JP7327514B2

JP7327514B2 - ポンプ装置

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Publication number: JP7327514B2
Application number: JP2021566859A
Authority: JP
Inventors: 幸治兒玉
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2023-08-16
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Description

本発明は、ポンプとポンプに連通する外部筐体とを備えるポンプ装置に関する。

特許文献１には、圧電ポンプを用いた血圧計が記載されている。特許文献１に記載の血圧計は、インナーケース部材を備える。インナーケース部材は、合成樹脂からなる。

インナーケースと圧電ポンプの吐出口を有する面とは、接着されている。

特開２０１８－１４３５５７号公報

しかしながら、インナーケース部材が、水分を含有する樹脂からなる場合、例えば、インナーケース部材の温度が高くなると、樹脂内部の水分が揮発して、圧電ポンプとの接着面に到達することがある。

そして、圧電ポンプとの接着面に水分が存在することによって、接着面が剥がれるという問題が生じることがある。

したがって、本発明の目的は、水分含有性を有する材料の筐体を用いても、筐体とポンプとの接着状態の低下を抑制できる流体制御装置を提供することにある。

この発明のポンプ装置は、ポンプ、外部筐体、および、接着部材を備える。ポンプは、流体の吐出口を有する吐出面を有する。外部筐体は、吐出口に連通する内部空間を有し、水分含有性を有する樹脂を少なくとも一部に用いる。接着部材は、ポンプの吐出面と外部筐体とを接着する。外部筐体は、ポンプの吐出面に対向し、接着部材に当接する第１主面を有し、吐出口とポンプ内の空間とに連通する貫通孔を有する第１主板を備える。第１主面は、金属からなる。

この構成では、外部筐体が高温になっても、樹脂に含まれた水分は、金属により第１主面に露出しない。これにより、樹脂に含まれた水分が第１主面と接着部材との接着性に影響を与えない。

この発明によれば、水分含有性を有する材料の筐体を用いても、筐体とポンプとの接着状態の低下を抑制できる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す側面の断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置の分解斜視図である。図３は、本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す側面の断面図である。図４は、本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す側面の断面図である。図５は、本発明の第４の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す側面の断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す側面の断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るポンプ装置の分解斜視図である。なお、本実施形態を含む各実施形態に示す各図においては、説明を分かり易くするために、それぞれの構成要素の形状（寸法）を部分的または全体として誇張して記載している。

図１、図２に示すように、ポンプ装置１は、圧電ポンプ１０、外部筐体７０、および、接着シート８０を備える。接着シート８０が、本発明の「接着部材」に対応する。圧電ポンプ１０と外部筐体７０とは、接着シート８０によって接着されている。この際、圧電ポンプ１０の吐出口４１と、外部筐体７０の貫通孔７１０とは、接着シート８０の中央開口８１を介して、連通する。

（圧電ポンプ１０の構成）
圧電ポンプ１０は、圧電素子２０、振動板３１を含む平板部材３００、第１筐体用部材４０、第２筐体用部材５０、および、第３筐体用部材６０を備える。

圧電素子２０は、円板の圧電体と駆動用の電極とによって構成されている。駆動用の電極は、円板の圧電体の両主面に形成されている。

平板部材３００は、振動板３１、ベース部３２、および、支持部３３を備えている。平板部材３００は、例えば、金属等からなる平板である。平板部材３００を平面視した形状は、矩形である。この平面視した面が平板部材３００の主面である。平板部材３００は、例えば、一枚の平板によって実現される。すなわち、振動板３１、ベース部３２、および、支持部３３は、一枚の平板によって一体形成されている。振動板３１は、円板である。ベース部３２は、振動板３１の外周を囲む形状である。支持部３３は、振動板３１とベース部３２とを接続する。この際、支持部３３は、振動板３１の外周において、局所的に複数箇所で、振動板３１とベース部３２とを接続する。この構成によって、振動板３１は、ベース部３２に対して、振動可能に支持される。

第１筐体用部材４０は、例えば、金属からなる平板である。なお、第１筐体用部材４０の材料は、所定の剛性を有してればよい。第１筐体用部材４０を平面視した形状は、略矩形である。この平面視した面が、第１筐体用部材４０の主面である。すなわち、第１筐体用部材４０は、互いに対向する主面４０１と主面４０２とを有する。主面４０２が、本発明の「吐出面」に対応する。

第１筐体用部材４０は、吐出口４１を有する。圧電ポンプ１０を平面視して、吐出口４１は、例えば、振動板３１の中央に重なる。吐出口４１は、第１筐体用部材４０の主面４０１と主面４０２との間を貫く、すなわち、第１筐体用部材４０を厚み方向に貫く貫通孔である。吐出口４１は、例えば、円筒形である。

