(57)【要約】【課題】本発明の目的は、小型化を図ることができるポンプおよびロボットハンドを提供すること。【解決手段】壁部と、前記壁部に接続して内部空間を構成し、第１ダイアフラム部を有する第１ダイアフラムと、前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第１圧電素子と、を備えることを特徴とするポンプ。また、ポンプは、前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第１圧電素子の少なくとも一部を覆う保護層を備え、前記内部空間は、前記保護層と前記壁部との間に構成されていることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁部と、
前記壁部に接続して内部空間を構成し、第１ダイアフラム部を有する第１ダイアフラムと、
前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第１圧電素子と、を備えることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第１圧電素子の少なくとも一部を覆う保護層を備え、
前記内部空間は、前記保護層と前記壁部との間に構成されている請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記壁部に構成され、前記内部空間に連通可能な排出孔および吸引孔を有する請求項１に記載のポンプ。
【請求項４】
前記第１ダイアフラムは、前記壁部に接続して前記内部空間を構成する第２ダイアフラム部および第３ダイアフラム部を備え、
前記排出孔に対応する位置であり、前記第２ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第２圧電素子と、
前記吸引孔に対応する位置であり、前記第３ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第３圧電素子と、を備える請求項３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第１圧電素子の少なくとも一部を覆う保護層を備え、
前記内部空間は、前記保護層と前記壁部との間に構成されている請求項４に記載のポンプ。
【請求項６】
前記保護層は、前記第２ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第２圧電素子の少なくとも一部を覆う部分と、
前記第３ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第３圧電素子の少なくとも一部を覆う部分と、を備える請求項５に記載のポンプ。
【請求項７】
前記内部空間は、前記第１圧電素子を変形させない状態で構成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のポンプ。
【請求項８】
前記壁部は、前記壁部の厚さ方向から見て、前記第１ダイアフラム部と重なる部分を有する第４ダイアフラム部を備える第２ダイアフラムと、
前記第４ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第４圧電素子と、を備える請求項１または３に記載のポンプ。
【請求項９】
前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第１圧電素子の少なくとも一部を覆う第１保護層を備え、
前記壁部は、前記第４ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第４圧電素子の少なくとも一部を覆う第２保護層を備え、
前記内部空間は、前記第１保護層と前記第２保護層との間に構成されている請求項８に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記内部空間は、前記第１圧電素子および前記第４圧電素子を変形させない状態で構成されている請求項８または９に記載のポンプ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のポンプを備えることを特徴とするロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプおよびロボットハンドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子（振動体）を備え、その圧電素子により駆動するポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のポンプでは、ダイアフラムの内部空間とは反対側、すなわち、外側に圧電素子が配置されている。ポンプを駆動する際は、圧電素子に電力を供給し、その圧電素子を変形させる。これにより、ダイアフラムが撓み、内部空間の体積（容量）が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９９６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のポンプでは、圧電素子が内部空間とは反対側に配置されているので、ポンプの駆動時においてダイアフラムの撓み量を必要かつ十分な大きさにするには、圧電素子の変形量を大きくする必要がある。このため、駆動時におけるポンプの寸法が大きいという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、小型化を図ることができるポンプおよびロボットハンドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
本発明のポンプは、壁部と、
前記壁部に接続して内部空間を構成し、第１ダイアフラム部を有する第１ダイアフラムと、
