(57)【要約】  第１主面に圧電体が接続される振動板（７）と、第１主面と逆側の振動板の第２主面に対向し、開口部を有する天板（３１）及び天板と振動板との間の空間を囲むように天板の外周部に接続される側壁（１１）とを備えるカバー（１０）と、側壁に接続され、振動板の外周を支持する支持部（９）と、側壁と振動板との間に形成された開口（１７）と、天板、側壁、及び振動板のいずれかに、空間内に突出するように設けられた突起（１９）と、を備え、突起は、天板の主面と振動板の第２主面とが対向する向きに直交する方向から断面視して、天板の開口部と側壁との間に設けられている。
2020111063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面に圧電体が接続される振動板と、  前記第１主面と逆側の前記振動板の第２主面に対向し、開口部を有する天板と、前記天板と前記振動板との間の空間を囲むように前記天板の外周部に接続される側壁とを備える、カバーと、  前記側壁に接続され、前記振動板の外周を支持する支持部と、  前記側壁と前記振動板との間に形成された開口と、  前記天板、前記側壁、及び前記振動板のいずれかに、前記空間内に突出するように設けられた突起と、を備え、  前記突起は、前記天板の主面と前記振動板の第２主面とが対向する向きに直交する方向から断面視して、前記天板の前記開口部と前記側壁との間に設けられている、  ポンプ。
【請求項２】
前記振動板は円板形状である、  請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記支持部は、前記振動板の外周縁に沿った梁形状を有する、  請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記支持部は、梁部と、前記振動板と前記梁部とを繋ぐ第１連結部と、前記側壁と前記梁部とを繋ぐ第２連結部と、を有し、  前記支持部は３つ以上の複数個設けられ、それぞれの前記支持部が間隔を空けて設けられている、  請求項３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記支持部の平均厚みは前記振動板の平均厚みよりも薄い、  請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項６】
前記支持部のヤング率は前記振動板のヤング率よりも低い、  請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項７】
前記突起は、前記天板または前記側壁に設けられる、  請求項１から６のいずれか１つに記載のポンプ。
【請求項８】
前記突起と前記振動板との最短距離が、前記振動板と前記天板の平均間隔より短い、  請求項７に記載のポンプ。
【請求項９】
前記突起と前記振動板とが対向する、  請求項８に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記天板は対称点を有する点対称形状であり、該対称点には開口部が位置せず、かつ、前記天板の開口部は環状に形成されている、  請求項１から９のいずれか１つに記載のポンプ。
【請求項１１】
前記突起における前記天板に対向する面と前記天板とが連結している、  請求項１から１０のいずれか１つに記載のポンプ。
【請求項１２】
前記天板の前記開口部の外側に凹部を有する、  請求項１から１１のいずれか１つに記載のポンプ。
【請求項１３】
前記振動板の振動する節より中央側において、前記天板の前記振動板側に窪み部を有する、  請求項１から１２のいずれか１つに記載のポンプ。
【請求項１４】
前記振動板と前記天板に挟まれた空間において、前記天板の開口部より外側に弁を有する、  請求項１から１３のいずれか１つに記載のポンプ。
【請求項１５】
前記弁が、前記側壁と前記振動板との間に形成された前記開口から、前記天板の前記開口部へと向かう方向の流体を抑制する機能を有する、  請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１６】
前記弁は、内側が振動板または天板に固定され、  前記弁は、外側に可動なフィルムで形成されている可動部を有する、  請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１７】
前記弁の前記可動部は、前記突起と対向する部分を有する、  請求項１６に記載のポンプ。
【請求項１８】
前記弁の前記可動部の外端は、前記突起と対向する、  請求項１７に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ポンプに関し、特に圧電体を備えるポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、圧電体を備えるポンプが気体や液体などの流体の吸引装置または加圧装置として用いられている。ポンプには、ポンプ室への吸気口又は排気口を閉じる弁体の機能を振動板の振動により少なくとも部分的に実現するポンプがある。【０００３】  例えば、特許文献１には、弁体を備えないポンプが記載されている。ポンプは、圧電体が貼り付けられた振動板の振動により吸排気を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１７７３３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、振動板の振動により弁体の機能を少なくとも部分的に実現するポンプにおいて、ポンプ室での圧力変化に応じて吸気口及び排気口からポンプ室への流体の逆流が発生し、ポンプ流量及びポンプ圧力が低減する問題がある。