(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１貫通孔を有する第１板と、
前記第１貫通孔と対向しない、第２貫通孔を有する第２板と、
前記第１板と前記第２板とに囲まれてなるバルブ室と、
前記バルブ室に配置され、前記第１貫通孔に対向せず、前記第２貫通孔に対向する第３貫通孔を有する、前記第１板と前記第２板との間を上下動する弁体と、
を備え、
前記第２貫通孔の第２開口面積は、前記第３貫通孔の第３開口面積より小さく、
前記第２貫通孔は、正面視して前記第３貫通孔内に配置されることを特徴とする、
バルブ。
【請求項２】
前記第２貫通孔の開口面の形状は、
前記第３貫通孔の開口面の形状を、反転せず、縦横比を保持した状態で縮小すると相似形となる特徴を備えた、
請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記第２貫通孔と、前記第３貫通孔の形状は円形状である、
請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のバルブ。
【請求項４】
前記第１貫通孔の第１開口面積は、
前記第２開口面積より大きい、請求項１に記載のバルブ。
【請求項５】
前記第１貫通孔の第１開口面積は、
前記第３開口面積より小さい、請求項１に記載のバルブ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のバルブと、
流体を送出する吐出孔を有する圧電ブロアと、
を備え、
前記吐出孔は、前記第１貫通孔に連通している流体制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のバルブと、
流体を吸入する吸入孔を有する圧電ブロアと、
を備え、
前記吸入孔は、前記第２貫通孔に連通している流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バルブと、バルブを有する流体制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電体を用いるダイヤフラムポンプにおいて、２枚の金属板と弁体からなる整流機構が開示されている。【０００３】
特許文献１に記載の構造では、気流が順方向の場合は、弁体は流路を開くように動き、気流が逆方向の場合は、弁体は流路を閉じるように動く。これによって、逆流を防ぎ、一方向の気流が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５２８９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の構造を用いた場合、気流の方向反転によって、弁体が振動して、弁体と金属板が衝突する。特に２０ｋＨｚ以上の高周波領域では、衝突頻度が多く、弁体が摩耗し、破れてしまう可能性が高くなる。【０００６】
したがって、本発明の目的は、弁体の衝突、摩耗による破れを防ぐ構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のバルブは、第１貫通孔を有する第１板と、第１貫通孔と対向しない、第２貫通孔を有する第２板と、第１板と第２板とに囲まれてなるバルブ室と、バルブ室に配置され、第１貫通孔に対向せず、第２貫通孔に対向する第３貫通孔を有する、第１板と第２板との間を上下動する弁体と、を備える。また、第２貫通孔の第２開口面積は、第３貫通孔の第３開口面積より小さく、第２貫通孔は、正面視して第３貫通孔内に配置されることを特徴とする。【０００８】
この構成では、正面視して、第２板が有する第２貫通孔の開口面積が、弁体の有する第３貫通孔の開口面積より小さく、第２貫通孔の縁が第３貫通孔の縁に重ならない。したがって、第３貫通孔の縁周辺が第２貫通孔の縁に接触して弁体の第２貫通孔内への捲れ上がる事象の発生が抑制される。これにより第３貫通孔周辺での弁体の破れ等の発生が抑制できる。【０００９】
また、この発明のバルブにおける、第２貫通孔の開口面の形状は、第３貫通孔の開口面の形状を、反転せず、縦横比を保持した状態で縮小した相似形となる特徴を備えていることが好ましい。【００１０】
この構成では、第３貫通孔と第２貫通孔の位置に多少の誤差があったとしても、第３貫通孔と第２貫通孔の重なる可能性を減らすことができる。したがって第３貫通孔の縁周辺が第２貫通孔の縁に接触して弁体の第２貫通孔内への捲れ上がる事象の発生が抑制される。これにより第３貫通孔周辺での弁体の破れ等の発生が抑制できる。【００１１】
また、この発明のバルブにおける、第２貫通孔と、第３貫通孔の開口面の形状は円形状であることが好ましい。【００１２】
