JP6605002B2

JP6605002B2 - 流体制御装置

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Publication number: JP6605002B2
Application number: JP2017168148A
Authority: JP
Inventors: 世昌陳; ▲けい▼峰黄; 永隆韓; 壽宏陳; 鴻信廖
Original assignee: Microjet Technology Co Ltd
Current assignee: Microjet Technology Co Ltd
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2037-09-01
Also published as: TWI613367B; JP2018040353A; US20180066643A1; US11067073B2; EP3290705B1; TW201809470A; EP3290705A1

Description

本発明は、流体制御装置に関し、特に、変形可能な基材を有する流体制御装置に関するものである。

現在医薬、コンピューターテクノロジー、印刷、エネルギー等の工業など分野を問わず製品は精密化及び小型化の方向に発展しており、そのうち、小型ポンプ、噴霧器、インクジェットヘッド、工業印刷装置等の製品に含まれる流体輸送構造は中でも重要な技術であるが、いかに革新的な構造で技術のボトルネックを打破するかが発展させるための重要な内容となっている。

従来の流体制御装置の局部構成を示す模式図である図１Ａと、従来の流体制御装置の局部構成に係る組み立ての変位を示す模式図である図１Ｂとを参照すると、図示されているとおり、従来の流体制御装置１００の作動の核心は、基板１０１及び圧電アクチュエータ１０２を包含することにあり、前記基板１０１は、前記圧電アクチュエータ１０２と積層するように設置し、且つ前記基板１０１及び前記圧電アクチュエータ１０２は、間隙１０３を有し、そのうち、前記間隙１０３は、一定の深さを保持する必要があり、この前記間隙１０３によって一定の深さを維持しており、前記圧電アクチュエータ１０２が印加電圧を受けて作動し、変形が発生すると、駆動可能流体が前記流体制御装置１００にある各チャンバ内に流動し、これにより、流体の伝送という目的を達成している。しかし、この周知の前記流体制御装置１００で、前記圧電アクチュエータ１０２及び前記基板１０１の全体がいずれもプレート状の構成であり、且つ一定の剛性を有するというような条件の下、全体がいずれもプレート状の構成である二つの部材をそれぞれ正確に定位させ、二つのプレートの間に一定の間隙１０３を発生させる、即ち、一定の深さを維持するには、一定の困難があり、上述したいずれかが全体に一定の剛性を有するプレートであるため、誤差が極めて発生し易く、いずれかの一辺が角度θ傾斜すると、相対する位置に、相対する距離に前記角度θを乗算した変位値、例えば変位ｄが発生し、図１Ｂにあるように、前記一定の間隙１０３の標記箇所にある変位ｄ’増加したり、図示されていないが、変位ｄ’減少したりしてしまう。特に、流体制御装置が小型化の方向に発展すれば、各素子の大きさが小型化するようになり、変位ｄ’増加したり、変位ｄ’減少したりせずに、前記二つのプレートの間に一定の前記間隙１０３を維持するとともに、前記間隙１０３の一定の深さを保持することは、より困難なものとなり、前記間隙１０３の一定の深さを保持することができなくなると、例えば、前記間隙１０３に上述した変位ｄ’増加するような誤差が発生した場合、前記間隙１０３の距離が大きくなり、好ましくない流体伝送効率になっていしまい、これに対して、前記間隙１０３に上述した変位ｄ’減少するような誤差が発生した場合、前記間隙１０３の距離が小さくなり、前記圧電アクチュエータ１０２が作動する際その他の素子と接触干渉し易くなってしまい、騒音の問題が発生し、前記流体制御装置の不具合率がこれに伴い増加していしまう。

つまり、従来の前記流体制御装置１００にある前記圧電アクチュエータ１０２と前記基板１０１は、いずれも全体に一定の剛性を有するプレート状の構成であるため、両者プレートの間を全体で定位するようにして正確に定位させるという目的を達することは、明らかに困難であり、特に、素子が小型化すればする程、組み立ての際の正確な定位はより難しくなり、流体輸送の効率低下及び騒音の発生といった問題を引き起こし、使用上の不便及び不快に繋がってしまう。

このため、上述の従来技術の欠点を改善し、従来の流体伝送装置を採用した機器や設備の体積を小さくして小型化すると同時に静音性を確保し、且つ組み立て時に発生し易い誤差を克服し、便利で快適に使用でき、携帯性も備えた小型流体伝送装置をいかに開発するかが現在解決を要する切迫した問題となっている。

