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WO2019124060A1 - ポンプ - Google Patents

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Publication number
WO2019124060A1
WO2019124060A1 PCT/JP2018/044598 JP2018044598W WO2019124060A1 WO 2019124060 A1 WO2019124060 A1 WO 2019124060A1 JP 2018044598 W JP2018044598 W JP 2018044598W WO 2019124060 A1 WO2019124060 A1 WO 2019124060A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vibrating body
chamber
pump
axis
vibrating
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/JP2018/044598
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
近藤 大輔
寛昭 和田
伸拓 田中
宏之 横井
寛基 阿知波
洋 竹村
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 JP2019560937A priority Critical patent/JP6687170B2/ja
Priority to CN201880081902.9A priority patent/CN111492142B/zh
Priority to CN202210421343.XA priority patent/CN114876777B/zh
Publication of WO2019124060A1 publication Critical patent/WO2019124060A1/ja
Priority to US16/907,475 priority patent/US11795934B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/08Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having peristaltic action
    • F04B45/10Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having peristaltic action having plate-like flexible members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B45/047Pumps having electric drive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive
    • F04B43/043Micropumps
    • F04B43/046Micropumps with piezoelectric drive
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047Membrane type

Definitions

  • the present invention relates to a positive displacement pump using bending vibration of a plate-like vibrating body, and more particularly to a piezoelectric pump using a piezoelectric element as a driving body for driving the vibrating body.
  • a piezoelectric pump which is a kind of positive displacement pump is known.
  • the piezoelectric pump at least a part of the pump chamber is defined by a vibrating plate to which a piezoelectric element is attached, and the vibrating plate is driven at a resonance frequency by applying an AC voltage of a predetermined frequency to the piezoelectric element. This causes pressure fluctuations in the pump chamber to enable fluid suction and discharge.
  • a pump chamber is defined by a pair of opposed diaphragms, and a configuration in which a piezoelectric element is attached to one of the pair of diaphragms is adopted.
  • a single hole portion provided with a check valve is provided at the central portion of one of the pair of diaphragms to which the piezoelectric element is not attached.
  • a plurality of holes which are arranged in an annular ring in a row in the vicinity of the periphery of the diaphragm to which the piezoelectric element of the pair of diaphragms is attached, and which is not provided with a check valve A department is provided.
  • pressure fluctuation occurs in the pump chamber by causing the piezoelectric element to bend and vibrate so that the pair of diaphragms are displaced in the opposite direction, and this pressure fluctuation in the pump chamber causes
  • the fluid located outside the pump chamber is sucked from a plurality of holes provided in the diaphragm on which the piezoelectric element is attached, and thereafter is provided on the diaphragm to which the piezoelectric element is not attached 1
  • the fluid is discharged from the individual holes, whereby the pump function is exhibited.
  • the check valve provided in one hole provided in the diaphragm to which the piezoelectric element is not attached determines the flow direction of the fluid generated in the piezoelectric pump, and It opens and closes passively with pressure fluctuation.
  • a piezoelectric pump is often configured by installing a drive unit including the above-described diaphragm and piezoelectric element inside a housing. This is to protect the drive unit from the outside and to make it easy to connect the piezoelectric pump to external piping, equipment, and the like.
  • a piezoelectric pump provided with such a housing
  • the wall of the housing is disposed to face the diaphragm, so that, during the operation, the diaphragm and the wall of the housing Even in the space formed between (i.e., the space outside the pump), pressure fluctuation will occur to a considerable extent.
  • the pressure fluctuation generated in the space outside the pump exerts a force on the diaphragm in a direction to prevent the displacement due to the vibration of the diaphragm.
  • the compression ratio in the pump chamber is reduced, and the piezoelectric pump
  • the decrease in the performance ie, a decrease in flow rate, a decrease in suction pressure and discharge pressure, etc.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in a positive displacement pump utilizing bending vibration of a plate-like vibrating body, the pump performance can be improved compared to the prior art without increasing the size of the device.
  • the purpose is to improve.
  • a pump includes a first vibrating body, a second vibrating body, a peripheral wall portion, a pump chamber, a driving body, and a housing.
  • the first vibrating body and the second vibrating body are both plate-shaped, and the second vibrating body is opposed to the first vibrating body.
  • the peripheral wall portion connects the peripheral portion of the first vibrating body and the peripheral portion of the second vibrating body.
  • the pump chamber is located between the first vibrating body and the second vibrating body, and is defined by the first vibrating body, the second vibrating body, and the peripheral wall portion.
  • the driving body causes pressure fluctuation in the pump chamber by bending and vibrating the first vibrating body and the second vibrating body.
  • the housing accommodates a driving unit including the first vibrating body, the second vibrating body, the peripheral wall portion, and the driving body.
  • the housing has a first wall portion located opposite to the side where the second vibrating body is located when viewed from the first vibrating body, and the position where the first vibrating body is viewed when viewed from the second vibrating body. And a second wall portion located on the opposite side of the second side.
  • the drive unit is configured such that a space inside the casing is defined by a first chamber defined by the first vibrating body and the first wall portion, and a first chamber defined by the second vibrating body and the second wall portion. It is arranged to divide into two rooms.
  • the housing includes a first communication portion communicating the first chamber with the space outside the housing, and a second communication portion communicating the second chamber with the space outside the housing. It is provided.
  • the first vibrating body is provided with a first hole for communicating the pump chamber and the first chamber, and the second vibrating body is caused to communicate the pump chamber and the second chamber. A second hole is provided.
  • the first wall portion is opened toward the first vibrating body, and has a first recess facing a portion including the central portion of the first vibrating body, a central portion of the first vibrating body, and the second vibration. And a first peripheral portion adjacent to the first recess in a direction orthogonal to an axis perpendicular to the central portion of the body.
  • the first chamber includes a first recess defined by the first recess and a first wide portion defined by the first vibrating body at a portion facing the first recess, and a portion facing the first periphery and the first periphery. And a first narrowing portion defined by the first vibrating body. The first narrow portion overlaps at least a portion of the first vibrating body in a direction parallel to the extension direction of the axis.
  • the first vibrating body is preferably in the shape of a disk, and it is preferable that the first wide portion be formed in a cylindrical space.
  • the diameter of the first vibrating body is Ra1 and the diameter of the first wide portion is Rb1
  • the condition of 0.4 ⁇ Rb1 / Ra1 ⁇ 1.0 is satisfied. It is preferable to satisfy.
  • the first wide portion is positioned such that the central axis thereof coincides with the axis.
  • a plurality of the first holes may be provided, in which case the plurality of first holes extend in the extending direction of the axis. It is preferable to arrange in a point sequence at circumferential positions about the axis when viewed from the top.
  • the plurality of first holes may be disposed to face the first peripheral portion.
  • the first communication portion is disposed at a position not overlapping the first vibrating body in a direction parallel to the extending direction of the axis.
  • the second wall portion is opened toward the second vibrating body, and a second concave portion facing a portion including the central portion of the second vibrating body, and the axial line And a second peripheral portion adjacent to the second concave portion in a direction orthogonal to the second peripheral portion.
  • the second chamber is a second large area defined by the second recess and the second vibrating body in a portion opposed to the second recess, the second peripheral portion, and the second periphery. It is preferable to include a second narrow portion defined by the second vibrator at a portion facing the portion, in which case the second narrow portion is parallel to the extension direction of the axis. It is preferable that at least a portion of the second vibrator is overlapped in the direction.
  • the second vibrating body is preferably in the shape of a disk, and the second large portion is preferably configured in a cylindrical space.
  • the diameter of the second vibrating body is Ra2 and the diameter of the second large portion is Rb2, the condition of 0.4 ⁇ Rb2 / Ra2 ⁇ 1.0 is satisfied. It is preferable to satisfy.
  • the second large portion be positioned such that the central axis thereof coincides with the axis.
  • one or more second holes may be provided, and in this case, the one or more second holes may be the first or second holes. It is preferable to arrange
  • the pump is provided at a position not overlapping the second vibrating body in a direction parallel to the extending direction of the axis, and at the same time, the second wide portion communicates with the second communication portion.
  • the second wide portion may be in communication with the second communication portion only via the orifice. It may be
  • the second communication portion is disposed at a position not overlapping the second vibrating body in a direction parallel to the extension direction of the axis.
  • the first vibrating body and the first vibrating body and the second vibrating body generate a standing wave around the axis line. It is preferable that the second vibrating body is bent and vibrated.
  • the first communication unit preferably functions as a suction unit for drawing fluid from the space outside the housing to the first chamber, and the second communication It is preferable that the unit functions as a discharge unit that discharges fluid from the second chamber to the space outside the housing.
  • the driving body includes a substantially flat piezoelectric element attached to one of the first vibrating body and the second vibrating body.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a piezoelectric blower according to Embodiment 1; It is the disassembled perspective view which looked at the piezoelectric blower shown in FIG. 1 from diagonally upward. It is the disassembled perspective view which looked at the piezoelectric blower shown in FIG. 1 from diagonally downward. It is a schematic diagram showing the rough direction of the structure of the piezoelectric blower shown in FIG. 1, and the air flow which generate
  • FIG. 2 is a schematic view showing the operating state of the drive unit of the piezoelectric blower shown in FIG. 1 and the direction of the air flow generated at that time with time.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram showing the pressure fluctuation which generate
  • FIG. 8 is a schematic view showing a rough direction of an air flow generated at the time of the configuration and operation of a piezoelectric blower according to a second embodiment.
  • FIG. 14A is a schematic view showing a configuration of a piezoelectric blower according to Embodiment 3 and a bottom view of an upper case body provided in the piezoelectric blower.
  • FIG. 6 is a bottom view of an upper case body of a piezoelectric blower according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a bottom view of the upper case body of the piezoelectric blower according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a piezoelectric blower according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 2 is an exploded perspective view of the piezoelectric blower shown in FIG. 1 as viewed obliquely from above
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the piezoelectric blower shown in FIG. 1 as viewed obliquely from below.
  • the piezoelectric blower 1A mainly includes a housing 10 and a drive unit 20.
  • a housing space 13 which is a flat cylindrical space is provided inside the housing 10, and the drive unit 20 is disposed in the housing space 13.
  • the housing 10 has a disk-shaped upper case body 11 made of resin or metal, and a flat bottomed cylindrical lower case body 12 made of resin or metal.
  • the housing 10 has the above-described housing space 13 inside by combining the upper case body 11 and the lower case body 12 and bonding them with, for example, an adhesive.
  • An upper nozzle portion 14 as a first communication portion and a lower nozzle portion 15 as a second communication portion are provided at opposing positions of the outer peripheral portion of the lower case body 12 as a first communication portion projecting outward (see FIG.
  • the upper side nozzle part 14 and the lower side nozzle part 15 are not arrange
  • the driving unit 20 includes an upper vibrating body 30 as a plate-like first vibrating body, a lower vibrating body 40 as a plate-like second vibrating body, a spacer 50 as a peripheral wall portion, and a piezoelectric element as a driving body And 60 are mainly included.
  • the drive unit 20 is configured by integrating these members in a stacked state, and is held by the housing 10 in a state of being disposed in the housing space 13 of the housing 10 described above.
  • the housing space 13 of the housing 10 is a space on the side of the upper case body 11 by the drive unit 20 (that is, a space communicating with the upper nozzle portion 14 without interposing the pump chamber 21 described later) It is divided into a space on the body 12 side (that is, a space communicating with the lower nozzle portion 15 without interposing a pump chamber 21 described later).
  • the upper vibrating body 30 is constituted by the upper vibrating plate 31.
  • Upper diaphragm 31 is made of, for example, a thin metal plate made of stainless steel or the like, and its outer shape is circular in plan view.
  • a plurality of holes 31 a are provided in an annular manner in a row in the middle of the upper diaphragm 31 except for the central portion and the peripheral edge. Each of the plurality of holes 31 a corresponds to the upper hole 35 as a first hole provided in the upper vibrating body 30.
  • the lower vibrating body 40 is formed of a laminate of the lower vibrating plate 41, the auxiliary vibrating plate 42, the check valve 43, and the valve body holding member 44.
  • the lower vibrating body 40 faces the upper vibrating body 30, and more specifically, is disposed on the side where the lower case body 12 is located when viewed from the upper vibrating body 30.
  • the lower vibration plate 41, the auxiliary vibration plate 42, the check valve 43, and the valve body holding member 44 are stacked in this order from the side closer to the upper vibration body 30.
  • the lower diaphragm 41 is made of, for example, a thin metal plate made of stainless steel or the like, and its outer shape is circular in plan view.
  • a plurality of holes 41 a are provided in the center of the lower diaphragm 41 and in the vicinity thereof.
  • the auxiliary diaphragm 42 is made of, for example, a thin metal plate made of, for example, stainless steel, which is thinner than the lower diaphragm 41, and its outer shape is circular in plan view.
  • the auxiliary diaphragm 42 is a member for forming a space for arranging the check valve 43, and the space around the main surface located on the lower case body 12 side of the auxiliary diaphragm 42 is the space An annular shaped protrusion is provided to form the The peripheral edge portion of the auxiliary diaphragm 42 is joined to the peripheral edge portion of the lower diaphragm 41 by, for example, a conductive adhesive.
  • a plurality of holes 42 a communicating with the plurality of holes 41 a provided in the lower diaphragm 41 are provided in the central portion of the auxiliary diaphragm 42 and in the vicinity thereof.
  • the check valve 43 is made of, for example, a thin plate made of resin such as polyimide resin, and its outer shape is circular in plan view.
  • the check valve 43 is disposed in the space formed by the auxiliary diaphragm 42 described above (that is, the space surrounded by the annular shaped protrusion of the auxiliary diaphragm 42).
  • a plurality of holes 42a provided in the auxiliary diaphragm 42 are not directly opposed to the plurality of holes 42a, but are adjacent to the plurality of holes 42a. Each hole 43a is provided.
  • the valve body holding member 44 is made of, for example, a thin metal plate made of stainless steel or the like, and its outer shape is circular in plan view.
  • the valve body holding member 44 is attached to the auxiliary diaphragm 42 so as to cover the check valve 43 disposed in the above-described space of the auxiliary diaphragm 42. More specifically, the peripheral edge portion of the valve body holding member 44 is joined to the above-described annular shaped projecting portion of the auxiliary diaphragm 42 by, for example, a conductive adhesive or the like.
  • a plurality of holes 44 a communicating with the plurality of holes 43 a provided in the check valve 43 are provided in the central portion of the valve body holding member 44 and in the vicinity thereof.
  • the check valve 43 is loosely fitted in the space between the auxiliary diaphragm 42 and the valve body holding member 44.
  • the check valve 43 is movably held by the auxiliary diaphragm 42 and the valve body holding member 44 so that the plurality of holes 42 a provided in the auxiliary diaphragm 42 can be opened and closed. More specifically, the check valve 43 closes the plurality of holes 42 a in a state in which the auxiliary vibration plate 42 is in close proximity to and close to the auxiliary diaphragm 42 and in a state of being separated from the auxiliary diaphragm 42. The unit 42a is opened.
  • Each of the plurality of holes 44 a provided in the valve body holding member 44 corresponds to the lower hole 45 as a second hole provided in the lower vibrating body 40.
  • the spacer 50 is located between the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40, and is sandwiched by the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40.
  • the spacer 50 is made of, for example, a metal member made of stainless steel or the like, and its outer shape is an annular plate shape.
  • the spacer 50 connects the peripheral portion of the upper vibrating body 30 and the peripheral portion of the lower vibrating body 40. As a result, the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 are spaced apart by a predetermined distance by the spacer 50.
  • the spacer 50 and the upper vibrating body 30 are joined by, for example, a conductive adhesive or the like, and the spacer 50 and the lower vibrating body 40 are joined by, for example, a conductive adhesive or the like.
  • a space located between the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 functions as a pump chamber 21.
  • the pump chamber 21 is defined by the upper vibrating body 30, the lower vibrating body 40, and the spacer 50, and is configured by a flat cylindrical space.
