压电微型鼓风的制造方法

压电微型鼓风的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种振动板的振动难以泄漏到外部、且可减小能耗的压电微型鼓风机。该压电微型鼓风机具有：内壳体，该内壳体固定具有压电元件的振动板的周围，并在与振动板之间形成鼓风机室；及外壳体，该外壳体以预定的间隙不接触地覆盖内壳体的外侧，利用外壳体通过多个联结部弹性支承内壳体。在与振动板的中央部相对的内壳体的顶板部形成第一开口部，在与第一开口部相对的外壳体的顶板部形成第二开口部，在两顶板部之间形成将从外部流入的流体通过两壳体的间隙导入的中央空间。通过对振动板以弯曲模式进行驱动，从而将空气吸入到中央空间，并从第二开口部排出。联结部抑制振动板的振动从内壳体泄漏到外壳体，以减小能耗。
【专利说明】压电微型鼓风机
[0001]本发明专利申请是申请日为2009年6月I日、申请号为200980121188.2(国际申请号PCT/JP2009/059951)、名称为“压电微型鼓风机”的发明专利申请的分案申请。
[0002]技术邻域
[0003]本发明涉及一种适合于输送空气那样的压缩性流体的压电微型鼓风机。
【背景技术】
[0004]作为用于使便携式电子设备的外壳内部产生的热量有效地发散、或用于提供燃料电池发电所需的氧气的送风用鼓风机，已知有压电微型鼓风机。压电微型鼓风机是使用通过向压电元件施加电压从而弯曲变形的隔膜的一种泵，具有如下优点:结构简单，可构成小型和薄型，且功耗低。
[0005]专利文献I中提出了一种流动产生装置，该流动产生装置包括:基体，该基体具有充满流体的加压室；喷嘴板，该喷嘴板具有设置成面对加压室的喷嘴；及振子，该振子具有开口，且安装于喷嘴板，使得喷嘴位于该开口的大致中央，将喷嘴板和振子安装于基体，并且将振子的谐振频率附近的频率的交流信号提供给该振子。在这种情况下，可省去逆止阀，通过以高频驱动振子从而可增大流量。专利文献I的图5的结构中，采用如下结构:在喷嘴板的前方设置流入空气室，从喷嘴喷出的气流一边将周围的空气室的空气卷入，一边从排出口排出。
[0006]专利文献2中披露了一种微型鼓风机,该微型鼓风机包含吸引并喷射外部空气的喷射单元、形成有将从喷射单元喷射出的空气排出的排出口的盖部、及与喷射单元结合的基底单元。专利文献2的图4中披露了如下结构:设置具有吸引孔和喷射孔的喷射板，包括磁性片的振动板通过加压室安装于该喷射板的背后，利用线圈使磁性片振动以从空腔产生喷射气流，将位于喷射板前方的盖空腔的空气卷入并从排出口排出。
[0007]专利文献3中披露了如下结构的气流产生器:在不锈钢制盘片的单面粘贴压电元件以构成超声波驱动体，在不锈钢制盘片的另一面固定第一不锈钢制膜体，在与该不锈钢制膜体之间隔开一定空洞来固定第二不锈钢制膜体。
[0008]作为微型鼓风机所要求的特性之一有高能效化。即，需要将所输入的电能尽量不浪费地转换成空气的喷射流量。在专利文献I的情况下，由于由内壳体和外壳体的双重壁结构构成，因此成为内壳体的振动难以泄漏到外部的结构，但由于连接内壳体和外壳体的壁部为刚体，而且壁部在振子的振动方向上延伸，因此振子的振动容易通过该壁部从内壳体传播到外壳体。存在如下问题:虽然外壳体固定于设备的外壳或基板等，但由于振子的振动泄漏到外壳体，因而能耗变大，并且特性会由于外壳体和外壳的固定结构而变动。
[0009]在专利文献2的情况下，振子通过容器本体安装于喷射板，喷射板的外周部与外侧的壳体固定。由于喷射板为不会随着振子的振动而振动的那样比较厚的板，因此振子的振动会传播到外侧的壳体，与专利文献I相同，能耗变大。
[0010]在专利文献3的情况下，虽然将第二不锈钢制膜体固定于外壳等，但由于第一不锈钢制膜体和第二不锈钢制膜体在外周部固定，因此超声波驱动体的振动会原样泄漏到外部，与专利文献1、2相比可认为能耗更大。另外，还可能会因向外壳固定的结构而导致特性变动。
[0011]专利文献1:日本专利特公昭64 - 2793号公报
[0012]专利文献2:日本专利特开2005 - 113918号公报
[0013]专利文献3:日本专利特表2006 - 522896号公报

【发明内容】

[0014]因此本发明的目的在于提供一种振动板的振动不易泄漏到外部、且可减小能耗的压电微型鼓风机。
