JPWO2013187271A1

JPWO2013187271A1 - ブロア

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Abstract

圧電ブロア（１００）は、筐体（１７）、天板（３７）、側板（３８）、振動板（３９）、圧電素子（４０）、及びキャップ（４２）を備える。天板（３７）、側板（３８）、及び振動板（３９）は、ブロア室（３６）を構成する。天板（３７）には通気孔（４５）が設けられている。振動板（３９）及び圧電素子（４０）は圧電アクチュエータ（４１）を構成する。キャップ（４２）には、圧電アクチュエータ（４１）に対向する壁部（４３）と円板形状の吸引口（５３）とが形成されている。ここで、壁部（４３）の厚み方向に延びる吸引口（５３）の中心軸（Ｘ）と、壁部（４３）の厚み方向に延びる圧電素子（４０）の中心軸（Ｙ）とは一致していない。そして、天板（３７）、側板（３８）及び圧電アクチュエータ（４１）の接合体と筐体（１７）及びキャップ（４２）との間には通気路（３１）が形成されている。

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。

特許文献１には、携帯型電子機器の内部で発生する熱を冷却するため、あるいは燃料電池で発電するのに必要な酸素を供給するためのマイクロブロアが開示されている。

図１２は、特許文献１に係るマイクロブロア９００の断面図である。マイクロブロア９００は、内ケース２と、弾性金属板５Ａと、圧電素子５Ｂと、内ケース２の外側を覆う外ケース３と、蓋部材９と、を備えている。内ケース２は複数個の連結部４によって外ケース３に対して弾性的に支持されている。

内ケース２は下方が開口した断面コの字形状であり、開口を閉じるように、弾性金属板５Ａが接合されている。これにより、内ケース２は、弾性金属板５Ａとともにブロア室６を構成している。そして、内ケース２には、ブロア室６の内部と外部を連通する開口部８が形成されている。また、弾性金属板５Ａのブロア室６とは逆側の主面には、圧電素子５Ｂが貼付されている。

開口部８に対向する外ケース３の領域には、吐出口３Ａが形成されている。外ケース３は、内ケース２を収納するよう、蓋部材９を有している。蓋部材９の中央には、吸引口９Ａが形成されている。ここで、蓋部材９の厚み方向に延びる吸引口９Ａの中心を通る中心軸と、蓋部材９の厚み方向に延びる圧電素子５Ｂの中心を通る中心軸とは一致している。

そして、内ケース２、弾性金属板５Ａ及び圧電素子５Ｂの接合体と外ケース３との間には、空気の流入通路７が形成されている。

以上の構成において、交流駆動電圧が圧電素子５Ｂに印加されると、圧電素子５Ｂが伸縮し、圧電素子５Ｂの伸縮により弾性金属板５Ａが屈曲振動する。そして、弾性金属板５Ａの屈曲変形によりブロア室６の体積が周期的に変化する。

詳述すると、交流駆動電圧が圧電素子５Ｂに印加されて弾性金属板５Ａが圧電素子５Ｂ側へ屈曲すると、ブロア室６の容積が増大する。これに伴い、マイクロブロア９００の外部の空気が吸引口９Ａ、流入通路７、及び開口部８を介してブロア室６内に吸引される。このとき、ブロア室６からの空気の流出は無いものの、吐出口３Ａからマイクロブロア９００の外部への空気の流れの慣性力が働いている。

次に、交流駆動電圧が圧電素子５Ｂに印加されて弾性金属板５Ａがブロア室６側へ屈曲すると、ブロア室６の容積が減少する。これに伴い、ブロア室６内の空気が開口部８、流入通路７を介して吐出口３Ａから吐出される。

このとき、ブロア室６から吐出される気流は，マイクロブロア９００の外部の空気を吸引口９Ａ及び流入通路７を介して引き込みながら吐出口３Ａから吐出される。そのため、吐出口３Ａから吐出される空気の流量は、引き込まれる空気の流量分増大する。

以上により、マイクロブロア９００では、消費電力あたりの吐出流量を増大させている。

特開２０１１−２７０７９号公報

しかしながら、本願の発明者は、前記特許文献１のマイクロブロア９００において、弾性金属板５Ａが圧電素子５Ｂ側へ屈曲する時、吸引口９Ａからマイクロブロア９００の外部へ漏れる気流ＢＦが生じているという知見を得た。

すなわち、この気流ＢＦによりマイクロブロア９００の外部へ漏れる空気の流量分、流入通路７に引き込まれる空気の流量が減少するため、吐出口３Ａから吐出される吐出流量が減少してしまうことが分かった。

