(57)【要約】  実質的に円筒状の形状を有すると共に、端壁により両端部が閉じられた側壁により形成されたキャビティを画定するポンプであって、該キャビティが流体を含むようなポンプが開示されている。該ポンプは、更に、上記端壁の少なくとも一方に動作的に関連されて、駆動される端壁の振動運動を生じさせ、これにより上記キャビティ内で該駆動される端壁の変位振動を発生させるアクチュエータを有する。該ポンプは、更に、上記駆動される端壁の周縁部に動作的に関連されて、上記変位振動の減衰を減少させるアイソレータを有する。【選択図】  図１Ａ
2012528980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を収容するためのキャビティを画定する実質的に円筒状の形状を有し、前記キャビティが両端において実質的に円形の端壁により閉じられた側壁により形成され、前記端壁のうちの少なくとも一方は駆動される端壁であり、前記駆動される端壁が中央部と、該駆動される端壁の中央部から半径方向外側に向かって延びる周縁部とを有するポンプ本体と、
前記駆動される端壁の前記中央部に動作的に関連されて、該駆動される端壁の振動運動を生じさせ、これにより、使用時において前記駆動される端壁の該端壁に実質的に垂直な方向の変位振動を、前記駆動される端壁の中心と前記側壁との間に環状のノードを伴って発生させるアクチュエータと、
前記駆動される端壁の前記周縁部と動作的に関連されて、前記変位振動の減衰を減少させるアイソレータと、
前記キャビティにおける前記環状のノードの位置以外の何れかの位置に配設されると共に、前記ポンプ本体を経て延在する第１開口と、
前記ポンプ本体における前記第１開口の位置以外の何れかの位置に配設されると共に、前記ポンプ本体を経て延在する第２開口と、
前記第１開口及び前記第２開口のうちの少なくとも一方に配設されるバルブと、
を有し、使用時に、前記変位振動が前記ポンプ本体の前記キャビティ内に前記流体の対応する半径方向の圧力振動を発生して、前記第１及び第２開口を経る流体の流れを生じさせるポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプであって、前記キャビティの前記側壁の高さ（ｈ）に対する前記キャビティの長軸から前記側壁まで延びる該キャビティの半径（ｒ）の比が、約１.２より大きいポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載のポンプであって、前記キャビティの高さ（ｈ）及び前記キャビティの半径（ｒ）が、更に、ｈ２／ｒ＞４×１０-10メートルなる式により関係づけられるポンプ。
【請求項４】
請求項２に記載のポンプであって、前記第２開口が、前記端壁の一方において、該端壁の中心から約０.６３(ｒ)±０.２(ｒ)の距離に配設されるポンプ。
【請求項５】
請求項２に記載のポンプであって、前記アクチュエータが該アクチュエータに関連する前記端壁を駆動して、前記振動運動を周波数（ｆ）で発生させるポンプ。
【請求項６】
請求項２に記載のポンプであって、前記アクチュエータが該アクチュエータに関連する前記端壁を駆動して、前記振動運動を周波数（ｆ）で発生させ、前記半径（ｒ）が、
【数５】
2012528980.tif 000007
なる式により前記周波数（ｆ）に関係づけられ、ここでｃｓ≒１１５ｍ／ｓであり、ｃｒ≒１９７０ｍ／ｓであり、ｋ０＝３.８３であるポンプ。
【請求項７】
請求項１に記載のポンプであって、前記半径方向の圧力振動の最低共振周波数が約５００Ｈｚより高いポンプ。
【請求項８】
請求項１に記載のポンプであって、前記駆動される端壁の前記変位振動の周波数が、前記半径方向の圧力振動の前記最低共振周波数に概ね等しいポンプ。
【請求項９】
請求項１に記載のポンプであって、前記駆動される端壁の前記変位振動の周波数が、前記半径方向の圧力振動の前記最低共振周波数の２０％以内であるポンプ。
【請求項１０】
請求項１に記載のポンプであって、前記駆動される端壁の前記変位振動が、前記半径方向の圧力振動に対してモード形状が整合されているポンプ。
【請求項１１】
請求項１に記載のポンプであって、前記バルブが、前記流体が前記キャビティを介して実質的に一方向に流れるのを可能にするポンプ。
【請求項１２】
請求項１に記載のポンプであって、前記アイソレータが可撓膜であるポンプ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のポンプであって、前記可撓膜がプラスチックから形成されるポンプ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のポンプであって、前記可撓膜の環状の幅が約０.５ｍｍと１.０ｍｍとの間であり、該可撓膜の厚さが約２００ミクロンより薄いポンプ。
【請求項１５】
請求項１２に記載のポンプであって、前記可撓膜が金属から形成されるポンプ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のポンプであって、前記可撓膜の環状の幅が約０.５ｍｍと１.０ｍｍとの間であり、該可撓膜の厚さが約２０ミクロンより薄いポンプ。
【請求項１７】
請求項１に記載のポンプであって、当該ポンプの前記側壁が、前記キャビティ内で前記端壁の少なくとも一方に隣接して半径方向外側に向かって延びる凹部を有するポンプ。
【請求項１８】
請求項２に記載のポンプであって、前記キャビティ内で使用する前記流体が気体である場合に、ｒ／ｈの前記比が約１０と約５０との間であるポンプ。
【請求項１９】
請求項３に記載のポンプであって、前記キャビティ内で使用する前記流体が気体である場合に、前記ｈ２／ｒの比が１０−３メートルと約１０−６メートルとの間であるポンプ。
【請求項２０】
請求項２に記載のポンプであって、前記キャビティの容積が約１０ｍｌより小さいポンプ。
【請求項２１】
請求項１に記載のポンプであって、
前記端壁のうちの他方の端壁の中央部に動作的に関連されて、前記他方の端壁の該端壁に実質的に垂直な方向の振動運動を生じさせる第２アクチュエータと、
前記他方の端壁の周縁部に動作的に関連されて、前記キャビティ内の前記側壁による前記他方の端壁の振動運動の減衰を減少させる第２アイソレータと、
を更に有するポンプ。
【請求項２２】
請求項２に記載のポンプであって、前記アクチュエータの半径が０.６３(ｒ)以上であるポンプ。
【請求項２３】
請求項２２に記載のポンプであって、前記アクチュエータの半径が前記キャビティの半径（ｒ）以下であるポンプ。
【請求項２４】
請求項１に記載のポンプであって、前記アクチュエータが前記振動運動を生じさせる圧電部品を有するポンプ。
【請求項２５】
請求項１に記載のポンプであって、前記アクチュエータが前記振動運動を供給する磁歪部品を有するポンプ。
【請求項２６】
２つの端面により閉じられた側壁を備える流体を収容するための実質的に円筒状の形状のキャビティを有し、前記キャビティは高さ（ｈ）及び半径（ｒ）を有し、前記高さ（ｈ）に対する前記半径（ｒ）の比が約１.２より大きいポンプ本体と、
前記端面のうちの一方の端面の中央部に動作的に関連されると共に、使用時において該端面の振動運動を、該端面の中心と前記側壁との間に環状のノードを伴って発生させるアクチュエータと、
