JP2007120488A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】アッパハウジングとロアハウジングに跨って形成する流路の接続部分および吸入流路と吐出流路の液密性を高い信頼性と耐久性で確保した４バルブダイヤフラムポンプを得る。
【解決手段】ダイヤフラムの上下にアッパポンプ室とロアポンプ室を画成する凹部；上記ロアポンプ室に連通する吸入ポートと吐出ポート；上記吸入ポートと吐出ポートをアッパポンプ室に連通させる分岐流路；吸入ポートとアッパポンプ室及び該吸入ポートとロアポンプ室との間にそれぞれ設けられた吸入側逆止弁と、上記吐出ポートとアッパポンプ室及び該吐出ポートとロアポンプ室との間にそれぞれ設けられた吐出側逆止弁；を備え、分岐流路は、アッパハウジングとロアハウジングのいずれか一方に形成した穴部と、この穴部に嵌合される凸筒状部と、この穴部と凸筒状部の間に形成した環状隙間に、圧縮力が径方向に生じるようにして介在させたシールリングとを含むダイヤフラムポンプ。
【選択図】図４

Description

本発明は、ダイヤフラムポンプに関する。

ダイヤフラムポンプは、ダイヤフラムによってポンプ室（可変容積室）を形成し、このポンプ室に連なる一対の流路に、流れ方向の異なる一対の逆止弁（ポンプ室への流体流を許す吸入側逆止弁とポンプ室からの流体流を許す吐出側逆止弁）を設けている。ダイヤフラムを振動させるとポンプ室の容積が変化し、容積が拡大する行程では吸入側逆止弁が開き、容積が縮小する行程では吐出側逆止弁が開く動作を繰り返すことから、ポンプ作用が得られる。ダイヤフラムは、ゴム、圧電振動子等の弾性（振動）可能な材料から構成される。
特開平１１-１８２４１３号公報

このダイヤフラムポンプは、上述したように、ポンプ室の容積が拡大する行程では吸入側逆止弁が開き、容積が縮小する行程では吐出側逆止弁が開く動作を繰り返すことから、吐出ポートでは脈動が避けられない。

本出願人は、この吐出ポートでの脈動を問題とし、該脈動の周期を半分としたダイヤフラムポンプを提案した（特願２００４-１５４９９１号）。このダイヤフラムポンプは、ダイヤフラムによって該ダイヤフラムの上下にそれぞれアッパポンプ室とロアポンプ室（一対のポンプ室）を形成する一方、単一の吸入ポートと、単一の吐出ポートを設け、一対のポンプ室と吸入ポートとの間にそれぞれ該吸入ポートから該一対のポンプ室への流体流を許容しその逆方向の流体流を許さない第一、第二の吸入側逆止弁を設け、一対のポンプ室と吐出ポートとの間にそれぞれ該一対のポンプ室から吐出ポートへの流体流を許容しその逆方向の流体流を許さない第一、第二の吐出側逆止弁を設けたものである（４バルブダイヤフラムポンプ）。

この４バルブダイヤフラムポンプは、基本的に、ダイヤフラムを挟む上下のハウジングにそれぞれ、アッパポンプ室とロアポンプ室を形成する凹部を形成してこれらを順に積層し、アッパハウジングとロアハウジングに、一対のポンプ室と吸入ポート及び吐出ポートを連通させる流路を形成することで構成できる。しかし、本出願人が開発中の４バルブダイヤフラムポンプでは、アッパハウジングとロアハウジングに跨って形成する流路の接続部分の液密性、あるいは吸入流路と吐出流路の液密性を高い信頼性と耐久性で如何に確保するかが課題である。

本発明は従って、アッパハウジングとロアハウジングに跨って形成する流路の接続部分の液密性を高い信頼性と耐久性で確保することができる４バルブダイヤフラムポンプを得ることを目的とする。また本発明は、吸入流路と吐出流路の液密性を同様に高い信頼性と耐久性で確保することができる４バルブダイヤフラムポンプを得ることを目的とする。

本発明の４バルブダイヤフラムポンプは、順に積層したアッパハウジング、ダイヤフラム及びロアハウジング;アッパハウジングとロアハウジングのダイヤフラム対向面にそれぞれ形成され、該ダイヤフラムの上下にアッパポンプ室とロアポンプ室を画成する凹部；ロアハウジングに形成した、ロアポンプ室に連通する吸入ポートと吐出ポート；ロアハウジングとアッパハウジングに形成した、吸入ポートと吐出ポートをアッパポンプ室に連通させる分岐流路；吸入ポートとアッパポンプ室及び該吸入ポートとロアポンプ室との間にそれぞれ設けられた吸入側逆止弁と、吐出ポートとアッパポンプ室及び該吐出ポートとロアポンプ室との間にそれぞれ設けられた吐出側逆止弁；を備えており、分岐流路は、アッパハウジングとロアハウジングのいずれか一方に形成した穴部と、この穴部に嵌合される凸筒状部と、この穴部と凸筒状部の間に形成した環状隙間に、圧縮力が径方向に生じるようにして介在させたシールリングとを含んでいることを特徴としている。

アッパハウジングは、理論的には一部材から構成することも可能であるが、樹脂材料の成形品から構成する場合、２部材から構成するのが実際的である。しかし、２部材とすると、吸入流路と吐出流路の液密性の確保構造が問題になる。本発明はアッパハウジングを２部材から構成する場合の好適な液密構造を提案する。

