(57)【要約】  圧電ブロア（１００）は、筐体（１７）、振動体（４５）、及び圧電素子（４２）を備えている。振動体（４５）は、振動板（４１）、補強板（７０）、及び拘束板（６０）を備えている。振動体（４５）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。振動体（４５）は、振動体（４５）の屈曲振動により形成されるブロア室（３１）の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節（Ｆ）から、ブロア室（３１）の外周までの範囲に接する外周領域（１４５）と、外周領域（１４５）より内側に位置する中央領域（１４６）と、を有する。外周領域（１４５）内には、外周領域（１４５）の屈曲振動を拘束する拘束板（６０）を備えている。
2016027817.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体と、前記振動体の前記第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、前記振動体を、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、
前記振動体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筐体であって、前記ブロア室の内部と外部を連通させる通気孔を有する筺体と、
前記筐体を拘束する拘束板と、を備え、
前記振動体は、前記振動体の屈曲振動により形成される前記ブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、前記ブロア室の外周までの範囲に接する外周領域と、前記外周領域より内側に位置する中央領域と、を有し、
前記拘束板は、前記外周領域内に設けられている、ブロア。
【請求項２】
前記外周領域の剛性は、前記中央領域の剛性より高い、請求項１に記載のブロア。
【請求項３】
前記外周領域の厚みは、前記中央領域の厚みより厚い、請求項１又は２に記載のブロア。
【請求項４】
前記ブロア室の中心軸から、前記振動体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と前記アクチュエータの振動周波数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、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項１に記載のブロア。
【請求項５】
前記駆動体は、圧電体である、請求項１から４のいずれか１項に記載のブロア。
【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】
図１１は、特許文献１に係るポンプ９００の断面図である。【０００４】
このポンプ９００は、圧電ディスク９２０と、圧電ディスク９２０が接合された円盤９１２と、円盤９１２とともに空洞９１１を構成する本体９１３と、を備えている。この本体９１３には、気体が流入する流入口９１５と、気体が流出する流出口９１４とが形成されている。本体９１３は底板９１８を有する。【０００５】
流入口９１５は、底板９１８における、空洞９１１の中心軸と空洞９１１の外周との間に設けられている。流出口９１４は、底板９１８における、空洞９１１の中心軸に設けられている。この流出口９１４には、空洞９１１の外部から内部へ気体が流れることを防ぐ弁９１６が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
図１２（Ａ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかけるブロア室３１の各点の圧力変化を示す図である。図１２（Ｂ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周までを構成する底板９１８の各点の変位を示す図である。【０００８】
特許文献１のポンプ９００を３次モードの共振周波数で動作させた場合、圧電ディスク９２０は、円盤９１２を屈曲振動させる。円盤９１２の屈曲振動に応じて底板９１８も図１２（Ｂ）に示すように屈曲振動する。これにより、流入口９１５から空洞９１１内へ気体が流入し、空洞９１１内の気体が流出口９１４から吐出される。【０００９】
この結果、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかけて、空洞９１１の各点の圧力は、円盤９１２及び底板９１８の屈曲振動によって図１２（Ａ）に示すように変化する。【００１０】
しかしながら、本願の発明者は、特許文献１のポンプ９００において、図１２（Ｂ）に示す底板９１８の各点の変位を、図１２（Ａ）に示すブロア室３１の各点の圧力変化に重ねることで（図１３参照）、次のような問題を発見した。【００１１】
まず、図１３に示すように、空洞９１１の第１外周空間Ｑ１において、空気の圧力が大気圧Ｐ１より高い正圧となった時、底板９１８の外周領域は底板９１８の初期位置Ｐ２から円盤９１２とは逆側へ離間している。すなわち、空洞９１１の第１外周空間Ｑ１において、空気の圧力が正圧となった時、底板９１８の外周領域が空洞９１１の圧力を低下させようとする。【００１２】
次に、図１３に示すように、空洞９１１の第２外周空間Ｑ２において、空気の圧力が大気圧Ｐ１より低い負圧となった時、底板９１８の外周領域は底板９１８の初期位置Ｐ２から円盤９１２側へ近づいている。すなわち、空洞９１１の第２外周空間Ｑ２において、空気の圧力が負圧となった時、底板９１８の外周領域が空洞９１１の圧力を高めようとする。【００１３】
したがって、特許文献１では、ポンプ９００が３次モードの共振周波数で動作した場合、空洞９１１（ブロア室）の空気の圧力共振が底板９１８（振動体）の外周領域の屈曲振動によって低下し、吐出圧力や吐出流量が低下するという問題がある。【００１４】
本発明は、振動体の外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことが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】
【００１５】
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。【００１６】
本発明のブロアは、第１主面と第２主面とを有する振動体と、前記振動体の前記第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、前記振動体を、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、
前記振動体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筐体であって、前記ブロア室の内部と外部を連通させる通気孔を有する筺体と、
前記筐体を拘束する拘束板と、を備え、
