JPWO2014024608A1

JPWO2014024608A1 - ブロア

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Publication number: JPWO2014024608A1
Application number: JP2014529387A
Authority: JP
Inventors: 俊吾金井; 神谷　岳; 岳神谷
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2016-07-25
Anticipated expiration: 2033-07-03
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Abstract

吐出流量の減少および吐出圧力の低下を抑制し、従来よりも異物による動作の停止が起こり難いブロアを提供する。圧電ブロア（１００）は、外筐体（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）には第１開口部（４５）が設けられている。そして、第１開口部（４５）と対向する振動板（３９）の領域には、ブロア室（３６）の内部と外部とを連通させる第２開口部（３４）が設けられている。交流駆動電圧が圧電素子（４０）に印加されると、振動板（３９）は屈曲振動し、天板（３７）も、振動板（３９）の屈曲振動に伴って屈曲振動する。これにより、ブロア室（３６）の体積は、図（４）（Ａ）（Ｂ）に示すように周期的に変化する。

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に設けられている熱源を冷却するため、あるいは燃料電池で発電するために必要な酸素を供給するためのブロアが開示されている。

図１０（ａ）〜（ｅ）は、特許文献１に係るブロアの断面図である。このブロアは、ブロア本体１と、外周部がブロア本体１に固定されているダイヤフラム２と、ダイヤフラム２の一方の主面に設けられた圧電素子３と、ブロア本体１の圧電素子３と対向する他方の主面と間隔を空けて配置され、流入通路７を形成する壁部１ｂと、を備えている。

ブロア本体１は、ダイヤフラム２に対向する壁部１ａを有する。ブロア本体１は、ダイヤフラム２とともにブロア室４を構成している。また、ダイヤフラム２の中心部と対向するブロア本体１の領域には、ブロア室４の内部と外部を連通させる開口部５ａが設けられている。

そして、第１開口部５ａと対向する壁部１ｂの領域には、吐出口５ｂが設けられている。

以上の構成において、交流駆動電圧が圧電素子３に印加されると、圧電素子３が伸縮し、圧電素子３の伸縮によりダイヤフラム２が屈曲振動する。そして、ダイヤフラム２の屈曲振動により、図１０（ｂ）〜（ｅ）に示すようにブロア室４の体積が変化する。

詳述すると、交流駆動電圧が圧電素子３に印加されてダイヤフラム２が圧電素子３側へ屈曲すると、ブロア室４の体積が増大する。これに伴い、ブロアの外部の気体が流入通路７及び開口部５ａを介してブロア室４内に吸引される。

次に、交流駆動電圧が圧電素子３に印加されてダイヤフラム２がブロア室４側へ屈曲すると、ブロア室４の体積が減少する。これに伴い、ブロア室４内の気体が開口部５ａ及び流入通路７を介して吐出口５ｂから吐出される。

このとき、ブロア室４から吐出される気体によって，ブロアの外部の気体が流入通路７を介して引き込まれて吐出口５ｂから吐出される。そのため、吐出口５ｂから吐出される気体の流量が、引き込まれる気体の流量分多くなる。

国際公開第２００８／０６９２６６号パンフレット

しかしながら、前記特許文献１のブロアでは、ブロアの外部の気体がブロア室４内に吸引される際に、埃などの異物Ｆも一緒にブロア室４へ吸引されてしまう。ブロア室４に吸引された気体は、開口部５ａに対向するダイヤフラム２の主面に衝突して分散する。

一方、ブロア室４に吸引された異物Ｆは、異物Ｆの比重が気体（一般的には空気）の比重より大きいことから慣性力が大きいため、開口部５ａに対向するダイヤフラム２の主面に衝突して該主面上に堆積する（図１１参照）。特に、開口部５ａから吸引される気体の流速が大きいほど、異物Ｆは慣性によって、開口部５ａに対向するダイヤフラム２の主面に衝突し易い。

