JP2016519237A - 低共振音響シンセティックジェット構造 - Google Patents

Abstract

シンセティックジェットデバイスの機械構造的共振を減少または増加させるためのシンセティックジェットデバイスは、第１のプレートと、第１のプレートから離間した第２のプレートと、第１および第２のプレートの間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィスを含む、間隔コンポーネントと、第１および第２のプレートの少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって室の中の容積を変化させ、したがって、一連の流体渦を発生させて間隔コンポーネントのオリフィスから外に放出させる、アクチュエータ要素と、を含む。第１および第２のプレートの少なくとも一方は、シンセティックジェットデバイスによって発生する音響ノイズのレベルを制御するように、シンセティックジェットデバイスの機械的共振を変更する修正セクションを含む。【選択図】図５

Description

本発明は、低共振音響シンセティックジェット構造に関する。

シンセティックジェットアクチュエータは、広範に利用される技術であって、流体のシンセティックジェットを生成して、表面に対するその放熱のための流体の流れに影響を与える。シンセティックジェットアクチュエータは通常、内部室を画定するハウジングを備える。ハウジングの壁には、オリフィスが存在する。アクチュエータは更に、一連の流体渦（ｆｌｕｉｄ ｖｏｒｔｉｃｅｓ）を生成してハウジングのオリフィスから外部環境に放出するように、ハウジングの中または周囲に、内部室の内部の容積を周期的に変化させるための機構を含む。容積変化機構の例にあっては、例えば、ジェットハウジングの中に位置付けられたピストンを含む場合があり、ピストンの往復運動またはハウジングの壁としての可撓性隔板（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ）の往復運動の間に流体がオリフィスの内外に移動される。可撓性隔板は通常、圧電アクチュエータまたは他の適切な手段によって駆動される。

通常、制御システムが使用され、容積変化機構の時間的に正弦的（ｔｉｍｅ−ｈａｒｍｏｎｉｃ）な動きが創出される。当該機構によって室容積が縮小されると、流体がオリフィスを介して室外に放出される。流体がオリフィスを通過する際、オリフィスの鋭利な縁部によって流れが分離されて、渦巻き状に巻き上げられる渦層（ｖｏｒｔｅｘ ｓｈｅｅｔｓ）が創出される。これらの渦は、それ自体の自己誘導の速度（ｓｅｌｆ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）でオリフィスの縁部から遠ざかる。容積変化機構によって室容積が増大されると、周囲の流体がオリフィスの遠距離から室内に引き込まれる。渦は、既にオリフィスの縁部から遠ざかっているので、室内に流入する周囲の流体から影響を受けることはない。渦は、オリフィスから離れて行く際に、流体のジェット、すなわち、「シンセティックジェット」を合成する。

既存のシンセティックジェットの設計の難点は、シンセティックジェットの作動から生じるノイズである。可聴ノイズは、交互に撓む動きが引き起こされる可撓性隔板を原因としたシンセティックジェットの作動における特有のものであり、シンセティックジェットの様々な作動モード（構造的／機械的、ディスク曲げ、および音響）の固有周波数は、作動中に生じるノイズ量に影響を及ぼす。

作動中に、シンセティックジェットは通常、電気的から機械的への変換を最適化するために、そして、最小の機械的エネルギーの入力で最大の撓みが実現できるように、機械的共振モードでまたはその近辺で励起される。シンセティックジェットの作動は、機械的共振モードでまたはその近辺で作動させるときに最適化されるが、デバイスの音紋（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）がデバイスの駆動周波数によって部分的に決定されるので、特定の周波数でシンセティックジェットを作動させることにより、相当な量の音響ノイズを生成することができると認められる。典型的なシンセティックジェットの共振は、１００〜１７０Ｈｚの範囲内にある。しかしながら、そのような共振範囲は、個人の可聴範囲内にあり、したがって、共振周波数でのシンセティックジェットの作動により、聞き取れる音響ノイズが発生すると認められる。

したがって、デバイスの流量出力に影響を及ぼすことなく、シンセティックジェットの音紋を低減できるように、３０Ｈｚより下または２０ｋＨｚより上のような、人間が受容することのできる帯域（すなわち、可聴範囲）よりも下または上の機械的共振を有するシンセティックジェットを提供することが希求されている。

米国特許第２００５／００８９４１５号

本発明の一態様によれば、シンセティックジェットデバイスは、第１のプレートと、第１のプレートから離間した第２のプレートと、第１および第２のプレートの間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィスを含む、間隔コンポーネントと、第１および第２のプレートの少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって室の中の容積を変化させ、したがって、一連の流体渦を発生させて間隔コンポーネントのオリフィスから外に放出させる、アクチュエータ要素と、を含み、第１および第２のプレートの少なくとも一方は、シンセティックジェットデバイスによって発生する音響ノイズのレベルを制御するように、シンセティックジェットデバイスの機械的共振を変更する修正セクションを含む。

