JP6183574B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体を吸引および吐出するポンプに関するものである。

図１２は、従来のポンプ（例えば特許文献１参照。）の概念図である。

図１２に示すポンプ１０１は、ポンプ筐体１０２と、振動部１０３と、を備えている。ポンプ筐体１０２は、内部にポンプ室１０６と流路１０７とを有している。振動部１０３は、ポンプ室１０６に収容され、ポンプ室１０６への流路１０７の接続部（開口）１０８に間隔を空けて対向し、開口１０８に近接している。振動部１０３は、開口１０８に対向する方向に沿って振動可能となるように、弾性的にポンプ筐体１０２に連結されている。振動部１０３は駆動部１０４を備え、駆動部１０４は振動部１０３を開口１０８に対向する方向に沿って振動させる。

特開２０１３−０６８２１５号公報

従来のポンプ１０１では、ポンプ筐体１０２に衝撃加重が加わることで、振動部１０３に慣性力が働き、振動部１０３に過大な変位が生じることがあった。すると、降伏点を超える引っ張り応力が振動部１０３に作用して、振動部１０３が塑性変形することがあった。これにより、ポンプ１０１では、衝撃加重が加わると故障や特性劣化が生じる危険性があった。

特に、携帯して使用されることの多い生体情報取得装置の場合、不注意から生体情報取得装置を落下させてしまい、生体情報取得装置に備えられるポンプに衝撃荷重のかかる可能性が高かった。生体情報取得装置は例えば手首式血圧計である。携帯して使用されることの多い生体情報取得装置とは、大体人の掌に載せられる程度の大きさ、重量に相当する。

そこで本発明は、耐衝撃性を高めたポンプの提供を目的とする。

本発明に係るポンプは、内部にポンプ室を有するポンプ筐体と、前記ポンプ筐体に支持され、前記ポンプ室を第１ポンプ室と第２ポンプ室に分割し、所定方向に沿って屈曲振動するように駆動される振動部と、前記第１ポンプ室の内壁から突出し、前記振動部に対向する変位規制部と、を備える。振動部は例えば駆動部と振動板によって構成される。駆動部は例えば圧電素子である。

この構成では、衝撃加重等によって振動部が過大に変位しようとしても、変位規制部によって振動部の変位が規制される。したがって、振動部が過大に変位することを防ぐことができ、振動部が大きく塑性変形してポンプが故障することやポンプ効率が大きく低下することを防ぐことができる。これによりポンプの耐衝撃性を高められる。

なお、本発明に係るポンプは、前記第２ポンプ室の内壁から突出し、前記振動部に対向する変位規制部を備えてもよい。

上記した前記変位規制部は、前記振動部が弾性変形時に位置することが可能な空間に位置することが好ましい。この弾性変形は例えば、物理的な衝撃等で意図しない動きも含む変形である。この構成では、振動部が塑性変形することを確実に防ぐことができる。 上記した前記変位規制部は、前記振動部が屈曲振動時に位置することが可能な空間に位置しないことが好ましい。この空間は例えば、駆動部が駆動し振動板が駆動部によって変形する時に駆動部及び振動板の両方が動くことが可能な空間である。この構成では、屈曲振動する振動部に変位規制部が干渉することを防ぐ（抑制する）ことができる。

上記したポンプは、前記所定方向に積層される複数の平板状部材の積層体として構成され、前記変位規制部を構成する平板状部材は、前記ポンプ筐体側から前記ポンプ室に突出する支持部と、前記支持部から前記振動部側に突出する前記変位規制部と、を備えることが好ましい。この構成では、平板状部材を積層してポンプを構成するので、ポンプの製造が容易であり、また、ポンプを薄型に構成することができる。

上記した前記変位規制部を構成する平板状部材は、前記ポンプ筐体側から前記ポンプ室に突出して延び、先端が前記振動部に接続されている給電端子を更に備えることが好ましい。この構成では、変位規制部を構成する平板状部材が、振動部への給電を行うための部材を兼ねることになり、平板状部材の部材数の抑制と、ポンプの薄型化を進めることができる。

上記した前記振動部は、高次の共振モードで屈曲振動することが好ましい。この構成では、振動部の外周部における振動振幅を小さくすることができ、振動部の振動をポンプ筐体に漏れにくくすることができる。

また、上記した前記変位規制部は、前記振動部の中央部に対向することなく、前記振動部の屈曲振動の節となる位置に対向することが好ましい。この構成では、振動部が屈曲振動しても変位規制部と振動部との間隔を殆ど変わらず一定にすることができる。したがって、流体の流れが、変位規制部と振動部との間隔の変動によって阻害されることを、より確実に防ぐことができる。

または、上記した前記変位規制部は、前記振動部の中央部に対向することなく、前記振動部の外周部に対向することが好ましい。この構成のポンプは、振動部の中央部の近傍での流体の流れを変位規制部が阻害することを防ぐことができる。また、この構成のポンプは、変位規制部が設けられる支持部を比較的短く、振動しにくいものにすることができる。したがって、この構成のポンプは、流体の流れが変位規制部の振動によって阻害されることを防ぐことができる。

