(57)【要約】【課題】逆止弁を使用せずに圧縮性流体を効率よく輸送でき、流量増加を実現できる圧電マイクロブロアを提供する。【解決手段】ブロア本体１に第１壁部３０と第２壁部１０とを設け、駆動体５０の中央部と対向する壁部の位置に開口部３１，１１を形成する。両壁部の間に、開口部３１，１１と連通する中央空間２１と、中央空間２１を外部とを連通させる流入通路２２とを形成する。流入通路２２の中央空間２１との接続部に絞り２３を形成する。圧電素子５２に電圧を印加して駆動体５０を振動させると、壁部３０が共振し、開口部３１から大きな圧力波が上方向に向けて生成され、この圧力波によって中央空間２１内の空気が第２開口部１１から外部へ向けて排出される。絞り２３を設けることで圧力エネルギーの損失が少なくなり、流量が増加する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロア本体と、外周部がブロア本体に対して固定され、圧電素子を有する駆動体と、ブロア本体と駆動体との間に形成されたブロア室とを備え、前記圧電素子に電圧を印加して駆動体を屈曲振動させることにより、圧縮性流体を輸送する圧電マイクロブロアにおいて、
前記駆動体との間でブロア室を形成するブロア本体の第１壁部と、
前記第１壁部に形成され、ブロア室の内部と外部とを連通させる第１開口部と、
前記第１壁部を間にしてブロア室と反対側に、第１壁部と間隔をあけて設けられた第２壁部と、
前記第２壁部に形成された第２開口部と、
前記第１壁部と第２壁部との間に形成され、前記第１開口部及び第２開口部より大きく前記ブロア室より小さい開口面積を有し、かつ前記第１開口部及び第２開口部と通じる中央空間と、
外側端部が外部に連通され、内側端部が前記中央空間に接続された流入通路と、を備え、
前記流入通路に、当該流入通路より通路面積の小さい絞りが設けられていることを特徴とする圧電マイクロブロア。
【請求項２】
前記第１開口部は、前記駆動体の中心部と対向する前記第１壁部の部位に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項３】
前記第２開口部は、前記第１開口部と対向する前記第２壁部の部位に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項４】
前記絞りは、前記流入通路と前記中央空間との接続部分に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項５】
前記絞りは、前記流入通路から前記中央空間に向かう流れの向きに沿って通路面積が漸次減少するように形成されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項６】
前記中央空間の開口面積は、前記駆動体の振動に伴い前記第１壁部の対向する部分が振動するように設定されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項７】
前記流入通路は、前記中央空間から放射方向に伸びる複数の通路で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気のような圧縮性流体を輸送するのに適した圧電マイクロブロアに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコンなどの小型電子機器の冷却水輸送用ポンプや燃料電池の燃料輸送用ポンプなどに、圧電マイクロポンプが用いられている。一方、ＣＰＵ等の冷却用ファンに代わる送風用ブロア、あるいは燃料電池で発電するのに必要な酸素を供給するための送風用ブロアとして、圧電マイクロブロアを用いることができる。圧電マイクロポンプ及び圧電マイクロブロアは共に、圧電素子への電圧印加により屈曲変形するダイヤフラムを用いたポンプ（ブロア）であり、構造が簡単で、薄型に構成でき、かつ低消費電力であるという利点がある。【０００３】
液体のような非圧縮性流体を輸送する場合には、流入口および流出口にそれぞれゴムや樹脂のような柔らかい材料を用いた逆止弁を設け、数十Ｈｚ程度の低い周波数で圧電素子を駆動するのが一般的である。圧電素子をダイヤフラムの共振周波数（１次共振周波数又は３次共振周波数）付近で駆動すると、最大変位が得られるが、共振周波数はｋＨｚのオーダーの高周波数のため、逆止弁が追従動作できない。そのため、圧縮性流体を輸送するためには逆止弁を有しない圧電マイクロブロアが望ましい。【０００４】
