JP7364078B2 - アクチュエータ、および、流体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子等の駆動体によって平板を振動させる構造を備えるアクチュエータに関する。

特許文献１には、ポンプが開示されている。特許文献１のポンプでは、振動板、枠体、および、連結部を備える。枠体は、振動板を囲んで配置されており、連結部によって、振動板の外縁に接続する。振動板と枠体との間における連結部以外の部分は、空隙であり、連結部は、梁形状である。これにより、連結部は、枠体に対して、振動板を振動可能に支持する。すなわち、振動板、枠体、および、連結部によって、アクチュエータが実現される。

連結部は、第１部分、第２部分、および、第３部分を有する。

第１部分は、放射方向（振動板の中心から振動板の外方に向かう方向）に延びる形状である。第１部分の延びる方向の一方端は、振動板の外周に接続する。第１部分の延びる方向の他方端は、第２部分に接続する。

第２部分は、振動板の外周に沿って延びる形状である。第２部分の延びる方向の略中央は、第１部分に接続し、延びる方向の両端は、上述の放射方向に延びる第３部分を介して枠体に接続する。

国際公開第２０１２／１４０９６７号

しかしながら、特許文献１に示すような従来の構成では、空隙が狭いため、製造が容易ではない。この際、ポンプを大型化することなく、空隙を確実に設けようとすると、第２部分の幅が狭くなってしまう。このため、連結部に必要な剛性を確保し難くなり、信頼性が低下する可能性がある。

したがって、本発明の目的は、連結部に必要な剛性を確保しやすく、小型化が容易なアクチュエータを実現することにある。

本発明のアクチュエータは、枠体、第１平板、および、複数の連結部材を備える。枠体は、多角形の開口を有する。第１平板は、開口の内部に配置され、駆動体が装着され、円形である。複数の連結部材は、開口の内部における第１平板と枠体との間に配置され、開口の一部を残すように第１平板の外周端と枠体とを連結する。連結部材は、第１部分および第２部分を備える。第１部分は、第１平板の外周端を一端として第１平板から離間する方向に延びる形状であり、延びる方向の一方端が外周端に接続し、延びる方向の他方端が第２部分に接続する。第２部分は、第１部分と異なる方向に延びる形状である。第２部分の延びる方向の両端は、多角形の開口によって形成される枠体における内周端の複数の辺のうちの異なる辺に接続する。

この構成では、外形形状を大きくすることなく、連結部材と枠体との間の開口（空隙）は、大きくできる。そして、開口（空隙）が大きいことによって、連結部材の形成時に第２部分の幅が狭くなることは、抑制される。

この発明によれば、連結部に必要な剛性を確保しやすく、小型化が容易なアクチュエータを実現できる。

図１は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１を含む流体制御装置１０の分解斜視図である。 図２（Ａ）は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の平面図であり、図２（Ｂ）は、そのＡ－Ａ断面図である。 図３は、従来構成のアクチュエータの平面図である。 図４は、第２の実施形態に係るアクチュエータの平面図である。 図５は、第３の実施形態に係るアクチュエータの平面図である。 図６は、第４の実施形態に係るアクチュエータの平面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ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の実施形態に係るアクチュエータ１１を含む流体制御装置１０の分解斜視図である。図２（Ａ）は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１の平面図であり、図２（Ｂ）は、そのＡ－Ａ断面図である。図３は、従来構成のアクチュエータの平面図である。図２（Ａ）、図３では、駆動体の記載を省略している。また、各図では、アクチュエータ１１および流体制御装置１０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。

（アクチュエータ１１の構成）
図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１１は、平板部材２０、および、駆動体３０を備える。駆動体３０は、例えば、圧電素子であり、平板部材２０に装着されている。より具体的には、駆動体３０は、詳細な構成は後述する平板部材２０の中央平板２１の主面２０１に装着されている。

（平板部材２０の構成）
平板部材２０は、金属板等からなり、主面２０１と主面２０２とを有する。平板部材２０は、中央平板２１、枠体２２、および、複数の連結部材２３を備える。中央平板２１、枠体２２、および、複数の連結部材２３は、例えば、１枚の平板を用いて、一体に形成されている。

中央平板２１は、平板であり、中央平板２１を平面視した形状（厚み方向（ｚ軸方向）に視た形状）は、円形である。上述のように、中央平板２１の主面２０１に、駆動体３０が装着されている。中央平板２１が、本発明の「第１平板」に対応する。