この構成では、第３貫通孔と第２貫通孔の開口面の形状が平面視において、どの方向にも偏らない相似形となることから、第３貫通孔と第２貫通孔の位置に多少のズレがあったとしても、第３貫通孔と第２貫通孔の重なる可能性をより一層減らすことができる。したがって、弁体の第２貫通孔内への捲れ上がりがより一層抑制される。【００１３】
また、この発明のバルブでは、第１貫通孔の第１開口面積は、第２貫通孔の第２開口面積より大きくてもよい。【００１４】
この構成では、第１貫通孔の第１開口面積が、第２貫通孔の第２開口面積より大きいため、第１貫通孔が、流体の流量、流速のボトルネックにならない。【００１５】
また、この発明のバルブでは、第１貫通孔の第１開口面積は、第３貫通孔の第３開口面積より小さくてもよい。【００１６】
この構成では、第１貫通孔の第１開口面積が、第３貫通孔の第３開口面積より小さいため、第３貫通孔が、流体の流量、流速のボトルネックにならない。【００１７】
また、この発明の流体制御装置は、バルブと、流体を送出する吐出孔を有する圧電ブロアと、を備えている。また、吐出孔は、第１貫通孔に連通している。【００１８】
この構成では、弁体の破れを防ぐことができる、流体を送出可能な流体制御装置を実現できる。【００１９】
また、この発明の電子機器は、バルブと、流体を吸入する吸入孔を有する圧電ブロアと、を備えている。また、吸入孔は、第２貫通孔に連通している。【００２０】
この構成では、弁体の破れを防ぐことができる、流体を流入可能な流体制御装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、弁体の破れを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るバルブの正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るバルブの一部の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るバルブの一部の構成を示す正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るバルブの一部の構成を示す正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るバルブの一部の構成を重ね合わせた正面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るバルブの一部の構成を重ね合わせた正面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るバルブの構成を拡大した断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るバルブを備えた流体制御装置における概要の断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る第２貫通孔の開口面積と第３貫通孔の開口面積との比率と、バルブより吐出される流体の流量及びポンプの消費電力との関係を示したグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るバルブを備えた流体制御装置における概要の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るバルブの一部の構成を重ね合わせた正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るバルブについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１の正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１の弁体３０を示す正面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１の天板１０を示す正面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１の外板２０を示す正面図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１の弁体３０と天板１０を重ね合わせた正面図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１の外板２０と弁体３０を重ね合わせた正面図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１における、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図８は、本発明の第１の実施形態に係るバルブ１を備えた流体制御装置６０の断面図である。なお、各図では、構成を見やすくするため、一部の符合を省略し、寸法関係を適宜変更している。
【００２４】