特許文献１には、流体が満たされた加圧室を有する基体と、加圧室に臨むように設けたノズルを有するノズル板と、開口を有し、この開口のほぼ中央にノズルが位置するようにノズル板に装着された電気的振動子とを備え、ノズル板と電気的振動子とを基体に装着すると共に、電気的振動子の共振周波数近傍の周波数の交流信号をこの電気的振動子に供給するようにした流れ発生装置が提案されている。この場合には、逆止弁を省略でき、振動子を高周波で駆動することにより流量を増大させることができる。特許文献１の第５図の構造では、ノズル板の前方に流入空気室を設け、ノズルから噴出した気流が周囲の空気室の空気を巻き込みながら排出口から排出する構造となっている。ところが、流入空気室の開口面積が大きいため、ノズルから噴出された流体の圧力エネルギーが流入空気室の周囲へ逃げてしまい、排出口からの流量が増大しないという欠点がある。【０００５】
特許文献２には、外部空気を吸引して噴射する噴射ユニットと、噴射ユニットから噴射された空気を排出する排出口が形成されたカバー部と、噴射ユニットと結合されるベースユニットとを含むマイクロブロアが開示されている。特許文献２の図４には、吸引穴と噴射穴とを有する噴射プレートが設けられ、この噴射プレートの背後にマグネチックシートを備える振動板が加圧室を介して取り付けられ、マグネチックシートをコイルによって振動させてキャビティから噴射気流を発生させ、噴射プレートの前方に位置するカバーキャビティの空気を巻き込んで排出口から排出する構造が開示されている。この構造の場合も、カバーキャビティの開口面積が加圧室の開口面積より大きいので、特許文献１と同様に噴射穴から噴出された圧力エネルギーがカバーキャビティに拡散し、排出口からの流量が増大しないという欠点がある。
【特許文献１】特公昭６４−２７９３号公報
【特許文献２】特開２００５−１１３９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、逆止弁を使用せずに圧縮性流体を効率よく輸送でき、流量増加を実現できる圧電マイクロブロアを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、ブロア本体と、外周部がブロア本体に対して固定され、圧電素子を有する駆動体と、ブロア本体と駆動体との間に形成されたブロア室とを備え、前記圧電素子に電圧を印加して駆動体を屈曲振動させることにより、圧縮性流体を輸送する圧電マイクロブロアにおいて、前記駆動体との間でブロア室を形成するブロア本体の第１壁部と、前記第１壁部に形成され、ブロア室の内部と外部とを連通させる第１開口部と、前記第１壁部を間にしてブロア室と反対側に、第１壁部と間隔をあけて設けられた第２壁部と、前記第２壁部に形成された第２開口部と、前記第１壁部と第２壁部との間に形成され、前記第１開口部及び第２開口部より大きく前記ブロア室より小さい開口面積を有し、かつ前記第１開口部及び第２開口部と通じる中央空間と、外側端部が外部に連通され、内側端部が前記中央空間に接続された流入通路と、を備え、前記流入通路に、当該流入通路より通路面積の小さい絞りが設けられていることを特徴とする圧電マイクロブロアを提供する。【０００８】
圧電素子に電圧を印加して駆動体を屈曲振動させると、駆動体の変位に伴って第１開口部から第２開口部に向かって高速で流れる流体により、流入通路から流体を中央空間に引き込むことができる。つまり、駆動体が下に凸に変位する時だけでなく、上に凸に変位する時にも流入通路から流体を中央空間へ引き込むことができる。流入通路から引き込まれた流体と、ブロア室から押し出された流体とが合流して第２開口部から吐出されるので、駆動体の変位体積以上の吐出流量を得ることができる。流入通路は第１，第２開口部の間の中央空間に接続され、ブロア室に直接接続されていないので、流入通路がブロア室内の圧力変化の影響を受けにくい。そのため、逆止弁を設けなくても第１，第２開口部を流れる高速流が流入通路に逆流することがなく、流量を効果的に増大させることができる。中央空間の開口面積は第１開口部及び第２開口部より大きくブロア室より小さい。流入通路から入った流体が一旦中央空間に集められ、第１開口部から吹き出される流体の流れによって、一緒に第２開口部から排出される。【０００９】