アッパハウジングを２部材から構成する場合の第一の態様では、アッパハウジングをダイヤフラム上に重ねられるアッパポンプ室用の凹部を有するポンプ室プレートと、このポンプ室プレートに重ねられるブラインドプレートとから構成する。そして、このポンプ室プレートとブラインドプレートとの間に、吸入ポートと吐出ポートをアッパポンプ室に連通させる、分岐流路の一部を構成する一対の板間吸入流路と板間吐出流路を形成し、この板間吸入流路と板間吐出流路は、ポンプ室プレートとブラインドプレートのいずれか一方に形成した一対の凸状部と、他方に形成したこの一対の凸状部を嵌合させる一対の凹溝部と、この一対の凸状部と凹溝部の間の一対の閉曲線隙間に、圧縮力が径方向に生じるようにして介在させた一対のシールリングとによって構成する。

また、アッパハウジングを２部材から構成する場合の第二の態様では、アッパハウジングを、ダイヤフラム上に重ねられるアッパプレートと、このアッパプレートとは別部材からなる一対の蓋プレートとから構成する。アッパプレートには、その表裏に開放させて、アッパポンプ室を形成する凹部と、吸入ポートと吐出ポートをアッパポンプ室に連通させる一対の開放吸入流路溝と開放吐出流路溝とを形成し、アッパプレートと一対の蓋プレートのいずれか一方には、開放吸入流路溝及び開放吐出流路溝に対応する凸状部を形成し、他方にはこの凸状部を嵌合させる凹溝部を形成し、この凸状部と凹溝部の間に、圧縮力が径方向に生じるようにシールリングを介在させる。

アッパハウジングを２部材から構成する場合の凸状部、凹溝部及びシールリングは長円状とするのが実際的である。

いずれのシールリングにも、アッパハウジング、ダイヤフラム及びロアハウジングの積層方向の圧縮力を作用させることなく、積層方向と直交する方向（径方向）の圧縮力を作用させることで、高い耐久性で液密性を確保することができる。

本発明によれば、４バルブダイヤフラムポンプにおいて、アッパハウジングとロアハウジングに跨って形成する流路の接続部分の液密性を高い信頼性と耐久性で確保することができる。またアッパハウジングに形成する吸入流路と吐出流路の液密性を高い信頼性と耐久性で確保することができる。

図示実施形態は、本出願人が特願２００４-１５４９９１号で原理を提案した４バルブダイヤフラムポンプに本発明を適用したものであり、図１ないし図７についてその一実施形態を説明する。本ダイヤフラムポンプは、アッパハウジング１０、ロアハウジング２０及び圧電振動子３０を有しており、全体として扁平な直方体形状をしている。アッパハウジング１０は、ブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２からなっており、これらのブラインドプレート１０１、ポンプ室プレート１０２及びロアハウジング２０はいずれも樹脂材料の成形品から構成されている。

ロアハウジング２０は、これらの成形品のうちで、最も大型で複雑な形状の扁平な直方体状部材であり、圧電振動子３０と対向する面に開かれたポンプ室形成凹部２０ａが形成され、その扁平な周囲四面のうちの一面から、一体に成形した互いに平行をなす吸入ポート３１と吐出ポート３２が突出成形されている（図１ないし図５参照）。ロアハウジング２０には、この吸入ポート３１に連通する吸入側流路２４Ｈと、吐出ポート３２に連通する吐出側流路２５Ｄとが形成されており、この吸入側流路２４Ｈと吐出側流路２５Ｄの内端部には、ポンプ室形成凹部２０ａに連通する流路拡張部２４Ｈａと２５Ｄａが形成されている。この流路拡張部２４Ｈａと２５Ｄａのポンプ室形成凹部２０ａ側端部には、弁受け凹部２４Ｈｂと２５Ｄｂとが形成されている。

この弁受け凹部２４Ｈｂと２５Ｄｂにはそれぞれ、吸込側アンブレラユニット（吸込側逆止弁ユニット）２１Ｕと吐出側アンブレラユニット（吐出側逆止弁ユニット）２２Ｕが接着固定されている。吸込側アンブレラユニット２１Ｕと吐出側アンブレラユニット２２Ｕは装着方向が異なるだけで同一構造であり、周縁部を弁受け凹部２４Ｈｂ（弁受け凹部２５Ｄｂ）との接着部２１ｂ（接着部２２ｂ）としたユニットプレート２１ａ（ユニットプレート２２ａ）の中心部に、アンブレラ装着穴２１ｃ（アンブレラ装着穴２２ｃ）を形成し、このアンブレラ装着穴２１ｃ（アンブレラ装着穴２２ｃ）の周縁に複数の流路穴２１ｄ（流路穴２２ｄ）を形成してなっている。アンブレラ装着穴２１ｃ（アンブレラ装着穴２２ｃ）に中心軸２１ｅ（中心軸２２ｅ）を装着したアンブレラ２１ｆ（アンブレラ２２ｆ）の傘部２１ｇ（傘部２２ｇ）が常時は流路穴２１ｄ（流路穴２２ｄ）を塞ぎ、傘部２１ｇ（傘部２２ｇ）に流路穴２１ｄ（流路穴２２ｄ）側から規定値以上の圧力が加わると、傘部２１ｇ（傘部２２ｇ）が弾性変形して流路穴２１ｄ（流路穴２２ｄ）を開く。吸込側アンブレラユニット２１Ｕと吐出側アンブレラユニット２２Ｕは、その表裏を逆にしてその接着部２１ｂ（２２ｂ）が弁受け凹部２４Ｈｂと２５Ｄｂに接着固定され、吸込側アンブレラユニット２１Ｕは、吸入ポート３１からポンプ室形成凹部２０ａ（ポンプ室２３）への流体流を許してその逆の流体流を許さず、吐出側アンブレラユニット２２Ｕは、ポンプ室形成凹部２０ａ（ポンプ室２３）から吐出ポート３２への流体流を許してその逆の流体流を許さない。吸込側と吐出側のアンブレラユニット２１Ｕと２２Ｕのユニットプレート２１ａと２２ａは、一枚の基板としてもよい。

