(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ポンプであって、
上方パーツ及び下方パーツを有するポンプ本体であって、各パーツは、実質的に円形の端壁によって一方の端を閉じられた、実質的に円筒状の側壁を含み、上方パーツと下方パーツとが、前記ポンプ本体の前記端壁と前記側壁によって境界を仕切られる１つの空洞を形成するように配置されている、ポンプ本体と、
アクチュエータであって、前記端壁と実質的に平行である前記端壁の間の面内に、前記空洞が前記アクチュエータにより上方空洞部分と下方空洞部分に分割されるように、前記空洞に配置された、アクチュエータと、
前記ポンプ本体の前記上方パーツと前記下方パーツ両方の前記端壁それぞれの実質的に中心に位置づけられた、少なくとも１つが弁調整式である開口と、
前記アクチュエータを前記ポンプ本体に接続するアクチュエータサポート構造と、
を備え、
前記アクチュエータサポート構造は、前記アクチュエータの外周が実質的に固定されるように、前記外周の軸方向運動を実質的に制約しながら、前記アクチュエータを、その外周においてヒンジ式に動作することを可能にするように配置されており、前記アクチュエータサポート構造は、前記上方空洞部分と前記下方空洞部分の間で流体が自由に流れることを可能にするように、実質的に開かれており、
使用時において、前記アクチュエータは、前記端壁の面に実質的に垂直な方向に振動し、前記空洞内に巻き付き音響定在波を存在させ、それによって、前記開口を通る流体の流れを引き起こす、ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプであって、
前記空洞の前記側壁内に、又は前記側壁に隣接して前記空洞の前記端壁内に位置づけられた、１つまたはそれ以上の非弁調整式の開口をさらに備える、ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載のポンプであって、
前記弁は、弁フラップを有するフラップ弁である、ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のポンプであって、
少なくとも１つの前記フラップ弁は、厚さが１ミクロンから２０ミクロンの間であるポ
リマシートで形成される弁フラップを有する、ポンプ。
【請求項５】
請求項３又は４のいずれかに記載のポンプであって、
少なくとも１つの前記弁フラップは、１１以上の開口を含み、これらの開口は、前記弁が開位置にあるときに、前記弁フラップを通って空気が流れることを可能にする、ポンプ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記下方の端壁の実質的に中心に位置付けられた前記弁調整式の開口は入口開口であり、前記上方の端壁の実質的に中心に位置付けられた前記弁調整式の開口は出口開口である、ポンプ。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記上方の端壁及び前記下方の端壁の両方の実質的に中心に位置付けられた前記弁調整式の開口は両方とも入口開口であり、
前記ポンプ本体の前記側壁内に又は前記ポンプ本体の前記側壁に隣接して位置付けられた１つ以上の非弁調整式の出口開口をさらに有する、ポンプ。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記上方の端壁及び前記下方の端壁の両方の実質的に中心に位置付けられた前記弁調整式の開口は両方とも出口開口であり、
前記ポンプ本体の前記側壁内に又は前記ポンプ本体の前記側壁に隣接して位置付けられた１つ以上の非弁調整式の入口開口をさらに有する、ポンプ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記アクチュエータの半径（ａＡ）の、前記側壁において測定された前記空洞部分のそれぞれの高さ（ｄ）に対する比は、約１．２よりも大きい、ポンプ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記上方空洞部分及び前記下方空洞部分のそれぞれの半径（ａＣ）の、前記アクチュエータの半径（ａＡ）に対する比は、約１．７よりも小さい、ポンプ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記空洞容積は、約１ｃｍ３未満である、ポンプ。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記ポンプの動作周波数は、約１８ｋＨｚから約２５ｋＨｚの間である、ポンプ。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記側壁において測定された前記空洞部分の高さ（ｄ）の２倍の、前記アクチュエータの半径（ａＡ）に対する比は、１０ー９ｍよりも大きい、すなわち、２ｄ／ａＡ＞１０−９ｍである、ポンプ。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記アクチュエータの半径（ａＡ）と、前記空洞内における流体の共振周波数（ｆ）との積は、４４ｍ／ｓ＜ａＡ×ｆ＜７５４ｍ／ｓの範囲内である、ポンプ。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記アクチュエータの半径（ａＡ）の、前記側壁において測定された前記空洞部分のそれぞれの高さ（ｄ）に対する比は、約５よりも大きい、ポンプ。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記上方空洞部分と前記下方空洞部分との間で前記アクチュエータサポート構造を流れが通り抜けるために利用可能な開放域（Ａ０）は、前記空洞の面積と前記アクチュエータの面積との差の２分の１よりも大きい、すなわち、
0006725419.tif 000018
である、ポンプ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のポンプであって、
前記上方空洞部分と前記下方空洞部分との間で前記アクチュエータサポート構造を流れが通り抜けるために利用可能な開放域（Ａ０）は、前記空洞の面積と前記アクチュエータの面積との差の９０％よりも大きい、すなわち、
0006725419.tif 000019
であり、
（ａＡ）は前記アクチュエータの半径であり、（ａＣ）は前記上方空洞空間と前記下方空洞空間の半径である、ポンプ。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記側壁において測定された前記空洞部分のそれぞれの高さ（ｄ）は、
0006725419.tif 000020
の範囲内であり、
（ａＡ）は前記アクチュエータの半径であり、（ａＣ）は前記上方空洞空間と前記下方空洞空間の半径である、ポンプ。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記側壁において測定された前記空洞部分のそれぞれの高さ（ｄ）は、
0006725419.tif 000021
の範囲内であり、
