(57)【要約】  流体制御装置（１０）は、圧電ポンプ（２１）、圧電ポンプ（２２）、バルブ（３０）、容器（４０）を備える。圧電ポンプ（２１）と圧電ポンプ（２２）とは、駆動制御周期に応じて動作と停止とを繰り返す。バルブ（３０）は、駆動制御周期の１周期の開始タイミングにおいて遮断の制御を開始し、圧電ポンプ（２１）と圧電ポンプ（２２）の停止時に開放の制御を開始する。駆動制御周期の１周期の開始タイミングから上流側の圧電ポンプ（２２）が定常動作の駆動電圧になるまでの時間は、開始タイミングから下流側の圧電ポンプ（２１）が定常動作の駆動電圧になるまでの時間よりも長い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１孔と第２孔とを有し、前記第１孔と前記第２孔との間で流体を搬送する第１ポンプと、
第３孔と第４孔とを有し、前記第３孔と前記第４孔との間で流体を搬送する第２ポンプと、
容器と、
前記第２孔と前記第３孔とを連通する第１連通路と、
前記第４孔と前記容器とを連通する第２連通路と、
前記第２連通路に設置され、前記第２連通路の外部への開放または前記第２連通路の外部からの遮断を切り替えるバルブと、
前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの駆動を制御する第１制御部と、
前記バルブの開放および遮断を制御する第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、駆動制御周期に応じて動作開始と動作停止とを繰り返す前記第１ポンプの駆動信号と前記第２ポンプの駆動信号を生成し、
前記第２制御部は、前記駆動制御周期の１周期の開始タイミングにおいて前記バルブの遮断の制御を開始し、前記第１ポンプと前記第２ポンプの停止時に前記バルブの開放の制御を開始する前記バルブの制御信号を生成し、
前記駆動制御周期の１周期の開始タイミングから前記第１ポンプと前記第２ポンプにおける前記流体の流れの上流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間は、前記開始タイミングから前記流体の流れの下流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間よりも長い、
流体制御装置。
【請求項２】
前記上流側のポンプの定常動作の駆動電圧は、前記下流側のポンプの定常動作の駆動電圧よりも低い、
請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記上流側のポンプに印加される駆動電圧は、前記下流側のポンプに印加される駆動電圧以下である、
請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記上流側のポンプは、前記開始タイミングから所定時間停止した後に、前記駆動電圧が印加される、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記上流側のポンプと前記下流側のポンプとは、前記開始タイミングにおいて前記駆動電圧が同時に印加され、
前記上流側のポンプに対する前記駆動電圧の過渡時の変化率は、前記下流側のポンプに対する前記駆動電圧の過渡時の変化率よりも低い、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記第１制御部と前記第２制御部とは、１つの制御素子に形成されている、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記下流側のポンプを停止タイミングは、前記上流側の停止タイミングよりも遅い、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ポンプを用いて、流体を所定方向に搬送する流体制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧電ポンプと駆動回路とを備える流体制御装置が記載されている。駆動回路は、圧電ポンプに接続されており、圧電ポンプに対して、駆動電圧を供給している。圧電ポンプは、駆動電圧に応じて、吸入口から流体を吸入し、吐出口から吐出する。これにより、流体は、所定の方向に搬送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１６０８００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流体制御装置の利用方法として、性能、例えば圧力を向上させて利用することが考えられる。このため、従来では、複数の圧電ポンプを直列に接続して利用することが考えられる。直列接続とは、例えば、２個の圧電ポンプ（第１の圧電ポンプ、および、第２の圧電ポンプ）を用いる場合、第１の圧電ポンプの吐出口と第２の圧電ポンプの吸入口とを連通させる。【０００５】
この構成では、第１の圧電ポンプと第２の圧電ポンプとを同時に駆動することによって、圧力を向上させている。【０００６】
しかしながら、この構成および制御では、消費電力量が不要に大きくなってしまうという問題が発生してしまう。【０００７】
したがって、本発明の目的は、不要な消費電力を抑制した流体制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の流体制御装置は、第１ポンプ、第２ポンプ、容器、第１連通路、第２連通路、バルブ、第１制御部、および、第２制御部を備える。第１ポンプは、第１孔と第２孔とを有し、第１孔と第２孔との間で流体を搬送する。第２ポンプは、第３孔と第４孔とを有し、第３孔と第４孔との間で流体を搬送する。第１連通路は、第２孔と第３孔とを連通する。第２連通路は、第４孔と容器とを連通する。バルブは、第２連通路に設置され、第２連通路の外部への開放または第２連通路の外部からの遮断を切り替える。【０００９】
第１制御部は、第１ポンプおよび第２ポンプの駆動を制御する。具体的には、第１制御部は、駆動制御周期に応じて動作開始と動作停止とを繰り返す第１ポンプの駆動信号と第２ポンプの駆動信号を生成する。第２制御部は、バルブの開放および遮断を制御する。具体的には、第２制御部は、駆動制御周期の１周期の開始タイミングにおいてバルブの遮断の制御を開始し、第１ポンプと第２ポンプの停止時にバルブの開放の制御を開始するバルブの制御信号を生成する。駆動制御周期の１周期の開始タイミングから第１ポンプと第２ポンプにおける流体の流れの上流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間は、開始タイミングから流体の流れの下流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間よりも長い。定常動作とは、駆動制御周期の１周期における駆動電圧の最大値であって一定の電圧で動作している状態を示す。なお、最大値および一定とは、制御上の誤差の範囲を含む。【００１０】
この構成では、流体制御装置としての圧力を殆ど低下させることなく、上流側のポンプに対して駆動電圧が印加される時間が短くなる。【００１１】
また、この発明の流体制御装置では、上流側のポンプの定常動作の駆動電圧は、下流側のポンプの定常動作の駆動電圧よりも低いことが好ましい。【００１２】
この構成では、圧力を殆ど低下させることなく、上流側のポンプの定常動作時の消費電力が抑えられる。【００１３】
また、この発明の流体制御装置では、上流側のポンプに印加される駆動電圧は、下流側のポンプに印加される駆動電圧以下であることが好ましい。【００１４】
この構成では、圧力を殆ど低下させることなく、上流側のポンプの消費電力が、常に抑えられる。【００１５】
また、この発明の流体制御装置では、上流側のポンプは、開始タイミングから所定時間停止した後に、駆動電圧が印加されてもよい。【００１６】
この構成では、上流側のポンプに対する駆動電圧の制御が容易になる。【００１７】
また、この発明の流体制御装置では、次の構成であることが好ましい。上流側のポンプと下流側のポンプとは、開始タイミングにおいて駆動電圧が同時に印加される。上流側のポンプに対する駆動電圧の過渡時の変化率は、下流側のポンプに対する前記駆動電圧の過渡時の変化率よりも低い。【００１８】
この構成では、消費電力を抑えながら、駆動効率が向上する。【００１９】
また、この発明の流体制御装置は、第１制御部と第２制御部とを、１つの制御素子に形成していてもよい。【００２０】
この構成では、第１制御部と第２制御部との制御の同期、すなわち、第１ポンプ、第２ポンプ、および、バルブの動作の同期が容易になる。【００２１】
また、この発明の流体制御装置では、下流側のポンプの停止タイミングは、上流側のポンプの停止タイミングよりも遅くてもよい。【００２２】