前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第１圧電素子と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、ポンプの駆動時において、必要かつ十分な大きさの第１ダイアフラム部の撓み量を得るための第１圧電素子の変形量を小さくすることができる。すなわち、駆動時におけるポンプの小型化を図ることができる。
【０００９】
本発明のポンプでは、前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第１圧電素子の少なくとも一部を覆う保護層を備え、
前記内部空間は、前記保護層と前記壁部との間に構成されていることが好ましい。
これにより、第１圧電素子を保護することができる。
【００１０】
本発明のポンプでは、前記壁部に構成され、前記内部空間に連通可能な排出孔および吸引孔を有することが好ましい。
これにより、ポンプを円滑に駆動することができる。
【００１１】
本発明のポンプでは、前記第１ダイアフラムは、前記壁部に接続して前記内部空間を構成する第２ダイアフラム部および第３ダイアフラム部を備え、
前記排出孔に対応する位置であり、前記第２ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第２圧電素子と、
前記吸引孔に対応する位置であり、前記第３ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第３圧電素子と、を備えることが好ましい。
【００１２】
これにより、第２圧電素子を変形させることにより、排出孔と内部空間とを連通させることができ、また、第２圧電素子を変形させないことにより、排出孔と内部空間とを遮断することができる。
【００１３】
また、第３圧電素子を変形させることにより、吸引孔と内部空間とを連通させることができ、また、第３圧電素子を変形させないことにより、吸引孔と内部空間とを遮断することができる。
【００１４】
本発明のポンプでは、前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第１圧電素子の少なくとも一部を覆う保護層を備え、
前記内部空間は、前記保護層と前記壁部との間に構成されていることが好ましい。
これにより、第１圧電素子を保護することができる。
【００１５】
本発明のポンプでは、前記保護層は、前記第２ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第２圧電素子の少なくとも一部を覆う部分と、
前記第３ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第３圧電素子の少なくとも一部を覆う部分と、を備えることが好ましい。
これにより、第２圧電素子および第３圧電素子を保護することができる。
【００１６】
本発明のポンプでは、前記内部空間は、前記第１圧電素子を変形させない状態で構成されていることが好ましい。
これにより、ポンプを円滑に駆動することができる。
【００１７】
本発明のポンプでは、前記壁部は、前記壁部の厚さ方向から見て、前記第１ダイアフラム部と重なる部分を有する第４ダイアフラム部を備える第２ダイアフラムと、
前記第４ダイアフラム部の前記内部空間側に配置され、電力を受けて変形する第４圧電素子と、を備えることが好ましい。
【００１８】
これにより、ポンプの駆動時において、第１ダイアフラム部と第４ダイアフラム部とが変形するので、内部空間の体積の変化量を大きくすることができ、流量を増大させることができる。
【００１９】
本発明のポンプでは、前記第１ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第１圧電素子の少なくとも一部を覆う第１保護層を備え、
前記壁部は、前記第４ダイアフラム部の前記内部空間側に設けられ、前記第４圧電素子の少なくとも一部を覆う第２保護層を備え、
前記内部空間は、前記第１保護層と前記第２保護層との間に構成されていることが好ましい。
これにより、第１圧電素子および第４圧電素子を保護することができる。
【００２０】
本発明のポンプでは、前記内部空間は、前記第１圧電素子および前記第４圧電素子を変形させない状態で構成されていることが好ましい。
これにより、ポンプを円滑に駆動することができる。
【００２１】
本発明のロボットハンドは、本発明のポンプを備えることを特徴とする。
これにより、ポンプの駆動時において、必要かつ十分な大きさの第１ダイアフラム部の撓み量を得るための第１圧電素子の変形量を小さくすることができる。すなわち、駆動時におけるポンプの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るポンプを示す断面図（図２中のＡ−Ａ線での断面図）である。
【図２】図１に示すポンプの平面図である。
【図３】図１に示すポンプの動作を説明するための断面図である。
【図４】図１に示すポンプの動作を説明するための断面図である。
【図５】図１に示すポンプの動作を説明するための断面図である。
【図６】図１に示すポンプの動作を説明するための断面図である。
【図７】図１に示すポンプの動作を説明するための断面図である。
【図８】図１に示すポンプの動作を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るポンプを示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るポンプを示す断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るポンプを示す平面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。
