流体控制装置的制作方法

1.本发明涉及具备泵和内含泵的壳体的流体控制装置。


背景技术：

2.在专利文献1中，记载了具备泵部、阀部以及外壳体的压电鼓风机。泵部与阀部连通。由泵部和阀部构成的部分配置在外壳体内。由泵部和阀部构成的构造体固定于外壳体。
3.由泵部和阀部构成的构造体将外壳体的内部空间分成泵侧的空间和阀侧的空间。在外壳体上形成有使泵侧的空间与外部空间连通的贯通孔、以及使阀侧的空间与外部空间连通的贯通孔。
4.泵部具备压电元件。通过对压电元件施加驱动电压信号，泵部输送流体。阀部进行控制，以将流体向规定方向输送。
5.在该结构中，流体被从外壳体的外部经过外壳体的内部空间中泵侧的空间吸入泵部。从泵部排出的流体经过阀部、外壳体的内部空间中阀侧的空间向外壳体的外部排出。
6.专利文献1：国际公开第2017/038565号
7.然而，在专利文献1所示的现有结构中，若持续驱动，则泵部(泵室)、外壳体的内部空间的温度变高。
8.另外，由于在泵部升了温的流体流入，外壳体的内部空间中阀侧的空间的温度变高。因此，容易出现的是，阀侧的空间与泵侧的空间之间的温度差变大，由温度差形成的应力施加于外壳体，例如外壳体产生应变。
9.这样，在现有的结构中，压电元件、泵部成为高温，另外，由温度差形成的应力施加于外壳体，因此作为流体控制装置的特性容易劣化。


技术实现要素：

10.因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制特性的劣化的流体控制装置。
11.本发明的流体控制装置具备：流体输送元件；外壳体，内含流体输送元件；以及支承部件，将流体输送元件固定于外壳体。流体输送元件具备：第一平板，具有流体的吸入孔；第二平板，具有流体的排出孔；以及压电元件，用于将流体从吸入孔向排出孔输送。外壳体具有由流体输送元件及支承部件区隔出的第一内部空间及第二内部空间。外壳体具备：第一外壁，形成成为第一平板侧的第一内部空间，并具有使第一内部空间与外部空间连通的第一贯通孔；和第二外壁，形成成为第二平板侧的第二内部空间，并具有使第二内部空间与外部空间连通的第二贯通孔。第二外壁具备：第二外壁主板，具有与第二平板对置的主面；和第二侧板，与第二外壁主板连接。第二外壁主板具有在从与该第二外壁主板的主面正交的方向平面观察时与排出孔重叠的部分。第二外壁主板的与排出孔重叠的部分的导热性比第一外壁的导热性高。
12.在该结构中，第二内部空间的流体比第一内部空间的流体容易散热。由此，流入第二内部空间的流体被散热，并且流入第二内部空间的流体的温度与第一内部空间的流体的
温度之间的温度差变小。
13.根据本发明，能够抑制作为流体控制装置的特性劣化。
附图说明
14.图1是表示第一实施方式所涉及的流体控制装置10的结构的一个例子的分解立体图。
15.图2的(a)是表示第一实施方式所涉及的流体控制装置10的结构的一个例子的侧剖视图，图2的(b)是概略地表示第一实施方式所涉及的流体控制装置10的散热状态的图。
16.图3是表示比较结构的流体控制装置和本发明的第一实施方式所涉及的结构的流体控制装置10中压电元件侧的内部空间的温度差的时序变化的图表。
17.图4是表示第二实施方式所涉及的流体控制装置10a的结构的一个例子的侧剖视图。
18.图5是表示第三实施方式所涉及的流体控制装置10b的结构的一个例子的侧剖视图。
19.图6的(a)、图6的(b)是表示第四实施方式所涉及的流体控制装置10c1、10c2的结构的一个例子的侧剖视图。
20.图7是表示第五实施方式所涉及的流体控制装置10d的结构的一个例子的侧剖视图。
21.图8是表示第六实施方式所涉及的流体控制装置10e的结构的一个例子的侧剖视图。
具体实施方式
22.[第一实施方式]
[0023]
参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图1是表示第一实施方式所涉及的流体控制装置10的结构的一个例子的分解立体图。图2的(a)是表示第一实施方式所涉及的流体控制装置10的结构的一个例子的侧剖视图，图2的(b)是概略地表示第一实施方式所涉及的流体控制装置10的散热状态的图。在包括本实施方式的各实施方式的各图中，为了使流体控制装置10的结构容易理解，将各个构成要素的形状局部或整体上夸大地记载。