そのため、前記特許文献１のブロアが長時間に渡って動作すると、時間の経過とともにブロア室４における異物Ｆの堆積量が増える。異物Ｆの堆積量が増えると、堆積した異物Ｆが障害となり、開口部５ａからブロア室４へ気体が流れ込み難くなる。これにより、開口部５ａからブロア室４へ吸引される気体の流量が減少する。

この結果、ブロア室４から開口部５ａ、流入通路７及び吐出口５ｂを介して吐出される気体の吐出流量が少なくなっていくため、流入通路７を介して引き込まれるブロアの外部の気体の流量も減少する。すなわち、ブロアの吐出流量の減少及び吐出圧力の低下がおきる。

そして、開口部５ａが塞がるまで異物Ｆの堆積量が増えると、開口部５ａからブロア室４へ気体が流れ込まなくなり、ブロアの動作が停止してしまう。すなわち、ブロアが以後動作できなくなってしまう。

そこで本発明は、吐出流量の減少および吐出圧力の低下を抑制し、従来よりも異物による動作の停止が起こり難い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）振動板と、
前記振動板の少なくとも一方の主面に設けられ、前記振動板を屈曲振動させる駆動体と、
前記振動板とともにブロア室を構成する第１筐体と、を備え、
前記第１筐体は、前記振動板に対向する天板部と、前記振動板と前記天板部とを接続する側壁部と、を有し、
前記天板部には、前記ブロア室の内部と外部とを連通させる第１開口部が設けられており、
前記第１開口部と対向する前記振動板の領域には、前記ブロア室の内部と外部とを連通させる第２開口部が設けられている。

この構成では、駆動電圧が駆動体に印加されると、振動板が屈曲振動する。そして、この振動板の屈曲振動によりブロア室の体積が周期的に変化し、ブロアの外部の気体が第１開口部からブロア室へ吸引されたり、ブロア室の気体が第１開口部から吐出されたりする。この構成においても、ブロアの外部の気体がブロア室に吸引される際に、埃などの異物も一緒に第１開口部からブロア室へ吸引される。

しかし、この構成では、その異物が最も堆積し得る第１開口部と対向する振動板の領域に、第２開口部が設けられている。そのため、ブロア室に吸引された気体の一部は、第２開口部から流出する。そして、ブロア室に吸引された異物は、異物の比重が気体の比重より大きいことから慣性力が大きいため、その気体の一部とともに第２開口部から流出する。よって、この構成では異物が第１開口部と対向する振動板の主面に堆積し難い。すなわち、異物のブロア室内部への堆積によるブロアの吐出流量の減少および吐出圧力の低下が抑制される。

したがって、この構成のブロアによれば、ブロアの吐出流量の減少および吐出圧力の低下を抑制し、従来よりも異物による動作の停止がおこりにくい。

（２）前記ブロア室の最大拡張時の体積と前記ブロア室の最大収縮時の体積との差をΔＶとし、前記第１開口部の開口面積をＳとし、前記振動板が静止しているときの前記天板部と前記振動板との間隔をＬとしたとき、前記ΔＶ、Ｓ、Ｌは、ΔＶ／Ｓ≧Ｌの関係を満たしていることが好ましい。

前述したように、振動板の屈曲振動によりブロア室の体積は周期的に変化する。すなわち、ブロア室は、１周期Ｔのうち、Ｔ／２周期（ｓ）で最大拡張状態から最大収縮状態へ変化し、次のＴ／２周期（ｓ）で最大収縮状態から最大拡張状態へ変化する。

気体の吸引は、ブロア室が最大収縮状態から最大拡張状態へ変化する際に行われる。すなわち、気体の吸引は、Ｔ／２の間に行われる。ここで、第１開口部の開口面積Ｓからブロア室に流入する気体の変化量はΔＶ／Ｓであるので、第１開口部からブロア室へ吸引された気体の平均流速は、ΔＶ／Ｓ／（Ｔ／２）となる。そして、気体が、第１開口部からブロア室へ入り、ブロア室内を進む距離は、平均流速に気体の吸引時間Ｔ／２を乗算して得られるΔＶ／Ｓである。