【図１３】図１２に示すロボットハンドの指部の末節部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のポンプおよびロボットハンドを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るポンプを示す断面図（図２中のＡ−Ａ線での断面図）である。図２は、図１に示すポンプの平面図である。図３〜図８は、それぞれ、図１に示すポンプの動作を説明するための断面図である。
【００２５】
なお、以下では、説明の都合上、図１、図３〜図８中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言い、図１〜図８中の右側を「右」、左側を「左」と言う（他の実施形態の図９および図１０も同様）。また、図１、図３〜図８では、圧電素子について、簡略化して記載され、圧電素子全体が模式的に示されている（他の実施形態の図９および図１０も同様）。
【００２６】
図１に示すポンプ１は、いわゆる薄膜ポンプであり、小型、軽量のものである。図１に示すように、ポンプ１は、壁部の１例である封止板１４と、封止板１４に接続して内部空間１８を構成（形成）し、第１ダイアフラム部１２１を有する第１ダイアフラムの１例であるダイアフラム１２と、第１ダイアフラム部１２１の内部空間１８側に配置され、電力を受けて（電力が供給されることにより）変形する第１圧電素子の１例である圧電素子１５とを備えている。圧電素子１５を第１ダイアフラム部１２１の内部空間１８側に配置することにより、ポンプ１の駆動時において、必要かつ十分な大きさの第１ダイアフラム部１２１の撓み量（変形量）を得るための圧電素子１５の変形量を小さくすることができる。すなわち、駆動時におけるポンプ１の小型化を図ることができる。
【００２７】
また、ダイアフラム１２は、封止板１４に接続して内部空間１８を構成する第２ダイアフラム部１２２および第３ダイアフラム部１２３を備えている。
【００２８】
また、ポンプ１は、排出孔（または吸引孔）に対応する位置であり、第２ダイアフラム部１２２の内部空間１８側に配置され、電力を受けて変形する第２圧電素子の１例である圧電素子１６と、吸引孔（または排出孔）に対応する位置であり、第３ダイアフラム部１２３の内部空間１８側に配置され、電力を受けて変形する第３圧電素子の１例である圧電素子１７とを備えている。
【００２９】
これにより、圧電素子１６を変形させることにより、排出孔（または吸引孔）と内部空間１８とを連通させることができ、また、圧電素子１６を変形させないことにより、排出孔（または吸引孔）と内部空間１８とを遮断することができる。
【００３０】
また、圧電素子１７を変形させないことにより、吸引孔（または排出孔）と内部空間１８とを連通させることができ、また、第３圧電素子を変形させないことにより、吸引孔（または排出孔）と内部空間１８とを遮断することができる。
【００３１】
また、ポンプ１は、第１ダイアフラム部１２１の内部空間１８側に設けられ、圧電素子１５の少なくとも一部を覆う保護層１３を備えている。これにより、圧電素子１５を保護することができる。
【００３２】
また、保護層１３は、第２ダイアフラム部１２２の内部空間１８側に設けられ、圧電素子１６の少なくとも一部を覆う部分と、第３ダイアフラム部１２３の内部空間１８側に設けられ、圧電素子１７の少なくとも一部を覆う部分とを備えている。これにより、圧電素子１６および１７を保護することができる。
【００３３】
そして、このポンプ１では、内部空間１８は、保護層１３と封止板１４との間に構成（形成）されている。
【００３４】
このようなポンプは、例えば、気相成膜法や液相成膜法等を用いて製造することができる。以下、詳細に説明する。
【００３５】
図１および図２に示すように、ポンプ１は、基板１１と、基板１１上に設けられたダイアフラム１２と、ダイアフラム１２上に設けられた圧電素子１５、１６および１７と、ダイアフラム１２および圧電素子１５〜１７上に設けられた保護層１３と、保護層１３上に設けられた封止板１４とを備えている。保護層１３は、圧電素子１５〜１７の全体を覆っている。
【００３６】
ダイアフラム１２は、変形可能な第１ダイアフラム部１２１、第２ダイアフラム部１２２および第３ダイアフラム部１２３を備えている。第１ダイアフラム部１２１は、ポンプ１の中央部に配置されている。また、第２ダイアフラム部１２２は、ポンプ１の一方の端部、本実施形態では、図１中の右側の端部に配置されている。また、第３ダイアフラム部１２３は、ポンプ１の他方の端部、本実施形態では、図１中の左側の端部に配置されている。
【００３７】
また、第１ダイアフラム部１２１〜第３ダイアフラム部１２３の形状は、それぞれ、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、本実施形態では、その厚さ方向から見て（ダイアフラム１２の平面視で）、円形をなしている。なお、第１ダイアフラム部１２１〜第３ダイアフラム部１２３の形状としては、それぞれ、円形の他、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。
【００３８】
圧電素子１５は、第１ダイアフラム部１２１上に配置され、また、圧電素子１６は、第２ダイアフラム部１２２上に配置され、また、圧電素子１７は、第３ダイアフラム部１２３上に配置されている。圧電素子１５と第１ダイアフラム部１２１、圧電素子１６と第２ダイアフラム部１２２、圧電素子１７と第３ダイアフラム部１２３は、そえぞれ、接合（接着）されている。
【００３９】
圧電素子１５〜１７の形状は、それぞれ、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、本実施形態では、その厚さ方向から見て（圧電素子１５〜１７の平面視で）、円形をなしている。なお、圧電素子１５〜１７の形状としては、それぞれ、円形の他、例えば、四角形、五角形等の多角形、楕円形等が挙げられる。また、圧電素子１５〜１７の構成は、同様であるので、以下では、代表的に、圧電素子１５について説明する。
【００４０】