【０００６】  したがって、本発明の目的は、圧電体により駆動されるポンプにおいて、流体の逆流を低減したポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、  第１主面に圧電体が接続される振動板と、  前記第１主面と逆側の前記振動板の第２主面に対向し、開口部を有する天板と、前記天板と前記振動板との間の空間を囲むように前記天板の外周部に接続される側壁とを備える、カバーと、  前記側壁に接続され、前記振動板の外周を支持する支持部と、  前記側壁と前記振動板との間に形成された開口と、  前記天板、前記側壁、及び前記振動板のいずれかに、前記空間内に突出するように設けられた突起と、を備え、  前記突起は、前記天板の主面と前記振動板の第２主面とが対向する向きに直交する方向から断面視して、前記天板の前記開口部と前記側壁との間に設けられている、  ポンプである。
【発明の効果】
【０００８】  本発明に係るポンプによれば、圧電体により駆動されるポンプにおいて、流体の逆流を低減したポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１におけるポンプの模式的断面図
【図２Ａ】天板側から見たポンプの分解斜視図
【図２Ｂ】圧電体側から見たポンプの分解斜視図
【図３Ａ】実施形態１におけるポンプの底面図
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ線における断面図
【図４】振動ユニットの平面図
【図５Ａ】ポンプが動作中の振動板の変位を示す説明図
【図５Ｂ】ポンプが動作中の振動板の変位を示す説明図
【図５Ｃ】ポンプが動作中の振動板の変位を示す説明図
【図５Ｄ】ポンプが動作中の振動板の変位を示す説明図
【図５Ｅ】ポンプが動作中の振動板の変位を示す説明図
【図５Ｆ】ポンプが動作中の振動板の変位を示す説明図
【図５Ｇ】ポンプが動作中の振動板の変位を示す説明図
【図５Ｈ】ポンプが動作中の振動板の変位を示す説明図
【図６】実施形態２におけるポンプの模式的断面図
【図７】実施形態２の変形例におけるポンプの模式的断面図
【図８】実施形態３におけるポンプの模式的断面図
【図９】実施形態４におけるポンプの模式的断面図
【図１０】実施形態５におけるポンプの模式的断面図
【図１１】変形例におけるポンプの模式的断面図
【図１２】変形例におけるポンプの模式的断面図
【図１３Ａ】変形例におけるポンプの模式的断面図
【図１３Ｂ】天板側から見たポンプの分解斜視図
【図１３Ｃ】圧電体側から見たポンプの分解斜視図
【図１４】弁の平面図
【図１５】変形例における振動ユニットの平面図
【図１６】変形例における振動ユニットの平面図
【図１７】変形例における振動ユニットの平面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】  本発明の一態様のポンプは、第１主面に圧電体が接続される振動板と、前記第１主面と逆側の前記振動板の第２主面に対向し、開口部を有する天板と、前記天板と前記振動板との間の空間を囲むように前記天板の外周部に接続される側壁とを備える、カバーと、前記側壁に接続され、前記振動板の外周を支持する支持部と、前記側壁と前記振動板との間に形成された開口と、前記天板、前記側壁、及び前記振動板のいずれかに、前記空間内に突出するように設けられた突起と、を備え、前記突起は、前記天板の主面と前記振動板の第２主面とが対向する向きに直交する方向から断面視して、前記天板の前記開口部と前記側壁との間に設けられている。
【００１１】  このような構成によれば、突起によって、天板、側壁、振動板により囲まれる空間への流体の逆流を抑制し、大きなポンプ流量及びポンプ圧力を得ることができる。
【００１２】  また、前記振動板は円板形状でもよい。このような構成によれば、屈曲振動が主面中心から外周にかけて同心円状に生じる。
【００１３】  また、前記支持部は、前記振動板の外周縁に沿った梁形状を有してもよい。このような構成によれば、振動板の外周縁の変位をさらに増大することができるので、逆流の抑制効果を高めることができ、ポンプ流量及びポンプ圧力を高めることができる。
【００１４】  また、前記支持部は、梁部と、前記振動板と前記梁部とを繋ぐ第１連結部と、前記側壁と前記梁部とを繋ぐ第２連結部と、を有し、前記支持部は３つ以上の複数個設けられ、それぞれの前記支持部が間隔を空けて設けられてもよい。支持部が３つ以上設けられて、それぞれの支持部が間隔を開けて設けられているので、振動中の振動板も適切に支持することができる。  また、前記支持部の平均厚みは前記振動板の平均厚みよりも薄くてもよい。また、前記支持部のヤング率は前記振動板のヤング率よりも低くてもよい。このような、構成によれば、支持部が振動板よりも可撓性を高くすることができる。
【００１５】  また、前記突起は、前記天板または前記側壁に設けられてもよい。このような構成によれば、突起が振動板や支持部に接続されていないので、振動板の振動が突起に漏洩せず突起の振動が小さいため、振動エネルギーの損失が小さい。
【００１６】  また、前記突起と前記振動板との最短距離が、前記振動板と前記天板の平均間隔より短くてもよい。このような構成によれば、流体の逆流の抑制効果を高めることができるので、ポンプ流量及びポンプ圧力を高めることができる。
【００１７】  また、前記突起と前記振動板とが対向してもよい。このような構成によれば、流体の逆流の抑制効果を高めることができるので、ポンプ圧力を高めることができる。
