JPWO2016013390A1 - 気体制御装置 - Google Patents

Abstract

小型かつ低コストに能動バルブを構成することができ、その上、高周波駆動しても能動バルブとポンプの動作タイミングを容易に合わせることができる流体制御装置を提供する。流体制御装置（１０）は、ポンプ室（１５）とポンプ室（１５）に通じる第１流路孔（１６）とを構成する筐体（１１）と、振動することによりポンプ室（１５）に内圧の変動を生じさせる振動部（１２）と、第１流路孔（１６）の開口部に近づいた位置と第１流路孔（１６）の開口部から遠のいた位置との間で弾性変位自在に支持される弁体（１３）と、振動部（１２）の駆動周波数を、弁体（１３）の構造共振周波数に対する低周波数側周波数と、弁体（１３）の構造共振周波数に対する高周波数側周波数と、のいずれかに切り替える制御部（１４）と、を備える。

Description

この発明は、流体に圧力変動を生じさせるポンプと、流路の開閉や流れの方向づけを行うバルブとを備える流体制御装置に関する。

マイクロブロアのような流体制御装置では、流体に圧力変動を生じさせるポンプと、流体の圧力変動に応じて流路の開閉や流れの方向づけを行う受動バルブと、が用いられることがあった（例えば特許文献１参照。）。特許文献１に開示された受動バルブは、バルブ室内にフィルムを設けて構成されている。フィルムは、流体制御装置の流路で流体が順方向に流れ始めると流路孔を開放し、逆に、流路で流体が逆方向に流れ始めると流路孔を塞ぐように変位（変形）する。したがって、この受動バルブは、流体の圧力変動に応じて流路を開閉し、流れの方向づけを行う。

上記の受動バルブとポンプとを用いる流体制御装置では、ポンプの停止時に受動バルブで流体の流れが阻害されて、受動バルブに接続される圧力室の内圧が開放され難くなることがあった。例えば、ポンプの停止時に圧力室の内圧によっては受動バルブのフィルムが流路孔を塞ぐように変位することがあった。この場合、圧力室の内圧を開放することができないことや、受動バルブでのリークによって圧力室の内圧が除々に開放されて内圧がゆっくりと開放されるようなことがあった。

そこで、圧力室の内圧を速やかに開放するために、流路の開閉を動的に（能動的に）制御することができる能動バルブが用いられることがあった。

特開２０１２−５２８９８０号公報

能動バルブには、流路の開放や遮蔽を行う弁体と、弁体を駆動する弁駆動部と、弁駆動部を制御する制御部と、を設ける必要がある。このため、能動バルブは受動バルブに比べて構成が複雑でコストやサイズが大きくなり易かった。

その上、流体制御装置のポンプが圧電駆動型などの高周波駆動するものである場合、能動バルブを用いるには弁駆動源も高周波駆動させる必要があり、高周波駆動する能動バルブとポンプとで動作タイミングを高精度に合わせることは容易でなかった。

そこで、本発明の目的は、小型かつ低コストに能動バルブを構成することができ、その上、高周波駆動しても能動バルブとポンプの動作タイミングを容易に合わせることができる流体制御装置を提供することにある。

本発明の流体制御装置は、ポンプ室と前記ポンプ室に通じる流路とを構成する筐体と、振動することにより前記ポンプ室に内圧の変動を生じさせる振動部と、前記流路の開口部に近づいた位置と前記流路の開口部から遠のいた位置との間で弾性変位自在に支持される弁体と、前記振動部の駆動周波数を、前記弁体の構造共振周波数に対する低周波数側周波数と、前記弁体の構造共振周波数に対する高周波数側周波数と、のいずれかに切り替える制御部と、を備える。

この構成では、弁体が弾性変位自在に支持されているので、弁体に筐体の振動や流体圧の変動が伝わることにより、弁体が振動部の駆動周波数で振動する。すなわち、ポンプ室で内圧が変動する周期に合わせて、弁体が流路の開口部に近づいたり遠のいたりする。すると、例えば、ポンプ室の内圧が正圧のときに弁体が流路の開口部から遠のいて流路を開放し、ポンプ室の内圧が負圧のときに弁体が流路の開口部に近づいて流路を遮蔽するようにすれば、ポンプ室から弁体側に流体を吐出するように、流れを方向づけ（以下、この方向を吐出方向という。）することができる。または、ポンプ室の内圧が正圧のときに弁体が流路の開口部に近づいて流路を遮蔽し、ポンプ室の内圧が負圧のときに弁体が流路の開口部から遠のいて流路を開放するようにすれば、弁体側からポンプ室に流体を吸入するように、流れを方向づけ（以下、この方向を吸入方向という。）することができる。

このような弁体の動作が、ポンプ室の内圧を変動させる振動部の振動を駆動源として生じることになるので、能動バルブの弁駆動部として振動部を用いてポンプ動作と駆動源を共用することができ、能動バルブの機能を小型かつ低コストに実現することができる。また、ポンプ室での内圧の変動と弁体の動作とが確実に同期することになり、振動部を高周波駆動する場合にも、弁体と振動部とで動作タイミングがずれることがなくなる。

さらには、周波数制御部で、振動部の駆動周波数を弁体の構造共振周波数に対する高周波側周波数と低周波数側周波数とのいずれかに切り替えることで、弁体の振動状態を変更することができる。具体的には、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、弁体の振動の位相が反転し、弁体が流路の開口部に近づくタイミングと、弁体が流路の開口部から遠のくタイミングとが入れ替わる。したがって、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、流体の流れを吐出方向と吸入方向とで切り替えることが可能になる。また、吐出方向と吸入方向とのうちの一方での流れを他方での流れよりも弱いものにしておけば、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、弁体を動かした状態のままポンプ室の吐出側や吸入側に接続される閉空間の内圧を開放することができる。

また、前記流路は、前記ポンプ室を間に介して互いに通じる第１の流路と第２の流路とを含み、前記弁体は、前記第１の流路に付設された第１の弁体と前記第２の流路に付設された第２の弁体とを含んでもよい。この場合、前記第１の弁体と前記第２の弁体とは、一方が前記流路の開口部に近づいた位置にあるときに、他方が前記流路の開口部から遠のいた位置にあることが好ましい。これにより、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、ポンプ室が第１の流路から流体を吸入して第２の流路から流体を吐出する状態と、ポンプ室が第２の流路から流体を吸入して第１の流路から流体を吐出する状態と、を切り替えることができる。

また、前記弁体は、一方端側で固定されて他端側が揺動する金属板であることが好ましい。これにより、簡易な構成で弾性変位する弁体を実現できる。

また、前記低周波数側周波数または前記高周波数側周波数は、前記振動部の構造共振周波数であることが好ましい。特には、前記低周波数側周波数は、前記振動部の低次の構造共振周波数であり、前記高周波数側周波数は、前記振動部の高次の構造共振周波数であることが好ましい。これにより、振動部を構造共振させることができ、振動部の振動振幅を最大化してポンプ効率を高めることができる。

また、ポンプ室は半径よりも高さの低い円筒形であり、前記弁体が付設される流路孔は、前記ポンプ室の中央付近に設けられていることが好ましい。特には、前記低周波数側周波数または前記高周波数側周波数は、前記ポンプ室の音響共振周波数であることが好ましい。更には、前記低周波数側周波数は、前記ポンプ室の低次の音響共振周波数であり、前記高周波数側周波数は、前記ポンプ室の高次の音響共振周波数であることが好ましい。この構成では、ポンプ室を音響共振させることができ、ポンプ室の音響振動の振幅、即ち、ポンプ室の内圧の変化を最大化して、ポンプ効率を高めることができる。

また、前記振動部は、駆動電圧の印加により振動する圧電素子を備えることが好ましい。

本発明によれば、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、流体の流れを切り替えたり、弁体を動かした状態のままポンプ室の吐出側や吸入側に接続される閉空間の内圧を開放したりする能動バルブの機能を実現することができる。そして、ポンプの機能と能動バルブの機能を共用の駆動源によって実現するので、能動バルブの機能を小型かつ低コストに実現することができ、また、振動部を高周波駆動する場合にも弁体と振動部とで動作タイミングがずれることがない。

弁体に作用する加振力の周波数と加振力に対する弁体の振動の位相差との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第２実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発-明の第３実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第４実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第５実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第６実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第１実施例に係る流体制御装置の天面側から視た外観斜視図である。 図８に示す流体制御装置の底面側から視た外観斜視図である。 図８に示す流体制御装置の断面図である。 本発明の第２実施例に係る流体制御装置の断面図である。 本発明の第３実施例に係る流体制御装置の断面図である。 本発明の第４実施例に係る流体制御装置を１次モードの周波数で動作させた状態を示す断面図である。 本発明の第４実施例に係る流体制御装置を２次モードの周波数で動作させた状態を示す断面図である。

《本発明の動作原理》
まず、本発明が利用する動作原理の一部について簡単に説明する。

図１は、弁体に作用する加振力の周波数と加振力に対する弁体の振動の位相差との関係を示すグラフである。

一般に、本発明の弁体のように弾性支持される構造体は、外部からの加振力が作用することにより、加振力の周波数と一致する周波数で振動する。そして、該構造体は、構造共振周波数ｆ０を有し、加振力の周波数が構造共振周波数ｆ０と一致する場合には、加振力に共振して振動振幅が最大化する。

該構造体を構造共振周波数ｆ０よりも低い周波数ｆ_Ｌの加振力で振動させる場合、構造体は加振力との位相差が略ゼロの状態、即ち、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で振動することになる。一方、該構造体を構造共振周波数ｆ０よりも高い周波数ｆ_Ｈの加振力で振動させる場合、構造体は加振力との位相差が-π［rad］である状態、即ち、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で振動することになる。したがって、加振力の周波数が構造共振周波数ｆ０を超えて変わることで、構造体の振動位相は反転することになる。本発明は、このような加振力の周波数と振動位相との関係を利用し、加振力の周波数を制御することにより流体制御装置における流体の流れを制御する。

《本発明の第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図２（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１０の模式的な断面図である。流体制御装置１０は、筐体１１と振動部１２と弁体１３と制御部１４とを備えている。

筐体１１は、ポンプ室１５と第１流路孔１６と第２流路孔１７とを構成している。ポンプ室１５は、筐体１１の内側に設けている。第１流路孔１６は、筐体１１の天面の一部に設けている。第２流路孔１７は、筐体１１の側壁の一部に設けている。ポンプ室１５は、第１流路孔１６と第２流路孔１７とのそれぞれを介して外部空間に連通している。

振動部１２は、筐体１１の底面に取り付けられている。振動部１２は、ダイヤフラム１８と圧電素子１９とを備えている。ダイヤフラム１８は薄板状であり、筐体１１の底面に貼り付けられ、ポンプ室１５に面している。圧電素子１９は薄板状であり、ダイヤフラム１８の底面に貼り付けられている。圧電素子１９は、面内方向に伸縮する圧電性を有している。また、振動部１２は、ダイヤフラム１８と圧電素子１９とが貼り合わさることで、いわゆるユニモルフ構造を構成している。したがって、振動部１２は、圧電素子１９が逆圧電効果によって伸縮することで、中央部分が上下に屈曲振動し、ポンプ室１５の内圧を変動させる。

弁体１３は、第１流路孔１６の天面側の開口部付近に設けている。弁体１３は、上下方向に振動するようにダイヤフラム１８に弾性支持されており、構造共振周波数ｆ０を有している。そして、弁体１３は、第１流路孔１６の開口部に当接する位置と、第１流路孔１６の開口部から天面側に離間する位置との間で弾性変位自在である。弁体１３は、静定状態での釣り合い位置を、第１流路孔１６の開口部に当接する位置と、第１流路孔１６の開口部から天面側に離間する位置との間の中間位置としている。

制御部１４は、圧電素子１９に交流の駆動電圧を印加する。制御部１４は、弁体１３の構造共振周波数ｆ０よりも低い周波数である低周波数側周波数ｆ_Ｌを有する駆動電圧Ｖ１、または、弁体１３の構造共振周波数ｆ０よりも高い周波数である高周波数側周波数ｆ_Ｈを有する駆動電圧Ｖ２を選択して圧電素子１９に印加する。したがって、制御部１４は、圧電素子１９の駆動電圧の周波数、すなわち振動部１２の駆動周波数を、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替える機能を有している。

図２（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部１２を駆動する場合の流体制御装置１０の動作を説明する図である。

振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動すると、圧電素子１９が逆圧電効果によって面内方向に伸縮する。圧電素子１９が面内方向に伸びようとする際には、図中左側に示すように、圧電素子１９の伸びがダイヤフラム１８を厚み方向の底面側に凸になるように屈曲させる。これにより、ポンプ室１５の容積が膨張し、ポンプ室１５の内圧が低下して負圧になる。一方、圧電素子１９が面内方向に縮もうとする際には、図中右側に示すように、圧電素子１９の縮みがダイヤフラム１８を厚み方向の天面側に凸になるように屈曲させる。これにより、ポンプ室１５の容積が収縮し、ポンプ室１５の内圧が増加して正圧になる。

