(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面がポンプ室に面したダイヤフラムの駆動手段による往復動でポンプ室の内容積を変化させるダイヤフラムポンプにおいて、ダイヤフラムの他面に背圧を加える背圧付与手段を設けてあり、且つ上記背圧付与手段は、ダイヤフラムの動きに同期して正圧の背圧と負圧の背圧とを交互に加えるものであることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
【請求項２】
背圧付与手段はダイヤフラムの他面に面する気密空間と該気密空間に充填した流体と、流体の圧力調整手段であることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項３】
流体が圧縮性流体であることを特徴とする請求項２記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項４】
流体が非圧縮性流体であることを特徴とする請求項２記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項５】
駆動手段が圧電素子を備えてダイヤフラムである金属薄板に張り合わされた圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のダイヤフラムポンプ。
【請求項６】
駆動手段が電歪ポリマーを用いたアクチュエータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のダイヤフラムポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイヤフラムポンプ、殊に圧電素子や電歪ポリマーを利用してダイヤフラムの駆動を行うダイヤフラムポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤフラムポンプとして、ダイヤフラムの駆動用アクチュエータに圧電素子や電歪ポリマーを用いたものが提案されており、電歪ポリマーを用いたものは電圧印加時のダイヤフラムのモーション管理が困難なために未だ実用化されていないものの殊に圧電素子を用いたユニモルフ型ダイヤフラムポンプ（たとえば特開昭５９−２０００８１号公報参照）においては既に実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ダイヤフラムポンプにおけるダイヤフラムのストロークと発生力とは、ダイヤフラムの駆動用のアクチュエータの能力でほぼ決定されてしまう。しかし、圧電素子をアクチュエータとするものや、電歪ポリマーをアクチュエータとするものにおいては、その能力の向上が容易ではなく、従って該アクチュエータを用いたダイヤフラムポンプの能力（ポンプ特性）は低レベルなものに留まっている。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところはアクチュエータの能力に依存していたポンプ特性の任意設定を可能としたダイヤフラムポンプを提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、一面がポンプ室に面したダイヤフラムの駆動手段による往復動でポンプ室の内容積を変化させるダイヤフラムポンプにおいて、ダイヤフラムの他面に背圧を加える背圧付与手段を設けてあり、且つ上記背圧付与手段は、ダイヤフラムの動きに同期して正圧の背圧と負圧の背圧とを交互に加えるものであることに特徴を有している。背圧をダイヤフラムに加えることで、ポンプ特性を変化させることができるようにしたものである。そしてダイヤフラムの動きに同期して正圧の背圧と負圧の背圧とを交互に加えることでダイヤフラムの往復動の両方向についてアシストを行うことができる。また背圧付与手段には、ダイヤフラムの他面に面する気密空間と該気密空間に充填した流体と、流体の圧力調整手段とからなるものを好適に用いることができる。この場合の流体は圧縮性流体であっても非圧縮性流体であってもよい。
【０００６】
上記駆動手段には、圧電素子を備えてダイヤフラムである金属薄板に張り合わされた圧電アクチュエータや、電歪ポリマーを用いたアクチュエータを好適に用いることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１において、吸気口１１と排気口１２とを備えるとともにこれら吸気口１１及び排気口１２に逆止弁１３，１４を組み付けたベース１に、固着手段４によってダイヤフラム２の周縁を固定することで、ダイヤフラム２とベース１とで囲まれたポンプ室３を形成しており、ダイヤフラム２の外面にはその往復駆動用の駆動手段（図示例ではスライダクランク機構）５と背圧付与手段６とを連結してある。
