WO2022234778A1 - バルブ、流体制御装置、加圧装置、および、血圧計 - Google Patents

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WO2022234778A1
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valve
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wall
valve chamber
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幸治 兒玉
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a valve that rectifies fluid using a deformable membrane and a fluid control device that includes this valve.
  • Patent Document 1 describes a fluid control device that includes a piezoelectric pump and a check valve (valve).
  • a housing of the check valve (valve) is formed with a vent hole, a communication hole, a quick exhaust hole, and a check valve hole.
  • the vent communicates with the piezoelectric pump.
  • the communication hole and the check valve hole communicate with the cuff outside the fluid control device.
  • the quick exhaust hole communicates with the outside of the check valve housing.
  • the housing includes a first wall and a second wall that are parallel to each other.
  • a vent hole and a check valve hole are formed in the first wall.
  • a communication hole and a quick exhaust hole are formed in the second wall.
  • a diaphragm is installed in the housing.
  • the diaphragm separates the internal space of the housing into a first wall-side space and a second wall-side space.
  • this diaphragm By deforming this diaphragm due to the flow of fluid, it switches between injecting gas into the cuff and discharging gas from the rapid exhaust port.
  • an object of the present invention is to suppress the vibration of the membrane when gas is discharged using the rapid exhaust holes.
  • the valve of the present invention comprises a housing, a membrane, and a communicating passage.
  • the housing includes a first wall having a first hole communicating with an external pump, a second wall having a second hole communicating with a component to be discharged of fluid, and the first wall and the second wall facing each other. It has a valve chamber sandwiched by The membrane divides the valve chamber into a space on the side of the first wall and a space on the side of the second wall.
  • the communication path communicates the space on the side of the first wall and the space on the side of the second wall.
  • the second wall has a third hole that can communicate with the outside of the housing and that can discharge the fluid from the valve chamber.
  • the aperture surface of the membrane, the first hole on the valve chamber side, and the aperture surface of the third hole on the valve chamber side are In addition, the communication path does not overlap the open surface of the first hole on the valve chamber side and the open surface of the third hole on the valve chamber side, and does not overlap the open surface of the first hole on the valve chamber side. It overlaps at least a part of the opening surface of the third hole on the valve chamber side.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which a cuff is attached to the fluid control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3(A) is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve according to the first embodiment, and
  • FIG. 3(B) is a perspective plan view showing the relationship between each hole and the membrane.
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow of gas during the gas supply operation to the cuff, and is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve.
  • FIG. 5(A) and 5(B) are diagrams showing the flow of gas during the operation of discharging gas from the cuff, and are side cross-sectional views enlarging a part of the valve.
  • FIG. 6 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the second embodiment.
  • FIG. 7A is a side sectional view enlarging a part of the valve according to the second embodiment, and
  • FIG. 7B is a perspective plan view showing the relationship between each hole and the membrane.
  • FIG. 8(A) is a side sectional view enlarging a part of the valve according to the third embodiment
  • FIG. 8(B) is a perspective plan view showing the relationship between each hole and the membrane.
  • FIG. 9 is a diagram showing the flow of gas during the operation of discharging gas from the cuff, and is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve.
  • FIG. 10(A) is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve according to the fourth embodiment
  • FIG. 10(B) is a diagram showing the gas flow during the operation of discharging the gas from the cuff.
  • FIG. 11A is an enlarged side cross-sectional view of a portion of the valve according to the fifth embodiment
  • FIG. 11(C) is a diagram showing the flow of gas during the operation of discharging gas from the cuff, and is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve.
  • FIG. 12 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the eighth embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the ninth embodiment.
  • 16(A) and 16(B) are diagrams showing derived examples of the positional relationship between the hole communicating with the pump, the gas discharge hole, and the membrane.
  • FIG. 1 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which a cuff is attached to the fluid control device according to the first embodiment.
  • the shape of each component is partially or wholly exaggerated in order to make the configuration of the valve and the fluid control device easier to understand.
  • a mode using gas for example, air
  • the configuration of the present invention can be applied to liquid as well, for example.
  • the fluid control device 10 includes a valve 11 and a pump 12.
  • the valve 11 and the pump 12 have common members and are integrally formed.
  • a cuff 2 is connected to the valve 11 .
  • the cuff 2 corresponds to the "fluid ejection target component" of the present invention.
  • FIG. 3(A) is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve according to the first embodiment
  • FIG. 3(B) is a perspective plan view showing the relationship between each hole and the membrane. A specific configuration of the valve 11 will be described below with reference to FIGS. 1, 2, 3A, and 3B.
  • the valve 11 includes a housing member 40 , a housing member 70 , a membrane 80 and a retaining plate 90 .
  • the housing member 40 includes a flat plate 41 and side walls 42 and is made of metal, resin, or the like.
  • the flat plate 41 corresponds to the "first wall" of the invention.
  • the side wall 42 connects to the outer edge of the flat plate 41 .
  • Side wall 42 has a shape protruding from one main surface of flat plate 41 .
  • the flat plate 41 and the side wall 42 may be integrally formed or separately formed and joined or adhered.
  • a concave portion 402 is formed by the flat plate 41 and the side wall 42 .
  • the flat plate 41 has a protruding portion 410 protruding from one main surface to which the side wall 42 connects.
  • a hole 400 is formed in the projecting portion 410 so as to penetrate the projecting portion 410 along the height direction. Due to the shape having this hole 400 , the projecting portion 410 has, for example, a circular cylindrical shape in plan view (when viewed in a direction perpendicular to one main surface).
  • the one main surface side and the other main surface side of the flat plate 41 communicate with each other through a hole 400 .
  • This hole 400 is a communication hole of the valve 11 to the pump 12 and corresponds to the "first hole" of the present invention.
  • the plane of the boundary where the hole 400 communicates with the valve chamber is the opening surface of the hole 400 on the valve chamber side.
  • the housing member 70 is plate-shaped and made of metal, resin, or the like.
  • the shape which planarly viewed the member 70 for housings is substantially the same as the member 40 for housings.
  • the housing member 70 corresponds to the "second wall" of the present invention.
  • the housing member 70 has holes 700 , 710 and 790 .
  • the hole 700 is opened in one main surface of the housing member 70 .
  • the boundary plane where the hole 700 communicates with the outside is the opening surface on the outside of the hole 700 .
  • the hole 710 is opened in the other main surface (valve chamber side) of the housing member 70 .
  • a boundary plane where the hole 710 communicates with the valve chamber is an opening surface on the outside of the hole 710 .
  • the hole 700 and the hole 710 overlap each other in a plan view (viewed in a direction orthogonal to one main surface and the other main surface).
  • the holes 700 and 710 communicate with each other.
  • a hole formed by connecting the hole 700 and the hole 710 corresponds to the "second hole” of the present invention.
  • the hole 700 corresponds to the "first portion" of the present invention
  • the hole 710 corresponds to the "second portion" of the present invention.
  • One end of the hole 790 opens to the other main surface (valve chamber side) of the housing member 70 .
  • the plane of the boundary where the hole 790 communicates with the valve chamber is the opening surface of the hole 790 on the valve chamber side.
  • the other end of the hole 790 is opened in the outer surface of the housing member 70 .
  • the plane of the boundary where this hole 790 communicates with the outside is the opening surface on the outside side of the hole 790 .
  • This hole 790 corresponds to the "third hole" of the present invention.
  • the membrane 80 is a so-called valve membrane or diaphragm, and is made of a deformable material such as a rubber sheet.
  • a hole 800 is formed in the membrane 80 near the outer edge.
  • a hole 800 penetrates the membrane 80 in the thickness direction. This hole 800 corresponds to the "communication path" of the present invention.
  • the holding plate 90 is plate-shaped and made of metal, resin, or the like, for example.
  • the holding plate 90 has an aperture 900 .
  • the opening 900 penetrates the holding plate 90 in the thickness direction, and the shape of the opening 900 in plan view is smaller than the outer shape of the membrane 80 .
  • the holding plate 90 holds the membrane 80 so as to overlap the opening 900 . At this time, the holding plate 90 holds the outer edge of the membrane 80 so that the hole 800 communicates with the opening 900 .
  • the shape of the opening 900 of the holding plate 90 in plan view is larger than the opening surface of the hole 700 and the opening surface of the hole 790 .
  • a holding plate 90 and a housing member 70 are arranged in this order on the side of the housing member 40 where the side wall 42 protrudes.
  • the retaining plate 90 abuts the side wall 42 .
  • the other main surface of the housing member 70 is connected to the holding plate 90 .
