JP2002533619A - 圧電マイクロポンプ - Google Patents
圧電マイクロポンプInfo
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
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- F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive
-
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- F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
-
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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-
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- F05C2253/16—Fibres
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
流体を少量かつ制御流量で、容器（１４）から送り出し点へポンプ輸送するための圧電マイクロポンプ（１０）が開示されている。ポンプ輸送作用は、２つまたは３つのダイアフラム（４０、４２、４４）の移動によって生じる。各ダイアフラムの移動は、取り付けられている圧電アクチュエータ（４６、４８、５０）の膨張および収縮によって発生する。ダイアフラム（４０、４２、４４）の移動の調整によって、流体の一方向への流れが生じる。圧電アクチュエータ（４６、４８、５０）は、ポンプ胴部（２２）およびダイアフラム（４０、４２、４４）間に片持ち式に支持されて、ダイアフラム（４０、４２、４４）をより大きく撓ませることができる。圧電アクチュエータ（４６、４８、５０）は、好ましくは、圧電バイモルであって、ダイアフラム（４０、４２、４４）がシールおよびポンプの両方として機能することができる。
Description
【０００１】
本発明は、流体を少量かつ制御流量で、容器から送り出し点へポンプ輸送する
方法および装置の技術に関し、特に、医薬溶液または懸濁液などの流体の容器か
ら送り出し点への送り出しを制御するために、圧電駆動ポンプを使用する方法お
よび装置に関する。
方法および装置の技術に関し、特に、医薬溶液または懸濁液などの流体の容器か
ら送り出し点への送り出しを制御するために、圧電駆動ポンプを使用する方法お
よび装置に関する。
【０００２】
医薬、化学および環境試験などの分野には、サンプル寸法、試薬のコスト、ま
たは携帯性の理由から、小型にした多くの流体素子工学的用例が存在する。その
ような小型システムには、有能かつ信頼できる、ポンプを含めたコスト効率の高
い流体素子構成部材が必要とされる。現在のポンプ構造は、一般的に、開閉する
弁に基づいている。そのような弁は、大型装置でうまく働く構造を直接的に応用
したものになり易いが、小型装置には必ずしも最良の選択ではない。これらの装
置は、弁座または他の形式のシール部と焼き付き防止機構とを必要とし、一般的
に比較的小さい全開クリアランスに制限される。
たは携帯性の理由から、小型にした多くの流体素子工学的用例が存在する。その
ような小型システムには、有能かつ信頼できる、ポンプを含めたコスト効率の高
い流体素子構成部材が必要とされる。現在のポンプ構造は、一般的に、開閉する
弁に基づいている。そのような弁は、大型装置でうまく働く構造を直接的に応用
したものになり易いが、小型装置には必ずしも最良の選択ではない。これらの装
置は、弁座または他の形式のシール部と焼き付き防止機構とを必要とし、一般的
に比較的小さい全開クリアランスに制限される。
【０００３】 少量の流体を送り出し点へ送り出すための多数のマイクロポンプが存在する。
一部のポンプは、電圧によって電気的に応力が加えられた時に寸法が変化する圧
電素子を含む。スミッツ（Smits）の米国特許第４，９３８，７４２号は、圧電
弁を備えたマイクロポンプを記載している。これらの弁は、単一の圧電材料層で
被覆されたダイアフラムを含み、これによって弁の制御性および撓み可能性が制
限される。
一部のポンプは、電圧によって電気的に応力が加えられた時に寸法が変化する圧
電素子を含む。スミッツ（Smits）の米国特許第４，９３８，７４２号は、圧電
弁を備えたマイクロポンプを記載している。これらの弁は、単一の圧電材料層で
被覆されたダイアフラムを含み、これによって弁の制御性および撓み可能性が制
限される。
【０００４】 オオウミ（Ooumi）等の米国特許第５，６１１，６７６号は、片持ち式圧電バ
イモルの使用を示している。圧電バイモルは、２つの圧電材料層をシムで分離し
たものである。２つのバイモル層間に電界を加えることによって、一方の層が膨
張し、他方が収縮する。最終的な結果として、個々の層の長さまたは厚さ変形よ
り、遥かに大きく湾曲する。しかし、オオウミ等特許のマイクロポンプは、圧電
バイモルを多重機能的なシールおよびポンプとしてではなく、開口の開閉を行う
単一機能的なシールとして、または、単一機能的なポンプとして使用しているだ
けである。
イモルの使用を示している。圧電バイモルは、２つの圧電材料層をシムで分離し
たものである。２つのバイモル層間に電界を加えることによって、一方の層が膨
張し、他方が収縮する。最終的な結果として、個々の層の長さまたは厚さ変形よ
り、遥かに大きく湾曲する。しかし、オオウミ等特許のマイクロポンプは、圧電
バイモルを多重機能的なシールおよびポンプとしてではなく、開口の開閉を行う
単一機能的なシールとして、または、単一機能的なポンプとして使用しているだ
けである。
【０００５】 本発明は、構造が簡単で、効率的に使用でき、小型である新規の改良型圧電マ
イクロポンプを考えている。新規の改良型圧電マイクロポンプは、低電力消費量
で増加した流体流量を与える。それは、上記問題を解決しながら、良好でより有
利な全体的結果を与える。
イクロポンプを考えている。新規の改良型圧電マイクロポンプは、低電力消費量
で増加した流体流量を与える。それは、上記問題を解決しながら、良好でより有
利な全体的結果を与える。
【０００６】
本発明によれば、流体を正確な少量または制御流量で流体容器から送り出し点
へポンプ輸送する新規の改良型圧電マイクロポンプが提供されている。
へポンプ輸送する新規の改良型圧電マイクロポンプが提供されている。
【０００７】 本発明の１つの態様によれば、ポンプ胴部を含み、流体を流体容器から送り出
し点へポンプ輸送するマイクロポンプが開示されている。通路は、流体容器から
送り出し点までの間でポンプ胴部に貫設されている。ポンプ胴部は、通路と交差
する第１、第２および第３キャビティを有する。第１ダイアフラムは、第１キャ
ビティを覆っており、第１ダイアフラムが上昇および降下する時に、通路が開放
および閉鎖される。第１ダイアフラムクランプは、第１ダイアフラムをポンプ胴
部に固定している。第１片持ち式圧電アクチュエータは、第１ダイアフラムを上
昇および降下させる。第１片持ち式圧電アクチュエータは、第１端部および第２
端部を有し、第１端部が第１ダイアフラムに作動連結されている。第１アクチュ
エータクランプは、第１片持ち式圧電アクチュエータの第２端部をポンプ胴部に
固定している。第２ダイアフラムは、第２キャビティを覆っており、第２ダイア
フラムが上昇および降下する時に通路が開放および閉鎖される。第２ダイアフラ
ムクランプは、第２ダイアフラムをポンプ胴部に固定している。第２片持ち式圧
電アクチュエータは、第２ダイアフラムを上昇および降下させる。第２片持ち式
圧電アクチュエータは、第１端部および第２端部を有し、第１端部が第２ダイア
フラムに作動連結されている。第２アクチュエータクランプは、第２片持ち式圧
電アクチュエータの第２端部をポンプ胴部に固定している。第３ダイアフラムは
、第３キャビティを覆っている。第３ダイアフラムは、上昇および降下する時に
通路を開放および閉鎖する。第３ダイアフラムは、第１ダイアフラムクランプに
よってポンプ胴部に固定されている。第３片持ち式圧電アクチュエータは、第３
ダイアフラムを上昇および降下させる。第３片持ち式圧電アクチュエータは、第
１端部および第２端部を有し、第１端部が第３ダイアフラムに作動連結され、第
２端部が第１アクチュエータクランプによってポンプ胴部に固定されている。電
子制御回路は、第１、第２および第３片持ち式圧電アクチュエータに電圧を供給
することによって、第１、第２および第３ダイアフラムを所定間隔で上昇および
降下させ、それによって通路を通る流体の流れを促進する。
し点へポンプ輸送するマイクロポンプが開示されている。通路は、流体容器から
送り出し点までの間でポンプ胴部に貫設されている。ポンプ胴部は、通路と交差
する第１、第２および第３キャビティを有する。第１ダイアフラムは、第１キャ
ビティを覆っており、第１ダイアフラムが上昇および降下する時に、通路が開放
および閉鎖される。第１ダイアフラムクランプは、第１ダイアフラムをポンプ胴
部に固定している。第１片持ち式圧電アクチュエータは、第１ダイアフラムを上
昇および降下させる。第１片持ち式圧電アクチュエータは、第１端部および第２
端部を有し、第１端部が第１ダイアフラムに作動連結されている。第１アクチュ
エータクランプは、第１片持ち式圧電アクチュエータの第２端部をポンプ胴部に
固定している。第２ダイアフラムは、第２キャビティを覆っており、第２ダイア
フラムが上昇および降下する時に通路が開放および閉鎖される。第２ダイアフラ
ムクランプは、第２ダイアフラムをポンプ胴部に固定している。第２片持ち式圧
電アクチュエータは、第２ダイアフラムを上昇および降下させる。第２片持ち式
圧電アクチュエータは、第１端部および第２端部を有し、第１端部が第２ダイア
フラムに作動連結されている。第２アクチュエータクランプは、第２片持ち式圧
電アクチュエータの第２端部をポンプ胴部に固定している。第３ダイアフラムは
、第３キャビティを覆っている。第３ダイアフラムは、上昇および降下する時に
通路を開放および閉鎖する。第３ダイアフラムは、第１ダイアフラムクランプに
よってポンプ胴部に固定されている。第３片持ち式圧電アクチュエータは、第３
ダイアフラムを上昇および降下させる。第３片持ち式圧電アクチュエータは、第
