JPWO2014148103A1 - 圧電ブロア - Google Patents

Abstract

圧電ブロア（１００）は外筐体（１７）とブロア本体（１０１）とを備える。外筐体（１７）はブロア本体（１０１）を収納している。ブロア本体（１０１）は、天板（８０）、側板（７０）、第１振動板（６０）、圧電素子（４０）、中間板（１９０）、第２振動板（１６０）、側板（１７０）、及び底板（１８０）を備え、それらが順に積層された構造を有している。天板（８０）、側板（７０）、及び第１振動板（６０）は、円柱状の第１ブロア室（３６）を構成している。第２振動板（１６０）、側板（１７０）、及び底板（１８０）は、円柱状の第２ブロア室（１３６）を構成している。圧電素子（４０）の厚み方向の中立面（Ｃ）から第２振動板（１６０）の圧電素子（４０）側の面（１６０Ａ）までの距離（Ｋ２）は、中立面（Ｃ）から第１振動板（６０）の圧電素子（４０）側の面（６０Ｂ）までの距離（Ｋ１）より長い。

Description

本発明は、気体の輸送を行う圧電ブロアに関するものである。

従来、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圧電ブロアが各種考案されている。例えば特許文献１には圧電ブロア９００が開示されている。

図９は、特許文献１に係る圧電ブロア９００の断面図である。圧電ブロア９００は、内筐体１と、外筐体５と、を備えている。

内筐体１は、圧電素子２０及び中間板２２が接合されたダイヤフラム２１と、ダイヤフラム２１に接合されている枠板部１３と、枠板部１３に接合されている天板部１０と、を有する。内筐体１は、ダイヤフラム２１と枠板部１３と天板部１０とによってブロア室３を構成している。

天板部１０は、ブロア室３の内部と外部とを連通させる第１通気孔１１と、外筐体５に固定されている複数の支持部４とを有している。複数の支持部４は、内筐体１を外筐体５に対して弾性的に支持する。

外筐体５は、内筐体１を間隔を設けて被覆し、内筐体１との間に通気路６を構成する。さらに、外筐体５は、第１通気孔１１と対向する箇所に第２通気孔８を有する。

圧電素子２０は、第１主面２０Ａと、第１主面２０Ａに対向する第２主面２０Ｂとを有している。第１主面２０Ａ、第２主面２０Ｂには、おのおの圧電素子２０を駆動するための電極が設けられている。そして、天板部１０は、外筐体５から突出する電極端子８３を有する。電極端子８３と、圧電素子２０の第１主面２０Ａに設けられた電極とは、中間板２２及び内筐体１を介して電気的に接続されている。また、外筐体５の底面には、電極端子８２が設けられている。電極端子８２と、圧電素子２０の第２主面２０Ｂに設けられた電極とは、リード線７９を介して電気的に接続されている。

以上の構成において、交流駆動電圧が電極端子８２、８３から圧電素子２０に印加されると、圧電素子２０が伸縮し、圧電素子２０の伸縮によりダイヤフラム２１が屈曲振動する。そして、ダイヤフラム２１の屈曲振動により、ブロア室３の体積が周期的に変化する。

詳述すると、ダイヤフラム２１が圧電素子２０側へ屈曲すると、ブロア室３の体積が増大する。これに伴い、圧電ブロア９００の外部の気体が通気路６及び第１通気孔１１を介してブロア室３内に吸引される。

次に、ダイヤフラム２１がブロア室３側へ屈曲すると、ブロア室３の体積が減少する。これに伴い、ブロア室３内の気体が通気路６及び第１通気孔１１を介して第２通気孔８から吐出される。このとき、ブロア室３から吐出される空気によって、圧電ブロア９００の外部の空気が通気路６を介して引き込まれて第２通気孔８から吐出される。そのため、第２通気孔８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。

国際公開第２００９／１４８００８号パンフレット

しかしながら、前記特許文献１の圧電ブロア９００には、組み込み先の電子機器の小型化に伴い、小型化かつさらなる吐出流量の増加が求められている。

また、圧電素子２０の第２主面２０Ｂに設けられた電極は前述したように、リード線７９によって電極端子８２に接続されている。そのため、圧電素子２０の第２主面２０Ｂの電極とリード線７９との接続強度は、圧電素子２０の第１主面２０Ａの電極と中間板２２との接続強度に比べて極めて弱い。