図１に示すように、バルブ１は、天板１０、外板２０、弁体３０を備えている。バルブ１は、平面視（正面視）において、略円形である。天板１０、弁体３０、外板２０は、互いの平面板が平行になるようにして、この順に積層されている。
【００２５】
この構成により、天板１０と外板２０とに囲まれる中空のバルブ室５５が形成され、バルブ室５５内に弁体３０が配置される。また、天板１０、外板２０は、剛体であり、弁体３０は弾性体である。
【００２６】
天板１０は、本発明の「第１板」に対応し、外板２０は、本発明の「第２板」に対応する。
【００２７】
図２に示すように、弁体３０は、複数の第３貫通孔３００を備えている。第３貫通孔３００は、例えば円筒形上であり（平面視して円形）、弁体３０を貫通している。第３貫通孔３００は、所定の配列パターンで形成されている。第３貫通孔３００は、弁体３０の主面を平面視して中央の領域に形成されている。
【００２８】
図３に示すように、天板１０は、複数の第１貫通孔１００を備えている。第１貫通孔１００は、例えば円筒形状であり（平面視して円形）、天板１０を貫通している。第１貫通孔１００は、所定の配列パターンで形成されている。第１貫通孔１００は、天板１０の主面を平面視して中央の領域に形成されている。
【００２９】
図４に示すように、外板２０は、複数の第２貫通孔２１０を備えている。第２貫通孔２１０は、例えば円筒形状であり（平面視して円形）、外板２０を貫通している。第２貫通孔２１０は、所定の配列パターンで形成されている。第２貫通孔２１０は、外板２０の主面を平面視して中央の領域に形成されている。
【００３０】
図５に示すように、弁体３０の複数の第３貫通孔３００と、天板１０の複数の第１貫通孔１００とは、第１貫通孔１００の貫通方向に平面視して重ならない。すなわち、第１貫通孔１００の貫通方向に平面視して、第１貫通孔１００と、第３貫通孔３００とは対向しない。
【００３１】
図６に示すように、複数の第２貫通孔２１０と弁体３０の複数の第３貫通孔３００とは、第３貫通孔３００の貫通方向に平面視して重なる。すなわち、第３貫通孔３００の貫通方向に平面視して、第２貫通孔２１０と、第３貫通孔３００とは対向する。第２貫通孔２１０は、流体を吐出する場合は、外板２０における吐出孔の役割を持つ。
【００３２】
図７は、図１のバルブ１におけるＡ−Ａ線での断面を示した図である。図７において、第１貫通孔１００と、第２貫通孔２１０と、第３貫通孔３００のそれぞれの配置関係について詳細を示す。
【００３３】
第１貫通孔１００の幅（本実施形態では直径）をｄ１とし、第２貫通孔２１０の幅（本実施形態では直径）をｄ２とし、第３貫通孔３００の幅（本実施形態では直径）をｄ３とする。第１貫通孔１００の幅ｄ１は、第２貫通孔２１０の幅ｄ２よりも小さい。また、第２貫通孔２１０の幅ｄ２は、第３貫通孔３００の幅ｄ３よりも小さい。
【００３４】
また、第２貫通孔２１０と第３貫通孔３００とは、第２貫通孔２１０の貫通方向に平面視して対向する位置に形成されている。すなわち、第２貫通孔２１０の貫通方向に平面視して、第２貫通孔２１０は、第３貫通孔３００の内側の領域に配置される。これにより、弁体３０が捲れ上がって第２貫通孔２１０の縁にあたることを抑制できる。
【００３５】
なお、上述の構成を用いて実験を行った結果を示す。本実施形態の具体的な構造を、第２貫通孔２１０の幅ｄ２＝０．６ｍｍ、第３貫通孔３００の幅ｄ３＝０．７ｍｍとする。また、比較対象の具体的な構造を、第２貫通孔２１０の幅ｄ２＝第３貫通孔３００の幅ｄ３＝０．６ｍｍとする。なお、各貫通孔の形状が円形であるため、本実施形態における各幅は各貫通孔の直径に等しい。
【００３６】
本実施形態の構造、および比較対象の構造のサンプルを、それぞれ２０個を用いて実験を行った。本実施形態の構造においては、累積５００時間経過した場合でも弁体３０に破れは生じなかった。しかしながら、比較対象の構造においては、累積で１００時間駆動した時点で、２０個中２個の弁体が破れ、５００時間駆動時点で更に８個の弁体に破れが生じた。これらの破れは弁体３０の第３貫通孔３００の周辺が第２貫通孔２１０の縁に繰り返し当接することで、捲れ上がってしまうことに起因していると思われる。
【００３７】
すなわち、第２貫通孔２１０の幅ｄ２が、第３貫通孔３００の幅ｄ３よりも小さい構成を用いることにより、弁体３０の捲れ上がりを効果的に抑制できる。
【００３８】
さらに、第２貫通孔２１０の縁と第３貫通孔３００の縁は、５０μｍ以上離れていることが好ましい。なお、第２貫通孔２１０の縁とは、弁体３０側の縁であり、第３貫通孔３００の縁とは、外板２０側の縁である。このことにより、外板２０と弁体３０との位置ズレに対する許容範囲を大きくでき、弁体３０の捲れ上がりをさらに抑制できる。
【００３９】