前記端面の周縁部と動作的に関連されて、前記振動運動の減衰を減少させるアイソレータと、
前記キャビティにおける前記環状のノードの位置以外の何れかの位置に配設されると共に、前記ポンプ本体を経て延在する第１開口と、
前記ポンプ本体における前記第１開口の位置以外の何れかの位置に配設されると共に、前記ポンプ本体を経て延在する第２開口と、
前記第１開口及び前記第２開口のうちの少なくとも一方内に配設されて、使用時に前記流体が前記キャビティを経て流れるのを可能にするバルブと、
を有するポンプ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のポンプであって、前記振動運動が前記キャビティ内に前記流体の半径方向圧力振動を発生させ、前記第１開口及び前記第２開口を経る流体の流れを生じさせるポンプ。
【請求項２８】
請求項２７に記載のポンプであって、前記半径方向圧力振動の最低共振周波数が約５００Ｈｚより高いポンプ。
【請求項２９】
請求項２７に記載のポンプであって、前記振動運動の周波数が、前記半径方向圧力振動の前記最低共振周波数に概ね等しいポンプ。
【請求項３０】
請求項２７に記載のポンプであって、前記振動運動の周波数が、前記半径方向圧力振動の前記最低共振周波数の２０％以内であるポンプ。
【請求項３１】
請求項２７に記載のポンプであって、前記振動運動が、前記半径方向圧力振動に対してモード形状の整合がされるポンプ。
【請求項３２】
請求項２６に記載のポンプであって、当該ポンプの前記側壁が、前記キャビティ内で前記端壁の少なくとも一方に隣接して半径方向外側に向かって延びる凹部を有するポンプ。
【請求項３３】
請求項２６に記載のポンプであって、前記キャビティの高さ（ｈ）及び前記キャビティの半径（ｒ）が、更に、ｈ２／ｒ＞４×１０-10メートルなる式により関係づけられるポンプ。
【請求項３４】
請求項２６に記載のポンプであって、前記アクチュエータが前記キャビティの該アクチュエータに関連する前記端面を駆動して、前記振動運動を周波数（ｆ）で発生させ、前記半径（ｒ）が、
【数６】
2012528980.tif 000008
なる式により前記周波数（ｆ）に関係づけられ、ここでｃｓ≒１１５ｍ／ｓであり、ｃｒ≒１９７０ｍ／ｓであり、ｋ０＝３.８３であるポンプ。
【請求項３５】
請求項２６に記載のポンプであって、前記アイソレータが可撓膜であるポンプ。
【請求項３６】
請求項３５に記載のポンプであって、前記可撓膜がプラスチックから形成されるポンプ。
【請求項３７】
請求項３６に記載のポンプであって、前記可撓膜の環状の幅が約０.５ｍｍと１.０ｍｍとの間であり、該可撓膜の厚さが約２００ミクロンより薄いポンプ。
【請求項３８】
請求項３５に記載のポンプであって、前記可撓膜が金属から形成されるポンプ。
【請求項３９】
請求項３８に記載のポンプであって、前記可撓膜の環状の幅が約０.５ｍｍと１.０ｍｍとの間であり、該可撓膜の厚さが約２０ミクロンより薄いポンプ。
【請求項４０】
請求項２６に記載のポンプであって、前記アクチュエータの半径が０.６３(ｒ)以上であるポンプ。
【請求項４１】
請求項４０に記載のポンプであって、前記アクチュエータの半径が前記キャビティの半径（ｒ）以下であるポンプ。
【請求項４２】
請求項２６に記載のポンプであって、前記第２開口が、前記端面の一方において、該端面の中心から約０.６３(ｒ)±０.２(ｒ)の距離に配設されるポンプ。
【請求項４３】
請求項２６に記載のポンプであって、前記バルブが、前記流体が前記キャビティを介して実質的に一方向に流れるのを可能にするポンプ。
【請求項４４】
請求項２６に記載のポンプであって、前記キャビティ内で使用する前記流体が気体である場合に、ｒ／ｈの前記比が約１０と約５０との間の範囲内であるポンプ。
【請求項４５】
請求項２６に記載のポンプであって、前記キャビティ内で使用する前記流体が気体である場合に、前記ｈ２／ｒの比が１０−３メートルと約１０−６メートルとの間であるポンプ。
【請求項４６】
請求項２６に記載のポンプであって、前記キャビティの容積が約１０ｍｌより小さいポンプ。
【請求項４７】
請求項２６に記載のポンプであって、
前記キャビティの前記端面のうちの他方の端面の中央部に動作的に関連されて、前記他方の端面の振動運動を生じさせる第２アクチュエータと、
前記他方の端面の周縁部に動作的に関連されて、前記振動運動の減衰を減少させる第２アイソレータと、
を更に有するポンプ。
【請求項４８】
請求項２６に記載のポンプであって、前記アクチュエータが前記振動運動を生じさせる圧電部品を有するポンプ。
【請求項４９】
請求項２６に記載のポンプであって、前記アクチュエータが前記振動運動を供給する磁歪部品を有するポンプ。
【請求項５０】
請求項２６に記載のポンプであって、前記キャビティの前記端面のうちの一方の端面が切頭円錐形状を有し、前記キャビティの高さ（ｈ）が、前記一方の端面の概ね中心における第１の高さから前記側壁に隣接する前記第１の高さより小さな第２の高さまで変化するポンプ。
【請求項５１】
請求項２６に記載のポンプであって、前記キャビティの前記端面のうちの一方の端面が切頭円錐形状を有し、前記キャビティの高さ（ｈ）が、前記一方の端面の概ね中心における第１の高さから前記側壁に隣接する第２の高さまで増加するポンプ。
【請求項５２】
請求項５１に記載のポンプであって、前記第２の高さに対する前記第１の高さの比が約５０％以上であるポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の解説的実施例は、広くは流体用のポンプに係り、更に詳細にはポンピングキャビティが実質的に円形の端壁及び側壁を有する実質的にディスク形状の円筒状キャビティであるようなポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
閉じたキャビティ内での大振幅圧力振動の発生は、熱音響及びポンプ型圧縮機の分野で大きな注目を浴びている。非線形音響学における近年の発展は、以前に可能であると考えられていたものより大きな振幅の圧力波の発生を可能にしている。
【０００３】
