JPWO2013084909A1 - 気体制御装置 - Google Patents

Abstract

気体制御装置（１００）は、第２の圧電ポンプ（１０２）が接合された上部筐体（１０）と第１の圧電ポンプ（１０１）が接合された下部筐体（２０）とダイヤフラム（３０）とで構成されている。上部筐体（１０）には、気体が流出する流出口（１９）が設けられている。下部筐体（２０）には、気体が流入する流入口（２８、２９）と開口（１２６）と第１の弁座（１５２）と第２の弁座（１３２）と第３の弁座（１４２）とが設けられている。ダイヤフラム（３０）は、上部筐体（１０）及び下部筐体（２０）に挟持され、第１の弁座（１５２）、第２の弁座（１３２）、及び第３の弁座（１４２）に当接して上部筐体（１０）、下部筐体（２０）に固定されている。ダイヤフラム（３０）は上部筐体（１０）及び下部筐体（２０）内を分割して各弁室を上部筐体（１０）及び下部筐体（２０）と共に構成する。

Description

この発明は、気体制御を行う気体制御装置に関する。

従来より、複数のポンプを用いて気体制御を行う気体制御装置が各種考案されている。例えば特許文献１には、状況に応じて２つのポンプの接続を、直列接続または並列接続に切り替えることができる２段式真空ポンプが開示されている。

図１７（Ａ）は、特許文献１の２段式真空ポンプ１内における、１段目ポンプ４、２段目ポンプ５の並列接続時の空気の流れを示す説明図である。図１７（Ｂ）は、特許文献１の２段式真空ポンプ１内における、１段目ポンプ４、２段目ポンプ５の直列接続時の空気の流れを示す説明図である。図１８は、図１７（Ａ）（Ｂ）に示す切替弁９の断面図である。

２段式真空ポンプ１は、図１７（Ａ）（Ｂ）に示すように、ポンプ吸入口２と、ポンプ排出口３と、１段目ポンプ４と、２段目ポンプ５と、逆止弁７と、切替弁９と、から構成されている。

１段目ポンプ４の吸気口はポンプ吸入口２及び逆止弁７に接続されており、１段目ポンプ４の排気口は切替弁９の導入口９１２に接続されている。２段目ポンプ５の吸気口は、切替弁９の導出口９１３に接続され、逆止弁７を介してポンプ吸入口２に接続されている。２段目ポンプ５の排気口は、切替弁９の導出口９１４に接続され、ポンプ排出口３に接続されている。逆止弁７は、ポンプ吸入口２から２段目ポンプ５への空気の通過を許容するが、２段目ポンプ５からポンプ吸入口２への空気の通過を阻止する。

切替弁９は、図１８に示すように、円柱状のケース９２１と、ケース９２１内に設けられた弁体９２５と、を備える。ケース９２１には、前述の導入口９１２及び導出口９１３、９１４と、弁室９２２、９２３と、両弁室９２２、９２３を連通する導入路９２４と、リング状の弾性体９３２、９３４とが、設けられている。そして、弁室９２２、９２３と導入路９２４とには、弁体９２５がケース９２１の軸線方向にスライド自在に収納されている。そして、この弁体９２５は、棒部９２６の両端に円板状の弁部９２７、９２８が設けられた形状である。

前記の構成において、ポンプ吸入口２とポンプ排出口３との圧力差が所定値以下の場合、切替弁９の弁体９２５が弁室９２２側にスライドする。そして弁部９２７の周縁部がリング状の弾性体９３４に当接し、導入口９１２と導出口９１４とが連通する。この結果、１段目ポンプ４、２段目ポンプ５は図１７（Ａ）に示すように並列に接続される。

また、ポンプ吸入口２とポンプ排出口３との圧力差が所定値以上になった場合、切替弁９の弁体９２５がばね９２９を圧縮して弁室９２３側にスライドする。そして弁部９２８の周縁部がリング状の弾性体９３２に当接し、導入口９１２と導出口９１３とが連通する。また、逆止弁７が閉鎖される。この結果、１段目ポンプ４、２段目ポンプ５は図１７（Ｂ）に示すように直列に接続される。

実開昭６２−５２２９１号公報

しかしながら、前記切替弁９のような弁構造では、弁体９２５とケース９２１の内壁との隙間からの漏気を防ぎ、かつスライドをスムーズにするため、弁体９２５とケース９２１の内壁との間にグリスが塗布されていることが一般的である。しかし、この方法では、ケース９２１内を空気が通過する時にグリスの微細な粒子(オイルミスト)が該空気に混ざるため、クリーンな空気をポンプ排出口３から排出できなくなるという問題がある。

また、前記２段式真空ポンプ１では、前記切替弁９が弁体９２５をスライド自在に内蔵する複雑かつ大型な構造を有するため、２段式真空ポンプ１の小型低背化を阻害してしまう。さらに、２段式真空ポンプ１が小型化する程、ポンプの能力（流量と圧力）は低下するため、ポンプの能力を維持しつつ小型化しようとすれば、従来構造を有する２段式真空ポンプ１では限界がある。

そこで、本発明の目的は、複数のポンプの接続を、直列接続または並列接続に切り替えることが可能で、不純物の気体への混入を抑制することができる小型低背の気体制御装置を提供することにある。

本発明の気体制御装置は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

（１）流入口と流出口とを有する筺体を備え、
前記筺体の内部に、
前記流入口と前記流出口との間に設けられ、前記流出口から前記流入口への気体の流れを遮断する第１の逆止弁及び第２の逆止弁と、
前記流入口と接続された吸入孔と、前記第２の逆止弁と接続された吐出孔と、を有する第１のポンプと、
前記第１の逆止弁と接続された吸入孔と、前記流出口と接続された吐出孔と、を有する第２のポンプと、
前記第１のポンプの吐出孔と前記第２のポンプの吸入孔との間に設けられている切替弁と、を備える気体制御装置であって、
前記切替弁は、第１のダイヤフラムと、前記第１のダイヤフラムによって仕切られた第１及び第２の弁室と、前記第１の弁室側に設けられている第１の弁座とを備え、
前記第１のダイヤフラムは、前記第１の弁座と当接する領域を有し、
前記第１の弁座は、前記第２のポンプの吸入孔と接続される開口を有し、
前記第１の弁室は前記第１のポンプの吐出孔と接続され、
前記切替弁は、前記第１のダイヤフラムにおける両主面に加わる力の差によって、前記第１のポンプ吐出孔と、前記第２のポンプの吸入孔との接続と遮断とを切り替える。

（２）前記第１の逆止弁は、第２のダイヤフラムと、前記第２のダイヤフラムによって仕切られた第３及び第４の弁室と、前記第３の弁室側に設けられている第２の弁座とを備え、
前記第２のダイヤフラムは、前記第２の弁座の先端部と当接する領域と、該領域の一部を貫通する孔とを有し、
前記第３の弁室は前記流入口と接続され、前記第４の弁室は前記第２のポンプの吸入孔と接続されていることが好ましい。

（３）前記第２の逆止弁は、第３のダイヤフラムと、前記第３のダイヤフラムによって仕切られた第５及び第６の弁室と、前記第５の弁室側に設けられている第３の弁座とを備え、
前記第３のダイヤフラムは、前記第３の弁座の先端部と当接する領域と、該領域の一部を貫通する孔とを有し、
前記第５の弁室は前記第１のポンプの吐出孔と接続され、前記第６の弁室は前記流出口と接続されていることが好ましい。

この構成において流出口は、気体を貯蔵する貯蔵部に接続される。この構成では、第１、第２のポンプが動作を開始すると、第４の弁室の気体が第２のポンプに吸引されて貯蔵部へ吐出される。すなわち、第４の弁室の圧力が外気圧よりも低くなり、貯蔵部の圧力が外気圧よりも高くなる。同時に、筐体外部の気体が流入口から第１のポンプに吸引されて第１のポンプの吐出孔から吐出される。すなわち、第１の弁室及び第５の弁室の圧力が外気圧よりも高くなる。

この結果、第１の逆止弁においては、第４の弁室の圧力が第３の弁室の圧力よりも低くなるため、第２のダイヤフラムが第２の弁座から離間して、第４の弁室と第３の弁室とを連通させる。また、第２の逆止弁においては、第５の弁室の圧力が第６の弁室の圧力よりも高くなるため、第３のダイヤフラムが第３の弁座から離間して、第５の弁室と第６の弁室とを連通させる。

なお、切替弁においては、第１のダイヤフラムの一方主面に加わる第２の弁室の圧力と面積の積からなる力が、第１のダイヤフラムの他方主面に加わる第１の弁室の圧力及び開口の圧力と面積の積からなる力よりも高い。このため、第１のダイヤフラムが第１の弁座と当接し、第１の弁室と第２の弁室とは遮断されている。

すなわち、この構成の気体制御装置では、第１、第２のポンプの動作開始時に、第１のポンプ、第２のポンプが並列に接続される。

第１のポンプ、第２のポンプが並列に接続された状態で貯蔵部への気体の充填が行われると、徐々に貯蔵部内の圧力が高まっていく。これにより、貯蔵部内に連通する第６の弁室の圧力も高まっていき、第１の弁室、第４の弁室および開口の圧力が高まっていく。

そのため、切替弁においては、第１のダイヤフラムの他方主面に加わる第１の弁室の圧力及び開口の圧力と面積の積からなる力が、第１のダイヤフラムの一方主面に加わる第２の弁室の圧力と面積の積からなる力よりも高くなる。このため、第１のダイヤフラムが第１の弁座から離間し、第１の弁室及び開口を連通させる。

また、第２の逆止弁においては、第６の弁室の圧力が第５の弁室の圧力よりも高くなるため、第３のダイヤフラムが第３の弁座と当接し、第５の弁室と第６の弁室との通気を遮断させる。

また、第１の逆止弁においては、第４の弁室の圧力が第３の弁室の圧力よりも高くなるため、第２のダイヤフラムが第２の弁座と当接し、第４の弁室と第３の弁室との通気を遮断させる。

すなわち、この構成の気体制御装置では、貯蔵部の圧力が高まると、第１のポンプ、第２のポンプが直列に接続される。

前記気体制御装置は、貯蔵部の圧力が低い間、第１、第２のポンプが並列接続となっており、貯蔵部の圧力が高くなると、第１、第２のポンプが並列接続から直列接続へ切り替わる。ここで、２個のポンプを並列に接続した場合の気体制御装置の最大ポンプ圧力は、２個のポンプのうち、単体での最大ポンプ圧力が高い方のポンプのみを貯蔵部に接続した場合と同じであるが、最大流量は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ流量を合計した流量となる。一方、２個のポンプを直列に接続した場合の気体制御装置の最大吐出流量は、２個のポンプのうち、単体での最大ポンプ流量が多い方のポンプを貯蔵部に接続した場合と同じであるが、最大ポンプ圧力は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ圧力を合計した圧力となる。

