专利名称：压电微型鼓风机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适于输送空气这样的压缩性流体的微型鼓风机。
背景技术：
在笔记本电脑、数码AV设备这样的小型电子设备中，为高效地冷却内部产生的热量而设置鼓风机。作为这种冷却用的鼓风机，重视并要求小型低背、低电耗及静音性。例如在专利文献1中公开了一种压电微型鼓风机。图1是表示专利文献1的压电鼓微型风机的截面结构及其动作的图。该压电微型鼓风机包括鼓风机主体1 ；以及外周部固定于鼓风机主体1的隔膜2，在隔膜2的背面中央部粘贴有压电元件3。在鼓风机主体1 的第一壁部Ia与隔膜2之间形成有鼓风机室4。在第一壁部Ia的与隔膜2的中心部相对的部位形成有第一开口部fe。通过对压电元件3施加电压，能使隔膜2弯曲变形而使第一开口部fe与隔膜2之间的距离变化。在鼓风机主体1的隔着第一壁部Ia而位于与鼓风机室4相反一侧的部位， 与第一壁部Ia隔着间隔地设有第二壁部lb，并在第二壁部Ib的与第一开口部如相对的部位形成有第二开口部5b。在第一壁部Ia与第二壁部Ib之间形成有外侧端部与外部连通且内侧端部与第一开口部如及第二开口部恥连接的流入通路7。图1 (a)为初始状态(非电压施加时)，隔膜2呈平坦状。图1 (b)为朝压电元件3 施加电压的最初的1/4周期的状态，由于隔膜2朝下弯曲成凸状，因此第一开口部fe与隔膜2之间的距离增大，通过第一开口部fe将流体吸入鼓风机室4内。此时，流入通路7的一部分流体被吸入鼓风机室4内。在下个1/4周期，如图1 (c)所示，当隔膜2返回成平坦状时，第一开口部fe与隔膜2之间的距离减少，流体经由开口部5ajb而被朝上方压出。此时，将流入通路7的流体一起卷入并朝上方流动。在下个1/4周期，如图1 (d)所示，由于隔膜2朝上弯曲成凸状，因此第一开口部fe 与隔膜2之间的距离减少，鼓风机室4内的流体高速被从开口部5ajb朝上方压出。在下个1/4周期，如图1 (e)所示，当隔膜2返回成平坦状时，第一开口部fe与隔膜2之间的距离增大，流体流过第一开口部fe而稍许被吸入至鼓风机室4内，但流入通路 7的流体因惯性而朝中心方向及朝流体被按压至鼓风机室外的方向持续流动。然后，隔膜2 的动作返回至图1(b)，之后周期性地反复进行图1(b) 图1(e)的动作。现有技术文献专利文献 专利文献1 日本专利国际公开第2008/06拟66号册子发明的公开发明所要解决的技术问题在专利文献1的压电微型鼓风机中，由于在与隔膜的中心部相对的壁部设置开口部，并从该开口部排出流体，因此排出后的流动处于与压电微型鼓风机主体垂直的方向。
然而，这样，在与压电微型鼓风机主体垂直的方向上吹出压缩性流体的结构中，在欲组装到小型的低背电子设备内的情况下，无论怎样使产品自身低背化，为了确保从压电微型鼓风机吹出的流体的流动，也需要垂直方向上的空间。若欲使流体的流动在电子设备的框体内处于水平方向上，则需使压电微型鼓风机在电子设备的框体内纵向设置或设置另一通路而将朝垂直方向排出后的流动转换到水平方向上，其结果是需要高度。因此，不能使用到低背电子设备中。另一方面，为了解决该问题，能考虑以下结构在压电微型鼓风机的鼓风机室的侧方配置开口部，并朝压电微型鼓风机主体的侧方吹出流体。但是，为了防止专利文献1的驱动声，例如在以15kHz以上的不可听频率区域或超声波区域的较高的频率驱动的压电微型鼓风机中，即便在鼓风机的侧方配置开口部也不能产生流动，存在不能朝侧方排出流体的技术问题。本发明的目的在于提供一种解决上述技术问题，能朝鼓风机室的侧方吹出压缩性流体，并能将组装目的地的高度方向的占有区域大幅缩小的压电微型鼓风机。解决技术问题所采用的技术方案为解决上述技术问题，本发明采用以下结构。该压电微型鼓风机包括压电元件；隔膜，在该隔膜上安装有上述压电元件；隔膜支承部，该隔膜支承部对上述隔膜的周围进行支承；以及鼓风机室，该鼓风机室通过对上述压电元件施加电压以使上述隔膜弯曲变形，从而引起容积变化，上述隔膜支承部在侧部包括与上述鼓风机室连通的吹出口，上述鼓风机室被设定为在上述压电元件被15kHz以上的交流电压驱动的状态下因上述隔膜的振动而使内部的压力变化大致相同地变化的大小根据该结构，能用作朝侧方吹出压缩性流体的压电微型鼓风机。上述鼓风机室构成在例如对上述隔膜的周围进行支承的隔膜支承部与上述隔膜之间。另外，例如，压电微型鼓风机包括夹在上述隔膜与上述压电元件之间的鼓风机室框体，由上述隔膜、上述压电元件及上述鼓风机室框体构成鼓风机室。发明效果根据本发明，能朝鼓风机室的侧方吹出压缩性流体，并能将在组装目的地电子设备的框体内的高度方向的占有区域大幅缩小。