すなわち、振動板が静止しているときの天板部と振動板との間隔Ｌが、ΔＶ／Ｓ≧Ｌの関係を満たす構造のブロアでは、ブロア室に吸引された異物が、第１開口部に対向する振動板の主面に衝突して堆積する。

したがって、前記（１）の構成は、この構成のようなＬがΔＶ／Ｓ≧Ｌの関係を満たす構造のブロアにおいて好適である。

（３）前記第１開口部の中心軸と前記第２開口部の中心軸とは、一致していることが好ましい。

第１開口部からブロア室へ吸引される気体の流速は、第１開口部の中心軸で最大になる。そのため、ブロア室内の異物の堆積も、第１開口部と対向する振動板の主面の内、第１開口部の中心軸と交わる箇所で最大になる。この構成では、第１開口部の中心軸と第２開口部の中心軸とが一致しているため、ブロア室内の異物の堆積がより抑えられる。

（４）前記第２開口部の直径は、前記第１開口部の直径より小さいことが好ましい。

この構成では、直径が大きい第１開口部の方から、より多くの空気がブロア室へ吸引または吐出される。すなわち、第１開口部において、第２開口部より大きな吐出流量および吐出圧力が得られる。一方、異物は、第２開口部の直径が小さくとも第２開口部から流出する。

したがって、この構成によれば、ブロア室内の異物の堆積が抑えられるとともに、吐出流量を多くすることができ、吐出圧力を高くすることができる。

（５）前記駆動体は、環状であり、前記振動板における前記第２開口部の周囲に設けられていることが好ましい。

この構成では駆動体が、第２開口部を塞ぐことなく、振動板を高効率で屈曲振動させることができる。

（６）前記天板部は、前記振動板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、振動板の振動に伴い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。

従って、この構成によれば、消費電力あたりの吐出圧力を高くすることができ、消費電力あたりの吐出流量を多くすることができる。そのため、低消費電力でありながら吐出圧力を高くすることができ、吐出流量を多くすることができる。

（７）前記第１筐体を間隔を設けて被覆することで前記第１筐体との間に通気路を形成し、前記第１開口部と対向する領域に第３開口部が設けられている第２筐体と、を備えることが好ましい。

この構成では、ブロア室から吐出される気体によって、ブロアの外部に存在する気体が通気路を介して引き込まれて第３開口部から吐出される。そのため、第３開口部から吐出される気体の流量が、引き込まれる気体の流量分多くなる。

従って、この構成によれば、消費電力あたりの吐出流量が大幅に多くなる。そのため、低消費電力でありながら吐出流量を多くすることができる。

この発明によれば、ブロアの吐出流量の減少および吐出圧力の低下を抑制し、従来よりも異物による動作の停止が起こり難い。

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の分解斜視図である。図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。図４は、図１に示す圧電ブロア１００をブロア本体の１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動させた際における、圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。図４（Ａ）はブロア室の体積が増大したときの図、図４（Ｂ）はブロア室の体積が減少したときの図である。２種類の交流駆動電圧における図１に示す圧電ブロア１００の吐出圧力と第２開口部３４の直径との関係を示す図である。２種類の交流駆動電圧における図１に示す圧電ブロア１００の吐出流量と第２開口部３４の直径との関係を示す図である。２種類の交流駆動電圧における図１に示す圧電ブロア１００の消費電力と第２開口部３４の直径との関係を示す図である。本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア５００の断面図である。図１に示す圧電ブロア１００のたばこ煙試験での吐出流量の経時変化と図８に示す圧電ブロア５００のたばこ煙試験での吐出流量の経時変化とを比較した図である。特許文献１に係るマイクロブロア９００の断面図である。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の分解斜視図である。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。

圧電ブロア１００は、上から順に、外筐体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、それらが順に積層され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、天板３７と側板３８とが本発明の「第１筐体」を構成している。外筐体１７が本発明の「第２筐体」に相当する。また、天板３７が本発明の「天板部」に相当し、側板３８が本発明の「側壁部」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。また、吐出口２４が本発明の「第３開口部」に相当する。また、天板３７、側板３８、振動板３９、及び圧電素子４０によって、ブロア本体が構成されている。