【００１８】  また、前記天板は対称点を有する点対称形状であり、該対称点には開口部が位置せず、かつ、前記天板の開口部は環状に形成されてもよい。このような構成によれば、ポンプ室の中心は振動変位が大きいので、圧力変動も大きい。ポンプ室の中心には、天板の対称点が位置しており、ポンプ室の中心の領域を遮蔽しているので、ポンプ室内部の圧力変動が高まり、大きなポンプ流量及びポンプ圧力を得ることができる。
【００１９】  また、前記突起における前記天板に対向する面と前記天板とが連結してもよい。このような構成によれば、突起付近における気流の乱れが小さく、流動損失が小さい。
【００２０】  また、前記天板の前記開口部の外側に凹部を有してもよい。このような構成によれば、開口部の内側の気流を乱すことなく、開口部の空気抵抗を低減することができる。
【００２１】  また、前記振動板の振動する節より中央側において、前記天板の前記振動板側に窪み部を有してもよい。このような構成によれば、振動変位が最大となる振動板の中央部において、振動板と天板との間隔が他の箇所よりも長いので、空気抵抗が低減し、振動変位が増大する。この結果、ポンプ流量及びポンプ圧力が増大する。
【００２２】  また、前記振動板と前記天板に挟まれた空間において、前記開口部より外側に、フィルム状部材で形成された弁を有していてもよい。このような構成によれば、逆流の抑制効果が高いので、高いポンプ圧力を得ることができる。
【００２３】  また、前記弁は、前記側壁と前記振動板との間に形成された前記開口から、前記天板の前記開口部へと向かう方向の流体を抑制する機能を有してもよい。このような構成によれば、突起による逆流の抑制効果をさらに高めることができるので、ポンプ圧力をさらに高めることができる。  また、前記弁は、内側が振動板または天板に固定され、前記弁は、外側に可動なフィルムで形成されている可動部を有してもよい。このような構成により、振動板側から天板側へ流れる気流を抑制することができる。  また、前記弁の前記可動部は、前記突起と対向する部分を有してもよい。  また、前記弁の前記可動部の外端は、前記突起と対向してもよい。
【００２４】  以下、本発明に係るポンプについて、図面を参照しながら説明する。なお、図面において、実質的に同じ機能、構成を有する部材については同一の符号を付して、明細書においてはその説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。
【００２５】  なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものであり、本発明がこの構成に限定されるものではない。また、以下の実施の形態において具体的に示される数値、形状、構成、ステップ、ステップの順序などは、一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、全ての実施の形態において、各変形例における構成も同様であり、各変形例に記載した構成をそれぞれ組み合わせてもよい。
【００２６】  （実施形態１）  最初に、図１を参照して実施形態１におけるポンプ１の構造について概略的に説明する。図１は、実施形態１におけるポンプ１の模式的断面図である。なお、以下の説明では、ポンプ１により流れる流体として空気を例に説明するが、これに限らず、流体は、空気以外の気体でもよいし、液体でもよい。
【００２７】  ポンプ１は、圧電体３と、補助板５と、振動板７と、振動板７を振動可能に支持する支持部９と、振動板７との間の空間を囲むカバー１０を備える。カバー１０は、支持部９の外端が接続される側壁１１と、側壁１１の上端と接続される天板３１と、を備える。
【００２８】  圧電体３は、圧電材料からなる薄板の両主面に電極を設けて構成されている。圧電体３は、上下主面それぞれの略全面に図示しない電極膜が設けられている。圧電体３は、円板状であり、補助板５の中央部の下面に貼り付けられている。
【００２９】  補助板５は、圧電体３と振動板７との間に配置されている。補助板５の上面は振動板７の中央部の下面に貼り付けられている。なお、ポンプ１は、補助板５を備えず、圧電体３が振動板７の中央部の下面に貼り付けられた構成でもよい。
【００３０】  振動板７は、例えば、ＳＵＳ３０１のような金属製である。振動板７はその第１主面７ａに補助板５を介して圧電体３が接続されている。圧電体３の上下主面それぞれの電極膜間に、外部電源からの例えば２０ｋＨｚ程度の矩形波状や正弦波状の駆動電圧が印加される。また、振動板７が円板形状であるので、振動板７、補助板５及び圧電体３には、主面法線方向を振幅方向とする屈曲振動が主面中心から外周にかけて回転対称形（同心円状）に生じる。
【００３１】  振動板７は、一定の距離だけ離れて天板３１と対向している。第１主面７ａと逆側の振動板７の第２主面７ｂと天板３１との間の空間はポンプ室１５を構成している。支持部９は、振動板７をその外周縁が振動可能に側壁１１へ接続する。
【００３２】  天板３１は、振動板７と対向する第１主面３１ａと、第１主面３１ａと反対側の第２主面３１ｂと、第２主面３１ｂ側に形成された環状の凹部３１ｃと、凹部３１ｃの底面からポンプ室１５へ貫通する、環状に並べられた複数の開口部３１ｄとを有する。また、天板３１は、第１主面３１ａ側の中央部に第２主面方向に窪んだ円筒状の窪み部３１ｅを有する。天板３１は対称点３１ｆを有する点対称形状であり、対称点３１ｆには開口部３１ｄが位置していない。対称点３１ｆは、天板３１における振動板７の中心ＣＬに対向する位置であり、例えば、天板３１の中心である。なお、図１は、天板３１の第１主面３１ａと振動板７の第２主面３１ｂとが対向する向きに直交する方向から断面視した図である。
