JP6065160B2

JP6065160B2 - ブロア

Info

Publication number: JP6065160B2
Application number: JP2016520989A
Authority: JP
Inventors: 伸拓田中; 栗原　潔; 潔栗原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: CN106460828B; JPWO2015178104A1; EP3147504B1; EP3147504A4; US20170058884A1; EP3147504A1; CN106460828A; US10738773B2; WO2015178104A1

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。

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。

このポンプは、圧電ディスクと、圧電ディスクが接合された円盤と、円盤とともに空洞を構成する本体と、を備えている。この本体には、流体が流入する流入口と、流体が流出する流出口とが形成されている。流入口は、空洞の中心軸と空洞の外周との間に設けられている。流出口は、空洞の中心軸に設けられている。

この構成において特許文献１のポンプは、圧電ディスクに駆動電圧を印加し、圧電ディスクを伸縮させる。圧電ディスクの伸縮により円盤が屈曲振動すると、流体が流入口から空洞内へ吸引されて、流出口から吐出される。

特許４７９５４２８号公報

しかしながら、近年のブロアは、低消費電力および大吐出流量の傾向にある。そのため、消費電力を増加させずに吐出流量を、特許文献１のポンプより大幅に増大させたブロアが求められている。

そこで本発明は、消費電力あたりの吐出流量を大幅に増大させることができるブロアを提供することを目的とする。

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。

本発明のブロアは、アクチュエータと、筐体と、を備える。

アクチュエータは、第１主面と第２主面とを有する振動部と、振動部の第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、振動部を屈曲振動させる駆動体と、を有する。

筐体は、アクチュエータとともに第１ブロア室を構成し、第１通気孔が設けられた第１天板部と、アクチュエータとともに第２ブロア室を構成し、第２通気孔が設けられた第２天板部と、第１天板部と振動部とを接続し、第２天板部と振動部とを接続する側壁部と、を有する。

振動部は、第１ブロア室の外周および第２ブロア室の外周を連通させる開口部を有する。側壁部は、第１ブロア室の外周および第２ブロア室の外周を、筐体の外部に連通させる第３通気孔を有する。

この構成において、駆動体を駆動させた時、振動部は屈曲振動し、第１ブロア室の容積と第１ブロア室の容積とが周期的に変化する。具体的には、第２ブロア室の容積が減少した時に第１ブロア室の容積が増大し、第１ブロア室の容積が減少した時に第２ブロア室の容積が増大する。すなわち、第１ブロア室の容積と第２ブロア室の容積とは、逆位相で変化する。

そのため、第１ブロア室の外周の気体と第２ブロア室の外周の気体とはアクチュエータの駆動時、開口部を介して移動する。よって、第１ブロア室の外周の圧力と第２ブロア室の外周の圧力とはアクチュエータの駆動時、開口部を介して相殺され、常に大気圧（節）となる。

そのため、第１ブロア室の外周および第２ブロア室の外周が、大きな開口部および第３通気孔を介して筐体の外部と連通していても、この構成のブロアは、吐出圧力や吐出流量が低下することを防止できる。

そして、この構成のブロアは、アクチュエータの駆動時、第３通気孔から吸引された第１ブロア室の気体を、第１通気孔を介して筐体の外部へ吐出し、第３通気孔から吸引された第２ブロア室の気体を、第２通気孔を介して筐体の外部へ吐出する。

したがって、この構成のブロアは、１つの通気孔（流出口）から吐出する特許文献１のポンプの吐出流量に比べて、消費電力あたりの吐出流量を大幅に増大させることができる。

また、本発明のブロアにおいて、第３通気孔は、側壁部における振動部を囲む領域内に設けられ、開口部と筐体の外部とを連通させることが好ましい。

この構成では、第１ブロア室の外周から第３通気孔までの最短距離と第２ブロア室の外周から第３通気孔までの最短距離とがほぼ等しくなる。そのため、第１ブロア室の外周の圧力と第２ブロア室の外周の圧力との両方がアクチュエータの駆動時、大気圧（節）で安定し易くなる。

また、本発明のブロアにおいて、第１通気孔には、第１ブロア室の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ第１の弁が設けられていることが好ましい。

