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WO2016027817A1 - ブロア - Google Patents

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Publication number
WO2016027817A1
WO2016027817A1 PCT/JP2015/073176 JP2015073176W WO2016027817A1 WO 2016027817 A1 WO2016027817 A1 WO 2016027817A1 JP 2015073176 W JP2015073176 W JP 2015073176W WO 2016027817 A1 WO2016027817 A1 WO 2016027817A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blower
blower chamber
outer peripheral
vibrating body
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/073176
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐々木雅啓
栗原潔
和田寛昭
田中伸拓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2016544222A priority Critical patent/JP6332461B2/ja
Priority to CN201590000876.4U priority patent/CN206903844U/zh
Publication of WO2016027817A1 publication Critical patent/WO2016027817A1/ja
Priority to US15/428,542 priority patent/US10260495B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B45/047—Pumps having electric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D33/00—Non-positive-displacement pumps with other than pure rotation, e.g. of oscillating type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F7/00—Pumps displacing fluids by using inertia thereof, e.g. by generating vibrations therein
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00—Motor parameters
    • F04B2203/04—Motor parameters of linear electric motors
    • F04B2203/0404—Frequency of the electric current

Definitions

  • the present invention relates to a blower that transports gas.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric drive pump.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a pump 900 according to Patent Document 1.
  • the pump 900 includes a piezoelectric disk 920, a disk 912 to which the piezoelectric disk 920 is bonded, and a main body 913 that forms a cavity 911 together with the disk 912.
  • the main body 913 is formed with an inlet 915 through which gas flows and an outlet 914 through which gas flows out.
  • the main body 913 has a bottom plate 918.
  • the inflow port 915 is provided between the central axis of the cavity 911 and the outer periphery of the cavity 911 in the bottom plate 918.
  • the outlet 914 is provided on the central axis of the cavity 911 in the bottom plate 918.
  • the outlet 914 is provided with a valve 916 that prevents gas from flowing from the outside to the inside of the cavity 911.
  • FIG. 12 (A) is a diagram showing the pressure change at each point of the blower chamber 31 applied from the central axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating the displacement of each point of the bottom plate 918 constituting the center axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911.
  • the piezoelectric disk 920 causes the disk 912 to bend and vibrate.
  • the bottom plate 918 also bends and vibrates as shown in FIG. As a result, gas flows from the inlet 915 into the cavity 911, and the gas in the cavity 911 is discharged from the outlet 914.
  • the pressure at each point of the cavity 911 changes from the central axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911 as shown in FIG. 12A due to the bending vibration of the disk 912 and the bottom plate 918.
  • the outer peripheral region of the bottom plate 918 starts from the initial position P2 of the bottom plate 918 to the disk 912. It is separated to the opposite side. That is, in the first outer peripheral space Q1 of the cavity 911, when the air pressure becomes positive, the outer peripheral region of the bottom plate 918 tries to reduce the pressure of the cavity 911.
  • Patent Document 1 when the pump 900 operates at the resonance frequency of the third-order mode, the pressure resonance of the air in the cavity 911 (blower chamber) decreases due to the bending vibration in the outer peripheral region of the bottom plate 918 (vibrating body), and the discharge There is a problem that pressure and discharge flow rate are reduced.
  • An object of the present invention is to provide a blower capable of preventing a discharge pressure and a discharge flow rate from being reduced by bending vibration of an outer peripheral region of a vibrating body.
  • the blower of the present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
  • the blower of the present invention is provided on at least one main surface of the vibrating body having a first main surface and a second main surface, and the first main surface and the second main surface of the vibrating body, and the vibrating body
  • a drive body that bends and vibrates in an odd-order vibration mode that is a third-order mode or more that forms a plurality of vibration antinodes
  • a housing that joins the vibrating body to form a blower chamber together with the actuator, and a housing having a vent hole that communicates the inside and outside of the blower chamber;
  • the vibrating body includes an outer peripheral region in contact with a range from an outermost pressure vibration node to an outer periphery of the blower chamber among the pressure vibration nodes of the blower chamber formed by bending vibration of the vibrating body; A central region located inside the outer peripheral region, The restraint plate is a blower provided in the outer peripheral region.
  • the blower chamber is configured by an outer peripheral space that is in contact with the outer peripheral area of the vibrating body, and a central space that is located inside the outer peripheral space and is in contact with the central area of the vibrating body.
  • the blower with this configuration operates at the resonance frequency of the odd-order vibration mode. While the blower having this configuration is operating, when the pressure of gas (for example, air) is lower than the reference pressure (for example, atmospheric pressure) in the outer peripheral space of the blower chamber, the bending vibration in the outer peripheral region is suppressed and reduced. Further, when the gas pressure is higher than the reference pressure in the outer peripheral space of the blower chamber, the bending vibration in the outer peripheral region is suppressed and reduced.
  • gas for example, air
  • the reference pressure for example, atmospheric pressure
  • the outer peripheral region of the vibrating body does not adversely affect the pressure in the blower chamber, and does not reduce the pressure resonance of the gas in the blower chamber.
  • the blower of the present invention can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration of the outer peripheral region of the vibrating body. Therefore, the blower of the present invention can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.
  • the rigidity of the outer peripheral region is preferably higher than the rigidity of the central region.
