(57)【要約】【課題】良好なブロア特性を得つつ小型化することが可能な圧電マイクロブロアを提供する。【解決手段】振動板５０の中央部に対応するブロア室４の部位に、開口部３１を中心としてその周囲に仕切り部３３を設けることによって共鳴空間３４を形成し、振動板５０の駆動周波数と共鳴空間３４のヘルムホルツ共鳴周波数とが対応するように共鳴空間３４の大きさを設定する。仕切り部３３と振動板５０との間に、振動板が変位した時に互いに接触しない隙間δが形成されている。空気共鳴を利用して流量増大を図ることができる。【選択図】    図１
2009148005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子に所定周波数の電圧を印加することによりベンディングモードで駆動される振動板と、前記振動板の両端部又は周囲を固定し、振動板との間でブロア室を形成するブロア本体とを備え、前記振動板の中央部と対向するブロア本体の部位に開口部を設けた圧電マイクロブロアにおいて、
前記振動板の中央部に対応するブロア室の部位に、前記開口部を中心としてその周囲に仕切り部を設けることによって、当該仕切り部の内側に共鳴空間を形成し、
前記振動板の駆動周波数と共鳴空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが対応するように、前記共鳴空間の大きさを設定したことを特徴とする圧電マイクロブロア。
【請求項２】
前記仕切り部と当該仕切り部に対向する振動板又はブロア本体の部位との間に、振動板が変位した時に互いに接触しない隙間が設けら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】
前記隙間は、前記開口部の直径より小さいことを特徴とする請求項２に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項４】
前記仕切り部は、前記ブロア本体から振動板に向かって突設され、ブロア室の内周縁から内側に向かって延びる段差部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項５】
前記仕切り部は、前記ブロア本体から振動板に向かって、又は前記振動板からブロア本体に向かって突設され、外周部がブロア室の内周縁より内側に位置する環状の凸部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項６】
前記振動板は３次モードで共振駆動され、前記仕切り部は振動板の振動のノード点に対応した位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項７】
前記振動板はダイヤフラムにリング状の圧電素子を貼り付けたものであり、
前記圧電素子の内径が前記仕切り部の内径以下とされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項８】
前記振動板はダイヤフラムのブロア室側側面にリング状の圧電素子を貼り付けたものであり、
前記共鳴空間は前記圧電素子の内周側に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電マイクロブロア。
【請求項９】
前記ブロア本体は、
前記ブロア室を間にして振動板と対向する第１壁部と、
前記振動板の中心部と対向する前記第１壁部の部位に形成され、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１開口部と対向する第２壁部の部位に形成された第２開口部と、
前記第１壁部と第２壁部との間に形成され、外側端部が外部と連通し、第１開口部及び第２開口部と連通する中央空間とを備え、
前記中央空間と対面する第１壁部の部分が振動板の駆動に伴って振動するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか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】
ノートパソコンやデジタルＡＶ機器などの小型電子機器においては、内部の発熱が大きな問題となってきている。これらに用いられる冷却用ブロアとしては、小型・低背であること、低消費電力であることが重視され、要求される。【０００３】
冷却用ブロアに用いる駆動部として、圧電体を用いてダイヤフラムを屈曲変形させるものがある。一般的には樹脂や金属の薄板よりなるダイヤフラムに圧電素子を貼り合わせた振動板が用いられ、構造が簡単で薄型に構成でき、しかも低消費電力であるという利点がある。圧電素子に交番電圧を印加して屈曲変形させ、ブロア室の圧力を変化させることにより、空気流を発生させることができる。このような圧電マイクロブロアにおいて、小型化のために振動板を小さくすると、変位が急激に小さくなり、流量が低下してしまい所望の冷却効果を得ることができないため、十分に小型化できないという問題があった。【０００４】
