JP3784566B2 - 小型ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイアフラム型の小型ポンプに関し、特に、吐出安定性を向上させた小型ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のダイアフラム型の小型ポンプには、例えば、図８（ａ）に示すように圧電素子からなる振動子（以下、「圧電振動子」という）７を用いたものがある。圧電振動子７を用いたポンプは、ケーシング１の内周面に設けた固定用パッキンを介して圧電振動子７の外周部を密封支持し、この圧電振動子７に交流電圧を印加して上記圧電振動子７を振動させることにより、搬送流体を吸い込み流路２から吸い込み用逆止弁６を通して、ポンプ室１３に吸い込み、このポンプ室１３内に吸い込んだ流体を吐出用逆止弁１２を通して吐出流路８から吐出する構成になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の小型ポンプの場合、１回あたりの搬送流体の吐出量が少量であり、例えば、直径２５ｍｍのバイモルフ型圧電振動子を駆動源として用い、交流１００Ｖで駆動した場合には、吐出量は０．０１ｍｌ／Ｈｚ程度であり、５０Ｈｚ時に０．５ｍｌ／ｓｅｃとなる。このときに搬送流体が零速度から最大速度への流速変化を伴う激しい流れが、１秒間に５０回も繰り返し行われるため、搬送流体による脈動が生じて流路抵抗が極めて大きくなるという問題がある。かかる流速、吐出圧変化による脈動により、ポンプ系全体として共振が生じるため、ポンプ姿勢や、配管長さが変化した場合に流量や吐出圧が変化するという問題点がある。なお、ポンプ姿勢とは、ポンプを設置する向きのことをいう。また、配管長さにより、流量、吐出圧が変化するのは、ケーシング１に搬送流体を供給する配管内には、脈動によって搬送流体の粗密波である定在波ができるが、配管長さを変えると、粗密波の腹及び節の位置が変わり、流量圧力が変動するためである。
【０００４】
このため、吸入側においては逆止弁６の上流側に、吐出側においては逆止弁１２の下流側に閉ざされた空間を有する液溜室３，９を設け、圧力変動を緩和させることが行われているが、前記のように例えば直径が２５ｍｍ程度と小さな圧電素子を用いた小型ポンプの場合には十分な空間容積を確保するのが困難であり、小型化への障害となっていた。
【０００５】
また、かかる液溜室３，９は、ポンプ姿勢の変化によって逆止弁との相対的な位置が変化するために、その容積が変動し、ポンプ性能も変化してしまうという問題点がある。具体的に、図８（ａ）、（ｂ）にポンプ姿勢の変化状態を示すと、液溜室を、図中、吸込み側液溜室を３、吐出側液溜室を９とすると、ポンプを上向きに設置すると、液溜室３，９は上側に配設されるので、搬送流体吸入時にも、液溜室３，９は図中多数の点により表示された空気部分の空気室となる。しかしながら、ポンプを下向きに設置すると、液溜室３，９は下側に配設されるので、搬送流体吸入時には、液溜室３，９には搬送流体が充填されるために、空気室として液溜室３，９が作用しない。このように、ポンプ姿勢変化により、液溜室３，９の空気室としての容積が著しく変動するために、吐出安定性が得られない。
【０００６】
そこで、本発明は、小型ポンプにおいて緩衝空間を設けることにより流速変動を緩和させて吐出安定性を向上した小型のポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ケーシング（１）と、ケーシング（１）内に搬送流体を流入する吸い込み流路（２）と、ケーシング（１）内から搬送流体を吐出する吐出流路（８）と、ケーシング（１）内に吸入口及び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行うポンプ室（１３）と、ポンプ室（１３）の吸込口に設けられ、吸い込み流路（２）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁（６）と、ポンプ室（１３）の吐出口に設けられ、吐出流路（８）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁（１２）とを有してなる小型ポンプにおいて、
ケーシング（１）内で、吸い込み側逆止弁（６）の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室（３）と、
ケーシング（１）に、吸い込み側液溜室（３）が大気に連通するように開口形成された吸い込み側開放窓（５）と、
吸い込み側液溜室（３）の吸い込み側開放窓（５）側を、大気と遮断し且つ吸い込み側液溜室（３）が所定容量となるように区画する柔軟なシート材料からなる吸い込み側隔膜（４）と、
ケーシング（１）内で、吐出側逆止弁（１２）の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室（９）と、
ケーシング（１）に、吐出側液溜室（９）が大気に連通するように開口形成された吐出側開放窓（１１）と、
吐出側液溜室（９）の吐出側開放窓（１１）側を、大気と遮断し且つ吐出側液溜室（９）が所定容量となるように区画する柔軟なシート材料からなる吐出側隔膜（１０）と、
上記ポンプ室（１３）内で、吸い込み側逆止弁（６）と吐出側逆止弁（１２）に対向して配置され、上記ダイヤフラムの往復運動を行なわせる圧電振動子（７）と、
を備え、
上記吸い込み側液溜室（３）と上記吐出側液溜室（９）は、それぞれ上記吸い込み流路（２）及び上記吐出流路（８）に連通し、ポンプ室（１３）と隔てられて形成されており、
吸い込み側液溜室（３）の上記ポンプ室（１３）と反対側に上記吸い込み側開放窓（５）が形成されて、上記吸い込み側隔膜（４）が吸い込み側液溜室（３）の壁の一部分を構成するようにして、吸い込み側逆止弁（６）に対向しており、
吐出側液溜室（９）の上記ポンプ室（１３）と反対側に上記吐出側開放窓（１１）が形成されて、上記吐出側隔膜（１０）が吐出側液溜室（９）の壁の一部分を構成するようにして、吐出側逆止弁（１２）に対向しており、
吸い込み流路（２）は、吸い込み側逆止弁（６）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられ、
吐出流路（８）は、吐出側逆止弁（１２）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成では、吸入口及び吐出口に各々１対の逆止弁（６，１２）を備えたポンプ室（１３）内が、ポンプ室（１３）内のダイアフラムの往復振動により圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から、吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生じる脈動が吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）の振動によって緩和されるため、流速が平準化され、流動に伴う流路抵抗も平準化されて脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制されるので、流量および吐出圧力が安定化する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記圧電振動子（７）は、交流電源によって駆動されることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成では、圧電振動子（７）が交流電源によって撓み変化し、電圧変化に応じた往復振動をすると、ケーシング（１）と一対の逆止弁（６，１２）と圧電振動子（７）とによって構成された空間が圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から吐出流路（８）に向かって流れる。このため、簡易に、小型ポンプを構成することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）は、柔軟なゴム材料のシートからなり、シート厚さが０．２ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成では、吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）を柔軟な材料のシートで、０．２ｍｍ以上とすることにより、液溜室（３，９）の搬送液体は常に一定の流速変動緩和作用を得ることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、吸い込み側開放窓（５）及び吐出側開放窓（１１）の大気と接する面積が、圧電振動子（７）が１回の往復振動において吐出される容積１ｃｍ３に対して、各々約１０ｃｍ２以上となることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成では、吸い込み側開放窓（５）及び吐出側開放窓（１１）の大気と接する面積をこの程度とすることにより、脈動に伴う流路抵抗も平準化され、脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制され、効果的に流量および吐出圧力を安定化させることができる。
また、従来の液溜室に閉ざされた空間を設ける方式とは異なって、ポンプの取り付け姿勢が変化しても振動吸収を行う吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）の解放窓吸い込み側開放窓（５）及び吐出側開放窓（１１）部分の面積は、常に一定であるので、脈動の緩衝作用効果が変化しないため流量および吐出圧力の変化も抑制される。
【００１５】
