JP2009287500A - マイクロポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】液体中に気泡が含まれていても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１は、ポンプ室１１０と、外部からポンプ室１１０に液体を吸入するための吸入口１０３と、ポンプ室１１０の容積を変化させるための振動板１３０と、吸入口１０３を閉塞または開放可能にするために上流側に配置される第１吸入側逆止弁５００と下流側に配置される第２吸入側逆止弁６００とを備える。
【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２００７−７１０７０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、液送を行なうダイヤフラムポンプが記載されている。このダイヤフラムポンプは、ダイヤフラム（圧電素子）の上下両方に、それぞれ別個にポンプ室が形成され、それぞれのポンプ室には、吸入ポートと吐出ポートが１つずつ形成されている。１つの吸入ポートには１つの吸入側逆止弁が配置されている。
特開２００７−７１０７０号公報

しかしながら、特開２００７−７１０７０号公報（特許文献１）に記載されているような、圧電素子を用いる従来のマイクロポンプでは、液体に気泡が含まれていると、気泡周辺の液体の表面張力により、吸入口を気泡が容易に通過せず、安定した液送ができなくなってしまう。

そこで、この発明の目的は、液体中に気泡が含まれていても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、ポンプ室の容積を変化させるための振動板と、吸入口を閉塞または開放可能にするために上流側に配置される第１の弁体と下流側に配置される第２の弁体とを備える。

吸入口に第１の弁体と第２の弁体の２つの弁体が配置されることによって、第１の弁体と第２の弁体との間に気泡が入り込んだ場合に、気泡の大きさは、最大でも第１の弁体と第２の弁体との間の空間の大きさになる。そのため、気泡が圧縮されることで生じる、液体にかかる圧力のロスが低減されて、液送を円滑に行なうことができる。

また、第１の弁体と第２の弁体の２つの弁体が配置されることによって、吸入口において液体にかかる圧力を増大させて、確実に液送を行なうことができる。

また、吸入口において逆流が発生することを防ぐことができる。

このようにすることにより、液体中に気泡が含まれていても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。

この発明に従ったマイクロポンプにおいては、第１の弁体は、第２の弁体よりも弾性変形しにくいように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、第１の弁体と第２の弁体との間において液体にかかる圧力を高めることができるので、液体中に気泡が含まれていても液送を確実に行なうことができる。

この発明に従ったマイクロポンプにおいては、吸入口の大きさは、第１の弁体が配置されている位置において相対的に大きく、第２の弁体が配置されている位置において相対的に小さいことが好ましい。

このようにすることにより、液体中に気泡が含まれていても、外部から吸入口に液体を吸入しやすくなる。

この発明に従ったマイクロポンプにおいては、第１の弁体および／または第２の弁体は、凸面を有し、凸面がポンプ室の内部に対向す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、弁体を固定するために、ポンプ室の内部から外部に向かう方向に弁体を押圧しても、弁体が反り返って吸入口を閉塞しなくなることがなく、安定した液送を行なうことができる。

この発明に従ったマイクロポンプにおいては、第１の弁体と第２の弁体は、互いの間隔が１ｍｍ以下であ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、第１の弁体と第２の弁体との間に気泡が入り込んだ場合に、気泡の厚みは、最大でも１ｍｍとなる。そのため、気泡が圧縮されることで生じる、液体にかかる圧力のロスが低減されて、液送を円滑に行なうことができる。

以上のように、この発明によれば、液体中に気泡が含まれていても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。

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２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２に示すように、マイクロポンプ１は、主に、液体を収容する液タンク１０１と、液タンク１０１の下に配置される吸入吐出側ケース（ＩＯプレート）２００と、吸入吐出側ケース２００の下に配置されるバルブシート３００と、バルブシート３００の下に配置される振動板側ケース４００（バックプレート）と、バルブシート３００と振動板側ケース４００との間に挟まれる振動板１３０と、振動板１３０とバルブシート３００とによって形成されるポンプ室１１０と、第１の弁体として第１吸入側逆止弁５００と、第２の弁体として第２吸入側逆止弁６００と、吐出側逆止弁７００とを備える。

マイクロポンプ１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が貯留される。液タンク１０１の下部と吸入吐出側ケース２００の上部は吸入口１０３によって連結されている。

吸入吐出側ケース２００には、第１吸入側逆止弁５００を配置するための第１吸入側弁座２１０が形成されている。第１吸入側弁座２１０には、第１吸入側逆止弁５００の脚部５０２を受容するための受容部２１２を取り囲むようにして、第１吸入口２１１が複数形成されている。