  • the outer peripheral region can restrain the bending vibration of the outer peripheral region.
  • the thickness of the outer peripheral region is preferably thicker than the thickness of the central region.
  • This configuration makes the outer peripheral region more rigid than the central region.
  • the shortest distance a from the central axis of the blower chamber to the end of the region on the inner side of the joint portion of the vibrating body with the casing and the vibration frequency f of the actuator are defined as c as the sound velocity of the gas passing through the blower chamber.
  • the vibrating body and the casing are formed to have the shortest distance a.
  • the driving body vibrates the actuator at the vibration frequency f.
  • the blower having this configuration can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.
  • the driving body is preferably a piezoelectric body.
  • the blower having this configuration can achieve noise reduction by using, as a drive source, a piezoelectric body that generates little sound and vibration during driving.
  • a valve for preventing gas from flowing from the outside to the inside of the blower chamber is provided in the vent hole.
  • the blower with this configuration can prevent the gas from flowing from the outside of the blower chamber to the inside of the blower chamber through the vent hole. Therefore, the blower having this configuration can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a piezoelectric blower 100 according to an embodiment of the present invention. It is an external appearance perspective view of the piezoelectric blower 100 shown in FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along line SS of the piezoelectric blower 100 shown in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the piezoelectric blower 100 taken along the line SS when the piezoelectric blower 100 shown in FIG. 1 is operated at the resonance frequency (fundamental wave) of the third-order mode.
  • the resonance frequency fundamental wave
  • FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a pressure change at each point in the blower chamber 31 and a displacement at each point of the diaphragm 41 in the piezoelectric blower 150 shown in FIG. 6.
  • FIG. 12A is a diagram illustrating a change in pressure at each point of the cavity 911 applied from the central axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating the displacement of each point of the bottom plate 918 constituting the center axis of the cavity 911 to the outer periphery of the cavity 911. It is the figure which accumulated the displacement of each point of the baseplate 918 shown to FIG. 12 (B) on the pressure change of each point of the blower chamber 31 shown to FIG. 12 (A).
  • FIG. 1 is an external perspective view of a piezoelectric blower 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the piezoelectric blower 100 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line SS of the piezoelectric blower 100 shown in FIG.
  • the piezoelectric blower 100 includes a housing 17, a vibrating body 45, and a piezoelectric element 42 in order from the top, and has a structure in which these are stacked in order.
  • the vibrating body 45 includes a vibrating plate 41, a reinforcing plate 70, and a restraining plate 60, and has a structure in which they are stacked.
  • the vibrating body 45 has a first main surface 40A and a second main surface 40B.
  • the diaphragm 41 has a disc shape and is made of, for example, stainless steel (SUS). In the present embodiment, the thickness of the diaphragm 41 is 0.1 mm.
  • the second main surface 40B of the vibrating body 45 is joined to the tip of the housing 17.
  • the vibrating body 45 constitutes a cylindrical blower chamber 31 sandwiched from the thickness direction of the diaphragm 41 together with the housing 17.
  • the vibrating body 45 and the housing 17 are formed so that the blower chamber 31 has a radius a.
  • the radius a of the blower chamber 31 is 10.3 mm.
  • the region inside the joint portion with the housing 17 on the second main surface 40B of the vibrating body 45 constitutes the bottom surface of the blower chamber 31.
  • the vibrating body 45 has a cylindrical air hole 124 that allows the blower chamber 31 to communicate with the outside of the blower chamber 31.
  • the diameter of the air hole 124 is 0.8 mm.
  • the vibrating body 45 is an outer peripheral region in contact with a range from the outermost pressure vibration node F to the outer periphery of the blower chamber 31 among the pressure vibration nodes of the blower chamber 31 formed by the bending vibration of the vibrating body 45. 145 and a central region 146 located inside the outer peripheral region 145.
  • the outer peripheral region 145 is a region that restrains the bending vibration of the outer peripheral region 145.
  • a constraining plate 60 that constrains bending vibration of the outer peripheral region 145 is joined to the main surface 40C of the vibration plate 41.
  • the outer peripheral region 145 is thicker than the central region 146. Therefore, the rigidity of the outer peripheral area 145 is higher than the rigidity of the central area 146.
  • the restraint plate 60 has an annular shape and is made of, for example, stainless steel.
  • the inner diameter of the restraint plate 60 is 17 mm.
  • the blower chamber 31 includes an outer peripheral space 131 that is in contact with the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45 and a central space 132 that is located inside the outer peripheral space 131 and is in contact with the central region 146 of the vibrating member 45.
  • the reinforcing plate 70 has a disc shape and is made of, for example, stainless steel.
  • the reinforcing plate 70 is joined to the main surface 40 ⁇ / b> C on the opposite side of the diaphragm 41 from the blower chamber 31.
  • the reinforcing plate 70 prevents the piezoelectric element 42 from being damaged by the bending of the piezoelectric element 42.
  • the piezoelectric element 42 has a disc shape and is made of, for example, lead zirconate titanate ceramic. Electrodes are formed on both main surfaces of the piezoelectric element 42.
  • the piezoelectric element 42 is joined to the first main surface 40 ⁇ / b> A on the side opposite to the blower chamber 31 of the reinforcing plate 70.
  • the piezoelectric element 42 expands and contracts according to the applied AC voltage.