よって、圧電ブロア９００には、例えば圧電ブロア９００を内蔵する電子機器が落下して地面に衝突し、落下による衝撃力が第２主面２０Ｂの電極とリード線７９との接続部分に加わると、リード線７９が圧電素子２０の第２主面２０Ｂの電極から容易に剥離してしまうという問題がある。

そこで本発明は、吐出流量を従来よりも増加させ、圧電素子の両主面に設けられる電極と、該電極におのおの接続される配線との接続強度を従来よりも高めた圧電ブロアを提供することを目的とする。

本発明の圧電ブロアは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

（１）第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面とを有し、前記第１、第２主面におのおの電極を備える圧電素子と、
前記圧電素子の前記第１主面に接合し、前記圧電素子により屈曲振動する第１振動部と、
前記第１振動部の前記圧電素子とは逆側の面に接合し、前記第１振動部とともに第１ブロア室を構成し、前記第１ブロア室の内部と外部を連通する第１開口部を有する第１筐体と、
前記圧電素子の前記第２主面に接合する中間部と、前記中間部に連なる平板部とを有し、前記圧電素子により屈曲振動する第２振動部と、
前記平板部の前記圧電素子とは逆側の面に接合し、前記第２振動部とともに第２ブロア室を構成し、前記第２ブロア室の内部と外部を連通する第２開口部を有する第２筐体と、を備え、
前記第１振動部と前記中間部とは、導電性を有し、
前記圧電素子の厚み方向の中立面から前記第１振動部の前記圧電素子側の面までの距離は、前記中立面から前記平板部の前記圧電素子側の面までの距離と異なる。

この構成において、第１筐体、第１振動部、圧電素子、第２振動部、及び第２筐体は、この順に積層され、ブロア本体を構成する。そして、圧電素子の厚み方向の中立面とは、圧電素子の厚み方向に直交し、圧電素子の厚み方向の中心を通る面である。

この構成では、交流駆動電圧が圧電素子に印加されると、圧電素子は伸縮する。ここで、中立面から第１振動部の圧電素子側の面までの距離が、中立面から平板部の圧電素子側の面までの距離と異なるため、ブロア本体は中立面に対して非対称となる。そのため、圧電素子の伸縮による第１振動部の撓みやすさと、圧電素子の伸縮による第２振動部の撓みやすさとは、異なる。

よって、この構成では圧電素子の両側に２つのブロア室が設けられているが、圧電素子の伸縮により第１、第２振動部の両方が圧電素子による振動を相互に打ち消し合うことなく撓み振動を行う。すなわち、圧電素子の伸縮により第１、第２ブロア室の両方の体積が変化する。そのため、第１ブロア室の体積変化量と第２ブロア室の体積変化量との和は、従来の１つのブロア室のみの体積変化量よりも多くなる。したがって、この構成では、圧電ブロアの吐出流量が従来よりも増加する。

また、この構成では、圧電素子の第１主面が導電性を有する第１振動部と当接し、第２主面が導電性を有する第２振動部の中間部と当接している。すなわち、圧電素子の両主面に設けられる電極と、該電極におのおの接続される配線との接触が面接触となり、圧電素子の両主面の電極と、電極に接続される配線との接続強度が従来よりも高くなる。

したがって、この構成によれば、吐出流量を従来よりも増加させ、圧電素子の両主面に設けられる電極と、該電極におのおの接続される配線との接続強度を従来よりも高めることができる。

（２）中間部は、平板部から圧電素子側へ突出していることが好ましい。

この構成では、中間部の厚み分、中立面から平板部の圧電素子側の面までの距離が、中立面から第１振動部の圧電素子側の面までの距離より長くなる。

（３）中間部の直径は、第２ブロア室の直径より短いことが好ましい。

第２振動部における、第２筐体に接合する部分と第２ブロア室に面する部分との境界は、第２振動部の屈曲振動の支点となる。

この構成では、中間部の直径が第２ブロア室の直径より短いため、圧電素子の伸縮による第２振動部の撓みやすさが低下しない。そのため、圧電素子の伸縮による第１振動部の撓みやすさと、圧電素子の伸縮による第２振動部の撓みやすさとは、異なる。すなわち、圧電素子の伸縮により第１、第２ブロア室の両方の体積は変化する。そのため、第１ブロア室の体積変化量と第２ブロア室の体積変化量との和は、従来の１つのブロア室のみの体積変化量よりも多くなる。

