JP6806233B2 - 流体制御装置 - Google Patents
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Description
図1は第1の実施形態に係る流体制御装置101の構成を示すブロック図である。この流体制御装置101は、圧電素子11を有する圧電ポンプ10と、駆動電源電圧Vddが印加されて圧電素子11を駆動する駆動回路20と、電源電圧入力部Pinと駆動回路20との間に設けられた起動回路30と、を備える。
図9は第2の実施形態に係る流体制御装置の起動回路30の具体的な回路構成を示す回路図である。起動回路30は第1回路31と第2回路32を備え、第1回路31はダイオードD1で構成されている。第2回路32はPチャンネルMOS−FETである第2MOS−FETQ2、キャパシタC2および抵抗R2,R1で構成されている。キャパシタC2と抵抗R2とで、CR時定数回路による第2遅延回路322が構成されている。第2MOS−FETQ2はデプレッションタイプのPチャンネルMOS−FETである。
図12(A)は、第3の実施形態に係る流体制御装置の起動回路の機能ブロックであり、図12(B)は起動回路の回路図である。第3の実施形態に係る流体制御装置は、第1の実施形態に係る流体制御装置101に対して、起動回路30を起動回路30Aに置き換えた点で異なる。
起動回路30Aへの電源電圧の印加が開始されると、キャパシタC11への充電が開始される。駆動電源電圧Vddの初期電圧Vddpは、抵抗素子R21、R41と駆動回路20とによる電圧との分圧によって決定される。
FETM1のゲート電圧が上昇し、FETM1のソース電圧に対して、FETM1のゲート電圧が閾値を超えると、FETM1は、導通を開始する。これに伴い、FETM2のゲート電圧は徐々に下降する。すなわち、FETM1の不飽和領域を用いて、FETM2のゲート電圧を徐々に降下させる。
図14(A)は、第4の実施形態に係る流体制御装置の構成を示すブロック図であり、図14(B)は、駆動制御回路の構成を示すブロック図である。第4の実施形態に係る流体制御装置101Bは、第1の実施形態に係る流体制御装置101に対して、起動回路30を省略し、駆動制御回路21を追加した点で異なる。流体制御装置101Bの他の構成は、流体制御装置101と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
図18は、第5の実施形態に係る流体制御装置の駆動制御回路の構成を示すブロック図である。第5の実施形態に係る流体制御装置は、第4の実施形態に係る流体制御装置101Bに対して、駆動制御回路21Cの構成において異なる。第5の実施形態に係る流体制御装置の他の構成は、流体制御装置101Bと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
図20(A)は、第6の実施形態に係る流体制御装置の起動回路の機能ブロックであり、図20(B)は起動回路の回路図である。第6の実施形態に係る流体制御装置は、第3の実施形態に係る流体制御装置の起動回路30Aを起動回路30Dに置き換えた点で異なる。
図22は、本発明の第7の実施形態に係る流体制御装置の概略構成を示す側面断面図である。
図26(A)(B)は、駆動電源電圧の制御を示すフローチャートである。図27(A)(B)は、駆動電源電圧の時間変化を示すグラフである。図27(A)は、図26(A)のフローに対応し、図27(B)は、図26(B)のフローに対応する。
図29(A)(B)は、駆動電源電圧の制御を示すフローチャートである。図30(A)(B)は、駆動電源電圧の時間変化を示すグラフである。図30(A)は、図29(A)のフローに対応し、図30(B)は、図29(B)のフローに対応する。
Ccb:寄生キャパシタ
D1,Dcb,Dce,D11:ダイオード
P1:第1段階
P2:第2段階
P3:第3段階
Pin:電源電圧入力部
Q1:第1MOS−FET
Q10:MOS−FET
Q11:寄生トランジスタ(スイッチ素子)
Q2:第2MOS−FET
M1,M2,M3:FET
R2,R1,R11,R21,R31,R41:抵抗
Rb:寄生抵抗
V1:ピーク電圧
10:圧電ポンプ
11:圧電素子
12:圧力容器
13:開閉弁
20、20A:駆動回路
21,21C:駆動制御回路
30:起動回路
30D:駆動制御回路
31:第1回路
31D:第1回路
311D:遅延回路
312:第1スイッチ回路
32:第2回路
32D:第2スイッチ回路
33D:リセット回路
40:アクチュエータ
41:振動板
42:圧電素子
43:補強板
51:薄天板
52:中心通気孔
53A,53B,53C:スペーサ
54:蓋部
55:吐出孔
61:振動板支持枠
71:電極導通用板
91:基板
92:開口部
101、101F:流体制御装置
105:圧電ポンプ
111:振動板
112:支持体
113:天板
114:外板
115:枠体
116:枠体
117:ポンプ室
118:空隙
120:バルブ室
121:貫通孔
130:弁膜
131:貫通孔
140:内部空間
141:吸引口
142:吐出口
1401:第1空間
1402:第2空間
211:電流検出回路
220:制御IC
221:比較器
222:時定数回路
223:放電回路
231:スイッチ
311:第1スイッチ素子
312:第1遅延回路