請求項５記載の発明は、ケーシング（１）と、ケーシング（１）内に搬送流体を流入する吸い込み流路（２）と、ケーシング（１）内から搬送流体を吐出する吐出流路（８）と、ケーシング（１）内に吸入口及び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行うポンプ室（１３）と、ポンプ室（１３）の吸込口に設けられ、吸い込み流路（２）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁（６）と、ポンプ室（１３）の吐出口に設けられ、吐出流路（８）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁（１２）とを有し
てなる小型ポンプにおいて、
ケーシング（１）内で、吸い込み側逆止弁（６）の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室（３）と、
吸い込み側液溜室（３）に、吸い込み側液溜室（３）の一部が所定容量の空気室（５０）となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吸い込み側隔膜（４０）と、
ケーシング（１）内で、吐出側逆止弁（１２）の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室（９）と、
吐出側液溜室（９）に、吐出側液溜室（９）の一部が所定容量の空気室（１１０）となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吐出側隔膜（１００）と、
上記ポンプ室（１３）内で、吸い込み側逆止弁（６）と吐出側逆止弁（１２）に対向して配置され、上記ダイヤフラムの往復運動を行なわせる圧電振動子（７）と、
を備え、
上記吸い込み側液溜室（３）と上記吐出側液溜室（９）は、それぞれ上記吸い込み流路（２）及び上記吐出流路（８）に連通し、ポンプ室（１３）と隔てられて形成されており、
吸い込み側液溜室（３）の上記ポンプ室（１３）と反対側に広がり閉じられた部分を区画するように上記吸い込み側隔膜（４０）が設けられて、吸い込み側逆止弁（６）に対向しており、
吐出側液溜室（９）の上記ポンプ室（１３）と反対側に広がり閉じられた部分を区画するように上記吐出側隔膜（１００）が設けられて、吐出側逆止弁（１２）に対向しており、
吸い込み流路（２）は、吸い込み側逆止弁（６）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられ、
吐出流路（８）は、吐出側逆止弁（１２）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成では、圧電振動子（７）が交流電源によって撓み変化し、往復振動すると、ケーシング（１）と１対の逆止弁（６，１２）と圧電振動子（７）とによって構成された空間が圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生じる脈動が空気室（５０，１１０）によって緩和され、流速が平準化されるので、流動に伴う流路抵抗も平準化され、脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制され、流量および吐出圧力が安定化する。
また、吸い込み側隔膜（４０）及び吐出側隔膜（１００）によって空気室（５０，１１０）の容積が殆ど一定に保たれるので、ポンプの取り付け姿勢が変化しても流量および吐出圧力の変化が抑制される。
【００１７】
請求項６記載の発明は、上記圧電振動子（７）は、交流電源によって駆動されることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成では、請求項５の効果に加えて、圧電振動子（７）が交流電源によって撓み変化し、電圧変化に応じた往復振動をすると、ケーシング（１）と１対の逆止弁（６，１２）と圧電振動子（７）とによって構成された空間が圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から吐出流路（８）に向かって流れる。このため、簡易に、小型ポンプを構成することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、吸い込み側隔膜（４０）及び吐出側隔膜（１００）は、柔軟なゴム材料または樹脂材料のシートからなり、シート厚さが０．１ｍｍから２ｍｍの範囲にあることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成では、請求項５、６記載の発明の効果に加えて、吸い込み側隔膜（４０）及び吐出側隔膜（１００）を柔軟な材料のシートで、０．１〜２ｍｍとすることにより、液溜室（３，９）の搬送液体は常に一定の流速変動緩和作用を得ることが可能になる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積が、圧電振動子（７）が１回に往復振動するに際して形成される容積の５倍以上１００倍以内であることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成では、請求項５〜７記載の発明の効果に加えて、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積を、この程度とすることにより、効果的に脈動に伴う流路抵抗の平準化及び脈動に伴う配管の共振による流量変化を抑制し、流量および吐出圧力を安定化させることができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積が、圧電振動子（７）が１回に往復振動するに際して形成される容積の１０倍以上６０倍以内であることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成では、請求項５〜７記載の発明の効果に加えて、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積を、この程度とすることにより、より効果的に脈動に伴う流路抵抗の平準化及び配管の共振による流量変化が抑制され、流量および吐出圧力を安定化させることができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、吸い込み側隔膜（４０）又は吐出側隔膜（１００）において上記搬送流体と接する面積１ｃｍ２に対して空間の容積が１ｃｍ３以上５ｃｍ３以内であることを特徴とする。
【００２６】
かかる構成では、請求項５〜７記載の発明の効果に加えて、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積を、この程度とすることにより、より効果的に脈動に伴う流路抵抗の平準化及び配管の共振による流量変化が抑制され、流量および吐出圧力を安定化させることができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、 吸い込み側液溜室（３）内の吸い込み側の空気室（５０）又は吐出側液溜室（９）内の吐出側の空気室（１１０）が、柔軟なゴムまたは樹脂の発泡体で充填されていることを特徴とする。
【００２８】
かかる構成では、空気室（５０，１１０）を柔軟な材料からなる発泡体で充填することによって、ポンプの圧力が増大した場合にも吸い込み側隔膜（４０）又は吐出側隔膜（１００）が極度に伸びきって作用効果が減少してしまうことを防止できるため、隔膜としての吸い込み側隔膜（４０）又は吐出側隔膜（１００）の効果を長期間保持することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の詳細を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す小型ポンプの縦断面構成図、図２は、図１の分解斜視図、図３は、圧電振動子の分解斜視図である。
【００３０】
本発明の実施の形態の小型ポンプは、基本的には、ケーシング１と、ケーシング１内に搬送流体を流入する吸い込み流路２と、ケーシング１内から搬送流体を吐出する吐出流路８と、ケーシング１内に吸入口及び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行うポンプ室１３と、ポンプ室１３の吸込口に設けられ、吸い込み流路２に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁６と、ポンプ室１３の吐出口に設けられ、吐出流路８に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁１２とを有して構成される。図２に示すように、ケーシング１は、上側部１ａと、下側部１ｂとからなり、その間に圧電振動子７の周縁を挟持させてなる。ケーシング１は、図中上側面１ａに後述する吸込み側及び吐出側開放窓５，１１を開口形成し、吸込み側及び吐出側開放窓５，１１に各々対応して、一対の逆止弁６，１２、隔膜４，１０、一対のリング１４、一対のワッシャ１５を装着してなる。
【００３１】
本発明の小型ダイヤフラム式ポンプでは、ダイヤフラムの往復運動は、圧電振動子７により行う。圧電振動子７は圧電体の撓み変化を応用するユニモルフ、バイモルフ等の素子が用いられ、交流電源によって駆動される。図３に示すように、圧電振動子７は、搬送流体と接する側から順に、接液シート７ｄ、保護シート７ｃ、圧電素子７ｂ及び保護シート７ａとから構成される。なお、図２に示すように、圧電振動子７には、交流電源と接続するための配線７ｅが取り付けられている。
【００３２】
本願発明は、さらに、所定容量の搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室３を吸い込み側逆止弁６の上流側に設け、吸い込み側液溜室３が大気に連通するように吸い込み側開放窓５を開口形成し、吸い込み側液溜室３の吸い込み側開放窓５側に、吸い込み側隔膜４を設けて、吸い込み側液溜室３が大気と遮断され且つ吸い込み側液溜室３が所定容量となるように区画するものである。