本発明の別の態様に従って、シンセティックジェットデバイスは、第１のプレートと、第１のプレートから離間した第２のプレートと、第１および第２のプレートの間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィスを含む、間隔コンポーネントと、第１および第２のプレートの少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって室の中の容積を変化させ、したがって、一連の流体渦を発生させて間隔コンポーネントのオリフィスから外に放出させる、アクチュエータ要素と、を含み、アクチュエータ要素、第１のプレート、および第２のプレートのうちの少なくとも１つは、作動中のシンセティックジェットデバイスの機械的共振が人間の可聴周波数帯域の外側にされるように構成される。

本発明の更に別の態様に従い、シンセティックジェットデバイスは、第１のプレートと、第１のプレートから離間した第２のプレートと、第１および第２のプレートの間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィスを含む、間隔コンポーネントと、第１および第２のプレートの少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって室の中の容積を変化させ、したがって、流体の流れを発生させて間隔コンポーネントのオリフィスから外に放出させる、圧電原動アクチュエータと、を含み、圧電原動アクチュエータは、事前決定される所望の機械的共振の範囲内でシンセティックジェットデバイスが作動するように構成される。

これらおよび他の利点および特徴は、添付図面に関連して提供される本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明から更に容易に理解されよう。

図面は、本発明を実施するために実際に考慮した実施形態を示す。

本発明の実施形態で使用可能なシンセティックジェットアセンブリの斜視図である。 本発明の実施形態で使用可能なシンセティックジェットの一部の断面図である。 図２のシンセティックジェットの断面図であって、制御システムによって隔板がオリフィスに向かって内向きに進行されるジェットを示す図である。 図２のシンセティックジェットアクチュエータの断面図であって、制御システムによって隔板がオリフィスから遠ざかる外向きに進行されるジェットを示す図である。 本発明の一実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の複数の実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の複数の実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の複数の実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の複数の実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の一実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の一実施形態に係るシンセティックジェットの断面図である。 本発明の複数の実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の複数の実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の複数の実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の複数の実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の一実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。 本発明の一実施形態に係るシンセティックジェットの上面図である。

本発明の実施形態は、シンセティックジェットデバイスの機械構造的共振を減少または増加させるための装置および方法に向けられている。

図１〜４は、本発明の理解を良好なものとするために、本発明の実施形態で使用可能なシンセティックジェットアセンブリ１０の全体構成を、その作動中の様々な部品の動きと共に示している。図１〜４には、特定のシンセティックジェットアセンブリ１０が示されているけれども、本発明の実施形態は多様な構造からなるシンセティックジェットアセンブリに組み込むことができ、したがってシンセティックジェットアセンブリ１０は本発明の範囲に限定することを意味していない、と認められる。１つの例として、シンセティックジェットの位置付けを確実にするための取り付けブラケットを含まないシンセティックジェットアセンブリは、本発明の範囲内にあると考えられる。

先ず、図１を参照すると、シンセティックジェットアセンブリ１０は、その断面が図２に示されるシンセティックジェット１２と、取り付けブラケット１４と、を含むように示されている。一実施形態では、取り付けブラケット１４は、１つまたは複数の位置でシンセティックジェット１２の本体またはハウジング１６に付加されるｕ形状の取り付けブラケットであるけれども、円形のシンセティックジェット１２を中に受けるように構成された半円形のブラケットなどの異なる形状／輪郭を有するブラケットとして取り付けブラケットを構成することができると認められる。回路ドライバ１８は、取り付けブラケット１４の外面に配置または付加することができる。あるいは、回路ドライバ１８は、シンセティックジェットアセンブリ１０から遠ざけて配置することもできる。

図１および２の双方を参照すると、図中に示されているように、シンセティックジェット１２のハウジング１６は、ガスまたは流体２２を中に有する内部室または凹所２０を画定して部分的に包囲している。ハウジング１６および内部室２０は、本発明の様々な実施形態に従って実質的にあらゆる幾何学的構成を採用することができるが、論述および理解を目的とするために、ハウジング１６は、間に位置付けられたスペーサ要素２８による離間した関係に保持される第１のプレート２４および第２のプレート２６（羽根としてまたは薄片として交互に引用される）を含むように、図２で断面が示されている。一実施形態では、スペーサ要素２８は、第１および第２のプレート２４、２６の間に約１ｍｍの隙間を保持している。第１および第２のプレート２４、２６とスペーサ要素２８の側壁の間には、内部室２０を周囲の外部環境３２と流体連通した状態に置くために、１つまたは複数のオリフィス３０が形成される。代替実施形態では、スペーサ要素２８は、１つまたは複数のオリフィス３０が形成される前面（図示せず）を含む。

様々な実施形態によれば、第１および第２のプレート２４、２６は、金属、プラスチック、ガラス、および／またはセラミックで形成することができる。同様に、スペーサ要素２８は、金属、プラスチック、ガラス、および／またはセラミックで形成することができる。適切な金属としては、ニッケル、アルミニウム、銅、およびモリブデンなどの材料や、ステンレス鋼、真鍮、青銅その他のものなどの合金が含まれる。適切な重合体およびプラスチックとしては、ポリオレフィン、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エポキシ、ウレタン、アクリル、シリコーン、ポリイミド、およびフォトレジスト可能材料、ならびに他の弾力性樹脂が含まれる。適切なセラミックスとしては、例えば、チタン酸塩（チタン酸ランタン、チタン酸ビスマス、およびチタン酸ジルコン酸鉛など）およびモリブデン酸塩が含まれる。更に、シンセティックジェット１２の他の様々な部品は金属で同様に形成することができる。

