CN114746650A - 致动器以及流体控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及致动器以及流体控制装置。致动器(11)具备配置有压电元件(30)的第一主板(21)、框体(22)以及连结部(23)。框体(22)在比第一主板(21)的外缘靠外侧，与第一主板(21)分离地配置。连结部(23)配置在第一主板(21)与框体(22)之间。连结部(23)具有沿着外缘配置的多个连结体(231)和多个连结体(231)之间的空隙(232)，多个连结体(231)与第一主板(21)及框体(22)连接。第一主板(21)和连结体(231)由同一材料构成。连结体(231)的厚度(D23)大于第一主板(21)的厚度(D21)。

Description

致动器以及流体控制装置

技术领域

本发明涉及具备振动的板和将板支承为可振动的机构的致动器、以及具备该致动器的流体控制装置。

背景技术

在专利文献1中，记载了具备振动板单元的流体控制装置。专利文献1的振动板单元由振动板、框板以及连结部构成。框板是包围振动板的外缘的形状。连结部将振动板的外缘与框板连接。

此时，连结部由容易变形的形状构成，对振动板弹性支承。由此，即使框板被固定，振动板也能够进行规定的弯曲振动。

专利文献1：日本特开2013-57247号公报

然而，专利文献1所示的连结部是容易变形的形状，因此容易因来自外部的冲击等而破损。另外，在由于作为流体控制装置的一个例子的泵的动作，而在包括振动板和连结部的致动器的上下面(振动板的上下面)产生压差的情况下，连结部变形，由此在配置于振动板的驱动体产生应力，驱动体容易破损。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种在实现所希望的振动的同时不易破损的致动器。

本发明的致动器具备第一主板、框体、连结部以及驱动体。框体在比第一主板的外缘靠外侧与第一主板分离地配置。连结部配置在第一主板与框体之间。驱动体配置于第一主板，使第一主板弯曲振动。连结部具有沿着外缘配置的连结体和空隙，连结体与第一主板及框体连接，空隙与连结体邻接。第一主板和连结体由同一材料构成。连结体的平均厚度大于第一主板的平均厚度。

在该结构中，由于连结体较厚，因此相对于外力构造的耐久性变高，不易破损。另外，由于在第一主板产生作为致动器发挥功能的振动，因此能够获得规定的振动。

根据本发明，能够实现在实现所希望的振动的同时不易破损的致动器。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的包括致动器的流体控制装置的分解立体图。

图2是表示第一实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

图3是第一实施方式所涉及的致动器的包括第一主板的平板的俯视图。

图4(A)、图4(B)、图4(C)是表示第一实施方式所涉及的致动器中的第一主板的支承形态的派生例的剖视图。

图5是表示第二实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

图6是表示第三实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

图7是表示第四实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

图8是表示第五实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

图9是表示致动器的包括第一主板的平板的另一例的俯视图。

具体实施方式

(第一实施方式)

参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图1是第一实施方式所涉及的包括致动器的流体控制装置的分解立体图。图2是表示第一实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。图3是第一实施方式所涉及的致动器的包括第一主板的平板的俯视图。此外，在图3中，通过阴影线的差异来表现厚度之差。

另外，在以下各实施方式所示的各图中，为了容易理解说明，将各个构成要素的形状局部或整体上夸大地记载。另外，为了容易阅读附图，对于能够唯一推定的构成要素，部分地省略附图标记。

(流体控制装置10的结构)

如图1、图2所示，流体控制装置10具备第一主板21、框体22、连结部23、压电元件30、第二主板40、连接部件50。压电元件30对应于本发明的“驱动体”。另外，由第一主板21、框体22、连结部23以及压电元件30构成致动器11。

如图1、图3所示，第一主板21是俯视观察时的形状为圆形的平板。第一主板21具有圆形的第一主面211和第二主面212。第一主面211与第二主面212相互对置。第一主板21例如由金属等构成。第一主板21只要是通过后述的压电元件30的应变而产生弯曲振动的部件即可。弯曲振动是指在观察第一主板21的侧面时，第一主面211及第二主面212呈波状位移的振动。