  • the housing member 70 is configured such that the other main surface of the housing member 70 faces one main surface of the flat plate 41 of the housing member 40 and the film 80 and the holding plate 90 are sandwiched therebetween. connect to. Thereby, it is surrounded by the housing of the valve 11 formed by the housing member 40, the housing member 70, and the holding plate 90, and the recess 402 of the housing member 40 and the opening 900 of the holding plate 90 A valve chamber consisting of a space communicating with the is formed. In other words, the valve chamber is a space sandwiched between the flat plate 41 of the housing member 40 and the housing member 70 .
  • the membrane 80 is positioned within the valve chamber and between the flat plate 41 of the housing member 40 and the housing member 70 .
  • the membrane 80 divides the valve chamber into a first space on the side of the housing member 40 (a space formed by the concave portion 402: a space on the first wall side) and a second space on the side of the housing member 70 (opening portion 900). space: the space on the second wall side).
  • the first space and the second space communicate with each other through holes 800 in the membrane 80 .
  • the hole 400 communicates with the first space formed by the recess 402 , and the hole 710 (hole 700 ) and the hole 790 communicate with the second space formed by the opening 900 . That is, hole 400 and hole 710 (hole 700) and hole 790 are arranged on opposite sides with membrane 80 interposed therebetween.
  • the membrane 80 In a plan view of the valve 11 (viewing in the direction in which the housing member 40, the membrane 80, and the housing member 70 are arranged (the first direction of the valve 11)), the membrane 80 has a hole 400 and a hole 710 ( holes 700 ) and holes 790 .
  • the opening surface of the hole 400 on the valve chamber side (first space side) and the opening surface of the hole 790 on the valve chamber side (second space side) overlap. More specifically, the opening surface of the hole 790 on the valve chamber side (second space side) completely overlaps the opening surface of the hole 400 on the valve chamber side (first space side).
  • the expression that the pore surfaces completely overlap means that, for example, as shown in FIG. It means that the entire open surface of hole 790 lies within the open surface of hole 400 .
  • the hole 800 does not overlap the open surface of the hole 400 on the valve chamber side and the open surface of the hole 790 on the valve chamber side. Note that the hole 800 preferably overlaps the hole 710 .
  • valve 11 (Operation of valve 11)
  • the valve 11 configured as described above realizes the operation of supplying gas to the cuff 2 and the operation of discharging gas from the cuff 2 as described below.
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow of gas during the gas supply operation to the cuff, and is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve.
  • the pump 12 When supplying gas to the cuff 2, the pump 12, which will be described later, is driven. By driving the pump 12, the gas flows from the pump 12 through the hole 400 into the first space of the valve chamber. The gas entering through the holes 400 pushes the membrane 80 . Thereby, the membrane 80 is deformed and covers the hole 790 of the housing member 70 . The hole 790 is then blocked by the membrane 80 .
  • the gas that has flowed into the first space flows on the first space side of the membrane 80 and flows through the holes 800 into the second space.
  • the gas that has flowed into the second space is discharged outside the valve 11 through the holes 710 and 700 .
  • the hole 700 communicates with the cuff 2 , and the gas discharged from the hole 700 to the outside of the valve 11 is supplied to the cuff 2 .
  • the hole 790 is closed by the membrane 80, and the membrane 80 is pressed against the wall surface of the housing member 70 on the pump chamber side with a predetermined pressure from the first space side.
  • the gas that has flowed into the second space through the holes 800 is discharged through the holes 700 without leaking into the holes 790 . Therefore, gas can be efficiently supplied to the cuff 2 .
  • FIG. 5(A) and 5(B) are diagrams showing the flow of gas during the operation of discharging gas from the cuff, and are side cross-sectional views enlarging a part of the valve.
  • FIG. 5(A) shows the transient state (initial state) of discharge
  • FIG. 5(B) shows the steady state of discharge.
  • transient state As shown in FIG. 5A, in the transient state, part of the gas that has flowed into the second space pushes the film 80 toward the casing member 40 side. As a result, the film 80 is separated from the wall surface of the housing member 70 on the pump chamber side. And the hole 790 communicates with the second space.
  • a channel (first channel) reaching hole 700 to hole 790 and a channel (second channel) reaching hole 400 from hole 700 through hole 800 are formed.
  • a rapid change in the cross-sectional area of the first flow channel and a change in flow velocity can be suppressed, and it is possible to prevent the membrane 80 from sharply bending toward the first space due to the airflow to the hole 790 . Therefore, it is possible to prevent the film 80 from colliding with the inner wall surface of the flat plate 41 or the tip of the projecting portion 410 and bending toward the second space due to reaction, and the vibration of the film 80 is suppressed.
  • the holes 710 and 790 are on the same side of the membrane 80 and the holes 710 and 400 are on opposite sides of the membrane 80 so that the flow path from the holes 710 to the holes 790 is reduced.
  • the pressure drop is less than the pressure drop from hole 710 to hole 400 .
  • This pressure loss difference can be adjusted by, for example, the size and position of the hole 800 .
  • membrane 80 changes so that member 40 for cases may be approached, and contacts tip side 411 of projection part 410 of member 40 for cases after that. Then, as shown in FIG. 5B, membrane 80 closes hole 400 and almost all of the gas from hole 710 flows to hole 790 . In other words, the membrane 80 deforms toward the inner wall surface of the flat plate 41 and the tip of the protruding portion 410 in almost one direction without causing a large vibration.
  • valve 11 can discharge the gas in the cuff 2 to the outside while the membrane 80 hardly vibrates.
  • the gas flows into the holes 790 immediately after the gas is discharged from the cuff 2, but the flow rate of the gas causes the membrane to 80 is drawn back into hole 790 and membrane 80 nearly blocks hole 790 .
  • the gas pressure then pulls the membrane away from the hole 790 again and impacts the opposite wall. This causes the membrane to vibrate.
  • the comparative configuration produces an undesirable vibration noise.
  • valve 11 of the present invention it is possible to suppress unwanted vibration noise and improve the gas discharge speed.
  • the valve 11 is provided with a projecting portion 410 .
  • This projecting portion 410 may not be provided.
  • the distance between the opening surface of the hole 400 and the opening surface of the hole 790 can be adjusted without changing the capacity of the pump chamber. Therefore, it is possible to control the flow rate and flow velocity of the fluid on both sides of the membrane 80 in the above-described transient state, and the valve 11 can more reliably suppress the occurrence of vibration.
  • the hole 710 has a shape that expands to a position closer to the hole 790 than the hole 700 .
  • a portion of the hole 710 that widens toward the hole 790 may be omitted.
  • the pressure loss of the gas flowing from the hole 700 to the hole 790 can be reduced. That is, the opening cross-sectional area of the hole 710 is larger than the opening cross-sectional area of the hole 700, so that the pressure loss of the gas flowing from the hole 700 to the hole 790 can be reduced.
  • the cross-sectional area of the hole is the cross-sectional area obtained by cutting the hole 700 and the hole 710 along a plane parallel to the opening surface of the hole 700 and the hole 710 .
  • the holes 400 and 790 overlap in plan view, so that the area of the membrane 80 can be made smaller than when the holes 790 and 400 are separated in plan view. Thereby, miniaturization of the membrane 80 and thus miniaturization of the valve 11 can be realized.
  • a hole 800 is formed in the membrane 80 . This allows the hole 800 to be provided at a position closer to the operating position of the valve 11, that is, the position where the hole 790 and the hole 400 overlap. Thereby, the valve 11 can be made more compact.
  • the pump 12 includes a main flat plate 21, a frame 22, a connecting member 23, a piezoelectric element 30, a flat plate 41 of the housing member 40, a side wall member 50, and a lid member 60. .
  • the flat plate 41 of the housing member 40 is shared by the valve 11 and the pump 12 .
  • the main flat plate 21 is circular in plan view.
  • the frame 22 is arranged so as to surround the main flat plate 21 .
  • the plurality of connecting members 23 are beam-shaped and arranged between the main flat plate 21 and the frame 22 .
  • a plurality of connecting members 23 support the main flat plate 21 with respect to the frame 22 so as to be able to vibrate.
  • the piezoelectric element 30 has a circular shape in plan view.
  • the piezoelectric element 30 includes a piezoelectric body and a driving conductor.
  • the piezoelectric element 30 is arranged on one main surface of the main flat plate 21 . At this time, the center of the piezoelectric element 30 and the center of the main flat plate 21 coincide. Note that matching here includes the range in which the center positions are shifted from each other within the range of manufacturing error.
  • the piezoelectric element 30 is distorted by applying a drive voltage.
  • the main flat plate 21 vibrates due to the stress caused by the strain of the piezoelectric element 30 .
  • the side wall member 50 has an annular shape with a hollow 500 and is arranged between the frame 22 and the housing member 40 .
  • the side wall member 50 connects to the frame 22 and the housing member 40 .
