JP2009250207A - マイクロポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく安定した液送を行うことが可能なマイクロポンプを提供する。
【解決手段】マイクロポンプ１００は、ポンプ室１１０と、外部からポンプ室１１０に液体１０２を吸入するための吸入口３１０と、ポンプ室１１０の内部からポンプ室１１０の外部に液体１０２を吐出する吐出口３２０と、ポンプ室１１０の容積を変化させるための振動板２１０とを備え、ポンプ室１１０は、振動板２１０と、振動板２１０に対向するバルブシート３００の下面３０９と、周壁面とによって形成され、さらに、バルブシート３００の下面３０９と振動板２１０との間に挟まれたゴムパッキン７０１とを備え、ゴムパッキン７０１は、弾性体によって形成されて、ポンプ室１１０の周壁面を形成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的にはマイクロポンプに関し、特定的には微小な流量を吐出するマイクロポンプに関する。

従来、微量の液体を吐出するマイクロポンプには、毎秒１〜２００μＬ程度の液送を行なうものがある。マイクロポンプは、ある程度の流量を確保するように設計される。マイクロポンプを駆動する振動板に用いられる圧電素子のサイズとしては、一般に、直径２０ｍｍ程度以上のものが多く用いられている。電源としては、多くの場合、商用交流電源が使用されている。このようなマイクロポンプの実際の商品の例では、マイクロポンプは、６０Ｈｚ駆動で、１分間あたり３６ｍＬ（ミリリットル）程度（交流電圧の一周期当たり１０μＬ（マイクロリットル）程度）の流量を持つことになる。このようなマイクロポンプは各分野で使用されているが、医療や芳香の分野等において微量な薬品を扱う場合には、管理すべき流量はさらに少なくなり、１μＬ単位の流量を制御することが要求される。そのため、さらにポンプのサイズや振動板を小型化し、超低流量で、かつ、安定した流量を実現することができるポンプが必要となっている。

このようなマイクロポンプとしては、例えば、特開２００５−９１３２６号公報（特許文献１）には、圧電素子を振動させてポンプ室の容積を変化させて、ポンプ部、縮径流路、連絡流路、拡径流路が接続された流路内において液体を循環させる循環送液装置が記載されている。

また、特開２０００−２４９０７４号公報（特許文献２）には、圧電素子を振動させてポンプ室の容積を変化させて、吸入バルブを介して液体をポンプ室内に液体を吸入し、吐出バルブを介して液体をポンプ室から外部に吐出するマイクロポンプが記載されている。

これらのマイクロポンプにおいては、圧電素子の振幅が小さくても液送を行なうことができるように、ポンプ室内において吸入口と吐出口とを接続する流路の径は１ｍｍ以下に形成されている。
特開２００５−９１３２６号公報 特開２０００−２４９０７４号公報

しかしながら、特開２００５−９１３２６号公報（特許文献１）に記載の循環送液装置や、特開２０００−２４９０７４号公報（特許文献２）に記載のマイクロポンプでは、圧電素子の振幅が大きい場合には、圧電素子が振動するときに、ポンプ室、すなわち、流路から液体が漏れ出てしまう。流路の外、たとえば、流路の外側に配置されているＯリングの付近まで液体が漏れてしまう場合には、マイクロポンプは液送を行なうためにポンプ室の容積よりも多く液体を吸入、吐出しなければならないので、液送の効率が落ちる。また、液体が漏れることによって液体の流路が定まらないので、大きな乱流が発生し、安定した液送ができなくなる。

そこで、この発明の目的は、効率よく安定した液送を行うことが可能なマイクロポンプを提供することである。

この発明に従ったマイクロポンプは、ポンプ室と、外部からポンプ室に液体を吸入するための吸入口と、ポンプ室の内部からポンプ室の外部に液体を吐出する吐出口と、ポンプ室の容積を変化させるための振動板とを備え、ポンプ室は、振動板と、振動板に対向する対向壁面と、周壁面とによって形成され、さらに、対向壁面と振動板との間に挟まれた介在部材とを備え、介在部材は、弾性体によって形成されて、ポンプ室の周壁面を形成している。

介在部材は、振動板と対向壁面との間に挟まれて、ポンプ室の周壁面を形成している。介在部材は弾性体によって形成されているので、振動板がポンプ室の容積を変化させるように振動しても、介在部材は振動板に接触したままで、振動板の振動に応じて弾性変形する。そのため、振動板が振動すると、液体は介在部材によって形成される周壁面の内側を流通し、ポンプ室の外部に漏れにくくなる。液体が周壁面の内側のみを流通するので、ポンプ室内への液体の吸込み量を最小限にすることができる。

このようにすることにより、効率よく安定した液送を行うことが可能なマイクロポンプを提供することができる。

また、振動板の振幅が必要以上に大きくなる場合であっても、介在部材が振動板と対向壁面との間に挟まれていることによって、大きく振動した振動板が対向壁面に当たることを防ぐことができる。振動板が大きく振動して対向壁面に当たり、大きな音が鳴ったり、振動板や対向壁面が破損したりすることを防ぐことができる。