前記のように駆動体が上下に屈曲振動すると、ブロア室から押し出された流体による圧力エネルギーを利用して流入通路から流体が中央空間に引き込まれ、この引き込まれた流体とブロア室から押し出された流体とが合流して第２開口部から吐出される。中央空間に対して流入通路がそのまま接続されていると、中央空間の圧力エネルギーが流入通路に逃げてしまうため、本発明では、流入通路に通路面積の小さい絞りを設けている。この絞りにより、中央空間の圧力エネルギーが流入通路に逃げにくくなり、圧力エネルギーをそのまま第２開口部に向かって作用させることができ、第２開口部から送り出す流体の流量を増やすことができる。【００１０】
第１開口部を、駆動体の中心部と対向する第１壁部の部位に形成するのが好ましい。第１開口部を駆動体の変位の最も大きい中央部との対向位置に形成することで、最大流量を得ることが可能になる。さらに第２開口部を、第１開口部と対向する第２壁部の部位に形成するのが好ましい。第１開口部から噴出した高速流体が中央空間を通り、より抵抗なく第２開口部から外部へ排出することができる。【００１１】
絞りは、流入通路と中央空間との接続部分に設けられているのがよい。絞りの位置は流入通路内のどこでもよいが、中央空間に近い位置に設けると、中央空間の圧力エネルギーが流入通路へ逃げにくくなり、中央空間の圧力エネルギーを第２開口部へ効果的に作用させることができる。【００１２】
絞りの形状は、流入通路から中央空間に向かう流れの向きに沿って通路面積が漸次減少する形状とされているのが望ましい。中央空間における平均圧力は流入通路における平均圧力よりも低くなっており、圧力勾配が発生している。流路では流体と壁面との摩擦により圧力損失が発生するが、圧力損失による圧力低下よりも中央空間の圧力がより低いため、中央空間の入口付近に縮流が生じる。この縮流の周辺で渦が発生し、損失が生じるため、流量が低下してしまう。そこで、流入通路から中央空間に向かって通路面積が漸次減少する形状の絞りを設けることで、流入通路から中央空間に入る流体の渦の発生が抑制され、中央空間の平均圧力をさらに下げることができる。そのため、中央空間に引き込む流量が増え、第２開口部から送り出す流体の流量をさらに増やすことができる。【００１３】
流入通路を中央空間から放射方向に伸びる複数の通路で構成し、各流入通路の外側端部にそれぞれ流入口を形成すれば、流入通路の通路面積を確保できるので、流路抵抗を低減でき、さらなる流量増加を図ることができる。【００１４】
中央空間の開口面積を、駆動体の振動に伴い、第１壁部の中央空間と対向する部分が振動するように設定するのがよい。第１壁部が振動すると、駆動体が発生する流体の流量を第１壁部の変位によって増加させる働きがあり、さらなる流量増加を実現できる。特に、第１壁部の中央空間と対向する部分が駆動体の振動に伴って共振するのが望ましい。即ち、第１壁部の中央空間と対向する部分の固有振動数を駆動体の振動周波数と近づけることにより、駆動体の変位に追随して第１壁部を共振させることができる。なお、共振する場合、第１壁部と駆動体とが同じ共振モードで振動する必要はない。例えば、駆動体と第１壁部とが共に１次モード又は高次モード（例えば３次モードなど）で共振してもよいし、一方が１次モード、他方が高次モードで共振してもよい。【００１５】
本発明における駆動体とは、ダイヤフラム（樹脂板または金属板）の片面に平面方向に伸縮する圧電素子を貼り付けたユニモルフ型、ダイヤフラムの両面に互いに逆方向に伸縮する圧電素子を貼り付けたバイモルフ型、ダイヤフラムの片面にそれ自体が屈曲変形する積層型圧電素子を貼り付けたバイモルフ型、さらには駆動体全体が積層型圧電素子で構成されたものなどでもよい。また、圧電素子の形状は、円板状、矩形状、あるいは円環状であってもよい。圧電素子とダイヤフラムとの間に中間板を挟着した構造でもよい。いずれにしても、圧電素子に交番電圧（正弦波電圧または矩形波電圧）を印加することによって、板厚方向に屈曲振動するものであればよい。【００１６】
圧電素子を含む駆動体を１次共振モード（１次共振周波数）で駆動するのが、最も大きな変位量が得られるので望ましいが、１次共振周波数は可聴域となるため、騒音が大きくなる場合がある。これに対し、３次共振モード（３次共振周波数）を用いると、１次共振モードに比べて変位量が小さくなるものの、共振モードを使用しない場合より大きな変位量が得られ、しかも可聴領域を越えた周波数で駆動できるため、騒音を防ぐことができる。なお、１次共振モードとは、駆動体の中央部と周辺部とが同方向に変位するモードのことであり、３次共振モードとは、駆動体の中央部と周辺部とが逆方向に変位するモードのことである。