321:第2スイッチ素子
322:第2遅延回路
Claims (32)
- 圧電素子を有する圧電ポンプと、
駆動電源電圧が印加され、前記圧電素子を駆動する駆動回路と、
電源電圧の入力部と前記駆動回路との間に設けられる起動回路と、を備え、
前記起動回路は、前記駆動電源電圧を、起動後の第1段階で定常電圧未満の電圧にまで上昇させ、当該第1段階に続く第2段階で維持または下降させ、当該第2段階に続く第3段階で定常電圧にまで上昇させ、
前記起動回路は、前記駆動回路に対して前記駆動電源電圧を印加する、第1経路を構成する第1回路と、第2経路を構成する第2回路とを有し、
前記第1回路は、前記電源電圧の入力部へ前記電源電圧が印加されてから少なくとも前記第1段階の期間内に亘って導通し、且つ前記第3段階の期間内に亘って導通しない回路であり、
前記第2回路は、前記第2段階の経過後に導通する回路であり、
前記第1回路は、前記駆動回路に対して前記駆動電源電圧を印加する第1スイッチ素子と、前記駆動電源電圧が印加されてから前記第2回路が導通するまでの間、逆方向に導通するダイオードと、で構成される、
流体制御装置。 - 前記第2段階から前記第3段階への切り替わり時の前記駆動電源電圧は前記第1段階の開始時の電圧以上である、請求項1に記載の流体制御装置。
- 圧電素子を有する圧電ポンプと、
駆動電源電圧が印加され、前記圧電素子を駆動する駆動回路と、
電源電圧の入力部と前記駆動回路との間に設けられ、前記駆動電源電圧を出力する起動回路と、を備え、
前記起動回路は、
前記駆動電源電圧の制御用の半導体素子を備え、
前記電源電圧に対する前記半導体素子のオフ状態での抵抗素子および前記駆動回路の分圧比を用いて、前記駆動電源電圧を定常電圧未満の電圧まで上昇させる第1昇圧期間と、
前記半導体素子の不飽和領域を用いて、前記駆動電源電圧を定常電圧まで徐々に上昇させる第2昇圧期間と、を用いて、前記駆動電源電圧を出力する、
流体制御装置。 - 前記起動回路は、前記第1昇圧期間と前記第2昇圧期間とを用いた前記駆動電源電圧の出力制御をリセットするリセット回路を、さらに備える、
請求項3に記載の流体制御装置。 - 圧電素子および振動板を有するポンプ室、および、前記ポンプ室に連通し弁膜を有するバルブ室を備え、前記ポンプ室をポンプ室外空間に連通するポンプ室開口と、前記バルブ室をバルブ室外空間に連通するバルブ室開口とを有する圧電ポンプと、
駆動電源電圧が印加され、前記圧電素子を駆動する駆動回路と、
電源電圧の入力部と前記駆動回路との間に接続され、前記駆動電源電圧を前記駆動回路に出力する駆動制御回路と、を備え、
前記圧電ポンプは、
平面視において前記振動板に重なる位置に設けられた天板と、
前記天板を基準にして前記振動板と反対側に配置され、平面視において前記天板と重なる位置に設けられた外板と、を有し、
前記バルブ室は、前記天板と前記外板とによって挟まれており、
前記バルブ室開口は、前記外板に設けられ、
前記天板は、前記ポンプ室と前記バルブ室とを連通する第1貫通孔を有し、
前記弁膜は、平面視において前記第1貫通孔と重ならない位置に第2貫通孔を有し、
前記バルブ室開口は、平面視において前記第2貫通孔と重なる位置に設けられ、
前記駆動制御回路は、
前記ポンプ室外空間と前記バルブ室外空間との差圧に応じて、前記駆動電源電圧または該駆動電源電圧に対応する駆動電流を調整する、
流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記差圧の増加にしたがって、前記駆動電源電圧または前記駆動電流を上昇させる、
請求項5に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧または前記駆動電流を連続的に上昇させる、
請求項6に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧または前記駆動電流を段階的に上昇させる、
請求項6に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧を上昇させる制御を駆動中に1回だけ行う、
請求項6に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、前記差圧の最小値よりも大きな所定の第1差圧における前記駆動電源電圧または前記駆動電流が、前記最小値における前記駆動電源電圧または前記駆動電流よりも高くなるように制御を行う、
請求項7または請求項8に記載の流体制御装置。 - 前記所定の第1差圧は、前記差圧の最小値と前記差圧の最大値との平均値である、
請求項10に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記差圧の増加にしたがって、前記駆動電源電圧または前記駆動電流を低下させる、
請求項5に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧または前記駆動電流を連続的に低下させる、
請求項12に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧または前記駆動電流を段階的に低下させる、
請求項12に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧を低下させる制御を駆動中に1回だけ行う、