または、上記した前記変位規制部は、前記振動部の中央部に対向することなく、前記振動部の屈曲振動の腹となる位置に対向することが好ましい。この構成では、駆動部に異常な駆動力が働き、振動部に過大に変位しようとしても、変位規制部によって振動部の変位が規制される。したがって、この構成のポンプは、振動部が過大に変位することを防ぐことができ、振動部が大きく塑性変形してポンプが故障することやポンプ効率が大きく低下することを防ぐことができる。これにより、この構成のポンプは、定格入力を高められる。

ここで、定格入力とは、ポンプが故障しない入力の最大値である。例えばポンプが電圧で駆動する場合、ポンプが故障しない電圧の最大値を指す。

上記したポンプは、前記変位規制部として、互いの間に間隔を空けて並ぶ複数の変位規制部を備えることが好ましい。この構成では、変位規制部と振動部との接触時に、振動部が傾くことを防ぐ（抑制する）ことができる。また、変位規制部と振動部とが対向する面積を減じることができ、流体の流れが変位規制部に阻害されることを、より確実に防ぐことができる。

上記したポンプは、前記変位規制部として３つ以上の変位規制部を備えることが好ましい。この構成のポンプは、振動部が、変位規制部との接触時に３つ以上の変位規制部を結ぶ平面と平行になるので、振動部が傾くことをより確実に防ぐことができる。

更に、上記した３つ以上の変位規制部の内側に、振動部の重心が収まっていることが好ましい。この構成のポンプは、変位規制部の少なくとも１つ以上が、振動部の傾きを規制するので、振動部が傾くことをより確実に防ぐことができる。

本発明は、衝撃加重などがポンプに作用したときに振動部が過大に変位することを変位規制部によって防ぐことができ、ポンプの耐衝撃性を高めることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るポンプ１の模式断面図である。 図２は、本発明の第２の実施形態に係るポンプ１Ａの外観斜視図である。 図３は、ポンプ１Ａの分解斜視図である。 図４（Ａ）は、振動板１５の上面側を視た斜視図である。図４（Ｂ）は、振動板１５の下面側を視た斜視図である。 図５（Ａ）は、給電板１８の上面側を視た斜視図である。図５（Ｂ）は、給電板１８の下面側を視た斜視図である。 図６（Ａ）は、ポンプ１における給電板１８から流路板１２までを見た側面断面図であり、図６（Ｂ）中にＡ−Ａ’線で示す位置の断面を示している。図６（Ｂ）は、振動部２４および給電板１８を見た平面図である。 図７は、本実施形態に係るポンプ１Ａと、従来構成に係るポンプ１０１（図１２参照）とのサンプルに対して、５０ｃｍの高さから落下させる衝撃試験を行う前後でのポンプ特性（最大圧力）の変化を示す図である。 図８（Ａ）は、第３の実施形態に係るポンプが備える給電板１８Ａの上面側を視た斜視図である。図８（Ｂ）は、給電板１８Ａの下面側を視た斜視図である。 図９は、給電板１８Ａおよび振動部２４を見た平面図である。 図１０は、本発明の第４の実施形態に係るポンプ１Ｂの分解斜視図である。 図１１（Ａ）（Ｂ）は、ポンプ１Ｂの要部を示す模式断面図である。図１１（Ａ）は流体が順流方向に流れる場合を示し、図１１（Ｂ）は流体が逆流方向に流れる場合を示している。 図１２は、従来のポンプ（例えば特許文献１参照。）の概念図である。

以下、本発明に係るポンプの複数の実施形態を、気体の吸引と排気とを行うエアポンプを構成する場合を例に説明する。なお、本発明に係るポンプは、エアポンプを構成する他、液体や、気液混合流体、気固混合流体、固液混合流体、ゲル、ゲル混合流体等の、適宜の流体に流れを生じさせるポンプを構成することもできる。

≪第１の実施形態≫
まず、本発明に係るポンプの概略構成について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るポンプ１の模式断面図である。

ポンプ１は、ポンプ筐体２と、振動板３と、駆動部４と、変位規制部５と、を備えている。ポンプ筐体２は、内部にポンプ室６と流路７とを有している。流路７は、ポンプ室６に接続される開口８を有している。振動板３と駆動部４とは、一体に積層されて振動部９を構成している。振動部９は、ポンプ室６に収容され、開口８に間隔を空けて近接対向している。振動部９は、開口８に対向する方向に沿って変位自在となるように弾性的にポンプ筐体２に連結されていて、駆動部４に駆動電圧が印加されることで開口８に対向する方向に沿った方向の振動が生じる。振動部９は、ポンプ室６を第１ポンプ室と第２ポンプ室に分割する。変位規制部５は、ポンプ室６の内壁から突出して、開口８側とは反対側で振動部９に対して間隔を空けて対向している。

したがって、衝撃加重等の作用で振動部９に慣性力が働き、振動部９が開口８とは反対側に過大に変位しようとしても、変位規制部５によって振動部９の過大な変位が規制される。これにより、振動部９が大きく塑性変形することを抑制でき、ポンプ１の耐衝撃性が高いものになる。

なお、ポンプ室６において振動部９が弾性変形時に位置することが可能な空間に、変位規制部５は位置している。この弾性変形は例えば、物理的な衝撃等で意図しない動きも含む変形である。これにより、振動板３に降伏点を超える引っ張り応力が作用することがなくなり、振動板３の塑性変形を確実に防ぐことができる。また、ポンプ室６において振動部９が屈曲振動時に位置することが可能な空間に、変位規制部５は位置しない。この空間は例えば、駆動部４が駆動し振動板３が駆動部４によって変形する時に駆動部４及び振動板３の両方が動くことが可能な空間である。これにより、駆動部４の通常の駆動によって振動する振動部９に変位規制部５が干渉（接触）することがなく、振動部９の振動が阻害されることを防ぐ（抑制する）ことができる。

