(57)【要約】【課題】気体，混合気等の圧縮性流体を確実に吸入・吐出する。【解決手段】  本発明に係るポンプ装置１は、電圧の印加により歪む膜状の電歪体３が、流体の吸入口２ｅ及び吐出口２ｆを有するハウジング２に装備されている。そしてポンプ装置１では、電歪体３が固定リング５により外周部を固定された状態でハウジング２に密着しており、ハウジング２には、吸入口２ｅから電歪体３との密着面に通じる流体の吸入用流路（図示略）と、電歪体３との密着面から吐出口２ｆに通じる流体の吐出用流路（図示略）とが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加により歪む電歪体が、流体の吸入口及び吐出口を有するハウジングに装備されたポンプ装置において、
前記電歪体は、前記ハウジングが前記吐出口から前記流体を吐出するときに、前記電歪体が前記ハウジングに密着するように設けられていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
流体の吸入口及び吐出口を有するハウジングと、
前記ハウジングの前記吐出口から前記流体を吐出するために、前記ハウジングの一面との間に空間を形成後、前記空間を消失するように前記ハウジングと密着する電歪体と、
を有することを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
流体の吸入口及び吐出口を有するハウジングと、
非動作時に前記ハウジングの一面と密着し、動作時に前記ハウジングの前記一面と離間、密着を繰り返す電歪体と、
を有することを特徴とするポンプ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記電歪体は外周部を前記ハウジングに固定されており、
前記ハウジングには、前記吸入口から前記電歪体との密着面に通じる流体の吸入用流路と、前記電歪体との密着面から前記吐出口に通じる流体の吐出用流路とが形成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のポンプ装置において、
前記ハウジングには複数の前記電歪体が装備されており、
複数の前記電歪体はそれぞれ外周部を前記ハウジングに固定されており、
前記吸入用流路が、前記吸入口から全ての前記電歪体と前記ハウジングとの各密着面に通じており、
前記吐出用流路が、全ての前記電歪体と前記ハウジングとの各密着面から前記吐出口に通じていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記電歪体は、両面に薄膜電極が成膜された誘電性高分子膜であることを特徴とするポンプ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のポンプ装置において、
前記誘電性高分子膜は、シリコン系エラストマ、アクリル系エラストマ又はポリウレタン系エラストマから構成されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記吸入口には、流体の流入を許容しかつ流体の流出を遮断する第一の逆止弁が配設されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のポンプ装置において、
前記第一の逆止弁は、先端部が前記吸入口の外部から内部に向いたダックビル弁であることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記吐出口には、流体の流出を許容しかつ流体の流入を遮断する第二の逆止弁が配設されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のポンプ装置において、
前記第二の逆止弁は、先端部が前記吐出口の内部から外部に向いたダックビル弁であることを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力の作用により流体を吸入・吐出するポンプ装置に係り、特に気相や、気相と液相との混合相等の状態の流体を吸入・吐出するのに好適に用いられるポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、圧力の作用により流体を吸入・吐出するポンプの小型化が図られ、小型化されたポンプは、医療用機器、分析機器、事務用機器、家庭用機器といった各種機器に組み込まれて種々の用途に使用されている。例えば、患者の体内に組み込まれて微粒状又は液体の薬剤を患部に定量的に投与するのに使用されたり、インクジェットプリンタに組み込まれてインクタンクから記録ヘッドにインクを供給するのに使用されたりしており、さらなる小型化に伴い日常生活での需要・用途もますます増えると考えられている。
【０００３】
ところで、小型ポンプのなかには、電圧の印加により圧電素子が歪む現象を利用したユニモルフ型圧電アクチュエータやバイモルフ型圧電アクチュエータを駆動源とする小型ポンプがあり、近年開発されている（例えば、特許文献１参照。）特許文献１の小型ポンプでは、ポンプ室（２）の上下を圧電素子（３）で覆うとともにポンプ室の吸入口と吐出口とに流体制御弁（５）を配設し、圧電素子に交流電圧を印加することにより圧電素子を振動させてポンプ室の内容積を増加又は減少させ（ポンプ室の内部圧を正又は負に変動させ）、各流体制御弁を介して、流体を吸入口からポンプ室に吸入し、吸入した流体をポンプ室の吐出口から吐出するような構成となっている。
