(57)【要約】【課題】ダイヤフラムアクチュエータの変位量を拡大し、流量が大きいポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置１はハウジング１０を備え、ハウジング１１内の二つの内面１１c，１２cに対向するように内面１１c，１２cの間に、内部空間を第一ポンプ室２と第二ポンプ室３とに仕切り、第一ポンプ室２から第二ポンプ室３に通じる第一絞り穴２１a及び第二絞り穴２１b，…を形成するダイヤフラムアクチュエータ２０が設けられている。ダイヤフラムアクチュエータ２０は、シム板２２とフロート弁２４とを下側圧電シート２１Ａと上側圧電シート２１Ｂとによって挟み込まれたバイモルフ型構造であり、下側圧電シート２１Ａに第一絞り穴２１aが形成され、上側圧電シート２１Ｂに第二絞り穴２１b，…が形成されている。下側圧電シート２１Ａと上側圧電シート２１Ｂとの接合面にフロート弁２４が収納されている。【選択図】図１
2007092677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに向き合う二つの面を形成し、前記二つの面間に内部空間を形成し、前記内部空間から外部に通じる導入穴を前記二つの面のうちの一方の面に形成し、前記内部空間から外部に通じる排出穴を他方の面に形成するハウジングと、
前記二つの面に対向するように前記二つの面の間に配置され、前記内部空間を前記一方の面側の第一ポンプ室と前記他方の面側の第二ポンプ室とに仕切り、前記第一ポンプ室から前記第二ポンプ室に通じる穴を形成するダイヤフラムアクチュエータと、
前記ダイヤフラムアクチュエータの穴に設けられ、該穴を通じて前記第一ポンプ室から前記第二ポンプ室への流体の流れを許容し、前記ダイヤフラムアクチュエータの穴を通じて前記第二ポンプ室から前記第一ポンプ室への流体の流れを阻止する弁と、を備え、
前記ダイヤフラムアクチュエータは、シム板と前記弁とを圧電シートで挟み込んだバイモルフ型構造であることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記ダイヤフラムアクチュエータが、前記一方の面側に凸状となるように湾曲する変形と、前記他方の面側に凸状となるように湾曲する変形とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記互いに向き合う二つの面のうち、少なくとも１つの面は前記内部空間に対して凹状となっていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項４】
互いに向き合う二つの面を形成し、前記二つの面間に内部空間を形成し、前記内部空間から外部に通じる導入穴を前記二つの面のうちの一方の面に形成し、前記内部空間から外部に通じる排出穴を他方の面に形成するハウジングと、
前記二つの面に対向するように前記二つの面の間に、前記内部空間を前記導入穴側から排出穴側に向けて配列されて、少なくとも三つ以上のポンプ室に仕切り、
前記一方の面側を向くポンプ室から前記他方の面側を向くポンプ室に通じる穴を形成する複数のダイヤフラムアクチュエータと、
前記ダイヤフラムアクチュエータの穴に設けられ、該穴を通じて前記一方の面側を向くポンプ室から前記他方の面側を向くポンプ室への流体の流れを阻止する弁と、を備えることを特徴とするポンプ装置。
【請求項５】
前記ダイヤフラムアクチュエータが、前記一方の面側に凸状となるように湾曲する変形と、前記他方の面側に凸状となるように湾曲する変形とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記ポンプ室において、前記複数のダイヤフラムアクチュエータのうち、その配列方向における奇数番目のものに対して、偶数番目のものを逆位相で振動させることを特徴とする請求項４または５に記載のポンプ装置。
【請求項７】
前記互いに向き合う二つの面のうち、少なくとも１つの面は前記内部空間に対して凹状となっていることを特徴とする請求項４または５に記載のポンプ装置。
【請求項８】
前記ハウジングは、前記一方の面を有する第一ホルダと、前記他方の面を有する第二ホルダと、前記第一ホルダの外縁と第二ホルダの外縁との間に挟持されて、前記第一ホルダ及び第二ホルダとともに前記内部空間を形成する弾性部材とを備え、
前記ダイヤフラムアクチュエータは、その外縁が前記弾性部材によって、前記第一ホルダと前記第二ホルダとの間に弾性変形した状態で挟持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【請求項９】
前記配列方向において互いに隣接する奇数番目のダイヤフラムアクチュエータと、偶数番目のダイヤフラムアクチュエータとによって仕切られたポンプ室には、そのポンプ室の一部を、前記奇数番目のダイヤフラムアクチュエータ側と、偶数番目のダイヤフラムアクチュエータ側とに仕切る仕切り壁が、各ダイヤフラムアクチュエータに対向して設けられていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【請求項１０】
前記仕切り壁の両面のうち、前記奇数番目のダイヤフラムアクチュエータ側を向く面が、前記偶数番目のダイヤフラムアクチュエータ側に向けて窪んだ凹面をなすか、
前記偶数番目のダイヤフラムアクチュエータ側を向く面が、前記奇数番目のダイヤフラムアクチュエータ側に向けて窪んだ凹面をなしていることを特徴とする請求項９に記載のポンプ装置。
【請求項１１】
前記ダイヤフラムアクチュエータは、シム板と前記弁とを圧電シートで挟み込んだバイモルフ型構造であることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【請求項１２】
前記ダイヤフラムアクチュエータは、前記二つの面に対向するように前記二つの面の間に配置されたシム板と、前記シム板の両面に接合された二つの圧電シートと、を備え、
一方の圧電シートと他方の圧電シートとの接合面には、前記シム板が介在するとともに空間が形成され、
前記一方の圧電シートには、前記一方の面側を向くポンプ室から前記空間にまで通じる第一絞り穴が前記穴として形成され、
前記他方の圧電シートには、前記他方の面側を向くポンプ室から前記空間にまで通じる第二絞り穴が前記穴として形成され、
前記弁が前記第一絞り穴に重なるとともに前記第二絞り穴の少なくとも一部から外れた状態で前記空間内に収納されていることを特徴とする請求項１、２、３、１１に記載のポンプ装置。
【請求項１３】
前記弁は、前記一方の圧電シートと前記他方の圧電シートとの接合面に形成された空間内に浮動状態となって収納されていることを特徴とする請求項１２に記載のポンプ装置。
【請求項１４】
前記導入穴に、外部から導入穴を通じて前記ポンプ室への流れを許容する導入弁が設けられ、
前記一方の面には、前記導入穴に連通し、導入穴より径の大きな座ぐりが形成され、前記座ぐりに前記導入穴と向き合うように導入弁ホルダが配置され、
前記導入弁ホルダと前記導入穴との間には、空間が形成され、
前記導入弁ホルダには、前記ポンプ室から前記空間にまで通じる第三絞り穴が形成され、
前記導入弁が前記導入穴に重なるとともに前記第三絞り穴の少なくとも一部から外れた状態で前記空間内に収納されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【請求項１５】
前記排出穴に、前記ポンプ室から前記排出穴を通じて外部への流体の流れを許容する排出弁が設けられ、
前記他方の面には、前記排出穴に連通し、排出穴より径の大きな座ぐりが形成され、前記座ぐりに前記排出穴と向き合うように排出弁ホルダが配置され、
前記排出弁ホルダと前記排出穴との間には、空間が形成され、
前記排出弁ホルダには、前記ポンプ室から前記空間にまで通じる第四絞り穴が形成され、
前記排出弁が前記排出穴に重なるとともに前記第四絞り穴の少なくとも一部から外れた状態で前記空間内に収納されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【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関する。
【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ためにポンプが使用されたり、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ポンプが使用されたりしており、更なるポンプの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】
このようなポンプのなかには、ポンプ室の隔壁が圧電素子によるダイヤフラムによって構成されたダイヤフラムポンプがある（例えば、特許文献１参照。）。ダイヤフラムポンプにおいては、吸入バルブ及び排出バルブがポンプ室に設けられており、ダイヤフラムが振動可能に設けられている。交流電圧によってダイヤフラムが振動することによって、ポンプ室の容積が増減する。ポンプ室の容積が増大する時は、吸入バルブが開くとともに排出バルブが閉じることによって、流体が外部から吸入バルブを通ってポンプ室に流れ込む。一方、ポンプ室の容積が減少する時は、吸入バルブが閉じるとともに排出バルブが開くことによって、流体がポンプ室から排出バルブを通って外部に流れ出す。
【特許文献１】特開２０００−２４９０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、気体などの圧縮性流体をポンプで効率良く送るためには、ポンプ室のデッドボリューム（動作時のポンプ室の最小容積）を出来る限り小さくする必要がある。しかしながら、従来のポンプ装置を、例えば携帯用燃料電池のようなアプリケーションに使用した場合、ダイヤフラムアクチュエータの振動による変位量が小さいため、低圧であり、流量が小さく、満足のいくものではなかった。特に、気体送出の出力向上を目指したときに、ダイヤフラムアクチュエータの変位量拡大と高周波駆動への適応が求められていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流量が大きいポンプ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、互いに向き合う二つの面を形成し、前記二つの面間に内部空間を形成し、前記内部空間から外部に通じる導入穴を前記二つの面のうちの一方の凹面に形成し、前記内部空間から外部に通じる排出穴を他方の面に形成するハウジングと、
前記二つの面に対向するように前記二つの面の間に配置され、前記内部空間を前記一方の面側の第一ポンプ室と前記他方の面側の第二ポンプ室とに仕切り、前記第一ポンプ室から前記第二ポンプ室に通じる穴を形成するダイヤフラムアクチュエータと、
前記ダイヤフラムアクチュエータの穴に設けられ、該穴を通じて前記第一ポンプ室から前記第二ポンプ室への流体の流れを許容し、前記ダイヤフラムアクチュエータの穴を通じて前記第二ポンプ室から前記第一ポンプ室への流体の流れを阻止する弁と、を備え、
前記ダイヤフラムアクチュエータは、シム板と前記弁とを圧電シートで挟み込んだバイモルフ型構造であることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のポンプ装置において、
前記ダイヤフラムアクチュエータが、前記一方の面側に凸状となるように湾曲する変形と、前記他方の面側に凸状となるように湾曲する変形とを交互に繰り返すことを特徴とする。
【０００７】
