JP2009097393A

JP2009097393A - Piezoelectric micro blower

Info

Publication number: JP2009097393A
Application number: JP2007268502A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiko Hirata; 篤彦平田; Midori Sunaga; みどり須永
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-16
Also published as: JP4957501B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient piezoelectric micro blower using a unimorph structure diaphragm unit removing a factor disturbing displacement of a piezoelectric element while securing flexibility in designs of the piezoelectric element and the diaphragm. <P>SOLUTION: An intermediate plate 23 having an equivalent size as the piezoelectric element 22 is put and fixed between the diaphragm 21 and the piezoelectric element 22. A neutral surface Fd of drive of a diaphragm unit 2 including the piezoelectric element 22 and the intermediate plate 23 is set in the intermediate plate 23. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は圧電素子に電圧を印加してダイヤフラムを共振駆動させることにより、流体（特に圧縮性流体）を輸送する圧電マイクロブロアに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric microblower that transports a fluid (particularly a compressive fluid) by applying a voltage to a piezoelectric element to drive a diaphragm to resonate.

ノートパソコンなどの小型電子機器の冷却水輸送用ポンプや燃料電池の燃料輸送用ポンプなどに、圧電マイクロポンプが用いられている。一方、ＣＰＵ等の冷却用ファンに変わる送風用ブロア、あるいは燃料電池で発電するのに必要な酸素を供給するための送風用ブロアとして、圧電マイクロブロアを用いることができる。圧電マイクロポンプ及び圧電マイクロブロアは共に、圧電素子への電圧印加により屈曲変形するダイヤフラムを用いたポンプであり、構造が簡単で、薄型に構成でき、かつ低消費電力であるという利点がある。 Piezoelectric micropumps are used as cooling water transportation pumps for small electronic devices such as notebook computers and fuel transportation pumps for fuel cells. On the other hand, a piezoelectric micro blower can be used as a blower blower that replaces a cooling fan such as a CPU, or a blower blower for supplying oxygen necessary for power generation by a fuel cell. Both the piezoelectric micro pump and the piezoelectric micro blower are pumps using a diaphragm that is bent and deformed by applying a voltage to the piezoelectric element, and have an advantage that the structure is simple, the structure can be made thin, and the power consumption is low.

従来の圧電マイクロポンプや圧電マイクロブロアに用いられるダイヤフラムユニット（ダイヤフラムに圧電素子を貼り付けたもの）は、ダイヤフラムに単板圧電素子を貼り付けたユニモルフ構造のものと、ダイヤフラムに積層型圧電素子を貼り付けたバイモルフ構造のものとが代表的である。特に、圧電マイクロブロアのようにダイヤフラムユニットを共振駆動させる場合には、単板圧電素子を使用するユニモルフ構造の方が有利である。それは、ユニモルフ構造の場合、圧電素子は単板で済むので、薄型に構成でき、配線が容易であること、バイモルフ構造に比べて圧電素子の持つ内部損失による発熱を低減できることなどの理由による。 Diaphragm units used in conventional piezoelectric micropumps and piezoelectric microblowers (with a piezoelectric element attached to the diaphragm) have a unimorph structure in which a single plate piezoelectric element is attached to the diaphragm, and a laminated piezoelectric element on the diaphragm. A pasted bimorph structure is typical. In particular, when the diaphragm unit is driven to resonate like a piezoelectric micro blower, a unimorph structure using a single plate piezoelectric element is more advantageous. This is because, in the case of the unimorph structure, the piezoelectric element may be a single plate, so that the piezoelectric element can be configured thinly, wiring is easy, and heat generation due to internal loss of the piezoelectric element can be reduced compared to the bimorph structure.

しかし、ユニモルフ構造の場合、駆動の中立面が圧電素子中に存在することになり、圧電素子の変位を阻害するという問題がある。ここでいう中立面とは、ダイヤフラムユニット全体が屈曲変形したとき、ダイヤフラムユニット内での圧縮及び引張の応力が０となる面である。中立面が圧電素子中に存在すると、圧電素子の一部分が屈曲変位に対してブレーキをかけるような動作を行うことから、ダイヤフラムユニットの変位が小さくなったり、無駄な発熱が生じるという問題がある。 However, in the case of the unimorph structure, there is a problem in that the neutral surface of the drive exists in the piezoelectric element, which hinders the displacement of the piezoelectric element. The neutral surface here is a surface in which the compressive and tensile stress in the diaphragm unit becomes zero when the entire diaphragm unit is bent and deformed. When the neutral surface is present in the piezoelectric element, a part of the piezoelectric element performs an operation to brake against the bending displacement, so that there is a problem that the displacement of the diaphragm unit is reduced or unnecessary heat is generated. .

特許文献１には、ユニモルフ構造のダイヤフラムユニットを用いたインクジェット式記録ヘッドが開示されている。この場合、駆動の中立面がダイヤフラム内に位置するように、ダイヤフラム及び圧電素子の厚みを適切に設定し、圧電素子の一部分が屈曲変位に対してブレーキをかけるような動きを抑制している。しかしながら、上記のようにユニモルフ構造で中立面をダイヤフラム内に位置させようとすると、ダイヤフラムの厚みを相対的に厚くしなければならず、駆動周波数などの設計に制約が生じる。 Patent Document 1 discloses an ink jet recording head using a unimorph diaphragm unit. In this case, the thickness of the diaphragm and the piezoelectric element is appropriately set so that the neutral plane of the drive is located in the diaphragm, and a movement in which a part of the piezoelectric element applies a brake against the bending displacement is suppressed. . However, if the neutral surface is positioned in the diaphragm with the unimorph structure as described above, the thickness of the diaphragm must be relatively increased, and the design such as the driving frequency is restricted.

特許文献１では、液体であるインクを吐出するインクジェット吐出ヘッドにダイヤフラムユニットを用いているため、圧電素子に直流電圧または低周波電圧を印加するものであるが、気体を輸送する圧電マイクロブロアの場合、圧電素子に高周波電圧を印加し、ダイヤフラムを共振駆動させる必要がある。その場合、ダイヤフラムと圧電素子の共振周波数を自由に設計できることが重要であるが、上記のように中立面をダイヤフラム内に位置させるために、ダイヤフラムの材質及び厚さ、圧電素子の厚さなどの設計条件に制約が生じるのは好ましくない。 In Patent Document 1, since a diaphragm unit is used for an inkjet discharge head that discharges liquid ink, a DC voltage or a low-frequency voltage is applied to a piezoelectric element. However, in the case of a piezoelectric micro blower that transports gas It is necessary to apply a high frequency voltage to the piezoelectric element to drive the diaphragm to resonate. In that case, it is important to be able to freely design the resonance frequency of the diaphragm and the piezoelectric element, but in order to position the neutral surface in the diaphragm as described above, the material and thickness of the diaphragm, the thickness of the piezoelectric element, etc. It is not preferable that the design conditions are restricted.

