CN101490419B - 压电泵 - Google Patents

压电泵 Download PDF

Info

Publication number
CN101490419B
CN101490419B CN2007800272324A CN200780027232A CN101490419B CN 101490419 B CN101490419 B CN 101490419B CN 2007800272324 A CN2007800272324 A CN 2007800272324A CN 200780027232 A CN200780027232 A CN 200780027232A CN 101490419 B CN101490419 B CN 101490419B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diaphragm
opening portion
piezoelectric element
pump
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2007800272324A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101490419A (zh
Inventor
神谷岳
须永绿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of CN101490419A publication Critical patent/CN101490419A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101490419B publication Critical patent/CN101490419B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/028—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms with in- or outlet valve arranged in the plate-like flexible member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B45/045—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms with in- or outlet valve arranged in the plate-like pumping flexible members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B45/047—Pumps having electric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/08—Cylinder or housing parameters
    • F04B2201/0806—Resonant frequency
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/11—Kind or type liquid, i.e. incompressible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/407—Transmission of power through piezoelectric conversion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/60—Fluid transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/10—Inorganic materials, e.g. metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S417/00—Pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

本发明提供一种构造简单、且可以排出较高压力的压电泵。在泵本体(10)的中央部形成第一开口部(11)，在离开中央的位置形成第二开口部(12)。对泵本体(10)固定金属制膜片(20)的外周部，在膜片(20)的背面中央部粘贴大小为覆盖第一开口部(11)、且未到达第二开口部(12)的压电元件(23)。通过对压电元件(23)施加谐振频率附近的电压，使与第一开口部(11)对置的膜片(20)的部分和与所述中间区域的膜片(20)的部分向相反方向弯曲变形，从第一开口部(11)及第二开口部(12)的一方吸入流体，从另一方排出。据此，可以提高排出压力，即使在排出侧的压力较高的条件下也可以确实地排出流体。