本発明の主な目的は、従来の流体制御装置において、基板と圧電アクチュエータとが素子の小型化により、組み立て時に正確に定位されずに誤差が発生し、組み立てた後、求められる間隙の距離を維持し難く、流体輸送の効率低下及び騒音の発生といった問題を引き起こし、使用上の不便及び不快に繋がってしまうことを解決することにある。

上述の目的を達するため、本発明の比較的広義の実施態様が提供する流体制御装置は、圧電素子が振動板の表面に貼着することにより構成し、前記圧電素子が印加電圧を受けて変形することで前記振動板の湾曲振動を駆動させ、前記振動板は前記振動板の前記表面に貼着された前記圧電素子に相対して前記振動板のもう一つの表面に設置する突出部を有する圧電アクチュエータと、可撓性板及び流通板が積層し合うように接合することにより構成し、同時変形構成に同時変形することが可能な変形可能基材構成と、を含み、そのうち、前記変形可能基材構成は、前記圧電アクチュエータの前記振動板と相対して接合するように定位し、且つ前記変形可能基材構成が前記振動板に近接する方向に突出変形することで、前記変形可能基材構成の前記可撓性板と前記振動板の前記突出部との間に特定の深さを定義し、且つ前記可撓性板は、前記振動板の前記突出部に相対して設置する可動部を有している。

従来の流体制御装置の局部構成を示す模式図である。従来の流体制御装置の局部構成に係る組み立ての変位を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置を示す正面分解図である。図２Ａに係る流体制御装置を示す正面組立図である。図２Ａに係る流体制御装置を示す背面分解図である。図２Ａに係る流体制御装置を示す拡大断面図である。図２Ａに係る流体制御装置の局部動作を示す模式図である。図２Ａに係る流体制御装置の局部動作を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第一態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第二態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第三態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第四態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第五態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第六態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第七態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第八態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第九態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第十態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第十一態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第十二態様を示す模式図である。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置にある変形可能基材構成の同時変形の第十三態様を示す模式図である。

本発明の特徴と利点を体現するいくつかの典型的実施例を以下において詳細に説明する。本発明は異なる態様において各種の変化が可能であり、そのいずれも本発明の範囲を逸脱せず、且つ本発明の説明及び図面は本質的に説明のために用いられ、本発明を制限するものではないことが理解されるべきである。

本発明に係る流体制御装置２は、医薬・バイオテクノロジー、エネルギー、コンピューターテクノロジー、または印刷等の工業に応用し、流体を伝送するために用いることができるが、これに限らない。本発明の好ましい実施例に係る流体制御装置を示す正面分解図である図２Ａ、図２Ａに係る流体制御装置を示す正面組立図である図２Ｂ、図２Ａに係る流体制御装置を示す背面分解図である図３、図２Ａに係る流体制御装置を示す拡大断面図である図４Ａを参照されたい。図２Ａ及び図３にあるように、本発明に係る流体制御装置２は、変形可能基材構成２０、圧電アクチュエータ２３、絶縁片２４１，２４２、導電片２５及びケーシング２６などの構成を有し、そのうち、前記変形可能基材構成２０は、流通板２１及び可撓性板２２を含むが、これに限らない。前記圧電アクチュエータ２３は、可撓性板２２に対応して設置し、振動板２３０及び圧電素子２３３が組み合わさってなり、本実施例において、前記変形可能基材構成２０、圧電アクチュエータ２３、絶縁片２４１、導電片２５、もう一つの絶縁片２４２などの構成は、積層し合うように設置され、前記ケーシング２６内に収容されている。