請求項１、２の発明によれば、ダイヤフラムアクチュエータが一方の面側に凸状となるように湾曲すると、第一ポンプ室の容積が小さくなり、第二ポンプ室の容積が大きくなる。この際、ダイヤフラムアクチュエータの穴に設けられた弁がその穴を通じて第一ポンプ室から第二ポンプ室への流体の流れを許容するので、第一ポンプ室の流体が第二ポンプ室に流れる。
一方、ダイヤフラムアクチュエータが他方の面側に凸状となるように湾曲すると、第一ポンプ室の容積が大きくなり、第二ポンプ室の容積が小さくなる。この際、弁がダイヤフラムアクチュエータの穴を通じて第二ポンプ室から第一ポンプ室への流体の流れを阻止するので、外部から流体が導入穴を通じて第一ポンプ室に流れ、第二ポンプ室から流体が排出穴を通じて外部に流れる。これにより、ポンプ装置によって流体の吐出・吸入が行われる。
【０００８】
また、本発明では、シム板と弁とを圧電シートで挟み込んだバイモルフ型構造のダイヤフラムアクチュエータを使用することによって、従来のユニモルフ型構造の場合に比べてダイヤフラムアクチュエータの振動による変位量が大きくなるため、効率良く流体を圧縮することができ、これによって流量が大きくなる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に記載のポンプ装置において、
前記互いに向き合う二つの面のうち、少なくとも１つの面は前記内部空間に対して凹状となっていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明によれば、ダイヤフラムアクチュエータの変形した際に、その形状が少なくとも１つの面の形状に沿うようにできるので、第一ポンプ室または第二ポンプ室のどちらかのデッドボリュームを小さくすることができ、効率良く流体を圧縮することができる。
【００１１】
ここで、流体とは、液体、気体に加えて、粉末といった流動性のあるものをいう。また、流体は、非圧縮性流体であっても良いし、圧縮性流体であっても良いし、非圧縮性流体と圧縮性流体であっても良い。
【００１２】
ポンプが出し得る最大吐出圧力は、一般的にダイヤフラムアクチュエータの発生力によって決まると考えられる。外部から背圧が加わっている状態でダイヤフラムアクチュエータを動作させた場合、例えば駆動条件として電圧を変化させた時に発生力は一意的に変化する。電圧を上げれば発生力は大きくなる。あるいは、同じ電圧を加えてもダイヤフラムアクチュエータの厚さを変えた場合には、発生力は一意的に変化する。PZTの厚さが大きい方が、発生力が大きい事は周知である。本発明の請求項１〜３においては、ダイヤフラムアクチュエータは１つであり、最大吐出圧力は駆動条件である電圧とPZTの厚さによって限定されると考えられる。
【００１３】
請求項４の発明は、互いに向き合う二つの面を形成し、前記二つの面間に内部空間を形成し、前記内部空間から外部に通じる導入穴を前記二つの面のうちの一方の面に形成し、前記内部空間から外部に通じる排出穴を他方の面に形成するハウジングと、
前記二つの面に対向するように前記二つの面の間に、前記内部空間を前記導入穴側から排出穴側に向けて配列されて、少なくとも三つ以上のポンプ室に仕切り、
前記一方の面側を向くポンプ室から前記他方の面側を向くポンプ室に通じる穴を形成する複数のダイヤフラムアクチュエータと、
前記ダイヤフラムアクチュエータの穴に設けられ、該穴を通じて前記一方の面側を向くポンプ室から前記他方の面側を向くポンプ室への流体の流れを阻止する弁と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載のポンプ装置において、
前記ダイヤフラムアクチュエータが、前記一方の面側に凸状となるように湾曲する変形と、前記他方の面側に凸状となるように湾曲する変形とを交互に繰り返すことを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、４または５に記載のポンプ装置において、
前記複数のダイヤフラムアクチュエータのうち、その配列方向における奇数番目のものに対して、偶数番目のものを逆位相で振動させることを特徴とする。
を特徴とする。
【００１６】
請求項４、５、６の発明によれば、複数のダイヤフラムアクチュエータが内部空間を導入穴側から排出穴側に少なくとも三つ以上のポンプ室に仕切るように設けられており、奇数番目のダイヤフラムアクチュエータに対して偶数番目のダイヤフラムアクチュエータを逆位相で振動させるので、送出される流量は倍となり、また、ダイヤフラムアクチュエータの枚数に応じて発生力はその枚数倍となるので、最大吐出圧力は増加する。（ｎ（ｎ＞＝３）枚のダイヤフラムアクチュエータを用いた場合、流量は倍のままであるが、最大吐出圧力はｎ倍に増加する。）ダイヤフラムアクチュエータの枚数を増やすことにより、トータルの発生力が大きくなるために、所定の流量を確実に送出することができるようになる。
【００１７】
例えば、二つのダイヤフラムアクチュエータが設けられている場合に、下段のダイヤフラムアクチュエータが一方の内面側に凸状となるように湾曲すると、上段のダイヤフラムアクチュエータは一方の内面側に凸状となるように湾曲する。
このとき、下段のダイヤフラムアクチュエータの振動により第一ポンプ室（導入穴側に位置するポンプ室）の容積が小さくなり、第二ポンプ室（中間に位置するポンプ室）の容積が大きくなり低圧となる。この際、下段のダイヤフラムアクチュエータの穴に設けられた弁がその穴を通じて第一ポンプ室から第二ポンプ室への流体の流れを許容するので、第一ポンプ室の流体が第二ポンプ室に流れる。
また、上段のダイヤフラムアクチュエータの振動により第三ポンプ室（排出穴側に位置するポンプ室）の容積が小さくなり、第二ポンプ室の容積が大きくなる。このとき、第二ポンプ室の容積変化は、下段のダイヤフラムアクチュエータが振動しているため、他のポンプ室の容積変化の２倍となり、第一ポンプ室の容積変化分＋導入穴外部からの容積が第二ポンプ室に引き込まれることになる。そして、第三ポンプ室の正圧および第二ポンプ室の負圧によって、上段のダイヤフラムアクチュエータの穴に設けられた弁は閉じられているので、第三ポンプ室の流体が外部に排出される。
【００１８】
一方、二つのダイヤフラムアクチュエータが、上述と逆位相で振動した場合について説明すると、下段のダイヤフラムアクチュエータの振動により第一ポンプ室の容積が大きくなり、第二ポンプ室の容積が小さくなる。この際、下段のダイヤフラムアクチュエータの穴が弁により塞がれて、第一ポンプ室から第二ポンプ室への流体の流れを阻止する。
また、上段のダイヤフラムアクチュエータの振動により第三ポンプ室の容積が大きくなり、第二ポンプ室の容積は小さくなる。このとき、第二ポンプ室の容積は、下段のダイヤフラムアクチュエータが振動しているため、その容積変化は他のポンプ室の容積変化の２倍となり、第三ポンプ室の圧力がより低圧となって、第三ポンプ室へは２倍の流入量が移動していく。これによって、第三ポンプ室の容積変化に収まりきれない流量は外部に排出されていく。このように、ダイヤフラムアクチュエータを二つにすることで、送出可能な流量は、請求項１〜３の発明の倍にすることが可能であり、その排出はダイヤフラムアクチュエータがどちら側に湾曲した場合にも流体の送出が行われるため、脈動が少ないという特徴を持っている。また、ダイヤフラムアクチュエータが同じ電圧条件で駆動されているものとすれば、ダイヤフラムアクチュエータの変位にかかる発生力は２倍であり、最大吐出圧力は理論上倍と考えることができる。ｎ枚のダイヤフラムアクチュエータを用いた場合、発生力はその枚数分のｎ倍となる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項４または５に記載のポンプ装置において、
前記互いに向き合う二つの面のうち、少なくとも１つの面は前記内部空間に対して凹状となっていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明によれば、ダイヤフラムアクチュエータの変形した際に、その形状が少なくとも１つの面の形状に沿うようにできるので、それぞれのポンプ室のデッドボリュームも小さくすることができ、効率良く流体を圧縮することができる。
【００２１】
請求項８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、
前記ハウジングは、前記一方の凹面を有する第一ホルダと、前記他方の凹面を有する第二ホルダと、前記第一ホルダの外縁と第二ホルダの外縁との間に挟持されて、前記第一ホルダ及び第二ホルダとともに前記内部空間を形成する弾性部材とを備え、
前記ダイヤフラムアクチュエータは、その外縁が前記弾性部材によって、前記第一ホルダと前記第二ホルダとの間に弾性変形した状態で挟持されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項８の発明によれば、ダイヤフラムアクチュエータの外縁が、弾性部材によって、第一ホルダと第二ホルダとの間に弾性変形した状態で挟持されているので、第一ホルダ及び第二ホルダと、弾性部材との間の密着性が高められ、各ポンプ室内の流体が外部に漏れることを防止できる。また、構成も単純で製造が容易である。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項４〜７のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記配列方向において互いに隣接する奇数番目のダイヤフラムアクチュエータと、偶数番目のダイヤフラムアクチュエータとによって仕切られたポンプ室には、そのポンプ室の一部を、前記奇数番目のダイヤフラムアクチュエータ側と、偶数番目のダイヤフラムアクチュエータ側とに仕切る仕切り壁が、各ダイヤフラムアクチュエータに対向して設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項９の発明によれば、互いに隣接する奇数番目のダイヤフラムアクチュエータと、偶数番目のダイヤフラムアクチュエータとによって仕切られたポンプ室は、仕切り壁によって、さらにその一部が仕切られているので、仕切り壁によって仕切られたポンプ室のデッドボリュームを小さくすることができる。
【００２５】
請求項１０の発明は、請求項９に記載のポンプ装置において、
前記仕切り壁の両面のうち、前記奇数番目のダイヤフラムアクチュエータ側を向く面が、前記偶数番目のダイヤフラムアクチュエータ側に向けて窪んだ凹面をなすか、
前記偶数番目のダイヤフラムアクチュエータ側を向く面が、前記奇数番目のダイヤフラムアクチュエータ側に向けて窪んだ凹面をなしていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１０の発明によれば、各ダイヤフラムアクチュエータが仕切り壁の凹面に沿った形状に変形することにより、ポンプ室のデッドボリュームをさらに小さくすることができる。
【００２７】
請求項１１の発明は、請求項４〜１０のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記ダイヤフラムアクチュエータは、シム板と前記弁とを圧電シートで挟み込んだバイモルフ型構造であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１１の発明によれば、バイモルフ型構造のダイヤフラムアクチュエータを使用することによって、従来のユニモルフ型構造の場合に比べてダイヤフラムアクチュエータの振動による変位量が大きくなるため、効率良く流体を圧縮することができ、これによって流量が大きくなる。
【００２９】
