JP5593907B2 - Piezoelectric pump and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は片面に圧電体を貼り付けたダイヤフラムを用いた圧電ポンプ、及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric pump using a diaphragm in which a piezoelectric body is bonded on one side, and a method for manufacturing the same.

圧電ポンプは、周知のように、ダイヤフラムの片面に圧電体を接着した振動板の外周部をポンプ筐体に保持し、ポンプ筐体と振動板との間にポンプ室を構成したものである。ポンプ室には流入口と流出口とが接続され、圧電体に交番電圧を印加して振動板を屈曲変位させることにより、その屈曲変位により流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ流出口から流体を吐出するものである。   As is well known, a piezoelectric pump is configured such that the outer peripheral portion of a diaphragm having a piezoelectric member bonded to one side of a diaphragm is held by a pump casing, and a pump chamber is formed between the pump casing and the diaphragm. An inflow port and an outflow port are connected to the pump chamber, and an alternating voltage is applied to the piezoelectric body to bend and displace the diaphragm, whereby the bending displacement causes the fluid to be sucked from the inflow port into the pump chamber and from the outflow port to Is discharged.

この圧電ポンプの重要な性能の一つに、気体の吐出圧又は吸引圧がある。この吐出圧又は吸引圧はポンプ室の体積変化率に比例するので、振動板の変位量が同じ場合、吐出圧又は吸引圧を向上させるためには、吐出時又は吸引圧におけるポンプ室の容積をできるだけ小さくすることが望ましい。   One of the important performances of this piezoelectric pump is gas discharge pressure or suction pressure. Since this discharge pressure or suction pressure is proportional to the volume change rate of the pump chamber, in order to improve the discharge pressure or the suction pressure when the displacement amount of the diaphragm is the same, the volume of the pump chamber at the time of discharge or the suction pressure is reduced. It is desirable to make it as small as possible.

特許文献1には、ポンプ筐体の振動板と対向する面の形状を吐出時の振動板の撓み形状に倣う形状とし、吐出工程の際にポンプ室の容積をできるだけゼロに近づける構造の圧電ポンプが開示されている。図10は特許文献1に開示されたポンプ構造を示し、51はポンプ筐体、52は振動板、53はポンプ室、54は流入口、55は流入側逆止弁、56は流出口、57は流出側逆止弁である。ポンプ室53の底面は吐出時の振動板52の撓み形状に倣う形状とされている。振動板52に交番電圧を印加することにより、振動板52を屈曲変位させ、その屈曲変位により流入口54からポンプ室53へ流体を吸込み、かつ流出口56から流体を吐出することができる。図11の(a)は吸込み工程であり、(b)は吐出工程である。この場合には、吐出時と吸入時のポンプ室53の体積変化率が大きくなり、吐出圧を高めることができる。   Patent Document 1 discloses a piezoelectric pump having a structure in which the shape of the surface of the pump casing facing the diaphragm follows the flexure of the diaphragm during discharge, and the volume of the pump chamber is made as close to zero as possible during the discharge process. Is disclosed. FIG. 10 shows a pump structure disclosed in Patent Document 1, wherein 51 is a pump housing, 52 is a diaphragm, 53 is a pump chamber, 54 is an inlet, 55 is an inflow check valve, 56 is an outlet, 57. Is an outflow check valve. The bottom surface of the pump chamber 53 has a shape that follows the bending shape of the diaphragm 52 during discharge. By applying an alternating voltage to the diaphragm 52, the diaphragm 52 can be bent and displaced, and the bending displacement allows the fluid to be sucked into the pump chamber 53 and discharged from the outlet 56. (A) of FIG. 11 is a suction process, (b) is a discharge process. In this case, the volume change rate of the pump chamber 53 at the time of discharge and suction is increased, and the discharge pressure can be increased.

特許文献1では、振動板52の外周部をできるだけ拘束しないように、振動板の外周部とポンプ筐体51との間にOリングやガスケット等のシール部材58が配置されている。しかし、この構造では、振動板52が流体を吐出する際、吐出反力によってシール部材58が撓むため、吐出圧が低くなる可能性がある。一方、振動板の外周部をポンプ筐体に直接固定した構造の圧電ポンプでは、シール部材が介在しないため、吐出圧を高くすることは可能である。しかし、上述のようにポンプ筐体の振動板と対向する面を振動板の変位に倣った形状に加工することは、加工コストの上昇を招く。特に、構造の簡素化と薄型化とを目的として、薄いフィルムや薄板材を積み重ねた構造のポンプでは、振動板の変形に倣うような形状にポンプ室を作製することは、実際上困難である。   In Patent Document 1, a seal member 58 such as an O-ring or a gasket is disposed between the outer peripheral portion of the diaphragm and the pump casing 51 so as not to restrain the outer peripheral portion of the diaphragm 52 as much as possible. However, in this structure, when the diaphragm 52 discharges the fluid, the seal member 58 is bent by the discharge reaction force, so that the discharge pressure may be lowered. On the other hand, in a piezoelectric pump having a structure in which the outer peripheral portion of the diaphragm is directly fixed to the pump housing, the discharge pressure can be increased because no seal member is interposed. However, machining the surface of the pump housing that faces the diaphragm as described above into a shape that follows the displacement of the diaphragm causes an increase in machining cost. In particular, with a pump having a structure in which thin films and thin plate materials are stacked for the purpose of simplifying and thinning the structure, it is actually difficult to produce a pump chamber in a shape that follows the deformation of the diaphragm. .

特許文献2には、ダイヤフラムの変位量を大きくするための変位量増大手段を備えた圧電ポンプが開示されている。特許文献2の図1、図6、図9には、初期状態(電圧の非印加時)において、振動板がポンプ筐体の上に面接触しており、初期状態におけるポンプ室の容積をほぼゼロ状態とした例が開示されている。この場合には、振動板と対向するポンプ筐体の面を平坦面とすればよいので、加工が簡単である。   Patent Document 2 discloses a piezoelectric pump provided with displacement amount increasing means for increasing the displacement amount of a diaphragm. In FIG. 1, FIG. 6, and FIG. 9 of Patent Document 2, in the initial state (when no voltage is applied), the diaphragm is in surface contact with the pump housing, and the volume of the pump chamber in the initial state is almost the same. An example of a zero state is disclosed. In this case, since the surface of the pump housing facing the diaphragm may be a flat surface, the processing is simple.

しかし、ダイヤフラムの外周部に隙間やシール材による変位量増大手段を設けると、特許文献1と同様にダイヤフラムの支持剛性が低くなり、高い吐出圧を得ることは難しい。また、圧電体に正負の交番電圧を印加することにより、振動板を正逆方向に屈曲変位させると、振動板の中心部がポンプ筐体に対して衝突を繰り返すため、圧電体にクラックが発生するなどの問題を引き起こす可能性がある。   However, if a means for increasing the amount of displacement by a gap or a sealing material is provided on the outer peripheral portion of the diaphragm, the support rigidity of the diaphragm is lowered similarly to Patent Document 1, and it is difficult to obtain a high discharge pressure. In addition, if the diaphragm is bent and displaced in the forward and reverse directions by applying positive and negative alternating voltages to the piezoelectric body, cracks occur in the piezoelectric body because the center of the diaphragm repeatedly collides with the pump housing. May cause problems.

特開平3−31589号公報JP-A-3-31589 特開2001−65461号公報JP 2001-65461 A

本発明の目的は、ポンプ筐体に格別な加工を行うことなく、吐出圧の高い圧電ポンプ及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric pump having a high discharge pressure and a method for manufacturing the same without performing special processing on the pump housing.