【００３３】  側壁１１は、天板３１の振動板７側のポンプ室１５を囲むように天板３１の外周部に接続される。側壁１１は、例えば、円筒形状を有する。したがって、カバー１０は、第１主面３１ａと逆側の振動板７の面に対向し、開口部３１ｄを有するとともに、支持部９を介して振動板７の外周部に接続される。なお、天板３１と側壁１１とは、それぞれ別部材としてカバー１０を構成してもよいし、一体物としてカバー１０を構成してもよい。
【００３４】  振動板７と側壁１１との間には、ポンプ室１５と圧電体３側の外部空間とを連通する開口１７を有する。これにより、天板３１の開口部３１ｄからポンプ室１５へ吸引された空気は、開口１７から排出される。
【００３５】  ポンプ１はさらに、ポンプ室１５内において、天板３１の開口部３１ｄから開口１７までの流路Ｆｐにおいて、流路断面積を狭める突起１９を備える。突起１９は、例えば、天板３１の第１主面３１ａから振動板７側へ環状に突出している。突起１９は、天板３１の第１主面３１ａから全周にわたって形成されている。なお、複数の突起１９を、振動板７と天板３１との間隔以下の隙間を設けて環状に形成してもよい。
【００３６】  突起１９は、天板３１の開口部３１ｄよりも半径方向外側に設けられている。さらには、突起１９は、圧電体３の外周縁よりも外方に配置されている。振動板７と天板３１の間隔において、圧電体３の外側の平均間隔が、圧電体３の外周部の間隔よりも小さい。これにより、圧電体３の半径方向外側の厚みが薄く、変位量が大きくなるので、流路抵抗の増減が大きく、ポンプ室１５を流れる空気の整流効果が大きくなる。
【００３７】  振動板７の半径Ｒｄと、ポンプ１及び振動板７の中心ＣＬから突起１９までの距離Ｒｎと、振動板７の中心ＣＬから振動板７の振動時の節までの距離Ｒｖとの関係を説明する。距離Ｒｎは、距離Ｒｖよりも半径方向外側に位置する。距離Ｒｖは、半径Ｒｄの５５％以上７１％以下の範囲内にあり、概して６３％の位置に存在する。突起１９が振動板７の節よりも外側に位置することで、振動板７が変位する箇所に流路Ｆｐが狭められ、空気の整流効果を得ることができる。
【００３８】  天板３１の開口部３１ｄはポンプ室１５の中心ＣＬから半径Ｒｄの４５％以上８１％以下の範囲に形成されている。ポンプ室１５内の圧力分布は、第１種ベッセル関数に従うので、その範囲の領域では、圧力分布の節に近い。したがって、開口部３１ｄからの流体漏れが生じず、高いポンプ流量及びポンプ圧力を得ることができる。
【００３９】  また、距離Ｒｎが半径Ｒｄの９０％以上ある場合において、距離Ｒｖ（節）から距離Ｒｎにおける平均間隔が、半径Ｒｄより外側における振動板７と天板３１の平均間隔よりも小さい関係を満たす。この場合、振動板７の第２の腹近くの変位の大きな箇所の流路を狭めるので、空気の整流効果を高めることができる。
【００４０】  次に、実施形態１におけるポンプ１の具体構成例について、図２Ａ〜図４を参照して、さらに詳細に説明する。図２Ａは、天板３１側から見たポンプ１の分解斜視図である。図２Ｂは、圧電体３側から見たポンプ１の分解斜視図である。図３Ａは、振動板側から見た天板３１および側壁１１の平面図である。図３Ｂは、図３ＡのＡ-Ａ線における断面図である。図４は、振動ユニット２３の平面図である。
【００４１】  ポンプ１は、複数の板状部材である、圧電体３、補助板５、振動ユニット２３、側壁板２１、及び、天板３１を、順に積層して構成されている。ポンプ１の全体の厚みは、例えば、１ｍｍ程度の低背な構成である。
【００４２】  側壁板２１は、ポンプ室１５を形成する円状の開口２１ａと開口２１ａの周囲を囲む側壁部１１ａを有する。
【００４３】  振動ユニット２３は、振動板７、支持部９、側壁部１１ｂ、及び、開口１７を有する。振動板７は、例えば、平面視で円板形状であり、振動ユニット２３の中央に配置されている。側壁部１１ｂは、平面視で枠状であり、振動板７の周囲に配置されている。支持部９は、振動板７の外周縁に沿って延びる梁形状の梁部２５を有し、振動板７と側壁部１１ｂとを連結する。振動板７は、その中心が天板３１の窪み部３１ｅと対向するように配置されている。振動板７は支持部９より厚くなっている。側壁板２１の側壁部１１ａと振動ユニット２３の側壁部１１ｂとで側壁１１を構成する。
【００４４】  支持部９は、振動ユニット２３に３つ以上の複数個設けられ、それぞれの支持部９が間隔を空けて設けられている。支持部９は、梁形状の梁部２５と、振動板７の半径方向に延び、梁部２５と振動板７とを接続する第１連結部２７と、振動板７の半径方向に延び、梁部２５と側壁部１１ｂとを接続する第２連結部２９とを備える。第１連結部２７は、１２０°間隔で配置されている。このように支持部９は長い梁部２５を有するため、振動板７より可撓性が高い形状に形成されており、振動板７の外周縁は振動可能である。なお、支持部９が振動板７よりも可撓性を高くするために、支持部９の平均厚みが振動板７の平均厚みよりも薄くてもよいし、支持部９が振動板７よりも曲がりやすい材質でもよい。また、支持部９のヤング率が振動板７のヤング率よりも低くてもよい。
【００４５】  開口１７は、振動板７と側壁部１１ｂとの間に形成された第１開口１７ａと、梁部２５と側壁部１１ｂとの間に形成された第２開口１７ｂとを有する。第１開口１７ａは、振動板７の外周縁に沿って形成されている。第２開口１７ｂは、梁部２５に沿って形成されている。振動ユニット２３において、第１開口１７ａ及び第２開口１７ｂは、共に積層方向に貫通している。
【００４６】  振動板７は、例えば、直径１３ｍｍで厚さが０．５ｍｍである。圧電体３は、例えば、直径１１ｍｍで厚さが０．０５ｍｍである。天板３１は、例えば、直径１７ｍｍで厚さが０．２５ｍｍである。中央部における振動板７と天板３１との間隔は、例えば、０．１５ｍｍである。突起１９の内径は１２ｍｍで厚さが０．１２ｍｍである。