この発明に従ったマイクロポンプは、吸入口において液体の流れを調節するための吸入側逆止弁と、吐出口において液体の流れを調節するための吐出側逆止弁とを備えることが好ましい。

このようにすることにより、液体の流量の制御をすることが容易になる。また、液送を安定させることができる。

この発明に従ったマイクロポンプにおいては、介在部材は、発泡材料によって形成されていることが好ましい。

このようにすることにより、介在部材が軟らかく形成されるので、介在部材によって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることができる。介在部材によって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることによって、介在部材が振動板の動作に与える影響を低減して、安定した液送を行うことができる。

この発明に従ったマイクロポンプにおいては、介在部材は、シート形状であることが好ましい。

このようにすることにより、介在部材が変形しやすくなるので、介在部材によって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることができる。介在部材によって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることによって、介在部材が振動板の動作に与える影響を低減して、安定した液送を行うことができる。

この発明に従ったマイクロポンプにおいては、介在部材は、屈曲部を有することが好ましい。

このようにすることにより、介在部材が変形しやすくなるので、介在部材によって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることができる。介在部材によって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることによって、介在部材が振動板の動作に与える影響を低減して、安定した液送を行うことができる。

この発明に従ったマイクロポンプは、流路の内部に配置される板状の整流部材を備え、整流部材は、板状の面が液体の流れを仕切るように配置されていることが好ましい。

このようにすることにより、吸入口から吐出口に向かって流通する液体において、吐出口の付近で乱流が発生しにくくなる。乱流の発生を防ぐことによって、液送を安定させることができる。

この発明に従ったマイクロポンプにおいては、整流部材は、吸入口側において高さが高く、吐出口側において高さが低くなるように傾斜面が形成され、吸入口側において角部を丸めて形成されていることが好ましい。

このようにすることにより、吸入口から吐出口に向かって流通する液体は、整流部材に接触するとき、整流部材において角部が丸められた部分に最初に接触するので、液体は整流部材に沿って滑らかに流れやすく、整流部材の付近に渦が発生しにくくなる。また、整流部材において吸入口側から吐出口側に向けて、すなわち、液体の流れの上流側から下流側に向けて傾斜面が形成されていることによって、整流部材から液体が離れるときにも渦が発生しにくくなる。整流部材の付近に渦が発生しにくくなることによって、液送をより安定させることができる。

以上のように、この発明によれば、効率よく液送を行うことが可能なマイクロポンプを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態として、マイクロポンプの全体を示す断面図である。

図１に示すように、マイクロポンプ１００は、液タンク１０１と、ポンプ室１１０と、バルブシート３００と、振動板側ケース２１２と、バルブシート３００と振動板側ケース２１２との間に挟まれる振動板２１０と、バルブシート３００の下面３０９と振動板２１０との間に挟まれる介在部材としてゴムパッキン７０１と、吸入側逆止弁５００と、吐出側逆止弁６００とを備える。ゴムパッキン７０１は、断面形状がほぼ円形で、弾性体としてゴム等の樹脂素材によって形成されている。ゴムパッキン７０１の硬度は、４０以下であることが好ましい。硬度は、ジュロメータ硬さで表した硬度である。バルブシート３００の下面３０９は、振動板２１０に対向する対向壁面の一例である。

振動板２１０は、ポンプ室１１０の容積を変化させる。バルブシート３００には、外部からポンプ室１１０に液体を吸入するための吸入口３１０と、吸入口３１０を閉塞または開放可能に吸入側逆止弁５００を配置するための吸入側弁座３３０と、ポンプ室１１０の内部からポンプ室１１０の外部の吐出管２０２に液体を吐出するための吐出口３２０と、吐出口３２０を閉塞または開放可能に吐出側逆止弁６００を配置するための吐出側弁座４００が形成されている。吸入口３１０と吐出口３２０は、それぞれ複数、形成されている。

吸入側逆止弁５００を介して液体が吸入され、吐出側逆止弁６００を介して液体が吐出されるまでの空間がポンプ室１１０である。吸入側逆止弁５００と吐出側逆止弁６００は、それぞれ、バルブシート３００に形成された吸入側弁座３３０と吐出側弁座４００に取り付けられている。ポンプ室１１０の底面は振動板２１０によって形成されている。バルブシート３００と振動板２１０は、それぞれ、液体が流れる流路１１１の上面側の壁と下面側の壁を形成している。振動板２１０の端部は、バルブシート３００と振動板側ケース２１２との間に挿入されて固定されている。

図２は、圧電素子が接着された振動板の全体を示す側面図（Ａ）と上面図（Ｂ）である。

図１と図２に示すように、振動板２１０の下面には、圧電素子２１１が接着されている。振動板２１０と圧電素子２１１は、どちらも円形状に形成されている。振動板２１０は、銅などによって形成されている。