吸入吐出側ケース２００の下に配置されるバルブシート３００には、第２吸入側逆止弁６００を配置するための第２吸入側弁座３１０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３２１と、吐出口３２１を閉塞または開放可能に吐出側逆止弁７００を配置するための吐出側弁座３２０が形成されている。第２吸入側弁座３１０には、第２吸入側逆止弁６００の脚部７０２を受容するための凹部３１２を取り囲むようにして複数の第２吸入口３１１が形成されている。また、吐出側弁座３２０には、吐出側逆止弁７００の脚部７０２を受容するための凹部３２２を取り囲むようにして複数の吐出口３２１が形成されている。

第２吸入口３１１は、第１吸入口２１１の下方に配置されている。第１吸入口２１１と第２吸入口３１１との間には、液体が一時的に貯められる中間部２２０が形成されている。吸入口１０３は、第１吸入口２１１と中間部２２０と第２吸入口３１１を含む。

第２吸入側逆止弁６００を介して液体が吸入され、吐出側逆止弁７００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。第２吸入側逆止弁６００と吐出側逆止弁７００はそれぞれ、バルブシート３００に形成された第２吸入側弁座３１０と吐出側弁座３２０に取り付けられている。ポンプ室１１０の底面は振動板１３０によって形成されている。振動板１３０は、ポンプ室１１０の容積を変化させる。バルブシート３００と振動板１３０は、それぞれ、ポンプ室１１０の上面側の壁と下面側の壁を形成している。振動板１３０の端部は、バルブシート３００と振動板側ケース４００との間に挿入されて固定されている。

圧電素子１２０の下部には、空間が設けられ、圧電素子１２０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３０１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４００との間にはＯリング３０２が配置されて密閉されている。Ｏリング３０２は、バルブシート３００の下面に形成された凹部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４００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。

第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００と吐出側逆止弁７００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。

第１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が第１吸入側弁座２１０に取り付けられていることによってマイクロポンプ１に組み込まれている。脚部５０２は、頭部５０１と反対側の先端の径が、頭部５０１と先端との間の脚部５０２の径よりも大きく形成されており、第１吸入側弁座２１０の受容部２１２から抜け落ちないように保持されている。第１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る。第１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。第１吸入側逆止弁５００がマイクロポンプ１に組み込まれると、頭部５０１の周辺部は、第１吸入側弁座２１０の下面２１３に密着する。

第２吸入側逆止弁６００は、扁平な頭部６０１を下に向け、棒状の脚部６０２を上に向けて、脚部６０２がバルブシート３００の第２吸入側弁座３１０に取り付けられていることによってマイクロポンプ１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に形成された凹部３１２に受容されて保持されている。第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１の頂部６０３は、頭部６０１から突出して形成された突起であり、振動板１３０に接している。第２吸入側逆止弁６００は、ゴム等の樹脂素材によって形成されている。振動板１３０が、第２吸入側逆止弁６００の頂部６０３を下方から押圧するようにして、第２吸入側逆止弁６００を固定している。頭部６０１の周辺部は、第２吸入側弁座３１０の下面３１３に密着する。

吐出側逆止弁７００は、扁平な頭部７０１を上に向け、棒状の脚部７０２を下に向けて、脚部７０２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７０２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３２０の凹部３２２に受容されて保持されている。吐出側逆止弁７００の頭部７０１の頂部７０３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７００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、第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００と吐出側逆止弁７００の直径は５．５ｍｍ、厚さは０．３〜０．５ｍｍとする。圧電素子１２０としては、直径が１７ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの圧電素子１２０を用い、この圧電素子１２０を、直径２４ｍｍ、厚さ０．０９ｍｍの銅板等によって形成される振動板１３０に接着して、マイクロポンプ１に組み込む。マイクロポンプ１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１の液送量は、１〜２００μＬ／秒程度の微小な液送量となる。

また、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１は、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１よりも、弾性変形しにくいように形成されている。例えば、第１吸入側逆止弁５００としては、第２の吸入側逆止弁６００よりも、若干硬度が高いものを用いる。第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１の硬度は、５０以上であることが好ましい。硬度は、ジュロメータ硬度で表した硬度である。また、例えば、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１としては、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１よりも厚みの厚いゴムを使用することによって、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１を、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１よりも弾性変形しにくくすることができる。

液タンク１０１内の液体１０２は、吸入口１０３の第１吸入口２１１、中間部２２０、第２吸入口３１１を通ってポンプ室１１０に入る。吸込口１０３においては、液体１０２の流れの上流から、第１吸入口２１１、中間部２２０、第２吸入口３１１が順番に並んでいる。

圧電素子１２０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１２０が振動する。この圧電素子１２０の振動と連動して、圧電素子１２０に接着されている振動板１３０が振動し、ポンプ室１１０の容積を変化させる。振動板１３０が上下どちらにも変位していないときには、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１が第１吸入口２１１を閉じ、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１が第２吸入口３１１を閉じ、吐出側逆止弁７００の頭部７０１が吐出口３２１を閉じている。