したがって、この構成によれば、吐出流量を従来よりも増加させ、圧電素子の両主面に設けられる電極と、該電極におのおの接続される配線との接続強度を従来よりも高めることができる。

（４）第２振動部は、中間部と平板部とが一体形成されて構成されていることが好ましい。

この構成では、中間部と平板部とが別体で設けられている場合に比べて、中間部と平板部との接合強度が増す。そのため、この構成は、例えば中間部と平板部との位置がずれ、圧電ブロアの特性が低下することを防止できる。したがって、この構成によれば、圧電ブロアの信頼性が向上する。

この発明によれば、吐出流量を従来よりも増加させ、圧電素子の両主面に設けられる電極と、該電極におのおの接続される配線との接続強度を従来よりも高めることができる。

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Ｓ−Ｓ線の断面図である。 図１に示す圧電ブロア１００に備えられるブロア本体１０１の分解斜視図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を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。 本発明の実施形態の第１比較例に係る圧電ブロア５００の断面図である。 本発明の実施形態の第２比較例に係る圧電ブロア６００の断面図である。 本発明の実施形態の第１変形例に係る圧電ブロア２００の断面図である。 本発明の実施形態の第２変形例に係る圧電ブロア３００の断面図である。 特許文献１に係る圧電ブロア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Ｓ−Ｓ線の断面図である。図３は、図１に示す圧電ブロア１００に備えられるブロア本体１０１の分解斜視図である。

圧電ブロア１００は、外筐体１７と、ブロア本体１０１とを備える。

外筐体１７は、円筒状である。外筐体１７の側面には、外筐体１７の外部の空気が外筐体１７の内部へ吸引される複数の吸引口５３が形成されている。さらに、外筐体１７の上面には、外筐体１７の内部の空気が排出される排出口２４が形成されている。さらに、外筐体１７の底面には、外筐体１７の内部の空気が排出される排出口２５が形成されている。外筐体１７は、例えば樹脂からなる。外筐体１７は内部に、ブロア本体１０１を収納している。

なお、本実施形態では円筒状の外筐体１７を用いているが、これに限るものではない。例えば、外筐体１７が直方体状であってもよい。また、圧電ブロア１００は、外筐体１７を取り外したブロア本体１０１のみの状態で使用してもよい。

ブロア本体１０１は、上から順に、天板８０、側板７０、第１振動板６０、圧電素子４０、中間板１９０、第２振動板１６０、側板１７０、及び底板１８０を備え、それらが順に積層された構造を有している。天板８０及び側板７０が第１筐体１１０を構成している。側板１７０及び底板１８０が第２筐体１２０を構成している。天板８０、側板７０、及び第１振動板６０は、円柱状の第１ブロア室３６を構成している。第２振動板１６０、側板１７０、及び底板１８０は、円柱状の第２ブロア室１３６を構成している。

なお、第１振動板６０が本発明の「第１振動部」に相当する。中間板１９０及び第２振動板１６０が本発明の「第２振動部」を構成している。中間板１９０が本発明の「中間部」に相当する。第２振動板１６０が本発明の「平板部」に相当する。

天板８０は円板状である。天板８０には、第１ブロア室３６の内部と外部とを連通させる第１開口部８１が設けられている。この第１開口部８１は、外筐体１７の排出口２４と対向する位置に設けられている。天板８０は、側板７０の上面に接合されている。

側板７０は円環状である。側板７０は、第１振動板６０の上面に接合されている。そのため、側板７０の厚みは、第１ブロア室３６の高さとなる。

第１振動板６０は円板状である。第１振動板６０には、円板部６１と、円板部６１の外周の周縁から周方向へ水平に突出する鍵状の支持部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。

圧電素子４０は、円板状であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。圧電素子４０は、圧電素子４０を駆動するための電極が設けられた第１、第２主面４０Ａ、４０Ｂを有する。圧電素子４０の第１主面４０Ａは、第１振動板６０に接合され、圧電素子４０の第２主面４０Ｂは、中間板１９０に接合されている。

