特許 6912004 流体制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6912004

(24)【登録日】2021年7月12日

(45)【発行日】2021年7月28日

(54)【発明の名称】流体制御装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 45/04 20060101AFI20210715BHJP

   F04B 45/047 20060101ALI20210715BHJP

   F16K 7/17 20060101ALI20210715BHJP

   F16K 15/14 20060101ALI20210715BHJP

【ＦＩ】

   F04B45/04 D

   F04B45/047 C

   F16K7/17 B

   F16K15/14 A

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-521743(P2020-521743)

(86)(22)【出願日】2019年3月26日

(86)【国際出願番号】JP2019012660

(87)【国際公開番号】WO2019230160

(87)【国際公開日】20191205

【審査請求日】2020年8月31日

(31)【優先権主張番号】特願2018-104273(P2018-104273)

(32)【優先日】2018年5月31日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2018-119430(P2018-119430)

(32)【優先日】2018年6月25日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2018-119431(P2018-119431)

(32)【優先日】2018年6月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 伸拓

(72)【発明者】

【氏名】藤崎 雅章

【審査官】 小岩 智明

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／０３８５６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／０６３７１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１４８１０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００８／０９０７２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１１３９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２３２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５３６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０６１３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００２３８２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国実用新案第２０６４７７９８３（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４５／０４−４５／０５３

３９／１０，４３／０２−４３／０７３

Ｆ１６Ｋ ７／１７，１５／１４−１５／１６，

３１／０２−３１／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主板、前記第１主板の一方主面に対向する一方主面を有する第２主板、および、前記第１主板と前記第２主板とを接続する第１側板を備え、前記第１主板、前記第２主板および前記第１側板により形成されたバルブ室を有し、前記第１主板は前記バルブ室の内外を連通する第１通気孔を有し、前記第２主板は前記バルブ室の内外を連通する第２通気孔を有する、バルブと、
前記第１主板の他方主面に対向して配置され、圧電素子が配置された振動板と、前記第１主板と前記振動板とを接続する第２側板とを備え、前記第１主板と前記振動板と前記第２側板により形成されたポンプ室を有し、前記ポンプ室は前記第１通気孔を介して前記バルブ室と連通する、ポンプと、
前記バルブ室内に配置された弁体と、
を備え、
前記第１主板の一方主面から前記第２主板の一方主面を正面視して、
前記バルブ室は、中央領域と、該中央領域を囲む外縁領域とを有し、
前記第１通気孔が前記中央領域に位置し、前記第２通気孔が前記外縁領域に位置する、または、前記第１通気孔が前記外縁領域に位置し、前記第２通気孔が前記中央領域に位置し、
前記弁体は、前記第１通気孔と前記第２通気孔との間に位置し、
前記弁体は、前記外縁領域側の端部または前記中央領域側の端部が振動可能な状態で、前記第１主板または前記第２主板に固定され、前記弁体が固定されていない主板に当接する態様と当接しない態様とを切り替えられる形状である、
流体制御装置。

【請求項2】

第１主板または第２主板における弁体の可動域と対向する領域にはコーティング剤が塗布されている、請求項１に記載の流体制御装置。

【請求項3】

前記コーティング剤のヤング率は、前記第１主板および前記第２主板のヤング率よりも低い、請求項２に記載の流体制御装置。

【請求項4】

前記弁体は、
前記バルブ室の圧力変動によって、前記振動可能な端部が、前記弁体が固定されていない主板に当接する態様と当接しない態様とを切り替えられる形状である、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の流体制御装置。

【請求項5】

前記弁体の前記振動可能な部分における、前記中央領域と前記外縁領域とを結ぶ方向の長さは、前記第１主板と前記第２主板との距離よりも長い、
請求項４に記載の流体制御装置。

【請求項6】

前記第１通気孔は、前記中央領域に位置し、前記第２通気孔は、前記外縁領域に位置する、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の流体制御装置。

【請求項7】

前記弁体は、前記中央領域と前記外縁領域のうち、前記第２通気孔が位置する側の領域側の端部が振動可能な状態で、前記第１主板または前記第２主板に固定されている、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の流体制御装置。

【請求項8】

前記弁体は、環状である、
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の流体制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電体を利用した流体制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、圧電体を利用して、流体を搬送する流体制御装置が、特許文献１に示すように、各種考案されている。