  • the spacer 50 corresponds to a peripheral wall portion that defines the pump chamber 21 and connects the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40.
  • the piezoelectric element 60 is attached to the upper vibrating body 30 via, for example, a conductive adhesive. More specifically, the piezoelectric element 60 is attached to the main surface side (that is, the upper case body 11 side) located on the side opposite to the side of the upper vibrating body 30 facing the pump chamber 21.
  • the piezoelectric element 60 is formed of a thin plate made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), for example, and its outer shape is circular in plan view.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the piezoelectric element 60 bends and vibrates when an AC voltage is applied, and the bending vibration generated in the piezoelectric element 60 is propagated to the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40, whereby the upper vibrating body 30 is produced. And the lower side vibrating body 40 will also bend and vibrate. That is, the piezoelectric element 60 corresponds to a driving body that causes the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 to bend and vibrate, and the alternating current voltage of a predetermined frequency is applied to the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 respectively. It vibrates at a resonant frequency, thereby generating a standing wave in both the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40.
  • the peripheral portion of the valve body holding member 44 is joined to the lower case body 12 by, for example, an adhesive.
  • the drive unit 20 including the upper vibrating body 30, the lower vibrating body 40, the spacer 50, the piezoelectric element 60, and the like is held inside the housing 10.
  • drive unit 20 further includes a pair of external connection terminals as feed lines for applying a voltage to piezoelectric element 60 from the outside.
  • the pair of external connection terminals includes a first terminal 70 which is a separate member from the upper vibrating body 30, the lower vibrating body 40, and the spacer 50 described above, and a valve body holding member 44 included in the lower vibrating body 40. And a second terminal 44b provided on the
  • the first terminal 70 is joined to the main surface on the upper case body 11 side of the piezoelectric element 60 by soldering, for example, and the other end is drawn out so as to be exposed to the outside of the housing 10.
  • the second terminal 44 b is formed of a tongue-like portion extending outward from a predetermined position of the outer end of the valve body holding member 44, and the tip thereof is exposed to the outside of the housing 10 It is pulled out.
  • the valve body holding member 44 provided with the second terminal 44 b is a conductive adhesive or the like for joining the piezoelectric element 60 and the upper diaphragm 31, the upper diaphragm 31, the spacer 50, the lower diaphragm 41, The lower case body 12 of the piezoelectric element 60 through the auxiliary diaphragm 42 and a conductive adhesive or the like for joining them together and a conductive adhesive or the like for joining the valve body holding member 44 and the auxiliary diaphragm 42.
  • the second main terminal 44b is electrically connected to the main surface on the side, whereby the second terminal 44b described above functions as one of the pair of external connection terminals.
  • the above-mentioned other end of the first terminal 70 and the above-mentioned tip of the second terminal 44 b are both pulled out onto the terminal block 17 provided at a predetermined position on the outer peripheral portion of the lower case body 12. Exposed to the outside of ten.
  • the pump chamber 21 is positioned between the upper nozzle portion 14 and the lower nozzle portion 15, and the housing space of the housing 10 13, the space on the upper nozzle portion 14 side and the pump chamber 21 are always in communication by the plurality of upper holes 35 provided in the upper vibrating body 30 than the position where the pump chamber 21 is provided.
  • the space on the lower nozzle portion 15 side of the housing space 13 of the housing 10 relative to the position where the pump chamber 21 is provided and the pump chamber 21 are provided below the plurality of lower chambers 40.
  • the side hole 45 is not closed by the check valve 43, the plurality of lower holes 45 communicate with each other.
  • piezoelectric element 60 is an upper vibration centering on axis 100 orthogonal to the central portion of upper vibrating body 30 and the central portion of lower vibrating body 40.
  • the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 are bent and vibrated so that a standing wave is generated in both the body 30 and the lower vibrating body 40.
  • the piezoelectric element 60 has the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body such that antinodes of vibration are respectively formed in the central portion of the upper vibrating body 30 and the central portion of the lower vibrating body 40. Bending and vibrating 40.
  • the piezoelectric element 60 directly drives the upper vibrating body 30 to which the piezoelectric element 60 is attached, and the spacer 50 in which the lower oscillating body 40 to which the piezoelectric element 60 is not attached is a peripheral wall portion. Drive indirectly through.
  • the shape of the upper vibrating body 30 and the shape of the lower vibrating body 40 in particular, the thicknesses of these diaphragms
  • the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 are respectively in opposite directions. It will be displaced towards.
  • the pump chamber 21 repeats expansion and contraction due to the vibration of the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 in the opposite direction. As a result, resonance occurs in the inside of the pump chamber 21, and a large pressure fluctuation occurs in the pump chamber 21. As a result, positive pressure and negative pressure are alternately generated in the pump chamber 21 temporally, and a pump function of pumping gas is realized by this pressure fluctuation.
  • the wall surface defining the housing space 13 of the housing 10 is provided with a predetermined uneven shape.
  • the uneven shape causes a large pressure fluctuation in a space which is a part of the accommodation space 13 and in which the drive unit 20 is not disposed (that is, the space outside the pump chamber 21) when the piezoelectric blower 1A operates. And the details will be described later.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the drive unit of the piezoelectric blower shown in FIG. 1 and the rough direction of the air flow generated during operation
  • FIG. 5 shows the operation state of the drive unit of the piezoelectric blower shown in FIG. It is a schematic diagram which expressed temporally the direction of the airflow which occurs in that case.
  • a check valve is attached to each of the plurality of upper holes 35 provided in upper vibration body 30.
  • a check valve is provided in each of a plurality of lower holes 45 (shown as one hole in FIGS. 4 and 5) provided in the lower vibrating body 40. 43 (not shown in FIG. 4, see FIG. 1 etc.) are attached.
  • the check valve 43 provided in each of the plurality of lower holes 45 distributes gas from the pump chamber 21 toward the space on the lower nozzle portion 15 side of the accommodation space 13 of the housing 10. On the other hand, it is configured not to allow the flow of gas in the opposite direction. Therefore, the direction of the air flow generated at the time of operation of the piezoelectric blower 1A is determined by the action of the check valve 43, and the rough direction of the air flow is the direction indicated by the arrow in FIG.
  • the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 vibrate so that the state shown in FIG. 5A and the state shown in FIG. 5B are alternately repeated, the direction of the air flow shown in FIG. It will be generated in the piezoelectric blower 1A. Therefore, the upper nozzle portion 14 provided in the housing 10 functions as a suction nozzle for sucking gas from the outside, and the lower nozzle portion 15 provided in the housing 10 discharges the gas to the outside Thus, the gas is pumped by the piezoelectric blower 1A.
  • the gas drawn from upper nozzle portion 14 passes through a space located between upper case body 11 and upper vibrator 30, and a plurality of gasses provided for upper vibrator 30 are provided. It leads to the upper hole 35. Therefore, the space located between the upper case body 11 and the upper vibrating body 30 constitutes a flow path connecting the upper nozzle portion 14 and the pump chamber 21, and the space is the upper side as the first chamber. It corresponds to the air room 80. That is, a portion of the upper case body 11 which is disposed on the side opposite to the side where the lower vibrating body 40 is located as viewed from the upper vibrating body 30 corresponds to the first wall defining the first chamber. It will be.
  • the gas discharged from the plurality of lower holes 45 provided in the lower vibrating body 40 passes through the space located between the lower case body 12 and the lower vibrating body 40 and is lowered. It leads to the side nozzle unit 15. Therefore, a space located between the lower case body 12 and the lower vibrating body 40 constitutes a flow path connecting the pump chamber 21 and the lower nozzle portion 15, and the space is the second chamber.
  • the lower air chamber 90 That is, of the lower case body 12, the portion disposed on the side opposite to the side on which the upper vibrating body 30 is located as viewed from the lower vibrating body 40 corresponds to the second wall defining the second chamber. It will be done.
  • the wall surface defining the housing space 13 of the housing 10 is provided with a predetermined uneven shape. Specifically, in a portion defining the above-mentioned upper air chamber 80 of the upper case body 11 is given a predetermined concavo-convex shape, and in a portion defining the above-mentioned lower air chamber 90 of the lower case body 12. A predetermined uneven shape is provided.
  • the first wall portion of the upper case body 11 is opened toward the upper vibrating body 30 and faces the portion including the central portion of the upper vibrating body 30. And the first wall of the portion adjacent to the upper recess 11a (ie, the portion adjacent to the upper recess 11a in the direction orthogonal to the axis 100 (see FIG. 1)).
  • an upper peripheral portion 11b as a first peripheral portion of an annular shape protruding toward the upper vibrating body 30 is located.
  • the upper peripheral portion 11 b overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100.
  • the upper air chamber 80 is formed by the upper wide portion 81 as the first wide portion defined by the upper concave portion 11a and the upper vibrating body 30 of the portion facing the upper concave portion 11a, the upper circumferential portion 11b, and the upper circumferential portion
  • the upper narrowing portion 82 as a first narrowing portion defined by the upper vibrating body 30 in a portion opposed to the portion 11 b includes the upper narrowing portion 82 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100. It overlaps with a part of the upper vibrating body 30.
  • the plurality of upper holes 35 described above are disposed in the upper vibrating body 30 in a portion facing the upper narrow portion 82 (that is, a portion facing the upper peripheral portion 11 b).
  • the gas sucked from the upper nozzle portion 14 flows into the upper narrow portion 82 through the space located around the drive portion 20 in the direction orthogonal to the axis 100 and the large amount of the gas flows into the upper narrow portion 82.
  • the portion will flow into the plurality of upper holes 35 provided facing the upper narrow portion 82.
  • the groove-like portion provided in the upper peripheral portion 11 b of the upper case body 11 is a terminal insertion portion 11 b 1 for drawing out the first terminal 70 toward the terminal block 17.
  • the lower recess 12 a is opened toward the lower vibrating body 40 and is a second recess facing a portion including the central portion of the lower vibrating body 40.
  • the second wall of the portion adjacent to the lower recess 12a (that is, the portion adjacent to the lower recess 12a in the direction orthogonal to the axis 100) is provided toward the lower vibrating body 40 side.
  • the lower peripheral portion 12b is positioned as a second peripheral portion of the annular shape that protrudes. The lower peripheral portion 12 b overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the lower vibrating body 40 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100.
  • the lower air chamber 90 is formed by the lower wide portion 91 as the second large portion defined by the lower concave portion 12a and the lower vibrating body 40 of the portion opposed to the lower concave portion 12a, and the lower circumference.
  • a lower narrowing portion 92 as a second narrowing portion defined by the lower vibrating body 40 in a portion facing the lower circumferential portion 12b, and the lower narrowing portion 92 has an axis It overlaps with part of the lower vibrating body 40 in the direction parallel to the extending direction of the 100.
  • the plurality of lower holes 45 described above are disposed in the lower vibrating body 40 in a portion facing the lower wide portion 91.
  • a groove 12c extending along the radial direction is provided at a predetermined position of the lower peripheral portion 12b of the lower case body 12, and a lower periphery of a portion facing the outer end of the groove 12c.
  • the portion 12 b is provided with a flow path portion 16 having a sufficiently small cross-sectional area for communicating the groove portion 12 c with the lower nozzle portion 15.
  • the lower wide portion 91 and the lower nozzle portion 15 communicate with each other through the groove 12 c and the flow path portion 16.
  • the gas discharged from the plurality of lower holes 45 flows into the groove 12 c through the lower wide portion 91, and the gas flowing into the groove 12 c flows through the flow path 16 to the lower nozzle. It will flow into section 15.
  • the pump performance can be improved compared to the conventional one without increasing the size of the device.
  • the reason why the pump performance can be improved without increasing the size of the device by using the piezoelectric blower 1A according to the present embodiment will be described in detail.
  • FIG. 6 is a schematic view showing pressure fluctuations generated in the pump chamber, the upper wide area and the lower wide area of the piezoelectric blower shown in FIG.
  • FIG. 6 (A) shows the configuration of the piezoelectric blower 1A according to the present embodiment greatly simplified and schematically shown
  • FIG. 6 (B) shows the above-mentioned FIG. 5 (A).
  • FIG. 6 (C) schematically shows the pressure distribution of each of the pump chamber 21, the upper wide portion 81, and the lower wide portion 91 in the state shown in (hereinafter referred to as the first state).
  • 5A The pressure distribution of each of the pump chamber 21, the upper wide portion 81 and the lower wide portion 91 in the state shown in FIG. 5B (hereinafter referred to as the second state) is schematically represented. is there.
  • the upper vibrating body 30 and the lower vibration are generated under the above-mentioned condition that resonance occurs in the pump chamber 21.
  • a pressure fluctuation inside the pump chamber 21 occurs at the center of the pump chamber 21, and a pressure fluctuation node inside the pump chamber 21 occurs at the outer edge of the pump chamber 21. .
  • pressure fluctuation occurs with the central part of the upper large part 81 as a belly and the outer edge of the upper large part as a node in the upper large part 81, and the lower large part 91 is on the lower side.
  • a pressure fluctuation occurs in which the central part of the large part 91 is the belly and the outer edge of the lower large part is the node.
  • the pressure fluctuation in the upper and lower wide portions 81 and 91 is significantly smaller in pressure amplitude than the pressure fluctuation in the pump chamber 21, and the upper and lower wide portions 81 and 91 are relatively small. Even in the first state and the second state in which the pressure amplitude at the maximum is maximum, it is virtually negligible as shown in the figure.
  • the resonance is not generated in the upper air chamber 80 including the upper wide portion 81 and the upper narrow portion 82, and the lower air chamber including the lower wide portion 91 and the lower narrow portion 92.
  • the side surface of the upper recess 11a defining the upper wide portion 81 functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber 80, and the lower recess defining the lower wide portion 91.
  • the side surface of 12a functions as a reflection end of the pressure propagation generated in the upper air chamber 80, thereby breaking the conditions for generating the resonance in the upper air chamber 80 and the lower air chamber 90.
  • the pressure fluctuation generated in the upper air chamber 80 facing the upper vibrating body 30 can be remarkably suppressed to act so as to prevent the displacement of the upper vibrating body 30, and it faces the lower vibrating body 40. It can be remarkably suppressed that the pressure fluctuation generated in the lower air chamber 90 acts to prevent the displacement of the lower vibrating body 40.
  • the piezoelectric blower 1A it is possible to improve pump performance (that is, increase in flow rate, increase in suction pressure and discharge pressure, etc.) without upsizing the apparatus as a result. become.
  • the upper vibrating body 30 is configured in a disk shape, and the upper wide portion 81 is configured in a cylindrical space.
  • the axial symmetry of the air flow in the piezoelectric blower 1A is improved, so that the air flow is less likely to be disturbed, and efficient gas flow can be realized, resulting in an increase in the flow rate.
  • the configuration is not necessarily required.
  • the shapes of the upper vibrating body 30 and the upper wide portion 81 are arbitrary.
  • the detailed description is abbreviate
  • the upper side of the upper wide portion 81 formed of a cylindrical space is aligned with the above-described axis 100 orthogonal to the central portion of the upper vibrating body 30. It is preferable that the disposition position of the portion 81 be appropriately set. Also in this configuration, the axial symmetry of the air flow in the piezoelectric blower 1A is improved, and as a result, the flow rate can be increased.
  • the detailed description is abbreviate
  • the plurality of upper holes 35 provided in the upper vibrating body 30 are arranged in a dotted line at circumferential positions around the axis 100. There is. Also in this configuration, the axial symmetry of the air flow in the piezoelectric blower 1A is improved, and as a result, the flow rate can be increased.
  • the number of the upper holes 35 provided in the upper vibrating body 30 is not particularly limited, and the arrangement position thereof is not particularly limited.
  • the upper nozzle portion 14 and the lower nozzle portion 15 are both disposed so as not to overlap the driving portion 20 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100. There is. By configuring in this manner, the device can be thinned, and as a result, it is possible to simultaneously achieve improvement in pump performance and downsizing of the device.