框体22为平板，俯视观察框体22时的形状是内周形状为圆形的环形。框体22具有环形的第一主面221和第二主面222。第一主面221与第二主面222相互对置。框体22配置于比第一主板21的外缘靠外侧。框体22与第一主板21的外缘隔开距离地配置，在俯视观察时，包围第一主板21。即，第一主板21配置在框体22的内周端的内侧的空间内。

连结部23配置在第一主板21与框体22之间。连结部23沿着第一主板21的外缘的周向配置。更具体而言，连结部23具有多个连结体231和多个空隙232。多个连结体231与多个空隙232沿着第一主板21的外缘的周向交替地邻接配置。多个连结体231与第一主板21的外缘和框体22的内周端连接，形成梁。空隙232是从第一主板21的第一主面211及框体22的第一主面221侧贯通至第一主板21的第二主面212及框体22的第二主面222侧，俯视观察时为弧状的槽。

第一主板21、框体22以及多个连结体231由一张板一体形成。即，通过在一张板上形成多个空隙232，并成型框体22的外形，从而形成第一主板21、框体22以及多个连结体231。因此，第一主板21、框体22以及多个连结体231由同一材料构成。此外，多个连结体231的个数不限于三个，也可以是四个以上。

通过这样的结构，第一主板21由连结部23(更具体而言，多个连结体231)保持为相对于框体22可振动。

压电元件30具备圆板的压电体和驱动用的电极。驱动用的电极形成于圆板的压电体的两个主面。

压电元件30配置于第一主板21的第二主面212。此时，在俯视观察时，压电元件30的中心与第一主板21的中心大致一致。压电元件30通过驱动用的电极被施加驱动信号而应变。由于该应变，第一主板21弯曲振动。

而且，通过以上的结构，第一主板21弯曲而成为实现规定的功能的致动器11。

第二主板40是俯视观察时的形状为圆形的平板。第二主板40优选由几乎不产生弯曲振动的材料、厚度等构成。第二主板40的外形形状是包含由第一主板21、连结部23以及框体22构成的部分的外形形状的大小。第二主板40具有圆形的主面401和主面402。主面401与主面402相互对置。

第二主板40具备贯通孔400。贯通孔400连通第二主板40的主面401侧和主面402侧。贯通孔400配置于与第二主板40的中心重叠的位置。此外，贯通孔400的配置位置不限于与第二主板40的中心重叠的位置。例如，贯通孔400也可以为多个，多个贯通孔400配置为以第二主板的中心为原点的环状。

第二主板40配置为相对于第一主板21，彼此的主面平行。此时，第二主板40的主面401与第一主板21的第一主面211对置。另外，第二主板40的俯视观察时的中心与第一主板21的俯视观察时的中心大致一致。

连接部件50是环状的柱体。连接部件50优选由几乎不产生弯曲振动的材料、厚度等构成。连接部件50配置在框体22与第二主板40之间。连接部件50的高度方向的一端与框体22的第一主面221连接。连接部件50的高度方向的另一端与第二主板40的主面401连接。此外，连接部件50可以与框体22或第二主板40分体形成，也可以一体形成。

根据该结构，流体控制装置10具备由第一主板21、连结部23的多个连结体231及框体22构成的平板、第二主板40以及连接部件50包围的空间。该空间中的被第一主板21与第二主板40夹持的空间成为流体控制装置10的实质的泵室100。泵室100与贯通孔400以及连结部23的多个空隙232连通。换言之，泵室100经由贯通孔400以及连结部23的多个空隙232而与流体控制装置10的外部空间连通。