外筐体１７は、例えば空気等の気体が吐出される吐出口２４が中心に設けられたノズル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。外筐体１７の四角には、ネジ穴５６Ａ〜５６Ｄが設けられている。

外筐体１７は、下方が開口した断面コ字状である。外筐体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。外筐体１７は、例えば樹脂からなる。

ブロア室３６の天板３７は、円板状であり、例えば金属からなる。天板３７には、中央部６１と、中央部６１から水平方向に突出し、外筐体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とが設けられている。

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第１開口部４５が設けられている。この第１開口部４５は、外筐体１７の吐出口２４と対向する位置に設けられている。天板３７は、側板３８の上面に設けられている。

ブロア室３６の側板３８は、円環状であり、例えば金属からなる。側板３８は、振動板３９の上面３９Ａに設けられている。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、例えば金属からなる。振動板３９は、側壁３０と天板３７と共にブロア室３６を構成する。そして、第１開口部４５と対向する振動板３９の領域には、ブロア室３６の内部と外部とを連通させる第２開口部３４が設けられている。ここで、振動板３９の厚み方向に延びる、第１開口部４５の中心軸と第２開口部３４の中心軸とは、一致している。また、第２開口部３４の直径は、第１開口部４５の直径より小さい。

圧電素子４０は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなり、印加された交流駆動電圧に応じて伸縮する。圧電素子４０は、円環状である。圧電素子４０は、振動板３９における第２開口部３４の周囲におけるブロア室３６とは逆側の下面３９Ｂに設けられている。そのため、圧電素子４０は、第２開口部３４を塞ぐことなく、振動板３９を高効率で屈曲振動させることができる。

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によって外筐体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に接続される内部端子７３と、外部回路に接続される外部端子７２とで構成されている。内部端子７３の先端は圧電素子４０の平板面にはんだで接合されている。はんだで接合される位置を圧電素子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、円板形状の吸引口５３が設けられている。吸引口５３の直径は、圧電素子４０の直径より大きい。また、キャップ４２には、外筐体１７のネジ穴５６Ａ〜５６Ｄに対応する位置に切欠き５５Ａ〜５５Ｄが設けられている。

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で外筐体１７を挟持し、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、外筐体１７とともに収納する。キャップ４２は、例えば樹脂からなる。

そして、図３に示すように、天板３７、側板３８、振動板３９及び圧電素子４０の接合体と外筐体１７及びキャップ４２との間には通気路３１が設けられている。

以上の構成において圧電ブロア１００は、ノズル１８の先端をＣＰＵ等の被冷却体（熱源）に向けて、配置される。そして、圧電ブロア１００は、被冷却体に吐出口２４から空気を吐出して被冷却体を冷却する。

以下、圧電ブロア１００が動作している間における空気の流れについて説明する。

図４（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を、ブロア本体の１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動をさせた際における、圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。ここで、図中の矢印は、空気の流れを示している。

図３に示す状態において、ブロア本体の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する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、振動板３９は同心円状に屈曲振動する。同時に、天板３７は、振動板３９の屈曲振動に伴うブロア室３６の圧力変動により、振動板３９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４（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４（Ａ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて振動板３９が圧電素子４０側へ屈曲すると、ブロア室３６の体積が増大する。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、及び第２開口部３４を介してブロア室３６内に吸引される。さらに、圧電ブロア１００の外部の空気が吸引口５３、通気路３１、及び第１開口部４５を介してブロア室３６内に吸引される。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４（Ｂ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて振動板３９がブロア室３６側へ屈曲すると、ブロア室３６の体積が減少する。これに伴い、ブロア室３６内の空気が第２開口部３４、通気路３１を介して吸引口５３から吐出される。さらに、ブロア室３６内の空気が第１開口部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から吐出される空気によって、圧電ブロア１００の外部の空気が吸引口５３及び通気路３１を介して引き込まれて吐出口２４から吐出される。そのため、吐出口２４から吐出される空気の流量が、外部から引き込まれる空気の流量分多くなる。