定められた流入口（インレット）及び流出口（アウトレット）からの流体のポンプ送りを達成するために音響共振を使用することが知られている。これは、一端に音響定在波を駆動する音響ドライバを備えた円筒状キャビティを用いて達成することができる。このような円筒状キャビティにおいては、上記音響圧力波は限られた振幅を有する。円錐、ホーン円錐、球等の変化する断面のキャビティが大振幅圧力振動を達成するために使用され、これにより、ポンプ送り効率を大幅に向上させている。このような大振幅の波では、エネルギ放散を伴う非線形なメカニズムは抑圧されている。しかしながら、大振幅音響共振は、半径方向（放射方向）圧力振動が励起されるディスク状キャビティ内では最近まで使用されていなかった。WO2006/111775として公開された国際特許出願第PCT/GB2006/001487号（’487出願）は、高アスペクト比（即ち、キャビティの高さに対するキャビティの半径の比）を持つ実質的にディスク状のキャビティを有するポンプを開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなポンプは、各端部が端壁により閉じられた側壁を有する実質的に円筒状のキャビティを備えている。また、斯かるポンプは、上記端壁の何れか一方を駆動して、該駆動される端壁の面に実質的に垂直な方向に振動させるアクチュエータも有している。該駆動される端壁の運動の空間的プロファイルは、当該キャビティ内の流体圧振動の空間的プロファイルに整合されるように説明され、これは、ここではモード整合（モードマッチング）と称される状態である。ポンプがモード整合された場合、当該アクチュエータによりキャビティ内の流体に対してなされる仕事は、駆動される端壁の表面にわたり建設的に加わり、これにより該キャビティ内の圧力振動の振幅を向上させると共に高いポンプ効率を実現させる。モードが整合されていないポンプにおいては、上記端壁における、該端壁により当該流体に対してなされる仕事が当該キャビティ内の流体における流体圧振動の振幅を向上させるというよりは減少させるような領域が存在し得る。このように、当該アクチュエータにより流体に対してなされる有効な仕事が減少され、ポンプは低い効率となる。モード整合されたポンプの効率は、駆動される端壁と側壁との間の境界に依存する。このようなポンプの効率を、斯かる境界を、駆動される端壁の運動を減少又は減衰させないように構成し、これによりキャビティ内の流体圧振動の振幅の如何なる低下も軽減することにより維持することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施例によれば、上述したポンプのアクチュエータは、駆動される端壁の、該端壁に実質的に垂直な方向の又は円筒状キャビティの長軸に実質的に平行な方向の振動運動（“変位振動”）を生じさせる（この振動は、以下、キャビティ内の駆動される端壁の“軸方向振動”と称する）。該駆動される端壁の軸方向振動は、当該キャビティ内の流体の実質的に比例した“圧力振動”を発生し、’487出願（参照により本明細書に組み込まれる）に記載された第１種のベッセル関数のものに近似した半径方向圧力分布を形成する。このような振動は、以下、キャビティ内の流体圧の“半径方向振動”と称する。上記駆動される端壁の、アクチュエータと側壁との間の部分は、当該ポンプの側壁との、上記変位振動の減衰を減少させて当該キャビティ内の圧力振動の如何なる低下も軽減する境界を形成する。上記部分は、以下、“アイソレータ（隔絶体）”と称す。該アイソレータの解説的実施例は、上記変位振動の減衰を低減するために上記駆動される端壁の周縁部に動作的に関連される。
【０００６】
本発明の他の実施例によれば、ポンプは、実質的に円形の端壁により両端部が閉じられた側壁により形成されたキャビティを画定する、実質的に円筒状の形状を持つポンプ本体を有し、上記端壁のうちの少なくとも一方は中央部及び前記側壁に隣接する周縁部を有する駆動される端壁であり、上記キャビティは使用時に流体を含む。該ポンプは、更に、上記駆動される端壁の中央部に動作的に関連されて、この駆動される端壁の該端壁に実質的に垂直な方向で且つ該駆動される端壁の概ね中心に最大振幅を持つ振動運動を生じさせるアクチュエータを有し、これにより使用時に上記駆動される端壁の変位振動を発生する。該ポンプは、更に、上記駆動される端壁の周縁部と動作的に関連されて、前記キャビティの側壁に対する当該端壁の接続に起因する上記変位振動の減衰を減少させるアイソレータを有する。該ポンプは、更に、前記端壁のうちの一方の概ね中心に配設された第１開口と、前記ポンプ本体における何れか他の位置に配設された第２開口とを有し、これにより前記変位振動は当該ポンプ本体のキャビティ内に流体圧の半径方向振動を発生し、上記開口を介しての流体の流れを生じさせる。
【０００７】
解説的実施例の他の目的、フィーチャ及び利点は、図面及び後述する詳細な説明を参照して明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の解説的実施例による、正圧を供給する第１ポンプの概略断面図を示す。
【図１Ａ（１）】図１Ａ（１）は、図１Ａの第１ポンプの駆動される端壁の変位振動のグラフを示す。
【図１Ａ（２）】図１Ａ（２）は、図１Ａの第１ポンプのキャビティ内の圧力振動のグラフを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの第１ポンプの概略上面図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の解説的実施例によるポンプと共に使用するためのバルブの概略断面図を示す。
【図２Ａ（１）】図２Ａ（１）は、動作時の図２Ａのバルブの断面を示す。
【図２Ａ（２）】図２Ａ（２）は、動作時の図２Ａのバルブの断面を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａのバルブの概略上面図を示す。
【図３】図３は、本発明の解説的実施例による、負圧を供給する第２ポンプの概略断面図を示す。
【図４】図４は、本発明の解説的実施例による、切頭円錐状ベースを有する第３ポンプの概略断面図を示す。
【図５】図５は、本発明の他の解説的実施例による、２つのアクチュエータを含む第４ポンプの概略断面図を示す。
【図６】図６は、図１Ａ及び１Ｂのポンプの縁部の分解概略断面を示すもので、アイソレータの第１実施例を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、図６のポンプの変位振動のグラフを示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６のポンプのキャビティ内の圧力振動のグラフを示す。
【図７Ａ】図７Ａは、図３のポンプの概略断面を示すもので、図３のアイソレータの別の実施例を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図３のポンプの概略断面を示すもので、図３のアイソレータの別の実施例を示す。
【図８】図８は、図１のポンプの概略断面を示すもので、アイソレータの他の実施例を示す。
【図９】図９は、図１のポンプの概略断面を示すもので、アイソレータの更に他の実施例を示す。
【図１０】図１０は、図１のポンプの概略断面を示すもので、アイソレータの更に他の実施例を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図１０のポンプの変位振動のグラフを示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０のポンプのキャビティ内の圧力振動のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