Description

压电泵
技术领域
本发明涉及压电泵，特别是涉及使用通过压电元件而弯曲变形的膜片(diaphragm)的压电泵。
背景技术
对于笔记本电脑等小型电子设备的冷却用泵或燃料电池的燃料输送用泵等，可使用压电泵。压电泵是使用通过向压电元件施加电压而弯曲变形的膜片的泵，具有结构简单、轻薄、且耗电量低这样的优点。在使用压电元件作为驱动源的压电泵的情况下，在其流入口及流出口设置单向阀，存在单向阀由于长期使用而可靠性下降、或由于在单向阀附着尘土等异物而不能充分输送流体这样的问题。另外，存在由于在单向阀附着尘土等异物而以高频驱动压电元件时单向阀不能跟踪动作、不能输送流体等问题。
在专利文献1和2提出了一种压电泵，该压电泵在具有流入口和流出口的泵本体上，以接触状态安装膜片，并且安装多个压电元件，使其在膜片上从流入口向流出口排列。在该泵的情况下，通过从靠近流入口侧的压电元件向靠近流出口侧的压电元件依次驱动，使膜片从流入口向流出口依次弯曲，可以将流体从流入口向流出口挤出。而且，若停止向压电元件施加电压，则由于利用膜片的复原而使流入口和流出口之间的流通路径关闭，因此可以省略流入口及流出口的单向阀。
然而，在该构造的压电泵中，由于需要将多个压电元件排列为平面状，因此存在压电泵体积大且复杂、并且依次驱动压电元件用的驱动电路也变得复杂、昂贵这样的问题。
在专利文献3中，揭示了没有单向阀的流体泵。特别是，在专利文献3的图10中揭示了一种流体泵，该流体泵在泵本体和膜片之间形成泵室，在泵本体的中央部设置第一开口部，在周边部设置第二开口部，对膜片形成弹性缓冲，通过利用其它驱动单元往返驱动膜片的中央部，使膜片弯曲变形。在膜片打开第一开口部时，将流体从第一开口部向泵室吸入；在关闭第一开口部时，使与第二开口部对应的缓冲部弯曲，利用缓冲部的弹性复原力，将流体从第二开口部排出。
在专利文献3的情况下，由于只是以单一的驱动源往返驱动膜片，因此构造简单。但是，由于只使与膜片的第一开口部对置的部位、即膜片的中央部位移，使膜片的周边部(缓冲部)迟于该位移产生弯曲变形，因此必须使用柔软的材料作为膜片，不能提高排出压力。例如，在流体是空气这样的压缩性流体的情况下，为了使膜片的缓冲部弹性变形，必须使用橡胶或树脂这样非常柔软的材料，排出压力下降。其结果是，在泵室外的压力较高的条件下，有时不能确实地排出流体。
专利文献1：日本专利特开平2-149778号公报
专利文献2：日本专利特开平4-86388号公报
专利文献3：日本专利特表平10-511165号公报
发明内容
因此，本发明的理想的实施方式的目的是提供一种构造简单、且可以提高排出压力的压电泵。
为达到上述目的，本发明提供一种压电泵，其特征是，包括：泵本体；外周部对泵本体进行固定的膜片；粘贴在该膜片的中央部的压电元件；形成于与上述膜片的大致中央部对置的泵本体的部位的第一开口部；形成于上述膜片的中央部和外周部的中间区域或者与该中间区域对置的泵本体的部位的第二开口部，上述膜片是金属板，上述压电元件形成为覆盖上述第一开口部、且不到达第二开口部的大小，通过对上述压电元件施加规定频率的电压，使与第一开口部对置的膜片的部分和所述中间区域的膜片的部分向相反方向弯曲变形，从上述第一开口部及第二开口部的一方吸入流体，从另一方排出。
在本发明中，由于不是如专利文献3所示利用膜片自身的弹性复原力挤出流体，而是使用杨氏模量较高的金属板作为膜片，通过利用压电元件使该膜片强制弯曲变形，来排出流体。特别是，通过使压电元件的大小形成为覆盖第一开口部且不到达第二开口部，可以使与第一开口部对置的膜片的部分和与第二开口部对置的膜片的部分高效地向相反方向弯曲变形。因此，可以提高排出压力，即使在排出侧的压力较高的条件下也可以确实地排出流体。特别是，由于将杨氏模量较高的金属板作为膜片，因此膜片对压电体的跟踪性好，所以能以较高的频率动作。
对压电元件施加的电压的频率虽然可以任意选定，但在以由膜片及压电元件形成的位移构件的谐振频率附近的频率驱动压电元件时，膜片的位移体积变得非常大，在可以得到大流量这点比较理想。若以一次谐振模式(一次谐振频率)驱动，则可以从第一开口部吸入流体，从第二开口部排出流体；在以三次谐振模式(三次谐振频率)驱动时，可以从第二开口部吸入流体，从第一开口部排出流体。在上述一次谐振模式及三次谐振模式中虽然都能以较高的频率驱动，但特别是，在利用三次谐振模式时，能以一次谐振模式的约三倍的这样非常高的频率动作，据此，由于能够以超越人类的听觉范围的频率驱动，因此可以防止噪声。关于这一点，例如，在如专利文献3所示使用柔软材料作为膜片的情况下，由于膜片的中央部的位移和膜片的周边部的位移产生延时，因此专利文献3的流体泵不能在与延时对应的频率以上驱动。另一方面，本发明的压电泵由于使用杨氏模量较高的金属板作为膜片，因此能够以一次谐振模式及三次谐振模式这样的较高的谐振频率驱动，特别是，在以超越人类的听觉范围的三次谐振模式驱动时，不会产生噪声，且可以得到较高的流量。另外，由于位移减少，在泵本体和膜片的固定部分产生的应力减小，可靠性提高。另外，膜片的杨氏模量在100GPa以上时较为理想。在100GPa以上的情况下，以一次谐振模式、三次谐振模式的任意模式驱动时，跟踪性都很好，并且，由于驱动时的损耗较少，因此发热量少，功率效率较好。
本发明的压电泵适用于输送空气这样的压缩性流体。在排出液体这样的非压缩性流体的压电泵的情况下，在流入口及流出口分别设置使用橡胶或树脂这样的柔软材料的单向阀，一般而言，以几十Hz左右的较低频率驱动压电元件。将该压电泵用作为排出空气这样的压缩性流体用的泵时，压电元件的位移量非常小，几乎不能排出流体。若以由膜片及压电元件形成的位移构件的谐振频率(一次谐振频率或者三次谐振频率)附近驱动压电元件，则虽然可以得到最大的位移，但由于谐振频率是kHz级的高频，因此单向阀不能跟踪动作。在本发明中，由于没有单向阀，因此即使以谐振频率附近的频率驱动压电元件，也没有由于单向阀产生的限制，可以高效地输送非压缩性流体。另外，不用担心在单向阀附着尘土等会产生动作故障，可以提供高可靠性的压电泵。
