WO2016121717A1 - バルブ、流体制御装置 - Google Patents

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WO2016121717A1
WO2016121717A1 PCT/JP2016/052078 JP2016052078W WO2016121717A1 WO 2016121717 A1 WO2016121717 A1 WO 2016121717A1 JP 2016052078 W JP2016052078 W JP 2016052078W WO 2016121717 A1 WO2016121717 A1 WO 2016121717A1
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WO
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plate
valve
blower
chamber
blower chamber
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/052078
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
田中伸拓
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to JP2016572031A priority Critical patent/JP6327368B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B45/047—Pumps having electric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic

Definitions

  • the present invention relates to a valve that makes a flow of fluid in one direction, and a fluid control device including the valve.
  • Patent Document 1 discloses a valve 910 that includes two plates 914 and 916 that are close to each other and a flap 917 that is sandwiched between the two plates 914 and 916 as shown in FIG.
  • An arrow 932 in FIG. 19 indicates the flow of air.
  • the plate 916 is provided with a plurality of vent holes 920.
  • the plate 914 is provided with a plurality of ventilation holes 918. Further, the plate 914 is provided with a plurality of auxiliary holes 928.
  • the auxiliary hole 928 has the same shape as the vent hole 920.
  • the plurality of vent holes 918 and the plurality of auxiliary holes 928 communicate with a suction hole of a pump (not shown).
  • the valve 910 opens and closes the vent hole 920 by drawing the flap 917 toward the plate 914 or the plate 916 by wind generated by the pump. Thereby, the valve 910 makes the air flow in one direction.
  • auxiliary hole 928 is provided to accelerate the flap 917 and promote opening and closing of the vent hole 920.
  • an object of the present invention is to provide a valve and a fluid control device capable of easily inspecting a positional deviation between two plates sandwiching a movable plate.
  • the valve of the present invention includes a first plate, a second plate, and a movable plate.
  • the first plate has a first vent hole.
  • a 2nd board comprises the valve chamber which leads to a 1st ventilation hole between the 1st board.
  • the second plate has a second vent hole that communicates with the valve chamber and does not face the first vent hole.
  • the movable plate is provided in the valve chamber so as to be movable between the first plate and the second plate.
  • the movable plate has a third vent hole facing the second vent hole without facing the first vent hole.
  • the second plate has an auxiliary hole that overlaps with the first vent hole when viewed from the main surface opposite to the valve chamber of the first plate. Further, the second plate has an edge portion that overlaps with the first vent hole and surrounds the auxiliary hole when viewed from the main surface opposite to the valve chamber of the first plate.
  • the first vent is opened to the atmosphere, for example.
  • the second vent hole is connected to, for example, a blower suction hole.
  • the flow rate of the gas sucked by the blower can be passed without being reduced as much as possible.
  • the manufacturer looks into the edge from the first vent hole of the first plate and You can fine-tune the position. That is, the manufacturer can easily align the first plate and the second plate.
  • valve having this configuration it is possible to easily inspect the positional deviation between the first plate and the second plate sandwiching the movable plate.
  • the number of auxiliary holes is plural, and the edge portion includes a cross section that divides the auxiliary holes.
  • the movable plate is preferably transparent.
  • the fluid control device of the present invention includes a blower and the above-described valve.
  • the blower has an actuator and a housing.
  • the actuator includes a vibrating body having a first main surface and a second main surface, and a driving body that flexures and vibrates the vibrating body.
  • the casing forms a first blower chamber and a second blower chamber together with the actuator with the vibrating body sandwiched from the thickness direction of the vibrating body.
  • the housing has a discharge hole that allows the first blower chamber to communicate with the outside of the housing, and a suction hole that allows the second blower chamber to communicate with the outside of the housing.
  • the second vent hole of the valve is connected to the suction hole of the blower.
  • the fluid control device of the present invention has the same effect as the valve by including the valve of the present invention described above.
  • the shortest distance a from the central axis of the first blower chamber to the outer periphery of the first blower chamber and the resonance frequency f of the vibrating body indicate the sound velocity of the gas passing through the first blower chamber as c.
  • the vibrating body and the casing are formed such that the first blower chamber has the shortest distance a.
  • the driving body vibrates the vibrating body at the resonance frequency f.
  • the blower having this configuration has a high suction pressure and a high suction flow rate. Can be realized.
  • the driving body is provided on at least one main surface of the first main surface and the second main surface of the vibrating body.
  • the vibrating body bends and vibrates in the first blower chamber and the second blower chamber by one driving body. Therefore, according to this configuration, it is possible to generate approximately twice the suction pressure with one driver without increasing the power consumption.
  • the driver is preferably a piezoelectric element.
  • the piezoelectric element is made of a piezoelectric material, and thus has excellent responsiveness. Therefore, the piezoelectric element can realize high frequency driving.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the fluid control device 111 viewed from the bottom side of the fluid control device 111 shown in FIG. 1. It is a disassembled perspective view of the fluid control apparatus 111 shown in FIG. It is a front view of the center part of the top plate 21 shown in FIG. It is a front view of the center part of the movable plate 24 shown in FIG. It is a front view of the center part of the baseplate 23 shown in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line SS shown in FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the fluid control device 111 taken along the SS line when the fluid control device 111 shown in FIG. 1 is operated at the frequency (fundamental wave) of the primary mode.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing the air flow around the auxiliary hole 49 at the moment shown in FIG. It is a front view of the center part of the baseplate 223 with which the fluid control apparatus 211 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is equipped.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line SS shown in FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing the air flow around the auxiliary hole 49 at the moment shown in FIG.
  • FIG. 12 is a front view of a central portion of a valve 212 to which a top plate 21, a movable plate 24, and a bottom plate 223 shown in FIG. 11 are joined.
  • FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing the air flow around the auxiliary hole 249 while the piezoelectric blower 13 provided in the fluid control device 211 shown in FIG. 11 is driven.
  • It is an external appearance perspective view of the fluid control apparatus 311 which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
  • FIG. 15 is an external perspective view of a diaphragm 141 and a piezoelectric element 47 shown in FIG. 14.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line U-U shown in FIG. 14.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the fluid control device 311 taken along the line UU when the fluid control device 311 shown in FIG. 14 is operated at the frequency (fundamental wave) of the primary mode. It is sectional drawing of the valve
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line U-U shown in FIG. 14.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the fluid control device 311 taken along the line UU when the fluid control device 311 shown in FIG. 14 is operated at the frequency (fundamental wave) of the primary mode. It is sectional drawing of the valve
  • FIG. 1 is an external perspective view of the fluid control device 111 viewed from the top side of the fluid control device 111 according to the first embodiment of the present invention.
  • 2 is an external perspective view of the fluid control device 111 viewed from the bottom side of the fluid control device 111 shown in FIG. 3 is an exploded perspective view of the fluid control device 111 shown in FIG.
  • FIG. 4 is a front view of the central portion of the top plate 21 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the central portion of the movable plate 24 shown in FIG. 6 is a front view of the central portion of the bottom plate 23 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a front view of the central portion of the valve 12 in which the top plate 21, the movable plate 24, and the bottom plate 23 shown in FIG. 3 are joined.
  • 8 is a cross-sectional view taken along line SS shown in FIG.
  • the fluid control device 111 includes a valve 12, a piezoelectric blower 13, and a control unit 14 (see FIG. 8).
  • the valve 12 is arranged on the top surface side of the fluid control device 111.
  • the piezoelectric blower 13 is disposed on the bottom surface side of the fluid control device 111. The valve 12 and the piezoelectric blower 13 are pasted together in a stacked state.
  • the valve 12 has a function of making the flow of fluid one direction.
  • the valve 12 has a cylindrical container shape in which a valve chamber 40 is provided. As shown in FIGS. 1 and 3, the valve 12 includes a top plate 21, a side wall plate 22, a bottom plate 23, and a movable plate 24.
  • the valve 12 corresponds to an example of the valve of the present invention.
  • the piezoelectric blower 13 corresponds to an example of the blower of the present invention.
  • the top plate 21 corresponds to an example of the first plate of the present invention.
  • the bottom plate 23 corresponds to an example of the second plate of the present invention.
  • the top plate 21, the side wall plate 22, and the bottom plate 23 are made of metal.
  • the top plate 21, the side wall plate 22, and the bottom plate 23 are made of, for example, stainless steel (SUS).
  • the movable plate 24 is made of resin.
  • the movable plate 24 is preferably transparent.
  • the movable plate 24 is made of, for example, translucent polyimide.
  • the top plate 21 is disposed on the top surface side of the valve 12.
  • the side wall plate 22 is provided between the top plate 21 and the bottom plate 23.
  • the bottom plate 23 is provided on the bottom surface side of the valve 12.
  • the top plate 21, the side wall plate 22, and the bottom plate 23 are pasted together in a stacked state.
  • the movable plate 24 is provided in the internal space of the valve 12, that is, in the valve chamber 40.
  • the top plate 21 has a disk shape.
  • the side wall plate 22 has an annular shape when viewed from the top surface side.
  • the bottom plate 23 has a disk shape. The outer peripheral diameters of the top plate 21, the side wall plate 22, and the bottom plate 23 coincide with each other.
  • the valve chamber 40 has a cylindrical shape.
  • the valve chamber 40 is provided in the center of the side wall plate 22 with a predetermined diameter.
  • the movable plate 24 has a substantially disk shape when viewed from the top side.
  • the movable plate 24 is set to a thickness thinner than the thickness of the side wall plate 22.
  • the thickness of the side wall plate 22 (height of the valve chamber 40) is 40 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, and the thickness of the movable plate 24 is set to 5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the movable plate 24 is set to an extremely light mass so as to be movable up and down inside the valve chamber 40 by the discharge air from the piezoelectric blower 13.
  • the outer peripheral diameter of the movable plate 24 is almost the same as the opening diameter of the valve chamber 40 in the side wall plate 22, and is set to be small and small so that a slight gap is left.
  • the protrusion part 25 is provided in a part of outer periphery of the movable plate 24 (refer FIG. 3).
  • a cutout portion 26 into which the protruding portion 25 is fitted with a minute gap is provided on a part of the inner periphery of the side wall plate 22 (see FIG. 3). For this reason, the movable plate 24 is held in the valve chamber 40 so as not to rotate but to move up and down.
  • a plurality of first vent holes 41 arranged in a predetermined arrangement are provided in the center of the top plate 21 .
