JP3888015B2 - 圧電ダイヤフラムポンプの密封方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電ダイヤフラムポンプの密封方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、血圧計の駆動源などに用いられるダイヤフラムポンプ１′として、例えば図１１〜図１５に示すように、圧電素子からなるダイヤフラム２と、流路２１，２２、バルブ台座部２６、ザグリ部２７等が形成された上下の筐体１０、２０と、流路２１，２２内での流体の逆流を防止するためのポリイミドフィルム等からなる膜状バルブ３とを備えており、ダイヤフラム２の屈曲運動により流体が吸入側の流路２１から膜状バルブ３の吸入側の流路２２を経てポンプ室４に導入され、さらにポンプ室４から膜状バルブ３の排気側の流路２１を経て排気側の流路２１へ排出されるダイヤフラムポンプ１′が知られている。ダイヤフラムポンプ１′とは、ダイヤフラム２を圧電材料の伸縮により、屈曲運動させることにより、ポンプの働きをするものである。なお図中の１３はポンプ室４に連絡する連通口である。
【０００３】
上記ダイヤフラム２の動作の一例を図１３、図１４に示す。図１３（ａ）は大気吸入状態を示し、図１３（ｂ）は大気排気状態を示している。大気吸入状態では、ダイヤフラム２が膨らむことにより、大気が吸入側のバルブ部３ｃを押し上げると同時に排気側のバルブ部３ｂが閉じられた状態（図１４（ａ）（ｃ）の状態）となり、ポンプ室４に大気が充満する。その後、ダイヤフラム２が圧縮されると、吸入側のバルブ部３ｃが閉じられると同時に圧縮された大気が排気側のバルブ部３ｂを開いて排気される（図１４（ｂ）（ｄ）の状態）。このとき、ポンプ流量は、排気側の圧力が低い時はダイヤフラム２がポンプ室４を押した分だけ排気されるが、排気側の圧力が上昇するに従い、ポンプ室４が膨らんだ時と圧縮した時のポンプ室４の体積変化による大気の圧力増加と排気側の圧力との差圧によって決定される。またポンプ圧力（飽和圧力）は、ダイヤフラム２が膨らんだ時と圧縮した時のポンプ室４の体積変化による大気の圧力増加が排気側の圧力と等しくなった時に流量はゼロになり、圧力が飽和した状態になる。
【０００４】
上記のダイヤフラムポンプ１′を製造するにあたって、従来では、図１１に示すように、流路２１，２２、バルブ台座部２６及びザグリ部２７等が形成された上の筐体１０と下の筐体２０との間に、膜状バルブ３を挟み、膜状バルブ３に予め形成したバルブ部３ｂ，３ｃを流路２１，２２に位置合わせして、上下の筐体１０、２０を膜状バルブ３を介して接着剤で接合し、その後、筐体１０上にダイヤフラム２を搭載するようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のように筐体を接着する方法では、図１５に示すように、筐体１０又は２０の表面粗さ及びウネリ等が原因で、接合後の気密性を確保することが困難となる。そのために、流体圧がかかった際には、図１５（ｂ）（ｃ）に示すように、筐体が変形して（膨らんで）、流体漏れが生じるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、簡単な方法で膜状バルブを介装した上下の筐体の接合部分を密封して、上下の筐体の表面粗さ、表面うねりや流体の圧がかかった際の変形による影響を抑えることができる圧電ダイヤフラムポンプの密封方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明に係る圧電ダイヤフラムポンプの密封方法は、圧電素子からなるダイヤフラム２と、吸気側の流路と排気側の流路とが形成された上下の筐体１０、２０と、流路内での流体の逆流を防止するための膜状バルブ３と、ダイヤフラム２と一方の筐体との間に形成されるポンプ室４とを備え、ダイヤフラム２の屈曲運動により流体が吸気側の流路から吸入側のバルブ部３ｃを経てポンプ室４に導入され、さらにポンプ室４から排気側のバルブ部３ｂを経て排気側の流路へ排出されるように構成された圧電ダイヤフラムポンプ１の密封方法であって、膜状バルブ３を介して上下の筐体１０、２０を接合するに当たり上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねりや流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封するのを向上するための密封向上手段を設けて上下の筐体１０、２０と膜状バルブ３とを接合するものであり、膜状バルブ３となる薄い樹脂フィルム３ １ に厚い樹脂フィルム３ ２ を重ねると共に上下の筐体１０、２０間に薄い樹脂フィルム３ １ と厚い樹脂フィルム３ ２ とを介装した状態で上下 の筐体１０、２０を接合し、該厚い樹脂フィルム３ ２ を密封向上手段とすることを特徴とするものである。このような方法を採用することで、上下の筐体１０、２０と膜状バルブ３とを接合するに当たって密封向上手段により接合部における密封を向上させて、上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封することができるものである。また、厚い樹脂フィルム３ ２ により上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響を抑えて接合部分から流体が漏れないように密封することができるものである。
【０００８】
また請求項２の発明に係る圧電ダイヤフラムポンプの密封方法は、下の筐体２０に加工されている流路に沿ってパッキン材４０を介装した状態で上下の筐体１０、２０を接合し、該パッキン材４０を密封向上手段とするものである。このような方法を採用することで、上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができるものである。
【０００９】