図１に示すように、圧電素子２１１の下部には、空間が設けられ、圧電素子２１１は上下に振動することができる。バルブシート３００の上部には、吸入吐出側ケース（ＩＯプレート）２００が取り付けられており、吸入吐出側ケース２００の内部に吐出管２０２が形成されている。バルブシート３００と吸入吐出側ケース２００との間には８の字Ｏリング１０３が配置されて密閉され、バルブシート３００と振動板側ケース（バックプレート）２１２との間にはＯリング１０４が配置されて密閉されている。Ｏリング１０４は、バルブシート３００の下面３０９に形成された凹部３０２にはめ込まれている。吸入吐出側ケース２００とバルブシート３００、バルブシート３００と振動板側ケース２１２は、それぞれ、ねじ等で互いに密接するようにして固定されている。

図３は、図１のマイクロポンプに組み込まれたバルブシートを上方向から見た図（Ａ）と、下方向から見た図（Ｂ）である。

図１と図３に示すように、バルブシート３００の下面３０９においては、Ｏリング１０４をはめ込むための凹部３０２の内周よりも内側に、ゴムパッキン７０１をはめ込むための凹部３０１が形成されている。ゴムパッキン７０１は、凹部３０１にはめ込まれて、バルブシート３００と振動板２１０との間に挟まれる。ゴムパッキン７０１は、ポンプ室１１０内において液体１０２が流通するための流路１１１の周壁面を形成する。

ゴムパッキン７０１の径は、Ｏリング１０４の径よりも小さい。また、ゴムパッキン７０１がはめ込まれる凹部３０１は、Ｏリング１０４がはめ込まれる凹部３０２よりも、窪みが浅く形成されている。ゴムパッキン７０１とＯリング１０４がバルブシート３００と振動板２１０の間に挟まれ、振動板２１０がバルブシート３００と振動板側ケース２１２の間に挟まれて固定されると、ゴムパッキン７０１とＯリング１０４は弾性変形する。ゴムパッキン７０１の変形量は、Ｏリング１０４の変形量と比較すると、小さい。このように、ゴムパッキン７０１の変形量が小さいので、ゴムパッキン７０１は振動板２１０の動作に大きな影響を与えにくい。

図４は、ゴムパッキンの形状の例を示す図である。

図３の（Ｂ）と図４の（Ａ）に示すように、第１実施形態においては亜鈴型のゴムパッキン７０１を用いている。亜鈴型のゴムパッキン７０１を用いることによって、液体が流通する流路１１１を最小限の大きさに形成することができる。ゴムパッキンは、この形状の他に、図４の（Ｂ）に示すように、円形の中央部を緩く絞ったような平面形状のゴムパッキン７０１ａであってもよい。ゴムパッキン７０１ａを用いることによって、吸入口３１０から吐出口３２０まで流通する液体を滑らかに送出することができる。また、図４の（Ｃ）に示すように、角部が丸められた長方形状のゴムパッキン７０１ｂであってもよい。ゴムパッキン７０１ｂを用いることによって、ゴムパッキン７０１ｂを簡単に形成することができる。また、図４の（Ｄ）に示すように、円形と涙型の形状が連結されたような非対称の形状のゴムパッキン７０１ｃであってもよい。ゴムパッキン７０１ｃを用いることによって、吸入口３１０から吐出口３２０に向かって流通する液体の流量を調整することができる。

図１に示すように、吸入側逆止弁５００と吐出側逆止弁６００は、弁の軸を含む縦断面が、相対的に断面積が大きい頭部と相対的に断面積が小さい脚部を有し、開いた傘のような形状をしている。

吸入側逆止弁５００は、扁平な頭部５０１を下に向け、棒状の脚部５０２を上に向けて、脚部５０２がバルブシート３００に取り付けられていることによってポンプ室１１０に組み込まれている。脚部５０２は、先端がほぼ平らであり、バルブシート３００に形成された凹部３３２に受容されて保持されている。吸入側逆止弁５００の頭部５０１の頂部５０３は、頭部５０１から突出して形成された突起であり、振動板２１０に接している。吸入側逆止弁５００は、ゴム等の樹脂素材によって形成されている。

吐出側逆止弁６００は、扁平な頭部６０１を上に向け、棒状の脚部６０２を下に向けて、脚部６０２がバルブシート３００に取り付けられていることによって、ポンプ室１１０に組み込まれている。脚部６０２は、先端がほぼ平らであり、バルブシート３００に形成された吐出側弁座４００の凹部４０２に受容されて保持されている。吐出側逆止弁６００の頭部６０１の頂部６０３は、吐出管２０２の壁部を形成する吸入吐出側ケース２００の内壁に形成された突起２０１に接している。吐出側逆止弁６００は、ゴム等の樹脂素材によって形成されている。

この実施の形態では、例えば、吐出側逆止弁６００の直径は５．５ｍｍ、厚さは０．３〜０．５ｍｍとし、圧電素子２１１としては、直径が１７ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの圧電素子２１１を用い、この圧電素子２１１を、直径２４ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍの銅板等によって形成される振動板２１０に接着して、マイクロポンプ１００に組み込む。マイクロポンプ１００の長さは３０ｍｍ、幅は３０ｍｍ、高さは１０ｍｍとする。このようなマイクロポンプ１００の液送量は、１〜２００μＬ／秒程度の微小な液送量となる。

