JP2021095870A - Gas suction discharge device and gas information acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体吸引排出装置、気体情報取得装置に関する。 The present invention relates to a gas suction / discharge device and a gas information acquisition device.
気体吸引排出装置として、圧電素子を用いたマイクロブロアが知られている。マイクロブロアは、圧電素子への電圧印加により屈曲振動する振動板を用いた一種のポンプであり、空気等の吸引や排出が可能である。 As a gas suction / discharge device, a microblower using a piezoelectric element is known. The microblower is a kind of pump using a diaphragm that bends and vibrates when a voltage is applied to the piezoelectric element, and can suck and discharge air and the like.
マイクロブロアとしては、例えば、圧電素子を有する振動板と、振動板の周囲を固定し、振動板との間でブロア室を形成するケースと、振動板の中央部と対向するケースの壁部に設けられた第1開口部と、ケースの外周部に設けられ、ケースから外部への振動伝搬を実質的に抑制する複数の連結部とを備えた構造が提案されている。このマイクロブロアは、圧電素子に所定周波数の電圧を印加して振動板をベンディングモードで駆動させることにより、第1開口部から圧縮性流体を排出する(例えば、特許文献1参照)。 Examples of the micro blower include a diaphragm having a piezoelectric element, a case where the periphery of the diaphragm is fixed to form a blower chamber between the diaphragm, and a wall portion of a case facing the center of the diaphragm. A structure including a first opening provided and a plurality of connecting portions provided on the outer peripheral portion of the case and substantially suppressing vibration propagation from the case to the outside has been proposed. This microblower discharges a compressible fluid from the first opening by applying a voltage of a predetermined frequency to the piezoelectric element to drive the diaphragm in a bending mode (see, for example, Patent Document 1).
上記のようなマイクロブロアは、空気を吸引及び吐出するため、大気中の塵や埃がブロア室内に堆積すると、動作時間や性能に影響する。そのため、マイクロブロアは、クリーンな環境で使用するか、又は塵や埃が入らないように、吸引側にフィルターを設けることが必要である。 Since the above-mentioned micro blower sucks and discharges air, if dust or dirt in the atmosphere accumulates in the blower chamber, the operating time and performance will be affected. Therefore, it is necessary to use the micro blower in a clean environment or to provide a filter on the suction side to prevent dust and dirt from entering.
しかしながら、フィルターを設けた場合、塵や埃によりフィルターが目詰まりすると、吸引力及び排出力が低下し、適正な吸引及び排出ができなくなり、マイクロブロアの寿命低下にも繋がる。フィルターが目詰まりしたか否かを知ることができれば、フィルターを交換することも可能となるが、従来の気体吸引排出装置では、フィルターの目詰まりの検出は行われていなかった。 However, when the filter is provided, if the filter is clogged with dust or dirt, the suction force and the discharge force are lowered, proper suction and discharge cannot be performed, and the life of the microblower is also shortened. If it is possible to know whether or not the filter is clogged, it is possible to replace the filter, but the conventional gas suction / discharge device has not detected the clogging of the filter.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、フィルターの目詰まりを検出可能な気体吸引排出装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a gas suction / discharge device capable of detecting clogging of a filter.
本気体吸引排出装置は、気体の吸引及び排出を行うマイクロブロアと、前記マイクロブロアよりも前記気体の吸引側に配置されたフィルターと、前記フィルターの目詰まりを検出するひずみゲージと、を有する。 The gas suction / discharge device includes a microblower that sucks and discharges gas, a filter that is arranged on the suction side of the gas with respect to the microblower, and a strain gauge that detects clogging of the filter.
開示の技術によれば、フィルターの目詰まりを検出可能な気体吸引排出装置を提供できる。 According to the disclosed technique, it is possible to provide a gas suction / discharge device capable of detecting clogging of a filter.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate description may be omitted.
〈第1実施形態〉
[気体吸引排出装置1]
まず、気体吸引排出装置1の概要について説明する。図1は、第1実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する斜視図である。図2は、第1実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する断面図であり、対角に配置された後述のマイクロブロアサポート30の中央を通る縦断面を示している。図3は、第1実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する分解斜視図である。
<First Embodiment>
[Gas suction / discharge device 1]
First, the outline of the gas suction /
図1〜図3を参照すると、気体吸引排出装置1は、下ケース10と、マイクロブロア20と、マイクロブロアサポート30と、フィルターサポートプレート40と、フィルターユニット50と、上ケース60とを有している。これらの構成要素は、ビス70により固定されているが、互いに接着等はされていないため、ビス70を外して気体吸引排出装置1を分解することで交換可能である。
Referring to FIGS. 1 to 3, the gas suction /
気体吸引排出装置1は、マイクロブロア20の有する圧電素子を駆動させることにより、上ケース60側から気体を吸引し、下ケース10側に排出する装置である。上ケース60側から吸引した気体は、フィルターユニット50を経由して下ケース10側に排出される。マイクロブロア20よりも気体の吸引側(上ケース60側)にフィルターユニット50を配置することで、塵や埃等が気体吸引排出装置1の内部に入り込むことを防止している。なお、吸引及び排出する気体は、代表的には空気であるが、酸素、窒素、一酸化炭素、水素、二酸化炭素、炭化水素、VOC(Volatile Organic Compounds:揮発性有機化合物)、ホルムアルデヒド、代替フロン、各種ガス等であっても構わない。各種ガスには、可燃性ガス、毒性ガス、半導体材料ガス、不活性ガス、都市ガス、LPガス等が含まれる。
The gas suction /
なお、本実施形態では、便宜上、気体吸引排出装置1において、上ケース60側を上側又は一方の側、下ケース10側を下側又は他方の側とする。又、各部位の上ケース60側の面を一方の面又は上面、下ケース10側の面を他方の面又は下面とする。但し、気体吸引排出装置1は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置できる。又、平面視とは対象物を上ケース60の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を上ケース60の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。
In the present embodiment, for convenience, in the gas suction /
[気体吸引排出装置1の組み立て方法]