以上により、圧電ブロア１００では、消費電力あたりの吐出流量が多くなるに従って、この実施形態の圧電ブロア１００によれば、低消費電力でありながら吐出流量を多くすることができる。

ところで、圧電ブロア１００の外部の空気が第１開口部４５からブロア室３６内に吸引される際に、埃などの異物も一緒に第１開口部４５からブロア室３６へ吸引されるが、圧電ブロア１００では、その異物が最も堆積し得る第１開口部４５と対向する振動板３９の領域に、第２開口部３４が設けられている。そのため、ブロア室３６に吸引された空気の一部は、第２開口部３４から流出する。そして、ブロア室３６に吸引された異物は、異物の比重が空気の比重より大きいことから慣性力が大きいため、その空気の一部とともに第２開口部３４から排出される。

よって、圧電ブロア１００では異物が、第１開口部４５と対向する振動板３９の上面３９Ａに堆積し難い。そのため、圧電ブロア１００が長時間動作しても、ブロア室３６内の異物の堆積が抑えられる。すなわち、圧電ブロア１００の吐出流量の減少および吐出圧力の低下が抑制される。

したがって、本実施形態の圧電ブロア１００によれば、吐出流量の減少および吐出圧力を抑制し、従来よりも異物による動作の停止が起こり難い。

また、圧電ブロア１００は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すブロア室３６の最大拡張時の体積Ｖ_１とブロア室３６の最大収縮時の体積Ｖ_２との差をΔＶとし、図３に示す第１開口部４５の開口面積をＳとし、図３に示す振動板３９が静止しているときの天板３７と振動板３９との間隔（即ち、振動板３９が静止しているときのブロア室３６の高さ）をＬとしたとき、ＬがΔＶ／Ｓ≧Ｌの関係を満たす構造を有している。そのため、第１開口部４５と対向する振動板３９の領域に第２開口部３４が設けられている構成は、本実施形態の圧電ブロア１００に好適である。

詳述すると、前述したように、振動板３９の屈曲振動によりブロア室３６の体積は周期的に変化する。すなわち、ブロア室３６は、１周期Ｔのうち、Ｔ／２周期（ｓ）で最大拡張状態から最大収縮状態へ変化し、次のＴ／２周期（ｓ）で最大収縮状態から最大拡張状態へ変化する。

空気の吸引は、ブロア室３６が最大収縮状態から最大拡張状態へ変化する際に行われる。すなわち、空気の吸引は、Ｔ／２の間に行われる。ここで、第１開口部４５の開口面積Ｓからブロア室３６に流入する空気の変化量はΔＶ／Ｓであるので、第１開口部４５からブロア室３６へ吸引された空気の平均流速は、ΔＶ／Ｓ／（Ｔ／２）となる。そして、空気が、第１開口部４５からブロア室３６へ入り、ブロア室３６内を進む距離は、平均流速に空気の吸引時間Ｔ／２を乗算して得られるΔＶ／Ｓである。

すなわち、振動板３９が静止しているときの天板３７と振動板３９との間隔Ｌが、ΔＶ／Ｓ≧Ｌの関係を満たす構造の圧電ブロア１００では、ブロア室３６に吸引された異物が、第１開口部４５に対向する振動板３９の上面３９Ａに衝突して堆積する。

したがって、第１開口部４５と対向する振動板３９の領域に第２開口部３４が設けられている構成は、ＬがΔＶ／Ｓ≧Ｌの関係を満たす構造の圧電ブロア１００において好適である。

また、第１開口部４５からブロア室３６へ吸引される空気の流速は、第１開口部４５の中心軸で最大になる。そのため、ブロア室３６内の異物の堆積も、第１開口部４５と対向する振動板３９の主面の内、第１開口部４５の中心軸と交わる箇所で最大になる。圧電ブロア１００では、第１開口部４５の中心軸と第２開口部３４の中心軸とが一致しているため、ブロア室３６への異物の堆積がより抑えられる。