[0015]为了达到上述目的，本发明提供一种压电微型鼓风机，其特征在于，包括:振动板，该振动板具有压电元件；内壳体，该内壳体将所述振动板的周围固定，并在与振动板之间形成鼓风机室；第一开口部，该第一开口部设置在与所述振动板的中央部相对的内壳体的壁部；外壳体，该外壳体以预定的间隙不接触地覆盖所述内壳体的外侧；第二开口部，该第二开口部设置在与所述第一开口部相对的外壳体的壁部；多个联结部，该多个联结部将所述内壳体和外壳体之间进行联结，实质上抑制从所述内壳体向外壳体的振动传播；及中央空间，该中央空间形成在与所述振动板相对的内壳体的壁部、和与该内壳体的壁部相对的外壳体的壁部之间，将从外部流入的流体通过所述间隙导入，且与所述第一开口部及第二开口部连通，通过对所述压电元件施加预定频率的电压，对振动板以弯曲模式进行驱动，从而将压缩性流体通过所述间隙吸入到中央空间，并从第二开口部排出。
[0016]若对压电元件施加预定频率的电压以驱动振动板，则随着振动板的位移将空气在某个半周期从第一开口部吸入，在下个半周期排出。利用随着振动板的高频驱动而从第一开口部排出的高速气流，一边将位于其周围的空气卷入，一边从第二开口部同时排出。SP，由于通过内壳体和外壳体的间隙吸入到中央空间的空气、和从第一开口部排出的空气合流并从第二开口部排出，因此可得到振动板的位移体积以上的喷射流量。
[0017]由于作为驱动部的内壳体和作为非驱动部的外壳体通过实质上抑制从内壳体向外壳体的振动传播的多个联结部进行联结，因此可减少内壳体的振动泄漏到外壳体的情况，能耗较少。因此，可将输入到压电元件的电能高效地转换成空气流量，可实现高效的压电微型鼓风机。另外，通过使作为驱动部分的内壳体和作为非驱动部分的外壳体成为分开的部件，采用分离的结构，从而能防止因向外壳等安装时所引起的特性变动。而且，由于可将内壳体和外壳体之间的间隙全部作为流入通路，因此可减小流通路径阻力，实现更大的流量增加。虽然联结部形成在流入通路中，但由于该联结部只要在周向上隔开间隔设置即可，因此实质上不会成为流通路径阻力。
[0018]所谓本发明中的振动板，也可为在隔膜(例如金属板)的单面粘贴有在平面方向上伸缩的压电元件的单层压电型、在隔膜的两面粘贴有彼此朝相反方向伸缩的压电元件的双层压电型、在隔膜的单面粘贴有其自身弯曲变形的层叠型压电元件的双层压电型、以及省去隔膜而以压电元件自身来构成振动板的类型。另外，压电元件的形状也可为圆板状、矩形、或圆环状。也可采用在压电元件和隔膜之间粘贴有中间板的结构。不管是哪一种，只要是通过对压电元件施加交变电压(交流电压或矩形波电压)、从而振动板在板厚方向上弯曲振动的振动板即可。[0019]虽然以I阶谐振模式(I阶谐振频率)来驱动振动板可得到最大的位移量因而优选，但I阶谐振频率处于人类的听阈，会有噪音变大的情况。与此不同的是，若使用3阶谐振模式(3阶谐振频率)，则尽管与I阶谐振模式相比位移量变小，但可得到比不使用谐振模式时要大的位移量，而且由于能够以超过听阈的频率进行驱动，因此可防止噪音。此外，所谓I阶谐振模式，是指振动板的波腹为一个的振动模式，所谓3阶谐振模式，是指在振动板的中央部及其周边部分别各产生一个波腹的振动模式。
[0020]内壳体的壁部可形成为使得随着振动板的驱动而振动。特别是，内壳体的壁部可形成为使得随着振动板的谐振驱动而谐振。即，通过使内壳体的壁部的与中央空间相对的部分的固有频率与振动板的谐振频率接近、或者将其设定成振动板的谐振频率的整数倍或整数分之一，从而可跟随振动板的位移而使内壳体的壁部谐振。在这种情况下，具有如下作用:振动板利用内壳体的壁部的位移而使所产生的流体的流量增大，可实现更大的流量增力口。振动板和内壳体的壁部既可为以相同的谐振模式进行振动，也可为一方以I阶谐振模式进行振动，另一方以3阶谐振模式进行振动。
[0021]联结部可由在与振动板的振动方向相同的方向上自由位移的弹簧构件形成。虽然联结部的位移方向并无特别限定，但在利用在与振动板的振动方向相同的方向上自由位移的弹簧构件来形成的情况下，可更有效地减少从内壳体向外壳体的振动泄漏。
[0022]也可为，利用弹性金属板来形成与振动板相对的内壳体的壁部，对联结部采用在该弹性金属板的外周部沿周向隔开间隔形成的弹性片，将该弹性片的外侧端部固定于外壳体。在这种情况下，由于联结部与构成内壳体的壁部的弹性金属板形成为一体，因此容易确保联结部的强度，并且内壳体和外壳体的相互安装变得简单。
