JP2001263250A - 流体の流れを発生させる機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】所望量以上の流体の流量を発生させることがで
き、且つ、装置の小型化及び低コスト化を実現すること
が可能な流体の流れを発生させる機器の提供。 【解決手段】流体を圧縮及び膨張させる空間となる圧力
室１と、流体の逆流を防止する第１逆止弁２及び第２逆
止弁３と、圧力室１の構成要素であって当該圧力室１が
持つ空間の容積を増減させる薄膜であるダイヤフラム４
と、ダイヤフラム４を変形させる磁力発生手段となる永
久磁石５及び電磁石６と、電磁石６の動作を制御してダ
イヤフラム４を共振振動させる共振制御手段７と、を備
える特徴的構成手段の採用。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学物質を分析す
る装置又は半導体を製造する装置などで用いられて、各
種の流体の流量を制御する流量制御装置を小型化及び低
コスト化することを可能とする流体の流れを発生させる
機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ダイオキシン汚染などの環境汚染
がますます社会問題となってきている。その対策の一環
して、環境を汚染する汚染物質を工場の現場等に限らず
屋内及び屋外の各所で測定することが求められている。
屋内及び屋外の各所で汚染物質を測定するには、その測
定装置が小型であることが必要であり、また安価なもの
であることも求められている。

【０００３】そこで、汚染物質などを測定及び分析する
装置の構成要素となる装置であって、被測定物質等の気
体又は液体からなる流体の流れを制御する流量制御機器
の小型化及び低コスト化が強く望まれており、かかる流
体の流れを発生させるポンプの小型化及び低コスト化も
強く望まれている。

【０００４】従来、流体の流れを発生させるポンプであ
って小型の装置としては、例えば、ＤＣ（直流）モータ
を駆動力源として用いたもの、又は圧電素子を駆動力源
として用いたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＤＣモータ等を用いたポンプでは、消費電力が大きいた
め電源装置として大きなものが必要となり、またポンプ
自体としてもセンチメートルサイズの小型化は非常に困
難である。

【０００６】また、圧電素子を用いたポンプでは、小型
化は可能となるが、圧電素子が伸縮可能である長さが極
端に短く制限されるため、例えば、ガスクロマトグラフ
などの分析装置で必要とされる数１００［ミリリットル
／分］程度の流量を持つ小型ポンプを実現することがで
きない。

【０００７】ここにおいて、本発明の解決すべき主要な
目的は以下の通りである。即ち、本発明の第１の目的
は、流体の流量を制御する流量制御機器の小型化及び低
コスト化を実現することが可能な流体の流れを発生させ
る機器を提供せんとするものである。

【０００８】本発明の第２の目的は、所望量以上の流体
の流量を発生させることができ、且つ、装置の小型化及
び低コスト化を実現することが可能な流体の流れを発生
させる機器を提供せんとするものである。

【０００９】本発明の第３の目的は、薄膜を変形させる
ことにより、所望量以上の流体の流量を発生させること
ができ、且つ、装置の小型化及び低コスト化を実現する
ことが可能な流体の流れを発生させる機器を提供せんと
するものである。

【００１０】本発明の他の目的は、明細書、図面、特
に、特許請求の範囲における各請求項の記載から自ずと
明らかとなろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

【００１２】本発明装置は、上記課題の解決に当たり、
流体の流路上に設けられた圧力室と、当該圧力室の壁面
の一部をなす薄膜を共振振動させる共振制御手段と、を
具備する構成手段を講じる特徴を有する。

【００１３】更に、具体的詳細に述べると、当該課題の
解決では、本発明が次に列挙する上位概念から下位概念
にわたる新規な特徴的構成手段を採用することにより、
上記目的を達成するように為される。

【００１４】即ち、本発明装置の第１の特徴は、流体の
流路上に設けられた圧力室と、当該圧力室の壁面の構成
要素である薄膜と、当該薄膜を共振振動させる共振制御
手段と、を有してなる流体の流れを発生させる機器の構
成採用にある。