よって、この構成によれば、第１、第２のポンプの並列接続時において、低いポンプ圧力下で多くの流量を得ることができる。また、第１、第２のポンプの直列接続時において、少ない流量下で高いポンプ圧力を得ることができる。すなわち、これらの両方の特性を実現することができる。

また、気体制御装置の各領域の圧力変化に併せたダイヤフラムの変位によって、第１、第２のポンプが徐々に並列接続から直列接続に切り替わるため、急激な圧力、流量の変化が起きず、ポンプの特性がスムーズに移行する。

また、この構成では、柔軟なダイヤフラムと各々の弁座とが密着するため漏気が発生しない。また、ダイヤフラムと各々の弁座との密着及び離間の際に摺動が発生しないので、ダイヤフラムと筐体との間にグリスを設ける必要がない。そのため、気体への不純物の混入を抑制することができる。

また、この構成の気体制御装置は、ダイヤフラムが筐体に固定される簡易な構造を有するため、ポンプの特性（流量と圧力）を維持しつつ小型低背化を図ることができる。

したがって、この構成によれば、複数のポンプの接続を、直列接続または並列接続に切り替えることが可能で、気体への不純物の混入を抑制することができる小型低背の気体制御装置を提供できる。

（４）前記筺体は、通気孔をさらに有し、
前記切替弁においては、前記第２の弁室が前記通気孔と接続され、
前記前記第２の弁室の圧力は、大気圧であることが好ましい。

この構成の切替弁においては、第２の弁室の圧力である大気圧と面積の積からなる力が、第１のダイヤフラムの一方主面に加わる。

（５）前記第１、第２、及び第３のダイヤフラムは、共通の１枚のダイヤフラムによって構成されていることが好ましい。

この構成によれば、ダイヤフラムの枚数が一枚で済むため、気体制御装置の製造コストを低減できる。

（６）流入口と流出口とを有する筐体と、
前記筐体内を分割して前記筐体内に、前記流入口に連通する第１領域と、前記流出口に連通する第２領域と、第３領域と、第４領域と、を形成するダイヤフラムと、
第１ポンプ室と、前記第１ポンプ室を介して互いに連通する第１吸引孔および第１吐出孔と、を有し、前記第１吸引孔が前記第１領域に連通し、前記第１吐出孔が前記第３領域に連通する第１のポンプと、
第２ポンプ室と、前記第２ポンプ室を介して互いに連通する第２吸引孔および第２吐出孔と、を有し、前記第２吸引孔が前記第４領域に連通し、前記第２吐出孔が前記第２領域に連通する第２のポンプと、を備え、
前記ダイヤフラムは、
前記第１、第２のポンプの動作時、前記第３領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも高く、前記第４領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも低い場合、前記第３領域および前記第４領域を遮断し、前記第２領域および前記第３領域を連通するとともに前記第１領域および前記第４領域を連通し、
前記第１、第２のポンプの動作時、前記第３領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも低く、前記第４領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも高い場合、前記第２領域および前記第３領域の通気と前記第１領域および前記第４領域の通気とを遮断し、前記第３領域および前記第４領域を連通するよう、前記筐体に固定されている。

この構成において流出口は、気体を貯蔵する貯蔵部に接続される。この構成では、第１、第２のポンプが動作を開始すると、第４領域の気体が第２のポンプに吸引されて第２領域へ吐出される。すなわち、第４領域の圧力が外気圧よりも低くなり、第２領域の圧力が外気圧よりも高くなる。同時に、筐体外部の気体が流入口から第１領域を介して第１のポンプに吸引されて第３領域へ吐出される。すなわち、第１領域の圧力が外気圧となり、第３領域の圧力が外気圧よりも高くなる。

この結果、第４領域の圧力が第１領域の圧力よりも低くなると、ダイヤフラムが、第１領域および第４領域を連通させる。また、第３領域の圧力が第２領域の圧力よりも高くなると、ダイヤフラムが、第２領域および第３領域を連通させる。なお、ダイヤフラムは、第３領域および第４領域を遮断している。

すなわち、この構成の気体制御装置では、第１、第２のポンプの動作開始時に、第１、第２のポンプが並列に接続される。

第１のポンプ、第２のポンプが並列に接続された状態で貯蔵部への気体の充填が行われると、徐々に貯蔵部内の圧力が高まっていく。これにより、貯蔵部内に連通する第２領域の圧力も高まっていき、第４領域及び第３領域の圧力も高まっていく。

そのため、ダイヤフラムが第３領域および第４領域を連通させる。

また、第２領域の圧力が第３領域の圧力よりも高くなると、ダイヤフラムが第２領域および第３領域の通気を遮断させる。

また、第４領域の圧力が第１領域の圧力よりも高くなると、ダイヤフラムが第１領域および第４領域の通気を遮断させる。

すなわち、この構成の気体制御装置では、貯蔵部の圧力が高まると、第１のポンプ、第２のポンプが直列に接続される。

この構成では、貯蔵部の圧力が低い間、第１、第２のポンプが並列接続となっており、貯蔵部の圧力が高くなると、第１、第２のポンプが並列接続から直列接続へ切り替わる。ここで、２個のポンプを並列に接続した場合の気体制御装置の最大ポンプ圧力は、２個のポンプのうち、単体での最大ポンプ圧力が高い方のポンプのみを貯蔵部に接続した場合と同じであるが、最大流量は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ流量を合計した流量となる。一方、２個のポンプを直列に接続した場合の気体制御装置の最大吐出流量は、２個のポンプのうち、単体での最大ポンプ流量が多い方のポンプを貯蔵部に接続した場合と同じであるが、最大ポンプ圧力は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ圧力を合計した圧力となる。

よって、この構成によれば、第１、第２のポンプの並列接続時において、低いポンプ圧力下で多くの流量を得ることができる。また、第１、第２のポンプの直列接続時において、少ない流量下で高いポンプ圧力を得ることができる。すなわち、これらの両方の特性を実現することができる。

また、気体制御装置の各領域の圧力変化に併せたダイヤフラムの変位によって、第１、第２のポンプが徐々に並列接続から直列接続に切り替わるため、急激な圧力、流量の変化が起きず、ポンプの特性がスムーズに移行する。

また、この構成では、柔軟なダイヤフラムと筺体とが密着するため漏気が発生しない。また、ダイヤフラムと筺体との密着及び離間の際に摺動が発生しないので、ダイヤフラムと筐体との間にグリスを設ける必要がない。そのため、気体への不純物の混入を抑制することができる。

また、この構成の気体制御装置は、ダイヤフラムが筐体に固定される簡易な構造を有するため、ポンプの特性（流量と圧力）を維持しつつ小型低背化を図ることができる。

したがって、この構成によれば、複数のポンプの接続を、直列接続または並列接続に切り替えることが可能で、気体への不純物の混入を抑制することができる小型低背の気体制御装置を提供できる。

（７）前記筐体は、前記第４領域に連通する開口と、前記第３領域において前記開口の周囲から前記ダイヤフラム側へ突出する第１の弁座と、前記第１領域において前記ダイヤフラム側へ突出する第２の弁座と、前記第３領域において前記ダイヤフラム側へ突出する第３の弁座と、が設けられ、
前記ダイヤフラムは、前記第１の弁座、及び前記第２の弁座、前記第３の弁座に当接して前記筐体に固定されており、
前記ダイヤフラムには、前記第２の弁座に当接する領域の一部に孔が設けられ、前記第３の弁座に当接する領域の一部に孔が設けられていることが好ましい。

（８）前記ダイヤフラムは、前記第１領域と前記第３領域との圧力差により前記第１の弁座に対して接触または離間して開閉し、前記第１領域と前記第４領域との圧力差により前記第２の弁座に対して接触または離間して開閉し、前記第２領域と前記第３領域との圧力差により前記第３の弁座に対して接触または離間して開閉することが好ましい。

この構成では、第３領域の圧力が第２領域の圧力よりも高く、第４領域の圧力が第１領域の圧力よりも低いとき、ダイヤフラムは、第１の弁座に接触して開口を閉じ、第２の弁座から離間して孔を開放し、第３の弁座から離間して孔を開放する。

一方、第３領域の圧力が第２領域の圧力よりも低く、第４領域の圧力が第１領域の圧力よりも高いとき、ダイヤフラムは、第１の弁座から離間して開口を開放し、第２の弁座に接触して孔を閉じ、第３の弁座に接触して孔を閉じる。

（９）前記ダイヤフラムは、前記第１領域と前記第４領域との圧力差により開閉する第１の逆止弁と、前記第２領域と前記第３領域との圧力差により開閉する第２の逆止弁と、前記第１領域と前記第３領域との圧力差により開閉する切替弁と、を前記筐体とともに構成し、
前記第１の逆止弁は、前記第４領域から前記第１領域への気体の流れを阻止し、
前記第２の逆止弁は、前記第２領域から前記第３領域への気体の流れを阻止し、
前記切替弁は、前記第１、第２のポンプの動作時、前記第３領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも高く前記第４領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも低い場合、前記第３領域および前記第４領域を遮断し、前記第３領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも低く前記第４領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも高い場合、前記第３領域および前記第４領域を連通することが好ましい。

この構成では、気体制御装置は、第１のポンプ、第２のポンプ、第１の逆止弁、第２の逆止弁、切替弁、流入口及び流出口を備える。第１のポンプの第１吸引孔は、流入口及び第１の逆止弁に接続され、その第１吐出孔は、第２の逆止弁及び切替弁に接続されている。また、第２のポンプの第２吸引孔は、第１の逆止弁及び切替弁に接続され、その第２吐出孔は、流出口及び第２の逆止弁に接続されている。

そして、第１の逆止弁は、流入口から第２のポンプへの気体の通過を許容するが、第２のポンプ及び切替弁から流入口への気体の通過を阻止する。第２の逆止弁は、第１のポンプから流出口への気体の通過を許容するが、流出口から第１のポンプ及び切替弁への気体の通過を阻止する。

（１０）前記第１、第２、及び第３の弁座は、前記ダイヤフラムを与圧するように前記筐体に設けられていることが好ましい。

この構成では、第１、第２、及び第３の弁座がダイヤフラムに張力（以下、与圧力）を付与するように接触しているため、第３領域の圧力が第２領域の圧力よりも高く、第４領域の圧力が第１領域の圧力よりも低いとき、その与圧力によって、ダイヤフラムが弁座に接触して弁を閉じた状態を維持できる。