（ａＡ）は前記アクチュエータの半径であり、（ａＣ）は前記上方空洞空間と前記下方空洞空間の半径である、ポンプ。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記アクチュエータサポート構造は、前記アクチュエータがその外周においてヒンジ式に動作することを可能にする、ポンプ。
【請求項２１】
請求項１ないし２０のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記アクチュエータサポート構造は、前記アクチュエータのアセンブリの一部を又は前記ポンプ本体の前記上方パーツ及び／若しくは下方パーツの一部を形成する、ポンプ。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記サポート構造は、エッチングされた１つのコンポーネントで形成され、このコンポーネントは、前記アクチュエータ基板を随意として含んでいてよい、ポンプ。
【請求項２３】
請求項１ないし２２のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記サポート構造は、前記アクチュエータの動きを促す部分的にエッチングされた特徴
を含む、ポンプ。
【請求項２４】
請求項１ないし２３のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記サポート構造は、前記アクチュエータへの電気接続を提供するために使用される、ポンプ。
【請求項２５】
請求項１ないし２４のいずれか一項に記載のポンプであって、
前記ポンプ本体の、前記空洞の前記側壁と前記端壁との間における内角は、前記空洞の外周における音響波の反射を低減するために湾曲されている、ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の例示的な実施形態は、流体ポンプに関し、特に、サイズ、効率、及び組み立ての面においてこれまでの設計に勝る利益をもたらし、関連技術における限界を克服する、新規の音響共振流体ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲に及ぶ市場が、サイズを小さくされて高度に統合された、コンパクトで且つ便利な製品を目指す傾向にあるゆえに、高いポンプ性能を提供することができる一段と小サイズの個別流体ポンプが、強く求められている。
【０００３】
既知の分野における小型の流体ポンプは、その大多数が、容積型ポンプ、すなわち、ポンプ室の容積が、流体を圧縮して出口弁から排出させるために縮小され、入口弁から流体を引き入れるために拡大されるポンプである。このようなポンプの一例は、ＤＥ４４２２７４３（「Ｇｅｒｌａｃｈ」）に記載されており、容積型ポンプの更なる例は、ＵＳ２００４０００８４３、ＷＯ２００５００１２８７、ＤＥ１９５３９０２０、及びＵＳ６２０３２９１に見出せる。圧電駆動式の容積型ポンプの使用は、機器の小型化を可能にしたが、圧電ダイヤフラムによって実現される正の変位が小さいこと、及び使用される運転周波数が低いことによって、ポンプ性能は制限される。
【０００４】
流体ポンプ機能を実現するために使用することができる代替の方法は、音響共振の使用である。これは、長い円筒状の空洞を使用し、その一方の端にある音響ドライバが縦の音響定在波を駆動することによって、実現することができる。このような円筒空洞内では、音響圧力振動の振幅に限りがある。より高振幅の圧力振動を実現し、それによってポンプ効果を大幅に高めるために、円錐、角円錐、及び球などの、様々な断面の空洞が使用されてきた。このような、より高振幅の波では、空洞を注意深く設計することによって、エネルギ散逸をもたらす非線形のメカニズムが抑制される。最近まで、半径方向の圧力振動が励起される円盤状の空洞内では、高振幅の音響共振は用いられてこなかった。ＷＯ２００６／１１１７７５として公開された国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００６／００１４８７号（‘４８７出願）は、高アスペクト比の、すなわち、空洞の半径対空洞の高さの比が高い、実質的に円盤状の空洞を有するポンプを開示している。
【０００５】
‘４８７出願に記載されたポンプは、関連の特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０２４５、ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１３、ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１４、ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１５、ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／０５０１４１で更に発展されている。これらの出願及び‘４８７出願は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００６】
‘４８７出願及び前掲の関連出願に記載された音響共振ポンプは、関連技術における容積型ポンプとは異なる物理的原理に基づいて動作する。音響共振ポンプでは、その運転時に、ポンプ空洞内における或る部分では流体が圧縮される一方で、それと同時にポンプ空洞内における別の部分では流体が膨張されるように、ポンプ空洞内に音響定在波が存在する。より従来の容積型ポンプとは対照的に、音響共振ポンプは、ポンプの運転を実現するために空洞容積の変化を必要としない。その代わりに、その設計は、空洞内に音響圧力振動を効率的に形成し、維持し、修正するように構成される。
【０００７】
その設計及び運転については、‘４８７出願は、１つ以上が駆動端壁である端壁によって各端を閉じられた実質的に円筒状の側壁を含む実質的に円筒状のポンプ本体を有する音響共振ポンプについて記載している。駆動端壁は、端壁に実質的に垂直な（すなわち、円
筒空洞の縦軸に実質的に平行な）方向に端壁の振動運動（「変位振動」）を引き起こすアクチュエータに関係付けられ、このような運動は、これ以降、駆動端壁の「軸方向振動」と称される。駆動端壁の軸方向振動は、‘４８７出願に記載されるように、実質的に比例する流体圧力振動を空洞内に発生させて、第１種ベッセル関数に近似する半径方向の圧力分布を形成する。このような圧力振動は、これ以降、空洞内における「音響定在波」と称される。
【０００８】
‘４８７出願で開示されたポンプは、ポンプを通る流体の流れを制御するための１つ以上の弁、より具体的には、人間の聴覚範囲を超える周波数でポンプを運転することが好ましいゆえに、高い周波数で動作することができる弁を含む。このような弁は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１４号に記載されている。音響共振ポンプによって提供される高振幅の圧力振動と、高運転周波数の（１つ又は複数の）弁との組み合わせは、小さい機器サイズで高いポンプ性能を可能にする。
【０００９】
しかしながら、この関連技術には、幾つかの制約的特色がある。
【００１０】
