JPWO2019230189A1 - 流体制御装置 - Google Patents

Abstract

流体制御装置（１０）は、第１通気口（２５１）を有するケース天板（２２０）とケース側板（２３０）と第２通気口（２６０）を有するケース底板（２１０）とを備えるケース（２００）と、ポンプ本体（１００）と、ポンプ本体（１００）をケース（２００）に対して保持する保持部材（３００）とを備える。ポンプ本体（１００）は、第１主板（１１０）と、第１主板（１１０）の一方主面に対向する第２主板（１２０）と、側板（１３０）と、第１主板（１１０）に配置された駆動部材（１１５）とを備える。第１主板（１１０）は、円環状に配置された複数の第１開口（１０１）を有する。第２主板（１２０）は、第１主板（１１０）よりもケース天板（２２０）側に配置され、平面視において第１通気口（２５１）に重なる位置に第２開口（１０２）を有する。

Description

本発明は、流体を一方向に搬送する流体制御装置に関する。

従来、圧電素子等の駆動体を備えた流体制御装置が各種実用化されている。

特許文献１には、ポンプ室を備える冷却装置（流体制御装置）が記載されている。特許文献１における圧電ポンプは、外部から流入させた気体に慣性を生じさせることによって、ノズルから気体を流出させている。

特開２００９−２５０１３２号公報

しかしながら、特許文献１における流体制御装置の構造では、気体を吸引する際に逆流が生じ、所望の流量を得られない虞がある。

したがって、本発明の目的は、流体の流量が効率的に得られる、流体制御装置を提供することである。

この発明における流体制御装置は、略中央に第１通気口を有するケース天板と該ケース天板に連接するケース側板と該ケース側板に連接し略中央に第２通気口を有するケース底板とを備えるケースと、ケースにおけるケース天板とケース側板とケース底板によって囲まれる空間内に配置されたポンプ本体と、ポンプ本体をケースに対して保持する保持部材とを備える。ポンプ本体は、第１主板と、第１主板の一方主面に対向する一方主面を有する第２主板と、第１主板と第２主板とを接続する側板と、第１主板に配置された駆動部材とを備える。保持部材は、側板とケース側板とを連結する。第１主板は、円環状に配置された複数の第１開口を有する。第２主板は、第１主板よりもケース天板側に配置され、平面視において第１通気口に重なる位置に第２開口を有する。

この構成では、第１開口から流体をポンプ本体に流入させることができるため、第２開口からの流体の流出が増大し、流体制御装置の流量が増大する。

この発明における流体制御装置の第２主板、または、保持部材は第１通気口と第２通気口とを連通する第３開口を有してもよい。

この構成では、流体制御装置から流体が吐出する際に、第３開口から流入した流体が巻き込まれる。このことによって、流体制御装置の流量が増大する。

この発明における流体制御装置は、ケース天板を平面視して、ケース天板は中心から離間した位置に第３通気口を備えており、第２主板は、第３通気口に平面視して重なる、第４開口を有していてもよい。