特許文献２には、ステンレス鋼製ディスク上に取り付けられた圧電ディスクを有する超音波駆動体と、超音波駆動体を取り付けた第１のステンレス鋼膜体と、超音波駆動体から所定の間隔を隔てて超音波駆動体と略平行に取り付けられた第２のステンレス鋼膜体とを備えたガス流発生器が開示されている。圧電ディスクに電圧を印加することにより、ステンレス鋼製ディスクと圧電ディスクと第１のステンレス鋼膜体とが一体に屈曲変位し、第２のステンレス鋼膜体の中心部分に形成された孔からガスが吐出される。この場合には、ステンレス鋼製ディスクと圧電ディスクと第１のステンレス鋼膜体とがユニモルフ型ダイヤフラムユニットを構成している。 In Patent Document 2, an ultrasonic drive body having a piezoelectric disk mounted on a stainless steel disk, a first stainless steel film body to which the ultrasonic drive body is attached, and a predetermined distance from the ultrasonic drive body are disclosed. A gas flow generator is disclosed that includes a second stainless steel film body spaced apart and substantially parallel to the ultrasonic driver. By applying a voltage to the piezoelectric disk, the stainless steel disk, the piezoelectric disk, and the first stainless steel film body are bent and displaced together, and gas is discharged from the hole formed in the central portion of the second stainless steel film body. Is discharged. In this case, the stainless steel disk, the piezoelectric disk, and the first stainless steel film body constitute a unimorph diaphragm unit.

上記構造の場合、ダイヤフラムユニットを構成する３枚のディスク（ステンレス鋼製ディスク、圧電ディスク、第１のステンレス鋼膜体）の中で、どの位置に中立面が存在するか明らかでなく、圧電ディスクの一部分が屈曲変位に対してブレーキをかけるような動きをする可能性がある。しかも、圧電ディスクと第１のステンレス鋼膜体との間に挟まれているステンレス鋼製ディスクの面積が圧電ディスクより大きいため、第１のステンレス鋼膜体を厚肉にした構造と同様の作用が生じ、ダイヤフラムユニットの屈曲変位を十分に確保できず、効率的に振動しにくい。
特開２００１−２６０３４８号公報特表２００６−５２２８９６号公報 In the case of the above structure, it is not clear at which position the neutral plane exists in the three disks (stainless steel disk, piezoelectric disk, first stainless steel film body) constituting the diaphragm unit. There is a possibility that a part of the disc moves so as to brake against the bending displacement. Moreover, since the area of the stainless steel disk sandwiched between the piezoelectric disk and the first stainless steel film body is larger than that of the piezoelectric disk, the same action as the structure in which the first stainless steel film body is thickened. As a result, a sufficient bending displacement of the diaphragm unit cannot be secured, and it is difficult to vibrate efficiently.
JP 2001-260348 A JP-T-2006-522896

そこで、本発明の目的は、ユニモルフ構造のダイヤフラムユニットを利用した圧電マイクロブロアにおいて、圧電素子やダイヤフラムの設計の自由度を確保したまま、圧電素子の変位を阻害する要因を取り除き、効率のよい圧電マイクロブロアを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to remove a factor that hinders the displacement of a piezoelectric element while maintaining a degree of freedom in designing a piezoelectric element and a diaphragm in a piezoelectric micro blower using a unimorph structure diaphragm unit. It is to provide a micro blower.

上記目的を達成するため、本発明は、ブロア本体と、外周部がブロア本体に対して固定されたダイヤフラムと、ダイヤフラムの表面に固定された単板圧電素子と、ブロア本体とダイヤフラムとの間に形成されたブロア室とを備え、上記圧電素子に電圧を印加してダイヤフラムを共振駆動することにより、流体を輸送する圧電マイクロブロアにおいて、上記ダイヤフラムと圧電素子との間に、圧電素子と同等の直径を有する中間板が介装固定され、上記圧電素子及び中間板を含むダイヤフラム全体の駆動の中立面が上記中間板内にあることを特徴とする圧電マイクロブロアを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a blower body, a diaphragm having an outer peripheral portion fixed to the blower body, a single-plate piezoelectric element fixed to the surface of the diaphragm, and a blower body and the diaphragm. A piezoelectric microblower that transports fluid by applying a voltage to the piezoelectric element to drive the diaphragm resonantly, and is equivalent to the piezoelectric element between the diaphragm and the piezoelectric element. Provided is a piezoelectric micro blower in which an intermediate plate having a diameter is interposed and fixed, and a neutral surface for driving the entire diaphragm including the piezoelectric element and the intermediate plate is in the intermediate plate.

本発明では、ダイヤフラムと圧電素子との間に中間板が介装され、駆動の中立面が中間板内にあるので、圧電素子には全体にわたって伸び又は縮みの一方の応力のみが作用し、屈曲変位にブレーキをかけるような中立面を圧電素子から外すことができる。そのため、変位を大きくでき、無駄な発熱を抑制できる。しかも、中間板を圧電素子と同等な直径を有しているので、次のような効果がある。例えば中間板の直径が圧電素子の直径よりも小さい場合、圧電素子の外周部が中間板からはみ出し、このはみ出した部分は屈曲変位に寄与しないだけでなく、無駄に電力を消費するという問題がある。逆に、中間板の直径が圧電素子の直径よりも大きい場合には、中間板のはみ出した分だけダイヤフラムを厚肉にしたことと同様の作用が生じ、ダイヤフラムの変位を阻害する要因となる。これに対し、本発明では中間板を圧電素子と同等な直径としているので、上記のような欠点がなく、ダイヤフラムを効率よく駆動することができる。 In the present invention, since the intermediate plate is interposed between the diaphragm and the piezoelectric element, and the neutral surface of the drive is in the intermediate plate, only one stress that extends or contracts over the entire piezoelectric element acts, A neutral surface that brakes the bending displacement can be removed from the piezoelectric element. Therefore, the displacement can be increased and useless heat generation can be suppressed. In addition, since the intermediate plate has a diameter equivalent to that of the piezoelectric element, the following effects are obtained. For example, when the diameter of the intermediate plate is smaller than the diameter of the piezoelectric element, the outer peripheral portion of the piezoelectric element protrudes from the intermediate plate, and this protruding portion not only contributes to bending displacement but also wastes power. . On the other hand, when the diameter of the intermediate plate is larger than the diameter of the piezoelectric element, the same action as the thickening of the diaphragm by the amount of protrusion of the intermediate plate occurs, which becomes a factor that inhibits the displacement of the diaphragm. On the other hand, in the present invention, since the intermediate plate has a diameter equivalent to that of the piezoelectric element, the diaphragm can be efficiently driven without the above-described drawbacks.

