JPWO2005012730A1 - ポンプ - Google Patents

Abstract

流体の吸排を制御する駆動部が、固体電解質上に電極層を備えた積層体の駆動用素子で少なくとも構成され、前記固体電解質がイオン交換樹脂を含み、かつ前記電極層が金属電極であるポンプは、ダイヤフラムポンプ、プランジャーポンプ、ベローズポンプなどのポンプとして用いることができる。また、本願発明のポンプは、通常のポンプのみならず、ＣＰＵ等の電子機器の発熱素子を冷却する水冷モジュール等に好適に用いられる電子機器用ポンプや、試薬ディスペンサー用ポンプ、血液検査用チップ用ポンプなどに好適に用いられる。

Description

本発明はポンプ及びポンプ用駆動用素子に関し、さらに詳細には通常のポンプのみならず、特にコンピューターのＣＰＵ等を冷却する水冷循環モジュール用ポンプなどの電子機器用小型乃至超小型ポンプ、試薬ディスペンサー用の小型乃至超小型ポンプ、血液検査用チップに用いられる超小型ポンプに好適に用いられるポンプ及びポンプ用駆動用素子に関するものである。

例えばコンピューターのＣＰＵ等を冷却する水冷循環モジュール用ポンプなどの電子機器用として好適な小型乃至超小型ポンプが求められている（例えば、特許文献１）。またこの種の小型乃至超小型ポンプとして小型ポンプが提案されている（例えば、特許文献２）。

しかし、かかるポンプではその小型化に限界があるため、ＣＰＵ等の電子機器の発熱素子を冷却する水冷モジュールに用いられる好適な小型又は超小型ポンプは未だ提供されていない。また近時では、チップ内に採血液の流路とこれに供給する試薬の流路が形成され、これらの各流体をポンプで行う検査チップが提案されているが、このチップに好適な超小型ポンプも未だ提供されていない。

本発明の目的は、通常のポンプのみならず、ＣＰＵ等の電子機器の発熱素子を冷却する水冷モジュール等に好適に用いられる電子機器用ポンプや、試薬ディスペンサー用ポンプ、血液検査用チップ用ポンプなどに好適に用いられる、小型乃至超小型のポンプを提供するところにある。

特開２００３−１３３７７６ 特開２００３−１３８７８

請求の範囲第１項の発明は、流体の吸排を制御する駆動部が、固体電解質上に電極層を備えた積層体の駆動用素子で少なくとも構成されているポンプである。
請求の範囲第２項の発明は、前記固体電解質がイオン交換樹脂を含み、かつ前記電極層が金属電極である請求の範囲第１項に記載のポンプである。
請求の範囲第３項の発明は、前記電極層が導電性高分子を含む請求の範囲第１項に記載のポンプである。
請求の範囲第４項の発明は、前記電極層が、絶縁溝で区分された複数の電極層で構成されている請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの項に記載のポンプである。

本発明は、これらの構成を持つため、通常のポンプのみならず、ＣＰＵ等の電子機器の発熱素子を冷却する水冷モジュール等に用いることができ、電子機器用小型乃至超小型ポンプとして好適である。また、試薬ディスペンサー用ポンプ、血液検査用チップ用ポンプなどに好適に用いられる小型乃至超小型のポンプである。さらに、小型乃至超小型のポンプのみならず、通常のポンプとしても好適に用いられる。

本発明の駆動用素子は、固体電解質層上に電極層が形成された積層構造を備えている。例えば、前記固体電解質がイオン交換樹脂である場合には、前記電極層に電圧を印加することにより、イオン交換樹脂層内に含まれる水分子及びイオンが移動する。前記イオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂である場合には、マイナスとなる電圧が印加された電極は、イオン交換樹脂層内に含まれる水分子及びイオンが該電極近傍に移動して、外側（イオン交換樹脂層と反対側）へ凸状に湾曲する。また、前記駆動用素子が円形形状である場合には、略円錐状に変形する。マイナスとなる電圧が印加された電極は、印加電圧を解除することにより、凸状の変形前の状態に戻ることができる。このようなメカニズムにより、本発明の駆動用素子は、電圧の印加と解除を繰り返すことで、駆動することができる。そして、必要に応じて、前記電極層を、絶縁溝で区分された複数の電極層で構成すると、絶縁溝の区切りによる複数の電極層に応じた変形をする駆動用素子を含むポンプとすることができる。