ポンプ室１１０の上部には、液タンク１０１が配置されており、液タンク１０１の内部には液体１０２が貯留されている。液タンク１０１の下部と吸入吐出側ケース２００の上部は開口部１０５によって連結されており、液体１０２は開口部１０５を通って吸入口３１０に入る。

圧電素子２１１に交流電圧を印加することによって、交流電圧の周波数に対応する周波数で圧電素子２１１が振動する。この圧電素子２１１の振動と連動して、圧電素子２１１に接着されている振動板２１０が振動し、ポンプ室１１０の容積を変化させる。振動板２１０が上下どちらにも変位していないときには、吸入側逆止弁５００の頭部５０１が吸入口３１０を閉じ、吐出側逆止弁６００の頭部６０１が吐出口３２０を閉じている。

図５は、この発明の第１実施形態のマイクロポンプに用いられる突起（Ａ）と、吐出側逆止弁（Ｂ）と、吐出側弁座の上面（Ｃ）を示す図である。

図５の（Ａ）に示すように、吐出管２０２（図１）の壁部を形成する吸入吐出側ケース２００（図１）の内壁に形成された突起２０１は、円柱状の部分と円錐台状の部分とを有し、円柱の下面と円錐台の上面を互いに接合した形状である。突起２０１の円錐台状の部分においては、円柱と接合している上面の径が相対的に大きく、下面の径が相対的に小さい。吐出側逆止弁６００がマイクロポンプに組み込まれると、突起２０１の下面が吐出側逆止弁６００の頂部６０３を押圧する。

図５の（Ｂ）に示すように、吐出側逆止弁６００は、扁平な頭部６０１と棒状の脚部６０２を有し、頂部６０３を含む頭部６０１の上面は平らである。

図５の（Ｃ）に示すように、吐出側弁座４００には、吐出側逆止弁６００の脚部６０２を受容するための凹部４０２と、凹部４０２を取り囲むようにして複数の吐出口３２０が形成されている。

図６は、この発明の第１実施形態のマイクロポンプに用いられる吐出側逆止弁と吐出側逆止弁の周辺の断面を示す断面図である。図６の（Ａ）は、吐出側逆止弁が吐出側弁座に挿入される前の状態を示し、図６の（Ｂ）は、吐出側逆止弁が吐出側弁座に挿入されてバルブシートに組み込まれた状態を示す。

図６の（Ａ）に示すように、吐出側逆止弁６００は、扁平な頭部６０１と棒状の脚部６０２を有し、頂部６０３を含む頭部６０１の上面は平らである。吐出側弁座４００は、バルブシート３００（図１）内に形成されており、吐出側逆止弁６００の脚部６０２を受容するための凹部４０２を有する。吐出側弁座４００の上面には、凹面４０１が形成されている。凹面４０１は、吐出側逆止弁６００の脚部６０２を受容するための凹部４０２側で凹んだ球の内面のような傾斜に形成されている。

図６の（Ｂ）に示すように、吐出側逆止弁６００の脚部６０２が吐出側弁座４００の凹部４０２に上方から挿入されて、吐出側逆止弁６００が吐出側弁座４００に組み込まれる。また、吐出管２０２（図１）の内壁に形成された突起２０１が、吐出側逆止弁６００の頂部６０３を上方から押圧するようにして、吐出側逆止弁６００を固定している。このようにすることにより、吐出側逆止弁６００の頭部６０１が弾性変形し、頭部６０１においては、吐出側弁座４００の上面に形成された凹面４０１に沿って、吐出管２０２の突起２０１側に凹面が形成され、吐出側弁座４００側に脚部６０２を中心にして凸面が形成されて、頭部６０１の周辺部は、吐出側弁座４００に密着する。

この実施形態のマイクロポンプ１００においては、図１に示すように、吸入側弁座３３０も吐出側弁座４００と同様に、バルブシート３００内に形成されており、吸入側逆止弁５００の脚部５０２を受容するための凹部３３２を有する。吸入側弁座３３０の下面には、吸入側逆止弁５００の頭部５０１の上面が接するための凹面３３１が形成されている。凹面３３１は、吸入側逆止弁５００の脚部５０２を受容するための凹部３３２側で凹んだ球の内面のような傾斜に形成されている。吸入側弁座３３０には、吸入側逆止弁５００の脚部５０２を受容するための凹部３３２を取り囲むようにして複数の吸入口３１０が形成されている。また、吸入側逆止弁５００は、扁平な頭部５０１と棒状の脚部５０２を有し、頭部５０１の上面の頂部５０３は突出した突起状に形成されている。吸入側逆止弁５００の脚部５０２が吸入側弁座３３０の凹部３３２に下方から挿入されて、吸入側逆止弁５００が吸入側弁座３３０に組み込まれる。また、振動板２１０が、吸入側逆止弁５００の頂部５０３を下方から押圧するようにして、吸入側逆止弁５００を固定している。このようにすることにより、吸入側逆止弁５００の頭部５０１が弾性変形し、頭部５０１においては、吸入側弁座３３０の下面に形成された凹面３３１に沿って、振動板２１０側に頂部５０３を中心にして凹面が形成され、吸入側弁座３３０側に脚部５０２を中心にして凸面が形成されて、頭部５０１の周辺部は、吸入側弁座３３０に密着する。