請求項12に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、前記差圧の最大値の前記駆動電源電圧または前記駆動電流が前記差圧の最大値よりも小さな所定の第1差圧における前記駆動電源電圧または前記駆動電流よりも低くなるように制御を行う、
請求項14または請求項15に記載の流体制御装置。 - 前記所定の第1差圧は、前記差圧の最小値と前記差圧の最大値の平均値である、
請求項16に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記差圧の増加に応じて前記駆動電源電圧または前記駆動電流を上昇させる制御を行った後に、前記差圧の増加に応じて前記駆動電源電圧または前記駆動電流を低下させる制御を行う、
請求項6乃至請求項17のいずれかに記載の流体制御装置。 - 圧電素子および振動板を有するポンプ室、および、該ポンプ室に連通し弁膜を有するバルブ室を備え、該ポンプ室をポンプ室外空間に連通するポンプ室開口と、該バルブ室をバルブ室外空間に連通するバルブ室開口とを有する圧電ポンプと、
駆動電源電圧が印加され、前記圧電素子を駆動する駆動回路と、
電源電圧の入力部と前記駆動回路との間に設けられ、前記駆動電源電圧を前記駆動回路に出力する駆動制御回路と、を備え、
前記圧電ポンプは、
平面視において前記振動板に重なる位置に設けられた天板と、
前記天板を基準にして前記振動板と反対側に配置され、平面視において前記天板と重なる位置に設けられた外板と、を有し、
前記バルブ室は、前記天板と前記外板とによって挟まれており、
前記バルブ室開口は、前記外板に設けられ、
前記天板は、前記ポンプ室と前記バルブ室とを連通する第1貫通孔を有し、
前記弁膜は、平面視において前記第1貫通孔と重ならない位置に第2貫通孔を有し、
前記バルブ室開口は、平面視において前記第2貫通孔と重なる位置に設けられ、
前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧の供給開始時からの経過時間に応じて、前記駆動電源電圧または該駆動電源電圧に対応する駆動電流を調整する、
流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記供給開始時からの経過時間に応じて、前記駆動電源電圧または前記駆動電流を上昇させる、
請求項19に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧または前記駆動電流を連続的に上昇させる、
請求項20に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧または前記駆動電流を段階的に上昇させる、
請求項20に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧を上昇させる制御を1回だけ行う、
請求項20に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、前記供給開始時と前記駆動電源電圧の供給停止時との間の途中時間における前記駆動電源電圧または前記駆動電流が、供給開始直後における前記駆動電源電圧または前記駆動電流よりも高くなるように制御を行う、
請求項19または請求項20に記載の流体制御装置。 - 前記途中時間は、前記供給開始時と前記供給停止時との時間差を1として、前記時間差を0.5倍した時間を前記供給開始時に加算した時間である、
請求項24に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧の供給停止時の前記駆動電源電圧または前記駆動電流を、それ以前の前記駆動電源電圧または前記駆動電流よりも低下させる、
請求項19に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧または前記駆動電流を連続的に低下させる、
請求項26に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧または前記駆動電流を段階的に低下させる、
請求項26に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記駆動電源電圧を低下させる制御を1回だけ行う、
請求項26に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、供給停止直前の前記駆動電源電圧または前記駆動電流が、前記供給停止時より前の途中時間の前記駆動電源電圧または前記駆動電流よりも低くなるように制御を行う、
請求項26または請求項27に記載の流体制御装置。 - 前記途中時間は、前記供給開始時と前記供給停止時との時間差を1として、前記時間差を0.5倍した時間を前記供給停止時から減算した時間である、
請求項30に記載の流体制御装置。 - 前記駆動制御回路は、
前記圧電素子の駆動開始からの前記経過時間に応じて前記駆動電源電圧または前記駆動電流を上昇させる制御を行った後に、前記経過時間に応じて前記駆動電源電圧または前記駆動電流を低下させる制御を行う、
請求項19乃至請求項31のいずれかに記載の流体制御装置。
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