１端部および第２端部を有し、第１端部が第３ダイアフラムに作動連結され、第
２端部が第１アクチュエータクランプによってポンプ胴部に固定されている。電
子制御回路は、第１、第２および第３片持ち式圧電アクチュエータに電圧を供給
することによって、第１、第２および第３ダイアフラムを所定間隔で上昇および
降下させ、それによって通路を通る流体の流れを促進する。
【０００８】 本発明の別の態様によれば、流体容器から送り出し点までの間に貫設された通
路を有するポンプ胴部を含み、流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送する
マイクロポンプが開示されている。ポンプ胴部は、通路と交差する第１および第
２キャビティを有する。第１ダイアフラムは、第１キャビティを覆っている。第
１圧電アクチュエータは、第１端部および第２端部を有し、第１端部が第１ダイ
アフラムに作動連結されている。第１ダイアフラムは、第１圧電アクチュエータ
に応じて上昇および降下する時に通路を開放または閉鎖する。第２ダイアフラム
は、第２キャビティを覆っている。第２ダイアフラムは、上昇および降下する時
に通路を開放および閉鎖する。固定装置が、第１および第２ダイアフラムをポン
プ胴部に固定している。第２圧電アクチュエータは、第２ダイアフラムを上昇お
よび降下させる。第２圧電アクチュエータは、第１端部および第２端部を有し、
第１端部が第２ダイアフラムに作動連結されている。第１および第２圧電アクチ
ュエータの第２端部は、ポンプ胴部に固定されており、アクチュエータの第１端
部は、ポンプ胴部から片持ち式に支持されている。電気装置が第１および第２圧
電アクチュエータに電圧を印加することによって、第１および第２圧電アクチュ
エータは、第１および第２ダイアフラムを所定間隔で上昇および降下させること
ができる。
路を有するポンプ胴部を含み、流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送する
マイクロポンプが開示されている。ポンプ胴部は、通路と交差する第１および第
２キャビティを有する。第１ダイアフラムは、第１キャビティを覆っている。第
１圧電アクチュエータは、第１端部および第２端部を有し、第１端部が第１ダイ
アフラムに作動連結されている。第１ダイアフラムは、第１圧電アクチュエータ
に応じて上昇および降下する時に通路を開放または閉鎖する。第２ダイアフラム
は、第２キャビティを覆っている。第２ダイアフラムは、上昇および降下する時
に通路を開放および閉鎖する。固定装置が、第１および第２ダイアフラムをポン
プ胴部に固定している。第２圧電アクチュエータは、第２ダイアフラムを上昇お
よび降下させる。第２圧電アクチュエータは、第１端部および第２端部を有し、
第１端部が第２ダイアフラムに作動連結されている。第１および第２圧電アクチ
ュエータの第２端部は、ポンプ胴部に固定されており、アクチュエータの第１端
部は、ポンプ胴部から片持ち式に支持されている。電気装置が第１および第２圧
電アクチュエータに電圧を印加することによって、第１および第２圧電アクチュ
エータは、第１および第２ダイアフラムを所定間隔で上昇および降下させること
ができる。
【０００９】 本発明の別の態様によれば、マイクロポンプのポンプ胴部は、通路と交差する
第３キャビティを有する。マイクロポンプは、さらに、第３キャビティを覆う第
３ダイアフラムを含む。第３ダイアフラムは、上昇および降下時に通路を開放お
よび閉鎖する。第３ダイアフラムは、固定装置によってポンプ胴部に固定されて
いる。第３圧電アクチュエータは、第３ダイアフラムを上昇および降下させる。
第３圧電アクチュエータは、第１端部および第２端部を有し、第１端部が第３ダ
イアフラムに作動連結されている。第３圧電アクチュエータの第２端部は、片持
ち式固定手段によってポンプ胴部に固定されている。電気装置が第３圧電アクチ
ュエータに電圧を印加することによって、第３圧電アクチュエータは、第３ダイ
アフラムを上昇および降下させることができる。
第３キャビティを有する。マイクロポンプは、さらに、第３キャビティを覆う第
３ダイアフラムを含む。第３ダイアフラムは、上昇および降下時に通路を開放お
よび閉鎖する。第３ダイアフラムは、固定装置によってポンプ胴部に固定されて
いる。第３圧電アクチュエータは、第３ダイアフラムを上昇および降下させる。
第３圧電アクチュエータは、第１端部および第２端部を有し、第１端部が第３ダ
イアフラムに作動連結されている。第３圧電アクチュエータの第２端部は、片持
ち式固定手段によってポンプ胴部に固定されている。電気装置が第３圧電アクチ
ュエータに電圧を印加することによって、第３圧電アクチュエータは、第３ダイ
アフラムを上昇および降下させることができる。
【００１０】 本発明の別の態様によれば、ポンプ胴部を含み、流体を流体容器から送り出し
点へポンプ輸送するマイクロポンプが開示されている。ポンプ胴部は、流体容器
から送り出し点までの間に貫設された通路を有する。ポンプ胴部は、通路と交差
する第１および第２キャビティを有する。第１ポンピング装置は、通路を第１キ
ャビティの位置で開放および閉鎖し、通路を通る流体の流れを促進する真空を発
生する。第１圧電アクチュエータは、第１ポンピング装置を作動させる。第２ポ
ンピング装置は、通路を第２キャビティの位置で開放および閉鎖し、通路を通る
流体の流れを促進する真空を発生する。第２圧電アクチュエータは、第２ポンピ
ング装置を作動させる。電気装置が、第１および第２圧電アクチュエータに電圧
を印加することによって、第１および第２圧電アクチュエータは、第１および第
２ポンピング装置を作動させることができる。
点へポンプ輸送するマイクロポンプが開示されている。ポンプ胴部は、流体容器
から送り出し点までの間に貫設された通路を有する。ポンプ胴部は、通路と交差
する第１および第２キャビティを有する。第１ポンピング装置は、通路を第１キ
ャビティの位置で開放および閉鎖し、通路を通る流体の流れを促進する真空を発
生する。第１圧電アクチュエータは、第１ポンピング装置を作動させる。第２ポ
ンピング装置は、通路を第２キャビティの位置で開放および閉鎖し、通路を通る
流体の流れを促進する真空を発生する。第２圧電アクチュエータは、第２ポンピ
ング装置を作動させる。電気装置が、第１および第２圧電アクチュエータに電圧
を印加することによって、第１および第２圧電アクチュエータは、第１および第
２ポンピング装置を作動させることができる。
【００１１】 本発明の別の態様によれば、ポンプ胴部は、通路と交差する第３キャビティを
有する。マイクロポンプは、さらに、通路を第３キャビティの位置で開放および
閉鎖し、通路を通る流体の流れを促進する真空を発生する第３ポンピング装置を
含む。第３圧電アクチュエータは、第３ポンピング装置を作動させる。電気装置
は、第３圧電アクチュエータに電圧を印加することによって、前記３圧電アクチ
ュエータは、第３ポンピング装置を作動させることができる。
有する。マイクロポンプは、さらに、通路を第３キャビティの位置で開放および
閉鎖し、通路を通る流体の流れを促進する真空を発生する第３ポンピング装置を
含む。第３圧電アクチュエータは、第３ポンピング装置を作動させる。電気装置
は、第３圧電アクチュエータに電圧を印加することによって、前記３圧電アクチ
ュエータは、第３ポンピング装置を作動させることができる。
【００１２】 本発明の別の態様によれば、流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送する
マイクロポンプが開示されている。マイクロポンプは、流体容器から送り出し点
までの間に貫設された通路と、通路と交差する第１および第２キャビティとを有
するポンプ胴部を含む。マイクロポンプは、それぞれ第１および第２キャビティ
を覆う第１および第２ダイアフラムを含む。マイクロポンプは、さらに、それぞ
れが第１端部および第２端部を有する第１および第２圧電アクチュエータを含む
。アクチュエータの第１端部は、対応のダイアフラムに作動連結され、第２端部
は、ポンプ胴部に連結されて、ダイアフラムを片持ち式に支持している。また、
ポンプが第１および第２圧電アクチュエータの各々に電圧を選択的に印加するこ
とによって、前記第１および第２圧電アクチュエータは、対応のダイアフラムを
上昇および降下させることができるようにする電源を含む。第１および第２ダイ
アフラムの各々は、圧電アクチュエータがそれら上昇および降下させた時に通路
を開放および閉鎖する。
マイクロポンプが開示されている。マイクロポンプは、流体容器から送り出し点
までの間に貫設された通路と、通路と交差する第１および第２キャビティとを有
するポンプ胴部を含む。マイクロポンプは、それぞれ第１および第２キャビティ
を覆う第１および第２ダイアフラムを含む。マイクロポンプは、さらに、それぞ
れが第１端部および第２端部を有する第１および第２圧電アクチュエータを含む
。アクチュエータの第１端部は、対応のダイアフラムに作動連結され、第２端部
は、ポンプ胴部に連結されて、ダイアフラムを片持ち式に支持している。また、
ポンプが第１および第２圧電アクチュエータの各々に電圧を選択的に印加するこ
とによって、前記第１および第２圧電アクチュエータは、対応のダイアフラムを
上昇および降下させることができるようにする電源を含む。第１および第２ダイ
アフラムの各々は、圧電アクチュエータがそれら上昇および降下させた時に通路
を開放および閉鎖する。
【００１３】 上記マイクロポンプの圧電アクチュエータは、圧電バイモルにすることができ
る。そのようなポンプでは、第１および第２ダイアフラムの作動は、ポンピング
および弁作動の両方を制御する。
る。そのようなポンプでは、第１および第２ダイアフラムの作動は、ポンピング
および弁作動の両方を制御する。
【００１４】 本発明の別の態様によれば、流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送する
マイクロポンプが開示されている。マイクロポンプは、流体容器から送り出し点
までの間に貫設された通路と、通路と交差する第１および第２キャビティとを有
するポンプ胴部を含む。マイクロポンプは、それぞれ第１および第２キャビティ
を覆う第１および第２ダイアフラムを含む。マイクロポンプは、さらに、それぞ
れが第１端部および第２端部を有する第１および第２圧電バイモルを含む。第１