したがって、このポンプ１は、耐衝撃性が高く、衝撃加重等が作用しても故障や特性劣化が生じにくい。

図１に示すように、変位規制部５は駆動部４より振動板３に近接している方が好ましい。というのも、一般的に駆動部４は圧電体のような、衝撃に弱い材料で構成される一方、振動板３はバネ性を持ち、衝撃に強い金属材料で構成されることが多いためである。従って、ポンプ１は、振動部９の破損をより確実に防ぐことが出来る。

なお、変位規制部５が駆動部４に近接している場合、図１に示すように、駆動部４の下主面の全てに振動板３を貼り付けることが好ましい。これにより、ポンプ１は、振動部９の破損をより確実に防ぐことが出来る。

以下、第１の実施形態に係るポンプのより詳細な構成例について説明する。

≪第２の実施形態≫
図２は、本発明の第２の実施形態に係るポンプ１Ａの外観斜視図である。

ポンプ１Ａは、ポンプ筐体２Ａと外部接続端子３Ａ，４Ａとを備えている。外部接続端子３Ａ，４Ａは外部電源に接続され、交流駆動信号が印加される。ポンプ筐体２Ａは、主面（上主面）５Ａと主面（下主面）６Ａとを有し、上主面５Ａ，下主面６Ａ間が薄手の六面体である。また、ポンプ筐体２Ａは、内部にポンプ室７Ａを有し、上主面５Ａにポンプ室７Ａに通じる流路孔４１を有し、下主面６Ａにポンプ室７Ａに通じる流路孔３１（図３参照）を有している。

図３は、ポンプ１Ａの分解斜視図である。ポンプ１Ａは、カバー板１１、流路板１２、対向板１３、接着層１４（不図示）、振動板１５、圧電素子１６、絶縁板１７、給電板１８、スペーサ板１９、および蓋板２０を備え、それらを下主面６Ａから上主面５Ａにかけて順に積層した構造を有している。

カバー板１１と流路板１２と対向板１３とには、下主面６Ａ（図２参照）の流路孔３１に通じる流路が形成されている。接着層１４（不図示）と振動板１５と絶縁板１７と給電板１８とスペーサ板１９とには、ポンプ室７Ａ（図２参照）が形成されている。蓋板２０には、上主面５Ａ（図２参照）の流路孔４１に通じる流路が形成されている。

カバー板１１は、３つの流路孔３１を有している。各流路孔３１は、円形状であり、本実施形態においてはポンプ筐体２の下主面６Ａに開口して外部空間から気体を吸引する吸気孔として機能する。また、３つの流路孔３１は、カバー板１１の平面視した中心位置から離れて位置している。より具体的には、各流路孔３１と中心位置とを結ぶ線分のなす角度が等角度となるように、各流路孔３１は配置している。

流路板１２は、１つの開口３２と、３つの流路３３と、６つの接着剤封止孔３４と、を有している。開口３２は、流路板１２の中心位置の周囲に比較的広い面積で円形状に設けている。該開口３２は、下面側がカバー板１１に覆われ、上面側が後述する対向板１３の流路孔３５に連通する。

３つの流路３３は、第一端から第二端にかけて流路板１２の中心付近に設けられた開口３２から放射方向に延びている。各流路３３の第一端は、開口３２に連通する。各流路３３の第二端は、カバー板１１における３つの流路孔３１それぞれに連通する。各流路３３は、第二端を除いて上下がカバー板１１と対向板１３とに覆われている。

６つの接着剤封止孔３４は、ポンプ室７Ａ（図２参照）の外周に沿って互いの間に間隔を空けて配置している。より具体的には、各接着剤封止孔３４は、後述する振動板１５の枠部２２と連結部２３との接続位置に対向するように、ポンプ室７Ａの外周に沿って延びている。各接着剤封止孔３４は、下面側がカバー板１１に覆われ、上面側が後述する対向板１３の接着剤封止孔３６に連通する。

対向板１３は、金属製であり、外方へ突出するように外部接続端子３Ａを備えている。また、対向板１３は、１つの流路孔３５と、６つの接着剤封止孔３６と、を有している。

流路孔３５は、対向板１３の中心位置の周囲に流路板１２の開口３２よりも小さい径で円形状に設けている。該流路孔３５は、下面側が流路板１２の開口３２に連通し、上面側がポンプ室７Ａ（図２参照）に連通する。

６つの接着剤封止孔３６は、ポンプ室７Ａ（図２参照）の外周に沿って互いの間に間隔を空けて配置している。より具体的には、各接着剤封止孔３６は、後述する振動板１５の枠部２２と連結部２３との接続位置に対向するように、ポンプ室７Ａの外周に沿って延びている。各接着剤封止孔３６は、下面側が流路板１２の各接着剤封止孔３４に連通し、上面側が接着層１４（不図示）に面している。