図３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３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７００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７００の頂部７０３を押圧する。

図３の（Ｂ）に示すように、吐出側逆止弁７００は、扁平な頭部７０１と棒状の脚部７０２を有し、頂部７０３を含む頭部７０１の上面は平らである。

図３の（Ｃ）に示すように、吐出側弁座３２０には、吐出側逆止弁７００の脚部７０２を受容するための凹部３２２と、凹部３２２を取り囲むようにして複数の吐出口３２１が形成されている。

図４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４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４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４の（Ａ）に示すように、吐出側逆止弁７００は、扁平な頭部７０１と棒状の脚部７０２を有し、頭部７０１の上面は平らである。吐出側弁座３２０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７００の脚部７０２を受容するための凹部３２２を有する。吐出側弁座３２０の上面には、凹面３２３が形成されている。凹面３２３は、吐出側逆止弁７００の脚部７０２を受容するための凹部３２２側で凹んだ球の内面のような傾斜に形成されている。

図４の（Ｂ）に示すように、吐出側逆止弁７００の脚部７０２が吐出側弁座３２０の凹部３２２に上方から挿入されて、吐出側逆止弁７００が吐出側弁座３２０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７００の頭部７０１の中心を上方から押圧するようにして、吐出側逆止弁７００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７００の頭部７０１が弾性変形し、頭部７０１においては、吐出側弁座３２０の上面に形成された凹面３２３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３２０側に脚部７０２を中心にして凸面が形成されて、頭部７０１の周辺部は、吐出側弁座３２０に密着する。

図５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５（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５（Ａ）に示すように、振動板１３０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、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１と第１吸入口２１１との間と、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１と第２吸入口３１１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、吸入口１０３、すなわち、第１吸入口２１１、中間部２２０、第２吸入口３１１を通ってポンプ室１１０内に流入する。このとき、吐出側逆止弁７００の頭部７０１によって吐出口３２１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３２１から流出することはない。

次に、図５（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５（Ｂ）に示すように、振動板１３０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、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１と第１吸入口２１１との間の隙間と、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１と第２吸入口３１１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７００と吐出口３２１との間に隙間ができて、ポンプ室１１０内の液体が吐出口３２１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。

マイクロポンプ１は、図１に示すように振動板１３０の変位がない状態と、図５（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１３０が変位している状態と、図５（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１３０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１３０の変位が０の状態（図１）から、振動板１３０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５（Ａ））に変化し、振動板１３０の変位が０の状態（図１）に戻り、続いて振動板１３０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５（Ｂ））に変化し、振動板１３０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１３０の変位が０の状態（図１）から、振動板１３０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５（Ａ））に変化し、振動板１３０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１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１３０の変位が０の状態（図１）から、振動板１３０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５（Ｂ））に変化し、振動板１３０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１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。

図６は、この発明の実施の形態と比較するために、吸入側逆止弁を１つだけ備えるマイクロポンプにおいて、吸入口に気泡が流入するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。

図６の（Ａ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を大きくする方向に変位するときには、吸入側逆止弁９１０の頭部９１１と吸入口９２０の間に隙間ができて、ポンプ室の外部の液体が吸入口９２０を通ってポンプ室の内部に流入する。液体に気泡８０１が入っている場合には、気泡８０１は、液体とともにポンプ室に向かって流れるように力を受けて、吸入口９２０に入りかけるが、気泡８０１の周辺の液体の表面張力があるために、吸入口９２０を通過しにくい。気泡８０１は、吸入口９２０の上端付近に留まる。

図６の（Ｂ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を小さくする方向に変位すると、吸入側逆止弁９１０と吸入口９２０との間の隙間がふさがれて、ポンプ室の内部には液体が流入しない。吸入口９２０に入りかけていた気泡８０１は、吸入側逆止弁９１０の頭部９１１が吸入口９２０を下方向から閉じることによって上向きに圧力を受けて、吸入口９２０から出て、吸入口９２０の上端に戻ってしまう。

振動板が振動すると、気泡８０１は、図６の（Ａ）と図６の（Ｂ）の状態を繰り返す。このように、気泡８０１は、吸入口９２０の上端をふさいだままで、吸入口９２０からポンプ室の内部に入りにくい。

このように、気泡８０１が吸入口９２０の上端をふさいだままで、吸入口９２０を通過しない場合には、液体にかかる圧力を気泡８０１が吸収してしまうので、安定した液送ができない。

図７は、第１実施形態のマイクロポンプにおいて、吸入口に気泡が流入するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。

