JP2023073156A - Surface mountable thin piezoelectric blower device - Google Patents

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Abstract

To meet a demand of a piezoelectric blower device which can be applied to a lot of applications which need the piezoelectric blower device to be incorporated in a small and thin device, as typified by a portable terminal, to handle high pressure air at a large flow rate.SOLUTION: In a thin piezoelectric blower device, a one-way valve function is provided at a center in a diaphragm which is displaced in a swinging manner so that swinging of the one-way valve follows a drive frequency when the piezoelectric blower device is downsized and its drive frequency becomes high, and a flow of fluid is adjusted from a hole made at a piezoelectric element center part. Further, metal materials having high strength are joined in a laminated manner to form a cavity and a blower housing. Furthermore, forms of electric connection and passage connection which are designed assuming that the piezoelectric blower device is mounted on a portable terminal in advance are created.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、携帯端末に代表される小型電子機器等、に内蔵するのに好適な薄型の圧電ブロアデバイスの構造に関する。 The present invention relates to the structure of a thin piezoelectric blower device suitable for being incorporated in small electronic devices such as mobile terminals.

圧電素子をアクチュエータとして高周波領域の駆動周波数でダイヤフラムを稼働させ、気体を送出する圧電ブロアデバイス、特に小型化を想定して考案された構成は、古くから数多く出願され、以下のような構成例がある。 (特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5) Piezoelectric blower devices that use a piezoelectric element as an actuator to operate a diaphragm at a drive frequency in the high-frequency range to blow out gas, especially configurations devised for miniaturization, have been applied for many times over the years. be. (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5)

特許文献1では、ポンプ本体と、駆動手段によって変位する変位器と、この変位器と上記ポンプ本体との間に形成されるポンプ室とを備え、上記ポンプ室は逆止弁を有しない第1開口部と第2開口部とを介して入口と出口とに流体的に連結され、上記変位器はポンプ本体に固定されたプレート状またはダイヤフラム状の部材で構成され、上記ポンプ本体にはポンプ室を構成する凹部が設けられ、上記ポンプ室と境界を接する弾性バッファが設けられ、上記駆動手段の作動力は変位器の上記第1開口部と対向する部分に作用するものであり、上記変位器はその第1終端位置において第1開口部を閉じ、かつ第2終端位置において第1開口部を開放状態とし、上記駆動手段は上記変位器を動作させることにより、上記変位器の動きに基づいて上記バッファの変形を引き起こし、バッファの変形により第2開口部を介して流体を排出または流入させる、逆止弁を有しない、流体ポンプの事例が示されている。 In Patent Document 1, a pump body includes a pump body, a displacement device that is displaced by driving means, and a pump chamber formed between the displacement device and the pump body, the pump chamber having no check valve. Fluidly connected to the inlet and the outlet through the opening and the second opening, the displacer comprises a plate-like or diaphragm-like member fixed to the pump body, and the pump body has a pump chamber. is provided, an elastic buffer is provided in contact with the pump chamber, the operating force of the driving means acts on a portion of the displacer facing the first opening, and the displacer closes the first opening in its first end position and leaves the first opening open in its second end position, the driving means operating the displacer, based on the movement of the displacer. The case of a fluid pump without a non-return valve is shown which causes deformation of the buffer and the deformation of the buffer causes the fluid to drain or enter through the second opening.

しかしながら、特許文献1に示される構成においては、変位器の動作によって変化するポンプ容積>>バッファ内容積という関係が成り立たないと大きな差圧が発生しないため、気体のような圧縮性流体を扱う場合はバッファの変形を引き起こすのには非常に小さいバッファ容積に限定しなければならない。したがって排出される流体量は小さく、またバッファの復元力による流体排出であるので、出口側の背圧も小さいという問題があった。 However, in the configuration shown in Patent Document 1, a large differential pressure does not occur unless the relationship of the pump volume that changes according to the operation of the displacement unit >> the internal volume of the buffer is established. must be limited to very small buffer volumes to cause deformation of the buffer. Therefore, the amount of fluid discharged is small, and since the fluid is discharged by the restoring force of the buffer, there is a problem that the back pressure on the outlet side is also small.

特許文献2では、ピストンあるいはダイヤフラム等の可動壁を変位させるアクチュエータと、該アクチュエータを駆動制御する駆動手段と、前記可動壁の変位により容積が変更可能なポンプ室と、前記ポンプ室へ動作流体を流入させる入口流路と、前記ポンプ室から動作流体を流出させる出口流路とを備えたポンプで、前記出口流路は、ポンプ動作時に前記ポンプ室と連通し、前記入口流路の合成イナータンス値は前記出口流路の合成イナータンス値よりも小さく、前記入口流路は、ポンプ室に動作流体が流入する場合の流体抵抗が流出する場合の流体抵抗よりも小さくなる流体抵抗要素を備え、前記駆動手段は、前記可動壁の運動周期を変更する周期制御手段を備え、当該周期制御手段は、前記ホンプ室の圧力が絶対0 気圧に達したときに、前記可動壁のポンプ室容積圧縮工程が開始するように前記アクチュエータを駆動する、流体ポンプの事例が示されている。 Patent Document 2 discloses an actuator that displaces a movable wall such as a piston or a diaphragm, a driving means that drives and controls the actuator, a pump chamber whose volume can be changed by displacement of the movable wall, and a working fluid that is supplied to the pump chamber. A pump comprising an inlet channel for inflow and an outlet channel for outflow of working fluid from the pump chamber, wherein the outlet channel communicates with the pump chamber during pump operation, and the combined inertance value of the inlet channel is is smaller than the combined inertance value of the outlet flow path, the inlet flow path includes a fluid resistance element that is smaller than the fluid resistance when the working fluid flows out of the pump chamber, and the drive The means includes period control means for changing the motion period of the movable wall, and the period control means starts the pump chamber volume compression process of the movable wall when the pressure in the pump chamber reaches absolute zero atmospheric pressure. An example of a fluid pump is shown, which drives the actuator to do so.

しかしながら、特許文献2に示される構成では、ピストンあるいはダイヤフラムを稼働させるアクチュエータとして、上下方向に伸縮する圧電素子を想定しており、一般的に圧電素子の上下方向の伸縮は非常に小さいため、大きな変位を得るには積層型の圧電素子を使用することが必須となり、ポンプの高さが大きくなって薄型の携帯端末には実装することは困難であるという問題があった。 However, in the configuration shown in Patent Document 2, a piezoelectric element that expands and contracts in the vertical direction is assumed as an actuator for operating the piston or diaphragm. In order to obtain the displacement, it is essential to use a laminated piezoelectric element, and there is a problem that the height of the pump is increased and it is difficult to mount it on a thin portable terminal.