前記目的を達成するため、本発明の第1の実施形態は、ダイヤフラムに圧電体を接着した振動板を使用し、当該振動板の外周部をポンプ筐体に固定し、前記ポンプ筐体と前記振動板との間にポンプ室を構成し、前記ポンプ室に流入側逆止弁を有する流入口と流出側逆止弁を有する流出口とを接続し、前記圧電体に正負の交番電圧を印加することにより前記振動板を屈曲変位させ、その屈曲変位により前記流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ前記流出口から流体を吐出する圧電ポンプにおいて、前記振動板と対向する前記ポンプ筐体の表面は実質的に平坦面に形成され、前記振動板は、前記ダイヤフラムのうち、前記ポンプ筐体と逆側の主面に前記圧電体を固定したものであり、前記ダイヤフラムは、前記圧電体より線膨張係数が大きい材料よりなり、前記圧電体は前記ダイヤフラムの主面に熱硬化型接着剤により接着固定され、前記熱硬化型接着剤は、硬化状態におけるヤング率が前記ダイヤフラムのヤング率より高く、前記圧電体への電圧の非印加時において、前記ダイヤフラムはポンプ筐体側と逆方向に凸状に反った形状を有し、前記ダイヤフラムの反りによって前記ポンプ筐体との間に前記ポンプ室が形成されていることを特徴とする圧電ポンプを提供する。 In order to achieve the above object, the first embodiment of the present invention uses a diaphragm in which a piezoelectric body is bonded to a diaphragm, and an outer peripheral portion of the diaphragm is fixed to a pump casing. A pump chamber is formed between the diaphragm and an inflow port having an inflow check valve and an outflow port having an outflow check valve connected to the pump chamber, and a positive and negative alternating voltage is applied to the piezoelectric body. In the piezoelectric pump for bending and displacing the diaphragm, sucking fluid from the inlet to the pump chamber and discharging fluid from the outlet by the bending displacement, the surface of the pump housing facing the diaphragm Is formed on a substantially flat surface, and the diaphragm is obtained by fixing the piezoelectric body to a main surface on the opposite side of the pump housing among the diaphragms, and the diaphragm is a stranded wire of the piezoelectric body. Material with large expansion coefficient More becomes, the piezoelectric body is bonded and fixed by a thermosetting adhesive on the major surface of the diaphragm, the thermosetting adhesive has a Young's modulus in the cured state is higher than the Young's modulus of the diaphragm, to the piezoelectric body When no voltage is applied, the diaphragm has a shape that is convexly convex in the opposite direction to the pump housing side, and the pump chamber is formed between the pump housing and the diaphragm due to warping. A piezoelectric pump is provided.

本発明の第2の実施形態は、ダイヤフラムに圧電体を接着した振動板を使用し、当該振動板の外周部をポンプ筐体に固定し、前記ポンプ筐体と前記振動板との間にポンプ室を構成し、前記ポンプ室に流入側逆止弁を有する流入口と流出側逆止弁を有する流出口とを接続し、前記圧電体に正負の交番電圧を印加することにより前記振動板を屈曲変位させ、その屈曲変位により前記流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ前記流出口から流体を吐出する圧電ポンプの製造方法において、前記ポンプ筐体の表面は実質的に平坦面に形成され、前記ダイヤフラムは前記圧電体より線膨張係数が大きい材料よりなり、前記ポンプ筐体の平坦面に前記ダイヤフラムの一方主面の外周部を密着固定する第1工程と、前記第1工程の後、前記ダイヤフラムの他方主面の中央部に前記圧電体を熱硬化型接着剤により接着固定する第2工程であって、前記熱硬化型接着剤は硬化状態におけるヤング率が前記ダイヤフラムのヤング率より高く、前記ダイヤフラム上に熱硬化型接着剤を介して圧電体を配置し、高温下で前記熱硬化型接着剤を硬化させ、常温に戻すことにより、前記ダイヤフラムをポンプ筐体側と逆方向に凸状に反った形状とする第2工程とを有し、前記ダイヤフラムの反りによって前記ポンプ筐体との間に前記ポンプ室が形成されることを特徴とする圧電ポンプの製造方法を提供する。 The second embodiment of the present invention uses a diaphragm in which a piezoelectric body is bonded to a diaphragm, the outer periphery of the diaphragm is fixed to a pump casing, and the pump is interposed between the pump casing and the diaphragm. The diaphragm is configured by connecting an inflow port having an inflow check valve and an outflow port having an outflow check valve to the pump chamber, and applying a positive and negative alternating voltage to the piezoelectric body. In the piezoelectric pump manufacturing method in which a bending displacement is performed, fluid is sucked into the pump chamber from the inlet and the fluid is discharged from the outlet by the bending displacement, a surface of the pump housing is formed to be a substantially flat surface, The diaphragm is made of a material having a larger linear expansion coefficient than that of the piezoelectric body, and a first step of closely fixing an outer peripheral portion of one main surface of the diaphragm to a flat surface of the pump housing, and after the first step, Other than diaphragm The piezoelectric body in the central portion of the main surface and a second step of bonding and fixing by thermosetting adhesive, the thermosetting adhesive is Young's modulus in the cured state higher than the Young's modulus of the diaphragm, on the diaphragm The piezoelectric body is disposed through a thermosetting adhesive, and the thermosetting adhesive is cured at a high temperature and returned to room temperature, whereby the diaphragm warps in a convex shape in the direction opposite to the pump housing side. A piezoelectric pump manufacturing method, characterized in that the pump chamber is formed between the pump housing and the pump housing by warping of the diaphragm.

本発明では、ポンプ筐体と振動板との間にポンプ室を形成するために、ポンプ筐体側に凹部を形成するのではなく、振動板のダイヤフラムをポンプ筐体側と逆方向に凸に反った形状としてある。ダイヤフラムの反りによってポンプ筐体との間にポンプ室が形成されるので、ポンプ筐体の表面は平坦面のままでよく、格別な加工を行う必要がない。したがって、薄いフィルムや薄板材を積み重ねた構造のポンプでも容易に作製できる。振動板を駆動してポンプ筐体側へ屈曲させたとき、ダイヤフラムの中央部がポンプ筐体の平坦な表面に近接又は接触するように、ダイヤフラムの反り量が設定されている。その結果、吐出時においてポンプ室の容積をほぼゼロに近づけることができ、吐出圧の高いポンプを得ることができる。振動板を正逆方向に屈曲変位させたとき、振動板の中心部がポンプ筐体に対して衝突しないようにすることで、圧電体にクラック発生などの問題を引き起こす可能性を低くできる。   In the present invention, in order to form a pump chamber between the pump housing and the diaphragm, the diaphragm of the diaphragm is warped in a convex direction in the opposite direction to the pump housing instead of forming a recess on the pump housing side. As a shape. Since the pump chamber is formed between the pump housing and the diaphragm due to warping of the diaphragm, the surface of the pump housing may remain flat and no special processing is required. Therefore, it can be easily manufactured even with a pump having a structure in which thin films and thin plate materials are stacked. When the diaphragm is driven and bent toward the pump housing, the amount of warpage of the diaphragm is set so that the central portion of the diaphragm approaches or contacts the flat surface of the pump housing. As a result, the volume of the pump chamber can be made nearly zero during discharge, and a pump with high discharge pressure can be obtained. When the diaphragm is bent and displaced in the forward and reverse directions, the possibility of causing problems such as cracks in the piezoelectric body can be reduced by preventing the central portion of the diaphragm from colliding with the pump housing.