請求項１２の発明は、請求項１、２、３、１１のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記ダイヤフラムアクチュエータは、前記二つの面に対向するように前記二つの面の間に配置されたシム板と、前記シム板の両面に接合された二つの圧電シートと、を備え、
一方の圧電シートと他方の圧電シートとの接合面には、前記シム板が介在するとともに空間が形成され、
前記一方の圧電シートには、前記一方の面側を向くポンプ室から前記空間にまで通じる第一絞り穴が前記穴として形成され、
前記他方の圧電シートには、前記他方の面側を向くポンプ室から前記空間にまで通じる第二絞り穴が前記穴として形成され、
前記弁が前記第一絞り穴に重なるとともに前記第二絞り穴の少なくとも一部から外れた状態で前記空間内に収納されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載のポンプ装置において、
前記弁は、前記一方の圧電シートと前記他方の圧電シートとの接合面に形成された空間内に浮動状態となって収納されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１２、１３の発明よれば、上記ダイヤフラムアクチュエータを使用することにより、例えば、下段のダイヤフラムアクチュエータが一方の面側に凸状となるように湾曲すると、第一ポンプ室に正圧が作用し、第二ポンプ室に負圧が作用する。よって、第一絞り穴に重なった弁が第一絞り穴を開く。ここで弁が第二絞り穴の少なくとも一部に重なっていないので、弁によって第二絞り穴が閉塞されない。したがって、第一ポンプ室の流体が第一絞り穴及び第二絞り穴を通じて第二ポンプ室に流れる。
【００３２】
請求項１４の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記導入穴に、外部から導入穴を通じて前記ポンプ室への流れを許容する導入弁が設けられ、
前記一方の凹面には、前記導入穴に連通し、導入穴より径の大きな座ぐりが形成され、前記座ぐりに前記導入穴と向き合うように導入弁ホルダが配置され、
前記導入弁ホルダと前記導入穴との間には、空間が形成され、
前記導入弁ホルダには、前記ポンプ室から前記空間にまで通じる第三絞り穴が形成され、
前記導入弁が前記導入穴に重なるとともに前記第三絞り穴の少なくとも一部から外れた状態で前記空間内に収納されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１４の発明によれば、導入穴に導入弁を設けることによって、例えば、ダイヤフラムアクチュエータが一枚の場合、ダイヤフラムアクチュエータが他方の面側に凸状となるように湾曲すると、第一ポンプ室に負圧が作用し、導入穴に重なった導入弁が導入穴を通じて第一ポンプ室への流体の流れを許容するので、外部から流体が導入穴を通じて第一ポンプ室に流れる。一方、ダイヤフラムアクチュエータが一方の面側に凸状となるように湾曲すると、第一ポンプ室に正圧が作用するが、導入弁が導入穴を閉塞するので、第一ポンプ室から流体が導入穴を通じて外部に流れない。
また、逆止弁を使用する場合に比べて、上述の導入弁を使用することにより高周波駆動への応答性に優れたものとなる。
【００３４】
請求項１５の発明は、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のポンプ装置において、
前記排出穴に、前記ポンプ室から前記排出穴を通じて外部への流体の流れを許容する排出弁が設けられ、前記他方の面には、前記排出穴に連通し、排出穴より径の大きな座ぐりが形成され、前記座ぐりに前記排出穴と向き合うように排出弁ホルダが配置され、
前記排出弁ホルダと前記排出穴との間には、空間が形成され、
前記排出弁ホルダには、前記ポンプ室から前記空間にまで通じる第四絞り穴が形成され、
前記排出弁が前記排出穴に重なるとともに前記第四絞り穴の少なくとも一部から外れた状態で前記空間内に収納されていることを特徴とする。
【００３５】
請求項１５の発明によれば、排出穴に排出弁を設けることによって、例えば、ダイヤフラムアクチュエータが一枚の場合、ダイヤフラムアクチュエータが他方の面側に凸状となるように湾曲すると、第二ポンプ室に正圧が作用するが、排出弁が排出穴に重ならずに、第二ポンプ室から前記排出穴を通じて外部への流体の流れを許容するので、第二ポンプ室から流体が排出穴を通じて外部に流れる。一方、ダイヤフラムアクチュエータが一方の面側に凸状となるように湾曲すると、第二ポンプ室に負圧が作用するが、排出弁が排出穴を閉塞するので、第二ポンプ室から流体が排出穴を通じて外部に流れない。
また、逆止弁を使用する場合に比べて、上述の排出弁を使用することにより高周波駆動への応答性に優れたものとなる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係るポンプ装置によれば、ポンプ室における流体を効率良く圧縮することができ、これによって流量を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
［第一の実施の形態］
以下に、本発明を実施するための第一の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図１は、本発明を適用した第一の実施の形態のポンプ装置１であり、(a)は平面図、(b)は(a)の面Ｉ−Ｉに沿う断面図である。
【００３８】
ポンプ装置１は、内部空間を形成するとともに円盤状の外形を呈したハウジング１０と、ハウジング１０の上面及び下面に対して略並行になるようにハウジング１０内の内部空間に配置されるとともにその内部空間を入口側（下面側）の第一ポンプ室２と出口側（上面側）の第二ポンプ室３に仕切るダイヤフラムアクチュエータ２０とを備えている。
【００３９】
ハウジング１０は、ハウジング１０の下面側を構成する円盤状の第一ホルダ１１と、ハウジング１０の上面側を構成する円盤状の第二ホルダ１２と、第一ホルダ１１及び第二ホルダ１２の外縁に沿って第一ホルダ１１と第二ホルダ１２との間に挟持されたリング型シーリング（弾性部材）１３とを備えている。
【００４０】
第一ホルダ１１は、円板部１１aと、円板部１１aの一方の面（ハウジング１０の下面を成す。）の中心から突出したインレットニップル１１bとを一体形成したものである。
デッドボリュームを小さくする点で第一ホルダ１１の内面１１cは、ダイヤフラムアクチュエータ２０が後述するように湾曲した状態で、その形状に沿うような曲率半径の大きい球面状に窪んだ凹面として形成するのが望ましい。その場合、その内面１１cは円板部１１aの中心で最も深く凹んでいる。
インレットニップル１１bには、インレットニップル１１bの頭頂から内面１１cまで貫通した導入穴１１dが形成されている。
【００４１】
第二ホルダ１２は、第一ホルダ１１の円板部１１aの直径と同一の直径を有する円板部１２aと、円板部１２aの一方の面（ハウジング１０の上面を成す。）の中心から突出したアウトレットニップル１２bとを一体形成したものである。
デッドボリュームを小さくする点で第二ホルダ１２の内面１２cは、ダイヤフラムアクチュエータ２０が後述するように湾曲した状態で、その形状に沿うような曲率半径の大きい球面状に窪んだ凹面として形成するのが望ましい。その場合、その内面１２cは円板部１２aの中心で最も深く凹んでいる。
アウトレットニップル１２bには、アウトレットニップル１２bの頭頂から凹面１２cまで貫通した排出穴１２dが形成されている。
【００４２】
導入穴１１d及び排出穴１２dには、ダックビル型逆止弁１４０，１５０が嵌め込まれている。ダックビル型逆止弁１４０，１５０は、可撓性・弾性を有する材料（例えば、エラストマー（ゴム））でダックビル状（アヒルのくちばし形状）に形成されたものである。ダックビル型逆止弁１４０，１５０の後端（太い部分）では内部中空が開口しており、ダックビル型逆止弁１４０，１５０の先端では内部中空が閉じて、その先端部に内部中空まで通じる亀裂１４０a，１５０aが閉じた状態で形成されている。
【００４３】
ダックビル型逆止弁１４０の先端が第一ポンプ室２に向いた状態で、ダックビル型逆止弁１４０が導入穴１１dに嵌め込まれ、導入穴１１dの内壁とダックビル型逆止弁１４０との間に介在したスリーブ１４１によってダックビル型逆止弁１４０が導入穴１１d内に固定されている。
また、ダックビル型逆止弁１５０の先端が第二ポンプ室３から外に向いた状態で、ダックビル型逆止弁１５０が排出穴１２dに嵌め込まれ、排出穴１２dの内壁とダックビル型逆止弁１５０との間に介在したスリーブ１５１によってダックビル型逆止弁１５０が排出穴１２d内に固定されている。
【００４４】
第一ホルダ１１の内面１１cが第二ホルダ１２の内面１２ｃに対向しており、これら第一ホルダ１１の内面１１cの外縁と第二ホルダ１２の内面１２ｃの外縁との間にリング型シーリング１３が挟持されている。
【００４５】
ダイヤフラムアクチュエータ２０は、全体として略円形のシート状に設けられている。ダイヤフラムアクチュエータ２０の直径は、第一ホルダ１１の円板部１１aの直径と略同じとなっている。ダイヤフラムアクチュエータ２０の外縁は、ゴム弾性材からなるリング型シーリング１３によって上下に挟まれている。
【００４６】
リング型シーリング１３は、断面略矩形状に形成されている。このリング型シーリング１３は、ダイヤフラムアクチュエータ２０の外縁を挟持した状態で、第一ホルダ１１の円板部１１aと第二ホルダ１２の円板部１２aとの間で弾性変形した状態で挟持されている。これにより、内面１１cと内面１２cとの内部空間の周囲は、リング型シーリング１３によって封止されている。また、ダイヤフラムアクチュエータ２０は、内面１１cと内面１２cとの間に配置され、内面１１c及び内面１２cに対向している。これにより、内面１１cと内面１２cの内部空間は、ダイヤフラムアクチュエータ２０によって第一ポンプ室２と第二ポンプ室３とに仕切られている。
【００４７】
図２、図３を参照して、ダイヤフラムアクチュエータ２０について説明する。
図２は、ダイヤフラムアクチュエータ２０の分解斜視図であり、図２においては図中の上側が内面１２c側である。図３は、図１の中央部を拡大した断面図である。
ダイヤフラムアクチュエータ２０は、内面１１c、内面１２cに対向するように内面１１c、内面１２c間に配置された略円形状のシム板２２と、シム板２２の直径と略同じ直径を有する円形状の二枚の圧電シート２１Ａ，２１Ｂと、圧電シート２１Ａ，２１Ｂの中央部及びシム板２２の中央部を除いて二枚の圧電シート２１Ａ，２１Ｂをシム板２２の両面にそれぞれ接着する導電性接着層２３Ａ，２３Ｂと、導電性接着層２３Ａの中央部及びシム板２２の中央部において圧電シート２１Ａとシム板２２との間に挟まれたフロート弁２４と、圧電シート２１Ａ，２１Ｂの両面のうちシム板２２との接着面とは反対となる面の一部に接続されたＦＰＣ(Flexible Printed Circuit)シート２５Ａ，２５Ｂとを備えている。
【００４８】
圧電シート２１Ａ，２１Ｂは、薄膜電極、厚み方向に分極された圧電セラミック、薄膜電極の順に積層した積層構造となっている。
下側圧電シート２１Ａの中央には、圧電シート２１Ａの表面から裏面にまで貫通した第一絞り穴２１aが形成されている。圧電シート２１Ａの一方の薄膜電極にＦＰＣシート２５Ａが接続されている。
上側圧電シート２１Ｂのシム板２２側の面の中央部には、その表面から裏面まで貫通した例えば６つの第二絞り穴２１b，…が形成されている。これら第二絞り穴２１b，…は、圧電シート２１Ｂの中央を中心にした環状に配列されている。導電性接着層２３Ｂにより接着される範囲は、環状に配列された第二絞り穴２１b，…のやや外側から圧電シート２１Ｂの外縁にかけての範囲である。第二絞り穴２１b，…は、後述するフロート弁２４の中心点に関して各々等距離かつ円周方向に等間隔に位置しているので、フロート弁２４から送出される流体による圧力が均等にかかることで、各第二絞り穴２１b，…から均等な量の流体が通過することが可能となる。また、圧電シート２１Ｂの一方の薄膜電極にもＦＰＣシート２５Ｂが接続されている。