接着剤封止孔３４，３６は、未硬化状態の接着層１４（不図示）がポンプ室７Ａ（図２参照）にはみ出して振動板１５の連結部２３に接着することを防ぐために設けている。未硬化状態の接着層１４が連結部２３に接着してしまうと、連結部２３の振動が阻害されるために、製品ごとの特性ばらつきを招いてしまう。そこで、接着剤封止孔３４，３６を設け、はみ出した分の接着剤が接着剤封止孔３４及び接着剤封止孔３６に流れるようにすることで、接着層１４がポンプ室７Ａにはみ出すことを防ぎ、製品ごとの特性ばらつきが生じることを抑制している。

接着層１４（不図示）は、後述する振動板１５の枠部２２と重なるように平面視して円形の開口を有する枠状に設けられている。接着層１４の枠内に囲まれる空間はポンプ室７Ａ（図２参照）の一部を構成するものである。接着層１４は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に、粒径が略均一な複数の導電性粒子を含有してなる。導電性粒子は、例えば導電性の金属でコーティングされたシリカ又は樹脂として構成している。このように接着層１４に複数の導電性粒子を含有するので、接着層１４の全周にわたる厚みを、導電性粒子の粒径とほぼ一致させて一定にすることができる。このため、接着層１４により対向板１３と振動板１５との間に一定の間隔を空けて対向板１３と振動板１５とを対向させることができる。また、対向板１３と振動板１５とを接着層１４の導電性粒子を介して電気的に導通させることができる。

振動板１５は、例えばＳＵＳ４３０のような金属製である。図４（Ａ）は、振動板１５の上面側を視た斜視図である。図４（Ｂ）は、振動板１５の下面側を視た斜視図である。

振動板１５は、円板部２１と、枠部２２と、３つの連結部２３とを備え、円板部２１と枠部２２と連結部２３とに囲まれる複数の開口３７を有している。複数の開口３７はポンプ室７Ａ（図２参照）の一部を構成するものである。円板部２１は、平面視して円形状である。枠部２２は、平面視して円形の開口を設けた枠状であり、円板部２１の周囲を間隔を空けた状態で囲む。各連結部２３は、円板部２１と枠部２２とを連結する。円板部２１は、ポンプ室７Ａ（図２参照）の内部に浮いた状態で連結部２３に支持される。

円板部２１の下面（図４（Ｂ）参照）は、中央部付近に円形の領域が凸状に構成された凸部４２を有している。円板部２１の下面に凸部４２を設けることで、対向板１３の流路孔３５に凸部４２が近接し、円板部２１の振動に伴って生じる流体の圧力変動を大きくすることができる。また、凸部４２が設けられていない領域では、円板部２１と対向板１３との間隔が拡がる。凸部４２が設けられていない領域は、ポンプ動作に直接寄与することの無い領域であるので、この領域で円板部２１と対向板１３との間隔を拡げることで、圧電素子１６の駆動負荷を減らして、ポンプ動作によって生じる流体の圧力や流量、ポンプ効率を改善することができる。なお、本実施形態においては、円板部２１の下面に凸部４２に設ける例を示しているが、円板部２１の下面は平坦状にしておき、円板部２１に対向する対向板１３において流路孔３５の周囲を凸状にしてもよい。

各連結部２３は、概略丁字状であり、等角度方向に間隔を空けて配置されている。具体的には、各連結部２３は、振動板１５の中心側の端部が円板部２１に連結されて、円板部２１から放射方向に延び、二股に分かれポンプ室７Ａの外周に沿って延び、枠部２２側に屈曲して枠部２２に至り枠部２２に連結されている。各連結部２３がこのような形状を有しているために、円板部２１の縁は上下方向に変位可能、かつ、平面方向にほとんど変位しないように、枠部２２に支持されている。

図３に示す圧電素子１６は、圧電材料からなる円板の上面および下面に電極を設けて構成している。圧電素子１６の上面の電極は、給電板１８を介して、外部接続端子４Ａに電気的に接続している。圧電素子１６の下面の電極は、振動板１５、接着層１４、対向板１３を介して、外部接続端子３Ａに電気的に接続している。なお、圧電素子１６の下面の電極は設けずに、金属製の振動板１５で代用するようにしてもよい。この圧電素子１６は厚み方向に電界が印加されることにより、面内方向に面積が拡大または縮小するような圧電性を有している。圧電素子１６を用いることにより、後述する振動部２４を薄型に構成することができ、ポンプ１を小型化できる。

圧電素子１６と円板部２１とは、図示しない接着剤等を介して貼り付けており、振動部２４を構成している。振動部２４は、圧電素子１６と円板部２１とのユニモルフ構造であり、圧電素子１６の面積振動が円板部２１に拘束されることによって上下方向の屈曲振動が生じるように構成されている。円板部２１の外周部は、上述したように連結部２３によって上下に変位自在に支持されているので、振動部２４に生じる屈曲振動は連結部２３に殆ど阻害されることがない。なお、振動部２４が上下方向に変位可能であるため、ポンプ１Ａに衝撃加重や加速度が作用すると、振動部２４には上下方向の変位が生じることになる。

絶縁板１７は、平面視して円形の開口３８を有する枠状である。開口３８はポンプ室７Ａ（図２参照）の一部を構成するものである。該絶縁板１７は、絶縁性樹脂からなり、給電板１８と振動板１５との間を電気的に絶縁している。これにより、圧電素子１６の上下面の電極間に、給電板１８と振動板１５とを介して駆動電圧を印加することを可能にしている。なお、絶縁板１７を設ける他、振動板１５や給電板１８の表面に絶縁材料をコーティングしたり、振動板１５や給電板１８の表面に酸化被膜を設けたりして、給電板１８と振動板１５との間を絶縁するようにしてもよい。