［図１］図１（ａ）は、本発明に係る一実施形態を示すダイヤフラムポンプの概略斜視図である。 図１（ｂ）は、同ポンプに係る駆動用素子の一部を示すダイヤフラムポンプの概略斜視図である。
［図２］図２（ａ）は、図１（ａ）におけるダイヤフラムポンプのＡ−Ａ線概略断面図である。 図２（ｂ）は、図１（ａ）におけるダイヤフラムポンプのＡ−Ａ線概略断面図である。
［図３］図３（ａ）は、他の実施形態を示すダイヤフラムポンプの概略斜視図である。 図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線概略断面図である。
［図４］図４（ａ）は、他の実施形態を示すダイヤフラムポンプの概略斜視図である。 図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＣ−Ｃ線概略断面図である。
［図５］図５（ａ）は、他の実施形態を示すポンプの概略斜視図である。 図５（ｂ）は、図５（ａ）における動作状態を示す概略正面図である。 図５（ｃ）は、図５（ａ）のポンプを２つ用いたポンプ装置の概略斜視図である。
［図６］図６（ａ）は、他の実施形態を示すポンプの概略斜視図である。 図６（ｂ）は、図６（ａ）における駆動用素子の概略斜視図である。 図６（ｃ）は、図６（ａ）におけるポンプの概略断面図。 図６（ｄ）は、図６（ａ）における駆動用素子の圧縮状態を示すポンプの概略断面図である。 図６（ｅ）は、図６（ａ）における同収縮状態を示すポンプの概略断面図である。
［図７］図７（ａ）は、本発明に係るプランジャーポンプの一実施形態における非通電時を示す概略断面図である。 図７（ｂ）は、図７（ａ）のプランジャーポンプの一実施形態における非通電時を示す概略断面図に示す状態となっているが、通電時を示す概略断面図である。 図７（ｃ）は、図７（ａ）のプランジャーポンプポンプに用いられている駆動用素子の概略平面図である。
［図８］図８（ａ）は、本発明に係る一実施形態を示すベローズポンプの概略断面図である。 図８（ｂ）は、図８（ａ）のベローズポンプにおける通電時の同ポンプの概略断面図である。
［図９］図９（ａ）は、本発明に係るベローズポンプの他の実施態様における駆動用素子の電極に電圧を印可した際の概略断面図である。 図９（ｂ）は、図９（ａ）のベローズポンプにおける駆動用素子の電極への電圧非印可時の概略断面図である。 図９（ｃ）は、図９（ａ）のベローズポンプの中間部材の正面図である。
［図１０］図１０は、本発明の前記プレート状の駆動用素子を用いたポンプの概略断面図である。
［図１１］図１１は、本発明の他の実施形態を示すポンプの断面図である。
［図１２］図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明のポンプの一実施形態を示す概略断面図である。
［図１３］図７（ｃ）の駆動用素子についての断面図である。

符号の説明

１０１ ダイヤフラムポンプ
１０１ａ、１０１ｂ ポンプ素子
１０２ 吸入孔
１０３ ポンプ室
１０４ 吸入路
１０５ 逆止弁
１０６ ダイヤフラムの隔膜
１０７ 排出孔
１０８ 排出路
１０９ 逆止弁
１１２ 吸入孔
１１３ ポンプ室
１１４ 吸入路
１１５ 逆止弁
１１６ ダイヤフラムの隔膜
１１７ 排出孔
１１８ 排出路
１１９ 逆止弁
２０１ 本体部
２０２、２０３ ダイヤフラムの隔膜
２０４ 吸入孔
２０５ 吸入路
２０６ 逆止弁
２０７ 排出孔
２０８ 逆止弁
２０９ ポンプ室
３０１ 本体部
３０２ ダイヤフラムの隔膜
３０３ 駆動用素子
３０４ 連結体
３０５ 吸入孔
３０６ 吸入路
３０７ 逆止弁
３０８ 排出孔
３０９ 逆止弁
３１０ ポンプ室
４０１ 流体の吸入部
４０２ 流体の排出部
４０３ 本体部
４０４ ポンプ室
４０５ 第２のポンプ室
４０６ 吸入孔
４０７ 排出孔
５０１ ポンプ
５０２ ポンプ室
５０３ 袋体
５０４ 流体の吸入口
５０５ 排出口
５０６ａ、５０６ｂ 駆動用素子
５０７ａ、５０７ｂ 基部
５０８ａ、５０８ｂ 圧縮片
５０９ａ、５０９ｂ 逆止弁、
６０１ ポンプ室
６０２ プランジャー
６０３ 駆動部
６０４ 駆動用素子
６０４ａ（１１０１） 駆動用素子
６０４ｂ（１１０２） 駆動用素子
６０５ 円形プレート
６０６ 駆動用素子群
６０７ バネ
６０８ 逆止弁
６０９ 排出口
６１０ 逆止弁
６１１ 吸入口
７０１ ベローズ構造のポンプ室
７０２ 駆動部
７０３ 円盤状の駆動用素子
７０４ 円形プレート
７０６ 吸入口
７０７ 吐出口
７０８、７０９ 逆止弁
７１６、７１７ 逆止弁
８０１ 管
８０２ 駆動用素子
８０３ 固定用部材
８０４、８０５ 通電用部材
９０１ 管
９０２ ポンプ
９０３ 内壁
９０４ 内壁
９０５ 駆動用素子
９０６ 流体の通過穴
９０７ 駆動用素子
１００１ 駆動用素子
１００２ 固体電解質層
１００３〜１０００６ 電極層
１００７ 絶縁溝
１００８ 絶縁溝
１００９ 絶縁溝
Ｌ１、Ｌ２ リード線