圧電素子１５は、第１ダイアフラム部１２１上に設けられた図示しない第２電極と、第２電極上に設けられた図示しない圧電体と、圧電体上に設けられた図示しない第１電極とを備えている。この第１電極と第２電極間に通電する（電力を供給する）ことにより、圧電素子１５が所定の形状に変形し、これにより、圧電素子１５に接合されている第１ダイアフラム部１２１が図３に示すように湾曲変形する（撓む）。
【００４１】
また、第１電極および第２電極の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が用いられる。また、第１電極および第２電極は、それぞれ、例えば、蒸着、スパッタリング等により形成することができる。
【００４２】
また、圧電体は、その圧電体（圧電素子１５）の厚さ方向に沿った方向の電界が印加されることにより面内方向に伸縮する。このような圧電体の構成材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、メタニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。圧電セラミックスで構成された圧電体は、例えば、バルク材料から形成してもよいし、ゾル−ゲル法、スパッタリング等により形成してもよい。なお、圧電体の構成材料としては、上述した圧電セラミックスの他にも、例えば、ポリフッ化ビニリデン、水晶等を用いてもよい。
【００４３】
また、このポンプ１では、内部空間１８は、封止板１４側に設けられている。すなわち、封止板１４の保護層１３側の面に凹部を設けることで、内部空間１８を形成している。これにより、内部空間１８は、圧電素子１５を変形させない状態、すなわち、第１ダイアフラム部１２１を撓ませない状態（変形させない状態）で構成されている。これにより、保護層１３と封止板１４とが張り付いてしまうことを抑制することができ、ポンプ１を円滑に駆動することができる。
【００４４】
なお、圧電素子１５を変形させない状態、すなわち、第１ダイアフラム部１２１を撓ませない状態では、保護層１３と封止板１４とが接触し、内部空間１８が形成されておらず、圧電素子１５を変形させた状態、すなわち、第１ダイアフラム部１２１を撓ませた状態で、内部空間１８が形成されるように構成されていてもよい。
【００４５】
また、ポンプ１は、封止板１４に構成され、内部空間１８に連通可能な排出孔（吐出孔）および吸引孔の１例として、封止板１４の上面に開放する２つの孔５１および５２を有している。これにより、ポンプ１を円滑に駆動することができる。以下、孔５１および５２について説明する。
【００４６】
孔５１は、圧電素子１６（第２ダイアフラム部１２２）の上側に配置されており、封止板１４を貫通している。また、孔５２は、圧電素子１７（第３ダイアフラム部１２３）の上側に配置されており、封止板１４を貫通している。なお、孔５１の周囲および孔５２の周囲には、それぞれ、内部空間１８が、孔５１および５２に連通しないように配置されている。
【００４７】
また、孔５１は、吸引および排出（吐出）が可能な吸排気孔であり、同様に、孔５２は、吸引および排出（吐出）が可能な吸排気孔である。したがって、孔５１は、排出（吐出）を行う排出孔（吐出孔）として機能する場合は、排出孔（吐出孔）の１例であり、この場合は、孔５２は、吸引を行う吸引孔の１例である。また、孔５１は、吸引孔として機能する場合は、吸引孔の１例であり、この場合は、孔５２は、排出孔（吐出孔）の１例である。
【００４８】
なお、孔５１と、第２ダイアフラム部１２２と、圧電素子１６と、保護層１３の厚さ方向から見て（保護層１３の平面視で）、第２ダイアフラム部１２２と重なる部分の保護層１３と、封止板１４の厚さ方向から見て（封止板１４の平面視で）、第２ダイアフラム部１２２と重なる部分の封止板１４とにより、孔５１と内部空間１８との連通状態と遮断状態との切り替え（開閉）を行う第１弁機構が構成される。
【００４９】
また、孔５２と、第３ダイアフラム部１２３と、圧電素子１７と、保護層１３の厚さ方向から見て、第３ダイアフラム部１２３と重なる部分の保護層１３と、封止板１４の厚さ方向から見て、第３ダイアフラム部１２３と重なる部分の封止板１４とにより、孔５２と内部空間１８との連通状態と遮断状態との切り替えを行う第２弁機構が構成される。
【００５０】
また、第１ダイアフラム部１２１と、圧電素子１５と、保護層１３の厚さ方向から見て、第１ダイアフラム部１２１と重なる部分の保護層１３と、封止板１４の厚さ方向から見て、第１ダイアフラム部１２１と重なる部分の封止板１４とにより、ポンプ１の駆動部が構成される。
【００５１】
また、基板１１の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の樹脂、各種のガラス、Ｓｉ等が挙げられるが、Ｓｉが好ましい。基板１１の構成材料としてＳｉを用いることにより、ポンプ１を容易に製造することができる。
【００５２】
また、ダイアフラム１２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の樹脂、各種のガラス、ＳｉＯ２等が挙げられるが、ＳｉＯ２が好ましい。
【００５３】
また、基板１１の構成材料として、Ｓｉを用い、ダイアフラム１２の構成材料として、ＳｉＯ２を用いる場合、例えば、Ｓｉ基板を用意し、Ｓｉ基板上に、ダイアフラム１２としてＳｉＯ２の膜を形成する。この場合、例えば、Ｓｉ基板の上面を加熱して酸化させることによりＳｉＯ２の膜を形成することができる。そして、例えば、Ｓｉ基板の一部をエッチング等で除去することにより、基板１１を形成する。なお、前記エッチングの際は、ダイアフラム１２であるＳｉＯ２の膜がエッチングストッパーとして機能するので、容易にエッチングを行うことができる。
【００５４】
このように、基板１１とダイアフラム１２とを別部材で構成すること、特に、基板１１をＳｉで構成し、ダイアフラム１２をＳｉＯ２で構成することにより、ポンプ１を容易に製造することができる。
【００５５】
なお、基板１１とダイアフラム１２とは、同一の材料で一体的に形成されていてもよい。