本発明の圧電ポンプは、振動板の外周部がポンプ筐体に固定されているので、振動板の変位量が小さいが、吐出時のポンプ室の容積をほぼゼロに近づけることで、吐出圧の高いポンプを得ることができる。圧電体とダイヤフラムの材料選定には種々の組み合わせがある。例えば、金属薄板よりなるダイヤフラムの片面に単層の圧電体を貼り付けてユニモルフ型振動板を構成してもよい。但し、ユニモルフ型振動板は、平面方向に伸縮する圧電体を金属板で拘束することにより屈曲振動するものであるため、大きな変位を得ることが難しい。これに対し、圧電体として自ら屈曲振動する2層の圧電体又は積層型の圧電体を使用し、ダイヤフラムとして樹脂シート/樹脂フィルムのような樹脂製ダイヤフラムを使用してバイモルフ型振動板とした場合には、樹脂製ダイヤフラムのヤング率が金属板より格段に小さいので、圧電体の変位を拘束せず、ユニモルフ型に比べて大きな変位を得ることができる。また、樹脂製ダイヤフラムの線膨張係数が金属板より大きいので、大きな反りを付与できる。   In the piezoelectric pump according to the present invention, since the outer peripheral portion of the diaphragm is fixed to the pump housing, the displacement amount of the diaphragm is small, but the volume of the pump chamber at the time of discharge is made close to zero so that the discharge pressure is reduced. High pump can be obtained. There are various combinations of material selection for the piezoelectric body and the diaphragm. For example, a unimorph diaphragm may be configured by attaching a single-layer piezoelectric body to one surface of a diaphragm made of a thin metal plate. However, the unimorph diaphragm is flexurally oscillated by restraining a piezoelectric body that expands and contracts in the plane direction with a metal plate, so it is difficult to obtain a large displacement. On the other hand, when a bi-layer type piezoelectric body that flexurally vibrates itself as a piezoelectric body or a laminated piezoelectric body is used and a resin diaphragm such as a resin sheet / resin film is used as a diaphragm to form a bimorph type diaphragm Since the Young's modulus of the resin diaphragm is much smaller than that of the metal plate, the displacement of the piezoelectric body is not constrained and a large displacement can be obtained as compared with the unimorph type. Moreover, since the linear expansion coefficient of the resin diaphragm is larger than that of the metal plate, a large warp can be imparted.

樹脂製ダイヤフラムの上に熱硬化型接着剤によりバイモルフ型圧電体を接着した振動板の場合、その外周部をポンプ筐体に固定し、圧電体に正逆の交番電圧を印加すると、振動板の中心部での変位が最大になる。セラミック製圧電体に比べて樹脂製ダイヤフラムの線膨張係数は十倍〜数十倍大きいので、両者に熱を加えて接着すると、ダイヤフラムの収縮によりダイヤフラムはポンプ筐体側と逆方向に凸状に反り、ポンプ室が形成される。そのため、振動板がポンプ筐体方向へ変位したとき、ダイヤフラムとポンプ筐体との隙間が反り量以下になり、吐出時のポンプ室容積を小さくでき、吐出圧を高めることができると共に、ダイヤフラムがポンプ筐体に衝突しないので、圧電体に与える衝撃を解消/緩和できる。   In the case of a diaphragm in which a bimorph piezoelectric body is bonded to a resin diaphragm with a thermosetting adhesive, the outer periphery of the diaphragm is fixed to the pump housing, and when a positive / reverse alternating voltage is applied to the piezoelectric body, Maximum displacement at the center. The linear expansion coefficient of resin diaphragms is ten to several tens of times larger than that of ceramic piezoelectric bodies. When heat is applied to both of them, the diaphragm warps in a convex shape in the opposite direction to the pump housing due to contraction of the diaphragm. A pump chamber is formed. Therefore, when the diaphragm is displaced in the direction of the pump housing, the gap between the diaphragm and the pump housing becomes less than the warp amount, the pump chamber volume during discharge can be reduced, the discharge pressure can be increased, and the diaphragm Since it does not collide with the pump casing, the impact on the piezoelectric body can be eliminated / mitigated.

振動板(ダイヤフラム)に反りを付与する方法として、まずダイヤフラムの外周部をポンプ筐体に固着し、その後、熱硬化型接着剤により圧電体をダイヤフラムのポンプ筐体側とは逆側の主面に貼り付け、熱硬化型接着剤を熱硬化させた後、常温に戻すことで反りを与える方法を用いることができる。この方法の他に、まず最初にダイヤフラムの主面に圧電体を熱硬化型接着剤により貼り付け、熱硬化型接着剤を熱硬化させることでダイヤフラムに反りを与え、しかる後、ダイヤフラムの外周部をポンプ筐体に固着する方法を用いることもできる。いずれの場合も、所定の温度と時間をかけて熱硬化型接着剤を硬化させた後、常温に戻すと、ダイヤフラムが圧電体より大きく収縮するので、ポンプ筺体に対して、ダイヤフラム側が凹、圧電体側が凸となるように反ることになる。但し、後者の方法では、ダイヤフラムを反らせた後で外周部をポンプ筐体に固定するので、ダイヤフラムの張力が低下し、駆動時の吐出圧が低くなる可能性がある。これに対し、前者の方法では、ダイヤフラムの外周部を拘束した後、ダイヤフラムの中央部に反りを発生させるので、ダイヤフラムに張力を保持したまま反りを与えることができ、大きな吐出圧を得ることができる。   As a method of imparting warpage to the diaphragm (diaphragm), first, the outer periphery of the diaphragm is fixed to the pump housing, and then the piezoelectric body is attached to the main surface of the diaphragm opposite to the pump housing by thermosetting adhesive. After affixing and thermosetting the thermosetting adhesive, a method of giving a warp by returning to normal temperature can be used. In addition to this method, first, a piezoelectric body is attached to the main surface of the diaphragm with a thermosetting adhesive, and the thermosetting adhesive is thermally cured to give warping to the diaphragm, and then the outer periphery of the diaphragm. It is also possible to use a method of fixing to the pump housing. In either case, when the thermosetting adhesive is cured over a predetermined temperature and time and then returned to room temperature, the diaphragm contracts more than the piezoelectric body. Therefore, the diaphragm side is recessed relative to the pump housing. It will warp so that the body side becomes convex. However, in the latter method, since the outer peripheral portion is fixed to the pump housing after the diaphragm is warped, there is a possibility that the diaphragm tension is lowered and the discharge pressure during driving is lowered. On the other hand, in the former method, after restraining the outer peripheral portion of the diaphragm, the center portion of the diaphragm is warped, so that the diaphragm can be warped while maintaining tension, and a large discharge pressure can be obtained. it can.

熱硬化型接着剤としては、エポキシ系接着剤のように、硬化状態におけるヤング率がダイヤフラムのヤング率より高い接着剤を用いるのがよい。ダイヤフラムと圧電体との線膨張係数差による収縮応力が作用したとき、その応力を接着剤層が緩和しないようにするためである。また、熱硬化型接着剤により圧電体をダイヤフラムに貼り付ける方法以外に、樹脂製ダイヤフラムと圧電体とを熱溶着してもよい。この場合も、反りを発生させることが可能である。   As the thermosetting adhesive, it is preferable to use an adhesive having a Young's modulus in a cured state higher than that of the diaphragm, such as an epoxy-based adhesive. This is to prevent the adhesive layer from relaxing the contraction stress due to the difference in linear expansion coefficient between the diaphragm and the piezoelectric body. In addition to the method of attaching the piezoelectric body to the diaphragm with a thermosetting adhesive, the resin diaphragm and the piezoelectric body may be thermally welded. Also in this case, it is possible to generate warpage.

本発明において、振動板を構成するダイヤフラムと圧電体とを共に反らせる必要はなく、圧電体はほぼ平坦であって、ダイヤフラムのみが反っていてもよい。その際、熱硬化型接着剤の厚みを、圧電体の中心部より周辺部の厚みが厚くなるように形成すれば、ダイヤフラムに大きな反りを発生させることができる。   In the present invention, it is not necessary to warp both the diaphragm and the piezoelectric body constituting the diaphragm, and the piezoelectric body may be substantially flat and only the diaphragm may be warped. At that time, if the thickness of the thermosetting adhesive is formed so that the thickness of the peripheral portion is thicker than the central portion of the piezoelectric body, a large warp can be generated in the diaphragm.

