JP7701110B2 - ポンプ制御装置及びポンプ制御システム - Google Patents

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関連出願への相互参照

本出願は、２０２０年３月３１日に出願された日本特許出願第２０２０－０６４５７６号（発明の名称「ポンプ制御装置及びポンプ制御システム」）に基づく優先権を主張し、さらに、この日本特許出願の内容は、参照により本明細書に完全に援用される。

本発明は、制御装置に関し、特に、共振駆動する振動アクチュエータを用いたポンプの制御装置に関する。

従来、共振周波数で駆動するアクチュエータを用いたポンプとしては、例えば、特許文献１、２等のポンプが知られている。

特許文献１のポンプは、アクチュエータにより、ピストンあるいはダイヤフラム等の可動壁を変位させ、この可動壁の変位によりポンプ室の容積を変更して、ポンプ室への動作流体の流入、ポンプ室から動作流体の流出を行う。このポンプでは、可動壁のポンプ室容積圧縮行程での変位時間、変位量、または、変位速度に応じて、可動壁自体の運動周期を変更している。

また、特許文献２のポンプ装置では、振動体に印加する交流電圧における周波数、振幅、位相のうちの一つ以上のパラメータに、所定の変動を与える変動付与手段と、変動付与手段が出力する変動を入力とし、振動体の振動に応じて変化する物理量を出力とする、一つ以上の所定周波数での周波数応答特性を求める周波数応答特性計測手段と、を備える。このポンプ装置では、共振周波数推定手段から出力された共振周波数の推定値に応じて、交流電圧生成手段が出力する交流電圧の周波数範囲を決定するように制御している。

特許第４３９６０９５号公報 特開２０１２－１３５１７４号公報

ところで、ポンプ装置においては、近年、小型化が図られるとともにポンプ圧力、流量が大きいものが望まれている。しかしながら、引用文献１のポンプでは、可動壁の変位量、または変位速度などを測定する必要があり、これを実現するためには、可動壁の変位量、または変位速度を計測するための計測部をポンプ内に設ける必要がある。計測部をポンプ内に設ける場合、その配置スペースを確保するために小型化が困難であるという問題がある。また、特許文献２の構成では、振動体の振動に応じて変化する物理量に対する、一つ以上の所定周波数での周波数応答特性を求める処理や、駆動電圧のパラメータ変更に応じて変化する振動体の共振周波数を推定する処理等を伴うため、制御に時間がかかるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、小型化が可能であるとともに、より好適なポンプ圧力、流量を確保でき、安定して駆動できるポンプ制御装置及びポンプ制御システムを提供することを目的とする。

このような目的は、以下の（１）～（６）の本発明により達成される。
（１） コイルへの電流供給による電磁駆動により振動体を振動させる振動アクチュエータと、
前記振動体の振動により変位する可動壁を有し、前記可動壁の変位により、内部の容積が変更されて流体が前記内部に吸入されまたは前記内部から吐出される密閉室と、
前記密閉室から吐出される前記流体を溜めて前記流体の圧力を増加させるタンクと前記密閉室とを流体連通させる吐出部と、
を有するポンプを制御するためのポンプ制御装置であって、
前記タンク内の前記流体の圧力の値または前記圧力に対応する値を示す圧力値情報を取得する取得部と、
取得された前記圧力値情報に基づいて、前記コイルへ供給する電流の駆動周波数を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記タンク内の前記流体の前記圧力の前記値が切替圧力値になった際に、前記ポンプから前記タンクへの前記流体の流量を最大化する第１駆動周波数から前記タンク内の前記流体の圧力を最大化する第２駆動周波数に前記駆動周波数を切り替える、
ポンプ制御装置。

（２）前記制御部は、前記電流が、前記タンク内の前記流体の圧力に応じて異なる前記振動体の共振周波数で、前記コイルに供給されるように、前記駆動周波数を制御する、上記（１）に記載のポンプ制御装置。

（３）前記第２駆動周波数は、前記第１駆動周波数よりも高い周波数である、上記（１）に記載のポンプ制御装置。

（４）上記（１）に記載のポンプ制御装置と、
前記ポンプと、
前記タンク内の前記流体の圧力を測定して、前記圧力の前記値を示す前記圧力値情報を得る圧力検出部と、
を有し、
前記取得部は、前記圧力検出部から前記圧力値情報を取得する、ポンプ制御システム。

（５）上記（１）に記載のポンプ制御装置と、
前記ポンプと、
前記タンク内の前記流体の圧力を増加させる際に、前記振動体の駆動時間を計測して、前記駆動時間を示す前記圧力値情報を得るタイマーと、
を有し、
前記取得部は、前記タイマーから前記圧力値情報を取得する、ポンプ制御システム。

（６）前記ポンプ制御装置は、予め設定された前記振動体の駆動時間と前記駆動時間により増加する前記タンク内の前記流体の圧力との関係を示すテーブルを記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、前記テーブルを用いて、前記駆動周波数を制御する、上記（５）に記載のポンプ制御システム。

本発明によれば、小型化が可能であるとともに、より好適なポンプ圧力、流量を確保でき、安定して駆動できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの外観斜視図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの要部構成を示す平面図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの分解斜視図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプにおけるコイルコア部の斜視図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプにおける振動体の斜視図である。 図７は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの内部構成を示す平断面図である。 図８は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプにおけるポンプ部の分解斜視図である。 図９は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプのポンプ部の空気流路を示す図である。 図１０は、図１０Ａ、図１０Ｂは、本発明の第１実施形態に係る制御システムポンプのポンプにおける空気の吐出吸入動作を示す図である。 図１１は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの磁気ばねを示す図である。 図１２は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの磁気回路構成を示す図である。 図１３は、ポンプの動作原理を示す図である。 図１４は、本実施の形態の共振タイプのポンプを用いた際のポンプ開路時とポンプ閉路時のタンク部内の空気の圧力の周波数特性を示す図である。 図１５は、本発明に係る実施の形態のポンプ制御システムにおける周波数制御の一例を示す図である。 図１６は、本発明に係る実施の形態のポンプ制御システムの周波数制御フローを示す図である。 図１７は、本発明の第２実施形態に係るポンプ制御システムの概略構成を示すブロック図である。 図１８は、タンク容量が異なる場合の駆動周波数制御のパターンを示す図である。 図１９は、タンク容量が異なる場合の駆動周波数制御のパターンを示す図である。 図２０は、第１実施形態のポンプ制御システムを用いて、圧力値で駆動周波数を切り替える場合のテーブルを示す図である。 図２１Ａ、図２１Ｂは、第２実施形態のポンプ制御システムを用いて、時間で駆動周波数を切り替える場合のテーブルを示す図である。 図２２は、本第１実施形態、２による周波数制御のパターンを示す図である。 図２３は、第１実施形態の制御システムポンプを用いて、圧力値で駆動周波数を切り替える場合のテーブルを示す図である。 図２４は、第２実施形態の制御システムポンプを用いて、時間で駆動周波数を切り替える場合のテーブルを示す図である。 図２５は、本発明の第３実施形態に係るポンプ制御システムを模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
＜ポンプ制御システム１００の全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係るポンプ制御システム１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係るポンプ制御システム１００は、ポンプ１と、タンク部１２０と、圧力測定部（圧力検出部）１３０と、マイコン部（制御部）１４０とを有する。

ポンプ制御システム１００は、ポンプ１から吐出する流体、本実施形態では、空気（気体）を、タンク部１２０で圧力調整して出力可能とされている。

ポンプ１は、マイコン部１４０から出力される駆動信号（電流供給）により、周波数制御される。具体的には、ポンプ１を構成する振動アクチュエータに共振周波数の駆動信号が入力されて電磁駆動し、流体である空気をタンク部１２０に供給する。まず、ポンプ１の一例を図２～図１１を参照して説明する。

＜ポンプ１の全体構成＞
図２は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプのポンプ部の外観斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの要部構成を示す平面図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの分解斜視図である。図５は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプにおけるコイルコア部の斜視図である。図６は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプにおける振動体の斜視図である。図７は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの内部構成を示す平断面図である。図８は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプにおけるポンプ部の分解斜視図である。

なお、図２～図８に加えて、図９～図１２では、ポンプを説明する場合、ポンプ制御システムにおけるポンプの振動アクチュエータにおいて往復回転する振動体の振動方向を図３に示す方向とする。この方向に対して直交する２方向をそれぞれ、横方向（左右方向）と、高さ方向（上下方向であり、厚み方向とも言う）として説明する。また、本実施形態において、ポンプ１の各部の構成及び動作を説明するために使用される左右（横）、高さ（上下）等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、ポンプの各部が図に示される姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図２及び図３に示すポンプ１は、電磁駆動する振動アクチュエータ１０の作用により空気を吐出する。なお、本実施形態において、ポンプは空気を吐出、吸入するものとして説明したが、ポンプによって吐出、吸入されるものは、空気に限らず、流体であればよく、特に気体であることが好ましい。