  • a space (hollow 500 ) surrounded by the structure consisting of the main flat plate 21 , the frame 22 , and the connecting member 23 , the housing member 40 , and the side wall member 50 serves as the pump chamber of the pump 12 .
  • the lid member 60 is composed of a flat plate portion and a frame portion, and the frame portion has a shape protruding from one main surface of the flat plate portion. A hole 600 passing through the flat plate portion is formed in the flat plate portion.
  • the lid member 60 is arranged to cover the main flat plate 21 , and the frame portion of the lid member 60 is connected to the frame body 22 .
  • the fluid control device 10 shares the flat plate 41 and the hole 400 of the housing member 40, and implements the valve 11 and the pump 12 in one housing.
  • the fluid control device 10 can be made thinner and smaller.
  • the fluid control device 10 can suppress unwanted vibration noise and discharge the gas from the cuff 2 at a higher speed.
  • FIG. 6 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the second embodiment.
  • FIG. 7A is a side sectional view enlarging a part of the valve according to the second embodiment
  • FIG. 7B is a perspective plan view showing the relationship between each hole and the membrane.
  • the fluid control device 10A according to the second embodiment differs from the fluid control device 10 according to the first embodiment in that the valve 11A Differs in composition.
  • the rest of the configuration of the fluid control device 10A is the same as that of the fluid control device 10, and the description of the similar portions will be omitted.
  • the fluid control device 10A includes a valve 11A.
  • Valve 11A comprises membrane 80A and retainer plate 90A.
  • the holding plate 90A has a shape that protrudes into a region that overlaps with the hole 710 in a plan view when arranged on the housing member 70 .
  • the holding plate 90A has a shape that has a portion extending inward from the outer edge of the valve chamber. Accordingly, the holding plate 90 ⁇ /b>A has a smaller area of the opening 900 than the holding plate 90 .
  • the holding plate 90A has a hole 910 in this protrusion.
  • the hole 910 penetrates the holding plate 90A in the thickness direction. Hole 910 corresponds to the "communication passage" of the present invention.
  • the membrane 80A has a shape larger than the aperture 900 of the holding plate 90A. Membrane 80A covers aperture 900 and does not cover aperture 910 . The outer edge of membrane 80A is fixed to retaining plate 90A. In a plan view of the valve 11A, the membrane 80A overlaps the opening surface of the hole 400 on the valve chamber side and the opening surface of the hole 790 on the valve chamber side.
  • the valve 11A can suppress vibration of the membrane 80A. Furthermore, in the valve 11A, the area of the membrane 80A, more specifically, the area of the deformed region of the membrane 80A can be reduced, so the response speed of the membrane 80A can be improved.
  • FIG. 8(A) is a side sectional view enlarging a part of the valve according to the third embodiment
  • FIG. 8(B) is a perspective plan view showing the relationship between each hole and the membrane.
  • the fluid control device 10B according to the third embodiment differs from the fluid control device 10A according to the second embodiment in the configuration of the valve 11B.
  • the rest of the configuration of the fluid control device 10B is the same as that of the fluid control device 10A, and the description of the similar portions will be omitted.
  • the film 80B in the figure is the same as the film 80A
  • the holding plate 90B is the same as the holding plate 90A, so detailed description of each will be omitted.
  • the valve 11B has a flat plate 41B.
  • the flat plate 41B has a support member 420 .
  • a support member 420 is formed within the bore 400 .
  • the support member 420 has, for example, a mesh shape in plan view. In other words, the support member 420 has a shape that partially closes the hole 400 but ensures gas permeability of the hole 400 .
  • the end surface of the support member 420 on the pump chamber side is flush with the tip end surface 411 of the projecting portion 410 .
  • FIG. 9 is a diagram showing the flow of gas during the operation of discharging gas from the cuff, and is a side sectional view enlarging a portion of the valve.
  • FIG. 9 shows the steady state of ejection operation.
  • FIG. 10(A) is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve according to the fourth embodiment
  • FIG. 10(B) is a diagram showing the gas flow during the operation of discharging the gas from the cuff. There is, and it is side sectional drawing which expanded a part of valve
  • FIG. 10(B) shows the steady state of the ejection operation.
  • the fluid control device 10C according to the fourth embodiment differs from the fluid control device 10B according to the third embodiment in the configuration of the valve 11C. .
  • the rest of the configuration of the fluid control device 10C is the same as that of the fluid control device 10B, and the description of the similar portions will be omitted.
  • the film 80C in the figure is the same as the film 80B
  • the holding plate 90C is the same as the holding plate 90B, so detailed description of each will be omitted.
  • the valve 11C has a flat plate 41C.
  • the flat plate 41C includes a support member 420C.
  • Support member 420C is formed within hole 400 .
  • 420 C of support members are the same shape as the support member 420 of the valve
  • the end surface of the support member 420C on the pump chamber side is arranged on the inner side of the hole 400 with respect to the tip end surface 411 of the projecting portion 410 .
  • the depth of penetration of the membrane 80C into the hole 400 can be set to a desired amount. As a result, it is possible to improve the responsiveness of deformation of the membrane 80C to the flow of gas and realize a predetermined discharge speed.
  • FIG. 11A is an enlarged side cross-sectional view of a portion of the valve according to the fifth embodiment
  • FIG. FIG. 11(C) is a diagram showing the flow of gas during the operation of discharging gas from the cuff, and is a side cross-sectional view enlarging a part of the valve.
  • FIG. 11(C) shows the steady state of the ejection operation.
  • the fluid control device 10D according to the fifth embodiment has, in contrast to the fluid control device 10A according to the second embodiment, The difference is in the configuration of the valve 11D.
  • the rest of the configuration of the fluid control device 10D is the same as that of the fluid control device 10A, and the description of the similar portions will be omitted.
  • the film 80D in the figure is the same as the film 80A
  • the holding plate 90D is the same as the holding plate 90A, so detailed description of each will be omitted.
  • the valve 11D has a flat plate 41D.
  • the flat plate 41D has a communication hole 430. As shown in FIG. One opening of the communication hole 430 overlaps the opening portion 900 in a plan view of the valve 11D. The other opening in communicating hole 430 overlaps hole 910 . In other words, in plan view, the communication hole 430 is formed in the flat plate 41D so as to straddle the portion between the opening 900 and the hole 910 in the holding plate 90D.
  • the housing member having the flat plate 41D has a low side wall height, and the film 80D abuts on the main surface of the flat plate 41D on the pump chamber side in a static state in which no gas flow occurs.
  • the membrane 80D closes the hole 790 and communicates the communication hole 430 with the valve chamber, as shown in FIG. 11(B).
  • the valve 11D allows the gas to flow into the valve 11D from the hole 400 and is discharged to the cuff 2 through the communication hole 430, the holes 910, the holes 710, and the holes 700.
  • the membrane 80D closes the hole 400 and communicates the hole 790 with the valve chamber, as shown in FIG. 11(C).
  • the valve 11D discharges the gas from the cuff 2 to the outside of the valve 11D through the holes 700, 710, and 790.
  • the valve 11D can suppress vibration of the membrane 80D.
  • FIG. 12 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the sixth embodiment.
  • the fluid control device 10E according to the sixth embodiment differs from the fluid control device 10 according to the first embodiment in the configuration of the valve 11E.
  • the rest of the configuration of the fluid control device 10E is the same as that of the fluid control device 10, and the description of the similar portions will be omitted.
  • the fluid control device 10E includes a valve 11E.
  • the valve 11E has a retainer plate 90E.
  • the holding plate 90E is, for example, annular.
  • a retainer plate 90E holds the outer edge of the membrane 80 .
  • the holding plate 90E is fixed to the flat plate 41 of the housing member 40 .
  • the holding plate 90E is fixed so that the membrane 80 overlaps the holes 400 and 790 in plan view of the valve 11E.
  • the valve 11E can suppress vibration of the membrane 80 in the same manner as the valve 11. That is, even if membrane 80 is fixed to member 40 for cases, and even if it is fixed to member 70 for cases, vibration of membrane 80 can be controlled.
  • FIG. 13 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the seventh embodiment.
  • the fluid control device 10F according to the seventh embodiment differs from the fluid control device 10A according to the second embodiment in the configuration of the valve 11F.
  • the rest of the configuration of the fluid control device 10F is the same as that of the fluid control device 10A, and the description of the similar portions will be omitted.
  • the film 80F has the same structure as the film 80A, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the fluid control device 10F includes a valve 11F.
  • the valve 11F has a retaining plate 90F.
  • the holding plate 90F is, for example, annular.
  • a retaining plate 90F holds the outer edge of the membrane 80F.
  • the holding plate 90F is fixed to the flat plate 41 of the housing member 40 .
  • the holding plate 90F is fixed so that the membrane 80 overlaps the holes 400 and 790 in plan view of the valve 11F.
