(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に沿って流体を移送する流体移送装置であって、前記流路を挟んで両側に、音波を発生する振動板と前記音波を反射する反射壁とが対向配備され、前記振動板は、振動に伴って形成される複数の節の内、少なくとも１つの節の位置で支持されており、前記振動板の振動によって前記流路内に生じる音圧勾配により前記流体を移送する、流体移送装置。
【請求項２】
前記流路内に前記流路の入口側よりも出口側の方が音圧の低い音圧勾配を発生させる音圧勾配発生機構が配備されている、請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項３】
前記振動板と反射壁は、互いの間隔が前記流路の入口側より出口側の方が大きくなるように配置されている、請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項４】
前記振動板は、前記反射壁との間隔が前記入口側から前記出口側に向かって漸次大きくなるように配置されている、請求項３に記載の流体移送装置。
【請求項５】
前記振動板は、その曲げこわさ及び質量の内、少なくとも何れか一方が前記流路の入口側よりも出口側の方が大きい、請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項６】
前記振動板は、その断面二次モーメントが前記流路の入口側より出口側の方が大きい、請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項７】
前記振動板は、その弾性係数が前記流路の入口側よりも出口側の方が大きい、請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項８】
前記振動板は、前記流路の一方の端部側では、反射壁よりも外側へ突出して、反射壁と対向しない領域を有している、請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項９】
前記反射壁は、その音響インピーダンスが前記流路の入口側よりも出口側の方が小さい、請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項１０】
前記反射壁の振動板との対向面は、その吸音率が前記流路の入口側よりも出口側の方が高くなる表面状態に形成されている、請求項１に記載の流体移送装置。
【請求項１１】
前記流路は、前記反射壁の表面に沿って複数列に形成されている、請求項１乃至請求項１０の何れかに記載の流体移送装置。
【請求項１２】
前記流路内には前記音波の共振が生じている、請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の流体移送装置。
【請求項１３】
前記振動板は、前記振動板の共振周波数又はその近傍の周波数で励振されている、請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の流体移送装置。
【請求項１４】
前記振動板の表面には、前記振動板に振動を与える振動付与部が設けられている、請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の流体移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路に沿って流体を移送する流体移送装置に関し、特に、電子機器用の流体移送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電セラミックスなどの屈曲振動を利用した送風機が知られている（例えば特許文献１及び２参照）。
【０００３】
図６３は、従来の第１の例による屈曲振動を利用した送風機の構造を示している。図６３を参照して、従来の第１の例による屈曲振動を利用した送風機１０００の構造について説明する。該送風機１０００においては、金属板からなる振動板１０１の一方の端部は、固定治具１０２に固定されている。振動板１０１の固定治具１０２付近の上面上及び下面上には、圧電セラミックス１０３及び１０４が配置されている。また、圧電セラミックス１０３及び１０４には交流電圧源１０５が接続されており、圧電セラミックス１０３及び１０４に交流電圧を印加することができる。このようにして、従来の第１の例による屈曲振動を利用した送風機１０００が構成されている。
【０００４】
上記送風機１０００においては、振動板１０１の共振周波数に等しい周波数の交流電圧を圧電セラミックス１０３及び１０４に対してそれぞれ印加する。そして、一方の圧電セラミックス１０３が伸びるときは他方の圧電セラミックス１０４は縮むように制御することにより、交流電圧の極性に応じて、振動板１０１の他方の端部を大きく振動させることができる。これにより、振動板１０１をうちわ状に振動させて、空気の流れを作り出すことができる。
【０００５】
図６４は、従来の第２の例による屈曲振動を利用した送風機の構造及び動作原理を示している。図６４を参照して、従来の第２の例による屈曲振動を利用した送風機１１００の構造及び振動モードについて説明する。該送風機１１００においては、平行に配置された一対の金属板からなる振動板１１１ａ及び１１１ｂの一方の端部は、それぞれ、固定治具１１２に固定されている。振動板１１１ａの上面上には、隣り合うもの同士が逆極性となるように、圧電セラミックス１１３ａ〜１１３ｄが順次配置されている。また、振動板１１１ｂの下面上には、固定治具１１２からの距離が圧電セラミックス１１３ａ〜１１３ｄと等しい位置になると共に極性が一致するように、圧電セラミックス１１４ａ〜１１４ｄが配置されている。尚、図６４では、各圧電セラミックス１１３ａ〜１１３ｄ及び１１４ａ〜１１４ｄの極性の違いを“＋”と“−”で示している。このようにして、従来の第２の例による屈曲振動を利用した送風機１１００が構成されている。
【０００６】
上記送風機１１００においては、振動板１１１ａ及び１１１ｂの共振周波数に等しい周波数の交流電圧を圧電セラミックス１１３ａ〜１１３ｄ及び１１４ａ〜１１４ｄに、それぞれ、同位相で印加することにより、圧電セラミックス１１３ａ、１１３ｃ、１１４ａ、１１４ｃと圧電セラミックス１１３ｂ、１１３ｄ、１１４ｂ、１１４ｄとを、それぞれ、同位相で伸縮させると共に、圧電セラミックス１１３ａ、１１３ｃ、１１４ａ、１１４ｃと圧電セラミックス１１３ｂ、１１３ｄ、１１４ｂ、１１４ｄとを互いに逆位相で伸縮させることができる。これにより、図６４中のＡ、Ａ’及びＢ、Ｂ’に示すように、交流電圧の極性の反転に応じて各振動板１１１ａ、１１１ｂには、定在波が発生するので、両振動板１１１ａ、１１１ｂの間の空隙において、上記定在波の腹に相当する各圧電セラミックス１１３ａ〜１１３ｄ及び１１４ａ〜１１４ｄがそれぞれ対向する領域には、空気の放射圧が発生する。その結果、両振動板１１１ａ、１１１ｂの間の空隙に対して、周囲の開放空間から空気を流入させると共に、振動板１１１ａ及び１１１ｂの自由端である他方の端部より空気を流出させることにより、空気の流れを作り出すことができる。
【０００７】
また、上記した従来の第１の例及び第２の例による送風機１０００及び１１００は、小型の電子機器内部のＬＳＩやＣＰＵなどの冷却用途以外に、小型の電子機器用の燃料電池への空気供給器としても期待されている（例えば特許文献３参照）。
【０００８】
図６５は、従来の小型の電子機器用の燃料電池の構造を示している。図６５を参照して、従来の小型の電子機器用の燃料電池１２００の構造について説明する。該燃料電池１２００においては、電解質膜２０４ａと、電解質膜２０４ａの両面上にそれぞれ形成されたメッシュ状や多孔質状のカソード２０４ｂ及びアノード２０４ｃとを具えた膜・電極接合体（ＭＥＡ:Membrane  Electrode  Assembly）２０４が配備されている。
【０００９】
カソード２０４ｂの上面には、天板２０５が配置されており、天板２０５とカソード２０４ｂとの間には、吸入口２０１ａと排出口２０１ｂとを有する第１の流路２０１が形成されている。アノード２０４ｃの下面には、底板２０７が配置されており、底板２０７とアノード２０４ｃとの間には、吸入口２０６ａと排出口２０６ｂとを有する第２の流路２０６が形成されている。
【００１０】
上記燃料電池１２００においては、第１の流路２０１の吸入口２０１ａから排出口２０１ｂに向かって空気や酸素などの酸化用流体を供給すると共に、第２の流路２０６の吸入口２０６ａから排出口２０６ｂに向かって水素やメタノールなどの燃料流体を供給する。これにより、ＭＥＡ２０４のカソード２０４ｂ側には酸化用流体が、アノード２０４ｃ側には燃料流体がそれぞれ供給され、ＭＥＡ２０４において電気化学的に反応することにより、カソード２０４ｂ及びアノード２０４ｃから電気を外部に取り出すことができる。
【００１１】
ここで、第１の流路２０１の吸入口２０１ａ付近や第２の流路２０６の吸入口２０６ａ付近などに従来の第１の例及び第２の例による送風機１０００及び１１００をそれぞれ配置することにより、それぞれ、燃料流体及び酸化用流体の供給能力を高めることができるので、燃料電池の高出力化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−１８６６９９号公報
