CN106030108A - 流体控制装置以及泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供流体控制装置以及泵。泵(1)具备：具有中央部(21)、框部(22)与连结部(23～26)的振动板(15)；层叠于中央部(21)，使振动板从中央部(21)到连结部(23～26)呈同心圆状弯曲振动的压电元件(16)；以及层叠于框部(22)，与连结部(23～26)隔开间隔地对置的对置板(13)，振动板(15)具有在中央部(21)与连结部(23～26)分别产生振动的波腹的共振模式，对置板(13)在与连结部(23～26)对置的位置具有供流体流动的多个流路孔(39～43)。
Description
技术领域
本发明涉及使用产生振动的驱动体对流体的流动进行控制的流体控制装置、以及具备该流体控制装置且对流体进行吸引以及排出的泵。
背景技术
作为泵使用利用压电元件的振动的泵(例如参照专利文献1以及2。)。该泵被用于使产生了温度上升的部件与外部气体接触而冷却的用途、在燃料电池中搬送氧等的流体的用途等。
图16是示意性地示出以往的泵的主要部分的截面图。图16所示的以往的泵101具备框体102、振动板103、对置板104以及压电元件105。框体102在内部容纳振动板103、对置板104以及压电元件105。对置板104在框体102的内部划分形成泵室110。振动板103设置于泵室110的内部，与对置板104隔开间隔地对置，振动板103的外周部弹性支承于框体102。压电元件105贴合于振动板103，与振动板103一起构成致动器111。框体102在上表面形成将泵室110的内部与外部连通的流路孔112。此外，在对置板104形成有与泵室110的内部连通的流路孔113。此外，框体102在下表面形成有经由流路孔113与泵室110连通且也与外部连通的流路孔114。
在该泵101中，当对压电元件105施加电压时，在压电元件105意欲产生面内方向的伸长或者收缩，在振动板103产生厚度方向的弯曲振动。由此，在泵室110中在由振动板103与对置板104夹着的流体层产生压力变动，产生从流路孔114、113朝泵室110吸引流体，并从泵室110朝流路孔112排出流体的流体的流动。
专利文献1：日本特开2013－068215号公报
专利文献2：日本特开2013－053611号公报
发明内容
在该泵中，谋求装置尺寸的小型化、泵效率的改进。但是，如果使装置尺寸小型化则存在泵效率降低的倾向，在保持以往构造不变的状态下，难以同时满足装置尺寸的小型化与泵效率的改进。
因此，本发明的目的在于提供一种不使装置尺寸大型化而与以往相比能够改进驱动效率，或者不使驱动效率降低而与以往相比能够使装置尺寸小型化的流体控制装置以及泵。
本发明所涉及的流体控制装置具备：振动板，其具有中央部、包围上述中央部的周围的框部以及连结上述中央部与上述框部之间的连结部；驱动体，其层叠于上述中央部，使上述振动板从上述中央部到上述连结部进行弯曲振动；以及对置板，其层叠于上述框部，至少与上述连结部隔开间隔地对置，上述振动板具有在上述中央部与上述连结部分别产生振动的波腹的共振模式，上述对置板在与上述连结部对置的位置具有供流体流动的多个流路孔。
在该结构中，通过与产生振动的波腹的连结部对置设置多个流路孔，能够增多经由多个流路孔同时流动的流体的总量。由此，能够提高驱动效率，能够实现所希望的流量、压力并且实现装置尺寸的小型化。
也可以构成为，上述连结部在与上述流路孔对置的位置具备从上述流路孔侧观察的宽度局部地扩宽的冲击部。在该结构中，在直接有助于流体控制的流路孔的周边振动板(冲击部)与流体对置的面积不会减少，能够增大冲击部的振动振幅。由此，能够减小施加于振动板以及驱动体的无用的负载从而提高驱动效率。
也可以构成为，上述连结部在与上述流路孔对置的位置具备朝上述流路孔侧突出的凸部。此外，也可以构成为，上述对置板在上述流路孔的周围具备朝上述振动板侧突出的凸部。在这些结构中，与直接有助于流体控制的流路孔的周边的振动板与对置板之间的间隔相比，能够扩宽除此以外的部分的振动板与对置板之间的间隔。由此，能够减少施加于振动板以及驱动体的无用的负载从而进一步提高驱动效率。
也可以构成为，上述对置板具备：活动部，其设置于上述流路孔的周围，且能够弯曲；以及约束部，其约束上述活动部的周围。例如，通过使活动部的厚度薄，约束部的厚度厚，能够形成活动部与约束部。此外，例如，通过在层叠于对置板的与振动板侧的相反侧的流路板设置与对置板的流路孔及其周围对置的开口部，能够形成活动部与约束部。在该结构中，伴随着连结部的振动，对置板的活动部也响应地振动。于是，活动部与连结部的振动耦合，即便不设置止回阀那样的限制流体流动的方向的构造，也能够借助流路孔使流体沿一定的方向流动。因此，能够省去止回阀那样的结构而使得流体容易流动，从而提高驱动效率。
优选上述活动部的俯视观察的形状为具有沿着在上述连结部一致地产生振动的波腹的方向的长轴以及沿着与上述长轴正交的方向的短轴的形状，例如为椭圆形状、长圆形状。在该结构中，能够防止活动部的固有振动频率降低，并且能够增大长轴方向的活动部的尺寸。由此，与活动部为正圆形状的情况相比较，能够增大在活动部中在长轴方向的两端部附近产生的振动振幅。通常，在与该活动部对置的连结部中，当伴随着振动而在两主面产生上述短轴方向的伸长、收缩时，在上述长轴方向产生相反的收缩、伸长。由此，在连结部产生从上述短轴方向观察弯曲的振动。在连结部的上述长轴方向的两端处，该振动的振动振幅变得最大。因此，在与连结部对置的活动部中，如果在长轴方向的两端部产生的振动振幅小，则存在与连结部发生碰撞的顾虑。因此，通过如上述那样增大在活动部中在长轴方向的两端部产生的振动振幅，能够难以与对置的连结部发生碰撞。由此，既能够防止异常振动、噪音的发生，又能够防止因碰撞而引起的压力的降低。
优选上述流体控制装置还具备流路部，该流路部层叠于上述对置板的与上述振动板侧的相反侧，且具有与上述对置板的流路孔连通的流路，上述流路部的流路包括：开口部，与上述对置板的流路孔及其周围对置；延伸部，从上述开口部朝侧方延伸；以及流路孔，在外部空间开口且经由上述延伸部与上述开口部连通。在该结构中，对置板的流路孔与罩板的流路孔设置于俯视观察分离的位置，因此，能够抑制伴随着振动板的振动而产生的振动音漏出。
优选层叠于上述振动板的上述框部的各部件具有与上述振动板实质相等的线膨胀系数。由此，能够进一步抑制因线膨胀系数差而引起的变形的发生。
优选上述对置板经由粘接剂层叠于上述振动板，上述对置板具有沿着上述活动部延伸的开口。在该结构中，能够防止粘接对置板与振动板的粘接剂从振动板的框部朝连结部侧濡湿扩散。由此，能够抑制流体控制装置的性能偏差。
优选上述振动板以及上述对置板由导电性材料构成，上述对置板经由包含导电性粒子的粘接剂层叠于上述振动板，上述导电性粒子具有同上述对置板与上述振动板之间的间隔相等的粒径。在该结构中，即便利用粘接剂粘接对置板与振动板之间，也能够将对置板与振动板之间的间隔一致地形成为所希望的间隔。因而，能够抑制流体控制装置的性能偏差。此外，能够经由对置板朝驱动体供电。
也可以构成为，上述流体控制装置还具备：绝缘层，其在上述振动板的层叠上述驱动体的一侧层叠于上述框部；以及供电板，其经由上述绝缘层层叠于上述振动板，并在该供电板的一部分形成与上述驱动体连接的内部供电端子。在该结构中，能够利用绝缘层防止供电板与振动板导通，能够经由供电板朝驱动体供电。
在该情况下，也可以构成为，上述绝缘层包括混合有非导电性粒子的粘接剂。在该结构中，能够利用非导电性粒子可靠地防止供电板与振动板导通。
此外，也可以构成为，上述绝缘层包括设置于上述振动板与上述供电板之间的绝缘涂层。在该结构中，利用绝缘涂层能够可靠地防止供电板与振动板导通。通过设置绝缘涂层，粘接剂可以不包含非导电性粒子，从而能够容易地构成绝缘层。
此外，也可以构成为，上述流体控制装置还具备金属板，该金属板层叠于上述振动板的上述框部。在该结构中，在层叠于振动板与供电板之间的绝缘层由树脂那样的密度小且杨氏模量也低的柔软的材料构成的情况下，通过在振动板与绝缘层之间设置金属板，能够可靠地进行振动板的连结部的固定，能够防止振动经由框部朝其他部件漏出。由此，能够防止驱动效率等的流体控制装置的性能降低。另外，绝缘层也可以由涂抹于金属板的表面的绝缘膜构成。在该情况下，通过在之间隔着金属板地层叠振动板与绝缘层，能够可靠地进行振动板的连结部的固定。