  • a plurality of second ventilation holes 43 and a plurality of auxiliary holes 49 arranged in a predetermined arrangement are provided in the center of the bottom plate 23.
  • a plurality of third ventilation holes 42 arranged in a predetermined arrangement are provided in the center of the movable plate 24. Accordingly, the valve chamber 40 communicates with the outside through the first vent hole 41 and also communicates with the blower chamber 45 through the second vent hole 43.
  • the plurality of first ventilation holes 41 and the plurality of second ventilation holes 43 are arranged so as not to face each other.
  • the plurality of auxiliary holes 49 and the plurality of first ventilation holes 41 are arranged to face each other.
  • Each auxiliary hole 49 overlaps with each first vent hole 41 when the main surface of the top plate 21 opposite to the valve chamber 40 is viewed from the front. Further, the center axis of each auxiliary hole 49 and the center axis of each first vent hole 41 coincide.
  • the plurality of third ventilation holes 42 and the plurality of first ventilation holes 41 are arranged so as not to face each other.
  • the plurality of third ventilation holes 42 and the plurality of auxiliary holes 49 are arranged so as not to face each other.
  • the plurality of third ventilation holes 42 and the plurality of second ventilation holes 43 are arranged so as to face each other.
  • the bottom plate 23 has a plurality of edges 50 as shown in FIG. Each edge 50 surrounds each auxiliary hole 49. Each edge 50 overlaps each first vent hole 41 when the main surface of the top plate 21 opposite to the valve chamber 40 is viewed from the front.
  • the piezoelectric blower 13 is a type of pump using a vibrating body 36 that bends and deforms when a voltage is applied to the piezoelectric element 33. As shown in FIGS. 2 and 3, the piezoelectric blower 13 has a cylindrical container shape in which a blower chamber 45 is provided.
  • the piezoelectric blower 13 includes a vibration adjustment plate 54, a side wall plate 31, a vibration plate 32, and a piezoelectric element 33.
  • the vibration adjustment plate 54, the side wall plate 31, and the vibration plate 32 are made of metal.
  • the vibration adjustment plate 54, the side wall plate 31, and the vibration plate 32 are made of, for example, stainless steel.
  • the side wall plate 31 is disposed between the bottom plate 23 and the diaphragm 32.
  • the diaphragm 32 is disposed between the side wall plate 31 and the piezoelectric element 33.
  • the piezoelectric element 33 is disposed on the bottom surface side of the piezoelectric blower 13.
  • the side wall plate 31 is stuck on the bottom surface of the bottom plate 23 in a laminated state. Further, the side wall plate 31, the vibration plate 32, and the piezoelectric element 33 are pasted in a stacked state.
  • the vibration adjusting plate 54 is provided for adjusting the vibration region of the bottom plate 23. Specifically, the vibration adjustment plate 54 is stuck in a state of being disposed between the bottom plate 23 and the side wall plate 31.
  • the vibration adjustment plate 54 has an annular shape when viewed from the top side.
  • a blower upper chamber 55 is provided with a predetermined opening diameter.
  • the blower upper chamber 55 has a smaller opening diameter than the blower lower chamber 48.
  • the blower upper chamber 55 and the blower lower chamber 48 constitute a blower chamber 45.
  • the vibrating body 36 is formed so that the blower chamber 45 has a radius a. Further, the vibration adjusting plate 54 and the side wall plate 31 have the same outer peripheral diameter.
  • the vibration adjusting plate 54 on the bottom plate 23, the rigidity can be partially increased in the vicinity of the outer peripheral portion of the bottom plate 23.
  • the bottom plate 23 can be vibrated only in the vicinity of the central portion facing the blower upper chamber 55, and almost no vibration can be generated in the vicinity of the outer peripheral portion of the bottom plate 23.
  • the range in which the vibration of the bottom plate 23 is generated can be set by the opening diameter of the blower upper chamber 55 in the vibration adjusting plate 54. Thereby, the vibration region and the structural resonance frequency of the bottom plate 23 can be easily adjusted without changing the plate thickness, the outer peripheral diameter, or the like of the bottom plate 23.
  • the vibration near the center of the bottom plate 23 mainly contributes to the fluid vibration and the vibration of the movable plate 24, the response of the valve 12 can be improved even if the vicinity of the outer periphery of the bottom plate 23 does not vibrate. The effect of increasing the suction flow rate can be sufficiently obtained.
  • the side wall plate 31 has an annular shape as viewed from the top side.
  • a blower lower chamber 48 is provided in the center of the side wall plate 31 with a predetermined opening diameter.
  • the diaphragm 32 includes an outer peripheral portion 34, a plurality of beam portions 35, and a vibrating body 36.
  • the outer peripheral portion 34 has an annular shape.
  • the vibrating body 36 has a disk shape.
  • the vibrating body 36 is disposed in the opening of the outer circumferential portion 34 with a gap between the vibrating body 36 and the outer circumferential portion 34.
  • the plurality of beam portions 35 are provided in a gap between the outer peripheral portion 34 and the vibrating body 36, extend along the circumferential direction of the diaphragm 32, and connect the vibrating body 36 and the outer peripheral portion 34.
  • the vibrating body 36 is supported hollowly via the beam portion 35 and can move up and down in the thickness direction.
  • a gap (opening) between the outer peripheral portion 34 and the vibrating body 36 is provided as a suction hole 46.
  • the outer peripheral part 34 of the side wall plate 31 and the diaphragm 32 have the same outer peripheral diameter and opening diameter.
  • the outer peripheral diameters of the side wall plate 31 and the diaphragm 32 are set smaller than the outer peripheral diameter of the valve 12 by a certain dimension.
  • the piezoelectric element 33 has a disk shape with a radius smaller than that of the vibrating body 36 when viewed from the top surface side.
  • the piezoelectric element 33 is attached to the bottom surface of the vibrating body 36.
  • the piezoelectric element 33 is made of, for example, lead zirconate titanate ceramic. Since the piezoelectric element 33 is composed of a piezoelectric material, it has excellent responsiveness. Therefore, the piezoelectric element 33 can realize high frequency driving.
  • Electrodes are formed on both main surfaces of the piezoelectric element 33, and a driving voltage is applied from the control unit 14 through these electrodes.
  • the piezoelectric element 33 has piezoelectricity that expands and contracts in the surface direction in accordance with the applied driving voltage.
  • the piezoelectric element 33 expands and contracts in the surface direction, and concentric bending vibrations are generated in the vibrating body 36. Due to this bending vibration, vibration is also generated in the beam portion 35 that elastically supports the vibrating body 36, and thus the vibrating body 36 vibrates so as to be displaced vertically.
  • the piezoelectric element 33 and the vibrating body 36 constitute an actuator 37 and vibrate integrally.
  • the control unit 14 is composed of, for example, a microcomputer. In this embodiment, the control unit 14 adjusts the drive frequency of the piezoelectric element 33 to the resonance frequency of the blower chamber 45.
  • the resonance frequency of the blower chamber 45 is the pressure vibration generated at the center of the blower chamber 45 and the pressure vibration that propagates and reflects to the outer peripheral side of the pressure vibration and reaches the center of the blower chamber 45 again. The frequency at which resonance occurs.
  • the suction hole 46 can have any shape and size, and the flow rate of fluid can be greatly increased.
  • the piezoelectric element 33 corresponds to an example of a driving body of the present invention.
  • the bottom plate 23, the vibration adjustment plate 54, and the side wall plate 31 constitute an example of the housing of the present invention.
  • FIG. 9 is a side sectional view showing the air flow of the fluid control device 111 while the piezoelectric blower 13 shown in FIG. 1 is being driven.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing the air flow around the auxiliary hole 49 at the moment shown in FIG. The arrows shown in FIGS. 9 and 10 indicate the flow of air.
  • the resonance frequency f is 21 kHz.
  • the sound velocity c of air is 340 m / s. k 0 is 2.40.
  • the first type Bessel function J 0 (x) is expressed by the following mathematical formula.
  • the movable plate 24 opens the first ventilation hole 41. Therefore, external air is sucked into the valve chamber 40 through the first vent hole 41 and sucked into the blower chamber 45 through the third vent hole 42 and the second vent hole 43.
  • the movable plate 24 closes the first vent hole 41. Therefore, the air in the blower chamber 45 is sucked into the valve chamber 40 through the second vent hole 43, but the flow of air from the valve chamber 40 to the outside is blocked.
  • the vibration of the actuator 37 is directly propagated from the piezoelectric blower 13 or indirectly through the air, so that the top plate 21 is vibrated.
  • the top plate 21 is also elastically deformed so as to move up and down in the thickness direction.
  • the top plate 21 is similar to the actuator 37. Bend to the top side. Thereby, the volume of the valve chamber 40 increases.
  • the movement distance and the movement time when the movable plate 24 is pulled toward the bottom surface in the valve chamber 40 are shortened.
  • the movable plate 24 can follow fluctuations in air pressure, and the valve 12 becomes highly responsive.
  • vibration of the actuator 37 may be directly propagated from the piezoelectric blower 13 or indirectly through the air to cause the bottom plate 23 to vibrate.
  • the vibration node F of the vibrating body 36 coincides with the pressure vibration node of the blower chamber 131, and pressure resonance occurs. Furthermore, even when the relationship of 0.8 ⁇ (k 0 c) / (2 ⁇ ) ⁇ af ⁇ 1.2 ⁇ (k 0 c) / (2 ⁇ ) is satisfied, the vibration node F of the vibrating body 36 is the blower chamber. It almost coincides with 45 pressure oscillation nodes.
  • the piezoelectric blower 13 is used, for example, for sucking a highly viscous liquid such as a runny nose or sputum.
  • the vibration speed of the piezoelectric element needs to be 2 m / s or less. Since suction of a runny nose and sputum requires a pressure of 20 kPa or more, the piezoelectric blower 13 needs a pressure amplitude of 10 kPa / (m / s) or more.
  • the pressure amplitude is maximum when af is 130 m / s. Even if it deviates by ⁇ 20% from that, a pressure amplitude of 10 kPa / (m / s) or more can be obtained.
  • the piezoelectric blower 13 has a high viscosity such as runny nose and sputum It is possible to realize a high suction pressure and a high suction flow rate that can be used for an application for sucking a liquid.
  • the region of the movable plate 24 facing the first ventilation hole 41 is the first ventilation hole.
  • the suction air from 41 to the valve chamber 40 is deformed toward the auxiliary hole 49 side.
