(57)【要約】【課題】ダイヤフラムを高周波で駆動させた場合でも流量が飽和することのなく動作周波数に応じた流量が得られる流体用ポンプを提供する。【解決手段】振動板２ｂに圧電体２ｃ、２ｃが積層されてなるダイヤフラム２と、ダイヤフラム２の一面２ａ側に形成されたポンプ室３と、ポンプ室３に設けられた流入口４及び流出口５と、流入口４及び流出口５に各々設けられた逆止弁６，７とから構成され、各逆止弁６，７には流入口４及び流出口４を各々開閉する弁体が備えられ、各弁体が金属から形成されてなる弁板を備えているものであることを特徴とする。【選択図】        図１
2004308554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板に圧電体が積層されてなるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの一面側に形成されたポンプ室と、該ポンプ室に設けられた流入口及び流出口と、前記流入口及び前記流出口に各々設けられた逆止弁とから構成され、前記の各逆止弁には前記流入口及び前記流出口を各々開閉する弁体が備えられ、各弁体が金属で形成されてなる弁板を備えていることを特徴とする流体ポンプ。
【請求項２】
前記弁体が、前記弁板に別の圧電体を積層させてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項３】
前記弁体が前記流入口及び前記流出口に対して片持ちまたは両持ちまたは三方持ちの状態で開閉自在に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体ポンプ。
【請求項４】
前記逆止弁の閉鎖時に前記弁板が前記流入口または前記流出口に密着されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体ポンプ。
【請求項５】
前記ダイヤフラムがユニモルフ型圧電素子またはバイモルフ型圧電素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体ポンプ
【請求項６】
前記弁体がユニモルフ型圧電素子またはバイモルフ型圧電素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体ポンプ
【請求項７】
前記の各弁体が非対称型のバイモルフ型圧電素子であり、一方の弁体の分極方向と他方の弁体の分極方向とが同一方向であることを特徴とする請求項６に記載の流体ポンプ。
【請求項８】
前記の各弁体が非対称型のバイモルフ型圧電素子であり、一方の弁体の分極方向と他方の弁体の分極方向とが逆方向であることを特徴とする請求項６に記載の流体ポンプ。
【請求項９】
前記ダイヤフラムと前記の各逆止弁とが同一位相の交流により駆動されることを特徴とする請求項８に記載の流体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体ポンプに関するものであり、特に、ダイヤフラム及び逆止弁に金属材料若しくは圧電素子を用いた流体ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電素子からなるダイヤフラムを備えた流体ポンプが知られている。下記特許文献１には、ダイヤフラムに振動センサを備えた流体ポンプが開示されている。この特許文献１に代表される圧電型の流体ポンプには流体を一方向に搬送するための逆止弁が備えられている。逆止弁を構成する弁体には、通常、ゴム等の部材が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
実開平１−９３３７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の流体ポンプにおいて、流体の流量を大きくするためにダイヤフラムの駆動周波数を高めようとすると、ダイヤフラムの駆動に逆止弁の開閉が追従できず、動作周波数に応じた流量が得られないという問題があった。すなわち、ダイヤフラムの高速駆動によって流体の送圧が高まり、この流体送圧の上昇によって流入側及び流入側のゴム製の弁体が変形し、流体が逆流して流量損失が増大するおそれがあった。