将第二开口部形成于三次谐振模式下的膜片的最大位移位置或者其外周侧较好。关于三次谐振模式下的膜片的最大位移位置，它根据压电元件和膜片的面积比或膜片的杨氏模量等而不同，但由于通过在最大位移位置或者其外侧设置第二开口部(流入口)，在压电泵的动作周期中，从第一开口部(排出口)排出流体时第二开口部(流入口)可以得到充分的密封性，可以防止应该排出的流体的逆流，因此不仅是排出压力升高，排出流量也会升高。
也可以是在以第一开口部为中心的同一圆周上形成多个第二开口部。在以三次谐振模式驱动的情况下，第二开口部为流入侧，但若该第二开口部只是一个，则流体不会快速流入至泵本体和膜片的周边部之间形成的环状的袋状空间，有时不能排出充分的流量。与之相反，在同一圆周上形成多个第二开口部时，可以使流体迅速流入环状的袋状空间，可以使排出流量增大。
若采用本发明，则由于通过在金属制膜片的中央部粘贴大小为覆盖第一开口部且未到达第二开口部的压电元件，以规定频率的电压驱动该压电元件，使与第一开口部对置的膜片的部分和与第二开口部对置的膜片的部分向相反方向弯曲变形，因此可以提高排出压力，即使在排出侧的压力较高的条件下也能确实地排出流体。而且，由于压电泵可以仅由泵本体和粘贴压电元件的膜片构成，不需要单向阀这样的辅助零部件，因此可以实现构造非常简单的、小型、薄型、高可靠性的压电泵。
附图说明
图1是本发明所涉及的压电泵的第一实施例的整体立体图。
图2是图1所示的压电泵的分解立体图。
图3是表示图1所示的压电泵在三次谐振模式下的泵作用动作的A-A线的剖视图。
图4是表示图1所示的压电泵在一次谐振模式下的泵作用动作的A-A线的剖视图。
图5是表示本发明所涉及的压电泵的第二实施例的泵作用动作的剖视图。
图6是表示本发明所涉及的压电泵的第三实施例的泵作用动作的剖视图。
图7是本发明所涉及的压电泵的第四实施例的立体图。
标号说明
10    泵本体(顶板)
11    第一开口部
12    第二开口部
16    第二开口部
20    膜片
22    圆形区域
23    压电元件
25    第二开口部
30    按压板
具体实施方式
下面，基于实施例说明本发明的理想的实施方式。
实施例1
图1～图3表示压电泵的第一实施例。此处，图1是本发明所涉及的压电泵的整体立体图，图2是图1所示的压电泵的分解立体图，图3是图1的A-A线的剖视图。
本实施例的压电泵P的构造是依次层叠：构成泵本体的顶板10、膜片20、和环状的按压板30，层叠粘结这些零部件。顶板10形成具有刚性的平板状，在其中心位置形成第一开口部11，在以第一开口部11为中心的同一圆周上形成多个第二开口部12。此处，为确保流量而形成八个第二开口部12，但第二开口部12的个数可以根据需要的流量任意设定。
膜片20由具有弹簧弹性的较薄的金属板形成。如图2所示，对膜片20形成多个圆弧状的狭缝21，在狭缝21的外侧区域的表面和背面涂布粘结剂，通过顶板10和按压板30将膜片20的外侧区域粘结固定。由于粘结剂的涂布区域被狭缝21隔开，因此粘结剂不会从狭缝21扩散至内侧的圆形区域22。按压板30的内周边缘31的直径比膜片20的圆形区域22小一点，被该内周边缘31包围的圆形区域22是可以弯曲变形的区域。
配置膜片20使其与顶板10的下表面侧接触。在膜片20的背面(下表面)的圆形区域22的中央部粘贴圆形的压电元件23。膜片20的圆形区域22的中心(压电元件23的中心)和顶板10的第一开口部11的中心位于同轴上。由于压电元件23的半径比第一开口部11和第二开口部12的距离L要小，因此第二开口部12位于压电元件23的外周侧。另外，第二开口部12的位置位于与三次谐振模式下的膜片20的最大位移位置同一位置或者在其稍外周侧较好。
按压板30形成得比后述的压电元件23的厚度和膜片20的位移量的合计要厚，防止在对基板等安装压电泵P时、压电元件23与基板接触。另外，在按压板30的一部分形成切槽32，这是为了防止在对基板等安装压电泵P时、膜片20的下表面侧成为密闭空间，并且用于向压电元件引出布线。
在该实施例中，使用在表面和背面具有电极的单板的压电陶瓷作为压电元件23，将其粘贴在膜片20的背面(与顶板10相反一侧的面)构成作为位移部件的单压电晶片振动膜。通过对压电元件23施加交变电压(正弦波或者矩形波)，由于压电元件23在平面方向伸缩，因此包含压电元件23的膜片20整体在板厚方向弯曲变形。在以由膜片及压电元件形成的位移部件的三次谐振模式(约15kHz)进行驱动时，膜片20弯曲变形，使得与第二开口部12大致对应的膜片20的周边部的位移为最大。在以由膜片及压电元件形成的位移部件的一次谐振模式(约5kHz)进行驱动时，膜片20弯曲变形，使得膜片20的中心部的位移为最大。压电元件23的接通电压为±60V(120Vpp)～±120V(240Vpp)左右时较为理想。
