CN101542122A

CN101542122A - 压电微型鼓风机

Info

Publication number: CN101542122A
Application number: CNA2007800442645A
Authority: CN
Inventors: 平田笃彦; 神谷岳; 和田宽昭; 须永绿; 金井俊吾
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-12-09
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: EP2090781A4; WO2008069266A1; KR20090077001A; EP2090781B1; US8678787B2; CN101542122B; JPWO2008069266A1; US20090232682A1; JP4873014B2; EP2090781A1; KR101088943B1; US20090232683A1

Abstract

压电微型鼓风机，在鼓风机本体(1)上设置第1壁部(1a)和第2壁部(1b)。在与隔膜(50)的中心部相对的壁部的位置形成开口部(5a)、(5b)。在2壁部之间形成将外部与开口部(5a)、(5b)连通的流入通道(7)。向压电元件(3)施加电压使隔膜(50)产生振动后，开口部(5a)周边的第1壁部(1a)振动，从流入通道(7)吸入气体，从开口部(5b)排出气体。可不使用逆止阀、能够高效率地输送压缩性流体、并能够确保流量。

Description

压电微型鼓风机

技术领域

[0001]

本发明涉及宜于输送空气之类压缩性流体的压电微型鼓风机(piezoelectric micro-blower)。

背景技术

[0002]

在笔记本电脑等小型电子机器的冷却水输送用泵及燃料电池的燃料输送用泵等中，广泛使用压电微型泵。另一方面，作为取代CPU等冷却用风扇的送风用鼓风机，或者旨在供给用燃料电池发电所需的氧气的送风用鼓风机，能够使用压电微型鼓风机。压电微型泵及压电微型鼓风机都是使用向压电元件外加电压后弯曲变形的隔膜的泵(鼓风机)，具有结构简单、能够很薄地构成而且耗电量低的优点。

[0003]

输送液体之类非压缩性流体时，通常分别在流入口及流出口设置使用橡胶及树脂之类柔软的材料的逆止阀，用数十Hz左右的低频驱动压电元件。可是，为了输送空气之类压缩性流体而使用具有逆止阀的微型泵时，压电元件的变位量非常小，几乎不能喷出流体。如果在隔膜的共振频率(1次共振频率或3次共振频率)附近驱动压电元件，虽然可以获得最大变位，但是因为共振频率是kHz级的高频，所以逆止阀不能进行跟踪动作。因此，为了输送压缩性流体，最好使用没有逆止阀的压电微型鼓风机。

[0004]

在专利文献1中，公开了在泵本体(pump body)和压电元件之间形成泵腔、在泵腔的侧面侧形成流入口、在和压电元件相对的面形成排出口的冷却装置。以开口面积从外部朝着泵腔逐渐变小的锥形形成流入口，以开口面积从泵腔朝着外部逐渐变小的锥形形成排出口。这样地使流入口和排出口成为锥形后，就能够使通过流入口和排出口的流体阻力不同，在压电元件朝着增大泵腔的容积的方向变位时，能够使流体(例如空气)从流入口流入，而在压电元件朝着减小泵腔的容积的方向变位时，能够使流体从流出口排出，从而能够省略流入口、排出口的逆止阀。

[0005]

可是，即使如上所述地设定流入口和排出口的锥形，在压电元件朝着增大泵腔的容积的方向变位时，流体也不仅从流入口流入，而且还从流出口流入。反之，在压电元件朝着减小泵腔的容积的方向变位时，流体也不仅从流出口排出，而且还从流入口排出。因此，从流出口喷出的泵的整体流量，就与压电元件的体积变化量相比变小。因为压电元件的体积变化量本身非常小，所以流量也相应地变得非常少，作为冷却装置，存在着难以获得足够的冷却效果的问题。

[0006]

在专利文献2中，公开了具备具有压电盘(该压电盘安装在不锈钢制的盘上)的超声波驱动体、安装了超声波驱动体的第1不锈钢膜体、与超声波驱动体隔开规定的间隔并且与超声波驱动体基本平行地安装的第2不锈钢膜体的气体流发生器。向压电盘外加电压后，超声波驱动体弯曲变位，从在第2不锈钢膜体的中心部分形成的孔排出空气。因为该气体流发生器也没有逆止阀，所以能够用高频驱动超声波驱动体。

[0007]