【発明の好ましい実施形態の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の圧電マイクロブロアによれば、駆動体を屈曲振動させることにより、中央空間内の流体を第１開口部を介してブロア室内に吸引し、第２開口部からブロア室外に押し出される高速流と一緒に、中央空間に存在する流体も一緒に巻き込んで押し出すことができる。そのため、逆止弁を使用しなくても駆動体の変位体積以上の吐出流量を得ることができ、大流量のブロアを実現できる。また、流入通路に絞りを設けたので、中央空間の圧力変動が流入通路に波及するのを抑制でき、中央空間の圧力エネルギーを効果的に第２開口部へ伝えることができる。その結果、流量のさらなる増大を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る圧電マイクロブロアの第１実施形態の全体斜視図である。
【図２】図２に示す圧電マイクロブロアの分解斜視図である。
【図３】図１のIII −III 線断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】図３に示す圧電マイクロブロアの動作説明図である。
【図６】圧電マイクロブロアの変形例の断面図である。
【図７】セパレータの材質及び厚みを変えたサンプルにおける印加電圧に対する流量特性と、消費電力に対する流量特性とを示す。
【図８】絞りの他の例を示すマイクロブロアの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１〜図４は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第１実施形態を示す。本実施形態の圧電マイクロブロアＡは、電子機器の空冷用ブロアとして用いた例であり、天板（第２壁部）１０、流路形成板２０、セパレータ（第１壁部）３０、ブロア枠体４０、駆動体５０及び底板６０が上方から順に積層固定されている。駆動体５０の外周部は、ブロア枠体４０と底板６０との間で接着固定されている。駆動体５０を除く部品１０，２０，３０，４０，６０はブロア本体１を構成しており、金属板や硬質樹脂板のような剛性のある平板材料で形成されている。
【００２１】
天板１０は四角形平板で形成されており、その中心部には表裏に貫通する吐出口（第２開口部）１１が形成されている。
【００２２】
流路形成板２０も天板１０と同一外形を有する平板であり、図４に示すように、その中央部には吐出口１１より大径な中央孔（中央空間）２１が形成されている。中央孔２１から４つのコーナ部に向かって放射方向に延びる複数（ここでは４本）の流入通路２２が形成されており、流入通路２２の外周端部は後述する流入口８と接続されている。本実施形態の場合、流入通路２２が中央孔２１に対して４方向から連通しているため、駆動体５０のポンピング動作に伴って流体が抵抗なく中央孔２１に引き寄せられ、さらなる流量の増加を図ることができる。流入通路２２には、中央穴２１に向かって流路幅が漸次狭くなるテーパ状の絞り２３が形成されている。この実施形態では、流入通路２２と中央穴２１との接続部分に絞り２３が形成されているが、流入通路２２内のどの箇所に形成されていてもよい。
【００２３】
セパレータ３０も天板１０と同一外形を有する平板であり、その中心部には吐出口１１と対向する位置に、吐出口１１とほぼ同一径の連通孔３１（第１開口部）が形成されている。なお、吐出口１１と連通孔３１とは同一径であってもよいし、異なる径であってもよいが、少なくとも中央孔２１より小さい径を有する。４つのコーナ部近傍には、流入通路２２の外側端部と対応する位置に流入孔３２が形成されている。天板１０と流路形成板２０とセパレータ３０とを接着することにより、吐出口１１と中央孔２１と連通孔３１とが同一軸線上に並び、後述する駆動体５０の中心部と対応している。なお、後述するように、中央孔２１と対応するセパレータ３０の部分を共振させるため、セパレータ３０を薄肉金属板で形成するのが望ましい。
【００２４】
ブロア枠体４０も天板１０と同一外形を有する平板であり、その中心部には大径な空洞部４１が形成されている。４つのコーナ部近傍には、流入孔３２と対応する位置に流入孔４２が形成されている。ブロア枠体４０を間にしてセパレータ３０と駆動体５０とを接着することにより、ブロア枠体４０の空洞部４１によってブロア室が形成される。なお、ブロア室４１は閉鎖された空間である必要はなく、一部開放されていてもよい。
【００２５】
