JP4793442B2

JP4793442B2 - マイクロポンプ

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Publication number: JP4793442B2
Application number: JP2008507390A
Authority: JP
Inventors: 岳神谷; 篤彦平田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: JPWO2007111049A1; US20090010780A1; DE112007000722T5; WO2007111049A1; US8066494B2; DE112007000722B4; CN101415945A

Description

本発明はマイクロポンプ、詳しくは屈曲変形する圧電アクチュエータを用いたマイクロポンプに関するものである。

ノートパソコンなどの小型電子機器の冷却用ポンプや燃料電池の燃料輸送用ポンプなどに、マイクロポンプが用いられる。マイクロポンプは、電圧印加によりベンディングモードで屈曲変形する圧電アクチュエータを用いたポンプであり、構造が比較的簡単であり、駆動源としてモータを用いたポンプに比べて薄型に構成でき、かつ低消費電力であるという利点がある。

特許文献１には、ポンプ本体にポンプ室を形成し、このポンプ室の天井壁を構成するダイヤフラムの背面（上面）に圧電アクチュエータを貼り付け、ポンプ室の真下に流入側逆止弁と流出側逆止弁とを配置したマイクロポンプが開示されている。上記マイクロポンプでは、逆止弁の真上にポンプ室があり、その上にダイヤフラムと圧電アクチュエータとを配置する構造となっているので、厚み寸法が大きくなり、薄型化に不利であるという問題がある。

特許文献２には、ポンプ室を形成するダイヤフラムと流入側逆止弁および流出側逆止弁とを平面的に配置したマイクロポンプが開示されている。このマイクロポンプの場合、特許文献１に示されるマイクロポンプに比べて薄型化できるという利点がある。しかしながら、ダイヤフラムと、流入側逆止弁および流出側逆止弁の弁部とが別部材で構成されているので、部品数が増えるとともに、製造コストの上昇を招くという問題がある。特に、逆止弁を軸部と傘部とを持つアンブレラ構造とした場合、構造が複雑であり、更なる製造コストの上昇を招く結果となる。

特許文献３には、逆止弁の弁部とダイヤフラム部を一体に形成したダイヤフラムポンプが開示されている。このダイヤフラムポンプでは、モータに偏心軸を介して取り付けられた連結棒が、ダイヤフラム部の背面に突設したボス部に連結されている。また、弁部とダイヤフラム部との間、および周縁部には空気漏れを防止するためのリブが設けられている。弁部とダイヤフラム部は一枚の弾性体で形成されているが、リブやボス部を形成するために立体的な成形が必要であり、コスト上昇を招くとともに、厚みが大きくなるという問題がある。また、ダイヤフラム部の駆動源がモータであるため、ポンプの厚みが大きく、消費電力も大きく、小型電子機器には適用できない。
特開２００３−２１４３４９号公報特開２００５−３３７０６８号公報実公昭６１−３６７８７号公報

