特許第6973615号(P6973615)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】6973615
(24)【登録日】2021年11月8日
(45)【発行日】2021年12月1日
(54)【発明の名称】流体制御装置
(51)【国際特許分類】
   F04B 45/04 20060101AFI20211118BHJP
【FI】
   F04B45/04 B
   F04B45/04 D
【請求項の数】10
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2020-500273(P2020-500273)
(86)(22)【出願日】2018年11月8日
(86)【国際出願番号】JP2018041454
(87)【国際公開番号】WO2019159448
(87)【国際公開日】20190822
【審査請求日】2020年6月4日
(31)【優先権主張番号】特願2018-22713(P2018-22713)
(32)【優先日】2018年2月13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
【審査官】 岸 智章
(56)【参考文献】
【文献】 特表2015−522123(JP,A)
【文献】 国際公開第2016/181833(WO,A1)
【文献】 国際公開第2015/125608(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F04B 45/04
F04B 45/047
(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主板とを接続する側板を備え、前記第1主板、前記第2主板および前記側板によって囲まれるポンプ室を有する筐体と、
前記第1主板の他方主面に配置され、前記第1主板を屈曲振動させる駆動体と、
前記第1主板の一方主面から他方主面に貫通する、または、前記第2主板の一方主面から他方主面に貫通する第1穴と、
前記ポンプ室に面する前記第1主板の一方主面の中心より外側で周縁より内側、または、前記ポンプ室に面する前記第2主板の一方主面の中心より外側で周縁より内側、の少なくとも一方に設けられた第1凹部と、
を備え、
前記第1穴は、前記第1主板の主面から前記第2主板の主面方向に平面視して、前記第1凹部と重なる位置に設けられている、
流体制御装置。
【請求項2】
前記第1主板、もしくは、前記第2主板のいずれか一方に、一方主面から他方主面に貫通する第2穴を設け、
前記第1穴に弁を備えた、請求項1に記載の流体制御装置。
【請求項3】
前記第1凹部は、平面視して前記駆動体と重ならない位置に形成されている、
請求項1または請求項2に記載の流体制御装置。
【請求項4】
前記第1主板の屈曲振動が前記中心から前記周縁の途中位置に振動の節を有し、
前記第1凹部は、前記第1主板または前記第2主板を前記第1主板の主面から前記第2主板の主面方向に平面視して、前記振動の節と前記周縁の間に設けられている、
請求項1または2に記載の流体制御装置。
【請求項5】
前記第1主板の屈曲振動が、前記振動の節と前記周縁との間に振動の腹を有し、
前記第1凹部は、前記第1主板または前記第2主板を前記第1主板の主面から前記第2主板の主面方向に平面視して、隣接する前記振動の腹に重なる位置に設けられている、
請求項4に記載の流体制御装置。
【請求項6】
前記第1穴は、前記第1主板と前記第2主板のうち、前記第1凹部に対向する主面に設けられている、
請求項1に記載の流体制御装置。
【請求項7】
前記第1凹部は、前記第2主板に設けられている、
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】
前記第1凹部は、前記第1主板、または、前記第2主板に対して、前記第1主板の主面から前記第2主板の主面方向に平面視して環状に形成されている、
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。
【請求項9】
前記第1凹部は、前記第1主板、または、前記第2主板の全周に形成されている、
請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項10】
第2凹部が、前記第1主板、または、前記第2主板において、前記ポンプ室の中心に対向する位置に形成されている、
請求項1乃至請求項9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、圧電素子等の駆動体を用いた流体制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、圧電素子等の駆動体を備えたポンプなどの流体制御装置が各種実用化されている。
【0003】
特許文献1においては、ポンプの中心部と、ポンプの接続部との中間部に振動の腹を有するポンプが開示されている。ポンプの振動板と天板とは、ある程度近接するように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開公報2015/125608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におけるポンプの構成では、振動板の振幅を大きくしようとしても、ポンプの中心部と、ポンプの接続部との中間部において、振動板と天板とが近接し、振動板は大きな空気抵抗を受ける。これにより、振動板の変位が抑制され、所望の流量を得られない虞がある。
【0006】