図７の（Ａ）に示すように、中間部２２０に気泡８０１が入り込んでいるときに、振動板がポンプ室の容積を大きくする方向に変位すると、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１と第１吸入口２１１の間に隙間ができ、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１と第２吸入口３１１の間に隙間ができて、ポンプ室の外部の液体が第１吸入口２１１、中間部２２０、第２吸入口３１１を通ってポンプ室の内部に流入する。中間部２２０の気泡８０１は、液体とともにポンプ室に向かって流れるように力を受けて、第２吸入口３１１に入りかけるが、気泡８０１周辺の液体の表面張力があるために、第２吸入口３１１を通過しにくい。気泡８０１は、第２吸入口３１１の上端付近に留まる。

図７の（Ｂ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を小さくする方向に変位すると、第１吸入側逆止弁５００と第１吸入口２１１との間の隙間がふさがれ、第２吸入側逆止弁６００と第２吸入口３１１との間の隙間がふさがれて、ポンプ室の内部には液体が流入しない。第２吸入口３１１に入りかけていた気泡８０１は、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１が第２吸入口３１１を下方向から閉じることによって上向きに、逆流方向に圧力を受ける。しかしながら、第１吸入側逆止弁５００が第１吸入口２１１を閉じているので、第２吸入口３１１から中間部２２０に戻ってしまうことができない。

図７の（Ｃ）に示すように、振動板が再びポンプ室の容積を大きくする方向に変位すると、ポンプ室の外部の液体が、第１吸入口２１１、中間部２２０、第２吸入口３１１を通ってポンプ室に流入する。第２吸入口３１１に入りかけている気泡８０１には、さらに下向きに力がかかり、第２吸入口３１１の内部をポンプ室の方に流される。

このように、第１吸入側逆止弁５００と、第１吸入側逆止弁５００の下流側に配置される第２吸入側逆止弁６００の２つの弁を吸入口１０３に備えることによって、第２吸入口３１１において気泡８０１を逆流させずにポンプ室に流入させることができる。

逆流動作は非常に微細であるが、マイクロポンプ１（図１）の液送量は非常に微量であるので、小さな動作がマイクロポンプの性能に大きな影響を与える。

マイクロポンプ１のように第１吸入側逆止弁５００と、第１吸入側逆止弁５００の下流側に配置される第２吸入側逆止弁６００の２つの弁を吸入口１０３に備えることにより、液体に気泡８０１が含まれていても、気泡８０１を液体とともに徐々に送り出すことができる。このようにして、確実に液送を行なうことができる。

図８は、この発明の実施の形態と比較するために、吸入側逆止弁を１つだけ備えるマイクロポンプにおいて、吸入口から気泡が流出するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。

図８の（Ａ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を大きくする方向に変位するときには、吸入口９２０に気泡８０１が入っている場合には、気泡８０１は、液体とともにポンプ室に向かって流れるように力を受けるが、気泡８０１周辺の液体の表面張力があるために、吸入口９２０から流出しにくい。気泡８０１は、吸入口９２０の下端と吸入側逆止弁９１０の頭部９１１との間に留まる。

図８の（Ｂ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を小さくする方向に変位すると、吸入口９２０の下端部にあった気泡８０１は、吸入側逆止弁９１０の頭部９１１が吸入口９２０を下方向から閉じることによって上向きに圧力を受けて、吸入口９２０の下端から上方向に戻って、吸入口９２０の内部に戻ってしまう。

振動板が振動すると、気泡８０１は、図８の（Ａ）と図８の（Ｂ）の状態を繰り返す。このように、気泡８０１は、吸入口９２０の内部をふさいだままで、吸入口９２０からポンプ室の内部に入りにくい。

このように、気泡８０１が吸入口９２０の内部に入っても、吸入口９２０をふさいだままで吸入口９２０から流出しない場合には、液体にかかる圧力を気泡８０１が吸収してしまうので、安定した液送ができない。

図９は、第１実施形態のマイクロポンプにおいて、吸入口から気泡が流出するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。

図９の（Ａ）に示すように、第２吸入口３１１に気泡８０１が入り込んでいるときに、振動板がポンプ室の容積を大きくする方向に変位すると、第２吸入口３１１の気泡８０１は、液体とともにポンプ室に流出するように力を受けるが、気泡８０１周辺の液体の表面張力があるために、第２吸入口３１１から流出しにくい。

図９の（Ｂ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を小さくする方向に変位して、変位が０になると、まず、弾性変形しにくい第１吸入側逆止弁５００が、もとの形状、すなわち、振動板の変位がないときの形状に戻り、頭部５０１が第１吸入口２１１をふさぐ。第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１が第１吸入口２１１をふさぐと、中間部２２０と第２吸入口３１１の内部には圧力がかかり、第２吸入口３１１の内部に留まっている気泡８０１は、上方向に戻ることができない。気泡８０１は、第２吸入口３１１の下端に留まる。