この構成のブロアは、第１ブロア室の外部から第１通気孔を介して第１ブロア室の内部へ気体が流れることを第１の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。

また、本発明のブロアにおいて、第２通気孔には、第２ブロア室の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ第２の弁が設けられていることが好ましい。

この構成のブロアは、第２ブロア室の外部から第２通気孔を介して第２ブロア室の内部へ気体が流れることを第２の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。

また、本発明のブロアにおいて、駆動体は、圧電体であることが好ましい。

また、本発明のブロアにおいて、第１天板部は、振動部の屈曲振動に伴って屈曲振動することが好ましい。

この構成では、振動部の振動に伴い第１天板部が振動するため、実質的に振動振幅を増すことができる。これにより、本発明のブロアは、吐出圧力と吐出流量をさらに増加させることができる。

また、本発明のブロアにおいて、第２天板部は、振動部の屈曲振動に伴って屈曲振動することが好ましい。

この構成では、振動部の振動に伴い第２天板部が振動するため、実質的に振動振幅を増すことができる。これにより、本発明のブロアは、吐出圧力と吐出流量をさらに増加させることができる。

また、本発明のブロアにおいて、第１ブロア室の中心軸から第１ブロア室の外周までの最短距離ａと振動部の共振周波数ｆとは、第１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Ｊ_０（ｋ_０）＝０の関係を満たす値をｋ_０としたとき、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たすことが好ましい。

この構成では、振動部および筐体は、第１ブロア室が最短距離ａとなるよう形成されている。駆動体は、振動部を共振周波数ｆで振動させる。

ここで、ａｆ＝（ｋ_０ｃ）／（２π）である場合、振動部の振動の節の内、最も外側の節が、第１ブロア室の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動部の振動の節の内、最も外側の節が、第１ブロア室の圧力振動の節とほぼ一致する。

したがって、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（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。

また、本発明のブロアにおいて、第２ブロア室の中心軸から第２ブロア室の外周までの最短距離は、ａであることが好ましい。

この構成では、振動部および筐体は、第１ブロア室および第２ブロア室の両方が最短距離ａとなるよう形成されている。駆動体は、振動部を共振周波数ｆで振動させる。

ここで、ａｆ＝（ｋ_０ｃ）／（２π）である場合、振動部の振動の節の内、最も外側の節が、第１ブロア室の圧力振動の節と第２ブロア室の圧力振動の節とに一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動部の振動の節の内、最も外側の節が、第１ブロア室の圧力振動の節と第２ブロア室の圧力振動の節とにほぼ一致する。

したがって、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、この構成のブロアは、第１通気孔及び第２通気孔の両方から、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。

この発明によれば、消費電力あたりの吐出流量を大幅に増大させることができる。

本発明の実施形態に係る圧電ブロア１００の外観斜視図である。図１に示す圧電ブロア１００の外観斜視図である。図１に示す振動板４１の平面図である。図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。図１に示す圧電ブロア１００を１次モードの周波数（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１に示す圧電ブロア１００における、第１ブロア室３１の各点の圧力変化と振動板４１の各点の変位との関係を示す図である。図１に示す圧電ブロア１００における、半径ａ×共振周波数ｆと、圧力振幅との関係を示す図である。図１に示す第１筐体１７の第１変形例に係る筐体５１７の平面図である。図１に示す第１筐体１７の第２変形例に係る筐体６１７の平面図である。図１に示す第１筐体１７の第３変形例に係る筐体７１７の平面図である。図１に示す第１筐体１７の第４変形例に係る筐体８１７の平面図である。

《本発明の実施形態》
以下、本発明の実施形態に係る圧電ブロア１００について説明する。

図１は、本発明の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に示す振動板４１の平面図である。図４は、図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。

圧電ブロア１００は、上から順に、第１の弁８０、第１筐体１７、振動板４１、圧電素子４２、第２筐体１１７、及び第２の弁１８０を備え、それらが順に積層された構造を有している。

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。振動板４１の厚みは、０．６ｍｍである。振動板４１は、第１主面４０Ａと第２主面４０Ｂとを有する。