[0023]根据优选的实施方式，可将联结部的一端部与内壳体的壁部的振动的波节连接。由于联结部与内壳体的壁部的最难产生振动的部分连接，因此可进一步减少内壳体的振动泄漏到外壳体的情况，可减小能耗。虽然内壳体的壁部的振动模式根据振动板的振动模式会发生各种变化，但例如在内壳体的壁部以外周缘成为波节那样的振动模式进行振动的情况下，通过将联结部与内壳体的壁部的外周缘连接，从而可有效地减少振动的泄漏。另外，在内壳体的壁部以相比外周缘更内侧的部位成为波节那样的振动模式进行振动的情况下，通过将联结部与该波节部联结，从而可有效地减少振动的泄漏。在这样将联结部与波节部连接的情况下，虽然联结部并不一定需要具有弹簧弹性，但优选采用可容许内壳体的壁部的波节部的角度变化那样的结构。
[0024]在将联结部与内壳体的壁部的振动的波节连接的情况下，也可为，将联结部在与内壳体的壁部垂直的方向上突出设置，将联结部的另一端部与和内壳体的壁部相对的外壳体的壁部连接。在这种情况下，可在内壳体的壁部和外壳体的壁部之间设置联结部的长度大小的成为中央空间的间隙。另外，在将联结部与内壳体的壁部的振动的波节连接的情况下，也可为，将联结部与内壳体的壁部平行地朝内壳体的径向外侧突出设置，将联结部的另一端部与外壳体的内侧壁连接。在这种情况下，可在内壳体适当地设置缺口或缝隙等，使得联结部不与内壳体的外周部接触。
[0025]也可使压电元件的直径比鼓风机室的内径要大。在使压电元件的直径比鼓风机室的内径要大的情况下，可使包含振动板及内壳体的驱动部整体进行振动而使得将外周端作为自由端。因此，通过利用具有弹性的联结部支承驱动部的外周端、或者利用联结部支承驱动部的振动的波节，从而可得到振动板的较大的位移，进而可得到内壳体的顶板的较大的位移，可增加流量。
[0026]可以为，包围中央空间的周壁部从内壳体的壁部或外壳体的壁部突出设置，在所述周壁部形成有从内壳体和外壳体的间隙通向中央空间的流入通路，在该周壁部的顶面、和与该顶面相对的内壳体的壁部或外壳体的壁部之间形成有微小的间隙。在这种情况下，由于中央空间不仅通过流入通路与外部连通，而且中央空间遍及整个一周都以微小的间隙与外部连通，因此流入中央空间的空气的流通路径阻力变小，而且鼓风机的效率提高。在内壳体的壁部随着振动板的谐振驱动而谐振的情况下，周壁部和内壳体的壁部之间的微小的间隙需要采用即使内壳体的壁部谐振也不会接触的那样大小的间隙。在这种情况下，由于不仅是与中央空间相对的内壳体的壁部的部分，而且其周围的部分也可同时谐振，因此可扩大内壳体的壁部的振动区域，而且可实现流量增加。
[0027]优选内壳体由金属材料形成，外壳体由树脂材料形成。若利用金属材料来形成内壳体，则在将压电元件的一个电极引出到外部时可利用内壳体作为导电通路。另一方面，若外壳体为绝缘材料，则在将外壳体固定于外壳等时，可防止压电兀件的电极与外壳之间发生短路。
[0028]如上所述，根据本发明的压电微型鼓风机，由于将作为驱动部分的内壳体和作为非驱动部分的外壳体分离作为分开的部件,并通过实质上抑制从内壳体向外壳体的振动传播的多个联结部将内壳体和外壳体加以联结，因此可减少内壳体的振动泄漏到外壳体的情况，可减小能耗。另外，在将外壳体安装到外壳等时，可减少因安装所产生的特性变动。而且，由于可将内壳体和外壳体之间的间隙全部作为流入通路，因此可减小流通路径阻力。其结果是，可实现高效的压电微型鼓风机。
【专利附图】

【附图说明】
[0029]图1是本发明所涉及的压电微型鼓风机的第I实施方式的简要剖视图。
[0030]图2是图1的I1-1I线剖视图。
[0031]图3是图1的II1-1II线剖视图。
[0032]图4是本发明所涉及的压电微型鼓风机的第2实施方式的简要剖视图。
[0033]图5是将本发明的第I实施方式所涉及的压电微型鼓风机具体化后的示例的剖视图。
[0034]图6是从斜上方观察图5所示的压电微型鼓风机时的分解立体图。
[0035]图7是从斜下方观察图5所示的压电微型鼓风机时的分解立体图。
[0036]图8是对图5所示的压电微型鼓风机中的单独的驱动部分(内壳体和振动板)和利用联结部将驱动部分与外壳体联结的联结结构中的驱动频率及隔膜的中心位移量进行比较后的图。