このように振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、振動部１２に弾性支持されている弁体１３に振動部１２の振動が加振力として伝わり、弁体１３も振動するようになる。振動部１２が底面側に屈曲する際には、弁体１３は振動部１２から下方に引き下げられるような加振力が働く。また、振動部１２が天面側に屈曲する際には、弁体１３は振動部１２から上方に押し上げられるような加振力が働く。

このように弁体１３には振動部１２から加振力が働くので、先に図１を用いて説明したように、加振力の周波数、即ち、振動部１２の駆動周波数が構造共振周波数ｆ０よりも低い低周波数側周波数ｆ_Ｌである場合には、弁体は加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で振動することになる。従って、図中左側に示すように、下方に引き下げるような加振力が弁体１３に働く際には、弁体１３は、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で下方に変位し、第１流路孔１６に近づく。一方、図中右側に示すように、上方に押し上げるような加振力が弁体１３に働く際には、弁体１３は、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で上方に変位し、第１流路孔１６から遠のく。

このため、図中左側に示すように振動部１２が底面側に屈曲する際には、弁体１３が第１流路孔１６を遮蔽する。そして、このときにポンプ室１５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室１５には第２流路孔１７を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、振動部１２が天面側に屈曲する際には、弁体１３が第１流路孔１６を開放する。そして、このときにポンプ室１５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室１５からは第１流路孔１６を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置１０において振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部１２が屈曲振動することで、弁体１３の上記動作が繰り返され、弁体１３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

図２（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部１２を駆動する場合の流体制御装置１０の動作を説明する図である。

振動部１２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際には、振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際と同様、図中左側に示すように振動部１２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室１５の内圧が負圧になるとともに、弁体１３に振動部１２から下方に引き下げられるような加振力が働く。また、図中右側に示すように、振動部１２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室１５の内圧が正圧になるとともに、弁体１３に振動部１２から上方に押し上げられるような加振力が働く。

しかしながら、振動部１２を構造共振周波数ｆ０よりも高い高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、先に図１を用いて説明したように、弁体は加振力に対して位相遅れが生じて逆相の状態で振動することになる。従って、図中左側に示すように、下方に引き下げるような加振力が弁体１３に働く際には、弁体１３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で上方に変位し、第１流路孔１６から遠のいて第１流路孔１６を開放する。このとき、ポンプ室１５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室１５には第１流路孔１６を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、上方に押し上げるような加振力が弁体１３に働く際には、弁体１３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で下方に変位して、第１流路孔１６に近づいて第１流路孔１６を遮蔽する。このとき、ポンプ室１５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室１５からは第２流路孔１７を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置１０において振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部１２が屈曲振動することで弁体１３の上記動作が繰り返され、弁体１３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

以上に示したように、流体制御装置１０においては、振動部１２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体１３の振動位相（動作タイミング）を反転させることができる。したがって、該流体制御装置１０では、流体の流れを吐出方向または吸入方向に切り替えることや、一方の駆動周波数で吸入方向または吐出方向の流れを生じさせながら、他方の駆動周波数では弁体を動かした状態のままポンプ室の吸入側や吐出側に接続される閉空間の内圧を開放するような流体の制御を行うことができる。

そして、ポンプ室１５の内圧を変動させる振動部１２の振動を駆動源として弁体１３の動作が生じるので、共用する駆動源によってポンプの機能と能動バルブの機能を実現することができ、能動バルブの機能を小型かつ低コストに実現することができる。また、ポンプ室１５での内圧の変動と弁体１３の動作とが確実に同期することになり、振動部１２を高周波駆動する場合にも、弁体１３と振動部１２とで動作タイミングがずれることがなくなる。

《本発明の第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置２０の模式的な断面図である。流体制御装置２０は、筐体２１と振動部２２と弁体２３と制御部２４とを備えている。筐体２１は、ポンプ室２５と第１流路孔２６と第２流路孔２７とを構成している。振動部２２は、ダイヤフラム２８と圧電素子２９とを備えている。該流体制御装置２０は、第１の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、弁体２３の構成が異なり、ポンプ室２５の内側に弁体２３を設けている。

図３（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部２２を駆動する場合の流体制御装置２０の動作を説明する図である。

振動部２２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、第１の実施形態と同様、図中左側に示すように振動部２２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室２５の内圧が負圧になるとともに、弁体２３に振動部２２から下方に引き下げられるような加振力が働き、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で弁体２３が下方に変位する。また、図中右側に示すように、振動部２２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室２５の内圧が正圧になるとともに、弁体２３に振動部２２から上方に押し上げられるように加振力が働き、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で弁体２３が上方に変位する。

このとき、この構成では弁体２３が第１流路孔２６の天面側ではなく底面側に設けられているので、弁体２３の動きと第１流路孔２６の開放または遮蔽のタイミングとが、第１の実施形態とは逆になる。即ち、図中左側に示すように弁体２３が下方に変位する際には、弁体２３が第１流路孔２６から遠のいて、弁体２３が第１流路孔２６を開放する。このとき、ポンプ室２５の内圧が負圧になっているので、ポンプ室２５には第１流路孔２６を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように弁体２３が上方に変位する際には、弁体２３が第１流路孔２６に近づいて、弁体２３が第１流路孔２６を遮蔽する。このとき、ポンプ室２５の内圧が正圧になっているので、ポンプ室２５からは第２流路孔２７を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置２０において、振動部２２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部２２が屈曲振動することで弁体２３の上記動作が繰り返され、弁体２３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

図３（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部２２を駆動する場合の流体制御装置２０の動作を説明する図である。

振動部２２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際にも、図中左側に示すように振動部２２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室２５の内圧が負圧になるとともに、弁体２３に振動部２２から下方に引き下げるような加振力が働く。また、図中右側に示すように、振動部２２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室２５の内圧が正圧になるとともに、弁体２３に振動部２２から上方に押し上げるような加振力が働く。

しかしながら、振動部２２は構造共振周波数ｆ０よりも高い高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動するので、図中左側に示すように下方に引き下げるような加振力が弁体２３に働く際には、弁体２３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で上方に変位し、第１流路孔２６に近づいて第１流路孔２６を遮蔽する。このとき、ポンプ室２５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室２５には第２流路孔２７を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、上方に押し上げるような加振力が弁体２３に働く際には、弁体２３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で下方に変位し、第１流路孔２６から遠のいて第１流路孔２６を開放する。このとき、ポンプ室２５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室２５からは第１流路孔２６を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置２０において振動部２２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部２２が屈曲振動することで弁体２３の上記動作が繰り返され、弁体２３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

以上に示したように、流体制御装置２０においても、振動部２２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体２３の振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《本発明の第３実施形態》
以下、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図４（Ａ）は、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３０の模式的な断面図である。流体制御装置３０は、筐体３１と振動部３２と弁体３３と制御部３４とを備えている。筐体３１は、ポンプ室３５と第１流路孔３６と第２流路孔３７とを構成している。振動部３２は、ダイヤフラム３８と圧電素子３９とを備えている。該流体制御装置３０は、第１の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、弁体３３の構成が異なっている。具体的には、弁体３３は、筐体３１の天面に弾性支持されている。そして、筐体３１の天板は、振動部３２の振動が伝わって、振動部３２とは反対方向に変位するように振動する。

図４（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部３２を駆動する場合の流体制御装置３０の動作を説明する図である。

振動部３２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、第１の実施形態と同様、図中左側に示すように振動部３２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室３５の内圧が負圧になる。また、図中右側に示すように、振動部３２が天面側に屈曲する際には、第１の実施形態と同様、ポンプ室３５の内圧が正圧になる。

しかしながら、第１の実施形態とは異なり、弁体３３は、振動部３２とは反対方向に変位する筐体３１の天板に支持されているので、図中左側に示すように振動部３２が底面側に屈曲する際には、筐体３１の天板が天面側に屈曲し、弁体３３に筐体３１の天板から上方に押し上げられるような加振力が働き、弁体３３が上方に変位して第１流路孔３６から遠のき、第１流路孔３６を開放する。このとき、ポンプ室３５の内圧が負圧になっているので、ポンプ室３５には第１流路孔３６を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように振動部３２が天面側に屈曲する際には、筐体３１の天板が底面側に屈曲し、弁体３３に筐体３１の天板から下方に引き下げるような加振力が働き、弁体３３が下方に変位して第１流路孔３６に近づき、第１流路孔３６を遮蔽する。このとき、ポンプ室３５の内圧が正圧になっているので、ポンプ室３５からは第２流路孔３７を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置３０において、振動部３２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部３２が屈曲振動することで弁体３３の上記動作が繰り返され、弁体３３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

図４（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部３２を駆動する場合の流体制御装置３０の動作を説明する図である。

振動部３２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際にも、図中左側に示すように振動部３２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室３５の内圧が負圧になるとともに、筐体３１の天板が天面側に屈曲し、弁体３３に筐体３１の天板から上方に押し上げられるように加振力が働く。また、図中右側に示すように、振動部３２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室３５の内圧が正圧になるとともに、筐体３１の天板が底面側に屈曲し、弁体３３に筐体３１の天板から下方に引き下げられるように加振力が働く。

しかしながら、振動部３２は構造共振周波数ｆ０よりも高い高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動するので、図中左側に示すように筐体３１の天板が天面側に屈曲する際には、弁体３３は、加振力から位相遅れが生じた逆相の状態で下方に変位して、第１流路孔３６に近づいて、弁体３３が第１流路孔３６を遮蔽する。このとき、ポンプ室３５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室３５には第２流路孔３７を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、筐体３１の天板が底面側に屈曲する際には、弁体３３は、加振力から位相遅れが生じた逆相の状態で上方に変位して、第１流路孔３６から遠のいて、弁体３３が第１流路孔３６を開放する。このとき、ポンプ室３５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室３５からは第１流路孔３６を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置３０において、振動部３２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部３２が屈曲振動することで弁体３３の上記動作が繰り返され、弁体３３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置３０においても、振動部３２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体３３の振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《本発明の第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図５（Ａ）は、本発明の第４実施形態に係る流体制御装置４０の模式的な断面図である。流体制御装置４０は、筐体４１と振動部４２と弁体４３と制御部４４とを備えている。筐体４１は、ポンプ室４５と第１流路孔４６と第２流路孔４７とを構成している。振動部４２は、ダイヤフラム４８と圧電素子４９とを備えている。該流体制御装置４０は、第３の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、弁体４３の構成が異なり、弁体４３は、ポンプ室４５の内側に設けられている。

図５（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部４２を駆動する場合の流体制御装置４０の動作を説明する図である。

振動部４２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、第３の実施形態と同様、図中左側に示すように振動部４２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室４５の内圧が負圧になるとともに、弁体４３に筐体４１の天板から上方に引き上げられるように加振力が働き、加振力から位相遅れが無い同相の状態で弁体４３が上方に変位する。また、図中右側に示すように、振動部４２が天面側に屈曲する際に、ポンプ室４５の内圧が正圧になるとともに、弁体４３に筐体４１の天板から下方に引き下げられるように加振力が働き、加振力から位相遅れが無い同相の状態で弁体４３が下方に変位する。

このとき、この構成では弁体４３が第１流路孔４６の天面側ではなく底面側に設けられているので、弁体４３の動きと第１流路孔４６の開放または遮蔽のタイミングとが、第３の実施形態とは逆になる。即ち、図中左側に示すように弁体４３が上方に変位する際には、弁体４３が第１流路孔４６に近づいて、弁体４３が第１流路孔４６を遮蔽する。このとき、ポンプ室４５の内圧が負圧になっているので、ポンプ室４５には第２流路孔４７を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように弁体４３が下方に変位する際には、弁体４３が第１流路孔４６から遠のいて、弁体４３が第１流路孔４６を開放する。このとき、ポンプ室４５の内圧が正圧になっているので、ポンプ室４５からは第１流路孔４６を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置４０において、振動部４２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部４２が屈曲振動することで弁体４３の上記動作が繰り返され、弁体４３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

図５（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部４２を駆動する場合の流体制御装置４０の動作を説明する図である。

振動部４２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際にも、図中左側に示すように振動部４２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室４５の内圧が負圧になるとともに、弁体４３に筐体４１の天板から上方に引き上げるような加振力が働く。また、図中右側に示すように、振動部４２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室４５の内圧が正圧になるとともに、弁体４３に筐体４１の天板から下方に押し下げるような加振力が働く。