特許文献１には、筐体、振動アクチュエータ、ノズル体を備えた噴流発生装置が開示されている。振動アクチュエータは、マグネットと、駆動コイルが装着された振動板と、振動板を支持する弾性支持部材と、ヨークとを有している。筐体内の振動板の固有振動数が筐体のヘルムホルツ共鳴の条件を満たす場合には、騒音が増大するため、振動板の固有振動数が筐体のヘルムホルツ共鳴周波数から外れるように設定している。具体的には、筐体のヘルムホルツ共鳴周波数1.09kHz に対して、振動板の固有振動数が1kHz付近にあるのに対し、振動板の材質を変えたり振動板にリムや部分的に厚みを変えた部位を設けて、振動板の剛性を変えることによって、振動板の固有振動数を1.4 〜2.4kHzに変化させている。しかし、筐体の共鳴周波数1.09kHz 、空洞体積1.5 ×10-5ｍ3 とすると、例えば100 ×30×5mm 等の筐体を有すると予想され、非常に大きく小型携帯機器向けに使用できない。しかも、1kHzの駆動周波数では、可聴域のため、やはり騒音が問題になる。【０００５】
特許文献１では、騒音を減らすためにブロア室内の空気共鳴周波数を振動板の共振周波数から外しているが、これは共振周波数が可聴域であるためであって、振動板を可聴域を超えた周波数で駆動するなら、騒音の問題は解消される。【０００６】
そこで、特許文献２に記載のガス流発生器では、圧電体材料製ディスクとダイヤフラム（ステンレス鋼製膜体）の間に圧電体材料製ディスクより大径のステンレス鋼製ディスクを挟んだ構成の超音波駆動体を使用している（図１、段落００１８参照）。圧電屈曲振動の３次共振モードを使用して、可聴域を超えた領域で超音波駆動させているため、騒音の問題が発生しない。１次共振モードで駆動すると、最も大きな変位が得られるので望ましいが、１次共振周波数では可聴域となり騒音が大きくなる場合がある。これに対し、３次共振モードでは変位量は小さくなるが、周波数を上げる事ができるため、騒音が問題とならない。しかし、小型化しようとしてダイヤフラムを小径化すると、変位が急激に小さくなるため、ブロア特性が低下してしまい、所望の冷却効果が得られない。
【特許文献１】特開２００８−１４１４８号公報
【特許文献２】特表２００６−５２２８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、良好なブロア特性を得つつ小型化することが可能な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】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、圧電素子に所定周波数の電圧を印加することによりベンディングモードで駆動される振動板と、前記振動板の両端部又は周囲を固定し、振動板との間でブロア室を形成するブロア本体とを備え、前記振動板の中央部と対向するブロア本体の部位に開口部を設けた圧電マイクロブロアにおいて、前記振動板の中央部に対応するブロア室の部位に、前記開口部を中心としてその周囲に仕切り部を設けることによって、仕切り部の内側に共鳴空間を形成し、前記振動板の駆動周波数と共鳴空間のヘルムホルツ共鳴周波数とが対応するように、前記共鳴空間の大きさを設定したことを特徴とする圧電マイクロブロアを提供する。【０００９】
ブロア室の共鳴周波数を振動板の駆動周波数に合わせることで、ブロア室の空気共鳴を利用してブロア性能を向上させることができる。しかし、ブロア室全体を可聴域を越えた周波数（例えば、２０ｋＨｚ以上）で空気共鳴させようとすると、ブロア室の一面を構成している振動板の寸法も小さくしなければならず、変位が小さくなり、流量が極端に低下してしまう。つまり、流量を増加させるためにブロア室を共鳴させようとすると、振動板が必要以上に小さくなり、かえって流量が低下してしまう。そこで、本発明では、ブロア室の中に仕切り部を設けることで共鳴空間を形成し、この共鳴空間を振動板の振動領域より小さい寸法とすることにより、共鳴空間でヘルムホルツの共鳴を発生させると共に、振動板の振動領域を確保している。このように仕切り部によって実効的に共鳴室として動作する領域を任意に選べ、ブロア室の寸法とは独立して狙いのヘルムホルツの共鳴周波数に合わせ込めるため、空気共鳴を利用して流量の大きなマイクロブロアを実現できる。一方で、振動板もブロア室の寸法とは独立して、部材条件（厚み、大きさ、ヤング率）の選択肢の範囲内で、狙いの駆動周波数になるように任意に設計することができる。これによって流量が大きく、かつ小型のマイクロブロアを得ることが可能になる。また、振動板を可聴域を越えた領域で駆動できるので、騒音の問題も解消できる。【００１０】