【特許文献１】特開平５−２６３７６３号公報（段落番号００１１，第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のポンプ装置のように、ポンプ室が予め配設されたポンプ装置では、流体がポンプ室に吸入・充填された状態において、流体が液体等の非圧縮性流体なら、圧電素子の変位分の圧力をそのまま流体に伝達することができるため、ポンプ室から流体を確実に吐出することはできるが、流体が気体，混合気等の圧縮性流体なら、圧電素子の変位分の圧力が流体に掛かると流体が圧縮された状態でポンプ室の内部に残存してしまい、ポンプ室から流体の一部しか吐出できなかったり、ポンプ室から流体を全く吐出できなかったりする可能性がある。
【０００５】
本発明の目的は、非圧縮性流体のみならず、気体，混合気等の圧縮性流体や、非圧縮性流体と圧縮性流体とが混合された混合流体までも確実に吸入・吐出することができるポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
電圧の印加により歪む電歪体が、流体の吸入口及び吐出口を有するハウジングに装備されたポンプ装置において、前記電歪体は、前記ハウジングが前記吐出口から前記流体を吐出するときに、前記電歪体が前記ハウジングに密着するように設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、
流体の吸入口及び吐出口を有するハウジングと、
前記ハウジングの前記吐出口から前記流体を吐出するために、前記ハウジングの一面との間に空間を形成後、前記空間を消失するように前記ハウジングと密着する電歪体と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、
流体の吸入口及び吐出口を有するハウジングと、
非動作時に前記ハウジングの一面と密着し、動作時に前記ハウジングの前記一面と離間、密着を繰り返す電歪体と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記電歪体は外周部を前記ハウジングに固定されており、
前記ハウジングには、前記吸入口から前記電歪体との密着面に通じる流体の吸入用流路と、前記電歪体との密着面から前記吐出口に通じる流体の吐出用流路とが形成されていることを特徴とする。
【００１０】
なお、「吸入用流路」と「吐出用流路」というのは、互いに異なる別々の流路としてそれぞれ単独に形成されていてもよいし、各流路の一部が互いに重複するように形成されていてもよい。「吸入用流路」と「吐出用流路」とが互いに別々に形成された場合には、流体は、吸入時において吸入用流路を流動し、吐出時において吸入用流路とは別の吐出用流路を流動する。つまり、流体は吸入時と吐出時とで互いに異なる別々の流路を流動する。一方、「吸入用流路」と「吐出用流路」とで各流路の一部が重複する場合には、流体は、吸入時において吸入用流路と吸入・吐出用流路の重複部分の流路とを流動し、吐出時において吐出用流路と吸入・吐出用流路の重複部分の流路とを流動する。つまり、流体は吸入時と吐出時とで同じ部分を通過しながら各流路を流動する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載のポンプ装置において、
前記ハウジングには複数の前記電歪体が装備されており、
複数の前記電歪体はそれぞれ外周部を前記ハウジングに固定されており、
前記吸入用流路が、前記吸入口から全ての前記電歪体と前記ハウジングとの各密着面に通じており、
前記吐出用流路が、全ての前記電歪体と前記ハウジングとの各密着面から前記吐出口に通じていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のポンプ装置において、  前記電歪体は、両面に薄膜電極が成膜された誘電性高分子膜であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、
請求項６に記載のポンプ装置において、
前記誘電性高分子膜は、シリコン系エラストマ、アクリル系エラストマ又はポリウレタン系エラストマから構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記吸入口には、流体の流入を許容しかつ流体の流出を遮断する第一の逆止弁が配設されていることを特徴とするポンプ装置。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、
請求項８に記載のポンプ装置において、
前記第一の逆止弁は、先端部が前記吸入口の外部から内部に向いたダックビル弁であることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、
請求項１〜９のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記吐出口には、流体の流出を許容しかつ流体の流入を遮断する第二の逆止弁が配設されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、
請求項１０に記載のポンプ装置において、