この構成では、第１通気口による吐出が行われていない間において、第３通気口から流体を吐出することができ、流体制御装置の流量が増大する。

この発明のおける流体制御装置の第２主板は、第１通気口、および、第３通気口に対向しない複数の第５開口を備えていてもよい。

この構成では、ポンプ本体の第２主板から流出する流量が増えるため、流体の流量が増大する。

この発明のおける流体制御装置の第５開口は、第２主板を平面視して、第２開口と第４開口との間にあってもよい。

この構成では、ポンプ本体の第２主板から流出する流量が増えるため、流体の流量が増大する。

この発明における流体制御装置の第４開口は、駆動部材の振動次数に応じて、第１主板の振動の腹に重なるように、円環状に形成されていてもよい。

この構成では、第４開口からの吐出流の流速が高いため、周囲の流体を強く巻き込む事ができ、流体制御装置の流がさらに増大し、圧力がさらに向上する。

この発明における流体制御装置の第５開口は、第１主板の駆動部材の振動次数に応じて、振動の節に重なるように、円環状に形成されていてもよい。

この構成では、第５開口からの逆流を抑制できるため、流体制御装置の流量がさらに増大し、圧力がさらに向上する。

この発明における流体制御装置の第１開口は、第１主板を平面視して、駆動部材よりも外側に形成されていてもよい。

この構成では、第１開口部の形成位置付近において可撓性が高くなることによって振動しやすい。すなわち、より流体を流入しやすい。

この発明によれば、流体の流量が効率的に得られる、流体制御装置を提供できる。

図１（Ａ）は発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０の側面断面図であり、図１（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。 図２（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係るポンプ本体１００を第２主板１２０側から視た分解斜視図である。図２（Ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るポンプ本体１００を第１主板１１０側から視た分解斜視図である。 図３（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０の側面断面図である。図３（Ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る、第２ノズル２５２から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０の側面断面図である。 図４（Ａ）は発明の第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａの側面断面図であり、図４（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。 図５（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係るポンプ本体１００Ａを第２主板１２０Ａ側から視た分解斜視図である。図５（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るポンプ本体１００Ａを第１主板１１０側から視た分解斜視図である。 図６（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ａの側面断面図である。図６（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る、第２ノズル２５２から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ａの側面断面図である。 図７（Ａ）は発明の第３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂの側面断面図であり、図７（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。 図８は本発明の第３の実施形態に係るポンプ本体１００Ｂを第２主板１２０Ｂ側から視た分解斜視図である。 図９（Ａ）は本発明の第３の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｂの側面断面図である。図９（Ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吸入時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｂの側面断面図である。 図１０（Ａ）は発明の第４の実施形態に係る流体制御装置１０Ｃの側面断面図であり、図１０（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。 図１１は本発明の第４の実施形態に係るポンプ本体１００Ｃを第２主板１２０Ｃ側から視た分解斜視図である。 図１２（Ａ）は本発明の第４の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｃの側面断面図である。図１２（Ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吸入時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｃの側面断面図である。 図１３（Ａ）は発明の第５の実施形態に係る流体制御装置１０Ｄの側面断面図であり、図１３（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。 図１４は本発明の第５の実施形態に係るポンプ本体１００Ｄを第２主板１２０Ｄ側から視た分解斜視図である。 図１５（Ａ）は本発明の第５の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｄの側面断面図である。図１５（Ｂ）は本発明の第５の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吸入時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｄの側面断面図である。

（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（Ａ）は発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１０の側面断面図であり、図１（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。図２（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係るポンプ本体１００を第２主板１２０側から視た分解斜視図である。図２（Ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るポンプ本体１００を第１主板１１０側から視た分解斜視図である。図３（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０の側面断面図である。図３（Ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る、第２ノズル２５２から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０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。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、流体制御装置１０は、ポンプ本体１００、ケース２００、保持部材３００を備える。

ポンプ本体１００はケース２００の内部に保持部材３００によって連結されている。ケース天板２２０は第１ノズル２５１、第２ノズル２５２を備える。より具体的な構造、連結方法については後述する。なお、第１ノズル２５１が本発明の第１通気口に対応し、第２ノズル２５２が本発明の第３通気口に対応する。

まず、ポンプ本体１００の構造について説明する。ポンプ本体１００は、第１主板１１０、第２主板１２０、側板１３０を備える。第１主板１１０には、駆動部材１１５が配置されている。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、第１主板１１０および第２主板１２０は円板である。また、側板１３０は円筒である。

側板１３０は、第１主板１１０と第２主板１２０との間に配置されており、第１主板１１０と第２主板１２０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１１０と第２主板１２０との中心は一致している。側板１３０は、このように配置された第１主板１１０と第２主板１２０における周縁を全周に亘って接続している。