所述气体流发生器时，用高频驱动超声波驱动体后，能够一边吸入或者卷入在第2不锈钢膜体的中心部分形成的孔的周围的空气，一边朝着孔的正交方向喷出空气，产生惯性喷射。可是，流量随着第2不锈钢膜体的中心孔的周围的状况，产生很大的变动。例如在中心孔的附近存在障碍物时，喷出流量就大大减少。另外，将该气体流发生器作为CPU等发热源的冷却用风扇使用时，因为只是将发热源周围的热空气原封不动地吹到发热源上，所以只能搅拌空气，热交换效率差。

专利文献1：JP特开2004-146547号公报

专利文献2：JP特开2006-522896号公报

发明内容

[0008]

因此，本发明的理想的实施方式的目的在于，提供不使用逆止阀的、能够高效率地输送压缩性流体的、能够确保流量的压电微型鼓风机。

[0009]

为了达到上述目的，本发明提供的压电微型鼓风机，是在具备鼓风机本体(blower body)、隔膜(diaphragm该隔膜的外周部对于鼓风机本体而言被固定，具有压电元件)和鼓风机腔(该鼓风机腔在鼓风机本体和隔膜之间形成)，向所述压电元件外加电压后使隔膜弯曲变形，从而输送压缩性流体的压电微型鼓风机中，具备下述部件：鼓风机本体的第1壁部，该第1壁部在和所述隔膜之间形成鼓风机腔；第1开口部，该第1开口部在与所述隔膜的中心部相对的所述第1壁部的部位形成，使鼓风机腔的内部和外部连通；第2壁部，该第2壁部将所述第1壁部作为空隙，在和鼓风机腔的相反侧，与第1壁部隔开间隔地设置；第2开口部，该第2开口部在与所述第1开口部相对的所述第2壁部的部位形成，使鼓风机腔的内部和外部连通；流入通道，该流入通道在所述第1壁部和第2壁部之间形成，外侧端部与外部连通，内侧端部与第1开口部及第2开口部连接。

[0010]

图1示出本发明涉及的压电微型鼓风机的基本结构的一个例子。该压电微型鼓风机，具备鼓风机本体1和外周部对于鼓风机本体而言被固定的隔膜2，在隔膜2的背面中央部粘贴着压电元件3。在鼓风机本体1的第1壁部1a和隔膜2之间，形成鼓风机腔4。在与隔膜2的中心部相对的第1壁部1a的部位，形成第1开口部5a。向压电元件3外加电压后，能够使隔膜2弯曲变形，使第1开口部5a和隔膜2的距离变化。在鼓风机本体1中，将第1壁部1a作为空隙，在和鼓风机腔4的相反侧，与第1壁部1a隔开间隔地设置第2壁部1b。在与第1开口部5a相对的第2壁部1b的部位，形成第2开口部5b。在第1壁部1a和第2壁部1b之间，形成外侧端部与外部连通、内侧端部与第1开口部5a及第2开口部5b连接的流入通道7。

[0011]

图1的(a)～(e)示出用1次共振模式使隔膜2变位时的鼓风机动作。图1的(a)是初始状态(未外加电压时)，隔膜2为平坦状。图1的(b)表示向压电元件3外加电压的最初的1/4周期，由于隔膜2朝下面突出地弯曲，所以第1开口部5a和隔膜2的距离增大，通过第1开口部5a作媒介，流体被吸入鼓风机腔4内。箭头表示流体的流向。这时，流入通道7的一部分流体被吸入鼓风机腔4内。在下一个1/4周期中，如图1的(c)所示，隔膜2恢复平坦状时，第1开口部5a和隔膜2的距离减小，流体通过开口部5a、5b，被朝上压出。这时，由于一边将流入通道7的流体一起卷入，一边朝上方流动，所以可以在第2开口部5b的开口侧获得大流量。在再下来的一个1/4周期中，如图1的(d)所示，由于隔膜2朝上面突出地弯曲，所以第1开口部5a和隔膜2的距离减小，鼓风机腔4内的流体被高速地从开口部5a、5b朝上压出。由于该高速流一边将流入通道7的流体一起卷入，一边朝上方流动，所以可以在第2开口部5b的开口侧获得大流量。在最后的一个1/4周期中，如图1的(e)所示，隔膜2恢复平坦状时，第1开口部5a和隔膜2的距离增大，流体通过第1开口部5a，虽然被鼓风机腔4内吸入一些，但是流入通道7的流体却在惯性的作用下，继续朝着中心方向及流体被排到鼓风机腔外的方向流动。然后，隔膜2的动作返回图1的(b)，以后就周期性地反复进行(b)～(e)动作。用高频使隔膜2弯曲振动后，能够在流过流入通道7的流体的惯性结束之前，使开口部5a、5b产生下一个流动，能够在流入通道7中始终存在朝着中心方向的气流。可以认为该动作产生了下述作用：在隔膜2朝着第1开口部5a和隔膜2的距离增大的方向变位时，通过第1开口部5a作媒介，将流入通道7的流体吸引到鼓风机腔4内；在隔膜2朝着第1开口部5a和隔膜2的距离减小的方向变位时，和从第2开口部5b排放到鼓风机腔4外的高速流一起，在鼓风机腔4外的流入通道7中存在的流体也一起被卷入，排出。