【特許文献２】特開２０００−１２０６００号公報
【特許文献３】特開２００４−２１４１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記した従来の第１の例及び第２の例による送風機１０００及び１１００では、何れも、大量の燃料流体及び酸化用流体を供給するためには振動板１０１及び１１１ａ、１１１ｂの振幅を大きくする必要があるので、装置が大きくなると共に、エネルギーロスが増加し、効率よく空気を供給することができないという問題点があった。
【００１４】
本発明の目的は、流体を大流量で効率よく移送することが可能な小型の流体移送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る流体移送装置においては、流体を移送すべき流路を挟んで両側に、音波を発生する振動板と前記音波を反射する反射壁とが対向配備され、前記振動板は、振動に伴って形成される複数の節の内、少なくとも１つの節の位置で支持されており、前記振動板の振動によって前記流路内に生じる音圧勾配により前記流体を移送する。尚、音波とは、振動によって起こる媒体中を伝搬する波動のことである。
【００１６】
音響流は、音場によって作り出される定常的な流体の流れであって、振動板と反射壁とを対向配備して、振動板に振動を加えて超音波域の定在波を発生させた場合には、振動板と反射壁の間に気柱共振が発生し、これに伴って、振動板と反射壁との間に渦状の音響流が生じる。
【００１７】
音響流の発生原理については、幾つかの論文(例えば、“音響流と放射圧”電子情報通信学会TECHNICAL  REPORT  OF  IEICE,US96-93,EA96-97(1997-01)、“音響流の発生機構について”電子情報通信学会論文誌A  Vol.J80-A  No.10  pp.1614-1620  1997年10月)で報告されているが、音響流を安定的に発生させて該音響流により流体を移送する技術については、未だ知られていない。
【００１８】
上記本発明の流体移送装置においては、振動板で発生した音波が振動板と反射板との間の流路内で多重反射することにより、流路内の音圧が大きくなる。これにより、流路内には音響流が生じ、流路内の流体を移動させる力が発生する。この結果、流路に沿って流体が移送されることになる。尚、本発明において、“音響流”とは、音場の音圧勾配により生じる定常的な流体の流れを意味する概念である。
【００１９】
本発明に係る流体移送装置においては、流路内に音圧勾配を形成することにより、流路の入口から出口に向かう一様な音響流を発生させて、流体を移送することが出来るので、流路に接続すべき外部機器としての流体供給機構の装備は不要であり、流路を振動板と反射壁から構成して、単に振動板に、圧電素子等の振動付与部を設ければよい。従って、本発明に係る流体移送装置は、小型で、構造が単純であり、然も消費電力が小さく、小型電子機器に搭載すべき燃料電池の流体移送装置として好適である。また、燃料電池以外にも、電子回路、ソーラーパネルあるいはプロジェクションシステムのような装置の冷却手段、携帯用虫除け装置、加湿器あるいは吸入器のような装置の送風手段、センサ類に付着する物質を除去して感度を回復させるリフレッシュ手段、マイクロマシンの推進手段やラボオンチップの送液手段としても適用可能である。
【００２０】
又、本発明に係る流体移送装置では、音響流により流体を一定方向に移送することができるので、振動板の屈曲振動を用いる送風機などと異なり、振動板の振幅を大きくする必要がない。これにより、装置構成を容易に小型化することができると共に、効率よく流体を移送することができる。また、流路の容積が小さい場合であっても、大流量の流体を効率よく移送することができる。その結果、流体を大流量で効率よく移送することが可能な小型の流体移送装置を得ることができる。尚、本発明において用いられる音波としては、約２０ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚの周波数を有するいわゆる超音波が好ましい。この場合、音波の波長が数ｃｍ以下と小さいので、装置構成を小さくすることができると共に、効率よく音響流を発生させることができるので、低エネルギーで流体を移送することができる。又、音波の周波数が人体の可聴領域を超えるため、人体に対する音波の影響を抑制することが出来る。
【００２１】
本発明に係る流体移送装置において、流路内の流体を流路に沿って所定の一方向へ確実に移送するための音圧勾配発生機構の具体的な構成としては、次の５つの形態が採用される。
【００２２】
第１の形態においては、音波を発生する振動板と前記音波を反射する反射壁とが、互いの間隔が前記流路の入口側より出口側の方が大きくなるように配置されている。該形態によれば、流路は、入口側より出口側の方が大きくなるように構成されているので、流路内の流体が入口側に向かって移動するよりも出口側に向かって移動する方が、圧力損失が小さくなる。その結果、流体は、流路の大きい出口側から排出されると共に、流路の小さい入口側から流路内に流体が吸入される。
【００２３】
上記第１の形態を有する流体移送装置において、好ましくは、振動板は、反射板との間隔が入口側から出口側に向かって漸次大きくなるように配置されている。このように構成すれば、容易に流路の入口側より出口側の方が大きくなるように構成することができると共に、流路に沿って徐々に断面形状を変化させることができるので、圧力損失を小さくすることができるので、さらに効率よく流体を移送することができる。
【００２４】
又、該流体移送装置において、好ましくは、流路内には音波の定在波が生じている。このように構成すれば、定在波の発生により流路内の音圧をさらに大きくすることができるので、さらに効率よく流路内の流体を移送することができる。
【００２５】
又、該流体移送装置においては、流路内の流路の小さい入口側に定在波を発生させることが、より好ましい。このように構成すれば、流路の小さい入口側の音圧を流路の大きい出口側の音圧より大きくすることができるので、流路内には、入口側から出口に向かって音圧が小さくなる音圧勾配が生じる。その結果、さらに容易に、流路内の流体を入口側から出口に向かって移送することができる。
【００２６】
又、該流体移送装置において、好ましくは、振動板は、振動板の共振周波数又はその近傍の周波数で励振されている。このように構成すれば、振動板は共振によりその振幅を大きくすることができるので、流路内の音圧をさらに大きくすることができる。
【００２７】
好ましくは、流路内の気柱の音場共振周波数と振動板の共振周波数を同一とすることにより、効率よく空気流を発生できる。
又、該流体移送装置において、好ましくは、振動板の表面上に振動付与部が設けられている。このように構成すれば、振動板を容易に振動させて音波を発生させることができる。
【００２８】
本発明の流体移送装置の第２の形態において、前記振動板は、前記流路の入口側で小さな曲げこわさ及び／又は質量を有すると共に、前記流路の出口側で大きな曲げこわさ及び／又は質量を有している。尚、振動板の曲げこわさは、特定断面における断面二次モーメントＩと弾性係数Ｅの積で定義される。
【００２９】
具体的には、振動板は、流路の入口側で小さな断面二次モーメントを有すると共に、流路の出口側で大きな断面二次モーメントを有している。或いは、振動板は、流路の入口側で小さな弾性係数を有すると共に、流路の出口側で大きな弾性係数を有している。
【００３０】
上記第２の形態を有する流体移送装置においては、振動板に超音波域の定在波が発生し、これによって、振動板と反射壁の間に気柱共振が発生する。ここで、振動板は、流路の入口側では曲げこわさ及び／又は質量が小さく、出口側では曲げこわさ及び／又は質量が大きいので、流路の入口側で大きな振幅、流路の出口側で小さな振幅で振動し、これによって、流路内の音圧は、入口側で高く、出口側で低くなる。この結果、流路の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路内の流体は入口から出口に向かって流れることになる。
【００３１】
本発明の流体移送装置の第３の形態において、前記振動板は、前記流路の一方の端部側では、反射壁よりも外側へ突出して、反射壁と対向しない領域を有している。
【００３２】
該第３の形態を有する流体移送装置においては、振動板に超音波域の定在波が発生し、これによって、振動板と反射壁の間に気柱共振が発生する。ここで、流路の出口側では、振動板が反射壁よりも外側へ突出して、反射壁と対向しない領域を有しているので、この領域によって形成される音場の音圧は、振動板の反射壁と対向する領域によって形成される音場の音圧よりも低くなる。この結果、流路の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路内の流体は入口から出口に向かって流れることになる。
【００３３】
本発明の流体移送装置の第４の形態において、前記反射壁は、前記流路の入口側で大きな音響インピーダンスを有すると共に、前記流路の出口側で小さな音響インピーダンスを有している。