振動板４１は、図３に示すように、圧電素子４２が設けられ、圧電素子４２により屈曲振動する振動部１４１と、振動部１４１の周囲を囲み、後述の第１側壁部１９及び第２側壁部１１９に接合する第３側壁部１４３と、振動部１４１と第３側壁部１４３とを連結し、第３側壁部１４３に対して振動部１４１を弾性支持する連結部１４２と、を有する。振動板４１は例えば、金属板に対して打ち抜き加工を施すことにより形成される。

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。圧電素子４２は、振動板４１の第２ブロア室１３１側の第２主面４０Ｂに接合されており、印加された交流電圧に応じて伸縮する。ここで、振動部１４１、連結部１４２及び圧電素子４２は、アクチュエータ５０を構成する。

第１筐体１７は、下方が開口した断面コ字状に形成されている。第１筐体１７の先端は、振動板４１の第１主面４０Ａに接合している。第１筐体１７は、例えば金属から構成されている。

第１筐体１７は、振動板４１とともに振動板４１の厚み方向から挟んで円柱形状の第１ブロア室３１を構成する。また、振動板４１および第１筐体１７は、第１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第１ブロア室３１の半径ａは、６．１ｍｍである。

第１ブロア室３１は、振動板４１の第１主面４０Ａを正面視して、開口部６２より内側の空間（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側の空間）を指す。そのため、振動板４１の第１主面４０Ａにおける開口部６２より内側の領域（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側の領域）は、第１ブロア室３１の底面を構成する。

第１筐体１７は、振動板４１の第１主面４０Ａに対向する円板状の第１天板部１８と、第１天板部１８に接続する円環状の第１側壁部１９と、を有する。第１天板部１８の一部は、第１ブロア室３１の天面を構成する。

第１天板部１８は、第１ブロア室３１の中央部を第１ブロア室３１の外部と連通させる円柱状の第１通気孔２４を有する。第１ブロア室３１の中央部とは、振動板４１の第２主面４０Ｂを正面視して圧電素子４２と重なる部分である。本実施形態において第１通気孔２４の直径は、０．６ｍｍである。第１天板部１８には、第１ブロア室３１の外部から第１通気孔２４を介して内部へ気体が流れることを防ぐ第１の弁８０が設けられている。

第２筐体１１７は、上方が開口した断面コ字状に形成されている。第２筐体１１７の先端は、振動板４１の第２主面４０Ｂに接合している。第２筐体１１７は、例えば金属から構成されている。

第２筐体１１７は、アクチュエータ５０とともに振動板４１の厚み方向から挟んで円柱形状の第２ブロア室１３１を構成する。また、振動板４１および第２筐体１１７は、第２ブロア室１３１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第２ブロア室１３１の半径ａも、６．１ｍｍである。

また、第２ブロア室１３１は、振動板４１の第２主面４０Ｂを正面視して、開口部６２より内側の空間（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側の空間）を指す。そのため、アクチュエータ５０の第２通気孔１２４側の面における開口部６２より内側の領域（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側の領域）は、第２ブロア室１３１の底面を構成する。

第２筐体１１７は、振動板４１の第２主面４０Ｂに対向する円板状の第２天板部１１８と、第２天板部１１８に接続する円環状の第２側壁部１１９と、を有する。第２天板部１１８の一部は、第２ブロア室１３１の天面を構成する。

第２天板部１１８は、第２ブロア室１３１の中央部を第２ブロア室１３１の外部と連通させる円柱状の第２通気孔１２４を有する。第２ブロア室１３１の中央部とは、振動板４１の第２主面４０Ｂを正面視して圧電素子４２と重なる部分である。本実施形態において第２通気孔１２４の直径は、０．６ｍｍである。第２天板部１１８には、第２ブロア室１３１の外部から第２通気孔１２４を介して内部へ気体が流れることを防ぐ第２の弁１８０が設けられている。

ここで、図１、図２に示すように、第１筐体１７、第３側壁部１４３及び第２筐体１１７が筐体９０を構成する。そのため、第１側壁部１９、第３側壁部１４３及び第２側壁部１１９の接合体が、振動部１４１及び連結部１４２と第１天板部１８とを接続し、振動部１４１及び連結部１４２と第２天板部１１８とを接続する。