端部は、それぞれ第１および第２ダイアフラムに作動連結され、第２端部は、ポ
ンプ胴部に連結されている。また、マイクロポンプが第１および第２圧電アクチ
ュエータの各々に電圧を選択的に印加することによって、対応のダイアフラムを
上昇および降下させることができる電源を含む。第１および第２ダイアフラムの
各々は、圧電アクチュエータがそれらを上昇および降下させた時に通路を開放お
よび閉鎖する。第１圧電アクチュエータに電圧を印加することによって、第１ダ
イアフラムが変位して第１キャビティ内に第１タンクを生じ、流体を容器から入
口を通って第１タンクに引き込むことができ、第１圧電アクチュエータに逆電圧
を印加することによって、第１ダイアフラムが逆方向に変位して、第１タンク内
の流体を第１タンクより下流側の通路に流し込んで、第１キャビティを密閉する
ことができる。
マイクロポンプが開示されている。マイクロポンプは、流体容器から送り出し点
までの間に貫設された通路と、通路と交差する第１および第２キャビティとを有
するポンプ胴部を含む。マイクロポンプは、それぞれ第１および第２キャビティ
を覆う第１および第２ダイアフラムを含む。マイクロポンプは、さらに、それぞ
れが第１端部および第２端部を有する第１および第２圧電バイモルを含む。第１
端部は、それぞれ第１および第２ダイアフラムに作動連結され、第２端部は、ポ
ンプ胴部に連結されている。また、マイクロポンプが第１および第２圧電アクチ
ュエータの各々に電圧を選択的に印加することによって、対応のダイアフラムを
上昇および降下させることができる電源を含む。第１および第２ダイアフラムの
各々は、圧電アクチュエータがそれらを上昇および降下させた時に通路を開放お
よび閉鎖する。第１圧電アクチュエータに電圧を印加することによって、第１ダ
イアフラムが変位して第１キャビティ内に第１タンクを生じ、流体を容器から入
口を通って第１タンクに引き込むことができ、第１圧電アクチュエータに逆電圧
を印加することによって、第１ダイアフラムが逆方向に変位して、第１タンク内
の流体を第１タンクより下流側の通路に流し込んで、第１キャビティを密閉する
ことができる。
【００１５】 本発明のさらに別の態様によれば、上記マイクロポンプの第２圧電アクチュエ
ータに電圧を印加することによって、第２ダイアフラムが変位して第２キャビテ
ィ内に第２タンクを生じ、流体を第１タンクより下流側の通路から第２タンクに
引き込むことができ、第２圧電アクチュエータに逆電圧を印加することによって
、第２ダイアフラムが逆方向に変位して、第２タンク内の流体を第２タンクより
下流側の通路に流し込んで、第２キャビティを密閉することができる。
ータに電圧を印加することによって、第２ダイアフラムが変位して第２キャビテ
ィ内に第２タンクを生じ、流体を第１タンクより下流側の通路から第２タンクに
引き込むことができ、第２圧電アクチュエータに逆電圧を印加することによって
、第２ダイアフラムが逆方向に変位して、第２タンク内の流体を第２タンクより
下流側の通路に流し込んで、第２キャビティを密閉することができる。
【００１６】 本発明の別の態様によれば、マイクロポンプによって流体を容器から送り出し
点へポンプ輸送する方法が開示されている。マイクロポンプは、通路を貫設し、
通路と交差する第１および第２キャビティを有するポンプ胴部と、第１および第
２キャビティを覆う第１および第２ダイアフラムと、ポンプ胴部と第１および第
２ダイアフラムとの間に片持ち式に取り付けられて、第１および第２ダイアフラ
ムを上昇および降下させる第１および第２圧電アクチュエータとを含む。本方法
は、第１圧電アクチュエータを作動させて第１ダイアフラムを上昇させることに
よって、流体が容器から第１キャビティへ通路を通って流れるようにする段階と
、第２圧電アクチュエータを作動させて第２ダイアフラムを上昇させ、また、第
１圧電アクチュエータを作動させて第１ダイアフラムを降下させることによって
、流体が第１キャビティから第２キャビティへ通路を通って流れるようにする段
階と、第２圧電アクチュエータを作動させて第２ダイアフラムを降下させること
によって、流体が送り出し点に向かって通路を通って流れるようにする段階とを
含む。
点へポンプ輸送する方法が開示されている。マイクロポンプは、通路を貫設し、
通路と交差する第１および第２キャビティを有するポンプ胴部と、第１および第
２キャビティを覆う第１および第２ダイアフラムと、ポンプ胴部と第１および第
２ダイアフラムとの間に片持ち式に取り付けられて、第１および第２ダイアフラ
ムを上昇および降下させる第１および第２圧電アクチュエータとを含む。本方法
は、第１圧電アクチュエータを作動させて第１ダイアフラムを上昇させることに
よって、流体が容器から第１キャビティへ通路を通って流れるようにする段階と
、第２圧電アクチュエータを作動させて第２ダイアフラムを上昇させ、また、第
１圧電アクチュエータを作動させて第１ダイアフラムを降下させることによって
、流体が第１キャビティから第２キャビティへ通路を通って流れるようにする段
階と、第２圧電アクチュエータを作動させて第２ダイアフラムを降下させること
によって、流体が送り出し点に向かって通路を通って流れるようにする段階とを
含む。
【００１７】 本発明の別の態様によれば、ポンプ胴部は、通路と交差する第３キャビティを
有しており、マイクロポンプは、さらに、第３キャビティを覆う第３ダイアフラ
ムと、第３ダイアフラムを上昇および降下させる第３圧電アクチュエータとを含
む。本方法は、さらに、第３圧電アクチュエータを作動させて第３ダイアフラム
を上昇させる一方、第２圧電アクチュエータを作動させて第２ダイアフラムを降
下させることによって、流体が第２キャビティから第３キャビティへ通路を通っ
て流れるようにする段階と、第３圧電アクチュエータを作動させて第３ダイアフ
ラムを降下させることによって、流体が送り出し点に向かって通路を通って流れ
るようにする段階とを含む。
有しており、マイクロポンプは、さらに、第３キャビティを覆う第３ダイアフラ
ムと、第３ダイアフラムを上昇および降下させる第３圧電アクチュエータとを含
む。本方法は、さらに、第３圧電アクチュエータを作動させて第３ダイアフラム
を上昇させる一方、第２圧電アクチュエータを作動させて第２ダイアフラムを降
下させることによって、流体が第２キャビティから第３キャビティへ通路を通っ
て流れるようにする段階と、第３圧電アクチュエータを作動させて第３ダイアフ
ラムを降下させることによって、流体が送り出し点に向かって通路を通って流れ
るようにする段階とを含む。
【００１８】 本発明の１つの利点は、マイクロポンプが正確な量の流体の流れを制御するこ
とであり、これは、医薬または他の流体を正確な量または制御流量で分配するの
に特に好都合である。
とであり、これは、医薬または他の流体を正確な量または制御流量で分配するの
に特に好都合である。
【００１９】 本発明の別の利点は、圧電アクチュエータおよびダイアフラムアセンブリの各
々が、マイクロポンプの通路用のゲートと、マイクロポンプを通る流体の流れを
促進するポンプの両方の働きをすることである。
々が、マイクロポンプの通路用のゲートと、マイクロポンプを通る流体の流れを
促進するポンプの両方の働きをすることである。
【００２０】 本発明の別の利点は、圧電アクチュエータに印加される電圧のレベルを変化さ
せ、それによって撓み量およびダイアフラムが上昇するレベルを制御することに
よって、流体の流量を制御することができることである。
せ、それによって撓み量およびダイアフラムが上昇するレベルを制御することに
よって、流体の流量を制御することができることである。
【００２１】 本発明の別の利点は、圧電アクチュエータのポンピングサイクルの周波数を変
化させることによって、流体の流量を制御することができることである。
化させることによって、流体の流量を制御することができることである。
【００２２】 本発明の別の利点は、圧電アクチュエータに増加または減少する電圧を漸進的
に印加することによって、マイクロポンプを通る流体の流れが安定することであ
る。
に印加することによって、マイクロポンプを通る流体の流れが安定することであ
る。
【００２３】 本発明の別の利点は、圧電アクチュエータをポンプ胴部およびダイアフラム間
に片持ち式に支持することによって、圧電円形ディスクと比較してダイアフラム
の撓みを増加させることができ、電力消費量を制御しながら流体の流れを最大に
することができることである。
に片持ち式に支持することによって、圧電円形ディスクと比較してダイアフラム
の撓みを増加させることができ、電力消費量を制御しながら流体の流れを最大に
することができることである。
【００２４】 本発明のさらなる利点は、当該技術分野の専門家には以下の詳細な説明を読ん
で理解すれば明らかになるであろう。
で理解すれば明らかになるであろう。
【００２５】 本発明は一定の部品の物理的な形および部品配置をとることができ、それの好
適な実施形態が本明細書に詳細に記載され、添付の図面に示されている。
適な実施形態が本明細書に詳細に記載され、添付の図面に示されている。
【００２６】
本発明の好適な実施形態を示すことを目的とし、本発明を制限する目的はない
図面を参照すると、図１は、正確な量の流体を容器１４から送り出し点１８へ送
り出すマイクロポンプ１０の斜視図である。マイクロポンプ１０は、ポンプ胴部
２２を含む。好適な実施形態では、ポンプ胴部２２は、好ましくは、デルリン（
Delrin）などの成形または機械加工プラスチックで形成されている。
図面を参照すると、図１は、正確な量の流体を容器１４から送り出し点１８へ送
り出すマイクロポンプ１０の斜視図である。マイクロポンプ１０は、ポンプ胴部
２２を含む。好適な実施形態では、ポンプ胴部２２は、好ましくは、デルリン（
Delrin）などの成形または機械加工プラスチックで形成されている。
【００２７】 医薬または他の用途の場合、ポンプ胴部２２を抗菌材料で形成するか、抗菌コ
ーティングを設けることができる。抗菌材料またはコーティングは、非浸出性で
なければならない。マイクロポンプ１０を無菌状態で包装できるように、ポンプ
胴部２２および他の構成部材が殺菌に適合することが好ましい。
ーティングを設けることができる。抗菌材料またはコーティングは、非浸出性で
なければならない。マイクロポンプ１０を無菌状態で包装できるように、ポンプ
胴部２２および他の構成部材が殺菌に適合することが好ましい。
【００２８】 図１を続けて参照しながら説明すると、図２は、マイクロポンプ１０の分解図
