JP6356842B2 - 圧電アクチュエータ - 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。

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計器や設備が多いが、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、これらの計器・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、薄型化の目標実現は困難である。またこのため、モバイルデバイス上に設置したり、モバイルデバイスと組み合わせて使用したりすることもできず、利便性に欠けている。このほか、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も発生し、使用者のストレスとなるため、使用上不便で不快感を生じる。

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た計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、便利かつ快適に使用でき、携帯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、小型流体制御装置と小型バルブ装置を統合し、従来技術の空気圧動力を採用して駆動する計器や設備の体積が大きい、薄型化が難しい、携帯できないという問題を解決するとともに、騒音が大きいという欠点を改善した、携帯型またはウェアラブルな計器または設備に適用できる小型空気圧動力装置を提供することにある。

上述の目的を達するため、本発明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含み、前記小型流体制御装置が、気体導入板、共振片、圧電アクチュエータ、集気板を含み、前記集気板が、少なくとも１つの気体導入孔、少なくとも１つの気体ガイド溝、合流チャンバを構成する中心凹部を備え、少なくとも１つの気体導入孔が気体の導入に用いられ、気体ガイド溝が気体導入孔に対応し、かつ気体導入孔の気体をガイドして中心凹部が構成する合流チャンバに合流させ、前記共振片が気体導入板の合流チャンバに対応する中空孔を備え、前記圧電アクチュエータが懸吊板、外枠、圧電セラミック板を備え、前記懸吊板が７.５ｍｍ〜１２ｍｍの間の長さ、７.５ｍｍから１２ｍｍの間の幅、０.１ｍｍ〜０.４ｍｍの間の厚さを備え、前記外枠が懸吊板と外枠の間を連接して設置された少なくとも１つのフレームを備え、前記圧電セラミック板が懸吊板の第１表面に貼付され、前記懸吊板の辺の長さより大きくない辺の長さを備え、かつ７.５ｍｍ〜１２ｍｍの間の長さ、７.５ｍｍ〜１２ｍｍの間の幅、０.０５ｍｍ〜０.３ｍｍの間の厚さを備え、かつ長さと幅の比が０.６２５倍〜１.６倍の間であり、前記集気板が第１貫通孔、第２貫通孔、第１圧力リリーフチャンバ、第１出口チャンバ、基準表面を備え、第１出口チャンバが凸部構造を備え、凸部構造の高さが集気板の基準表面より高く、第１貫通孔が第１圧力リリーフチャンバと相互に連通され、第２貫通孔が第１出口チャンバと相互に連通され、そのうち、集気板、圧電アクチュエータ、共振片、気体導入板が順に対応して重ねて設置かつ位置決めされ、共振片と圧電アクチュエータの間に有する間隙で第１チャンバを形成し、圧電アクチュエータが駆動されると、気体が気体導入板の少なくとも１つの気体導入孔から導入され、少なくとも１つの気体ガイド溝を経て中心凹部に集められ、共振片の中空孔を通過して第１チャンバ内に進入し、さらに圧電アクチュエータの少なくとも１つのフレームの間の空隙から下に向かって伝送されることで、気体が連続して押し出されるとともに、小型バルブ装置がバルブ片と出口板を含み、小型流体制御装置の集気板上に順に対応して重ねて設置かつ位置決めされ、前記バルブ片が弁孔を備え、前記バルブ片が０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間の厚さを有し、前記集気板の凸部構造がバルブ片の弁孔に対応して設置され、有利に弁孔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、前記出口板が圧力リリーフ通孔、出口通孔、第２圧力リリーフチャンバ、第２出口チャンバ、少なくとも１つの位置規制構造、基準表面を備え、前記基準表面に第２圧力リリーフチャンバと第２出口チャンバが凹設され、前記圧力リリーフ通孔が第２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備え、前記凸部構造の高さが出口板の基準表面より高く、前記出口通孔が第２出口チャンバと相互に連通され、少なくとも１つの位置規制構造が第２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が０.２ｍｍ〜０.５ｍｍの間であり、第２圧力リリーフチャンバと第２出口チャンバの間に連通流路を備え、そのうち、前記出口板の圧力リリーフ通孔が集気板の第１貫通孔に対応し、前記出口板の第２圧力リリーフチャンバが集気板の第１圧力リリーフチャンバに対応し、前記出口板の第２出口チャンバが集気板の第１出口チャンバに対応し、バルブ片が集気板と出口板の間に設置され、第１圧力リリーフチャンバと第２圧力リリーフチャンバの連通を阻隔し、かつバルブ片の弁孔が第２貫通孔と出口通孔の間に対応して設置され、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１貫通孔及び第２貫通孔から第１圧力リリーフチャンバ及び第１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有利にプレストレス作用を形成し、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、圧力蓄積気体が導入気体より大きくなると、圧力蓄積気体が出口通孔から第２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されて閉じられ、かつ少なくとも１つの位置規制構造がバルブ片を補助して支持することで、バルブ片が外れないように防止するとともに、同時に圧力蓄積気体が第２出口チャンバ内で連通流路に沿って第２圧力リリーフチャンバ内へと流れ、このとき第２圧力リリーフチャンバ内でバルブ片が移動され、圧力蓄積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うことができる。

上述の目的を達するため、本発明の別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含み、前記小型流体制御装置が、気体導入板、共振片、圧電アクチュエータ、集気板を含み、前記集気板が少なくとも２つの貫通孔と少なくとも２つのチャンバを備え、そのうち集気板、圧電アクチュエータ、共振片、気体導入板が順に対応して重ねて設置かつ位置決めされ、共振片と圧電アクチュエータの間に有する間隙で第１チャンバを形成し、圧電アクチュエータが駆動されると、気体が気体導入板から進入し、共振片を通過して第１チャンバ内に進入し、さらに下に伝送されるとともに、小型バルブ装置がバルブ片と出口板を含み、小型流体制御装置の集気板上に順に対応して重ねて設置かつ位置決めされ、前記バルブ片が弁孔を備え、前記出口板が少なくとも２つの貫通孔と少なくとも２つのチャンバを備え、そのうち、前記小型流体制御装置と小型バルブ装置の間に集気チャンバが形成され、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、出口板がそれぞれ具備する少なくとも２つの貫通孔及び少なくとも２つのチャンバを通過し、気体の単方向の流動によりバルブ片の弁孔が対応して開閉され、圧力蓄積または圧力逃がしの作業が行われる。