图1是表示专利文献1的压电微型鼓风机的截面结构及其动作的图。图2是第一实施方式的压电微型鼓风机101的立体图。图3是沿图2中X — X方向剖开的压电微型鼓风机101的中央纵剖图。图4是图2、图3所示的压电微型鼓风机101的各构成构件的俯视图。图5是鼓风机室的直径D比鼓风机室内产生的压力波的波长大的情况下的例子。图6是鼓风机室的直径D为鼓风机室内产生的压力波的波长的1/2的情况的例子。图7是鼓风机室的直径D为鼓风机室内产生的压力波的波长的1/4的情况的例子。
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图8是表示鼓风机室BS的直径D与压电微型鼓风机101吹出的空气的流量之间关系的图。图9是表示将第一实施方式的压电微型鼓风机101重叠三层来加以使用的例子的剖视图。图10是第二实施方式的压电微型鼓风机102的剖视图。图11是图10所示的压电微型鼓风机102的各构成构件的俯视图。图12是第三实施方式的压电微型鼓风机103的剖视图。图13是第四实施方式的压电微型鼓风机104的剖视图。图14是图13所示的压电微型鼓风机104的各构成构件的俯视图。图15是第五实施方式的压电微型鼓风机105的剖视图。图16是图15所示的压电微型鼓风机105的各构成构件的俯视图。图17是第六实施方式的压电微型鼓风机106的剖视图。图18是第七实施方式的压电微型鼓风机107的剖视图。
具体实施例方式(第一实施方式)参照图2 图9，对第一实施方式的压电微型鼓风机进行说明。图2是第一实施方式的压电微型鼓风机101的立体图。该压电微型鼓风机101的外形呈大致正方形板状，在其一个侧面的中央部开设有吹出口 G0BH、50BH)。另外，在压电微型鼓风机101的主面开设有吸入口。在图2所示的朝向的情况下，能在上表面观察到吸入口 60A。图3是沿图2中X — X方向剖开的压电微型鼓风机101的中央纵剖图。不过，为了容易理解截面结构，图3在厚度方向上进行扩大而改变了上下左右的长宽比。该压电微型鼓风机101包括底板60、流路板50、鼓风机室板40、隔板30、振动板10、侧壁板20。振动板10是通过在其隔膜11上隔着环状的中间板13粘贴实质上直径与中间板 13的直径相同的环状压电元件12而构成的。即，振动板10被一体化。在流路板50、鼓风机室板40、隔板30、隔膜11及侧壁板20上开设有供螺钉穿过的孔(未图示)，在底板60上切开有与螺钉螺合的螺纹孔(未图示)。通过使螺钉从侧壁板 20侧穿过而与底板60的螺纹孔螺合，从而将底板60、流路板50、鼓风机室板40、隔板30、隔膜11及侧壁板20 —体化。在鼓风机室板40的中央形成有直径D的圆形的开口 40S。振动板10的隔膜11的周边部与隔板30 —起被鼓风机室板40和侧壁板20夹住。S卩，隔膜11通过隔板30被鼓风机室板40和侧壁板20支承。该隔板30、鼓风机室板40、流路板50、底板60及侧壁板20相当于本发明的“隔膜支承部”。被隔膜11、流路板50及鼓风机室板40的开口 40S围住的空间是鼓风机室BS。在鼓风机室板40上设有吹出口 40BH，在流路板50上设有吹出口 50BH，并在鼓风机室BS与吹出口 40BH、50BH之间分别形成有吹出用流路40F、50F。在侧壁板20上沿其厚度方向形成有纵孔20V。在隔膜11及隔板30上形成有与纵孔20V连通且与吹出用流路40F的中途相连的孔。纵孔20V的一端在吸入口 20A处开口。另外，在底板60上沿其厚度方向形成有与吹出用流路50F的中途相连的纵孔60V。该纵孔 60V的一端在吸入口 60A处开口。在鼓风机室BS中被加压的压缩性流体(例如为空气，以后以空气为例进行说明) 流过吹出用流路40F、50F而从吹出口 40BH、50BH吹出。此时，从吸入口 20A、60A吸入空气， 该吸入后的空气与来自鼓风机BS的空气成为一体而从吹出口 40BH、50BH吹出。因此，能对相邻配置于压电微型鼓风机101的吹出口 40BH、50BH侧的构件进行冷却。图4是图2、图3所示的压电微型鼓风机101的各构成构件的俯视图。如图4㈧ 所示，侧壁板20的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 20S。