（１１）前記筐体は、前記流入口が設けられている第１の筐体と、前記流出口が設けられている第２の筐体とを有し、
前記ダイヤフラムは、弾性部材からなり、前記第１の筐体と前記第２の筐体とに両面から挟持されていることが好ましい。

この構成では、ダイヤフラムが第１、第２の弁筐体に押圧されて挟持される。この結果、ダイヤフラムと第１、第２の弁筐体との当接部分の密着性が高くなる。そのため、気体がダイヤフラムと第１、第２の弁筐体との間を通過して外側へ漏れるのを防ぐことができる。

よって、この構成では、シール性向上の為のグリスが不要であるため、筐体内を気体が通過する時にグリスのオイルミストが該気体に混ざることが無い。従って、この構成によれば、クリーンな気体を流出口から送出できる。

（１２）前記流出口は貯蔵部に接続されており、
前記流出口に連通し、前記第１、第２のポンプの動作により前記貯蔵部に充填された気体を、前記第１、第２のポンプの動作の停止時に急速に排気が可能である急速排気部を備えることが好ましい。

この構成では、貯蔵部の気体が第２領域を介して急速に排気される。従って、この構成によれば、貯蔵部に圧縮空気を充填した後に、貯蔵部から気体を急速排気することができる。

（１３）流入口と流出口とを有する筐体と、
前記筐体内を分割して前記筐体内に、前記流入口に連通する第１領域、前記流出口に連通する第２領域、第３領域、第２ｔ（ｔは２からｎ−１までの整数）領域、第２ｔ＋１領域及び第２ｎ（ｎは３以上の整数）領域を形成するダイヤフラムと、
第１ポンプ室と前記第１ポンプ室を介して互いに連通する第１吸引孔および第１吐出孔とを有し、前記第１吸引孔が前記第１領域に連通し、前記第１吐出孔が前記第３領域に連通する第１のポンプと、
第ｔポンプ室と前記第ｔポンプ室を介して互いに連通する第ｔ吸引孔および第ｔ吐出孔とを有し、前記第ｔ吸引孔が前記第２ｔ領域に連通し、前記第ｔ吐出孔が前記第２ｔ+１領域に連通する第ｔのポンプと、
第ｎポンプ室と前記第ｎポンプ室を介して互いに連通する第ｎ吸引孔および第ｎ吐出孔とを有し、前記第ｎ吸引孔が前記第２ｎ領域に連通し、前記第ｎ吐出孔が前記第２領域に連通する第ｎのポンプと、を備え、ｎ段のポンプを接続した、気体制御装置であって、
前記ダイヤフラムは、
前記第１、第ｔ、及び第ｎのポンプの動作時、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも高く、前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも低いとき、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域のそれぞれと前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域のそれぞれとを遮断し、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域のそれぞれと前記第２領域とを連通するとともに前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域のそれぞれと前記第１領域とを連通し、
前記第１、第ｔ、及び第ｎのポンプの動作時、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも低く、前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも高いとき、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域のそれぞれと前記第２領域とを遮断するとともに前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域のそれぞれと前記第１領域とを遮断し、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域のそれぞれと前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域のそれぞれとを連通するよう、前記筐体に固定されている。

この構成において流出口は、気体を貯蔵する貯蔵部に接続される。この構成では前記（６）と同様に、貯蔵部の圧力が低い間、ｎ個のポンプが並列に接続され、貯蔵部の圧力が高くなると、ｎ個のポンプが直列に接続される。

よって、この構成においても、第１、第ｔ、第ｎポンプの並列接続時において、低いポンプ圧力下で多くの流量を得ることができる。また、第１、第ｔ、第ｎポンプの直列接続時において、少ない流量下で高いポンプ圧力を得ることができる。すなわち、これらの両方の特性を実現することができる。

また、気体制御装置の各領域の圧力変化に併せたダイヤフラムの変位によって、第１、第ｔ、第ｎポンプが徐々に並列接続から直列接続に切り替わるため、大流量特性から高ポンプ圧力特性へスムーズに移行する。

また、この構成では、柔軟なダイヤフラムと筺体とが密着するため漏気が発生しない。また、ダイヤフラムと筺体との密着及び離間の際に摺動が発生しないので、ダイヤフラムと筐体との間にグリスを設ける必要がない。そのため、気体への不純物の混入を抑制することができる。

また、この構成の気体制御装置は、ダイヤフラムが筐体に固定される簡易な構造を有するため、ポンプの能力（流量と圧力）を維持しつつ小型低背化を図ることができる。

したがって、この構成によれば、前記（６）と同様の効果を奏する。

本発明によれば、複数のポンプの接続を、直列接続または並列接続に切り替えることが可能で、不純物の気体への混入を抑制することができる小型低背の気体制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る気体制御装置１００に備えられる各部材の接続関係を示すブロック図である。 第１実施形態に係る気体制御装置１００の概念図である。 第１実施形態の変形例に係る気体制御装置１００′の概念図である。 第１実施形態に係る気体制御装置１００の外観斜視図である。 第１実施形態に係る気体制御装置１００の分解斜視図である。 第１実施形態に係る気体制御装置１００の、図４に示すＴ―Ｔ線における断面図である。 第１実施形態に係る第１圧電ポンプ１０１の分解斜視図である。 第１実施形態に係る第１圧電ポンプ１０１の主要部の断面図である。 第１実施形態に係る第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の並列接続時における気体制御装置１００内の空気の流れを示す断面図である。 第１実施形態に係る第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の直列接続時における気体制御装置１００内の空気の流れを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る気体制御装置２００に備えられる各部材の接続関係を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る気体制御装置２００′に備えられる各部材の接続関係を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る気体制御装置３００の断面図である。 第３実施形態に係る第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の並列接続時における気体制御装置３００内の空気の流れを示す断面図である。 第３実施形態に係る第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の直列接続時における気体制御装置３００内の空気の流れを示す断面図である。 第３実施形態に係る第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が動作を停止した直後における気体制御装置３００内の空気の流れを示す断面図である。 図１７（Ａ）は、特許文献１の２段式真空ポンプ１内における、ポンプ４、５の並列接続時の空気の流れを示す説明図である。図１７（Ｂ）は、特許文献１の２段式真空ポンプ１内における、ポンプ４、５の直列接続時の空気の流れを示す説明図である。 特許文献１に係る切替弁９の断面図である。

《第１実施形態》
本発明の第１実施形態に係る気体制御装置１００について以下説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る気体制御装置１００に備えられる第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２、第１の逆止弁１０３、第２の逆止弁１０４、切替弁１０５、流入口２８、２９及び流出口１９の接続関係を示すブロック図である。図２は、気体制御装置１００の概念図である。図４は、気体制御装置１００の外観斜視図である。図５は、気体制御装置１００の分解斜視図である。図６は、気体制御装置１００の図４に示すＴ―Ｔ線における断面図である。まず、図１、図２を用いて、気体制御装置１００の概略構成について以下説明する。

なお、本発明の「第１の筐体」が下部筐体２０に相当し、本発明の「第２の筐体」が上部筐体１０に相当し、「筺体」が下部筐体２０および上部筐体１０に相当する。また、本発明の「第１の弁室」が第１弁室１５３、「第２の弁室」が第２弁室１５６、「第３の弁室」が第３弁室１３３、「第４の弁室」が第４弁室１２１、「第５の弁室」が第５弁室１４３、「第６の弁室」が第６弁室１４６に相当する。

また、本発明の「第１領域」は、第２弁室１５６、第３弁室１３３、第８弁室１１６、連通孔１７、及び流入室１１１で構成される第１領域１に相当する。本発明の「第２領域」は、流出室１２２、連通孔１６、及び第６弁室１４６で構成される第２領域２に相当する。本発明の「第３領域」は、第１弁室１５３、第７弁室１１２、連通孔２６、第５弁室１４３、連通孔２７で構成される第３領域３に相当する。本発明の「第４領域」は、連絡路１２４、連通孔２５、第４弁室１２１で構成される第４領域４に相当する。

また、本発明の「第１の弁座」が第１の弁座１５２に相当する。本発明の「第２の弁座」が第２の弁座１３２に相当する。本発明の「第３の弁座」が第３の弁座１４２に相当する。

気体制御装置１００は、図１、図２に示すように、流入口２８、２９、及び流出口１９を備える筺体１１０と、第１圧電ポンプ１０１と、第２圧電ポンプ１０２と、第１の逆止弁１０３と、第２の逆止弁１０４と、切替弁１０５と、を有する。流出口１９は、例えば貯蔵部に接続される。

第１圧電ポンプ１０１は、流入口２９と接続された吸入孔と、第２の逆止弁１０４と接続された吐出孔と、を有する。

第２圧電ポンプ１０２は、第１の逆止弁１０３と接続された吸入孔と、流出口１９と接続された吐出孔と、を有する。

切替弁１０５は、第１圧電ポンプ１０１における吐出孔と第２圧電ポンプ１０２における吸入孔との間に設けられている。切替弁１０５は、第１のダイヤフラム３０Ａと、第１のダイヤフラム３０Ａによって仕切られた第１弁室１５３及び第２弁室１５６と、第１のダイヤフラム３０Ａへ突出して第１弁室１５３に設けられている第１の弁座１５２とを備える。

第１のダイヤフラム３０Ａは、第１の弁座１５２と当接する領域を有する。第１の弁座１５２は、第２圧電ポンプ１０２の吸入孔と接続される開口１２６を有する。切替弁１０５において、第１弁室１５３は第１圧電ポンプ１０１の吐出孔と接続されている。切替弁１０５において、第２弁室１５６は例えば大気開放されている通気口１８と接続されている。さらに、第１の弁座１５２は、第１のダイヤフラム３０Ａを与圧するように、筺体１１０に設けられている。

切替弁１０５は、第１のダイヤフラム３０Ａの両主面に加わる力の差によって、第１圧電ポンプ１０１の吐出孔と、第２圧電ポンプ１０２の吸入孔との接続と遮断とを切り替える。

第１の逆止弁１０３は、流入口２８と第２圧電ポンプ１０２の吸入孔との間に設けられている。第１の逆止弁１０３は、流入口２８から第２圧電ポンプ１０２の吸入孔への気体の流れを許可し、第２圧電ポンプ１０２の吸入孔から流入口２８への気体の流れを遮断する逆止弁である。