ダイヤフラムの外周部をポンプ筐体に固着する方法として、熱硬化型接着剤を用いてもよいが、レーザー溶着、熱溶着、常温硬化型接着剤を用いた接着などの方法で固着するのがよい。すなわち、圧電体を接着すべきダイヤフラムの中央部分に弛みや伸びを発生させないために、ダイヤフラムの中央部分に熱を加えない固着方法が望ましい。   As a method of fixing the outer peripheral portion of the diaphragm to the pump housing, a thermosetting adhesive may be used, but it is preferable to fix it by a method such as laser welding, heat welding, or adhesion using a room temperature curing adhesive. . That is, a fixing method in which heat is not applied to the central portion of the diaphragm is desirable so that no slack or elongation occurs in the central portion of the diaphragm to which the piezoelectric body is to be bonded.

以上のように、本発明の圧電ポンプによれば、振動板のダイヤフラムをポンプ筐体側と逆方向に凸に反った形状とし、ダイヤフラムの反りによってポンプ筐体との間にポンプ室を形成したので、振動板を駆動してポンプ筐体側へ屈曲させたとき、ダイヤフラムの中央部がポンプ筐体の平坦な表面に近接し、吐出時においてポンプ室の容積をほぼゼロにでき、吐出圧の高いポンプを得ることができる。振動板と対向するポンプ筐体の面は実質的な平坦面であるから、加工が簡単であり、積層構造のポンプでも容易に作製できる。また、振動板を正逆方向に屈曲変位させた場合に、振動板の中心部がポンプ筐体に対して衝突しないので、圧電体の耐久性の高いポンプを得ることができる。   As described above, according to the piezoelectric pump of the present invention, the diaphragm of the diaphragm is shaped to be convex in the direction opposite to the pump housing side, and the pump chamber is formed between the diaphragm and the pump housing by warping of the diaphragm. When the diaphragm is driven and bent toward the pump housing, the central part of the diaphragm is close to the flat surface of the pump housing, and the volume of the pump chamber can be reduced to almost zero at the time of discharge. Can be obtained. Since the surface of the pump housing facing the diaphragm is a substantially flat surface, the processing is simple, and even a laminated pump can be easily manufactured. In addition, when the diaphragm is bent and displaced in the forward and reverse directions, the center portion of the diaphragm does not collide with the pump casing, so that a pump with high durability of the piezoelectric body can be obtained.

本発明に係る圧電ポンプの第1実施形態の基本構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the basic structure of 1st Embodiment of the piezoelectric pump which concerns on this invention. 図1に示す圧電ポンプの製造工程図である。It is a manufacturing process figure of the piezoelectric pump shown in FIG. 図1に示す圧電ポンプの駆動原理を示す図である。It is a figure which shows the drive principle of the piezoelectric pump shown in FIG. 本発明に係る圧電ポンプの第2実施形態の断面図である。It is sectional drawing of 2nd Embodiment of the piezoelectric pump which concerns on this invention. 本発明に係る圧電ポンプの第1実施例の斜視図である。1 is a perspective view of a first embodiment of a piezoelectric pump according to the present invention. 図5に示す圧電ポンプの分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of the piezoelectric pump shown in FIG. 5. 図5に示す圧電ポンプのダイヤフラムの平面図である。It is a top view of the diaphragm of the piezoelectric pump shown in FIG. 図5のVIII−VIII線断面図である。It is the VIII-VIII sectional view taken on the line of FIG. 図5のIX−IX線断面図である。It is the IX-IX sectional view taken on the line of FIG. 従来例の断面図である。It is sectional drawing of a prior art example. 図10に示す従来例の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of a prior art example shown in FIG.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明にかかる圧電ポンプの第1実施形態の基本構造を示す。このポンプP1は、ポンプ筐体1の上に振動板10を固定したものである。振動板10は、ダイヤフラム11の上面に熱硬化型接着剤13を介して圧電体12を接着したものであり、ダイヤフラム11の外周部下面11aはポンプ筐体1の上面1aに溶着等によって全周にわたって密着固定されている。ここで、ポンプ筐体1は金属材料や樹脂材料で形成され、その上面1aは平坦面である。ポンプ筐体1の上面1aには、流入側逆止弁3を有する流入口2と流出側逆止弁5を有する流出口4とが接続されている。ダイヤフラム11はPET、ポリイミド等の一定厚みの樹脂シートや樹脂フィルムで形成されている。圧電体12は、例えばWO2008−007634号公報に示されたような2層または積層型のセラミック圧電体で構成されている。この圧電体12の表裏電極と層間電極間に交番電圧(矩形波電圧又は交流電圧)を印加したとき、中心領域と周辺領域とが逆方向に屈曲変形するので、外周部が固定支持されていても、中央部に大きな変位を得ることができる。なお、圧電体12の構造は前記構造に限るものではなく、ユニモルフ型振動板であってもよいが、交番電圧を印加することにより自身で屈曲振動できるバイモルフ型振動板の方が好ましい。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the basic structure of a first embodiment of a piezoelectric pump according to the present invention. This pump P1 is obtained by fixing a diaphragm 10 on a pump housing 1. The diaphragm 10 is obtained by adhering the piezoelectric body 12 to the upper surface of the diaphragm 11 via a thermosetting adhesive 13, and the outer peripheral portion lower surface 11 a of the diaphragm 11 is entirely welded to the upper surface 1 a of the pump housing 1. It is firmly fixed over. Here, the pump housing 1 is formed of a metal material or a resin material, and its upper surface 1a is a flat surface. An inlet 2 having an inflow check valve 3 and an outlet 4 having an outflow check valve 5 are connected to the upper surface 1 a of the pump housing 1. The diaphragm 11 is formed of a resin sheet or resin film having a certain thickness such as PET or polyimide. The piezoelectric body 12 is composed of a two-layer or multilayer ceramic piezoelectric body as disclosed in, for example, WO2008-007634. When an alternating voltage (rectangular wave voltage or AC voltage) is applied between the front and back electrodes of the piezoelectric body 12 and the interlayer electrode, the central region and the peripheral region are bent and deformed in opposite directions, so that the outer peripheral portion is fixedly supported. However, a large displacement can be obtained at the center. The structure of the piezoelectric body 12 is not limited to the above structure, and may be a unimorph diaphragm, but a bimorph diaphragm that can flexurally vibrate by applying an alternating voltage is more preferable.

振動板10は、電圧の非印加時において、その中央部が上に凸となるように反っており、振動板10の反りによってダイヤフラム11とポンプ筐体1との間にポンプ室6が形成されている。図1では、ダイヤフラム11だけでなく、圧電体12も上に凸に反った形状としているが、圧電体12の厚みがダイヤフラム11に比べて十分に厚い場合には、圧電体12はほぼ平坦で、ダイヤフラム11だけが反った形状であってもよい。   When the voltage is not applied, the diaphragm 10 is warped so that the center portion thereof is convex upward, and the pump chamber 6 is formed between the diaphragm 11 and the pump housing 1 by the warp of the diaphragm 10. ing. In FIG. 1, not only the diaphragm 11 but also the piezoelectric body 12 has a shape that is convex upward, but when the thickness of the piezoelectric body 12 is sufficiently thicker than that of the diaphragm 11, the piezoelectric body 12 is substantially flat. Only the diaphragm 11 may be warped.

図2の(A)〜(D)は、上述の圧電ポンプP1の製造方法の一例を示す。図2の(A)は、ポンプ筐体1の上面1aにダイヤフラム11を配置する前の状態を示す。ここで、ダイヤフラム11は反りのない平坦な樹脂シート又は樹脂フィルムで形成されている。   2A to 2D show an example of a manufacturing method of the above-described piezoelectric pump P1. 2A shows a state before the diaphragm 11 is arranged on the upper surface 1a of the pump housing 1. FIG. Here, the diaphragm 11 is formed of a flat resin sheet or resin film without warping.

