JP6829676B2 - 小型空気圧動力装置 - Google Patents

Description

本発明は、小型空気圧動力装置に関し、特に、小型で非常に薄く、静かな小型空気圧動力装置に関するものである。

現在医薬、コンピューターテクノロジー、印刷、エネルギー等の工業など分野を問わず製品は精密化及び小型化の方向に発展しており、そのうち、小型ポンプ、噴霧器、インクジェットヘッド、工業印刷装置等の製品に含まれる流体輸送構造は中でも重要な技術であるが、いかに革新的な構造で技術のボトルネックを打破するかが発展させるための重要な内容となっている。

例えば、医藥産業においては空気圧動力を採用して駆動される機器や設備が多いが、通常は従来型のモーターと気圧バルブでその気体輸送の目的が達せられている。しかしながら、これら従来型のモーターと気圧バルブの構造の制限を受けて、これらの機器・設備はその体積を縮小することが難しく、装置全体の体積を縮小することができないため、薄型化という目標を実現することが難しく、これをポータブル型装置上に取付けたり、ポータブル型装置と組合せて使用したりすることができず、不便である。また、これら従来型のモーター及び気体バルブは、作動時に騒音の発生といった問題も引き起こし、使用上の不便及び不快に繋がってしまう。

このため、上述の従来技術の欠点を改善し、従来の流体制御装置を採用して機器や設備の体積を小さくして小型化すると同時に静音性を確保し、便利且つ快適に使用でき、ポータブル性も備えた小型空気圧動力装置をいかに開発するかが現在解決を要する切迫した問題となっている。

本発明の主な目的は、ポータブル或いはウェアラブルな機器や設備に適用する小型空気圧動力装置を提供することであって、小型流体制御装置と小型バルブ装置とを統合することで、従来技術にある空気圧動力を採用して駆動される機器や設備の体積が大きく、薄型化し難く、ポータブル型にするという目的に達成することができないことや騒音が大きなどの問題を解決することにある。

上述の目的を達するため、本発明に係る比較的広義の実施態様が提供する小型空気圧動力装置は、小型流体制御装置と小型バルブ装置とを包括しており、前記小型流体制御装置は、気体導入板、共振片、圧電アクチュエータ及び集気板を包括し、前記気体導入板は、少なくとも一つの気体導入孔、少なくとも一つの集約アレイ、集約チャンバを構成する中心凹部を有し、少なくとも一つの気体導入孔は気体の導入に用いられ、集約アレイは気体導入孔に対応し、且つ気体導入孔の気体をガイドして中心凹部が構成する集約チャンバに集約させ、前記共振片は気体導入板の集約チャンバに対応する中空孔を有し、前記圧電アクチュエータは懸吊板、外枠及び圧電セラミック板を有し、前記懸吊板は、２ｍｍ〜４．５ｍｍの間の長さ、２ｍｍ〜４．５ｍｍの間の幅、０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間の厚さを有し、前記外枠は、懸吊板と外枠との間を連接するように設置された少なくとも一つのフレームを有し、前記圧電セラミック板は、懸吊板の第一表面に貼着し、前記懸吊板の辺の長さより大きくない辺の長さを有し、且つ２ｍｍ〜４．５ｍｍの間の長さ、２ｍｍ〜４．５ｍｍの間の幅、０.０５ｍｍ〜０.３ｍｍの間の厚さを有し、さらに、長さと幅との比が０.４４倍〜２．２５倍の間であり、前記集気板は、第一貫通孔、第二貫通孔、第一圧力リリーフチャンバ、第一出口チャンバ及び基準表面を有し、第一出口チャンバは凸部構造を有し、凸部構造の高さは集気板の基準表面より高く、第一貫通孔は第一圧力リリーフチャンバと連通し合い、第二貫通孔は第一出口チャンバと連通し合っており、そのうち、気体導入板、共振片、圧電アクチュエータ及び集気板が順次対応するように積層し且つ位置決めするように設置し、共振片は圧電アクチュエータとの間に第一チャンバを形成するための間隙を有し、圧電アクチュエータが駆動を受けると、気体が気体導入板の少なくとも一つの気体導入孔から導入され、少なくとも一つの集約アレイを介して中心凹部に集約され、さらに、共振片の中空孔を介して第一チャンバ内に進入し、さらにまた、圧電アクチュエータの少なくとも一つのフレームの間にある空隙から下に向かって伝送されることで、気体が持続的に押圧されており、また、小型バルブ装置が包括するバルブ片と出口板とは、小型流体制御装置の集気板上に順次対応するように積層し且つ位置決めするように設置し、前記バルブ片は弁孔を有し、前記バルブ片は０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間の厚さを有し、前記集気板の凸部構造は、バルブ片の弁孔に対応するように設置され、弁孔に有利に当接されてプレストレス作用を形成し、弁孔を完全に封鎖し、前記出口板は、圧力リリーフ通孔、出口通孔、第二圧力リリーフチャンバ、第二出口チャンバ、少なくとも一つの位置規制構造及び基準表面を有し、前記基準表面は第二圧力リリーフチャンバと第二出口チャンバとを凹設し、前記圧力リリーフ通孔は、第二圧力リリーフチャンバの中心部位に設けられ、前記圧力リリーフ通孔の端部は、凸部構造を有し、前記凸部構造の高さは出口板の基準表面より高く、前記出口通孔は第二出口チャンバと連通し合い、少なくとも一つの位置規制構造は、第二圧力リリーフチャンバ内に設置され、位置規制構造の高さは０.１ｍｍ〜０.５ｍｍの間にあり、第二圧力リリーフチャンバは、第二出口チャンバとの間に連通流路を有しており、そのうち、前記出口板の圧力リリーフ通孔は集気板の第一貫通孔に、前記出口板の第二圧力リリーフチャンバは集気板の第一圧力リリーフチャンバに、前記出口板の第二出口チャンバは集気板の第一出口チャンバにそれぞれ対応し、バルブ片は、集気板と出口板との間に設置して第一圧力リリーフチャンバと第二圧力リリーフチャンバとの連通を阻隔し、且つバルブ片の弁孔は、第二貫通孔と出口通孔との間に対応するように設置され、気体が小型流体制御装置から下に向かって小型バルブ装置内へと伝送されると、集気板の第一貫通孔及び第二貫通孔から第一圧力リリーフチャンバ及び第一出口チャンバ内に進入し、小型バルブ装置のバルブ片が出口板の凸部構造に速やかに当接されてプレストレス作用を有利に形成し、圧力リリーフ通孔を完全に封鎖すると同時に、気体がバルブ片の弁孔から導入されて小型バルブ装置の出口通孔内に流入し、圧力蓄積作業が行われ、圧力を蓄積した気体が導入された気体より大きくなると、圧力を蓄積した気体は、出口通孔から第二出口チャンバへと流動することで、バルブ片が移動され、バルブ片の弁孔が集気板に当接して閉じられ、且つ少なくとも一つの位置規制構造がバルブ片の支持を補助することで、バルブ片が外れないように防止するとともに、圧力を蓄積した気体が第二出口チャンバ内で連通流路に沿って第二圧力リリーフチャンバ内へと流れ、この時、第二圧力リリーフチャンバ内でバルブ片が移動され、圧力を蓄積した気体が圧力リリーフ通孔から流出し、圧力逃がしの作業を行っている。

上述の目的を達するため、本発明に係るもう一つの比較的広義の実施態様が提供する小型空気圧動力装置は、小型流体制御装置と小型バルブ装置を包括しており、前記小型流体制御装置は、気体導入板、共振片、圧電アクチュエータ、集気板を含み、前記集気板は、少なくとも二つの貫通孔と少なくとも二つのチャンバとを有しており、そのうち、集気板、圧電アクチュエータ、共振片及び気体導入板が順次対応するように積層し且つ位置決めするように設置し、共振片は、圧電アクチュエータとの間に有する間隙で第一チャンバを形成し、圧電アクチュエータが駆動を受けると、気体が気体導入板から進入し、共振片を介して第一チャンバ内に進入し、さらに下に向かって伝送されており、また、小型バルブ装置が包括するバルブ片と出口板とは、小型流体制御装置の集気板上に順次対応するように積層し且つ位置決めするように設置し、前記バルブ片は弁孔を有し、前記出口板は少なくとも二つの貫通孔と少なくとも二つのチャンバとを有しており、そのうち、前記小型流体制御装置は、小型バルブ装置との間に集気チャンバを形成し、気体が小型流体制御装置から下に向かって集気チャンバへと伝送されると、さらに小型バルブ装置内へと伝送され、集気板、出口板がそれぞれ有する少なくとも二つの貫通孔及び少なくとも二つのチャンバを介し、気体の単方向の流動によりバルブ片の弁孔が対応するように開閉が行われ、圧力蓄積作業或いは圧力逃がし作業を行っている。