ポンプ１は、図２に示すように、高さ（図面上では上下方向の長さであり、厚みに相当する）が横（図面上では左右方向）、縦（図面上では奥行方向であり振動方向ともいえる）の双方よりも短い平板形状をなしている。また、縦は横よりも短い。なお、図２は、ポンプ１を裏面側から見た斜視図である。

ポンプ１は、固定体２０に対し軸部４０を介して振動体（可動体）３０が往復回転自在に設けられた振動アクチュエータ１０と、振動アクチュエータ１０の駆動により空気を吐出、吸入するポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）とを有する。

本実施形態では、固定体２０のケース２１内に、軸部４０を介して振動体３０が往復回転自在に設けられている。

コイル５０ａ、５０ｂが巻回されたコア部６０（６０ａ、６０ｂ）と、マグネット７０（７０ａ、７０ｂ）との協働により、振動体３０が、固定体２０に対し、軸部４０の軸方向に沿って往復移動、つまり振動する。ポンプ１は、振動体３０の振動を利用することにより、吐出部８６から空気を吐出、吸入することができる。

ポンプ１では、平面視矩形状のケース２１内に、振動体３０が、その中央に配置された軸部４０を中心に往復回転自在に設けられている。マグネット７０ａ、７０ｂは、振動体３０の長手方向で離間する両端壁部のそれぞれの内面上に設けられている。コイル５０ａ及びコア部６０ａを含むコイルコア部６２ａは、マグネット７０ａと対向する側のケース２１の端壁部の内面上に設けられ、コイル５０ｂ及びコア部６０ｂを含むコイルコア部６２ｂは、マグネット７０ｂと対向する側のケース２１の端壁部の内面上に設けられている。マグネット７０ａ、７０ｂは、例えば、永久磁石であることが好ましい。

＜振動アクチュエータ１０＞
振動アクチュエータ１０は、固定体２０と、軸部４０と、軸部４０を介して固定体２０に対して往復回転自在に支持される振動体３０と、を有する。振動アクチュエータ１０は、固定体２０及び振動体３０の一方に、マグネット７０（７０ａ、７０ｂ）が設けられ、固定体２０及び振動体３０の他方に、マグネット７０に対してコアの着磁面が対向するよう配置されたコイルコア部６２（６２ａ、６２ｂ）が設けられている。本実施形態では、振動体３０にマグネット７０（７０ａ、７０ｂ）を設け、固定体２０側にコイルコア部６２（６２ａ、６２ｂ）を設けている。換言すれば、本実施形態では、振動体３０は、マグネット７０（７０ａ、７０ｂ）を含み、固定体２０は、コイルコア部６２（６２ａ、６２ｂ）を含んでいる。振動アクチュエータ１０は、コイル５０ａ、５０ｂへ電流供給することによって、振動体３０を電磁駆動させ、振動体である振動体３０を振動させる。

＜固定体２０＞
固定体２０は、ケース２１と、カバー２２と、コイルコア部６２ａ、６２ｂと、を有する。また、固定体２０には、ポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）が設けられている。

ケース２１は、ポンプ１の筐体として機能し、一方に開口した矩形箱形状を有している。ケース２１内には軸部４０が立設されており、ケース２１内に配置される振動体３０を回動自在に支持する。

また、ケース２１の長手方向で離間する両端壁部の内面上には、コイルコア部６２ａ、６２ｂが、振動体３０のマグネット７０ａ、７０ｂにそれぞれ対向するように配置されている。

ケース２１の開口部分、本実施形態では、上方に開口する開口部分は、カバー２２で覆われている。これにより、ケース２１及びカバー２２は、中空の電磁シールドとして機能し、且つ、ポンプ１が平板形状を有することになる。

軸部４０は、ケース２１の底面上であって、ケース２１の横方向及び奥行方向の中心に、ケース２１の高さ方向に延在するよう設けられている。軸部４０は、振動体３０の軸受け部３４に挿通された状態で、カバー２２の軸孔２３に圧入、或いは挿入後の接着等により嵌合して固定されている。これにより、軸部４０は、振動体３０の軸受け部３４に挿通された状態で、ケース２１の底面と、カバー２２とに架設された状態で支持されている。

コイルコア部６２ａ、６２ｂは、ケース２１において長手方向で離間する両端壁部のそれぞれの内面上に、互いに対向して配置されている。また、コイルコア部６２ａ、６２ｂは、振動体３０を、ケース２１の長手方向で挟むように配置されている。

コイルコア部６２ａ、６２ｂは、本実施形態では同様に構成され、平面視において軸部４０の軸を中心に対称な位置に設けられている。

コア部６０ａ、６０ｂは、コイル５０ａ、５０ｂへの通電により磁化する磁性体である。コア部６０ａ、６０ｂは、例えば、電磁ステンレス、焼結材、ＭＩＭ（メタルインジェクションモールド）材、積層鋼板、電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ）等により構成されてもよい。コア部６０ａ、６０ｂは、本実施形態では、積層鋼板により構成される積層コアにより構成されている。

コア部６０ａ、６０ｂは、コイル５０ａ、５０ｂが巻回される芯６０１ａ、６０１ｂと、芯６０１ａ、６０１ｂの両端部に連続して形成された磁極（以下、便宜上、「コア磁極」と称する）６０２ａ、６０３ａ、６０２ｂ、６０３ｂと、を有している。

コア磁極６０２ａ、６０３ａ、６０２ｂ、６０３ｂのそれぞれは、本実施形態では、往復回転するマグネット７０ａ、７０ｂの着磁面形状に応じた、平面視円弧状の湾曲した磁極面を有する。

コア部６０ａのコア磁極６０２ａ、６０３ａは、マグネット７０ａに対向しており、コア部６０ｂのコア磁極６０２ｂ、６０３ｂは、マグネット７０ｂに対向している。コア磁極６０２ａ、６０３ａ、６０２ｂ、６０３ｂは、振動体３０の往復回転の回転方向に並んで配置されている。

コア磁極６０２ａ、６０３ａ、６０２ｂ、６０３ｂは、軸部４０を中心とした円の円周上に配置されていることが好ましい。この円周は、マグネット７０ａ、７０ｂの運動軌道に沿う円周である。

コイルコア部６２ａ、６２ｂでは、コイル５０ａ、５０ｂが巻回されたコア部６０ａ、６０ｂのコア磁極６０２ａ、６０３ａ、６０２ｂ、６０３ｂが、マグネット７０ａ、７０ｂの着磁方向に向くよう配置されている。

コイル５０ａ、５０ｂは、コア部６０ａ、６０ｂのそれぞれにおいて、例えば、図示しない電源供給部に接続される。コイル５０ａ、５０ｂは、電源供給部から給電されることにより、コア磁極６０２ａ、６０３ａ、６０２ｂ、６０３ｂを励磁する。各コア部６０ａ、６０ｂにおいて、コア磁極６０２ａ、６０２ｂ、と、コア磁極６０３ａ、６０３ｂとを異なる極性で励磁する。

＜振動体３０＞
振動体３０は、図３、図４、図６及び図７に示すように、固定体２０のケース２１内で軸部４０（振動体３０の回転軸）と直交する方向（ケース２１の長手方向）に延在して配置されている。

振動体３０はケース２１内において軸部４０を中心に往復回転自在に支持されている。振動体３０は、振動体本体３２と、軸受け部３４と、複数の磁極（本実施形態では３極）がそれぞれ回転方向（奥行き方向）に交互に配置された一対のマグネット７０ａ、７０ｂと、押圧部３５と、を有する。

振動体本体３２には、軸受け部３４が固定され、軸受け部３４には、軸部４０が挿通されている。振動体本体３２には、軸受け部３４を介して挿通される軸部４０を挟むように、一対のマグネット７０ａ、７０ｂが固定されている。

振動体本体３２は、磁性体（強磁性体）であってもなくてもよく、本実施形態ではヨークであり、振動体３０のウェイトとして機能する。振動体本体３２は、例えば、ヨーク鉄心を積層して構成される。振動体本体３２の構成材料は、金属材料に限らず、樹脂材料などを使用しても良い。

振動体本体３２は、中央部に軸受け部３４が固定される中央開口部３２２と、この中央部から互いに逆方向に延出したアーム部３２４ａ、３２４ｂを有する。アーム部３２４ａ、３２４ｂは細長の平板形状を有し、それぞれの先端部は、延在方向と交差する方向に張り出して形成されている。さらに、アーム部３２４ａ、３２４ｂの先端面には、マグネット固定部３２６ａ、３２６ｂが形成されている。