仕切り部と当該仕切り部に対向する振動板又はブロア本体の部位との間には、振動板が変位した時に互いに接触しない隙間が設けられているのがよい。この場合、共鳴空間の周囲は完全に閉じられている訳ではなく、微少な隙間を介してその周囲のブロア室と連通している。なお、仕切り部と対向する振動板の部位が振動板の振動のノード点である場合や、仕切り部がゴム等の柔らかい材質からなる場合には、仕切り部と振動板とが接触していても、上記と同じ効果が得られる。【００１１】
好ましい実施形態によれば、仕切り部と当該仕切り部に対向する振動板又はブロア本体との間に形成される微少な隙間は、開口部の直径より小さくするのがよい。仕切り部と対向する壁部との隙間が狭過ぎると、振動板が変位した時に仕切り部と当該仕切り部と対向する部位（振動板又はブロア本体）とが接触してしまい、振動板の振動を阻害するため好ましくない。一方、隙間が大き過ぎると、実質的に共鳴空間が拡大したのと同等になり、共鳴周波数が変化し、所望の空気共鳴が得られない。そこで、微少な隙間を開口部の直径より小さく設定することで、実効的に共鳴室として動作する空間を形成できる。【００１２】
仕切り部は、ブロア本体から突設してもよいし、振動板から突設してもよい。仕切り部をブロア本体から振動板に向かって突設する場合、仕切り部をブロア室の内周縁から内側に向かって延びる段差部としてもよい。また、仕切り部を、その外周部がブロア室の内周縁より内側に位置する環状の凸部としてもよい。段差部の場合、ブロア室を小さくするだけであり、振動板の駆動部周辺の変位している部分の近くまで段差部が接近することになり、空気抵抗の影響で屈曲動作を妨げてしまう可能性があるが、環状凸部とした場合には、環状凸部の外側には別の空間が形成されるので、空気抵抗の影響が減少しさらに良好な特性となる。さらに、ブロア本体及び振動板の双方からそれぞれ直径が少し異なる環状凸部を突設し、かつ両凸部が互いに軸方向にオーバーラップするようにしてもよい。【００１３】
好ましい実施形態によれば、振動板を３次モードで共振駆動し、仕切り部を振動板の振動のノード点に対応した位置に形成するのがよい。ノード点は振動板が変位しない位置のため、その近くに仕切り部が位置しても変位への影響が減少する。この場合、仕切り部と当該仕切り部と対向する部位（振動板又はブロア本体）とをより近接させることができるので、共鳴空間の容積が安定し、所望のヘルムホルツ共鳴を発生させることができる。仕切り部はブロア本体から突設してもよいし、振動板から突設してもよい。【００１４】
振動板がダイヤフラムにリング状の圧電素子を貼り付けたものである場合、圧電素子の内径を仕切り部の内径以下とするのがよい。リング状圧電素子を用いた振動板は、円板状圧電素子を用いた振動板に比べて、ダイヤフラムの中心部分の変位が大きい。このため、ダイヤフラムの最も大きな変位の中心部分を共鳴空間に対応させることにより、流量を増大させることができる。【００１５】
さらに、振動板をダイヤフラムのブロア室側側面にリング状の圧電素子を貼り付けたものとし、共鳴空間を圧電素子の内周側に形成してもよい。つまり、リング状の圧電素子の内側空間を共鳴空間として利用することができる。この場合は、格別な仕切り部を設ける必要がない。なお、ダイヤフラムに圧電素子を直接貼り付けてもよいし、ダイヤフラムと圧電素子の間にリング状の中間板を介在させてもよい。【００１６】
本発明における振動板とは、ダイヤフラム（樹脂板又は金属板）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、さらにはダイヤフラム自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貼り付けた構造でもよい。いずれにしても、圧電素子に交番電圧（交流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。【００１７】
振動板は必ずしも共振駆動させなくてもよいが、共振駆動の方が好ましい。例えば、１次共振モード（１次共振周波数）で駆動すると、最も大きな変位量が得られるので望ましいが、１次共振周波数は人間の可聴領域となり、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、振動板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、振動板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。【００１８】