第１に、‘４８７出願によって教示されるように、音響定在波の半径方向の圧力分布は、ベッセル関数のそれに近似し、振動周波数（ｆ）と空洞半径（ａ）とが、次式によって関係付けられる。
0006725419.tif 000002
ここで、ｋ0は、ベッセル関数定数（≒３．８）であり、ｃは、音速である。これは、通
常はポンプの最大長さ寸法である空洞半径が、ポンプの運転周波数によって決定されることを示している。したがって、‘４８７出願及び関連技術に記載された音響共振ポンプのサイズを大幅に小さくするためには、反比例して運転周波数を増加させなければならない。
【００１１】
しかしながら、‘６１４出願によって教示されるように、フラップ弁によって圧力振動を効果的に修正するためには、弁フラップが、圧力振動の周期の４分の１未満の時間で開位置と閉位置との間で動く必要がある。この要件は、‘６１４出願に記載された弁設計に、下記の不等式の関係で要約されるような制約を課す。この不等式では、弁フラップの厚さ（δflap）、弁フラップの密度（ρflap）、及び開位置と閉位置との間の距離（ｄgap
）が、圧力振動周波数ｆ及び振幅Ｐに関係付けられる。
0006725419.tif 000003
不等式の右辺が不等式の左辺よりも大幅に大きいときに、速い弁応答、及びそれゆえに高いポンプ効率が実現される。したがって、所定の弁設計において、ポンプの運転周波数の増加は、結果としてポンプ効率を大幅に低下させることがある。
【００１２】
まとめると、関連技術に記載された音響共振ポンプの場合は、空洞半径を減少させることによるポンプの小型化が、結果として運転周波数を高くし、それゆえに弁効率の減少及びポンプ性能の低下を招く。
【００１３】
第２に、関連技術は、２つの圧力腹を有する音響定在波について一般的に説明している。例えば、‘４８７出願では、第１の腹が空洞の中心に位置し、第２の腹が空洞の外周に位置し、その間に半径方向の節が位置する。
【００１４】
中心の圧力腹では、圧力の振幅が最も高いのが普通であり、したがって、弁調整式の開口にとって最適な場所は、ポンプ本体の端壁の中心に位置する。空洞の外周における圧力腹は、中心の腹と比べて振幅が低く、空間的に分散されており、したがって、実際問題として、ポンプ流の供給のために効率良く弁調整することが、一段と困難である。しかしながら、この外周領域における流体の圧縮及び膨張は、それにもかかわらず、流体の熱損失及び粘性損失を招く。端的に言うと、外周における腹の存在は、有用なポンプ流の供給に寄与する利点が限られ、しかしながら、損失の導入によってポンプ効率を低下させる。
【００１５】
最後に、‘４８７出願に記載された音響共振ポンプの一実施形態では、２つの音響ポンプ空洞が１つのアクチュエータによって駆動される。これは、より高圧力の又はより高流量のいずれかの運転を提供するために空洞の出力が直列に又は並列に組み合わされる様々な構成を可能にする。このように空洞を組み合わせることによる混乱は、圧力分布における半径方向のおおよその節に、すなわち、ポンプ軸からおおよそ０．６３ａのところに、非弁調整式の入口又は出口を配置しなければならないことである。このような入口及び／又は出口を空洞の端壁内に提供及び分散配置すると、このようなポンプの機械的複雑性が増し、そのコンポーネントのサイズ及びコストを増加させる可能性があり、これは、いずれも、商業的に望ましくない結末である。
【００１６】
したがって、これらの限界を克服することができる流体ポンプが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
新規の音響共振ポンプの設計が開示される。この新規の設計は、関連技術に記載されているポンプのサイズ、性能、及び複雑性に関連する前述の限界を克服する。例示的な実施形態のその他の目的、特徴、及び利点が、本明細書で開示され、これ以降に続く図面及び詳細な説明を参照にして明らかになる。
【００１８】
本発明は、アクチュエータ及びサポート構造の周囲に作成されて、アクチュエータを取り囲む１つの流体充填空洞を形成するポンプ本体を含む、ポンプを提供する。サポート構造は、アクチュエータを空洞の側壁又は端壁に接続するものであり、好ましくは、アクチュエータの外周の周辺で空気が概ね遮られることなく流れることを可能にする実質的に開かれた構造を有しつつ、アクチュエータの外周の軸方向運動を実質的に制約又は制限するように設計される。使用時において、駆動アクチュエータの軸方向振動は、空洞内に流体の圧力振動を引き起こし、アクチュエータに「巻き付く」音響定在波を空洞内に発生させる。ポンプ本体の壁には、弁調整式の開口が提供される。使用時において、これらの弁調整式の開口内の弁は、空洞内における圧力振動を修正し、ポンプ効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】関連技術の概略断面図であり、アクチュエータの変位形態（図１Ａ及び図１Ｂ）、並びに空洞内における定在波モード構造（図１Ｃ及び図１Ｄ）を示している。
【図２】現発明の実施形態の概略断面図であり、アクチュエータの変位形態（図２Ａ及び図２Ｂ）、並びに空洞内における定在波モード構造（図２Ｃ及び図２Ｄ）を示している。
【図３】本発明の一実施形態（図３Ａ）と、関連技術（図３Ｂ）とで、アクチュエータの変位形態及び相対的な空洞サイズを比較した概略断面図である。
【図４】本発明の３つの実施形態における端壁の概略断面図であり、矢印は、これらの実施形態を通る流体の直接的な流れを示している。
【図５】本発明の一実施形態の概略断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の概略平面図である。
【図７】端壁の概略断面図であり、本発明のサポート構造実施形態の例を示している。
【図８】アクチュエータ面の概略平面図であり、本発明のサポート構造実施形態の更なる例を示している。
【図９】現発明の実施形態の概略断面図であり、圧電アクチュエータへの電気接続を作成する３つの方法を示している。
【図１０】本発明での使用に適しているだろう高周波数弁の一実施形態の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１Ａ〜１Ｄは、関連技術（‘４８７出願）に記載された実質的に円筒状のポンプ（１００）の概略断面図であり、側壁（１０２）と、端壁（１０３）と、遮断体（１０５）上に取り付けられたアクチュエータ（１０４）とによって、空洞（１０１）が画定されている。
【００２１】
図１Ａは、考えられる１つの駆動アクチュエータ変位形態を示しており、ここでは、アクチュエータの中心が、空洞（１０１）外へ変位している。湾曲した破線（１１１）は、アクチュエータ振動の或る時点におけるアクチュエータ変位を示している。図１Ｂは、考えられる別の駆動アクチュエータ変位形態を示しており、ここでは、アクチュエータの中心が、空洞（１０１）内へ変位している。湾曲した破線（１１２）は、図１Ａに示されたアクチュエータ変位形態（１１１）の半サイクル後におけるアクチュエータ変位を示している。図１Ａ及び図１Ｂに示されたアクチュエータ変位は、誇張されている。アクチュエータ（１０４）は、実質的にそのおおよその重心を中心として振動し、結果として、アクチュエータの中心（１１３）及び外周（１１４）に変位の腹が存在することになる。遮断体（１０５）は、アクチュエータ（１０４）の外周が実質的な制約を受けることなく軸方向に移動可能であることを保証するように設計される。