第１の逆止弁１０３は、第２のダイヤフラム３０Ｂと、第２のダイヤフラム３０Ｂによって仕切られた第３弁室１３３及び第４弁室１２１と、第２のダイヤフラム３０Ｂ側へ突出して第３弁室１３３に設けられている第２の弁座１３２とを備える。第２のダイヤフラム３０Ｂは、第２の弁座１３２の突出方向の先端部と当接する領域を有し、該領域の一部に貫通孔３２が設けられている。第３弁室１３３は流入口２８と接続され、第４弁室１２１は第２圧電ポンプ１０２の吸入孔と接続されている。さらに、第２の弁座１３２は、第２のダイヤフラム３０Ｂを与圧するように、筺体１１０に設けられている。

第１の逆止弁１０３は、第２のダイヤフラム３０Ｂの両主面に加わる力の差によって、流入口２８と第２圧電ポンプ１０２の吸入孔との接続と遮断とを切り替える。

一方、第２の逆止弁１０４は、第１圧電ポンプ１０１の吐出孔と流出口１９との間に設けられている。第２の逆止弁１０４は、第１圧電ポンプ１０１の吐出孔から流出口１９への気体の流れを許可し、流出口１９から第１圧電ポンプ１０１の吐出孔への気体の流れを遮断する逆止弁である。

第２の逆止弁１０４は、第３のダイヤフラム３０Ｃと、第３のダイヤフラム３０Ｃによって仕切られた第５弁室１４３及び第６弁室１４６と、第３のダイヤフラム３０Ｃ側へ突出して第５弁室１４３に設けられている第３の弁座１４２とを備える。第３のダイヤフラム３０Ｃは、第３の弁座１４２の突出方向の先端部と当接するを有し、該領域の一部に貫通孔４２が設けられている。第５弁室１４３は第１圧電ポンプ１０１の吐出孔と接続され、第６弁室１４６は流出口１９と接続されている。さらに、第３の弁座１４２は、第３のダイヤフラム３０Ｃを与圧するように、筺体１１０に設けられている。

第２の逆止弁１０４は、第３のダイヤフラム３０Ｃの両主面に加わる力の差によって、第１圧電ポンプ１０１の吐出孔と流出口１９との接続と遮断とを切り替える。

なお、この実施形態では、第１のダイヤフラム３０Ａ、第２のダイヤフラム３Ｂ、及び第３のダイヤフラム３０Ｃは、共通の１枚のダイヤフラム３０によって構成されているが、これに限るものではない。実施の際は、図３に示すように、第１のダイヤフラム３０Ａ、第２のダイヤフラム３Ｂ、及び第３のダイヤフラム３０Ｃが、３枚のダイヤフラムによって構成されていてもよい。

次に、図４〜図６を用いて、気体制御装置１００の具体的な構成について以下説明する。

気体制御装置１００は、図４〜図６に示すように、筺体１１０と、第１の逆止弁１０３と、第２の逆止弁１０４と、切替弁１０５と、第１圧電ポンプ１０１と、第２圧電ポンプ１０２と、から構成されている。

第１の逆止弁１０３、第２の逆止弁１０４、及び切替弁１０５は、筺体１１０及びダイヤフラム３０によって構成されている。すなわち、前述した第１ないし第６の弁室１５３、１５６、１３３、１２１、１４３、１４６と第７弁室１１２、第８弁室１１６とは、筺体１１０及びダイヤフラム３０によって構成されている。

また、第１の弁座１５２、第２の弁座１３２、及び第３の弁座１４２は、共通の筺体１１０によって構成されている。また、ダイヤフラム３０は、第１のダイヤフラム３０Ａ、第２のダイヤフラム３０Ｂ、第３のダイヤフラム３０Ｃ、及び第４のダイヤフラム３０Ｄを有する。すなわち、第１のダイヤフラム３０Ａ、第２のダイヤフラム３０Ｂ、第３のダイヤフラム３０Ｃ、及び第４のダイヤフラム３０Ｄは、共通の１枚のダイヤフラム３０によって構成されている。

筺体１１０は、上部筐体１０と、下部筐体２０とから構成されている。上部筐体１０と下部筐体２０とは例えば樹脂からなる。図５、図６に示すように、上部筐体１０の内部には、詳細を後述する第２圧電ポンプ１０２が配置されており、下部筐体２０の内部には、詳細を後述する第１圧電ポンプ１０１が配置されている。

なお、図６では気体制御装置１００の構造を見易くするため便宜上、上部筐体１０を蓋部１１と中間部１２と第１挟持部１３の３層に分けて表示し、下部筐体２０を第２挟持部２１と底板２２の２層に分けて表示している。そして、図６において各層の間の境界線を点線で示している。

図６に示すように、上部筐体１０には、貯蔵部１０９のゴム管１０９Ａに接続され、筐体１１０内の空気をゴム管１０９Ａを介して貯蔵部１０９へ流出させる流出口１９と、この流出口１９に連通する直方体状の流出室１２２と、この流出室１２２と第６弁室１４６を連通する連通孔１６と、上部筐体１０の外部に連通する通気口１８と、後述の第２弁室１５６と第８弁室１１６を連通する連通孔１７と、が設けられている。貯蔵部１０９は、例えばビーチボールやゴムボート、風船人形のような玩具やタイヤである。

下部筐体２０には、下部筐体２０外部の空気を筐体１１０内部へ流入させる流入口２８、２９と、この流入口２９に連通し、第１圧電ポンプ１０１を収納する直方体状の流入室１１１と、第５弁室１４３と第７弁室１１２を連通する連通孔２６と、第１弁室１５３と第７弁室１１２を連通する連通孔２７と、開口１２６と、ダイヤフラム３０の孔３５を介して第４弁室１２１に連通する連絡路１２４と、開口１２６及び連絡路１２４を連通する連通孔２５と、開口１２６の周囲においてダイヤフラム３０側へ突出した円筒状の第１の弁座１５２と、ダイヤフラム３０側へ突出した第２の弁座１３２、第３の弁座１４２と、が設けられている。第１の弁座１５２、第２の弁座１３２、及び第３の弁座１４２は、ダイヤフラム３０を与圧するように、下部筐体２０に設けられている。

ダイヤフラム３０は、板状の薄膜からなり、可撓性を有する。ダイヤフラム３０は、パッキンＰを介して上部筐体１０及び下部筐体２０に両面から挟持され、第１の弁座１５２、第２の弁座１３２、及び第３の弁座１４２に当接して上部筐体１０及び下部筐体２０に固定されている。

これにより、ダイヤフラム３０は、上部筐体１０、下部筐体２０内を分割し、リング状の第１弁室１５３と円柱状の第２弁室１５６とリング状の第３弁室１３３と直方体状の第４弁室１２１とリング状の第５弁室１４３と円柱状の第６弁室１４６と直方体状の第７弁室１１２と円柱状の第８弁室１１６とを、上部筐体１０及び下部筐体２０とともに構成している。

なお、ダイヤフラム３０は、例えばエチレンプロピレンゴムまたはシリコーンゴム等の弾性部材で構成されている。ダイヤフラム３０は、常温より高い温度で上部筐体１０及び下部筐体２０に両面から押圧されて挟持されている。このように形成しているので、ダイヤフラム３０が上部筐体１０、下部筐体２０によって圧接され、ダイヤフラム３０と上部筐体１０、下部筐体２０との当接部分の密着性が高くなる。そのため、空気がダイヤフラム３０と上部筐体１０、下部筐体２０との間を通過して外側へ漏れることを抑制できる。

第１弁室１５３及び第２弁室１５６を構成するダイヤフラム３０Ａは、円筒状の第１の弁座１５２に当接し、切替弁１０５を上部筐体１０及び下部筐体２０とともに構成する。第３弁室１３３及び第４弁室１２１を構成するダイヤフラム３０Ｂは、第２の弁座１３２に当接し、第１の逆止弁１０３を上部筐体１０及び下部筐体２０とともに構成する。また、第５弁室１４３及び第６弁室１４６を構成するダイヤフラム３０Ｃは、第３の弁座１４２に当接し、第２の逆止弁１０４を上部筐体１０及び下部筐体２０とともに構成する。

第７弁室１１２は、連通孔２６を介して第５弁室１４３に連通するとともに、連通孔２７を介して第１弁室１５３に連通している。また、第８弁室１１６は、連通孔１７を介して第２弁室１５６に連通するとともに、通気口１８を介して下部筐体２０外部に連通している。このため、第２弁室１５６及び第８弁室１１６の空気圧は常に大気圧となる。

ここで、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の構造について詳述する。図７は、本発明の第１実施形態の気体制御装置１００に備えられる第１圧電ポンプ１０１の分解斜視図である。図８は、図７に示す第１圧電ポンプ１０１の主要部の断面図である。第１圧電ポンプ１０１は、基板９１、可撓板５１、スペーサ５３Ａ、補強板４３、振動板ユニット６０、圧電素子４４、スペーサ５３Ｂ、電極導通用板７０、スペーサ５３Ｃ及び蓋部５４を備え、それらを順に積層した構造を有している。

なお、第２圧電ポンプ１０２は、第１圧電ポンプ１０１と同じ構造を有しているため、説明を省略する。

円板状の振動板４１の上面には圧電素子４４が貼着され、振動板４１の下面には補強板４３が貼着されて、振動板４１と圧電素子４４と補強板４３とによってアクチュエータ４０が構成される。圧電素子４４は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。ここで、振動板４１を圧電素子４４および補強板４３よりも線膨張係数の大きな金属板としておき、接着時に加熱硬化させることにより、全体が反ることなく、圧電素子４４に適切な圧縮応力を残留させることができ、圧電素子４４の割れを防止できる。例えば、振動板４１をリン青銅（Ｃ５２１０）やステンレススチールＳＵＳ３０１など線膨張係数の大きな材料とし、補強板４３を４２ニッケルまたは３６ニッケルまたはステンレススチールＳＵＳ４３０などとするのがよい。この場合スペーサ５３Ｂの厚さは、圧電素子４４の厚さと同じか、少し厚くしておくとよい。

なお、振動板４１、圧電素子４４、補強板４３については、上から圧電素子４４、補強板４３、振動板４１の順に配置してもよい。この場合も圧電素子４４に適切な圧縮応力が残留するように、補強板４３、振動板４１の材質を逆にすることで線膨張係数が調整されている。

振動板４１の周囲には枠板６１が設けられていて、振動板４１は枠板６１に対して連結部６２で連結されている。連結部６２は例えばリング状に設けられており、小さなバネ定数の弾性をもたせて弾性構造としている。