図９の（Ｃ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を小さくする方向にさらに変位すると、第２吸入側逆止弁６００ももとの形状に戻って、第２吸入側逆止弁６００が第２吸入口３１１を閉じると、第２吸入口３１１を第２吸入側逆止弁６００が下方向からふさぐ。第１吸入口２１１は既に第１吸入側逆止弁５００によってふさがれているので、第２吸入口３１１の気泡８０１には、下向きの圧力がかかっており、上方向に戻ることはできない。そのため、第２吸入側逆止弁６００が第２吸入口３１１を閉じると、第２吸入口３１１の下端にあった気泡８０１は、一部がポンプ室の内部に送りだされる。

このように、第１吸入側逆止弁５００と、第１吸入側逆止弁５００の下流側に配置される第２吸入側逆止弁６００の２つの弁を吸入口１０３に備えることによって、第２吸入口３１１からポンプ室に、気泡８０１を円滑に流出させることができる。

図６と図８に示すように、吸入側逆止弁９１０が１つだけ備えられているマイクロポンプでは、吸入口９２０の上端部や、吸入口９２０の下端部では、気泡８０１を形成する液体の表面張力によって、気泡８０１が吸入口９２０の外部から内部に流入しにくく、また、吸入口９２０の内部から外部に流出しにくい。振動板が振動することによって、気泡８０１に下方向の力が加わっても、すぐに逆向きの力が加わることになり、気泡８０１が上方向に押し戻される。このように、吸入口９２０の開口部付近では、逆流動作が生じる。そのため、気泡８０１が吸入口９２０の上端や、吸入口９２０の下端に停滞してしまう。このように、気泡８０１が吸入口９２０に停滞したまま、次に新たな気泡８０１が吸入口９２０に停滞すると、気泡８０１が重なってより大きな気泡８０１になり、さらに液送されにくくなる。

図１０は、この発明の実施の形態と比較するために、吸入側逆止弁を１つだけ備えるマイクロポンプにおいて、吸入口に大きな気泡が流入するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。

図１０の（Ａ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を大きくする方向に変位するときには、吸入側逆止弁９１０の頭部９１１と吸入口９２０の間に隙間ができる。しかし、吸入口９２０の上端部にある大きな気泡８０２の一部が吸入口９２０の内部に吸い込まれて、液体が吸入口９２０に吸入されない。

図１０の（Ｂ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を小さくする方向に変位すると、吸入側逆止弁９１０と吸入口９２０との間の隙間がふさがれて、吸入口９２０の内部には、上方向に圧力がかかる。そのため、吸入口９２０の内部に入り込んでいた気泡の一部が吸入口９２０の上端部から吸入口９２０の外部に戻る。大きな気泡８０２は、表面張力によって、そのまま吸入口９２０の上端部付近に停滞する。

振動板が振動すると、大きな気泡８０２は、図１０の（Ａ）と図１０の（Ｂ）の状態を繰り返す。このように、気泡８０２は、吸入口９２０の上端をふさいだままで、吸入口９２０からポンプ室の内部に入りにくい。

このように、小さな気泡８０１が停滞して、大きな気泡８０２になり、大きな気泡８０２が吸入口９２０の上端をふさぐと、液送を行うことができなくなる。

図１１は、第１実施形態のマイクロポンプにおいて、吸入口に気泡が流入するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。

図１１の（Ａ）に示すように、中間部２２０に大きな気泡８０２が入り込んでいるときに、振動板がポンプ室の容積を大きくする方向に変位すると、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１と第２吸入口３１１の間に隙間ができるが、大きな気泡８０２の一部が第２吸入口３１１の内部に吸い込まれて、第２吸入口３１１がふさがれる。

図１１の（Ｂ）に示すように、振動板がポンプ室の容積を小さくする方向に変位すると、第１吸入側逆止弁５００と第１吸入口２１１との間の隙間がふさがれ、第２吸入側逆止弁６００と第２吸入口３１１との間の隙間がふさがれる。第２吸入口３１１に入りかけていた大きな気泡８０２は、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１が第２吸入口３１１を下方向から閉じることによって上向きに圧力を受ける。しかしながら、第１吸入側逆止弁５００が第１吸入口２１１を閉じているので、第２吸入口３１１に入っている大きな気泡８０２の一部は、中間部２２０に戻ってしまうことができない。

図１１の（Ｃ）に示すように、振動板が再びポンプ室の容積を大きくする方向に変位すると、第２吸入口３１１に入りかけている大きな気泡には、さらに下向きに力がかかり、小さな気泡８０１になって完全に第２吸入口３１１の内部に入り、第２吸入口３１１の内部をポンプ室の方に流される。