【００２２】
図１Ｃ及び図１Ｄは、結果として生じた音響定在波の、周囲空洞圧力に相対的な圧力振幅の符号を示しており、圧力が正である空洞（１０１）領域（斜線部、１１５）又は負である空洞（１０１）領域（空白部、１１６）を示している。中心の圧力腹（１２１）及び外周の圧力腹（１２２）の、おおよその位置が示されている。圧力分布は、実質的に円対称性である。正の圧力領域（１１５）と、負の圧力領域（１１６）との間の境界には、円形の圧力節（１１７）がある。このような圧力領域及び節が概略的に描かれたものを、ここでは、「モード構造」と名付けることにする。図１Ｃは、或る時点におけるモード構造を示しており、図１Ｄは、その半サイクル後におけるモード構造を示している。上述された音響定在波は、半径方向外向きに進行する音響波と、反射が生じる側壁（１０２）から半径方向内向きに進行する反射波とを重ね合わせた結果として生じる。半径方向の最大流体速度は、圧力節（１１７）においてであり、腹（１２１）及び（１２２）における半径方向の流体速度は、ゼロである。
【００２３】
円筒空洞の場合は、空洞（１０１）内における圧力振動の振幅の、半径方向における依存性ｕ（ｒ）は、以下の等式によって記述されるように、第１種のベッセル関数によって近似されえる。
0006725419.tif 000004
ここで、ｕは、圧力振幅であり、Ｊ0は、ベッセル関数であり、ｋ0は、ベッセル関数定数であり、ｒは、半径方向の位置であり、ａは、固有半径である。
【００２４】
図１に示された空洞の場合は、圧力分布は、ベッセル関数定数ｋ0≒３．８に依存し、
固有半径ａは、空洞半径によって定められる。
【００２５】
着目すべきは、アクチュエータ変位のモード形状は、空洞内における音響定在波の圧力分布に実質的に一致するように選択されているが、これらの二者間における位相関係は、固定されず、特定の位相関係が推測されるべきでないことである。
【００２６】
図２Ａ〜２Ｄは、本発明の一実施形態を示した実質的に円筒状のポンプ（２００）の概略断面図であり、側壁（２０３）と、２つの側壁（２０４）及び（２０５）とによって、１つの空洞（２０９）が画定されている。空洞（２０９）は、アクチュエータ（２０６）を完全に取り囲み、アクチュエータ（２０６）は、２つの空洞領域、すなわち、上方空洞部分（２０１）と名付けられるアクチュエータ（２０６）の上方の領域と、下方空洞部分（２０２）と名付けられるアクチュエータ（２０６）の下方の領域とを画定する。重要なのは、アクチュエータは、空洞の中心の近くでは上方空洞部分と下方空洞部分とを分けているが、これらの両空洞部分は、アクチュエータを包み込む１つの連続した空洞を形成するように、外周では流体的に（流体を連通させる形で）接合されていることである。図２Ａ〜２Ｄには、空洞内における音響共振を著しく妨害することなく空洞の中心でアクチュエータを保持するために必要とされる機械的なサポート構造が、示されていない。この機械的なサポート構造は、図４Ａ〜４Ｄで説明される。
【００２７】
図２Ａは、アクチュエータ（２０６）が上方空洞部分（２０１）内へ変位されているときの、考えられる１つの駆動アクチュエータ変位形態を示している。湾曲した破線（２１１）は、アクチュエータ振動の或る時点におけるアクチュエータ変位を示している。図２Ｂは、アクチュエータ（２０６）が下方空洞部分（２０２）内へ変位しているときの、考えられる別の駆動アクチュエータ変位形態を示している。湾曲した破線（２１２）は、図２Ａに示されたアクチュエータ変位形態（２１１）の半サイクル後におけるアクチュエータ変位を示している。この場合（図２Ａ及び図２Ｂ）は、アクチュエータ変位は、アクチュエータの中心（２１３）に腹を、及びアクチュエータの端（２１４）に節を有する。図に示されたアクチュエータ変位は、誇張されている。アクチュエータは、空洞（２０９）によって完全に取り囲まれているので、アクチュエータのいかなる動きも、結果として、上方空洞部分（２０１）内及び下方空洞部分（２０１）内に等しく尚且つ反対の容積変化をもたらし、空洞（２０９）の全体容積は、一定にとどまる。図２Ｃ及び図２Ｄは、図２Ａ及び図２Ｂによって説明されるアクチュエータ振動の結果として生じる音響定在波モード構造を示している。モード構造は、圧力が周囲空洞圧力に相対的に正である空洞（２０９）領域（斜線部、２１５）又は負である空洞（２０９）領域（空白部、２１６）を示している。２つの圧力腹（２２１）及び（２２２）のおおよその位置が示されている。正の圧力領域（２１５）と、負の圧力領域（２１６）との間の境界には、圧力節（２１７）がある。着目すべきは、節（２１７）が、実質的にアクチュエータの面内にあり、アクチュエータの外周から空洞の外周に広がっていることである。図２Ｃは、或る時点におけるモード構造を示しており、図２Ｄは、その半サイクル後におけるモード構造を示している。上述された音響定在波は、音響波が一方の空洞部分内の１つの圧力腹から半径方向外向きに進行し、アクチュエータの外周の周辺で進行し、次いで、もう一方の空洞部分内の第２の腹に向かって半径方向内向きに進行し、逆向きに伝搬している等価な進行波と組み合わさった結果として生じる。２つの圧力腹における、逆向きに伝搬している進行波どうしの重ね合わせは、結果として、アクチュエータに「巻き付く」定在波を形成し、これは、ここでは、「巻き付き定在波」と名付けられる。着目すべきは、これが、理想として１つの振動モードを形成することであり、空洞は、例えばその端における反射を最小限に抑えるように設計されるべきである。関連技術に記載されているポンプ（１００）と異なり、ポンプ（２００）の理想的な一実施形態では、音響波が空洞内で方々に進行するのに伴う側壁（２０３）からの音響波の反射がない。
【００２８】
巻き付き定在波では、駆動アクチュエータの影響を受ける流体速度は、アクチュエータの端の周辺を通過する際の圧力節において最大であり、腹（２２２）及び（２２１）にお
いてゼロである。
【００２９】
図２に示された空洞の場合は、上方空洞部分（２０１）内及び下方空洞部分（２０２）内における圧力振動の振幅の、半径方向における依存性ｕ（ｒ）は、次式によって記述されるように、第１種のベッセル関数によって近似されえる。
0006725419.tif 000005
この場合は、固有半径ａは、主にａAによって影響されるが、空洞半径ａC及びアクチュエータアセンブリの厚さによっても影響され、これらは、それぞれ、巻き付き空洞腹間で進行する音響波の有効経路長に影響する。同様に、ベッセル関数定数ｋ0は、主に空洞の設
計及び幾何学的形状に影響されるが、アクチュエータアセンブリの厚さ、及びａC−ａAによって定められる外周の隔たりによっても影響される。これらの要素次第で、ベッセル関数定数ｋ0には、おおよそ１．５＜ｋ0＜２．５の幅がある。上方空洞部分と下方空洞部分との間における定在波の結合に影響する幾何学的特徴が、図５に関連して説明される。
【００３０】