また請求項３の発明に係る圧電ダイヤフラムポンプの密封方法は、下の筐体２０に加工されている流路に沿って下の筐体２０又は上の筐体１０のいずれかに突条部４１を突設し、上下の筐体１０、２０間に介在した膜状バルブ３を突条部４１部分で挟持した状態で上下の筐体１０、２０を接合し、該突条部４１を密封向上手段とするものである。このような方法を採用することで、突条部４１において密着できて筐体の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができ、また、流路に近づけることができて応答動作特性を改善することができるものである。
【００１０】
また、膜状バルブ３を介して上下の筐体１０、２０をねじにより締結することが好ましい。このような方法を採用することで、ねじにより機械的に上下の筐体１０、２０が締結して接合されることになって、流体の圧力がかかった際の筐体変形による影響を抑えることができるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電ダイヤフラムポンプ１を説明する前にまず参考例の圧電ダイヤフラムポンプ１について説明する。図１〜図３に示す参考例の圧電ダイヤフラムポンプ１は、圧電素子からなるダイヤフラム２と、吸気側の流路２２と排気側の流路２１とが形成された上下の筐体１０、２０と、上下の筐体１０、２０間に介在されて流路内での流体の逆流を防止する膜状バルブ３と、ダイヤフラム２と上部の筐体１０との間に形成されるポンプ室４とを備えている。ここで、ダイヤフラム２は、例えば圧電素子の上面に上部電極、下面に弾性板からなる下部電極が設けられて構成される。また、吸気側の流路２２と排気側の流路２１は下部の筐体２０に設けられ、ダイヤフラム２は上の筐体１０の接合面１０ａに接合される。そして、ダイヤフラム２の屈曲運動により流体が吸気側の流路２２から吸気側のバルブを経てポンプ室４内に導入され、さらにポンプ室４から排気側のバルブを経て排気側の流路２１へ排出されるようになっている。なお、流体としては気体に限らず、液体であってもよい。
【００１２】
上下の筐体１０、２０の材料は、例えばアクリル等の樹脂材料からなる。図２に示すように、上下の筐体１０、２０間には、流路内での流体の逆流を防止するための樹脂フィルム等からなる膜状バルブ３が配置されている。膜状バルブ３には、吸入側のバルブ部３ｃと排気側のバルブ部３ｂとが設けられている。図中の２６はバルブ台座部、２７はザグリ部である。
【００１３】
上下の筐体１０、２０に膜状バルブ３を介装した状態で上下の筐体１０、２０を多数のねじ５によりねじ締めして接合してあり、このように多数のねじ５によりねじ締めすることで、エア圧がかかった時の筐体の変形を防いで密封するものである。
【００１４】
ここで、図３に示すように、膜状バルブ３と上下の筐体１０、２０とをそれぞれ接着剤４２により接着して接着剤４２により上下の筐体１０、２０の表面粗さ及び表面うねりを埋めるとともに接着剤４２で接着することで、上下の筐体１０、２０の表面粗さ及び表面うねりによって生じる流体漏れがないようにシールできるものである。
【００１５】
図３ではねじ５の図示を省略しているが実際は多数のねじ５により上下の筐体１０、２０を接合し、この多数のねじ５による接合と接着剤４２による接合とを併用してある。したがって、本参考例においては、多数のねじ５による上下の筐体１０、２０の接合に加えて、接着剤による接合手段が密封向上手段となっている。
【００１６】
次に、図４、図５に基づいて他の参考例につき説明する。本参考例においては、ポリイミドフィルムのような樹脂製の膜状バルブ３の厚みを従来に比べて厚くする（例えば、従来の膜状バルブ３は１０μｍであるが、本参考例では膜状バルブ３を１２０μｍとする）。そして、上記厚みの厚い膜状バルブ３を、吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位のみ薄く形成し、それ以外の上下の筐体１０、２０により挟持される部位は厚いままの状態とするものである。上記の構成の膜状バルブ３を上下の筐体１０、２０に介在し、膜状バルブ３のうち薄い部分である吸入側のバルブ部３ｃ、排気側のバブル部３ｂをそれぞれバルブ台座２６、とザクリ部２７に対向させた状態で、ねじ５や接着剤の単独又は併用により上下の筐体１０を膜状バルブ３を介して接合するものである（なお本実施形態の添付図においてはねじや接着剤の図示を省略している）。これにより、吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位を薄くして弁としての機能を損なわず、しかも弁として機能する部位以外の部分を厚くすることで上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で抑えて接合部分から流体が漏れないように密封することができるものである。本参考例においては吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位以外の部位を厚くすることで、密封性を高めており、したがって、この膜状バルブ３の吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位以外の厚い部分が密封をより確実にするための密封向上手段となっている。
【００１７】
ここで、厚みの厚い膜状バルブ部３ｃにより吸入側のバルブ部３ｃ、排気側のバブル部３ｂを形成するには図５のようにして行うものである。すなわち、図５（ａ）のように厚みの厚いポリイミドフィルムのような樹脂フィルム３ｄに流体の通り孔となる孔３ｅを開け、次に、図５（ｂ）のように片方の孔３ｅにザグリをいれて厚みが薄い吸入側のバルブ部３ｃを形成し、次に、図５（ｃ）のように樹脂フィルム３ｄを裏返しにして同様に他方の孔３ｅにザグリを入れて厚みが薄い排気側のバブル部３ｂを形成することで本参考例に使用する膜状バルブ３を得ることができるものである。
【００１８】