この構成によって、ポンプ本体１００は、第１主板１１０、第２主板１２０および側板１３０によって囲まれる円柱形の空間であるポンプ室１４０を有する。

第１主板１１０は複数の第１開口１０１を備える。第１開口１０１は第１主板１１０を貫通する。第１開口１０１は、第１主板１１０を平面視して、円環状に形成されている。より具体的には、第１開口１０１は、第１主板１１０を平面視して駆動部材１１５の外側に形成されている。このことによって、第１開口１０１における流路抵抗を小さくできる。また、駆動部材１１５の割れが抑制される。第１主板１１０は、第１開口１０１の形成位置付近において可撓性が高くなることによって振動しやすい。すなわち、より流体を流入しやすい効果を奏する。

第２主板１２０は第２開口１０２を備える。第２開口１０２は第２主板１２０を貫通する。第２開口１０２は、第２主板１２０を平面視して、中央位置に形成されている。

また、第２主板１２０は、複数の第３開口１０３、複数の第４開口１０４、複数の第５開口１０５を備える。第３開口１０３は、第１主板１１０を平面視して、円環状に形成されている。第４開口１０４は、第１主板１１０を平面視して、円環状に形成されている。第５開口１０５は、第１主板１１０を平面視して、円環状に形成されている。より具体的な形成位置については、後述する。

なお、図１（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、第１ノズル２５１に対向する第２開口１０２を形成する箇所には、凹部ｄ１が円環状に設けられている。また、第２ノズル２５２に対向する第４開口１０４を形成する箇所には、凹部ｄ２が円環状に設けられている。このことによって、第２開口１０２、および第４開口１０４の流路抵抗を下げることができる。また、後述の腹の振動効率が向上する。すなわち、第１ノズル２５１、および第２ノズル２５２からより、多くの流量を得ることができる。

駆動部材１１５は第１主板１１０の第２主板１２０とは反対側の面に配置されている。駆動部材１１５は、圧電素子を有し、図示しない制御部に接続されている。該制御部は、圧電素子に対する駆動信号を生成し、圧電素子に印加する。圧電素子は、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１１０に作用する。これにより、第１主板１１０は屈曲振動する。例えば、第１主板１１０の振動は第１種ベッセル関数の形状を生じる。

このように、第１主板１１０が屈曲振動することによって、ポンプ室１４０の体積、圧力が変化する。

次に、ケース２００の構造について説明する。ケース２００は、ケース底板２１０、ケース天板２２０、ケース側板２３０を備える。ケース底板２１０は中央に流入口２６０を備えている。なお、流入口２６０が本発明の第２通気口に対応する。

ケース側板２３０は、ケース底板２１０とケース天板２２０との間に配置されており、ケース底板２１０とケース天板２２０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、ケース底板２１０とケース天板２２０との中心は一致している。ケース側板２３０は、このように配置されたケース底板２１０とケース天板２２０における周縁を全周に亘って接続している。なお、ケース２００は、ポンプ本体１００を内部に形成できる大きさであればよいが、ポンプ本体１００と相似形であることが好ましい。このことによって、流体制御装置１０の性能が向上する。

ケース天板２２０は第１ノズル２５１を備える。第１ノズル２５１はケース天板２２０の中央位置に形成されている。ケース天板２２０における第１ノズル２５１の形成領域は、第１ノズル２５１の非形成領域よりも厚い。この形成領域の中央に貫通孔が形成されることによって、第１ノズル２５１が形成される。第１ノズル２５１によって、ケース２００の内側と外側は連通している。

また、ケース天板２２０は複数の第２ノズル２５２を備える。第２ノズル２５２は、ケース天板２２０を平面視して、第１ノズル２５１と、ケース側板２３０との間に形成されている。より具体的な形成位置については、後述する。ケース天板２２０における第２ノズル２５２の形成領域は、第２ノズル２５２の非形成領域よりも厚い。この形成領域の中央に貫通孔が形成されることによって、第２ノズル２５２が形成される。第２ノズル２５２によって、ケース２００の内側と外側は連通している。