一方、近年、前述の図１２に示すような構造のマイクロブロアを搭載する電子機器には、低消費電力化の傾向がある。そのため、低消費電力で吐出流量の多いマイクロ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、低消費電力でありながら必要な吐出流量を確保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。

（１）駆動体を有し、前記駆動体への電圧の印加により同心円状に屈曲振動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し、前記ブロア室の内部と外部とを連通させる通気孔を有する第１筐体と、
吸引口が形成され、前記アクチュエータに対向する壁部と、
前記壁部とともに前記アクチュエータ及び前記第１筐体を、間隔を設けて被覆して前記アクチュエータ及び前記第１筐体との間に通気路を形成する第２筐体と、を備え、
前記通気孔に対向する前記第２筐体の箇所には、吐出口が形成され、
前記吸引口の中心軸と前記駆動体の中心軸とは、一致していない。

この構成では、駆動電圧が駆動体に印加されると、駆動体によりアクチュエータが同心円状に屈曲振動する。そして、このアクチュエータの変形によりブロア室の体積が周期的に変化し、ブロア室の気体が通気孔から流出する。そして、ブロア室から通気孔を介して流出する気流が、通気路を介してブロアの外部に存在する気体を引き込みながら吐出口から吐出される。これにより、ブロアの吐出流量が引き込まれる気体の流量分増大する。

この構成では、吸引口の中心を通る吸引口の中心軸と、駆動体の中心を通る駆動体の中心軸とが、一致していない。このため、吸引口の中心軸と駆動体の中心軸とが一致する従来のブロアに比べて、アクチュエータにおける振動エネルギーの高い領域（即ち、アクチュエータにおける変位量の大きい領域）に対向する吸引口の面積の割合が減少する。すなわち、アクチュエータが屈曲振動をしているとき、通気路から吸引口を介してブロアの外部へ漏れる気体の流量が減少し、壁部に衝突する気体の流量が増加する。

なお、壁部に衝突して分散する気流は通気路内に残留する。このため、アクチュエータが屈曲振動をしているとき、ブロア室から通気孔を介して流出する気流に引き込まれる気体の流量が増加する。すなわち、吐出口から吐出される吐出流量が増加する。

したがって、この構成によれば、消費電力あたりの吐出流量を大幅に増大させ、低消費電力でありながら必要な吐出流量を確保できる。

（２）前記駆動体の中心は、前記壁部の前記吸引口以外の領域と対向していることが好ましい。

この構成では、振動エネルギーの最も高いアクチュエータの中心（即ち、変位量の最も大きいアクチュエータの中心）が、壁部の吸引口以外の領域に対向する。そのため、アクチュエータが屈曲振動をしているとき、通気路から吸引口を介してブロアの外部へ漏れる気体の流量がより減少し、壁部に衝突する気体の流量がより増加する。

この結果、アクチュエータが屈曲振動をしているとき、ブロア室から通気孔を介して流出する気流に引き込まれる気体の流量がより増加し、吐出口から吐出される吐出流量がより増加する。

（３）前記吸引口の直径は、前記駆動体の直径の１／２以下であることが好ましい。

この構成では、より効果的に消費電力あたりの吐出流量を大幅に増大させ、低消費電力でありながら必要な吐出流量を確保できる。

（４）前記アクチュエータは、前記駆動体により、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し、
前記吸引口は、前記アクチュエータの屈曲振動により形成される振動の節のうち、前記アクチュエータの中心から最も距離が短い振動の節に対向する前記壁部の箇所より外側の領域に形成されていることが好ましい。

この構成では、壁部が、アクチュエータにおける振動エネルギーの高い領域の全てに対向する。そのため、前述の振動モードでアクチュエータが屈曲振動をした場合、通気路から吸引口を介してブロアの外部へ漏れる気体の流量がより減少し、壁部に衝突する気体の流量がより増加する。

この結果、前述の振動モードでアクチュエータが屈曲振動をした場合、ブロア室から通気孔を介して流出する気流に引き込まれる気体の流量がより増加し、吐出口から吐出される吐出流量がより増加する。