  • the upper narrow portion 82 overlaps a part of the upper vibrating body 30 (that is, the outer peripheral region of the upper vibrating body 30) in the direction parallel to the extension direction of the axis 100.
  • the upper nozzle portion 14 and the pump chamber 21 are arranged via the upper narrowing portion 82 by providing the plurality of upper side holes 35 so as to face the upper narrowing portion 82.
  • the upper nozzle portion 14 and the upper wide portion 81 communicate with each other through the upper narrow portion 82.
  • the upper narrowing portion 82 functions as a kind of orifice for making the pump chamber 21 and the upper wide portion 81 less susceptible to the influence from the outside of the piezoelectric blower 1A, so that the drive unit 20 operates stably.
  • the pump performance can be improved also in this respect.
  • the lower wide portion 91 and the lower nozzle portion 15 are configured to communicate with each other through the flow path portion 16 having a sufficiently small cross-sectional area. Therefore, since the flow path portion 16 functions as a kind of orifice for making the pump chamber 21 and the lower wide portion 91 less susceptible to the influence from the outside of the piezoelectric blower 1A, the drive portion 20 is stable. As a result, the pump performance can be improved in this respect as well.
  • the condition of 0.4 ⁇ Rb1 / Ra1 ⁇ 1.0 is satisfied. If the diameter of the lower vibrating body 40 is Ra2 and the diameter of the lower wide portion 91 is Rb2, the condition of 0.4 ⁇ Rb2 / Ra2 ⁇ 1.0 is satisfied. It is preferable to be satisfied. By satisfying one or both of these conditions, the pump performance can be surely improved.
  • the dimensions of the respective portions of the piezoelectric blower 1A according to the above-described embodiment are not particularly limited, but the following is one example.
  • the diameter of the housing 10 is, for example, 28 mm, and the thickness thereof is, for example, 5 mm.
  • the diameter of the accommodation space 13 is, for example, 24.5 [mm], and its height (that is, the distance from the bottom of the upper recess 11a to the bottom of the lower recess 12a) is, for example, 3.91 [mm] .
  • the diameters of the upper nozzle portion 14 and the lower nozzle portion 15 are, for example, about 3 [mm].
  • the diameter of the upper vibrating body 30 is, for example, 17 [mm], and the diameter of the portion defining the pump chamber 21 is, for example, 13.2 [mm].
  • the thickness of upper vibrating body 30 is, for example, 0.4 [mm].
  • the plurality of upper side holes 35 provided in the upper side vibrating body 30 are arranged in an annular ring at a position away from the central portion of the upper side vibrating body 30 by, for example, 5.93 [mm] Are respectively 0.46 [mm], for example.
  • the diameter of the lower vibrating body 40 is, for example, 24 [mm], and the thickness thereof is, for example, 0.62 [mm].
  • the diameter of the lower diaphragm 41 is, for example, 17 [mm], and the diameter of the portion defining the pump chamber 21 is, for example, 13.2 [mm].
  • the thickness of lower diaphragm 41 is, for example, 0.4 [mm].
  • the opening diameters of the plurality of lower holes 45 provided in the lower vibrating body 40 are, for example, 0.4 [mm].
  • the outer diameter of spacer 50 is, for example, 17 mm, and the inner diameter thereof is, for example, 13.2 mm.
  • the thickness of the spacer 50 is, for example, 0.15 [mm].
  • the inner diameter of the pump chamber 21 is, for example, 13.2 mm, and the height thereof is, for example, 0.2 mm.
  • the diameter of the upper large portion 81 is, for example, 11 mm.
  • the height of the upper wide portion 81 is, for example, 1.39 [mm], and the depth of the upper recess 11a is, for example, 1 [mm].
  • the height of the upper narrowing portion 82 is, for example, 0.39 [mm].
  • the diameter of the lower wide portion 91 is, for example, 11 mm.
  • the height of the lower wide portion 91 is, for example, 1.3 mm, and the depth of the lower recess 12 a is, for example, 1.15 mm.
  • the height of the lower narrowing portion 92 is, for example, 0.15 [mm].
  • the diameter of the piezoelectric element 60 is, for example, 10.8 [mm], and its thickness is, for example, 0.1 [mm].
  • the diameter of the flow passage portion 16 is, for example, 1 [mm].
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the piezoelectric blower according to the first modification and the result of the first verification test.
  • the configuration of the piezoelectric blower 1A1 according to the present modification and the first verification test performed using the piezoelectric blower 1A1 will be described.
  • the piezoelectric blower 1A1 according to the present modification differs from the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment in the configuration only in the shape of the lower air chamber 90.
  • the diameter of the lower recess 12a is larger than the diameter of the pump chamber 21, so that the lower side recess 12a mainly defined by the lower recess 12a is formed.
  • the portion 91 ′ is configured to have substantially the same size as the lower vibrating body 40.
  • the piezoelectric blower 1A1 according to the present modification does not substantially include the lower narrowing portion 92 included in the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment.
  • the piezoelectric blower 1A1 according to the present modification is actually manufactured on a trial basis, and the diameter of the upper recess 11a provided in the upper case body 11 is variously changed. It was confirmed how the flow rate changed when the diameter ratio of 81 was changed variously. The change in flow rate was compared at an intermediate flow rate ratio at the time of operation when the back pressure was -10 kPa, and the reference was made to be 100% when the above-mentioned diameter ratio was 1.0.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the piezoelectric blower according to the second modification and the result of the second verification test.
  • the configuration of the piezoelectric blower 1A2 according to the present modification and a second verification test performed using the piezoelectric blower 1A2 will be described.
  • the configuration of the piezoelectric blower 1A2 according to the present modification is different from that of the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above only in the shape of the upper air chamber 80.
  • the diameter of the upper recess 11a is larger than the diameter of the pump chamber 21, so that the upper wide portion 81 'mainly defined by the upper recess 11a. Is larger than the upper vibrating body 30.
  • the piezoelectric blower 1A2 according to the present modification does not substantially include the upper narrowing portion 82 included in the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment.
  • the upper vibrating body 30 and the lower vibrating body 40 correspond to the second vibrating body and the first vibrating body, respectively, and the upper hole 35 and the lower hole 45 Respectively correspond to the second hole and the first hole.
  • the upper air chamber 80 and the lower air chamber 90 correspond to the second chamber and the first chamber, respectively, and a part of the wall of the upper case body 11 and a part of the wall of the lower case body 12 are It corresponds to the second wall and the first wall, respectively.
  • the upper recess 11a and the lower recess 12a correspond to the second recess and the first recess, respectively, and the upper peripheral portion 11b and the lower peripheral portion 12b are each second It corresponds to the periphery and the first periphery.
  • the upper side nozzle part 14 and the lower side nozzle part 15 correspond to a 2nd nozzle part and a 1st nozzle part, respectively.
  • the piezoelectric blower 1A2 according to the present modification is actually manufactured, and the diameter of the lower recess 12a provided in the lower case body 12 is variously changed. It was confirmed how the flow rate changed when the diameter ratio of the lower wide portion 91 was changed variously. The change in flow rate was compared at an intermediate flow rate ratio at the time of operation when the back pressure was -10 kPa, and the reference was made to be 100% when the above-mentioned diameter ratio was 1.0.
  • the intermediate flow ratio increases to about 116%.
  • the diameter ratio of the lower wide portion 91 to the lower vibration body 40 is about 0.76, the intermediate flow ratio increases to about 114%, and the diameter of the lower wide portion 91 to the lower vibration body 40
  • the ratio is about 0.64, the intermediate flow ratio is increased to about 118%, and when the diameter ratio of the lower wide portion 91 to the lower vibrating body 40 is about 0.53, the intermediate flow ratio is about
  • the diameter ratio of the lower wide portion 91 to the lower vibrating body 40 is about 0.42, the result is obtained that the intermediate flow ratio increases to about 102%.
  • FIG. 9 is a bottom view of an upper case body of a piezoelectric blower according to a third modification.
  • the piezoelectric blower 1A3 according to the present modification will be described below with reference to FIG.
  • the piezoelectric blower 1A3 according to the present modification includes the upper case body 11 having a concavo-convex shape different from that of the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above. Only in the shape of the chamber 80, the configuration is different from the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above.
  • the upper case body 11 of the piezoelectric blower 1A3 has an upper concave portion 11a having a circular shape in a plan view, on the main surface located on the upper vibrating body 30 side. And an upper peripheral portion 11b of a projecting shape provided to surround the The upper peripheral portion 11b is provided with a plurality of grooves 11c radially extending about the axis 100. One end of the plurality of grooves 11c in the extending direction is connected to the upper concave portion 11a .
  • the upper peripheral portion 11 b is hatched in order to facilitate understanding.
  • the upper peripheral portion 11 b other than the portion in which the groove portion 11 c is formed partially overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extension direction of the axis 100.
  • the upper narrowing portion 82 to be defined by the upper circumferential portion 11b of the portion also overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100 .
  • the side surface of the upper recess 11a defining the upper wide portion 81 functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber 80, whereby resonance occurs in the upper air chamber 80. Conditions will be broken. Therefore, pressure fluctuations generated in the upper air chamber 80 facing the upper vibrating body 30 can be prevented from acting to prevent displacement of the upper vibrating body 30, and as a result, pump performance can be achieved without increasing the size of the apparatus. Can be improved.
  • the concavo-convex shape of the configuration may be applied to the lower case body 12, and instead of the upper case body 11 described above, the lower case body 12 may be provided. May be granted only to
  • FIG. 10 is a bottom view of the upper case body of the piezoelectric blower according to the fourth modification.
  • a piezoelectric blower 1A4 according to the present modification will be described.
  • the piezoelectric blower 1A4 according to the present modification includes the upper case body 11 having a concavo-convex shape different from that of the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above. Only in the shape of the chamber 80, the configuration is different from the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above.
  • the upper case body 11 of the piezoelectric blower 1A4 has an upper concave portion 11a having a circular shape in a plan view, on the main surface located on the upper vibrating body 30 side. And an upper peripheral portion 11b of a projecting shape provided to surround the Here, the upper peripheral portion 11b is provided with a plurality of comb-teeth-shaped grooves 11c radially extending about the axis 100, and one end of the plurality of grooves 11c in the extending direction is , And the other end is closed by the upper peripheral portion 11b.
  • the upper peripheral portion 11b is hatched to facilitate understanding.
  • the upper peripheral portion 11 b other than the portion in which the groove portion 11 c is formed partially overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extension direction of the axis 100.
  • the upper narrowing portion 82 to be defined by the upper circumferential portion 11b of the portion also overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100 .
  • the side surface of the upper recess 11a defining the upper wide portion 81 functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber 80, whereby resonance occurs in the upper air chamber 80. Conditions will be broken. Therefore, pressure fluctuations generated in the upper air chamber 80 facing the upper vibrating body 30 can be prevented from acting to prevent displacement of the upper vibrating body 30, and as a result, pump performance can be achieved without increasing the size of the apparatus. Can be improved.
  • the concavo-convex shape of the configuration may be applied to the lower case body 12, and instead of the upper case body 11 described above, the lower case body 12 may be provided. May be granted only to
  • FIG. 11 is a bottom view of an upper case body of a piezoelectric blower according to a fifth modification.
  • a piezoelectric blower 1A5 according to the present modification will be described with reference to FIG.
  • the piezoelectric blower 1A5 according to the present modification includes the upper case body 11 having a concavo-convex shape different from that of the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above. Only in the shape of the chamber 80, the configuration is different from the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above.
  • the upper case body 11 of the piezoelectric blower 1A5 has an upper concave portion 11a having a circular shape in a plan view, on the main surface located on the upper vibrating body 30 side. And a projection 11d provided inside the upper recess 11a.
  • the upper peripheral portion 11b and the projection 11d are hatched in order to facilitate understanding.
  • the upper peripheral portion 11 b partially overlaps an outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100.
  • the upper narrowing portion 82 to be defined by the upper circumferential portion 11b of the portion also overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100 .
  • the side surface of the upper recess 11a defining the upper wide portion 81 not only functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber 80, but also a projection provided in the upper recess 11a. Since the side face of 11 d also functions as a reflection end of the pressure propagation generated in the upper air chamber 80, this breaks the condition in which the resonance occurs in the upper air chamber 80. Therefore, pressure fluctuations generated in the upper air chamber 80 facing the upper vibrating body 30 can be prevented from acting to prevent displacement of the upper vibrating body 30, and as a result, pump performance can be achieved without increasing the size of the apparatus. Can be improved.
  • the concavo-convex shape of the configuration may be applied to the lower case body 12, and instead of the upper case body 11 described above, the lower case body 12 may be provided. May be granted only to
  • FIG. 12 is a bottom view of the upper case body of the piezoelectric blower according to the sixth modification.
  • a piezoelectric blower 1A6 according to the present modification will be described with reference to FIG.
  • the piezoelectric blower 1A6 according to the present modification includes the upper case body 11 having a concavo-convex shape different from that of the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above. Only in the shape of the chamber 80, the configuration is different from the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above.
  • the upper case body 11 of the piezoelectric blower 1A6 has an upper concave portion 11a having a circular shape in a plan view, on the main surface located on the upper vibrating body 30 side. And a partition 11e provided inside the upper recess 11a.
  • the partition part 11e partitions the internal space of the upper recess 11a by bridging the predetermined position of the inner peripheral surface of the upper peripheral part 11b.
  • the upper peripheral portion 11b and the partition portion 11e are hatched in order to facilitate understanding.
  • the upper peripheral portion 11 b partially overlaps an outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100.
  • the upper narrowing portion 82 to be defined by the upper circumferential portion 11b of the portion also overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100 .
  • the concavo-convex shape of the configuration may be applied to the lower case body 12, and instead of the upper case body 11 described above, the lower case body 12 may be provided. May be granted only to
  • FIG. 13 is a bottom view of an upper case body of a piezoelectric blower according to a seventh modification.
  • the piezoelectric blower 1A7 according to the present modification will be described below with reference to FIG.
  • the piezoelectric blower 1A7 according to the present modification includes the upper case body 11 having a concavo-convex shape different from that of the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above. Only in the shape of the chamber 80, the configuration is different from the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above.
  • the upper case body 11 of the piezoelectric blower 1A7 has an upper concave portion 11a having a rectangular shape in plan view on the main surface located on the upper vibrating body 30 side. And an upper peripheral portion 11b of a projecting shape provided to surround the In FIG. 13, the upper peripheral portion 11 b is hatched in order to facilitate understanding.
  • the upper peripheral portion 11 b partially overlaps an outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100.
  • the upper narrowing portion 82 to be defined by the upper circumferential portion 11b of the portion also overlaps the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100 .
  • the side surface of the upper recess 11a defining the upper wide portion 81 functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber 80, whereby resonance occurs in the upper air chamber 80. Conditions will be broken. Furthermore, since the upper concave portion 11a has a non-circular shape in a plan view, the axial symmetry (so-called continuous symmetry) of the upper air chamber 80 is lowered, which also makes it easy to break the condition in which the resonance occurs. . Therefore, pressure fluctuations generated in the upper air chamber 80 facing the upper vibrating body 30 can be prevented from acting to prevent displacement of the upper vibrating body 30, and as a result, pump performance can be achieved without increasing the size of the apparatus. Can be improved.
  • the concavo-convex shape of the configuration may be applied to the lower case body 12, and instead of the upper case body 11 described above, the lower case body 12 may be provided. May be granted only to Further, the shape of the recess is not limited to the rectangular shape described above, and may be changed to a polygonal shape or an elliptical shape other than the rectangular shape.
  • FIG. 14 is a schematic view showing the configuration of the piezoelectric blower according to Embodiment 2 of the present invention and the rough direction of the air flow generated at the time of operation.
  • the piezoelectric blower 1B according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the piezoelectric blower 1B according to the present embodiment mainly includes the housing 10 and the drive unit 20 as in the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above, and the housing 10
  • the configuration is different from that of the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above only in the shape of.
