JP2019112970A - pump - Google Patents

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宏三 京和泉
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Abstract

To provide a pump capable of stably discharging a fluid from a discharge port regardless of viscosity of the fluid.SOLUTION: A pump 11 includes: a case 12 having a fluid chamber 19 communicating with a suction port 17 into which a fluid is suctioned and a discharge port 18 from which the fluid is discharged, a storage chamber 20 located adjacent to the fluid chamber 19, and an annular seal surface 26a located at a border between the fluid chamber 19 and the storage chamber 20; and an actuator 22 which is stored in the storage chamber 20 and has a dielectric layer made of a dielectric elastomer and a pair of electrode layers which face each other across a center part of the dielectric layer and are made of a conductive elastomer. A surface in the actuator 22 facing the fluid chamber 19 is formed as a fluid chamber formation surface 22a forming a part of a wall surface forming the fluid chamber 19. A surface in the actuator 22 which is opposite to the fluid chamber formation surface 22a is fixed to a bottom surface in the case 12. A peripheral edge part at the fluid chamber formation surface 22a side in the actuator 22 cooperates with the seal surface 26a to seal a space between the fluid chamber 19 and the storage chamber 20.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、誘電エラストマー製のアクチュエータを利用したポンプに関する。   The present invention relates to a pump utilizing an actuator made of dielectric elastomer.

従来、この種のポンプとして、例えば特許文献1に示すようなダイヤフラム式のポンプが知られている。こうしたポンプは、筐体と、筐体内を第1室と第2室とに二分するダイヤフラムと、ダイヤフラムの中央部と当該中央部に対向する第2室の内壁とを連結するスプリングとを備えている。ダイヤフラムは、印加される電圧及び電流の変動により厚さ方向の収縮及び伸張に伴う面積の拡大及び縮小を可能としたフィルム型の電歪伸縮ポリマー(アクチュエータ)によって構成されている。   Conventionally, as this type of pump, for example, a diaphragm type pump as shown in Patent Document 1 is known. Such a pump includes a housing, a diaphragm that divides the inside of the housing into a first chamber and a second chamber, and a spring that connects a central portion of the diaphragm and an inner wall of the second chamber facing the central portion. There is. The diaphragm is composed of a film type of electrostrictive stretchable polymer (actuator) which enables expansion and contraction of the area accompanying contraction and expansion in the thickness direction by fluctuation of applied voltage and current.

第1室には、ダイヤフラムに沿って対向配置された吸入口及び排出口が形成されている。吸入口には、外部から第1室への流体の進入を許容し、且つ第1室から外部への流体の流出を妨げる吸入用弁体が配置されている。一方、排出口には、外部から第1室への流体の進入を妨げ、且つ第1室から外部への流体の流出を許容する排出用弁体が配置されている。   The first chamber is formed with an inlet and an outlet opposite to each other along the diaphragm. The suction port is provided with a suction valve body that allows fluid to enter the first chamber from the outside and prevents fluid from flowing out of the first chamber. On the other hand, at the discharge port, a discharge valve is disposed which prevents the inflow of fluid from the outside into the first chamber and allows the fluid to flow out of the first chamber.

そして、ダイヤフラムを構成する電歪伸縮ポリマーへの電圧または電流の印加と停止とを繰り返すことで、電歪伸縮ポリマーの伸縮力及びスプリングの付勢力によってダイヤフラムが第1室と第2室との間で往復屈曲運動する。これにより、外部から吸入口を介した第1室への流体の供給と、第1室から排出口を介した外部への流体の排出とが行われる。   Then, by repeating application and stop of voltage or current to the electrostrictive stretchable polymer constituting the diaphragm, the stretchable force of the electrostrictive stretchable polymer and biasing force of the spring cause the diaphragm to be between the first chamber and the second chamber. Reciprocating at As a result, the supply of fluid from the outside to the first chamber through the suction port and the discharge of fluid from the first chamber to the outside through the discharge port are performed.

特開2001−286162号公報(図6)JP 2001-286162 A (FIG. 6)

ところで、上述のようなポンプでは、ダイヤフラムの周縁部が筐体に支持されるとともにダイヤフラムの中央部が第2室の内壁にスプリングを介して連結されているが、ダイヤフラムにおける周縁部と中央部との間の部分は筐体から離れている。このため、流体の粘性が高い場合や吐出圧力が高い場合、ダイヤフラムが第1室の流体を押圧する際に流体からの反力を受けて伸びてしまう。この結果、ダイヤフラムが所望の動作をしなくなるので、排出口からの流体の排出が不安定になるという問題がある。   By the way, in the pump as described above, the peripheral portion of the diaphragm is supported by the housing and the central portion of the diaphragm is connected to the inner wall of the second chamber via a spring. The part between is separated from the housing. For this reason, when the viscosity of the fluid is high or the discharge pressure is high, the diaphragm receives the reaction force from the fluid when it presses the fluid in the first chamber, and the fluid expands. As a result, since the diaphragm does not perform the desired operation, there is a problem that the discharge of the fluid from the outlet becomes unstable.