そこで、本発明の好ましい実施形態の目的は、薄型で、部品数が少なく構造の簡単なマイクロポンプを提供することにある。
他の目的は、安価に製造できるマイクロポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の実施形態は、圧電アクチュエータの屈曲変位をダイヤフラム部を介してポンプ室に伝達し、ポンプ室の容積を変化させると同時に、流入側逆止弁および流出側逆止弁を交互に開閉することにより流体を輸送するマイクロポンプにおいて、一定厚みの弾性体シートと第１ケース部材と第２ケース部材とを備え、上記弾性体シートに上記ダイヤフラム部と上記流入側逆止弁の弁部と上記流出側逆止弁の弁部とが一体に形成されており、上記ダイヤフラム部の背面に上記圧電アクチュエータが貼り付けられており、上記弾性体シートは上記第１ケース部材と上記第２ケース部材の間に挟持されて両ケース部材の間をシールしており、上記弾性体シートと上記第１ケース部材との間に上記圧電アクチュエータが収容される振動室が形成され、上記弾性体シートと上記第２ケース部材との間にポンプ室が形成されており、上記第１ケース部材を、振動室用凹部と、振動室用凹部と隔離された流入通路用凹部と、振動室用凹部と隔離された流出空間用凹部とを持つ板状部材とし、上記第２ケース部材を、ポンプ室用凹部と、ポンプ室用凹部と連通し、上記流入通路用凹部と対向する流入空間用凹部と、ポンプ室用凹部と連通し、上記流出空間用凹部と対向する流出通路用凹部とを持つ板状部材とし、上記弾性体シートに、上記流入通路用凹部を閉じる流入側逆止弁の弁部と、上記流出通路用凹部を閉じる流出側逆止弁の弁部とを舌片状に形成したことを特徴とするマイクロポンプを提供する。
本発明の第２の実施形態は、圧電アクチュエータの屈曲変位をダイヤフラム部を介してポンプ室に伝達し、ポンプ室の容積を変化させると同時に、流入側逆止弁および流出側逆止弁を交互に開閉することにより流体を輸送するマイクロポンプにおいて、一定厚みの弾性体シートと第１ケース部材と第２ケース部材とを備え、上記弾性体シートに上記ダイヤフラム部と上記流入側逆止弁の弁部と上記流出側逆止弁の弁部とが一体に形成されており、上記ダイヤフラム部の背面に上記圧電アクチュエータが貼り付けられており、上記弾性体シートは上記第１ケース部材と上記第２ケース部材の間に挟持されて両ケース部材の間をシールしており、上記弾性体シートと上記第１ケース部材との間に上記圧電アクチュエータが収容される振動室が形成され、上記弾性体シートと上記第２ケース部材との間にポンプ室が形成されており、上記第１ケース部材を、平板よりなる底板と、平板に振動室用孔部、この振動室用孔部と隔離された流入通路用孔部、および上記振動室用孔部と隔離された流出空間用孔部を形成した第１中間層とを積層したものとし、上記第２ケース部材を、平板よりなる天板と、平板にポンプ室用孔部、上記流入通路用孔部と対向する流入空間用孔部、および上記流出空間用孔部と対向する流出通路用孔部を連続的に形成した第２中間層とを積層したものとし、上記弾性体シートに、上記流入通路用孔部を閉じる流入側逆止弁の弁部と、上記流出通路用孔部を閉じる流出側逆止弁の弁部とを舌片状に形成したことを特徴とするマイクロポンプを提供する。

本発明のマイクロポンプでは、ダイヤフラム部と流入側逆止弁の弁部と流出側逆止弁の弁部とが一定厚みの弾性体シートに一体に形成され、この弾性シートが第１と第２のケース部材の間に挟持されている。そのため、ダイヤフラム部と流入側逆止弁と流出側逆止弁とを平面的に配置でき、薄型に構成できるとともに、部品数が少なくなり、構造が簡単になる。ダイヤフラム部の背面に圧電アクチュエータが貼り付けられており、アクチュエータの屈曲変形によりダイヤフラム部も追従変形する。ダイヤフラムの変形によりポンプ室体積が増加する際に流入側逆止弁を通過してポンプ室に流れ込む流体の流れと、ポンプ室体積が減少する際に流出側逆止弁を通過してポンプ室から流れ出す流体の流れとが発生し、効率よく流体を輸送することができる。上記のように、１枚の弾性体シートがダイヤフラムとしての機能と、流入側逆止弁および流出側逆止弁の弁体としての機能とを有することになり、部品数の削減や弁取付の簡素化が図れ、ポンプの小型・低背化・低価格化に貢献できる。さらに、弾性体シートがポンプ室の内外および弁室の内外をシールする液漏れ防止シールを兼ねるので、Ｏリングなどの格別なシール材を必要とせず、またリブのような立体的な加工も必要としない。そのため、部品数が増加しない簡素な構成で、高い信頼性を達成できる。

好ましい実施形態によれば、流入側逆止弁と流出側逆止弁とがポンプ室を間にして対向位置に設けられており、流入側逆止弁から入った流体をポンプ室を通して流出側逆止弁へと順方向に輸送するものがよい。ダイヤフラムの駆動により流入側逆止弁を通過してポンプ室に流れ込む流体の流れと、流出側逆止弁を通過してポンプ室から流れ出す流体の流れとが順方向、つまり逆転しないので、流体の流れを妨げる損失が少なくてすむ。流入側逆止弁とポンプ室と流出側逆止弁が直線状に配置されている必要はないが、流れ方向変化角度が９０°以内であればよい。このように配置することで、非力な圧電アクチュエータを用いた小型のポンプでもポンプ輸送量を大きくしやすい。さらに、ポンプ室が空の状態から流体をポンプ室に引き込んだ際に、ポンプ室内の空気が流入する流体に押されて流出側逆止弁から排出されやすく、ポンプ室内に気泡が残留しにくい。これによって、ポンプ室内に圧縮性流体である空気からなる気泡が残留することによるポンプ効率の低下を防止できる。