【００５６】
また、保護層１３の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の樹脂等が挙げられる。
【００５７】
また、封止板１４の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種の樹脂、各種のガラス、Ｓｉ等が挙げられるが、Ｓｉが好ましい。
【００５８】
このようなポンプ１は、図示しないポンプ駆動部により駆動される。ポンプ駆動部は、各圧電素子１５〜１７に電力を供給（通電）するための電源と、各圧電素子１５〜１７への通電／切電を選択する通電制御回路（制御部）とを有している。
【００５９】
次に、ポンプ１の動作について説明する。
図１に示すように、ポンプ１は、圧電素子１５〜１７に電力が供給されていない非駆動時は、第１〜第３ダイアフラム部１２１〜１２３は、それぞれ、平坦な形状となっており、保護層１３により孔５１および５２が閉鎖されている。すなわち、孔５１および５２と、内部空間１８とが遮断されている。
【００６０】
まず、外部の空気（流体）を孔５２から吸引し、その空気を孔５１から排出（吐出）する場合のポンプ１の動作について説明する。
【００６１】
まず、図３に示すように、図示しない電源より圧電素子１５および１７に電力を供給（通電）し、圧電素子１５および１７を変形（収縮）させる。圧電素子１５および１７の変形は、同時でもよく、また、圧電素子１７の変形を先に行ってもよい。圧電素子１７が変形すると、第３ダイアフラム部１２３は、内部空間１８と反対側が凸となるように撓み（変形し）、孔５２と内部空間１８とが連通する。なお、以下では、内部空間１８と反対側が凸となるように撓むことを、単に「撓む」と言う。また、圧電素子１５が変形すると、第１ダイアフラム部１２１が撓み、外部の空気が孔５２から吸引され、内部空間１８に流れ込む。
【００６２】
次に、図４に示すように、圧電素子１７への電力の供給を停止（切電）して圧電素子１７の変形を解除する。圧電素子１７の変形が解除されると、第３ダイアフラム部１２３の撓みが解除されて元の形状に戻り、保護層１３により、孔５２が閉鎖され、孔５２と内部空間１８とが遮断される。
【００６３】
そして、圧電素子１５への電力の供給を停止して圧電素子１５の変形を解除し、図示しない電源より圧電素子１６に電力を供給し、圧電素子１６を変形させる。圧電素子１５の変形の解除と圧電素子１６の変形とは、同時でもよく、また、圧電素子１６の変形を先に行ってもよい。圧電素子１６が変形すると、第２ダイアフラム部１２２が撓み、孔５１と内部空間１８とが連通する。また、圧電素子１５の変形が解除されると、第１ダイアフラム部１２１の撓みが解除されて元の形状に戻り、内部空間１８内の空気が孔５１から外部に排出される。
【００６４】
次に、外部の空気を孔５１から吸引し、その空気を孔５２から排出する場合のポンプ１の動作について説明する。
【００６５】
まず、図５に示すように、図示しない電源より圧電素子１５および１６に電力を供給（通電）し、圧電素子１５および１６を変形させる。圧電素子１５および１６の変形は、同時でもよく、また、圧電素子１６の変形を先に行ってもよい。圧電素子１６が変形すると、第２ダイアフラム部１２２が撓み、孔５１と内部空間１８とが連通する。また、圧電素子１５が変形すると、第１ダイアフラム部１２１が撓み、外部の空気が孔５１から吸引され、内部空間１８に流れ込む。
【００６６】
次に、図６に示すように、圧電素子１６への電力の供給を停止（切電）して圧電素子１６の変形を解除する。圧電素子１６の変形が解除されると、第２ダイアフラム部１２２の撓みが解除されて元の形状に戻り、保護層１３により、孔５１が閉鎖され、孔５１と内部空間１８とが遮断される。
【００６７】
そして、圧電素子１５への電力の供給を停止して圧電素子１５の変形を解除し、図示しない電源より圧電素子１７に電力を供給し、圧電素子１７を変形させる。圧電素子１５の変形の解除と圧電素子１７の変形とは、同時でもよく、また、圧電素子１７の変形を先に行ってもよい。圧電素子１７が変形すると、第３ダイアフラム部１２３が撓み、孔５２と内部空間１８とが連通する。また、圧電素子１５の変形が解除されると、第１ダイアフラム部１２１の撓みが解除されて元の形状に戻り、内部空間１８内の空気が孔５２から外部に排出される。
【００６８】
次に、ポンプ１内において空気の流れを自由にする場合（ポンプ１内の圧力を一定にする場合）のポンプ１の動作について説明する。
【００６９】
まず、図７に示すように、図示しない電源より圧電素子１６および１７に電力を供給（通電）し、圧電素子１６および１７を変形させる。圧電素子１６および１７の変形は、同時に行う。圧電素子１６が変形すると、第２ダイアフラム部１２２が撓み、孔５１と内部空間１８とが連通する。また、圧電素子１７が変形すると、第３ダイアフラム部１２３が撓み、孔５２と内部空間１８とが連通する。これにより、ポンプ１内の圧力が一定になり、ポンプ１内における空気の流れが自由になる。
【００７０】
なお、図８に示すように、圧電素子１６および１７だけでなく、圧電素子１５にも電力を供給して圧電素子１５を変形させ、第１ダイアフラム部１２１を撓ませてもよい。
【００７１】
以上説明したように、ポンプ１によれば、第１ダイアフラム部１２１の内部空間１８側、すなわち、第１ダイアフラム部１２１が撓んだ場合に凹となる側に圧電素子１５が配置されているので、第１ダイアフラム部１２１の内部空間１８とは反対側に圧電素子１５が配置されている場合に比べて、圧電素子１５の変形量が同じ場合、第１ダイアフラム部１２１の撓み量を大きくすることができる。
【００７２】
これにより、ポンプ１の駆動時において、必要かつ十分な大きさの第１ダイアフラム部１２１の撓み量を得るための圧電素子１５の変形量を小さくすることができる。すなわち、駆動時におけるポンプ１の小型化を図ることができる。
【００７３】