【０００５】
また、逆止弁は流体の圧力によって受動的に開閉するため、流体によって弁体が押された際に流体の圧力損が生じ、この圧力損によって流体の流量が低下するといった問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ダイヤフラムを高周波で駆動させた場合でも流量が飽和することのなく動作周波数に応じた流量が得られる流体用ポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の流体ポンプは、振動板に圧電体が積層されてなるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの一面側に形成されたポンプ室と、該ポンプ室に設けられた流入口及び流出口と、前記流入口及び前記流出口に各々設けられた逆止弁とから構成され、前記の各逆止弁には前記流入口及び前記流出口を各々開閉する弁体が備えられ、各弁体が金属で形成されてなる弁板を備えていることを特徴とする。
【０００８】
上記構成により、ダイヤフラムの駆動周波数を高めても、ダイヤフラムの駆動に逆止弁の開閉動作を追従させることが可能になる。
【０００９】
また本発明の流体ポンプにおいては、前記弁体として、前記弁板に別の圧電体を積層させてなるものが好ましい。
【００１０】
上記の構成により、逆止弁を流体の圧力によらず能動的に開閉させることができ、逆止弁による流体の圧損がなく、流量を高めることができる。また、弁体に弁板が備えられているので、ダイヤフラムを高周波で駆動させた場合でも弁体が変形することがなく、動作周波数に応じた流量を得ることができる。
【００１１】
また本発明の流体ポンプにおいては、前記弁体が前記流入口及び前記流出口に対して片持ちまたは両持ちまたは三方持ちの状態で開閉自在に固定されていることが好ましい。
【００１２】
また本発明の流体ポンプは、先に記載の流体ポンプであり、前記逆止弁の閉鎖時に前記弁板が前記流入口または前記流出口に密着されることを特徴とする。この構成により、流入側及び流出側の逆止弁から流体が逆流するおそれがなく、駆動周波数に応じた流量を得ることができる。
【００１３】
また本発明の流体ポンプにおいては、前記ダイヤフラムがユニモルフ型圧電素子またはバイモルフ型圧電素子であることが好ましい。また、前記弁体もユニモルフ型圧電素子またはバイモルフ型圧電素子であることが好ましい。
【００１４】
また本発明の流体ポンプにおいては、前記の各弁体が非対称型のバイモルフ型圧電素子であり、一方の弁体の分極方向と他方の弁体の分極方向とが同一方向であってもよく、逆方向であっても良い。また各弁体の分極方向が逆方向の場合には、前記ダイヤフラムと前記の各逆止弁とを同一位相の交流により駆動させても良い。
【００１５】
各弁体の分極方向が逆方向の場合に、双方の弁体に同一位相の交流を流せば、一方の逆止弁が「開」のときに他方は必ず「閉」となり、また一方の逆止弁が「閉」のときに他方は必ず「開」となる。従って、各弁体の分極方向が逆方向の場合、一の電源に対して各逆止弁を並列に接続することができ、流体ポンプの駆動回路を単純にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の流体ポンプは、逆止弁の弁体をバイモルフ型圧電素子で構成し、かつ弁体を三方持ちで取り付けた例である。図１に本実施形態の流体ポンプの断面模式図を示す。
【００１８】
図１に示す流体ポンプ１は、ダイヤフラム２と、ダイヤフラム２の一面２ａ側に形成されたポンプ室３と、ポンプ室３に設けられた流入口４及び流出口５と、流入口４及び流出口５に各々設けられた逆止弁６，７とから概略構成されている。ダイヤフラム２は箱状の筐体８の内部に収納されており、筐体８の内部がダイヤフラム２によって２分されている。そしてダイヤフラム２の一面２ａ側の内部空間がポンプ室３とされている。
【００１９】
