CN108317093B - 鼓风机 - Google Patents

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Abstract

压电鼓风机(100)具备阀(80)、框体(17)、振动板(41)以及压电元件(42)。振动板(41)与框体(17)一起沿振动板(41)的厚度方向进行夹持而构成圆柱形状的鼓风机室(31)。另外，振动板(41)以及框体(17)以鼓风机室(31)为半径(a)的方式形成。压电元件(42)使振动板(41)以共振频率(f)同心圆状地弯曲振动。在将穿过鼓风机室(31)的空气的声速设为(c)且将满足第一类贝塞尔函数J0(k0)＝0的关系的值设为(k0)时，鼓风机室(31)的半径(a)和振动板(41)的共振频率(f)满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。

Description

鼓风机
本申请是国家申请号为2015800093210，进入中国国家阶段日期为2016年08月18日，发明名称为“鼓风机”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及进行气体的输送的鼓风机。
背景技术
以往，已知有各种进行气体的输送的鼓风机。例如，在专利文献1中公开有压电驱动的泵。
该泵具备压电盘、接合了压电盘的圆盘、以及与圆盘一起构成空洞的主体。在该主体形成有流体流入的流入口以及流体流出的流出口。流入口被设置于空洞的中心轴与空洞的外周之间。流出口被设置于空洞的中心轴。
在此，流入口被设置于空洞的压力振动的波节。因此，流入口的压力总是固定。因此，对于专利文献1的泵而言，即使在空洞的中心轴与外周之间设置有流入口，也能够抑制排出压力、排出流量降低。
专利文献1：日本专利4795428号公报
然而，在专利文献1的泵中，在流入口的直径较小的情况下，存在不能够充分地得到流体的流量的问题。另外，在流入口的直径较小的情况下，存在粉尘等堵塞流入口的可能性。
另一方面，在流入口的直径较大的情况下，流入口的范围扩大至远离空洞的压力振动的波节的位置，流入口的压力不总是固定，而产生变化。因此，在专利文献1的泵中，在流入口的直径较大的情况下，存在排出压力、排出流量降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使为了确保充分的流量而设置较大的开口部，也能够防止排出压力、排出流量降低的鼓风机。
本发明的鼓风机为了解决上述课题而具备以下的构成。
本发明的鼓风机具备促动器和框体。促动器具有振动板和驱动体。振动板具有第一主面和第二主面。驱动体被设置于振动板的第一主面以及第二主面中的至少一个主面。另外，驱动体使振动板同心圆状地弯曲振动。
框体与促动器一起沿振动板的厚度方向进行夹持而构成第一鼓风机室。另外，框体具有使第一鼓风机室的中央与第一鼓风机室的外部连通的第一通气孔。
振动板以及框体中的至少一方具有使第一鼓风机室的外周与第一鼓风机室的外部连通的开口部。
在将穿过第一鼓风机室的气体的声速设为c且将满足第一类贝塞尔函数J0(k0)＝0的关系的值设为k0时，从第一鼓风机室的中心轴至第一鼓风机室的外周的最短距离a和振动板的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。
在该构成中，振动板以及框体以第一鼓风机室为最短距离a的方式形成。驱动体使振动板以共振频率f振动。振动板的共振频率f由振动板的厚度、振动板的材料等决定。
在此，在af＝(k0c)/(2π)的情况下，振动板的振动的波节中的最外侧的波节与第一鼓风机室的压力振动的波节一致，产生压力共振。并且，即使在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，振动板的振动的波节中的最外侧的波节也与第一鼓风机室的压力振动的波节几乎一致。
因此，在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，该构成的鼓风机能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
另外，在该构成中，第一鼓风机室的外周成为第一鼓风机室的压力振动的波节，因此，第一鼓风机室的外周的压力总是固定。例如，在使用空气来作为气体的情况下，第一鼓风机室的外周的压力总是大气压。
因此，即使第一鼓风机室的外周通过比专利文献1的第一通气孔大的开口部与第一鼓风机室的外部连通，该构成的鼓风机也能够防止排出压力、排出流量降低。
由此，该构成的鼓风机即使为了确保充分的流量而设置较大的开口部，也能够防止排出压力、排出流量降低。
另外，该构成的鼓风机因较大的开口部而能够防止粉尘等堵塞开口部。即，该构成的鼓风机能够防止排出压力、排出流量因粉尘等而降低。
此外，进一步优选最短距离a和共振频率f满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系。
另外，优选在框体的第一通气孔设置有防止气体从第一鼓风机室的外部向内部流动的第一阀。
该构成的鼓风机能够通过阀防止气体从第一鼓风机室的外部经由第一通气孔向内部流动。因此，该构成的鼓风机能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
另外，优选在从第一鼓风机室的中心轴至第一鼓风机室的外周的范围内，振动板的振动位移的零交叉点的个数与第一鼓风机室的压力变化的零交叉点的个数一致。在此，与从第一鼓风机室的中心轴至第一鼓风机室的外周对应的振动板的各点根据振动而位移。另外，从第一鼓风机室的中心轴至第一鼓风机室的外周，第一鼓风机室的各点的压力根据振动板的振动而变化。
在该构成中，在振动板的振动时，振动板的各点的位移分布成为接近第一鼓风机室的各点的压力变化分布的分布。即，在振动板的振动时，振动板的各点与第一鼓风机室的各点的压力变化相匹配地进行位移。
因此，该构成的鼓风机能够几乎无损耗地将振动板的振动能传递至第一鼓风机室的气体。由此，该构成的鼓风机能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
此外，在将距第一鼓风机室的中心轴的距离设为r时，第一鼓风机室的各点的压力变化分布u(r)用u(r)＝J0(k0r/a)的式子表示。
另外，优选振动板具有：与框体一起沿振动板的厚度方向进行夹持而构成第一鼓风机室的振动部、包围振动部的周围并与框体接合的框部、以及将振动部和框部连结并将振动部弹性支承于框部的多个连结部。
在该构成中，振动部通过多个连结部被柔性地弹性支承于框部，振动部的弯曲振动几乎不被妨碍。因此，在本发明的鼓风机中，伴随着振动部的弯曲振动的损失减少。
另外，优选开口部形成在位于振动板的振动的波节中的最外侧的波节与框部之间的振动板的区域。
由于振动部通过多个连结部被柔性地弹性支承于框部，因此，振动部的框部侧的端也自由振动。在该构成中，开口部形成在上述区域，因此，振动板的振动的波节中的最外侧的波节构成第一鼓风机室的外周。即，从第一鼓风机室的中心轴至第一鼓风机室的外周的最短距离a由开口部规定。
由此，该构成的鼓风机即使为振动板具有振动部、框部以及连结部的形态，也能够防止排出压力、排出流量降低。
另外，优选开口部形成在与位于振动板的振动的波节中的最外侧的波节与框部之间的振动板的区域对置的框体的区域。
由于振动部通过多个连结部被柔性地弹性支承于框部，因此，振动部的框部侧的端也自由振动。在该构成中，开口部形成在上述区域，因此，振动板的振动的波节中的最外侧的波节构成第一鼓风机室的外周。即，从第一鼓风机室的中心轴至第一鼓风机室的外周的最短距离a由开口部规定。
由此，该构成的鼓风机即使为振动板具有振动部、框部以及连结部的形态，也能够防止排出压力、排出流量降低。
另外，优选驱动体是压电体。
另外，优选框体具有与振动板的第二主面对置并伴随着振动板的弯曲振动进行弯曲振动的第一可动部。
在该构成中，伴随着振动板的振动而第一可动部振动，因此，能够实质地增大振动振幅。由此，本发明的鼓风机能够使排出压力和排出流量进一步增加。
另外，优选：框体与促动器一起沿振动板的厚度方向进行夹持而构成第二鼓风机室，并具有使第二鼓风机室的中央与第二鼓风机室的外部连通的第二通气孔，
振动板具有使第一鼓风机室的外周与第二鼓风机室的外周连通的开口部，
从第二鼓风机室的中心轴至第二鼓风机室的外周的最短距离是a。
在该构成中，振动板以及框体以第一鼓风机室以及第二鼓风机室这两方均为最短距离a的方式形成。驱动体使振动板以共振频率f振动。
并且，该构成的鼓风机在促动器的驱动时，使第一鼓风机室的气体经由第一通气孔向框体的外部排出，使第二鼓风机室的气体经由第二通气孔向框体的外部排出。
在该构成中，第一鼓风机室的外周的气体和第二鼓风机室的外周的气体在振动板的振动时经由开口部移动。因此，第一鼓风机室的外周的压力和第二鼓风机室的外周的压力在振动板的振动时经由开口部相抵消，而总为大气压(波节)。
在此，在af＝(k0c)/(2π)的情况下，振动板的振动的波节中的最外侧的波节与第一鼓风机室的压力振动的波节和第二鼓风机室的压力振动的波节一致，产生压力共振。并且，即使在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，振动板的振动的波节中的最外侧的波节也与第一鼓风机室的压力振动的波节和第二鼓风机室的压力振动的波节几乎一致。
因此，在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，该构成的鼓风机能够根据第一通气孔以及第二通气孔这两方实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
另外，优选在框体的第二通气孔设置有防止气体从第二鼓风机室的外部向内部流动的第二阀。
在该构成中，能够通过阀防止气体从第二鼓风机室的外部经由第二通气孔向内部流动。因此，该构成的鼓风机能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
另外，优选在从第二鼓风机室的中心轴至第二鼓风机室的外周的范围内，振动板的振动位移的零交叉点的个数与第二鼓风机室的压力变化的零交叉点的个数一致。在此，与从第二鼓风机室的中心轴至第二鼓风机室的外周对应的振动板的各点根据振动而位移。另外，从第二鼓风机室的中心轴至第二鼓风机室的外周，第二鼓风机室的各点的压力根据振动板的振动而变化。
在该构成中，在振动板的振动时，振动板的各点的位移分布成为接近第二鼓风机室的各点的压力变化分布的分布。即，在振动板的振动时，振动板的各点与第二鼓风机室的各点的压力变化相匹配地位移。
因此，该构成的鼓风机能够几乎无损耗地将振动板的振动能传递至第二鼓风机室的气体。由此，该构成的鼓风机能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
此外，在将距第二鼓风机室的中心轴的距离设为r时，第二鼓风机室的各点的压力变化分布u(r)用u(r)＝J0(k0r/a)的式子表示。
另外，优选框体具有使第一鼓风机室以及第二鼓风机室中的至少一方的外周与框体的外部连通的第三通气孔。
在该构成中，在振动板的振动时，框体外部的气体经由第三通气孔向第一鼓风机室以及第二鼓风机室中的至少一方流入。
另外，优选框体具有与振动板的第一主面对置并伴随着振动板的弯曲振动进行弯曲振动的第二可动部。
在该构成中，伴随着振动板的振动而第二可动部振动，因此，能够实质地增大振动振幅。由此，本发明的鼓风机能够使排出压力和排出流量进一步增加。
根据该发明，即使为了确保充分的流量而设置较大的开口部，也能够防止排出压力、排出流量降低。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的压电鼓风机100的外观立体图。
图2是图1所示的压电鼓风机100的外观立体图。
图3是图1所示的压电鼓风机100的S-S线的剖视图。
图4是使图1所示的压电鼓风机100以一次模式的频率(基波)动作时的压电鼓风机100的S-S线的剖视图。
图5是表示图1所示的压电鼓风机100中的、鼓风机室31的各点的压力变化与振动板41的各点的位移之间的关系的图。
图6是表示图1所示的压电鼓风机100中的、半径a×共振频率f与压力振幅之间的关系的图。
图7是本发明的第二实施方式的压电鼓风机200的俯视图。
图8是图7所示的压电鼓风机200的背面视图。
图9是图7所示的压电鼓风机200的T-T线的剖视图。
图10是使图7所示的压电鼓风机200以三次模式的频率(基波的三倍频率波)动作时的压电鼓风机200的T-T线的剖视图。
图11是表示图7所示的压电鼓风机200中的、鼓风机室31的各点的压力变化与振动板41的各点的位移之间的关系的图。
图12是表示图7所示的压电鼓风机200中的、半径a×共振频率f与压力振幅之间的关系的图。
图13是本发明的第三实施方式的压电鼓风机300的外观立体图。
图14是图13所示的压电鼓风机300的外观立体图。
图15是图13所示的压电鼓风机200的U-U线的剖视图。
图16是使图13所示的压电鼓风机300以一次模式的频率(基波)动作时的压电鼓风机300的U-U线的剖视图。
图17是本发明的第四实施方式的压电鼓风机400的外观立体图。
图18是使图17所示的压电鼓风机400以一次模式的频率(基波)动作时的压电鼓风机400的剖视图。
图19是图1所示的框体17的第一变形例的框体517的俯视图。
图20是图1所示的框体17的第二变形例的框体617的俯视图。
图21是图1所示的框体17的第三变形例的框体717的俯视图。
图22是图1所示的框体17的第四变形例的框体817的俯视图。
具体实施方式
《本发明的第一实施方式》
以下，对本发明的第一实施方式的压电鼓风机100进行说明。
图1是本发明的第一实施方式的压电鼓风机100的外观立体图。图2是图1所示的压电鼓风机100的外观立体图。图3是图1所示的压电鼓风机100的S-S线的剖视图。
压电鼓风机100从上向下按顺序具有阀80、框体17、振动板41以及压电元件42，具有它们按顺序层叠后的构造。
应予说明的是，在该实施方式中，压电元件42相当于本发明的“驱动体”。
振动板41是圆板状，例如由不锈钢(SUS)构成。振动板41的厚度例如是0.6mm。通气孔24的直径例如是0.6mm。振动板41具有第一主面40A和第二主面40B。
振动板41的第二主面40B与框体17的前端接合。由此，振动板41与框体17一起沿振动板41的厚度方向进行夹持而构成圆柱形状的鼓风机室31。另外，振动板41以及框体17以鼓风机室31为半径a的方式形成。例如，在本实施方式中，鼓风机室31的半径a是6.1mm。
并且，振动板41具有使鼓风机室31的外周与鼓风机室31的外部连通的开口部62。如图2所示，开口部62的形状是具有弧62A的扇形。开口部62以包围鼓风机室31的方式遍及振动板41的几乎整周而形成。由此，振动板41具备外周部34、多个梁部35以及振动部36。外周部34是圆环状。振动部36是圆板状。振动部36以与外周部34之间隔开间隙的状态配置于外周部34的开口内。多个梁部35设置于外周部34与振动部36之间的间隙，将振动部36与外周部34之间连结。
由此，振动部36经由梁部35被支承于空中，沿厚度方向上下动作自如。
鼓风机室31是指正面看振动板41的第二主面40B时比开口部62靠内侧的空间(更加正确而言，比连结全部的开口部62而成的圆环靠内侧的空间)。因此，振动板41的第二主面40B中的比开口部62靠内侧的区域(更加正确而言，比连结全部的开口部62而成的圆环靠内侧的振动部36的通气孔24侧的主面)构成鼓风机室31的底面。振动板41例如通过对金属板实施冲孔加工来形成。
压电元件42是圆板形状，例如由锆钛酸铅类陶瓷构成。在压电元件42的两主面形成有电极。压电元件42与振动板41的与鼓风机室31相反侧的第一主面40A接合，与被施加的交流电压相应地进行伸缩。压电元件42以及振动板41的接合体构成压电促动器50。
框体17形成为下方开口的剖面“コ”字形状。框体17的前端与振动板41接合。框体17例如由金属构成。
框体17具有与振动板41的第二主面40B对置的圆板状的顶板部18、以及与顶板部18连接的圆环状的侧壁部19。顶板部18的一部分构成鼓风机室31的顶面。
应予说明的是，在该实施方式中，鼓风机室31相当于本发明的“第一鼓风机室”。另外，顶板部18相当于本发明的“第一可动部”。
顶板部18具有使鼓风机室31的中央部与鼓风机室31的外部连通的圆柱状的通气孔24。鼓风机室31的中央部是正面看振动板41的第一主面40A时与压电元件42重叠的部分。在顶板部18设置有防止气体从鼓风机室31的外部经由通气孔24向内部流入的阀80。
应予说明的是，在该实施方式中，通气孔24相当于本发明的“第一通气孔”。另外，阀80相当于本发明的“第一阀”。
以下，对压电鼓风机100的动作时的空气的流动进行说明。
图4的(A)和(B)是使图1所示的压电鼓风机100以一次模式的共振频率(基波)动作时的压电鼓风机100的S-S线的剖视图。图4的(A)是鼓风机室31的容积增大得最多时的图，图4的(B)是鼓风机室31的容积减少得最多时的图。应予说明的是，图中的箭头表示空气的流动。
另外，图5是表示图1所示的压电鼓风机100处于图4的(B)所示的状态的瞬间的、从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周的鼓风机室31的各点的压力变化与构成从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周的振动板41的各点的位移之间的关系的图。图5是通过模拟求出的图。
在此，在图5中，鼓风机室31的各点的压力变化和振动板41的各点的位移以用处于鼓风机室31的中心轴C上的振动板41的中心的位移标准化后的值表示。应予说明的是，后面对图5所示的鼓风机室31的各点的压力变化分布u(r)进行说明。
另外，图6是表示图1所示的压电鼓风机100中的、半径a×共振频率f与压力振幅之间的关系的图。图6是通过模拟来使半径a×共振频率f变化而求出压力振幅的图。图6的虚线表示满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的范围的下限和上限以及最大值。下限值是104m/s，上限值是156m/s，最大值是130m/s。
同样地，图6的单点划线表示满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系的范围的下限和上限。下限值是117m/s，上限值是143m/s。
应予说明的是，图6所示的压力振幅用压电元件42中央部的振动速度标准化。由于压电元件42的破损极限为上限，所以在图6所示的测定中，将振动速度＝1m/s时的压力振幅曲线化。
在图3所示的状态下，若一次模式的频率(基波)的交流驱动电压被施加至压电元件42的两主面的电极，则压电元件42伸缩，使振动板41以一次模式的共振频率f同心圆状地弯曲振动。
同时，顶板部18通过伴随着振动板41的弯曲振动的鼓风机室31的压力变动，伴随着振动板41的弯曲振动(在该实施方式中振动相位延迟180°)以一次模式同心圆状地弯曲振动。
由此，如图4的(A)和(B)所示那样，振动板41以及顶板部18弯曲变形，鼓风机室31的体积周期性地变化。
应予说明的是，在将穿过鼓风机室31的空气的声速设为c且将满足第一类贝塞尔函数J0(k0)＝0的关系的值设为k0时，鼓风机室31的半径a和振动板41的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。
在本实施方式中，例如，振动板41的共振频率f是21kHz。振动板41的共振频率f由振动板41的厚度、振动板41的材料等决定。空气的声速c是340m/s。k0是2.40。第一类贝塞尔函数J0(x)用以下公式表示。
[式1]
另外，在将距鼓风机室31的中心轴C的距离设为r时，鼓风机室31的各点的压力变化分布u(r)用u(r)＝J0(k0r/a)的式子来表示。
如图4的(A)所示那样，若振动板41向压电元件42侧弯曲，则顶板部18也向与压电元件42相反侧弯曲，鼓风机室31的容积增大。此时，鼓风机室31的中央部的压力降低，阀80关闭，因此在通气孔24部位不产生空气的进出。伴随此，压电鼓风机100的外部的空气经由开口部62被吸引至鼓风机室31内。
如图4的(B)所示那样，若振动板41向鼓风机室31侧弯曲，则顶板部18也向压电元件42侧弯曲，鼓风机室31的容积减少。此时，鼓风机室31的中央部的压力增加，阀80打开，因此，鼓风机室31内的空气从通气孔24排出。
如上所述，在压电鼓风机100中，伴随着振动板41的振动，顶板部18振动，因此能够实质地增大振动振幅。由此，本实施方式的压电鼓风机100能够使排出压力和排出流量增加。
另外，如图4的(A)和(B)以及图5的虚线所示那样，构成从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周的振动板41的各点根据振动而位移。并且，如图5的实线所示那样，从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周，鼓风机室31的各点的压力根据振动板41的振动而变化。
如图5的虚线和实线所示那样，在从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周的范围内，振动板41的振动位移的零交叉点的个数是0个，鼓风机室31的压力变化的零交叉点的个数也是0个。因此，振动板41的振动位移的零交叉点的个数与鼓风机室31的压力变化的零交叉点的个数一致。
因此，在压电鼓风机100中，在振动板41的振动时，振动板41的各点的位移分布成为接近鼓风机室31的各点的压力变化分布的分布。
在此，在af＝(k0c)/(2π)的情况下，振动板41的振动的波节F与鼓风机室31的压力振动的波节一致，产生压力共振。并且，即使在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，振动板41的振动的波节F也与鼓风机室31的压力振动的波节几乎一致。
压电鼓风机100例如被用于吸引鼻涕、痰等粘度较高的液体的用途。为了防止伴随着长期驱动的压电元件的破损，需要将压电元件的振动速度设为2m/s以下。由于鼻涕、痰的吸引需要20kPa以上的压力，因此，压电鼓风机100需要10kPa/(m/s)以上的压力振幅。如图6所示那样，压力振幅在af为130m/s时变为最大。在从130m/s偏移±10％的117m/s以及143m/s，得到压力振幅为20kPa/(m/s)以上。即使在从130m/s偏移±20％的104m/s以及156m/s，也得到压力振幅为10kPa/(m/s)以上。
因此，在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，压电鼓风机100能够实现能够使用于吸引鼻涕、痰等粘度较高的液体的用途的、较高的排出压力以及较高的排出流量。
并且，在满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系的情况下，压电鼓风机100能够实现极高的排出压力以及极高的排出流量。
另外，在压电鼓风机100中，鼓风机室31的外周成为鼓风机室31的压力振动的波节，因此，鼓风机室31的外周的压力总为大气压。因此，即使鼓风机室31的外周通过比专利文献1的通气孔24大的开口部62与鼓风机室31的外部连通，压电鼓风机100也能够防止排出压力、排出流量降低。
由此，压电鼓风机100即使为了确保充分的流量而设置较大的开口部62，也能够防止排出压力、排出流量降低。
另外，压电鼓风机100通过较大的开口部62能够防止粉尘等堵塞开口部62。即，压电鼓风机100能够防止排出压力、排出流量因粉尘等而降低。
另外，压电鼓风机100能够通过阀80防止空气从鼓风机室31的外部经由通气孔24向内部流动。因此，压电鼓风机100能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
另外，在压电鼓风机100中，在振动板41的振动时，振动板41的各点的位移分布接近鼓风机室31的各点的压力变化分布。即，在振动板41的振动时，振动板41的各点与鼓风机室31的各点的压力变化相匹配地位移。
因此，压电鼓风机100能够几乎不损耗地将振动板41的振动能传递至鼓风机室31的空气。由此，压电鼓风机100能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
《本发明的第二实施方式》
以下，对本发明的第二实施方式的压电鼓风机200进行说明。
图7是本发明的第二实施方式的压电鼓风机200的俯视图。图8是图7所示的压电鼓风机200的背面视图。图9是图7所示的压电鼓风机200的T-T线的剖视图。
压电鼓风机200从上向下按顺序具有阀280、框体217、振动板241以及压电元件42，具有它们按顺序层叠后的构造。
应予说明的是，在该实施方式中，压电元件42相当于本发明的“驱动体”。
振动板241是圆板状，例如由不锈钢(SUS)构成。振动板241的厚度例如是0.5mm。振动板241具有第一主面240A和第二主面240B。
振动板241的第二主面240B与框体217的前端接合。由此，振动板241与框体217一起沿振动板241的厚度方向进行夹持而构成圆柱形状的鼓风机室231。另外，振动板241以及框体217以鼓风机室231为半径a的方式形成。例如，在本实施方式中，鼓风机室231的半径a是11mm。
振动板241具有：振动部263、包围振动部263的周围并与框体217接合的框部261、以及将振动部263和框部261连结并将振动部263弹性支承于框部261的3个连结部262。
振动部263与框体217一起沿振动板241的厚度方向进行夹持而构成鼓风机室231。因此，与顶板部218对置的振动部263的区域的一个主面构成鼓风机室231的底面。振动板241例如通过对金属板实施冲孔加工来形成。
在压电鼓风机200中，振动部263通过3个连结部262被柔性地弹性支承于框部261，振动部263的弯曲振动几乎不被妨碍。
压电元件42是圆板形状，例如由锆钛酸铅类陶瓷构成。在压电元件42的两主面形成有电极。压电元件42与振动板241的与鼓风机室231相反侧的第一主面240A接合，与被施加的交流电压相应地进行伸缩。压电元件42以及振动板241的接合体构成压电促动器250。
框体217形成为下方开口的剖面“コ”字形状。框体217的前端与振动板241的框部261接合。框体217例如由金属构成。
框体217具有与振动板241的第二主面240B对置的顶板部218、以及与顶板部218连接的圆环状的侧壁部219。
顶板部218是圆板状的刚体。顶板部218构成鼓风机室231的顶面。顶板部218具有厚顶部229、以及位于厚顶部229的内周侧的薄顶部228。顶板部218在薄顶部228具有使鼓风机室231的中央部与鼓风机室231的外部连通的通气孔224。厚顶部229的厚度例如是0.5mm，薄顶部228的厚度例如是0.05mm。通气孔224的直径例如是0.6mm。
鼓风机室231的中央部是正面看振动板241的第一主面240A时与压电元件42重叠的部分。在顶板部218设置有防止气体从鼓风机室231的外部经由通气孔224向内部流动的阀280。
另外，在顶板部218的振动部263侧形成有是鼓风机室231的一部分并与通气孔224连通的腔室225。腔室225是圆柱形状。腔室225的直径例如是3.0mm，腔室225的厚度例如是0.45mm。
并且，顶板部218具有使鼓风机室231的外周与鼓风机室231的外部连通的开口部214。开口部214形成在与位于振动板241的振动的波节中的最外侧的波节F2与框部261之间的振动板241的区域对置的框体217的对置区域。开口部214以包围鼓风机室231的方式遍及顶板部218的几乎整周而形成。
应予说明的是，在该实施方式中，鼓风机室231相当于本发明的“第一鼓风机室”。另外，顶板部218相当于本发明的“第一可动部”。另外，通气孔224相当于本发明的“第一通气孔”。另外，阀280相当于本发明的“第一阀”。
以下，对压电鼓风机200的动作时的空气的流动进行说明。
图10的(A)和(B)是使图7所示的压电鼓风机200以三次模式的频率(基波的三倍频率波)动作时的压电鼓风机200的T-T线的剖视图。图10的(A)是鼓风机室231的容积增大得最多时的图，图10的(B)是鼓风机室231的容积减少得最多时的图。在此，图中的箭头表示空气的流动。
另外，图11是表示图7所示的压电鼓风机200处于图10的(B)所示的状态的瞬间的、从鼓风机室231的中心轴C至鼓风机室231的外周的鼓风机室231的各点的压力变化与构成从鼓风机室231的中心轴C至鼓风机室231的外周的振动板241的各点的位移之间的关系的图。图11是通过模拟求出的图。
在此，在图11中，鼓风机室231的各点的压力变化和振动板241的各点的位移以用处于鼓风机室231的中心轴C上的振动板241的中心的位移标准化后的值表示。
另外，图12是表示图7所示的压电鼓风机200中的、半径a×共振频率f与压力振幅之间的关系的图。图12是通过模拟来使半径a×共振频率f变化而求出压力振幅的图。图12的虚线表示满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的范围的下限和上限以及最大值。下限值是240m/s，上限值是360m/s，最大值是300m/s。
同样地，图12的单点划线表示满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系的范围的下限和上限。下限值是270m/s，上限值是330m/s。
应予说明的是，图12所示的压力振幅以压电元件42中心部的振动速度标准化。由于压电元件42的破损极限成为上限，因此在图12所示的测定中，将振动速度＝1m/s时的压力振幅曲线化。
在图9所示的状态下，若三次模式的共振频率(基波)的交流驱动电压被施加至压电元件42的两主面的电极，则压电元件42伸缩，使振动板241以三次模式的共振频率f同心圆状地弯曲振动。但是，由于振动板241被连结部262柔性地支承，因此，振动板241的弯曲振动不传递至框部261、顶板部218。因此，顶板部218不弯曲振动。
由此，如图10的(A)和(B)所示那样，振动板241弯曲变形，鼓风机室231的体积周期性地变化。
应予说明的是，在将穿过鼓风机室231的空气的声速设为c且将满足第一类贝塞尔函数J0(k0)＝0的关系的值设为k0时，鼓风机室231的半径a和振动板241的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。在本实施方式中，例如，共振频率f是29kHz。k0是5.52。
另外，在将距鼓风机室231的中心轴C的距离设为r时，鼓风机室231的各点的压力变化分布u(r)用u(r)＝J0(k0r/a)的式子表示。
如图10的(A)所示那样，若振动板241向压电元件42侧弯曲，则鼓风机室231的中央部的容积增大，比中央部位于外周的外周部的容积减少。此时，鼓风机室231的中央部的压力降低，阀280关闭，因此不产生空气的进出。
接下来，如图10的(B)所示那样，若振动板241向鼓风机室231侧弯曲，则鼓风机室231的中央部的容积减少，外周部的容积增大。此时，鼓风机室231的中央部的压力增加，阀280打开，因此，鼓风机室231内的空气从通气孔224排出。
在此，如图10的(A)和(B)以及图11的虚线所示那样，构成从鼓风机室231的中心轴C至鼓风机室231的外周的振动板241的各点根据振动而位移。并且，如图11的实线所示那样，从鼓风机室231的中心轴C至鼓风机室231的外周，鼓风机室231的各点的压力根据振动板241的振动而变化。
另外，如图11的虚线和实线所示那样，在从鼓风机室231的中心轴C至鼓风机室231的外周的范围内，振动板241的振动位移的零交叉点的个数是一个，鼓风机室231的压力变化的零交叉点的个数也是一个。因此，振动板241的振动位移的零交叉点的个数与鼓风机室231的压力变化的零交叉点的个数一致。
因此，在压电鼓风机200中，在振动板241的振动时，振动板241的各点的位移分布成为接近鼓风机室231的各点的压力变化分布的分布。
在此，在af＝(k0c)/(2π)的情况下，振动板241的振动的波节中的最外侧的波节F与鼓风机室231的压力振动的波节一致，产生压力共振。并且，即使在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，振动板241的振动的波节中的最外侧的波节F也与鼓风机室231的压力振动的波节几乎一致。
压电鼓风机200例如被用于吸引鼻涕、痰等粘度较高的液体的用途。为了防止伴随着长期驱动的压电元件的破损，需要将压电元件的振动速度设为2m/s以下。鼻涕、痰的吸引需要20kPa以上的压力，因此，压电鼓风机200需要10kPa/(m/s)以上的压力振幅。如图12所示那样，压力振幅在af为300m/s时成为最大。在从300m/s偏移±10％的270m/s以及330m/s，得到压力振幅为20kPa/(m/s)以上。即使在从300m/s偏移±20％的240m/s以及360m/s，也得到压力振幅为10kPa/(m/s)以上。
因此，在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，压电鼓风机200能够实现能够用于吸引鼻涕、痰等粘度较高的液体的用途的、较高的排出压力以及较高的排出流量。
并且，在满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系的情况下，压电鼓风机200能够实现极高的排出压力以及极高的排出流量。
另外，在压电鼓风机200中，鼓风机室231的外周成为鼓风机室231的压力振动的波节，因此，鼓风机室231的外周的压力总为大气压。因此，即使在鼓风机室231的外周通过比专利文献1的通气孔224大的开口部214与鼓风机室231的外部连通，压电鼓风机200也能够防止排出压力、排出流量降低。
由此，压电鼓风机200即使为了确保充分的流量而设置较大的开口部214，也能够防止排出压力、排出流量降低。
另外，压电鼓风机200通过较大的开口部214能够防止粉尘等堵塞开口部214。即，压电鼓风机200能够防止排出压力、排出流量因粉尘等而降低。
另外，压电鼓风机200能够通过阀280防止空气从鼓风机室231的外部经由通气孔224向内部流动。因此，压电鼓风机200能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
另外，在压电鼓风机200中，在振动板241的振动时，振动板241的各点的位移分布接近鼓风机室231的各点的压力变化分布。即，在振动板241的振动时，振动板241的各点与鼓风机室231的各点的压力变化相匹配地位移。
因此，压电鼓风机200能够几乎无损耗地将振动板241的振动能传递至鼓风机室231的空气。由此，压电鼓风机200能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
另外，在压电鼓风机200中，振动部263通过3个连结部262被柔性地弹性支承于框部261，振动部263的弯曲振动几乎不被妨碍。因此，在压电鼓风机200中，伴随着振动部263的弯曲振动的损失减少。
但是，由于振动部263通过多个连结部262被柔性地弹性支承于框部261，因此，振动部263的框部261侧的端264也自由振动(参照图10的(A)和(B))。
在压电鼓风机200中，开口部214形成在上述的对置区域，因此，振动板241的振动的波节中的最外侧的波节F2构成鼓风机室231的外周。即，从鼓风机室231的中心轴C至鼓风机室231的外周的半径a由开口部214规定。
由此，该构成的鼓风机200即使为振动板241具有振动部263、框部261以及连结部262的形态，也能够防止排出压力、排出流量降低。
因此，根据第二实施方式的压电鼓风机200，起到与上述第一实施方式的压电鼓风机100相同的效果。
《本发明的第三实施方式》
以下，对本发明的第三实施方式的压电鼓风机300进行说明。
图13是本发明的第三实施方式的压电鼓风机300的外观立体图。图14是图13所示的压电鼓风机300的外观立体图。图15是图13所示的压电鼓风机200的U-U线的剖视图。
压电鼓风机300在不具备阀80而具备框体317这一点上与压电鼓风机100不同。压电鼓风机300从上向下按顺序具备框体17、振动板41、压电元件42以及框体317，具有它们按顺序层叠后的构造。其它的构成与压电鼓风机100相同，因此省略说明。
框体317形成为上方开口的剖面“コ”字形状。框体317的前端与振动板41的第一主面40A接合。框体317例如由金属构成。
由此，框体317与促动器50一起沿振动板41的厚度方向进行夹持而构成圆柱形状的鼓风机室331。另外，振动板41以及框体317以鼓风机室331为半径a的方式形成。即，鼓风机室331与鼓风机室31相同具有半径a。
在本实施方式中，振动板41的开口部62使鼓风机室31的外周与鼓风机室331的外周连通。开口部62以包围鼓风机室331的方式遍及振动板41的几乎整周而形成。因此，促动器50的通气孔324侧的面中的比开口部62靠内侧的区域(更加正确而言，比连结全部的开口部62而构成的圆环靠内侧的振动部36的通气孔324侧的主面)构成鼓风机室331的底面。
框体317具有：与振动板41的第一主面40A对置的圆板状的顶板部318、以及与顶板部318连接的圆环状的侧壁部319。顶板部318的一部分构成鼓风机室331的顶面。
应予说明的是，在该实施方式中，框体17以及框体317构成本发明的“框体”。另外，鼓风机室31相当于本发明的“第一鼓风机室”，鼓风机室331相当于本发明的“第二鼓风机室”。另外，顶板部18相当于本发明的“第一可动部”，顶板部318相当于本发明的“第二可动部”。
顶板部318具有使鼓风机室331的中央部与框体317的外部连通的圆柱状的通气孔324。鼓风机室331的中央部是正面看振动板41的第一主面40A时与压电元件42重叠的部分。通气孔324的直径例如是0.6mm。
应予说明的是，在该实施方式中，通气孔324相当于本发明的“第二通气孔”。
以下，对压电鼓风机300的动作时的空气的流动进行说明。
图16是使图13所示的压电鼓风机300以一次模式的频率(基波)动作时的压电鼓风机300的U-U线的剖视图。图16的(A)是鼓风机室31的容积增大得最多而鼓风机室331的容积减少得最多时的图，图16的(B)是鼓风机室31的容积减少得最多而鼓风机室331的容积增大得最多时的图。在此，图中的箭头表示空气的流动。
应予说明的是，图13所示的压电鼓风机300处于图16的(B)所示的状态的瞬间的、从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周的鼓风机室31的各点的压力变化与图1所示的压电鼓风机100处于图4的(B)所示的状态的瞬间的、从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周的鼓风机室31的各点的压力变化(参照图5)几乎相等。
另外，图13所示的压电鼓风机300处于图16的(A)所示的状态的瞬间的、从鼓风机室331的中心轴C至鼓风机室331的外周的鼓风机室331的各点的压力变化与图1所示的压电鼓风机100处于图4的(B)所示的状态的瞬间、从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周的鼓风机室31的各点的压力变化(参照图5)几乎相等。即，图13所示的压电鼓风机300处于图16的(A)所示的状态的瞬间的、从鼓风机室331的中心轴C至鼓风机室331的外周的鼓风机室331的各点的压力变化分布u(r)以图5的实线表示。
另外，压电鼓风机300的鼓风机室331中的、半径a×共振频率f与压力振幅之间的关系同鼓风机室31中的、半径a×共振频率f与压力振幅之间的关系几乎相同。即，压电鼓风机300的鼓风机室331中的、半径a×共振频率f与压力振幅之间的关系以图6表示。
在图15所示的状态下，若一次模式的频率(基波)的交流驱动电压被施加至压电元件42的两主面的电极，则压电元件42伸缩，使振动板41以一次模式的共振频率f同心圆状地弯曲振动。
同时，顶板部18通过伴随着振动板41的弯曲振动的鼓风机室31的压力变动，伴随着振动板41的弯曲振动(在该实施方式中振动相位延迟180°)以一次模式同心圆状地弯曲振动。
顶板部318也通过伴随着振动板41的弯曲振动的鼓风机室331的压力变动，伴随着振动板41的弯曲振动(在该实施方式中振动相位延迟180°)以一次模式同心圆状地弯曲振动。
由此，如图16的(A)和(B)所示那样，鼓风机室31、331的体积周期性地变化。
应予说明的是，在将穿过鼓风机室31的空气的声速设为c且将满足第一类贝塞尔函数J0(k0)＝0的关系的值设为k0时，鼓风机室31的半径a和振动板41的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。并且，鼓风机室331的半径a和振动板41的共振频率f也满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。在本实施方式中，例如，共振频率f是21kHz。空气的声速c是340m/s。k0是2.40。
另外，在将距鼓风机室31的中心轴C的距离设为r时，鼓风机室31的各点的压力变化分布u(r)用u(r)＝J0(k0r/a)的式子表示。鼓风机室331的各点的压力变化分布u(r)也用u(r)＝J0(k0r/a)的式子表示。
如图16的(A)所示那样，若振动板41向压电元件42侧弯曲，则顶板部18向与压电元件42相反侧弯曲，鼓风机室31的容积增大。并且，顶板部318向压电元件42侧弯曲，鼓风机室331的容积减少。
此时，由于鼓风机室31的中央部的压力降低，因此，框体17的外部的空气经由通气孔24被吸引至鼓风机室31内，鼓风机室331的空气经由开口部62被吸引至鼓风机室31内。另外，此时，鼓风机室331的中央部的压力增加，因此，鼓风机室331的中央部的空气经由通气孔324被向框体317的外部排出。
如图16(B)所示那样，若振动板41向鼓风机室31侧弯曲，则顶板部18向压电元件42侧弯曲，鼓风机室31的容积减少。并且，顶板部318向与压电元件42相反侧弯曲，鼓风机室331的容积增大。
此时，由于鼓风机室31的中央部的压力增加，因此，鼓风机室31的中央部的空气经由通气孔24被向框体17的外部排出。另外，此时，由于鼓风机室331的中央部的压力降低，因此，框体317的外部的空气经由通气孔324被吸引至鼓风机室331内，鼓风机室31的空气经由开口部62被吸引至鼓风机室331内。
如上所述，压电鼓风机300在促动器50的驱动时，将鼓风机室31的空气经由通气孔24向框体17的外部排出，将鼓风机室331的空气经由通气孔324向框体17的外部排出。
另外，在压电鼓风机300中，伴随着振动板41的振动，顶板部18、318振动，因此能够实质地增大振动振幅。由此，本实施方式的压电鼓风机300能够使排出压力和排出流量增加。
另外，如图16的(A)和(B)以及图5的虚线所示那样，构成从鼓风机室31、331的中心轴C至鼓风机室31、331的外周的振动板41的各点根据振动而位移。并且，如图5的实线所示那样，从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周，鼓风机室31的各点的压力根据振动板41的振动而变化。从鼓风机室331的中心轴C至鼓风机室331的外周，鼓风机室331的各点的压力也根据振动板41的振动而变化。
如图5的虚线和实线所示那样，在从鼓风机室31的中心轴C至鼓风机室31的外周的范围内，振动板41的振动位移的零交叉点的个数是0个，鼓风机室31的压力变化的零交叉点的个数也是0个，鼓风机室331的压力变化的零交叉点的个数也是0个。
因此，振动板41的振动位移的零交叉点的个数与鼓风机室31的压力变化的零交叉点的个数和鼓风机室331的压力变化的零交叉点的个数一致。
因此，在压电鼓风机300中，在振动板41的振动时，振动板41的各点的位移分布成为与鼓风机室31的各点的压力变化分布和鼓风机室331的各点的压力变化分布接近的分布。
在此，如图16的(A)和(B)所示那样，在鼓风机室331的容积减少时，鼓风机室31的容积增大，在鼓风机室31的容积减少时，鼓风机室331的容积增大。即，鼓风机室31的容积和鼓风机室331的容积以相反相位变化。
因此，鼓风机室31的外周的空气和鼓风机室331的外周的空气在促动器50的驱动时经由开口部62移动。因此，鼓风机室31的外周的压力和鼓风机室331的外周的压力在促动器50的驱动时经由开口部62相抵消，总为大气压(波节)。
并且，在af＝(k0c)/(2π)的情况下，振动板41的振动的波节F与鼓风机室31的压力振动的波节和鼓风机室331的压力振动的波节一致，产生压力共振。并且，即使在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，振动板41的振动的波节F也与鼓风机室31的压力振动的波节和鼓风机室331的压力振动的波节几乎一致。
因此，在鼓风机室31的半径a和振动板41的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系且鼓风机室331的半径a和振动板41的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，压电鼓风机300能够根据通气孔24以及通气孔324这两方实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
因此，压电鼓风机300能够不增加消耗电力地实现从一个通气孔24排出的压电鼓风机101的排出流量的几乎两倍的排出流量。并且，在鼓风机室31的半径a和振动板41的共振频率f满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系且鼓风机室331的半径a和振动板41的共振频率f满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系的情况下，压电鼓风机300能够实现极高的排出压力以及极高的排出流量。
另外，压电鼓风机300能够通过框体317遮挡从压电元件42照射的超声波。
另外，在压电鼓风机100中，若在促动器50的驱动时，在开口部62的附近放置障碍物(例如平板)，则鼓风机室31的外周的压力不为大气压，排出压力以及排出流量降低。
与此相对，在压电鼓风机300中，通过框体317保护开口部62。因此，在压电鼓风机300中，即使在促动器50的驱动时，在开口部62的附近放置障碍物，鼓风机室31的外周的压力和鼓风机室331的外周的压力也能够在促动器50的驱动时经由开口部62总是维持大气压。因此，在压电鼓风机300中，能够防止排出压力以及排出流量的降低。
另外，在压电鼓风机300中，在振动板41的振动时，振动板41的各点的位移分布接近鼓风机室31的各点的压力变化分布和鼓风机室331的各点的压力变化分布。即，在振动板41的振动时，振动板41的各点与鼓风机室31的各点的压力变化和鼓风机室331的各点的压力变化相匹配地位移。
因此，压电鼓风机300能够几乎无损耗地将振动板41的振动能传递至鼓风机室31、331的空气。由此，压电鼓风机300能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
《本发明的第四实施方式》
以下，对本发明的第四实施方式的压电鼓风机400进行说明。
图17是本发明的第四实施方式的压电鼓风机400的外观立体图。
压电鼓风机400在具备设置了通气孔424以及阀80的框体417和设置了通气孔425以及阀480的框体427这一点上与压电鼓风机300不同。其它的构成与压电鼓风机300相同，因此省略说明。
框体417在具有在与开口部62对置的部分设置了通气孔424的顶板部418且在通气孔24设置有阀80这一点上与图15所示的框体17不同。框体417的其它构成与图15所示的框体17相同，因此省略说明。
框体427在具有在与开口部62对置的部分设置了通气孔425的顶板部428且在通气孔324设置有阀480这一点上与图15所示的框体317不同。框体427的其它构成与图15所示的框体317相同，因此省略说明。
应予说明的是，在该实施方式中，通气孔424以及通气孔425分别相当于本发明的“第三通气孔”。另外，阀80相当于本发明的“第一阀”，阀480相当于本发明的“第二阀”。
以下，对压电鼓风机400的动作时的空气的流动进行说明。
图18是使图17所示的压电鼓风机400以一次模式的频率(基波)动作时的压电鼓风机400的剖视图。图18的(A)是鼓风机室31的容积增大得最多而鼓风机室331的容积减少得最多时的图，图18的(B)是鼓风机室31的容积减少得最多而鼓风机室331的容积增大得最多时的图。在此，图中的箭头表示空气的流动。
在图17所示的状态下，若一次模式的频率(基波)的交流驱动电压被施加至压电元件42的两主面的电极，则压电元件42伸缩，使振动板41以一次模式的共振频率f同心圆状地弯曲振动。
同时，顶板部418通过伴随着振动板41的弯曲振动的鼓风机室31的压力变动，伴随着振动板41的弯曲振动(在该实施方式中振动相位延迟180°)以一次模式同心圆状地弯曲振动。
顶板部428也通过伴随着振动板41的弯曲振动的鼓风机室331的压力变动，伴随着振动板41的弯曲振动(在该实施方式中振动相位延迟180°)以一次模式同心圆状地弯曲振动。
由此，如图18的(A)和(B)所示那样，鼓风机室31、331的体积周期性地变化。
应予说明的是，在本实施方式中，鼓风机室31的半径a和振动板41的共振频率f也满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。并且，鼓风机室331的半径a和振动板41的共振频率f也满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。例如，在本实施方式中，共振频率f也是21kHz。空气的声速c是340m/s。k0是2.40。
另外，在将距鼓风机室31的中心轴C的距离设为r时，鼓风机室31的各点的压力变化分布u(r)用u(r)＝J0(k0r/a)的式子表示。鼓风机室331的各点的压力变化分布u(r)也用u(r)＝J0(k0r/a)的式子表示。
如图18的(A)所示那样，若振动板41向压电元件42侧弯曲，则顶板部418向与压电元件42相反侧弯曲，鼓风机室31的容积增大。并且，顶板部428向压电元件42侧弯曲，鼓风机室331的容积减少。
此时，鼓风机室31的中央部的压力降低，因此，阀80关闭，压电鼓风机400外部的空气和鼓风机室331的空气经由开口部62被吸引至鼓风机室31内。另外，此时，鼓风机室331的中央部的压力增加，因此，阀480打开，鼓风机室331的中央部的空气经由通气孔324被向框体427的外部排出。
如图18的(B)所示那样，若振动板41向鼓风机室31侧弯曲，则顶板部418向压电元件42侧弯曲，鼓风机室31的容积减少。并且，顶板部428向与压电元件42相反侧弯曲，鼓风机室331的容积增大。
此时，鼓风机室31的中央部的压力增加，因此，阀80打开，鼓风机室31的中央部的空气经由通气孔24被向框体417的外部排出。另外，此时，鼓风机室331的中央部的压力降低，所以阀480关闭，压电鼓风机400外部的空气和鼓风机室31的空气经由开口部62被吸引至鼓风机室331内。
如上所述，压电鼓风机400在促动器50的驱动时，将鼓风机室31的空气经由通气孔24向框体417的外部排出，将鼓风机室331的空气经由通气孔324向框体427的外部排出。
另外，在压电鼓风机400中，伴随着振动板41的振动，顶板部418、428振动，因此能够实质地增大振动振幅。由此，本实施方式的压电鼓风机400能够使排出压力和排出流量增加。
在此，如图18的(A)和(B)所示那样，在鼓风机室331的容积减少时，鼓风机室31的容积增大，在鼓风机室31的容积减少时，鼓风机室331的容积增大。即，鼓风机室31的容积和鼓风机室331的容积以相反相位变化。
因此，鼓风机室31的外周的空气和鼓风机室331的外周的空气在促动器50的驱动时，经由开口部62移动。因此，鼓风机室31的外周的压力和鼓风机室331的外周的压力在促动器50的驱动时，经由开口部62相抵消，总为大气压(波节)。
并且，在af＝(k0c)/(2π)的情况下，振动板41的振动的波节F与鼓风机室31的压力振动的波节和鼓风机室331的压力振动的波节一致，产生压力共振。并且，即使在满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，振动板41的振动的波节F也与鼓风机室31的压力振动的波节和鼓风机室331的压力振动的波节几乎一致。
因此，在鼓风机室31的半径a和振动板41的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系且鼓风机室331的半径a和振动板41的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系的情况下，压电鼓风机400能够根据通气孔24以及通气孔324这两方实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
因此，压电鼓风机400能够不增加消耗电力地实现从一个通气孔24排出的压电鼓风机101的排出流量的几乎二倍的排出流量。
并且，在鼓风机室31的半径a和振动板41的共振频率f满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系且鼓风机室331的半径a和振动板41的共振频率f满足0.9×(k0c)/(2π)≤af≤1.1×(k0c)/(2π)的关系的情况下，压电鼓风机400能够实现极高的排出压力以及极高的排出流量。
另外，压电鼓风机400也能够通过框体427遮挡从压电元件42照射的超声波。
另外，压电鼓风机400也通过框体427保护开口部62。因此，在压电鼓风机400中，在促动器50的驱动时，即使在开口部62的附近放置障碍物，鼓风机室31的外周的压力和鼓风机室331的外周的压力也能够在促动器50的驱动时经由开口部62总是维持大气压。因此，压电鼓风机400也能够防止排出压力以及排出流量的降低。
另外，在压电鼓风机400中，设置有阀80、阀480、通气孔424以及通气孔425。因此，如图18的(A)和(B)所示那样，不从压电鼓风机400的外部经由通气孔24、324向鼓风机室31、331吸入空气。即，在压电鼓风机400中，与图16的(A)和(B)所示的压电鼓风机300不同，不产生经由通气孔24、324的相反方向的气流。因此，压电鼓风机400能够使空气的流动为单向。
另外，在压电鼓风机400中，如图18的(A)和(B)以及图5所示那样，在振动板41的振动时，振动板41的各点的位移分布接近鼓风机室31的各点的压力变化分布和鼓风机室331的各点的压力变化分布。即，在振动板41的振动时，振动板41的各点与鼓风机室31的各点的压力变化和鼓风机室331的各点的压力变化相匹配地位移。
因此，压电鼓风机400能够几乎无损耗地将振动板41的振动能传递至鼓风机室31、331的空气。由此，压电鼓风机400能够实现较高的排出压力以及较高的排出流量。
《其它的实施方式》
在上述实施方式中使用空气作为流体，但并不局限于此。该流体也能够应用空气以外的气体。
另外，在上述实施方式中，振动板41、241由SUS构成，但并不局限于此。例如可也以由铝、钛、镁、铜等其它的材料构成。
另外，在上述实施方式中，设置了压电元件42作为鼓风机的驱动源，但并不局限于此。例如，也可以构成为通过电磁驱动进行泵送动作的鼓风机。
另外，在上述实施方式中，压电元件42由锆钛酸铅类陶瓷构成，但并不局限于此。例如也可以由铌酸钾钠类以及碱铌酸类陶瓷等非铅类压电体陶瓷的压电材料等构成。
另外，在上述实施方式中，使用单晶片型的压电振子，但并不局限于此。也可以使用在振动板41的两面粘贴有压电元件42的双晶片型的压电振子。
另外，在上述实施方式中，使用了圆板状的压电元件42、圆板状的振动板41以及圆板状的顶板部18、318、418、428，但并不局限于此。例如，它们的形状也可以是矩形、多边形。
另外，在上述实施方式中，顶板部18、318、418、428伴随着振动板41的弯曲振动而同心圆状地弯曲振动，但并不局限于此。在实施时，也可以仅振动板41弯曲振动，顶板部18、318、418、428不伴随着振动板41的弯曲振动进行弯曲振动。
另外，在上述实施方式中，使用了k0为2.40、5.52的条件，但并不局限于此。k0是8.65、11.79、14.93等满足J0(k0)＝0的关系的值即可。
另外，在上述第一实施方式中，压电元件42与振动板41的与鼓风机室31相反侧的第一主面40A接合，但并不局限于此。在实施时，例如，可以压电元件42与振动板41的鼓风机室31侧的第二主面40B接合，也可以2个压电元件42与振动板41的第一主面40A以及第二主面40B接合。在这种情况下，框体17与由至少1个压电元件42以及振动板41构成的压电促动器一起沿振动板41的厚度方向进行夹持而构成第一鼓风机室。
同样地，在上述第二实施方式中，压电元件42与振动板241的与鼓风机室231相反侧的第一主面240A接合，但并不局限于此。在实施时，例如，可以压电元件42与振动板241的鼓风机室231侧的第二主面240B接合，也可以2个压电元件42与振动板241的第一主面240A以及第二主面240B接合。在这种情况下，框体217与由至少1个压电元件42以及振动板41构成的压电促动器一起沿振动板241的厚度方向进行夹持而构成第一鼓风机室。
同样地，在上述第三实施方式和上述第四实施方式中，压电元件42与振动板41的鼓风机室331侧的第一主面40A接合，但并不局限于此。在实施时，例如，可以压电元件42与振动板41的鼓风机室31侧的第二主面40B接合，也可以2个压电元件42与振动板41的第一主面40A以及第二主面40B接合。在这种情况下，框体17、317与由至少1个压电元件42以及振动板41构成的压电促动器一起沿振动板41的厚度方向进行夹持而构成第一鼓风机室以及第二鼓风机室。
另外，在上述实施方式中，使压电鼓风机的振动板以一次模式以及三次模式的频率弯曲振动，但并不局限于此。实施时，也可以以形成多个振动的波腹的三次模式以上的奇数次的振动模式使振动板弯曲振动。
另外，在上述实施方式中，鼓风机室31、231、331的形状是圆柱形状，但并不局限于此。实施时，鼓风机室的形状也可以是正棱柱形状。在这种情况下，代替鼓风机室的半径a，使用从鼓风机室的中心轴至鼓风机室的外周的最短距离a。
另外，在上述实施方式中，在框体17的顶板部18设置有一个圆形的通气孔24，在框体217的顶板部218也设置有一个圆形的通气孔224，在框体317的顶板部318也设置有一个圆形的通气孔324，但并不局限于此。在实施时，例如也可以如图19～图21所示那样，设置有多个通气孔524～724，例如也可以如图20～图22所示的通气孔624～824那样不是圆形。
另外，在上述实施方式中，阀80、280被设置于通气孔24、224，但并不局限于此。在实施时，也可以不一定设置阀。在不设置阀的情况下，在如图4的(A)、图10的(A)所示那样振动板41、241向压电元件42侧弯曲时，产生与图4的(B)、图10的(B)相反方向的气流。因此，从通气孔24、224交替地产生较大的风速的排出流和吸入流，换句话说，能够得到较强的往复流。这样的较强的往复流例如能够用于发热元件的冷却。
另外，在上述实施方式中，开口部62被设置于振动板41，开口部214被设置于顶板部218，但并不局限于此。在实施时，开口部也可以被设置于框体的侧壁部。
另外，在上述第二实施方式中，开口部214被设置在与位于振动板241的振动的波节中的最外侧的波节F2与框部261之间的振动板241的区域对置的框体217的区域(参照图9)，但并不局限于此。在实施时，开口部214也可以形成在位于振动板241的振动的波节中的最外侧的波节F2与框部261之间的振动板241的区域。
最后，上述实施方式的说明是全部的点的例示，应认为并不是限制性内容。本发明的范围并不通过上述的实施方式而通过权利要求书来示出。并且，本发明的范围意图包括与权利要求书等同的意思以及范围内的全部的变更。
附图标记说明：C…中心轴；F、F1、F2…波节；17…框体；18…顶板部；19…侧壁部；24…通气孔；31…鼓风机室；34…外周部；35…梁部；36…振动部；40A…第一主面；40B…第二主面；41…振动板；42…压电元件；50…压电促动器；62…开口部；80…阀；100…压电鼓风机；200…压电鼓风机；214…开口部；217…框体；218…顶板部；219…侧壁部；224…通气孔；225…腔室；228…薄顶部；229…厚顶部；231…鼓风机室；240A…第一主面；240B…第二主面；241…振动板；250…压电促动器；261…框部；262…连结部；263…振动部；264…端；280…阀；300…压电鼓风机；317…框体；318…顶板部；319…侧壁部；324…通气孔；331…鼓风机室；400…压电鼓风机；417…框体；418…顶板部；424、425…通气孔；427…框体；428…顶板部；480…阀；517…框体；524…通气孔；617…框体；624…通气孔；717…框体；724…通气孔；817…框体；824…通气孔。

Claims (14)

1.一种鼓风机，具备：
促动器，其具有振动板以及驱动体，所述振动板具有第一主面和第二主面，所述驱动体被设置于所述振动板的所述第一主面以及所述第二主面中的至少一个主面并使所述振动板同心状地弯曲振动；以及
框体，其与所述促动器一起沿所述振动板的厚度方向进行夹持而构成第一鼓风机室，并具有使所述第一鼓风机室的中央区域与所述第一鼓风机室的外部连通的第一通气孔，
在所述振动板以及所述框体中的至少一方，将所述第一鼓风机室的外周与所述第一鼓风机室的外部连结的多个梁部圆周状地配置，在该梁部之间具备开口部，经由该开口部使所述第一鼓风机室与所述第一鼓风机室的外部连通，
在将穿过所述第一鼓风机室的气体的声速设为c且将满足第一类贝塞尔函数J0(k0)＝0的关系的值设为k0时，从所述第一鼓风机室的中心轴至所述第一鼓风机室的外周的最短距离a和所述振动板的共振频率f满足0.8×(k0c)/(2π)≤af≤1.2×(k0c)/(2π)的关系。
2.根据权利要求1所述的鼓风机，其中，
在所述框体的所述第一通气孔设置有防止所述气体从所述第一鼓风机室的外部向内部流动的第一阀。
3.根据权利要求2所述的鼓风机，其中，
与从所述第一鼓风机室的中心轴至所述第一鼓风机室的外周对应的所述振动板的各点根据振动而位移，
从所述第一鼓风机室的中心轴至所述第一鼓风机室的外周，所述第一鼓风机室的各点的压力根据所述振动板的振动而变化，
在从所述第一鼓风机室的中心轴至所述第一鼓风机室的外周的范围内，所述振动板的振动位移的零交叉点的个数与所述第一鼓风机室的压力变化的零交叉点的个数一致。
4.根据权利要求2所述的鼓风机，其中，
所述振动板具有：与所述框体一起沿所述振动板的厚度方向进行夹持而构成所述第一鼓风机室的振动部、包围所述振动部的周围并与所述框体接合的框部、以及将所述振动部与所述框部连结并将所述振动部弹性支承于所述框部的多个连结部。
5.根据权利要求4所述的鼓风机，其中，
所述开口部形成在位于所述振动板的振动的波节中的最外侧的波节与所述框部之间的所述振动板的区域。
6.根据权利要求4所述的鼓风机，其中，
所述开口部形成在与位于所述振动板的振动的波节中的最外侧的波节与所述框部之间的所述振动板的区域对置的所述框体的区域。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的鼓风机，其中，
所述驱动体是压电体。
8.根据权利要求1～6中的任意一项所述的鼓风机，其中，
所述框体具有与所述振动板的所述第二主面对置并伴随着所述振动板的弯曲振动进行弯曲振动的第一可动部。
9.根据权利要求1～6中的任意一项所述的鼓风机，其中，
所述框体与所述促动器一起沿所述振动板的厚度方向进行夹持而构成第二鼓风机室，并具有使所述第二鼓风机室的中央区域与所述第二鼓风机室的外部连通的第二通气孔，
所述振动板具有使所述第一鼓风机室的外周与所述第二鼓风机室的外周连通的所述开口部，
从所述第二鼓风机室的中心轴至所述第二鼓风机室的外周的最短距离是所述a。
10.根据权利要求9所述的鼓风机，其中，
在所述框体的所述第二通气孔设置有防止所述气体从所述第二鼓风机室的外部向内部流动的第二阀。
11.根据权利要求10所述的鼓风机，其中，
与从所述第二鼓风机室的中心轴至所述第二鼓风机室的外周对应的所述振动板的各点根据振动而位移，
从所述第二鼓风机室的中心轴至所述第二鼓风机室的外周，所述第二鼓风机室的各点的压力根据所述振动板的振动而变化，
在从所述第二鼓风机室的中心轴至所述第二鼓风机室的外周的范围内，所述振动板的振动位移的零交叉点的个数与所述第二鼓风机室的压力变化的零交叉点的个数一致。
12.根据权利要求10所述的鼓风机，其中，
所述框体具有使所述第一鼓风机室以及所述第二鼓风机室中的至少一方的外周与所述框体的外部连通的第三通气孔。
13.根据权利要求10所述的鼓风机，其中，
所述框体具有与所述振动板的所述第一主面对置并伴随着所述振动板的弯曲振动进行弯曲振动的第二可动部。
14.根据权利要求1所述的鼓风机，其中，
配置于所述框体的多个所述开口部的总面积比配置于所述振动板的多个所述开口部的总面积大。
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