上述のとおり、ポンプ本体１００と、ケース２００とは保持部材３００を介して連結されている。より具体的には、保持部材３００は、ポンプ本体１００の側板１３０と、ケース２００のケース側板２３０とを連結し、第２主板１２０とケース天板２２０とは平行となるように形成されている。また、ポンプ本体１００の中心と、ケース２００の中心とは平面視して重なるように形成されている。保持部材３００は第２主板１２０と一体形成されていてもよい。

なお、上述のとおり、ポンプ本体１００とケース２００とは、相似形であることによって、ケース２００とポンプ本体１００との間に流路が形成される。

次に、第１開口１０１、第２開口１０２、第３開口１０３、第４開口１０４、第５開口１０５、および、第１ノズル２５１、第２ノズル２５２のより具体的な位置関係について説明する。

図１（Ｂ）に示すように、第１主板１１０の振動は第１種ベッセル関数の波形を示す。第１主板１１０の振動は、第１主板１１０の中心から外縁（側板１３０）に向けて、腹Ａ１、節Ｎ１、腹Ａ２、節Ｎ２を生じる。なお、第１主板１１０の中心位置の腹Ａ１において、最も振幅が大きい。

まず、ポンプ本体１００における、第１開口１０１、第２開口１０２、第３開口１０３、第４開口１０４、第５開口１０５の形成位置について説明する。

第１開口１０１は、第１主板１１０を平面視して、上述のとおり、駆動部材１１５に重ならない位置、すなわち側板１３０に最も近い位置に形成されている。より具体的には、第１開口１０１は節Ｎ２に近い位置、すなわち第１主板１１０の変位が小さい位置に形成されている。

第２開口１０２はポンプ本体１００の第２主板１２０の中央位置に形成されている。より具体的には、第２開口１０２は腹Ａ１に重なる位置に形成されている。

第３開口１０３は、第２主板１２０を平面視して、節Ｎ２に重なる位置に形成されている。また、第３開口１０３は、平面視において、第１開口１０１に重なる位置に形成されていてもよい。第３開口１０３が形成されていることによって、第１ノズル２５１と流入口２６０とは連通する。

第４開口１０４は、第２主板１２０を平面視して、腹Ａ２に重なる位置に形成されている。

第５開口１０５は、第２主板１２０を平面視して、節Ｎ１に重なる位置に形成されている。より具体的には、第２主板１２０を平面視して、第５開口１０５は、第２開口１０２と、第４開口１０４とに挟まれる位置に形成されている。

このことから、第２主板１２０における中央位置から外縁（側板１３０）方向に対して、第２開口１０２、第５開口１０５、第４開口１０４、第３開口１０３の順に形成されている。

次に、ケース２００における、第１ノズル２５１と第２ノズル２５２の具体的な形成位置について説明する。

第１ノズル２５１はケース２００の中央位置に形成されている。上述のとおり、ポンプ本体１００の中心と、ケース２００の中心は重なる。すなわち、第１ノズル２５１は、平面視して、第２開口１０２に重なる位置（腹Ａ１）に形成されている。

第２ノズル２５２は第４開口１０４に平面視して重なる位置に形成されている。すなわち、第２ノズル２５２は腹Ａ２に重なる位置に形成されている。

このことから、流体は、第１ノズル２５１と第２ノズル２５２の両方から吐出され、流量が増大する。

次に、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）を用いて、流体制御装置１０における流体の流れについて説明する。なお、矢印を用いて、流体の流れを示す。

図３（Ａ）に示すように、腹Ａ１において第１主板１１０と第２主板１２０が近接した時、すなわち腹Ａ１においてポンプ室１４０が収縮した時には、第２開口１０２の箇所は局所的に正圧となる。このため、第２開口１０２はポンプ室１４０からポンプ本体１００のケース天板２２０側に流体を吐出する。この流体は、ベンチュリー効果により第５開口１０５からの流体を巻き込んで、第１ノズル２５１から外部に吐出される。この時の第１ノズル２５１における吐出流量をＤＡ１とする。