第２筐体用部材５０は、主板５１と枠体５２とを備え、箱状である。第２筐体用部材５０は、例えば、金属等からなる。主板５１は、平板である。より具体的には、主板５１を平面視した形状は矩形であり、第１筐体用部材４０と略同じ面積および形状である。枠体５２は、主板５１の主面に直交する方向に延びる。枠体５２は、主板５１の外周端に沿って配設されている。これにより、第２筐体用部材５０は、箱状に形成される。主板５１と枠体５２とは、別体で形成されていてもよく、一体成型されていてもよい。

主板５１には、複数の吸入口５１０が形成されている。複数の吸入口５１０は、主板５１の両主面を貫く、すなわち、主板５１を厚み方向に貫く貫通孔である。複数の吸入口５１０は、円筒形である。

第３筐体用部材６０は、所定の厚みを有する枠体である。第３筐体用部材６０の外形は、第１筐体用部材４０の外形と略同じである。

第１筐体用部材４０の一方主面には、第３筐体用部材６０が接続する。第３筐体用部材６０には、平板部材３００のベース部３２が接続する。平板部材３００のベース部３２には、第２筐体用部材５０の枠体５２が接続する。この構成によって、内部に空間５００を有するポンプ筐体が実現される。

空間５００は、振動板３１によって、空間５０１と空間５０２とに分けられる。空間５０１は、振動板３１を基準にして吐出口４１側の空間であり、空間５０２は、振動板３１を基準にして吸入口５１０側の空間である。空間５０１と空間５０２とは、支持部３３に設けられた平板部材３００を貫通する貫通孔によって連通する。

圧電素子２０は、振動板３１における空間５０２側の主面に配置されている。

このような構成では、圧電ポンプ１０は、次に示すように、流体を搬送する。なお、流体の搬送原理は、本願の出願人の過去の出願等によって既知であるので、説明は簡略化する。

圧電素子２０は、図示しない制御部に接続されている。制御部は、交流電圧を生成し、圧電素子２０に印加する。それによって、圧電素子２０が伸縮し、振動板３１は、屈曲振動する。これにより、空間５０１と空間５０２との体積が変化し、この変化によって、流体は、複数の吸入口５１０を介して、圧電ポンプ１０内に吸入され、吐出口４１を介して、圧電ポンプ１０の外部に吐出される。

（外部筐体７０の構成）
図１および図２に示すように、外部筐体７０は、主として、樹脂によって形成されている。樹脂としては、成型性に優れる材料が用いられ、例えば、ポリカーボネートまたはＡＢＳ樹脂が用いられる。

外部筐体７０は、主板７１および側板７２を備える。主板７１は、主面７１１を有する平板状である。側板７２は、枠体である。側板７２は、主板７１の主面７１１に接続している。外部筐体７０は、例えば、樹脂の一体成型によって形成されている。

これにより、外部筐体７０は、主板７１と側板７２とによって囲まれる内部空間７２０を有する。外部筐体７０が、本発明の「固定部材」に対応する。主面７１１が、本発明の「第１主面」に対応する。内部空間７２０が、本発明の「第１空間」に対応する。そして、この内部空間７２０に、圧電ポンプ１０が固定される。これにより、圧電ポンプ１０の内部の空間５００と、外部筐体７０の外部空間とは、連通する。

なお、内部空間７２０における主板７１と反対側に、側板７２に接続する例えば平板（図示を省略する）等が配置されていることで、内部空間７２０は、外部筐体７０の外部空間と隔離可能となる。

主板７１は、筐体流路７００を有する。筐体流路７００は、主板７１の内部に形成されている。筐体流路７００が、本発明の「第２空間」に対応する。

主板７１は、外部吐出口７０１を有する。外部吐出口７０１は、主板７１の一側面に開口しており、筐体流路７００に連通する。

主板７１は、貫通孔７１０を有する。貫通孔７１０は、主面７１１に開口しており、筐体流路７００に連通する。貫通孔７１０は、例えば、円筒形である。貫通孔７１０の開口断面積は、圧電ポンプ１０の吐出口４１の開口断面積と略同じである。

主板７１における主面７１１は、金属７９からなる。より具体的には、主板７１における主面７１１の略全体を覆い、且つ主面７１１から所定深さの部分が金属７９からなる。金属７９は、蒸着膜、スパッタ膜、鍍金等によって実現される。金属７９は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、錫（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）等の少なくとも１つを含む材料からなる。金属７９の厚みは、例えば、約１０ｎｍから１μｍであるが、それ以上であってもよい。