また、振動板４１は、図３、図４に示すように、第１ブロア室３１の外周と第２ブロア室１３１の外周とを連通させる開口部６２を有する。開口部６２は、第１ブロア室３１と第２ブロア室１３１を囲むよう、振動板４１のほぼ全周にわたって形成されている。

また、振動板４１は、図３、図４に示すように、複数の第３通気孔１６２を有する。すなわち、第３側壁部１４３には、複数の第３通気孔１６２が設けられている。第３通気孔１６２は、開口部６２と筐体９０の外部とを連通させる。そのため、第３通気孔１６２は、第１ブロア室３１の外周および第２ブロア室１３１の外周を、開口部６２を介して筐体９０の外部に連通させる。

なお、この実施形態では、圧電素子４２が本発明の「駆動体」に相当する。振動部１４１及び連結部１４２が、本発明の「振動部」に相当する。第１側壁部１９、第３側壁部１４３及び第２側壁部１１９が本発明の「側壁部」を構成する。

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。

図５（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を１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５（Ａ）は、第１ブロア室３１の容積が最も増大し、第２ブロア室１３１の容積が最も減少したときの図であり、図５（Ｂ）は、第１ブロア室３１の容積が最も減少し、第２ブロア室１３１の容積が最も増大したときの図である。ここで、図中の矢印は、空気の流れを示している。

また、図６は、図１に示す圧電ブロア１００が図５（Ｂ）に示す状態にある瞬間の、第１ブロア室３１の中心軸Ｃから第１ブロア室３１の外周にかける第１ブロア室３１の各点の圧力変化と、第１ブロア室３１の中心軸Ｃから第１ブロア室３１の外周までを構成する振動板４１の各点の変位と、の関係を示す図である。

ここで、図６において、第１ブロア室３１の各点の圧力変化と振動板４１の各点の変位とは、第１ブロア室３１の中心軸Ｃ上にある振動板４１の中心の変位で規格化された値で示されている。

なお、図６に示す、圧力変化分布ｕ（ｒ）については、後に説明する。また、図１に示す圧電ブロア１００が図５（Ａ）に示す状態にある瞬間の、第２ブロア室１３１の中心軸Ｃから第２ブロア室１３１の外周にかける第２ブロア室１３１の各点の圧力変化は、第１ブロア室３１の各点の圧力変化とほぼ同じであり、図６で示される。

また、図７は、図１に示す圧電ブロア１００の第１ブロア室３１における、半径ａ×共振周波数ｆと、圧力振幅との関係を示す図である。図７の点線は、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす範囲の下限と上限を示している。

なお、第２ブロア室１３１における、半径ａ×共振周波数ｆと、圧力振幅との関係は、第１ブロア室３１における、半径ａ×共振周波数ｆと、圧力振幅との関係とほぼ同じであり、図７で示される。

図４に示す状態において、１次モードの周波数（基本波）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、振動板４１を１次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。

同時に、第１天板部１８は、振動板４１の屈曲振動に伴う第１ブロア室３１の圧力変動により、振動板４１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）１次モードで同心円状に屈曲振動する。

第２天板部１１８も、振動板４１の屈曲振動に伴う第２ブロア室１３１の圧力変動により、振動板４１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）１次モードで同心円状に屈曲振動する。

これにより、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１ブロア室３１及び第２ブロア室１３１の体積が周期的に変化する。

なお、第１ブロア室３１の半径ａと振動板４１の共振周波数ｆとは、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす。さらに、第２ブロア室１３１の半径ａと振動板４１の共振周波数ｆとも、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす。

本実施形態において、共振周波数ｆは、２１ｋＨｚである。空気の音速ｃは、３４０ｍ／ｓである。ｋ_０は、２．４０である。第１種ベッセル関数Ｊ_０（ｘ）は、以下の数式で示される。

また、第１ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、第１ブロア室３１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ_０（ｋ_０ｒ／ａ）の式で表される。また、第２ブロア室１３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）も、ｕ（ｒ）＝Ｊ_０（ｋ_０ｒ／ａ）の式で表される。

図５（Ａ）に示すように、振動板４１が圧電素子４２側へ屈曲すると、第１天板部１８は圧電素子４２とは逆側へ屈曲し、第１ブロア室３１の容積が増大する。さらに、第２天板部１１８は圧電素子４２側へ屈曲し、第２ブロア室１３１の容積が減少する。