前記第二の逆止弁は、先端部が前記吐出口の内部から外部に向いたダックビル弁であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明では、電歪体の歪みにより吸入口から吸入した流体を吐出口から吐出する際に、電歪体がハウジングに密着して電歪体とハウジングとの間に形成された空間をほとんど消失させるため、流体が空間内に圧縮された状態で残存することがほとんどなくなり、効果的に流体を移送することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明では、電歪体の歪みにより電歪体とハウジングとの間に形成された空間の負圧により吸入口を介してこの空間に吸入した流体を、電歪体が空間を押し潰してハウジングの吐出口から吐出するときに、電歪体がハウジングに密着するため、空間がほとんど消失する。そのため、流体が空間内に圧縮された状態で残存することがほとんどなく、効果的に流体を移送することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、非動作時に電歪体がハウジングの一面と密着しているので、動作時に電歪体がハウジングの一面と離間する際に電歪体とハウジングとの間に形成された空間内を容易に負圧にすることができる。そのため、流体が圧縮性であっても効率よく吸入口からこの空間内に吸入できる。そして電歪体が空間を押し潰してハウジングの吐出口から流体を吐出するときに、電歪体がハウジングに密着して空間がほとんど消失するので、流体が空間内に圧縮された状態で残存することがほとんどなく、効果的に流体を移送することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、電歪体が外周部を固定された状態でハウジングに密着しているため、電歪体は、外周部を固定されたままドーム状に歪むことができ、電歪体とハウジングとの密着面に空間が形成される。このとき、当該空間に負圧（吸引力）が生じるから、その吸引力が吸入用流路を通じて吸入口に伝達され、流体が、吸入口から吸入されて吸入用流路を流動しながら当該空間に流入し、当該空間に一時的に貯留される。この状態から電歪体への電圧の印加が解除されると、電歪体は、一旦形成された空間を消失するようにハウジングに徐々に近接しながら密着する。このとき、電歪体とハウジングとの間に形成された空間が収縮しながら消失するから、電歪体がハウジングに近接するに連れて流体に正圧（押圧力）が掛かり、流体は、当該空間から吐出用流路に流出して吐出用流路を流動しながら吐出口から吐出される。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、複数の電歪体がハウジングに装備されているため、各電歪体とハウジングとの間に複数の空間を同時に形成させて各空間を同時に収縮させながら消失させることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明では、電歪体は、両面に薄膜電極が成膜された誘電性高分子膜であるため、電歪体の各薄膜電極間に電位差を与えることで誘電性高分子膜を歪ませることができ、逆に、電歪体の各薄膜電極間の電位差を解除することで誘電性高分子膜を元の状態（歪む前の状態）に戻すことができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明では、誘電性高分子膜がシリコン系エラストマ、アクリル系エラストマ又はポリウレタン系エラストマから構成されているため、電歪体の歪曲率が非常に大きい。したがって、電歪体とハウジングとの密着面に大容量の空間を形成することができ、流体の吸入量及び吐出量を増加させることができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明では、吸入口に第一の逆止弁が配設されているため、流体の吸入時にのみ流体を吸入口から流入させることができ、流体の吐出時に流体が吸入口を逆流して吸入口の外部に流出（漏出）するのを防止することができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明では、第一の逆止弁は、先端部が吸入口の外部から内部に向いたダックビル弁であるから流体の流入を許容する場合に流体の流れる方向に対して略垂直な方向に開口する。したがって、第一の逆止弁に作用する流体の抵抗を低く抑えることができ、第一の逆止弁にチャタリングが生じるのを防止することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明では、吐出口に第二の逆止弁が配設されているため、流体の吐出時にのみ流体を吐出口から流出させることができ、流体の吸入時に流体が吐出口を逆流して吐出口の内部に流入するのを防止することができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明では、第二の逆止弁は、先端部が吐出口の内部から外部に向いたダックビル弁であるから流体の流出を許容する場合に流体の流れる方向に対して略垂直な方向に開口する。したがって、第二の逆止弁に作用する流体の抵抗を低く抑えることができ、第二の逆止弁にチャタリングが生じるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明に係るポンプ装置の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
図１はポンプ装置１の斜視図であり、図２はポンプ装置１の分解斜視図であり、図３は図１のポンプ装置１のＡ−Ａ断面を示す斜視図であり、図４は図１のポンプ装置１のＢ−Ｂ断面を示す斜視図である。