[0037]图9是表示对振动板以3阶模式进行驱动的情况、和以I阶模式进行驱动的情况下的驱动板和内壳体的顶板的驱动模式的图。
[0038]图10是将本发明的第2实施方式所涉及的压电微型鼓风机具体化后的示例的剖视图。
[0039]图11是从斜上方观察图10所示的压电微型鼓风机时的分解立体图。[0040]图12是从斜下方观察图10所示的压电微型鼓风机时的分解立体图。
[0041]图13是本发明所涉及的压电微型鼓风机的第3实施方式的简要剖视图。
[0042]图14是第3实施方式的压电微型鼓风机中所使用的驱动部分的立体图。
[0043]图15是对第3实施方式的压电微型鼓风机和其比较例的驱动频率及隔膜的中心位移量进行比较后的图。
[0044]图16是将本发明的第3实施方式所涉及的压电微型鼓风机具体化后的一个示例的剖视图。
[0045]图17是从斜上方观察图16所示的压电微型鼓风机时的分解立体图。
[0046]图18是从斜下方观察图16所示的压电微型鼓风机时的分解立体图。
[0047]图19是将本发明的第3实施方式所涉及的压电微型鼓风机具体化后的其它示例的剖视图。
[0048]图20是从斜上方观察图19所示的压电微型鼓风机时的分解立体图。
[0049]图21是从斜下方观察图19所示的压电微型鼓风机时的分解立体图。
[0050]图22是图20的局部放大图。
【具体实施方式】
[0051 ] 下面，根据附图，说明本发明优选的实施方式。
[0052][第I实施方式]
[0053]图1?图3表示本发明所涉及的压电微型鼓风机的第I实施方式，表示用作为电子设备的送风用鼓风机的示例。该压电微型鼓风机A大致包括内壳体1、和以预定的间隙α不接触地覆盖内壳体I的外侧的外壳体5，内壳体I和外壳体5之间利用多个联结部4进行联结。本实施方式中，如图2所示，外壳体5具有侧壁部50和顶壁部52，其中形成有下方开口的圆筒形的空洞部51。在该空洞部51中隔开预定的间隙α容纳有圆板形的内壳体I。联结部4设置在内壳体I的外周部和外壳体5的侧壁部50之间。内壳体I形成为下方开口的截面呈C字形，将振动板2的隔膜21固定，使得封闭内壳体I的开口，在内壳体I和振动板2之间形成有鼓风机室3。本实施方式的振动板2采用将由压电陶瓷构成的压电元件20粘贴于由金属薄板构成的隔膜21的中央部的单层压电结构，通过对压电元件20施加预定频率的电压，从而对振动板2整体以弯曲模式进行谐振驱动。
[0054]在与振动板2的中央部相对的内壳体I的顶板部(壁部)10形成有第一开口部
11。内壳体I的顶板部10形成得较薄，使得随着振动板2的谐振驱动而谐振。在与内壳体I的顶板部10相对的外壳体5的顶板部(壁部)52，形成有与第一开口部11呈一直线状排列的第二开口部53。本实施方式中，第二开口部53比第一开口部11稍大。在外壳体5的顶板部52的内表面、即与内壳体I的顶板部10相对的表面，形成有朝内壳体I突出、且在与内壳体I的顶板部10之间以微小的间隙β靠近的凸部(周壁部)54。间隙β可比间隙α小，且被设定成当顶板部10谐振时、顶板部10与凸部54不接触的尺寸。凸部54的高度Y可比间隙β大，可与间隙α相同。在凸部54的内周形成有与第一开口部11及第二开口部53连通的中央空间6，在凸部54形成有从中央空间6朝辐射方向延伸的由多条(这里为4条)沟构成的流入通路7 (参照图2)。在该实施方式中，由于不仅是流入通路7，而且凸部54和顶板部10之间的间隙β也起到作为流入通路的作用，而且间隙β在遍及整个一周连通，因此可减小流通路径阻力，并可有助于增加流量。
[0055]如图3所示，在与流入通路7相位不同的部位，沿周向设有多个(这里为4个)联结部4，将内壳体I弹性地支承于外壳体5。联结部4由板簧等弹簧构件构成，将振动板的以弯曲模式进行振动的方向的弹簧弹性设定得较小，将振动板的与以弯曲模式进行振动的方向垂直的方向的弹簧弹性设定得较大。因此，具有如下功能:当内壳体I随着振动板2的谐振驱动在上下方向振动时，抑制该振动泄漏到外壳体5。
[0056]在内壳体I的外周和外壳体5的侧壁部50的内周之间，形成有环状的间隙α，通过该间隙α吸入外部的空气，通过流入通路7导入中央空间6。虽然联结部4介于间隙α的中途，但由于联结部4在周向上隔开间隔配置，因此无需担心成为空气的流通路径阻力。