給電板１８は、金属製である。図５（Ａ）は、給電板１８の上面側を視た斜視図である。図５（Ｂ）は、給電板１８の下面側を視た斜視図である。

給電板１８は、外部接続端子４Ａと、内部接続端子２７と、枠部２８と、支持部２９と、変位規制部３０と、を備え、支持部２９に囲まれる開口３９を有している。開口３９はポンプ室７Ａ（図２参照）の一部を構成するものである。内部接続端子２７は、枠部２８から開口３９に突出するように設けていて、先端を圧電素子１６の上面の電極にはんだ付けしている。

支持部２９は、平面視して円形の外形状を有し、開口３９を囲む枠状である。枠部２８は、平面視して支持部２９を囲む枠状である。ここでは、給電板１８は、支持部２９と枠部２８の間に段差を有しており、下面において支持部２９が枠部２８よりも凹み、上面において枠部２８が支持部２９から凹んでいる。圧電素子１６の上面が支持部２９に過度に接近すると空気抵抗により振動振幅が低下してしまうので、給電板１８の下面において支持部２９を枠部２８よりも凹ませることで、支持部２９に圧電素子１６が過度に接近しないようにしている。

支持部２９は、開口３９に突出する、すなわち、支持部２９の中心方向に突出する３つの波状部４３を有している。各波状部４３は、平面視して波状に連なっている。３つの波状部４３は、それぞれ開口３９を等角度で４分割した領域のうちの３つの領域に設けられている。なお、内部接続端子２７の先端は、開口３９を等角度で４分割した領域のうちの残りの１つの領域に位置している。

各波状部４３の下面（図５（Ｂ）参照）には、それぞれ変位規制部３０が設けられている。各変位規制部３０は、平面視して円形であり、各波状部４３の下面から下方に突出している。各変位規制部３０は、衝撃加重等の作用時に圧電素子１６の上面に接触して、振動板１５の連結部２３に過剰な伸びが生じることを防ぐために設けている。なお、各変位規制部３０の下面は、振動部２４の屈曲振動に干渉しないような高さで設けている。

変位規制部３０は図５（Ｂ）に示すように、尖った形状に比べると、平面形状のほうが好ましい。変位規制部３０によって振動部２４の過大変位が規制される場合、平面で受けられるので変位規制部３０及び振動部２４の両方にかかる応力集中が緩和される。そのため、平面形状の変位規制部３０は、変位規制部３０及び振動部２４の両方が破壊されるのを防ぐことが出来る。

また、図３に示すスペーサ板１９は、樹脂製であり、平面視して円形の開口部４０を有する略枠状である。開口部４０はポンプ室７Ａ（図２参照）の一部を構成するものである。

蓋板２０は、ポンプ室７Ａ（図２参照）の上面を閉塞する。ここでは蓋板２０は、ポンプ筐体２の上主面５Ａに開口する流路孔４１を有している。流路孔４１は、平面視して円形状であり、外部空間に連通するとともに、スペーサ板１９の開口部４０、即ちポンプ室７Ａに連通している。流路孔４１は、本実施形態においては外部空間に気体を排出する排気孔である。なお、流路孔４１は、ここでは蓋板２０の中心位置に設けるが、流路孔４１は蓋板２０の中心位置から外れる位置に設けてもよい。

図６（Ａ）は、ポンプ１における給電板１８から流路板１２までを見た側面断面図であり、図６（Ｂ）中にＡ−Ａ’線で示す位置の断面を示している。

ポンプ１Ａにおいては、外部接続端子３Ａ，４Ａに交流駆動信号が印加されるにより、圧電素子１６の厚み方向に交番電界が印加される。すると、圧電素子１６が面内方向に等方的に伸縮しようとして、圧電素子１６と円板部２１との振動部２４に厚み方向の屈曲振動が同心円状に生じる。

本実施形態においては、外部接続端子３Ａ，４Ａに印加される交流駆動信号は、振動部２４に３次の高次共振モードで屈曲振動が生じる周波数を有するように設定する。振動部２４が３次の高次共振モードで屈曲振動する場合には、振動部２４の中心部に第１の振動の腹が生じ、振動部２４の外縁部に、第１の振動の腹とは位相が１８０°異なる第２の振動の腹が生じ、振動部２４の中心部と外縁部との間の中間部に振動の節が生じる。このように、振動部２４を高次（かつ奇数次）の共振モードで屈曲振動させれば、１次の共振モードで屈曲振動する場合に比べて、振動部２４が屈曲せずに上下方向に振れるような振動が生じにくくなり、また、振動部２４の外周部での振動振幅が小さくなってポンプ筐体２Ａ（図２参照）に振動が漏れにくくなる。

以上のように振動部２４に屈曲振動が生じることにより、振動部２４において凸部４２が上下に繰り返し変位し、凸部４２と対向板１３との隙間の薄い流体層に、凸部４２が繰り返し叩き付けられることになる。これにより、凸部４２に対向する流体層では繰り返しの圧力変動が生じ、該圧力変動が流体を介して凸部４２に対向する対向板１３の領域（以下、可動部４４と称する。）に伝達される。可動部４４は、流路板１２の開口３２に対向しているため薄く、屈曲振動可能に構成されている。したがって、可動部４４は、振動部２４の屈曲振動に呼応して、振動部２４の屈曲振動と同じ周波数で異なる位相の屈曲振動を生じることになる。