中間板１９０は円板状である。中間板１９０は、第２振動板１６０の上面１６０Ａに接合されている。中間板１９０の直径Ｌ１は、第２ブロア室１３６の直径Ｌ２より短い。

第２振動板１６０は、円板状である。第２振動板１６０には、円板部１６１と、円板部１６１の外周の周縁から周方向へ水平に突出する鍵状の支持部１６２と、外部回路に接続するための外部端子１６３とが接合されている。第２振動板１６０は、側板１７０の上面に接合されている。

側板１７０は円環状である。側板１７０は、底板１８０の上面に接合されている。そのため、側板１７０の厚みは、第２ブロア室１３６の高さとなる。

底板１８０は円板状である。底板１８０には、第２ブロア室１３６の内部と外部とを連通させる第２開口部１８１が設けられている。この第２開口部１８１は、外筐体１７の排出口２５と対向する位置に設けられている。

なお、この実施形態において、ブロア本体１０１を構成する各部材の材料や寸法は、次のとおりである。天板８０、側板７０、第１振動板６０、中間板１９０、第２振動板１６０、側板１７０、及び底板１８０の材料は、例えば金属である。この実施形態では、天板８０、側板７０、第１振動板６０、第２振動板１６０、側板１７０、及び底板１８０の材料はＳＵＳ４３０を用い、中間板１９０の材料は４２Ｎｉを用いている。

また、天板８０の寸法は、外径１７ｍｍ、内径１ｍｍ、厚み０．５ｍｍである。側板７０の寸法は、外径１７ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚み０．３ｍｍである。第１振動板６０の寸法は、直径１７ｍｍ、厚み０．４ｍｍである。圧電素子４０の寸法は、直径１１ｍｍ、厚み０．１ｍｍである。中間板１９０の寸法は、直径４ｍｍ、厚み０．２ｍｍである。第２振動板１６０の寸法は、直径１７ｍｍ、厚み０．４ｍｍである。側板１７０の寸法は、外径１７ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚み０．３ｍｍである。底板１８０の寸法は、外径１７ｍｍ、内径１ｍｍ、厚み０．５ｍｍである。

以上の構成において、ブロア本体１０１は、第１振動板６０に設けられている４個の支持部６２と、第２振動板１６０に設けられている４個の支持部１６２とによって、外筐体１７に対して弾性的に支持されている。そして、図２に示すように、天板８０及び側板７０の接合体である第１筐体と外筐体１７との間には通気路３１が設けられている。また、底板１８０及び側板１７０の接合体である第２筐体と外筐体１７との間には通気路１３１が設けられている。

また、図２に示すように、圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃから第２振動板１６０の圧電素子４０側の面１６０Ａまでの距離Ｋ２は、中間板１９０の厚み分、圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃから第１振動板６０の圧電素子４０側の面６０Ｂまでの距離Ｋ１より長い。圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃとは、圧電素子４０の厚み方向に直交し、圧電素子４０の厚み方向の中心を通る面である。

また、圧電素子４０は、導電性を有する第１振動板６０及び中間板１９０によって挟まれている。圧電素子４０の第１主面４０Ａの電極は、第１振動板６０における第１ブロア室３６とは逆側の下面６０Ａに接合している。圧電素子４０の第２主面４０Ｂの電極は、中間板１９０における第１ブロア室３６側の上面１９０Ａに接合している。そのため、圧電素子４０は、外部端子６３、１６３から両電極間に印加される交流駆動電圧に応じて伸縮する。

そして、圧電ブロア１００は、排出口２４をＣＰＵ等の第１被冷却体（熱源）に向け、排出口２５を第２被冷却体に向けて配置される。これにより、圧電ブロア１００は、排出口２４、２５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６３，１６３から圧電素子４０に印加されると、第１、第２振動板６０、１６０のそれぞれは同心円状に屈曲振動する。

同時に、天板８０は、第１振動板６０の屈曲振動に伴う第１ブロア室３６の圧力変動により、第１振動板６０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、第１振動板６０及び天板８０が屈曲変形して第１ブロア室３６の体積が周期的に変化する。

また、同時に、底板１８０も、第２振動板１６０の屈曲振動に伴う第２ブロア室１３６の圧力変動により、第２振動板１６０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、第２振動板１６０及び底板１８０が屈曲変形して第２ブロア室１３６の体積が周期的に変化する。