また、吐出流路８側も同様に、所定容量の搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室９を吐出側逆止弁１２の下流側に設け、吐出側液溜室９が大気に連通するように吐出側開放窓１１を開口形成し、吐出側液溜室９の吐出側開放窓１１側に、吐出側隔膜１０を設けて、吐出側液溜室９が大気と遮断され且つ吐出側液溜室９が所定容量となるように区画するものである。
【００３３】
吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０は、薄く柔軟な材料で、吸い込み側液溜室３および吐出側液溜室９の隔壁の一部分を構成するように設けられる。吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０は、例えばシリコンゴム、ブチルゴム、フッソゴム等の柔軟なゴム材料のシートとするのが良い。また、シート厚みは、０．２ｍｍ以上とするのが良い。厚さが０．２ｍｍよりも薄くなると、隔膜４，１０が圧力によって伸びきっていまうためにポンプ駆動に伴う液溜室３、９の容積変化に追従できなくなるので好ましくない。吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０を、柔軟な材料で所定の厚みとすることにより、液溜室３，９の搬送液体は常に一定の流速変動緩和作用を得ることができる。
【００３４】
吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１の外部に解放され、大気と接する窓部分の面積は、圧電振動子７が１回の往復振動において吐出される容積１ｃｍ３に対して、各々約１０ｃｍ２以上となるのが好ましい。吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１の窓部分の面積が小さいと、圧電振動子７の駆動により生ずる容積変化を緩和するのに不十分となり、作用効果を十分に達成できないので好ましくない。
【００３５】
上述の吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１の外部に解放された窓部分の面積と、圧電振動子７の１回の往復振動において吐出される容積との関係について、具体的に説明する。
（１）圧電振動子７の素子径５０ｍｍの場合
圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時に３００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に４００ｍｌ／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められる。
４００ｍｌ／ｍｉｎ／６０／５０＝０．１３ｍｌ
吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０の窓部分の面積を、５．５ｃｍ２／片側とすると、倍率＝５．５／０．１３＝４２倍となる。
【００３６】
（２）圧電振動子７の素子径２５ｍｍの場合
圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時に１００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に３０ｍｌ／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められる。
３０ｍｌ／ｍｉｎ／６０／５０＝０．０１ｍｌ
吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０の窓部分の面積を０．７８５ｃｍ２／片側とすると、倍率＝０．７８５／０．０１＝７８．５倍となる。
【００３７】
従って、上述の吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１の外部に解放された窓部分の面積は、圧電振動子７が１回の往復振動において吐出される搬送流体の容積１ｃｍ３に対して、各々約１０ｃｍ２以上というのは、０．０１ｍｌに対して１０ｃｍ２であるので、約１００倍となるので、容積変化を緩和するのに十分な大きさとなり、作用効果を十分に達成することができる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の他の実施の形態を示す小型ポンプの縦断面構成図、図５は、図４の分解斜視図である。
【００３９】
本発明の第２の実施の形態の小型ポンプは、基本的な構成は、第１の実施の形態の小型ポンプと同様であり、図中同じ符号のものについては説明を省略する。尚、ケーシング１は図５のように、上側部１ａ、中間部１ｂ、下側部１ｃとからなる。上側部１ａには空気室５０、１１０が形成されている。中間部１ｂは液溜室３、９及びポンプ室１３の上側部分を形成してなり、下側部１ｃはポンプ室１３の下側部分を形成してなる。中間部１ｂ及び下側部１ｃにより圧電振動子７の周縁を挟持してポンプ室１３を構成する。
【００４０】
第２の実施の形態は、ケーシング１内で、吸い込み側逆止弁６の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室３と、吸い込み側液溜室３に、吸い込み側液溜室３の一部が所定容量の空気室５０となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吸い込み側隔膜４０と、ケーシング１内で、吐出側逆止弁１２の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室９と、吐出側液溜室９に、吐出側液溜室９の一部が所定容量の空気室１１０となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吐出側隔膜１００とを備えてなることを特徴とする。
【００４１】
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、吸い込み側液溜室３、吐出側液溜室９を備え、吸い込み側隔膜４，４０及び吐出側隔膜１０，１００を備えている点で共通している。また、第１の実施の形態では、大気に連通するように開口形成された吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１であるのに対し、第２の実施の形態では、ケーシング１の吸い込み側液溜室３側は、大気に連通されておらず、閉鎖された隔室となっており、所定容量の吸い込み側空気室５０及び吐出側空気室１１０となっている点が相違している。
【００４２】
第２の実施の形態の小型ダイヤフラム式ポンプでは、第１の実施の形態と同様に、ダイヤフラムの往復運動は、圧電振動子７により行う。圧電振動子７は圧電体の撓み変化を応用するユニモルフ、バイモルフ等の素子が用いられ、交流電源によって駆動される。なお、圧電振動子７は図３のものと同様である。
【００４３】
吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッソゴム等の柔軟なゴム材料または樹脂材料のシートからなるのが好ましい。シート厚さが０．１ｍｍから２ｍｍの範囲にあるのが好ましい。厚さが０．１ｍｍよりも薄くなると、吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００が圧力によって伸びやすくなるために空気室５０、１１０の容積変化が大きくなるので好ましくない。また、厚さが厚くなりすぎると圧電振動子７の駆動に伴う液溜室３，９の圧力変化に追従し難くなるので好ましくない。
【００４４】
吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００は、吸い込み側液溜室３および吐出側液溜室９において、各々逆止弁６，１２と対向し、空気室５０，１１０とを隔てるように設けられるが、構成上、図４に示したように吸い込み側液溜室３側の吸い込み側隔膜４０と吐出側液溜室９側の吐出側隔膜１００とを一体化して設けても、吸い込み側液溜室３と吐出側液溜室９とがケーシング１の一部によって分離されていれば差し支えない。吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００は、液溜室３，９と空気室５０，１１０とを仕切るように形成されている。かかる構成とすることにより、空気室５０，１１０はケーシング１と吸い込み側隔膜４０及び吐出側隔膜１００によって隔壁が構成され、その容積が一定に保たれる。
【００４５】
空気室５０，１１０の容積は、圧電振動子が１回に往復振動するに際して吐出される搬送流体の容積の５倍以上１００倍以内が好ましい。更に、好ましくは、１０倍以上６０倍以内である。また、吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００が搬送流体と接する面積１ｃｍ２に対して各空気室５０，１１０の容積が１ｃｍ３以上５ｃｍ３以内が好ましい。
空気室５０，１１０の容積が小さいと、圧電振動子７の駆動により生ずる容積変化を緩和するのに不十分となり、また空気室５０，１１０の容積が過大になると、ポンプの圧力増大によって吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００が過度に変形して伸張しきってしまい、作用効果が減少するので好ましくない。
【００４６】
上述の吸い込み側空気室５０及び吐出側空気室１１０の容積と、圧電振動子７が１回の往復振動において吐出される搬送流体の容積との関係について、具体的に説明する。
（１）圧電振動子７の素子径５０ｍｍの場合
圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時に３００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に４００ｍｌ／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められる。１回あたりの吐出量＝４００ｃｍ３／ｍｉｎ／６０／５０＝０．１３ｃｍ３。
空気室の容積を１．４ｃｍ３／片側とすると、倍率は１．４／０．１３＝１１倍となる。