マグネット固定部３２６ａ、３２６ｂの先端面は、円弧状に湾曲して形成され、この先端面に、マグネット７０ａ、７０ｂが固定されている。また、アーム部３２４ａ、３２４ｂには、押圧部３５が設けられている。

＜マグネット７０ａ、７０ｂ＞
マグネット７０ａ、７０ｂは、それぞれ対向配置されるコイルコア部６２ａ、６２ｂとともに、振動アクチュエータ１０を駆動する磁気回路を構成する。

マグネット７０ａ、７０ｂは、複数の磁極として機能する磁極面７２を有し、マグネット７０ａの磁極面７２と、マグネット７０ｂの磁極面７２とが、軸部４０を挟み互いに逆側に向くよう、配置される。本実施形態では、マグネット７０ａ、７０ｂは、中央部で軸部４０が挿通された振動体本体３２の延在方向で離間する両端部、つまり、両アーム部３２４ａ、３２４ｂの先端部のそれぞれに、磁極面７２が外側に向くように、設けられている。

磁極面７２は、図３－７及び図１１に示すように、交互に配置された３つの異なる磁極７２１、７２２、７２３を含む。なお、マグネット７０ａ、７０ｂは、複数の磁極の異なるマグネット（マグネット片）を交互に並べて構成してもよいし、回転方向に並び交互に異なる磁性を持つように着磁されたものでもよい。マグネット７０ａ、７０ｂは、例えば、Ｎｄ焼結マグネット等により構成される。

マグネット７０ａ、７０ｂの磁極７２１、７２２、７２３は、軸部４０を挟み軸部４０の軸線と直交する奥行方向、つまり回転方向で隣接して配置されている。

マグネット７０ａ、７０ｂは、振動体３０の両端部のそれぞれにおいて、軸部４０を中心とする円の円周上に、磁極面７２が位置するよう、配置されている。マグネット７０ａ、７０ｂは、常態、つまり、コイル５０ａ、５０ｂへ電流が供給されていない非通電状態にある際、それぞれの磁極面７２のうちの中央の磁極７２２の回転方向の長さの中心位置が、コア磁極６０２ａ、６０３ａの間の中心位置に位置するように設けられている。

本実施形態では、マグネット７０ａ、７０ｂは、振動体３０において、軸部４０からアーム部３２４ａ、３２４ｂを介して、互いに最も離間した位置で、筐体（ケース２１）の両端壁部の内面上にそれぞれ設けられたコイルコア部６２ａ、６２ｂのそれぞれと、対向して配置されている。

＜押圧部３５＞
押圧部３５は、振動体３０が回転移動した際に、ポンプ部８０の一対の密閉室８２の可動壁８２２を押圧する。具体的には、押圧部３５は、アーム部３２４ａ、３２４ｂが往復回転した際に、一対の密閉室８２の可動壁８２２を押圧する一対の押圧子３５１を有する。

押圧部３５の一対の押圧子３５１は、アーム部３２４ａ、３２４ｂ上に、幅方向、つまり回転方向に突出するよう設けられている。押圧部３５は、例えば、振動体３０が回転する場合でも可動壁８２２を対向方向に直線的に押圧するように形成されてもよい。なお、本実施形態では、押圧部３５の各押圧子３５１は、軸部４０を中心に円弧状に移動して、可動壁８２２に当接して可動壁８２２を押圧する。押圧部３５は、振動体３０の回転移動に伴い、可動壁側に変位して可動壁８２２を押圧して可動壁８２２を可動させる構成であれば、どのように構成されてもよい。押圧部３５の移動経路を交差するように、可動壁８２２が配置され、移動する押圧部３５が可動壁８２２に面接触するように配置されていることが望ましい。

例えば、押圧部３５は、図１０に示すように、丸穴３２８に回動可能に軸着される軸突起３５３と、長穴３２９にガイドさせるガイド突起３５２とを介して、アーム部３２４ａ、３２４ｂのそれぞれに対して固定されている。これにより、押圧子３５１は振動体３０の往復回転運動に伴い、円弧状に揺動する。例えば、長穴３２９にガイド突起３５２を遊嵌させ、押圧部３５が、アーム部３２４ａ、３２４ｂに対して、ガイド突起３５２によって揺動可能とすることにより、押圧子３５１の先端を揺動可能にしてもよい。この場合、振動体３０の回転に伴い、押圧部３５は、円弧状に移動するものの、押圧子３５１を、可動壁８２２に対して直線的に移動させて押圧させることが可能となる。

押圧部３５は、本実施形態では、押圧子３５１を介してポンプ部８０の可動壁８２２に接続されている。押圧子３５１は、振動体３０が回転移動した際に、ダイヤフラムである可動壁８２２の挿入部８２２ａに挿入され、回転方向に可動壁８２２を押圧して変位させる。押圧部３５は、振動体３０の回転により、可動壁８２２側に移動すると可動壁８２２を押圧する。一方、押圧部３５は、振動体３０の逆方向への回転により、可動壁８２２側と逆側に移動すると、可動壁８２２への押圧を徐々に減少させて、可動壁８２２を押圧方向とは逆方向に変位させる。

軸受け部３４は、例えば、焼結スリーブベアリングにより形成される。軸受け部３４は、振動体本体３２の中心軸上に、軸部４０が位置するように、振動体本体３２の中央開口部３２２に嵌合されている。

振動体本体３２は、コイル５０ａ、５０ｂに給電されていない場合、コア部６０ａ、６０及びマグネット７０ａ、７０ｂによる磁気ばねの機能により、ケース２１（固定体２０）内で、長手方向の中心に位置するように付勢される。

＜ポンプ部８０＞
ポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）のそれぞれは、可動壁８２２、可動壁８２２により画成される密閉室８２、吸入部８３、バルブ８４、吐出部８６、吐出流路部８８を有する。

＜可動壁８２２＞
可動壁８２２は、室形成部８２４と吐出流路部８８を仕切る一壁部を構成し、変位可能に設けられている。可動壁８２２は、振動体３０の振動により変位することにより、密閉室８２室内の容積を変更する。可動壁８２２は、室形成部８２４とともに密閉室８２を構成している。

可動壁８２２は、例えば、弾性変形可能な材料により形成され、室形成部８２４を閉塞するように設けられている。可動壁８２２は、例えば、ダイヤフラムである。

可動壁８２２は、押圧部３５の押圧子３５１が挿入される挿入部８２２ａを有し、挿入部８２２ａを介して押圧部３５に接続される。可動壁８２２は、振動体３０の回転に伴い移動する押圧部３５により押圧されて変位する。

可動壁８２２は、挿入部８２２ａを介して、押圧部３５により室形成部８２４側に押圧されることにより、弾性変形し、室形成部８２４の容積が小さくなるように変形する。可動壁８２２は、室形成部８２４側に変位して、室形成部８２４内に突出することにより、密閉室８２内の容積を可変可能である。

振動体３０の往復回転の往回転移動（回転方向の一方側への揺動）により可動壁８２２は室形成部８２４内に挿入して、室形成部８２４内部を押圧し、密閉室８２内の容量を減少させ、空気を吐出する。一方、振動体３０が復回転移動（回転方向の他方側への移動）すると、可動壁８２２は、密閉室８２内の容量を増加させ、空気を流入させる。

＜密閉室８２＞
密閉室８２は、吸入部８３及び吐出部８６が接続され、且つ、可動壁８２２の変位により容積が変更する密閉された空間である。なお、吐出部８６は、外部に連通する吐出口を有し、吐出口を介して、ポンプ１から空気を外部に吐出する。例えば、吐出口は、密閉室８２の底面に接続された吐出部８６に連通する開口である。可動壁８２２が変位すると、密閉室８２内の容積が変更され、空気が密閉室８２内に吸入、または、空気が密閉室８２内から外部へ吐出される。吐出部８６は、タンク部１２０と密閉室８２とを流体連通させる。

ポンプ部８０では、可動壁８２２が押圧部３５により押圧されると、可動壁８２２が密閉室８２内に向かって弾性変形し、密閉室８２内の空気を押圧する。押圧された密閉室８２内の空気は、吐出部８６を介して外部に吐出される。可動壁８２２が元の位置に復帰するように移動すると、つまり、押圧部３５による押圧状態が解除され、押圧状態から密閉室８２内の容積が増加すると、密閉室８２内に、吸入部８３を介して外部から空気が吸入される。例えば、吸入部８３は、吸入口を有し、吸入口を介して、密閉室８２内に空気を吸入する。例えば、吸入口は、室形成部８２４内において吸入部８３に連通する開口である。

ポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）は、ケース２１内において、振動体３０の延在方向、すなわち、ケース２１の長手方向に延在する側壁部に沿って、それぞれ配置されている。さらに、ポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）は、ケース２１の奥行方向で、振動体３０の振動体本体３２を挟むように配置されている。

ポンプ部８０は、例えば、ベース８０１、ダイヤフラム部８０２、シリンダ部８０３、バルブ部８０４、バルブカバー部８０５、仕切り部８０６、及び流路形成部８０７を有する。ベース８０１、ダイヤフラム部８０２、シリンダ部８０３、バルブ部８０４、バルブカバー部８０５、仕切り部８０６、及び流路形成部８０７は、それぞれケース２１の長手方向に延在する細長板状を有しており、積層されることにより密閉された内部空間を有するポンプ部８０を構成する。

ベース８０１は、開口部を有し、この開口部内にダイヤフラム部８０２の挿入部８２２ａが背面側から挿通され、挿入部８２２ａが前面側に突出した状態で配置される。ベース８０１は、流路形成部８０７とともに、帯板形状のポンプ部８０の筐体を構成している。ダイヤフラム部８０２は、ゴムなどの弾性材料により形成される。ダイヤフラム部８０２は、挿入部８２２ａと、可動壁８２２を有する。可撓性を有し弾性変形する可動壁８２２の背面側には、シリンダ部８０３の室形成部８２４が配置されている。ダイヤフラム部８０２とシリンダ部８０３は、ダイヤフラム部８０２の可動壁８２２とシリンダ部８０３の室形成部８２４とによって、密閉空間である密閉室８２が構成されるよう、互いに取り付けられる。

シリンダ部８０３は、室形成部８２４を有し、密閉室８２において、可動壁８２２と対向する面上には、吐出部８６及び吸入部８３とそれぞれ連通する２つの連通孔が形成されている。２つの連通孔は、シリンダ部８０３の背面側から、連通孔にそれぞれ重なるように取り付けられるバルブ部８０４のバルブ８４を介して、それぞれ、バルブカバー部８０５及び流路形成部８０７の吐出流路部８８と、吸入部８３とに接続される。

バルブ部８０４は、バルブカバー部８０５に取り付けられる。吐出部８６に接続されるバルブ８４は、密閉室８２内の容量が減少する際に、流路形成部８０７の吐出部８６と連通するよう構成されている。一方、吐出部８６に接続されるバルブ８４は、密閉室８２内の容量が増加する際に、閉塞するように構成されている。吸入部８３に接続されるバルブ８４は、密閉室８２内の容量が減少する際に、閉塞するよう構成されている。一方、吸入部８３に接続されるバルブ８４は、密閉室８２の容量が増加する際に、流路形成部８０７の吸入部８３と連通するように構成されている。

本実施形態では、ポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）のそれぞれは、可動壁８２２及び室形成部８２４からなる一対の密閉室８２を有している。ポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）のそれぞれは、自身の一対の密閉室８２が、軸部４０を挟み互いに逆方向に延在するアーム部３２４ａ、３２４ｂのそれぞれの側面に対向するように配置されている。すなわち、ポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）は、ポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）の一対の密閉室８２同士が、アーム部３２４ａ、３２４ｂを、アーム部３２４ａ、３２４ｂが往復回転運動する方向で挟む位置で、互いに対向して配置されている。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプにおける空気の吐出・吸入動作を示す図である。

図１０Ａに示すように、押圧部３５が可動壁８２２に向かって移動すると、押圧子３５１は、挿入部８２２ａを介して可動壁８２２に当接して押圧する。これにより、可動壁８２２は、室形成部８２４側に変位し、密閉室８２内の空気は押圧され圧縮される。圧縮された空気は、開放されているバルブ８４を介して、唯一連通する吐出部８６側に流れる（図１０Ａの白矢印参照）。

一方、図１０Ｂに示すように、押圧部３５が、復回転移動、つまり、ポンプ部８０側から後退すると、押圧部３５に追従して可動壁８２２が弾性復元して、密閉室８２内の容積が復元、つまり、大きくなる。このとき、吐出部８６に接続されるバルブ８４は締められ、吐出経路を閉塞する一方、吸入部８３に接続されるバルブ８４は、開放状態となり、吸入部８３を介して、密閉室８２内に、空気が吸入される（図１０Ｂの白矢印参照）。

＜磁気回路構成＞
本実施形態では、図３及び図７に示すように、ケース２１内において、振動体軸部４０を挟んで対向する振動体３０の両端部にそれぞれ配置されるマグネット７０ａ、７０ｂのそれぞれに、長手方向で離間して対向するように、磁性体であるコア部６０ａ、６０ｂが対向して配置されている。コア部６０ａ、６０ｂは、長手方向で離間して互いに対向するよう、ケース２１の長手方向の両端壁部の内面上にそれぞれ配置されている。

コア部６０ａとマグネット７０ａとの間、及び、コア部６０ｂとマグネット７０ｂ間にそれぞれ磁気吸引力が発生する。長手方向（アーム部３２４ａ、３２４ｂの延在方向）に発生する２つの磁気吸引力は、軸部４０を挟み互いに同一直線上で、且つ、逆向きに発生するので、互いに相殺される。

図１１は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システムのポンプの磁気ばねを示す図である。ポンプ１内では、コイルコア部６２ａ及びマグネット７０ａにより提供される磁気回路と、コイルコア部６２ｂ及びマグネット７０ｂにより提供される磁気回路は、軸部４０を中心として点対称に構成される。よって、図１１では、コイルコア部６２ａ及びマグネット７０ａによって提供される磁気回路のみ説明し、コイルコア部６２ｂ及びマグネット７０ｂによって提供される磁気回路についての説明は、省略する。

図１１では、マグネット７０ａは、コア部６０ａと対向する磁極面７２において、磁極７２１、７２２、７２３がそれぞれＮ極、Ｓ極、Ｎ極である構成を有している。マグネット７０ａの磁極面７２における各磁極７２１～７２３はそれぞれ近いコア磁極６０２ａ、６０３ａを吸引する。

マグネット７０ａの中央の磁極７２２は、コア磁極６０２ａ、６０３ａの双方を吸引する。マグネット７０ａの磁極７２１は、コア磁極６０２ａを吸引し、マグネット７０ａの磁極７２３は、コア磁極６０３ａを吸引する。これにより、マグネット７０ａ中央の磁極７２２は、コイルコア部６２ａの中央部、つまり、コア磁極６０２ａ、６０３ａとの間に位置する。

ポンプ１では、コイルコア部６２ａのコイル５０ａに電流が流れると、コア部６０ａのコア磁極６０２ａ、６０３ａが、異なる極性で励磁される。これにより、コイルコア部６２ａと対向配置されるマグネット７０ａとの関係に応じて、振動体３０に対する推力が発生する。コイルコア部６２ｂとマグネット７０ｂとによって提供される磁気回路においても同様である。したがって、コイル５０ａ、５０ｂへ供給する電流の向き周期的にを変えることで、マグネット７０ａ、７０ｂを備える振動体３０は、軸部４０を中心に回動方向に回転往復運動（回転往復振動）する。

＜ポンプ１の動作＞
その動作の一例を、図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の第１実施形態に係るポンプ制御システム１００のポンプの磁気回路構成を示す図である。なお、図１２を参照したポンプ１の動作の一例の説明においても、図１１を参照した説明と同様に、コイルコア部６２ａ及びマグネット７０ａによって提供される磁気回路のみ説明し、コイルコア部６２ｂ及びマグネット７０ｂによって提供される磁気回路についての説明は、省略する。

マグネット７０ａは、磁極面７２において、振動体３０の回転方向に交互に並ぶ、３つの極性の磁極を有するものとする。図１２に示すマグネット７０ａでは、コア部６０ａと対向する磁極面７２において、中央の磁極７２２をＳ極とし、中央の磁極７２２を挟む磁極７２１、７２３をそれぞれＮ極としている。

そして、図１２に示すように、コイルコア部６２ａのコイル５０ａに、電流を供給してコア部６０ａを励磁すると、コア部６０ａのコア磁極６０２ａがＳ極、コア磁極６０３ａがＮ極で磁化する。

図１２に示すように、Ｎ極となるコア磁極６０３ａに対向するマグネット７０ａの磁極７２３は、Ｎ極であるため、Ｎ極となるコア磁極６０３ａに対して反発する。また、マグネット７０ａの磁極７２２は、Ｓ極であるので、Ｎ極となるコア磁極６０３ａとの間で磁気吸引力が発生する一方、Ｓ極となるコア磁極６０２ａとは反発する。また、マグネット７０ａの磁極７２１は、Ｎ極であるので、Ｓ極となるコア磁極６０２ａとの間で磁気吸引力が発生する。