続けて、図２Ａ、図２Ｂ、図３及び図４Ａを参照すると、本発明に係る前記流体制御装置２の前記流通板２１は、内部表面２１ｂと、これに対応するように設置する外部表面２１ａを有し、図３にあるように、前記外部表面２１ａ上に少なくとも一つの導入孔２１０を有し、本発明の好ましい実施例において、前記導入孔２１０は、その数が４つであるが、これに限らず、前記流通板２１の前記外部表面２１ａ及び前記内部表面２１ｂを貫通し、主に流体を装置外から大気圧の作用に順応させて前記少なくとも一つの導入孔２１０から前記流体制御装置２内に流入させるために用いている。且つ、図２Ａにあるように、前記流通板２１の前記内部表面２１ｂから分かるとおり、その上には、前記流通板２１の前記外部表面２１ａの前記少なくとも一つの導入孔２１０に対応するように設置される少なくとも一つの集約溝２１１を有している。これら集約溝２１１が中心で交わる箇所には集約開口部２１２が設けられ、且つ前記集約開口部２１２は集約溝２１１と連通し合い、これにより前記少なくとも一つの導入孔２１０から前記集約溝２１１に進入した流体をガイドし、前記集約開口部２１２に集約させることで、伝送させることができる。本発明の好ましい実施例において、前記流通板２１は、一体成型された前記導入孔２１０、前記集約溝２１１、前記集約開口部２１２を有し、且つ前記集約開口部２１２箇所に対応するように流体を集約させる集約チャンバを形成し、流体を一時的に保存するために用いている。一部の実施例において、流通板２１の材質は、ステンレス材質で構成することができるがこれに限らない。可撓性板２２は、可撓性材質で構成することができるがこれに限らなず、且つ前記可撓性板２２上に、前記流通板２１の前記内部表面２１ｂの前記集約開口部２１２に対応するように設置する流路孔２２０を有することで、流体を下に向かって流通させるために用いている。その他の実施例において、前記可撓性板２２は、銅材質で構成することができるがこれに限らなず、可動部２２ａ及び固定部２２ｂを有し、このような前記可撓性板２２を前記流通板２１上に接続するように設置することで、前記固定部２２ｂは前記流通板２１上に接続するように固定し、前記可動部２２ａは前記集約開口部２１２の箇所に対応し、且つ前記流路孔２２０を前記可動部２２ａ上に設置している。

続けて、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を参照すると、本発明の好ましい実施例において、前記圧電アクチュエータ２３は、前記圧電素子２３３、前記振動板２３０、外枠２３１及び少なくとも一つのフレーム２３２を包括し、また、本発明の好ましい実施例において、前記振動板２３０は、可撓性で、正方形のプレート状の構成であって、第一表面２３０ｂ及びこれに対応する第二表面２３０ａを有し、前記圧電素子２３３は、方形のプレート状の構成であって、その辺の長さは、前記振動板２３０の辺の長さより長くなく、前記振動板２３０の前記第一表面２３０ｂ上に貼着することができるがこれに限らず、前記圧電素子２３３が電圧を印加した後に変形を発生させ、前記振動板２３０の湾曲振動を駆動している。本発明の好ましい実施例において、前記振動板２３０の前記第二表面２３０ａは、突出部２３０ｃをさらに有し、円形凸起構成とすることができるが、これに限らず、前記振動板２３０の外側は、前記外枠２３１を囲繞するように設置し、前記外枠２３１の形態もまた前記振動板２３０の形態に概ね対応しているため、正方形の中空枠型の構成とすることができ、且つ前記振動板２３０と前記外枠２３１との間は、前記少なくとも一つのフレーム２３２によって接続し、弾性的な支持を提供している。図２Ａ及び図２Ｂにあるように、前記ケーシング２６は、少なくとも一つの排出孔２６１を有し、また、前記ケーシング２６は、単一のプレート構成だけでなく、周縁に側壁２６０を有した枠体構成とすることもでき、且つ前記周縁で構成した前記側壁２６０は、その底部にあるプレートとともに、前記圧電アクチュエータ２３を設置するために用いる収容空間２６ａを定義するため、本発明にかかる前記流体制御装置２の組立てが完了すると、その正面は、図２Ｂ及び図４Ａのようになり、即ち、前記ケーシング２６が前記圧電アクチュエータ２３及び前記変形可能基材構成２０の外側を被覆し、前記ケーシング２６及び前記圧電アクチュエータ２３の間に流体が流通する一時保存チャンバＡを構成し、且つ前記排出孔２６１によって前記一時保存チャンバＡを連通し、流体を前記ケーシング２６外に流通させている。

図２Ａに係る流体制御装置を示す拡大断面図である図４Ａと、図２Ａに係る流体制御装置の局部動作を示す模式図である図４Ｂ及び図４Ｃとを参照されたい。なお、本実施例において、図４Ａ乃至図４Ｃでは、前記絶縁片２４１、前記導電片２５及び前記もう一つの絶縁片２４２が省略され、且つ前記変形可能基材構成２０は同時変形が発生する前の形態で図示されており、これら図面は、本発明に係る前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１及び前記可撓性板２２と前記圧電アクチュエータ２３との構造、対応して設置する位置、作動関係などを説明するために用いるものであることを予め叙述する。