（接着シート８０の構成）
図１、図２に示すように、接着シート８０は、所定厚みを有し、円形の中央開口８１を有する円環形である。中央開口８１の面積は、圧電ポンプ１０の吐出口４１の開口断面積、外部筐体７０の貫通孔７１０の開口断面積よりも大きい。接着シート８０の外周の直径は、圧電ポンプ１０の第１筐体用部材４０の一辺の長さ以下である。

接着シート８０は、所謂、両面接着シートであり、例えば、アクリル系接着シートまたはシリコン系接着シートである。接着シート８０は、中間樹脂層があっても、無くてもよい。

（接着シート８０による圧電ポンプ１０と外部筐体７０との接着構成）
接着シート８０の一方主面は、圧電ポンプ１０における第１筐体用部材４０の主面４０２に当接し、接着している。接着シート８０の他方主面は、外部筐体７０における主板７１の主面７１１に当接し、接着している。これにより、圧電ポンプ１０と外部筐体７０とは、接着される。

この際、接着シート８０は、中央開口８１が圧電ポンプ１０における第１筐体用部材４０の吐出口４１、および、外部筐体７０における主板７１の貫通孔７１０に重なるように、配置される。これにより、圧電ポンプ１０の吐出口４１と、外部筐体７０の貫通孔７１０とは、接着シート８０の中央開口８１を介して連通する。

（ポンプ装置１の構成を用いることによる作用効果）
上述の構成からなる圧電ポンプ１０は、振動板３１の振動によって発熱する。この熱は、接着シート８０を介して、外部筐体７０に伝わり、外部筐体７０は、昇温する。外部筐体７０が高温になると、樹脂に含まれる水分が揮発し、外部筐体７０の外部に放出されようとする。

ポンプ装置１の構成では、主板７１の主面７１１、すなわち、接着シート８０との接着面が金属７９である。金属７９は、水分を透過させないので、主面７１１には、水分は露出しない。

これにより、接着シート８０の外部筐体７０への接着面への水分を抑制でき、主面７１１と接着シート８０との接着性の低下は抑制される。

ポンプ装置１の構成では、主面７１１の面積は、接着シート８０の面積（主面７１１と接着シート８０との接着面の面積）よりも大きい。この構成により、外部筐体７０における金属７９に覆われていない箇所から外部に、水分が漏洩して、接着シート８０の接着面に入ることを抑制できる。これにより、主面７１１と接着シート８０との接着性の低下は、さらに抑制される。また、この構成により、主面７１１による熱拡散効果は、向上し、圧電ポンプ１０で発生する熱を、外部に放熱し易い。なお、金属７９は、主面７１１における接着シート８０への接着面に少なくとも配置されていればよいが、この理由により、接着面の面積よりも大きいことが好ましい。

ポンプ装置１の構成では、第１筐体用部材４０の主面４０２の面積は、接着シート８０の面積（主面４０２と接着シート８０との接着面の面積）よりも大きい。この構成により、図１に示すように、第１筐体用部材４０の角部には、接着シート８０が当接、接着していない。すなわち、第１筐体用部材４０における振動の中心から最も遠い位置には、接着シート８０が当接、接着していない。これにより、振動板３１によって生じる振動の外部筐体７０への漏洩を抑制でき、圧電ポンプ１０の振動効率を向上できる。なお、これは、圧電ポンプ１０の平面視した形状が矩形である場合に限らず、他の多角形の場合であっても、同様の作用効果が得られる。また、この構成では、接着シート８０を介して、第１筐体用部材４０と外部筐体７０との接着面積を小さくできる。これにより、第１筐体用部材４０から外部筐体７０への熱の伝搬量を低下でき、外部筐体７０の温度上昇を抑制できる。

ポンプ装置１の構成では、外形形状が保持された接着シート８０を用いることで、圧電ポンプ１０と外部筐体７０との接着時に、中央開口８１の形状を、容易に維持できる。一方、例えば、熱硬化性またはＵＶ硬化性の液状の接着材を用いることは可能であるが、中央開口８１の形状を所定形状にすることは容易ではなく、吐出口４１と貫通孔７１０との間を塞いでしまう可能性がある。したがって、接着シート８０を備えたポンプ装置１の構成を用いることで、ポンプ装置１を、より確実且つ容易に製造できる。