  • the housing 10 of the piezoelectric blower 1B includes the upper case body 11 and the lower case body 12, and the upper case body 11 is configured to project outward from the central portion thereof.
  • An upper nozzle portion 14 serving as a communication portion is provided, and a lower nozzle portion 15 serving as a second communication portion is provided on the lower case body 12 so as to protrude outward from the central portion thereof.
  • the upper nozzle portion 14 and the lower nozzle portion 15 are both arranged to overlap the driving portion 20 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100 (not shown in FIG. 14), and the upper nozzle
  • the portion 14 communicates with the upper wide portion 81 mainly defined by the upper recess 11 a provided in the upper case body 11, and the lower nozzle portion 15 is provided with the lower recess 12 a provided in the lower case body 12. It communicates with the lower wide portion 91 mainly defined by
  • the side surface of the upper recess 11a defining the upper wide portion 81 functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber 80, and the lower side defining the lower wide portion 91.
  • the side surface of the side recess 12a functions as a reflection end of the pressure propagation generated in the lower air chamber 90, thereby breaking the condition in which the resonance occurs in both the upper air chamber 80 and the lower air chamber 90.
  • the apparatus can not be sufficiently thinned compared to the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above, the pump performance is improved as a result. Becomes possible.
  • the said structure when the said structure is employ
  • the upper nozzle portion 14 and the pump chamber 21 communicate with each other through the upper narrow portion 82 by providing the plurality of upper holes 35 so as to face the upper narrow portion 82. It will be configured as. Therefore, the upper narrow portion 82 functions as a kind of orifice for making the pump chamber 21 less susceptible to the influence from the outside of the piezoelectric blower 1A, so that the drive unit 20 operates stably. Also in this respect, the pump performance can be improved.
  • FIG. 15 is a schematic view showing a configuration of a piezoelectric blower according to Embodiment 3 of the present invention and a bottom view of an upper case body provided in the piezoelectric blower.
  • a piezoelectric blower 1C according to the present embodiment will be described.
  • a piezoelectric blower 1C mainly includes a housing 10 and a drive unit 20, similarly to the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above, Only in the shape of the housing 10, the configuration is different from the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above.
  • the upper concave portion 11a having a circular shape in a plan view is a central portion of the upper vibrating body 30. So that the central axis of the upper recess 11a does not coincide with the axis 100 orthogonal to the central portion of the upper vibrating body 30 and the central portion of the lower vibrating body 40.
  • the upper concave portion 11a is disposed unevenly. As a result, the upper wide portion 81 mainly defined by the upper concave portion 11a is also located unevenly.
  • the upper peripheral portion 11b is hatched to facilitate understanding.
  • the upper peripheral portion 11 b partially overlaps an outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100.
  • the upper narrowing portion 82 to be defined by the upper circumferential portion 11b of the portion also overlaps a part of the outer peripheral region including the peripheral portion of the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extension direction of the axis 100 It will be.
  • the lower concave portion 12a having a circular shape in a plan view faces the portion including the central portion of the lower vibrating body 40.
  • the lower recess 12 a is provided so that the central axis of the lower recess 12 a does not coincide with the axis 100 orthogonal to the central portion of the upper vibrating member 30 and the central portion of the lower vibrating member 40.
  • the lower wide portion 91 mainly defined by the lower concave portion 12a is also located unevenly.
  • the lower peripheral portion 12 b partially overlaps an outer peripheral region including the peripheral portion of the lower vibrating body 40 in the direction parallel to the extension direction of the axis 100.
  • the lower narrowing portion 92 to be defined by the lower circumferential portion 12b of the portion also has an outer peripheral region including the peripheral portion of the lower vibrating body 40 in the direction parallel to the extension direction of the axis 100. It will overlap the department.
  • the side surface of the upper recess 11a defining the upper wide portion 81 functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber 80, and the lower side defining the lower wide portion 91.
  • the side surface of the side recess 12a functions as a reflection end of the pressure propagation generated in the lower air chamber 90, thereby breaking the condition in which the resonance occurs in both the upper air chamber 80 and the lower air chamber 90.
  • FIG. 16 is a schematic view showing a configuration of a piezoelectric blower according to the first embodiment and a bottom view of an upper case body provided in the piezoelectric blower.
  • a piezoelectric blower 1D according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the piezoelectric blower 1D mainly includes the housing 10 and the drive unit 20 as in the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above, and the housing Only in the shape of the body 10, the configuration is different from that of the piezoelectric blower 1A according to the first embodiment described above.
  • the upper case body 11 includes the upper concave portion 11a having a circular shape in a plan view, and It has the upper peripheral part 11b of the projecting shape provided so that it might surround and the projection part 11d provided in the inside of the upper side recessed part 11a.
  • the upper peripheral portion 11b and the projection 11d are hatched to facilitate understanding.
  • the piezoelectric blower 1D according to the present embodiment is a piezoelectric blower according to the first embodiment. It does not substantially include the upper narrowing portion 82 included in 1 A, but includes only the upper wide portion 81 ′ having a diameter larger than that of the upper vibrating body 30.
  • the lower case body 12 is the protrusion 12 provided so that the lower side recessed part 12a of planar view circular shape might surround this. It has a shape lower peripheral part 12b and a projection 12d provided inside the lower concave part 12a.
  • the lower peripheral portion 12b does not overlap the upper vibrating body 30 in the direction parallel to the extending direction of the axis 100, and therefore the piezoelectric blower 1D according to the present embodiment is a piezoelectric according to the first embodiment.
  • the lower narrowing portion 92 included in the blower 1A is not substantially provided, and only the lower wide portion 91 'having a diameter larger than that of the lower vibrating body 40 is provided.
  • the side surface of the projection 11 d provided in the upper recess 11 a functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber 80 and in the lower recess 12 a. Since the side surface of the provided protrusion 12d functions as a reflection end of pressure propagation generated in the lower air chamber 90, this breaks down the condition that resonance occurs in the upper air chamber 80 and the lower air chamber 90.
  • FIG. 17 is a bottom view of the upper case body of the piezoelectric blower according to the second embodiment.
  • the piezoelectric blower 1E according to the present embodiment will be described below with reference to FIG.
  • the piezoelectric blower 1E according to the present embodiment is provided with the upper case body 11 having a concavo-convex shape different from the one provided in the piezoelectric blower 1D according to the above-described embodiment 1, thereby making the upper air chamber
  • the configuration is different from the piezoelectric blower 1D according to the first embodiment described above only in the shape of.
  • the upper case body 11 of the piezoelectric blower 1E has an upper concave portion 11a having a circular shape in plan view, on the main surface located on the upper vibrating body 30 side. And a partition 11e provided inside the upper recess 11a.
  • the partition part 11e partitions the internal space of the upper recess 11a by bridging the predetermined position of the inner peripheral surface of the upper peripheral part 11b. Note that, in FIG. 17, the upper peripheral portion 11 b and the partition portion 11 e are hatched in order to facilitate understanding.
  • the piezoelectric blower 1E according to the present embodiment is a piezoelectric blower according to the first embodiment. It does not substantially include the upper narrowing portion 82 included in 1 A, but includes only the upper wide portion having a diameter larger than that of the upper vibrating body 30.
  • the side surface of the partition 11e provided in the upper recess 11a functions as a reflection end of pressure propagation generated in the upper air chamber. The conditions under which the resonance occurs will be broken.
  • the concavo-convex shape of the configuration may be applied to the lower case body 12, and instead of the upper case body 11 described above, the lower case body 12 may be provided. May be granted only to
  • FIG. 18 is a bottom view of the upper case body of the piezoelectric blower according to the third embodiment.
  • the piezoelectric blower 1F according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the piezoelectric blower 1F according to the present embodiment is provided with the upper case body 11 having a concavo-convex shape different from the one provided in the piezoelectric blower 1D according to the above-described embodiment 1, thereby making the upper air chamber
  • the configuration is different from the piezoelectric blower 1D according to the first embodiment described above only in the shape of.