【００１５】本発明装置の第２の特徴は、流体の流路上
に設けられ当該流体を圧縮及び膨張させる空間となる圧
力室と、前記流体の逆流を防止する逆止弁と、当該圧力
室の構成要素であって当該圧力室が持つ空間の容積を増
減させる薄膜と、前記薄膜を変形させる磁力発生手段
と、当該磁力発生手段の動作を制御して前記薄膜を共振
振動させる共振制御手段と、を有してなる流体の流れを
発生させる機器の構成採用にある。

【００１６】本発明装置の第３の特徴は、上記本発明装
置の第２の特徴における前記逆止弁が、前記圧力室に設
けられていて当該圧力室が持つ空間の容積が減少してい
るときに閉じる第１逆止弁と、前記圧力室に設けられて
いて当該圧力室が持つ空間の容積が増加しているときに
閉じる第２逆止弁と、からなる流体の流れを発生させる
機器の構成採用にある。

【００１７】本発明装置の第４の特徴は、上記本発明装
置の第２又は第３の特徴における前記磁力発生手段が、
前記薄膜に取り付けられた永久磁石と、当該永久磁石に
電磁力を及ぼす電磁石と、を有してなる流体の流れを発
生させる機器の構成採用にある。

【００１８】本発明装置の第５の特徴は、上記本発明装
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記薄膜
が、ダイヤフラムからなる流体の流れを発生させる機器
の構成採用にある。

【００１９】本発明装置の第６の特徴は、上記本発明装
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記薄膜
が、窒化珪素膜からなる流体の流れを発生させる機器の
構成採用にある。

【００２０】本発明装置の第７の特徴は、上記本発明装
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記薄膜
が、シリコンゴム膜を有してなる流体の流れを発生させ
る機器の構成採用にある。

【００２１】本発明装置の第８の特徴は、上記本発明装
置の第４、第５、第６又は第７の特徴における前記電磁
石が、巻線を中空のドーナツ形状に巻いて形成したコイ
ルと、当該コイルのドーナツ形状の中空に配置されたコ
アと、を有し、当該コアの中心軸上に、前記薄膜に取り
付けられた前記永久磁石の中心が位置するように、当該
電磁石及び当該永久磁石が配置されてなる流体の流れを
発生させる機器の構成採用にある。

【００２２】本発明装置の第９の特徴は、上記本発明装
置の第４、第５、第６、第７又は第８の特徴における前
記永久磁石が、前記薄膜の表面の略中心位置に取り付け
られており、当該永久磁石は、数百マイクロメートルか
ら数ミリメートルの厚さと、数ミリメートルの直径と、
を持つ円板形状をしてなる流体の流れを発生させる機器
の構成採用にある。

【００２３】本発明装置の第１０の特徴は、上記本発明
装置の第４、第５、第６、第７又は第８の特徴における
前記永久磁石が、前記薄膜の表面の略中心位置に取り付
けられており、当該永久磁石は、数百マイクロメートル
から数ミリメートルの厚さを持ち、数ミリメートルの幅
及び長さの４角形の面積と同一の面積の平面を持つ板形
状をしてなる流体の流れを発生させる機器の構成採用に
ある。

【００２４】本発明装置の第１１の特徴は、上記本発明
装置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９又は第１０の特徴における前記薄膜が、数マイ
クロメートル程度の厚さを持ち、数ミリメートルから数
十ミリメートルの幅及び長さの４角形の面積と同一の面
積の平面を持つ板形状をしてなる流体の流れを発生させ
る機器の構成採用にある。

【００２５】本発明装置の第１２の特徴は、上記本発明
装置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０又は第１１の特徴における前記薄膜の
縁に、シリコンで形成された枠が取り付けられており、
当該枠は、数百マイクロメートルから数ミリメートルの
厚さと、数ミリメートルの幅と、を持って当該膜の縁に
沿って取り付けられているものからなる流体の流れを発
生させる機器の構成採用にある。