  • a hole 910F is formed in the holding plate 90F.
  • the hole 910F penetrates between the inner surface and the outer surface of the retaining plate 90F.
  • the valve 11F can suppress vibration of the membrane 80F in the same manner as the valve 11A. That is, even if membrane 80F is fixed to member 40 for cases, and it is fixed to member 70 for cases, vibration of membrane 80F can be controlled.
  • FIG. 14 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the eighth embodiment.
  • the fluid control device 10G according to the eighth embodiment differs from the fluid control device 10A according to the second embodiment in the configuration of the valve 11G.
  • the rest of the configuration of the fluid control device 10G is the same as that of the fluid control device 10A, and the description of the similar portions will be omitted.
  • the fluid control device 10G includes a valve 11G.
  • the valve 11G has a configuration in which a plurality of functional units of the valve 11 are arranged in parallel.
  • the valve 11G includes a housing member 40G, a housing member 70G, a membrane 80G1, a membrane 80G2, and a holding plate 90G.
  • the housing member 40G has a flat plate 41 with a hole 400G1 and a hole 400G2.
  • the holes 400G1 and 400G2 are separated from each other.
  • the housing member 70G has a hole 700G, a hole 710G, a hole 790G1, and a hole 790G2.
  • the holes 700G and the holes 710G are formed in the central area of the housing member 70G in plan view.
  • Hole 790G1 and hole 790G2 are formed at positions sandwiching hole 700G and hole 710G.
  • the hole 790G1 overlaps the hole 400G1, and the hole 790G2 overlaps the hole 400G2.
  • the holding plate 90G has an opening 900G1, an opening 900G2, and a hole 910G.
  • the hole 910G is formed in the center of the holding plate 90G in plan view. Planar view of the valve
  • the opening portion 900G1 and the opening portion 900G2 are formed at positions sandwiching the hole 910G.
  • the opening portion 900G1 overlaps the hole 400G1 and the hole 790G1, and overlaps a part of the hole 710G.
  • the opening portion 900G2 overlaps the hole 400G2 and the hole 790G2, and overlaps a part of the hole 710G.
  • the film 80G1 is held by the holding plate 90G so as to cover the opening 900G1.
  • the membrane 80G1 overlaps the hole 400G1 and the hole 790G1.
  • the film 80G2 is held by the holding plate 90G so as to cover the opening 900G2. As a result, when the valve 11G is viewed from above, the film 80G2 overlaps the hole 400G2 and the hole 790G2.
  • a hole 800G is formed between the film 80G1 and the film 80G2.
  • the hole 800G overlaps the hole 910G. This allows the hole 910G and the hole 800G to communicate with each other.
  • valve 11G can suppress vibration of the membranes 80G1 and 80G2.
  • a first valve function including hole 400G1, hole 790G1 and membrane 80G1 and a second valve function including hole 400G2, hole 790G2 and membrane 80G2 are combined with pump 12 and hole 700G. Prepare in parallel between As a result, even if one of the first valve function part and the second valve function part fails or is damaged, the rectifying function can be maintained.
  • FIG. 15 is a schematic side sectional view showing the configuration of the fluid control device according to the ninth embodiment.
  • the fluid control device 10H according to the ninth embodiment differs from the fluid control device 10 according to the first embodiment in that it includes a valve 11H.
  • the valve 11H differs from the valve 11 according to the first embodiment in that the holding plate 90 is omitted.
  • the valve 11H includes a housing member 70H.
  • the outer edge of the membrane 80 is fixed and held on the surface of the housing member 70H on the valve chamber side.
  • valve 11H of the fluid control device 10H can achieve the same effect as the valve 11 of the fluid control device 10.
  • 16(A) and 16(B) are diagrams showing derived examples of the positional relationship between the hole communicating with the pump, the gas discharge hole, and the membrane.
  • 16(A) and 16(B) are side cross-sectional views in which a part is enlarged as an example of the valve according to the second embodiment.
  • the hole 400 and the hole 790 preferably overlap at least partially, more preferably completely overlap as in the above-described second embodiment.
  • the shape of the membrane 80A may be circular, polygonal, or any other shape, but it is preferable that the hole 400 and the hole 790 overlap in the center of the deformable region.
  • the fluid control device configured as described above is applied to, for example, a pressure device.
  • the pressurizing device includes a fluid control device having any of the configurations described above and a cuff 2 that communicates with the hole 700 (see FIG. 2). By causing the gas to flow into the cuff 2 from the fluid control device, pressure can be applied to the human body or the like in contact with the cuff 2 .
  • a pressurizing device can be applied to a sphygmomanometer.
