專利名稱：壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于輸送空氣那樣的壓縮性流體的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)和數(shù)字AV設(shè)備等小型電子設(shè)備中，存在內(nèi)部發(fā)熱較大的問 題。作為其中使用的冷卻用鼓風(fēng)機(jī)，重視并要求其小型、薄型、低功耗。作為冷卻用鼓風(fēng)機(jī)中使用的驅(qū)動(dòng)部，有一種是使用壓電體使隔膜彎曲變形。一般 使用使壓電元件粘合在由樹脂或金屬的薄板構(gòu)成的隔膜上的振動(dòng)板，具有結(jié)構(gòu)簡單、可構(gòu) 成為薄型、而且低功耗的優(yōu)點(diǎn)。通過對壓電元件施加交變電壓使其彎曲變形，以使鼓風(fēng)機(jī)室 的壓力變化，從而可產(chǎn)生空氣流。在這種壓電微型鼓風(fēng)機(jī)中，若使振動(dòng)板減小以使其小型 化，則由于位移急劇變小，流量下降，無法得到所要的冷卻效果，因此存在無法充分小型化 的問題。專利文獻(xiàn)1中，披露了包括外殼、振動(dòng)致動(dòng)器、噴嘴體的噴流產(chǎn)生裝置。振動(dòng)致動(dòng) 器具有磁體、安裝有驅(qū)動(dòng)線圈的振動(dòng)板、支承振動(dòng)板的彈性支承構(gòu)件、和磁軛。在外殼內(nèi)的 振動(dòng)板的固有振動(dòng)頻率滿足外殼的赫姆霍爾茲共振的條件時(shí)，由于噪音增大，因此將振動(dòng) 板的固有振動(dòng)頻率設(shè)定為與外殼的赫姆霍爾茲共振頻率錯(cuò)開。具體而言，針對外殼的赫姆 霍爾茲共振頻率為1.09kHz、而振動(dòng)板的固有振動(dòng)頻率處于IkHz附近的情況，通過改變振 動(dòng)板的材質(zhì)或在振動(dòng)板上設(shè)置凸緣或局部改變厚度的部位，以改變振動(dòng)板的剛性，從而使 振動(dòng)板的固有振動(dòng)頻率變化成1. 4 2. 4kHz。然而，若外殼的共振頻率設(shè)為1. 09kHz，空洞 體積設(shè)為1.5X10_5m3，則預(yù)計(jì)例如具有100 X 30 X 5mm等的外殼，非常大，無法面向小型便 攜設(shè)備來使用。而且，IkHz的驅(qū)動(dòng)頻率由于處于聽閾，因此仍然存在噪音的問題。專利文獻(xiàn)1中，雖然使鼓風(fēng)機(jī)室內(nèi)的空氣共振頻率與振動(dòng)板的諧振頻率錯(cuò)開以用 于減小噪音，但這是由于諧振頻率處于聽閾，若以超過聽閾的頻率來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)板，則可解決 噪音的問題。因此，在專利文獻(xiàn)2所記載的氣流產(chǎn)生器中，使用在壓電體材料制盤片和隔膜(不 銹鋼制膜體)之間夾有直徑比壓電體材料制盤片要大的不銹鋼制盤片的結(jié)構(gòu)的超聲波驅(qū) 動(dòng)體(參照圖1、段落0018)。由于使用壓電彎曲振動(dòng)的3階諧振模式，在超過聽閾的區(qū)域進(jìn) 行超聲波驅(qū)動(dòng)，因此不會(huì)產(chǎn)生噪音的問題。雖然若以1階諧振模式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則可得到最大 的位移，因而是所希望的，但存在1階諧振頻率處于聽閾從而噪音變大的情況。與此不同的 是，雖然在3階諧振模式下位移量變小，但由于可提高頻率，因此噪音不會(huì)成為問題。然而， 若減小隔膜的直徑以使其小型化，則由于位移急劇變小，因此鼓風(fēng)機(jī)特性下降，無法得到所 要的冷卻效果。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2008-14148號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特表2006-522896號(hào)公報(bào)因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可得到良好的鼓風(fēng)機(jī)特性且使其小型化的壓電 微型鼓風(fēng)機(jī)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，包括振動(dòng)板，通過對壓電 元件施加預(yù)定頻率的電壓從而對該振動(dòng)板以彎曲模式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；及鼓風(fēng)機(jī)主體，該鼓風(fēng)機(jī) 主體將所述振動(dòng)板的兩端部或周圍固定，且在與振動(dòng)板之間形成鼓風(fēng)機(jī)室，在與所述振動(dòng) 板的中央部相對的鼓風(fēng)機(jī)主體的部位設(shè)有開口部，其特征在于，在與所述振動(dòng)板的中央部 對應(yīng)的鼓風(fēng)機(jī)室的部位，通過以所述開口部為中心在其周圍設(shè)置間隔部，從而在間隔部的 內(nèi)側(cè)形成共振空間，將所述共振空間的大小設(shè)定成使得所述振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)頻率與共振空間 的赫姆霍爾茲共振頻率對應(yīng)。