特許文献3では、ダイヤフラムとの間でブロア室を形成するブロア本体の第1壁部と、前記ダイヤフラムの中心部と対向する前記第1壁部の部位に形成され、ブロア室の内部と外部とを連通させる第1開口部と、前記第1壁部を間にしてブロア室と反対側に、第1壁部と間隔をあけて設けられた第2壁部と、前記第1開口部と対向する前記第2壁部の部位に形成された第2開口部と、前記第1壁部と第2壁部との間に形成され、外側端部が外部に連通され、内側端部が第1開口部及び第2開口部に接続された流入通路とを備え、前記第1開口部及び第2開口部と接続された流入通路の内側端部に、前記第1開口部及び第2開口部より大きな開口面積を有する中央空間が形成されており、前記ダイヤフラムの変位に伴い、前記第1壁部の前記中央空間と対向する部分が振動する、圧電マイクロブロアの事例が示されている。 In Patent Document 3, a first wall portion of a blower body forming a blower chamber with a diaphragm, and a portion of the first wall portion facing the center portion of the diaphragm are formed to separate the inside and the outside of the blower chamber. and a second wall provided on the opposite side of the blower chamber with the first wall in between and spaced apart from the first wall, facing the first opening a second opening formed at a portion of the second wall portion formed between the second wall portion and the first wall portion and the second wall portion; an outer end portion communicating with the outside; an inflow passage connected to an opening and a second opening; and at an inner end of the inflow passage connected to the first opening and the second opening, more than the first opening and the second opening An example of a piezoelectric micro-blower is shown in which a central space having a large opening area is formed, and the portion of the first wall facing the central space vibrates as the diaphragm is displaced.

しかしながら、特許文献3に示される構成では慣性力により圧縮性流体を送出できるものの、逆止弁は存在していないため外圧に対する流量変動が大きく、本デバイスが搭載されたアプリケーションでは製品機能が極端に限定されるという問題があった。圧電ブロアデバイスとして小型化されても、圧縮性流体を大流量で且つ高圧で送出できる構成であることが望ましい。 However, although the configuration shown in Patent Document 3 can deliver compressible fluid by inertial force, there is no check valve, so the flow rate fluctuation due to external pressure is large, and the product function is extremely limited in applications where this device is installed. The problem was that it was limited. Even if the piezoelectric blower device is miniaturized, it is desirable to have a configuration that can deliver a compressible fluid at a large flow rate and at a high pressure.

特許文献4では、第1振動板と、前記第1振動板に対向する第2振動板と、前記第1振動板の周縁部および前記第2振動板の周縁部を接続する周壁部と、前記第1振動板および前記第2振動板の間に位置し、前記第1振動板、前記第2振動板および前記周壁部によって規定されたポンプ室と、前記第1振動板および前記第2振動板を屈曲振動させることにより、前記ポンプ室に圧力変動を生じさせる駆動体とを備え、前記第1振動板には、前記第1振動板の中央部および前記第2 振動板の中央部に直交する軸線の延在方向に沿って見た場合に当該軸線に重なる位置に配置されるとともに、逆止弁が付設されていない第1孔部が設けられ、前記第1振動板および前記第2振動板の少なくとも一方には、前記軸線の延在方向に沿って見た場合に前記第1孔部に重ならない位置に配置されるとともに、逆止弁が付設された第2 孔部が設けられ、前記第1 振動板および前記第2 振動板の少なくとも一方には、前記軸線を中心としつつ当該軸線の延在方向に沿って見た場合に前記第2孔部が設けられた領域よりも外側の領域に配置されるとともに、逆止弁が付設されていない第3孔部がさらに設けられている、流体ポンプの事例が示されている In Patent Document 4, a first diaphragm, a second diaphragm facing the first diaphragm, a peripheral wall portion connecting the peripheral edge portion of the first diaphragm and the peripheral edge portion of the second diaphragm, and the A pump chamber positioned between the first diaphragm and the second diaphragm and defined by the first diaphragm, the second diaphragm and the peripheral wall portion, and bending the first diaphragm and the second diaphragm a driving body that vibrates to cause pressure fluctuations in the pump chamber, and the first diaphragm has an axis perpendicular to the central portion of the first diaphragm and the central portion of the second diaphragm. A first hole is provided at a position that overlaps with the axis when viewed along the extending direction, and is not provided with a check valve. On one side, a second hole is arranged at a position not overlapping with the first hole when viewed along the extending direction of the axis, and is provided with a check valve. At least one of the diaphragm and the second diaphragm is arranged in an area outside the area in which the second hole is provided when viewed along the extending direction of the axis centered on the axis. and further provided with a third hole not provided with a check valve.

特許文献4に示される事例は、従来例に比して流量の増大を図ることができる構造として提案されているが、この事例に関しても高い吐出圧が得られる原理構造は記述されておらず、非圧縮性流体を大流量で且つ高圧で送出することが必要なアプリケーションを前提とした薄型の携帯端末へ搭載することができないという問題があった。 The example shown in Patent Document 4 has been proposed as a structure capable of increasing the flow rate compared to the conventional example, but this example also does not describe the principle structure for obtaining a high discharge pressure. There was a problem that it could not be installed in a thin portable terminal for applications that require incompressible fluid to be delivered at a large flow rate and at a high pressure.

特許文献5では、 流体を収容するためのキャビティを画定する実質的に円筒状の形状を有し、前記キャビティが両端において実質的に円形の端壁により閉じられた側壁により形成され、前記端壁のうちの少なくとも一方は駆動される端壁であり、前記駆動される端壁が中央部と、該駆動される端壁の中央部から半径方向外側に向かって延びる周縁部とを有するポンプ本体と、 前記駆動される端壁の前記中央部に動作的に関連されて、該駆動される端壁の振動運動を生じさせ、これにより、使用時において前記駆動される端壁の該端壁に実質的に垂直な方向の変位振動を、前記駆動される端壁の中心と前記側壁との間に環状のノードを伴って発生させるアクチュエータと、 前記駆動される端壁の前記周縁部と動作的に関連されて、前記変位振動の減衰を減少させるアイソレータと、 前記キャビティにおける前記環状のノードの位置以外の何れかの位置に配設されると共に、前記ポンプ本体を経て延在する第1 開口と、 前記ポンプ本体における前記第1 開口の位置以外の何れかの位置に配設されると共に、前記ポンプ本体を経て延在する第2 開口と、 前記第1 開口及び前記第2 開口のうちの少なくとも一方に配設されるバルブと、を有し、使用時に、前記変位振動が前記ポンプ本体の前記キャビティ内に前記流体の対応する半径方向の圧力振動を発生して、前記第1 及び第2 開口を経る流体の流れを生じさせるポンプ、の事例が示されている。 In U.S. Pat. No. 5,400,000, a substantially cylindrical shape defining a cavity for containing a fluid, said cavity being formed by side walls closed at both ends by substantially circular end walls, said end walls a pump body at least one of which is a driven end wall, said driven end wall having a central portion and a peripheral edge portion extending radially outwardly from said driven end wall central portion; , operatively associated with said central portion of said driven end wall for producing an oscillatory motion of said driven end wall, whereby in use said end wall of said driven end wall substantially an actuator for generating displacement vibrations in a substantially perpendicular direction with an annular node between the center of the driven end wall and the side wall; Associated therewith is an isolator for reducing damping of said displacement oscillations; and a first opening disposed at any location in said cavity other than at said annular node location and extending through said pump body; a second opening disposed in the pump body at any position other than the position of the first opening and extending through the pump body; and at least one of the first opening and the second opening. wherein, in use, said displacement oscillations produce corresponding radial pressure oscillations of said fluid within said cavity of said pump body to open said first and second openings. An example is shown of a pump that causes fluid flow through.