【００３０】
図１及び図２に示す通り、ポンプ装置１は、円形状部材と管状部材とを円形状部材の外周部で一体化した外観を呈したハウジング２を有している。図２に示す通り、ハウジング２は、所定の厚みを有する円板部２ａを有しており、円板部２ａの略中央部には第一の貫通孔２ｂが形成され、円板部２ａの外周部には円板部２ａの外縁に沿う壁２ｃが形成されている。
【００３１】
円板部２ａの外周部には、円板部２ａの外縁から四角形状に突出した突出部２ｄが配設されている。突出部２ｄの左右両側（又は前後両側）には、流体を吸入するための吸入口２ｅと流体を吐出するための吐出口２ｆとがそれぞれ配設されている。吸入口２ｅ及び吐出口２ｆは互いに同様のものであって、外径及び内径がともに同じとなっている。ここでいう「流体」というのは、液体，気体，液体と気体の混合気，粒子群等であって、圧力等の外力に対して自由に変形又は流動するもの全てを意味するものであるけれども、本実施形態のポンプ装置１では流体として気体，混合気等の圧縮性流体を好適に用いることができる。
【００３２】
図３及び図４に示す通り、ハウジング２の突出部２ｄの内部には、吸入口２ｅから吐出口２ｆに（又は吐出口２ｆから吸入口２ｅに）通じる第二の貫通孔２ｇが形成されている。また図３に示す通り、ハウジング２の円板部２ａの内部にも、第二の貫通孔２ｇと上記第一の貫通孔２ｂとに通じる第三の貫通孔２ｈが形成されている。第三の貫通孔２ｈは、第一及び第二の各貫通孔２ｂ，２ｇに対してＴ字状に交差しながら連結している。図３に示す通り、突出部２ｄの側部には、上記第三の貫通孔２ｈを成形する際に開けられた孔２ｉ（第二の貫通孔２ｇを介して第三の貫通孔２ｈに通じている。）が形成されている。孔２ｉには、弾性を有するピン２ｊが圧入されており、孔２ｉがピン２ｊにより完全に閉塞されている。
【００３３】
図２において、円板部２ａの上方及び下方には電歪体３，４がそれぞれ配設されている。各電歪体３，４は、ＥＡＰＡＤ（Electroactive Polymer Actuators and Device）等と称されるアクチュエータ・デバイスであって、誘電性エラストマ，電歪高分子等といわれる所謂「誘電性高分子」を膜状に加工して二枚の柔軟な薄膜電極の間に挟んだ構造を有している。各電歪体３，４の高分子膜は、シリコン（ソフトシリコン，フロロシリコンを含む。）系エラストマ，アクリル系エラストマ，ポリウレタン系エラストマ等の高分子材料から構成されており、スピンコーティング法，ディップコーティング法，キャスト法，スプレイ法等の公知技術により作製されている。各電歪体３，４の薄膜電極も上記高分子膜と同様の技術により作製されており、各電歪体３，４の薄膜電極が金（Ａｕ）等の材料から製作される場合には、フォトリソグラフィ法により作製することもできる。
【００３４】
電歪体３，４の各電極はリード線（図示略）を介して駆動回路（図示略）に接続されており、駆動回路によって各薄膜電極間に電圧が印加されるようになっている。各薄膜電極間に電圧が印加されて各薄膜電極間に所定の電位差が与えられると、電歪体３，４は面積を広げたり縮めたりするように歪むようになっている。ポンプ装置１では、一方の電歪体３は、図１及び図３に示す通り、壁２ｃの内側に嵌合するように円板部２ａの上部に重ねられており、他方の電歪体４は、図３に示す通り、壁２ｃの内側に位置する円板部２ａの下部に嵌合するように配設されている。
【００３５】
図２において、電歪体３の上方と電歪体４の下方とには、ハウジング２の円板部２ａの径（壁２ｃの内径）と略同径の固定用リング５，６がそれぞれ配設されている。ポンプ装置１では、固定用リング５は、図１及び図３に示す通り、電歪体３が円板部２ａの上部に重ねられた状態で電歪体３の外周部を固定するように壁２ｃの内側に接着・固定されている。同様に、固定用リング６は、図３に示す通り、電歪体４が円板部２ａの下部に配設された状態で電歪体４の外周部を固定するように壁２ｃの内側に接着・固定されている。このような状態において各電歪体３，４は一面全体がハウジング２の円板部２ａの上部（上面）と下部（下面）とに密着している。
【００３６】
図２において、ハウジング２の吸入口２ｅの正面には、金属製のスリーブ（鞘管）７とスリーブ７内に挿入される際に加えられる圧力に対して少なくとも一部が変形する第一の逆止弁８とが配設されている。スリーブ７の外径は吸入口２ｅの内径と略同じであり、スリーブ７の内径は第一の逆止弁８の外径よりもやや小さくなっている。ポンプ装置１では、まず、スリーブ７が吸入口２ｅの内部に嵌合・固定され、その後スリーブ７の内部に第一の逆止弁８が圧入・固定されるようになっている（図４参照）。
【００３７】
図２において、ハウジング２の吐出口２ｆの正面には、上記第一の逆止弁８と同様の第二の逆止弁９と、上記スリーブ７と同様のスリーブ１０とが配設されている。スリーブ１０の外径は吐出口２ｆの内径と略同じであり、スリーブ１０の内径は第二の逆止弁９の外径よりもやや小さくなっている。ポンプ装置１では、まず第二の逆止弁９が吐出口２ｆの内部に嵌合・配置され、その後第一の逆止弁９の側壁と吐出口２ｆの内壁との間にスリーブ１０が圧入・固定されるようになっている（図４参照）。
【００３８】
次に、図５を参照しながら各逆止弁８，９について詳細に説明する。
図５は各逆止弁８，９を三方向から見た三面図であって、図５（ａ）は各逆止弁８，９の側面図であり、図５（ｂ）は各逆止弁８，９の正面図であり、図５（ｃ）は各逆止弁８，９の平面図である。