次に、図６、図７に基づいて本発明の実施形態につき説明する。本実施形態においては、膜状バルブ３となる薄い樹脂フィルム３１に厚い樹脂フィルム３２を重ねると共に上下の筐体１０、２０間に薄い樹脂フィルム３ １ と厚い樹脂フィルム３２とを介装した状態でねじ５や接着剤の単独又は併用により上下の筐体１０を膜状バルブ３を介して接合するものである（なお本実施形態の添付図においてはねじや接着剤の図示を省略している）。このように膜状バルブ３を薄い樹脂フィルム３1で構成することで吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂが弁としての機能を損なうことがなく、また、厚い樹脂フィルム３２により上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で抑えて接合部分から流体が漏れないように密封することができるものである。本実施形態においては膜状バルブ３となる薄い樹脂フィルム３1の他に厚い樹脂フィルム３２を設けて密封性を高めており、したがって、この厚い樹脂フィルム３２が密封をより確実にするための密封向上手段となっている。
【００１９】
ところで、前述の図４、図５に示すように厚みの厚い膜状バルブ３を、吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位のみレーザ加工により薄く加工して吸入側のバルブ部３ｃ、排気側のバブル部３ｂを形成する場合、図７（ｄ）に示す吸入側のバルブ部３ｃや排気側のバブル部３ｂ部分の厚みｔの制御が難しく、また、図７（ｅ）に示すようにレーザの回析により吸入側のバルブ部３ｃや排気側のバブル部３ｂ部分をフラットに加工するのが難しいが、本実施形態においては、上記のように厚い樹脂フィルム３２を削って吸入側のバルブ部３ｃや排気側のバブル部３ｂ部分を形成するのではなく、膜状バルブ３となる薄い樹脂フィルム３１に吸入側のバルブ部３ｃや排気側のバブル部３ｂ部分を形成することで、このような問題が生じないものである。
【００２０】
ここで、図７（ａ）のように厚い樹脂フィルム３２にはバルブ台座部２６に連続するバルブ台座部２６ａ、ザグリ部２７に連続する孔２７ａを形成するのであるが、この厚い樹脂フィルム３２にバルブ台座部２６ａ、孔２７ａを形成するに当たってはレーザ加工により形成する。この場合、レーザ加工によりバルブ台座部２６ａを形成するには、まず、図７（ｂ）のようにレーザで加工する際に第１のマスク４３でマスクして図中４４で示される部分を形成し、次に、第２のマスク４５でマスクしてバルブ台座部２６ａを形成するものである。
【００２１】
次に、図８、図９に基づいて本発明の他の実施形態につき説明する。本実施形態においては、下の筐体２０に加工されている流路に沿ってパッキン材４０を介装した状態でねじ５や接着剤の単独又は併用により上下の筐体１０を膜状バルブ３を介して接合するものである（なお本実施形態の添付図においてはねじや接着剤の図示を省略している）。このように、下の筐体２０に加工されている流路に沿ってパッキン材４０を介装した状態で上下の筐体１０、２０を接合することで、上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができるものである。本実施形態においてはパッキン材４０が密封をより確実にするための密封向上手段となっている。
【００２２】
図９（ａ）にはパッキン材４０を配設する前の状態の下の筐体２０の斜視図が示してあり、図９（ｂ）には下の筐体２０の流路に沿って断面Ｏ状をしたパッキン材４０を配設した斜視図が示してある。ここで、下の筐体２０の流路に沿って流路のすぐ隣りに溝を形成し、この溝にパッキン材４０をはめ込むことで取付けるようにする。
【００２３】
次に、図１０に基づいて本発明の更に他の実施形態につき説明する。本実施形態においては、下の筐体２０に加工されている流路に沿って下の筐体２０又は上の筐体１０のいずれかに突条部４１を突設し、上下の筐体１０、２０間に介在した膜状バルブ３を突条部４１部分で挟持した状態で上下の筐体１０、２０をねじ５や接着剤の単独又は併用により上下の筐体１０を膜状バルブ３を介して接合するものである（なお本実施形態の添付図においてはねじや接着剤の図示を省略している）。この実施形態においては、突条部４１にねじ５による接合力を集中して密着できて筐体の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができるものである。したがって、本実施形態においては、突条部４１が密封をより確実にするための密封向上手段となっている。
【００２４】
ここで、突条部４１を下の筐体２０の流路に沿って下の筐体２０と一体に形成した例を示したが、上の筐体２０の下の筐体２０の流路に沿った部位に形成してもよいものである。
【００２５】
ところで、パッキン材４０を下の筐体２０の流路に沿って設ける場合、下の筐体２０の流路に沿って溝４６を形成し、この溝４６にパッキン材４０を嵌め込むため流路と溝４６との間の寸法だけ膜状バルブ３の固定位置が流路から遠ざかり、応答動作特性に影響がでるおそれがあるが、本実施形態においては下の筐体２０の溝４６の内面に連続するように突条部４１を形成することができて、溝４６に近い位置で膜状バルブ３を固定して応答動作特性に影響が出ないようにできるものである。
【００２６】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１〜３記載の発明にあっては、膜状バルブを介して上下の筐体を接合するに当たり上下の筐体の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封するのを向上するための密封向上手段を設けて上下の筐体と膜状バルブとを接合するので、上下の筐体と膜状バルブとを接合するに当たって密封向上手段により接合部における密封補助をおこなって、上下の筐体の表面粗さや表面うねりや流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封することができ、この結果、圧電ダイヤフラムポンプの気密を保つことができるものである。
【００２７】