である。ポンプ胴部２２内に通路２６が設けられている。通路２６は、好ましく
は、ポンプ胴部２２内に成形または機械加工されており、ポンプ輸送される溶液
および微細懸濁液を含む流体と物理的に適合している。通路２６および流体と接
触する他の総てのポンプ表面は、ポンプ輸送される流体と化学的に適合している
。通路２６は、容器１４を交換可能に接続する入口３０からポンプ胴部２２を通
って、図３に示されている出口３２および送り出し点１８まで延びている。
である。ポンプ胴部２２内に通路２６が設けられている。通路２６は、好ましく
は、ポンプ胴部２２内に成形または機械加工されており、ポンプ輸送される溶液
および微細懸濁液を含む流体と物理的に適合している。通路２６および流体と接
触する他の総てのポンプ表面は、ポンプ輸送される流体と化学的に適合している
。通路２６は、容器１４を交換可能に接続する入口３０からポンプ胴部２２を通
って、図３に示されている出口３２および送り出し点１８まで延びている。
【００２９】 図１および図２を続けて参照しながら説明すると、図１の線分３−３に沿った
断面図である図３に示されているように、通路２６は、入口３０から出口３２ま
でポンプ胴部２２内を好ましくはジグザグ状に進んでいる。通路２６は、３つの
通路キャビティ３４、３６、３８と交差してそれに開いている。これらのキャビ
ティ３４、３６、３８は、好ましくは、非浸出性のエラストマーダイアフラム４
０、４２、４４で覆われている。ダイアフラム４０、４２、４４は、好ましくは
、シリコーンディスク製であり、約１０〜１００マイクロリットル／秒の範囲で
ポンプ輸送することができるポンプでは、厚さが約０．０１２７センチ（０．０
０５インチ）で、直径が約１２ミリである。ダイアフラム４０、４２、４４がキ
ャビティ３４、３６、３８内でポンプ胴部２２に密接状に付着する時、通路２６
は、キャビティ３４、３６、３８の各々の位置で閉鎖される。ダイアフラム４０
、４２、４４がそれのキャビティ３４、３６、３８から引き離された時、通路２
６の対応部分は、開放する。
断面図である図３に示されているように、通路２６は、入口３０から出口３２ま
でポンプ胴部２２内を好ましくはジグザグ状に進んでいる。通路２６は、３つの
通路キャビティ３４、３６、３８と交差してそれに開いている。これらのキャビ
ティ３４、３６、３８は、好ましくは、非浸出性のエラストマーダイアフラム４
０、４２、４４で覆われている。ダイアフラム４０、４２、４４は、好ましくは
、シリコーンディスク製であり、約１０〜１００マイクロリットル／秒の範囲で
ポンプ輸送することができるポンプでは、厚さが約０．０１２７センチ（０．０
０５インチ）で、直径が約１２ミリである。ダイアフラム４０、４２、４４がキ
ャビティ３４、３６、３８内でポンプ胴部２２に密接状に付着する時、通路２６
は、キャビティ３４、３６、３８の各々の位置で閉鎖される。ダイアフラム４０
、４２、４４がそれのキャビティ３４、３６、３８から引き離された時、通路２
６の対応部分は、開放する。
【００３０】 図１、図２および図３を続けて参照すると、圧電アクチュエータ４６、４８、
５０は、それぞれ第１端部６４、６６、６８でダイアフラム４０、４２、４４に
取り付けられている。好適な実施形態では、ダイアフラム４０、４２、４４を圧
電アクチュエータ４６、４８、５０に取り付けるために、シリコーン接着剤また
は他の適合接着剤が使用される。しかし、いずれの適当な付着方法を使用しても
よい。たとえば、ダイアフラム４０、４２、４４にスロットを設け、それに圧電
アクチュエータ４６、４８、５０の第１端部を嵌め込むようにしたり、ダイアフ
ラム４０、４２、４４および圧電アクチュエータ４６、４８、５０を一体部材に
成形していもよい。
５０は、それぞれ第１端部６４、６６、６８でダイアフラム４０、４２、４４に
取り付けられている。好適な実施形態では、ダイアフラム４０、４２、４４を圧
電アクチュエータ４６、４８、５０に取り付けるために、シリコーン接着剤また
は他の適合接着剤が使用される。しかし、いずれの適当な付着方法を使用しても
よい。たとえば、ダイアフラム４０、４２、４４にスロットを設け、それに圧電
アクチュエータ４６、４８、５０の第１端部を嵌め込むようにしたり、ダイアフ
ラム４０、４２、４４および圧電アクチュエータ４６、４８、５０を一体部材に
成形していもよい。
【００３１】 圧電アクチュエータ４６、４８、５０は、アクチュエータクランプ７８、８０
によってポンプ胴部２２に取り付けることができる。本発明の１つの実施形態で
は、アクチュエータクランプ７８、８０は、ポンプ胴部２２と別体に構成された
部片である。しかし、アクチュエータクランプ７８、８０をポンプ胴部２２と一
体成形することもできる。圧電アクチュエータ４６、４８、５０の第２端部７０
、７２、７４をポンプ胴部２２に固定することによって、片持ち式取り付けシス
テムが形成される。圧電アクチュエータ４６、４８、５０がある印加電圧で得ら
れる圧電撓みを最大にするために、片持ち式取り付けシステムおよび圧電バイモ
ルの使用が好ましい。電圧を圧電アクチュエータ４６、４８、５０に印加すると
、第２端部７０、７２、７４は静止したままであるが、第１端部６４、６６、６
８がポンプ胴部２２に対して変位し、それによってダイアフラム４０、４２、４
４が上昇または降下する。ダイアフラム４０、４２、４４の１つが撓むことによ
って、ポンプ胴部２２内を通っている通路２６の対応部分が開放する。好適な実
施形態では、ダイアフラム４０、４２、４４は、ダイアフラムクランプ８４、８
６によってキャビティ３４、３６、３８内でポンプ胴部２２とさらにしっかり接
触する状態に保持される。
によってポンプ胴部２２に取り付けることができる。本発明の１つの実施形態で
は、アクチュエータクランプ７８、８０は、ポンプ胴部２２と別体に構成された
部片である。しかし、アクチュエータクランプ７８、８０をポンプ胴部２２と一
体成形することもできる。圧電アクチュエータ４６、４８、５０の第２端部７０
、７２、７４をポンプ胴部２２に固定することによって、片持ち式取り付けシス
テムが形成される。圧電アクチュエータ４６、４８、５０がある印加電圧で得ら
れる圧電撓みを最大にするために、片持ち式取り付けシステムおよび圧電バイモ
ルの使用が好ましい。電圧を圧電アクチュエータ４６、４８、５０に印加すると
、第２端部７０、７２、７４は静止したままであるが、第１端部６４、６６、６
８がポンプ胴部２２に対して変位し、それによってダイアフラム４０、４２、４
４が上昇または降下する。ダイアフラム４０、４２、４４の１つが撓むことによ
って、ポンプ胴部２２内を通っている通路２６の対応部分が開放する。好適な実
施形態では、ダイアフラム４０、４２、４４は、ダイアフラムクランプ８４、８
６によってキャビティ３４、３６、３８内でポンプ胴部２２とさらにしっかり接
触する状態に保持される。
【００３２】 圧電アクチュエータ４６、４８、５０は、好ましくは圧電バイモルアクチュエ
ータである。図４は、圧電アクチュエータの１つ４６の詳細図である。圧電アク
チュエータ４６は、好ましくは、２つの圧電セラミック層５４、５６を好ましく
は黄銅または適当な炭素繊維材料製のシム６０で分離して構成されている。２つ
の圧電セラミック材料層５４、５６間に電界を印加することによって、一方の圧
電セラミック層５４が膨張し、他方の圧電セラミック層５６が収縮する。最終的
な結果として、個々の圧電セラミック部材５４、５６の長さまたは厚さ変形より
、遥かに大きく湾曲する。約１０〜１００マイクロリットル／秒の範囲でポンプ
輸送することができるポンプの圧電アクチュエータ４６は、幅が約０．１９０５
センチ（０．０７５インチ）で、片持ち長さが約２．５４センチ（１．０インチ
）である。好適な圧電セラミックス５４、５６は、ジルコン酸チタン酸鉛５Ｈ種
（lead ziroconate titanate, class 5H）である。５Ａ種の圧電セラミックスも
使用できるが、５Ｈ種圧電セラミックスと同様な動きを達成するために必要な電
圧が高くなる。圧電バイモルを使用することによって、ダイアフラム４０、４２
、４４は、シールおよびポンプの両方の機能を果たすことができる。ダイアフラ
ム４０、４２、４４の１つが一方向に変位することによって、対応のキャビティ
３４、３６、３８が開放して、流体用のタンクを形成する。ダイアフラム４０、
４２、４４が逆方向に変位すると、流体がタンクおよびキャビティ３４、３６、
３８から押し出される。
ータである。図４は、圧電アクチュエータの１つ４６の詳細図である。圧電アク
チュエータ４６は、好ましくは、２つの圧電セラミック層５４、５６を好ましく
は黄銅または適当な炭素繊維材料製のシム６０で分離して構成されている。２つ
の圧電セラミック材料層５４、５６間に電界を印加することによって、一方の圧
電セラミック層５４が膨張し、他方の圧電セラミック層５６が収縮する。最終的
な結果として、個々の圧電セラミック部材５４、５６の長さまたは厚さ変形より
、遥かに大きく湾曲する。約１０〜１００マイクロリットル／秒の範囲でポンプ
輸送することができるポンプの圧電アクチュエータ４６は、幅が約０．１９０５
センチ（０．０７５インチ）で、片持ち長さが約２．５４センチ（１．０インチ
）である。好適な圧電セラミックス５４、５６は、ジルコン酸チタン酸鉛５Ｈ種
（lead ziroconate titanate, class 5H）である。５Ａ種の圧電セラミックスも
使用できるが、５Ｈ種圧電セラミックスと同様な動きを達成するために必要な電
圧が高くなる。圧電バイモルを使用することによって、ダイアフラム４０、４２
、４４は、シールおよびポンプの両方の機能を果たすことができる。ダイアフラ
ム４０、４２、４４の１つが一方向に変位することによって、対応のキャビティ
３４、３６、３８が開放して、流体用のタンクを形成する。ダイアフラム４０、
４２、４４が逆方向に変位すると、流体がタンクおよびキャビティ３４、３６、
３８から押し出される。
【００３３】 図１、図２および図３を続けて参照しながら説明すると、図５Ａ〜図５Ｅは、
マイクロポンプ１０のポンピングサイクルを示している。各ダイアフラム４０、
４２、４４は、圧電アクチュエータ４６、４８、５０によって独立的に制御され
る。ポンピングサイクル中に、圧電アクチュエータ４６、４８、５０が協働して
、流体を容器１４から送り出し点１８へ一方向に移動させる。一方向の流れとダ