上述の目的を達するため、本発明に係るさらにもう一つの比較的広義の実施態様が提供する小型空気圧動力装置は、小型流体制御装置と小型バルブ装置とを包括しており、前記小型流体制御装置は、順次積層するように設置した気体導入板、共振片、圧電アクチュエータ及び集気板を包括しており、そのうち、共振片は、圧電アクチュエータとの間に有する間隙で第一チャンバを形成し、圧電アクチュエータが駆動を受けると、気体が気体導入板から進入し、共振片を介して第一チャンバ内に進入し、さらに伝送されており、また、前記小型バルブ装置は、順次積層するように設置したバルブ片と出口板とが、小型流体制御装置の集気板上に位置決めされ、バルブ片は弁孔を有しており、そのうち、気体が小型流体制御装置から小型バルブ装置内へ伝送されると、圧力蓄積或いは圧力逃がし作業を行っている。

本発明の好ましい実施例に係る小型空気圧動力装置を示す正面分解模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置を示す正面組立模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置を示す背面分解模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置を示す背面組立模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータを示す正面組立模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータを示す背面組立模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータを示す断面模式図である。 圧電アクチュエータの様々な実施態様を示す模式図である。 圧電アクチュエータの様々な実施態様を示す模式図である。 圧電アクチュエータの様々な実施態様を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の小型流体制御装置の局部動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の小型流体制御装置の局部動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の小型流体制御装置の局部動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の小型流体制御装置の局部動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の小型流体制御装置の局部動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の集気板と小型バルブ装置の圧力蓄積動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の集気板と小型バルブ装置の圧力逃がし動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す模式図である。 図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の降圧または圧力逃がし動作を示す模式図である。

本発明の特徴と利点を体現するいくつかの典型的実施例を以下において詳細に説明する。本発明は異なる態様において各種の変化が可能であり、そのいずれも本発明に係る範囲を逸脱せず、且つ本発明に係る説明及び図面は本質的に説明のために用いられ、本発明を制限するものではないことが理解されるべきである。

本発明に係る小型空気圧動力装置１は、医薬・バイオテクノロジー、エネルギー、コンピューターテクノロジー、または印刷等の工業に応用し、気体を伝送するために用いることができるが、これに限らない。本発明に係る好ましい実施例に係る小型空気圧動力装置を示す正面分解模式図である図１Ａ、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置を示す正面組立模式図である図１Ｂ、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置を示す背面分解模式図である図２Ａ、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置を示す背面組立模式図である図２Ｂ、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す模式図である図７Ａから図７Ｅを参照されたい。図１Ａ、図２Ａにあるように、本発明に係る小型空気圧動力装置１は、小型流体制御装置１Ａと小型バルブ装置１Ｂから構成されて成り、小型流体制御装置１Ａは、ケーシング１ａ、圧電アクチュエータ１３、絶縁片１４１、１４２、導電片１５等の構造を有し、そのうち、前記ケーシング１ａは、集気板１６及びベース１０を包含し、前記ベース１０は、気体導入板１１及び共振片１２を包含するが、これらに限らない。前記圧電アクチュエータ１３は、共振片１２に対応するように設置され、前記気体導入板１１、前記共振片１２、前記圧電アクチュエータ１３、前記絶縁片１４１、前記導電片１５、もう一つの前記絶縁片１４２、前記集気板１６等が順次積層するように設置され、且つ前記圧電アクチュエータ１３は、懸吊板１３０、外枠１３１、少なくとも一つのフレーム１３２及び圧電セラミック板１３３によって組立てられており、前記小型バルブ装置１Ｂは、バルブ片１７と、出口板１８とを包含するが、これに限らない。本実施例において、図１Ａにあるように、前記集気板１６は、単一のプレート構造のみに限らず、周縁に側壁１６８を有する枠体構造としてもよく、且つ前記集気板１６は、４ｍｍ〜１０ｍｍの間の長さ、４ｍｍ〜１０ｍｍの間の幅を有し、前記長さ及び前記幅の比が０.４倍〜２．５倍の間であり、周縁に構成する前記側壁１６８は、その底部のプレートとともに、前記圧電アクチュエータ１３を設置するために用いる収容空間１６ａを定義し、このため、本発明に係る前記小型空気圧動力装置１の組み立てが完了すると、その正面図が図１Ｂ、図７Ａから図７Ｅにあるとおりになり、前記小型流体制御装置１Ａが前記小型バルブ装置１Ｂと対応するように組み立てられることが分かり、つまり、前記小型バルブ装置１Ｂの前記バルブ片１７及び前記出口板１８が順次設置されて前記小型流体制御装置１Ａの前記集気板１６上に位置決めされている。その組み立てが完了した背面図から分かるように、前記出口板１８上の圧力リリーフ通孔１８１及び出口１９は、前記出口１９が装置(図示されていない）と連接するために用いられ、前記圧力リリーフ通孔１８１が前記小型バルブ装置１Ｂ内の気体を排出し、圧力逃がしの効果を達するために用いられる。この前記小型流体制御装置１Ａと前記小型バルブ装置１Ｂの組み立て設置により、気体が前記小型流体制御装置１Ａの前記気体導入板１１上の少なくとも一つの気体導入孔１１０から導入され、圧電アクチュエータ１３の作動を通じて、複数の圧力チャンバ（図示されていない）を経由して継続的に伝送され、気体を前記小型バルブ装置１Ｂ内で単方向に流動させて、圧力を前記小型バルブ装置１Ｂの出口側に連接された装置（図示されていない）中に蓄積させることができ、且つ圧力リリーフを行う必要があるときは、前記小型流体制御装置１Ａの出力量を制御して、気体を前記小型バルブ装置１Ｂの前記出口板１８上の前記圧力リリーフ通孔１８１から排出させ、圧力逃がしを行っている。

図１Ａ及び図２Ａを参照されたい。図１Ａにあるように、前記小型流体制御装置１Ａの前記気体導入板１１は、第一表面１１ｂ、第二表面１１ａ及び少なくとも一つの気体導入孔１１０を有し、本実施例において、前記気体導入孔１１０の数量は４個であるが、これに限らず、前記気体導入板１１の前記第一表面１１ｂ及び前記第二表面１１ａを貫通し、主に、気体を装置外から大気圧の作用に順応して前記少なくとも一つの気体導入孔１１０から前記小型流体制御装置１Ａ内に流入させるために用いている。また、図２Ａにあるように、前記気体導入板１１の前記第一表面１１ｂから分かるとおり、その上には、前記気体導入板１１の前記第二表面１１ａにある前記少なくとも一つの気体導入孔１１０に対応するように設置するために用いる少なくとも一つの集約アレイ１１２を有している。本実施例において、前記集約アレイ１１２の数量は、前期気体導入孔１１０に対応し、その数量は四つであるが、これに限らず、そのうち、これら集約アレイ１１２は、中心で交わる箇所に中心凹部１１１を有し、前記中心凹部１１１は、前記集約アレイ１１２と連通し合い、これにより、前記気体導入孔１１０から前記集約アレイ１１２に入り込む気体を前記中心凹部１１１にガイドし且つ集約して伝送することができる。本実施例において、前記気体導入板１１は、一体成型された前記気体導入孔１１０、前記集約アレイ１１２及び前記中心凹部１１１を有し、前記中心凹部１１１箇所に対応するように、気体を一時的に保存するための、気体を集約する集約チャンバを構成している。一部の実施例において、前記気体導入板１１の材質は、ステンレス材質によって構成することができるがこれに限らず、且つその厚さは、０.３ｍｍ〜０.５ｍｍの間であり、好ましくは０.４ｍｍであるが、これに限らない。その他の一部の実施例において、前記中心凹部１１１箇所に構成する集約チャンバの深さは、これら集約アレイ１１２の深さと同じであるとともに、前記集約チャンバ及び前記集約アレイ１１２の好ましい深さは、０．１５ｍｍ〜０．２５ｍｍの間であるが、これに限らない。前記共振片１２は、可撓性材質によって構成することができるが、これに限らず、且つ前記共振片１２は、その上に、前記気体導入板１１の第一表面１１ｂにある前記中心凹部１１１に対応するように設置する中空孔１２０を有することで、気体を流通させることができる。その他の一部の実施例において、前記共振片１２は、銅材質によって構成することができるが、これに限らず、且つその厚さは、０.０２ｍｍ〜０.０７ｍｍの間であり、好ましくは０.０４ｍｍであるが、これに限らない。