【００２６】本発明装置の第１３の特徴は、上記本発明
装置の第４、第５、第６、第７、第８、第９、第１０、
第１１又は第１２の特徴における前記共振制御手段が、
前記電磁石の巻線に印加する振幅一定の電圧の周波数を
変化させ、当該巻線に流れる電流の値、前記薄膜の振幅
及び前記流体の流量のいずれかを逐次検出して、前記薄
膜の共振周波数を検出する共振点検出手段を、有してな
る流体の流れを発生させる機器の構成採用にある。

【００２７】本発明装置の第１４の特徴は、上記本発明
装置の第４、第５、第６、第７、第８、第９、第１０、
第１１、第１２又は第１３の特徴における前記共振制御
手段が、正弦波、矩形波及び三角波のいずれかの波形の
電圧を前記電磁石の巻線に印加して、前記薄膜を共振振
動させるものからなる流体の流れを発生させる機器の構
成採用にある。

【００２８】本発明装置の第１５の特徴は、上記本発明
装置の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第
８、第９、第１０、第１１、第１２、第１３又は第１４
の特徴における前記薄膜が、数百マイクロメートルから
数ミリメートルの最大振幅で、且つ、数十ヘルツから数
百ヘルツの周波数で、共振振動するものからなる流体の
流れを発生させる機器の構成採用にある。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を装置例、動作例及び検証例につき
説明する。

【００３０】なお、本発明は、圧力室の構成要素となる
薄膜を、電磁力を用いて共振させる構成を講じることに
よって、流体の流量を発生させる装置の小型化及び低コ
スト化を実現することが可能な流体の流れを発生させる
機器の提供を可能にするものであるが、本実施形態例で
は、磁力発生手段として専ら永久磁石及び電磁石を代表
例とし、流体の逆流を防止するものとしてもっぱら２つ
の逆止弁を代表例として説明するもこれ等に限定される
ものではない。

【００３１】（装置例）図１は、本発明の装置例を示す
流体の流れを発生させる機器の中央縦断面図である。こ
の図を用いて本流体の流れを発生させる機器の概要につ
いて説明する。

【００３２】図中、１は流体を圧縮及び膨張させる空間
となる圧力室、２及び３は流体の逆流を防止する第１逆
止弁及び第２逆止弁、４は圧力室１の天井を構成するも
のであって圧力室１が持つ空間の容積を増減させる薄膜
をなすダイヤフラム、５はダイヤフラム４の上面中央に
取り付けられた永久磁石、６は永久磁石５に電磁力を及
ぼす電磁石である。

【００３３】永久磁石５及び電磁石６は、ダイヤフラム
４を変形させる磁力発生手段をなしている。そして、７
は磁力発生手段の動作を制御してダイヤフラム４を共振
振動させる共振制御手段である。

【００３４】本流体の流れを発生させる機器は、圧力室
１、第１逆止弁２、第２逆止弁３、ダイヤフラム４、永
久磁石５及び電磁石６からなるポンプ部１０と、共振制
御手段７及び図示しない電源などからなるポンプドライ
バ２０と、から構成されている。

【００３５】第１逆止弁２は、圧力室１に設けられてい
て圧力室１が持つ空間の容積が減少しているとき、すな
わちダイヤフラム４の中央部位が図面下方に向かって移
動するようにダイヤフラム４が変形しているときに閉じ
る。第２逆止弁３は、圧力室１に設けられていて圧力室
１が持つ空間の容積が増加しているとき、すなわちダイ
ヤフラム４の中央部位が図面上方に向かって移動するよ
うにダイヤフラム４が変形しているときに閉じる。

【００３６】共振制御手段７は、電磁石６の巻線に印加
する振幅一定の電圧の周波数を変化させ、当該巻線に流
れる電流の値、ダイヤフラム４の振幅及び圧力室１を介
して流れる流体の流量のいずれかを逐次検出して、ダイ
ヤフラム４の共振周波数を検出する共振点検出手段（図
示せず）を、有する。

【００３７】そして、図に示すように、ダイヤフラム４
は圧力室１を構成する壁の１つをなしており、ダイヤフ
ラム４の略中心位置に、永久磁石５が取り付けられてい
る。電磁石６は、中空のドーナツ形状をしている。電磁
石６のドーナツ形状の中心軸上に、ダイヤフラム４に取
り付けられた永久磁石５が位置するように、電磁石６が
配置されている。