【００４７】  次に、ポンプ１の駆動について、図５Ａ〜図５Ｈを参照して説明する。図５Ａ〜図５Ｈはポンプ１が動作中の振動板の変位を示す説明図である。ポンプ１では、外部接続端子に交流の駆動電圧が印加されると、圧電体３が面内方向に等方的に伸縮しようとして、圧電体３と振動板７との積層体に厚み方向の屈曲振動が同心円状に生じる。この屈曲振動では、側壁部１１ｂが固定部となり、振動板７の中心が第１の振動の腹となり、振動板７の外周縁が第２の振動の腹となる。振動板７の中心と振動板７の外周縁とは逆方向の振動となる。
【００４８】  図５Ａは、振動板７の中心が天板３１から最も離れた状態である。この状態では、振動板７の外周縁は、天板３１に接近している。次に、図５Ｂに示すように、振動板７の中心が少し天板３１に接近すると、振動板７の節より外周側は天板３１から離れるため、振動板７の外周縁において、外側から中心に向かう気流が生じる。図５Ｃ，図５Ｄも同様である。
【００４９】  やがて、図５Ｅに示すように、振動板７の中心が天板３１に最も接近した状態となる。この状態では、振動板７の外周縁は、天板３１から離れている。
【００５０】  次に、図５Ｆに示すように、振動板７の中心が天板３１に最も接近した状態から離れ始めると、振動板７の節より外周側は天板３１に接近するため、振動板７の外周縁において、中心から外側に向かう気流が生じる。図５Ｇ，図５Ｈも同様である。
【００５１】  ここで支持部９は可撓性の高い形状をしているため、振動板７の外周縁は空気抵抗の影響を受けやすい。そのため図５Ａから図５Ｈの過程において、振動板７の外周縁は、空気抵抗によって変位が遅れる。そのため振動板７の外周縁は、図５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの状態において、図５Ｇ、５Ｆ、５Ｅ、の状態より天板３１に接近している。従って、振動板７の外周縁における流路は、図５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの状態において、図５Ｇ、５Ｆ、５Ｅ、の状態より狭いため、流路抵抗が大きい。これにより、図５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの状態における、振動板７の外側から中心に向かう気流は、図５Ｇ、５Ｆ、５Ｅ、の状態における、振動板７の中心から外側に向かう気流より小さい。そのため、図５Ａから図５Ｈまで遷移して図５Ａに戻る周期において、振動板７の中心から外側に向かう気流が生じ、天板３１の開口部３１ｄから開口１７への気流が生じる。
【００５２】  次に、図５Ｇに示すように、振動板７の中心が天板３１からさらに離れて、振動板７の中心部が天板３１と略平行な状態になっても、振動板７の外周縁は天板３１から離れる方向に反った状態である。このとき、ポンプ室１５内は、図５Ｆの状態よりも小さい陽圧の状態である。
【００５３】  図５Ｈに示すように、振動板７の中心が天板３１からさらに離れると、ポンプ室１５内は、図５Ｇの状態よりもさらに小さい陽圧の状態となる。振動板７の外周縁の変位は、振動板７の中心の変位に比べて遅れるので、振動板７の外周縁は天板３１から反り下がった状態である。この後、ポンプ１は、再び、図５Ａに示す状態に遷移する。このように、ポンプ１は、図５Ａから図５Ｈに示す状態を順に遷移して、ポンプ動作を実現する。
【００５４】  実施形態１のポンプ１によれば、支持部９は、振動板７より可撓性が高くてもよい。この構成によれば、振動板７の外周縁の変位が増大するので、逆流をさらに抑制することができ、ポンプ流量及びポンプ圧力を高くすることができる。
【００５５】  また、支持部９は、振動板７の外周縁に沿った梁形状を有する。この構成によれば、振動板７の外周縁の変位をさらに増大することができるので、流体の逆流の抑制効果を高めることができ、ポンプ流量及びポンプ圧力を高めることができる。
【００５６】  また、支持部９は、梁部２５と、振動板７と梁部２５とを繋ぐ第１連結部２７と、側壁１１と梁部２５とを繋ぐ第２連結部２９と、を有し、支持部９は３つ以上の複数個設けられ、それぞれの支持部９が間隔を空けて設けられている。この構成によれば、振動する振動板７を適切に支持することができる。
【００５７】  また、突起１９と振動板７とが対向する。この構成によれば、流体の逆流の抑制効果を高めることができるので、ポンプ圧力を高めることができる。
【００５８】  また、天板３１は対称点３１ｆを有する点対称形状であり、対称点３１ｆには開口部３１ｄが位置せず、かつ、天板３１の開口部３１ｄは環状に形成されている。この構成によれば、ポンプ室１５の中心は振動変位が大きいので、圧力変動も大きい。対称点３１ｆである天板３１の中心が遮蔽されており、圧力変動の大きい領域を遮蔽しているので、ポンプ室１５内部の圧力変動が高まり、大きなポンプ流量及びポンプ圧力を得ることができる。
【００５９】  また、突起１９における天板３１に対向する面と天板３１とが連結している。この構成によれば、突起１９付近における気流の乱れが小さく、流動損失が小さい。
【００６０】  また、天板３１の開口部３１ｄの外側に凹部３１ｃを有する。この構成によれば、開口部３１ｄの内側の気流を乱すことなく、開口部３１ｄの空気抵抗を低減することができる。
【００６１】  また、振動板７の振動する節より中央側において、天板３１の内側の主面に窪み部３１ｅを有する。この構成によれば、振動変位が最大となる振動板７の中央部において、振動板７と天板３１との間隔が長いので、空気抵抗が低減し、振動変位が増大する。この結果、ポンプ流量及びポンプ圧力が増大する。
【００６２】（実施形態２）  次に、本発明の実施形態２のポンプ１Ａ、１Ｂについて図６及び図７を参照して説明する。図６は、実施形態２におけるポンプ１Ａの模式的断面図である。図７は、実施形態２の変形例におけるポンプ１Ｂの模式的断面図である。