また、この構成では、圧電ポンプ１０の吐出口４１に、外部に突出するノズルを形成しなくてもよい。これにより、ポンプ装置１は、薄型になる。

また、このポンプ装置１では、吐出口４１が外部筐体７０の筐体流路７００に連通している。一方、上述の構成を適用すれば、吸入口５１０が外部筐体７０の筐体流路７００に連通する構成も実現可能である。しかしながら、吐出口４１から吐出される流体（例えば、空気）は、吸入口５１０から吸入される流体よりも高温になる。このため、吐出口４１が外部筐体７０の筐体流路７００に連通する構造において、ポンプ装置１の構成は、より有効に作用する。

なお、外部筐体７０が、水分含有性を有する樹脂で構成されていれば、外部筐体７０は、他の材料であっても、本発明の構成を適用することで、上述の作用効果を奏する。特に、水分含有性の一指標である吸水率が例えば０．１５以上の材料の場合に、本発明の構成は、より有効に作用する。

また、上述の説明では、外部筐体７０に連通する口を吐出口としたが、こちら側の口を吸入口として、上述の吸入口を吐出口として用いることも可能である。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置について、図を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す側面の断面図である。

図３に示すように、第２の実施形態に係るポンプ装置１Ａは、第１の実施形態に係るポンプ装置１に対して、金属７９Ａ、および、金属用接合材７８を備える点で異なる。ポンプ装置１Ａの他の構成は、ポンプ装置１と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

外部筐体７０Ａは、金属７９Ａ、および、金属用接合材７８を備える。金属７９Ａは、主板７１の主面７１１に、金属用接合材７８を介して接合される。

金属７９Ａは、板状であり、外部筐体７０Ａと別体で形成されたものである。金属用接合材７８は、例えば、熱硬化性または紫外線硬化性の接合材である。

この構成により、主板７１の主面７１１は、金属７９Ａからなる。したがって、ポンプ装置１Ａは、ポンプ装置１と同様に、接着シート８０の接着面への水分を抑制でき、主面７１１と接着シート８０との接着性の低下は抑制される。

（第３実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置について、図を参照して説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す側面の断面図である。

図４に示すように、第３の実施形態に係るポンプ装置１Ｂは、第１の実施形態に係るポンプ装置１に対して、金属７９Ｂを備える点で異なる。ポンプ装置１Ｂの他の構成は、ポンプ装置１と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

外部筐体７０Ｂは、金属７９Ｂを備える。金属７９Ｂは、主板７１の主面７１１側から露出するように、主板７１に埋め込まれている。

金属７９Ｂは、板状であり、例えば、インサートモールド工法等を用いて、外部筐体７０Ｂの主板７１に埋め込まれる。

この構成により、主板７１の主面７１１は、金属７９Ｂからなる。したがって、ポンプ装置１Ｂは、ポンプ装置１と同様に、接着シート８０に水分が吸収されることを抑制でき、主面７１１と接着シート８０との接着性の低下は抑制される。

（第４実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るポンプ装置について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第４の実施形態に係るポンプ装置の構成を示す側面の断面図である。

図５に示すように、第４の実施形態に係るポンプ装置１Ｃは、第１の実施形態に係るポンプ装置１に対して、圧電ポンプ１０Ｃの構成において異なる。

圧電ポンプ１０Ｃは、圧電ポンプ１０に対して、第４筐体用部材６１、第５筐体用部材６２をさらに備える。また、圧電ポンプ１０Ｃは、圧電ポンプ１０に対して、圧電素子２０の配置態様において異なる。また、第２筐体用部材５０Ｃは、第６筐体用部材５１Ｃと第７筐体用部材５２Ｃとを組み合わせることによって構成される。

第４筐体用部材６１は、所定の厚みを有する枠体である。第４筐体用部材６１の外形は、平板部材３００の外形と同じ形状である。第４筐体用部材６１は、平板部材３００の他方主面（第３筐体用部材６０が接続する面と反対側の面）に接続する。

第５筐体用部材６２は、平板状である。第５筐体用部材６２の平面形状は、平板部材３００と略同じである。第５筐体用部材６２は、貫通孔６２０を有する。貫通孔６２０は、第５筐体用部材６２を平面視した略中央に配置されている。

第５筐体用部材６２は、第４筐体用部材６１を基準にして、平板部材３００側と反対側に配置されている。第５筐体用部材６２は、第４筐体用部材６１に接続する。

第６筐体用部材５１Ｃは、平板である。第６筐体用部材５１Ｃの平面形状は、平板部材３００および第５筐体用部材６２と略同じである。第６筐体用部材５１Ｃは、第５筐体用部材６２を基準にして、平板部材３００側と反対側に配置されている。第６筐体用部材５１Ｃと第５筐体用部材６２とは、所定間隔で離間して配置されている。第６筐体用部材５１Ｃは、複数の吸入口５１０を有する。複数の吸入口５１０は、第６筐体用部材５１Ｃの中心から所定距離、外縁側に離間した位置に配置されている。