（５）前記吸引口が形成されている前記壁部は、前記第２筺体に対して着脱自在に取り付けられていることが好ましい。

この構成では、第２筺体に装着する壁部の形状を調整することによって、壁部以外の構成を変更せずに、吐出圧力および吐出流量を調整することができる。

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、低消費電力でありながら必要な吐出流量を確保できる。

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１に示す圧電ブロア１００の分解斜視図である。図１に示す圧電ブロア１００の底面図である。図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。図５（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を１次モードの周波数（基本波）で動作させた場合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、ブロア室３６の容積が増大したときの図であり、図５（Ｂ）は、ブロア室３６の容積が減少したときの図である。図６（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００を３次モードの周波数（基本波の３倍波）で動作させた場合における圧電ブロア２００のＳ−Ｓ線の断面図である。図６（Ａ）は、ブロア室３６の容積が増大したときの図であり、図６（Ｂ）は、ブロア室３６の容積が減少したときの図である。図６（Ｂ）に示す圧電アクチュエータ４１の概略断面図である。図６（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア２００における、圧電素子４０の中心軸に対する吸引口２５３の中心軸の距離と、圧電ブロア２００のポンプ特性（吐出圧力および吐出流量）との関係を示す図である。本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００の外観斜視図である。図９に示す圧電ブロア３００のＴ−Ｔ線の断面図である。図１１（Ａ）（Ｂ）は、図９に示す圧電ブロア３００を１次モードの周波数（基本波）で動作させた場合における圧電ブロア３００のＴ−Ｔ線の断面図である。図１１（Ａ）は、ブロア室３６の容積が増大したときの図であり、図１１（Ｂ）は、ブロア室３６の容積が減少したときの図である。特許文献１に係るマイクロブロア９００の断面図である。

《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。

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の分解斜視図である。図３は、図１に示す圧電ブロア１００の底面図である。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、筐体１７、天板３７、側板３８、振動板３９、圧電素子４０、及びキャップ４２を備え、それらを順に積層した構造を有している。天板３７、側板３８、及び振動板３９は、ブロア室３６を構成している。圧電ブロア１００は、幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×ノズル１８以外の領域の高さ１．８５ｍｍの寸法となっている。

なお、この実施形態では、天板３７及び側板３８の接合体が本発明の「第１筐体」に相当し、筐体１７が本発明の「第２筐体」に相当する。また、圧電素子４０が本発明の「駆動体」に相当する。

筐体１７は、空気が吐出される吐出口２４が中心に形成されたノズル１８を有する。このノズル１８は、外形の直径２．０ｍｍ×内形（即ち吐出口２４）の直径０．８ｍｍ×高さ１．６ｍｍの寸法となっている。筐体１７の四角には、ネジ穴５６Ａ〜５６Ｄが形成されている。

筐体１７は、下方が開口した断面コ字状に形成されており、筐体１７は、ブロア室３６の天板３７、ブロア室３６の側板３８、振動板３９及び圧電素子４０を収納する。筐体１７は、例えば樹脂から構成されている。

ブロア室３６の天板３７は、円板状であり、例えば金属から構成されている。天板３７には、中央部６１と、中央部６１から水平方向に突出し、筐体１７の内壁に当接する鍵状の突出部６２と、外部回路に接続するための外部端子６３とが形成されている。

また、天板３７の中央部６１には、ブロア室３６の内部と外部とを連通させる通気孔４５が設けられている。この通気孔４５は、筐体１７の吐出口２４と対向する位置に形成されている。天板３７は、側板３８の上面に接合する。

ブロア室３６の側板３８は、円環状であり、例えば金属から構成されている。側板３８は、振動板３９の上面に接合する。そのため、側板３８の厚みは、ブロア室３６の高さとなる。

振動板３９は、円板状であり、例えば金属から構成されている。振動板３９は、ブロア室３６の底面を構成する。

圧電素子４０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４０の直径は、１３．８ｍｍであり、圧電素子４０の壁部４３側の主面の面積は、１５０ｍｍ^２である。圧電素子４０は、振動板３９のブロア室３６とは逆側の主面に接合されており、印加された交流電圧に応じて伸縮する。圧電素子４０及び振動板３９の接合体は、圧電アクチュエータ４１を構成する。

そして、天板３７、側板３８、振動板３９、及び圧電素子４０の接合体は、天板３７に設けられている４個の突出部６２によって筐体１７に対して弾性的に支持されている。

電極導通用板７０は、圧電素子４０に接続するための内部端子７３と、外部回路に接続するための外部端子７２とで構成されている。内部端子７３の先端は圧電素子４０の平板面にはんだ付けされている。はんだ付け位置を圧電素子４０の屈曲振動の節に相当する位置とすることにより、内部端子７３の振動がより抑制できる。

キャップ４２には、圧電アクチュエータ４１に対向する壁部４３と円板形状の吸引口５３とが形成されている。この実施形態において、壁部４３と圧電素子４０との間隔は０．３ｍｍであり、壁部４３の厚みは０．１ｍｍである。