アクチュエータ３４、３６は、それぞれの第１のプレート２４、第２のプレート２６に連結されて、第１および第２の複合構造すなわち可撓性隔板３８、４０が形成され、それらはコントローラアセンブリすなわち制御ユニットシステム４２を介してドライバ１８によって制御される。例えば、可撓性隔板３８、４０は各々が金属層を備えることができ、金属層の近傍には、金属電極を配置することができ、よって、隔板３８、４０は、その電極と金属層との間に課される電気的なバイアスを介して移動させることができる。図１に示すように、一実施形態では、コントローラアセンブリ４２は、シンセティックジェット１２の取り付けブラケット１４に直接接続されているドライバ１８に電気的に接続される。代替実施形態では、制御ユニットシステム４２は、シンセティックジェット１２から離して配置されるドライバ１８に組み込まれる。更に、制御システム４２は、例えば、コンピュータ、論理プロセッサ、または信号発生器などの任意の適切なデバイスによって電気的なバイアスを生成するように構成することができる。

一実施形態では、アクチュエータ３４、３６は、圧電原動（ｐｉｅｚｏｍｏｔｉｖｅ）デバイスであり、圧電原動デバイスに急速な膨張および収縮をさせる高調波交流電圧（ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ）の付加によって駆動することができる。作動中、制御システム４２により、圧電アクチュエータ３４、３６は、ドライバ１８を介して電荷を伝達され、この電荷に応じた機械的な応力および／またはひずみを被る。圧電原動アクチュエータ３４、３６の応力／ひずみにより、第１および第２のプレート２４、２６が各々撓みを生じ、これにより、時間的に正弦的な、すなわち、周期的な動きが実現され、プレート２４、２６間の内部室２０の容積が変化する。一実施形態によれば、スペーサ要素２８は、可撓性を有するように形成することもでき、内部室２０の容積が変わるように変形できる。結果として生じる内部室２０内の容積変化により、図３および４に関して詳説したように、内部室２０と外部環境３２との間で、ガスまたは他の流体の交流が引き起こされる。

圧電原動アクチュエータ３４、３６は、本発明の様々な実施形態に従ったモノモルフ型またはバイモルフ型のデバイスにすることができる。モノモルフ型の一実施形態では、圧電原動アクチュエータ３４、３６は、金属、プラスチック、ガラス、またはセラミックを含む材料で形成したプレート２４、２６に連結することができる。バイモルフ型の一実施形態では、圧電原動アクチュエータ３４、３６の一方または双方は、圧電材料で形成したプレート２４、２６に連結されたバイモルフ型のアクチュエータにすることができる。代替実施形態では、バイモルフ型が単一のアクチュエータ３４、３６を含むことができ、プレート２４、２６が第２のアクチュエータである。

シンセティックジェット１２の部品は、共に取り付けることができ、あるいは、接着剤、はんだなどを用いて相互に取り付けることができる。一実施形態では、熱硬化性接着剤または導電性接着剤は、第１および第２の複合構造３８、４０を形成するため、アクチュエータ３４、３６を第１および第２のプレート２４、２６に結合するために採用される。導電性接着剤の場合、接着剤は、リード線（図示せず）をシンセティックジェット１２に取り付けるために、銀、金などのような導電性充填材で埋めるようにすることができる。適切な接着剤は、ショアＡ硬度１００以下の範囲内にある硬度を有することができ、また、１２０度以上の作動温度を実現できるように、シリコーン、ポリウレタン、熱可塑性ゴムなどを例として含めることができる。

本発明の一実施形態では、アクチュエータ３４、３６は、液圧、空圧、磁力、静電気、および超音波材料などの、圧電原動デバイス以外のデバイスを含めることができる。したがって、そのような実施形態では、制御システム４２は、それぞれのアクチュエータ３４、３６を対応するやり方で作動させるように構成される。例えば、静電気材料が使用される場合、制御システム４２は、第１および第２のプレート２４、２６のそれぞれを作動させて湾曲させるために、高速交番型（ｒａｐｉｄｌｙ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）の静電電圧をアクチュエータ３４、３６に供給するように構成することができる。

シンセティックジェット１２の作動については、図３および４を参照して説明する。先ず図３を参照すると、アクチュエータ３４、３６が制御されて、矢印４４で示すように第１および第２のプレート２４、２６が内部室２０に対して外方に移動する、シンセティックジェット１２が図示されている。第１および第２のプレート２４、２６が外方に湾曲すると、内部室２０の内部容積が増加して、一連の矢印４８で示すように周囲の流体またはガス４６が内部室２０内に急速に入り込む。アクチュエータ３４、３６は、制御システム４２によって制御されており、よって、第１および第２のプレート２４、２６が内部室２０から外方に移動したときに、渦は、オリフィス３０の縁部から移動済みであり、したがって、内部室２０の中に引き込まれ中の周囲の流体４６から影響を受けない。その一方、周囲の流体４６のジェットは、オリフィス３０から離れたかなりの距離から引かれる周囲の流体４６の強固な巻き込みを創出している渦によって合成される。