通過使鼓風(fēng)機(jī)室的共振頻率與振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)頻率相配，從而可利用鼓風(fēng)機(jī)室的空 氣共振來提高鼓風(fēng)機(jī)性能。然而，若要以超過聽閾的頻率(例如，20kHz以上)使鼓風(fēng)機(jī)室 整體進(jìn)行空氣共振，則構(gòu)成鼓風(fēng)機(jī)室的一個(gè)表面的振動(dòng)板的尺寸也必須減小，從而導(dǎo)致位 移變小，流量極大地下降。即，若要使鼓風(fēng)機(jī)室共振以增加流量，則振動(dòng)板會(huì)變得過小，反而 會(huì)使流量下降。因此，本發(fā)明中，通過在鼓風(fēng)機(jī)室中設(shè)置間隔部從而形成共振空間，并將該 共振空間設(shè)為比振動(dòng)板的振動(dòng)區(qū)域要小的尺寸，從而在共振空間中產(chǎn)生赫姆霍爾茲共振， 確保振動(dòng)板的振動(dòng)區(qū)域。這樣，由于利用間隔部來任意地選擇實(shí)際效果上作為共振室進(jìn)行 動(dòng)作的區(qū)域，并與鼓風(fēng)機(jī)室的尺寸分開獨(dú)立地使其與目標(biāo)的赫姆霍爾茲共振頻率相配，因 此可利用空氣共振來實(shí)現(xiàn)流量大的微型鼓風(fēng)機(jī)。另一方面，振動(dòng)板也與鼓風(fēng)機(jī)室的尺寸分 開考慮，可獨(dú)立地在構(gòu)件條件(厚度、大小、楊氏模量)的選項(xiàng)的范圍內(nèi)，任意地設(shè)計(jì)使得成 為目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)頻率。由此，可得到流量大、且小型的微型鼓風(fēng)機(jī)。另外，由于可在超過聽閾 的區(qū)域驅(qū)動(dòng)振動(dòng)板，因此還可解決噪音的問題。也可為，在間隔部和與該間隔部相對的振動(dòng)板或鼓風(fēng)機(jī)主體的部位之間，設(shè)有當(dāng) 振動(dòng)板位移時(shí)使其不會(huì)相互接觸的間隙。在這種情況下，共振空間的周圍并非完全封閉，通 過微小的間隙與其周圍的鼓風(fēng)機(jī)室連通。此外，在與間隔部相對的振動(dòng)板的部位為振動(dòng)板 的振動(dòng)的波節(jié)點(diǎn)的情況下，或者間隔部由橡膠等柔軟的材質(zhì)構(gòu)成的情況下，即使間隔部與 振動(dòng)板接觸，也可得到與上述相同的效果。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，也可為，在間隔部和與該間隔部相對的驅(qū)動(dòng)版或鼓風(fēng)機(jī)主 體之間形成的微小的間隙比開口部的直徑要小。若間隔部與相對的壁部之間的間隙過小， 則由于振動(dòng)板位移時(shí)間隔部和與該間隔部相對的部位(振動(dòng)板或鼓風(fēng)機(jī)主體)會(huì)接觸，阻 礙振動(dòng)板的振動(dòng)，因而不優(yōu)選。另一方面，若間隙過大，則實(shí)質(zhì)上與擴(kuò)大共振空間相同，共振 頻率發(fā)生變化，無法得到所要的空氣共振。因此，通過將微小的間隙設(shè)定得比開口部的直徑 要小，從而可形成實(shí)際效果上作為共振室進(jìn)行動(dòng)作的空間。間隔部既可從鼓風(fēng)機(jī)主體突出設(shè)置，也可從振動(dòng)板突出設(shè)置。在使間隔部從鼓風(fēng) 機(jī)主體朝振動(dòng)板突出設(shè)置的情況下，也可將間隔部設(shè)為臺(tái)階部，該臺(tái)階部從鼓風(fēng)機(jī)室的內(nèi) 周緣朝內(nèi)側(cè)延伸。另外，也可將間隔部設(shè)為環(huán)狀的凸部，該環(huán)狀的凸部的外周部位于比鼓風(fēng) 機(jī)室的內(nèi)周緣更內(nèi)側(cè)。在為臺(tái)階部的情況下，只是減小鼓風(fēng)機(jī)室，臺(tái)階部接近到振動(dòng)板的驅(qū) 動(dòng)部周邊的位移的部分附近為止，可能會(huì)因空氣阻力的影響而妨礙彎曲動(dòng)作，但在設(shè)為環(huán) 狀凸部的情況下，由于在環(huán)狀凸部的外側(cè)形成別的空間，因此空氣阻力的影響減小且具有 良好的特性。而且，也可為，從鼓風(fēng)機(jī)主體及振動(dòng)板的雙方分別突出設(shè)置直徑略微不同的環(huán) 狀凸部，且兩凸部彼此在軸向上重疊。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，也可為，以3階模式對振動(dòng)板進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)，將間隔部形成在與振動(dòng)板的振動(dòng)的波節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的位置。由于波節(jié)點(diǎn)為振動(dòng)板不位移的位置，因此即使間 隔部位于其附近，也可減小對于位移的影響。在這種情況下，由于可使間隔部和與該間隔部 相對的部位(振動(dòng)板或鼓風(fēng)機(jī)主體)進(jìn)一步接近，因此共振空間的體積穩(wěn)定，可產(chǎn)生所要的 赫姆霍爾茲共振。