図４Ａにあるように、前記流通板２１、前記可撓性板２２及び前記圧電アクチュエータ２３が対応し合うように組立てられると、前記可撓性板２２の前記流路孔２２０箇所は、前記流通板２１の前記集約開口部２１２とともに流体を集約するチャンバを形成し、且つ前記可撓性板２２と前記圧電アクチュエータ２３の前記外枠２３１との間に間隙ｈを有し、一部の実施例において、前記間隙ｈは、これに限らないが、例えば、導電ペーストといった媒体を充填することができ、媒体によって接合して位置決めすることで、前記可撓性板２２は、前記圧電アクチュエータ２３の前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間で一定の距離を維持することができ、例えば、前記間隙ｈは、前記可撓性板２２と、前記圧電アクチュエータ２３の前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間に特定の深さδをさらに形成することができ、さらに、前記圧電アクチュエータ２３の前記振動板２３０が振動したとき、前記流体を圧縮、即ち前記特定の深さδを小さくし、流体の圧力及び流動速度を増大させることができる。また、前記特定の深さδは、前記可撓性板２２と前記圧電アクチュエータ２３との間にある接触干渉を減少させるために用いることで、騒音発生という問題を低減する適切な距離であって、前記可撓性板２２と前記圧電アクチュエータ２３の前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間にある前記特定の深さδで構成するチャンバは、前記可撓性板２２の前記流路孔２２０を介して前記流通板２１の前記集約開口部２１２箇所で流体が集約するチャンバと連通し合っている。

前記流体制御装置２が作動すると、主に、前記圧電アクチュエータ２３が印加電圧を受けて稼働することによって垂直方向の往復振動が行われている。図４Ｂにあるように、前記圧電アクチュエータ２３が印加電圧を受けて稼働し、上に向かって振動すると、前記可撓性板２２が軽くて薄い片状構成であることから、前記圧電アクチュエータ２３が振動した場合、前記可撓性板２２も共振するとともに垂直方向の往復振動が行われおり、即ち、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの部分もまた湾曲しながら振動するとともに変形し、且つ前記流路孔２２０は、前記可撓性板２２の中心或いは中心に近い箇所に設置されることから、前記圧電アクチュエータ２３が上に向かって振動した場合、この時の前記可撓性板２２の前記可動部２２ａは、前記圧電アクチュエータ２３が上に向かって振動する連動によって流体を上に送入且つ押圧するとともに上に向かって振動させ、流体は、前記流通板２１上の前記少なくとも一つの導入孔２１０から入り込み、前記少なくとも一つの集約溝２１１によって中央の前記集約開口部２１２箇所に集約され、前記集約開口部２１２に対応するように設置した前記可撓性板２２上の前記流路孔２２０により、前記可撓性板２２と前記圧電アクチュエータ２３の前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間にある特定の深さδで構成するチャンバ内に上に向かって流れ込み、前記可撓性板２２の変形を介することで、前記可撓性板２２と前記圧電アクチュエータ２３の前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間にある特定の深さδで構成する前記チャンバの体積を圧縮し、このチャンバ中間にある流通空間を圧縮させる動的エネルギーを強化することで、その中にある流体が圧迫されて両側に向かって流動し、前記振動板２３０と前記フレーム２３２との間にある空隙を通過して上に向かって突き抜けるように流動している。

また、図４Ｃにあるように、前記圧電アクチュエータ２３が下に向かって振動した場合、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａも共振するとともに下に向かって湾曲しながら振動して変形し、中央の前記集約開口部２１２箇所に集約される流体が減少し、且つ前記圧電アクチュエータ２３も下に向かって振動し、前記可撓性板２２と前記圧電アクチュエータ２３との間にある前記特定の深さδで構成する前記チャンバ底部まで変位して圧縮可能な前記チャンバの体積を拡大するため、図４Ｂで示した実施作動を再度繰り返し、前記可撓性板２２と前記圧電アクチュエータ２３の前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間にある特定の深さδで構成する前記チャンバ中間にある流通空間の圧縮される空間を拡大することで、比較的大きな流体吸入量及び排出量に達している。