好ましい実施形態によれば、圧電アクチュエータを長方形に形成し、流入側逆止弁と流出側逆止弁とを圧電アクチュエータの短辺側に配置してもよい。圧電アクチュエータの形状としては、円板形や長方形などがあるが、長方形状の圧電アクチュエータをその長手方向両端部（短辺側の２辺）を支点とするモードで屈曲変位させた場合、円板状の圧電アクチュエータをその外周部を支点とするモードで屈曲変位させた場合よりも大きな変位体積が得られる。そのため、長方形の圧電アクチュエータをダイヤフラム駆動用アクチュエータとして使用すれば、ポンプ効率を向上させることができる。また、長方形の圧電アクチュエータを使用した場合、流入側逆止弁と流出側逆止弁とをアクチュエータの短辺側に配置すれば、アクチュエータの最大変位点の近くに逆止弁が位置しないので、流体の急激な流れによる弁の不要なばたつきを防止できる。

好ましい実施形態によれば、上記第１ケース部材を、振動室用凹部と、振動室用凹部と隔離された流入通路用凹部と、振動室用凹部と隔離された流出空間用凹部とを持つ板状部材とし、上記第２ケース部材を、ポンプ室用凹部と、ポンプ室用凹部と連通し、上記流入通路用凹部と対向する流入空間用凹部と、ポンプ室用凹部と連通し、上記流出空間用凹部と対向する流出通路用凹部とを持つ板状部材とし、上記弾性体シートに、上記流入通路用凹部を閉じる流入側逆止弁の弁部と、上記流出通路用凹部を閉じる流出側逆止弁の弁部とを舌片状に形成してもよい。凹部を持つ第１ケース部材と第２ケース部材は、射出成形法のような公知の方法により簡単に製造できる。マイクロポンプが第１ケース部材と第２ケース部材と弾性体シートの３部品よりなり、弾性体シートを間にして第１ケース部材と第２ケース部材とを積層することでマイクロポンプを構築できるので、部品数が少なく、製造が容易であり、薄型のマイクロポンプを実現できる。

好ましい実施形態によれば、上記第１ケース部材を、平板よりなる底板と、平板に振動室用孔部、この振動室用孔部と隔離された流入通路用孔部、および上記振動室用孔部と隔離された流出空間用孔部を形成した第１中間層とを積層したものとし、上記第２ケース部材を、平板よりなる天板と、平板にポンプ室用孔部、上記流入通路用孔部と対向する流入空間用孔部、および上記流出空間用孔部と対向する流出通路用孔部を連続的に形成した第２中間層とを積層したものとし、上記弾性体シートに、上記流入通路用孔部を閉じる流入側逆止弁の弁部と、上記流出通路用孔部を閉じる流出側逆止弁の弁部とを舌片状に形成してもよい。この実施形態では、第１ケース部材を構成する底板と第１中間層、弾性体シート、および第２ケースを構成する天板と第２中間層が、全て２次元加工した板材であり、それらを積層するだけでマイクロポンプを構築できるので、製造が簡単であり、薄型で信頼性の高いマイクロポンプを実現できる。弾性体シートの舌片状の弁部、第１中間層の孔部、第２中間層の孔部は平板に対して打ち抜き加工あるいはレーザー加工などを行うことによって簡単に形成できるので、成形金型を必要とせず、低コストで加工できるとともに、反りや歪みが発生しない。第１ケース部材を構成する底板および第１中間層と、第２ケース部材を構成する天板および第２中間層は、樹脂板のほか、金属板、ガラスエポキシ基板のような複合材料で構成することもできる。