  • a sphygmomanometer includes the pressurizing device described above and a measurement unit that measures blood pressure from the pressure applied by the cuff.

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Abstract

バルブ(11)は、筐体、膜(80)、および、孔(800)を備える。筐体は、外部のポンプ(12)に連通可能な孔(400)を有する平板(41)、流体の吐出対象部品に連通可能な孔(700)を有する筐体用部材(70)、および、平板(41)を含む筐体用部材(40)および筐体用部材(70)によって挟まれるバルブ室を有する。膜(80)は、バルブ室を平板(41)側の空間と筐体用部材(70)側の空間に分ける。孔(800)は、平板(41)側の空間と筐体用部材(70)側の空間とを連通する。筐体用部材(70)は、筐体の外部に連通可能であり、流体をバルブ室から排出可能な孔(790)を有する。平板(41)、膜(80)、および、筐体用部材(70)が並ぶ筐体の第1方向に視て、膜(80)、孔(400)のバルブ室側の開孔面、孔(790)のバルブ室側の開孔面は重なり、かつ、孔(800)は、孔(400)のバルブ室側の開孔面と孔(790)のバルブ室側の開孔面と重ならず、かつ、孔(400)のバルブ室側の開孔面と孔(790)のバルブ室側の開孔面とは、少なくとも一部において重なっている。

Description

バルブ、流体制御装置、加圧装置、および、血圧計
 本発明は、変形可能な膜を用いて流体の整流を行うバルブおよびこのバルブを備える流体制御装置に関する。
 特許文献1には、圧電ポンプと逆止弁(バルブ)とを備える流体制御装置が記載されている。逆止弁(バルブ)の筐体には、通気孔、連通孔、急速排気孔、および、逆止弁孔が形成されている。通気孔は、圧電ポンプに連通する。連通孔および逆止弁孔は、流体制御装置の外部のカフに連通する。急速排気孔は、逆止弁の筐体の外部に連通する。
 筐体は、互いに平行な第1壁と第2壁とを備える。通気孔および逆止弁孔は、第1壁に形成される。連通孔および急速排気孔は、第2壁に形成される。
 また、筐体には、ダイヤフラムが設置されている。ダイヤフラムは、筐体の内部空間を、第1壁側空間、第2壁側空間に分離する。
 このダイヤフラムが流体の流れによって変形することで、カフへの気体の送入と、急速排気孔からの気体の排出を切り替える。
国際公開2012/141113号
 しかしながら、特許文献1に示すような従来の逆止弁として機能するダイヤフラム(膜)を用いたでは、急速排気孔を用いた気体の排出時にダイヤフラム(膜)が振動してしまうという問題が生じることがある。
 したがって、本発明の目的は、急速排気孔を用いた気体の排出時の膜の振動を抑制することにある。
 この発明のバルブは、筐体、膜、および、連通路を備える。筐体は、外部のポンプに連通可能な第1孔を有する第1壁、流体の吐出対象部品に連通可能な第2孔を有する第2壁、および、互いに対向する第1壁および第2壁によって挟まれるバルブ室を有する。膜は、バルブ室を第1壁側の空間と第2壁側の空間に分ける。連通路は、第1壁側の空間と第2壁側の空間とを連通する。
 第2壁は、筐体の外部に連通可能であり、流体をバルブ室から排出可能な第3孔を有する。第1壁、膜、および、第2壁が並ぶ筐体の第1方向に視て、膜、第1孔のバルブ室側の開孔面、第3孔のバルブ室側の開孔面は、重なり、かつ、連通路は、第1孔のバルブ室側の開孔面と第3孔のバルブ室側の開孔面と重ならず、かつ、第1孔のバルブ室側の開孔面と第3孔のバルブ室側の開孔面とは、少なくとも一部において重なっている。
 この構成では、第2孔から第3孔への流体の排出の初期時に、第2孔から第3孔に達する流路(第1流路)と、第2孔から連通路を通じて第1孔に達する流路(第2流路)とが形成され、膜が第1孔と第3孔との間の途中位置にとどまり、第1流路と第2流路とでほぼ同じ流量で流体が流れる。
 これにより、第1流路の急速な流路断面積の変化および流速の変化を抑えられる。したがって、膜が第1孔に近づくように変形したのちに、第3孔側に引き寄せられることが抑制される。このような動作によって、膜の振動は抑制される。
 なお、こののち、第1流路が第2流路よりも圧力損失が小さいことから、流体は、第1流路により多く流れていき、膜は、第1孔の開孔を覆う。これにより、流体は、第3孔から排出される。したがって、膜がほぼ振動することなく、第1孔を塞ぐので、流体は、より安定的且つ高速に第3孔から排出される。
 この発明によれば、急速排気孔を用いた気体の排出時の膜の振動を抑制できる。
図1は、第1の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。 図2は、第1の実施形態に係る流体制御装置にカフを装着した状態を示す図である。 図3(A)は、第1の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図3(B)は、各孔と膜との関係を示す透視平面図である。 図4は、カフへの気体の供給動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。 図5(A)、図5(B)は、カフからの気体の排出動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。 図6は、第2の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。 図7(A)は、第2の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図7(B)は、各孔と膜との関係を示す透視平面図である。 図8(A)は、第3の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図8(B)は、各孔と膜との関係を示す透視平面図である。 図9は、カフからの気体の排出動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。 図10(A)は、第4の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図10(B)は、カフからの気体の排出動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。 図11(A)は、第5の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図11(B)は、カフへの気体の供給動作時の気体の流れを示す図であり、図11(C)は、カフからの気体の排出動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。 図12は、第6の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。 図13は、第7の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。 図14は、第8の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。 図15は、第9の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。 図16(A)、図16(B)は、ポンプに連通する孔、気体排出用の孔、膜との位置関係の派生例を示す図である。
 [第1の実施形態]
 本発明の第1の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。図1は、第1の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。図2は、第1の実施形態に係る流体制御装置にカフを装着した状態を示す図である。本実施形態を含む各実施形態において、各図では、バルブおよび流体制御装置の構成を分かり易くするため、それぞれの構成要素の形状を部分的または全体として誇張して記載している。また、以下では、流体として気体(例えば空気)を用いる態様を示すが、例えば液体であっても本願発明の構成を適用できる。
 図1、図2に示すように、流体制御装置10は、バルブ11とポンプ12とを備える。バルブ11とポンプ12とは共有の部材を有し、一体に形成されている。バルブ11には、カフ2が接続されている。カフ2が、本発明の「流体の吐出対象部品」に対応する。
 概略的には、カフ2に気体を供給する場合、ポンプ12を駆動し、ポンプ12からバルブ11内に気体を供給する。バルブ11内に供給された気体は、バルブ11の孔700からカフ2に吐出される。一方、カフ2から気体を排出する場合、ポンプ12の駆動を停止する。カフ2からの気体は、孔700からバルブ11内に流れ、孔790を通じて、バルブ11の外部、言い換えれば、流体制御装置1の外部に排出される。
 (バルブ11)
 図3(A)は、第1の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図3(B)は、各孔と膜との関係を示す透視平面図である。以下、図1、図2、図3(A)、図3(B)を参照して、バルブ11の具体的な構成を説明する。
 バルブ11は、筐体用部材40、筐体用部材70、膜80、保持板90を備える。
 筐体用部材40は、平板41と側壁42とを備え、金属、樹脂等からなる。平板41が、本発明の「第1壁」に対応する。
 側壁42は、平板41の外縁に接続する。側壁42は、平板41の一方主面から突出する形状である。平板41と側壁42とは、一体形成されていても、別体で形成され接合、接着されていてもよい。この平板41と側壁42によって凹部402が形成される。
 平板41は、側壁42が接続する一方主面から突出する突出部410を備える。突出部410には、突出部410を高さ方向に沿って貫く孔400が形成されている。この孔400を有する形状によって、突出部410は、例えば、平面視して(一方主面に直交する方向に視て)円形の円筒形状である。平板41の一方主面側と他方主面側とは、孔400によって連通する。この孔400が、バルブ11のポンプ12への連通孔であり、本発明の「第1孔」に対応する。孔400がバルブ室に連通する境界の平面が、孔400のバルブ室側の開孔面である。
 筐体用部材70は、板状であり、金属、樹脂等からなる。筐体用部材70を平面視した形状は、筐体用部材40とほぼ同じである。筐体用部材70が本発明の「第2壁」に対応する。
 筐体用部材70は、孔700、孔710、孔790を有する。孔700は、筐体用部材70の一方主面に開孔する。孔700が外部に連通する境界の平面が、孔700の外部側の開孔面である。孔710は、筐体用部材70の他方主面(バルブ室側)に開孔する。孔710がバルブ室に連通する境界の平面が、孔710の外部側の開孔面である。孔700と孔710とは、平面視して(一方主面および他方主面に直交する方向に視て)、重なっている。孔700と孔710とは連通する。孔700と孔710とが連通してなる孔が、本発明の「第2孔」に対応する。そして、孔700が、本発明の「第1部分」に対応し、孔710が、本発明の「第2部分」に対応する。