ブロア本体が、ブロア室を間にして振動板と対向する第１壁部と、振動板の中心部と対向する前記第１壁部の部位に形成され、ブロア室の内部と外部とを連通させる第１開口部と、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、第１開口部と対向する第２壁部の部位に形成された第２開口部と、第１壁部と第２壁部との間に形成され、外側端部が外部と連通し、第１開口部及び第２開口部と連通する中央空間とを備え、中央空間と対面する第１壁部の部分が振動板の駆動に伴って振動するように構成してもよい。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振動板の駆動周波数と近づけるか、または振動板の駆動周波数の整数倍又は整数分の１に設定することにより、振動板の変位に追随して第１壁部を振動させることができる。この場合には、振動板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、より流量増加を実現できる。さらに好ましくは、第１壁部の中央空間と対向する部分の固有振動数を振動板の共振周波数と近づけて、第１の壁部の中央空間部分と振動板とを共振させるのが好ましい。さらなる流量増加が可能となる。振動板と第１壁部とは同じ共振モードで振動してもよいし、一方が１次共振モードで振動し、他方が３次共振モードで振動してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の圧電マイクロブロアによれば、ブロア室の中に仕切り部を設けることで共鳴空間を形成してあるため、この共鳴空間でヘルムホルツの共鳴を発生させることができ、流量を増加させることができる。しかも、振動板の大きさを共鳴空間の寸法とは独立して、狙いの振動周波数になるように任意に設計することができる。これによって良好なブロア性能を得つつ、小型のマイクロブロアを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る圧電マイクロブロアの第１実施例の断面図である。
【図２】図１に示す圧電マイクロブロアの流入口で切断した断面図である。
【図３】図１に示す圧電マイクロブロアの分解斜視図である。
【図４】図１の圧電マイクロブロアにおける振動板の変位を示す図である。
【図５】本発明に係る圧電マイクロブロアの第２実施例の断面図である。
【図６】図５の圧電マイクロブロアにおける振動板の変位を示す図である。
【図７】図５に示す圧電マイクロブロアの仕切り部の直径を変化させた時の流量特性図である。
【図８】本発明に係る圧電マイクロブロアの第３実施例の断面図である。
【図９】本発明に係る圧電マイクロブロアの第４実施例の断面図である。
【図１０】本発明に係る圧電マイクロブロアの第５実施例の断面図である。
【図１１】本発明に係る圧電マイクロブロアの第６実施例の断面図である。
【図１２】本発明に係る圧電マイクロブロアの第７実施例の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。【００２２】
〔第１実施例〕
図１〜図３は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第１実施例を示す。本実施例では、振動板５０を共振駆動させた例を説明する。本実施例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、振動板５０及び底板６０が上方から順に積層固定されている。振動板５０のダイヤフラム５１の外周部が、ブロア枠体４０と底板６０との間で接着されている。天板１０，流路形成板２０，セパレータ３０，ブロア枠体４０，底板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。【００２３】
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。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３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が形成されている。本実施例の圧電マイクロブロアＡ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、振動板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。【００２４】
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とほぼ同一径の貫通孔３１（第１開口部）が形成されている。なお、吐出口１１と貫通孔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と貫通孔３１とが同一軸線上に並び、後述する振動板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。セパレータ３０の下面中央部には、貫通孔３１を取り囲むように、リング状凸部よりなる仕切り部３３が接着されている。【００２５】