次に、気体吸引排出装置1の組み立て方法の説明を通じて、気体吸引排出装置1の各構成要素の詳細について説明する。図4〜図7は、第1実施形態に係る気体吸引排出装置の組み立て方法を例示する斜視図である。
[Assembly method of gas suction / discharge device 1]
Next, the details of each component of the gas suction /
まず、図4の矢印上側に示すように、下ケース10を準備する。図2及び図4に示すように、下ケース10はABS樹脂等により形成された略円盤状の部材であり、下面の略中央部にマイクロブロア20とは反対側に突出する突出部11が形成されている。突出部11の略中央部には、気体を排出する流路となる貫通孔12が形成されている。突出部11の先端側は、例えば、面取りされて円錐台状になっている。
First, the
下ケース10の上面側(突出部11とは反対側)には、マイクロブロア20を位置決めする凹部13が形成されている。凹部13は、下ケース10の上面側の略中央部に設けられ、マイクロブロア20の本体21が配置される第1部分131と、下ケース10の上面側の径方向に設けられ、マイクロブロア20の外部接続端子22が配置される第2部分132とを含む。第1部分131と第2部分132とは連通している。
A
又、下ケース10の第1部分131において、第2部分132が設けられた内壁を除く3つの内壁から外側に向けて、第1部分131に連通する略半円状の凹部14が形成されている。又、下ケース10の外周側には、各部材同士を固定するためのビスが挿入される3つの貫通孔15が略等間隔で形成されている。
Further, in the
次に、図4の矢印下側に示すように、下ケース10に設けられた凹部13にマイクロブロア20を配置する。マイクロブロア20は、本体21と、外部接続端子22とを有している。マイクロブロア20の本体21が凹部13の第1部分131に配置され、マイクロブロア20の外部接続端子22が凹部13の第2部分132に配置される。凹部13の深さは、マイクロブロア20の厚さと同程度に形成されている。そのため、下ケース10の上面とマイクロブロア20の上面とは、略面一となる。
Next, as shown on the lower side of the arrow in FIG. 4, the
そして、マイクロブロア20の一方の側の外周部(例えば、四隅)に設けられた凹部23(座グリ部)にマイクロブロアサポート30を挿入する。マイクロブロアサポート30は、下ケース10及びフィルターサポートプレート40よりも柔らく、例えば、ウレタンゴム等の変形しやすい材料により形成された低荷重の弾性体である。ウレタンゴム以外の低荷重の弾性体としては、例えば、エラストマー材や、天然ゴム、合成ゴム(シリコーンゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム等)等が挙げられる。ここで、低荷重の弾性体とは、ゴムのように弾性を持つ柔らかい成形可能な材料である。
Then, the
マイクロブロアサポート30は接着等はされていなく、凹部23に挿入されているだけである。各々のマイクロブロアサポート30の一端は、マイクロブロア20の上面から突出している。
The
マイクロブロア20の外部接続端子22の先端側は下ケース10の側面から突出し、マイクロブロア20を構成する圧電素子215a(後述)と気体吸引排出装置1の外部に設けられた回路との電気的な接続を可能とする。
The tip side of the
なお、マイクロブロア20の外側に位置する3つの半円状の凹部14は、メンテナンス等でマイクロブロア20を交換する際に、マイクロブロア20を取り外しやすくするために設けられている。すなわち、各々の凹部14はマイクロブロア20の側面の一部を露出するため、マイクロブロア20の側面をつまんで容易に取り外すことができる。マイクロブロア20の側面をつまむことができれば、凹部14は半円以外の形状であっても構わない。又、マイクロブロア20の側面をつまむことができれば、凹部14は3つでなくても構わない。
The three
次に、図5の矢印上側に示すように、フィルターサポートプレート40を準備する。フィルターサポートプレート40は、ABS樹脂等により形成された略円盤状の部材であり、略中央部に気体の流路の一部となる貫通孔41が形成されている。
Next, the
又、フィルターサポートプレート40において、貫通孔41の周囲には、フィルターユニット50を位置決めする凹部42が形成されている。凹部42は、貫通孔41の外周に沿って環状に設けられ、フィルターユニット50の本体が配置される第1部分421と、フィルターサポートプレート40の径方向に設けられ、フィルターユニット50の外部接続端子113が配置される第2部分422とを含む。第1部分421と第2部分422とは連通している。
Further, in the
又、フィルターサポートプレート40の外周側には、各部材同士を固定するためのビスが挿入される3つの貫通孔43が略等間隔で形成されている。フィルターサポートプレート40は、各々の貫通孔43の位置が、下ケース10の各々の貫通孔15と一致するように配置される。
Further, on the outer peripheral side of the
次に、図5の矢印下側に示すように、下ケース10上及びマイクロブロア20上にフィルターサポートプレート40を配置する。フィルターサポートプレート40の貫通孔41内には、マイクロブロア20の開口部219a(後述)が露出する。
Next, as shown on the lower side of the arrow in FIG. 5, the
下ケース10上及びマイクロブロア20上にフィルターサポートプレート40が配置されると、各々のマイクロブロアサポート30の突出部はマイクロブロア20を挟んで下ケース10と対向して配置されたフィルターサポートプレート40に押されて変形する(潰れる)。これにより、マイクロブロアサポート30がマイクロブロア20を下ケース10側に押圧するため、マイクロブロア20は下ケース10の凹部13内に安定的に保持される。
When the
次に、図6の矢印上側に示すように、フィルターユニット50を準備する。そして、図6の矢印下側に示すように、フィルターサポートプレート40に設けられたフィルターユニット50を位置決めする凹部42にフィルターユニット50を配置する。フィルターユニット50の外周部が凹部42の第1部分421に配置され、フィルターユニット50の外部接続端子113が凹部42の第2部分422に配置される。
Next, the
凹部42の深さは、フィルターユニット50の厚さと同程度に形成されている。そのため、フィルターサポートプレート40の上面とフィルターユニット50上面とは、略面一となる。
The depth of the
フィルターユニット50の外部接続端子113の先端側はフィルターサポートプレート40の側面から突出し、フィルターユニット50に設けられたひずみゲージ100と気体吸引排出装置1の外部に設けられた回路との電気的な接続を可能とする。
The tip end side of the
なお、フィルターユニット50はフィルターサポートプレート40の凹部42に位置決めされているだけで、接着剤等で固定はされていない。すなわち、フィルターユニット50は、着脱可能な状態で、フィルター保持部材であるフィルターサポートプレート40に保持されているため、気体吸引排出装置1を分解することで、容易に交換できる。
The
次に、図7の矢印上側に示すように、上ケース60を準備する。図2及び図7に示すように、上ケース60はABS樹脂等により形成された略円盤状の部材であり、上面の略中央部にフィルターユニット50とは反対側に突出する突出部61が形成されている。突出部61の略中央部には、気体を吸引する流路となる貫通孔62が形成されている。突出部61の先端側は、例えば、面取りされて円錐台状になっている。
Next, as shown on the upper side of the arrow in FIG. 7, the
上ケース60の上面の外周側には、略等間隔で配置された3つの凹部63(座グリ部)が形成され、各々の凹部63には、各部材同士を固定するためのビスが挿入される3つの貫通孔64が形成されている。
Three recesses 63 (counterbore portions) arranged at substantially equal intervals are formed on the outer peripheral side of the upper surface of the
次に、図7の矢印下側に示すように、フィルターサポートプレート40及びフィルターユニット50上に上ケース60を配置し、各々の貫通孔64内にビス70を挿入する。ビス70は、例えば、上ケース60の貫通孔64、フィルターサポートプレート40の貫通孔43、及び下ケース10の貫通孔15に挿入されて、下ケース10の下面から突出し、下ケース10の下面側でナットにより固定される。これにより、気体吸引排出装置1が完成する。
Next, as shown on the lower side of the arrow in FIG. 7, the
なお、最後に、マイクロブロア20の外部接続端子22及びひずみゲージ100の外部接続端子113の近傍にできた隙間を接着剤等で穴埋めすることが好ましい。気体吸引排出装置1の内部にある気体が外部に漏れることを防止すると共に、気体吸引排出装置1の内部に埃等が入り込むことを防止するためである。
Finally, it is preferable to fill the gaps formed in the vicinity of the
[マイクロブロア20]
次に、マイクロブロア20について説明する。図8は、第1実施形態に係る気体吸引排出装置のマイクロブロアを例示する平面図である。図9は、第1実施形態に係る気体吸引排出装置のマイクロブロアを例示する断面図であり、図8のA−A線に沿う断面を示している。
[Micro blower 20]
Next, the
図8及び図9を参照すると、マイクロブロア20は、気体の吸引及び排出を行う装置であり、本体21と、外部接続端子22とを有している。本体21は、外ケース211と、内ケース212とを有している。外ケース211は、内ケース212の外側を所定の隙間を空けて非接触で覆っている。外ケース211は、上方が開口した円筒形の空洞部211aを有し、空洞部211aの中に円形の内ケース212が所定の隙間を空けて収容されている。
Referring to FIGS. 8 and 9, the
内ケース212は、例えば、ばね連結部214を介して外ケース211に弾性的に支持されている。外ケース211と内ケース212との間に、気体の流入通路217aが形成されている。ばね連結部214は、外ケース211の内壁部と内ケース212の外壁部との間に周方向に間隔を空けて複数個(図8及び図9の例では4個)設けられている。
The