【００３９】
第一の逆止弁８は、ダックビル状（アヒル・カモのくちばしのような形状）の外観を呈したダックビル弁である。詳細には、図５（ａ）に示す通り、第一の逆止弁８の外面８ａは、先端部８ｃに向かうにつれて厚さＴが徐々に薄くなるようにテーパ状に形成されている。第一の逆止弁８の内側には開口部８ｅが形成されており、開口部８ｅの内面８ｂも、外面８ａと同様に、先端部８ｃに向かうにつれて開口部８ｅの高さＨが徐々に低くなるようにテーパ状に形成されている。図５（ｂ）に示す通り、第一の逆止弁８の先端部８ｃには、第一の逆止弁８の厚み方向に対して垂直な方向に線状の流出口８ｄが形成されている。流出口８ｄは第一の逆止弁８の外部から開口部８ｅまで（開口部８ｅから外部まで）通じている。
【００４０】
第一の逆止弁８では、第一の逆止弁８の外面８ａと内面８ｂとに掛かる圧力が等しいか又は第一の逆止弁８の外面８ａに内面８ｂより大きな圧力が掛かった場合、流出口８ｄは閉塞し、流体が第一の逆止弁８の外部から開口部８ｅに流動するのを阻止するようになっている。一方、第一の逆止弁８の内面８ｂに外面８ａよりも大きな圧力が掛かった場合、第一の逆止弁８が弾性変形して先端部８ｃの厚さＴが大きくなって流出口８ｄが開口し、流体が開口部８ｅから流出口８ｄを通じて第一の逆止弁８の外部に流動するのを許容するようになっている。
【００４１】
第二の逆止弁９は、上記第一の逆止弁８と同様のものであって、ダックビル状の外観を呈したダックビル弁である。第二の逆止弁９では、第一の逆止弁８の外面８ａに外面９ａが対応しており、第一の逆止弁８の内面８ｂに内面９ｂが対応しており、第一の逆止弁８の先端部８ｃに先端部９ｃが対応しており、第一の逆止弁８の流出口８ｄに流出口９ｄが対応しており、第一の逆止弁８の開口部８ｅに開口部９ｅが対応しているので、第二の逆止弁９の詳細な説明は省略する。
【００４２】
このように構成された各逆止弁８，９においてポンプ装置１では、図４に示す通り、第一の逆止弁８は、先端部８ｃが第二の貫通孔２ｇに向いた状態で吸入口２ｅの内部に配設されており、第二の逆止弁９は、先端部９ｃが吐出口２ｆの外部に向いた状態で吐出口２ｆの内部に配設されている。
【００４３】
続いて、図６を主に参照しながらポンプ装置１の動作について説明する。
図６（ａ），（ｂ），（ｄ）は、ポンプ装置１の動作を経時的に説明するための図１のポンプ装置１のＡ−Ａ断面図であり、図６（ｃ），（ｅ）は、ポンプ装置１の動作を経時的に説明するための図１のポンプ装置１のＢ−Ｂ断面図である。
【００４４】
ポンプ装置１の動作前の状態（駆動回路が作動する前の状態）では、図６（ａ）に示す通り、二枚の電歪体３，４の一面全体がハウジング２の円板部２ａの上部と下部とにそれぞれ密着している。また、二つの第一及び第二の逆止弁８，９の各流出口８ｄ，９ｄは閉塞した状態となっている。この状態において駆動回路が作動すると、二枚の電歪体３，４の各薄膜電極間に電圧が印加されて電位差が生じ、まず各電歪体３，４が同時に面積を広げるように歪む。
【００４５】
このとき、図６（ｂ）に示す通り、電歪体３，４の歪み動作に対して立体障害となるハウジング２の円板部２ａの上部に配置された電歪体３は、外周部が固定用リング５により固定されているため上方に撓むように湾曲し（実際には上方に向かってドーム状に歪曲する。）、ハウジング２の円板部２ａの下部に配置された電歪体４は、外周部が固定用リング６により固定されているため下方に撓むように湾曲する（実際には下方に向かってドーム状に歪曲する。）。すると、各電歪体３，４と円板部２ａとの間に空間部１１，１２がそれぞれ形成されるとともに各空間部１１，１２に負圧（吸引力）が発生し、その吸引力が第一の貫通孔２ｂ、第三の貫通孔２ｈ及び第二の貫通孔２ｇを介して吸入口２ｅと吐出口２ｆとに伝達される。
【００４６】
このため、図６（ｃ）に示す通り、吸入口２ｅでは、各空間部１１，１２で発生した吸引力の圧力が第一の逆止弁８の外面８ａに掛かり、外面８ａに掛かる圧力が内面８ｂに掛かる圧力より小さくなるため、第一の逆止弁８が弾性変形して流出口８ｄが開口する。一方、吐出口２ｆでは、各空間部１１，１２で発生した吸引力が第二の逆止弁９の開口部９ｅを介して内面９ｂに掛かり、内面９ｂに掛かる圧力が外面９ａに掛かる圧力より小さくなるため、第二の逆止弁９の流出口９ｄが閉塞したままの状態を維持する。
【００４７】
この状態において、ポンプ装置１の外部に配された流体がハウジング２の吸入口２ｅから吸入される。そして、第二の貫通孔２ｇ、第三の貫通孔２ｈ及び第一の貫通孔２ｂが流体の「吸入用流路」となって、流体は、第一の逆止弁８の開口部８ｅ及び流出口８ｄを介して第二の貫通孔２ｇに流入し、第二の貫通孔２ｇ、第三の貫通孔２ｈ及び第一の貫通孔２ｂをこの順に流動しながら各空間部１１，１２に流入する。
【００４８】
その後、駆動回路が再度作動して、二枚の電歪体３，４の各薄膜電極間に掛けられた電圧の印加が解除されるか若しくは図６（ｂ）の状態と逆電界となるように電圧を二枚の電歪体３，４の各薄膜電極間に印加すると、図６（ｄ）に示す通り、各電歪体３，４は同時に、各空間部１１，１２を消失させるように（厚さ方向と面方向とに生じた歪みを修復するように）元の状態（図６（ａ）に示す状態）に戻る。このとき、各電歪体３，４は、各空間部１１，１２（図６（ｂ）参照）に流入した流体に正圧（押圧力）を掛けながらハウジング２の円板部２ａの上部と下部とに密着する。
【００４９】