これにより、マグネット７０ａとコイルコア部６２ａとの間には、Ｆ１方向の推力が発生し、振動体３０は、Ｆ１方向に駆動する。コイル５０ａへの通電をしない状態では、振動体３０は、磁気ばねの磁気吸引力により、回転基準位置、往復運動する際の中立位置に位置する。

また、コイル５０ａへ電流を逆方向に供給して、コア部６０ａの極性を逆にする、つまり、マグネット７０ａに対向するコア部６０ａの磁極６０３ａをＳ極、磁極６０２ａをＮ極にする。これにより、コア部６０ａに対向するマグネット７０ａは、Ｆ１方向とは逆の方向（－Ｆ１方向）に回転移動する。振動体３０は、Ｆ１方向とは真逆の－Ｆ１方向に駆動する。

振動体３０において、軸部４０を挟んでマグネット７０ａの反対側に配置されるマグネット７０ｂと、コイルコア部６２ｂとの関係は、マグネット７０ａとコイルコア部６２ａとの関係に対して、軸部４０を中心に点対称となる。よって、マグネット７０ｂと、コイルコア部６２ｂとの間でも、マグネット７０ａとコイルコア部６２ａとで、、Ｆ１方向または－Ｆ１方向の推力が、同様に発生する。これにより、振動体３０の両端部での磁気回路において効果的に発生する磁気吸引力及び反発力により、振動体３０は、軸部４０を中心に好適に回転往復する。

この駆動原理を以下に示す。振動アクチュエータ１０では、振動体３０の慣性モーメントをＪ［ｋｇ＊ｍ^２］、回転方向のばね定数をＫ_ｓｐとした場合、振動体３０は、固定体２０に対して、下記式（１）によって算出される共振周波数ｆ_ｒ［Ｈｚ］で振動する。

ポンプ１は、コイル５０ａ、５０ｂに振動体３０の共振周波数ｆ_ｒと略等しい周波数の交流電流を供給して、コイル５０ａ、５０ｂを介してコア部６０ａ、６０ｂ（詳細にはコア磁極６０２ａ、６０３ａ、６０２ｂ、６０３ｂ）を励磁する。これにより、振動体３０を効率良く駆動させることができる。

振動アクチュエータ１０における振動体３０は、コイル５０ａ、５０ｂとコア部６０ａ、６０ｂとそれぞれを有するコイルコア部６２ａ、６２ｂ及びマグネット７０ａ、６０ｂによって提供される磁気ばねによって構成されたバネマス系構造で支持された状態となっている。よって、コイル５０ａ、５０ｂに振動体３０の共振周波数ｆ_ｒに等しい周波数の交流電流が供給されると、振動体３０は共振状態で駆動される。

振動アクチュエータ１０の駆動原理を示す運動方程式及び回路方程式を以下に示す。振動アクチュエータ１０は、下記式（２）で示す運動方程式及び下記式（３）で示す回路方程式に基づいて駆動する。

すなわち、ポンプ１の振動アクチュエータ１０における振動体３０の慣性モーメントＪ［ｋｇ＊ｍ^２］、変位角（回転角度）θ（ｔ）［ｒａｄ］、推力定数（トルク定数）Ｋ_ｆ［Ｎｍ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、ばね定数Ｋ_ｓｐ［Ｎｍ／ｒａｄ］、減衰係数Ｄ［Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）］等は、式（２）を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧ｅ（ｔ）［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、インダクタンスＬ［Ｈ］、逆起電力定数Ｋ_ｅ［Ｖ／（ｍ／ｓ）］は、式（３）を満たす範囲内で適宜変更できる。

このように、ポンプ１の振動アクチュエータ１０では、振動体３０の慣性モーメントＪと磁気ばねのばね定数Ｋ_ｓｐにより決まる共振周波数ｆ_ｒに対応する交流電流によりコイル５０ａ、５０ｂへの通電を行った場合に、効率的に大きな振動出力を得ることができる。

なお、ポンプ１では、振動体３０が往復回転すると、ポンプ部８０の可動壁８２２の変位（具体的にはダイヤフラムの変形）によって密閉室８２内の容積が変化し、ポンプとして機能する。以下では、このポンプとしての機能は、下記式（４）で流量が設定され、下記式（５）により圧力が設定される。

すなわち、ポンプ１における流量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］、ピストン面積Ａ［ｍ^２］、ピストン変位ｘ［ｍ］、駆動周波数ｆ［Ｈｚ］等は、式（４）を満たす範囲内で適宜変更できる。また、増加圧力［ｋＰａ］、大気圧Ｐ_０［ｋＰａ］、密閉室体積Ｖ［ｍ^３］、変動体積ΔＶ［ｍ^３］＝ピストン面積［ｍ^２］Ａ＊ピストン変位［ｍ］は、式（５）を満たす範囲内で適宜変更できる。

このように本実施形態のポンプ１は、電磁駆動する振動アクチュエータ１０と、振動アクチュエータ１０の電磁駆動により空気を吸入吐出するポンプ部８０（８０ａ、８０ｂ）とを有する。振動アクチュエータ１０では、固定体２０は、コイル５０ａ及びコイル５０ａが巻回されるコア６０ａを有するコイルコア部６２ａと、コア６０ａの端部と対向配置されるマグネット７０ａとのうちの一方を含む。さらに、固定体２０には、ポンプ部８０が設けられている。振動体３０は、コイルコア部６２ａとマグネット７０ａとのうちの他方を含み、マグネット７０ａの磁気吸引力により弾性保持される。軸部４０は、振動体３０を往復回転自在に支持する。ポンプ部８０は、振動体３０の回転移動により可動する可動壁８２２と、空気の吐出口８６及び空気の吸入口８３に連通し、可動壁８２２の変位により容積が変更される密閉室８２と、を有する。振動体３０は、振動体３０の往復回転運動に伴い軸部４０を中心に円弧状に移動して、可動壁８２２に当接して押圧する押圧部３５を有する。可動壁８２２は、押圧部３５の移動方向に配置され、押圧部３５に押圧された際に変位して密閉室８２内の空気を、吐出口８６を介して吐出する。

＜タンク部１２０＞
図１に戻り、タンク部１２０は、ポンプ部１から排出される流体の圧力を調整する。具体的には、タンク部１２０は、ポンプ１の密閉室８２から吐出される空気を溜めて、タンク部１２０から吐出される空気の圧力を増加させる。タンク部１２０は、タンク吐出経路に接続され、閉塞室８２内から吐出される空気を外部に出力せず、収容することにより、タンク部１２０内に空気を貯留し、タンク部１２０内の圧力を調整可能である。タンク部１２０は、ポンプ１の吐出口８６に接続され、ポンプ１（ポンプ部８０）の密閉室８２と流体連通する。

タンク部１２０内には、ポンプ１（ポンプ部８０）から吐出された流体、本実施形態では気体である空気、が供給される。タンク部１２０は、供給される流体を貯留し、タンク部１２０内の流体の圧力を増加させ、所望の圧力で適宜放出してもよい。タンク部１２０としては、空気を溜めてタンク部１２０から放出される流体の圧力を増加できるだけの容量を有し、供給される空気を用いる装置で在ればどの様な装置でもよく、例えば、血圧計のカフ等としてもよい。

＜圧力測定部１３０＞
圧力測定部１３０は、タンク部１２０内の空気（流体）の状態を計測する。具体的には、圧力測定部１３０は、タンク部１２０内の空気（流体）の圧力を測定して、圧力の値を示す圧力値情報を得て、該圧力情報をマイコン部１４０に出力する。圧力測定部１３０は、タンク部１２０内の空気（流体）の圧力を測定できれば、どのように構成されてもよい。圧力測定部１３０はタンク部１２０に設けられてよく、タンク部１２０内に設けられてもよい。

＜マイコン部１４０＞
マイコン部１４０は、取得部１４６と、出力部１４４と、記憶部１４２とを有する。取得部１４６は、圧力情報測定部１３０から入力された圧力情報に基づいて、タンク部１２０内の空気の圧力の値を取得する。取得部１４６は、圧力測定部１３０に接続され、圧力測定部１３０から入力された圧力情報に基づいて、測定されたタンク部１２０内の空気の圧力値を取得する。出力部１４４は、コイル５０ａ、５０ｂに駆動周波数を出力する機能を有している。出力部１４４は、取得部１４６によって取得されたタンク部１２０内の空気の圧力値の情報に基づいた駆動周波数を、ポンプ１のコイル５０ａ、５０ｂへ出力する。

マイコン部１４０は、制御部としての機能を有し、測定されたタンク部１２０内の空気の圧力値に基づいて、ポンプ１の振動アクチュエータの振動を変更する。マイコン部１４０は、タンク部１２０内の空気の圧力値、ここでは、測定された圧力値を、圧力値の情報として取得し、この取得された圧力値の情報に基づいて、コイル５０ａ、５０ｂへ供給する電流の駆動周波数を制御する。