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、前記流入孔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とダイヤフラム５１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４が形成される。このブロア室４のうち、仕切り部３３で囲まれた領域が共鳴空間３４であり、後述するように振動板５０の共振周波数と共鳴空間３４のヘルムホルツ共鳴周波数とが対応するように、仕切り部３３の直径が設定されている。仕切り部３３の頂部と振動板５０との間には、振動板５０が共振変位した時に互いに接触しない微少な隙間δが設けられている。この隙間δは貫通孔３１の直径より狭い。【００２６】
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３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の厚みと振動板５０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。前記空洞部６１は後述するダイヤフラム５１の圧電素子５２の周囲を取り囲む空洞部を形成している。底板６０の４つのコーナ部近傍には、前記流入孔３２，４２と対応する位置に流入孔６２が形成されている。【００２７】
振動板５０は、ダイヤフラム５１の中央部下面に中間板５３を介して円形の圧電素子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及び中間板５３はブロア枠体４０の空洞部４１より小径な円板である。この実施例では、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、これを中間板５３を介してダイヤフラム５１の裏面（ブロア室３と逆側の面）に貼り付けてユニモルフ型ダイヤフラムを構成した。中間板５３はダイヤフラム５１と同様な弾性板よりなり、振動板５０が屈曲変形したとき、変位の中立面が中間板５３の厚みの範囲内になるように設定されている。ダイヤフラム５１の４つのコーナ部近傍には、前記流入孔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】
圧電素子５２に所定周波数の交番電圧（正弦波または矩形波）を印加することにより、振動板５０をベンディングモードで共振駆動させる。図４は振動板５０を３次モードで共振駆動した状態を示し、振動板５０の中央部と周辺部とが逆方向に変位する。仕切り部３３を変位の小さいノード点付近に設定することにより、仕切り部３３の頂部を振動板５０にできるだけ近づけることができる。つまり、隙間δをできるだけ狭くでき、共鳴空間３４の共鳴周波数と共鳴の効果を安定させることができる。なお、振動板５０を１次共振モードで共振駆動することもできるが、１次共振モードではノード点がブロア室４の空洞部４１の内周端に位置するため、仕切り部の位置をノード点に合わせる事ができない。また、１次共振モードで共振駆動させた場合、一次共振周波数は人間の可聴域になる可能性があるのに対し、３次共振モードの場合、可聴域を超えた周波数となるため、騒音を防止できる。【００２９】
図１，図２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。空気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等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。【００３０】
図１では、ダイヤフラム５１と圧電素子５２との間に中間板５３を挟着した構造の振動板５０を示したが、ダイヤフラム５１に圧電素子５２を直接貼り付けた振動板でも構わない。【００３１】
ここで、前記構成の圧電マイクロブロアＡの作動を説明する。圧電素子５２に所定周波数の交流電圧を印加すると、振動板５０が１次共振モード又は３次共振モードで共振駆動され、それによりブロア室４の第１開口部３１と振動板５０との距離が変化する。ブロア室４の第１開口部３１と振動板５０との距離が増大するとき、中央空間２１内の空気が第１開口部３１を通りブロア室４へと吸い込まれ、逆にブロア室４の第１開口部３１と振動板５０との距離が減少するとき、ブロア室４内の空気が第１開口部３１を通り中央空間２１へと排出される。振動板５０は高周波で駆動されるため、第１開口部３１から中央空間２１へと排出された高速／高エネルギーの空気流は、中央空間２１を通過し、第２開口部１１から排出される。このとき、中央空間２１内にある空気を巻き込みながら第２開口部１１から排出されるので、流入通路２２から中央空間２１へ向かう連続した空気の流れが生じ、第２開口部１１から空気は噴流となって連続的に排出される。【００３２】