在这样的结构中，通过第一主板21的弯曲振动，在泵室100内产生压力分布。而且，通过第一主板21的弯曲振动，泵室100内的压力分布经时变化，流体控制装置10能够向与第一主板21的第一主面211平行的方向输送流体。由此，例如，流体控制装置10能够从空隙232吸入流体，并从贯通孔400排出流体。或者，流体控制装置10也能够向该相反方向输送流体。

(第一主板21的支承构造的更具体的说明)

如图2所示，多个连结体231的厚度D23大于第一主板21的厚度D21。此外，在本实施方式中，由于第一主板21的厚度恒定，因此第一主板21的平均厚度与厚度D21相同。

根据这样的结构，作为将第一主板21保持为可振动的构造的多个连结体231变厚，不易产生变形。因此，多个连结体231相对于外力的构造的耐久性变高。即，多个连结体231不易产生由外力引起的断裂、裂缝。另一方面，用于实现作为致动器11及流体控制装置10所希望的功能的振动通过第一主板21的弯曲振动来实现。因此，通过实现该结构，能够确保作为致动器11及流体控制装置10所需的第一主板21的弯曲振动。

由此，本实施方式的致动器11及流体控制装置10在实现所希望的振动的同时不易破损，本实施方式的致动器11及流体控制装置10的可靠性提高。进而，在由于作为流体控制装置10的一个例子的泵的动作，而在包括第一主板21和多个连结体231的致动器的上下面(第一主板21的第一主面211和第二主面212)产生压差的情况下，能够抑制由于连结体231变形而引起的对压电元件30的应力。因此，能够抑制压电元件30的破损。由此，流体控制装置10的可靠性进一步提高。

另外，在本实施方式的结构中，具有以下特征。如图2所示，框体22的厚度D22与多个连结体231的厚度D23相同。由此，泄漏到框体22的振动被抑制。因此，与框体22较薄的情况相比，致动器11及流体控制装置10的效率提高。此外，框体22的厚度D22优选为多个连结体231的厚度D23以上，厚度D23越大，越能够抑制振动的泄漏。这里所说的厚度是指平均厚度，如图2所示的情况那样，如果厚度恒定，则厚度与平均厚度相同。该概念也适用于本申请的其他部分。

另外，在本实施方式的结构中，第一主板21的第一主面211、框体22的第一主面221、以及多个连结体231的第一主面2311共面。另一方面，框体22的第二主面222以及多个连结体231的第二主面2312共面，第一主板21的第二主面212位于比框体22的第二主面222以及多个连结体231的第二主面2312靠第一主板21的第一主面211侧。

在该结构中，压电元件30的至少一部分配置在由多个连结体231的第二主面2312与第一主板21的第二主面212的台阶形成的空间内，因此能够使致动器11及流体控制装置10薄型化。

(第一主板21的支承形态的派生例)

图4(A)、图4(B)、图4(C)是表示第一实施方式所涉及的致动器中的第一主板的支承形态的派生例的剖视图。

在图4(A)的形态中，致动器11A1使第一主板21的第二主面212、框体22的第二主面222、以及多个连结体231的第二主面2312共面。在该结构中，第一主板21的第一主面211位于比多个连结体231的第一主面2311靠第一主板21的第二主面212侧。由此，如果是上述的流体控制装置的结构，则能够增大泵室100的体积。

在图4(B)的形态中，致动器11A2使第一主板21连接于多个连结体231的厚度方向的中间位置。在图4(C)的形态中，致动器11A3使第一主板21相对于一个连结体231连接为第二主面212与第二主面2312共面。另外，第一主板21相对于另一连结体231连接为第一主面211与第一主面2311共面。即使是这些结构，也能够实现在实现上述所希望的振动的同时不易破损的构造。

(第二实施方式)

参照附图对本发明的第二实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图5是表示第二实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

如图5所示，第二实施方式所涉及的流体控制装置10B相对于第一实施方式所涉及的流体控制装置10，在致动器11B的结构不同。流体控制装置10B的其他结构与流体控制装置10相同，省略相同部位的说明。