しかしながら、振動部４２は構造共振周波数ｆ０よりも高い高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動するので、図中左側に示すように、弁体４３を上方に引き上げるような加振力が働く際には、弁体４３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で下方に変位し、第１流路孔４６から遠のいて第１流路孔４６を開放する。このとき、ポンプ室４５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室４５には第１流路孔４６を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、弁体４３を下方に押し下げるような加振力が働く際には、弁体４３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で上方に変位し、第１流路孔４６に近づいて第１流路孔４６を遮蔽する。このとき、ポンプ室４５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室４５からは第２流路孔４７を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置４０において、振動部４２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部４２が屈曲振動することで弁体４３の上記動作が繰り返され、弁体４３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置４０においても、振動部４２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体４３の振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《本発明の第５実施形態》
以下、本発明の第５実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図６（Ａ）は、本発明の第５実施形態に係る流体制御装置５０の模式的な断面図である。流体制御装置５０は、筐体５１と振動部５２と弁体５３と制御部５４とを備えている。筐体５１は、ポンプ室５５と第１流路孔５６と第２流路孔５７とを構成している。振動部５２は、ダイヤフラム５８と圧電素子５９とを備えている。該流体制御装置５０は、第１の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、弁体５３の構成が異なっている。具体的には、弁体５３は、固定部位（変位しない部位）に弾性支持されており、振動部５２に直接支持されていない。したがって、弁体５３は、筐体５１を介して振動部５２の振動が伝わらないように構成されている。この場合、弁体５３は、筐体５１を介して伝わる振動では無く、第１流路孔５６の開口部付近での流体圧の変動を介して振動部５２から振動が伝わることになる。

図６（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部５２を駆動する場合の流体制御装置５０の動作を説明する図である。

振動部５２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、第１の実施形態と同様、図中左側に示すように振動部５２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室５５の内圧が負圧になるとともに、この負圧によって弁体５３を下方に引き下げるような加振力が働くので、弁体５３が下方に変位し、弁体５３が第１流路孔５６に近づいて第１流路孔５６を遮蔽し、第２流路孔５７からポンプ室５５に外部の流体を吸入する。また、図中右側に示すように、振動部５２が天面側に屈曲する際に、ポンプ室５５の内圧が正圧になるとともに、この正圧によって弁体５３に上方に押し上げるような加振力が働くので、弁体５３が上方に変位し、弁体５３が第１流路孔５６から遠のいて第１流路孔５６を開放し、ポンプ室５５の流体を第１流路孔５６から吐出する。

このため、流体制御装置５０において、振動部５２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部５２が屈曲振動することで弁体５３の上記動作が繰り返され、弁体５３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

図６（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部５２を駆動する場合の流体制御装置５０の動作を説明する図である。

振動部５２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際には、図中左側に示すように振動部５２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室５５の内圧が負圧になるとともに、この負圧によって弁体５３に下方に引き下げられるように加振力が働くが、この加振力から位相遅れが生じて逆相の状態となるため、弁体５３は上方に変位し、弁体５３が第１流路孔５６から遠のいて第１流路孔５６を開放し、第１流路孔５６からポンプ室５５に外部の流体を吸入する。また、図中右側に示すように、振動部５２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室５５の内圧が正圧になるとともに、この正圧によって弁体５３に上方に押し上げられるように加振力が働くが、この加振力から位相遅れが生じて逆相の状態となるため、弁体５３は下方に変位し、弁体５３が第１流路孔５６に近づいて第１流路孔５６を遮蔽し、ポンプ室５５の流体を第２流路孔５７から吐出する。

このため、流体制御装置５０において、振動部５２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部５２が屈曲振動することで弁体５３の上記動作が繰り返され、弁体５３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置５０においても、振動部５２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体５３の振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《本発明の第６実施形態》
以下、本発明の第６実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図７（Ａ）は、本発明の第６実施形態に係る流体制御装置６０の模式的な断面図である。流体制御装置６０は、筐体６１と振動部６２と弁体６３Ａ，６３Ｂと制御部６４とを備えている。筐体６１は、ポンプ室６５と流路孔６６Ａ，６６Ｂとを構成している。振動部６２は、ダイヤフラム６８と圧電素子６９とを備えている。該流体制御装置６０は、第１の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、流路孔６６Ａと流路孔６６Ｂとのそれぞれに、弁体６３Ａ，６３Ｂを設けている。そして、弁体６３Ａ，６３Ｂが対応する流路孔６６Ａ，６６Ｂを開放するタイミングと遮蔽するタイミングとが逆になるように、弁体６３Ａはポンプ室６５の内側に配置し、弁体６３Ｂはポンプ室６５の外側に配置している。このため、弁体６３Ａは第２の実施形態と同様の構成および動作になり、弁体６３Ｂは第１の実施形態と同様の構成および動作になる。

図７（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部６２を駆動する場合の流体制御装置６０の動作を示す図である。

振動部６２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、図中左側に示すように振動部６２が底面側に屈曲する際にポンプ室６５の内圧が負圧になる。そして、弁体６３Ａは、第２の実施形態と同様に下方に変位し、流路孔６６Ａから遠のいて流路孔６６Ａを開放する。また、弁体６３Ｂは、第１の実施形態と同様に下方に変位し、流路孔６６Ｂに近づいて流路孔６６Ｂを遮蔽する。したがって、ポンプ室６５には流路孔６６Ａを介して外部の流体が吸入されることになる。

一方、図中右側に示すように振動部６２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室６５の内圧が正圧になる。そして、弁体６３Ａは、第２の実施形態と同様に上方に変位し、流路孔６６Ａに近づいて流路孔６６Ａを遮蔽する。また、弁体６３Ｂは、第１の実施形態と同様に上方に変位し、流路孔６６Ｂから遠のいて流路孔６６Ｂを開放する。これにより、ポンプ室６５からは流路孔６６Ｂを介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置６０において、振動部６２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部６２が屈曲振動することで弁体６３Ａ，６３Ｂの上記動作が繰り返され、弁体６３Ａ側から流体を吸入して弁体６３Ｂ側から流体を吐出する流体の流れが定常的に生じるようになる。

図７（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部６２を駆動する場合の流体制御装置６０の動作を示す図である。

振動部６２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、図中左側に示すように振動部６２が底面側に屈曲する際にポンプ室６５の内圧が負圧になる。そして、弁体６３Ａは、第２の実施形態と同様に上方に変位し、流路孔６６Ａに近づいて流路孔６６Ａを遮蔽する。また、弁体６３Ｂは、第１の実施形態と同様に上方に変位し、流路孔６６Ｂから遠のいて流路孔６６Ｂを開放する。したがって、ポンプ室６５には流路孔６６Ｂを介して外部の流体が吸入されることになる。

一方、図中右側に示すように振動部６２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室６５の内圧が正圧になる。そして、弁体６３Ａは、第２の実施形態と同様に下方に変位し、流路孔６６Ａから遠のいて流路孔６６Ａを開放する。また、弁体６３Ｂは、第１の実施形態と同様に下方に変位し、流路孔６６Ｂに近づいて流路孔６６Ｂを遮蔽する。これにより、ポンプ室６５からは流路孔６６Ａを介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置６０において、振動部６２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部６２が屈曲振動することで弁体６３Ａ，６３Ｂの上記動作が繰り返され、弁体６３Ｂ側から流体を吸入して弁体６３Ａ側から流体を吐出する流体の流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置６０においても、振動部６２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体６３Ａ，６３Ｂの振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《第１実施例》
以下、前述の第５の実施形態で示した模式構成に対応する本発明の第１実施例を詳細に説明する。

図８は、本発明の実施例に係る流体制御装置５０の天面側から視た外観斜視図である。図９は、図８に示す流体制御装置５０の底面側からみた外観斜視図である。図１０は、図８に示す流体制御装置５０のＳ−Ｓ線での断面図である。

流体制御装置５０は、前述のように、筐体５１と振動部５２と弁体５３と制御部５４とを備えている。

筐体５１は、ポンプ室５５と第１流路孔５６とを構成している。筐体５１および振動部５２は、互いに貼り合わせられており、全体として円盤状に構成されている。筐体５１は、器状に構成されており、内側にポンプ室５５が設けられ、天面中央に第１流路孔５６が設けられている。ポンプ室５５は半径よりも高さの低い円筒形状である。振動部５２は、筐体５１の底面側に貼り付けられている。

振動部５２は、ダイヤフラム５８と圧電素子５９とを備えている。また、振動部５２は、第２流路孔５７を構成している。ダイヤフラム５８は、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）からなる。ダイヤフラム５８は、圧電素子５９よりも半径が大きい円板状であり、底面側中央部に圧電素子５９が貼り付けられている。また、ダイヤフラム５８は、圧電素子５９を取り囲むように外周部に沿って第２流路孔５７が設けられている。圧電素子５９は、円板状であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成されている。圧電素子５９の両主面には、図示していない電極が形成されている。圧電素子５９は、印加される駆動電圧に応じて面内方向に伸縮する圧電性を有している。したがって、圧電素子５９が伸縮すると、ダイヤフラム５８には同心円状の屈曲振動が生じ、ダイヤフラム５８の中央部が上下に屈曲するように振動することになる。ダイヤフラムの外周部は、第２流路孔５７が大きな面積を占めるように設けられているため、ダイヤフラムと筐体の連結は弱い。したがって、ダイヤフラムの屈曲振動は天面側へほとんど伝わらない。

弁体５３は、筐体５１の第１流路孔５６の天面側開口部に付設している。弁体５３は、円形の部材に中心からから切り込みを設けた形状である。弁体５３の外側端は、筐体５１の天面に対して角度を付けた状態で固定している。弁体５３の内側端は複数有り、それぞれ第１流路孔５６の開口部に対面している。弁体５３は、金属板からなり、内側端の上下方向の振動が構造共振周波数ｆ０となるようなバネ弾性を有している。このように、弁体５３は、第１流路孔５６の天面側の開口部付近で筐体５１の天面に弾性支持されているので、ポンプ室５５における内圧の変動が第１流路孔５６を介して伝わることにより、内側端が上下方向に振動することになる。

制御部５４は、圧電素子５９に印加する駆動電圧を、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替える。これにより、流体制御装置５０において、流体を弁体５３側から吐出する吐出方向の流れと、流体を弁体５３側から吸入する吸入方向の流れとを駆動周波数の切り替えによって制御することができる。

また、ここでは、制御部５４は、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈを、ポンプ室５５の音響共振周波数に合わせる。特には、低周波数側周波数ｆ_Ｌを、ポンプ室５５の低次の音響共振周波数に合わせ、高周波数側周波数ｆ_Ｈを、ポンプ室５５の高次の音響共振周波数に合わせる。ポンプ室５５の音響共振周波数とは、ポンプ室５５の中心部で発生した圧力振動と、その圧力振動が外周部側に伝搬して反射し、再びポンプ室５５の中心部に到達する圧力振動とが共振する周波数のことである。このようにすると、少なくとも平面方向の中心部付近が屈曲振動の腹となり、少なくとも平面方向の外周部付近が屈曲振動の節となる。すなわち、ポンプ室５５において、平面方向に定在波状の圧力分布が生じることになる。このことにより、ポンプ室５５の平面方向の中心部に対向して設けられている第１流路孔５６の近傍では、流体の圧力変動が大きくなり、ポンプ室５５の平面方向の外周部に対向して設けられている第２流路孔５７の近傍では、流体の圧力変動がほとんどなくなる。したがって、第２流路孔５７をポンプ室５５の平面方向の外周部に連通させておけば、第２流路孔５７に弁などを設けなくても、第２流路孔５７を介した圧力損失が生じることがなくなる。したがって、第２流路孔５７を任意の形状やサイズとすることができ、流体の流量などを稼ぐことなどが可能になる。

《第２実施例》
以下、前述の第６の実施形態で示した模式構成に対応する本発明の第２実施例を詳細に説明する。

図１１は、本発明の実施例に係る流体制御装置６０の断面図である。

流体制御装置６０は、前述のように、筐体６１と振動部６２と弁体６３Ａ，６３Ｂと制御部６４とを備えている。

筐体６１は、ポンプ室６５と流路孔６６Ａ，６６Ｂとを構成している。筐体６１は、器状に構成されており、内側にポンプ室６５が設けられ、天面の一部に流路孔６６Ａ，６６Ｂが設けられている。

振動部６２は、筐体６１の底面側に貼り付けられている。振動部６２は、ダイヤフラム６８と圧電素子６９とを備えている。圧電素子６９は、印加される駆動電圧に応じて面内方向に伸縮する圧電性を有している。したがって、圧電素子６９が伸縮すると、ダイヤフラム６８には同心円状の屈曲振動が生じ、ダイヤフラム６８の中央部が上下に屈曲するように振動することになる。そして、該流体制御装置６０においては、ダイヤフラム６８の振動が筐体６１に伝わることによって、筐体６１にも中央部が上下に屈曲するような振動が生じることになる。