内ケース212の上方は開口しており、内ケース212の開口を閉じるように振動板215が固定され、内ケース212と振動板215との間に第1ブロア室216が形成されている。振動板215は、例えば、圧電セラミックよりなる圧電素子215aを薄肉な弾性金属板よりなるダイヤフラム215bの中央部に貼り付けたユニモルフ構造である。圧電素子215aに所定周波数の電圧を印加することにより、振動板215全体がベンディングモードで共振駆動される。圧電素子215aは、例えば、ダイヤフラム215bの第1ブロア室216側とは反対側の面に固定されている。
The upper part of the
内ケース212において、振動板215と対向する壁部212aは、第1ブロア室216の一つの壁面を構成している。振動板215の中心部と対向する壁部212aの部位には、第1ブロア室216の内部と外部とを連通させる貫通孔212bが形成されている。壁部212aと対向する外ケース211の部位には壁部211bが設けられ、壁部211bの中心部、すなわち貫通孔212bと対向する部位には貫通孔211cが形成されている。貫通孔211cは、気体の吐出口となる。壁部211bと壁部212aとの間には所定の流入空間217bが形成され、流入空間217bは前述の流入通路217aの一部を構成している。流入空間217bは、流入通路217aから導入された気体を貫通孔212b及び211cの付近に導く役割を持つ。
In the
外ケース211の上面側、すなわち振動板215を介して第1ブロア室216と反対側には、振動板215との間で第2ブロア室218を形成するための壁部219が設けられている。壁部219は、例えば、外ケース211の上端部の開口を閉じるように固定された蓋部材ある。壁部219の中央部には、外部と第2ブロア室218とを連通させる開口部219aが形成されている。
On the upper surface side of the
第2ブロア室218の容積及び開口部219aの開口面積は、振動板215の振動に伴って疑似的な共鳴空間を形成できるように設定されている。第2ブロア室218と流入通路217aとは相互に接続されている。そのため、開口部219aを介して第2ブロア室218に流入した気体は、流入通路217aを通って流入空間217bへと供給される。
The volume of the
マイクロブロア20において、外部接続端子22を介して圧電素子215aに所定周波数の交流電圧を印加すると、振動板215が共振駆動され、第1ブロア室216の容積が周期的に変化する。第1ブロア室216の容積が増大するとき、流入空間217b内の空気が貫通孔212bを通り第1ブロア室216へと吸い込まれる。逆に、第1ブロア室216の容積が減少するとき、第1ブロア室216内の空気が貫通孔212bを通り流入空間217bへと排出される。
In the
振動板215は高周波で駆動されるため、貫通孔212bから流入空間217bへと排出された高速で高エネルギーの気体流は、流入空間217bを通過して貫通孔211cから排出される。このとき、流入空間217b内にある周囲の気体を巻き込みながら貫通孔211cから排出する。そのため、流入通路217aから流入空間217bへ向かう連続した気体の流れが生じ、貫通孔211cから気体が噴流となって連続的に吐出される。気体の流れを図9に矢印で示す。
Since the
[フィルターユニット50]
次に、フィルターユニット50について説明する。図10は、第1実施形態に係る気体吸引排出装置のフィルターユニットを例示する分解斜視図である。図10を参照すると、フィルターユニット50は、フィルターサポート51と、フィルター52と、ひずみゲージ100と、起歪体54と、フィルターサポート55とを有している。これらの部材は、例えば、図示の順番で、各部材間の外周に配置された両面テープにより相互に固着されている。両面テープは、例えば、フィルターサポート51と同形状とすることができる。
[Filter unit 50]
Next, the
フィルターサポート51及び55は、フィルター52とひずみゲージ100と起歪体54を両側から保持する部材であり、例えば、ポリイミドフィルムから形成されている。フィルターサポート51側が気体の吸引側であり、フィルターサポート55側が気体の排出側である。なお、フィルターサポート51及び55は必要に応じて設ければよい。例えば、フィルターユニット50の強度が十分であれば、フィルターサポート51及び55の一方又は両方を設けなくてもよい。
The filter supports 51 and 55 are members that hold the
フィルター52は、塵や埃等が気体吸引排出装置1の内部に入り込むことを防止する部材であり、サブミクロンレベルの塵や埃を除去できることが好ましい。フィルター52は、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、レーヨン、ポリプロピレン等から形成できるが、上記の機能を有するものであれば材料は問わない。
The
起歪体54は、印加される力に応じて変形する(ひずみを生じる)部材であり、例えば、ポリイミドフィルムから形成されている。起歪体54は、例えば、環状部541と、環状部541から内側に突起する突起部542とを有している。図10の例では、突起部542が略等間隔で3個設けられているが、突起部542の個数は問わない。
The strain-causing
ひずみゲージ100は、起歪体54に貼り付けられて起歪体54に生じるひずみを抵抗体の抵抗変化として検出するセンサである。ひずみゲージ100の詳細については後述するが、例えば、抵抗体からなるジグザグ状のゲージパターンが起歪体54の各々の突起部542に配置される。なお、図10では、ひずみゲージ100の抵抗体等の図示は省略されている。
The
起歪体54に突起部542を設けることで、気体の吸引により突起部542が変形するが、フィルター52が目詰まりすると吸引力が低下するため、フィルター52が気体から受ける圧力が小さくなり、それに応じて突起部542の変形量も小さくなる。そのため、突起部542に配置されたひずみゲージ100は、フィルター52の目詰まりを突起部542の変形量の変化に基づいて精度よく検出できる。例えば、ひずみゲージ100の抵抗値が予め定めた閾値以下となった場合に、フィルター52が目詰まりしたと判断できる。
By providing the
[ひずみゲージ100]
次に、ひずみゲージ100について説明する。図11は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する部分平面図(その1)であり、図10のM部の拡大図である。図12は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する部分平面図(その2)であり、図10のN部の拡大図である。図13は、第1実施形態に係るひずみゲージを例示する断面図(その1)であり、図11のB−B線に沿う断面を示している。図10に加えて図11〜図13を参照すると、ひずみゲージ100は、基材110と、抵抗体130と、配線140と、端子部150とを有している。
[Strain gauge 100]
Next, the
基材110は、抵抗体130等を形成するためのベース層となる部材であり、可撓性を有する。基材110は、例えば、環状部111と、環状部111から内側に突起する突起部112と、環状部111から外側に突起する外部接続端子113とを有している。
The
基材110の環状部111は起歪体54の環状部541上に配置され、基材110の突起部112は起歪体54の突起部542上に配置される。つまり、ひずみゲージ100の抵抗体130は、起歪体54の突起部542上に配置される。なお、起歪体54を設けずに、基材110自体を起歪体としてもよい。つまり、基材110は、起歪体54の機能を兼ねることができる。
The
基材110の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、5μm〜500μm程度とすることができる。特に、基材110の厚さが5μm〜200μmであると、両面テープ等を介して基材110の下面に接合される起歪体54の表面からの歪の伝達性、環境に対する寸法安定性の点で好ましく、10μm以上であると絶縁性の点で更に好ましい。
The thickness of the
基材110は、例えば、PI(ポリイミド)樹脂、エポキシ樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PEN(ポリエチレンナフタレート)樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、ポリオレフィン樹脂等の絶縁樹脂フィルムから形成できる。なお、フィルムとは、厚さが500μm以下程度であり、可撓性を有する部材を指す。
The
ここで、『絶縁樹脂フィルムから形成する』とは、基材110が絶縁樹脂フィルム中にフィラーや不純物等を含有することを妨げるものではない。基材110は、例えば、シリカやアルミナ等のフィラーを含有する絶縁樹脂フィルムから形成しても構わない。
Here, "forming from an insulating resin film" does not prevent the
基材110の樹脂以外の材料としては、例えば、SiO2、ZrO2(YSZも含む)、Si、Si2N3、Al2O3(サファイヤも含む)、ZnO、ペロブスカイト系セラミックス(CaTiO3、BaTiO3)等が挙げられる。又、基材110の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金(ジュラルミン)、チタン等の金属を用いてもよい。この場合、金属製の基材110上に、例えば、絶縁膜が形成される。
Examples of materials other than the resin of the
抵抗体130は、基材110の各々の突起部112上に所定のパターンで形成された薄膜であり、ひずみを受けて抵抗変化を生じる受感部である。所定のパターンは、例えば、環状部111の半径方向を長手方向としてジグザグに折り返すパターンである。抵抗体130は、基材110の上面110aに直接形成されてもよいし、基材110の上面110aに他の層を介して形成されてもよい。なお、図11では、便宜上、抵抗体130を梨地模様で示している。
The
抵抗体130は、例えば、Cr(クロム)を含む材料、Ni(ニッケル)を含む材料、又はCrとNiの両方を含む材料から形成できる。すなわち、抵抗体130は、CrとNiの少なくとも一方を含む材料から形成できる。Crを含む材料としては、例えば、Cr混相膜が挙げられる。Niを含む材料としては、例えば、Cu−Ni(銅ニッケル)が挙げられる。CrとNiの両方を含む材料としては、例えば、Ni−Cr(ニッケルクロム)が挙げられる。
The
ここで、Cr混相膜とは、Cr、CrN、Cr2N等が混相した膜である。Cr混相膜は、酸化クロム等の不可避不純物を含んでもよい。 Here, the Cr multiphase film, Cr, CrN, Cr 2 N or the like is film multiphase. The Cr mixed phase film may contain unavoidable impurities such as chromium oxide.