特に、セパレータ３０の中央空間２１と対応する部分が、振動板５０の共振駆動に伴って共振するように薄肉に形成されている場合には、第１の開口部２１と振動板５０との距離が振動板５０の振動に同調して変化するため、セパレータ３０が共振しない場合に比べて、第２開口部１１から排出される空気の流量を飛躍的に増大させることができる。なお、セパレータ３０は１次共振モード又は３次共振モードのいずれで共振してもよい。本実施例では、振動板５０を３次モードで駆動したとき、セパレータ３０は１次モードで振動する。【００３３】
〔第２実施例〕
図５は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第２実施例を示す。本実施例のマイクロブロアＢでは、振動板５０ａとして、ダイヤフラム５１の上面にリング状の中間板５３ａを介してリング状の圧電素子５２ａを貼り付けた点を除き、他の構造は第１実施例の圧電マイクロブロアＡと同一であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。【００３４】
本実施例の場合、振動板５０ａを３次モードで共振駆動すると、ダイヤフラム５１が図６に示すように変形する。つまり、ダイヤフラム５１の中央部の変位が周辺部の変位より格段に大きくなる。この場合、圧電素子５２ａの内径を仕切り部３３の内径以下にすることにより、ダイヤフラム５１の最も大きな変位の中心部分を共鳴空間３４に対応させることができ、流量を増大させることができる。また、ダイヤフラム５１の中央部の変位量が大きいことにより、ダイヤフラム５１の中央部と対向するセパレータ３０の中央部の変位量も大きくなり、さらなる流量増加を実現できる。なお、中間板５３ａを省略して圧電素子５２ａをダイヤフラム５１に直接貼り付けてもよい。【００３５】
図７は、以下のような条件でマイクロブロアＢを作成し、共鳴空間（仕切り部）の径を変化させて、共鳴空間の径と流量特性の関係を評価したものである。厚み0.08mmの42Ni板よりなるダイヤフラム上に、厚み0.15mm、外径12mm、内径5mm のSUS 板からなる中間板と厚み0.2mm 、外径12mm、内径5mm のPZT 単板からなる圧電素子を貼り付けたユニモルフ板を用意した。続いて、ＳＵＳ板からなるセパレータ及びＳＵＳ板からなる天板、流路形成板、ブロア枠体、仕切り部及び底板を用意した。なお、天板の中心には直径０．８ｍｍの第２開口部が設けられ、セパレータの中心には直径０．６ｍｍの第１開口部が設けられている。また、流路形成板の中心には、直径６ｍｍで高さが０．５ｍｍの中央空間が設けられている。また、仕切り部は、共鳴空間の高さが０．２ｍｍ、内径２〜７ｍｍとなるような仕切り部を構成した。続いて、上記の構成部材をそれぞれ積層固定し、縦１５ｍｍ×横１５ｍｍ×高さ１．５ｍｍのマイクロブロアＢを作製した。また、比較用に、ブロア室に仕切り部が形成されておらず、ブロア室の内径が１０ｍｍとなるマイクロブロアを作製した。この実験では、振動板を26.5kHz 、30Vpp のsin 波電圧を印加して駆動した。この周波数は、人間の可聴域を越えた周波数である。【００３６】
図７から明らかなように、仕切り部（共鳴空間）の内径が５ｍｍ以上の範囲では、仕切り部を有しない場合に比べて、第２開口部から吐出される流量が減少するが、仕切り部の直径が５ｍｍ未満になると、流量が増加し、２ｍｍ付近で流量の極大点が現れる。極大点における流量は、仕切り部を有しない場合に比べて２倍以上の流量となった。これは、セパレータの第１開口部を開口とした共鳴空間をヘルムホルツ共鳴器として見た場合に、流量特性がよくなる極大点付近の体積での共鳴空間の共鳴周波数が振動板の駆動周波数に近づいており、その結果、第１開口部付近の空気が共振し、空気の出入が激しくなるからであると考えられる。今回の実験では、隙間δ＝0.05mmとしたが、特にこの値に限るものではなく、振動板と仕切り部とが接触しないなら、0.01〜0.1mm でも同様の結果が得られる。【００３７】
〔第３実施例〕
図８は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第３実施例を示す。本実施例のマイクロブロアＣでは、仕切り部３３をダイヤフラム５１の表面に接着固定した点を除き、第１実施例の圧電マイクロブロアＡと同じである。本実施例の場合、振動板５０の共振駆動に伴って仕切り部３３も上下に振動するので、仕切り部３３とその上に対向するセパレータ３０との間に、所定の隙間δを設ける必要がある。仕切り部３３の位置を振動板５０のノード点付近に設定すれば、仕切り部３３の振動を抑制できるので好ましい。【００３８】
〔第４実施例〕