そして、第一の貫通孔２ｂ、第三の貫通孔２ｈ及び第二の貫通孔２ｇが流体の「吐出用流路」となって、押圧力を受けた流体は、吸入されたときの吸入用流路を逆流するように各空間部１１，１２から第一の貫通孔２ｂに流出し、第一の貫通孔２ｂ、第三の貫通孔２ｈ及び第二の貫通孔２ｇをこの順に流動しながら吸入口２ｅと吐出口２ｆとに流出する。本実施形態では、特に、流体の吸入用流路と吐出用流路とを構成する三つの貫通孔２ｂ，２ｇ，２ｈのうち、第一の貫通孔２ｂ及び第三の貫通孔２ｈが各吸入・吐出用流路において重複した部分となっているため、これらの占有容積を小さく抑えることができる。つまり、図６（ｄ）に示した流体を押し出すための動作が完了したときに、流体が滞留する容積が極めて小さい。
【００５０】
このような状態において、図６（ｅ）に示す通り、吸入口２ｅでは、流入した流体の押圧力が第一の逆止弁８の外面８ａに掛かり、外面８ａに掛かる圧力が内面８ｂに掛かる圧力より大きくなるため、流出口８ｄが閉塞する。これにより流体の流動が阻止され、流体が吸入口２ｅから流出することはない。一方、吐出口２ｆでは、流入した流体の押圧力が第二の逆止弁９の開口部９ｅを介して内面９ｂに掛かり、内面９ｂに掛かる圧力が外面９ａに掛かる圧力より大きくなるため、第二の逆止弁９が弾性変形して流出口９ｄが開口する。これにより、流体が、第二の逆止弁９の開口部９ｅから流出口９ｄを通じて吐出口２ｆからポンプ装置１の外部に吐出される。
【００５１】
以後、ポンプ装置１は、上述した一連の電圧制御動作を各電歪体３，４に対して同時に繰り返しおこなうことで、上記のように、流体を吸入口２ｅから吸入して吐出口２ｆから吐出するという図６（ｂ）〜図６（ｅ）からなる一連の動作を繰り返しおこなう。
【００５２】
以上のようなポンプ装置１では、各電歪体３，４に電圧を印加することで各電歪体３，４とハウジング２の円板部２ａとの間に空間部１１，１２を形成させて流体を吸入口２ｅから吸入することができ、この状態から各電歪体３，４への電圧の印加状態を変更することで各空間部１１，１２を収縮・消失させて流体を吐出口２ｆから吐出することができるようになっている。したがって、各電歪体３，４とハウジングとの間に二つの空間部１１，１２が形成されても各空間１１，１２は収縮しながら消失するため、図６（ｄ）に示した流体を押し出すための動作が完了すると、ポンプ室が予め配設された従来のポンプ装置とは異なり、吸入口２ｅから吸入された流体が圧縮された状態で所定部位（ポンプ室のような空間）に残存する量が極めて少なく、吸入口２ｅから吸入した流体を確実に吐出口２ｆから吐出することができる。これにより、ポンプ装置１では気体，混合気等の圧縮性流体を確実に吸入・吐出することができる。
【００５３】
ここで、第一の貫通孔２ｂは、図６（ｂ）に示すように、空間部１１，１２が形成されているときに、各電歪体３，４がハウジング２の円板部２ａの密着面と最も離れた部位（つまり各電歪体３，４の密着面の中央部）と対向する位置に設けられている。すなわち、図６（ｄ）に示すように、歪んだ状態の各電歪体３，４がハウジング２の円板部２ａの密着面に密着する際に最も物理的に変位する位置に、第一の貫通孔２ｂが配置されているため、各電歪体３，４が空間部１１，１２内の流体を第一の貫通孔２ｂに押し入れる力が大きく、各空間部１１，１２内の流体を効率的に移送することができる。
【００５４】
またポンプ装置１では、各電歪体３，４を構成する「誘電性高分子膜」がシリコン系エラストマ、アクリル系エラストマ又はポリウレタン系エラストマから構成されているため、振動板（シム材）の片面又は両面に圧電素子（圧電セラミック）が貼り付けられた「ユニモルフ型アクチュエータ」や「バイモルフ型アクチュエータ」に比較して各電歪体３，４の歪曲率が非常に大きい。したがって、各電歪体３，４とハウジング２の円板部２ａとの密着面に大容量の空間部１１，１２をそれぞれ形成することができ、流体の吸入量及び吐出量を増加させることができる。
【００５５】
またポンプ装置１では、第一の逆止弁８と第二の逆止弁９とがともにダックビル弁であって、第一の逆止弁８及び第二の逆止弁９の各先端部８ｃ，９ｃがともに流体の流れる方向に向いており、流体の流入・流出を許容する場合に流体の流れる方向に対して略垂直な方向に開口するようになっている。したがって、第一の逆止弁８及び第二の逆止弁９に作用する流体の抵抗を低く抑えることができ、第一の逆止弁８及び第二の逆止弁９にチャタリングが生じるのを防止することができる。そして、第一の逆止弁８及び第二の逆止弁９がともにダックビル弁であって各逆止弁８，９に作用する流体の抵抗を低く抑えられるから、第一の逆止弁８及び第二の逆止弁９の開閉動作を各電歪体３，４の空間形成動作と空間消失動作とに略同時に追従させることができる。したがって、各電歪体３，４を短い周期で駆動させることができ、結果としてポンプ装置１を高速で駆動させることができる。
【００５６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなってもよい。
【００５７】
例えば、本実施形態では、第一の貫通孔２ｂをハウジング２の円板部２ａの中央部に配置したが、図７に示すポンプ装置１０１のように、第一の貫通孔２ｂを、中央部よりも第二の貫通孔２ｇに近い側に配置してもよい。このような構造とすることにより第三の貫通孔２ｈの長さが短くなるので、第三の貫通孔２ｈの容積がより小さくなり、圧縮性の流体が滞留するデッドスペースをより小さくすることができ、流体の吸入・吐出の悪影響を低減することができる。
【００５８】