上述の目的を達するため、本発明のさらに別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含み、前記小型流体制御装置が順に重ねて設置された集気板、圧電アクチュエータ、共振片、気体導入板を含み、そのうち、共振片と圧電アクチュエータの間に有する間隙で第１チャンバを形成し、圧電アクチュエータが駆動されると、気体が気体導入板から進入し、共振片を通過して、第１チャンバ内に進入してさらに送り出されるとともに、前記小型バルブ装置が順に重ねて設置されたバルブ片と出口板を含み、小型流体制御装置の集気板上に位置決めされ、バルブ片が弁孔を備え、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、圧力蓄積または圧力逃がしの作業が行われる。

本発明の最良の実施例の小型空気圧動力装置の正面立体分解図である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の正面立体図である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の背面立体分解図である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の背面立体図である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータの正面立体斜視図である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータの背面立体斜視図である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータの断面図である。 圧電アクチュエータの多様な実施態様を示す正面図１である。 圧電アクチュエータの多様な実施態様を示す正面図２である。 圧電アクチュエータの多様な実施態様を示す正面図３である。 図１Ａの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断面図１である。 図１Ａの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断面図２である。 図１Ａの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断面図３である。 図１Ａの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断面図４である。 図１Ａの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断面図５である。 図１Ａの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断面図である。 図１Ａの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断面図である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す断面図１である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す断面図２である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す断面図３である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す断面図４である。 図１Ａの小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す断面図５である。 図１Ａの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断面図である。

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の範囲を逸脱せず、かつ本発明の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。

本発明の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。図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図７Ａから図７Ｅを参照する。図１Ａは本発明の最良の実施例の小型空気圧動力装置の正面立体分解図であり、図１Ｂは図１Ａの小型空気圧動力装置の正面立体図であり、図２Ａは図１Ａの小型空気圧動力装置の背面立体分解図であり、図２Ｂは図１Ａの小型空気圧動力装置の背面立体図であり、図７Ａから図７Ｅは図１Ａの小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す断面図である。図１Ａと図２Ａに示すように、本発明の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、そのうち、小型流体制御装置１Ａが殼体１ａ、圧電アクチュエータ１３、絶縁片１４１、１４２、導電片１５等の構造を備え、そのうち、殼体１ａが集気板１６と座体１０を含み、座体１０が気体導入板１１と共振片１２を含むが、これらに限らない。圧電アクチュエータ１３は共振片１２に対応して設置され、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、別の絶縁片１４２、集気板１６等が順に重ねて設置され、かつ前記圧電アクチュエータ１３が懸吊板１３０、外枠１３１、少なくとも１つのフレーム１３２、圧電セラミック板１３３を組み立てて成り、小型バルブ装置１Ｂがバルブ片１７と出口板１８を含むが、これらに限らない。かつ本実施例において、図１Ａに示すように、集気板１６は単なる単一の板体構造に限らず、周縁に側壁１６８を備えた枠体構造としてもよく、かつ前記集気板１６は９ｍｍ〜１７ｍｍの間の長さ、９ｍｍ〜１７ｍｍの間の幅を備え、かつ前記長さ及び前記幅の比が０.５３倍〜１.８８倍の間であり、前記周縁が構成する側壁１６８とその底部の板体が共同で１つの収容空間１６ａを定義し、前記圧電アクチュエータ１３が前記収容空間１６ａ内に設置される。このため、本発明の小型空気圧動力装置１は組み立てが完了すると、その正面図が図１Ｂ、図７Ａから図７Ｅに示すようになり、前記小型流体制御装置１Ａが小型バルブ装置１Ｂと相互に対応して組み立てられて成ることが分かり、つまり、前記小型バルブ装置１Ｂのバルブ片１７及び出口板１８が順に重ねて前記小型流体制御装置１Ａの集気板１６上に設置かつ位置決めされて成る。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、出口１９が装置(図示しない）と連接するために用いられ、圧力リリーフ通孔１８１が小型バルブ装置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。この小型流体制御装置１Ａと小型バルブ装置１Ｂの組み立て設置により、気体が小型流体制御装置１Ａの気体導入板１１上の少なくとも１つの気体導入孔１１０から導入され、かつ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（図示しない）を経由して継続的に伝送され、気体を小型バルブ装置１Ｂ内で単方向に流動させて、圧力を小型バルブ装置１Ｂの出口側に連接された装置（図示しない）中に蓄積させることができ、かつ圧力リリーフを行う必要があるときは、小型流体制御装置１Ａの出力量を制御して、気体を小型バルブ装置１Ｂの出口板１８上の圧力リリーフ通孔１８１から排出させ、圧力逃がしを行う。