也可以构成为，上述振动板在上述框部的层叠上述驱动体的一侧具有槽，上述绝缘层以及上述供电板配置于上述槽。在该结构中，能够减薄装置的厚度。
也可以构成为，上述对置板在与上述中央部对置的位置也具有流路孔。在该结构中，能够进一步增多流路孔的数量，能够实现流量、驱动效率的进一步的提高。
优选所述流体控制装置还具备相对于上述振动板与上述驱动体进一步层叠的层叠板，由上述振动板、上述驱动体和上述层叠板构成的3层之中，中间层的线膨胀系数相对于上层的线膨胀系数的大小关系、与中间层的线膨胀系数相对于下层的线膨胀系数的大小关系相等。在该结构中，能够抑制因振动板与驱动体的线膨胀系数差而在振动板、驱动体发生变形。
优选由上述振动板、上述驱动体和上述层叠板构成的3层之中，与上述驱动体相接的层的部件的线膨胀系数大于上述驱动体的线膨胀系数。在该结构中，压缩应力作用于驱动体，由此能够抑制驱动体的破坏。另外，在驱动体处于中间层的情况下，能够使压缩应力均匀地作用于驱动体，与由2层构成的情况、将驱动体配置在上层、下层的情况相比，能够抑制驱动体的破坏。
优选作为上述对置板，具备与上述振动板的一方主面侧对置的第1对置板、以及与上述振动板的另一方主面侧对置的第2对置板。在该结构中，能够进一步增多设置于对置板的流路孔的数量，能够实现流量、驱动效率的进一步的提高。
优选作为上述驱动体，具备设置于上述振动板的一方主面侧的第1驱动体、以及设置于上述振动板的另一方主面侧的第2驱动体。在该结构中，能够抑制因振动板与驱动体的线膨胀系数差而在振动板与驱动体的层叠体发生变形，并且能够进一步增大振动板的振动振幅。因此，能够实现流量、驱动效率的进一步的提高。
此外，优选本发明所涉及的泵具备上述流体控制装置，构成收纳上述振动板以及上述驱动体的泵室，上述对置板包含于上述泵室的内壁的一部分。
根据本发明，通过与振动板的连结部对置地设置多个流路孔，能够增多经由多个流路孔流入或者流出的流体的总量，能够不使装置尺寸大型化地提高驱动效率，或者不使驱动效率降低而使装置尺寸小型化。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的泵的外观立体图。
图2是本发明的第1实施方式所涉及的泵的分解立体图。
图3是示出本发明的第1实施方式所涉及的振动板以及压电元件的图。
图4是本发明的第1实施方式所涉及的泵的截面图。
图5是示出本发明的第1实施方式所涉及的流体控制部的动作的示意图。
图6是本发明的第2实施方式所涉及的泵的分解立体图。
图7是本发明的第2实施方式所涉及的振动板、对置板、流路板以及罩板的平面图。
图8是示出本发明的第2实施方式所涉及的振动板以及对置板的振动形态的示意图。
图9是本发明的第3实施方式所涉及的泵的分解立体图。
图10是本发明的第4实施方式所涉及的泵的分解立体图。
图11是本发明的第5实施方式所涉及的泵的分解立体图。
图12是对本发明的其他实施方式所涉及的泵进行说明的图。
图13是对本发明的其他实施方式所涉及的泵进行说明的图。
图14是本发明的第12实施方式所涉及的泵的分解立体图。
图15是示出本发明的第12实施方式所涉及的泵的一部分的放大立体图。
图16是示出以往的泵的主要部分的图。
具体实施方式
《第1实施方式》
以下，对于本发明的第1实施方式所涉及的泵1，以进行气体的吸引的气泵为例进行说明。
图1是泵1的外观立体图。如图1所示，泵1具备框体2以及外部连接端子3、4。外部连接端子3、4连接于外部电源，被施加交流驱动信号。框体2具有主面(上主面)5以及主面(下主面)6，主面5、6间为轻薄的六面体。此外，框体2具有在上主面5开口的流路孔50、以及在下主面6开口的流路孔31、32、33、34(参照图2)。
图2是泵1的分解立体图。如图2所示，泵1具备罩板11、流路板12、对置板13、粘接层14(参照图4)、振动板15、压电元件16、绝缘板17、供电板18、分离板19以及盖板20，具有将它们依次层叠的构造。
罩板11设置成在框体2的下主面6露出，经由未图示的粘接剂等贴附于流路板12的下表面。罩板11具有在框体2的下主面6开口的流路孔31、32、33、34。流路孔31、32、33、34为圆形状，在本实施方式中是从外部空间吸引气体的吸气口。
流路板12层叠于罩板11与对置板13之间，经由未图示的粘接剂等贴附于罩板11的上表面与对置板13的下表面。流路板12具有在上表面以及下表面开口的开口部35、36、37、38。开口部35、36、37、38为直径比罩板11的流路孔31、32、33、34大的圆形状，与罩板11的流路孔31、32、33、34分别连通。
对置板13层叠于流路板12与振动板15之间，经由未图示的粘接剂等贴附于流路板12的上表面，并经由粘接层14(参照图4)贴附于振动板15的下表面。对置板13为金属制，具备前述的外部连接端子3，该外部连接端子3朝外侧突出。此外，对置板13具有在上表面以及下表面开口的流路孔39、40、41、42。流路孔39、40、41、42为直径比流路板12的开口部35、36、37、38小的圆形状，与流路板12的开口部35、36、37、38分别连通，并且与后述的泵室51(参照图4)连通。
粘接层14(参照图4)层叠于对置板13与振动板15之间，粘接于对置板13的上表面与振动板15的下表面。粘接层14设置成框状以与后述的振动板15的框部22重叠。围在粘接层14的框内的空间构成泵室51(参照图4)的一部分。粘接层14在环氧树脂等的热固化性树脂中含有粒径大致均等的多个导电性粒子。导电性粒子例如作为被导电性的金属涂层的氧化硅或者树脂构成。由于像这样在粘接层14中含有多个导电性粒子，所以能够使粘接层14的围绕整周的厚度与导电性粒子的粒径大致一致而形成为恒定。因此，能够利用粘接层14在对置板13与振动板15之间隔开一定的间隔地使对置板13与振动板15对置。此外，能够使对置板13与振动板15经由粘接层14的导电性粒子电导通。
振动板15例如为SUS430的金属制，层叠于对置板13与绝缘板17之间。振动板15具备中央部21、框部22以及连结部23、24、25、26。中央部21俯视观察为圆形状。框部22为俯视观察设置有矩形的开口的框状，包围振动板15的周围。连结部23、24、25、26为连结中央部21与框部22的梁状。框部22经由粘接层14(参照图4)贴附于对置板13的上表面，并经由未图示的粘接剂等贴附于绝缘板17的下表面。振动板15具有由中央部21、框部22与连结部23、24、25、26围成的开口部43、44、45、46。开口部43、44、45、46构成泵室51(参照图4)的一部分。
另外，振动板15除了SUS430以外，还可以是SUS301、SUS304、SUS631等的铁合金、磷青铜、铍铜、钛铜等的铜合金、铝合金、镍合金、碳、非晶态金属、树脂等。
压电元件16通过在由压电材料构成的薄板的上表面以及下表面设置电极而构成，相当于本发明的“驱动体”。该压电元件16具有通过沿厚度方向施加电场而在面内方向扩大或者缩小面积的压电性。通过作为驱动体使用压电元件16，能够将驱动体构成为薄型，能够使后述的流体控制部59以及泵1小型化。压电元件16为圆板状，经由未图示的粘接剂等贴附层叠于振动板15的中央部21的上表面。压电元件16的下表面的电极经由振动板15、粘接层14、对置板13与外部连接端子3电连接。另外，也可以不设置压电元件16的下表面的电极，而用金属制的振动板15替代。
此外，压电元件16由线膨胀系数比振动板15的线膨胀系数更小的压电材料构成，经由热固化性粘接剂粘接于中央部21。由此，通过对热固化性粘接剂进行加热而使之固化，能够在常温环境下在压电元件16残留压缩应力。于是，压电元件16难以破损。例如，作为压电元件16的压电材料，优选为锆钛酸铅基陶瓷。锆钛酸铅基陶瓷的线膨胀系数大致为零，具有相比构成振动板15的SUS430(线膨胀系数约10.4×10-6K-1)之类的金属材料足够小的线膨胀系数。