该圆形的开口 20S 是为了仅支承隔膜11的周边部而形成的。另外，在侧壁板20上形成有两个纵孔20V。如上所述，该纵孔20V为吸入用流路的一部分。如图4⑶所示，压电元件12及中间板13均呈环板状。如图4(C)所示，隔膜11的外形呈方形板状，形成有两个孔11V。这些孔IlV与侧壁板的纵孔20V连通。如图4(D)所示，隔板30的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 30S。 另外，在隔板30上形成有两个纵孔30V。这些孔30V与隔膜11的孔IlV连通。该隔板30 的平面形状与侧壁板20的平面形状相同。如图4(E)所示，鼓风机室板40的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 40S。另外，在鼓风机室板40上形成有两个横孔40H和吹出用流路40F。吹出用流路40F使开口 40S与吹出口 40BH连通。横孔40H的第一端部与吹出用流路40F的根部附近(靠开口 40S的位置)相连。 横孔40H的第二端部与隔板30的孔30V连通。由于隔板30的孔30V与隔膜11的孔IlV 及侧壁板20的纵孔20V连通，因此横孔40H的第二端部连通到图3所示的吸入口 20A。如图4(F)所示，流路板50的外形呈方形板状，形成有两个横孔50H及吹出用流路 50F。这些横孔50H及吹出用流路50F与鼓风机室板40的两个横孔40H及吹出用流路40F 呈相同的形状，并彼此重叠。通过像这样在流路板50上也设置横孔50H及吹出用流路50F， 来增大横孔及吹出用流路的厚度。吹出用流路40F、50F及吹出口 40BH、50BH构成吹出用的喷嘴。通过该喷嘴的作用， 从鼓风机室吹出的空气被整流到一定方向上，且从鼓风机室到吹出口 40BH、50BH为止的压力变化被控制成规定模式。而且，在现有的朝纵向吹出的鼓风机中，在设有喷嘴的情况下尺寸会在压电微型鼓风机101的高度方向上变大，但在本结构中，能将喷嘴形成于鼓风机室的吹出用流路、底板，从而不用扩大尺寸就能加以构成。如图4 (G)所示，底板60的外形呈方形板状，形成有两个纵孔60V。这些纵孔60V 与流路板50的横孔50H连通。这样，通过将图4的各构成构件层叠并用螺钉加以旋紧，从而构成图3所示的压电微型鼓风机101。在此，是通过螺钉旋紧来固定各构成构件，但也可使用粘接、铆接等其它方法来一体化。图5 图7是表示压电微型鼓风机101的鼓风机室BS的尺寸与鼓风机室BS内的压力变化之间的关系的图。不过，仅示出了说明所需的构件且对它们进行了简化。在上述例子中，均图示了以仅有隔膜11的环状的压电元件12及中间板13的内径部分大幅变位这
6样的三次谐波进行弯曲振动的三次振动模式的情况。图5是鼓风机室的直径D比鼓风机室内产生的压力波的波长大的情况下的例子。 图5 (a)、图5 (b)、图5 (c)、图5 (d)示出了隔膜11及鼓风机室BS的每隔隔膜11的振动周期的90°相位差的变化和压力波。首先，相位0°是隔膜11从其以前的相位270°的状态朝压缩鼓风机室BS的方向变位的中途。此时，隔膜11的变位为零，速度最大。图中的白箭头表示隔膜11的变位方向。 由于隔膜11的变位速度较大，因此隔膜11的中央部的压力比大气压高。图中虚线的椭圆表示在该区域中压力升高。压力波从该压力较高的区域朝隔膜11的周围方向传播。图中的箭头表示该传播。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS收缩的方向变位，在相位90°，变位最大，速度为零。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS扩张的方向变位，在相位180°，变位为零，速度最大。此时，鼓风机室BS的中央部的压力比大气压低。图中的白箭头表示隔膜11的变位方向。图中虚线的椭圆表示在该区域中压力降低。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS扩张的方向变位，在相位270°，变位最大，速度为零。反复进行以上动作。在图5(a)所示的相位0°附近，在鼓风机室BS的中央处产生的压力波朝鼓风机室BS的周围传播。在图5所示的例子中，鼓风机室BS的直径D比在鼓风机室BS内产生的压力波的波长大，压力波在朝鼓风机室BS的周围传播时衰减。因此，鼓风机室BS的中央部的压力变化较大，但鼓风机室的周边部的压力变化较小。