图3(a)～(e)表示压电泵P在三次谐振模式下的泵作用的动作，即对压电元件23施加三次谐振频率附近的电压时的动作。图3(a)是初始状态，膜片20的整个面与泵本体10接触，第一开口部11及第二开口部12关闭。图3(b)表示向压电元件23施加电压的最初的1/4周期，由于膜片20向上凸出弯曲，因此膜片20的中央部与泵本体10压紧，膜片20的周边部从泵本体10离开。因此，第一开口部11继续关闭，但由于在膜片20的周边部和泵本体10之间形成环状的袋状空间，因此流体从第二开口部12被吸入至该袋状空间。在下一个1/4周期中，膜片20的粘贴有压电元件23的区域与未粘贴有压电元件23的区域相比，由于存在压电元件23而质量变大，与之相应的惯性效应较大，因此如图3(c)所示，膜片20与压电元件23的重心位置一起，返回与初始状态相比在膜片侧(下方)的平坦的状态。此时，由于在膜片20和泵本体10之间形成连续的袋状空间，因此流体在形成于膜片20和泵本体10之间的袋状空间中向中心方向移动。此时，第一开口部11和第二开口部12都只打开一点。在下一个1/4周期中，如图3(d)所示，由于膜片20向下凸出弯曲，所以膜片20的周边部与泵本体10压紧，第二开口部12关闭。因此，进入膜片20和泵本体10之间的流体集中在中央部，从第一开口部11被压出。在下一个1/4周期中，如图3(e)所示，压电元件23欲返回平坦状态，但由于压电元件23的重心位置的关系，成为在厚度方向比形成于图3(c)的袋状空间更小的袋状空间的状态。流体的流出如图3(b)所示，一直持续到膜片20再次返回与第一开口部11接触的状态。之后，膜片20的动作返回图3(b)，在这之后周期地重复(b)～(e)的动作。这样，在以三次谐振模式驱动压电元件23时，可以从第二开口部12吸入流体，从中心部的第一开口部11排出。
图4(a)～(d)表示压电泵P在一次谐振模式下的泵作用动作。图4(a)是初始状态，图4(b)表示向压电元件23施加电压的最初的1/4周期。由于膜片20向下凸出弯曲，因此在膜片20的中央部和泵本体10之间形成袋状空间，从第一开口部11向该袋状空间吸入流体。在下一个1/4周期中，膜片20的粘贴有压电元件23的区域与未粘贴有压电元件23的区域相比，由于存在压电元件23而质量变大，与之相应的惯性效应较大，因此如图4(c)所示，膜片20与压电元件23的重心位置一起，返回与初始状态相比稍微在膜片侧的平坦的状态。此时，流体在形成于膜片20和泵本体10之间的袋状空间中向外周方向移动。此时，第一开口部11和第二开口部12都只打开一点。在下一个1/4周期中，如图4(d)所示，由于膜片20向上凸出弯曲，所以膜片20的中央部与泵本体10压紧，第一开口部11关闭。因此，进入膜片20和泵本体10之间的流体集中在周边部，从第二开口部12被压出。在下一个1/4周期中，如图4(e)所示，在压电元件23欲返回平坦状态时，由于在压电元件23产生向下的惯性，因此成为在厚度方向比形成于图4(c)的袋状空间更小的袋状空间的状态。如图4(b)所示，流体在下一个1/4周期流出，一直持续到膜片20再次返回与第二开口部12接触的状态。之后，膜片20的动作返回图4(b)，在这之后周期地重复(b)～(e)的动作。这样，在以一次谐振模式驱动压电元件23时，可以从中心部的第一开口部11吸入流体，从周边部的第二开口部12排出。
将本压电泵P用作为燃料电池的空气提供用泵，在下述的条件下进行了实验。另外，本实验例是以三次谐振模式驱动的例子。
接通电压：15.5kHz，±60V～±90V的矩形波电压
膜片：厚度0.1mm的SUS(不锈钢)板
压电元件：直径12.7mm的PZT板
第一开口部的直径：1.3mm
第二开口部的直径：0.8mm×8个
距离L：8.425mm
膜片的位移区域的直径：20mm
在上述条件下驱动压电泵P，可以得到静压：7.5kPa，无负载流量：2ml/s。其结果是，确认了可以得到排出压力较高的压电泵。另外，由于是利用三次谐振模式的高频驱动，在该频率下的听觉灵敏度较低，因此可以防止噪声。
实施例2
图5表示本发明的第二实施例的三次谐振模式下的泵作用动作。对于与图3相同的部分标注了同一标号，省略重复说明。在第一实施例中，是将第二开口部12设置在泵本体10，但本实施例中将第二开口部25设置在膜片20。此时，若以三次谐振模式驱动，则可以从压电泵的背面侧的第二开口部25吸入流体，从表面侧的第一开口部11排出。该构造是作为燃料电池的空气提供用泵或者冷却用泵的较为理想的构造。
实施例3
图6表示本发明的第三实施例的三次谐振模式下的泵作用动作。对于与图3相同的部分标注同一标号，省略重复说明。本实施例是将泵本体10的一部分从膜片20向外侧延长，在该延长部15的下表面侧形成从膜片20的外周部内侧延伸至外侧的凹槽状的第二开口部16。第二开口部16的内侧端位于压电元件23的外周的外侧、且膜片20的外周固定部的内侧，外侧端从延长部15向下表面侧开口。另外，第二开口部16也可以不必是凹槽状，而作为内侧端在压电元件23的外侧且膜片20的外周固定部的内侧开口、而外侧端在膜片20的外周固定部的外侧开口的连通孔。该情况下，与实施例2这样的在膜片20设置开口部时相比，可以维持更高的强度，且在以三次谐振模式驱动时，由于可以从压电泵的背面侧(下侧)吸入流体，从表面侧(上侧)排出，因此比较理想。
实施例4
图7表示本发明的第四实施例。本实施例的第二开口部12是以第一开口部11为中心的圆弧状的孔。此时，也由于将多个第二开口部12排列成圆周状，因此流体可以迅速充满形成于膜片的周边部和泵本体之间的环状的袋状空间，可以使流量增大。
在第一～第四实施例中，表示了将通过施加电压在平面方向伸缩的压电元件粘贴在膜片的一个面的单压电晶片型压电元件，但也可以是在膜片的两面分别粘贴反向伸缩的压电元件的双压电晶片型压电元件、或在膜片的一个面粘贴其本身弯曲变形的双压电晶片型的压电元件。
作为压电泵的构造，在图2中，是层叠顶板和膜片和按压板的构造，但不限于此。另外，顶板、膜片及按压板的外形形状不限于四边形，也可以是圆形。
在图3所示的实施例中，表示了初始状态下膜片和泵本体为接触状态的例子，但也可以在泵本体设置较浅的凹部，在膜片和泵本体之间形成较窄的空间(泵室)。但是，较好的是初始状态下第一开口部和第二开口部被膜片关闭。
在上述实施例中，表示了将本发明的压电泵用作空气这样的压缩性流体的输送用泵的例子，但也可以适用于液体这样的非压缩性流体。本发明的压电泵由于排出压力较高，因此也可以用作为例如冷却机等的压缩机用泵。