また、吸引口５３の直径は、圧電素子４０の直径の１／２以下であることが好ましく、この実施形態では５ｍｍである。吸引口５３の開口面の面積は、１９．６ｍｍ^２である。また、圧電素子４０の壁部４３側の主面の面積に対する吸引口５３の開口面の面積の割合（面積比）は、約０．１３である。

そして、図４に示すように、壁部４３の厚み方向に延びる吸引口５３の中心を通る中心軸Ｘと、壁部４３の厚み方向に延びる圧電素子４０の中心を通る中心軸Ｙとは、一致していない。また、キャップ４２には、筐体１７のネジ穴５６Ａ〜５６Ｄに対応する位置に切欠き５５Ａ〜５５Ｄが形成されている。

また、キャップ４２は、外周縁に、天板３７側へ突出する突出部５２を有する。キャップ４２は、突出部５２で筐体１７を挟持することで、筐体１７とともに、ブロア室３６の天板３７、ブロア室３６の側板３８、振動板３９及び圧電素子４０を収納する。キャップ４２は、例えばガラスエポキシ樹脂から構成されている。

そして、図４に示すように、天板３７、側板３８及び圧電アクチュエータ４１の接合体と筐体１７及びキャップ４２との間には通気路３１が形成されている。

以下、圧電ブロア１００が動作しているとき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次モードの周波数（以下、基本波）で動作させた場合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、ブロア室３６の容積が増大したときの図であり、図５（Ｂ）は、ブロア室３６の容積が減少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。

図４に示す状態において、１次モードの周波数（基本波）の交流駆動電圧が外部端子６３，７２から圧電素子４０に印加されると、圧電アクチュエータ４１は１次モードで同心円状に屈曲振動する。

同時に、天板３７は、圧電アクチュエータ４１の屈曲振動に伴うブロア室３６の圧力変動により、圧電アクチュエータ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、振動板３９及び天板３７が屈曲変形してブロア室３６の体積が周期的に変化する。

図５（Ａ）に示すように、圧電素子４０に交流電圧を印加して振動板３９を圧電素子４０側へ屈曲させると、ブロア室３６の容積が増大する。これに伴い、圧電ブロア１００の外部の空気が吸引口５３、通気路３１、及び通気孔４５を介してブロア室３６内に吸引される。このとき、ブロア室３６からの空気の流出は無いものの、吐出口２４から圧電ブロア１００の外部への空気の流れの慣性力が働いている。

図５（Ｂ）に示すように、圧電素子４０に交流電圧を印加して振動板３９をブロア室３６側へ屈曲させると、ブロア室３６の容積が減少する。これに伴い、ブロア室３６内の空気が通気孔４５、通気路３１を介して吐出口２４から吐出される。

このとき、ブロア室３６から吐出される気流は，圧電ブロア１００の外部の空気を吸引口５３及び通気路３１を介して引き込みながら吐出口２４から吐出される。そのため、圧電ブロア１００の外部から吐出孔に付与される圧力を０（以下、無負荷）とすると、吐出口２４から吐出される空気の流量は、引き込まれる空気の流量分増大する。

ここで、この実施形態の圧電ブロア１００では前述したように、吸引口５３の中心を通る中心軸Ｘと、圧電素子４０の中心を通る中心軸Ｙとは、一致していない（図４参照）。そのため、この実施形態の圧電ブロア１００では、吸引口の中心を通る中心軸と圧電素子の中心を通る中心軸とが一致する従来のマイクロブロア９００（図１２参照）に比べて、圧電アクチュエータ４１における振動エネルギーの高い領域（即ち、圧電アクチュエータ４１における変位量の大きい領域）に対向する吸引口５３の面積の割合が減少している。

特に、この実施形態の圧電ブロア１００では、振動エネルギーの最も高い圧電アクチュエータ４１の中心（即ち、変位量の最も大きい圧電アクチュエータ４１の中心）が、壁部４３の吸引口５３以外の領域に対向している。

そのため、圧電アクチュエータ４１が屈曲振動をしているとき、通気路３１から吸引口５３を介して圧電ブロア１００の外部へ漏れる空気の流量が減少し、壁部４３に衝突する空気の流量が増加する。

この結果、図５（Ａ）に示すように壁部４３に衝突して分散する気流が通気路３１内に残留する。このため、ブロア室３６から通気孔４５を介して流出する気流に引き込まれる空気の流量が増加する。すなわち、吐出口２４から吐出される吐出流量が増加する。