図１（ａ）は本発明に係る一実施形態を示すダイヤフラムポンプの概略斜視図、図１（ｂ）は同ポンプに係る駆動用素子の一部を示すダイヤフラムポンプの概略斜視図、図２（ａ）及び図２（ｂ）もそれぞれ同ポンプに係る駆動用素子の一部を示す図１（ａ）におけるダイヤフラムポンプのＡ−Ａ線概略断面図である。

図において、１０１は２つのポンプ素子１０１ａ、１０１ｂを連結して構成したダイヤフラムポンプであり、一方のポンプ素子１０１ａには、流体（液体）を吸入する吸入孔１０２と、この吸入孔１０２からポンプ室１０３につながる吸入路１０４と、ポンプ室１０３と、このポンプ室１０３への吸入路１０４の閉鎖又は開放をする逆止弁１０５を有している。１０６はダイヤフラムの隔膜である。１０７は流体（液体）を排出する排出孔であり、１０８は前記ポンプ室１０３から排出孔１０７に連通する排出路である。１０９は前記排出孔１０７を閉鎖又は開放する逆止弁である。なお、Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

他方、もう一つのポンプ素子１０１ｂには、前記ポンプ素子１０１ａの排出孔１０７から排出された流体を吸入する吸入孔１１２と、この吸入孔１１２からポンプ室１１３につながる吸入路１１４と、ポンプ室１１３と、このポンプ室１１３への吸入路１１４の閉鎖又は開放をする逆止弁１１５を有している。１１６はダイヤフラムの隔膜である。１１７は流体（液体）を排出する排出孔であり、１１８は前記ポンプ室１１３から排出孔１１７に連通する排出路である。１１９は前記排出孔１０７を閉鎖又は開放する逆止弁である。

この実施形態のダイヤフラムの隔膜１０６、１１６は、固体電解質上に電極層を備えた積層体の駆動用素子で少なくとも構成されている。そしてこの場合、前記固体電解質がイオン交換樹脂を含み、かつ前記電極層が金属電極である構成が好適であるが、前記電極層が導電性高分子を含む場合であってもよい。

従って、この駆動用素子にリード線を図示のように接続することによって、通電すると、ダイヤフラムの隔膜１０６、１１６がそれぞれ膨張、収縮を繰り返すため、ポンプとして動作するものである。

図３（ａ）は他の実施形態を示すダイヤフラムポンプの概略斜視図であり、図３（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線概略断面図である。この実施形態では本体部２０１の両側に、固体電解質上に電極層を備えた積層体の駆動用素子からなるダイヤフラムの隔膜２０２、２０３が設けられており、この駆動用素子にリード線を図示のように接続することによって、通電すると、前記と同様、このダイヤフラムの隔膜２０２、２０３が同期しながら又は同期しないで、収縮、膨張を繰り返し、ポンプとして動作するものである。なお、図において、２０４は吸入孔、２０５は吸入路、２０６は逆止弁、２０７は排出孔、２０８は逆止弁である。２０９はポンプ室である。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

図４（ａ）はさらに他の実施形態を示すダイヤフラムポンプの概略斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＣ−Ｃ線概略断面図である。この実施形態は、本体部３０１に設置されたダイヤフラムの隔膜３０２に、これを駆動するほぼ三角形状の駆動用素子３０３を備えている。ダイヤフラムの隔膜３０２と三角形状の駆動用素子３０３には、それぞれを連結する連結体３０４で連結されている。なお、３０５は吸入孔、３０６は吸入路、３０７は逆止弁、３０８は排出孔、３０９は逆止弁である。３１０はポンプ室である。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