この構成では、上流側のポンプが冷却され、より安定して動作する。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、不要な消費電力を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０で実行する制御処理のフローチャートである。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。
【図４】図４は本願の流体制御装置１０と比較構成とでの圧力の変化パターンを示した図である。
【図５】図５は本願の流体制御装置１０と比較構成とでの温度の変化パターンを示した図である。
【図６】図６は本願の流体制御装置１０と比較構成とでの電池電圧（電源電圧）の変化パターンを示した図である。
【図７】図７は本願の流体制御装置１０と比較構成とでの圧力低下の変化パターンを示した図である。
【図８】図８は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形の別の態様を示す図である。
【図９】図９は本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａの構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。
【図１１】図１１は本願の流体制御装置１０Ａを用いた場合の圧力の変化パターンを示した図である。
【図１２】図１２は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形の別の態様を示す図である。
【図１３】図１３は本発明の第３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂの構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は２周期内での制御の遷移状態を示す表である。
【図１５】図１５は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。
【図１６】図１６は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。
【図１７】図１７は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。
【図１８】図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）、図１８（Ｃ）、および、図１８（Ｄ）は、制御の派生パターンでのステートの遷移状態を示す表である。
【図１９】図１９は流体制御装置の制御部の機能ブロック図である。
【図２０】図２０は制御部の回路構成の第１例である。
【図２１】図２１は自励振型の駆動電圧発生回路の第１例を示す回路図である。
【図２２】図２２は自励振型の駆動電圧発生回路の第２例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【００２６】
図１に示すように、流体制御装置１０は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２、バルブ３０、容器４０、連通路５１、連通路５２、および、制御部６０を備える。流体制御装置１０は、容器４０側から流体を吸入する装置であり、例えば、搾乳機に用いられる。
【００２７】
圧電ポンプ２１は、筐体に設けられた孔２１１、および、孔２１２を備える。圧電ポンプ２１は、圧電素子を備える。筐体は、ポンプ室を備える。ポンプ室は、孔２１１および孔２１２に連通している。なお、筐体、ポンプ室、圧電素子については、図示を省略している。
【００２８】
圧電ポンプ２１は、駆動電圧による圧電素子の変位によってポンプ室の体積、圧力を変動させることによって、孔２１１と孔２１２との間で流体を搬送する。この実施形態では、孔２１１が吸入口であり、孔２１２が吐出口である。圧電ポンプ２１は、本発明の「第１ポンプ」に対応する。孔２１２は、本発明の「第１孔」に対応し、孔２１１は、本発明の「第２孔」に対応する。
【００２９】
圧電ポンプ２２は、筐体に設けられた孔２２１、および、孔２２２を備える。圧電ポンプ２２は、圧電素子を備える。筐体は、ポンプ室を備える。ポンプ室は、孔２２１および孔２２２に連通している。なお、筐体、ポンプ室、圧電素子については、図示を省略している。
【００３０】
圧電ポンプ２２は、駆動電圧による圧電素子の変位によってポンプ室の体積、圧力を変動させることによって、孔２２１と孔２２２との間で流体を搬送する。この実施形態では、孔２２１が吸入口であり、孔２２２が吐出口である。圧電ポンプ２２は、本発明の「第２ポンプ」に対応する。孔２２２は、本発明の「第３孔」に対応し、孔２２１は、本発明の「第４孔」に対応する。
【００３１】
連通路５１は、管状である。圧電ポンプ２１の孔２１１と圧電ポンプ２２の孔２２２とは、連通路５１によって連通している。連通路５１は、本発明の「第１連通路」に対応する。
【００３２】
連通路５２は、管状である。圧電ポンプ２２の孔２２１と容器４０は、連通路５２によって連通している。連通路５２は、本発明の「第２連通路」に対応する。
【００３３】
バルブ３０は、連通路５２に設置されている。バルブ３０は、バルブ制御信号に応じて、連通路５２の内部を外部に開放（バルブ開状態）、または、連通路５２の内部を外部から遮断（バルブ閉状態）する。
【００３４】
制御部６０は、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２への駆動電圧を生成して、当該駆動電圧を、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２のそれぞれへ与える。また、制御部６０は、バルブ制御信号を生成して、バルブ３０に与える。制御部６０は、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２の駆動制御とバルブ３０の開閉制御とを、同期させて行う。制御部６０は、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２の駆動制御とバルブ３０の開閉制御とを、駆動制御周期に基づいて、繰り返し実行する。駆動制御周期は、予め設定されている。
【００３５】
概略的には、流体制御装置１０は、バルブ３０の閉制御時に、圧電ポンプ２１と圧電ポンプ２２とを動作させ、容器４０からの流体を、連通路５２、圧電ポンプ２２、連通路５１、圧電ポンプ２１の順に搬送し、圧電ポンプ２１の孔２１２から吐出する。すなわち、圧電ポンプ２２は、本発明の「上流側のポンプ」に対応し、圧電ポンプ２１は、本発明の「下流側のポンプ」に対応する。また、流体制御装置１０は、圧電ポンプ２１と圧電ポンプ２２を停止させ、バルブ３０を開制御する。そして、流体制御装置１０は、駆動制御周期に準じて、これらの動作を繰り返す。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置で実行する制御処理のフローチャートである。
【００３７】
図２に示すように、流体制御装置１０は、駆動制御周期の１周期の開始タイミングになると、下流側のポンプ（第１の実施形態では、圧電ポンプ２１）を起動する（Ｓ１０１）。流体制御装置１０は、バルブ３０を閉制御する（Ｓ１０２）。流体制御装置１０は、計時を開始する、または、制御継続中であれば、計時をリセットする（Ｓ１０３）。ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、および、ステップＳ１０３は、略同時に実行される。なお、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、および、ステップＳ１０３は、流体制御装置１０の機能を実現できる範囲において若干の時間差を有していても、ステップの順序が入れ替わっても構わない。特に、ステップの順が入れ替わる態様では、電力消費を抑えられる。
【００３８】
流体制御装置１０は、計時された時刻を参照にして、遅延起動時刻まで、計時を継続する（Ｓ１０４：ＮＯ）。流体制御装置１０は、遅延起動時刻に達すると（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、上流側のポンプ（第１の実施形態では、圧電ポンプ２２）を起動する（Ｓ１０５）。
【００３９】
流体制御装置１０は、ポンプ停止時刻までは（Ｓ１０６：ＮＯ）、上流側のポンプと下流側のポンプの動作を継続させる。
【００４０】
流体制御装置１０は、ポンプ停止時刻に達すると（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、上流側のポンプと下流側のポンプとを停止する（Ｓ１０７）。流体制御装置１０は、バルブ３０を開制御する（Ｓ１０８）。ステップＳ１０７、および、ステップＳ１０８は、略同時に実行される。ステップＳ１０８は、流体制御装置１０の機能を実現できる範囲において若干の時間差を有していても構わない。