  • the upper case body 11 of the piezoelectric blower 1F has an upper concave portion 11a having a rectangular shape in plan view on the main surface located on the upper vibrating body 30 side. And an upper peripheral portion 11b of a projecting shape provided to surround the In FIG. 18, the upper peripheral portion 11 b is hatched to facilitate understanding.
  • the piezoelectric blower 1F according to the present embodiment is a piezoelectric blower according to the first embodiment. It does not substantially include the upper narrowing portion 82 included in 1 A, but includes only the upper wide portion having a diameter larger than that of the upper vibrating body 30.
  • the concavo-convex shape of the configuration may be applied to the lower case body 12, and instead of the upper case body 11 described above, the lower case body 12 may be provided. May be granted only to
  • the first holes provided in the first vibrating member are described in an example in which all the first hole portions are arranged in an annular ring. Although it did, it does not necessarily need to arrange
  • the configuration has been described by exemplifying the configuration in which the check valve is attached to the second hole portion provided in the second vibrator.
  • the check valve may be attached to the first hole provided in the first vibrating body, and the check valve is provided in both the first hole and the second hole. May be Furthermore, the flow direction of the gas permitted and limited by the check valve can also be changed as appropriate.
  • first and second wide portions are both configured in a cylindrical or prismatic space.
  • this may be configured as, for example, a conical or pyramidal space.
  • the piezoelectric blower shown in the above-described first to third embodiments of the present invention and the modification thereof can be particularly suitably used as a blower to be incorporated into various devices used for medical applications, Examples of such a device include a nasal aspirator, a milking machine, and a negative pressure closed therapy device.
  • 1A to 1F, 1A1 to 1A7 Piezoelectric blower 10 case, 11 upper case body, 11a upper recess, 11b upper peripheral portion, 11b1 terminal insertion portion, 11c groove portion, 11d protrusion portion, 11e partition portion, 12 lower case body, 12a lower concave portion 12b lower peripheral portion 12c groove portion 12d protrusion portion 13 accommodation space 14 upper nozzle portion 15 lower nozzle portion 16 flow path portion 17 terminal block 20 drive portion 21 pump chamber Reference Signs List 30 upper vibration body, 31 upper vibration plate, 31a hole portion, 35 upper hole portion, 40 lower vibration body, 41 lower vibration plate, 41a hole portion, 42 auxiliary vibration plate, 42a hole portion, 43 check valve, 43a Hole, 44 valve body holding member, 44a hole, 44b second terminal, 45 lower hole, 50 spacer, 60 piezoelectric element, 70 1 terminal, 80 an upper air chamber 81, 81 'upper wide portions, 82 upper narrow portion, 90 lower air chamber, 91, 91' lower wide portions, 92 lower narrow portion,

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Abstract

ポンプ(1A)は、筐体(10)と、ポンプ室(21)を規定する第1振動体(30)、第2振動体(40)および周壁部(50)と、駆動体(60)とを備える。筐体(10)は、第1振動体(30)に対向する第1壁部と、第2振動体(40)に対向する第2壁部とを有する。第1壁部は、第1振動体(30)側に向けて開口しかつ第1振動体(30)の中央部を含む部分に対向する第1凹部(11a)と、第1凹部(11a)に隣り合う第1周囲部(11b)とを含む。第1振動体(30)と第1壁部とによって規定された第1室(80)は、第1凹部(11a)および第1振動体(30)によって規定された第1広大部(81)と、第1周囲部(11b)および第1振動体(30)によって規定された第1狭小部(82)とを含む。第1狭小部(82)は、第1振動体(30)の少なくとも一部に重なるように形成される。

Description

ポンプ
 本発明は、板状の振動体の屈曲振動を利用した容積式のポンプに関し、特に、振動体を駆動する駆動体として圧電素子を利用した圧電ポンプに関する。
 従来、容積式のポンプの一種である圧電ポンプが知られている。圧電ポンプは、圧電素子が貼り付けられた振動板によってポンプ室の少なくとも一部が規定されてなるものであり、当該圧電素子に所定周波数の交流電圧を印加することで振動板を共振周波数で駆動し、これによりポンプ室に圧力変動を生じさせて流体の吸入および吐出を可能にするものである。
 圧電ポンプの一構成例が開示された文献として、たとえば国際公開第2015/125608号明細書(特許文献1)がある。当該公報に開示された圧電ポンプにおいては、対向配置された一対の振動板によってポンプ室が規定されており、当該一対の振動板の一方に圧電素子が貼り付けられた構成が採用されている。
 上記公報に開示された圧電ポンプにおいては、一対の振動板のうちの圧電素子が貼り付けられていない方の振動板の中央部に、逆止弁が付設された1個の孔部が設けられており、一対の振動板のうちの圧電素子が貼り付けられた方の振動板の周縁部近傍に、円環状に点列して配置された、逆止弁が付設されていない複数個の孔部が設けられている。
 当該構成の圧電ポンプにおいては、圧電素子によって一対の振動板が逆方向に変位するように屈曲振動させられることでポンプ室に圧力変動が生じることになり、このポンプ室の圧力変動に伴って、当該ポンプ室の外部に位置する流体が、圧電素子が貼り付けられた振動板に設けられた複数個の孔部から吸入され、その後、圧電素子が貼り付けられていない振動板に設けられた1個の孔部から当該流体が吐出されることになり、これによりポンプ機能が発揮されることになる。
 なお、圧電素子が貼り付けられていない振動板に設けられた1個の孔部に付設された逆止弁は、圧電ポンプに発生する流体の流れの方向を決定するものであり、ポンプ室の圧力変動に伴って受動的に開閉動作する。
国際公開第2015/125608号明細書
 一般に、圧電ポンプは、上述した如くの振動板や圧電素子を含む駆動部が、筐体の内部に設置されることで構成される場合が多い。これは、駆動部を外部から保護するためであるとともに、圧電ポンプを外部の配管や機器等に接続し易くするためである。
 このような筐体を備えてなる圧電ポンプにおいては、振動板に対向して筐体の壁部が配置されることになるため、その動作時において、当該振動板と筐体の壁部との間に形成された空間(すなわち、ポンプ室外の空間)においても、相当程度に圧力変動が生じることになる。このポンプ室外の空間に発生する圧力変動は、振動板に対して当該振動板の振動による変位を妨げる方向に力を作用させるものであるため、結果としてポンプ室における圧縮比が低下し、圧電ポンプとしての性能の低下(すなわち、流量の低下や吸入圧力および吐出圧力の低下等)を招くことになる。
 これを防止するためには、当該ポンプ室外の空間を大きくする(すなわち、筐体の壁部と振動板との間の距離を長くする)ことが有効であるが、何らの工夫もなくこれを行なった場合には、圧電ポンプが全体として大型化するばかりでなく、当該空間において圧力の共鳴が発生する場合があり、効果的に圧電ポンプの性能の向上を図ることができないおそれがある。
 したがって、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、板状の振動体の屈曲振動を利用した容積式のポンプにおいて、装置を大型化させることなく従来に比してポンプ性能の向上を図ることを目的とする。
 本発明に基づくポンプは、第1振動体と、第2振動体と、周壁部と、ポンプ室と、駆動体と、筐体とを備えている。上記第1振動体および上記第2振動体は、いずれも板状であり、上記第2振動体は、上記第1振動体に対向している。上記周壁部は、上記第1振動体の周縁部および上記第2振動体の周縁部を接続している。上記ポンプ室は、上記第1振動体および上記第2振動体の間に位置しており、上記第1振動体、上記第2振動体および上記周壁部によって規定されている。上記駆動体は、上記第1振動体および上記第2振動体を屈曲振動させることにより、上記ポンプ室に圧力変動を生じさせるものである。上記筐体は、上記第1振動体、上記第2振動体、上記周壁部および上記駆動体からなる駆動部を収容している。上記筐体は、上記第1振動体から見て上記第2振動体が位置する側とは反対側に位置する第1壁部と、上記第2振動体から見て上記第1振動体が位置する側とは反対側に位置する第2壁部とを有している。上記駆動部は、上記筐体の内部の空間を、上記第1振動体および上記第1壁部によって規定された第1室と、上記第2振動体および上記第2壁部によって規定された第2室とに区画するように配置されている。上記筐体には、上記第1室と上記筐体の外部の空間とを連通させる第1連通部と、上記第2室と上記筐体の外部の空間とを連通させる第2連通部とが設けられている。上記第1振動体には、上記ポンプ室と上記第1室とを連通させる第1孔部が設けられており、上記第2振動体には、上記ポンプ室と上記第2室とを連通させる第2孔部が設けられている。上記第1壁部は、上記第1振動体側に向けて開口するとともに上記第1振動体の中央部を含む部分に対向する第1凹部と、上記第1振動体の中央部および上記第2振動体の中央部に直交する軸線と直交する方向において上記第1凹部に隣り合う第1周囲部とを含んでいる。上記第1室は、上記第1凹部および当該第1凹部に対向する部分の上記第1振動体によって規定された第1広大部と、上記第1周囲部および当該第1周囲部に対向する部分の上記第1振動体によって規定された第1狭小部とを含んでいる。上記第1狭小部は、上記軸線の延在方向と平行な方向において上記第1振動体の少なくとも一部に重なっている。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第1振動体が、円盤状であることが好ましく、また、上記第1広大部が、円柱状の空間にて構成されていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第1振動体の直径をRa1とし、上記第1広大部の直径をRb1とした場合に、0.4≦Rb1/Ra1<1.0の条件を満たしていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第1広大部が、その中心軸と上記軸線とが合致するように位置していることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第1孔部が、複数個設けられていてもよく、その場合には、上記複数個の第1孔部が、上記軸線の延在方向に沿って見た場合に当該軸線を中心とした円周上の位置に点列状に配置されていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記複数個の第1孔部が、上記第1周囲部に対向するように配置されていてもよい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第1連通部が、上記軸線の延在方向と平行な方向において上記第1振動体に重ならない位置に配置されていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第2壁部が、上記第2振動体側に向けて開口するとともに上記第2振動体の中央部を含む部分に対向する第2凹部と、上記軸線と直交する方向において上記第2凹部に隣り合う第2周囲部とを含んでいてもよい。その場合には、上記第2室が、上記第2凹部および当該第2凹部に対向する部分の上記第2振動体によって規定された第2広大部と、上記第2周囲部および当該第2周囲部に対向する部分の上記第2振動体によって規定された第2狭小部とを含んでいることが好ましく、またその場合には、上記第2狭小部が、上記軸線の延在方向と平行な方向において上記第2振動体の少なくとも一部に重なっていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第2振動体が、円盤状であることが好ましく、また、上記第2広大部が、円柱状の空間にて構成されていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第2振動体の直径をRa2とし、上記第2広大部の直径をRb2とした場合に、0.4≦Rb2/Ra2<1.0の条件を満たしていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第2広大部が、その中心軸と上記軸線とが合致するように位置していることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第2孔部が、1個または複数個設けられていてもよく、その場合には、上記1個または複数個の第2孔部が、上記第2振動体の中央部またはその近傍に配置されていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記軸線の延在方向と平行な方向において上記第2振動体に重ならない位置に設けられるとともに、上記第2広大部と上記第2連通部とを連通する流路の少なくとも一部を構成するオリフィスを有していてもよく、その場合には、上記第2広大部が、上記オリフィスを経由してのみ上記第2連通部に連通するように構成されていてもよい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第2連通部が、上記軸線の延在方向と平行な方向において上記第2振動体に重ならない位置に配置されていることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記駆動体が、上記軸線を中心として上記第1振動体および上記第2振動体の双方に定在波が発生するように、上記第1振動体および上記第2振動体を屈曲振動させるものであることが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記第1連通部が、上記筐体の外部の空間から上記第1室に流体を吸入する吸入部として機能することが好ましく、また、上記第2連通部が、上記第2室から上記筐体の外部の空間に流体を吐出する吐出部として機能することが好ましい。
 上記本発明に基づくポンプにあっては、上記駆動体が、上記第1振動体および上記第2振動体のいずれか一方に貼り付けられた略平板状の圧電素子を含んでいることが好ましい。
 本発明によれば、板状の振動体の屈曲振動を利用した容積式のポンプにおいて、装置を大型化させることなく従来に比してポンプ性能の向上を図ることができる。
実施の形態1に係る圧電ブロアの模式的な断面図である。 図1に示す圧電ブロアを斜め上方から見た分解斜視図である。 図1に示す圧電ブロアを斜め下方から見た分解斜視図である。 図1に示す圧電ブロアの構成および動作時に発生する気流のおおまかな方向を表わした模式図である。 図1に示す圧電ブロアの駆動部の動作状態およびその際に発生する気流の方向を経時的に表わした模式図である。 図1に示す圧電ブロアのポンプ室、上側広大部および下側広大部に発生する圧力変動を表わした模式図である。 第1変形例に係る圧電ブロアの構成および第1検証試験の結果を示す図である。 第2変形例に係る圧電ブロアの構成および第2検証試験の結果を示す図である。 第3変形例に係る圧電プロアの上側ケース体の下面図である。 第4変形例に係る圧電プロアの上側ケース体の下面図である。 第5変形例に係る圧電プロアの上側ケース体の下面図である。 第6変形例に係る圧電プロアの上側ケース体の下面図である。 第7変形例に係る圧電プロアの上側ケース体の下面図である。 実施の形態2に係る圧電ブロアの構成および動作時に発生する気流のおおまかな方向を表わした模式図である。 実施の形態3に係る圧電ブロアの構成を表わした模式図および当該圧電ブロアに具備された上側ケース体の下面図である。 参考形態1に係る圧電ブロアの構成を表わした模式図および当該圧電ブロアに具備された上側ケース体の下面図である。 参考形態2に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。 参考形態3に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態は、気体を吸入して吐出するポンプとしての圧電ブロアに、本発明を適用した場合を例示するものである。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
 (実施の形態1)
 図1は、本発明の実施の形態1に係る圧電ブロアの模式的な断面図である。また、図2は、図1に示す圧電ブロアを斜め上方から見た分解斜視図であり、図3は、図1に示す圧電ブロアを斜め下方から見た分解斜視図である。まず、これら図1ないし図3を参照して、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aの構成について説明する。
 図1ないし図3に示すように、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aは、筐体10と、駆動部20とを主として備えている。筐体10の内部には、偏平な円柱状の空間である収容空間13が設けられており、駆動部20は、この収容空間13に配置されている。
 筐体10は、樹脂製または金属製等の円盤状の上側ケース体11と、樹脂製または金属製の偏平な有底円筒状の下側ケース体12とを有している。筐体10は、これら上側ケース体11および下側ケース体12が組み合わされてたとえば接着剤等によって接合されることにより、内部に上述した収容空間13を有している。
 下側ケース体12の外周部の対向する位置には、それぞれ外側に向けて突出する第1連通部としての上側ノズル部14および第2連通部としての下側ノズル部15が設けられている(ここで、上側ノズル部14および下側ノズル部15は、圧電ブロア1Aの高さ方向(すなわち厚み方向)において上下に配置されるものではないが、便宜上このように称することとする)。圧電ブロア1Aの外部の空間と上述した収容空間13とは、これら上側ノズル部14および下側ノズル部15を介してそれぞれ連通している。
 駆動部20は、板状の第1振動体としての上側振動体30と、板状の第2振動体としての下側振動体40と、周壁部としてのスペーサ50と、駆動体としての圧電素子60とを主として有している。駆動部20は、これら部材が互いに積み重ねられた状態で一体化されることで構成されており、上述した筐体10の収容空間13に配置された状態で当該筐体10によって保持されている。
 ここで、筐体10の収容空間13は、駆動部20により、上側ケース体11側の空間(すなわち、後述するポンプ室21を介することなく上側ノズル部14に連通する空間)と、下側ケース体12側の空間(すなわち、後述するポンプ室21を介することなく下側ノズル部15に連通する空間)とに区画されている。
 上側振動体30は、上側振動板31によって構成されている。上側振動板31は、たとえばステンレス鋼等からなる金属製の薄板にて構成されており、その外形は平面視円形状である。上側振動板31の中央部および周縁部を除く中間部には、複数個の孔部31aが円環状に点列して設けられている。この複数個の孔部31aの各々は、上側振動体30に設けられた第1孔部としての上側孔部35に該当する。
 下側振動体40は、下側振動板41、補助振動板42、逆止弁43および弁体保持部材44の積層体によって構成されている。下側振動体40は、上側振動体30に対向しており、より詳細には、上側振動体30から見て下側ケース体12が位置する側に配置されている。下側振動板41、補助振動板42、逆止弁43および弁体保持部材44は、上側振動体30に近い側からこの順で積層配置されている。