まず、第１ブロア室３６の空気の流れについて詳述する。

図４（Ａ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて第１振動板６０が圧電素子４０側へ屈曲すると、第１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１開口部８１を介して第１ブロア室３６内に吸引される。なお、このとき、第１ブロア室３６からの空気の流出は無いものの、排出口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に印加されて第１振動板６０が第１ブロア室３６側へ屈曲すると、第１ブロア室３６の体積が減少する。これに伴い、第１ブロア室３６内の空気が第１開口部８１から吐出され、通気路３１を介して排出口２４から排出される。

このとき、第１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排出口２４から排出される。そのため、排出口２４から排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。

次に、第２ブロア室１３６の空気の流れについて詳述する。

図４（Ｂ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて中間板１９０及び第２振動板１６０が圧電素子４０側へ屈曲すると、第２ブロア室１３６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１３１、及び第２開口部１８１を介して第２ブロア室１３６内に吸引される。なお、このとき、第２ブロア室１３６からの空気の流出は無いものの、排出口２５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（Ａ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて中間板１９０及び第２振動板１６０が第２ブロア室１３６側へ屈曲すると、第２ブロア室１３６の体積が減少する。これに伴い、第２ブロア室１３６内の空気が第２開口部１８１から吐出され、通気路１３１を介して排出口２５から排出される。

このとき、第２ブロア室１３６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１３１を介して引き込まれて排出口２５から排出される。そのため、排出口２５から排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。

ここで、図２に示すように、圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃから第２振動板１６０の圧電素子４０側の面１６０Ａまでの距離Ｋ２は、中間板１９０の厚み分、圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃから第１振動板６０の圧電素子４０側の面６０Ｂまでの距離Ｋ１より長い。圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃとは、圧電素子４０の厚み方向に直交し、圧電素子４０の厚み方向の中心を通る面である。そのため、ブロア本体１０１は中立面Ｃに対して非対称となる。

ここで、圧電素子４０の伸縮による発生力をＦとする。また、第１振動板６０の撓みやすさを、モーメントＭ１で表す。第２振動板１６０の撓みやすさを、モーメントＭ２で表す。

圧電素子４０が縮んだ場合、第１振動板６０には、第１振動板６０が第１ブロア室３６側へ撓む方向のモーメントＭ１＝Ｆ×Ｋ１が生じる。また、第２振動板１６０には、第２振動板１６０が第２ブロア室１３６側へ撓む方向のモーメントＭ２＝Ｆ×Ｋ２が生じる。このように、Ｍ１とＭ２は逆方向のモーメントである。そして、第１振動板６０と第２振動板１６０は、圧電素子４０及び中間板１９０に接合している。そのため、圧電素子４０が縮んだ場合、両振動板６０、１６０が第２ブロア室１３６側へ撓む方向のモーメント「Ｍ２−Ｍ１」が、両振動板６０、１６０に生じる。

ここで、Ｍ１とＭ２が近い値の場合、各モーメントＭ１、Ｍ２が相殺され、両振動板６０、１６０に生じるモーメント「Ｍ２−Ｍ１」は小さなものとなる。そのため、大きな撓み変形が両振動板６０、１６０に生じない。

しかし、図２に示すように、Ｋ２がＫ１より大きい場合、両振動板６０、１６０が第２ブロア室１３６側へ撓む方向のモーメント「Ｍ２−Ｍ１」が大きなものとなる。そのため、第２ブロア室１３６側への大きな撓み変形が両振動板６０、１６０に生じる。

一方、圧電素子４０が伸びた場合、各モーメントＭ１、Ｍ２の方向が前述の方向とは逆になる。すなわち、圧電素子４０が伸びた場合、両振動板６０、１６０が第１ブロア室３６側へ撓む方向のモーメント「Ｍ２−Ｍ１」が、両振動板６０、１６０に生じる。

そのため、Ｍ１とＭ２が近い値の場合、各モーメントＭ１、Ｍ２が相殺され、両振動板６０、１６０に生じるモーメント「Ｍ２−Ｍ１」は小さなものとなる。そのため、大きな撓み変形が両振動板６０、１６０に生じない。

しかし、図２に示すようにＫ２がＫ１より大きい場合、両振動板６０、１６０が第１ブロア室３６側へ撓む方向のモーメント「Ｍ２−Ｍ１」が大きなものとなる。そのため、第１ブロア室３６側への大きな撓み変形が両振動板６０、１６０に生じる。