ダイヤフラムと中間板と圧電素子とを合体したダイヤフラムユニットを使用した場合、ダイヤフラムの共振周波数の調整は、ダイヤフラムの材質と厚さとによって行うことができる一方、ダイヤフラムユニットの中心部分の固有振動数の調整は、圧電素子の厚さだけでなく、中間板の材質及び厚さによっても行うことができる。ダイヤフラムユニットを共振駆動する場合、一次共振モードと三次共振モードとがあるが、特に三次共振モードで共振駆動する場合、ダイヤフラムの共振周波数の調整とダイヤフラムユニットの中心部分の固有振動数の調整とを個別に行えることが重要である。本発明では、ダイヤフラムの共振周波数の調整と、ダイヤフラムユニットの中心部分の固有振動数の調整とを任意に行いながら、中立面の外側に圧電素子全体を配置することが可能になるため、振動が小さくなったり無駄な発熱が大きくなったりする不具合が発生せず、設計自由度の高い圧電マイクロブロアを得ることができる。 When using a diaphragm unit that combines a diaphragm, an intermediate plate, and a piezoelectric element, the resonance frequency of the diaphragm can be adjusted according to the material and thickness of the diaphragm, while the natural frequency of the central part of the diaphragm unit is adjusted. Can be performed not only by the thickness of the piezoelectric element but also by the material and thickness of the intermediate plate. When a diaphragm unit is resonantly driven, there are a primary resonance mode and a tertiary resonance mode. Particularly, when resonance driving is performed in the tertiary resonance mode, adjustment of the resonance frequency of the diaphragm and adjustment of the natural frequency of the central portion of the diaphragm unit are performed. It is important to be able to do it individually. In the present invention, it is possible to arrange the entire piezoelectric element outside the neutral plane while arbitrarily adjusting the resonance frequency of the diaphragm and the natural frequency of the central portion of the diaphragm unit. Therefore, there is no problem that the size is reduced or unnecessary heat generation is increased, and a piezoelectric micro blower having a high degree of freedom in design can be obtained.

中間板は圧電素子と同等な直径を有するが、同等とは厳密に同一の大きさである場合のほか、圧電素子の直径に対して±４％以下の範囲での誤差をも含む。このような範囲の誤差であれば、性能に差はない。中間板の材質は特に限定されないが、内部損失の少ない金属板で形成するのがよい。要するに、圧電素子への電圧印加によってダイヤフラムユニット（圧電素子＋中間板＋ダイヤフラム）が共振駆動できる構造であればよい。 The intermediate plate has a diameter equivalent to that of the piezoelectric element, but includes an error in a range of ± 4% or less with respect to the diameter of the piezoelectric element, in addition to the case where it is exactly the same size as the equivalent. If the error is within such a range, there is no difference in performance. The material of the intermediate plate is not particularly limited, but it is preferable to form it with a metal plate with little internal loss. In short, any structure may be used as long as the diaphragm unit (piezoelectric element + intermediate plate + diaphragm) can be driven by resonance by applying a voltage to the piezoelectric element.

共振駆動をする場合、ダイヤフラムユニットのうち圧電素子が貼り付けられている中央部分（厚み方向に見れば、ダイヤフラム＋中間板＋圧電素子）の固有振動数≧ダイヤフラムユニットの周辺部分（ダイヤフラムの周辺部分）の固有振動数という関係を満たすように設計するのが望ましい。中間板を設けることで、中央部分の固有振動数を上げることができ、これによりブロアとしての流量増加を図ることができる。 In the case of resonance driving, the natural frequency of the central part (diaphragm + intermediate plate + piezoelectric element in the thickness direction) of the diaphragm unit ≧ diaphragm unit peripheral part (diaphragm peripheral part) It is desirable to design so as to satisfy the relationship of natural frequency of By providing the intermediate plate, the natural frequency of the central portion can be increased, thereby increasing the flow rate as a blower.

圧電素子の厚みは、ダイヤフラム及び中間板の合計厚みより薄くするのが望ましい。本発明では中間板を設けることで、ダイヤフラムユニットの中心部の固有振動数を上げ、中立面を中間板内部に入れることを意図している。もし、圧電素子の厚み＝（中間板＋ダイヤフラム）の厚みという関係になった場合、中立面は中間板内部にあっても、圧電素子付近に存在することになる。圧電素子の変位を阻害する要因である中立面は、圧電素子から離れていることが好ましい。そこで、圧電素子の厚みを、ダイヤフラム及び中間板の合計厚みより薄くすることで、効率よくダイヤフラムユニットを振動させることができる。 The thickness of the piezoelectric element is desirably thinner than the total thickness of the diaphragm and the intermediate plate. In the present invention, by providing the intermediate plate, the natural frequency of the central portion of the diaphragm unit is increased, and the neutral surface is intended to enter the intermediate plate. If the relationship of piezoelectric element thickness = (intermediate plate + diaphragm) thickness is established, the neutral surface is present in the vicinity of the piezoelectric element even in the intermediate plate. The neutral surface, which is a factor that hinders the displacement of the piezoelectric element, is preferably separated from the piezoelectric element. Therefore, the diaphragm unit can be vibrated efficiently by making the thickness of the piezoelectric element thinner than the total thickness of the diaphragm and the intermediate plate.

圧電素子の厚みは、中間板の厚みより厚い方が望ましい。中間板が厚すぎると、ダイヤフラムが厚いことと同様に変位を阻害する原因になるが、中間板の厚みを圧電素子の厚みより薄くすることで、変位阻害要因を小さくできる。なお、
中間板の厚み＜圧電素子の厚み＜ダイヤフラム及び中間板の合計厚み
の関係に設定するのが最も望ましい。 The thickness of the piezoelectric element is preferably thicker than the thickness of the intermediate plate. If the intermediate plate is too thick, it causes the displacement to be inhibited in the same way as the diaphragm is thick. However, by making the thickness of the intermediate plate smaller than the thickness of the piezoelectric element, the displacement inhibiting factor can be reduced. In addition,
It is most desirable to set the relationship of the thickness of the intermediate plate <the thickness of the piezoelectric element <the total thickness of the diaphragm and the intermediate plate.