図３は、本発明（図３Ａ）にしたがったポンプ（２００）と、関連技術（図３Ｂ）にしたがったポンプ（１００）とで、駆動アクチュエータの変位形態及び空洞の直径を示した概略断面図を比較している。これらの図面は、空洞の直径、及びアクチュエータの外周における取り付け条件の、相違を示している。前述のように、２つのポンプ（１００）及び（２００）における半径方向の圧力分布は、ベッセル関数定数ｋ0及び固有半径ａによっ
て特徴付けられるベッセル関数によって記述される。したがって、同じ周波数で動作しているときの関連技術（１００）と比べた本発明（２００）の半径の減少は、ｋ0及びａの
値を単位として定量化することができ、半径は、最大で４０％減少する結果となる。
【００３１】
いずれのポンプにおいても、アクチュエータの取り付けは、アクチュエータのモード形状が空洞内における圧力振動のモード形状に実質的に一致するように選択され、これは、関連技術において「モード形状一致」として説明されている条件である。これは、空洞内でアクチュエータが流体に対してなす働きが、流体の圧力振動に対して建設的に寄与し、それによってポンプの効率を向上させることを保証するものである。
【００３２】
関連技術にしたがったポンプ（１００）では、遮断体（１０５）は、アクチュエータの軸方向運動を可能にするように特別に設計され、結果として、アクチュエータの外周に変位の腹が位置し、アクチュエータの半径をａAとしてアクチュエータの外周以内における
半径がおおよそ０．６３ａAのところに節（１１８）が位置する。
【００３３】
本発明のこの実施形態では、アクチュエータ及び関連のサポート構造は、空洞との著しいモード形状一致を提供するために、好ましくは、アクチュエータの軸方向運動がアクチュエータ全体にわたって実質的に同相であることを保証するように設計される。より好ましい一実施形態では、サポート構造は、アクチュエータ（２０６）の軸方向運動をその外周に実質的に制約し、結果として、変位の節（２１４）はアクチュエータの外周にくる。このような運動を可能にするための構造は、アクチュエータにその外周の近くで接触し、軸方向におけるアクチュエータの外周の運動を最小限に抑え、サポート構造に対してアクチュエータを小さく回転可能にすることが望ましい。サポート構造の一実施形態が、図７Ｄに関連して示されており、ここでは、アクチュエータの上方及び下方の軸方向ピンが、アクチュエータをその外周で締め付け、これは、ピンの軸方向剛性ゆえに、軸方向におけるアクチュエータの外周の運動に対する抵抗を高くするとともに、ピンの先端とアクチュエータとの間の接触面積の小ささゆえに、アクチュエータの回転に対する抵抗を低くする。その他のサポート構造は、図７に関連して説明される。
【００３４】
関連技術に記載されているポンプ（１００）では、中心の腹（１２１）のみが、弁調整
式の開口によって便利にアクセス可能であり、圧力の節には、非弁調整式の開口がなければならず、したがって、これらの非弁調整式の開口は、アクチュエータ（１０４）又は端壁（１０３）に開ける必要がある。反対に、本発明にしたがったポンプ（２００）では、音響定在波の腹（２２１）及び（２２２）が、ともに、端壁（２０４）及び（２０５）の中心にある弁調整式の開口によって便利にアクセス可能であり、非弁調整式の開口は、側壁（２０３）に開口を形成することによって、圧力の節（２１７）に便利に配置することができる。この構成は、性能、並びに設計及び組み立ての容易さの両方にとって有益である。
【００３５】
図４Ａ〜４Ｃは、本発明にしたがった幾つかの更なる実施形態のポンプ（４００）の概略断面図である。ポンプ（４００）は、アクチュエータ（４０６）を取り囲む、上方ポンプ本体（４１３）と下方ポンプ本体（４０８）とで形成される。アクチュエータ（４０８）は、アクチュエータの外周の周辺で流体が流れることを可能にするために実質的に開かれた構造を有するサポート構造（４０７）によって、ポンプ本体（４１３）及び（４０８）に取り付けられる。側壁（４０３）と、２枚の端壁（４０４）及び（４０５）とによって、１つの空洞（４０９）が画定される。空洞（４０９）は、アクチュエータ（４０６）を取り囲み、このアクチュエータ（４０６）は、空洞（４０９）を２つの領域、すなわち、上方空洞部分（４０１）と下方空洞部分（４０２）とに分ける。上方空洞部分及び下方空洞部分は、サポート構造（４０７）を通して流体的にリンクされている。２つの弁調整式の開口（４１０）及び（４１１）が、端壁（４０４）及び（４０５）の中心に位置付けられる。
【００３６】
図４Ａ〜４Ｃにおける矢印は、これらの実施形態のポンプを通る流体の流れの時間平均を示しており、これは、様々な配置をとる弁調整式及び非弁調整式の開口を通って空洞（４０９）に流体が出入りする結果として生じる。図４Ａは、下方の端壁（４０５）の中心に位置付けられた弁調整式の開口から入り、サポート構造（４０７）の開放域を通り抜け、上方の端壁（４０４）の中心にある弁調整式の開口（４００）から出ていく流体の流れの時間平均を示している。通常は、端壁の中心に弁調整式の開口を配置することによって、最適なポンプ流が実現されるが、弁調整式の開口は、端壁の中心の近くの随所に配置することができる。このように、「中心に」という表現は、「中心の近く」も意味することを意図している。
【００３７】
図４Ｂは、側壁（４０３）にある非弁調整式の開口（４１２’）から空洞に入り、下方の端壁（４０５）の中心にある弁調整式の開口（４１１’）及び上方の端壁（４０４）の中心に位置付けられた第２の弁調整式の開口（４１０’）から出ていく流体を示している。或いは、非弁調整式の開口は、側壁（４０３）の近くでいずれかの端壁（４０４又は４０５）に開けられることもありえる。図に示された非弁調整式の開口は（４１２’）は、ポンプ（４００）の外周の周辺に位置付けられてよい１つ以上の非弁調整式の開口を表している。最後に、図４Ｃは、弁調整式の開口（４１０”）及び（４１１”）から入り、側壁（４０３）における非弁調整式の開口（４１２”）から出ていく流体を示している。繰り返し述べるが、複数の非弁調整式の開口（４１２”）が存在していてよく、これらの非弁調整式の開口（４１２”）は、側壁（４０３）の近くでいずれかの端壁（４０４又は４０５）に開けられることもありえる。
【００３８】
図５は、本発明にしたがったポンプ（５００）の概略断面図であり、幾つかの重要な寸法を定めている。ポンプ（５００）は、実質的に開かれたサポート構造（５０７）及びアクチュエータ（５０６）のあたりで上方ポンプ本体（５１３）と下方ポンプ本体（５０８）とを接合することによって形成される。上方ポンプ本体（５１３）は、高さがｈUであ
る実質的に円筒状の側壁（５０３）と、実質的に円形の端壁（５０４）とを含み、これらは、サポート構造（５０７）及びアクチュエータ（５０６）に接合されたときに、上方空
洞部分（５０１）を画定する。下方ポンプ本体（５０８）は、高さがｈLである実質的に
円筒状の側壁（５０３’）と、実質的に円形の端壁（５０５）とを含み、これらは、サポート構造（５０７）及びアクチュエータ（５０６）に接合されたときに、下方空洞部分（５０２）を画定する。上方ポンプ本体及び下方ポンプ本体は、接合されたときに、実質的に開かれたサポート構造（５０７）を通して流体的に接合される上方空洞部分（５０１）と下方空洞部分（５０９）とで形成される実質的に円筒状の空洞（５０２）を画定する。楕円形の空洞部分及びその他の実質円形の形状が使用されてもよい。空洞（５０９）は、端壁（５０５）の実質的に中心に位置付けられた弁調整式の流体入口（５１１）と、端壁（５０４）の実質的に中心に位置付けられた弁調整式の流体出口（５１０）とを提供される。