【0003】

特許文献１に示す流体制御装置は、圧電体による振動を利用して、流体を搬送している。流体制御装置のバルブ室内には整流弁がバルブ室内を上下に分割するように形成されている。当該整流弁が振動することによって、バルブ室内流体を一方向に搬送している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１６／６３７１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の流体制御装置の構成では、整流弁は、バルブ室における開口の縁に繰り返し衝突する。このことによって、整流弁が摩耗し、破損する虞がある。

【0006】

したがって、本発明の目的は、整流機能を有し、且つ、信頼性が高い流体制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の流体制御装置は、バルブ、ポンプ、および、弁体を備える。バルブは、第１主板、第１主板の一方主面に対向する一方主面を有する第２主板、および、第１主板と第２主板とを接続する第１側板を備え、第１主板、第２主板および第１側板により形成されたバルブ室を有する。第１主板はバルブ室の内外を連通する第１通気孔を有し、第２主板はバルブ室の内外を連通する第２通気孔を有する。ポンプは、第１主板の他方主面に対向して配置され、圧電素子が配置された振動板と、第２側板とを備え、第１主板と振動板と第２側板により形成されたポンプ室を有する。ポンプ室は第１通気孔を介してバルブ室と連通している。弁体は、バルブ室内に配置されている。

【0008】

第１主板の一方主面から第２主板の一方主面を正面視して、バルブ室は、中央領域と、該中央領域を囲む外縁領域とを有する。第１通気孔がバルブ室の中央領域に位置し、第２通気孔がバルブ室の外縁領域に位置する。または、第１通気孔がバルブ室の外縁領域に位置し、第２通気孔がバルブ室の中央領域に位置する。弁体は、第１通気孔と第２通気孔との間に位置する。弁体は、外縁領域側の端部または中央領域側の端部が振動可能な状態で、第１主板または第２主板に固定されている。

【0009】

この構成では、弁体の振動によって整流が行われるとともに、弁体が第１通気孔および第２通気孔に接触しないため、弁体の摩耗、破損を抑制できる。したがって、信頼性が向上する。

【0010】

また、この発明では、第１主板または第２主板における弁体の可動域と対向する領域にはコーティング剤が塗布されていることが好ましい。

【0011】

この構成では、フィルム弁が第１主板、第２主板と接触することによる損傷が抑えられる。

【0012】

また、この発明では、コーティング剤のヤング率は、第１主板および第２主板のヤング率よりも低いことが好ましい。

【0013】

この構成では、フィルム弁が第１主板または第２主板と接触する際の衝撃が緩和され、フィルム弁の損傷をさらに抑制することができる。

【0014】

また、この発明では、弁体は、バルブ室の圧力変動によって、振動可能な端部が、弁体が固定されていない主板に当接する態様と、当接しない態様とを切り替えられる形状であることが好ましい。

【0015】

この構成では、弁体の振動可能な端部が、弁体の固定されていない主板に当接する態様によって、中央領域と外縁領域との間を遮蔽し、弁体の振動可能な端部が、弁体の固定されていない主板に当接しない態様によって、中央領域と外縁領域との間を連通する。これにより、整流効果が向上する。

【0016】

また、この発明では、弁体の振動可能な部分における、中央領域と外縁領域とを結ぶ方向の長さは、第１主板と第２主板との距離よりも長いことが好ましい。

【0017】

この構成では、弁体の振動可能な端部が、弁体の固定されていない主板に当接する態様を、実現し易い。

【0018】

また、この発明では、第１通気孔は、中央領域に位置し、第２通気孔は、外縁領域に位置することが好ましい。

【0019】

この構成では、ポンプ室における圧力変動が領域に第１通気孔が連通する。したがって、大きな圧力変動で弁体を動作させることができる。

【0020】

また、この発明では、弁体は、中央領域と外縁領域のうち、第２通気孔が位置する側の領域側の端部が振動可能な状態で、第１主板または第２主板に固定されていることが好ましい。

【0021】

この構成では、第１主板が第２主板に近づく期間に、弁体が遮蔽するように動作する。したがって、第１主板の振動による第１主板と第２主板との距離の変動によって、弁体の整流機能を促進できる。

【0022】

また、この発明では、弁体は環状であることが好ましい。この構成では、弁体の上述の機能を実現しながら、簡素な構成によって弁体を実現できる。

【発明の効果】

【0023】

この発明によれば、整流機能を有する流体制御装置において、高い信頼性を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０の分解斜視図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０の構成を示す断面図である。

【図3】図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、フィルム弁１４の動作を示す拡大断面図である。

【図4】図４は、流体制御装置１０の動作を模式的に示した図である。

【図5】図５は、本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａの構成を示す断面図である。

【図6】図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、フィルム弁１４Ａの動作を示す拡大断面図である。