マイコン部１４０は、ポンプ１に出力する駆動信号の周波数を変更して、タンク部１２０内の空気の圧力を変更する。マイコン部１４０は、タンク部１２０内の空気の圧力に応じて異なる振動体３０の共振周波数の電流が、コイル５０ａ、５０ｂに供給されるように、駆動周波数を制御する。

マイコン部１４０は、例えば、記憶部１４２として用いられる内蔵ＲＯＭ内に保存されているルックアップテーブルを参照して、タンク部１２０内の空気の圧力が、所望の圧力となるように、タンク部１２０内に空気を貯留するように制御する。ルックアップテーブルとしては、駆動周波数とタンク部１２０内の空気の圧力値とを関連付けて、駆動周波を、タンク部１２０内の空気の圧力値により切り替えるためのテーブル等を用いることができる。

マイコン部１４０は、ポンプ１からタンク部１２０への空気の流量（図１４のＧ２参照）を最大化する第１駆動周波数と、タンク部１２０内の空気の圧力（図１４のＧ１参照）を最大化する第２駆動周波数と、の間で、コイル５０ａ、５０ｂに供給する駆動周波数を切り替える。

また、マイコン部１４０は、タンク部１２０内の空気の圧力を増加させる過程で、駆動周波数を、第１駆動周波数（図１４のＨ１参照）から第２駆動周波数（図１４のＨ２参照）に切り替える。なお、タンク部１２０内の空気の圧力を増加させる過程で駆動周波数を切り替えるタイミングの圧力値を、便宜上、過程値とも称する。これにより、第１駆動周波数（図１４のＨ１参照）で制御する場合よりも、効率よく短時間でタンク部１２０内の空気の圧力を増加させることできる。マイコン部１４０は、ＲＯＭ等に格納されたプログラムにより各部を制御する。これにより、例えば、取得されたタンク部１２０内の空気の圧力値情報に基づいて変更された駆動周波数の駆動信号を、コイル５０ａ、５０ｂに供給して、ポンプ１を制御することができる。

本実施の形態のポンプ制御システム１００は、ポンプ１の共振タイプの振動アクチュエータ１０の振動体３０を駆動する際に、タンク部１２０内の圧力に基づいて、振動体３０を駆動する駆動信号の周波数変更し、タンク部１２０内の空気の圧力に応じた周波数の駆動信号を、ポンプ１のコイル５０ａ、５０ｂ供給する。

＜マイコン部１４０（制御部）によるポンプ１の動作原理＞
ポンプ１は、必要とされる搬送する流体（空気）の流量、搬送する流体への圧力の大きさ（空気圧力）を確保する必要がある。

一般的に、共振タイプの振動アクチュエータにタンクを接続した構成では、タンク内の空気圧力の変化に従って、共振周波数が変化する現象が生じることが知られている。

図１３はポンプ制御システム１００のポンプ１の動作原理を示す図である。図１３Ａは、排出口（吐出部８６に相当）にタンク部が繋がれていない等のように、ポンプ１においてポンプの吐出経路が開放されている状態を示す概念図である。図１３Ｂは、ポンプの排出口にタンクが取り付けられることでポンプの吐出経路が閉じている状態を示す概念図である。

図１３Ａに示すように、共振駆動するポンプの吐出経路が開放されている場合（「ポンプ開路時」ともいう）、ポンプが振動、つまり、ポンプ部の駆動により可動壁が変位すると、密閉室から吐出される空気は、排出口を介してポンプの外に排出される。これに対して、図１３Ｂに示すように、共振駆動するポンプに、タンク部（タンク部１２０に相当）が接続され、ポンプ外への吐出経路が閉塞されている場合（「ポンプ閉路時」ともいう）、タンク部内の空気が、ポンプの振動に作用する。なお、これは、密閉室とタンク部とが、排出口（吐出部８６に相当）を介して流体連通されていることに起因する。

すなわち、タンク部内の圧力の上がり始めでは、ポンプ１から吐出された空気は、タンク部内にそのまま供給されるので、ポンプ開路時と類似の挙動を示す。一方、タンク部内の圧力が増加すると、ポンプ１から供給された空気の逃げ場がないので、タンク部内に、ポンプ１から供給された空気が貯留する（空気の流れを太い白矢印で示す）。

密閉室と流体連通するタンク部内の空気は、供給される空気を介して、ポンプ１（より詳細には、ポンプ部８０および振動体３０）に作用し、ポンプ１において空気バネとして作用する。このように、ポンプ１の排出口にタンク部が取り付けられている場合、ポンプ閉路時では、ポンプ開路時の状態と比べて、空気バネの作用が働く。よって、下記式（６）で表されるポンプ開路時における共振周波数ｆは、下記（７）で表されるポンプ閉路時における共振周波数ｆ‘となる。すなわち、ポンプ閉路時において、ポンプ１の駆動によりタンク部１２０内の圧力が増加すると、バネ性も増加し、ポンプ開路時よりもポンプのアクチュエータの共振周波数が高くなる。

このようなことを踏まえて、ポンプ制御システム１００は、図１４に示すタンク部内の空気の圧力とタンク部からの空気の流量の周波数特性を有する。図１４は、本実施の形態の共振タイプのポンプを用いた際のポンプ開路時とポンプ閉路時のタンク部内の空気の圧力の周波数特性を示す図である。図１４に示すように、共振タイプのポンプの場合、各駆動周波数における閉路時のタンク部内の空気の圧力Ｇ１と、開路時のポンプからタンク部への空気の流量を表す、タンク部内への空気の圧力Ｇ２（以下、G２はポンプからタンク部内への空気の流量を表すので、流量G２という）のそれぞれの最大値は、それぞれ異なる共振周波数帯（共振点Ｈ１、Ｈ２近傍）での駆動により実現される。例えば、駆動周波数Ｈ１（第１駆動周波数Ｈ１）で共振駆動する共振タイプのポンプの場合、開路時において、駆動周波数Ｈ１（第１駆動周波数Ｈ１）で駆動させれば、流量Ｇ２は大きくなる（図では最大値）。しかしながら、閉路時では、空気がバネとして振動体３０に作用するため、ポンプの振動体３０の共振点がシフトしてしまい(図１４では共振点がＨ２にシフト)、圧力Ｇ１は上がりにくくなる。一方、共振点がシフトすることを踏まえ、駆動周波数Ｈ１よりも高い周波数である駆動周波数Ｈ２付近の周波数（第２駆動周波数Ｈ２）で共振駆動させれば、圧力Ｇ１は大きくなるものの、流量Ｇ２の出にくい共振周波数での使用となる。このように、一例としての血圧計のように、タンク部１２０内において所望の圧力が必要となされる製品においては、単一の周波数で共振駆動した場合、流量・圧力のいずれかにおいて不利な周波数で駆動しなくてはならない。

この特性を利用するため、本実施形態のポンプ制御システム１００では、マイコン部１４０（制御部）は、所定の容量のタンク部１２０内の圧力を所定の圧力値になるまで増加させる場合、駆動周波数を変更する。具体的には、マイコン部１４０は、ポンプ１からタンク部１２０への空気の流量Ｇ２を最大化する第１駆動周波数Ｈ１と、タンク部１２０内の空気の圧力Ｇ１を最大化する第２駆動周波数Ｈ２と、の間で、駆動周波数を切り替えることで駆動周波数を変更する。

図１５は、本発明に係る実施の形態のポンプ制御システム１００における周波数制御の一例を示す図である。

ポンプ制御システム１００では、マイコン部１４０は、タンク部１２０内に空気（流体）を供給して、タンク部１２０内の空気の圧力が、所望の圧力になるまで、タンク部１２０内の空気の圧力を増加させる。

所望の圧力（値）は、本実施形態のポンプ制御装置及びポンプ制御システム１００の適用対象によって適宜異なる。ポンプ制御システム１００（ポンプ制御装置）を、例えば、血圧計に適用する場合とすると、高血圧治療ガイドライン（ＪＳＨ２００４）では高血圧が、１８ｋＰａ（１３５ｍｍＨｇ）以上であるとされ、また、非観血式機械血圧計のＪＩＳ規格（Ｔ１１５）では４０ｋＰａを超えてはならないとされており、これらに基づいて設定される。所望の圧力値を４０ｋＰａとし、１８ｋＰａ～４０ｋＰａまで変更できるものとしてもよい。以下、図１５を参照して、タンク容量を一定の容量（例えば、５００ｃｃ）として、ポンプ制御システム１００によりタンク部１２０の圧力を４０ｋＰａまで増加させる場合について詳述する。