また、請求項１記載の発明にあっては、膜状バルブとなる薄い樹脂フィルムに厚い樹脂フィルムを重ねると共に上下の筐体間に薄い樹脂フィルムと厚い樹脂フィルムとを介装した状態で上下の筐体を接合するので、膜状バルブとなる薄い樹脂フィルムに厚い樹脂フィルムを重ねるという簡単な方法により、膜状バルブを薄い樹脂フィルムで構成することで弁としての機能を損なうことがなく、また、厚い樹脂フィルムにより上下の筐体の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で抑えて接合部分から流体が漏れないように密封して圧電ダイヤフラムポンプの気密を保つことができるものである。
【００２８】
また、請求項２記載の発明にあっては、下の筐体に加工されている流路に沿ってパッキン材を介装した状態で上下の筐体を接合するので、流路に沿ってパッキン材を介装するという簡単な方法で上下の筐体の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができて圧電ダイヤフラムポンプの気密を保つことができるものである。
【００２９】
また、請求項３記載の発明にあっては、下の筐体に加工されている流路に沿って下の筐体又は上の筐体のいずれかに突条部を突設し、上下の筐体間に介在した膜状バルブを突条部部分で挟持した状態で上下の筐体を接合するので、突条部において密着できて筐体の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができ、また、流路に近づけることができて応答動作特性を改善することができるものである。
【００３０】
また、請求項４記載の発明にあっては、上記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、膜状バルブを介して上下の筐体をねじにより締結するので、ねじにより機械的に上下の筐体が締結して接合されることになって、流体の圧力がかかった際の筐体変形による影響を抑えることができて圧電ダイヤフラムポンプの気密を保つことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例を示す分解斜視図である。
【図２】 同上のねじによる固定を示す側面図である。
【図３】 同上の接着剤を併用した状態を示す側面図である。
【図４】 本発明の参考例を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は要部拡大断面図であり、（ｃ）は膜状バルブの斜視図である。
【図５】 （ａ）乃至（ｃ）は同上の膜状バルブの加工順序を示す説明図である。
【図６】 本発明の実施形態を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は要部拡大断面図である。
【図７】 （ａ）は同上に用いる膜状バルブの斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）は膜状バルブの加工順序を示す説明図であり、（ｄ）、（ｅ）は厚みの厚い膜状バルブにバルブ部を形成する場合の問題点を示す説明図である。
【図８】 本発明の他の実施形態を示す分解斜視図である。
【図９】 （ａ）はパッキン材を配設する前の下の筐体の斜視図であり、（ｂ）はパッキン材を配設した状態の下の筐体の斜視図である。
【図１０】 本発明の他の実施形態を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は下の筐体の斜視図であり、（ｃ）は下の筐体の断面図であり、（ｄ）はパッキン材を配設した状態の断面図である。
【図１１】 圧電ダイヤフラムポンプを説明するための分解斜視図である。
【図１２】 （ａ）は吸入側のバルブ部分を示す断面図であり、（ｂ）は排気側のバルブ部分を示す断面図である。
【図１３】 （ａ）圧電ダイヤフラムポンプの吸気動作を示す説明図であり、（ｂ）は排気動作を示す説明図である。
【図１４】 （ａ）乃至（ｄ）は作用説明図である。
【図１５】 （ａ）乃至（ｃ）は従来例の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ダイヤフラムポンプ
２ ダイヤフラム
３ 膜状バルブ
３ｂ 吸入側のバルブ部３ｃ
３ｃ 排気側のバルブ部
４ ポンプ室
５ ねじ
１０ 上の筐体
１１ａ 周壁部
２０ 下の筐体
４１ 突条部
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電ダイヤフラムポンプの密封方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、血圧計の駆動源などに用いられるダイヤフラムポンプ１′として、例えば図１１〜図１５に示すように、圧電素子からなるダイヤフラム２と、流路２１，２２、バルブ台座部２６、ザグリ部２７等が形成された上下の筐体１０、２０と、流路２１，２２内での流体の逆流を防止するためのポリイミドフィルム等からなる膜状バルブ３とを備えており、ダイヤフラム２の屈曲運動により流体が吸入側の流路２１から膜状バルブ３の吸入側の流路２２を経てポンプ室４に導入され、さらにポンプ室４から膜状バルブ３の排気側の流路２１を経て排気側の流路２１へ排出されるダイヤフラムポンプ１′が知られている。ダイヤフラムポンプ１′とは、ダイヤフラム２を圧電材料の伸縮により、屈曲運動させることにより、ポンプの働きをするものである。なお図中の１３はポンプ室４に連絡する連通口である。
【０００３】