特許文献5に示される事例では、垂直方向に振動するアクチュエータによって円筒形キャビティの半径方向に音響定在波を形成し、これによって円筒形キャビティ中心付近に大振幅圧力振動を発生させている。特許文献3,及び特許文献4に比べて圧縮性流体を高圧に送出する原理構成として優れた提案である。しかしながら、この構成に基づいてより小型のブロアを製作しようとすると以下の問題があった。1つ目は小型のブロアを製作するためにキャビティ径を小さく設計した場合、キャビティ径が小さくなることによる共振周波数の増大で、差圧により従動する原理で構成されたバルブ(一方向弁)の揺動が共振周波数に追い付かなくなり、一方向弁としての機能が得られなくなる可能性があること。小型化しても大流量で且つ高圧であるという両方を要求するようなアプリケーションに対して、十分に満足するものではない。 In the case shown in U.S. Pat. No. 5,400,000, a vertically vibrating actuator creates an acoustic standing wave in the radial direction of a cylindrical cavity, thereby generating large amplitude pressure oscillations near the center of the cylindrical cavity. Compared to Patent Documents 3 and 4, this proposal is excellent as a principle configuration for delivering a compressible fluid to a high pressure. However, when attempting to manufacture a smaller blower based on this configuration, there are the following problems. The first is that when the cavity diameter is designed to be small in order to manufacture a compact blower, the resonance frequency increases due to the smaller cavity diameter, resulting in a valve (one-way valve) configured on the principle of being driven by differential pressure. There is a possibility that the oscillation will not catch up with the resonance frequency, and the function as a one-way valve will not be obtained. Even if it is miniaturized, it is not fully satisfactory for applications that require both a large flow rate and a high pressure.

特許第3035854号公報Japanese Patent No. 3035854 特許第5003700号公報Japanese Patent No. 5003700 特許第4873014号公報Japanese Patent No. 4873014 特許第6769568号公報Japanese Patent No. 6769568 特表2012-528980公報Special table 2012-528980 publication

上記の流体ポンプないしはブロアによれば、アクチュエータとして圧電素子を使用して高周波領域で駆動し、簡素な構成で流体を送出する機能を実現しており、小型電子機器へ適合することができる技術提案であることは確かである。しかしながら、携帯端末に代表されるような、より薄型の小型電子機器に内蔵して大流量且つ高圧であることを求めるアプリケーションに適用するには、これらの提案はそれを満足するものではない。例えばカフを加圧して血圧を測定する機能を携帯端末や時計型携帯機器に内蔵したい場合や、同様に花粉や大気汚染物質を吸引し検出あるいはカウントしたりする機能を、携帯端末や時計型携帯機器に内蔵する場合、さらには医療機器の一つである、傷口患部を吸引して肉芽形成効果を高める携帯可能な陰圧治療器に適用したい場合等では、ブロアデバイスの薄型化とともに、大流量且つ高圧であることが必須条件となる。 According to the above-mentioned fluid pump or blower, a piezoelectric element is used as an actuator to drive in a high frequency range, and the function of delivering fluid is realized with a simple configuration, which is a technical proposal that can be applied to small electronic devices. It is certain that However, these proposals are not satisfactory for applications that require a large flow rate and a high pressure by being incorporated in a thinner compact electronic device such as a portable terminal. For example, if you want to incorporate a function to pressurize the cuff and measure blood pressure in a mobile terminal or watch-type mobile device, or a similar function to suck pollen or air pollutants and detect or count them, When it is built into equipment, and when it is desired to apply it to a portable negative pressure treatment device, which is one of the medical devices, which suctions the affected part of the wound to enhance the granulation effect, the blower device can be made thinner and the flow rate can be increased. Moreover, a high pressure is an essential condition.

本発明は携帯端末に代表される今後の社会生活において継続的な需要が見込まれると考えられる、より薄型・小型の電子機器に内蔵することを目的として、薄型化が可能な圧電ブロアデバイスの具体的な構成を提案することである。 The present invention is a specific piezoelectric blower device that can be made thinner for the purpose of being incorporated in thinner and smaller electronic equipment, which is expected to continue to be in demand in future social life represented by mobile terminals. It is to propose a typical configuration.

本発明に係る圧電ブロアは、圧電素子によって変位振動する厚さ100μm以下の円形ダイヤフラムの中心内部にダイヤフラムの変位振動に伴いアクティブに動作する一方向弁機構を内蔵し、ダイヤフラムを含んで構成された円筒状キャビティ内に生じる流体の半径方向振動(縦波)によって生成される圧力定在波の最大・最小値となる位置に一方向弁機構の中心軸を一致させる。また一方向弁機構の流体出口側となるダイヤフラム面に貼り付けられた圧電素子は円筒形であり且つ中心部に流体導通穴を有した形状であり、一方向弁機構と同様圧力定在波の最大・最小値となる位置に流体導通穴の中心軸を一致させる。円筒形キャビティ内で生成される圧力定在波はダイヤフラムに内蔵された一方向弁によって変位振動に同期して選択的に開閉が切り替えられ、円筒形キャビティ内の高圧位相の流体は圧電素子の中心に形成された流体導通穴を通って外部に送出されることとなる。ダイヤフラムは円形縁部が接合固定されて振動し、薄型化したダイヤフラムに貼り付けられた圧電素子への電圧印可で生じる屈曲変位によって外部への流体送出を誘引する。これらの構造を薄い領域で形成するために、一方向弁機能を有するダイヤフラムは金属箔材を3層で拡散接合して製作される。また円筒形キャビティ及び吸入流路となる部分も同様に金属箔材による拡散接合によって一体的に形成される。またダイヤフラムの表面には絶縁層と導電層が形成されワイヤーボンディングで圧電素子と電気的な接続が行なわれるとともに、同様にダイヤフラム表面に別途流路基板と接続する流体経路が形成される。 A piezoelectric blower according to the present invention comprises a circular diaphragm with a thickness of 100 μm or less that is displaced and vibrated by a piezoelectric element, and a one-way valve mechanism that actively operates in accordance with the displacement and vibration of the diaphragm. The central axis of the one-way valve mechanism is aligned with the maximum and minimum values of standing pressure waves generated by radial vibrations (longitudinal waves) of the fluid in the cylindrical cavity. The piezoelectric element attached to the diaphragm surface, which is the fluid outlet side of the one-way valve mechanism, is cylindrical and has a fluid communication hole in the center. Align the central axis of the fluid conduction hole with the position where the maximum and minimum values are obtained. The pressure standing wave generated in the cylindrical cavity is selectively opened and closed in synchronization with the displacement vibration by a one-way valve built into the diaphragm, and the high-pressure phase fluid in the cylindrical cavity is at the center of the piezoelectric element. It will be delivered to the outside through the fluid conduction hole formed in the . The diaphragm vibrates with its circular edge fixed by bonding, and induces the delivery of fluid to the outside by bending displacement caused by voltage application to the piezoelectric element attached to the thinned diaphragm. In order to form these structures in thin areas, diaphragms with one-way valve function are fabricated by diffusion bonding three layers of metal foil material. Also, the cylindrical cavity and the suction channel are integrally formed by diffusion bonding of metal foil material. An insulating layer and a conductive layer are formed on the surface of the diaphragm and are electrically connected to the piezoelectric element by wire bonding.