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、流体の粘性に関係なく排出口から流体を安定して排出することができるポンプを提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems existing in such prior art. The object is to provide a pump capable of stably discharging the fluid from the outlet regardless of the viscosity of the fluid.

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するポンプは、流体が吸入される吸入口及び前記流体が排出される排出口の両方と連通し且つ前記流体を収容可能な流体室と、前記流体室と隣接する収容室と、前記流体室と前記収容室との境界に位置する環状のシール面とを有するケースと、前記収容室に収容され、誘電エラストマー製の誘電層と、前記誘電層の中央部を挟んで対向する一対の導電エラストマー製の電極層とを有するアクチュエータと、前記吸入口を開閉可能な第1弁と、前記排出口を開閉可能な第2弁と、を備え、前記アクチュエータにおける前記流体室を臨む面は、前記アクチュエータの少なくとも一部の中央部を含み且つ前記流体室を形成する壁面の一部を形成する流体室形成面とされ、前記アクチュエータにおける前記流体室形成面の反対側の面は、前記ケースの内面に固定され、前記アクチュエータにおける前記流体室形成面側の周縁部は、前記シール面と共同して前記流体室と前記収容室との間をシールしていることを要旨とする。
Hereinafter, the means for solving the above-mentioned subject and its operation effect are described.
A pump for solving the above problems includes: a fluid chamber in communication with both an inlet through which fluid is sucked and an outlet through which the fluid is drained and capable of containing the fluid, and a storage chamber adjacent to the fluid chamber. A case having a ring-shaped sealing surface located at the boundary between the fluid chamber and the storage chamber, a pair of housings housed in the storage chamber and facing each other across the central portion of the dielectric layer and the dielectric layer made of dielectric elastomer. An actuator having an electroconductive elastomer electrode layer, a first valve capable of opening and closing the suction port, and a second valve capable of opening and closing the discharge port, and a surface of the actuator facing the fluid chamber is The fluid chamber forming surface includes a central portion of at least a portion of the actuator and forms a portion of a wall surface forming the fluid chamber, and the surface of the actuator opposite to the fluid chamber forming surface is Is fixed to the inner surface of the case, the peripheral portion of said fluid chamber forming surface side of the actuator, and summarized in that in cooperation with the sealing surface seals between said storage chamber and said fluid chamber.

この構成によれば、アクチュエータに電圧を印加すると、流体室形成面がフラットな状態から窪むように速やかに弾性変形し、アクチュエータへの電圧の印加を止めると、流体室形成面が弾性変形前の元のフラットな状態に速やかに復元される。この場合、アクチュエータにおける流体室形成面の反対側の面がケースの内面に固定されているため、流体の粘性が高い場合でも、アクチュエータの流体室形成面は、窪むように弾性変形した状態から弾性変形前の元のフラットな状態に安定して復元される。このため、流体の粘性が高い場合でも流体室形成面によって流体室の流体を円滑に加圧できるので、流体の粘性に関係なく排出口から流体を安定して排出することができる。   According to this configuration, when a voltage is applied to the actuator, the fluid chamber forming surface is elastically deformed quickly so as to be recessed from a flat state, and when the application of the voltage to the actuator is stopped, the fluid chamber forming surface is not deformed before the elastic deformation. It will be restored to its flat state quickly. In this case, since the surface on the opposite side of the fluid chamber forming surface of the actuator is fixed to the inner surface of the case, even when the viscosity of the fluid is high, the fluid chamber forming surface of the actuator is elastically deformed from the elastically deformed state so as to be depressed. It is stably restored to its original original flat state. Therefore, even when the viscosity of the fluid is high, the fluid in the fluid chamber can be smoothly pressurized by the fluid chamber forming surface, so that the fluid can be stably discharged from the outlet regardless of the viscosity of the fluid.

上記ポンプにおいて、前記ケースは、前記流体室を画定する流体室ケースと、前記収容室を画定する収容室ケースと、前記流体室ケースに内方向に突出して固定された環状のシール部材と、を備え、前記シール面は、前記シール部材における前記収容室側の面によって構成されていることが好ましい。   In the pump, the case includes: a fluid chamber case that defines the fluid chamber; a storage chamber case that defines the storage chamber; and an annular seal member that protrudes and is fixed to the fluid chamber case. It is preferable that the sealing surface be constituted by a surface on the storage chamber side of the sealing member.

この構成によれば、流体室を広くすることができるので、第1弁や第2弁を流体室内に組み込みやすくすることができる。
上記ポンプにおいて、前記流体室形成面は、前記誘電層を形成する材料よりも前記流体に対する透過性が低い材料によって形成された保護層によって形成されていることが好ましい。
According to this configuration, since the fluid chamber can be widened, the first valve and the second valve can be easily incorporated into the fluid chamber.
In the pump, it is preferable that the fluid chamber formation surface be formed of a protective layer formed of a material having a permeability to the fluid lower than that of the material forming the dielectric layer.