Claims (5)

1.一种压电泵，其特征在于，
包括：泵本体；外周部相对于泵本体固定的膜片；粘贴在该膜片的中央部的压电元件；形成于与所述膜片的中央部对置的泵本体的部位的第一开口部；形成于所述膜片的中央部和外周部的中间区域、或者与该中间区域对置的泵本体的部位的第二开口部，
所述膜片是金属板，
所述压电元件的大小形成为覆盖所述第一开口部、且未到达第二开口部，
通过对所述压电元件施加规定频率的电压，使与第一开口部对置的膜片的部分和与所述中间区域的膜片的部分向相反方向弯曲变形，从所述第一开口部及第二开口部的一方吸入流体，从另一方排出。
2.如权利要求1所述的压电泵，其特征在于，所述流体是压缩性流体，通过对所述压电元件施加由所述膜片及所述压电元件形成的位移构件的一次谐振频率附近的电压，从第一开口部吸入流体，从第二开口部排出流体。
3.如权利要求1所述的压电泵，其特征在于，所述流体是压缩性流体，通过对所述压电元件施加由所述膜片及所述压电元件形成的位移构件的三次谐振频率附近的电压，从第二开口部吸入流体，从第一开口部排出流体。
4.如权利要求3所述的压电泵，其特征在于，所述第二开口部形成于所述膜片的最大位移位置或者其外周侧。
5.如权利要求3或4所述的压电泵，其特征在于，在以第一开口部为中心的同一圆周上形成多个所述第二开口部。
CN2007800272324A 2006-12-09 2007-12-06 压电泵 Active CN101490419B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006332692 2006-12-09
JP332692/2006 2006-12-09
PCT/JP2007/073555 WO2008069264A1 (ja) 2006-12-09 2007-12-06 圧電ポンプ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101490419A CN101490419A (zh) 2009-07-22
CN101490419B true CN101490419B (zh) 2011-02-02