間隔部既可從鼓風(fēng)機(jī)主體突出設(shè)置，也可從振動(dòng)板突出設(shè)置。在振動(dòng)板為將環(huán)狀的壓電元件粘貼于隔膜上的構(gòu)件時(shí)，也可將壓電元件的內(nèi)徑設(shè) 為間隔部的內(nèi)徑以下。使用環(huán)狀壓電元件的振動(dòng)板、與使用圓板狀壓電元件的振動(dòng)板相比， 隔膜的中心部分的位移較大。因此，通過使隔膜的最大位移的中心部分與共振空間對應(yīng)，從 而可增大流量。而且，也可為，將振動(dòng)板設(shè)為將環(huán)狀的壓電元件粘貼于隔膜的鼓風(fēng)機(jī)室側(cè)側(cè)面的 構(gòu)件，將共振空間形成在壓電元件的內(nèi)周側(cè)。即，可將環(huán)狀的壓電元件的內(nèi)側(cè)空間用作為共 振空間。在這種情況下，無需設(shè)置額外的間隔部。此外，也可將壓電元件直接粘貼在隔膜上， 也可使環(huán)狀的中間板介于隔膜和壓電元件之間。所謂本發(fā)明中的振動(dòng)板，也可為在隔膜(樹脂板或金屬板)的單面粘貼有在平面 方向上伸縮的壓電元件的單層壓電型、在隔膜的兩面粘貼有彼此朝相反方向伸縮的壓電元 件的雙層壓電型、在隔膜的單面粘貼有其自身彎曲變形的層疊型壓電元件的雙層壓電型、 以及隔膜自身由層疊型壓電元件構(gòu)成的類型等。另外，壓電元件的形狀也可為圓板狀或圓 環(huán)狀。也可采用在壓電元件和隔膜之間粘貼有中間板的結(jié)構(gòu)。不管是哪一種，只要是通過 對壓電元件施加交變電壓(交流電壓或矩形波電壓)、從而在板厚方向上彎曲振動(dòng)的振動(dòng) 板即可。雖然振動(dòng)板并不一定對其要進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)，但優(yōu)選諧振驅(qū)動(dòng)。例如，雖然若以1階 諧振模式(1階諧振頻率)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則由于可得到最大的位移量因而優(yōu)選，但1階諧振頻 率處于人類的聽閾，存在噪音變大的情況。與此不同的是，若使用3階諧振模式(3階諧振 頻率)，則盡管與1階諧振模式相比位移量變小，但可得到比不使用諧振模式時(shí)要大的位移 量，而且由于能夠以超過聽閾的頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此可防止噪音。此外，所謂1階諧振模式， 是指振動(dòng)板的中央部和周邊部向相同方向位移的模式，所謂3階諧振模式，是指振動(dòng)板的 中央部和周邊部向相反方向位移的模式。也可采用如下結(jié)構(gòu)鼓風(fēng)機(jī)主體包括第一壁部，該第一壁部與振動(dòng)板相對而將 鼓風(fēng)機(jī)室介于其間；第一開口部，該第一開口部形成在與振動(dòng)板的中心部相對的所述第一 壁部的部位，且使鼓風(fēng)機(jī)室的內(nèi)部與外部連通；第二壁部，該第二壁部與第一壁部隔開間隔 設(shè)置在與鼓風(fēng)機(jī)室相反的一側(cè)而將第一壁部介于其間；第二開口部，該第二開口部形成在 與第一開口部相對的第二壁部的部位；及中央空間，該中央空間形成在第一壁部和第二壁 部之間，外側(cè)端部與外部連通，且與第一開口部及第二開口部連通，與中央空間相對的第一 壁部的一部分隨著振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)而振動(dòng)。即，通過使得第一壁部的與中央空間相對的部分 的固有振動(dòng)頻率和振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)頻率接近，或者將其設(shè)定成振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)頻率的整數(shù)倍或 整數(shù)分之一，從而可跟隨振動(dòng)板的位移而使第一壁部振動(dòng)。在這種情況下，具有如下作用 利用第一壁部的位移使振動(dòng)板所產(chǎn)生的流體的流量增大，可實(shí)現(xiàn)更大的流量增加。而且優(yōu) 選的是，使第一壁部的與中央空間相對的部分的固有振動(dòng)頻率與振動(dòng)板的諧振頻率接近， 使第一壁部的中央空間部分和振動(dòng)板進(jìn)行諧振?？蓪?shí)現(xiàn)更大的流量增加。振動(dòng)板和第一壁 部既可以以相同的諧振模式進(jìn)行振動(dòng)，也可為一方以1階諧振模式進(jìn)行振動(dòng)，另一方以3階諧振模式進(jìn)行振動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，由于通過在鼓風(fēng)機(jī)室中設(shè)置間隔部從而形成共振 空間，因此可在該共振空間中產(chǎn)生赫姆霍爾茲共振，可增加流量。而且，可與共振空間的尺 寸分開獨(dú)立地任意設(shè)計(jì)振動(dòng)板的大小，使得成為目標(biāo)的振動(dòng)頻率。由此，可實(shí)現(xiàn)獲得良好的 鼓風(fēng)機(jī)性能、且小型的微型鼓風(fēng)機(jī)。