[0057]这里，说明上述结构的压电微型鼓风机A的动作。若对压电元件20施加预定频率的交流电压，则对振动板2以I阶谐振模式或3阶谐振模式进行谐振驱动，由此第一开口部11和振动板2的距离发生变化。当第一开口部11和振动板2的距离增大时，将中央空间6内的空气通过第一开口部11吸入鼓风机室3，相反地当第一开口部11和振动板2的距离减小时，将鼓风机室3内的空气通过第一开口部11向中央空间6排出。由于对振动板2以高频驱动，因此从第一开口部11向中央空间6排出的高速/高能的空气流通过中央空间6从第二开口部53排出。此时，由于一边将处于中央空间6内的空气卷入，一边从第二开口部53排出，因此产生从流入通路7朝向中央空间6的连续的空气流，空气成为喷流从第二开口部53连续排出。图1中用箭头表示空气流。
[0058]在内壳体I的顶板部10形成得较薄以使得随着振动板2的谐振驱动而谐振的情况下，由于第一开口部11和振动板2的距离与振动板2的振动同步变化，因此与顶板部10不谐振的情况相比，从第二开口部53排出的空气的流量急剧增大。在如图1所示将顶板部10整体形成得较薄的情况下，由于可使顶板部10整体进行谐振，因此可实现更大的流量增力口。顶板部10可以以I阶谐振模式和3阶谐振模式的任一种模式进行谐振。
[0059]虽然内壳体I随着振动板2的谐振驱动而上下振动，但由于内壳体I通过联结部4弹性地支承于外壳体5，因此内壳体I的振动基本不会泄漏到外壳体5，可减小能耗。其结果是，可实现即使是比较小的输入能量、也产生大流量的微型鼓风机。而且，由于外壳体5基本不振动，因此在将外壳体5固定于外壳和基板等时，振动板2的振动不会因该固定结构而受到影响，可消除流量等的特性变动。
[0060][第2实施方式]
[0061]图4表不本发明所涉及的压电微型鼓风机的第2实施方式。本实施方式的压电微型鼓风机B中，对于和第I实施方式的压电微型鼓风机A相同的部分标注相同标号并省略重复说明。
[0062]本实施方式的微型鼓风机B中,在内壳体I的顶板部10的上表面形成朝上方突出的凸部(周壁部)12，外壳体5的顶板部52的内表面设为平坦面。此外，凸部12上朝辐射方向形成有流入通路7。在这种情况下，内壳体I的顶板部10中除凸部12以外的部分、即与中央空间6相对的顶板部10的部分IOa随着振动板2的谐振驱动而上下谐振。
[0063]此外，第1、第2实施方式中的凸部54、12并不是必须的，也可将内壳体I的顶板部10的上表面及外壳体5的顶板部52的下表面设为平坦面。在这种情况下，内壳体I的顶板部10和外壳体5的顶板部52之间全部成为中央空间6及流入通路7。[0064]图5~图7是将上述第I实施方式的微型鼓风机具体化后的图，除了标注新的标号的部分以外，对于对应的部分标注相同标号并省略重复说明。该微型鼓风机A’的内壳体I采用顶板10、固定于顶板10的下表面的环状的第一框体13、固定于第一框体13的下表面的振动板2、及固定于振动板2的下表面的环状的第二框体14的层叠结构。根据第一框体13的厚度，来设定鼓风机室3的厚度。
[0065]顶板10由具有弹簧弹性的圆板状的金属板构成，如图6所示，在其外周部以90°为间隔突出设置形成一体的4个宽度小的联结部4，在各联结部4的外侧端部形成有宽度大的安装部10b、10c。安装部中的一个安装部IOc朝外壳体5的外周方向突出，该安装部IOc兼作为用于向压电兀件20施加电压的一个电极端子。第一框体13、第二框体14也由金属材料构成，通过在第一框体13和第二框体14之间夹持振动板2的金属制隔膜21的上下表面，从而压电元件20的单面的电极可与顶板10的电极端子IOc电连接，而不另外进行布线。
[0066]振动板2为将中间板22介于其间来粘接隔膜21和压电元件20而形成的构件。中间板22也由和隔膜21相同的金属板构成，且被设定成当振动板2弯曲变形时、位移的零面在中间板22的厚度范围内。
[0067]外壳体5例如由树脂材料进行一体成形，在其周壁部端面固定有另一个电极端子
8。形成于压电元件20的另一表面的电极通过引线81与该电极端子8电连接。通过在外壳体5的侧壁部50的周向的4个部位形成支承面55，并在这些支承面55上支承固定顶板10的安装部10b、IOc,从而内壳体I以浮动状态弹性支承于外壳体5。通过在外壳体5的周壁部形成上下贯通的多个安装孔56，并在这些安装孔56中插入螺栓(或螺钉)，以紧固于外壳或基板等，从而来安装本微型鼓风机A’。此外，也可利用粘接剂来进行固定，以取代螺栓。本实施例中，虽然外壳体5的空洞部51朝下方开放,且压电兀件20露出到外部,但也可利用盖体来封闭外壳体5的下表面 开口，使得覆盖压电元件20。