従って、この実施形態の圧電ブロア１００によれば、消費電力あたりの吐出流量を大幅に増大させ、低消費電力でありながら必要な吐出流量を確保できる。

《本発明の第２実施形態》
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６（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００を３次モードの周波数（基本波の３倍波）で動作させた場合における圧電ブロア２００のＳ−Ｓ線の断面図である。図６（Ａ）は、ブロア室３６の容積が増大したときの図であり、図６（Ｂ）は、ブロア室３６の容積が減少したときの図である。図７は、図６（Ｂ）に示す圧電アクチュエータ４１の概略断面図である。図７では、図６（Ｂ）に示す圧電アクチュエータ４１の屈曲を強調して示している。

この第２実施形態の圧電ブロア２００が前記第１実施形態の圧電ブロア１００と相違する点は、キャップ２４２である。その他の構成については同じである。

詳述すると、キャップ２４２には、圧電アクチュエータ４１の屈曲振動により形成される振動の節のうち、圧電アクチュエータ４１の中心から最も距離が短い振動の節Ｆに対向する箇所より外側の領域に、円板形状の吸引口２５３が形成されている。そして、この吸引口２５３の中心を通る中心軸Ｘと、圧電素子４０の中心を通る中心軸Ｙとが一致していない。その他の点についてはキャップ４２と同じである。

以下、圧電ブロア２００が動作しているときにおける空気の流れについて説明する。

この実施形態の圧電ブロア２００では、３次モードの周波数（基本波の３倍波）の交流駆動電圧が外部端子６３，７２から圧電素子４０に印加されると、圧電アクチュエータ４１は、１つの節Ｆと２つの腹を生じる３次モードで同心円状に屈曲振動する。

同時に、天板３７は、圧電アクチュエータ４１の屈曲振動に伴うブロア室３６の圧力変動により、圧電アクチュエータ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）同じく３次モードで同心円状に屈曲振動する。

これにより、圧電ブロア２００においても、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、振動板３９及び天板３７が屈曲変形してブロア室３６の体積が周期的に変化する。

図６（Ａ）に示すように、圧電素子４０に交流電圧を印加して振動板３９を圧電素子４０側へ屈曲させると、ブロア室３６の容積が増大する。これに伴い、圧電ブロア２００の外部の空気が吸引口２５３、通気路３１、及び通気孔４５を介してブロア室３６内に吸引される。このとき、ブロア室３６からの空気の流出は無いものの、吐出口２４から圧電ブロア２００の外部への空気の流れの慣性力が働いている。

図６（Ｂ）に示すように、圧電素子４０に交流電圧を印加して振動板３９をブロア室３６側へ屈曲させると、ブロア室３６の容積が減少する。これに伴い、ブロア室３６内の空気が通気孔４５、通気路３１を介して吐出口２４から吐出される。

このとき、ブロア室３６から吐出される気流が，圧電ブロア２００の外部の空気を吸引口２５３及び通気路３１を介して引き込みながら吐出口２４から吐出される。そのため、圧電ブロア２００の外部から吐出孔に付与される圧力を無負荷とすると、吐出口２４から吐出される空気の流量は、引き込まれる空気の流量分増大する。

ここで、この実施形態の圧電ブロア２００においても、吸引口２５３の中心を通る中心軸Ｘと、圧電素子４０の中心を通る中心軸Ｙとは、一致していない（図６（Ａ）（Ｂ）参照）。そのため、この実施形態の圧電ブロア２００でも、吸引口の中心を通る中心軸と圧電素子の中心を通る中心軸とが一致する従来のマイクロブロア９００（図１２参照）に比べて、圧電アクチュエータ４１における振動エネルギーの高い領域（即ち、圧電アクチュエータ４１における変位量の大きい領域）に対向する吸引口２５３の面積の割合が減少している。

この実施形態の圧電ブロア２００では、図６（Ａ）（Ｂ）と図７に示すように、壁部２４３のうち、圧電アクチュエータ４１における振動の節Ｆより内側の高振動領域（即ち振動エネルギーの高い領域）に対向している領域に吸引口２５３が形成されていない。

また、この実施形態の圧電ブロア２００でも、振動エネルギーの最も高い圧電アクチュエータ４１の中心（即ち、変位量の最も大きい圧電アクチュエータ４１の中心）は、壁部２４３の吸引口２５３以外の領域に対向している。