【００４１】
なお、ステップＳ１０７において、下流側のポンプ（圧電ポンプ２１）の停止タイミングは、上流側のポンプ（圧電ポンプ２２）の停止タイミングより遅らせてもよい。このことによって、上流側のポンプが冷却され、より安定して動作する。
【００４２】
また、上述の構成では、下流側のポンプを起動後に、上流側のポンプを起動する構成を示した。しかしながら、上流側のポンプを起動後に下流側のポンプを起動してもよい。この際、上流側のポンプの停止タイミングは、下流側のポンプの停止タイミングより遅らせてもよい。
【００４３】
流体制御装置１０は、上流側のポンプと下流側のポンプとを停止させ、バルブ３０を開制御した状態で、所定時間待機し（Ｓ１０９）、駆動制御周期の１周期を終了させ、ステップＳ１０１に戻る。
【００４４】
このような制御によって、上流側のポンプは、下流側のポンプと比較して、駆動時間が短くなる。すなわち、上流側のポンプに対する駆動電圧の印加時間は、下流側のポンプに対する駆動電圧の印加時間よりも短くなる。これにより、上流側のポンプと下流側のポンプとを同時に駆動する従来の構成と比較して、流体制御装置１０は、消費電力量を抑えられる。
【００４５】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）において、ｔ０は１周期の開始タイミングである。ｔ１は、圧電ポンプ２１（下流側のポンプ）の駆動電圧が定常動作の駆動電圧になる最初のタイミングである。ｔ２は、圧電ポンプ２２（上流側のポンプ）の駆動電圧が定常動作の駆動電圧になる最初のタイミングである。Ｔｃは、駆動制御周期である。Ｔｓ１は、駆動時間である。Ｔｓ２は、非駆動時間であり、上述のステップＳ１０９の待機の時間に対応する。駆動制御周期Ｔｃは、駆動時間Ｔｓ１と非駆動時間Ｔｓ２との加算時間である。
【００４６】
図３（Ａ）に示すように、流体制御装置１０は、開始タイミングｔ０にて、圧電ポンプ２１への駆動電圧の印加を開始する。この際、流体制御装置１０は、過渡的には、所定の電圧変化率で、駆動電圧を上昇させていく。流体制御装置１０は、タイミング（時刻）ｔ１になると、圧電ポンプ２１に印加する駆動電圧を、定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ１にし、その後、一定に保つ。
【００４７】
流体制御装置１０は、開始タイミングｔ０から遅延時間τの経過後に、圧電ポンプ２２への駆動電圧の印加を開始する。この際、流体制御装置１０は、過渡的には、所定の電圧変化率で、駆動電圧を上昇させていく。なお、遅延時間τは、例えば、流量モードから圧力モードに移行するタイミングよりも短くなることが好ましい。流量モードとは、相対的に圧力が低く、圧力の上昇し難く流量が大きいモードである。圧力モードとは、相対的に圧力が高く、流量が増加し難いモードである。また、遅延時間τは、例えば、絶対値が最も大きな圧力、すなわち、バルブ３０を開制御する直前の圧力に対して、略１／３の圧力に達する時間よりも短いことが好ましい。
【００４８】
流体制御装置１０は、タイミング（時刻）ｔ２になると、圧電ポンプ２２に印加する駆動電圧を、定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ２にし、その後、一定に保つ。圧電ポンプ２２に対する駆動電圧Ｖｄｄ２は、圧電ポンプ２１に対する駆動電圧Ｖｄｄ１よりも低い。
【００４９】
なお、駆動電圧Ｖｄｄ１と駆動電圧Ｖｄｄ２の比率は、圧電ポンプの個体ばらつきを考慮すると、好ましくは３０％以内である。
【００５０】
流体制御装置１０は、開始タイミングｔ０から駆動時間Ｔｓ１後に、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２の駆動を停止する。
【００５１】
このような制御によって、上述のように、圧電ポンプ２２への駆動電圧の印加時間は、圧電ポンプ２１への駆動電圧の印加時間よりも短くなる。これにより、圧電ポンプ２２の消費電力は、圧電ポンプ２１の消費電力よりも低くなる。すなわち、上流側のポンプの消費電力は、下流側のポンプの消費電力よりも低くなる。
【００５２】
また、上流側のポンプである圧電ポンプ２２への定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ２の印加時間は、下流側のポンプである圧電ポンプ２１への定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ１の印加時間よりも短くなる。これにより、圧電ポンプ２２の消費電力は、圧電ポンプ２１の消費電力よりも、さらに低くなる。すなわち、上流側のポンプの消費電力は、下流側のポンプの消費電力よりも、さらに低くなる。
【００５３】
また、図３（Ａ）に示すように、圧電ポンプ２２の定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ２は、圧電ポンプ２１の定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ１よりも低い。これにより、圧電ポンプ２２の消費電力は、圧電ポンプ２１の消費電力よりも、さらに低くなる。すなわち、上流側のポンプの消費電力は、下流側のポンプの消費電力よりも、さらに低くなる。
【００５４】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）と同様に、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。
【００５５】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）と比較して、圧電ポンプ２２の停止タイミングが異なる。より具体的には、流体制御装置１０は、開始タイミングｔ０から駆動時間Ｔｓ３後に、圧電ポンプ２２の駆動を停止し、開始タイミングｔ０から駆動時間Ｔｓ１後に、圧電ポンプ２１の駆動を停止する。すなわち、圧電ポンプ２１の停止タイミングは、圧電ポンプ２２の停止タイミングよりも遅い。
【００５６】
このような制御を行っても、圧電ポンプ２２への駆動電圧の印加時間は、圧電ポンプ２１への駆動電圧の印加時間よりも短くなる。これにより、圧電ポンプ２２の消費電力は、圧電ポンプ２１の消費電力よりも低くなる。すなわち、上流側のポンプの消費電力は、下流側のポンプの消費電力よりも低くなる。
【００５７】
また、上流側のポンプである圧電ポンプ２２への定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ２の印加時間は、下流側のポンプである圧電ポンプ２１への定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ１の印加時間よりも短くなる。これにより、圧電ポンプ２２の消費電力は、圧電ポンプ２１の消費電力よりも、さらに低くなる。すなわち、上流側のポンプの消費電力は、下流側のポンプの消費電力よりも、さらに低くなる。
【００５８】
さらに、上述の制御を行うことにより、圧電ポンプ２２は、冷却される。すなわち、圧電ポンプ２２は、より安定して動作する。また、圧電ポンプ２１の停止タイミングが、圧電ポンプ２２の停止タイミングよりも遅い構成であってもよい。
【００５９】
図４は、本願の流体制御装置１０と比較構成とでの圧力の変化パターンを示した図である。図４において、横軸は時間であり、縦軸は圧力（吐出圧力）である。比較構成では、上流側のポンプと下流側のポンプとを同時の駆動し、上流側のポンプの定常動作の駆動電圧と下流側のポンプの定常動作の駆動電圧とが同じである。
【００６０】
図４に示すように、流体制御装置１０の構成および制御によって、圧力は駆動制御周期に準じて変化する。すなわち、駆動制御周期の１周期の開始タイミングから、圧力は、徐々に低下し、駆動制御周期の１周期の終了タイミングで最低になり、元の圧力に戻る。
【００６１】
そして、本願構成を用いても、若干の時間差は生じるものの、比較構成と同様の圧力を得ることができる。すなわち、流体制御装置１０は、圧力性能を低下させることなく、消費電力を抑制できる。言い換えれば、流体制御装置１０は、不要な消費電力を抑えて、所望の吐出圧力を効率的に得られる。
【００６２】
更に、流体制御装置１０は、次に示す効果が得られる。図５は、本願の流体制御装置１０と比較構成とでの温度の変化パターンを示した図である。図５において、横軸は時間であり、縦軸は下流側のポンプの表面温度である。比較構成では、上流側のポンプと下流側のポンプとを同時の駆動し、上流側のポンプの定常動作の駆動電圧と下流側のポンプの定常動作の駆動電圧とが同じである。