因此，这种鼓风机室的尺寸不能将空气从鼓风机室的侧方吹出。图6是鼓风机室的直径D为鼓风机室内产生的压力波的波长的1/2的情况的例子。图6 (a)、图6 (b)、图6 (c)、图6 (d)示出了隔膜11及鼓风机室BS的每隔隔膜11的振动周期的90°相位差的变化和压力波。首先，相位0°是隔膜11从其以前的相位270°的状态朝压缩鼓风机室BS的方向变位的中途。与图5(a)的情况相同，此时，隔膜11的变位为零，速度最大。由于隔膜11的变位速度较大，因此隔膜11的中央部的压力比大气压高。压力波从该压力较高的区域朝隔膜11的周围方向传播。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS收缩的方向变位，在相位90°，变位最大，速度为零。由于鼓风机室BS的半径(D/2)为1/4波长，因此相位0°时在鼓风机室的中央产生的压力波在1/4周期后会在鼓风机室板40的开口 40S的内壁处反射。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS扩张的方向变位，在相位180°，变位为零，速度最大。此时，鼓风机室BS的中央部的压力根据隔板11的变位而降低，但在鼓风机室40的开口 40S的内壁处反射而朝鼓风机室BS的中央方向返回而来的压力波向消除鼓风机室中央的压力变化的方向起作用。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS扩张的方向变位，在相位270°，变位最大，速度为零。此时，鼓风机室BS的中央部的压力与大气压相等或比大气压低。反复进行以上动作。这样，因隔膜11的变位而在鼓风机室BS的中央产生的压力波朝鼓风机室BS的周围传播，在鼓风机室板40的开口 40S的内壁处反射，并再次朝鼓风机
7室BS的中央方向返回而干涉。在图6所示的例子中，由于鼓风机室BS的直径D为鼓风机室BS内产生的压力波的波长的1/2，因此，在鼓风机室板40的开口 40S的内壁处反射而朝鼓风机室BS的中央方向返回的压力波与在鼓风机室BS的中央产生的压力波以相反相位干涉，从而使彼此的压力相互抵消。因此，隔膜11不能有效地使鼓风机室内的压力变化。因此，虽然鼓风机室BS较小，朝鼓风机室BS的周围传播时的衰减较小，但这种鼓风机室的尺寸也不能充分地从鼓风机室的侧方吹出空气。图7是鼓风机室的直径D为鼓风机室内产生的压力波的波长的1/4的情况的例子。图7 (a)、图7 (b)、图7 (c)、图7 (d)示出了隔膜11及鼓风机室BS的每隔隔膜11的振动周期的90°相位差的变化和压力波。首先，相位0°是隔膜11从其以前的相位270°的状态朝压缩鼓风机室BS的方向变位的中途。与图5(a)的情况相同，此时，隔膜11的变位为零，速度最大。由于隔膜11的变位速度较大，因此隔膜11的中央部的压力比大气压高。压力波从该压力较高的区域朝隔膜11的周围方向传播。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS收缩的方向变位，在相位90°，变位最大，速度为零。由于鼓风机室BS的半径(D/幻为1/8波长，因此，相位0°时在鼓风机室的中央产生的压力波在1/8周期后会在鼓风机室板40的开口 40S的内壁处反射，并在1/4周期后返回至鼓风机室的中央时，压力较高的区域和压力较低的区域不在同一时间点重叠。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS扩张的方向变位，在相位180°，变位为零，速度最大。然后，隔膜11朝使鼓风机室BS扩张的方向变位，在相位270°，变位最大，速度为零。此时，鼓风机室BS的中央部的压力与大气压相等或比大气压低。反复进行以上动作。这样，因隔膜11的变位而在鼓风机室BS的中央产生的压力波朝鼓风机室BS的周围传播，在鼓风机室板40的开口 40S的内壁处反射，并立刻朝鼓风机室BS的中央方向返回。在图7所示的例子中，鼓风机室BS的直径D为鼓风机室BS内产生的压力波的波长的 1/4，因此，在鼓风机室板40的开口 40S的内壁处反射而朝鼓风机室BS的中央方向返回的压力波与在鼓风机室BS的中央产生的压力波不会彼此相互抵消。因此，鼓风机室BS内部的压力大致相同地变化。因此，鼓风机室的周边部的压力变化与中央部相同地大幅变化，能从鼓风机室的侧方吹出空气。在该例子中，将鼓风机室BS的直径设为波长的1/4，但只要处于1/4以下就不会彼此相互抵消，另外，鼓风机室BS的直径越小，则压力波越是瞬时传播， 从而使压力进一步相同地变化。图8是鼓风机室BS的直径D与压电微型鼓风机101吹出的空气的流量之间关系的图。此处，横轴是鼓风机室BS的直径D与驱动频率的压力波(在介质中传递的声波)的波长的比。将室温下的音速设为大致340m，计算出鼓风机室内产生的驱动频率的压力波(声波)的波长，并对此求出鼓风机室BS的直径D的比。此处，压电微型鼓风机101的各部分的尺寸如下。[压电元件12]厚度 0. 2 [mm]外径 12 [mm]