一方、図３（Ｂ）に示すように、腹Ａ１において第１主板１１０と第２主板１２０が離間した時、すなわち腹Ａ１においてポンプ室１４０が膨張した時には、腹Ａ２においては第１主板１１０と第２主板１２０が近接し、腹Ａ２においてポンプ室１４０が収縮する。そのため、第４開口１０４の箇所は局所的に正圧となる。このため、第４開口１０４はポンプ室１４０からポンプ本体１００のケース天板２２０側に流体を吐出する。この流体は、ベンチュリー効果により第３開口１０３や第５開口１０５からの流体を巻き込んで、第２ノズル２５２から外部に吐出される。この時の第２ノズル２５２における吐出流量をＤＡ２とする。

なお、上述のように腹Ａ１において第１主板１１０と第２主板１２０が近接した時（図３（Ａ））は、腹Ａ２においては第１主板１１０と第２主板１２０が離間し、腹Ａ２においてポンプ室１４０が膨張するため、第４開口１０４の箇所は局所的に負圧となる。このため、第４開口１０４からポンプ室１４０へ流体が流入する。しかしながら、流入する流体の多くは第３開口１０３や第５開口１０５から流出し、第２主板１２０とケース天板２２０の間を通って第４開口１０４から流入する。このことから、第２ノズル２５２からの逆流は、第２ノズル２５２からの吐出流量ＤＡ２より少ない。したがって、第１主板１１０の振動周期全体では、第２ノズル２５２から吐出流量を得ることができる。

また同様に、上述のように腹Ａ１において第１主板１１０と第２主板１２０が離間し、腹Ａ１においてポンプ室１４０が膨張した時（図３（Ｂ））は、第２開口１０２の箇所は局所的に負圧となる。このため、流体は、第２開口１０２からポンプ室１４０へ流入する。しかしながら、流入する流体の多くは第５開口１０５から流出し、第２主板１２０とケース天板２２０の間を通って第２開口１０２から流入するため、第１ノズル２５１からの逆流は、第１ノズル２５１からの吐出流量ＤＡ１より少ない。したがって、第１主板１１０の振動周期全体では、第１ノズル２５１から吐出流量を得ることができる。

第１開口１０１における流体は、次の理由により、定常的にポンプ室１４０へ流入する。第２主板１２０とケース天板２２０の間には、定常的に流速の大きい巻き込み流が生じている。一方、第１開口１０１の外側には巻き込み流が生じていない。そのためベルヌーイの定理が示すように、流速の小さい第１開口１０１の外側は、流速の大きい第２主板１２０とケース天板２２０の間よりも圧力が高いため、第１開口１０１からポンプ室１４０への流体の流入が生じる。

以上のように第１の実施形態に示す流体制御装置１０において、流入口２６０から第１ノズル２５１への流れを生成できる。

また、第１ノズル２５１と、第２ノズル２５２とは吐出タイミングが交互になるため、常時吐出が可能となる。すなわち、流体制御装置１０における、流量は増大する。例えば、流体制御装置１０で発生できる圧力は、８ｋＰａであり、流量は、６Ｌ／ｍｉｎである。

（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４（Ａ）は発明の第２の実施形態に係る流体制御装置１０Ａの側面断面図であり、図４（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。図５（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係るポンプ本体１００Ａを第２主板１２０Ａ側から視た分解斜視図である。図５（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るポンプ本体１００Ａを第１主板１１０側から視た分解斜視図である。図６（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ａの側面断面図である。図６（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る、第２ノズル２５２から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置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。

第２の実施形態における流体制御装置１０Ａは、第１の実施形態における流体制御装置１０と、第３開口１０３が形成されていない点で異なる。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。