枠体２２は、平板であり、枠体２２を平面視した形状は、正方形である。枠体２２には、開口が形成されている。開口は、枠体２２を構成する平板を厚み方向（ｚ軸方向）に貫通する。開口は、平面視して正方形である。開口の形状は、枠体２２の外形の相似形であり、枠体２２の中心と開口の中心とは一致する。枠体２２の角部Ｃ２０と開口の角部Ｃ２４とにおける近接する組は、この中心に対して同じ方向にある。このような開口を設けることによって、枠体２２は、４個の内周端２２１、２２２、２２３、２２４を備える。内周端２２１と内周端２２３とは平行であり、内周端２２２と内周端２２４とは平行であり、内周端２２１および内周端２２３と、内周端２２２および内周端２２４とは直交する。内周端２２１の一方端は、内周端２２２の一方端に接続し、内周端２２２の他方端は、内周端２２３の一方端に接続し、内周端２２３の他方端は、内周端２２４の一方端に接続し、内周端２２４の他方端は、内周端２２１の他方端に接続する。これら内周端の接続部が、上述の開口の角部Ｃ２４となる。

枠体２２の開口の内部に、中央平板２１が配置される。この際、開口の中心と、中央平板２１の中心ｏ２１とは一致する。中央平板２１の面積が枠体２２の開口の面積よりも小さいことにより、枠体２２の開口の内部に中央平板２１を配置しても、中央平板２１の外周端と枠体２２との間には、開口が残る。

複数の連結部材２３は、それぞれに梁形状である。複数の連結部材２３は、中央平板２１と枠体との間の開口に配置される。複数の連結部材２３は、中央平板２１の外周に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。

この構成によって、中央平板２１は、複数の連結部材２３を介して、枠体２２に対してベンディング振動可能な状態で支持される。

（連結部材２３のより具体的な構成）
複数の連結部材２３は、それぞれに、第１部分２３１、第２部分２３２、および、第３部分２３３を備える。第１部分２３１は、放射方向ｒに沿って延びる形状である。図２（Ｂ）に示すように、放射方向ｒとは、中央平板２１の中心ｏ２１から外方に向かう方向である。第２部分２３２は、中央平板２１の外周に沿って延びる円弧状である。第３部分２３３は、放射方向ｒに沿って延びる形状である。

第１部分２３１の延びる方向の一方端は、中央平板２１の外周端に接続する。第１部分２３１の延びる方向の他方端は、第２部分２３２の延びる方向の略中央に接続する。第２部分２３２の延びる方向の両端は、第３部分２３３を介して、それぞれ異なる内周端に接続する。

具体的には、１つの第２部分２３２の一方端は、内周端２２１に接続し、他方端は、内周端２２２に接続する。１つの第２部分２３２の一方端は、内周端２２２に接続し、他方端は、内周端２２３に接続する。１つの第２部分２３２の一方端は、内周端２２３に接続し、他方端は、内周端２２４に接続する。１つの第２部分２３２の一方端は、内周端２２４に接続し、他方端は、内周端２２１に接続する。

このような構成によって、複数の連結部材２３は、第２部分２３２よりも中央平板２１側の領域を含むように構成された開口２４１と、第２部分２３２よりも枠体２２側の領域の開口２４２を有するように、中央平板２１と枠体２２とを接続する。

このような構成によって、開口２４２は、開口の角部Ｃ２４を含む形状であり、枠体２２の形状を大きくすることなく、従来構成よりも大きな開口面積を実現できる。具体的には、図３に示すように、従来構成の平板部材２０Ｐでは、第２部分２３２よりも枠体２２Ｐ側の開口は、第２部分２３２に沿った円弧状である。これに対して、図２（Ｂ）に示すように、本願構成の平板部材２０では、第２部分２３２と開口の角部Ｃ２４との距離（開口幅）ｗ２４２は、第２部分２３２の幅ｗ２３２よりも大きい。したがって、本願の平板部材２０の開口２４２の面積は、従来の平板部材２０の開口２４２Ｐの面積よりも大きい。さらに、第２部分２３２の延びる方向において両端を除いて、第２部分２３２と枠体２２との離間距離は、従来の第２部分２３２と枠体２２Ｐとの離間距離よりも大きくなる。

したがって、開口２４２は形成し易く、特に１枚の平板を加工して開口２４２を形成する場合、さらに特に１枚の金属板をエッチングして開口２４２を形成する場合、第２部分２３２の幅が狭くなることを抑制しながら、開口２４２を形成できる。すなわち、従来の構成では、本願発明の構成と同様に、枠体２２Ｐの形状を変えることなく、開口２４２Ｐを確実に形成しようとすると、第２部分２３２の幅が狭くなってしまう。しかしながら、本願発明のように開口２４２を形成することで、第２部分２３２の幅が狭くなることを抑制できる。