本発明においては、サイズダウンに伴う駆動周波数増加に対する一方向弁の追従性を維持できるため、携帯端末に代表される、薄型・小型の電子機器に内蔵して大流量で且つ高圧が必要な種々のアプリケーションに対応することができる。 In the present invention, since the followability of the one-way valve to the increase in drive frequency accompanying size reduction can be maintained, it can be incorporated in thin and small electronic devices, such as mobile terminals, for various applications requiring large flow rates and high pressures. applications.

また、また金属箔材の拡散接合によって本体を形成することで、従来例に比べて圧電ブロアデバイスの厚さを極めて薄くすることができるため、実装における自由度が高くなる。 Moreover, by forming the main body by diffusion bonding of metal foil materials, the thickness of the piezoelectric blower device can be made extremely thinner compared to the conventional example, so that the degree of freedom in mounting is increased.

図1は、本発明に係る圧電ブロアデバイスの典型的な製品形状を示す外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view showing a typical product shape of a piezoelectric blower device 1 according to the present invention. 図2Aは、本発明に係る圧電ブロアデバイスの正面図である。FIG. 2A is a front view of a piezoelectric blower device 1 according to the invention. 図2Bは、本発明に係る圧電ブロアデバイスの矢視A方向から見た模式断面図である。FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the piezoelectric blower device 1 according to the present invention as viewed in the direction of arrow A. FIG. 図2Cは、本発明に係る圧電ブロアデバイスの矢視B方向から見た模式断面図である。FIG. 2C is a schematic cross-sectional view of the piezoelectric blower device 1 according to the present invention as seen from the arrow B direction. 図3は、本発明に係る圧電ブロアデバイス内に配置される一方向弁周辺を拡大した模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view enlarging the periphery of the one-way valve arranged in the piezoelectric blower device 1 according to the present invention. 図4は、本発明に係る圧電ブロアデバイスの分解構成斜視図である。一部を拡大した図として、分解構成斜視図に示された第1弁穴層14Aの複数の弁穴14A-1の形状を示す。FIG. 4 is an exploded perspective view of the piezoelectric blower device 1 according to the present invention. A partially enlarged view shows the shape of the plurality of valve holes 14A-1 of the first valve hole layer 14A shown in the exploded perspective view. 図5Aは、一方向弁が閉動したことを説明する模式断面図である。FIG. 5A is a schematic cross-sectional view explaining that the one-way valve has closed. 図5Bは、一方向弁が開動したことを説明する模式断面図である。FIG. 5B is a schematic cross-sectional view explaining that the one-way valve has been opened. 図6は、拡散接合の原理を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the principle of diffusion bonding. 図7は、拡散接合原理使って積層接合したダイヤフラム14の厚さ構成例を示している。FIG. 7 shows an example of the thickness configuration of the diaphragm 14 laminated and bonded using the principle of diffusion bonding. 図8は、本発明に係る圧電ブロアデバイスの好適な実装方法を示した斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a preferred method of mounting the piezoelectric blower device 1 according to the present invention.

図1は本発明に係る圧電ブロアデバイスの典型的な外観形状を示す斜視図である。金属箔材を金属拡散接合法によって多層化接合した略四角形状のブロア本体10の不図示のダイヤフラム面14に、中心部に流体導通穴31を有した円形の圧電素子30が貼り付けられている。略四角状のブロア本体10に接合され、ダイヤフラム14としては変位振動しない対角領域に、圧電素子30を駆動するための2つの電圧印可用ランド41,42が設けられている。そのうちの1つはGND用ランド41であり、圧電素子30下面に形成された不図示の-電極面30Bと導電性を持つ金属材料で構成された略四角状のブロア本体10に電気的に導通されている。他方はSIG用ランド42であり、絶縁層20上にAuメッキやAgをパターン印刷するなどによってSIG用ランド42は形成され、圧電素子30の+電極面30AとSIG用ランド42はAuないしはAl/Si材質の細いボンディングワイヤ50で電気的に接続されている。また、略四角状のブロア本体10に接合され、ダイヤフラム14としては変位振動しない領域で且つ2つの電圧印可用ランド41及び42が形成されていない領域、には流体を吸入しブロア本体内に導入するINLET穴60が形成される。本実施例のようにブロア機能に影響しない領域には貫通孔70を予め形成しておき、製品内に組み込む時に位置決め穴として使用しても良い。
不図示の電源装置を2つの電圧印可用ランド41及び42に接続して交流電圧を印可することで圧電素子30は圧縮・伸長を繰り返し、後述する原理にて流体を加圧・整流・送出し、圧電素子30の中心に穿たれた流体導通穴31をOUTLETとして矢印方向に吐出が行われる。
FIG. 1 is a perspective view showing a typical external shape of a piezoelectric blower device 1 according to the present invention. A circular piezoelectric element 30 having a fluid conducting hole 31 in the center is attached to a diaphragm surface 14 (not shown) of a substantially rectangular blower body 10 formed by joining multiple layers of metal foil materials by a metal diffusion bonding method. . Two voltage-applying lands 41 and 42 for driving the piezoelectric element 30 are provided in a diagonal region which is joined to the substantially rectangular blower body 10 and does not vibrate as the diaphragm 14 . One of them is a GND land 41, which is electrically connected to an electrode surface 30B (not shown) formed on the lower surface of the piezoelectric element 30 and the substantially rectangular blower body 10 made of a conductive metal material. It is The other is the SIG land 42. The SIG land 42 is formed on the insulating layer 20 by Au plating or Ag pattern printing. They are electrically connected by a thin bonding wire 50 made of Si material. In addition, fluid is sucked into the area where the diaphragm 14 is joined to the substantially rectangular blower body 10 and does not vibrate due to displacement and where the two voltage application lands 41 and 42 are not formed, and is introduced into the blower body. An INLET hole 60 is formed. A through-hole 70 may be formed in advance in a region that does not affect the blower function as in this embodiment, and used as a positioning hole when incorporating into a product.
By connecting a power supply device (not shown) to the two voltage application lands 41 and 42 and applying an AC voltage, the piezoelectric element 30 repeats compression and expansion, and pressurizes, rectifies, and delivers the fluid according to the principle described later. , the liquid is discharged in the direction of the arrow with the fluid conducting hole 31 drilled in the center of the piezoelectric element 30 as the OUTLET.