以上のロアハウジング２０には、別体としての蓋体を要することなく、ロアハウジング２０単体で、吸入ポート３１とポンプ室形成凹部２０ａとの間、及び吐出ポート３２とポンプ室形成凹部２０ａとの間の閉じられた吸入側流路２４Ｈと吐出側流路２５Ｄが形成されている。ロアハウジング２０にはまた、ポンプ室形成凹部２０ａの周囲に位置させてシールリング溝２０ｂが形成されている。このシールリング溝２０ｂは、半円を超える円の一部からなる大円弧部分２０ｂ１と、該大円弧部分２０ｂ１の両端部を直線で結んだ直線部分２０ｂ２とを有する変形Ｄ型形状をなしている。

吸込側アンブレラユニット２１Ｕと吐出側アンブレラユニット２２Ｕ、すなわち弁受け凹部２４Ｈｂと２５Ｄｂ（傘部２１ｇと２２ｇ）は、圧電振動子３０の平面に対して傾斜している（非平行である）。この傾斜の方向は、吸入ポート３１（吐出ポート３２）の軸線を含み圧電振動子３０と直交する平面を考えたとき、該平面内において、吸入ポート３１（吐出ポート３２）の内端部側ほど、圧電振動子３０から離間し、手前側ほど接近する方向である。このように吸込側アンブレラユニット２１Ｕと吐出側アンブレラユニット２２Ｕを傾斜させると、吸入ポート３１と吐出ポート３２の流路断面積を犠牲にすることなく、ロアハウジング２０の薄型化を図ることができる。

すなわち、図４に示すように、弁受け凹部２４Ｈｂの表面（吸込側アンブレラユニット２１Ｕのユニットプレート２１ａ（傘部２１ｇ））と圧電振動子３０の自由状態における平面とは、非平行であって、角度αをなしている。つまり、吸込側逆止弁（吸込側アンブレラユニット２１Ｕ）での流路は圧電振動子３０と直交していない。一方、吸入ポート３１（吸入側流路２４Ｈ）の軸線は、圧電振動子３０の平面と平行である。そしてこの角度αの方向は、吸込側アンブレラユニット２１Ｕのユニットプレート２１ａ（傘部２１ｇ）が、吸入ポート３１（吸入側流路２４Ｈ）の内端部側（図４の図示左側）ほど圧電振動子３０から離れ、手前側（図４の図示右側）ほど圧電振動子３０に接近する方向である。

同様に、図５に示すように、弁受け凹部２５Ｄｂの表面（吐出側アンブレラユニット２２Ｕのユニットプレート２２ａ（傘部２２ｇ））と圧電振動子３０の自由状態における平面とは、非平行であって、角度αをなしている。つまり、吐出側逆止弁（吐出側アンブレラユニット２２Ｕ）での流路は圧電振動子３０と直交していない。一方、吐出ポート３２（吐出側流路２５Ｄ）の軸線は、圧電振動子３０の平面と平行である。そして、この角度αの方向は、吐出側アンブレラユニット２２Ｕのユニットプレート２２ａ（傘部２２ｇ）が、吐出ポート３２（吐出側流路２５Ｄ）の内端部側（図５の図示左側）ほど圧電振動子３０から離れ、手前側（図５の図示右側）ほど圧電振動子３０に接近する方向である。

ロアハウジング２０にはまた、吸入側流路２４Ｈと吐出側流路２５Ｄから分岐してポンプ室プレート１０２（アッパハウジング１０）側に開口する分岐流路２４Ｈｄと２５Ｄｄとが形成されている。ポンプ室プレート１０２には、この分岐流路２４Ｈｄと２５Ｄｄに連通する連通穴（分岐流路）４１と４２が形成されており、アッパハウジング１０を構成するブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２の間には、この連通穴４１と４２に連通する板間吸入流路１４Ｈと板間吐出流路１５Ｄが形成されている。すなわち、ポンプ室プレート１０２には、分岐流路２４Ｈｄと２５Ｄｄに嵌まる凸筒状部４１ａと４２ａが形成されており、この凸筒状部４１ａと４２ａの中心に、連通穴４１と４２が形成されている。ロアハウジング２０の分岐流路２４Ｈｄと２５Ｄｄの開口端には、凸筒状部４１ａと４２ａの外径より大径の大径段部２４Ｈｅと２５Ｄｅが形成されている。したがって、凸筒状部４１ａと４２ａが分岐流路２４Ｈｄと２５Ｄｄに嵌められると、図４及び図５に示すように、該凸筒状部４１ａ、４２ａと大径段部２４Ｈｅと２５Ｄｅとの間に環状隙間４１ｃ、４２ｃが形成される。この環状隙間４１ｃ、４２ｃには、Ｏリング（シールリング）４１ｂ、４２ｂが挿入される。

Ｏリング４１ｂ、４２ｂは、その内径が凸筒状部４１ａ、４２ａの外径よりも小さく、外径が大径段部２４Ｈｅ、２５Ｄｅよりも大きく設定されている。このため、凸筒状部４１ａ、４２ａ及び大径段部２４Ｈｅ、２５Ｄｅに密着して圧縮力が径方向に生じた状態で保持される。すなわち、Ｏリング４１ｂ、４２ｂは、分岐流路２４Ｈｄ、２５Ｄｄと、凸筒状部４１ａ、４２ａ（連通穴４１、４２）との間を液密に保持する。