[0012]

采用本实施方式时，能够在伴随着隔膜2的变位，用高速流过开口部5a、5b的流体的作用下，将流体从流入通道7拉到开口部5a、5b。就是说，不仅能够在隔膜2朝下突出变位时，而且还能够在朝上突出变位时，也将流体从流入通道7拉到开口部5a、5b。由于从流入通道7拉过来的流体，和从鼓风机腔4压出的流体合流后，从第2开口部5b喷出，所以能够获得隔膜2的变位体积以上的喷出流量。由于流入通道7与开口部5a、5b之间的空间连接，不与鼓风机腔4直接连接，所以流入通道7不受鼓风机腔4内的压力变化的影响。因此，即使不设置逆止阀，流过开口部5a、5b的高速流也不会向流入通道7倒流，能够有效地增大流量。

[0013]

在本压电微型鼓风机中，因为能够在离开流体的流出口——第2开口部5b和流入口——流入通道7的外侧端部的位置设置，所以例如在CPU等发热源的冷却用风扇中采用本压电微型鼓风机时，只要将第2开口部5b朝着发热源、将流入通道7的外侧端部与冷气空间连接，就可以将从冷气空间吸入的冷气对着发热源吹去。

[0014]

可以在与第1开口部及第2开口部连接的流入通道的内侧端部，形成具有大于第1开口部及第2开口部的开口面积的中央空间。这时，流过流入通道的流体，先在中央空间集合，然后在从第1开口部吹出的流体的气流的作用下，一起从第2开口部排出。这时，如果用从中央空间辐射方向地延伸的多个通道构成流入通道，在各流入通道的外侧端部分别形成流入口，就能够确保流入通道的通道面积，所以能够减少流道阻力，使流量进一步增加。

[0015]

如前所述，在流入通道的内侧端部形成具有大于第1开口部及第2开口部的开口面积的中央空间时，可以设定中央空间的开口面积，以便使与第1壁部的中央空间相对的部分，伴随着隔膜的变位共振。就是说，使与第1壁部的中央空间相对的部分的固有振动数接近隔膜的振动频率后，能够使第1壁部跟随着隔膜的变位共振。这时，具有利用第1壁部的变位增加隔膜产生的流体的流量的作用，使流量进一步增加。

[0016]

本发明中的所谓“隔膜”，可以是在树脂板或金属板的一个面上粘贴朝着平面方向伸缩的压电元件的单压电晶片型，在树脂板或金属板的两个面上粘贴互相朝着相反的方向伸缩的压电元件的双压电晶片型，在树脂板或金属板的一个面上粘贴其本身弯曲变形的层叠型压电元件的单压电晶片型，进而用层叠型压电元件构成整个隔膜的元件。不管哪种，只要是向压电元件交替外加电压(正旋波电压或矩形波电压)后，朝着板厚方向弯曲振动的元件即可。

[0017]

由于用1次共振模式(1次共振频率)取得包含压电元件的隔膜，可以获得的增大的变位量，所以是最理想的。但是，由于1次共振频率成为可听区域，所以噪声往往变大。与此不同，使用3次共振模式(3次共振频率)后，尽管与1次共振模式相比，变位量变小，但是与不使用共振模式相比，却可以获得较大的变位量，而且由于能够用超过可听区域的频率驱动，所以能够防止噪声。此外，所谓“1次共振模式”，是隔膜的中央部和周边部朝着相同的方向变位的模式；所谓“3次共振模式”，是隔膜的中央部和周边部朝着相反的方向变位的模式。

[0018]