図2A,図2B,図2C,及び図3は、本発明に係る圧電ブロアデバイスの模式断面図を示しており、特に図3では一方向弁の詳細な構造を示している。また本発明の構成をよく理解するために、図4に本発明に係る典型的な圧電ブロアデバイスの分解構成斜視図を示している。
図2Bまたは図2Cは図2Aに矢視した方向から見たそれぞれの断面図を示している。略四角状のブロア本体10は図2Bまたは図2Cに示す通り断面方向から見ると、ダイヤフラム層14・キャビティ層13・ノード層12・流路層11の大きく4つのブロックで構成されている。これらの4つの層は金属箔材を後述する金属拡散接合法によって接合され一体化している。キャビティ層13の下に配置されたノード層12には2つのノード穴12Aが形成されており、INLET穴60から流路溝11Aを通り流路が接続され、さらにキャビティ13Aに流体経路が連結されている。
ダイヤフラム層14はさらに、薄い3つの層によって構成されている。図3の図中下から弁穴層14A、フラップ弁層14B、弁揺動空間層14C、となっており、同様に金属拡散接合法によってフラップ弁層14Bの一部であるフラップ弁14B―1以外はすべて一体化している。
弁穴層14Aは扇状の4つの弁穴14A-1を有した層として形成されている。フラップ弁14B-1は弁穴層14Aの扇状の4つの弁穴14A-1とは重ならない中心位置に貫通孔14B-2が形成されている。後述する2つの動作モードによってフラップ弁14B-1は弁揺動空間14D―1の間で強制的に揺動し、一方向弁としての機能を発現する。金属箔材の積層接合により、一方向弁機構を内蔵しつつ薄いダイヤフラム14としてバルク材料に近い組織構成となっている。
2A, 2B, 2C, and 3 show schematic cross-sectional views of the piezoelectric blower device 1 according to the present invention, and in particular, FIG. 3 shows the detailed structure of the one-way valve. Also, to better understand the construction of the present invention, FIG. 4 shows an exploded perspective view of a typical piezoelectric blower device 1 according to the present invention.
2B or 2C show respective cross-sectional views as seen from the direction of the arrow in FIG. 2A. 2B or 2C, the substantially rectangular blower body 10 is composed of four major blocks: a diaphragm layer 14, a cavity layer 13, a node layer 12, and a flow path layer 11, when viewed from the cross-sectional direction. These four layers are integrated by bonding metal foil materials by a metal diffusion bonding method, which will be described later. Two node holes 12A are formed in the node layer 12 arranged below the cavity layer 13, the flow path is connected from the INLET hole 60 through the flow groove 11A, and the fluid path is connected to the cavity 13A. ing.
Diaphragm layer 14 is further composed of three thin layers. From the bottom in FIG. 3, the valve hole layer 14A, the flap valve layer 14B, and the valve swinging space layer 14C are formed. Everything else is integrated.
The valve hole layer 14A is formed as a layer having four fan-shaped valve holes 14A-1. The flap valve 14B-1 has a through-hole 14B-2 formed at a central position that does not overlap with the four fan-shaped valve holes 14A-1 of the valve hole layer 14A. The flap valve 14B-1 is forcibly swung between the valve swinging spaces 14D-1 by two operation modes, which will be described later, and functions as a one-way valve. By laminating and joining the metal foil materials, the thin diaphragm 14 has a structure close to that of a bulk material while incorporating a one-way valve mechanism.

汎用的で且つ安価に中空構造体を形成可能な技術として、金属拡散接合法は大きな特徴を持つ。MEMS(Micro Electoro Mechanical System)の技術領域においては、小型化を目的として微細な構造体と電子回路を、半導体シリコン材料を基に製造することが良く知られている。微細な構造体が高周波で動作する場合、必ずしも半導体シリコン材料が適するとは限らない。材料の機械的特性において、例えばSUS304と単結晶シリコンの曲げ強さを比較するとSUS304の方が3倍程度高い。またSUS304の方が延性も高いのでクラックが起きにくいなどのメリットがある。高周波で繰り返し弾性変形する動作が行われるようなデバイスでは、割れなどの破壊を回避するために、微細な加工が可能な範囲においては、金属材料を選択することが商業的には望ましいことは想像しやすいであろう。
圧電素子30はダイヤフラム14の表面に接着固定されている。接着剤80は導電性を有しない熱硬化性エポキシ樹脂接着剤等が選定される。圧電素子30の下面電極30Bは表面粗さがあり、微視的には加圧接着した時にダイヤフラム14表面と電気的に接続が保たれる。一方圧電素子30の上面電極30Aは、前述のボンディングワイヤ50によってSIG用ランド42と電気的に接続が保たれている。
The metal diffusion bonding method has a great feature as a general-purpose and low-cost technique for forming a hollow structure. In the technical field of MEMS (Micro Electro Mechanical System), it is well known to manufacture fine structures and electronic circuits based on semiconductor silicon materials for the purpose of miniaturization. Semiconductor silicon materials are not always suitable when fine structures operate at high frequencies. In terms of the mechanical properties of the material, for example, when comparing the bending strength of SUS304 and single crystal silicon, SUS304 is about three times higher. In addition, SUS304 has higher ductility and thus has the advantage of being less likely to crack. It is conceivable that it is commercially desirable to select metal materials within the range where fine processing is possible in order to avoid damage such as cracks in devices that repeatedly elastically deform at high frequencies. would be easy.
The piezoelectric element 30 is adhesively fixed to the surface of the diaphragm 14 . A non-conductive thermosetting epoxy resin adhesive or the like is selected for the adhesive 80 . The lower surface electrode 30B of the piezoelectric element 30 has surface roughness, and microscopically maintains electrical connection with the surface of the diaphragm 14 when pressure-bonded. On the other hand, the upper electrode 30A of the piezoelectric element 30 is electrically connected to the SIG land 42 by the bonding wire 50 described above.