内径5 [mm]
[中间板13]
厚度0. 1 [謹]
外径12 [mm]
内径5 [mm]
[隔膜11]
厚度 0. 08 [mm]
外径15 [mm]
[鼓风机室板40]
厚度 O·2 [mm]
内径3 11 [mm]
[流路板50]
厚度 0.5 [mm]
[底板60]
厚度 0.5 [mm]
[朝压电元件12施加的驱动电压]
频率20kHz
电压50Vpp的交流电压
直径D为0.5以下、即不足压力波的波长的1/2时，开始获得横吹的流量，此外，直径D为0.25以下、即压力波的波长的1/4以下时，流量为0. 23[L/min]，产生了较强的空气吹出。
这样，当鼓风机室BS的直径D为鼓风机室BS内产生的压力波的波长的1/4时，
(越为1/4以下时，)在鼓风机室板40的开口 40S的内壁处反射而朝鼓风机室BS的中央方向返回的时间(越是)缩短，使压力波瞬间传播，从而提高鼓风机室内的压力变化的一致性。不过，当鼓风机室BS的直径D变得过小时，隔膜11的变位变小，鼓风机室的容积变化减小，导致流量不能增大，因此，最好将鼓风机室BS的直径D设定为满足鼓风机室BS内产生的压力波的波长的1/4以下的条件并能获得规定流量的尺寸。在这种情况下，通过如第一实施方式那样将鼓风机室的尺寸保持得较小并与其不同地增大驱动部，能增大变位并使鼓风机室内的压力分布变得一致，从而能获得良好的流量特性。另外，由实验结果，能确认在鼓风机室BS的直径D不足压力波的波长的1/2的情况下会从鼓风机室的侧方吹出空气。虽然上述范围理论上是压力开始消除的区域，但并不意味着完全消除，某种作用在使压力变得一致。图9是表示将第一实施方式的压电微型鼓风机101重叠三层来加以使用的例子的剖视图。由于第一实施方式的压电微型鼓风机101的上下表面的吸入口 20A、60A在俯视观察时位于相同的位置，因此在将多个压电微型鼓风机101重叠的状态下各个压电微型鼓风机101的吸入口 20A、60A连通。因此，各压电微型鼓风机101正常动作，整体的吹出量的流量增大。而且，由于吹出口 40BH、50BH排列在同一面上并朝向相同方向，因此，从吹出口 40BH、50BH吹出的空气会卷入周围的空气，可进一步提高包含周围的空气在内的整体的流量。
(第二实施方式)图10是第二实施方式的压电微型鼓风机102的剖视图。与第一实施方式的压电微型鼓风机101的不同点是未包括图3所示的流路板50和吸入口 60A单一。图11是图10所示的压电微型鼓风机102的各构成构件的俯视图。如图11㈧所示，侧壁板20的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 20S。如图Il(B)所示，压电元件12及中间板13均呈环板状。如图Il(C)所示，隔膜11的外形呈方形板状。如图Il(D)所示，隔板30的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 30S。如图Il(E)所示，鼓风机室板40的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 40S。另外，在鼓风机室板40上形成有吹出用流路40F。吹出用流路40F使开口 40S与吹出口 40BH连通。如图Il(F)所示，底板60的外形呈方形板状，形成有一个纵孔60V。该纵孔60V与鼓风机室板40的吹出用流路40F的根部附近(靠开口 40S的位置)相连。这样，通过将图11的各构成构件层叠并用螺钉加以旋紧，从而构成图10所示的压电微型鼓风机102。(第三实施方式)图12是第三实施方式的压电微型鼓风机103的剖视图。与第一实施方式的压电微型鼓风机101的不同点是将压电元件12及中间板13设为圆板状。其它的结构与压电微型鼓风机101相同。在该情况下，也可在一次振动模式下使用。与第一实施方式比较，能实现非常小型化。