このとき、第１ブロア室３１の中央部の圧力が低下するため、第１の弁８０が閉じ、筐体９０の外部の空気と第２ブロア室１３１の空気が第３通気孔１６２及び開口部６２を介して第１ブロア室３１内に吸引される。また、このとき、第２ブロア室１３１の中央部の圧力が増加するため、第２の弁１８０が開き、第２ブロア室１３１の中央部の空気が第２通気孔１２４を介して第２筐体１１７の外部へ吐出される。

図５（Ｂ）に示すように、振動板４１が第１ブロア室３１側へ屈曲すると、第１天板部１８は圧電素子４２側へ屈曲し、第１ブロア室３１の容積が減少する。さらに、第２天板部１１８は圧電素子４２とは逆側へ屈曲し、第２ブロア室１３１の容積が増大する。

このとき、第１ブロア室３１の中央部の圧力が増加するため、第１の弁８０が開き、第１ブロア室３１の中央部の空気が第１通気孔２４を介して第１筐体１７の外部へ吐出される。また、このとき、第２ブロア室１３１の中央部の圧力が低下するため、第２の弁１８０が閉じ、筐体９０の外部の空気と第１ブロア室３１の空気が第３通気孔１６２及び開口部６２を介して第２ブロア室１３１内に吸引される。

以上の圧電ブロア１００の動作では、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２ブロア室１３１の容積が減少した時に第１ブロア室３１の容積が増大し、第１ブロア室３１の容積が減少した時に第２ブロア室１３１の容積が増大する。すなわち、第１ブロア室３１の容積と第２ブロア室１３１の容積とは、逆位相で変化する。

そのため、第１ブロア室３１の外周の空気と第２ブロア室１３１の外周の空気とはアクチュエータ５０の駆動時、開口部６２を介して移動する。よって、第１ブロア室３１の外周の圧力と第２ブロア室１３１の外周の圧力とはアクチュエータ５０の駆動時、開口部６２を介して相殺され、常に大気圧（節）となる。

そのため、第１ブロア室３１の外周および第２ブロア室１３１の外周が、大きな開口部６２および第３通気孔１６２を介して筐体９０の外部と連通していても、圧電ブロア１００は、吐出圧力や吐出流量が低下することを防止できる。

そして、圧電ブロア１００は、アクチュエータ５０の駆動時、第３通気孔１６２から吸引された第１ブロア室３１の空気を、第１通気孔２４を介して第１筐体１７の外部へ吐出し、第３通気孔１６２から吸引された第２ブロア室１３１の空気を、第２通気孔１２４を介して第２筐体１１７の外部へ吐出する。

したがって、圧電ブロア１００は、１つの通気孔（流出口）から吐出する特許文献１のポンプの吐出流量に比べて、消費電力あたりの吐出流量を大幅に増大させることができる。

また、圧電ブロア１００は、圧電素子４２から照射される超音波を第２筐体１１７によって遮蔽できる。

また、複数の第３通気孔１６２は、第３側壁部１４３に設けられている。

そのため、第１ブロア室３１の外周から第３通気孔１６２までの最短距離と第２ブロア室１３１の外周から第３通気孔１６２までの最短距離とがほぼ等しくなる。よって、第１ブロア室３１の外周の圧力と第２ブロア室１３１の外周の圧力との両方がアクチュエータ５０の駆動時、大気圧（節）で安定し易くなる。

また、圧電ブロア１００では、第１の弁８０、及び第２の弁１８０が設けられている。そのため、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、圧電ブロア１００の外部から第１通気孔２４、１２４を介して第１ブロア室３１、第２ブロア室１３１へ空気が吸入されない。すなわち、圧電ブロア１００では、第１通気孔２４、第２通気孔１２４を介した逆方向の気流が生じない。よって、圧電ブロア１００は、空気の流れを一方向にすることができる。

また、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動に伴い第１天板部１８と第２天板部１１８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。

また、ａｆ＝（ｋ_０ｃ）／（２π）である場合、振動板４１の振動の節Ｆが、第１ブロア室３１の圧力振動の節と第２ブロア室１３１の圧力振動の節とに一致し、圧力共振が生じる。