図5A及び図5Bは、ダイヤフラム14の変位振動によって一方向弁が開動・閉動したことを説明する模式断面図である。図5Aでは、圧電素子30の上面電極32に―電位が印可されて圧電素子30が径方向に伸長し、接着剤80により拘束されたダイヤフラム14との間で歪変形が起こり、ダイヤフラム14が図中上方向に変位した場合を示している。図5Bでは、圧電素子30の上面電極32に+電位が印可されて圧電素子30が径方向に圧縮し、接着剤80により拘束されたダイヤフラム14との間で歪変形が起こり、ダイヤフラム14が図中下方向に変位した場合を示している。この時ダイヤフラム14内に内蔵されたフラップ弁14B-1は、相対的にダイヤフラム14の変位方向とは逆方向に強制的に揺動することになる。図5Aのようにダイヤフラム14が上方向に変位した時にはフラップ弁14B-1は弁揺動空間層側14C―1に揺動して第1弁穴層14Aに係止し、外部への流体送出が不可の状態となる。ダイヤフラム14が下方向に変位した時には図5Bのようにフラップ弁14B-1は弁揺動空間14D―1側に揺動して圧電素子30に係止し、外部への流体送出が可の状態となる。 5A and 5B are schematic cross-sectional views explaining that the one-way valve is opened and closed by the displacement vibration of the diaphragm 14. FIG. In FIG. 5A, an electric potential is applied to the upper electrode 32 of the piezoelectric element 30, the piezoelectric element 30 expands in the radial direction, strain deformation occurs between it and the diaphragm 14 restrained by the adhesive 80, and the diaphragm 14 is shown in FIG. A case of displacement in the middle-up direction is shown. In FIG. 5B, a positive potential is applied to the upper surface electrode 32 of the piezoelectric element 30, the piezoelectric element 30 is compressed in the radial direction, strain deformation occurs between the diaphragm 14 restrained by the adhesive 80, and the diaphragm 14 is shown in FIG. A case of displacement in the middle-down direction is shown. At this time, the flap valve 14B-1 built in the diaphragm 14 is forcibly swung in a direction opposite to the displacement direction of the diaphragm 14 relatively. When the diaphragm 14 is displaced upward as shown in FIG. 5A, the flap valve 14B-1 swings toward the valve swinging space layer side 14C-1 and locks in the first valve hole layer 14A, thereby delivering fluid to the outside. becomes impossible. When the diaphragm 14 is displaced downward, as shown in FIG. 5B, the flap valve 14B-1 swings toward the valve swinging space 14D-1 and is engaged with the piezoelectric element 30, thereby allowing the fluid to be delivered to the outside. becomes.

フラップ弁14B-1は10μm以下の極薄い金属箔材からなり、フラップ弁層14Bの一部として形成されている。金属の圧延加工は年々発展しており、圧延によって表面粗さが小さく数μm厚の均一な箔材を製作することが可能である。本発明に係る圧電ブロアデバイス1の構造を前提としてサイズダウンを試みていく場合にはダイヤフラム14の駆動周波数が高くなるため、フラップ弁14B―1の追従性を考慮するとより薄い材料を選択する必要性があることが予想される。
フラップ弁14B-1は弁穴層14Aと弁揺動空間層14Cの間に金属拡散接合で固定されているため、金属材料の弾性力によって貫通孔14B―2を含む周辺部が揺動可能となっている。圧力差によって弁体が従動的に開閉する従来例の構成よりも、ダイヤフラム14の変位振動によって強制的にフラップ弁14B―1を揺動させる方が高周波数駆動への適用性は高い。
The flap valve 14B-1 is made of an extremely thin metal foil material of 10 μm or less and formed as a part of the flap valve layer 14B. Rolling of metals has been developed year by year, and it is possible to produce foil materials with a small surface roughness and a uniform thickness of several μm by rolling. When trying to reduce the size of the piezoelectric blower device 1 according to the present invention, the driving frequency of the diaphragm 14 will be higher, so considering the followability of the flap valve 14B-1, it is necessary to select a thinner material. It is expected that there will be
Since the flap valve 14B-1 is fixed between the valve hole layer 14A and the valve swinging space layer 14C by metal diffusion bonding, the elastic force of the metal material allows the peripheral portion including the through hole 14B-2 to swing. It's becoming Forcibly swinging the flap valve 14B-1 by the displacement vibration of the diaphragm 14 is more applicable to high-frequency driving than the conventional configuration in which the valve body is passively opened and closed by the pressure difference.

図6は、本発明に係る圧電ブロアデバイスを製作する元となる金属拡散接合の原理を示す模式図である。図は「Q&A 拡散接合」1993年 産報出版刊 著者: 大橋修 からの出典である。JISでは、拡散接合を「母材を密着させ、母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する方法」と定義している。拡散接合は接合部の完全化(表面被膜の除去、接合面の密着)であり、金属原子の拡散を利用する接合機構に由来し、摩擦圧接・鍛接・熱間圧接・冷間圧接などの方法とは異なる。
清浄な金属同士が原子レベルで接近すると、溶融しなくても常温で容易に原子的な接合部が形成されることはよく知られている。商業的にこの現象を使って金属同士を接合するために表面粗さの小さい金属材料同士を重ねて真空中で加熱・加圧し接合する方法を汎用的には用いる。ある温度まで加熱すると金属材料表面の酸化被膜は拡散によって消失し金属原子が露出する。また加圧によって金属結晶のクリープは起こり、金属同士の接合面では距離が縮まり原子拡散が進んでいき、接合は完了する。
図6の(A)は加熱前の酸化被膜で覆われた金属面を示している。
図6の(B)は酸化被膜が消失し凹凸が塑性変形し始めた過程を示している。
図6の(C)はクリープ変形する過程を示している。
図6の(D)は拡散で空隙が消失する過程を示している。
拡散接合法のメリットはいくつか挙げられるが、1)接合完了後、接合面はなくなり、バルクに近い組織になること。2)中空構造体が形成できること。3)金属種において接合材料の選択自由度が高いこと。4)表面粗さの小さい且つ薄い圧延材を選択して微細構造体を作りやすいこと。などが特筆すべき項目として挙げられる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the principle of metal diffusion bonding, which is the basis for manufacturing the piezoelectric blower device 1 according to the present invention. The figure is taken from "Q&A Diffusion Bonding" 1993, published by Sanpo Publishing, author: Osamu Ohashi. According to JIS, diffusion bonding is defined as "a method of joining base materials in close contact with each other, applying pressure to the extent that plastic deformation is minimized at a temperature below the melting point of the base materials, and utilizing the diffusion of atoms occurring on the bonding surfaces." defined as Diffusion bonding is the perfection of the joint (removal of the surface film, adhesion of the joint surface), and is derived from a joining mechanism that uses the diffusion of metal atoms. different from
It is well known that when clean metals come close to each other at the atomic level, atomic joints are easily formed at room temperature without melting. Commercially, in order to join metals using this phenomenon, a method of stacking metal materials with small surface roughness and joining them by heating and pressing in a vacuum is generally used. When heated to a certain temperature, the oxide film on the surface of the metal material disappears due to diffusion, exposing the metal atoms. Also, the pressure causes the metal crystals to creep, and the distance between the metal-to-metal joint surfaces is reduced and atomic diffusion progresses, completing the joint.
FIG. 6A shows a metal surface covered with an oxide film before heating.
FIG. 6B shows the process in which the oxide film disappears and the irregularities begin to undergo plastic deformation.
FIG. 6C shows the process of creep deformation.
(D) of FIG. 6 shows a process in which voids disappear due to diffusion.
There are several merits of diffusion bonding. 2) the ability to form hollow structures; 3) A high degree of freedom in selecting bonding materials for metal species. 4) It is easy to select a thin rolled material with small surface roughness to form a fine structure. etc. are worth mentioning.