そのため、圧電アクチュエータ４１が屈曲振動をしているとき、通気路３１から吸引口２５３を介して圧電ブロア２００の外部へ漏れる空気の流量が減少し、壁部２４３に衝突する空気の流量が増加する。

この結果、図６（Ａ）に示すように壁部２４３に衝突して分散する気流が通気路３１内に残留する。このため、ブロア室３６から通気孔４５を介して流出する気流に引き込まれる空気の流量が増加する。すなわち、吐出口２４から吐出される吐出流量が増加する。

従って、この第２実施形態の圧電ブロア２００によれば、前記第１実施形態の圧電ブロア２００と同様の効果を奏する。

次に、圧電ブロア２００の圧電素子４０の中心軸Ｙを基準としたときの、圧電素子４０の中心軸Ｙから吸引口２５３の中心軸Ｘまでの距離と圧電ブロア２００のポンプ特性（即ち吐出圧力および吐出流量）との関係について説明する。

図８は、図６（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア２００における、圧電素子４０の中心軸に対する吸引口２５３の中心軸の距離と、圧電ブロア２００のポンプ特性（吐出圧力および吐出流量）との関係を示す図である。図８では、圧電素子４０の中心軸Ｙから吸引口２５３の中心軸Ｘまでの距離を変化させて、圧電ブロア２００の吐出圧力および吐出流量を測定した結果を示している。

ここで、圧電素子４０の中心軸Ｙから吸引口２５３の中心軸Ｘまでの距離が０であるということは、図６（Ａ）（Ｂ）に示した吸引口２５３の中心軸Ｘと圧電素子４０の中心軸Ｙとが一致していることを意味する。

図８に示す測定結果より、圧電素子４０の中心軸Ｙから吸引口２５３の中心軸Ｘまでの距離を０にした圧電ブロア２００の吐出圧力および吐出流量に比べて、圧電素子４０の中心軸Ｙから吸引口２５３の中心軸Ｘまでの距離を増加させた圧電ブロア２００の吐出圧力および吐出流量は増大することが明らかとなった。

特に、圧電素子４０の中心軸Ｙから吸引口２５３の中心軸Ｘまでの距離を０にした圧電ブロア２００の吐出圧力および吐出流量を１００％としたとき、圧電素子４０の中心軸Ｙから吸引口２５３の中心軸Ｘまでの距離を４ｍｍにした圧電ブロア２００の吐出圧力は１５５％まで増大し、吐出流量も１２５％まで増大することが明らかとなった。

以上のような結果になった理由は、吸引口２５３の中心軸Ｘと圧電素子４０の中心軸Ｙとが一致していない圧電ブロア２００では、吸引口の中心軸と圧電素子の中心軸とが一致する従来の圧電ブロアに比べて、圧電アクチュエータ４１における振動エネルギーの高い領域（即ち、圧電アクチュエータ４１における変位量の大きい領域）に対向する吸引口２５３の面積の割合が減少したためであると考えられる。

《本発明の第３実施形態》
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９は、本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００の外観斜視図である。図１０は、図９に示す圧電ブロア３００のＴ−Ｔ線の断面図である。

この第３実施形態の圧電ブロア３００が前記第１実施形態の圧電ブロア１００と相違する点は、キャップ３４２、吐出側ケース３０１、及び吸引側ケース３０２である。その他の構成については同じである。

詳述すると、圧電ブロア３００は、本体３１０と、吐出側ケース３０１と、吸引側ケース３０２とを備える。この本体３１０は、筐体１７、天板３７、側板３８、振動板３９、圧電素子４０、及びキャップ３４２からなる積層体である。

キャップ３４２には、圧電素子４０の中心を通る中心軸Ｙと中心軸が一致する円板形状の第１吸引口３５３と第１壁部３４３とが形成されている。第１吸引口３５３の直径は１１ｍｍであり、第１吸引口３５３の開口面の面積は、９５ｍｍ^２である。また、圧電素子４０の第１壁部３４３側の主面の面積に対する第１吸引口３５３の開口面の面積の割合（面積比）は、０．６３である。その他の点についてはキャップ４２と同じである。

なお、前述したように、圧電素子４０の直径は、１３．８ｍｍであり、圧電素子４０の壁部４３側の主面の面積は、１５０ｍｍ^２である。

また、吐出側ケース３０１には、空気を吐出するための円柱形状の第２吐出口３０６が中心に形成されたノズル３０５を有する。ここで、ノズル３０５はノズル１８を囲み、第２吐出口３０６は第１吐出口２４に連通している。吐出側ケース３０１は例えばアクリル樹脂から構成されている。