このようにして生じる振動部２４の振動と可動部４４の振動とが連成されることにより、ポンプ室７Ａ内部では、凸部４２と可動部４４との間の隙間の間隔が、流路孔３５の近傍から外周側にかけて進行波状に変化する。これにより、ポンプ室７Ａ内部で流路孔３５の近傍から外周側に流体が流れるようになる。このことにより、ポンプ室７Ａの内部で流路孔３５の周辺に負圧が生じ、流路孔３５からポンプ室７Ａに流体が吸引され、蓋板２０に設けた流路孔４１を介してポンプ室７Ａの流体が外部に排出されることになる。

図６（Ｂ）は、振動部２４および給電板１８を見た平面図である。

給電板１８の変位規制部３０は、振動部２４の上面側に間隔を空けて対向するように設けられている。より具体的には、本実施形態において変位規制部３０は、振動部２４の第１の振動の腹や第２の振動の腹が生じる位置には対向せず、振動の節が生じる位置に対向するように設けている。したがって、振動部２４に屈曲振動が生じていても、振動部２４と変位規制部３０との間隔は変動せず、一定の間隔が保たれることになる。したがって、変位規制部３０を設けていても、振動部２４の振動は殆ど阻害されることが無く、良好なポンプ効率を実現することができる。

また、変位規制部３０は複数を分散させて設けており、ここでは３つの変位規制部３０を設けている。このため、衝撃加重等によって振動部２４が変位して、振動部２４が変位規制部３０に接触する際には、振動部２４が複数の変位規制部３０に接触するように傾きを防ぐことができる。また、変位規制部３０と振動部２４とが対向する面積を減じることができ、流体の流れが変位規制部３０に阻害されることを、より確実に防ぐことができる。

なお、内部接続端子２７の先端は、振動部２４における振動の節となる位置にはんだ付けしている。また、内部接続端子２７は、圧電素子１６の振動の節が生じる同心円状の領域に対して、当該同心円状の領域の接線方向に沿って延びている。これらのことにより、圧電素子１６から内部接続端子２７に振動が漏れることを抑制でき、ポンプ効率のさらなる改善を図ることができるとともに、内部接続端子２７が振動により破断することを防止できる。

以上のような構成の第２の実施形態に係るポンプ１Ａにおいても、第１の実施形態と同様に、衝撃加重等が作用しても、変位規制部３０によって振動部２４の過大な変位が規制され、連結部２３が大きく塑性変形することを抑制でき、ポンプ１Ａの耐衝撃性が高いものになる。図７は、本実施形態に係るポンプ１Ａと、従来構成に係るポンプ１０１（図１２参照）とのサンプルに対して、５０ｃｍの高さから落下させる衝撃試験を行う前後でのポンプ特性（最大圧力）の変化を示す図である。本実施形態に係るポンプ１Ａでは、衝撃試験の前後でポンプ特性に格別な劣化は生じなかったが、従来構成に係るポンプ１０１では、衝撃試験によりポンプ特性に重大な劣化が生じた。このように、本実施形態に係るポンプ１Ａは、耐衝撃性が高く、衝撃加重等が作用しても故障や特性劣化が生じにくい。

≪第３の実施形態≫
次に、本発明の第３の実施形態に係るポンプについて説明する。

図８（Ａ）は、第３の実施形態に係るポンプが備える給電板１８Ａの上面側を視た斜視図である。図８（Ｂ）は、給電板１８Ａの下面側を視た斜視図である。

給電板１８Ａは、外部接続端子４Ａと、内部接続端子２７と、枠部２８と、支持部２９Ａと、変位規制部３０Ａと、を備え、支持部２９Ａに囲まれる開口３９Ａを有している。本実施形態においては、外部接続端子４Ａと、内部接続端子２７と、枠部２８とは、第２の実施形態に係る構成と殆ど同じであり、支持部２９Ａ、変位規制部３０Ａ、および、開口３９Ａが第２の実施形態に係る構成と相違している。具体的には、変位規制部３０Ａは、平面視して山状であり、支持部２９Ａの外周部に沿って設けられている。支持部２９Ａは、３つの波状部４３Ａを備え、波状部４３Ａは第２の実施形態に係る構成よりも起伏を小さくしている。開口３９Ａは、波状部４３Ａの起伏が小さくなった分だけ領域が拡大している。

図９は、給電板１８Ａおよび振動部２４を見た平面図である。

給電板１８Ａの変位規制部３０Ａは、振動部２４の上面側に間隔を空けて対向していて、振動部２４の第１の振動の腹や振動の節が生じる位置には対向せず、振動部２４の振動の節よりも外側の振動部２４の外周部に対向するように設けている。この構成では、変位規制部３０Ａを第２の実施形態より外側に設けているので、波状部４３Ａの起伏を小さくすることができる。すなわち、給電板１８Ａの放射方向における波状部４３Ａの寸法を短くすることができる。これにより、流体の流れを妨げる波状部４３Ａの厚み方向の振動が抑制され、流体の流れが促進される。