Family

ID=39492142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800272324A Active CN101490419B (zh) 2006-12-09 2007-12-06 压电泵

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20090148318A1 (zh)
EP (1) EP2037124A1 (zh)
JP (1) JP4730437B2 (zh)
KR (1) KR101033077B1 (zh)
CN (1) CN101490419B (zh)
CA (1) CA2654688C (zh)
WO (1) WO2008069264A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103994059B (zh) * 2014-06-05 2015-04-08 吉林大学 一种铙钹形腔体的共振式压电风机

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008090725A1 (ja) * 2007-01-23 2008-07-31 Nec Corporation ダイヤフラムポンプ
JP4450070B2 (ja) * 2007-12-28 2010-04-14 ソニー株式会社 電子機器
WO2011145544A1 (ja) * 2010-05-21 2011-11-24 株式会社村田製作所 流体ポンプ
GB201102100D0 (en) * 2011-02-08 2011-03-23 Benest Roger S Small compressor
WO2012140967A1 (ja) * 2011-04-11 2012-10-18 株式会社村田製作所 アクチュエータ支持構造およびポンプ装置
FR2974598B1 (fr) 2011-04-28 2013-06-07 Commissariat Energie Atomique Micropompe a debitmetre et son procede de realisation
WO2013021547A1 (ja) * 2011-08-05 2013-02-14 パナソニック株式会社 燃料電池システム
JP5900155B2 (ja) * 2011-09-06 2016-04-06 株式会社村田製作所 流体制御装置
JP5533823B2 (ja) 2011-09-06 2014-06-25 株式会社村田製作所 流体制御装置
JP5528404B2 (ja) 2011-09-06 2014-06-25 株式会社村田製作所 流体制御装置
JP5682513B2 (ja) 2011-09-06 2015-03-11 株式会社村田製作所 流体制御装置
WO2013054801A1 (ja) * 2011-10-11 2013-04-18 株式会社村田製作所 流体制御装置、流体制御装置の調整方法
US9334858B2 (en) * 2012-04-19 2016-05-10 Kci Licensing, Inc. Disc pump with perimeter valve configuration
CN102691694B (zh) * 2012-05-23 2015-01-28 浙江师范大学 一种自驱动的精密步进式液压动力装置
US9610600B2 (en) * 2013-09-20 2017-04-04 Gojo Industries, Inc. Dispenser pump using electrically activated material
WO2015178104A1 (ja) 2014-05-20 2015-11-26 株式会社村田製作所 ブロア
KR102099790B1 (ko) 2014-07-28 2020-04-10 이종희 압전 펌프
KR102151030B1 (ko) 2014-07-28 2020-09-02 이종희 압전 펌프를 이용한 맥동억제 펌핑 방법
KR102151025B1 (ko) 2014-07-28 2020-09-02 이종희 압전 펌프를 이용한 펌핑 방법
CN206903844U (zh) 2014-08-20 2018-01-19 株式会社村田制作所 鼓风机
JP6028779B2 (ja) * 2014-10-03 2016-11-16 株式会社村田製作所 流体制御装置
TWI557321B (zh) 2015-06-25 2016-11-11 科際精密股份有限公司 壓電泵及其操作方法
DE102016201718B4 (de) * 2016-02-04 2022-02-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Pumpe mit polygonförmigem Piezo-Membranwandler
TWI686538B (zh) * 2016-11-24 2020-03-01 研能科技股份有限公司 氣冷散熱裝置
CN109899327B (zh) * 2017-12-07 2021-09-21 昆山纬绩资通有限公司 气流产生装置
JP6908175B2 (ja) * 2018-02-16 2021-07-21 株式会社村田製作所 流体制御装置
CN114130605A (zh) * 2021-11-12 2022-03-04 深圳市轴心压电技术有限公司 一种片状压电陶瓷挤压喷射阀