  • the gap h between the top plate 21 and the movable plate 24 is increased. That is, as compared with the case where the bottom plate 23 does not have the auxiliary hole 49, the flow path resistance of the valve 12 is reduced, and the air flow rate is increased.
  • the valve 12 of the fluid control device 111 the flow rate of the air sucked into the piezoelectric blower 13 can be passed without being reduced as much as possible. Therefore, as shown in FIG. 7, it is necessary to precisely align the four first vent holes 41 of the top plate 21 and the four auxiliary holes 49 of the bottom plate 23 so as not to be displaced in the X direction or the Y direction.
  • the bottom plate 23 overlaps with the first vent hole 41 and surrounds the auxiliary hole 49 when the main surface of the top plate 21 opposite to the valve chamber 40 is viewed from the front, as shown in FIG. Part 50.
  • the movable plate 24 is transparent.
  • the manufacturer looks into the edge portion 50 from the four first ventilation holes 41 of the top plate 21 and does not shift in the X direction or the Y direction.
  • the positions of the four auxiliary holes 49 can be finely adjusted. That is, the manufacturer can easily align the top plate 21 and the bottom plate 23.
  • valve 12 of the fluid control device 111 it is possible to easily inspect the positional deviation between the top plate 21 and the bottom plate 23 with the movable plate 24 interposed therebetween.
  • the movable plate 24 is transparent, but is not limited thereto. Even when the movable plate 24 is not transparent at the time of implementation, the manufacturer can radiate ultrasonic waves or the like from the side opposite to the valve chamber 40 of the top plate 21 so that the manufacturer does not shift in the X direction or the Y direction. The position of the auxiliary hole 49 can be finely adjusted.
  • FIG. 11 is a front view of the central portion of the bottom plate 223 provided in the fluid control device 211 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a front view of the central portion of the valve 212 to which the top plate 21, the movable plate 24, and the bottom plate 223 shown in FIG. 11 are joined.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing the air flow around the auxiliary hole 249 while the piezoelectric blower 13 provided in the fluid control device 211 shown in FIG. 11 is being driven. The arrows shown in FIG. 13 indicate the air flow.
  • the fluid control device 211 is different from the fluid control device 111 in that the bottom plate 223 has crosspieces 248X and 248Y that divide the auxiliary holes 249. Since the other points are the same, the description is omitted.
  • the region of the movable plate 24 that faces the first vent hole 41 does not attract the suction air from the first vent hole 41 to the valve chamber 40 as shown in FIG.
  • the auxiliary hole 249 is deformed.
  • the gap h between the top plate 21 and the movable plate 24 is increased. That is, compared with the case where the bottom plate 223 does not have the auxiliary hole 249, the flow path resistance of the valve 212 is reduced, and the air flow rate is increased.
  • the valve 212 of the fluid control device 211 the flow rate of air sucked from the piezoelectric blower 13 can be allowed to pass without being reduced as much as possible. Therefore, as shown in FIG. 12, it is necessary to precisely align the four first vent holes 41 of the top plate 21 and the eight auxiliary holes 249 of the bottom plate 223 so that they do not shift in the X direction or the Y direction.
  • the bottom plate 223 overlaps with the first vent hole 41 when viewed from the front side opposite to the valve chamber 40 of the top plate 21, and surrounds the auxiliary hole 249.
  • the edge portion 250 includes crosspieces 248X and 248Y that separate the auxiliary holes 249.
  • the movable plate 24 is transparent.
  • the manufacturer looks into the crosspieces 248X and 248Y (part of the edge portion 250) from the four first ventilation holes 41 of the top plate 21.
  • the positions of the eight auxiliary holes 249 can be finely adjusted so as not to shift in the X direction or the Y direction. That is, the manufacturer can easily align the top plate 21 and the bottom plate 223.
  • the fluid control device 211 and the valve 212 the positional deviation between the top plate 21 and the bottom plate 223 sandwiching the movable plate 24 can be easily inspected.
  • the movable plate 24 is transparent, but is not limited thereto. Even when the movable plate 24 is not transparent at the time of implementation, the manufacturer can prevent the deviation in the X direction or the Y direction by irradiating ultrasonic waves or the like from the side opposite to the valve chamber 40 of the top plate 21. The position of the auxiliary hole 249 can be finely adjusted.
  • FIG. 14 is an external perspective view of a fluid control device 311 according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is an external perspective view of the fluid control device 311 shown in FIG.
  • FIG. 16 is an external perspective view of the diaphragm 141 and the piezoelectric element 47 shown in FIG. 15 and 16 are views seen from the bottom side of the fluid control device 311.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the fluid control device 311 shown in FIG. 18 is a cross-sectional view of the fluid control device 311 taken along the line UU when the fluid control device 311 shown in FIG. 14 is operated at the frequency (fundamental wave) of the primary mode.
  • the main difference between the fluid control device 311 and the fluid control device 111 is that the above-described valve 12 is mounted in the suction hole 324 of the piezoelectric blower 300.
  • the fluid control device 311 includes a piezoelectric blower 300, a discharge valve 80, and a valve 12 corresponding to a suction valve.
  • the discharge valve 80 is mounted in the discharge hole 124 of the piezoelectric blower 300.
  • the valve 12 is mounted in the suction hole 324 of the piezoelectric blower 300. All the second ventilation holes 43 of the valve 12 communicate with the suction holes 324 of the piezoelectric blower 300.
  • the piezoelectric blower 300 includes a housing 17, a diaphragm 141, a piezoelectric element 47, and a housing 317 in order from the top, and has a structure in which these are stacked in order.
  • the piezoelectric element 47 corresponds to the “driving body” of the present invention.
  • the diaphragm 141 has a disc shape and is made of, for example, stainless steel (SUS).
  • SUS stainless steel
  • the thickness of the diaphragm 141 is 0.6 mm.
  • the diameter of the discharge hole 124 is 0.6 mm.
  • the diaphragm 141 has the same shape as the diaphragm 32 described above, as shown in FIG.
  • the vibration plate 141 includes an outer peripheral portion 134, a plurality of beam portions 135, and a vibration body 136, similarly to the vibration plate 32 described above.
  • the diaphragm 141 has an opening 62.
  • the opening 62 is formed over substantially the entire circumference of the vibration plate 141 so as to surround the vibration member 136.
  • the outer peripheral portion 134 has an annular shape.
  • the vibrating body 136 has a disk shape.
  • the vibrating body 136 is disposed in the opening of the outer circumferential portion 134 with a gap between the vibrating body 136 and the outer circumferential portion 134.
  • the plurality of beam portions 135 are provided in a gap between the outer peripheral portion 134 and the vibrating body 136, extend along the circumferential direction of the vibration plate 141, and connect the vibrating body 136 and the outer peripheral portion 134.
  • the vibrating body 136 is supported in a hollow state via the beam portion 135 and can move up and down in the thickness direction.
  • the diaphragm 141 has a first main surface 141A and a second main surface 141B.
  • the second main surface 141 ⁇ / b> B of the vibration plate 141 is joined to the tip of the housing 17.
  • the diaphragm 141 forms a cylindrical blower chamber 131 with the vibrating body 136 sandwiched from the thickness direction of the vibrating body 136 together with the casing 17.
  • the diaphragm 141 and the housing 17 are formed so that the blower chamber 131 has a radius a.
  • the radius a of the blower chamber 131 is 6.1 mm.
  • the blower chamber 131 is a space inside the openings 62 (more precisely, a space inside the ring formed by connecting all the openings 62) when the second main surface 141B of the diaphragm 141 is viewed from the front. ). Therefore, a region inside the opening 62 on the second main surface 141B of the vibration plate 141 (more precisely, a region inside the ring formed by connecting all the openings 62) is the bottom surface of the blower chamber 131.
  • the vibration plate 141 is formed, for example, by punching a metal plate.
  • the piezoelectric element 47 has a disk shape and is made of, for example, a lead zirconate titanate ceramic. Electrodes are formed on both main surfaces of the piezoelectric element 47.
  • the piezoelectric element 47 is joined to the first main surface 141A on the opposite side to the blower chamber 131 of the vibration plate 141, and expands and contracts according to the applied AC voltage.
  • the piezoelectric element 47 and the vibrating body 136 constitute an actuator 70.
  • the housing 17 is formed in a U-shaped cross section with an opening at the bottom.
  • the tip of the housing 17 is joined to the vibration plate 141.
  • the casing 17 is made of, for example, metal.
  • the housing 17 includes a disk-shaped top plate portion 18 that faces the second main surface 141B of the vibration plate 141, and an annular side wall portion 19 that is connected to the top plate portion 18. A part of the top plate portion 18 constitutes the top surface of the blower chamber 131.
  • blower chamber 131 corresponds to the “first blower chamber” of the present invention.
  • the top plate 18 has a cylindrical discharge hole 124 that allows the center of the blower chamber 131 to communicate with the outside of the blower chamber 131.
  • the central portion of the blower chamber 131 is a portion overlapping the piezoelectric element 47 when the first main surface 141A of the vibration plate 141 is viewed from the front.
  • the top plate portion 18 is provided with a discharge valve 80 that prevents gas from flowing from the outside of the blower chamber 131 to the inside through the discharge hole 124.
  • the housing 317 is formed in a U-shaped cross section with an upper opening.
  • the tip of the housing 317 is joined to the first main surface 141A of the vibration plate 141.
  • the housing 317 is made of metal, for example.
  • the casing 317 forms a cylindrical blower chamber 331 with the vibrating body 136 sandwiched from the thickness direction of the vibrating body 136 together with the actuator 70.
  • the diaphragm 141 and the housing 317 are formed so that the blower chamber 331 has a radius a. That is, the blower chamber 331 has the same radius a as the blower chamber 131.
  • the opening 62 of the diaphragm 141 causes the outer periphery of the blower chamber 131 to communicate with the outer periphery of the blower chamber 331.
  • the opening 62 is formed over substantially the entire circumference of the diaphragm 141 so as to surround the blower chamber 331. Therefore, the area inside the opening 62 on the suction hole 324 side surface of the actuator 70 (more precisely, the area inside the ring formed by connecting all the openings 62) is the bottom surface of the blower chamber 331.
  • the housing 317 includes a disk-shaped top plate portion 318 facing the first main surface 141A of the vibration plate 141, and an annular side wall portion 319 connected to the top plate portion 318. A part of the top plate portion 318 constitutes the top surface of the blower chamber 331.
  • the housing 17 and the housing 317 constitute the “housing” of the present invention.