弁体６３Ａは、筐体６１の流路孔６６Ａの底面側の開口部に付設している。弁体６３Ｂは、筐体６１の流路孔６６Ｂの天面側の開口部に付設している。弁体６３Ａ，６３Ｂは、それぞれ金属板からなり、上下方向の振動が構造共振周波数ｆ０となるようなバネ弾性を有している。

この構成においては、弁体６３Ａ，６３Ｂをいずれも筐体６１の天板に設けているが、流路孔６６Ａは天板の底面側に設け、流路孔６６Ｂは天板の天面側に設けているので、弁体６３Ａと弁体６３Ｂとで、流路孔６６Ａ，６６Ｂを開放するタイミングと、流路孔６６Ａ，６６Ｂを遮蔽するタイミングとを逆のタイミングにすることができる。

したがって、制御部６４で、圧電素子６９に印加する駆動電圧を、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えることにより、流体制御装置６０において、流体が流れる方向を駆動周波数の切り替えによって制御することができる。

《第３実施例》
以下、前述の第３の実施形態で示した模式構成と第６の実施形態で示した模式構成とを複合した変形例に対応する本発明の第３実施例を詳細に説明する。

図１２は、本発明の実施例に係る流体制御装置７０の断面図である。

流体制御装置７０は、筐体７１と振動部７２と弁体７３Ａ，７３Ｂと制御部７４とを備えている。

筐体７１は、ポンプ室７５と流路孔７６Ａとを構成している。筐体７１は、器状に構成されており、内側にポンプ室７５が設けられ、天面の一部に流路孔７６Ａが設けられている。

振動部７２は、筐体７１の底面側に貼り付けられている。振動部７２は、ダイヤフラム７８と圧電素子７９とを備えている。ダイヤフラム７８の底面側には圧電素子７９が貼り付けられており、また、ダイヤフラム７８において、圧電素子７９を囲む外周側の領域には、流路孔７６Ｂが設けられている。圧電素子７９は、印加される駆動電圧に応じて面内方向に伸縮する圧電性を有している。したがって、圧電素子７９が伸縮すると、ダイヤフラム７８には同心円状の屈曲振動が生じ、ダイヤフラム７８の中央部が上下に屈曲するように振動することになる。

弁体７３Ａは、筐体７１の流路孔７６Ａの天面側の開口部に付設している。弁体７３Ｂは、振動部７２の流路孔７６Ｂの天面側の開口部に付設している。弁体７３Ａ，７３Ｂは、それぞれ金属板からなり、上下方向の振動が構造共振周波数ｆ０となるようなバネ弾性を有している。

この構成においては、弁体７３Ａ，７３Ｂをいずれも流路孔７６，７７の天面側に設けているが、流路孔７６が設けられる筐体７１の天板と、流路孔７７が設けられるダイヤフラム７８とでは、振動の方向が反対方向になるように振動が生じるので、弁体７３Ａと弁体７３Ｂとで、流路孔７６，７７を開放するタイミングと、流路孔７６，７７を遮蔽するタイミングとを逆のタイミングにすることができる。

したがって、制御部７４で、圧電素子７９に印加する駆動電圧を、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えることにより、流体制御装置７０において、流体を弁体７３側から吐出する吐出方向の流れと、流体を弁体７３側から吸入する吸入方向の流れとを駆動周波数の切り替えによって制御することができる。

≪第４実施例≫
以下、前述の第２実施例の更なる変形例に対応する本発明の第４実施例を詳細に説明する。

ここで示す流体制御装置６０は、前述の構成と同様な構成であるが、制御部６４において、低周波数側周波数ｆ_Ｌを振動部６２の１次モードの構造共振周波数ｆ１に合わせる。また、高周波数側周波数ｆ_Ｈを、振動部６２の２次モードの構造共振周波数ｆ２に合わせる。このために、振動部６２や弁体６３Ａ，６３Ｂの各部寸法および材質は、振動部６２の１次モードの構造共振周波数ｆ１が弁体６３Ａ，６３Ｂの構造共振周波数ｆ０に対してより低い周波数となり、振動部６２の２次モードの構造共振周波数ｆ２が弁体６３Ａ，６３Ｂの構造共振周波数ｆ０に対してより高い周波数となるように設定している。

このように、振動部６２の１次モードの構造共振周波数ｆ１や２次モードの構造共振周波数ｆ２で、振動部６２を振動させることにより、振動部６２に生じる振動振幅を共振現象により最大化することができる。したがって、弁体６３Ａ，６３Ｂに伝わる振動を大きくすることができ、弁体６３Ａ，６３Ｂを確実に動作させることができる。また、ポンプ効率を向上させることもできる。

図１３は、１次モードの構造共振周波数ｆ１で動作している状態での、流体制御装置６０の断面図である。また、図１４は、２次モードの構造共振周波数ｆ２で動作している状態での、流体制御装置６０の断面図である。なお、ここでは主に筐体６１を介して振動が伝わることにより、弁体６３Ａ，６３Ｂが振動する場合を例に説明を行う。

振動部６２を１次モードの構造共振周波数ｆ１で振動させる場合（低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合）には、図１３（Ａ）に示すように、振動部６２の中央部が底面側に屈曲する際に、筐体６１の天板の中央部が天面側に屈曲し、ポンプ室６５の容積が最も増大する。また、図１３（Ｂ）に示すように、振動部６２の中央部が天面側に屈曲する際に、筐体６１の天板の中央部が底面側に屈曲し、ポンプ室６５の容積が最も減少する。

そして、図１３（Ａ）に示す状態では、筐体６１の天板の底面側に設けられている弁体６３Ａには、上方に引き上げるような加振力が働く。ここでは、振動部６２は低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動しているために、弁体６３Ａは加振力に対して位相の遅れが無く上方に変位する。したがって、弁体６３Ａが流路孔６６Ａに近づいて流路孔６６Ａを遮蔽する。一方、筐体６１の天板の天面側に設けられている弁体６３Ｂにも、上方に押し上げるような加振力が働く。ここでも、弁体６３Ｂは加振力に対して位相の遅れが無く上方に変位する。したがって、弁体６３Ｂは流路孔６６Ｂから遠のいて流路孔６６Ｂを開放する。これにより、ポンプ室６５には流路孔６６Ｂを介して外部の流体が吸入される。

また、図１３（Ｂ）に示す状態では、筐体６１の天板の底面側に設けられている弁体６３Ａに下方に押し下げるような加振力が働く。ここでも、弁体６３Ａは加振力に対して位相の遅れが無く下方に変位する。したがって、弁体６３Ａが流路孔６６Ａから遠のいて流路孔６６Ａを開放する。一方、筐体６１の天板の天面側に設けられている弁体６３Ｂにも下方に引き下げるような加振力が働く。ここでも、弁体６３Ｂは加振力に対して位相の遅れが無く下方に変位する。したがって、弁体６３Ｂは流路孔６６Ｂに近づいて流路孔６６Ｂを遮蔽する。これにより、ポンプ室６５からは流路孔６６Ａを介して外部に流体が吐出される。

このため、流体制御装置６０において、振動部６２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部６２が屈曲振動することで弁体６３Ａ，６３Ｂの上記動作が繰り返され、弁体６３Ｂ側から流体を吸入し、弁体６３Ａ側から流体を吐出する流れが定常的に生じるようになる。

また、振動部６２を２次モードの構造共振周波数ｆ２で振動させる場合（高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合）には、図１４（Ａ）に示すように、振動部６２の中央部が底面側に屈曲する際に、振動部６２の中央部よりも外周側の領域が天面側に屈曲する。また、図１４（Ｂ）に示すように、振動部６２の中央部が天面側に屈曲する際に、振動部６２の中央部よりも外周側の領域が底面側に屈曲する。このように、２次モードの振動では、ポンプ室５５の中央部付近の領域と、振動部６２の中央部よりも外周側の領域とが、互いに逆方向に屈曲する。振動部６２の中央部の領域に比べると、振動部６２の外周側の領域のほうがより面積が大きいため、ポンプ室６５の全体の容積は、振動部６２の中央部が底面側に屈曲する際に最も減少し、振動部６２の中央部が天面側に屈曲する際に最も増加する傾向を持つ。ここで、筐体６１の天板において流路孔６６Ａ，６６Ｂは、振動部６２の外周側の領域に対向するような位置に配置されている。

図１４（Ａ）に示す状態では、天板の外周側の領域が底面側に屈曲することにより、天板の外周側の領域の底面側に設けられている弁体６３Ａには、下方に押し下げるような加振力が働く。ここでは、振動部６２は高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動しているために、弁体６３Ａは加振力に対して位相の遅れが生じて、加振力とは逆に上方に変位する。したがって、弁体６３Ａが流路孔６６Ａに近づいて流路孔６６Ａを遮蔽する。一方、天板の外周側領域の天面側に設けられている弁体６３Ｂにも、下方に引き下げるような加振力が働く。ここでは、弁体６３Ｂでも加振力に対して位相の遅れが生じて、加振力とは逆に上方に変位する。したがって、弁体６３Ｂは流路孔６６Ｂから遠のいて流路孔６６Ｂを開放する。このような弁体６３Ａと弁体６３Ｂとの開閉状態は、図１３（Ａ）の状態と同じであるが、振動部６２の２次モードの振動時には１次モードの振動時とは逆に、ポンプ室６５の中央部付近の領域が底面側に屈曲する状態のときにポンプ室６５の全体の容積が最も減少する。このため、ポンプ室６５からは流路孔６６Ｂを介して外部に流体が吐出される。

また、図１４（Ｂ）に示す状態では、天板の外周側の領域が天面側に屈曲することにより、天板の外周側の領域の底面側に設けられている弁体６３Ａには、上方に引き上げるような加振力が働く。ここでは、弁体６３Ａは加振力に対して位相の遅れが生じて、加振力とは逆に下方に変位する。したがって、弁体６３Ａが流路孔６６Ａから遠のいて流路孔６６Ａを開放する。一方、天板の外周側領域の天面側に設けられている弁体６３Ｂにも、上方に押し上げるような加振力が働く。ここでは、弁体６３Ｂでも加振力に対して位相の遅れが生じて、加振力とは逆に下方に変位する。したがって、弁体６３Ｂは流路孔６６Ｂに近づいて流路孔６６Ｂを遮蔽する。このような弁体６３Ａと弁体６３Ｂとの開閉状態は、図１３（Ｂ）の状態と同じであるが、振動部６２の２次モードの振動時には１次モードの振動時とは逆に、ポンプ室５５の中央部付近の領域が天面側に屈曲する状態のときにポンプ室６５の全体の容積が最も増加する。このため、ポンプ室６５には流路孔６６Ａを介して外部から流体が吸入される。

このため、流体制御装置６０において、振動部６２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部６２が屈曲振動することで弁体６３Ａ，６３Ｂの上記動作が繰り返され、弁体６３Ａ側から流体を吸入し、弁体６３Ｂ側から流体を吐出する流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置６０においても、振動部６２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、流れの方向を反転させることができる。

以上の各実施形態や各実施例に示したように、本発明は実施することができる。ただし、上記の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，２０，３０，４０，５０，６０…流体制御装置
１１，２１，３１，４１，５１，６１…筐体
１２，２２，３２，４２，５２，６２…振動部
１３，２３，３３，４３，５３，６３Ａ，６３Ｂ…弁体
１４，２４，３４，４４，５４，６４…制御部
１５，２５，３５，４５，５５，６５…ポンプ室
１６，１７，２６，２７，３６，３７，４６，４７，５６，５７，６６Ａ，６６Ｂ…流路孔
１８，２８，３８，４８，５８，６８…ダイヤフラム
１９，２９，３９，４９，５９，６９…圧電素子

この発明は、気体に圧力変動を生じさせるポンプと、流路の開閉や気体の流れの方向づけを行うバルブとを備える気体制御装置に関する。

マイクロブロアのような気体制御装置では、気体に圧力変動を生じさせるポンプと、気体の圧力変動に応じて流路の開閉や流れの方向づけを行う受動バルブと、が用いられることがあった（例えば特許文献１参照。）。特許文献１に開示された受動バルブは、バルブ室内にフィルムを設けて構成されている。フィルムは、気体制御装置の流路で気体が順方向に流れ始めると流路孔を開放し、逆に、流路で気体が逆方向に流れ始めると流路孔を塞ぐように変位（変形）する。したがって、この受動バルブは、気体の圧力変動に応じて流路を開閉し、流れの方向づけを行う。

上記の受動バルブとポンプとを用いる気体制御装置では、ポンプの停止時に受動バルブで気体の流れが阻害されて、受動バルブに接続される圧力室の内圧が開放され難くなることがあった。例えば、ポンプの停止時に圧力室の内圧によっては受動バルブのフィルムが流路孔を塞ぐように変位することがあった。この場合、圧力室の内圧を開放することができないことや、受動バルブでのリークによって圧力室の内圧が除々に開放されて内圧がゆっくりと開放されるようなことがあった。