ダイヤフラム２の一面２ａと対向する壁面３ａには流入口４及び流出口５が開口されている。流入口４及び流出口５には流入配管９及び流出配管１０がそれぞれ接続されている。また流入口４及び流出口５には逆止弁６、７が備えられており、これらの逆止弁６、７によって、流入口４から流体をポンプ室３内に導入するとともに流出口５から流体をポンプ室３外に吐出し、この逆方向には流体を流さないようになっている。このようにして、ポンプ室３を介して流入管９から流出管１０に向けて流体を一方向に搬送できるようになっている。
【００２０】
ダイヤフラム２は、金属製の振動板２ｂの両面に圧電体２ｃ、２ｃが積層されてなるいわゆるバイモルフ型圧電素子である。このダイヤフラム２に対して交流電流が印加されると、図１の一点鎖線に示すように交流電流の周波数に対応する振動数をもってダイヤフラム２自体が振幅し、この振幅にともなってポンプ室３の内容積が周期的に増減する。ポンプ室３の内容積が増加するときには流入側の逆止弁６が開いて流体がポンプ室３内に流入する。このとき、もう一方の逆止弁７は閉鎖されていてポンプ室３外への流体の流出を防いでいる。ポンプ室３の内容積が減少するときには流出側の逆止弁７が開いて流体がポンプ室３外に吐出される。このとき、もう一方の逆止弁６は閉鎖されていてポンプ室３外への流体の逆流を防いでいる。このようにして、ダイヤフラム２の振幅に応じた量の流体を吐出できるようになっている。
【００２１】
ダイヤフラム２を構成する振動板２ｂには、厚みが０．０５〜０．１５ｍｍのステンレス等の金属板を用いることが好ましい。また、圧電体２ｃ、２ｃには、厚みが０．２〜０．５ｍｍのＰＺＴ等を用いることが好ましい。また上記の筐体８の材質としては、樹脂または金属等を採用できる。更に流体の種類に応じてポンプ室３内壁に保護膜を形成しても良い。
【００２２】
図２には、流体ポンプ１に備えられた逆止弁６、７の断面模式図を示す。図２Ａは流入側の逆止弁６が開閉する様子を示し、図２Ｂには流出側の逆止弁７が開閉する様子を示している。また図３には各逆止弁６、７の平面図を示す。図２Ａ及び図３に示すように、流入側の逆止弁６は流入口４を開閉する弁体６ａが備えられてなり、弁体６ａが流入口４のポンプ室３側から流入口４を塞ぐ形で取り付けられて構成されている。また図２Ｂ及び図３に示すように、流出側の逆止弁７は、弁体７ａが流出口５のポンプ室３側と反対側から流出口５を塞ぐ形で取り付けられて構成されている。尚、各弁体６ａ、７ａは、筐体８に対して３点支持の状態で取り付けられている。
【００２３】
各弁体６ａ、７ａは、弁板６ｂ、７ｂの両面に別の圧電体６ｃ、７ｃが積層させてなるいわゆるバイモルフ型圧電素子である。弁板６ｂ、７ｂは、図３に示すように金属板が略円形に打ち抜かれてなり、弁板６ｂ、７ｂの外周部には３方向に突出する固定片６ｄ、７ｄが設けられている。固定片６ｄ、７ｄの先端には折曲部６ｅ、７ｅが形成されており、この折曲部６ｅ、７ｅが図２Ａ及び図２Ｂに示すように、流入口４及び流出口５の周辺に設けられた嵌合穴３ｂに嵌め込まれている。
【００２４】
圧電体６ｃ、７ｃは、図２及び図３に示すように平面視形状が弁板６ｂ、７ｂよりも小さく形成されており、これにより弁板６ｂ、７ｂの周辺部が圧電体６ｃ、７ｃから露出するようになっている。特に、圧電体６ｃ、７ｃの平面視形状を、流入口４及び流出口５の断面形状よりも小さくすることが好ましい。このような構成により、図２に示すように弁板６ｂ、７ｂの露出部分のみが流入口４の周辺部４ａまたは流出口５の周辺部５ａに密着する。尚、弁板６ｂ、７ｂの両面に積層される圧電体６ｃ、７ｃ同士は同一形状に形成されることが好ましい。
【００２５】
弁体６ａ、７ａを構成する弁板６ｂ、７ｂには、厚みが０．０５〜０．１５ｍｍのステンレス等の金属板を用いることが好ましい。また、圧電体６ｃ、７ｃには、厚みが０．２〜０．５ｍｍ程度のＰＺＴ等を用いることが好ましい。
【００２６】