これにより、平板部材２０は、連結部材２３に必要な剛性を確保しやすく、小型化を容易に実現できる。なお、連結部材２３に必要な剛性とは、例えば、平板部材２０を含む流体制御装置１０を落下させた場合に、所定の条件まで、連結部材２３は破断しない剛性である。

なお、開口２４１の幅（中央平板２１と第２部分２３２との離間距離）ｗ２４１は、第２部分２３２の幅ｗ２３２と同程度であることが好ましい。これにより、中央平板２１の面積が小さくなることを抑制しながら、平板部材２０の外形形状をできる限り小型化でき、且つ、開口２４１をより確実に形成できる。

また、各連結部材２３の第１部分２３１は、中心ｏ２１と角部Ｃ２４を結ぶ直線に重なることが好ましい。すなわち、複数の連結部材２３は、中央平板２１の外周に沿って等間隔で配置される。これにより、中央平板２１を枠体２２に対して効率的に支持できる。また、この構成では、第２部分２３２の両端に接続する第３部分２３３の長さを同じにできる。これにより、軸対称性が良い支持機構を実現でき、枠体２２への振動漏洩を防ぎつつ、中央平板２１を支持できる。例えば、枠体２２の振動変位を中央平板２１の１０％以下に抑えることができる。

さらに、この構成によって、第２部分２３２において、第１部分２３１への接続位置から枠体２２の一方の内周端に接続するまでの距離と、第１部分２３１への接続位置から枠体２２の一方の内周端に接続するまでの距離とは、同じになる。これにより、軸対称性が良い支持機構を実現でき、枠体２２への振動漏洩を防ぎつつ、中央平板２１を支持できる。例えば、枠体２２の振動変位を中央平板２１の１０％以下に抑えることができる。

また、この構成では、第１部分２３１の延びる方向と、第２部分２３２における第１部分２３１に接続する部分での延びる方向とは、直交する。これにより、第２部分２３２の形状が同じとして、第１部分２３１と第２部分２３２とが直交しない場合より、平板部材２０の形状を小さくできる。

また、この構成では、第２部分２３２が中央平板２１の外周に沿った形状である。これにより、第２部分２３２の長さが同じとして、他の形状よりも平板部材２０の形状を小さくできる。

（流体制御装置１０の構成）
上述の構成からなるアクチュエータ１１を用いることで、図１に示すように、流体制御装置１０を構成できる。流体制御装置１０は、アクチュエータ１１、第２平板４０、および、側壁部材５０を備える。

第２平板４０は、アクチュエータ１１の中央平板２１、枠体２２、および、連結部材２３における主面２０２側に配置される。第２平板４０は、複数の貫通孔４００を備える。複数の貫通孔４００は、平面視において、中央平板２１に重なる位置に配置される。

側壁部材５０は、中空５００を有する環状であり、アクチュエータ１１の平板部材２０と、第２平板４０との間に配置される。中空５００は、枠体２２の内周端によって形成される開口と略同じ形状である。側壁部材５０は、枠体２２と、第２平板４０とに接続する。これにより、アクチュエータ１１、側壁部材５０、および、第２平板４０によって囲まれる空間（側壁部材５０の中空５００）は、ポンプ室となる。ポンプ室は、複数の貫通孔４００によって、流体制御装置１０の第２平板４０側の外部空間に連通する。また、ポンプ室は、複数の開口２４１、２４２によって、流体制御装置１０のアクチュエータ１１側の外部空間に連通する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。図４は、第２の実施形態に係るアクチュエータの平面図である。

図４に示すように、第２の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１および流体制御装置１０に対して、平板部材２０Ａの構成において異なる。第２の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置における他の構成は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１および流体制御装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

平板部材２０Ａは、複数の連結部材２３Ａを備える。複数の連結部材２３Ａは、それぞれに、第１部分２３１および第２部分２３２を備える。言い換えれば、複数の連結部材２３Ａは、第３部分２３３を備えない。すなわち、第２部分２３２の延びる方向の両端は、枠体２２における異なる内周端に、それぞれ直接に接続する。

このような構成によって、第２の実施形態に係るアクチュエータは、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１と同様の作用効果を奏しながら、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１よりも小型化できる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置について、図を参照して説明する。図５は、第３の実施形態に係るアクチュエータの平面図である。

図５に示すように、第３の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１および流体制御装置１０に対して、平板部材２０Ｂの構成において異なる。第３の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置における他の構成は、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１および流体制御装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