なお、第１ダイアフラム部１２１の数、すなわち、第１ダイアフラム部１２１等で形成されるポンプ室の数は、本実施形態では、１つであるが、これに限定されず、複数であってもよい。この場合、各ポンプ室は、それぞれ、孔５１および５２に連通している。これにより、吸引力や排出力（吐出力）を増大させることができる。また、複数のポンプ室のうちのいくつかに故障等の異常が生じたとしても、残りの正常なポンプ室により、駆動することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、圧電素子１５〜１７に電力が供給されていない自然状態で、第１〜第３ダイアフラム部１２１〜１２３は、それぞれ、平坦な形状となっているが、この逆であってもよい。すなわち、圧電素子１５〜１７に電力が供給されていない自然状態で、第１〜第３ダイアフラム部１２１〜１２３は、それぞれ、撓んでおり、圧電素子１５〜１７に電力が供給されている状態で、第１〜第３ダイアフラム部１２１〜１２３は、それぞれ、平坦な形状となっていてもよい。
【００７５】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係るポンプを示す断面図である。
【００７６】
以下、第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００７７】
図９に示すように、第２実施形態のポンプ１では、内部空間１８は、保護層１３側に設けられている。すなわち、保護層１３の封止板１４側の面に凹部を設けることで、内部空間１８を形成している。
【００７８】
また、基板１１とダイアフラム１２とは、同一の材料で一体的に形成されている。これにより、基板１１とダイアフラム１２との境界等における破損等を抑制することができ、ポンプ１の信頼性を向上させることができる。
【００７９】
なお、基板１１とダイアフラム１２とは、例えば、第１実施形態のように別部材で構成されていてもよい。
【００８０】
以上のような第２実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、内部空間１８は、保護層１３側に設けられているが、これに限定されず、例えば、内部空間１８は、保護層１３側と封止板１４側との両方に設けられていてもよい。この場合は、例えば、保護層１３の封止板１４側の面と、封止板１４の保護層１３側の面との両方に凹部を設けて内部空間１８を形成する。
【００８２】
＜第３実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係るポンプを示す断面図である。
【００８３】
以下、第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００８４】
図１０に示すように、第３実施形態のポンプ１は、孔の構成を除き、前述した第２実施形態のポンプ１において封止板１４を省略した構造体を２つ接合したものである。
【００８５】
すなわち、ポンプ１は、後述する構成の壁部と、その壁部に接続して内部空間１８を構成し、第１ダイアフラム部１２１ａを有する第１ダイアフラムの１例であるダイアフラム１２ａと、第１ダイアフラム部１２１ａの内部空間１８側に配置され、電力を受けて変形する第１圧電素子の１例である圧電素子１５ａとを備えている。
【００８６】
また、前記壁部は、その壁部の厚さ方向から見て、第１ダイアフラム部１２１ａと重なる部分を有する第４ダイアフラム部１２１ｂを備える第２ダイアフラムの１例であるダイアフラム１２ｂと、第４ダイアフラム部１２１ｂの内部空間１８側に配置され、電力を受けて変形する第４圧電素子の１例である圧電素子１５ｂとを備えている。
【００８７】
これにより、ポンプ１の駆動時において、第１ダイアフラム部１２１ａと第４ダイアフラム部１２１ｂとが変形するので、内部空間１８の体積の変化量を大きくすることができ、流量を増大させることができる。
【００８８】
また、ポンプ１は、第１ダイアフラム部１２１ａの内部空間１８側に設けられ、圧電素子１５ａの少なくとも一部を覆う第１保護層の１例である保護層１３ａを備えている。これにより、圧電素子１５ａを保護することができる。
【００８９】
また、前記壁部は、第４ダイアフラム部１２１ｂの内部空間１８側に設けられ、圧電素子１５ｂの少なくとも一部を覆う第２保護層を備えている。これにより、圧電素子１５ｂを保護することができる。
【００９０】
そして、このポンプでは、内部空間１８は、保護層１３ａと保護層１３ｂとの間に構成されている。
【００９１】
また、このポンプ１では、内部空間１８は、保護層１３ａ側に設けられている。すなわち、保護層１３ａの保護層１３ｂ側の面に凹部を設けることで、内部空間１８を形成している。これにより、内部空間１８は、圧電素子１５ａおよび１５ｂを変形させない状態、すなわち、第１ダイアフラム部１２１ａおよび第４ダイアフラム部１２１ｂを撓ませない状態で構成されている。これにより、保護層１３ａと保護層１３ｂとが張り付いてしまうことを抑制することができ、ポンプ１を円滑に駆動することができる。以下、詳細に説明する。
【００９２】
図１０に示すように、ポンプ１は、第１構造体５ａと、第２構造体５ｂとを備えており、第１構造体５ａと第２構造体５ｂとが接合されている。この場合、後述する保護層１３ａと保護層１３ｂとが接合されている。また、接合方法は、特に限定されず、例えば、接着剤等で接着する方法等が挙げられる。
【００９３】
また、第１構造体５ａは、基板１１ａと、基板１１の第２構造体５ｂ側の表面に設けられたダイアフラム１２ａと、ダイアフラム１２ａの第２構造体５ｂ側の表面に設けられた圧電素子１５ａおよび１６ａと、ダイアフラム１２ａ、圧電素子１５ａおよび１６ａの第２構造体５ｂ側の表面に設けられた保護層１３ａとを備えている。
【００９４】
また、ダイアフラム１２ａは、第１ダイアフラム部１２１ａおよび第２ダイアフラム部１２２ａを備えている。第１ダイアフラム部１２１ａは、ポンプ１（第１構造体５ａ）の中央部に配置されている。また、第２ダイアフラム部１２２ａは、ポンプ１の一方の端部、本実施形態では、図１０中の右側の端部に配置されている。