幾つかの解説的実施例の下記の詳細な説明においては、これら実施例の一部を形成する添付図面が参照される。これら図面には、本発明を実施することが可能な特定の好ましい実施例が例示として示されている。これらの実施例は、当業者が本発明を実施することを可能にする程度に十分に詳細に説明されており、他の実施例も利用することが可能であると共に、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなしに論理的、構造的、機械的、電気的及び化学的変更を行うこともできると理解されるものである。当業者が本明細書で説明された実施例を実施するのを可能にするためには不必要な詳細を回避するために、本説明は当業者により知られた特定の情報は省略し得る。従って、下記の詳細な説明は、限定する意味でとらえられるべきではなく、これら解説的実施例の範囲は添付請求項によってのみ定められるものである。
【００１０】
図１Ａは、本発明の一解説的実施例によるポンプ１０の概略断面図である。図１Ｂも参照すると、ポンプ１０は実質的に円筒状の形状を持つポンプ本体を有し、該ポンプ本体は一端がベース１８により閉じられると共に他端が端部プレート１７及び環状アイソレータ（隔絶体）３０により閉じられた円筒状の壁（円筒壁）１９を含んでいる。上記環状アイソレータ３０は、端部プレート１７と、当該ポンプ本体の上記円筒壁１９の他端との間に配設されている。上記円筒壁１９及びベース１８は、当該ポンプ本体を有する単一部品とすることができ、他の構成部品又は系に取り付けることができる。円筒壁１９、ベース１８、端部プレート１７及びアイソレータ３０の内側表面は当該ポンプ１０内のキャビティ（空洞）１１を形成し、該キャビティ１１は、両端が端壁１２及び１３により閉じられた側壁１４を有している。上記端壁１３はベース１８の内側表面である一方、側壁１４は円筒壁１９の内側表面である。上記端壁１２は、端部プレート１７の内側表面に対応する中央部と、アイソレータ３０の内側表面に対応する周縁部とを有している。キャビティ１１は形状が実質的に円形であるが、該キャビティ１１は楕円形又は他の形状とすることもできる。当該ポンプ本体のベース１８及び円筒壁１９は、限定するものではないが、金属、セラミック、ガラス又はプラスチックを含む如何なる好適な剛性材料から形成することもできる。
【００１１】
また、ポンプ１０は、端部プレート１７に動作的に接続されてアクチュエータ４０を形成する圧電ディスク２０も有し、該アクチュエータは端部プレート１７を介して端壁１２の前記中央部に動作的に関連されている。圧電ディスク２０は、圧電材料から形成される必要はなく、例えば電歪材料又は磁歪材料等の如何なる電気的に活性な材料から形成することもできる。端部プレート１７は、好ましくは、圧電ディスク２０と同様の曲げ剛性を有し、金属又はセラミック等の電気的に不活性な材料から形成することができる。圧電ディスク２０が振動する電流により励起された場合、該圧電ディスク２０は前記キャビティ１１の長軸に対して半径方向に膨張及び収縮しようとして、端部プレート１７を湾曲させ、これにより、端壁１２の該端壁１２に実質的に垂直な方向の軸方向たわみを誘起する。代わりに、端部プレート１７が、例えば圧電材料、磁歪材料又は電歪材料等の電気的に活性な材料から形成されることもできる。他の実施例では、圧電ディスク２０を、例えば機械的、磁気的又は静電的デバイス等の、端壁１２に対して力伝達関係にあるデバイスにより置換することもでき、その場合、端壁１２は、斯様なデバイス（図示略）により上述したのと同様の態様で振動状態に駆動される電気的に不活性な又は受動的な材料層として形成することができる。
【００１２】
ポンプ１０は、更に、キャビティ１１から該ポンプ１０の外側まで延在する少なくとも２つの開口を有し、これら開口のうちの少なくとも第１のものは当該開口を介しての流体の流れを制御するためのバルブ（弁）を含むことができる。バルブを含む開口は、キャビティ１１における、アクチュエータ４０が後に詳細に説明するような圧力差を発生する如何なる位置にも配置することができるが、ポンプ１０の１つの好ましい実施例は、端壁１２、１３の何れかの概ね中心に配置されたバルブ付き開口を有する。図１Ａ及び１Ｂに示すポンプ１０は、キャビティ１１から端壁１３の概ね中心において当該ポンプ本体のベース１８を介して延びると共に、バルブ４６を含む一次側開口１６を有している。バルブ４６は、該一次側開口１６内に取り付けられ、矢印により示されるように一方向の流体の流れを許し、従ってポンプ１０の流出口（アウトレット）として機能する。第２開口１５は、キャビティ１１内の、バルブ４６を備える開口１６の位置以外の如何なる位置にも配置することができる。ポンプ１０の１つの好ましい実施例において、該第２開口は、端壁１２、１３の何れか一方の中心と側壁１４との間に配設される。図１Ａ及び１Ｂに示すポンプ１０の実施例は、キャビティ１１からアクチュエータ４０を介して延在する、端壁１２の中心と側壁１４との間に配置された２つの二次側開口１５を有している。これら二次側開口１５はポンプ１０の本実施例ではバルブ付きではないが、これら開口は、もし必要なら、性能を改善するためにバルブ付きとすることもできる。ポンプ１０の本実施例において、一次側開口１６は、流体が二次側開口１５を介して当該ポンプ１０のキャビティ１１内に引き込まれると共に、矢印により示されるように一次側開口１６を介して該キャビティ１１からポンプ送出されて、該一次側開口１６に正圧をもたらすようなバルブ付きである。
【００１３】
図３を参照すると、一次側開口１６の代替構成を備える図１のポンプ１０が示されている。更に詳細には、一次側開口１６’のバルブ４６’は、流体が該一次側開口１６’を介してキャビティ１６内に引き込まれると共に、矢印により示されるように二次側開口１５を介してキャビティ１６から放出され、これにより該一次側開口１６’に吸引力又は減圧源をもたらすように逆転されている。ここで使用される“減圧”なる用語は、当該ポンプ１０が配置された場所の周囲圧力より低い圧力を広く指す。該減圧を説明するために、“真空”及び“負圧”なる用語を使用することもできるが、実際の圧力低下は、完全な真空に通常に関連する圧力低下よりも大幅に少ない可能性がある。該圧力はゲージ圧という意味で“負”である。即ち、該圧力は周囲大気圧より低く減少される。そうでないと示さない限り、ここで述べる圧力の値は、ゲージ圧である。減圧の増加に対する言及は、典型的には、絶対圧の減少を指す一方、減圧の減少は、典型的には、絶対圧の増加を指す。
【００１４】
バルブ４６及び４６’は、流体が前述したように実質的に一方向に流れるのを可能にする。バルブ４６及び４６’は、ボール弁、ダイヤフラム弁、旋回弁、ダックビル・バルブ、クラッパ弁、持ち上げ弁、又は何らかの他のタイプのチェックバルブ若しくは流体が実質的に一方向にのみ流れるのを可能にする何らかの他のバルブとすることができる。幾つかのバルブのタイプは、開位置と閉位置との間で切り換えることにより流体の流れを調整することができる。このようなバルブがアクチュエータ４０により発生される高い周波数で動作するためには、バルブ４６及び４６’は、当該圧力変化の時間スケールより大幅に短い時間スケールで開閉することができるように、極めて速い応答時間を有さねばならない。バルブ４６及び４６’の一実施例は、小さな慣性を有し、従って当該バルブ構造の両端間の相対圧の変化に応答して高速で動くことが可能な極めて軽いフラップバルブを使用することにより、これを達成する。
【００１５】