抵抗体130の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、0.05μm〜2μm程度とすることができる。特に、抵抗体130の厚さが0.1μm以上であると抵抗体130を構成する結晶の結晶性(例えば、α−Crの結晶性)が向上する点で好ましく、1μm以下であると抵抗体130を構成する膜の内部応力に起因する膜のクラックや基材110からの反りを低減できる点で更に好ましい。
The thickness of the
例えば、抵抗体130がCr混相膜である場合、安定な結晶相であるα−Cr(アルファクロム)を主成分とすることで、ゲージ特性の安定性を向上できる。又、抵抗体130がα−Crを主成分とすることで、ひずみゲージ100のゲージ率を10以上、かつゲージ率温度係数TCS及び抵抗温度係数TCRを−1000ppm/℃〜+1000ppm/℃の範囲内とすることができる。ここで、主成分とは、対象物質が抵抗体を構成する全物質の50質量%以上を占めることを意味するが、ゲージ特性を向上する観点から、抵抗体130はα−Crを80重量%以上含むことが好ましい。なお、α−Crは、bcc構造(体心立方格子構造)のCrである。
For example, when the
抵抗体130の両端には配線140が接続され、各々の配線140は環状部111上を通って外部接続端子113上に配置された一対の端子部150に接続される。端子部150は、例えば、平面視において、配線140よりも拡幅して略矩形状に形成されている。端子部150は、ひずみにより生じる抵抗体130の抵抗値の変化を外部に出力するための一対の電極であり、例えば、外部接続用のリード線等が接合される。なお、抵抗体130は3つの突起部112の各々に配置されているため、外部接続端子113上には三対(6個)の端子部150が配置される。
Wiring 140 is connected to both ends of the
配線140及び端子部150は、例えば、抵抗体130と同一工程において抵抗体130と同一材料により一体に形成できる。端子部150の上面に、抵抗体130よりも低抵抗の導体層(例えば、銅等)を設けてもよい。又、端子部150の上面を、端子部150よりもはんだ付け性が良好な金属(例えば、銅や金等)で被覆してもよい。
The
抵抗体130及び配線140を被覆し端子部150を露出するように基材110の上面110aにカバー層(絶縁樹脂層)を設けても構わない。カバー層を設けることで、抵抗体130及び配線140に機械的な損傷等が生じることを防止できる。又、カバー層を設けることで、抵抗体130及び配線140を湿気等から保護できる。なお、カバー層は、端子部150を除く部分の全体を覆うように設けてもよい。
A cover layer (insulating resin layer) may be provided on the
カバー層は、例えば、PI樹脂、エポキシ樹脂、PEEK樹脂、PEN樹脂、PET樹脂、PPS樹脂、複合樹脂(例えば、シリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂)等の絶縁樹脂から形成できる。カバー層は、フィラーや顔料を含有しても構わない。カバー層の厚さは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、2μm〜30μm程度とすることができる。 The cover layer can be formed from, for example, an insulating resin such as PI resin, epoxy resin, PEEK resin, PEN resin, PET resin, PPS resin, and composite resin (for example, silicone resin and polyolefin resin). The cover layer may contain a filler or a pigment. The thickness of the cover layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but can be, for example, about 2 μm to 30 μm.
ひずみゲージ100を製造するためには、まず、基材110を準備し、基材110の上面110aに図11及び図12に示す平面形状の抵抗体130、配線140、及び端子部150を形成する。抵抗体130、配線140、及び端子部150の材料や厚さは、前述の通りである。抵抗体130、配線140、及び端子部150は、同一材料により一体に形成できる。
In order to manufacture the
抵抗体130、配線140、及び端子部150は、例えば、抵抗体130、配線140、及び端子部150を形成可能な原料をターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィによってパターニングすることで形成できる。抵抗体130、配線140、及び端子部150は、マグネトロンスパッタ法に代えて、反応性スパッタ法や蒸着法、アークイオンプレーティング法、パルスレーザー堆積法等を用いて成膜してもよい。
The
ゲージ特性を安定化する観点から、抵抗体130、配線140、及び端子部150を成膜する前に、下地層として、基材110の上面110aに、例えば、コンベンショナルスパッタ法により膜厚が1nm〜100nm程度の機能層を真空成膜することが好ましい。なお、機能層は、機能層の上面全体に抵抗体130、配線140、及び端子部150を形成後、フォトリソグラフィによって抵抗体130、配線140、及び端子部150と共に図11及び図12に示す平面形状にパターニングされる。
From the viewpoint of stabilizing the gauge characteristics, before forming the
本願において、機能層とは、少なくとも上層である抵抗体130の結晶成長を促進する機能を有する層を指す。機能層は、更に、基材110に含まれる酸素や水分による抵抗体130の酸化を防止する機能や、基材110と抵抗体130との密着性を向上する機能を備えていることが好ましい。機能層は、更に、他の機能を備えていてもよい。
In the present application, the functional layer refers to a layer having at least a function of promoting crystal growth of the
基材110を構成する絶縁樹脂フィルムは酸素や水分を含むため、特に抵抗体130がCrを含む場合、Crは自己酸化膜を形成するため、機能層が抵抗体130の酸化を防止する機能を備えることは有効である。
Since the insulating resin film constituting the
機能層の材料は、少なくとも上層である抵抗体130の結晶成長を促進する機能を有する材料であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、Cr(クロム)、Ti(チタン)、V(バナジウム)、Nb(ニオブ)、Ta(タンタル)、Ni(ニッケル)、Y(イットリウム)、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)、Si(シリコン)、C(炭素)、Zn(亜鉛)、Cu(銅)、Bi(ビスマス)、Fe(鉄)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Re(レニウム)、Os(オスミウム)、Ir(イリジウム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Ag(銀)、Au(金)、Co(コバルト)、Mn(マンガン)、Al(アルミニウム)からなる群から選択される1種又は複数種の金属、この群の何れかの金属の合金、又は、この群の何れかの金属の化合物が挙げられる。
The material of the functional layer is not particularly limited as long as it has a function of promoting crystal growth of the
上記の合金としては、例えば、FeCr、TiAl、FeNi、NiCr、CrCu等が挙げられる。又、上記の化合物としては、例えば、TiN、TaN、Si3N4、TiO2、Ta2O5、SiO2等が挙げられる。 Examples of the above alloy include FeCr, TiAl, FeNi, NiCr, CrCu and the like. Examples of the above-mentioned compounds include TiN, TaN, Si 3 N 4 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , SiO 2, and the like.