また、環状隙間４１ｃ、４２ｃの積層方向の長さ（厚さ）ｄ１（図４、図５）は、Ｏリング４１ｂ、４２ｂの厚さ（断面径）よりも大きく設定されている。この長さｄ１は、一定に確保されている。すなわち、凸筒状部４１ａと４２ａが分岐流路２４Ｈｄと２５Ｄｄに挿入されると、ポンプ室プレート１０２の進入規制面４１ｄ、４２ｄとこの進入規制面４１ｄ、４２ｄに対向する当接面２４Ｈｉ、２５Ｄｉとが当接するため、凸筒状部４１ａと４２ａの挿入（進入）位置が規制される。したがって、Ｏリング４１ｂ、４２ｂはロアハウジング２０とポンプ室プレート１０２から積層方向の圧縮力を受けることはない。別言すると、ロアハウジング２０とポンプ室プレート１０２にはＯリング４１ｂ、４２ｂから積層方向に離間させようとする力はかからない。
従って、圧電振動子３０には、積層方向から全体として均一な圧縮力がかかるため、圧電振動子３０の振動も積層方向に均等に発生する。そのため、圧電振動子３０の動作を安定させることが可能となり、効率良く流体を発生させることが可能となる。

ポンプ室プレート１０２は、圧電振動子３０との対向面をポンプ室形成凹部４０ａ（図２、図４、図５）としたもので、そのほぼ中心部に、吸込側アンブレラユニット２１Ｕ、吐出側アンブレラユニット２２Ｕに対応する吸込側アンブレラ１１と吐出側アンブレラ１２が装着されている。図２には吸込側アンブレラ１１と吐出側アンブレラ１２を描いていない。すなわち、ポンプ室プレート１０２には、吸込側アンブレラユニット２１Ｕと吐出側アンブレラユニット２２Ｕに対応する上下位置に、アンブレラ装着穴１１ａと１２ａが形成され、このアンブレラ装着穴１１ａと１２ａの周縁に複数の流路穴１１ｂと１２ｂが形成されている。吸込側アンブレラ１１と吐出側アンブレラ１２は、アンブレラ装着穴１１ａ（アンブレラ装着穴１２ａ）に装着される中心軸１１ｃ（中心軸１２ｃ）と、常時は流路穴１１ｂ（流路穴１２ｂ）を塞ぐ傘部１１ｄ（傘部１２ｄ）を有しており、傘部１１ｄ（傘部１２ｄ）に流路穴１１ｂ（流路穴１２ｂ）側から規定値以上の圧力が加わると、傘部１１ｄ（傘部１２ｄ）が弾性変形して流路穴１１ｂ（流路穴１２ｂ）を開く。吸込側アンブレラ１１は、ブラインドプレート１０１側からポンプ室形成凹部４０ａ（ポンプ室１３）への流体流を許してその逆の流体流を許さず、吐出側アンブレラ１２は、ポンプ室形成凹部４０ａ（ポンプ室１３）からブラインドプレート１０１側への流体流を許してその逆の流体流を許さない。

ブラインドプレート１０１は、ロアハウジング２０に重ね合わすように、該ロアハウジング２０と実質的に同一の平面形状を有している。このブラインドプレート１０１には、ポンプ室プレート１０２との間に、連通穴４１と吸込側アンブレラ１１とを連通させる板間吸入流路１４Ｈを形成する凹部１４Ｈａと、連通穴４２と吐出側アンブレラ１２とを連通させる板間吐出流路１５Ｄを形成するための凹部１５Ｄａとが形成されている（図２、図４ないし図６参照）。この凹部１４Ｈａと１５Ｄａの周囲には、長円状Ｏリング（シールリング）１４Ｈｂと１５Ｄｂを嵌めるシールリング溝１４Ｈｃと１５Ｄｃが形成されている。ブラインドプレート１０１にはまた、ポンプ室プレート１０２を嵌入させる凹部１０ａ（図２、図６）が形成されている。

ポンプ室プレート１０２とブラインドプレート１０１にはそれぞれ、凹部１４Ｈａと１５Ｄａに長円状Ｏリング１４Ｈｂと１５Ｄｂを嵌めた状態で互いに嵌合される位置決め嵌合突起４０ｃと嵌合穴１０ｃ（図１）が形成されており、これらを嵌合後接着することで、連通穴４１から吸込側アンブレラ１１への液密の板間吸入流路１４Ｈ、吐出側アンブレラ１２から連通穴４２への液密の板間吐出流路１５Ｄが形成される。すなわち、ブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２は凹部１０ａ内に位置決め嵌合突起４０ｃを嵌めて予め一体化され、両者の間に閉じられた板間吸入流路１４Ｈと板間吐出流路１５Ｄを形成する。別言すると、板間吸入流路１４Ｈと板間吐出流路１５Ｄを形成するために、ブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２以外の蓋部材を必要としない。

ポンプ室プレート１０２には、図７に特に明らかなように、圧電振動子３０と対向するポンプ室形成凹部４０ａの周囲に、ロアハウジング２０のシールリング溝２０ｂに対応する（平面的に同一形状の）シールリング溝４０ｂが形成されている。このシールリング溝４０ｂは、半円を超える円の一部からなる大円弧部分４０ｂ１と、該大円弧部分４０ｂ１の両端部を直線で結んだ直線部分４０ｂ２とを有する変形Ｄ型形状をなしている。