绝缘板17层叠于振动板15与供电板18之间，经由未图示的粘接剂等贴附于振动板15的框部22的上表面与供电板18的下表面。另外，绝缘板17相当于本发明中的绝缘层。除了设置绝缘板17之外，还可以通过设置在振动板15、供电板18的表面涂覆了绝缘材料的绝缘涂层，或者使振动板15、供电板18的表面氧化而设置绝缘涂层，或者涂覆在具有绝缘性的粘接剂中混合非导电性粒子的材料来形成绝缘层。此外，也可以将具有上述绝缘性的结构多个组合而构成绝缘层。绝缘板17为俯视观察具有矩形的开口部47的框状。开口部47构成泵室51(参照图4)的一部分。绝缘板17由绝缘性树脂构成，将供电板18与振动板15之间电绝缘。绝缘板17的厚度与压电元件16的厚度相同或较之稍厚。
供电板18层叠于绝缘板17与分离板19之间，经由未图示的粘接剂等贴附于绝缘板17的上表面与分离板19的下表面。供电板18为俯视观察具有矩形的开口部48的大致框状。开口部48构成泵室51(参照图4)的一部分。供电板18为金属制，具备设置成朝开口部48突出的内部供电端子27、以及设置成朝外方突出的前述的外部连接端子4。内部供电端子27的前端钎焊于压电元件16的上表面的电极。另外，该钎焊位置优选为与在压电元件16产生的振动的波节相当的位置，由此能够抑制振动从压电元件16朝内部供电端子27漏出，从而能够实现泵效率的改进。尤其优选为，相对于成为压电元件16的振动的波节的同心圆状的区域，内部供电端子27沿着该同心圆状的区域的切线方向延伸直至前端部，内部供电端子27的前端部在该同心圆状的区域的切点位置处与压电元件16连接。由此，能够进一步抑制振动朝内部供电端子27漏出，能够实现进一步的泵效率的改进，并且能够防止内部供电端子27因振动而断裂。
分离板19层叠于供电板18与盖板20之间，经由未图示的粘接剂等贴附于供电板18的上表面与盖板20的下表面。分离板19为树脂制，为俯视观察具有矩形的开口部49的大致框状。开口部49构成后述的泵室51(参照图4)的一部分。之所以设置分离板19是为了避免当振动时内部供电端子27的钎焊部分与盖板20接触。如果压电元件16的上表面过度接近盖板20，则会因空气阻力而致使振动振幅降低，因此，优选将分离板19的厚度设定为与压电元件16相同的程度或较之以上的厚度。
盖板20在框体2的上主面5露出地层叠于分离板19，并经由未图示的粘接剂等贴附于分离板19的上表面。盖板20闭塞泵室51(参照图4)的上表面，且与振动板15隔开间隔地对置。此处，盖板20具有在框体2的上主面5开口的流路孔50。流路孔50俯视观察为圆形状，与外部空间连通，并且与分离板19的开口部49、即泵室51连通。流路孔50在本实施方式中是朝外部空间排出气体的排气口。另外，流路孔50此处设置于从盖板20的中心分离的位置，不过也可以将流路孔50设置于盖板20的中心附近。
图3(A)是从上面侧观察振动板15以及压电元件16的平面图。图3(B)是从下面侧观察振动板15的平面图。图3(C)是观察通过图3(A)中用C－C’表示的位置的截面的振动板15以及压电元件16的侧视图。
如上所述，振动板15俯视观察具备中央部21、框部22以及连结部23、24、25、26，且具有开口部43、44、45、46。此外，压电元件16俯视观察为直径相比振动板15的中央部21稍小的圆板状，被贴附于中央部21的上表面。
连结部23、24、25、26沿着矩形框状的框部22的对角线从中央部21呈放射状延伸。该连结部23、24、25、26分别具备冲击部53、54、55、56。冲击部53、54、55、56是连结部23、24、25、26的各部中的在与中央部21相邻的边界附近宽度局部变宽的部位，分别为俯视观察直径比中央部21小的圆形状。振动板15的除了冲击部53、54、55、56与框部22以外的部位通过从振动板15的下表面的蚀刻加工而减薄，冲击部53、54、55、56与框部22相比其他部位偏厚。即，冲击部53、54、55、56与框部22形成为相比振动板15的其他部位朝下表面侧突出的凸部。
图4是观察通过图3(B)中X－X’所示的位置的截面的泵1的侧视图。
泵1具备框体52以及流体控制部59，在框体52的内部具有泵室51。框体52包括前述的罩板11、流路板12、对置板13的后述的约束部58、粘接层14、振动板15的框部22、绝缘板17、供电板18、分离板19以及盖板20。流体控制部59包括压电元件16、振动板15的中央部21、连结部23、24、25、26以及对置板13的后述的活动部57，该流体控制部59设置于泵室51的内部，是通过振动对流体进行控制的部位，相当于本发明的“流体控制装置”。
对置板13在与连结部23、24的冲击部53、54的大致中心对置的位置具有在泵室51开口的流路孔39、40。此外，虽然在图4所示的截面中并未图示，不过对置板13在与连结部25、26的冲击部55、56(图3参照)的大致中心对置的位置具有在泵室51开口的流路孔41、42(参照图2)。冲击部53、54、55、56的直径大于流路孔39、40、41、42的直径。
此外，对置板13在流路孔39、40附近下表面朝流路板12的开口部35、36露出。此外，虽然在图4所示的截面中并未图示，不过对置板13也在流路孔41、42(参照图2)附近下表面朝流路板12的开口部37、38(参照图2)露出。并且，对置板13除了流路孔39、40、41、42附近之外，下表面固定于流路板12。之所以如此是为了将对置板13的流路孔39、40、41、42附近形成为不受流路板12约束而能够弯曲的活动部57。并且为了将对置板13的下表面固定于流路板12的部分形成为约束活动部57的周围的不能弯曲的约束部58。另外，优选活动部57的直径与冲击部53、54、55、56的直径形成为比较接近的大小，但不需要一定一致。此外，对置板13与流路板12也可以构成为一张板部件。在该情况下，也可以在板部件设置流路孔39、40、41、42附近的厚度薄的薄壁部以及包围薄壁部的厚度厚的厚壁部，由此构成活动部57与约束部58。
在该泵1中，通过对外部连接端子3、4施加交流驱动信号，沿压电元件16的厚度方向施加交变电场。于是，压电元件16意欲在面内方向各向同性地伸缩，在压电元件16与振动板15的层叠体呈同心圆状产生厚度方向的弯曲振动。因此，在本实施方式中，将施加于外部连接端子3、4的交流驱动信号设定为规定的频率，由此，在压电元件16与振动板15的层叠体以高阶共振模式产生弯曲振动。
图5(A)是示出在压电元件16与振动板15的层叠体产生的高阶共振模式的弯曲振动的示意图。另外，此处，对三阶共振模式进行说明。
在该泵1中，压电元件16与振动板15的层叠体具有框部22为振动的波节、中央部21的中心为第1振动的波腹、冲击部53、54、55、56的中心为第2振动的波腹的高阶(且为奇数阶)的共振模式，设定交流驱动信号的频率以便产生该高阶共振模式。例如在三阶共振模式中，在第1振动的波腹与第2振动的波腹处振动的相位相差180°。即，当压电元件16伸长时，振动板15的中央部21的中心朝压电元件16侧突出地挠曲，冲击部53、54、55、56朝与压电元件16相反侧移位。此外，当压电元件16收缩时，振动板15的中央部21的中心朝压电元件16侧凹陷地挠曲，冲击部53、54、55、56朝压电元件16侧移位。
图5(B)是示出冲击部53以及活动部57的附近的振动形态的示意图。
伴随着高阶共振模式的振动，在振动板15的冲击部53产生上下反复移位之类的振动。另外，在冲击部54、55、56(参照图3)的附近也产生与冲击部53的附近相同的振动形态。在这些冲击部53、54、55、56各自的附近产生的振动成为相互同步的相位。于是，冲击部53、54、55、56反复冲击泵室51的对置板13与冲击部53、54、55、56之间的间隙薄的流体层。由此，在与冲击部53、54、55、56对置的流体产生反复的压力变动，该压力变动经由流体传递至与冲击部53、54、55、56对置的活动部57。对活动部57的直径、厚度进行设计以使之具有规定的固有振动频率，响应冲击部53、54、55、56的振动而弯曲振动。
如此产生的冲击部53、54、55、56的振动与活动部57的振动耦合，由此在泵室51内部的对置板13与振动板15之间的间隙，流体从设置于活动部57的中心的流路孔39、40、41、42的附近朝活动部57的外周侧流动。由此，在泵室51内部在流路孔39、40、41、42周边产生负压，分别从流路孔39、40、41、42朝泵室51吸引流体。此外，在泵室51内部，在盖板20侧的空间产生正压，该正压借助设置于盖板20的流路孔50释放。因而，经由流路孔39、40、41、42吸引至泵室51的流体从泵室51经由设置于盖板20的流路孔50流出。