【００３９】
アクチュエータ（５０６）は、端壁（５０４）及び（５０５）に実質的に平行な端壁（５０４）と端壁（５０５）との間の面内に設けられ、上方空洞部分（５０１）と下方空洞部分（５０９）との間にある。半径がａAであるアクチュエータ（５０６）は、実質的に
円筒状の金属ディスク（５２３）に取り付けられた実質的に円筒状の圧電ディスク（５２２）を含む。圧電ディスク及び金属ディスクは、組み立てを容易にするために、異なる直径であってよい。アクチュエータの合計厚さは、ｔAである。圧電ディスク（５２２）は
、圧電材料で形成される必要はないが、例えば電歪材料又は磁歪材料などの、任意の電気的活性材料で形成されてよい。このように、「圧電ディスク」という用語は、電歪ディスク又は磁歪ディスクも範囲に含むことを意図している。
【００４０】
アクチュエータ（５２０）の上面から上方の端壁（５０４）までの距離は、ｄUであり
、アクチュエータ（５２１）の底面から下方の端壁（５０５）までの距離は、ｄLである
。空洞軸の半径ａA以内の空洞及び端壁の領域は、これ以降、「内側領域」と称され、空
洞軸の半径ａAよりも外側の空洞及び端壁の領域は、これ以降、「外側領域」と称される
。駆動されるときに、アクチュエータは、アクチュエータの面に実質的に垂直な方向に揺り動かされ（「軸方向振動」）、それによって、図２に関連して論じられたように、空洞内に定在波を発生させる。
【００４１】
アクチュエータ（５０６）は、サポート構造（５０７）によって上方ポンプ本体（５１３）及び／又は下方ポンプ本体（５０８）に接続される。サポート構造（５０７）は、一方の空洞部分からもう一方の空洞部分へ流れる流体に対する流れ抵抗を最小限に抑えるために、上方空洞部分（５０１）の外側領域と下方空洞部分（５０２）の外側領域との間で実質的に開かれている。サポート構造（５０７）は、この例では、上方ポンプ本体（５１３）と下方ポンプ本体（５０８）との間で固定されているが、側壁（５０３）及び（５０３’）、並びに端壁（５０４）及び（５０５）の１つ以上に接続することもありえる。
【００４２】
サポート構造（５０７）は、空洞内における半径方向の圧力分布、すなわちベッセル関数に一致するために、好ましくは、所望のアクチュエータ運動（２１１）及び（２１２）を促すべきである。図２Ａ〜２Ｂに示された変位形態（２１１）及び（２１２）は、サポート構造（５０７）がアクチュエータの外周（５１４）の軸方向運動を著しく制約するがこの地点における「ヒンジ式」動作は可能にすることによって可能にされる。サポート構造（５０７）の更なる実施形態は、図６〜８を参照にして更に説明される。
【００４３】
アクチュエータは、図２Ｃ〜２Ｄに関連して論じられた巻き付き定在波モードと矛盾しない、空洞内における流体の共振周波数と同様な周波数で駆動されることが好ましい。巻き付き定在波では、流体は、上方空洞部分及び下方空洞部分のそれぞれの内側領域では半径方向に振動し、これら２つの空洞部分の外側領域ではアクチュエータの外周に振動が「巻き付く」。（軸方向モードではなく）半径方向モードは、空洞半径が空洞高さの１．２倍を超えるときの、円筒空洞の最低周波数モードである。２つの空洞部分内における軸方
向モードの生成は、非効率性を招くだろうゆえに、望ましくないと考えられ、したがって、次のようであることが好ましいとされる。
0006725419.tif 000006
【００４４】
当業者ならば、より高次の半径方向モードを空洞内に励起させることが可能であることがわかる。関連技術に記載されたように及び図１を参照にして説明されたように、音響波の反射ゆえに外周に圧力の腹（１２２）がくる半径方向モードを空洞内に励起させることが可能である。条件：
0006725419.tif 000007
は、空洞内に励起される最低周波数モードが、側壁における反射を伴う純粋な半径方向モードではなく「巻き付き半径方向モード」であることを保証する。
【００４５】
アクチュエータ半径は、次式によって、空洞内における流体の共振周波数ｆに関係付けられる。
0006725419.tif 000008
ここで、ｃは、作動流体内における音の速度である。大半の流体では、１１５＜ｃ＜１９７０ｍ／ｓであり、これは、４４＜ａA×ｆ＜７５４ｍ／ｓであることに相当する。
【００４６】
空洞内における定在圧力波の振幅は、アクチュエータ速度ｖと、流体の密度ρと、流体内における音速ｃとの積に、更に、空洞の幾何学的増幅係数α及び空洞の共振品質係数Ｑを乗じたものであると見なされてよい。
【００４７】
幾何学的増幅係数αは、α＝ａA／２ｄで近似される。空洞のアスペクト比（その半径
対高さの比）を増加させることによって、アクチュエータの運動によって生成される音響圧力振動が大幅に増加する。好ましい一例では、増幅係数は、５よりも大きい。したがって、アクチュエータの半径対端壁までの距離の比は、上方空洞部分内及び下方空洞部分内に形成される内側領域が硬貨などと同様な円盤状であるように、ａA／ｄ＞１０であるこ
とが優先される。
【００４８】
アスペクト比の限界は、粘性境界層厚さによって提供される。境界層は、境界表面のすぐ近くの、粘度による効果が重要である低運動量流体の領域を言う。境界層厚さ（δ）は、境界表面に垂直に測定され、次式によって与えられる。
0006725419.tif 000009
ここで、μは、流体の粘度である。実際には、粘性境界層は、アクチュエータアセンブリと端壁との間における最短距離ｄの２分の１未満であることが好ましい。
0006725419.tif 000010
多くの用途は、小さいポンプを、及びそれゆえに小さい空洞容積Ｖを必要とする。
0006725419.tif 000011
実際には、ポンプの好ましい空洞容積は、Ｖ＜１ｃｍ3である。
【００４９】
前述のように、巻き付き定在波周波数は、主にアクチュエータ半径ａAによって決まり
、アクチュエータアセンブリの厚さ及び空洞の半径から副次的な影響を受ける。好ましい一実施形態では、ポンプの運転周波数は、それが不可聴であるように１８〜２５ｋＨｚの範囲内であり、フラップ弁によって効果的に修正することができる範囲内である。この周波数範囲を踏まえて、アクチュエータの半径を決定することができる。ポンプ容積を最小にするためには、空洞の半径を可能な限り小さくするべきであるが、これは、上方空洞部分（４０１）と下方空洞部分（４０２）とがあたかも１つの包み込まれた空洞として振る舞うように、これらの空洞部分間における流体の流れを比較的無制限にするための要件と、釣り合いをとる必要がある。
【００５０】
空洞の幾何学的形状の設計は、空洞内の圧力波が上方空洞部分（５０１）と下方空洞部分（５０２）との間で進行するにつれてどのように反射又は伝搬するかに影響を及ぼす。好ましい一実施形態では、上方空洞部分と下方空洞部分との間で進行する圧力波は、最小限の波反射で効率的に伝搬する。音響波の反射は、波の道筋に固体との境界がある結果として、又は進行波が上方空洞部分から下方空洞部分に及びその逆に進行するにつれて音響インピーダンスの変化することが原因で生じえる。