【００４７】
（２）圧電振動子７の素子径２５ｍｍの場合
圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時に１００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に３０ｍｌ／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められる。１回あたりの吐出量＝３０ｃｍ３／ｍｉｎ／６０／５０＝０．０１ｃｍ３。
空気室の容積を０．４ｃｍ３／片側とすると、倍率は、０．４／０．０１＝４０倍となる。
【００４８】
従って、上述の吸い込み側空気室５０及び吐出側空気室１１０の容積は、吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００が搬送流体と接する面積１ｃｍ２に対して空気室の容積が１ｃｍ３以上５ｃｍ３以内というのは、搬送流体の吐出容量０．０１ｍｌに対して吸い込み側隔膜４又は吐出側隔膜１０が搬送流体と接する面積が１ｃｍ２であり、約１０倍となるので、脈動の容積変化を緩和するのに十分な大きさとなり、作用効果を十分に達成することができる大きさであるといえる。
【００４９】
さらに、図示していないが、吸い込み側空気室５０又は吐出側空気室１１０が、柔軟なゴムまたは樹脂の発泡体で充填するようにしても良い。空気室５０，１１０を柔軟な材料からなる発泡体で埋めることによって、ポンプの圧力が増大した場合にも吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００隔膜が極度に伸びきって作用効果が減少してしまうことを防止でき、隔膜としての効果は一層保たれる。発泡体は、例えば、シリコンゴムやポリウレタン等が好ましい。
【００５０】
次ぎに、図６に示すように、第２の実施の形態の小型ポンプの設置状態の影響による吐出圧変化を説明する。図中、斜め網目の棒グラフが隔膜である吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００を有する小型ポンプ、白いグラフが隔膜がない小型ポンプを示す。図中、上向き又は下向きというのは、ケーシング１が上向き又は下向きとなっていることを示し、ケーブル上下というのは、圧電振動子７のケーブルが上向き又は下向きとなっていることを示し、ＩＮというのは、吸い込み流路２、ＯＵＴというのは、吐出流路８が各々上向きに設置されていることを示す。
【００５１】
図からわかるように、吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００を有さない小型ポンプ（白棒グラフ）は、ＩＮが上の状態の場合に特に、吐出圧が低く吐出安定性が低いことがわかる。
【００５２】
また、具体的に、図７（ａ）、（ｂ）にポンプ姿勢の変化状態を示すと、図中、ポンプを上向きに設置すると、液溜室は一部に空気が残留するものの、殆どは液体で満たされてしまうが、隔膜４０，１００で区画された空気室５０，１１０は、図中多数の点により表示された空気部分たなり、その作用を維持できる。
また、ポンプを下向きにすると、液溜室３，９は液体で満たされてしまうが、隔膜４０，１００によって区画された空気室５０，１１０は、空気部分となるためその作用を維持できる。
このように、ポンプ姿勢変化により、空気室５０，１１０の容積が従来のように著しく変動することがないために、吐出安定性が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１〜４記載の発明では、ポンプ室（１３）内のダイアフラムの往復振動により、搬送流体が吸い込み流路（２）から、吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生じる脈動が吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）の振動によって緩和されるため、流速が平準化され、流動に伴う流路抵抗も平準化されて脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制されるので、流量および吐出圧力が安定化する。
【００５４】
本発明のうち請求項５〜１０記載の発明では、ポンプ室（１３）内のダイアフラムの往復振動により、搬送流体が吸い込み流路（２）から、吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生じる脈動が空気室（５０，１１０）によって緩和され、流速が平準化され且つ流動に伴う流路抵抗も平準化され、脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制されるため、流量および吐出圧力が安定化する。
【００５５】
本発明のうち請求項１１記載の発明では、空気室（５０，１１０）を柔軟な材料からなる発泡体で充填することによって、ポンプの圧力が増大した場合にも吸い込み側隔膜（４０）又は吐出側隔膜（１００）が極度に伸びきって作用効果が減少してしまうことを防止できるため、吸い込み側隔膜（４）又は吐出側隔膜（１０）の効果を長期間保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す小型ポンプの縦断面構成図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】圧電振動子の分解斜視図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す小型ポンプの縦断面構成図である。
【図５】図４の分解斜視図である。
【図６】設置状態の影響による吐出圧変化を示した図である。
【図７】本発明の小型ポンプの姿勢を変化させた状態を示す図であり、（ａ）は、上向きに設置した状態、（ｂ）は、下向きに設置した状態を示す。
【図８】従来の小型ポンプの姿勢を変化させた状態を示す図であり、（ａ）は、上向きに設置した状態、（ｂ）は、下向きに設置した状態を示す。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 吸い込み流路
３ 吸い込み側液溜室
４，４０ 吸い込み側隔膜
５ 吸い込み側開放窓
６ 吸い込み側逆止弁
７ 圧電振動子
８ 吐出流路
９ 吐出側液溜室
１０，１００ 吐出側隔膜
１１ 吐出側開放窓
１２ 吐出側逆止弁
１３ ポンプ室
５０ 吸い込み側空気室
１１０ 吐出側空気室
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイアフラム型の小型ポンプに関し、特に、吐出安定性を向上させた小型ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のダイアフラム型の小型ポンプには、例えば、図８（ａ）に示すように圧電素子からなる振動子（以下、「圧電振動子」という）７を用いたものがある。圧電振動子７を用いたポンプは、ケーシング１の内周面に設けた固定用パッキンを介して圧電振動子７の外周部を密封支持し、この圧電振動子７に交流電圧を印加して上記圧電振動子７を振動させることにより、搬送流体を吸い込み流路２から吸い込み用逆止弁６を通して、ポンプ室１３に吸い込み、このポンプ室１３内に吸い込んだ流体を吐出用逆止弁１２を通して吐出流路８から吐出する構成になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の小型ポンプの場合、１回あたりの搬送流体の吐出量が少量であり、例えば、直径２５ｍｍのバイモルフ型圧電振動子を駆動源として用い、交流１００Ｖで駆動した場合には、吐出量は０．０１ｍｌ／Ｈｚ程度であり、５０Ｈｚ時に０．５ｍｌ／ｓｅｃとなる。このときに搬送流体が零速度から最大速度への流速変化を伴う激しい流れが、１秒間に５０回も繰り返し行われるため、搬送流体による脈動が生じて流路抵抗が極めて大きくなるという問題がある。かかる流速、吐出圧変化による脈動により、ポンプ系全体として共振が生じるため、ポンプ姿勢や、配管長さが変化した場合に流量や吐出圧が変化するという問題点がある。なお、ポンプ姿勢とは、ポンプを設置する向きのことをいう。また、配管長さにより、流量、吐出圧が変化するのは、ケーシング１に搬送流体を供給する配管内には、脈動によって搬送流体の粗密波である定在波ができるが、配管長さを変えると、粗密波の腹及び節の位置が変わり、流量圧力が変動するためである。
【０００４】
このため、吸入側においては逆止弁６の上流側に、吐出側においては逆止弁１２の下流側に閉ざされた空間を有する液溜室３，９を設け、圧力変動を緩和させることが行われているが、前記のように例えば直径が２５ｍｍ程度と小さな圧電素子を用いた小型ポンプの場合には十分な空間容積を確保するのが困難であり、小型化への障害となっていた。
【０００５】
また、かかる液溜室３，９は、ポンプ姿勢の変化によって逆止弁との相対的な位置が変化するために、その容積が変動し、ポンプ性能も変化してしまうという問題点がある。具体的に、図８（ａ）、（ｂ）にポンプ姿勢の変化状態を示すと、液溜室を、図中、吸込み側液溜室を３、吐出側液溜室を９とすると、ポンプを上向きに設置すると、液溜室３，９は上側に配設されるので、搬送流体吸入時にも、液溜室３，９は図中多数の点により表示された空気部分の空気室となる。しかしながら、ポンプを下向きに設置すると、液溜室３，９は下側に配設されるので、搬送流体吸入時には、液溜室３，９には搬送流体が充填されるために、空気室として液溜室３，９が作用しない。このように、ポンプ姿勢変化により、液溜室３，９の空気室としての容積が著しく変動するために、吐出安定性が得られない。
【０００６】