致动器11B具备第一主板21B。第一主板21B具有第一区域201和第二区域202。第一区域201和第二区域202从第一主板21B的中心朝向外缘依次配置。换言之，第一区域201是不包含第一主板21B的外缘的区域，第二区域202是包围第一区域201并包含第一主板21B的外缘的区域。

第一区域201的厚度D201大于第二区域202的厚度D202。第一区域201和第二区域202的泵室100侧的主面共面且相连，构成第一主面211。第一区域201的第二主面2012比第二区域202的第二主面2022远离第一主面211。

压电元件30配置于第一区域201的第二主面2012。

在这样的结构中，为了获得规定的谐振频率，能够使第一主板21B变薄。因此，能够增加第一主板21B的振动位移。由此，例如，能够降低压电元件30的驱动电压，能够提高致动器11B及流体控制装置10B的效率。

此时，第二区域202的厚度D202比第一主板21B的平均厚度小，因此能够进一步增加第一主板21B的外缘附近的振动位移。由此，能够进一步提高致动器11B及流体控制装置10B的效率。

另外，由于第一主板21B的第一主面211从中心到外缘是平坦的，即，泵室100侧的整个面是平坦面，因此实质上能够增大对流体控制装置10的流体控制(流体输送)的功能起作用的泵室100的平面面积，并能够增大体积。因此，能够进一步提高流体控制装置10B的效率。

另外，在致动器11B的结构中，第一主板21B的厚度方向的上端面(第一主面211)、连结体231的厚度方向的上端面(第一主面2311)、以及框体22的厚度方向的上端面(第一主面221)共面。另外，第一主板21B的厚度方向的下端面(第一区域201的第二主面2012)、连结体231的厚度方向的下端面(第二主面2312)、以及框体22的厚度方向的下端面(第二主面222)共面。由此，能够使第一主板21B、连结体231以及框体22的厚度尺寸稳定，形成这些构造体。因此，致动器11B能够减小振动特性的偏差。

(第三实施方式)

参照附图对本发明的第三实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图6是表示第三实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

如图6所示，第三实施方式所涉及的流体控制装置10C相对于第一实施方式所涉及的流体控制装置10，在致动器11C的结构不同。流体控制装置10C的其他结构与流体控制装置10相同，省略相同部位的说明。

致动器11C具备第一主板21C。第一主板21C具有第一区域201和第二区域202。第一区域201和第二区域202从第一主板21C的中心朝向外缘依次配置。

第一区域201的厚度D201大于第二区域202的厚度D202。第一区域201和第二区域202的与泵室100侧相反侧的主面共面且相连，构成第二主面212。第一区域201的第一主面2011比第二区域202的第一主面2021远离第二主面212。

压电元件30配置于第二主面212，在俯视观察时，与第一区域201局部地重叠。

在这样的结构中，与第二实施方式所涉及的流体控制装置10B同样，能够增加第一主板21C的振动位移。由此，能够提高致动器11C及流体控制装置10C的效率。

此时，优选第二区域202的厚度D202比第一主板21C的平均厚度小。根据这样的结构，能够进一步增加第一主板21C的外缘附近的振动位移。由此，能够进一步提高致动器11C及流体控制装置10C的效率。

另外，在致动器11C的结构中，第一主板21C的厚度方向的上端面(第一区域201的第一主面2011)、连结体231的厚度方向的上端面(第一主面2311)、以及框体22的厚度方向的上端面(第一主面221)共面。另外，第一主板21B的厚度方向的下端面(第二主面212)、连结体231的厚度方向的下端面(第二主面2312)、以及框体22的厚度方向的下端面(第二主面222)共面。由此，能够使第一主板21C、连结体231以及框体22的厚度尺寸稳定，形成这些构造体。因此，致动器11C能够减小振动特性的偏差。

(第四实施方式)

参照附图对本发明的第四实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图7是表示第四实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

