JPS642793B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気や燃料ガス等の気体や水等の液
体等のいわゆる流体に運動エネルギーを与えて、
その流れを発生させる装置に関する。

従来、例えば空気等の気体に運動エネルギーを
与えて流れを発生させるものとしては、モータ等
の回転機器によりプロペラフアンやクロスフロー
フアンを回転させ、気流を発生する送風機が最も
一般的であつた。また水等の液体に関しても、ス
クリユー等を回転機で駆動するものや、プランジ
ヤーポンプ等の往復運動と逆止弁機構とを組み合
わせたもの等が一般的に用いられていた。

しかしながら、これらの従来の流れ発生装置は
回転機構や往復運動機構を有するものであるため
装置が大型で高価であり、また回転部分等の保守
も面倒であつた。また、送風機等においては、送
風フアンのいわゆる風切り音などの完全な防止を
実現することが不可能であり、送風騒音が大きい
等の問題を有するものであつた。

本発明は上記従来の問題を一掃した流れ発生装
置を提供するものである。

第１の目的は、構成が簡単でコンパクトであ
り、さらに機械的摩耗のない、低価格で半永久的
な使用が可能な流れ発生装置を提供することであ
る。

第２の目的は、騒音発生が著しく少なく、極め
て静かな流体流れを発生することができる流れ発
生装置を提供することである。

さらに第３の目的は、流れ量の制御を極めて簡
単に広範囲にかつほとんど遅れを生じることなく
すみやかに行うことができる流れ発生装置を提供
することである。

本発明は、上記目的と達成するために以下のよ
うな構成により成るものである。

すなわち、流れを発生すべき流体が満たされた
加圧室を有する基体と、加圧室に臨むノズルを有
するノズル板と、開口を有し、この開口のほぼ中
央に前記ノズルが位置するよう前記ノズル板に装
着された電気的振動子とを備え、前記ノズル板と
電気的振動子とを前記基体に装着すると共に、前
記電気的振動子の共振周波数近傍の周波数の交流
電圧を前記電気的振動子に供給する構成としたも
のである。

以下本発明の一実施例を図面と共に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す断面図であ
る。第１図において、１は基体であり、内部に加
圧室２を有している。前記加圧室２の一面開口部
には、厚さ30μm〜100μmのノズル板３が設けら
れ、基体１に接着されている。ノズル板３の中央
部にはノズル４が複数個設けられており、ノズル
４は直径30〜100μmである。ノズル板３には、直
径10〜20mm，厚さ0.5〜２mmの圧電振動子５が接
着されており、圧電振動子５の中央には、開口６
が設けられて、ノズル４がこの開口６にも臨むよ
う構成されている。７，８は電極、９，１０はリ
ード線である。

このような構成において、リード線９，１０間
に第２図ａのような交流電圧を印加すると、圧電
振動子５の電極７，８間にこの電圧が供給され
る。圧電振動子５は、横効果振動するよう分極さ
れた圧電セラミツクであり、前述した交流電圧の
極性に応じて、第１図中の矢印方向の伸縮歪を生
じる。この結果、ノズル板３は、第３図に示すよ
うなたわみ振動が励起され、第３図の実線と破線
の状態を第２図ａの交流電圧の極性に応じて繰り
かえす。前記交流電圧の周波数と、圧電振動子５
の共振周波数に一致させることにより、第３図の
ようなノズル板３のたわみ振動を最も効率良く生
じさせることができる。ノズル板３のノズル４を
有する部分（開口６に臨む部分）の振巾は、図の
ように圧電振動子５のたわみ振巾に比べ著しく大
きい状態となる。

このようにして、ノズル４は圧電振動子５によ
り加振されるのである。

この装置を空気中において、第３図のような動
作を行わせると、図中の矢印のようにノズル４の
前方向に、ジエツト気流を発生せしめることがで
きる。ノズル４からのジエツト気流の噴出は、加
圧室２の全容積が均一に加圧されて行われるもの
ではなく加圧室２内においてノズル４のごく近傍
のみの気体の圧縮による圧力上昇により達成され
るものであり、加圧室２の容積はさほど大きな影
響を与えない。

前述の圧力上昇はノズル板３の中央部（すなわ
ち開口６内のノズル板）の振幅が非常に大きく励
振される結果生じる音圧である。前記の中央部
は、第３図において左右に振動するピストン振動
板のように動作すると考えることができ、この結
果このノズル板中央部の左右にはその放射インピ
ーダンスに比例した音圧が生じる。そこで本発明
ではノズル板３の中央部で左右の放射インピーダ
ンスを差が生じるようにしているものである。第
１図の実施例では図のようにノズル板中央部の右
側は加圧室２という閉じた空間であり、一方、左
側は開放空間である。このため、ノズル板３の中
央部の左右の放射インピーダンスに結果的に差が
生じるのであり、この差は結果として、音圧差と
なる。よつて、前述のごとく、加圧室２内のノズ
ル４のごく近傍のみが圧力上昇を生じたような結
果となり、この圧力上昇により、ジエツト気流が
噴出される。

また、噴出する空気の補充は、開口６の周囲か
らノズル４に吸い込まれる形で第３図の破線の矢
印のように行われるのである。

噴出気流の量は、圧電振動子５の駆動電圧を変
化することにより極めて容易に実現することがで
き、例えば、第２図ｂ又はｃのようにすることに
より気流量を減少することが可能である。