尚、図５には本実施形態の流体ポンプ１に適用可能な逆止弁の別の例を示す。この例の逆止弁の弁体１６ａ、１７ａは、図４に示すように、弁板１６ｂ、１７ｂに圧電体１６ｃ、１７ｃが積層されて構成されている。弁板１６ｂ、１７ｂは平面視略矩形に打ち抜かれて形成され、弁板１６ｂ、１７ｂの相互に対向する２辺には折曲部１６ｄ、１７ｄが設けられている。そして、この折曲部１６ｄ、１７ｄが流入口４及び流出口５の周辺に設けられた嵌合穴に嵌め込まれて固定されている。このように本実施形態では、弁体を２点支持で取り付けても良い。
【００２７】
上記の弁体６ａ，７ａに対して交流電流が印加されると、交流電流の周波数に対応する振動数をもって弁体６ａ、７ａ自体が振幅し、流入口４及び流出口５を周期的に開閉させる。すなわち、弁体６ａ，７ａの形状が、図２Ａ及び図２Ｂの上段に示す「閉」の状態から図２Ａ及び図２Ｂの下段に示す「開」の状態に周期的に変化する。図２Ａ、図２Ｂの上段に示す閉状態の弁体６ａ，７ａは、圧電体６ｃ，７ｃに電圧が何ら印加されていない状態であり、図２Ａ、図２Ｂの下段に示す開状態の弁体６ａ，７ａは、圧電体６ｃ，７ｃに電圧が印加されている状態である。このように、本実施形態の逆止弁６，７は、流体の圧力とは無関係に、圧電体６ｃ，７ｃに印加される電流に応じて能動的に動作する。
【００２８】
尚、上記の流体ポンプ１では、後に説明する理由により、流入側及び流出側の各弁体６ａ，７ａを非対称型バイモルフ型圧電素子で構成するとともに流入側の弁体６ａの分極方向をポンプ室３側に配向させ、流出側の弁体７ａの分極方向をポンプ室３側と反対側に配向させることが好ましい。
【００２９】
図５には流体ポンプ１の回路図を示す。この流体ポンプ１には、交流電源１１が接続されており、交流電源１１には第１駆動回路１２と、第１駆動回路１２から分岐された第２駆動回路１３とが設けられている。第１駆動回路１２にはダイヤフラム２が接続され、ダイヤフラム２を駆動できるようになっている。また第１駆動回路１２には変圧器１４が設けられており、交流を変圧してダイヤフラム２の振幅量を制御することで流体の流量を調整できるようになっている。また第２駆動回路１３には逆止弁６，７が接続され、逆止弁６，７を駆動できるようになっている。第２駆動回路１３には更に分岐部１５が設けられており、交流を更に降圧できるようになっている。
【００３０】
図６には、第２駆動回路１３の詳細な構成を示す。図６に示すように、流入側及び流出側の各弁体６ａ、７ａが非対称型バイモルフ型圧電素子で構成されている。また流入側の弁体６ａの圧電素子６ｃの分極方向がポンプ室３側に配向され、流出側の弁体７ａの圧電素子７ｃ分極方向がポンプ室３側と反対側に配向されている。そして、一つの電源から各弁体７ａ、７ａに対して位相が同じ交流電流を印加できるように構成している。このような構成により、一方の弁体が「開」の時に他方の弁体を必ず「閉」にすることができ、流体を搬送させることができる。また、ダイヤフラム２の駆動電流と各弁体６ａ、７ａの駆動電流とを同一の位相にすることができ、流体ポンプ１の回路構成を簡素に構成できる。更に、弁体６ａ、７ａに印加する電流を半波整流波とし、弁体６ａ、７ａが「閉」の時に電流を印加させないようにすれば、弁体６ａ、７ａを構成する圧電体６ｃ、７ｃの寿命を延ばすことができる。尚、ここで「非対称型」とは、弁板６ｂ、７ｂの厚さ方向と垂直な方向を対称軸として圧電体６ｃ、７ｃの分極方向が非対称となっている状態を言う。
【００３１】
図７及び図８には第２駆動回路の別の構成を示す。
図７には流入側及び流出側の各弁体６ａ、７ａを非対称型バイモルフ型圧電素子で構成するとともに各弁体６ａ、７ａの分極方向をポンプ室３側に配向させた場合の回路図を示す。図７に示す例では、流入側、流出側の弁体６ａ、７ａの分極方向を共にポンプ室３側に配向させている。そして、各弁体６ａ、７ａに対して位相が１８０度ずれた交流電流を印加できるように構成している。このような構成により、一方の弁体が「開」の時に他方の弁体を必ず「閉」にすることができ、流体を搬送させることができる。
【００３２】
