(57)【要約】【課題】従来の逆止弁はキノコ状(アンブレラ型)のものが一般的である。キノコ状逆止弁は動作安定性が優れているが、立体構造なので、小型圧電ポンプの場合、低背化の支障となる。また、閉状態はキノコ弁と弁座との密着によるので、ある程度の漏れが避けられないため、大きな出力圧が得難い。したがって、漏れの少なく、且つ低背化設計可能な逆止弁が望ましい。【解決手段】圧電素子と、少なくとも一つは互いに整流方向の異なる逆止弁の対とハウジングからなる可変容量室を持つ圧電ポンプにおいて、該逆止弁は、弾性シートに一方向に形成された切込みにより構成されたことを特徴とする圧電ポンプとする。【選択図】  図1
2009150329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
少なくとも一つは互いに整流方向の異なる逆止弁と、ハウジングからなる可変容量室と、を備えた圧電ポンプにおいて、
該逆止弁は、弾性シートに一方向に形成された切込みにより構成されたことを特徴とする圧電ポンプ。
【請求項２】
前記逆止弁は、一方向に切込みを入れた弾性シートを両側から二つの板状部材により挟まれ、一方の板状部材は弁座となり、弁座に対して切込みが変形しないように弁座に分散した貫通流路孔を設ける一方、もう一方の面に配置された圧着部材は弁押さえとなり、この圧着部材に対して切込みが変形できるように貫通流路孔を設けたことを特徴とする請求項１の圧電ポンプ。
【請求項３】
前記逆止弁の切込みを、少なくとも２方向以上備えたことを特徴とする圧電ポンプ。
【請求項４】
前記逆止弁の切込みが、一つの切込みより他方の切込みの方が短いことを特徴とする請求項３の圧電ポンプ。
【請求項５】
前記逆止弁の切込みは、切込みに沿って弁座面側にＶ字溝が作製されたことを特徴とする請求項２〜４の圧電ポンプ。
【請求項６】
前記逆止弁は、一枚の弾性シートに複数の逆止弁を備えることを特徴とする請求項２〜５の圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小型ポンプ、特に圧電ポンプの逆止弁の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型ポンプは電磁ダイアフラム式、ピストン式、圧電ダイアフラム式、チューブ押出し式、電気浸透方式などがある。
圧電ダイアフラムを利用したポンプは小型低背設計、低消費電力、静粛性などのメリットを持つため、最近は燃料電池の燃料供給や、PC・プロジェクタの水冷装置、医療薬液搬送、理化学分析装置、液圧アクチュエータ動力装置などの分野で研究開発が進んでいる。
【０００３】
一般的圧電ポンプの基本構造を図7(A)に示す。圧電ポンプは、1枚の圧電円板の圧電素子11を金属板12に貼り付けた圧電ダイアフラムと、Ｏリング13と弁座14とからなる圧力室9と、それぞれの入口と出口に配置された二つの逆止弁4a,4bから構成される。
【０００４】
圧電素子11に交流電圧を印加することにより圧電素子11が伸縮する際、金属板12の拘束力により圧電ダイアフラムにたわみ変位が生じる。
【０００５】
ここで、圧電ダイアフラムのたわみ変位を利用し、流体の吸い込みと吐き出しを行うことにより圧電ポンプを形成することができる。
【０００６】
具体的には、図7(B)に示すように、圧電ダイアフラムが外側へたわむ時、圧力室9の体積が増加し負圧が生じるので逆止弁4aが開、逆止弁4bが閉になり逆止弁4aから圧力室9に流体が吸い込まれる。一方、図7(C)に示すように、圧電ダイアフラムが内側へたわむ時、圧力室9の体積が減少し圧力が増えるので逆止弁4aが閉、逆止弁4bが開になり圧力室9から逆止弁4bに流体が吐き出される。
したがって、逆止弁4aが吸入口、逆止弁4bが吐出口となり、圧力室9の吸入口と吐出口は逆止弁5a,5bの整流効果により、逆流は起こらないようになっている。
【０００７】
図8は従来例の圧電ポンプをハウジングに収納した例であり、Xは吸込口を示し、Yは吐出口を示す。図7(A)に示した基本部分が、ふた10とハウジング18で挟まれている。図8に示すように、一般的な圧電ポンプでは、具体的構造が異なってもハウジング18と弁座14の間に弁を設置するため、ハウジング18と弁座14を一体化して作製することができず、別々の分離部材として作製し逆止弁を組み込んだ後に一体化する必要がある。
樹脂材質を用いたポンプの場合、ハウジング18と弁座14は、溶接法により、またはゴムシール材を介して圧着あるいはネジ締めにより密封される。
【０００８】
このように、従来の逆止弁は図8に示すキノコ状(アンブレラ型)のものが一般的である。
【０００９】