イアフラム４０、４２、４４のシール作用とによって、流体の一体性が維持され
る。
マイクロポンプ１０のポンピングサイクルを示している。各ダイアフラム４０、
４２、４４は、圧電アクチュエータ４６、４８、５０によって独立的に制御され
る。ポンピングサイクル中に、圧電アクチュエータ４６、４８、５０が協働して
、流体を容器１４から送り出し点１８へ一方向に移動させる。一方向の流れとダ
イアフラム４０、４２、４４のシール作用とによって、流体の一体性が維持され
る。
【００３４】 マイクロポンプ１０が図５Ａに示されているような休止位置にある時、ダイア
フラム４０、４２、４４の各々は、キャビティ３４、３６、３６に当接した降下
位置にあり、そのためにキャビティ３４、３６、３８の各々の位置で通路２６が
閉鎖される。図５Ｂに示されているような第１作動段階において、圧電アクチュ
エータ４６に電圧が印加されることによって第１ダイアフラム４０が撓む、すな
わち上昇し、そのために圧電アクチュエータ４６の第１端部６４が変位する。ダ
イアフラム４０が上昇することによって、通路２６内のキャビティ３４内に真空
が発生するため、流体が容器１４から入口３０を通って、上昇ダイアフラム４０
によってキャビティ３４内に生じたタンクに引き込まれる。ここで使用するダイ
アフラムの「上昇」とは、ダイアフラムが開放すなわち離脱位置へ移動すること
を意味し、この移動が上向きの方向である必要はない。同様に、ダイアフラムの
「降下」とは、ダイアフラムが閉鎖すなわち着座位置へ移動することを意味し、
この移動が下向き方向である必要はない。
フラム４０、４２、４４の各々は、キャビティ３４、３６、３６に当接した降下
位置にあり、そのためにキャビティ３４、３６、３８の各々の位置で通路２６が
閉鎖される。図５Ｂに示されているような第１作動段階において、圧電アクチュ
エータ４６に電圧が印加されることによって第１ダイアフラム４０が撓む、すな
わち上昇し、そのために圧電アクチュエータ４６の第１端部６４が変位する。ダ
イアフラム４０が上昇することによって、通路２６内のキャビティ３４内に真空
が発生するため、流体が容器１４から入口３０を通って、上昇ダイアフラム４０
によってキャビティ３４内に生じたタンクに引き込まれる。ここで使用するダイ
アフラムの「上昇」とは、ダイアフラムが開放すなわち離脱位置へ移動すること
を意味し、この移動が上向きの方向である必要はない。同様に、ダイアフラムの
「降下」とは、ダイアフラムが閉鎖すなわち着座位置へ移動することを意味し、
この移動が下向き方向である必要はない。
【００３５】 図５Ｃに、ポンピングサイクルの第２段階が示されている。圧電アクチュエー
タ４８に電圧を印加することによって、ダイアフラム４２を上昇させて、通路２
６内のキャビティ３６に真空を発生する。同時に、逆電圧を圧電アクチュエータ
４６に印加することによって、第１端部６４がダイアフラム４０を降下させる。
ダイアフラム４２によってキャビティ３６内に発生した真空とダイアフラム４０
の降下とによって、流体がキャビティ３４内に生じたタンクからキャビティ３６
内に生じたタンクへ流れる。
タ４８に電圧を印加することによって、ダイアフラム４２を上昇させて、通路２
６内のキャビティ３６に真空を発生する。同時に、逆電圧を圧電アクチュエータ
４６に印加することによって、第１端部６４がダイアフラム４０を降下させる。
ダイアフラム４２によってキャビティ３６内に発生した真空とダイアフラム４０
の降下とによって、流体がキャビティ３４内に生じたタンクからキャビティ３６
内に生じたタンクへ流れる。
【００３６】 図５Ｄは、ポンピングサイクルの次の段階を示している。圧電アクチュエータ
５０に電圧を印加することによって、圧電アクチュエータ５０の第１端部６８が
ダイアフラム４４を上昇させて、キャビティ３８内に真空を生じる。同時に、逆
電圧を圧電アクチュエータ４８に印加することによって、圧電アクチュエータ４
８の第１端部６６がダイアフラム４２をタンク内へ降下させる。ダイアフラム４
４の上昇によって発生した真空とダイアフラム４２の降下とによって、流体が通
路２６を通ってキャビティ３８へ押し進められる。
５０に電圧を印加することによって、圧電アクチュエータ５０の第１端部６８が
ダイアフラム４４を上昇させて、キャビティ３８内に真空を生じる。同時に、逆
電圧を圧電アクチュエータ４８に印加することによって、圧電アクチュエータ４
８の第１端部６６がダイアフラム４２をタンク内へ降下させる。ダイアフラム４
４の上昇によって発生した真空とダイアフラム４２の降下とによって、流体が通
路２６を通ってキャビティ３８へ押し進められる。
【００３７】 図５Ｅは、ポンピングサイクルの最終段階を示している。逆電圧を圧電アクチ
ュエータ５０に印加することによって、圧電アクチュエータ５０の第１端部６８
を降下させ、ダイアフラム４４を降下させる。ダイアフラム４４の降下によって
、流体が、キャビティ３８内に生じたタンクから通路２６および出口３２を通っ
て送り出し点１８へ押し進められる。
ュエータ５０に印加することによって、圧電アクチュエータ５０の第１端部６８
を降下させ、ダイアフラム４４を降下させる。ダイアフラム４４の降下によって
、流体が、キャビティ３８内に生じたタンクから通路２６および出口３２を通っ
て送り出し点１８へ押し進められる。
【００３８】 図６は、水をポンプ輸送するためのマイクロポンプ１０の理論作動中に圧電ア
クチュエータ４６、４８、５０に印加される電圧を示すグラフである。符号１で
示されたグラフは、第１圧電アクチュエータ４６に印加された電圧を示している
。符号２で示されたグラフは、第２圧電アクチュエータ４８に印加された電圧を
示している。符号３で示されたグラフは、第３圧電アクチュエータ５０に印加さ
れた電圧を示している。３つのグラフ１、２、３は、総て、ｘ軸に沿った時間と
共に示されている。マイクロポンプ１０の作動中のアクチュエータの振動および
可聴騒音を防止すると共に、通路２６内の均一な流れを助長するために、グラフ
１、２、３に示されているように、各電圧は、漸増的に印加される。圧電アクチ
ュエータ４６、４８、５０への電圧印加は、図１に示されている、電子工学の技
術分野の専門家には周知の制御回路８８によって制御される。グラフ１のピーク
は、ポンピングサイクルの図５Ｂに示されている段階にほぼ対応する。グラフ２
のピークは、ポンピングサイクルの図５Ｃに示されている段階にほぼ対応する。
グラフ３のピークは、ポンピングサイクルの図５Ｄに示されている段階にほぼ対
応する。電圧の漸増および様々なアクチュエータの起動のタイミングは、一方向
への流れを制御し、逆流を最小限に抑えることができるようにする。波形および
タイミングは、ポンプ輸送される流体および所望の流体出力に応じて変化するで
あろう。
クチュエータ４６、４８、５０に印加される電圧を示すグラフである。符号１で
示されたグラフは、第１圧電アクチュエータ４６に印加された電圧を示している
。符号２で示されたグラフは、第２圧電アクチュエータ４８に印加された電圧を
示している。符号３で示されたグラフは、第３圧電アクチュエータ５０に印加さ
れた電圧を示している。３つのグラフ１、２、３は、総て、ｘ軸に沿った時間と
共に示されている。マイクロポンプ１０の作動中のアクチュエータの振動および
可聴騒音を防止すると共に、通路２６内の均一な流れを助長するために、グラフ
１、２、３に示されているように、各電圧は、漸増的に印加される。圧電アクチ
ュエータ４６、４８、５０への電圧印加は、図１に示されている、電子工学の技
術分野の専門家には周知の制御回路８８によって制御される。グラフ１のピーク
は、ポンピングサイクルの図５Ｂに示されている段階にほぼ対応する。グラフ２
のピークは、ポンピングサイクルの図５Ｃに示されている段階にほぼ対応する。
グラフ３のピークは、ポンピングサイクルの図５Ｄに示されている段階にほぼ対
応する。電圧の漸増および様々なアクチュエータの起動のタイミングは、一方向
への流れを制御し、逆流を最小限に抑えることができるようにする。波形および
タイミングは、ポンプ輸送される流体および所望の流体出力に応じて変化するで
あろう。
【００３９】 好適な実施形態では、圧電アクチュエータ４６、４８、５０に印加される最大
電圧が１２０ボルトである。バッテリを使用して圧電アクチュエータ４６、４８
、５０に電力を供給する場合、一般的なバッテリの電圧を制御回路８８によって
段階的に増加させて、圧電アクチュエータ４６、４８、５０の圧電効果を生じる
ことができる十分な電圧を与えるようにしなければならない。好適な実施形態で
は、図１に示されているように、圧電アクチュエータ４６、４８、５０に取り付
けられたリード線９０、９２で電圧が印加される。しかし、圧電アクチュエータ
４６、４８、５０に電圧を供給する他の適当な方法を使用してもよく、例えば、
制限的ではないが、導電性ストリップまたは他の適当な材料を使用することがで
きる。
電圧が１２０ボルトである。バッテリを使用して圧電アクチュエータ４６、４８
、５０に電力を供給する場合、一般的なバッテリの電圧を制御回路８８によって
段階的に増加させて、圧電アクチュエータ４６、４８、５０の圧電効果を生じる
ことができる十分な電圧を与えるようにしなければならない。好適な実施形態で
は、図１に示されているように、圧電アクチュエータ４６、４８、５０に取り付
けられたリード線９０、９２で電圧が印加される。しかし、圧電アクチュエータ
４６、４８、５０に電圧を供給する他の適当な方法を使用してもよく、例えば、
制限的ではないが、導電性ストリップまたは他の適当な材料を使用することがで
きる。
【００４０】 マイクロポンプ１０を通る流体の流量は、３つの方法の１つまたはそれらの組
み合わせの方法によて制御することができる。マイクロポンプ１０を通る流体の
流量を制御する第１の最も好適な方法は、ポンピングサイクルの周波数を増減さ
せることによるものである。ポンピングサイクルの周波数は、圧電アクチュエー
タ４６、４８、５０への電圧の印加を高速化または低速化するように、制御回路
８８をプログラムすることによって制御することができる。
み合わせの方法によて制御することができる。マイクロポンプ１０を通る流体の
流量を制御する第１の最も好適な方法は、ポンピングサイクルの周波数を増減さ
せることによるものである。ポンピングサイクルの周波数は、圧電アクチュエー
タ４６、４８、５０への電圧の印加を高速化または低速化するように、制御回路
８８をプログラムすることによって制御することができる。