本発明の好ましい実施例において、上述したとおり、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２によって構成されており、そのうち、前記流通板２１及び前記可撓性板２２は、互いに積層し合い、且つ前記流通板２１及び前記可撓性板２２が両者同時変形することで同時変形構成を構成している。さらにいうと、上述した同時変形構成は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２の同時変形領域によって構成され、そのうち、いずれか一方に変形が発生すると、もう一方もこれに伴って変形し、且つ両者変形の形状はいずれも同一で、即ち対応し合う両者の表面は、互いに接合し合い且つ位置決めし、両者の間には、間隙や平行的なずれがなく、例えていうと、前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１に変形が発生すると、前記可撓性板２２にも同一の変形が発生し、同じように、前記変形可能基材構成２０の前記可撓性板２２に変形が発生すると、前記流通板２１にもまた同一の変化が発生する。一部の実施例において、前記流通板２１及び前記可撓性板２２は、粘着剤によって接合して位置決めするが、これに限らない。また、上述した背景技術及び図１Ｂにあるように、周知の前記流体制御装置１００で、前記圧電アクチュエータ１０２及び前記基板１０３の全体がいずれもプレート状の構成であり、且つ一定の剛性を有するというような条件の下、全体がいずれもプレート状の構成である二つの部材をそれぞれ正確に定位させ、二つのプレートの間に一定の間隙を発生させる、即ち、一定の深さを維持するには、一定の困難があり、誤差が極めて発生し易く、様々な問題を引き起こしていしまう。このため、本発明の様々な好ましい実施例は、その特徴が前記変形可能基材構成２０を利用することにあり、即ち前記流通板２１及び前記可撓性板２２の同時変形で同時変形構成を構成し、前記同時変形構成は、周知技術に係る前記基板１０１に相当するが、前記同時変形構成の前記流通板２１及び前記可撓性板２２は、本発明における様々な実施例によって定義されるそれぞれ異なった実施態様があり、それぞれ特定の前記同時変形構成は、いずれも、相対する前記圧電アクチュエータ２３の前記振動板２３０との間で、必要とする特定の間隙、即ち特定の深さδで構成するチャンバを保持するため、前記流体制御装置２が小型化に向かって発展し、各素子の大きさが小型化するようになったとしても、前記同時変形構成によって上述した両者の間に一定の間隙を有することを維持することが容易になる。なぜならば、これを利用して位置決めする面積が縮小した、変形が湾曲状、錐体状、様々な曲面状或いは不規則な形状などの非プレート状の同時変形構成は、プレートと位置決めし、二つの大きなプレート同士が位置決めするのではなく、非プレート状の小さい面積が大きな面積のプレートと位置決めするため、両者間の間隙の誤差を容易に低減することができ、流体輸送の効率低下及び騒音の発生といった問題を解決することに達し、使用上の不便及び不快といった周知の問題を解決している。

一部の実施例において、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２が同時変形することによって構成される同時変形構成であって、即ち、前記変形可能基材構成２０の同時変形領域は、前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域とすることができ、且つ前記変形可能基材構成２０で構成される同時変形構成は、湾曲構成、錐体構成或いは凸起平面構成のいずれかとすることができるが、これに限らない。

図５Ａ及び図５Ｃにあるように、第一実施態様及び第三実施態様において、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２で構成される湾曲同時変形構成であって、即ち前記変形可能基材構成２０の同時変形領域は、前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域にあり、つまり、二つの前記実施態様の同時変形構成は、いずれも湾曲同時変形構成であるが、両者の湾曲同時変形の方向にのみ違いがある。図５Ａで図示される第一実施態様において行う湾曲同時変形の方法は、前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって湾曲変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって湾曲変形することで、前記変形可能基材構成２０の湾曲同時変形構成を構成しており、図５Ｃで図示される第三実施態様において行う湾曲同時変形は、前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって湾曲変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって湾曲変形することで、前記変形可能基材構成２０の湾曲同時変形構成を構成している。このため、第一実施態様及び第三実施態様において構成する、前記変形可能基材構成２０の前記可撓性板２２と、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバは、特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、即ち前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域は、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバで特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、この二つの実施態様において構成された前記流通板２１及び前記可撓性板２２を有する前記変形可能基材構成２０で湾曲同時変形構成の前記流体制御装置２を構成している。

図６Ａ及び図６Ｃにあるように、第五実施態様及び第七実施態様において、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２で構成される錐体同時変形構成であって、即ち前記変形可能基材構成２０の同時変形領域は、前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域にあり、つまり、二つの前記実施態様の同時変形構成は、いずれも錐体同時変形構成であるが、両者の錐体同時変形の方向にのみ違いがある。図６Ａで図示される第五実施態様において行う錐体同時変形の方法は、前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって錐体変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって錐体変形することで、前記変形可能基材構成２０の錐体同時変形構成を構成しており、図６Ｃで図示される第七実施態様において行う錐体同時変形は、前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって錐体変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって錐体変形することで、前記変形可能基材構成２０の錐体同時変形構成を構成している。このため、第五実施態様及び第七実施態様において構成する、前記変形可能基材構成２０の前記可撓性板２２と、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバは、特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、即ち前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域は、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバで特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、この二つの実施態様において構成された前記流通板２１及び前記可撓性板２２を有する前記変形可能基材構成２０で錐体同時変形構成の前記流体制御装置２を構成している。