圖1是本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第1實(shí)施例的剖視圖。圖2是在圖1所示的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的流入口切斷后的剖視圖。圖3是圖1所示的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的分解立體圖。圖4是表示圖1的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)中的振動(dòng)板的位移的圖。圖5是本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第2實(shí)施例的剖視圖。圖6是表示圖5的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)中的振動(dòng)板的位移的圖。圖7是使圖5所示的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的間隔部的直徑變化時(shí)的流量特性圖。圖8是本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第3實(shí)施例的剖視圖。圖9是本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第4實(shí)施例的剖視圖。圖10是本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第5實(shí)施例的剖視圖。圖11是本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第6實(shí)施例的剖視圖。圖12是本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第7實(shí)施例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖，說明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。[第1實(shí)施例]圖1 圖3表示本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第1實(shí)施例。本實(shí)施例中，說 明對振動(dòng)板50進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)的例子。本實(shí)施例的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)A是用作為電子設(shè)備的 空氣冷卻用鼓風(fēng)機(jī)的例子，從上方開始依次層疊固定有頂板(第二壁部)10、流通路徑形成 板20、隔離物(第一壁部)30、鼓風(fēng)機(jī)框體40、振動(dòng)板50及底板60。在鼓風(fēng)機(jī)框體40和底 板60之間粘接有振動(dòng)板50的隔膜51的外周部。頂板10、流通路徑形成板20、隔離物30、 鼓風(fēng)機(jī)框體40、底板60構(gòu)成鼓風(fēng)機(jī)主體1，由金屬板或硬質(zhì)樹脂板那樣的具有剛性的平板 材料形成。頂板10由四邊形平板形成，在其中心部形成有正面背面貫通的排出口(第二開口 部)11。流通路徑形成板20也為具有與平板10相同外形的平板，如圖3所示，在其中央部 形成有直徑比排出口 11要大的中央孔(中央空間)21。形成有從中央孔21朝四個(gè)角部在 輻射方向上延伸的多個(gè)(這里為4條)流入通路22。在本實(shí)施例的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)A的情 況下，由于流入通路22從4個(gè)方向與中央孔21連通，因此流體隨著振動(dòng)板50的泵送動(dòng)作 無阻力地被吸引到中央孔21，可力圖實(shí)現(xiàn)更大的流量增加。隔離物30也為具有與頂板10相同外形的平板，在其中心部，在與排出口 11相對 的位置，形成有直徑與排出口 11大致相同的貫通孔31(第一開口部)。此外，排出口 11和 貫通孔31既可為相同直徑，也可為不同直徑，但具有至少比中央孔21要小的直徑。在四個(gè)角部附近，在與流入通路22的外側(cè)端部對應(yīng)的位置形成有流入孔32。通過將頂板10和流 通路徑形成板20和隔離物30進(jìn)行粘接，從而排出口 11和中央孔21和貫通孔31在同一軸 線上排列，與后述的振動(dòng)板50的中心部對應(yīng)。此外，如后所述，由于使得與中央孔21對應(yīng) 的隔離物30的一部分進(jìn)行諧振，因此優(yōu)選利用薄金屬板來形成隔離物30。在隔離物30的 下表面中央部，粘接有由環(huán)狀凸部構(gòu)成的間隔部33，使得包圍貫通孔31。鼓風(fēng)機(jī)框體40也為具有與頂板10相同外形的平板，在其中心部形成有大直徑的 空洞部41。在四個(gè)角部附近，在與所述流入孔32對應(yīng)的位置形成有流入孔42。通過將隔 離物30和隔膜51進(jìn)行粘接而將鼓風(fēng)機(jī)框體40介于其間，從而利用鼓風(fēng)室框體40的空洞 部41來形成鼓風(fēng)機(jī)室4。該鼓風(fēng)機(jī)室4中，由間隔部33包圍的區(qū)域?yàn)楣舱窨臻g34，如后所 述，將間隔部33的直徑設(shè)定成使得振動(dòng)板50的諧振頻率和共振空間34的赫姆霍爾茲共振 頻率對應(yīng)。