したがって、本発明の目的は、所望とする大きな流量を効率的に得られる、流体制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明における流体制御装置は、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主板とを接続する側板を備え、第1主板、第2主板および側板によって囲まれるポンプ室を有する筐体を備える。また、流体制御装置は、第1主板の主面に配置され、第1主板を屈曲振動させる駆動体と、第1主板の一方主面から他方主面に貫通する、または、第2主板の一方主面から他方主面に貫通する第1穴と、ポンプ室に面する第1主板の一方主面の中心と周縁との間、または、ポンプ室に面する第2主板の一方主面の中心と周縁との間、の少なくとも一方に設けられた第1凹部と、を備える。
【0008】
この構成では、第1凹部によって、第1主板と第2主板が近接する時に、第1主板に乗じる空気抵抗が低減するため、第1主板の変位の低下が抑制される。すなわち、大きな流量を得ることができ、ポンプの性能が向上する。
【0009】
この発明における流体制御装置は、第1主板もしくは第2主板のいずれか一方に、一方主面から他方主面に貫通する第2穴を設けていることが好ましい。また、第1穴には、弁を備えていることが好ましい。
【0010】
この構成では、弁によって流体の逆流を抑制できるため、流体特性と圧力特性が高い。
【0011】
この発明における流体制御装置は、第1凹部は、第1主板の一方主面における駆動体と、周縁との間、または、第2主板の一方主面における駆動体と、周縁との間に、形成されていることが好ましい。
【0012】
この構成では、第1主板の変位が生じる領域において、変位の低下が抑制される。
【0013】
この発明における流体制御装置は、第1主板の屈曲振動が中心から周縁の途中位置に振動の節を有していることが好ましい。また、第1凹部は、第1主板または第2主板を第1主板の主面から第2主板の主面方向に平面視して、振動の節と周縁の間に設けられていることが好ましい。
【0014】
この構成では、第1凹部の面積が大きくなるため、空気抵抗の低減効果を高くでき、変位の低下を小さくできる。すなわち、流量を大きくできる。
【0015】
この発明の流体制御装置における第1主板の屈曲振動が、振動の節と周縁との間に振動の腹を有していることが好ましい。また、第1凹部は、第1主板または第2主板を第1主板の主面から第2主板の主面方向に平面視して、隣接する振動の腹に重なる位置に設けられていることが好ましい。
【0016】
この構成では、屈曲振動の腹の位置のような変位が大きい部分に第1凹部が形成されているため、空気抵抗の低減効果がさらに高く、第1主板の変位低下はさらに小さい。すなわち、流量を大きくできる。
【0017】
この発明の流体制御装置における、第1穴は、第1主板の主面から第2主板の主面方向に平面視して、第1凹部と重なる位置に設けられていることが好ましい。
【0018】
この構成では、第1主板の変位をさらに増大でき、流量をさらに増大できる。
【0019】
この発明の流体制御装置における第1穴は、第1主板と第2主板のうち、第1凹部に対向する主面に設けられていることが好ましい。
【0020】
この構成では、第1主板の変位をさらに増大でき、流量をさらに増大できる。
【0021】
この発明の流体制御装置における第1凹部は、第2主板に設けられていることが好ましい。
【0022】
この構成では、第1主板の変位をさらに増大でき、流量をさらに増大できる。
【0023】
この発明の流体制御装置における第1凹部は、第1主板または第2主板に対して、第1主板の主面から第2主板の主面方向に平面視して環状に形成されていることが好ましい。
【0024】
この構成では、流体制御装置内での第1主板または第2主板の変位を、全方位で均等にできる。すなわち、流体制御装置の効率が向上する。
【0025】
この発明の流体制御装置における第1凹部は、第1主板または第2主板の全周に形成されていることが好ましい。
【0026】
この構成では、流体制御装置内での第1主板または第2主板の変位を、全方位で均等にできる。すなわち、流体制御装置の効率が向上する。
【0027】
この発明の流体制御装置における第2凹部は、第1主板または第2主板において、ポンプ室の中心に対向する位置に形成されていることが好ましい。
【0028】
この構成では、第1主板の変位をさらに増大でき、流量をさらに増大できる。
【0029】
この発明の流体制御装置は、第1穴に平面視で重なるように設けられた第2凹部を備えていることが好ましい。
【0030】
この構成では、第1主板の変位をさらに増大でき、流量をさらに増大できる。
【0031】
この発明の流体制御装置の第1主板の主面、および、第2主板の主面は、円形であることが好ましい。
【0032】
この構成では、第1主板の屈曲振動を均一に伝搬できる。すなわち、流体制御装置の効率が向上する。
【0033】
また、この発明の流体制御装置は、医療機器に組み入れて、用いられる。
【0034】
この構成では、医療機器の性能が向上する。医療機器は、例えば、血圧計、マッサージ器、吸引器、ネブライザ、および、陰圧閉鎖療法装置等である。
【発明の効果】
【0035】
この発明によれば、所望とする大きな流量を効率的に得られる、流体制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
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の側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。