【００３４】
該第４の形態を有する流体移送装置においては、前記反射壁が、前記流路の入口側で大きな音響インピーダンスを有すると共に、前記流路の出口側で小さな音響インピーダンスを有しているので、流路の入口側で大きな音圧、流路の出口側で小さな音圧が発生する。この結果、流路の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路内の流体は入口から出口に向かって流れることになる。
【００３５】
本発明の流体移送装置の第５の形態において、前記反射壁の振動板との対向面は、前記流路の入口側で吸音率が低く、前記流路の出口側で吸音率が高くなる表面状態に形成されている。
【００３６】
該第５の形態を有する流体移送装置においては、前記反射壁の振動板との対向面が、前記流路の入口側で吸音率が低く、前記流路の出口側で吸音率が高くなる表面状態に形成されているので、流路の入口側で反射波が強くなり、流路の出口側で反射波が弱くなる。この結果、流路の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路内の流体は入口から出口に向かって流れることになる。
【００３７】
本発明に係る流体移送装置を具えた燃料電池においては、電解質膜の両側にアノード及びカソードを配備して膜・電極接合体(ＭＥＡ)が構成されており、ＭＥＡの表面に燃料流体及び酸化用流体の少なくとも何れかを移送する流体移送装置が配備されている。
【００３８】
該燃料電池においては、ＭＥＡへの燃料流体及び酸化用流体の少なくとも何れかの移送に本発明に係る流体移送装置を用いているので、燃料電池を容易に小型化することができると共に、効率よく燃料流体及び酸化用流体を移送することができる。また、流路の容積が小さい場合であっても、大流量の燃料流体及び酸化用流体を効率よく移送することができる。その結果、高出力の発電を効率よく行うことが可能な小型の燃料電池を得ることができる。
【００３９】
本発明に係る流体移送装置を具えた燃料電池において、好ましくは、振動板と反射壁とは、互いに対向する方向がＭＥＡの表面に平行になるようにＭＥＡ上に配置されている。このように構成すれば、流路内の音圧は、振動板と反射壁との間隔と、振動板又は反射壁の面積とによって制御することができるので、ＭＥＡの表面に垂直な方向の流路の大きさ、即ち、ＭＥＡの膜厚方向の流路の大きさを自由に変えることができる。これにより、ＭＥＡの膜厚方向の流路の大きさを小さくすることができるので、流体移送装置の厚みを小さくすることができ、その結果、燃料電池をさらに小型化することができる。
【００４０】
又、本発明に係る流体移送装置を具えた燃料電池において、好ましくは、振動板は、ＭＥＡに対向して配置されており、反射壁としてＭＥＡの表面壁が用いられる。このように構成すれば、振動板とＭＥＡとに挟まれた空間を流路として利用することができるので、燃料電池の構成をより簡単なものとすることができると共に、容易に小型化することができる。さらに、ＭＥＡの表面には音波が作用するので、燃料流体及び酸化用流体の電気化学反応により生成したＣＯ２及びＨ２ＯをＭＥＡ表面に付着しにくくすることができる。これにより、燃料電池の出力低下を抑制することができる。
【００４１】
本発明に係る流体移送装置を具えた電子機器は、電子回路部と、該電子回路部の表面に沿って形成された流路に沿って流体を移動させる流体移送装置とを具え、該流体移送装置として、前記本発明の流体移送装置が採用されている。
【００４２】
又、本発明に係る流体移送装置を具えた他の電子機器は、電解質膜の両側にアノード及びカソードを配備して膜・電極接合体が構成されている燃料電池を具え、該燃料電池として、上記本発明の流体移送装置を具えた燃料電池が採用されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の平面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の側面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の振動板が流体の移送方向に共振している状態を説明する側面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態による第１構成例の燃料電池の一部破断平面図である。
【図５】図５は、該燃料電池を図４の矢印Ａ方向から見た断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態による第２構成例の燃料電池の断面図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の変形例を示す側面図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の他の変形例を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の更に他の変形例を示す一部破断正面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態による流体移送装置を具えた第１構成例の燃料電池の斜視図である。
【図１１】図１１は、該燃料電池の流路と平行な断面図である。
【図１２】図１２は、第２構成例の燃料電池の断面図である。
【図１３】図１３は、第３構成例の燃料電池における種々の振動板の平面図である。
【図１４】図１４は、第４構成例の燃料電池における流体移送装置を示す断面図である。
【図１５】図１５は、第５構成例の燃料電池における流体移送装置を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、該流体移送装置の流路と平行な断面図である。
【図１７】図１７は、第６構成例の燃料電池における流体移送装置を示す断面図である。
【図１８】図１８は、第７構成例の燃料電池における流体移送装置を示す平面図である。
【図１９】図１９は、第５構成例の燃料電池における流体移送装置に含まれる振動板の変位量の分布と、従来の振動板の変位量の分布を示すグラフである。
【図２０】図２０は、第１構成例の燃料電池における流体移送装置の変形例を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、本発明の第３実施形態による流体移送装置を具えた第１構成例の燃料電池の斜視図である。
【図２２】図２２は、該流体移送装置の流路と平行な断面図である。
【図２３】図２３は、第２構成例の燃料電池における流体移送装置を示す斜視図である。
【図２４】図２４は、該流体移送装置の流路と直交する断面図である。
【図２５】図２５は、第３構成例の燃料電池における流体移送装置の分解斜視図である。
【図２６】図２６は、該流体移送装置の流路と直交する断面図である。
【図２７】図２７は、第４構成例の燃料電池における流体移送装置を示す斜視図である。
【図２８】図２８は、該流体移送装置の流路と平行な断面図である。
【図２９】図２９は、第１構成例の燃料電池における流体移送装置の変形例を示す斜視図である。
【図３０】図３０は、本発明の第４実施形態による流体移送装置を具えた燃料電池の断面図である。
【図３１】図３１は、本発明の第５実施形態による流体移送装置を具えた燃料電池の断面図である。
【図３２】図３２は、振動板の支持構造を示す分解斜視図である。
【図３３】図３３は、振動板の支持構造を示す断面図である。
【図３４】図３４は、振動板の支持位置と振動状態の関係を説明する図である。
【図３５】図３５は、振動板の他の支持構造を示す断面図である。
【図３６】図３６は、該支持構造における振動板の平面図である。
【図３７】図３７は、振動板の他の支持構造を示す断面図である。
【図３８】図３８は、該支持構造における振動板の平面図である。
【図３９】図３９は、振動板の他の支持構造を示す断面図である。
【図４０】図４０は、該支持構造における振動板の平面図である。
【図４１】図４１は、振動板の他の支持構造を示す断面図である。
【図４２】図４２は、該支持構造における振動板の平面図である。
【図４３】図４３は、振動板の更に他の支持構造を示す断面図である。
【図４４】図４４は、本発明に係る燃料電池を内蔵した携帯電話機の閉じ状態を示す斜視図である。
【図４５】図４５は、該携帯電話機の開き状態を示す斜視図である。
【図４６】図４６は、本発明に係る燃料電池を筐体の外側に取り付けた携帯電話機を示す斜視図である。
【図４７】図４７は、本発明に係る他の燃料電池を筐体の外側に取り付けた携帯電話機を示す斜視図である。
【図４８】図４８は、該携帯電話機を異なる方向から見た斜視図である。
【図４９】図４９は、携帯電話機に取り付けるべき燃料電池の分解斜視図である。
【図５０】図５０は、該燃料電池を他の方向から見た同上の分解斜視図である。
【図５１】図５１は、該燃料電池内の空気の流れを示す断面図である。
【図５２】図５２は、該燃料電池を構成する排水部の斜視図である。
【図５３】図５３は、該燃料電池の他の構成における空気の流れを示す断面図である。
【図５４】図５４は、該他の構成における排水部の斜視図である。