好ましい実施形態によれば、上記ポンプ室と流入空間との間を接続する連通路の長さ、および上記ポンプ室と流出通路との間を接続する連通路の長さを、それぞれ流路幅より長くするのがよい。弾性体シートは第１ケース部材と第２ケース部材とによって挟み込まれてシール作用を果たすが、ポンプ室と流入側逆止弁および流出側逆止弁とを接続する連通路は、第１ケース部材と第２ケース部材とで上下から挟み込むことができない。つまり、弾性体シートの片側にしか壁面が無い。そのため、弾性体シートと片側のケース部材との接着力によって液漏れを防止しなければならない。しかし、弁部を形成するために弾性体シートに切り抜き加工または切り取り加工が施された部分から、圧電アクチュエータが収容された振動室に液体が漏れて故障の原因になる恐れが生じる。そこで、弾性体シートを上下から挟み込むことによるシール作用の得られないポンプ室と流入側逆止弁および流出側逆止弁を接続する連通路の長さを、流路幅よりも長くすることで、連通路の途中部分で弾性体シートを第１ケース部材と第２ケース部材とで挟み込むことができ、比較的弱い接着であっても十分なシール作用が得られるように担保できる。

連通路の長さを流路幅よりも長くする具体的手法として、ポンプ室と流入空間との間を接続する連通路、およびポンプ室と流出通路との間を接続する連通路を、それぞれクランク状に形成することで、弾性体シートと片側のケース部材との剥離を防止することができる。

圧電アクチュエータは、金属板に圧電体を貼り付けたユニモルフ構造でもよいが、複数の圧電体を積層したバイモルフ構造のものを用いれば、ユニモルフ構造に比べて大きな変位体積が得られるので、好ましい。弾性体シートとしては、ブチル系ゴムなどの任意の柔弾性シートを用いることができる。

発明の好ましい実施形態の効果

以上のように、本発明によれば、ダイヤフラム部と流入側逆止弁および流出側逆止弁の弁部とを１枚の弾性体シートに形成したので、ダイヤフラム部と流入側逆止弁と流出側逆止弁とを平面的に配置でき、薄型に構成できる。また、マイクロポンプを構成する部品数が少なく、構造が簡単であり、安価なマイクロポンプを実現できる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明にかかるマイクロポンプの第１実施例を示す。本実施例のマイクロポンプＰ１は、下ケース１と弾性体シート２と上ケース４との３層構造よりなり、これら部品が積層接着されている。

下ケース１は、例えばガラスエポキシ基板や樹脂基板によって長方形の平板状に形成されており、中央部に振動室を構成する長方形の凹部１ａが形成されている。凹部１ａの底面には、後述する圧電アクチュエータ３のリード線３ａを引き出すための２つの引き出し孔１ｂと、振動室を大気に開放するための複数のエアー抜き孔１ｃとが形成されている。なお、引き出し孔１ｂでエアー抜き孔を兼用できる場合には、エアー抜き孔１ｃは省略可能である。凹部１ａの深さは、圧電アクチュエータ３の厚みと最大変位量との和より深く設定されている。振動室用凹部１ａの短辺側の２辺に隣接して流入通路用凹部１ｄと流出空間用凹部１ｅとが形成されている。流入通路用凹部１ｄと流出空間用凹部１ｅは、振動室用凹部１ａと独立しており、それぞれ流入ポート１ｆおよび流出ポート１ｇを介して外部と連通している。

弾性体シート２はゴム、エラストマ、軟質樹脂のような柔弾性材料よりなる一定厚みのシートであり、下ケース１と同一形状に形成されている。弾性体シート２の中央部には、ダイヤフラム部２ａが設けられ、ダイヤフラム部２ａの両側に流入側逆止弁の弁部２ｂと流出側逆止弁の弁部２ｃとが一体に形成されている。弁部２ｂ，２ｃは切り抜き加工または切り取り加工によって舌片状に形成されている。ダイヤフラム部２ａの背面（下面）には圧電アクチュエータ３が面接着され、弾性体シート２のダイヤフラム部２ａおよび弁部２ｂ，２ｃを除く領域の背面が下ケース１の上面に接着されている。弾性体シート２を下ケース１に接着すれば、弁部２ｂ，２ｃはそれぞれ流入通路用凹部１ｄと流出空間用凹部１ｅに対応する。なお、下ケース１の流入ポート１ｆおよび流出ポート１ｇと対応する弾性体シート２の部位に切欠部２ｄ，２ｅが形成されている。