図１Ａと図２Ａを参照する。図１Ａに示すように、小型流体制御装置１Ａの気体導入板１１は第１表面１１ｂ、第２表面１１ａ及び少なくとも１つの気体導入孔１１０を備え、本実施例において、気体導入孔１１０の数量は４個であるが、これに限らず、気体導入板１１の第１表面１１ｂと第２表面１１ａに貫通され、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１つの気体導入孔１１０から小型流体制御装置１Ａ内に流入させるために用いられる。かつ、図２Ａに示すように、気体導入板１１の第１表面１１ｂから分かるとおり、その上には少なくとも１つの気体ガイド溝１１２が設けられ、気体導入板１１の第２表面１１ａの前記少なくとも１つの気体導入孔１１０に対応して設置される。本実施例において、気体ガイド溝１１２の数量は気体導入孔１１０に対応し、その数量は４個であるが、これに限らず、そのうち前記気体ガイド溝１１２が中心で交わる箇所に中心凹部１１１が設けられ、かつ中心凹部１１１が気体ガイド溝１１２と相互に連通され、これにより気体導入孔１１０から気体ガイド溝１１２に進入した気体をガイドし、中心凹部１１１に合流させて集め、伝送することができる。本実施例において、気体導入板１１が一体成型された気体導入孔１１０、気体ガイド溝１１２、中心凹部１１１を備え、かつ前記中心凹部１１１箇所に気体を合流させる合流チャンバが対応して形成され、気体を一時的に格納するために用いられる。一部の実施例において、気体導入板１１の材質は、ステンレス材質で構成することができるがこれに限らず、かつその厚さが０.４ｍｍ〜０.６ｍｍの間であり、好ましくは０.５ｍｍであるが、これに限らない。別の一部の実施例において、前記中心凹部１１１箇所に構成された合流チャンバの深さと前記気体ガイド溝１１２の深さが同じであり、かつ前記合流チャンバと前記気体ガイド溝１１２の深さは好ましくは０.２ｍｍ〜０.３ｍｍの間であるが、これに限らない。共振片１２は可撓性材質で構成されるが、これに限らず、かつ共振片１２上に中空孔１２０が設けられ、気体導入板１１の第１表面１１ｂの中心凹部１１１に対応して設置され、気体を流通させるために用いられる。別の一部の実施例において、共振片１２は銅材質で構成しても良いが、これに限らず、かつその厚さは０.０３ｍｍ〜０.０８ｍｍの間であり、好ましくは０.０５ｍｍであるが、これに限らない。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを同時に参照する。図３Ａから図３Ｃはそれぞれ、図１Ａの小型空気圧動力装置の圧電アクチュエータの正面立体斜視図、背面立体図、断面図である。圧電アクチュエータ１３は懸吊板１３０、外枠１３１、少なくとも１つのフレーム１３２、圧電セラミック板１３３を組み立てて成り、そのうち、前記圧電セラミック板１３３が懸吊板１３０の第１表面１３０ｂに貼付され、電圧を印加して変形を生じ、前記懸吊板１３０を駆動して湾曲振動させるために用いられ、懸吊板１３０は中心部１３０ｄと外周部１３０ｅを備え、圧電セラミック板１３３が電圧を受けて駆動されると、懸吊板１３０が前記中心部１３０ｄから外周部１３０ｅまで湾曲振動することができ、さらに前記少なくとも１つのフレーム１３２が懸吊板１３０と外枠１３１の間に連接される。本実施例において、前記フレーム１３２は懸吊板１３０と外枠１３１の間を連接して設置され、その両端点が外枠１３１、懸吊板１３０にそれぞれ連接されて、弾性的な支持を提供し、かつ、フレーム１３２、懸吊板１３０、外枠１３１の間に気体を流通させるための少なくとも１つの空隙１３５をさらに備え、かつ前記懸吊板１３０、外枠１３１、フレーム１３２の形態と数量はさまざまな変化が可能である。このほか、外枠１３１は懸吊板１３０の外側に周設され、かつ電気的接続に用いるための導電ピン１３４が外側に向かって凸設されるが、これに限らない。本実施例において、懸吊板１３０は階段状の構造であり、つまり、懸吊板１３０の第２表面１３０ａが凸部１３０ｃをさらに備え、前記凸部１３０ｃは円形の突起構造とすることができるが、これに限らず、かつ凸部１３０ｃの高さは０.０２ｍｍ〜０.０８ｍｍの間であり、好ましくは０.０３ｍｍで、その直径は懸吊板１３０の最小辺の長さの０.５５倍の寸法であるが、これに限らない。図３Ａと図３Ｃを同時に参照すると分かるように、懸吊板１３０の凸部１３０ｃの表面は外枠１３１の第２表面１３１ａと同一平面にあり、かつ懸吊板１３０の第２表面１３０ａとフレーム１３２の第２表面１３２ａも同一平面にあり、かつ前記懸吊板１３０の凸部１３０ｃ及び外枠１３１の第２表面１３１ａと、懸吊板１３０の第２表面１３０ａ及びフレーム１３２の第２表面１３２ａの間には特定の深さを備えている。懸吊板１３０の第１表面１３０ｂは、図３Ｂと図３Ｃに示すように、外枠１３１の第１表面１３１ｂ及びフレーム１３２の第１表面１３２ｂと平坦な同一平面の構造にあり、圧電セラミック板１３３がこの平坦な懸吊板１３０の第１表面１３０ｂに貼付される。別の一部の実施例において、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、懸吊板１３０、フレーム１３２、外枠１３１は一体成型の構造とすることができ、かつ金属板で構成してもよく、例えばステンレス材質で構成することができるが、これに限らない。かつ一部の実施例において、前記懸吊板１３０の厚さは０.１ｍｍ〜０.４ｍｍの間であり、好ましくは０.２７ｍｍである。また、前記懸吊板１３０の長さは７.５ｍｍ〜１２ｍｍの間であり、好ましくは７.５ｍｍ〜８.５ｍｍで、幅は７.５ｍｍ〜１２ｍｍの間であり、好ましくは７.５ｍｍ〜８.５ｍｍであるが、これに限らない。前記外枠１３１の厚さは０.２ｍｍ〜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、別の一部の実施例において、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備え、長さは７.５ｍｍ〜１２ｍｍの間であり、好ましくは７.５ｍｍ〜８.５ｍｍで、幅は７.５ｍｍ〜１２ｍｍの間であり、好ましくは７.５ｍｍ〜８.５ｍｍで、また長さと幅の比は好ましくは０.６２５倍〜１.６倍の間であるが、これに限らない。さらに別の一部の実施例において、圧電セラミック板１３３の辺の長さは懸吊板１３０の辺の長さより小さくすることができ、かつ同様に懸吊板１３０に対応する正方形の板状構造に設計できるが、これに限らない。