本実施形態においては第３開口１０３からの巻き込み流が生じない。しかしながら、第５開口１０５からの巻き込み流があるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（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（Ａ）は発明の第３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂの側面断面図であり、図７（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。図８は本発明の第３の実施形態に係るポンプ本体１００Ｂを第２主板１２０Ｂ側から視た分解斜視図である。図９（Ａ）は本発明の第３の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｂの側面断面図である。図９（Ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吸入時の流体の流れを示した流体制御装置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。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図８、図９（Ａ）、図９（Ｂ）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４開口１０４、第５開口１０５を備えていない点、第２ノズル２５２を備えていない点、第１主板１１０の振動次数が一次振動である点において異なる。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。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図８に示すように、流体制御装置１０Ｂは、ポンプ本体１００Ｂ、ケース２００Ｂ、保持部材３００を備える。

図７（Ｂ）に示すように、第１主板１１０の振動は第１種ベッセル関数の形状に従う。第１主板１１０の振動は、第１主板１１０の中心から外縁（側板１３０）に向けて、腹Ａ１、節Ｎ１を生じる。なお、駆動部材１１５の中心位置の腹Ａ１において、最も振幅が大きい。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、第１開口１０１は、第１主板１１０を平面視して、駆動部材１１５に重ならない位置に形成されている。より具体的には、第１開口１０１は節Ｎ１に近い位置、すなわち第１主板１１０の変位が小さい位置に形成されている。

第２開口１０２はポンプ本体１００Ｂの第２主板１２０Ｂの中央位置に形成されている。より具体的には、第２開口１０２は腹Ａ１に重なる位置に形成されている。

第３開口１０３は、第２主板１２０Ｂを平面視して、第１開口１０１と重なる位置に形成されている。より具体的には、第３開口１０３は節Ｎ１に近い位置に形成されている。

次に、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）を用いて、流体制御装置１０Ｂにおける流体の流れについて説明する。なお、矢印を用いて、流体の流れを示す。

図９（Ａ）に示すように、腹Ａ１において第１主板１１０と第２主板１２０Ｂが近接した時、すなわち腹Ａ１においてポンプ室１４０Ｂが収縮した時には、第２開口１０２の箇所は局所的に正圧となる。このため、第２開口１０２はポンプ室１４０Ｂからポンプ本体１００Ｂのケース天板２２０Ｂ側に流体を吐出する。この流体は、ベンチュリー効果により第３開口１０３からの流体を巻き込んで、第１ノズル２５１から外部に吐出される。この時の第１ノズル２５１における吐出流量をＤＡ３とする。

それに対して、図９（Ｂ）に示すように、腹Ａ１において第１主板１１０と第２主板１２０Ｂが離間した時、すなわち腹Ａ１においてポンプ室１４０Ｂが膨張した時には、第２開口１０２の箇所は局所的に負圧となる。このため、流体は、第２開口１０２からポンプ室１４０Ｂへ流入する。しかしながら、流入する流体の多くは第３開口１０３から流出し、第２主板１２０Ｂとケース天板２２０Ｂの間を通って第２開口１０２から流入する。このことから、第１ノズル２５１からの逆流は、第１ノズル２５１からの吐出流量ＤＡ３より少ない。したがって、第１主板１１０の振動周期全体では、第１ノズル２５１から吐出流量を得ることができる。

第１開口１０１においては、次の理由により、流体は定常的にポンプ室１４０Ｂへ流入する。第２主板１２０Ｂとケース天板２２０Ｂの間には、定常的に流速の大きい巻き込み流が生じている。一方、第１開口１０１の外側には巻き込み流が生じていない。そのためベルヌーイの定理が示すように、流速の小さい第１開口１０１の外側は、流速の大きい第２主板１２０Ｂとケース天板２２０Ｂの間よりも圧力が高い。すなわち、第１開口１０１からポンプ室１４０Ｂへの流体の流入が生じる。