そこで、本発明は、小型ポンプにおいて緩衝空間を設けることにより流速変動を緩和させて吐出安定性を向上した小型のポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ケーシング（１）と、ケーシング（１）内に搬送流体を流入する吸い込み流路（２）と、ケーシング（１）内から搬送流体を吐出する吐出流路（８）と、ケーシング（１）内に吸入口及び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行うポンプ室（１３）と、ポンプ室（１３）の吸込口に設けられ、吸い込み流路（２）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁（６）と、ポンプ室（１３）の吐出口に設けられ、吐出流路（８）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁（１２）とを有してなる小型ポンプにおいて、
ケーシング（１）内で、吸い込み側逆止弁（６）の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室（３）と、
ケーシング（１）に、吸い込み側液溜室（３）が大気に連通するように開口形成された吸い込み側開放窓（５）と、
吸い込み側液溜室（３）の吸い込み側開放窓（５）側を、大気と遮断し且つ吸い込み側液溜室（３）が所定容量となるように区画する柔軟なシート材料からなる吸い込み側隔膜（４）と、
ケーシング（１）内で、吐出側逆止弁（１２）の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室（９）と、
ケーシング（１）に、吐出側液溜室（９）が大気に連通するように開口形成された吐出側開放窓（１１）と、
吐出側液溜室（９）の吐出側開放窓（１１）側を、大気と遮断し且つ吐出側液溜室（９）が所定容量となるように区画する柔軟なシート材料からなる吐出側隔膜（１０）と、
上記ポンプ室（１３）内で、吸い込み側逆止弁（６）と吐出側逆止弁（１２）に対向して配置され、上記ダイヤフラムの往復運動を行なわせる圧電振動子（７）と、
を備え、
上記吸い込み側液溜室（３）と上記吐出側液溜室（９）は、それぞれ上記吸い込み流路（２）及び上記吐出流路（８）に連通し、ポンプ室（１３）と隔てられて形成されており、
吸い込み側液溜室（３）の上記ポンプ室（１３）と反対側に上記吸い込み側開放窓（５）が形成されて、上記吸い込み側隔膜（４）が吸い込み側液溜室（３）の壁の一部分を構成するようにして、吸い込み側逆止弁（６）に対向しており、
吐出側液溜室（９）の上記ポンプ室（１３）と反対側に上記吐出側開放窓（１１）が形成されて、上記吐出側隔膜（１０）が吐出側液溜室（９）の壁の一部分を構成するようにして、吐出側逆止弁（１２）に対向しており、
吸い込み流路（２）は、吸い込み側逆止弁（６）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられ、
吐出流路（８）は、吐出側逆止弁（１２）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成では、吸入口及び吐出口に各々１対の逆止弁（６，１２）を備えたポンプ室（１３）内が、ポンプ室（１３）内のダイアフラムの往復振動により圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から、吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生じる脈動が吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）の振動によって緩和されるため、流速が平準化され、流動に伴う流路抵抗も平準化されて脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制されるので、流量および吐出圧力が安定化する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記圧電振動子（７）は、交流電源によって駆動されることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成では、圧電振動子（７）が交流電源によって撓み変化し、電圧変化に応じた往復振動をすると、ケーシング（１）と一対の逆止弁（６，１２）と圧電振動子（７）とによって構成された空間が圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から吐出流路（８）に向かって流れる。このため、簡易に、小型ポンプを構成することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）は、柔軟なゴム材料のシートからなり、シート厚さが０．２ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成では、吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）を柔軟な材料のシートで、０．２ｍｍ以上とすることにより、液溜室（３，９）の搬送液体は常に一定の流速変動緩和作用を得ることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、吸い込み側開放窓（５）及び吐出側開放窓（１１）の大気と接する面積が、圧電振動子（７）が１回の往復振動において吐出される容積１ｃｍ３に対して、各々約１０ｃｍ２以上となることを特徴とする。
【００１４】
かかる構成では、吸い込み側開放窓（５）及び吐出側開放窓（１１）の大気と接する面積をこの程度とすることにより、脈動に伴う流路抵抗も平準化され、脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制され、効果的に流量および吐出圧力を安定化させることができる。
また、従来の液溜室に閉ざされた空間を設ける方式とは異なって、ポンプの取り付け姿勢が変化しても振動吸収を行う吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）の解放窓吸い込み側開放窓（５）及び吐出側開放窓（１１）部分の面積は、常に一定であるので、脈動の緩衝作用効果が変化しないため流量および吐出圧力の変化も抑制される。
【００１５】
請求項５記載の発明は、ケーシング（１）と、ケーシング（１）内に搬送流体を流入する吸い込み流路（２）と、ケーシング（１）内から搬送流体を吐出する吐出流路（８）と、ケーシング（１）内に吸入口及び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行うポンプ室（１３）と、ポンプ室（１３）の吸込口に設けられ、吸い込み流路（２）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁（６）と、ポンプ室（１３）の吐出口に設けられ、吐出流路（８）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁（１２）とを有し
てなる小型ポンプにおいて、
ケーシング（１）内で、吸い込み側逆止弁（６）の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室（３）と、
吸い込み側液溜室（３）に、吸い込み側液溜室（３）の一部が所定容量の空気室（５０）となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吸い込み側隔膜（４０）と、
ケーシング（１）内で、吐出側逆止弁（１２）の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室（９）と、
吐出側液溜室（９）に、吐出側液溜室（９）の一部が所定容量の空気室（１１０）となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吐出側隔膜（１００）と、
上記ポンプ室（１３）内で、吸い込み側逆止弁（６）と吐出側逆止弁（１２）に対向して配置され、上記ダイヤフラムの往復運動を行なわせる圧電振動子（７）と、
を備え、
上記吸い込み側液溜室（３）と上記吐出側液溜室（９）は、それぞれ上記吸い込み流路（２）及び上記吐出流路（８）に連通し、ポンプ室（１３）と隔てられて形成されており、
吸い込み側液溜室（３）の上記ポンプ室（１３）と反対側に広がり閉じられた部分を区画するように上記吸い込み側隔膜（４０）が設けられて、吸い込み側逆止弁（６）に対向しており、
吐出側液溜室（９）の上記ポンプ室（１３）と反対側に広がり閉じられた部分を区画するように上記吐出側隔膜（１００）が設けられて、吐出側逆止弁（１２）に対向しており、
吸い込み流路（２）は、吸い込み側逆止弁（６）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられ、
吐出流路（８）は、吐出側逆止弁（１２）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成では、圧電振動子（７）が交流電源によって撓み変化し、往復振動すると、ケーシング（１）と１対の逆止弁（６，１２）と圧電振動子（７）とによって構成された空間が圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生じる脈動が空気室（５０，１１０）によって緩和され、流速が平準化されるので、流動に伴う流路抵抗も平準化され、脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制され、流量および吐出圧力が安定化する。
また、吸い込み側隔膜（４０）及び吐出側隔膜（１００）によって空気室（５０，１１０）の容積が殆ど一定に保たれるので、ポンプの取り付け姿勢が変化しても流量および吐出圧力の変化が抑制される。
【００１７】
請求項６記載の発明は、上記圧電振動子（７）は、交流電源によって駆動されることを特徴とする。
【００１８】