したがって振動板４１は二つの連結部６２で枠板６１に対して２点で柔軟に支持されている。そのため、振動板４１の屈曲振動を殆ど妨げない。すなわち、アクチュエータ４０の周辺部が（勿論中心部も）実質的に拘束されていない状態となっている。

なお、スペーサ５３Ａは可撓板５１と一定の隙間をあけてアクチュエータ４０を保持するために設けられる。枠板６１には電気的に接続するための外部端子６３が設けられている。

振動板４１、枠板６１、連結部６２及び外部端子６３は金属板の打ち抜き加工により成形されていて、これらによって振動板ユニット６０が構成されている。

枠板６１の上面には、樹脂製のスペーサ５３Ｂが接着固定されている。スペーサ５３Ｂの厚さは圧電素子４４と同じか少し厚く、ポンプ筺体８０の一部を構成するとともに、次に述べる電極導通用板７０と振動板ユニット６０とを電気的に絶縁する。

スペーサ５３Ｂの上には、金属製の電極導通用板７０が接着固定されている。電極導通用板７０は、ほぼ円形に開口した枠部位７１と、この開口内に突出する内部端子７３と、外部へ突出する外部端子７２とで構成されている。

内部端子７３の先端は圧電素子４４の表面にはんだ付けされる。はんだ付け位置をアクチュエータ４０の屈曲振動の節に相当する位置とすることにより内部端子７３の振動は抑制できる。

電極導通用板７０の上には、樹脂製のスペーサ５３Ｃが接着固定される。スペーサ５３Ｃはここでは圧電素子４４と同程度の厚さを有する。スペーサ５３Ｃは、アクチュエータが振動したときに、内部端子７３のはんだ部分が、蓋部５４に接触しないようにするためのスペーサである。また、圧電素子４４表面が蓋部５４に過度に接近して、空気抵抗により振動振幅の低下することを防止する。そのため、スペーサ５３Ｃの厚さは、前述の通り、圧電素子４４と同程度の厚さであればよい。

蓋部５４は吐出孔５５を有しており、スペーサ５３Ｃの上部に被せられ、アクチュエータ４０の周囲を覆う。吐出孔５５は、蓋部５４を含むポンプ筐体８０内の正圧を開放するためのものであるので、この機能を果たし得る限り、蓋部５４のどの位置に設けられていてもよい。

一方、可撓板５１の中心には吸引孔５２が設けられている。この可撓板５１と振動板ユニット６０との間に、補強板４３の厚みへ数１０μｍ程度加えた厚みを有するスペーサ５３Ａが挿入されている。振動板４１は枠板６１に拘束されているわけではないが、連結部６２（バネ端子）の拘束の影響を多少受ける。そのため、このようにスペーサ５３Ａを挿入することで、吐出孔５５側に加わる圧力が低いときには、積極的に可撓板５１と振動板４１との隙間を確保して吐出流量を増大することができる。また、スペーサ５３Ａを挿入した場合でも、吐出孔５５側に加わる圧力が高いときには連結部６２（バネ端子）がたわんで、アクチュエータ４０と可撓板５１との対向領域の隙間が自動的に減少し、高い圧力で動作することが可能である。

なお、図７に示した例では、連結部６２を二箇所に設けたが、三箇所以上に設けてもよい。

可撓板５１の下部には、中心に円筒形の開口部９２が設けられた基板９１が設けられている。可撓板５１の一部は基板９１の開口部９２で露出する。この円形の露出部は、アクチュエータ４０の振動に伴う圧力変動により、アクチュエータ４０と実質的に同一周波数で振動することができる。この可撓板５１と基板９１との構成により、可撓板５１のアクチュエータ対向領域の中心又は中心付近は屈曲振動可能な可動部であり、周辺部は実質的に拘束された固定部となる。この円形の可動部の固有振動数は、アクチュエータ４０の駆動周波数と同一か、やや低い周波数になるように設計している。

従って、アクチュエータ４０の振動に呼応して、吸引孔５２を中心とした可撓板５１の露出部も大きな振幅で振動する。可撓板５１の振動位相がアクチュエータ４０の振動位相よりも遅れた（例えば９０°遅れの）振動となれば、可撓板５１とアクチュエータ４０との間の隙間空間の厚さ変動が実質的に増加する。そのことによってポンプの能力をより向上させることができる。

ここで、空気充填時における気体制御装置１００の動作について説明する。

図９は、図６に示す第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の並列接続時における気体制御装置１００内の空気の流れを示す断面図である。図１０は、図６に示す第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の直列接続時における気体制御装置１００内の空気の流れを示す断面図である。

気体制御装置１００では、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が動作を開始すると、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が並列に接続され、貯蔵部１０９内の圧力が一定圧力（例えば１５ｋＰa）を超えると、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が直列に接続される。

詳述すると、気体制御装置１００は、貯蔵部１０９への空気の充填を開始するとき、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２を駆動させる。

第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が駆動を開始すると、第４弁室１２１の空気が第２圧電ポンプ１０２のポンプ室４５へ吸引されて、第２圧電ポンプ１０２のポンプ室４５から流出室１２２を介して貯蔵部１０９へ吐出される。

これにより、第４弁室１２１の圧力が低くなり、貯蔵部１０９の圧力が外気圧より高くなる。同時に、筐体１１０の外部の空気が流入口２９と流入室１１１を介して第１圧電ポンプ１０１のポンプ室４５へ吸引されて、第１圧電ポンプ１０１のポンプ室４５から第７弁室１１２へ吐出される。これにより、第７弁室１１２と第５弁室１４３と第１弁室１５３との圧力が外気圧よりも高くなる。

この結果、第１の逆止弁１０３においては、第４弁室１２１の圧力が第３弁室１３３の圧力よりも低くなるため、第２のダイヤフラム３０Ｂが第２の弁座１３２から離間して、第２のダイヤフラム３０Ｂの孔３２を介して第３弁室１３３と第４弁室１２１とを連通させる。

また、第２の逆止弁１０４においては、第５弁室１４３の圧力が第６弁室１４６の圧力よりも高くなるため、第３のダイヤフラム３０Ｃが第３の弁座１４２から離間して、第３のダイヤフラム３０Ｃの孔４２を介して第５弁室１４３と第６弁室１４６とを連通させる。

なお、切替弁１０５では、第１のダイヤフラム３０Ａの一方主面に加わる第２の弁室１５６の圧力と面積の積からなる力が、第１のダイヤフラム３０Ａの他方主面に加わる第１の弁室１５３の圧力及び開口１２６の圧力と面積の積からなる力よりも高い。このため、第１のダイヤフラム３０Ａが第１の弁座１５２と当接し、第１弁室１５３と第２弁室１５６とは遮断されている。

すなわち、気体制御装置１００では、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の駆動開始時に、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が並列に接続される（図９参照）。

この並列接続時では、外気が流入口２９と流入室１１１を介して第１圧電ポンプ１０１のポンプ室４５へ吸引されて、第１圧電ポンプ１０１のポンプ室４５から第７弁室１１２へ吐出され、第５弁室１４３と第６弁室１４６を経由して流出室１２２へ流入する。また、外気が流入口２８と第３弁室１３３と第４弁室１２１を介して第２圧電ポンプ１０２のポンプ室４５へ吸引されて、第２圧電ポンプ１０２のポンプ室４５から流出室１２２へ吐出される。そして、合流した流出室１２２の空気が流出口１９から貯蔵部１０９へ送出される。第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が並列に接続された状態で貯蔵部１０９への空気の充填が行われると、徐々に貯蔵部１０９内の圧力（空気圧）が高まっていく。

これにより、貯蔵部１０９内に連通する第６弁室１４６の圧力も高まっていき、第１弁室１５３、第４弁室１２１及び開口１２６の圧力も高まっていく。

この結果、第２の逆止弁１０４においては、第５弁室１４３の圧力が第６弁室１４６の圧力よりも高くなるため、第３のダイヤフラム３０Ｃが第３の弁座１４２から当接して、第５弁室１４３と第６弁室１４６との通気を遮断する。

次に、切替弁１０５においては、第１のダイヤフラム３０Ａの他方主面に加わる第１の弁室１５３の圧力及び開口１２６の圧力と面積の積からなる力が、第１のダイヤフラム３０Ａの一方主面に加わる第２の弁室１５６の圧力と面積の積からなる力よりも高くなる。このため、第１のダイヤフラム３０Ａが第１の弁座１５３から離間し、第１の弁室１５３及び開口１２６を連通させる。

なお、切替弁１０５において、第２弁室１５６に加わる圧力をＰ１、開口１２６に加わる圧力をＰ２、第１弁室１５３に加わる圧力をＰ０、第２弁室１５６に面する第１のダイヤフラム３０Ａの面積をＡ１、開口１２６に面する第１のダイヤフラム３０Ａの面積をＡ２、第１弁室１５３に面する第１のダイヤフラム３０Ａの面積をＡ０としたとき、切替弁１０５が開放する条件は、Ｐ１×Ａ１＞Ｐ０×Ａ０＋Ｐ２×Ａ２の式を満たすときである。

次に、第１の逆止弁１０３においては、第４弁室１２１の圧力が第３弁室１３３の圧力よりも高くなるため、第２のダイヤフラム３０Ｂが第２の弁座１３２に当接して、第３弁室１３３と第４弁室１２１との通気を遮断する。

すなわち、貯蔵部１０９の圧力が高まると、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が直列に接続される（図１０参照）。

この直列接続時では、外気が流入口２９と流入室１１１を介して第１圧電ポンプ１０１のポンプ室４５へ吸引されて、第１圧電ポンプ１０１のポンプ室４５から第７弁室１１２へ吐出され、第１弁室１５３、開口１２６、連絡路１２４及び連通孔２５を経由して第４弁室１２１へ流入する。そして、第４弁室１２１の空気が第２圧電ポンプ１０２のポンプ室４５へ吸引されて、第２圧電ポンプ１０２のポンプ室４５から流出室１２２へ吐出される。そして、流出室１２２の空気が流出口１９から貯蔵部１０９へ送出され、貯蔵部１０９内の圧力（空気圧）が目標圧力まで高まる。

以上の構成では、貯蔵部１０９の圧力が低い間、２個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が並列接続となっており、貯蔵部１０９の圧力が高くなると、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が直列接続へ切り替わる。