図2図2(A)は、第1主板21側から平面視した本発明の第1の実施形態に係る流体制御装置10の平面図であり、図2(B)は、第2主板22側から平面視した本発明の第1の実施形態に係る流体制御装置10の平面図である。
図3図3は本発明の流体制御装置10の分解斜視図である。
図4図4(A)−図4(C)は、本発明の流体制御装置10の凹部の形状を拡大した図である。
図5図5は本発明のポンプ室200の高さの変位分布を示すグラフである。
図6図6は、本発明の第2の実施形態に係る流体制御装置10Aの側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。
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の側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。
図8図8は、本発明の第4の実施形態に係る流体制御装置10Cの側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。
図9図9は、本発明の第5の実施形態に係る流体制御装置10Dの側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。
図10図10は、本発明の第6の実施形態に係る流体制御装置10Eの側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。
図11図11は、本発明の第7の実施形態に係る流体制御装置10Fの側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。
図12図12は、本発明の第7の実施形態に係る流体制御装置10Fの分解斜視図である。
図13図13(A)−図13(E)は、本発明の第8の実施形態に係る流体制御装置の側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
(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の側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。図2(A)は、第1主板21側から平面視した本発明の第1の実施形態に係る流体制御装置10の平面図であり、図2(B)は、第2主板22側から平面視した本発明の第1の実施形態に係る流体制御装置10の平面図である。図3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4(A)−図4(C)は、本発明の第1の実施形態に係る流体制御装置10の凹部を拡大した図である。図5は、本発明のポンプ室200の高さの変位分布を示すグラフである。なお、図を見やすくするため、一部の符号を省略し、一部の構造を誇張して記載している。
【0038】
図1図2(A)、図2(B)、図3に示すように、流体制御装置10は、筐体20および圧電素子30を備える。筐体20は、第1主板21、第2主板22および側板23を備える。なお、圧電素子30は、本発明の「駆動体」である。また、本実施形態における流体制御装置10は、ポンプである。
【0039】
第1主板21は、主面に対して直交する方向に振動可能な材質および厚みからなる。第1主板21の材質は、例えば、ステンレス鋼等である。
【0040】
第2主板22は、円板である。第2主板22の材質は、筐体20として所定の剛性を得られるものであればよい。第2主板22は、第1主板21と同じ円板である。
【0041】
側板23は、円筒である。側板23の材質も、筐体20として所定の剛性を得られるものであればよい。
【0042】
側板23は、第1主板21と第2主板22との間に配置されており、第1主板21と第2主板22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21と第2主板22との中心は一致している。側板23は、このように配置された第1主板21と第2主板22における周縁25を全周に亘って接続している。なお、第2主板22、側板23、第1主板21の順に積層される方向を、厚み方向とする。
【0043】
この構成によって、筐体20は、第1主板21、第2主板22および側板23によって囲まれる略円柱形の空間であるポンプ室200を有する。ポンプ室200の第1主板21に並行な平面による断面は、略円形である。なお、第1主板21から第2主板22方向に対する断面積は、一定でなくても良い。
【0044】
圧電素子30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。
【0045】
圧電素子30は、第1主板21におけるポンプ室200側と反対側、すなわち、筐体20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30の中心と、第1主板21の中心とは略一致している。
【0046】
圧電素子30は、図示しない制御部に接続されている。該制御部は、圧電素子30に対する駆動信号を生成し、圧電素子30に印加する。圧電素子30は、駆動信号によって変位し、この変位による応力が第1主板21に作用する。これにより、第1主板21は、屈曲振動する。
【0047】
この駆動信号は、圧電素子30の伸縮によって第1主板21が、節(ノード)N1、および、腹A1、A2を有する2次の屈曲振動を生じるように設定されている。具体的には、第1主板21を平面視して、中心に腹A2が生じ、周縁25に向かって、節N1、腹A1が生じる。
【0048】