また、吸引側ケース３０２には、空気を吸引するための円柱形状の第２吸引口３０８が中心に形成されたノズル３０７と圧電アクチュエータ４１に対向する第２壁部３０３とを有する。ここで、この実施形態の圧電ブロア３００では、吸引側ケース３０２の第２壁部３０３に形成されている第２吸引口３０８の中心軸Ｘと、圧電素子４０の中心軸Ｙとは一致していない。吸引側ケース３０２は例えばアクリル樹脂から構成されている。

また、第２吸引口３０８の直径は、圧電素子４０の直径の１／２以下であることが好ましく、この実施形態では５ｍｍである。第２吸引口３０８の開口面の面積は、１９．６ｍｍ^２である。また、圧電素子４０の第１壁部３４３側の主面の面積に対する第２吸引口３０８の開口面の面積の割合は、０．１３である。また、この実施形態における第２吸引口３０８の中心軸Ｘと圧電素子４０の中心軸Ｙとの距離は４ｍｍである。

吐出側ケース３０１及び吸引側ケース３０２は、互いに接合して本体３１０に着脱自在に装着され、本体３１０を収納する。そして、図１０に示すように、天板３７、側板３８及び圧電アクチュエータ４１の接合体と、筐体１７、キャップ３４２、吐出側ケース３０１及び吸引側ケース３０２の接合体との間には通気路３３１が形成されている。

なお、この実施形態では、天板３７及び側板３８の接合体が本発明の「第１筐体」に相当し、筐体１７及びキャップ３４２の接合体が本発明の「第２筐体」に相当する。また、第２壁部３０３が本発明の「壁部」に相当する。

以下、圧電ブロア３００が動作しているときにおける空気の流れについて説明する。

図１１（Ａ）（Ｂ）は、図９に示す圧電ブロア３００を１次モードの周波数（基本波）で動作させた場合における圧電ブロア３００のＴ−Ｔ線の断面図である。図１１（Ａ）は、ブロア室３６の容積が増大したときの図であり、図１１（Ｂ）は、ブロア室３６の容積が減少したときの図である。

図１０に示す状態において、１次モードの周波数（基本波）の交流駆動電圧が外部端子６３，７２から圧電素子４０に印加されると、圧電アクチュエータ４１は同心円状に屈曲振動する。同時に、天板３７は、圧電アクチュエータ４１の屈曲振動に伴うブロア室３６の圧力変動により、圧電アクチュエータ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）同心円状に屈曲振動する。

これにより、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、振動板３９及び天板３７が屈曲変形してブロア室３６の体積が周期的に変化する。

図１１（Ａ）に示すように、圧電素子４０に交流電圧を印加して振動板３９を圧電素子４０側へ屈曲させると、ブロア室３６の容積が増大する。これに伴い、圧電ブロア３００の外部の空気が第２吸引口３０８、通気路３３１、及び通気孔４５を介してブロア室３６内に吸引される。このとき、ブロア室３６からの空気の流出は無いものの、第２吐出口３０６から圧電ブロア３００の外部への空気の流れの慣性力が働いている。

図１１（Ｂ）に示すように、圧電素子４０に交流電圧を印加して振動板３９をブロア室３６側へ屈曲させると、ブロア室３６の容積が減少する。これに伴い、ブロア室３６内の空気が通気孔４５、通気路３３１を介して第２吐出口３０６から吐出される。

このとき、ブロア室３６から吐出される気流が，圧電ブロア３００の外部の空気を第２吸引口３０８及び通気路３３１を介して引き込みながら第２吐出口３０６から吐出される。そのため、圧電ブロア３００の外部から吐出孔に付与される圧力を無負荷とすると、第２吐出口３０６から吐出される空気の流量は、引き込まれる空気の流量分増大する。

ここで、この実施形態の圧電ブロア３００では、吸引側ケース３０２の第２吸引口３０８の中心を通る中心軸Ｘと、圧電素子４０の中心を通る中心軸Ｙとが一致していない。そのため、この実施形態の圧電ブロア３００でも、吸引口の中心軸と圧電素子の中心軸とが一致する従来のマイクロブロア９００（図１２参照）に比べて、圧電アクチュエータ４１における振動エネルギーの高い領域（即ち、圧電アクチュエータ４１における変位量の大きい領域）に対向する吸引口の面積の割合が減少している。

特に、この実施形態の圧電ブロア３００では、振動エネルギーの最も高い圧電アクチュエータ４１の中心（即ち、変位量の最も大きい圧電アクチュエータ４１の中心）が、第２壁部３０３に対向している。