这样，根据本实施方式的泵1，经由四个流路孔39、40、41、42同时朝泵室51吸引流体，因此，朝泵室51流入的流体的总量变多，由此，能够改进泵1的泵效率。
此外，在泵室51的内部设置宽幅的冲击部53、54、55、56，并且使冲击部53、54、55、56与直接有助于泵动作的流路孔39、40、41、42的周围接近对置，因此，不会减少与冲击部53、54、55、56对置的流体的面积，能够较大地增大冲击部53、54、55、56的振动振幅。
此外，在泵室51的内部呈凸状设置冲击部53、54、55、56，并且，使冲击部53、54、55、56与直接有助于泵动作的流路孔39、40、41、42的周围接近对置，因此，能够在不直接有助于泵动作的位置扩大振动板15与对置板13的间隔。由此，能够减小施加于压电元件16以及振动板15的无用的负载，能够改进通过泵动作而产生的流体的压力、流量、泵效率。另外，在本实施方式中，示出了呈凸状设置冲击部53、54、55、56的例子，但也可以将冲击部53、54、55、56以与周围相同的厚度呈平坦状设置。在该情况下，也可以将与冲击部53、54、55、56对置的对置板13的活动部57设置成朝冲击部53、54、55、56侧突出。
另外，优选对置板13、流路板12以及罩板11由具有比振动板15的线膨胀系数大的线膨胀系数的材料构成，并使用热固化性粘接剂相对于振动板15的框部22粘接。这样一来，能够在常温环境下使对置板13朝振动板15侧突出弯曲而对活动部57赋予张力，借助该张力能够使活动部57不易松弛。由此，能够防止因活动部57的挠曲、弹性减弱而阻碍振动。
此外，盖板20、分离板19、供电板18、绝缘板17、振动板15、对置板13、流路板12以及罩板11也可以均具有实质相同的线膨胀系数。尤其优选盖板20、振动板15、对置板13、流路板12以及罩板11均由具有相同或者相近的线膨胀系数的相同种类的金属材料构成。这样一来，能够抑制因线膨胀系数差而引起的活动部57的张力的变化，能够改进泵1的温度特性。
此处，对活动部57与冲击部53、54、55、56的振动形态进行更具体的说明。将活动部57设计成具有与比冲击部53、54、55、56的驱动频率稍低的频率对应的固有振动频率。由此，响应冲击部53、54、55、56的振动而在活动部57产生的振动以与冲击部53、54、55、56的驱动频率大致相同的频率在相位产生少许的延迟。
此外，冲击部53、54、55、56的直径与从振动板15的中心到冲击部53、54、55、56的中心的距离、即从第1振动的波腹到第2振动的波腹的距离相比小，因此冲击部53、54、55、56保持比较平坦的形状上下移位。另一方面，活动部57的外周部被约束部58约束，活动部57具有与冲击部53、54、55、56相同程度的直径，因此，进行振动而在与冲击部53、54、55、56对置的区域内上下较大地弯曲。
这样，在冲击部53、54、55、56产生上下移位的驻波振动，在活动部57产生上下弯曲的驻波振动，这些驻波振动的波长与相位不同。因而，体现这些驻波振动的差分的冲击部53、54、55、56与活动部57的间隔因两个驻波振动的波长与相位不同而如从流路孔39、40、41、42附近朝活动部57的外周侧行进的行波那样随着时间变化。由此，在冲击部53、54、55、56与活动部57之间的间隙，流体被移送为从流路孔39、40、41、42附近朝活动部57的外周侧挤出。因而，即便在泵1不存在止回阀那样的结构也能够确定流体流动的方向，能够使流体容易流动。由此，也能够减少施加于压电元件16以及振动板15的无用的负载，能够改进通过泵动作而产生的流体的压力、流量、泵效率。
如上所述，在本实施方式所涉及的泵1中，能够不使装置尺寸大型化便提高泵效率。或者，在该泵1中，能够不降低泵效率便使装置尺寸小型化。
<第2实施方式>
接着，对于本发明的第2实施方式所涉及的泵1A，以进行气体的吸引的气泵为例进行说明。
图6是泵1A的分解立体图。泵1A具备罩板11A、流路板12A、对置板13A、粘接层14(未图示)、振动板15、压电元件16、金属板17A、绝缘板17、供电板18、分离板19以及盖板20，并具有将它们依次层叠的构造。粘接层14(未图示)、振动板15、压电元件16、绝缘板17、供电板18、分离板19以及盖板20，具有与第1实施方式大小相同的结构。另外，振动板15、绝缘板17、供电板18以及分离板19的面对后述的泵室的侧壁面的形状能够设定为适当的形状，此处，形成为隔开一定间隔沿着振动板15的中央部21以及连结部23、24、25、26的侧壁的形状。
此外，在本实施方式中，将金属板17A层叠于振动板15与绝缘板17之间。金属板17A由密度比绝缘板17的密度大，杨氏模量也高且坚固的金属材料构成。如果设置这样的金属板17A，则与相对于振动板15直接接合绝缘板17的情况相比，能够更可靠地固定振动板15。换言之，通过设置金属板17A，与相对于振动板15直接接合绝缘板17的情况相比，能够使得振动板15的振动难以朝其他部件漏出。由此，能够增大振动板15的振动振幅，能够提高泵1A的泵效率。
此外，在本实施方式中，罩板11A具有流路孔31A、32A、33A、34A。流路板12A具有流路35A、36A、37A、38A。对置板13A具有流路孔39、40、41、42并且具有开口部39A、40A、41A、42A。
图7(A)是振动板15的平面图。图7(B)是对置板13A的平面图。图7(C)是流路板12A的平面图。图7(D)是罩板11A的平面图。
图7(B)所示的对置板13A的开口部39A、40A、41A、42A是为了防止从图7(A)所示的振动板15的框部22侧朝连结部23、24、25、26侧流出粘接层14(未图示)的粘接剂而设置的。因此，开口部39A、40A、41A、42A设置成沿着振动板15的框部22与连结部23、24、25、26连结的连结部分。换言之，开口部39A、40A、41A、42A设置成沿着后述的活动部57的外周。通过如此设置开口部39A、40A、41A、42A，能够防止粘接层14(未图示)的粘接剂向连结部23、24、25、26侧流出并固化。于是，能够防止粘接层14(未图示)的粘接剂在连结部23、24、25、26固化而阻碍连结部23、24、25、26的振动这样的问题发生。由此，更稳定地产生振动板15的振动，能够防止在泵1A产生性能偏差。另外，不只是对置板13A，还可以在流路板12A设置与开口部39A、40A、41A、42A相同形状的防止粘接剂流动用的开口。此外，将振动板15中的除了冲击部53、54、55、56与框部22以外的部位通过从振动板15的下表面的蚀刻加工而形成为薄壁，将冲击部53、54、55、56与框部22相比其他部位形成得偏厚，由此也能够抑制粘接剂朝连结部23、24、25、26侧流出。
此外，流路板12A的流路35A、36A、37A、38A具有开口部35B、36B、37B、38B以及延伸部35C、36C、37C、38C。
开口部35B、36B、37B、38B分别为俯视观察呈椭圆形状的开口，与对置板13A的流路孔39、40、41、42及其周围对置。延伸部35C、36C、37C、38C分别俯视观察从开口部35B、36B、37B、38B沿着振动板15的中央部21的周方向延伸。并且，延伸部35C、36C、37C、38C分别在从开口部35B、36B、37B、38B离开的端部附近与后述的罩板11A的流路孔31A、32A、33A、34A相连通。因而，罩板11A以及流路板12A相当于权利要求书所记载的流路部。通过如此在流路板12A设置延伸部35C、36C、37C、38C，能够将对置板13A的流路孔39、40、41、42与罩板11A的流路孔31A、32A、33A、34A设置于俯视观察离开的位置。于是，能够抑制因振动板15的振动而产生的振动音经由对置板13A的流路孔39、40、41、42、流路板12A的流路35A、36A、37A、38A从罩板11A的流路孔31A、32A、33A、34A漏出。因而，能够使泵1A静音化。