[0068]图8中，在如下的条件下对于微型鼓风机A’的仅驱动部分(内壳体+驱动板)、以及利用联结部联结驱动部分和外壳体的联结结构，通过仿真来比较驱动频率和隔膜的中心位移。此外，利用内壳体I的顶板10和外壳体5的顶板52之间成为中央空间6的结构(省去流通路径形成用的凸部54)来进行仿真。
[0069]鼓风机室(内径、厚度)=(Φ14mm、t0.15mm)
[0070]压电元件(直径、厚度)=(Φ11_、?0.15mm)
[0071]隔膜(驱动区域直径、厚度、材质)=(Φ 17mm> t0.05mm>42Ni)
[0072]内壳体顶板(驱动区域直径、厚度、材质)=(Φ 17mm、t0.1mm、SUS430)
[0073]第一开口部(鼓风机室顶板)=(Φ0.6πιπι)
[0074]联结部(长度、宽度、厚度、材质)=(0.5mm>lmm>0.lmm> SUS430)
[0075]外壳体顶板(直径、厚度、材质)=(Φ 18mm、0.3mm、PBT)
[0076]内壳体的外侧和外壳体的侧壁部的间隙=α (0.5mm)
[0077]中央空间(直径、厚度)=(Φ 18mm>0.5mm)
[0078]在该实验中，若以26kHz、15Vpp来驱动振动板,贝U可得到0.8L/min的流量。在这种情况下，如图9(a)所示，振动板的驱动区域(Φ17πιπι)以3阶模式进行振动，内壳体的顶板的驱动区域(Φ17πιπι)以与振动板不同的3阶模式进行振动。[0079]由图8可知，若比较驱动部分和联结结构，则驱动频率及中心位移量的差异非常小，基本没有通过联结部向外壳体的振动泄漏。特别是，在以图9(a)那样的模式使振动板及内壳体的顶板振动、且压电元件的直径比鼓风机室内径要小的情况下，由于振动板及内壳体的顶板的外周部的位移都较小，因此想到通过利用具有弹簧弹性的联结部来支承其位移较小的部分，从而可基本消除向外壳体的振动泄漏。
[0080]图9(a)表示以3阶模式来驱动振动板时的状况，而图9 (b)表示以I阶模式来驱动振动板时的状况。这里，压电元件的直径与隔膜几乎相同，但比鼓风机室的内径要大。在这种情况下，内壳体的顶板以在中央部及其周边部具有波节的3阶模式来振动。由于振动板及内壳体的顶板以其外周端成为自由端的方式进行振动，因此作为支承内壳体的顶板的外周端的联结部，优选由富有弹性的材料形成。由于内壳体的顶板的中央部的位移量比振动板的中央部的位移量要大，因此与以3阶模式进行驱动的情况(图9(a))相比可增加流量。
[0081]如上所述，在本实施例的微型鼓风机的情况下，由于内壳体和外壳体通过具有弹簧弹性的联结部进行联结，因此可减小因驱动部分的振动能量泄漏到外壳体而引起的能耗，即使小型化也可得到所要的流量。另外，可维持流量特性而与安装方法无关。而且，由于内壳体和凸部的间隙β (0.1mm)起到作为流通路径的作用，因此与流入通路为相同厚度的情况相比，具有减小流通路径阻力、增加流量的效果。
[0082]图10?图12是将第2实施方式的微型鼓风机B具体化后的图，对于和第I实施例的微型鼓风机A’对应的部分标注相同标号并省略重复说明。在该微型鼓风机B’中，在内壳体I的顶板10的上表面粘接多个凸部(周壁部)12。在凸部12的上表面和外壳体5的顶板52之间设有间隙β。在凸部12彼此之间朝辐射方向形成有沟状的流入通路7，在流入通路7的内侧端形成有缩小部71。流入通路7和中央空间6通过该缩小部71连通。中央空间6形成为以第一开口部11为中心的同心圆形。顶板10中仅有除凸部12的粘接部以外的部分、即与中央空间6相对的部分IOa随着振动板2的驱动而谐振。
[0083][第3实施方式]
[0084]图13、图14表示本发明所涉及的压电微型鼓风机的第3实施方式。本实施方式的压电微型鼓风机C中,对于和第1、第2实施方式的压电微型鼓风机Α、Β相同的部分标注相同标号并省略重复说明。