機能層は、例えば、機能層を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にAr(アルゴン)ガスを導入したコンベンショナルスパッタ法により真空成膜できる。コンベンショナルスパッタ法を用いることにより、基材110の上面110aをArでエッチングしながら機能層が成膜されるため、機能層の成膜量を最小限にして密着性改善効果を得ることができる。
The functional layer can be vacuum-deposited by, for example, a conventional sputtering method in which Ar (argon) gas is introduced into a chamber by targeting a raw material capable of forming the functional layer. By using the conventional sputtering method, the functional layer is formed while etching the
但し、これは、機能層の成膜方法の一例であり、他の方法により機能層を成膜してもよい。例えば、機能層の成膜の前にAr等を用いたプラズマ処理等により基材110の上面110aを活性化することで密着性改善効果を獲得し、その後マグネトロンスパッタ法により機能層を真空成膜する方法を用いてもよい。
However, this is an example of a method for forming a functional layer, and the functional layer may be formed by another method. For example, the effect of improving adhesion is obtained by activating the
機能層の材料と抵抗体130、配線140、及び端子部150の材料との組み合わせは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、機能層としてTiを用い、抵抗体130、配線140、及び端子部150としてα−Cr(アルファクロム)を主成分とするCr混相膜を成膜可能である。
The combination of the material of the functional layer and the material of the
この場合、例えば、Cr混相膜を形成可能な原料をターゲットとし、チャンバ内にArガスを導入したマグネトロンスパッタ法により、抵抗体130、配線140、及び端子部150を成膜できる。或いは、純Crをターゲットとし、チャンバ内にArガスと共に適量の窒素ガスを導入し、反応性スパッタ法により、抵抗体130、配線140、及び端子部150を成膜してもよい。
In this case, for example, the
これらの方法では、Tiからなる機能層がきっかけでCr混相膜の成長面が規定され、安定な結晶構造であるα−Crを主成分とするCr混相膜を成膜できる。又、機能層を構成するTiがCr混相膜中に拡散することにより、ゲージ特性が向上する。例えば、ひずみゲージ100のゲージ率を10以上、かつゲージ率温度係数TCS及び抵抗温度係数TCRを−1000ppm/℃〜+1000ppm/℃の範囲内とすることができる。なお、機能層がTiから形成されている場合、Cr混相膜にTiやTiN(窒化チタン)が含まれる場合がある。
In these methods, the growth surface of the Cr mixed-phase film is defined by the functional layer made of Ti, and a Cr mixed-phase film containing α-Cr as a main component, which has a stable crystal structure, can be formed. Further, the gauge characteristics are improved by diffusing Ti constituting the functional layer into the Cr mixed phase film. For example, the gauge ratio of the
なお、抵抗体130がCr混相膜である場合、Tiからなる機能層は、抵抗体130の結晶成長を促進する機能、基材110に含まれる酸素や水分による抵抗体130の酸化を防止する機能、及び基材110と抵抗体130との密着性を向上する機能の全てを備えている。機能層として、Tiに代えてTa、Si、Al、Feを用いた場合も同様である。
When the
このように、抵抗体130の下層に機能層を設けることにより、抵抗体130の結晶成長を促進可能となり、安定な結晶相からなる抵抗体130を作製できる。その結果、ひずみゲージ100において、ゲージ特性の安定性を向上できる。又、機能層を構成する材料が抵抗体130に拡散することにより、ひずみゲージ100において、ゲージ特性を向上できる。
By providing the functional layer under the
抵抗体130、配線140、及び端子部150を形成後、必要に応じ、基材110の上面110aに、抵抗体130及び配線140を被覆し端子部150を露出するカバー層を設けることで、ひずみゲージ100が完成する。カバー層は、例えば、基材110の上面110aに、抵抗体130及び配線140を被覆し端子部150を露出するように半硬化状態の熱硬化性の絶縁樹脂フィルムをラミネートし、加熱して硬化させて作製できる。カバー層は、基材110の上面110aに、抵抗体130及び配線140を被覆し端子部150を露出するように液状又はペースト状の熱硬化性の絶縁樹脂を塗布し、加熱して硬化させて作製してもよい。
After forming the
なお、抵抗体130、配線140、及び端子部150の下地層として基材110の上面110aに機能層を設けた場合には、ひずみゲージ100は図14に示す断面形状となる。符号120で示す層が機能層である。機能層120を設けた場合のひずみゲージ100の平面形状は、図11及び図12と同様である。
When the functional layer is provided on the
このように、気体吸引排出装置1は吸引側にフィルターユニット50を有しており、フィルターユニット50を構成するひずみゲージ100によりフィルター52の目詰まり(気体の吸引量)を検出できる。
As described above, the gas suction /
つまり、マイクロブロア20が吸引する気体により、フィルター52を介して起歪体54及びひずみゲージ100には荷重がかかる。これにより、起歪体54及びひずみゲージ100が変形し、ひずみゲージ100の抵抗体130の抵抗値が変化する。抵抗体130の抵抗値の変化を配線140及び端子部150を介してを測定することで、フィルター52の目詰まり状態を検出できる。フィルター52の目詰まり状態をモニタすることで、常時適正な気体の吸引及び吐出が可能となる。
That is, the gas sucked by the
又、気体吸引排出装置1では、下ケース10にマイクロブロア20の側面を露出する凹部14が設けられているため、メンテナンス等でマイクロブロア20を交換する際に、マイクロブロア20の取り外しが容易である。
Further, in the gas suction /
又、マイクロブロア20は圧電素子215aを利用して気体の移動を行うが、大変繊細であるため、マイクロブロア20は外周部以外に負荷がかかると正確な動作が得られない。そのため、気体吸引排出装置1では、マイクロブロア20の固定を、マイクロブロア20の外周部(例えば、四隅)に設けられた凹部23に低荷重の弾性体であるマイクロブロアサポート30を挿入することで行っている。これにより、マイクロブロア20にストレスがかかって圧電素子215aの動作に影響が発生するおそれを低減でき、マイクロブロア20の正確な動作が可能となる。
Further, the
又、マイクロブロア20を両面テープを用いて下ケース10に取り付けると、貼り付け時に斜め取り付けや両面テープのはみ出し等の不具合が発生するおそれがあると共に、マイクロブロア20の交換時には性能を破壊することが考えられるため、望ましくない。マイクロブロア20の固定をマイクロブロアサポート30を用いて行うことで、このような問題の発生を回避できる。
Further, if the
又、両面テープや接着剤等による固定では、一度取り付けたマイクロブロアサポート30は再使用できないが、凹部23に低荷重の弾性体であるマイクロブロアサポート30を挿入する固定方法により、マイクロブロアサポート30の再使用が可能となる。
Further, the
又、ひずみゲージ100の抵抗体130の材料として、高いゲージ率が得られるCr混相膜を用いた場合には、フィルター52の目詰まりを高感度で検出できる。
Further, when a Cr mixed phase film capable of obtaining a high gauge ratio is used as the material of the
〈第2実施形態〉
第2実施形態では、複数のマイクロブロアを有する気体吸引排出装置の例を示す。なお、第2実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, an example of a gas suction / discharge device having a plurality of micro blowers is shown. In the second embodiment, the description of the same components as those in the above-described embodiment may be omitted.
図15は、第2実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する斜視図である。図16は、第2実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する断面図であり、対角に配置されたマイクロブロアサポート30の中央を通る縦断面を示している。 FIG. 15 is a perspective view illustrating the gas suction / discharge device according to the second embodiment. FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating the gas suction / discharge device according to the second embodiment, and shows a vertical cross section passing through the center of the microblower supports 30 arranged diagonally.