在使用3次共振模式的情况下，隔膜的中央部朝上突出变位时，隔膜的周边部朝下突出变位。使压电元件为圆板状时，在隔膜的中央部和周边部之间，存在变位的节点(node，波节)，所以通常在与该节点对应的压电元件的部位布线。可是由于节点被限定在非常狭窄的区域，而且位于压电元件的中间区域，所以难以进行钎焊等布线作业，可靠性有可能下降。与此不同，使压电元件为环状时，由于能够使压电元件的外周部靠近保持隔膜的外周部的鼓风机本体，所以只要将布线与压电元件的外周部连接即可，布线作业变得容易，可靠性得到提高。

[0019]

综上所述，采用本发明的压电微型鼓风机后，使隔膜弯曲振动，通过第1开口部，将流入通道内的流体吸引到鼓风机腔内，在鼓风机腔外的流入通道中存在的流体，也能够和从第2开口部排放到鼓风机腔外的高速流一起，被卷入，排出。因此，能够获得隔膜的变位体积以上的排出流量，能够实现大流量的鼓风机。另外，由于即使不使用逆止阀，也能够防止流过两开口部的高速流向流入通道倒流，所以能够有效地增大流量。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的压电微型鼓风机的动作原理图。

图2是本发明涉及的压电微型鼓风机的第1实施例的整体立体图。

图3是图2所示的压电微型鼓风机的分解立体图。

图4是图2的IV-IV线剖面图。

图5是图4的V-V线剖面图。

图6是图4所示的压电微型鼓风机的变形例的剖面图。

图7是图2所示的压电微型鼓风机的简要动作图。

图8表示在改变了分隔板的材质及厚度的样本中的对于外加电压而言的流量特性和对于消耗功率而言的流量特性。

图9表示本发明涉及的压电微型鼓风机的第2实施例的剖面图。

图10表示对使用圆板状的压电元件和使用环状的压电元件的隔膜的变位进行比较的图形。

图11是本发明涉及的压电微型鼓风机的第3实施例的立体图。

图12图11的XII-XII线剖面图。

图13是图11所示的压电微型鼓风机的分解立体图。

符号说明

A～D压电微型鼓风机

1鼓风机本体

2隔膜(diaphragm)

3压电元件

4鼓风机腔

8流入口

10顶板(第2壁部)

11喷出口(第2开口部)

20流路形成板

21中央空间

22流入通道

30分隔板(separator，第1壁部)

31贯通孔(第1开口部)

40鼓风机壳体

50、50a、50b隔膜

51振动板

52、52a压电元件

60底板

具体实施方式

[0020]

下面，根据实施例，讲述本发明的理想的实施方式。

实施例1

[0021]

图2～图5表示本发明涉及的压电微型鼓风机的第1实施例。本实施例的压电微型鼓风机A，是作为电子机器的冷却用鼓风机使用的一个例子，从上到下依次层叠固定顶板(第2壁部)10、流路形成板20、分隔板(第1壁部)30、鼓风机壳体40、隔膜50及底板60。隔膜50的外周部，被在鼓风机壳体40和底板60之间粘接固定。除了隔膜50以外的部件10、20、30、40、60，构成鼓风机本体1，用金属板及硬制树脂板之类有刚性的平板材料形成。

[0022]

顶板10用四边形平板形成，如图5所示，在其中心部形成贯通表里的喷出口(第2开口部)11。

[0023]

流路形成板20也是具有和顶板10相同外形的平板，如图5所示，在其中央部形成直径大于喷出口11的中央孔(中央空间)21。还形成从中央孔21朝着4个拐角部辐射方向地延伸的多个(在这里为4个)流入通道22。本实施例的压电微型鼓风机A，由于流入通道22对于中央孔21而言，从4个方向连通，所以伴随着隔膜50的抽取动作，流体没有阻力地靠近中央孔21，能够使流量进一步增加。

[0024]

分隔板30也是具有和顶板10相同外形的平板，在其中心部与喷出口11相对的位置，形成直径基本与喷出口11相同的贯通孔(第1开口部)31。此外，喷出口11和贯通孔31，既可以是相同的直径，也可以是不同的直径，但是至少具有小于中央孔21的直径。在4个拐角部附近，在与流入通道22的外侧端部对应的位置，形成流入孔32。将顶板10、流路形成板20和分隔板30粘接在一起后，喷出口11、中央孔21和贯通孔31就在同一个轴线上并列，与后文讲述的隔膜50的中心部对应。此外，如后文所述，为了使与分隔板30的中央孔21对应的部分共振，最好用薄金属板形成分隔板30。