【００１１】
上記背圧付与手段６は、ダイヤフラム２に対して正圧、つまりポンプ室３の内容積を小さくする方向の圧力を加えるものであっても、負圧、つまりポンプ室３の内容積を大きくする方向の圧力を加えるものであってもよい。また、図では背圧付与手段６をシリンダーで示しているが、これに限定するものではない。
【００１２】
そして、上記シリンダーからなる背圧付与手段６によって正圧を加えた場合、ポンプの最大到達圧力を向上させることができ、負圧を加えた場合、ポンプの最大流量を向上させることができる。
【００１３】
図２は駆動手段５として圧電素子からなるアクチュエータを用いたものを示している。図３(a)中の矢印Ｘ方向が分極方向である円盤状の圧電素子５０の場合、印加する方向の電圧によって径方向に延びたり縮んだりするものであり、金属薄板からなるダイヤフラム２の一面に上記圧電素子５０を貼り付けた場合、圧電素子５０の伸縮に伴い、ダイヤフラム２は図３(b)に示すように湾曲する。
【００１４】
また、図４は駆動手段５として電歪ポリマーからなるアクチュエータを用いたものを示しており、図５に示すように絶縁伸縮材料からなる伸縮部５１の両面に導電性伸縮材料からなる電極５２，５２を設けて、両電極５２，５２間に電圧を印加すれば、このアクチュエータは厚み方向（電極間の方向）に縮み、直交する方向に延びる。この動きを利用してダイヤフラム２の駆動を行うのであるが、図示例では該アクチュエータそのものをダイヤフラム２として利用している。
【００１５】
スライダクランク機構のような駆動手段５では、ダイヤフラム２のストロークが駆動手段５によって決定されてしまうのに対して、圧電素子や電歪ポリマーを駆動手段５に用いた場合、背圧付与手段６による付勢でストロークを変化させることができる。また背圧付与手段６による付勢で発生力のアシストを行うことができる。
【００１６】
図６は駆動手段５として圧電素子アクチュエータを用い、背圧付与手段６として圧縮コイルばねを用いてダイヤフラム２に正圧を加えたものを示しており、図７は駆動手段５として圧電素子アクチュエータを用い、背圧付与手段６として引っ張りコイルばねを用いてダイヤフラム２に負圧を加えたものを示している。
【００１７】
また背圧付与手段６は、流体圧を利用するものであってもよい。図８はこの場合の一例を示しており、一面がポンプ室３に面しているダイヤフラム２の他面側にケーシング７で覆った気密空間８を設けて、該気密空間８の内圧を大気圧以上もしくは大気圧以下にしておくのである。前者であれば正圧を、後者であれば負圧をダイヤフラム２に加えたことになる。なお、気密空間８の圧力設定は、ケーシング７に設けた栓７０を外して別途ポンプに接続することで行えばよい。必要に応じて正圧にするか、負圧にするか、その圧力値はいくらにするかを調整することができる。また、ダイヤフラム２に対して面で背圧を加えることから、ダイヤフラム２の破損が生じる虞を無くすことができる。
【００１８】
発生力のアシスト及びストロークの増大という点においては、ダイヤフラム２の駆動に合わせて背圧付与手段６が正圧と負圧を交互に加えるようにしておくとよい。つまり、ポンプ室３の内容積を増大させる吸引時には図９(a)に示すように負圧を加え、ポンプ室３の内容積を減少させる吐出時には図９(b)に示すように正圧を加えるのである。これは背圧付与手段６としてシリンダーを用いることで簡単に行うことができる。
【００１９】
また、図１０(a)(b)に示すように、上記気密空間８を利用した背圧付与手段６を用いた場合にも、気密空間８に別途ポンプなどからなる流体圧制御手段９を接続することで発生力のアシスト及びストロークの増大を行うことができる。この場合、気密空間８を満たす流体には圧縮性流体だけでなく、非圧縮性流体も用いることができる。また、圧縮性流体を用いる場合、ダイヤフラム２との同期ずれを許容することができ、非圧縮性流体を用いた場合、ダイヤフラム２のモーションアシストをダイヤフラム２との同期により確実に行うことができる。
【００２０】