【００４１】 マイクロポンプ１０を通る流体の流量を制御する第２方法は、圧電アクチュエ
ータ４６、４８、５０に印加される電圧レベルを制御することである。圧電アク
チュエータ４６、４８、５０に低電圧を印加すると、圧電アクチュエータ４６、
４８、５０の撓み量が減少し、そのためにダイアフラム４０、４２、４４が上昇
する高さが制限される。ダイアフラム４０、４２、４４の変位によって、ポンピ
ングサイクル中にキャビティ３４、３６、３８内に発生する真空が制限される。
真空が小さいほど、タンク１４から引き出されてポンプ１０を通る流体の量が減
少する。
ータ４６、４８、５０に印加される電圧レベルを制御することである。圧電アク
チュエータ４６、４８、５０に低電圧を印加すると、圧電アクチュエータ４６、
４８、５０の撓み量が減少し、そのためにダイアフラム４０、４２、４４が上昇
する高さが制限される。ダイアフラム４０、４２、４４の変位によって、ポンピ
ングサイクル中にキャビティ３４、３６、３８内に発生する真空が制限される。
真空が小さいほど、タンク１４から引き出されてポンプ１０を通る流体の量が減
少する。
【００４２】 マイクロポンプ１０を通る流体の流量を制御する第３方法は、通路２６の直径
を制御することによる。通路２６の直径が大きいほど、マイクロポンプ１０内を
流れる流体の量が増加する。
を制御することによる。通路２６の直径が大きいほど、マイクロポンプ１０内を
流れる流体の量が増加する。
【００４３】 本発明の好適な実施形態では、マイクロポンプ１０を流れる流体の流量が、約
１０マイクロリットル／秒から１００マイクロリットル／秒の間である。圧電ア
クチュエータ４６、４８、５０の正確な動作によって、低流量で狭い公差が得ら
れる。１回分に対して多重ダイアフラムサイクルを使用することによって、少量
で狭い公差が得られる。
１０マイクロリットル／秒から１００マイクロリットル／秒の間である。圧電ア
クチュエータ４６、４８、５０の正確な動作によって、低流量で狭い公差が得ら
れる。１回分に対して多重ダイアフラムサイクルを使用することによって、少量
で狭い公差が得られる。
【００４４】 容器１４は、図１に示されているような開放型タンクでもよいが、容器１４は
、密閉収縮型容器でもよい。開放型タンクを使用する場合、マイクロポンプ１０
をほぼ直立向きに維持し、容器１４をポンプ胴部２２の上部に置く必要がある。
密閉収縮型容器を使用する場合、マイクロポンプ１０は、様々な向きで使用する
ことができる。しかし、マイクロポンプ１０の現在形式では、密封収縮型容器を
使用する時でも、容器１４をポンプ胴部２２の上部に置いた向きの時に最良に作
動し続ける。向きの変化は、向きの変化に伴った重力効果および上部圧力の変化
と共に、マイクロポンプ１０内を流れる流体の流量に影響を与えるであろう。
、密閉収縮型容器でもよい。開放型タンクを使用する場合、マイクロポンプ１０
をほぼ直立向きに維持し、容器１４をポンプ胴部２２の上部に置く必要がある。
密閉収縮型容器を使用する場合、マイクロポンプ１０は、様々な向きで使用する
ことができる。しかし、マイクロポンプ１０の現在形式では、密封収縮型容器を
使用する時でも、容器１４をポンプ胴部２２の上部に置いた向きの時に最良に作
動し続ける。向きの変化は、向きの変化に伴った重力効果および上部圧力の変化
と共に、マイクロポンプ１０内を流れる流体の流量に影響を与えるであろう。
【００４５】 図７は、本発明の変更形実施形態を示しており、ポンプ１０’は、２つのダイ
アフラム４０’、４２’によって覆われた２つのキャビティ３４’、３６’を有
するポンプ胴部２２’を特徴としている。２つのダイアフラム４０’、４２’は
、これらのダイアフラム４０’、４２’を上昇および降下させる２つの圧電アク
チュエータ４６’、４８’に取り付けられている。図７のマイクロポンプ１０’
は、マイクロポンプ１０と同様に機能して働くが、図１、図２および図３に示さ
れているような３つのダイアフラム４０、４２、４４を有するマイクロポンプ１
０の方が、制御性が高いために好ましい。マイクロポンプ１０’は、また、流体
が第１キャビティ３４’から第２キャビティ３６’へ流れる時に通路２６’が完
全に開放しているため、マイクロポンプ１０の場合より容器１４’から上部圧力
を受け易い。正圧を受けた流体容器をマイクロポンプ１０’に使用することによ
って、この問題を克服することができるであろう。
アフラム４０’、４２’によって覆われた２つのキャビティ３４’、３６’を有
するポンプ胴部２２’を特徴としている。２つのダイアフラム４０’、４２’は
、これらのダイアフラム４０’、４２’を上昇および降下させる２つの圧電アク
チュエータ４６’、４８’に取り付けられている。図７のマイクロポンプ１０’
は、マイクロポンプ１０と同様に機能して働くが、図１、図２および図３に示さ
れているような３つのダイアフラム４０、４２、４４を有するマイクロポンプ１
０の方が、制御性が高いために好ましい。マイクロポンプ１０’は、また、流体
が第１キャビティ３４’から第２キャビティ３６’へ流れる時に通路２６’が完
全に開放しているため、マイクロポンプ１０の場合より容器１４’から上部圧力
を受け易い。正圧を受けた流体容器をマイクロポンプ１０’に使用することによ
って、この問題を克服することができるであろう。
【００４６】 マイクロポンプ１０は、マイクロポンプ１０の作動後に残留流体を通路２６か
ら除去するために、パージ機構を含むことができる。マイクロポンプ１０から流
体を除去することは、通路２６内の特に出口３２付近での微生物の生育を防止し
たり、通路２６内での残留物の蓄積を防止するために望ましい。後述するように
、パージ機構は、パージング媒体を導入すると共に、パージング媒体が通路２６
を通り抜けるようにする装置を含むことができる。
ら除去するために、パージ機構を含むことができる。マイクロポンプ１０から流
体を除去することは、通路２６内の特に出口３２付近での微生物の生育を防止し
たり、通路２６内での残留物の蓄積を防止するために望ましい。後述するように
、パージ機構は、パージング媒体を導入すると共に、パージング媒体が通路２６
を通り抜けるようにする装置を含むことができる。
【００４７】 図８は、マイクロポンプ１０”の作動後に通路２６”から流体を除去するため
の手段を組み込んだ本発明の実施形態を示している。パージ機構は、パージング
媒体を通路２６”に導入するための入口３１”を含む。ポンプ胴部２２”は、入
口３０”から出口３２”まで延びた通路２６”を有する。通路２６”は３つの通
路キャビティ３４”、３６”、３８”と交差している。これらのキャビティ３４
”、３６”、３８”は好ましくは、エラストマーダイアフラム４０”、４２”、
４４”によって覆われている。第２および第３ダイアフラム４２”、４４”は、
それぞれ、上記のように圧電アクチュエータ４８”、５０”によって制御される
。ポンプ胴部２２”には、第１キャビティ３４”に通じる第２入口３１”も設け
られている。ダイアフラム４０”は、第１キャビティ３４”を覆っている。第１
圧電アクチュエータ４６”が、通路２６”の入口３０”に通じる部分の上方でダ
イアフラム４０”を上昇および降下させ、第２圧電アクチュエータ４７”が、第
２入口３１”および通路２６”の第２キャビティ３６”に向かって続く部分の上
方でダイアフラム４０”を上昇および降下させる。先行実施形態で説明したよう
に、マイクロポンプ１０”の作動中、圧電アクチュエータ４６”、４８”、５０
”は、ダイアフラム４０”、４２”、４４”を上昇および降下させる。
の手段を組み込んだ本発明の実施形態を示している。パージ機構は、パージング
媒体を通路２６”に導入するための入口３１”を含む。ポンプ胴部２２”は、入
口３０”から出口３２”まで延びた通路２６”を有する。通路２６”は３つの通
路キャビティ３４”、３６”、３８”と交差している。これらのキャビティ３４
”、３６”、３８”は好ましくは、エラストマーダイアフラム４０”、４２”、
４４”によって覆われている。第２および第３ダイアフラム４２”、４４”は、
それぞれ、上記のように圧電アクチュエータ４８”、５０”によって制御される
。ポンプ胴部２２”には、第１キャビティ３４”に通じる第２入口３１”も設け
られている。ダイアフラム４０”は、第１キャビティ３４”を覆っている。第１
圧電アクチュエータ４６”が、通路２６”の入口３０”に通じる部分の上方でダ
イアフラム４０”を上昇および降下させ、第２圧電アクチュエータ４７”が、第
２入口３１”および通路２６”の第２キャビティ３６”に向かって続く部分の上
方でダイアフラム４０”を上昇および降下させる。先行実施形態で説明したよう
に、マイクロポンプ１０”の作動中、圧電アクチュエータ４６”、４８”、５０
”は、ダイアフラム４０”、４２”、４４”を上昇および降下させる。
【００４８】 パージングは、ポンピングサイクルの完了時に、濾過空気、水、洗浄流体また
は他の適当な物質にすることができるパージング媒体を入口３１”からマイクロ
ポンプ１０”に導入することによって行うことができる。パージング中、圧電ア
クチュエータ４６”が、入口３０”に続く通路２６”を密閉する。パージング媒
体を通路２６”の端から端まで流すために３つの方法を用いることができる。第
１方法として、パージング媒体を第２入口３１”から導入し、前述したようマイ
クロポンプ１０”内をポンプ輸送するが、圧電アクチュエータ４６”の代わりに
圧電アクチュエータ４７”がダイアフラム４０”を上昇および降下させる。第２
方法として、アクチュエータ４７”、４８”、５０”がダイアフラム４０”、４
２”、４４”を開放状態に保持している間に、パージング媒体を加圧状態で第２
入口３１”から供給することによって、パージング媒体が通路２６”を吹き抜け
ることができるようにする。第３方法として、ダイアフラム４０”、４２”、４
４”の各々をアクチュエータ４７”、４８”、５０”によって開放状態に保持す
ることによって、出口３２”の機構（図示せず）がパージング媒体を引き出す時
、パージング媒体が入口３１”から流入して通路２６”を通り抜けるようにする
。この機構は、例えば、電気流体力学的スプレー装置にすることができる。パー
ジング流体をマイクロポンプ１０”に導入するための１つの方法および装置を開
示しているが、パージング媒体を入口３０”または第１ダイアフラム４０”の位
置またはその付近に導入して、マイクロポンプ１０”内をポンプ輸送して押し進
める、または引き出す他の方法および装置を使用することもできる。