かかる構成では、請求項５の効果に加えて、圧電振動子（７）が交流電源によって撓み変化し、電圧変化に応じた往復振動をすると、ケーシング（１）と１対の逆止弁（６，１２）と圧電振動子（７）とによって構成された空間が圧縮膨張を繰り返し、搬送流体が吸い込み流路（２）から吐出流路（８）に向かって流れる。このため、簡易に、小型ポンプを構成することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、吸い込み側隔膜（４０）及び吐出側隔膜（１００）は、柔軟なゴム材料または樹脂材料のシートからなり、シート厚さが０．１ｍｍから２ｍｍの範囲にあることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成では、請求項５、６記載の発明の効果に加えて、吸い込み側隔膜（４０）及び吐出側隔膜（１００）を柔軟な材料のシートで、０．１〜２ｍｍとすることにより、液溜室（３，９）の搬送液体は常に一定の流速変動緩和作用を得ることが可能になる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積が、圧電振動子（７）が１回に往復振動するに際して形成される容積の５倍以上１００倍以内であることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成では、請求項５〜７記載の発明の効果に加えて、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積を、この程度とすることにより、効果的に脈動に伴う流路抵抗の平準化及び脈動に伴う配管の共振による流量変化を抑制し、流量および吐出圧力を安定化させることができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積が、圧電振動子（７）が１回に往復振動するに際して形成される容積の１０倍以上６０倍以内であることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成では、請求項５〜７記載の発明の効果に加えて、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積を、この程度とすることにより、より効果的に脈動に伴う流路抵抗の平準化及び配管の共振による流量変化が抑制され、流量および吐出圧力を安定化させることができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明は、吸い込み側隔膜（４０）又は吐出側隔膜（１００）において上記搬送流体と接する面積１ｃｍ２に対して空間の容積が１ｃｍ３以上５ｃｍ３以内であることを特徴とする。
【００２６】
かかる構成では、請求項５〜７記載の発明の効果に加えて、吸い込み側空気室（５０）及び吐出側空気室（１１０）の各々の容積を、この程度とすることにより、より効果的に脈動に伴う流路抵抗の平準化及び配管の共振による流量変化が抑制され、流量および吐出圧力を安定化させることができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、 吸い込み側液溜室（３）内の吸い込み側の空気室（５０）又は吐出側液溜室（９）内の吐出側の空気室（１１０）が、柔軟なゴムまたは樹脂の発泡体で充填されていることを特徴とする。
【００２８】
かかる構成では、空気室（５０，１１０）を柔軟な材料からなる発泡体で充填することによって、ポンプの圧力が増大した場合にも吸い込み側隔膜（４０）又は吐出側隔膜（１００）が極度に伸びきって作用効果が減少してしまうことを防止できるため、隔膜としての吸い込み側隔膜（４０）又は吐出側隔膜（１００）の効果を長期間保持することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の詳細を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す小型ポンプの縦断面構成図、図２は、図１の分解斜視図、図３は、圧電振動子の分解斜視図である。
【００３０】
本発明の実施の形態の小型ポンプは、基本的には、ケーシング１と、ケーシング１内に搬送流体を流入する吸い込み流路２と、ケーシング１内から搬送流体を吐出する吐出流路８と、ケーシング１内に吸入口及び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行うポンプ室１３と、ポンプ室１３の吸込口に設けられ、吸い込み流路２に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁６と、ポンプ室１３の吐出口に設けられ、吐出流路８に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁１２とを有して構成される。図２に示すように、ケーシング１は、上側部１ａと、下側部１ｂとからなり、その間に圧電振動子７の周縁を挟持させてなる。ケーシング１は、図中上側面１ａに後述する吸込み側及び吐出側開放窓５，１１を開口形成し、吸込み側及び吐出側開放窓５，１１に各々対応して、一対の逆止弁６，１２、隔膜４，１０、一対のリング１４、一対のワッシャ１５を装着してなる。
【００３１】
本発明の小型ダイヤフラム式ポンプでは、ダイヤフラムの往復運動は、圧電振動子７により行う。圧電振動子７は圧電体の撓み変化を応用するユニモルフ、バイモルフ等の素子が用いられ、交流電源によって駆動される。図３に示すように、圧電振動子７は、搬送流体と接する側から順に、接液シート７ｄ、保護シート７ｃ、圧電素子７ｂ及び保護シート７ａとから構成される。なお、図２に示すように、圧電振動子７には、交流電源と接続するための配線７ｅが取り付けられている。
【００３２】
本願発明は、さらに、所定容量の搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室３を吸い込み側逆止弁６の上流側に設け、吸い込み側液溜室３が大気に連通するように吸い込み側開放窓５を開口形成し、吸い込み側液溜室３の吸い込み側開放窓５側に、吸い込み側隔膜４を設けて、吸い込み側液溜室３が大気と遮断され且つ吸い込み側液溜室３が所定容量となるように区画するものである。
また、吐出流路８側も同様に、所定容量の搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室９を吐出側逆止弁１２の下流側に設け、吐出側液溜室９が大気に連通するように吐出側開放窓１１を開口形成し、吐出側液溜室９の吐出側開放窓１１側に、吐出側隔膜１０を設けて、吐出側液溜室９が大気と遮断され且つ吐出側液溜室９が所定容量となるように区画するものである。
【００３３】
吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０は、薄く柔軟な材料で、吸い込み側液溜室３および吐出側液溜室９の隔壁の一部分を構成するように設けられる。吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０は、例えばシリコンゴム、ブチルゴム、フッソゴム等の柔軟なゴム材料のシートとするのが良い。また、シート厚みは、０．２ｍｍ以上とするのが良い。厚さが０．２ｍｍよりも薄くなると、隔膜４，１０が圧力によって伸びきっていまうためにポンプ駆動に伴う液溜室３、９の容積変化に追従できなくなるので好ましくない。吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０を、柔軟な材料で所定の厚みとすることにより、液溜室３，９の搬送液体は常に一定の流速変動緩和作用を得ることができる。
【００３４】
吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１の外部に解放され、大気と接する窓部分の面積は、圧電振動子７が１回の往復振動において吐出される容積１ｃｍ３に対して、各々約１０ｃｍ２以上となるのが好ましい。吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１の窓部分の面積が小さいと、圧電振動子７の駆動により生ずる容積変化を緩和するのに不十分となり、作用効果を十分に達成できないので好ましくない。
【００３５】
上述の吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１の外部に解放された窓部分の面積と、圧電振動子７の１回の往復振動において吐出される容積との関係について、具体的に説明する。
（１）圧電振動子７の素子径５０ｍｍの場合
圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時に３００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に４００ｍｌ／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められる。
４００ｍｌ／ｍｉｎ／６０／５０＝０．１３ｍｌ
吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０の窓部分の面積を、５．５ｃｍ２／片側とすると、倍率＝５．５／０．１３＝４２倍となる。
【００３６】
（２）圧電振動子７の素子径２５ｍｍの場合
圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時に１００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に３０ｍｌ／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められる。
３０ｍｌ／ｍｉｎ／６０／５０＝０．０１ｍｌ
吸い込み側隔膜４及び吐出側隔膜１０の窓部分の面積を０．７８５ｃｍ２／片側とすると、倍率＝０．７８５／０．０１＝７８．５倍となる。
【００３７】