図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータを示す正面模式図である図３Ａと、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータを示す背面模式図である図３Ｂと、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータを示す断面模式図である図３Ｃとを同時に参照すると、前記圧電アクチュエータ１３は、懸吊板１３０、外枠１３１、少なくとも一つのフレーム１３２及び圧電セラミック板１３３によって組立てられており、そのうち、前記圧電セラミック板１３３は、前記懸吊板１３０の前記第一表面１３０ｂに貼着し、印加電圧を用いて前記懸吊板１３０の湾曲振動を駆動し、前記懸吊板１３０は、中心部１３０ｄ及び外周部１３０ｅを有し、前記圧電セラミック板１３３が電圧を受けて駆動すると、前記懸吊板１３０は、前記中心部１３０ｄから前記外周部１３０ｅまで湾曲振動することができ、また、前記少なくとも一つのフレーム１３２は、前記懸吊板１３０及び前記外枠１３１の間に接続しており、本実施例において、前記フレーム１３２は、前記懸吊板１３０及び前記外枠１３１の間に接続するように設置し、その両端が前記外枠１３１と前記懸吊板１３０とにそれぞれ接続することで、弾性的な支持を提供し、また、前記フレーム１３２、前記懸吊板１３０及び前記外枠１３１の間に気体の流通のために用いる少なくとも一つの空隙１３５をさらに有し、且つ前記懸吊板１３０、前記外枠１３１及び前記フレーム１３２の形態と数量とは様々な変化が可能である。また、前記外枠１３１は、前記懸吊板１３０の外側に前記外枠１３１を囲繞するように設置し、且つ給電の接続のために用い、外側に向かって凸設する導電ピン１３４を有しているが、これに限らない。本実施例において、前記懸吊板１３０は、階段面を有する構造であって、即ち、前記懸吊板１３０の前記第二表面１３０ａは、凸部１３０ｃをさらに有し、前記凸部１３０ｃは、円形の凸起構造とすることができるがこれに限らず、且つ前記凸部１３０ｃの高さは、０.０２ｍｍ〜０.０８ｍｍの間であり、好ましくは０.０３ｍｍで、その直径は、前記懸吊板１３０の最小辺の長さの０.５５倍の寸法である。図３Ａと図３Ｃを同時に参照すると分かるように、前記懸吊板１３０の前記凸部１３０ｃ表面は外枠１３１の第二表面１３１ａと同一平面にあり、且つ前記懸吊板１３０の第二表面１３０ａ及び前記フレーム１３２の前記第二表面１３２ａも同一表面にあり、前記懸吊板１３０の前記凸部１３０ｃ及び前記外枠１３１の前記第二表面１３１ａと、前記懸吊板１３０の前記第二表面１３０ａ及び前記フレーム１３２の第二表面１３２ａとの間は、特定の深さを有している。前記懸吊板１３０の前記第一表面１３０ｂは、図３Ｂと図３Ｃにあるように、前記外枠１３１の前記第一表面１３１ｂ及び前記フレーム１３２の前記第一表面１３２ｂと平坦な同一平面の構造にあり、前記圧電セラミック板１３３は、この平坦な前記懸吊板１３０の前記第一表面１３０ｂに貼着している。その他の一部の実施例において、前記懸吊板１３０の形態は、両面が平坦な板状の正方形構造としてもよいが、これに限らず、実際の実施状況に応じて任意に変化させることができる。一部の実施例において、前記懸吊板１３０、前記フレーム１３２及び前記外枠１３１は、一体成型の構造で、且つ金属プレートによって構成することができ、例えば、ステンレス材質によって構成することができるが、これに限らない。一部の実施例において、前記懸吊板１３０の厚さは、０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間であり、好ましくは０.２ｍｍである。また、前記懸吊板１３０の長さは、２ｍｍ〜４．５ｍｍの間であり、好ましくは２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの間で、幅は２ｍｍ〜４．５ｍｍの間であり、好ましくは２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの間であるが、これに限らない。前記外枠１３１の厚さは、０.１ｍｍ〜０.４ｍｍの間であり、好ましくは０.３ｍｍであるが、これに限らない。

また、その他の一部の実施例において、前記圧電セラミック板１３３の厚さは、０.０５ｍｍ〜０.３ｍｍの間であり、好ましくは０.１０ｍｍで、前記圧電セラミック板１３３は、前記懸吊板１３０辺の長さより大きくない辺の長さを有し、長さは２ｍｍ〜４．５ｍｍの間であり、好ましくは２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの間で、幅は２ｍｍ〜４．５ｍｍの間であり、好ましくは２．５ｍｍ〜３．５ｍｍの間で、また長さと幅の比は好ましくは０.４４倍〜２．２５倍の間であるが、これに限らない。さらにその他の一部の実施例において、前記圧電セラミック板１３３の辺の長さは、前記懸吊板１３０の辺の長さより小さくすることができ、且つ同様に、前記懸吊板１３０に対応する正方形の板状構造に設計することができるが、これに限らない。

本発明に係る前記小型空気圧動力装置１における関連の実施例において、前記圧電アクチュエータ１３が正方形の前記懸吊板１３０を採用する理由としては、円形の懸吊板（図４Ａの(ｊ)〜(ｌ)の態様の円形懸吊板ｊ０）の設計と比較して、前記正方形の懸吊板１３０の構造のほうが明らかに省電力の利点を有するため、共振周波数下で作用する容量性負荷は、その消費電力が周波数の上昇に伴って増加し、また辺の長さの寸法が正方形の設計の前記懸吊板１３０は共振周波数が円形の懸吊板ｊ０より明らかに低いため、これに相対する消費電力も明らかに低く、つまり、本発明で正方形の設計を採用した前記圧電アクチュエータ１３は、省電力であるという利点を備え、特にウェアラブルデバイスでの応用において、省電力であることは非常に重要な設計ポイントとなっている。

圧電アクチュエータの様々な実施態様を示す模式図である図４Ａ、４Ｂ、４Ｃを参照すると、図示されていることから分かるとおり、前記圧電アクチュエータ１３にある前記懸吊板１３０、前記外枠１３１及び前記フレーム１３２は、様々な形態とすることができ、且つ少なくとも図４Ａに示す(ａ)〜(ｌ)などの様々な態様を有することができ、例示すると、(ａ)の態様の外枠ａ１及び懸吊板ａ０は方形の構造であり、且つ両者間が複数のフレームａ２、例えば八つのフレームａ２によって連結されるが、これに限らず、また、フレームａ２及び懸吊板ａ０、外枠ａ１の間に気体を流通させるための空隙ａ３を有している。別の(ｉ)の態様において、外枠ｉ１と懸吊板ｉ０も同様に方形の構造であるが、二つのフレームｉ２のみによって連結されている。また、更なる関連技術を備えており、図４Ｂ及び図４Ｃのように、圧電アクチュエータ１３の懸吊板は、図４Ｂの(ｍ)〜(ｒ)や図４Ｃの(ｓ)〜(ｘ)などの様々な態様を有することもできるが、これらの態様において、懸吊板１３０と外枠１３１とはいずれも正方形の構造である。例示すると、(ｍ)態様の外枠ｍ１及び懸吊板ｍ０はいずれも正方形の構造であり、且つ両者の間が複数のフレームｍ２、例えば四つのフレームｍ２によって連結されるが、これに限らず、また、フレームｍ２及び懸吊板ｍ０、外枠ｍ１の間に気体を流通させるための空隙ｍ３を有している。この実施例において、外枠ｍ１及び懸吊板ｍ０の間に連結されたフレームｍ２は板連接部ｍ２とすることができるが、これに限らず、且つ板連接部ｍ２は、二つの端部ｍ２’、ｍ２”を有し、一方の端部ｍ２’が外枠ｍ１に連接され、もう一方の端部ｍ２”が懸吊板ｍ０に連接され、この二つの端部ｍ２’、ｍ２”が対応し合い、同一軸線上に設置されている。(ｎ)の態様においては、同様に外枠ｎ１、懸吊板ｎ０、及び外枠ｎ１と懸吊板ｎ０の間に連接されたフレームｎ２、流体を流通させるための空隙ｎ３を有し、フレームｎ２が板連接部ｎ２であるが、これに限らず、板連接部ｎ２が同様に二つの端部ｎ２’とｎ２”を有し、一方の端部ｎ２’が外枠ｎ１に連接され、もう一方の端部ｎ２”が懸吊板ｎ０に連接されるが、本実施態様において、前記板連接部ｎ２は０〜４５度の傾斜角で外枠ｎ１及び懸吊板ｎ０に連接されており、つまり、前記二つの端部ｎ２’及びｎ２”は同一の水平軸線上に設置されず、互い違いの設置関係になっている。(ｏ)の態様において、外枠ｏ１、懸吊板ｏ０、及び外枠ｏ１と懸吊板ｏ０の間に連接されたフレームｏ２、気体を流通させるための空隙ｏ３等の構造はいずれも前述の実施例と同じであるが、そのうちフレームである板連接部ｏ２の設計形態が(ｍ)の態様と若干異なり、この態様において、前記板連接部ｏ２の前記二つの端部ｏ２’及びｏ２”は対応し合い、且つ同一軸線上に設置されている。