【００６３】
図５に示すように、流体制御装置１０の構成および制御によって、下流側のポンプの温度上昇は、抑えられる。また、図示していないが、上流側のポンプの温度上昇も抑えられる。これは、次の理由による。上流側のポンプの駆動電力が低くなることによって、上流側のポンプの温度上昇は、抑えられる。これにより、下流側のポンプに流入する流体の温度は抑えられる。そして、下流側のポンプに流入する流体の温度が抑えられることによって、下流側のポンプの温度上昇が抑えられる。
【００６４】
また、流体制御装置１０は、図６に示すように、消費電力が抑えられる。図６は、本願の流体制御装置と比較構成とでの電池電圧（電源電圧）の変化パターンを示した図である。図６において、横軸は時間であり、縦軸は電池電圧である。比較構成では、上流側のポンプと下流側のポンプとを同時の駆動し、上流側のポンプの定常動作の駆動電圧と下流側のポンプの定常動作の駆動電圧とが同じである。
【００６５】
図６に示すように、流体制御装置１０の構成および制御によって、電池電圧の低下を遅らせることができる。すなわち、流体制御装置１０の構成および制御によって、消費電力を抑制し、電池の寿命を長くできる。例えば、図６の場合であれば、電池寿命を１．５倍程度長くできる。
【００６６】
また、流体制御装置１０は、図７に示すように、信頼性の低下を遅くできる。図７は、本願の流体制御装置１０と比較構成とでの圧力低下の変化パターンを示した図である。図７において、横軸は時間であり、縦軸は圧力である。比較構成では、上流側のポンプと下流側のポンプとを同時の駆動し、上流側のポンプの定常動作の駆動電圧と下流側のポンプの定常動作の駆動電圧とが同じである。
【００６７】
図７に示すように、流体制御装置１０の構成および制御によって、圧力の低下を、大幅に遅らせることができる。すなわち、流体制御装置１０の構成および制御によって、信頼性の低下を遅らせ、製品寿命を長くできる。
【００６８】
なお、上述の制御では、圧電ポンプ２２の駆動開始タイミングを、圧電ポンプ２１の駆動開始タイミングから遅延時間τで遅らせる態様を示した。しかしながら、圧電ポンプ２２の駆動開始タイミングと、圧電ポンプ２１の駆動開始タイミングとを一致させても、次の制御を行うことによって、同様の作用効果が得られる。
【００６９】
図８は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形の別の態様を示す図である。図８に示すように、流体制御装置１０は、圧電ポンプ２１への駆動電圧の印加開始タイミングと圧電ポンプ２２への駆動電圧の印加開始タイミングとを同じにしている。流体制御装置１０は、過渡時における圧電ポンプ２２への駆動電圧の変化率を、圧電ポンプ２１への駆動電圧の変化率よりも低くする。すなわち、圧電ポンプ２２に対する定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ２の印加開始タイミングを、圧電ポンプ２１に対する定常動作の駆動電圧Ｖｄｄ１の印加開始タイミングよりも遅らせる。
【００７０】
これにより、流体制御装置１０は、消費電力を抑えられる。さらに、この制御を用いることによって、圧電ポンプ２２への駆動電圧の印加を、駆動制御周期の１周期の開始タイミングから実行でき、容器４０からの流体の吸入を、より効率的に実行できる。
【００７１】
次に、第２の実施形態に係る流体制御装置について、図を参照して説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａの構成を示すブロック図である。
【００７２】
図９に示すように、第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａは、第１の実施形態に係る流体制御装置１０と比較して、流体の流れを逆にしたものである。流体制御装置１０Ａにおける流体制御装置１０と同様の箇所は、説明を省略する。流体制御装置１０Ａは、例えば、血圧計等に利用される。
【００７３】
流体制御装置１０Ａでは、圧電ポンプ２１の孔２１２と圧電ポンプ２２の孔２２１とは、連通路５１を介して連通している。圧電ポンプ２２の孔２２２と容器４０Ａとは、連通路５２を介して連通している。したがって、流体制御装置１０Ａでは、圧電ポンプ２１が上流側のポンプであり、圧電ポンプ２２が下流側のポンプである。
【００７４】
図１０は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。図１０に示すように、流体制御装置１０Ａは、駆動制御周期の１周期の開始タイミングで、下流側のポンプである圧電ポンプ２２へ駆動電圧を印加する。この際、流体制御装置１０Ａは、圧電ポンプ２２への駆動電圧を段階的に高くし、定常動作の駆動電圧にする。そして、流体制御装置１０Ａは、定常動作の駆動電圧を所定時間維持する。
【００７５】
この状態で、流体制御装置１０Ａは、圧電ポンプ２１の駆動開始タイミングｔ２０になると、上流側のポンプである圧電ポンプ２１へ定常動作の駆動電圧を印加する。この際、圧電ポンプ２１（上流側のポンプ）の定常動作の駆動電圧は、圧電ポンプ２２（下流側のポンプ）の定常動作の駆動電圧よりも低い。また、圧電ポンプ２２の駆動電圧は、一時的に低下させる。ただし、この低下させた圧電ポンプ２２に対する駆動電圧も、圧電ポンプ２１に対する駆動電圧よりも高いことが好ましい。
【００７６】
なお、駆動開始タイミングｔ２０は、例えば、容器４０Ａ内の圧力が所定の圧力に達するタイミングに設定されている。図１１は、本願の流体制御装置１０Ａを用いた場合の圧力の変化パターンを示した図である。図１１に示すように、圧力が閾値Ｐａになるタイミングを、上述の圧電ポンプ２１の駆動開始タイミングｔ２０とする。
【００７７】
この後、流体制御装置１０Ａは、圧電ポンプ２１に対する定常動作の駆動電圧、および、圧電ポンプ２２に対する定常動作の駆動電圧を徐々に高くする。そして、図示していないが、所定の圧力まで達すると、流体制御装置１０Ａは、駆動電圧の印加を停止し、バルブ３０を開制御する。
【００７８】
このように、流体を容器４０Ａに流入する流体制御装置１０Ａも、上述の制御を実現することによって、流体制御装置１０と同様に、不要な消費電力を抑制し、温度の上昇、信頼性の低下を抑制できる。
【００７９】
なお、上述の制御では、圧電ポンプ２１の駆動開始タイミングを、圧電ポンプ２２の駆動開始タイミングから遅らせる態様を示した。しかしながら、第１の実施形態と同様に、圧電ポンプ２１の駆動開始タイミングと、圧電ポンプ２２の駆動開始タイミングとを一致させても、次の制御を行うことによって、同様の作用効果が得られる。
【００８０】
図１２は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形の別の態様を示す図である。図１２に示すように、流体制御装置１０Ａは、圧電ポンプ２２への駆動電圧の印加開始タイミングと圧電ポンプ２１への駆動電圧の印加開始タイミングとを同じにしている。流体制御装置１０Ａは、過渡時における圧電ポンプ２１への駆動電圧の変化率を、圧電ポンプ２２への駆動電圧の変化率よりも低くする。すなわち、圧電ポンプ２１に対する定常動作の駆動電圧の印加開始タイミングを、圧電ポンプ２２に対する定常動作の駆動電圧の印加開始タイミングよりも遅らせる。
【００８１】
これにより、流体制御装置１０Ａは、消費電力を抑えられる。さらに、この制御を用いることによって、圧電ポンプ２１への駆動電圧の印加を、駆動制御周期の１周期の開始タイミングから実行でき、容器４０Ａへの流体の吐出、容器４０Ａの圧力の上昇を、より効率的に実行できる。
【００８２】
次に、本発明の第３の実施形態に係る流体制御装置について、図を参照して説明する。図１３は、本発明の第３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂの構成を示すブロック図である。
【００８３】
図１３に示すように、第３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂは、第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａに対して、圧電ポンプ２３、圧電ポンプ２４、連通路５３、連通路５４、連通路５５、および、連通路５６を追加した点で異なる。流体制御装置１０Ｂの他の構成は、流体制御装置１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００８４】
圧電ポンプ２３および圧電ポンプ２４の基本構造は、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２と基本構造と同じである。圧電ポンプ２３は、吸入口である孔２３１と、吐出口である孔２３２を備える。圧電ポンプ２４は、吸入口である孔２４１と、吐出口である２４２を備える。