図７Ａ及び図７Ｃにあるように、第九実施態様及び第十一実施態様において、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２で構成される凸起平面同時変形構成であって、即ち前記変形可能基材構成２０の同時変形領域は、前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域にあり、つまり、二つの前記実施態様の同時変形構成は、いずれも凸起平面同時変形構成であるが、両者の凸起平面同時変形の方向にのみ違いがある。図７Ａで図示される第九実施態様において行う凸起平面同時変形の方法は、前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域に対応し、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって凸起平面変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって凸起平面変形することで、前記変形可能基材構成２０の凸起平面同時変形構成を構成しており、図７Ｃで図示される第十一実施態様において行う凸起平面同時変形は、前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって凸起平面変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域及び前記可動部２２ａを超えたその他の領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって凸起平面変形することで、前記変形可能基材構成２０の凸起平面同時変形構成を構成している。このため、第九実施態様及び第十一実施態様において構成する、前記変形可能基材構成２０の前記可撓性板２２と、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバは、特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、即ち前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域は、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバで特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、この二つの実施態様において構成された前記流通板２１及び前記可撓性板２２を有する前記変形可能基材構成２０で凸起平面同時変形構成の前記流体制御装置２を構成している。

また、その他の一部の実施例において、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２の一部分のみが同時変形することによって構成される同時変形構成とすることもでき、即ち、前記変形可能基材構成２０の同時変形領域は、前記可動部２２ａの領域だけにあり、且つ前記変形可能基材構成２０で構成される同時変形構成は、湾曲構成、錐体構成或いは凸起平面構成のいずれかとすることもできるが、これに限らない。

図５Ｂ及び図５Ｄにあるように、第二実施態様及び第四実施態様において、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２の一部分のみが同時変形することによって構成される湾曲同時変形構成であって、即ち前記変形可能基材構成２０の同時変形領域は、前記可動部２２ａの領域にあり、つまり、二つの前記実施態様の同時変形構成は、いずれも湾曲同時変形構成であるが、この湾曲同時変形は一部分だけ湾曲同時変形し、且つ二つの前記実施態様の差異は、一部分の湾曲同時変形の方向にのみ違いがある。図５Ｂで図示される第二実施態様において行う一部分の湾曲同時変形の方法は、前記集約開口部２１２にある前記可動部２２ａの領域に対応する前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって湾曲変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって湾曲変形することで、一部分に湾曲同時変形が発生する前記変形可能基材構成２０の構成を達しており、図５Ｄで図示される第四実施態様において行う一部分の湾曲同時変形は、前記集約開口部２１２にある前記可動部２２ａの領域に対応する前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって湾曲変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって湾曲変形することで、前記変形可能基材構成２０の一部分湾曲同時変形構成を構成している。このため、第二実施態様及び第四実施態様において構成する、前記変形可能基材構成２０の前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域と、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバは、特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、即ち前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域は、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバで特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、この二つの実施態様において構成された前記流通板２１及び前記可撓性板２２を有する前記変形可能基材構成２０で一部分湾曲同時変形構成の前記流体制御装置２を構成している。

図６Ｂ及び図６Ｄにあるように、第六実施態様及び第八実施態様において、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２の一部分のみが同時変形することによって構成される錐体同時変形構成であって、即ち前記変形可能基材構成２０の同時変形領域は、前記可動部２２ａの領域にあり、つまり、二つの前記実施態様の同時変形構成は、いずれも錐体同時変形構成であるが、この錐体同時変形は一部分だけ錐体同時変形し、且つ二つの前記実施態様の差異は、一部分の錐体同時変形の方向にのみ違いがある。図６Ｂで図示される第六実施態様において行う一部分の錐体同時変形の方法は、前記集約開口部２１２にある前記可動部２２ａの領域に対応する前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって錐体変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって錐体変形することで、一部分に錐体同時変形が発生する前記変形可能基材構成２０の構成を達しており、図６Ｄで図示される第八実施態様において行う一部分の錐体同時変形は、前記集約開口部２１２にある前記可動部２２ａの領域に対応する前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって錐体変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって錐体変形することで、前記変形可能基材構成２０の一部分錐体同時変形構成を構成している。このため、第六実施態様及び第八実施態様において構成する、前記変形可能基材構成２０の前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域と、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバは、特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、即ち前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域は、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバで特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、この二つの実施態様において構成された前記流通板２１及び前記可撓性板２２を有する前記変形可能基材構成２０で一部分錐体同時変形構成の前記流体制御装置２を構成している。