圧電アクチュエータ３は長方形に形成され、凹部１ａに収納されている。圧電アクチュエータ３の外形寸法は凹部１ａの内寸より小さく、圧電アクチュエータ３を凹部１ａに収納した状態で圧電アクチュエータ３の４つの辺と凹部１ａの内側縁との間に所定の隙間δ（図５参照）が形成される。この隙間δは、圧電アクチュエータ３が屈曲変位したとき、ダイヤフラム部２ａが十分に伸びることができる余白部分に対応する。この実施例の圧電アクチュエータ３は公知のバイモルフ型セラミック圧電素子である。圧電アクチュエータ３の下面の電極には２本のリード線３ａが接続されており、これらリード線３ａに交番信号（矩形波信号または交流信号）を印加することにより、長手方向両端部（短辺側の２辺）を支点とし、長手方向中央部を最大変位点とするベンディングモードで屈曲振動させることができる。なお、圧電アクチュエータ３としては、ユニモルフ型圧電アクチュエータを用いてもよい。

上ケース４は、下ケース１と同様な材料によって長方形の平板状に形成されている。上ケース４の下面には、長方形のポンプ室用凹部４ａと流入空間用凹部４ｂと流出通路用凹部４ｃとが連続的に形成されている。ポンプ室用凹部４ａと流入空間用凹部４ｂとは連通路４ｄを介して相互に連通し、ポンプ室用凹部４ａと流出通路用凹部４ｃは連通路４ｅを介して相互に連通している。上ケース４の下面を弾性体シート２の上面に接着すると、ポンプ室用凹部４ａはダイヤフラム部２ａに対応し、流入空間用凹部４ｂは弁部２ｂおよび流入通路用凹部１ｄと対応し、流出通路用凹部４ｃは弁部２ｃおよび流出空間用凹部１ｅと対応する。なお、下ケース１の流入ポート１ｆおよび流出ポート１ｇと対応する上ケース４の部位には、独立した溝部４ｆ，４ｇが形成されている。

上記のように下ケース１、弾性体シート２および上ケース４を積層接着することにより、本マイクロポンプが完成する。凹部４ａとダイヤフラム部２ａとの間にポンプ室５が形成され、弁部２ｂと流入通路用凹部１ｄと流入空間用凹部４ｂとで流入側逆止弁６が形成され、弁部２ｃと流出空間用凹部１ｅと流出通路用凹部４ｃとで流出側逆止弁７が形成される（図４参照）。流入ポート１ｆおよび流出ポート１ｇにはそれぞれ液体供給用チューブ８および液体排出用チューブ９（図１参照）が接続される。

圧電アクチュエータ３に交番電圧（矩形波電圧または交流電圧）を印加すると、圧電アクチュエータ３が長手方向両端部を支点とし、長手方向中央部を最大変位点として屈曲変形し、ダイヤフラム部２ａが追従変形することで、ポンプ室５の容積を変化させることができる。図６の（ａ）はアクチュエータ３が上に凸に変形した時、（ｂ）は下に凸に変形した時を示す。流入側弁部２ｂは、ポンプ室５の容積減少時には流入通路用凹部１ｄを閉じており、ポンプ室５の容積拡大に伴って開かれ、流体をポンプ室５へ導く。流出側弁部２ｃは、ポンプ室５の容積拡大時は流出通路用凹部４ｃを閉じており、ポンプ室５の容積減少に伴って開かれ、流体をポンプ室５から排出することができる。このように圧電アクチュエータ３を駆動することによって、流入側逆止弁６〜ポンプ室５〜流出側逆止弁７を通って流体を効率よく輸送することができる。

流入側逆止弁６と流出側逆止弁７とはポンプ室５を間にして対向位置に設けられている。そのため、流入側逆止弁６から入った液体をポンプ室５を通して流出側逆止弁７へと順方向に輸送でき、ポンプ室５で流れが逆転しないので、流体損失が少ない。また、ポンプ室５に気体が入っても、流入側逆止弁６〜ポンプ室５〜流出側逆止弁７への液体の順方向の流れによって気体が押し出され、気体がポンプ室５に残留しない。この例では、流入側逆止弁６と流出側逆止弁７とが圧電アクチュエータ３の対向する短辺側に配置されているため、アクチュエータ３の最大変位点から離れた位置に逆止弁が位置し、流体の急激な流れによる弁のばたつきを防止できる。

図７〜図１０は本発明にかかるマイクロポンプの第２実施例を示す。本実施例のマイクロポンプＰ２は、底板１０と、第１中間層１１と、弾性体シート１２と、第２中間層１３と、天板１４の５層構造よりなり、これら部品が積層接着されている。