【００６３】  実施形態２のポンプ１Ａは、突起１９が振動板７の外側で天板３１または側壁１１と接続されている。この点において、実施形態１におけるポンプ１と実施形態２のポンプ１Ａとが異なる。したがって、実施形態２におけるポンプ１Ａは、この点以外の構成は、実施形態１のポンプ１と共通である。
【００６４】  図６に示すように、ポンプ１Ａの突起１９Ａは、側壁１１から天板３１と振動板７との間に延びている。また、図７に示すように、ポンプ１Ｂの突起１９Ｂは、Ｌ字形を有し、振動板７の外側で天板３１に接続されている。
【００６５】  以上のように、実施形態２及び実施形態２の変形例の構成によっても、ポンプ室１５への逆流を防ぐことができる。また、突起１９Ａ及び１９Ｂが振動板７や支持部９に接続されていないため振動板７の振動が突起１９Ａ及び１９Ｂに漏洩せず振動エネルギーの損失を低減することができる。
【００６６】（実施形態３）  次に、本発明の実施形態３のポンプ１Ｂについて図８を参照して説明する。図８は、実施形態３におけるポンプ１Ｂの模式的断面図である。
【００６７】  実施形態３のポンプ１Ｂは、天板３１に凹部３１ｃ及び窪み部３１ｅが設けられていない。この点において、実施形態１におけるポンプ１と実施形態３のポンプ１Ｃとが異なる。この点以外の構成は、実施形態１のポンプ１と実施形態３のポンプ１Ｃと共通である。
【００６８】  このように、実施形態３におけるポンプ１Ｃによっても、ポンプ室１５への流体の逆流を防ぐことができる。
【００６９】（実施形態４）  次に、本発明の実施形態４のポンプ１Ｄについて図９を参照して説明する。図９は、実施形態４におけるポンプ１Ｄの模式的断面図である。
【００７０】  実施形態４のポンプ１Ｄは、突起１９Ｄが振動板７に設けられている。この点において、実施形態１におけるポンプ１と実施形態４のポンプ１Ｄとが異なる。この点及び以下に記載した事項以外の構成は、実施形態４のポンプ１Ｃは、実施形態１のポンプ１と共通である。
【００７１】  このように、実施形態４におけるポンプ１Ｄは、突起１９Ｄが振動板７に設けられていてもよい。実施形態４におけるポンプ１Ｄによっても、ポンプ室１５への流体の逆流を防ぐことができる。
【００７２】（実施形態５）  次に、本発明の実施形態５のポンプ１Ｅについて図１０を参照して説明する。図１０は、実施形態４におけるポンプ１Ｅの模式的断面図である。
【００７３】  実施形態４のポンプ１Ｅは、突起１９Ｅが振動板７の外側に設けられている。この点において、実施形態１におけるポンプ１と実施形態４のポンプ１Ｅとが異なる。この点以外の構成は、実施形態４のポンプ１Ｅは、実施形態１のポンプ１と共通である。
【００７４】  このように、実施形態４におけるポンプ１Ｅは、突起１９Ｅは、振動板７の外側に天板３１と側壁１１からポンプ室１５内に突出するように設けられている。振動板７の外周縁と突起１９Ｅとの距離が振動板７と天板３１との距離よりも短ければよい。実施形態４におけるポンプ１Ｅによっても、ポンプ室１５への逆流を防ぐことができる。
【００７５】  次に、図１１、図１２を参照して、上述した実施形態によるポンプの効果を説明する。図１１、図１２は、変形例におけるポンプの模式断面図を示す。
【００７６】  図１１に示すポンプ１Ｆは、実施形態１のポンプ１の突起１９が側壁１１にまで延びた突起１９Ｆを有する。ポンプ１Ｆにおいて、その他の構成はポンプ１と同様である。このポンプ１Ｆのポンプ性能は、駆動電圧が３０Ｖｐｐにおいて、ポンプ流量が０．５２Ｌ／ｍｉｎ、ポンプ圧力が５ｋＰａである。
【００７７】  また、図１０に示す、実施形態５のポンプ１Ｅのポンプ性能は、駆動電圧が３０Ｖｐｐにおいて、ポンプ流量が２．１３Ｌ／ｍｉｎ、ポンプ圧力が１．１ｋＰａである。
【００７８】  図１２に示すポンプ１Ｇは、比較対象のための構成であり、突起１９を有さない。ポンプ１Ｇにおいて、その他の構成はポンプ１と同様である。このポンプ１Ｇのポンプ性能は、駆動電圧が３０Ｖｐｐにおいて、ポンプ流量が１．７９Ｌ／ｍｉｎ、ポンプ圧力が０．７ｋＰａである。
【００７９】  ポンプの出力性能は、ポンプ流量とポンプ圧力の積で簡易に判断することができる。したがって、ポンプの出力性能は、突起を有さないポンプ１Ｇよりも、突起１９Ｆを有するポンプ１Ｆや突起１９Ｅを有するポンプ１Ｅの方が高い。振動板７の外端と突起１９Ｅ、１９Ｆとの距離が短いほど、逆流防止効果が高い。これにより、図１２に示すポンプ１Ｇより図１０、図１１それぞれに示すポンプ１Ｅ、１Ｆの方が逆流防止効果が高く、ポンプの出力性能を高めることができる。
【００８０】  上述した各実施形態のポンプ１−１Ｆによれば、第１主面７ａに圧電体３が接続される振動板７と、第１主面７ａの逆側の振動板７の第２主面７ｂに対向し、開口部３１ｄを有する天板３１、及び、天板３１と振動板７との間のポンプ室１５を囲むように天板３１の外周部に接続される側壁１１を備えるカバー１０と、側壁１１に接続され、振動板７の外周を支持する支持部９と、側壁１１と振動板７との間に振動板７の外周に沿って形成された開口１７と、天板３１、側壁１１、及び振動板７のいずれかに、ポンプ室１５に突出するように設けられた突起１９−１９Ｆと、を備え、突起１９−１９Ｆは、天板の第１主面３１ａと振動板７の第２主面７ｂとが対向する向きに直交する方向から断面視して、天板３１の開口部３１ｄと側壁１１との間に設けられている。この構成によれば、突起１９−１９Ｆによって逆流を抑制することができ、大きなポンプ流量及ポンプ圧力を得ることができる。  なお、各実施形態では側壁１１が天板３１と隙間なく接続している態様を示しているが、ポンプの能力を損なわない範囲において一部に隙間を設けた態様であってもよい。  また、同様に各実施形態では側壁１１自身が開口を有していない態様を示しているが、ポンプの能力を損なわない範囲において一部に開口を設けた態様であってもよい。