以上のように第３の実施形態に示す流体制御装置１０Ｂにおいて、流入口２６０から第１ノズル２５１への流れを生成することができる。

また、第４開口１０４、第５開口１０５、および第２ノズル２５２が形成されていないことにより、流体制御装置１０Ｂの構成が簡素で安価となる。

なお、本実施形態においては、第１主板１１０の振動次数を一次振動であるとして説明した。しかしながら、二次振動であっても同様の効果が得られる。

（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１０（Ａ）は発明の第４の実施形態に係る流体制御装置１０Ｃの側面断面図であり、図１０（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。図１１は本発明の第４の実施形態に係るポンプ本体１００Ｃを第２主板１２０Ｃ側から視た分解斜視図である。図１２（Ａ）は本発明の第４の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｃの側面断面図である。図１２（Ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吸入時の流体の流れを示した流体制御装置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。

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１１、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）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３の実施形態に係る流体制御装置１０Ｂに対して、第３開口１０３Ｃが保持部材３００Ｃに形成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１０Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１１、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示すように、流体制御装置１０Ｃは、ポンプ本体１００Ｃ、ケース２００Ｃ、保持部材３００Ｃを備える。

この構成においても、第３の実施形態と同様、流入口２６０から第１ノズル２５１への流れを生成することができる。例えば、流体制御装置１０Ｃで発生できる圧力は、５ｋＰａであり、流量は、３Ｌ／ｍｉｎである。

なお、保持部材３００Ｃの剛性は、第３開口１０３Ｃによって低下する。このことから、ポンプ本体１００Ｃの振動は、ケース２００Ｃに漏洩しにくい。したがって、第１主板１１０の振動エネルギーを効率よく活用することができる。

（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１３（Ａ）は発明の第５の実施形態に係る流体制御装置１０Ｄの側面断面図であり、図１３（Ｂ）は第１主板１１０の振動状態の一例を概略的に示す図である。図１４は本発明の第５の実施形態に係るポンプ本体１００Ｄを第２主板１２０Ｄ側から視た分解斜視図である。図１５（Ａ）は本発明の第５の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吐出時の流体の流れを示した流体制御装置１０Ｄの側面断面図である。図１５（Ｂ）は本発明の第５の実施形態に係る、第１ノズル２５１から吸入時の流体の流れを示した流体制御装置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。

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１４、図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）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３開口１０３Ｄが保持部材３００Ｄに形成されている点において異なる。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。

この構成においても、第１の実施形態と同様、流入口２６０から第１ノズル２５１への流れを生成することができる。

なお、この構成においては第３開口１０３Ｄによって保持部材３００Ｄの剛性が低下しているため、ポンプ本体１００Ｄの振動がケース２００Ｄに漏洩しにくい。そのため、第１主板１１０の振動エネルギーを効率よく活用することができる。

なお、上述の構成では、ケース天板にノズルを設ける構成について説明したが、ノズルは必須の構成ではない。例えば、ケース天板と同じ厚さの通気口を設けているのみでも同様の効果を得られる。

上述の構成では、振動板の振動次数を二次振動や一次振動として説明したが、二次振動や一次振動に限らない。例えば、三次振動以上である場合には、振動の腹、節にそれぞれ開口の位置を組み合わせても、同様の効果を得られる。

また、第１、第２、第５の実施形態において、第２開口１０２と第１ノズル２５１を形成していなくてもよい。この場合、第２ノズル２５２からの吐出流量が得られるため、同様の効果を得られる。

なお、上述の全ての構成において、振動板の振動周波数ｆが以下の式に示す範囲である場合に、特に大きな流量が得られる。以下の式において、ｃは、流体の音速であり、ａは、第１開口１０１で囲まれた円環の半径であり、ｋ_０は、Ｊ_０（ｋ_０）＝０を満たす定数である。例えば、室温における空気の状況下では３４０ｍ／ｓであり、ｋ_０は、２．４０，５．５２，８．６５等である。