[0085]本实施方式的微型鼓风机C中，在内壳体I的顶板10的上表面垂直形成多个(这里为4个)联结部4，通过这些联结部4将顶板10固定于外壳体2的顶板52。联结部4虽也可由不具有弹簧弹性的构件形成，但优选为弹簧构件。从顶板10的中心(第I开口部11)到联结部4的径向距离R被设定为使得联结部4的位置与顶板10的振动的波节一致。此外，其它结构与第I实施方式大致相同，但未设有流通路径形成用的凸部12、54。因而，内壳体I的顶板10和外壳体5的顶板52之间的空间成为中央空间6。
[0086]图15中，使用将联结部4与振动的波节垂直连接的压电微型鼓风机C、和将联结部4与顶板10的外周端部连接的比较例，来分析驱动时的驱动频率和隔膜的中心位移量。这里，用比例来表示仅驱动部分的结构、相对于利用联结部将驱动部分(内壳体1+振动板2)和外壳体5加以联结的联结结构的特性。表示驱动频率为25kHz并以15Vpp进行驱动时、以I阶谐振模式进行振动的振动板和内壳体成为谐振状态的频率。这里，驱动部分的各部分的尺寸如下。内壳体I的顶板10和外壳体5的顶板52之间成为中央空间6。
[0087]鼓风机室(内径、厚度)=(C>5mm、t0.15mm)
[0088]压电元件(直径、厚度)=(Φ 11mm、t0.1mm)
[0089]隔膜(驱动区域直径、厚度、材质)=(Φ 11mm、t0.lmm、42Ni)
[0090]隔膜室顶板(驱动区域直径、厚度、材质)=(Φ 11mm、t0.05mm、SUS430)
[0091]第一开口部(鼓风机室顶板)=(Φ0.6πιπι)
[0092]联结部(长度、宽度、厚度、材质)=(0.5mm> lmm>0.05mm> SUS430)
[0093]距离 R = 4mm
[0094]外壳体的顶板(直径、厚度、材质)=(Φ 12mm、0.3mm、PBT)
[0095]内壳体的外侧和外壳体的侧壁部之间的间隙=α (0.5mm)
[0096]中央空间(直径、厚度)=(Φ 12mm>0.4mm)
[0097]图15中，左侧为利用外周部来保持的情况，右侧为利用波节部来保持的情况。该实验中，由于以I阶模式来驱动振动板，因此与图9(b)相同，振动板及内壳体的顶板以其外周端成为自由端的方式进行振动,振动的波节位于相比外周端略微内侧的部位。而且，内壳体的顶板的振动的波节位于与振动板的波节大致相同的位置。由图15可知，在利用外周部来保持的情况(比较例)下，由于作为自由端的外周部受到保持部的约束，因此与单独的驱动部分相比，驱动频率要高大约10%，且由于振动从作为自由端的外周部通过保持部传到外壳体，因此影响流量特性的隔膜的中心位移量下降到66%。另一方面，如压电微型鼓风机C那样在波节部(R = 4_)的位置进行保持的情况下，驱动频率与单独的驱动部分的驱动频率相同，隔膜的中心位移量之差也小于1%。由此可知，通过将联结部与内壳体的顶板的波节部连接，从而因内壳体的振动泄漏到外壳体而产生的能耗非常小。
[0098]此外，这里所说的I阶谐振模式为振动板的振动模式,而并非内壳体的顶板(壁部)的振动模式。虽然内壳体的顶板随着形成有压电元件的振动板的振动而振动，但该内壳体的顶板的振动并不一定与振动板的振动模式一致，而进行复杂的振动。在本次实验中，包括压电元件的振动板以外周成为自由端的I阶谐振模式进行振动，在内壳体的顶板的振动中产生波节，波节的位置处于相比内壳体的外周端在其内侧的位置。该波节的位置可通过分别利用LDV(激光多普勒流速计)测定内壳体的顶板的振动从而来求出。因此，内壳体的振动的波节也有可能根据振动板的振动状况而位于内壳体的顶板的外周端。
[0099]如图15所示，隔膜的中心位移量变大的理由不仅是由于利用波节部来支承内壳体的顶板，而且压电元件20的直径大于鼓风机室3的直径这一点也有影响。即，在压电元件20的直径比鼓风机室3的直径要大的情况下，由于压电兀件20的外周端位于第一框体13上，因此一般可想到压电元件20的位移受到第一框体13的约束，位移变小。然而，若使压电兀件20的直径大于鼓风机室3的直径,将第一框体13的厚度设为可容易弯曲位移，并以I阶模式驱动压电元件20，在这种情况下，包含振动板2的内壳体I整体能够以外周端作为自由端的方式很容易地发生位移。因此，估计可得到振动板2的较大的位移，进而可得到内壳体I的顶板的较大的位移。而且，通过将其直径设定成使得鼓风机室3成为共振空间，从而可期待更大的流量增加。
[0100]图16?图18是将上述第3实施方式的微型鼓风机C具体化后的图,对于和图13对应的部分标注相同标号并省略重复说明。该微型鼓风机C’的内壳体I米用顶板10、固定于顶板10的下表面的环状的框体13、及固定于框体13的下表面的隔膜21的层叠结构。在框体13的内侧形成鼓风机室3。