図７Ｂ及び図７Ｄにあるように、第十実施態様及び第十二実施態様において、前記変形可能基材構成２０は、前記流通板２１及び前記可撓性板２２の一部分のみが同時変形することによって構成される凸起平面同時変形構成であって、即ち前記変形可能基材構成２０の同時変形領域は、同じように、前記可動部２２ａの領域だけにあり、つまり、二つの前記実施態様の同時変形構成は、いずれも凸起平面同時変形構成であるが、この凸起平面同時変形は一部分だけ凸起平面同時変形し、且つ二つの前記実施態様の差異は、一部分の凸起平面同時変形の方向にのみ違いがある。図７Ｂで図示される第十実施態様において行う一部分の凸起平面同時変形の方法は、前記集約開口部２１２にある前記可動部２２ａの領域に対応する前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって凸起平面変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃに近接する方向に向かって凸起平面変形することで、前記変形可能基材構成２０の一部分凸起平面同時変形構成を構成しており、図７Ｄで図示される第十二実施態様において行う一部分の凸起平面同時変形は、前記集約開口部２１２にある前記可動部２２ａの領域に対応する前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａが前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって凸起平面変形すると同時に、前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域も前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃから離れる方向に向かって凸起平面変形することで、前記変形可能基材構成２０の一部分凸起平面同時変形構成を構成している。このため、第十実施態様及び第十二実施態様において構成する、前記変形可能基材構成２０の前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域と、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバは、特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、即ち前記可撓性板２２の前記可動部２２ａの領域は、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバで特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、この二つの実施態様において構成された前記流通板２１及び前記可撓性板２２を有する前記変形可能基材構成２０で一部分凸起平面同時変形構成の前記流体制御装置２を構成している。

また、その他の一部の実施例において、前記変形可能基材構成２０にある前記流通板２１及び前記可撓性板２２の表面もまた、曲面同時変形構成を構成する態様とするができ、前記曲面同時変形構成は、異なる曲率にある複数の曲面によって構成されたり、同じ曲率にある複数の曲面によって構成されたりしており、図８に図示された第十三実施態様を参照すると、曲面構成を同時変形させる方法は、前記変形可能基材構成２０の前記流通板２１の前記外部表面２１ａ上に、異なる曲率にある複数の曲面によって構成された曲面同時変形を発生させると同時に、前記可撓性板２２も同時変形して異なる曲率にある複数の曲面を有することにより、前記変形可能基材構成２０の曲面同時変形構成を構成しているが、この曲面同時変形の方法もまた、これに限らず、前記可撓性板２２の表面上に異なる曲率にある複数の曲面によって構成された曲面同時変形を発生させることで、これに対応する曲面同時変形を前記流通板２１に発生させ、前記変形可能基材構成２０の曲面同時変形構成を一緒に構成するものにすることもできる。これにより、前記変形可能基材構成２０の曲面同時変形構成は、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバで特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、構成された前記流通板２１及び前記可撓性板２２を有する前記変形可能基材構成２０で曲面同時変形構成の前記流体制御装置２を構成している。

さらにまた、その他の一部の実施例において、前記変形可能基材構成２０にある前記流通板２１及び前記可撓性板２２によって構成された同時変形構成が規則的な形態の同時変形構成とは限らず、不規則な形状の同時変形構成とすることもでき、つまり、前記変形可能基材構成２０にある前記流通板２１或いは前記可撓性板２２の表面上が不規則な形状の同時変形を形成することで、前記流通板２１及び前記可撓性板２２がこれに対応して不規則な形状の同時変形構成を構成しているが、これに限らない。また、前記可撓性板２２の不規則な形状の同時変形構成は、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間で同じように必要な特定の深さを維持することができる。

上述した湾曲構成、錐体構成、凸起平面構成、曲面構成或いは不規則形状構成などの様々な実施態様により、前記変形可能基材構成２０の前記可動部２２ａは、前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとの間のチャンバで特定の深さδが必要な範囲を保持することができ、この特定の深さδの範囲を限定することで、前記流体制御装置２の組立て時の誤差によって発生する間隙が大きかったり、小さかったりすることや、前記可撓性板２２と前記振動板２３０の前記突出部２３０ｃとが互いに接触干渉し、好ましくない流体輸送の効率及び騒音の発生といった問題を防止することができる。