圧電振動子３０は、ユニモルフ型、バイモルフ型のいずれも使用可能である。図８ないし図１０は本出願人が特願２００４-１９２４８３号で提案したバイモルフ型の一実施例の模式図であり、中心部の円形のシム１１１と、その表裏に積層形成した圧電体１１２とを備えている。シム１１１は、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ０．２ｍｍ程度のステンレス薄板から構成する。圧電体１１２は、例えば厚さ０．３ｍｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ₃）から構成されるもので、その表裏方向に分極処理が施されている。この分極処理は、シム１１１の表裏に位置する一対の圧電体１１２において互いに同一方向である。つまり、図８において、一対の圧電体１１２の分極方向を矢印ａまたはｂで表すと、シム１１１の厚さ方向に同一方向の分極処理が施されている。別言すると、シム１１１に接触する表裏の一対の圧電体１１２の分極特性がそれぞれ異極となり、一対の圧電体１１２の露出面がそれぞれ異極となっている。このように表裏の圧電体１１２の分極特性を同一方向にすると、シム１１１と、シム１１１表裏の一対の圧電体１１２の露出面との間に交互に正負電圧を与えたとき、シム１１１の変位量を増大させることができる。

一対の圧電体１１２のシム１１１側の面は、該シム１１１と全面的に導通するように接着され、シム１１１側と反対の露出面には、全面的に膜状電極１１３が形成されている。この膜状電極１１３は、例えば導電ペースト（銀ペースト）を印刷（スクリーン焼成）することで形成されている。

給電端子１８０は、一対の接触子１８１１と、この接触子１８１１間を接続する接続縁１８１２と、配線接続部１８１３とを有しており、一対の接触子１８１１と接続縁１８１２とはコ字状断面をなしている。一対の接触子１８１１は、圧電振動子３０の外側に位置する配線接続部１８１３側が幅広で、圧電振動子３０の中心部に向かって徐々に幅を狭くする平面略三角形状部を有する同一形状をなしている。つまり、接触子１８１１は、圧電振動子３０の膜状電極１１３との半田付け部１１３１の幅が最も狭く、圧電振動子３０の外方に向かって幅を広げている。

圧電振動子３０のシム１１１に形成された径方向に突出する配線接続突起１１４は、この一対の接触子１８１１の間に延びている。この配線接続突起１１４には、一対の接触子１８１１を接続する接続縁１８１２との間に隙間を確保する絶縁用凹部１１４１が形成されている。

円形をなすシム１１１の上下には、環状をなすスペーサ絶縁リング１１５が位置し、この上下一対のスペーサ絶縁リング１１５から、一対の接触子１８１１と配線接続突起１１４との間にストリップ状絶縁板材１１５１が延びていて、シム１１１と給電端子１８０との短絡を防止している。ストリップ状絶縁板材１１５１は同時に、給電端子１８０の接続縁１８１２が、シム１１１の絶縁用凹部１１４１側に移動するのを防止し、絶縁を確実にする。

シム１１１の配線接続突起１１４には、絶縁用凹部１１４１よりも圧電振動子３０の外方に位置させて、配線接続突起１１４の幅方向の両側に対称に、一対のリード線掛止凹部１１４３と１１４４が形成されており、一方のリード線掛止凹部１１４３より内方に、半田付け用貫通孔１１４５が形成されている。

給電端子１８０の配線接続部１８１３には、配線接続突起１１４の半田付け用貫通孔１１４５に対応させて、半田付け用貫通孔１８１４が形成されている。この半田付け用貫通孔１１４５と１８１４は平面位置が異なっており、それぞれ、リード線２１１と２２１が半田付けされている。半田付け用貫通孔１１４５と１８１４は半田付け強度を高め、その平面位置を異ならせることで全体の薄型化を図ることができる。またリード線２１１と２２１は、リード線掛止凹部１１４３と１１４４に掛け止められ、リード線２１１と２２１の抜止抵抗を高めている。

圧電振動子３０の表面には、ＰＰＳフィルム（絶縁性フィルム）１１６（図８）が接着されている。このＰＰＳフィルム１１６は給電端子１８０上に延びる径方向舌片１１６ａを有しており、接触子１８１１と圧電振動子３０の膜状電極１１３との離脱を防止している。

以上のシム１１１の配線接続突起１１４及び給電端子１８０回りの配線構造によれば、圧電振動子３０の動きを妨げることがなく、確実にシム１１１及び膜状電極１１３へ配線することができる。

そして、以上のように平面円形を基本形状とする圧電振動子３０は、ロアハウジング２０のポンプ室形成凹部２０ａと、ポンプ室プレート１０２のポンプ室形成凹部４０ａとの間に挟着され、その周囲上下がシールリング１６と２６によってシールされてポンプ室１３と２３を形成する。シールリング１６と２６は、ロアハウジング２０のシールリング溝２０ｂとポンプ室プレート１０２のシールリング溝４０ｂと同一形状であり、大円弧部分１６ａ（大円弧部分２６ａ）と、直線部分１６ｂ（直線部分２６ｂ）を有している。そして、圧電振動子３０の給電端子１８０は、これらのシールリング１６と２６の外側に、つまり直線部分１６ｂ（直線部分２６ｂ）の外側に位置している。このように配置すると、圧電振動子３０の圧電体１１２に対する給電端子１８０をシールリング１６と２６と交差させずにすみ、シールリング１６と２６を局部的に変形させることがないので、その耐久性を向上させることができる。