従って、この駆動用素子にリード線を図示のように接続することによって、通電すると、前記と同様、この三角形状の駆動用素子３０３が収縮、膨張を繰り返すため、これに連結されているダイヤフラムの隔膜３０２が同期して収縮、膨張を繰り返し、ポンプとして動作するものである。

図５（ａ）はさらに他の実施形態を示すポンプの概略斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）における動作状態を示す概略正面図である。図５（ｃ）はこのポンプを２つ用いたポンプ装置の概略斜視図である。
この実施形態は、流体の吸入部４０１と流体の排出部４０２を有する本体部４０３と、この本体部４０３に連結されたポンプ室４０４を備えている。この実施形態では、ポンプ室４０４は有底の円筒体で構成されており、内容積を可変するエラストマーなどの伸縮体で構成され、前記本体部４０３に密封状態で連結されている。
なお、この実施形態ではポンプ４０４室が流体の吸排を制御する駆動部であり、固体電解質上に電極層を備えた積層体の駆動用素子で構成されている。

従って、図５（ｂ）に示すように、この駆動用素子にリード線を図示のように接続することによって、通電すると、前記と同様、この駆動用素子４０４が収縮、膨張を繰り返すため、ポンプとして動作するものである。
なお、図５（ｃ）に示すように、このポンプを複数本、第２のポンプ室４０５に連結し、第２のポンプ室４０５でさらに容量の大きいポンプをつくることも可能である。なお、図中、４０６は吸入孔、４０７は排出孔である。逆止弁は図中省略されている。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

図６（ａ）は、さらに他の実施形態を示すポンプの概略斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）における，駆動用素子の概略斜視図である。図６（ｃ）は図６（ａ）のポンプの概略断面図、図６（ｄ）は同駆動用素子の圧縮状態を示すポンプの概略断面図である。図６（ｅ）は同収縮状態を示すポンプの概略断面図である。

図において、この実施形態のポンプ５０１は、ポンプ室５０２が、流体の吸入口５０４と流体の排出口５０５を有する袋体５０３で構成されており、
当該袋体５０３の外周面に、前記袋体５０３の吸入口５０４と排出口５０５のそれぞれの側から前記袋体５０３の中央方向に向かう駆動用素子５０６ａ、５０６ｂが対向して設けられており、前記各駆動用素子５０６ａ、５０６ｂは、前記袋体５０３の吸入口５０４又は前記排出口５０５側に配設される基部５０７ａ、５０７ｂと、この基部５０７ａ、５０７ｂから前記袋体の中央方向に向かってそれぞれ放射状に延び、通電状態で前記袋体５０３に圧縮動作を与える複数の圧縮片５０８ａ、５０８ｂを備えているものである。なお、５０９ａは排出口５０５側の逆止弁、５０９ｂは吸入口５０４側の逆止弁である。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

従って、図６（ａ）に示す様に、この駆動用素子にリード線を図示のように接続することによって、通電すると、この複数の圧縮片５０８ａ、５０８ｂが袋体５０３に対して収縮、膨張の動作を与えるため、ポンプとして動作するものである。

図７は本発明に係るプランジャーポンプの一実施形態を示す概略断面図、図７（ａ）は非通電状態を示す同概略断面図、図７（ｂ）はリード線に通電した状態を示す同概略断面図である。図７（ｃ）は同ポンプに用いられている駆動用素子の概略平面図である。

図において、この実施形態のポンプは、シリンダー状のポンプ室６０１と当該ポンプ室６０１の内容積を可変するプランジャー６０２とを備え、
前記プランジャー６０２に、当該プランジャー６０２にピストン動作を与える駆動部６０３が設けられており、
前記駆動部６０３が、通電状態で前記プランジャー６０２を押圧する方向に屈曲する円盤状の駆動用素子６０４を有している構造である。

特にこの実施形態では、前記駆動部６０３が、円形プレート６０５と、この円形プレート６０５の円周部に沿って設けられた前記円盤状の駆動用素子６０４を有している。そしてまた、前記駆動用素子６０４が上下に階層構造をなした駆動用素子群６０６で構成されており、かつ直径が異なる複数の円盤状の駆動用素子６０４が円形プレート６０５の表裏両面の円周部に沿って設けられている。

従って、非通電時では図７（ａ）に示す状態となっているが、通電すると、図７（ｂ）に示すように、前記駆動用素子６０４が上下に階層的に連続して屈曲し、プランジャー６０２をポンプ室６０１内に押し上げる。なお、本実施形態のポンプは、バネ６０７がプランジャー６０２に対して駆動用素子６０４を押し下げる弾発力が付勢されている。なお、６０８は排出口６０９側の逆止弁、６１０は吸入口６１１側の逆止弁である。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