底板６０も天板１０と同一外形を有する平板であり、その中心部にはブロア室４１とほぼ同形の空洞部６１が形成されている。底板６０は圧電素子５２の厚みとダイヤフラム５１の変位量との合計より厚肉に形成されており、マイクロブロアＡを基板などに搭載した場合でも、圧電素子５２が基板と接触するのを防止できる。空洞部６１は後述する駆動体５０の圧電素子５２の周囲を取り囲んでいる。底板６０の４つのコーナ部近傍には、流入孔３２，４２と対応する位置に流入孔６２が形成されている。
【００２６】
駆動体５０は、ダイヤフラム５１の中央部下面に円形の圧電素子５２を貼り付けた構造を有する。ダイヤフラム５１としては、ステンレス、真鍮等の種々の金属材料を用いることができる他、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂材料からなる樹脂板を用いてもよい。圧電素子５２はブロア枠体４０の空洞部４１より小径な円板である。この実施形態では、圧電素子５２として表裏面に電極を持つ単板の圧電セラミックスを使用し、これをダイヤフラム５１の裏面（ブロア室４１と逆側の面）に貼り付けてユニモルフ型駆動体を構成した。圧電素子５２に交番電圧（正弦波または矩形波）を印加することにより、圧電素子５２が平面方向に伸縮するので、駆動体５０全体が板厚方向に屈曲変形する。圧電素子５２に駆動体５０を１次共振モード又は３次共振モードで屈曲変位させる交番電圧を印加することにより、それ以外の周波数の電圧を印加する場合に比べて駆動体５０の変位体積を格段に大きくでき、流量を大幅に増加させることができる。
【００２７】
ダイヤフラム５１の４つのコーナ部近傍には、流入孔３２，４２，６２と対応する位置に流入孔５１ａが形成されている。前記流入孔３２，４２，６２，５１ａによって、一端が下方に開口し、他端が流入通路２２へ通じる流入口８が形成される。
【００２８】
図３に示すように、圧電マイクロブロアＡの流入口８はブロア本体１の下方に向かって開口しており、吐出口１１は上面側に開口している。圧縮性流体を圧電マイクロブロアＡの裏側の流入口８から吸込み、表側の吐出口１１から排出することができるので、燃料電池の空気供給用ブロアやＣＰＵの空冷用ブロアとして好適な構造となる。なお、流入口８は下方に開口している必要はなく、外周に開口していてもよい。
【００２９】
図３では、ダイヤフラム５１と圧電素子５２とで構成される駆動体５０を用いたが、図６に示すようにダイヤフラム５１と圧電素子５２との間に中間板５３を設けた駆動体５０を用いてもよい。この中間板５３としては、ＳＵＳ等の金属板を利用することができる。このような中間板５３をダイヤフラム５１と圧電素子５２との間に設けることによって、駆動体５０が屈曲変位する際の中立面を中間板５３内に位置させることができ、その結果、変位効率がさらに良好になり、低電圧で流量の大きな圧電マイクロブロアを得ることができる。
【００３０】
図５は圧電マイクロブロアＡの作動を説明するための概略図であり、理解を容易にするため、変位を大きく表してある。図５の（ａ）は初期状態（非電圧印加時）であり、（ｂ）〜（ｅ）は圧電素子５２への印加電圧（例えばｓｉｎ波）の１／４周期毎に駆動体５０とセパレータ３０の変位を図示したものである。圧電素子５２に交番電圧を印加することにより、（ｂ）〜（ｅ）の動作を周期的に繰り返す。図示するように、駆動体５０の振動に伴ってセパレータ３０が共振し、セパレータ３０は駆動体５０に対して所定の位相（ここでは約９０°）だけ遅れた形で振動する。セパレータ３０が共振することによって、第１開口部３１から大きな圧力波が上方向に向けて生成され、この圧力波によって中央空間２１内の空気が第２開口部１１から外部へ向けて排出されるため、セパレータ３０が共振しない場合に比べて流量増加を達成できる。中央空間２１の空気が外部へ排出されることによって、流入通路２２内の空気は中央空間２１に向かって引き込まれ、第２開口部１１から連続的に空気流を発生させることができる。
【００３１】
図５では駆動体５０が１次共振モードで変位する例を記載したが、３次共振モードで変位する場合も同様である。また、セパレータ３０の変位量が駆動体５０の変位量より大きい例を示したが、中央空間２１の大きさ、セパレータ３０のヤング率および厚み等によって、セパレータ３０の変位量が駆動体５０より小さい場合もありうる。さらに、セパレータ３０の駆動体５０に対する位相遅れは９０°に限るものではない。要するに、セパレータ３０が駆動体５０に対してある位相遅れをもって共に振動し、それによって駆動体５０とセパレータ３０との距離が、セパレータ３０が振動しない場合に比べてより大きく変化するように構成してあればよい。