 下側振動板41は、たとえばステンレス鋼等からなる金属製の薄板にて構成されており、その外形は平面視円形状である。下側振動板41の中央部およびその近傍には、複数個の孔部41aが設けられている。
 補助振動板42は、下側振動板41よりもさらに薄いたとえばステンレス鋼等からなる金属製の薄板にて構成されており、その外形は平面視円形状である。補助振動板42は、逆止弁43を配置するためのスペースを形成されるための部材であり、補助振動板42の下側ケース体12側に位置する主面の周縁部には、当該スペースを形成するための環状形状の突出部が設けられている。補助振動板42の周縁部は、下側振動板41の周縁部にたとえば導電性接着剤等によって接合されている。補助振動板42の中央部およびその近傍には、下側振動板41に設けられた複数個の孔部41aに連通する複数個の孔部42aが設けられている。
 逆止弁43は、たとえばポリイミド樹脂等の樹脂製の薄板にて構成されており、その外形は平面視円形状である。逆止弁43は、上述した補助振動板42によって形成されたスペース(すなわち、補助振動板42の環状形状の突出部によって取り囲まれた空間)に配置されている。逆止弁43の中央部およびその近傍には、補助振動板42に設けられた複数個の孔部42aに直接的に対面することはないもののこれら複数個の孔部42aに近接して、複数個の孔部43aが設けられている。
 弁体保持部材44は、たとえばステンレス鋼等からなる金属製の薄板にて構成されており、その外形は平面視円形状である。弁体保持部材44は、補助振動板42の上述したスペースに配置された逆止弁43を覆うように補助振動板42に取付けられている。より詳細には、弁体保持部材44の周縁部は、補助振動板42の上述した環状形状の突出部にたとえば導電性接着剤等によって接合されている。弁体保持部材44の中央部およびその近傍には、逆止弁43に設けられた複数個の孔部43aに連通する複数個の孔部44aが設けられている。
 ここで、逆止弁43は、補助振動板42と弁体保持部材44との間の空間に遊嵌されている。これにより、逆止弁43は、補助振動板42に設けられた複数個の孔部42aを開閉できるように補助振動板42および弁体保持部材44によって移動可能に保持されている。より詳細には、逆止弁43は、補助振動板42に接近してこれに密着した状態において、複数個の孔部42aを閉鎖し、補助振動板42から遠ざかった状態において、複数個の孔部42aを開放する。
 なお、上述した下側振動板41に設けられた複数個の孔部41a、補助振動板42に設けられた複数個の孔部42a、逆止弁43に設けられた複数個の孔部43aおよび弁体保持部材44に設けられた複数個の孔部44aの各々は、下側振動体40に設けられた第2孔部としての下側孔部45に該当する。
 スペーサ50は、上側振動体30と下側振動体40との間に位置しており、これら上側振動体30と下側振動体40とによって挟み込まれている。スペーサ50は、たとえばステンレス鋼等からなる金属製の部材にて構成されており、その外形は円環板状である。
 スペーサ50は、上側振動体30の周縁部と下側振動体40の周縁部とを接続している。これにより、上側振動体30および下側振動体40は、スペーサ50によって所定の距離だけ隔てて配置されることになる。なお、スペーサ50と上側振動体30とは、たとえば導電性接着剤等によって接合されており、スペーサ50と下側振動体40とは、たとえば導電性接着剤等によって接合されている。
 上側振動体30と下側振動体40との間に位置する空間は、ポンプ室21として機能する。当該ポンプ室21は、上側振動体30、下側振動体40およびスペーサ50によって規定されており、偏平な円柱状の空間にて構成されている。ここで、スペーサ50は、ポンプ室21を規定するとともに上側振動体30および下側振動体40を接続する周壁部に該当することになる。
 圧電素子60は、たとえば導電性接着剤を介して上側振動体30に貼り付けられている。より詳細には、圧電素子60は、上側振動体30のポンプ室21に面する側とは反対側に位置する主面側(すなわち、上側ケース体11側)に貼り付けられている。圧電素子60は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電材料からなる薄板にて構成されており、その外形は平面視円形状である。
 圧電素子60は、交流電圧が印加されることで屈曲振動するものであり、当該圧電素子60に生じる屈曲振動が上側振動体30および下側振動体40に伝播されることにより、上側振動体30および下側振動体40も屈曲振動することになる。すなわち、圧電素子60は、上側振動体30および下側振動体40を屈曲振動させる駆動体に該当し、所定周波数の交流電圧が印加されることで上側振動体30および下側振動体40をそれぞれ共振周波数で振動させ、これにより上側振動体30および下側振動体40の双方に定在波を発生させる。
 なお、弁体保持部材44の周縁部は、たとえば接着剤等によって下側ケース体12に接合されている。これにより、上側振動体30、下側振動体40、スペーサ50および圧電素子60等からなる駆動部20が、筐体10の内部において保持されることになる。
 図2および図3を参照して、駆動部20は、圧電素子60に外部から電圧を印加するための給電線としての一対の外部接続端子をさらに有している。一対の外部接続端子は、上述した上側振動体30、下側振動体40およびスペーサ50とは別部材にて構成された第1端子70と、下側振動体40に含まれる弁体保持部材44に設けられた第2端子44bとによって構成されている。
 第1端子70は、その一端が圧電素子60の上側ケース体11側の主面にたとえば半田付け等によって接合され、その他端が、筐体10の外部に露出するように引き出されている。一方、第2端子44bは、弁体保持部材44の外端の所定位置から外側に向けて延設された舌片状の部位からなり、その先端は、筐体10の外部に露出するように引き出されている。
 ここで、第2端子44bが設けられた弁体保持部材44は、圧電素子60と上側振動板31とを接合する導電接着剤等と、上側振動板31、スペーサ50、下側振動板41、補助振動板42およびこれらを相互に接合する導電性接着剤等と、弁体保持部材44と補助振動板42とを接合する導電接着剤等とを介して、圧電素子60の下側ケース体12側の主面と導通しており、これにより上述した第2端子44bが、一対の外部接続端子の一方として機能することになる。
 なお、第1端子70の上述した他端および第2端子44bの上述した先端は、いずれも下側ケース体12の外周部の所定位置に設けられた端子台17上に引き出されることで筐体10の外部に露出している。
 以上の構成を有することにより、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、上側ノズル部14と下側ノズル部15との間にポンプ室21が位置することになり、筐体10の収容空間13のうち、ポンプ室21が設けられた位置よりも上側ノズル部14側の空間とポンプ室21とが、上側振動体30に設けられた複数個の上側孔部35によって常時連通した状態にあるとともに、筐体10の収容空間13のうち、ポンプ室21が設けられた位置よりも下側ノズル部15側の空間とポンプ室21とが、下側振動体40に設けられた複数個の下側孔部45が逆止弁43によって閉鎖されていない状態において、当該複数個の下側孔部45によって連通した状態にあることになる。
 図1を参照して、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、圧電素子60が、上側振動体30の中央部および下側振動体40の中央部に直交する軸線100を中心として上側振動体30および下側振動体40の双方に定在波が発生するように上側振動体30および下側振動体40を屈曲振動させる。より詳細には、圧電素子60は、上側振動体30の中央部および下側振動体40の中央部にそれぞれ振動の腹が形成されることとなるように、上側振動体30および下側振動体40を屈曲振動させる。
 その際、圧電素子60は、当該圧電素子60が貼り付けられた上側振動体30を直接的に駆動し、当該圧電素子60が貼り付けられていない下側振動体40を周壁部としてのスペーサ50を介して間接的に駆動する。このとき、上側振動体30の形状および下側振動体40の形状(特にこれら振動板の厚み)を適切に設計することにより、上側振動体30と下側振動体40とが、それぞれ逆方向に向けて変位することになる。
 この逆方向に向けての上側振動体30および下側振動体40の振動により、ポンプ室21は、膨張および収縮を繰り返すことになる。これにより、ポンプ室21の内部において共鳴が発生することになり、これに伴ってポンプ室21に大きな圧力変動が生じることになる。その結果、時間的に交互にポンプ室21に正圧および負圧が発生することになり、この圧力変動によって気体を圧送するポンプ機能が実現されることになる。
 ここで、図1ないし図3に示すように、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、筐体10の収容空間13を規定する壁面に所定の凹凸形状が付与されている。当該凹凸形状は、圧電ブロア1Aの動作時において、当該収容空間13の一部であってかつ駆動部20が配置されていない空間(すなわちポンプ室21外の空間)において、大きな圧力変動が生じることを抑制するものであるが、その詳細については後述することとする。
 図4は、図1に示す圧電ブロアの駆動部の構成および動作時に発生する気流のおおまかな方向を表わした模式図であり、図5は、図1に示す圧電ブロアの駆動部の動作状態およびその際に発生する気流の方向を経時的に表わした模式図である。次に、これら図4および図5を参照して、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aの動作状態について詳細に説明する。なお、図4および図5においては、理解を容易とするために、また作図上の都合により、圧電ブロア1Aの形状を大幅に簡略化および模式化して図示している。
 図4を参照して、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、上述したように、上側振動体30に設けられた複数個の上側孔部35の各々に逆止弁が付設されておらず、その一方で、下側振動体40に設けられた複数個の下側孔部45(図4および図5においては、これを1個の孔として図示している)の各々に逆止弁43(図4において不図示、図1等参照)が付設されている。
 複数個の下側孔部45の各々に設けられた逆止弁43は、ポンプ室21から筐体10の収容空間13のうちの下側ノズル部15側の空間に向けての気体の流通を許容する反面、その逆方向に向けての気体の流通を許容しないように構成されたものである。そのため、当該逆止弁43の作用により、圧電ブロア1Aの動作時に発生する気流の方向が決定されることになり、当該気流のおおまかな方向は、図4中において矢印にて示す方向となる。
 ここで、駆動部20の近傍に発生する気流に着目すれば、図5(A)に示すように、上側振動体30および下側振動体40が互いに遠ざかる方向に変位した状態においては、ポンプ室21が膨張し、これに伴ってポンプ室21に負圧が発生する。この負圧の発生に伴い、上側振動体30に設けられた複数個の上側孔部35を介して、ポンプ室21に気体が吸入されることになる。なお、その際、下側振動体40に設けられた複数個の下側孔部45に付設された逆止弁43(図5においては、これを模式化して図示している)は、ポンプ室21に負圧が発生することに伴って複数個の下側孔部45を閉鎖することになる。
 その後、図5(B)に示すように、上側振動体30および下側振動体40が互いに近づく方向に変位した状態においては、ポンプ室21が収縮し、これに伴ってポンプ室21に正圧が発生する。この正圧の発生に伴い、下側振動体40に設けられた複数個の下側孔部45に付設された逆止弁43は、複数個の下側孔部45を開放し、これによって当該複数個の下側孔部45を介してポンプ室21から気体が吐出されることになる。
 この図5(A)に示す状態と図5(B)に示す状態とが交互に繰り返されるように上側振動体30および下側振動体40が振動することにより、図4において示す気流の向きが圧電ブロア1Aにて発生することになる。そのため、筐体10に設けられた上側ノズル部14が、外部から気体を吸入する吸入ノズルとして機能するとともに、筐体10に設けられた下側ノズル部15が、外部へ気体を吐出する吐出ノズルとして機能することになり、これにより圧電ブロア1Aによって気体が圧送されることになる。
 図4を参照して、上側ノズル部14から吸入された気体は、上側ケース体11と上側振動体30との間に位置する空間を経由して、上側振動体30に設けられた複数個の上側孔部35へ至る。そのため、上側ケース体11と上側振動体30との間に位置する空間は、上側ノズル部14とポンプ室21とを結ぶ流路を構成することになり、当該空間が、第1室としての上側気室80に該当することになる。すなわち、上側ケース体11のうちの、上側振動体30から見て下側振動体40が位置する側とは反対側に配置された部分が、第1室を規定する第1壁部に該当することになる。
 一方、下側振動体40に設けられた複数個の下側孔部45から吐出された気体は、下側ケース体12と下側振動体40との間に位置する空間を経由して、下側ノズル部15へ至る。そのため、下側ケース体12と下側振動体40との間に位置する空間は、ポンプ室21と下側ノズル部15とを結ぶ流路を構成することになり、当該空間が、第2室としての下側気室90に該当することになる。すなわち、下側ケース体12のうちの、下側振動体40から見て上側振動体30が位置する側とは反対側に配置された部分が、第2室を規定する第2壁部に該当することになる。
 ここで、上述したように、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、筐体10の収容空間13を規定する壁面に所定の凹凸形状が付与されている。具体的には、上側ケース体11の上述した上側気室80を規定する部分に所定の凹凸形状が付与されているとともに、下側ケース体12の上述した下側気室90を規定する部分に所定の凹凸形状が付与されている。
 より詳細には、図1ないし図4に示すように、上側ケース体11の第1壁部には、上側振動体30側に向けて開口するとともに上側振動体30の中央部を含む部分に対向する第1凹部としての上側凹部11aが設けられており、当該上側凹部11aに隣接する部分(すなわち、軸線100(図1参照)と直交する方向において上側凹部11aに隣り合う部分)の第1壁部には、上側振動体30側に向けて突出する環状形状の第1周囲部としての上側周囲部11bが位置している。上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域に重なっている。
 これにより、上側気室80は、上側凹部11aおよび当該上側凹部11aに対向する部分の上側振動体30によって規定された第1広大部としての上側広大部81と、上側周囲部11bおよび当該上側周囲部11bに対向する部分の上側振動体30によって規定された第1狭小部としての上側狭小部82とを含むことになり、当該上側狭小部82は、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の一部に重なることになる。なお、本実施の形態においては、上側狭小部82に面する部分(すなわち上側周囲部11bに対向する部分)の上側振動体30に、上述した複数個の上側孔部35が配置されている。
 そのため、上側ノズル部14から吸入された気体は、軸線100と直交する方向において駆動部20の周囲に位置する空間を経由して上側狭小部82に流れ込み、上側狭小部82に流れ込んだ気体の大部分は、当該上側狭小部82に面して設けられた複数個の上側孔部35に流入することになる。
 なお、図3を参照して、上側ケース体11の上側周囲部11bに設けられた溝状の部位は、第1端子70を端子台17に向けて引き出すための端子挿通部11b1である。
 一方、下側ケース体12の第2壁部には、下側振動体40側に向けて開口するとともに下側振動体40の中央部を含む部分に対向する第2凹部としての下側凹部12aが設けられており、当該下側凹部12aに隣接する部分(すなわち、軸線100と直交する方向において下側凹部12aに隣り合う部分)の第2壁部には、下側振動体40側に向けて突出する環状形状の第2周囲部としての下側周囲部12bが位置している。下側周囲部12bは、軸線100の延在方向と平行な方向において下側振動体40の周縁部を含む外周領域に重なっている。
 これにより、下側気室90は、下側凹部12aおよび当該下側凹部12aに対向する部分の下側振動体40によって規定された第2広大部としての下側広大部91と、下側周囲部12bおよび当該下側周囲部12bに対向する部分の下側振動体40によって規定された第2狭小部としての下側狭小部92とを含むことになり、当該下側狭小部92は、軸線100の延在方向と平行な方向において下側振動体40の一部に重なることになる。なお、本実施の形態においては、下側広大部91に面する部分の下側振動体40に、上述した複数個の下側孔部45が配置されている。
 ここで、下側ケース体12の下側周囲部12bの所定位置には、径方向に沿って延在する溝部12cが設けられており、当該溝部12cの外端に面する部分の下側周囲部12bには、当該溝部12cと下側ノズル部15とを連通する断面積が十分に小さい流路部16が設けられている。これにより下側広大部91と下側ノズル部15とは、当該溝部12cおよび流路部16を介して連通している。
 そのため、複数個の下側孔部45から吐出された気体は、下側広大部91を経由して溝部12cに流れ込み、溝部12cに流れ込んだ気体は、流路部16を経由して下側ノズル部15に流入することになる。
 このように構成することにより、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、装置を大型化させることなく従来に比してポンプ性能の向上を図ることができる。以下、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aとすることで装置を大型化させることなくポンプ性能の向上が図られる理由について、詳細に説明する。
 図6は、図1に示す圧電ブロアのポンプ室、上側広大部および下側広大部に発生する圧力変動を表わした模式図である。ここで、図6(A)は、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aの構成を大幅に簡略化および模式化して図示したものであり、図6(B)は、上述した図5(A)に示す状態(以下、これを第1状態と称する)におけるポンプ室21、上側広大部81および下側広大部91の各々の圧力分布を模式的に表わしたものであり、図6(C)は、上述した図5(B)に示す状態(以下、これを第2状態と称する)におけるポンプ室21、上側広大部81および下側広大部91の各々の圧力分布を模式的に表わしたものである。
 図6(B)および図6(C)から明らかなように、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、ポンプ室21に共鳴が発生する上述した条件にて上側振動体30および下側振動体40が駆動されることにより、ポンプ室21の中央部においてポンプ室21の内部における圧力変動の腹が発生し、ポンプ室21の外縁部においてポンプ室21の内部における圧力変動の節が発生する。
 その際、上側広大部81には、当該上側広大部81の中央部を腹とし、当該上側広大部の外縁部を節とする圧力変動が生じるとともに、下側広大部91には、当該下側広大部91の中央部を腹とし、当該下側広大部の外縁部を節とする圧力変動が生じる。しかしながら、これら上側広大部81および下側広大部91における圧力変動は、ポンプ室21の圧力変動に比較して大幅にその圧力振幅が小さいものであり、当該上側広大部81および下側広大部91における圧力振幅が最大となる第1状態および第2状態においても、図示する程度の事実上無視できる程度のものとなる。
 これは、偏に、上側広大部81および上側狭小部82を含む上側気室80において共鳴が発生していないためであるとともに、下側広大部91および下側狭小部92を含む下側気室90において共鳴が発生していないためである。すなわち、上記構成を採用することにより、上側広大部81を規定する上側凹部11aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能するとともに、下側広大部91を規定する下側凹部12aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになり、これによって上側気室80および下側気室90において共鳴が発生する条件が打ち破られているためである。
 そのため、上側振動体30に対面する上側気室80に発生する圧力変動が、上側振動体30の変位を妨げるように作用することが顕著に抑制できることになるとともに、下側振動体40に対面する下側気室90に発生する圧力変動が、下側振動体40の変位を妨げるように作用することが顕著に抑制できることになる。
 したがって、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aとすることにより、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能(すなわち、流量の増加や吸入圧力および吐出圧力の増加等)の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成を採用することにより、流量の増大が図られることは、以下において示す第1変形例および第2変形例に係る圧電ブロアを用いて行なった後述する第1検証試験および第2検証試験の結果からも理解できるところである。
 ここで、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、上側振動体30を円盤状に構成するとともに、上側広大部81を円柱状の空間にて構成することとしている。このように構成した場合には、圧電ブロア1A内における気流の軸対称性が向上することになるため、気流に乱れが生じ難くなり、効率的な気体の流通が実現でき、結果として流量の増大を図ることができる。しかしながら、必ずしもこのように構成する必要はなく、上側振動体30および上側広大部81の形状は、いずれも任意である。なお、ここではその詳細な説明は省略するが、下側振動体40および下側広大部91についても、同様のことが言える。
 また、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、円柱状の空間からなる上側広大部81の中心軸が上側振動体30の中央部に直交する上述した軸線100と合致するように、上側広大部81の配設位置が適切に設定されていることが好ましい。このように構成した場合にも、圧電ブロア1A内における気流の軸対称性が向上することになるため、結果として流量の増大を図ることができる。なお、ここではその詳細な説明は省略するが、下側広大部91についても、同様のことが言える。
 また、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、上側振動体30に設けられた複数個の上側孔部35が、軸線100を中心とした円周上の位置に点列状に配置されている。このように構成した場合にも、圧電ブロア1A内における気流の軸対称性が向上することになるため、結果として流量の増大を図ることができる。しかしながら、上側振動体30に設けられる上側孔部35の数は特に制限されるものではなく、またその配設位置も特に制限されるものではない。