上記ダイヤフラム２の動作の一例を図１３、図１４に示す。図１３（ａ）は大気吸入状態を示し、図１３（ｂ）は大気排気状態を示している。大気吸入状態では、ダイヤフラム２が膨らむことにより、大気が吸入側のバルブ部３ｃを押し上げると同時に排気側のバルブ部３ｂが閉じられた状態（図１４（ａ）（ｃ）の状態）となり、ポンプ室４に大気が充満する。その後、ダイヤフラム２が圧縮されると、吸入側のバルブ部３ｃが閉じられると同時に圧縮された大気が排気側のバルブ部３ｂを開いて排気される（図１４（ｂ）（ｄ）の状態）。このとき、ポンプ流量は、排気側の圧力が低い時はダイヤフラム２がポンプ室４を押した分だけ排気されるが、排気側の圧力が上昇するに従い、ポンプ室４が膨らんだ時と圧縮した時のポンプ室４の体積変化による大気の圧力増加と排気側の圧力との差圧によって決定される。またポンプ圧力（飽和圧力）は、ダイヤフラム２が膨らんだ時と圧縮した時のポンプ室４の体積変化による大気の圧力増加が排気側の圧力と等しくなった時に流量はゼロになり、圧力が飽和した状態になる。
【０００４】
上記のダイヤフラムポンプ１′を製造するにあたって、従来では、図１１に示すように、流路２１，２２、バルブ台座部２６及びザグリ部２７等が形成された上の筐体１０と下の筐体２０との間に、膜状バルブ３を挟み、膜状バルブ３に予め形成したバルブ部３ｂ，３ｃを流路２１，２２に位置合わせして、上下の筐体１０、２０を膜状バルブ３を介して接着剤で接合し、その後、筐体１０上にダイヤフラム２を搭載するようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のように筐体を接着する方法では、図１５に示すように、筐体１０又は２０の表面粗さ及びウネリ等が原因で、接合後の気密性を確保することが困難となる。そのために、流体圧がかかった際には、図１５（ｂ）（ｃ）に示すように、筐体が変形して（膨らんで）、流体漏れが生じるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、簡単な方法で膜状バルブを介装した上下の筐体の接合部分を密封して、上下の筐体の表面粗さ、表面うねりや流体の圧がかかった際の変形による影響を抑えることができる圧電ダイヤフラムポンプの密封方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明に係る圧電ダイヤフラムポンプの密封方法は、圧電素子からなるダイヤフラム２と、吸気側の流路と排気側の流路とが形成された上下の筐体１０、２０と、流路内での流体の逆流を防止するための膜状バルブ３と、ダイヤフラム２と一方の筐体との間に形成されるポンプ室４とを備え、ダイヤフラム２の屈曲運動により流体が吸気側の流路から吸入側のバルブ部３ｃを経てポンプ室４に導入され、さらにポンプ室４から排気側のバルブ部３ｂを経て排気側の流路へ排出されるように構成された圧電ダイヤフラムポンプ１の密封方法であって、膜状バルブ３を介して上下の筐体１０、２０を接合するに当たり上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねりや流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封するのを向上するための密封向上手段を設けて上下の筐体１０、２０と膜状バルブ３とを接合するものであり、膜状バルブ３となる薄い樹脂フィルム３ １ に厚い樹脂フィルム３ ２ を重ねると共に上下の筐体１０、２０間に薄い樹脂フィルム３ １ と厚い樹脂フィルム３ ２ とを介装した状態で上下 の筐体１０、２０を接合し、該厚い樹脂フィルム３ ２ を密封向上手段とすることを特徴とするものである。このような方法を採用することで、上下の筐体１０、２０と膜状バルブ３とを接合するに当たって密封向上手段により接合部における密封を向上させて、上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封することができるものである。また、厚い樹脂フィルム３ ２ により上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響を抑えて接合部分から流体が漏れないように密封することができるものである。
【０００８】
また請求項２の発明に係る圧電ダイヤフラムポンプの密封方法は、下の筐体２０に加工されている流路に沿ってパッキン材４０を介装した状態で上下の筐体１０、２０を接合し、該パッキン材４０を密封向上手段とするものである。このような方法を採用することで、上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができるものである。
【０００９】
また請求項３の発明に係る圧電ダイヤフラムポンプの密封方法は、下の筐体２０に加工されている流路に沿って下の筐体２０又は上の筐体１０のいずれかに突条部４１を突設し、上下の筐体１０、２０間に介在した膜状バルブ３を突条部４１部分で挟持した状態で上下の筐体１０、２０を接合し、該突条部４１を密封向上手段とするものである。このような方法を採用することで、突条部４１において密着できて筐体の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができ、また、流路に近づけることができて応答動作特性を改善することができるものである。
【００１０】
また、膜状バルブ３を介して上下の筐体１０、２０をねじにより締結することが好ましい。このような方法を採用することで、ねじにより機械的に上下の筐体１０、２０が締結して接合されることになって、流体の圧力がかかった際の筐体変形による影響を抑えることができるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の圧電ダイヤフラムポンプ１を説明する前にまず参考例の圧電ダイヤフラムポンプ１について説明する。図１〜図３に示す参考例の圧電ダイヤフラムポンプ１は、圧電素子からなるダイヤフラム２と、吸気側の流路２２と排気側の流路２１とが形成された上下の筐体１０、２０と、上下の筐体１０、２０間に介在されて流路内での流体の逆流を防止する膜状バルブ３と、ダイヤフラム２と上部の筐体１０との間に形成されるポンプ室４とを備えている。ここで、ダイヤフラム２は、例えば圧電素子の上面に上部電極、下面に弾性板からなる下部電極が設けられて構成される。また、吸気側の流路２２と排気側の流路２１は下部の筐体２０に設けられ、ダイヤフラム２は上の筐体１０の接合面１０ａに接合される。そして、ダイヤフラム２の屈曲運動により流体が吸気側の流路２２から吸気側のバルブを経てポンプ室４内に導入され、さらにポンプ室４から排気側のバルブを経て排気側の流路２１へ排出されるようになっている。なお、流体としては気体に限らず、液体であってもよい。