そこで、圧力室の内圧を速やかに開放するために、流路の開閉を動的に（能動的に）制御することができる能動バルブが用いられることがあった。

特開２０１２−５２８９８０号公報

能動バルブには、流路の開放や遮蔽を行う弁体と、弁体を駆動する弁駆動部と、弁駆動部を制御する制御部と、を設ける必要がある。このため、能動バルブは受動バルブに比べて構成が複雑でコストやサイズが大きくなり易かった。

その上、気体制御装置のポンプが圧電駆動型などの高周波駆動するものである場合、能動バルブを用いるには弁駆動源も高周波駆動させる必要があり、高周波駆動する能動バルブとポンプとで動作タイミングを高精度に合わせることは容易でなかった。

そこで、本発明の目的は、小型かつ低コストに能動バルブを構成することができ、その上、高周波駆動しても能動バルブとポンプの動作タイミングを容易に合わせることができる気体制御装置を提供することにある。

本発明の気体制御装置は、ポンプ室と前記ポンプ室に通じる流路とを構成する筐体と、振動することにより前記ポンプ室の気体の圧力に変動を生じさせる振動部と、前記流路の開口部に近づいた位置と前記流路の開口部から遠のいた位置との間で前記振動部または前記筐体に弾性変位自在に支持される弁体と、前記振動部の駆動周波数を、前記弁体が前記振動部と同じ位相で振動する第１周波数と、前記弁体が前記振動部と逆の位相で振動する第２周波数と、のいずれかに切り替える制御部と、を備える。

この構成では、弁体が弾性変位自在に支持されているので、弁体に筐体の振動や気体の圧力の変動が伝わることにより、弁体が振動部の駆動周波数で振動する。すなわち、ポンプ室で気体の圧力（以下、内圧と称する。）が変動する周期に合わせて、弁体が流路の開口部に近づいたり遠のいたりする。すると、例えば、ポンプ室の内圧が正圧のときに弁体が流路の開口部から遠のいて流路を開放し、ポンプ室の内圧が負圧のときに弁体が流路の開口部に近づいて流路を遮蔽するようにすれば、ポンプ室から弁体側に気体を吐出するように、流れを方向づけ（以下、この方向を吐出方向という。）することができる。または、ポンプ室の内圧が正圧のときに弁体が流路の開口部に近づいて流路を遮蔽し、ポンプ室の内圧が負圧のときに弁体が流路の開口部から遠のいて流路を開放するようにすれば、弁体側からポンプ室に気体を吸入するように、流れを方向づけ（以下、この方向を吸入方向という。）することができる。

このような弁体の動作が、ポンプ室の内圧を変動させる振動部の振動を駆動源として生じることになるので、能動バルブの弁駆動部として振動部を用いてポンプ動作と駆動源を共用することができ、能動バルブの機能を小型かつ低コストに実現することができる。また、ポンプ室での内圧の変動と弁体の動作とが確実に同期することになり、振動部を高周波駆動する場合にも、弁体と振動部とで動作タイミングがずれることがなくなる。

さらには、周波数制御部で、振動部の駆動周波数を第１周波数と第２周波数とのいずれかに切り替えることで、弁体の振動状態を変更することができる。具体的には、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、弁体の振動の位相が反転し、弁体が流路の開口部に近づくタイミングと、弁体が流路の開口部から遠のくタイミングとが入れ替わる。したがって、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、気体の流れを吐出方向と吸入方向とで切り替えることが可能になる。また、吐出方向と吸入方向とのうちの一方での流れを他方での流れよりも弱いものにしておけば、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、弁体を動かした状態のままポンプ室の吐出側や吸入側に接続される閉空間の内圧を開放することができる。

また、前記流路は、前記ポンプ室を間に介して互いに通じる第１の流路と第２の流路とを含み、前記弁体は、前記第１の流路に付設された第１の弁体と前記第２の流路に付設された第２の弁体とを含んでもよい。この場合、前記第１の弁体と前記第２の弁体とは、一方が前記流路の開口部に近づいた位置にあるときに、他方が前記流路の開口部から遠のいた位置にあることが好ましい。これにより、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、ポンプ室が第１の流路から気体を吸入して第２の流路から気体を吐出する状態と、ポンプ室が第２の流路から気体を吸入して第１の流路から気体を吐出する状態と、を切り替えることができる。

また、前記弁体は、一方端側で固定されて他端側が揺動する金属板であることが好ましい。これにより、簡易な構成で弾性変位する弁体を実現できる。

また、前記第１周波数または前記第２周波数は、前記振動部の構造共振周波数であることが好ましい。特には、前記第１周波数は、前記振動部の低次の構造共振周波数であり、前記第２周波数は、前記振動部の高次の構造共振周波数であることが好ましい。これにより、振動部を構造共振させることができ、振動部の振動振幅を最大化してポンプ効率を高めることができる。

また、ポンプ室は半径よりも高さの低い円筒形であり、前記弁体が付設される流路孔は、前記ポンプ室の中央付近に設けられていることが好ましい。特には、前記第１周波数または前記第２周波数は、前記ポンプ室の音響共振周波数であることが好ましい。更には、前記第１周波数は、前記ポンプ室の低次の音響共振周波数であり、前記第２周波数は、前記ポンプ室の高次の音響共振周波数であることが好ましい。この構成では、ポンプ室を音響共振させることができ、ポンプ室の音響振動の振幅、即ち、ポンプ室の内圧の変化を最大化して、ポンプ効率を高めることができる。

また、前記振動部は、駆動電圧の印加により振動する圧電素子を備えることが好ましい。

本発明によれば、振動部の駆動周波数を切り替えることにより、気体の流れを切り替えたり、弁体を動かした状態のままポンプ室の吐出側や吸入側に接続される閉空間の内圧を開放したりする能動バルブの機能を実現することができる。そして、ポンプの機能と能動バルブの機能を共用の駆動源によって実現するので、能動バルブの機能を小型かつ低コストに実現することができ、また、振動部を高周波駆動する場合にも弁体と振動部とで動作タイミングがずれることがない。

弁体に作用する加振力の周波数と加振力に対する弁体の振動の位相差との関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第２実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発-明の第３実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第４実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第５実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第６実施形態に係る流体制御装置の模式図である。 本発明の第１実施例に係る流体制御装置の天面側から視た外観斜視図である。 図８に示す流体制御装置の底面側から視た外観斜視図である。 図８に示す流体制御装置の断面図である。 本発明の第２実施例に係る流体制御装置の断面図である。 本発明の第３実施例に係る流体制御装置の断面図である。 本発明の第４実施例に係る流体制御装置を１次モードの周波数で動作させた状態を示す断面図である。 本発明の第４実施例に係る流体制御装置を２次モードの周波数で動作させた状態を示す断面図である。

《本発明の動作原理》
まず、本発明が利用する動作原理の一部について簡単に説明する。

図１は、弁体に作用する加振力の周波数と加振力に対する弁体の振動の位相差との関係を示すグラフである。

一般に、本発明の弁体のように弾性支持される構造体は、外部からの加振力が作用することにより、加振力の周波数と一致する周波数で振動する。そして、該構造体は、構造共振周波数ｆ０を有し、加振力の周波数が構造共振周波数ｆ０と一致する場合には、加振力に共振して振動振幅が最大化する。

該構造体を構造共振周波数ｆ０よりも低い周波数ｆ_Ｌの加振力で振動させる場合、構造体は加振力との位相差が略ゼロの状態、即ち、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で振動することになる。一方、該構造体を構造共振周波数ｆ０よりも高い周波数ｆ_Ｈの加振力で振動させる場合、構造体は加振力との位相差が-π［rad］である状態、即ち、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で振動することになる。したがって、加振力の周波数が構造共振周波数ｆ０を超えて変わることで、構造体の振動位相は反転することになる。本発明は、このような加振力の周波数と振動位相との関係を利用し、加振力の周波数を制御することにより流体制御装置における流体の流れを制御する。

《本発明の第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図２（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１０の模式的な断面図である。流体制御装置１０は、筐体１１と振動部１２と弁体１３と制御部１４とを備えている。

筐体１１は、ポンプ室１５と第１流路孔１６と第２流路孔１７とを構成している。ポンプ室１５は、筐体１１の内側に設けている。第１流路孔１６は、筐体１１の天面の一部に設けている。第２流路孔１７は、筐体１１の側壁の一部に設けている。ポンプ室１５は、第１流路孔１６と第２流路孔１７とのそれぞれを介して外部空間に連通している。

振動部１２は、筐体１１の底面に取り付けられている。振動部１２は、ダイヤフラム１８と圧電素子１９とを備えている。ダイヤフラム１８は薄板状であり、筐体１１の底面に貼り付けられ、ポンプ室１５に面している。圧電素子１９は薄板状であり、ダイヤフラム１８の底面に貼り付けられている。圧電素子１９は、面内方向に伸縮する圧電性を有している。また、振動部１２は、ダイヤフラム１８と圧電素子１９とが貼り合わさることで、いわゆるユニモルフ構造を構成している。したがって、振動部１２は、圧電素子１９が逆圧電効果によって伸縮することで、中央部分が上下に屈曲振動し、ポンプ室１５の内圧を変動させる。

弁体１３は、第１流路孔１６の天面側の開口部付近に設けている。弁体１３は、上下方向に振動するようにダイヤフラム１８に弾性支持されており、構造共振周波数ｆ０を有している。そして、弁体１３は、第１流路孔１６の開口部に当接する位置と、第１流路孔１６の開口部から天面側に離間する位置との間で弾性変位自在である。弁体１３は、静定状態での釣り合い位置を、第１流路孔１６の開口部に当接する位置と、第１流路孔１６の開口部から天面側に離間する位置との間の中間位置としている。

制御部１４は、圧電素子１９に交流の駆動電圧を印加する。制御部１４は、弁体１３の構造共振周波数ｆ０よりも低い周波数である低周波数側周波数ｆ_Ｌを有する駆動電圧Ｖ１、または、弁体１３の構造共振周波数ｆ０よりも高い周波数である高周波数側周波数ｆ_Ｈを有する駆動電圧Ｖ２を選択して圧電素子１９に印加する。したがって、制御部１４は、圧電素子１９の駆動電圧の周波数、すなわち振動部１２の駆動周波数を、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替える機能を有している。

図２（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部１２を駆動する場合の流体制御装置１０の動作を説明する図である。

振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動すると、圧電素子１９が逆圧電効果によって面内方向に伸縮する。圧電素子１９が面内方向に伸びようとする際には、図中左側に示すように、圧電素子１９の伸びがダイヤフラム１８を厚み方向の底面側に凸になるように屈曲させる。これにより、ポンプ室１５の容積が膨張し、ポンプ室１５の内圧が低下して負圧になる。一方、圧電素子１９が面内方向に縮もうとする際には、図中右側に示すように、圧電素子１９の縮みがダイヤフラム１８を厚み方向の天面側に凸になるように屈曲させる。これにより、ポンプ室１５の容積が収縮し、ポンプ室１５の内圧が増加して正圧になる。

このように振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、振動部１２に弾性支持されている弁体１３に振動部１２の振動が加振力として伝わり、弁体１３も振動するようになる。振動部１２が底面側に屈曲する際には、弁体１３は振動部１２から下方に引き下げられるような加振力が働く。また、振動部１２が天面側に屈曲する際には、弁体１３は振動部１２から上方に押し上げられるような加振力が働く。

このように弁体１３には振動部１２から加振力が働くので、先に図１を用いて説明したように、加振力の周波数、即ち、振動部１２の駆動周波数が構造共振周波数ｆ０よりも低い低周波数側周波数ｆ_Ｌである場合には、弁体は加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で振動することになる。従って、図中左側に示すように、下方に引き下げるような加振力が弁体１３に働く際には、弁体１３は、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で下方に変位し、第１流路孔１６に近づく。一方、図中右側に示すように、上方に押し上げるような加振力が弁体１３に働く際には、弁体１３は、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で上方に変位し、第１流路孔１６から遠のく。

このため、図中左側に示すように振動部１２が底面側に屈曲する際には、弁体１３が第１流路孔１６を遮蔽する。そして、このときにポンプ室１５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室１５には第２流路孔１７を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、振動部１２が天面側に屈曲する際には、弁体１３が第１流路孔１６を開放する。そして、このときにポンプ室１５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室１５からは第１流路孔１６を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置１０において振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部１２が屈曲振動することで、弁体１３の上記動作が繰り返され、弁体１３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

図２（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部１２を駆動する場合の流体制御装置１０の動作を説明する図である。