【００９５】
また、第２構造体５ｂは、基板１１ｂと、基板１１ｂの第１構造体５ａ側の表面に設けられたダイアフラム１２ｂと、ダイアフラム１２ｂの第１構造体５ａ側の表面に設けられた圧電素子１５ｂおよび１６ｂと、ダイアフラム１２ｂ、圧電素子１５ｂおよび１６ｂの第１構造体５ａ側の表面に設けられた保護層１３ｂとを備えている。
【００９６】
また、ダイアフラム１２ｂは、第４ダイアフラム部１２１ｂおよび第５ダイアフラム部１２２ｂを備えている。第４ダイアフラム部１２１ｂは、ポンプ１（第２構造体５ｂ）の中央部に配置されている。また、第５ダイアフラム部１２２ｂは、ポンプ１の一方の端部、本実施形態では、図１０中の左側の端部に配置されている。
【００９７】
なお、基板１１ａおよび１１ｂについては、それぞれ、第２実施形態の基板１１と同様であるので、その説明は省略する。
【００９８】
また、ダイアフラム１２ａおよび１２ｂについては、それぞれ、第３ダイアフラム部１２３、第３ダイアフラム部１２３に相当する部分を有していない点を除き、第２実施形態のダイアフラム１２と同様であるので、その説明は省略する。
【００９９】
また、圧電素子１５ａおよび１５ｂについては、それぞれ、第２実施形態の、圧電素子１５と同様であるので、その説明は省略する。
【０１００】
また、圧電素子１６ａおよび１６ｂについては、それぞれ、第２実施形態の、圧電素子１６と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０１】
また、保護層１３ａおよび１３ｂについては、それぞれ、第２実施形態の保護層１３と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０２】
また、ポンプ１は、第２実施形態の孔５１に代えて、孔５３を有し、また、第２実施形態の孔５２に代えて、孔５４を有している。孔５３および５４は、それぞれ、吸引および排出（吐出）が可能な吸排気孔である。
【０１０３】
また、孔５３は、圧電素子１６ａ（第２ダイアフラム部１２２ａ）の第２構造体５ｂ側に配置されており、保護層１３ｂ、ダイアフラム１２ｂおよび基板１１ｂを貫通している。また、孔５４は、圧電素子１６ｂ（第５ダイアフラム部１２２ｂ）の第１構造体５ａ側に配置されており、保護層１３ａ、ダイアフラム１２ａおよび基板１１ａを貫通している。
【０１０４】
以上のような第３実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【０１０５】
＜第４実施形態＞
図１１は、本発明の第４実施形態に係るポンプを示す断面図である。
【０１０６】
以下、第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【０１０７】
図１１に示すように、第４実施形態のポンプ１は、複数、本実施形態では、３つの単位ポンプ１０を備えている。この単位ポンプ１０の構成は、前述した第１実施形態のポンプ１と同様であるので、その説明は、省略する。なお、単位ポンプ１０の構成は、これに限定されず、例えば、前述した第２実施形態のポンプ１、第３実施形態のポンプ１等と同様であってもよく、また、他の構成であってもよい。
【０１０８】
このポンプ１では、３つの単位ポンプ１０を備えているので、吸引力や排出力（吐出力）を第１実施形態のポンプ１の３倍にすることができる。
【０１０９】
また、ポンプ１では、１つまたは２つの単位ポンプ１０に故障等の異常が生じたとしても、残りの正常な単位ポンプ１０により、駆動することができる。
【０１１０】
なお、各孔５１や各孔５２を１つの図示しない管体の孔に連通させ、吸引力や排出力（吐出力）を集中させることも可能である。
【０１１１】
以上のような第４実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【０１１２】
＜第５実施形態＞
図１２は、本発明の第５実施形態に係るロボットハンドを示す斜視図である。図１３は、図１２に示すロボットハンドの指部の末節部の断面図である。
【０１１３】
以下、第５実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【０１１４】
図１２に示す第５実施形態のロボットハンド２０は、前述した第３実施形態のポンプ１を備えており、例えば、把持、吸着により図示しない対象物（ワーク）を保持できるようになっている。以下、詳細に説明する。
【０１１５】
図１２に示すように、ロボットハンド２０は、保持部６と、複数本、本実施形態では、３本の指部２４（支持部）と、ロボットハンド２０の各部を制御する図示しない制御部とを備えている。なお、指部２４は、対象物に接触させる接触部の１例である。また、保持部６は、各指部２４を支持する支持部６６と、支持部６６を駆動する駆動部６７とを備えている。駆動部６７は、支持部６６を軸Ｊ１まわりに回動させることができる。また、各指部２４は、それぞれ、軸Ｊ１に近づく向きと離れる向きとに変位可能（可動）であり、例えば手を閉じたり開いたりするような動作が可能である。これにより、ロボットハンド２０は、制御部の制御により、対象物を把持したり、把持している対象物をリリースしたりすることができる。
【０１１６】
また、各指部２４は、支持部６６の軸Ｊ１の周方向に離散的に配列されている。各指部２４の構成は、同様であるので、以下では、代表的に、１本の指部２４について説明する。
【０１１７】
指部２４は、支持部６６に接続されており、図示しない関節機構を介して支持部６６に接続されている基節部２４１と、基節部２４１に接続されている中節部２４２と、中節部２４２に接続されている末節部２４３とを有している。
【０１１８】
また、指部２４の末節部２４３の腹には、複数の開口２３（開口部）が形成されている。また、末節部２４３の内部には、複数の第３実施形態のポンプ１が設けられている。そして、各ポンプ１の孔５３は、それぞれ、開口２３に連通している。
【０１１９】