この場合、ポンプ室内に圧力定在波が発生し、振動板の振動によって生じる圧力変化が増幅される。このことから、大きな振幅の圧力振動がポンプ室内に生成されるため、特に大きな流量が得られる。

なお、振動板の振動周波数ｆは、レーザードップラー変位計等を用いて振動板の振動を測定することによって求めることができる。また、振動周波数ｆは、圧電素子へ投入される交流電圧の基本周波数とも一致しているため、圧電素子に投入される電圧や回路に流れる電流を測定することでも求めることができる。

Ａ１、Ａ２…腹
ｄ１、ｄ２…凹部
Ｎ１、Ｎ２…節
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…流体制御装置
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ…ポンプ本体
１０１…第１開口
１０２…第２開口
１０３、１０３Ｃ、１０３Ｄ…第３開口
１０４…第４開口
１０５…第５開口
１１０…第１主板
１１５…駆動部材
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ…第２主板
１３０…側板
１４０、１４０Ｂ…ポンプ室
２００、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ…ケース
２１０…ケース底板
２２０、２２０Ｂ…ケース天板
２３０…ケース側板
２５１…第１ノズル
２５２…第２ノズル
２６０…流入口
３００、３００Ｃ、３００Ｄ…保持部材

上述のとおり、ポンプ本体１００と、ケース２００とは保持部材３００を介して連結されている。より具体的には、保持部材３００は、ポンプ本体１００において側板１３０によって第１主板１１０に接続されている第２主板１２０と、ケース２００におけるケース側板２３０とを連結し、第２主板１２０とケース天板２２０とは平行となるように形成されている。また、ポンプ本体１００の中心と、ケース２００の中心とは平面視して重なるように形成されている。保持部材３００は第２主板１２０と一体形成されていてもよい。

Claims (8)

1. 略中央に第１通気口を有するケース天板と該ケース天板に連接するケース側板と該ケース側板に連接し略中央に第２通気口を有するケース底板とを備えるケースと、
   前記ケースにおける、前記ケース天板と、前記ケース側板と、前記ケース底板によって囲まれる空間内に配置されたポンプ本体と、
   前記ポンプ本体を、前記ケースに対して保持する、保持部材と、
   を備え、
   前記ポンプ本体は、
   第１主板と、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主板と、前記第１主板と前記第２主板とを接続する側板と、前記第１主板に配置された駆動部材と、
   を備え、
   前記保持部材は、前記側板と前記ケース側板とを連結し、
   前記第１主板は、円環状に配置された複数の第１開口を有し、
   前記第２主板は、前記第１主板よりも前記ケース天板側に配置され、平面視において前記第１通気口に重なる位置に第２開口を有する、
   流体制御装置。
2. 前記第２主板、または、前記保持部材は、
   前記第１通気口と前記第２通気口とを連通する第３開口を有する、請求項１に記載の流体制御装置。
3. 前記ケース天板を平面視して、
   前記ケース天板は、中心から離間した位置に第３通気口を備え、
   前記第２主板は、
   前記第３通気口に平面視して重なる、第４開口を有する、請求項１または請求項２に記載の流体制御装置。
4. 前記第２主板は、
   前記第１通気口、および、前記第３通気口に対向しない、複数の第５開口を備える、請求項３に記載の流体制御装置。
5. 前記第５開口は、
   前記第２主板を平面視して、前記第２開口と前記第４開口との間にある、
   請求項４に記載の流体制御装置。
6. 前記第４開口は、
   前記駆動部材の振動次数に応じて、前記第１主板の振動の腹に重なるように、円環状に形成される、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の流体制御装置。
7. 前記第５開口は、
   前記駆動部材の振動次数に応じて、前記第１主板の振動の節に重なるように、円環状に形成される、請求項４または請求項５に記載の流体制御装置。
8. 前記第１開口は、
   前記第１主板を平面視して、前記駆動部材よりも外側に形成される、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。

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