  • the piezoelectric element 42 has a diameter of 11 mm, and the piezoelectric element 42 has a thickness of 0.15 mm.
  • the joined body of the piezoelectric element 42, the reinforcing plate 70, the restraining plate 60 and the vibration plate 41 constitutes a piezoelectric actuator 90.
  • the housing 17 is formed in a U-shaped cross section with an opening at the bottom.
  • the tip of the housing 17 is joined to the diaphragm 41.
  • the casing 17 is made of, for example, metal.
  • the housing 17 includes a disc-shaped top plate portion 18 facing the second main surface 40B of the vibration plate 41, and an annular side wall portion 19 connected to the top plate portion 18. A part of the top plate portion 18 constitutes the top surface of the blower chamber 31.
  • the top plate portion 18 has a cylindrical air hole 24 that allows the blower chamber 31 to communicate with the outside of the blower chamber 31.
  • the diameter of the vent hole 24 is 1.4 mm.
  • the top plate portion 18 includes a thick top portion 329 and a thin top portion 28 located on the inner peripheral side of the thick top portion 329.
  • the top plate portion 18 has a vent hole 24 in the thin top portion 28 that allows the inside and outside of the blower chamber 31 to communicate with each other.
  • a concave portion 26 that is a part of the blower chamber 31 and that constitutes a cavity 25 that communicates with the vent hole 24 is formed on the vibration plate 41 side of the top plate portion 18.
  • the cavity 25 has a cylindrical shape.
  • the diameter of the cavity 25 is 3.0 mm, and the thickness of the cavity 25 is 0.3 mm.
  • FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views of the SS line of the piezoelectric blower 100 when the piezoelectric blower 100 shown in FIG. 1 is operated at the resonance frequency (fundamental wave) of the third-order mode.
  • 4A is a view when the volume of the blower chamber 31 is reduced most
  • FIG. 4B is a view when the volume of the blower chamber 31 is increased most.
  • the arrows in the figure indicate the flow of air.
  • FIG. 5 shows the pressure change at each point of the blower chamber 31 from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 and the central axis C of the blower chamber 31 at the moment shown in FIG. It is a figure which shows the relationship with the displacement of each point of the diaphragm 41 which comprises to the outer periphery of the blower chamber 31.
  • the pressure change at each point of the blower chamber 31 and the displacement of each point of the diaphragm 41 are normalized by the displacement of the center of the diaphragm 41 on the central axis C of the blower chamber 31. Indicated by value.
  • the first type Bessel function J 0 (x) is expressed by the following mathematical formula.
  • the radius a of the blower chamber 31 is the shortest distance from the central axis C of the blower chamber 31 to the end J of the region on the inner side of the vibration plate 41 where the diaphragm 17 is joined.
  • the resonance frequency f is 40.89 kHz.
  • the sound speed c of air is about 340 m / s. k 0 is 7.02.
  • each point of the vibration plate 41 constituting from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 is displaced by bending vibration. Then, as indicated by the solid line in FIG. 5, the pressure at each point in the blower chamber 31 changes due to the bending vibration of the diaphragm 41 from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31.
  • the outer peripheral region 145 (about 8 mm) of the vibrating body 45 is obtained. Since the restraint plate 60 is provided in the region from the end J to the end J), the bending vibration of the outer peripheral region 145 is suppressed and reduced. Similarly, when the air pressure in the outer peripheral space 131 of the blower chamber 31 becomes lower than the atmospheric pressure, the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45 is restrained by the restraint plate 60, and bending vibration of the outer peripheral region 145 is suppressed and reduced. Is done.
  • the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45 does not adversely affect the pressure in the blower chamber 31 and does not reduce the pressure resonance of the air in the blower chamber 31.
  • the piezoelectric blower 100 can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration of the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45. Therefore, the piezoelectric blower 100 can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.
  • the displacement distribution of each point of the diaphragm 41 inside the vibration node F of the diaphragm 41 is the pressure vibration of the blower chamber 31 as shown in FIG. It approximates to the pressure change distribution of each point of the blower chamber 31 inside the node F.
  • the piezoelectric blower 100 can transmit the vibration energy of the diaphragm 41 to the air in the blower chamber 31 with almost no loss. Therefore, the piezoelectric blower 100 can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.
  • the piezoelectric blower 100 has a cavity 25 near the vent hole 24 of the blower chamber 31. Therefore, in the piezoelectric blower 100, vortices generated near the vent hole 24 in the blower chamber 31 are lowered in the cavity 25. Thereby, it is possible to prevent the pressure vibration of the blower chamber 31 from being disturbed by the vortex.
  • the piezoelectric blower 100 can weaken the vortex generated near the vent hole 24 of the blower chamber 31 and prevent the discharge pressure from being lowered.
  • the piezoelectric blower 100 uses a piezoelectric body that generates low noise and vibration during driving as a driving source, noise reduction can be realized.
  • the piezoelectric blower 100 according to the embodiment of the present invention and the piezoelectric blower 150 according to the comparative example of the embodiment of the present invention will be compared.
  • the configuration and operation of the piezoelectric blower 150 will be described.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a piezoelectric blower 150 according to a comparative example of the embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric blower 150 is different from the piezoelectric blower 100 in that the restraining plate 60 is not provided. Since the other points are the same, the description is omitted.