【００３８】図２は、本装置例におけるダイヤフラム及
び永久磁石の外観構成斜視図である。この図を用いて本
流体の流れを発生させる機器の可動部分の構成について
説明する。

【００３９】ダイヤフラム４は、半導体加工技術等を用
いて製作した厚さ２μｍの窒化珪素膜からなる。ダイヤ
フラム４は、一辺が約１４［ｍｍ］の正方形の形状をし
ている。ダイヤフラム４の各辺には、半導体加工技術等
を用いて製作されたものであってシリコンで形成された
枠３１が設けられている。枠３１は、厚さが０．６［ｍ
ｍ］であり、外側の辺が約１４［ｍｍ］の正方形の形状
をしており、枠の幅が２［ｍｍ］である。

【００４０】また、ダイヤフラム４の略中央部位には、
直径が３［ｍｍ］で、高さが１［ｍｍ］の円盤形状の永
久磁石５が接着されている。永久磁石５は、サマリウム
・コバルト磁石で構成されている。

【００４１】（動作例）前記装置例の動作例につき図１
を参照して説明する。本流体の流れを発生させる機器
は、圧力室１において流体の吸引及び排出を繰り返し
て、ポンプとして動作する。以下に、そのポンプ動作を
詳細に説明する。

【００４２】（１）．共振制御手段７は、所定の周波数
の電圧を電磁石６の巻線に印加することで、電磁石６に
周期的に電磁力を発生させて、電磁石６に永久磁石５を
周期的に吸引させる。これにより、永久磁石５が振動し
ダイヤフラム４も振動する。ここで、ダイヤフラム４及
び永久磁石５を構成する機械系が持つ固有の特性によっ
て決定される共振周波数の電圧を、共振制御手段７が電
磁石６の巻線に印加することで、ダイヤフラム４及び永
久磁石５が共振する。

【００４３】（２）．ダイヤフラム４とこのダイヤフラ
ム４に接着されている永久磁石５が共振している時、そ
の一回の往復振動に伴って圧力室１内で流体の吸入及び
排出が行われる。

【００４４】（３）．まず、図１中、ダイヤフラム４の
一回の往振動において、ダイヤフラム４が上方に変形す
るときは、圧力室１の体積が増加しているときである。
したがって、このときは、圧力室１内の圧力が１気圧以
下に低下する。

【００４５】（４）．これにより、圧力室１内と外気と
で圧力差が生じ、その圧力差によって吸入側の逆止弁で
ある第１逆止弁が開き、吸入側の流体が圧力室１に流入
する。

【００４６】（５）．その後、圧力室１内への流体の流
入によって圧力室１の内外の圧力差は徐々に減少し、圧
力差がゼロとなって流体の圧力室１への流入が停止す
る。

【００４７】（６）．次に、図１中、ダイヤフラム４の
一回の復振動において、ダイヤフラム４が下方に変形す
るときは、圧力室１の体積が減少しているときである。
したがって、このときは、圧力室１内の流体は圧縮さ
れ、圧力室１内の圧力が増加して圧力室１内の圧力が１
気圧以上に上昇する。

【００４８】（７）．これにより、圧力室１内と外気と
で圧力差が生じ、その圧力差によって排出側の逆止弁で
ある第２逆止弁３が開き、圧力室１内の流体が排出され
る。

【００４９】（８）．その後、圧力室１からの流体の排
出によって圧力室１内外の圧力差は徐々に減少し、圧力
差がゼロとなると排出側の第２逆止弁３が閉じて流体の
排出が停止する。