【図５５】図５５は、振動板の支持部の拡大斜視図である。
【図５６】図５６は、本発明に係る燃料電池を内蔵した他の携帯電話機の斜視図である。
【図５７】図５７は、該携帯電話機を背面側から見た斜視図である。
【図５８】図５８は、本発明に係る燃料電池を内蔵した更に他の携帯電話機の斜視図である。
【図５９】図５９は、該携帯電話機を背面側から見た斜視図である。
【図６０】図６０は、本発明に係る燃料電池を具えた携帯電話機の構成を示すブロック図である。
【図６１】図６１は、該携帯電話機における振動周波数の制御を表わすフローチャートである。
【図６２】図６２は、該携帯電話機における振動板の駆動ＯＮ／ＯＦＦ制御を表わすフローチャートである。
【図６３】図６３は、従来の第１の例による屈曲振動を利用した送風機の構造を説明する断面図である。
【図６４】図６４は、従来の第２の例による屈曲振動を利用した送風機の構造及び動作原理を説明する断面図である。
【図６５】図６５は、従来の小型の電子機器用の燃料電池の構造を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（第１実施形態）
流体移送装置
図１は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の構造を示している。また、図２は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の構造を示している。図１及び図２を参照して、以下に本発明の第１実施形態による流体移送装置１００の構造について説明する。
【００４５】
本発明の第１実施形態による流体移送装置１００では、図１及び図２に示すように、流路１を挟んで上下両側に、アクリル板から構成される平板状の反射板２と、Ａｌ板（Ａ５０５２）から構成される平板状の振動板３ａ上にＰＺＴ素子３ｂ（富士セラミックス社製“Ｃ２０３”）を配置してなる振動体３とが、互いに対向するように配置されている。ここで、ＰＺＴ素子３ｂは、本発明の“振動付与部”の一例である。
【００４６】
反射板２及び振動板３ａは、図１及び図２に示すように、それぞれ、約５０ｍｍの長さＬ１、Ｌ２、約３０ｍｍの幅Ｗ１、Ｗ２、及び、約１ｍｍの厚さｔ１、ｔ２を有している。また、振動板３ａは、後述する振動体が縞モードで振動する場合に節となる振動板３ａの端辺において図示しない支持部材で支持されることにより、振動板３ａは、長さＬ１方向に反射板２との間隔（以下、流路１の高さという）が漸次大きくなるように配置されており、吸入口１ａ側で約２ｍｍの間隔ｄ１、排出口１ｂ側で約４ｍｍの間隔ｄ２になるように約２°の角度θだけ傾斜して配置されている。ここで、吸入口１ａ及び排出口１ｂは、それぞれ、本発明の“入口”及び“出口”の一例である。
【００４７】
また、振動体３において、ＰＺＴ素子３ｂは、約３ｍｍの長さＬ３、約３０ｍｍの幅Ｗ２及び約１ｍｍの厚さｔ３の短冊状の形状を有しており、振動板３ａ上に振動板３ａの排出口１ｂ側の端部から約７ｍｍの距離Ｌ４を隔てて形成されている。このようにして、本発明の第１実施形態による流体移送装置１００が構成されている。
【００４８】
本発明の第１実施形態による流体移送装置１００では、まず、交流電源（図示せず）を用いてＰＺＴ素子３ｂに約７０ｋＨｚの交流電圧を印加することにより、ＰＺＴ素子３ｂを長さＬ３方向に伸縮させ、振動板３ａを励振することができる。これにより、振動板３ａより音波が発生すると共に、この音波は、反射板２と振動板３ａとの間の流路１内で多重反射するので、流路１内の音圧が大きくなる。その結果、流路１内には音響流が生じ、流路１内の空気を移動させる力が発生する。尚、空気は、本発明の“流体”の一例である。ここで、流路１は、吸入口１ａ側より排出口１ｂ側の方が高さが大きくなるように構成されているので、流路１内の空気が吸入口１ａ側に向かって移動するよりも排出口１ｂ側に向かって移動する方が、圧力損失が小さくなる。これにより、空気は、流路１の高さが大きい排出口１ｂ側から排出されると共に、流路１の高さが小さい吸入口１ａから流路１内に空気が供給される。
【００４９】
また、振動板３ａより発生した音波は、反射板２と振動板３ａとの間の流路１内で多重反射するので、流路１の高さと音波の波長とが共振条件を満たす場合には、音波は共振することができる。ここで、振動板３ａを反射板２に対して水平に配置し、さらに、流路１の高さを変える以外は上記の流体移送装置１００と同様の条件で、流路１内の音波が共振する反射板２と振動板３ａとの間隔を調べた。その結果、反射板２と振動板３ａとの間隔が約３ｍｍの場合に音波が共振することがわかった。従って、本発明の第１実施形態のように、流路１の高さが長さＬ１方向に大きくなる条件では、流路１の高さが約３ｍｍである流路１の吸入口１ａ側において音波が共振していると考えられる。この場合、上記した流路１の吸入口１ａ側の領域には、音波の定在波が発生しており、これにより、流路１の吸入口１ａ側の音圧はさらに大きくなる。その結果、さらに効率よく空気を流路１に沿って、吸入口１ａから排出口１ｂに向かって移送することができる。
【００５０】
さらに、本発明の第１実施形態では、ＰＺＴ素子３ｂに印加する交流電圧の周波数を変えることにより、様々な振動モードで振動体を励振することができる。ここで、約２０ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚの周波数で振動板３ａを励振した場合の共振周波数と振動モードとの関係を調べた。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１に示すように、振動板３ａは、約２０ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚの範囲において、複数の共振周波数及び共振モードで共振することができる。このように、振動板３ａを共振周波数で励振した場合には、振動板３ａの振幅をさらに大きくすることができるので、流路１内の音圧をさらに大きくすることができる。これにより、さらに効率よく空気を流路１に沿って吸入口１ａから排出口１ｂに向かって移送することができる。尚、振動板３ａの振幅は、共振周波数に近づくほど大きくなるが、共振周波数に対して約５００Ｈｚの範囲の周波数で振動板３ａを励振することにより、振動板３ａの振幅が顕著に増加し、流路１内の音圧を大きくすることができるので、効率よく空気を移送することができる。
【００５３】
図３は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の振動板３ａが流体の移送方向に共振している状態を示している。次に、図３を用いて、本発明の第１実施形態による流体移送装置１００の振動板３ａが流体の移送方向である長さＬ１方向に共振している状態について説明する。
【００５４】
本発明の第１実施形態による流体移送装置１００の振動体は、表１に示すように複数の共振周波数で共振することができるが、いくつかの共振周波数（約７０ｋＨｚ、約１１７ｋＨｚ、約１３４ｋＨｚ）では、図３の破線で示すように、流路１の高さが大きくなる方向に共振する振動モード（縞モード）で共振することができる。この場合、振動板３ａには、図１を参照して、定在波の腹と節とが、それぞれ、幅Ｗ２方向に伸びると共に、長さＬ２方向に交互に配列した縞状に形成される。これにより、定在波の腹の位置では、振動板３ａの振幅は大きくなるので、流路１内の音圧は大きくなり、流路１内には、振動板３ａに生じる定在波に対応するように音圧の大きい領域（Ａ）と音圧の小さい領域（Ｂ）とが交互に配列すると共に、全体として、流路１の高さが大きくなる方向に音圧が小さくなる音圧分布が生じる。この場合、図３に示すように、流路１の側面である流路１の高さが大きくなる方向に平行な側の反射板２と振動板３ａとの端部には、音圧の大きい領域（Ａ）と音圧の小さい領域（Ｂ）とが交互に配列していることにより流路１に向かって流体を吸引する力が生じる。その結果、流路１に対して、吸入口１ａ以外にこの側面からも空気が吸引され、排出口１ｂに向かって空気を移送することができる。これにより、さらに大流量の空気の移送を行うことができる。
【００５５】
また、第１実施形態では、上記のように、振動板３ａは、反射板２との間隔が吸入口１ａ側から排出口１ｂ側に向かって漸次大きくなるように配置されているので、容易に流路１の吸入口１ａ側より排出口１ｂ側の方が大きくなるように構成することができると共に、流路１に沿って徐々に断面形状を変化させることができるので、圧力損失を小さくすることができるので、さらに効率よく空気を移送することができる。
【００５６】
尚、第１実施形態による流体移送装置１００では、振動板３ａと反射板２との傾斜角度θは、約２°に設定されていたが、この角度θは反射板２及び振動板３ａの形状や励振周波数に応じて適宜変更することができ、約０．１°〜約５°の範囲が好ましい。また、振動板３ａと反射板２との間隔は、約０．１ｍｍ〜約５ｍｍの範囲とするのが好ましい。
【００５７】