平板部材２０Ｂでは、枠体２２Ｂは、長方形であり、これによって形成される開口（内周端２２１、２２２、２２３、２２４に囲まれる部分）も長方形である。具体的には、内周端２２２、２２４に平行な方向の長さＬ２は、内周端２２１、２２３に平行な方向の長さＬ１よりも大きい。

このような構成であっても、第３の実施形態に係るアクチュエータは、第１の実施形態に係るアクチュエータ１１と同様の作用効果を奏することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータ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４の実施形態に係るアクチュエータの平面図である。

図６に示すように、第４の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置は、第２の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置に対して、平板部材２０Ｃの構成において異なる。第４の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置における他の構成は、第２の実施形態に係るアクチュエータおよび流体制御装置と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

平板部材２０Ｃでは、枠体２２Ｃは、正六角形であり、これによって形成される開口（内周端２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６に囲まれる部分）も正六角形である。

３個の連結部材２３Ｃは、それぞれ、枠体２２Ｃの異なる内周端に接続する。１つの連結部材２３Ｃの第２部分２３２は、内周端２２１と内周端２２６とに接続する。１つの連結部材２３Ｃの第２部分２３２は、内周端２２２と内周端２２３とに接続する。１つの連結部材２３Ｃの第２部分２３２は、内周端２２４と内周端２２５とに接続する。

このような構成であっても、第４の実施形態に係るアクチュエータは、第２の実施形態に係るアクチュエータと同様の作用効果を奏することができる。すなわち、枠体は、正方形に限るものではなく、他の正多角形であってもよい。さらには、枠体は、正多角形に限らず、多角形であってもよい。なお、この構成は、角部Ｃ２０がＲ面取りされている構成にも適用される。

なお、上述の実施形態において、中央平板２１と連結部材の第１部分と接続部、第１部分と第２部分との接続部、第２部分と第３部分との接続部、第３部分と枠体との接続部が角を有する形状になっている。しかしながら、これらの接続部は、Ｒ面取りされた形状であってもよい。

また、上述の説明において、枠体の主面２０２側に側壁部材５０が接続される構成を示した。しかしながら、枠体の主面２０１側に他の固定部材を接続してもよく、主面２０２側、および、主面２０１側の両方を他の固定部材に接続してもよい。

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：流体制御装置
１１：アクチュエータ
２０：平板部材
２０Ａ：平板部材
２０Ｂ：平板部材
２０Ｃ：平板部材
２１：中央平板
２２、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｐ：枠体
２３、２３Ａ、２３Ｃ：連結部材
３０：駆動体
４０：第２平板
５０：側壁部材
２０１、２０２：主面
２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６：内周端
２３１：第１部分
２３２：第２部分
２３３：第３部分
２４１、２４２、２４２Ｐ：開口
４００：貫通孔
５００：中空

Claims (7)

1. 多角形の開口を有する枠体と、
   前記開口の内部に配置され、駆動体が装着された円形の第１平板と、
   前記開口の内部における前記第１平板と前記枠体との間に配置され、前記開口の一部を残すように前記第１平板の外周端と前記枠体とを連結する複数の連結部材と、
   を備え、
   前記連結部材は、第１部分、第２部分、および第３部分を備え、
   前記第１部分は、前記第１平板の外周端を一端として前記第１平板から離間する方向に延びる形状であり、延びる方向の一方端が前記外周端に接続し、前記延びる方向の他方端が前記第２部分に接続し、
   前記第２部分は、前記第１部分と異なる方向に延びる形状であり、
   前記第３部分は、前記第２部分と異なる方向に延びる形状であり、
   前記第２部分の延びる方向の両端は、前記第３部分を介して、前記多角形の開口によって形成される前記枠体における内周端の複数の辺のうちの異なる辺に接続する、
   アクチュエータ。
2. 前記開口は、正多角形である、
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記正多角形は、正方形である、
   請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第２部分は、前記第１部分への接続部において、前記離間する方向に直交する方向に延びる形状である、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアクチュエータ。
5. 前記第２部分は、前記外周端に沿って延びる形状である、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 前記第２部分の延びる方向の両端は、前記枠体に接続する、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のアクチュエータと、
   前記第１平板、前記連結部材、および、前記枠体に対向し、前記第１平板に重なる部分に貫通孔を有する第２平板と、
   前記第２平板と前記枠体とに接続し、前記第１平板、前記連結部材、前記枠体、および、前記第２平板とともに、ポンプ室を形成する側壁部材と、
   を備える、流体制御装置。

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