虽然隔膜11、压电元件12及中间板13构成的振动板10的振动模式与第一实施方式所示的情况不同，但鼓风机室BS的尺寸和用于使鼓风机室内的压力相同地变化的条件是相同的。因此，能适用于包括这种圆板状的压电元件的压电微型鼓风机。S卩，若具有本发明的鼓风机室结构，则不用依赖于隔膜、压电元件、中间板有或没有等的结构、振动模式，就能使内部的压力变化大致相同，从而能获得相同的效果。(第四实施方式)图13是第四实施方式的压电微型鼓风机104的剖视图。该压电微型鼓风机104 包括底板60、流路板50、振动板10、侧壁板20。振动板10由压电元件12、隔膜11及中间板 13构成。与第一实施方式 第三实施方式的压电微型鼓风机101 103的不同点是振动板 10及鼓风机室BS的结构。振动板10的隔膜11的周边部被流路板50和侧壁板20夹住。S卩，隔膜11被流路板50和侧壁板20支承。该流路板50及侧壁板20相当于本发明的“隔膜支承部”。中间板13相当于本发明的“鼓风机室框体”。压电元件12呈圆板状，而中间板13 呈环板状。在隔膜11与压电元件12之间夹着中间板13。根据该结构，由隔膜11、压电元件12及中间板构成鼓风机室BS。在中间板13上形成有吹出用流路13F。在侧壁板20上设有吹出口 20BH，在流路板50上设有吹出口 50BH。此外，在吹出用流路13F的延长位置与吹出口 20BH之间形成有吹出用流路20F。
在流路板50、隔膜11及侧壁板20上开设有供螺钉穿过的孔(未图示)，在底板60 上切开有与螺钉螺合的螺纹孔(未图示)。通过使螺钉从侧壁板20侧穿过而与底板60的螺纹孔螺合，从而将底板60、流路板50、隔膜11及侧壁板20 —体化。图14是图13所示的压电微型鼓风机104的各构成构件的俯视图。如图14㈧所示，侧壁板20的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 20S。另外，在侧壁板20上形成有吹出用流路20F。吹出用流路20F使开口 20S与吹出口 20BH连通。如图14⑶所示，压电元件12呈圆板状。如图14(C)所示，中间板13在环板状的一部分上存在切口。该切口是吹出用流路 13F。如图14(D)所示，隔膜11的外形呈方形板状，在内部形成有多个圆弧状的狭缝。另外，还形成有开口部与吹出口 IlBH相连的吹出用流路11F。如图14(E)所示，流路板50的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 50S。另外，在流路板50上形成有吹出用流路50F。吹出用流路50F使开口 50S与吹出口 50BH连通。如图14(F)所示，底板60的外形呈方形板状。这样，通过将图14的各构成构件层叠并用螺钉加以旋紧，从而构成图13所示的压电微型鼓风机104。这样，由隔膜11、压电元件12及中间板构成的鼓风机室BS支承于隔膜11而呈浮岛状，因此，隔膜11和压电元件12能个别地进行弯曲变位。确定压电元件12、中间板13及隔膜11的尺寸以产生以下振动模式当压电元件12以朝上方隆起的方式变位时，隔膜11 以朝下方下降的方式变位，当压电元件12以朝下方凹陷的方式变位时，隔膜11以朝上方上升的方式变位。确定对压电元件12施加的驱动电压的频率，以使压电元件12及隔膜11以上述模式振动。这样，通过使压电元件12及隔膜11在鼓风机室BS的缩小方向和扩张方向上同步变位，从而使其容积变化比第一实施方式 第三实施方式所示的压电微型鼓风机的鼓风机室大。因此，能有效地增大吹出流量。
0140]此处，压电微型鼓风机104的各部分的尺寸如下。0141][压电元件12]0142]厚度0. 1 [謹]0143]外径9 [mm]0144][中间板13]0145]厚度 0. 15 [mm]0146]外径9 [mm]0147]内径4 [mm]0148][隔膜11]0149]厚度 0. 05 [mm]0150]外径12 [mm]0151][流路板50]0152]厚度 0.5 [mm]
11