ここで、２個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２を並列に接続した場合の気体制御装置１００の最大ポンプ圧力は、２個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２のうち、単体での最大ポンプ圧力が高い方のポンプのみを貯蔵部１０９に接続した場合と同じであるが、最大流量は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ流量を合計した流量となる。一方、２個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２を直列に接続した場合の気体制御装置１００の最大吐出流量は、２個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２のうち、単体での最大ポンプ流量が多い方のポンプを貯蔵部１０９に接続した場合と同じであるが、最大ポンプ圧力は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ圧力を合計した圧力となる。

また、貯蔵部１０９に空気が入っていない動作の初期には、ポンプ圧力は低くとも良いものの大きな流量が必要になるが、この実施形態の気体制御装置１００では、並列接続により貯蔵部１０９のたるみが無くなるまで空気を大流量で貯蔵部１０９に送出することができる。そして、空気が十分に入り、貯蔵部１０９の体積がほぼ一定で変化しなくなる動作の後期には、流量は少なくてもよいものの高いポンプ圧力が必要になるが、この実施形態の気体制御装置１００では、直列接続により高圧縮の空気を充填することができる。

よって、この実施形態の気体制御装置１００では、並列接続時における低ポンプ圧力下での大流量特性と、直列接続時における低流量下での高ポンプ圧力特性との両方を実現することができる。

また、図１７に示す前記切替弁９のように弁体９２５のスライド移動によって並列接続時の弁構造と直列接続時の弁構造とのいずれかに切り替わる二値変化ではなく、各弁室の圧力変化に応じたダイヤフラムの変位によって徐々に並列接続から直列接続に切り替わるため、大流量特性から高ポンプ圧力特性へスムーズに移行する。

また、この実施形態の気体制御装置１００では、ダイヤフラム３０と上部筐体１０、下部筐体２０との間にシール性向上の為のグリスが不要であるため、上部筐体１０、下部筐体２０内を空気が通過する時にグリスのオイルミストが該空気に混ざることが無い。そのため、この実施形態の気体制御装置１００によれば、クリーンな空気を流出口１９から送出できる。

したがって、気体制御装置１００によれば、複数のポンプの接続を、直列接続または並列接続に切り替えることが可能で、気体への不純物の混入を抑制することができる。

また、気体制御装置１００は、ダイヤフラム３０が上部筐体１０、下部筐体２０に挟持される簡易な構造を有するため、ポンプの能力（流量と圧力）を維持しつつ小型低背化を図ることができる。

また、この実施形態では、逆止弁１０３と逆止弁１０４と切替弁１０５とが一枚のダイヤフラム３０から一体設けられているため、ダイヤフラムの枚数が一枚で済む。そのため、この実施形態の気体制御装置１００は安価に製造できる。

《第２実施形態》
図１１は、本発明の第２実施形態の気体制御装置２００に備えられる第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２、第３圧電ポンプ２０２、逆止弁１０３、１０４、２０３、２０４、切替弁１０５、２０５、流入口２８、２９及び流出口１９の接続関係を示すブロック図である。

この実施形態の気体制御装置２００は、圧電ポンプ２０２と逆止弁２０３、２０４と切替弁２０５とを備える点で、図５に示した気体制御装置１００と相違する。その他の構成については同じである。ここで、第３圧電ポンプ２０２は、図７、図８に示す第１圧電ポンプ１０１と同じ構造を有している。また、逆止弁２０３、２０４は、図５、図６に示す逆止弁１０３と同じ構造を有している。また、切替弁２０５は、図５、図６に示す切替弁１０５と同じ構造を有している。

以上の構成では、貯蔵部１０９の圧力が低い間、３個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２、及び第３圧電ポンプ２０２が並列に接続され、貯蔵部１０９の圧力が高くなると、３個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２、及び第３圧電ポンプ２０２が直列に接続される。

ここで、２個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２及び第３圧電ポンプ２０２を並列に接続した場合の気体制御装置２００の最大ポンプ圧力は、３個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２及び第３圧電ポンプ２０２のうち、単体での最大ポンプ圧力が最も高いポンプのみを貯蔵部１０９に接続した場合と同じであるが、最大流量は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ流量を合計した流量となる。一方、３個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２及び第３圧電ポンプ２０２を直列に接続した場合の気体制御装置２００の最大吐出流量は、３個の第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２及び第３圧電ポンプ２０２のうち、単体での最大ポンプ流量が最も多いポンプを貯蔵部１０９に接続した場合と同じであるが、最大ポンプ圧力は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ圧力を合計した圧力となる。

よって、この実施形態の気体制御装置２００においても、並列接続時における低ポンプ圧力下で多くの流量を得ることができる特性と、直列接続時における低流量下で高いポンプ圧力を得ることができる特性との両方を実現することができる。また、各弁室の圧力変化に併せたダイヤフラムの変位によって徐々に並列接続から直列接続に切り替わるため、大流量特性から高ポンプ圧力特性へスムーズに移行する。

また、この実施形態の気体制御装置２００においても、柔軟なダイヤフラム３０と筺体１１０とが密着するため漏気が発生しない。また、ダイヤフラム３０と筺体１１０との密着及び離間の際に摺動が発生しないので、ダイヤフラム３０と筐体１１０との間にグリスを設ける必要がない。そのため、気体への不純物の混入を抑制することができる。

従って、この実施形態の気体制御装置２００によれば、気体制御装置１００と同様の効果を奏する。

また、以上より、図１２に示すようにｎ段の圧電ポンプを接続した場合でも、気体制御装置１００と同様の効果を奏する。

図１２は、本発明の第２実施形態の変形例に係る気体制御装置２００′に備えられる第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２、第ｎ−１圧電ポンプ７０２、第ｎ圧電ポンプ８０２、逆止弁１０３、１０４、２０４、７０３、８０３、８０４、切替弁１０５、２０５、８０５、流入口２８、２９及び流出口１９の接続関係を示すブロック図である。

なお、図１２では、１段目の第１圧電ポンプ１０１を第１のポンプ、２段目の第２圧電ポンプ１０２を第２のポンプ、ｎ−１段目の第ｎ−１圧電ポンプ７０２を第ｎ−１のポンプ、ｎ段目の第ｎ圧電ポンプ８０２を第ｎのポンプ、と表記している。同様に、１段目の切替弁１０５を第１切替弁と、２段目の切替弁２０５を第２切替弁と、ｎ−１段目の切替弁８０５を第ｎ−１切替弁と、表記している。同様に、１段目の逆止弁１０３を第１の逆止弁と、ｎ−１段目の逆止弁７０３を第２ｎ−５の逆止弁と、ｎ段目の逆止弁８０３を第２ｎ−３の逆止弁と、表記している。また、１段目の逆止弁１０４を第２の逆止弁と、２段目の逆止弁２０４を第４の逆止弁と、ｎ段目の逆止弁８０４を第２ｎ−２の逆止弁と、表記している。

この構成において、気体制御装置２００′は、流入口２８、２９、及び流出口１９が設けられた筐体と、ダイヤフラムと、第１ポンプと、第ｔポンプと、第ｎポンプと、を備える。ここで、ｔは２からｎ−１までの整数であり、ｎは４以上の整数である。

気体制御装置２００′のダイヤフラムは、筐体内を分割して筐体内に、流入口２８、２９に連通する第１領域１と、流出口１９に連通する第２領域２と、第３領域３と、第２ｔ領域と、第２ｔ＋１領域と、第２ｎ領域２ｎとを形成する。

ここで、第１ポンプと第１切替弁と第２の逆止弁の間の領域は第３領域３に相当する。第２のポンプと第１切替弁と第１の逆止弁の間の領域は第４領域４に相当し、第２のポンプと第２切替弁と第４の逆止弁の間の領域は第５領域５に相当する。同様に、第ｎ−１ポンプと第ｎ−２切替弁と第２ｎ−５の逆止弁の間の領域は第２ｎ−２領域２ｎ−２に相当し、第ｎ−１ポンプと第ｎ−１切替弁と第２ｎ−２の逆止弁の間の領域は第２ｎ−１領域２ｎ−１に相当する。第ｎポンプと第ｎ−１切替弁と第２ｎ−３の逆止弁の間の領域は第２ｎ領域２ｎに相当する。

第１ポンプは、第１ポンプ室と第１ポンプ室を介して互いに連通する第１吸引孔および第１吐出孔とを有し、第１吸引孔が第１領域１に連通し、第１吐出孔が第３領域３に連通する。第ｔポンプは、第ｔポンプ室と第ｔポンプ室を介して互いに連通する第ｔ吸引孔および第ｔ吐出孔とを有し、第ｔ吸引孔が第２ｔ領域に連通し、第ｔ吐出孔が第２ｔ+１領域に連通する。第ｎポンプは、第ｎポンプ室と第ｎポンプ室を介して互いに連通する第ｎ吸引孔および第ｎ吐出孔とを有し、第ｎ吸引孔が第２ｎ領域２ｎに連通し、第ｎ吐出孔が第２領域２に連通する。

そして、気体制御装置２００′のダイヤフラムは、第１、第ｔ、第ｎポンプの動作時、第３領域３および第２ｔ+１領域の圧力が第２領域２の圧力よりも高く、第２ｔ領域および第２ｎ領域２ｎの圧力が第１領域１の圧力よりも低いとき、第３領域３および第２ｔ+１領域のそれぞれと第２ｔ領域および第２ｎ領域２ｎのそれぞれとを遮断して、第３領域３および第２ｔ+１領域のそれぞれと第２領域２とを連通するとともに第２ｔ領域および第２ｎ領域２ｎのそれぞれと第１領域とを連通し、第３領域３および第２ｔ+１領域の圧力が第２領域２の圧力よりも低く、第２ｔ領域および第２ｎ領域２ｎの圧力が第１領域１の圧力よりも高いとき、第３領域３および第２ｔ+１領域のそれぞれと第２領域２とを遮断するとともに第２ｔ領域および第２ｎ領域２ｎのそれぞれと第１領域１とを遮断して、第３領域３および第２ｔ+１領域のそれぞれと第２ｔ領域および第２ｎ領域２ｎのそれぞれとを連通するよう、筐体に固定されている。

以上の構成では、貯蔵部１０９の圧力が低い間、ｎ個の圧電ポンプ１０１、１０２、・・・、７０２、８０２が並列に接続され、貯蔵部１０９の圧力が高くなると、ｎ個の圧電ポンプ１０１、１０２、・・・、７０２、８０２が直列に接続される。