此外，开口部35B、36B、37B、38B在从振动板15的中央部21朝向外侧的径向上具有与振动板15的冲击部53、54、55、56大致相同或者较之稍大的尺寸。此外，开口部35B、36B、37B、38B在围绕中央部21的周围的周方向上分别具有相比振动板15的冲击部53、54、55、56足够大的尺寸。即，开口部35B、36B、37B、38B将中央部21的径向作为短轴方向，将中央部21的周方向作为长轴方向。与这些开口部35B、36B、37B、38B对置的对置板13A的区域成为活动部57，因此，对置板13A的活动部57也形成为将中央部21的径向作为短轴方向，将中央部21的周方向作为长轴方向的椭圆形状。
图8是示意性地示出从活动部57的短轴方向观察的活动部57以及冲击部53的振动形态的侧视截面图。另外，振动板15的冲击部54、55、56和与它们对置的活动部57也示出相同的振动形态。
在图8(A)中例示出与第1实施方式相同的结构，即将活动部57设定为与冲击部53的直径大致相同的直径的情况。在图8(B)中例示出与第2实施方式相同的结构，即将活动部57设定为在长轴方向上相比冲击部53的直径大很多的直径的情况。
在振动板15的中央部21中，如也在第1实施方式中叙述的那样，俯视观察呈同心圆状产生弯曲振动的波腹。因此，在冲击部53中，在中央部21的周方向(活动部57的长轴方向)上一致产生振动的波腹。
因而，在从中央部21的径向(活动部57的短轴方向)观察冲击部53的截面中，冲击部53上下移动。并且，伴随着这样的冲击部53的上下移动，在冲击部53的两主面附近的内部，在一方主面侧在中央部21的径向(活动部57的短轴方向)产生伸长，在另一方主面侧在中央部21的径向(活动部57的短轴方向)产生收缩。这样的在冲击部53局部产生的伸长、收缩在其正交方向产生相反收缩、伸长。即，如果在冲击部53局部地产生规定方向(活动部57的短轴方向)的伸长，则在其正交的方向(活动部57的长轴方向)产生收缩。此外，如果在冲击部53局部地产生规定方向(活动部57的短轴方向)的收缩，则在其正交的方向(活动部57的长轴方向)产生伸长。由此，在冲击部53产生从活动部57的短轴方向观察弯曲的振动。
对于该振动，在从中央部21的径向(活动部57的短轴方向)观察冲击部53的截面中，在冲击部53的两端附近振动振幅最大。因此，如果因增大驱动电压等而冲击部53的两端附近处的振动振幅变得过大，则如图8(A)所示，存在与冲击部53对置的活动部57与冲击部53的两端部接近进而碰撞的顾虑。
因此，在本实施方式中，通过将对置板13A的活动部57形成为长圆形状，能够抑制活动部57的固有振动频率降低，并且能够增大活动部57的长轴方向的尺寸。由此，如图8(B)所示，能够增大与冲击部53的长轴方向两端部对置的位置处的活动部57的振动振幅。由此，能够使得活动部57难以与对置的冲击部53的两端部碰撞。因而，在泵1A中，能够防止因活动部57与冲击部53的碰撞而引起的异常振动、噪音的发生、压力的降低等。
如上所述，最好将对置板13A的活动部57设定为将中央部21的周方向(在冲击部53、54、55、56一致地产生振动的波腹的方向)设为长轴的形状。另外，活动部57的具体的平面形状除了椭圆形状之外，还可以是长圆形状等。
<第3实施方式>
接着，对于本发明的第3实施方式所涉及的泵1B，以进行气体的吸引的气泵为例进行说明。
图9是泵1B的分解立体图。泵1B具备罩板11、流路板12、对置板13、粘接层14(未图示)、振动板15、压电元件16、绝缘板17、供电板18、分离板19、盖板20以及层叠板16B。
层叠板16B相对于振动板15与压电元件16的层叠体进一步层叠设置，在本实施方式中，层叠于振动板15与压电元件16之间。层叠板16B具有与压电元件16大致一致的圆盘状的外形，俯视观察的尺寸与压电元件16相同或者稍大。
压电元件16与第1实施方式相同例如由线膨胀系数大致为零的锆钛酸铅基陶瓷构成。振动板15也与第1实施方式相同例如由线膨胀系数约为10.4×10-6K-1的SUS430构成。这样，振动板15与压电元件16由互不相同的材料构成，在两者之间存在线膨胀系数差。
因而，如第1实施方式、第2实施方式那样，在将振动板15与压电元件16直接贴合而层叠的结构中，在层叠体产生与温度变动相应的变形。一般情况下，在振动板15与压电元件16的层叠体中，层叠体进行如下挠曲：温度越高线膨胀系数小的压电元件16侧越形成凹状，温度越低线膨胀系数小的压电元件16侧越形成凸状。如果在振动板15与压电元件16的层叠体产生基于这样的线膨胀系数差的变形，则振动板15(冲击部53～56)与对置板13的间隔、平行度与温度相应地发生改变。因此，根据各部尺寸的设定、各部材质的设计，在由振动板15与对置板13夹持的流体层中流体压的分布、流体压的变动会受到温度的影响，在泵的流量产生过度的温度变动。
因此，在本实施方式中，相对于振动板15与压电元件16的层叠体进一步层叠设置层叠板16B，由此，能够补偿因振动板15与压电元件16的线膨胀系数差而引起的热变形。将具有相对于振动板15以及压电元件16的线膨胀系数满足规定的关系的线膨胀系数以及板厚的层叠板16B配置于适当的位置。
具体而言，将层叠板16B层叠于压电元件16与振动板15之间，并且将层叠板16B的线膨胀系数设定在压电元件16以及振动板15的线膨胀系数以上，或者设定在压电元件16以及振动板15的线膨胀系数以下。由于在高温粘接的情况下压电元件16被加载压缩应力，因此，优选将层叠板16B的线膨胀系数设定在压电元件16以及振动板15的线膨胀系数以上。
通过如此设定层叠板16B，能够使因振动板15与层叠板16B的线膨胀系数差而引起的变形(应力)与因压电元件16与层叠板16B的线膨胀系数差而引起的变形(应力)相互抵消，同将振动板15与压电元件16直接贴合的情况相比，能够抑制层叠板16B、压电元件16和振动板15的层叠体的因线膨胀系数差而引起的变形。因而，能够抑制形成于振动板15的冲击部53～56与对置板13的间隔、平行度的温度变动，也能够抑制伴随着冲击部53～56的振动而产生的流量的温度变动。
层叠板16B只要满足上述那样的线膨胀系数的关系，便可以由任意的材质构成，例如能够采用线膨胀系数比SUS430大的适当的材料、线膨胀系数比锆钛酸铅基陶瓷小的适当的材料。
另外，即便假设作为振动板15采用线膨胀系数比压电元件16小的材质，也可以与上述相同地设定层叠板16B的线膨胀系数。即，可以将层叠板16B的线膨胀系数设定在压电元件16以及振动板15的线膨胀系数以上或者设定在压电元件16以及振动板15的线膨胀系数以下。在这样的情况下，也能够使因振动板15与层叠板16B的线膨胀系数差而引起的变形(应力)同因压电元件16与层叠板16B的线膨胀系数差而引起的变形(应力)相互抵消，与将振动板15与压电元件16直接贴合的情况相比，仍旧能够抑制层叠板16B、压电元件16和振动板15的层叠体的因线膨胀系数差而引起的变形。
<第4实施方式>
接着，对本发明的第4实施方式所涉及的泵1C进行说明。
图10是本发明的第4实施方式所涉及的泵1C的分解立体图。
泵1C相当于前述的第3实施方式的变形例，具备层叠板16C。层叠板16C也与前述的第3实施方式相同地相对于振动板15与压电元件16的层叠体进一步层叠设置，具有与压电元件16大致一致的圆盘状的外形，并具有相对于振动板15以及压电元件16满足规定的线膨胀系数的关系的线膨胀系数以及板厚，这样的层叠板被配置于适当的位置。
在本实施方式中，层叠板16C并不是层叠于振动板15与压电元件16之间，而是层叠于振动板15的与层叠压电元件16的一侧相反侧的主面。此外，将层叠板16C的线膨胀系数设定为小于振动板15的线膨胀系数，且与压电元件16的线膨胀系数相同的程度。
通过如此设定层叠板16C，也能够使因振动板15与层叠板16C的线膨胀系数差而引起的变形(应力)与因振动板15与压电元件16的线膨胀系数差而引起的变形(应力)相互抵消，同将振动板15与压电元件16直接贴合的情况相比，能够抑制层叠板16C、压电元件16和振动板15的层叠体的因线膨胀系数差而引起的变形。因而，能够抑制形成于振动板15的冲击部53～56与对置板13的间隔、平行度的温度变动，也能够抑制伴随着冲击部53～56的振动而产生的流量的温度变动。
层叠板16C只要满足上述那样的线膨胀系数的关系，便可以由任意的材质构成，例如能够采用线膨胀系数比SUS430小的金属材料、树脂材料等。