以上のことから、本発明にかかる前記流体制御装置は、前記変形可能基材構成にある前記流通板及び前記可撓性板によって構成される同時変形構成であって、前記同時変形の実施方法は、前記圧電アクチュエータに向かって近接したり、離れたりすることで、前記変形可能基材構成の前記可撓性板は、前記振動板の前記突出部と特定の深さが必要な範囲を保持且つ調節し、前記可撓性板と前記振動板の前記突出部との接触干渉を低減することにより、流体伝送の効率を向上し、騒音低下という効果を達することができる。これにより、本発明にかかる前記流体制御装置は、同時変形が可能な変形可能基材構成を介し、必要な特定の深さを調整、修正することで、流体制御装置の最も好ましい流体伝送効率、騒音低下を達すると同時に、製品の不具合発生率を低減し、流体制御装置の品質を向上することができる。

本発明に属する技術分野において通常の知識を有する者であればさまざまな工夫と修飾が可能であるが、それらはいずれも本発明の特許請求の範囲が求める保護を逸脱するものではない。

１００従来の流体制御装置
１０１基板
１０２圧電アクチュエータ
１０３間隙
２流体制御装置
２０変形可能基材構成
２１流通板
２１ａ外部表面
２１ｂ内部表面
２１０導入孔
２１１集約溝
２１２集約開口部
２２可撓性板
２２ａ可動部
２２ｂ固定部
２３圧電アクチュエータ
２３０振動板
２３０ａ第二表面
２３０ｂ第一表面
２３０ｃ突出部
２３１外枠
２３２フレーム
２３３圧電素子
２３５空隙
２４１絶縁片
２４２絶縁片
２５導電片
２６ケーシング
２６ａ収容空間
２６８側壁
δ 特定の深さ
ｈ間隙
Ａ一時保存チャンバ
θ 角度
ｄ変位
ｄ’ 変位

Claims

圧電素子が振動板の表面に貼着することにより構成し、前記圧電素子が印加電圧を受けて変形することで前記振動板の湾曲振動を駆動させ、前記振動板は前記振動板の前記表面に貼着された前記圧電素子に相対して前記振動板のもう一つの表面に設置する突出部を有する圧電アクチュエータと、
可撓性板及び流通板が積層し合うように接合することにより構成し、前記可撓性板及び前記流通板が更に同時変形構成に同時変形することが可能な変形可能基材構成と、を含み、
そのうち、前記変形可能基材構成は、前記圧電アクチュエータの前記振動板と相対して接合するように定位し、且つ前記変形可能基材構成の前記同時変形構成が前記振動板に近接する方向に突出変形することで、前記変形可能基材構成の前記可撓性板と前記振動板の前記突出部との間に特定の深さを定義し、且つ前記可撓性板は、前記振動板の前記突出部に相対して設置する可動部を有することを特徴とする、流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記可撓性板の前記可動部の領域にあり、前記同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記可撓性板の前記可動部の領域の湾曲同時変形構成にあり、前記湾曲同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記可撓性板の前記可動部の領域の錐体同時変形構成にあり、前記錐体同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記可撓性板の前記可動部の領域の凸起平面同時変形構成にあり、前記凸起平面同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記可撓性板の前記可動部の領域及び前記可動部を超えたその他の領域にあり、前記同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記可撓性板の前記可動部の領域及び前記可動部を超えたその他の領域の湾曲同時変形構成にあり、前記湾曲同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記可撓性板の前記可動部の領域及び前記可動部を超えたその他の領域の錐体同時変形構成にあり、前記錐体同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記可撓性板の前記可動部の領域及び前記可動部を超えたその他の領域の凸起平面同時変形構成にあり、前記凸起平面同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記流通板及び前記可撓性板によって構成される曲面同時変形構成であって、前記曲面同時変形構成は、異なる曲率にある複数の曲面によって構成され、前記可撓性板の前記曲面同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記流通板及び前記可撓性板によって構成される曲面同時変形構成であって、前記曲面同時変形構成は、同じ曲率にある複数の曲面によって構成され、前記可撓性板の前記曲面同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記変形可能基材構成の前記同時変形構成の同時変形領域は、前記流通板及び前記可撓性板によって構成される不規則な形状の同時変形構成であって、前記可撓性板の前記不規則な形状の同時変形構成は、前記振動板の前記突出部との間で必要な特定の深さを維持するように構成することを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。
前記圧電アクチュエータの前記振動板は、正方形を呈し、湾曲振動が可能で、且つ前記圧電アクチュエータは、前記振動板の外側を囲繞するように設置する外枠と、前記振動板の側面と前記外枠との間に接続することで、弾性的な支持を提供する少なくとも一つのフレームとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の流体制御装置。