この構成によれば、流体室形成面が保護層によって形成されているため、流体に対する耐性が低い材料でも、誘電層を形成する材料として使用できる。
上記ポンプにおいて、前記誘電層は、架橋されたポリロタキサンによって形成されていることが好ましい。
According to this configuration, since the fluid chamber formation surface is formed by the protective layer, even a material having low resistance to fluid can be used as a material for forming the dielectric layer.
In the pump, the dielectric layer is preferably formed of a crosslinked polyrotaxane.

この構成によれば、誘電層を例えばシリコーンエラストマーによって形成した場合に比べて誘電率が高いため、印加電圧に対するアクチュエータの伸縮率を高くできる。このため、アクチュエータへの印加電圧が小さい場合でも、比較的多量の流体を移送できる。   According to this configuration, since the dielectric constant is higher than when the dielectric layer is formed of, for example, silicone elastomer, the expansion ratio of the actuator to the applied voltage can be increased. Therefore, even when the voltage applied to the actuator is small, a relatively large amount of fluid can be transferred.

上記ポンプにおいて、前記第1弁及び前記第2弁は、前記流体室の圧力変化により弾性変形することによって開閉動作する弾性体によって構成されていることが好ましい。
この構成によれば、弁体の開閉によって発生する音を小さくすることができる。
In the pump, it is preferable that the first valve and the second valve be configured by an elastic body that opens and closes by being elastically deformed by a pressure change of the fluid chamber.
According to this configuration, the sound generated by the opening and closing of the valve body can be reduced.

本発明によれば、流体の粘性に関係なく排出口から流体を安定して排出することができる。   According to the present invention, the fluid can be stably discharged from the outlet regardless of the viscosity of the fluid.

一実施形態のポンプを示す斜視図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The perspective view which shows the pump of one Embodiment. 図1の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. ポンプにおけるアクチュエータの断面模式図。The cross-sectional schematic diagram of the actuator in a pump. ポンプの吸入口から流体が吸入されるときの状態を示す断面図。Sectional drawing which shows a state when fluid is inhaled from the suction port of a pump. ポンプの排出口から流体が排出されるときの状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state when a fluid is discharged from the discharge port of a pump.

以下、ポンプの一実施形態を図面に従って説明する。
図1及び図2に示すように、ポンプ11は、略直方体状をなすケース12を備えている。ケース12は、収容室20を画定する収容室ケースの一例としての第1ケース13と、第1ケース13上に積層された第2ケース14と、第2ケース14上に積層された第3ケース15とに分割されている。第1ケース13、第2ケース14、及び第3ケース15は、これらの四隅においてボルト16によって一体に連結されている。
Hereinafter, one embodiment of a pump will be described according to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the pump 11 includes a case 12 having a substantially rectangular parallelepiped shape. The case 12 includes a first case 13 as an example of a storage case defining the storage chamber 20, a second case 14 stacked on the first case 13, and a third case stacked on the second case 14. It is divided into fifteen. The first case 13, the second case 14 and the third case 15 are integrally connected by bolts 16 at their four corners.

本実施形態では、第2ケース14と第3ケース15とはほぼ同じ厚さになっており、第1ケース13は第2ケース14または第3ケース15の約4倍の厚さになっている。第2ケース14及び第3ケース15は、弁構造を内部に有する流体室19を画定する流体室ケースを構成している。   In the present embodiment, the second case 14 and the third case 15 have substantially the same thickness, and the first case 13 has a thickness about four times that of the second case 14 or the third case 15. . The second case 14 and the third case 15 constitute a fluid chamber case that defines a fluid chamber 19 having a valve structure therein.

第3ケース15は、流体室19の上部を画定し、流体が吸入される円筒状の吸入口17と、流体が排出される円筒状の排出口18とが対をなすように離れて形成されている。第2ケース14は、流体室19の側部を画定し、吸入口17及び排出口18の両方と連通し且つ吸入口17から吸入された流体を収容可能な流体室19が形成されている。第1ケース13には、流体室19と隣接し且つ連通する収容室20が形成されている。   The third case 15 defines an upper portion of the fluid chamber 19 and is formed to be separated such that a cylindrical inlet 17 through which the fluid is sucked and a cylindrical outlet 18 through which the fluid is discharged form a pair. ing. The second case 14 defines a side of the fluid chamber 19 and is formed with a fluid chamber 19 in communication with both the inlet 17 and the outlet 18 and capable of containing the fluid sucked from the inlet 17. The first case 13 is formed with a storage chamber 20 adjacent to and in fluid communication with the fluid chamber 19.