例えば、第1主板21の振動は、第1種ベッセル関数の波形を生じる。このように、第1主板21は、振動板として機能する。
【0049】
流体制御装置10の第1主板21は、第1穴71を有する。また、第1穴71には、第1主板21におけるポンプ室200側と反対側、すなわち、筐体20の外側に弁部51が形成されている。流体制御装置10の第2主板22は、第1凹部61と、第2凹部62と、第2穴72とを有する。例えば、第2主板22の厚みは、約0.3mmである。なお、弁部51は、フィルム511と、カバー512で形成されている。フィルム511の厚みは、約5μmである。フィルム511は、第1穴71から空気が吐出する際に第1穴71から離れることにより、空気の吐出を妨げない。また、フィルム511は、第1穴71から空気が流入する際に第1穴71を閉じることにより、ポンプ室200内へ空気が流入することを防ぐ。
【0050】
第1凹部61は、第2主板22のポンプ室200側、すなわち、筐体20の内側に形成されている。例えば、第1凹部61は、図2(A)、図2(B)、図3に示すように、筐体20の中心から、内径が約5.6mm、外径が約7.6mmの円環状である。第1凹部61においては、その中心側、及び周縁25側の間隔よりも第1主板21と第2主板22の間隔が広くなっている。
【0051】
すなわち、第1凹部61は、図1に示すように、筐体20の中心と、側板23(周縁25)との間に形成されている。この際、図1に示すように、第1凹部61は、屈曲振動の腹A1と重なる位置に形成されている。
【0052】
第1凹部61により、第2主板22は、他の部分よりも薄い部分を有する。この部分の厚みは、例えば約0.15mmである。すなわち、第2主板22の上述の厚みであれば、第1凹部61の厚みは、約0.15mmである。
【0053】
第2凹部62は、第2主板22のポンプ室200側、すなわち、筐体20の内側に形成されている。第2凹部62は、図2(A)、図2(B)に示すように、円形である。また、第2凹部62の中心と、筐体20の中心とは重なる。
【0054】
図1に示すように、第2凹部62は、筐体20の中心部に形成されている。第2凹部62は、屈曲振動の腹A2と重なる位置に形成されている。
【0055】
第2凹部62により、第2主板22は、他の部分よりも薄い部分を有する。この部分の厚みは、例えば、約0.15mmである。すなわち、第2主板22の上述の厚みであれば、第2凹部62の厚みは、約0.15mmである。
【0056】
また、第1穴71および第2穴72は、流体制御装置10の通気孔として形成されている。
【0057】
第1穴71は、第1主板21を貫通している。第1穴71の半径は、約0.5mmである。また、図2(A)、図2(B)に示すように、複数の第1穴71は、第1主板21に環状に形成されている。第1穴71は、平面視において、腹A1、第1凹部61に重なる位置に形成されている。
【0058】
第2穴72は、第2主板22を貫通し、また、平面視において第2凹部62と重なる位置に形成されている。第2穴72の中心は、第2凹部62の中心と重なるように形成されている。
【0059】
第1凹部61は、圧電素子30より周縁25側にある。第1凹部61の対向部は空気抵抗が小さいため、第1主板21の屈曲振動の曲率が大きい。本実施形態では圧電素子30が第1凹部61に対向していないため、圧電素子30が大きな曲率で変形しない。そのため、圧電素子30の耐久性が高い。
【0060】
また本実施形態では、第1凹部61が節N1と重なっていない。すなわち、変位の大きな箇所に第1凹部61が形成されているため、空気抵抗の低減効果が高い。
【0061】
また、第1凹部61が節N1より周縁25側にあるため、節N1より中心側に形成されている場合に比べて面積が大きい。そのため、空気抵抗の低減効果が特に高い。
【0062】
このように、第1凹部61は、第1主板21の振動が大きい腹A1に対して、平面視して重なるように形成されることによって、第1主板21の振動による厚み方向の変位が大きな領域において、ポンプ室200の高さを大きくできる。
【0063】
このことによって、第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗が低減し、第1主板21の変位の低下が抑制される。したがって、大きな流量が得られ、流体制御装置10の性能が向上する。
【0064】
また、第2凹部62は、第1凹部61より面積が小さいため、空気抵抗の低減効果が低い。しかしながら、第1凹部61とともに形成することで、流体制御装置10を稼働させた際の第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗がさらに低減し、第1主板21の変位の低下がさらに抑制される。したがって、大きな流量が得られ、流体制御装置10の性能が向上する。
【0065】
第1穴71が、第1凹部61に平面視して重なるように形成されることによって、変位の大きい領域において流体を流入または流出することができる。したがって、第1穴71から流入または流出する流量を大きくできる。
【0066】
さらに、第1穴71が第1凹部61に対向する面に形成されていることによって、第1凹部61の底部の剛性の低下を抑制でき、空気抵抗を伴った押し負けによる変位低下を抑制できる。
【0067】
このような構成とすることで、流体制御装置10の流量を大きくでき、流量特性が向上する。
【0068】
また、第1凹部61が第2主板22に形成されていることによって、第1主板21の形状が、第1凹部61の寸法の製造バラツキの影響を受けない。そのため、第1主板21の屈曲振動の周波数の製造バラツキが小さい。したがって、流量特性は、安定する。