図４は、アクチュエータ３４、３６が制御されて、矢印５０で示すように第１および第２のプレート２４、２６が内部室２０内で内方に湾曲している、シンセティックジェット１２を示す。内部室２０の内部容積は、減少し、流体２２は、オリフィス３０から冷却ジェットとして、例えば、発光ダイオードなどの冷却されるべきデバイス５４に向かって、一連の矢印５２で示す方向に噴出する。流体２２が、オリフィス３０を介して内部室２０から流出する際に、その流れがオリフィス３０の鋭利な縁部で分離されて、渦巻き状に巻き上げられる渦層が創出され、オリフィス３０の縁部から遠ざかり始める。

図１〜４のシンセティックジェットは、単一のオリフィスを有するように図示および説明されているが、本発明の実施形態が複数オリフィス型シンセティックジェットを含むことができるということも想定される。更に、図１〜４のシンセティックジェットアクチュエータは、第１および第２のプレートの各々に含められたアクチュエータ要素を有しているように図示および説明されているが、本発明の実施形態が両プレートの一方に位置付けされた単一のアクチュエータ要素のみを含むことができるということも想定される。更にまた、シンセティックジェットプレートについて、本明細書で図解したような正方形の構成ではなくて、円形、矩形、またはそれとは別の形の構成のものを提供することができるということも想定される。

本発明の一実施形態によれば、プレート２４、２６の動きの範囲および／またはシンセティックジェット１２の周波数を変更することを含めて、シンセティックジェットデバイスの機械的共振を減少または増加させるために、プレート２４、２６に実装される圧電アクチュエータ３４、３６は、寸法、形状、配設位置、および／または数量について選択的に変更される。すなわち、シンセティックジェット１２に含められる圧電アクチュエータ３４、３６の寸法、形状、配設位置、および／または数量は、図１〜４に示す「標準的な」アクチュエータ３４、３６、すなわち、標準的な寸法およびプレート２４、２６上への配設位置を有するアクチュエータ３４、３６と比較して、変更することができる。プレート２４、２６上に実装される圧電アクチュエータ３４、３６の代替の配設、寸法決め、形状付けは、シンセティックジェット１２の望ましいかまたは好ましい作動条件に基づいて、選択することができる。例えば、シンセティックジェット１２（すなわち、内部の可動部品）の精選したモード形状は、他に対して優先することができ、これにより、シンセティックジェットアセンブリ１０および／または周波数特性のための流量出力ならびに／または音声出力（例えば、無または僅かから、人間が識別できる範囲の所望の出力まで）が大幅に提供される。

図５〜９には、プレート２４、２６上の圧電アクチュエータデバイスの寸法、形状、および／または数量に関する本発明の様々な実施形態が示されている。これらの実施形態は、いくつかの例を代表しているが、各々に具現化された概念の単なる例示に過ぎない。

図５を参照すると、一実施形態によれば、シンセティックジェット１２の圧電アクチュエータ６０の寸法は、図１〜４に示す「標準的な」アクチュエータ３４、３６と比較して、最小化される。圧電アクチュエータ６０は、共振周波数でプレート２４、２６を励起させるのに役立つものに過ぎず、多くの実作業を行う必要がないので、圧電アクチュエータ６０の寸法は、シンセティックジェット１２の作動および流量出力に悪影響を与えることなく、縮小させることができる。小さめの圧電アクチュエータ６０は縮小した寸法を有するので、アクチュエータは剛性が低下し、したがって、作動中のシンセティックジェット１２の音響レベルが低下するように共振が低めになる。

図６Ａおよび６Ｂを参照すると、別の実施形態によれば、セグメント型圧電アクチュエータ６２は、図１〜４に示す単一の「標準的な」アクチュエータ３４、３６の代わりに、各プレート２４、２６について採用される。一実施形態では、図６Ａに示すように、セグメント型圧電アクチュエータ６２は、シンセティックジェット１２の望ましいかまたは好ましい作動条件に基づく多数の所望の構成またはパターン（例えば、シンセティックジェット１２の可動部品の所望のモード形状）のいずれかによりプレート２４、２６上に配置される小さめの圧電アクチュエータ６４の「チェーン（chain）」として構成することができる。別の実施形態では、図６Ｂに示すように、セグメント型圧電アクチュエータ６２は、２つの半体６５から形成される分割円状の圧電アクチュエータとして構成することができる。セグメント型圧電アクチュエータ６２の特定の構成および配置は、１つの方向についてのシンセティックジェット１２の剛性の最小限度化に役立ち、したがって、作動中のシンセティックジェット１２の音響レベルを低下できるように低めの共振が提供される。