従って、上述の吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１の外部に解放された窓部分の面積は、圧電振動子７が１回の往復振動において吐出される搬送流体の容積１ｃｍ３に対して、各々約１０ｃｍ２以上というのは、０．０１ｍｌに対して１０ｃｍ２であるので、約１００倍となるので、容積変化を緩和するのに十分な大きさとなり、作用効果を十分に達成することができる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の他の実施の形態を示す小型ポンプの縦断面構成図、図５は、図４の分解斜視図である。
【００３９】
本発明の第２の実施の形態の小型ポンプは、基本的な構成は、第１の実施の形態の小型ポンプと同様であり、図中同じ符号のものについては説明を省略する。尚、ケーシング１は図５のように、上側部１ａ、中間部１ｂ、下側部１ｃとからなる。上側部１ａには空気室５０、１１０が形成されている。中間部１ｂは液溜室３、９及びポンプ室１３の上側部分を形成してなり、下側部１ｃはポンプ室１３の下側部分を形成してなる。中間部１ｂ及び下側部１ｃにより圧電振動子７の周縁を挟持してポンプ室１３を構成する。
【００４０】
第２の実施の形態は、ケーシング１内で、吸い込み側逆止弁６の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室３と、吸い込み側液溜室３に、吸い込み側液溜室３の一部が所定容量の空気室５０となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吸い込み側隔膜４０と、ケーシング１内で、吐出側逆止弁１２の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室９と、吐出側液溜室９に、吐出側液溜室９の一部が所定容量の空気室１１０となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吐出側隔膜１００とを備えてなることを特徴とする。
【００４１】
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、吸い込み側液溜室３、吐出側液溜室９を備え、吸い込み側隔膜４，４０及び吐出側隔膜１０，１００を備えている点で共通している。また、第１の実施の形態では、大気に連通するように開口形成された吸い込み側開放窓５及び吐出側開放窓１１であるのに対し、第２の実施の形態では、ケーシング１の吸い込み側液溜室３側は、大気に連通されておらず、閉鎖された隔室となっており、所定容量の吸い込み側空気室５０及び吐出側空気室１１０となっている点が相違している。
【００４２】
第２の実施の形態の小型ダイヤフラム式ポンプでは、第１の実施の形態と同様に、ダイヤフラムの往復運動は、圧電振動子７により行う。圧電振動子７は圧電体の撓み変化を応用するユニモルフ、バイモルフ等の素子が用いられ、交流電源によって駆動される。なお、圧電振動子７は図３のものと同様である。
【００４３】
吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００は、シリコンゴム、ブチルゴム、フッソゴム等の柔軟なゴム材料または樹脂材料のシートからなるのが好ましい。シート厚さが０．１ｍｍから２ｍｍの範囲にあるのが好ましい。厚さが０．１ｍｍよりも薄くなると、吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００が圧力によって伸びやすくなるために空気室５０、１１０の容積変化が大きくなるので好ましくない。また、厚さが厚くなりすぎると圧電振動子７の駆動に伴う液溜室３，９の圧力変化に追従し難くなるので好ましくない。
【００４４】
吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００は、吸い込み側液溜室３および吐出側液溜室９において、各々逆止弁６，１２と対向し、空気室５０，１１０とを隔てるように設けられるが、構成上、図４に示したように吸い込み側液溜室３側の吸い込み側隔膜４０と吐出側液溜室９側の吐出側隔膜１００とを一体化して設けても、吸い込み側液溜室３と吐出側液溜室９とがケーシング１の一部によって分離されていれば差し支えない。吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００は、液溜室３，９と空気室５０，１１０とを仕切るように形成されている。かかる構成とすることにより、空気室５０，１１０はケーシング１と吸い込み側隔膜４０及び吐出側隔膜１００によって隔壁が構成され、その容積が一定に保たれる。
【００４５】
空気室５０，１１０の容積は、圧電振動子が１回に往復振動するに際して吐出される搬送流体の容積の５倍以上１００倍以内が好ましい。更に、好ましくは、１０倍以上６０倍以内である。また、吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００が搬送流体と接する面積１ｃｍ２に対して各空気室５０，１１０の容積が１ｃｍ３以上５ｃｍ３以内が好ましい。
空気室５０，１１０の容積が小さいと、圧電振動子７の駆動により生ずる容積変化を緩和するのに不十分となり、また空気室５０，１１０の容積が過大になると、ポンプの圧力増大によって吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００が過度に変形して伸張しきってしまい、作用効果が減少するので好ましくない。
【００４６】
上述の吸い込み側空気室５０及び吐出側空気室１１０の容積と、圧電振動子７が１回の往復振動において吐出される搬送流体の容積との関係について、具体的に説明する。
（１）圧電振動子７の素子径５０ｍｍの場合
圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時に３００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に４００ｍｌ／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められる。１回あたりの吐出量＝４００ｃｍ３／ｍｉｎ／６０／５０＝０．１３ｃｍ３。
空気室の容積を１．４ｃｍ３／片側とすると、倍率は１．４／０．１３＝１１倍となる。
【００４７】
（２）圧電振動子７の素子径２５ｍｍの場合
圧電振動子７の素子中央部の変位はＡＣ１００Ｖ印加時に１００ミクロンで、吐出量が５０Ｈｚ時に３０ｍｌ／ｍｉｎとすると、１回あたりの吐出量は次式で求められる。１回あたりの吐出量＝３０ｃｍ３／ｍｉｎ／６０／５０＝０．０１ｃｍ３。
空気室の容積を０．４ｃｍ３／片側とすると、倍率は、０．４／０．０１＝４０倍となる。
【００４８】
従って、上述の吸い込み側空気室５０及び吐出側空気室１１０の容積は、吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００が搬送流体と接する面積１ｃｍ２に対して空気室の容積が１ｃｍ３以上５ｃｍ３以内というのは、搬送流体の吐出容量０．０１ｍｌに対して吸い込み側隔膜４又は吐出側隔膜１０が搬送流体と接する面積が１ｃｍ２であり、約１０倍となるので、脈動の容積変化を緩和するのに十分な大きさとなり、作用効果を十分に達成することができる大きさであるといえる。
【００４９】
さらに、図示していないが、吸い込み側空気室５０又は吐出側空気室１１０が、柔軟なゴムまたは樹脂の発泡体で充填するようにしても良い。空気室５０，１１０を柔軟な材料からなる発泡体で埋めることによって、ポンプの圧力が増大した場合にも吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００隔膜が極度に伸びきって作用効果が減少してしまうことを防止でき、隔膜としての効果は一層保たれる。発泡体は、例えば、シリコンゴムやポリウレタン等が好ましい。
【００５０】
次ぎに、図６に示すように、第２の実施の形態の小型ポンプの設置状態の影響による吐出圧変化を説明する。図中、斜め網目の棒グラフが隔膜である吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００を有する小型ポンプ、白いグラフが隔膜がない小型ポンプを示す。図中、上向き又は下向きというのは、ケーシング１が上向き又は下向きとなっていることを示し、ケーブル上下というのは、圧電振動子７のケーブルが上向き又は下向きとなっていることを示し、ＩＮというのは、吸い込み流路２、ＯＵＴというのは、吐出流路８が各々上向きに設置されていることを示す。
【００５１】
図からわかるように、吸い込み側隔膜４０又は吐出側隔膜１００を有さない小型ポンプ（白棒グラフ）は、ＩＮが上の状態の場合に特に、吐出圧が低く吐出安定性が低いことがわかる。
【００５２】
また、具体的に、図７（ａ）、（ｂ）にポンプ姿勢の変化状態を示すと、図中、ポンプを上向きに設置すると、液溜室は一部に空気が残留するものの、殆どは液体で満たされてしまうが、隔膜４０，１００で区画された空気室５０，１１０は、図中多数の点により表示された空気部分たなり、その作用を維持できる。
また、ポンプを下向きにすると、液溜室３，９は液体で満たされてしまうが、隔膜４０，１００によって区画された空気室５０，１１０は、空気部分となるためその作用を維持できる。
このように、ポンプ姿勢変化により、空気室５０，１１０の容積が従来のように著しく変動することがないために、吐出安定性が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１〜４記載の発明では、ポンプ室（１３）内のダイアフラムの往復振動により、搬送流体が吸い込み流路（２）から、吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生じる脈動が吸い込み側隔膜（４）及び吐出側隔膜（１０）の振動によって緩和されるため、流速が平準化され、流動に伴う流路抵抗も平準化されて脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制されるので、流量および吐出圧力が安定化する。
【００５４】