図7は、拡散接合原理使って積層接合したダイヤフラム14の厚さ構成例を示している。前述した通り、ダイヤフラム14は一方向弁機構を内蔵したものであるため、機能を満足する形状に予めエッチングや微細プレスにて加工された複数の金属箔材を重ねて接合される。フラップ弁14B-1部は外部からの加圧がないため、拡散接合実施後も弁穴層14A及び弁揺動空間層14C―1の間で揺動可能なように維持される。例えば金属材料としてSUS304を選択した場合、比較的入手がし易く且つ表面粗さが小さいものが安価に入手できる。厚さは概ね、t5μm~t1000μmの範囲にあり、ダイヤフラムを構成する各層の厚さを例えば以下のようにすることができる。
弁穴層14A:t30μm
フラップ弁層14B:t5μm
弁揺動空間層14C:t30μm
この例では拡散接合後のダイヤフラム層14厚はt65μmとなり、ダイヤフラム14の変位を最大化する方向に厚さを調整することができる。各層の厚さはこれに限定されることはなく、デバイス設計の目的に応じて種々の厚さが選択される。
FIG. 7 shows an example of the thickness configuration of the diaphragm 14 laminated and bonded using the principle of diffusion bonding. As described above, since the diaphragm 14 incorporates a one-way valve mechanism, a plurality of metal foil materials previously processed by etching or fine pressing into a shape that satisfies the function are overlapped and joined. Since the flap valve 14B-1 portion is not pressurized from the outside, it is maintained so as to be able to swing between the valve hole layer 14A and the valve swinging space layer 14C-1 even after diffusion bonding is performed. For example, if SUS304 is selected as the metal material, it is relatively easy to obtain and can be obtained at low cost with a small surface roughness. The thickness is generally in the range of t5 μm to t1000 μm, and the thickness of each layer constituting the diaphragm can be set as follows, for example.
Valve hole layer 14A: t30 μm
Flap valve layer 14B: t5 μm
Valve oscillation space layer 14C: t30 μm
In this example, the thickness of the diaphragm layer 14 after diffusion bonding is t65 μm, and the thickness can be adjusted to maximize the displacement of the diaphragm 14 . The thickness of each layer is not limited to this, and various thicknesses are selected according to the purpose of device design.

図8は、本発明に係る圧電ブロアデバイスの実装方法を示した模式斜視図である。本発明の主目的は携帯端末に代表される薄型の小型電子機器への搭載であるため、圧電ブロアデバイスの実装方法についても薄型化への考慮がされていなければならない。前述の図1で示したように、略四角状のブロア本体10には流体導通穴31が穿たれた圧電素子30と、INLET穴60と、圧電素子30を駆動するための2つの電圧印可用ランド41及び42が同一ダイヤフラム14表面に設けられている。
ここで、内部に流体流路を持ち、表面には電子回路を形成したような流路基板を圧電ブロアデバイスとは別に用意し、本発明の圧電ブロアデバイスを、間座を介して実装することで低ハイト流体モジュールとして成立させることができる。間座は例えば接着性を有する熱硬化性接着シートなどが選定される。圧電ブロアデバイスに形成された流体導通穴31及びINLET穴60は流路基板内部に形成された流路に穴周囲をリークしないよう接着され、流体経路として接続される。また圧電素子30駆動用の2つの電圧印可用ランド41及び42は、導電性ペースト5や金属マイクロスプリング等で流路基板表面に形成された電気的配線パターンに接続される。流路基板内に内蔵された流路を前述した金属拡散接合で製作し、その上下に配線パターン化されたフィルム基板を貼り合わせた構成が薄型化と強度面が両立して小型電子機器への搭載には好ましいと考えられる。
フィルム基板は多層基板でもよく、本発明に係る圧電ブロアデバイスのみを実装するのではなく、高密度配線により例えば圧力センサーダイ3Aや抵抗チップ3B、コンデンサーチップ3C、アンプ回路3D、コネクタ3E、システムLSI3Fなども同時にフィルム基板上に実装して、低ハイト流体モジュールとして形成可能となる。
図に示すように、内部構造は異なるが、本発明に係る圧電ブロアデバイスと同様の製造方法で製作した圧電バルブデバイスも実装した構成とすれば、小型・薄型のカフ加圧型の血圧計モジュールとして、携帯端末に代表される小型電子機器、特に腕時計型の情報端末への実装が容易となる。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing a mounting method of the piezoelectric blower device 1 according to the present invention. Since the main purpose of the present invention is to mount the piezoelectric blower device 1 on a small, thin electronic device represented by a portable terminal, consideration must also be given to thinning the mounting method of the piezoelectric blower device 1 . As shown in FIG. 1, the substantially rectangular blower body 10 has a piezoelectric element 30 having a fluid conduction hole 31, an INLET hole 60, and two voltage application terminals for driving the piezoelectric element 30. Lands 41 and 42 are provided on the same diaphragm 14 surface.
Separately from the piezoelectric blower device 1 , a flow path substrate 3 having a fluid flow path inside and an electronic circuit formed on the surface is prepared. The low-height fluid module 0 can be established by mounting the modules in the same manner. The spacer 4 is selected from, for example, a thermosetting adhesive sheet having adhesiveness. The fluid conducting hole 31 and the INLET hole 60 formed in the piezoelectric blower device 1 are adhered to the flow path formed inside the flow path substrate 3 so as not to leak around the hole, and are connected as a fluid path. Two voltage-applying lands 41 and 42 for driving the piezoelectric element 30 are connected to an electrical wiring pattern formed on the surface of the channel substrate 3 with conductive paste 5, metal microsprings, or the like. The flow path built in the flow path substrate 3 is manufactured by the above-mentioned metal diffusion bonding, and the structure in which the film substrates with wiring patterns are bonded to the upper and lower sides of the metal diffusion bonding makes it possible to achieve both thinness and strength for a small electronic device. It is considered preferable to install the
The film substrate may be a multi-layer substrate, and not only the piezoelectric blower device 1 according to the present invention is mounted, but also a pressure sensor die 3A, a resistor chip 3B, a capacitor chip 3C, an amplifier circuit 3D, a connector 3E, and a system via high-density wiring. The LSI 3F and the like can also be mounted on the film substrate at the same time to form the low-height fluid module 0 .
As shown in the figure, although the internal structure is different, if a piezoelectric valve device 2 manufactured by the same manufacturing method as the piezoelectric blower device 1 according to the present invention is also mounted, a small and thin cuff pressure blood pressure monitor can be obtained. As a module, it can be easily mounted on a small electronic device represented by a portable terminal, especially a wristwatch type information terminal.