[底板6O]厚度 0.5 [mm][朝压电元件12施加的驱动电压]频率21. 6kHz电压15Vpp的交流电压在以上条件中，尽管驱动电压较低，也能获得与第一实施方式相等的0. 22[L/min] 的流量。根据该第四实施方式，无需仅用于形成鼓风机室的构件，能在整体上实现低背化。 另外，由于在隔膜11的驱动部周边部存在狭缝，因此能抑制振动朝隔膜支承构件即流路板 50及侧壁板20泄漏。此外，能在不受构成零件的层叠压力、压电微型鼓风机的安装应力等影响的情况下进行稳定动作。(第五实施方式)图15是第五实施方式的压电微型鼓风机105的剖视图。与第一实施方式的压电微型鼓风机101的不同点是鼓风机室板40的结构。其它的结构与压电微型鼓风机101相同。在第五实施方式的压电微型鼓风机105中，在由隔膜11、鼓风机40的开口 40S、流路板50构成的空间中包括将该空间分隔开的鼓风机室间壁40P。此外，由该鼓风机室间壁 40P和隔膜11构成鼓风机室BS。图16是图15所示的压电微型鼓风机105的各构成构件的俯视图。如图16(A)所示，侧壁板20的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 20S。另外，在侧壁板20上形成有两个纵孔20V。如图16⑶所示，压电元件12及中间板13均呈环板状。如图16(C)所示，隔膜11的外形呈方形板状，形成有两个孔IlV0这些孔IlV与侧壁板的纵孔20V连通。如图16(D)所示，隔板30的外形呈方形板状，在其中央处形成有圆形的开口 30S。 另外，在隔板30上形成有两个纵孔30V。如图16(E)所示，鼓风机室板40的外形呈方形板状，在其中央处形成有开口 40S。 在该开口 40S内形成有鼓风机室间壁40P。另外，在鼓风机室板40上形成有横孔40BH和吹出用流路40F。吹出用流路40F使鼓风机室间壁40P内与吹出口 40BH连通。如图16(F)所示，流路板50的外形呈方形板状，形成有两个横孔50H及吹出用流路50F。横孔50H的第一端部与吹出用流路50F的根部附近相连。横孔50H的第二端部与鼓风机室板40的孔40V连通。由于鼓风机室板40的孔40V与隔板30的的孔30V、隔膜11 的孔IlV及侧壁板20的纵孔20V连通，因此横孔50H的第二端部连通到图15所示的吸入 Π 20Α。如图16(G)所示，底板60的外形呈方形板状，形成有两个纵孔60V。这些纵孔60V 与流路板50的横孔50Η连通。这样，通过将图16的各构成构件层叠并用螺钉加以旋紧，从而构成图15所示的压电微型鼓风机105。在以上所示的例子中，是在隔膜支承部侧设置鼓风机室间壁，但也可在隔膜11侧设置鼓风机室间壁。如第一实施方式 第四实施方式所示，当通过在隔膜11变位的区域中设置鼓风机室板40来构成鼓风机室时，在隔膜11变位时会产生空气的阻力，从而可能会阻碍隔膜 11的变位。但是，如第五实施方式那样，若增大鼓风机室板40的开口 40S，并在该开口的空间内设置鼓风机室间壁40P，则能在隔膜11的下方确保可变位的空间，因此，很少会阻碍变位。特别地，若将鼓风机室间壁40P设在对应于隔膜11的振动的波节的位置，则其效果较大。另外，特别是在鼓风机室的尺寸D较小的情况下，效果较大。(第六实施方式)图17是第六实施方式的压电微型鼓风机106的剖视图。与第一实施方式的压电微型鼓风机101的不同点是未包括图3所示的底板60 ；未包括图3所示的纵孔20V、60V ； 同样地在隔膜11及隔板30上未包括与纵孔20V连通的孔；以及未包括图3所示的吹出用流路50F。S卩，未包括吸入口。因此，不能进行将从吸入口吸入的空气从吹出口吹出这样的朝一个方向的流体输送，但能进行将从吹出口 40BH吸入至鼓风机室BS的空气从相同的鼓风机室BS在卷入吹出口 40BH周边的空气后吹出这样的“风箱动作”。由于因该风箱动作而产生气流或使空气发生紊乱，因而能产生提高冷却效率的效果，并能用于小型设备的冷却。根据第六实施方式，由于没有底板，因此与第一实施方式的压电微型鼓风机101 相比，能实现低背化，也能简化材料零件。(第七实施方式)图18是第七实施方式的压电微型鼓风机107的剖视图。在目前为止所示的各实施方式中，通过使用板状的构件将隔板30、鼓风机室板40、流路板50、底板60层叠来构成微型鼓风机，但在第七实施方式中，使用通过树脂成形、切削等加工方法而一体形成的构件。在第七实施方式的压电微型鼓风机107中，相当于例如图15所示的隔板30、鼓风机室板40、流路板50、底板60的构件由单一的树脂构件即下部板345构成。在下部板345 上形成有凹部，由该下部板；345的凹部和隔膜11构成鼓风机室BS。另外，在下部板345上形成有横孔45BH和吹出用流路45F。在下部板345上形成有吸入口 345A。振动板10通过在其隔膜11上隔着中间板13粘贴压电元件12而被一体化。其它结构与图15所示的结构相同。这样，在由一体成形的树脂构件形成鼓风机主体的情况下，容易将鼓风机室的形状加工为任意的形状。例如，在鼓风机室的流路侧的角上形成锥部、R(圆形)，或将鼓风机室设为拱顶形以进一步接近隔膜的变形形状，从而能进一步使鼓风机室内的压力变化变得一致。在该情况下，鼓风机室的形状在厚度方向上不相同，但只要认为扩张方向上的最大尺寸D为鼓风机室尺寸即可。此外，并不仅仅是鼓风机室，也能任意地构成吹出用流路的形状，能通过采用最适于流动的形状来进一步改善特性。(其它实施方式)压电微型鼓风机的驱动频率为超声波的频带是较为理想的，以免产生相当于成为问题程度的可听声杂声，而且其越高则单位时间的隔膜的振动循环数就越多，因此，能提高