図2の(B)は、ダイヤフラム11をポンプ筐体1の上面1aに配置した後、上方からダイヤフラム11の外周部に対してレーザーを照射し、ダイヤフラム11の外周部11aをポンプ筐体1の上面1aに溶着する様子を示す。なお、ポンプ筐体1がダイヤフラム11と同一材料で形成されている場合には、ポンプ筐体1とダイヤフラム11とが互いに溶着する。レーザーの照射範囲は、遮光マスクの形状で設定可能である。レーザー溶着では、ダイヤフラム11の外周部11aのみが局部的に高温になるが、ダイヤフラム11の中央部分は加熱されないので、ダイヤフラム11の中央部分に弛みや伸びが発生しない。なお、溶着方法としては、外周部のみを局部的に加熱できる方法であれば、レーザー溶着に限らず熱溶着でもよい。   2B, after the diaphragm 11 is disposed on the upper surface 1a of the pump housing 1, the outer periphery of the diaphragm 11 is irradiated with laser from above, and the outer periphery 11a of the diaphragm 11 is applied to the pump housing 1. A mode that it welds to the upper surface 1a is shown. In addition, when the pump housing | casing 1 is formed with the same material as the diaphragm 11, the pump housing | casing 1 and the diaphragm 11 mutually weld. The laser irradiation range can be set by the shape of the light shielding mask. In laser welding, only the outer peripheral portion 11a of the diaphragm 11 is locally heated, but the central portion of the diaphragm 11 is not heated, so that the central portion of the diaphragm 11 is not slackened or stretched. In addition, as a welding method, if it is a method which can heat only an outer peripheral part locally, not only laser welding but thermal welding may be sufficient.

図2の(C)は、ポンプ筐体1上に溶着されたダイヤフラム11の上面中央部に圧電体12を接着する前の状態を示す。ここで、圧電体12の下面には予め熱硬化型接着剤13が薄膜状に塗布されており、常温下で熱硬化型接着剤13は粘性を持つ液状であるため、圧電体12をダイヤフラム11に対して押し付けることで粘着保持される。このとき、ダイヤフラム11の下面はポンプ筐体1の平坦な上面1aで支持されるので、上から圧力をかけた時にダイヤフラム11が撓むことがなく、隙間なく面接着できる。熱硬化型接着剤13としては、エポキシ系接着剤のようにダイヤフラム11よりヤング率の高い接着剤を用いるのがよい。その理由は、後述するダイヤフラム11と圧電体12との線膨張係数差による収縮応力が作用したとき、その応力を接着剤層13が緩和しないようにするためである。   FIG. 2C shows a state before the piezoelectric body 12 is bonded to the center of the upper surface of the diaphragm 11 welded onto the pump housing 1. Here, a thermosetting adhesive 13 is applied in advance to the lower surface of the piezoelectric body 12 in a thin film shape. Since the thermosetting adhesive 13 is a viscous liquid at room temperature, the piezoelectric body 12 is attached to the diaphragm 11. Adhesion is maintained by pressing against. At this time, since the lower surface of the diaphragm 11 is supported by the flat upper surface 1a of the pump housing 1, the diaphragm 11 does not bend when pressure is applied from above, and the surface can be bonded without a gap. As the thermosetting adhesive 13, it is preferable to use an adhesive having a higher Young's modulus than the diaphragm 11 such as an epoxy adhesive. The reason for this is to prevent the adhesive layer 13 from relieving stress when contraction stress due to a difference in linear expansion coefficient between the diaphragm 11 and the piezoelectric body 12 described later acts.

図2の(D)は、上述のようにダイヤフラム11の上に圧電体12を接着(未硬化状態)したポンプ筐体1を熱硬化炉に投入し、熱処理を実施した後の状態を示す。熱硬化型接着剤13を硬化させる場合、硬化温度は60℃〜150℃、硬化時間は10分〜2時間程度必要であるため、熱硬化炉の中でダイヤフラム11は熱膨張し、その状態で熱硬化型接着剤13は硬化する。しかる後に振動板10を含むポンプ筐体1を熱硬化炉から取り出し、常温に戻すと、ダイヤフラム11と圧電体12との線膨張係数差のため、ダイヤフラム11は圧電体12より大きく収縮し、ダイヤフラム11は上に凸に反った形状となる。この反りによって、ダイヤフラム11とポンプ筐体1との間にポンプ室6を形成できる。なお、ダイヤフラム11の反り量は、圧電体12がポンプ筐体1側へ屈曲したとき、ダイヤフラム11の中央部がポンプ筐体1の表面に近接又は接触するように設定されている。この反り量は、圧電体12及びダイヤフラム11の材質、サイズ、熱処理条件等によって種々設計できる。   FIG. 2D shows a state after the pump housing 1 in which the piezoelectric body 12 is bonded (uncured state) on the diaphragm 11 as described above is put into a thermosetting furnace and heat treatment is performed. When the thermosetting adhesive 13 is cured, the curing temperature is 60 ° C. to 150 ° C. and the curing time is about 10 minutes to 2 hours. Therefore, the diaphragm 11 is thermally expanded in the thermosetting furnace. The thermosetting adhesive 13 is cured. Thereafter, when the pump casing 1 including the diaphragm 10 is taken out of the thermosetting furnace and returned to room temperature, the diaphragm 11 contracts more greatly than the piezoelectric body 12 due to the difference in linear expansion coefficient between the diaphragm 11 and the piezoelectric body 12, and the diaphragm. 11 becomes the shape which curved upwards convexly. By this warpage, the pump chamber 6 can be formed between the diaphragm 11 and the pump housing 1. The amount of warping of the diaphragm 11 is set so that the central portion of the diaphragm 11 approaches or contacts the surface of the pump housing 1 when the piezoelectric body 12 is bent toward the pump housing 1 side. The amount of warpage can be variously designed according to the material, size, heat treatment conditions, and the like of the piezoelectric body 12 and the diaphragm 11.

図3の(A)〜(C)は、上記方法により製造された圧電ポンプP1の作動を示す。図3の(A)は初期状態(電圧の非印加時)であり、ダイヤフラム11の反りによってポンプ筐体1との間にポンプ室6が形成されている。ポンプ室6は、流入口2及び流出口4と接続されている。   3A to 3C show the operation of the piezoelectric pump P1 manufactured by the above method. 3A shows an initial state (when no voltage is applied), and a pump chamber 6 is formed between the pump housing 1 and the diaphragm 11 due to warping of the diaphragm 11. The pump chamber 6 is connected to the inlet 2 and the outlet 4.

図3の(B)は、圧電体12にその中央部が上側に凸となるように変形する電圧を印加した状態を示す。圧電体12が上側に屈曲変形することで、ダイヤフラム11も一体に変形し、ポンプ室6の容積が拡大する。そのため、流入側逆止弁3が自動的に開き、流入口2から流体がポンプ室6へ吸い込まれる。この時点では、流出側逆止弁5は閉じたままである。   FIG. 3B shows a state in which a voltage is applied to the piezoelectric body 12 so as to deform it so that its central portion is convex upward. When the piezoelectric body 12 is bent and deformed upward, the diaphragm 11 is also integrally deformed, and the volume of the pump chamber 6 is increased. Therefore, the inflow side check valve 3 is automatically opened, and the fluid is sucked into the pump chamber 6 from the inlet 2. At this time, the outflow check valve 5 remains closed.