さらに、第２貫通孔２１０の開口面の形状と第３貫通孔３００の開口面の形状は、相似形である。このことにより、第２貫通孔２１０の縁と、第３貫通孔３００の縁が重なりにくくなり、外板２０と弁体３０との許容される位置ズレを大きくすることができる。
【００４０】
なお、本件発明のように第２貫通孔２１０が正面視して第３貫通孔３００内に配置されている場合において、第２貫通孔２１０を外板２０側からバルブ室５５内を見ると、第３貫通孔３００の縁を全周に渡って視認できない。また、本件発明と異なり第２貫通孔２１０が正面視して第３貫通孔３００内に配置されていない場合、バルブ１を長時間稼働させると第２貫通孔２１０の縁が弁体３０に当接し、周状または円弧状の打痕が残ってしまう。これに対し、本件発明のように第２貫通孔２１０が正面視して第３貫通孔３００内に配置されている場合、バルブ１を長時間稼働させても弁体３０に周状または円弧状の打痕が残らない。
【００４１】
このような構成のバルブ１は、図８に示すように、圧電ブロア５０とともに、流体制御装置６０を構成する。圧電ブロア５０は、圧電素子４００と、ポンプ室４１０と、流入孔４２０と、流路４５０と、吐出孔５００とを備えている。吐出孔５００は、バルブ１の天板１０側に形成されている。吐出孔５００は、本発明のバルブの「吐出孔」に対応する。
【００４２】
流体は、圧電素子４００の振動により、流入孔４２０、流路４５０を経由し、吐出孔５００へ流入する。流体は、第１貫通孔１００を通り、弁体３０を流体排出方向へ押し上げる。流体は、弁体３０の第３貫通孔３００を通り、第２貫通孔２１０から流出する。
【００４３】
ここで、流体が弁体３０を流体排出方向へ押し上げることにより、弁体３０は、外板２０へ接触する。この状態において第２貫通孔２１０は外板２０を正面視して第３貫通孔３００内に位置している。上述したとおり、第２貫通孔２１０は、第３貫通孔３００よりも小さく、弁体３０が外板２０に接触した状態において第３貫通孔３００の縁が第２貫通孔２１０の縁が重ならないため、第３貫通孔３００の縁が、第２貫通孔２１０内に捲れ上がらない。したがって、弁体３０の破れを抑制できる。
【００４４】
さらに、複数の第１貫通孔１００のトータルの開口面積は、複数の第２貫通孔２１０のトータルの開口面積よりも大きい方がよい。この場合、一定期間内に複数の第１貫通孔１００を介して流入れる流体は、第２貫通孔２１０を介して流れる流体よりも多い。このことにより、第１貫通孔１００が、流体を流出する際のボトルネックとならない。なお、第１貫通孔１００の幅であるｄ１は、第２貫通孔２１０の幅であるｄ２より大きくても良い。これによっても、ボトルネックを解消できる。
【００４５】
また、複数の第１貫通孔１００のトータルの開口面積は、複数の第３貫通孔３００のトータルの開口面積よりも小さい方がよい。この場合、一定期間内に複数の第３貫通孔３００を介して流入れる流体は、第１貫通孔１００を介して流れる流体よりも多い。このことにより、第３貫通孔３００が、流体を流出する際のボトルネックとならない。なお、第１貫通孔１００の幅であるｄ１は、第３貫通孔３００の幅であるｄ３より小さくても良い。これによっても、ボトルネックを解消できる。
【００４６】
また、第２貫通孔２１０の幅であるｄ２は、第１貫通孔１００の幅であるｄ１よりも大きく、第３貫通孔３００の幅であるｄ３より小さくても良い。
【００４７】
図９は、第２貫通孔２１０の開口面積と第３貫通孔３００の開口面積との比率である面積比と、バルブ１より吐出される流体の流量及びポンプの消費電力との同一電圧上における関係を示したグラフである。具体的には、面積比＝（第２貫通孔の開口面積／第３貫通孔の開口面積）の計算式で定義する。
【００４８】
流量は、第３貫通孔３００の開口面積が１００としたときに、第２貫通孔２１０が２０となる、すなわち、面積比が２０％以上であれば、略一定となる。よって、流量を低下させない構成としては、面積比が２０％以上であればよい。
【００４９】
消費電力は、第３貫通孔３００の開口面積を１００としたときに、第２貫通孔２１０が５０となる、すなわち、面積比が５０％以上であれば、略一定となる。さらに、上述のとおり、流量も低下しない。よって、消費電力は増加させず、さらに流量も低下しない構成としては、面積比が５０％以上であればよい。
【００５０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る流体制御装置について、図を参照して説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係るバルブ１を備えた流体制御装置６０Ａの断面図である。
【００５１】
図１０に示すように、第２の実施形態に係る流体制御装置６０Ａは、第１の実施形態に係る流体制御装置６０に対して、圧電ブロア５０Ａをバルブ１の外板２０側に配置した点において異なる。すなわち、本実施形態の圧電ブロア５０Ａは、流体を吸入する装置として用いる。