なお、図７（ｃ）において、この駆動用素子６０６は、直径が異なる複数の円板状素子６０４ａ、６０４ｂが円形プレートの表裏両面の円周部に沿って設けられている。

図１３は、図７（ｃ）の駆動用素子について、円板状若しくは環状の素子１１０１及び１１０２の外周の中心点を通る平面によって、厚さ方向と平行に切断された断面図である。駆動用素子６０６は、２つ円板状若しくは環状の駆動用素子１１０１及び１１０２を備え、外側の駆動用素子１１０１と内側の駆動用素子１１０２との間には間隔を備え、内側には空間部を備えている。駆動用素子１１０１は、厚さ方向において固体電解質層１１０４を挟んで、電極層１１０３及び１１０３’を備えている。素子１１０１と同様に、円板状若しくは環状の素子１１０２は、厚さ方向に固体電解質層１１０６を挟んで電極層１１０５及び１１０５’を備えている。円板状若しくは環状の素子１１０１及び１１０２は、固体電解質と電極層の積層構造であってもよく、接合体であっても良い。前記の円板状若しくは環状の素子１１０２において、例えば、前記固体電解質がカチオンを対イオンとするイオン交換樹脂を含み、電極層１１０５にマイナスの電圧を印加し、電極層１１０５’にプラスの電圧を印加した場合には、素子１１０２は図１３の上側に凸となる状態に変位若しくは屈曲をする。なお、この変位若しくは屈曲の駆動機構は、本願のポンプに用いられる駆動用素子に適応することができる。

図８（ａ）は本発明に係る一実施形態を示すベローズポンプの概略断面図である。図８（ｂ）は通電時の同ポンプの概略断面図である。図８より、この実施形態のポンプは、ベローズのポンプ室７０１と当該ベローズ７０５を伸縮させる駆動部７０２を備え、上記駆動部７０２が、通電状態で前記ベローズ７０５を伸張する方向に屈曲し、非通電状態で当該屈曲が解除される円盤状の駆動用素子７０３である。

また前記駆動部７０２が、ベローズ７０５の谷部に周設された円形プレート７０４と、この円形プレート７０４の円周部に沿って設けられた前記円盤状の駆動用素子７０３を有しており、また前記駆動用素子７０３が上下に階層構造をなした駆動用素子群で構成されている。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

従って、この態様のポンプは、リード線を通して通電状態にすると、図８（ｂ）に示されるように、前記駆動用素子７０３がベローズ７０５を伸張させ、ポンプとして動作する。

図９は、図８のポンプの変形型であり、同様のポンプ動作をする。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本発明に係るベローズポンプの他の実施態様の概略断面図である。図９（ａ）において、駆動素子７２２が電圧印可により凸状に屈曲してベローズ７１１が伸長した状態となる、このとき流体は、吸入管７１２の吸入口７１３から流体室７２３へと流入し、間接部材７１９の流路７２０を介してベローズ内側の空間へと取り込まれる。ついで、図９（ｂ）に示すように、ベローズ自体の収縮力若しくはバネ（図示せず）により、駆動素子７２２が電圧印可を解除されたにより凸状に屈曲してベローズ７１１が収縮した状態となりなる。ベローズ７１１が収縮した状態では、ベローズ７１１の内側の空間に取り込まれた流体は、押し出されて、流路７２０を介して流体室７２３へと流れ、吐出管７１４の吐出口７１５から吐出される。前記ベローズポンプでは、図９（ａ）及び図９（ｂ）においては、円形プレート７２１上の両側に駆動用素子を有し、合計６枚の環状の駆動用素子を有しているが、駆動用素子の使用枚数は、特に制限されない。なお、図９（ｃ）は、間接部材７１９について、吐出口方向から見た場合の正面図である。

図１０は流路を構成する管８０１の内部に設けられ、流路に沿って、一端８０２ａが固定され、他端８０２ｂが開放されたプレート状の駆動用素子８０２が設けられている。また、その駆動用素子８０２は、一端が重ね合わされて固定され、他端がそれぞれ開放され、相互に対向する一対の前記プレート状の駆動用素子からなり、前記２つのプレート状の駆動用素子８０２の対向面が通電用部材を介してリード線によって同極に接続され、当該駆動用素子８０２の外側面も通電用部材を介してリード線によって同極に接続されている。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