 孔790の一方端は、筐体用部材70の他方主面(バルブ室側)に開孔する。この孔790がバルブ室に連通する境界の平面が、孔790のバルブ室側の開孔面である。孔790の他方端は、筐体用部材70の外側面に開孔する。この孔790が外部に連通する境界の平面が、孔790の外部側の開孔面である。この孔790が、本発明の「第3孔」に対応する。
 膜80は、所謂、弁膜、ダイヤフラムと称されるものであり、変形可能な材料、例えばゴムシートからなる。膜80には、外縁の近傍に孔800が形成されている。孔800は、膜80を厚み方向に貫通する。この孔800が、本発明の「連通路」に対応する。
 保持板90は、板状であり、例えば、金属、樹脂等からなる。保持板90は開孔部900を有する。開孔部900は、保持板90を厚み方向に貫通し、開孔部900を平面視した形状は、膜80の外形形状よりも小さい。
 保持板90は、開孔部900に重なるように、膜80を保持する。この際、保持板90は、孔800が開孔部900に連通するように、膜80の外縁部を保持する。
 また、保持板90の開孔部900を平面視した形状は、孔700の開孔面および孔790の開孔面よりも大きい。
 これらの構成要素は、次のような位置関係で組み立てられ、バルブ11を形成する。
 筐体用部材40における側壁42が突出する側には、保持板90、筐体用部材70が順に配置される。保持板90は、側壁42に当接する。筐体用部材70の他方主面は、保持板90に接続する。
 この構成によって、筐体用部材70は、他方主面が筐体用部材40の平板41の一方主面に対向する状態で、膜80および保持板90を間に挟んで、筐体用部材40に接続する。これにより、筐体用部材40、筐体用部材70、および、保持板90によって形成されるバルブ11の筐体に囲まれ、筐体用部材40の凹部402と保持板90の開孔部900とが連通した空間からなるバルブ室が形成される。言い換えれば、バルブ室は、筐体用部材40の平板41と筐体用部材70とに挟まれた空間である。
 また、この構成によって、膜80は、バルブ室内に配置され、筐体用部材40の平板41と筐体用部材70との間に配置される。そして、膜80は、バルブ室を、筐体用部材40側の第1空間(凹部402による空間:第1壁側の空間)と、筐体用部材70側の第2空間(開孔部900による空間:第2壁側の空間)とに分ける。第1空間と第2空間とは、膜80の孔800によって連通する。
 孔400は、凹部402からなる第1空間に連通し、孔710(孔700)および孔790は、開孔部900からなる第2空間に連通する。すなわち、孔400と、孔710(孔700)および孔790とは、膜80を挟んで互いに反対側に配置される。そして、バルブ11を平面視して(筐体用部材40、膜80、筐体用部材70が並ぶ方向(バルブ11の第1方向)に視て)、膜80は、孔400、孔710(孔700)、および、孔790に重なるように配置されている。
 さらに、バルブ11を平面視して、孔400のバルブ室側(第1空間側)の開孔面と、孔790のバルブ室側(第2空間側)の開孔面とは、重なる。より具体的には、孔790のバルブ室側(第2空間側)の開孔面は、孔400のバルブ室側(第1空間側)の開孔面に完全に重なる。なお、ここで、開孔面が完全に重なるとは、例えば、図1に示すように、孔790の開孔面の面積が孔400の開孔面の面積よりも小さい場合、平面視において、孔790の開孔面の全体が孔400の開孔面の範囲内に位置することを意味する。
 また、バルブ11を平面視して、孔800は、孔400のバルブ室側の開孔面、および、孔790のバルブ室側の開孔面に重ならない。なお、孔800は、孔710に重なることが好ましい。
 (バルブ11の動作)
 上述の構成からなるバルブ11は、次に示すように、カフ2への気体の供給動作、カフ2からの気体の排出動作を実現する。
 (カフ2への気体の供給動作)
 図4は、カフへの気体の供給動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。
 カフ2へ気体を供給する場合、後述するポンプ12を駆動する。ポンプ12の駆動によって、気体は、ポンプ12から孔400を通じてバルブ室の第1空間内に流入する。孔400から流入した気体は、膜80を押す。これにより、膜80は変形し、筐体用部材70の孔790を覆う。そして、孔790は、膜80によって塞がれる。
 第1空間に流入した気体は、膜80の第1空間側を流れ、孔800を通じて、第2空間に流入する。第2空間に流入した気体は、孔710、孔700を通じて、バルブ11の外部に吐出される。孔700は、カフ2に連通しており、孔700からバルブ11の外部に吐出された気体は、カフ2に供給される。
 この際、孔790は膜80によって塞がれており、膜80は、第1空間側から所定の圧力で筐体用部材70のポンプ室側の壁面に押し付けられている。これにより、孔800から第2空間に流入した気体は、孔790に漏洩することなく、孔700から吐出される。したがって、カフ2に対して効率的に気体を供給できる。
 (カフ2からの気体の排出動作)
 図5(A)、図5(B)は、カフからの気体の排出動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。図5(A)は、排出の過渡状態(初期状態)を示し、図5(B)は、排出の定常状態を示す。
 カフ2から気体を排出する場合、後述するポンプ12の駆動を停止する。ポンプ12の停止によって、カフ2への気体の流入による圧力がなくなる。したがって、カフ2は、バルブ室よりも高圧になる。このため、カフ2内の気体は、孔700、孔710を通じて、バルブ室の第2空間内に流入する。
 (過渡状態)
 図5(A)に示すように、過渡状態において、第2空間内に流入した気体の一部は、膜80を筐体用部材40側に押す。これにより、膜80は、筐体用部材70のポンプ室側の壁面から離れる。そして、孔790は第2空間に連通する。
 また、この過渡状態では、第2空間に流入した気体の一部は、孔800を通じて第1空間内に流入する。過渡状態では、膜80は、筐体用部材40に当接していない。したがって、図5(A)に示すように、第1空間内に流入した気体は、膜80の第1空間側を通り、孔400から排出される。
 このように、過渡状態では、膜80の孔790側(第2空間側)と孔400側との両方で気体が流れる。そして、平面視において、孔790と孔400とが重なっていることによって、この領域において、膜80は、第1空間側と第2空間側の両方から同程度の圧力を受ける(圧力の均衡状態)。特に、孔790への気体の流量と孔400への気体の流量とが同じであれば、同じ圧力を受ける。これにより、図5(A)に示すように、膜80は、筐体用部材40と筐体用部材70の両方に当接しない状態となる。
 すなわち、孔700から孔790に達する流路(第1流路)と、孔700から孔800を通じて孔400に達する流路(第2流路)とが形成される。これにより、第1流路の急速な流路断面積の変化および流速の変化を抑えられ、孔790への気流によって膜80が第1空間側に急激に大きく曲がることを抑制できる。したがって、膜80が平板41の内壁面や突出部410の先端に衝突し反動で第2空間側に曲がること等を抑制でき、膜80の振動は抑制される。
 この後、気体が第2空間内に流入し続けると、この均衡状態が崩れる。より具体的には、孔710と孔790とが膜80の同じ側にあり、孔710と孔400とが膜80を隔てて反対側にあることで、孔710から孔790への流路の圧力損失は、孔710から孔400への圧力損失よりも小さい。この圧力損失の差は、例えば、孔800の大きさ、位置等によって調整できる。
 この圧力損失の関係から、気体は、孔710から孔790に流れやすく、排出開始からの経過時間に応じて、気体は、孔790により多く流れるようになる。これにより、膜80は、筐体用部材40に近づくように変形し、その後、筐体用部材40の突出部410の先端面411に当接する。そして、図5(B)に示すように、膜80は、孔400を塞ぎ、孔710からの気体のほぼ全ては、孔790に流れる。すなわち、膜80は、殆ど大きな振動を起こすことなく、平板41の内壁面や突出部410の先端にほぼ一方向で向かうように変形する。
 このように、膜80がほとんど振動することなく、バルブ11は、カフ2の気体を外部に排出できる。
 一方、比較構成(孔790と孔400とが平面視において大きく離れて配置されている構成)では、カフ2からの気体の排出直後から、気体は、孔790に流れ込むが、その流速によって、膜80が孔790に再度引き寄せられ、膜80に孔790がほぼ塞がれる。その後、気体の圧力によって、膜は、再度孔790から引き離され、対向する壁面に衝突する。これにより、膜は振動してしまう。この結果、比較構成では、不所望な振動音が発生してしまう。また、孔790が塞がれたり、開放されたりすることが繰り返すことによって、排出速度を速くすることが難しい。
 一方、本願発明のバルブ11の構成を用いることによって、不所望な振動音を抑制し、気体の排出速度を向上できる。
 また、バルブ11では、突出部410を備える。この突出部410は備えなくてもよい。しかしながら、突出部410を備えることによって、ポンプ室の容量を変えることなく、孔400の開孔面と孔790の開孔面との距離を調整できる。したがって、上述の過渡状態での膜80の両側の流体の流量、流速を制御でき、バルブ11は、振動の発生をより確実に抑制できる。
 また、バルブ11では、孔710は、孔700よりも孔790に近い位置まで広がる形状である。この孔710における孔790に向けて広がる部分は、省略することもできる。しかしながら、孔710における孔790に向けて広がる部分を有することによって、孔700から孔790に流れる気体の圧力損失を小さくできる。すなわち、孔710の開孔断面積は、孔700の開孔断面積よりも大きいことによって、孔700から孔790に流れる気体の圧力損失を小さくできる。なお、開孔断面積とは、孔700、孔710の開孔面に平行な面で孔700、孔710を切った断面積である。
 これにより、気体の排出速度をさらに向上できる。この際、孔710における孔790に向けて広がる部分の少なくとも一部は、孔400に重なることが好ましい。これにより、孔700から孔790へ流れる気体の圧力損失をさらに小さくできる。
 また、バルブ11では、孔400と孔790とが平面視において重なることによって、孔790と孔400とが平面視において離れて構成よりも、膜80の面積を小さくできる。これにより、膜80の小型化、ひいては、バルブ11の小型化を実現できる。
 また、バルブ11では、孔800が膜80に形成されている。これにより、バルブ11の動作位置、すなわち、孔790と孔400とが重なる位置に対して、より近い位置に孔800を設けることができる。これにより、バルブ11は、より小型化できる。
 (ポンプ12)
 図1、図2に示すように、ポンプ12は、主平板21、枠体22、連結部材23、圧電素子30、筐体用部材40の平板41、側壁部材50、および、蓋部材60を備える。筐体用部材40の平板41は、バルブ11とポンプ12とで共有されている。
 主平板21は、平面視して円形である。枠体22は、主平板21を囲むように配置される。複数の連結部材23は、梁形状であり、主平板21と枠体22との間に配置される。複数の連結部材23は、枠体22に対して主平板21を振動可能に支持する。
 圧電素子30は、平面視した形状が円形である。圧電素子30は、圧電体、および、駆動用導体を備える。圧電素子30は、主平板21の一方主面に配置される。この際、圧電素子30の中心と主平板21の中心とは一致する。なお、ここでの一致とは、製造誤差の範囲内において、互いの中心位置がずれている範囲内も含む。