本ダイヤフラムユニットを、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、ダイヤフラムの中心部と対向する第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、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、第１開口部と対向する第２壁部の部位に形成された第２開口部と、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たマイクロブロアに適用してもよい。この場合、第１開口部とダイヤフラムとの距離が増大する方向にダイヤフラムが変位するとき、流入通路内の流体を第１開口部を介してブロア室内に吸引し、第１開口部とダイヤフラムとの距離が減少する方向にダイヤフラムが変位するとき、ブロア室内の流体と一緒に流入通路内の流体を第２開口部を介して外部へ排出することができる。この構造のマイクロブロアの場合には、ダイヤフラムが下に凸に変位する時だけでなく、上に凸に変位する時にも流入通路から流体を第１，第２の開口部へ引き込むことができる。流入通路から引き込まれた流体と、ブロア室から押し出された流体とが合流して第２開口部から吐出されるので、ダイヤフラムの変位体積以上の吐出流量を得ることができる。流入通路は第１及び第２開口部の間の空間に接続され、ブロア室に直接接続されていないので、流入通路がブロア室内の圧力変化の影響を受けない。そのため、逆止弁を設けなくても開口部を流れる高速流が流入通路に逆流することがなく、流量を効果的に増大させることができる。 This diaphragm unit is formed at the first wall portion of the blower body that forms a blower chamber with the diaphragm and the first wall portion facing the center portion of the diaphragm, and communicates the inside and outside of the blower chamber. A first opening, a second wall provided on the opposite side of the blower chamber with the first wall in between, and a second wall spaced from the first wall, and a second wall facing the first opening A second opening formed in a portion of the portion, and formed between the first wall portion and the second wall portion, the outer end portion communicates with the outside, and the inner end portion is the first opening portion and the second opening portion. You may apply to the micro blower provided with the inflow channel connected to the part. In this case, when the diaphragm is displaced in the direction in which the distance between the first opening and the diaphragm increases, the fluid in the inflow passage is sucked into the blower chamber through the first opening, and the first opening and the diaphragm are separated from each other. When the diaphragm is displaced in the direction in which the distance decreases, the fluid in the inflow passage along with the fluid in the blower chamber can be discharged to the outside through the second opening. In the case of the micro blower having this structure, the fluid can be drawn from the inflow passage to the first and second openings not only when the diaphragm is convexly displaced downward but also when the diaphragm is convexly displaced upward. Since the fluid drawn in from the inflow passage and the fluid pushed out from the blower chamber merge and are discharged from the second opening, a discharge flow rate that is greater than the displacement volume of the diaphragm can be obtained. Since the inflow passage is connected to the space between the first and second openings and is not directly connected to the blower chamber, the inflow passage is not affected by the pressure change in the blower chamber. Therefore, even if a check valve is not provided, the high-speed flow flowing through the opening does not flow back into the inflow passage, and the flow rate can be effectively increased.

以上のように、本発明によれば、ユニモルフ構造のダイヤフラムユニットを利用した圧電マイクロブロアにおいて、ダイヤフラムと圧電素子との間に圧電素子と同等の直径を有する中間板を介装固定し、圧電素子及び中間板を含むダイヤフラム全体の駆動の中立面が中間板内になるように設定したので、圧電素子やダイヤフラムの設計の自由度を確保したまま、圧電素子の変位を阻害する要因を取り除くことができ、変位効率のよい圧電マイクロブロアを実現できる。 As described above, according to the present invention, in the piezoelectric microblower using the unimorph structure diaphragm unit, the intermediate plate having the same diameter as the piezoelectric element is interposed and fixed between the diaphragm and the piezoelectric element. In addition, since the neutral surface of the entire diaphragm including the intermediate plate is set to be in the intermediate plate, the factors that obstruct the displacement of the piezoelectric element are removed while ensuring the degree of freedom in designing the piezoelectric element and diaphragm. Therefore, a piezoelectric micro blower with good displacement efficiency can be realized.

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on examples.

図１〜図５は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第１実施例を示す。本実施例の圧電マイクロブロアＡは、電子機器の空冷用ブロアとして用いた例であり、大略ブロア本体１と、外周部がブロア本体１に対して固定されたダイヤフラムユニット２とで構成されている。 1 to 5 show a first embodiment of a piezoelectric microblower according to the present invention. The piezoelectric micro blower A of the present embodiment is an example used as an air cooling blower of an electronic device, and generally includes a blower body 1 and a diaphragm unit 2 whose outer peripheral portion is fixed to the blower body 1. .

ブロア本体１は、天板（第２壁部）１０と、流路形成板１１と、セパレータ（第１壁部）１２と、ブロア枠体１３と、底板１４とを上方から順に積層固定したものであり、ブロア枠体１３と底板１４との間にダイヤフラムユニット２が接着固定されている。ダイヤフラムユニット２を除く部品１０〜１４は金属板や硬質樹脂板のような剛性のある平板材料で形成されている。 The blower body 1 has a top plate (second wall portion) 10, a flow path forming plate 11, a separator (first wall portion) 12, a blower frame 13, and a bottom plate 14 stacked and fixed in order from above. The diaphragm unit 2 is bonded and fixed between the blower frame 13 and the bottom plate 14. The components 10 to 14 except for the diaphragm unit 2 are formed of a rigid flat plate material such as a metal plate or a hard resin plate.

天板１０は四角形平板で形成されており、その中心部に表裏に貫通する吐出口（第２開口部）１０ａが形成されている。 The top plate 10 is formed of a rectangular flat plate, and a discharge port (second opening) 10a penetrating the front and back is formed at the center thereof.

流路形成板１１も天板１０と同一外形を有する平板であり、その中央部には吐出口１０ａより大径な中央孔１１ａが形成されている。中央孔１１ａから４つのコーナ部に向かって放射方向に延びる流入通路１１ｂが形成されている。なお、流入通路１１ｂの形状や本数は任意である。 The flow path forming plate 11 is also a flat plate having the same outer shape as that of the top plate 10, and a central hole 11a having a diameter larger than that of the discharge port 10a is formed at the center thereof. Inflow passages 11b extending in the radial direction from the central hole 11a toward the four corner portions are formed. The shape and number of the inflow passages 11b are arbitrary.