また、ロアハウジング２０と、予めポンプ室プレート１０２に一体にされているブラインドプレート１０１とは、両者の間に以上のように圧電振動子３０を挟着した状態で締結具（例えばボルトナット）によって結合され一体にされる。勿論付加的に接着剤を用いることができる。

上記構成の本ダイヤフラムポンプは、給電端子１８０とシム１１１（配線接続突起１１４）との間に交番電界を与えて圧電振動子３０を正逆に弾性変形（振動）させると、ポンプ室１３と２３のいずれか一方の容積が増大し他方の容積が減少する。ポンプ室１３の容積が増大する行程では、吸入側アンブレラ１１が開いて吸入ポート３１からポンプ室１３内に流体が流入し、同時にポンプ室２３の容積が減少するからポンプ室２３内の流体が吐出側アンブレラ（ユニット）２２を開いて吐出ポート３２に流出する。逆にポンプ室１３の容積が減少する行程では、吸入側アンブレラ（ユニット）２１が開いて吸入ポート３１からポンプ室２３内に流体が流入し、ポンプ室１３の容積が減少するからポンプ室１３内の流体が吐出側アンブレラ１２を開いて吐出ポート３２に流出する。従って、吐出ポート３２における脈動の周期を短くする（圧電振動子３０の上下の一方のみにポンプ室が形成される場合に比して半分にする）ことができる。図１１は、以上の４バルブダイヤフラムポンプの流路をスケルトンで描いたものである。

図１２〜図１４は本発明によるダイヤフラムポンプの別の実施形態を示している。この実施形態では、ブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２の間（アッパハウジング１０）に形成する板間吸入流路１４Ｈと板間吐出流路１５Ｄ回りのシール構造においても、ブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２を離間させる方向の力が加わらないようにしている。

すなわち、ブラインドプレート１０１の凹部１４Ｈａと１５Ｄａの周囲には、図１３に拡大して示すように、シールリング溝１４Ｈｃと１５Ｄｃに代えて、一対の凹溝部１０１ｂ１、１０１ｂ２が形成されている。一方、ポンプ室プレート１０２には、ブラインドプレート１０１側に突出させて、一対の凹溝部１０１ｂ１、１０１ｂ２に嵌る長円状の一対の凸状部１０２ｂ１、１０２ｂ２が形成されている。この一対の凸状部１０２ｂ１、１０２ｂ１と一対の凹溝部１０１ｂ１、１０１ｂ１を嵌合させると、両者の間に、一対の閉曲線隙間１４１ｃ、１４２ｃが形成される。この一対の閉曲線隙間１４１ｃ、１４２ｃには、シールリング１４１ｂ、１４２ｂが挿入される。このシールリング１４１ｂ、１４２ｂは、一対の閉曲線隙間１４１ｃ、１４２ｃ内に挿入されたとき、圧縮力が径方向（ブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２の平面方向）に生じる。すなわち、シールリング１４１ｂ、１４２ｂは、ブラインドプレート１０１と、ポンプ室プレート１０２との間を液密に保持する。

また、一対の閉曲線隙間１４１ｃ、１４２ｃのハウジング積層方向の長さ（厚さ）ｄ２（図１２、図１３）は、シールリング１４１ｂ、１４２ｂの厚さ（断面径）よりも大きく設定されている。この長さｄ２は、一定に確保されている。すなわち、一対の凸状部１０２ｂ１、１０２ｂ１を一対の凹溝部１０１ｂ１、１０１ｂ１に挿入すると、ポンプ室プレート１０２の進入規制面１０２ａ１、１０２ａ２は、ブラインドプレート１０１の当接面１０１ａ１、１０１ａ２に当接し、その挿入（進入）位置が規制される。したがって、シールリング１４１ｂ、１４２ｂはブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２から積層方向の圧縮力を受けることはない。別言すると、ブラインドプレート１０１とポンプ室プレート１０２には、シールリング１４１ｂ、１４２ｂから積層方向に離間させようとする力はかからない。従って、圧電振動子３０には、積層方向から全体として均一な圧縮力がかかるため、圧電振動子３０の振動も積層方向に均等に発生する。そのため、圧電振動子３０の動作を安定させることが可能となり、効率良く流体を発生させることが可能となる。

図１５〜図１７は本発明によるダイヤフラムポンプの別の実施形態を示している。この実施形態は、アッパハウジング１０を、アッパプレート１０３と一対の蓋プレート１０４Ｈ及び１０４Ｄとから構成し、このアッパプレート１０３と蓋プレート１０４Ｈの間に吸入流路１４Ｈ１を形成し、アッパプレート１０３と蓋プレート１０４Ｄとの間に吐出流路１５Ｄ１を形成した実施形態である。そして、アッパプレート１０３と蓋プレート１０４Ｈの間、及びアッパプレート１０３と蓋プレート１０４Ｄとの間のシール構造によって、両者が離れる方向の力（アッパプレート１０３と蓋プレート１０４Ｈ（蓋プレート１０４Ｄ）を離間させる方向の力）が加わらないようにしている。すなわち、アッパプレート１０３には、上面の開放された開放吸入流路溝１０３ｂ１と開放吐出流路溝１０３ｂ２とが形成されている。この開放吸入流路溝１０３ｂ１の内側端部にはアンブレラ１１が設けられ、外側端部には分岐流路４１が設けられている。図１５には図示されていないが、同様に、開放吐出流路溝１０３ｂ２の内側端部にはアンブレラ１２が設けられ、外側端部には分岐流路４２が設けられている。一方、一対の蓋プレート１０４Ｈ、１０４Ｄには、アッパプレート１０３側に突出して開放吸入流路溝１０３ｂ１と開放吐出流路溝１０３ｂ２に嵌合する凸状部１０４ｂ１、１０４ｂ２が形成されている。凸状部１０４ｂ１、１０４ｂ２を、開放吸入流路溝１０３ｂ１、開放吐出流路溝１０３ｂ２に嵌合させると、図１６に拡大して示すように、これらの間に閉曲線隙間２４１ｃ、２４２ｃが形成される。この閉曲線隙間２４１ｃ、２４２ｃには、シールリング２４１ｂ、２４２ｂが挿入され、液密な吸入流路１４Ｈ１と吐出流路１５Ｄ１が形成される。このシールリング２４１ｂ、２４２ｂは、一対の閉曲線隙間２４１ｃ、２４２ｃ内に挿入されたとき、圧縮力が径方向（一対の蓋プレート１０４Ｈ、１０４Ｄとアッパプレート１０３の平面方向）に生じる。すなわち、一対の蓋プレート１０４Ｈ、１０４Ｄとアッパプレート１０３の間を液密に保持する。