この第３の実施形態に係る構成のように変位規制部を振動部の外周部に対向させるか、または、先の第２の実施形態に係る構成のように変位規制部を振動部における振動の節に対向させるかは、波状部（支持部）の振動によって流体の流れが阻害される影響と、変位規制部と振動部との間隔の変動によって流体の流れが阻害される影響のいずれが大きいかに応じて決定すると好適である。

以上のような構成の第３の実施形態に係るポンプにおいても、第１の実施形態と同様に、衝撃加重等が作用しても、変位規制部３０Ａによって振動部２４の過大な変位が規制されるので、ポンプの耐衝撃性が高いものになり、衝撃加重等が作用しても故障や特性劣化が生じにくい。

《第４の実施形態》
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

図１０は、本発明の第４の実施形態に係るポンプ１Ｂの分解斜視図である。

ポンプ１Ｂは、ポンプ筐体２Ｂと、バルブ筐体３Ｂと、ダイヤフラム４Ｂと、を備えている。ポンプ筐体２Ｂは、第２の実施形態に係るポンプ１の給電板よりも天板側の部材（給電板、蓋板およびスペーサ板）を除いて、給電板１８Ｂを設けた構成である。給電板１８Ｂは、前述した第２の実施形態の構成に対して、１つの波状部４３の上面側に円柱状に突出するバルブ凸部５Ｂを追加して設けた構成である。ポンプ筐体２Ｂは、下主面側から吸引した流体を上面側に排出する。

バルブ筐体３Ｂは、ポンプ筐体２Ｂの上面側に設けていて、ダイヤフラム４Ｂとともに、ポンプ筐体２Ｂが排出する流体がポンプ筐体２Ｂに逆流することを防ぐ機能を有している。ダイヤフラム４Ｂは、柔軟性を有する平膜状であり、バルブ筐体３Ｂとポンプ筐体２Ｂとの間に挟み込まれている。

図１１（Ａ）（Ｂ）は、ポンプ１Ｂの要部を示す模式断面図であり、図１１（Ａ）は流体が順流方向に流れる場合を示し、図１１（Ｂ）は流体が逆流方向に流れる場合を示している。

バルブ筐体３Ｂは、天板１０Ｂと、天板１０Ｂから上方に突出する外部接続部１１Ｂと、天板１０Ｂから下方に突出する弁座１２Ｂと、を備える。外部接続部１１Ｂには、バルブ筐体３Ｂの内部空間３０Ｂと外部空間とを通気する第１流路孔３１Ｂとが設けられている。弁座１２Ｂには、バルブ筐体３Ｂの内部空間３０Ｂと外部空間とを通気する第２流路孔３２Ｂが設けられている。ダイヤフラム４Ｂは、給電板１８Ｂに設けたバルブ凸部５Ｂに対向する位置に開口３３Ｂが設けられている。

ダイヤフラム４Ｂは、バルブ筐体３Ｂの内部空間３０Ｂから与圧されることで開口３３Ｂの周囲の部分がバルブ凸部５Ｂに接触し、ポンプ筐体２Ｂ側から与圧されることで、開口３３Ｂの周囲がバルブ凸部５Ｂから離れる。また、ダイヤフラム４Ｂは、バルブ筐体３Ｂの内部空間３０Ｂから与圧されることで、弁座１２Ｂに対向する部分が弁座１２Ｂから離れ、ポンプ筐体２Ｂ側から与圧されることで、弁座１２Ｂに対向する部分が弁座１２Ｂに接触する。

したがって、図１１（Ａ）に示すように流体が順流方向に流れる場合には、ダイヤフラム４Ｂの開口３３Ｂがバルブ凸部５Ｂから離れて開放され、ポンプ筐体２Ｂ側からバルブ筐体３Ｂの内部空間３０Ｂに流体が流れる。そして、その流体は、第２流路孔３２Ｂがダイヤフラム４Ｂに閉じられているため、第１流路孔３１Ｂを介して外部に排出される。

また、図１１（Ｂ）に示すように流体が逆流方向に流れて、外部から第１流路孔３１Ｂを介してバルブ筐体３Ｂの内部空間３０Ｂに流入する場合には、その流体は、ダイヤフラム４Ｂの開口３３Ｂがバルブ凸部５Ｂに接触して閉じられ、ダイヤフラム４Ｂが離れて第２流路孔３２Ｂが開放されているため、第２流路孔３２Ｂを介して外部に排出される。

したがって、本実施形態に係るポンプ１Ｂでは、排出した流体が逆流してきたとしても、その流体は、ポンプ筐体２Ｂ側に至ることは無く別の流路孔を介して外部に排出することができる。

また、本実施形態に係るポンプ１Ｂでは、ポンプ筐体２Ｂとバルブ筐体３Ｂとダイヤフラム４Ｂとを一体にした構成を採用したが、ポンプ筐体２Ｂとバルブ筐体３Ｂおよびダイヤフラム４Ｂとが完全に別体に構成されていてもよい。ポンプ筐体２Ｂとバルブ筐体３Ｂとダイヤフラム４Ｂとを一体にした構成にすることで、バルブ機能を有するポンプ１Ｂであっても小型化することができる。特に、本実施形態に係るポンプ１Ｂでは、衝撃加重による振動部２４の変位を規制する変位規制部３０を設けた給電板１８Ｂに、バルブ機能を実現するためのバルブ凸部５Ｂを追加して設けているので、バルブ機能を有するポンプ１Ｂを極めて小型に構成することができる。