このように、第１吸入側逆止弁５００と、第１吸入側逆止弁５００の下流側に配置される第２吸入側逆止弁６００の２つの弁を吸入口１０３に備えることによって、大きな気泡８０２も徐々に第２吸入口３１１からポンプ室に送出することができる。

また、図１１に示すように、中間部２２０からポンプ室に確実に気泡が送出されることによって、第１吸入口２１１の上端部に大きな気泡８０２があるときにも、第１吸入口２１１から中間部２２０に気泡が送出される。

以上のように、マイクロポンプ１は、ポンプ室１１０と、外部からポンプ室１１０に液体を吸入するための吸入口１０３と、ポンプ室１１０の容積を変化させるための振動板１３０と、吸入口１０３を閉塞または開放可能にするために上流側に配置される第１吸入側逆止弁５００と下流側に配置される第２吸入側逆止弁６００とを備える。

吸入口１０３に第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００の２つの弁体が配置されることによって、第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００との間に気泡が入り込んだ場合に、気泡の大きさは、最大でも第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００との間の空間の大きさになる。そのため、気泡が圧縮されることで生じる、液体にかかる圧力のロスが低減されて、液送を円滑に行なうことができる。

また、第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００の２つの弁体が配置されることによって、吸入口１０３において液体にかかる圧力を増大させて、確実に液送を行なうことができる。

また、吸入口１０３において逆流が発生することを防ぐことができる。

このようにすることにより、液体中に気泡が含まれていても安定した液送を行うことが可能なマイクロポンプ１を提供することができる。

また、マイクロポンプ１においては、第１吸入側逆止弁５００は、第２吸入側逆止弁６００よりも弾性変形しにくいように形成されている。

このようにすることにより、第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００との間において液体にかかる圧力を高めることができるので、液体中に気泡が含まれていても液送を確実に行なうことができる。

（第２実施形態）
図１２は、この発明の第２実施形態のマイクロポンプの第１吸入側弁座（Ａ）と第２吸入側弁座（Ｂ）の上面図と、第１吸入口の側断面図（Ｃ）と、比較のために示す第１実施形態の第１吸入口の側断面図（Ｄ）である。

図１２に示すように、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、第１吸入側弁座２１０ｂの第１吸入口２１１ｂの大きさが、第２吸入側弁座３１０の第２吸入口３１１よりも大きく形成されている。また、第２実施形態の第１吸入側弁座２１０ｂの第１吸入口２１１ｂは、第１実施形態の第１吸入側弁座２１０の第１吸入口２１１よりも大きく形成されている。

第１吸入口２１１ｂは、上端部が液タンク内に開かれており、中間部２２０や第２吸入口３１１と比較して圧力がかかりにくい。そのため、気泡が第１吸入口２１１ｂの上端部ではじかれて、第１吸入口２１１ｂ内に吸入されにくい。

そこで、第１吸入口２１１ｂの大きさが大きく形成されることによって、小さな気泡はそのまま通過し、大きな気泡も、第１吸入口２１１ｂの上端部において気泡を形成する液体の表面張力の影響が弱くなり、液タンクから第１吸入口２１１ｂ内に吸入されやすくなる。

中間部２２０から第２吸入口３１１、ポンプ室の間においては、第１実施形態で図６から図１１を用いて説明したように、液体に気泡が含まれていても、液送を行なうことができる。第１吸入口２１１ｂを第２吸入口３１１よりも大きくして、液タンクから第１吸入口２１１ｂに気泡が吸入されやすくすることによって、液タンクからポンプ室まで、確実に円滑に液送を行なうことができる。

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、第１吸入口２１１ｂの大きさは、第１吸入側逆止弁５００が配置されている位置において相対的に大きく、第２吸入側逆止弁６００が配置されている位置において相対的に小さい。

このようにすることにより、液体中に気泡が含まれていても、外部から第１吸入口２１１ｂに液体を吸入しやすくなる。

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。

なお、この実施の形態においては、第１吸入口２１１ｂと第２吸入口３１１の形状が異なるが、第１吸入口と第２吸入口は、形状が同一で、第１吸入口の径の大きさが第２吸入口の径の大きさよりも大きく形成されていてもよい。

（第３実施形態）
図１３は、この発明の第３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１３に示すように、第３実施形態のマイクロポンプ３が第１実施形態のマイクロポンプ１と異なる点としては、第１吸入側逆止弁５１０が第１吸入側弁座２１０と第２吸入側弁座３１０との間に挟まれて、第１吸入側逆止弁５１０の頂部５１３が第２吸入側弁座３１０の上面によって押圧されるように取り付けられている。