【特許文献１】特開2002-130137  特開2005-201235  特開2006-144653
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
キノコ状逆止弁は動作安定性が優れているが、立体構造であるので、小型圧電ポンプの場合、低背化の支障となる。
【００１１】
また、逆止弁の閉状態はキノコ弁と弁座との密着によるので、ある程度の漏れは避けられないため、大きな出力圧が得難い。したがって、漏れの少なく、且つ低背化設計可能な逆止弁が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本課題を解決するために、圧電素子と、少なくとも一つは互いに整流方向の異なる逆止弁とハウジングからなる可変容量室をもつ圧電ポンプにおいて、逆止弁は、弾性シートに一方向に切込みを入れて構成されたことを特徴とする圧電ポンプとする。
【００１３】
また逆止弁は、一方向に切込みを入れた弾性シートを両側から二つの板状部材により挟まれ、一方は弁座となり、弁座に対して切込みが変形しないように弁座に分散した貫通流路孔を設ける一方、もう一方の面は弁押さえとなり、この圧着部材に対して切込みが変形できるように貫通流路孔を設けたことを特徴とする。
【００１４】
さらにまた逆止弁の切込みは、２方向以上備えてもよく、一つの切込みより他方の切込みの方が短くてもよく、切込みに沿って弁座面側にＶ字溝が作製されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による弾性シート弁によれば、次のメリットが得られる。
従来の立体構造のキノコ状弁と比較して、ポンプの低背化が設計し易く、閉状態での密着性が良いので、逆流が改善されるほか、より高い出力圧が得られる。
また、複数の逆止弁を備えた圧電ポンプにおいて、簡単な構造で複数の逆止弁とポンプシール材を一体化することができるので、部品点数の低減を実現できる。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の一実施例を図1〜4を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図1は本発明による圧電ポンプの実施例であり、図7(A)における弁座14を、第1の部材15と、弾性シート16と、第2の部材17で置き換えた構造であり、Xは吸込口を示し、Yは吐出口を示す。
図2は図1に示す圧電ポンプの逆止弁の基本構造を示す図であり、(A)は正面図を示し、(B)は（A）のZ-Z’断面図を示す。
図3は逆止弁を構成する、第1の部材と弾性シートと第2の部材の説明図であり、(A)は図3の第1の部材15の正面図、(B)は(A)のZ-Z’断面図、(C)は図1の弾性シート16の正面図、(D)は(C)のZ-Z’断面図、(E)は図3の第2の部材17の正面図、(F)は(E)のZ-Z’断面図を示している。
【００１８】
図2に示すように、逆止弁は第1の部材15と弾性シート16と第2の部材17からなる。図3に逆止弁の構成部材を示す。
【００１９】
弾性シート16は、図3(C)と(D)に示すように、弾性シートの片面にＶ字溝61を形成し、Ｖ字溝61に沿って貫通した切込み60を設けたものである。弾性シートの材料としては、弾性、耐久性と耐薬品性に優れているEPDMゴムを使えば良い。
【００２０】
第1の部材15は、図3(A)と(B)に示すように円形流路孔50を備える。部材15の流路孔50の直径は男性シートに作製された切込み60の長さと等しいか、より大きい方が良い。
【００２１】
第2の部材17は、図3(E)と(F)に示すように複数の小孔70を備える。部材17の流路孔70は弾性シート16に作製されたＶ字溝の両側に配置される方が良い。
【００２２】
弾性シート16のＶ字溝61のない面に部材15を配置し、Ｖ字溝61のある面に部材17を配置し、図2に示す逆止弁となる。
【００２３】
流路孔50にある流体から逆止弁に、図2(B)に示す方向の圧力P0を加える場合、部材17に支えられる弁63が変形できないため、切込み口60の切込み面62が確実に密着しているので、逆止弁は閉状態となる。
【００２４】
部材17の流路孔70にある流体から逆止弁に、図2(B)に示す方向の圧力P1を加える場合、図4(A)に示すように圧力Pにより弁63が変形し切込み面62が離れて開状態となる。
【００２５】
Ｖ字溝のない部材17に圧力Pが加わると、図4(B)に示すように弁63が変形し切込みの上側が開いて開状態になっても下側は十分に開いていない状態であるので、完全な開動作を実現するには下側にＶ字溝が必要であることが分かる。
【００２６】