ＦＰＣシート２５Ａ，２５Ｂは、リング型シーリング１３に挟持されてリング型シーリング１３の外側面から引き出されている。ＦＰＣシート２５Ａ，２５Ｂは図中において接続配線部分のみの記載であるが、配線は図示しないＦＰＣシート２５Ａ，２５Ｂ上の回路に接続されている。
【００４９】
シム板２２は、弾性・可撓性を有した金属板である。シム板２２の中央には、シム板２２の表面から裏面にまで貫通した穴部２２aが形成されている。この穴部２２aは、その縁が環状に配列されてなる第二絞り穴２１b，…のやや外側にまで配置されるような大きさであり、穴部２２a内に後述のフロート弁２４が配置される。導電性接着層２３Ａ、２３Ｂにより接着される範囲は、シム板２２の表面及び裏面において穴部２２aの外側からシム板２２の外縁に掛けての範囲である。したがって、上側圧電シート２１Ｂの裏面と下側圧電シート２１Ａの表面との間には穴部２２aによる空間が形成される。
また、シム板２２の外縁の一部には、矩形片２２bが形成されている。この矩形片２２bは、ＦＰＣシート２５（２５Ａ、２５Ｂ）と相対しているとともに、リング型シーリング１３の外側面から引き出されている。矩形片２２b及びＦＰＣシート２５Ａ，２５Ｂがリード線として機能し、矩形片２２b及びＦＰＣシート２５Ａ，２５Ｂを介して圧電シート２１Ａ，２１Ｂの両面間にＦＰＣシート２５Ａ，２５Ｂの回路から出力された電圧が印加されると、圧電シート２１Ａ，２１Ｂが伸縮する。
【００５０】
ここで、圧電シート２１Ａ，２１Ｂとシム板２２とを接着してなるダイヤフラムアクチュエータ２０においては、圧電シート２１Ａが内面１１c側を向き、圧電シート２１Ｂが内面１２c側を向いている。そのため、フロート弁２４が第二絞り穴２１b，…が圧電シート２１Ｂから離間すると、第二絞り穴２１b，…が、圧電シート２１Ａと圧電シート２１Ｂとの間の空間から第二ポンプ室３にまで通じ、フロート弁２４が第一絞り穴２１aの周囲の圧電シート２１Ａから離間すると、第一絞り穴２１aにより、前記圧電シート２１Ａと圧電シート２１Ｂとの間の空間は第一ポンプ室２にまで通じる。
【００５１】
図４(a)は、フロート弁２４の平面図であり、図４(b)は、フロート弁２４の側面図である。図４に示すように、フロート弁２４は、全体として車輪を平面視した形状に形成されている。つまり、フロート弁２４は、フィルム状のボス部２４aと、ボス部２４aの周囲をリング状に囲んだフィルム状のリング部２４bと、リング部２４bとボス部２４aとの間を放射状に支持するフィルム状のここでは四つスポーク部２４c，…と、から構成されている。リング部２４bとボス部２４aとの間には、フロート弁２４の裏面から表面に貫通した扇状の開口２４d，…が形成されている。開口２４d，…は、フロート弁２４の中心点に関して各々等距離かつ円周方向に等間隔に位置しているので、フロート弁２４面に圧力が均等にかかることで、各開口２４d，…から均等な量の流体が通過することが可能となる。なお、フロート弁２４は、弾性材料から形成されている。
【００５２】
このフロート弁２４は、浮動状態となって下側圧電シート２１Ａと上側圧電シート２１Ｂとの間に形成された空間内に収納されている。つまり、フロート弁２４は上側圧電シート２１Ｂにも下側圧電シート２１Ａにも接着されておらず、上側圧電シート２１Ｂ及び下側圧電シート２１Ａの両方に対して浮動状態に設けられ、かつ、シム板２２の穴部２２a内に配置されている。そして、フロート弁２４の厚さは、シム板２２と略同じ厚さであり、前記空間の深さ（すなわち、シム板２２と二つの接着層２３Ａ、２３Ｂとの厚さの和）より小さいので、上側圧電シート２１Ｂと下側圧電シート２１Ａとの間に形成された空間には、フロート弁２４の上下方向に隙間が生じている。ダイヤフラムアクチュエータ２０を平面視すると（積層方向から見ると）、フロート弁２４のボス部２４aが圧電シート２１Ａの第一絞り穴２１aに重なっており、フロート弁２４の開口２４d，…がシム板２２の第二絞り穴２１ｂ，…に部分的且つ均等に重なり、上側圧電シート２１Ｂの第二絞り穴２１b，…から外れている。このフロート弁２４は、ダイヤフラムアクチュエータ２０の振動に応じて第一絞り穴２１a及び第二絞り穴２１b，…を通じての第一ポンプ室２から第二ポンプ室３への流体の流れを許容するとともに、第二ポンプ室３から第二ポンプ室２への流体の流れを阻止する弁として機能する。
【００５３】
次に、図５を用いてポンプ装置１の動作について説明する。ここで、図５は、ポンプ装置１の動作状態を説明するための概略断面図である。
ポンプ駆動回路によって所定周期の正弦波又は方形波の電圧（交流電圧）を矩形片２２bとＦＰＣシート２５Ａ，２５Ｂとの間に印加すると、ダイヤフラムアクチュエータ２０が内面１１c側に凸状となるように湾曲した状態（図５(a)に図示。）と、内面１２c側に凸状となるように湾曲した状態（図５(b)に図示。）と、を交互に繰り返すように振動する。図中、上側圧電シート２１Ｂやシム板２２を省略してあるが、上側圧電シート２１Ｂは常にフロート弁２４を上方から覆っている。
【００５４】
ダイヤフラムアクチュエータ２０が図５(a)の状態から図５(b)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室２の容積が増大するとともに第二ポンプ室３の容積が減少することにより、第一ポンプ室２内の流体に負圧が作用し、第二ポンプ室３内の流体に正圧が作用する。ここで、負圧とはポンプ室２，３の外から内に向かった圧力であり、正圧とはポンプ室２，３内から外に向かった圧力である。第一ポンプ室２内の流体が負圧になるとダックビル型逆止弁１４０の亀裂１４０aが開くとともに、第二ポンプ室３内の流体が正圧となってダックビル型逆止弁１５０の亀裂１５０aが開く。これによって、フロート弁２４のボス部２４aが下側圧電シート２１Ａの第一絞り穴２１aを閉塞し、第一ポンプ室２から第二ポンプ室３への流体の流れがフロート弁２４によって阻止される。従って、ダイヤフラムアクチュエータ２０が図５(a)の状態から図５(b)の状態へ変形する時は、外部の流体が導入穴１１dを通って第一ポンプ室２内に流れることがダックビル型逆止弁１４０によって許容され、第二ポンプ室３内の流体が排出穴１２dを通って外部に流れることがダックビル型逆止弁１５０によって許容される。
【００５５】
一方、ダイヤフラムアクチュエータ２０が図５(b)の状態から図５(a)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室２の容積が減少するとともに第二ポンプ室３の容積が増大することにより、第一ポンプ室２内の流体に正圧が作用し、第二ポンプ室３内の流体に負圧が作用する。第一ポンプ室２内の流体が正圧になるとともに第二ポンプ室３内の流体が負圧となることによって、フロート弁２４が下側圧電シート２１Ａに対して浮き上がり、フロート弁２４と下側圧電シート２１Ａの間に隙間が生じる。これにより、フロート弁２４のボス部２４ａが第一絞り穴２１aを開放し、第一絞り穴２１a、開口２４d、第二絞り穴２１b，…を通じて第一ポンプ室２が第二ポンプ室３に連通するので第一ポンプ室２から第二ポンプ室３への流体の流れがフロート弁２４によって許容される。従って、ダイヤフラムアクチュエータ２０が図５(b)の状態から図５(a)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室２内の流体が第一絞り穴２１a及び第二絞り穴２１b，…を通って第二ポンプ室３内に流れる。また、このとき、第一ポンプ室２が正圧となるのでダックビル型逆止弁１４０の亀裂１４０aが閉じ、第二ポンプ室３が負圧となるのでダックビル型逆止弁１５０の亀裂１５０aが閉じる。そのため、外部の流体が導入穴１１dを通って第一ポンプ室２内に流れることがダックビル型逆止弁１４０によって阻止され、第二ポンプ室３内の流体が排出穴１２dを通って外部に流れることがダックビル型逆止弁１５０によって阻止される。
【００５６】
ここで、ダイヤフラムアクチュエータ２０が(a)又は(b)のどちらかに変位した時に排除される容積をΔVとすると、本提案の第一の実施の形態では、１周期のダイヤフラムアクチュエータ２０の動作によって、2ΔVの流量が間欠的に送出されるような特徴を持つポンプ構造であることがわかる。
【００５７】
なお、フロート弁２４の開口２４d，…の各内周縁がフロート弁２４の中心点から等距離であり、各外周縁がフロート弁２４の中心点から等距離であるので、フロート弁２４が下側圧電シート２１Ａに対して浮き上がる際に下側圧電シート２１Ａと上側圧電シート２１Ｂとの間の空間内で回転してフロート弁２４の開口２４d，…の相対的位置が変わっても、フロート弁２４の開口２４d，…が上側圧電シート２１Ｂの第二絞り穴２１b，…に少なくとも部分的且つ均等に重なっているので、フロート弁２４によって第二絞り穴２１b，…が閉塞されることはない。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態によれば、従来のユニモルフ型構造の場合に比べて振動による変位量が大きい、シム板２２とフロート弁２４とを二枚の圧電シート２１Ａ，２１Ｂで挟み込んだバイモルフ型構造のダイヤフラムアクチュエータ２０が内面１１c側に凸状となるように湾曲した状態（図５(a)参照）と、内面１２c側に凸状となるように湾曲した状態（図５(b)参照）と、を交互に繰り返すように振動するので、第一ポンプ室２及び第二ポンプ室３の容積の変化量も大きくすることができる。従って、流量を大きくすることができる。
特に、内面１１cまたは、内面１２c側が図１（図５）のようにダイヤフラムアクチュエータ２０が湾曲した状態で、その形状に沿うような凹面の形状に形成されている場合は、第一ポンプ室２及び第二ポンプ室３のデッドボリュームを小さくすることができ、第一ポンプ室２及び第二ポンプ室３の容積の変化率も大きくすることができる。従って、第一ポンプ室２及び第二ポンプ室３における流体の圧縮率も大きくすることができ、吐出圧力を大きくすることができる。
【００５９】
また、バイモルフ型構造のダイヤフラムアクチュエータ２０は、下側圧電シート２１Ａと上側圧電シート２１Ｂとの間に形成された空間にフロート弁２４が収納されているので、ダイヤフラムアクチュエータ２０の薄型化を図ることができ、その結果、ポンプ装置の薄型化も図ることができる。また、その構成も単純で製造面に優れる。
また、フロート弁２４が下側圧電シート２１Ａと上側圧電シート２１Ｂとの間に形成された空間にフロート弁２４が収納されているから、図５(a)に示すように、ダイヤフラムアクチュエータ２０が内面１１c側に凸状となるように湾曲した場合でも、図５(b)に示すように、ダイヤフラムアクチュエータ２０が内面１２c側に凸状となるように湾曲した場合でも、フロート弁２４が内面１１c，内面１２cには当たらない。したがって、フロート弁２４による第一絞り穴２１aの開閉に対して内面１１c、内面１２cが干渉することを防止することができる。また、ダイヤフラムアクチュエータ２０が内面１１c側や内面１２c側に凸状となるように湾曲した場合に、内面１１cや内面１２cが下側圧電シート２１Ａや上側圧電シート２１Ｂに当たらないことが、接触による下側圧電シート２１Ａ、上側圧電シート２１Ｂ、第一ホルダ１１、第二ホルダ１２の少なくともいずれかの損壊や摩耗を抑制する点で好ましい。一方、湾曲した場合に、下側圧電シート２１Ａや上側圧電シート２１Ｂが、内面１１c，１２cに概ね沿うように設計することで動作時のデッドボリュームを小さくし、送出する流体の圧力を増大することができる。