図２Ａをより詳細に参照すると、開口１６（又は１６’）内に取り付けられたフラップバルブ５０の一実施例の概略断面図が示されている。該フラップバルブ５０は、保持プレート５２と密閉プレート５３との間に配置されると共に、不使用時に当該フラップバルブ５０を密閉する“閉”位置へと上記密閉プレート５３に向かって付勢（バイアス）されるフラップ５１を有する。即ち、該フラップバルブ５０は常閉型である。該バルブ５０は、開口１６内に、キャビティ１１の共振品質を維持するために保持プレート５２の上側表面が好ましくは端壁１３と面一となるように取り付けられる。保持プレート５２及び密閉プレート５３の両者は、各々、通気孔５４及び５５を有し、これら通気孔は図２Ｂに実線円及び点線円により各々示されるように当該プレートの一方の側から他方の側へと延在している。尚、図２Ｂは図２Ａのフラップバルブ５０の上面図である。フラップ５１も通気孔５６を有し、これら通気孔５６は前記保持プレート５２の通気孔５４と概ね整列されて、図２Ａ（１）に点線矢印により示されるように流体が流れ得る通路を形成する。しかしながら、図２Ａ及び２Ｂに見られるように、保持プレート５２の通気孔５４及びフラップ５１の通気孔５６は、図示のように“閉”位置にある場合にフラップ５１により遮断される密閉プレート５３の通気孔５５とは整列されず、従って流体は該フラップバルブ５０を介して流れ得ることはない。
【００１６】
フラップバルブ５０の動作は、該フラップバルブ５０の両端間の流体の差圧（ΔＰ）の方向の変化の関数である。図２Ａにおいて、当該差圧には、下方を指す矢印により示されるように負の値（−ΔＰ）が割り当てられている。この負の差圧（−ΔＰ）は、上述したようにフラップ５１を完全に閉じた位置へと駆動し、その場合、フラップ５１は密閉プレート５３に対して密閉されて、通気孔５５を遮断し、当該フラップバルブ５０を経ての流体の流れを防止する。当該フラップバルブ５０の両端間の差圧が、図２Ａ（１）に上側を指す矢印により示されるように正の差圧（＋ΔＰ）となるように逆転すると、付勢されているフラップ５１は、密閉プレート５３から保持プレート５２に向かって“開”位置へと移動される。この位置では、フラップ５１の上記動きが密閉プレート５３の通気孔５５の遮断を解くので、流体は、点線矢印により示されるように、通気孔５５、次いでフラップ５１の整列された通気孔５６及び保持プレート５２の通気孔５４を介して流れることが可能となる。上記差圧が、図２Ａ（２）に下側を指す矢印により示されるように負の差圧（−ΔＰ）に戻ると、流体は点線矢印により示されるように当該フラップバルブ５０を介して反対方向に流れ始め、これは、フラップ５１を図２Ａに示された閉位置に向かって戻るようにさせる。このように、変化する差圧は、当該フラップバルブ５０を閉位置と開位置との間で反復運動させ、該差圧が正の値から負の値に変化した場合、フラップ５１を閉じた後に流体の流れを遮断する。尚、フラップ５１は、当該フラップバルブ５０のアプリケーションに依存して、該フラップバルブ５０が使用されていない場合に“開”位置へと保持プレート５２に向かって付勢することもできると理解されたい。即ち、この場合、該フラップバルブは常開型となる。
【００１７】
ここで図４を参照すると、本発明の他の解説的実施例によるポンプ７０が示されている。ポンプ７０は、ポンプ本体が切頭円錐状の形状である端壁１３’を形成する上側表面を備えたベース１８’を有する点を除き、図１のポンプ１０と実質的に同様である。結果として、キャビティ１１の高さは、側壁１４における高さから端壁１２、１３’の中心における斯かる端壁１２、１３’の間の一層小さな高さまで変化する。上記端壁１３’の切頭円錐状の形状は、キャビティ１１の高さが一層大きな該キャビティ１１の側壁１３における圧力に対して、キャビティ１１の高さが一層小さな該キャビティ１１の中心における圧力を増強する。従って、等しい中心圧力振幅を持つ円筒状キャビティ１１と切頭円錐状キャビティ１１とを比較すると、切頭円錐状キャビティ１１が通常は該キャビティ１１の中心から離れた位置において一層小さな圧力を有するであろうことは明らかである。即ち、キャビティ１１の高さを増加させることは、圧力波の振幅を減少させるように作用する。キャビティ１１内の流体の振動の間に受ける粘性的及び熱的エネルギ損失は、両者とも、斯様な振動の振幅と共に増加するので、ポンプ７０の効率にとり、切頭円錐キャビティ１１の設計を採用することにより該キャビティ１１の中心から離れた振動の振幅を減少させることが有利である。キャビティ１１の直径が約２０ｍｍであるポンプ７０の一解説的実施例において、側壁１４におけるキャビティ１１の高さは約１.０ｍｍであり、約０.３ｍｍなる端壁１３’の中心における高さまで先細りとなる。端壁１２、１３の何れか一方、又は端壁１２、１３の両方が、切頭円錐形状を有することができる。
【００１８】
ここで図５を参照すると、本発明の他の解説的実施例によるポンプ６０が図示されている。該ポンプ６０は、当該ポンプ本体のベース１８を置換する第２アクチュエータ６２を含んでいる点を除き、図１のポンプ１０と実質的に同様である。該アクチュエータ６２は、第２ディスク６４、及び該ディスク６４と側壁１４との間に配設された環状のアイソレータ６６を有している。該ポンプ６０は、アクチュエータ６２を形成するためにディスク６４に動作的に接続された第２圧電ディスク６８も有している。アクチュエータ６２は、ディスク６４及びアイソレータ６６の内側表面を有する端壁１３に動作的に関連されている。第２アクチュエータ６２も、前述した端壁１２に対するアクチュエータ４０のものと同様の態様で、端壁１３の該端壁に対して実質的に垂直な方向の振動運動を発生する。アクチュエータ４０、６２が駆動される場合に、これらアクチュエータの軸方向変位振動を協調させる制御回路（図示略）が設けられる。これらアクチュエータは、同一周波数であるが概ね逆位相（out-of-phase）で、即ち端壁１２、１３の中心が先ず互いに向かい、次いで離れるように運動するように、駆動されることが好ましい。
【００１９】
ここで説明するポンプの寸法は、好ましくは、キャビティ１１の高さ（ｈ）と、キャビティ１１の長軸から側壁１４までの距離である該キャビティの半径（ｒ）との間の関係に関して、特定の不等式を満足すべきである。これらの式は、下記の通りである：
ｒ／ｈ＞１.２；及び
ｈ2／ｒ＞４×１０-10メートル
本発明の一実施例において、キャビティの高さに対するキャビティの半径の比（ｒ／ｈ）は、キャビティ１１内の流体が気体である場合、約１０と約５０との間である。本例では、キャビティ１１の容積は約１０ｍｌ未満であり得る。更に、ｈ２／ｒの比は、作動流体が液体とは反して気体である場合、好ましくは、約１０-3メートルと約１０-6メートルとの間の範囲内である。
【００２０】
本発明の一実施例において、二次側開口１５は、キャビティ１１内の圧力振動の振幅が零に近い場所、即ち該圧力振動の“ノード（節）”点に配置される。キャビティ１１が円筒状である場合、当該圧力振動の半径方向依存性は、第１種ベッセル関数により近似することができ、当該キャビティ内の最低次圧力振動の半径方向ノードは、端壁１２の中心又はキャビティ１１の長軸から約０.６３ｒ±０.２ｒの距離に発生する。このように、二次側開口１５は、好ましくは、端壁１２、１３の中心から半径方向距離（ａ）に｛ここで、（ａ）≒０.６３ｒ±０.２ｒ｝、即ち当該圧力振動のノード点の近くに配置される。