【００５０】以上の吸入段階「（３）から（５）」及び
排出段階「（６）から（８）」を繰り返して、本流体の
流れを一方向に発生させる機器は、ポンプ動作を実現す
る。

【００５１】（検証例）前記装置例のポンプ動作におけ
る流量の検証例につき図２を参照して説明する。本流体
の流れを発生させる機器のポンプ性能を決定する重要な
パラメタとしては、永久磁石５が接着されているダイヤ
フラム４のばね定数と、永久磁石５が接着されているダ
イヤフラム４の共振周波数と、の２つがある。そのばね
定数は薄膜構造体の静的変形を特徴付けるものであり、
その共振周波数は薄膜構造体の共振振動等の動的変形を
特徴付けるものである。

【００５２】有限要素法を用いた計算によると、図２に
示す上述の構造を持つ永久磁石５が接着されているダイ
ヤフラム４のばね定数は、６２．５［Ｎ／ｍ］となる。
したがって、そのダイヤフラム４に、例えば、０．０５
［Ｎ］＝５［ｇｆ］の負荷をかけた場合は、ダイヤフラ
ム４の中心位置のたわみ量は０．８［ｍｍ］となる。永
久磁石５が接着されているダイヤフラム４の共振周波数
の計算値は、１７２［Ｈｚ］となる。

【００５３】次に、上述のたわみ量及び共振周波数の計
算値を用いて、図２に示す本流体の流れを発生させる機
器が発生可能な流量の理論値を算出する。例えば５［ｇ
ｆ］の負荷をかけてポンプ動作をさせた場合は、ダイヤ
フラム４がなすストローク体積Ｖは下記数式１によって
求められる。 Ｖ≒（１／３）Ｓｄ …（１） ここで、Ｓはダイヤフラム４の面積、ｄはたわみ量であ
る。Ｓ＝１［ｃｍ²］、ｄ＝０．８［ｍｍ］とすると、
ストローク体積Ｖ＝２．７×１０^-2［ｃｍ³］となる。

【００５４】本流体の流れを発生させる機器の共振時の
流量Ｑは、下記数式２によって求められる。 Ｑ＝Ｖ×ｆ_R1 …（２） ここで、ｆ_R1は基本共振周波数である。数式１を用いて
算出した上述のストローク体積Ｖの値を上記数式２に代
入すると、流量Ｑ＝３００［ミリリットル／分］とな
る。

【００５５】これらにより、本流体の流れを発生させる
機器は、ガスクロマトグラフなどの分析装置で必要とさ
れる数１００［ミリリットル／分］程度の流量を持つ極
めて小型のポンプの実現を可能とする。

【００５６】次に、本流体の流れを発生させる機器にお
ける磁力発生手段の具体例につき図３を参照して説明す
る。図３は、本装置例における磁力発生手段の外観構成
模式図である。この磁力発生手段は、永久磁石５と電磁
石６とからなる。電磁石６は、純鉄のコア６１と、コイ
ル６２とからなる。

【００５７】ダイヤフラム４に接着される永久磁石５
は、３×３×１ｍｍ³の板形状をしたサマリウム・コバ
ルト磁石で構成されている。電磁石６のコア６１は、永
久磁石５の上方に、ギャップ１［ｍｍ］で配置されてい
る。

【００５８】このような構成の磁力発生手段における永
久磁石５に作用する力（電磁力）を有限要素法を用いて
計算した。図４は、図３に示す磁力発生手段が発生する
電磁力についての上述の計算結果を示すグラフである。
横軸は電磁石６のコイル６２に供給する電流Ｉ［ＡＴ］
であり、縦軸は永久磁石５が受ける力［Ｎ］である。

【００５９】この図に示されているように、電磁石６の
コイル６２に供給する電流Ｉ［ＡＴ］を大きくするほ
ど、永久磁石５が受ける力［Ｎ］が大きくなる。すなわ
ち、磁力発生手段が発生する電磁力は、アンペアターン
依存性を持っている。そして、約８００［ＡＴ］の電流
Ｉを電磁石６のコイル６２に供給することで、０．３５
［Ｎ］の力を発生できることがわかる。

【００６０】図５は、図３に示す磁力発生手段が発生す
る電磁力を実際に測定する電磁力測定装置の概要平面図
である。電磁力測定装置７０は、１軸ステージ７１と、
１軸ステージ７１上に取り付けられた力センサ７２とか
らなっている。力センサ７２は、検出部材となる薄板
と、その薄板の表面に貼付されたひずみゲージと、ひず
みゲージの出力を増幅するストレインアンプと、で構成
されている。