さらに、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動板４１の振動の節Ｆが、第１ブロア室３１の圧力振動の節と第２ブロア室１３１の圧力振動の節とに、ほぼ一致する。

圧電ブロア１００は、例えば鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用される。長期駆動に伴う圧電素子の破損を防ぐためには、圧電素子の振動速度は２ｍ／ｓ以下とする必要がある。

鼻水や痰の吸引には２０ｋＰａ以上の圧力が必要なため、圧電ブロア１００には、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅が必要である。図７に示すように、圧力振幅は、ａｆが１３０ｍ／ｓであるときに最大となる。そこから±２０％ずれても、圧力振幅は、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上得られる。

そのため、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、圧電ブロア１００は、第１通気孔２４及び第２通気孔１２４の両方から、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。

また、図５（Ａ）（Ｂ）及び図６の点線に示すように、第１ブロア室３１の中心軸Ｃから第１ブロア室３１の外周までを構成する振動板４１の各点は、振動によって変位する。そして、図６の実線に示すように、第１ブロア室３１の中心軸Ｃから第１ブロア室３１の外周にかけて、第１ブロア室３１の各点の圧力は、振動板４１の振動によって変化する。同様に、第２ブロア室１３１の中心軸Ｃから第２ブロア室１３１の外周にかけて、第２ブロア室１３１の各点の圧力も、振動板４１の振動によって変化する。

図６の点線と実線に示すように、第１ブロア室３１の中心軸Ｃから第１ブロア室３１の外周までの範囲において、振動板４１の振動変位のゼロ交差点の個数は０個であり、第１ブロア室３１の圧力変化のゼロ交差点の個数も０個であり、第２ブロア室１３１の圧力変化のゼロ交差点の個数も０個である。

そのため、振動板４１の振動変位のゼロ交差点の個数は、第１ブロア室３１の圧力変化のゼロ交差点の個数と第２ブロア室１３１の圧力変化のゼロ交差点の個数とに一致している。

よって、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動時において、振動板４１の各点の変位分布が、第１ブロア室３１の各点の圧力変化分布と第２ブロア室１３１の各点の圧力変化分布とに近い分布となっている。

そのため、圧電ブロア１００は、振動板４１の振動エネルギーを殆ど損なうことなく、第１ブロア室３１、第２ブロア室１３１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。

《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。

また、前記実施形態では、振動板４１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。

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。

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。

また、前記実施形態ではユニモルフ型の圧電振動子を使用しているが、これに限るものではない。振動板４１の両面に圧電素子４２を貼着したバイモルフ型の圧電振動子を使用してもよい。

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、円板状の第１天板部１８、及び円板状の第２天板部１１８を用いたが、これら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。

また、前記実施形態では、振動板４１が同心円状に屈曲振動するが、これに限るものではない。実施の際は、振動板４１が同心円状以外の形状で屈曲振動してもよい。

また、前記実施形態では、第１天板部１８及び第２天板部１１８が、振動板４１の屈曲振動に伴って同心円状に屈曲振動するが、これに限るものではない。実施の際は、振動板４１のみが屈曲振動し、第１天板部１８及び第２天板部１１８が、振動板４１の屈曲振動に伴って屈曲振動しなくても良い。

また、前記実施形態では、ｋ_０が２．４０、５．５２の条件を用いたが、これに限るものではない。８．６５、１１．７９、１４．９３など、ｋ_０は、Ｊ_０（ｋ_０）＝０の関係を満たす値であれば良い。

また、前記実施形態では、圧電素子４２は、振動板４１の第２ブロア室１３１側の第２主面４０Ｂ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１ブロア室３１側の第１主面４０Ａに接合されていてもよいし、２枚の圧電素子４２が振動板４１の第１主面４０Ａ及び第２主面４０Ｂに接合されていてもよい。

この場合、第１筐体１７、第２筐体１１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２及び振動板４１から構成される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第１ブロア室および第２ブロア室を構成する。

また、前記実施形態では、１次モード及び３次モードの周波数で圧電ブロアの振動板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。

また、前記実施形態では、第１ブロア室３１、第２ブロア室１３１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、ブロア室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。