【００２１】
更に、ここに開示されるポンプは、好ましくは、キャビティ半径（ｒ）と、端壁１２の軸方向変位を発生させるためにアクチュエータ４０が振動する周波数である動作周波数（ｆ）とに関係する下記の不等式を満足すべきである。該不等式は、下記の通りである：
【００２２】
【数１】
2012528980.tif 000003
ここで、キャビティ１１内の作動流体における音速（ｃ）は、上記式に表されているように約１１５ｍ／ｓなる遅い速度（ｃｓ）と約１,９７０ｍ／ｓに等しい速い速度（ｃｆ）との間の範囲とすることができ、ｋ０は定数である（ｋ０＝３.８３）。アクチュエータ４０の振動運動の周波数は、好ましくは、キャビティ１１内の半径方向圧力振動の最低共振周波数に概ね等しくされるが、該最低共振周波数から２０％以内とすることもできる。キャビティ１１内の半径方向圧力振動の最低共振周波数は、好ましくは、５００Ｈｚより高いものとする。
【００２３】
次に、動作時のポンプ１０を参照すると、圧電ディスク２０が励起されて端部プレート１７に対して半径方向に膨張及び収縮し、これがアクチュエータ４０を湾曲させ、これにより、駆動される端壁１２の、該駆動される端壁１２に対して実質的に垂直な方向の軸方向変位を誘起する。該アクチュエータ４０は前述したように端壁１２の中央部と動作的に関連されているので、該アクチュエータ４０の軸方向変位振動は、端壁１２の表面に沿って最大振幅の振動の軸方向変位振動を、即ち該端壁１２の概ね中心における波腹変位振動を生じさせる。図１Ａに戻ると、上記に全般的に説明したポンプ１０の変位振動及び結果としての圧力振動が、各々、図１Ａ（１）及び１Ａ（２）に一層詳細に示されている。上記変位振動と圧力振動との間の位相関係は変化し得、如何なる図からも特定の位相関係が示唆されるべきものではない。
【００２４】
図１Ａ（１）は、キャビティ１１における駆動される端壁１２の軸方向振動を示す１つの可能性のある変位プロファイルを図示している。実線の曲線及び矢印は或る時点における駆動される端壁１２の変位を表す一方、点線の曲線は該駆動される端壁１２の半サイクル後の変位を表している。この図及び他の図に示される変位は誇張されている。アクチュエータ４０は自身の周部において剛性的に取り付けられるのではなく、アイソレータ３０により懸架されているので、該アクチュエータ４０は自身の基本モードにおいて重心に対し自由に振動する。この基本モードにおいて、アクチュエータ４０の変位振動の振幅は、端壁１２の中心と側壁１４との間に位置する環状変位ノード２２において実質的に零となる。端壁１２上の他の点における当該変位振動の振幅は、垂直方向の矢印により表されるように零より大きな振幅を有している。中心変位波腹２１が当該アクチュエータ４０の中心の近傍に存在する一方、周縁変位波腹２１’が該アクチュエータ４０の周の近傍に存在する。
【００２５】
図１Ａ（２）は、図１Ａ（１）に示した軸方向変位振動から生じるキャビティ１１内の圧力振動を示す１つの可能性のある圧力振動プロファイルを図示している。実線の曲線及び矢印は或る時点における圧力を表す一方、点線の曲線は半サイクル後の圧力を表している。このモード及び一層高次のモードにおいて、該圧力振動の振幅はキャビティ１１の中心の近傍に中心圧力波腹２３を有する一方、キャビティ１１の側壁１４の近傍に周縁圧力波腹２４を有している。該圧力振動の振幅は、圧力波腹２３と２４との間の環状圧力ノード２５において実質的に零となる。円筒状キャビティの場合、キャビティ１１内の圧力振動の振幅の半径方向依存性は、第１種ベッセル関数により近似することができる。上述した圧力振動はキャビティ１１内の流体の半径方向の移動の結果生じるので、アクチュエータ４０の軸方向変位振動から区別されるように、キャビティ１１内の流体の“半径方向圧力振動”と称する。
【００２６】
図３及び１Ａ（２）を参照すると、ポンプ１０内の前述したフラップバルブ５０の動作は、流体を図２Ａ（１）に点線矢印により示された方向へ流れるようにさせ、当該ポンプ１０の一次側開口１６’の外側に負圧を形成する。図３を更に詳細に参照すると、フラップバルブ５０は一次側開口１６’内に、流体が実線矢印により示されるように該一次側開口１６’を介してキャビティ１１内に引き込まれると共に二次側開口１５を介してキャビティ１１から放出され、これにより一次側開口１６’に減圧源が形成されるように配設される。上側を指す実線矢印により示された一次側開口１６’を経る流体の流れは、これも上側を指す図２Ａ（１）の点線矢印により示されたフラップバルブ５０の通気孔５４及び５５を経る流体の流れに対応している。前述したように、フラップバルブ５０の動作は、当該フラップバルブ５０の両端間の流体の差圧（ΔＰ）の方向の変化の関数である。斯かる差圧（ΔＰ）は保持プレート５２の全表面にわたり実質的に均一であると仮定される。何故なら、その位置はポンプ１０のベース１８における一次側開口１６’に概ね位置合わせされた図１Ａ（２）に示す中心圧力波腹２３に対応し、従ってバルブ５０の両端間の圧力には空間的変化はないということは良好な近似であるからである。フラップバルブ５０の両端間の上記差圧が図２Ａ（１）に示されるように正の差圧（＋ΔＰ）となるように逆転した場合、付勢されたフラップ５１は密閉プレート５３から離れて保持プレート５２に向かって開位置に移動される。この位置では、フラップ５１の上記移動が密閉プレート５３の通気孔５５の遮断を解くので、流体は点線矢印で示されるように該通気孔５５を、次いで整列されたフラップ５１の通気孔５６及び保持プレート５２の通気孔５４を介して流れるのを可能にされる。このことは、これも点線矢印により示されるように、当該ポンプ１０のベース１８における一次側開口１６’の外部に減圧源を形成することになる。上記差圧が図２Ａ（２）に示されるように負の差圧（−ΔＰ）に戻るように変化すると、流体は点線で示されるように当該フラップバルブ５０を介して反対方向に流れ始め、このことは、フラップ５１を図２Ａに示された閉位置に向かって戻させる。このように、上記差圧（ΔＰ）がフラップバルブ５０を閉位置と開位置との間で反復させる際に、ポンプ１０は該フラップバルブ５０が開状態である半サイクル毎に減圧を形成する。
【００２７】
図１Ａ（１）及び１Ａ（２）を更に参照すると、アクチュエータ４０の軸方向変位振動の振幅の半径方向依存性（アクチュエータ４０の“モード形状（mode-shape）”）は、キャビティ１１内の所望の圧力振動の振幅の半径方向依存性（圧力振動の“モード形状”）に一層密に合致するために、第１種ベッセル関数を近似すべきであることが分かる。アクチュエータ４０を該アクチュエータの周部において剛性的に取り付けるのではなく、該アクチュエータを自身の重心に対して一層自由に振動するのを可能にすることにより、変位振動のモード形状はキャビティ１１内の圧力振動のモード形状に実質的に合致し、かくしてモード形状の整合、又は一層簡単にはモード整合、を達成する。この点に関して、該モード整合は常に完全であるとは限らないが、アクチュエータ４０の軸方向変位振動及びキャビティ１１内の対応する圧力振動は当該アクチュエータ４０の全表面にわたり実質的に同一の相対位相を有することになり、キャビティ１１内の圧力振動の環状圧力ノード２５の半径方向位置とアクチュエータ４０の軸方向変位振動の環状変位ノード２２の半径方向位置とは実質的に一致する。