図７Ａおよび７Ｂを参照すると、別の実施形態によれば、シンセティックジェット１２の１つまたは複数の圧電アクチュエータの形状は、図１〜４に示す「標準的な」アクチュエータ３４、３６と比較して変更される。プレート２４、２６上の圧電アクチュエータは、シンセティックジェット１２の望ましいかまたは好ましい作動条件に基づく多数の所望の形状（例えば、シンセティックジェット１２の可動部品の所望のモード形状）のいずれかを有するように形成することができ、圧電アクチュエータの特定の形状は、所望の配置でのまたは所望の方向に沿った剛性を低下させるのに役立ち、したがって、作動中のシンセティックジェット１２の音響レベルを低下できるように低めの共振が提供される。１つの例として、圧電アクチュエータ６６は、図７Ａに示すような正方形の構造を有するように構成することができる。別の例として、圧電アクチュエータ６８は、図７Ｂに示すような不規則な構造を有するように構成することができる。

次いで、図８を参照すると、別の実施形態によれば、圧電アクチュエータ７０は、一方または両方のプレート２４、２６上の所望の配置で（中心点７２から離れた）芯をずらして位置付けることができる。一方のプレート２４、２６上で芯をずらして圧電アクチュエータ７０を配置することにより、プレート２４、２６の中心にタブまたは他の保持構造（図示せず）を配設／位置付けすることが可能となる。加えて、プレート２４、２６上で芯をずらして圧電アクチュエータ７０を配置することにより、所定の位置のおよび／または所定の方向に沿った、シンセティックジェット１２の剛性を最小限度化することが可能となる。

次いで、図９を参照すると、別の実施形態によれば、シンセティックジェット１２は、各プレート２４、２６上の圧電アクチュエータ３４、３６の「二重（ｄｕａｌ）」構造を含む。すなわち、（例えば、図１〜４に示す「標準的な」アクチュエータ３４、３６に類似なものにすることができる）圧電アクチュエータ３４、３６は、各プレート２４、２６の上面および下面の上に位置付けられる。各プレート２４、２６上の圧電アクチュエータ３４、３６は、プレートの対向面で互いに隣り合うことができるように相互に整列される。プレート２４、２６の上面および下面の各々の上に圧電アクチュエータ３４、３６を含めることにより、シンセティックジェット１２（すなわち、圧電アクチュエータ３４、３６およびプレート２４、２６により形成される隔板３８、４０）の剛性は、シンセティックジェット１２の可動部品の所望のモード形状を作り出すことを含めて、シンセティックジェット１２の望ましいかまたは好ましい作動条件に基づき所定の量を変更することができる。

本発明の別の実施形態によれば、プレート２４、２６の動きの範囲および／またはシンセティックジェット１２の周波数を変更することを含めて、シンセティックジェットデバイスの機械構造的共振を減少または増加させるため、プレート２４、２６は、機械構造的共振を変更するために何らかの形で変更される。プレート２４、２６の構造を変更するとき、（プレートの残りの部分の剛性と比較して）プレート２４、２６の剛性を選択的／局所的に増加または減少させることは、機械構造的共振の変更を達成するために実施される場合がある。プレート２４、２６のための堅くしている特徴部（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ）のいくつかの例には、局所的なボス（ｌｏｃａｌ ｂｏｓｓ）、スタンプ加工したプロファイル（ｓｔａｍｐｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）、スタンプ加工したパターン、増加した局所的な厚さ、増加した局所的な堅めの材料特性（ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｌｏｃａｌ ｓｔｉｆｆｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）および／または波形形状（ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ ｓｈａｐｅ）が含まれる。プレート２４、２６の剛性を低下させる特徴部の例には、局所的なノッチ付け（ｌｏｃａｌ ｎｏｔｃｈｉｎｇ）、スクラッチ付け（ｓｃｒａｔｃｈｉｎｇ）、減少した厚さ、プレストレス付与（ｐｒｅ−ｓｔｒｅｓｓｉｎｇ）、および／または減少した局所的な柔らかめの材料特性（ｒｅｄｕｃｅｄ ｌｏｃａｌ ｗｅａｋｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）が含まれる。

図１０〜１１には、プレート２４、２６の剛性を局所的に向上または低下させることに関する本発明の様々な実施形態が示されている。これらの実施形態は、いくつかの例を代表しているが、各々に具現化された概念の単なる例示に過ぎない。

先ず、図１０Ａ〜１０Ｄを参照すると、一実施形態によれば、プレート２４、２６には、シンセティックジェット１２の機械構造的共振を低下させるために、プレートの剛性を局所的に減少させるように、ノッチまたはスクラッチ７４が形成される。ノッチ／スクラッチ７４は、シンセティックジェット１２の望ましいかまたは好ましい作動条件に基づく多数の所望の形状（例えば、シンセティックジェット１２の可動部品の所望のモード形状）のいずれかを有するように形成することができ、ノッチ／スクラッチ７４の特定の形状および数量は、プレート２４、２６の厚さを減少させるのに役立ち、したがって、所望の配置でのまたは所望の方向に沿った剛性を低下させる。したがって、ノッチ／スクラッチ７４は、作動中のシンセティックジェット１２の音響レベルを低下させる、低めの共振を提供する。例えば、ノッチ／スクラッチ７４は、圧電アクチュエータ３４を中心とする放射形式（図１０Ａ）で、プレート２４、２６を横切る線形形式（図１０Ｂ）で、プレート２４、２６上の湾曲形式（図１０Ｃ）で、プレート２４、２６上の無作為形式（図１０Ｄ）で、プレート２４、２６上に形成することができる。