【0069】
この際、第1穴71は、全周に間隔を空けて配置されていることによって、流体制御装置10の効率は、さらに向上する。
【0070】
図4(A)−図4(C)は、第1凹部61の側面断面図を拡大した図である。図4(A)に示す第1凹部61は、断面形状が角を有する、直方体に近い形状である。図4(B)に示す第1凹部61は、断面形状が楕円に近い形状である。図4(C)に示す第1凹部61は、断面形状が直方体に近い形状の角部をR面取りした形状である。流体制御装置1が備える第1凹部61は、図4(A)−図4(C)に示す形状のいずれであってもよい。
【0071】
また、図4(A)−図4(C)に示す形状は、第2凹部62に適用されてもよい。
【0072】
図5は、筐体20の中心位置における、本実施形態における流体制御装置10のポンプ室200の高さの変位と、流体制御装置10とは異なる構造の従来技術の構造を有するポンプ室の高さの変位と、を比較したグラフである。
【0073】
構造1は、本実施形態の構造である。構造2は、後述する第2の実施形態の構造である。構造3は、第2凹部62のみを備えた、従来技術の流体制御装置の構造である。構造4は、第1凹部61および第2凹部62を備えていない、従来技術の流体制御装置の構造である。
【0074】
図5に示すように、中心である腹A2の変位量は、従来技術の構成における変位量よりも大きくなる。
【0075】
例えば、筐体20の中心位置を0とする。構造3のポンプ室200の高さの変位は、7.7μmである。構造4のポンプ室200の高さの変位は、6.3μmである。本実施形態である構造1のポンプ室200の高さの変位は、12.3μmである。すなわち、本実施形態のように、第1凹部61および第2凹部62を形成することによって、ポンプ室200の高さの変位を大きくすることができ、流量を大きくできる。また、構造3に示すようにポンプ室200の高さの変位は、7.7μmであり、従来構成よりもポンプ室200の変位を大きくできる。しかしながら、構造3は、第1凹部61が形成されていないことにより、構造1よりもポンプ室200の高さの変位が小さい。すなわち、構造1の構成が好ましい。
【0076】
また、構造1のポンプ特性は、流量0.7L/min、圧力13kPaであった。従来構成の構造3のポンプ特性は、流量0.3L/min、圧力5kPaであり、構造1よりポンプの特性が低い。すなわち、構造1の構成が好ましい。
【0077】
上述のとおり、第1凹部61の幅を一例として、約2mmとした。しかしながら、第1凹部61の幅の下限、上限を次のとおり定義できる。第1凹部61の幅の下限は、流体制御装置10を停止した場合のポンプ室200の高さの最小値の2倍、言い換えれば、流体制御装置10を停止した場合の第1主板21と、第2主板22との間隔の最小値の2倍であるとよい。これにより、空気抵抗を軽減することができる。
【0078】
また、第1凹部61の幅の上限は、流体制御装置10を停止した場合のポンプ室200の高さが平均より狭い部分が、ポンプ室200の高さの最小値の2倍以上あるとよい。これにより、ポンプ室200内の空気を効果的に圧縮することができる。
【0079】
よって、流量を大きくでき、流体制御装置10の特性が向上する。
【0080】
また、第2穴72が腹A2に重なる位置に形成されているため、第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗が低減し、第1主板21の変位の低下が抑制される。
【0081】
なお、第1凹部61の幅は、流体制御装置10の全周で同じであるが、第1凹部61が流体制御装置10の一部に形成されていてもよい。ただし、流体制御装置10において、第1凹部61を全周に形成することによって、方位毎での差が無くなり、効率が向上する。
【0082】
なお、上述の構成では、屈曲振動のモードを2次振動として説明したが、2次振動以上のモードであっても、例えば、凹部の位置と腹とが重なるように形成されることによって、流量を大きくできる。
【0083】
(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6は、本発明の第2の実施形態に係る流体制御装置10Aの側面断面図である。なお、図を見やすくするため、一部の符号を省略し、一部の構造を誇張して記載している。
【0084】
図6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、第2凹部62を備えていない点、および、第2穴72Aの形状において異なる。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。本実施形態における流体制御装置10Aは、ポンプである。
【0085】
第2穴72Aは、第2主板22を貫通している。また、第2穴72Aの中心は、筐体20の中心と重なる。
【0086】
第1凹部61は、第1主板21の振動が大きい腹A1に対して、平面視して重なるように形成されている。このことから、ポンプ室200の厚み方向における高さを大きくできる。すなわち、流体制御装置10Aを稼働させた際の第1主板21と第2主板22との近接を抑制できる。
【0087】
図5に示すように構造2は、本実施形態の構造である。構造2の構造である流体制御装置10Aと、上述した従来構成の構造3と構造4とを比較する。
【0088】
図5に示すように、中心である腹A2の変位量は、従来技術の構成における変位量よりも大きくなる。
【0089】