本発明により製作される圧電ブロアデバイスは、例えば情報機器分野では、血圧を測る機能や大気中のCO2濃度や粉塵濃度を測る機能を携帯端末に内蔵し、常時モニタリングするなどの産業上の利用が考えられる。
例えば医療用途ではモバイル性を重視した陰圧治療器、ドレナージ、加圧カフ、無呼吸症候群防止装置、呼吸補助器などで産業上の利用が考えられる。
例えば自動車分野では、前照灯内の結露対策、バックモニターカメラの水滴除去、居眠り防止、芳香剤蒸散などで産業上の利用が考えられる。
例えばパーソナルな分野では、ポケットファン、空冷装置内蔵ジャケットなどで産業上の利用が考えられる。
The piezoelectric blower device 1 manufactured according to the present invention can be used, for example, in the field of information equipment, by incorporating a function of measuring blood pressure and a function of measuring CO2 concentration and dust concentration in the atmosphere into a portable terminal, and for industrial applications such as constant monitoring. can be considered.
For example, in medical applications, industrial applications such as negative pressure treatment devices, drainage devices, pressurization cuffs, apnea syndrome prevention devices, and respiratory aids that emphasize mobility are conceivable.
For example, in the automotive field, industrial applications are conceivable, such as preventing condensation in headlights, removing water droplets from back monitor cameras, preventing falling asleep, and evaporating air fresheners.
For example, in the personal field, industrial applications such as pocket fans and jackets with a built-in air cooling device can be considered.

低ハイト流体モジュール
圧電ブロアデバイス
圧電バルブデバイス
流路基板
3A 圧力センサーダイ
3B 抵抗チップ
3C コンデンサーチップ
3D アンプ回路
3E コネクタ
3F システムLSI
間座
導電性ペースト(金属マイクロスプリング)
10 ブロア本体
11 流路層
11A 流路溝
12 ノード層
12A ノード穴
13 キャビティ層
13A キャビティ
14 ダイヤフラム
14A 弁穴層
14A-1 弁穴
14B フラップ弁層
14B―1 フラップ弁
14B―2 フラップ弁穴
14C 弁揺動空間層
14C-1 弁揺動空間
20 絶縁層
30 圧電素子
31 流体導通穴
30A 上面電極
30B 下面電極
41 GND用ランド
42 SIG用ランド
50 ボンディングワイヤ
60 INLET穴
70 貫通孔
80 接着剤
0 low height fluid module
1 piezoelectric blower device
2 piezoelectric valve device
3 channel substrate 3A pressure sensor die 3B resistor chip 3C capacitor chip 3D amplifier circuit 3E connector 3F system LSI
4 spacer
5 Conductive paste (metallic microspring)
10 blower body 11 flow path layer 11A flow groove 12 node layer 12A node hole 13 cavity layer 13A cavity 14 diaphragm 14A valve hole layer 14A-1 valve hole 14B flap valve layer 14B-1 flap valve 14B-2 flap valve hole 14C valve Swing space layer 14C-1 Valve swing space 20 Insulating layer 30 Piezoelectric element 31 Fluid conduction hole 30A Upper surface electrode 30B Lower surface electrode 41 GND land 42 SIG land 50 Bonding wire 60 INLET hole 70 Through hole 80 Adhesive

Claims (3)

圧電素子の振動によって反復可動する厚さ100μm以下で且つ3層で金属箔にて積層接合されたダイヤフラムの中心内部に、厚さ10μm以下のフラップ弁とフラップ弁の上に弁揺動空間を設け、ダイヤフラムの反復可動でフラップ弁を強制的に揺動させ流体の流れを整流し、ダイヤフラムの直下に形成された円形キャビティの中心とダイヤフラム内に内蔵したフラップ弁の可動中心と圧電素子の中心部に穿たれた穴を一致させ、圧電素子の中心部に穿たれた穴を通して一方向に外部に流体を送出するように構成した圧電ブロアであって、ダイヤフラム表面に絶縁層及び導電層を形成して圧電素子を駆動するための電気的接続用ランドを付設し、また同時にダイヤフラム表面に流体導入口を設けた構成であることを特徴とする薄型圧電ブロアデバイス。 A flap valve with a thickness of 10 μm or less and a valve swinging space above the flap valve are provided in the center of a diaphragm with a thickness of 100 μm or less, which is repeatedly moved by the vibration of the piezoelectric element and is laminated and bonded with three layers of metal foil. , The diaphragm is repeatedly moved to forcibly swing the flap valve to rectify the fluid flow, and the center of the circular cavity formed directly under the diaphragm, the movable center of the flap valve built in the diaphragm, and the center of the piezoelectric element A piezoelectric blower configured to send fluid to the outside in one direction through a hole drilled in the center of a piezoelectric element, and an insulating layer and a conductive layer are formed on the diaphragm surface. 1. A thin piezoelectric blower device, characterized in that it is provided with a land for electrical connection for driving a piezoelectric element, and at the same time, a fluid introduction port is provided on the surface of a diaphragm. 請求項1に示す薄型圧電ブロアデバイスで、フラップ弁を内蔵する厚さ100μm以下の積層ダイヤフラムは、複数(3層)の金属箔を積層し、金属拡散接合法によって一体的に製造することを特徴とする構成。 In the thin piezoelectric blower device shown in claim 1, the laminated diaphragm with a thickness of 100 μm or less containing the flap valve is integrally manufactured by laminating a plurality of (three layers) of metal foils and using a metal diffusion bonding method. configuration. 請求項1及び請求項2に示す薄型圧電ブロアデバイスで、ブロア本体を構成する円形キャビティ及び流体導入流路も同様に金属箔を積層し、金属拡散接合法によって一体的に製造することを特徴とする構成。 The thin piezoelectric blower device shown in claims 1 and 2 is characterized in that the circular cavity and the fluid introduction channel that constitute the blower body are also integrally manufactured by laminating metal foils and by the metal diffusion bonding method. configuration.
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