別の実施形態によれば、プレート２４、２６の剛性も、プレートにプレストレス（ｐｒｅ−ｓｔｒｅｓｓ）を生じさせることにより低下させることができる。公知であるように、座屈（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）は、加えられた負荷のために構造の剛性がゼロまで低下したときに起き、したがって、本明細書で使用される「事前座屈した（ｐｒｅ−ｂｕｃｋｌｅｄ）」という用語は、公称剛性（ｎｏｍｉｎａｌ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）よりも低い剛性を有する状態、したがって、低めの固有振動数（ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する状態にあるプレート２４、２６を言及していると理解される。低くした剛性の事前座屈した状態を生じさせるためのプレストレスは、クランプや初期伸び（ｉｎｉｔｉａｌ ｓｔｒｅｔｃｈ）を持ったばねを用いて、または、異種材料の熱膨張不整合（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍｉｓｍａｔｃｈ）によって、実施することができる。したがって、事前座屈したプレートは、プレストレスによって局所的に剛性を低下させることと理解される。

次いで、図１１を参照すると、一実施形態によれば、プレート２４、２６上には、シンセティックジェットの機械構造的共振を変更するために、プレートの剛性を局所的に向上させるように、堅くしている特徴部７６が形成される。堅くしている特徴部７６は、プレート２４、２６上に形成される局所的なボス、スタンプ加工した特徴部、増加した厚さの領域、または、堅めの材料特性を有する材料で形成される局所的な領域として、形成することができ、堅くしている特徴部７６の特定の構造は、シンセティックジェット１２の（すなわち、その中の可動部品の）モード形状を制御して所望の流量出力を提供するおよび／または作動中に所望の周波数特性を有するようにするために、シンセティックジェット１２の望ましいかまたは好ましい作動条件に基づいている。

次いで、図１２を参照すると、一実施形態では、プレート２４、２６は、シンセティックジェットの機械構造的共振を変更するために、プレートの剛性を局所的に向上させる波形のプレートとして形成される。波形のプレートは、プレート２４、２６を堅くして、シンセティックジェットの機械的共振を変更するために、一連の平行なリッジ７８およびファロウ８０を含む。図１２には、波形の構造を有するプレート２４、２６の全体が示されているが、プレートの一部のみが波形の構造を有することができ、プレートの残りの部分は扁平／平坦な構造を有すると認められる。シンセティックジェット１２の作動中、（特徴部７８、８０を備えた）波形のプレートは、所望の流量出力を提供するおよび／または作動中に所望の周波数特性を有するように、シンセティックジェット１２のモード形状に影響を与える。

本発明の実施形態によれば、プレートの剛性を選択的に局所的に向上または低下させるために採用される図１０〜１２に示しかつ上述した特徴部は、所望のパターンにおいて単独でまたは組み合わせて適用することができる、と認められる。更に、プレートの剛性を選択的に局所的に向上または低下させるために採用される特徴部に加えて、プレート２４、２６は、シンセティックジェット１２の機械構造的共振にさらなる影響を与えるように選択される（例えば、標準の四角または円の形状を越えて）様々な形状を有することができる、と認められる。更にまた、プレート２４、２６の剛性を選択的に局所的に向上または低下させるために採用される図１０〜１２に示された特徴部は、図５〜９に示すプレート２４、２６上の圧電アクチュエータデバイスの寸法、形状および／または数量に関する変形物と組み合わせて使用することができる、と認められる。

有益なことに、本発明の実施形態はこのように、音紋が低めのシンセティックジェットを提供する。シンセティックジェットが提供され、プレートおよび圧電アクチュエータを有し、所望の寸法、数量、形状および／または構造から構成され、シンセティックジェットの機械構造的共振を所望の量だけ減少または増加させるのに役立つ。シンセティックジェットの機械構造的共振を選択的に変更することにより、３０Ｈｚより下または２０ｋＨｚより上（それに限定されない）などの人間が受容することのできる低い帯域において所望の機械的共振モードを有するシンセティックジェットの設計が可能になり、シンセティックジェットの音紋を削減できる。

したがって、本発明の一実施形態によれば、シンセティックジェットデバイスは、第１のプレートと、第１のプレートから離間した第２のプレートと、第１および第２のプレートの間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィスを含む、間隔コンポーネントと、第１および第２のプレートの少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって室の中の容積を変化させ、したがって、一連の流体渦を発生させて間隔コンポーネントのオリフィスから外に放出させる、アクチュエータ要素と、を含む。第１および第２のプレートの少なくとも一方は、シンセティックジェットデバイスによって発生する音響ノイズのレベルを制御するように、シンセティックジェットデバイスの機械的共振を変更する修正セクションを含む。