図3の(C)は、圧電体12に対して(B)とは逆向きの電圧を印加した状態を示す。これにより、ダイヤフラム11を含む振動板は平坦方向に変形し、ダイヤフラム11とポンプ筐体1の上面1aとの隙間はほぼゼロ、すなわち、ポンプ室6の容積がほぼゼロになる。そのため、押し出された流体の圧力により流出側逆止弁5が開かれ、流体は流出口4より吐出される。吐出時におけるポンプ室6の容積がほぼゼロであるため、吸込み時とのポンプ室の体積変化率が大きくなり、吐出圧力の高いポンプを実現できる。   FIG. 3C shows a state in which a voltage in the direction opposite to that of FIG. As a result, the diaphragm including the diaphragm 11 is deformed in the flat direction, and the gap between the diaphragm 11 and the upper surface 1a of the pump housing 1 is substantially zero, that is, the volume of the pump chamber 6 is substantially zero. Therefore, the outflow check valve 5 is opened by the pressure of the pushed-out fluid, and the fluid is discharged from the outlet 4. Since the volume of the pump chamber 6 at the time of discharge is almost zero, the volume change rate of the pump chamber at the time of suction increases, and a pump with a high discharge pressure can be realized.

以後、圧電体12に正負の交番電圧を印加することにより、図3の(A)〜(C)の動作を繰り返し、流入口2から流体を吸込み、流出口4より高圧力の流体を吐出することができる。   Thereafter, by applying positive and negative alternating voltages to the piezoelectric body 12, the operations of (A) to (C) in FIG. 3 are repeated, fluid is sucked from the inlet 2, and high-pressure fluid is discharged from the outlet 4. be able to.

圧電体12として厚み300μmのPZT(線膨張係数:約1ppm/℃)を使用し、熱硬化型接着剤13として厚み30μmのエポキシ系接着剤を使用し、ダイヤフラム11として厚み75μmのPET樹脂フィルム(線膨張係数:約20ppm/℃)を使用し、ポンプ筐体1とダイヤフラム11との非溶着部(ポンプ室6)の内径寸法Dをφ15mmとした場合、圧電体12とダイヤフラム11との線膨張係数差により約20μmの反りHを得ることができる(図1参照)。このような圧電ポンプP1において、圧電体に±6Vの電圧を印加すると、その中心部に正逆それぞれ約15μm程度の変位を得ることができる。そのため、吐出時におけるダイヤフラムとポンプ筐体との隙間が5μm以下になり、ポンプ室容積をほぼゼロにできると共に、ダイヤフラムがポンプ筐体に衝突するのを回避できる。流体としてエアを使用した場合、圧電体を±6V、1Hzで駆動すると、吐出流量は1.4μl/s、吐出圧が7kPaとなった。一方、流体としてメタノールを使用した場合には、吐出流量は1.4μl/s、吐出圧が40kPaとなった。このように非常に高い吐出圧のポンプを実現できた。   PZT (linear expansion coefficient: about 1 ppm / ° C.) having a thickness of 300 μm is used as the piezoelectric body 12, an epoxy adhesive having a thickness of 30 μm is used as the thermosetting adhesive 13, and a PET resin film having a thickness of 75 μm is used as the diaphragm 11. Linear expansion coefficient: about 20 ppm / ° C., and when the inner diameter dimension D of the non-welded portion (pump chamber 6) between the pump housing 1 and the diaphragm 11 is 15 mm, the linear expansion between the piezoelectric body 12 and the diaphragm 11 A warp H of about 20 μm can be obtained due to the coefficient difference (see FIG. 1). In such a piezoelectric pump P1, when a voltage of ± 6 V is applied to the piezoelectric body, it is possible to obtain a displacement of about 15 μm in the forward and reverse directions at the center. Therefore, the gap between the diaphragm and the pump casing at the time of discharge becomes 5 μm or less, the pump chamber volume can be made substantially zero, and the diaphragm can be prevented from colliding with the pump casing. When air was used as the fluid, when the piezoelectric body was driven at ± 6 V and 1 Hz, the discharge flow rate was 1.4 μl / s and the discharge pressure was 7 kPa. On the other hand, when methanol was used as the fluid, the discharge flow rate was 1.4 μl / s and the discharge pressure was 40 kPa. In this way, a pump with a very high discharge pressure could be realized.

〔第2実施形態〕
図4は、本発明に係る圧電ポンプの第2実施形態を示す。このポンプP2は、圧電体12をダイヤフラム11に接着するための熱硬化型接着剤13の厚みを、圧電体12の中心部より周辺部が厚くなるように形成している点を除き、第1実施形態のポンプP1と同様である。すなわち、圧電体12の周辺部における熱硬化型接着剤13の厚みt1は、圧電体12の中心部における熱硬化型接着剤13の厚みt2より厚い。この実施形態では、圧電体12が反りを与えにくい厚みを持つ場合でも、熱硬化型接着剤13の厚み差によってダイヤフラム11に反りを発生させることができる。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows a second embodiment of the piezoelectric pump according to the present invention. This pump P2 is the first except that the thickness of the thermosetting adhesive 13 for bonding the piezoelectric body 12 to the diaphragm 11 is formed so that the peripheral portion is thicker than the central portion of the piezoelectric body 12. This is the same as the pump P1 of the embodiment. That is, the thickness t 1 of the thermosetting adhesive 13 in the peripheral portion of the piezoelectric body 12 is thicker than the thickness t 2 of the thermosetting adhesive 13 in the central portion of the piezoelectric body 12. In this embodiment, even when the piezoelectric body 12 has a thickness that does not easily warp, the diaphragm 11 can be warped due to the thickness difference of the thermosetting adhesive 13.

−実施例−
図5〜図9は本発明に係る圧電ポンプの第1実施例を示す。この圧電ポンプP3は、ベース板20、基材シート21、ダイヤフラム22、第1枠体23、第2枠体24を順に積層し、接着又は溶着したものである。ダイヤフラム22の中央部には圧電体25が接着され、ベース板20の1つのコーナ部には外部端子31,32を持つ端子台30が設けられている。
-Example-
5 to 9 show a first embodiment of a piezoelectric pump according to the present invention. The piezoelectric pump P3 is obtained by laminating a base plate 20, a base sheet 21, a diaphragm 22, a first frame body 23, and a second frame body 24 in this order and bonding or welding them. A piezoelectric body 25 is bonded to the center portion of the diaphragm 22, and a terminal block 30 having external terminals 31 and 32 is provided at one corner portion of the base plate 20.

ベース板20は、強度を確保するために例えば厚さ0.5mmのステンレス板で構成されている。ベース板20の周辺部には複数の取付穴20aが形成されている。基材シート21、ダイヤフラム22、第1枠体23、第2枠体24は例えば厚さ75μmのPET樹脂フィルムで構成されている。そのため、この圧電ポンプは、全体の厚みが約1mmの超薄型ポンプに構成されている。   The base plate 20 is made of, for example, a stainless steel plate having a thickness of 0.5 mm in order to ensure strength. A plurality of mounting holes 20 a are formed in the periphery of the base plate 20. The base material sheet 21, the diaphragm 22, the first frame body 23, and the second frame body 24 are made of, for example, a PET resin film having a thickness of 75 μm. Therefore, this piezoelectric pump is configured as an ultra-thin pump having an overall thickness of about 1 mm.

基材シート21はベース板20上に全面で密着固定され、本発明のポンプ筐体が構成される。基材シート21のポンプ室と対応する箇所には、中心部から放射方向に延びる流入流路21a、流出流路21bが貫通形成されている。流路21a,21bは例えば0.5mm程度の細幅なスリットで構成されている。   The base sheet 21 is closely fixed on the entire surface of the base plate 20 to constitute the pump casing of the present invention. An inflow passage 21a and an outflow passage 21b extending in the radial direction from the center are formed through the portion of the base sheet 21 corresponding to the pump chamber. The flow paths 21a and 21b are configured with narrow slits of about 0.5 mm, for example.