前記振動体は、前記振動体の屈曲振動により形成される前記ブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、前記ブロア室の外周までの範囲に接する外周領域と、前記外周領域より内側に位置する中央領域と、を有し、
前記拘束板は、前記外周領域内に設けられている、ブロア。【００１７】
この構成において、ブロア室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、振動体の屈曲振動によって変化する。ブロア室は、振動体の外周領域に接する外周空間と、外周空間より内側に位置し、振動体の中央領域に接する中央空間と、によって構成される。【００１８】
この構成のブロアは、奇数次の振動モードの共振周波数で動作する。この構成のブロアが動作している間、ブロア室の外周空間において気体（例えば空気）の圧力が基準圧力（例えば大気圧）より低くなった時、外周領域の屈曲振動が抑制及び低減される。また、ブロア室の外周空間において気体の圧力が基準圧力より高くなった時、外周領域の屈曲振動が抑制及び低減される。【００１９】
すなわち、この構成では、振動体の外周領域が、悪影響をブロア室の圧力に及ぼさず、ブロア室の気体の圧力共振を低下させない。【００２０】
したがって、本発明のブロアは、振動体の外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、本発明のブロアは、高い吐出圧力および高い吐出流量を実現できる。【００２１】
また、外周領域の剛性は、中央領域の剛性より高いことが好ましい。【００２２】
この構成によって、外周領域は、外周領域の屈曲振動を拘束することができる。【００２３】
また、外周領域の厚みは、中央領域の厚みより厚いことが好ましい。【００２４】
この構成によって、外周領域の剛性は、中央領域の剛性より高くなる。【００２５】
また、ブロア室の中心軸から、振動体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ａとアクチュエータの振動周波数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の関係を満たす値をｋ０としたとき、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たすことが好ましい。【００２６】
この構成において、振動体および筐体は、最短距離ａとなるよう形成されている。駆動体は、アクチュエータを振動周波数ｆで振動させる。【００２７】
なお、ｋ０は、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。また、ａは、ブロア室の中心軸から、振動体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。【００２８】
ここで、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）である場合、振動体の振動の節の内、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。【００２９】
そのため、ａｆ＝（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。【００３０】
また、駆動体は、圧電体であることが好ましい。【００３１】
この構成のブロアは、駆動時に発生する音や振動が小さい圧電体を駆動源として用いることで、静音化を図ることができる。【００３２】
また、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。【００３３】
この構成のブロアは、ブロア室の外部から通気孔を介してブロア室の内部へ気体が流れることを弁によって防ぐことができる。そのため、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。
【発明の効果】
【００３４】
この発明によれば、振動体の外周領域の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の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３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４（Ｂ）に示す瞬間の、ブロア室３１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、ブロア室３１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６】本発明の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７】図６に示す圧電ブロア１５０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８】本発明の実施形態の第１変形例に係る圧電ブロア１０１の断面図である。
【図９】本発明の実施形態の第２変形例に係る圧電ブロア１０２の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態の第３変形例に係る圧電ブロア１０３の断面図である。
【図１１】特許文献１に係るポンプ９００の断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周にかける空洞９１１の各点の圧力変化を示す図である。図１２（Ｂ）は、空洞９１１の中心軸から空洞９１１の外周までを構成する底板９１８の各点の変位を示す図である。
【図１３】図１２（Ｂ）に示す底板９１８の各点の変位を、図１２（Ａ）に示すブロア室３１の各点の圧力変化に重ねた図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
《本発明の実施形態》
以下、本発明の実施形態に係る圧電ブロア１００について説明する。
【００３７】
図１は、本発明の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。
【００３８】
圧電ブロア１００は、上から順に、筐体１７、振動体４５、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。振動体４５は、振動板４１、補強板７０、及び拘束板６０を備え、それらが積層された構造を有している。振動体４５は、第１主面４０Ａと第２主面４０Ｂとを有する。
【００３９】
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、０．１ｍｍである。
【００４０】