[0024]
如图1和图2的(a)所示，流体控制装置10具备泵20、外壳体40以及阀60。大体而言，由泵20和阀60构成的流体输送元件内含于外壳体40。
[0025]
(流体输送元件的结构)
[0026]
(a)泵20的结构
[0027]
泵20具备平板21、平板22、泵用框体23以及压电元件30。
[0028]
平板21为圆板。平板21由金属板等构成。在平板21上形成有贯通孔th21。贯通孔th21为圆筒形且沿厚度方向贯通平板21。贯通孔th21形成在平板21的中心附近。
[0029]
压电元件30配置于平板21的一个主面。压电元件30为圆板，平面视图的形状比平板21小。在平面观察时，压电元件30的中心与平板21的中心大致对齐。压电元件30例如由平板的压电体和形成于该压电体的两个主面的电极图案实现。在压电元件30上形成有贯通孔
th21。压电元件30的贯通孔th21与平板21的贯通孔th21连通。换言之，贯通孔th21沿厚度方向贯通压电元件30和平板21。
[0030]
平板22为圆板。平板22由比平板21难以弯曲的材料构成，具有厚度。平板22配置于平板21的另一主面侧(与配置有压电元件30这一侧相反一侧)。平板22配置得在与主面(平板面)正交的方向上同平板21分离。平板22的主面与平板21的主面平行。平板22的平面视图的面积比平板21的平面视图的面积大。在平面观察时，平板22的中心与平板21的中心大致对齐。在平板22上形成有贯通孔th22。贯通孔th22沿厚度方向贯通平板22。贯通孔th22在平板22的平面视图的中心附近形成有多个。
[0031]
泵用框体23为圆环状。泵用框体23配置在平板21与平板22之间，并接合或粘接于平板21和平板22。由此，泵20具有由平板21、平板22以及泵用框体23围起来的泵室100。
[0032]
(b)阀60的结构
[0033]
阀60具备平板22、平板61、阀用框体62以及阀膜63。平板22是上述那样的结构，并构成泵20的一部分。
[0034]
平板61同平板22分离地配置在与平板21侧相反一侧。平板61与平板22对置。在平板61上形成有贯通孔th61。在平面观察时(沿与平板61及平板22的主面(平板面)正交的方向观察)时，贯通孔th61与多个贯通孔th22不重叠。
[0035]
阀用框体62为圆环状。阀用框体62配置在平板22与平板61之间，并接合或粘接于平板22和平板61。由此，阀60具有由平板22、平板61以及阀用框体62围起来的阀室110。
[0036]
阀膜63例如由能够收容于阀室110内的形状的平板、平膜等实现。阀膜63配置为能够在阀室110内沿厚度方向移动。
[0037]
在阀膜63上形成有贯通孔th63。在平面观察时，贯通孔th63与贯通孔th61重叠而与多个贯通孔th22不重叠。
[0038]
根据该结构，在从泵20的贯通孔th21吸入流体时，流体从泵室100起穿过贯通孔th22而流入阀室110内。利用该流体，使阀膜63向平板61侧移动而与平板61抵接。此时，由于贯通孔th63与贯通孔th61重叠，因此流体穿过贯通孔th61而从阀室110内向阀60的外侧排出。
[0039]
另一方面，在从阀60的贯通孔th61倒吸流体时，利用该流体，使阀膜63向平板22侧移动而与平板22抵接。此时，由于贯通孔th63与贯通孔th22不重叠，因此流体不会回流到泵室100内。
[0040]
这样，由泵20和阀60构成的流体输送元件将流体向一个方向输送。而且，在该结构中，泵20的贯通孔th21对应于本发明的“流体输送元件的吸入孔”，阀60的贯通孔th61对应于本发明的“流体输送元件的排出孔”。而且，构成泵20的平板21对应于本发明的“第一平板”，构成阀60的平板61对应于本发明的“第二平板”。
[0041]
由阀60和泵20构成的构造体通过在中央具有开口的平板状的支承部件71而固定于外壳体40。
[0042]
(外壳体40的结构)
[0043]
外壳体40具备外壁主板41、外壁主板42、侧板431以及侧板432。
[0044]
(第一外壁的结构)
[0045]
第一外壁由外壁主板41和侧板431构成。
[0046]
外壁主板41是规定形状的平板。例如，如果是图1和图2的(a)的情况，则外壁主板41是在平面观察时为矩形的平板。外壁主板41的平面视图的形状比流体输送元件的外形大。
[0047]
外壁主板41配置在平板21的一个主面侧(配置有压电元件30的面侧)。外壁主板41的平板面(主面)与平板21的平板面(主面)平行且对置。在与平板21的平板面(主面)正交的方向上，外壁主板41与平板21分离地配置。在流体控制装置10的通常的使用状况下，该分离距离是使压电元件30和外壁主板41不会因平板21的弯曲振动而接触的距离。
[0048]
外壁主板41是绝缘性的树脂。此外，就外壁主板41而言，只要导热性比外壁主板42低，则不限于绝缘性的树脂。
[0049]
这里，导热性能够由物体中热量的传递速度、扩散速度的快慢定义。导热性高是指，例如热量的传递速度、扩散速度快，导热性低是指，例如传递速度、扩散速度慢。
[0050]
侧板431是具有规定高度的环状。侧板431的高度方向的一端与支承部件71的外周端的部分连接。侧板431的高度方向的另一端与外壁主板41的外周端的部分连接。通过该结构，在流体输送元件中靠泵20的平板21侧形成有由外壁主板41、侧板431、流体输送元件以及支承部件71围起来的内部空间101。
[0051]
在侧板431上形成有贯通孔51。另外，在侧板431的形成有贯通孔51这部分的外表面侧配置有喷嘴501。喷嘴501的开口与贯通孔51连通。此外，喷嘴501可以与侧板431一体地形成，也可以分体地形成。通过该贯通孔51，使内部空间101与外部空间连通。
[0052]
在侧板431为绝缘性的树脂的情况下，侧板31也可以与外壁主板41一体成型。
[0053]
此外，外壁主板41对应于本发明的“第一外壁主板”，侧板431对应于本发明的“第一侧板”。另外，内部空间101对应于本发明的“第一内部空间”。另外，贯通孔51对应于本发明的“第一贯通孔”。
[0054]
(第二外壁的结构)
[0055]
第二外壁由外壁主板42和侧板432构成。
[0056]
外壁主板42是规定形状的平板。例如，如果是图1和图2的(a)的情况，则外壁主板42是在平面视图为矩形的平板。外壁主板42的平面视图的形状为与外壁主板41大致相同的大小，且大致相同的形状。
[0057]
外壁主板42配置于阀60的平板61上与同平板22对置这一侧相反一侧。外壁主板42的平板面(主面)与平板61的平板面(主面)平行且对置。在与平板61的平板面(主面)正交的方向上，外壁主板42与平板61分离地配置。
[0058]
外壁主板42是金属(金属板)。此外，外壁主板42只要导热性比外壁主板41高，则不限于金属(金属板)。另外，外壁主板42也可以考虑导热性和刚性来选择。即，外壁主板42也可以选择具有作为流体控制装置10所需的刚性且能够获得所希望的导热性的材料。
[0059]
侧板432是具有规定高度的环状。侧板432的高度方向的一端与支承部件71的外周端的部分连接。侧板432的高度方向的另一端与外壁主板42的外周端的部分连接。通过该结构，在流体输送元件的阀60的平板61侧形成有由外壁主板42、侧板432、阀60以及支承部件71围起来的内部空间102。
[0060]
在侧板432上形成有贯通孔52。另外，在侧板432的形成有贯通孔52这部分的外表面侧配置有喷嘴502。喷嘴502的开口与贯通孔52连通。此外，喷嘴502可以与侧板432一体地
形成，也可以分体地形成。通过该贯通孔52，内部空间102与外部空间连通。
[0061]
此外，外壁主板42对应于本发明的“第二外壁主板”，侧板432对应于本发明的“第二侧板”。另外，内部空间102对应于本发明的“第二内部空间”。另外，贯通孔52对应于本发明的“第二贯通孔”。
[0062]
(流体控制装置10的动作)
[0063]
在上述结构的流体控制装置10中，在输送流体时，压电元件30的电极图案被施加交流的驱动信号。由此，压电元件30的压电体应变。由该应变产生的应力施加于平板21，由此平板21进行弯曲振动。由于平板21弯曲振动，泵室100内的体积、压力变动。
[0064]
由于该压力变动，流体被通过贯通孔th21而从内部空间101逐渐吸入。该内部空间101内的流体被通过贯通孔51及喷嘴501从外部空间供给。
[0065]
吸入到泵室100内的流体通过贯通孔th22向阀室110内排出。阀60进行上述动作，由此阀室110内的流体通过贯通孔th63及贯通孔th61向内部空间102内排出。内部空间102的流体通过贯通孔52及喷嘴502向外部空间排出。
[0066]
另一方面，阀60进行上述动作，由此流体控制装置10阻止从贯通孔52朝向贯通孔51输送流体。
[0067]
在这样的结构中，由于泵室100内的空气的急剧的膨胀和收缩，泵室100内的流体与平板21、平板22摩擦，由此泵室100内的温度，即流体的温度上升。
[0068]
流体控制装置10中的流体以配置有压电元件30的泵20侧为上游，以阀60侧为下游输送。因此，如上述那样温度上升的流体流入阀60并通过贯通孔th61向内部空间102排出。由此，内部空间102的温度上升。
[0069]
这里，流体控制装置10的外壁主板42为金属。即，外壁主板42的导热性高。由此，内部空间102的热量在外壁主板42内传递、扩散，并传递至外壁主板42的靠外部空间侧的表面。然后，传递至该外壁主板42的靠外部空间侧的表面的热量向外部空间辐射。例如，可以是，外壁主板42是sus等，外壁主板42的主材料例如是sus。另外，例如也可以使用cu等，在该情况下，为了可靠性等，例如更优选具备绝缘薄膜。
[0070]
其结果，一方面，流体控制装置10能够有效地散发内部空间102内的热量。由此，流体控制装置10能够有效地抑制内部空间102的温度上升。另外，由此，能够抑制外壳体40内的温度上升，能够抑制阀60、泵20以及压电元件30的温度上升。
[0071]
另一方面，在流体的流向中比压电元件30靠上游侧的内部空间101中，虽然温度因来自压电元件30的辐射热等而上升，但与内部空间102相比，温度不易上升。
[0072]
因此，通过如上述那样抑制内部空间102侧的温度上升，内部空间102与内部空间102之间的温度差变小。
[0073]
图3是表示比较结构的流体控制装置和本发明的第一实施方式所涉及的结构的流体控制装置10中的靠压电元件侧的内部空间的温度差的时序变化的图表。图3表示的是，在25℃的环境下，以1w持续驱动压电元件30的情况下的内部空间101与内部空间102之间的温度差的变化。此外，在比较结构中，由金属形成整个外壳体，即由金属形成本技术发明的外壁主板41及外壁主板42这两者。
[0074]
如图3所示，通过使用本实施方式的结构，能够减小内部空间101与内部空间102之间的温度差，即外壳体40内泵20的上游侧与泵20的下游侧之间的温度差。而且，如图3所示，
无论在从驱动开始起温度上升的过渡过程中，还是在驱动状态稳定的稳定时，都能同样获得温度差的抑制效果。
[0075]
由此，流体控制装置10能够抑制泵20及压电元件30的温度上升、由外壳体的应变引起的特性劣化。另外，流体控制装置10能够抑制由外壳体的应变引起的外壳体的可靠性的降低，例如能够延长产品寿命。
[0076]
另外，在流体控制装置10中，整个外壁主板42为金属。由此，对内部空间102的散热效果提高，进一步抑制内部空间101与内部空间102之间的温度差。
[0077]
另外，在流体控制装置10中，使内部空间102与外部空间连通的贯通孔52形成于侧板432。由此，从贯通孔th61排出的流体与外壁主板42中靠内部空间102侧的表面抵接，并沿着该表面输送到贯通孔52。因此，更有效地从流体向外壁主板42传递热量，流体控制装置10能够更有效地抑制内部空间101与内部空间102之间的温度差。
[0078]
[第二实施方式]
[0079]
参照附图对本发明的第二实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图4是表示第二实施方式所涉及的流体控制装置10a的结构的一个例子的侧剖视图。
[0080]
如图4所示，相比于第一实施方式所涉及的流体控制装置10，第二实施方式所涉及的流体控制装置10a在外壳体40a的外壁主板42a上不同。流体控制装置10a的其他结构与流体控制装置10相同，省略相同部位的说明。
[0081]
流体控制装置10a具备外壳体40a，外壳体40a具备外壁主板42a。外壁主板42a比外壁主板41薄。更具体而言，外壁主板42a的与贯通孔th61对置的部分比外壁主板41(特别是与压电元件30对置的部分)薄。
[0082]
由此，外壁主板42a的热阻被抑制得较低。另外，流体控制装置10a能够进一步提高对内部空间102的散热性(向外部空间的排热性)，能够更有效地抑制温度差。因此，流体控制装置10a能够更有效地抑制特性劣化。
[0083]
另外，比重比外壁主板41大的外壁主板42a很薄，由此流体控制装置10a能够实现轻型化。
[0084]
此时，通过恰当地设定外壁主板42a的厚度，能够维持满足作为流体控制装置10a的可靠性的规格的刚性。即，流体控制装置10a能够确保所希望的可靠性，并且实现轻型化。
[0085]
[第三实施方式]
[0086]
参照附图对本发明的第三实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图5是表示第三实施方式所涉及的流体控制装置10b的结构的一个例子的侧剖视图。
[0087]
如图5所示，相比于第一实施方式所涉及的流体控制装置10，第三实施方式所涉及的流体控制装置10b在外壳体40b的外壁主板42b上不同。流体控制装置10b的其他结构与流体控制装置10相同，省略相同部位的说明。
[0088]
外壁主板42b具备金属部421和树脂部422。树脂部422配置为从外周包围金属部421。
[0089]
金属部421例如为圆板形状。金属部421的平面面积为贯通孔th61的平面面积以上。在平面观察时，金属部421与贯通孔th61重叠。
[0090]
在这样的结构中，从贯通孔th61排出的流体所碰撞的部分成为金属部421。由此，流体控制装置10b能够获得针对上述的内部空间102侧的散热效果。因此，流体控制装置10b
能够减小内部空间102与内部空间101之间的温度差，能够抑制特性的劣化。
[0091]
另外，也能够使金属部421比树脂部422薄，根据该结构，流体控制装置10b能够更有效地散发内部空间102的热量。
[0092]
[第四实施方式]
[0093]
参照附图对本发明的第四实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图6的(a)是表示第四实施方式所涉及的流体控制装置10c1的结构的一个例子的侧剖视图，图6的(b)是表示第四实施方式所涉及的流体控制装置10c2的结构的一个例子的侧剖视图。
[0094]
如图6的(a)、图6的(b)所示，相比于第一实施方式所涉及的流体控制装置10，第四实施方式所涉及的流体控制装置10c1、10c2在外壳体40c1、40c2的外壁主板42c1、42c2上不同。流体控制装置10c1、10c2的其他结构与流体控制装置10相同，省略相同部位的说明。
[0095]
如图6的(a)所示，流体控制装置10c1中外壁主板42c1具备金属部421c1和树脂部422。
[0096]
金属部421c1具有厚度不同的两个区域。更具体而言，具有厚的中央区域和薄的周边区域。中央区域的平面形状是比贯通孔th61的平面面积大的形状(例如圆形)。周边区域是从外周包围中央区域的形状，周边区域的外形形状与外壁主板41的平面形状大致相同。金属部421c1的一个主面在中央区域和周边区域齐平。金属部421c1的另一主面是周边区域比中央区域凹陷的形状。
[0097]
树脂部422是在中央具有开口的平板。树脂部422配置在金属部421c1的另一主面侧的周边区域这部分。换言之，树脂部422配置为填埋金属部421c1的另一主面侧的凹陷。由此，外壁主板42c1的两个主面变得平坦。
[0098]
外壁主板42c1配置为金属部421c1的另一主面与阀60对置。此时，金属部421c1的中央部配置为与贯通孔th61重叠。
[0099]
通过这样的结构，流体控制装置10c1能够有效地散发内部空间102的热量。另外，与整体由金属形成相比，外壁主板42c1能够实现轻型化。
[0100]
如图6的(b)所示，在流体控制装置10c2中，外壁主板42c2具备金属部421c2和树脂部422。
[0101]
金属部421c2为与金属部421c1相同的形状。外壁主板42c2配置为金属部421c2的另一主面向外部空间暴露。即，外壁主板42c2配置为整个面由金属构成的面成为内部空间102侧。
[0102]
通过这样的结构，流体控制装置10c2能够有效地散发内部空间102的热量。另外，与整体由金属形成相比，外壁主板42c2能够实现轻型化。
[0103]
[第五实施方式]
[0104]
参照附图对本发明的第五实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图7是表示第五实施方式所涉及的流体控制装置10d的结构的一个例子的侧剖视图。
[0105]
如图7所示，相比于第一实施方式所涉及的流体控制装置10，第五实施方式所涉及的流体控制装置10d在省略了喷嘴501、502这点上不同。流体控制装置10d的其他结构与流体控制装置10相同，省略相同部位的说明。
[0106]
流体控制装置10d不具有喷嘴501、502。即使是这样的结构，流体控制装置10d也能够减小内部空间101与内部空间102之间的温度差。
[0107]
[第六实施方式]
[0108]
参照附图对本发明的第六实施方式所涉及的流体控制装置进行说明。图8是表示第六实施方式所涉及的流体控制装置10e的结构的一个例子的侧剖视图。
[0109]
如图8所示，相比于第一实施方式所涉及的流体控制装置10，第六实施方式所涉及的流体控制装置10e在使内部空间101与外部空间连通的贯通孔410e的形成方式上不同。流体控制装置10e的其他结构与流体控制装置10相同，省略相同部位的说明。
[0110]
流体控制装置10e具备包括外壁主板41e的外壳体40e。在外壁主板41e形成有贯通孔410e。
[0111]
即使是这样的结构，流体控制装置10e也能够减小内部空间101与内部空间102之间的温度差。
[0112]
此外，在上述各实施方式中，示出了由金属构成这部分由一张金属形成这种方式，但也可以是层叠多个金属而形成的结构这种方式。或者，也可以是，通过在薄的绝缘性的芯材上层叠比芯材厚的金属而形成的结构这种方式。即，在上述各实施方式中，只要内部空间102侧的外壁主板的导热性比内部空间101侧的外壁主板的导热性高即可。换句话说，只要外壳体中在流体的流向上比压电元件30靠下游侧的部分的导热性比外壳体中在流体的流向上比压电元件30靠上游侧的部分的导热性高即可。
[0113]
另外，上述各实施方式的结构能够适当组合，能够起到与各个组合相应的作用效果。
[0114]
附图标记说明
[0115]
10、10a、10b、10c1、10c2、10d、10e...流体控制装置；20...泵；21、22...平板；23...泵用框体；30...压电元件；31...侧板；40、40a、40b、40c1、40e...外壳体；41、41e、42、42a、42b、42c1、42c2...外壁主板；51、52...贯通孔；60...阀；61...平板；62...阀用框体；63...阀膜；71...支承部件；100...泵室；101、102...内部空间；110...阀室；410e...贯通孔；421、421c1、421c2...金属部；422...树脂部；431、432...侧板；501、502...喷嘴；th21...贯通孔；th22...贯通孔；th61...贯通孔；th63...贯通孔。