本発明の別の態様によれば、シンセティックジェットデバイスは、第１のプレートと、第１のプレートから離間した第２のプレートと、第１および第２のプレートの間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィスを含む、間隔コンポーネントと、第１および第２のプレートの少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって室の中の容積を変化させ、したがって、一連の流体渦を発生させて間隔コンポーネントのオリフィスから外に放出させる、アクチュエータ要素と、を含み、アクチュエータ要素、第１のプレート、および第２のプレートのうちの少なくとも１つは、作動中のシンセティックジェットデバイスの機械的共振が人間の可聴周波数帯域の外側にされるように構成される。

本発明の更に別の態様によれば、シンセティックジェットデバイスは、第１のプレートと、第１のプレートから離間した第２のプレートと、第１および第２のプレートの間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィスを含む、間隔コンポーネントと、第１および第２のプレートの少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって室の中の容積を変化させ、したがって、流体の流れを発生させて間隔コンポーネントのオリフィスから外に放出させる、圧電原動アクチュエータと、を含み、圧電原動アクチュエータは、事前決定される所望の機械的共振の範囲内でシンセティックジェットデバイスが作動するように構成される。

本発明について、限られた数の実施形態のみに関連して詳説したが、本発明がそのような開示の実施形態に限定されないと直ちに理解すべきである。むしろ、本発明は、これまでに記載のない変形、変更、置換または等価な配置構成をいくつでも組み入れるように、しかしながら、本発明の精神および範囲に見合ったように、修正することができる。更に、本発明の様々な実施形態について記載したが、本発明の態様としては、記載した実施形態の一部のみを含むようにすることもできると理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されると理解すべきでなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

１０ シンセティックジェットアセンブリ
１２ シンセティックジェット
１４ 取り付けブラケット
１６ ハウジング
１８ 回路ドライバ
２０ 内部室
２２ 流体
２４ 第１のプレート
２６ 第２のプレート
２８ スペーサ要素
３０ オリフィス
３２ 外部環境
３４、３６ アクチュエータ
３８、４０ 可撓性隔板
４２ 制御システム
４４、４８、５０、５２ 矢印
４６ 周囲の流体
６０、６４、６６、６８、７０ 圧電アクチュエータ
６２ セグメント型圧電アクチュエータ
６５ 半体
７２ 中心点
７４ ノッチ／スクラッチ
７６、７８、８０ 特徴部

Claims (23)