図１４は、第３実施形態のマイクロポンプが備える第１吸入側逆止弁の側断面図（Ａ）と、第１吸入側逆止弁が第１吸入側弁座に取り付けられたときの状態を示す側断面図（Ｂ）と、比較のために示す第１実施形態のマイクロポンプが備える第１吸入側逆止弁の側断面図（Ｃ）と、第１実施形態の第１吸入側逆止弁が第３実施形態の第１吸入側弁座に取り付けられたときの状態を示す側断面図（Ｄ）である。

図１４の（Ａ）に示すように、第３実施形態の第１吸入側逆止弁５１０は、頭部５１１に凸面５１１ａを有し、凸面５１１ａがポンプ室の内部側、すなわち、下方向になるように、第１吸入側弁座２１０に取り付けられる。

図１３と図１４の（Ｂ）に示すように、第１吸入側逆止弁５１０が第１吸入側弁座２１０に取り付けられると、第１吸入側逆止弁５１０は、第１吸入側弁座２１０と第２吸入側弁座３１０とによって挟まれて、頂部５１３が第２吸入側弁座３１０の上面に密着して押圧される。頂部５１３が押圧されると、頭部５１１が波打ったような形状に変形するが、頭部５１１には凸面５１１ａが形成されているので、頭部５１１は下面が凹面になるほどには反り返らない。そのため、頭部５１１の周辺部は第１吸入側弁座２１０の下面に接したままになる。

一方、図１４の（Ｃ）に示すように、第１実施形態の第１吸入側逆止弁５００は、頭部５０１が平らに形成されている。

図１４の（Ｄ）に示すように、第１実施形態の第１吸入側逆止弁５００を第３実施形態のマイクロポンプ３に取り付けて、第１吸入側逆止弁５００の頂部５０３が強く押圧されると、頭部５０１が反り返ってしまう。そのため、振動板に変位がなくても頭部５０１の周辺部が第１吸入側弁座２１０の下面から離れてしまい、第１吸入口２１１が閉塞されず、安定した液送が困難になる。

第２吸入側逆止弁６００も第１吸入側逆止弁５１０と同様に形成されていてもよい。第１吸入側逆止弁５１０が第１吸入側弁座２１０と第２吸入側弁座３１０との間に挟まれて強く圧着されない場合には、第２吸入側逆止弁６００だけを図１４の（Ａ）に示す第１吸入側逆止弁５１０のように、凸面５１１ａを有する形状に構成し、凸面５１１ａがポンプ室の内部に対向するように配置されてもよい。

以上のように、第３実施形態のマイクロポンプ３においては、第１吸入側逆止弁５１０および／または第２吸入側逆止弁６００は、凸面５１１ａを有し、凸面５１１ａがポンプ室の内部に対向するように配置されている。

このようにすることにより、第１吸入側逆止弁５１０および／または第２吸入側逆止弁６００を固定するために、ポンプ室の内部から外部に向かう方向に、第１吸入側逆止弁５１０および／または第２吸入側逆止弁６００を押圧しても、第１吸入側逆止弁５１０および／または第２吸入側逆止弁６００が反り返って第１吸入口２１１および／または第２吸入口３１１を閉塞しなくなることがなく、安定した液送を行なうことができる。

第３実施形態のマイクロポンプ３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１５は、この発明の第４実施形態として、マイクロポンプの吸入口から吐出口までを示す断面図である。

図１５の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第４実施形態のマイクロポンプ４ａ，４ｂ，４ｃでは、第１吸入側逆止弁５００の下面と第２吸入側逆止弁６００の上面との間隔ｄが１ｍｍ以下になるように、バルブシートの厚みが１ｍｍ以下に形成されている。また、第１吸入側逆止弁５００は、第１吸入側弁座２１０と第２吸入側弁座３１０との間に挟まれて、第１吸入側逆止弁５００の頂部が第２吸入側弁座３１０の上面に密着するように配置されている。

通常のマイクロポンプのバルブシートは、吸入側逆止弁と吐出側逆止弁を固定したり、吸入口や吐出口が形成したりするために、１．５〜２ｍｍ程度の厚みを有する。このような厚みをもたせることによって、バルブシートの強度を保つことができる。

しかしながら、本発明のマイクロポンプにおいては、第１吸入側逆止弁５００と、第１吸入側逆止弁５００の下流に配置される第２吸入側逆止弁６００の２つの弁を吸入口１０３に備える。第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００との間の中間部２２０に気泡が入ると、振動板１３０の振動によって気泡が空気バネのように圧縮されて、液体にかかる圧力が低減されてしまう。液体にかかる圧力が低減されることによって、液体を気泡とともに送り出すことができなくなることがある。

第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００との間隔ｄが１ｍｍ以下になるようにすることによって、中間部２２０に入る気泡の量を少なくすることができる。中間部２２０に入る気泡の量が少ないので、気泡が圧縮されても、液体にかかる圧力を低減させにくくなる。このようにして、気泡が液送に与える影響を小さくすることができる。