【００２８】
当該アクチュエータ４０は重心に対して（重心を中心に）振動するので、該アクチュエータ４０が図１Ａ（１）に図示されるように基本モードで振動する場合、環状変位ノード２２の半径方向位置は該アクチュエータ４０の半径内に必ず位置する。このように、上記環状変位ノード２２が上記環状圧力ノード２５と一致することを保証するためには、当該アクチュエータの半径（ｒact）は、好ましくは、モード整合を最適化するために環状圧力ノード２５の半径より大きくなければならない。再びキャビティ１１内の圧力振動が第１種ベッセル関数を近似すると仮定すると、環状圧力ノード２５の半径は、端壁１３の中心から側壁１４までの半径、即ち図１に示されるキャビティ１１の半径（ｒ）の約０.６３である。従って、アクチュエータ４０の半径（ｒact）は、好ましくは、ｒact≧０.６３ｒなる不等式を満足すべきである。
【００２９】
ここで、図１のポンプ１０の縁部の分解断面図である図６を参照すると、アイソレータ３０は可撓膜３１であり、該可撓膜は、図６Ａに周縁変位振動の変位２１’により示されたようなアクチュエータ４０の振動に応答して折曲及び伸張することにより前述したようにアクチュエータ４０の縁部が自由に運動するのを可能にする。該可撓膜３１は、当該ポンプ１０のアクチュエータ４０と円筒状の壁１９との間に低い機械的インピーダンスの支持を設け、これにより該アクチュエータ４０の周縁変位振動の軸方向振動２１’の減衰を減少させることにより、該アクチュエータ４０に対する側壁１４の潜在的な減衰効果を克服する。該可撓膜３１は、本質的に、エネルギがアクチュエータ４０から実質的に静止状態に留まる側壁１４へ伝達されることを最少にする。従って、環状変位ノード２２は、当該ポンプ１０のモード整合条件を維持するように、環状圧力ノード２５に実質的に整列されたままとなる。このように、駆動される端壁１２の軸方向変位振動は、キャビティ１１内の中心圧力波腹２３（図１Ａ）から側壁１４における周縁圧力波腹２４までの圧力の振動を効率的に発生し続ける。
【００３０】
アクチュエータ４０の縁部とキャビティ１１の側壁１４との間の環状の間隙（ｇ）にまたがる、一様な厚さ（δｍ）及びヤング率（Ｅｍ）を有する上述したような単純なシートとから形成された可撓膜３１の場合、該可撓膜３１の縁部を軸方向変位（ｕ）だけ変位させるのに要する単位長さ当たりの力（Ｆstretch）は、下記の式により近似することができ：
【００３１】
【数２】
2012528980.tif 000004
ここで、ｕ及びδｍはｇより大幅に小さい。これは、アクチュエータ４０のディスク状実施例の縁部を同じ変位だけ曲げるのに要する単位長さ当たりの近似の力（Ｆbend）：
【００３２】
【数３】
2012528980.tif 000005
と比較することができ、ここで、アクチュエータ４０は実行ヤング率（Ｅａ）、厚さ（δａ）及び半径（Ｒ）を有する。アクチュエータ４０の縁部が自由に振動するためには、ＦstretchはＦbendより大幅に小さくなければならず、このことは、上記の単純な可撓膜３１が、好ましくは、下記の不等式により特徴付けられる厚さ（δｍ）を有さねばならないことを暗示する：
【００３３】
【数４】
2012528980.tif 000006
アクチュエータ４０が、ｇ＝１ｍｍ、δａ＝１ｍｍ、Ｒ＝１０ｍｍ及びｕ＝１０μｍなる全体寸法を持つスチール製端部プレート１７及び圧電ディスク２０を有するような一実施例において、この不等式は、カプトン（Kapton）からなる可撓膜３１の厚さが好ましくはδｍ≪1,000ミクロンであり、スチールからなる可撓膜３１の厚さが好ましくはδｍ≪100ミクロンであることを要する。
【００３４】
制限するものでない一実施例において、可撓膜３１が端壁１２の周縁部に広がるように、アクチュエータ４０の直径はキャビティ１１の直径よりも１〜２ｍｍ小さいものとすることができる。上記周縁部は、アクチュエータ４０の縁部とキャビティ１１の側壁１４との間の０.５〜１.０ｍｍの環状の間隙（ギャップ）であり得る。一般的に、当該可撓膜３１の環状の幅は、環状の変位ノード２２の直径が環状の圧力ノード２５の直径に概ね等しくなるように当該アクチュエータの直径を当該キャビティの直径に近づけるために該キャビティの半径（ｒ）と比較して相対的に小さくなければならない一方、アクチュエータ４０の振動を制限せず、促進するほど十分に大きくなければならない。該可撓膜３１は、例えばＰＥＴ又はカプトン等の均一な厚さのポリマシート材料から形成することができる。一実施例において、該可撓膜３１は約２００ミクロンより薄い厚さを持つカプトンシート（Kapton sheeting）から形成することができる。また、該可撓膜３１は、例えばスチール（鋼）若しくは真鍮又は何らかの他の好適な可撓性材料等の、均一な厚さの薄い金属シートから形成することもできる。他の実施例において、該可撓膜３１は、約２０ミクロン未満の厚さを持つスチールシートから形成することができる。該可撓膜３１は、上述したようにアクチュエータ４０の振動を促進させるのに適した如何なる他の可撓性材料から形成することもできる。該可撓膜３１は、使用される材料に応じて、アクチュエータ４０に接着し、溶接し、クランプ固定し、半田付けし、又はそれ以外で取り付けることができ、該可撓膜３１を側壁１４に取り付けるために上記と同様の方法又は他の方法を用いることができる。
【００３５】
アクチュエータ４０の縁部の運動の主要成分は、駆動される端壁１２に対して実質的に垂直であるか又はキャビティ１１の長軸に実質的に平行であるが（“軸方向運動”）、該アクチュエータ４０の縁部は、キャビティ１１の長軸に対して垂直な面内で発生する小さな成分の“半径方向運動”も有している。少なくとも斯かる理由により、可撓膜３１は半径方向に伸張するようにも設計されねばならない。このような半径方向の伸張は、アクチュエータ４０を前述したような薄い弾性材料から形成することにより、又は伸張及び圧縮するための該可撓膜３１の半径方向可撓性（即ち、アクチュエータ４０の振動を更に促進するための該アクチュエータ４０の半径方向運動に対する該可撓膜３１の伸張可能性）を向上させるべく該可撓膜３１に構造的特徴を組み込むことにより達成することができる。
【００３６】
図７Ａ及び７Ｂを更に詳細に参照すると、アクチュエータ４０の半径方向運動を促進するために可撓膜３１の伸張可能性を向上させるような構造的特徴を有する可撓膜３１の追加の実施例が示されている。図７Ａを更に詳細に参照すると、構造的に変更された可撓膜の第１実施例３２が示され、該可撓膜３２はアクチュエータ４０と側壁１４との間に延在する環状の蛇腹部（concertina portion）３３を含んでいる。該蛇腹部３３は、当該可撓膜３２に図７Ａでは波として見える環状の曲げを有し、これら曲げはアクチュエータ４０の動きによりアコーディオンのように伸張及び収縮する。可撓膜３２の蛇腹部３３は、該可撓膜３２の半径方向の剛性を効果的に減じ、これにより該可撓膜３２の伸張可能性を向上させると共に、アクチュエータ４０が半径方向に一層容易に伸張及び収縮するのを可能にする。
【００３７】