図15及び図16を参照すると、気体吸引排出装置2は、4個のマイクロブロア20を有する点が、1個のマイクロブロア20を有する気体吸引排出装置1(図1、図2等参照)と相違する。気体吸引排出装置2は、下ケース10と、4個のマイクロブロア20と、マイクロブロアサポート30と、フィルターサポートプレート40と、フィルターユニット50と、上ケース60と、3個のマイクロブロアケース80とを有している。
Referring to FIGS. 15 and 16, the gas suction /
次に、気体吸引排出装置2の組み立て方法の説明を通じて、気体吸引排出装置2の各構成要素の詳細について説明する。図17及び図18は、第2実施形態に係る気体吸引排出装置の組み立て方法を例示する斜視図である。
Next, the details of each component of the gas suction /
まず、第1実施形態の図4と同様の組み立てを行い、下ケース10の凹部13に1個目のマイクロブロア20を配置する。次に、図17の矢印上側に示すように、マイクロブロアケース80を準備する。そして、図17の矢印下側に示すように、凹部13に1個目のマイクロブロア20が配置された下ケース10上に、マイクロブロアケース80を配置する。
First, the same assembly as in FIG. 4 of the first embodiment is performed, and the
マイクロブロアケース80はABS樹脂等により形成された略円盤状の部材であり、突出部11が形成されていない点を除いて下ケース10と同様の構造である。但し、マイクロブロアケース80の厚さは、下ケース10より厚くても構わない。
The
マイクロブロアケース80の上面側には、マイクロブロア20を位置決めする凹部83が形成されている。凹部83は、マイクロブロアケース80の上面側の略中央部に設けられ、マイクロブロア20の本体21が配置される第1部分831と、マイクロブロアケース80の上面側の径方向に設けられ、マイクロブロア20の外部接続端子22が配置される第2部分832とを含む。第1部分831と第2部分832とは連通している。第1部分831の略中央部には、気体を排出する流路となる貫通孔82が形成されている。
A
又、マイクロブロアケース80の第1部分831において、第2部分832が設けられた内壁を除く3つの内壁から外側に向けて、第1部分831に連通する略半円状の凹部84が形成されている。又、マイクロブロアケース80の外周側には、各部材同士を固定するためのビスが挿入される3つの貫通孔85が略等間隔で形成されている。
Further, in the
次に、図18の矢印上側に示すように、マイクロブロアケース80の凹部83に2個目のマイクロブロア20を配置する。マイクロブロア20の本体21が凹部83の第1部分831に配置され、マイクロブロア20の外部接続端子22が凹部83の第2部分832に配置される。凹部83の深さは、マイクロブロア20の厚さと同程度に形成されている。そのため、マイクロブロアケース80の上面とマイクロブロア20の上面とは、略面一となる。
Next, as shown on the upper side of the arrow in FIG. 18, the
そして、図18の矢印下側に示すように、マイクロブロア20の外周部の凹部23にマイクロブロアサポート30を挿入する。マイクロブロアサポート30は接着等はされていなく、凹部23に挿入されているだけである。各々のマイクロブロアサポート30の一端は、マイクロブロア20の上面から突出している。
Then, as shown on the lower side of the arrow in FIG. 18, the
マイクロブロア20の外部接続端子22の先端側はマイクロブロアケース80の側面から突出し、マイクロブロア20を構成する圧電素子215aと気体吸引排出装置2の外部に設けられた回路との電気的な接続を可能とする。
The tip side of the
なお、マイクロブロア20の外側に位置する3つの半円状の凹部84は、メンテナンス等でマイクロブロア20を交換する際に、マイクロブロア20を取り外しやすくするために設けられている。すなわち、各々の凹部84はマイクロブロア20の側面の一部を露出するため、マイクロブロア20の側面をつまんで容易に取り外すことができる。マイクロブロア20の側面をつまむことができれば、凹部84は半円以外の形状であっても構わない。
The three
更に、図17と同様にして、凹部83に2個目のマイクロブロア20が配置された1個目のマイクロブロアケース80上に、2個目のマイクロブロアケース80を配置する。そして、図18と同様にして、2個目のマイクロブロアケース80の凹部83に3個目のマイクロブロア20を配置する。
Further, in the same manner as in FIG. 17, the
更に、図17と同様にして、凹部83に3個目のマイクロブロア20が配置された2個目のマイクロブロアケース80上に、3個目のマイクロブロアケース80を配置する。そして、図18と同様にして、3個目のマイクロブロアケース80の凹部83に4個目のマイクロブロア20を配置する。
Further, in the same manner as in FIG. 17, the
次に、第1実施形態の図5〜図7と同様にして、凹部83に4個目のマイクロブロア20が配置された3個目のマイクロブロアケース80上に、フィルターサポートプレート40、フィルターユニット50、及び上ケース60を順次配置し、ビス70で固定する。これにより、気体吸引排出装置2が完成する。
Next, in the same manner as in FIGS. 5 to 7 of the first embodiment, the
なお、最後に、各々のマイクロブロア20の外部接続端子22及びひずみゲージ100の外部接続端子113の近傍にできた隙間を接着剤等で穴埋めすることが好ましい。気体吸引排出装置2の内部にある気体が外部に漏れることを防止すると共に、気体吸引排出装置2の内部に埃等が入り込むことを防止するためである。
Finally, it is preferable to fill the gaps formed in the vicinity of the
このように、気体吸引排出装置2では、気体吸引排出装置1と同様に、何れのマイクロブロア20よりも気体の吸引側にフィルターユニット50を配置しているため、塵や埃等が気体吸引排出装置2の内部に入り込むことを防止できる。又、気体吸引排出装置1と同様に、フィルターユニット50を構成するひずみゲージ100によりフィルター52の目詰まりを検出できる。これにより、フィルター52の目詰まり状態をモニタすることで、常時適正な気体の吸引及び吐出が可能となる。
As described above, in the gas suction /
又、気体吸引排出装置2では、マイクロブロア20の個数を増やしているため、吸引吐出力が向上する。なお、本実施形態ではマイクロブロア20を、気体の吸引方向及び排出方向を揃えて直列に4個配置したが、マイクロブロア20の個数は、2個又は3個、5個以上であっても構わない。マイクロブロア20の個数が多くなるほど、吸引吐出力を向上できる。
Further, in the gas suction /
又、気体吸引排出装置2では、下ケース10及び各々のマイクロブロアケース80にマイクロブロア20の側面を露出する凹部が設けられているため、メンテナンス等でマイクロブロア20を交換する際に、マイクロブロア20の取り外しが容易である。
Further, in the gas suction /
又、気体吸引排出装置2では、気体吸引排出装置1と同様に、マイクロブロア20の固定を、マイクロブロア20の外周部に設けられた凹部23に低荷重の弾性体であるマイクロブロアサポート30を挿入することで行っている。これにより、マイクロブロア20の正確な動作が可能となる。
Further, in the gas suction /
又、両面テープや接着剤等の固定では、一度取り付けたマイクロブロアサポート30は再使用できないが、凹部23に低荷重の弾性体であるマイクロブロアサポート30を挿入する固定方法により、マイクロブロアサポート30の再使用が可能となる。
Further, when fixing the double-sided tape or adhesive, the
〈第3実施形態〉
第3実施形態では、センサを搭載した気体吸引排出装置の例を示す。なお、第3実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, an example of a gas suction / discharge device equipped with a sensor is shown. In the third embodiment, the description of the same components as those in the above-described embodiment may be omitted.
図19は、第3実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する断面図(その1)であり、対角に配置されたマイクロブロアサポート30の中央を通る縦断面を示している。 FIG. 19 is a cross-sectional view (No. 1) illustrating the gas suction / discharge device according to the third embodiment, and shows a vertical cross section passing through the center of the microblower supports 30 arranged diagonally.
図19を参照すると、気体吸引排出装置1Aは、気体吸引排出装置1に、センサ91、配線基板92、スペーサ93、及びビス94が追加された構造である。気体吸引排出装置1Aにおいて、センサ91が搭載された配線基板92が、柱状の複数のスペーサ93を介して、ビス94により下ケース10に固定されている。
Referring to FIG. 19, the gas suction /
センサ91は、マイクロブロア20よりも気体の排出側に配置され、気体の情報を取得する機能を有する。本実施形態では、センサ91は、下ケース10の突出部11よりも気体の排出側に配置され、貫通孔12から排出された気体の情報を取得する。貫通孔12を拡径し、貫通孔12内にセンサ91が配置されるようにしてもよい。この場合、センサ91の側面が貫通孔12の内壁に囲まれるため、センサ91の検出力を向上できる。
The
センサ91は、例えば、貫通孔12から排出された気体の情報として気体の匂いを検出する匂いセンサである。匂いセンサとしては、例えば、半導体式や水晶振動子式等の周知のセンサを使用できる。なお、センサ91は、湿度センサ、温度センサ、その他のセンサであってもよい。
The
配線基板92は、ガラスエポキシ基板等の樹脂基板、シリコン基板、セラミック基板等に配線パターンや部品実装用ランド等が形成されたものである。配線基板92には、気体吸引排出装置1Aの外部と信号等の入出力を行うコネクタや線材等が設けられている。配線基板92に、圧電素子215aを駆動する回路や、ひずみゲージ100の端子部150に接続するアナログフロントエンド等を搭載してもよい。アナログフロントエンドは、例えば、ブリッジ回路、増幅器、アナログ/デジタル変換回路(A/D変換回路)等を備えることができる。アナログフロントエンドは、温度補償回路を備えていてもよい。
The
気体吸引排出装置1Aのように、センサ91を搭載することで、気体の匂いや湿度等を容易に検出可能となる。
By mounting the
図20は、第3実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する断面図(その2)であり、対角に配置されたマイクロブロアサポート30の中央を通る縦断面を示している。図20に示す気体吸引排出装置2Aのように、気体吸引排出装置2にセンサ91等を搭載してもよい。
FIG. 20 is a cross-sectional view (No. 2) illustrating the gas suction / discharge device according to the third embodiment, and shows a vertical cross section passing through the center of the microblower supports 30 arranged diagonally. As in the gas suction /
〈第4実施形態〉
第4実施形態では、ひずみゲージをフィルターユニットとは異なる位置に配置する例を示す。なお、第4実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Fourth Embodiment>
In the fourth embodiment, an example in which the strain gauge is arranged at a position different from that of the filter unit is shown. In the fourth embodiment, the description of the same components as those in the above-described embodiment may be omitted.
図21は、第4実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する斜視図である。図22は、第4実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する断面図であり、気体吸引排出装置1Bの中心を通りひずみゲージ100Bを長手方向に2分するように切断した縦断面を示している。図23は、第4実施形態に係る気体吸引排出装置を例示する分解斜視図である。
FIG. 21 is a perspective view illustrating the gas suction / discharge device according to the fourth embodiment. FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating the gas suction / discharge device according to the fourth embodiment, and shows a vertical cross section obtained by cutting the
図21〜図23を参照すると、気体吸引排出装置1Bは、下ケース10、フィルターサポートプレート40、フィルターユニット50、及び、ひずみゲージ100が、下ケース10B、フィルターサポートプレート40B、フィルターユニット50B、及び、ひずみゲージ100Bに置換された点が、気体吸引排出装置1(図1〜図3等参照)と相違する。
With reference to FIGS. 21 to 23, the gas suction /
下ケース10BはABS樹脂等により形成された略円盤状の部材であり、下面にマイクロブロア20とは反対側に突出する突出部11Bが形成されている。突出部11Bのマイクロブロア20と対向する部分には、気体を排出する流路となる貫通孔12Bと、気体をひずみゲージ100Bの抵抗体130に誘導する貫通孔12Cが形成されている。又、下ケース10Bの突出部11Bと同一側には、ひずみゲージ100Bを固定するゲージ取付部17が形成されている。
The
フィルターユニット50Bは、図10に示したフィルターサポート51と、フィルター52と、フィルターサポート55とを有している。つまり、フィルターユニット50Bは、図10に示したフィルターユニット50から、ひずみゲージ100と起歪体54を削除したものである。従って、フィルターユニット50Bは、外部接続端子113も有していない。フィルターユニット50Bを構成する各部材は、例えば、各部材間の外周に配置された両面テープにより相互に固着されている。両面テープは、例えば、フィルターサポート51と同形状とすることができる。
The
フィルターユニット50Bが外部接続端子113を有していないため、フィルターサポートプレート40Bは第2部分422を有していない。フィルターサポートプレート40Bのその他の部分は、フィルターサポートプレート40と同一である。
Since the
ひずみゲージ100Bは、基材110Bと、抵抗体130と、配線140と、端子部150とを有している。基材110Bは、平面形状が長方形である点を除いて、基材110と同様である。ひずみゲージ100Bは、抵抗体130が貫通孔12C内に露出するように突出部11Bの下面に両面テープや接着剤等により固定され、更に、ゲージ取付部17にビス71で固定されている。ひずみゲージ100Bの端子部150は、下ケース10Bの側面から突出し、ひずみゲージ100Bと気体吸引排出装置1の外部に設けられた回路との電気的な接続を可能とする。なお、ひずみゲージ100Bの基材110Bは、起歪体を兼ねている。
The
このように、フィルターの目詰まりを検出するひずみゲージは、フィルターユニット内に配置しなくてもよく、マイクロブロアが吸引する気体、又はマイクロブロアが排出する気体の通る任意の位置に配置することができる。例えば、本実施形態のように、下ケース10Bにフィルターの目詰まり検出用の特別な流路(貫通孔12C)を設けて、下ケース10Bの下面側にひずみゲージを配置することができる。
In this way, the strain gauge that detects the clogging of the filter does not have to be placed in the filter unit, and can be placed at an arbitrary position through which the gas sucked by the microblower or the gas discharged by the microblower passes. it can. For example, as in the present embodiment, the
なお、第4実施形態の構造を第2実施形態及び第3実施形態に適用してもよい。第4実施形態の構造を第3実施形態に適用する場合には、貫通孔12Bから排出される気体を検出できる位置にセンサ91が配置される。
The structure of the fourth embodiment may be applied to the second embodiment and the third embodiment. When the structure of the fourth embodiment is applied to the third embodiment, the
〈第5実施形態〉
第5実施形態では、第3実施形態に係る気体吸引排出装置を用いた気体情報取得装置の例を示す。なお、第5実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Fifth Embodiment>
In the fifth embodiment, an example of a gas information acquisition device using the gas suction / discharge device according to the third embodiment is shown. In the fifth embodiment, the description of the same components as those in the above-described embodiment may be omitted.
図24は、第5実施形態に係る気体情報取得装置が配置されたベッドを模式的に示す斜視図である。図24において、ベッド800にはクッション810が敷かれ、クッション810上の一部の領域がシーツ820で覆われており、ベッド800に気体情報取得装置3が配置されている。気体情報取得装置3は、気体吸引排出装置2Aと、ケース300と、チューブ340とを有している。なお、ベッド800、クッション810、及びシーツ820は、気体情報取得装置3の構成要素ではない。本実施形態では、検出対象となる気体は空気である。
FIG. 24 is a perspective view schematically showing a bed in which the gas information acquisition device according to the fifth embodiment is arranged. In FIG. 24, a
図25は、第5実施形態に係る気体情報取得装置のケース近傍の部分拡大斜視図である。図25に示すように、箱状のケース300は、仕切り板310により、一列に並ぶ複数の領域320に区画されている。各々の領域320には、気体吸引排出装置2Aが同一方向を向いて配置されている。ケース300及び仕切り板310は、例えば、ABS樹脂等により形成されている。ケース300上に、板状の上蓋を配置してもよい。なお、本実施形態では、一例として、ケース300内に9個の気体吸引排出装置2Aを配置しているが、気体吸引排出装置2Aの個数は必要に応じて適宜増減して良い。
FIG. 25 is a partially enlarged perspective view of the vicinity of the case of the gas information acquisition device according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 25, the box-shaped
図26は、第5実施形態に係る気体情報取得装置のケース近傍の部分拡大側面図である。図27は、第5実施形態に係る気体情報取得装置のケース近傍の部分拡大断面図である。 FIG. 26 is a partially enlarged side view of the vicinity of the case of the gas information acquisition device according to the fifth embodiment. FIG. 27 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the case of the gas information acquisition device according to the fifth embodiment.
