(57)【要約】  圧電ブロア（１００）は、筐体（１７）、振動板（４１）、及び圧電素子（４２）を備えている。振動板（４１）は、筐体（１７）とともに円柱形状のブロア室（３１）を構成する。振動板（４１）および筐体（１７）は、ブロア室（３１）が半径ａとなるよう形成されている。圧電素子（４２）は、振動板（４１）を共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。筐体（１７）の振動板（４１）側には、ブロア室（３１）の一部であり、通気孔（２４）と連通するキャビティ（２５）を構成する凹部（２６）が形成されている。ブロア室（３１）の半径ａと振動板（４１）の共振周波数ｆとは、ブロア室（３１）を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０、又はＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値を（ｋ０）としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。
2015133283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と第２主面とを有する振動板と、前記振動板の前記第１主面および前記第２主面の少なくとも一方の主面に設けられ、前記振動板を同心円状に屈曲振動させる駆動体と、を有するアクチュエータと、
前記振動板と接合して、前記アクチュエータとともにブロア室を構成する筺体と、を備え、
前記振動板と前記筺体の少なくとも一方は、前記ブロア室の中央を前記ブロア室の外部と連通させる通気孔と、前記ブロア室の一部であり、前記通気孔と連通する連通空間を構成する凹部と、を有し、
前記ブロア室の中心軸から前記ブロア室の外周までの最短距離ａと前記振動板の共振周波数ｆとは、前記ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０、又はＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、ブロア。
【請求項２】
前記振動板と前記筐体で挟まれた空間が開口率５０％以上の開口部と接しているとき、
前記開口部は、前記振動板と前記筺体の少なくとも一方に設けられ、
前記振動板の中心軸から、前記第１主面を正面視して前記振動板における前記開口部より内側にある領域の端までの最短距離ａと前記振動板の共振周波数ｆとは、前記ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項１に記載のブロア。
【請求項３】
前記振動板と前記筐体で挟まれた空間が開口率５０％以上の開口部と接していないとき、
前記振動板の中心軸から、前記振動板における前記筐体との接合部分より内側にある領域の端までの最短距離ａと前記振動板の共振周波数ｆとは、前記ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項１に記載のブロア。
【請求項４】
前記通気孔は、前記筺体に設けられている、請求項１から３のいずれかに記載のブロア。
【請求項５】
前記通気孔には、前記ブロア室の外部から内部へ前記気体が流れることを防ぐ弁が設けられている、請求項１から４のいずれかに記載のブロア。
【請求項６】
前記振動板の中心軸から前記ブロア室の外周までに対応する前記振動板の各点は、振動によって変位し、
前記振動板の中心軸から前記ブロア室の外周にかけて、前記ブロア室の各点の圧力は、前記振動板の振動によって変化し、
前記振動板の中心軸から前記ブロア室の外周までの範囲において、前記振動板の振動変位のゼロ交差点の個数は、前記ブロア室の圧力変化のゼロ交差点の個数と一致する、請求項１から５のいずれかに記載のブロア。
【請求項７】
前記駆動体は、圧電体である、請求項１から６のいずれか１項に記載のブロア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の輸送を行うブロアに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気体の輸送を行うブロアが各種知られている。例えば特許文献１には、圧電駆動のポンプが開示されている。【０００３】
このポンプは、圧電ディスクと、圧電ディスクが接合された円盤と、円盤とともに空洞を構成する本体と、を備えている。この本体には、気体が流入する流入口と、気体が流出する流出口とが形成されている。流入口は、空洞の中心軸と空洞の外周との間に設けられている。流出口は、空洞の中心軸に設けられている。この流出口には、空洞の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ弁が設けられている。【０００４】
このポンプは、動作時、圧電ディスクによって円盤を屈曲振動させる。これにより、流入口から空洞内へ気体が流入し、空洞内の気体が流出口から吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４７９５４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のポンプでは、動作時、流速の大きい気体が、流出口から流出したり、流出口から空洞内へ流入したりする。特に、特許文献１のポンプでは弁が設けられているため、弁の開閉によって非線形な圧力変動が空洞内に生じる。【０００７】
そのため、空洞の流出口近くで渦が発生する。そして、この渦によって空洞の圧力振動が乱され、空洞の圧力振幅が小さくなる。【０００８】
したがって、特許文献１のポンプでは、空洞（ブロア室）の流出口近くで発生する渦によって吐出圧力が低下し、高い吐出圧力を実現できないという問題がある。【０００９】
本発明は、ブロア室の流出口近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できるブロアを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のブロアは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。【００１１】
本発明のブロアは、アクチュエータと、筐体と、を備えている。アクチュエータは、振動板と、駆動体と、を有する。振動板は、第１主面と第２主面とを有する。駆動体は、振動板の第１主面および第２主面の少なくとも一方の主面に設けられている。また、駆動体は、振動板を同心円状に屈曲振動させる。【００１２】
筐体は、振動板と接合して、アクチュエータとともにブロア室を構成する。また、振動板と筺体の少なくとも一方は、ブロア室の中央をブロア室の外部と連通させる通気孔と、ブロア室の一部であり、通気孔と連通する連通空間を構成する凹部と、を有する。連通空間は、ブロア室の一部である。【００１３】
このブロア室は、振動板と筐体で挟まれた空間が開口率５０％以上の開口部と接している場合、振動板の第１主面を正面視してその開口部より内側の空間を指し、振動板と筐体で挟まれた空間が開口率５０％以上の開口部と接していない場合、振動板と筺体で挟まれた空間を指す。【００１４】
なお、開口率は、振動板と筐体で挟まれた空間が、振動板と筐体の接合体の外部と連通している比率で定義される。振動板と筐体で挟まれた空間と外部を連通させる開口部は、振動板または筺体、またはその両方に設けられる。【００１５】
ブロア室の中心軸からブロア室の外周までの最短距離ａと振動板の共振周波数ｆとは、ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０、又はＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。【００１６】
この構成において、振動板および筐体は、最短距離ａとなるよう形成されている。駆動体は、振動板を共振周波数ｆで振動させる。振動板の共振周波数ｆは、振動板の厚み、振動板の材料などによって定まる。【００１７】
なお、ｋ０は、振動板と筐体で挟まれた空間が開口率５０％以上の開口部と接している場合、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値とし、振動板と筐体で挟まれた空間が開口率５０％以上の開口部と接していない場合、第１種ベッセル関数を微分したＪ０´（ｋ０）＝０を満たす値とする。【００１８】
また、ａは、振動板と筐体で挟まれた空間が開口率５０％以上の開口部と接している場合、振動板の中心軸から、第１主面を正面視して振動板における開口部より内側にある領域の端までの最短距離とし、振動板と筐体で挟まれた空間が開口率５０％以上の開口部と接していない場合、振動板の中心軸から、振動板における筐体との接合部分より内側にある領域の端までの最短距離とする。【００１９】
ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動板の振動の節の内、最も外側の節が、ブロア室の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動板の振動の節の内、最も外側の節が、ブロア室の圧力振動の節とほぼ一致する。【００２０】
そのため、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、この構成のブロアは、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。【００２１】
この構成のブロアは、ブロア室の通気孔近くに連通空間を有するため、ブロア室の通気孔近くで発生する渦が連通空間で弱まる。これにより、ブロア室の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できる。【００２２】
したがって、この構成のブロアによれば、ブロア室の通気孔近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。【００２３】
なお、最短距離ａと共振周波数ｆとが０．９×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．１×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たすことが、さらに好ましい。【００２４】
また、筐体の通気孔には、ブロア室の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ弁が設けられていることが好ましい。【００２５】
筐体の通気孔に弁が設けられている場合、弁の開閉によって非線形な圧力変動がブロア室内に生じる。そのため、ブロア室の通気孔近くで渦が発生し易くなる。したがって、前記連通空間は、弁が設けられているこの構成のブロアにおいて、特に有効である。【００２６】