振動体４５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、振動体４５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、振動体４５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。本実施形態においてブロア室３１の半径ａは、１０．３ｍｍである。
【００４１】
さらに、そのため、振動体４５の第２主面４０Ｂにおける筐体１７との接合部分より内側の領域は、ブロア室３１の底面を構成する。振動体４５は、ブロア室３１をブロア室３１の外部と連通させる円柱状の通気孔１２４を有する。通気孔１２４の直径は、０．８ｍｍである。
【００４２】
また、振動体４５は、振動体４５の屈曲振動により形成されるブロア室３１の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節Ｆから、ブロア室３１の外周までの範囲に接する外周領域１４５と、外周領域１４５より内側に位置する中央領域１４６と、を有する。外周領域１４５は、外周領域１４５の屈曲振動を拘束する領域である。
【００４３】
なお、ブロア室３１の圧力振動の節の詳細については、後述する。
【００４４】
振動板４１の主面４０Ｃには、外周領域１４５の屈曲振動を拘束する拘束板６０が接合されている。これにより、外周領域１４５の厚みは、中央領域１４６の厚みより厚くなっている。そのため、外周領域１４５の剛性は、中央領域１４６の剛性より高い。拘束板６０は、円環形状であり、例えばステンレススチールで構成されている。拘束板６０の内径は、１７ｍｍである。
【００４５】
ブロア室３１は、振動体４５の外周領域１４５に接する外周空間１３１と、外周空間１３１より内側に位置し、振動体４５の中央領域１４６に接する中央空間１３２と、によって構成される。
【００４６】
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４１のブロア室３１とは逆側の主面４０Ｃに接合されている。補強板７０は、圧電素子４２の屈曲によって圧電素子４２が破損することを防止する。
【００４７】
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。
【００４８】
圧電素子４２は、補強板７０のブロア室３１とは逆側の第１主面４０Ａに接合されている。圧電素子４２は、印加された交流電圧に応じて伸縮する。本実施形態において圧電素子４２の直径は、１１ｍｍであり、圧電素子４２の厚みは、０．１５ｍｍある。
【００４９】
なお、圧電素子４２、補強板７０、拘束板６０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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
天板部１８は、ブロア室３１をブロア室３１の外部と連通させる円柱状の通気孔２４を有する。通気孔２４の直径は、１．４ｍｍである。
【００５３】
天板部１８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１８は、ブロア室３１の内部と外部を連通させる通気孔２４を薄天部２８に有する。
【００５４】
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、円柱形状である。キャビティ２５の直径は、３．０ｍｍであり、キャビティ２５の厚みは、０．３ｍｍである。
【００５５】
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。
【００５６】
図４（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を３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の容積が最も減少したときの図であり、図４（Ｂ）は、ブロア室３１の容積が最も増大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。
【００５７】
また、図５は、図４（Ｂ）に示す瞬間の、ブロア室３１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、ブロア室３１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。
【００５８】
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。図５に示す、ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、ブロア室３１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。
【００５９】
図３に示す状態において、３次モードの共振周波数ｆ（４０．８９ｋＨｚ）の３０Ｖｐｐ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、振動体４５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。
【００６０】
これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、振動体４５が屈曲変形してブロア室３１の体積が周期的に変化する。
【００６１】
図４（Ａ）に示すように、振動体４５が圧電素子４２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、圧電ブロア１００の外部の空気が通気孔２４を介してブロア室３１内に吸引される。
【００６２】
図４（Ｂ）に示すように、振動体４５がブロア室３１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１２４を介してブロア室３１内に吸引され、ブロア室３１内の空気が通気孔２４から吐出される。
【００６３】
なお、ブロア室３１の半径ａとアクチュエータ９０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種ベッセル関数を微分したＪ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値をｋ０としたとき、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす。第１種ベッセル関数Ｊ０（ｘ）は、以下の数式で示される。
【００６４】
【数１】
2016027817.tif 000003
【００６５】
本実施形態において、ブロア室３１の半径ａは、ブロア室３１の中心軸Ｃから、振動板４１における筐体１７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、４０．８９ｋＨｚである。空気の音速ｃは、約３４０ｍ／ｓである。ｋ０は、７．０２である。
【００６６】