図1に示す実施例では、吸入口Xと吐出口Yの二つの弁67a,67bを一枚の弾性シート16に形成している。つまり、弾性シート16において一対の切込み64a,64bを形成し、反対する面内に各々のＶ字溝65a,65bを設ける。弾性シート16は部材15と部材17により挟まれ固定される。
切込み64aの両面にある流路孔51a、71aと、切込み64bの両面にある流路孔71b、51bは図2に示した構造と同じであるが、配置方向が反対するので、流体は吸入口Xから吐出口Yの方向のみ流動できる。
【００２７】
具体的には、圧電ダイアフラムが圧力室9の外側へたわむ時、圧力室9の体積が増加し負圧が生じるので、弁67bの切込み64bが内部負圧により弁座である部材15に吸着され、閉状態になると同時に、弁67aの切込み64aは負圧により変形し、弁座である部材17から離れて開状態になり、流体は流路孔71aから吸い込まれる。
逆に、圧電ダイアフラムが圧力室9の内側へたわむ時、圧力室9の体積が減少し圧力が増えるので、弁67aが閉となり、弁67bが開になるので、流体が流路孔71bから吐き出される。この時、圧力室の吸入口Xと吐出口Yには弁の整流効果により、逆流は起こらないようになっている。
【００２８】
このように複数の逆止弁で弾性シートを共有すれば、部品点数増加を抑えることができる。
【００２９】
シート状弁は閉状態での密着性が良く逆流がほとんど発生しないので、より高い出力圧が得られる。Ｖ字溝を設けても従来のキノコ状弁ほどの充分な開動作が得られ難いため、流量の小さい小型圧電ポンプに適している。
【００３０】
流量を大きくする必要がある場合は、前述の１本切込みの替わりに、図5に示すように２方向の切込みにすれば改善できる。
ここで、永久ひずみの抑制と動作の安定性を考慮し、２方向の切込みは１本の長い切込み60と補助用の短い切込み66から構成すれば良い。
補助用の短い切込みは、互いに直角でなくともよく、２本以上あっても、一点で交わってもよい。
【００３１】
図6は本発明による圧電ポンプの他の実施例である。
この実施例において、図2の逆止弁を構成する第1の部材15と第2の部材17は、図8に示す従来の圧電ポンプの固有部材である弁座14とハウジング18を利用している。
また、第1の部材15とハウジング78で弾性シート15を挟んでいるので、弾性シート自体は圧力室のハウジング15とハウジング78のシール材となる。
【００３２】
このような構造とすれば、図8に示す従来の立体構造のキノコ状弁と比較して、部品点数を増加させずに圧電ポンプの低背化設計が可能である。
【００３３】
また、本発明によるシート状ゴム弁は圧電ポンプに限らず、電磁ポンプなどほかのポンプの中でも受動逆止弁として汎用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による圧電ポンプの構造概略図である。
【図２】本発明による圧電ポンプの逆止弁である。(A)は正面図、(B)は（A）のZ-Z’断面図。
【図３】本発明による圧電ポンプの逆止弁の構成である。(A),(C),(E)は実施例正面図、(B),(D),(F)は実施例Z-Z’断面図
【図４】本発明による圧電ポンプの弁の開動作時の変位であり、(A)はV字溝のある場合、(B)はV字溝のない場合。
【図５】本発明によるその他の弁の実施例である。
【図６】本発明による圧電ポンプの他の実施例である。
【図７】従来例による圧電ポンプであり、(A)は構造概略図、(B)は圧力室外側にたわんだ場合、(C)は圧力室内側にたわんだ場合。
【図８】従来例による圧電ポンプの実施例である。
【符号の説明】
【００３５】
9  圧力室
10  ふた
11  圧電素子
12  金属板
13  Oリング
14  従来方式の逆止弁の弁座
15  本発明による圧電ポンプの逆止弁の第1の部材
16  本発明による圧電ポンプの逆止弁の弾性シート
17  本発明による圧電ポンプの逆止弁の第2の部材
18,78  ハウジング,
60,64a,64b,66  切込み
61,65a,65b  Ｖ字溝
63,67a,67b  本発明による圧電ポンプの逆止弁の弁
X  吸込口
Y  吐出口
【図１】
2009150329.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009150329.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009150329.tif 000007
【図６】
2009150329.tif 000008
【図７】
2009150329.tif 000009
【図８】
2009150329.tif 000010