【００８１】  また、突起１９−１９Ｂ、１９Ｅ、１９Ｆは、天板３１または側壁１１に設けられている。また、突起１９−１９Ｆと振動板７との最短距離が、振動板７と天板３１の平均間隔より短い。この構成によれば、流体の逆流の抑制効果を高めることができるので、ポンプ流量及びポンプ圧力を高めることができる。
【００８２】  次に、図１３Ａ〜図１４を参照して、振動板７と天板３１に挟まれた空間において、開口部３１ｄより外側に、フィルム状部材で形成された弁３３を有するポンプ１について説明する。図１３Ａは、変形例におけるポンプ１の模式的断面図である。図１３Ｂは、天板側から見た変形例におけるポンプ１の分解斜視図である。図１３Ｃは、圧電体側から見た変形例におけるポンプ１の分解斜視図である。図１４は、弁３３の平面図である。弁３３が設けられることで、逆流の抑制効果を高めることができ、高いポンプ圧力を得ることができる。
【００８３】  フィルム状の弁３３は図１４のように円環形状で、内周付近が振動板７に接着される接着部３３ａと、外周付近が開放端となっている可動部３３ｂとを有する。なお、弁３３は、振動板７の代わりに天板３１に接着されてもよい。接着部３３ａは、固定部材３５を介して、開口部３１ｄより外側の振動板７の面上に貼り付けられる。そのため、開口部３１ｄから開口１７への気流はあまり抑制しないのに対し、開口１７から開口部３１ｄへ流れる気流を抑制することができる。そのため、突起１９による逆流抑制効果を高め、流量、圧力を高める事ができる。固定部材３５は、例えば、粘着シートである。図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、振動板７に弁３３を付けると、逆流防止効果を高め、ポンプの出力性能を高めることができる。このとき、弁３３の可動部３３ｂの一部が突起１９に対向していると、逆流防止効果が高い。さらに、弁３３の可動部３３ｂの外端が突起１９に対向していてもよい。駆動電圧が３０Ｖｐｐにおいて、ポンプ流量１．４Ｌ／ｍｉｎ、ポンプ圧力５．６ｋｐａである。尚、図１３Ａ〜図１３Ｃにおいて、弁３３は円環形状であるが、円板形状でもよい。このように、弁３３は、内側が振動板７または天板３１に固定され、弁３３は、外側に可動なフィルムで形成されている可動部３３ｂを有する。可動部３３ｂが、開口１７から開口部３１ｄへ流れる気流を抑制することができる。弁３３の可動部３３ｂは、突起１９と対向する部分を有する。これにより、可動部３３ｂの突起１９と対向する部分とが接近または接触することで、開口１７から開口部３１ｄへ流れる気流をより抑制することができる。また、弁３３の可動部３３ｂの外端は、突起１９と対向してもよい。
【００８４】  本発明は、上記実施の形態のものに限らず、次のように変形実施することができる。
【００８５】  （１）上記各実施形態において、振動ユニット２３は、３つの支持部９を有していたがこれに限らない。振動ユニット２３は、４つ以上の支持部９を有してもよい。図１５に示すように、例えば、振動ユニット２３Ａは、９０°ごとに支持部９が配置されている。
【００８６】  （２）上記各実施形態において、振動ユニット２３は、図１６に示すように、振動板７と支持部９Ｂの梁部２５とが二股で接続されてもよい。すなわち、振動ユニット２３Ｂにおいて、２つの第１連結部２７により、振動板７と梁部２５とが連結される。また、梁部２５と側壁部１１ｂとが１個の第２連結部２９で連結されてもよい。また、図１７に示すように、支持部９ｃが側壁部１１ｂに沿って形成され、梁部２５が環状に形成された構造を有する振動ユニット２３Ｃでもよい。振動ユニット２３Ｃにおける開口１７Ｃは、振動板７と梁部２５との間に形成された第１開口１７ｃと、第２開口１７ｂとを有する。第１開口１７ｃは、振動板７の外周縁に沿って形成され、積層方向に貫通している。
【００８７】  （３）上記各実施形態において、支持部９は、梁部２５を有していたが、梁部は必須でない。支持部９は、例えば、ポリイミドなどの樹脂のように、弾性率が振動板７より低い材料で形成されていてもよい。あるいは、支持部９は振動板７より薄い形状に形成されていてもよい。いずれの場合も長い梁部２５を有する形状と同様、支持部９は振動板７より可撓性が高いので、振動板７の外周縁が振動可能な状態で支持され、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】  本発明は、圧電体を備えるポンプに適用可能である。
【符号の説明】
【００８９】      １、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ  ポンプ      ３      圧電体      ５      補助板      ７      振動板      ７ａ    第１主面      ７ｂ    第２主面      ９、９Ｂ  支持部    １０      カバー    １１      側壁    １１ａ    側壁部    １１ｂ    側壁部    １５      ポンプ室    １７      開口    １７ａ、１７ｃ  第１開口    １７ｂ    第２開口    １９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｄ、１９Ｅ、１９Ｆ  突起    ２１      側壁板    ２１ａ    開口    ２３、２３Ａ、２３Ｂ  振動ユニット    ２５      梁部    ２７      第１連結部    ２９      第２連結部    ３１      天板    ３１ａ    第１主面    ３１ｂ    第２主面    ３１ｃ    凹部    ３１ｄ    開口部    ３１ｅ    窪み部    ３１ｆ    対称点    ３３      弁    ３３ａ    接着部    ３３ｂ    可動部    ３５      固定部材    ＣＬ      中心    Ｆｐ      流路