【００３２】
以下のような条件におけるマイクロブロアＡを使用し、その流量を測定した。
駆動体：厚さ0.08mmの42Ni板よりなるダイヤフラムの上に、厚さ0.15mm、直径11mmのSUS430の中間板を挟んで、厚さ0.2mm 、直径11mmの圧電セラミック素子単板を貼り付けたユニモルフ素子
ブロア室：高さ0.15mm、直径16mm
ブロア本体：縦20mm×横20mm×高さ2.4mm 
セパレータ：厚さは0.05mmのSUS430
第１開口部：直径0.6mm 
第２開口部：直径0.8mm 
中央空間：直径6mm 、高さ0.5mm 
流入通路：幅2.5mm 、高さ0.5mm 、４本
絞り: 幅1mm 
【００３３】
前記構成のマイクロブロアＡに、周波数２４ｋＨｚ、２０Ｖｐ−ｐのｓｉｎ波形の電圧を印加して駆動したところ、１００Ｐａ時で流量０．９Ｌ／ｍｉｎを得た。これは３次モードで駆動させた場合の例であるが、１次モードでも駆動することが可能である。一方、絞りを有しない以外は同じ構造のマイクロブロアを用いて実験を行ったところ、１００Ｐａ時で流量０．７７Ｌ／ｍｉｎを得た。この結果から、絞りを設けることで流量が増加することが確かめられた。
【００３４】
このように流入通路に絞りを設けることで流量が増加する理由は、以下の（１）〜（３）のようであると考えられる。
【００３５】
（１）まず駆動体５０の振動に伴い、第１開口部３１から高いエネルギーの圧力波が発生し、中央空間２１内の空気を第２開口部１１より排出する。このとき、中央空間２１の底壁であるセパレータ３０の部分が振動するため（図５参照）、中央空間２１には高い圧力変動が発生し、この圧力エネルギーが第２開口部１１だけでなく流入通路２２へも拡散しようとする。特に、空気抵抗を低くするために流入通路２２の通路面積を大きく設定した場合には、圧力エネルギーの損失が大きい。ところが、流入通路２２に絞り２３を設けることで、中央空間２１における圧力エネルギーが流入通路２２へ拡散しにくくなり、中央空間２１内の圧力エネルギーを効率よく第２開口部１１に向けることができ、流量増加を達成できる。
【００３６】
（２）また、中央空間２１の内部は高速気流のため、その平均圧力が流入通路２２側の圧力よりも低くなっている。したがって、流路には圧力勾配が発生し、流入通路２２側から中央空間２１に向かう流れが生じる。流入通路２２では空気の壁面との摩擦により圧力損失が発生するが、圧力損失による圧力低下よりも中央空間２１の圧力がより低いために、絞りを有しない流路の場合には、中央空間２１への入り口付近に縮流部ができ、その縮流部の周辺では渦の発生による損失が起こる。この結果、ブロアの流量が低下してしまう。そこで、中央空間２１への入り口付近に予め絞り２３を設けておくことで、流路形状と流れの形状の適合性が高まるので、渦の発生などを抑えることができ、流れの損失が小さくなる。この結果、ブロアの流量が増加する。
【００３７】
（３）さらに、セパレータ３０は流路形成板２０と接着されており、中央空間２１に対応するセパレータ３０の中心領域は振動可能に構成されている。このセパレータ３０の中心領域の振動が、図５に示すように流量に大きく影響を与える。従って、中央空間２１の大きさ（開口面積）はセパレータ３０の中心領域が振動しやすいように適切な径に設計されているが、中央空間２１と流入通路２２との接続部分に関しては、セパレータ３０を拘束することができない。絞り２３を有する流路形成板２０の場合、絞り２３の先端部は狭くなっているため、中央空間２１の側壁が存在する領域が増える。すなわち、絞りがない場合と比較してセパレータ３０を支持している領域が増え、セパレータ３０の支持領域がより円形に近くなる。その結果、絞り２３のある方がセパレータ３０の中心領域をより適切に支持できるようになり、流量の増加に寄与する。
【００３８】
表１は、駆動体５０の駆動周波数と、中央空間２１の直径とを変化させた場合の流量の違いを示したものである。流量の単位はＬ／ｍｉｎである。なお、駆動周波数２４．４ｋＨｚにおけるダイヤフラム(42Ni 板) の厚みは０．０８ｍｍ、駆動周波数２５．５ｋＨｚにおけるダイヤフラム(42Ni 板) の厚みは０．１ｍｍのものを使用した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１から明らかなように、中央空間２１の直径が５ｍｍの場合には、周波数を高くする方が流量が増加するが、中央空間２１の直径が６ｍｍの場合には、周波数を低くする方が流量が増加することがわかる。このように、中央空間２１に対応するセパレータ３０の振動が流量に影響していることがわかる。これはダイヤフラム５１の材質及び厚みによって駆動体５０の固有振動数も異なってくるが、中央空間２１の直径を調整することで、中央空間２１に対応するセパレータ３０の固有振動数を、駆動体の固有振動数に近づけ共振させることができ、それによって流量が増大したものと思われる。