在間隔部33的頂部和振動(dòng)板50之間，設(shè)有當(dāng)振動(dòng)板50諧振位移時(shí)使其不會(huì)相 互接觸的微小的間隙S。該間隙δ比貫通孔31的直徑要小。底板60也為具有與頂板10相同外形的平板，在其中心部形成有與鼓風(fēng)機(jī)室3大 致相同形狀的空洞部61。底板60形成為比壓電元件52的厚度和振動(dòng)板50的位移量的總 和要厚，即使在將微型鼓風(fēng)機(jī)A裝載于基板等的情況下，也可防止壓電元件52與基板接觸。 所述空洞部61形成如后所述的包圍隔膜51的壓電元件52的周圍的空洞部。在底板60的 四個(gè)角部附近，在與所述流入孔32、42對應(yīng)的位置形成有流入孔62。振動(dòng)板50具有在隔膜51的中央部下表面通過中間板53粘貼有圓形的壓電元件 52的結(jié)構(gòu)。作為隔膜51，除了可使用不銹鋼、黃銅等各種金屬材料以外，也可使用由玻璃環(huán) 氧樹脂等樹脂材料構(gòu)成的樹脂板。壓電元件52及中間板53為直徑比鼓風(fēng)機(jī)框體40的空 洞部41要小的圓板。該實(shí)施例中，使用在正面和背面具有電極的單片壓電陶瓷以作為壓電 元件52，通過中間板53將其粘貼于隔膜51的背面(與鼓風(fēng)機(jī)室3相反一側(cè)的表面)來構(gòu) 成單層壓電型隔膜。中間板53由與隔膜51相同的彈性板構(gòu)成，被設(shè)定成當(dāng)振動(dòng)板50彎曲 變形時(shí)、位移的零面處于中間板53的厚度的范圍內(nèi)。在隔膜51的四個(gè)角部附近，在與所述 流入孔32、42、62對應(yīng)的位置形成有流入孔51a。利用所述流入孔32、42、62、51a，形成一端 朝下方開口、另一端通向流入通路22的流入口 8。通過對壓電元件52施加預(yù)定頻率的交變電壓(正弦波或矩形波)，從而對振動(dòng)板 50以彎曲模式進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)。圖4表示以3階模式對振動(dòng)板50進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)，振動(dòng) 板50的中央部和周邊部向相反方向位移。通過將間隔部33設(shè)定在位移小的波節(jié)點(diǎn)附近， 從而可使間隔部33的頂部盡量接近振動(dòng)板50。即，可盡量減小間隙δ，可使共振空間34 的共振頻率和共振的效果穩(wěn)定。此外，雖然也能夠以1階諧振模式對振動(dòng)板50進(jìn)行諧振驅(qū) 動(dòng)，但由于在1階諧振模式中波節(jié)點(diǎn)位于鼓風(fēng)機(jī)室4的空洞部41的內(nèi)周側(cè)，因此無法使間 隔部的位置與波節(jié)點(diǎn)一致。另外，在以1階諧振模式進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)的情況下，一階諧振頻 率可能處于人類的聽域，與此不同的是，在3階諧振模式的情況下，由于成為超過聽域的頻 率，因此可防止噪音。如圖1、圖2所示，壓電微型鼓風(fēng)機(jī)A的流入口 8朝鼓風(fēng)機(jī)主體1的下方開口，排出 口 11朝上表面?zhèn)乳_口。由于可從壓電微型鼓風(fēng)機(jī)A的背面?zhèn)鹊牧魅肟?8吸入空氣，并從正 面?zhèn)鹊呐懦隹?11排出，因此作為燃料電池的供氣用鼓風(fēng)機(jī)和CPU等的空氣冷卻用鼓風(fēng)機(jī)形 成為合適的結(jié)構(gòu)。此外，流入口 8也可以無需朝下方開口，而朝外周開口。
圖1中，雖然示出了將中間板53夾設(shè)于隔膜51和壓電元件52之間的結(jié)構(gòu)的振動(dòng) 板50，但也可為將壓電元件52直接粘貼于隔膜51的振動(dòng)板。這里，說明上述結(jié)構(gòu)的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)A的動(dòng)作。若對壓電元件52施加預(yù)定頻率 的交流電壓，則對振動(dòng)板50以1階諧振模式或3階諧振模式進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)，由此，鼓風(fēng)機(jī)室 4的第一開口部31和振動(dòng)板50的距離發(fā)生變化。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)室4的第一開口部31和振動(dòng)板 50的距離增大時(shí)，中央空間21內(nèi)的空氣通過第一開口部31被吸入到鼓風(fēng)機(jī)室4，相反地若 鼓風(fēng)機(jī)室4的第一開口部31和振動(dòng)板50的距離減小時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)室4內(nèi)的空氣通過第一開 口部31被排出到中央空間21。由于對振動(dòng)板50以高頻驅(qū)動(dòng)，因此從第一開口部31向中央 空間21排出的高速/高能的空氣流通過中央空間21從第二開口部11排出。此時(shí)，由于一 邊將位于中央空間21內(nèi)的空氣卷入，一邊從第二開口部11排出，因此產(chǎn)生從流入通路22 朝向中央空間21的連續(xù)的空氣流，空氣成為噴流從第二開口部11連續(xù)排出。