底板１０は、例えばガラスエポキシ基板、樹脂板、金属板などよりなる平板であり、圧電アクチュエータ１５のリード線１５ａを引き出すための２つの引き出し孔１０ａと、振動室を大気に開放するための複数のエアー抜き孔１０ｂとが形成されている。エアー抜き孔１０ｂは必要に応じて設けられる。底板１０の両側部には、ネジ挿通孔１０ｄを持つ２対の取付片１０ｃが一体に形成されている。

第１中間層１１は、底板１０と同種の材料により、底板１０と同一の外形形状に形成された平板である。第１中間層１１の中央部には振動室を構成する長方形の振動室用孔１１ａが形成され、長手方向両端部には、流入通路用孔部１１ｂと流出空間用孔部１１ｃとが振動室用孔１１ａと隔離した状態で形成されている。第１中間層１１の両側部には、底板１０の取付片１０ｃと対応する位置に、ネジ挿通孔１１ｅを持つ２対の取付片１１ｄが一体に形成されている。

弾性体シート１２は、両側部４箇所に取付片１２ｆを備えた点を除き第１実施例の弾性体シート２と同一であり、ダイヤフラム部１２ａ、流入側弁部１２ｂ、流出側弁部１２ｃ、切欠部１２ｄ，１２ｅが設けられている。取付片１２ｆにはネジ挿通孔１２ｇが形成されている。ダイヤフラム部１２ａの背面（下面）には、第１実施例と同じ圧電アクチュエータ１５が貼り付けられている。

第２中間層１３は、底板１０と同種の材料により、底板１０と同一の外形形状に形成された平板である。第２中間層１３の中央部には長方形のポンプ室用孔１３ａが形成され、長手方向両端部には、流入空間用孔部１３ｂと流出通路用孔部１３ｃとがポンプ室用孔１３ａと連通した状態で形成されている。第２中間層１３の両側部には、ネジ挿通孔１３ｅを持つ２対の取付片１３ｄが一体に形成されている。

天板１４は、底板１０と同一の外形形状を持つ平板である。天板１４の両側部には、ネジ挿通孔１４ｂを持つ２対の取付片１４ａが一体に形成されている。第２中間層１３の上面に天板１４を接着することにより、天板１４と弾性体シート１２との間にポンプ室と流入通路および排出通路とが形成される。

上記底板１０、第１中間層１１、弾性体シート１２、第２中間層１３および天板１４は積層接着され、マイクロポンプＰ２が構成される。流入通路および排出通路にはそれぞれチューブ１６，１７が接続される。その後、積層された取付片のネジ挿通孔にネジを挿通して、マイクロポンプＰ２を図示しない機器本体に取り付けることができる。なお、取付片に設けたネジ挿通孔にネジを挿通するのに代えて、この孔にリベット等を挿通してもよい。また、取付片を省略することもできる。

上記のようにマイクロポンプＰ２を構成する部品がすべて２次元加工された一定厚みの平板であり、これら部品を積層接着することによりマイクロポンプを構成できるので、成形金型を必要とせず、製造が非常に簡単であり、低コストでかつ薄型に構成できる。上記マイクロポンプＰ２の動作は第１実施例のマイクロポンプＰ１と同様であるから、重複説明を省略する。

図１１は本発明にかかるマイクロポンプの第３実施例を示す。本実施例では、ポンプ室２０と逆止弁２１とを結ぶ連通路２２の長さを幅より長くしたものである。ここでは、連通路２２がクランク形状とされている。ポンプ室２０は弾性体シート２３と上ケース２４との間に形成され、弾性体シート２３と下ケース２５との間に振動室２６が形成されている。振動室２６には弾性体シート２３の背面に接着された圧電アクチュエータ２７が収容されている。ポンプ室２０と対応する弾性体シート２３の部位にはダイヤフラム部２３ａが設けられ、逆止弁２１と対応する弾性体シート２３の部位には弁部２３ｂが切り抜き加工または切取り加工などによって形成されている。２３ｃは切り抜き部分である。弁部２３ｂは流入または流出用の流通路２８を閉じており、ポンプ室２０が容積拡大または容積減少した時に流通路２８を開く。図１２には連通路２２を真直形状としたもの、つまり連通路２２の長さが幅と同等または短い場合を示す。