 圧電素子30は、駆動電圧が印加されることによって歪む。主平板21は、圧電素子30の歪みによる応力によって振動する。
 側壁部材50は、中空500を有する環状であり、枠体22と筐体用部材40との間に配置される。側壁部材50は、枠体22と筐体用部材40とに接続する。
 主平板21、枠体22、および連結部材23からなる構造体、筐体用部材40、および、側壁部材50によって囲まれる空間(中空500)が、ポンプ12のポンプ室となる。
 蓋部材60は、平板部と枠部とからなり、枠部は、平板部の一方主面から突出する形状である。平板部には、平板部を貫通する孔600が形成されている。
 蓋部材60は、主平板21を覆うように配置され、蓋部材60の枠部は、枠体22に接続する。
 このような構成において、上述のように主平板21が振動すると、気体は、孔600を通じてポンプ12内に吸入され、孔400を通じてバルブ11のバルブ室内に吐出される。
 このような構成によって、流体制御装置10は、筐体用部材40の平板41および孔400を共有し、バルブ11とポンプ12とを1つの筐体によって実現する。これにより、流体制御装置10は、薄型化、小型化を実現できる。さらに、流体制御装置10は、上述のバルブ11を備えることによって、不所望な振動音を抑制し、カフ2からの気体をより高速で排出できる。
 [第2の実施形態]
 本発明の第2の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。
 図6は、第2の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。図7(A)は、第2の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図7(B)は、各孔と膜との関係を示す透視平面図である。
 図6、図7(A)、図7(B)に示すように、第2の実施形態に係る流体制御装置10Aは、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、バルブ11Aの構成において異なる。流体制御装置10Aの他の構成は、流体制御装置10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 流体制御装置10Aは、バルブ11Aを備える。バルブ11Aは、膜80Aおよび保持板90Aを備える。
 保持板90Aは、筐体用部材70に配置された状態で、平面視において、孔710に重なる領域に突出する形状を有する。言い換えれば、保持板90Aは、バルブ室の外縁から内側に延びる部分を有する形状である。これにより、保持板90Aは、保持板90よりも開孔部900の面積が小さい。
 保持板90Aは、この突出部に、孔910を有する。孔910は、保持板90Aを厚み方向に貫通する。孔910が、本発明の「連通路」に対応する。
 膜80Aは、保持板90Aの開孔部900よりも大きい形状である。膜80Aは、開孔部900を覆い、孔910を覆わない。膜80Aの外縁部は、保持板90Aに固定される。バルブ11Aの平面視において、膜80Aは、孔400のバルブ室側の開孔面および孔790のバルブ室側の開孔面に重なる。
 このような構成によって、バルブ11Aは、膜80Aの振動を抑制できる。さらに、バルブ11Aでは、膜80Aの面積、より具体的には、膜80Aにおける変形する領域の面積を小さくできるので、膜80Aの応答速度を向上できる。
 [第3の実施形態]
 本発明の第3の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。
 図8(A)は、第3の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図8(B)は、各孔と膜との関係を示す透視平面図である。
 図8(A)、図8(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2の実施形態に係る流体制御装置10Aに対して、バルブ11Bの構成において異なる。流体制御装置10Bの他の構成は、流体制御装置10Aと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。また、図における膜80Bは、膜80Aと同じであり、保持板90Bは、保持板90Aと同じであるので、それぞれの具体的な説明は省略する。
 バルブ11Bは、平板41Bを備える。平板41Bは、支持部材420を備える。支持部材420は、孔400内に形成される。支持部材420は、平面視において、例えばメッシュ状である。言い換えれば、支持部材420は、孔400を部分的に塞ぐものの、孔400の気体の透過性を確保した形状である。
 支持部材420のポンプ室側の端面は、突出部410の先端面411と面一である。
 図9は、カフからの気体の排出動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。図9は、排出動作の定常状態を示す。
 図9に示すように、カフ2から孔700、孔710を通じて気体が流入し、膜80Bが変形して突出部410の先端面411に当接するとき、膜80Bは、支持部材420にも当接し、支持される。これにより、膜80Bが孔400内に入り込むことが抑制される。この結果、膜80Bの変形量を抑え、膜80Bの気体の流れに対する変形の応答性は向上する。
 [第4の実施形態]
 本発明の第4の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。
 図10(A)は、第4の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図10(B)は、カフからの気体の排出動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。図10(B)は、排出動作の定常状態を示す。
 図10(A)、図10(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、バルブ11Cの構成において異なる。流体制御装置10Cの他の構成は、流体制御装置10Bと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。また、図における膜80Cは、膜80Bと同じであり、保持板90Cは、保持板90Bと同じであるので、それぞれの具体的な説明は省略する。
 バルブ11Cは、平板41Cを備える。平板41Cは、支持部材420Cを備える。支持部材420Cは、孔400内に形成される。支持部材420Cは、平面視において、バルブ11Bの支持部材420と同じ形状である。
 支持部材420Cのポンプ室側の端面は、突出部410の先端面411よりも孔400の内部側に配置される。
 図10(B)に示すように、カフ2から孔700、孔710を通じて気体が流入し、膜80Cが変形して突出部410の先端面411に当接するとき、膜80Cにおける孔400の開孔面に重なる部分は、孔400内に入り込み、支持部材420Cに当接し、支持される。この際、支持部材420Cの端面の位置を調節することで、膜80Cが孔400内に入り込む深さを所望量にできる。この結果、膜80Cの気体の流れに対する変形の応答性の向上と、所定の排出速度の実現とを両立できる。
 [第5の実施形態]
 本発明の第5の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。
 図11(A)は、第5の実施形態に係るバルブの一部を拡大した側面断面図であり、図11(B)は、カフへの気体の供給動作時の気体の流れを示す図であり、図11(C)は、カフからの気体の排出動作時の気体の流れを示す図であり、バルブの一部を拡大した側面断面図である。図11(C)は、排出動作の定常状態を示す。
 図11(A)、図11(B)、図11(C)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2の実施形態に係る流体制御装置10Aに対して、バルブ11Dの構成において異なる。流体制御装置10Dの他の構成は、流体制御装置10Aと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。また、図における膜80Dは、膜80Aと同じであり、保持板90Dは、保持板90Aと同じであるので、それぞれの具体的な説明は省略する。
 バルブ11Dは、平板41Dを備える。平板41Dは、連通孔430を備える。バルブ11Dの平面視において、連通孔430における一方の開孔は、開孔部900に重なる。連通孔430における他方の開孔は、孔910に重なる。言い換えれば、平面視において、保持板90Dにおける開孔部900と孔910との間の部分を跨ぐように、連通孔430は、平板41Dに形成される。
 平板41Dを有する筐体用部材は側壁の高さが低く、膜80Dは、気体の流れが生じていない静的状態において平板41Dのポンプ室側の主面に当接する。
 このような構成では、カフ2に気体を供給する場合、図11(B)に示すように、膜80Dは、孔790を塞ぎ、連通孔430をバルブ室に連通させる。これにより、バルブ11Dは、気体を孔400からバルブ11D内に流入し、連通孔430、孔910、孔710、孔700を通じて、カフ2に吐出する。
 一方、カフ2から気体を排出する場合、図11(C)に示すように、膜80Dは、孔400を塞ぎ、孔790をバルブ室に連通させる。これにより、バルブ11Dは、カフ2からの気体を、孔700、孔710、孔790を通じて、バルブ11D外に排出する。この際、例えば、連通孔430の断面積を調整することによって、排出の過渡状態で上述の膜80Dの両側の圧力の均衡状態を実現できる。したがって、バルブ11Dは、膜80Dの振動を抑制できる。
 [第6の実施形態]
 本発明の第6の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。
 図12は、第6の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。
 図12に示すように、第6の実施形態に係る流体制御装置10Eは、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、バルブ11Eの構成において異なる。流体制御装置10Eの他の構成は、流体制御装置10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 流体制御装置10Eは、バルブ11Eを備える。バルブ11Eは、保持板90Eを備える。保持板90Eは、例えば、環状である。保持板90Eは、膜80の外縁部を保持する。保持板90Eは、筐体用部材40の平板41に固定される。
 保持板90Eは、バルブ11Eの平面視において、膜80が孔400および孔790と重なるように固定される。
 このような構成によって、バルブ11Eは、バルブ11と同様に、膜80の振動を抑制できる。すなわち、膜80は、筐体用部材40に固定されても、筐体用部材70に固定されても、膜80の振動は抑制できる。
 [第7の実施形態]
 本発明の第7の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。
 図13は、第7の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。