【００１２】
上下の筐体１０、２０の材料は、例えばアクリル等の樹脂材料からなる。図２に示すように、上下の筐体１０、２０間には、流路内での流体の逆流を防止するための樹脂フィルム等からなる膜状バルブ３が配置されている。膜状バルブ３には、吸入側のバルブ部３ｃと排気側のバルブ部３ｂとが設けられている。図中の２６はバルブ台座部、２７はザグリ部である。
【００１３】
上下の筐体１０、２０に膜状バルブ３を介装した状態で上下の筐体１０、２０を多数のねじ５によりねじ締めして接合してあり、このように多数のねじ５によりねじ締めすることで、エア圧がかかった時の筐体の変形を防いで密封するものである。
【００１４】
ここで、図３に示すように、膜状バルブ３と上下の筐体１０、２０とをそれぞれ接着剤４２により接着して接着剤４２により上下の筐体１０、２０の表面粗さ及び表面うねりを埋めるとともに接着剤４２で接着することで、上下の筐体１０、２０の表面粗さ及び表面うねりによって生じる流体漏れがないようにシールできるものである。
【００１５】
図３ではねじ５の図示を省略しているが実際は多数のねじ５により上下の筐体１０、２０を接合し、この多数のねじ５による接合と接着剤４２による接合とを併用してある。したがって、本参考例においては、多数のねじ５による上下の筐体１０、２０の接合に加えて、接着剤による接合手段が密封向上手段となっている。
【００１６】
次に、図４、図５に基づいて他の参考例につき説明する。本参考例においては、ポリイミドフィルムのような樹脂製の膜状バルブ３の厚みを従来に比べて厚くする（例えば、従来の膜状バルブ３は１０μｍであるが、本参考例では膜状バルブ３を１２０μｍとする）。そして、上記厚みの厚い膜状バルブ３を、吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位のみ薄く形成し、それ以外の上下の筐体１０、２０により挟持される部位は厚いままの状態とするものである。上記の構成の膜状バルブ３を上下の筐体１０、２０に介在し、膜状バルブ３のうち薄い部分である吸入側のバルブ部３ｃ、排気側のバブル部３ｂをそれぞれバルブ台座２６、とザクリ部２７に対向させた状態で、ねじ５や接着剤の単独又は併用により上下の筐体１０を膜状バルブ３を介して接合するものである（なお本実施形態の添付図においてはねじや接着剤の図示を省略している）。これにより、吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位を薄くして弁としての機能を損なわず、しかも弁として機能する部位以外の部分を厚くすることで上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で抑えて接合部分から流体が漏れないように密封することができるものである。本参考例においては吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位以外の部位を厚くすることで、密封性を高めており、したがって、この膜状バルブ３の吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位以外の厚い部分が密封をより確実にするための密封向上手段となっている。
【００１７】
ここで、厚みの厚い膜状バルブ部３ｃにより吸入側のバルブ部３ｃ、排気側のバブル部３ｂを形成するには図５のようにして行うものである。すなわち、図５（ａ）のように厚みの厚いポリイミドフィルムのような樹脂フィルム３ｄに流体の通り孔となる孔３ｅを開け、次に、図５（ｂ）のように片方の孔３ｅにザグリをいれて厚みが薄い吸入側のバルブ部３ｃを形成し、次に、図５（ｃ）のように樹脂フィルム３ｄを裏返しにして同様に他方の孔３ｅにザグリを入れて厚みが薄い排気側のバブル部３ｂを形成することで本参考例に使用する膜状バルブ３を得ることができるものである。
【００１８】
次に、図６、図７に基づいて本発明の実施形態につき説明する。本実施形態においては、膜状バルブ３となる薄い樹脂フィルム３１に厚い樹脂フィルム３２を重ねると共に上下の筐体１０、２０間に薄い樹脂フィルム３ １ と厚い樹脂フィルム３２とを介装した状態でねじ５や接着剤の単独又は併用により上下の筐体１０を膜状バルブ３を介して接合するものである（なお本実施形態の添付図においてはねじや接着剤の図示を省略している）。このように膜状バルブ３を薄い樹脂フィルム３1で構成することで吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂが弁としての機能を損なうことがなく、また、厚い樹脂フィルム３２により上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で抑えて接合部分から流体が漏れないように密封することができるものである。本実施形態においては膜状バルブ３となる薄い樹脂フィルム３1の他に厚い樹脂フィルム３２を設けて密封性を高めており、したがって、この厚い樹脂フィルム３２が密封をより確実にするための密封向上手段となっている。
【００１９】
ところで、前述の図４、図５に示すように厚みの厚い膜状バルブ３を、吸入側のバルブ部３ｃ及び排気側のバルブ部３ｂとなる部位のみレーザ加工により薄く加工して吸入側のバルブ部３ｃ、排気側のバブル部３ｂを形成する場合、図７（ｄ）に示す吸入側のバルブ部３ｃや排気側のバブル部３ｂ部分の厚みｔの制御が難しく、また、図７（ｅ）に示すようにレーザの回析により吸入側のバルブ部３ｃや排気側のバブル部３ｂ部分をフラットに加工するのが難しいが、本実施形態においては、上記のように厚い樹脂フィルム３２を削って吸入側のバルブ部３ｃや排気側のバブル部３ｂ部分を形成するのではなく、膜状バルブ３となる薄い樹脂フィルム３１に吸入側のバルブ部３ｃや排気側のバブル部３ｂ部分を形成することで、このような問題が生じないものである。