図１５の（Ａ）に示すマイクロポンプ４ａでは、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１の上面と吐出側逆止弁７００の頭部７０１の上面とがほぼ同じ高さになるように、また、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１の下面と吐出側逆止弁７００の頭部７０１の下面とがほぼ同じ高さになるように構成されている。このようにすることにより、マイクロポンプ４ａの全体の厚みを小さくして、マイクロポンプ４ａを小型化することができる。

図１５の（Ｂ）に示すマイクロポンプ４ｂでは、第１吸入側逆止弁５００の頭部５０１の上面が吐出側逆止弁７００の頭部７０１の下面とほぼ同じ高さになるように構成されている。このようにすることにより、ポンプ室１１０を吸入口１０３側よりも吐出口３２１側で広くすることができる。

図１５の（Ｃ）に示すマイクロポンプ４ｃでは、第２吸入側逆止弁６００の頭部６０１の下面が吐出側弁座３２０の下面とほぼ同じ高さになるように形成されている。このようにすることにより、ポンプ室１１０の厚みを吸入口１０３から吐出口３２１までほぼ一定にすることができて、ポンプ室１１０内の乱流の発生を防ぐことができる。ポンプ室１１０内の乱流が発生しにくいので、安定した液送を行なうことが可能なマイクロポンプ４ｃを提供することができる。

以上のように、第４実施形態のマイクロポンプ４ａ，４ｂ，４ｃにおいては、第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００は、互いの間隔が１ｍｍ以下であるように配置されている。

このようにすることにより、第１吸入側逆止弁５００と第２吸入側逆止弁６００との間に気泡が入り込んだ場合に、気泡の厚みは、最大でも１ｍｍとなる。そのため、気泡が圧縮されることで生じる、液体にかかる圧力のロスが低減されて、液送を円滑に行なうことができる。

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。 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。 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。 この発明の実施の形態と比較するために、吸入側逆止弁を１つだけ備えるマイクロポンプにおいて、吸入口に気泡が流入するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。 第１実施形態のマイクロポンプにおいて、吸入口に気泡が流入するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。 この発明の実施の形態と比較するために、吸入側逆止弁を１つだけ備えるマイクロポンプにおいて、吸入口から気泡が流出するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。 第１実施形態のマイクロポンプにおいて、吸入口から気泡が流出するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。 この発明の実施の形態と比較するために、吸入側逆止弁を１つだけ備えるマイクロポンプにおいて、吸入口に大きな気泡が流入するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。 第１実施形態のマイクロポンプにおいて、吸入口に気泡が流入するときの吸入側逆止弁の動作を順に示す図である。 この発明の第２実施形態のマイクロポンプの第１吸入側弁座（Ａ）と第２吸入側弁座（Ｂ）の上面図と、第１吸入口の側断面図（Ｃ）と、比較のために示す第１実施形態の第１吸入口の側断面図（Ｄ）である。 この発明の第３実施形態として、マイクロポンプの全体を示す断面図である。 第３実施形態のマイクロポンプが備える第１吸入側逆止弁の側断面図（Ａ）と、第１吸入側逆止弁が第１吸入側弁座に取り付けられたときの状態を示す側断面図（Ｂ）と、比較のために示す第１実施形態のマイクロポンプが備える第１吸入側逆止弁の側断面図（Ｃ）と、第１実施形態の第１吸入側逆止弁が第３実施形態の第１吸入側弁座に取り付けられたときの状態を示す側断面図（Ｄ）である。 この発明の第４実施形態として、マイクロポンプの吸入口から吐出口までを示す断面図である。

符号の説明

１，３，４ａ，４ｂ，４ｃ：マイクロポンプ、１０３：吸入口、１３０：振動板、２１１，２１１ｂ：第１吸入口、３１１：第２吸入口、５００，５１０：第１吸入側逆止弁、５１１ａ：凸面、６００：第２吸入側逆止弁。

Claims (5)

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、
   前記ポンプ室の容積を変化させるための振動板と、
   前記吸入口を閉塞または開放可能にするために上流側に配置される第１の弁体と下流側に配置される第２の弁体とを備える、マイクロポンプ。
2. 前記第１の弁体は、前記第２の弁体よりも弾性変形しにくいように形成されている、請求項１に記載のマイクロポンプ。
3. 前記吸入口の大きさは、前記第１の弁体が配置されている位置において相対的に大きく、前記第２の弁体が配置されている位置において相対的に小さい、請求項１または請求項２に記載のマイクロポンプ。
4. 前記第１の弁体および／または前記第２の弁体は、凸面を有し、前記凸面が前記ポンプ室の内部に対向するように配置されている、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. 前記第１の弁体と前記第２の弁体は、互いの間隔が１ｍｍ以下であるように配置されている、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。

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