[0025]

鼓风机壳体40也是具有和顶板10相同外形的平板，在其中心部形成较大直径的空洞部41。在4个拐角部附近，在与所述流入孔32对应的位置，形成流入孔42。将鼓风机壳体40作为空隙，将分隔板30和隔膜50粘接在一起后，利用鼓风机壳体40的空洞部41形成鼓风机腔4。此外，鼓风机腔4不必是被闭锁的空间，也可以使其一部分敞开。例如可以在鼓风机壳体40的中心部形成的空洞部41上形成狭缝，与鼓风机壳体40的外部连通，或者只在流入孔42附近形成块状的鼓风机壳体。就是说，本发明的鼓风机腔4只要是被用分隔板30和隔膜50夹住、划分的空间即可。

[0026]

底板60也是具有和顶板10相同外形的平板，在其中心部形成基本上与鼓风机腔4相同形状的空洞部61。底板60的壁厚按照压电元件52的厚度和振动板52的变位量的合计形成，即使在基板等上搭载压电微型鼓风机A时，也能够防止压电元件52与基板接触。所述空洞部61，形成包围后文讲述的隔膜50的压电元件52的周围的空洞部。在底板60的4个拐角部附近，在与所述流入孔32、42对应的位置，形成流入孔62。

[0027]

隔膜50具有在振动板51的中央部下面粘贴着圆形的压电元件52的结构。作为振动板51，除了可以使用不锈钢、黄铜等金属材料以外，还可以使用由玻璃环氧树脂等树脂材料构成的树脂板。压电元件52是直径小于上述鼓风机壳体40的空洞部41的直径的圆板。在该实施例中，作为压电元件52，使用表里两面具有电极的单板的压电陶瓷，将它粘贴在振动板51的里面(和鼓风机腔4相反侧的面)上，构成单压电晶片型隔膜。由于向压电元件52交替外加电压(正旋波电压或矩形波电压)后，压电元件52就朝着平面方向伸缩，所以整个隔膜50朝着板厚方向弯曲变形。向压电元件52外加使隔膜50用1次共振模式或3次共振模式弯曲变位的交变电压后，与外加其它的频率的电压时相比，能够大大地增大隔膜50的变位体积，大幅度增加流量。

[0028]

在振动板51的4个拐角部附近，在与所述流入孔32、42、62对应的位置，形成流入孔51a。由所述流入孔32、42、62、51a形成一端朝下方开口、另一端与流入通道22连通的流入口8。

[0029]

如图4所示，压电微型鼓风机A的流入口8朝着鼓风机本体1的下方开口，喷出口11则朝着上面侧开口。因为能够从压电微型鼓风机A的里侧的流入口8吸入压缩性流体、从表侧的喷出口11排出压缩性流体，所以成为适合于作为燃料电池的空气供给用鼓风机及CPU的空冷用鼓风机使用的结构。此外，流入口8不必非要朝着下方开口，可以朝着外周开口。

[0030]

在图4中，使用用振动板51和压电元件52构成的隔膜50。但是也可以如图6所示，使用在振动板51和压电元件52之间设置中间板53的隔膜50a。中间板53能够利用SUS等金属板。在振动板51和压电元件52之间设置这种中间板53后，能够使隔膜50a弯曲变位之际的中立面，位于中间板53内，能够消除阻碍变位的因素。其结果，变位效率更加良好，能够获得用低电压实现大流量的压电微型鼓风机B。

[0031]

本实施例的压电微型鼓风机A的动作，和图1所示的基本同样。但是，在本实施例中，在流入通道22的内侧端部，形成具有比第1开口部31及第2开口部11更大的开口面积的中央空间21，而且用薄金属板形成分隔板30。因此，能够进行图7所示的那种动作，能够进一步增加流量。

[0032]

图7是旨在讲述压电微型鼓风机A的动作的示意图，为了便于理解，而放大显示变位。图7的(a)是初始状态(未外加电压时)，(b)～(e)是图示向压电元件52外加电压(例如sin波)的每个1/4周期的隔膜50和分隔板30的变位。向压电元件52外加交变电压后，就周期性地反复进行(b)～(e)动作。如图所示，伴随着隔膜50的振动，分隔板30共振，分隔板30用对于隔膜50而言相位滞后90°的形式振动。分隔板30共振后，从第1开口部31朝着上方生成较大的压力波，在该压力波的作用下，中央空间21内的空气被从第2开口部11朝着外部排出，所以与分隔板30不共振时相比，能够增加流量。将中央空间21内的空气向外部排出后，流入通道22内的空气被朝着中央空间21拉去，能够从第2开口部11连续性地产生空气流。