  • the blower chamber 131 corresponds to the “first blower chamber” of the present invention
  • the blower chamber 331 corresponds to the “second blower chamber” of the present invention.
  • the top plate portion 318 has a columnar suction hole 324 that communicates the center of the blower chamber 331 with the outside of the housing 317.
  • the central portion of the blower chamber 331 is a portion that overlaps the piezoelectric element 47 when the first main surface 141A of the vibration plate 141 is viewed from the front.
  • the diameter of the suction hole 324 is 0.6 mm.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the fluid control device 311 taken along the line U-U when the fluid control device 311 shown in FIG. 13 is operated at the primary mode frequency (fundamental wave).
  • FIG. 18A is a diagram when the volume of the blower chamber 131 is the largest and the volume of the blower chamber 331 is the smallest.
  • FIG. 18B is a diagram where the volume of the blower chamber 131 is the smallest and the blower It is a figure when the volume of the chamber 331 increases most.
  • the arrows in the figure indicate the flow of air.
  • the top plate 18 is concentric in the primary mode with the bending vibration of the actuator 70 (in this embodiment, the vibration phase is delayed by 180 °) due to the pressure fluctuation of the blower chamber 131 accompanying the bending vibration of the actuator 70. Bends and vibrates.
  • the top plate portion 318 is also bent concentrically in the primary mode with the bending vibration of the actuator 70 (in this embodiment, the vibration phase is delayed by 180 °) due to the pressure fluctuation of the blower chamber 331 accompanying the bending vibration of the actuator 70. Vibrate.
  • the radius a of the blower chamber 331 and the resonance frequency f of the vibration plate 141 have a relationship of 0.8 ⁇ (k 0 c) / (2 ⁇ ) ⁇ af ⁇ 1.2 ⁇ (k 0 c) / (2 ⁇ ). Fulfill.
  • the resonance frequency f is 21 kHz.
  • the sound velocity c of air is 340 m / s. k 0 is 2.40.
  • the top plate portion 18 is bent to the opposite side of the piezoelectric element 47, and the volume of the blower chamber 131 is increased. Further, the top plate portion 318 is bent toward the piezoelectric element 47 side, and the volume of the blower chamber 331 is reduced.
  • the top plate 18 is bent toward the piezoelectric element 47 and the volume of the blower chamber 131 is reduced. Furthermore, the top plate portion 318 is bent to the opposite side to the piezoelectric element 47, and the volume of the blower chamber 331 is increased.
  • the piezoelectric blower 300 sucks the outside of the housing 317 through the suction hole 324 into the blower chamber 331 and causes the air in the blower chamber 131 to flow through the discharge hole 124. To the outside.
  • the top plate portions 18 and 318 vibrate with the vibration of the vibration plate 141, so that the vibration amplitude can be substantially increased.
  • the piezoelectric blower 300 of this embodiment can increase the suction pressure and the suction flow rate.
  • the volume of the blower chamber 131 increases when the volume of the blower chamber 331 decreases, and the volume of the blower chamber 331 increases when the volume of the blower chamber 131 decreases. To do. That is, the volume of the blower chamber 131 and the volume of the blower chamber 331 change in opposite phases.
  • the air around the blower chamber 131 and the air around the blower chamber 331 move through the opening 62 when the actuator 70 is driven. Therefore, the pressure at the outer periphery of the blower chamber 131 and the pressure at the outer periphery of the blower chamber 331 cancel each other through the opening 62 when the actuator 70 is driven, and are always atmospheric pressure (node).
  • the vibration node F of the diaphragm 141 coincides with the pressure vibration node of the blower chamber 131 and the pressure vibration node of the blower chamber 331, and the pressure Resonance occurs. Furthermore, even when the relationship of 0.8 ⁇ (k 0 c) / (2 ⁇ ) ⁇ af ⁇ 1.2 ⁇ (k 0 c) / (2 ⁇ ) is satisfied, the vibration node F of the diaphragm 141 causes the blower chamber to The pressure vibration node 131 substantially coincides with the pressure vibration node of the blower chamber 331.
  • the piezoelectric blower 300 is used for sucking a highly viscous liquid such as a runny nose or sputum.
  • the vibration speed of the piezoelectric element needs to be 2 m / s or less. Since suction of a runny nose and sputum requires a pressure of 20 kPa or more, the piezoelectric blower 300 needs a pressure amplitude of 10 kPa / (m / s) or more.
  • the pressure amplitude is maximum when af is 130 m / s. Even if it deviates by ⁇ 20% from that, a pressure amplitude of 10 kPa / (m / s) or more can be obtained.
  • the piezoelectric blower 300 has the discharge hole 124 and the suction hole 324 with each other. From both, a high suction pressure and a high suction flow rate can be realized.
  • the piezoelectric blower 300 can generate almost twice the suction pressure with one driver without increasing the power consumption.
  • the fluid control device 311 includes the valve 12 described above. Therefore, similarly to the fluid control device 111, the fluid control device 311 can easily inspect the positional deviation between the top plate 21 and the bottom plate 23 with the movable plate 24 interposed therebetween.
  • air is used as the fluid, but the present invention is not limited to this.
  • the fluid can also be applied to gases other than air.
  • each plate constituting the valve and the piezoelectric blower is made of SUS, but is not limited thereto.
  • the piezoelectric element is provided as a drive source for the blower, but the present invention is not limited to this.
  • it may be configured as a blower that performs a pumping operation by electromagnetic drive.