如图7所示，第四实施方式所涉及的流体控制装置10D相对于第二实施方式所涉及的流体控制装置10B，在致动器11D的结构不同。流体控制装置10D的其他结构与流体控制装置10B相同，省略相同部位的说明。

致动器11D相对于第二实施方式所涉及的致动器11B，在具备第一主板21D这一点不同。致动器11D的其他结构与致动器11B相同，省略相同部位的说明。

第一主板21D相对于第二实施方式所涉及的第一主板21B，在具有凹部213这一点不同。第一主板21D的其他结构与第一主板21B相同，省略相同部位的说明。

凹部213是包含第一区域201的中心，换言之，包含第一主板21D的中心的圆筒形。凹部213是在第一区域201中从第一主面211凹陷的形状。此时，凹部213优选在第二区域202的厚度D202比第一区域201的平均厚度小的范围内设定形状。

在这样的结构中，致动器11D及流体控制装置10D也起到与上述的致动器11B及流体控制装置10B相同的作用效果。另外，根据这样的结构，流体控制装置10D能够抑制由于第一主板21D的弯曲振动而第一主板21D的中心部分与第二主板40接触。

(第五实施方式)

参照附图对本发明的第五实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图8是表示第五实施方式所涉及的流体控制装置的结构的剖视图。

如图8所示，第五实施方式所涉及的流体控制装置10E相对于第一实施方式所涉及的流体控制装置10，在连接部件50E的结构不同。流体控制装置10E的其他结构与流体控制装置10相同，省略相同部位的说明。

连接部件50E具备多个珠51和粘接材料52。多个珠51具有规定的粒径。此外，多个珠51的粒径也可以不恒定，只要根据泵室100的高度适当地设定即可。

连接部件50E由通过粘接材料52将第二主板40的主面401和框体22的第一主面221粘接的构造构成。此时，通过混在粘接材料52中的多个珠51的粒径，实现第二主板40的主面401与框体22的第一主面221的距离，即实现泵室100的高度。

即使是这样的结构，流体控制装置10E也能够起到与流体控制装置10相同的作用效果。

此外，在上述说明中，示出了连结部23使多个连结体231和多个空隙232沿周向邻接地交替配置的方式。然而，也可以是连结部使空隙相对于连结体在径向(与周向及厚度方向正交的方向)上邻接的方式。图9是表示致动器的包括第一主板的平板的另一例的俯视图。

如图9所示，连结部具有环状的连结体231和多个空隙232。环状的连结体231是沿着第一主板21的外缘一周相连的形状。多个空隙232为弧状，相对于环状的连结体231在与周向正交的径向上邻接配置。换言之，多个空隙232配置在环状的连结体231与第一主板21之间、以及环状的连结体231与框体22之间。

多个空隙232沿着周向隔开间隔地配置。在该多个空隙232被断开的部分，环状的连结体231与第一主板21及框体22连接。而且，该多个空隙232被断开的部分也能够包含在本申请的连结体的一部分中。

即使是这样的结构，通过应用上述的厚度的关系，也能够起到上述的作用效果。

另外，在上述的各实施方式中，第一主板的俯视观察时的形状为圆形，但即使是正多边形，特别是角数多的正多边形，也能够应用上述结构。但是，通过使第一主板为圆形，振动在整周上均匀地产生，因此振动效率提高，更优选。此时，优选框体的内缘是沿着第一主板的外缘的圆形，通过使框体的内缘为圆形，容易均衡良好地支承圆形的第一主板。另外，在上述各实施方式中，示出了框体22的外缘为圆形的方式，但框体22的外形不限于圆形，能够适当地设定。

另外，示出了上述各部的厚度恒定的方式，但只要在规定的范围内(例如，制造误差的范围内，性能上允许的范围内)，则厚度也可以存在部分差异。在该情况下，上述各部的厚度被认为是平均厚度即可。