収容室20は、第1ケース13内のほぼ全体にわたって形成されている。第1ケース13内の底面には、当該底面全体を覆うように剛性のある底板21が設けられている。底板21の中央部には、円柱状のアクチュエータ22が全面接着により固定されている。アクチュエータ22の高さ(軸方向の長さ)は、収容室20の深さとほぼ同じになっている。すなわち、アクチュエータ22は、収容室20の中央部に収容されている。したがって、アクチュエータ22の周面と第1ケース13の内側面との間には、空間23が形成される。第1ケース13の一側壁には、第1ケース13の内外を連通する孔24が形成されている。すなわち、空間23は、孔24を介して大気開放されている。   The storage chamber 20 is formed substantially throughout the inside of the first case 13. On the bottom surface in the first case 13, a rigid bottom plate 21 is provided so as to cover the entire bottom surface. A cylindrical actuator 22 is fixed to the central portion of the bottom plate 21 by adhesion over the entire surface. The height (axial length) of the actuator 22 is substantially the same as the depth of the storage chamber 20. That is, the actuator 22 is accommodated in the central portion of the accommodation chamber 20. Therefore, a space 23 is formed between the circumferential surface of the actuator 22 and the inner side surface of the first case 13. A hole 24 communicating the inside and the outside of the first case 13 is formed on one side wall of the first case 13. That is, the space 23 is open to the atmosphere through the holes 24.

図2に示すように、アクチュエータ22における流体室19を臨む面は、アクチュエータ22の少なくとも一部の中央部を含み且つ流体室19を形成する壁面の一部を形成するフラットな流体室形成面22aとされている。流体室形成面22aは、保護層25で形成されている。保護層25は、流体室19の流体から後述する第1対向電極層32、第2対向電極層33、及び誘電層34などを保護する。アクチュエータ22における流体室形成面22aの反対側の面は、底板21を介して第1ケース13内の底面(内面)に固定されている。   As shown in FIG. 2, a surface of the actuator 22 facing the fluid chamber 19 includes a central portion of at least a part of the actuator 22 and a flat fluid chamber forming surface 22 a which forms a part of a wall forming the fluid chamber 19. It is assumed. The fluid chamber forming surface 22 a is formed of a protective layer 25. The protective layer 25 protects the first opposing electrode layer 32, the second opposing electrode layer 33, the dielectric layer 34, and the like described later from the fluid of the fluid chamber 19. The surface of the actuator 22 opposite to the fluid chamber forming surface 22 a is fixed to the bottom surface (inner surface) in the first case 13 via the bottom plate 21.

ケース12は、流体室19を画定する流体室ケースを構成する第2ケース14及び第3ケース15と、収容室20を画定する収容室ケースを構成する第1ケース13と、第2ケース14に内方向に突出して固定された環状のシール部材26とを備えている。シール部材26における収容室20側の面は、流体室19と収容室20との境界に位置する環状のシール面26aとされている。すなわち、シール面26aは、シール部材26における収容室20側の面によって構成されている。   The case 12 includes a second case 14 and a third case 15 that constitute a fluid chamber case that defines the fluid chamber 19, a first case 13 that defines a storage chamber case that defines the storage chamber 20, and a second case 14. And an annular seal member 26 which protrudes inward and is fixed. The surface of the seal member 26 on the storage chamber 20 side is an annular seal surface 26 a located at the boundary between the fluid chamber 19 and the storage chamber 20. That is, the sealing surface 26 a is configured by the surface of the sealing member 26 on the storage chamber 20 side.

第2ケース14と第3ケース15との間には、吸入口17を開閉可能な第1弁27と、排出口18を開閉可能な第2弁28とが配置されている。第1弁27及び第2弁28は、流体室19の圧力変化により弾性変形することによって開閉動作するゴムなどの弾性体29によって構成されている。本実施形態では、第1弁27及び第2弁28が、略矩形板状に形成された1枚の弾性体29によって構成されている。すなわち、弾性体29における長手方向の一端部が第1弁27を構成し、他端部が第2弁28を構成している。   A first valve 27 capable of opening and closing the suction port 17 and a second valve 28 capable of opening and closing the exhaust port 18 are disposed between the second case 14 and the third case 15. The first valve 27 and the second valve 28 are configured by an elastic body 29 such as rubber that opens and closes by being elastically deformed by a pressure change of the fluid chamber 19. In the present embodiment, the first valve 27 and the second valve 28 are configured by a single elastic body 29 formed in a substantially rectangular plate shape. That is, one end in the longitudinal direction of the elastic body 29 constitutes the first valve 27, and the other end constitutes the second valve 28.

第2ケース14には、第1弁27が開弁動作する際の弾性変形を許容する第1凹部30が形成されている。第3ケース15には、第2弁28が開弁動作する際の弾性変形を許容する第2凹部31が形成されている。したがって、第1弁27は流体室19が減圧された場合にのみ第1凹部30側へ弾性変形することによって開弁され、第2弁28は流体室19が加圧された場合にのみ第2凹部31側へ弾性変形することによって開弁される。   The second case 14 is formed with a first recess 30 that allows elastic deformation when the first valve 27 opens. The third case 15 is formed with a second recess 31 which allows elastic deformation when the second valve 28 performs the valve opening operation. Therefore, the first valve 27 is opened by elastically deforming toward the first recess 30 only when the fluid chamber 19 is depressurized, and the second valve 28 is opened only when the fluid chamber 19 is pressurized. The valve is opened by being elastically deformed toward the recess 31 side.