  • the vibration plate 41 and the reinforcing plate 70 of the piezoelectric blower 150 are also bent and deformed, and the volume of the blower chamber 31 changes periodically.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the pressure change at each point in the blower chamber 31 and the displacement at each point of the diaphragm 41 in the piezoelectric blower 150 shown in FIG.
  • the pressure change at each point in the blower chamber 31 and the displacement at each point in the diaphragm 41 are standardized by the displacement of the center of the diaphragm 41 on the central axis C of the blower chamber 31 as in FIG. It is shown as a normalized value.
  • each point of the vibration plate 41 constituting from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31 is displaced by bending vibration.
  • the pressure at each point in the blower chamber 31 changes due to the bending vibration of the diaphragm 41 from the central axis C of the blower chamber 31 to the outer periphery of the blower chamber 31.
  • the waveform shown by the dotted line in FIG. 7 and the waveform shown by the solid line in FIG. 7 are displacements in the opposite direction in the outer peripheral region (region from about 8 mm to the end J). Therefore, in the piezoelectric blower 150, like the pump 900 of Patent Document 1, the outer peripheral region of the vibration plate 41 adversely affects the pressure in the blower chamber 31.
  • the piezoelectric blower 100 can prevent the discharge pressure and the discharge flow rate from being lowered by the bending vibration of the outer peripheral region 145 of the vibrating body 45. Therefore, the piezoelectric blower 100 can realize a high discharge pressure and a high discharge flow rate.
  • air is used as the fluid, but the present invention is not limited to this. It can be applied even if the fluid is a gas other than air.
  • the piezoelectric blower 100 includes the restraining plate 60.
  • the present invention is not limited to this.
  • the vibrator 245 including the central region 241 and the outer peripheral region 260 made of a material having higher rigidity than the central region 241 is provided, and the restraint plate 60 is not provided. May be.
  • the vent hole 24 is provided, but the following modification can be adopted. That is, like the piezoelectric blower 102 shown in FIG. 9, the thin top portion 28 (specifically, around the vent hole 24 in the thin top portion 28) is introduced from the outside of the blower chamber 31 to the inside through the vent hole 24. A valve 80 that prevents the gas from flowing (see the arrow in FIG. 4A) may be provided. Thereby, the piezoelectric blower 102 can make the flow of air one direction at the time of a drive.
  • the constraining plate 60 is provided in the entire outer peripheral region 145.
  • the present invention is not limited to this.
  • the restraint plate 360 may be provided in the outer peripheral region 145.
  • the piezoelectric blower 100 includes the annular restraining plate 60, but the present invention is not limited to this.
  • the shape of the restraint plate is not particularly limited as long as it is a point object centered on a point on the central axis C.
  • the shape of the constraining plate may be an annular shape in which a notch is provided in part.
  • the vibration plate 41, the reinforcing plate 70, and the restraint plate 60 are made of SUS, but are not limited thereto.
  • the piezoelectric element 42 is provided as a drive source for the blower, but the present invention is not limited to this.
  • it may be configured as a blower that performs a pumping operation by electromagnetic drive.
  • the piezoelectric element 42 is made of lead zirconate titanate ceramic, but is not limited thereto.
  • it may be composed of a lead-free piezoelectric ceramic material such as potassium sodium niobate and alkali niobate ceramics.
  • the piezoelectric element 42 is joined to the first main surface 40A on the opposite side of the blower chamber 31 of the reinforcing plate 70, but the present invention is not limited to this.
  • the piezoelectric element 42 may be bonded to the second main surface 40B of the vibration plate 41, or the two piezoelectric elements 42 include the first main surface 40A of the reinforcing plate 70 and the vibration plate 41.
  • the second main surface 40B may be joined.
  • the casing 17 constitutes a blower chamber sandwiched from the thickness direction of the vibration plate 41 together with the piezoelectric actuator composed of at least one piezoelectric element 42, the reinforcing plate 70, and the vibration plate 41.
  • the disk-shaped piezoelectric element 42, the disk-shaped diaphragm 41, the disk-shaped reinforcing plate 70, the annular restraint plate 60, the disk-shaped top plate 18 and the like are used.
  • these shapes may be rectangular or polygonal.
  • the piezoelectric blower vibrating body is flexibly vibrated at the third-order mode frequency.
  • the diaphragm may be bent and vibrated in an odd-order vibration mode that is a third-order mode or more that forms a plurality of vibration antinodes.
  • the blower chamber 31 has a cylindrical shape, but is not limited thereto.
  • the shape of the blower chamber may be a regular prism shape.
  • the shortest distance a from the central axis of the diaphragm to the outer periphery of the blower chamber is used instead of the radius a of the blower chamber.