図５の点線に示すように、ブロア室３１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、屈曲振動によって変位する。そして、図５の実線に示すように、ブロア室３１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の屈曲振動によって変化する。
【００６７】
圧電ブロア１００ではブロア室３１の半径ａとアクチュエータ９０の共振周波数ｆとがａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）を満たす。そのため、圧電ブロア１００では、振動板４１の振動の節の内、最も外側の節Ｆが、ブロア室３１の圧力振動の節と一致し、圧力共振が生じている。
【００６８】
ここで、圧電ブロア１００が動作している間、ブロア室３１の外周空間１３１において空気の圧力が大気圧より高くなった時、図５に示すように、振動体４５の外周領域１４５（約８ｍｍから端Ｊまでの領域）内には拘束板６０が備えられているため、外周領域１４５の屈曲振動が抑制及び低減される。また、ブロア室３１の外周空間１３１において空気の圧力が大気圧より低くなった時も同様に、振動体４５の外周領域１４５は拘束板６０によって拘束され、外周領域１４５の屈曲振動が抑制及び低減される。
【００６９】
すなわち、この構成では、振動体４５の外周領域１４５が、悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさず、ブロア室３１の空気の圧力共振を低下させない。
【００７０】
したがって、圧電ブロア１００は、振動体４５の外周領域１４５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、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。
【００７１】
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の振動の節Ｆより内側における振動板４１の各点の変位分布が、図５に示すように、ブロア室３１の圧力振動の節Ｆより内側におけるブロア室３１の各点の圧力変化分布に近似している。
【００７２】
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。
【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で低下する。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防ぐことができる。
【００７４】
よって、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防ぐことができる。
【００７５】
また、圧電ブロア１００は、駆動時に発生する音や振動が小さい圧電体を駆動源として用いているため、静音化を実現できる。
【００７６】
以下、本発明の実施形態に係る圧電ブロア１００と本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア１５０とを比較する。まず、圧電ブロア１５０の構成および動作について説明する。
【００７７】
図６は、本発明の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、拘束板６０を備えない点である。その他の点に関しては同じであるため、説明を省略する。
【００７８】
図６に示す状態において、３次モードの駆動周波数ｆ（４０．８９ｋＨｚ）の３０Ｖｐｐ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及び補強板７０を３次モードの駆動周波数ｆで同心円状に屈曲振動させる。
【００７９】
これにより、図４（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア１００と同様に、圧電ブロア１５０の振動板４１及び補強板７０も屈曲変形してブロア室３１の体積が周期的に変化する。
【００８０】
図７は、図６に示す圧電ブロア１５０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７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、図５と同様に、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。図７に示す、ブロア室３１の各点の圧力変化分布ｕ（ｒ）は、図５と同様に、ブロア室３１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。
【００８１】
図７の点線に示すように、ブロア室３１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、屈曲振動によって変位する。そして、図７の実線に示すように、ブロア室３１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の屈曲振動によって変化する。
【００８２】
ここで、図７の点線に示す波形と、図７の実線に示す波形とは、外周領域（約８ｍｍから端Ｊまでの領域）において逆方向の変位となっている。そのため、圧電ブロア１５０では、特許文献１のポンプ９００と同様に、振動板４１の外周領域が悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼす。
【００８３】
次に、圧電ブロア１５０と圧電ブロア１００とに対して駆動周波数ｆ（４０．８９ｋＨｚ）の３０Ｖｐｐ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。
【００８４】
実験により、圧電ブロア１５０では空気の風力が１００９．４（ｍＮ）であるのに対し、圧電ブロア１００では空気の風力が１７２４．８（ｍＮ）であることが明らかとなった。
【００８５】
以上の結果になった理由は、圧電ブロア１００では、振動体４５の外周領域１４５の屈曲振動が拘束板６０によって拘束され、振動体４５の外周領域１４５が悪影響をブロア室３１の圧力に及ぼさなかったためであると考えられる。
【００８６】
したがって、圧電ブロア１００は、振動体４５の外周領域１４５の屈曲振動によって吐出圧力や吐出流量が低下することを防ぐことができる。そのため、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。
【００８７】
《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。
【００８８】
また、前記実施形態では、圧電ブロア１００が拘束板６０を備えているが、これに限るものではない。例えば、図８に示す圧電ブロア１０１のように、中央領域２４１と、中央領域２４１より高い剛性を持つ材料で構成された外周領域２６０と、を有する振動体２４５を備え、拘束板６０を備えなくてもよい。
【００８９】