ダイヤフラム22は、図7に示すように、ポンプ室となる円形領域22aより外側の領域が基材シート21上に密着固定されている。ダイヤフラム22の円形領域22aより外側の領域には、基材シート21の流入流路21aの外側端部と対応する位置に流入穴22bが形成され、流出流路21bの外側端部と対応する位置に流出側弁穴22cが形成されている。   As shown in FIG. 7, the diaphragm 22 has a region outside the circular region 22 a serving as a pump chamber that is tightly fixed on the base sheet 21. In the area outside the circular area 22a of the diaphragm 22, an inflow hole 22b is formed at a position corresponding to the outer end of the inflow path 21a of the base sheet 21, and a position corresponding to the outer end of the outflow path 21b. The outflow side valve hole 22c is formed in.

第1枠体23は、ダイヤフラム22の周辺部に密着固定され、第2枠体24は第1枠体23上に密着固定されている。第1枠体23及び第2枠体24の内側には、圧電体25より大きな開口部23a,24aが形成されている。第1枠体23の周辺枠部には、ダイヤフラム22の流入穴22b及び流出側弁穴22cと対向する位置に、弁室を形成するための貫通穴23b,23cが形成されている。これら貫通穴23b,23c内には、それぞれ逆止弁27,28が収容されている。第2枠体24の周辺枠部には、ダイヤフラム22の流入穴22b及び流出側弁穴22cと対向する位置に、それぞれ流入側弁穴24bと流出穴24cとが形成されている。流入側逆止弁27は、第2枠体24の流入側弁穴24bを常時閉じており、流出側逆止弁28は、ダイヤフラム22の流出側弁穴22cを常時閉じている。   The first frame body 23 is closely fixed to the periphery of the diaphragm 22, and the second frame body 24 is firmly fixed to the first frame body 23. Openings 23 a and 24 a larger than the piezoelectric body 25 are formed inside the first frame body 23 and the second frame body 24. In the peripheral frame portion of the first frame body 23, through holes 23b and 23c for forming a valve chamber are formed at positions facing the inflow hole 22b and the outflow side valve hole 22c of the diaphragm 22. The check valves 27 and 28 are accommodated in the through holes 23b and 23c, respectively. An inflow side valve hole 24b and an outflow hole 24c are formed in the peripheral frame portion of the second frame 24 at positions facing the inflow hole 22b and the outflow side valve hole 22c of the diaphragm 22, respectively. The inflow side check valve 27 always closes the inflow side valve hole 24 b of the second frame 24, and the outflow side check valve 28 always closes the outflow side valve hole 22 c of the diaphragm 22.

ダイヤフラム22の上面中央部には、四角形状の圧電体25が熱硬化型接着剤(図示せず)によって接着され、ダイヤフラム22と圧電体25とで振動板26が構成されている。ダイヤフラム22に対する圧電体25の接着は、ベース板20に対して基材シート21、ダイヤフラム22、第1枠体23、第2枠体24を固着した後で実施される。つまり、ダイヤフラム22の変形できる円形領域22aを除く周辺領域を基材シート21に固着した後で、圧電体25が接着される。圧電体25とダイヤフラム22との線膨張係数差によって、振動板26には上向きに凸の反りが付与される(図8,図9参照)。この反りにより、ダイヤフラム22と基材シート21との間にポンプ室29が形成される。   A rectangular piezoelectric body 25 is bonded to the center of the upper surface of the diaphragm 22 by a thermosetting adhesive (not shown), and the diaphragm 22 and the piezoelectric body 25 constitute a diaphragm 26. The adhesion of the piezoelectric body 25 to the diaphragm 22 is performed after the base sheet 21, the diaphragm 22, the first frame body 23, and the second frame body 24 are fixed to the base plate 20. That is, the piezoelectric body 25 is bonded after the peripheral region excluding the deformable circular region 22a of the diaphragm 22 is fixed to the base material sheet 21. Due to the difference in linear expansion coefficient between the piezoelectric body 25 and the diaphragm 22, a convex warpage is imparted to the diaphragm 26 (see FIGS. 8 and 9). Due to this warpage, a pump chamber 29 is formed between the diaphragm 22 and the base sheet 21.

ベース板20を除く基材シート21、ダイヤフラム22、第1枠体23、第2枠体24の1つのコーナ部は切り欠かれており、これら切欠部を介してベース板20上に端子台30が固定されている。端子台30には一対の外部端子31,32が固定されており、これら外部端子31,32が圧電体25の電極(図示せず)に接触することで、圧電体25に交番電圧を印加できる。   One corner portion of the base sheet 21, the diaphragm 22, the first frame body 23, and the second frame body 24 excluding the base plate 20 is cut out, and the terminal block 30 is formed on the base plate 20 through the cutout portions. Is fixed. A pair of external terminals 31 and 32 are fixed to the terminal block 30, and an alternating voltage can be applied to the piezoelectric body 25 by contacting the external terminals 31 and 32 with an electrode (not shown) of the piezoelectric body 25. .

本実施例では、圧電体25は四角形に形成され、その面積はポンプ室を構成する円形領域22aより広い。つまり、圧電体25の外周部は変位できないが、前述のWO2008−007634号公報のように電極が円形に形成されている場合には、外周角部は殆ど変形しないので、問題がない。   In the present embodiment, the piezoelectric body 25 is formed in a quadrangular shape, and its area is wider than the circular region 22a constituting the pump chamber. That is, the outer peripheral portion of the piezoelectric body 25 cannot be displaced, but when the electrodes are formed in a circular shape as described in the above-mentioned WO 2008-007634, the outer peripheral corner portion is hardly deformed, so there is no problem.

上記実施例では、ポンプ筐体の平面を構成する基材シート21に、中心部から放射方向に延びる流入流路21a及び流出流路21bを形成したが、これは液体のような粘性のある流体を流す場合に好適な構造である。エアのような比較的粘性の低い流体を流す場合には、流入穴及び流出穴がダイヤフラムの変位領域内に位置しておれば、ポンプ筐体の平面上の流入流路や流出流路を省略することも可能である。   In the above embodiment, the base material sheet 21 constituting the plane of the pump housing is formed with the inflow channel 21a and the outflow channel 21b extending in the radial direction from the center, but this is a viscous fluid such as a liquid. This is a structure suitable for flowing the water. When flowing a relatively low viscosity fluid such as air, the inflow and outflow channels on the plane of the pump housing can be omitted if the inflow and outflow holes are located within the diaphragm displacement area. It is also possible to do.

P1〜P3 圧電ポンプ
1 ポンプ筐体
1a 上面(平坦面)
2 流入口
3 流入側逆止弁
4 流出口
5 流出側逆止弁
6 ポンプ室
10 振動板
11 ダイヤフラム
11a 溶着部
12 圧電体
13 熱硬化型接着剤
P1 to P3 Piezoelectric pump 1 Pump housing 1a Upper surface (flat surface)
2 Inlet 3 Inlet check valve 4 Outlet 5 Outlet check valve 6 Pump chamber 10 Diaphragm 11 Diaphragm 11a Welding part 12 Piezoelectric 13 Thermosetting adhesive

Claims (7)