特別是，在隔離物30的與中央空間21對應(yīng)的部分形成得較薄、使得隨著振動(dòng)板50 的諧振驅(qū)動(dòng)而諧振的情況下，由于第一開口部21和振動(dòng)板50的距離與振動(dòng)板50的振動(dòng)同 步發(fā)生變化，因此與隔離物30不諧振的情況相比，可使得從第二開口部11排出的空氣的流 量急劇增大。此外，隔離物30也可以以1階諧振模式或3階諧振模式中的任一種模式進(jìn)行 諧振。本實(shí)施例中，當(dāng)以3階模式驅(qū)動(dòng)振動(dòng)板50時(shí)，隔離物30以1階模式進(jìn)行振動(dòng)。[第2實(shí)施例]圖5表示本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第2實(shí)施例。本實(shí)施例的微型鼓風(fēng)機(jī) B中，作為振動(dòng)板50a，是在隔膜51的上表面通過環(huán)狀的中間板53a粘貼有環(huán)狀的壓電元件 52a，除了這一點(diǎn)以外，由于其它結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施例的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)A相同，因此標(biāo)注相同 標(biāo)號(hào)并省略重復(fù)說明。本實(shí)施例的情況下，若以3階模式對振動(dòng)板50a進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)，則隔膜51如圖6 所示那樣發(fā)生變形。即，隔膜51的中央部的位移比周邊部的位移大得多。在這種情況下， 通過將壓電元件52a的內(nèi)徑設(shè)為間隔部33的內(nèi)徑以下，從而可使隔膜51的最大位移的中 心部分與共振空間34對應(yīng)，可增大流量。另外，通過使隔膜51的中央部的位移量較大，從 而與隔膜51的中央部相對的隔離物30的中央部的位移量也變大，可實(shí)現(xiàn)更大的流量增加。 此外，也可省去中間板53a而將壓電元件5 直接粘貼于隔膜51。圖7中，以如下的條件制成微型鼓風(fēng)機(jī)B，使共振空間(間隔部)的直徑變化，并 評估共振空間的直徑和流量特性的關(guān)系。準(zhǔn)備如下的單層壓電板即，在由厚度為0. 08mm 的由42Ni板構(gòu)成的隔膜上，粘貼厚度為0. 15mm、外徑為12mm、內(nèi)徑為5mm的由SUS板構(gòu)成 的中間板和厚度為0. 2mm、外徑為12mm、內(nèi)徑為5mm的由PZT單板構(gòu)成的壓電元件。接著， 準(zhǔn)備由SUS板構(gòu)成的隔離物及由SUS板構(gòu)成的頂板、流通路徑形成板、鼓風(fēng)機(jī)框體、間隔部 及底板。此外，在頂板的中心設(shè)有直徑為0. 8mm的第二開口部，在隔離物的中心設(shè)有直徑為 0. 6mm的第一開口部。另外，在流通路徑形成板的中心，設(shè)有直徑為6mm且高度為0. 5mm的 中央空間。另夕卜，間隔部構(gòu)成為使得共振空間的高度為0. 2mm、內(nèi)徑為2 7mm的間隔部。 接著，分別層疊固定上述構(gòu)成構(gòu)件，制造長15mmX寬15mmX高1. 5mm的微型鼓風(fēng)機(jī)B。另 外，制造了不在鼓風(fēng)機(jī)室形成間隔部、且鼓風(fēng)機(jī)室的內(nèi)徑為IOmm的微型鼓風(fēng)機(jī)，以用于比 較。該實(shí)驗(yàn)中，施W^.5kHz、30Vpp的sin波電壓來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)板。該頻率為超過人類的聽 域的頻率。
由圖7可知，在間隔部(共振空間)的內(nèi)徑為5mm以上的范圍內(nèi)，與不具有間隔 部的情況相比，從第二開口部排出的流量減小，但若間隔部的直徑小于5mm，則流量增加，在 2mm附近出現(xiàn)流量的極大點(diǎn)。極大點(diǎn)上的流量與不具有間隔部的情況相比成為2倍以上的 流量?？上氲竭@是由于，將隔離物的第一開口部進(jìn)行開口，在將該第一開口部進(jìn)行開口的共 振空間看作為赫姆霍爾茲共振器的情況下，在流量特性較佳的極大點(diǎn)附近的體積下的共振 空間的共振頻率與振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)頻率接近，其結(jié)果是，第一開口部附近的空氣進(jìn)行諧振，空 氣的出入變得激烈。在本次的實(shí)驗(yàn)中，雖然采用間隙δ = 0.05mm，但并不特別局限于該值， 若振動(dòng)板和間隔部不接觸，則即使為0. 01 0. 1mm，也可得到相同的結(jié)果。[第3實(shí)施例]圖8表示本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第3實(shí)施例。本實(shí)施例的微型鼓風(fēng)機(jī) C中，將間隔部33粘接固定于隔膜51的表面，除了這一點(diǎn)以外，與第1實(shí)施例的壓電微型鼓 風(fēng)機(jī)A相同。在本實(shí)施例的情況下，由于間隔部33也隨著振動(dòng)板50的諧振驅(qū)動(dòng)而上下振 動(dòng)，因此需要在間隔部33和其上相對的隔離物30之間，設(shè)置預(yù)定的間隙δ。