振動部１２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際には、振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際と同様、図中左側に示すように振動部１２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室１５の内圧が負圧になるとともに、弁体１３に振動部１２から下方に引き下げられるような加振力が働く。また、図中右側に示すように、振動部１２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室１５の内圧が正圧になるとともに、弁体１３に振動部１２から上方に押し上げられるような加振力が働く。

しかしながら、振動部１２を構造共振周波数ｆ０よりも高い高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、先に図１を用いて説明したように、弁体は加振力に対して位相遅れが生じて逆相の状態で振動することになる。従って、図中左側に示すように、下方に引き下げるような加振力が弁体１３に働く際には、弁体１３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で上方に変位し、第１流路孔１６から遠のいて第１流路孔１６を開放する。このとき、ポンプ室１５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室１５には第１流路孔１６を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、上方に押し上げるような加振力が弁体１３に働く際には、弁体１３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で下方に変位して、第１流路孔１６に近づいて第１流路孔１６を遮蔽する。このとき、ポンプ室１５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室１５からは第２流路孔１７を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置１０において振動部１２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部１２が屈曲振動することで弁体１３の上記動作が繰り返され、弁体１３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

以上に示したように、流体制御装置１０においては、振動部１２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体１３の振動位相（動作タイミング）を反転させることができる。したがって、該流体制御装置１０では、流体の流れを吐出方向または吸入方向に切り替えることや、一方の駆動周波数で吸入方向または吐出方向の流れを生じさせながら、他方の駆動周波数では弁体を動かした状態のままポンプ室の吸入側や吐出側に接続される閉空間の内圧を開放するような流体の制御を行うことができる。

そして、ポンプ室１５の内圧を変動させる振動部１２の振動を駆動源として弁体１３の動作が生じるので、共用する駆動源によってポンプの機能と能動バルブの機能を実現することができ、能動バルブの機能を小型かつ低コストに実現することができる。また、ポンプ室１５での内圧の変動と弁体１３の動作とが確実に同期することになり、振動部１２を高周波駆動する場合にも、弁体１３と振動部１２とで動作タイミングがずれることがなくなる。

《本発明の第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置２０の模式的な断面図である。流体制御装置２０は、筐体２１と振動部２２と弁体２３と制御部２４とを備えている。筐体２１は、ポンプ室２５と第１流路孔２６と第２流路孔２７とを構成している。振動部２２は、ダイヤフラム２８と圧電素子２９とを備えている。該流体制御装置２０は、第１の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、弁体２３の構成が異なり、ポンプ室２５の内側に弁体２３を設けている。

図３（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部２２を駆動する場合の流体制御装置２０の動作を説明する図である。

振動部２２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、第１の実施形態と同様、図中左側に示すように振動部２２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室２５の内圧が負圧になるとともに、弁体２３に振動部２２から下方に引き下げられるような加振力が働き、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で弁体２３が下方に変位する。また、図中右側に示すように、振動部２２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室２５の内圧が正圧になるとともに、弁体２３に振動部２２から上方に押し上げられるように加振力が働き、加振力に対して位相遅れが無い同相の状態で弁体２３が上方に変位する。

このとき、この構成では弁体２３が第１流路孔２６の天面側ではなく底面側に設けられているので、弁体２３の動きと第１流路孔２６の開放または遮蔽のタイミングとが、第１の実施形態とは逆になる。即ち、図中左側に示すように弁体２３が下方に変位する際には、弁体２３が第１流路孔２６から遠のいて、弁体２３が第１流路孔２６を開放する。このとき、ポンプ室２５の内圧が負圧になっているので、ポンプ室２５には第１流路孔２６を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように弁体２３が上方に変位する際には、弁体２３が第１流路孔２６に近づいて、弁体２３が第１流路孔２６を遮蔽する。このとき、ポンプ室２５の内圧が正圧になっているので、ポンプ室２５からは第２流路孔２７を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置２０において、振動部２２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部２２が屈曲振動することで弁体２３の上記動作が繰り返され、弁体２３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

図３（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部２２を駆動する場合の流体制御装置２０の動作を説明する図である。

振動部２２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際にも、図中左側に示すように振動部２２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室２５の内圧が負圧になるとともに、弁体２３に振動部２２から下方に引き下げるような加振力が働く。また、図中右側に示すように、振動部２２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室２５の内圧が正圧になるとともに、弁体２３に振動部２２から上方に押し上げるような加振力が働く。

しかしながら、振動部２２は構造共振周波数ｆ０よりも高い高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動するので、図中左側に示すように下方に引き下げるような加振力が弁体２３に働く際には、弁体２３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で上方に変位し、第１流路孔２６に近づいて第１流路孔２６を遮蔽する。このとき、ポンプ室２５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室２５には第２流路孔２７を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、上方に押し上げるような加振力が弁体２３に働く際には、弁体２３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で下方に変位し、第１流路孔２６から遠のいて第１流路孔２６を開放する。このとき、ポンプ室２５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室２５からは第１流路孔２６を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置２０において振動部２２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部２２が屈曲振動することで弁体２３の上記動作が繰り返され、弁体２３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

以上に示したように、流体制御装置２０においても、振動部２２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体２３の振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《本発明の第３実施形態》
以下、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図４（Ａ）は、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３０の模式的な断面図である。流体制御装置３０は、筐体３１と振動部３２と弁体３３と制御部３４とを備えている。筐体３１は、ポンプ室３５と第１流路孔３６と第２流路孔３７とを構成している。振動部３２は、ダイヤフラム３８と圧電素子３９とを備えている。該流体制御装置３０は、第１の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、弁体３３の構成が異なっている。具体的には、弁体３３は、筐体３１の天面に弾性支持されている。そして、筐体３１の天板は、振動部３２の振動が伝わって、振動部３２とは反対方向に変位するように振動する。

図４（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部３２を駆動する場合の流体制御装置３０の動作を説明する図である。

振動部３２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、第１の実施形態と同様、図中左側に示すように振動部３２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室３５の内圧が負圧になる。また、図中右側に示すように、振動部３２が天面側に屈曲する際には、第１の実施形態と同様、ポンプ室３５の内圧が正圧になる。

しかしながら、第１の実施形態とは異なり、弁体３３は、振動部３２とは反対方向に変位する筐体３１の天板に支持されているので、図中左側に示すように振動部３２が底面側に屈曲する際には、筐体３１の天板が天面側に屈曲し、弁体３３に筐体３１の天板から上方に押し上げられるような加振力が働き、弁体３３が上方に変位して第１流路孔３６から遠のき、第１流路孔３６を開放する。このとき、ポンプ室３５の内圧が負圧になっているので、ポンプ室３５には第１流路孔３６を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように振動部３２が天面側に屈曲する際には、筐体３１の天板が底面側に屈曲し、弁体３３に筐体３１の天板から下方に引き下げるような加振力が働き、弁体３３が下方に変位して第１流路孔３６に近づき、第１流路孔３６を遮蔽する。このとき、ポンプ室３５の内圧が正圧になっているので、ポンプ室３５からは第２流路孔３７を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置３０において、振動部３２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部３２が屈曲振動することで弁体３３の上記動作が繰り返され、弁体３３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

図４（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部３２を駆動する場合の流体制御装置３０の動作を説明する図である。

振動部３２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際にも、図中左側に示すように振動部３２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室３５の内圧が負圧になるとともに、筐体３１の天板が天面側に屈曲し、弁体３３に筐体３１の天板から上方に押し上げられるように加振力が働く。また、図中右側に示すように、振動部３２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室３５の内圧が正圧になるとともに、筐体３１の天板が底面側に屈曲し、弁体３３に筐体３１の天板から下方に引き下げられるように加振力が働く。

しかしながら、振動部３２は構造共振周波数ｆ０よりも高い高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動するので、図中左側に示すように筐体３１の天板が天面側に屈曲する際には、弁体３３は、加振力から位相遅れが生じた逆相の状態で下方に変位して、第１流路孔３６に近づいて、弁体３３が第１流路孔３６を遮蔽する。このとき、ポンプ室３５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室３５には第２流路孔３７を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、筐体３１の天板が底面側に屈曲する際には、弁体３３は、加振力から位相遅れが生じた逆相の状態で上方に変位して、第１流路孔３６から遠のいて、弁体３３が第１流路孔３６を開放する。このとき、ポンプ室３５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室３５からは第１流路孔３６を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置３０において、振動部３２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部３２が屈曲振動することで弁体３３の上記動作が繰り返され、弁体３３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置３０においても、振動部３２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体３３の振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《本発明の第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図５（Ａ）は、本発明の第４実施形態に係る流体制御装置４０の模式的な断面図である。流体制御装置４０は、筐体４１と振動部４２と弁体４３と制御部４４とを備えている。筐体４１は、ポンプ室４５と第１流路孔４６と第２流路孔４７とを構成している。振動部４２は、ダイヤフラム４８と圧電素子４９とを備えている。該流体制御装置４０は、第３の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、弁体４３の構成が異なり、弁体４３は、ポンプ室４５の内側に設けられている。

図５（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部４２を駆動する場合の流体制御装置４０の動作を説明する図である。

振動部４２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、第３の実施形態と同様、図中左側に示すように振動部４２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室４５の内圧が負圧になるとともに、弁体４３に筐体４１の天板から上方に引き上げられるように加振力が働き、加振力から位相遅れが無い同相の状態で弁体４３が上方に変位する。また、図中右側に示すように、振動部４２が天面側に屈曲する際に、ポンプ室４５の内圧が正圧になるとともに、弁体４３に筐体４１の天板から下方に引き下げられるように加振力が働き、加振力から位相遅れが無い同相の状態で弁体４３が下方に変位する。

このとき、この構成では弁体４３が第１流路孔４６の天面側ではなく底面側に設けられているので、弁体４３の動きと第１流路孔４６の開放または遮蔽のタイミングとが、第３の実施形態とは逆になる。即ち、図中左側に示すように弁体４３が上方に変位する際には、弁体４３が第１流路孔４６に近づいて、弁体４３が第１流路孔４６を遮蔽する。このとき、ポンプ室４５の内圧が負圧になっているので、ポンプ室４５には第２流路孔４７を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように弁体４３が下方に変位する際には、弁体４３が第１流路孔４６から遠のいて、弁体４３が第１流路孔４６を開放する。このとき、ポンプ室４５の内圧が正圧になっているので、ポンプ室４５からは第１流路孔４６を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置４０において、振動部４２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部４２が屈曲振動することで弁体４３の上記動作が繰り返され、弁体４３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

図５（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部４２を駆動する場合の流体制御装置４０の動作を説明する図である。

振動部４２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際にも、図中左側に示すように振動部４２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室４５の内圧が負圧になるとともに、弁体４３に筐体４１の天板から上方に引き上げるような加振力が働く。また、図中右側に示すように、振動部４２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室４５の内圧が正圧になるとともに、弁体４３に筐体４１の天板から下方に押し下げるような加振力が働く。

しかしながら、振動部４２は構造共振周波数ｆ０よりも高い高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動するので、図中左側に示すように、弁体４３を上方に引き上げるような加振力が働く際には、弁体４３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で下方に変位し、第１流路孔４６から遠のいて第１流路孔４６を開放する。このとき、ポンプ室４５の内圧は負圧になっているので、ポンプ室４５には第１流路孔４６を介して外部の流体が吸入されることになる。一方、図中右側に示すように、弁体４３を下方に押し下げるような加振力が働く際には、弁体４３は、加振力に対して位相遅れが生じた逆相の状態で上方に変位し、第１流路孔４６に近づいて第１流路孔４６を遮蔽する。このとき、ポンプ室４５の内圧は正圧になっているので、ポンプ室４５からは第２流路孔４７を介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置４０において、振動部４２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部４２が屈曲振動することで弁体４３の上記動作が繰り返され、弁体４３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置４０においても、振動部４２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体４３の振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《本発明の第５実施形態》
以下、本発明の第５実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図６（Ａ）は、本発明の第５実施形態に係る流体制御装置５０の模式的な断面図である。流体制御装置５０は、筐体５１と振動部５２と弁体５３と制御部５４とを備えている。筐体５１は、ポンプ室５５と第１流路孔５６と第２流路孔５７とを構成している。振動部５２は、ダイヤフラム５８と圧電素子５９とを備えている。該流体制御装置５０は、第１の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、弁体５３の構成が異なっている。具体的には、弁体５３は、固定部位（変位しない部位）に弾性支持されており、振動部５２に直接支持されていない。固定部位は本発明の筐体に対応する。したがって、弁体５３は、筐体５１を介して振動部５２の振動が伝わらないように構成されている。この場合、弁体５３は、筐体５１を介して伝わる振動では無く、第１流路孔５６の開口部付近での流体圧の変動を介して振動部５２から振動が伝わることになる。

図６（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部５２を駆動する場合の流体制御装置５０の動作を説明する図である。