例えば、構造3のポンプ室200の高さの変位は、7.7μmである。構造4のポンプ室200の高さの変位は、6.3μmである。本実施形態である構造2のポンプ室200の高さの変位は、11.1μmである。すなわち、本実施形態のように、第1凹部61および第2凹部62を形成することによって、ポンプ室200の高さの変位を大きくすることができ、流量を大きくできる。また、構造3に示すようにポンプ室200の高さの変位は、7.7μmであり、従来構成よりもポンプ室200の変位を大きくできる。しかしながら、構造3は、第1凹部61が形成されていないことにより、構造2よりもポンプ室200の高さの変位が小さい。すなわち、構造2の構成が好ましい。
【0090】
このように、第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗が低減し、第1主板21の変位が増大する。すなわち、ポンプ室200の内の空気を効果的に圧縮することができ、空気抵抗を軽減することができる。よって、流量を大きくでき、流体制御装置10Aの特性が向上する。
【0091】
また、本実施形態では第2凹部62がないため、圧電素子30の中央部も大きな曲率で変形しない。そのため、圧電素子30の耐久性がさらに高い。
【0092】
(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の側面断面図である。なお、図を見やすくするため、一部の符号を省略し、一部の構造を誇張して記載している。
【0093】
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凹部61Bが第1主板21に形成されている点、第2凹部62を備えていない点、および、第1穴71Bおよび第2穴72Bの形状において異なる。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。本実施形態における流体制御装置10Bは、ポンプである。
【0094】
第1凹部61Bは、第1主板21のポンプ室200側、すなわち、筐体20の内側に形成されている。
【0095】
また、第1凹部61Bは、図7に示すように、筐体20の中心と、側板23(周縁25)との間において、平面視して、屈曲振動の腹A1と重なる位置に形成されている。第1凹部61においては、その中心側および周縁25側よりも第1主板21と第2主板22の間隔が広くなっている。
【0096】
第1穴71Bは、第1主板21を貫通している。また、第1穴71Bは、平面視において第1凹部61Bと重なる位置に形成されている。第1穴71Bの中心は、第1凹部61Bの中心と重なる。複数の第1穴71Bは、第1主板21に環状に形成されている。
【0097】
第2穴72Bは、第2主板22を貫通するように形成されている。
【0098】
上述のとおり、第1主板21の振動が大きい腹A1に対して、第1凹部61を平面視して重なるように形成することによって、振動の大きな領域でのポンプ室200の厚み方向における高さを大きくできる。すなわち、流体制御装置10Bを稼働させた際の第1主板21と第2主板22との近接を抑制できる。
【0099】
このことによって、第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗が低減し、第1主板21の変位が増大する。したがって、大きな流量が得られ、流体制御装置10Bの性能が向上する。
【0100】
(第4の実施形態)
本発明の第4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8は、本発明の第4の実施形態に係る流体制御装置10Cの側面断面図である。なお、図を見やすくするため、一部の符号を省略し、一部の構造を誇張して記載している。
【0101】
図8に示すように、第4の実施形態に係る流体制御装置10Cは、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、第1凹部61Cの形成位置、第2凹部62を備えていない点、および、第2穴72Cの形状において異なる。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。本実施形態における流体制御装置10Cは、ポンプである。
【0102】
第2穴72Cは、第2主板22を貫通している。また、第2穴72Cの中心は、筐体20の中心と重なる。
【0103】
第1凹部61Cは、振動が大きい腹A1と平面視して重なる位置に形成されている。また、第1凹部61Cと、第1穴71とは、対向しない。すなわち、第1穴71は、平面視して第1凹部61Cと、周縁25との間に形成されている。
【0104】
このように構成することでも、ポンプ室200の厚み方向における高さを大きくできる。すなわち、流体制御装置10Cを稼働させた際の第1主板21と第2主板22との近接を抑制できる。
【0105】
このことによって、第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗が低減し、第1主板21の変位が増大する。したがって、大きな流量が得られ、流体制御装置10Cの性能が向上する。
【0106】
(第5の実施形態)
本発明の第5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9は、本発明の第5の実施形態に係る流体制御装置10Dの側面断面図である。なお、図を見やすくするため、一部の符号を省略し、一部の構造を誇張して記載している。
【0107】
図9に示すように、第5の実施形態に係る流体制御装置10Dは、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、第1凹部61Dの形成位置、第2凹部62を備えていない点、第1穴71Dの形状、および、第2穴72Dの形成位置において異なる。流体制御装置10D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。本実施形態における流体制御装置10Dは、ポンプである。