ポンプ室２０の周囲は、弾性体シート２３が上下のケース２４，２５によって挟み込まれてシール作用を果たすが、ポンプ室２０と逆止弁２１を接続する連通路２２部分は、ケース２４，２５で上下から挟み込むことができない。つまり、弾性体シート２３の片側にしか壁面が無いため、弾性体シート２３と下ケース２５との接着力によって液漏れを防止しなければならない。図１２のように連通路２２がほぼ真直で、長さと幅とがほぼ同等の場合には、長期に亘って使用するとポンプ室２０の圧力変化によって弾性体シート２３の連通路部分が図１２の（ｂ）に破線で示すように下ケース２５から剥離し、弾性体シート２３の切り抜き加工または切り取り加工が施された部分２３ｃから振動室２６へ液体が漏れる恐れがある。これに対し、図１１のように連通路２２をクランク状とすれば、上ケース２４から凸部２４ａを突設して下ケース２５との間で弾性体シート２３を挟み込むことができ、液漏れを確実に防止できる。なお、連通路２２の長さを幅より長くする構造として、クランク形状に限らず、Ｓ字状やＵ字状に屈曲した通路としてもよい。

上記実施例では、振動室の高さを圧電アクチュエータの厚みより十分に高くし、アクチュエータが振動室方向に最大限変位した場合でも、アクチュエータが振動室の底面に接触しない例を示したが、図１３のようにアクチュエータ３の背面が振動室１ａの底面１ａ₁ に接触するようにしてもよい。この場合には、アクチュエータ３の背面が振動室１ａの底面１ａ₁ で支持されるので、アクチュエータ３がいずれの向きに変位しても、ポンプ室５の容積を減少させることができるとともに、マイクロポンプを薄型化できる。なお、この例では各要素に第１実施例と同一符号を付した。

図１４のように振動室１ａの底面１ａ₁ にアクチュエータ３の両端部背面を支持する支持部１ａ₂ を設け、アクチュエータ３の中央部背面側にアクチュエータ３が屈曲変形可能な空間１ａ₃ を設けるようにしてもよい。この場合も、図１３と同様にアクチュエータ３の変位をダイヤフラム２に効果的に伝えることができ、マイクロポンプを薄型化できる。アクチュエータ３が長方形の場合、その長手方向両端部（短辺側の２辺）を支点とするモードで屈曲変位させると、大きな変位体積が得られる。そのため、長方形のアクチュエータ３の長手方向両端部を支持部１ａ₂ で支持すれば、図１３に比べてポンプ室５の変位体積をさらに大きくできる。なお、各要素に第１実施例と同一符号を付した。

上記実施例では、長方形の圧電アクチュエータを用いたが、正方形や円形の圧電アクチュエータを用いることもできる。但し、長方形の圧電アクチュエータの場合、正方形や円形の圧電アクチュエータより大きな変位体積が得られるので、小型で効率のよいマイクロポンプを実現できる利点がある。

上記実施例では、ポンプ室を間にして流入側逆止弁と流出側逆止弁とを対向して設けた例を示したが、流入側逆止弁と流出側逆止弁とをポンプ室の片側に隣接して設けることも可能である。また、流入側逆止弁と流出側逆止弁とを長方形のポンプ室の長手方向両側に配置したが、幅方向両側に配置してもよい。

本発明に係るマイクロポンプの第１実施例の斜視図である。図１に示すマイクロポンプの分解斜視図である。図１に示すマイクロポンプの平面図である。図３のIV−IV線断面図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。図１に示すマイクロポンプの作動を示す概略断面図であり、（ａ）は圧電アクチュエータが上に凸の状態、（ｂ）は下に凸の状態を示す。本発明のマイクロポンプの第２実施例の平面図である。図７のVIII−VIII線断面図である。図７のIX−IX線断面図である。図７に示すマイクロポンプの各部品を分解した平面図である。本発明にかかるマイクロポンプの第３実施例を示し、（ａ）は上ケース部分を切断した横断面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。図１１に示す第３実施例の比較例を示し、（ａ）は上ケース部分を切断した横断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。本発明にかかるマイクロポンプの第４実施例の断面図である。本発明にかかるマイクロポンプの第５実施例の断面図である。