振動部５２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する際には、第１の実施形態と同様、図中左側に示すように振動部５２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室５５の内圧が負圧になるとともに、この負圧によって弁体５３を下方に引き下げるような加振力が働くので、弁体５３が下方に変位し、弁体５３が第１流路孔５６に近づいて第１流路孔５６を遮蔽し、第２流路孔５７からポンプ室５５に外部の流体を吸入する。また、図中右側に示すように、振動部５２が天面側に屈曲する際に、ポンプ室５５の内圧が正圧になるとともに、この正圧によって弁体５３に上方に押し上げるような加振力が働くので、弁体５３が上方に変位し、弁体５３が第１流路孔５６から遠のいて第１流路孔５６を開放し、ポンプ室５５の流体を第１流路孔５６から吐出する。

このため、流体制御装置５０において、振動部５２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部５２が屈曲振動することで弁体５３の上記動作が繰り返され、弁体５３側に流体を吐出する吐出方向の流れが定常的に生じるようになる。

図６（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部５２を駆動する場合の流体制御装置５０の動作を説明する図である。

振動部５２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する際には、図中左側に示すように振動部５２が底面側に屈曲する際には、ポンプ室５５の内圧が負圧になるとともに、この負圧によって弁体５３に下方に引き下げられるように加振力が働くが、この加振力から位相遅れが生じて逆相の状態となるため、弁体５３は上方に変位し、弁体５３が第１流路孔５６から遠のいて第１流路孔５６を開放し、第１流路孔５６からポンプ室５５に外部の流体を吸入する。また、図中右側に示すように、振動部５２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室５５の内圧が正圧になるとともに、この正圧によって弁体５３に上方に押し上げられるように加振力が働くが、この加振力から位相遅れが生じて逆相の状態となるため、弁体５３は下方に変位し、弁体５３が第１流路孔５６に近づいて第１流路孔５６を遮蔽し、ポンプ室５５の流体を第２流路孔５７から吐出する。

このため、流体制御装置５０において、振動部５２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部５２が屈曲振動することで弁体５３の上記動作が繰り返され、弁体５３側から流体を吸入する吸入方向の流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置５０においても、振動部５２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体５３の振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《本発明の第６実施形態》
以下、本発明の第６実施形態に係る流体制御装置の模式構成とその動作について説明する。

図７（Ａ）は、本発明の第６実施形態に係る流体制御装置６０の模式的な断面図である。流体制御装置６０は、筐体６１と振動部６２と弁体６３Ａ，６３Ｂと制御部６４とを備えている。筐体６１は、ポンプ室６５と流路孔６６Ａ，６６Ｂとを構成している。振動部６２は、ダイヤフラム６８と圧電素子６９とを備えている。該流体制御装置６０は、第１の実施形態に係る構成とほとんど同じ構成であるが、流路孔６６Ａと流路孔６６Ｂとのそれぞれに、弁体６３Ａ，６３Ｂを設けている。そして、弁体６３Ａ，６３Ｂが対応する流路孔６６Ａ，６６Ｂを開放するタイミングと遮蔽するタイミングとが逆になるように、弁体６３Ａはポンプ室６５の内側に配置し、弁体６３Ｂはポンプ室６５の外側に配置している。このため、弁体６３Ａは第２の実施形態と同様の構成および動作になり、弁体６３Ｂは第１の実施形態と同様の構成および動作になる。

図７（Ｂ）は、低周波数側周波数ｆ_Ｌで振動部６２を駆動する場合の流体制御装置６０の動作を示す図である。

振動部６２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、図中左側に示すように振動部６２が底面側に屈曲する際にポンプ室６５の内圧が負圧になる。そして、弁体６３Ａは、第２の実施形態と同様に下方に変位し、流路孔６６Ａから遠のいて流路孔６６Ａを開放する。また、弁体６３Ｂは、第１の実施形態と同様に下方に変位し、流路孔６６Ｂに近づいて流路孔６６Ｂを遮蔽する。したがって、ポンプ室６５には流路孔６６Ａを介して外部の流体が吸入されることになる。

一方、図中右側に示すように振動部６２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室６５の内圧が正圧になる。そして、弁体６３Ａは、第２の実施形態と同様に上方に変位し、流路孔６６Ａに近づいて流路孔６６Ａを遮蔽する。また、弁体６３Ｂは、第１の実施形態と同様に上方に変位し、流路孔６６Ｂから遠のいて流路孔６６Ｂを開放する。これにより、ポンプ室６５からは流路孔６６Ｂを介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置６０において、振動部６２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部６２が屈曲振動することで弁体６３Ａ，６３Ｂの上記動作が繰り返され、弁体６３Ａ側から流体を吸入して弁体６３Ｂ側から流体を吐出する流体の流れが定常的に生じるようになる。

図７（Ｃ）は、高周波数側周波数ｆ_Ｈで振動部６２を駆動する場合の流体制御装置６０の動作を示す図である。

振動部６２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、図中左側に示すように振動部６２が底面側に屈曲する際にポンプ室６５の内圧が負圧になる。そして、弁体６３Ａは、第２の実施形態と同様に上方に変位し、流路孔６６Ａに近づいて流路孔６６Ａを遮蔽する。また、弁体６３Ｂは、第１の実施形態と同様に上方に変位し、流路孔６６Ｂから遠のいて流路孔６６Ｂを開放する。したがって、ポンプ室６５には流路孔６６Ｂを介して外部の流体が吸入されることになる。

一方、図中右側に示すように振動部６２が天面側に屈曲する際には、ポンプ室６５の内圧が正圧になる。そして、弁体６３Ａは、第２の実施形態と同様に下方に変位し、流路孔６６Ａから遠のいて流路孔６６Ａを開放する。また、弁体６３Ｂは、第１の実施形態と同様に下方に変位し、流路孔６６Ｂに近づいて流路孔６６Ｂを遮蔽する。これにより、ポンプ室６５からは流路孔６６Ａを介して外部に流体が吐出されることになる。

したがって、流体制御装置６０において、振動部６２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部６２が屈曲振動することで弁体６３Ａ，６３Ｂの上記動作が繰り返され、弁体６３Ｂ側から流体を吸入して弁体６３Ａ側から流体を吐出する流体の流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置６０においても、振動部６２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、弁体６３Ａ，６３Ｂの振動位相（動作タイミング）および流れの方向を反転させることができる。

《第１実施例》
以下、前述の第５の実施形態で示した模式構成に対応する本発明の第１実施例を詳細に説明する。

図８は、本発明の実施例に係る流体制御装置５０の天面側から視た外観斜視図である。図９は、図８に示す流体制御装置５０の底面側からみた外観斜視図である。図１０は、図８に示す流体制御装置５０のＳ−Ｓ線での断面図である。

流体制御装置５０は、前述のように、筐体５１と振動部５２と弁体５３と制御部５４とを備えている。

筐体５１は、ポンプ室５５と第１流路孔５６とを構成している。筐体５１および振動部５２は、互いに貼り合わせられており、全体として円盤状に構成されている。筐体５１は、器状に構成されており、内側にポンプ室５５が設けられ、天面中央に第１流路孔５６が設けられている。ポンプ室５５は半径よりも高さの低い円筒形状である。振動部５２は、筐体５１の底面側に貼り付けられている。

振動部５２は、ダイヤフラム５８と圧電素子５９とを備えている。また、振動部５２は、第２流路孔５７を構成している。ダイヤフラム５８は、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）からなる。ダイヤフラム５８は、圧電素子５９よりも半径が大きい円板状であり、底面側中央部に圧電素子５９が貼り付けられている。また、ダイヤフラム５８は、圧電素子５９を取り囲むように外周部に沿って第２流路孔５７が設けられている。圧電素子５９は、円板状であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成されている。圧電素子５９の両主面には、図示していない電極が形成されている。圧電素子５９は、印加される駆動電圧に応じて面内方向に伸縮する圧電性を有している。したがって、圧電素子５９が伸縮すると、ダイヤフラム５８には同心円状の屈曲振動が生じ、ダイヤフラム５８の中央部が上下に屈曲するように振動することになる。ダイヤフラムの外周部は、第２流路孔５７が大きな面積を占めるように設けられているため、ダイヤフラムと筐体の連結は弱い。したがって、ダイヤフラムの屈曲振動は天面側へほとんど伝わらない。

弁体５３は、筐体５１の第１流路孔５６の天面側開口部に付設している。弁体５３は、円形の部材に中心からから切り込みを設けた形状である。弁体５３の外側端は、筐体５１の天面に対して角度を付けた状態で固定している。弁体５３の内側端は複数有り、それぞれ第１流路孔５６の開口部に対面している。弁体５３は、金属板からなり、内側端の上下方向の振動が構造共振周波数ｆ０となるようなバネ弾性を有している。このように、弁体５３は、第１流路孔５６の天面側の開口部付近で筐体５１の天面に弾性支持されているので、ポンプ室５５における内圧の変動が第１流路孔５６を介して伝わることにより、内側端が上下方向に振動することになる。

制御部５４は、圧電素子５９に印加する駆動電圧を、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替える。これにより、流体制御装置５０において、流体を弁体５３側から吐出する吐出方向の流れと、流体を弁体５３側から吸入する吸入方向の流れとを駆動周波数の切り替えによって制御することができる。

また、ここでは、制御部５４は、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈを、ポンプ室５５の音響共振周波数に合わせる。特には、低周波数側周波数ｆ_Ｌを、ポンプ室５５の低次の音響共振周波数に合わせ、高周波数側周波数ｆ_Ｈを、ポンプ室５５の高次の音響共振周波数に合わせる。ポンプ室５５の音響共振周波数とは、ポンプ室５５の中心部で発生した圧力振動と、その圧力振動が外周部側に伝搬して反射し、再びポンプ室５５の中心部に到達する圧力振動とが共振する周波数のことである。このようにすると、少なくとも平面方向の中心部付近が屈曲振動の腹となり、少なくとも平面方向の外周部付近が屈曲振動の節となる。すなわち、ポンプ室５５において、平面方向に定在波状の圧力分布が生じることになる。このことにより、ポンプ室５５の平面方向の中心部に対向して設けられている第１流路孔５６の近傍では、流体の圧力変動が大きくなり、ポンプ室５５の平面方向の外周部に対向して設けられている第２流路孔５７の近傍では、流体の圧力変動がほとんどなくなる。したがって、第２流路孔５７をポンプ室５５の平面方向の外周部に連通させておけば、第２流路孔５７に弁などを設けなくても、第２流路孔５７を介した圧力損失が生じることがなくなる。したがって、第２流路孔５７を任意の形状やサイズとすることができ、流体の流量などを稼ぐことなどが可能になる。

《第２実施例》
以下、前述の第６の実施形態で示した模式構成に対応する本発明の第２実施例を詳細に説明する。

図１１は、本発明の実施例に係る流体制御装置６０の断面図である。

流体制御装置６０は、前述のように、筐体６１と振動部６２と弁体６３Ａ，６３Ｂと制御部６４とを備えている。

筐体６１は、ポンプ室６５と流路孔６６Ａ，６６Ｂとを構成している。筐体６１は、器状に構成されており、内側にポンプ室６５が設けられ、天面の一部に流路孔６６Ａ，６６Ｂが設けられている。

振動部６２は、筐体６１の底面側に貼り付けられている。振動部６２は、ダイヤフラム６８と圧電素子６９とを備えている。圧電素子６９は、印加される駆動電圧に応じて面内方向に伸縮する圧電性を有している。したがって、圧電素子６９が伸縮すると、ダイヤフラム６８には同心円状の屈曲振動が生じ、ダイヤフラム６８の中央部が上下に屈曲するように振動することになる。そして、該流体制御装置６０においては、ダイヤフラム６８の振動が筐体６１に伝わることによって、筐体６１にも中央部が上下に屈曲するような振動が生じることになる。

弁体６３Ａは、筐体６１の流路孔６６Ａの底面側の開口部に付設している。弁体６３Ｂは、筐体６１の流路孔６６Ｂの天面側の開口部に付設している。弁体６３Ａ，６３Ｂは、それぞれ金属板からなり、上下方向の振動が構造共振周波数ｆ０となるようなバネ弾性を有している。

この構成においては、弁体６３Ａ，６３Ｂをいずれも筐体６１の天板に設けているが、流路孔６６Ａは天板の底面側に設け、流路孔６６Ｂは天板の天面側に設けているので、弁体６３Ａと弁体６３Ｂとで、流路孔６６Ａ，６６Ｂを開放するタイミングと、流路孔６６Ａ，６６Ｂを遮蔽するタイミングとを逆のタイミングにすることができる。

したがって、制御部６４で、圧電素子６９に印加する駆動電圧を、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えることにより、流体制御装置６０において、流体が流れる方向を駆動周波数の切り替えによって制御することができる。