図１１及び図１２は図８にかかる実施例の具体例を示しており、ベース１及びケーシング７に透明アクリル樹脂を用いるとともに、ダイヤフラム２には直径２０．２ｍｍ、厚み０．０５０ｍｍの真鍮製金属薄板を用い、該ダイヤフラム２に貼り付ける駆動手段５として、直径２０．０ｍｍ、厚み０．２５０ｍｍの圧電素子（Ｃ９１）の両面に直径１８．０ｍｍ、厚み０．００８ｍｍの銀焼き付けによる電極を設けたものを用いている。なお、図１３に示すように、逆止弁１３，１４には厚み０．００２ｍｍのポリカーボネートフィルム２５をリング状部材２３，２４間に挟み込むとともにポリカーボネートフィルム２５にスリット２７を入れたものを用いている。図中１７はＯリングである。
このものにおいて、駆動手段５である圧電素子の正極に＋４００Ｖ、負極に−１００Ｖの電圧を駆動周波数１００Ｈｚ，矩形波デューティ４０で印加したところ、気密空間８を開放した状態（大気圧状態）では最大圧力３１８ｍｍＨｇ、流量６２ｍｌ／ｍｉｎであったものが、気密空間８を加圧して大気圧に対して９０ｍｍＨｇの正圧を加えたところ、最大圧力３２４ｍｍＨｇ、流量４０．８ｍｌ／ｍｉｎに変更することができ、気密空間８を減圧して大気圧に対して−９０ｍｍＨｇの負圧を加えたところ、最大圧力３１０ｍｍＨｇ、流量７６．３ｍｌ／ｍｉｎに変更することができた。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、一面がポンプ室に面したダイヤフラムの駆動手段による往復動でポンプ室の内容積を変化させるダイヤフラムポンプにおいて、ダイヤフラムの他面に背圧を加える背圧付与手段を設けているために、背圧をダイヤフラムに加えてポンプ特性を変化させることができるものである。背圧付与手段にはダイヤフラムの動きに同期して正圧の背圧と負圧の背圧とを交互に加えるものを用いてあるので、ダイヤフラムの往復動の両方向について、アシストを行うことができる。この構成は上記駆動手段が、圧電素子をダイヤフラムである金属薄板に張り合わせた圧電アクチュエータや、電歪ポリマーを用いたアクチュエータである場合、特に好ましい結果を得ることができる。
【００２５】
この時、背圧付与手段として、ダイヤフラムの他面に面する気密空間と該気密空間に充填した流体と、流体の圧力調整手段とからなるものを用いれば、ダイヤフラムに背圧を面圧として付与することができて、ダイヤフラムの破損を防止することができ、さらにこの場合の流体として圧縮性流体を用いれば、ダイヤフラムとの同期ずれを許容することができ、流体として非圧縮性流体を用いれば、ダイヤフラムとの同期によりダイヤフラムの動作アシストを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の断面図である。
【図２】同上の他例の断面図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上のさらに他例の断面図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】  (a)(b)は別の例の断面図である。
【図７】  (a)(b)はさらに別の例の断面図である。
【図８】異なる例の断面図である。
【図９】  (a)(b)は別の例の断面図である。
【図１０】  (a)(b)はさらに別の例の断面図である。
【図１１】具体例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図１２】同上の分解斜視図である。
【図１３】同上の弁部を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は拡大斜視図である。
【符号の説明】
２  ダイヤフラム
３  ポンプ室
５  駆動手段
６  背圧付与手段
【図１】
0003870781.tif 000002
【図２】
0003870781.tif 000003
【図３】
0003870781.tif 000004
【図４】
0003870781.tif 000005
【図５】
0003870781.tif 000006
【図６】
0003870781.tif 000007
【図７】
0003870781.tif 000008
【図８】
0003870781.tif 000009
【図９】
0003870781.tif 000010
【図１０】
0003870781.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003870781.tif 000013
【図１３】
0003870781.tif 000014