【００８５】
圧電ポンプ２３の孔２３２と圧電ポンプ２４の孔２４１とは、連通路５３によって連通している。圧電ポンプ２４の孔２４２とバルブ３０とは、連通路５４によって連通している。連通路５１と連通路５３とは、連通路５５によって連通しており、連通路５２と連通路５４とは、連通路５６によって連通している。
【００８６】
この構成では、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２３が、上流側のポンプであり、圧電ポンプ２２および圧電ポンプ２４が、下流側のポンプである。すなわち、流体制御装置１０Ｂは、それぞれに流体の流路に対して並列接続される２組の圧電ポンプを直列に接続する構成を有する。
【００８７】
このような構成に対して、流体制御装置１０Ｂは、制御部６０によって次の制御を実行する。図１４は、２周期内での制御の遷移状態を示す表である。図１５および図１６は、各圧電ポンプに対する駆動電圧の波形を示す図である。
【００８８】
（ステートＳＴ１）
図１４に示すように、流体制御装置１０Ｂは、バルブ３０を閉制御（ＣＬ）する。この閉制御は、ステートＳＴ１からステートＳＴ４まで継続される。また、流体制御装置１０Ｂは、駆動制御周期の開始タイミングｔ３０になると、タイミングｔ３１までをステートＳＴ１として、圧電ポンプ２２および圧電ポンプ２４に駆動電圧Ｖｄｄ２を印加する。この際、図１５、図１６に示すように、流体制御装置１０Ｂは、過渡時には段階的に駆動電圧Ｖｄｄ２ｔの状態を介して、駆動電圧を上昇させる。これにより、流体制御装置１０Ｂは、下流側において並列に設置された２個のポンプを駆動する。これにより、流体制御装置１０Ｂは、流量を大きく稼ぐことができる。
【００８９】
（ステートＳＴ２）
次に、図１４に示すように、流体制御装置１０Ｂは、タイミングｔ３１からタイミングｔ３２までをステートＳＴ２として、圧電ポンプ２２および圧電ポンプ２４に対する駆動電圧Ｖｄｄ２の電圧印加を継続する。また、流体制御装置１０Ｂは、ステートＳＴ２において、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２３に駆動電圧Ｖｄｄ１を印加する。駆動電圧Ｖｄｄ１は、駆動電圧Ｖｄｄ２よりも低い。この際、図１５、図１６に示すように、流体制御装置１０Ｂは、過渡時には段階的に駆動電圧Ｖｄｄ１ｔの状態を介して、駆動電圧を上昇させる。これにより、流体制御装置１０Ｂは、全てのポンプを駆動する。これにより、流体制御装置１０Ｂは、流量を大きく稼ぐことができる。
【００９０】
そして、これらステートＳＴ１、ステートＳＴ２は、上述の流量モードに相当する期間であるので、流体制御装置１０Ｂは、流量モードに対する効率的な動作を実現できる。さらに、ステートＳＴ１では、下流側のポンプのみが駆動されるので、不要な消費電力を抑えられる。
【００９１】
（ステートＳＴ３）
次に、図１４に示すように、流体制御装置１０Ｂは、タイミングｔ３２からタイミングｔ３３までをステートＳＴ３として、圧電ポンプ２１に対する駆動電圧Ｖｄｄ１の電圧印加および圧電ポンプ２２に対する駆動電圧Ｖｄｄ２の電圧印加を継続する。また、流体制御装置１０Ｂは、ステートＳＴ３の開始のタイミングｔ３３において、圧電ポンプ２３および圧電ポンプ２４に対する駆動電圧の印加を停止する。これにより、流体制御装置１０Ｂは、直列接続された１組のポンプだけを駆動する。この状態は、上述の圧力モードに相当する期間であるので、流体制御装置１０Ｂは、圧力モードに対する効率的な動作を実現できる。さらに、ステートＳＴ４では、流量が殆ど増加しない状態となり、この状態において、直列接続された２個のポンプのみが駆動されるので、不要な消費電力を抑えられる。
【００９２】
（ステートＳＴ４）
次に、図１４に示すように、流体制御装置１０Ｂは、タイミングｔ３３からタイミングｔ３４までをステートＳＴ４として、圧電ポンプ２１に対する駆動電圧Ｖｄｄ１の電圧印加および圧電ポンプ２２に対する駆動電圧Ｖｄｄ２の電圧印加を継続する。また、流体制御装置１０Ｂは、圧電ポンプ２３および圧電ポンプ２４に対して、補助的駆動電圧を印加する。そして、流体制御装置１０Ｂは、ステートＳＴ４の終了のタイミングｔ３４において、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２、圧電ポンプ２３、および、圧電ポンプ２４への駆動電圧の印加を停止する。このように、全ての圧電ポンプに駆動電圧を印加した後に、印加を停止することによって、全ての圧電ポンプを、デフォルトの正常な状態に、確実に戻すことができる。
【００９３】
（ステートＳＴ５）
次に、図１４に示すように、流体制御装置１０Ｂは、バルブ３０を開制御（ＯＰ）する。流体制御装置１０Ｂは、タイミングｔ３４からタイミングｔ４０までをステートＳＴ５として、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２、圧電ポンプ２３、および、圧電ポンプ２４への駆動電圧の印加の停止を継続する。
【００９４】
これらの制御によって、駆動制御周期の１周期分の制御が終了する。
【００９５】
（ステートＳＴ６）
図１４に示すように、ステートＳＴ６では、流体制御装置１０Ｂは、ステートＳＴ１と同様の制御を実行する。
【００９６】
（ステートＳＴ７）
図１４に示すように、ステートＳＴ７では、流体制御装置１０Ｂは、ステートＳＴ２と同様の制御を実行する。
【００９７】
（ステートＳＴ８）
図１４に示すように、ステートＳＴ８では、流体制御装置１０Ｂは、ステートＳＴ３に対して、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２に換えて、圧電ポンプ２３および圧電ポンプ２４に駆動電圧を印加する。
【００９８】
（ステートＳＴ９）
図１４に示すように、ステートＳＴ９では、流体制御装置１０Ｂは、ステートＳＴ４と同様の制御を実行する。
【００９９】
（ステートＳＴ１０）
図１４に示すように、ステートＳＴ１０では、流体制御装置１０Ｂは、ステートＳＴ５と同様の制御を実行する。
【０１００】
これらの制御によって、駆動制御周期の１周期分の制御が終了する。
【０１０１】
このように、図１４、図１５、図１６に示す制御では、流体制御装置１０Ｂは、同じ制御を、駆動制御周期の１周期単位で繰り返す。そして、流体制御装置１０Ｂの構成を用いることによって、圧力の向上とともに、流量を向上できる。さらに、流体制御装置１０Ｂは、不要な消費電力を抑えられる。
【０１０２】
また、ステートＳＴ３とステートＳＴ８のように、周期毎に、駆動する直列接続の圧電ポンプを切り替えることによって、圧電ポンプの寿命を長くできる。
【０１０３】
なお、上述の説明では、圧電ポンプへの駆動電圧の印加を段階的に行う態様を示した。しかしながら、図１７に示すような駆動電圧の印加の態様を用いてもよい。図１７は、圧電ポンプ２１、圧電ポンプ２２に対する駆動電圧の波形を示す図である。
【０１０４】
図１７に示すように、流体制御装置１０Ｂは、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２に対して、過渡時に駆動電圧を徐々に上昇している。なお、圧電ポンプ２３への駆動電圧は、圧電ポンプ２１と同様であり、圧電ポンプ２４への駆動電圧は、圧電ポンプ２２と同様である。
【０１０５】
このような駆動電圧の制御を用いても、圧力および流量を向上し、且つ、不要な消費電力を抑えられる。さらに、このような駆動電圧の制御を行うことによって、圧電ポンプに対するさらに効率的な駆動が可能になる。
【０１０６】
また、上述の第３の実施形態に対する制御は、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）、図１８（Ｃ）、および、図１８（Ｄ）に示すような各種派生の制御が可能である。図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）、図１８（Ｃ）、および、図１８（Ｄ）は、制御の派生パターンでのステートの遷移状態を示す表である。
【０１０７】
図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）、図１８（Ｃ）、および、図１８（Ｄ）に示す制御は、基本的には、図１４に示す制御と同様であり、異なるステートのみをハッチングで示している。図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）、図１８（Ｃ）、および、図１８（Ｄ）に示す制御と、図１４に示す制御は、バルブの閉制御および開制御のタイミングは同じである。
【０１０８】
図１８（Ａ）に示す制御では、図１４に示す制御と比較して、ステートＳＴ８においてステートＳＴ３と同じ制御を行う。
【０１０９】