【００４１】
図７は、ダイヤフラム５１と圧電素子５２との間に中間板５３を設けた駆動体５０を用いたマイクロブロアＢの実験結果を示す。この実験は、表２に示すように、セパレータ３０の材質及び厚みを変化させたときの流量を比較したものである。サンプル１はセパレータとして厚みが０．０５ｍｍのりん青銅を使用し、サンプル２はセパレータとして厚みが０．１ｍｍのＳＵＳ３０４を使用した。その他の構成は、マイクロブロアＡと同一である。セパレータ以外の構成は、サンプル１とサンプル２とで共通とし、駆動周波数は共に２４．４ｋＨｚとした。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
りん青銅とＳＵＳ３０４は、同じ厚みで比較した場合、ＳＵＳ３０４の方がりん青銅より１．５倍程度剛性が高くなるが、厚みの違いが２倍あるので、サンプル１に比べてサンプル２の方がセパレータの剛性が格段に高くなっている。換言すると、サンプル１では中央空間に面するセパレータ部分が振動するが、サンプル２ではセパレータ部分が殆ど振動しないと考えられる。この実験は、中央空間に面するセパレータ部分の振動の流量に及ぼす影響を測定したものである。
【００４４】
図７の（ａ）に示すように、例えば印加電圧２０Ｖｐｐで比較すると、サンプル２では約０．４２Ｌ／ｍｉｎであるのに対し、サンプル１では約０．７８Ｌ／ｍｉｎであり、サンプル１の流量はサンプル２の約２倍となっている。つまり、セパレータ部分の振動が流量増加に大きく寄与していることがわかる。図７の（ｂ）は消費電力に基づく流量を比較したものである。インピーダンスが変化するため、消費電力も変化するが、同じ消費電力で比較しても、サンプル１の方が有利であることがわかる。
【００４５】
〔第２実施形態〕
図８は絞り形状の他の実施形態を示す。なお、絞り以外は第１実施形態（図４）と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。この実施形態では、流入通路２２と中央空間２１との接続部に、テーパ状ではない絞り２４を形成したものである。この場合も、絞り２４によって中央空間２１の圧力変動が流入通路２２側に波及するのを抑制する機能があるので、流量増加を達成できる。
【００４６】
前記実施形態では、中央空間と対応するセパレータ（第１壁部）の部分を駆動体の振動に伴って共振させる例を示したが、必ずしもセパレータが共振する必要はなく、駆動体の振動と共にセパレータに振動が励振され、かつセパレータが駆動体に追随して振動する構造であれば、流量増加を達成できる。流入通路の形状は、図４に示すような放射方向に直線的に延びた形状に限るものではなく、任意に選択できる。また、流入通路の本数も任意であり、流量、騒音の程度に応じて選択できる。
【００４７】
また、前記実施形態ではブロア本体を複数の板状部材を積層接着して構成したが、これに限るものではない。例えば、天板１０と流路形成板２０、セパレータ３０とブロア枠体４０、流路形成板２０とセパレータ３０を、樹脂又は金属で一体形成することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ          圧電マイクロブロア
８          流入口
１０        天板（第２壁部）
１１        吐出口（第２開口部）
２０        流路形成板
２１        中央穴（中央空間）
２２        流入通路
２３        絞り
３０        セパレータ（第１壁部）
３１        連通孔（第１開口部）
４０        ブロア枠体
４１        ブロア室
５０        駆動体
５１        ダイヤフラム
５２        圧電素子
６０        底板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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