このように、圧電素子４０の伸縮により第１、第２振動板６０、１６０の両方が圧電素子４０による振動を相互に打消し合うことなく撓み振動を行う。すなわち、圧電素子４０の伸縮により第１、第２ブロア室３６、１３６の両方の体積は変化する。そのため、第１ブロア室３６の体積変化量と第２ブロア室１３６の体積変化量との和は、従来の１つのブロア室のみの体積変化量よりも多くなる。したがって、ブロア本体１０１の吐出流量が従来よりも増加する。

また、ブロア本体１０１では、圧電素子４０の第１主面４０Ａが導電性を有する第１振動板６０と当接し、第２主面４０Ｂが、導電性を有する中間板１９０と当接している。すなわち、圧電素子４０の両主面４０Ａ、４０Ｂに設けられる電極と、該電極におのおの接続される配線との接触が面接触となる。そのため、ブロア本体１０１では、圧電素子４０の両主面４０Ａ、４０Ｂに設けられる電極と、電極に接続される配線との接続強度が従来よりも高くなる。

したがって、本実施形態の圧電ブロア１００によれば、吐出流量を従来よりも増加させ、圧電素子４０の両主面４０Ａ、４０Ｂに設けられる電極との接続強度を従来よりも高めることができる。

図２、図３に示したブロア本体１０１の吐出流量と、本発明の実施形態の第１比較例に係る圧電ブロア５００のブロア本体５０１の吐出流量とを比較する。

図５は、本発明の実施形態の第１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、中間板１９０、第２振動板１６０、側板１７０、底板１８０及び外筐体１７を備えない点である。詳述すると、圧電ブロア５００のブロア本体５０１は、上から順に、天板８０、側板７０、第１振動板６０、圧電素子４０を備え、それらが順に積層された構造を有している。その他のブロア本体５０１の構成についてはブロア本体１０１と同じであるため、記載を省略する。

ここで、ブロア本体１０１、５０１の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する１５Ｖｐｐの正弦波交流駆動電圧を各ブロア本体１０１、５０１に印加し、ブロア本体１０１、５０１の第１振動板の中心変位量とブロア室の体積変化量とをシミュレーションで算出した結果を以下に示す。

なお、ブロア本体１０１の吐出流量とは、第１開口部８１から吐出される空気の流量と第２開口部１８１から吐出される空気の流量との和である。ブロア本体５０１の吐出流量とは、第１開口部８１から吐出される空気の流量である。ブロア本体１０１に関して、実験では、外筐体１７を取り外した状態で、第１振動板６０の中心変位と、第１ブロア室３６の体積変化量と第２ブロア室１３６の体積変化量との和とを算出した。

実験により、ブロア本体５０１では第１振動板６０の中心変位が５．８μｍであるのに対し、ブロア本体１０１では第１振動板６０の中心変位は３．３μｍであることが明らかとなった。また、実験により、ブロア本体５０１では第１ブロア室３６の体積変化量が１．１９Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、ブロア本体１０１では第１ブロア室３６の体積変化量と第２ブロア室１３６の体積変化量との和が１．６１Ｌ／ｍｉｎであることが明らかとなった。

以上の結果から、ブロア本体の吐出流量はブロア室の体積変化量に比例するため、ブロア本体１０１の吐出流量は、ブロア本体５０１の吐出流量と比べて大幅に増加したと考えられる。以上のような結果になった理由は、ブロア本体１０１が２つのブロア室３６、１３６を備え、且つ前述の距離Ｋ１、Ｋ２の違いにより第１振動板６０の撓みやすさと第２振動板１６０の撓みやすさとが異なり、第１、第２振動板６０、１６０の両方が圧電素子４０による振動を相互に打消し合うことなく撓み振動を行うためであると考えられる。

したがって、本実施形態のブロア本体１０１によれば、吐出流量を従来のブロア本体よりも増加させることができる。

次に、図２、３に示したブロア本体１０１の吐出流量と、本発明の実施形態の第２比較例に係る圧電ブロア６００のブロア本体６０１の吐出流量とを比較する。

図６は、本発明の実施形態の第２比較例に係る圧電ブロア６００の断面図である。圧電ブロア６００が圧電ブロア１００と相違する点は、中間板１９０及び外筐体１７を備えず、第１振動板６６０を備える点である。