【００６０】
さらに、ダイヤフラムアクチュエータ２０は、その外縁がリング型シーリング１３に挟持された状態で、第一ホルダ１１と第二ホルダ１２との間に弾性変形した状態で挟持されているので、第一ホルダ１１及び第二ホルダ１２と、リング型シーリング１３との間の密着性が高められ、各ポンプ室２，３内の流体が外部に漏れることを防止できる。また、構成も単純で製造が容易である。
【００６１】
［第二の実施の形態］
図６は、本発明を適用した第二の実施の形態におけるポンプ装置１０１であり、(a)は平面図、(b)は(a)の面VII−VIIに沿う断面図である。図７は、図６の中央部を拡大した断面図である。
【００６２】
このポンプ装置１０１は、第一の実施の形態のポンプ装置１と同様に、内部空間を形成するとともに円盤状の外形を呈したハウジング１１０と、ハウジング１１０の上面及び下面に対して略並行になるようにハウジング１１０内の内部空間に配置されるとともにその内部空間を入口側（下面側）の第一ポンプ室１６１と出口側（上面側）の第二ポンプ室１６２に仕切るダイヤフラムアクチュエータ２０とを備えている。
【００６３】
ハウジング１１０は、ハウジング１１０の下面側を構成する円盤状の第一ホルダ１１１と、ハウジング１１０の上面側を構成する円盤状の第二ホルダ１１２と、第一ホルダ１１１及び第二ホルダ１１２の外縁に沿って第一ホルダ１１１と第二ホルダ１１２との間に挟持されたリング型シーリング（弾性部材）１３０とを備えている。そして、本実施の形態では、ハウジング１１０の導入穴１１１dにダックビル型逆止弁１４０の代わりに導入フロート弁２４０が設けられ、排出穴１１２dにはダックビル型逆止弁１５０の代わりに排出フロート弁２５０が設けられている点で、第一の実施の形態と異なる。なお、導入フロート弁２４０及び排出フロート弁２５０に代えたことで、第一ホルダ１１１及び第二ホルダ１１２の形状が第一の実施の形態の第一ホルダ１１及び第二ホルダ１２と多少異なっている。
【００６４】
このポンプ装置１０１においては、第一ホルダ１１１の円板部１１１aの表面中心に、導入フロート弁２４０及び導入フロート弁ホルダ２４１が収納される円形状の二段の座ぐり２１１e，２１１fが形成されている。下段の座ぐり２１１eの底面には、円板部２１１aの裏面に向けて貫通した導入穴１１１dが形成されている。導入穴１１１dの径は、下段の座ぐり２１１eの底面の径よりも小さい。
上段の座ぐり２１１fには、略円形状の導入フロート弁ホルダ２４１が嵌め込まれている。導入フロート弁ホルダ２４１の中央には、導入フロート弁ホルダ２４１の表面から裏面まで貫通した六つの第三絞り穴２４１a，…が形成されている。これら第三絞り穴２４１a，…は、第一の実施の形態の第二絞り穴２１b，…と同じものであり、第三絞り穴２４１a，…は、導入フロート弁ホルダ２４１の中央を中心にした環状に配列されている。第三絞り穴２４１a，…は、後述の導入フロート弁２４０の中心点に関して各々等距離かつ円周方向に等間隔に位置しているので、導入フロート弁２４０から送出される流体による圧力が均等にかかることで、各第三絞り穴２４１a，…から均等な量の流体が通過することが可能となる。
【００６５】
導入フロート弁２４０は、第一の実施の形態で説明したフロート弁２４と同様の構成であり、上段座ぐり２１１fに嵌め込まれた導入フロート弁ホルダ２４１と下段座ぐり２１１eとの間の空間内で浮動状態となって収納されている。そして、ダイヤフラムアクチュエータ２０の振動に応じて、導入穴１１１d及び第三絞り穴２４１a，…を通じてハウジング１１０の外部からハウジング１１０の内部への流体の流れを許容するとともに、ハウジング１１０の内部からハウジング１１０の外部への流体の流れを阻止する弁として機能する。
【００６６】
また、第二ホルダ１１２の円板部１１２aの表面中心に、排出フロート弁２５０及び排出フロート弁ホルダ２５１が収納される円形状の二段の座ぐり２１２e，２１２fが形成されている。下段の座ぐり２１２eの底面には、円板部２１２aの裏面（すなわち、ハウジング１１０の内部上面）に向けて貫通した排出穴１１２dが形成されている。排出穴１１２dの径は、下段の座ぐり２１２eの底面の径よりも小さい。
上段の座ぐり２１２fには、略円形状の排出フロート弁ホルダ２５１が嵌め込まれている。排出フロート弁ホルダ２５１の中央には、排出フロート弁ホルダ２５１の表面から裏面まで貫通した例えば六つの第四絞り穴２５１a，…が形成されている。これら第四絞り穴２５１a，…は、第一の実施の形態の第二絞り穴２１b，…と同じものであり、第四絞り穴２５１a，…は、排出フロート弁ホルダ２５１の中央を中心にした環状に配列されている。第四絞り穴２５１a，…は、後述の排出フロート弁２５０の中心点に関して各々等距離かつ円周方向に等間隔位置しているので、排出フロート弁２５０から送出される流体による圧力が均等にかかることで、各第四絞り穴２５１a，…から均等な量の流体が通過することが可能となる。
さらに、上段座ぐり２１２fには、排出フロート弁ホルダ２５１を上段座ぐり２１２f内に固定するための流路部２５２が、第二ホルダ２１２の表面中心から突出して嵌め込まれている。流路部２５２は、内部に排出流路２５２aを有し、上段座ぐり２１２f内に嵌め込まれる鍔部２５３と、鍔部２５３から突出する突出部２５４とからなる筒状をなしている。そして、鍔部２５３は、排出フロート弁ホルダ２５１を上から挟んで上段座ぐり２１２f内に嵌め込まれている。
【００６７】
排出フロート弁２５０は、第一の実施の形態で説明したフロート弁２４と同様の構成であり、上段座ぐり２１２fに嵌め込まれた排出フロート弁ホルダ２５１と下段座ぐり２１２eとの間の空間内で浮動状態となって収納されている。そして、ダイヤフラムアクチュエータ１２０の振動に応じて排出穴１１２d及び第四絞り穴２５１a，…を通じてハウジング１１０の内部からハウジング１１０の外部への流体の流れを許容するとともに、ハウジング１１０の外部からハウジング１１０の内部への流体の流れを阻止する弁として機能する。
【００６８】
このポンプ装置１０１の動作について説明する。なお、本実施の形態では、第一の実施の形態のダックビル型逆止弁１４０，１５０を導入フロート弁２４０及び排出フロート弁２５０に代えただけであり、各ダイヤフラムアクチュエータ２０の動作は上述と同様のため、導入フロート弁２４０及び排出フロート弁２５０に関係するダイヤフラムアクチュエータ２０の動作のみを説明する。
図８は、ポンプ装置２０１の動作状態を説明するための概略断面図である。
【００６９】
ダイヤフラムアクチュエータ２０が図８(a)の状態から図８(b)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室１６１の容積が増大するとともに第二ポンプ室１６２の容積が減少することにより、第一ポンプ室１６１内の流体に負圧が作用し、第二ポンプ室１６２内の流体に正圧が作用する。ここで、負圧とはポンプ室１６１，１６２の外から内に向かった圧力であり、正圧とはポンプ室１６１，１６２内から外に向かった圧力である。このように第一ポンプ室１６１が負圧となるので、導入穴１１１d側における下段座ぐり２１１eの導入フロート弁２４０が下段座ぐり２１１eに対して浮き上がり、導入フロート弁２４０と導入フロート弁ホルダ２４１との間に隙間が生じる。これにより、導入フロート弁２４０のボス部２４０aが導入穴１１１dを開放し、導入穴１１１dを通じてハウジング１１０の外部と第一ポンプ室１６１の内部とが連通するので外部から第一ポンプ室１６１の内部への流体の流れが導入フロート弁２４１によって許容される。
【００７０】
また、同時にダイヤフラムアクチュエータ２０が図８(a)の状態から図８(b)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室１６１内の流体に負圧が作用し、第二ポンプ室１６２内の流体には正圧が作用する。このように第二ポンプ室１６２が正圧となるので、排出穴１１２d側における下段座ぐり２１２eの排出フロート弁２５０が下段座ぐり２１２eに対して浮き上がり、排出フロート弁２５０と排出フロート弁ホルダ２５１との間に隙間が生じる。これにより、排出フロート弁２５０のボス部２５０aが排出穴１１２dを開放し、排出穴１１２dを通じて第二ポンプ室１６２の内部から排出流路２５２aを介して外部への流体の流れが排出フロート弁２５０によって許容される。
【００７１】
一方、ダイヤフラムアクチュエータ２０が図８(b)の状態から図８(a)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室１６１の容積が減少するとともに第二ポンプ室１６２の容積が増大することにより、第一ポンプ室１６１内の流体に正圧が作用し、第二ポンプ室１６２内の流体に負圧が作用する。このように第一ポンプ室１６１が正圧となるので、導入穴１１１d側における下段座ぐり２１１eの導入フロート弁２４０が下段座ぐり２１１eの導入穴１１１dを閉塞し、第一ポンプ室１６１の外部から内部への流体の流れが導入フロート弁２４０によって阻止される。
【００７２】
また、同時にダイヤフラムアクチュエータ２０が図８(b)の状態から図８(a)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室１６２の容積が減少するとともに第二ポンプ室１６２の容積が増大することにより、第一ポンプ室１６１内の流体に正圧が作用し、第二ポンプ室１６２内の流体に負圧が作用する。このように第二ポンプ室１６２が負圧となるので、排出穴１１２d側における下段座ぐり２１２eの排出フロート弁２５０が下段座ぐり２１２eの排出穴１１２dを閉塞し、第二ポンプ室１６２の内部から外部への流体の流れが排出フロート弁２５０によって阻止される。
【００７３】
このように、第一の実施の形態のダックビル型逆止弁１４０，１５０と異なり、導入フロート弁２４０や排出フロート弁２５０を使用することが優位となる理論について以下説明する。
一般的に物体が振動する現象は単振動調和振動子などのモデルが適用され、理想的な線形バネに結合された剛体質量Ｍとバネ剛性ｋで構成される。バネは静的コンプライアンスＣを持ち、工業的に使われるバネ定数ｋは、ｋ＝１／Ｃであることが示されており、さらにそのような単振動調和振動子のモデルにおける固有振動数ｆは、ｆ＝６０／２π√ｋ／ｍとなる。
ここで、ダックビル型逆止弁１４０，１５０は片持ち構造であり、それ自身の材質が持つバネ剛性と質量とによって固有振動数が決定されると考えられる。バネ剛性が高ければ固有振動数は高くなり、形状に係り質量が大きくなると固有振動数は大きくなることがわかる。したがって、ダックビル型逆止弁１４０，１５０を配置して高い駆動周波数でダイヤフラムアクチュエータ２０を駆動させようとした場合、高いバネ剛性でかつ低い質量になるよう設計しなければならない。しかしながら、バネ定数が高くなるとダックビル型逆止弁１４０，１５０を開けるために大きな力Ｆ（クラッキング力）が必要となり、ダイヤフラムアクチュエータ２０の駆動によって発生した圧力をロスすることになる。
一方、フロート弁２４０，２５０は自由運動であるため、フロート弁２４０，２５０の厚さを薄くすることにより質量は非常に小さくなり、かつ、浮動状態であるため、それ自身のバネ剛性にも影響されない。このようなフロート弁構造では、上述のダックビル型逆止弁１４０，１５０と異なり、ダイヤフラムアクチュエータ２０の駆動によって発生した圧力をロスするような大きな慣性重量を持たないため、高周波駆動になった場合には、フロート弁２４０，２５０の方がダックビル型逆止弁１４０，１５０に比べて応答性が優れていると考えられる。