【図7】図７は、本発明の第３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂの構成を示す断面図である。

【図8】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、のフィルム弁１４Ｂの動作を示す拡大断面図である。

【図9】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、振動板１６の形状例を示す平面図である。

【図10】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第１主板１１の形状例を示す平面図である。

【図11】図１１は、第２主板１２の形状を示す平面図である。

【図12】図１２は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る流体制御装置１０Ｃの構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０の分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０の構成を示す断面図である。なお、以下の各実施形態に示す各図においては、説明を分かり易くするために、それぞれの構成要素の形状を部分的または全体として誇張して記載している。

【0026】

図１、図２に示すように、流体制御装置１０は、バルブ１１０、ポンプ１２０を備える。

【0027】

まず、ポンプ１２０の構造について説明する。ポンプ１２０は、図１に示すように、バルブ１１０を構成する第１主板１１を一つの構成要素として形成されている。ポンプ１２０は、第１主板１１、振動板１６、圧電素子１７、第２側板１８で形成されている。

【0028】

第２側板１８は、第１主板１１側から平面視（正面視）して、円筒状である。また、第２側板１８は、第１主板１１と振動板１６との間に配置されており、第１主板１１と振動板１６とを接続している。より具体的には、平面視において、第１主板１１と振動板１６との中心は一致している。第２側板１８は、このように配置された第１主板１１と振動板１６における周縁を全周に亘って接続している。

【0029】

振動板１６には、複数の第３通気孔１６１が、振動板１６を貫通するように形成されている。複数の第３通気孔１６１は、振動板１６の中心から等距離となる円環状に配置されている。

【0030】

この構成によって、ポンプ１２０は、第１主板１１、振動板１６および第２側板１８によって囲まれる中空領域からなるポンプ室１２５を有する。ポンプ室１２５は、第１通気孔１１１、第３通気孔１６１に連通している。

【0031】

圧電素子１７は、円板の圧電体と駆動用の電極とによって構成されている。駆動用の電極は、円板の圧電体における両主面に形成されている。

【0032】

圧電素子１７は、振動板１６におけるポンプ室１２５側と反対側、すなわち、ポンプ１２０の外側に配置されている。この際、平面視において、圧電素子１７の中心と、振動板１６の中心とは略一致している。

【0033】

圧電素子１７は、図示しない制御部に接続されている。該制御部は、交流電圧を生成し、圧電素子１７に印加する。それによって圧電素子１７が伸縮するため、振動板１６が屈曲振動する。圧電素子１７に印加される交流電圧の周波数が流体制御装置１０の共振周波数に近い時、振動板１６の屈曲振動が大きくなる。

【0034】

このように、振動板１６が屈曲振動することによって、ポンプ室１２５の体積が変動する。そのため、ポンプ室１２５内の流体の圧力が変動する。その結果、第１通気孔１１１または第３通気孔１６１において、流体の流入及び流出が周期的に繰り返される。

【0035】

また、振動板１６の屈曲振動が第２側板１８を介して第１主板１１に伝わり、第１主板１１も屈曲振動する。第１主板１１は、振動板１６とは逆方向に振動する。すなわち、振動板１６が図面で上方向に変形した時は第１主板１１が下方向に変形し、振動板１６が下方向に変形した時は第１主板１１が上方向に変形する。第１主板１１のこのような屈曲振動により、ポンプ室１２５の体積変動が増大するため、第１通気孔１１１または第３通気孔１６１における、流体の流入及び流出が増大する。

【0036】

振動板１６は例えば、外径φ１７ｍｍ、厚み０．４ｍｍのステンレススチールである。第２側板１８は外径φ１７．７ｍｍ、内径φ１３．１ｍｍ、厚み０．２ｍｍのステンレススチールである。第１主板１１は、外径φ１７ｍｍ、厚み０．４５ｍｍのステンレススチールである。圧電素子１７に印加される交流電圧の周波数は２１ｋＨｚである。振動板１６や第２側板１８、第１主板１１は、アルミ合金やマグネシウム合金、銅、モリブデンでも良い。

【0037】

次に、バルブ１１０の構造について説明する。バルブ１１０は、第１主板１１、第２主板１２、第１側板１３、フィルム弁１４、および、接合部材１５を備える。フィルム弁１４は、本発明の「弁体」に対応する。