図８には流入側及び流出側の各弁体６ａ、７ａを対称型バイモルフ型圧電素子で構成した場合の回路図を示す。図８に示す例では、各弁体６ａ、７ａに対して位相が１８０度ずれた交流電流を印加できるように構成している。このような構成により、一方の弁体が「開」の時に他方の弁体を必ず「閉」にすることができ、流体を搬送させることができる。尚、ここで「対称型」とは、弁板６ｂ、７ｂの厚さ方向と垂直な方向を対称軸として圧電体６ｃ、７ｃの分極方向が対称となっている状態を言う。
【００３３】
上記の流体ポンプ１によれば、流体の圧力とは無関係に、圧電体６ｃ、７ｃに印加される電流に応じて逆止弁６，７が能動的に動作するので、逆止弁６，７による流体の圧損がなく、流量を高めることができる。また、弁体６ａ，７ａに弁板６ｂ、７ｂが備えられているので、ダイヤフラム２を高周波で駆動させた場合でも弁体６ａ，７ａが変形することがなく、動作周波数に応じた流量を得ることができる。また弁体６ａ，７ａに備えられた圧電体６ｃ，７ｃの形状が小さく、弁板６ｂ，７ｂの周辺部が露出しているので、逆止弁６，７が確実に閉じられ、流体の逆流が生じない。
【００３４】
また、ダイヤフラム２にバイモルフ型圧電素子を用いているので、ダイヤフラム２の振幅幅を大きくすることができ、単位振幅あたりの流体の吐出量を大きくすることができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の流体ポンプは、逆止弁の弁体をバイモルフ型圧電素子で構成し、かつ弁体を片持ちで取り付けた例である。図９に本実施形態の流体ポンプに備えられた逆止弁２６，２７の断面模式図を示し、図１０には本実施形態の流体ポンプの逆止弁２６，２７の平面図を示す。
本実施形態の逆止弁２６，２７の弁体２６ａ，２７ａと第１の実施形態の弁体６ａ，７ａとの相違点は、弁体２６ａ，２７ａが一点支持の状態で取り付けられた点である。
【００３６】
すなわち図９及び図１０に示すように、各弁体２６ａ，２７ａは、弁板２６ｂ，２７ｂの両面に別の圧電体２６ｃ，２７ｃが積層させて構成されている。そして弁板２６ｂ，２７ｂは、金属板が平面視略矩形に打ち抜かれてなり、弁板２６ｂ，２７ｂの外周部に固定片２６ｄ、２７ｄが一つだけ設けられている。固定片２６ｄ、２７ｄは弁板２６ｂ，２７ｂから折曲されており、折曲部２６ｅ，２７ｅが流入口４及び流出口５の周辺に設けられた嵌合穴に嵌め込まれている。
【００３７】
本実施形態の流体ポンプによれば、第１の実施形態の流体ポンプと同様な効果が得られる。
【００３８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の流体ポンプは、逆止弁の弁体をユニモルフ型圧電素子で構成し、かつ弁体を両持ちで取り付けた例である。図１１に本実施形態の流体ポンプに備えられた逆止弁３６、３７の断面模式図を示す。
本実施形態の逆止弁３６、３７の弁体３６ａ、３７ａと第１の実施形態の弁体６ａ、７ａとの相違点は、弁体３６ａ、３７ａをユニモルフ型圧電素子で構成した点である。
【００３９】
すなわち図１１に示すように、各弁体３６ａ、３７ａは、弁板３６ｂ、３７ｂの一面に厚さ方向に分極させた圧電体３６ｃ、３７ｃが積層させてなるいわゆるユニモルフ型圧電素子である。弁板３６ｂ、３７ｂの外周部には固定片３６ｄ、３７ｄが設けられ、固定片３６ｄ、３７ｄの先端が折り曲げられて折曲部３６ｅ、３７ｅとされ、この折曲部３６ｅ、３７ｅが、流入口４及び流出口５の周辺に設けられた嵌合穴に嵌め込まれている。また圧電体３６ｃ、３７ｃは、弁板３６ｂ、３７ｂのポンプ室３側の面に積層されており、その平面視形状が弁板３６ｂ、３７ｂよりも小さく形成されている。特に、流出側の弁体３７ａに積層される圧電体３７ｃは、その平面視形状を流出口の断面形状よりも小さくすることが好ましい。
【００４０】
また図１２には逆止弁４６、４７の別の例を示す。図１２に示すように、各弁体４６ａ、４７ａは、弁板４６ｂ、４７ｂの他面に厚さ方向に分極させた圧電体４６ｃ、４７ｃが積層させてなるユニモルフ型圧電素子である。圧電体４６ｃ、４７ｃは、弁板４６ｂ、４７ｂのポンプ室３と反対側の面に積層されており、その平面視形状が弁板４６ｂ、４７ｂよりも小さくなるように形成されている。特に、流入側の弁体４６ａに積層される圧電体４６ｂは、その平面視形状を流入口４の断面形状よりも小さくすることが好ましい。