以上の各実施形態に示すように、本発明は実施することができるが、本発明はそれ以外の実施形態でも実施することができる。例えば、上述の各実施形態では、面内方向に伸びや縮みが生じる圧電素子を利用する例を示したが、本発明は、この例に限られるものではない。例えば、電磁駆動で振動板を屈曲振動するようにしてもよい。

また、上述の各実施形態では、変位規制部を給電板に設けて下面側に突出させる例を示したが、本発明は、この例に限られるものではない。例えば、変位規制部は蓋板等から下方に突出させてもよい。また、変位規制部は、振動部２４の下方（第２ポンプ室）に設けてもよく、振動部２４の下方（第２ポンプ室）と上方（第１ポンプ室）の両方に設けてもよい。

また、上述の各実施形態では、変位規制部を円柱状で３つ設ける例を示したが、変位規制部の数や形状、配置は上記した例に限られるものではない。例えば、変位規制部を角柱状や円環状にしてもよい。また、振動部２４の外形よりも若干小さい外形を有する円環状にしてもよい。また、変位規制部は、１箇所や、２箇所、あるいは、４箇所以上に設けるようにしてもよい。

また、上述の各実施形態では、振動板を３次の共振モードで振動させるように交流駆動信号の周波数を定める例を示したが、本発明は、これに限るものではない。例えば、振動板を１次共振モードや５次共振モードなどで振動させるように、交流駆動信号の周波数を定めてもよい。

また、上述の各実施形態では、流体として気体を用いる例を示したが、本発明は、これに限るものではない。例えば、当該流体が、液体、気液混合流、固液混合流、固気混合流などであってもよい。また、上述の各実施形態では、対向板に設ける流路孔を介してポンプ室に流体を吸引する例を示したが、本発明は、これに限るものではない。例えば、対向板に設ける流路孔を介してポンプ室から流体を吐出するようにしてもよい。対向板に設ける流路孔を介して流体を吸引するか吐出するかは、凸部（打撃部）と可動部との振動の差分における進行波の方向に応じて定まる。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ，１Ｂ…ポンプ
２，２Ａ，２Ｂ…ポンプ筐体
３…振動板
４…駆動部
５…変位規制部
６…ポンプ室
７…流路
８…開口
９…振動部
３Ａ，４Ａ…外部接続端子
５Ａ，６Ａ…主面
７Ａ…ポンプ室
１１…カバー板
１２…流路板
１３…対向板
１４…接着層
１５…振動板
１６…圧電素子
１７…絶縁板
１８，１８Ａ，１８Ｂ…給電板
１９…スペーサ板
２０…蓋板
２１…円板部
２２…枠部
２３…連結部
２４…振動部
２７…内部接続端子
２８…枠部
２９，２９Ａ…支持部
３０，３０Ａ…変位規制部
３１…流路孔
３２…開口
３３…流路
３５…流路孔
４２…凸部
４３，４３Ａ…波状部
４４…可動部
３Ｂ…バルブ筐体
４Ｂ…ダイヤフラム
５Ｂ…バルブ凸部
１０Ｂ…天板
１１Ｂ…外部接続部
１２Ｂ…弁座３３Ｂ…開口

Claims (10)

1. 内部にポンプ室を有するポンプ筐体と、
   前記ポンプ室で前記ポンプ筐体に支持され、前記ポンプ室を第１ポンプ室と第２ポンプ室に分割し、所定方向に沿って屈曲振動するように駆動される振動部と、
   前記第１ポンプ室の内壁から突出し、前記振動部に対向する変位規制部と、
   を備え、
   全体が、前記所定方向に積層される複数の平板状部材の積層体として構成され、
   前記変位規制部を構成する平板状部材は、
   前記ポンプ筐体側から前記ポンプ室に突出する支持部と、
   前記支持部から前記振動部側に突出する前記変位規制部と、
   を備えることを特徴とするポンプ。
2. 前記変位規制部は、前記振動部が弾性変形時に位置することが可能な空間に位置することを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
3. 前記変位規制部は、前記振動部が屈曲振動時に位置することが可能な空間に位置しないことを特徴する、請求項１または請求項２に記載のポンプ。
4. 前記変位規制部を構成する平板状部材は、前記ポンプ筐体側から前記ポンプ室に突出して延び、先端が前記振動部に接続されている内部接続端子、を更に備えることを特徴とする、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポンプ。
5. 前記振動部は、高次の共振モードで屈曲振動することを特徴とする、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のポンプ。
6. 前記変位規制部は、前記振動部の中央部に対向することなく、前記振動部の屈曲振動の節となる位置に対向することを特徴とする、
   請求項５に記載のポンプ。
7. 前記変位規制部は、前記振動部の中央部に対向することなく、前記振動部の外周部に対向することを特徴とする、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のポンプ。
8. 前記第２ポンプ室の内壁から突出し、前記振動部に対向する変位規制部を備える、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のポンプ。
9. 前記変位規制部として、互いの間に間隔を空けて並ぶ複数の変位規制部を備えることを特徴とする、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のポンプ。
10. 前記変位規制部として３つの変位規制部を備えることを特徴とする、
    請求項９に記載のポンプ。

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