また、前記実施形態では、第１筐体１７の第１天板部１８において、１つの円形の第１通気孔２４が設けられており、第２筐体１１７の第２天板部１１８においても、１つの円形の第２通気孔１２４が設けられているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば図８〜図１０に示すように複数の通気孔５２４〜７２４が設けられていてもよく、例えば図９〜図１１に示す通気孔６２４〜８２４のように、円形でなくてもよい。

また、前記実施形態では、第１の弁８０が第１通気孔２４に設けられ、第２の弁１８０が第２通気孔１２４に設けられているが、これに限るものではない。実施の際は、必ずしも弁を設けなくても構わない。

弁を設けない場合、図５（Ａ）、図１１（Ａ）のように振動板４１が圧電素子４２側へ屈曲した時、図５（Ｂ）、図１１（Ｂ）と逆方向の気流が生じる。従って、第１通気孔２４、１２４からは、大きな風速の吐出流と吸入流が交互に生じる、つまり、強い往復流を得ることができる。このような強い往復流は、例えば、発熱部品の冷却に用いることができる。

また、前記実施形態では、第３通気孔１６２が第３側壁部１４３に設けられているが、これに限るものではない。実施の際は、第３通気孔１６２が第１側壁部１９や第２側壁部１１９に設けられていてもよい。

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。

ａ…半径
Ｃ…中心軸
Ｆ…節
１７…第１筐体
１８…第１天板部
１９…第１側壁部
２４…第１通気孔
３１…第１ブロア室
４０Ａ…第１主面
４０Ｂ…第２主面
４１…振動板
４２…圧電素子
５０…アクチュエータ
６２…開口部
８０…第１の弁
９０…筐体
１００…圧電ブロア
１１７…第２筐体
１１８…第２天板部
１１９…第２側壁部
１２４…第２通気孔
１３１…第２ブロア室
１４１…振動部
１４２…連結部
１４３…第３側壁部
１６２…第３通気孔
１８０…第２の弁
５１７…筐体
５２４…通気孔
６１７…筐体
６２４…通気孔
７１７…筐体
７２４…通気孔
８１７…筐体
８２４…通気孔

Claims

第１主面と第２主面とを有する振動部と、前記振動部の前記第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、前記振動部を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の第１主面に対向して前記アクチュエータとともに第１ブロア室を構成し、第１通気孔が設けられた第１天板部と、前記アクチュエータの第２主面に対向して前記アクチュエータとともに第２ブロア室を構成し、第２通気孔が設けられた第２天板部と、前記第１天板部と前記振動部とを接続し、前記第２天板部と前記振動部とを接続する側壁部と、を有する筐体と、を備え、
前記振動部は、前記第１ブロア室の外周および前記第２ブロア室の外周を連通させる円環状に配置された複数の開口部を有し、
前記側壁部は、前記第１ブロア室の外周および前記第２ブロア室の外周を、前記筐体の外部に連通させる第３通気孔を有する、ブロア。
前記第３通気孔は、前記側壁部における前記振動部を囲む領域内に設けられ、前記複数の開口部と前記筐体の外部とを連通させる、請求項１に記載のブロア。
前記第１通気孔には、前記第１ブロア室の外部から内部へ前記気体が流れることを防ぐ第１の弁が設けられている、請求項１又は２に記載のブロア。
前記第２通気孔には、前記第２ブロア室の外部から内部へ前記気体が流れることを防ぐ第２の弁が設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載のブロア。
前記駆動体は、圧電体である、請求項１から４のいずれか１項に記載のブロア。
前記第１天板部は、前記振動板の屈曲振動に伴って屈曲振動する、請求項１から５のいずれか１項に記載のブロア。
前記第２天板部は、前記振動板の屈曲振動に伴って屈曲振動する、請求項１から６のいずれか１項に記載のブロア。
前記第１ブロア室の中心軸から前記第１ブロア室の外周までの最短距離ａと前記振動板の共振周波数ｆとは、前記第１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Ｊ_０（ｋ_０）＝０の関係を満たす値をｋ_０としたとき、０．８×（ｋ_０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ_０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項１から７のいずれか１項に記載のブロア。
前記第２ブロア室の中心軸から前記第２ブロア室の外周までの最短距離は、前記ａである、請求項８に記載のブロア。