尚、第１実施形態による流体移送装置１００では、流路１の高さが吸入口１ａ側から排出口１ｂ側に向かって漸次大きくなるように反射板２と振動板３ａとが傾斜して配置されているので、流路１内を音波は、反射板２と振動板３ａとの間を反射しながら、吸入口１ａ側から排出口１ｂ側に向かって移動する。これにより、さらに効率よく音響流を活用できるので、さらに効率よく空気を移送することができる。
【００５８】
また、第１実施形態による流体移送装置１００では、振動板３ａは、縞モードで振動する場合に節となる振動板３ａの端辺において支持されているので、振動板３ａの振動が減衰しにくい。これにより、効率よく空気を移送することができる。
【００５９】
燃料電池の第１構成例
図４は、本発明の第１実施形態による流体移送装置を有する燃料電池の第１構成例の構造を示している。図５は、図４の燃料電池を矢印Ａ方向から見た断面図である。図４及び図５を参照して、以下に本発明の第１実施形態による第１構成例の燃料電池２００の構造について説明する。
【００６０】
第１構成例の燃料電池２００では、ナフィオンなどからなる電解質膜１４ａの上面上及び下面上に、それぞれ、メッシュ状や多孔質状の金属材料などからなるカソード１４ｂ及びアノード１４ｃが形成されたＭＥＡ１４を有している。ここで、燃料電池２００は複数のＭＥＡ１４を積層したスタックタイプものに限らず、平面的に配置した平面モジュールタイプものも好適である。そして、カソード１４ｂの上面上には、第１の流路１１を形成するように、ＡＢＳ樹脂またはポリカーボネート樹脂などの樹脂材料などからなる反射板１２と振動板１３とが、互いに対向する方向がＭＥＡ１４の上面に平行になるように配置されていると共に、カソード１４ｂ、反射板１２及び振動板１３を覆うように、ＡＢＳ樹脂またはポリカーボネート樹脂などの樹脂材料などからなる天板１５が配置されている。尚、振動板１３は、第１実施形態による流体移送装置１００で用いた振動体と同様の構成を有しているが、図４では、ＰＺＴ素子については図示を省略している。また、反射板１２と振動板１３とは、吸入口１１ａ側でｄ１、排出口１１ｂ側でｄ２の間隔になるように角度θだけ傾斜して配置されている。
【００６１】
ＭＥＡ１４の下面には、吸入口１６ａと排出口１６ｂとを有する第２の流路１６を形成するように、ＡＢＳ樹脂またはポリカーボネート樹脂などの樹脂材料などからなる底板１７が配置されており、図示しない支持部材によりＭＥＡ１４及び底板１７はそれぞれ固定されている。このようにして、本発明の第１実施形態による第１構成例の燃料電池２００が構成されている。
【００６２】
第１構成例の燃料電池２００では、ＭＥＡ１４のカソード側に配置されている反射板１２及び振動板１３により、第１実施形態による流体移送装置１１０を構成している。これにより、空気や酸素などの酸化用流体を第１の流路１１に沿って、吸入口１１ａから吸引すると共に排出口１１ｂに向かって排出することができる。
【００６３】
ここで、第１の流路１１に酸化用流体を供給すると共に、第２の流路１６に沿って、図示しない構成により水素流体やメタノールなどの燃料流体を吸入口１６ａから供給することにより、ＭＥＡ１４において酸化用流体と燃料流体とを電気化学的に反応させることができるので、カソード１４ｂ及びアノード１４ｃから電気を外部に取り出すことができる。
【００６４】
第１構成例の燃料電池では、上記のように、第１実施形態の流体移送装置１１０を有しているので、装置構成を容易に小型化することができると共に、効率よく酸化用流体を移送することができる。また、流路１１の容積が小さい場合であっても、大流量の酸化用流体を効率よく移送することができる。その結果、高出力の発電を効率よく行うことが可能な小型の燃料電池を得ることができる。
【００６５】
また、第１構成例の燃料電池では、上記のように、流体移送装置１１０の振動板１３と反射板１２とは、互いに対向する方向がＭＥＡ１４の上面に平行になるようにＭＥＡ１４上に配置されている。このように構成すれば、流路内の音圧は振動板１３と反射板１２との間隔で制御することができるので、ＭＥＡ１４上の上面に垂直な方向の流路の大きさ、即ち、ＭＥＡ１４の膜厚方向の第１の流路１１の高さを自由に変えることができる。これにより、ＭＥＡ１４の膜厚方向の流路の高さを小さくすることができるので、流体移送装置１１０の厚みを小さくすることができ、その結果、燃料電池２００を小型化することができる。
【００６６】
燃料電池の第２構成例
図６は、本発明の第１実施形態による流体移送装置を具えた燃料電池の第２構成例の構造を説明している。図６を参照して、以下、第２構成例の燃料電池３００の構造について説明する。尚、図６では、図２及び図５と同一の部分には同一番号を付して説明を省略する。
【００６７】
本発明の第１実施形態による第２構成例の燃料電池３００では、ＭＥＡ１４の上部には、流路２１を形成するように、振動体がＭＥＡ１４に対して角度θだけ傾斜して対向するように配置されており、振動体とＭＥＡ１４との間隔は、吸入口２１ａ側でｄ１、排出口２１ｂ側でｄ２である。尚、振動体は、第１実施形態による流体移送装置１００で用いた振動体と同様の構成を有しているが、図６では、ＰＺＴ素子については図示を省略している。
【００６８】
第２構成例の燃料電池３００では、振動体３を励振すると、振動板３ａから発生した音波は、ＭＥＡ１４により反射されるので、振動体３と、反射板の代わりに用いるＭＥＡ１４とにより、流体移送装置１２０を構成することができる。これにより、流路２１内を振動体３とＭＥＡ１４の間隔が大きくなる方向に酸化用流体を移送することができる。
【００６９】
ここで、第１構成例の燃料電池２００と同様に、ＭＥＡ１４の下面側に第２の流路１６より燃料流体を供給することにより、ＭＥＡ１４において酸化用流体と燃料流体とを電気化学的に反応させることができるので、カソード１４ｂ及びアノード１４ｃから電力を外部に取り出すことができる。
【００７０】
第２構成例では、ＭＥＡ１４を反射板の代わりに用いて、振動体とＭＥＡ１４とで挟まれた空間（流路２１）を流路として利用することができるので、燃料電池３００の構成をより簡単なものとすることができると共に、容易に小型化することができる。
【００７１】
また、第２構成例では、ＭＥＡ１４の表面には、音波が作用するので、上記した電気化学反応により生成したＣＯ２及びＨ２ＯをＭＥＡ１４の表面に付着しにくくすることができる。これにより、燃料電池３００の出力低下を抑制することができる。
【００７２】
尚、上記第１実施形態では、振動体の励振は、非圧電材料である振動板３ａに取り付けた振動付与部であるＰＺＴ素子３ｂの励振により行われていたが、本発明はこれに限らず、ＰＺＴ、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）などの圧電セラミックスや水晶などの圧電材料からなる弾性板を直接振動させてもよい。この場合、圧電材料の分極方向に電圧を印加することにより、圧電材料からなる弾性板を直接励振することができる。あるいは、高周波フィルタなどに用いられるＳＡＷデバイスと同様に、圧電材料からなる弾性板の表面に一対の櫛型電極を形成するなど圧電材料の表面に電極を形成することにより圧電材料の表面に表面弾性波を発生させてもよい。
【００７３】
また、上記第１実施形態による流体移送装置では、反射板２と振動板３ａは、ともに平板状であって振動板３ａは、反射板２に対して角度θだけ傾斜して配置されていたが、本発明はこれに限らず、例えば、反射板２及び振動板３ａの少なくとも何れかをステップ状に形成して、配置させてもよい。
【００７４】
図７は、本発明の第１実施形態による流体移送装置の変形例の構造を示している。図７を参照して、以下に本発明の第１実施形態による流体移送装置の変形例の構造について説明する。尚、図７では、図２と同一の部分には同一番号を付して説明を省略する。また、振動体３は、第１実施形態による流体移送装置１００で用いた振動体と同様の構成を有しているが、図７では、ＰＺＴ素子については図示を省略している。
【００７５】
図７に示す流体移送装置４００では、反射板３２は、ステップ状に形成されていると共に、ステップを構成する各面Ａ、Ｂは、それぞれ、振動体に平行に対向してｄ１及びｄ２の間隔を有するように配置されている。これにより、反射板３２と振動体３とに挟まれるように流路３１が形成されており、流路３１は、吸入口３１ａ側でｄ１、排出口３１ｂ側でｄ２の高さに形成されている。
【００７６】
この流体移送装置４００においても、振動体３の励振により流路３１内には、第１実施形態の流体移送装置と同様に音響流が生じると共に、吸入口３１ａ側よりも排出口３１ｂ側の方が圧力損失が小さくなるので、流路３１内を吸入口３１ａから排出口３１ｂに向かう方向に流体を供給することができる。
【００７７】
上記説明では、反射板３２がステップ状に成形されていたが、本発明はこれに限らず、図８に示す様に、振動板３ａがステップ状に形成されていてもよい。又、流路の入口側よりも出口側の方が互いの間隔が大きくなるように配置されていれば、振動板及び反射板がともにステップ状に形成されていてもよい。また、上記ステップの段数も複数段であってもよい。
【００７８】
また、上記第１実施形態では、振動板は、流路１の高さが大きくなる方向に共振する振動モード（縞モード）で振動していたが、本発明はこれに限らず、流路１の一方から他方に向かって音圧勾配が生じさえすれば、振動板は、どのようなモードで振動していてもよい。