  • peripheral space 132 ... central space 145 ... outer peripheral region 146 ... central region 150 ... piezoelectric blower 241 ... central region 245 ... vibrating body 260 ... outer peripheral region 329 ... thick part 360 ... Restraining plate 900 ... Pump 911 ... Cavity 912 ... Disc 913 ... Main body 914 ... Outlet 915 ... Inlet 916 ... Valve 918 ... Bottom plate 920 ... Piezoelectric disk

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

　圧電ブロア（１００）は、筐体（１７）、振動体（４５）、及び圧電素子（４２）を備えている。振動体（４５）は、振動板（４１）、補強板（７０）、及び拘束板（６０）を備えている。振動体（４５）は、筐体（１７）とともに振動板（４１）の厚み方向から挟んで円柱形状のブロア室（３１）を構成する。振動体（４５）は、振動体（４５）の屈曲振動により形成されるブロア室（３１）の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節（Ｆ）から、ブロア室（３１）の外周までの範囲に接する外周領域（１４５）と、外周領域（１４５）より内側に位置する中央領域（１４６）と、を有する。外周領域（１４５）内には、外周領域（１４５）の屈曲振動を拘束する拘束板（６０）を備えている。

Description

ブロア
　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。
　図１１は、特許文献１に係るポンプ９００の断面図である。
　このポンプ９００は、圧電ディスク９２０と、圧電ディスク９２０が接合された円盤９１２と、円盤９１２とともに空洞９１１を構成する本体９１３と、を備えている。この本体９１３には、気体が流入する流入口９１５と、気体が流出する流出口９１４とが形成されている。本体９１３は底板９１８を有する。
　流入口９１５は、底板９１８における、空洞９１１の中心軸と空洞９１１の外周との間に設けられている。流出口９１４は、底板９１８における、空洞９１１の中心軸に設けられている。この流出口９１４には、空洞９１１の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ弁９１６が設けられている。
特許４７９５４２８号公報
　図１２（Ａ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかけるブロア室３１の各点の圧力変化を示す図である。図１２（Ｂ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周までを構成する底板９１８の各点の変位を示す図である。
　特許文献１のポンプ９００を３次モードの共振周波数で動作させた場合、圧電ディスク９２０は、円盤９１２を屈曲振動させる。円盤９１２の屈曲振動に応じて底板９１８も図１２（Ｂ）に示すように屈曲振動する。これにより、流入口９１５から空洞９１１内へ気体が流入し、空洞９１１内の気体が流出口９１４から吐出される。
　この結果、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかけて、空洞９１１の各点の圧力は、円盤９１２及び底板９１８の屈曲振動によって図１２（Ａ）に示すように変化する。
　しかしながら、本願の発明者は、特許文献１のポンプ９００において、図１２（Ｂ）に示す底板９１８の各点の変位を、図１２（Ａ）に示すブロア室３１の各点の圧力変化に重ねることで（図１３参照）、次のような問題を発見した。
　まず、図１３に示すように、空洞９１１の第１外周空間Ｑ１において、空気の圧力が大気圧Ｐ１より高い正圧となった時、底板９１８の外周領域は底板９１８の初期位置Ｐ２から円盤９１２とは逆側へ離間している。すなわち、空洞９１１の第１外周空間Ｑ１において、空気の圧力が正圧となった時、底板９１８の外周領域が空洞９１１の圧力を低下させようとする。
　次に、図１３に示すように、空洞９１１の第２外周空間Ｑ２において、空気の圧力が大気圧Ｐ１より低い負圧となった時、底板９１８の外周領域は底板９１８の初期位置Ｐ２から円盤９１２側へ近づいている。すなわち、空洞９１１の第２外周空間Ｑ２において、空気の圧力が負圧となった時、底板９１８の外周領域が空洞９１１の圧力を高めようとする。
　したがって、特許文献１では、ポンプ９００が３次モードの共振周波数で動作した場合、空洞９１１（ブロア室）の空気の圧力共振が底板９１８（振動体）の外周領域の屈曲振動によって低下し、吐出圧力や吐出流量が低下するという問題がある。
　本発明は、振動体の外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐ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、第１主面と第２主面とを有する振動体と、前記振動体の前記第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、前記振動体を、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させる駆動体と、を有するアクチュエータと、
　前記振動体と接合して前記アクチュエータとともにブロア室を構成する筐体であって、前記ブロア室の内部と外部を連通させる通気孔を有する筺体と、
　前記筐体を拘束する拘束板と、を備え、
　前記振動体は、前記振動体の屈曲振動により形成される前記ブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、前記ブロア室の外周までの範囲に接する外周領域と、前記外周領域より内側に位置する中央領域と、を有し、
　前記拘束板は、前記外周領域内に設けられている、ブロア。
　この構成において、ブロア室の中心軸からブロア室の外周にかけて、ブロア室の各点の圧力は、振動体の屈曲振動によって変化する。ブロア室は、振動体の外周領域に接する外周空間と、外周空間より内側に位置し、振動体の中央領域に接する中央空間と、によって構成される。
　この構成のブロアは、奇数次の振動モードの共振周波数で動作する。この構成のブロアが動作している間、ブロア室の外周空間において気体（例えば空気）の圧力が基準圧力（例えば大気圧）より低くなった時、外周領域の屈曲振動が抑制及び低減される。また、ブロア室の外周空間において気体の圧力が基準圧力より高くなった時、外周領域の屈曲振動が抑制及び低減される。
　すなわち、この構成では、振動体の外周領域が、悪影響をブロア室の圧力に及ぼさず、ブロア室の気体の圧力共振を低下させない。
　したがって、本発明のブロアは、振動体の外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、本発明のブロアは、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
　また、外周領域の剛性は、中央領域の剛性より高いことが好ましい。
　この構成によって、外周領域は、外周領域の屈曲振動を拘束することができる。
　また、外周領域の厚みは、中央領域の厚みより厚いことが好ましい。
　この構成によって、外周領域の剛性は、中央領域の剛性より高くなる。
　また、ブロア室の中心軸から、振動体における筐体との接合部分より内側にある領域の端までの最短距離ａとアクチュエータの振動周波数ｆとは、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Ｊ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たすことが好ましい。
　この構成において、振動体および筐体は、最短距離ａとなるよう形成されている。駆動体は、アクチュエータを振動周波数ｆで振動させる。