セパレータ１２も天板１０と同一外形を有する平板であり、その中心部には吐出口１０ａと対向する位置に、吐出口１０ａとほぼ同一径の貫通孔１２ａ（第１開口部）が形成されている。４つのコーナ部近傍には、流入通路１１ｂの外側端部と対応する位置に流入孔１２ｂが形成されている。天板１０と流路形成板１１とセパレータ１２とを接着することにより、吐出口１０ａと中央孔１１ａと貫通孔１２ａとが同一軸線上に並び、後述するダイヤフラムユニット２の中心部と対応する。セパレータ１２は、中央孔１１ａと対応する部分が弾性変形できるような金属板で形成するのがよい。セパレータ１２の中央孔１１ａと対応する部分が弾性変形することにより、さらなる流量増加を実現できる。 The separator 12 is also a flat plate having the same outer shape as the top plate 10, and a through hole 12a (first opening) having substantially the same diameter as the discharge port 10a is formed at the center of the separator 12 at a position facing the discharge port 10a. Yes. In the vicinity of the four corner portions, inflow holes 12b are formed at positions corresponding to the outer end portions of the inflow passage 11b. By bonding the top plate 10, the flow path forming plate 11, and the separator 12, the discharge port 10a, the central hole 11a, and the through hole 12a are aligned on the same axis, and correspond to the center portion of the diaphragm unit 2 described later. The separator 12 is preferably formed of a metal plate that can elastically deform a portion corresponding to the central hole 11a. A further increase in the flow rate can be realized by elastically deforming the portion of the separator 12 corresponding to the central hole 11a.

ブロア枠体１３も天板１０と同一外形を有する平板であり、その中心部には大径な空洞部１３ａが形成されている。４つのコーナ部近傍には、上記流入孔１２ｂと対応する位置に流入孔１３ｂが形成されている。ブロア枠体１３を間にしてセパレータ１２とダイヤフラムユニット２とを接着することにより、ブロア枠体１３の空洞部１３ａによってブロア室３（図３参照）が形成される。 The blower frame 13 is also a flat plate having the same outer shape as the top plate 10, and a large-diameter hollow portion 13a is formed at the center thereof. In the vicinity of the four corners, inflow holes 13b are formed at positions corresponding to the inflow holes 12b. By bonding the separator 12 and the diaphragm unit 2 with the blower frame 13 therebetween, the blower chamber 3 (see FIG. 3) is formed by the hollow portion 13a of the blower frame 13.

底板１４も天板１０と同一外形を有する平板であり、その中心部にはブロア室３とほぼ同形の空洞部１４ａが形成されている。底板１４は圧電素子２２及び中間板２３の厚さとダイヤフラム２１の変位量との合計より厚肉に形成されており、マイクロブロアＡを基板などに搭載した場合でも、圧電素子２２が基板と接触するのを防止できる。上記空洞部１４ａは後述するダイヤフラムユニット２の圧電素子２２の周囲を取り囲む空洞部を形成している。底板１４の４つのコーナ部近傍には、上記流入孔１２ｂ，１３ｂと対応する位置に流入孔１４ｂが形成されている。 The bottom plate 14 is also a flat plate having the same outer shape as the top plate 10, and a hollow portion 14 a having substantially the same shape as the blower chamber 3 is formed at the center thereof. The bottom plate 14 is formed thicker than the sum of the thicknesses of the piezoelectric element 22 and the intermediate plate 23 and the displacement amount of the diaphragm 21, and the piezoelectric element 22 is in contact with the substrate even when the micro blower A is mounted on the substrate. Can be prevented. The hollow portion 14a forms a hollow portion surrounding the periphery of the piezoelectric element 22 of the diaphragm unit 2 described later. In the vicinity of the four corners of the bottom plate 14, inflow holes 14b are formed at positions corresponding to the inflow holes 12b and 13b.

ダイヤフラムユニット２は、図５に示すように、金属板などからなるダイヤフラム２１の中央部下面に、円形の中間板２３を間にして同直径の圧電素子２２を貼り付けた構造を有する。圧電素子２２及び中間板２３は上述のブロア枠体１３の空洞部１３ａより小径な円板である。この実施例では、圧電素子２２として表裏面に電極を持つ単板の圧電セラミックスを使用し、これを中間板２３の片面に接着し、中間板２３の他面をダイヤフラム２１の裏面（ブロア室３と逆側の面）中央部に貼り付けてユニモルフ構造としてある。中間板２３もダイヤフラム２１と同様に金属板で構成されている。圧電素子２２に交番電圧（正弦波または矩形波）を印加することにより、圧電素子２２が平面方向に伸縮するのに対し、中間板２３及びダイヤフラム２１は伸縮しないので、ダイヤフラムユニット２全体が板厚方向に屈曲変形する。圧電素子２２にダイヤフラムユニット２を一次共振モード又は３次共振モードで屈曲変位させる高周波電圧を印加することにより、それ以外の周波数の電圧を印加する場合に比べてダイヤフラムユニット２の変位体積を格段に大きくでき、流量を大幅に増加させることができる。 As shown in FIG. 5, the diaphragm unit 2 has a structure in which a piezoelectric element 22 having the same diameter is attached to the lower surface of the central portion of a diaphragm 21 made of a metal plate or the like with a circular intermediate plate 23 interposed therebetween. The piezoelectric element 22 and the intermediate plate 23 are discs having a smaller diameter than the hollow portion 13a of the blower frame 13 described above. In this embodiment, a single-plate piezoelectric ceramic having electrodes on the front and back surfaces is used as the piezoelectric element 22, which is bonded to one side of the intermediate plate 23, and the other surface of the intermediate plate 23 is connected to the back surface of the diaphragm 21 (the blower chamber 3. The unimorph structure is affixed to the center of the opposite surface. Similarly to the diaphragm 21, the intermediate plate 23 is also made of a metal plate. By applying an alternating voltage (sine wave or rectangular wave) to the piezoelectric element 22, the piezoelectric element 22 expands and contracts in the plane direction, whereas the intermediate plate 23 and the diaphragm 21 do not expand and contract, so that the entire diaphragm unit 2 has a plate thickness. Bend and deform in the direction. By applying a high-frequency voltage that causes the piezoelectric unit 22 to bend and displace the diaphragm unit 2 in the primary resonance mode or the tertiary resonance mode, the displacement volume of the diaphragm unit 2 is markedly greater than when applying voltages of other frequencies. The flow rate can be increased and the flow rate can be greatly increased.