【００２０】
ここで、図７（ａ）のように厚い樹脂フィルム３２にはバルブ台座部２６に連続するバルブ台座部２６ａ、ザグリ部２７に連続する孔２７ａを形成するのであるが、この厚い樹脂フィルム３２にバルブ台座部２６ａ、孔２７ａを形成するに当たってはレーザ加工により形成する。この場合、レーザ加工によりバルブ台座部２６ａを形成するには、まず、図７（ｂ）のようにレーザで加工する際に第１のマスク４３でマスクして図中４４で示される部分を形成し、次に、第２のマスク４５でマスクしてバルブ台座部２６ａを形成するものである。
【００２１】
次に、図８、図９に基づいて本発明の他の実施形態につき説明する。本実施形態においては、下の筐体２０に加工されている流路に沿ってパッキン材４０を介装した状態でねじ５や接着剤の単独又は併用により上下の筐体１０を膜状バルブ３を介して接合するものである（なお本実施形態の添付図においてはねじや接着剤の図示を省略している）。このように、下の筐体２０に加工されている流路に沿ってパッキン材４０を介装した状態で上下の筐体１０、２０を接合することで、上下の筐体１０、２０の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができるものである。本実施形態においてはパッキン材４０が密封をより確実にするための密封向上手段となっている。
【００２２】
図９（ａ）にはパッキン材４０を配設する前の状態の下の筐体２０の斜視図が示してあり、図９（ｂ）には下の筐体２０の流路に沿って断面Ｏ状をしたパッキン材４０を配設した斜視図が示してある。ここで、下の筐体２０の流路に沿って流路のすぐ隣りに溝を形成し、この溝にパッキン材４０をはめ込むことで取付けるようにする。
【００２３】
次に、図１０に基づいて本発明の更に他の実施形態につき説明する。本実施形態においては、下の筐体２０に加工されている流路に沿って下の筐体２０又は上の筐体１０のいずれかに突条部４１を突設し、上下の筐体１０、２０間に介在した膜状バルブ３を突条部４１部分で挟持した状態で上下の筐体１０、２０をねじ５や接着剤の単独又は併用により上下の筐体１０を膜状バルブ３を介して接合するものである（なお本実施形態の添付図においてはねじや接着剤の図示を省略している）。この実施形態においては、突条部４１にねじ５による接合力を集中して密着できて筐体の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができるものである。したがって、本実施形態においては、突条部４１が密封をより確実にするための密封向上手段となっている。
【００２４】
ここで、突条部４１を下の筐体２０の流路に沿って下の筐体２０と一体に形成した例を示したが、上の筐体２０の下の筐体２０の流路に沿った部位に形成してもよいものである。
【００２５】
ところで、パッキン材４０を下の筐体２０の流路に沿って設ける場合、下の筐体２０の流路に沿って溝４６を形成し、この溝４６にパッキン材４０を嵌め込むため流路と溝４６との間の寸法だけ膜状バルブ３の固定位置が流路から遠ざかり、応答動作特性に影響がでるおそれがあるが、本実施形態においては下の筐体２０の溝４６の内面に連続するように突条部４１を形成することができて、溝４６に近い位置で膜状バルブ３を固定して応答動作特性に影響が出ないようにできるものである。
【００２６】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１〜３記載の発明にあっては、膜状バルブを介して上下の筐体を接合するに当たり上下の筐体の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封するのを向上するための密封向上手段を設けて上下の筐体と膜状バルブとを接合するので、上下の筐体と膜状バルブとを接合するに当たって密封向上手段により接合部における密封補助をおこなって、上下の筐体の表面粗さや表面うねりや流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封することができ、この結果、圧電ダイヤフラムポンプの気密を保つことができるものである。
【００２７】
また、請求項１記載の発明にあっては、膜状バルブとなる薄い樹脂フィルムに厚い樹脂フィルムを重ねると共に上下の筐体間に薄い樹脂フィルムと厚い樹脂フィルムとを介装した状態で上下の筐体を接合するので、膜状バルブとなる薄い樹脂フィルムに厚い樹脂フィルムを重ねるという簡単な方法により、膜状バルブを薄い樹脂フィルムで構成することで弁としての機能を損なうことがなく、また、厚い樹脂フィルムにより上下の筐体の表面粗さや表面うねり及び流体がかかった際の変形による影響で抑えて接合部分から流体が漏れないように密封して圧電ダイヤフラムポンプの気密を保つことができるものである。
【００２８】
また、請求項２記載の発明にあっては、下の筐体に加工されている流路に沿ってパッキン材を介装した状態で上下の筐体を接合するので、流路に沿ってパッキン材を介装するという簡単な方法で上下の筐体の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができて圧電ダイヤフラムポンプの気密を保つことができるものである。
【００２９】
また、請求項３記載の発明にあっては、下の筐体に加工されている流路に沿って下の筐体又は上の筐体のいずれかに突条部を突設し、上下の筐体間に介在した膜状バルブを突条部部分で挟持した状態で上下の筐体を接合するので、突条部において密着できて筐体の表面粗さや表面うねりによる影響を抑えることができ、また、流路に近づけることができて応答動作特性を改善することができるものである。
【００３０】