【００４１】
本実施形態の流体ポンプによれば、第１の実施形態の流体ポンプと同様な効果が得られる。
【００４２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態の流体ポンプは、逆止弁の弁体をユニモルフ型圧電素子で構成し、かつ弁体を片持ちで取り付けた例である。図１３に本実施形態の流体ポンプに備えられた逆止弁５６、５７の断面模式図を示す。
本実施形態の逆止弁５６、５７の弁体５６ａ、５７ａと第１の実施形態の弁体６ａ、７ａとの相違点は、弁体５６ａ、５７ａをユニモルフ型圧電素子で構成し、かつ弁体５６ａ、５７ａが一点支持の状態で取り付けられた点である。
【００４３】
すなわち図１３に示すように、各弁体５６ａ、５７ａは、弁板５６ｂ、５７ｂの一面に厚さ方向に分極させた圧電体５６ｃ、５７ｃが積層させてなるいわゆるユニモルフ型圧電素子である。弁板５６ｂ、５７ｂの外周部には固定片５６ｄ、５７ｄが一つ設けられ、固定片５６ｄ、５７ｄの先端が折り曲げられて折曲部５６ｅ、５７ｅとされ、この折曲部５６ｅ、５７ｅが流入口４及び流出口５の周辺に設けられた嵌合穴に嵌め込まれている。また圧電体５６、５７は、弁板５６ｂ、５７ｂのポンプ室３側の面に積層されており、その平面視形状が弁板５６ｂ、５７ｂよりも小さく形成されている。特に、流出側の弁体５７ａに積層される圧電体５７ｃは、その平面視形状を流出口５の断面形状よりも小さくすることが好ましい。
【００４４】
また図１４には逆止弁６６、６７の別の例を示す。図１４に示すように、各弁体６６ａ、６７ａは、弁板６６ｂ、６７ｂの他面に厚さ方向に分極させた圧電体６６ｃ、６７ｃが積層させてなるユニモルフ型圧電素子である。圧電体６６ｃ、６７ｃは、弁板６６ｂ、６７ｂポンプ室３と反対側の面に積層されており、その平面視形状が弁板６６ｂ、６７ｂよりも小さくなるように形成されている。特に、図１４Ａに示すように、流入側の弁体６６ａに積層される圧電体６６ｃは、その平面視形状を流入口４の断面形状よりも小さくすることが好ましい。
【００４５】
本実施形態の流体ポンプによれば、第１の実施形態の流体ポンプと同様な効果が得られる。
【００４６】
尚、上記第１〜第４の実施形態では、弁体に圧電体を設けているが、圧電体はなくても良く、この場合は流体ポンプの構造を簡単にでき、しかもダイヤフラムの高周波駆動に十分に追従できる。
【００４７】
【実施例】
停止状態のポンプ室の内容積を１０ｍｌとし、弁体を構成する金属板の厚さを０．０７５ｍｍ、直径を０．５ｍｍとし、弁体を構成する圧電体の厚さを０．３ｍｍ、直径を４ｍｍとして、第１の実施形態と同様の流体ポンプを製造した。これを実施例１とした。また、逆止弁の弁体をゴム製としたこと以外は上記実施例１と同様にして比較例１の流体ポンプを製造した。
【００４８】
実施例１及び比較例１の各流体ポンプに交流電源を接続し、周波数を３０Ｈｚ〜５００Ｈｚに変化させたときの流体ポンプの流量を測定した。結果を図１５に示す。
【００４９】
図１５に示すように、実施例１の流体ポンプでは、周波数が５００Ｈｚに達するまでの間、流量が直線的に増加しており、駆動周波数に逆止弁が追従できていることがわかる。一方、比較例１の流体ポンプでは、周波数が３００Ｈｚを過ぎたあたりで流量の増加が鈍くなり、流量自体も実施例１と比べて大幅に少ないことがわかる。これは、逆止弁がゴム製であるため、ダイヤフラムの高速駆動によって流体の送圧が高まり、この流体送圧の上昇によって流入側及び流入側の弁体が変形し、流体が逆流して流量が低下したためと考えられる。
【００５０】
次に、停止状態のポンプ室の内容積を８ｍｌとし、逆止弁の直径を５ｍｍとし、弁体をゴム製としたこと以外は上記実施例１と同様にして比較例２の流体ポンプを製造した。この比較例２の流体ポンプに交流電源を接続し、周波数を５０Ｈｚ〜１２０Ｈｚに変化させたときの流体ポンプの流量を測定した。結果を図１６に示す。また、ダイヤフラムの単位振幅あたりの吐出量も測定した。結果を図１７に示す。
【００５１】