 また、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、上側ノズル部14および下側ノズル部15が、いずれも軸線100の延在方向と平行な方向において駆動部20に重ならないように配置されている。このように構成することにより、装置を薄型化することができ、結果としてポンプ性能の向上と装置の小型化とを同時に実現することが可能になる。
 また、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、上側狭小部82が軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の一部(すなわち、上側振動体30の外周領域)に重なるように構成されているとともに、上側狭小部82に面するように複数個の上側孔部35が設けられていることにより、上側ノズル部14とポンプ室21とが、当該上側狭小部82を介して連通するとともに、上側ノズル部14と上側広大部81とが、当該上側狭小部82を介して連通するように構成されている。そのため、上側狭小部82が、ポンプ室21および上側広大部81が圧電ブロア1Aの外部からの影響を受け難くするための一種のオリフィスとして機能することになるため、駆動部20が安定的に動作することになり、この点においてもポンプ性能の向上を図ることができる。
 また、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、下側広大部91と下側ノズル部15とが、十分に断面積が小さい流路部16を介して連通するように構成されている。そのため、流路部16が、ポンプ室21および下側広大部91が圧電ブロア1Aの外部からの影響を受け難くするための一種のオリフィスとして機能することになるため、駆動部20が安定的に動作することになり、この点においてもポンプ性能の向上を図ることができる。
 さらに、本実施の形態に係る圧電ブロア1Aにおいては、上側振動体30の直径をRa1とし、上側広大部81の直径をRb1とした場合に、0.4≦Rb1/Ra1<1.0の条件が満たされていることが好ましく、また、下側振動体40の直径をRa2とし、下側広大部91の直径をRb2とした場合に、0.4≦Rb2/Ra2<1.0の条件が満たされていることが好ましい。これら条件のいずれかまたは双方が満たされていることにより、確実にポンプ性能の向上が図られることになる。
 なお、上述した本実施の形態に係る圧電ブロア1Aの各部の寸法は特に制限されるものではないが、その一例を示せば、以下のとおりである。
 筐体10の直径は、たとえば28[mm]であり、その厚みは、たとえば5[mm]である。収容空間13の直径は、たとえば24.5[mm]であり、その高さ(すなわち、上側凹部11aの底面から下側凹部12aの底面までの距離)は、たとえば3.91[mm]である。上側ノズル部14および下側ノズル部15の直径は、それぞれたとえば約3[mm]である。
 上側振動体30の直径は、たとえば17[mm]であり、このうちポンプ室21を規定する部分の直径は、たとえば13.2[mm]である。上側振動体30の厚みは、たとえば0.4[mm]である。上側振動体30に設けられた複数個の上側孔部35は、上側振動体30の中央部からたとえば5.93[mm]離れた位置に円環状に点列して配置され、各々の開口径は、それぞれたとえば0.46[mm]である。
 下側振動体40の直径は、たとえば24[mm]であり、その厚みは、たとえば0.62[mm]である。下側振動板41の直径は、たとえば17[mm]であり、このうちポンプ室21を規定する部分の直径は、たとえば13.2[mm]である。下側振動板41の厚みは、たとえば0.4[mm]である。下側振動体40に設けられた複数個の下側孔部45の開口径は、それぞれたとえば0.4[mm]である。
 スペーサ50の外径は、たとえば17[mm]であり、その内径は、たとえば13.2[mm]である。スペーサ50の厚みは、たとえば0.15[mm]である。ポンプ室21の内径は、たとえば13.2[mm]であり、その高さは、たとえば0.2[mm]である。
 上側広大部81の直径は、たとえば11[mm]である。上側広大部81の高さは、たとえば1.39[mm]であり、このうち上側凹部11aの深さは、たとえば1[mm]である。上側狭小部82の高さは、たとえば0.39[mm]である。
 下側広大部91の直径は、たとえば11[mm]である。下側広大部91の高さは、たとえば1.3[mm]であり、このうち下側凹部12aの深さは、たとえば1.15[mm]である。下側狭小部92の高さは、たとえば0.15[mm]である。
 圧電素子60の直径は、たとえば10.8[mm]であり、その厚みは、たとえば0.1[mm]である。流路部16の直径は、たとえば1[mm]である。
 (第1変形例)
 図7は、第1変形例に係る圧電ブロアの構成および第1検証試験の結果を示す図である。以下、この図7を参照して、本変形例に係る圧電ブロア1A1の構成および当該圧電ブロア1A1を用いて行なった第1検証試験について説明する。
 図7(A)に示すように、本変形例に係る圧電ブロア1A1は、下側気室90の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。具体的には、本変形例に係る圧電ブロア1A1においては、下側凹部12aの直径がポンプ室21の直径よりも大きく構成されることにより、当該下側凹部12aによって主として規定される下側広大部91’が、下側振動体40と実質的に同じ大きさに構成されている。換言すれば、本変形例に係る圧電ブロア1A1は、実施の形態1に係る圧電ブロア1Aが具備していた下側狭小部92を実質的に備えていない。
 このように構成した場合には、下側振動体40の変位が、下側振動体40に対面する下側気室90に発生する圧力変動によっても妨げられないようにすることが基本的にできない。しかしながら、その一方で、上側振動体30の変位は、上側振動体30に対面する上側気室80に発生する圧力変動によって妨げられないようにすることができ、その分だけ、流量の増大を図ることができる。
 ここで、第1検証試験においては、本変形例に係る圧電ブロア1A1を実際に試作し、上側ケース体11に設ける上側凹部11aの直径を種々変更することにより、上側振動体30に対する上側広大部81の直径比率を種々変化させた場合に、流量がどのように変化するかを確認した。なお、流量の変化は、背圧が-10kPaである場合の動作時における中間流量比で比較することとし、その基準としては、上記直径比率が1.0である場合を100%とした。
 図7(B)に示すように、第1検証試験においては、上側振動体30に対する上側広大部81の直径比率が約0.76である場合に、中間流量比が約132%に増加し、上側振動体30に対する上側広大部81の直径比率が約0.64である場合に、中間流量比が約138%に増加する結果が得られた。
 したがって、本変形例に係る圧電ブロア1A1とした場合にも、上述した実施の形態1において説明した効果を相当程度に得ることが可能になる。
 (第2変形例)
 図8は、第2変形例に係る圧電ブロアの構成および第2検証試験の結果を示す図である。以下、この図8を参照して、本変形例に係る圧電ブロア1A2の構成および当該圧電ブロア1A2を用いて行なった第2検証試験について説明する。
 図8(A)に示すように、本変形例に係る圧電ブロア1A2は、上側気室80の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。具体的には、本変形例に係る圧電ブロア1A2においては、上側凹部11aの直径がポンプ室21の直径よりも大きく構成されることにより、当該上側凹部11aによって主として規定される上側広大部81’が、上側振動体30よりも大きく構成されている。換言すれば、本変形例に係る圧電ブロア1A2は、実施の形態1に係る圧電ブロア1Aが具備していた上側狭小部82を実質的に備えていない。
 ここで、本変形例に係る圧電ブロア1A2においては、上側振動体30および下側振動体40が、それぞれ第2振動体および第1振動体に該当し、上側孔部35および下側孔部45が、それぞれ第2孔部および第1孔部に該当する。また、上側気室80および下側気室90が、それぞれ第2室および第1室に該当し、上側ケース体11の壁部の一部および下側ケース体12の壁部の一部が、それぞれ第2壁部および第1壁部に該当する。
 さらに、本変形例に係る圧電ブロア1A2においては、上側凹部11aおよび下側凹部12aが、それぞれ第2凹部および第1凹部に該当し、上側周囲部11bおよび下側周囲部12bが、それぞれ第2周囲部および第1周囲部に該当する。また、上側ノズル部14および下側ノズル部15が、それぞれ第2ノズル部および第1ノズル部に該当する。
 このように構成した場合には、上側振動体30の変位が、上側振動体30に対面する上側気室80に発生する圧力変動によっても妨げられないようにすることが基本的にできない。しかしながら、その一方で、下側振動体40の変位は、下側振動体40に対面する下側気室90に発生する圧力変動によって妨げられないようにすることができ、その分だけ、流量の増大を図ることができる。
 ここで、第2検証試験においては、本変形例に係る圧電ブロア1A2を実際に試作し、下側ケース体12に設ける下側凹部12aの直径を種々変更することにより、下側振動体40に対する下側広大部91の直径比率を種々変化させた場合に、流量がどのように変化するかを確認した。なお、流量の変化は、背圧が-10kPaである場合の動作時における中間流量比で比較することとし、その基準としては、上記直径比率が1.0である場合を100%とした。
 図8(B)に示すように、第2検証試験においては、下側振動体40に対する下側広大部91の直径比率が約0.88である場合に、中間流量比が約116%に増加し、下側振動体40に対する下側広大部91の直径比率が約0.76である場合に、中間流量比が約114%に増加し、下側振動体40に対する下側広大部91の直径比率が約0.64である場合に、中間流量比が約118%に増加し、下側振動体40に対する下側広大部91の直径比率が約0.53である場合に、中間流量比が約112%に増加し、下側振動体40に対する下側広大部91の直径比率が約0.42である場合に、中間流量比が約102%に増加する結果が得られた。
 したがって、本変形例に係る圧電ブロア1A2とした場合にも、上述した実施の形態1において説明した効果を相当程度に得ることが可能になる。
 (第3変形例)
 図9は、第3変形例に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。以下、この図9を参照して、本変形例に係る圧電ブロア1A3について説明する。
 本変形例に係る圧電ブロア1A3は、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aに具備されていたものとは異なる凹凸形状を有する上側ケース体11を備えてなるものであり、これにより上側気室80の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。
 具体的には、図9に示すように、本変形例に係る圧電ブロア1A3の上側ケース体11は、上側振動体30側に位置する主面に、平面視円形状の上側凹部11aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の上側周囲部11bとを有している。上側周囲部11bには、軸線100を中心として放射状に延びる複数個の溝部11cが設けられており、当該複数個の溝部11cは、いずれもその延在方向の一端が上側凹部11aに繋がっている。なお、図9においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bに斜線を付している。
 ここで、溝部11cが形成された部分以外の上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域にその一部が重なっている。これにより、当該部分の上側周囲部11bによって規定されることとなる上側狭小部82も、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域に重なることになる。
 このように構成した場合にも、上側広大部81を規定する上側凹部11aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになり、これによって上側気室80において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。そのため、上側振動体30に対面する上側気室80に発生する圧力変動が、上側振動体30の変位を妨げるように作用することを抑制できることになり、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成の凹凸形状は、上述した上側ケース体11に加えて、下側ケース体12にも付与されていてもよく、また、上述した上側ケース体11に代えて、下側ケース体12のみに付与されていてもよい。
 (第4変形例)
 図10は、第4変形例に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。以下、この図10を参照して、本変形例に係る圧電ブロア1A4について説明する。
 本変形例に係る圧電ブロア1A4は、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aに具備されていたものとは異なる凹凸形状を有する上側ケース体11を備えてなるものであり、これにより上側気室80の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。
 具体的には、図10に示すように、本変形例に係る圧電ブロア1A4の上側ケース体11は、上側振動体30側に位置する主面に、平面視円形状の上側凹部11aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の上側周囲部11bとを有している。ここで、上側周囲部11bには、軸線100を中心として放射状に延びる複数個の櫛歯状の溝部11cが設けられており、当該複数個の溝部11cは、いずれもその延在方向の一端が、上側凹部11aに繋がっているとともに、その他端が上側周囲部11bによって閉塞されている。なお、図10においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bに斜線を付している。
 ここで、溝部11cが形成された部分以外の上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域にその一部が重なっている。これにより、当該部分の上側周囲部11bによって規定されることとなる上側狭小部82も、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域に重なることになる。
 このように構成した場合にも、上側広大部81を規定する上側凹部11aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになり、これによって上側気室80において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。そのため、上側振動体30に対面する上側気室80に発生する圧力変動が、上側振動体30の変位を妨げるように作用することを抑制できることになり、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成の凹凸形状は、上述した上側ケース体11に加えて、下側ケース体12にも付与されていてもよく、また、上述した上側ケース体11に代えて、下側ケース体12のみに付与されていてもよい。
 (第5変形例)
 図11は、第5変形例に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。以下、この図11を参照して、本変形例に係る圧電ブロア1A5について説明する。
 本変形例に係る圧電ブロア1A5は、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aに具備されていたものとは異なる凹凸形状を有する上側ケース体11を備えてなるものであり、これにより上側気室80の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。
 具体的には、図11に示すように、本変形例に係る圧電ブロア1A5の上側ケース体11は、上側振動体30側に位置する主面に、平面視円形状の上側凹部11aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の上側周囲部11bと、上側凹部11aの内部に設けられた突起部11dとを有している。なお、図11においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bおよび突起部11dに斜線を付している。
 ここで、上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域にその一部が重なっている。これにより、当該部分の上側周囲部11bによって規定されることとなる上側狭小部82も、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域に重なることになる。
 このように構成した場合には、上側広大部81を規定する上側凹部11aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能するばかりでなく、上側凹部11a内に設けられた突起部11dの側面も上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになるため、これにより、上側気室80において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。そのため、上側振動体30に対面する上側気室80に発生する圧力変動が、上側振動体30の変位を妨げるように作用することを抑制できることになり、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成の凹凸形状は、上述した上側ケース体11に加えて、下側ケース体12にも付与されていてもよく、また、上述した上側ケース体11に代えて、下側ケース体12のみに付与されていてもよい。
 (第6変形例)
 図12は、第6変形例に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。以下、この図12を参照して、本変形例に係る圧電ブロア1A6について説明する。
 本変形例に係る圧電ブロア1A6は、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aに具備されていたものとは異なる凹凸形状を有する上側ケース体11を備えてなるものであり、これにより上側気室80の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。
 具体的には、図12に示すように、本変形例に係る圧電ブロア1A6の上側ケース体11は、上側振動体30側に位置する主面に、平面視円形状の上側凹部11aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の上側周囲部11bと、上側凹部11aの内部に設けられた仕切り部11eとを有している。当該仕切り部11eは、上側周囲部11bの内周面の所定位置を橋渡すように設けられることにより、上側凹部11aの内部の空間を仕切っている。なお、図12においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bおよび仕切り部11eに斜線を付している。
 ここで、上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域にその一部が重なっている。これにより、当該部分の上側周囲部11bによって規定されることとなる上側狭小部82も、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域に重なることになる。
 このように構成した場合には、上側広大部81を規定する上側凹部11aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能するばかりでなく、上側凹部11a内に設けられた仕切り部11eの側面も上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになるため、これにより、上側気室80において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。そのため、上側振動体30に対面する上側気室80に発生する圧力変動が、上側振動体30の変位を妨げるように作用することを抑制できることになり、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成の凹凸形状は、上述した上側ケース体11に加えて、下側ケース体12にも付与されていてもよく、また、上述した上側ケース体11に代えて、下側ケース体12のみに付与されていてもよい。
 (第7変形例)
 図13は、第7変形例に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。以下、この図13を参照して、本変形例に係る圧電ブロア1A7について説明する。
 本変形例に係る圧電ブロア1A7は、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aに具備されていたものとは異なる凹凸形状を有する上側ケース体11を備えてなるものであり、これにより上側気室80の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。
 具体的には、図13に示すように、本変形例に係る圧電ブロア1A7の上側ケース体11は、上側振動体30側に位置する主面に、平面視矩形状の上側凹部11aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の上側周囲部11bとを有している。なお、図13においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bに斜線を付している。
 ここで、上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域にその一部が重なっている。これにより、当該部分の上側周囲部11bによって規定されることとなる上側狭小部82も、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域に重なることになる。