[0033]

在图7中，描绘出隔膜50用1次共振模式变位的例子。但是用3次共振模式变位时也同样。另外，示出分隔板30的变位量大于隔膜50的变位量的例子，但是随着中央空间21的大小、分隔板30的杨氏模量及厚度等的不同，有时分隔板30的变位量小于隔膜50的变位量。进而，不局限于分隔板30对于隔膜50而言相位滞后90°。总而言之，只要是分隔板30以对于隔膜50而言具有某个相位滞后地一起振动、隔膜50和分隔板30的距离与分隔板30不振动时相比产生很大的变化的结构就行。

[0034]

以下所示的数据，是采用上述结构的压电微型鼓风机A的一个试验例。首先，准备在厚度为0.1mm的SUS板上粘贴了由厚度为0.15mm、直径为12.7mm的PZT单板构成的压电元件的隔膜。接着，准备由黄铜板构成的分隔板及由SUS板构成的顶板、流路形成板、鼓风机壳体及底板。此外，在顶板的中心，设置直径为0.8mm的第2开口部；在分隔板的中心，设置直径为0.6mm的第1开口部。另外，还在流路形成板的中心，设置直径为6mm、高度为0.4mm的中央空间。接着，按照底板、隔膜、鼓风机壳体、分隔板、流路形成板、顶板的顺序，层叠粘贴所述的构成部件，制作出长20mm×宽20mm×高2.4mm的鼓风机本体。此外，将鼓风机本体的鼓风机腔设计成为高度为0.15mm、直径为18mm。

[0035]

向上述结构的微型鼓风机A外加频率17kHz、60Vp-p的sin波形的电压驱动后，在100Pa时获得流量800ml/min。这是用3次共振模式驱动时的例子，也可以用1次共振模式驱动。这样，能够获得流量较大的微型鼓风机。

[0036]

表1示出使隔膜50的驱动频率和中央空间21的直径变化时的流量的差异。流量的单位是L/min。

[表1]

此外，使用驱动频率为24.4kHz中的42Ni板的厚度为0.08mm、驱动频率为25.5kHz中的42Ni板的厚度为0.1mm的元件。

[0037]

由表1可知：中央空间21的直径为5mm时，提高频率后流量增加；而中央空间21的直径为6mm时，降低频率后流量增加。这样可知：与中央空间21对应的分隔板30的振动影响着流量。这被认为是：虽然隔膜的固有振动数也随着材质及厚度的不同而不同，但是调整中央空间21的直径后，能够使与中央空间21对应的分隔板30的固有振动数靠近隔膜的固有振动数地共振，因此增大了流量。

[0038]

图8表示使用在振动板51和压电元件52之间设置了中间板53的隔膜50a的压电微型鼓风机B的试验结果。如表2所示，该试验比较使分隔板30的材质及厚度变化时的流量。样本1作为分隔板使用厚度为0.05mm的磷青铜，样本2作为分隔板使用厚度为0.1mm的SUS304。其它的结构都和压电微型鼓风机A相同。分隔板以外的结构，在样本1和样本2中都相同，驱动频率均为24.4kHz。

[0039]

[表2]

[0040]

用相同的厚度比较磷青铜和SUS304时，SUS304的刚性高于磷青铜，为其1.5倍左右，但是由于厚度的差异为2倍，所以与样本1相比，样本2的分隔板的刚性非常高。换言之，可以认为在样本1中，面向中央空间的分隔板的部分振动，而在样本2中，分隔板的部分几乎不振动。该试验测量了面向中央空间的分隔板部分的振动给予流量的影响。

[0041]

如图8的(a)所示，例如如果用外加电压20Vpp进行比较，那么在样本2中大约为0.42L/min，而在样本1中大约为0.78L/min，样本1的流量成为样本2的大约2倍。就是说，可见分隔板部分的振动非常有利于流量的增加。图8的(b)比较根据消耗功率的流量。虽然由于阻抗变化，所以消耗功率也变化，但是即使用相同的消耗功率进行比较，也可知样本1有利。

实施例2

[0042]