図７は、この発明の一つの実施の形態として、振動板を振動させてポンプ室の容積を変化させたときのマイクロポンプの動作を順に示す図である。

まず、図７（Ａ）は、ポンプ室内に液体を吸入するときのマイクロポンプのポンプ室周辺を示す断面図である。

図７（Ａ）に示すように、振動板２１０が下方向に変位すると、ポンプ室１１０の容積が大きくなる。ポンプ室１１０の容積が大きくなると、吸入側逆止弁５００の頭部５０１と吸入口３１０との間に隙間ができて、液タンク１０１に溜められている液体１０２（図１）がポンプ室１１０内に流入する。このとき、吐出側逆止弁６００の頭部６０１によって吐出口３２０はふさがれており、ポンプ室１１０内に流入した液体が吐出口３２０から流出することはない。

吸入口３１０からポンプ室１１０内に流入した液体は、ゴムパッキン７０１によって形成された流路１１１内を吐出口３２０に向かって流れる。ゴムパッキン７０１は、振動板２１０が変位していないときには若干、圧縮するように弾性変形しているので、振動板２１０が下方向に変位すると、もとの形状に戻る。振動板２１０の振幅は１０〜１００μｍと小さいので、振動板２１０が下方向に変位しても、ゴムパッキン７０１は振動板２１０に接触しており、液体はゴムパッキン７０１よりも外側に漏れにくい。液体がゴムパッキン７０１よりも外側に漏れ出たとしても、漏れ出るのは微小な量であり、マイクロポンプ１００の液送の効率にはほとんど影響しない。

次に、図７（Ｂ）は、ポンプ室内に吸入した液体を外部に吐出するときのマイクロポンプのポンプ室周辺を示す断面図である。

図７（Ｂ）に示すように、振動板２１０が上方向に変位すると、ポンプ室１１０の容積が小さくなる。ポンプ室１１０の容積が小さくなると、吸入側逆止弁５００の頭部５０１と吸入口３１０との間の隙間がふさがれて、液タンク１０１からポンプ室１１０には液体が流入しない。一方、吐出側逆止弁６００と吐出口３２０との間に隙間ができて、ポンプ室１１０内の液体が吐出口３２０から吐出管２０２に流出し、吐出端２０３を通って外部に吐出される。

振動板２１０が上方向に変位すると、ゴムパッキン７０１は振動板２１０によって押圧されて、弾性変形する。振動板２１０とバルブシート３００の下面３０９との間にゴムパッキン７０１が挟まれているので、振動板２１０は、上方向に変位してもバルブシート３００に衝突しにくくなる。

液体がポンプ室１１０の内部に吸い込まれたときにゴムパッキン７０１の外側に漏れ出た液体がある場合には、漏れ出た液体は、液体が吐出口３２０から吐出されるように振動板２１０が上方向に変位するときに、ゴムパッキン７０１の内側に戻される。

マイクロポンプ１００は、図１に示すように振動板２１０の変位がない状態と、図７（Ａ）に示すようにポンプ室１１０の容積を大きくする方向に振動板２１０が変位している状態と、図７（Ｂ）に示すようにポンプ室１１０の容積を小さくする方向に振動板２１０が変位している状態と、を繰り返すことによって、液タンク１０１内の液体１０２をポンプ室１１０内に吸入し、外部に吐出する。

ここまでの例では、振動板２１０の変位が０の状態（図１）から、振動板２１０がポンプ室１１０の容積を大きくする方向に変位した状態（図７（Ａ））に変化し、振動板２１０の変位が０の状態（図１）に戻り、続いて振動板２１０がポンプ室１１０の容積を小さくする方向に変位した状態（図７（Ｂ））に変化し、振動板２１０の変位が０の状態（図１）に戻るまでの一連の動作の場合、すなわち１サイクル動作の場合を示したが、振動板２１０の変位が０の状態（図１）から、振動板２１０がポンプ室１１０の容積を大きくする方向に変位した状態（図７（Ａ））に変化し、振動板２１０の変位が０の状態（図１）に戻る動作、すなわち半サイクル動作でも、マイクロポンプ１００による液体の吸入と吐出が可能である。この場合は、１サイクルの半分程度の吐出量となる。同様に振動板２１０の変位が０の状態（図１）から、振動板２１０がポンプ室１１０の容積を小さくする方向に変位した状態（図７（Ｂ））に変化し、振動板２１０の変位が０の状態（図１）に戻る動作、すなわち半サイクル動作でも、マイクロポンプ１００による液体の吸入と吐出が可能であり、この場合も１サイクル動作の半分程度の吐出量となる。

このように、液体がゴムパッキン７０１とバルブシート３００と振動板２１０によって囲まれた流路１１１内だけを移動するので、マイクロポンプ１００の液送効率を向上させることができる。また、このようにゴムパッキン７０１で流路１１１の周壁面を形成し、液体の移動を最小限に抑えることによって、乱流の発生を抑えることができる。乱流の発生を抑えることによって、安定した液送を行なうことができる。