また、ダックビル型逆止弁１４０，１５０の変わりに、導入フロート弁２４０や排出フロート弁２５０を使用することで、図３と図７を比べるとわかるように、ポンプ構造自体を薄型化することも可能になるというメリットもある。
【００７４】
このように、第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態のようにダックビル型逆止弁１４０，１５０を使用する場合に比べて、導入フロート弁２４０及び排出フロート弁２５０を使用することにより、高周波駆動への応答性に優れたものとなる。
また、ダックビル型逆止弁１４０，１５０の変わりに、導入フロート弁２４０や排出フロート弁２５０を使用することで、図３と図７を比べるとわかるように、ポンプ構造自体を薄型化することも可能になるというメリットもある。
なお、その他、第一の実施の形態と同様の構成部分については、同様の効果が得られるため、その説明は省略する。
【００７５】
［第三の実施の形態］
図９は、本発明を適用した第三の実施の形態におけるポンプ装置２０１であり、(a)は平面図、(b)は(a)の面VI−VIに沿う断面図である。図１０は、図９の中央部を拡大した断面図である。
【００７６】
このポンプ装置２０１は、第二の実施の形態のポンプ装置１と同様に、第一ホルダ２１１、第二ホルダ２１２からなるハウジング２１０とを備えている。また、ハウジング２１０の導入穴２１１dに導入フロート弁２４０が設けられ、排出穴１１２dに排出フロート弁２５０が設けられている。本実施の形態では、ダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂがハウジング２１０の導入穴２１１d側から排出穴２１２d側に向けて所定間隔に二つ配列されている点で第二の実施の形態と異なる。これらダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂは、第一の実施の形態でのダイヤフラムアクチュエータ２０と同様の構成で、二枚の圧電シート２１Ａ，２１Ｂ、シム板２２、接着層２３Ａ，２３Ｂ及びフロート弁２４からなるものである。
【００７７】
このポンプ装置２０１においては、二つのダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂが、所定間隔に互いに対向するように配列されて、各外縁がリング型シーリング２３０に挟持されている。リング型シーリング２３０は、これら二つのダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂの外縁を挟持した状態で、第一ホルダ１１の円板１１aと第二ホルダ１２の円板部１２aとの間で弾性変形した状態で挟持されている。これにより、内面２１１cと内面２１２cとの内部空間の周囲は、リング型シーリング１３０によって封止されている。また、各ダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂは、内面２１１cと内面２１２cとの間に配置され、内面２１１c及び内面２１２cに対向している。これにより、内面２１１cと内面２１２cの内部空間は、二つのダイヤフラムアクチュエータ（下段ダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ、上段ダイヤフラムアクチュエータ１２０B）によって第一ポンプ室１６１〜第三ポンプ室１６３に仕切られている。
【００７８】
このポンプ装置１０１の動作について説明する。
図１１は、ポンプ装置２０１の動作状態を説明するための概略断面図である。
所定周期の正弦波又は方形波の電圧（交流電圧）によって、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａが内面２１１c側に凸状となるように湾曲し、且つ上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂが内面２１２c側に凸状となるように湾曲した状態（図１１(a)に図示）と、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａが内面２１２c側に凸状となるように湾曲し、且つ下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂが内面２１１c側に凸状となるように湾曲した状態（図１１(b)に図示）と、を交互に繰り返す。
ここで、下段、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ、１２０Bは、いずれも等しい周波数で振動するが、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａと上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂの振動の位相は、πだけずれている。つまり、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａは、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂに対して逆位相で振動する。
図中、上側圧電シート２１Ｂやシム板２２を省略してあるが、上側圧電シート２１Ｂは常にフロート弁２４を上方から覆っている。
【００７９】
下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａが図１１(a)の状態から図１１(b)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室１６１の容積が増大するとともに第二ポンプ室１６２の容積が減少することにより、第一ポンプ室１６１内の流体に負圧が作用し、第二ポンプ室１６２内の流体に正圧が作用する。第一ポンプ室１６１内の流体が負圧になるとともに第二ポンプ室１６２内の流体が正圧となることによって、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａではフロート弁２４のボス部２４aが下側圧電シート２１Ａの第一絞り穴２１aを閉塞し、第一ポンプ室１６１から第二ポンプ室１６２への流体の流れがフロート弁２４によって阻止される。また、第一ポンプ室１６１が負圧となるので導入フロート弁２４１開き、内部に流体は導入される。
【００８０】
また、同時に、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂが図１１(a)の状態から図１１(b)の状態へ変形する時は、第二ポンプ室１６２の容積が減少するとともに第三ポンプ室１６３の容積が増加することにより、第二ポンプ室１６２内の流体に正圧が作用し、上述したように下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａの変形による正圧も作用しているため、第三ポンプ室１６３内には、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂの変位による容積変化分と下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａの変位による容積変化分とが合算された流体が流入する。第二ポンプ室１６２内の流体が正圧になり、第三ポンプ室１６３内へ流体は移動するが、移動する流体容積は第三ポンプ室１６３の容積変化分の２倍であるため、第三ポンプ室１６３内の流体が正圧となることによって、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂではフロート弁２４のボス部２４aが第一絞り穴２１aを開放し、第二ポンプ室１６２から第三ポンプ室１６３への流体の流れがフロート弁２４によって許容されるとともに、排出フロート弁２５０もまた開いて外部に流体は排出される。
【００８１】
一方、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａが図１１(b)の状態から図１１(a)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室１６１の容積が減少するとともに第二ポンプ室１６２の容積が増大することにより、第一ポンプ室１６１内の流体に正圧が作用し、第二ポンプ室１６２内の流体に負圧が作用する。第一ポンプ室１６１内の流体が正圧になるとともに第二ポンプ室１６２内の流体が負圧となることによって、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａではフロート弁２４のボス部２４aが第一絞り穴２１aを開放し、第一ポンプ室１６１から第二ポンプ室１６２への流体の流れがフロート弁２４によって許容される。
ここで、第二ポンプ室の容積変化分は、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂと下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａの両方が作用している為、負圧の度合いが大きく、この為、導入フロート弁２４０は開状態となって外部の流体が導入穴２１１dを通って第二ポンプ室１６２内に流れることが理解される。
【００８２】
また、同時に、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂが図１１(b)の状態から図１１(a)の状態へ変形する時は、第二ポンプ室１６２の容積が増大するとともに第三ポンプ室１６３の容積が減少することにより、第二ポンプ室１６２内の流体に負圧が作用し、第三ポンプ室１６３内の流体には、正圧が作用する。第二ポンプ室１６２内の流体が負圧になるとともに第三ポンプ室１６３内の流体が正圧となることによって、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂではフロート弁２４のボス部２４aが下側圧電シート２１Ａの第一絞り穴２１aを閉塞し、第二ポンプ室１６２から第三ポンプ室１６３への流体の流れがフロート弁２４によって阻止される。また、第三ポンプ室１６３が正圧となるので排出フロート弁２５０が開き、排出穴２１２dを通って第三ポンプ室１６３内の流体は外部に排出される。
【００８３】
そして、ダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂが(a)又は(b)のどちらかに変位した時に排除される容積をΔVとすると、本提案での第二の実施の形態では、１周期のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ及び１２０Ｂの動作によって、２ΔVの流量が各(a),(b)のフェーズ毎に送出され、１周期あたり４ΔVの流量が送出されるような特徴を持つポンプ構造であることがわかる。さらに、ダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂが(a)又は(b)のどちらに変位した状態においても、導入穴２１１d、排出穴２１２dはともに開状態で流体の流れを許容している状態であるので、排出が断続的に行われるポンプに比べて、脈動の少ないポンプが実現されていることがわかる。
【００８４】
また、ダイヤフラムアクチュエータを複数枚（３枚以上）配置した場合について考察した場合、送出流量は隣接するポンプ室同士で相殺される為に４ΔVを越える事はないことが理解されるが、ダイヤフラムアクチュエータの発生力は枚数によって増加するので、最大吐出圧力は大きくなりトータルの発生力が大きくなるために、所定の流量を確実に送出することができる高圧化が可能なポンプ構造となる。