また、(ｐ)の態様は、同様に外枠ｐ１、懸吊板ｐ０、及び外枠ｐ１と懸吊板ｐ０の間に連接されたフレームｐ２、流体を流通させるための空隙ｐ３等の構造を有しており、この実施態様において、フレームとする板連接部ｐ２は、懸吊板連接部ｐ２０、梁部ｐ２１、外枠連接部ｐ２２等の構造をさらに有しており、そのうち、梁部ｐ２１は、懸吊板ｐ０と外枠ｐ１との間の間隙ｐ３に設置され、且つその設置方向は、外枠ｐ１及び懸吊板ｐ０に平行であり、また、懸吊板連接部ｐ２０が梁部ｐ２１と懸吊板ｐ０との間に連接され、外枠連接部ｐ２２が梁部ｐ２１と外枠ｐ１との間に連接され、且つ前記懸吊板連接部ｐ２０と外枠連接部ｐ２２とも対応し合い、同一軸線上に設置されている。

(ｑ)の態様において、外枠ｑ１、懸吊板ｑ０及び外枠ｑ１と懸吊板ｑ０の間に連接されたフレームｑ２、流体を流通させるための空隙ｑ３等の構造がいずれも前述の(ｍ)、(ｏ) の態様と同じであるが、そのうち、フレームとする板連接部ｑ２の設計形態が(ｍ)、(ｏ) の態様と若干異なり、この態様において、前記懸吊板ｑ０は、正方形の形態で、且つその各辺がいずれも外枠ｑ１に連接された二つの板連接部ｑ２を有し、そのうち、各板連接部ｑ２の二つの端部ｑ２’とｑ２”とが同様に対応し合い、且つ同一軸線上に設置されている。また、(ｒ)の態様においても、外枠ｒ１、懸吊板ｒ０、フレームｒ２及び空隙ｒ３等の構造を有しており、フレームｒ２も板連接部ｒ２とすることができるが、これに限らず、この実施例において、板連接部ｒ２は、Ｖ字形の構造であって、つまり、前記板連接部ｒ２も０〜４５度の傾斜角で外枠ｒ１及び懸吊板ｒ０に連接されるため、各板連接部ｒ２は、いずれも懸吊板ｒ０に連接された端部ｒ２”、外枠ｒ１に連接された二つの端部ｒ２ ’を有し、即ち、前記二つの端部ｒ２’と端部ｒ２”が同一の水平軸線上に設置されていない。

続いて図４Ｃにあるように、(ｓ)〜(ｘ)の態様の外観形態は図４Ｂに示す(ｍ)〜(ｒ)の形態にほぼ対応しているが、これら(ｓ)〜(ｘ)の態様においては、各圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０は、その上に凸部１３０ｃ（図中のｓ４、ｔ４、ｕ４、ｖ４、ｗ４、ｘ４等の構造）がいずれも設けられており、(ｍ)〜(ｒ)の態様又は(ｓ)〜(ｘ)等の態様のいずれも、前記懸吊板１３０が正方形の形態に設計され、前述の低消費電力の効果を達している。また、これらの実施態様から分かるように、懸吊板１３０が両面平坦な平板構造であったり、一表面が凸部を備えた階段状構造であったとしても、本発明の保護範囲内にあり、且つ懸吊板１３０及び外枠１３１の間に連接されたフレーム１３２の形態と数量は実際の実施状況に応じて任意に変化させることができ、本発明で示す態様に限らない。また、上述したように、これら懸吊板１３０、外枠１３１及びフレーム１３２は、一体成型の構造としてもよいが、これに限らず、その製造方法は、従来の加工、フォトリソグラフィエッチング、レーザー加工、電気鋳造加工或いは放電加工等の方法で製造することができるが、これらに限らない。

また、図１Ａと図２Ａにあるように、小型流体制御装置１Ａにおいてさらに有する絶縁片１４１、導電片１５及びもう一つの絶縁片１４２は、圧電アクチュエータ１３の下に順次対応するように設置され、且つその形態は、圧電アクチュエータ１３の外枠の形態にほぼ対応している形態である。一部の実施例において、絶縁片１４１、１４２は、これに限らないが、例えばプラスチックといった絶縁が可能な材質によって構成することで、絶縁を行っており、その他の一部の実施例において、導電片１５は、これに限らないが、例えば金属といった導電可能な材質によって構成することで、電気の導通を行っている。また、本実施例において、前記導電片１５は、その上に導電ピン１５１を設置することで、電気の導通を行ってもよい。

図１Ａと、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の小型流体制御装置の局部動作を示す模式図である図５Ａから図５Ｅを同時に参照されたい。図５Ａにあるように、小型流体制御装置１Ａは、気体導入板１１、共振片１２、圧電アクチュエータ１３、絶縁片１４１、導電片１５及びもう一つの絶縁片１４２等が積層してなり、本実施例において、共振片１２と圧電アクチュエータ１３の外枠１３１周縁との間の間隙ｇ０内にこれに限らないが、例えば導電ペーストといった材料を充填することで、共振片１２と圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０の凸部１３０ｃとの間にある前記間隙ｇ０の深さが維持され、さらに、気流をより迅速に流動するようにガイドすることができ、且つ懸吊板１３０の凸部１３０ｃと共振片１２とが適切な距離を保持するため、互いの接触干渉が減少し、騒音の発生を低減することができる。

図５Ａから図５Ｅを参照すると、図示されているとおり、気体導入板１１、共振片１２、圧電アクチュエータ１３が順次積層するように組立てられると、共振片１２の中空孔１２０箇所は、その上の気体導入板１１とともに気体を集約するチャンバを形成し、且つ共振片１２と圧電アクチュエータ１３との間に、気体を一時的に保存するために用いる第一チャンバ１２１をさらに形成し、第一チャンバ１２１は、共振片１２の中空孔１２０を介して気体導入板１１の第一表面１１ｂの中心凹部１１１箇所のチャンバと連通し合い、且つ第一チャンバ１２１の両側は、圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間の空隙１３５により、その下に設置された小型バルブ装置１Ｂと連通し合っている。

小型空気圧動力装置１の小型流体制御装置１Ａが作動すると、主に圧電アクチュエータ１３が電圧を受けて作動し、フレーム１３２を支点として垂直方向の往復振動をおこなっている。図５Ｂにあるように、圧電アクチュエータ１３が電圧を受けて作動し、下に向かって振動すると、共振片１２が軽くて薄い片状構造であるため、圧電アクチュエータ１３の振動時、共振片１２もそれに伴って共振し、垂直の往復振動を行い、即ち、前記気体導入板１１の中心凹部１１１に対応する共振片１２の部分も湾曲振動して変形し、つまり前記気体導入板１１の中心凹部１１１に対応する前記共振片１２の部分が共振片１２の可動部１２ａであり、圧電アクチュエータ１３が下に向かって湾曲振動すると、共振片１２の可動部１２ａは、流体の導入及び押圧と圧電アクチュエータ１３の振動による連動とにより、圧電アクチュエータ１３が下に向かって湾曲振動するとともに変形し、気体が気体導入板１１上の少なくとも一つの気体導入孔１１０から進入し、その第一表面１１ｂの少なくとも一つの気体ガイド溝１１２を介して中央の中心凹部１１１箇所に集約し、中心凹部１１１に対応するように設置された共振片１２上にある中空孔１２０を介し、下に向かって第一チャンバ１２１内へと流入した後、図５Ｃにあるように、圧電アクチュエータ１３の振動による連動を受け、共振片１２もこれに伴って共振し、垂直の往復振動を行っており、この時、共振片１２の可動部１２ａもこれに伴い下に向かって振動し、圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０の凸部１３０ｃ上に貼着するように当接することで、懸吊板１３０の凸部１３０ｃ以外の区域が共振片１２両側の固定部１２ｂの間にある集約チャンバとの間隔が小さくならず、且つこの共振片１２の変形により、第一チャンバ１２１の体積が圧縮され、第一チャンバ１２１内の流通空間が閉鎖することで、その内部の気体を両側に向かって流動するように押圧することを促し、圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間の空隙１３５を介して下に向かって流動されている。図５Ｄにあるように、共振片１２の可動部１２ａは、湾曲振動して変形すると、初期位置に戻り、その後圧電アクチュエータ１３が電圧を受けて駆動することで、上に向かって振動し、同じように、第一チャンバ１２１の体積を圧迫し、またこの時、圧電アクチュエータ１３が上に向かって持ち上げられ、この持ち上げの移動をｄとすることができ、これにより、第一チャンバ１２１内の気体は、両側に向かって流動し、気体を連動して継続的に気体導入板１１上の少なくとも一つの気体導入孔１１０から進入させ、中心凹部１１１に形成されたチャンバ内に流入させており、さらに、図５Ｅにあるように、前記共振片１２は、上に向かって持ち上げられる圧電アクチュエータ１３の振動を受けて上に向かって共振し、共振片１２の可動部１２ａもまた上の位置に向かい、中心凹部１１１内の気体を共振片１２の中空孔１２０から第一チャンバ１２１内に流入させ、圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間の空隙１３５を介して下の小型流体制御装置１Ａへと流出している。この実施態様から分かるとおり、共振片１２が垂直の往復振動を行うと、圧電アクチュエータ１３との間にある間隙ｇ０がその垂直移動の最大距離に増加することができ、つまり、これら二つの構造の間に設けられた間隙ｇ０は、共振片１２を共振時にさらに大幅な上下移動を生じさせることができ、そのうち、前記圧電アクチュエータの振動移動をｄとし、前記間隙ｇ０との差をｘとすると、即ちｘ＝ｇ０−ｄであり、試験によるとｘ≦０μｍのとき、騒音がある状態となり、ｘ＝１〜５μｍのとき、小型空気圧動力装置１の最大出力空気圧が３５０ｍｍＨｇに達し、ｘ＝５〜１０μｍのとき、小型空気圧動力装置１の最大出力空気圧が２５０ｍｍＨｇに達し、ｘ＝１０〜１５μｍのとき、小型空気圧動力装置１の最大出力空気圧が１５０ｍｍＨｇに達しており、これら数値の対応関係は、以下の表１に示すとおりである。上述の数値は、操作電圧が±１０Ｖ〜±２０Ｖの間である。このように、この小型流体制御装置１Ａを経る流路設計中において圧力勾配が発生し、気体を高速で流動させ、流路の出入方向の抵抗差異により、気体を吸入側から排出側へと伝送し、且つ排出側に気圧がある状態下でも、気体を持続的に押し出す能力があるとともに、静音の効果に達することができる。