13流量。但是，根据振动板的共振频率的设计，压电微型鼓风机的驱动频率既可以是15kHz以上的不可听频率区域、超声波的频率(大致20kHz以上)这样的频率，也可稍许脱离该频率
范围。
符号说明
BS鼓风机室
10振动板
11隔膜
11V.30V.40V孔
12压电元件
13中间板
11F、13F、20F、40F、50F吹出用流路
20侧壁板
20A、60A吸入口
20S、30S、40S、50S开口
20V,60V纵孔
30隔板
40鼓风机室板
40BH、50BH吹出口
40H、50H横孔
40P室间壁
50流路板
60底板
101 107压电微型鼓风机
1权利要求
1.一种压电微型鼓风机，包括 压电元件；隔膜，在该隔膜上安装有所述压电元件； 隔膜支承部，该隔膜支承部对所述隔膜的周围进行支承；以及鼓风机室，该鼓风机室通过对所述压电元件施加电压以使所述隔膜弯曲变形，从而引起容积变化，通过所述鼓风机室的所述容积变化来输送压缩性流体，其特征在于， 所述隔膜支承部在侧部包括与所述鼓风机室连通的吹出口，所述鼓风机室被设定为以下大小在所述压电元件被15kHZ以上的交流电压驱动的状态下，所述隔膜的振动使内部的压力变化大致相同地变化。
2.如权利要求1所述的压电微型鼓风机，其特征在于，所述鼓风机室构成在对所述隔膜的周围进行支承的隔膜支承部与所述隔膜之间。
3.如权利要求2所述的压电微型鼓风机，其特征在于，在构成于所述隔膜与所述隔膜支承部之间的空间中，在所述隔膜和所述隔膜支承部中的至少任一个构件上包括将该空间分隔开的鼓风机室间壁，由所述隔膜、所述隔膜支承部及所述鼓风机室间壁构成所述鼓风机室。
4.如权利要求2或3所述的压电微型鼓风机，其特征在于，所述隔膜支承部在内部包括将所述吹出口与所述鼓风机室连通的吹出用流路，在所述隔膜支承部上包括吸入口，包括将所述吸入口与所述吹出用流路的中途之间连通的吸入用流路。
5.如权利要求1所述的压电微型鼓风机，其特征在于，所述压电微型鼓风机包括夹在所述隔膜与所述压电元件之间的鼓风机室框体，由所述隔膜、所述压电元件及所述鼓风机室框体构成所述鼓风机室。
6.如权利要求5所述的压电微型鼓风机，其特征在于，所述隔膜支承部在内部包括将所述吹出口与所述鼓风机室连通的吹出用流路，在所述隔膜上包括吸入口，包括将所述吸入口与所述吹出用流路的中途之间连通的吸入用流路。
7.如权利要求1至6中任一项所述的压电微型鼓风机，其特征在于， 所述鼓风机室的扩张方向上的尺寸比所述隔膜的振动区域的范围小。
8.如权利要求1至7中任一项所述的压电微型鼓风机，其特征在于， 由所述吹出口和所述吹出用流路构成喷嘴。
9.如权利要求1至8中任一项所述的压电微型鼓风机，其特征在于，所述鼓风机室的扩张方向上的尺寸不足所述隔膜的驱动频率下的压力波的波长的1/2倍。
10.如权利要求1至8中任一项所述的压电微型鼓风机，其特征在于，所述鼓风机室的扩张方向上的尺寸处于所述隔膜的驱动频率下的压力波的波长的1/4 倍以下。
全文摘要
振动板(10)是通过在其隔膜(11)上隔着中间板(13)粘贴压电元件(12)而构成的。在鼓风机室板(40)的中央形成有圆形的开口(40S)。由隔膜(11)、流路板(50)及鼓风机室板(40)的开口(40S)构成的鼓风机室(BS)被设定为因隔膜的振动而使内部的压力变化大致相同地变化的大小。在鼓风机室板(40)上设有吹出口(40BH)，在流路板(50)上设有吹出口(50BH)。在鼓风机室(BS)中被加压后的压缩性流体从吹出口(40BH、50BH)吹出。
文档编号F04B45/04GK102597519SQ20108005014
公开日2012年7月18日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月4日
发明者兼田阳子, 金井俊吾 申请人:株式会社村田制作所