本発明の小型空気圧動力装置１における関連の実施例において、圧電アクチュエータ１３が正方形の懸吊板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で、その消費電力は次の表１に示すとおりである。

従って、実験による上表から、前記正方形の辺の長さ寸法（８ｍｍ〜１０ｍｍ）の懸吊板１３０を備えた圧電アクチュエータ１３は、前記円形の直径（８ｍｍ〜１０ｍｍ）の懸吊板ｊ０を備えた圧電アクチュエータよりも省電力であることが分かる。上述の実験で得られた消費電力の比較データから、省電力である理由は、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懸吊板１３０は共振周波数が同様の円形の懸吊板ｊ０より明らかに低いため、相対して消費電力も明らかに低いと推測することができる。つまり、本発明で正方形の設計を採用した懸吊板１３０は円形の懸吊板ｊ０の設計よりも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る。とは言え、上述の正方形の設計の懸吊板による省電力の効果は実験により得られたものであって、理論の公式によって直接導き出されるものではなく、その省電力である理由の推測は実験の合理的な参考説明とするのみである。

圧電アクチュエータの多様な実施態様を示す図４Ａ、４Ｂ、４Ｃを参照する。これらの図に示すように、圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０、外枠１３１、フレーム１３２は多様な形態とすることができ、かつ少なくとも図４Ａに示す(ａ)〜(ｌ)等の多様な態様がある。例えば、(ａ)の態様の外枠ａ１及び懸吊板ａ０は方形の構造であり、かつ両者間が複数（例えば８個）のフレームａ２で連結されるが、これに限らず、かつフレーム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が備えられる。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、２個のフレームｉ２のみで連結されている。また、更なる関連技術を備えており、例えば図４Ｂ、図４Ｃに示すように、圧電アクチュエータ１３の懸吊板は図４Ｂの(ｍ)〜(ｒ)と図４Ｃの(ｓ)〜(ｘ)等の多様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はいずれも正方形の構造である。例えば、(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、かつ両者の間が複数（例えば４個）のフレームｍ２で連結されるが、これに限らず、かつフレーム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が備えられる。かつ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、かつこの板連接部ｍ２は両端部ｍ２’、ｍ２”を備え、そのうち１つの端部ｍ２’が外枠ｍ１に連接され、別の１つの端部ｍ２”が懸吊板ｍ０に連接され、かつこの２つの端部ｍ２’とｍ２”が相互に対応し、同一軸線上に設置される。(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を備え、かつフレーム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２つの端部ｎ２’とｎ２”を備え、かつ端部ｎ２’が外枠ｎ１に連接され、別の端部ｎ２”則が懸吊板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に連接される。つまり、前記両端部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ある。(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の両端部ｏ２’とｏ２”は相互に対応し、かつ同一軸線上に設置される。

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等の構造を備えており、この実施態様において、フレームである板連接部ｐ２が懸吊板連接部ｐ２０、梁部ｐ２１、外枠連接部ｐ２２等の構造をさらに備えており、そのうち、梁部ｐ２１が懸吊板ｐ０と外枠ｐ１の間の間隙ｐ３中に設置され、かつその設置方向が外枠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の間に連接され、かつ外枠連接部ｐ２２が梁部ｐ２１と外枠ｐ１の間に連接され、かつ前記懸吊板連接部ｐ２０と外枠連接部ｐ２２も相互に対応し、同一軸線上に設置される。

(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、そのうちフレームである板連接部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は正方形の形態であり、かつその各辺がいずれも外枠ｑ１に連接された２つの板連接部ｑ２を備え、かつそのうち各板連接部ｑ２の２つの端部ｑ２’とｑ２”が同様に相互に対応し、かつ同一軸線上に設置される。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等の構造を備えており、かつフレーム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字形の構造であり、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に連接されているため、各板連接部ｒ２がいずれも懸吊板ｒ０に連接された端部ｒ２”を備え、かつ２つの端部ｒ２’が外枠ｒ１に連接され、即ち、前記２つの端部ｂ２’と端部ｂ２”が同一の水平軸線上に設置されていない。

続いて図４Ｃに示すように、(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上にいずれも凸部１３０ｃ（図中のｓ４、ｔ４、ｕ４、ｖ４、ｗ４、ｘ４等の構造）が設けられており、かつ、(ｍ)〜(ｒ)の態様または(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が達せられる。かつ、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ても、あるいは一表面が凸部を備えた階段状構造であっても、本発明の保護範囲内であり、かつ懸吊板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、本発明の示す態様に限らない。また、前述のように、前記等懸吊板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、またはフォトリソグラフィエッチング、或いはレーザー加工、または電気鋳造加工、放電加工等の方法で製造できるが、これらに限らない。

このほか、図１Ａと図２Ａに示すように、小型流体制御装置１Ａはさらに絶縁片１４１、導電片１５及び別の絶縁片１４２を備え、圧電アクチュエータ１３の下に順に対応して設置され、か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。一部の実施例において、絶縁片１４１、１４２は絶縁が可能な材質（例えばプラスチックなど、但しこれに限らない）で構成することができ、絶縁を行うために用いられる。別の一部の実施例において、導電片１５は導電可能な材質（例えば金属など、但しこれに限らない）で構成することができ、電気の導通に用いられる。また、本実施例において、導電片１５上に導電ピン１５１を設置して電気の導通に用いてもよい。