は他の適当な物質にすることができるパージング媒体を入口３１”からマイクロ
ポンプ１０”に導入することによって行うことができる。パージング中、圧電ア
クチュエータ４６”が、入口３０”に続く通路２６”を密閉する。パージング媒
体を通路２６”の端から端まで流すために３つの方法を用いることができる。第
１方法として、パージング媒体を第２入口３１”から導入し、前述したようマイ
クロポンプ１０”内をポンプ輸送するが、圧電アクチュエータ４６”の代わりに
圧電アクチュエータ４７”がダイアフラム４０”を上昇および降下させる。第２
方法として、アクチュエータ４７”、４８”、５０”がダイアフラム４０”、４
２”、４４”を開放状態に保持している間に、パージング媒体を加圧状態で第２
入口３１”から供給することによって、パージング媒体が通路２６”を吹き抜け
ることができるようにする。第３方法として、ダイアフラム４０”、４２”、４
４”の各々をアクチュエータ４７”、４８”、５０”によって開放状態に保持す
ることによって、出口３２”の機構（図示せず）がパージング媒体を引き出す時
、パージング媒体が入口３１”から流入して通路２６”を通り抜けるようにする
。この機構は、例えば、電気流体力学的スプレー装置にすることができる。パー
ジング流体をマイクロポンプ１０”に導入するための１つの方法および装置を開
示しているが、パージング媒体を入口３０”または第１ダイアフラム４０”の位
置またはその付近に導入して、マイクロポンプ１０”内をポンプ輸送して押し進
める、または引き出す他の方法および装置を使用することもできる。
【００４９】 本発明のさらに別の実施形態では、ダイアフラム４０、４２、４４の代わりに
、流体流を誘発するためにキャビティ３４、３６、３８内で移動するピストンま
たは他のポンピング装置を用いてもよい。
、流体流を誘発するためにキャビティ３４、３６、３８内で移動するピストンま
たは他のポンピング装置を用いてもよい。
【００５０】 以上に、好適な実施形態を説明してきた。本発明の包括的範囲から逸脱するこ
となく上記方法に変更および変化を組み込むことができることは、当該技術分野
の専門家には明らかであろう。本発明は、請求項またはその同等物の範囲に入る
変更および修正をすべて包含するものとする。
となく上記方法に変更および変化を組み込むことができることは、当該技術分野
の専門家には明らかであろう。本発明は、請求項またはその同等物の範囲に入る
変更および修正をすべて包含するものとする。
【図１】 圧電マイクロポンプの側部斜視図である。
【図２】 図１の圧電マイクロポンプの分解図である。
【図３】 図１の線分３−３に沿った圧電マイクロポンプの断面図である。
【図４】 圧電アクチュエータの側部斜視図である。
【図５Ａ】 圧電マイクロポンプのポンピングサイクルを示す概略図である
。
。
【図５Ｂ】 圧電マイクロポンプのポンピングサイクルを示す概略図である
。
。
【図５Ｃ】 圧電マイクロポンプのポンピングサイクルを示す概略図である
。
。
【図５Ｄ】 圧電マイクロポンプのポンピングサイクルを示す概略図である
。
。
【図５Ｅ】 圧電マイクロポンプのポンピングサイクルを示す概略図である
。
。
【図６】 圧電マイクロポンプの実施形態のための電気制御回路の波形のグ
ラフである。
ラフである。
【図７】 ２つのダイアフラムを有する圧電マイクロポンプの側部斜視図で
ある。
ある。
【図８】 通路から流体を除去するための手段を特徴とする圧電マイクロポ
ンプの変更形実施形態の斜視図である。
ンプの変更形実施形態の斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 505 Ｋｉｎｇ Ａｖｅｎｕｅ， Ｃｏｌ ｕｍｂｕｓ， ＯＨ 43201−2693， Ｕ． Ｓ．Ａ． (72)発明者 ジムリッチ、ウィリアム・シー・ジュニア アメリカ合衆国、オハイオ州、ダブリン、 タラ・ヒル・ドライヴ 5431 Ｆターム(参考） 3H075 AA01 AA09 BB04 BB16 CC11 CC34 CC35 CC40 DA05 DB02 3H077 AA01 AA08 BB03 CC02 CC09 CC14 DD06 EE02 EE05 EE36 EE37 EE40 FF06 FF22 FF36
Claims (37)
- 【請求項１】 流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送するマイクロポ
ンプであって、 前記流体容器から前記送り出し点までの間に貫設された通路を有し、該通路と
交差する第１、第２および第３キャビティを有するポンプ胴部と、 前記第１キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖する第１ダイアフラムと、 前記第１ダイアフラムを前記ポンプ胴部に固定する第１ダイアフラムクランプ
と、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第１ダイアフラムに作動
連結した、前記第１ダイアフラムを上昇および降下させる第１片持ち式圧電アク
チュエータと、 前記第１片持ち式圧電アクチュエータの前記第２端部を前記ポンプ胴部に固定
する第１アクチュエータクランプと、 前記第２キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖する第２ダイアフラムと、 前記第２ダイアフラムを前記ポンプ胴部に固定する第２ダイアフラムクランプ
と、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第２ダイアフラムに作動
連結した、前記第２ダイアフラムを上昇および降下させる第２片持ち式圧電アク
チュエータと、 前記第２片持ち式圧電アクチュエータの前記第２端部を前記ポンプ胴部に固定
する第２アクチュエータクランプと、 前記第３キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖し、前記第１ダイアフラムクランプによって前記ポンプ胴部に固定されてい
る第３ダイアフラムと、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第３ダイアフラムに作動
連結し、前記第２端部を前記第１ダイアフラムクランプによって前記ポンプ胴部
に固定した、前記第３ダイアフラムを上昇および降下させる第３片持ち式圧電ア
クチュエータと、 前記第１、第２および第３片持ち式圧電アクチュエータに電圧を供給して前記
第１、第２および第３ダイアフラムを上昇および降下させ、それによって前記通
路を通る前記流体の流れを促進する電子制御回路とを含むマイクロポンプ。 - 【請求項２】 前記ポンプ胴部は、第１側部および第２側部を有し、前記第
１および第３キャビティは、前記ポンプ胴部の前記第１側部に位置し、前記第２
キャビティは、前記ポンプ胴部の前記第２側部に位置している請求項１記載のマ
イクロポンプ。 - 【請求項３】 流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送するマイクロポ
ンプであって、 前記流体容器から前記送り出し点までの間に貫設された通路を有し、該通路と
交差する第１および第２キャビティを有するポンプ胴部と、 前記第１キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖する第１ダイアフラムと、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第１ダイアフラムに作動
連結した、前記第１ダイアフラムを上昇および降下させる第１圧電アクチュエー
タと、 前記第２キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖する第２ダイアフラムと、 前記第１および第２ダイアフラムを前記ポンプ胴部に固定する固定手段と、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第２ダイアフラムに作動
連結した、前記第２ダイアフラムを上昇および降下させる第２圧電アクチュエー
タと、 前記第１圧電アクチュエータの前記第２端部および前記第２圧電アクチュエー
タの前記第２端部を前記ポンプ胴部に片持ち式に固定する片持ち式固定手段と、 前記第１および第２圧電アクチュエータに電圧を印加して、前記第１および第
２圧電アクチュエータが前記第１および第２ダイアフラムを上昇および降下させ
ることができるようにする電気手段とを含むマイクロポンプ。 - 【請求項４】 前記ポンプ胴部は、前記通路と交差する第３キャビティを有
し、さらに、 前記第３キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖し、前記固定手段によって前記ポンプ胴部に固定されている第３ダイアフラ
ムと、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第３ダイアフラムに作動
連結し、前記第２端部を前記片持ち式固定手段によって前記ポンプ胴部に固定し
た、前記第３ダイアフラムを上昇および降下させる第３圧電アクチュエータとを
含み、前記電気手段が前記第３圧電アクチュエータに電圧を印加することによっ
て、前記第３圧電アクチュエータが前記第３ダイアフラムを上昇および降下させ
ることができるようにした請求項３記載のマイクロポンプ。 - 【請求項５】 前記ポンプ胴部は、第１側部および第２側部を有し、前記第
１および第３キャビティは、前記ポンプ胴部の前記第１側部に位置し、前記第２
キャビティは、前記ポンプ胴部の前記第２側部に位置している請求項４記載のマ
イクロポンプ。 - 【請求項６】 前記第１、第２および第３圧電アクチュエータの各々は、 第１圧電材料層と、 第２圧電材料層と、 前記第１および第２層を分離するシムとを含む請求項４記載のマイクロポンプ
。 - 【請求項７】 前記圧電材料は、５Ｈ種ジルコン酸チタン酸鉛である請求項
６記載のマイクロポンプ。 - 【請求項８】 前記シムは、黄銅である請求項６記載のマイクロポンプ。
- 【請求項９】 前記シムは、炭素繊維複合材料である請求項６記載のマイク
ロポンプ。 - 【請求項１０】 前記固定手段は、さらに、 前記第１および第３ダイアフラムを前記ポンプ胴部に固定する第１ダイアフラ
ムクランプと、 前記第２ダイアフラムを前記ポンプ胴部に固定する第２ダイアフラムクランプ