従って、これにリード線から通電すると、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に至る機構で変化し、ポンプ動作を発揮する。

他方、図１１は本発明の他の実施形態を示すポンプである。流路を構成する管９０１の内部に設けられるポンプ９０２であって、一端が管の一方の内壁９０３に固定され、他端が管の他方の内壁９０４に接触して流路を閉鎖可能であるプレート状の駆動用素子９０５からなり、前記プレート状の駆動用素子９０５が、流体の通過穴９０６を有しており、さらに当該通過穴９０６を閉鎖する駆動用素子９０７からなる逆止弁を備えたものである。Ｌ１、Ｌ２はそれぞれリード線である。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明のポンプの一実施形態を示す概略断面図である。管状の駆動用素子１００１は、固体電解質層１００２上に電極層１００３〜１０００６が形成されている。電極層１００３と電極層１００４とは、絶縁溝１００７によって互いに絶縁状態となるように区分されている。同様に、電極層１００４と電極層１００５とは絶縁溝１００８により区分され、電極層１００５と電極層１００６とは絶縁溝１００９により区分されて、隣接する電極層と互いに絶縁状態となるように各電極層が設けられている。前記絶縁層は、図１２においては、それぞれ円周方向に形成されて、端部を備えていない溝として形成されているが、隣接する電極層を絶縁状態に区分するように設けられていればよい。

図１２（ａ）は、一の電極層を管の外側に湾曲させた状態の本発明のポンプの概略断面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のポンプの湾曲させた電極層に隣接する電極層を管の外側に湾曲させた状態である本発明のポンプの概略断面図である。図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）のポンプの湾曲させた電極層に隣接する電極層を管の外側に湾曲させた状態である本発明のポンプの概略断面図である。図１２（ａ）においては、リード線１０１０を介してマイナスとなる電圧を印加して電極層１００３を管の外側に湾曲させ、リード線１０１１を介してプラスとなる電圧を電極層１００４に印加している。例えば、図１２（ａ）の状態の後に、図１２（ｂ）に示すように、電極層１００３に対する電圧印加を解除すると同時に、リード線１０１１を介してマイナスとなる電圧を印加して電極層１００４を管の外側に湾曲させ、リード線１０１２を介してプラスとなる電圧を電極層１００５に印加することで、管内部の流体は、図面の右側方向に移動する。更に、同様にして、図１２（ｃ）に示すように、電極層１００４に対する電圧印加を解除すると同時に、リード線１０１２を介してマイナスとなる電圧を印加して電極層１００５を管の外側に湾曲させ、リード線１０１３を介してプラスとなる電圧を電極層１００５に印加することで、管内部の流体は更に図面の右側方向に移動する。前記に示す電圧の印加を繰り返すことにより、本発明の管状のポンプ用駆動用素子は、流体を一の端部１００４から吸入し、他の端部１０１５から排出することができる。なお、図１２（ａ）〜（ｂ）は、陽イオン交換樹脂層上に金属電極層が形成された場合に代表されるように、マイナスとなる電圧を印加した場合に外側に湾曲する場合を例示したものである。本発明の管状のポンプ用駆動用素子は、プラスとなる電圧の印加により外側に湾曲する素子であってもよい。

本発明の駆動用素子は、固体電解質層上に電極層が形成された積層構造を備えている。前記駆動用素子としては、特に限定されるものではないが、前記固体電解質がイオン交換樹脂を含み、かつ前記電極層が金属電極である駆動用素子、または前記電極層が導電性高分子を含む駆動用素子を用いることができる。なお、本願の図面において、各駆動用素子へのリード線を介した電源への接続については、特に図示していない。各駆動用素子の電極への接続については、特に限定されるものではなく、リード線等により各駆動素子の電極をそれぞれの素子間で直列または並列に接続しても良い。

前記固体電解質がイオン交換樹脂を含み、かつ前記電極層が金属電極である駆動用素子としては、例えば、イオン交換樹脂に無電解メッキを施すことにより、電極層である金属電極が形成された積層体を得ることができる。前記無電解メッキ方法としては、イオン交換樹脂に下記（１）〜（３）の工程を繰り返して実施することで、金属層が形成された高分子電解質（積層体）を得ることができる。（１）吸着工程：ジクロロフェナントロリン金塩化物水溶液にイオン交換樹脂を１２時間浸漬し、成形品内にジクロロフェナントロリン金錯体を吸着させる。（２）還元工程：亜硫酸ナトリウムを含む水溶液中にイオン交換樹脂を浸漬して、吸着したジクロロフェナントロリン金錯体を還元して、前記膜状高分子電解質に金電極を形成させる。このとき、水溶液の温度を６０〜８０℃とし、亜硫酸ナトリウムを徐々に添加しながら、６時間ジクロロフェナントリン金錯体の還元を行う。次いで、（３）洗浄工程：表面に金電極が形成した膜状高分子電解質を取り出し、７０℃の水で１時間洗浄する。