【図１】
2020111063.tif 000003
【図２Ａ】
2020111063.tif 000004
【図２Ｂ】
2020111063.tif 000005
【図３Ａ】
2020111063.tif 000006
【図３Ｂ】
2020111063.tif 000007
【図４】
2020111063.tif 000008
【図５Ａ】
2020111063.tif 000009
【図５Ｂ】
2020111063.tif 000010
【図５Ｃ】
2020111063.tif 000011
【図５Ｄ】
2020111063.tif 000012
【図５Ｅ】
2020111063.tif 000013
【図５Ｆ】
2020111063.tif 000014
【図５Ｇ】
2020111063.tif 000015
【図５Ｈ】
2020111063.tif 000016
【図６】
2020111063.tif 000017
【図７】
2020111063.tif 000018
【図８】
2020111063.tif 000019
【図９】
2020111063.tif 000020
【図１０】
2020111063.tif 000021
【図１１】
2020111063.tif 000022
【図１２】
2020111063.tif 000023
【図１３Ａ】
2020111063.tif 000024
【図１３Ｂ】
2020111063.tif 000025
【図１３Ｃ】
2020111063.tif 000026
【図１４】
2020111063.tif 000027
【図１５】
2020111063.tif 000028
【図１６】
2020111063.tif 000029
【図１７】
2020111063.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月10日(2021.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
天板３１は、振動板７と対向する第１主面３１ａと、第１主面３１ａと反対側の第２主面３１ｂと、第２主面３１ｂ側に形成された環状の凹部３１ｃと、凹部３１ｃの底面からポンプ室１５へ貫通する、環状に並べられた複数の開口部３１ｄとを有する。また、天板３１は、第１主面３１ａ側の中央部に第２主面方向に窪んだ円筒状の窪み部３１ｅを有する。天板３１は対称点３１ｆを有する点対称形状であり、対称点３１ｆには開口部３１ｄが位置していない。対称点３１ｆは、天板３１における振動板７の中心ＣＬに対向する位置であり、例えば、天板３１の中心である。なお、図１は、天板３１の第１主面３１ａと振動板７の第２主面７ｂとが対向する向きに直交する方向から断面視した図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３のポンプ１Ｃについて図８を参照して説明する。図８は、実施形態３におけるポンプ１Ｃの模式的断面図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
実施形態３のポンプ１Ｃは、天板３１に凹部３１ｃ及び窪み部３１ｅが設けられていない。この点において、実施形態１におけるポンプ１と実施形態３のポンプ１Ｃとが異なる。この点以外の構成は、実施形態１のポンプ１と実施形態３のポンプ１Ｃと共通である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
実施形態４のポンプ１Ｄは、突起１９Ｄが振動板７に設けられている。この点において、実施形態１におけるポンプ１と実施形態４のポンプ１Ｄとが異なる。この点及び以下に記載した事項以外の構成は、実施形態４のポンプ１Ｄは、実施形態１のポンプ１と共通である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
（実施形態５）
次に、本発明の実施形態５のポンプ１Ｅについて図１０を参照して説明する。図１０は、実施形態５におけるポンプ１Ｅの模式的断面図である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
実施形態５のポンプ１Ｅは、突起１９Ｅが振動板７の外側に設けられている。この点において、実施形態１におけるポンプ１と実施形態５のポンプ１Ｅとが異なる。この点以外の構成は、実施形態５のポンプ１Ｅは、実施形態１のポンプ１と共通である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
このように、実施形態５におけるポンプ１Ｅは、突起１９Ｅは、振動板７の外側に天板３１と側壁１１からポンプ室１５内に突出するように設けられている。振動板７の外周縁と突起１９Ｅとの距離が振動板７と天板３１との距離よりも短ければよい。実施形態５におけるポンプ１Ｅによっても、ポンプ室１５への逆流を防ぐことができる。
【国際調査報告】
2020111063.tif 000031
2020111063.tif 000032
2020111063.tif 000033
2020111063.tif 000034
2020111063.tif 000035
2020111063.tif 000036