 図13に示すように、第7の実施形態に係る流体制御装置10Fは、第2の実施形態に係る流体制御装置10Aに対して、バルブ11Fの構成において異なる。流体制御装置10Fの他の構成は、流体制御装置10Aと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、膜80Fは、膜80Aと同じ構造であり、具体的な説明は省略する。
 流体制御装置10Fは、バルブ11Fを備える。バルブ11Fは、保持板90Fを備える。保持板90Fは、例えば、環状である。保持板90Fは、膜80Fの外縁部を保持する。保持板90Fは、筐体用部材40の平板41に固定される。
 保持板90Fは、バルブ11Fの平面視において、膜80が孔400および孔790と重なるように固定される。
 保持板90Fには、孔910Fが形成されている。孔910Fは、保持板90Fの内側面と外側面との間を貫通する。
 このような構成によって、バルブ11Fは、バルブ11Aと同様に、膜80Fの振動を抑制できる。すなわち、膜80Fは、筐体用部材40に固定されても、筐体用部材70に固定されても、膜80Fの振動は抑制できる。
 [第8の実施形態]
 本発明の第8の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。
 図14は、第8の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。
 図14に示すように、第8の実施形態に係る流体制御装置10Gは、第2の実施形態に係る流体制御装置10Aに対して、バルブ11Gの構成において異なる。流体制御装置10Gの他の構成は、流体制御装置10Aと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 流体制御装置10Gは、バルブ11Gを備える。概略的には、バルブ11Gは、バルブ11の機能部を複数個並列で配置した構成である。
 バルブ11Gは、筐体用部材40G、筐体用部材70G、膜80G1、膜80G2、保持板90Gを備える。
 筐体用部材40Gは、平板41に、孔400G1と孔400G2とを有する。孔400G1と孔400G2とは、互いに離れた位置にある。
 筐体用部材70Gは、孔700G、孔710G、孔790G1、孔790G2を有する。孔700Gおよび孔710Gは、筐体用部材70Gを平面視した中央の領域に形成される。孔790G1と孔790G2とは、孔700Gおよび孔710Gを間に挟む位置に形成される。バルブ11Gを平面視して、孔790G1は、孔400G1に重なり、孔790G2は、孔400G2に重なる。
 保持板90Gは、開孔部900G1、開孔部900G2、孔910Gを有する。孔910Gは、保持板90Gを平面視した中央に形成される。バルブ11Gを平面視して、孔910Gは、筐体用部材70Gの孔710Gに重なる。開孔部900G1および開孔部900G2とは、孔910Gを間に挟む位置に形成される。バルブ11Gを平面視して、開孔部900G1は、孔400G1および孔790G1に重なり、孔710Gの一部に重なる。バルブ11Gを平面視して、開孔部900G2は、孔400G2および孔790G2に重なり、孔710Gの一部に重なる。
 膜80G1は、開孔部900G1を覆うように保持板90Gに保持される。これにより、バルブ11Gを平面視して、膜80G1は、孔400G1および孔790G1に重なる。
 膜80G2は、開孔部900G2を覆うように保持板90Gに保持される。これにより、バルブ11Gを平面視して、膜80G2は、孔400G2および孔790G2に重なる。
 膜80G1と膜80G2との間には、孔800Gが形成されている。バルブ11Gを平面視して、孔800Gは、孔910Gに重なる。これにより、孔910Gと孔800Gとは連通する。
 このような構成によって、バルブ11Gは、バルブ11と同様に、膜80G1および膜80G2の振動を抑制できる。さらに、バルブ11Gでは、孔400G1、孔790G1、および、膜80G1を含む第1バルブ機能部と、孔400G2、孔790G2、および、膜80G2を含む第2バルブ機能部とを、ポンプ12と孔700Gとの間において並列に備える。これにより、第1バルブ機能部と第2バルブ機能部とのいずれか一方が故障、破損しても、整流機能を維持できる。
 [第9の実施形態]
 本発明の第9の実施形態に係るバルブおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。
 図15は、第9の実施形態に係る流体制御装置の構成を示す概略的な側面断面図である。
 図15に示すように、第9の実施形態に係る流体制御装置10Hは、第1の実施形態に係る流体制御装置10に対して、バルブ11Hを備える点で異なる。バルブ11Hは、第1の実施形態に係るバルブ11に対して、保持板90を省略した点で異なる。
 バルブ11Hは、筐体用部材70Hを備える。膜80の外縁部は、筐体用部材70Hのバルブ室側の面に固定され、保持される。
 このような構成によって、流体制御装置10Hのバルブ11Hは、流体制御装置10のバルブ11と同様の作用効果を奏することができる。
 (孔400と孔790と膜80との位置関係の派生構成)
 図16(A)、図16(B)は、ポンプに連通する孔、気体排出用の孔、膜との位置関係の派生例を示す図である。図16(A)、図16(B)は、第2の実施形態に係るバルブを例として一部を拡大した側面断面図である。
 図16(A)では、バルブ11Aを平面視して、孔790は、孔400よりも孔700側にあり、孔790のバルブ室側の開孔面と孔400のバルブ室側の開孔面とは部分的に重なっている。
 図16(B)では、バルブ11Aを平面視して、孔400は、孔790よりも孔700側にあり、孔790のバルブ室側の開孔面と孔400のバルブ室側の開孔面とは重なっていない。
 図16(A)、図16(B)に示すように、バルブ11Aを平面視して、孔400および孔790は、膜80Aの変形可能な領域に重なっている。
 このような構成であれば、膜80Aの振動を抑制できる。ただし、バルブ11Aを平面視して、孔400と孔790とは、少なくとも一部が重なっていることが好ましく、上述の第2の実施形態のように完全に重なっていることがより好ましい。
 また、膜80Aの形状は円形、多角形等、どのような形状であってもよいが、変形可能領域の中央に孔400および孔790が重なることが好ましい。
 (流体制御装置が適用される装置の例)
 上述の構成からなる流体制御装置は、例えば、加圧装置に適用される。加圧装置は、上述のいずれかの構成の流体制御装置と、孔700に連通するカフ2とを備える(図2参照)。流体制御装置からカフ2に気体を流入させることで、カフ2に当接する人体等に圧力を加えることができる。
 さらに、このような加圧装置は、血圧計に適用できる。血圧計は、上述の加圧装置と、カフによる圧力から血圧を測定する測定部とを備える。
 なお、上述の説明では、気体を搬送する態様を示した。しかしながら、気体に限らず他の流体に対しても上述の構成を適用できる。
 また、上述の各実施形態の構成は、適宜組合せ可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H:流体制御装置
11、11A、11B、11C、11D、11E、11F、11G、11H:バルブ
12:ポンプ
21:主平板
22:枠体
23:連結部材
30:圧電素子
40、40G:筐体用部材
41:平板
42:側壁
50:側壁部材
60:蓋部材
70、70G、70H:筐体用部材
80、80A、80B、80C、80D、80F、80G1、80G2:膜
90、90A、90B、90C、90D、90E、90F、90G:保持板
400、400G1、400G2:孔
420、420C:支持部材
700、700G:孔
710、710G:孔
790、790G1、790G2:孔
800、800G:孔
900、900G1、900G2:開孔面
910、910G:孔
2:カフ

Claims (13)

  1.  外部のポンプに連通可能な第1孔を有する第1壁、流体の吐出対象部品に連通可能な第2孔を有する第2壁、および、互いに対向する前記第1壁および前記第2壁によって挟まれるバルブ室を有する筐体と、
     前記バルブ室を前記第1壁側の空間と前記第2壁側の空間に分ける膜と、
     前記第1壁側の空間と前記第2壁側の空間とを連通する連通路と、
     を備え、
     前記第2壁は、前記筐体の外部に連通可能であり、前記流体を前記バルブ室から排出可能な第3孔を有し、
     前記第1壁、前記膜、および、前記第2壁が並ぶ前記筐体の第1方向に視て、
     前記膜、前記第1孔のバルブ室側の開孔面、前記第3孔のバルブ室側の開孔面は、重なり、
     かつ、前記連通路は、前記第1孔のバルブ室側の開孔面と前記第3孔のバルブ室側の開孔面と重ならず、
     かつ、前記第1孔のバルブ室側の開孔面と前記第3孔のバルブ室側の開孔面とは、少なくとも一部において重なっている、
     バルブ。
  2.  前記第1方向に視て、前記第1孔のバルブ室側の開孔面と前記第3孔のバルブ室側の開孔面とは、大きい方の孔の開孔面の範囲内に小さい方の孔が位置する、
     請求項1に記載のバルブ。
  3.  前記第2孔は、前記筐体の外部に連通する第1部分と、前記第2壁側の空間に連通する第2部分と、を備え、
     前記第1方向に視て、前記第2部分は前記第1部分のよりも大きく、前記第1部分は前記第2部分に重なっている、
     請求項1または請求項2に記載のバルブ。
  4.  前記第1壁は、前記第2壁側へ突出する突出部を備え、
     前記第1孔は、前記突出部に形成されている、
     請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のバルブ。
  5.  前記第1方向に視て、前記バルブ室の外端から内側に延び、前記膜を保持する保持板を備え、
     前記連通路は、前記保持板に形成されている、
     請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のバルブ。
  6.  前記連通路は、前記膜に形成されている、
     請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のバルブ。
  7.  前記第1孔内に形成された支持部材を備える、
     請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のバルブ。
  8.  前記支持部材の端面は、前記第1孔の前記バルブ室側の開孔面に面一である、
     請求項7に記載のバルブ。
  9.  前記支持部材の端面は、前記第1孔の前記バルブ室側の開孔面よりも前記第1孔の内部側にある、
     請求項7に記載のバルブ。
  10.  前記第1孔、前記第2孔、および、前記膜は、それぞれ複数備えられている、
     請求項1乃至請求項9のいずれかに記載のバルブ。
  11.  請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のバルブと、
     前記第1壁を共有し、前記第1孔に連通するポンプ室を有する前記ポンプと、
     を備える、流体制御装置。
  12.  請求項10に記載の流体制御装置と、
     前記第2孔に連通するカフと、
     を備える加圧装置。
  13.  請求項11に記載の加圧装置と、
     前記カフによる圧力から血圧を測定する測定部と、
     を備える、血圧計。
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