　なお、ｋ０は、第１種ベッセル関数を微分したＪ０´（ｋ０）＝０を満たす値とする。また、ａは、ブロア室の中心軸から、振動体における筐体との接合部分より内側にある領域の端までの最短距離とする。
　ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動体の振動の節の内、最も外側の節が、ブロア室の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。
　そのため、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（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、駆動体は、圧電体であることが好ましい。
　この構成のブロアは、駆動時に発生する音や振動が小さい圧電体を駆動源として用いることで、静音化を図ることができる。
　また、通気孔には、ブロア室の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ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、ブロア室の外部から通気孔を介してブロア室の内部へ気体が流れることを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。
　この発明によれば、振動体の外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。
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３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４（Ｂ）に示す瞬間の、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけるブロア室３１の各点の圧力変化と、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室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。 本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０の断面図である。 図６に示す圧電ブロア１５０における、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。 本発明の実施形態の第１変形例に係る圧電ブロア１０１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１０２の断面図である。 本発明の実施形態の第３変形例に係る圧電ブロア１０３の断面図である。 特許文献１に係るポンプ９００の断面図である。 図１２（Ａ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかける空洞９１１の各点の圧力変化を示す図である。図１２（Ｂ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周までを構成する底板９１８の各点の変位を示す図である。 図１２（Ｂ）に示す底板９１８の各点の変位を、図１２（Ａ）に示すブロア室３１の各点の圧力変化に重ねた図である。
《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、振動体４５、及び圧電素子４２を備え、それらが順に積層された構造を有している。振動体４５は、振動板４１、補強板７０、及び拘束板６０を備え、それらが積層された構造を有している。振動体４５は、第１主面４０Ａと第２主面４０Ｂとを有する。
　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。本実施形態において、振動板４１の厚みは、０．１ｍｍである。
　振動体４５の第２主面４０Ｂは、筐体１７の先端に接合している。これにより、振動体４５は、筐体１７とともに振動板４１の厚み方向から挟んで円柱形状のブロア室３１を構成する。また、振動体４５および筐体１７は、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ブロア室３１の半径ａは、１０．３ｍｍである。
　さらに、そのため、振動体４５の第２主面４０Ｂにおける筐体１７との接合部分より内側の領域は、ブロア室３１の底面を構成する。振動体４５は、ブロア室３１をブロア室３１の外部と連通させる円柱状の通気孔１２４を有する。通気孔１２４の直径は、０．８ｍｍである。
　また、振動体４５は、振動体４５の屈曲振動により形成されるブロア室３１の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節Ｆから、ブロア室３１の外周までの範囲に接する外周領域１４５と、外周領域１４５より内側に位置する中央領域１４６と、を有する。外周領域１４５は、外周領域１４５の屈曲振動を拘束する領域である。
　なお、ブロア室３１の圧力振動の節の詳細については、後述する。
　振動板４１の主面４０Ｃには、外周領域１４５の屈曲振動を拘束する拘束板６０が接合されている。これにより、外周領域１４５の厚みは、中央領域１４６の厚みより厚くなっている。そのため、外周領域１４５の剛性は、中央領域１４６の剛性より高い。拘束板６０は、円環形状であり、例えばステンレススチールで構成されている。拘束板６０の内径は、１７ｍｍである。
　ブロア室３１は、振動体４５の外周領域１４５に接する外周空間１３１と、外周空間１３１より内側に位置し、振動体４５の中央領域１４６に接する中央空間１３２と、によって構成される。
　補強板７０は、円板形状であり、例えばステンレススチールで構成されている。補強板７０は、振動板４１のブロア室３１とは逆側の主面４０Ｃに接合されている。補強板７０は、圧電素子４２の屈曲によって圧電素子４２が破損することを防止する。
　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、補強板７０のブロア室３１とは逆側の第１主面４０Ａに接合されている。圧電素子４２は、印加された交流電圧に応じて伸縮する。本実施形態において圧電素子４２の直径は、１１ｍｍであり、圧電素子４２の厚みは、０．１５ｍｍある。
　なお、圧電素子４２、補強板７０、拘束板６０及び振動板４１の接合体は、圧電アクチュエータ９０を構成する。
　筐体１７は、下方が開口した断面コ字状に形成されている。筐体１７の先端は、振動板４１に接合している。筐体１７は、例えば金属から構成されている。
　筐体１７は、振動板４１の第２主面４０Ｂに対向する円板状の天板部１８と、天板部１８に接続する円環状の側壁部１９と、を有する。天板部１８の一部は、ブロア室３１の天面を構成する。
　天板部１８は、ブロア室３１をブロア室３１の外部と連通させる円柱状の通気孔２４を有する。通気孔２４の直径は、１．４ｍｍである。
　天板部１８は、厚天部３２９と、厚天部３２９の内周側に位置する薄天部２８と、を有する。天板部１８は、ブロア室３１の内部と外部を連通させる通気孔２４を薄天部２８に有する。
　また、天板部１８の振動板４１側には、ブロア室３１の一部であり、通気孔２４と連通するキャビティ２５を構成する凹部２６が形成されている。キャビティ２５は、円柱形状である。キャビティ２５の直径は、３．０ｍｍであり、キャビティ２５の厚みは、０．３ｍｍである。
　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３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４（Ａ）は、ブロア室３１の容積が最も減少したときの図であり、図４（Ｂ）は、ブロア室３１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５は、図４（Ｂ）に示す瞬間の、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけるブロア室３１の各点の圧力変化と、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室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５において、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、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。図５に示す、ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、ブロア室３１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。