另外，在作为振动板15采用线膨胀系数比压电元件16小的材质的情况下，可以将层叠板16C的线膨胀系数设定为与上述相反。即，可以将层叠板16C的线膨胀系数设定为大于振动板15的线膨胀系数。在这样的情况下，也能够使因振动板15与层叠板16C的线膨胀系数差而引起的变形(应力)同因振动板15与压电元件16的线膨胀系数差而引起的变形(应力)相互抵消，与将振动板15与压电元件16直接贴合的情况相比，仍旧能够抑制层叠板16C、压电元件16和振动板15的层叠体的因线膨胀系数差而引起的变形。
<第5实施方式>
接着，对本发明的第5实施方式所涉及的泵1D进行说明。
图11是本发明的第5实施方式所涉及的泵1D的分解立体图。
泵1D相当于前述的第3以及第4实施方式的变形例，具备层叠板16D。层叠板16D也与前述的第3以及第4实施方式相同地相对于振动板15与压电元件16的层叠体进一步层叠设置，具有与压电元件16大致一致的圆盘状的外形，俯视观察的尺寸与压电元件16相同或较之稍小，并具有相对于振动板15以及压电元件16满足规定的线膨胀系数的关系的线膨胀系数以及板厚，这样的层叠板被配置于适当的位置。
在本实施方式中，层叠板16D并未层叠于振动板15与压电元件16之间、振动板15的与层叠压电元件16的一侧相反侧的主面，而是层叠于压电元件16的与层叠振动板15的一侧相反侧的主面。此外，层叠板16D与振动板15的线膨胀系数设定得大于压电元件16的线膨胀系数。
通过如此设定层叠板16D，也能够使因振动板15与压电元件16的线膨胀系数差而引起的变形(应力)与因压电元件16与层叠板16D的线膨胀系数差而引起的变形(应力)相互抵消，与将振动板15与压电元件16直接贴合的情况相比，能够抑制层叠板16D、压电元件16和振动板15的层叠体的因线膨胀系数差而引起的变形。因而，能够抑制形成于振动板15的冲击部53～56与对置板13的间隔、平行度的温度变动，也能够抑制伴随着冲击部53～56的振动而产生的流量的温度变动。
层叠板16D只要满足上述那样的线膨胀系数的关系，便可以由任意的材质构成，例如能够采用线膨胀系数比锆钛酸铅基陶瓷大的金属材料、树脂材料等。
另外，在假设作为振动板15采用线膨胀系数比压电元件16低的材质的情况下，可以将层叠板16D的线膨胀系数设定为与上述相反。即，可以将层叠板16D的线膨胀系数设定为小于压电元件16的线膨胀系数。在这样的情况下，也能够使因振动板15与压电元件16的线膨胀系数差而引起的变形(应力)与因层叠板16D同压电元件16的线膨胀系数差而引起的变形(应力)相互抵消，与将振动板15与压电元件16直接贴合的情况相比，仍旧能够抑制层叠板16D、压电元件16和振动板15的层叠体的因线膨胀系数差而引起的变形。虽然在该结构中层叠板16D阻碍压电元件16的变动，但是压电元件16的位置能够通过从层叠板16D、压电元件16和振动板15的3层的中立面向任意一方离开而动作。
《其他实施方式》
接着，对本发明的其他实施方式进行说明。
图12(A)是构成本发明的第6实施方式所涉及的泵的对置板61的立体图。该对置板61在与振动板15的各冲击部53、54、55、56对应的位置具备流路孔集合部62、63、64、65。在流路孔集合部62、63、64、65分别聚集形成多个流路孔。本发明的泵以及流体控制部也可以使用这样的对置板61构成。
图12(B)是本发明的第7实施方式所涉及的泵71的截面图。该泵71在振动板15的中央部21也设置凸状的冲击部72。此外，在与冲击部72对置的位置设置对置板13的流路孔73、流路板12的开口部74以及罩板11的流路孔75。本发明的泵以及流体控制部也可以像这样在与中央部对置的区域还设置从外部吸引流体的流路孔、冲击部。这样一来，能够增加从外部吸引流体的流路孔的数量，能够实现流量的进一步的增加、泵效率的进一步的改进。
图12(C)是本发明的第8实施方式所涉及的泵81的截面图。该泵81除了具备贴附于振动板15的上表面的压电元件16之外，还具备贴附于振动板15的下表面的压电元件16’。即，在泵81中，压电元件16、振动板15和压电元件16’形成为双层晶片式构造。如果将压电元件与振动板的层叠体像这样形成为双层晶片式构造，则与第1～第3实施方式所示那样的压电元件与振动板的层叠体的构造(单层晶片式构造)相比，能够进一步增大压电元件与振动板的层叠体的振动振幅。另外，对于将两个压电元件设置成双层晶片式构造的情况的供电形态可以是任意的，具体例将在后文中叙述。
图13(A)是本发明的第9实施方式所涉及的泵91A的截面图。该泵91A形成为在振动板的两主面侧分别配置对置板及其流路孔的结构。具体而言，泵91A具备振动板15’，该振动板15’具有上下表面分别呈凸状构成的冲击部94。此外，泵91A除了配置于振动板15’的下表面侧的罩板11、流路板12、对置板13以及粘接层14之外，还在振动板15’的上表面侧配置罩板11’，流路板12’，对置板13’以及粘接层14’。罩板11’、流路板12’以及对置板13’分别与罩板11、流路板12、对置板13的形状相同，且配置顺序相反。即，罩板11’、流路板12’以及对置板13’具备与冲击部94的上表面侧对置的流路孔39’、40’、开口部35’，36’以及流路孔31’、32’。此外，罩板11’、流路板12’以及对置板13’与罩板11、流路板12以及对置板13不同，在各自的中央部形成有开口部91、92、93。开口部91、92、93使泵室与外部空间连通。在该结构中，开口部91、92、93具有与流路孔31、32、31’、32’相反的功能，作为朝外部排出气体的排气口发挥功能。
本发明的泵以及流体控制部也可以像这样在振动板的上下双方设置对置板的流路孔。这样一来，能够进一步增加对置板的流路孔的数量，能够实现流量的进一步的增加、泵效率的进一步的改进。
图13(B)是本发明的第10实施方式所涉及的泵91B的截面图。该泵91B相当于第9实施方式所涉及的泵91A的变形例，是在振动板的两主面侧分别配置对置板及其流路孔的结构。并且，在泵91B中，与流路孔31、32、31’、32’的功能相反的作为排气口发挥功能的开口部95不形成于罩板11’、流路板12’以及对置板13’，而形成于振动板15’的侧方。
本发明的泵以及流体控制部也可以像这样将与流路孔31、32、31’、32’的功能相反的作为排气口发挥功能的开口设置在振动板的侧方而不在振动板的上下方向设置。这样一来，能够拉开吸气口与排气口的间隔，装置的设置自由度高，能够有效地对气体进行吸气以及排气。
图13(C)是本发明的第11实施方式所涉及的泵91C的截面图。该泵91C相当于第9以及第10实施方式所涉及的泵91A、91B的变形例。并且，在泵91C中，在罩板11，11’不设置流路孔，在流路板12、12’形成有使开口部35、36、35’、36’连通的流路96，在流路板12，12’的侧方设置开口部97，以便经由该流路96连通。
本发明的泵以及流体控制部也可以像这样使吸气口以及排气口双方在振动板的侧方与外部连通而非在振动板的上下方向与外部连通。这样一来，即便在泵的上下双方配置外部基板、外部框体也能够进行气体的吸气以及排气。此外，也能够将吸气口、排气口分别汇总成一个。这样一来，能够提高装置的设置自由度，能够有效地对气体进行吸气以及排气。
<第12实施方式>
接着，基于本发明的第12实施方式所涉及的泵201对实现由两个压电元件与振动板构成的双层晶片式构造的情况下的配线形态的一例进行说明。
图14是泵201的分解立体图。该泵201具备罩板211、211’、流路板212、212’、对置板213，213’、绝缘层214、214’、振动板215、压电元件216、216’以及供电板217、217’。罩板211、流路板212、对置板213、绝缘层214、压电元件216以及供电板217配置于振动板215的下表面侧。罩板211’、流路板212’、对置板213’、绝缘层214’、压电元件216’以及供电板217’配置于振动板215的上表面侧。
罩板211在泵201的下主面露出，贴附于流路板212的下表面。罩板211具有在泵201的下主面开口的流路孔231。流路孔231为圆形状，在本实施方式中是从外部空间对气体进行吸气的吸气口。