図７Ｂを更に詳細に参照すると、構造的に変更された可撓膜の第２実施例３４が示され、該可撓膜３４はアクチュエータ４０と側壁１４との間に該可撓膜３４の各々の側（面）に交互配列された環状の半円溝３５を含んでいる。該可撓膜３４の上記環状の溝３５は、化学エッチング、研磨若しくは何らかの同様の方法により形成することができるか、又はラミネーションにより形成することができる。可撓膜３４の環状の溝３５は、該可撓膜３４の半径方向の剛性を効果的に減少させ、これにより、該可撓膜３４の伸張可能性を向上させて、アクチュエータ４０の半径方向の伸張及び収縮を容易にする。図７Ａ及び７Ｂに示された構造及び同様な構造は、アイソレータ３２、３４を軸方向に曲げるのに要する力を有利に減少させることもできることに注意されたい。
【００３８】
以上の図に示されたアイソレータ３０並びに可撓膜３１、３２及び３４は、側壁１４とアクチュエータ４０との間に延在するリング状の部品であるが、アイソレータ３０は異なる形状を有することもできると共に、キャビティ１１の側壁１４まで完全に延びることなく円筒状壁１９により異なる方法で支持することもできる。図８及び９を参照すると、可撓膜３１の代替実施例が示され、これら代替実施例は他の可撓膜３１、３２及び３４と同様の態様で機能する可撓膜３６及び３７を各々含んでいる。図８を更に詳細に参照すると、可撓膜３６はディスクの形状に形成され、該可撓膜の内側表面は、前記端部プレート１７というよりも端壁１２を形成している。該可撓膜３６の上側表面に動作的に接続されたままとなっている端部プレート１７が示されている。図８及び９の実施例において、端壁１２はアクチュエータ４０に動作的に接続された中央部を依然として有しており、周縁部は側壁１４とアクチュエータ４０との間のアイソレータ３０として機能している。このようであるので、該可撓膜３６は他の可撓膜３１、３２及び３４のものと同様の態様で動作する。
【００３９】
図９を更に詳細に参照すると、ポンプ本体の円筒壁１９は該ポンプ本体の側壁１４から半径方向内側に向かって延びる唇部１９ａを含んでいる。キャビティ１１に面する該唇部１９ａの内側表面は、端壁１２における上記側壁１４に隣接して位置する周縁部の外側表面を形成している。該可撓膜３７は図示のようなディスク状又はリング状とすることができ、上記円筒壁１９の唇部１９ａの内側表面に取り付けられて、上述したように端壁１２の残部を形成する。可撓膜３７の形状とは無関係に、端壁１２はアクチュエータ４０に動作的に接続された中央部を依然として有し、周縁部はアクチュエータ４０と円筒壁１９の唇部１９ａとの間のアイソレータ３０として機能する。そのようであるので、該可撓膜３７は他の可撓膜３１、３２及び３４のものと同様の態様で動作する。アイソレータ３０の構造、懸架及び形状は、これらの実施例に限定されるものではなく、ここに説明する本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変更及び変形を受けることができるものであることは明らかであろう。
【００４０】
図１〜９に示されたポンプ１０の上記実施例において、側壁１４はキャビティ１１の端壁１２と１３との連続的に延在し、アクチュエータ４０の半径（ｒact）はキャビティ１１の半径（ｒ）よりも小さい。このような実施例において、側壁１４は、動作中にキャビティ１１内に形成される半径方向の音響定在波が反射される途切れのない表面を形成する。しかしながら、アクチュエータの半径（ｒact）が側壁１４まで完全に延在して、該半径をキャビティの半径（ｒ）と略等しくさせ、前記変位振動の環状変位ノード２２が前記圧力振動の環状圧力ノード２５と一層密に整列され、これにより前述したモード整合条件を一層密に維持するのを保証することが望ましいであろう。
【００４１】
図１０を更に詳細に参照すると、ポンプ１０の更に他の実施例が図示され、該実施例においてアクチュエータ４０は、キャビティ１１の直径と同一の半径を有すると共に、図５に示した可撓膜３１と同じ特性を持つ可撓膜３８により支持される。該可撓膜３８は、アクチュエータ４０の振動に応答して曲がって、該アクチュエータ４０の縁部が自由に運動するのを可能にしなければならないので、当該ポンプ本体の円筒壁１９は、該円筒壁１９の上部内側表面に側壁１４から環状のエッジ１９ｃまで半径方向外側に向かって延びる環状の段部１９ｂを有している。該環状の段部１９ｃは、円筒壁１９の上部表面に十分に深く切除形成されて、当該可撓膜３８の曲げを妨害せずにアクチュエータ４０が自由に振動するのを可能にするようにする。該段部１９ｃは、可撓膜３８の曲げを受容するほど十分に深くなければならないが、前述したキャビティ１１の共振品質を著しく低下させるほど深くてはならない。
【００４２】
図１０及び１０Ａに見られるように、駆動される端壁１２は可撓膜３８及び端部プレート１７の下側表面を有し、キャビティ１１の半径より大きな半径（ｒend）を有している。即ち、ｒend＞ｒである。このように、端壁１２の周縁部は、キャビティ１１の側壁１４を越えて延在する。図１０Ａ及び１０Ｂを更に詳細に参照すると、アクチュエータ１０の軸方向振動及びキャビティ１１内の対応する圧力振動は、アクチュエータ４０の全表面にわたり実質的に同一の相対位相を有し続け、斯かる変位振動及び圧力振動の振幅は側壁１４において一層密接に比例する。結果として、キャビティ１１における上記圧力振動の環状圧力ノード２５の半径方向位置及びアクチュエータ４０の軸方向振動の環状変位ノード２２は、より一層一致し得、モード整合を更に向上させる。
【００４３】
側壁１４が当該キャビティ１１内で半径方向音響定在波が反射されるような実質的に途切れない表面を依然として形成することを保証するために、前記段部１９ｂの深さは、好ましくは、前述したように最小化される。制限するものでない一実施例において、該段部１９ｂの深さは、当該ポンプのキャビティ１１の共振品質を可能な限り維持するように寸法決めすることができる。例えば、段部１９ｂの深さは、キャビティ１１の高さの１０％以下とすることができる。
【００４４】
上述した説明から、大きな利点を有する発明が提供されたことは明らかであろう。また、本発明は、その形態のうちの僅かしか示されていないが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱することなく種々の変更及び変形を受けることが可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ａ（１）】
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【図１Ａ（２）】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ａ（１）】
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【図２Ａ（２）】
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【図２Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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