以上のように、マイクロポンプ１００は、ポンプ室１１０と、外部からポンプ室１１０に液体１０２を吸入するための吸入口３１０と、ポンプ室１１０の内部からポンプ室１１０の外部に液体１０２を吐出する吐出口３２０と、ポンプ室１１０の容積を変化させるための振動板２１０とを備え、ポンプ室１１０は、振動板２１０と、振動板２１０に対向するバルブシート３００の下面３０９と、周壁面とによって形成され、さらに、バルブシート３００の下面３０９と振動板２１０との間に挟まれたゴムパッキン７０１とを備え、ゴムパッキン７０１は、弾性体によって形成されて、ポンプ室１１０の周壁面を形成している。

ゴムパッキン７０１は、振動板２１０とバルブシート３００の下面３０９との間に挟まれて、ポンプ室１１０の周壁面を形成している。ゴムパッキン７０１は弾性体によって形成されているので、振動板２１０がポンプ室１１０の容積を変化させるように振動しても、ゴムパッキン７０１は振動板２１０に接触したままで、振動板２１０の振動に応じて弾性変形する。そのため、振動板２１０が振動すると、液体１０２はゴムパッキン７０１によって形成される周壁面の内側を流通し、ポンプ室１１０の外部に漏れにくくなる。液体１０２が周壁面の内側のみを流通するので、ポンプ室１１０内への液体１０２の吸込み量を最小限にすることができる。

このようにすることにより、効率よく安定した液送を行うことが可能なマイクロポンプ１００を提供することができる。

また、振動板２１０の振幅が必要以上に大きくなる場合であっても、ゴムパッキン７０１が振動板２１０とバルブシート３００の下面３０９との間に挟まれていることによって、大きく振動した振動板２１０がバルブシート３００の下面３０９に当たることを防ぐことができる。振動板２１０が大きく振動してバルブシート３００の下面３０９に当たり、大きな音が鳴ったり、振動板２１０やバルブシート３００の下面３０９が破損したりすることを防ぐことができる。

また、マイクロポンプ１００は、吸入口３１０において液体１０２の流れを調節するための吸入側逆止弁５００と、吐出口３２０において液体１０２の流れを調節するための吐出側逆止弁６００とを備える。

このようにすることにより、液体１０２の流量の制御をすることが容易になる。また、液送を安定させることができる。

（第２実施形態）
この発明の第２実施形態のマイクロポンプが第１実施形態のマイクロポンプと異なる点としては、介在部材としてゴムパッキン７０１（図１）が発泡材料によって形成されている。発泡材料によって形成されたゴムパッキン７０１は、内部に泡が含まれるので、軟らかく形成される。

以上のように、第２実施形態のマイクロポンプにおいては、ゴムパッキン７０１は、発泡材料によって形成されている。

このようにすることにより、ゴムパッキンが軟らかく形成されるので、ゴムパッキンによって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることができる。ゴムパッキンによって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることによって、ゴムパッキンが振動板の動作に与える影響を低減して、安定した液送を行うことができる。

第２実施形態のマイクロポンプのその他の構成と効果は、第１実施形態のマイクロポンプと同様である。

（第３実施形態）
図８は、この発明の第３実施形態として、マイクロポンプのポンプ室とポンプ室の周辺部分とを示す断面図である。図９は、バルブシートとゴムパッキンの下面を示す斜視図（Ａ）とゴムパッキンの全体を示す斜視図（Ｂ）である。

図８と図９に示すように、第３実施形態のマイクロポンプが第１実施形態のマイクロポンプと異なる点としては、介在部材としてゴムパッキン７０２がシート状に形成されている。シート状のゴムパッキン７０２は、流路１１１の周壁面を形成する厚み方向が、バルブシート３００と振動板２１０とに挟まれる方向、すなわち、高さ方向よりも薄く形成されている。シート状のゴムパッキン７０２の上端部はバルブシート３００の下面３０９に形成された凹部３０１にはめ込まれている。ゴムパッキン７０２の下端部は、振動板２１０に変位がない状態では振動板２１０に接している。振動板２１０が上下に変位すると、ゴムパッキン７０２は、下端部が振動板２１０に接触したままで弾性変形する。振動板２１０の変位は１０〜１００μｍと非常に小さいので、振動板２１０が上方向に変位しても、ゴムパッキン７０２が大きく曲がることはない。

以上のように、第３実施形態のマイクロポンプにおいては、ゴムパッキン７０２は、シート形状である。

このようにすることにより、ゴムパッキン７０２が変形しやすくなるので、ゴムパッキン７０２によって振動板２１０にかけられる圧力を比較的小さくすることができる。ゴムパッキン７０２によって振動板２１０にかけられる圧力を比較的小さくすることによって、ゴムパッキン７０２が振動板２１０の動作に与える影響を低減して、安定した液送を行うことができる。