また、前記電極層が導電性高分子を含む本発明の駆動用素子は、固体電解質層上に電解重合法により得られた導電性高分子の層を形成することにより得ることができる。前記電解重合法としては、有機化合物を溶媒として含む電解液を用いる重合法であり、前記有機化合物は、（１）エーテル結合、エステル結合、炭素−ハロゲン結合及びカーボネート結合からなる化学結合の群から少なくとも一つ以上選ばれた化学結合種、及び／または（２）ヒドロキシル基、ニトロ基、スルホン基及びニトリル基からなる官能基の群から少なくとも１つ以上選ばれた官能基を分子中に含み、前記電解液がトリフルオロメタンスルホン酸イオン及び／または中心原子に対して結合するフッ素原子を複数含むアニオンを含む電解重合法を用いることが、より大きな屈曲を生じることができるので好ましい。

本発明のポンプは、上記の通りであるので、小型乃至超小型にすることができるため、通常のポンプのみならず、ＣＰＵ等の電子機器の発熱素子を冷却する水冷モジュール等に好適に用いられる電子機器用ポンプや、試薬ディスペンサー用ポンプ、血液検査用チップ用ポンプなどに好適に用いられる。

Claims (37)

1. 流体の吸排を制御する駆動部が、固体電解質上に電極層を備えた積層体の駆動用素子で少なくとも構成されているポンプ。
2. 前記固体電解質がイオン交換樹脂を含み、かつ前記電極層が金属電極である請求の範囲第１項に記載のポンプ。
3. 前記電極層が導電性高分子を含む請求の範囲第１項に記載のポンプ。
4. 前記電極層が、絶縁溝で区分された複数の電極層で構成されている請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかの項に記載のポンプ。
5. ダイヤフラムの隔膜が、請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の駆動用素子で構成されたダイヤフラムポンプ。
6. ダイヤフラムの隔膜と、これを駆動する請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の駆動用素子を備えたダイヤフラムポンプ。
7. 流体の吸入部と、流体の排出部と、これらに連結されたポンプ室を有し、当該ポンプ室が、流体の吸排を制御する駆動部であり、請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の駆動用素子で構成されているポンプ。
8. ポンプ室が、ポンプ室の内容積を可変する伸縮体で構成されており、その璧体の周囲に請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の駆動用素子が設けられているポンプ。
9. 前記ポンプ室が、流体の吸入口と流体の排出口を有する袋体で構成されており、
   当該袋体の外周面に、前記袋体の吸入口と排出口のそれぞれの側から前記袋体の中央方向に向かう駆動用素子が対向して設けられており、
   前記各駆動用素子は、前記袋体の吸入口又は前記排出口側に配設される基部と、この基部から前記袋体の中央方向に向かってそれぞれ放射状に延び、通電状態で前記袋体に圧縮動作を与える複数の圧縮片を備えている請求の範囲第８項記載のポンプ。
10. シリンダー状のポンプ室と当該ポンプ室の内容積を可変するプランジャーとを備え、
    前記プランジャーに、当該プランジャーにピストン動作を与える駆動部が設けられており、
    前記駆動部が、通電状態で前記プランジャーを押圧する方向に屈曲する請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の円盤状の駆動用素子を有するプランジャーポンプ。
11. 前記駆動部が、円形プレートと、この円形プレートの円周部に沿って設けられた前記円盤状の駆動用素子を有する請求の範囲第１０項記載のプランジャーポンプ。
12. 前記駆動用素子が上下に階層構造をなした駆動用素子群で構成された請求の範囲第１１項記載のプランジャーポンプ。
13. 前記駆動用素子が、直径が異なる複数の円板状素子が円形プレートの表裏両面の円周部に沿って設けられた駆動用素子である請求の範囲第１１項又は第１２項記載のプランジャーポンプ。
14. ベローズ構造のポンプ室と当該ベローズを伸縮させる駆動部を備え、
    上記駆動部が、通電状態で前記ベローズを伸張する方向に屈曲し、非通電状態で当該屈曲が解除される請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の円盤状の駆動用素子であるベローズポンプ。
15. 前記駆動部が、ベローズの谷部に周設された円形プレートと、この円形プレートの円周部に沿って設けられた前記円盤状の駆動用素子を有する請求の範囲第１３項記載のベローズポンプ。
16. 前記駆動用素子が上下に階層構造をなした駆動用素子群で構成された請求の範囲第１５項記載のベローズポンプ。
17. 前記駆動用素子が、直径が異なる複数の円板状素子が円形プレートの表裏両面の円周部に沿って設けられた駆動用素子である請求の範囲第１５項又は第１６項記載のベローズポンプ。