図５に示すように、ダイヤフラムユニット２の変位の中立面Ｆｄが中間板２３の内部に位置するように、ダイヤフラム２１、圧電素子２２及び中間板２３の各材質（ヤング率）及び厚みが設定されている。中立面Ｆｄとは、ダイヤフラムユニット２全体が屈曲変形したとき、ダイヤフラムユニット内での圧縮及び引張の応力が０となる面である。このように中立面Ｆｄを中間板２３内に設定することで、圧電素子２２には全体にわたって伸び又は縮みの一方の応力のみが作用し、屈曲変位にブレーキをかけるような中立面を圧電素子２２から外すことができる。そのため、変位を大きくでき、無駄な発熱を抑制できる。 As shown in FIG. 5, each material (Young's modulus) and thickness of the diaphragm 21, the piezoelectric element 22, and the intermediate plate 23 are set so that the neutral plane Fd of the displacement of the diaphragm unit 2 is located inside the intermediate plate 23. Has been. The neutral surface Fd is a surface on which the compressive and tensile stresses in the diaphragm unit become zero when the entire diaphragm unit 2 is bent and deformed. By setting the neutral surface Fd in the intermediate plate 23 in this way, only one stress that extends or contracts over the entire piezoelectric element 22 acts, and the neutral surface that brakes the bending displacement is piezoelectric. It can be removed from the element 22. Therefore, the displacement can be increased and useless heat generation can be suppressed.

ダイヤフラム２１、圧電素子２２及び中間板２３の各材質及び厚みは特に限定されないが、中立面Ｆｄを中間板２３の中に確実に位置させ、ダイヤフラムユニット２を効率よく振動させるには、ダイヤフラム２１の厚みｔ１、圧電素子２２の厚みｔ２、中間板２３の厚みｔ３を次の関係に設定するのが望ましい。
ｔ３＜ｔ２＜ｔ１＋ｔ３
なお、ダイヤフラムユニット２を効率よく変位させるため、ダイヤフラム２１はできるだけ薄肉とするのが望ましく、
ｔ１≦ｔ３
とするのがよい。ダイヤフラム２１及び中間板２３のヤング率は、１００ＧＰａ〜２００ＧＰａが望ましい。 The materials and thicknesses of the diaphragm 21, the piezoelectric element 22 and the intermediate plate 23 are not particularly limited. However, in order to place the neutral surface Fd in the intermediate plate 23 and vibrate the diaphragm unit 2 efficiently, the diaphragm 21 is used. It is desirable to set the thickness t1, the thickness t2 of the piezoelectric element 22, and the thickness t3 of the intermediate plate 23 to the following relationship.
t3 <t2 <t1 + t3
In order to displace the diaphragm unit 2 efficiently, it is desirable that the diaphragm 21 be as thin as possible.
t1 ≦ t3
It is good to do. The Young's modulus of the diaphragm 21 and the intermediate plate 23 is desirably 100 GPa to 200 GPa.

ダイヤフラム２１の４つのコーナ部近傍には、上記流入孔１２ｂ，１３ｂ，１４ｂと対応する位置に流入孔２１ａが形成されている。上記流入孔１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，２１ａによって、一端が下方に開口し、他端が流入通路１１ｂへ通じる流入口４（図３参照）が形成される。 In the vicinity of the four corner portions of the diaphragm 21, inflow holes 21a are formed at positions corresponding to the inflow holes 12b, 13b, and 14b. The inflow holes 12b, 13b, 14b, and 21a form an inlet 4 (see FIG. 3) having one end opened downward and the other end communicating with the inflow passage 11b.

図３に示すように、圧電マイクロブロアＡの流入口４はブロア本体１の下方に向かって開口しており、吐出口１０ａは上面側に開口している。圧縮性流体を圧電マイクロブロアＡの裏側の流入口４から吸込み、表側の吐出口１０ａから排出することができるので、燃料電池の空気供給用ブロアやＣＰＵの空冷用ブロアとして好適な構造となる。なお、流入口４はブロア本体１の下方に開口している必要はなく、外周に開口していてもよい。 As shown in FIG. 3, the inlet 4 of the piezoelectric micro blower A opens toward the lower side of the blower body 1, and the discharge port 10a opens to the upper surface side. Since the compressible fluid can be sucked in from the inlet 4 on the back side of the piezoelectric micro blower A and discharged from the outlet 10a on the front side, the structure is suitable as an air supply blower for a fuel cell or an air cooling blower for a CPU. In addition, the inflow port 4 does not need to open below the blower main body 1, and may open to the outer periphery.

次に、上記構成よりなる圧電マイクロブロアＡの作動を図６に従って説明する。なお、図６はダイヤフラムユニット２を一次共振モードで変位させる例であるが、三次共振モードで変位させる場合も変位形状が異なるだけで、ほぼ同様である。図６の（ａ）は初期状態（非電圧印加時）であり、ダイヤフラム２１は平坦状である。図６の（ｂ）は圧電素子２２への印加電圧の最初の１／４周期を示し、ダイヤフラム２１が下に凸に屈曲するので、第１開口部１２ａとダイヤフラム２１との距離が増大し、流入通路１１ｂから第１開口部１２ａを介してブロア室３内に流体が吸い込まれる。矢印は流体の流れを示す。次の１／４周期で、図６（ｃ）のようにダイヤフラム２１が平坦状に戻る時、第１開口部１２ａとダイヤフラム２１との距離が減少し、流体は開口部１２ａ，１０ａを通って上方向に押し出される。この時、流入通路１１ｂの流体を一緒に巻き込みながら上方に流れるので、第２開口部１０ａの出口側では大流量が得られる。次の１／４周期では、図６（ｄ）のようにダイヤフラム２１が上に凸に屈曲するので、第１開口部１２ａとダイヤフラム２１との距離が減少し、ブロア室３内の流体が高速で開口部１２ａ，１０ａから上方向に押し出される。この高速流は、流入通路１１ｂの流体をさらに一緒に巻き込みながら上方に流れるので、第２開口部１０ａの出口側では大流量が得られる。次の１／４周期で、図６の（ｅ）のようにダイヤフラム２１が平坦状に戻る時、第１開口部１２ａとダイヤフラム２１との距離が増大し、流体は第１開口部１２ａを通過してブロア室３内に若干吸い込まれるが、流入通路１１ｂの流体は慣性により中心方向に流れ続ける。その後、ダイヤフラム２１の動作は図６の（ｂ）に戻り、それ以後（ｂ）〜（ｅ）の動作を周期的に繰り返す。ダイヤフラム２１を高周波で屈曲振動させることにより、流入通路１１ｂを流れる流体の慣性が終息する前に、開口部１２ａ，１０ａに次の流れを発生させることができ、流入通路１１ｂの中に常に中心方向への流れを惹起させることができる。 Next, the operation of the piezoelectric microblower A having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows an example in which the diaphragm unit 2 is displaced in the primary resonance mode. However, the displacement is different in the tertiary resonance mode except that the displacement shape is different. FIG. 6A shows the initial state (when no voltage is applied), and the diaphragm 21 is flat. FIG. 6B shows the first quarter period of the voltage applied to the piezoelectric element 22, and the diaphragm 21 bends in a convex manner, so that the distance between the first opening 12 a and the diaphragm 21 increases, Fluid is sucked into the blower chamber 3 from the inflow passage 11b through the first opening 12a. Arrows indicate fluid flow. In the next quarter cycle, when the diaphragm 21 returns to the flat shape as shown in FIG. 6C, the distance between the first opening 12a and the diaphragm 21 decreases, and the fluid passes through the openings 12a and 10a. Pushed upwards. At this time, since the fluid in the inflow passage 11b flows upward while being entrained together, a large flow rate is obtained on the outlet side of the second opening 10a. In the next quarter cycle, the diaphragm 21 bends upward as shown in FIG. 6 (d), so the distance between the first opening 12a and the diaphragm 21 decreases, and the fluid in the blower chamber 3 moves at high speed. Is pushed upward from the openings 12a, 10a. Since this high-speed flow flows upward while further entraining the fluid in the inflow passage 11b, a large flow rate is obtained on the outlet side of the second opening 10a. In the next quarter cycle, when the diaphragm 21 returns to a flat shape as shown in FIG. 6E, the distance between the first opening 12a and the diaphragm 21 increases, and the fluid passes through the first opening 12a. Then, although it is slightly sucked into the blower chamber 3, the fluid in the inflow passage 11b continues to flow toward the center due to inertia. Thereafter, the operation of the diaphragm 21 returns to (b) of FIG. 6, and thereafter the operations (b) to (e) are periodically repeated. By bending and vibrating the diaphragm 21 at a high frequency, the following flow can be generated in the openings 12a and 10a before the inertia of the fluid flowing through the inflow passage 11b ends, and the center of the inflow passage 11b is always centered. The flow to can be triggered.