また、請求項４記載の発明にあっては、上記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、膜状バルブを介して上下の筐体をねじにより締結するので、ねじにより機械的に上下の筐体が締結して接合されることになって、流体の圧力がかかった際の筐体変形による影響を抑えることができて圧電ダイヤフラムポンプの気密を保つことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例を示す分解斜視図である。
【図２】 同上のねじによる固定を示す側面図である。
【図３】 同上の接着剤を併用した状態を示す側面図である。
【図４】 本発明の参考例を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は要部拡大断面図であり、（ｃ）は膜状バルブの斜視図である。
【図５】 （ａ）乃至（ｃ）は同上の膜状バルブの加工順序を示す説明図である。
【図６】 本発明の実施形態を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は要部拡大断面図である。
【図７】 （ａ）は同上に用いる膜状バルブの斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）は膜状バルブの加工順序を示す説明図であり、（ｄ）、（ｅ）は厚みの厚い膜状バルブにバルブ部を形成する場合の問題点を示す説明図である。
【図８】 本発明の他の実施形態を示す分解斜視図である。
【図９】 （ａ）はパッキン材を配設する前の下の筐体の斜視図であり、（ｂ）はパッキン材を配設した状態の下の筐体の斜視図である。
【図１０】 本発明の他の実施形態を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は下の筐体の斜視図であり、（ｃ）は下の筐体の断面図であり、（ｄ）はパッキン材を配設した状態の断面図である。
【図１１】 圧電ダイヤフラムポンプを説明するための分解斜視図である。
【図１２】 （ａ）は吸入側のバルブ部分を示す断面図であり、（ｂ）は排気側のバルブ部分を示す断面図である。
【図１３】 （ａ）圧電ダイヤフラムポンプの吸気動作を示す説明図であり、（ｂ）は排気動作を示す説明図である。
【図１４】 （ａ）乃至（ｄ）は作用説明図である。
【図１５】 （ａ）乃至（ｃ）は従来例の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ダイヤフラムポンプ
２ ダイヤフラム
３ 膜状バルブ
３ｂ 吸入側のバルブ部３ｃ
３ｃ 排気側のバルブ部
４ ポンプ室
５ ねじ
１０ 上の筐体
１１ａ 周壁部
２０ 下の筐体
４１ 突条部
Claims (4)
- 圧電素子からなるダイヤフラムと、吸気側の流路と排気側の流路とが形成された上下の筐体と、流路内での流体の逆流を防止するための膜状バルブと、ダイヤフラムと一方の筐体との間に形成されるポンプ室とを備え、ダイヤフラムの屈曲運動により流体が吸気側の流路から吸入側のバルブ部を経てポンプ室に導入され、さらにポンプ室から排気側のバルブ部を経て排気側の流路へ排出されるように構成された圧電ダイヤフラムポンプの密封方法であって、膜状バルブを介して上下の筐体を接合するに当たり上下の筐体の表面粗さや表面うねりや流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封するのを向上するための密封向上手段を設けて上下の筐体と膜状バルブとを接合するものであり、膜状バルブとなる薄い樹脂フィルムに厚い樹脂フィルムを重ねると共に上下の筐体間に薄い樹脂フィルムと厚い樹脂フィルムとを介装した状態で上下の筐体を接合し、該厚い樹脂フィルムを密封向上手段とすることを特徴とする圧電ダイヤフラムポンプの密封方法。
- 圧電素子からなるダイヤフラムと、吸気側の流路と排気側の流路とが形成された上下の筐体と、流路内での流体の逆流を防止するための膜状バルブと、ダイヤフラムと一方の筐体との間に形成されるポンプ室とを備え、ダイヤフラムの屈曲運動により流体が吸気側の流路から吸入側のバルブ部を経てポンプ室に導入され、さらにポンプ室から排気側のバルブ部を経て排気側の流路へ排出されるように構成された圧電ダイヤフラムポンプの密封方法であって、膜状バルブを介して上下の筐体を接合するに当たり上下の筐体の表面粗さや表面うねりや流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封するのを向上するための密封向上手段を設けて上下の筐体と膜状バルブとを接合するものであり、下の筐体に加工されている流路に沿ってパッキン材を介装した状態で上下の筐体を接合し、該パッキン材を密封向上手段とすることを特徴とする圧電ダイヤフラムポンプの密封方法。
- 圧電素子からなるダイヤフラムと、吸気側の流路と排気側の流路とが形成された上下の筐体と、流路内での流体の逆流を防止するための膜状バルブと、ダイヤフラムと一方の筐体との間に形成されるポンプ室とを備え、ダイヤフラムの屈曲運動により流体が吸気側の流路から吸入側のバルブ部を経てポンプ室に導入され、さらにポンプ室から排気側のバルブ部を経て排気側の流路へ排出されるように構成された圧電ダイヤフラムポンプの密封方法であって、膜状バルブを介して上下の筐体を接合するに当たり上下の筐体の表面粗さや表面うねりや流体がかかった際の変形による影響で接合部分から流体が漏れないように密封するのを向上するための密封向上手段を設けて上下の筐体と膜状バルブとを接合するものであり、下の筐体に加工されている流路に沿って下の筐体又は上の筐体のいずれかに突条部を突設し、上下の筐体間に介在した膜状バルブを突条部部分で挟持した状態で上下の筐体を接合し、該突条部を密封向上手段とすることを特徴とする圧電ダイヤフラムポンプの密封方法。
- 膜状バルブを介して上下の筐体をねじにより締結することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電ダイヤフラムポンプの密封方法。
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