  • the piezoelectric element is composed of lead zirconate titanate ceramics, but is not limited thereto.
  • it may be composed of a lead-free piezoelectric ceramic material such as potassium sodium niobate and alkali niobate ceramics.
  • a unimorph type piezoelectric vibrator is used, but the present invention is not limited to this.
  • a bimorph type piezoelectric vibrator in which the piezoelectric element 33 is attached to both surfaces of the vibrating body 36 may be used.
  • a bimorph type piezoelectric vibrator in which the piezoelectric element 47 is bonded to both surfaces of the vibrating body 136 may be used.
  • the disk-shaped piezoelectric elements 33 and 47 and the disk-shaped vibrating bodies 36 and 136 are used.
  • the present invention is not limited to this.
  • these shapes may be rectangular or polygonal.
  • K 0 is used the conditions of 2.40, not limited to this.
  • the vibration plate of the piezoelectric blower is flexibly vibrated at the frequency of the primary mode, but the present invention is not limited to this.
  • the diaphragm may be bent and vibrated in an odd-order vibration mode that is a third-order mode or more that forms a plurality of vibration antinodes.
  • the blower chambers 45, 131, and 331 have a cylindrical shape, but are not limited thereto.
  • the shape of the blower chamber may be a regular prism shape.
  • the shortest distance a from the central axis C of the blower chamber to the outer periphery F of the blower chamber is used instead of the radius a of the blower chamber.
  • all the second vent holes 43 of the valve 12 are connected to the suction holes 324 of the piezoelectric blower 300, but the present invention is not limited to this. In implementation, all the second vent holes 43 of the valve 212 may be connected to the suction holes 324 of the piezoelectric blower 300.

Landscapes

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Abstract

　流体制御装置（１１１）は、バルブ（１２）と圧電ブロア（１３）とを備えている。バルブ（１２）は、流体の流れを一方向にする機能を有している。バルブ（１２）は、バルブ室（４０）が内部に設けられた容器状である。バルブ（１２）は、天板（２１）と、側壁板（２２）と、底板（２３）と、可動板（２４）とを備えている。天板（２１）の中央には、所定配列で並べられた複数の第１通気孔（４１）が設けられている。また、底板（２３）の中央には、所定配列で並べられた複数の第２通気孔（４３）及び複数の補助孔（４９）が設けられている。底板（２３）は、補助孔（４９）を囲む縁部（５０）を有する。また、可動板（２４）の中央には、所定配列で並べられた複数の第３通気孔（４２）が設けられている。

Description

バルブ、流体制御装置
　この発明は、流体の流れを一方向にするバルブ、及びこのバルブを備える流体制御装置に関する。
　従来、流体の流れを一方向にするバルブが各種開示されている。例えば特許文献１には、図１９に示すように、近接させた２枚の板９１４、９１６と２枚の板９１４、９１６に挟まれたフラップ９１７とを備えるバルブ９１０が開示されている。図１９中の矢印９３２は空気の流れを示している。
　板９１６には、複数の通気孔９２０が設けられている。板９１４には、複数の通気孔９１８が設けられている。さらに、板９１４には、複数の補助孔９２８が設けられている。補助孔９２８は、通気孔９２０と同じ形状である。複数の通気孔９１８及び複数の補助孔９２８は、不図示のポンプの吸引孔に連通する。
　バルブ９１０は、ポンプにより生じる風によってフラップ９１７を板９１４又は板９１６に引き寄せることで、通気孔９２０を開閉する。これにより、バルブ９１０は、空気の流れを一方向にする。
　ここで、補助孔９２８は、フラップ９１７を加速し、通気孔９２０の開閉を促進するために設けられている。
特表２０１２－５２８９８１号
　しかしながら、特許文献１のバルブ９１０では、フラップ９１７を挟んで２枚の板９１４、９１６を貼り合わせる時、位置ズレが生じる可能性がある。位置ズレが生じた場合、流路抵抗が増加し、バルブ９１０内を通過する空気の流量が低下する。
　そこで、板９１６を正面視して通気孔９２０から目視で位置ズレを検査する方法が考えられるが、図１９に示すように、補助孔９２８が通気孔９２０と同じ形状である。そのため、製造者は、通気孔９２０から補助孔９２８の外周を見ることができない。よって、特許文献１のバルブ９１０は、フラップ９１７（可動板）を挟んだ２枚の板９１４、９１６の位置ズレを検査することが困難である。
　そこで、本発明の目的は、可動板を挟んだ２枚の板の位置ズレを容易に検査することができるバルブ及び流体制御装置を提供することにある。
　本発明のバルブは、第１の板と、第２の板と、可動板と、を備える。第１の板は、第１通気孔を有する。第２の板は、第１通気孔に通じるバルブ室を第１の板との間に構成する。第２の板は、バルブ室に通じ第１通気孔とは対向しない第２通気孔を有する。可動板は、第１の板および第２の板の間を可動自在にバルブ室に設けられている。可動板は、第１通気孔に対向せず第２通気孔に対向する第３通気孔を有する。
　そして、第２の板は、第１の板のバルブ室とは逆側の主面から正面視して、第１通気孔と重なる補助孔を有する。さらに、第２の板は、第１の板のバルブ室とは逆側の主面から正面視して、第１通気孔と重なり、補助孔を囲む縁部を有する。
　この構成において、第１通気孔は例えば大気開放される。第２通気孔は、例えばブロアの吸引孔に接続する。
　この構成では、ブロアが駆動している間、第１通気孔に対向する可動板の領域が、バルブ室から第２通気孔へ流れる気体の吸引風によって、補助孔側へ変形する。これにより、第１の板と可動板の当該領域との隙間が大きくなる。すなわち、第２の板が補助孔を有さない場合と比べて、バルブの流路抵抗が小さくなり、気体の流量が増大する。
　したがって、この構成のバルブによれば、ブロアによって吸引される気体の流量をできるだけ低下させずに通過させることができる。
　また、この構成のバルブでは可動板を挟んで第１の板及び第２の板を貼り合わせる時、製造者は例えば、第１の板の第１通気孔から縁部を覗いて、補助孔の位置を微調整できる。すなわち、製造者は、第１の板及び第２の板を容易に位置合わせできる。
　したがって、この構成のバルブによれば、可動板を挟んだ第１の板及び第２の板の位置ズレを容易に検査することができる。
　また、本発明のバルブにおいて、補助孔の数は、複数であり、縁部は、各補助孔の間を区切る桟部を含むことが好ましい。
　この構成では、各補助孔の間に桟部があるため、可動板が変形した時に桟部に接触する。そのため、桟部が、可動板の変形を抑制し、可動板が破損することを防止できる。これにより、バルブの耐久性が向上する。
　また、本発明のバルブにおいて可動板は、透明であることが好ましい。
　この構成のバルブでは可動板を挟んで第１の板及び第２の板を貼り合わせる時、製造者は、第１の板の第１通気孔から縁部を覗いて、補助孔の位置を微調整できる。
　本発明の流体制御装置は、ブロアと、前述のバルブと、を備える。ブロアは、アクチュエータと、筐体と、を有する。アクチュエータは、第１主面と第２主面とを有する振動体と、振動体を屈曲振動させる駆動体と、を有する。筐体は、アクチュエータとともに振動体の厚み方向から振動体を挟んで第１ブロア室および第２ブロア室を構成する。筐体は、第１ブロア室を筐体の外部と連通させる吐出孔と、第２ブロア室を筐体の外部と連通させる吸引孔と、を有する。
　さらに、バルブの第２通気孔は、ブロアの吸引孔に接続している。
　本発明の流体制御装置は、前述の本発明のバルブを備えることで、当該バルブと同様の効果を奏する。
　また、本発明の流体制御装置において第１ブロア室の中心軸から第１ブロア室の外周までの最短距離ａと振動体の共振周波数ｆとは、第１ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たすことが好ましい。
　この構成において、振動体および筐体は、第１ブロア室が最短距離ａとなるよう形成されている。駆動体は、振動体を共振周波数ｆで振動させる。
　ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動体の振動の節の内、最も外側の節が、第１ブロア室の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動体の振動の節の内、最も外側の節が、第１ブロア室の圧力振動の節とほぼ一致する。
　そのため、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、この構成のブロアは、高い吸引圧力および高い吸引流量を実現できる。
　また、本発明の流体制御装置において駆動体は、振動体の第１主面および第２主面の少なくとも一方の主面に設けられていることが好ましい。
　この構成では、１つの駆動体によって振動体が第１ブロア室および第２ブロア室で屈曲振動する。そのため、この構成によれば、消費電力を増加させることなく、１つの駆動体でほぼ２倍の吸引圧力を生じさせることができる。
　また、本発明の流体制御装置において駆動体は、圧電素子であることが好ましい。
　この構成において圧電素子は、圧電材料で構成されるため、応答性に優れる。そのため、圧電素子は、高周波駆動を実現できる。
　本発明によれば、可動板を挟んだ第１の板及び第２の板の位置ズレを容易に検査することができる。
本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１１１の天面側から視た流体制御装置１１１の外観斜視図である。 図１に示す流体制御装置１１１の底面側から視た流体制御装置１１１の外観斜視図である。 図１に示す流体制御装置１１１の分解斜視図である。 図３に示す天板２１の中央部の正面図である。 図３に示す可動板２４の中央部の正面図である。 図３に示す底板２３の中央部の正面図である。 図３に示す天板２１、可動板２４及び底板２３を接合したバルブ１２の中央部の正面図である。 図１に示すＳ－Ｓ線における断面図である。 図１に示す流体制御装置１１１を１次モードの周波数（基本波）で動作させた時における流体制御装置１１１のＳ－Ｓ線の断面図である。 図９（Ａ）に示す瞬間における、補助孔４９周辺の空気の流れを示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置２１１に備えられる底板２２３の中央部の正面図である。 天板２１、可動板２４及び図１１に示す底板２２３を接合したバルブ２１２の中央部の正面図である。 図１１に示す流体制御装置２１１に備えられる圧電ブロア１３が駆動している間における、補助孔２４９周辺の空気の流れを示す拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３１１の外観斜視図である。 図１４に示す流体制御装置３１１の外観斜視図である。 図１４に示す振動板１４１及び圧電素子４７の外観斜視図である。 図１４に示すＵ－Ｕ線における断面図である。 図１４に示す流体制御装置３１１を１次モードの周波数（基本波）で動作させた時における流体制御装置３１１のＵ－Ｕ線の断面図である。 特許文献１に係るバルブ９１０の断面図である。