図６の（ｂ）および（ｄ）のようにダイヤフラムユニット２が変位したとき、中立面が常に中間板２３内にあるので、圧電素子２２の中に圧縮と引張の応力が逆転する面が存在しない。つまり、圧電素子２２には常に一様な方向の応力が作用するので、圧電素子２２の一部に変位を抑制する部分がなく、圧電素子２２での無駄な発熱を防止できる。その結果、ダイヤフラムユニットの変位を大きくでき、効率よく振動させることができる。 When the diaphragm unit 2 is displaced as shown in FIGS. 6B and 6D, since the neutral surface is always in the intermediate plate 23, there is a surface in the piezoelectric element 22 where the compression and tensile stresses are reversed. not exist. In other words, since stress in a uniform direction always acts on the piezoelectric element 22, there is no part that suppresses displacement in a part of the piezoelectric element 22, and wasteful heat generation in the piezoelectric element 22 can be prevented. As a result, the displacement of the diaphragm unit can be increased and can be vibrated efficiently.

以下に、上記構成よりなるマイクロブロアの一実験例を示す。まず、厚み０．０８ｍｍの４２Ｎｉ板上に、厚み０．１５ｍｍ、直径１１ｍｍΦのＳＵＳ板からなる中間板を設け、さらに中間板上に厚み０．２ｍｍ、直径１１ｍｍΦのＰＺＴ単板からなる圧電素子とを貼り付けたダイヤフラムを用意した。続いて、真鍮板からなるセパレータ、及びＳＵＳ板からなる天板、流路形成板、ブロア枠体及び底板を用意した。なお、天板の中心には第２開口部が設けられ、セパレータの中心には第１開口部が設けられている。また、流路形成板の中心には流路空間が設けられている。続いて、上記の構成部材を、底板、ダイヤフラム、ブロア枠体、セパレータ、流路形成板、天板の順に積み重ねて接着し、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ２．４ｍｍのブロア本体を作製した。なお、ブロア本体のブロア室は高さ０．１５ｍｍ、直径１６ｍｍΦ、また流入通路の高さが０．４ｍｍに設計されている。 Hereinafter, an experimental example of a micro blower having the above-described configuration will be shown. First, an intermediate plate made of a SUS plate having a thickness of 0.15 mm and a diameter of 11 mmΦ is provided on a 42Ni plate having a thickness of 0.08 mm, and a piezoelectric element made of a PZT single plate having a thickness of 0.2 mm and a diameter of 11 mmΦ on the intermediate plate. I prepared a diaphragm with a stick. Subsequently, a separator made of a brass plate, a top plate made of a SUS plate, a flow path forming plate, a blower frame, and a bottom plate were prepared. In addition, the 2nd opening part is provided in the center of the top plate, and the 1st opening part is provided in the center of the separator. A channel space is provided at the center of the channel forming plate. Subsequently, the above constituent members were stacked and bonded in the order of a bottom plate, a diaphragm, a blower frame, a separator, a flow path forming plate, and a top plate to produce a blower body having a length of 20 mm × width 20 mm × height 2.4 mm. . The blower chamber of the blower body is designed to have a height of 0.15 mm, a diameter of 16 mmΦ, and a height of the inflow passage of 0.4 mm.

表１は、ダイヤフラムユニット２を２０ｋＨｚ（三次共振モード）、２０Ｖｐ−ｐのｓｉｎ波形の電圧で駆動した場合に、ダイヤフラムユニット２を構成する各部品の厚み（単位：ｍｍ）と空気の流量（単位：Ｌ／ｍｉｎ）との関係を示したものである。表１から明らかなように、中間板を設けることで、流量増加を図ることができる。また、ダイヤフラムの厚さが薄くなる程、流量が増加することがわかる。 Table 1 shows the thickness (unit: mm) of each component constituting the diaphragm unit 2 and the air flow rate (unit) when the diaphragm unit 2 is driven with a sinusoidal voltage of 20 kHz (third resonance mode) and 20 Vp-p. : L / min). As is clear from Table 1, the flow rate can be increased by providing the intermediate plate. It can also be seen that the flow rate increases as the diaphragm thickness decreases.