この場合、マイコン部１４０は、圧力０からの増加が早い周波数、つまり、圧力が０から立ち上がる増加度が高い周波数の駆動信号をコイルコイル５０ａ、５０ｂに供給する。より具体的には、第１駆動周波数Ｈ１、第２駆動周波数Ｈ２のうちの低い周波数（図１４と同様にＨ１で示す）、すなわち、第１駆動周波数Ｈ１の駆動信号を、コイル５０ａ、５０ｂに入力して励磁する。

図１５は、第１駆動周波数Ｈ１での駆動と、第２駆動周波数Ｈ２（＞Ｈ１）での駆動（図１４のＨ２で示す周波数と同様にＨ２で示す）よる圧力と、圧力増加時間の関係を示している。そして、マイコン部１４０は、所定の切り替えタイミングで、第１駆動周波数Ｈ１の処理から第２駆動周波数Ｈ２の処理に切り替える。この切り替えタイミングは、タンク部１２０内の空気の圧力状態に基づいて変更される。タンク部１２０内の空気の圧力値の増加を示す傾きが緩やかになるタイミングは、図１５では、「周波数切替」で示されている。この緩やかになったタイミングで、駆動周波数を、第１駆動周波数Ｈ１から第２駆動周波数Ｈ２に変更する。これにより、立ち上がり時（ポンプ１の起動時）においては、タンク部１２０内の空気の圧力の増加が早い第１駆動周波数Ｈ１の駆動信号でポンプ１を駆動し、第１駆動周波数Ｈ１の駆動信号では、タンク部１２０内の空気の圧力の増加を示す傾きが緩やかになるタイミング（図１５中における「周波数切替」）で、駆動周波数を、第１駆動周波数Ｈ１から第２駆動周波数Ｈ２に変更する。このように、第１駆動周波数Ｈ１から第２駆動周波数Ｈ２に駆動周波数にシフトすることによる特性を、図１５中においてＫ１で示す。

具体的には、異なる周波数（例えば第１駆動周波数Ｈ１、第２駆動周波数Ｈ２）を比較して、０から立ち上がり、駆動周波数を切り替えるタイミングでの圧力値、すなわち、過程値（１０ｋＰａ程度）までの圧力増加時間が短い第１駆動周波数で、コイル５０ａ、５０ｂを励磁し、振動体３０を共振駆動する。第１駆動周波数Ｈ１での共振駆動では、１０ｋＰａ程度まではタンク部１２０内の空気の圧力の増加時間は短い。しかしながら、第１駆動周波数Ｈ１での共振駆動を続けた場合、タンク部１２０内の圧力は、所望の圧力値（例えば、４０ｋＰａ）まで、増加しない。

また、第１駆動周波数Ｈ１よりも高い第２駆動周波数Ｈ２で共振駆動した場合、タンク部１２０内の空気の圧力を、所望の高い圧力（例えば、４０ｋＰａ）は超えさせることができるものの、第１駆動周波数Ｈ１によって共振駆動した場合に比べて、タンク部１２０内の空気の０から過程値（１０ｋＰａ程度）までの圧力増加時間が長い。よって、本実施形態では、第１駆動周波数Ｈ１の駆動信号でポンプ１の共振駆動を開始し、所定の切り替えタイミング、例えば、１０ＫＰａで、駆動信号の駆動周波数を、第２駆動周波数Ｈ２に変更する。これにより、図１５に示す特性Ｋ１で、ポンプ１の駆動することができる。

これにより、単一の周波数（第２駆動周波数Ｈ２）での共振駆動と比較して、より早い時間で圧力を増加させることが可能となる。具体的には、図１５中において、第２駆動周波数Ｈ２でのみ共振駆動した場合の特性曲線（図１５中において、点線で示されているグラフ）よりも、特性Ｋ１の特性曲線の方が、所望の高い圧力（例えば、４０ｋＰａ）をより短い時間で達成することができる。

図１６は、本発明の実施の形態に係るポンプの制御フローの一例を示す図である。図１６に示すように、まず、ステップＳ１１では、ポンプ制御システム１００の駆動信号の駆動周波数を、駆動周波数１（第１駆動周波数Ｈ１）を設定する。ステップＳ１２では、マイコン部１４０は、圧力測定部１３０によりタンク部１２０内の圧力を計測して、取得部１４６で、タンク部１２０内の空気の圧力値として取得する。ステップＳ１３では、マイコン部１４０は、取得した空気の圧力値が、切替圧力値（過程値）であるか否かを判定し、取得した空気の圧力値が、切替圧力値になるまで判定を繰り返す。すなわち、ステップＳ１３では、ポンプ１からタンク部１２０への空気（流体）の流量Ｇ２を最大化する第１駆動周波数Ｈ１と、タンク部１２０内の空気（流体）の圧力Ｇ１を最大化する第２駆動周波数Ｈ２と、の間で、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を切り替える。ステップＳ１３において、圧力値が、切替圧力値に到達していれば、ステップＳ１４に移行して、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を、駆動周波数２（第２駆動周波数Ｈ２）に設定する。

次いで、マイコン部１４０は、タンク部１２０内の空気の圧力を計測し（ステップＳ１５）、必要な圧力であるかどうか、つまり、所望の圧力値まで達したか否か（ステップＳ１６）を判定し、所望の圧力値になるまでこれを繰り返す。

本実施形態は、例えば、単一周波数毎の駆動を用いた周波数応答計測（設定した各駆動周波数で駆動し、その駆動による圧力が最大圧力値である場合に、現在の駆動周波数が、必要駆動周波数であるかを判定するまでの一連の計測処理）と異なる。つまり、本実施形態によれば、周波数応答計測と異なり、設定した各駆動周波数で最大圧力を出するように制御することがなく、制御時間が増加することがない。本実施形態によれば、ポンプの小型化が可能であるとともに、より好適なポンプ圧力、流量を確保でき、安定して駆動できる。特に、共振タイプの振動アクチュエータを用いたポンプにおいて、単一周波数での駆動に比べて早い時間で、タンク部１２０内の空気の圧力を増加させることができる。

（第２実施形態）
図１７は、本発明の第２実施形態に係るポンプの概略構成を示すブロック図である。図１７に示すポンプ制御システム１００Ａは、ポンプ制御システム１００と比較して、圧力検出部１３０（図１参照）に替えてタイマー１６０を用いる。

第２実施形態に係るポンプ制御システム１００Ａの基本的な構成は、第１実施形態のポンプ制御システム１００の基本的な構成と同様であるので、異なる構成のみ説明し、同様の構成については、同符号同名称を付して説明は省略する。

ポンプ制御システム１００Ａは、ポンプ１と、タンク部１２０と、マイコン部１４０Ａと、タイマー１６０とを有する。

タイマー１６０は、タンク部１２０内の空気（流体）の圧力を増加させる際に、振動体３０の駆動時間を計測し、振動体３０の駆動時間を得る。取得部１４６は、振動体３０の駆動時間を取得する。取得部１４６がタイマー１６０から振動体３０の駆動時間を取得すると、振動体３０の駆動時間から、圧力値情報が取得される。この圧力値情報は、本実施形態では、予め設定された振動体３０の駆動時間とこの駆動時間駆動により増加するタンク部１２０内の空気の圧力との関係を示すテーブルであり、記憶部１４２に格納される。このテーブルは、例えば、タンク部１２０内の空気の圧力を増加させる過程で、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を、第１駆動周波数Ｈ１から第２駆動周波数Ｈ２に切り替えるタイミングを示すタイミングテーブルである。

マイコン部１４０Ａは、記憶部１４２内のテーブルを用いて各部を動作し、特に、取得部１４６で圧力値情報として取得されたテーブルに基づいて、コイル５０ａ、５０ｂへ供給する電流の駆動周波数を制御する。このように、ポンプ制御システム１００Ａでは、タンク部１２０の圧力を測定することなく、マイコン部１４０Ａは、タンク部１２０内の空気の圧力が増加している圧力増加時間、すなわち、振動体３０の駆動時間をタイマー１６０で取得し、圧力に対応する値を示す圧力値情報を取得部１４６で取得する。マイコン部１４０Ａは、この取得した情報に基づいて、コイル５０ａ、５０ｂへ供給する電流の駆動周波数を制御する。

これにより、マイコン部１４０Ａは、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を制御する際の周波数切替時間（タイミング）を設定することができ、マイコン部１４０と同様の動作を行うことができる。マイコン部１４０Ａの動作の一例を、図１５を参照して説明する。図１５では、第１駆動周波数Ｈ１で駆動すると、約５秒経過した段階（図１５では「周波数切替」で示す位置）で圧力が増加しにくくなっている。このような周波数切替位置を示すタイミングテーブルが、圧力値情報として、記憶部１４２に格納されてもよい。