そのため、圧電アクチュエータ４１が屈曲振動をしているとき、通気路３３１から第２吸引口３０８を介して圧電ブロア３００の外部へ漏れる空気の流量が減少し、第２壁部３０３に衝突する空気の流量が増加する。

この結果、図１１（Ａ）に示すように第２壁部３０３に衝突して分散する気流が通気路３３１内に残留する。このため、ブロア室３６から通気孔４５を介して流出する気流に引き込まれる空気の流量が増加する。すなわち、第２吐出口３０６から吐出される吐出流量が増加する。

従って、この第３実施形態の圧電ブロア３００によれば、前記第１実施形態の圧電ブロア１００と同様の効果を奏する。なお、この第３実施形態の圧電ブロア３００においても、圧電素子４０の中心軸Ｙから第２吸引口３０８の中心軸Ｘまでの距離と圧電ブロア３００のポンプ特性との関係について、前記第２実施形態の圧電ブロア２００と同様の測定結果（図８参照）が得られている。

さらに、この第３実施形態の圧電ブロア３００によれば、本体３１０に装着する吸引側ケース３０２の第２壁部３０３の形状を調整することによって、第２壁部３０３以外の構成（本体３１０など）を変更せずに、圧電素子４０の中心軸Ｙから第２吸引口３０８の中心軸Ｘまでの距離を変化させることができる。即ち、第２壁部３０３の形状を調整することによって、第２壁部３０３以外の構成（本体３１０など）を変更せずに、吐出圧力および吐出流量を調整することができる。

したがって、本体３１０のポンプ特性を変化させることなく、任意の形状の吐出側ケース３０１及び吸引側ケース３０２を選択することができるため、圧電ブロア３００の汎用性が高まる。

《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、前記実施形態ではブロアの駆動源として圧電素子４０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４０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３９の両面に圧電素子４０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４０、円板状の振動板３９及び円板状の天板３７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。

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、天板３７が、振動板３９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３９のみが屈曲振動し、天板３７が、振動板３９の屈曲振動に伴って屈曲振動しなくても良い。

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。

２…内ケース
３…外ケース
３Ａ…吐出口
４…連結部
５Ａ…弾性金属板
５Ｂ…圧電素子
６…ブロア室
７…流入通路
８…開口部
９…蓋部材
９Ａ…吸引口
１７…筐体
１８…ノズル
２４…吐出口
３１…通気路
３６…ブロア室
３７…天板
３８…側板
３９…振動板
４０…圧電素子
４１…圧電アクチュエータ
４２…キャップ
４３…壁部
４５…通気孔
５２…突出部
５３…吸引口
５５Ａ〜５５Ｄ…切欠き
５６Ａ〜５６Ｄ…ネジ穴
６１…中央部
６２…突出部
６３…外部端子
７０…電極導通用板
７２…外部端子
７３…内部端子
１００、２００、３００…圧電ブロア
２４２…キャップ
２４３…壁部
２５３…吸引口
３０１…吐出側ケース
３０２…吸引側ケース
３０３…第２壁部
３０５…ノズル
３０６…第２吐出口
３０７…ノズル
３０８…第２吸引口
３１０…本体
３３１…通気路
３４２…キャップ
３４３…第１壁部
３５３…第１吸引口
９００…マイクロブロア

Claims

駆動体を有し、前記駆動体への電圧の印加により同心円状に屈曲振動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し、前記ブロア室の内部と外部とを連通させる通気孔を有する第１筐体と、
吸引口が形成され、前記アクチュエータに対向する壁部と、
前記壁部とともに前記アクチュエータ及び前記第１筐体を、間隔を設けて被覆して前記アクチュエータ及び前記第１筐体との間に通気路を形成する第２筐体と、を備え、
前記通気孔に対向する前記第２筐体の箇所には、吐出口が形成され、
前記吸引口の中心軸と前記駆動体の中心軸とは、一致していない、ブロア。
前記駆動体の中心は、前記壁部の前記吸引口以外の領域と対向している、請求項１に記載のブロア。
前記吸引口の直径は、前記駆動体の直径の１／２以下である、請求項１又は２に記載のブロア。
前記アクチュエータは、前記駆動体により、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し、
前記吸引口は、前記アクチュエータの屈曲振動により形成される振動の節のうち、前記アクチュエータの中心から最も距離が短い振動の節に対向する前記壁部の箇所より外側の領域に形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のブロア。
前記吸引口が形成されている前記壁部は、前記第２筺体に対して着脱自在に取り付けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載のブロア。