本発明のうち請求項５〜１０記載の発明では、ポンプ室（１３）内のダイアフラムの往復振動により、搬送流体が吸い込み流路（２）から、吐出流路（８）に向かって流れるが、この際に生じる脈動が空気室（５０，１１０）によって緩和され、流速が平準化され且つ流動に伴う流路抵抗も平準化され、脈動に伴う配管の共振による流量変化も抑制されるため、流量および吐出圧力が安定化する。
【００５５】
本発明のうち請求項１１記載の発明では、空気室（５０，１１０）を柔軟な材料からなる発泡体で充填することによって、ポンプの圧力が増大した場合にも吸い込み側隔膜（４０）又は吐出側隔膜（１００）が極度に伸びきって作用効果が減少してしまうことを防止できるため、吸い込み側隔膜（４）又は吐出側隔膜（１０）の効果を長期間保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す小型ポンプの縦断面構成図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】圧電振動子の分解斜視図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す小型ポンプの縦断面構成図である。
【図５】図４の分解斜視図である。
【図６】設置状態の影響による吐出圧変化を示した図である。
【図７】本発明の小型ポンプの姿勢を変化させた状態を示す図であり、（ａ）は、上向きに設置した状態、（ｂ）は、下向きに設置した状態を示す。
【図８】従来の小型ポンプの姿勢を変化させた状態を示す図であり、（ａ）は、上向きに設置した状態、（ｂ）は、下向きに設置した状態を示す。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 吸い込み流路
３ 吸い込み側液溜室
４，４０ 吸い込み側隔膜
５ 吸い込み側開放窓
６ 吸い込み側逆止弁
７ 圧電振動子
８ 吐出流路
９ 吐出側液溜室
１０，１００ 吐出側隔膜
１１ 吐出側開放窓
１２ 吐出側逆止弁
１３ ポンプ室
５０ 吸い込み側空気室
１１０ 吐出側空気室
Claims (11)
- ケーシング（１）と、ケーシング（１）内に搬送流体を流入する吸い込み流路（２）と、ケーシング（１）内から搬送流体を吐出する吐出流路（８）と、ケーシング（１）内に吸入口及び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行うポンプ室（１３）と、ポンプ室（１３）の吸込口に設けられ、吸い込み流路（２）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁（６）と、ポンプ室（１３）の吐出口に設けられ、吐出流路（８）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁（１２）とを有してなる小型ポンプにおいて、
ケーシング（１）内で、吸い込み側逆止弁（６）の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室（３）と、
ケーシング（１）に、吸い込み側液溜室（３）が大気に連通するように開口形成された吸い込み側開放窓（５）と、
吸い込み側液溜室（３）の吸い込み側開放窓（５）側を、大気と遮断し且つ吸い込み側液溜室（３）が所定容量となるように区画する柔軟なシート材料からなる吸い込み側隔膜（４）と、
ケーシング（１）内で、吐出側逆止弁（１２）の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室（９）と、
ケーシング（１）に、吐出側液溜室（９）が大気に連通するように開口形成された吐出側開放窓（１１）と、
吐出側液溜室（９）の吐出側開放窓（１１）側を、大気と遮断し且つ吐出側液溜室（９）が所定容量となるように区画する柔軟なシート材料からなる吐出側隔膜（１０）と、
上記ポンプ室（１３）内で、吸い込み側逆止弁（６）と吐出側逆止弁（１２）に対向して配置され、上記ダイヤフラムの往復運動を行なわせる圧電振動子（７）と、
を備え、
上記吸い込み側液溜室（３）と上記吐出側液溜室（９）は、それぞれ上記吸い込み流路（２）及び上記吐出流路（８）に連通し、ポンプ室（１３）と隔てられて形成されており、
吸い込み側液溜室（３）の上記ポンプ室（１３）と反対側に上記吸い込み側開放窓（５）が形成されて、上記吸い込み側隔膜（４）が吸い込み側液溜室（３）の壁の一部分を構成するようにして、吸い込み側逆止弁（６）に対向しており、
吐出側液溜室（９）の上記ポンプ室（１３）と反対側に上記吐出側開放窓（１１）が形成されて、上記吐出側隔膜（１０）が吐出側液溜室（９）の壁の一部分を構成するようにして、吐出側逆止弁（１２）に対向しており、
吸い込み流路（２）は、吸い込み側逆止弁（６）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられ、
吐出流路（８）は、吐出側逆止弁（１２）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられることを特徴とする小型ポンプ。 - 上記圧電振動子（７）は、交流電源によって駆動されることを特徴とする請求項１記載の小型ポンプ。
- 上記吸い込み側隔膜（４）及び上記吐出側隔膜（１０）は、柔軟なゴム材料のシートからなり、シート厚さが０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の小型ポンプ。
- 上記吸い込み側開放窓（５）及び上記吐出側開放窓（１１）の外部に解放された部分の面積が、振動子（７）が１回の往復振動において吐出される容積１ｃｍ3 に対して、各々約１０ｃｍ2 以上となることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の小型ポンプ。
- ケーシング（１）と、ケーシング（１）内に搬送流体を流入する吸い込み流路（２）と、ケーシング（１）内から搬送流体を吐出する吐出流路（８）と、ケーシング（１）内に吸入口及び吐出口を有する隔室として配設され、駆動源により往復振動を行うダイヤフラムを内部に有して上記搬送流体の吸入及び吐出を行うポンプ室（１３）と、ポンプ室（１３）の吸込口に設けられ、吸い込み流路（２）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吸い込み側逆止弁（６）と、ポンプ室（１３）の吐出口に設けられ、吐出流路（８）に連通し上記搬送流体の逆流を防止する吐出側逆止弁（１２）とを有してなる小型ポンプにおいて、
ケーシング（１）内で、吸い込み側逆止弁（６）の上流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吸い込み側液溜室（３）と、
吸い込み側液溜室（３）に、吸い込み側液溜室（３）の一部が所定容量の空気室（５０）となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吸い込み側隔膜（４０）と、
ケーシング（１）内で、吐出側逆止弁（１２）の下流側に設けられ、所定容量の上記搬送流体が貯溜可能な吐出側液溜室（９）と、
吐出側液溜室（９）に、吐出側液溜室（９）の一部が所定容量の空気室（１１０）となるように区画するように設けられた柔軟なシート材料からなる吐出側隔膜（１００）と、
上記ポンプ室（１３）内で、吸い込み側逆止弁（６）と吐出側逆止弁（１２）に対向して配置され、上記ダイヤフラムの往復運動を行なわせる圧電振動子（７）と、
を備え、
上記吸い込み側液溜室（３）と上記吐出側液溜室（９）は、それぞれ上記吸い込み流路（２）及び上記吐出流路（８）に連通し、ポンプ室（１３）と隔てられて形成されており、
吸い込み側液溜室（３）の上記ポンプ室（１３）と反対側に広がり閉じられた部分を区画するように上記吸い込み側隔膜（４０）が設けられて、吸い込み側逆止弁（６）に対向しており、
吐出側液溜室（９）の上記ポンプ室（１３）と反対側に広がり閉じられた部分を区画するように上記吐出側隔膜（１００）が設けられて、吐出側逆止弁（１２）に対向しており、
吸い込み流路（２）は、吸い込み側逆止弁（６）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられ、
吐出流路（８）は、吐出側逆止弁（１２）の取り付け面とほぼ同一の面上に設けられる
ことを特徴とする小型ポンプ。 - 上記圧電振動子（７）は、交流電源によって駆動されることを特徴とする請求項５記載の小型ポンプ。
- 上記吸い込み側隔膜（４０）及び上記吐出側隔膜（１００）は、柔軟なゴム材料または樹脂材料のシートからなり、シート厚さが０．１ｍｍから２ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項５又は６記載の小型ポンプ。
- 上記吸い込み側空気室（５０）及び上記吐出側空気室（１１０）の各々の容積が、圧電振動子（７）が１回に往復振動するに際して吐出される搬送流体の容積の５倍以上１００倍以内であることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の小型ポンプ。
- 上記吸い込み側空気室（５０）及び上記吐出側空気室（１１０）の各々の容積が、圧電振動子（７）が１回に往復振動するに際して吐出される搬送流体の容積の１０倍以上６０倍以内であることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の小型ポンプ。
- 上記吸い込み側隔膜（４０）又は上記吐出側隔膜（１００）において上記搬送流体と接する面積１ｃｍ2 に対して空間の容積が１ｃｍ3 以上５ｃｍ3 以内であることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の小型ポンプ。
- 上記吸い込み側液溜室（３）内の吸い込み側空気室（５０）又は上記吐出側液溜室（９）内の吐出側空気室（１１０）が、柔軟なゴムまたは樹脂の発泡体で充填されていることを特徴とする請求項５〜１０の何れかに記載の小型ポンプ。
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