図９は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第４実施例を示す。本実施例のマイクロブロアＤでは、第３実施例の圧電マイクロブロアＣの振動板５０に代えて、リング状の圧電素子５２ａ及び中間板５３ａを有する振動板５０ａを用いたものである。本実施例の場合、圧電素子５２ａの内径を仕切り部３３の内径以下にすることにより、ダイヤフラム５１の最も大きな変位の中心部分を共鳴空間３４に対応させることができ、流量を増大させることができる。【００３９】
〔第５実施例〕
図１０は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第５実施例を示し、第１実施例の圧電マイクロブロアＡと同一部分には同一符号を付す。本実施例のマイクロブロアＥでは、ブロア枠体４０を内径側に拡張し、その拡張部（仕切り部）４３の中央部に開口部４４を形成してある。開口部４４の内側に共鳴空間３４が形成される。ブロア枠体４０とダイヤフラム５１との間には、薄肉なスペーサ４５が配置され、このスペーサによって振動板５０とブロア枠体４０の拡張部４３との間に微少な隙間δが設けられている。本実施例の場合、仕切り部４３がブロア室の内周縁から内側に向かって延びる段差部として形成される。この場合は、ブロア室がほぼ共鳴空間３４とほぼ等しくなる。【００４０】
〔第６実施例〕
図１１は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第６実施例を示す。本実施例のマイクロブロアＦは、第５実施例の圧電マイクロブロアＥの振動板５０に代えて、リング状の圧電素子５２ａ及び中間板５３ａを有する振動板５０ａを用いたものである。本実施例の場合、圧電素子５２ａの内径を共鳴空間３４の内径以下にすることにより、ダイヤフラム５１の最も大きな変位の中心部分を共鳴空間３４に対応させることができ、流量を増大させることができる。【００４１】
〔第７実施例〕
図１２は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第７実施例を示す。本実施例のマイクロブロアＧでは、リング状の圧電素子５２ａ及び中間板５３ａをダイヤフラム５１の上面、つまりブロア室側の側面に貼り付け、この圧電素子５２ａ及び中間板５３ａの内側の共鳴空間３４を形成したものである。圧電素子５２ａとセパレータ３０との間には、振動板５０ａが共振駆動しても互いに接触しないように、微少な隙間δが形成される。本実施例では、圧電素子５２ａ及び中間板５３ａがブロア室４内に配置されるので、さらなる低背化（薄型化）を実現できる。【００４２】
本発明は前述の実施例に限定されるものではない。例えば前記説明では、中央空間と対応するセパレータを振動板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板が共振する必要はない。また、ブロア本体が複数の板状部材を積層接着した構造に限るものではなく、金属又は樹脂で一体成形されたものでもよい。また、前述の実施例において、流入通路が構成された実施例となっているが、流入通路が構成されていなくてもよい。すなわち、セパレータ（第１壁部）をマイクロブロアの天板とし、さらに、ブロア枠体及び振動板とを設けてブロア室を構成した圧電マイクロブロアにおいても本発明の構成は好適である。
【符号の説明】
【００４３】
Ａ〜Ｇ      圧電マイクロブロア
１          ブロア本体
４          ブロア室
８          流入口
１０        天板（第２壁部）
１１        吐出穴（第２開口部）
２０        流路形成板
２１        中央穴（中央空間）
２２        流入通路
３０        セパレータ（第１壁部）
３１        貫通穴（第１開口部）
３３        仕切り部
３４        共鳴空間
４０        ブロア枠体
５０        振動板
５１        ダイヤフラム
５２        圧電素子
５３        中間板
６０        底板
δ          隙間
【図１】
2009148005.tif 000003
【図２】
2009148005.tif 000004
【図３】
2009148005.tif 000005
【図４】
2009148005.tif 000006
【図５】
2009148005.tif 000007
【図６】
2009148005.tif 000008
【図７】
2009148005.tif 000009
【図８】
2009148005.tif 000010
【図９】
2009148005.tif 000011
【図１０】
2009148005.tif 000012
【図１１】
2009148005.tif 000013
【図１２】
2009148005.tif 000014
【国際調査報告】
2009148005.tif 000015
2009148005.tif 000016