【００７９】
また、上記第１実施形態では、流路１に沿って空気を移送したが、本発明はこれに限らず、他の気体または液体の移送を行うことができる。また、流体中に粉末などの固形物を分散させることにより、その固形物を移送することもできる。
【００８０】
また、上記第１実施形態による燃料電池の第１構成例及び第２構成例では、流体移送装置１１０及び１２０は、ＭＥＡ１４のカソード１４ｂ側に酸化用流体を供給するのに用いられているが、本発明はこれに限らず、アノード１４ｃ側に燃料流体を供給するのに用いてもよく、ＭＥＡ１４の両側にそれぞれの流体を供給するのに用いてもよい。
【００８１】
また、上記第１実施形態による燃料電池の第１構成例及び第２構成例では、１つのＭＥＡ１４に対して１つの流体移送装置１１０または１２０が配置されていたが、本発明はこれに限らず、図９に示す様に、１つのＭＥＡ１４に対して複数の流体移送装置を配置してもよい。複数の流路３１を形成するように複数の流体移送装置を並列に配置した場合には、ＭＥＡ１４の上面または下面の面方向の流量を制御することができるので、ＭＥＡ１４の平面方向の発電ムラなどを抑制することができる。また、１つの流路に沿って直列に複数の流体移送装置を配置した場合には、流路１を長くしても十分な流量の流体を移送することができる。
【００８２】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による流体移送装置を具えた燃料電池の第１構成例を示している。該燃料電池において、流体移送装置４は、音響流の原理によってＭＥＡ１４の表面に沿う空気の流れを発生させるものであって、第１構成例においては図１１及び図１２に示す如く、ＭＥＡ１４の表面に沿って空気の流路４０が形成されている。
【００８３】
図１０に示す様に、流路４０の両側には、ＭＥＡ１４の表面に対して垂直の姿勢で流路４０に沿って伸びる一対の流路壁４１、４１が立設されると共に、両流路壁４１、４１に跨って、流路４０を覆う振動板４２が設置され、該振動板４２の上面には、圧電振動子４３が設置されている。これによって、図１１に示す様に、振動板４２とＭＥＡ１４の表面とが間隔をおいて互いに対向し、振動板４２の振動によって発生する音波がＭＥＡ１４の表面と振動板４２との間の流路４０内で反射される構成となる。
【００８４】
ここで、振動板４２は、流路４０の入口側の端部４２ａ(図１１の左方端部)で最小厚さＴ１を有すると共に、流路４０の出口側の端部４２ｂ(図１１の右方端部)で最大厚さＴ２を有する断面楔状に形成されている。
【００８５】
上記流体移送装置４において、振動板４２とＭＥＡ１４の表面との間隔を気柱共振の発生する共振高さ(例えば０.１〜５ｍｍ)に設定し、圧電振動子４３によって振動板４２に超音波域の定在波を発生させることにより、振動板４２とＭＥＡ１４の表面の間に気柱共振が発生することになる。ここで、振動板４２は、流路４０の入口側では厚さが小さいために曲げこわさが小さく、出口側では厚さが大きいために曲げこわさが大きいので、図中に破線の矢印で示すように、流路４０の入口側で大きな振幅、流路４０の出口側で小さな振幅で振動し、これによって、流路４０内の音圧は、入口側で高く、出口側で低くなる。
【００８６】
斯くして、流路４０の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路４０内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路４０内の空気は入口から出口に向かって一様に流れることになる。この結果、ＭＥＡ１４に対して空気が供給されて、ＭＥＡ１４に発電反応が生じるのである。
【００８７】
尚、図１０に示す第１構成例の燃料電池に対して、図２０に示す如く、流路壁４１、４１にそれぞれ第２の入口４９、４９を開設することにより、流路４０の側方からも矢印Ｂで示す様に流体吸入を行なうことが出来る。
【００８８】
図１２は、第２構成例の燃料電池を表わしている。図示の如く、該燃料電池において、流体移送装置４には、ＭＥＡ１４の表面に沿って流路４０が形成され、該流路４０を覆う振動板４２は、流路４０の入口側に小さな厚さＴ１の薄板部４２ｃを有すると共に、流路４０の出口側に大きな厚さＴ２の厚板部４２ｄを有している。
【００８９】
上記第２構成例においても、第１構成例と同様に、圧電振動子４３によって振動板４２を駆動することにより、振動板４２は、流路４０の入口側では大きな振幅、出口側では小さな振幅で振動し、これによって、流路４０の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成される。この結果、流路４０内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路４０内の空気は入口から出口に向かって一様に流れることになる。
【００９０】
図１３(ａ)(ｂ)(ｃ)はそれぞれ、燃料電池の第３構成例における流体移送装置を表わしている。図示の如く、該流体移送装置において、振動板４２は、その平面形状を流路に沿って変化させることによって、流路の入口側(図６の左側)で小さな曲げこわさ、流路の出口側(図６の右側)で大きな曲げこわさを実現している。該構成においても同様に、流路の入口から出口に向かって音響流が発生し、流路内の空気は入口から出口に向かって一様に流れることになる。
【００９１】
図１４は、燃料電池の第４構成例における流体移送装置を表わしている。図示の如く、ＭＥＡ１４の表面に沿って空気の流路４０が形成され、該流路４０を覆って振動板４２が設置されている。振動板４２は、流路４０の入口側に弾性係数の小さな材質からなる第１振動板部４２ｅを有すると共に、流路４０の出口側に弾性係数の大きな材質からなる第２振動板部４２ｆを有している。
【００９２】
上記構成において、振動板４２は、流路４０の入口側では弾性係数が小さいために曲げこわさが小さく、出口側では弾性係数が大きいために曲げこわさが大きいので、流路４０の入口側で大きな振幅、流路４０の出口側で小さな振幅で振動し、これによって、流路４０内の音圧は入口側で高く、出口側で低くなる。この結果、流路４０内には入口から出口に向かって音響流が発生し、図中に矢印Ａで示す様に、流路４０内の空気は入口から出口に向かって一様に流れることになる。
【００９３】
図１５及び図１６は、第５構成例の燃料電池における流体移送装置を表わしている。図示の如く、該流体移送装置４においては、ＭＥＡ１４の表面に沿って流路４０が形成され、該流路４０の両側に、一対の流路壁４１、４１が立設され、両流路壁４１、４１に跨ってカバー５が設置されている。カバー５の中央部には、中央開口４４を有する円形の振動板４２が設置され、該振動板４２の表面に、中央開口４４を包囲するリング状の圧電振動子４３が取り付けられている。
【００９４】
該流体移送装置４において、振動板４２は円板状を呈しているため、その外周部における曲げこわさは中央部における曲げこわさがよりも小さくなる。従って、圧電振動子４３を駆動することによって、振動板４２の外周部には大きな振幅の振動が生じ、中央部には小さな振幅の振動が生じることになる。この結果、流路４０には、振動板４２の外周部から中央部に向かって低下する音圧勾配が発生し、外周部から中央部に向かう音響流が発生する。これに伴って、図中に矢印Ａで示す様に、カバー５の両側の開口を入口として空気が流入し、この空気は、振動板４２の中央開口４４を出口として外部へ流出することになる。
【００９５】
又、図１７に示す如くＭＥＡ１４に中央開口１０を開設して、カバー５の両側の開口から流入した空気をＭＥＡ１４の中央開口１０から外部へ流出させる構成(第６構成例)も採用可能である。
【００９６】
更に又、図１８に示す如く、カバー５の２箇所にそれぞれ、図１６に示す振動板４２及び圧電振動子４３を設置して、カバー５の両側から流入した空気を両振動板４２、４２の中央開口４４、４４から流出させる構成(第７構成例)も採用可能である。
【００９７】
本発明の第２実施形態による流体移送装置の効果を実証するべく、図１２に示す第２構成例における流体移送装置(以下、本発明例という)と、振動板が均一厚さからなることを除いて本発明例と同様の流体移送装置(以下、比較例という)とを試作し、石松子を含む空気の流れを観察した。尚、比較例においては、振動板として、幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１ｍｍのアルミニウム板(Ａ５０５２)、圧電振動子４３として、幅７ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１ｍｍのＰＺＴ素子(富士セラミックス社製“Ｃ２０３”)、反射板として、幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１ｍｍのアクリル板を用い、本発明例においては、振動板４２の薄板部４２ｃの厚さを０.５ｍｍ、厚板部４２ｄの厚さを１.０ｍｍとした。そして、流路４０の高さＨを０.５ｍｍに設定した。又、圧電振動子４３は、約３６ｋＨｚの周波数で振動させた。
【００９８】