流路板212层叠于罩板211与对置板213之间。流路板212具有在上表面以及下表面开口的开口部232、233、234以及流路235。开口部232为直径与罩板211的流路孔231大小大致相同的圆形状，与罩板211的流路孔231连通。开口部233为直径与后述的冲击部224大致相同的圆形状，设置于与冲击部224分别对置的位置。开口部234构成泵室的一部分，设置于与压电元件216以及供电板217对置的位置。流路235由罩板211与对置板213上下夹持，并延伸而使各开口部232、233间连通。
对置板213层叠于流路板212与振动板215之间。对置板213具有在上表面以及下表面开口的流路孔236、237以及开口部238。流路孔236为直径与流路板212的开口部232大致相同的圆形状，与流路板212的开口部232连通。流路孔237与后述的冲击部224对置设置，为直径比冲击部224以及流路板212的开口部233小的圆形状，且与泵室以及流路板212的开口部233连通。开口部238构成泵室的一部分，设置于与压电元件216以及供电板217对置的位置。
振动板215层叠于对置板213与对置板213’之间。另外，在振动板215与对置板213之间以及振动板215与对置板213’之间设置有形成为规定的厚度且包含粒子的粘接层，不过对此并未图示。这些粘接层的粒子可以是导电性也可以是非导电性。
此外，振动板215具备中央部221、框部222以及连结部223。在连结部223设置有冲击部224以及第1外部连接端子225。振动板215具有由中央部221、框部222与连结部223围成的开口部239、以及设置于框部222的流路孔240。开口部239构成泵室的一部分。流路孔240为直径与对置板213的流路孔236大致相同的圆形状，与对置板213的流路孔236连通。
此外，振动板215具备设置于框部222的一边的上表面的上表面侧槽226’、以及与上表面侧槽226’重叠地设置于框部222的一边的下表面的下表面侧槽226。上表面侧槽226’以及下表面侧槽226从开口部239朝外方延伸。
对置板213’层叠于流路板212’与振动板215之间。对置板213’具有在上表面以及下表面开口的流路孔236’、237’以及开口部238’。流路孔236’为直径与振动板215的流路孔240大致相同的圆形状，与振动板215的流路孔240连通。流路孔237’与冲击部224对置设置，为直径比冲击部224小的圆形状，且与泵室连通。开口部238’构成泵室的一部分，设置于与压电元件216’以及供电板217’对置的位置。
流路板212’层叠于罩板211’与对置板213’之间。流路板212’具有在上表面以及下表面开口的开口部232’、233’、234’以及流路235’。开口部232’为直径与对置板213’的流路孔236’大致相同的圆形状，且与对置板213’的流路孔236’连通。开口部233’为直径与冲击部224大致相同的圆形状，设置于与冲击部224分别对置的位置，且与对置板213’的流路孔237’连通。开口部234’构成泵室的一部分，设置于与压电元件216’以及供电板217’对置的位置。流路235’由罩板211’与对置板213’上下夹持，并延伸使各开口部232’、233’间连通。
罩板211’在泵201的上主面露出，贴附于流路板212’的上表面。罩板211’具有在泵201的上主面开口的流路孔231’。流路孔231’为圆形状，与流路板212’的开口部234’(泵室)连通，在本实施方式中是朝外部空间对气体进行排气的排气口。
压电元件216为圆板状，贴附层叠于振动板215的中央部221的下表面。压电元件216的上表面经由振动板215与第1外部连接端子225电连接。
压电元件216’为圆板状，贴附层叠于振动板215的中央部221的上表面。压电元件216’的下表面经由振动板215与第1外部连接端子225电连接。
供电板217此处为前端弯曲的梁状，前端被钎焊于压电元件216的下表面等，从而与压电元件216的下表面机电连接。此外，供电板217的后端通过振动板215的下表面侧槽226延伸至外部。此外，供电板217’此处为前端朝与供电板217相反的方向弯曲的梁状，前端被钎焊于压电元件216’的上表面等，从而与压电元件216’的上表面机电连接。此外，供电板217’的后端通过振动板215的上表面侧槽226’延伸至外部。
绝缘层214由包含绝缘性粒子的粘接剂构成，将供电板217固定于下表面侧槽226的内部。绝缘层214’由包含绝缘性粒子的粘接剂构成，将供电板217’固定于上表面侧槽226’的内部。
图15(A)是示出振动板215、压电元件216、216’(未图示压电元件216)、供电板217、217’和绝缘层214、214’的层叠体的立体图。图15(B)是放大示出绝缘层214、214’的周围的立体图。
在框部222的上表面侧槽226’与下表面侧槽226的内部分别涂覆绝缘层214’与绝缘层214，上表面侧槽226’与下表面侧槽226的内部被填埋。在绝缘层214’与绝缘层214分别配置供电板217、217’，该供电板217、217’通过绝缘层214’与绝缘层214的内部。由此，供电板217、217’不与振动板215以及第1外部连接端子225导通地朝外部引出。由此，供电板217、217’的后端作为第2外部连接端子发挥功能。
此外，绝缘层214、214’分别由具有绝缘性的粘接剂构成，在该粘接剂中混合非导电性粒子。因而，在供电板217、217’与振动板215之间可靠地存在非导电性粒子的粒径以上的厚度的绝缘层214、214’。
另外，绝缘层214、214’也可以不包含非导电性粒子，不过在该情况下，优选在供电板217、217’或振动板215的在上表面侧槽226’或者下表面侧槽226的内部露出的位置设置涂抹了绝缘材料的绝缘涂层，或者设置氧化膜。这样，也能够可靠地防止供电板217、217’与振动板215以及第1外部连接端子225导通。
在如以上那样构成的泵201中，通过驱动压电元件216、216’，从图14所示的罩板211的流路孔231吸引外部的气体。并且，气体从罩板211的流路孔231经由流路板212的开口部232、流路235以及开口部233、对置板213的流路孔237朝泵室流动。此外，同时，流体从罩板211的流路孔231经由流路板212的开口部232、对置板213的流路孔236、振动板的流路孔240、对置板213’的流路孔236’、流路板212’的开口部232’、流路235’以及开口部233’以及对置板213’的流路孔237’平行地朝泵室流动。并且，从泵室经由罩板211’的流路孔231’朝外部排出流体。
因而，在本实施方式的泵以及流体控制装置中，也能够在振动板的上下双方设置对置板的流路孔，能够实现吸气流量的进一步的增加、泵效率的进一步的改进。此外，能够将从外部吸引气体的吸气口与朝外部排出气体的排气口分别汇总成一个，装置的设置自由度高，能够有效地对气体进行吸气以及排气。
能够如以上的各实施方式所示那样实施本发明，不过也能够以除此以外的实施方式实施本发明。例如，在上述的各实施方式中，示出了作为驱动体利用在面内方向产生伸长、收缩的压电元件的例子，不过本发明并不局限于该例子。例如，也可以通过电磁驱动使振动板弯曲振动。此外，在上述的各实施方式中，示出了利用锆钛酸铅基陶瓷构成压电元件的例子，不过本发明并不局限于该例子。例如可以通过铌酸钾钠系以及碱金属铌酸盐陶瓷等的非铅系压电体陶瓷的压电材料等构成压电元件。
此外，在上述的各实施方式中，示出了将设置于连结部的冲击部形成为相比连结部的周围局部变宽且朝下表面侧突出的形状的例子，不过本发明并不局限于该例子。例如，冲击部的宽度、冲击部的厚度也可以与连结部的其他部位相同。
此外，在上述的各实施方式中，示出了压电元件以及振动板的中央部的直径、冲击部以及活动部的直径分别为接近的大小的例子，不过本发明并不局限于该例子。例如，也可以使振动板的中央部相比压电元件大很多。此外，也可以使冲击部、活动部中的一方比另一方大很多。此外，在上述的各实施方式中，示出了压电元件、振动板的中央部、冲击部等形成为圆形状的例子，不过本发明并不局限于该例子。例如，压电元件、振动板的中央部、冲击部等可以为矩形状、多边形状。
此外，在上述的各实施方式中，示出了在振动板设置四个连结部、四个冲击部，在对置板设置四个流路孔、活动部的例子，不过本发明并不局限于该例子。压电元件、振动板的中央部、冲击部等也可以为矩形状、多边形状。例如，连结部、冲击部、对置板的流路孔、活动部等可以设在两处、三处或者五处以上。