つまり、第1弁27は吸入口17から流体室19への流体の進入を許容し且つ流体室19から吸入口17への流体の流出を阻止する一方向弁であり、第2弁28は排出口18から流体室19への流体の進入を阻止し且つ流体室19から排出口18への流体の流出を許容する一方向弁である。   That is, the first valve 27 is a one-way valve that allows the fluid to enter the fluid chamber 19 from the inlet 17 and prevents the fluid from flowing from the fluid chamber 19 to the inlet 17. The second valve 28 is an exhaust valve. It is a one-way valve that prevents the ingress of fluid from the outlet 18 into the fluid chamber 19 and allows the outflow of fluid from the fluid chamber 19 into the outlet 18.

図3に示すように、アクチュエータ22は、エラストマー製圧電素子であり、一対の導電エラストマー製の電極層を構成する第1対向電極層32及び第2対向電極層33が誘電エラストマー製の誘電層34の中央部を間に挟むように交互に配置されてなる多層構造体によって構成されている。すなわち、第1対向電極層32及び第2対向電極層33が誘電層34の中央部を挟んで対をなすように対向している。   As shown in FIG. 3, the actuator 22 is a piezoelectric element made of elastomer, and the first counter electrode layer 32 and the second counter electrode layer 33 constituting the pair of conductive elastomer electrode layers are dielectric layers 34 made of dielectric elastomer. The multi-layered structure is alternately arranged so as to sandwich the central portion of. That is, the first counter electrode layer 32 and the second counter electrode layer 33 are opposed so as to form a pair with the central portion of the dielectric layer 34 interposed therebetween.

第1対向電極層32及び第2対向電極層33は、その厚さが例えば、1〜100μmである薄膜状に形成されている。各対向電極層32,33の周縁からは、外部の電線36に接続する線状の延長電極32a,33aがアクチュエータ22の周面まで延びている。   The first opposing electrode layer 32 and the second opposing electrode layer 33 are formed in a thin film shape having a thickness of, for example, 1 to 100 μm. From the peripheral edge of each of the counter electrode layers 32 and 33, linear extension electrodes 32a and 33a connected to the external wires 36 extend to the circumferential surface of the actuator 22.

したがって、アクチュエータ22には、第1対向電極層32及び第2対向電極層33が重ならない周縁の第1領域A1と、第1対向電極層32及び第2対向電極層33の両方が積層方向に重なる中央の第2領域A2とが設けられている。この場合、シール部材26は、流体室形成面22aにおける第1領域A1に圧接することによってシールしている。すなわち、アクチュエータ22における流体室形成面22a側の周縁部は、シール面26aと共同して流体室19と収容室20との間をシールしている。本実施形態において、保護層25は、誘電層34を形成する材料よりも流体に対する透過性が低い材料によって形成される。   Therefore, in the actuator 22, both the first opposing electrode layer 32 and the second opposing electrode layer 33 in the stacking direction are the first region A1 of the peripheral edge where the first opposing electrode layer 32 and the second opposing electrode layer 33 do not overlap, and An overlapping central second area A2 is provided. In this case, the seal member 26 is sealed by pressure contact with the first area A1 of the fluid chamber forming surface 22a. That is, the peripheral portion on the fluid chamber forming surface 22 a side of the actuator 22 cooperates with the sealing surface 26 a to seal between the fluid chamber 19 and the storage chamber 20. In the present embodiment, the protective layer 25 is formed of a material having lower permeability to fluid than the material forming the dielectric layer 34.

第1対向電極層32及び第2対向電極層33を構成する導電エラストマー(第1対向電極層32及び第2対向電極層33の材料)は特に限定されるものではなく、公知のエラストマー製圧電素子に用いられる導電エラストマーを用いることができる。上記導電エラストマーとしては、例えば、絶縁性高分子及び導電性フィラーを含有する導電エラストマーが挙げられる。   The conductive elastomer (the material of the first opposing electrode layer 32 and the second opposing electrode layer 33) constituting the first opposing electrode layer 32 and the second opposing electrode layer 33 is not particularly limited, and a known elastomer piezoelectric element is used. Conductive elastomers used in the present invention can be used. As said conductive elastomer, the conductive elastomer containing an insulating polymer and a conductive filler is mentioned, for example.

上記絶縁性高分子としては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁性高分子のうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。上記導電性フィラーとしては、例えば、ケッチェンブラック(登録商標)、カーボンブラック、銅や銀等の金属粒子が挙げられる。これら導電性フィラーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。   Examples of the insulating polymer include crosslinked polyrotaxane, silicone elastomer, acrylic elastomer, and urethane elastomer. One of these insulating polymers may be used, or multiple types may be used in combination. Examples of the conductive filler include metal particles such as ketjen black (registered trademark), carbon black, copper and silver. One of these conductive fillers may be used, or a plurality of them may be used in combination.