比較例では、圧電振動子４３に対する電圧の印加前後で石松子は移動するものの、空気の流れは一様でなく、空気の流れ方向を制御することは困難である。これに対し、本発明例では、圧電振動子４３に対する電圧の印加前後で石松子は流路４０の入口から出口に向かって一様に流れ、流れ方向の制御が容易であることが確認された。
【００９９】
又、本発明例の振動板と比較例の振動板とをそれぞれ振動させたときの変位量を測定し、両振動板の変位量の分布を比較した。尚、比較例の振動板としては、幅３０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚さ１ｍｍのアルミニウム板(Ａ５０５２)を用いたのに対し、本発明例の振動板としては、厚板部の厚さが１ｍｍ、薄板部の厚さが０.５ｍｍであり、長さ方向に１０ｍｍの位置で厚さが１ｍｍから０.５ｍｍになっていることを除いて同様のアルミニウム板(Ａ５０５２)を用いた。又、圧電振動子４３は、約３６ｋＨｚの周波数で振動させた。
【０１００】
この結果、本発明例の振動板においては、図１９(ａ)に示す如く、厚板部と薄板部で変位量に約１.１μmの大きな差が生じたのに対し、比較例の振動板においては、図１９(ｂ)に示す如く、長さ方向における変位量の差が０.０５μm程度の小さなものとなった。尚、図１９の横軸は長さ方向の位置を示しており、縦軸は長さ方向の位置における振動板の厚さ方向の変位量を示している。特に図１９(ａ)の横軸においては振動板の厚さが厚い方の端を基準としている。従って、図１２に示す流体移送装置４によれば、振動板４２の薄板部４２ｃの大きな振動によって大きな音圧を発生させて、流路４０内に充分な音圧勾配の形成が可能であることが実証された。他の構成例においても同様の効果が得られるものと考えられる。
【０１０１】
上述の如く、本発明に係る第２実施形態による流体移送装置を具えた燃料電池においては、流体移送装置４が、ＭＥＡ１４に沿って設けられた流路４０内の空気を音響流の原理により移送する構造を有しているので、流路４０に接続すべき外部機器としての流体供給機構は不要であり、振動板４２と反射壁から流路４０自体を構成して、単に振動板４２に圧電振動子４３を設置した単純な構造に過ぎない。従って、流体移送装置４の小型化と消費電力の節減が可能であり、小型電子機器用の燃料電池の流体移送装置として好適である。
【０１０２】
特に燃料電池に本発明の第２実施形態による流体移送装置を採用した構成においては、振動板４２の振動に伴ってＭＥＡ１４の表面壁に音波が作用するので、カソード１４ｂの表面に付着した水や、アノード１４ｃの表面に付着した二酸化炭素を流路４０側へ拡散させることが可能であり、これによって燃料電池の性能が向上することになる。
【０１０３】
（第３実施形態）
図２１は、本発明の第３実施形態による流体移送装置を具えた燃料電池の第１構成例を示している。該燃料電池において、流体移送装置４は、音響流の原理によってＭＥＡ１４の表面に沿う空気の流れを発生させるものであって、第１構成例においては図２１及び図２２に示す如く、ＭＥＡ１４の表面に沿って空気の流路４０が形成されている。流路４０の両側には、ＭＥＡ１４の表面に対して垂直の姿勢で流路４０に沿って伸びる一対の流路壁４１、４１が立設されると共に、両流路壁４１、４１に跨って、流路４０を覆う振動板４２が設置され、該振動板４２の上面には、圧電振動子４３が設置されている。
【０１０４】
これによって、図２２に示す様に、振動板４２とＭＥＡ１４の表面とが所定間隔Ｈをおいて互いに対向し、振動板４２の振動によって発生する音波がＭＥＡ１４の表面と振動板４２との間の流路４０内で反射される構成となる。ここで、振動板４２は、流路４０の出口側(図２２の右側)では、ＭＥＡ１４よりも外側(図２２の右方)へ所定距離Ｓだけ突出して、ＭＥＡ１４の表面と対向しない領域４８を有している。
【０１０５】
上記流体移送装置４において、振動板４２とＭＥＡ１４の表面との間隔Ｈを気柱共振の発生する共振高さ(例えば０.１〜５ｍｍ)に設定し、圧電振動子４３によって振動板４２に超音波域の定在波を発生させることにより、振動板４２とＭＥＡ１４の表面との間に気柱共振が発生することになる。
【０１０６】
又、振動板４２の端部領域４８の突出距離Ｓを、例えば振動板４２に生じる定在波の２分の１波長程度の適切な距離(例えば０.５〜５ｍｍ)に設定することにより、流路４０の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路４０内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路４０内の空気は矢印Ａで示す様に入口から出口に向かって一様に流れることになる。この結果、ＭＥＡ１４に対して空気が供給されて、ＭＥＡ１４に発電反応が生じるのである。
【０１０７】
尚、図２１に示す第１構成例における流体移送装置４に対して、図２９に示す如く、流路壁４１、４１にそれぞれ第２の入口４９、４９を開設することにより、流路４０の側方からも矢印Ｂで示す様に流体吸入を行なうことが出来る。
【０１０８】
図２３及び図２４は、燃料電池の第２構成例を表わしている。図示の如く、流体移送装置４において、ＭＥＡ１４の表面には複数列の流路４０ａ〜４０ａが平行に設けられており、これらの流路４０ａ〜４０ａは、ＭＥＡ１４の表面に対して垂直の流路壁４１によって互いに仕切られている。そして、各流路４０ａを覆って複数の振動板４２ａ〜４２ａが設置され、各振動板４２ａに圧電振動子４３ａが取り付けられている。これらの振動板４２ａ〜４２ａはそれぞれ、流路４０ａの出口側では、ＭＥＡ１４よりも外側へ所定距離だけ突出して、ＭＥＡ１４の表面と対向しない領域４８を有している。
【０１０９】
上記第２構成例においても、第１構成例と同様に、圧電振動子４３ａによって振動板４２ａに超音波域の定在波を発生させることにより、各流路４０ａ内には入口から出口に向かって音響流が発生し、各流路４０ａ内の空気は入口から出口に向かって一様に流れることになる。
【０１１０】
図２５及び図２６は、燃料電池の第３構成例を表わしている。図示の如く、ＭＥＡ１４の表面に沿って互いに平行な２本の空気流路４０ｂ、４０ｂが形成されており、両流路４０ｂ、４０ｂは出口付近で合流している。両流路４０ｂ、４０ｂはＭＥＡ１４の表面と平行なカバー４７によって覆われている。両流路４０ｂ、４０ｂの両側には、ＭＥＡ１４の表面に対して垂直の姿勢を有して流路４０ｂ、４０ｂと平行に伸びる一対の振動板４５、４５が設置され、各振動板４５には圧電振動子４３ｂが取り付けられている。
【０１１１】
又、両流路４０ｂ、４０ｂ間には、ＭＥＡ１４の表面に対して垂直の姿勢を有する反射板４６が立設されている。該反射板４６は、流路出口付近で途切れており、これによって各振動板４２ｂは反射板４６よりも所定距離Ｓだけ突出し、反射板４６と対向しない領域４８が形成されている。斯くして、図２６に示す如く各振動板４５と反射板４６とが所定間隔をおいて互いに対向し、各振動板４５の振動によって発生する音波が反射板４６によって反射される構成となる。
【０１１２】
上記流体移送装置４において、両圧電振動子４３ｂ、４３ｂによって振動板４５、４５に超音波域の定在波を発生させることにより、各振動板４５と反射板４６の間に気柱共振が発生し、音響流が生じる。ここで、流路４０ｂ、４０ｂ内には、流路４０ｂ、４０ｂの入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成されるため、流路４０ｂ、４０ｂ内の空気は矢印Ａで示す様に入口から出口に向かって一様に流れることになる。この結果、ＭＥＡ１４に対して空気が供給されて、ＭＥＡ１４に発電反応が生じるのである。
【０１１３】
図２７及び図２８は、燃料電池の第４構成例を表わしている。図示の如く、流体移送装置４には、ＭＥＡ１４の表面に沿って空気の流路４０ｃが形成されている。流路４０ｃの両側には、ＭＥＡ１４の表面に対して垂直の姿勢で流路４０ｃに沿って伸びる一対の流路壁４１、４１が立設されると共に、両流路壁４１、４１に跨って、流路４０ｃを覆う２枚の振動板５１、５１が互いに間隔をおいて設置され、各振動板５１の上面には、圧電振動子４３ｃが設置されている。該構成によって、両振動板５１、５１の間に流路４０ｃの入口が形成され、両振動板５１、５１の両端部に２つの出口が形成されることになる。
【０１１４】
ここで両振動板５１、５１は、流路４０ｃの出口側(図２８の左右両側)では、ＭＥＡ１４よりも外側へ所定距離Ｓだけ突出して、各振動板５１はＭＥＡ１４の表面と対向しない領域４８を有している。
【０１１５】
上記流体移送装置４において、圧電振動子４３ｃ、４２ｃによって振動板５１、５１に超音波域の定在波を発生させることにより、各振動板５１とＭＥＡ１４の表面の間に気柱共振が発生することになる。ここで、両振動板５１、５１はそれぞれＭＥＡ１４と対向しない領域４８を有しているため、流路４０ｃの入口から両出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路４０ｃ内には入口から両出口に向かって音響流が発生し、矢印Ａで示す様に流路４０ｃの入口から流入した空気は分流して、両出口に向かって一様に流れることになる。この結果、ＭＥＡ１４に対して空気が供給されて、ＭＥＡ１４に発電反応が生じるのである。