第３実施形態のマイクロポンプのその他の構成と効果は、第１実施形態のマイクロポンプと同様である。

（第４実施形態）
図１０は、この発明の第４実施形態のマイクロポンプが備えるゴムパッキンの全体を示す図（Ａ）と断面を示す断面図（Ｂ）である。

図１０に示すように、第４実施形態のマイクロポンプが第１実施形態のマイクロポンプと異なる点としては、介在部材としてゴムパッキン７０３が屈曲部７０３ｘを有する。屈曲部７０３ｘは、ゴムパッキン７０３が蛇腹状に折り畳まれて形成される。ゴムパッキン７０３の上端部７０３ｙがバルブシート３００（図１）の下面３０９に形成された凹部にはめ込まれて、下端部７０３ｚが振動板２１０（図１）に接する。ゴムパッキン７０３は、圧力が加えられると、屈曲部７０３ｘが上下方向に伸縮する。振動板２１０が上下方向に振動すると、ゴムパッキン７０３は振動板２１０の振動に追従するように変形する。

図１１は、第４実施形態のマイクロポンプが備えるゴムパッキンの別の形状を示す図である。図１１の（Ａ）はゴムパッキンの全体を示す図であり、図１１の（Ｂ）はゴムパッキンの断面を示す図である。

図１１に示すようにゴムパッキン７０３ａには、屈曲部７０３ｘが１段だけ形成されている。このように、ゴムパッキン７０３ａのように屈曲部７０３ｘが１段だけ形成されていてもよいし、ゴムパッキン７０３のように複数段の屈曲部７０３ｘが形成されていてもよい。

以上のように、第４実施形態のマイクロポンプにおいては、ゴムパッキン７０３，７０３ａは、屈曲部７０３ｘを有する。

このようにすることにより、ゴムパッキン７０３，７０３ａが変形しやすくなるので、ゴムパッキン７０３，７０３ａによって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることができる。ゴムパッキン７０３，７０３ａによって振動板にかけられる圧力を比較的小さくすることによって、ゴムパッキン７０３，７０３ａが振動板の動作に与える影響を低減して、安定した液送を行うことができる。

第４実施形態のマイクロポンプのその他の構成と効果は、第１実施形態のマイクロポンプと同様である。

（第５実施形態）
図１２は、この発明の第５実施形態として、マイクロポンプのバルブシートの下面を示す斜視図（Ａ）と、図１２の（Ａ）に示すバルブシートをＢ−Ｂ線の方向から見たときの断面を示す断面図（Ｂ）と、図１２の（Ａ）に示すバルブシートの整流部材を矢印Ｃの方向から見たときの側面図（Ｃ）である。図中に二点鎖線で示す矢印は、液体の流れを示す。

図１２に示すように、第５実施形態のマイクロポンプが第１実施形態のマイクロポンプと異なる点としては、ゴムパッキン７０４の内側に複数の整流部材８００が配置されている。整流部材８００は、板状のゴムシートによって形成されている。それぞれの整流部材８００の厚みは、０．２ｍｍ以下であるように形成されている。また、整流部材８００の硬度は４０以下である。硬度は、ジュロメータ硬さで表した硬度である。整流部材８００は、吸入口３１０から吐出口３２０までの間を流れる液体の流れを、板状の面で流れ方向に沿って仕切るように、配置されている。

整流部材８００の上端部は、バルブシート３００の下面３０９に形成されている凹部３０３にはめ込まれている。整流部材８００の下端部は、振動板２１０の上面に接している。

図１２の（Ｃ）に示すように、整流部材８００は、液体の流れの上流側で角部が丸く形成されたアール部８００ｒを有する。また、上流側から下流側に向かって、滑らかな傾斜面８００ｓが形成されている。この実施の形態においては、傾斜面８００ｓと水平面とがなす角度αは、１０°以下であるように形成されている。

図１３は、第５実施形態のマイクロポンプのゴムパッキンと整流部材の別の形状を示す図である。

図１３に示すように、ゴムパッキン７０５によって形成される流路１１１の形状は、吸入口３１０から吐出口３２０に向かって、一旦絞られた後、徐々に広がっている形状でああってもよい。

また、第５実施形態のマイクロポンプが備えるゴムパッキンは、第３実施形態のマイクロポンプが備えるゴムパッキン７０２のようにシート状に形成されていてもよく、第４実施形態のマイクロポンプが備えるゴムパッキン７０３のように屈曲部を有していてもよい。

図１２から図１３に示すように、振動板２１０が上下方向に変位すると、ゴムパッキン７０４、ゴムパッキン７０５と整流部材８００は、振動板２１０の振動に追従するように上下方向にわずかに変形する。整流部材８００は、非常に薄く、また、軟らかいので、振動板２１０の振動に追従するようにわずかに変形し、振動板２１０の動作を妨げにくい。また、振動板２１０の振幅は小さいので、整流部材８００は、アール部８００ｒと傾斜面８００ｓの形状を維持したままで、わずかに変形する。

振動板２１０が上下方向に振動することによって吸入口３１０から吐出口３２０に向かって液送が行なわれると、液体は、整流部材８００によって幅が狭められた流路１１１を流通する。液体は、吸入口３１０から整流部材８００に向かって流れて、整流部材８００に接するときに整流される。このようにして、整流部材８００を通過して吐出口３２０の付近に流れ出てくる液体には乱流が発生しにくくなる。整流された液体は、滑らかに吐出口３２０からポンプ室の外部に流出する。