また、振動板の中心軸からブロア室の外周までの範囲において、振動板の振動変位のゼロ交差点の個数は、ブロア室の圧力変化のゼロ交差点の個数と一致することが好ましい。ここで、ブロア室の中心軸からブロア室の外周までに対応する振動板の各点は、振動によって変位する。また、振動板の中心軸からブロア室の外周にかけて、ブロア室の各点の圧力は、振動板の振動によって変化する。【００２７】
この構成では、振動板の振動時において、振動板の各点の変位分布が、ブロア室の各点の圧力変化分布に近い分布となる。すなわち、振動板の振動時において、振動板の各点は、ブロア室の各点の圧力変化に合わせて、変位する。【００２８】
よって、この構成のブロアは、振動板の振動エネルギーを殆ど損なうことなく、ブロア室の気体に伝えることができる。したがって、この構成のブロアは、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。【００２９】
なお、ブロア室の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、振動板の中心軸からの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。【００３０】
また、駆動体は、圧電体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
この発明によれば、ブロア室の流出口近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００の外観斜視図である。
【図２】図１に示す圧電ブロア１００の外観斜視図である。
【図３】図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。
【図４】図１に示す圧電ブロア１００を１次モードの共振周波数（基本波）で動作させた時における圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。
【図５】図１に示す圧電ブロア１００における、ブロア室３１の各点の圧力変化と振動板４１の各点の変位との関係を示す図である。
【図６】図１に示す圧電ブロア１００における、半径ａ×共振周波数ｆと、圧力振幅との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０の断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例に係る圧電ブロア１６０の断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００の断面図である。
【図１０】図９に示す圧電ブロア２００における、ブロア室２３１の各点の圧力変化と振動板２４１の各点の変位との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の比較例に係る圧電ブロア２５０の断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の変形例に係る圧電ブロア２６０の断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００の断面図である。
【図１４】図１３に示す圧電ブロア３００における、ブロア室３３１の各点の圧力変化と振動板３４１の各点の変位との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態の比較例に係る圧電ブロア３５０の断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の変形例に係る圧電ブロア３６０の断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態に係る圧電ブロア４００の断面図である。
【図１８】図１７に示す圧電ブロア４００における、ブロア室４３１の各点の圧力変化と振動板４４１の各点の変位との関係を示す図である。
【図１９】本発明の第４実施形態の比較例に係る圧電ブロア４５０の断面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態の変形例に係る圧電ブロア４６０の断面図である。
【図２１】図１に示す筐体１７の第１変形例に係る筐体５１７の平面図である。
【図２２】図１に示す筐体１７の第２変形例に係る筐体６１７の平面図である。
【図２３】図１に示す筐体１７の第３変形例に係る筐体７１７の平面図である。
【図２４】図１に示す筐体１７の第４変形例に係る筐体８１７の平面図である。
【図２５】図３に示す天板部１８の第１変形例に係る天板部５１８の断面図である。
【図２６】図３に示す天板部１８の第２変形例に係る天板部６１８の断面図である。
【図２７】図３に示す天板部１８の第３変形例に係る天板部７１８の断面図である。
【図２８】図３に示す天板部１８の第４変形例に係る天板部８１８の断面図である。
【図２９】図３に示す天板部１８の第５変形例に係る天板部９１８の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
《本発明の第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００について説明する。
【００３４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００の外観斜視図である。図２は、図１に示す圧電ブロア１００の外観斜視図である。図３は、図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。
【００３５】
圧電ブロア１００は、上から順に、筐体１７、振動板４１、及び圧電素子４２を備え、それらが順に積層された構造を有している。
【００３６】
なお、圧電素子４２が本発明の「駆動体」に相当する。
【００３７】
振動板４１は、円板状であり、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）から構成されている。本実施形態において、振動板４１の厚みは例えば、０．６ｍｍである。通気孔２４の直径は例えば、０．６ｍｍである。振動板４１は、第１主面４０Ａと第２主面４０Ｂとを有する。
【００３８】
振動板４１の第２主面４０Ｂは、筐体１７の先端に接合している。これにより、振動板４１は、筐体１７とともに振動板４１の厚み方向から挟んで円柱形状のブロア室３１を構成する。また、振動板４１および筐体１７は、ブロア室３１が半径ａとなるよう形成されている。例えば本実施形態においてブロア室３１の半径ａは、６．１ｍｍである。
【００３９】
さらに、振動板４１は、ブロア室３１の外周をブロア室３１の外部と連通させる開口部６２を有する。開口部６２の形状は、図２に示すように、弧６２Ａを有する扇形である。開口部６２は、ブロア室３１を囲むよう、振動板４１のほぼ全周にわたって形成されている。そのため、本実施形態における開口部６２の開口率は、約９０％である。これにより、振動板４１は、外周部３４と、複数の梁部３５と、振動部３６と、を備えている。外周部３４は円環状である。振動部３６は円板状である。振動部３６は、外周部３４の開口内に、外周部３４との間に隙間を空けた状態で配置されている。複数の梁部３５は、外周部３４と振動部３６との間の隙間に設けられ、振動部３６と外周部３４との間を連結している。
【００４０】
したがって、振動部３６は、梁部３５を介して中空に支持されており、厚み方向に上下動自在となっている。
【００４１】
ここで、開口率とは、振動板と筐体で挟まれた空間が、振動板と筐体の接合体の外部と連通している比率で定義される。本実施形態において開口率とは、振動板４１の第２主面４０Ｂを正面視したときにおける、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側にある振動板４１の領域の外周一周の長さに対する、全ての開口部６２の振動板４１側の弧の長さの合計の割合である。
【００４２】
よって、振動板４１と筐体１７で挟まれた空間Ｓが開口率５０％以上の開口部６２と接しているため、ブロア室３１は、振動板４１の第１主面４０Ａを正面視して、開口部６２より内側の空間（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側の空間）を指す。
【００４３】
また、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側にある振動部３６の通気孔２４側の主面は、ブロア室３１の底面を構成する。振動板４１は例えば、金属板に対して打ち抜き加工を施すことにより形成される。
【００４４】
圧電素子４２は、円板形状であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成されている。圧電素子４２の両主面には、電極が形成されている。圧電素子４２は、振動板４１のブロア室３１とは逆側の第１主面４０Ａに接合されており、印加された交流電圧に応じて伸縮する。圧電素子４２及び振動板４１の接合体は、圧電アクチュエータ９０を構成する。
【００４５】
筐体１７は、下方が開口した断面コ字状に形成されている。筐体１７の先端は、振動板４１に接合している。筐体１７は、例えば金属から構成されている。
【００４６】
筐体１７は、振動板４１の第２主面４０Ｂに対向する円板状の天板部１８と、天板部１８に接続する円環状の側壁部１９と、を有する。天板部１８の一部は、ブロア室３１の天面を構成する。
【００４７】
天板部１８は、ブロア室３１の中央部をブロア室３１の外部と連通させる円柱形状の通気孔２４を有する。ブロア室３１の中央部とは、振動板４１の第１主面４０Ａを正面視して圧電素子４２と重なる部分である。
【００４８】
天板部１８は、厚天部２９と、厚天部２９の内周側に位置する薄天部２８と、を有する。天板部１８は、ブロア室３１の中央部をブロア室３１の外部と連通させる通気孔２４を薄天部２８に有する。厚天部２９の厚みは例えば、０．５５ｍｍであり、薄天部２８の厚みは例えば、０．０５ｍｍである。通気孔２４の直径は例えば、０．６ｍｍである。
【００４９】
ブロア室３１の中央部とは、振動板４１の第１主面４０Ａを正面視して圧電素子４２と重なる部分である。
【００５０】
また、天板部１８の振動板４１側には、ブロア室３１の一部であり、通気孔２４と連通するキャビティ２５を構成する凹部２６が形成されている。キャビティ２５は、円柱形状の連通空間である。キャビティ２５の直径は例えば、３．０ｍｍであり、キャビティ２５の厚みは例えば、０．５ｍｍである。
【００５１】
以下、圧電ブロア１００の動作時における空気の流れについて説明する。
【００５２】
図４（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を１次モードの共振周波数（基本波）で動作させた時における圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。図４（Ａ）は、ブロア室３１の容積が最も増大したときの図であり、図４（Ｂ）は、ブロア室３１の容積が最も減少したときの図である。ここで、図中の矢印は、空気の流れを示している。
【００５３】
また、図５は、図１に示す圧電ブロア１００が図４（Ｂ）に示す状態にある瞬間の、振動板４１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけるブロア室３１の各点の圧力変化と、振動板４１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する振動板４１の各点の変位と、の関係を示す図である。図５は、シミュレーションによって求めた図である。
【００５４】
ここで、図５において、ブロア室３１の各点の圧力変化と振動板４１の各点の変位とは、ブロア室３１の中心軸Ｃ上にある振動板４１の中心の変位で規格化された値で示されている。なお、図５に示す、ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）については、後に説明する。
【００５５】
また、図６は、図１に示す圧電ブロア１００における、半径ａ×共振周波数ｆと、圧力振幅との関係を示す図である。図６は、シミュレーションによって、半径ａ×共振周波数ｆを変化させて圧力振幅を求めた図である。図６の点線は、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす範囲の下限と上限、及び最大値を示している。下限値は１０４ｍ／ｓであり、上限値は１５６ｍ／ｓであり、最大値は１３０ｍ／ｓである。
【００５６】
同様に、図６の一点鎖線は、０．９×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．１×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす範囲の下限と上限を示している。下限値は１１７ｍ／ｓであり、上限値は１４３ｍ／ｓである。
【００５７】
なお、図６に示す圧力振幅は、圧電素子４２中心部の振動速度で規格化している。圧電素子４２の破損限界が上限となるため、図６に示す測定では振動速度=１ｍ/ｓの時の圧力振幅をグラフ化している。
【００５８】
図３に示す状態において、１次モードの共振周波数（基本波）の交流駆動電圧が圧電素子４２の両主面の電極に印加されると、圧電素子４２は、伸縮し、振動板４１を１次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。
【００５９】
これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、振動板４１が屈曲変形してブロア室３１の体積が周期的に変化する。
【００６０】
なお、ブロア室３１の半径ａと振動板４１の共振周波数ｆとは、ブロア室３１を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。
【００６１】
本実施形態において、ブロア室３１の半径ａは、振動板４１と筐体１７で挟まれた空間Ｓが開口率５０％以上の開口部６２と接しているため、振動板４１の中心軸Ｃから、第１主面４０Ａを正面視して、開口部６２より内側にある振動板４１の領域（より正確には、全ての開口部６２を結んで構成される円環より内側にある振動板４１の領域）の端Ｆまでの最短距離である。振動板４１の共振周波数ｆは、２１．７ｋＨｚである。振動板４１の共振周波数ｆは、振動板４１の厚み、振動板４１の材料などによって定まる。空気の音速ｃは、３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、２．４０である。第１種ベッセル関数Ｊ０（ｘ）は、以下の数式で示される。
【００６２】
【数１】
2015133283.tif 000003
【００６３】
また、ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、振動板４１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。
【００６４】
図４（Ａ）に示すように、振動板４１が圧電素子４２側へ屈曲すると、ブロア室３１の容積が増大する。これに伴い、圧電ブロア１００の外部の空気が通気孔２４及び開口部６２を介してブロア室３１内に吸引される。
【００６５】
図４（Ｂ）に示すように、振動板４１がブロア室３１側へ屈曲すると、ブロア室３１の容積が減少する。これに伴い、ブロア室３１内の空気が通気孔２４及び開口部６２から吐出される。
【００６６】
また、図４（Ａ）（Ｂ）及び図５の点線に示すように、振動板４１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までを構成する振動板４１の各点は、振動によって変位する。そして、図５の実線に示すように、振動板４１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周にかけて、ブロア室３１の各点の圧力は、振動板４１の振動によって変化する。
【００６７】
図５の点線と実線に示すように、振動板４１の中心軸Ｃからブロア室３１の外周までの範囲において、振動板４１の振動変位のゼロ交差点の個数は０個であり、ブロア室３１の圧力変化のゼロ交差点の個数も０個である。そのため、振動板４１の振動変位のゼロ交差点の個数は、ブロア室３１の圧力変化のゼロ交差点の個数と一致している。
【００６８】
よって、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動時において、振動板４１の各点の変位分布が、ブロア室３１の各点の圧力変化分布に近い分布となっている。
【００６９】
ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動板４１の振動の節Ｆが、ブロア室３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動板４１の振動の節Ｆが、ブロア室３１の圧力振動の節とほぼ一致する。
【００７０】
圧電ブロア１００は、例えば鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用される。長期駆動に伴う圧電素子破損を防ぐためには、圧電素子の振動速度は２ｍ／ｓ以下とする必要がある。鼻水や痰の吸引には２０ｋＰａ以上の圧力が必要なため、圧電ブロア１００には、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅が必要である。図６に示すように、圧力振幅は、ａｆが１３０ｍ／ｓであるときに最大となる。１３０ｍ／ｓから±１０％ずれた１１７ｍ／ｓ及び１４３ｍ／ｓては、圧力振幅は、２０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上得られる。１３０ｍ／ｓから±２０％ずれた１０４ｍ／ｓ及び１５６ｍ／ｓでも、圧力振幅は、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上得られる。
【００７１】
そのため、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、圧電ブロア１００は、鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用することが可能な、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
【００７２】
さらに、０．９×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．１×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、圧電ブロア１００は、極めて高い吐出圧力及び極めて高い吐出流量を実現できる。
【００７３】
また、圧電ブロア１００は、ブロア室３１の通気孔２４近くにキャビティ２５を有する。そのため、圧電ブロア１００では、ブロア室３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ２５で弱まる。これにより、ブロア室３１の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できる。
【００７４】
したがって、圧電ブロア１００は、ブロア室３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【００７５】
また、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動時において、振動板４１の各点の変位分布は、ブロア室３１の各点の圧力変化分布に近い。すなわち、振動板４１の振動時において、振動板４１の各点は、ブロア室３１の各点の圧力変化に合わせて、変位している。
【００７６】
そのため、圧電ブロア１００は、振動板４１の振動エネルギーを殆ど損なうことなく、ブロア室３１の空気に伝えることができる。したがって、圧電ブロア１００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
【００７７】
また、圧電ブロア１００では、ブロア室３１の外周がブロア室３１の圧力振動の節となるため、ブロア室３１の外周の圧力は常に大気圧となる。そのため、ブロア室３１の外周が大きな開口部６２によってブロア室３１の外部と連通していても、圧電ブロア１００は、吐出圧力や吐出流量が低下することを防止できる。
【００７８】
また、圧電ブロア１００は、大きな開口部６２によって、粉塵等が開口部６２に詰まることを防止できる。すなわち、圧電ブロア１００は、吐出圧力や吐出流量が粉塵等によって低下することを防止できる。
【００７９】
以下、本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００と本発明の第１実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０とを比較する。
【００８０】
図７は、本発明の第１実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０の断面図である。圧電ブロア１５０が圧電ブロア１００と相違する点は、筐体１６７の天板部１６８における振動板４１とは逆側に、通気孔２４と連通するキャビティ２５が形成されている点である。このキャビティ２５は、ブロア室１８１の一部でない。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
【００８１】
次に、圧電ブロア１５０と圧電ブロア１００とに対して共振周波数ｆ（２１．７ｋＨｚ）の５０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、圧電ブロア１５０の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、圧電ブロア１００の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、を測定した結果を以下に示す。
【００８２】
実験により、圧電ブロア１５０では空気の風力が７４４．８（ｍＮ）であるのに対し、圧電ブロア１００では空気の風力が１２４４．６（ｍＮ）であることが明らかとなった。
【００８３】
以上の結果になった理由は、圧電ブロア１００では、ブロア室３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ２５で弱まり、ブロア室３１の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できたためであると考えられる。
【００８４】
したがって、本実施形態の圧電ブロア１００によれば、ブロア室３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【００８５】
なお、前記第１実施形態において、天板部１８には、ブロア室３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れることを防ぐ弁８０が設けられていても構わない（図８参照）。
【００８６】
図８に示すように筐体１７の通気孔２４に弁８０が設けられている場合、弁８０の開閉によって非線形な圧力変動がブロア室３１内に生じる。そのため、ブロア室３１の通気孔２４近くで渦が発生し易くなる。したがって、前記キャビティ２５は、弁８０が設けられている圧電ブロア１６０において、特に有効である。
【００８７】
《本発明の第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００について説明する。
【００８８】
図９は、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００の断面図である。圧電ブロア２００が圧電ブロア１００と相違する点は、振動板２４１及び筐体２１７の寸法と、補強板７０を備える点と、である。
【００８９】
圧電ブロア２００は、上から順に、筐体２１７、振動板２４１、補強板７０、及び圧電素子４２を備え、それらが順に積層された構造を有している。
【００９０】
振動板２４１は、円板状であり、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）から構成されている。本実施形態において、振動板２４１の厚みは例えば、０．１ｍｍである。振動板２４１は、第１主面２４０Ａと第２主面２４０Ｂとを有する。
【００９１】
振動板２４１の第２主面２４０Ｂは、筐体２１７の先端に接合している。これにより、振動板２４１は、筐体２１７とともに振動板２４１の厚み方向から挟んで円柱形状のブロア室２３１を構成する。また、振動板２４１および筐体２１７は、ブロア室２３１が半径ａとなるよう形成されている。例えば本実施形態においてブロア室２３１の半径ａは、６．１ｍｍである。
【００９２】
さらに、振動板２４１は、ブロア室２３１の外周をブロア室２３１の外部と連通させる開口部２６２を有する。開口部２６２は、ブロア室２３１を囲むよう、振動板２４１のほぼ全周にわたって形成されている。そのため、振動板２４１の第２主面２４０Ｂにおける開口部２６２より内側の領域は、ブロア室２３１の底面を構成する。振動板２４１は例えば、金属板に対して打ち抜き加工を施すことにより形成される。
【００９３】
補強板７０は、円板形状であり、例えばステンレススチールで構成されている。補強板７０は、振動板２４１の第１主面２４０Ａに接合されている。補強板７０の直径は例えば、１１ｍｍであり、補強板７０の厚みは例えば、０．５ｍｍである。
【００９４】
圧電素子４２は、補強板７０のブロア室２３１とは逆側の主面２４０Ｃに接合されている。圧電素子４２、補強板７０及び振動板２４１の接合体は、圧電アクチュエータ２９０を構成する。
【００９５】
なお、本実施形態では、振動板２４１及び補強板７０が、本発明の「振動板」を構成する。そして、第１主面２４０Ａが、本発明の「第１主面」に相当し、主面２４０Ｃが、本発明の「第２主面」に相当する。
【００９６】
筐体２１７は、下方が開口した断面コ字状に形成されている。筐体２１７の先端は、振動板２４１に接合している。筐体２１７は、例えば金属から構成されている。
【００９７】
筐体２１７は、振動板２４１の第２主面２４０Ｂに対向する円板状の天板部２１８と、天板部２１８に接続する円環状の側壁部１９と、を有する。天板部２１８の一部は、ブロア室２３１の天面を構成する。
【００９８】
天板部２１８は、ブロア室２３１の中央部をブロア室２３１の外部と連通させる円柱状の通気孔２４を有する。ブロア室２３１の中央部とは、振動板２４１の第１主面２４０Ａを正面視して圧電素子４２と重なる部分である。
【００９９】
天板部２１８は、厚天部２２９と、厚天部２２９の内周側に位置する薄天部２８と、を有する。天板部２１８は、ブロア室２３１の中央部をブロア室２３１の外部と連通させる通気孔２４を薄天部２８に有する。厚天部２２９の厚みは例えば、０．２ｍｍである。薄天部２８の厚みは例えば、０．０５ｍｍである。
【０１００】
ブロア室２３１の中央部とは、振動板２４１の第１主面２４０Ａを正面視して圧電素子４２と重なる部分である。
【０１０１】
また、天板部２１８の振動板２４１側には、ブロア室２３１の一部であり、通気孔２４と連通するキャビティ２２５を構成する凹部２２６が形成されている。キャビティ２２５は、円柱形状である。キャビティ２２５の直径は例えば、２．０ｍｍであり、キャビティ２２５の厚みは例えば、０．１５ｍｍである。
【０１０２】
以下、圧電ブロア２００の動作時における空気の流れについて説明する。
【０１０３】
図１０は、図９に示す圧電ブロア２００の駆動中における所定の瞬間の、振動板２４１の中心軸Ｃからブロア室２３１の外周にかけるブロア室２３１の各点の圧力変化と、振動板２４１の中心軸Ｃからブロア室２３１の外周までを構成する振動板２４１の各点の変位と、の関係を示す図である。図１０は、シミュレーションによって求めた図である。
【０１０４】
ここで、図１０において、ブロア室２３１の各点の圧力変化と振動板２４１の各点の変位とは、振動板２４１の中心軸Ｃ上にある振動板２４１の中心の変位で規格化された値で示されている。図１０に示す、ブロア室２３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、振動板２４１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。
【０１０５】
図９に示す状態において、３次モードの共振周波数の交流駆動電圧が圧電素子４２の両主面の電極に印加されると、圧電素子４２は、伸縮し、振動板２４１及び補強板７０を３次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。
【０１０６】
これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア１００と同様に、振動板２４１が屈曲変形してブロア室２３１の体積が周期的に変化する。
【０１０７】
なお、ブロア室２３１の半径ａと振動板２４１の共振周波数ｆとは、ブロア室２３１を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。
【０１０８】
本実施形態において、ブロア室２３１の半径ａは、振動板２４１と筐体２１７で挟まれた空間Ｓが開口率５０％以上の開口部２６２と接しているため、振動板２４１の中心軸Ｃから、第１主面２４０Ａを正面視して、開口部２６２より内側にある振動板２４１の領域（より正確には、全ての開口部２６２を結んで構成される円環より内側にある振動板２４１の領域）の端Ｆまでの最短距離である。共振周波数ｆは、４７．０ｋＨｚである。空気の音速ｃは、３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、５．５２である。
【０１０９】
図１０の点線に示すように、振動板２４１の中心軸Ｃからブロア室２３１の外周までを構成する振動板２４１の各点は、振動によって変位する。そして、図１０の実線に示すように、振動板２４１の中心軸Ｃからブロア室２３１の外周にかけて、ブロア室２３１の各点の圧力は、振動板２４１の振動によって変化する。
【０１１０】
図１０の点線と実線に示すように、振動板２４１の中心軸Ｃからブロア室２３１の外周までの範囲において、振動板２４１の振動変位のゼロ交差点の個数は１個であり、ブロア室２３１の圧力変化のゼロ交差点の個数も１個である。そのため、振動板２４１の振動変位のゼロ交差点の個数は、ブロア室２３１の圧力変化のゼロ交差点の個数と一致している。
【０１１１】
よって、圧電ブロア２００では、振動板２４１の振動時において、振動板２４１の各点の変位分布が、ブロア室２３１の各点の圧力変化分布に近い分布となっている。
【０１１２】
ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動板２４１の振動の節Ｆが、ブロア室２３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動板２４１の振動の節Ｆが、ブロア室２３１の圧力振動の節とほぼ一致する。
【０１１３】
圧電ブロア２００は、例えば鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用される。長期駆動に伴う圧電素子破損を防ぐためには、圧電素子の振動速度は２ｍ／ｓ以下とする必要がある。鼻水や痰の吸引には２０ｋＰａ以上の圧力が必要なため、圧電ブロア２００には、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅が必要である。
【０１１４】
圧電ブロア２００は、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅を得ることができる。
【０１１５】
そのため、圧電ブロア２００は、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用することが可能な、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
【０１１６】
さらに、圧電ブロア２００は、０．９×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．１×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、極めて高い吐出圧力及び極めて高い吐出流量を実現できる。
【０１１７】
また、圧電ブロア２００は、ブロア室２３１の通気孔２４近くにキャビティ２２５を有する。そのため、圧電ブロア２００では、ブロア室２３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ２２５で弱まる。これにより、ブロア室２３１の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できる。
【０１１８】
したがって、圧電ブロア２００は、ブロア室２３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【０１１９】
また、圧電ブロア２００では、振動板２４１の振動時において、振動板２４１の各点の変位分布は、ブロア室２３１の各点の圧力変化分布に近い。すなわち、振動板２４１の振動時において、振動板２４１の各点は、ブロア室２３１の各点の圧力変化に合わせて、変位している。
【０１２０】
そのため、圧電ブロア２００は、振動板２４１の振動エネルギーを殆ど損なうことなく、ブロア室２３１の空気に伝えることができる。したがって、圧電ブロア２００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
【０１２１】
また、圧電ブロア２００では、ブロア室２３１の外周がブロア室２３１の圧力振動の節となるため、ブロア室２３１の外周の圧力は常に大気圧となる。そのため、ブロア室２３１の外周が大きな開口部２６２によってブロア室２３１の外部と連通していても、圧電ブロア２００は、吐出圧力や吐出流量が低下することを防止できる。
【０１２２】
また、圧電ブロア２００は、大きな開口部２６２によって、粉塵等が開口部２６２に詰まることを防止できる。すなわち、圧電ブロア２００は、吐出圧力や吐出流量が粉塵等によって低下することを防止できる。
【０１２３】
従って、第２実施形態の圧電ブロア２００によれば、前記第１実施形態の圧電ブロア１００と同様の効果を奏する。
【０１２４】
以下、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００と本発明の第２実施形態の比較例に係る圧電ブロア２５０とを比較する。
【０１２５】
図１１は、本発明の第２実施形態の比較例に係る圧電ブロア２５０の断面図である。圧電ブロア２５０が圧電ブロア２００と相違する点は、筐体２６７の天板部２６８における振動板４１とは逆側に、通気孔２４と連通するキャビティ２２５が形成されている点である。このキャビティ２２５は、ブロア室２８１の一部でない。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
【０１２６】
次に、圧電ブロア２５０と圧電ブロア２００とに対して共振周波数ｆ（４７．０ｋＨｚ）の３０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、圧電ブロア２５０の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、圧電ブロア２００の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、を測定した結果を以下に示す。
【０１２７】
実験により、圧電ブロア２５０では空気の風力が１１３６．８（ｍＮ）であるのに対し、圧電ブロア２００では空気の風力が１９６０（ｍＮ）であることが明らかとなった。
【０１２８】
以上の結果になった理由は、圧電ブロア２００では、ブロア室２３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ２２５で弱まり、ブロア室２３１の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できたためであると考えられる。
【０１２９】
したがって、本実施形態の圧電ブロア２００によれば、ブロア室２３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【０１３０】
なお、前記第２実施形態において、天板部２１８には、ブロア室２３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れることを防ぐ弁８０が設けられていても構わない（図１２参照）。
【０１３１】
図１２に示すように筐体２１７の通気孔２４に弁８０が設けられている場合、弁８０の開閉によって非線形な圧力変動がブロア室２３１内に生じる。そのため、ブロア室２３１の通気孔２４近くで渦が発生し易くなる。したがって、前記キャビティ２２５は、弁８０が設けられている圧電ブロア２６０において、特に有効である。
【０１３２】
《本発明の第３実施形態》
以下、本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００について説明する。
【０１３３】
図１３は、本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００の断面図である。圧電ブロア３００が圧電ブロア２００と相違する点は、振動板３４１及び筐体３１７の寸法と、開口部が振動板３４１に設けられていない点と、である。
【０１３４】
圧電ブロア３００では、ブロア室３３１の外周がブロア室３３１の外部と連通していないため、ブロア室３３１の外周の開口率は０％である。よって、振動板３４１と筐体３１７で挟まれた空間Ｓが開口率５０％以上の開口部と接していないため（言い換えれば、遮蔽されている割合が、どの円環内でも５０％を超えるため）、ブロア室３３１は、振動板３４１と筺体３１７で挟まれた空間Ｓを指す。
【０１３５】
圧電ブロア３００は、上から順に、筐体３１７、振動板３４１、補強板７０、及び圧電素子４２を備え、それらが順に積層された構造を有している。
【０１３６】
振動板３４１は、円板状であり、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）から構成されている。本実施形態において、振動板３４１の厚みは例えば、０．１ｍｍである。振動板３４１は、第１主面３４０Ａと第２主面３４０Ｂとを有する。
【０１３７】
振動板３４１の第２主面３４０Ｂは、筐体３１７の先端に接合している。これにより、振動板３４１は、筐体３１７とともに振動板３４１の厚み方向から挟んで円柱形状のブロア室３３１を構成する。また、振動板３４１および筐体３１７は、ブロア室３３１が半径ａとなるよう形成されている。本実施形態においてブロア室３３１の半径ａは例えば、９．４ｍｍである。
【０１３８】
さらに、そのため、振動板３４１の第２主面３４０Ｂにおける筐体３１７との接合部分より内側の領域は、ブロア室３３１の底面を構成する。
【０１３９】
補強板７０は、振動板３４１のブロア室３３１とは逆側の第１主面３４０Ａに接合されている。補強板７０の直径は例えば、１１ｍｍであり、補強板７０の厚みは例えば、０．５ｍｍである。
【０１４０】
圧電素子４２は、補強板７０のブロア室３３１とは逆側の主面３４０Ｃに接合されている。圧電素子４２、補強板７０及び振動板３４１の接合体は、圧電アクチュエータ３９０を構成する。
【０１４１】
なお、本実施形態では、振動板３４１及び補強板７０が、本発明の「振動板」を構成する。そして、主面３４０Ｃが、本発明の「第２主面」に相当する。
【０１４２】
筐体３１７は、下方が開口した断面コ字状に形成されている。筐体３１７の先端は、振動板３４１に接合している。筐体３１７は、例えば金属から構成されている。
【０１４３】
筐体３１７は、振動板３４１の第２主面３４０Ｂに対向する円板状の天板部３１８と、天板部３１８に接続する円環状の側壁部１９と、を有する。天板部３１８の一部は、ブロア室３３１の天面を構成する。
【０１４４】
天板部３１８は、ブロア室３３１をブロア室３３１の外部と連通させる円柱状の通気孔２４を有する。
【０１４５】
天板部３１８は、厚天部３２９と、厚天部３２９の内周側に位置する薄天部２８と、を有する。天板部３１８は、ブロア室３３１の中央部をブロア室３３１の外部と連通させる通気孔２４を薄天部２８に有する。厚天部３２９の厚みは例えば、０．３ｍｍである。薄天部２８の厚みは例えば、０．０５ｍｍである。
【０１４６】
ブロア室３３１の中央部とは、振動板３４１の第１主面３４０Ａを正面視して圧電素子４２と重なる部分である。
【０１４７】
また、天板部３１８の振動板３４１側には、ブロア室３３１の一部であり、通気孔２４と連通するキャビティ３２５を構成する凹部３２６が形成されている。キャビティ３２５は、円柱形状である。キャビティ３２５の直径は例えば、３．０ｍｍであり、キャビティ３２５の厚みは例えば、０．２５ｍｍである。
【０１４８】
以下、圧電ブロア３００の動作時における空気の流れについて説明する。
【０１４９】
図１４は、図１３に示す圧電ブロア３００の駆動中における所定の瞬間の、振動板３４１の中心軸Ｃからブロア室３３１の外周にかけるブロア室３３１の各点の圧力変化と、振動板３４１の中心軸Ｃからブロア室３３１の外周までを構成する振動板３４１の各点の変位と、の関係を示す図である。図１４は、シミュレーションによって求めた図である。
【０１５０】
ここで、図１４において、ブロア室３３１の各点の圧力変化と振動板３４１の各点の変位とは、振動板３４１の中心軸Ｃ上にある振動板３４１の中心の変位で規格化された値で示されている。図１４に示す、ブロア室３３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、振動板３４１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。
【０１５１】
図１３に示す状態において、３次モードの共振周波数（基本波）の交流駆動電圧が圧電素子４２の両主面の電極に印加されると、圧電素子４２は、伸縮し、振動板３４１及び補強板７０を３次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。
【０１５２】
これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア１００と同様に、振動板３４１が屈曲変形してブロア室３３１の体積が周期的に変化する。
【０１５３】
なお、ブロア室３３１の半径ａと振動板３４１の共振周波数ｆとは、ブロア室３３１を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数を微分したＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。
【０１５４】
本実施形態において、ブロア室３３１の半径ａは、振動板３４１と筐体３１７で挟まれた空間Ｓが開口率５０％以上の開口部と接していないため、振動板３４１の中心軸Ｃから、振動板３４１における筐体３１７との接合部分より内側にある領域の端Ｊまでの最短距離である。共振周波数ｆは、２４．０ｋＨｚである。空気の音速ｃは、３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、３．８３である。
【０１５５】
図１４の点線に示すように、振動板３４１の中心軸Ｃからブロア室３３１の外周までを構成する振動板３４１の各点は、振動によって変位する。そして、図１４の実線に示すように、ブロア室３３１の中心軸Ｃからブロア室３３１の外周にかけて、ブロア室３３１の各点の圧力は、振動板３４１の振動によって変化する。
【０１５６】
図１４の点線と実線に示すように、振動板３４１の中心軸Ｃからブロア室３３１の外周までの範囲において、振動板３４１の振動変位のゼロ交差点の個数は１個であり、ブロア室３３１の圧力変化のゼロ交差点の個数も１個である。そのため、振動板３４１の振動変位のゼロ交差点の個数は、ブロア室３３１の圧力変化のゼロ交差点の個数と一致している。
【０１５７】
よって、圧電ブロア３００では、振動板３４１の振動時において、振動板３４１の各点の変位分布が、ブロア室３３１の各点の圧力変化分布に近い分布となっている。
【０１５８】
ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動板３４１の振動の節が、ブロア室３３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動板３４１の振動の節が、ブロア室３３１の圧力振動の節とほぼ一致する。
【０１５９】
圧電ブロア３００は、例えば鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用される。長期駆動に伴う圧電素子破損を防ぐためには、圧電素子の振動速度は２ｍ／ｓ以下とする必要がある。鼻水や痰の吸引には２０ｋＰａ以上の圧力が必要なため、圧電ブロア３００には、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅が必要である。
【０１６０】
圧電ブロア３００は、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅を得ることができる。そのため、圧電ブロア３００は、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用することが可能な、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
【０１６１】
さらに、圧電ブロア３００は、０．９×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．１×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、極めて高い吐出圧力及び極めて高い吐出流量を実現できる。  また、圧電ブロア３００は、ブロア室３３１の通気孔２４近くにキャビティ３２５を有する。そのため、圧電ブロア３００では、ブロア室３３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ３２５で弱まる。これにより、ブロア室３３１の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できる。
【０１６２】
したがって、圧電ブロア３００は、ブロア室３３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【０１６３】
また、圧電ブロア３００では、振動板３４１の振動時において、振動板３４１の各点の変位分布は、ブロア室３３１の各点の圧力変化分布に近い。すなわち、振動板３４１の振動時において、振動板３４１の各点は、ブロア室３３１の各点の圧力変化に合わせて、変位している。
【０１６４】
そのため、圧電ブロア３００は、振動板３４１の振動エネルギーを殆ど損なうことなく、ブロア室３３１の空気に伝えることができる。したがって、圧電ブロア３００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
【０１６５】
以下、本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００と本発明の第３実施形態の比較例に係る圧電ブロア３５０とを比較する。
【０１６６】
図１５は、本発明の第３実施形態の比較例に係る圧電ブロア３５０の断面図である。圧電ブロア３５０が圧電ブロア３００と相違する点は、筐体３６７の天板部３６８における振動板４１とは逆側に、通気孔２４と連通するキャビティ３２５が形成されている点である。このキャビティ３２５は、ブロア室３８１の一部でない。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
【０１６７】
次に、圧電ブロア３５０と圧電ブロア３００とに対して共振周波数ｆ（２４．０ｋＨｚ）の６０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、圧電ブロア３５０の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、圧電ブロア３００の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、を測定した結果を以下に示す。
【０１６８】
実験により、圧電ブロア３５０では空気の風力が１５０９．２（ｍＮ）であるのに対し、圧電ブロア３００では空気の風力が２４６９．６（ｍＮ）であることが明らかとなった。
【０１６９】
以上の結果になった理由は、圧電ブロア３００では、ブロア室３３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ３２５で弱まり、ブロア室３３１の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できたためであると考えられる。
【０１７０】
したがって、本実施形態の圧電ブロア３００によれば、ブロア室３３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【０１７１】
なお、前記第３実施形態において、天板部３１８には、ブロア室３３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れることを防ぐ弁８０が設けられ、振動板３４１や筺体３１７の一部に、開口率５０％以下の開口部３２４が設けられていても構わない（図１６参照）。開口部３２４の形状は円柱状である。そして、天板部３１８の一方主面から正面視したとき、開口部３２４の形状は円である。
【０１７２】
図１６に示すように筐体３１７の通気孔２４に弁８０が設けられている場合、弁８０の開閉によって非線形な圧力変動がブロア室３３１内に生じる。そのため、ブロア室３３１の通気孔２４近くで渦が発生し易くなる。したがって、前記キャビティ３２５は、弁８０が設けられている圧電ブロア３６０において、特に有効である。
【０１７３】
《本発明の第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る圧電ブロア４００について説明する。
【０１７４】
図１７は、本発明の第４実施形態に係る圧電ブロア４００の断面図である。圧電ブロア４００が圧電ブロア３００と相違する点は、振動板４４１及び筐体４１７の寸法である。その他の構成は同じであるため、説明を省略する。
【０１７５】
本実施形態において、ブロア室４３１も円柱形状であり、ブロア室４３１の半径ａは例えば、１０．３ｍｍである。振動板４４１及び筐体４１７は、ブロア室４３１が半径ａとなるよう形成されている。
【０１７６】
振動板４４１は、第１主面４４０Ａと第２主面４４０Ｂとを有する。圧電素子４２、補強板７０及び振動板４４１の接合体は、圧電アクチュエータ４９０を構成する。
【０１７７】
天板部４１８の振動板４４１側には、ブロア室３３１の一部であり、通気孔２４と連通するキャビティ３２５を構成する凹部３２６が形成されている。
【０１７８】
以下、圧電ブロア４００の動作時における空気の流れについて説明する。
【０１７９】
図１８は、図１７に示す圧電ブロア４００の駆動中における所定の瞬間の、振動板４４１の中心軸Ｃからブロア室４３１の外周にかけるブロア室４３１の各点の圧力変化と、振動板４４１の中心軸Ｃからブロア室４３１の外周までを構成する振動板４４１の各点の変位と、の関係を示す図である。図１８は、シミュレーションによって求めた図である。
【０１８０】
ここで、図１８において、ブロア室４３１の各点の圧力変化と振動板４４１の各点の変位とは、振動板４４１の中心軸Ｃ上にある振動板４４１の中心の変位で規格化された値で示されている。図１８に示す、ブロア室４３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、振動板４４１の中心軸Ｃからの距離をｒとしたとき、ｕ（ｒ）＝Ｊ０（ｋ０ｒ／ａ）の式で表される。
【０１８１】
図１７に示す状態において、３次モードの共振周波数（基本波）の交流駆動電圧が圧電素子４２の両主面の電極に印加されると、圧電素子４２は、伸縮し、振動板４４１及び補強板７０を３次モードの共振周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。
【０１８２】
これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア１００と同様に、振動板４４１が屈曲変形してブロア室４３１の体積が周期的に変化する。
【０１８３】
なお、ブロア室４３１の半径ａと振動板４４１の共振周波数ｆとは、ブロア室４３１を通過する空気の音速をｃとし、第１種ベッセル関数を微分したＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。本実施形態において、共振周波数ｆは、３６．３ｋＨｚである。空気の音速ｃは、３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、７．０２である。
【０１８４】
図１８の点線に示すように、振動板４４１の中心軸Ｃからブロア室４３１の外周までを構成する振動板４４１の各点は、振動によって変位する。そして、図１８の実線に示すように、振動板４４１の中心軸Ｃからブロア室４３１の外周にかけて、ブロア室４３１の各点の圧力は、振動板４４１の振動によって変化する。
【０１８５】
図１８の点線と実線に示すように、振動板４４１の中心軸Ｃからブロア室４３１の外周までの範囲において、振動板４４１の振動変位のゼロ交差点の個数は２個であり、ブロア室４３１の圧力変化のゼロ交差点の個数も２個である。そのため、振動板４４１の振動変位のゼロ交差点の個数は、ブロア室４３１の圧力変化のゼロ交差点の個数と一致している。
【０１８６】
よって、圧電ブロア４００では、振動板４４１の振動時において、振動板４４１の各点の変位分布が、ブロア室４３１の各点の圧力変化分布に近い分布となっている。
【０１８７】
ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動板４４１の振動の節が、ブロア室４３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じる。さらに、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合でも、振動板４４１の振動の節が、ブロア室４３１の圧力振動の節とほぼ一致する。
【０１８８】
圧電ブロア４００は、例えば鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用される。長期駆動に伴う圧電素子破損を防ぐためには、圧電素子の振動速度は２ｍ／ｓ以下とする必要がある。鼻水や痰の吸引には２０ｋＰａ以上の圧力が必要なため、圧電ブロア４００には、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅が必要である。
【０１８９】
圧電ブロア４００は、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、１０ｋＰａ／（ｍ／ｓ）以上の圧力振幅を得ることができる。そのため、圧電ブロア４００は、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、鼻水や痰などの粘度の高い液体を吸引する用途に使用することが可能な、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
【０１９０】
さらに、圧電ブロア４００は、０．９×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．１×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす場合、極めて高い吐出圧力及び極めて高い吐出流量を実現できる。
【０１９１】
また、圧電ブロア４００は、ブロア室４３１の通気孔２４近くにキャビティ３２５を有する。そのため、圧電ブロア４００では、ブロア室４３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ３２５で弱まる。これにより、ブロア室４３１の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できる。
【０１９２】
したがって、圧電ブロア４００は、ブロア室４３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【０１９３】
また、圧電ブロア４００では、振動板４４１の振動時において、振動板４４１の各点の変位分布は、ブロア室４３１の各点の圧力変化分布に近い。すなわち、振動板４４１の振動時において、振動板４４１の各点は、ブロア室４３１の各点の圧力変化に合わせて、変位している。
【０１９４】
そのため、圧電ブロア４００は、振動板４４１の振動エネルギーを殆ど損なうことなく、ブロア室４３１の空気に伝えることができる。したがって、圧電ブロア４００は、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。
【０１９５】
従って、第４実施形態の圧電ブロア４００によれば、前記第３実施形態の圧電ブロア３００と同様の効果を奏する。
【０１９６】
以下、本発明の第４実施形態に係る圧電ブロア４００と本発明の第４実施形態の比較例に係る圧電ブロア４５０とを比較する。
【０１９７】
図１９は、本発明の第４実施形態の比較例に係る圧電ブロア４５０の断面図である。圧電ブロア４５０が圧電ブロア４００と相違する点は、筐体４６７の天板部４６８における振動板４１とは逆側に、通気孔２４と連通するキャビティ３２５が形成されている点である。このキャビティ３２５は、ブロア室４８１の一部でない。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
【０１９８】
次に、圧電ブロア４５０と圧電ブロア４００とに対して共振周波数ｆ（３６．３ｋＨｚ）の３０Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、圧電ブロア４５０の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、圧電ブロア４００の通気孔２４から流出する空気の風力（ｍＮ）と、を測定した結果を以下に示す。
【０１９９】
実験により、圧電ブロア４５０では空気の風力が８２３．２（ｍＮ）であるのに対し、圧電ブロア４００では空気の風力が１２４４．６（ｍＮ）であることが明らかとなった。
【０２００】
以上の結果になった理由は、圧電ブロア４００では、ブロア室４３１の通気孔２４近くで発生する渦がキャビティ３２５で弱まり、ブロア室４３１の圧力振動が渦によって乱されることを抑制できたためであると考えられる。
【０２０１】
したがって、本実施形態の圧電ブロア４００によれば、ブロア室４３１の通気孔２４近くで発生する渦を弱め、吐出圧力が低下することを抑制できる。
【０２０２】
なお、前記第４実施形態において、天板部４１８には、ブロア室４３１の外部から通気孔２４を介して内部へ気体が流れることを防ぐ弁８０が設けられ、振動板４４１や筺体４１７の一部に、開口率５０％以下の開口部４２４が設けられていても構わない（図２０参照）。開口部４２４の形状は円柱状である。そして、振動板４４１の一方主面から正面視したとき、開口部４２４の形状は円である。一方、振動板４１の一方主面から正面視したとき、開口部６２の形状は図２に示すように、弧６２Ａを有する扇形である。開口部６２は、全ての開口部６２を結んだときに円環形状を構成する。
【０２０３】
図２０に示すように筐体４１７の通気孔２４に弁８０が設けられている場合、弁８０の開閉によって非線形な圧力変動がブロア室４３１内に生じる。そのため、ブロア室４３１の通気孔２４近くで渦が発生し易くなる。したがって、前記キャビティ３２５は、弁８０が設けられている圧電ブロア４６０において、特に有効である。
【０２０４】
《その他の実施形態》
前記実施形態では流体として空気を用いているが、これに限るものではない。当該流体が、空気以外の気体であっても適用できる。
【０２０５】
また、前記実施形態では、振動板４１、２４１、３４１、４４１や補強板７０はＳＵＳから構成されているが、これに限るものではない。例えば、アルミニウム、チタン、マグネシウム、銅などの他の材料から構成してもよい。
【０２０６】
また、前記実施形態ではブロアの駆動源として圧電素子４２を設けたが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動でポンピング動作を行うブロアとして構成されていても構わない。
【０２０７】
また、前記実施形態では、圧電素子４２はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成されているが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などから構成してもよい。
【０２０８】
また、前記第１実施形態では、圧電素子４２は、振動板４１のブロア室３１とは逆側の第１主面４０Ａに接合されているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、圧電素子４２が振動板４１のブロア室３１側の第２主面４０Ｂに接合されていてもよいし、２枚の圧電素子４２が振動板４１の第１主面４０Ａ及び第２主面４０Ｂに接合されていてもよい。この場合、筐体１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２及び振動板４１から構成される圧電アクチュエータとともに、振動板４１の厚み方向から挟んでブロア室を構成する。
【０２０９】
同様に、前記第２実施形態では、圧電素子４２は、補強板７０のブロア室２３１とは逆側の主面２４０Ｃに接合されているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、圧電素子４２が振動板２４１のブロア室２３１側の第２主面２４０Ｂに接合されていてもよいし、２枚の圧電素子４２が、補強板７０の主面２４０Ｃ及び振動板２４１の第２主面２４０Ｂに接合されていてもよい。この場合、筐体２１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２及び振動板２４１から構成される圧電アクチュエータとともに、振動板２４１の厚み方向から挟んでブロア室を構成する。
【０２１０】
同様に、前記第３実施形態では、圧電素子４２は、補強板７０のブロア室３３１とは逆側の主面３４０Ｃに接合されているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、圧電素子４２が振動板３４１の第２主面３４０Ｂに接合されていてもよいし、２枚の圧電素子４２が、補強板７０の主面３４０Ｃ及び振動板３４１の第２主面３４０Ｂに接合されていてもよい。この場合、筐体３１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２、補強板７０、及び振動板３４１から構成される圧電アクチュエータとともに、振動板３４１の厚み方向から挟んでブロア室を構成する。
【０２１１】
同様に、前記第４実施形態では、圧電素子４２は、補強板７０のブロア室４３１とは逆側の主面４４０Ｃに接合されているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、圧電素子４２が振動板４４１の第２主面４４０Ｂに接合されていてもよいし、２枚の圧電素子４２が、補強板７０の主面４４０Ｃ及び振動板４４１の第２主面４４０Ｂに接合されていてもよい。この場合、筐体４１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２、補強板７０、及び振動板３４１から構成される圧電アクチュエータとともに、振動板４４１の厚み方向から挟んでブロア室を構成する。
【０２１２】
また、前記実施形態では円板状の圧電素子４２、円板状の振動板４１、円板状の補強板７０、及び円板状の天板部１８等を用いたが、これに限るものではない。例えば、これらの形状が矩形や多角形であってもよい。
【０２１３】
また、前記実施形態では、ｋ０が２．４０、３．８３、５．５２、７．０２の条件を用いたが、これに限るものではない。８．６５、１０．１７、１１．７９、１３．３２、１４．９３など、ｋ０は、Ｊ０（ｋ０）＝０やＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値であれば良い。
【０２１４】
また、前記実施形態では、１次モード及び３次モード等の周波数で圧電ブロアの振動板を屈曲振動させたが、これに限るものではない。実施の際は、複数の振動の腹を形成する、３次モード以上の奇数次の振動モードで振動板を屈曲振動させても良い。
【０２１５】
また、前記実施形態では、ブロア室３１、２３１、３３１、４３１の形状が円柱形状であるが、これに限るものではない。実施の際は、ブロア室の形状が正角柱形状であっても良い。この場合、ブロア室の半径ａの代わりに、振動板の中心軸からブロア室の外周までの最短距離ａを使用する。
【０２１６】
また、前記実施形態では、天板部１８、２１８、３１８、４１８において、１つの円形の通気孔２４が設けられているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば図２１〜図２３に示すように複数の通気孔５２４〜７２４が設けられていてもよく、例えば図２２〜図２４に示す通気孔６２４〜８２４のように、円形でなくてもよい。
【０２１７】
また、前記実施形態では、天板部１８、２１８、３１８、４１８において、円柱形のキャビティ２５、２２５、３２５が凹部２６、２２６、３２６によって設けられているが、これに限るものではない。実施の際は、キャビティが例えば、図２５に示すようにＲが付いた凹部５２６によって設けられていてもよいし、図２６、図２７に示すようにテーパーが付いた凹部６２６、７２６によって設けられていてもよいし、図２８、図２９に示すように二段構造で多角形の凹部８２６、９２６によって設けられていてもよい。
【０２１８】
また、前記実施形態では、開口部６２が振動板４１に設けられていたり、開口部２６２が振動板２４１に設けられていたりするが、これに限るものではない。実施の際は、開口部が筐体の天板部や側壁部に設けられていてもよい。
【０２１９】
また、前記実施形態では、通気孔２４が筺体１７、２１７、３１７、４１７に設けられているが、これに限るものではない。実施の際は、通気孔が振動板に設けられていてもよい。
【０２２０】
同様に、前記実施形態では、凹部２６、２２６、３２６が筺体１７、２１７、３１７、４１７に設けられているが、これに限るものではない。実施の際は、凹部が振動板に設けられていてもよい。
【０２２１】
最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０２２２】
ａ…半径
Ｃ…中心軸
Ｆ…節
１７…筐体
１８…天板部
１９…側壁部
２４…通気孔
２５…キャビティ
２６…凹部
２８…薄天部
２９…厚天部
３１…ブロア室
３４…外周部
３５…梁部
３６…振動部
４０Ａ…第１主面
４０Ｂ…第２主面
４１…振動板
４２…圧電素子
６２…開口部
７０…補強板
８０…弁
９０…圧電アクチュエータ
１００、１５０、１６０…圧電ブロア
１６７…筐体
１６８…天板部
１８１…ブロア室
２００…圧電ブロア
２１７…筐体
２１８…天板部
２２５…キャビティ
２２６…凹部
２２９…厚天部
２３１…ブロア室
２４０Ａ…第１主面
２４０Ｂ…第２主面
２４０Ｃ…主面
２４１…振動板
２５０、２６０…圧電ブロア
２６２…開口部
２６７…筐体
２６８…天板部
２８１…ブロア室
２９０…圧電アクチュエータ
３００…圧電ブロア
３１７…筐体
３１８…天板部
３２４…開口部
３２５…キャビティ
３２６…凹部
３２９…厚天部
３３１…ブロア室
３４０Ａ…第１主面
３４０Ｂ…第２主面
３４０Ｃ…主面
３４１…振動板
３５０、３６０…圧電ブロア
３６７…筐体
３６８…天板部
３８１…ブロア室
３９０…圧電アクチュエータ
４００…圧電ブロア
４１７…筐体
４１８…天板部
４２４…開口部
４３１…ブロア室
４４０Ａ…第１主面
４４０Ｂ…第２主面
４４０Ｃ…主面
４４１…振動板
４５０、４６０…圧電ブロア
４６７…筐体
４６８…天板部
４８１…ブロア室
４９０…圧電アクチュエータ
５１７…筐体
５２４…通気孔
６１７…筐体
６２４…通気孔
７１７…筐体
７２４…通気孔
８１７…筐体
８２４…通気孔
【図１】
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【図２】
2015133283.tif 000005
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015133283.tif 000019
【図１７】
2015133283.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月27日(2016.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２５】
図１１は、本発明の第２実施形態の比較例に係る圧電ブロア２５０の断面図である。圧電ブロア２５０が圧電ブロア２００と相違する点は、筐体２６７の天板部２６８における振動板２４１とは逆側に、通気孔２４と連通するキャビティ２２５が形成されている点である。このキャビティ２２５は、ブロア室２８１の一部でない。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１１】
同様に、前記第４実施形態では、圧電素子４２は、補強板７０のブロア室４３１とは逆側の主面４４０Ｃに接合されているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、圧電素子４２が振動板４４１の第２主面４４０Ｂに接合されていてもよいし、２枚の圧電素子４２が、補強板７０の主面４４０Ｃ及び振動板４４１の第２主面４４０Ｂに接合されていてもよい。この場合、筐体４１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２、補強板７０、及び振動板４４１から構成される圧電アクチュエータとともに、振動板４４１の厚み方向から挟んでブロア室を構成する。
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月26日(2016.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と第２主面とを有する振動板と、前記振動板の前記第１主面および前記第２主面の少なくとも一方の主面に設けられ、前記振動板を同心円状に屈曲振動させる駆動体と、を有するアクチュエータと、
前記振動板と接合して、前記アクチュエータとともにブロア室を構成する筺体と、を備え、
前記振動板と前記筺体の少なくとも一方は、前記ブロア室の中央を前記ブロア室の外部と連通させる通気孔と、前記ブロア室の一部であり、前記通気孔と連通する連通空間を構成する凹部と、を有し、
前記振動板を正面視したときに、前記振動板に前記ブロア室の中心軸を中心に同心円状に設けた開口部が前記中心軸から見込む円周の長さに占める割合が５０％以上であった場合、前記ブロア室の前記中心軸から前記開口部の前記中心軸側の端部までの最短距離をａとし、
前記最短距離ａと前記振動板の共振周波数ｆとは、前記ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０、又はＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、ブロア。
【請求項２】
第１主面と第２主面とを有する振動板と、前記振動板の前記第１主面および前記第２主面の少なくとも一方の主面に設けられ、前記振動板を同心円状に屈曲振動させる駆動体と、を有するアクチュエータと、
前記振動板と接合して、前記アクチュエータとともにブロア室を構成する筺体と、を備え、
前記振動板と前記筺体の少なくとも一方は、前記ブロア室の中央を前記ブロア室の外部と連通させる通気孔と、前記ブロア室の一部であり、前記通気孔と連通する連通空間を構成する凹部と、を有し、
前記振動板を正面視したときに、前記振動板に前記ブロア室の中心軸を中心に同心円状に設けた開口部が、前記中心軸から見込む円周の長さに占める割合が５０％未満であった場合、前記ブロア室の前記中心軸から、前記振動板と前記筺体との接合部分より内側にある領域の端までの最短距離をａとし、
前記最短距離ａと前記振動板の共振周波数ｆとは、前記ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０、又はＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、ブロア。
【請求項３】
前記開口部は、前記振動板と前記筺体の少なくとも一方に設けられ、
前記最短距離ａと前記振動板の共振周波数ｆとは、前記ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項１に記載のブロア。
【請求項４】
前記最短距離ａと前記振動板の共振周波数ｆとは、前記ブロア室を通過する気体の音速をｃとし、第１種ベッセル関数Ｊ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、０．８×（ｋ０ｃ）／（２π）≦ａｆ≦１．２×（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項２に記載のブロア。
【請求項５】
前記通気孔は、前記筺体に設けられている、請求項１から４のいずれかに記載のブロア。
【請求項６】
前記通気孔には、前記ブロア室の外部から内部へ前記気体が流れることを防ぐ弁が設けられている、請求項１から５のいずれかに記載のブロア。
【請求項７】
前記振動板の中心軸から前記ブロア室の外周までに対応する前記振動板の各点は、振動によって変位し、
前記振動板の中心軸から前記ブロア室の外周にかけて、前記ブロア室の各点の圧力は、前記振動板の振動によって変化し、
前記振動板の中心軸から前記ブロア室の外周までの範囲において、前記振動板の振動変位のゼロ交差点の個数は、前記ブロア室の圧力変化のゼロ交差点の個数と一致する、請求項１から６のいずれかに記載のブロア。
【請求項８】
前記駆動体は、圧電体である、請求項１から７のいずれか１項に記載のブロア。
【国際調査報告】
2015133283.tif 000033
2015133283.tif 000034
2015133283.tif 000035
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