《第３実施例》
以下、前述の第３の実施形態で示した模式構成と第６の実施形態で示した模式構成とを複合した変形例に対応する本発明の第３実施例を詳細に説明する。

図１２は、本発明の実施例に係る流体制御装置７０の断面図である。

流体制御装置７０は、筐体７１と振動部７２と弁体７３Ａ，７３Ｂと制御部７４とを備えている。

筐体７１は、ポンプ室７５と流路孔７６Ａとを構成している。筐体７１は、器状に構成されており、内側にポンプ室７５が設けられ、天面の一部に流路孔７６Ａが設けられている。

振動部７２は、筐体７１の底面側に貼り付けられている。振動部７２は、ダイヤフラム７８と圧電素子７９とを備えている。ダイヤフラム７８の底面側には圧電素子７９が貼り付けられており、また、ダイヤフラム７８において、圧電素子７９を囲む外周側の領域には、流路孔７６Ｂが設けられている。圧電素子７９は、印加される駆動電圧に応じて面内方向に伸縮する圧電性を有している。したがって、圧電素子７９が伸縮すると、ダイヤフラム７８には同心円状の屈曲振動が生じ、ダイヤフラム７８の中央部が上下に屈曲するように振動することになる。

弁体７３Ａは、筐体７１の流路孔７６Ａの天面側の開口部に付設している。弁体７３Ｂは、振動部７２の流路孔７６Ｂの天面側の開口部に付設している。弁体７３Ａ，７３Ｂは、それぞれ金属板からなり、上下方向の振動が構造共振周波数ｆ０となるようなバネ弾性を有している。

この構成においては、弁体７３Ａ，７３Ｂをいずれも流路孔７６，７７の天面側に設けているが、流路孔７６が設けられる筐体７１の天板と、流路孔７７が設けられるダイヤフラム７８とでは、振動の方向が反対方向になるように振動が生じるので、弁体７３Ａと弁体７３Ｂとで、流路孔７６，７７を開放するタイミングと、流路孔７６，７７を遮蔽するタイミングとを逆のタイミングにすることができる。

したがって、制御部７４で、圧電素子７９に印加する駆動電圧を、低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えることにより、流体制御装置７０において、流体を弁体７３側から吐出する吐出方向の流れと、流体を弁体７３側から吸入する吸入方向の流れとを駆動周波数の切り替えによって制御することができる。

≪第４実施例≫
以下、前述の第２実施例の更なる変形例に対応する本発明の第４実施例を詳細に説明する。

ここで示す流体制御装置６０は、前述の構成と同様な構成であるが、制御部６４において、低周波数側周波数ｆ_Ｌを振動部６２の１次モードの構造共振周波数ｆ１に合わせる。また、高周波数側周波数ｆ_Ｈを、振動部６２の２次モードの構造共振周波数ｆ２に合わせる。このために、振動部６２や弁体６３Ａ，６３Ｂの各部寸法および材質は、振動部６２の１次モードの構造共振周波数ｆ１が弁体６３Ａ，６３Ｂの構造共振周波数ｆ０に対してより低い周波数となり、振動部６２の２次モードの構造共振周波数ｆ２が弁体６３Ａ，６３Ｂの構造共振周波数ｆ０に対してより高い周波数となるように設定している。

このように、振動部６２の１次モードの構造共振周波数ｆ１や２次モードの構造共振周波数ｆ２で、振動部６２を振動させることにより、振動部６２に生じる振動振幅を共振現象により最大化することができる。したがって、弁体６３Ａ，６３Ｂに伝わる振動を大きくすることができ、弁体６３Ａ，６３Ｂを確実に動作させることができる。また、ポンプ効率を向上させることもできる。

図１３は、１次モードの構造共振周波数ｆ１で動作している状態での、流体制御装置６０の断面図である。また、図１４は、２次モードの構造共振周波数ｆ２で動作している状態での、流体制御装置６０の断面図である。なお、ここでは主に筐体６１を介して振動が伝わることにより、弁体６３Ａ，６３Ｂが振動する場合を例に説明を行う。

振動部６２を１次モードの構造共振周波数ｆ１で振動させる場合（低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合）には、図１３（Ａ）に示すように、振動部６２の中央部が底面側に屈曲する際に、筐体６１の天板の中央部が天面側に屈曲し、ポンプ室６５の容積が最も増大する。また、図１３（Ｂ）に示すように、振動部６２の中央部が天面側に屈曲する際に、筐体６１の天板の中央部が底面側に屈曲し、ポンプ室６５の容積が最も減少する。

そして、図１３（Ａ）に示す状態では、筐体６１の天板の底面側に設けられている弁体６３Ａには、上方に引き上げるような加振力が働く。ここでは、振動部６２は低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動しているために、弁体６３Ａは加振力に対して位相の遅れが無く上方に変位する。したがって、弁体６３Ａが流路孔６６Ａに近づいて流路孔６６Ａを遮蔽する。一方、筐体６１の天板の天面側に設けられている弁体６３Ｂにも、上方に押し上げるような加振力が働く。ここでも、弁体６３Ｂは加振力に対して位相の遅れが無く上方に変位する。したがって、弁体６３Ｂは流路孔６６Ｂから遠のいて流路孔６６Ｂを開放する。これにより、ポンプ室６５には流路孔６６Ｂを介して外部の流体が吸入される。

また、図１３（Ｂ）に示す状態では、筐体６１の天板の底面側に設けられている弁体６３Ａに下方に押し下げるような加振力が働く。ここでも、弁体６３Ａは加振力に対して位相の遅れが無く下方に変位する。したがって、弁体６３Ａが流路孔６６Ａから遠のいて流路孔６６Ａを開放する。一方、筐体６１の天板の天面側に設けられている弁体６３Ｂにも下方に引き下げるような加振力が働く。ここでも、弁体６３Ｂは加振力に対して位相の遅れが無く下方に変位する。したがって、弁体６３Ｂは流路孔６６Ｂに近づいて流路孔６６Ｂを遮蔽する。これにより、ポンプ室６５からは流路孔６６Ａを介して外部に流体が吐出される。

このため、流体制御装置６０において、振動部６２を低周波数側周波数ｆ_Ｌで駆動する場合には、振動部６２が屈曲振動することで弁体６３Ａ，６３Ｂの上記動作が繰り返され、弁体６３Ｂ側から流体を吸入し、弁体６３Ａ側から流体を吐出する流れが定常的に生じるようになる。

また、振動部６２を２次モードの構造共振周波数ｆ２で振動させる場合（高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合）には、図１４（Ａ）に示すように、振動部６２の中央部が底面側に屈曲する際に、振動部６２の中央部よりも外周側の領域が天面側に屈曲する。また、図１４（Ｂ）に示すように、振動部６２の中央部が天面側に屈曲する際に、振動部６２の中央部よりも外周側の領域が底面側に屈曲する。このように、２次モードの振動では、ポンプ室５５の中央部付近の領域と、振動部６２の中央部よりも外周側の領域とが、互いに逆方向に屈曲する。振動部６２の中央部の領域に比べると、振動部６２の外周側の領域のほうがより面積が大きいため、ポンプ室６５の全体の容積は、振動部６２の中央部が底面側に屈曲する際に最も減少し、振動部６２の中央部が天面側に屈曲する際に最も増加する傾向を持つ。ここで、筐体６１の天板において流路孔６６Ａ，６６Ｂは、振動部６２の外周側の領域に対向するような位置に配置されている。

図１４（Ａ）に示す状態では、天板の外周側の領域が底面側に屈曲することにより、天板の外周側の領域の底面側に設けられている弁体６３Ａには、下方に押し下げるような加振力が働く。ここでは、振動部６２は高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動しているために、弁体６３Ａは加振力に対して位相の遅れが生じて、加振力とは逆に上方に変位する。したがって、弁体６３Ａが流路孔６６Ａに近づいて流路孔６６Ａを遮蔽する。一方、天板の外周側領域の天面側に設けられている弁体６３Ｂにも、下方に引き下げるような加振力が働く。ここでは、弁体６３Ｂでも加振力に対して位相の遅れが生じて、加振力とは逆に上方に変位する。したがって、弁体６３Ｂは流路孔６６Ｂから遠のいて流路孔６６Ｂを開放する。このような弁体６３Ａと弁体６３Ｂとの開閉状態は、図１３（Ａ）の状態と同じであるが、振動部６２の２次モードの振動時には１次モードの振動時とは逆に、ポンプ室６５の中央部付近の領域が底面側に屈曲する状態のときにポンプ室６５の全体の容積が最も減少する。このため、ポンプ室６５からは流路孔６６Ｂを介して外部に流体が吐出される。

また、図１４（Ｂ）に示す状態では、天板の外周側の領域が天面側に屈曲することにより、天板の外周側の領域の底面側に設けられている弁体６３Ａには、上方に引き上げるような加振力が働く。ここでは、弁体６３Ａは加振力に対して位相の遅れが生じて、加振力とは逆に下方に変位する。したがって、弁体６３Ａが流路孔６６Ａから遠のいて流路孔６６Ａを開放する。一方、天板の外周側領域の天面側に設けられている弁体６３Ｂにも、上方に押し上げるような加振力が働く。ここでは、弁体６３Ｂでも加振力に対して位相の遅れが生じて、加振力とは逆に下方に変位する。したがって、弁体６３Ｂは流路孔６６Ｂに近づいて流路孔６６Ｂを遮蔽する。このような弁体６３Ａと弁体６３Ｂとの開閉状態は、図１３（Ｂ）の状態と同じであるが、振動部６２の２次モードの振動時には１次モードの振動時とは逆に、ポンプ室５５の中央部付近の領域が天面側に屈曲する状態のときにポンプ室６５の全体の容積が最も増加する。このため、ポンプ室６５には流路孔６６Ａを介して外部から流体が吸入される。

このため、流体制御装置６０において、振動部６２を高周波数側周波数ｆ_Ｈで駆動する場合には、振動部６２が屈曲振動することで弁体６３Ａ，６３Ｂの上記動作が繰り返され、弁体６３Ａ側から流体を吸入し、弁体６３Ｂ側から流体を吐出する流れが定常的に生じるようになる。

したがって、流体制御装置６０においても、振動部６２の駆動周波数を低周波数側周波数ｆ_Ｌまたは高周波数側周波数ｆ_Ｈに切り替えるように制御することにより、流れの方向を反転させることができる。

以上の各実施形態や各実施例に示したように、本発明は実施することができる。ただし、上記の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，２０，３０，４０，５０，６０…流体制御装置
１１，２１，３１，４１，５１，６１…筐体
１２，２２，３２，４２，５２，６２…振動部
１３，２３，３３，４３，５３，６３Ａ，６３Ｂ…弁体
１４，２４，３４，４４，５４，６４…制御部
１５，２５，３５，４５，５５，６５…ポンプ室
１６，１７，２６，２７，３６，３７，４６，４７，５６，５７，６６Ａ，６６Ｂ…流路孔
１８，２８，３８，４８，５８，６８…ダイヤフラム
１９，２９，３９，４９，５９，６９…圧電素子

Claims (9)

1. ポンプ室と前記ポンプ室に通じる流路とを構成する筐体と、
   振動することにより前記ポンプ室に内圧の変動を生じさせる振動部と、
   前記流路の開口部に近づいた位置と前記流路の開口部から遠のいた位置との間で弾性変位自在に支持される弁体と、
   前記振動部の駆動周波数を、前記弁体の構造共振周波数に対する低周波数側周波数と、前記弁体の構造共振周波数に対する高周波数側周波数と、のいずれかに切り替える制御部と、
   を備える流体制御装置。
2. 前記流路は、前記ポンプ室を間に介して互いに通じる第１の流路と第２の流路とを含み、
   前記弁体は、前記第１の流路に付設された第１の弁体と前記第２の流路に付設された第２の弁体とを含む、請求項１に記載の流体制御装置。
3. 前記弁体は、一方端側で固定されて他端側が揺動する金属板である、請求項１又は請求項２に記載の流体制御装置。
4. 前記低周波数側周波数または前記高周波数側周波数は、前記振動部の構造共振周波数である、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。
5. 前記低周波数側周波数は、前記振動部の低次の構造共振周波数であり、
   前記高周波数側周波数は、前記振動部の高次の構造共振周波数である、請求項４に記載の流体制御装置。
6. 前記ポンプ室は半径よりも高さの低い円筒形であり、
   前記弁体が付設される流路孔は、前記ポンプ室の中央付近に設けられている、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。
7. 前記低周波数側周波数または前記高周波数側周波数は、前記ポンプ室の音響共振周波数である、請求項６に記載の流体制御装置。
8. 前記低周波数側周波数は、前記ポンプ室の低次の音響共振周波数であり、
   前記高周波数側周波数は、前記ポンプ室の高次の音響共振周波数である、請求項７に記載の流体制御装置。
9. 前記振動部は、駆動電圧の印加により振動する圧電素子を備える、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。

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