図１８（Ｂ）に示す制御では、図１４に示す制御と比較して、ステートＳＴ３において、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２に換えて、圧電ポンプ２３および圧電ポンプ２４に駆動電圧を印加する。
【０１１０】
図１８（Ｃ）に示す制御では、図１４に示す制御と比較して、ステートＳＴ６において、圧電ポンプ２２および圧電ポンプ２４に換えて、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２３に駆動電圧を印加する。
【０１１１】
図１８（Ｄ）に示す制御では、図１４に示す制御と比較して、ステートＳＴ４において圧電ポンプ２１と圧電ポンプ２２との駆動電圧の印加を継続し、圧電ポンプ２３および圧電ポンプ２４への駆動電圧の印加を行わない。また、ステートＳＴ９において圧電ポンプ２３と圧電ポンプ２４との駆動電圧の印加を継続し、圧電ポンプ２１および圧電ポンプ２２への駆動電圧の印加を行わない。
【０１１２】
制御のパターンは、これらに限るものではなく、これらの制御のパターンを適宜組み合わせることもできる。
【０１１３】
なお、上述の第１、第２の実施形態に係る制御部６０は、例えば、次の構成によって実現可能である。図１９は、流体制御装置の制御部の機能ブロック図である。
【０１１４】
図１９に示すように、制御部６０は、ＭＣＵ６１、電源回路６２１、電源回路６２２、駆動電圧発生回路６３１、駆動電圧発生回路６３２、および、バルブ制御信号発生回路６４を備える。制御部６０は、本発明の「第１制御部」と「第２制御部」とを１個のＩＣによって実現したものである。
【０１１５】
ＭＣＵ６１は、電源回路６２１、電源回路６２２、駆動電圧発生回路６３１、駆動電圧発生回路６３２、および、バルブ制御信号発生回路６４に接続されている。ＭＣＵ６１、電源回路６２１、および、電源回路６２２には、電池７０から電源電圧が供給されている。ＭＣＵ６１は、電源回路６２１、電源回路６２２、駆動電圧発生回路６３１、駆動電圧発生回路６３２、および、バルブ制御信号発生回路６４に対する駆動制御を実行する。例えば、駆動電圧値の制御、駆動電圧の出力タイミングの制御、バルブ制御信号の出力タイミングの制御等を実行する。
【０１１６】
電源回路６２１は、電源電圧を、圧電ポンプ２１に印加する電圧に変換して、駆動電圧発生回路６３１に出力する。電源回路６２２は、電源電圧を、圧電ポンプ２２に印加する電圧に変換して、駆動電圧発生回路６３２に出力する。
【０１１７】
駆動電圧発生回路６３１は、電源回路６２１からの電圧を、圧電ポンプ２１の駆動用波形に変換して、圧電ポンプ２１に出力する。
【０１１８】
駆動電圧発生回路６３２は、電源回路６２２からの電圧を、圧電ポンプ２２の駆動用波形に変換して、圧電ポンプ２２に出力する。
【０１１９】
バルブ制御信号発生回路６４は、閉制御用のバルブ制御信号、開制御用のバルブ制御信号を発生し、バルブ３０に出力する。
【０１２０】
なお、第３の実施形態に係る制御部６０は、図１９に示す電源回路および駆動電圧発生回路の組を、更に２組追加すればよい。
【０１２１】
また、制御部６０は、圧電ポンプへの駆動電圧の印加用の第１制御部と、バルブへの制御信号の出力用の第２制御部とが個別に設けられた構成であってもよい。この場合、少なくとも、図１９の構成においては、駆動電圧発生回路６３１、駆動電圧発生回路６３２、および、ＭＣＵ６１における圧電ポンプの駆動制御を実行する機能部を１個のパッケージにした素子は、第１制御部に含まれる。また、バルブ制御信号発生回路６４、および、ＭＣＵ６１におけるバルブの制御を実行する機能を１個のパッケージにした素子は、第２制御部に含まれる。ただし、第１制御部と第２制御部とを１個のパッケージにした素子で実現することによって、駆動電圧とバルブ制御信号の同期が容易になる。
【０１２２】
また、制御部６０は、次に示す各種の回路構成によって実現が可能である。
【０１２３】
（他励振型）
図２０は、制御部の回路構成の第１例である。
【０１２４】
図２０は、ＭＣＵ６１、および、駆動電圧発生回路６３０を備える。この回路は、１個の圧電ポンプ（圧電素子２００）を駆動制御する回路である。したがって、上述のように、複数の圧電ポンプを駆動制御する態様では、駆動電圧発生回路６３０を、圧電ポンプの個数分備える。
【０１２５】
駆動電圧発生回路６３０は、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４を備えるフルブリッジ回路である。ＦＥＴ１のゲート、ＦＥＴ２のゲート、ＦＥＴ３のゲート、および、ＦＥＴ４のゲートは、ＭＣＵ６１に接続されている。
【０１２６】
ＦＥＴ１のドレインとＦＥＴ３のドレインは、接続されている。これらＦＥＴ１のドレインとＦＥＴ３のドレインとには、電源電圧から得られる電圧Ｖｃが供給される。
【０１２７】
ＦＥＴ１のソースは、ＦＥＴ２のドレインに接続されており、ＦＥＴ２のソースは、基準電位に接続されている。ＦＥＴ３のソースは、ＦＥＴ４のドレインに接続されており、ＦＥＴ４のソースは、抵抗素子Ｒｓを介して基準電位に接続されている。
【０１２８】
ＦＥＴ１のソースとＦＥＴ２のドレインとの接続点は、圧電素子２００の一方端子に接続されており、ＦＥＴ３のソースとＦＥＴ４のドレインとの接続点は、圧電素子２００の他方端子に接続されている。
【０１２９】
ＭＣＵ６１は、第１制御状態としてＦＥＴ１とＦＥＴ４とオン制御（導通制御）するとともにＦＥＴ２とＦＥＴ３とオフ制御（開放制御）する。また、ＭＣＵ６１は、第２制御状態としてＦＥＴ１とＦＥＴ４とオフ制御（開放制御）するとともにＦＥＴ２とＦＥＴ３とオン制御（導通制御）する。ＭＣＵ６１は、第１制御状態と第２制御状態と順に実行する。この際、ＭＣＵ６１は、この第１制御状態と第２制御状態とを連続して実行する時間が圧電ポンプ（圧電素子２００）の周期（共振周波数の逆数）に一致するように、制御を行う。これにより、圧電素子２００に駆動電圧が印加され、圧電ポンプは駆動される。
【０１３０】
（自励振型）
図２１は、自励振型の駆動電圧発生回路６５０の第１例を示す回路図である。
【０１３１】
図２１に示すように、駆動電圧発生回路６５０は、ＨブリッジＩＣ６５１、差動回路６５２、増幅回路６５３、位相反転回路６５４、および、中間電圧発生回路６５５を備える。
【０１３２】
駆動電圧発生回路６５０は、概略的には、次に示すように動作する。
【０１３３】
ＨブリッジＩＣ６５１には、電圧Ｖｃが供給されており、増幅回路６５３の出力と、位相反転回路６５４の出力を受け、第１出力端子と第２出力端子とから、絶対値が同じで互いに逆位相の駆動電圧を出力し、圧電素子２００に供給する。圧電素子２００は、この駆動電圧を受けて励振され、圧電ポンプは、駆動される。
【０１３４】
差動回路６５２は、圧電素子２００に流れる電流に基づく抵抗素子Ｒ１２の両端電圧を差動増幅して、増幅回路６５３に出力する。増幅回路６５３は、差動回路６５２の出力電圧を増幅して、ＨブリッジＩＣ６５１、および、位相反転回路６５４に出力する。位相反転回路６５４は、増幅回路６５３の出力電圧を位相反転して、ＨブリッジＩＣ６５１に出力する。
【０１３５】
このようなフィードバック制御が行われることによって、駆動電圧発生回路６５０を構成する各回路素子および圧電素子２００のインピーダンスに基づいて、最適な周波数で圧電素子２００が駆動される。
【０１３６】
図２１に示すように、駆動電圧発生回路６５０の具体的な回路構成は、例えば次に示す回路構成である。
【０１３７】
中間電圧発生回路６５５は、オペアンプＵ１０、抵抗素子Ｒ１３、抵抗素子Ｒ１４、抵抗素子Ｒ１５、キャパシタＣ３、および、キャパシタＣ４を備える。
【０１３８】
抵抗素子Ｒ１４と抵抗素子Ｒ１３とは、電圧Ｖｃの供給点と基準電位との間に、この順で直列接続されている。キャパシタＣ３は、抵抗素子Ｒ１３に対して並列に接続されている。キャパシタＣ４は、抵抗素子Ｒ１４と抵抗素子Ｒ１３との直列回路に対して、並列に接続されている。オペアンプＵ１０の非反転入力端子は、抵抗素子Ｒ１３と抵抗素子Ｒ１４との接続点に接続されている。オペアンプＵ１０の出力端子は、抵抗素子Ｒ１５を介して、オペアンプＵ１０の反転入力端子に接続されている。中間電圧発生回路６５５は、抵抗素子Ｒ１５におけるオペアンプＵ１０の出力端子への接続端子と反対側の端子の電圧を、中間電圧Ｖｍとして出力する。
【０１３９】
ＨブリッジＩＣ６５１の第１出力端子は、抵抗素子Ｒ１１を介して、圧電素子２００の一方の端子に接続されている。ＨブリッジＩＣ６５１の第２出力端子は、抵抗素子Ｒ１２を介して、圧電素子２００の他方の端子に接続されている。
【０１４０】
差動回路６５２は、オペアンプＵ３、抵抗素子Ｒ１、抵抗素子Ｒ２、抵抗素子Ｒ３、抵抗素子Ｒ４、キャパシタＣ５、キャパシタＣ６、キャパシタＣ７、および、キャパシタＣ８を備える。
【０１４１】