第７筐体用部材５２Ｃは、溝５０３が形成された平板である。第７筐体用部材５２Ｃの平面形状は、第５筐体用部材６２および第６筐体用部材５１Ｃと略同じである。第７筐体用部材５２Ｃは、第５筐体用部材６２と第６筐体用部材５１Ｃとの間に配置され、第５筐体用部材６２と第６筐体用部材５１Ｃとに当接、接続する。そして、この構成において、溝５０３は、貫通孔６２０および複数の吸入口５１０に連通する。

圧電素子２０は、平板部材３００の振動板３１における第１筐体用部材４０側の面に配置されている。

このような構成の圧電ポンプ１０Ｃを用いても、ポンプ装置１Ｃは、上述のポンプ装置１と同様の作用効果を奏することができる。

なお、上述の実施形態では、接着シート８０を円環形にする態様を示したが、他の形状であってもよい。例えば、接着シート８０の外形形状は、圧電ポンプ１０の平面形状に合わせてもよい。しかしながら、円環形にすることで、接着シート８０の設置時の方向を考慮しなくてもよく、容易に設置できる。さらに、圧電ポンプ１０への接着面の外形形状が円形になり、振動板３１の中心と接着シート８０の中心を略同じにすることで、円形の振動板３１の振動に与える影響の方向性（周方向の位置による差）が抑制される。

また、上述の構成は、圧電ポンプ１０を用いるポンプ装置であれば適用可能であるが、特に、形状が小さなポンプ装置、例えば、ウェアラブルなポンプ装置において、より有効である。形状が小さなポンプ装置の場合、外部筐体の熱容量が小さくなるので、昇温し易い。したがって、外部筐体は高温になりやすく、水分が揮発し易い。しかしながら、本発明の構成を備えることによって、接着シート８０に水分が吸収されることを抑制でき、外部筐体と接着シート８０との接着性の低下は抑制できる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：ポンプ装置
１０、１０Ｃ：圧電ポンプ
２０：圧電素子
３１：振動板
３２：ベース部
３３：支持部
４０：第１筐体用部材
４１：吐出口
５０：第２筐体用部材
５１：主板
５２：枠体
５１Ｃ：第６筐体用部材
５２Ｃ：第７筐体用部材
６０：第３筐体用部材
６１：第４筐体用部材
６２：第５筐体用部材
７０、７０Ａ、７０Ｂ：外部筐体
７１：主板
７２：側板
７８：金属用接合材
７９、７９Ａ、７９Ｂ：金属
８０：接着シート
８１：中央開口
３００：平板部材
４０１、４０２：主面
５００、５０１、５０２：空間
５１０：吸入口
７００：筐体流路
７０１：外部吐出口
７１０：貫通孔
７１１：主面
７２０：内部空間

Claims

流体の吐出口を有する吐出面を有するポンプと、
前記ポンプを固定する固定部材と、
前記ポンプの前記吐出面と前記固定部材とを接着する接着部材と、
を備え、
前記固定部材は、
水分含有性を有する樹脂を少なくとも一部に用い、
前記ポンプが配置される第１空間を有し、
前記ポンプの前記吐出面に対向し、前記接着部材に当接する第１主面を有し、前記吐出口および前記第１空間と前記固定部材を挟んで前記第１空間と反対側に位置する第２空間とを連通する貫通孔を有する第１主板を備え、
前記第１主面は、金属からなる、
ポンプ装置。
前記第１主面は、前記金属の蒸着膜、スパッタ膜、または、鍍金によって形成されている、
請求項１に記載のポンプ装置。
前記第１主面は、前記第１主板にモールドされた前記金属の板によって形成されている、
請求項１に記載のポンプ装置。
前記第１主面は、熱硬化性または紫外線硬化性の接合材によって前記第１主板に接合された前記金属の板によって形成されている、
請求項１に記載のポンプ装置。
前記第１主面の面積は、前記接着部材と前記吐出面の接着面積、および、前記接着部材と前記第１主面との接着面積のいずれよりも大きい、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のポンプ装置。
前記吐出面の面積は、前記接着部材と前記吐出面および前記第１主面との接着面積よりも大きい、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のポンプ装置。
前記吐出面は、平面視において多角形であり、
前記接着部材は、前記多角形の角部に接着していない、
請求項６に記載のポンプ装置。
前記接着部材は、アクリル系接着シートまたはシリコン系接着シートである、
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のポンプ装置。
前記固定部材に用いられる樹脂は、０．１５以上の吸水率を有する樹脂である、
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のポンプ装置。