ダイヤフラムに圧電体を接着した振動板を使用し、当該振動板の外周部をポンプ筐体に固定し、前記ポンプ筐体と前記振動板との間にポンプ室を構成し、前記ポンプ室に流入側逆止弁を有する流入口と流出側逆止弁を有する流出口とを接続し、前記圧電体に正負の交番電圧を印加することにより前記振動板を屈曲変位させ、その屈曲変位により前記流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ前記流出口から流体を吐出する圧電ポンプにおいて、
前記振動板と対向する前記ポンプ筐体の表面は実質的に平坦面に形成され、
前記振動板は、前記ダイヤフラムのうち、前記ポンプ筐体と逆側の主面に前記圧電体を固定したものであり、
前記ダイヤフラムは、前記圧電体より線膨張係数が大きい材料よりなり、
前記圧電体は前記ダイヤフラムの主面に熱硬化型接着剤により接着固定され、
前記熱硬化型接着剤は、硬化状態におけるヤング率が前記ダイヤフラムのヤング率より高く、
前記圧電体への電圧の非印加時において、前記ダイヤフラムはポンプ筐体側と逆方向に凸状に反った形状を有し、
前記ダイヤフラムの反りによって前記ポンプ筐体との間に前記ポンプ室が形成されていることを特徴とする、圧電ポンプ。
A diaphragm with a piezoelectric material bonded to the diaphragm is used, the outer periphery of the diaphragm is fixed to the pump housing, a pump chamber is formed between the pump housing and the diaphragm, and flows into the pump chamber An inflow port having a side check valve and an outflow port having an outflow check valve are connected, and the diaphragm is bent and displaced by applying a positive and negative alternating voltage to the piezoelectric body. In the piezoelectric pump that sucks fluid into the pump chamber from the inlet and discharges fluid from the outlet,
The surface of the pump housing facing the diaphragm is formed in a substantially flat surface,
The diaphragm is a diaphragm in which the piezoelectric body is fixed to a main surface opposite to the pump housing among the diaphragms,
The diaphragm is made of a material having a larger linear expansion coefficient than the piezoelectric body,
The piezoelectric body is bonded and fixed to the main surface of the diaphragm with a thermosetting adhesive,
The thermosetting adhesive has a higher Young's modulus in the cured state than the Young's modulus of the diaphragm,
When no voltage is applied to the piezoelectric body, the diaphragm has a shape that is curved in a convex shape in the opposite direction to the pump housing side,
The piezoelectric pump characterized in that the pump chamber is formed between the pump housing and the diaphragm due to warping of the diaphragm.
前記ダイヤフラムの反り量は、前記振動板が前記ポンプ筐体側へ屈曲したとき、前記ダイヤフラムの中央部が前記ポンプ筐体の表面に近接又は接触するように設定されていることを特徴とする、請求項1に記載の圧電ポンプ。   The amount of warpage of the diaphragm is set such that when the diaphragm is bent toward the pump casing, the central portion of the diaphragm approaches or contacts the surface of the pump casing. Item 2. The piezoelectric pump according to Item 1. 前記圧電体は前記ダイヤフラムの主面に熱硬化型接着剤により接着固定され、
前記熱硬化型接着剤は前記圧電体の中心部より周辺部の厚みが厚くなるように形成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の圧電ポンプ。
The piezoelectric body is bonded and fixed to the main surface of the diaphragm with a thermosetting adhesive,
3. The piezoelectric pump according to claim 1, wherein the thermosetting adhesive is formed such that a thickness of a peripheral portion is thicker than a central portion of the piezoelectric body.
前記ダイヤフラムは樹脂製ダイヤフラムであり、前記圧電体は前記交番電圧を印加することによりそれ自体が屈曲振動するバイモルフ型圧電体であることを特徴とする、請求項1乃至のいずれかに記載の圧電ポンプ。 The diaphragm according to any one of claims 1 to 3 , wherein the diaphragm is a resin diaphragm, and the piezoelectric body is a bimorph piezoelectric body that flexurally vibrates itself when the alternating voltage is applied. Piezoelectric pump. ダイヤフラムに圧電体を接着した振動板を使用し、当該振動板の外周部をポンプ筐体に固定し、前記ポンプ筐体と前記振動板との間にポンプ室を構成し、前記ポンプ室に流入側逆止弁を有する流入口と流出側逆止弁を有する流出口とを接続し、前記圧電体に正負の交番電圧を印加することにより前記振動板を屈曲変位させ、その屈曲変位により前記流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ前記流出口から流体を吐出する圧電ポンプの製造方法において、
前記ポンプ筐体の表面は実質的に平坦面に形成され、前記ダイヤフラムは前記圧電体より線膨張係数が大きい材料よりなり、
前記ポンプ筐体の平坦面に前記ダイヤフラムの一方主面の外周部を密着固定する第1工程と、
前記第1工程の後、前記ダイヤフラムの他方主面の中央部に前記圧電体を熱硬化型接着剤により接着固定する第2工程であって、前記熱硬化型接着剤は硬化状態におけるヤング率が前記ダイヤフラムのヤング率より高く、前記ダイヤフラム上に熱硬化型接着剤を介して圧電体を配置し、高温下で前記熱硬化型接着剤を硬化させ、常温に戻すことにより、前記ダイヤフラムをポンプ筐体側と逆方向に凸状に反った形状とする第2工程とを有し、
前記ダイヤフラムの反りによって前記ポンプ筐体との間に前記ポンプ室が形成されることを特徴とする圧電ポンプの製造方法。
A diaphragm with a piezoelectric material bonded to the diaphragm is used, the outer periphery of the diaphragm is fixed to the pump housing, a pump chamber is formed between the pump housing and the diaphragm, and flows into the pump chamber An inflow port having a side check valve and an outflow port having an outflow check valve are connected, and the diaphragm is bent and displaced by applying a positive and negative alternating voltage to the piezoelectric body. In a method for manufacturing a piezoelectric pump that sucks fluid from an inlet into a pump chamber and discharges fluid from the outlet,
The surface of the pump housing is formed in a substantially flat surface, and the diaphragm is made of a material having a larger linear expansion coefficient than the piezoelectric body,
A first step of tightly fixing the outer peripheral portion of one main surface of the diaphragm to the flat surface of the pump housing;
After the first step, the second step of bonding and fixing the piezoelectric body to the center of the other main surface of the diaphragm with a thermosetting adhesive, the thermosetting adhesive having a Young's modulus in a cured state The diaphragm has a pump modulus higher than the Young's modulus of the diaphragm by placing a piezoelectric body on the diaphragm via a thermosetting adhesive, curing the thermosetting adhesive at a high temperature, and returning to normal temperature. Having a second step that is curved in a convex shape in the opposite direction to the body side,
A method of manufacturing a piezoelectric pump, wherein the pump chamber is formed between the pump housing and the diaphragm by warping of the diaphragm.
前記ダイヤフラムの反り量は、前記振動板が前記ポンプ筐体側へ屈曲したとき、前記ダイヤフラムの中央部が前記ポンプ筐体の表面に近接又は接触するように設定されていることを特徴とする、請求項に記載の圧電ポンプの製造方法。 The amount of warpage of the diaphragm is set such that when the diaphragm is bent toward the pump casing, the central portion of the diaphragm approaches or contacts the surface of the pump casing. Item 6. A method for manufacturing a piezoelectric pump according to Item 5 . 前記第2工程において、前記熱硬化型接着剤は前記圧電体の中心部より周辺部の厚みが厚くなるように形成されることを特徴とする、請求項5又は6に記載の圧電ポンプの製造方法。 The piezoelectric pump according to claim 5 or 6 , wherein, in the second step, the thermosetting adhesive is formed so that a thickness of a peripheral portion is thicker than a central portion of the piezoelectric body. Method.
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JP2018028265A (en) * 2016-08-15 2018-02-22 株式会社菊池製作所 Micro-diaphragm pump
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DE102018207858B4 (en) * 2018-05-18 2021-06-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and holding device for manufacturing a micropump with a mechanically preloaded diaphragm actuator
CN108833645A (en) * 2018-09-04 2018-11-16 金丘科技(深圳)有限公司 A kind of fixed device and handset bracket
CN114320845A (en) * 2021-12-08 2022-04-12 吉林大学 Piezoelectric precision infusion pump integrating driving and sensing

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003013861A (en) * 2001-04-24 2003-01-15 Matsushita Electric Works Ltd Pump and method for manufacturing the same
JP2006207436A (en) * 2005-01-26 2006-08-10 Matsushita Electric Works Ltd Piezoelectric diaphragm pump
CN102884352B (en) * 2010-03-05 2014-06-18 弗兰霍菲尔运输应用研究公司 Method for manufacturing a bending transducer, a micro pump and a micro valve, micro pump and micro valve

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