オペアンプＵ３には、駆動電圧Ｖ＋が供給されている。オペアンプＵ３の反転入力端子は、抵抗素子Ｒ２とキャパシタＣ５の並列回路を介して、電流検出用の抵抗素子Ｒ１２の圧電素子２００側に接続されている。オペアンプＵ３の非反転入力端子は、抵抗素子Ｒ１とキャパシタＣ６の並列回路を介して、抵抗素子Ｒ１２のＨブリッジＩＣ６５１側に接続されている。オペアンプＵ３の非反転入力端子には、抵抗素子Ｒ４とキャパシタＣ７の並列回路を介して、中間電圧Ｖｍが供給されている。オペアンプＵ３の出力端子は、抵抗素子Ｒ３とキャパシタＣ８の並列回路を介して、オペアンプＵ３の反転入力端子に接続されている。
【０１４２】
増幅回路６５３は、オペアンプＵ２、抵抗素子Ｒ５、抵抗素子Ｒ６、抵抗素子Ｒ７、キャパシタＣ１、および、キャパシタＣ２を備える。
【０１４３】
オペアンプＵ２には、駆動電圧Ｖ＋が供給されている。オペアンプＵ２の反転入力端子は、キャパシタＣ１、および、抵抗素子Ｒ５を介して、差動回路６５２のオペアンプＵ３の出力端子に接続されている。キャパシタＣ１と抵抗素子Ｒ５の接続点は、抵抗素子Ｒ７を介して、基準電位に接続されている。キャパシタＣ２の一方端子は、キャパシタＣ１と抵抗素子Ｒ５の接続点に接続されており、キャパシタＣ２の他方端子は、抵抗素子Ｒ６の一方端子に接続されている。抵抗素子Ｒ６の他方端子は、オペアンプＵ２の反転入力端子に接続されている。オペアンプＵ２の非反転入力端子には、中間電圧Ｖｍが供給されている。オペアンプＵ２の出力端子は、抵抗素子Ｒ６の一方端子に接続されている。また、オペアンプＵ２の出力端子は、ＨブリッジＩＣ６５１に接続されている。
【０１４４】
位相反転回路６５４は、オペアンプＵ１、抵抗素子Ｒ８、抵抗素子Ｒ９、および、抵抗素子Ｒ１０を備える。
【０１４５】
オペアンプＵ１には、駆動電圧Ｖ＋が供給されている。オペアンプＵ１の反転入力端子は、抵抗素子Ｒ８を介して、増幅回路６５３のオペアンプＵ２の出力端子に接続されている。オペアンプＵ１の非反転入力端子には、抵抗素子Ｒ１０を介して、中間電圧Ｖｍが供給されている。オペアンプＵ１の出力端子は、抵抗素子Ｒ９を介して、オペアンプＵ１の反転入力端子に接続されている。また、オペアンプＵ１の出力端子は、ＨブリッジＩＣ６５１に接続されている。
【０１４６】
図２２は、自励振型の駆動電圧発生回路６６０の第２例を示す回路図である。
【０１４７】
図２２に示すように、駆動電圧発生回路６６０は、増幅回路６６１、位相反転回路６６２、差動回路６６３、フィルタ回路６６４、および、中間電圧発生回路６６５を備える。
【０１４８】
駆動電圧発生回路６６０は、概略的には、次に示すように動作する。
【０１４９】
増幅回路６６１は、抵抗素子Ｒ１００を介して、圧電素子２００の一方端子に、第１駆動電圧を供給する。位相反転回路６６２は、圧電素子２００の他方端子に、第２駆動電圧を供給する。第１駆動電圧と第２駆動電圧は、絶対値が同じで逆位相の電圧である。圧電素子２００は、これらの駆動電圧を受けて励振され、圧電ポンプは、駆動される。
【０１５０】
差動回路６６３は、圧電素子２００に流れる電流に基づく抵抗素子Ｒ１００の両端電圧を差動増幅して、フィルタ回路６６４に出力する。フィルタ回路６６４は、差動回路６６３の出力電圧を、フィルタ処理して、増幅回路６６１に出力する。増幅回路６６１は、フィルタ回路６６４の出力電圧を受け、第１駆動電圧を出力する。位相反転回路６６２は、第１駆動電圧を受け、位相反転を実行し、第２駆動電圧を出力する。
【０１５１】
このようなフィードバック制御が行われることによって、駆動電圧発生回路６５０を構成する各回路素子および圧電素子２００のインピーダンスに基づいて、最適な周波数で圧電素子２００が駆動される。
【０１５２】
図２２に示すように、駆動電圧発生回路６６０の具体的な回路構成は、例えば次に示す回路構成である。
【０１５３】
中間電圧発生回路６６５は、抵抗素子Ｒ３５、抵抗素子Ｒ３６、キャパシタＣ２３、および、キャパシタＣ２４を備える。
【０１５４】
抵抗素子Ｒ３５と抵抗素子Ｒ３６とは、電圧Ｖｃの供給点と基準電位との間に、この順で直列接続されている。キャパシタＣ２３は、抵抗素子Ｒ３５に対して並列に接続されている。キャパシタＣ２４は、抵抗素子Ｒ３６に対して並列に接続されている。中間電圧発生回路６６５は、抵抗素子Ｒ３５と抵抗素子Ｒ３６とによる分圧電圧を、中間電圧Ｖｍとして出力する。
【０１５５】
増幅回路６６１は、オペアンプＵ２１、トランジスタＱ２１、トランジスタＱ２２、抵抗素子Ｒ２４、および、抵抗素子Ｒ２５を備える。
【０１５６】
抵抗素子Ｒ２４の一方端は、増幅回路６６１の入力端であり、フィルタ回路６６４のオペアンプＵ２４の出力端子に接続されている。
【０１５７】
抵抗素子Ｒ２４の他方端は、オペアンプＵ２１の反転入力端子に接続されている。オペアンプＵ２１の非反転入力端子には、中間電圧Ｖｍが供給されている。オペアンプＵ２１には、駆動電圧Ｖ＋が供給されている。オペアンプＵ２１の出力端子は、トランジスタＱ２１のベース端子、および、トランジスタＱ２２のベース端子に接続されている。
【０１５８】
トランジスタＱ２１は、ｎ型トランジスタである。トランジスタＱ２２は、ｐ型トランジスタである。トランジスタＱ２１のコレクタ端子には、電圧Ｖｃが供給されている。トランジスタＱ２１のエミッタ端子とトランジスタＱ２２のエミッタ端子とは接続されている。トランジスタＱ２２のコレクタ端子は接地されている。トランジスタＱ２１およびトランジスタＱ２２のベース端子の接続部と、トランジスタＱ２１のエミッタ端子およびトランジスタＱ２２のエミッタ端子の接続部との間には、抵抗素子Ｒ３３が接続されている。
【０１５９】
トランジスタＱ２１のエミッタ端子およびトランジスタＱ２２のエミッタ端子の接続部は、増幅回路６６１の出力端であり、抵抗素子Ｒ１００の一方端に接続されている。抵抗素子Ｒ１００の他方端は、圧電素子２００の一方端子に接続されている。
【０１６０】
位相反転回路６６２は、オペアンプＵ２３、トランジスタＱ２３、トランジスタＱ２４、抵抗素子Ｒ２６、抵抗素子Ｒ３２、および、抵抗素子Ｒ３４を備える。
【０１６１】
抵抗素子Ｒ２６の一方端は、位相反転回路６６２の入力端であり、トランジスタＱ２１のエミッタ端子およびトランジスタＱ２２のエミッタ端子の接続部に接続されている。抵抗素子Ｒ２６の他方端は、オペアンプＵ２３の反転入力端子に接続されている。オペアンプＵ２３の非反転入力端子には、中間電圧Ｖｍが供給されている。オペアンプＵ２３には、駆動電圧Ｖ＋が供給されている。オペアンプＵ２３の出力端子は、トランジスタＱ２３のベース端子、および、トランジスタＱ２４のベース端子に接続されている。
【０１６２】
トランジスタＱ２３は、ｎ型トランジスタである。トランジスタＱ２４は、ｐ型トランジスタである。トランジスタＱ２３のコレクタ端子には、電圧Ｖｃが供給されている。トランジスタＱ２３のエミッタ端子とトランジスタＱ２４のエミッタ端子とは接続されている。トランジスタＱ２４のコレクタ端子は接地されている。トランジスタＱ２３およびトランジスタＱ２４のベース端子の接続部と、トランジスタＱ２３のエミッタ端子およびトランジスタＱ２４のエミッタ端子の接続部との間には、抵抗素子Ｒ３４が接続されている。
【０１６３】
抵抗素子Ｒ３２は、トランジスタＱ２３のエミッタ端子およびトランジスタＱ２４のエミッタ端子の接続部と、オペアンプＵ２３の反転入力端子との間に接続されている。
【０１６４】
トランジスタＱ２３のエミッタ端子およびトランジスタＱ２４のエミッタ端子の接続部は、位相反転回路６６２の出力端であり、圧電素子２００の他方端子に接続されている。
【０１６５】
差動回路６６３は、オペアンプＵ２４、抵抗素子Ｒ２７、抵抗素子Ｒ２８、抵抗素子Ｒ２９、および、抵抗素子Ｒ３０を備える。
【０１６６】
オペアンプＵ２４には、駆動電圧Ｖ＋が供給されている。オペアンプＵ２４の非反転入力端子は、抵抗素子Ｒ２７を介して、増幅回路６６１の出力端（抵抗素子Ｒ１００の一方端）に接続されている。さらに、オペアンプＵ２４の非反転入力端子には、抵抗素子Ｒ３０を介して中間電圧Ｖｍが供給されている。オペアンプＵ２４の反転入力端子は、抵抗素子Ｒ２８を介して、抵抗素子Ｒ１００の他方端に接続されている。抵抗素子Ｒ２９は、オペアンプＵ２４の出力端子と反転入力端子との間に接続されている。オペアンプＵ２４の出力端は、差動回路６６３の出力端である。
【０１６７】
フィルタ回路６６４は、オペアンプＵ２２、抵抗素子Ｒ２１、抵抗素子Ｒ２２、抵抗素子Ｒ２３、キャパシタＣ２１、および、キャパシタＣ２２を備える。
【０１６８】
抵抗素子Ｒ２１の一方端は、フィルタ回路６６４の入力端である。抵抗素子Ｒ２１の他方端は、キャパシタＣ２１の一方端に接続されている。抵抗素子Ｒ２１とキャパシタＣ２１との接続部は、抵抗素子Ｒ２２を介して接地されている。キャパシタＣ２１の他方端は、オペアンプＵ２２の反転入力端子に接続されている。オペアンプＵ２２には、駆動電圧Ｖ＋が供給されている。オペアンプＵ２２の非反転入力端子には、中間電圧Ｖｍが供給されている。
【０１６９】
抵抗素子Ｒ２３は、オペアンプＵ２２の出力端とオペアンプＵ２２の反転入力端子との間に接続されている。キャパシタＣ２２は、抵抗素子Ｒ２１とキャパシタＣ２１との接続部と、抵抗素子Ｒ２３におけるオペアンプＵ２２の出力端側との間に接続されている。
【０１７０】
これら自励振型の駆動電圧発生回路を用いる場合、バルブ制御信号発生回路６４は、例えば、駆動電圧をモニタリングし、駆動電圧に対して同期するように、バルブ制御信号を出力すればよい。
【０１７１】
また、上述の説明では、上流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間が、下流側の複数のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間よりも長いこと、および、上流側のポンプの駆動電圧が、下流側の複数のポンプの駆動電圧よりも低いことが、それぞれ条件として設定されている。そして、上述の説明では、これらの条件をともに満たしている。しかしながら、流体制御装置は、少なくとも、これらのいずれか一方の条件が設定されていればよい。
【０１７２】
また、上述の説明では、直列接続される圧電ポンプの個数は、２個であるが、３個以上であってもよい。この場合、少なくとも最も上流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間が、下流側の複数のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間よりも長くなればよい。また、少なくとも最も上流側のポンプの駆動電圧が、下流側の複数のポンプの駆動電圧よりも低ければよい。
【０１７３】
また、並列接続される圧電ポンプは、２個に限るものではなく、３個以上であってもよい。
【符号の説明】
【０１７４】
１０、１０Ａ、１０Ｂ：流体制御装置
２１、２２、２３、２４：圧電ポンプ
３０：バルブ
４０、４０Ａ：容器
５１、５２、５３、５４、５５、５６：連通路
６０：制御部
６１：ＭＣＵ
６４：バルブ制御信号発生回路
７０：電池
２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２、２４１、２４２：孔
６２１、６２２：電源回路
６３１、６３２、６５０、６６０：駆動電圧発生回路
６５１：ＨブリッジＩＣ
６５２、６６３：差動回路
６５３、６６１：増幅回路
６５４、６６２：位相反転回路
６５５、６６５：中間電圧発生回路
６６４：フィルタ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月25日(2020.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１孔と第２孔とを有し、前記第１孔と前記第２孔との間で流体を搬送する第１ポンプと、
第３孔と第４孔とを有し、前記第３孔と前記第４孔との間で流体を搬送する第２ポンプと、
容器と、
前記第２孔と前記第３孔とを連通する第１連通路と、
前記第４孔と前記容器とを連通する第２連通路と、
前記第２連通路に設置され、前記第２連通路の外部への開放または前記第２連通路の外部からの遮断を切り替えるバルブと、
前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの駆動を制御する第１制御部と、
前記バルブの開放および遮断を制御する第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、駆動制御周期に応じて動作開始と動作停止とを繰り返す前記第１ポンプの駆動信号と前記第２ポンプの駆動信号を生成し、
前記第２制御部は、前記駆動制御周期の１周期の開始タイミングにおいて前記バルブの遮断の制御を開始し、前記第１ポンプと前記第２ポンプの停止時に前記バルブの開放の制御を開始する前記バルブの制御信号を生成し、
前記駆動制御周期の１周期の開始タイミングから前記第１ポンプと前記第２ポンプにおける前記流体の流れの上流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間は、前記開始タイミングから前記流体の流れの下流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間よりも長く、
前記上流側のポンプの定常動作の駆動電圧は、前記下流側のポンプの定常動作の駆動電圧よりも低い、
流体制御装置。
【請求項２】
第１孔と第２孔とを有し、前記第１孔と前記第２孔との間で流体を搬送する第１ポンプと、
第３孔と第４孔とを有し、前記第３孔と前記第４孔との間で流体を搬送する第２ポンプと、
容器と、
前記第２孔と前記第３孔とを連通する第１連通路と、
前記第４孔と前記容器とを連通する第２連通路と、
前記第２連通路に設置され、前記第２連通路の外部への開放または前記第２連通路の外部からの遮断を切り替えるバルブと、
前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの駆動を制御する第１制御部と、
前記バルブの開放および遮断を制御する第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、駆動制御周期に応じて動作開始と動作停止とを繰り返す前記第１ポンプの駆動信号と前記第２ポンプの駆動信号を生成し、
前記第２制御部は、前記駆動制御周期の１周期の開始タイミングにおいて前記バルブの遮断の制御を開始し、前記第１ポンプと前記第２ポンプの停止時に前記バルブの開放の制御を開始する前記バルブの制御信号を生成し、
前記駆動制御周期の１周期の開始タイミングから前記第１ポンプと前記第２ポンプにおける前記流体の流れの上流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間は、前記開始タイミングから前記流体の流れの下流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間よりも長く、
前記上流側のポンプに印加される駆動電圧は、前記下流側のポンプに印加される駆動電圧以下である、
流体制御装置。
【請求項３】
第１孔と第２孔とを有し、前記第１孔と前記第２孔との間で流体を搬送する第１ポンプと、
第３孔と第４孔とを有し、前記第３孔と前記第４孔との間で流体を搬送する第２ポンプと、
容器と、
前記第２孔と前記第３孔とを連通する第１連通路と、
前記第４孔と前記容器とを連通する第２連通路と、
前記第２連通路に設置され、前記第２連通路の外部への開放または前記第２連通路の外部からの遮断を切り替えるバルブと、
前記第１ポンプおよび前記第２ポンプの駆動を制御する第１制御部と、
前記バルブの開放および遮断を制御する第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、駆動制御周期に応じて動作開始と動作停止とを繰り返す前記第１ポンプの駆動信号と前記第２ポンプの駆動信号を生成し、
前記第２制御部は、前記駆動制御周期の１周期の開始タイミングにおいて前記バルブの遮断の制御を開始し、前記第１ポンプと前記第２ポンプの停止時に前記バルブの開放の制御を開始する前記バルブの制御信号を生成し、
前記駆動制御周期の１周期の開始タイミングから前記第１ポンプと前記第２ポンプにおける前記流体の流れの上流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間は、前記開始タイミングから前記流体の流れの下流側のポンプが定常動作の駆動電圧になるまでの時間よりも長く、
前記上流側のポンプと前記下流側のポンプとは、前記開始タイミングにおいて前記駆動電圧が同時に印加され、
前記上流側のポンプに対する前記駆動電圧の過渡時の変化率は、前記下流側のポンプに対する前記駆動電圧の過渡時の変化率よりも低い、
流体制御装置。
【請求項４】
前記上流側のポンプは、前記開始タイミングから所定時間停止した後に、前記駆動電圧が印加される、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記第１制御部と前記第２制御部とは、１つの制御素子に形成されている、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記下流側のポンプを停止タイミングは、前記上流側の停止タイミングよりも遅い、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の流体制御装置。
【国際調査報告】
2019198305.tif 000025
2019198305.tif 000026
2019198305.tif 000027
2019198305.tif 000028