図26及び図27に示すように、チューブ340は内部が空洞の管状部材であり、一端がケース300の壁面に形成された貫通孔を介して、気体吸引排出装置2Aの吸引側である上ケース60の突出部61(図20参照)に接続されている。チューブ340は、例えば、ゴムやビニール等の弾性を有する材料から形成されている。チューブ340の内径及び外径は、必要に応じて適宜決定できるが、例えば、数mm程度である。
As shown in FIGS. 26 and 27, the
チューブ340は、固定部材351、352、及び353により、ケース300の壁面に着脱可能に固定されている。例えば、固定部材352と固定部材353をねじ止め可能な構造とすることにより、固定部材353を回転させることで、チューブ340を容易に着脱できる。
The
図28は、第5実施形態に係る気体情報取得装置のチューブの引き回しについて説明する模式図である。図24及び図28に示すように、チューブ340は、ケース300の壁面から、気体の情報の測定領域となるベッド800の上まで延伸している。ケース300の壁面から延伸したチューブ340の先端側は、ベッド800のクッション810とシーツ820との間に配置されている。
FIG. 28 is a schematic view illustrating the routing of the tube of the gas information acquisition device according to the fifth embodiment. As shown in FIGS. 24 and 28, the
本実施形態では、一例として、ベッド800のクッション810とシーツ820との間に、9本のチューブ340が、所定の間隔を空けて並置されている。複数のチューブ340を並置することで、チューブ340の位置ずれにより、所望の領域の気体の吸引ができなくなることを防止できる。
In the present embodiment, as an example, nine
チューブ340において、クッション810とシーツ820との間に配置される部分には、長手方向に沿って1つの貫通孔341が配置される。なお、図28の矢印下の拡大図に示すように、長手方向に沿って複数の貫通孔341が所定間隔で配置されても良い。各々の貫通孔341は、気体情報取得装置3において気体吸引排出装置2Aが動作したときに、シーツ820近傍の空気を吸引する吸引口となる。
In the
例えば、ベッド800が病院に置かれ、シーツ820上におむつを着用した患者が寝ている場合を考える。この場合、気体情報取得装置3において気体吸引排出装置2Aを常時又は間欠的に動作させ、シーツ820近傍の空気をチューブ340の貫通孔341から吸引し、気体吸引排出装置2Aのセンサ91で検出する。
For example, consider the case where the
センサ91の検出結果を気体情報取得装置3の外部に配置された解析装置で解析することで、シーツ820近傍の空気の情報を取得できる。例えば、センサ91として匂いセンサを用いれば、シーツ820近傍の空気の匂いの情報を取得できる。又、センサ91として湿度センサを用いれば、シーツ820近傍の空気の湿度の情報を取得できる。
By analyzing the detection result of the
例えば、気体情報取得装置3の外部に配置された解析装置で匂いを解析することで、ベッド800の上で***(排尿や排便)が行われたことを容易に検出可能となる。解析装置がベッド800の上で***が行われたことを検出したときに、音声や光点滅等により検出結果を病院の看護師等に伝えることで、看護師等は、例えば、ベッド800に寝ている患者のおむつを交換するタイミングを知ることができる。その結果、ベッド800に寝ている患者が不快な思いをする時間を短縮可能となり、又、衛生面も確保できる。
For example, by analyzing the odor with an analysis device arranged outside the gas
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, they are not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications and substitutions are made to the above-mentioned embodiments and the like without departing from the scope of claims. Can be added.
1、1A、1B、2、2A 気体吸引排出装置、3 気体情報取得装置、10、10B 下ケース、11、11B、61 突出部、12、12B、12C、15、41、43、62、64、82、85 貫通孔、13、14、23、42、63、83、84 凹部、17 ゲージ取付部、20 マイクロブロア、21 本体、22、113 外部接続端子、30 マイクロブロアサポート、40、40B フィルターサポートプレート、50、50B フィルターユニット、51、55 フィルターサポート、52 フィルター、54 起歪体、60 上ケース、70 ビス、80 マイクロブロアケース、91 センサ、92 配線基板、93 スペーサ、94 ビス、100、100B ひずみゲージ、110、110B 基材、110a 上面、111、541 環状部、112、542 突起部、120 機能層、130 抵抗体、131、421、831 第1部分、132、422、832 第2部分、140 配線、150 端子部、211 外ケース、211a 空洞部、211b、212a、219 壁部、211c、212b 貫通孔、212 内ケース、214 ばね連結部、215 振動板、215a 圧電素子、215b ダイヤフラム、216 第1ブロア室、217a 流入通路、217b 流入空間、218 第2ブロア室、219a 開口部、300 ケース、340 チューブ、341 貫通孔、351、352、353 固定部材、800 ベッド800 クッション、820 シーツ 1, 1A, 1B, 2, 2A Gas suction / discharge device, 3 Gas information acquisition device, 10, 10B Lower case, 11, 11B, 61 Protruding part, 12, 12B, 12C, 15, 41, 43, 62, 64, 82, 85 through holes, 13, 14, 23, 42, 63, 83, 84 recesses, 17 gauge mounting part, 20 micro blower, 21 main body, 22, 113 external connection terminal, 30 micro blower support, 40, 40B filter support Plate, 50, 50B filter unit, 51, 55 filter support, 52 filter, 54 strain gauge, 60 upper case, 70 screws, 80 micro blower case, 91 sensor, 92 wiring board, 93 spacer, 94 screws, 100, 100B Strain gauge, 110, 110B base material, 110a upper surface, 111,541 annular part, 112,542 protrusions, 120 functional layers, 130 resistors, 131, 421, 831 first part, 132, 422, 832 second part, 140 wiring, 150 terminals, 211 outer case, 211a cavity, 211b, 212a, 219 wall, 211c, 212b through hole, 212 inner case, 214 spring connection, 215 vibrating plate, 215a piezoelectric element, 215b diaphragm, 216 1st blower chamber, 217a inflow passage, 217b inflow space, 218 2nd blower chamber, 219a opening, 300 case, 340 tube, 341 through hole, 351, 352, 353 fixing member, 800 bed 800 cushion, 820 sheets
Claims (12)
前記マイクロブロアよりも前記気体の吸引側に配置されたフィルターと、
前記フィルターの目詰まりを検出するひずみゲージと、を有する気体吸引排出装置。 A micro blower that sucks and discharges gas,
A filter arranged on the suction side of the gas with respect to the micro blower,
A gas suction / discharge device including a strain gauge for detecting clogging of the filter.
前記ひずみゲージは抵抗体を有し、
前記抵抗体は、前記突起部上に配置されている請求項1に記載の気体吸引排出装置。 It has a strain-causing body including an annular portion and a protrusion that projects inward from the annular portion.
The strain gauge has a resistor and
The gas suction / discharge device according to claim 1, wherein the resistor is arranged on the protrusion.
前記抵抗体は、前記基材の一方の面に形成され、
前記基材が前記起歪体を兼ねる請求項2に記載の気体吸引排出装置。 The strain gauge has a flexible substrate and has a flexible substrate.
The resistor is formed on one surface of the substrate and
The gas suction / discharge device according to claim 2, wherein the base material also serves as the strain-causing body.
前記第1凹部に連通して前記マイクロブロアの側面の一部を露出する複数の第2凹部と、を一方の側に備えた第1部材を有する請求項1乃至4の何れか一項に記載の気体吸引排出装置。 A first recess for positioning the microblower and
The invention according to any one of claims 1 to 4, further comprising a first member having a plurality of second recesses communicating with the first recess and exposing a part of the side surface of the microblower on one side. Gas suction and discharge device.
各々の前記凹部には、第2部材が挿入され、
前記第2部材は、前記マイクロブロアを挟んで前記第1部材と対向して配置された第3部材に押されて変形し、前記マイクロブロアを前記第1部材側に押圧する請求項5に記載の気体吸引排出装置。 A plurality of recesses are formed on the outer peripheral portion on one side of the micro blower.
A second member is inserted into each of the recesses.
The fifth aspect of claim 5, wherein the second member is pushed and deformed by a third member arranged so as to face the first member with the microblower interposed therebetween, and presses the microblower toward the first member. Gas suction and discharge device.
前記フィルターは、何れの前記マイクロブロアよりも前記気体の吸引側に配置されている請求項1乃至7の何れか一項に記載の気体吸引排出装置。 It has a plurality of microblowers arranged in series with the suction direction and the discharge direction of the gas aligned with each other.
The gas suction / discharge device according to any one of claims 1 to 7, wherein the filter is arranged on the suction side of the gas from any of the microblowers.
前記気体吸引排出装置の吸引側に接続され、前記気体の情報の測定領域まで延伸する、前記気体の吸引口が設けられた管状部材と、を有する気体情報取得装置。 The gas suction / discharge device according to claim 9 or 10.
A gas information acquisition device having a tubular member provided with a gas suction port, which is connected to the suction side of the gas suction / discharge device and extends to a measurement region of the gas information.
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