以上のように、第５実施形態のマイクロポンプは、流路１１１の内部に配置される板状の整流部材８００を備え、整流部材８００は、板状の面が液体の流れを仕切るように配置されている。

このようにすることにより、吸入口３１０から吐出口３２０に向かって流通する液体において、吐出口３２０の付近で乱流が発生しにくくなる。乱流の発生を防ぐことによって、液送を安定させることができる。

また、第５実施形態のマイクロポンプにおいては、整流部材８００は、吸入口３１０側において高さが高く、吐出口３２０側において高さが低くなるように傾斜面８００ｓが形成され、吸入口３１０側において角部を丸めて形成されている。

このようにすることにより、吸入口３１０から吐出口３２０に向かって流通する液体は、整流部材８００に接触するとき、整流部材８００において角部が丸められたアール部８００ｒに最初に接触するので、液体は整流部材８００に沿って滑らかに流れやすく、整流部材８００の付近に渦が発生しにくくなる。また、整流部材８００において吸入口３１０側から吐出口３２０側に向けて、すなわち、液体の流れの上流側から下流側に向けて傾斜面８００ｓが形成されていることによって、整流部材８００から液体が離れるときにも渦が発生しにくくなる。整流部材８００の付近に渦が発生しにくくなることによって、液送をより安定させることができる。

以上に開示された実施の形態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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、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修正と変形を含むものである。

この発明の第１実施形態として、マイクロポンプの全体を示す断面図である。 圧電素子が接着された振動板の全体を示す側面図（Ａ）と上面図（Ｂ）である。 図１のマイクロポンプに組み込まれたバルブシートを上方向から見た図（Ａ）と、下方向から見た図（Ｂ）である。 ゴムパッキンの形状の例を示す図である。 この発明の第１実施形態のマイクロポンプに用いられる突起（Ａ）と、吐出側逆止弁（Ｂ）と、吐出側弁座の上面（Ｃ）を示す図である。 この発明の第１実施形態のマイクロポンプに用いられる吐出側逆止弁と吐出側逆止弁の周辺の断面を示す断面図である。 この発明の一つの実施の形態として、振動板を振動させてポンプ室の容積を変化させたときのマイクロポンプの動作を順に示す図である。 この発明の第３実施形態として、マイクロポンプのポンプ室とポンプ室の周辺部分とを示す断面図である。 バルブシートとゴムパッキンの下面を示す斜視図（Ａ）とゴムパッキンの全体を示す斜視図（Ｂ）である。 この発明の第４実施形態のマイクロポンプが備えるゴムパッキンの全体を示す図（Ａ）と断面を示す断面図（Ｂ）である。 第４実施形態のマイクロポンプが備えるゴムパッキンの別の形状を示す図である。 この発明の第５実施形態として、マイクロポンプのバルブシートの下面を示す斜視図（Ａ）と、図１２の（Ａ）に示すバルブシートをＢ−Ｂ線の方向から見たときの断面を示す断面図（Ｂ）と、図１２の（Ａ）に示すバルブシートの整流部材を矢印Ｃの方向から見たときの側面図（Ｃ）である。 第５実施形態のマイクロポンプのゴムパッキンと整流部材の別の形状を示す図である。

符号の説明

１００：マイクロポンプ、１１０：ポンプ室、１１１：流路、２１０：振動板、３００：バルブシート、３０９：下面、３１０：吸入口、３２０：吐出口、５００：吸入側逆止弁、６００：吐出側逆止弁、７０１，７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃ，７０２，７０３，７０４，７０５：ゴムパッキン、７０３ｘ：屈曲部、８００：整流部材、８００ｒ：アール部、８００ｓ：傾斜面。

Claims (7)

1. ポンプ室と、
   外部から前記ポンプ室に液体を吸入するための吸入口と、
   前記ポンプ室の内部から前記ポンプ室の外部に液体を吐出する吐出口と、
   前記ポンプ室の容積を変化させるための振動板とを備え、
   前記ポンプ室は、前記振動板と、前記振動板に対向する対向壁面と、周壁面とによって形成され、
   さらに、前記対向壁面と前記振動板との間に挟まれた介在部材とを備え、
   前記介在部材は、弾性体によって形成されて、前記ポンプ室の周壁面を形成している、マイクロポンプ。
2. 前記吸入口において液体の流れを調節するための吸入側逆止弁と、前記吐出口において液体の流れを調節するための吐出側逆止弁とを備える、請求項１に記載のマイクロポンプ。
3. 前記介在部材は、発泡材料によって形成されている、請求項１または請求項２に記載のマイクロポンプ。
4. 前記介在部材は、シート形状である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマイクロポンプ。
5. 前記介在部材は、屈曲部を有する、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマイクロポンプ。
6. 前記流路の内部に配置される板状の整流部材を備え、
   前記整流部材は、板状の面が液体の流れを仕切るように配置されている、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のマイクロポンプ。
7. 前記整流部材は、前記吸入口側において高さが高く、前記吐出口側において高さが低くなるように傾斜面が形成され、前記吸入口側において角部を丸めて形成されている、請求項６に記載のマイクロポンプ。

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