若將間隔部 33的位置設(shè)定在振動(dòng)板50的波節(jié)點(diǎn)附近，則由于可抑制間隔部33的振動(dòng)因而優(yōu)選。[第4實(shí)施例]圖9表示本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第4實(shí)施例。本實(shí)施例的微型鼓風(fēng)機(jī) D中，使用了具有環(huán)狀的壓電元件5 及中間板53a的振動(dòng)板50a，以取代第3實(shí)施例的壓 電微型鼓風(fēng)機(jī)C的振動(dòng)板50。在本實(shí)施例的情況下，通過將壓電元件52a的內(nèi)徑設(shè)為間隔 部33的內(nèi)徑以下，從而可使隔膜51的最大位移的中心部分與共振空間34對應(yīng)，可增大流量。[第5實(shí)施例]圖10表示本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第5實(shí)施例，對于和第1實(shí)施例的壓 電微型鼓風(fēng)機(jī)A相同的部分標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)。本實(shí)施例的微型鼓風(fēng)機(jī)E中，使鼓風(fēng)機(jī)框體40 朝內(nèi)徑側(cè)擴(kuò)展，在該擴(kuò)展部(間隔部)43的中央部形成有開口部44。在開口部44的內(nèi)側(cè)形 成共振空間34。在鼓風(fēng)機(jī)框體40和隔膜51之間，配置較薄的間隔物45，利用該間隔物在 振動(dòng)板50和鼓風(fēng)機(jī)框體40的擴(kuò)展部43之間設(shè)置微小的間隙δ。在本實(shí)施例的情況下，間 隔部43形成作為從鼓風(fēng)機(jī)室的內(nèi)周緣朝內(nèi)側(cè)延伸的臺(tái)階部。在這種情況下，鼓風(fēng)機(jī)室與共 振空間34大致相等。[第6實(shí)施例]圖11表示本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第6實(shí)施例，本實(shí)施例的微型鼓風(fēng)機(jī) F中，使用了具有環(huán)狀的壓電元件5 及中間板53a的振動(dòng)板50a，以取代第5實(shí)施例的壓 電微型鼓風(fēng)機(jī)E的振動(dòng)板50。在本實(shí)施例的情況下，通過將壓電元件52a的內(nèi)徑設(shè)為共振 空間34的內(nèi)徑以下，從而可使隔膜51的最大位移的中心部分與共振空間34對應(yīng)，可增大流量。[第7實(shí)施例]圖12表示本發(fā)明所涉及的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)的第7實(shí)施例。本實(shí)施例的微型鼓風(fēng) 機(jī)G中，將環(huán)狀的壓電元件5 及中間板53a粘貼于隔膜51的上表面、即鼓風(fēng)機(jī)室側(cè)的側(cè) 面，以形成該壓電元件5 及中間板53a的內(nèi)側(cè)的共振空間34。在壓電元件5 和隔離物 30之間，形成微小的間隙δ，使得即使對振動(dòng)板50a進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)也不會(huì)相互接觸。本實(shí)施例中，由于壓電元件5 及中間板53a配置在鼓風(fēng)機(jī)室4內(nèi)，因此可實(shí)現(xiàn)更低的高度(薄 型化)。 本發(fā)明并不局限于上述的實(shí)施例。例如在上述說明中，示出了使得與中央空間對 應(yīng)的隔離物隨著振動(dòng)板的振動(dòng)而諧振的例子，但隔離板并不一定需要進(jìn)行諧振。另外，鼓 風(fēng)機(jī)主體并不局限于層疊粘接多個(gè)板狀構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，也可利用金屬或樹脂來一體成形而形 成。另外，在上述的實(shí)施例中，采用構(gòu)成流入通路的實(shí)施例，但也可不構(gòu)成流入通路。即，即 使對于將隔離物(第一壁部)作為微型鼓風(fēng)機(jī)的頂板、進(jìn)一步設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)框體及振動(dòng)板來 構(gòu)成鼓風(fēng)機(jī)室的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，也可適用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。標(biāo)號(hào)說明Α--G壓電微型鼓風(fēng)機(jī)Ι鼓風(fēng)機(jī)主體4鼓風(fēng)機(jī)室8流入口10頂板(第二！I部)11排出孔(第二二開口部20流通路徑形成板21中央孔(中央空間)22流入通路30隔離物(第--壁部)31貫通孔(第--開口部33間隔部34共振空間40鼓風(fēng)機(jī)框體50振動(dòng)板51隔膜52壓電元件53中間板60底板δ間隙
權(quán)利要求
1.一種壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，包括振動(dòng)板，通過對壓電元件施加預(yù)定頻率的電壓從而對 該振動(dòng)板以彎曲模式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；及鼓風(fēng)機(jī)主體，該鼓風(fēng)機(jī)主體將所述振動(dòng)板的兩端部或周 圍固定，且在與振動(dòng)板之間形成鼓風(fēng)機(jī)室，在與所述振動(dòng)板的中央部相對的鼓風(fēng)機(jī)主體的 部位設(shè)有開口部，其特征在于，在與所述振動(dòng)板的中央部對應(yīng)的鼓風(fēng)機(jī)室的部位，通過以所述開口部為中心在其周圍 設(shè)置間隔部，從而在該間隔部的內(nèi)側(cè)形成共振空間，將所述共振空間的大小設(shè)定成使得所述振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)頻率與共振空間的赫姆霍爾茲 共振頻率對應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，在所述間隔部和與該間隔部相對的振動(dòng)板或鼓風(fēng)機(jī)主體的部位之間，設(shè)有當(dāng)振動(dòng)板位 移時(shí)使其不會(huì)相互接觸的間隙。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于， 所述間隙比所述開口部的直徑要小。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，所述間隔部為臺(tái)階部，該臺(tái)階部從所述鼓風(fēng)機(jī)主體朝振動(dòng)板突出設(shè)置，且從鼓風(fēng)機(jī)室 的內(nèi)周緣朝內(nèi)側(cè)延伸。
5.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，所述間隔部從所述鼓風(fēng)機(jī)主體朝振動(dòng)板、或者從所述振動(dòng)板朝鼓風(fēng)機(jī)主體突出設(shè)置， 且所述間隔部為環(huán)狀的凸部，該環(huán)狀的凸部的外周部位于比鼓風(fēng)機(jī)室的內(nèi)周緣更內(nèi)側(cè)。
6.如權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，對所述振動(dòng)板以3階模式進(jìn)行諧振驅(qū)動(dòng)，所述間隔部形成在與振動(dòng)板的振動(dòng)的波節(jié)點(diǎn) 對應(yīng)的位置。
7.如權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于， 所述振動(dòng)板為將環(huán)狀的壓電元件粘貼于隔膜上的構(gòu)件，所述壓電元件的內(nèi)徑被設(shè)為所述間隔部的內(nèi)徑以下。
8.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于， 所述振動(dòng)板為將環(huán)狀的壓電元件粘貼于隔膜的鼓風(fēng)機(jī)室側(cè)側(cè)面的構(gòu)件， 所述共振空間形成在所述壓電元件的內(nèi)周側(cè)。
9.如權(quán)利要求1至8的任一項(xiàng)所述的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)，其特征在于，采用如下結(jié)構(gòu) 所述鼓風(fēng)機(jī)主體包括第一壁部，該第一壁部與振動(dòng)板相對而將所述鼓風(fēng)機(jī)室介于其間； 第一開口部，該第一開口部形成在與所述振動(dòng)板的中心部相對的所述第一壁部的部 位，且使鼓風(fēng)機(jī)室的內(nèi)部與外部連通；第二壁部，該第二壁部與第一壁部隔開間隔設(shè)置在與鼓風(fēng)機(jī)室相反的一側(cè)而將所述第 一壁部介于其間；第二開口部，該第二開口部形成在與所述第一開口部相對的第二壁部的部位；及 中央空間，該中央空間形成在所述第一壁部和第二壁部之間，外側(cè)端部與外部連通，且 與第一開口部及第二開口部連通，與所述中央空間相對的第一壁部的一部分隨著振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)而振動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可得到良好的鼓風(fēng)機(jī)特性且使其小型化的壓電微型鼓風(fēng)機(jī)。通過以開口部(31)為中心在其周圍設(shè)置間隔部(33)，從而在與振動(dòng)板(50)的中央部對應(yīng)的鼓風(fēng)機(jī)室(4)的部位形成共振空間(34)，并將共振空間(34)的大小設(shè)定成使得振動(dòng)板(50)的驅(qū)動(dòng)頻率和共振空間(34)的赫姆霍爾茲共振頻率對應(yīng)。在間隔部(33)和振動(dòng)板(50)之間，形成有當(dāng)振動(dòng)板位移時(shí)使其不會(huì)相互接觸的間隙δ?？衫每諝夤舱褚粤D實(shí)現(xiàn)流量增大。
文檔編號(hào)F04B45/047GK102057163SQ200980121349
公開日2011年5月11日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者兼田陽子, 神谷岳, 金井俊吾 申請人:株式會(huì)社村田制作所