誘電層34は、その厚さが例えば、10〜300μmである薄膜状に形成されている。誘電層34を構成する誘電エラストマー(誘電層34の材料)は特に限定されるものではなく、公知のエラストマー製圧電素子に用いられる誘電エラストマーを用いることができる。   The dielectric layer 34 is formed in a thin film shape whose thickness is, for example, 10 to 300 μm. The dielectric elastomer (the material of the dielectric layer 34) constituting the dielectric layer 34 is not particularly limited, and dielectric elastomers used in known elastomeric piezoelectric elements can be used.

上記誘電エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら誘電エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。本実施形態の誘電層34を構成する誘電エラストマー(誘電層34の材料)は、架橋されたポリロタキサンによって形成されている。   Examples of the dielectric elastomer include crosslinked polyrotaxane, silicone elastomer, acrylic elastomer, and urethane elastomer. One of these dielectric elastomers may be used, or multiple types may be used in combination. The dielectric elastomer (the material of the dielectric layer 34) constituting the dielectric layer 34 of the present embodiment is formed of a crosslinked polyrotaxane.

積層方向で隣り合う誘電層34同士の間の領域であって第1対向電極層32及び第2対向電極層33が配置されていない領域には、絶縁エラストマー製の絶縁部35が設けられている。絶縁部35の厚さは、第1対向電極層32及び第2対向電極層33の厚さと同じになっている。   An insulating elastomer insulating portion 35 is provided in a region between the dielectric layers 34 adjacent to each other in the stacking direction and in a region where the first counter electrode layer 32 and the second counter electrode layer 33 are not disposed. . The thickness of the insulating portion 35 is the same as the thickness of the first opposing electrode layer 32 and the second opposing electrode layer 33.

絶縁部35を構成する絶縁エラストマー(絶縁部35の材料)は公知のエラストマー製圧電素子等において絶縁部分に用いられる公知の絶縁エラストマーを用いることができる。上記絶縁エラストマーとしては、例えば、架橋されたポリロタキサン、シリコーンエラストマー、アクリルエラストマー、ウレタンエラストマーが挙げられる。これら絶縁エラストマーのうちの一種を用いてもよいし、複数種を併用してもよい。   The insulation elastomer (material of the insulation part 35) which comprises the insulation part 35 can use the well-known insulation elastomer used for an insulation part in well-known elastomer piezoelectric elements etc. Examples of the insulating elastomer include cross-linked polyrotaxane, silicone elastomer, acrylic elastomer, and urethane elastomer. One of these insulating elastomers may be used, or multiple types may be used in combination.

各第1対向電極層32及び各第2対向電極層33は、延長電極32a,33a及び電線36を介して電源37と電気的に接続されている。したがって、各第1対向電極層32と各第2対向電極層33との間には、電源37によって電圧が印加されるようになっている。   The first opposing electrode layers 32 and the second opposing electrode layers 33 are electrically connected to the power supply 37 via the extension electrodes 32 a and 33 a and the electric wires 36. Therefore, a voltage is applied by the power supply 37 between each first opposing electrode layer 32 and each second opposing electrode layer 33.

次に、ポンプ11の作用について説明する。
図3及び図4に示すように、アクチュエータ22に電圧が印加されると、アクチュエータ22における流体室形成面22aの反対側の面が底板21に固定されているため、アクチュエータ22は流体室形成面22aにおける第2領域A2が窪むように弾性変形する。すると、流体室19の容積が増加するため、流体室19が減圧される。この流体室19の減圧により、第1弁27が開弁され、吸入口17から流体室19に流体が流入する。
Next, the operation of the pump 11 will be described.
As shown in FIGS. 3 and 4, when a voltage is applied to the actuator 22, the surface on the opposite side of the fluid chamber forming surface 22 a in the actuator 22 is fixed to the bottom plate 21, so the actuator 22 is a fluid chamber forming surface It elastically deforms so that the 2nd field A2 in 22a becomes depressed. Then, since the volume of the fluid chamber 19 increases, the fluid chamber 19 is depressurized. Due to the pressure reduction of the fluid chamber 19, the first valve 27 is opened, and the fluid flows into the fluid chamber 19 from the suction port 17.

このとき、アクチュエータ22の第1領域A1は、ほとんど弾性変形しないので、シール部材26によるシール状態が維持される。このため、流体室19の流体がシール部材26と保護層25との間から収容室20の空間23に進入することはない。   At this time, since the first area A1 of the actuator 22 is hardly elastically deformed, the sealing state by the seal member 26 is maintained. Therefore, the fluid in the fluid chamber 19 does not enter the space 23 of the storage chamber 20 from between the seal member 26 and the protective layer 25.