また、一部の実施例において、共振片１２の垂直往復振動周波数は圧電アクチュエータ１３の振動周波数と同じとすることができ、即ち、両者は同時に上にまたは同時に下に向かわせることができ、実際の実施の状況に基づいて任意に変化させることが可能であり、本実施例に示す作動方式に限らない。

図１Ａ、図２Ａ、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の集気板と小型バルブ装置の圧力蓄積動作を示す模式図である図６Ａ及び図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の集気板と小型バルブ装置の圧力逃がし動作を示す模式図である図６Ｂを参照されたい。図１Ａと図６Ａにあるように、本発明に係る小型空気圧動力装置１の小型バルブ装置１Ｂは、バルブ片１７及び出口板１８を順次積層してなり、小型流体制御装置１Ａの集気板１６と組み合わせて運用されている。

本実施例において、集気板１６は、表面１６０及び基準表面１６１を有し、前記表面１６０は、その上で凹設することで、前記圧電アクチュエータ１３をその中に設置するための集気チャンバ１６２を形成し、小型流体制御装置１Ａによって下に向かって伝送される気体は、前記集気チャンバ１６２に一時的に蓄積されており、且つ集気板１６は、第一貫通孔１６３及び第二貫通孔１６４を包含する複数の貫通孔を有し、第一貫通孔１６３の一端及び第二貫通孔１６４の一端は、集気チャンバ１６２と連通し合い、もう一端は、集気板１６の基準表面１６１上にある第一圧力リリーフチャンバ１６５及び第一出口チャンバ１６６とそれぞれ連通し合っている。また、第一出口チャンバ１６６箇所に凸部構造１６７がさらに増設され、例えば円柱構造とすることができるが、これに限らず、前記凸部構造１６７の高さは前記集気板１６の基準表面１６１より高く、且つ凸部構造１６７の高さが０.１ｍｍ〜０.５５ｍｍの間であり、好ましくは０.２ｍｍである。

出口板１８は圧力リリーフ通孔１８１、出口通孔１８２、基準表面１８０、第二表面１８７を含み、そのうち、前記圧力リリーフ通孔１８１、出口通孔１８２は出口板１８の基準表面１８０と第二表面１８７を貫通しており、前記基準表面１８０上に第二圧力リリーフチャンバ１８３及び第二出口チャンバ１８４を凹設し、前記圧力リリーフ通孔１８１を第二圧力リリーフチャンバ１８３の中心部分に設け、且つ第二圧力リリーフチャンバ１８３と第二出口チャンバ１８４との間に、気体の流通に用いる連通流路１８５をさらに有し、出口通孔１８２の一端は、第二出口チャンバ１８４と連通し合い、もう一端は、出口１９と連通し合い、本実施例において、出口１９は、例えば圧力機といった装置（図示されていない）と接続することができるが、これに限らない。

バルブ片１７は、その上に弁孔１７０と複数の位置決め孔１７１とを有し、前記バルブ片１７の厚さは、０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間であり、好ましくは０.２ｍｍである。

バルブ片１７が集気板１６及び出口板１８の間に位置決めするように組み立てると、前記出口板１８の圧力リリーフ通孔１８１が前記集気板１６の前記第一貫通孔１６３、前記第二圧力リリーフチャンバ１８３が前記集気板１６の第一圧力リリーフチャンバ１６５、前記第二出口チャンバ１８４が前記集気板１６の第一出口チャンバ１６６にそれぞれ対応し、前記バルブ片１７は、前記集気板１６及び前記出口板１８の間に設置され、第一圧力リリーフチャンバ１６５と第二圧力リリーフチャンバ１８３との連通を阻隔し、且つ前記バルブ片１７の弁孔１７０は、前記第二貫通孔１６４及び前記出口通孔１８２の間に設置され、弁孔１７０が集気板１６に位置する第一出口チャンバ１６６の凸部構造１６７に対応して設置され、この単一の弁孔１７０の設計により気体をその圧力差に応じて単方向に流動させるという目的を達することができる。

また、前記出口板１８の圧力リリーフ通孔１８１の一端は、凸出して形成された凸部構造１８１ａをさらに増設することができ、これに限らないが例えば円柱構造とすることができ、前記凸部構造１８１ａの高さは、０.１ｍｍ〜０.５５ｍｍの間であり、好ましくは０.２ｍｍであって、この凸部構造１８１ａは、改良によってその高さが追加されており、前記凸部構造１８１ａの高さは、前記出口板１８の基準表面１８０より高くすることで、バルブ片１７がより迅速に当接して圧力リリーフ通孔１８１を封鎖し、プレストレスの当接作用による完全な密閉効果を達するように強化している。また、出口板１８は、少なくとも一つの位置規制構造１８８をさらに有し、前記位置規制構造１８８の高さは、０.２ｍｍであり、本実施例を例とすると、位置規制構造１８８は、第二圧力リリーフチャンバ１８３内に設置され、且つ環状ブロック体の構造であるが、これに限らず、主に、小型バルブ装置１Ｂが圧力蓄積作業を行う際、バルブ片１７を補助的に支持するために用いることで、バルブ片１７が外れないように防止するとともに、バルブ片１７をより迅速に開閉させることができる。

小型バルブ装置１Ｂが圧力の蓄積を作動した場合、主に図６Ａにあるように、下に向かって伝送される小型流体制御装置１Ａからの気体が提供する圧力に対応するか、或いは外部の大気圧が出口１９に連接された装置（図示されていない）の内部圧力より大きいと、気体は、小型流体制御装置１Ａの集気板１６にある集気チャンバ１６２から第一貫通孔１６３と第二貫通孔１６４とをそれぞれ介して下に向かって第一圧力リリーフチャンバ１６５及び第一出口チャンバ１６６内に流入し、この時、下に向かう気体圧力は、可撓性のバルブ片１７を下に湾曲変形させて第一圧力リリーフチャンバ１６５の体積を増大させると同時に、第一貫通孔１６３に対応する箇所において下に向かって平坦に貼着し、圧力リリーフ通孔１８１の端部に当接させ、出口板１８の圧力リリーフ通孔１８１を封鎖することができるため、第二圧力リリーフチャンバ１８３内にある気体は、圧力リリーフ通孔１８１箇所から流出してしまうことがない。本実施例は、圧力リリーフ通孔１８１端部に凸部構造１８１ａを増設する設計を利用することで、バルブ片１７が迅速に圧力リリーフ通孔１８１に当接されてこれを封鎖し、プレストレスの当接作用による完全な密封効果を達するように強化し、同時に、圧力リリーフ通孔１８１周辺に周設された位置規制構造１８８を介することで、凹みが発生しないようにバルブ片１７を補助的に支持している。一方では、気体が第二貫通孔１６４から下に向かって第一出口チャンバ１６６内に流入し、且つ第一出口チャンバ１６６箇所に対応するバルブ片１７も下に向かって湾曲変形するため、これに対応する弁孔１７０は下に向かって開かれ、気体が第一出口チャンバ１６６から弁孔１７０を経由して第二出口チャンバ１８４内へ流入し、出口通孔１８２から出口１９及び出口１９に連接された装置（図示されていない）内に流入することで、前記装置に対して圧力蓄積の動作を行うことができる。

小型バルブ装置１Ｂが圧力逃がしを行った場合、図６Ｂにあるように、小型流体制御装置１Ａの気体伝送量を調整することで、気体を集気チャンバ１６２内に入らないようにするか、出口１９に連接された装置（図示されていない）の内部圧力が外部の大気圧より大きいと、小型バルブ装置１Ｂに圧力を解放させることができる。この時、気体は、出口１９と連接する出口通孔１８２から第二出口チャンバ１８４内に入力し、第二出口チャンバ１８４の体積を膨張させ、可撓性のバルブ片１７を上に湾曲するように変形させ、上に向かって集気板１６上に平坦に貼着、当接させるため、バルブ片１７の弁孔１７０は、集気板１６に当接して閉じられる。本実施例においては、第一出口チャンバ１６６に凸部構造１６７を増設した設計を利用することができることから、可撓性のバルブ片１７が上に向かって湾曲変形し、より迅速に当接することで、弁孔１７０がより有利にプレストレスの当接作用を達成し、完全に貼付した密閉状態とすることができるため、初期状態にある場合、バルブ片１７の弁孔１７０は、前記凸部構造１６７に緊密に当接して閉じられ、前記第二出口チャンバ１８４内の気体は、第一出口チャンバ１６６内に逆流しないことから、より良い気体漏洩の防止という効果を達している。また、第二出口チャンバ１８４内の気体は、連通流路１８５を介して第二圧力リリーフチャンバ１８３内へ流れ、第二圧力リリーフチャンバ１８３の体積を拡張し、第二圧力リリーフチャンバ１８３に対応するバルブ片１７を同様に上に向かって湾曲変形させることができ、この時、バルブ片１７は当接しておらず、圧力リリーフ通孔１８１端部を封鎖していないため、前記圧力リリーフ通孔１８１は開いた状態、即ち、第二圧力リリーフチャンバ１８３内の気体は圧力リリーフ通孔１８１から外部に流出し、圧力逃がし作業を行っている。本実施例は、圧力リリーフ通孔１８１端部に増設した凸部構造１８１ａ、或いは第二圧力リリーフチャンバ１８３内に設置した位置規制構造１８８を利用して、可撓性のバルブ片１７を上に向かってより迅速に湾曲変形させ、より有利に圧力リリーフ通孔１８１が閉じた状態を離脱させることができる。このように、この単方向の圧力逃がし作業によって出口１９に連接された装置（図示されていない）内の気体を、排出して圧力を低下させたり、完全に排出して圧力逃がし作業を完了したりすることができる。

図１Ａ、図２Ａと、図１Ａに図示された小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す模式図である図７Ａから図７Ｅとを同時に参照されたい。図７Ａにあるように、小型空気圧動力装置１は、小型流体制御装置１Ａと小型バルブ装置１Ｂとの組み合わせによってなり、そのうち、小型流体制御装置１Ａは 上述のように、気体導入板１１、共振片１２、圧電アクチュエータ１３、絶縁片１４１、導電片１５、もう一つの絶縁片１４２、集気板１６等の構造が順次積層して組み立てられ、位置決めしてなり、共振片１２と圧電アクチュエータ１３との間は、間隙ｇ０を有し、且つ共振片１２と圧電アクチュエータ１３との間に第一チャンバ１２１を有しており、小型バルブ装置１Ｂは、同様に、バルブ片１７及び出口板１８等が順次積層して組み立てられ、前記小型流体制御装置１Ａの集気板１６上に位置決めしてなり、小型流体制御装置１Ａの集気板１６と圧電アクチュエータ１３とは、その間に集気チャンバ１６２を有し、集気板１６の基準表面１６１では第一圧力リリーフチャンバ１６５と第一出口チャンバ１６６とがさらに凹設され、出口板１８の基準表面１８０では第二圧力リリーフチャンバ１８３と第二出口チャンバ１８４とがさらに凹設されており、本実施例において、前記小型空気圧動力装置による操作電圧が±１０Ｖ〜±１６Ｖであることと、これら複数の異なる圧力チャンバに圧電アクチュエータ１３の駆動と、共振片１２、バルブ片１７の振動とを組み合わせることで、気体を下に向かって圧力を蓄積して伝送している。

図７Ｂにあるように、小型流体制御装置１Ａの圧電アクチュエータ１３が電圧を受けて作動し、下に向かって振動すると、気体は、気体導入板１１上にある気体導入孔１１０から小型流体制御装置１Ａ内に進入し、少なくとも一つの気体ガイド溝１１２を介してその中心凹部１１１箇所に集約し、さらに共振片１２上にある中空孔１２０を介して下に向かって第一チャンバ１２１内へ流入している。その後、図７Ｃにあるように、圧電アクチュエータ１３の振動の共振作用を受けたことにより、共振片１２もこれに伴い往復振動し、即ち下に向かって振動し、圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０の凸部１３０ｃ上に接近し、この共振片１２の変形により、気体導入板１１の中心凹部１１１箇所にあるチャンバの体積が増大し、同時に第一チャンバ１２１の体積が圧縮され、第一チャンバ１２１内の気体が両側に向かって流動するように押圧されることが促され、圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間の空隙１３５を介して下に流通することで、小型流体制御装置１Ａと小型バルブ装置１Ｂとの間にある集気チャンバ１６２内へと流れ、さらに集気チャンバ１６２と連通し合う第一貫通孔１６３及び第二貫通孔１６４から下に向かって第一圧力リリーフチャンバ１６５及び第一出口チャンバ１６６内へと対応して流れ込んでおり、この実施態様から分かるように、共振片１２が垂直の往復振動を行うと、圧電アクチュエータ１３との間にある間隙ｇ０によりその垂直移動の最大距離が増加され、つまり、前記二つの構造の間に設けられた間隙ｇ０は、共振片１２の共振時に、より大きな幅の上下移動を生じさせることができる。

続いて、図７Ｄにあるように、小型流体制御装置１Ａの共振片１２が初期位置に戻り、圧電アクチュエータ１３が電圧を受けて駆動し、上に向かって振動し、そのうち、前記圧電アクチュエータの振動の移動をｄとし、前記間隙ｇ０との差をｘとすると、即ちｘ＝ｇ０−ｄであり、試験によるとｘ＝１〜５μｍ、前記操作電圧が±１０Ｖ〜±１６Ｖの場合、その最大出力空気圧が少なくとも３００ｍｍＨｇとなるが、これに限らない。同じように、第一チャンバ１２１の体積が押圧されることで、第一チャンバ１２１内の気体が両側に流動し、且つ圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間にある空隙１３５から集気チャンバ１６２、第一圧力リリーフチャンバ１６５、第一出口チャンバ１６６内に継続的に流入し、これにより、第一圧力リリーフチャンバ１６５及び第一出口チャンバ１６６内の気圧が大きくなり、可撓性のバルブ片１７が下に向かって湾曲変形するようになり、第二圧力リリーフチャンバ１８３内において、バルブ片１７は下に向かって貼着して圧力リリーフ通孔１８１端部の凸部構造１８１ａを当接し、圧力リリーフ通孔１８１が封鎖されるとともに、第二出口チャンバ１８４内において、出口通孔１８２に対応するバルブ片１７上の弁孔１７０は下に向かって開かれ、第二出口チャンバ１８４内の気体が出口通孔１８２から下に向かって出口１９及び出口１９と連接する任意の装置（図示されていない）に伝送され、圧力蓄積作業という目的を達している。最後に、図７Ｅにあるように、小型流体制御装置１Ａの共振片１２が共振して上に向かって移動し、気体導入板１１の第一表面１１ｂの中心凹部１１１内にある気体が共振片１２の中空孔１２０から第一チャンバ１２１内に流入し、さらに圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間にある空隙１３５から下に向かって集気板１６内へと継続的に伝送されると、この気体圧力は、下に向かって継続的に増加するため、気体は集気チャンバ１６２、第二貫通孔１６４、第一出口チャンバ１６６、第二出口チャンバ１８４及び出口通孔１８２を介して出口１９及び出口１９と連接する任意の装置内へと継続的に流れ、この圧力蓄積作業は、外部の大気圧と装置内の圧力差により駆動することができるが、これに限らない。

出口１９と連接する装置（図示されていない）内部の圧力が外部の圧力より大きくなると、小型空気圧動力装置１は、図８にあるような降圧、或いは圧力を逃がす作業を行うことができ、降圧、或いは圧力を逃がす方法は、主に上述のように、小型流体制御装置１Ａの気体伝送量を調整することで、気体を集気チャンバ１６２内に入らないようにし、この時、気体は、出口１９と連接する出口通孔１８２から第二出口チャンバ１８４内に入ることで、第二出口チャンバ１８４の体積が膨張し、可撓性のバルブ片１７が上に向かって湾曲変形し、第一出口チャンバ１６６の凸部構造１６７に上に向かって貼着して当接し、バルブ片１７の弁孔１７０が閉じ、即ち、第二出口チャンバ１８４内の気体が第一出口チャンバ１６６内に逆流しないようになり、また、第二出口チャンバ１８４内の気体は、連通流路１８５を介して第二圧力リリーフチャンバ１８３内へと流れ、さらに圧力リリーフ通孔１８１から圧力逃がし作業が行われている。このように、この小型バルブ装置１Ｂの単方向の気体伝送作業によって出口１９と連接する装置内の気体は、排出されて降圧するか、或いは完全に排出されて圧力逃がし作業を完了している。

本発明が用いる懸吊板１３０は、正方形の形態であって、懸吊板１３０の辺の長さが縮小され、懸吊板１３０の面積もこれに伴って徐々に縮小すると、寸法が縮小されたことで、懸吊板１３０の剛性が向上し、且つ内部の気体流路の容積が減少し、空気の押圧或いは圧縮に有利となり、最大出力空気圧が向上し、且つ懸吊板１３０の垂直振動時に発生する水平方向の変形も減少し、圧電アクチュエータ１３が作動する際、同一の垂直方向上に維持され、傾斜しにくくなり、これにより、圧電アクチュエータ１３と共振片１２、或いはその他組み立て部材の間の衝突による干渉を減少することで、騒音の発生が減少し、製品の不具合発生率が低減されることが分かった。このことから、圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０の寸法が縮小すると、圧電アクチュエータ１３もより小さくすることができ、これにより、出力空気圧の機能を向上させるだけでなく、騒音も減少され、且つ製品の不具合発生率を抑えることができる。これに対し、寸法が大きい懸吊板１３０の出力空気圧は、小さく且つ不良発生率が比較的高いことが分かった。

また、懸吊板１３０と圧電セラミック板１３３は、前記小型空気圧動力装置１の要であって、両者の面積が減少するに伴い、前記小型空気圧動力装置１の面積も同時に縮小し、その重さも軽くなることで、前記小型空気圧動力装置１は体積が大きいという制限を受けることなく、モバイルデバイス上に容易に設置することができる。本発明に係る小型空気圧動力装置１は、薄型化のトレンドに達成するために、小型流体制御装置１Ａと小型バルブ装置１Ｂとを組み立てたときの全体厚さを１．５ｍｍ〜４ｍｍの高さにし、小型空気圧動力装置１に軽便で快適な携帯性を具備させるという目的を達成するとともに、医療器材や関連設備において広く応用することができる。

上述をまとめると、本発明の小型空気圧動力装置は、主に小型流体制御装置と小型バルブ装置とを組み合わせることで、気体を小型流体制御装置上の気体導入孔から進入させ、圧電アクチュエータの作動により、気体を設計後の流路と圧力チャンバ内とで圧力勾配を生じさせ、気体を高速流動させて小型バルブ装置内へ伝送し、さらに小型バルブ装置の単方向バルブ設計により、気体を単方向に流動させ、圧力を出口と連接する任意の装置内に累積させることができる。降圧、或いは圧力逃がしを行いたい場合、小型流体制御装置の伝送量を調整し、気体を出口と連接する装置から小型バルブ装置の第二出口チャンバに伝送し、連通流路を介して第二圧力リリーフチャンバへと伝送してから、圧力リリーフ通孔より流出させ、気体を迅速に伝送することを達し、同時に、静音の効果を達成するとともに、小型空気圧動力装置の全体体積を減少して薄型化し、小型空気圧動力装置に簡便で快適な携帯性を具備させるという目的を達し、医療器材や関連設備において広く応用することができる。

本発明について上述のように実施例に基づいて詳細に説明したが、発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であればさまざまな工夫と修飾が可能であり、それらはいずれも本発明に係る特許請求の範囲が求める保護を逸脱しない。

１ 小型空気圧動力装置
１Ａ 小型流体制御装置
１Ｂ 小型バルブ装置
１ａ ケーシング
１０ ベース
１１ 気体導入板
１１ａ 気体導入板の第二表面
１１ｂ 気体導入板の第一表面
１１０ 気体導入孔
１１１ 中心凹部
１１２ 気体ガイド溝
１２ 共振片
１２ａ 可動部
１２ｂ 固定部
１２０ 中空孔
１２１ 第一チャンバ
１３ 圧電アクチュエータ
１３０ 懸吊板
１３０ａ 懸吊板の第二表面
１３０ｂ 懸吊板の第一表面
１３０ｃ 凸部
１３０ｄ 中心部
１３０ｅ 外周部
１３１ 外枠
１３１ａ 外枠の第二表面
１３１ｂ 外枠の第一表面
１３２ フレーム
１３２ａ フレームの第二表面
１３２ｂ フレームの第一表面
１３３ 圧電セラミック板
１３４、１５１ 導電ピン
１３５ 空隙
１４１、１４２ 絶縁片
１５ 導電片
１６ 集気板
１６ａ 収容空間
１６０ 表面
１６１ 基準表面
１６２ 集気チャンバ
１６３ 第一貫通孔
１６４ 第二貫通孔
１６５ 第一圧力リリーフチャンバ
１６６ 第一出口チャンバ
１６７、１８１ａ 凸部構造
１６８ 側壁
１７ バルブ片
１７０ 弁孔
１７１ 位置決め孔
１８ 出口板
１８０ 基準表面
１８１ 圧力リリーフ通孔
１８２ 出口通孔
１８３ 第二圧力リリーフチャンバ
１８４ 第二出口チャンバ
１８５ 連通流路
１８７ 第二表面
１８８ 位置規制構造
１９ 出口
ｇ０ 間隙
(ａ)〜(ｘ) 圧電アクチュエータの異なる実施態様
ａ０、ｉ０、ｊ０、ｍ０、ｎ０、ｏ０、ｐ０、ｑ０、ｒ０ 懸吊板
ａ１、ｉ１、ｍ１、ｎ１、ｏ１、ｐ１、ｑ１、ｒ１ 外枠
ａ２、ｉ２、ｍ２、ｎ２、ｏ２、ｐ２、ｑ２、ｒ２ フレーム、板連接部
ａ３、 ｍ３、ｎ３、ｏ３、ｐ３、ｑ３、ｒ３ 空隙
ｄ 圧電アクチュエータの振動移動
ｓ４、ｔ４、ｕ４、ｖ４、ｗ４、ｘ４ 凸部
ｍ２’、ｎ２’、ｏ２’、ｑ２’、ｒ２’ 外枠に連接されるフレームの端部
ｍ２”、ｎ２”、ｏ２”、ｑ２”、ｒ２” 懸吊板に連接されるフレームの端部

Claims (9)

1. 小型流体制御装置と、小型バルブ装置とを含み、
   前記小型流体制御装置が、
   少なくとも一つの気体導入孔、少なくとも一つの集約アレイ、集約チャンバを構成する中心凹部を有し、前記少なくとも一つの気体導入孔が気体の導入に用いられ、前記集約アレイが気体導入孔に対応し、且つ気体導入孔の気体をガイドして中心凹部が構成する集約チャンバに集約させる気体導入板と、
   前記気体導入板の前記集約チャンバに対応する中空孔を有する共振片と、
   懸吊板、外枠及び圧電セラミック板を有し、前記懸吊板が、２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間の長さ、２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間の幅、０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間の厚さを有し、前記外枠が、前記懸吊板と前記外枠との間を連接するように設置された少なくとも一つのフレームを有し、前記懸吊板、前記外枠及び前記フレームの間で少なくとも一つの空隙を形成し、前記圧電セラミック板が、前記懸吊板の第一表面に貼着し、前記懸吊板の辺の長さより大きくない辺の長さを有し、且つ２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間の長さ、２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間の幅、０.０５ｍｍ〜０.３ｍｍの間の厚さを有し、さらに、その長さと幅との比が０.４４倍〜２．２５倍の間である圧電アクチュエータと、
   第一貫通孔、第二貫通孔、第一圧力リリーフチャンバ、第一出口チャンバ及び基準表面を有し、前記第一出口チャンバが凸部構造を有し、前記凸部構造の高さが前記基準表面より高く、前記第一貫通孔が前記第一圧力リリーフチャンバと連通し合い、前記第二貫通孔が前記第一出口チャンバと連通し合う集気板と、を包括し、
   そのうち、前記気体導入板、前記共振片、前記圧電アクチュエータ及び前記集気板が順次対応するように積層し且つ位置決めするように設置し、前記共振片は前記圧電アクチュエータとの間に第一チャンバを形成するための間隙を有し、前記圧電アクチュエータが駆動を受けると、気体が前記気体導入板の前記少なくとも一つの気体導入孔から導入され、前記少なくとも一つの集約アレイを介して前記中心凹部に集約され、さらに、前記共振片の前記中空孔を介して前記第一チャンバ内に進入し、さらにまた、前記圧電アクチュエータの前記少なくとも一つのフレームの間にある前記空隙から下に向かって前記集気板へと伝送されることで、気体が持続的に押圧されており、
   前記小型バルブ装置が、
   弁孔を有し、且つ０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間の厚さを有し、前記集気板の前記凸部構造が前記弁孔に対応するように設置され、前記弁孔に当接されてプレストレス作用を形成し、前記弁孔を完全に封鎖するバルブ片と、
   圧力リリーフ通孔、出口通孔、第二圧力リリーフチャンバ、第二出口チャンバ、少なくとも一つの位置規制構造及び基準表面を有し、前記基準表面が前記第二圧力リリーフチャンバと前記第二出口チャンバとを凹設し、前記圧力リリーフ通孔が前記第二圧力リリーフチャンバの中心部位に設けられ、前記圧力リリーフ通孔の端部が凸部構造を有し、前記凸部構造の高さが前記基準表面より高く、前記出口通孔が前記第二出口チャンバと連通し合い、前記少なくとも一つの位置規制構造が前記第二圧力リリーフチャンバ内に設置され、前記位置規制構造の高さが０.１ｍｍ〜０.５ｍｍの間にあり、前記第二圧力リリーフチャンバが前記第二出口チャンバとの間に連通流路を有する出口板と、を包括し、
   そのうち、前記バルブ片と前記出口板とは、前記小型流体制御装置の前記集気板上に順次対応するように積層し且つ位置決めするように設置し、前記出口板の前記圧力リリーフ通孔は前記集気板の前記第一貫通孔に、前記出口板の前記第二圧力リリーフチャンバは前記集気板の前記第一圧力リリーフチャンバに、前記出口板の前記第二出口チャンバは前記集気板の前記第一出口チャンバにそれぞれ対応し、前記バルブ片は、前記集気板と前記出口板との間に設置して前記第一圧力リリーフチャンバと前記第二圧力リリーフチャンバとの連通を阻隔し、且つ前記バルブ片の前記弁孔は、前記第二貫通孔と前記出口通孔との間に対応するように設置され、気体が前記小型流体制御装置から下に向かって前記小型バルブ装置内へと伝送されると、前記集気板の前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔から前記第一圧力リリーフチャンバ及び前記第一出口チャンバ内に進入し、前記小型バルブ装置の前記バルブ片が前記出口板の凸部構造に速やかに当接されてプレストレス作用を形成し、前記圧力リリーフ通孔を完全に封鎖すると同時に、気体が前記バルブ片の前記弁孔から導入されて前記小型バルブ装置の前記出口通孔内に流入し、圧力蓄積作業が行われ、圧力を蓄積した気体が導入された気体より大きくなると、圧力を蓄積した気体は、前記出口通孔から前記第二出口チャンバへと流動することで、前記バルブ片が移動され、前記バルブ片の前記弁孔が前記集気板に当接して閉じられ、且つ前記少なくとも一つの位置規制構造が前記バルブ片の支持を補助することで、前記バルブ片が外れないように防止するとともに、圧力を蓄積した気体が前記第二出口チャンバ内で前記連通流路に沿って前記第二圧力リリーフチャンバ内へと流れ、この時、前記第二圧力リリーフチャンバ内で前記バルブ片が移動され、圧力を蓄積した気体が前記圧力リリーフ通孔から流出し、圧力逃がしの作業を行い、前記小型流体制御装置と前記小型バルブ装置とを組み立てたときの全体厚さが１．５ｍｍ〜４ｍｍの間であることを特徴とする、小型空気圧動力装置。
2. 前記小型流体制御装置の前記懸吊板は、長さが２．５ｍｍ〜３．５ｍｍで、幅が２．５ｍｍ〜３．５ｍｍで、厚さが０．２ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の小型空気圧動力装置。
3. 前記小型バルブ装置の前記位置規制構造の高さは、０.２ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の小型空気圧動力装置。
4. 小型流体制御装置と、小型バルブ装置とを含み、
   前記小型流体制御装置が、
   気体導入板と、
   共振片と、
   懸吊板、外枠及び圧電セラミック板を有し、前記懸吊板の長さが２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間で、幅が２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間で、厚さが０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間で、前記外枠が少なくとも一つのフレームを有し、前記外枠と前記懸吊板との間が少なくとも一つの前記フレームによって連接し、且つ前記懸吊板の第一表面に前記圧電セラミック板が貼着し、前記圧電セラミック板が前記懸吊板の辺の長さより大きくない辺の長さを有し、且つ２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間の長さ、２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間の幅を有し、前記圧電セラミック板の前記長さと前記幅との比が０.４４倍〜２．２５倍の間である圧電アクチュエータと、
   少なくとも二つの貫通孔と少なくとも二つのチャンバとを有する集気板と、を包括し、
   そのうち、前記気体導入板、前記共振片、前記圧電アクチュエータ及び前記集気板が順次対応するように積層し且つ位置決めするように設置し、前記共振片は前記圧電アクチュエータとの間に間隙を有して第一チャンバを形成し、前記圧電アクチュエータが前記集気板と集気チャンバを形成し、前記圧電アクチュエータが駆動を受けると、気体が前記気体導入板から進入し、前記共振片を介して前記第一チャンバ内に進入し、さらに下に向かって前記集気チャンバに伝送されており、
   前記小型バルブ装置が、
   弁孔を有するバルブ片と、
   少なくとも二つの貫通孔と少なくとも二つのチャンバとを有する出口板と、を包括し、
   そのうち、前記バルブ片と前記出口板とが前記小型流体制御装置の前記集気板上に順次対応するように積層し且つ位置決めするように設置し、気体が前記集気チャンバへと伝送されると、さらに小型バルブ装置内へと伝送され、集気板、出口板がそれぞれ有する少なくとも二つの貫通孔及び少なくとも二つのチャンバを介し、気体の単方向の流動によりバルブ片の弁孔が対応するように開閉が行われ、圧力蓄積作業或いは圧力逃がし作業を行い、前記小型流体制御装置と前記小型バルブ装置とを組み立てたときの全体厚さが１．５ｍｍ〜４ｍｍの間であることを特徴とする、小型空気圧動力装置。
5. 前記小型流体制御装置の前記気体導入板は、少なくとも一つの気体導入孔と、少なくとも一つの集約アレイと、中心凹部を有し、前記少なくとも一つの気体導入孔が気体の導入に用いられ、前記集約アレイが前記気体導入孔に対応し、且つ前記気体導入孔の気体をガイドして前記中心凹部へ集約させ、前記共振片は、前記気体導入板の前記中心凹部に対応する中空孔を有することを特徴とする、請求項４に記載の小型空気圧動力装置。
6. 前記集気板は、第一貫通孔と、第二貫通孔と、第一圧力リリーフチャンバと、第一出口チャンバとを有し、前記第一貫通孔が前記第一圧力リリーフチャンバと連通し合い、前記第二貫通孔が前記第一出口チャンバと連通し合うことを特徴とする、請求項４に記載の小型空気圧動力装置。
7. 前記小型バルブ装置の前記出口板は、圧力リリーフ通孔、出口通孔、第二圧力リリーフチャンバ及び第二出口チャンバを有し、前記第二圧力リリーフチャンバが前記第二出口チャンバとの間に連通流路を有することを特徴とする、請求項４に記載の小型空気圧動力装置。
8. 前記懸吊板は、長さが２．５〜３．５ｍｍで、幅が２．５〜３．５ｍｍで、厚さが０．２ｍｍであることを特徴とする、請求項４に記載の小型空気圧動力装置。
9. 順次積層するように設置した気体導入板、共振片、圧電アクチュエータ及び集気板を包括し、前記共振片は、前記圧電アクチュエータとの間に間隙を有して第一チャンバを形成し、前記圧電アクチュエータが駆動を受けると、気体が前記気体導入板から進入し、前記共振片を介して前記第一チャンバ内に進入し、さらに伝送し、前記圧電アクチュエータは、懸吊板、外枠及び圧電セラミック板を有し、前記懸吊板の長さが２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間で、幅が２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間であり、前記外枠が少なくとも一つのフレームを有し、前記外枠と前記懸吊板との間が少なくとも一つの前記フレームによって連接し、且つ前記懸吊板の第一表面に前記圧電セラミック板が貼着し、前記圧電セラミック板が前記懸吊板の辺の長さより大きくない辺の長さを有し、且つ２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間の長さ、２ｍｍ〜４ｍｍ未満の間の幅を有し、前記圧電セラミック板の前記長さと前記幅との比が０.４４倍〜２．２５倍の間である小型流体制御装置と、
   前記小型流体制御装置の前記集気板上に順次積層するように設置したバルブ片と出口板とを包括し、前記バルブ片は、弁孔を有する小型バルブ装置と、を含み、
   そのうち、気体が前記小型流体制御装置から前記小型バルブ装置内に伝送されることで、圧力蓄積作業或いは圧力逃がし作業を行い、前記小型流体制御装置と前記小型バルブ装置とを組み立てたときの全体厚さが１．５ｍｍ〜４ｍｍの間であることを特徴とする、小型空気圧動力装置。