[0101]顶板10由具有弹簧弹性的圆板状的金属板构成，如图17所示，在其外周部一体形成有曲柄状的4个联结部4。联结部4相对于顶板10呈直角弯曲。设定联结部4和第一开口部11的距离R，使得联结部4的内侧端部41和顶板10的连接位置成为顶板10的振动的波节。联结部4的外侧端部42从顶板10朝辐射方向突出，支承于外壳体5的顶板52的内表面。形成于外侧端部42的前端部的安装部IOb支承于外壳体5的支承面55。此外，安装部中的一个安装部IOc从外壳体5的支承面55朝外部突出，兼作为电极端子。
[0102]在这种情况下，由于可从顶板10 —体形成联结部4，因此结构变得简单，并且由于联结部4的外侧端部42被外壳体5的顶板52的内表面支承，因此可将内壳体I稳定地支承于外壳体5。另外，由于联结部4与顶板10的振动的波节连接，因此即使顶板10振动，联结部4实质上也不振动。即，由于联结部4无需弹性，因此可选择任意的材质。
[0103]图19?图22表不将上述第3实施方式的微型鼓风机C具体化后的其它具体例。对于和图16?图18的不例对应的部分标注相同标号并省略重复说明。该微型鼓风机C’’中，联结部4在与顶板10相同的面上朝辐射方向延伸。在联结部4的两侧形成缝隙10d，通过适当地设定这些缝隙IOd的切口量、即联结部4的内侧端41和顶板10的中心(第一开口部11)的距离R，从而调整成使得联结部4的内侧端41成为顶板10的振动的波节。在介于顶板10和隔膜21之间设置的框体13上，在与联结部4对应的位置形成有缺口部13a，使得联结部4与顶板10在振动的波节的外侧部不接触。此外，也可利用凹部来取代缺口部13a。在该实施例中，由于无需对顶板10进行弯曲加工以用于形成联结部4，因此顶板10的制造简单。
[0104]本发明并不局限于上述的实施方式以及实施例。例如在上述说明中，虽然示出了使得与中央空间对应的内壳体的顶板部随着振动板的振动而振动的示例，但内壳体的顶板部并不一定需要进行振动。流入通路的形状并不局限于从中央空间朝辐射方向直线延伸的形状，可任意选择。另外，流入通路的条数也是任意的，可根据流量、噪音的大小来选择。而且，作为振动板，虽然示出了在隔膜的中央部粘贴有圆板状压电元件的构件、以及在隔膜上通过圆板状的中间板粘贴有圆板状的压电元件的构件，但压电元件的形状并不局限于圆板状，也可为环状。连接联结部的一端部的内壳体的构件可为任意构件，并不局限于实施例那样的顶板10，也可为介于顶板10和隔膜21之间设置的第一框体13，也可为隔膜21。
[0105]标号说明
[0106]A、A，、B、B，、C、C，、C，，压电微型鼓风机
[0107]I内壳体
[0108]10顶板(壁部)
[0109]11 第一开口部
[0110]12凸部(周壁部)
[0111]13第一框体
[0112]14第二框体
[0113]2振动板
[0114]20压电元件[0115]21 隔膜
[0116]3鼓风机室
[0117]4联结部
[0118]5外壳体
[0119]51空洞部
[0120]52顶板部(壁部)
[0121]53 第二开口部
[0122]54凸部(周壁部)
[0123]6中央空间
[0124]7流入通路
【权利要求】
1.一种压电微型鼓风机，其特征在于，包括: 振动板，该振动板具有压电元件； 壳体，该壳体将所述振动板的周围固定，并在与振动板之间形成鼓风机室； 第一开口部，该第一开口部设置在与所述振动板的中央部相对的所述壳体的壁部；以及 多个联结部，该多个联结部设置在所述壳体的外周部且实质上抑制从所述壳体向外部的振动传播， 通过对所述压电元件施加预定频率的电压，对所述振动板以弯曲模式进行驱动，从而自所述第一开口部排出压缩性流体。
2.如权利要求1所述的压电微型鼓风机，其特征在于， 与所述振动板相对的所述壳体的壁部形成为随着所述振动板的驱动而振动。
【文档编号】F04B45/047GK103527452SQ201310525885
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2009年6月1日 优先权日:2008年6月3日
【发明者】藤崎雅章, 栗原洁, 近藤大辅 申请人:株式会社村田制作所