【００５２】
圧電ブロア５０Ａは、吸入孔５００Ａを備えている。吸入孔５００Ａは、バルブ１の外板２０側に形成されている。吸入孔５００Ａは、本発明のバルブの「吸入孔」に対応する。
【００５３】
流体制御装置６０Ａの他の構成は、流体制御装置６０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、各図では、構成を見やすくするため、一部の符合を省略し、寸法関係を適宜変更している。
【００５４】
流体は、圧電素子４００が振動することにより、バルブ１の吸入孔５００Ａによって吸入される。これに伴い、バルブ１の第１貫通孔１００に外部から流体が吸入される。
【００５５】
このような構成でも、第２貫通孔２１０は、第３貫通孔３００よりも小さいため、第３貫通孔３００の縁が、第２貫通孔２１０内に捲れ上がらない。したがって、弁体３０の破れを抑制できる。
【００５６】
さらに、複数の第１貫通孔１００のトータルの開口面積は、複数の第２貫通孔２１０のトータルの開口面積よりも大きい方がよい。この場合、一定期間内に複数の第１貫通孔１００を介して流入れる流体は、第２貫通孔２１０を介して流れる流体よりも多い。このことにより、第１貫通孔１００が、流体を流出する際のボトルネックとならない。なお、第１貫通孔１００の幅であるｄ１は、第２貫通孔２１０の幅であるｄ２より大きくても良い。これによっても、ボトルネックを解消できる。
【００５７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る流体制御装置について、図を参照して説明する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係るバルブ１Ｂの一部の構成を重ね合わせた正面図である。
【００５８】
図１１に示すように、第３の実施形態に係るバルブは、第１の実施形態に係るバルブ１に対して、補助孔２２０を追加した点において異なる。バルブ１Ｂにおける外板貫通孔２００は、第２貫通孔２１０と、補助孔２２０で構成されている。
【００５９】
複数の第２貫通孔２１０と弁体３０の複数の第３貫通孔３００とは、第３貫通孔３００の貫通方向に平面視して重なる。すなわち、第３貫通孔３００の貫通方向に平面視して、第２貫通孔２１０と、第３貫通孔３００とは対向する。
【００６０】
外板２０の補助孔２２０と、弁体３０の第３貫通孔３００とは、第３貫通孔の貫通方向に平面視して重ならない。すなわち、第３貫通孔３００の貫通方向に平面視して、補助孔２２０と、第３貫通孔３００とは対向しない。
【００６１】
このような構成でも、第２貫通孔２１０は、第３貫通孔３００よりも小さいため、第３貫通孔３００の縁が、第２貫通孔２１０内に捲れ上がらない。したがって、弁体３０の破れを抑制できる。
【００６２】
なお、本発明の各実施形態では、天板１０と外板２０によって囲まれてなるバルブ室５５を示したが、特にこれに限定されるものではない。例えば天板１０と外板２０との間に天板１０と外板２０によって挟持される側壁板を設けてバルブ室５５を形成してもよい。さらに側壁板に該当する構成要件は複数の部材によって構成されていてもよい。
【００６３】
なお、本発明の各実施形態では、第１貫通孔、第２貫通孔、第３貫通孔を略円形の形状である態様を示した。しかしながら第１貫通孔、第２貫通孔、第３貫通孔の各々の形状が、反転せず、縦横比を保持した状態で縮小または拡大する相似形であれば、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
ｄ１、ｄ２、ｄ３…幅
１…バルブ
１０…天板
２０…外板
３０…弁体
５０、５０Ａ…圧電ブロア
５５…バルブ室
６０、６０Ａ…流体制御装置
１００…第１貫通孔
２００…外板貫通孔
２１０…第２貫通孔
２２０…補助孔
３００…第３貫通孔
４００…圧電素子
４１０…ポンプ室
４２０…流入孔
４５０…流路
５００…吐出孔
５００Ａ…吸入孔
【要約】
第１貫通孔（１００）を有する第１板（１０）と、第１貫通孔（１００）と対向しない、第２貫通孔（２１０）を有する第２板（２０）と、第１板（１０）と第２板（２０）とに囲まれてなるバルブ室（５５）と、バルブ室（５５）に配置され、第１貫通孔（１００）に対向せず、第２貫通孔（２００）に対向する第３貫通孔（３００）を有する、第１板（１０）と第２板（２０）との間を上下動する弁体（３０）と、を備える。また、第２貫通孔（２１０）の第２開口面積は、第３貫通孔（３００）の第３開口面積より小さく、第２貫通孔（２１０）は、正面視して第３貫通孔（３００）内に配置されることを特徴とする。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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