　図３に示す状態において、３次モードの共振周波数ｆ（４０．８９ｋＨｚ）の３０Ｖｐｐ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、振動体４５を３次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。
　これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、振動体４５が屈曲変形してブロア室３１の体積が周期的に変化する。
　図４（Ａ）に示すように、振動体４５が圧電素子４２側へ屈曲すると、ブロア室３１の容積が減少する。これに伴い、圧電ブロア１００の外部の空気が通気孔２４を介してブロア室３１内に吸引される。
　図４（Ｂ）に示すように、振動体４５がブロア室３１側へ屈曲すると、ブロア室３１の容積が増大する。これに伴い、圧電ブロア１００の外部の空気が通気孔１２４を介してブロア室３１内に吸引され、ブロア室３１内の空気が通気孔２４から吐出される。
　なお、ブロア室３１の半径ａとアクチュエータ９０の共振周波数ｆとは、ブロア室３１を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数を微分したＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。第１種ベッセル関数Ｊ０（ｘ）は、以下の数式で示される。
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　本実施形態において、ブロア室３１の半径ａは、ブロア室３１の中心軸Ｃから、振動板４１における筐体１７との接合部分より内側にある領域の端Ｊまでの最短距離である。共振周波数ｆは、４０．８９ｋＨｚである。空気の音速ｃは、約３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、７．０２である。
　図５の点線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する振動板４１の各点は、屈曲振動によって変位する。そして、図５の実線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけて、ブロア室３１の各点の圧力は、振動板４１の屈曲振動によって変化する。
　圧電ブロア１００ではブロア室３１の半径ａとアクチュエータ９０の共振周波数ｆとがａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）を満たす。そのため、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動の節の内、最も外側の節Ｆが、ブロア室３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じている。
　ここで、圧電ブロア１００が動作している間、ブロア室３１の外周空間１３１において空気の圧力が大気圧より高くなった時、図５に示すように、振動体４５の外周領域１４５（約８ｍｍから端Ｊまでの領域）内には拘束板６０が備えられているため、外周領域１４５の屈曲振動が抑制及び低減される。また、ブロア室３１の外周空間１３１において空気の圧力が大気圧より低くなった時も同様に、振動体４５の外周領域１４５は拘束板６０によって拘束され、外周領域１４５の屈曲振動が抑制及び低減される。
　すなわち、この構成では、振動体４５の外周領域１４５が、悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさず、ブロア室３１の空気の圧力共振を低下させない。
　したがって、圧電ブロア１００は、振動体４５の外周領域１４５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、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。
　また、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動時において、振動板４１の振動の節Ｆより内側における振動板４１の各点の変位分布が、図５に示すように、ブロア室３１の圧力振動の節Ｆより内側におけるブロア室３１の各点の圧力変化分布に近似している。
　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、ブロア室３１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。
　また、圧電ブロア１００は、ブロア室３１の通気孔２４近くにキャビティ２５を有する。そのため、圧電ブロア１００では、ブロア室３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ２５で低下する。これにより、ブロア室３１の圧力振動が渦によって乱されることを防ぐことができる。
　よって、圧電ブロア１００は、ブロア室３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを防ぐことができる。
　また、圧電ブロア１００は、駆動時に発生する音や振動が小さい圧電体を駆動源として用いているため、静音化を実現できる。
　以下、本発明の実施形態に係る圧電ブロア１００と本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０とを比較する。まず、圧電ブロア１５０の構成および動作について説明する。
　図６は、本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０の断面図である。圧電ブロア１５０が圧電ブロア１００と相違する点は、拘束板６０を備えない点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
　図６に示す状態において、３次モードの駆動周波数ｆ（４０．８９ｋＨｚ）の３０Ｖｐｐ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及び補強板７０を３次モードの駆動周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。
　これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア１００と同様に、圧電ブロア１５０の振動板４１及び補強板７０も屈曲変形してブロア室３１の体積が周期的に変化する。
　図７は、図６に示す圧電ブロア１５０における、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７において、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、図５と同様に、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。図７に示す、ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、図５と同様に、ブロア室３１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。
　図７の点線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する振動板４１の各点は、屈曲振動によって変位する。そして、図７の実線に示すように、ブロア室３１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけて、ブロア室３１の各点の圧力は、振動板４１の屈曲振動によって変化する。