18. 流路を構成する管の内部に設けられ、流路に沿って、一端が固定され、他端が開放されたプレート状の請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の駆動用素子が設けられているポンプ。
19. 一端が重ね合わされて固定され、他端がそれぞれ開放され、相互に対向する一対の前記プレート状の駆動用素子からなり、
    前記２つのプレート状の駆動用素子の対向面が同極に接続され、当該駆動用素子の外側面が同極に接続されているポンプ。
20. 流路を構成する管の内部に設けられるポンプであって、一端が管の一方の内壁に固定され、他端が管の他方の内壁に接触して流路を閉鎖可能な請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載のプレート状の駆動用素子からなり、
    前記プレート状の駆動用素子が、流体の通過穴を有しており、さらに当該通過穴を閉鎖する請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかの項に記載の駆動用素子からなる逆止弁を備えたポンプ。
21. 管状の固体電解質上に電極層を備えた積層体である駆動用素子で少なくとも構成されたポンプ。
22. 前記電極層が円周方向に形成された絶縁溝により複数設けられた請求の範囲第２１項に記載のポンプ。
23. 固体電解質上に電極層を備えた積層体で少なくとも構成されたポンプ用駆動用素子。
24. 前記固体電解質がイオン交換樹脂を含み、かつ前記電極層が金属電極である請求の範囲第２４項記載のポンプ用駆動用素子。
25. 前記電極層が導電性高分子を含む請求の範囲第２３項記載のポンプ用駆動用素子。
26. 前記電極層が、絶縁溝で区分された複数の電極層で構成されている請求の範囲第２３項乃至第２５項のいずれかの項に記載のポンプ用駆動用素子。
27. 請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずかの項に記載された駆動用素子で構成されたダイヤフラムの隔膜体。
28. ダイヤフラムの隔膜と、これを駆動する請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずかの項に記載された駆動用素子を備えたポンプ用駆動用素子装置。
29. ポンプ室を構成する駆動用素子であって、請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずれかの項に記載の駆動用素子で構成されているポンプ用駆動用素子。
30. ポンプ室を構成する袋状の駆動用素子であって、請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずれかの項に記載の駆動用素子で構成されているポンプ用駆動用素子。
31. 内容積が可変である伸縮性のポンプ室の周囲に設けられる駆動用素子であって、
    請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずれかの項に記載の駆動用素子であり、
    前記駆動用素子が、前記袋体の吸入口又は前記排出口側に配設される基部と、
    この基部から前記袋体の中央方向に向かってそれぞれ放射状に延び、通電状態で前記袋体に圧縮動作を与える複数の圧縮片を備えているポンプ用駆動用素子。
32. 円形プレートと、この円形プレートの円周部に沿って設けられた請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずれかの項に記載の円盤状の駆動用素子を有し、前記駆動用素子が上下に階層構造をなした駆動用素子群で構成されたポンプ用駆動用素子装置。
33. 流路を構成する管の内部に設けられる駆動用素子であって、流路に沿って、固定される一端部と、開放される他端部を有するプレート状の請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずれかの項に記載のポンプ用駆動用素子。
34. 管の一方の内壁に固定される固定端と、管の他方の内壁に接触して流路を閉鎖可能な開放端を有する、請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずれかの項に記載のプレート状の駆動用素子であって、
    前記プレート状の駆動用素子が、流体の通過穴を有しており、さらに当該通過穴を閉鎖する請求の範囲第２３項乃至第２６項のいずれかの項に記載の駆動用素子からなる逆止弁を備えたポンプ用駆動用素子。
35. 管状の固体電解質上に電極層を備えた積層構造を有するポンプ用駆動用素子。
36. 前記電極層が円周方向に形成された絶縁溝により複数設けられた請求の範囲第３５項に記載のポンプ用駆動用素子。
37. 請求の範囲第３６項のポンプ用駆動用素子を用いたポンプの駆動方法であって、一の電極層に電圧を印加することにより管の外側に湾曲させた後に、該電極層に隣接する電極層に電圧を印加して管の外側に湾曲させることにより、管内部の流体を吸排出するポンプの駆動方法。

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