【００８５】
以上、本発明の実施の形態によれば、下段、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ、１２０Ｂがハウジング１０の内部空間を導入穴２１１d側から排出穴２１２d側に第一〜第三のポンプ室１６１〜１６３に仕切るように設けられており、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａが内面２１１c側に凸状となるように湾曲し、且つ上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂが内面２１２c側に凸状となるように湾曲した状態（図８(a)参照）と、下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａが内面２１２c側に凸状となるように湾曲し、且つ上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂが内面２１１c側に凸状となるように湾曲た状態（図８(b)参照）とを交互に繰り返すように振動する。また、下段及び上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂは互いに逆位相となるように同時に駆動される。よって、下段、上段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ、１２０Ｂの振動により各ポンプ室１６１〜１６３における容積の変化が第一ポンプ室１６１から第三ポンプ室１６３へと徐々に送出され、排出穴２１２dから流れる流体は外部の背圧が高圧となっても、２枚のダイヤフラムアクチュエータによって発生力が増加しているので吐出が可能となる。さらに、ダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａおよび１２０Ｂが(a)又は(b)のどちらに変位した状態においても、導入穴２１１d、排出穴２１２dはともに開状態で流体の流れを許容している状態であるので、排出が断続的に行われるポンプに比べて、脈動の少ないポンプが実現されていることがわかる。また、本構造ではダイヤフラムアクチュエータを３枚以上の枚数を積層配置するだけで、高い最大吐出圧力を発生することができるポンプを提供できる。
なお、その他、第一の実施の形態と同様の構成部分については、同様の効果が得られるため、その説明は省略する。
【００８６】
［第四の実施の形態］
図１２は、本発明を適用した第四の実施の形態におけるポンプ装置３０１の動作状態を説明するための概略断面図である。
【００８７】
このポンプ装置３０１は、ハウジング３１０と、ハウジング３１０の導入穴３１１d側から排出穴３１２d側に向けて所定間隔に二つ配列されたダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂとを備えている。また、ハウジング３１０の導入穴３１１dに第三の実施の形態と同様の導入フロート弁２４０が設けられ、排出穴３１２dに第三の実施の形態と同様の排出フロート弁２５０が設けられている。そして、本実施の形態では、二つのダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂの間で、ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂと平行となるように仕切り壁３７０が設けられることにより、ポンプ室１６２の一部が仕切られている点で第三の実施の形態と異なる。なお、ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂの構成は、第三の実施の形態のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ，１２０Ｂと同様である。
【００８８】
このポンプ装置３０１においては、略円筒状のハウジング３１０内に、二つのダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂが、所定間隔に互いに対向するように配列されて、各外縁がリング型シーリング３３０に挟持されてハウジング３１０の内側面に固定されている。また、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａと上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂとの間のハウジング３１０の内側面に、各ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂと所定間隔に対向するように仕切り壁３７０が設けられている。
【００８９】
仕切り壁３７０は、仕切り壁３７０の一方の面（下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａとの対向面）は、ここでは、曲率半径の大きい球面状に上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂ側に向けて窪んだ凹面３７０aとして形成されており、その凹面３７０aは仕切り壁３７０の中心で最も深く凹んでいる。仕切り壁３７０の他方の面（上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂとの対向面）は、曲率半径の大きい球面状に下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ側に向けて窪んだ凹面３７０bとして形成されており、その凹面３７０bは仕切り壁３７０の中心で最も深く凹んでいる。また、仕切り壁３７０の中心において凹面３７０aから凹面３７０bまで貫通した貫通穴３７１が形成されている。
これにより、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａは、ハウジング３１０の下側の凹面３１１cと仕切り壁３７０の凹面３７０aとの間に配置され、凹面３１１c及び凹面３７０aに対向している。上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂは、ハウジング３１０の上側の凹面３１２cと仕切り壁３７０の凹面３７０bとの間に配置され、凹面３１２c及び凹面３７０bに対向している。従って、凹面３１１cと凹面３１２cの内部空間は、二つのダイヤフラムアクチュエータ（上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂ）及び仕切り壁３７０によって第一ポンプ室１６１〜第三ポンプ室１６３に仕切られている。なお、第二ポンプ室１６２は、仕切り壁３７０によってその一部が仕切られている。
【００９０】
このポンプ装置３０１の動作について説明する。なお、本実施の形態の下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ及び上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂは、第二の実施の形態の下段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ及び中段のダイヤフラムアクチュエータ１２０Ｂの動作と同様である。
所定周期の正弦波又は方形波の電圧（交流電圧）によって、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ及び上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂが凹面３１１c側に凸状となるように湾曲し、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａが凹面３１２c側に凸状となるように湾曲した状態（図１２(a)に図示）とを交互に繰り返す（図１２(b)に図示）。つまり、上段、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂは、それぞれ同時に逆位相で振動している。図中、上側圧電シート２１Ｂやシム板２２を省略してあるが、上側圧電シート２１Ｂは常にフロート弁２４を上方から覆っている。
【００９１】
下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａが図１２(a)の状態から図１２(b)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室１６１の容積が増大するとともに第二ポンプ室１６２の容積が減少することにより、第一ポンプ室１６１内の流体に負圧が作用し、第二ポンプ室１６２内の流体に正圧が作用する。第一ポンプ室１６１内の流体が負圧になるとともに第二ポンプ室１６２内の流体が正圧となることによって、フロート弁２４のボス部２４aが下側圧電シート２１の第一絞り穴２１aを閉塞し、第一ポンプ室１６１から第二ポンプ室１６２への流体の流れがフロート弁によって阻止される。また、第一ポンプ室１６１が負圧となるので導入フロート弁２４１開き、内部に流体は導入される。
【００９２】
また、同時に、上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂが図１２(a)の状態から図１２(b)の状態へ変形する時は、第二ポンプ室１６２の容積が減少するとともに第三ポンプ室１６３の容積が増加することにより、第二ポンプ室１６２内の流体に正圧が作用し、上述したように下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａの変形による正圧も作用しているため、第三ポンプ室１６３内には、上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂの変位による容積変化分と下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａの変位による容積変化分とが合算された流体が流入する。第二ポンプ室１６２内の流体が正圧になり、第三ポンプ室１６３内へ流体は移動するが、移動する流体容積は第三ポンプ室１６３の容積変化分の２倍であるため、第三ポンプ室１６３内の流体が正圧となることによって、上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂではフロート弁２４のボス部２４aが第一絞り穴２１aを開放し、第二ポンプ室１６２から仕切り壁３７０の貫通穴３７１を通って第三ポンプ室１６３への流体の流れがフロート弁２４によって許容されるとともに、排出フロート弁２５０もまた開いて外部に流体は排出される。このとき、第二の実施の形態と異なり、第二ポンプ室１６２内が仕切り壁３７０によって一部仕切られているから、第二ポンプ室１６２の容積が第三の実施の形態に比べて小さくなり、圧縮率が大きくなることにより、貫通穴３７１を通って第三ポンプ室１６３内の流体に作用する負圧が大きくなる。
【００９３】
一方、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａが図１２(b)の状態から図１２(a)の状態へ変形する時は、第一ポンプ室１６１の容積が減少するとともに第二ポンプ室１６２の容積が増大することにより、第一ポンプ室１６１内の流体に正圧が作用し、第二ポンプ室１６２内の流体に負圧が作用する。第一ポンプ室１６１内の流体が正圧になるとともに第二ポンプ室１６２内の流体が負圧となることによって、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａではフロート弁２４のボス部２４aが第一絞り穴２１aを開放し、第一ポンプ室１６１から第二ポンプ室１６２への流体の流れがフロート弁２４によって許容される。