図１Ａと図５Ａから図５Ｅを同時に参照する。そのうち、図５Ａから図５Ｅは図１Ａの小型空気圧動力装置の小型流体制御装置１Ａの局部動作を示す断面図である。まず、図５Ａに示すように、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及び別の絶縁片１４２等を順に重ねて成り、かつ本実施例において、共振片１２と圧電アクチュエータ１３の外枠１３１周縁の間の間隙ｇ０内に材料（例えば導電ペーストなど、但しこれに限らない）が充填され、共振片１２と圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０の凸部１３０ｃの間で前記間隙ｇ０の深さを維持させ、気流をガイドしてより迅速に流動させるとともに、懸吊板１３０の凸部１３０ｃと共振片１２に適切な距離を保たせ、相互に接触して生じる干渉を減少し、騒音の発生を抑制することができる。

続いて図５Ａから図５Ｅに示すように、気体導入板１１、共振片１２、圧電アクチュエータ１３が順に対応して組み立てられた後、共振片１２の中空孔１２０箇所がその上の気体導入板１１と共同で気体を合流させるチャンバを形成し、かつ共振片１２と圧電アクチュエータ１３の間に第１チャンバ１２１がさらに形成され、気体を一時的に格納するために用いられるとともに、第１チャンバ１２１が共振片１２の中空孔１２０を介して気体導入板１１の第１表面１１ｂの中心凹部１１１箇所のチャンバと相互に連通され、かつ第１チャンバ１２１の両側が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と相互に連通される。

小型空気圧動力装置１の小型流体制御装置１Ａの作動時は、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行う。図５Ｂに示すように、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、共振片１２が前記気体導入板１１の中心凹部１１１の部分に対応し、湾曲振動と形状変化を生じる。前記共振片１２は前記気体導入板１１の中心凹部１１１に対応した部分が共振片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、このとき共振片１２の可動部１２ａが流体の導入と押圧及び圧電アクチュエータ１３の振動により動かされ、圧電アクチュエータ１３が下に向かって湾曲振動と形状変化を生じることに伴い、気体が気体導入板１１上の少なくとも１つの気体導入孔１１０から進入し、その第１表面１１ｂの少なくとも１つの気体ガイド溝１１２を介してその中央の中心凹部１１１箇所に集められ、共振片１２上の中心凹部１１１に対応して設置された中央孔１２０を経由して下に向かって第１チャンバ１２１内へと流入した後、図５Ｃに示すように、圧電アクチュエータ１３の振動により動かされることで、共振片１２も共振して垂直の往復振動を行い、このとき共振片１２の可動部１２ａも下に振動して、圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０の凸部１３０ｃ上に貼り付くように当接され、懸吊板１３０の凸部１３０ｃ以外の区域と共振片１２両側の固定部１２ｂの間の合流チャンバの間隔が小さくならず、かつこの共振片１２の形状変化により、第１チャンバ１２１の体積が圧縮され、かつ第１チャンバ１２１内の流通空間が閉じられることで、その内部の気体が圧迫されて両側へと流動し、圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間の空隙１３５を介して下へと流動される。図５Ｄに示すように、共振片１２の可動部１２ａは湾曲振動と形状変化を生じた後、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され、上に向かって振動し、同じように第１チャンバ１２１の体積が圧迫され、またこのとき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１チャンバ１２１内の気体を両側に向かって流動させ、気体を継続的に気体導入板１１上の少なくとも１つの気体導入孔１１０から進入させて、中心凹部１１１に形成されたチャンバ内に流入させる。図５Ｅに示すように、前記共振片１２は圧電アクチュエータ１３の上に向かう振動を受けて共振して上に向かい、共振片１２の可動部１２ａも上の位置に向かい、中心凹部１１１内の気体を共振片１２の中央孔１２０から第１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へと流出させる。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、共振片１２と圧電アクチュエータ１３の間の間隙ｇ０がその垂直移動の最大距離を増加することができる。つまり、それら２つの構造の間に設けられた間隙ｇ０が、共振片１２の共振時により大きな幅で上下移動を生じさせることができる。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を達成し、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を達成し、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を達成する。これら数値の対応関係を下の表２に示す。上述の数値は操作周波数が１７Ｋ〜２０Ｋの間であり、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を発生し、気体を高速で流動させ、流路の出入方向の抵抗差異を通じ、気体を吸入側から排出側へと伝送するとともに、排出側に気圧がある状態下でも、気体の押し出しを持続でき、かつ静音の効果を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６Ａ、図６Ｂを同時に参照する。そのうち、図６Ａは図１Ａの小型空気圧動力装置の集気板１６と小型バルブ装置１Ｂの圧力蓄積動作を示す断面図であり、図６Ｂは図１Ａの小型空気圧動力装置の集気板１６と小型バルブ装置１Ｂの圧力逃がし動作を示す断面図である。図１Ａと図６Ａに示すように、本発明の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を順に重ねて成り、小型流体制御装置１Ａの集気板１６を組み合わせて運用される。

本実施例において、集気板１６は表面１６０及び基準表面１６１を備え、前記表面１６０上が凹設されて集気チャンバ１６２が形成され、前記圧電アクチュエータ１３がその中に設置される。小型流体制御装置１Ａが下に向かって伝送する気体がこの集気チャンバ１６２内に一時的に蓄積され、かつ集気板１６が第１貫通孔１６３及び第２貫通孔１６４を含む複数の貫通孔を備え、第１貫通孔１６３及び第２貫通孔１６４の一端が集気チャンバ１６２と相互に連通され、他端が集気板１６の基準表面１６１上の第１圧力リリーフチャンバ１６５及び第１出口チャンバ１６６とそれぞれ相互に連通される。また、第１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、かつ凸部構造１６７の高さが０.３ｍｍ〜０.５５ｍｍの間であり、かつ好ましくは０.４ｍｍ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２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２表面１８７を貫通しており、前記基準表面１８０上に第２圧力リリーフチャンバ１８３及び第２出口チャンバ１８４が凹設され、前記圧力リリーフ通孔１８１が第２圧力リリーフチャンバ１８３の中心部分に設けられ、かつ第２圧力リリーフチャンバ１８３と第２出口チャンバ１８４の間に気体の流通に用いる連通流路１８５がさらに設けられ、出口通孔１８２の一端が第２出口チャンバ１８４と相互に連通され、他端が出口１９と相互に連通される。本実施例において、出口１９は例えば圧力装置（但しこれに限らない）などの装置（図示しない）に連接することができる。