图9表示本发明涉及的压电微型鼓风机的第2实施例。对于和第1实施例相同的部分，赋予相同的符号，不再赘述。在本实施例的压电微型鼓风机B中，作为压电元件，使用中心部具有空洞的环状的压电元件52a、而且使压电元件52a的外周部靠近保持着隔膜50b的外周部的鼓风机本体1的元件。

[0043]

图10表示使用圆板状的压电元件和环状的压电元件的隔膜的3次共振模式中的变位。使用圆板状的压电元件52时，如(a)所示的那样，在从中心位置(0mm的位置)起到6mm的位置为止，安装压电元件。使用环状的压电元件52b时，则如用(b)所示的那样，在从中心位置(0mm的位置)起到2.5mm的位置为止的区域有空洞，在2.5mm～8mm的范围内安装压电元件。无论哪种情况，隔膜50、50b的外周侧的8mm以上的区域，都被用鼓风机本体1固定。

[0044]

如图10(a)所示的那样，用3次共振模式使具有圆板状压电元件52的隔膜50振动时，在压电元件52的中间区域(4mm的位置)存在节点。最好在节点向压电元件52进行引出线的连接。由于节点在压电元件52的中间部，而且是点，所以要想避免由于振动而断线地进行连接，就需要用较小的面积进行高精度的对位，从而使布线的难度增大。与此不同，具有环状的压电元件52a的隔膜50b时，如图10(b)所示的那样，因为能够使压电元件52a的外周部靠近鼓风机本体1，所以只要向压电元件52a的外周部连接布线即可，由于连接位置几乎不振动，所以布线容易，可靠性得到提高。

[0045]

以下所示的数据，是使用具有环状压电元件的隔膜的压电微型鼓风机C的一个试验例。首先，准备在厚度为0.1mm的黄铜板上粘贴了由厚度为0.2mm、外形18mm、内径为5mm的PZT单板构成的压电元件的隔膜。接着，准备由黄铜板构成的分隔板及由SUS板构成的顶板、流路形成板、鼓风机壳体及底板。此外，在顶板的中心，设置直径为1.0mm的第2开口部；在分隔板的中心，设置直径为0.8mm的第1开口部。另外，还在流路形成板的中心，设置直径为6mm、高度为0.5mm的中央空间。再接着，按照底板、隔膜、鼓风机壳体、分隔板、流路形成板、顶板的顺序，层叠后分别粘贴所述的构成部件，制作出长20mm×宽20mm×高4.0mm的鼓风机本体。此外，将鼓风机本体的鼓风机腔设计成为高度为0.05mm、直径为18mm。

[0046]

向上述结构的微型鼓风机C外加频率25.5kHz、60Vp-p的sin波形的电压驱动后，在100Pa时获得流量700ml/min：最大发生压力0.7kPa。这是用3次共振模式驱动时的例子，也可以用1次共振模式驱动。如图10的(b)所示，使用环状的压电元件52a时，隔膜50b的中心部的变位量变得非常大。例如由于厚度为0.1mm、直径为5mm的黄铜板的固有振动数大约为25kHz，所以使振动板51的厚度为0.1mm、环状的压电元件52a的内径为5mm时，在25kHz附近驱动后，的黄铜板的固有振动数大约为25kHz，隔膜50b的中央部就在环状的压电元件52a的弯曲的作用下共振，所以可以在隔膜50b的中心部获得非常大的变位，能够实现流量的增加。另外，由于在该增大变位部分不存在压电元件，所以能够减小压电元件的变位·驱动速度，能够提高耐久性。

实施例3

[0047]

图11～图13表示本发明涉及的压电微型鼓风机的第3实施例。对于和第1实施例相同的部分，赋予相同的符号，不再赘述。在本实施例的压电微型鼓风机D中，在流路形成板20的中央部形成兼做流入通道的四边形的中央空间23。中央空间23具有比构成鼓风机腔4的鼓风机壳体40的空洞部41宽的开口面积。在分隔板(第1壁部)30、鼓风机壳体40、底板60及隔膜50的对角的2个拐角部，分别形成缺口部33、43、63及51b，这些缺口部与所述中央空间23的拐角部对应，这些缺口部构成流入口8。此外，在底板60上形成切槽64。它在将微型鼓风机D搭载到基板等上时，被作为防止隔膜50的下面侧空间成为密闭空间的通气槽及旨在引出压电元件52的布线的槽而使用。