【００６１】電磁力の測定は、以下の手順で行なった。
まず、被測定物となる永久磁石５を力センサ７２の薄板
に取り付け、１軸ステージ７１を左右に調整して永久磁
石５と電磁石６とのギャップ距離を１［ｍｍ］に設定す
る。そして、電磁石６のコイル６２に直流電流を流し、
これを５０ｍＡステップで増減させ、それぞれの電流値
での電磁力を測定した。なお、過電流による電磁石の焼
損を防ぐため、電磁石の電力損失が３Ｗ程度を越えない
ように調整した。

【００６２】そして、電磁石６をなすコイル６２の巻線
の太さ・巻き数及びコア６１の材質をそれぞれ変えるこ
とで、複数種類の電磁石６について、上述のように電磁
力を測定した。

【００６３】図６は、図５に示す電磁力測定装置７０に
よる電磁力の測定結果を示すグラフである。横軸は電磁
石６のコイル６２に供給する電流Ｉ［ＡＴ］であり、縦
軸は永久磁石５が受ける力［Ｎ］である。

【００６４】図６に示す磁力発生手段の電磁力の測定結
果と図４に示す磁力発生手段の電磁力の計算結果とは、
よく一致している。これにより、上記数１及び数２を用
いた上述の磁力発生手段の電磁力の計算の妥当性が示さ
れたこととなる。

【００６５】図７は、本装置例の吐出量を測定する測定
手段の模式図である。ポンプ部１０とポンプドライバ２
０とを電気的に接続し、ポンプ１０の２次側（吐出側）
にはパイプ８１を接続し、パイプ８１の先端部位を水槽
８２内に反転置したメスシリンダ８３の入口に配置す
る。そして、本流体の流れを発生させる機器を作動させ
ながらメスシリンダ８３内の水位を観測する上方置換に
より、単位時間あたりの吐出量を測定する。

【００６６】なお、吐出量が少ない場合には、パイプ８
１の先端に石鹸膜をつけて石鹸膜が一定の直径になるま
での時間を測定して吐出量を求める。 さらに具体的に
は、以下の手順で吐出量の測定を行なった。 １）．ポンプドライバ２０を操作して、適当な振幅の電
圧で電磁石６を駆動し、その電圧の周波数を変化させて
ダイヤフラム４の共振点を見つける。 ２）．共振を維持しながら電磁石６への印加電圧を変化
させて吐出量を測定する。ここで、吐出量は、一定体積
の空気を吐出するのに要する時間を測定して求める。 ３）．電磁石６への印加電圧を正弦波、矩形波、三角波
として、それぞれの波形について上記１）．と２）．の
手順で吐出量の測定を行なう。

【００６７】なお、電磁石６としては、コイル６２の巻
線の線径が０．０８ｍｍ、巻き数が１９００Ｔであり、
コア６１がパーマロイコアであり、直流抵抗が１０３．
３２オームのものを用いた。ダイヤフラム４としては、
クレハエラストマ製シリコンゴム膜（ＰＥＴ膜５０μｍ
＋シリコンゴム膜５０μｍ＝１００μｍ）を用いた。

【００６８】図８は、図７に示す測定手段による本装置
例の吐出量の測定結果を示すグラフである。横軸は電磁
石６のコイル６２に印加する駆動電圧Ｖｐｐ．［Ｖ］で
あり、縦軸は本流体の流れを発生させる機器の吐出量
（空気）［ｃｍ³／Ｓ］である。

【００６９】矩形波をコイル６２に印加した場合は、最
大２［ｃｍ³／Ｓ］＝１２０［ミリリットル／分］が得
られた。この測定値は、前述の数式２等を用いて算出し
た本流体の流れを発生させる機器の吐出量の理論値（設
計値）と比べて１／３程度であるが、動作条件の最適化
等により設計値の実現は可能である。