また、前記実施形態では、通気孔２４が設けられているが、次の変形例を採用できる。すなわち、図９に示す圧電ブロア１０２のように、薄天部２８（具体的には薄天部２８における通気孔２４の周囲）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（図４（Ａ）の矢印参照）を防ぐ弁８０が設けられていてもよい。これにより、圧電ブロア１０２は、駆動時、空気の流れを一方向にすることができる。
【００９０】
また、前記実施形態では、図３に示すように拘束板６０が外周領域１４５の全域に設けられているが、これに限るものではない。図１０に示すように拘束板３６０は外周領域１４５内に設けられていてもよい。
【００９１】
また、前記実施形態では、圧電ブロア１００が円環状の拘束板６０を備えているが、これに限るものではない。拘束板の形状は、中心軸Ｃ上の点を中心とした点対象であれば特に限定されない。拘束板の形状は、一部に切欠きが設けられた円環状であってもよい。
【００９２】
また、前記実施形態では、振動板４１や補強板７０や拘束板６０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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
また、前記実施形態では、圧電素子４２は、補強板７０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、補強板７０の第１主面４０Ａ及び振動板４１の第２主面４０Ｂに接合されていてもよい。
【００９６】
この場合、筐体１７は、少なくとも１枚の圧電素子４２、補強板７０、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。
【００９７】
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、円環状の拘束板６０、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。
【００９８】
また、前記実施形態では、ｋ０が７．０２の条件を用いたが、これに限るものではない。２．４０、３．８３、５．５２、８．６５、１０．１７、１１．７９、１３．３２、１４．９３など、ｋ０は、Ｊ０´（ｋ０）＝０の関係を満たす値であれば良い。
【００９９】
また、前記実施形態では、３次モードの周波数で圧電ブロアの振動体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。
【０１００】
また、前記実施形態では、ブロア室３１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。
【０１０１】
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】
【０１０２】
ａ…半径
Ｃ…中心軸
Ｆ…節
Ｑ１…第１外周空間
Ｑ２…第２外周空間
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
３１…ブロア室
４０Ａ…第１主面
４０Ｂ…第２主面
４０Ｃ…主面
４１…振動板
４２…圧電素子
４５…振動体
６０…拘束板
７０…補強板
８０…弁
９０…圧電アクチュエータ
１００…圧電ブロア
１０１…圧電ブロア
１０２…圧電ブロア
１２４…通気孔
１３１…外周空間
１３２…中央空間
１４５…外周領域
１４６…中央領域
１５０…圧電ブロア
２４１…中央領域
２４５…振動体
２６０…外周領域
３２９…厚天部
３６０…拘束板
９００…ポンプ
９１１…空洞
９１２…円盤
９１３…本体
９１４…流出口
９１５…流入口
９１６…弁
９１８…底板
９２０…圧電ディスク
【図１】
2016027817.tif 000004
【図２】
2016027817.tif 000005
【図３】
2016027817.tif 000006
【図４】
2016027817.tif 000007
【図５】
2016027817.tif 000008
【図６】
2016027817.tif 000009
【図７】
2016027817.tif 000010
【図８】
2016027817.tif 000011
【図９】
2016027817.tif 000012
【図１０】
2016027817.tif 000013
【図１１】
2016027817.tif 000014
【図１２】
2016027817.tif 000015
【図１３】
2016027817.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月13日(2017.1.13)
【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体と、前記振動体の前記第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、前記振動体を、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、
前記振動体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筐体であって、前記ブロア室の内部と外部を連通させる通気孔を有する筺体と、
前記振動体に接合した拘束板と、を備え、
前記振動体は、前記振動体の屈曲振動により形成される前記ブロア室の圧力振動の節のうち、最も外側の圧力振動の節から、前記筐体と前記振動体との接合により構成された前記ブロア室の外周までの範囲に接する外周領域と、前記外周領域より内側に位置する中央領域と、を有し、
前記拘束板は、前記外周領域内であって、前記筐体の側壁部より中央領域側に設けられている、ブロア。
【請求項２】
前記外周領域の剛性は、前記中央領域の剛性より高い、請求項１に記載のブロア。
【請求項３】
前記外周領域の厚みは、前記中央領域の厚みより厚い、請求項１又は２に記載のブロア。
【請求項４】
前記ブロア室の中心軸から、前記振動体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と前記アクチュエータの振動周波数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、ａｆ＝（ｋ０ｃ）／（２π）の関係を満たす、請求項１に記載のブロア。
【請求項５】
前記駆動体は、圧電体である、請求項１から４のいずれか１項に記載のブロア。
【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１項に記載のブロア。
【国際調査報告】
2016027817.tif 000017
2016027817.tif 000018
2016027817.tif 000019
2016027817.tif 000020
2016027817.tif 000021
2016027817.tif 000022