　ここで、図７の点線に示す波形と、図７の実線に示す波形とは、外周領域（約８ｍｍから端Ｊまでの領域）において逆方向の変位となっている。そのため、圧電ブロア１５０では、特許文献１のポンプ９００と同様に、振動板４１の外周領域が悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼす。
　次に、圧電ブロア１５０と圧電ブロア１００とに対して駆動周波数ｆ（４０．８９ｋＨｚ）の３０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、圧電ブロア１５０の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、圧電ブロア１００の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、を測定した結果を以下に示す。
　実験により、圧電ブロア１５０では空気の風力が１００９．４（ｍＮ）であるのに対し、圧電ブロア１００では空気の風力が１７２４．８（ｍＮ）であることが明らかとなった。
　以上の結果になった理由は、圧電ブロア１００では、振動体４５の外周領域１４５の屈曲振動が拘束板６０によって拘束され、振動体４５の外周領域１４５が悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさなかったためであると考えられる。
　したがって、圧電ブロア１００は、振動体４５の外周領域１４５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、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、圧電ブロア１００が拘束板６０を備えているが、これに限るものではない。例えば、図８に示す圧電ブロア１０１のように、中央領域２４１と、中央領域２４１より高い剛性を持つ材料で構成された外周領域２６０と、を有する振動体２４５を備え、拘束板６０を備えなくてもよい。
　また、前記実施形態では、通気孔２４が設けられているが、次の変形例を採用できる。すなわち、図９に示す圧電ブロア１０２のように、薄天部２８（具体的には薄天部２８における通気孔２４の周囲）には、ブロア室３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れること（図４（Ａ）の矢印参照）を防ぐ弁８０が設けられていてもよい。これにより、圧電ブロア１０２は、駆動時、空気の流れを一方向にすることができる。
　また、前記実施形態では、図３に示すように拘束板６０が外周領域１４５の全域に設けられているが、これに限るものではない。図１０に示すように拘束板３６０は外周領域１４５内に設けられていてもよい。
　また、前記実施形態では、圧電ブロア１００が円環状の拘束板６０を備えているが、これに限るものではない。拘束板の形状は、中心軸Ｃ上の点を中心とした点対象であれば特に限定されない。拘束板の形状は、一部に切欠きが設けられた円環状であってもよい。
　また、前記実施形態では、振動板４１や補強板７０や拘束板６０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、圧電素子４２は、補強板７０のブロア室３１とは逆側の第１主面４０Ａ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２主面４０Ｂに接合されていてもよいし、２枚の圧電素子４２が、補強板７０の第１主面４０Ａ及び振動板４１の第２主面４０Ｂに接合されていてもよい。
　この場合、筐体１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２、補強板７０、及び振動板４１から構成される圧電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ブロア室を構成する。
　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、円板状の補強板７０、円環状の拘束板６０、及び円板状の天板部１８等を用いたが、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、ｋ０が７．０２の条件を用いたが、これに限るものではない。２．４０、３．８３、５．５２、８．６５、１０．１７、１１．７９、１３．３２、１４．９３など、ｋ０は、Ｊ０´（ｋ０）＝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、３次モードの周波数で圧電ブロアの振動体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、ブロア室３１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、振動板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。
　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
Ｑ１…第１外周空間
Ｑ２…第２外周空間
１７…筐体
１８…天板部
１９…側壁部
２４…通気孔
２５…キャビティ
２６…凹部
２８…薄天部
３１…ブロア室
４０Ａ…第１主面
４０Ｂ…第２主面
４０Ｃ…主面
４１…振動板
４２…圧電素子
４５…振動体
６０…拘束板
７０…補強板
８０…弁
９０…圧電アクチュエータ
１００…圧電ブロア
１０１…圧電ブロア
１０２…圧電ブロア
１２４…通気孔
１３１…外周空間
１３２…中央空間
１４５…外周領域
１４６…中央領域
１５０…圧電ブロア
２４１…中央領域
２４５…振動体
２６０…外周領域
３２９…厚天部
３６０…拘束板
９００…ポンプ
９１１…空洞
９１２…円盤
９１３…本体
９１４…流出口
９１５…流入口
９１６…弁
９１８…底板
９２０…圧電ディスク

Claims (6)

  1. 　第１主面と第２主面とを有する振動体と、前記振動体の前記第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、前記振動体を、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させる駆動体と、を有するアクチュエータと、
    　前記振動体と接合して前記アクチュエータとともにブロア室を構成する筐体であって、前記ブロア室の内部と外部を連通させる通気孔を有する筺体と、
    　前記筐体を拘束する拘束板と、を備え、
    　前記振動体は、前記振動体の屈曲振動により形成される前記ブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、前記ブロア室の外周までの範囲に接する外周領域と、前記外周領域より内側に位置する中央領域と、を有し、
    　前記拘束板は、前記外周領域内に設けられている、ブロア。
  2. 　前記外周領域の剛性は、前記中央領域の剛性より高い、請求項１に記載のブロア。
  3. 　前記外周領域の厚みは、前記中央領域の厚みより厚い、請求項１又は２に記載のブロア。
  4. 　前記ブロア室の中心軸から、前記振動体における前記筐体との接合部分より内側にある領域の端までの最短距離ａと前記アクチュエータの振動周波数ｆとは、前記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Ｊ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項１に記載のブロア。
  5. 　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。
  6. 　前記通気孔には、前記ブロア室の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ弁が設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載のブロア。
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