【0108】
第2穴72Dは、第2主板22を貫通している。また、第2穴72Dの中心は、筐体20の中心と重なる。
【0109】
第1凹部61Dは、第1主板21の振動が少ない節N1と、側板23との間に形成されている。同様に、第1穴71Dは、第1主板21の振動が無い節N1と、側板23との間に形成されている。
【0110】
また、第1凹部61Dは、第1穴71Dと平面視において重なる。例えば、第1凹部61Dの幅(中心から放射する方向の長さ)は、第1穴71Dの径と略同じか、それ以上である。
【0111】
このように構成することでも、流体制御装置10Dを稼働させた際の第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗が低減し、第1主板21の変位が増大する。したがって、大きな流量が得られ、流体制御装置10Dの性能が向上する。
【0112】
(第6の実施形態)
本発明の第6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10は、本発明の第6の実施形態に係る流体制御装置10Eの側面断面図である。なお、図を見やすくするため、一部の符号を省略し、一部の構造を誇張して記載している。
【0113】
図10に示すように、第6の実施形態に係る流体制御装置10Eは、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、弁部51Eの形成位置、弁部51Eの構成が異なる。流体制御装置10E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。本実施形態における流体制御装置10Eは、ポンプである。
【0114】
弁部51Eは、第2穴72における第2主板22におけるポンプ室200側と反対側、すなわち、筐体20の外側に形成されている。
【0115】
このように構成することでも、流体制御装置10Eを稼働させた際の第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗が低減し、第1主板21の変位が増大する。したがって、大きな流量が得られ、流体制御装置10Eの性能が向上する。
【0116】
(第7の実施形態)
本発明の第7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11は、本発明の第7の実施形態に係る流体制御装置10Fの側面断面図である。図12は、本発明の第7の実施形態に係る流体制御装置10Fの分解斜視図である。なお、図を見やすくするため、一部の符号を省略し、一部の構造を誇張して記載している。
【0117】
図11図12に示すように、第7の実施形態に係る流体制御装置10Fは、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、第2穴72Fの形成位置が異なる。流体制御装置10F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。
【0118】
第2穴72Fは、平面視して、第1凹部61と、周縁25との間に形成されている。複数の第2穴72Fは、第2主板22に環状に形成されている。
【0119】
このように構成することでも、流体制御装置10Fを稼働させた際の第1主板21と第2主板22との間の空気抵抗が低減し、第1主板21の変位が増大する。したがって、大きな流量が得られ、流体制御装置10Fの性能が向上する。
【0120】
(第8の実施形態)
本発明の第8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13(A)−図13(E)は、本発明の第8の実施形態に係る流体制御装置の側面断面図と、屈曲振動の状態を示した図である。なお、図を見やすくするため、一部の符号を省略し、一部の構造を誇張して記載している。
【0121】
図13(A)に示すように、第8の実施形態に係る流体制御装置10G1は、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、第1穴71G1の形成位置、第1穴71G1と第2穴72のいずれにも弁部51が形成されていない点で異なる。流体制御装置10G1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。
【0122】
第1穴71G1は、第2主板22を貫通している。また、第1穴71G1は、平面視において第1凹部61と重なる位置に形成されている。第1穴71G1の中心は、第1凹部61の中心と重なる。複数の第1穴71G1は、第2主板22に環状に形成されている。
【0123】
流体制御装置10G1においては、第1穴71G1と第2穴72のいずれにも弁が形成されていなくても良い。このことによって、流体制御装置10G1は、シンセティックジェット効果により、第1穴71G1から噴流を発生することができる。
【0124】
また、流体制御装置10G1は、発熱部品の冷却や気流の剥離制御に用いることができる。噴流の瞬間最大流量が大きいほど、大きな運動量の噴流が得られる。このような構成であっても、第1穴71G1から発生する噴流の運動量を増大させることができる。
【0125】