符号の説明

Ｐ１，Ｐ２マイクロポンプ
１下ケース（第１ケース部材）
１ａ振動室（凹部）
２弾性体シート
２ａダイヤフラム部
２ｂ，２ｃ弁部
３圧電アクチュエータ
４上ケース（第２ケース部材）
５ポンプ室
６流入側逆止弁
７流出側逆止弁
１０底板
１１第１中間層
１２弾性体シート
１３第２中間層
１４天板

Claims

圧電アクチュエータの屈曲変位をダイヤフラム部を介してポンプ室に伝達し、ポンプ室の容積を変化させると同時に、流入側逆止弁および流出側逆止弁を交互に開閉することにより流体を輸送するマイクロポンプにおいて、
一定厚みの弾性体シートと第１ケース部材と第２ケース部材とを備え、
上記弾性体シートに上記ダイヤフラム部と上記流入側逆止弁の弁部と上記流出側逆止弁の弁部とが一体に形成されており、
上記ダイヤフラム部の背面に上記圧電アクチュエータが貼り付けられており、
上記弾性体シートは上記第１ケース部材と上記第２ケース部材の間に挟持されて両ケース部材の間をシールしており、
上記弾性体シートと上記第１ケース部材との間に上記圧電アクチュエータが収容される振動室が形成され、
上記弾性体シートと上記第２ケース部材との間にポンプ室が形成されており、
上記第１ケース部材を、振動室用凹部と、振動室用凹部と隔離された流入通路用凹部と、振動室用凹部と隔離された流出空間用凹部とを持つ板状部材とし、
上記第２ケース部材を、ポンプ室用凹部と、ポンプ室用凹部と連通し、上記流入通路用凹部と対向する流入空間用凹部と、ポンプ室用凹部と連通し、上記流出空間用凹部と対向する流出通路用凹部とを持つ板状部材とし、
上記弾性体シートに、上記流入通路用凹部を閉じる流入側逆止弁の弁部と、上記流出通路用凹部を閉じる流出側逆止弁の弁部とを舌片状に形成したことを特徴とするマイクロポンプ。
圧電アクチュエータの屈曲変位をダイヤフラム部を介してポンプ室に伝達し、ポンプ室の容積を変化させると同時に、流入側逆止弁および流出側逆止弁を交互に開閉することにより流体を輸送するマイクロポンプにおいて、
一定厚みの弾性体シートと第１ケース部材と第２ケース部材とを備え、
上記弾性体シートに上記ダイヤフラム部と上記流入側逆止弁の弁部と上記流出側逆止弁の弁部とが一体に形成されており、
上記ダイヤフラム部の背面に上記圧電アクチュエータが貼り付けられており、
上記弾性体シートは上記第１ケース部材と上記第２ケース部材の間に挟持されて両ケース部材の間をシールしており、
上記弾性体シートと上記第１ケース部材との間に上記圧電アクチュエータが収容される振動室が形成され、
上記弾性体シートと上記第２ケース部材との間にポンプ室が形成されており、
上記第１ケース部材を、平板よりなる底板と、平板に振動室用孔部、この振動室用孔部と隔離された流入通路用孔部、および上記振動室用孔部と隔離された流出空間用孔部を形成した第１中間層とを積層したものとし、
上記第２ケース部材を、平板よりなる天板と、平板にポンプ室用孔部、上記流入通路用孔部と対向する流入空間用孔部、および上記流出空間用孔部と対向する流出通路用孔部を連続的に形成した第２中間層とを積層したものとし、
上記弾性体シートに、上記流入通路用孔部を閉じる流入側逆止弁の弁部と、上記流出通路用孔部を閉じる流出側逆止弁の弁部とを舌片状に形成したことを特徴とするマイクロポンプ。
上記流入側逆止弁と流出側逆止弁とが上記ポンプ室を間にして対向位置に設けられており、上記流入側逆止弁から入った流体を上記ポンプ室を通して上記流出側逆止弁へと順方向に輸送することを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロポンプ。
上記圧電アクチュエータは長方形に形成され、上記流入側逆止弁と流出側逆止弁とが上記圧電アクチュエータの短辺側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロポンプ。
上記ポンプ室と流入空間との間を接続する連通路の長さ、および上記ポンプ室と流出通路との間を接続する連通路の長さを、それぞれ流路幅より長くし、
上記ポンプ室と流入空間との間を接続する連通路、および上記ポンプ室と流出通路との間を接続する連通路を、それぞれクランク状に形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロポンプ。