(57)【要約】      （修正有）【課題】ノイズ量を低減し、動作中に消費される電力量を減少させる、低い構造的固有周波数を有するシンセティックジェットを提供する。【解決手段】シンセティックジェットアクチュエータ５０は第１プレート５２から離間され且つこれに対して平行に配列された第２プレート５４と、第１プレート５２及び第２プレート５４と共にチャンバ６４を定めるように構成されたスペーサ要素６２とを含む。スペーサ要素６２は、チャンバ６４がチャンバ外部の環境６８と流体連通するようにその内部に形成された少なくとも１つのオリフィス６６を含み、スペーサ要素６２は、第１及び第２プレート５２，５４のうちの少なくとも１つの撓みに応じて曲げ動作で変形するように構成される。【選択図】図４Ａ
2011127758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プレート（５２）と、
前記第１プレート（５２）から離間され且つこれに対して平行に配列された第２プレート（５４）と、
前記第１プレート（５２）を前記第２プレート（５４）から離間し、前記第１及び第２プレート（５２、５４）と共にチャンバ（６４）を定めるように構成されたスペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）と、
を備えたシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）であって、
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、前記チャンバ（６４）が該チャンバ（６４）外部の環境（６８）と流体連通するようにその内部に形成された少なくとも１つのオリフィス（６６）を有し、前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）のうちの少なくとも１つの撓みに応じて曲げ動作で変形するように構成される、
シンセティックジェットアクチュエータ。
【請求項２】
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）のうちの少なくとも１つが撓ませたときに、内向き及び外向きの曲げ動作で変形するように構成され、内向き及び外向きの曲げ動作は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）のうちの前記少なくとも１つの前記撓みの方向に対して垂直方向である、
請求項１に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【請求項３】
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、多層コンプライアントエラストマー構造（７４）を含む、
請求項２に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【請求項４】
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、前記第１と第２プレート（５２、５４）との間に配置された凹面形の可撓性壁（６２）、及び前記第１と第２プレート（５２、５４）との間に配置された凸面形の可撓性壁（６２）のうちの１つを含み、前記凹面形の可撓性壁（６２）及び前記凸面形の可撓性壁（６２）のうちの１つは、内向き及び外向きの曲げ動作で変形するように構成される、
請求項２に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【請求項５】
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、前記第１と第２プレート（５２、５４）との間に配置され且つ内向き及び外向きの曲げ動作で変形するように構成されたベローズ形の可撓性壁（８４）を含む、
請求項２に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【請求項６】
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）の各々の外側表面（９２）にプレートの外周（９４）に沿って取り付けられたベローズ形の可撓性壁（９０）を含み、前記ベローズ形の可撓性壁（９０）は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）の外周（９４）を通過して外向きに延びて、内向き及び外向きの曲げ動作で変形するように構成される、
請求項２に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【請求項７】
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）の各々の外側表面（９２）にプレートの外周（９４）に沿って取り付けられたボックス形の可撓性壁（９８）を含み、前記ボックス形の可撓性壁（９８）は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）の前記外周（９４）を通過して外向きに延びて、内向き及び外向きの曲げ動作で変形するように構成される、
請求項２に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【請求項８】
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、内部に形成されたスリット（８０）を有する中空管体（７８）を含み、前記中空管体（７８）が、内向き及び外向きの曲げ動作で変形するように構成される、
請求項２に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【請求項９】
前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）は、
前記第１プレート（５２）の内側表面（１０６）に取り付けられ、前記第１プレート（５２）の外周（９４）を通過して外向きに延びる第１の可撓性延長部材（１０４）と、
前記第２プレート（５４）の内側表面（１１０）に取り付けられ、前記第２プレート（５４）の外周（９４）を通過して外向きに延びる第２の可撓性延長部材（１０８）と、
前記第１の可撓性延長部材（１０４）及び前記第２の可撓性延長部材（１０８）を離間した関係で維持するために前記第１の可撓性延長部材（１０４）と前記第２の可撓性延長部材（１０８）との間に配置され、内部に形成された前記少なくとも１つのオリフィス（６６）を有する剛性の壁部材（１１２）と、
を含み、
前記第１の可撓性延長部材（１０４）及び前記第２の可撓性延長部材（１０８）は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）のうちの少なくとも１つが撓まされたときに、上向き及び下向きの曲げ動作で変形するように構成され、前記上向き及び下向きの曲げ動作は、前記第１及び第２プレート（５２、５４）のうちの前記少なくとも１つの前記撓みの方向に対して平行の方向である、
請求項１に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【請求項１０】
前記第１及び第２プレート（５２、５４）のうちの少なくとも１つに結合され、プレートの撓みを選択的に生じさせてこれにより前記チャンバ（６４）内の容積を変化させ、一連の流体渦流を発生させて、前記スペーサ要素（６２、７８、８４、９０、９８、１０２）の前記少なくとも１つのオリフィス（６６）から前記外部環境（６８）に噴出させるようにするアクチュエータ要素（５６、５８）を更に備える、
請求項１に記載のシンセティックジェットアクチュエータ（５０、７６、８２、８８、９６、１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に、シンセティックジェットアクチュエータに関し、より具体的には、構造的固有周波数を低下させるための要素を内部に有するシンセティックジェットアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
シンセティックジェットアクチュエータは、流体のシンセティックジェットを生成して、表面を覆う流体の流れに影響を与える広く利用される技術である。一般的なシンセティックジェットアクチュエータは、内部チャンバを定めるハウジングを含む。ハウジングの壁部にはオリフィスが存在する。アクチュエータは更に、内部チャンバ内の容積を周期的に変化させて一連の流体渦流を発生させ、ハウジングのオリフィスから外部環境に噴出させるようにするための機構をハウジング内又はその周辺に含む。容積変化機構の実施例は、例えば、ジェットハウジング内に配置され、その往復運動中に流体をオリフィスに流出入させるピストン、又はハウジングの壁部としての可撓性ダイヤフラムを含むことができる。可撓性ダイヤフラムは一般に、圧電アクチュエータ又は他の適切な手段によって作動される。
【０００３】
一般的に、容積変化機構の時間調和運動をもたらすために制御システムが用いられる。機構がチャンバの容積を減少させると、流体がオリフィスを通じてチャンバから排出される。流体がオリフィスを通過すると、オリフィスの鋭角縁部により流れが分離され、渦層を生じて渦流が現れる。これらの渦流は、自励速度未満でオリフィスの縁部から離れる。機構がチャンバの容積を増加させると、周囲流体がオリフィスから離れた距離からチャンバ内に引き込まれる。渦流は、オリフィスの縁部から既に離れているので、チャンバ内に流入する周囲流体の影響は受けない。渦流は、オリフィスから離れて移動すると、流体のジェットを合成し、すなわち「シンセティックジェット」である。
【０００４】
ここで図１から３を参照すると、シンセティックジェットアクチュエータの一般的な動作を説明する目的で、当該技術分野で公知のシンセティックジェットアクチュエータ１０及びこの動作を示している。シンセティックジェットアクチュエータ１０は、内部チャンバ１４を定め且つ封入するハウジング１１を含む。ハウジング１１及びチャンバ１４は、実質的にあらゆる幾何学的構成をとることができるが、議論及び理解のために、ハウジング１１は、剛性の側壁部１２、剛性の前壁部１３、及び後部ダイヤフラム１８を有するように図１に断面図で示され、該ダイヤフラムは、チャンバ１４に対して内向き及び外向きのダイヤフラム１８の動きを許容する程度まで可撓性がある。前壁部１３は、あらゆる幾何学的形状のオリフィス１６を有する。オリフィスは、後部ダイヤフラム１８と正反対にあり、周囲流体３９を有する外部環境に内部チャンバ１４を接続する。
【０００５】
可撓性ダイヤフラム１８は、あらゆる適切な制御システム２４によって移動するように制御することができる。例えば、ダイヤフラム１８は金属層を備えることができ、金属電極を金属層に隣接し且つ離間して配置し、ダイヤフラム１８が電極と金属層との間に印加される電気バイアスにより移動できるようにする。更に、電気バイアスの生成は、例えば、限定ではないが、コンピュータ、ロジックプロセッサ、又は信号発生器などのあらゆる適切なデバイスによって制御することができる。制御システム２４は、ダイヤフラム１８を周期的に移動させ、又は時間調和運動で調整させて、流体をオリフィス１６の内外に流出入させることができる。或いは、圧電アクチュエータをダイヤフラム１８に取り付けてもよい。この場合、制御システムが圧電アクチュエータを振動させ、これによりダイヤフラム１８を時間調和運動で移動させるようにする。
【０００６】
シンセティックジェットアクチュエータ１０の動作を図２及び３を参照しながら説明する。図２は、矢印２６によって示すように、ダイヤフラム１８がチャンバ１４内に内向きに移動するように制御されるときのシンセティックジェットアクチュエータ１０を示している。チャンバ１４は、その容積が減少し、流体がオリフィス１６を通って排出される。流体がチャンバ１４からオリフィス１６を通って流出すると、流れが鋭角のオリフィス縁部３０で分離し、渦層３２を生じて渦流３４が現れ、オリフィス縁部３０から離れて矢印３６で示す方向に移動し始める。
【０００７】
図３は、矢印３８で示すように、ダイヤフラム１８がチャンバ１４に対して外向きに移動するように制御されたときのシンセティックジェットアクチュエータ１０を示している。チャンバ１４は、その容積が増加し、一連の矢印４０で示すように、周囲流体３９がチャンバ１４内に流れ込む。ダイヤフラム１８がチャンバ１４から離れるときには、渦流３４はオリフィス縁部３０から既に除去されており、従って、チャンバ１４内に引き込まれる周囲流体３９による影響を受けないよう、制御システム２４によってダイヤフラム１８が制御される。一方、周囲流体３９のジェットは、渦流３４によって合成され、オリフィス１６から離れた距離から引き込まれる周囲流体の強い同伴を生じる。
【０００８】
図１から３に図示し説明したような既存のシンセティックジェット設計の欠点は、シンセティックジェットの動作から生じるノイズである。可聴ノイズは、可撓性ダイヤフラムを交互運動で撓ませる結果としてシンセティックジェットの動作に本来的に生じるものであり、シンセティックジェットの種々の動作モード（構造、ディスク曲げ、及び音響）の固有周波数が、動作中に発生するノイズの量に影響を及ぼす。既存の設計によれば、シンセティックジェットの構造的固有周波数は、６００Ｈｚのレベルに達することがあり、高レベルの可聴ノイズが発生する結果となり、これは極めて望ましくない。
【０００９】
既存のシンセティックジェット設計の別の欠点は、シンセティックジェットの動作中に消費される電力量である。シンセティックジェットの高い構造的固有周波数は、ダイヤフラムを撓ませるためにシンセティックジェットに供給する必要がある量よりも高い電力量に対応する。高い電力消費率は、シンセティックジェットの動作コストを増加させるだけでなく、シンセティックジェットの効率を低下させる。例えば、シンセティックジェットが冷却装置として使用される場合、このような増加した電力消費により不要な熱が生じるので、高い電力消費率により対流冷却が悪影響を受ける。
【００１０】
ノイズレベル及び電力消費率の両方は、シンセティックジェットの最大撓みの固有周波数の結果であり、ひいては、シンセティックジェットアクチュエータ内の構成部品の材料特性及び形状の結果である。具体的に、既存のシンセティックジェットアクチュエータ内の構成部品の形状は、これら関連するバネ定数の増加をもたらし、これにより、シンセティックジェットアクチュエータの構造的固有周波数の増大につながる。
【００１１】
従って、シンセティックジェットの動作から生じるノイズ量を低減し、シンセティックジェットの動作中に消費される電力量を減少させるために、低い構造的固有周波数を有するシンセティックジェットを提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第７，２６３，８３７号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明の実施形態は、シンセティックジェットアクチュエータ及びその製造方法を提供することによって上述の欠点を克服する。第１及び第２プレートが撓まされたときに曲げ動作で変形するシンセティックジェットアクチュエータの撓みプレート間にスペーサ要素が設けられ、これにより、シンセティックジェットアクチュエータの構造的固有周波数を低下させる。
【００１４】
本発明の１つの態様によれば、シンセティックジェットアクチュエータは、第１プレートと、第１プレートから離間され且つこれに対して平行に配列された第２プレートと、第１プレートを第２プレートから離間し、第１及び第２プレートと共にチャンバを定めるように構成されたスペーサ要素とを含む。スペーサ要素は、チャンバがチャンバ外部の環境と流体連通するようにその内部に形成された少なくとも１つのオリフィスを含み、該スペーサ要素は、第１及び第２プレートのうちの少なくとも１つの撓みに応じて曲げ動作で変形するように構成される。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、シンセティックジェットアクチュエータを製造する方法は、第１プレート及び第２プレートを含むシンセティックジェットプレートのセットを設ける段階と、シンセティックジェットプレートのセットにスペーシング部材を取り付けて、第１プレート及び第２プレートを離間した関係で維持してチャンバを定めるようにする段階とを含む。スペーシング部材は、第１及び第２プレートの撓みに応じて屈曲可能に変形するように構成され、チャンバが外部環境と流体連通するようにその内部に形成された少なくとも１つのオリフィスを含む。本方法はまた、アクチュエータ要素を第１及び第２プレートのうちの少なくとも１つに結合して、プレートの撓みを選択的に生じさせ、これによりチャンバ内の容積を変化させて一連の流体渦流を発生させ、スペーサ要素の少なくとも１つのオリフィスから外部環境に噴出させるようにする段階を含む。
【００１６】
本発明の更に別の態様によれば、シンセティックジェットアクチュエータは、第１プレートと、第１プレートから離間され且つこれに対して平行に配列された第２プレートとを含む。シンセティックジェットアクチュエータはまた、第１プレート及び第２プレートを離間した関係で維持してチャンバを定めるように構成されたスペーサ要素を含み、スペーサ要素は、チャンバが外部環境と流体連通するようにその内部に少なくとも１つのオリフィスを有する。シンセティックジェットアクチュエータは更に、第１及び第２プレートのうちの少なくとも１つに結合されたアクチュエータ要素を含み、プレートの撓みを選択的に生じさせ、これによりチャンバ内の容積を変化させて一連の流体渦流を発生させ、スペーサ要素の少なくとも１つのオリフィスから外部環境に噴出させるようにする。シンセティックジェットアクチュエータのスペーサ要素は、第１及び第２プレートの撓みに応じて曲げ動作において撓むように構成された柔軟部材を含む。
【００１７】
これら及び他の利点及び特徴は、添付図面と関連して提供される本発明の好ましい実施形態の以下の詳細説明から、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】制御システムを備えた先行技術のゼロ総質量流束シンセティックジェットアクチュエータの断面図。
【図２】制御システムがオリフィスに対して内側にダイヤフラムを移動させたときのジェットを示す図１のシンセティックジェットアクチュエータの断面図。
【図３】制御システムがオリフィスから離れて外向きにダイヤフラムを移動させるときのジェットを示す図１のシンセティックジェットアクチュエータの断面図。
【図４Ａ】本発明の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータの概略側断面図。
【図４Ｂ】本発明の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータの概略側断面図。
【図５】本発明の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータの概略側断面図。
【図６】本発明の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータの概略側断面図。
【図７】本発明の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータの概略側断面図。
【図８】本発明の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータの概略側断面図。
【図９】本発明の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータの概略側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
各図面は、本発明を実施するために現在企図される実施形態を示している。
【００２０】
本発明の実施形態は、シンセティックジェットアクチュエータ及びその製造方法を提供する。第１及び第２プレートを撓ませたときに曲げ動作で変形するシンセティックジェットアクチュエータの撓みプレート間にスペーサ要素が設けられ、これによりシンセティックジェットアクチュエータの構造的固有周波数が低下する。
【００２１】
ここで図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本発明の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータ５０が示されている。シンセティックジェットアクチュエータ５０は、図４Ａ及び４Ｂにおいて第１プレート５２として、及びこれに平行に配列された相対する第２プレート５４として示された、シンセティックジェットプレート５２、５４のペアを含む。図４Ａ及び４Ｂに示すような、第１及び第２プレート５２、５４のうちの少なくとも１つ又は両方には、プレートの変位を生じさせるよう構成されたアクチュエータ要素５６、５８が取り付けられる。例示的な実施形態において、アクチュエータ要素５６、５８は、コントローラ／電源（図示せず）から周期的に電荷を受け取り、該電荷に応じた機械的応力及び／又は歪みを受けるように構成された圧電素子（例えば、圧電ディスク）を含む。圧電素子５６、５８の応力／歪みは、例えば、プレートの時間調和運動又は振動が達成されるように、第１及び第２プレート５２、５４の撓みを生じさせる。第１及び第２プレート５２、５４それぞれに結合された圧電素子５６、５８は、プレートの１つ又は両方の振動を発生させて、シンセティックジェットアクチュエータ５０から放出されるシンセティックジェットストリーム６０の容積及び速度を制御するよう選択的に制御することができる点は理解される。
【００２２】
第１及び第２プレート５２、５４は、これらの間に配置されたスペーサ要素６２によって離間した関係で維持される。第１及び第２プレート５２、５４とスペーサ要素６２の組み合わせは、シンセティックジェットアクチュエータ５０内のチャンバ又は容積６４を定める。スペーサ要素６２は、チャンバ６４を周囲の外部環境６８と流体連通して配置するために、そこに１つ又はそれ以上のオリフィスを含む。図４Ａ及び４Ｂに示すように、スペーサ要素６２内にオリフィス６６のセットを形成し、シンセティックジェットアクチュエータ５０内外への周囲流体の引き込み及び排出を可能にすることができるが、これよりも多い又は少ない数のオリフィスをスペーサ要素６２内に形成できる（例えば、１、３、又は４つのオリフィス）ことは理解される。上述のように、第１及び第２プレート５２、５４に結合された圧電素子５６、５８は、プレートの１つ又は両方の振動を生じさせてオリフィス６６の１つ又は両方から放出されるシンセティックジェットストリーム６０の容積及び速度を制御するよう選択的に制御される。
【００２３】
一実施形態によれば、図４Ａに示すように、シンセティックジェットアクチュエータ５０のスペーサ要素６２は、停止時に凹面形状を有する可撓性壁部材（すなわち可撓性リング）として形成される。すなわち、スペーサ要素６２は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４のどのような撓みもない凹面形状を有するように形成される。可撓性壁部材６２は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓み時に、可撓性壁部材６２が内向き及び外向きの曲げ動作で変形されるように構成される。可撓性壁部材６２の内向き及び外向きの曲げ動作は、矢印７０（内向き及び外向きの曲げ動作の方向を示す）及び矢印７２（プレートの撓みの方向を示す）でそれぞれ示すように、第１及び第２プレート５２、５４の撓みの方向に対して垂直方向である。可撓性壁部材６２の凹面構造、及びアクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレートの撓み時の壁部材の内向き及び外向きの曲げ動作は、低いバネ定数を有するスペーサ要素をもたらす。可撓性壁部材６２の低いバネ定数は、第１及び第２プレート５２、５４の最大撓み時のシンセティックジェットアクチュエータ５０の固有周波数を低下させる役割を果たし、これにより、シンセティックジェットアクチュエータ５０を低周波で動作させて、関連するノイズ出力及び電力消費を低減することができる。
【００２４】
一実施形態によれば、図４Ｂに示すように、シンセティックジェットアクチュエータ５０のスペーサ要素６２は、停止時に凸面形状を有する可撓性壁部材（すなわち可撓性リング）として形成される。すなわち、スペーサ要素６２は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４のあらゆる撓みもない凸面形状を有するように形成される。可撓性壁部材６２は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓み時に、可撓性壁部材６２が内向き及び外向きの曲げ動作で矢印７０によって示すように変形されるよう構成される。可撓性壁部材６２の凸面構造、及びアクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレートの撓み時の壁部材の内向き及び外向きの曲げ動作は、低いバネ定数を有するスペーサ要素をもたらし、これにより、シンセティックジェットアクチュエータ５０の固有周波数を低下させる。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、可撓性壁部材６２は、凹面（図４Ａ）又は凸面（図４Ｂ）配列のいずれかで配列されたアレイコンプライアントエラストマー層７４から形成される。例えば、互いに層状にされて凹面又は凸面形の可撓性壁部材／リングを提供するシリコン層のアレイを設けることができ、層７４の少なくとも幾つかがそこにギャップを形成し、これが集合的にオリフィス６６を形成する。ポリカーボネート及びカプトンのような他の可撓性材料を更に使用して、可撓性壁部材６２の層７４を形成できる点も理解される。
【００２６】
図４Ａ及び４Ｂのシンセティックジェットアクチュエータ５０の実施形態の各々において、可撓性壁部材６２は、収縮及び伸張タイプの変形ではなく、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓みに応じた曲げ動作で変形する。すなわち、ビーズ材料の固体リングとして形成されたスペーシング要素は、例えば、可撓性壁部材６２によって受けられる曲げ変形ではなく、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓みに応じた収縮及び伸張変形を受けることになる。可撓性壁部材６２の曲げ変形／並進は、収縮／伸張変形を受けるスペーサ部材よりも低いバネ定数を有するスペーシング要素をもたらし、これによりシンセティックジェットアクチュエータ５０の固有周波数を低下させる。
【００２７】
ここで図５を参照すると、本発明の別の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータ７６が示されている。シンセティックジェットアクチュエータ７６は、第１シンセティックジェットプレート５２及びこれに対して平行に配列された相対する第２シンセティックジェットプレート５４を含む。図５に示すように、第１及び第２プレート５２、５４のうちの少なくとも１つ又は第１及び第２プレートの両方には、プレートの変位を生じさせるよう構成されたアクチュエータ要素５６、５８が取り付けられる。例示的な実施形態において、アクチュエータ要素５６、５８は、コントローラ／電源（図示せず）から電荷を周期的に受け取り、電荷に応じて機械的応力及び／又は歪みを受けるよう構成された圧電素子（例えば、圧電ディスク）を含む。圧電素子５６、５８の応力／歪みは、例えばねプレートの時間調和運動又は振動が達成されるように、第１及び第２プレート５２、５４の撓みを生じさせる。第１及び第２プレート５２、５４のそれぞれに結合された圧電素子５６、５８は、プレートの１つ又は両方の振動を発生させて、シンセティックジェットアクチュエータ７６から放出されるシンセティックジェットストリーム６０の容積及び速度を制御するよう選択的に制御できる点は理解される。
【００２８】
第１及び第２プレート５２、５４は、これらの間に配置されたスペーサ要素７８によって離間した関係で維持される。第１及び第２プレート５２、５４とスペーサ要素７８の組み合わせは、シンセティックジェットアクチュエータ７６内のチャンバ又は容積６４を定める。スペーサ要素７８は、チャンバ６４を周囲の外部環境６８と流体連通して配置するために、そこに１つ又はそれ以上のオリフィス６６を含む。図５に示すように、スペーサ要素７８内にオリフィス６６のセットを形成し、シンセティックジェットアクチュエータ７６内外への周囲流体の引き込み及び排出を可能にすることができる。すなわち、上述のように、第１及び第２プレート５２、５４に結合された圧電素子５６、５８は、プレートの１つ又は両方の振動を生じさせてオリフィス６６の１つ又は両方から放出されるシンセティックジェットストリーム６０の容積及び速度を制御するよう選択的に制御される。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、図５に示すように、シンセティックジェットアクチュエータ７６のスペーサ要素７８は、半断面管又は内部にスリットが形成された管体として形成される。スペーサ要素７８は、例えば、半分に切断された、又は内部に切断スリット８０を有する脈管体（シリコーン又は他のコンプライアント材料で作られる）又はＯリングから形成することができる。従って、半断面管７８は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓み時に、半断面管７８が内向き及び外向きの曲げ動作で変形されるように構成される。半断面管７８の内向き及び外向きの曲げ動作は、矢印７０（内向き及び外向きの曲げ方向を示す）及び矢印７２（プレートの撓み方向を示す）でそれぞれ示すように、第１及び第２プレート５２、５４の撓みの方向に対して垂直方向である。半断面管７８の構造、及びアクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレートの撓み時の半断面管の内向き及び外向きの曲げ動作は、低いバネ定数を有するスペーサ要素をもたらす。半断面管７８の低いバネ定数は、第１及び第２プレート５２、５４の最大撓み時のシンセティックジェットアクチュエータ７６の固有周波数を低下させる役割を果たし、これによりシンセティックジェットアクチュエータ７６を低周波で動作させ、関連するノイズ出力及び電力消費を低減することができる。
【００３０】
ここで図６を参照すると、本発明の別の実施形態により、ベローズ形の可撓性壁として形成されたスペーサ要素８４を有するシンセティックジェットアクチュエータ８２が提供される。ベローズ形の可撓性壁８４は、第１と第２プレート５２、５４との間でその外側縁部８６内部に配置される（すなわち、「内側ベローズ」）。ベローズ形の可撓性壁８４は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓み時に、ベローズ形の可撓性壁８４が内向き及び外向きの曲げ動作で変形されるように、内部に複数の柔軟な折り畳み部を有するように構成される。ベローズ形の可撓性壁８４の内向き及び外向きの曲げ動作は、矢印７０（内向き及び外向きの曲げ動作の方向を示す）及び矢印７２（プレートの撓みの方向を示す）によってそれぞれ示すように、第１及び第２プレート５２、５４の撓みの方向に対して垂直方向である。ベローズ形の可撓性壁８４の構造、及びアクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレートの撓み時の可撓性壁の内向き及び外向きの曲げ動作は、低いバネ定数を有するスペーサ要素をもたらす。ベローズ形の可撓性壁８４の低いバネ定数は、第１及び第２プレート５２、５４の最大撓み時のシンセティックジェットアクチュエータ８２の固有周波数を低下させる役割を果たし、これにより、シンセティックジェットアクチュエータ８２を低周波で動作させて、関連するノイズ出力及び電力消費を低減することができる。
【００３１】
ここで図７を参照すると、本発明の別の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータ８８が示されている。シンセティックジェットアクチュエータ８８は、プレート５２及びプレート５４を離間した関係で維持するように構成されたベローズ形の可撓性壁として形成されるスペーサ要素９０を内部に含む。図７に示すように、ベローズ形の可撓性壁９０は、プレートの外周９４に隣接して第１及び第２プレート５２、５４の各々の外側表面９２に取り付けられる（すなわち、「外部ベローズ」）。ベローズ形の可撓性壁９０は、その高さが第１プレートと第２プレートとの間の離間距離よりも大きくなるように第１及び第２プレート５２、５４から外側に延びる。ベローズ形の可撓性壁９０はまた、シンセティックジェットアクチュエータ８８全体の水平寸法（方向７０における）が増大するように、第１及び第２プレート５２、５４から外側にプレートの外周９４を過ぎて延長する。ベローズ形の可撓性壁９０は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓み時に、ベローズ形の可撓性壁８４が内向き及び外向きの曲げ動作で変形されるように、内部に複数の柔軟な折り畳み部を有するように構成される。ベローズ形の可撓性壁９０の内向き及び外向きの曲げ動作は、第１及び第２プレート５２、５４の撓みの方向７２に対して垂直方向７０であり、第１及び第２プレート５２、５４の最大撓み時のシンセティックジェットアクチュエータ８８の固有周波数を低下させる役割を果たし、これにより、シンセティックジェットアクチュエータ８８を低周波で動作させて、関連するノイズ出力及び電力消費を低減することができる。
【００３２】
ここで図８を参照すると、本発明の別の実施形態に従って、プレート５２及びプレート５４を離間した関係で維持するように構成されたボックス形の可撓性壁構造として形成されたスペーサ要素９８を有するシンセティックジェットアクチュエータ９６が提供される。図８に示すように、可撓性壁構造９８は、プレートの外周９４に隣接して第１及び第２プレート５２、５４の各々の外側表面９２に取り付けられる。可撓性壁構造９８は、その高さが第１と第２プレートとの間の離間距離よりも大きくなるように第１及び第２プレート５２、５４から外側に延びる。可撓性壁構造９８はまた、シンセティックジェットアクチュエータ９６全体の水平寸法（方向７０における）が増大するように、プレートの外周９４を通過して第１及び第２プレート５２、５４から外側に延びる。可撓性壁構造９８は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓み時に、可撓性壁構造９８が内向き及び外向きの曲げ動作で変形されるよう構成される。可撓性壁構造９８の内向き及び外向きの曲げ動作は、第１及び第２プレート５２、５４の撓みの方向７２に対して垂直方向７０であり、第１及び第２プレート５２、５４の最大撓み時のシンセティックジェットアクチュエータ９６の固有周波数を低下させる役割を果たし、これにより、シンセティックジェットアクチュエータ９６を低周波で動作させて、関連するノイズ出力及び電力消費を低減することができる。
【００３３】
ここで図９を参照すると、本発明の別の実施形態によるシンセティックジェットアクチュエータ１００が示されている。シンセティックジェットアクチュエータ１００は、プレート５２及びプレート５４を離間した関係で維持するように構成された複合スペーサ要素として形成されるスペーサ要素１０２をその内部に含む。複合スペーサ要素１０２は、第１プレート５２の内側表面１０６に取り付けられ、プレートの外周９４を通過して外向きに延びる第１の可撓性延長部材１０４と、第２プレート５４の内側表面１１０に取り付けられ且つプレートの外周９４を通過して外向きに延びる第２の可撓性延長部材１０８とを含む。オリフィス６６が内部に形成された剛性の壁部材１１２を第１の可撓性延長部材１０４と第２の可撓性延長部材１０８との間に配置し、第１及び第２の可撓性延長部材を離間した関係で維持する。複合スペーサ要素１０２は、アクチュエータ要素５６、５８によって誘起されるプレート５２、５４の撓み時に、第１の可撓性延長部材１０４及び第２の可撓性延長部材１０８が上向き及び下向きの曲げ動作で変形されるように構成される。第１の可撓性延長部材１０４及び第２の可撓性延長部材１０８の上向き及び下向きの曲げ動作は、第１及び第２プレート５２、５４の撓み方向７２に対して平行の方向７２であり、第１及び第２プレート５２、５４の最大撓み時のシンセティックジェットアクチュエータ１００の固有周波数を低下させる役割を果たし、これにより、シンセティックジェットアクチュエータ１００を低周波で動作させて、関連するノイズ出力及び電力消費を低減することができる。
【００３４】
図４から９のシンセティックジェットアクチュエータは、その内部に複数のオリフィスを有するとして図示し説明したが、本発明の実施形態は、単一オリフィスのシンセティックジェットアクチュエータと共に使用できることは想起される。付加的に、図４から９のシンセティックジェットアクチュエータは、第１及び第２プレートの各々の上にアクチュエータ要素を含めて図示し説明したが、本発明の実施形態は、プレートのうちの１つに配置された単一のアクチュエータ要素だけを含めることができることも想起される。
【００３５】
有利には、図４から９に示したシンセティックジェットアクチュエータの実施形態は、シンセティックジェットアクチュエータの構造的固有動作周波数を低下させるように機能するスペーサ要素／部材を組み込んでいる。上述の実施形態によれば、シンセティックジェットアクチュエータの構造的固有動作周波数は、通常は６００Ｈｚ又はそれを上回る構造的固有動作周波数で動作可能な従来技術のシンセティックジェットアクチュエータと比較して、４００Ｈｚ又はそれ未満である。付加的に、上述のシンセティックジェットアクチュエータの動作中に発生する音響ノイズレベルもまた、組み込まれたスペーサ要素の構造／設計に基づいて低下する。シンセティックジェットアクチュエータの動作に関連する音響ノイズレベルは、通常は３２ｄＢＡ又はそれを上回るノイズレベルで動作可能な従来技術のシンセティックジェットアクチュエータと比較して、２７ｄＢＡレベル又はそれ未満である。
【００３６】
限られた数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は開示されたこのような実施形態に限定されるものではない点は容易に理解されるであろう。むしろ本発明は、上記で説明されていない多くの変形形態、代替形態、置換形態、又は均等形態を組み込むように修正可能であり、これらは本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【００３７】
従って、本発明の１つの実施形態によれば、シンセティックジェットアクチュエータは、第１プレートと、第１プレートから離間され且つこれに対して平行に配列された第２プレートと、該第１プレートを第２プレートから離間し且つ第１及び第２プレートと共にチャンバを定めるように構成されたスペーサ要素とを含む。スペーサ要素は、チャンバがチャンバ外部の環境と流体連通するようにその内部に形成された少なくとも１つのオリフィスを含み、スペーサ要素は、第１及び第２プレートのうちの少なくとも１つの撓みに応じて曲げ動作で変形するように構成される。
【００３８】
本発明の別の実施形態によれば、シンセティックジェットアクチュエータを製造する方法は、第１プレート及び第２プレートを含むシンセティックジェットプレートのセットを設ける段階と、シンセティックジェットプレートのセットにスペーシング部材を取り付けて、チャンバを定めるように第１プレート及び第２プレートを離間した関係で維持する段階とを含む。スペーシング部材は、第１及び第２プレートの撓みに応じて屈曲可能に変形するよう構成され、チャンバが外部環境と流体連通するようにその内部に形成された少なくとも１つのオリフィスを含む。本方法はまた、アクチュエータ要素を第１及び第２プレートのうちの少なくとも１つに結合して、プレートの撓みを選択的に生じさせ、これによりチャンバ内の容積を変化させて一連の流体渦流を発生させ、スペーサ要素の少なくとも１つのオリフィスから外部環境に噴出させるようにする段階を含む。
【００３９】
本発明の更に別の実施形態によれば、シンセティックジェットアクチュエータは、第１プレートと、第１プレートから離間され且つこれに対して平行に配列された第２プレートとを含む。シンセティックジェットアクチュエータはまた、第１プレート及び第２プレートを離間した関係で維持し、チャンバを定めるように構成されたスペーサ要素を含み、スペーサ要素は、チャンバが外部環境と流体連通するようにその内部に少なくとも１つのオリフィスを有する。シンセティックジェットアクチュエータは更に、第１及び第２プレートのうちの少なくとも１つに結合されたアクチュエータ要素を含み、プレートの撓みを選択的に生じさせ、これによりチャンバ内の容積を変化させて一連の流体渦流を発生させ、スペーサ要素の少なくとも１つのオリフィスから外部環境に噴出させるようにする。シンセティックジェットアクチュエータのスペーサ要素は、第１及び第２プレートの撓みに応じて曲げ動作において撓むように構成された柔軟部材を含む。
【符号の説明】
【００４０】
５０  シンセティックジェットアクチュエータ
５２  シンセティックジェットプレート
５４  シンセティックジェットプレート
５６  アクチュエータ要素
５８  アクチュエータ要素
６０  シンセティックジェットストリーム
６２  スペーサ要素
６４  チャンバ
６６  オリフィス
６８  外部環境
７０  曲げ方向
７２  曲げ方向
７４  コンプライアントエラストマー層
７６  シンセティックジェットアクチュエータ
７８  スペーサ要素
８０  スリット
８２  シンセティックジェットアクチュエータ
８４  スペーサ要素
８６  外側縁部
８８  シンセティックジェットアクチュエータ
９０  スペーサ要素
９２  外側表面
９４  外周
９６  シンセティックジェットアクチュエータ
９８  スペーサ要素
１００  シンセティックジェットアクチュエータ
１０２  スペーサ要素
１０４  第１の可撓性延長部材
１０６  内側表面
１０８  第２の可撓性延長部材
１１０  内側表面
１１２  剛性の壁部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図９】
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【外国語明細書】
2011127758000001.pdf