図13(B)に示すように、第8の実施形態に係る流体制御装置10G2は、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、第2穴72G2の形成位置、第1穴71と第2穴72G2のいずれにも弁部51が形成されていない点で異なる。流体制御装置10G2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。
【0126】
第2穴72G2は、第2主板22を貫通している。流体制御装置10G2を平面視して、第1凹部61と、第2凹部62との間に形成されている。また、第2穴72G2を平面視して、節N1と重なっていると特に良い。節N1は変位が小さいため、第2穴72G2からの空気の漏れが小さい。そのため、空気の流れを第1穴71に集中することができ、噴流の運動量が高まる。
【0127】
流体制御装置10G2においては、第1穴71と第2穴72G2のいずれにも弁が形成されていなくても良い。このことによって、流体制御装置10G2は、シンセティックジェット効果により、第1穴71から噴流を発生することができる。
【0128】
流体制御装置10G2は、発熱部品の冷却や気流の剥離制御に用いることができる。噴流の瞬間最大流量が大きいほど、大きな運動量の噴流が得られる。このような構成であっても、第1穴71から発生する噴流の運動量を増大させることができる。
【0129】
図13(C)に示すように、第8の実施形態に係る流体制御装置10G3は、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、第1穴71および第2凹部62が形成されていない点、第2穴7G3に弁部51が形成されていない点で異なる。流体制御装置10G3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。
【0130】
第1穴71G3は、第2主板22を貫通している。また、第1穴71G3の中心は、筐体20の中心と重なる。
【0131】
この構成であっても、シンセティックジェット効果により、第1穴71G3から噴流を発生することができる。このような流体制御装置10G3は、発熱部品の冷却や気流の剥離制御に用いることができる。噴流の瞬間最大流量が大きいほど、大きな運動量の噴流が得られる。本発明の構成を用いた、流体制御装置10G3の場合においても、第1穴71G3から発生する噴流の運動量を増大させることができる。
【0132】
図13(D)に示すように、第8の実施形態に係る流体制御装置10G4は、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、第1穴71G4の形成位置、および、第2凹部62が形成されていない点、第2穴72が形成されていない点、および、弁部51が形成されていない点で異なる。流体制御装置10G4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。
【0133】
第1穴71G4は、第2主板22を貫通している。また、第1穴71G4は、平面視において第1凹部61と重なる位置に形成されている。第1穴71G4の中心は、第1凹部61の中心と重なる。複数の第1穴71G4は、第2主板22に環状に形成されている。
【0134】
この構成であっても、シンセティックジェット効果により、第1穴71G4から噴流を発生することができる。このような流体制御装置10G4は、発熱部品の冷却や気流の剥離制御に用いることができる。噴流の瞬間最大流量が大きいほど、大きな運動量の噴流が得られる。本発明の構成を用いた、流体制御装置10G4の場合においても、第1穴71G4から発生する噴流の運動量を増大させることができる。
【0135】
図13(E)に示すように、第8の実施形態に係る流体制御装置10G5は、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、第2凹部62が形成されていない点、第2穴72が形成されていない点、および、弁部51が形成されていない点で異なる。流体制御装置10G5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。
【0136】
この構成であっても、シンセティックジェット効果により、第1穴71から噴流を発生することができる。このような流体制御装置は、発熱部品の冷却や気流の剥離制御に用いることができる。噴流の瞬間最大流量が大きいほど、大きな運動量の噴流が得られる。本発明の構成を用いた、流体制御装置10G5の場合においても、第1穴71から発生する噴流の運動量を増大させることができる。
【0137】
また、上述の各実施形態では、第1凹部が全周に亘って形成されている構成を示した。しかしながら、第1凹部が形成されていない領域がある場合でも、上述の各実施形態に準じた効果が得られる。
【0138】
なお、上述の各実施形態の構成に限られるものではなく、これらの実施形態の組み合わせを変更したものであっても良い。
【符号の説明】
【0139】
A1、A2…腹
N1…節
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G1、10G2、10G3、10G4、10G5…流体制御装置
20…筐体
21…第1主板
22…第2主板
23…側板
25…周縁
30…圧電素子
51、51E…弁部
61、61B、61C、61D…第1凹部
62…第2凹部
71、71B、71D、71G1、71G3、71G4…第1穴
72、72A、72B、72C、72D、72F、72G、72G2、72G3…第2穴
200…ポンプ室
511…フィルム
512…カバー
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13