【0038】

図１に示すように、第１主板１１および第２主板１２は、円板状である。また、第１側板１３は、円筒状である。第２主板１２は、例えば外径φ１８ｍｍ、厚み０．１５ｍｍで、第１側板１３は外径φ１７．５ｍｍ、内径φ１３．５ｍｍである。第１側板１３の厚みは１２０μｍ以下であれば良いが、より好ましくは、５０μｍ以下である。その場合、フィルム弁による開閉が容易で、整流効果が向上する。また、第２主板１２および第１側板１３は、第１主板１１と同様、ステンレススチールやアルミ合金、マグネシウム合金、銅、モリブデンなどの金属製であり、高い剛性を有する。

【0039】

第１側板１３は、第１主板１１と第２主板１２との間に配置されており、第１主板１１と第２主板１２とを対向するように接続している。より具体的には、平面視において、第１主板１１と第２主板１２との中心は一致している。第１側板１３は、このように配置された第１主板１１と第２主板１２における周縁を全周に亘って接続している。

【0040】

第１主板１１は、第１通気孔１１１が第１主板１１の略中心を貫通するように形成されている。なお、第１通気孔１１１は、第１主板１１の略中心に複数個形成されていてもよい。

【0041】

第２主板１２は、第２通気孔１２１を有する。第２通気孔１２１は、第２主板１２を貫通するように形成されており、第２主板１２におけるそれぞれに異なる外端付近に形成されている。言い換えれば、第２通気孔１２１は、第２主板１２の全周に亘って円環状に形成されている。なお、第２通気孔１２１は、第２主板１２の外端付近に形成された１個であってもよい。

【0042】

なお、第１側板１３は、第１主板１１、または、第２主板１２と一体形成されていてもよい。すなわち、第１主板１１、または、第２主板１２は、中央がくぼんだ、凹部形状であってもよい。

【0043】

この構成によって、バルブ１１０は、第１主板１１、第２主板１２および第１側板１３によって囲まれる中空領域からなるバルブ室１１５を有する。また、バルブ室１１５は、第１通気孔１１１に連通するとともに、第２通気孔１２１に連通している。

【0044】

フィルム弁１４は、円環形状をしており、第２主板１２のバルブ室１１５側の面に配置されている。

【0045】

フィルム弁１４は、金属箔、樹脂フィルム等、軽量で可撓性の高い材料で形成されている。なお、フィルム弁１４は、ポリイミド膜であると、耐湿性が高いため、特によい。フィルム弁１４は、例えば、フィルム弁１４の厚みは、５μｍであり、外径（直径）は５．９ｍｍ、内径（直径）は４．９ｍｍである。

【0046】

フィルム弁１４は、円環形状の接合部材１５を用いて、第２主板１２に接合されている。より具体的には、フィルム弁１４における円環形の内端側の所定幅の部分は、接合部材１５によって第２主板１２に接合されており、外端側の領域は接合されていない。すなわち、フィルム弁１４は、外端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、第２主板１２に接合されている。接合部材１５は、例えば外径がφ５．５ｍｍ、内径がφ５．０ｍｍで、厚みが１７μｍである。

【0047】

なお、フィルム弁１４の振動可能な部分における、中央領域から外縁領域に向かう方向の長さ（内端側から外端側に向かう方向の長さ）Ｌは、第１主板１１と第２主板１２との距離（第１主板１１と第２主板１２における互い対向する主面間の距離）Ｄ以上であることが好ましい。これにより、フィルム弁１４の外端を第１主板１１に当接させることが容易になる。さらには、例えば、長さＬを距離Ｄの２倍以上にすることが好ましい。これにより、当接する態様をさらに実現し易い。さらには、例えば、長さＬを距離Ｄの５０倍以下とすることが好ましい。これにより、当接する態様と当接しない態様とを、実現し易い。なお、ここでの距離Ｄは、第１主板１１の振動状態を加味して、フィルム弁１４を当接させる態様では、この状態での第１主板１１と第２主板１２との距離（例えば、最も第１主板１１と第２主板１２とが近づく時の距離）に基づいて設定すればよい。

【0048】

第１通気孔１１１は、平面視において、フィルム弁１４の外端によって囲まれる中央領域に配置されている。第２通気孔１２１は、同じく平面視において、フィルム弁１４の外端より外側の外縁領域に配置されている。

【0049】

このような構成において、フィルム弁１４は、振動板１６の屈曲振動に応じて、次に示すように動作をする。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、フィルム弁１４の動作を示す拡大断面図である。なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）では、第１主板１１の変位の図示を省略している。

【0050】

（中央領域：相対的高圧、外縁領域：相対的低圧）
振動板１６がポンプ室１２５側に移動中、すなわち、振動板１６と第１主板１１が接近中の期間は、第１通気孔１１１付近の圧力が上昇する。そのため、図３（Ａ）に示すように、平面視におけるバルブ室１１５の中央領域が、バルブ室１１５の外縁領域よりも高圧（相対的高圧）になる。

【0051】

この場合、図３（Ａ）に示すように、フィルム弁１４の外縁側の領域は、第２主板１２側に湾曲し、第１主板１１から離間する。これにより、バルブ室１１５の中央領域と外縁領域とは連通し、中央領域に貯められた流体は、外縁領域に搬送され、第２通気孔１２１から吐出される。

【0052】

この際、フィルム弁１４は、第１主板１１から離間しているので、流体の搬送を阻害しない。なお、この期間には、第３通気孔１６１からも流体が流出するが、この流出する流体の流量は、後述の図３（Ｂ）の期間において、第３通気孔１６１から流入する流体の流量よりも少ない。

【0053】

（中央領域：相対的低圧、外縁領域：相対的高圧）
振動板１６がポンプ室１２５側と逆側に移動中、すなわち、振動板１６と第１主板１１とが離間中の期間は、第１通気孔１１１付近の圧力が低下する。そのため、図３（Ｂ）に示すように、平面視におけるバルブ室１１５の中央領域が、バルブ室１１５の外縁領域よりも低圧（相対的低圧）になる。

【0054】

この場合、図３（Ｂ）に示すように、フィルム弁１４の外縁側の領域は、第１主板１１側に湾曲し、第１主板１１の表面に当接する。これにより、バルブ室１１５の中央領域と外縁領域とは遮蔽される。したがって、外縁側から中央領域への流体の逆流が抑制され、第３通気孔１６１からポンプ室１２５へ流体が流入する。この期間の流入する流体の流量は、第１通気孔１１１における流入が少ない分、図３（Ａ）の期間における第３通気孔１６１からの流出量よりも多い。

【0055】

（連続動作）
このように、第２通気孔１２１においては、図３（Ａ）の期間の流出量が多く、図３（Ｂ）の期間の流入量は少ない。そのため、図３（Ａ）の期間と図３（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、第２通気孔１２１からは流体が流出する。

【0056】

それに対して、第３通気孔１６１においては、図３（Ａ）の期間の流出量は少なく、図３（Ｂ）の期間の流入量は多い。そのため、図３（Ａ）の期間と図３（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、第３通気孔１６１からは流体が流入する。

【0057】

これにより、図３（Ａ）の期間と図３（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、流体は、第３通気孔１６１から流入し、第２通気孔１２１から流出する。

【0058】

より具体的には、流体制御装置１０は、図４に示す動作を周期的に繰り返す。図４の各ステート（ＳＴ１−ＳＴ８）における矢印は、流体の流動方向、および、流量を模式的に示している。この周期動作において、フィルム弁１４は、第１通気孔１１１および第２通気孔１２１に接触しない。したがって、フィルム弁１４の摩耗や破損は、生じ難い。

【0059】

また、本実施形態の構成では、第１通気孔１１１が第１主板１１の中央領域に配置されている。このため、第１通気孔１１１は、ポンプ室１２５における体積変動すなわち圧力変動が大きな領域に配置されている。したがって、大きな圧力変動で、フィルム弁１４を動作させることができ、整流効果が向上する。

【0060】

また、本実施形態の構成では、フィルム弁１４の内端側（中央領域側）が固定されている。このため、第１主板１１の振動によって、第１主板１１と第２主板１２とが近づく期間に、フィルム弁１４は、第１主板１１側に変形する。したがって、フィルム弁１４は、第１主板１１に当接し易くなり、素早く遮蔽状態を実現できる。これにより、フィルム弁１４による整流機能は促進される。

【0061】

なお、本実施形態では、フィルム弁１４の内端を接合部材１５で固定する態様を示したが、フィルム弁１４の内端と接合部材１５の側面とは、面一にしなくてもよい。すなわち、フィルム弁１４の内端から外端側へズレた位置で、接合部材１５によって、第２主板１２に接合されていてもよい。

【0062】

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａの構成を示す断面図である。

【0063】

図５に示すように、第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａは、第１の実施形態に係る流体制御装置１０に対して、フィルム弁１４Ａの固定構造において異なる。流体制御装置１０Ａの他の構成は、流体制御装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0064】

フィルム弁１４Ａは、フィルム弁１４と同様の構成からなる。フィルム弁１４Ａにおける円環形の外端側の所定幅の部分は、接合部材１５Ａによって第２主板１２に接合されており、内端側の領域は接合されていない。これにより、フィルム弁１４Ａは、内端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、第２主板１２に接合されている。

【0065】

このような構成において、フィルム弁１４Ａは、振動板１６の屈曲振動に応じて、次に示すように動作をする。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、フィルム弁１４Ａの動作を示す拡大断面図である。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）では、第１主板１１の変位の図示を省略している。

【0066】

（中央領域：相対的高圧、外縁領域：相対的低圧）
振動板１６がポンプ室１２５側に移動中、すなわち、振動板１６と第１主板１１が接近中の期間は、第１通気孔１１１付近の圧力が上昇する。そのため、図６（Ａ）に示すように、平面視におけるバルブ室１１５の中央領域が、バルブ室１１５の外縁領域よりも高圧（相対的高圧）になる。

【0067】

この場合、図６（Ａ）に示すように、フィルム弁１４Ａの内端側の領域は、第１主板１１側に湾曲し、第１主板１１の表面に当接する。これにより、バルブ室１１５の中央領域と外縁領域とは遮蔽される。したがって、バルブ室１１５の中央領域から外縁側への流体の逆流が抑制され、ポンプ室１２５内の流体は、第３通気孔１６１から外部へ流出する。この期間に第３通気孔１６１から流出する流体の流量は、後述の図６（Ｂ）の期間において、第３通気孔１６１からポンプ室１２５内に流入する流体の流量よりも多い。

【0068】

（中央領域：相対的低圧、外縁領域：相対的高圧）
振動板１６がポンプ室１２５側と逆側に移動中、すなわち、振動板１６と第１主板１１とが離間中の期間は、第１通気孔１１１付近の圧力が低下する。そのため、図６（Ｂ）に示すように、平面視におけるバルブ室１１５の中央領域が、バルブ室１１５の外縁領域よりも低圧（相対的低圧）になる。

【0069】

この場合、図６（Ｂ）に示すように、フィルム弁１４Ａの内縁側の領域は、第２主板１２側に湾曲し、第１主板１１から離間する。これにより、バルブ室１１５の中央領域と外縁領域とは連通し、第２通気孔１２１から流入した流体は、バルブ室１１５の外縁領域から中央領域に搬送される。

【0070】

この際、フィルム弁１４Ａは、第１主板１１から離間しているので、流体の搬送を阻害しない。なお、この期間には、第３通気孔１６１からも流体が流入するが、この流入する流体の流量は、図６（Ａ）の期間において、第３通気孔１６１から流出する流体の流量よりも少ない。

【0071】

（連続動作）
このように、第２通気孔１２１においては、図６（Ａ）の期間の流出量が少なく、図６（Ｂ）の期間の流入量は多い。そのため、図６（Ａ）の期間と図６（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、流体は、第２通気孔１２１から流入する。

【0072】

それに対して、第３通気孔１６１においては、図６（Ａ）の期間の流出量は多く、図６（Ｂ）の期間の流入量は少ない。そのため、図６（Ａ）の期間と図６（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、第３通気孔１６１からは流体が流出する。

【0073】

これにより、図６（Ａ）の期間と図６（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、流体は、第２通気孔１２１から流入し、第３通気孔１６１から流出する。

【0074】

そして、この周期動作において、フィルム弁１４Ａは、第１通気孔１１１および第２通気孔１２１に接触しない。したがって、フィルム弁１４Ａの摩耗や破損は、生じ難い。

【0075】

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る流体制御装置について、図を参照して説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂの構成を示す断面図である。

【0076】

図７に示すように、第３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る流体制御装置１０に対して、第１通気孔１１１Ｂ、第２通気孔１２１Ｂ、フィルム弁１４Ｂにおいて異なる。流体制御装置１０Ｂの他の構成は、流体制御装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0077】

第１通気孔１１１Ｂは、複数である。複数の第１通気孔１１１Ｂは、第１主板１１の中心から等距離となる円環状に配置されている。第２通気孔１２１Ｂは、複数である。複数の第２通気孔１２１Ｂは、第２主板１２の中心から等距離となる円環状に配置されている。

【0078】

フィルム弁１４Ｂは、フィルム弁１４と同様の構成からなる。フィルム弁１４Ｂにおける円環形の外端側の所定幅の部分は、接合部材１５Ｂによって第２主板１２に接合されており、内端側の領域は接合されていない。これにより、フィルム弁１４Ｂは、内端側の所定面積の領域が振動可能な状態で、第２主板１２に接合されている。

【0079】

複数の第２通気孔１２１Ｂは、平面視において、フィルム弁１４Ｂの外端によって囲まれる領域内に配置され、複数の第１通気孔１１１Ｂは、平面視において、フィルム弁１４Ｂの外端によって囲まれる領域よりも外方に配置される。

【0080】

このような構成において、フィルム弁１４Ｂは、振動板１６の屈曲振動に応じて、次に示すように動作をする。図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、フィルム弁１４Ｂの動作を示す拡大断面図である。なお、図８（Ａ）、図８（Ｂ）では、振動板１６の変位の図示を省略している。

【0081】

（中央領域：相対的低圧、外縁領域：相対的高圧）
振動板１６がポンプ室１２５側に移動中、すなわち、振動板１６と第１主板１１が接近中の期間は、第１通気孔１１１Ｂ付近の圧力が上昇する。そのため、図８（Ａ）に示すように、平面視におけるバルブ室１１５の外縁領域が、バルブ室１１５の中央領域よりも高圧（相対的高圧）になる。

【0082】

この場合、図８（Ａ）に示すように、フィルム弁１４Ｂの内縁側の領域は、第２主板１２側に湾曲し、第１主板１１から離間する。これにより、バルブ室１１５の中央領域と外縁領域とは連通し、外縁領域の流体は、中央領域に搬送され、第２通気孔１２１Ｂから吐出される。

【0083】

この際、フィルム弁１４Ｂは、第１主板１１から離間しているので、流体の搬送を阻害しない。なお、この期間には、第３通気孔１６１からも流体が流出するが、この流出する流体の流量は、後述の図８（Ｂ）の期間において、第３通気孔１６１から流入する流体の流量よりも少ない。

【0084】

（中央領域：相対的高圧、外縁領域：相対的低圧）
振動板１６がポンプ室１２５側と逆側に移動中、すなわち、振動板１６と第１主板１１とが離間中の期間は、第１通気孔１１１Ｂ付近の圧力が低下する。そのため、図８（Ｂ）に示すように、平面視におけるバルブ室１１５の中央領域が、バルブ室１１５の外縁領域よりも高圧（相対的高圧）になる。

【0085】

この場合、図８（Ｂ）に示すように、フィルム弁１４Ｂの内縁側の領域は、第１主板１１側に湾曲し、第１主板１１の表面に当接する。これにより、バルブ室１１５の中央領域と外縁領域とは遮蔽される。したがって、中央領域から外縁側への流体の逆流が抑制され、第３通気孔１６１からポンプ室１２５へ流体が流入する。この期間の流入する流体の流量は、第１通気孔１１１Ｂにおける流入が少ない分、図８（Ａ）の期間における第３通気孔１６１からの流出量よりも多い。

【0086】

（連続動作）
このように、第２通気孔１２１Ｂにおいては、図８（Ａ）の期間の流出量が多く、図８（Ｂ）の期間の流入量は少ない。そのため、図８（Ａ）の期間と図８（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、流体は第２通気孔１２１Ｂから流出する。

【0087】

それに対して、第３通気孔１６１においては、図８（Ａ）の期間の流出量は少なく、図８（Ｂ）の期間の流入量は多い。そのため、図８（Ａ）の期間と図８（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、第３通気孔１６１からは流体が流入する。

【0088】

これにより、図８（Ａ）の期間と図８（Ｂ）の期間との繰り返しによる連続動作によって、流体は、第３通気孔１６１から流入し、第２通気孔１２１Ｂから流出する。

【0089】

そして、この周期動作において、フィルム弁１４Ｂは、第１通気孔１１１Ｂおよび第２通気孔１２１Ｂに接触しない。したがって、フィルム弁１４Ｂの摩耗や破損は、生じ難い。

【0090】

なお、上述における振動板、第１主板、および、第２主板は、例えば、次に示す形状を利用できる。以下では、第１の実施形態に係る流体制御装置１０おける各種形状を示すが、他の実施形態に係る流体制御装置に対しても、第１の実施形態で用いる概念と同じ概念を利用して、各種の形状を採用できる。

【0091】

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、振動板１６の形状例を示す平面図である。

【0092】

図９（Ａ）に示す形状では、１６個の第３通気孔１６１が形成されている。１６個の第３通気孔１６１は、振動板１６の中心Ｃｏから等距離となる円周上に配置されている。言い換えれば、１６個の第３通気孔１６１は、振動板１６の中心Ｃｏを基準点として、円環状に配置されている。１６個の第３通気孔１６１は、所定の間隔をおいて配置されている。

【0093】

図９（Ｂ）に示す形状では、２個の第３通気孔１６１が形成されている。２個の第３通気孔１６１は、中心Ｃｏから等距離に配置されている。

【0094】

なお、第３通気孔１６１の個数および形成位置は、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すものに限らない。

【0095】

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、第１主板１１の形状例を示す平面図である。

【0096】

図１０（Ａ）に示す形状では、１個の第１通気孔１１１が形成されている。１個の第１通気孔１１１は、第１主板１１の中心Ｃｏに形成されている。

【0097】

図１０（Ｂ）に示す形状では、４個の第１通気孔１１１が形成されている。４個の第１通気孔１１１は、第１主板１１の中心Ｃｏから等距離となる円周上に配置されている。第１通気孔１１１は、第１主板１１の中心Ｃｏの近傍に配置されていることが好ましい。

【0098】

なお、第１通気孔１１１の個数および形成位置は、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すものに限らない。

【0099】

図１１は、第２主板１２の形状を示す平面図である。

【0100】

図１１に示す形状では、１６個の第２通気孔１２１が形成されている。１６個の第２通気孔１２１は、第２主板１２の中心Ｃｏから等距離となる円周上に配置されている。言い換えれば、１６個の第２通気孔１２１は、第２主板１２の中心Ｃｏから等距離となる円環状に配置されている。１６個の第２通気孔１２１は、所定の間隔をおいて配置されている。

【0101】

第１通気孔１１１が中心Ｃｏからずれている場合、第２通気孔１２１の配置される円の径は、第１通気孔１１１と中心Ｃｏとの距離（第１通気孔１１１が円環状に配置されている場合は、その円の径）よりも大きい。

【0102】

なお、第２通気孔１２１の個数および形成位置は、図１１に示すものに限らない。

【0103】

また、フィルム弁は、複数の扇形のフィルムを部分的に重ねて、全周に亘るように配置する態様であってもよい。

【0104】

また、上述の説明では、フィルム弁を第２主板に固定する構成を示したが、第１主板に固定することも可能である。

【0105】

また、上述の説明では、フィルム弁が当接する態様と当接しない態様とによって、整流効果を生じている。しかしながら、フィルム弁の振動によって、フィルム弁の配置位置における第１主板１１と第２主板１２との距離を制御して、流路抵抗等を制御することで、整流効果を生じることも可能である。ただし、フィルム弁が当接する態様と当接しない態様とを用いることによって、より高い整流効果を得ることができる。

【0106】

（変形例）
図１２は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る流体制御装置１０Ｃの構成を示す断面図である。第１の実施形態にかかる流体制御装置１０に対し、コーティング剤２００が塗布されている点で異なる。流体制御装置１０Ｃの他の構成は、流体制御装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

【0107】

図１２に示すように、コーティング剤２００は、第１主板１１のフィルム弁１４の可動域と対向する領域、および第２主板１２のフィルム弁１４の可動域と対向する領域に塗布されている。

【0108】

このように構成にすることで、フィルム弁１４が第１主板１１、第２主板１２と接触することによる損傷を抑えられる。

【0109】

なお、コーティング剤２００の主成分は、シリコーンゴム、ＰＴＦＥのように、第１主板１１、第２主板１２よりヤング率の低い樹脂であれば良い。これらのコーティング剤は、ヤング率が低いため、フィルム弁１４が第１主板１１、または第２主板１２に接触する際の衝撃を緩和し、フィルム弁１４の損傷を抑制することができる。

【0110】

なお、コーティング剤２００は、フッ素もしくは２硫化モリブデンを主成分とするものがさらに好ましい。これらのコーティング剤の表面は、潤滑性を有するため、フィルム弁１４と第１主板１１との摩擦によるフィルム弁１４の損傷も抑制できる。さらに、フィルム弁１４と第２主板１２との摩擦によるフィルム弁１４の損傷も抑制できる。

【0111】

なお、コーティング剤２００は、第１主板１１、第２主板１２の一方に塗布されている場合も同様の効果が得られる。

【0112】

なお、上述の各実施形態の構成は、適宜組合せが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。

【符号の説明】

【0113】

ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ７、ＳＴ８…ステート
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…流体制御装置
１１…第１主板
１２…第２主板
１３…第１側板
１４、１４Ａ、１４Ｂ…フィルム弁
１５、１５Ａ、１５Ｂ…接合部材
１６…振動板
１７…圧電素子
１８…第２側板
１１０…バルブ
１１１、１１１Ｂ…第１通気孔
１１５…バルブ室
１２０…ポンプ
１２１、１２１Ｂ…第２通気孔
１２５…ポンプ室
１６１…第３通気孔
２００…コーティング剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】