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1605755A (zh) * 2004-11-12 2005-04-13 南京航空航天大学 压电泵
CN1673528A (zh) * 2004-03-24 2005-09-28 中国科学院光电技术研究所 一种微机械往复膜片泵

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4011474A (en) * 1974-10-03 1977-03-08 Pz Technology, Inc. Piezoelectric stack insulation
JPH01174278A (ja) * 1987-12-28 1989-07-10 Misuzu Erii:Kk インバータ
JPH02149778A (ja) 1988-11-30 1990-06-08 Seiko Epson Corp 圧電マイクロポンプ
US5096388A (en) * 1990-03-22 1992-03-17 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Microfabricated pump
JPH0486388A (ja) 1990-07-27 1992-03-18 Seiko Epson Corp 圧電マイクロポンプの流路構成
JP2855846B2 (ja) * 1990-11-22 1999-02-10 ブラザー工業株式会社 圧電ポンプ
US5192197A (en) * 1991-11-27 1993-03-09 Rockwell International Corporation Piezoelectric pump
JP3521499B2 (ja) * 1993-11-26 2004-04-19 日本碍子株式会社 圧電／電歪膜型素子
DE69410487T2 (de) * 1993-12-28 1998-11-05 Westonbridge Int Ltd Mikropumpe
US5542821A (en) * 1995-06-28 1996-08-06 Basf Corporation Plate-type diaphragm pump and method of use
WO1997010435A2 (de) * 1995-09-15 1997-03-20 Institut Für Mikro- Und Informationstechnik Hahn-Schickard-Gesellschaft Rückschlagventillose fluidpumpe
JP3812917B2 (ja) * 1997-05-14 2006-08-23 本田技研工業株式会社 圧電型アクチュエーター
JP3418564B2 (ja) * 1999-02-03 2003-06-23 セイコーインスツルメンツ株式会社 マイクロポンプの駆動方法
JP2000314381A (ja) * 1999-03-03 2000-11-14 Ngk Insulators Ltd ポンプ
JP3814132B2 (ja) * 1999-10-27 2006-08-23 セイコーインスツル株式会社 ポンプ及びその駆動方法
JP3629405B2 (ja) * 2000-05-16 2005-03-16 コニカミノルタホールディングス株式会社 マイクロポンプ
US6837476B2 (en) * 2002-06-19 2005-01-04 Honeywell International Inc. Electrostatically actuated valve
DE10196634T5 (de) * 2000-09-18 2005-04-07 Par Technologies Llc Piezoelektrisches Antriebselement und ein solches verwendende Pumpe
US6435840B1 (en) * 2000-12-21 2002-08-20 Eastman Kodak Company Electrostrictive micro-pump
US6450773B1 (en) * 2001-03-13 2002-09-17 Terabeam Corporation Piezoelectric vacuum pump and method
JP4629896B2 (ja) * 2001-03-30 2011-02-09 セイコーエプソン株式会社 圧電体素子及びこれを用いた電気機器
TW558611B (en) * 2001-07-18 2003-10-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Small pump, cooling system and portable equipment
US6729856B2 (en) * 2001-10-09 2004-05-04 Honeywell International Inc. Electrostatically actuated pump with elastic restoring forces
US6869275B2 (en) * 2002-02-14 2005-03-22 Philip Morris Usa Inc. Piezoelectrically driven fluids pump and piezoelectric fluid valve
AU2003225762A1 (en) * 2002-03-15 2003-09-29 United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Electro-active device using radial electric field piezo-diaphragm for control of fluid movement
JP2004064067A (ja) * 2002-07-26 2004-02-26 Ngk Insulators Ltd 圧電／電歪膜型素子
US6874999B2 (en) * 2002-08-15 2005-04-05 Motorola, Inc. Micropumps with passive check valves
EP1403519A1 (en) * 2002-09-27 2004-03-31 Novo Nordisk A/S Membrane pump with stretchable pump membrane
JP2004146547A (ja) * 2002-10-24 2004-05-20 Hitachi Ltd 電子機器の冷却装置
US20040120836A1 (en) * 2002-12-18 2004-06-24 Xunhu Dai Passive membrane microvalves
GB0308197D0 (en) * 2003-04-09 2003-05-14 The Technology Partnership Plc Gas flow generator
JP4678135B2 (ja) * 2003-06-17 2011-04-27 セイコーエプソン株式会社 ポンプ
KR100519970B1 (ko) * 2003-10-07 2005-10-13 삼성전자주식회사 밸브리스 마이크로 공기공급장치
JP2005299597A (ja) * 2004-04-15 2005-10-27 Tama Tlo Kk マイクロポンプ
TWI256374B (en) * 2004-10-12 2006-06-11 Ind Tech Res Inst PDMS valve-less micro pump structure and method for producing the same
US20060245949A1 (en) * 2005-04-13 2006-11-02 Par Technologies, Llc Electromagnetically bonded pumps and pump subassemblies and methods of fabrication
JP4677933B2 (ja) * 2005-04-14 2011-04-27 セイコーエプソン株式会社 ポンプ及び流体システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1673528A (zh) * 2004-03-24 2005-09-28 中国科学院光电技术研究所 一种微机械往复膜片泵
CN1605755A (zh) * 2004-11-12 2005-04-13 南京航空航天大学 压电泵