【００７０】以上、本発明の代表的な装置例について説
明したが、本発明は、必ずしも上記した事項に限定され
るものではない。本発明の目的を達し、下記する効果を
奏する範囲において、適宜変更実施可能である。例え
ば、圧力室におけるダイヤフラム（薄膜）の配置として
は、圧力室の天井に限らず、圧力室の側面又は底面に配
置してもよい。

【００７１】また、薄膜に取り付けられた永久磁石に及
ぼす力としては、吸引力に限らず、反発力を及ぼしても
よい。

【００７２】また、薄膜に取り付けられた永久磁石の形
状は、円板形状及び４角形の板形状に限らず、数百［μ
ｍ］から数［ｍｍ］の厚さを持ち、数［ｍｍ］の幅及び
長さの４角形の面積と同一の面積の平面を持つ板形状を
持つものであればよい。

【００７３】また、薄膜の形状は、４角形の板形状に限
らず、数［μｍ］程度の厚さを持ち、数［ｍｍ］から数
十［ｍｍ］の幅及び長さの４角形の面積と同一の面積の
平面を持つ板形状を持つものであればよい。

【００７４】また、薄膜は、たわみ量が０．８ｍｍで、
共振周波数が１７２Ｈｚとなるものに限らず、最大振幅
が数百マイクロメートルから数ミリメートルとなって、
共振周波数が数十Ｈｚから数百Ｈｚとなるものでもよ
い。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧力室が持つ空間の容積を増減させる薄膜と、薄膜を共
振振動させる磁力発生手段とを構成要素としているの
で、所望量以上の流体の流量を発生させることができ、
且つ、装置の小型化及び低コスト化を実現することが可
能となる。

【００７６】また、所望量以上の流体の流量を発生させ
ることができ、且つ、装置の小型化及び低コスト化をし
た流量制御機器の実現が可能であるので、その流量制御
機器を内臓した持ち運びが非常に容易な安価な携帯型の
汚染物質などの測定装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である装置例の中央縦断面図
である。

【図２】同上におけるダイヤフラム及び永久磁石の外観
構成斜視図である。

【図３】同上における磁力発生手段の外観構成模式図で
ある。

【図４】同上における磁力発生手段の電磁力の計算結果
を示すグラフである。

【図５】同上の磁力発生手段の電磁力を測定する電磁力
測定装置の概要平面図である。

【図６】電磁力測定装置による電磁力の測定結果を示す
グラフである。

【図７】同上の吐出量を測定する測定手段の模式図であ
る。

【図８】同上の吐出量の測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１…圧力室 ２…第１逆止弁 ３…第２逆止弁 ４…ダイヤフラム ５…永久磁石 ６…電磁石 ７…共振制御手段 １０…ポンプ部 ２０…ポンプドライバ ３１…枠 ６１…コア ６２…コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 33/16 Ｈ０２Ｋ 33/16 Ａ (72)発明者 柳沢 佳一 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 3H045 AA02 AA09 AA12 AA21 BA19 CA06 CA21 DA07 EA12 EA14 EA20 EA26 EA34 3H077 CC02 CC07 DD05 EE36 FF04 FF07 FF08 FF12 FF32 5D107 AA13 BB20 CC09 CD05 DE02 5H633 BB08 GG02 GG17 HH03 JA04