バルブ片１７上には弁孔１７０と複数の位置決め孔１７１が備えられ、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を集気板１６及び出口板１８の間に位置決めして組み立てると、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１貫通孔１６３に対応し、前記第２圧力リリーフチャンバ１８３が前記集気板１６の第１圧力リリーフチャンバ１６５に対応し、前記第２出口チャンバ１８４が前記集気板１６の第１出口チャンバ１６６に対応し、前記バルブ片１７が前記集気板１６及び前記出口板１８の間に設置され、第１圧力リリーフチャンバ１６５と第２圧力リリーフチャンバ１８３の連通を阻隔し、かつ前記バルブ片１７の弁孔１７０が前記第２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１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よって単方向に流動させる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の一端は凸出されて形成された凸部構造１８１ａをさらに増設することができ、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１８１ａの高さが０.３ｍｍ〜０.５５ｍｍの間であり、好ましくは０.４ｍｍであって、この凸部構造１８１ａが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の高さが前記出口板１８の基準表面１８０より高く、バルブ片１７がより迅速に当接され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されている。また、出口板１８は少なくとも１つの位置規制構造１８８をさらに備え、前記位置規制構造１８８の高さが０.３２ｍｍであり、本実施例を例とすると、位置規制構造１８８は第２圧力リリーフチャンバ１８３内に設置され、か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とき、バルブ片１７を補助的に支持するために用いられ、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の圧力が蓄積されて作動するとき、主に図６Ａに示すように、小型流体制御装置１Ａから下に向かって伝送される気体が提供する圧力に対応するか、または外部の大気圧が出口１９に連接された装置（図示しない）の内部圧力より大きいとき、気体を小型流体制御装置１Ａの集気板１６中の集気チャンバ１６２から第１貫通孔１６３と第２貫通孔１６４それぞれを介して下に向かって第１圧力リリーフチャンバ１６５及び第１出口チャンバ１６６内に流入させ、このとき、下に向かう気体圧力が可撓性のバルブ片１７を下に湾曲させて変形させ、第１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１貫通孔１６３に対応する箇所において下に向かって平らに貼り付かせ、圧力リリーフ通孔１８１の端部に当接させて、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２圧力リリーフチャンバ１８３内の気体が圧力リリーフ通孔１８１箇所から流出してしまうことがない。当然、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して、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を通じて、バルブ片１７を補助的に支持し、外れないようにすることができる。また、気体が第２貫通孔１６４から下に向かって第１出口チャンバ１６６内に流入し、かつ第１出口チャンバ１６６箇所に対応するバルブ片１７も下に湾曲されて変形するため、その対応する弁孔１７０が下に向かって開かれ、気体が第１出口チャンバ１６６から弁孔１７０を経由して第２出口チャンバ１８４内へ流入し、かつ出口通孔１８２から出口１９及び出口１９に連接された装置（図示しない）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。

図６Ｂに示すように、小型バルブ装置１Ｂが圧力を逃がすとき、小型流体制御装置１Ａの気体伝送量を調整することで、気体が集気チャンバ１６２内に入らないようにするか、出口１９に連接された装置（図示しない）の内部圧力が外部の大気圧より大きいとき、小型バルブ装置１Ｂに圧力を解放させることができる。このとき、気体は出口１９に連接された出口通孔１８２から第２出口チャンバ１８４内に入力され、第２出口チャンバ１８４の体積を膨張させて、可撓性のバルブ片１７を上に湾曲させて変形させ、上に向かって集気板１６上に貼り付き、当接させるため、バルブ片１７の弁孔１７０が集気板１６に当接されて閉じられる。当然、本実施例においては、第１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、可撓性のバルブ片１７を上に湾曲変形させ、より迅速に当接させて、弁孔１７０により有利にプレストレスの当接作用を達成させ、完全に貼付した密閉状態とすることができるため、初期状態にあるとき、バルブ片１７の弁孔１７０が前記凸部構造１６７にしっかりと貼り付いて閉じられ、前記第２出口チャンバ１８４内の気体が第１出口チャンバ１６６内に逆流せず、気体を外部に漏らさないという、より高い効果が得られる。また、第２出口チャンバ１８４内の気体は連通流路１８５を経由して第２圧力リリーフチャンバ１８３内へ流れ、第２圧力リリーフチャンバ１８３の体積が拡張されて、第２圧力リリーフチャンバ１８３に対応するバルブ片１７を同様に上に湾曲変形させ、このときバルブ片１７は圧力リリーフ通孔１８１端部に当接せず、これを封鎖しないため、前記圧力リリーフ通孔１８１が開いた状態となり、第２圧力リリーフチャンバ１８３内の気体を圧力リリーフ通孔１８１から外部に流出させて、圧力逃がし作業を行うことができる。当然、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または第２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をより迅速に上に湾曲変形させ、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（図示しない）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及び図７Ａから図７Ｅを同時に参照する。そのうち、図７Ａから図７Ｅは図１Ａの小型空気圧動力装置の圧力蓄積動作を示す作動示意圖断面図である。図７Ａに示すように、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の組み合わせで成る。そのうち、小型流体制御装置１Ａは前述のように、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、別の絶縁片１４２、集気板１６等の構造を順に重ねて組み立て、位置決めして成り、かつ共振片１２と圧電アクチュエータ１３の間は間隙ｇ０を備え、共振片１２と圧電アクチュエータ１３の間に第１チャンバ１２１が設けられる。小型バルブ装置１Ｂは同様にバルブ片１７及び出口板１８等を順に重ねて組み立て、前記小型流体制御装置１Ａの集気板１６上に位置決めして成り、かつ小型流体制御装置１Ａの集気板１６と圧電アクチュエータ１３の間に集気チャンバ１６２を備え、集気板１６の基準表面１６１に第１圧力リリーフチャンバ１６５と第１出口チャンバ１６６がさらに凹設され、出口板１８の基準表面１８０に第２圧力リリーフチャンバ１８３と第２出口チャンバ１８４がさらに凹設される。本実施例において、前記小型空気圧動力装置による操作周波数が２７Ｋ〜２９.５Ｋの間であり、操作電圧が±１０Ｖ〜±１６Ｖであり、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の振動を組み合わせることで、気体の圧力を蓄積して下に伝送させる。