《第１の実施形態》
　以下、本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１１１について説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体制御装置１１１の天面側から視た流体制御装置１１１の外観斜視図である。図２は、図１に示す流体制御装置１１１の底面側から視た流体制御装置１１１の外観斜視図である。図３は、図１に示す流体制御装置１１１の分解斜視図である。図４は、図３に示す天板２１の中央部の正面図である。図５は、図３に示す可動板２４の中央部の正面図である。図６は、図３に示す底板２３の中央部の正面図である。図７は、図３に示す天板２１、可動板２４及び底板２３を接合したバルブ１２の中央部の正面図である。図８は、図１に示すＳ－Ｓ線における断面図である。
　流体制御装置１１１は、図１～図３に示すように、バルブ１２と圧電ブロア１３と制御部１４（図８参照）とを備えている。バルブ１２は、図１、図３に示すように、流体制御装置１１１の天面側に配置されている。圧電ブロア１３は、図２、図３に示すように、流体制御装置１１１の底面側に配置されている。バルブ１２と圧電ブロア１３とは互いに積層した状態で貼付されている。
　バルブ１２は、流体の流れを一方向にする機能を有している。バルブ１２は、バルブ室４０が内部に設けられた円筒容器状である。バルブ１２は、図１、図３に示すように、天板２１と、側壁板２２と、底板２３と、可動板２４とを備えている。
　なお、バルブ１２は、本発明のバルブの一例に相当する。また、圧電ブロア１３は、本発明のブロアの一例に相当する。天板２１は、本発明の第１の板の一例に相当する。底板２３は、本発明の第２の板の一例に相当する。
　天板２１と、側壁板２２と、底板２３とは、金属で構成されている。天板２１と、側壁板２２と、底板２３とは、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）で構成される。
　可動板２４は、樹脂で構成されている。ここで、可動板２４は、透明であることが好ましい。可動板２４は、例えば半透明なポリイミドで構成される。
　天板２１は、バルブ１２の天面側に配置されている。側壁板２２は、天板２１と底板２３との間に設けられている。底板２３は、バルブ１２の底面側に設けられている。天板２１と側壁板２２と底板２３とは互いに積層した状態で貼付されている。可動板２４は、バルブ１２の内部空間、即ちバルブ室４０に設けられている。
　天板２１は、円板状である。側壁板２２は、天面側から視て円環状である。底板２３は、円板状である。天板２１と側壁板２２と底板２３の外周径は、互いに一致している。
　バルブ室４０は、円柱状である。バルブ室４０は、側壁板２２の中央に所定の直径で設けられている。可動板２４は、天面側から視て概略円板状である。可動板２４は、側壁板２２の厚みよりも薄い厚みに設定されている。
　本実施形態では、側壁板２２の厚み（バルブ室４０の高さ）は、４０μｍ以上５０μｍ以下であり、可動板２４の厚みは、５μｍ以上１０μｍ以下に設定されている。また、可動板２４は、圧電ブロア１３からの吐出風によってバルブ室４０の内部で上下動自在に可動するよう、極めて軽い質量に設定されている。
　可動板２４の外周径は、側壁板２２におけるバルブ室４０の開口径とほとんど一致しており、若干の隙間が空くように微小に小さく設定されている。そして、可動板２４の外周の一部には、突起部２５を設けている（図３参照）。
　また、側壁板２２の内周の一部には、突起部２５が微小な隙間を空けた状態で嵌り込む切欠部２６を設けている（図３参照）。このため、可動板２４はバルブ室４０の内部で、回転不能かつ上下動自在に保持される。
　天板２１の中央には、所定配列で並べられた複数の第１通気孔４１が設けられている。また、底板２３の中央には、所定配列で並べられた複数の第２通気孔４３及び複数の補助孔４９が設けられている。また、可動板２４の中央には、所定配列で並べられた複数の第３通気孔４２が設けられている。したがって、バルブ室４０は、第１通気孔４１を介して外部に通じるとともに、第２通気孔４３を介してブロア室４５に通じる。
　ここで、複数の第１通気孔４１と複数の第２通気孔４３とは、互いに対向しないように配列されている。複数の補助孔４９と複数の第１通気孔４１とは、互いに対向するように配列されている。各補助孔４９は、天板２１のバルブ室４０とは逆側の主面を正面視して、各第１通気孔４１と重なる。また、各補助孔４９の中心軸と各第１通気孔４１の中心軸とは一致している。
　さらに、複数の第３通気孔４２と複数の第１通気孔４１とは、互いに対向しないように配列されている。複数の第３通気孔４２と複数の補助孔４９とは、互いに対向しないように配列されている。複数の第３通気孔４２と複数の第２通気孔４３とは、互いに対向するように配列されている。
　また、底板２３は、図６に示すように、複数の縁部５０を有する。各縁部５０は各補助孔４９を囲む。各縁部５０は、天板２１のバルブ室４０とは逆側の主面を正面視して、各第１通気孔４１と重なる。
　次に、圧電ブロア１３は、圧電素子３３への電圧印加により屈曲変形する振動体３６を用いたポンプの一種である。圧電ブロア１３は、図２、図３に示すように、ブロア室４５が内部に設けられた円筒容器状である。
　圧電ブロア１３は、振動調整板５４と、側壁板３１と、振動板３２と、圧電素子３３と、を備えている。振動調整板５４と、側壁板３１と、振動板３２とは、金属で構成されている。振動調整板５４と、側壁板３１と、振動板３２とは、例えばステンレススチールで構成される。
　側壁板３１は、底板２３と振動板３２との間に配置されている。振動板３２は、側壁板３１と圧電素子３３との間に配置されている。圧電素子３３は、圧電ブロア１３の底面側に配置されている。側壁板３１は、底板２３の底面に積層した状態で貼付されている。また、側壁板３１と振動板３２と圧電素子３３とは互いに積層した状態で貼付されている。
　振動調整板５４は、底板２３の振動領域の調整のために設けている。具体的には、振動調整板５４は、底板２３と側壁板３１との間に配置した状態で貼付されている。振動調整板５４は、天面側から視て円環状である。
　振動調整板５４の中央には、ブロア上室５５が所定の開口径で設けられている。ブロア上室５５は、ブロア下室４８よりも開口径が小さい。ブロア上室５５及びブロア下室４８は、ブロア室４５を構成する。また、振動体３６は、ブロア室４５が半径ａとなるよう形成されている。また、振動調整板５４と側壁板３１とは、互いの外周径が互いに一致している。
　なお、この振動調整板５４が底板２３に設けられることにより、底板２３の外周部付近で剛性を部分的に高めることができる。これにより、底板２３をブロア上室５５に面する中央部付近のみで振動させ、底板２３の外周部付近でほとんど振動が生じない状態にすることができる。
　したがって、底板２３の振動が生じる範囲を、振動調整板５４におけるブロア上室５５の開口径によって設定することができる。これにより、底板２３の振動領域や構造共振周波数を、底板２３の板厚や外周径などを変更せずに容易に調整することができる。
　なお、流体振動や可動板２４の振動には、底板２３の中央部付近の振動が主体的に寄与するため、底板２３の外周部付近が振動しなくても、バルブ１２の応答性の向上や吸引流量の増大といった効果は十分に得ることができる。
　側壁板３１は、天面側から視て円環状である。側壁板３１の中央には、ブロア下室４８が所定の開口径で設けられている。
　また、振動板３２は、外周部３４と、複数の梁部３５と、振動体３６と、を備えている。外周部３４は円環状である。振動体３６は円板状である。振動体３６は、外周部３４の開口内に、外周部３４との間に隙間を空けた状態で配置されている。複数の梁部３５は、外周部３４と振動体３６との間の隙間に設けられ、振動板３２の周方向に沿って延び、振動体３６と外周部３４との間を連結している。
　したがって、振動体３６は、梁部３５を介して中空に支持されており、厚み方向に上下動自在となっている。外周部３４と振動体３６との間の隙間部分（開口部）は吸入孔４６として設けられている。
　なお、側壁板３１および振動板３２の外周部３４は、互いの外周径および開口径が互いに一致している。側壁板３１および振動板３２の外周径は、バルブ１２の外周径よりも一定寸法だけ小さく設定している。
　圧電素子３３は、天面側から視て振動体３６よりも半径が小さい円板状である。圧電素子３３は、振動体３６の底面に貼り付けられている。圧電素子３３は、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３３は、圧電材料で構成されるため、応答性に優れる。そのため、圧電素子３３は、高周波駆動を実現できる。
　圧電素子３３の両主面には、図示していない電極が形成されており、この電極を介して制御部１４から駆動電圧が印加される。圧電素子３３は、印加される駆動電圧に応じて面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３３に駆動電圧が印加されると、圧電素子３３が面方向に伸縮し、振動体３６には同心円状の屈曲振動が生じる。この屈曲振動によって、振動体３６を弾性支持する梁部３５にも振動が生じ、これにより振動体３６が上下に変位するように振動する。このように圧電素子３３と振動体３６とは、アクチュエータ３７を構成し、一体的に振動する。
　制御部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成される。制御部１４は、本実施形態において、圧電素子３３の駆動周波数をブロア室４５の共振周波数に調整する。ブロア室４５の共振周波数とは、ブロア室４５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、再びブロア室４５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。
　このように調整すると、平面方向の中心部付近が屈曲振動の腹となり、平面方向の外周部付近が屈曲振動の節となる。すなわち、ブロア室４５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。
　これにより、ブロア室４５の平面方向の中心部に対向して設けられている第２通気孔４３の近傍では、流体の圧力変動が大きくなり、ブロア室４５の平面方向の外周部に対向して設けられている吸入孔４６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、吸入孔４６をブロア室４５の平面方向の外周部に連通させておけば、吸入孔４６に弁などを設けなくても、吸入孔４６を介した圧力損失がほとんど生じなくなる。したがって、吸入孔４６を任意の形状やサイズとすることができ、流体の流量を大きく稼ぐことなどが可能になる。
　なお、圧電素子３３は、本発明の駆動体の一例に相当する。底板２３と振動調整板５４と側壁板３１とは、本発明の筐体の一例を構成する。
　次に、圧電ブロア１３が駆動している間における、流体制御装置１１１の空気の流れを説明する。
　図９は、図１に示す圧電ブロア１３が駆動している間における、流体制御装置１１１の空気の流れを示す側面断面図である。図１０は、図９（Ａ）に示す瞬間における、補助孔４９周辺の空気の流れを示す拡大断面図である。図９、図１０に示す矢印は、空気の流れを示している。
　図８に示す状態において、制御部１４が１次モードの周波数（基本波）の交流駆動電圧を圧電素子３３の両主面の電極に印加すると、圧電素子３３は伸縮し、振動体３６を１次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。これにより、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３７が屈曲変形してブロア室４５の体積が周期的に変化する。
　なお、ブロア室４５の半径ａと振動体３６の共振周波数ｆとは、ブロア室１３１を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。
　本実施形態において、共振周波数ｆは、２１ｋＨｚである。空気の音速ｃは、３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、２．４０である。第１種ベッセル関数Ｊ０（ｘ）は、以下の数式で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、ブロア室４５の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、ブロア室４５の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。
　図９（Ａ）に示すように、振動体３６が底面側に屈曲する際には、ブロア室４５の圧力が減少し、バルブ室４０において可動板２４は底板２３側に引き寄せられて底板２３に接触する。
　これにより、可動板２４は第１通気孔４１を開く。そのため、外部の空気が第１通気孔４１を介してバルブ室４０へ吸引され、第３通気孔４２及び第２通気孔４３を介してブロア室４５へ吸引される。
　また、図９（Ｂ）に示すように、振動体３６が天面側に屈曲する際には、ブロア室４５の圧力が増加し、第２通気孔４３からバルブ室４０に向けて吐出風が生じる。この吐出風により、可動板２４が天面側に押されて天板２１に接触する。
　これにより、可動板２４は第１通気孔４１を塞ぐ。そのため、ブロア室４５の空気が第２通気孔４３を介してバルブ室４０へ吸引されるが、バルブ室４０から外部への空気の流れが阻止される。