ここで、ｎ個の圧電ポンプ１０１、１０２、・・・、７０２、８０２を並列に接続した場合の気体制御装置２００′の最大ポンプ圧力は、ｎ個の圧電ポンプ１０１、１０２、・・・、７０２、８０２のうち、単体での最大ポンプ圧力が最も高いポンプのみを貯蔵部１０９に接続した場合と同じであるが、最大流量は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ流量を合計した流量となる。一方、ｎ個の圧電ポンプ１０１、１０２、・・・、７０２、８０２を直列に接続した場合の気体制御装置２００′の最大吐出流量は、ｎ個の圧電ポンプ１０１、１０２、・・・、７０２、８０２のうち、単体での最大ポンプ流量が最も多いポンプを貯蔵部１０９に接続した場合と同じであるが、最大ポンプ圧力は、おのおののポンプの単体での最大ポンプ圧力を合計した圧力となる。

よって、この実施形態の気体制御装置２００′においても、並列接続時における低ポンプ圧力下で多くの流量を得ることができる特性と、直列接続時における低流量下で高いポンプ圧力を得ることができる特性との両方を実現することができる。また、各弁室の圧力変化に併せたダイヤフラムの変位によって徐々に並列接続から直列接続に切り替わるため、大流量特性から高ポンプ圧力特性へスムーズに移行する。

また、この実施形態の気体制御装置２００′においても、ダイヤフラムと筐体との間に隙間を設ける必要がなく、ダイヤフラムが筐体に固定される簡易な構造を有する。

従って、この実施形態によれば、図１２に示すようにｎ段の圧電ポンプを接続した場合でも、気体制御装置１００と同様の効果を奏する。

《第３実施形態》
図１３は、本発明の第３実施形態の気体制御装置３００の断面図である。この実施形態の気体制御装置３００は、急速排気が可能な急速排気部３４０を備える点で気体制御装置１００と相違し、その他の構成については同じである。そのため、気体制御装置３００は、圧縮空気を充填した後に急速排気が必要な血圧測定用のカフ３０９に接続するのに好適な装置である。当該カフ３０９も本発明の「貯蔵部」に相当する。急速排気部３４０は、排気弁３０６を有し、連通孔３１６を介して流出室１２２に接続する。

気体制御装置３００は、図１３に示すように、筺体３２５と、ダイヤフラム３３０とで構成されている。筺体３２５は、上部筐体３１０と、下部筐体３２０とで構成されている。そして、気体制御装置３００の上部筐体３１０の流出口１９には、カフ３０９のゴム管３０９Ａが接続される。

なお、図１３では気体制御装置３００の構造を見易くするため便宜上、上部筐体３１０を蓋部３１１と中間部３１２と第１挟持部３１３の３層に分けて表示し、下部筐体３２０を第２挟持部３２１と底板３２２の２層に分けて表示している。そして、各層の間の境界線を点線で示している。

また、気体制御装置３００の上部筐体３１０には、カフ３０９の空気を外部へ排気するための排気口１５と、流出室１２２に連通する連通孔３１６と、連通孔３１６に連通する開口３６４と、開口３６４の周囲から第５のダイヤフラム３０Ｅ側へ突出した円筒状の第４の弁座３６２と、が設けられている。

また、ダイヤフラム３３０は、第５のダイヤフラム３０Ｅをさらに有する。すなわち、第１のダイヤフラム３０Ａ、第２のダイヤフラム３０Ｂ、第３のダイヤフラム３０Ｃ、第４のダイヤフラム３０Ｄ及び第５のダイヤフラム３０Ｅは、共通の１枚のダイヤフラム３３０によって構成されている。

第５のダイヤフラム３０Ｅは、上部筐体３１０、下部筺体３２０内を分割して、排気口１５に連通するリング状の排気室３６５と、図示しない連通孔を介して第７弁室１１２に連通する円柱状の第９弁室３６３とを構成する。第５のダイヤフラム３０Ｅは、第４の弁座３６２に当接し、排気弁３０６を上部筐体３１０、下部筺体３２０とともに構成する。

即ち、第１の逆止弁１０３と第２の逆止弁１０４と切替弁１０５と排気弁３０６とは一体に設けられている。この構造により、気体制御装置３００は、第１圧電ポンプ１０１と第２圧電ポンプ１０２と第１の逆止弁１０３と第２の逆止弁１０４と切替弁１０５と排気弁３０６とを備える。

排気弁３０６は、第５のダイヤフラム３０Ｅと、排気室３６５と、第９弁室３６３と、第４の弁座３６２とを備える。第４の弁座３６２は、第５のダイヤフラム３０Ｅを与圧するように、上部筐体３１０に設けられている。

以上の構造において排気弁３０６は、第５のダイヤフラム３０Ｅの両主面に加わる力の差によって、排気室３６５と開口３６４との接続と遮断とを切り替える。

ここで、血圧測定時における気体制御装置３００の動作について説明する。

血圧計は、カフへ空気を充填することによってポンプの圧力を徐々に高め、ゆっくり排気しながら高血圧側と低血圧側の血圧測定を順次行い、その後カフに残った空気を急速排気するものが一般的である。

図１４は、図１３に示す第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の並列接続時における気体制御装置３００内の空気の流れを示す断面図である。図１５は、図１３に示す第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の直列接続時における気体制御装置３００内の空気の流れを示す断面図である。図１６は、図１３に示す第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が動作を停止した直後における気体制御装置３００内の空気の流れを示す断面図である。

第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の並列接続時における気体制御装置３００内の空気の流れは、図１４に示すように、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の並列接続時における気体制御装置１００内の空気の流れと同じである（図９参照）。

また、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の直列接続時における気体制御装置３００内の空気の流れも、図１５に示すように、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の直列接続時における気体制御装置１００内の空気の流れと同じである（図１０参照）。

なお、第９弁室３６３は、前述したように第７弁室１１２に連通しているため、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が動作を行っている間、排気弁３０６は閉じた状態を維持する。

血圧の測定が終了した後、気体制御装置３００では、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２の動作を停止する。ここで、第１圧電ポンプ１０１のポンプ室４５と第７弁室１１２と第９弁室３６３との体積はカフ３０９の収容可能な空気の体積に比べて極めて小さい。

そのため、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ２０１の動作が停止すると、第１圧電ポンプ１０１のポンプ室４５と第７弁室１１２と第９弁室３６３との空気は、第１圧電ポンプ１０１の吸引孔５２および開口部９２を経由して気体制御装置３００の流入口２９から気体制御装置３００の外部へ速やかに排気される。また、急速排気部３４０における排気弁３０６の開口３６４には、カフ３０９の圧力がかかる。

この結果、急速排気部３４０の排気弁３０６では、第１圧電ポンプ１０１、第２圧電ポンプ１０２が動作を停止すると、第９弁室３６３の圧力がすぐに低下し、第５のダイヤフラム３０Ｅが開放して開口３６４と排気室３６５とが連通する。これにより、カフ３０９の空気が流出室１２２、連通孔３１６、開口３６４及び排気室３６５を経由して排気口１５から急速に排気される（図１６参照）。

従って、この実施形態の気体制御装置３００によれば、カフ３０９に圧縮空気を充填した後に、さらにカフ３０９から空気を急速排気することができる。

《その他の実施形態》
前記実施形態では気体として空気を用いているが、これに限るものではなく、当該気体が、空気以外の気体であっても適用できる。

また、前記実施形態では圧電ポンプを設けたが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動で動作を行う電磁ポンプを圧電ポンプの代わりに設けても構わない。

また、前記実施形態では、圧電素子４４はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成しているが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などから構成してもよい。

また、前記実施形態ではユニモルフ型で屈曲振動する圧電アクチュエータ４０を設けたが、振動板４１の両面に圧電素子４４を貼着してバイモルフ型で屈曲振動するように構成してもよい。

また、前記各実施形態では、圧電アクチュエータ４０の屈曲振動に伴って可撓板５１が屈曲振動する例を示したが、これに限るものではない。実施の際は、圧電アクチュエータ４０のみが屈曲振動してもよく、必ずしも可撓板５１が、圧電アクチュエータ４０の屈曲振動に伴って屈曲振動しなくても良い。

また、前記各実施形態では円板状の圧電アクチュエータ４０を用いたが、これに限るものではない。例えば、圧電アクチュエータ４０の形状が矩形板状や多角板状、楕円板状であってもよい。

また、前記実施形態では、第２の弁室１５６は通気口１８を介して大気解放されているが、これに限るものではない。例えば、第２の弁室１５６を開放せず、弾性体を第２の弁室１５６に充填することで、ダイヤフラム３０Ａに圧力を付与してもよい。このとき、弾性体の力をＦとすると、Ｆは、Ｐ１×Ａ１＞Ｐ２×Ａ２＋Ｆの式を満たすよう設計される。

また、前記実施形態では、第１の逆止弁１０３または第２の逆止弁１０４は、弁座と、弁座の先端部と当接する領域の一部を貫通する孔とを有するダイヤフラムと、を有しているが、これに限るものではない。例えば、切替弁１５２と同様の構成により、第１の逆止弁１０３または第２の逆止弁１０４を構成しても構わない。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 上部筐体
１１ 蓋部
１２ 中間部
１３ 第１挟持部
１５ 排気口
１６、１７ 連通孔
１８ 通気口
１９ 流出口
２０ 下部筐体
２１ 第２挟持部
２２ 底板
２５、２６、２７ 連通孔
２８、２９ 流入口
３０ ダイヤフラム
３２、３５ 孔
４０ アクチュエータ
４１ 振動板
４２ 孔
４３ 補強板
４４ 圧電素子
４５ ポンプ室
５１ 可撓板
５２ 吸引孔
５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ スペーサ
５４ 蓋部
５５ 吐出孔
６０ 振動板ユニット
６１ 枠板
６２ 連結部
６３ 外部端子
７０ 電極導通用板
７１ 枠部位
７２ 外部端子
７３ 内部端子
８０ ポンプ筐体
９１ 基板
９２ 開口部
１００ 気体制御装置
１０１ 第１圧電ポンプ
１０２ 第２圧電ポンプ
１０３ 第１逆止弁
１０４ 第２逆止弁
１０５ 切替弁
１０９ 貯蔵部
１０９Ａ ゴム管
１１０ 筺体
１１１ 流入室
１１２ 第７弁室
１１６ 第８弁室
１２１ 第４弁室
１２２ 流出室
１２４ 連絡路
１２６ 開口
１３２ 第３の弁座
１３３ 第３弁室
１４２ 第１の弁座
１４３ 第５弁室
１４６ 第６弁室
１５２ 第２の弁座
１５３ 第１弁室
１５６ 第２弁室
２００ 気体制御装置
２０２ 第３ポンプ
２０５ 切替弁
３００ 気体制御装置
３０６ 排気弁
３０９ カフ
３０９Ａ ゴム管
３１０ 上部筐体
３１６ 連通孔
３２０ 下部筐体
３２５ 筐体
３３０ ダイヤフラム
３４０ 急速排気部
３６２ 弁座
３６３ 第９弁室
３６４ 開口
３６５ 排気室
７０２ 第ｎ−１圧電ポンプ
７０３ 第２ｎ−５逆止弁
８０２ 第ｎ圧電ポンプ
８０３ 第２ｎ−３逆止弁
８０４ 第２ｎ−２逆止弁
８０５ 切替弁
Ｐ パッキン