また、閉曲線隙間２４１ｃ、２４２ｃの積層方向の長さｄ３（図１５、図１６）は、シールリング２４１ｂ、２４２ｂの厚さ（断面径）よりも大きく設定されている。この長さｄ３は、一定に確保されている。すなわち、凸状部１０４ｂ１、１０４ｂ２を開放吸入流路溝１０３ｂ１、開放吐出流路溝１０３ｂ２に挿入すると、一対の蓋プレート１０４Ｈ、１０４Ｄの進入規制面１０４ａ１、１０４ａ２は、アッパプレート１０３の当接面１０３ａ１、１０３ａ２に当接し、その挿入（進入）が規制される。したがって、シールリング２４１ｂ、２４２ｂはアッパプレート１０３及び一対の蓋プレート１０４Ｈ、１０４Ｄから積層方向の圧縮力を受けることはない。別言すると、アッパプレート１０３と一対の蓋プレート１０４Ｈ、１０４Ｄには、シールリング２４１ｂ、２４２ｂから積層方向に離間させようとする力がかからない。従って、圧電振動子３０には、積層方向から全体として均一な圧縮力がかかるため、圧電振動子３０の振動も積層方向に均等に発生する。そのため、圧電振動子３０の動作を安定させることが可能となり、効率良く流体を発生させることが可能となる。

本発明は、以上の実施形態の吸入流路と吐出流路の液密性を、高い耐久性で確保するシール構造を対象とするものであり、ロアハウジング、アンブレラ、あるいは圧電振動子等は一例を示すに過ぎない。したがって、逆止弁としてアンブレラを例示したが、アンブレラ以外の逆止弁を用いることも可能であり、圧電振動子に代えて電歪振動子を用いてもよい。また本発明は、２バルブタイプ、すなわち、圧電振動子の下方にのみポンプ室を形成し、上方にはポンプ室を設けない（アンブレラを設けない）タイプにも適用できる。

本発明によるダイヤフラムポンプの一実施形態を示す分解状態の斜視図である。 同分解状態の断面図である。 ロアハウジングの平面図である。 図３のＩＶ-ＩＶ線に沿う断面図である。 図３のＶ-Ｖ線に沿う断面図である。 アッパハウジングのポンプ室プレート側の平面図である。 ポンプ室プレートのポンプ室形成凹部側の平面図である。 バイモルフ型圧電振動子の分解斜視図である。 同バイモルフ型圧電振動子と変形Ｄ型シールリングの関係を示す斜視図である。 同要部の平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用する４バルブダイヤフラムポンプのダイヤフラムの異なる振動方向での概念図である。 本発明の別の実施形態を示す、図４に対応する断面を含む斜視図である。 図１２の実施形態の要部の拡大断面図である。 図１２の実施形態のブラインドプレートを除いて描いた斜視図である。 本発明のさらに別の実施形態を示す、図４に対応する断面を含む斜視図である。 図１５の実施形態の要部の拡大断面図である。 図１５の実施形態の要部の拡大斜視図である。