[0048]

以下所示的数据，是使用采用上述结构的压电微型鼓风机D的一个试验例。首先，准备在厚度为0.1mm的SUS板上粘贴了由厚度为0.2mm、直径为12.7mm的PZT单板构成的压电元件的隔膜。接着，准备由SUS板构成的分隔板、顶板、流路形成板、鼓风机壳体及底板。此外，在顶板的中心，设置直径为0.6mm的第2开口部；在分隔板的中心，设置直径为2.0mm的第1开口部。另外，还在流路形成板的中心，设置长20mm×宽20mm的中央空间。再接着，按照底板、隔膜、鼓风机壳体、分隔板、流路形成板、顶板的顺序，层叠后粘贴所述的构成部件，制作出长22mm×宽22mm×高2mm的鼓风机本体。此外，将鼓风机本体的鼓风机腔设计成为高度为0.1mm、直径为18mm。

[0049]

向上述结构的微型鼓风机D外加频率16kHz、60Vp-p的sin波形的电压驱动后，在100Pa时获得流量90ml/min。这是用3次共振模式驱动时的例子，也可以用1次共振模式驱动。

[0050]

在该实施例中，由于中央空间23作为以开口部11、31为中心、向所有的方向敞开的流入通道发挥作用，所以能够减少流入空气的空气阻力。另外，与鼓风机腔相对的分隔板30的几乎所有的区域，被中央空间23开放，所以分隔板30的广大区域能够和隔膜50的振动一起振动。因此，即使隔膜50用1次共振模式振动时，也能够使分隔板30共振。

[0051]

在所述各实施例中，列举了使与中央空间对应的分隔板(第1壁部)的一部分伴随着隔膜的振动而共振的例子。但是分隔板未必非要共振，只要采用和隔膜的振动一起激发分隔板振动，而且分隔板以对于隔膜而言具有规定的相位滞后地进行振动结构，就能够增加流量。

[0052]

另外，在所述各实施例中，采用了层叠粘接多个板状部件后构成鼓风机本体的结构。但并不局限于此，例如还可以用树脂或金属一体形成顶板10和流路形成板20、分隔板30和鼓风机壳体40、流路形成板20和分隔板30。

[0053]

流入通道的形状，并不局限于图5所示的那种朝着辐射方向直线延伸的形状，能够任意选择。另外，流入通道的个数也是任意的，可以按照流量、噪声的程度进行选择。

Claims

1、一种压电微型鼓风机，具备：

鼓风机本体；

隔膜，该隔膜的外周部与鼓风机本体之间固定，具有压电元件；和

鼓风机腔，该鼓风机腔形成在鼓风机本体与隔膜之间，

向所述压电元件施加电压后使隔膜弯曲变形，从而输送压缩性流体，其特征在于：所述压电微型鼓风机，具备：

鼓风机本体的第1壁部，该第1壁部与所述隔膜之间形成鼓风机腔；

第1开口部，该第1开口部形成在与所述隔膜的中心部相对的所述第1壁部的部位，使鼓风机腔的内部与外部连通；

第2壁部，该第2壁部隔着所述第1壁部，设置在与鼓风机腔的相反侧，并与第1壁部隔开间隔；

第2开口部，该第2开口部形成在与所述第1开口部相对的所述第2壁部的部位；和

流入通道，该流入通道形成在所述第1壁部与第2壁部之间，外侧端部与外部连通，内侧端部与第1开口部及第2开口部连接。

2、如权利要求1所述的压电微型鼓风机，其特征在于：在与所述第1开口部及第2开口部连接的流入通道的内侧端部，形成具有大于所述第1开口部及第2开口部的开口面积的中央空间。

3、如权利要求2所述的压电微型鼓风机，其特征在于：所述流入通道，由从所述中央空间朝着辐射方向延伸的多个通道构成，在各流入通道的外侧端部，分别形成流入口。

4、如权利要求2或3所述的压电微型鼓风机，其特征在于：通过设定所述中央空间的开口面积，使所述第1壁部的与所述中央空间相对的部分，伴随着所述隔膜的变位而产生共振。

5、如权利要求1～4任一项所述的压电微型鼓风机，其特征在于：所述压电元件，是中心部具有空洞的环状。

6、如权利要求1～5任一项所述的压电微型鼓风机，其特征在于：向所述压电元件施加电压，使包含压电元件的隔膜以1次或3次共振模式变位。