（１）流入口と流出口とを有する筺体を備え、
前記筺体の内部に、
前記流入口と前記流出口との間に設けられ、前記流出口から前記流入口への気体の流れを遮断する第１の逆止弁及び第２の逆止弁と、
前記流入口と接続された吸入孔と、前記第２の逆止弁と接続された吐出孔と、を有する第１のポンプと、
前記第１の逆止弁と接続された吸入孔と、前記流出口と接続された吐出孔と、を有する第２のポンプと、
前記第１のポンプの吐出孔と前記第２のポンプの吸入孔との間に設けられている切替弁と、を備える気体制御装置であって、
前記切替弁は、第１のダイヤフラムと、前記第１のダイヤフラムによって仕切られた第１及び第２の弁室と、前記第１の弁室側に設けられている第１の弁座とを備え、
前記第１のダイヤフラムは、前記第１の弁座と当接する領域を有し、
前記第１の弁座は、前記第２のポンプの吸入孔と接続される開口を有し、
前記第１の弁室は前記第１のポンプの吐出孔と接続され、
前記切替弁は、前記第１のダイヤフラムにおける両主面に加わる力の差によって、前記第１のポンプの吐出孔と、前記第２のポンプの吸入孔との接続と遮断とを切り替える。

Claims (13)

1. 流入口と流出口とを有する筺体を備え、
   前記筺体の内部に、
   前記流入口と前記流出口との間に設けられ、前記流出口から前記流入口への気体の流れを遮断する第１の逆止弁及び第２の逆止弁と、
   前記流入口と接続された吸入孔と、前記第２の逆止弁と接続された吐出孔と、を有する第１のポンプと、
   前記第１の逆止弁と接続された吸入孔と、前記流出口と接続された吐出孔と、を有する第２のポンプと、
   前記第１のポンプの吐出孔と前記第２のポンプの吸入孔との間に設けられている切替弁と、を備える気体制御装置であって、
   前記切替弁は、第１のダイヤフラムと、前記第１のダイヤフラムによって仕切られた第１及び第２の弁室と、前記第１の弁室側に設けられている第１の弁座とを備え、
   前記第１のダイヤフラムは、前記第１の弁座と当接する領域を有し、
   前記第１の弁座は、前記第２のポンプの吸入孔と接続される開口を有し、
   前記第１の弁室は、前記第１のポンプの吐出孔と接続され、
   前記切替弁は、前記第１のダイヤフラムにおける両主面に加わる力の差によって、前記第１のポンプ吐出孔と、前記第２のポンプの吸入孔との接続と遮断とを切り替える、気体制御装置。
2. 前記第１の逆止弁は、第２のダイヤフラムと、前記第２のダイヤフラムによって仕切られた第３及び第４の弁室と、前記第３の弁室側に設けられている第２の弁座とを備え、
   前記第２のダイヤフラムは、前記第２の弁座の先端部と当接する領域と、該領域の一部を貫通する孔とを有し、
   前記第３の弁室は前記流入口と接続され、前記第４の弁室は前記第２のポンプの吸入孔と接続されている、請求項１に記載の気体制御装置。
3. 前記第２の逆止弁は、第３のダイヤフラムと、前記第３のダイヤフラムによって仕切られた第５及び第６の弁室と、前記第５の弁室側に設けられている第３の弁座とを備え、
   前記第３のダイヤフラムは、前記第３の弁座の先端部と当接する領域と、該領域の一部を貫通する孔とを有し、
   前記第５の弁室は前記第１のポンプの吐出孔と接続され、前記第６の弁室は前記流出口と接続されている、請求項１または２に記載の気体制御装置。
4. 前記筺体は、通気孔をさらに有し、
   前記切替弁においては、前記第２の弁室が前記通気孔と接続され、
   前記第２の弁室の圧力は、大気圧である、請求項１から３のいずれか１項に記載の気体制御装置。
5. 前記第１、第２、及び第３のダイヤフラムは、共通の１枚のダイヤフラムによって構成されている、請求項３または４に記載の気体制御装置。
6. 流入口と流出口とを有する筐体と、
   前記筐体内を分割して前記筐体内に、前記流入口に連通する第１領域と、前記流出口に連通する第２領域と、第３領域と、第４領域と、を形成するダイヤフラムと、
   第１ポンプ室と、前記第１ポンプ室を介して互いに連通する第１吸引孔および第１吐出孔と、を有し、前記第１吸引孔が前記第１領域に連通し、前記第１吐出孔が前記第３領域に連通する第１のポンプと、
   第２ポンプ室と、前記第２ポンプ室を介して互いに連通する第２吸引孔および第２吐出孔と、を有し、前記第２吸引孔が前記第４領域に連通し、前記第２吐出孔が前記第２領域に連通する第２のポンプと、を備え、
   前記ダイヤフラムは、
   前記第１、第２のポンプの動作時、前記第３領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも高く、前記第４領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも低い場合、前記第３領域および前記第４領域を遮断し、前記第２領域および前記第３領域を連通するとともに前記第１領域および前記第４領域を連通し、
   前記第１、第２のポンプの動作時、前記第３領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも低く、前記第４領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも高い場合、前記第２領域および前記第３領域の通気と前記第１領域および前記第４領域の通気とを遮断し、前記第３領域および前記第４領域を連通するよう、前記筐体に固定されていることを特徴とする気体制御装置。
7. 前記筐体は、前記第４領域に連通する開口と、前記第３領域において前記開口の周囲から前記ダイヤフラム側へ突出する第１の弁座と、前記第１領域において前記ダイヤフラム側へ突出する第２の弁座と、前記第３領域において前記ダイヤフラム側へ突出する第３の弁座と、が設けられ、
   前記ダイヤフラムは、前記第１の弁座、及び前記第２の弁座、前記第３の弁座に当接して前記筐体に固定されており、
   前記ダイヤフラムには、前記第２の弁座に当接する領域の一部に孔が設けられ、前記第３の弁座に当接する領域の一部に孔が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の気体制御装置。
8. 前記ダイヤフラムは、前記第１領域と前記第３領域との圧力差により前記第１の弁座に対して接触または離間して開閉し、前記第１領域と前記第４領域との圧力差により前記第２の弁座に対して接触または離間して開閉し、前記第２領域と前記第３領域との圧力差により前記第３の弁座に対して接触または離間して開閉することを特徴とする、請求項７に記載の気体制御装置。
9. 前記ダイヤフラムは、前記第１領域と前記第４領域との圧力差により開閉する第１の逆止弁と、前記第２領域と前記第３領域との圧力差により開閉する第２の逆止弁と、前記第１領域と前記第３領域との圧力差により開閉する切替弁と、を前記筐体とともに構成し、
   前記第１の逆止弁は、前記第４領域から前記第１領域への気体の流れを阻止し、
   前記第２の逆止弁は、前記第２領域から前記第３領域への気体の流れを阻止し、
   前記切替弁は、前記第１、第２のポンプの動作時、前記第３領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも高く前記第４領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも低い場合、前記第３領域および前記第４領域を遮断し、前記第３領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも低く前記第４領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも高い場合、前記第３領域および前記第４領域を連通する、請求項７または８に記載の気体制御装置。
10. 前記第１、第２、及び第３の弁座は、前記ダイヤフラムを与圧するように前記筐体に設けられていることを特徴とする、請求項５または７に記載の気体制御装置。
11. 前記筐体は、前記流入口が設けられている第１の筐体と、前記流出口が設けられている第２の筐体とを有し、
    前記ダイヤフラムは、弾性部材からなり、前記第１の筐体と前記第２の筐体とに両面から挟持されていることを特徴とする、請求項５から１０のいずれか１項に記載の気体制御装置。
12. 前記流出口は貯蔵部に接続されており、
    前記流出口に連通し、前記第１、第２のポンプの動作により前記貯蔵部に充填された気体を、前記第１、第２のポンプの動作の停止時に急速に排気が可能である急速排気部を備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載の気体制御装置。
13. 流入口と流出口とを有する筐体と、
    前記筐体内を分割して前記筐体内に、前記流入口に連通する第１領域、前記流出口に連通する第２領域、第３領域、第２ｔ（ｔは２からｎ−１までの整数）領域、第２ｔ＋１領域及び第２ｎ（ｎは３以上の整数）領域を形成するダイヤフラムと、
    第１ポンプ室と前記第１ポンプ室を介して互いに連通する第１吸引孔および第１吐出孔とを有し、前記第１吸引孔が前記第１領域に連通し、前記第１吐出孔が前記第３領域に連通する第１のポンプと、
    第ｔポンプ室と前記第ｔポンプ室を介して互いに連通する第ｔ吸引孔および第ｔ吐出孔とを有し、前記第ｔ吸引孔が前記第２ｔ領域に連通し、前記第ｔ吐出孔が前記第２ｔ+１領域に連通する第ｔのポンプと、
    第ｎポンプ室と前記第ｎポンプ室を介して互いに連通する第ｎ吸引孔および第ｎ吐出孔とを有し、前記第ｎ吸引孔が前記第２ｎ領域に連通し、前記第ｎ吐出孔が前記第２領域に連通する第ｎのポンプと、を備え、ｎ段のポンプを接続した、気体制御装置であって、
    前記ダイヤフラムは、
    前記第１、第ｔ、及び第ｎのポンプの動作時、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも高く、前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも低いとき、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域のそれぞれと前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域のそれぞれとを遮断し、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域のそれぞれと前記第２領域とを連通するとともに前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域のそれぞれと前記第１領域とを連通し、
    前記第１、第ｔ、及び第ｎのポンプの動作時、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域の圧力が前記第２領域の圧力よりも低く、前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域の圧力が前記第１領域の圧力よりも高いとき、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域のそれぞれと前記第２領域とを遮断するとともに前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域のそれぞれと前記第１領域とを遮断し、前記第３領域および前記第２ｔ+１領域のそれぞれと前記第２ｔ領域および前記第２ｎ領域のそれぞれとを連通するよう、前記筐体に固定されていることを特徴とする気体制御装置。