詳述すると、圧電ブロア６００のブロア本体６０１は、上から順に、天板８０、側板７０、第１振動板６６０、圧電素子４０、第２振動板１６０、側板１７０、及び底板１８０を備え、それらが順に積層された構造を有している。第１振動板６６０は中間部６９０を有する。中間部６９０の直径Ｌ１は第１ブロア室３６の直径Ｌ２より長い。そして、第１振動板６６０の厚みは、中間部６９０の厚み分、第２振動板１６０の厚みより厚い。そのため、圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃから第１振動板６６０の圧電素子４０側の面６６０Ｂまでの距離Ｋ１は、圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃから第２振動板１６０の圧電素子４０側の面１６０Ａまでの距離Ｋ２と等しい。その他のブロア本体６０１の構成についてはブロア本体１０１と同じであるため、記載を省略する。

なお、この第２変形例において、第１振動板６６０の寸法は、直径１７ｍｍ、厚み０．４ｍｍである。第２振動板１６０の寸法は、直径１７ｍｍ、厚み０．２ｍｍである。その他の各部材の材料と寸法は、ブロア本体１０１の各部材の材料と寸法と同じである。

ここで、ブロア本体１０１、６０１の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する１５Ｖｐｐの正弦波交流駆動電圧を各ブロア本体１０１、６０１に印加し、ブロア本体１０１、６０１の第１振動板の中心変位量とブロア室の体積変化量とをシミュレーションで算出した結果を以下示す。

なお、ブロア本体１０１の吐出流量とは、第１開口部８１から吐出される空気の流量と第２開口部１８１から吐出される空気の流量との和である。ブロア本体６０１の吐出流量とは、第１開口部８１から吐出される空気の流量と第２開口部１８１から吐出される空気の流量との和である。ブロア本体１０１に関して、実験では、外筐体１７を取り外した状態で、第１振動板６０の中心変位と、第１ブロア室３６の体積変化量と第２ブロア室１３６の体積変化量との和とを算出した。

実験により、ブロア本体６０１では第１振動板６６０の中心変位が０．７μｍであるのに対し、ブロア本体１０１では第１振動板６０の中心変位は３．３μｍであることが明らかとなった。また、実験により、ブロア本体６０１でば第１ブロア室３６の体積変化量と第２ブロア室１３６の体積変化量との和が０．５２Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、ブロア本体１０１では第１ブロア室３６の体積変化量と第２ブロア室１３６の体積変化量との和が１．６１Ｌ／ｍｉｎであることが明らかとなった。

以上の結果から、ブロア本体の吐出流量はブロア室の体積変化量に比例するため、ブロア本体１０１の吐出流量はブロア本体６０１の吐出流量と比べて大幅に増加すると考えられる。

ブロア本体６０１に関して以上のような結果になった理由は、図６に示すように、中間部６９０の直径Ｌ１が第２ブロア室１３６の直径Ｌ２より長く距離Ｋ１と距離Ｋ２が等しいことにより、第１振動板６６０の撓みやすさと第２振動板１６０の撓みやすさとがほぼ等しくなり、第１振動板６６０の振動と第２振動板１６０の振動とが相殺されたためであると考えられる。

一方、ブロア本体１０１に関して以上のような結果になった理由は、図２に示すように、中間板１９０の直径Ｌ１が第２ブロア室１３６の直径Ｌ２より短く距離Ｋ２が距離Ｋ１より長いことにより、第１振動板６０の撓みやすさと第２振動板１６０の撓みやすさとが異なり、圧電素子４０の伸縮により大きな撓み変形が両振動版６０、１６０に生じたためであると考えられる。

したがって、本実施形態のブロア本体１０１によれば、吐出流量を従来のブロア本体よりも増加させることができる。

《その他の実施形態》
前記実施形態では、図２に示すように中間板１９０と第２振動板１６０とが別体で設けられているが、これに限るものではない。例えば図７に示すように、中間部２９０と第２振動板１６０とが同一材料から一体形成されていてもよい。この場合、中間部２９０と第２振動板１６０とが、本発明の「第２振動部」を構成する。

図７に示す圧電ブロア２００においても、圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃから第２振動板１６０部の圧電素子４０側の面２６０Ａまでの距離Ｋ２は、中間部２９０の厚み分、中立面Ｃから第１振動板６０の圧電素子４０側の面６０Ｂまでの距離Ｋ１より長い。したがって、圧電ブロア２００によれば、圧電ブロア１００と同様の効果を奏する。