続いて、アクチュエータ22への電圧の印加を止めると、図5に示すように、窪むように弾性変形していたアクチュエータ22の流体室形成面22aが弾性復元力により弾性変形前の元のフラットな状態に戻る。すると、アクチュエータ22によって流体室19の流体が加圧され、第1弁27が閉弁されるとともに第2弁28が開弁される。これにより、流体室19の流体が排出口18に流れて外部へ排出される。   Subsequently, when the application of the voltage to the actuator 22 is stopped, as shown in FIG. 5, the fluid chamber forming surface 22a of the actuator 22 elastically deformed so as to be recessed is in an original flat state before elastic deformation by elastic restoring force. Return to Then, the fluid in the fluid chamber 19 is pressurized by the actuator 22, and the first valve 27 is closed and the second valve 28 is opened. Thereby, the fluid in the fluid chamber 19 flows to the discharge port 18 and is discharged to the outside.

そして、ポンプ11は、上述したアクチュエータ22への電圧の印加とアクチュエータ22への電圧の印加の停止とを繰り返し行うことで、吸入口17からの流体の吸入と排出口18からの流体の排出とを繰り返し行う。この場合、アクチュエータ22は、底板21に固定された面の反対側の面である流体室形成面22aにおける第2領域A2が窪むこととフラットな状態に戻ることとを繰り返すように変形するだけなので、流体の粘性が高い場合でも、その変形動作が高い再現性で安定する。このため、ポンプ11は、流体の粘性に関係なく流体室19の流体を排出口18から安定して排出することができる。   Then, the pump 11 repeatedly performs the application of the voltage to the actuator 22 and the stop of the application of the voltage to the actuator 22 described above, thereby suctioning the fluid from the suction port 17 and discharging the fluid from the discharge port 18. Repeat In this case, the actuator 22 only deforms so as to repeat the depression and return to the flat state of the second region A2 in the fluid chamber forming surface 22a which is the surface opposite to the surface fixed to the bottom plate 21. Therefore, even when the viscosity of the fluid is high, the deformation operation is stabilized with high repeatability. Therefore, the pump 11 can stably discharge the fluid in the fluid chamber 19 from the outlet 18 regardless of the viscosity of the fluid.

(変更例)
なお、上記実施形態は次のように変更してもよい。
・第1弁27及び第2弁28は、必ずしも弾性体29によって構成する必要はない。すなわち、第1弁27及び第2弁28は、例えば、特許文献1で使用されているボール弁やその他の一般的な一方向弁によって構成してもよい。
(Modification example)
The above embodiment may be modified as follows.
The first valve 27 and the second valve 28 do not necessarily have to be constituted by the elastic body 29. That is, the first valve 27 and the second valve 28 may be configured by, for example, a ball valve used in Patent Document 1 or another general one-way valve.

・保護層25は、省略してもよい。
・アクチュエータ22の全面を保護層25で覆うようにしてもよい。
・流体室ケースとして、第2ケース14と第3ケース15とを一体化し且つその下端周縁から外方に延びるフランジ部を形成したものを採用してもよい。この場合、フランジ部の下面まで収容室20とアクチュエータ22とを広げることで、フランジ部の一部の下面をシール面として利用できるので、シール部材26を省略できる。
The protective layer 25 may be omitted.
The entire surface of the actuator 22 may be covered with the protective layer 25.
The fluid chamber case may be one in which the second case 14 and the third case 15 are integrated and a flange portion extending outward from the lower edge of the lower case is formed. In this case, by expanding the storage chamber 20 and the actuator 22 to the lower surface of the flange portion, the lower surface of a part of the flange portion can be used as a sealing surface, so the sealing member 26 can be omitted.

・アクチュエータ22における誘電層34の積層数や流体室形成面22aの面積は、適宜変更してもよい。このようにすれば、吸入口17からの流体の吸入量(吸入圧)や排出口18からの流体の排出量(排出圧)を調整することができるので、ポンプ11を所望の仕様にすることができる。   The number of laminated dielectric layers 34 in the actuator 22 and the area of the fluid chamber forming surface 22 a may be changed as appropriate. In this way, it is possible to adjust the suction amount of fluid (suction pressure) from the suction port 17 and the discharge amount of fluid from the discharge port 18 (discharge pressure), so that the pump 11 has a desired specification. Can.

・アクチュエータ22の駆動速度やストロークを制御部によって制御するようにしてもよい。
・上記実施形態ではアクチュエータ22の下面を底板21に接着し且つ底板21を第1ケース13内の底面に配置したが、底板21を省略してアクチュエータ22の下面を直接第1ケース13内の底面に接着して固定してもよい。また、アクチュエータ22の下面を例えば吸盤のような負圧力を利用して第1ケース13内の底面に固定してもよい。このようにすれば、アクチュエータ22の下面を第1ケース13内の底面に圧接させるだけで、アクチュエータ22を第1ケース13内の底面に容易に固定できる。
The driving speed and the stroke of the actuator 22 may be controlled by the control unit.
In the above embodiment, the lower surface of the actuator 22 is adhered to the bottom plate 21 and the bottom plate 21 is disposed on the bottom surface in the first case 13. However, the bottom plate 21 is omitted and the lower surface of the actuator 22 is directly on the bottom surface in the first case 13. It may be adhered and fixed to Also, the lower surface of the actuator 22 may be fixed to the bottom surface in the first case 13 using a negative pressure such as a suction cup, for example. In this way, the actuator 22 can be easily fixed to the bottom surface in the first case 13 simply by pressing the lower surface of the actuator 22 against the bottom surface in the first case 13.