【００５１】
サポート構造（５０７）は、音響波にとって避けられない障害として立ちはだかる。サポート構造（５０７）を流体が通り抜けるために利用可能な開放域Ａ0は、空洞部分間に
おける流れ抵抗を最小限に抑えるために、及び音響波に立ちはだかって反射を招く恐れがある障害を最低限にするために、最大にされるべきである。理想を言うと、開放域Ａ0は
、アクチュエータの外周と、空洞の側壁（５０３）及び（５０３’）との間における、サポート構造による障害なく利用可能な全域である。
0006725419.tif 000012
実際には、サポート構造は、利用可能な開放域の最大半分を遮ることがありえる。
0006725419.tif 000013
【００５２】
好ましい一実施形態では、利用可能な開放域の１０％未満が、サポート構造によって遮られる。
0006725419.tif 000014
流体が上方空洞部分（５０１）から下方空洞部分（５０２）に流れるにつれて音響インピーダンスが大幅に変化することを回避するためには、アクチュエータ（５０６）と、空洞の壁（５０４）、（５０３）、（５０３’）、及び（５０５）との間に画定される流路の高さは、音響波がアクチュエータの周辺で進行する際に比較的一定にとどまるべきである。理想を言うと、流路の高さに変化がないことが望ましい。
0006725419.tif 000015
【００５３】
実際には、コンポーネント及びアセンブリの許容差によって、流路の高さが１０の倍数で変化することが要求されるかもしれない。
0006725419.tif 000016
【００５４】
好ましい一実施形態では、流路の高さは、２の倍数で変化するかもしれない。
0006725419.tif 000017
【００５５】
アクチュエータ（５０６）の外周の周辺における流路を滑らかにすることによって、反
射音響波の更なる低減が実現されてよい。これは、側壁（５０３）及び（５０３’）と端壁（５０４）及び（５０５）との交点に半径を含めて流路の角（かど）を滑らかにすることによって実現されてよい。反射音響波の低減は、アクチュエータの角を滑らかにすることによっても実現されるだろう。
【００５６】
図６は、本発明の一実施形態にしたがったポンプ（６００）のアクチュエータ面の概略断面図である。図に示されたサポート構造（６１０）は、アクチュエータ（６０１）を側壁（６０３）に接続する８本の脚で形成されており、図２Ａ〜２Ｂに示されるように、アクチュエータ（６０１）が軸方向振動に見舞われるときにアクチュエータの外周（６０４）が実質的に軸方向変位形態における節になるように、アクチュエータの運動をその外周（６０４）に制約している。サポート構造（６１０）は、流体が上方空洞部分と下方空洞部分との間で自由に流れることを可能にするために、８つの開口部（６０５）を提供する。音響波が上方空洞部分と下方空洞部分との間を通るときの音響波の反射を最小限に抑えるために、サポート構造は、開放域と比べて小さい。サポート構造は、３本以上の脚を有していてよい。サポート構造としては、多くの構成が考えられ、そのうちの１つが、図７及び図８に関連して説明される。
【００５７】
図７Ａ〜７Ｆは、更なる実施形態のサポート構造の例を示した概略断面図である。図７Ａは、側壁（５０３）及び（５０３’）から伸びるサポート構造の一実施形態（７０１）を示しており、ここでは、適切なアクチュエータ運動を可能にするために、すなわち、図２で説明されたように、著しい軸方向運動を伴うことなく外周におけるアクチュエータの「ヒンジ式動作」を可能にするために、サポート構造の厚さは、アクチュエータの外周に近づくにつれて減少する。
【００５８】
図７Ｂ及び図７Ｃは、２つのサポート構造（７０２）及び（７０３）がアクチュエータ（５０６）をその外周で捕捉する実施形態を示している。サポート構造は、アクチュエータのごく一部のみを捕捉することによって、アクチュエータがその外周を起点に回転することを可能にし、ただし、軸方向運動は阻止している。図７Ｂは、側壁（５０３）及び（５０３’）から伸びるサポート構造（７０２）を示している。図７Ｃは、側壁（５０３）及び（５０３’）並びに端壁（５０４）及び（５０５）から伸びるサポート構造（７０３）を示している。
【００５９】
図７Ｄは、アクチュエータ（５０６）が２本の「ピン」サポート構造（７０４）及び（７０５）の間に捕捉される一実施形態を示している。これらのサポート構造は、アクチュエータにその外周近くでピン接触を提供することによって、アクチュエータの回転を可能にし、ただし、軸方向運動は阻止している。この場合は、サポート構造（７０４）及び（７０５）と、アクチュエータ（５０６）との間に、接着はなくてよい。
【００６０】
図７Ｅは、アクチュエータが２つのサポート構造（７０６）及び（７０７）に接合される一実施形態を示しており、これらのサポート構造は、アクチュエータがポンプ本体（５０８）及び（５１３）の中に配置されるときに、アクチュエータに接合されてアクチュエータを位置決めしてよい。この場合は、サポート構造と、ポンプ本体（５０８）及び（５１３）との間に、接着はなくてよい。
【００６１】
図７Ｆは、基板（７０８）及びサポート構造がともに同じコンポーネントで形成される一実施形態を示している。この実施形態では、圧電ディスク（５２２）が基板（７０８）に接合され、基板（７０８）は、円盤状の中心領域と、圧電ディスク（５２２）の外周よりも外側のサポート特徴とを有する。この場合は、サポート構造は、アクチュエータの「ヒンジ式」運動を提供するために、圧電ディスク（５２２）の外周の近くに薄くなった区域（７１０）を伴うものとして示されている。この特徴は、機械加工、放電加工、化学的
エッチング、又はその他の既知の技術によって実現されてよい。
【００６２】
図７Ａ〜７Ｆに示された実施形態では、サポート構造は、１つの単独構造、又はアクチュエータ（５０６）の外周に分布された複数の構造からなっていてよい。サポート構造は、ポンプ本体（５１３）及び（５０８）の一部として成形されてよい、又は別々のコンポーネントとして提供されてよい。又はアクチュエータアセンブリ（５０６）の一部を形成してよい。材料特性及び剛性は、構造全体で均一であってよい、又は均一でなくてよい。一実施形態では、サポート構造と基板（５２３）とが、同じコンポーネントであってよい。サポート構造と、アクチュエータと、ポンプ本体との間の接合は、接着、超音波溶接、締め付け、圧力嵌め、又は機械的、化学的、非機械的、若しくは非化学的でありえるその他の既知の方法によって実現されてよい。
【００６３】
上述されたいずれの場合も、サポート構造は、著しい流れ制限を回避することはもちろん、構造を通り抜ける音響進行波の著しい反射も回避するべきである。
【００６４】