此外，在上述的各实施方式中，示出了确定交流驱动信号的频率使得振动板以三阶共振模式振动的例子，不过本发明并不局限于此。例如，也可以确定交流驱动信号的频率使得流体控制部以五阶共振模式、七阶共振模式等振动。
此外，在上述的各实施方式中，示出了作为流体使用气体的例子，不过本发明并不局限于此。例如，该流体也可以是液体、气液混合流、固液混合流、固气混合流等。此外，在上述的各实施方式中，示出了经由设置于对置板的流路孔朝泵室吸引流体的例子，不过本发明并不局限于此。例如也可以经由设置于对置板的流路孔从泵室排出流体。是经由设置于对置板的流路孔是吸引流体还是排出流体根据冲击部与活动部的振动的差分的行波的方向确定。
最后，上述实施方式的说明在全部方面都是例示而已，应当理解为并不受此限制。本发明的范围并不局限于上述实施方式，而由权利要求书示出。进而，在本发明的范围中意图包含与权利要求书均等的意思以及范围内的全部的变更。
其中，附图标记说明如下：
1、1A、1B、1C、1D、71、81、91A、91B、91C、201：泵；2：框体；3、4：外部连接端子；5、6：主面；11、11’、11A、211、211’：罩板；12、12’、12A、212、212’：流路板；13、13’、13A、61、213、213’：对置板；14、14’、214、214’：粘接层；15、15’、215：振动板；16、16’、216、216’：压电元件；16B、16C、16D、16D：层叠板；17：绝缘板；17A：金属板；18、217、217’：供电板；19：分离板；20：盖板；21、221：中央部；22、222：框部；23、24、25、26、223：连结部；27：内部供电端子；31、32、33、34、31’、32’、31A、32A、33A、34A、39、39’、40、40’、41、42、50、73、75、231、231’、236、237、236’、237’、240：流路孔；35、36、35’、36’、37、38、39’、40’、35B、36B、37B、38B、39A、40A、41A、42A、43、44、45、46、47、48、49、74、91、92、93、94、97、232、233、234、232’、233’、234’、238、238’、239：开口部；35A、36A、37A、38A、96、235、235’：流路；35C、36C、37C、38C：延伸部；51：泵室；52：框体；53、54、55、56、72、94、224：冲击部；57：活动部；58：约束部；59：流体控制部(流体控制装置)；62、63、64、65：流路孔集合部；225：外部连接端子；226：下表面侧槽；226’：上表面侧槽。
Claims (21)
1.一种流体控制装置，其中，
所述流体控制装置具备：
振动板，其具有中央部、包围所述中央部的周围的框部以及连结所述中央部与所述框部之间的连结部；
驱动体，其层叠于所述中央部，使所述振动板从所述中央部到所述连结部进行弯曲振动；以及
对置板，其层叠于所述框部，至少与所述连结部隔开间隔地对置，
所述振动板具有在所述中央部与所述连结部分别产生振动的波腹的共振模式，
所述对置板在与所述连结部对置的位置具有供流体流动的多个流路孔。
2.根据权利要求1所述的流体控制装置，其中，
所述连结部在与所述流路孔对置的位置具备从所述流路孔侧观察的宽度局部地扩宽的冲击部。
3.根据权利要求1或2所述的流体控制装置，其中，
所述连结部在与所述流路孔对置的位置具备朝所述流路孔侧突出的凸部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体控制装置，其中，
所述对置板在所述流路孔的周围具备朝所述振动板侧突出的凸部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流体控制装置，其中，
所述对置板具备：
活动部，其设置于所述流路孔的周围，且能够弯曲；以及
约束部，其约束所述活动部的周围。
6.根据权利要求5所述的流体控制装置，其中，
所述活动部的俯视观察的形状为具有沿着在所述连结部一致地产生振动的波腹的方向的长轴以及沿着与所述长轴正交的方向的短轴的形状。
7.根据权利要求5或6所述的流体控制装置，其中，
所述流体控制装置还具备流路部，该流路部层叠于所述对置板的与所述振动板侧的相反侧，且具有与所述对置板的流路孔连通的流路，
所述流路部的流路包括：与所述对置板的流路孔及其周围对置的开口部；从所述开口部朝侧方延伸的延伸部；以及在外部空间开口且经由所述延伸部与所述开口部连通的流路孔。
8.根据权利要求7所述的流体控制装置，其中，
所述流路部与所述对置板中的至少一方具有与所述振动板实质相等的线膨胀系数。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的流体控制装置，其中，
所述对置板经由粘接剂层叠于所述振动板，
所述对置板具有沿着所述振动板的所述框部与所述连结部的边界延伸的开口。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的流体控制装置，其中，
所述振动板以及所述对置板由导电性材料构成，
所述对置板与所述振动板经由包含导电性粒子的粘接剂层叠，
所述导电性粒子具有同所述对置板与所述振动板之间的间隔相等的粒径。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的流体控制装置，其中，
所述流体控制装置还具备：
绝缘层，其在所述振动板的层叠所述驱动体的一侧层叠于所述框部；以及
供电板，其经由所述绝缘层层叠于所述振动板，并在该供电板的一部分形成与所述驱动体连接的内部供电端子。
12.根据权利要求11所述的流体控制装置，其中，
所述绝缘层包括设置于所述振动板与所述供电板之间的绝缘涂层。
13.根据权利要求11或12所述的流体控制装置，其中，
所述绝缘层包括混合有非导电性粒子的粘接剂。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的流体控制装置，其中，所述流体控制装置还具备金属板，该金属板层叠于所述振动板的所述框部。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的流体控制装置，其中，所述振动板在所述框部的层叠所述驱动体的一侧具有槽，
所述绝缘层以及所述供电板配置于所述槽。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的流体控制装置，其中，
所述对置板在与所述中央部对置的位置也具有流路孔。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的流体控制装置，其中，
所述流体控制装置还具备相对于所述振动板与所述驱动体进一步层叠的层叠板，
由所述振动板、所述驱动体和所述层叠板构成的3层之中，中间层的线膨胀系数相对于上层的线膨胀系数的大小关系与中间层的线膨胀系数相对于下层的线膨胀系数的大小关系相等。
18.根据权利要求17所述的流体控制装置，其中，
由所述振动板、所述驱动体和所述层叠板构成的3层之中，与所述驱动体相接的层的部件的线膨胀系数大于所述驱动体的线膨胀系数。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的流体控制装置，其中，
作为所述对置板，具备与所述振动板的一方主面侧对置的第1对置板以及与所述振动板的另一方主面侧对置的第2对置板。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的流体控制装置，其中，
作为所述驱动体，具备设置于所述振动板的一方主面侧的第1驱动体以及设置于所述振动板的另一方主面侧的第2驱动体。
21.一种泵，其中，
所述泵具备权利要求1至20中任一项所述的流体控制装置，
所述泵具有收纳所述振动板以及所述驱动体的泵室，
利用所述对置板构成所述泵室的内壁的一部分。
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