図７，図８は本発明にかかるマイクロブロアの第２実施例を示す。第１実施例と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施例のマイクロブロアＢでは、圧電素子として中心部に空洞を持つリング形状の圧電素子２２ａを使用し、圧電素子２２ａの外周部をダイヤフラム２１の外周部を保持しているブロア本体１に近づけて取り付けたものである。この場合も、ダイヤフラム２１と圧電素子２２ａとの間に、圧電素子２２ａと同一形状のリング状の中間板２３ａが介装固定されている。ダイヤフラム２１と圧電素子２２ａと中間板２３ａとからなるダイヤフラムユニット２ａの駆動の中立面Ｆｄが中間板２３ａ内にあるように、各部品の厚みと材質（ヤング率）が設定されている。 7 and 8 show a second embodiment of the micro-blower according to the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the micro blower B of this embodiment, a ring-shaped piezoelectric element 22 a having a cavity at the center is used as the piezoelectric element, and the outer peripheral portion of the piezoelectric element 22 a is brought close to the blower body 1 holding the outer peripheral portion of the diaphragm 21. Attached. Also in this case, a ring-shaped intermediate plate 23a having the same shape as the piezoelectric element 22a is interposed and fixed between the diaphragm 21 and the piezoelectric element 22a. The thickness and material (Young's modulus) of each component are set so that the neutral plane Fd for driving the diaphragm unit 2a including the diaphragm 21, the piezoelectric element 22a, and the intermediate plate 23a is in the intermediate plate 23a.

上記実施例では、マイクロブロアのブロア本体１を、第１開口部１２ａを有するセパレータ（第１壁部）１２と、第２開口部１０ａを有する天板（第２壁部）１０と、セパレータ１２と天板１０との間に形成された流入通路１１ｂとを備えた構造としたが、これに限るものではない。例えば天板１０と流入通路１１ｂとを省略してセパレータ１２を外部に露出させてもよい。本発明のブロア本体は、実施例のように複数の板状部材を積層した構造に限るものではなく、任意に変更可能である。 In the above embodiment, the blower body 1 of the micro blower is divided into the separator (first wall portion) 12 having the first opening 12a, the top plate (second wall portion) 10 having the second opening 10a, and the separator 12. Although it was set as the structure provided with the inflow passage 11b formed between the top plate 10 and the top plate 10, it is not restricted to this. For example, the top plate 10 and the inflow passage 11b may be omitted and the separator 12 may be exposed to the outside. The blower body of the present invention is not limited to a structure in which a plurality of plate-like members are stacked as in the embodiment, and can be arbitrarily changed.

本発明に係る圧電マイクロブロアの第１実施例の断面図である。It is sectional drawing of 1st Example of the piezoelectric micro blower which concerns on this invention. 図１に示す圧電マイクロブロアの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the piezoelectric micro blower shown in FIG. 図１のIII −III 線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 図３のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. ダイヤフラムユニットの断面図である。It is sectional drawing of a diaphragm unit. 図１に示す圧電マイクロブロアの動作原理図である。FIG. 2 is an operation principle diagram of the piezoelectric microblower shown in FIG. 1. 本発明に係る圧電マイクロブロアの第２実施例の断面図である。It is sectional drawing of 2nd Example of the piezoelectric micro blower which concerns on this invention. ダイヤフラムユニットの他の例の断面図である。It is sectional drawing of the other example of a diaphragm unit.

符号の説明Explanation of symbols

Ａ，Ｂ圧電マイクロブロア
１ブロア本体
１０天板（第２隔壁）
１０ａ吐出口（第２開口部）
１１流路形成板
１１ａ中央孔
１１ｂ流入通路
１２セパレータ（第１隔壁）
１２ａ貫通孔（第１開口部）
１３ブロア枠体
１４底板
２，２ａダイヤフラムユニット
２１ダイヤフラム
２２，２２ａ圧電素子
２３，２３ａ中間板
３ブロア室
４流入口 A, B Piezoelectric micro blower 1 Blower body 10 Top plate (second partition)
10a Discharge port (second opening)
11 Flow path forming plate 11a Central hole 11b Inflow passage 12 Separator (first partition)
12a Through hole (first opening)
13 Blower frame 14 Bottom plate 2, 2a Diaphragm unit 21 Diaphragm 22, 22a Piezoelectric element 23, 23a Intermediate plate 3 Blower chamber 4 Inlet

Claims

ブロア本体と、外周部がブロア本体に対して固定されたダイヤフラムと、ダイヤフラムの表面に固定された単板圧電素子と、ブロア本体とダイヤフラムとの間に形成されたブロア室とを備え、上記圧電素子に電圧を印加してダイヤフラムを共振駆動することにより、流体を輸送する圧電マイクロブロアにおいて、
上記ダイヤフラムと圧電素子との間に、圧電素子と同等の直径を有する中間板が介装固定され、
上記圧電素子及び中間板を含むダイヤフラム全体の駆動の中立面が上記中間板内にあることを特徴とする圧電マイクロブロア。 A blower body, a diaphragm having an outer peripheral portion fixed to the blower body, a single plate piezoelectric element fixed to the surface of the diaphragm, and a blower chamber formed between the blower body and the diaphragm, In a piezoelectric micro blower that transports fluid by applying a voltage to the element to drive the diaphragm resonantly,
An intermediate plate having a diameter equivalent to that of the piezoelectric element is interposed and fixed between the diaphragm and the piezoelectric element,
A piezoelectric micro-blower characterized in that a neutral surface for driving the entire diaphragm including the piezoelectric element and the intermediate plate is in the intermediate plate.

上記圧電素子の厚みは、上記ダイヤフラム及び中間板の合計厚みより薄いことを特徴とする請求項１に記載の圧電マイクロブロア。 The piezoelectric micro blower according to claim 1, wherein the thickness of the piezoelectric element is thinner than the total thickness of the diaphragm and the intermediate plate.

上記圧電素子の厚みは、上記中間板の厚みより厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電マイクロブロア 3. The piezoelectric micro blower according to claim 1, wherein a thickness of the piezoelectric element is thicker than a thickness of the intermediate plate.

上記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、
上記ダイヤフラムの中心部と対向する上記第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、
上記第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、
上記第１開口部と対向する上記第２壁部の部位に形成された第２開口部と、
上記第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る請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電マイクロブロア。 A first wall portion of a blower body forming a blower chamber with the diaphragm;
A first opening formed at a portion of the first wall facing the center of the diaphragm and communicating the interior and exterior of the blower chamber;
A second wall portion provided on the opposite side of the blower chamber with the first wall portion therebetween, and spaced from the first wall portion;
A second opening formed in a portion of the second wall facing the first opening;
An inflow passage formed between the first wall portion and the second wall portion, having an outer end communicated with the outside and an inner end connected to the first opening and the second opening. The piezoelectric micro blower according to any one of 1 to 3.