また、圧電ブロア１００では、第２開口部３４の直径は、第１開口部４５の直径より小さい。そのため、直径が大きい第１開口部４５の方から、より多くの空気がブロア室３６へ吸引されたり、ブロア室３６から吐出されたりする。すなわち、第１開口部４５においては、第２開口部３４より吐出流量が多くなり、吐出圧力が高くなる。一方、異物は、微小なため、第２開口部３４の直径が小さくとも第２開口部３４から流出する。

したがって、本実施形態の圧電ブロア１００によれば、ブロア室３６内への異物の堆積が抑えられるとともに、吐出流量を多くすることができ、吐出圧力を高くすることができる。

次に、圧電ブロア１００における第２開口部３４の直径と、圧電ブロア１００の吐出圧力、吐出流量、及び消費電力との関係について説明する。

図５は、図１に示す圧電ブロア１００の吐出圧力と第２開口部３４の直径との関係を示す図である。図６は、図１に示す圧電ブロア１００の吐出流量と第２開口部３４の直径との関係を示す図である。図７は、図１に示す圧電ブロア１００の消費電力と第２開口部３４の直径との関係を示す図である。図５〜図７では、第２開口部３４の直径を変化させた圧電ブロア１００を複数用意し、各圧電ブロア１００に対してブロア本体の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する１０Ｖｐｐ又は１５Ｖｐｐの正弦波交流駆動電圧を印加し、各圧電ブロア１００の吐出圧力、吐出流量、及び消費電力を測定した結果を示している。

なお、図５〜図７に示す測定において、第１開口部４５の直径は０．６ｍｍに固定されている。

これらの測定結果より、第２開口部３４の直径が大きくなるにしたがって、圧電ブロア１００の吐出圧力が低下し、吐出流量が減少することが明らかとなった。また、第２開口部３４の直径が変化しても、消費電力は殆ど変化しないことが明らかとなった。

この結果から、第２開口部３４の直径は、第１開口部４５の直径より小さいことが好ましい。このような結果になった理由は、第２開口部３４の直径が長くなるにしたがって、圧電ブロア１００が動作している間におけるブロア室３６の空気が、第１開口部４５だけでなく第２開口部３４の方からもより多く流出するようになるためであると考えられる。

次に、本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア５００について説明する。

図８は、本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア５００の断面図である。圧電ブロア５００が圧電ブロア１００と相違する点は、振動板５３９及び圧電素子５４０である。その他の構成については同じである。

詳述すると、振動板５３９は第２開口部３４を有さない点で振動板３９と相違する。その他の構成については同じである。また、圧電素子５４０は円板状である点で圧電素子４０と相違する。その他の構成については同じである。

次に、圧電ブロア１００の吐出流量の経時変化と圧電ブロア５００の吐出流量の経時変化とを比較する。

図９は、図１に示す圧電ブロア１００の吐出流量の経時変化と図８に示す圧電ブロア５００の吐出流量の経時変化とを比較した図である。図９では、横３０ｃｍ×縦５４ｃｍ×高さ３５ｃｍの樹脂ケース内でたばこを燃焼させた後、たばこ濃度１６．７５［ｍｇ／ｍ^３］の雰囲気中で各圧電ブロア１００、５００に対してブロア本体の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する１２．５Ｖｐｐの正弦波交流駆動電圧を印加し、各圧電ブロア１００、５００の吐出流量を３０分間測定した結果を示している。

この測定結果より、圧電ブロア５００の動作時間が５分を過ぎた時点から、圧電ブロア５００の吐出流量は、急激に減少することが明らかとなった。反対に、圧電ブロア１００は長時間動作しても、圧電ブロア１００の吐出流量が殆ど減少しないことが明らかとなった。

この結果から、第２開口部３４が設けられている圧電ブロア１００の方が、第２開口部３４が設けられていない圧電ブロア５００より、異物による動作の停止が起こり難いと考えられる。また、このような結果になった理由は、第１開口部４５からブロア室３６に吸引された異物が第２開口部３４から流出し、振動板３９の上面３９Ａへの異物の堆積が抑えられたためであると考えられる。