このロボットハンド２０は、制御部が各ポンプ１の作動を制御することにより、各指部２４での対象物の吸着、リリースを独立して制御することができる。すなわち、ポンプ１により空気を吸引することで、対象物を吸着することができ、また、ポンプ１により空気を排出（吐出）することで、対象物をリリースすることができる。
【０１２０】
また、指部２４は、末節部２４３の腹に設けられた感圧部３１を有している。感圧部３１は、指部２４と対象物との接触を検知する接触検知部の１例である。この感圧部３１は、指部２４の末節部２４３の腹の各開口２３の周囲に配置されている。また、感圧部３１は、開口２３を塞がないように配置されている。
【０１２１】
また、感圧部３１は、対象物との接触によって受ける圧力に応じた検出信号を出力するようになっており、出力された検出信号から指部２４と対象物とが接触しているか否か、さらには、指部２４と対象物とが接触している場合には接触力（吸着力）を検知することができる。
【０１２２】
また、感圧部３１としては特に限定されないが、例えば、感圧導電性樹脂を用いた構成であることが好ましい。この場合、図１３に示すように、感圧部３１は、第１電極および第２電極が櫛歯状に噛み合って配置されている櫛歯電極を備える電極層３１ａと、この電極層３１ａ上に配置され、感圧導電性樹脂をシート状にした樹脂部３１ｂとを有する構成とすることができる。
【０１２３】
また、樹脂部３１ｂは、カーボンナノチューブを有していることが好ましい。これにより、感圧部３１の構成が比較的簡単なものとなる。また、感圧部３１の小型化や軽量化を図ることもできる。
【０１２４】
また、樹脂部３１ｂがカーボンナノチューブを有する構成とすることで、感圧部３１が受ける圧力と感圧部３１から出力される検出信号との関係を線形（比例）にすることができる。そのため、優れた感圧特性が発揮され、特に、指部２４の末節部２４３の腹で対象物を吸着している際の接触力（吸着力）をより精度良く検知することができる。そのため、例えば、制御部は、末節部２４３の腹で対象物を吸着している状態において、感圧部３１の検出結果に基づいて、前記接触力が所定の範囲内に収まるようにポンプ１の作動を容易かつ適確に制御することができる。これにより、接触力が大き過ぎて対象物が破損したり、接触力が弱過ぎて対象物が不本意にリリースされたりする可能性を低減することができる。
【０１２５】
なお、樹脂部３１ｂに含まれる樹脂材料としては特に限定されないが、例えば、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。また、感圧部３１の他の構成としては、例えば、感圧導電性ゴム、基材に感圧導電インクを塗布したもの等が挙げられる。
【０１２６】
このような第５実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【０１２７】
また、指部２４に設けるポンプとして、ポンプ１を用いることにより、多数のポンプ１を設けることができる。これにより、対象物を適確に吸着することができ、対象物を把持した際の対象物の滑りを抑制することができる。
【０１２８】
なお、本実施形態では、１本の指部２４に対して複数のポンプ１が設けられているが、これに限定されず、１本の指部２４に対して１つのポンプ１が設けられていてもよい。
【０１２９】
また、本実施形態のロボットハンド２０は、複数本の指部２４を有しているが、これに限定されず、ロボットハンドは、前記指部２４に相当する部材を１つ有する構成でもよい。この場合は、ロボットハンドは、吸着により対象物を保持する。
【０１３０】
以上、本発明のポンプおよびロボットハンドを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１３１】
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【０１３２】
また、本発明のポンプの用途は、ロボットハンドに限定されず、例えば、エアーポンプ、プリンター、ハンドラー（電子部品搬送装置）、医療機器、自動販売機等各種の機器や装置に適用することができる。具体例としては、プリンターでは、例えば、インクを移送する機構に用いることができる。また、ハンドラーでは、例えば、ＩＣチップのような電子部品を移送（搬送）する機構、特に、電子部品を吸着把持する機構に用いることができる。また、自動販売機では、例えば、飲料を泡立たせるために使用される空気を移送する機構に用いることができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１…ポンプ、５ａ…第１構造体、５ｂ…第２構造体、６…保持部、１０…単位ポンプ、１１…基板、１１ａ…基板、１１ｂ…基板、１２…ダイアフラム、１２ａ…ダイアフラム、１２ｂ…ダイアフラム、１３…保護層、１３ａ…保護層、１３ｂ…保護層、１４…封止板、１５…圧電素子、１５ａ…圧電素子、１５ｂ…圧電素子、１６…圧電素子、１６ａ…圧電素子、１６ｂ…圧電素子、１７…圧電素子、１８…内部空間、２０…ロボットハンド、２３…開口、２４…指部、３１…感圧部、３１ａ…電極層、３１ｂ…樹脂部、５１…孔、５２…孔、５３…孔、５４…孔、６６…支持部、６７…駆動部、１２１…第１ダイアフラム部、１２１ａ…第１ダイアフラム部、１２１ｂ…第４ダイアフラム部、１２２…第２ダイアフラム部、１２２ａ…第２ダイアフラム部、１２２ｂ…第５ダイアフラム部、１２３…第３ダイアフラム部、２４１…基節部、２４２…中節部、２４３…末節部、Ｊ１…軸
【図１】
2018035733.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018035733.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2018035733.tif 000013
【図１２】
2018035733.tif 000014
【図１３】
2018035733.tif 000015