11…ポンプ、12…ケース、13…収容室ケースを構成する第1ケース、14…流体室ケースを構成する第2ケース、15…流体室ケースを構成する第3ケース、17…吸入口、18…排出口、19…流体室、20…収容室、22…アクチュエータ、22a…流体室形成面、25…保護層、26…シール部材、26a…シール面、27…第1弁、28…第2弁、29…弾性体、32…電極層を構成する第1対向電極層、33…電極層を構成する第2対向電極層、34…誘電層。   11: Pump, 12: Case, 13: First case constituting the storage case, 14: Second case constituting the fluid chamber case, 15: Third case constituting the fluid chamber case, 17: Suction port, 18 ... Discharge port, 19 ... Fluid chamber, 20 ... Storage chamber, 22 ... Actuator, 22 a ... Fluid chamber formation surface, 25 ... Protective layer, 26 ... Seal member, 26 a ... Seal surface, 27 ... First valve, 28 ... Second Valve 29 elastic body 32 first opposing electrode layer constituting electrode layer 33 second opposing electrode layer constituting electrode layer 34 dielectric layer

Claims (5)

流体が吸入される吸入口及び前記流体が排出される排出口の両方と連通し且つ前記流体を収容可能な流体室と、前記流体室と隣接する収容室と、前記流体室と前記収容室との境界に位置する環状のシール面とを有するケースと、
前記収容室に収容され、誘電エラストマー製の誘電層と、前記誘電層の中央部を挟んで対向する一対の導電エラストマー製の電極層とを有するアクチュエータと、
前記吸入口を開閉可能な第1弁と、
前記排出口を開閉可能な第2弁と、
を備え、
前記アクチュエータにおける前記流体室を臨む面は、前記アクチュエータの少なくとも一部の中央部を含み且つ前記流体室を形成する壁面の一部を形成する流体室形成面とされ、
前記アクチュエータにおける前記流体室形成面の反対側の面は、前記ケースの内面に固定され、
前記アクチュエータにおける前記流体室形成面側の周縁部は、前記シール面と共同して前記流体室と前記収容室との間をシールしていることを特徴とするポンプ。
A fluid chamber in communication with both an inlet through which fluid is drawn and an outlet through which the fluid is drained, a fluid chamber capable of receiving the fluid, a receiving chamber adjacent to the fluid chamber, the fluid chamber, and the receiving chamber A case having an annular sealing surface located at the boundary of
An actuator which is accommodated in the accommodating chamber and which has a dielectric layer made of a dielectric elastomer and a pair of electrode layers made of a conductive elastomer opposed to each other across the central portion of the dielectric layer;
A first valve capable of opening and closing the suction port;
A second valve capable of opening and closing the outlet;
Equipped with
The surface facing the fluid chamber in the actuator is a fluid chamber forming surface that includes a central portion of at least a portion of the actuator and forms a portion of a wall surface forming the fluid chamber,
The surface of the actuator opposite to the fluid chamber forming surface is fixed to the inner surface of the case,
A peripheral edge on the fluid chamber forming surface side of the actuator cooperates with the seal surface to seal between the fluid chamber and the storage chamber.
前記ケースは、
前記流体室を画定する流体室ケースと、
前記収容室を画定する収容室ケースと、
前記流体室ケースに内方向に突出して固定された環状のシール部材と、
を備え、
前記シール面は、前記シール部材における前記収容室側の面によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。
The case is
A fluid chamber case defining the fluid chamber;
A storage case defining the storage chamber;
An annular seal member projecting inward and fixed to the fluid chamber case;
Equipped with
The pump according to claim 1, wherein the sealing surface is constituted by a surface of the sealing member on the storage chamber side.
前記流体室形成面は、前記誘電層を形成する材料よりも前記流体に対する透過性が低い材料によって形成された保護層によって形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のポンプ。   The fluid chamber forming surface is formed of a protective layer formed of a material having a permeability to the fluid lower than that of the material forming the dielectric layer. pump. 前記誘電層は、架橋されたポリロタキサンによって形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載のポンプ。   The pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the dielectric layer is formed of a crosslinked polyrotaxane. 前記第1弁及び前記第2弁は、前記流体室の圧力変化により弾性変形することによって開閉動作する弾性体によって構成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載のポンプ。   5. The first valve and the second valve according to any one of claims 1 to 4, wherein the first valve and the second valve are made of an elastic body that opens and closes by elastic deformation due to pressure change of the fluid chamber. The pump according to claim 1.
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