図８Ａ〜８Ｂは、上方空洞部分と下方空洞部分との間に開放域を伴う実施形態のサポート構造の例を示した概略平面図である。図８Ａは、幾つかの個別のコネクタ要素、又は穿孔（８０２）を含む１枚のシートのいずれかである、サポート構造（８０１）の一例を示している。この実施形態は、サポート構造の幅を変化させることによって、空隙の外周（８０２）の近くには剛性を提供し、アクチュエータアセンブリ（６０１）の外周（８０４）の付近には更に柔軟性を持たせている。図８Ｂは、サポート構造を抜ける開放域を提供するために穿孔（８０２’）を伴う１つのコンポーネントで構成されたサポート構造（８０１’）を示している。この実施形態では、穿孔（８０２’）のサイズ及び形状は、例示的にすぎず、広範囲のサイズ及び形状が可能である。アクチュエータアセンブリ（６０１）の外周（８０４）の近くにおける柔軟性を可能にするために、シート構造は、１つ以上のパーツで構成されてよい。シート構造は、アクチュエータ基板を形成してもよい。
【００６５】
図９Ａ〜９Ｃは、アクチュエータ内の圧電ディスクへの電気接続を提供する３通りの方法を示した概略平面図である。図９Ａは、導電性の基板（９０４）に圧電ディスク（９０２）が接着されたアクチュエータを示している。圧電ディスク（９０２）は、上方電極（９０１）と、下方電極（９０３）とを有する。これらの電極は、電極に電圧を印可することによってアクチュエータが作動されることを可能にする。アクチュエータは、サポート構造（９０５）によって保持され、サポート構造（９０５）は、基板への及びそれゆえに下方電極（９０３）への電気接続も提供する。上方電極（９０１）への接続は、別個の接続（９０６）によって提供され、これは、ワイヤ、ばね接点、フレキシブルプリント回路、又はその他の電気接続形成方法であってよい。好ましい一実施形態では、接続（９０６）は、アクチュエータ運動の減衰を最小限に抑える。
【００６６】
図９Ｂは、基板（９１４）に圧電ディスク（９１２）が接着されたアクチュエータを示している。圧電ディスク（９１２）は、上方電極（９１１）と、下方電極（９１３）とを有する。上方電極（９１１）は、上方電極を、下方電極（９１３）から隔離された圧電ディスクの下面の一部に電気的に接続する「巻き込み」電極（９１７）を有する。アクチュエータは、サポート構造（９１５）及び（９１６）によって保持され、これらのサポート構造は、「巻き込み」電極（９１２）を通じて上方電極（９１１）への、及び下方電極（９１３）への、２つの隔離された電気接続を提供する。
【００６７】
一実施形態では、基板（９１４）、並びにサポート構造（９１５）及び（９１６）は、１つのコンポーネントであってよい。この実施形態では、基板／サポートコンポーネントは、２つの電極に選択的に接続するために表面上に一連の導電性軌道が作成された絶縁材料で形成されてよい。代替の一実施形態では、基板／サポートは、絶縁層によって基板か
ら隔離された一連の導電性軌道が表面上に形成された金属材料であってよい。絶縁層は、金属コンポーネントの表面の陽極酸化、絶縁被覆、又はその他の既知の方法によって実現されてよい。
【００６８】
図９Ｃは、基板（９２４）に圧電ディスク（９２２）が接着されたアクチュエータを示している。圧電ディスク（９２２）は、上方電極（９２１）と、下方電極（９２３）とを有する。アクチュエータは、アクチュエータの上方及び下方に接触する２本の「ピン」サポート構造（９２７）及び（９２８）によって捕捉される。上部サポート（９２７）は、上方電極（９２１）への電気接続を提供し、下部サポート（９２８）は、導電性の基板（９２４）への及びしたがって下方電極（９２３）への電気接続を提供する。これらのサポート構造も、図７Ｄに関連して説明されたような、所望のアクチュエータ運動を提供しえる。
【００６９】
図１０は、関連技術（ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５０６１４出願）に記載されたフラップ弁の概略断面図を示しており、これは、高周波数圧力振動の修正を可能にするために使用されてよい。弁（１０００）は、保持板（１０１４）と、封止板（１０１６）との間に拘束される弁フラップ（１０１７）を含む。保持板（１０１４）と、封止板（１０１６）との間のギャップ（「弁ギャップ」ｄgap）は、やはり弁フラップ（１０１７）を締め付
ける環状のスペーサ層（１０１２）によって画定される。弁フラップ内の穴（１０２２）と、保持板内の穴（１０１８）とは、弁フラップ（１０１７）が上向きに付勢されて保持板（１０１４）に押し付けられるときに流体が流れることを可能にするために、位置を揃えられる（「開」位置）。弁フラップ内の穴（１０２２）と、封止板内の穴（１０２０）とは、弁フラップ（１０１７）が付勢されて封止板（１０１６）に押し付けられるときに流体を封止するために、位置をずらされる（「閉」位置）。使用時において、弁フラップ（１０１７）は、ポンプ空洞内における流体圧力を振動させて、弁にかかる圧力を交互させることによって、「開」位置と「閉」位置との間で動かされる。
【００７０】
本発明の一実施形態では、１８ｋＨｚから２５ｋＨｚの間で動作する音響共振ポンプは、以下のような上方ポンプ本体及び下方ポンプ本体と、アクチュエータと、フラップ弁とを含む。
【００７１】
上記の上方ポンプ本体及び下方ポンプ本体は、成形された又は機械加工された、プラスチック又は金属であってよく、それぞれ、２ｍｍから９０ｍｍの間の空洞半径ａCと、０
．１ｍｍから５ｍｍの間の側壁高さｈと、各端壁の中心にある弁調整式の開口とを有する。より好ましくは、ポンプ本体は、空洞半径が約１０ｍｍで側壁高さが約０．５ｍｍである成形プラスチックである。上方空洞及び下方空洞の端壁は、平坦であってよい、又は空洞の中心における圧力を強める形状であってよい。これを実現するための方法は、１つには、端壁を切頭円筒形にすることである。その結果、アクチュエータと端壁との間の隔たりは、空洞の中心では小さめであり、空洞の外周では大きめである。上記のアクチュエータは、サポート構造としても機能する基板に接着された、２ｍｍから９０ｍｍの間の半径ａAと、０．１ｍｍから１ｍｍの間の厚さとを有する圧電ディスクを含む。基板は、厚さ
が０．１ｍｍから２ｍｍの間であるシート状の鋼又はアルミニウムで作成され、半径がａAである中心のディスクが、内径がａCである外環に３本以上の「脚」によって接続されて形成される。これらの脚は、サポート構造におけるアクチュエータの「ヒンジ式動作」を可能にするために、幅又は厚さが可変であってよい。下方電極及び上方電極に電気接続が提供され、下方電極への電気接続は基板を介し、上方電極への電気接続は別個の電気接続であり、軽量ワイヤ又はばね接点であってよい。
【００７２】
上記フラップ弁は、その中に、厚さが１μｍから２０μｍの間である薄いポリマシートで弁フラップが形成されてよく、弁ギャップは、５μｍから１５０μｍの間であってよく
、保持板内、封止板内、及び弁フラップ内の穴は、直径が約２０μｍから５００μｍの間である。より好ましくは、保持板及び封止板は、厚さが約１００μｍであるシート状の鋼で形成され、化学的にエッチングされた穴は、直径が約１５０μｍである。弁フラップは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成され、厚さが約２μｍである。弁ギャップ「ｄgap」は、２０μｍ程度である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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