 このように構成した場合にも、上側広大部81を規定する上側凹部11aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになり、これによって上側気室80において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。さらには、上側凹部11aが平面視非円形状であるため、上側気室80の軸対称性(いわゆる連続対称性)が低下することになり、これによっても共鳴が発生する条件が打ち破られ易くなる。そのため、上側振動体30に対面する上側気室80に発生する圧力変動が、上側振動体30の変位を妨げるように作用することを抑制できることになり、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成の凹凸形状は、上述した上側ケース体11に加えて、下側ケース体12にも付与されていてもよく、また、上述した上側ケース体11に代えて、下側ケース体12のみに付与されていてもよい。また、凹部の形状は、上述した矩形状に限られず、矩形状以外の多角形状や楕円形状等に変更してもよい。
 (実施の形態2)
 図14は、本発明の実施の形態2に係る圧電ブロアの構成および動作時に発生する気流のおおまかな方向を表わした模式図である。以下、この図14を参照して、本実施の形態に係る圧電ブロア1Bについて説明する。
 図14に示すように、本実施の形態に係る圧電ブロア1Bは、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aと同様に、筐体10と駆動部20とを主として備えており、筐体10の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。
 具体的には、圧電ブロア1Bの筐体10は、上側ケース体11および下側ケース体12を有しており、上側ケース体11には、その中央部から外側に向けて突出するように第1連通部としての上側ノズル部14が設けられており、下側ケース体12には、その中央部から外側に向けて突出するように第2連通部としての下側ノズル部15が設けられている。
 これにより、上側ノズル部14および下側ノズル部15は、いずれも軸線100(図14においては不図示)の延在方向と平行な方向において駆動部20に重なるように配置されており、上側ノズル部14は、上側ケース体11に設けられた上側凹部11aによって主として規定された上側広大部81に連通しており、下側ノズル部15は、下側ケース体12に設けられた下側凹部12aによって主として規定された下側広大部91に連通している。
 このように構成した場合にも、上側広大部81を規定する上側凹部11aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになるとともに、下側広大部91を規定する下側凹部12aの側面が下側気室90に生じる圧力伝播の反射端として機能することになり、これによって上側気室80および下側気室90の双方において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。
 したがって、上記構成を採用した場合には、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aと比較した場合に、装置の薄型化が十分には図られなくなるものの、結果としてポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成を採用した場合には、上側狭小部82が軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の一部(すなわち、上側振動体30の外周領域)に重なるように構成されているとともに、上側狭小部82に面するように複数個の上側孔部35が設けられていることにより、上側ノズル部14とポンプ室21とが、当該上側狭小部82を介して連通するように構成されることになる。そのため、上側狭小部82が、ポンプ室21が圧電ブロア1Aの外部からの影響を受け難くするための一種のオリフィスとして機能することになるため、駆動部20が安定的に動作することになり、この点においてもポンプ性能の向上を図ることができる。
 (実施の形態3)
 図15は、本発明の実施の形態3に係る圧電ブロアの構成を表わした模式図および当該圧電ブロアに具備された上側ケース体の下面図である。以下、この図15を参照して、本実施の形態に係る圧電ブロア1Cについて説明する。
 図15(A)に示すように、本実施の形態に係る圧電ブロア1Cは、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aと同様に、筐体10と駆動部20とを主として備えており、筐体10の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。
 具体的には、図15(A)および図15(B)に示すように、本実施の形態に係る圧電ブロア1Cにおいては、平面視円形状の上側凹部11aが、上側振動体30の中央部を含む部分に対向するように設けられてはいるものの、当該上側凹部11aの中心軸が、上側振動体30の中央部および下側振動体40の中央部と直交する軸線100とは合致しないように、上側凹部11aが偏在して配設されている。これにより、上側凹部11aによって主として規定される上側広大部81も、偏在して位置することになる。なお、図15(B)においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bに斜線を付している。
 ここで、上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域の一部にその一部が重なっている。これにより、当該部分の上側周囲部11bによって規定されることとなる上側狭小部82も、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30の周縁部を含む外周領域の一部に重なることになる。
 また、図15(A)に示すように、本実施の形態に係る圧電ブロア1Cにおいては、平面視円形状の下側凹部12aが、下側振動体40の中央部を含む部分に対向するように設けられてはいるものの、当該下側凹部12aの中心軸が、上側振動体30の中央部および下側振動体40の中央部と直交する軸線100とは合致しないように、下側凹部12aが偏在して配設されている。これにより、下側凹部12aによって主として規定される下側広大部91も、偏在して位置することになる。
 ここで、下側周囲部12bは、軸線100の延在方向と平行な方向において下側振動体40の周縁部を含む外周領域の一部にその一部が重なっている。これにより、当該部分の下側周囲部12bによって規定されることとなる下側狭小部92も、軸線100の延在方向と平行な方向において下側振動体40の周縁部を含む外周領域の一部に重なることになる。
 このように構成した場合にも、上側広大部81を規定する上側凹部11aの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになるとともに、下側広大部91を規定する下側凹部12aの側面が下側気室90に生じる圧力伝播の反射端として機能することになり、これによって上側気室80および下側気室90の双方において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。
 したがって、上記構成を採用した場合にも、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 (参考形態1)
 図16は、参考形態1に係る圧電ブロアの構成を表わした模式図および当該圧電ブロアに具備された上側ケース体の下面図である。以下、この図16を参照して、本参考形態に係る圧電ブロア1Dについて説明する。
 図16(A)に示すように、本参考形態に係る圧電ブロア1Dは、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aと同様に、筐体10と駆動部20とを主として備えており、筐体10の形状においてのみ、上述した実施の形態1に係る圧電ブロア1Aとその構成が相違している。
 具体的には、図16(A)および図16(B)に示すように、本参考形態に係る圧電ブロア1Dにおいては、上側ケース体11が、平面視円形状の上側凹部11aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の上側周囲部11bと、上側凹部11aの内部に設けられた突起部11dとを有している。なお、図16(B)においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bおよび突起部11dに斜線を付している。
 ここで、上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30に重なっておらず、そのため、本参考形態に係る圧電ブロア1Dは、実施の形態1に係る圧電ブロア1Aが具備していた上側狭小部82を実質的に備えておらず、上側振動体30よりも直径の大きい上側広大部81’のみを備えている。
 また、図16(A)に示すように、本参考形態に係る圧電ブロア1Dにおいては、下側ケース体12が、平面視円形状の下側凹部12aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の下側周囲部12bと、下側凹部12aの内部に設けられた突起部12dとを有している。
 ここで、下側周囲部12bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30に重なっておらず、そのため、本参考形態に係る圧電ブロア1Dは、実施の形態1に係る圧電ブロア1Aが具備していた下側狭小部92を実質的に備えておらず、下側振動体40よりも直径の大きい下側広大部91’のみを備えている。
 しかしながら、当該構成を採用した場合にも、上側凹部11a内に設けられた突起部11dの側面が上側気室80に生じる圧力伝播の反射端として機能することになるとともに、下側凹部12a内に設けられた突起部12dの側面が下側気室90に生じる圧力伝播の反射端として機能することになるため、これにより、上側気室80および下側気室90において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。
 したがって、当該構成を採用することにより、上側気室80および下側気室90に発生する圧力変動が、上側振動体30および下側振動体40の変位を妨げるように作用することを相当程度に抑制できることになり、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 (参考形態2)
 図17は、参考形態2に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。以下、この図17を参照して、本参考形態に係る圧電ブロア1Eについて説明する。
 本参考形態に係る圧電ブロア1Eは、上述した参考形態1に係る圧電ブロア1Dに具備されていたものとは異なる凹凸形状を有する上側ケース体11を備えてなるものであり、これにより上側気室の形状においてのみ、上述した参考形態1に係る圧電ブロア1Dとその構成が相違している。
 具体的には、図17に示すように、本参考形態に係る圧電ブロア1Eの上側ケース体11は、上側振動体30側に位置する主面に、平面視円形状の上側凹部11aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の上側周囲部11bと、上側凹部11aの内部に設けられた仕切り部11eとを有している。当該仕切り部11eは、上側周囲部11bの内周面の所定位置を橋渡すように設けられることにより、上側凹部11aの内部の空間を仕切っている。なお、図17においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bおよび仕切り部11eに斜線を付している。
 ここで、上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30に重なっておらず、そのため、本参考形態に係る圧電ブロア1Eは、実施の形態1に係る圧電ブロア1Aが具備していた上側狭小部82を実質的に備えておらず、上側振動体30よりも直径の大きい上側広大部のみを備えている。
 しかしながら、当該構成を採用した場合にも、上側凹部11a内に設けられた仕切り部11eの側面が上側気室に生じる圧力伝播の反射端として機能することになるため、これにより、上側気室において共鳴が発生する条件が打ち破られることになる。
 したがって、当該構成を採用することにより、上側気室に発生する圧力変動が、上側振動体30の変位を妨げるように作用することを相当程度に抑制できることになり、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成の凹凸形状は、上述した上側ケース体11に加えて、下側ケース体12にも付与されていてもよく、また、上述した上側ケース体11に代えて、下側ケース体12のみに付与されていてもよい。
 (参考形態3)
 図18は、参考形態3に係る圧電ブロアの上側ケース体の下面図である。以下、この図18を参照して、本参考形態に係る圧電ブロア1Fについて説明する。
 本参考形態に係る圧電ブロア1Fは、上述した参考形態1に係る圧電ブロア1Dに具備されていたものとは異なる凹凸形状を有する上側ケース体11を備えてなるものであり、これにより上側気室の形状においてのみ、上述した参考形態1に係る圧電ブロア1Dとその構成が相違している。
 具体的には、図18に示すように、本参考形態に係る圧電ブロア1Fの上側ケース体11は、上側振動体30側に位置する主面に、平面視矩形状の上側凹部11aと、これを取り囲むように設けられた突出形状の上側周囲部11bとを有している。なお、図18においては、理解を容易とするために、上側周囲部11bに斜線を付している。
 ここで、上側周囲部11bは、軸線100の延在方向と平行な方向において上側振動体30に重なっておらず、そのため、本参考形態に係る圧電ブロア1Fは、実施の形態1に係る圧電ブロア1Aが具備していた上側狭小部82を実質的に備えておらず、上側振動体30よりも直径の大きい上側広大部のみを備えている。
 しかしながら、当該構成を採用した場合にも、上側凹部11aが平面視非円形状であるため、上側気室の軸対称性(いわゆる連続対称性)が低下することになり、これによって共鳴が発生する条件が打ち破られ易くなる。
 したがって、当該構成を採用することにより、上側気室に発生する圧力変動が、上側振動体30の変位を妨げるように作用することを相当程度に抑制できることになり、結果として装置を大型化させることなくポンプ性能の向上を図ることが可能になる。
 なお、当該構成の凹凸形状は、上述した上側ケース体11に加えて、下側ケース体12にも付与されていてもよく、また、上述した上側ケース体11に代えて、下側ケース体12のみに付与されていてもよい。
 (その他)
 上述した本発明の実施の形態1ないし3およびその変形例においては、第1振動体に設けられる第1孔部が、いずれも円環状に点列して配置された場合を例示して説明を行なったが、必ずしもこれが円環状に点列して配置されている必要はなく、そのレイアウトは適宜変更が可能である。また、同様に、第2振動体に設けられる第2孔部についても、そのレイアウトは適宜変更が可能である。
 また、上述した本発明の実施の形態1ないし3およびその変形例においては、第2振動体に設けられた第2孔部に逆止弁が付設された構成を例示して説明を行なったが、逆止弁は、これに代えて第1振動体に設けられた第1孔部に付設されていてもよく、また第1孔部および第2孔部の双方に逆止弁が設けられていてもよい。さらには、逆止弁によって許容および制限される気体の流通方向も、適宜変更することができる。
 また、上述した本発明の実施の形態1ないし3およびその変形例においては、第1広大部および第2広大部がいずれも円柱状または角柱状の空間にて構成された場合を例示して説明を行なったが、これをたとえば円錐状または角錐状の空間等にて構成することとしてもよい。
 また、上述した本発明の実施の形態1ないし3およびその変形例において示した特徴的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わせることができる。
 さらには、上述した本発明の実施の形態1ないし3およびその変形例においては、気体を吸入して吐出する圧電ブロアに本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、液体を吸入して吐出するポンプや、駆動体として圧電素子以外のものを利用するポンプ(ただし、当然に、振動体の屈曲振動を利用した容積式のポンプに限られる)に本発明を適用することも可能である。
 ここで、上述した本発明の実施の形態1ないし3およびその変形例において示した圧電ブロアは、医療用途に利用される各種の機器に組み込まれる送風機として特に好適に使用できるものであり、当該機器としては、たとえば鼻水吸引器や搾乳機、陰圧閉鎖療法装置等が挙げられる。
 このように、今回開示した上記実施の形態および変形例はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
 1A~1F,1A1~1A7 圧電ブロア、10 筐体、11 上側ケース体、11a 上側凹部、11b 上側周囲部、11b1 端子挿通部、11c 溝部、11d 突起部、11e 仕切り部、12 下側ケース体、12a 下側凹部、12b 下側周囲部、12c 溝部、12d 突起部、13 収容空間、14 上側ノズル部、15 下側ノズル部、16 流路部、17 端子台、20 駆動部、21 ポンプ室、30 上側振動体、31 上側振動板、31a 孔部、35 上側孔部、40 下側振動体、41 下側振動板、41a 孔部、42 補助振動板、42a 孔部、43 逆止弁、43a 孔部、44 弁体保持部材、44a 孔部、44b 第2端子、45 下側孔部、50 スペーサ、60 圧電素子、70 第1端子、80 上側気室、81,81’ 上側広大部、82 上側狭小部、90 下側気室、91,91’ 下側広大部、92 下側狭小部、100 軸線。

Claims (17)

  1.  板状の第1振動体と、
     前記第1振動体に対向する板状の第2振動体と、
     前記第1振動体の周縁部および前記第2振動体の周縁部を接続する周壁部と、
     前記第1振動体および前記第2振動体の間に位置し、前記第1振動体、前記第2振動体および前記周壁部によって規定されたポンプ室と、
     前記第1振動体および前記第2振動体を屈曲振動させることにより、前記ポンプ室に圧力変動を生じさせる駆動体と、
     前記第1振動体、前記第2振動体、前記周壁部および前記駆動体からなる駆動部を収容する筐体とを備え、
     前記筐体は、前記第1振動体から見て前記第2振動体が位置する側とは反対側に位置する第1壁部と、前記第2振動体から見て前記第1振動体が位置する側とは反対側に位置する第2壁部とを有し、
     前記駆動部は、前記筐体の内部の空間を、前記第1振動体および前記第1壁部によって規定された第1室と、前記第2振動体および前記第2壁部によって規定された第2室とに区画するように配置され、
     前記筐体には、前記第1室と前記筐体の外部の空間とを連通させる第1連通部と、前記第2室と前記筐体の外部の空間とを連通させる第2連通部とが設けられ、
     前記第1振動体には、前記ポンプ室と前記第1室とを連通させる第1孔部が設けられ、
     前記第2振動体には、前記ポンプ室と前記第2室とを連通させる第2孔部が設けられ、
     前記第1壁部は、前記第1振動体側に向けて開口するとともに前記第1振動体の中央部を含む部分に対向する第1凹部と、前記第1振動体の中央部および前記第2振動体の中央部に直交する軸線と直交する方向において前記第1凹部に隣り合う第1周囲部とを含み、
     前記第1室は、前記第1凹部および当該第1凹部に対向する部分の前記第1振動体によって規定された第1広大部と、前記第1周囲部および当該第1周囲部に対向する部分の前記第1振動体によって規定された第1狭小部とを含み、
     前記第1狭小部が、前記軸線の延在方向と平行な方向において前記第1振動体の少なくとも一部に重なっている、ポンプ。
  2.  前記第1振動体が、円盤状であり、
     前記第1広大部が、円柱状の空間にて構成されている、請求項1に記載のポンプ。
  3.  前記第1振動体の直径をRa1とし、前記第1広大部の直径をRb1とした場合に、0.4≦Rb1/Ra1<1.0の条件を満たしている、請求項2に記載のポンプ。
  4.  前記第1広大部が、その中心軸と前記軸線とが合致するように位置している、請求項2または3に記載のポンプ。
  5.  前記第1孔部が、複数個設けられ、
     前記複数個の第1孔部が、前記軸線の延在方向に沿って見た場合に当該軸線を中心とした円周上の位置に点列状に配置されている、請求項1から4のいずれかに記載のポンプ。
  6.  前記複数個の第1孔部が、前記第1周囲部に対向するように配置されている、請求項5に記載のポンプ。
  7.  前記第1連通部が、前記軸線の延在方向と平行な方向において前記第1振動体に重ならない位置に配置されている、請求項1から6のいずれかに記載のポンプ。
  8.  前記第2壁部は、前記第2振動体側に向けて開口するとともに前記第2振動体の中央部を含む部分に対向する第2凹部と、前記軸線と直交する方向において前記第2凹部に隣り合う第2周囲部とを含み、
     前記第2室は、前記第2凹部および当該第2凹部に対向する部分の前記第2振動体によって規定された第2広大部と、前記第2周囲部および当該第2周囲部に対向する部分の前記第2振動体によって規定された第2狭小部とを含み、
     前記第2狭小部が、前記軸線の延在方向と平行な方向において前記第2振動体の少なくとも一部に重なっている、請求項1から7のいずれかに記載のポンプ。
  9.  前記第2振動体が、円盤状であり、
     前記第2広大部が、円柱状の空間にて構成されている、請求項8に記載のポンプ。
  10.  前記第2振動体の直径をRa2とし、前記第2広大部の直径をRb2とした場合に、0.4≦Rb2/Ra2<1.0の条件を満たしている、請求項9に記載のポンプ。
  11.  前記第2広大部が、その中心軸と前記軸線とが合致するように位置している、請求項9または10に記載のポンプ。
  12.  前記第2孔部が、1個または複数個設けられ、
     前記1個または複数個の第2孔部が、前記第2振動体の中央部またはその近傍に配置されている、請求項8から11のいずれかに記載のポンプ。
  13.  前記軸線の延在方向と平行な方向において前記第2振動体に重ならない位置に設けられるとともに、前記第2広大部と前記第2連通部とを連通する流路の少なくとも一部を構成するオリフィスを有し、
     前記第2広大部が、前記オリフィスを経由してのみ前記第2連通部に連通するように構成されている、請求項8から12のいずれかに記載のポンプ。
  14.  前記第2連通部が、前記軸線の延在方向と平行な方向において前記第2振動体に重ならない位置に配置されている、請求項8から13のいずれかに記載のポンプ。
  15.  前記駆動体が、前記軸線を中心として前記第1振動体および前記第2振動体の双方に定在波が発生するように、前記第1振動体および前記第2振動体を屈曲振動させるものである、請求項1から14のいずれかに記載のポンプ。
  16.  前記第1連通部が、前記筐体の外部の空間から前記第1室に流体を吸入する吸入部として機能し、
     前記第2連通部が、前記第2室から前記筐体の外部の空間に流体を吐出する吐出部として機能する、請求項1から15のいずれかに記載のポンプ。
  17.  前記駆動体が、前記第1振動体および前記第2振動体のいずれか一方に貼り付けられた略平板状の圧電素子を含んでいる、請求項1から16のいずれかに記載のポンプ。
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