1. シンセティックジェットデバイスにおいて、
   第１のプレート（２４）と、
   前記第１のプレート（２４）から離間した第２のプレート（２６）と、
   前記第１および第２のプレート（２４、２６）の間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィス（３０）を含む、間隔コンポーネント（２８）と、
   前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって前記室の中の容積を変化させ、したがって、一連の流体渦を発生させて前記間隔コンポーネント（２８）の前記オリフィス（３０）から外に放出させる、アクチュエータ要素（３４、３６など）と、
   を含み、
   前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方は、前記シンセティックジェットデバイスによって発生する音響ノイズのレベルを制御するように、前記シンセティックジェットデバイスの機械的共振を変更する修正セクションを含む、シンセティックジェットデバイス。
2. 前記修正セクションは、前記プレート（２４／２６）の残りの部分と比較して、向上した剛性または低下した剛性のうちの一方を有する、請求項１記載のシンセティックジェットデバイス。
3. 前記修正セクションは、前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方に形成されるノッチまたはスクラッチ（７４）の構造を含み、
   前記ノッチまたはスクラッチ（７４）の構造は、プレート厚さの減少したセクションを提供する、請求項２記載のシンセティックジェットデバイス。
4. 前記修正セクションは、前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方にセクションを含み、前記セクションが、前記第１および第２のプレート（２４、２６）の残りの部分を形成するために使用される材料と比較して柔らかめの材料特性を有する材料から構成される、請求項２記載のシンセティックジェットデバイス。
5. 前記修正セクションは、事前座屈したプレートを含む、請求項２記載のシンセティックジェットデバイス。
6. 前記修正セクションは、局所的なボス、スタンプ加工した特徴部、および、増加した厚さの領域、のうちの１つを含む、請求項２記載のシンセティックジェットデバイス。
7. 前記修正セクションは、前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方にセクションを含み、前記セクションが、前記第１および第２のプレート（２４、２６）の残りの部分を形成するために使用される材料と比較して堅めの材料特性を有する材料から構成される、請求項２記載のシンセティックジェットデバイス。
8. 前記修正セクションは、波形構造を有するプレートセクションを含む、請求項２記載のシンセティックジェットデバイス。
9. 前記修正セクションは、作動中の前記シンセティックジェットデバイスの機械的共振が３０Ｈｚよりも下かまたは２０ｋＨｚよりも上になるように構成される、請求項１記載のシンセティックジェットデバイス。
10. シンセティックジェットデバイスにおいて、
    第１のプレート（２４）と、
    前記第１のプレート（２４）から離間した第２のプレート（２６）と、
    前記第１および第２のプレート（２４、２６）の間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィスを含む、間隔コンポーネント（２８）と、
    前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって前記室の中の容積を変化させ、したがって、一連の流体渦を発生させて前記間隔コンポーネント（２８）の前記オリフィス（３０）から外に放出させる、アクチュエータ要素（３４、３６など）と、
    を含み、
    前記アクチュエータ要素（３４、３６など）、前記第１のプレート（２４）、および前記第２のプレート（２６）のうちの少なくとも１つは、作動中の前記シンセティックジェットデバイスの機械的共振が人間の可聴周波数帯域の外側にされるように構成される、シンセティックジェットデバイス。
11. 前記アクチュエータ要素（３４、３６など）は、作動中の前記シンセティックジェットデバイスの機械的共振が人間の可聴周波数帯域の外側にされるように構成され、
    前記アクチュエータ要素（３４、３６など）は、圧電原動アクチュエータ（６０など）を含み、そのために、その寸法、形状、数量および配設位置により、前記シンセティックジェットデバイスの機械的共振が前記人間の可聴周波数帯域の外側にされる、請求項１０記載のシンセティックジェットデバイス。
12. 前記圧電原動アクチュエータ（６０など）は、前記第１または第２のプレート（２４／２６）の一方にそれぞれ配置されるアクチュエータ要素（６４）のチェーンを含むセグメント型圧電原動アクチュエータ（６２）を含む、請求項１１記載のシンセティックジェットデバイス。
13. 前記圧電原動アクチュエータ（６０など）は、非円形の圧電原動アクチュエータを含む、請求項１１記載のシンセティックジェットデバイス。
14. 前記圧電原動アクチュエータ（６０など）は、前記第１または第２のプレート（２４／２６）の中心点（７２）から芯をずらした位置で前記第１または第２のプレート（２４／２６）の一方に連結される圧電原動アクチュエータ（７０）を含む、請求項１１記載のシンセティックジェットデバイス。
15. 前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方は、作動中の前記シンセティックジェットデバイスの機械的共振が前記人間の可聴周波数帯域の外側にされるように構成される、請求項１０記載のシンセティックジェットデバイス。
16. 前記第１および第２のプレート（２４、２６）の前記少なくとも一方は、セクションを含み、前記セクションが前記プレート（２４、２６）の残りの部分の剛性と比較して低めの剛性を有し、
    前記セクションが有する前記低めの剛性は、
    前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方に形成されるノッチまたはスクラッチの構造、
    前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方のセクションであって、前記第１および第２のプレート（２４、２６）の残りの部分を形成するために使用される材料と比較して低下した剛性特性を有する材料から構成されるセクション、および
    事前座屈したプレート、
    のうちの１つまたは複数を含む、請求項１５記載のシンセティックジェットデバイス。
17. 前記第１および第２のプレート（２４、２６）の前記少なくとも一方は、セクションを含み、前記セクションが前記プレート（２４／２６）の残りの部分の剛性と比較して向上した剛性を有し、
    前記セクションが有する前記向上した剛性は、
    局所的なボス、スタンプ加工した特徴部、または、増加した厚さの領域、
    前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方のセクションであって、前記第１および第２のプレート（２４、２６）の残りの部分を形成するために使用される材料と比較して堅めの材料特性を有する材料から構成されるセクション、および
    波形構造を有するプレートセクション、
    のうちの１つまたは複数を含む、請求項１５記載のシンセティックジェットデバイス。
18. 作動中の前記シンセティックジェットデバイスの前記機械的共振は、３０Ｈｚよりも下かまたは２０ｋＨｚよりも上である、請求項１０記載のシンセティックジェットデバイス。
19. シンセティックジェットデバイスにおいて、
    第１のプレート（２４）と、
    前記第１のプレート（２４）から離間した第２のプレート（２６）と、
    前記第１および第２のプレート（２４、２６）の間に位置付けされてそれらに連結され、室を形成してその中にオリフィス（３０）を含む、間隔コンポーネント（２８）と、
    前記第１および第２のプレート（２４、２６）の少なくとも一方に連結されその撓みを選択的に引き起こし、それによって前記室の中の容積を変化させ、したがって、流体の流れを発生させて前記間隔コンポーネント（２８）の前記オリフィス（３０）から外に放出させる、圧電原動アクチュエータ（６０など）と、
    を含み、
    前記圧電原動アクチュエータ（６０など）は、事前決定される所望の機械的共振の範囲内で前記シンセティックジェットデバイスが作動するように構成される、シンセティックジェットデバイス。
20. 前記圧電原動アクチュエータ（６０など）は、前記第１または第２のプレート（２４／２６）の一方にそれぞれ配置されるアクチュエータ要素（６４）のチェーンを含むセグメント型圧電原動アクチュエータ（６２）を含む、請求項１９記載のシンセティックジェットデバイス。
21. 前記圧電原動アクチュエータ（６０など）は、非円形の圧電原動アクチュエータを含む、請求項１９記載のシンセティックジェットデバイス。
22. 前記圧電原動アクチュエータ（６０など）は、前記第１または第２のプレート（２４／２６）の中心点（７２）から芯をずらした位置で前記第１または第２のプレート（２４／２６）の一方に連結される圧電原動アクチュエータ（７０）を含む、請求項１９記載のシンセティックジェットデバイス。
23. 前記事前決定される機械的共振は、３０Ｈｚよりも下かまたは２０ｋＨｚよりも上である、請求項１９記載のシンセティックジェットデバイス。