さらに、圧電ブロア２００では、中間部２９０と第２振動板１６０とが同一材料から一体形成されているため、中間部２９０と第２振動板１６０との接合強度が増す。そのため、この構成は、例えば中間部２９０と第２振動板１６０との位置がずれ、圧電ブロア２００の特性が低下することを防止できる。したがって、この構成によれば、圧電ブロア２００の信頼性が向上する。

また、前記実施形態では、図２に示すように圧電素子４０が第１振動板６０に直接接合しているが、これに限るものではない。例えば図８に示すように、圧電素子４０と第１振動板６０との間に、中間板３９５が設けられていてもよい。この場合、第１振動板６０と中間板３９５との接合体が、本発明の「第１振動部」に相当する。そして、この場合、距離Ｋ１は、中間板３９５の圧電素子４０側の面３９５Ｂを基準とする。

図８に示す圧電ブロア３００においても、圧電素子４０の厚み方向の中立面Ｃから第２振動板１６０の圧電素子４０側の面１６０Ａまでの距離Ｋ２は、中間板１９０の厚み分、中立面Ｃから中間板３９５の圧電素子４０側の面３９５Ｂまでの距離Ｋ１より長い。したがって、圧電ブロア３００によれば、圧電ブロア１００と同様の効果を奏する。

また、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、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、前記実施形態では円板状の圧電素子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、前記実施形態では円板状の第１、第２振動板６０、１６０、円板状の中間板１９０、円板状の底板１８０、及び円板状の天板８０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、おのおのの圧電ブロアを、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８０が、第１振動板６０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、第１振動板６０のみが屈曲振動してもよく、必ずしも天板８０が、第１振動板６０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、底板１８０が、第２振動板１６０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、第２振動板１６０のみが屈曲振動してもよく、必ずしも底板１８０が、第２振動板１６０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。

Ｃ…中立面
１…内筐体
３…ブロア室
４…支持部
５…外筐体
６…通気路
８…第２通気孔
１０…天板部
１１…第１通気孔
１３…枠板部
１７…外筐体
２０…圧電素子
２１…ダイヤフラム
２２…中間板
２４…排出口
２５…排出口
３１…通気路
３６…第１ブロア室
４０…圧電素子
５３…吸引口
６０…第１振動板
６１…円板部
６２…支持部
６３，１６３…外部端子
７０…側板
７９…リード線
８０…天板
８１…第１開口部
８２、８３…電極端子
１００…圧電ブロア
１０１…ブロア本体
１１０…第１筐体
１２０…第２筐体
１３１…通気路
１３６…第２ブロア室
１６０…第２振動板
１６１…円板部
１６２…支持部１７０…側板
１８０…底板
１８１…第２開口部
１９０…中間板
２００…圧電ブロア
３００…圧電ブロア
３９５…中間板
５００…圧電ブロア
５０１…ブロア本体
６００…圧電ブロア
６０１…ブロア本体
６６０…第１振動板
９００…圧電ブロア

Claims (4)

1. 第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面とを有し、前記第１、第２主面におのおの電極を備える圧電素子と、
   前記圧電素子の前記第１主面に接合し、前記圧電素子により屈曲振動する第１振動部と、
   前記第１振動部の前記圧電素子とは逆側の面に接合し、前記第１振動部とともに第１ブロア室を構成し、前記第１ブロア室の内部と外部を連通する第１開口部を有する第１筐体と、
   前記圧電素子の前記第２主面に接合する中間部と、前記中間部に連なる平板部とを有し、前記圧電素子により屈曲振動する第２振動部と、
   前記平板部の前記圧電素子とは逆側の面に接合し、前記第２振動部とともに第２ブロア室を構成し、前記第２ブロア室の内部と外部を連通する第２開口部を有する第２筐体と、を備え、
   前記第１振動部と前記中間部とは、導電性を有し、
   前記圧電素子の厚み方向の中立面から前記第１振動部の前記圧電素子側の面までの距離は、前記中立面から前記平板部の前記圧電素子側の面までの距離と異なる、圧電ブロア。
2. 前記中間部は、前記平板部から前記圧電素子側へ突出している、請求項１に記載の圧電ブロア。
3. 前記中間部の直径は、前記第２ブロア室の直径より短い、請求項１または２に記載の圧電ブロア。
4. 前記第２振動部は、前記中間部と前記平板部とが一体形成されて構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電ブロア。

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