　さらに、バルブ１２では、アクチュエータ３７の振動が圧電ブロア１３から直接伝搬することや、空気を介して間接的に伝わることによって天板２１に振動が生じる。
　これにより、天板２１も厚み方向に上下動するように弾性変形する。図９（Ｂ）に示すように、アクチュエータ３７が天面側に屈曲してブロア室４５の空気を第２通気孔４３からバルブ室４０に吐出する際に、天板２１はアクチュエータ３７と同様に天面側に屈曲する。これにより、バルブ室４０の体積が増加する。
　一方、図９（Ａ）に示すように、アクチュエータ３７が底面側に屈曲する際には、図９（Ｂ）に示した状態からの反作用で天板２１は底面側に屈曲する。これにより、バルブ室４０の体積が減少する。
　したがって、バルブ室４０において可動板２４が底面側に引き寄せられる際の移動距離および移動時間が短縮されたものになる。これにより、可動板２４が空気圧の変動に追従することが可能になり、バルブ１２が応答性の高いものになる。
　なお、アクチュエータ３７の振動が圧電ブロア１３から直接伝搬することや、空気を介して間接的に伝わることによって、底板２３を振動させることもある。
　また、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動体３６の振動の節Ｆが、ブロア室１３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動体３６の振動の節Ｆが、ブロア室４５の圧力振動の節とほぼ一致する。
　圧電ブロア１３は、例えば鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用される。長期駆動に伴う圧電素子の破損を防ぐためには、圧電素子の振動速度は２ｍ／ｓ以下とする必要がある。鼻水や痰の吸引には２０ｋＰａ以上の圧力が必要なため、圧電ブロア１３には、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅が必要である。圧力振幅は、ａｆが１３０ｍ／ｓであるときに最大となる。そこから±２０％ずれても、圧力振幅は、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上得られる。
　そのため、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、圧電ブロア１３は、鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用することが可能な、高い吸引圧力および高い吸引流量を実現できる。
　ここで、圧電ブロア１３が駆動している間、図９（Ａ）に示す瞬間には、図１０に示すように、第１通気孔４１に対向する可動板２４の領域が、第１通気孔４１からバルブ室４０への吸引風によって、補助孔４９側へ変形する。これにより、天板２１と可動板２４との隙間ｈが大きくなる。すなわち、底板２３が補助孔４９を有さない場合と比べて、バルブ１２の流路抵抗が小さくなり、空気の流量が増大する。
　したがって、流体制御装置１１１のバルブ１２によれば、圧電ブロア１３に吸引される空気の流量をできるだけ低下させずに通過させることができる。そのため、図７に示すように、天板２１の４つの第１通気孔４１と底板２３の４つの補助孔４９とがＸ方向またはＹ方向へズレないよう精密に位置合わせを行う必要がある。
　そこで、バルブ１２では底板２３は、図７に示すように、天板２１のバルブ室４０とは逆側の主面を正面視して、第１通気孔４１と重なり、補助孔４９を囲む縁部５０を有する。また、可動板２４が透明である。
　そのため、可動板２４を挟んで天板２１及び底板２３を貼り合わせる時、製造者は、天板２１の４つの第１通気孔４１から縁部５０を覗いて、Ｘ方向またはＹ方向へズレないよう４つの補助孔４９の位置を微調整できる。すなわち、製造者は、天板２１及び底板２３を容易に位置合わせできる。
　したがって、流体制御装置１１１のバルブ１２によれば、可動板２４を挟んだ天板２１及び底板２３の位置ズレを容易に検査することができる。
　なお、前記実施形態では、可動板２４は透明であるが、これに限るものではない。実施の際、可動板２４が透明でなくても、超音波などを天板２１のバルブ室４０とは逆側から照射することでも、製造者は、Ｘ方向またはＹ方向へズレないよう４つの補助孔４９の位置を微調整できる。
≪第２の実施形態≫
　次に、本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置２１１について説明する。
　図１１は、本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置２１１に備えられる底板２２３の中央部の正面図である。図１２は、天板２１、可動板２４及び図１１に示す底板２２３を接合したバルブ２１２の中央部の正面図である。図１３は、図１１に示す流体制御装置２１１に備えられる圧電ブロア１３が駆動している間における、補助孔２４９周辺の空気の流れを示す拡大断面図である。図１３に示す矢印は、空気の流れを示している。
　流体制御装置２１１が流体制御装置１１１と相違する点は、底板２２３が、補助孔２４９の間を区切る桟部２４８Ｘ，２４８Ｙを有する点である。その他の点については同じであるため、説明を省略する。
　この構成においても、圧電ブロア１３が駆動している間、図１３に示すように、第１通気孔４１に対向する可動板２４の領域が、第１通気孔４１からバルブ室４０への吸引風によって、補助孔２４９側へ変形する。これにより、天板２１と可動板２４との隙間ｈが大きくなる。すなわち、底板２２３が補助孔２４９を有さない場合と比べて、バルブ２１２の流路抵抗が小さくなり、空気の流量が増大する。
　したがって、流体制御装置２１１のバルブ２１２によれば、圧電ブロア１３から吸引される空気の流量をできるだけ低下させずに通過させることができる。そのため、図１２に示すように、天板２１の４つの第１通気孔４１と底板２２３の８つの補助孔２４９とがＸ方向またはＹ方向へズレないよう精密に位置合わせを行う必要がある。
　そこで、バルブ２１２では底板２２３は、図７に示すように、天板２１のバルブ室４０とは逆側の主面を正面視して、第１通気孔４１と重なり、補助孔２４９を囲む縁部２５０を有する。縁部２５０は、補助孔２４９の間を区切る桟部２４８Ｘ，２４８Ｙを含む。また、可動板２４は透明である。
　そのため、可動板２４を挟んで天板２１及び底板２２３を貼り合わせる時、製造者は、天板２１の４つの第１通気孔４１から桟部２４８Ｘ，２４８Ｙ（縁部２５０の一部）を覗いて、Ｘ方向またはＹ方向へズレないよう８つの補助孔２４９の位置を微調整できる。すなわち、製造者は、天板２１及び底板２２３を容易に位置合わせできる。
　したがって、流体制御装置２１１及びバルブ２１２によれば、可動板２４を挟んだ天板２１及び底板２２３の位置ズレを容易に検査することができる。
　なお、前記実施形態では、可動板２４は透明であるが、これに限るものではない。実施の際、可動板２４が透明でなくても、超音波などを天板２１のバルブ室４０とは逆側から照射することでも、製造者は、Ｘ方向またはＹ方向へズレないよう８つの補助孔２４９の位置を微調整できる。
　また、この構成では、各補助孔２４９の間に桟部２４８があるため、図１３に示すように可動板２４が桟部２４８に接触する。そのため、桟部２４８は、可動板２４の変形を抑制する。よって、吸引風が急激に大きくなった場合など、可動板２４が破損することを防止できる。これにより、バルブ２１２及び流体制御装置２１１の耐久性が向上する。
≪第３の実施形態≫
　以下、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３１１について説明する。
　図１４は、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３１１の外観斜視図である。図１５は、図１４に示す流体制御装置３１１の外観斜視図である。図１６は、図１４に示す振動板１４１及び圧電素子４７の外観斜視図である。図１５及び図１６は、流体制御装置３１１の底面側から見た図である。図１７は、図１４に示す流体制御装置３１１のＵ－Ｕ線の断面図である。図１８は、図１４に示す流体制御装置３１１を１次モードの周波数（基本波）で動作させた時における流体制御装置３１１のＵ－Ｕ線の断面図である。
　流体制御装置３１１が流体制御装置１１１と相違する主な点は、前述のバルブ１２が圧電ブロア３００の吸引孔３２４に装着されている点である。
　まず、流体制御装置３１１は、圧電ブロア３００と、吐出弁８０と、吸引弁に相当するバルブ１２と、を備える。吐出弁８０は圧電ブロア３００の吐出孔１２４に装着されている。バルブ１２は圧電ブロア３００の吸引孔３２４に装着されている。バルブ１２の全ての第２通気孔４３は圧電ブロア３００の吸引孔３２４に連通している。
　圧電ブロア３００は、上から順に、筐体１７、振動板１４１、圧電素子４７、及び筐体３１７を備え、それらが順に積層された構造を有している。
　なお、この実施形態では、圧電素子４７が本発明の「駆動体」に相当する。
　振動板１４１は、円板状であり、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）から構成されている。例えば振動板１４１の厚みは、０．６ｍｍである。例えば吐出孔１２４の直径は、０．６ｍｍである。
　振動板１４１は、図１６に示すように、前述の振動板３２と同じ形状である。振動板１４１は、前述の振動板３２と同じ様に、外周部１３４と、複数の梁部１３５と、振動体１３６と、を備えている。振動板１４１は、開口部６２を有する。開口部６２は、振動体１３６を囲むよう、振動板１４１のほぼ全周にわたって形成されている。
　ここで、外周部１３４は円環状である。振動体１３６は円板状である。振動体１３６は、外周部１３４の開口内に、外周部１３４との間に隙間を空けた状態で配置されている。複数の梁部１３５は、外周部１３４と振動体１３６との間の隙間に設けられ、振動板１４１の周方向に沿って延び、振動体１３６と外周部１３４との間を連結している。
　したがって、振動体１３６は、梁部１３５を介して中空に支持されており、厚み方向に上下動自在となっている。
　振動板１４１は、第１主面１４１Ａと第２主面１４１Ｂとを有する。振動板１４１の第２主面１４１Ｂは、筐体１７の先端に接合している。これにより、振動板１４１は、筐体１７とともに振動体１３６を振動体１３６の厚み方向から挟んで円柱形状のブロア室１３１を構成する。また、振動板１４１および筐体１７は、ブロア室１３１が半径ａとなるよう形成されている。例えば本実施形態においてブロア室１３１の半径ａは、６．１ｍｍである。
　ブロア室１３１は、振動板１４１の第２主面１４１Ｂを正面視して、開口部６２より内側の空間（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側の空間）を指す。そのため、振動板１４１の第２主面１４１Ｂにおける開口部６２より内側の領域（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側の領域）は、ブロア室１３１の底面を構成する。振動板１４１は例えば、金属板に対して打ち抜き加工を施すことにより形成される。
　圧電素子４７は、円板形状であり、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４７の両主面には、電極が形成されている。圧電素子４７は、振動板１４１のブロア室１３１とは逆側の第１主面１４１Ａに接合されており、印加された交流電圧に応じて伸縮する。圧電素子４７及び振動体１３６は、アクチュエータ７０を構成する。
　筐体１７は、下方が開口した断面コ字状に形成されている。筐体１７の先端は、振動板１４１に接合している。筐体１７は、例えば金属から構成されている。
　筐体１７は、振動板１４１の第２主面１４１Ｂに対向する円板状の天板部１８と、天板部１８に接続する円環状の側壁部１９と、を有する。天板部１８の一部は、ブロア室１３１の天面を構成する。
　なお、この実施形態では、ブロア室１３１が本発明の「第１ブロア室」に相当する。
　天板部１８は、ブロア室１３１の中央部をブロア室１３１の外部と連通させる円柱状の吐出孔１２４を有する。ブロア室１３１の中央部とは、振動板１４１の第１主面１４１Ａを正面視して圧電素子４７と重なる部分である。天板部１８には、ブロア室１３１の外部から吐出孔１２４を介して内部へ気体が流れることを防ぐ吐出弁８０が設けられている。
　次に、筐体３１７は、上方が開口した断面コ字状に形成されている。筐体３１７の先端は、振動板１４１の第１主面１４１Ａに接合している。筐体３１７は、例えば金属から構成されている。
　これにより、筐体３１７は、アクチュエータ７０とともに振動体１３６を振動体１３６の厚み方向から挟んで円柱形状のブロア室３３１を構成する。また、振動板１４１および筐体３１７は、ブロア室３３１が半径ａとなるよう形成されている。すなわち、ブロア室３３１は、ブロア室１３１と同じ半径ａを有している。
　本実施形態において振動板１４１の開口部６２は、ブロア室１３１の外周をブロア室３３１の外周と連通させる。開口部６２は、ブロア室３３１を囲むよう、振動板１４１のほぼ全周にわたって形成されている。そのため、アクチュエータ７０の吸引孔３２４側の面における開口部６２より内側の領域（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側の領域）は、ブロア室３３１の底面を構成する。