したがって、本実施形態の圧電ブロア１００によれば、吐出流量の減少および吐出圧力の低下を抑制し、従来よりも異物による動作の停止が起こり難い。

《その他の実施形態》
前記実施形態では気体として空気を用いているが、これに限るものではない。当該気体が、空気以外の他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４０はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるが、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なってもよい。

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を設け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環状の圧電素子４０を用いたが、これに限るものではない。例えば、圧電素子４０が楕円形や多角形の環状であってもよい。第２開口部３４を覆うものでなければ、圧電素子４０の形状は、穴を有しない円板状、多角板状、楕円板状であってもよい。また、穴を有しない圧電素子４０を第２開口部３４の周りに複数配置してもよい。

また、前記実施形態では円板状の振動板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板状や多角板状、楕円板状であってもよい。

また、前記実施形態では、圧電ブロア１００を、ブロア本体の１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動させたが、これに限るものではない。実施の際は、複数の振動の腹を有する、３次振動モード以上の奇数次の振動モードの周波数で共振駆動させても良い。

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例を示したが、これに限るものではない。実施の際は、振動板３９のみが屈曲振動してもよく、必ずしも天板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。

また、前記実施形態では、第２開口部３４の直径は第１開口部４５の直径より短い例を示したが、これに限るものではない。例えば、第１開口部４５の直径と第２開口部３４の直径とが略等しくてもよい。

また、前記実施形態では、吐出口２４をＣＰＵ等の被冷却体に向けて圧電ブロア１００を配置し、吐出口２４から吐出される空気で被冷却体を冷却しているが、これに限るものではない。実施の際は、吸引口５３を被冷却体に向けて圧電ブロア１００を配置し、吸引口５３から流出する空気で被冷却体を冷却してもよい。また、吐出口２４を第１被冷却体に向け、吸引口５３を第２被冷却体に向けて圧電ブロア１００を配置し、吐出口２４及び吸引口５３から流出する空気で第１、第２被冷却体の両方を同時に冷却してもよい。

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。

１…ブロア本体
１ａ…壁部
１ｂ…壁部
２…ダイヤフラム
３…圧電素子
４…ブロア室
５ａ…第１開口部
５ｂ…吐出口
７…流入通路
１７…外筐体
１８…ノズル
２４…吐出口
３１…通気路
３４…第２開口部
３６…ブロア室
３７…天板
３８…側板
３９…振動板
３９Ａ…上面
３９Ｂ…下面
４０…圧電素子
４２…キャップ
４５…第１開口部
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…圧電ブロア
５００…圧電ブロア
５３９…振動板
５４０…圧電素子
９００…マイクロブロア
Ｆ…異物

Claims

振動板と、
前記振動板の少なくとも一方の主面に設けられ、前記振動板を屈曲振動させる駆動体と、
前記振動板とともにブロア室を構成する第１筐体と、を備え、
前記第１筐体は、前記振動板に対向する天板部と、前記振動板と前記天板部とを接続する側壁部と、を有し、
前記天板部には、前記ブロア室の内部と外部とを連通させる第１開口部が設けられており、
前記第１開口部と対向する前記振動板の領域には、前記ブロア室の内部と外部とを連通させる第２開口部が設けられている、ブロア。
前記ブロア室の最大拡張時の体積と前記ブロア室の最大収縮時の体積との差をΔＶとし、前記第１開口部の開口面積をＳとし、前記振動板が静止しているときの前記天板部と前記振動板との間隔をＬとしたとき、前記ΔＶ、Ｓ、Ｌは、ΔＶ／Ｓ≧Ｌの関係を満たしている、請求項１に記載のブロア。
前記第１開口部の中心軸と前記第２開口部の中心軸とは、一致している、請求項１または２に記載のブロア。
前記第２開口部の直径は、前記第１開口部の直径より小さい、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、環状であり、前記振動板における前記第２開口部の周囲に設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載のブロア。
前記天板部は、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１筐体を間隔を設けて被覆することで前記第１筐体との間に通気路を設け、前記第１開口部と対向する領域に第３開口部が設けられている第２筐体と、を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のブロア。