另外，在上述各实施方式中，示出了将第一主板、框体、多个连结体一体形成的方式。然而，也可以将第一主板和多个连结体一体形成，将框体与它们分体地形成。另外，也能够将第一主板、多个连结体以及框体分别分体地形成。在该情况下，只要使用多个连结体相对于外力的构造的耐久性变高的结构，例如刚性高的材料即可。但是，通过使用上述各实施方式所涉及的结构，能够容易地形成致动器以及流体控制装置，并且起到上述作用效果，在实用上更有效。

另外，上述各实施方式的结构能够适当组合，能够起到与各个组合相应的作用效果。

附图标记说明

10、10B、10C、10D、10E...流体控制装置；11、11A1、11A2、11A3、11B、11C、11D...致动器；21、21B、21C、21D...第一主板；22...框体；23...连结部；30...压电元件；40...第二主板；50、50E...连接部件；51...珠；52...粘接材料；100...泵室；201...第一区域；202...第二区域；211...第一主板21的第一主面；212...第一主板21的第二主面；213...凹部；221...框体22的第一主面；222...框体22的第二主面；231...连结体；232...空隙；400...贯通孔；401...第二主板40的主面；402...第二主板40的主面；2011...第一区域201的第一主面；2012...第一区域201的第二主面；2021...第二区域202的第一主面；2022...第二区域202的第二主面；2311...连结体231的第一主面；2312...连结体231的第二主面。

Claims (10)

1.一种致动器，其中，具备：

第一主板；

框体，在比所述第一主板的外缘靠外侧，与所述第一主板分离地配置；

连结部，配置在所述第一主板与所述框体之间；以及

驱动体，配置于所述第一主板，使所述第一主板弯曲振动，

所述连结部具有沿着所述外缘配置的连结体和空隙，所述连结体与所述第一主板及所述框体连接，所述空隙与所述连结体邻接，

所述第一主板和所述连结体由同一材料构成，

所述连结体的平均厚度大于所述第一主板的平均厚度。

2.根据权利要求1所述的致动器，其中，

所述框体的平均厚度为所述连结体的平均厚度以上。

3.根据权利要求1或2所述的致动器，其中，

所述第一主板具有不包含所述外缘的第一区域、和包围所述第一区域并包含所述外缘的第二区域，

所述第一区域的平均厚度大于所述第二区域的平均厚度。

4.根据权利要求3所述的致动器，其中，

所述第二区域的平均厚度小于所述第一主板的平均厚度。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的致动器，其中，

所述第一主板、所述连结体以及所述框体被一体形成，

所述第一主板的厚度方向的上端、所述连结体的厚度方向的上端、以及所述框体的厚度方向的上端共面，或者，所述第一主板的厚度方向的下端、所述连结体的厚度方向的下端、以及所述框体的厚度方向的下端共面。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的致动器，其中，

所述第一主板为圆形。

7.根据权利要求6所述的致动器，其中，

所述框体的内缘是沿着所述第一主板的外缘的圆形。

8.一种流体控制装置，其中，具备：

权利要求1～7中任一项所述的致动器；

第二主板，在相对于所述第一主板的主面正交的方向上与所述第一主板隔开距离地配置；以及

连接部件，配置在所述第二主板与所述框体之间，与所述第二主板和所述框体连接，

所述第二主板的主面与所述第一主板的主面平行地定位，

所述第二主板具有沿与所述第二主板的主面正交的方向延伸的贯通孔，

所述流体控制装置具有泵室，所述泵室被所述第一主板、所述第二主板、以及所述连接部件包围，且通过所述连结部的所述空隙、以及所述第二主板的所述贯通孔与外部连通。

9.根据权利要求8所述的流体控制装置，其中，

所述第一主板中的与所述第二主板对置的主面是不具有凹凸的形状。

10.根据权利要求8所述的流体控制装置，其中，

所述第一主板中的与所述第二主板对置的主面形成为外缘比中央凹陷。

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