図７Ｂに示すように、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て下に振動すると、気体が気体導入板１１上の気体導入孔１１０から小型流体制御装置１Ａ内に進入し、かつ少なくとも１つの気体ガイド溝１１２を経由してその中心凹部１１１箇所に集められ、さらに共振片１２上の中空孔１２０を経由して下に向かって第１チャンバ１２１内へ流入される。その後、図７Ｃに示すように、圧電アクチュエータ１３の振動の共振作用を受けて、共振片１２もそれに伴い往復振動し、即ち下に向かって振動して、圧電アクチュエータ１３の懸吊板１３０の凸部１３０ｃ上に接近し、共振片１２の形状変化によって、気体導入板１１の中心凹部１１１箇所のチャンバの体積が増大し、かつ同時に第１チャンバ１２１の体積が圧縮され、第１チャンバ１２１内の気体が押されて両側に向かって流動し、圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間の空隙１３５を経由して下に流通し、小型流体制御装置１Ａと小型バルブ装置１Ｂの間の集気チャンバ１６２内へと流れ、さらに集気チャンバ１６２と相互に連通された第１貫通孔１６３及び第２貫通孔１６４から下に第１圧力リリーフチャンバ１６５及び第１出口チャンバ１６６内へと対応して流れ込む。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き、圧電アクチュエータ１３との間の間隙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２つの構造の間に設けられた間隙ｇ０が共振片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に示すように、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され、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、前記操作周波数が２７ｋ〜２９.５ＫＨｚ、操作電圧が±１０Ｖ〜±１６Ｖのとき、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１チャンバ１２１の体積が押圧されることで、第１チャンバ１２１内の気体を両側に流動させ、かつ圧電アクチュエータ１３のフレーム１３２の間の空隙１３５から集気チャンバ１６２、第１圧力リリーフチャンバ１６５、第１出口チャンバ１６６内に継続的に流入させ、これにより第１圧力リリーフチャンバ１６５及び第１出口チャンバ１６６内の気圧をさらに大きくし、可撓性のバルブ片１７を下に押し動かして湾曲変形を生じさせ、第２圧力リリーフチャンバ１８３内で、バルブ片１７が下に圧力リリーフ通孔１８１端部の凸部構造１８１ａに平らに貼り付いて当接され、圧力リリーフ通孔１８１が封鎖されるとともに、第２出口チャンバ１８４内で、バルブ片１７上の出口通孔１８２に対応する弁孔１７０が下に向かって開かれ、第２出口チャンバ１８４内の気体が出口通孔１８２から下に出口１９及び出口１９に連接された任意の装置（図示しない）に伝送され、圧力蓄積作業の目的を達することができる。最後に、図７Ｅに示すように、小型流体制御装置１Ａの共振片１２が共振して上に移動し、気体導入板１１の第１表面１１ｂの中心凹部１１１内の気体が共振片１２の中空孔１２０から第１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の間の空隙１３５から下に集気板１６内へと継続的に伝送され、気体圧力が下に向かって継続的に増加するため、気体が集気チャンバ１６２、第２貫通孔１６４、第１出口チャンバ１６６、第２出口チャンバ１８４、出口通孔１８２を経由して出口１９及び出口１９に連接された任意の装置内へと継続的に流れる。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できるが、これに限らない。

出口１９に連接された装置（図示しない）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に示すように圧力を下げるか、または圧力を逃がす作業を行うことができる。圧力を下げるか、または圧力を逃がす方法は、主に前述のように、小型流体制御装置１Ａの気体伝送量を調整して、気体が集気チャンバ１６２内に入らないようにし、このとき、気体が出口１９に連接された出口通孔１８２から第２出口チャンバ１８４内に入り、第２出口チャンバ１８４の体積を膨張させ、可撓性のバルブ片１７を上に湾曲変形させ、第１出口チャンバ１６６の凸部構造１６７上に上方向に貼り付いて当接させて、バルブ片１７の弁孔１７０を閉じさせ、第２出口チャンバ１８４内の気体が第１出口チャンバ１６６内に逆流しないようにすることができる。また、第２出口チャンバ１８４内の気体が連通流路１８５を経由して第２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に連接された装置内の気体を排出して圧力を下げるか、または完全に排出して圧力逃がし作業を完了することができる。