符号の説明

１０ アッパハウジング
１０ａ 凹部
１０ｃ 嵌合穴
１１ １２ アンブレラ（逆止弁）
１１ａ １２ａ アンブレラ装着穴
１１ｂ １２ｂ 流路穴
１１ｃ １２ｃ 中心軸
１１ｄ １２ｄ 傘部
１３ ポンプ室（可変容積室）
１４Ｈ 板間吸入流路
１４Ｈ１ 吸入流路
１４Ｈａ 凹部
１４Ｈｂ 長円状Ｏリング（シールリング）
１４Ｈｃ シールリング溝
１５Ｄ 板間吐出流路
１５Ｄ１ 吐出流路
１５Ｄａ 凹部
１５Ｄｂ 長円状Ｏリング
１５Ｄｃ シールリング溝
１６ シールリング
１６ａ 大円弧部分
１６ｂ 直線部分
２０ ロアハウジング
２０ａ ポンプ室形成凹部
２０ｂ シールリング溝
２０ｂ１ 大円弧部分
２０ｂ２ 直線部分
２１Ｕ 吸込側アンブレラユニット（吸入側逆止弁ユニット）
２１ａ ２２ａ ユニットプレート
２１ｂ ２２ｂ 接着部
２１ｃ ２２ｃ アンブレラ装着穴
２１ｄ ２２ｄ 流路穴
２１ｅ ２２ｅ 中心軸
２１ｆ ２２ｆ アンブレラ
２１ｇ ２２ｇ 傘部
２２Ｕ 吐出側アンブレラユニット（吐出側逆止弁ユニット）
２３ ポンプ室（可変容積室）
２４Ｈ 吸入側流路
２４Ｈａ 流路拡張部
２４Ｈｂ 弁受け凹部
２４Ｈｄ 分岐流路
２４Ｈｅ 大径段部
２４Ｈｉ 当接面
２５Ｄ 吐出側流路
２５Ｄａ 流路拡張部
２５Ｄｂ 弁受け凹部
２５Ｄｄ 分岐流路
２５Ｄｅ 大径段部
２５Ｄｉ 当接面
２６ シールリング
２６ａ 大円弧部分
２６ｂ 直線部分
３０ 圧電振動子（ダイヤフラム）
３１ 吸入ポート
３２ 吐出ポート
４０ａ ポンプ室形成凹部
４０ｂ シールリング溝
４０ｂ１ 大円弧部分
４０ｂ２ 直線部分
４０ｃ 位置決め嵌合突起
４１ ４２ 連通穴（分岐流路）
４１ａ ４２ａ 凸筒状部
４１ｂ ４２ｂ シールリング
４１ｃ ４２ｃ 環状隙間
４１ｄ ４２ｄ 進入規制面
１０１ ブラインドプレート
１０１ａ１ １０１ａ２ 当接面
１０１ｂ１ １０１ｂ２ 凹溝部
１０２ ポンプ室プレート
１０２ａ１ １０２ａ２ 進入規制面
１０２ｂ１ １０２ｂ２ 凸状部
１０３ アッパプレート
１０３ａ１ １０３ａ２ 当接面
１０３ｂ１ １０３ｂ２ 開放流路溝
１０４Ｄ １０４Ｈ 蓋プレート
１０４ａ１ １０４ａ２ 進入規制面
１０４ｂ１ １０４ｂ２ 凸状部
１１１ シム
１１２ 圧電体
１４１ｂ １４２ｂ シールリング
１４１ｃ １４２ｃ 閉曲線隙間
１８０ 給電端子
２１１ ２２１ リード線
２４１ｂ ２４２ｂ シールリング
２４１ｃ ２４２ｃ 閉曲線隙間

Claims (5)

1. 順に積層したアッパハウジング、ダイヤフラム及びロアハウジング;
   上記アッパハウジングとロアハウジングのダイヤフラム対向面にそれぞれ形成され、該ダイヤフラムの上下にアッパポンプ室とロアポンプ室を画成する凹部；
   ロアハウジングに形成した、上記ロアポンプ室に連通する吸入ポートと吐出ポート；
   ロアハウジングとアッパハウジングに形成した、上記吸入ポートと吐出ポートをアッパポンプ室に連通させる分岐流路；
   上記吸入ポートとアッパポンプ室及び該吸入ポートとロアポンプ室との間にそれぞれ設けられた吸入側逆止弁と、上記吐出ポートとアッパポンプ室及び該吐出ポートとロアポンプ室との間にそれぞれ設けられた吐出側逆止弁；
   を備え、
   上記分岐流路は、アッパハウジングとロアハウジングのいずれか一方に形成した穴部と、この穴部に嵌合される凸筒状部と、この穴部と凸筒状部の間に形成した環状隙間に、圧縮力が径方向に生じるようにして介在させたシールリングとを含むことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
2. 請求項１記載のダイヤフラムポンプにおいて、アッパハウジングは、ダイヤフラム上に重ねられる上記凹部を有するポンプ室プレートと、このポンプ室プレートに重ねられるブラインドプレートとを備えていて、このポンプ室プレートとブラインドプレートとの間に、吸入ポートと吐出ポートをアッパポンプ室に連通させる、上記分岐流路の一部を構成する一対の板間吸入流路と板間吐出流路が形成されており、この板間吸入流路と板間吐出流路は、ポンプ室プレートとブラインドプレートのいずれか一方に形成した一対の凸状部と、他方に形成したこの一対の凸状部を嵌合させる一対の凹溝部と、この一対の凸状部と凹溝部の間の一対の閉曲線隙間に、圧縮力が径方向に生じるようにして介在させた一対のシールリングを備えているダイヤフラムポンプ。
3. 請求項１記載のダイヤフラムポンプにおいて、アッパハウジングは、ダイヤフラム上に重ねられるアッパプレートと、このアッパプレートとは別部材からなる一対の蓋プレートとからなっていて、このアッパプレートには、その表裏に開放させて、上記アッパポンプ室を形成する凹部と、吸入ポートと吐出ポートをアッパポンプ室に連通させる上記分岐流路の一部を構成する一対の開放吸入流路溝と開放吐出流路溝とが形成されており、上記アッパプレートと一対の蓋プレートのいずれか一方には、上記開放吸入流路溝及び開放吐出流路溝に対応する凸状部が形成され、他方にはこの凸状部を嵌合させる凹溝部が形成され、この凸状部と凹溝部の間に、圧縮力が径方向に生じるようにシールリングが介在しているダイヤフラムポンプ。
4. 請求項２または３記載のダイヤフラムポンプにおいて、上記凸状部、凹溝部及びシールリングは長円状をなしているダイヤフラムポンプ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載のダイヤフラムポンプにおいて、いずれのシールリングにも、アッパハウジング、ダイヤフラム及びロアハウジングの積層方向の圧縮力が作用しないダイヤフラムポンプ。
   

Images