とを含む請求項５記載のマイクロポンプ。 - 【請求項１１】 前記固定手段は、前記第１、第２および第３ダイアフラム
を前記ポンプ胴部に固定するクランプを含む請求項５記載のマイクロポンプ。 - 【請求項１２】 前記片持ち式固定手段は、前記クランプを含む請求項１１
記載のマイクロポンプ。 - 【請求項１３】 前記片持ち式固定手段は、 前記第１圧電アクチュエータの前記第２端部および前記第３圧電アクチュエー
タの前記第２端部を前記ポンプ胴部に固定する第１アクチュエータクランプと、 前記第２圧電アクチュエータの前記第２端部を前記ポンプ胴部に固定する第２
アクチュエータクランプとを含む請求項５記載のマイクロポンプ。 - 【請求項１４】 前記第１および第２アクチュエータクランプは、前記ポン
プ胴部と一体化している請求項１４記載のマイクロポンプ。 - 【請求項１５】 前記電気手段は、 前記第１、第２および第３圧電アクチュエータに電圧を供給して前記第１、第
２および第３ダイアフラムを上昇および降下させ、それによって前記通路を通る
前記流体の流れを促進する電子制御回路を含む請求項６記載のマイクロポンプ。 - 【請求項１６】 前記電子制御回路は、さらに、 前記第１、第２および第３圧電アクチュエータの各々の前記第１および第２層
に電圧を徐々に印加する手段を含む請求項１５記載のマイクロポンプ。 - 【請求項１７】 流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送するマイク
ロポンプであって、 前記流体容器から前記送り出し点までの間に貫設された通路を有し、該通路と
交差する第１および第２キャビティを有するポンプ胴部と、 前記通路を前記第１キャビティの位置で開放および閉鎖し、前記通路を通る前
記流体の流れを促進する真空を発生する第１ポンピング手段と、 前記第１ポンピング手段を作動させる第１圧電アクチュエータと、 前記通路を前記第２キャビティの位置で開放および閉鎖し、前記通路を通る前
記流体の流れを促進する真空を発生する第２ポンピング手段と、 前記第２ポンピング手段を作動させる第２圧電アクチュエータと、 前記第１および第２圧電アクチュエータに電圧を印加して、前記第１および第
２圧電アクチュエータが前記第１および第２ポンピング手段を作動させることが
できるようにする電気手段とを含むマイクロポンプ。 - 【請求項１８】 前記ポンプ胴部は、前記通路と交差する第３キャビティを
有し、さらに、 前記通路を前記第３キャビティの位置で開放および閉鎖し、前記通路を通る前
記流体の流れを促進する真空を発生する第３ポンピング手段と、 前記第３ポンピング手段を作動させる第３圧電アクチュエータと、 前記第３圧電アクチュエータに電圧を印加して、前記３圧電アクチュエータが
前記第３ポンピング手段を作動させることができるようにする電気手段とを含む
請求項１７記載のマイクロポンプ。 - 【請求項１９】 前記第１ポンピング手段は、前記第１キャビティに係合可
能な第１ピストンを含む請求項１８記載のマイクロポンプ。 - 【請求項２０】 前記第２ポンピング手段は、前記第２キャビティに係合可
能な第２ピストンを含む請求項１９記載のマイクロポンプ。 - 【請求項２１】 前記第３ポンピング手段は、前記第３キャビティに係合可
能な第３ピストンを含む請求項２０記載のマイクロポンプ。 - 【請求項２２】 前記第１ポンピング手段は、前記第１キャビティに係合可
能な第１ダイアフラムを含む請求項１８記載のマイクロポンプ。 - 【請求項２３】 前記第２ポンピング手段は、前記第２キャビティに係合可
能な第２ダイアフラムを含む請求項２２記載のマイクロポンプ。 - 【請求項２４】 前記第３ポンピング手段は、前記第３キャビティに係合可
能な第３ダイアフラムを含む請求項２３記載のマイクロポンプ。 - 【請求項２５】 さらに、前記通路と連通した開放型容器を含む請求項１７
記載のマイクロポンプ。 - 【請求項２６】 さらに、前記通路と連通した密閉型容器を含む請求項１７
記載のマイクロポンプ。 - 【請求項２７】 通路を貫設し、該通路と交差する第１および第２キャビテ
ィを有するポンプ胴部と、前記第１および第２キャビティを覆う第１および第２
ダイアフラムと、前記第１および第２ダイアフラムに片持ち式に取り付けられて
、前記第１および第２ダイアフラムを上昇および降下させる第１および第２圧電
アクチュエータとを含むマイクロポンプによって流体を容器から送り出し点へポ
ンプ輸送する方法であって、 前記第１圧電アクチュエータを作動させて前記第１ダイアフラムを上昇させる
ことによって、流体が前記容器から前記第１キャビティへ前記通路を通って流れ
るようにする段階と、 前記第２圧電アクチュエータを作動させて前記第２ダイアフラムを上昇させ、
また、前記第１圧電アクチュエータを作動させて前記第１ダイアフラムを降下さ
せることによって、流体が前記第１キャビティから前記第２キャビティへ前記通
路を通って流れるようにする段階と、 前記第２圧電アクチュエータを作動させて前記第２ダイアフラムを降下させる
ことによって、流体が前記送り出し点に向かって前記通路を通って流れるように
する段階とを含む方法。 - 【請求項２８】 前記ポンプ胴部は、前記通路と交差する第３キャビティを
有し、前記マイクロポンプは、さらに、前記第３キャビティを覆う第３ダイアフ
ラムと、前記第３ダイアフラムを上昇および降下させる第３圧電アクチュエータ
とを含み、さらに、 前記第３圧電アクチュエータを作動させて前記第３ダイアフラムを上昇させる
一方、前記第２圧電アクチュエータを作動させて前記第２ダイアフラムを降下さ
せることによって、流体が前記第２キャビティから前記第３キャビティへ前記通
路を通って流れるようにする段階と、 前記第３圧電アクチュエータを作動させて前記第３ダイアフラムを降下させる
ことによって、流体が前記送り出し点に向かって前記通路を通って流れるように
する段階とを含む請求項２７記載の方法。 - 【請求項２９】 流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送するマイクロ
ポンプであって、 流体容器から送り出し点までの間に貫設された通路を有し、該通路と交差する
第１および第２キャビティを有するポンプ胴部と、 前記第１キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖する第１ダイアフラムと、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第１ダイアフラムに作動
連結し、前記第２端部を前記ポンプ胴部に連結して前記第１ダイアフラムを片持
ち式に支持できるようにした第１圧電アクチュエータと、 前記第２キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖する第２ダイアフラムと、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第２ダイアフラムに作動
連結し、前記第２端部を前記ポンプ胴部に連結して前記第２ダイアフラムを片持
ち式に支持できるようにした第２圧電アクチュエータと、 前記第１および第２圧電アクチュエータの各々に電圧を選択的に印加して、前
記第１および第２圧電アクチュエータが対応のダイアフラムを上昇および降下さ
せることができるようにする電源とを含むマイクロポンプ。 - 【請求項３０】 前記圧電アクチュエータは、圧電バイモルである請求項２
９記載のマイクロポンプ。 - 【請求項３１】 前記第１および第２ダイアフラムの作動が、ポンピングお
よび弁作動の両方を制御する請求項２９記載のマイクロポンプ。 - 【請求項３２】 流体を流体容器から送り出し点へポンプ輸送するマイクロ
ポンプであって、 流体容器から送り出し点までの間に貫設された通路を有し、該通路と交差する
第１および第２キャビティを有するポンプ胴部と、 前記第１キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖する第１ダイアフラムと、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第１ダイアフラムに作動
連結し、前記第２端部を前記ポンプ胴部に連結した第１圧電バイモルアクチュエ
ータと、 前記第２キャビティを覆っており、上昇および降下時に前記通路を開放および
閉鎖する第２ダイアフラムと、 第１端部および第２端部を有し、前記第１端部を前記第２ダイアフラムに作動
連結し、前記第２端部を前記ポンプ胴部に連結した第２圧電バイモルアクチュエ
ータと、 前記第１および第２圧電アクチュエータの各々に電圧を選択的に印加する電源
とを含み、前記第１圧電アクチュエータに電圧を印加することによって、前記第
１ダイアフラムが変位して前記第１キャビティ内に第１タンクを生じ、流体を前
記容器から前記入口を通って前記第１タンクに引き込むことができ、前記第１圧
電アクチュエータに逆電圧を印加することによって、前記第１ダイアフラムが逆
方向に変位して、前記第１タンク内の流体を前記第１ダイアフラムより下流側の
前記通路に流し込んで、前記第１キャビティを密閉することができるマイクロポ
ンプ。 - 【請求項３３】 前記第２圧電アクチュエータに電圧を印加することによっ
て、前記第２ダイアフラムが変位して前記第２キャビティ内に第２タンクを生じ
、流体を前記第１タンクより下流側の前記通路から前記第２タンクに引き込むこ
とができ、前記第２圧電アクチュエータに逆電圧を印加することによって、前記
第２ダイアフラムが逆方向に変位して、前記第２タンク内の流体を前記第２タン
クより下流側の前記通路に流し込んで、前記第２キャビティを密閉することがで
きる請求項３２記載のマイクロポンプ。 - 【請求項３４】 さらに、 流体が前記流体容器から前記送り出し点へポンプ輸送された後、流体を前記通
路から除去する手段を含む請求項３２記載のマイクロポンプ。 - 【請求項３５】 前記電源は、前記第１および第２圧電アクチュエータに漸
増または漸減電圧を印加する請求項２９記載のマイクロポンプ。 - 【請求項３６】 前記電源は、前記第１および第２圧電アクチュエータに漸
増または漸減電圧を印加する請求項３３記載のマイクロポンプ。 - 【請求項３７】 さらに、前記通路から流体を除去する段階を含む請求項２
７記載の方法。
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