図１６に示すように、比較例２の流体ポンプでは、周波数が９０Ｈｚを過ぎたあたりで流量が低下している。また図１７に示すように、単位振幅あたりの吐出量は駆動周波数の上昇と共に直線的に低下している。これは、比較例１と同様に、逆止弁がゴム製であるため、ダイヤフラムの高速駆動によって流体の送圧が高まり、この流体送圧の上昇によって流入側及び流入側の弁体が変形し、流体が逆流して流量が低下したためと考えられる。また、比較例２のように小型化を行うと、更に低い周波数で流量が低下することが判る。
【００５２】
本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、ダイヤフラムはバイモルフ型圧電素子に限らず、ユニモルフ型圧電素子を用いても良い。また、逆止弁の弁体の取付方法は、折曲部を嵌合穴に嵌め込む方法に限らず、弁体を流入口の周辺部及び流出口の周辺部と一体に形成しても良い。また圧電体の材質はＰＺＴに限らず、他の材質のものを用いても良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の流体ポンプによれば、逆止弁を金属で形成し、更に流体の圧力によらず安定して開閉させることができ、更に弁板に圧電体を積層すれば逆止弁を能動的に開閉させることが可能となり、逆止弁による流体の圧損がなく、流量を高めることができる。また、弁体に弁板が備えられているので、ダイヤフラムを高周波で駆動させた場合でも弁体が変形することがなく、動作周波数に応じた流量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の流体ポンプを示す断面模式図。
【図２】図１の流体ポンプに備えられた逆止弁を示す図であって、Ａは流入側の逆止弁が開閉する様子を示す断面模式図、Ｂは流出側の逆止弁が開閉する様子を示す断面模式図。
【図３】図１の流体ポンプに備えられた逆止弁を示す平面模式図。
【図４】図１の流体ポンプに備えられた逆止弁の別の例を示す平面模式図。
【図５】図１の流体ポンプの回路図。
【図６】流入側及び流出側の各弁体を非対称型バイモルフ型圧電素子で構成するとともに各弁体の分極方向を逆方向にさせた場合の回路図。
【図７】流入側及び流出側の各弁体を非対称型バイモルフ型圧電素子で構成するとともに各弁体の分極方向を一致させた場合の回路図。
【図８】流入側及び流出側の各弁体を対称型バイモルフ型圧電素子で構成した場合の回路図。
【図９】本発明の第２の実施形態の流体ポンプに備えられた逆止弁を示す図であって、Ａは流入側の逆止弁が開閉する様子を示す断面模式図、Ｂは流出側の逆止弁が開閉する様子を示す断面模式図。
【図１０】図６の流体ポンプに備えられた逆止弁を示す平面模式図。
【図１１】本発明の第３の実施形態の流体ポンプに備えられた逆止弁を示す図であって、Ａは流入側の逆止弁が開閉する様子を示す断面模式図、Ｂは流出側の逆止弁が開閉する様子を示す断面模式図。
【図１２】図１１の流体ポンプに備えられた逆止弁の別の例を示す平面模式図。
【図１３】本発明の第４の実施形態の流体ポンプに備えられた逆止弁を示す図であって、Ａは流入側の逆止弁が開閉する様子を示す断面模式図、Ｂは流出側の逆止弁が開閉する様子を示す断面模式図。
【図１４】図１３の流体ポンプに備えられた逆止弁の別の例を示す平面模式図。
【図１５】実施例１と比較例１の流体ポンプの流量と駆動周波数との関係を示すグラフ。
【図１６】比較例２の流体ポンプの流量と駆動周波数との関係を示すグラフ。
【図１７】比較例２の流体ポンプの単位振幅あたりの吐出量と駆動周波数との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…流体ポンプ、２…ダイヤフラム、２ａ…一面、２ｂ…振動板、２ｃ…圧電体、３…ポンプ室、４…流入口、５…流出口、６、７…逆止弁、６ａ、７ａ…弁体、６ｂ、７ｂ…弁板、６ｃ、７ｃ…別の圧電体
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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