上述の説明から分かるように、本発明の小型空気圧動力装置１における、小型空気圧動力装置１の小型化に伴う各項性能の変化を下の表３に示す。

この表から分かるように、２５個の小型空気圧動力装置１製品からサンプリングした実際の実験後、前記実験で得られた結論は次のとおりである。正方形の懸吊板１３０の辺の長さを大きい寸法の１４ｍｍから徐々に７.５ｍｍまで縮小する過程において、前記辺の長さの寸法が小さくなると同時に、歩留まり及び最大出力空気圧の機能が徐々に向上し、かつ得られた最良の寸法は７.５ｍｍ〜８.５ｍｍであることが分かり、さらに前記最良の寸法は特にその操作周波数が２７Ｋ〜２９.５ＫＨｚの間で、最大出力空気圧の機能を向上し、少なくとも３００ｍｍＨｇ以上を達することができることがわかった。以上の現象は、懸吊板１３０の辺の長さが小さくなると、前記懸吊板１３０の垂直振動時にその水平方向の変形が減少するため、垂直方向の動エネルギーが増進されてより有効に利用され、かつ辺の長さが小さくなると同時に組み立て時の垂直方向の誤差値を減少することができ、これにより懸吊板１３０と共振片１２またはその他組み立て部材の間のぶつかり合いによる干渉を減少し、前記懸吊板１３０と前記共振片１２に一定の距離を維持させることができるため、歩留まりが向上され、かつ同時にその最大出力空気圧の機能を高めることができると、合理的に推測される。このほか、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、振動時に傾斜しにくい状況下で、内部の気体流路の容積が減少し、空気の押し出し、または圧縮に有利であるため、性能を向上できるだけでなく、同時に全体の部材の寸法を縮小することができる。さらに、前述したように、圧電アクチュエータ１３が比較的大きい寸法の懸吊板１３０と圧電セラミック板１３３を装備したものについては、懸吊板１３０の剛性が比較的劣るため、振動時に容易に曲がって変形し、共振片１２またはその他組み立て部材の間でぶつかりあいの干渉が生じやすいため、騒音が発生する割合がより高く、騒音の問題も製品不良の原因の１つとなっていることから、大きい寸法の懸吊板１３０と圧電セラミック板１３３の不良率は比較的高い。このため、懸吊板１３０と圧電セラミック板１３３の寸法を縮小すれば、性能を高め、騒音を減少する等の利点だけでなく、製品の不良率を抑えることもできる。

とはいえ、上述の懸吊板１３０の辺の長さの寸法を縮小することによる歩留まりの改善と最大出力空気圧の機能向上はいずれも実験で得られたものであり、理論の公式によって直接導き出されるものではなく、その機能増進の原因の推測は実験の合理的な参考説明とするのみである。

当然、本発明の小型空気圧動力装置１は薄型化のトレンドを達成するために、小型流体制御装置１Ａと小型バルブ装置１Ｂを組み立てたときの全体厚さは２ｍｍ〜６ｍｍの高さであり、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目的を達成するとともに、医療器材や関連設備内で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を相互に組み立てて成り、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、圧力を出口に連接された任意の装置内に累積させることができる。圧力を低下させるか、または圧力を逃がすときは、小型流体制御装置の伝送量を調整し、気体を出口に連接された装置中から小型バルブ装置の第２出口チャンバに伝送し、かつ連通流路により第２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ができる。また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でき、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目的を達し、医療器材や関連設備内に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の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 殼体
１０ 座体
１１ 気体導入板
１１ａ 気体導入板の第２表面
１１ｂ 気体導入板の第１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１チャンバ
１３ 圧電アクチュエータ
１３０ 懸吊板
１３０ａ 懸吊板の第２表面
１３０ｂ 懸吊板の第１表面
１３０ｃ 凸部
１３０ｄ 中心部
１３０ｅ 外周部
１３１ 外枠
１３１ａ 外枠の第２表面
１３１ｂ 外枠の第１表面
１３２ フレーム
１３２ａ フレームの第２表面
１３２ｂ フレームの第１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１貫通孔
１６４ 第２貫通孔
１６５ 第１圧力リリーフチャンバ
１６６ 第１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２圧力リリーフチャンバ
１８４ 第２出口チャンバ
１８５ 連通流路
１８７ 第２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 (10)

1. 圧電アクチュエータであって、懸吊板と、圧電セラミック板と、外枠と、少なくとも１つのフレームを含み、
   前記懸吊板が、正方形の構造で、かつ中心部から外周部まで湾曲振動することができ、
   前記圧電セラミック板が、正方形の構造で、前記懸吊板の辺の長さより大きくない辺の長さを有し、前記懸吊板の第１表面に貼付され、電圧の印加で前記懸吊板を駆動して湾曲振動させるために用いられ、
   前記外枠が、前記懸吊板の外側に周設され、
   前記少なくとも１つのフレームが、前記懸吊板と前記外枠の間に連接されて、弾性的な支持を提供し、梁部と、懸吊板連接部と、外枠連接部を含み、
   前記梁部が前記懸吊板と前記外枠の間の間隙中に設置され、その設置方向が前記外枠及び前記懸吊板に平行であり、
   前記懸吊板連接部が前記梁部と前記懸吊板の間に連接され、
   前記外枠連接部が前記梁部と前記外枠の間に連接され、前記懸吊板連接部と相互に対応し、かつ同一軸線上に設置されることを特徴とする、圧電アクチュエータ。
2. 前記少なくとも１つのフレームが板連接部で、前記外枠及び前記懸吊板の間を連結するために用いられることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記板連接部の両端部は相互に対応し、かつ同一軸線上に設置されることを特徴とする、請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記板連接部は０〜４５度の傾斜角で前記懸吊板及び前記外枠に連接されることを特徴とする、請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記懸吊板が正方形の構造で、７.５ｍｍ〜８.５ｍｍの間の辺の長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記懸吊板が正方形の構造で、８.５ｍｍ〜１０ｍｍの間の辺の長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記懸吊板が正方形の構造で、１０ｍｍ〜１２ｍｍの間の辺の長さを有するることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記懸吊板の第２表面が凸部を備え、前記懸吊板の前記凸部の高さは０.０２ｍｍ〜０.０８ｍｍの間であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
9. 前記懸吊板の前記凸部が、円形の突起構造で、その直径は前記懸吊板の最小辺の長さの０.５５倍の寸法であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
10. 前記懸吊板の厚さが０.１ｍｍ〜０.４ｍｍの間であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。