マイコン部１４０Ａは、記憶部１４２に格納された圧力値情報、つまり、周波数切替位置を示すタイミングテーブルに基づいて、圧力増加開始から５秒後に、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を、第１駆動周波数Ｈ１から第２駆動周波数Ｈ２に切り替える制御を行う。これにより、マイコン部１４０Ａは、圧力検出部１３０で検出した圧力値を用いた場合と同様に、第１駆動周波数Ｈ１から第２駆動周波数Ｈ２にシフトした特性Ｋ１を得られるよう、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を制御できる。

＜切換パターン１＞
図１８、図１９はタンク容量が異なる場合のコイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数制御のパターンを示す図である。図２０は、第１実施形態のポンプを用いて、圧力値で駆動周波数を切り替える場合のテーブルを示す。図２１Ａ、図２１Ｂは、第２実施形態のポンプを用いて、時間で駆動周波数を切り替える場合のテーブルを示す。なお、各図において、対応する圧力、流量が異なる初期駆動周波数として１５０Ｈｚ、２５０Ｈｚ、２７０Ｈｚとしているが、これは一例であり、異なる複数の周波数であれば、高低は限定されない。

図１８及び図１９に示す特性Ｋ２、Ｋ３は、ポンプ開路時とポンプ閉路時で特性が異なる共振タイプのアクチュエータの特性（図１４参照）において、「流量の出やすい周波数帯域（領域）」の周波数を用いたときの特性である。

第１実施形態のポンプ制御システム１００は、圧力測定部１３０により計測されるタンク部１２０内の圧力値に基づいて、図２０のテーブルを用いて、図１８及び図１９に示す駆動周波数制御を行う。図１８及び図１９では、駆動信号の駆動周波数を、周波数シフトして特性Ｋ２、Ｋ３となるように制御する際に、２回、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を変更し、タンク部１２０内の圧力の増加時間の短縮化が図られている。２回の駆動周波数の変更は、いずれも、タンク部１２０内の空気の圧力の増加過程で、空気の流量Ｇ２を最大化する駆動周波数と、空気の圧力Ｇ１を最大化する駆動周波数と、の間で、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を切り替えることで行われている。

図２０では、初期駆動周波数の例として、３つの異なる周波数［Ｈｚ］と、それらの周波数に切り替える際のタンク部１２０内の流体の圧力（「目標圧力」）とを対応させている。これにより、ポンプ制御システム１００は、タンク容量に関わらず、タンク部１２０内の流体の圧力変化に対応して、タンク部１２０内の空気を、単一の周波数で駆動させるよりも早く（図１８及び図１９に、増加時間の短縮を示す矢印参照）、効果的に増加させることができる。

第２実施形態のポンプ制御システム１００Ａのマイコン部１４０Ａは、図２１Ａに示すテーブルを用いて、図１８に示す特性Ｋ２となるような制御を行い、図２１Ｂのテーブルを用いて図１９に示す特性Ｋ３となるような制御を行う。図２１Ａ、図２１Ｂの各テーブルは、それぞれ異なる複数の初期駆動周波数と、これら初期駆動周波数のそれぞれにより駆動する時間、及び駆動時間に対応した目標圧力とが関連付けられたテーブルを有し、記憶部１４２に格納される。これにより、ポンプ制御システム１００Ａは、タンク容量に応じたテーブルを用いて、タンク部１２０内の流体の圧力変化に対応して、単一の周波数駆動よりも早く、タンク部１２０内の空気を効果的に増加させることができる。

＜切換パターン２＞
図２２は、本第１実施形態、２による周波数制御により、タンク内の空気を緩やかに増加させたパターンを示す図であり、図２３は、第１実施形態のポンプを用いて、圧力値により図２２で示す駆動周波数を切り替えて、特性Ｋ４となるように制御する場合のテーブルを示す。また、図２４は、第２実施形態のポンプを用いて、時間により図２２で示す駆動周波数を切り替えて、特性Ｋ４となるように制御する場合のテーブルを示す。なお、各図において初期駆動周波数として３００Ｈｚ、２８０Ｈｚ、２７０Ｈｚとしているが、これは一例であり、異なる複数の周波数であれば、数値の高低は限定されない。

図２２に示す周波数制御は、図１４で示す共振タイプのアクチュエータの特性において、第２駆動周波数Ｈ２よりも高い周波数領域である「流量の出難い周波数帯域（領域）」の周波数を用いている。このように、コイル５０ａ、５０ｂに供給する電流の駆動周波数を制御するポンプ制御システムは、緩やかに空気圧を増加させたい場合等、圧力増加時間を延長する場合に用いられる。例えば、ポンプは、乳幼児の血管検査、被検者へのベルトの締め付け等の際に、緩やかに空気を送る必要がある場合で使用される。

＜第３実施形態＞
図２５は、本発明の第３実施形態に係るポンプ制御システムを模式的に示す図である。図２５に示すポンプ制御システムは、例えば、血圧装置１０Ｄである。血圧装置１０Ｄは、タンク部１２０に相当するカフ１０２と、カフに空気を送る管部５と、ポンプ駆動ユニット１０１と、圧力測定部１３Ｄとを有する。

駆動ユニット１０１は、図１に示すポンプ１である共振ポンプ１Ｄと、マイコン部としての制御部１４０とを有する。

マイコン部である制御部１４０は、共振ポンプ１Ｄ、圧力測定部１３Ｄに接続されており、共振ポンプ１Ｄに対して駆動信号を供給する。

共振ポンプ１Ｄは、マイコン部１４０からの駆動信号に従って駆動する。具体的には、共振ポンプ１Ｄの吐出部８６に管部５を接続して共振ポンプ１Ｄにおいて、振動体３０が振動し、ポンプ部を駆動し、血圧計検査等カフに好適に空気を供給できる。ポンプ制御システムの構成により、小型化が可能であるとともに、より好適なポンプ圧力、流量を確保でき、安定して駆動できるともに、カフに対して、短い時間でカフ内の圧力を所望の圧力値まで増加させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係るポンプは、小型化が可能であるとともに、より好適なポンプ圧力、流量を確保でき、安定して駆動できる効果を有する。例えば、本発明に係るポンプは、薄型化高出力化が望まれるウェアラブル装置として有用である。したがって、本発明は産業上の利用可能性を有する。

Claims (6)

1. コイルへの電流供給による電磁駆動により振動体を振動させる振動アクチュエータと、
   前記振動体の振動により変位する可動壁を有し、前記可動壁の変位により、内部の容積が変更されて流体が前記内部に吸入されまたは前記内部から吐出される密閉室と、
   前記密閉室から吐出される前記流体を溜めて前記流体の圧力を増加させるタンクと前記密閉室とを流体連通させる吐出部と、
   を有するポンプを制御するためのポンプ制御装置であって、
   前記タンク内の前記流体の圧力の値または前記圧力に対応する値を示す圧力値情報を取得する取得部と、
   取得された前記圧力値情報に基づいて、前記コイルへ供給する電流の駆動周波数を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記タンク内の前記流体の前記圧力の前記値が切替圧力値になった際に、前記ポンプから前記タンクへの前記流体の流量を最大化する第１駆動周波数から前記タンク内の前記流体の圧力を最大化する第２駆動周波数に前記駆動周波数を切り替える、
   ポンプ制御装置。
2. 前記制御部は、前記電流が、前記タンク内の前記流体の圧力に応じて異なる前記振動体の共振周波数で、前記コイルに供給されるように、前記駆動周波数を制御する、請求項１に記載のポンプ制御装置。
3. 前記第２駆動周波数は、前記第１駆動周波数よりも高い周波数である、請求項１に記載のポンプ制御装置。
4. 請求項１に記載のポンプ制御装置と、
   前記ポンプと、
   前記タンク内の前記流体の圧力を測定して、前記圧力の前記値を示す前記圧力値情報を得る圧力検出部と、
   を有し、
   前記取得部は、前記圧力検出部から前記圧力値情報を取得する、ポンプ制御システム。
5. 請求項１に記載のポンプ制御装置と、
   前記ポンプと、
   前記タンク内の前記流体の圧力を増加させる際に、前記振動体の駆動時間を計測して、前記駆動時間を示す前記圧力値情報を得るタイマーと、
   を有し、
   前記取得部は、前記タイマーから前記圧力値情報を取得する、ポンプ制御システム。
6. 前記ポンプ制御装置は、予め設定された前記振動体の駆動時間と前記駆動時間により増加する前記タンク内の前記流体の圧力との関係を示すテーブルを記憶する記憶部を有し、
   前記制御部は、前記テーブルを用いて、前記駆動周波数を制御する、請求項５に記載のポンプ制御システム。

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