また本実施形態では、二枚の電歪体３，４をハウジング２の円板部２ａの上部と下部とに一枚ずつ配設したが、電歪体３，４の枚数はこれに限定されず、二枚の電歪体３，４のうちどちらか一方だけがハウジング２に装備されるようにしてもよい。逆に、例えば、円板部２ａの上部又は下部に電歪体３，４と同様の複数の電歪体を並べて配設したり、円板部２ａを三面体，四面体等の多角面体に代えて各面に電歪体３，４と同様の一枚又は複数枚の電歪体を配設したりして、電歪体３，４と同様の三枚以上の電歪体がそれぞれ外周部を固定された状態でハウジング２に配設されてもよい。
【００５９】
さらに本実施形態では、三つの貫通孔２ｂ，２ｇ，２ｈのうち第一の貫通孔２ｂと第三の貫通孔２ｈとが吸入・吐出用流路の重複部分となって三つの貫通孔２ｂ，２ｇ，２ｈから各吸入・吐出用流路が形成されたが、吸入口２ｅから各電歪体３，４に通じる吸入用流路と各電歪体３，４から吐出口２ｆに通じる吐出用流路とが別々の流路として互いに単独に存在するようにハウジング２に貫通孔（三つの貫通孔２ｂ，２ｇ，２ｈを含む。）を形成してもよい。勿論上記のように電歪体３，４と同様の三枚以上の電歪体をハウジング２に配設する場合には、吸入口２ｅから各電歪体に通じる吸入用流路と各電歪体から吐出口２ｆに通じる吐出用流路とが互いに異なる別々の流路としてそれぞれ単独に存在するようにハウジング２に貫通孔を形成してもよいし、吸入用流路と吐出用流路とで各流路の一部が重複するようにハウジング２に貫通孔を形成してもよい。
【００６０】
さらに本実施形態では、各電歪体３，４の外周部を二つの固定リング５，６で固定してハウジング２の第一の貫通孔２ｂを二枚の電歪体３，４で閉塞したが、各電歪体３，４の外周部を固定しなくても各電歪体３，４の第一の貫通孔２ｂを囲繞する部分が少なくとも固定されていればよい。勿論上記のように、二枚の電歪体３，４のうちどちらか一方だけをハウジング２に配設する場合や電歪体３，４と同様の三枚以上の電歪体をハウジング２に配設する場合にも、各電歪体の吸入・吐出用流路としての貫通孔の端部を囲繞する部分が少なくとも固定されていればよい。しかしながら、各電歪体（電歪体３，４を含む。）の外周部を固定するほうが、各電歪体を歪曲させたときに各電歪体とハウジング２との間に大容量の空間部（空間部１１，１２を含む。）をそれぞれ形成することができるため、各電歪体の一度の空間形成動作と空間消失動作とに伴う流体の吸入量・吐出量を増加させる上では各電歪体の外周部を固定するほうが有利である。
【００６１】
さらに本実施形態では、各電歪体３，４として両面に薄膜電極が成膜された「誘電性高分子」を適用したが、電歪体３，４に代わるアクチュエータ（デバイス）として上記「ユニモルフ型圧電アクチュエータ」や「バイモルフ型圧電アクチュエータ」等のアクチュエータを適用してもよい。しかしながら、ユニモルフ型アクチュエータやバイモルフ型アクチュエータは、振動板の変位量が非常に微小であるため流体の吸入・吐出力を生じさせる圧力が微弱であり、流体として気体，混合気等の圧縮性流体を扱うには不向きである。
【００６２】
さらに本実施形態では、第一の逆止弁８及び第二の逆止弁９はともにダックビル弁であったが、第一の逆止弁８及び第二の逆止弁９のうちどちらか一方がダックビル弁であってもよいし、両方ともがダックビル弁でなくてもよい。ダックビル弁以外の逆止弁としては、バネ式逆止弁，リフト式逆止弁，スイング式逆止弁，ダイヤフラム式逆止弁等が挙げられるが、ポンプ装置１の小型化・チャッタリング防止の観点から第一の逆止弁８及び第二の逆止弁９がともに同じ形状・材質からなるダックビル弁であることが好ましい。
【００６３】
ところで、上記のようなポンプ装置１は、燃料改質型の燃料電池式発電装置、インクジェットプリンタ、医療用機器、分析用機器、その他のポンプ機構を有する機器・装置に組み込むことができる。
【００６４】
例えば、図８に示すような燃料改質型の燃料電池式発電装置３０に上記ポンプ装置１を組み込むことができる。ただし、図８には発電装置３０の一部破断斜視図が図示されている。図８に示す通り、発電装置３０は、化学燃料（アルコール類等）と水とを混合した液体の燃料３１を貯蔵した燃料貯蔵モジュール３２と、燃料貯蔵モジュール３２に貯蔵された燃料３１で発電する発電モジュール３３と、を備えている。
【００６５】
燃料貯蔵モジュール３２には、燃料３１を実際に貯蔵した燃料タンク３４が収納されており、発電モジュール３３には、気化器３５、改質器３６、一酸化炭素除去器３７及び燃料電池３８が配設されている。また発電モジュール３３では、燃料タンク３４の供給口４１と気化器３５との間に供給管３９が配設されており、供給管３９の途中にポンプ装置４２が配設されている。ポンプ装置４２は、液体等の非圧縮性の流体を吸入・吐出するものであり、上記のポンプ装置１と同様の構造であってもよく、また異なる構造であってもよい。そして発電モジュール３３では、一酸化炭素除去器３７と燃料電池３８との間にも供給管４３が配設されており、供給管４３の途中に本発明に係るポンプ装置１が配設されている。気化器３５、改質器３６及び一酸化炭素除去器３７は、それぞれ内部に流体が移動する流路が形成されており、改質器３６の流路は、一端が気化器３５の流路の一端と連通し、他端が一酸化炭素除去器３７の流路の一端と連通している。
【００６６】
このような発電装置３０において各ポンプ装置１，４２が作動すると、燃料タンク３４の燃料３１が、燃料タンク３２の内部に配設された供給管４０と供給管３９とを通じてポンプ装置４２に吸入され、ポンプ装置４２から気化器３５に吐出される。気化器３５で液相から気相に変化した燃料３１は、その体積を著しく増大させて気化器３５の流路内の圧力を増大させ、より低圧下の改質器３６の方に移動する。このとき、ポンプ装置１が強制的に改質器３６、一酸化炭素除去器３７内の各流路を負圧にするように流体を供給管４３に供給して、流体が速やかに気化器３５、改質器３６及び一酸化炭素除去器３７の各流路を移動するようにしてもよい。
【００６７】
気化器３５の流路内で気化した状態で吐出された燃料３１は、改質器３６の流路内に移送される。具体的に、改質器３６の流路内では、気化器３５で気化した燃料３１を水素ガスに改質し、この水素ガスに副生成物である二酸化炭素や微量の一酸化炭素を含んだ状態の改質ガスが一酸化炭素除去器３７に送られる。一酸化炭素除去器３の流路内では、改質ガス中の一酸化炭素ガスが除去され、改質ガス中の水素ガスが選択的にポンプ装置１に吸入されてポンプ装置１から供給管４３を介して燃料電池３８に供給される。そして最終的に燃料電池３８において、ポンプ装置１から供給された水素が用いられて電気化学反応が起こり、電気エネルギーが生成される。
【００６８】
なお、本発明に係るポンプ装置１は、流体として圧縮性の気体を扱う場合に好適に用いることができるため、図８に示す発電装置３０では改質ガス中の水素ガスを吸入・吐出するポンプ装置としてポンプ装置１を適用したが、非圧縮性の燃料３１を吸入・吐出するポンプ装置４２に代えてポンプ装置１を適用することもできる。また、図８に示す発電装置３０では、気化器３５と改質器３６との間や改質器３６と一酸化炭素除去器３７との間にポンプ装置１を介在させて、当該ポンプ装置１を、気化器３５から改質器３６に気相状態の燃料３１を供給するのに用いたり、改質器３６から一酸化炭素除去器３７に改質ガスを供給するのに用いたりしてもよい。
【００６９】
ポンプ装置１によれば、電歪体３，４に電圧を印加することで電歪体３，４とハウジング２との間に空間部１１，１２を形成させて流体を吸入することができ、この状態から電歪体３，４への電圧の印加を解除することで当該空間部１１，１２を収縮・消失させて流体を吐出することができる。このようにポンプ装置１では、電歪体３，４とハウジング２との間に空間部１１，１２が形成されてもその空間部１１，１２は収縮しながら消失するため、電歪体３，４が流体の吐出動作を行ったときの電歪体３，４とハウジング２との間において、流体が圧縮された状態で残存することができる空間の容積が極めて小さい。そのため、吸入口２ｅから吸入した流体を確実に吐出口２ｆから吐出することができる。したがって、気体，混合気等の圧縮性流体を確実に吸入・吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ポンプ装置の斜視図である。
【図２】ポンプ装置の分解斜視図である。
【図３】図１のポンプ装置のＡ−Ａ断面を示す斜視図である。
【図４】図１のポンプ装置のＢ−Ｂ断面を示す斜視図である。
【図５】逆止弁を三方向から見た三面図であって、（ａ）逆止弁の側面図（ｂ）逆止弁の正面図（ｃ）逆止弁の平面図である。
【図６】ポンプ装置の動作を経時的に説明するための図面であって（ａ）ポンプ装置の動作前の状態を示す図１のポンプ装置のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）各電歪体が歪曲した状態を示す図１のポンプ装置のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）吸入口から流体が吸入される状態を示す図１のポンプ装置のＢ−Ｂ断面図であり、（ｄ）各電歪体の歪曲が解除された状態を示す図１のポンプ装置のＡ−Ａ断面図であり、（ｅ）吐出口から流体が吐出される状態を示す図１のポンプ装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】ポンプ装置の他の例を示す図面である。
【図８】本発明に係るポンプ装置を組み込んだ発電装置を示す一部破断斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ポンプ装置
２  ハウジング
２ａ  円板部
２ｂ  第一の貫通孔
２ｃ  壁
２ｄ  突出部
２ｅ  吸入口
２ｆ  吐出口
２ｇ  第二の貫通孔
２ｈ  第三の貫通孔
２ｉ  孔
２ｊ  ピン
３，４  電歪体
５，６  固定用リング
７  スリーブ
８  第一の逆止弁
９  第二の逆止弁
８ａ，９ａ  外面
８ｂ，９ｂ  内面
８ｃ，９ｃ  先端部
８ｄ，９ｄ  流出口
８ｅ，９ｅ  開口部
１０  スリーブ
１１，１２  空間部
３０  発電装置
３１  燃料
３２  燃料貯蔵モジュール
３３  発電モジュール
３４  燃料タンク
３５  気化器
３６  改質器
３７  一酸化炭素除去器
３８  燃料電池
３９，４０，４３  供給管
４１  供給口
４２  ポンプ装置
【図１】
2005054658.tif 000003
【図２】
2005054658.tif 000004
【図３】
2005054658.tif 000005
【図４】
2005054658.tif 000006
【図５】
2005054658.tif 000007
【図６】
2005054658.tif 000008
【図７】
2005054658.tif 000009
【図８】
2005054658.tif 000010