ここで、第二ポンプ室の容積変化分は、上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂと下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａの両方が作用している為、負圧の度合いが大きく、この為、導入フロート弁２４０は開状態となって外部の流体が導入穴３１１dを通って第二ポンプ室１６２内に流れることが理解される。
【００９４】
また、同時に、下段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａが図１２(b)の状態から図１２(a)の状態へ変形する時は、第二ポンプ室１６２の容積が増大するとともに第三ポンプ室１６３の容積が減少することにより、第二ポンプ室１６２内の流体に負圧が作用し、第三ポンプ室１６３内の流体には、正圧が作用する。第二ポンプ室１６２内の流体が負圧になるとともに第三ポンプ室１６３内の流体が正圧となることによって、上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂではフロート弁２４のボス部２４aが下側圧電シート２１Ａの第一絞り穴２１aを閉塞し、第二ポンプ室１６２から第三ポンプ室１６３への流体の流れがフロート弁２４によって阻止される。また、第三ポンプ室１６３が正圧となるので排出フロート弁２５０が開き、排出穴３１２dを通って第三ポンプ室１６３内の流体は外部に排出される。
【００９５】
以上、本発明の実施の形態によれば、下段及び上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂがハウジング３１０の内部空間を導入穴３１１d側から排出穴３１２d側に第一〜第三のポンプ室１６１〜１６３に仕切るように設けられており、各ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂが互いに逆位相となるように駆動されるので、下段及び上段のダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂの振動により各ポンプ室１６１〜１６３における容積の変化が第一ポンプ室１６１から第三ポンプ室１６３へと徐々に送出され、排出穴３１２dから流れる流体は外部の背圧が高圧となっても、２枚のダイヤフラムアクチュエータによって発生力が増加しているので吐出が可能となる。脈動の少ないポンプが実現されていることがわかる。また、本構造ではダイヤフラムアクチュエータを３枚以上の枚数を積層配置するだけで、高い最大吐出圧力を発生することができるポンプを提供できること等は、第三の実施の形態の場合と同様である。
【００９６】
また、下側ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａと上側ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂとによって仕切られた第二ポンプ室１６２は、仕切り壁３７０によってさらに、その一部が仕切られているので、第二ポンプ室１６２のデッドボリュームを小さくすることができる。
また、仕切り壁３７０の下側ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ側を向く面が、上側ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂ側に窪んだ凹面３７０aをなし、上側ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ｂ側を向く面が、下側ダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ側に窪んだ凹面３７０bをなしているので、下側及び上側ダイヤフラムアクチュエータ３２０ａ，３２０Ｂがこれら凹面３７０a，３７０bに沿った形状に変形することにより、第二ポンプ室１６２のデッドボリュームをさらに小さくすることができる。その結果、流体の圧縮率も大きくなり、吐出圧力がさらに大きくなる。
【００９７】
なお、本発明は、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で適宜変更可能である。
例えば、第四の実施の形態においてもダイヤフラムアクチュエータ３２０Ａ，３２０Ｂを三つ以上設け、ダイヤフラムアクチュエータの数に応じて仕切り壁３７０の数も増やしても良い。
【００９８】
また、第三〜第四の実施の形態では、ダイヤフラムアクチュエータ１２０Ａ、１２０Ｂを二枚の圧電シート２１Ａ，２１Ｂ、シム板２２、接着層２３Ａ，２３Ｂ及びフロート弁２４からなるバイモルフ型としたが、ユニモルフ型としても良い。図１３は、一枚の圧電シート４２１とシム板４２２とを導電性接着層４２３により接着してなるユニモルフ型のダイヤフラムアクチュエータ４２０の分解斜視図である。
この場合、圧電シート４２１の中央に、その表面から裏面にまで貫通した第一絞り穴４２１aが形成され、圧電シート４２１の裏面（シム板４２２との接着面４２３とは反対側の面）の一部にＦＰＣシート４２５が接続されている。シム板４２２の圧電シート４２１側の面の中央部には、円形状の凹部４２２aが形成され、凹部４２２aの底には、シム板４２２の表面から裏面まで貫通した六つの第二絞り穴４２２b，…が形成されている。これら第一絞り穴４２１a及び第二絞り穴４２２a，…は、第二の実施の形態の第一絞り穴２１a及び第二絞り穴２１b，…と同様のものである。
導電性接着層４２３により接着される範囲は、凹部４２２aのやや外側からシム板４２２の外縁にかけての範囲であり、凹部４２２aがシム板４２２と圧電シート４２１との接着面において空間となる。シム板４２２の凹部４２２a内には、浮動状態となって第二の実施の形態と同様のフロート弁２４が収納されている。
【００９９】
ここで、ユニモルフ型のダイヤフラムアクチュエータ４２０を複数枚用い、導入穴にダックビル型逆止弁１４０、排出穴にダックビル型逆止弁１５０を用いる場合について説明する。図１４は、ユニモルフ型のダイヤフラムアクチュエータ４２０をポンプ装置の下段のダイヤフラムアクチュエータ４２０Ａ、中段のダイヤフラムアクチュエータ４２０Ｂ、上段のダイヤフラムアクチュエータ４２０Cとして適用した場合の中央部を拡大した断面図である。
下段のダイヤフラムアクチュエータ４２０Ａでは、圧電シート４２１が、第一ホルダ１１の内面１１c側を向き、シム板４２２が内面１２c側を向いており、第二絞り穴４２２b，…が凹部４２２aによる空間から第二ポンプ室１６２まで通じ、フロート弁２４が第一絞り穴４２１aの周囲の圧電シート４２１と離間すると、第一絞り穴４２１aが凹部４２２aによる空間から第一ポンプ室１６１にまで通じる。
なお、ダイヤフラムアクチュエータ４２０は、シム板４２２が内面１２c側に向き、圧電シート４２１が内面１１c側に向いた状態で設けるとしたが、逆にシム板４２２が内面１１c側に向き、圧電シート４２１が内面１２cに向いた状態でダイヤフラムアクチュエータ４２０を設けても良い。但し、この場合、フロート弁２４のボス部２４ａに重なる第一絞り穴４２１ａが圧電シート４２１に形成されているのではなく、シム板４２２の凹部４２２ａの底に形成され、第一絞り穴４２１ａによって第一ポンプ室１６１が凹部４２２ａに通じている。更にこの場合、フロート弁２４の開口２４ｄに重なる第二絞り穴４２２ｂ，…がシム板４２２に形成されるのではなく、圧電シート４２１に形成され、第二絞り穴４２２ａによって第二ポンプ室１６２が凹部４２２ａに通じている。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明を適用した第一の実施の形態のポンプ装置１であり、(a)は平面図、(b)は(a)の面Ｉ−Ｉに沿う断面図である。
【図２】ダイヤフラムアクチュエータ２０の分解斜視図である。
【図３】図１の中央部を拡大した断面図である。
【図４】(a)は、フロート弁２４の平面図であり、(b)は、フロート弁２４の側面図である。
【図５】ポンプ装置１の動作状態を説明するための概略断面図である。
【図６】本発明を適用した第二の実施の形態におけるポンプ装置１０１であり、(a)は平面図、(b)は(a)の面VII−VIIに沿う断面図である。
【図７】図６の中央部を拡大した断面図である。
【図８】ポンプ装置１０１の動作状態を説明するための概略断面図である。
【図９】本発明を適用した第三の実施の形態におけるポンプ装置２０１であり、(a)は平面図、(b)は(a)の面VI−VIに沿う断面図である。
【図１０】図９の中央部を拡大した断面図である。
【図１１】ポンプ装置２０１の動作状態を説明するための概略断面図である。
【図１２】本発明を適用した第四の実施の形態におけるポンプ装置３０１の動作状態を説明するための概略断面図である。
【図１３】ユニモルフ型のダイヤフラムアクチュエータ４２０の分解斜視図である。
【図１４】ユニモルフ型のダイヤフラムアクチュエータ４２０をポンプ装置に適用した場合の中央部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１，１０１，２０１，３０１  ポンプ装置
２，１６１  第一ポンプ室
３，１６２  第二ポンプ室
１０  ハウジング
１１，１１１，２１１，３１１  第一ホルダ
１２，１１２，２１２，３１２  第二ホルダ
１１a，１２a，１１１a，１１２a，２１１a，２１２a  円板部
１１b  インレットニップル
１２b  アウトレットニップル
１１c，１２c，１１１c，１１２c，２１１c，２１２c，３１１c，３１２c  内面
１１d，１１１d，２１１d，３１１d  導入穴
１２d，１１２d，２１２d，３１２d  排出穴
１３，１３０，２３０，３３０  リング型シーリング
２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，３２０Ａ，３２０Ｂ  ダイヤフラムアクチュエータ
２１Ａ  下側圧電シート
２１Ｂ  上側圧電シート
２１a，４２１a  第一絞り穴
２１b，４２２b  第二絞り穴
２２，４２２  シム板
２２a  穴部
２２b  矩形片
２３Ａ，２３Ｂ，４２３  導電性接着層
２４  フロート弁
２４a，２４０a，２５０a  ボス部
２４b  リング部
２４c  スポーク部
２４d  開口
２５Ａ，２５Ｂ，４２５  ＦＰＣ(Flexible Printed Circuit)シート
１４０，１５０  ダックビル型逆止弁
１４０a，１５０a  亀裂
１４１，１５１  スリーブ
１６３  第三ポンプ室
１６４  第四ポンプ室
２１１e，２１１f，２１２e，２１２f  座ぐり
２４０  導入フロート弁
２４１  導入フロート弁ホルダ
２４１a  第三絞り穴
２５０  排出フロート弁
２５１  排出フロート弁ホルダ
２５１a  第四絞り穴
２５２  流路部
２５２a  排出流路
２５３  鍔部
２５４  突出部
３７０  仕切り壁
３７０a，３７０b  内面
４２０，４２０，４２０A，４２０B，４２０C  ユニモルフ型のダイヤフラムアクチュエータ
４２１  圧電シート
４２２a  凹部
【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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