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の流路上に設けられた圧力室と、 当該圧力室の壁面の構成要素である薄膜と、 当該薄膜を共振振動させる共振制御手段と、を有する、 ことを特徴とする流体の流れを発生させる機器。
2. 【請求項２】流体の流路上に設けられ当該流体を圧縮及
   び膨張させる空間となる圧力室と、 前記流体の逆流を防止する逆止弁と、 当該圧力室の構成要素であって当該圧力室が持つ空間の
   容積を増減させる薄膜と、 前記薄膜を変形させる磁力発生手段と、 当該磁力発生手段の動作を制御して前記薄膜を共振振動
   させる共振制御手段と、を有する、 ことを特徴とする流体の流れを発生させる機器。
3. 【請求項３】前記逆止弁は、 前記圧力室に設けられていて当該圧力室が持つ空間の容
   積が減少しているときに閉じる第１逆止弁と、 前記圧力室に設けられていて当該圧力室が持つ空間の容
   積が増加しているときに閉じる第２逆止弁と、からな
   る、 ことを特徴とする請求項２に記載の流体の流れを発生さ
   せる機器。
4. 【請求項４】前記磁力発生手段は、 前記薄膜に取り付けられた永久磁石と、 当該永久磁石に電磁力を及ぼす電磁石と、を有する、 ことを特徴とする請求項２又は３に記載の流体の流れを
   発生させる機器。
5. 【請求項５】前記薄膜は、 ダイヤフラムからなる、 ことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の流体
   の流れを発生させる機器。
6. 【請求項６】前記薄膜は、 窒化珪素膜からなる、 ことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の流体
   の流れを発生させる機器。
7. 【請求項７】前記薄膜は、 シリコンゴム膜を有する、 ことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の流体
   の流れを発生させる機器。
8. 【請求項８】前記電磁石は、 巻線を中空のドーナツ形状に巻いて形成したコイルと、 当該コイルのドーナツ形状の中空に配置されたコアと、
   を有し、 当該コアの中心軸上に、前記薄膜に取り付けられた前記
   永久磁石の中心が位置するように、当該電磁石及び当該
   永久磁石が配置されてなる、 ことを特徴とする請求項４、５、６又は７に記載の流体
   の流れを発生させる機器。
9. 【請求項９】前記永久磁石は、 前記薄膜の表面の略中心位置に取り付けられており、 当該永久磁石は、数百マイクロメートルから数ミリメー
   トルの厚さと、数ミリメートルの直径と、を持つ円板形
   状をなしている、 ことを特徴とする請求項４、５、６、７又は８に記載の
   流体の流れを発生させる機器。
10. 【請求項１０】前記永久磁石は、 前記薄膜の表面の略中心位置に取り付けられており、 当該永久磁石は、数百マイクロメートルから数ミリメー
    トルの厚さを持ち、数ミリメートルの幅及び長さの４角
    形の面積と同一の面積の平面を持つ板形状をなしてい
    る、 ことを特徴とする請求項４、５、６、７又は８に記載の
    流体の流れを発生させる機器。
11. 【請求項１１】前記薄膜は、 数マイクロメートル程度の厚さを持ち、数ミリメートル
    から数十ミリメートルの幅及び長さの４角形の面積と同
    一の面積の平面を持つ板形状をなしている、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９又は１０に記載の流体の流れを発生させる機器。
12. 【請求項１２】前記薄膜の縁には、 シリコンで形成された枠が取り付けられており、 当該枠は、数百マイクロメートルから数ミリメートルの
    厚さと、数ミリメートルの幅と、を持って当該膜の縁に
    沿って取り付けられている、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０又は１１に記載の流体の流れを発生させる
    機器。
13. 【請求項１３】前記共振制御手段は、 前記電磁石の巻線に印加する振幅一定の電圧の周波数を
    変化させ、当該巻線に流れる電流の値、前記薄膜の振幅
    及び前記流体の流量のいずれかを逐次検出して、前記薄
    膜の共振周波数を検出する共振点検出手段を、有する、 ことを特徴とする請求項４、５、６、７、８、９、１
    ０、１１又は１２に記載の流体の流れを発生させる機
    器。
14. 【請求項１４】前記共振制御手段は、 正弦波、矩形波及び三角波のいずれかの波形の電圧を前
    記電磁石の巻線に印加して、前記薄膜を共振振動させる
    ものである、 ことを特徴とする請求項４、５、６、７、８、９、１
    ０、１１、１２又は１３に記載の流体の流れを発生させ
    る機器。
15. 【請求項１５】前記薄膜は、 数百マイクロメートルから数ミリメートルの最大振幅
    で、且つ、数十ヘルツから数百ヘルツの周波数で、共振
    振動するものである、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３又は１４に記載の流体
    の流れを発生させる機器。