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2002-299714A 2002.10.11
JP特开2004-146547A 2004.05.20
JP特开2005-113918A 2005.04.28
JP特开2005-299597A 2005.10.27
JP特开2006-316785A 2006.11.24
JP特表平10-511165A 1998.10.27

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103994059B (zh) * 2014-06-05 2015-04-08 吉林大学 一种铙钹形腔体的共振式压电风机

Also Published As

Publication number Publication date
JP4730437B2 (ja) 2011-07-20
EP2037124A1 (en) 2009-03-18
CA2654688C (en) 2011-07-26
KR20090057215A (ko) 2009-06-04
CN101490419A (zh) 2009-07-22
JPWO2008069264A1 (ja) 2010-03-25
CA2654688A1 (en) 2008-06-12
WO2008069264A1 (ja) 2008-06-12
US20090148318A1 (en) 2009-06-11
KR101033077B1 (ko) 2011-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101490419B (zh) 压电泵
US10502328B2 (en) Valve and fluid control appratus
US9237854B2 (en) Valve, fluid control device
KR101088943B1 (ko) 압전 마이크로 블로어
US20120171062A1 (en) Fluid pump
JP4793441B2 (ja) 圧電マイクロポンプ
CN108884823A (zh) 阀、气体控制装置以及血压计
JP5429317B2 (ja) 圧電マイクロポンプ
WO2007111049A1 (ja) マイクロポンプ
WO2010035862A1 (ja) 圧電ポンプ
CN103362786B (zh) 一种压电微型隔膜泵
JP4976157B2 (ja) 圧電ポンプ及び圧電振動子
US20090214362A1 (en) Piezoelectric pump
JP2009079482A (ja) 圧電ポンプ
CN210660518U (zh) 微型泵
JP4848319B2 (ja) 圧電ポンプ
WO2012140932A1 (ja) アクティブバルブ、流体制御装置
CN112392698A (zh) 微型泵
KR20200056896A (ko) 압전 블로어 및 그 제조 방법
JPH03225086A (ja) マイクロポンプ
JP2002106469A (ja) ダイヤフラムポンプ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant