JP2016113953A - Blower - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blower capable of preventing the lowering of discharge pressure or a discharge flow rate due to bending vibrations in an outer peripheral area of a top plate portion.SOLUTION: A piezoelectric blower 100 is equipped with a top plate portion 17, a vibrator 45, and a piezoelectric element 42. The vibrator 45 is equipped with a vibrating plate 41, a reinforcing plate 70, and a restraining plate 60. The vibrator 45 sandwiches the vibrating plate 41 with the top plate portion 17 in a thickness direction to configure a columnar blower chamber 31. The top plate portion 17 has an outer peripheral area 175 contacting in a range from the outermost pressure vibration joint F of pressure vibration joints of the blower chamber 31 formed by bending vibrations of the vibrator 45, to an outer periphery of the blower chamber 31; and a center area 176 positioned on an inner side than the outer peripheral area 175. The outer peripheral area 175 is an area restraining the bending vibrations of the outer peripheral area 175.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、気体の輸送を行うブロアに関するものである。   The present invention relates to a blower that transports gas.

従来から、気体の輸送を行うブロアが各種知られている。例えば特許文献１には、圧電駆動のポンプが開示されている。   Conventionally, various blowers that transport gas are known. For example, Patent Document 1 discloses a piezoelectric drive pump.

図１１は、特許文献１に係るポンプ９００の断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view of a pump 900 according to Patent Document 1.

このポンプ９００は、圧電ディスク９２０と、圧電ディスク９２０が接合された円盤９１２と、円盤９１２とともに空洞９１１を構成する本体９１３と、を備えている。この本体９１３には、気体が流入する流入口９１５と、気体が流出する流出口９１４とが形成されている。本体９１３は底板９１８を有する。   The pump 900 includes a piezoelectric disk 920, a disk 912 to which the piezoelectric disk 920 is bonded, and a main body 913 that forms a cavity 911 together with the disk 912. The main body 913 is formed with an inlet 915 through which gas flows and an outlet 914 through which gas flows out. The main body 913 has a bottom plate 918.

流入口９１５は、底板９１８における、空洞９１１の中心軸と空洞９１１の外周との間に設けられている。流出口９１４は、底板９１８における、空洞９１１の中心軸に設けられている。この流出口９１４には、空洞９１１の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ弁９１６が設けられている。   The inflow port 915 is provided between the central axis of the cavity 911 and the outer periphery of the cavity 911 in the bottom plate 918. The outlet 914 is provided on the central axis of the cavity 911 in the bottom plate 918. The outlet 914 is provided with a valve 916 that prevents gas from flowing from the outside to the inside of the cavity 911.

特許４７９５４２８号公報Japanese Patent No. 4795428

図１２（Ａ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかけるブロア室３１の各点の圧力変化を示す図である。図１２（Ｂ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周までを構成する底板９１８の各点の変位を示す図である。   FIG. 12A is a diagram illustrating a change in pressure at each point of the blower chamber 31 applied from the central axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911. FIG. 12B is a diagram illustrating the displacement of each point of the bottom plate 918 constituting the center axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911.

特許文献１のポンプ９００を３次モードの共振周波数で動作させた場合、圧電ディスク９２０は、円盤９１２を屈曲振動させる。円盤９１２の屈曲振動に応じて底板９１８も図１２（Ｂ）に示すように屈曲振動する。これにより、流入口９１５から空洞９１１内へ気体が流入し、空洞９１１内の気体が流出口９１４から吐出される。   When the pump 900 of Patent Document 1 is operated at the resonance frequency of the tertiary mode, the piezoelectric disk 920 causes the disk 912 to bend and vibrate. In response to the bending vibration of the disk 912, the bottom plate 918 also bends and vibrates as shown in FIG. As a result, gas flows from the inlet 915 into the cavity 911, and the gas in the cavity 911 is discharged from the outlet 914.

この結果、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかけて、空洞９１１の各点の圧力は、円盤９１２及び底板９１８の屈曲振動によって図１２（Ａ）に示すように変化する。   As a result, the pressure at each point of the cavity 911 changes from the central axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911 as shown in FIG. 12A due to the bending vibration of the disk 912 and the bottom plate 918.

しかしながら、本願の発明者は、特許文献１のポンプ９００において、図１２（Ｂ）に示す底板９１８の各点の変位を、図１２（Ａ）に示すブロア室３１の各点の圧力変化に重ねることで（図１３参照）、次のような問題を発見した。   However, the inventor of the present application superimposes the displacement of each point of the bottom plate 918 shown in FIG. 12B on the pressure change of each point of the blower chamber 31 shown in FIG. (See FIG. 13), the following problems were discovered.

まず、図１３に示すように、空洞９１１の第１外周空間Ｑ１において、空気の圧力が大気圧Ｐ１より低い負圧となった時、底板９１８の外周領域は底板９１８の初期位置Ｐ２から円盤９１２側へ近づいている。すなわち、空洞９１１の第１外周空間Ｑ１において、空気の圧力が負圧となった時、底板９１８の外周領域が空洞９１１の圧力を高めようとする。   First, as shown in FIG. 13, in the first outer peripheral space Q1 of the cavity 911, when the air pressure becomes a negative pressure lower than the atmospheric pressure P1, the outer peripheral region of the bottom plate 918 starts from the initial position P2 of the bottom plate 918 to the disk 912. Approaching the side. That is, in the first outer peripheral space Q1 of the cavity 911, when the air pressure becomes negative, the outer peripheral region of the bottom plate 918 tends to increase the pressure of the cavity 911.

次に、図１３に示すように、空洞９１１の第２外周空間Ｑ２において、空気の圧力が大気圧Ｐ１より高い正圧となった時、底板９１８の外周領域は底板９１８の初期位置Ｐ２から円盤９１２とは逆側へ離間している。すなわち、空洞９１１の第２外周空間Ｑ２において、空気の圧力が正圧となった時、底板９１８の外周領域が空洞９１１の圧力を低下させようとする。   Next, as shown in FIG. 13, in the second outer peripheral space Q2 of the cavity 911, when the air pressure becomes a positive pressure higher than the atmospheric pressure P1, the outer peripheral region of the bottom plate 918 is a disk from the initial position P2 of the bottom plate 918. It is spaced away from 912 on the opposite side. That is, in the second outer peripheral space Q2 of the cavity 911, when the air pressure becomes a positive pressure, the outer peripheral region of the bottom plate 918 tends to lower the pressure of the cavity 911.

したがって、特許文献１では、ポンプ９００が３次モードの共振周波数で動作した場合、空洞９１１（ブロア室）の空気の圧力共振が底板９１８（天板部）の外周領域の屈曲振動によって低下し、吐出圧力や吐出流量が低下するという問題がある。   Therefore, in Patent Document 1, when the pump 900 operates at the resonance frequency of the third-order mode, the pressure resonance of the air in the cavity 911 (blower chamber) is reduced by the bending vibration of the outer peripheral region of the bottom plate 918 (top plate portion), There is a problem that the discharge pressure and the discharge flow rate are lowered.

本発明は、天板部の外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができるブロアを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the blower which can prevent that a discharge pressure and discharge flow volume fall by the bending vibration of the outer peripheral area | region of a top-plate part.

本発明のブロアは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。   The blower of the present invention has the following configuration in order to solve the above problems.

本発明のブロアは、第１主面と第２主面とを有する振動体と、振動体の第１主面および第２主面の少なくとも一方の主面に設けられ、振動体を、複数の振動の腹を形成する３次モード以上の奇数次の振動モードで屈曲振動させる駆動体と、を有するアクチュエータと、
アクチュエータとともにブロア室を構成する天板部であって、ブロア室の内部と外部を連通させる通気孔を有する天板部と、を備え、
天板部は、振動体の屈曲振動により形成されるブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、ブロア室の外周までの範囲に接する第１外周領域と、第１外周領域より内側に位置する第１中央領域と、を有し、
第１外周領域は、第１外周領域の屈曲振動を拘束する領域である、ブロア。 A blower of the present invention is provided on a vibrating body having a first main surface and a second main surface, and at least one main surface of the first main surface and the second main surface of the vibrating body. An actuator having a driving body that bends and vibrates in an odd-order vibration mode that is a third-order mode or more that forms a vibration antinode
A top plate portion that constitutes a blower chamber together with an actuator, and includes a top plate portion having a vent hole for communicating the inside and outside of the blower chamber,
The top plate portion includes a first outer peripheral region in contact with a range from the outermost pressure vibration node to the outer periphery of the blower chamber among the pressure vibration nodes of the blower chamber formed by bending vibration of the vibrating body, and a first A first central region located inside the outer peripheral region,
The first outer peripheral region is a blower that is an area that restrains the bending vibration of the first outer peripheral region.

この構成において、ブロア室の中心軸からブロア室の外周にかけて、ブロア室の各点の圧力は、振動体および天板部の屈曲振動によって変化する。ブロア室は、天板部の第１外周領域に接する外周空間と、外周空間より内側に位置し、天板部の第１中央領域に接する中央空間と、によって構成される。   In this configuration, the pressure at each point of the blower chamber changes due to the bending vibration of the vibrating body and the top plate portion from the central axis of the blower chamber to the outer periphery of the blower chamber. The blower chamber is configured by an outer peripheral space that is in contact with the first outer peripheral region of the top plate portion, and a central space that is located inside the outer peripheral space and is in contact with the first central region of the top plate portion.

この構成のブロアは、奇数次の振動モードの共振周波数で動作する。この構成のブロアが動作している間、ブロア室の外周空間において気体（例えば空気）の圧力が基準圧力（例えば大気圧）より低くなった時、天板部の第１外周領域は、殆ど屈曲振動しない。また、ブロア室の外周空間において気体の圧力が基準圧力より高くなった時、天板部の第１外周領域は、殆ど屈曲振動しない。   The blower having this configuration operates at the resonance frequency of the odd-order vibration mode. While the blower having this configuration is operating, when the pressure of gas (for example, air) is lower than the reference pressure (for example, atmospheric pressure) in the outer peripheral space of the blower chamber, the first outer peripheral region of the top plate is almost bent. Does not vibrate. Further, when the gas pressure becomes higher than the reference pressure in the outer peripheral space of the blower chamber, the first outer peripheral region of the top plate portion hardly bends and vibrates.

すなわち、この構成では、天板部の第１外周領域が、悪影響をブロア室の圧力に及ぼさず、ブロア室の気体の圧力共振を低下させない。   That is, in this configuration, the first outer peripheral region of the top plate portion does not adversely affect the pressure in the blower chamber, and does not reduce the pressure resonance of the gas in the blower chamber.

したがって、本発明のブロアは、天板部の第１外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、本発明のブロアは、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。   Therefore, the blower of the present invention can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being reduced by the bending vibration of the first outer peripheral region of the top plate portion. Therefore, the blower of the present invention can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

また、振動体は、振動体の屈曲振動により形成されるブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、ブロア室の外周までの範囲に接する第２外周領域と、第２外周領域より内側に位置する第２中央領域と、を有し、
第２外周領域は、第２外周領域の屈曲振動を拘束する領域であることが好ましい。 The vibrating body includes a second outer peripheral region in contact with a range from the outermost pressure vibration node to the outer periphery of the blower chamber among the pressure vibration nodes of the blower chamber formed by bending vibration of the vibrating body; A second central region located on the inner side of the two outer peripheral regions,
The second outer peripheral region is preferably a region that restrains the bending vibration of the second outer peripheral region.

この構成のブロアが動作している間、ブロア室の外周空間において気体（例えば空気）の圧力が基準圧力（例えば大気圧）より低くなった時、振動体の第２外周領域も、殆ど屈曲振動しない。また、ブロア室の外周空間において気体の圧力が基準圧力より高くなった時、振動体の第２外周領域も、殆ど屈曲振動しない。   While the blower having this configuration is operating, when the pressure of the gas (for example, air) is lower than the reference pressure (for example, atmospheric pressure) in the outer peripheral space of the blower chamber, the second outer peripheral region of the vibrating body is also almost bent. do not do. Further, when the gas pressure becomes higher than the reference pressure in the outer peripheral space of the blower chamber, the second outer peripheral region of the vibrating body hardly bends and vibrates.

すなわち、この構成では、天板部の第１外周領域と振動体の第２外周領域とが、悪影響をブロア室の圧力に及ぼさず、ブロア室の気体の圧力共振を低下させない。   That is, in this configuration, the first outer peripheral region of the top plate portion and the second outer peripheral region of the vibrating body do not adversely affect the pressure in the blower chamber and do not reduce the pressure resonance of the gas in the blower chamber.

したがって、本発明のブロアは、天板部の第１外周領域と振動体の第２外周領域との屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、本発明のブロアは、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。   Therefore, the blower of the present invention can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration between the first outer peripheral region of the top plate portion and the second outer peripheral region of the vibrating body. Therefore, the blower of the present invention can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

また、第１外周領域の剛性は、第１中央領域の剛性より高いことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the rigidity of a 1st outer peripheral area | region is higher than the rigidity of a 1st center area | region.

この構成によって、第１外周領域は、第１外周領域の屈曲振動を拘束することができる。   With this configuration, the first outer peripheral region can restrain the bending vibration of the first outer peripheral region.

また、第１外周領域の厚みは、第１中央領域の厚みより厚いことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the thickness of a 1st outer periphery area | region is thicker than the thickness of a 1st center area | region.

この構成によって、第１外周領域の剛性は、第１中央領域の剛性より高くなる。   With this configuration, the rigidity of the first outer peripheral region is higher than the rigidity of the first central region.

また、ブロア室の中心軸からブロア室の端までの最短距離ａとアクチュエータの振動周波数ｆとは、ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たすことが好ましい。 Further, the shortest distance a from the central axis of the blower chamber to the end of the blower chamber and the vibration frequency f of the actuator are defined as a first-class Bessel function J 0 ′ (k 0 ), where c is the sound velocity of the gas passing through the blower chamber. When a value satisfying the relationship of = 0 is k 0 , it is preferable to satisfy the relationship of af = (k 0 c) / (2π).

この構成において、振動体および天板部は、最短距離ａとなるよう形成されている。駆動体は、アクチュエータを振動周波数ｆで振動させる。   In this configuration, the vibrating body and the top plate are formed to have the shortest distance a. The driving body vibrates the actuator at the vibration frequency f.

なお、ｋ０は、第１種ベッセル関数を微分したＪ０´（ｋ０）＝０を満たす値とする。また、ａは、ブロア室の中心軸かブロア室の端までの最短距離とする。 K 0 is a value satisfying J 0 ′ (k 0 ) = 0 obtained by differentiating the first type Bessel function. Further, a is the shortest distance from the central axis of the blower chamber to the end of the blower chamber.

ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動体の振動の節の内、最も外側の節が、ブロア室の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。 Here, when af = (k 0 c) / (2π), the outermost node among the vibration nodes of the vibrating body coincides with the pressure vibration node of the blower chamber, and pressure resonance occurs.

そのため、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、この構成のブロアは、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。 Therefore, when the relationship of af = (k 0 c) / (2π) is satisfied, the blower having this configuration can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

また、駆動体は、圧電体であることが好ましい。   The driver is preferably a piezoelectric body.

この構成のブロアは、駆動時に発生する音や振動が小さい圧電体を駆動源として用いることで、静音化を図ることができる。   The blower with this configuration can achieve noise reduction by using, as a drive source, a piezoelectric body that generates less sound and vibration during driving.

また、通気孔には、ブロア室の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ弁が設けられていることが好ましい。   The vent is preferably provided with a valve for preventing gas from flowing from the outside to the inside of the blower chamber.

この構成のブロアは、ブロア室の外部から通気孔を介してブロア室の内部へ気体が流れることを弁によって防ぐことができる。そのため、この構成のブロアは、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。   The blower having this configuration can prevent the gas from flowing from the outside of the blower chamber to the inside of the blower chamber through the vent hole. Therefore, the blower having this configuration can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

この発明によれば、天板部の外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration of the outer peripheral region of the top plate portion.

本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００の外観斜視図である。1 is an external perspective view of a piezoelectric blower 100 according to a first embodiment of the present invention. 図１に示す圧電ブロア１００の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the piezoelectric blower 100 shown in FIG. 図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。It is sectional drawing of the SS line | wire of the piezoelectric blower 100 shown in FIG. 図１に示す圧電ブロア１００を３次モードの共振周波数（基本波）で動作させた時における圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric blower 100 taken along line SS when the piezoelectric blower 100 shown in FIG. 1 is operated at a resonance frequency (fundamental wave) of a third-order mode. 図４（Ｂ）に示す瞬間の、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけるブロア室３１の各点の圧力変化と、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する天板部１７の各点の変位と、の関係を示す図である。4B, the pressure change at each point of the blower chamber 31 from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31, and the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 at the moment shown in FIG. It is a figure which shows the relationship with the displacement of each point of the top-plate part 17 which comprises. 本発明の第１実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric blower 150 which concerns on the comparative example of 1st Embodiment of this invention. 図６に示す圧電ブロア１５０における、ブロア室３１の各点の圧力変化と天板部１７０の各点の変位との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a pressure change at each point in the blower chamber 31 and a displacement at each point on the top plate 170 in the piezoelectric blower 150 shown in FIG. 6. 本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric blower 200 which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態の比較例に係る圧電ブロア２５０の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric blower 250 which concerns on the comparative example of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric blower 300 which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 特許文献１に係るポンプ９００の断面図である。It is sectional drawing of the pump 900 which concerns on patent document 1. FIG. 図１２（Ａ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかける空洞９１１の各点の圧力変化を示す図である。図１２（Ｂ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周までを構成する底板９１８の各点の変位を示す図である。FIG. 12A is a diagram illustrating a change in pressure at each point of the cavity 911 applied from the central axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911. FIG. 12B is a diagram illustrating the displacement of each point of the bottom plate 918 constituting the center axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911. 図１２（Ｂ）に示す底板９１８の各点の変位を、図１２（Ａ）に示すブロア室３１の各点の圧力変化に重ねた図である。It is the figure which accumulated the displacement of each point of the baseplate 918 shown to FIG. 12 (B) on the pressure change of each point of the blower chamber 31 shown to FIG. 12 (A).

《本発明の第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００について説明する。 << First Embodiment of the Invention >>
Hereinafter, the piezoelectric blower 100 according to the first embodiment of the present invention will be described.

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す圧電ブロア１００の外観斜視図である。図３は、図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。   FIG. 1 is an external perspective view of the piezoelectric blower 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an external perspective view of the piezoelectric blower 100 shown in FIG. 3 is a cross-sectional view of the piezoelectric blower 100 shown in FIG.

圧電ブロア１００は、上から順に、天板部１７、振動体４５、及び圧電素子４２を備え、それらが順に積層された構造を有している。振動体４５は、振動板４１、補強板７０、及び拘束板６０を備え、それらが積層された構造を有している。圧電ブロア１００は、ポンプの一種である。振動体４５は、第１主面４０Ａと第２主面４０Ｂとを有する。   The piezoelectric blower 100 includes a top plate portion 17, a vibrating body 45, and a piezoelectric element 42 in order from the top, and has a structure in which these are stacked in order. The vibrating body 45 includes a vibrating plate 41, a reinforcing plate 70, and a restraining plate 60, and has a structure in which they are stacked. The piezoelectric blower 100 is a kind of pump. The vibrating body 45 has a first main surface 40A and a second main surface 40B.

振動板４１は、円板状であり、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）から構成されている。本実施形態において、振動板４１の厚みは、０．１ｍｍである。   The diaphragm 41 has a disc shape and is made of, for example, stainless steel (SUS). In the present embodiment, the thickness of the diaphragm 41 is 0.1 mm.

振動体４５の第２主面４０Ｂは、天板部１７の先端に接合している。これにより、振動体４５は、天板部１７とともに振動板４１の厚み方向から挟んで円柱形状のブロア室３１を構成する。また、振動体４５および天板部１７は、ブロア室３１が半径ａとなるよう形成されている。本実施形態においてブロア室３１の半径ａは、１１ｍｍである。   The second main surface 40 </ b> B of the vibrating body 45 is joined to the tip of the top plate portion 17. Accordingly, the vibrating body 45 constitutes a cylindrical blower chamber 31 sandwiched from the thickness direction of the vibration plate 41 together with the top plate portion 17. The vibrating body 45 and the top plate portion 17 are formed so that the blower chamber 31 has a radius a. In the present embodiment, the radius a of the blower chamber 31 is 11 mm.

さらに、そのため、振動体４５の第２主面４０Ｂにおける天板部１７との接合部分より内側の領域は、ブロア室３１の底面を構成する。振動体４５は、ブロア室３１をブロア室３１の外部と連通させる円柱状の通気孔１２４を有する。通気孔１２４の直径は、１．４ｍｍである。   Further, for this reason, a region on the inner side of the second main surface 40 </ b> B of the vibrating body 45 from the joint portion with the top plate portion 17 constitutes the bottom surface of the blower chamber 31. The vibrating body 45 has a cylindrical air hole 124 that allows the blower chamber 31 to communicate with the outside of the blower chamber 31. The diameter of the air hole 124 is 1.4 mm.

また、振動体４５は、振動体４５及び天板部１７の屈曲振動により形成されるブロア室３１の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節Ｆから、ブロア室３１の外周までの範囲に接する外周領域１４５と、外周領域１４５より内側に位置する中央領域１４６と、を有する。外周領域１４５は、外周領域１４５の屈曲振動を拘束する領域である。   In addition, the vibrating body 45 includes the outermost pressure vibration node F to the outer periphery of the blower chamber 31 among the pressure vibration nodes of the blower chamber 31 formed by the bending vibration of the vibrating body 45 and the top plate portion 17. It has an outer peripheral region 145 in contact with the range and a central region 146 located inside the outer peripheral region 145. The outer peripheral region 145 is a region that restrains the bending vibration of the outer peripheral region 145.

なお、圧電素子４２は、駆動体の一例に相当する。外周領域１４５は、本発明の第２外周領域の一例に相当する。中央領域１４６は、本発明の第２中央領域の一例に相当する。ブロア室３１の圧力振動の節の詳細については、後述する。   The piezoelectric element 42 corresponds to an example of a driving body. The outer peripheral region 145 corresponds to an example of a second outer peripheral region of the present invention. The central region 146 corresponds to an example of the second central region of the present invention. Details of the nodes of pressure vibration in the blower chamber 31 will be described later.

振動板４１の主面４０Ｃには、外周領域１４５の屈曲振動を拘束する拘束板６０が接合されている。これにより、外周領域１４５の厚みは、中央領域１４６の厚みより厚くなっている。そのため、外周領域１４５の剛性は、中央領域１４６の剛性より高い。拘束板６０は、円環形状であり、例えばステンレススチールで構成されている。拘束板６０の内径は、１８ｍｍである。   A restraint plate 60 that restrains bending vibration of the outer peripheral region 145 is joined to the main surface 40C of the diaphragm 41. As a result, the outer peripheral region 145 is thicker than the central region 146. Therefore, the rigidity of the outer peripheral area 145 is higher than the rigidity of the central area 146. The restraint plate 60 has an annular shape and is made of, for example, stainless steel. The inner diameter of the restraint plate 60 is 18 mm.

ブロア室３１は、振動体４５の外周領域１４５に接する外周空間１３１と、外周空間１３１より内側に位置し、振動体４５の中央領域１４６に接する中央空間１３２と、によって構成される。   The blower chamber 31 includes an outer peripheral space 131 that is in contact with the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45 and a central space 132 that is located on the inner side of the outer peripheral space 131 and is in contact with the central region 146 of the vibrating body 45.

補強板７０は、円板形状であり、例えばステンレススチールで構成されている。補強板７０は、振動板４１のブロア室３１とは逆側の主面４０Ｃに接合されている。補強板７０は、圧電素子４２の屈曲によって圧電素子４２が破損することを防止する。   The reinforcing plate 70 has a disc shape and is made of, for example, stainless steel. The reinforcing plate 70 is joined to the main surface 40 </ b> C on the opposite side of the diaphragm 41 from the blower chamber 31. The reinforcing plate 70 prevents the piezoelectric element 42 from being damaged by the bending of the piezoelectric element 42.

圧電素子４２は、円板形状であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成されている。圧電素子４２の両主面には、電極が形成されている。   The piezoelectric element 42 has a disk shape and is made of, for example, lead zirconate titanate ceramic. Electrodes are formed on both main surfaces of the piezoelectric element 42.

圧電素子４２は、補強板７０のブロア室３１とは逆側の第１主面４０Ａに接合されている。圧電素子４２は、印加された交流電圧に応じて伸縮する。本実施形態において圧電素子４２の直径は、１１ｍｍであり、圧電素子４２の厚みは、０．１５ｍｍある。   The piezoelectric element 42 is joined to the first main surface 40 </ b> A on the side opposite to the blower chamber 31 of the reinforcing plate 70. The piezoelectric element 42 expands and contracts according to the applied AC voltage. In the present embodiment, the piezoelectric element 42 has a diameter of 11 mm, and the piezoelectric element 42 has a thickness of 0.15 mm.

なお、圧電素子４２、補強板７０、拘束板６０及び振動板４１の接合体は、圧電アクチュエータ９０を構成する。   The joined body of the piezoelectric element 42, the reinforcing plate 70, the restraining plate 60, and the vibration plate 41 constitutes a piezoelectric actuator 90.

天板部１７は、下方が開口した断面コ字状に形成されている。天板部１７の先端は、振動板４１に接合している。天板部１７は、例えば金属から構成されている。   The top plate portion 17 is formed in a U-shaped cross section with an opening at the bottom. The tip of the top plate portion 17 is joined to the vibration plate 41. The top plate portion 17 is made of, for example, metal.

天板部１７は、振動板４１の第２主面４０Ｂに対向する円板状の天上部１８と、天上部１８に接続する円環状の側壁部１９と、天上部１８の振動板４１とは逆側の主面に接合する円板状の薄天板２８と、を有する。天上部１８及び薄天板２８の一部は、ブロア室３１の天面を構成する。   The top plate portion 17 includes a disc-shaped top portion 18 facing the second main surface 40B of the vibration plate 41, an annular side wall portion 19 connected to the top portion 18, and the vibration plate 41 of the top portion 18. And a disk-shaped thin top plate 28 joined to the opposite main surface. A part of the top 18 and the thin top plate 28 constitute the top surface of the blower chamber 31.

天板部１７は、ブロア室３１の内部と外部を連通させる通気孔２４を薄天板２８に有する。通気孔２４の直径は、１．４ｍｍである。   The top plate portion 17 has a vent hole 24 in the thin top plate 28 that allows the inside and outside of the blower chamber 31 to communicate with each other. The diameter of the vent hole 24 is 1.4 mm.

また、天板部１７は、振動体４５及び天板部１７の屈曲振動により形成されるブロア室３１の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節Ｆから、ブロア室３１の外周までの範囲に接する外周領域１７５と、外周領域１７５より内側に位置する中央領域１７６と、を有する。外周領域１７５は、外周領域１７５の屈曲振動を拘束する領域である。   Further, the top plate portion 17 extends from the outermost pressure vibration node F to the outer periphery of the blower chamber 31 among the pressure vibration nodes of the blower chamber 31 formed by the bending vibration of the vibrating body 45 and the top plate portion 17. An outer peripheral region 175 that is in contact with this range, and a central region 176 that is located on the inner side of the outer peripheral region 175. The outer peripheral region 175 is a region that restrains the bending vibration of the outer peripheral region 175.

なお、外周領域１７５は、本発明の第１外周領域の一例に相当する。中央領域１７６は、本発明の第１中央領域の一例に相当する。ブロア室３１の圧力振動の節の詳細については、後述する。   The outer peripheral region 175 corresponds to an example of the first outer peripheral region of the present invention. The central region 176 corresponds to an example of the first central region of the present invention. Details of the nodes of pressure vibration in the blower chamber 31 will be described later.

振動板４１の主面４０Ｃには、外周領域１７５の屈曲振動を拘束する拘束板１６０が接合されている。これにより、外周領域１７５の厚みは、中央領域１７６の厚みより厚くなっている。そのため、外周領域１７５の剛性は、中央領域１７６の剛性より高い。拘束板１６０は、円環形状であり、例えばステンレススチールで構成されている。拘束板１６０の内径は、１８ｍｍである。   A restraint plate 160 that restrains bending vibration of the outer peripheral region 175 is joined to the main surface 40 </ b> C of the diaphragm 41. As a result, the outer peripheral region 175 is thicker than the central region 176. Therefore, the rigidity of the outer peripheral area 175 is higher than the rigidity of the central area 176. The restraint plate 160 has an annular shape and is made of, for example, stainless steel. The inner diameter of the restraint plate 160 is 18 mm.

また、天板部１７の振動板４１側には、ブロア室３１の一部であり、通気孔２４と連通するキャビティ２５を構成する凹部２６が形成されている。キャビティ２５は、円柱形状である。キャビティ２５の直径は、３．０ｍｍであり、キャビティ２５の厚みは、０．３ｍｍである。   In addition, on the vibration plate 41 side of the top plate portion 17, a concave portion 26 is formed that constitutes a cavity 25 that is a part of the blower chamber 31 and communicates with the vent hole 24. The cavity 25 has a cylindrical shape. The diameter of the cavity 25 is 3.0 mm, and the thickness of the cavity 25 is 0.3 mm.

以下、圧電ブロア１００の動作時における空気の流れについて説明する。   Hereinafter, the air flow during the operation of the piezoelectric blower 100 will be described.

図４（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を３次モードの共振周波数（基本波）で動作させた時における圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。図４（Ａ）は、ブロア室３１の容積が最も減少したときの図であり、図４（Ｂ）は、ブロア室３１の容積が最も増大したときの図である。   4A and 4B are cross-sectional views of the piezoelectric blower 100 taken along line SS when the piezoelectric blower 100 shown in FIG. 1 is operated at the resonance frequency (fundamental wave) of the third-order mode. 4A is a view when the volume of the blower chamber 31 is reduced most, and FIG. 4B is a view when the volume of the blower chamber 31 is increased most.

また、図５は、図４（Ｂ）に示す瞬間の、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけるブロア室３１の各点の圧力変化と、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する天板部１７の各点の変位と、の関係を示す図である。   5 shows the pressure change at each point of the blower chamber 31 from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 and the central axis C of the blower chamber 31 at the moment shown in FIG. It is a figure which shows the relationship with the displacement of each point of the top-plate part 17 which comprises to the outer periphery of the blower chamber 31. FIG.

ここで、図４中の矢印は、空気の流れを示している。また、ブロア室３１の共振周波数とは、ブロア室３１の中心部で発生した圧力振動と、その圧力振動が外周部側に伝搬して反射し、再びブロア室３１の中心部に到達する圧力振動とが、共振する周波数のことである。   Here, the arrows in FIG. 4 indicate the flow of air. The resonance frequency of the blower chamber 31 refers to the pressure vibration generated at the center of the blower chamber 31 and the pressure vibration that propagates and reflects to the outer peripheral side of the pressure vibration and reaches the center of the blower chamber 31 again. Is the resonating frequency.

また、図５において、ブロア室３１の各点の圧力変化と天板部１７の各点の変位とは、ブロア室３１の中心軸Ｃ上にある天板部１７の中心の変位で規格化された値で示されている。図５に示す、ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、ブロア室３１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。 In FIG. 5, the pressure change at each point of the blower chamber 31 and the displacement of each point of the top plate portion 17 are normalized by the displacement of the center of the top plate portion 17 on the central axis C of the blower chamber 31. It is indicated by the value. The pressure change distribution u (r) at each point in the blower chamber 31 shown in FIG. 5 is represented by u (r) = J 0 (k 0 r / a) where r is the distance from the central axis C of the blower chamber 31. ).

図３に示す状態において、３次モードの共振周波数ｆ（３８．０５ｋＨｚ）の６０Ｖｐｐの交流駆動電圧が圧電素子４２の両主面の電極に印加されると、圧電素子４２は、伸縮し、振動体４５を３次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。   In the state shown in FIG. 3, when an AC drive voltage of 60 Vpp having the resonance frequency f (38.05 kHz) of the third-order mode is applied to the electrodes on both main surfaces of the piezoelectric element 42, the piezoelectric element 42 expands and contracts and vibrates. The body 45 is bent and oscillated concentrically at the resonance frequency f of the third-order mode.

同時に、天板部１７は、振動体４５の屈曲振動が伝わり、振動体４５の屈曲振動に伴って（この実施形態では振動位相が１８０°遅れて）３次モードで同心円状に屈曲振動する。   At the same time, the bending vibration of the vibrating body 45 is transmitted to the top plate portion 17, and the bending vibration of the vibrating body 45 is concentrically bent in the third-order mode with the bending vibration of the vibrating body 45 (in this embodiment, the vibration phase is delayed by 180 °).

これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、振動体４５及び天板部１７が屈曲変形してブロア室３１の体積が周期的に変化する。   As a result, as shown in FIGS. 4A and 4B, the vibrating body 45 and the top plate portion 17 are bent and deformed, and the volume of the blower chamber 31 changes periodically.

図４（Ａ）に示すように、振動体４５が圧電素子４２側へ屈曲すると、天板部１７も圧電素子４２とは逆側へ屈曲する。これに伴い、圧電ブロア１００の外部の空気が通気孔２４を介してブロア室３１内に吸引される。   As shown in FIG. 4A, when the vibrating body 45 is bent toward the piezoelectric element 42, the top plate portion 17 is also bent toward the side opposite to the piezoelectric element 42. Along with this, air outside the piezoelectric blower 100 is sucked into the blower chamber 31 through the vent hole 24.

図４（Ｂ）に示すように、振動体４５がブロア室３１側へ屈曲すると、天板部１７もブロア室３１側へ屈曲する。これに伴い、圧電ブロア１００の外部の空気が通気孔１２４を介してブロア室３１内に吸引され、ブロア室３１内の空気が通気孔２４から吐出される。   As shown in FIG. 4B, when the vibrating body 45 is bent toward the blower chamber 31, the top plate portion 17 is also bent toward the blower chamber 31. Accordingly, air outside the piezoelectric blower 100 is sucked into the blower chamber 31 through the vent hole 124, and air in the blower chamber 31 is discharged from the vent hole 24.

以上のように、圧電ブロア１００では、振動体４５の振動に伴い天板部１７が振動するため、実質的に振動振幅を増すことができる。これにより、本実施形態の圧電ブロア１００は、吐出圧力と吐出流量を増加させることができる。   As described above, in the piezoelectric blower 100, since the top plate portion 17 vibrates with the vibration of the vibrating body 45, the vibration amplitude can be substantially increased. Thereby, the piezoelectric blower 100 of this embodiment can increase discharge pressure and discharge flow rate.

なお、ブロア室３１の半径ａとアクチュエータ９０の共振周波数ｆとは、ブロア室３１を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数を微分したＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。第１種ベッセル関数Ｊ０（ｘ）は、以下の数式で示される。 The relationship between the radius a of the blower chamber 31 and the resonance frequency f of the actuator 90 is J 0 ′ (k 0 ) = 0 obtained by differentiating the first-type Bessel function with c as the sound velocity of the air passing through the blower chamber 31. When the value that satisfies the condition is k 0 , the relationship of af = (k 0 c) / (2π) is satisfied. The first type Bessel function J 0 (x) is expressed by the following mathematical formula.

Figure 2016113953
Figure 2016113953

本実施形態において、ブロア室３１の半径ａは、ブロア室３１の中心軸Ｃから、振動板４１における天板部１７との接合部分より内側にある領域の端Ｊまでの最短距離である。共振周波数ｆは、３８．０５ｋＨｚである。空気の音速ｃは、約３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、７．０２である。 In the present embodiment, the radius a of the blower chamber 31 is the shortest distance from the central axis C of the blower chamber 31 to the end J of the region on the inner side of the joint portion of the diaphragm 41 with the top plate portion 17. The resonance frequency f is 38.05 kHz. The sound speed c of air is about 340 m / s. k 0 is 7.02.

図５の点線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する天板部１７の各点は、屈曲振動によって変位する。同様に、図５の点線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する振動板４１の各点は、屈曲振動によって変位する。   As shown by the dotted line in FIG. 5, each point of the top plate portion 17 constituting the center axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 is displaced by bending vibration. Similarly, as shown by a dotted line in FIG. 5, each point of the vibration plate 41 constituting from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 is displaced by bending vibration.

そして、図５の実線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけて、ブロア室３１の各点の圧力は、振動板４１及び天板部１７の屈曲振動によって変化する。   As shown by the solid line in FIG. 5, the pressure at each point in the blower chamber 31 changes due to the bending vibration of the vibration plate 41 and the top plate portion 17 from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31. .

圧電ブロア１００ではブロア室３１の半径ａとアクチュエータ９０の共振周波数ｆとがａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）を満たす。そのため、圧電ブロア１００では、天板部１７の振動の節の内、最も外側の節Ｆが、ブロア室３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じている。また、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動の節の内、最も外側の節Ｆが、ブロア室３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じている。 In the piezoelectric blower 100, the radius a of the blower chamber 31 and the resonance frequency f of the actuator 90 satisfy af = (k 0 c) / (2π). Therefore, in the piezoelectric blower 100, the outermost node F among the vibration nodes of the top plate portion 17 coincides with the pressure vibration node of the blower chamber 31, and pressure resonance occurs. In the piezoelectric blower 100, the outermost node F among the vibration nodes of the diaphragm 41 coincides with the pressure vibration node of the blower chamber 31, and pressure resonance occurs.

ここで、圧電ブロア１００が動作している間、ブロア室３１の外周空間１３１において空気の圧力が大気圧より高くなった時、図５に示すように、天板部１７の外周領域１７５（約８ｍｍから端Ｊまでの領域）は、拘束板１６０によって拘束され、殆ど屈曲振動しない。   Here, when the air pressure becomes higher than the atmospheric pressure in the outer peripheral space 131 of the blower chamber 31 while the piezoelectric blower 100 is in operation, as shown in FIG. The region from 8 mm to the end J) is restrained by the restraining plate 160 and hardly bends and vibrates.

同様に、圧電ブロア１００が動作している間、ブロア室３１の外周空間１３１において空気の圧力が大気圧より高くなった時、振動体４５の外周領域１４５（約８ｍｍから端Ｊまでの領域）も、拘束板６０によって拘束され、殆ど屈曲振動しない。   Similarly, when the air pressure is higher than the atmospheric pressure in the outer peripheral space 131 of the blower chamber 31 while the piezoelectric blower 100 is operating, the outer peripheral region 145 (region from about 8 mm to the end J) of the vibrating body 45. However, it is restrained by the restraining plate 60 and hardly bends and vibrates.

反対に、圧電ブロア１００が動作している間、ブロア室３１の外周空間１３１において空気の圧力が大気圧より低くなった時も、天板部１７の外周領域１７５は、拘束板１６０によって拘束され、殆ど屈曲振動しない。   On the contrary, while the piezoelectric blower 100 is in operation, the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17 is restrained by the restraining plate 160 even when the air pressure is lower than the atmospheric pressure in the outer peripheral space 131 of the blower chamber 31. Almost no bending vibration.

同様に、ブロア室３１の外周空間１３１において空気の圧力が大気圧より低くなった時も、振動体４５の外周領域１４５は、拘束板６０によって拘束され、殆ど屈曲振動しない。   Similarly, when the air pressure in the outer peripheral space 131 of the blower chamber 31 becomes lower than the atmospheric pressure, the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45 is restrained by the restraining plate 60 and hardly bends and vibrates.

すなわち、この構成では、天板部１７の外周領域１７５が、悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさず、ブロア室３１の空気の圧力共振を低下させない。さらに、振動体４５の外周領域１４５が、悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさず、ブロア室３１の空気の圧力共振を低下させない。   That is, in this configuration, the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17 does not adversely affect the pressure in the blower chamber 31 and does not reduce the pressure resonance of the air in the blower chamber 31. Further, the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45 does not adversely affect the pressure in the blower chamber 31 and does not reduce the pressure resonance of the air in the blower chamber 31.

したがって、圧電ブロア１００は、天板部１７の外周領域１７５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。さらに、圧電ブロア１００は、振動体４５の外周領域１４５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、圧電ブロア１００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。   Therefore, the piezoelectric blower 100 can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration of the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17. Further, the piezoelectric blower 100 can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration of the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45. Therefore, the piezoelectric blower 100 can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

また、圧電ブロア１００では、天板部１７の振動時において、天板部１７の振動の節Ｆより内側における天板部１７の各点の変位分布が、図５に示すように、ブロア室３１の圧力振動の節Ｆより内側におけるブロア室３１の各点の圧力変化分布に近似している。   Further, in the piezoelectric blower 100, when the top plate portion 17 vibrates, the displacement distribution of each point of the top plate portion 17 inside the vibration node F of the top plate portion 17 is as shown in FIG. It approximates to the pressure change distribution of each point of the blower chamber 31 inside the node F of the pressure vibration.

同様に、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動時において、振動板４１の振動の節Ｆより内側における振動板４１の各点の変位分布が、図５に示すように、ブロア室３１の圧力振動の節Ｆより内側におけるブロア室３１の各点の圧力変化分布に近似している。   Similarly, in the piezoelectric blower 100, when the diaphragm 41 vibrates, the displacement distribution of each point of the diaphragm 41 inside the vibration node F of the diaphragm 41 is the pressure in the blower chamber 31 as shown in FIG. It approximates the pressure change distribution at each point of the blower chamber 31 inside the vibration node F.

そのため、圧電ブロア１００は、振動板４１及び天板部１７の振動エネルギーを殆ど損なうことなく、ブロア室３１の空気に伝えることができる。したがって、圧電ブロア１００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。   Therefore, the piezoelectric blower 100 can transmit the vibration energy of the vibration plate 41 and the top plate portion 17 to the air in the blower chamber 31 with almost no loss. Therefore, the piezoelectric blower 100 can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

また、圧電ブロア１００は、ブロア室３１の通気孔２４近くにキャビティ２５を有する。そのため、圧電ブロア１００では、ブロア室３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ２５で低下する。これにより、ブロア室３１の圧力振動が渦によって乱されることを防ぐことができる。   The piezoelectric blower 100 has a cavity 25 near the vent hole 24 of the blower chamber 31. Therefore, in the piezoelectric blower 100, vortices generated near the vent hole 24 in the blower chamber 31 are lowered in the cavity 25. Thereby, it is possible to prevent the pressure vibration of the blower chamber 31 from being disturbed by the vortex.

よって、圧電ブロア１００は、ブロア室３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを防ぐことができる。   Therefore, the piezoelectric blower 100 can weaken the vortex generated near the vent hole 24 of the blower chamber 31 and prevent the discharge pressure from being lowered.

また、圧電ブロア１００は、駆動時に発生する音や振動が小さい圧電体を駆動源として用いているため、静音化を実現できる。   Further, since the piezoelectric blower 100 uses a piezoelectric body that generates a small amount of sound and vibration during driving as a driving source, noise reduction can be realized.

以下、本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００と本発明の第１実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０とを比較する。まず、圧電ブロア１５０の構成および動作について説明する。   Hereinafter, the piezoelectric blower 100 according to the first embodiment of the present invention and the piezoelectric blower 150 according to the comparative example of the first embodiment of the present invention will be compared. First, the configuration and operation of the piezoelectric blower 150 will be described.

図６は、本発明の第１実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０の断面図である。圧電ブロア１５０が圧電ブロア１００と相違する点は、拘束板１６０を備えない点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a piezoelectric blower 150 according to a comparative example of the first embodiment of the present invention. The piezoelectric blower 150 is different from the piezoelectric blower 100 in that the restraining plate 160 is not provided. Since the other points are the same, the description is omitted.

図６に示す状態において、３次モードの駆動周波数ｆ（３８．０５ｋＨｚ）の６０Ｖｐｐの交流駆動電圧が圧電素子４２の両主面の電極に印加されると、圧電素子４２は、伸縮し、振動体４５を３次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。   In the state shown in FIG. 6, when an AC drive voltage of 60 Vpp having a third-order mode drive frequency f (38.05 kHz) is applied to the electrodes on both main surfaces of the piezoelectric element 42, the piezoelectric element 42 expands and contracts and vibrates. The body 45 is bent and oscillated concentrically at the resonance frequency f of the third-order mode.

同時に、天板部１７０は、振動体４５の屈曲振動が伝わり、振動体４５の屈曲振動に伴って（この実施形態では振動位相が１８０°遅れて）３次モードで同心円状に屈曲振動する。   Simultaneously, the bending vibration of the vibrating body 45 is transmitted to the top plate portion 170, and the bending vibration of the vibrating body 45 is concentrically bent in the tertiary mode with the bending vibration of the vibrating body 45 (in this embodiment, the vibration phase is delayed by 180 °).

これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア１００と同様に、圧電ブロア１５０の振動体４５及び天板部１７０も屈曲変形してブロア室３１の体積が周期的に変化する。   Accordingly, similarly to the piezoelectric blower 100 shown in FIGS. 4A and 4B, the vibrating body 45 and the top plate portion 170 of the piezoelectric blower 150 are also bent and deformed, and the volume of the blower chamber 31 changes periodically.

図７は、図６に示す圧電ブロア１５０における、ブロア室３１の各点の圧力変化と天板部１７０の各点の変位との関係を示す図である。図７において、ブロア室３１の各点の圧力変化と天板部１７０の各点の変位とは、図５と同様に、ブロア室３１の中心軸Ｃ上にある天板部１７０の中心の変位で規格化された値で示されている。図７に示す、ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、図５と同様に、ブロア室３１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the pressure change at each point in the blower chamber 31 and the displacement at each point on the top plate 170 in the piezoelectric blower 150 shown in FIG. In FIG. 7, the pressure change at each point of the blower chamber 31 and the displacement of each point of the top plate portion 170 are the displacement of the center of the top plate portion 170 on the central axis C of the blower chamber 31 as in FIG. It is shown by the value normalized by. The pressure change distribution u (r) at each point in the blower chamber 31 shown in FIG. 7 is u (r) = J 0 when the distance from the central axis C of the blower chamber 31 is r, as in FIG. It is represented by the equation (k 0 r / a).

図７の点線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する天板部１７０の各点は、屈曲振動によって変位する。同様に、図７の点線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する振動板４１の各点は、屈曲振動によって変位する。   As shown by the dotted line in FIG. 7, each point of the top plate portion 170 constituting the center axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 is displaced by bending vibration. Similarly, as shown by a dotted line in FIG. 7, each point of the vibration plate 41 constituting from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 is displaced by bending vibration.

そして、図７の実線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけて、ブロア室３１の各点の圧力は、振動板４１及び天板部１７０の屈曲振動によって変化する。   As shown by the solid line in FIG. 7, the pressure at each point in the blower chamber 31 changes due to the bending vibration of the vibration plate 41 and the top plate portion 170 from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31. .

ここで、図７の点線に示す波形と、図７の実線に示す波形とは、外周領域（約８ｍｍから端Ｊまでの領域）において逆方向の変位となっている。逆方向の変位となっている面積Ｓ２（図７参照）は、同様に逆方向の変位となっている面積Ｓ１（図５参照）より極めて広い。そのため、圧電ブロア１５０では、特許文献１のポンプ９００と同様に、天板部１７０の外周領域が悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼす。   Here, the waveform shown by the dotted line in FIG. 7 and the waveform shown by the solid line in FIG. 7 are displacements in the opposite direction in the outer peripheral region (region from about 8 mm to the end J). Similarly, the area S2 (see FIG. 7) that is displaced in the reverse direction is much wider than the area S1 (see FIG. 5) that is similarly displaced in the reverse direction. Therefore, in the piezoelectric blower 150, like the pump 900 of Patent Document 1, the outer peripheral region of the top plate 170 has an adverse effect on the pressure of the blower chamber 31.

次に、圧電ブロア１５０と圧電ブロア１００とに対して駆動周波数ｆ（３８．０５ｋＨｚ）の６０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、圧電ブロア１５０の通気孔２４から流出する空気の圧力（ｋＰａ）と、圧電ブロア１００の通気孔２４から流出する空気の圧力（ｋＰａ）と、を測定した結果を以下に示す。   Next, the pressure (kPa) of air flowing out from the vent hole 24 of the piezoelectric blower 150 under the condition that a 60 Vpp sine wave AC voltage having a driving frequency f (38.05 kHz) is applied to the piezoelectric blower 150 and the piezoelectric blower 100. ) And the pressure (kPa) of the air flowing out from the vent hole 24 of the piezoelectric blower 100 are shown below.

なお、実験は、ブロア室３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れること（図４（Ａ）の矢印参照）を防ぐ弁（不図示）を圧電ブロア１００の天板部１７と圧電ブロア１５０の天板部１７０とに装着した状態で測定した。この弁は、後述の図１０に示す弁３０１と同じ働きをする弁である。   In the experiment, a valve (not shown) for preventing gas from flowing from the outside of the blower chamber 31 to the inside through the vent hole 24 (see the arrow in FIG. 4A) is connected to the top plate portion 17 of the piezoelectric blower 100. The measurement was performed with the piezoelectric blower 150 attached to the top plate 170. This valve has the same function as a valve 301 shown in FIG.

実験により、圧電ブロア１５０では空気の圧力が１３．２（ｋＰａ）であるのに対し、圧電ブロア１００では空気の圧力が２０．０（ｋＰａ）であることが明らかとなった。   The experiment revealed that the piezoelectric blower 150 has an air pressure of 13.2 (kPa), whereas the piezoelectric blower 100 has an air pressure of 20.0 (kPa).

以上の結果になった理由は、圧電ブロア１００では、天板部１７の外周領域１７５の屈曲振動が拘束板１６０によって拘束され、天板部１７の外周領域１７５が悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさなかったためであると考えられる。   The reason for the above results is that in the piezoelectric blower 100, the bending vibration of the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17 is restrained by the restraint plate 160, and the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17 adversely affects the pressure of the blower chamber 31. This is thought to be because it did not reach.

したがって、圧電ブロア１００は、天板部１７の外周領域１７５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、圧電ブロア１００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。   Therefore, the piezoelectric blower 100 can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration of the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17. Therefore, the piezoelectric blower 100 can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

以下、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００の断面図である。圧電ブロア２００が圧電ブロア１００と相違する点は、拘束板６０を備えない点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。   Hereinafter, a piezoelectric blower 200 according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view of a piezoelectric blower 200 according to the second embodiment of the present invention. The piezoelectric blower 200 is different from the piezoelectric blower 100 in that the restraining plate 60 is not provided. Since the other points are the same, the description is omitted.

以下、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００と本発明の第２実施形態の比較例に係る圧電ブロア２５０とを比較する。まず、圧電ブロア２５０の構成および動作について説明する。   Hereinafter, the piezoelectric blower 200 according to the second embodiment of the present invention and the piezoelectric blower 250 according to the comparative example of the second embodiment of the present invention will be compared. First, the configuration and operation of the piezoelectric blower 250 will be described.

図９は、本発明の第２実施形態の比較例に係る圧電ブロア２５０の断面図である。圧電ブロア２５０が圧電ブロア２００と相違する点は、拘束板１６０を備えない点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。   FIG. 9 is a cross-sectional view of a piezoelectric blower 250 according to a comparative example of the second embodiment of the present invention. The piezoelectric blower 250 is different from the piezoelectric blower 200 in that the restraining plate 160 is not provided. Since the other points are the same, the description is omitted.

次に、圧電ブロア２５０と圧電ブロア２００とに対して駆動周波数ｆ（３８．０５ｋＨｚ）の６０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、圧電ブロア２５０の通気孔２４から流出する空気の圧力（ｋＰａ）と、圧電ブロア２００の通気孔２４から流出する空気の圧力（ｋＰａ）と、を測定した結果を以下に示す。   Next, the pressure (kPa) of air flowing out from the vent hole 24 of the piezoelectric blower 250 under the condition that a 60 Vpp sine wave AC voltage having a drive frequency f (38.05 kHz) is applied to the piezoelectric blower 250 and the piezoelectric blower 200. ) And the pressure (kPa) of the air flowing out from the vent hole 24 of the piezoelectric blower 200 are shown below.

なお、実験は、ブロア室３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れること（図４（Ａ）の矢印参照）を防ぐ弁（不図示）を圧電ブロア２００の天板部１７と圧電ブロア２５０の天板部１７０とに装着した状態で測定した。この弁は、後述の図１０に示す弁３０１と同じ働きをする弁である。   In the experiment, a valve (not shown) for preventing gas from flowing from the outside of the blower chamber 31 to the inside through the vent hole 24 (see the arrow in FIG. 4A) is connected to the top plate portion 17 of the piezoelectric blower 200. The measurement was performed with the piezoelectric blower 250 attached to the top plate 170. This valve has the same function as a valve 301 shown in FIG.

実験により、圧電ブロア２５０では空気の圧力が１０．５（ｋＰａ）であるのに対し、圧電ブロア２００では空気の圧力が１３．０（ｋＰａ）であることが明らかとなった。   Experiments have revealed that the piezoelectric blower 250 has an air pressure of 10.5 (kPa), whereas the piezoelectric blower 200 has an air pressure of 13.0 (kPa).

以上の結果になった理由は、圧電ブロア２００では、天板部１７の外周領域１７５の屈曲振動が拘束板１６０によって拘束され、天板部１７の外周領域１７５が悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさなかったためであると考えられる。   The reason for the above results is that in the piezoelectric blower 200, the bending vibration of the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17 is restrained by the restraint plate 160, and the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17 adversely affects the pressure of the blower chamber 31. This is thought to be because it did not reach.

したがって、圧電ブロア２００は、天板部１７の外周領域１７５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、圧電ブロア２００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。   Therefore, the piezoelectric blower 200 can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being reduced by the bending vibration of the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17. Therefore, the piezoelectric blower 200 can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

以下、本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００の断面図である。圧電ブロア３００が圧電ブロア１００と相違する点は、弁３０１を備える点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。   Hereinafter, a piezoelectric blower 300 according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view of a piezoelectric blower 300 according to a third embodiment of the present invention. The piezoelectric blower 300 is different from the piezoelectric blower 100 in that a valve 301 is provided. Since the other points are the same, the description is omitted.

図１０に示す圧電ブロア３００のように、薄天板２８（具体的には薄天板２８における通気孔２４の周囲）には、ブロア室３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れること（図４（Ａ）の矢印参照）を防ぐ弁３０１が設けられていてもよい。   Like the piezoelectric blower 300 shown in FIG. 10, gas flows into the thin top plate 28 (specifically, around the vent hole 24 in the thin top plate 28) from the outside of the blower chamber 31 to the inside through the vent hole 24. A valve 301 that prevents flow (see an arrow in FIG. 4A) may be provided.

弁３０１は、フィルム３２４と、蓋板３２１と、を有する。フィルム３２４は、樹脂で構成されている。フィルム３２４は、例えば半透明なポリイミドで構成される。   The valve 301 includes a film 324 and a cover plate 321. The film 324 is made of resin. The film 324 is made of translucent polyimide, for example.

蓋板３２１は、天板部１７の天面（詳しくは拘束板１６０の天面）に接合している。そのため、拘束板１６０は、蓋板３２１と薄天板２８との間に位置する。蓋板３２１と拘束板１６０と薄天板２８とは互いに積層した状態で貼付されている。これにより、蓋板３２１と拘束板１６０と薄天板２８とはバルブ室３４０を構成する。フィルム３２４は、バルブ室３４０に収容されている。   The lid plate 321 is joined to the top surface of the top plate portion 17 (specifically, the top surface of the restraint plate 160). Therefore, the restraint plate 160 is located between the lid plate 321 and the thin top plate 28. The lid plate 321, the restraint plate 160, and the thin top plate 28 are pasted together in a stacked state. Thereby, the cover plate 321, the restraint plate 160, and the thin top plate 28 constitute a valve chamber 340. The film 324 is accommodated in the valve chamber 340.

蓋板３２１は、円板状である。蓋板３２１と拘束板１６０と薄天板２８の外周径は、互いに一致している。   The lid plate 321 has a disk shape. The outer peripheral diameters of the cover plate 321, the restraint plate 160, and the thin top plate 28 coincide with each other.

バルブ室３４０は、拘束板１６０の中央に所定の開口径で設けられている。フィルム３２４は、概略円板状である。フィルム３２４は、拘束板１６０の厚みよりも薄い厚みに設定されている。   The valve chamber 340 is provided in the center of the restraining plate 160 with a predetermined opening diameter. The film 324 has a substantially disk shape. The film 324 is set to a thickness that is thinner than the thickness of the restraint plate 160.

本実施形態では、拘束板１６０の厚み（バルブ室３４０の高さ）は、４０μｍ以上５０μｍ以下であり、フィルム３２４の厚みは、５μｍ以上１０μｍ以下に設定されている。また、フィルム３２４は、通気孔２４からの吐出風によってバルブ室３４０の内部で上下動自在に可動するよう、極めて軽い質量に設定されている。   In this embodiment, the thickness of the restraint plate 160 (height of the valve chamber 340) is 40 μm or more and 50 μm or less, and the thickness of the film 324 is set to 5 μm or more and 10 μm or less. Further, the film 324 is set to an extremely light mass so that the film 324 can move up and down in the valve chamber 340 by the discharge air from the vent hole 24.

フィルム３２４の外周径は、拘束板１６０におけるバルブ室３４０の開口径とほとんど一致しており、若干の隙間が空くように微小に小さく設定されている。   The outer diameter of the film 324 is almost the same as the opening diameter of the valve chamber 340 in the restraint plate 160, and is set to be very small so that a slight gap is left.

蓋板３２１の中央には、吐出孔３４１が設けられている。また、フィルム３２４の中央には、所定配列で並べられた複数のフィルム孔３４２が設けられている。したがって、バルブ室３４０は、吐出孔３４１を介して外部に通じるとともに、通気孔２４を介してブロア室３１に通じる。   A discharge hole 341 is provided in the center of the lid plate 321. In the center of the film 324, a plurality of film holes 342 arranged in a predetermined arrangement are provided. Therefore, the valve chamber 340 communicates with the outside through the discharge hole 341 and also communicates with the blower chamber 31 through the vent hole 24.

以上の構成において、フィルム３２４は、通気孔２４からの吐出風や吸引風によってバルブ室３４０の内部で上下動自在に可動する。空気がバルブ室３４０からブロア室３１へ通気孔２４を介して吸引されるとき、フィルム３２４は、通気孔２４に引き寄せられて、通気孔２４を塞ぐ。これにより、弁３０１は、バルブ室３４０から通気孔２４を介してブロア室３１へ気体が流れること（図４（Ａ）の矢印参照）を防ぐ。   In the above configuration, the film 324 is movable up and down within the valve chamber 340 by the discharge air or suction air from the vent hole 24. When air is sucked from the valve chamber 340 to the blower chamber 31 through the vent hole 24, the film 324 is attracted to the vent hole 24 and closes the vent hole 24. As a result, the valve 301 prevents gas from flowing from the valve chamber 340 to the blower chamber 31 through the vent hole 24 (see the arrow in FIG. 4A).

以上より、圧電ブロア３００は、駆動時、空気の流れを一方向にすることができる。   As described above, the piezoelectric blower 300 can make the air flow in one direction during driving.

次に、圧電ブロア１５０と圧電ブロア３００とに対して駆動周波数ｆ（３８．０５ｋＨｚ）の６０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、圧電ブロア１５０の通気孔２４から流出する空気の圧力（ｋＰａ）と、圧電ブロア３００の通気孔２４から流出する空気の圧力（ｋＰａ）と、を測定した結果を以下に示す。   Next, the pressure of the air flowing out from the vent hole 24 of the piezoelectric blower 150 (kPa) under the condition that a 60 Vpp sine wave AC voltage having a driving frequency f (38.05 kHz) is applied to the piezoelectric blower 150 and the piezoelectric blower 300. ) And the pressure (kPa) of the air flowing out from the vent hole 24 of the piezoelectric blower 300 are shown below.

なお、実験は、ブロア室３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れること（図４（Ａ）の矢印参照）を防ぐ弁（不図示）を圧電ブロア１５０の天板部１７０に装着した状態で測定した。この弁は、図１０に示す弁３０１と同じ働きをする弁である。   In the experiment, a valve (not shown) for preventing gas from flowing from the outside of the blower chamber 31 to the inside through the vent hole 24 (see the arrow in FIG. 4A) is provided on the top plate portion 170 of the piezoelectric blower 150. Measurements were made while wearing. This valve has the same function as the valve 301 shown in FIG.

実験により、圧電ブロア１５０では空気の圧力が１３．２（ｋＰａ）であるのに対し、圧電ブロア３００では空気の圧力が２０．０（ｋＰａ）であることが明らかとなった。   The experiment revealed that the piezoelectric blower 150 has an air pressure of 13.2 (kPa), whereas the piezoelectric blower 300 has an air pressure of 20.0 (kPa).

以上の結果になった理由は、圧電ブロア３００では、天板部１７の外周領域１７５の屈曲振動が拘束板１６０によって拘束され、天板部１７の外周領域１７５が悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさなかったためであると考えられる。   The reason for the above results is that in the piezoelectric blower 300, the bending vibration of the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17 is restrained by the restraint plate 160, and the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17 adversely affects the pressure of the blower chamber 31. This is thought to be because it did not reach.

したがって、圧電ブロア３００は、天板部１７の外周領域１７５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、圧電ブロア３００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。   Therefore, the piezoelectric blower 300 can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration of the outer peripheral region 175 of the top plate portion 17. Therefore, the piezoelectric blower 300 can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.

《その他の実施形態》
前記実施形態では流体として空気を用いているが、これに限るものではない。当該流体が、空気以外の気体であっても適用できる。 << Other Embodiments >>
In the embodiment, air is used as the fluid, but the present invention is not limited to this. It can be applied even if the fluid is a gas other than air.

また、前記実施形態では、圧電ブロア１００が拘束板１６０を備えているが、これに限るものではない。例えば、中央領域と、中央領域より高い剛性を持つ材料で構成された外周領域と、を有する天板部を備え、拘束板を備えなくてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the piezoelectric blower 100 is provided with the restraint board 160, it is not restricted to this. For example, a top plate portion having a central region and an outer peripheral region made of a material having higher rigidity than the central region may be provided, and the constraining plate may not be provided.

また、前記実施形態では、振動板４１、補強板７０、拘束板６０、１６０、天上部１８及び薄天板２８はＳＵＳから構成されているが、これに限るものではない。例えば、アルミニウム、チタン、マグネシウム、銅などの他の材料から構成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the diaphragm 41, the reinforcement board 70, the restraint boards 60 and 160, the top part 18, and the thin top board 28 are comprised from SUS, it is not restricted to this. For example, you may comprise from other materials, such as aluminum, titanium, magnesium, copper.

また、前記実施形態ではブロアの駆動源として圧電素子４２を設けたが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動でポンピング動作を行うブロアとして構成されていても構わない。   In the above embodiment, the piezoelectric element 42 is provided as a blower drive source, but the present invention is not limited to this. For example, it may be configured as a blower that performs a pumping operation by electromagnetic drive.

また、前記実施形態では、圧電素子４２はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成されているが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などから構成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the piezoelectric element 42 is comprised from the lead zirconate titanate ceramics, it is not restricted to this. For example, it may be composed of a lead-free piezoelectric ceramic material such as potassium sodium niobate and alkali niobate ceramics.

また、前記実施形態では、圧電素子４２は、補強板７０のブロア室３１とは逆側の第１主面４０Ａに接合されているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、圧電素子４２が振動板４１の第２主面４０Ｂに接合されていてもよいし、２枚の圧電素子４２が、補強板７０の第１主面４０Ａ及び振動板４１の第２主面４０Ｂに接合されていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the piezoelectric element 42 is joined to 40 A of 1st main surfaces on the opposite side to the blower chamber 31 of the reinforcement board 70, it is not restricted to this. In implementation, for example, the piezoelectric element 42 may be bonded to the second main surface 40B of the vibration plate 41, or the two piezoelectric elements 42 include the first main surface 40A of the reinforcing plate 70 and the vibration plate 41. The second main surface 40B may be joined.

この場合、天板部１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２、補強板７０、及び振動板４１から構成される圧電アクチュエータとともに、振動板４１の厚み方向から挟んでブロア室を構成する。   In this case, the top plate portion 17 constitutes a blower chamber sandwiched from the thickness direction of the vibration plate 41 together with the piezoelectric actuator composed of at least one piezoelectric element 42, the reinforcing plate 70, and the vibration plate 41.

また、前記実施形態では円板状の圧電素子４２、円板状の振動板４１、円板状の補強板７０、円環状の拘束板６０、１６０、円板状の天上部１８及び円板状の薄天板２８等を用いたが、これに限るものではない。例えば、これらの形状が矩形や多角形であってもよい。   In the embodiment, the disk-shaped piezoelectric element 42, the disk-shaped diaphragm 41, the disk-shaped reinforcing plate 70, the annular restraining plates 60 and 160, the disk-shaped top portion 18 and the disk-shaped. However, the present invention is not limited to this. For example, these shapes may be rectangular or polygonal.

また、前記実施形態では、ｋ０が７．０２の条件を用いたが、これに限るものではない。２．４０、３．８３、５．５２、８．６５、１０．１７、１１．７９、１３．３２、１４．９３など、ｋ０は、Ｊ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値であれば良い。 Further, in the above embodiment, k 0 is used the conditions of 7.02, not limited to this. 2.40, 3.83, 5.52, 8.65, 10.17, 11.79, 13.32, 14.93, etc., k 0 satisfies the relationship of J 0 ′ (k 0 ) = 0. Any value is acceptable.

また、前記実施形態では、３次モードの周波数で圧電ブロアの振動体を屈曲振動させたが、これに限るものではない。実施の際は、複数の振動の腹を形成する、３次モード以上の奇数次の振動モードで振動板を屈曲振動させても良い。   In the above embodiment, the piezoelectric blower vibrating body is flexibly vibrated at the third-order mode frequency, but the present invention is not limited to this. In implementation, the diaphragm may be bent and vibrated in an odd-order vibration mode that is a third-order mode or more that forms a plurality of vibration antinodes.

また、前記実施形態では、ブロア室３１の形状が円柱形状であるが、これに限るものではない。実施の際は、ブロア室の形状が正角柱形状であっても良い。この場合、ブロア室の半径ａの代わりに、振動板の中心軸からブロア室の外周までの最短距離ａを使用する。   Moreover, in the said embodiment, although the shape of the blower chamber 31 is a cylindrical shape, it is not restricted to this. In implementation, the shape of the blower chamber may be a regular prism shape. In this case, the shortest distance a from the central axis of the diaphragm to the outer periphery of the blower chamber is used instead of the radius a of the blower chamber.

最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   Finally, the description of the embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments but by the claims. Furthermore, the scope of the present invention is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

ａ…半径
Ｃ…中心軸
Ｆ…節
Ｑ１…第１外周空間
Ｑ２…第２外周空間
１０…以上
１７…天板部
１８…天上部
１９…側壁部
２４…通気孔
２５…キャビティ
２６…凹部
２８…薄天板
３１…ブロア室
４０Ａ…第１主面
４０Ｂ…第２主面
４０Ｃ…主面
４１…振動板
４２…圧電素子
４５…振動体
５０…以上
６０…拘束板
７０…補強板
９０…圧電アクチュエータ
１００…圧電ブロア
１２４…通気孔
１３１…外周空間
１３２…中央空間
１４５…外周領域
１４６…中央領域
１５０…圧電ブロア
１６０…拘束板
１７０…天板部
１７５…外周領域
１７６…中央領域
２００…圧電ブロア
２５０…圧電ブロア
３００…圧電ブロア
３０１…弁
３２１…蓋板
３２４…フィルム
３４０…バルブ室
３４１…吐出孔
３４２…フィルム孔
９００…ポンプ
９１１…空洞
９１２…円盤
９１３…本体
９１４…流出口
９１５…流入口
９１６…弁
９１８…底板
９２０…圧電ディスク a ... radius C ... center axis F ... node Q1 ... first outer peripheral space Q2 ... second outer peripheral space 10 ... over 17 ... top plate portion 18 ... top portion 19 ... side wall portion 24 ... air vent 25 ... cavity 26 ... concave 28 ... Thin plate 31 ... Blower chamber 40A ... first main surface 40B ... second main surface 40C ... main surface 41 ... vibrating plate 42 ... piezoelectric element 45 ... vibrating body 50 ... more than 60 ... restraining plate 70 ... reinforcing plate 90 ... piezoelectric actuator DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Piezoelectric blower 124 ... Ventilation hole 131 ... Outer peripheral space 132 ... Central space 145 ... Outer peripheral region 146 ... Central region 150 ... Piezoelectric blower 160 ... Restraint plate 170 ... Top plate part 175 ... Outer peripheral region 176 ... Central region 200 ... Piezoelectric blower 250 ... Piezoelectric blower 300 ... Piezoelectric blower 301 ... Valve 321 ... Cover plate 324 ... Film 340 ... Valve chamber 341 ... Discharge hole 342 ... Film hole 900 ... Pump 911 ... Cavity 912 ... Disc 91 ... body 914 ... outlet 915 ... inlet 916 ... valve 918 ... bottom plate 920 ... piezoelectric disc

Claims (7)

第１主面と第２主面とを有する振動体と、前記振動体の前記第１主面および前記第２主面の少なくとも一方の主面に設けられ、前記振動体を、複数の振動の腹を形成する３次モード以上の奇数次の振動モードで屈曲振動させる駆動体と、を有するアクチュエータと、
前記アクチュエータとともにブロア室を構成する天板部であって、前記ブロア室の内部と外部を連通させる通気孔を有する天板部と、を備え、
前記天板部は、前記振動体の屈曲振動により形成される前記ブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、前記ブロア室の外周までの範囲に接する第１外周領域と、前記第１外周領域より内側に位置する第１中央領域と、を有し、
前記第１外周領域は、前記第１外周領域の屈曲振動を拘束する領域である、ブロア。 A vibrating body having a first main surface and a second main surface; and provided on at least one main surface of the first main surface and the second main surface of the vibrating body, An actuator having a driving body that bends and vibrates in an odd-order vibration mode of the third order mode or more that forms an antinode,
A top plate portion that constitutes a blower chamber together with the actuator, the top plate portion having a vent hole that communicates the inside and outside of the blower chamber,
The top plate portion is a first outer peripheral region in contact with a range from the outermost pressure vibration node to the outer periphery of the blower chamber among the pressure vibration nodes of the blower chamber formed by bending vibration of the vibrating body. And a first central region located inside the first outer peripheral region,
The first outer peripheral area is a blower that is an area that restrains bending vibration of the first outer peripheral area. 前記振動体は、前記振動体の屈曲振動により形成される前記ブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、前記ブロア室の外周までの範囲に接する第２外周領域と、前記第２外周領域より内側に位置する第２中央領域と、を有し、
前記第２外周領域は、前記第２外周領域の屈曲振動を拘束する領域である、請求項１に記載のブロア。 The vibrating body includes a second outer peripheral region in contact with a range from an outermost pressure vibration node to an outer periphery of the blower chamber among pressure vibration nodes of the blower chamber formed by bending vibration of the vibrating body. A second central region located inside the second outer peripheral region,
The blower according to claim 1, wherein the second outer peripheral region is a region that restrains bending vibration of the second outer peripheral region. 前記第１外周領域の剛性は、前記第１中央領域の剛性より高い、請求項１又は２に記載のブロア。   The blower according to claim 1 or 2, wherein the rigidity of the first outer peripheral region is higher than the rigidity of the first central region. 前記第１外周領域の厚みは、前記第１中央領域の厚みより厚い、請求項１から３のいずれか１項に記載のブロア。   The blower according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the first outer peripheral region is thicker than a thickness of the first central region. 前記ブロア室の中心軸から前記ブロア室の端までの最短距離ａと前記アクチュエータの振動周波数ｆとは、前記ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項１から４のいずれか１項に記載のブロア。 The shortest distance a from the central axis of the blower chamber to the end of the blower chamber and the vibration frequency f of the actuator are defined as a first type Bessel function J 0 ′ (k), where c is the sound velocity of the gas passing through the blower chamber. The blower according to claim 1, wherein the blower satisfies a relationship of af = (k 0 c) / (2π), where k 0 is a value that satisfies the relationship of 0 ) = 0. 前記駆動体は、圧電体である、請求項１から５のいずれか１項に記載のブロア。   The blower according to any one of claims 1 to 5, wherein the driving body is a piezoelectric body. 前記通気孔には、前記ブロア室の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ弁が設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載のブロア。   The blower according to any one of claims 1 to 6, wherein the vent hole is provided with a valve for preventing gas from flowing from the outside to the inside of the blower chamber.
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