　筐体３１７は、振動板１４１の第１主面１４１Ａに対向する円板状の天板部３１８と、天板部３１８に接続する円環状の側壁部３１９と、を有する。天板部３１８の一部は、ブロア室３３１の天面を構成する。
　なお、この実施形態では、筐体１７及び筐体３１７が本発明の「筐体」を構成する。また、ブロア室１３１が本発明の「第１ブロア室」に相当し、ブロア室３３１が本発明の「第２ブロア室」に相当する。
　天板部３１８は、ブロア室３３１の中央部を筐体３１７の外部と連通させる円柱状の吸引孔３２４を有する。ブロア室３３１の中央部とは、振動板１４１の第１主面１４１Ａを正面視して圧電素子４７と重なる部分である。例えば吸引孔３２４の直径は、０．６ｍｍである。
　以下、流体制御装置３１１の動作時における空気の流れについて説明する。
　図１８は、図１３に示す流体制御装置３１１を１次モードの周波数（基本波）で動作させた時における流体制御装置３１１のＵ－Ｕ線の断面図である。図１８（Ａ）は、ブロア室１３１の容積が最も増大し、ブロア室３３１の容積が最も減少したときの図であり、図１８（Ｂ）は、ブロア室１３１の容積が最も減少し、ブロア室３３１の容積が最も増大したときの図である。ここで、図中の矢印は、空気の流れを示している。
　図１７に示す状態において、１次モードの周波数（基本波）の交流駆動電圧が圧電素子４７の両主面の電極に印加されると、圧電素子４７は、伸縮し、振動体１３６を１次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。
　同時に、天板部１８は、アクチュエータ７０の屈曲振動に伴うブロア室１３１の圧力変動により、アクチュエータ７０の屈曲振動に伴って（この実施形態では振動位相が１８０°遅れて）１次モードで同心円状に屈曲振動する。
　天板部３１８も、アクチュエータ７０の屈曲振動に伴うブロア室３３１の圧力変動により、アクチュエータ７０の屈曲振動に伴って（この実施形態では振動位相が１８０°遅れて）１次モードで同心円状に屈曲振動する。
　これにより、図１８（Ａ）（Ｂ）に示すように、ブロア室１３１、３３１の体積が周期的に変化する。
　なお、ブロア室１３１の半径ａと振動板１４１の共振周波数ｆとは、ブロア室１３１を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。
　さらに、ブロア室３３１の半径ａと振動板１４１の共振周波数ｆとも、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。本実施形態において、共振周波数ｆは、２１ｋＨｚである。空気の音速ｃは、３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、２．４０である。
　また、ブロア室１３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、ブロア室１３１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。ブロア室３３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）も、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。
　図１８（Ａ）に示すように、振動板１４１が圧電素子４７側へ屈曲すると、天板部１８は圧電素子４７とは逆側へ屈曲し、ブロア室１３１の容積が増大する。さらに、天板部３１８は圧電素子４７側へ屈曲し、ブロア室３３１の容積が減少する。
　このとき、ブロア室１３１の中央部の圧力が低下するため、吐出弁８０が閉じる。また、ブロア室３３１の中央部の圧力が増加するため、バルブ１２が閉じる。これにより、ブロア室３３１の中央部の空気が開口部６２を介してブロア室１３１に吸引される。
　図１８（Ｂ）に示すように、振動板１４１がブロア室１３１側へ屈曲すると、天板部１８は圧電素子４７側へ屈曲し、ブロア室１３１の容積が減少する。さらに、天板部３１８は圧電素子４７とは逆側へ屈曲し、ブロア室３３１の容積が増大する。
　このとき、ブロア室１３１の中央部の圧力が増加するため、吐出弁８０が開き、ブロア室１３１の中央部の空気が吐出孔１２４を介して筐体１７の外部へ吐出される。また、このとき、ブロア室３３１の中央部の圧力が低下するため、バルブ１２が開く。これにより、圧電ブロア３００外部の空気が吸引孔３２４を介してブロア室３３１内に吸引される。
　以上のように、圧電ブロア３００は、アクチュエータ７０の駆動時、吸引孔３２４を介して筐体３１７の外部をブロア室３３１へ吸引し、ブロア室１３１の空気を吐出孔１２４を介して筐体１７の外部へ吐出する。
　また、圧電ブロア３００では、振動板１４１の振動に伴い天板部１８、３１８が振動するため、実質的に振動振幅を増すことができる。これにより、本実施形態の圧電ブロア３００は、吸引圧力と吸引流量を増加させることができる。
　ここで、図１８（Ａ）（Ｂ）に示すように、ブロア室３３１の容積が減少した時にブロア室１３１の容積が増大し、ブロア室１３１の容積が減少した時にブロア室３３１の容積が増大する。すなわち、ブロア室１３１の容積とブロア室３３１の容積とは、逆位相で変化する。
　そのため、ブロア室１３１の外周の空気とブロア室３３１の外周の空気とはアクチュエータ７０の駆動時、開口部６２を介して移動する。よって、ブロア室１３１の外周の圧力とブロア室３３１の外周の圧力とはアクチュエータ７０の駆動時、開口部６２を介して相殺され、常に大気圧（節）となる。
　そして、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動板１４１の振動の節Ｆが、ブロア室１３１の圧力振動の節とブロア室３３１の圧力振動の節とに一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動板１４１の振動の節Ｆが、ブロア室１３１の圧力振動の節とブロア室３３１の圧力振動の節とに、ほぼ一致する。
　圧電ブロア３００は、例えば鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用される。長期駆動に伴う圧電素子の破損を防ぐためには、圧電素子の振動速度は２ｍ／ｓ以下とする必要がある。鼻水や痰の吸引には２０ｋＰａ以上の圧力が必要なため、圧電ブロア３００には、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅が必要である。圧力振幅は、ａｆが１３０ｍ／ｓであるときに最大となる。そこから±２０％ずれても、圧力振幅は、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上得られる。
　そのため、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、圧電ブロア３００は、吐出孔１２４及び吸引孔３２４の両方から、高い吸引圧力および高い吸引流量を実現できる。圧電ブロア３００は、消費電力を増加させることなく、１つの駆動体でほぼ２倍の吸引圧力を生じさせることができる。
　また、流体制御装置３１１は前述のバルブ１２を備える。そのため、流体制御装置３１１は、流体制御装置１１１と同様に、可動板２４を挟んだ天板２１及び底板２３の位置ズレを容易に検査することができる。
≪その他の実施形態≫
　なお、前記実施形態では流体として空気を用いているが、これに限るものではない。当該流体が、空気以外の気体にも適用できる。
　また、前記実施形態では、バルブや圧電ブロアを構成する各板はＳＵＳから構成されているが、これに限るものではない。例えば、アルミニウム、チタン、マグネシウム、銅などの他の材料から構成してもよい。
　また、前記実施形態ではブロアの駆動源として圧電素子を設けたが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動でポンピング動作を行うブロアとして構成されていても構わない。
　また、前記実施形態では、圧電素子は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が、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などから構成してもよい。
　また、前記実施形態ではユニモルフ型の圧電振動子を使用しているが、これに限るものではない。振動体３６の両面に圧電素子３３を貼着したバイモルフ型の圧電振動子を使用してもよい。同様に、振動体１３６の両面に圧電素子４７を貼着したバイモルフ型の圧電振動子を使用してもよい。
　また、前記実施形態では円板状の圧電素子３３、４７、円板状の振動体３６、１３６を用いたが、これに限るものではない。例えば、これらの形状が矩形や多角形であってもよい。
　また、前記実施形態では、ｋ０が２．４０の条件を用いたが、これに限るものではない。５．５２、８．６５、１１．７９、１４．９３など、ｋ０は、Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値であれば良い。
　また、前記実施形態では、１次モードの周波数で圧電ブロアの振動板を屈曲振動させたが、これに限るものではない。実施の際は、複数の振動の腹を形成する、３次モード以上の奇数次の振動モードで振動板を屈曲振動させても良い。
　また、前記実施形態では、ブロア室４５、１３１、３３１の形状が円柱形状であるが、これに限るものではない。実施の際は、ブロア室の形状が正角柱形状であっても良い。この場合、ブロア室の半径ａの代わりに、ブロア室の中心軸Ｃからブロア室の外周Ｆまでの最短距離ａを使用する。
　また、前記第３実施形態では、バルブ１２の全ての第２通気孔４３は圧電ブロア３００の吸引孔３２４に接続しているが、これに限るものではない。実施の際、バルブ２１２の全ての第２通気孔４３が圧電ブロア３００の吸引孔３２４に接続していてもよい。
　最後に、前述の実施形態の説明は、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、前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。
１２…バルブ
１３…圧電ブロア
１４…制御部
１７…筐体
１８…天板部
１９…側壁部
２１…天板
２２…側壁板
２３…底板
２４…可動板
２５…突起部
２６…切欠部
３１…側壁板
３２…振動板
３３…圧電素子
３４…外周部
３５…梁部
３６…振動体
３７…アクチュエータ
４０…バルブ室
４１…第１通気孔
４２…第３通気孔
４３…第２通気孔
４５…ブロア室
４６…吸入孔
４７…圧電素子
４８…ブロア下室
４９…補助孔
５０…縁部
５４…振動調整板
５５…ブロア上室
６２…開口部
７０…アクチュエータ
８０…吐出弁
１１１…流体制御装置
１２４…吐出孔
１３１…ブロア室
１３４…外周部
１３５…梁部
１３６…振動体
１４１…振動板
１４１Ａ…第１主面
１４１Ｂ…第２主面
２１１…流体制御装置
２１２…バルブ
２２３…底板
２４８Ｘ，２４８Ｙ…桟部
２４９…補助孔
２５０…縁部
３００…圧電ブロア
３１１…流体制御装置
３１７…筐体
３１８…天板部
３１９…側壁部
３２４…吸引孔
３３１…ブロア室
９１０…バルブ
９１４、９１６…板
９１７…フラップ
９１８、９２０…通気孔
９２８…補助孔

Claims (7)

  1. 　第１通気孔を有する第１の板と、
    　前記第１通気孔に通じるバルブ室を前記第１の板との間に構成する第２の板であって、前記バルブ室に通じ前記第１通気孔とは対向しない第２通気孔を有する第２の板と、
    　前記第１通気孔に対向せず前記第２通気孔に対向する第３通気孔を有し、前記第１の板および前記第２の板の間を可動自在に前記バルブ室に設けられた可動板と、を備え、
    　前記第２の板は、前記第１の板の前記バルブ室とは逆側の主面から正面視して、前記第１通気孔と重なる補助孔と、前記第１通気孔と重なり、前記補助孔を囲む縁部と、を有する、バルブ。
  2. 　前記補助孔の数は、複数であり、
    　前記縁部は、各補助孔の間を区切る桟部を含む、請求項１に記載のバルブ。
  3. 　前記可動板は、透明である、請求項１又は請求項２に記載のバルブ。
  4. 　第１主面と第２主面とを有する振動体と、前記振動体を屈曲振動させる駆動体と、を有するアクチュエータと、前記アクチュエータとともに前記振動体の厚み方向から前記振動体を挟んで第１ブロア室および第２ブロア室を構成する筐体と、を有するブロアと、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のバルブと、を備え、
    　前記筐体は、前記第１ブロア室を前記筐体の外部と連通させる吐出孔と、前記第２ブロア室を前記筐体の外部と連通させる吸引孔と、を有し、
    　前記バルブの前記第２通気孔は、前記ブロアの前記吸引孔に接続している、流体制御装置。
  5. 　前記第１ブロア室の中心軸から前記第１ブロア室の外周までの最短距離ａと前記振動体の共振周波数ｆとは、前記第１ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項４に記載の流体制御装置。
  6. 　前記駆動体は、前記振動体の前記第１主面および前記第２主面の少なくとも一方の主面に設けられている、請求項４又は請求項５に記載の流体制御装置。
  7. 　前記駆動体は、圧電素子である、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の流体制御装置。
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