圧電振動子５は、20〜100KHzの超音波領域の
周波数で駆動することができるので、気流の発
生・停止・流量の調節等は、極めてすみかに行う
ことができ、送風機などのようにフアンの慣性な
どによる制御遅れなどの不都合を完全に防止でき
る。さらに、圧電振動子５の駆動電圧を第２図ａ
からｂ又はｃのように調節するのみで簡単に流量
調節を行うことができる。

第４図は、本発明の他の実施例を示す断面図で
あり、第３図と同符号は相当物である。

第４図において、１１はガイドであつて、矢印
で示した気流に沿つてその囲りに設けられてい
る。この構成により加圧室２の空気は第３図の実
施例の場合と同様のメカニズムでノズル４から噴
出されてしまうので、その結果は負圧力が発生
し、吸込口１３より空気が加圧室２に吸い込まれ
るように構成することができる。

第５図は、さらに他の実施例で、第４図と同符
号は相当物である。第５図は空気室１２と吸込口
１３とを連通孔１４，１５、通路１６で連結した
構成であり、その気流噴出メカニズムは第３図の
実施例と同じである。すなわち、ノズル板３の両
側にガイド１１のある空気室１２，吸込口１３の
ある加圧室２が設けられているが、空気室１２と
加圧室２の、それぞれ放射インピーダンスが異な
るように設計されているものである。

上記第４図，第５図のように、ノズル４の前方
に発生する気流に沿つて、その囲りにガイド１１
を設けることにより、気流の流れ方向を自由に選
んだり、気流通路を密閉化したりすることが可能
である。また、流体の吸い上げポンプ作用を発生
することが可能である。

第６図は、本発明の他の実施例であり、第１図
と同符号は相当物である。

図において、圧電振動子５は、同筒状であり、
振動方向は図の矢印のように縦効果による振動で
あつて、この振動によりノズル板３のたわみ振動
が励起されてノズル４がその軸方向に加振される
のである。

第７図は、さらに他の実施例であり第１図と同
符号は相当物である。

第７図において圧電振動子５は、第６図のよう
に同筒状であるが、その振動は図のように径方向
振動であり、これにより、ノズル板３のためみ振
動が励起され、ノズル４が加振される構成であ
る。

このような本発明を適用した送風装置を考える
と種々の有効な応用が可能である。 例えば、第
８図に示すように、半導体１７の放熱フイン１８
に本発明の一実施例である第１図のような送風装
置１９によつて冷却気流を送風することができ、
極めて簡単なスポツト送風装置を実現できる。

また第９図のように、第１図のような送風装置
１９を本体２０に複数個設けて、実質上、面２１
からの面送風を行うことができる送風装置を構成
することができ、回転機を有しない静かな扇風機
等に応用することができる。

さらに第１０図は、他の応用例を示し、部屋２
２の天井２３に第１図の送風装置１９を複数個設
け、室内温度分布を改善するためのサーキユレー
タや、もしくは、冷暖房気の天井裏からの噴出装
置等に応用することができる。

また他にも、応用例は示していないが水などの
液体の流れ発生等も可能である。

以上に述べたように本発明は、開口を有する電
気的振動子とノズル板とをノズルが開口のほぼ中
央に位置するように装着して基体に取りつける構
成とし、かつ、共振周波数近傍の周波数の交流電
圧を電気的振動子に供給する構成としたから、加
圧室を密閉構造にすることなく、しかも極めて高
効率で流体を噴出することができる。従つて、極
めて構成が簡単でコンパクトであり低価格な流体
の流れ発生装置を提供することができ、かつ、回
転部分等を全く必要とせずに流体の流れを形成す
ることができるので、保守が簡単であり、長寿命
であると共に、極めて騒音の少ない流体の流れ発
生装置を提供できる。さらに、その流量制御を極
めて簡単にかつ広範囲に行うことができ、しかも
制御遅れのほとんどない極めて制御性に富んだ流
体の流れ発生装置を提供することができる。

このように、本発明は従来の送風機，ポンプ等
の流体流れ発生装置に比べ、全く異つた構成で、
かつ、数々の優れた特徴と効果を有し、空気，燃
料ガス，水等の流体の流れを必要とする場合への
広範囲な応用が可能であり、その工業的価値は極
めて多大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる流れ発生装
置の断面図、第２図ａ〜ｃは同装置の圧電振動子
駆動電圧波形図、第３図は同装置の動作を説明す
るために用いた断面図、第４図は本発明の他の実
施例にかかる流れ発生装置の断面図、第５図は同
装置のさらに他の実施例を示す断面図、第６図は
同装置のさらに他の実施例を示す断面図、第７図
は同装置のさらに他の実施例を示す断面図、第８
図は第１図の流れ発生装置の応用例を示す斜視
図、第９図は同装置の他の応用例を示す斜視図、
第１０図は同装置のさらに他の応用例を示す断面
図である。 ２……加圧室、４……ノズル、５……圧電振動
子（電気的振動子）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体が満たされた加圧室を有する基体と、前
   記加圧室に臨むよう設けたノズルを有するノズル
   板と、開口を有し、この開口のほぼ中央に前記ノ
   ズルが位置するよう前記ノズル板に装着された電
   気的振動子とを備え、前記ノズル板と電気的振動
   子とを前記基体に装着すると共に、前記電気的振
   動子の共振周波数近傍の周波数の交流電圧をこの
   電気的振動子に供給する構成とした流れ発生装
   置。 ２ ノズルより発生する流体の流れに沿う流れガ
   イドを設けた特許請求の範囲第１項記載の流れ発
   生装置。