【０１１６】
本発明の第３実施形態による流体移送装置の効果を実証するべく、図２１及び図２２に示す第１構成例と同様の流体移送装置(以下、本発明例という)と、振動板４２がＭＥＡ１４から突出していないことを除いて本発明例と同様の流体移送装置(以下、比較例という)とを試作し、石松子を含む空気の流れを観察した。
【０１１７】
尚、試作した流体移送装置４においては、振動板４２として、幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１ｍｍのアルミニウム板(Ａ５０５２)、圧電振動子４３として、幅７ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１ｍｍのＰＺＴ素子(富士セラミックス社製「Ｃ２０３」)、反射板として、幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１ｍｍのアクリル板を用い、流路４０の高さＨを０.５ｍｍ、振動板４２の端部領域４８の突出距離Ｓを２.５ｍｍに設定した。又、圧電振動子４３は、約３４ｋＨｚの周波数で振動させた。
【０１１８】
比較例では、圧電振動子４３に対する電圧の印加前後で石松子は移動するものの、空気の流れは一様でなく、その流れ方向を制御することは困難である。これに対し、本発明例では、圧電振動子４３に対する電圧の印加前後で石松子は流路４０の入口から出口に向かって一様に流れ、流れ方向の制御が容易であることが確認された。
【０１１９】
上述の如く、本発明の第２実施形態による流体移送装置４を具えた燃料電池においては、流体移送装置４が、ＭＥＡ１４に沿って設けられた流路４０内の空気を音響流の原理により移送する構造を有しているので、流路４０に接続すべき外部機器としての流体供給機構は不要であり、振動板４２と反射壁から流路４０自体を構成して、単に振動板４２に圧電振動子４３を設置した単純な構造に過ぎない。従って、流体移送装置４の小型化と消費電力の節減が可能であり、小型電子機器用の燃料電池の流体移送装置として好適である。
【０１２０】
特に燃料電池に本発明の流体移送装置を採用した構成においては、振動板４２の振動に伴ってＭＥＡ１４の表面壁が振動するので、ＭＥＡ１４のアノード１４ｃの表面に付着した水や、カソード１４ｂの表面に付着した二酸化炭素を流路４０側へ拡散させることが可能であり、これによって燃料電池の性能が向上することになる。
【０１２１】
（第４実施形態）
図３０は、本発明の第４実施形態の流体移送装置を具えた燃料電池を示している。該流体移送装置４において、振動板４２と対向するＭＥＡ１４の表面壁１８は、流路４０の入口側の壁部１８ａが大きな音響インピーダンスを有する材質で形成されると共に、前記流路の出口側の壁部１８ｂが小さな音響インピーダンスを有する材質で形成されている。ここで、音響インピーダンスは、反射壁の質量と音速の積によって定義される。
【０１２２】
第４実施形態の流体移送装置４においては、音波を反射すべきＭＥＡ１４の表面壁１８が、流路４０の入口側で大きな音響インピーダンスを有すると共に、前流路４０の出口側で小さな音響インピーダンスを有しているので、流路４０の入口側で大きな音圧、流路４０の出口側で小さな音圧が発生する。この結果、流路４０の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路４０内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路４０内の流体は入口から出口に向かって流れることになる。
【０１２３】
（第５実施形態）
図３１は、本発明の第５実施形態の流体移送装置を具えた燃料電池を示している。該流体移送装置４において、振動板４２と対向するＭＥＡ１４の表面壁の内、流路４０の出口側の領域には複数の凹部１４が形成されており、これによって、反射壁となるＭＥＡ１４の表面壁は、流路４０の入口側で吸音率が低く、流路４０の出口側で吸音率が高くなっている。
【０１２４】
第５実施形態の流体移送装置４においては、音波を反射すべきＭＥＡ１４の表面壁１８の表面が、流路４０の入口側で吸音率が低く、流路４０の出口側で吸音率が高くなる表面状態に形成されているので、流路４０の入口側で反射波が強くなり、流路４０の出口側で反射波が弱くなる。この結果、流路４０の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路４０内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路４０内の流体は入口から出口に向かって流れることになる。
【０１２５】
（振動板の支持構造）
図３２及び図３３は、上述の各実施形態の流体移送装置における振動板の支持構造を示している。図示の如く、ＭＥＡ１４の両側部に一対の流路壁４１、４１が立設され、両流路壁４１、４１に跨ってカバー６が設置される。該カバー６の裏面には、４つのフック状支持部材６１〜６１が取り付けられており、これら４つの支持部材６１〜６１によって振動板３ａが支持されている。
【０１２６】
ＰＺＴ素子３ｂの駆動によって振動板３ａが高次共振モードで振動した場合、振動板３ａの振動には図３４(ｂ)(ｃ)に示す如く複数箇所に腹と節が形成される。前記４つの支持部材６１は、図３４(ａ)(ｂ)に示す如く最初の節の位置と最後の節の位置に対応させて配置されており、これによって振動板３ａは２つの節の位置で両側から支持されることになる。この様に振動板３ａを節の位置で支持することにより、振動板３ａはその固有の振動数で共振し、効率的に音波を発することになる。
【０１２７】
図３５及び図３６は、振動板の他の支持構造を示している。該支持構造においては、両流路壁４１、４１上に振動板３ａが設置され、最初の節の位置と最後の節の位置に対応する４つの位置で、接着剤６２を用いて固定されている。
【０１２８】
図３７及び図３８は、振動板の他の支持構造を示している。該支持構造においては、カバー６の裏面に、４つのピン状の支持部材６３〜６３が取り付けられており、これら４つの支持部材６３〜６３の先端が振動板３ａの両側面に連結されて、振動板３ａが前後２つの節の位置で支持されている。
【０１２９】
図３９及び図４０は、振動板の他の支持構造を示している。該支持構造において、振動板３ａの両側面には、図４０(ａ)に示す如く最初の節の位置と最後の節の位置に対応する４つの位置に、４本の脚片６４〜６４が外向きに突設されており、これらの脚片６４〜６４が図３９の如く両流路壁４１、４１に連結されている。これによって、振動板３ａは前後２つの節の位置で支持されることになる。
【０１３０】
尚、図４０(ａ)に示す４本の脚片６４〜６４に代えて、図４０(ｂ)の如く前後２つの脚片６４、６４を連結部６５により連結し、両側の連結部６５、６５を両流路壁４１、４１によって支持することも可能である。
【０１３１】
図４１及び図４２は、振動板の更に他の支持構造を示している。該支持構造において、振動板３ａには、図４２に示す如く最初の節の位置と最後の節の位置に対応する４つの位置にねじ部材６６〜６６が上向きに突設されており、これらのねじ部材６６〜６６をカバー６にねじ込んで固定している。これによって、振動板３ａは前後２つの節の位置で支持されることになる。
【０１３２】
尚、図４３に示す様に、振動板３ａに４つの孔を開設して、これらの孔に支持部材６７〜６７を取り付け、これらの支持部材６７〜６７をカバー６の裏面に連結することも可能である。
【０１３３】
（各種電子機器への応用例）
図４４及び図４５は、本発明に係る流体移送装置を具えた燃料電池を搭載した折り畳み式携帯電話機を示している。該携帯電話機は、表示側筐体７１と操作側筐体７２とをヒンジ機構７３によって互いに開閉可能に連結したものであって、表示側筐体７１の内面にはメインディスプレイ７１ｂ、外面にはサブディスプレイ７１ｃが配備されている。又、表示側筐体７１と操作側筐体７２の開閉を検知するために、図４５に示す様に、表示側筐体７１の内面には突起７１ａが配備される一方、操作側筐体７２の内面には、前記突起７１ａによってオン／オフされるべき開閉検知スイッチ７２ａが配備されている。
【０１３４】
該携帯電話機においては、表示側筐体７１若しくは操作側筐体７２の内部に本発明に係る燃料電池が内蔵され、或いは、図４６に示す如く表示側筐体７１の背面に、本発明に係る燃料電池９が取り付けられている。該燃料電池９は、図４９及び図５０に示す様に、カバー７６の内部に、燃料供給部及び燃料カートリッジを具えた基板７４、後述の制御回路等を具えた回路部７５、ＭＥＡ１４、排水部７７、振動板３ａ及びＰＺＴ素子３ｂ等が配備され、該燃料電池から電話機本体に対して電力が供給される。カバー７６には、空気を吸入すべき吸入口７６ａと、空気を排出すべき排出口７６ｂとが形成されている。
【０１３５】
ここで、図４４に示すヒンジ機構７３側に流体移送装置の高圧側(吸入口側)を配置した構成を採用すれば、筐体７１、７２はヒンジ機構７３の近傍領域で高い構造強度を有しているので、流体移送装置のヒンジ機構側の音圧を高く設定することが可能である。
【０１３６】
図５１に示す様に、吸入口７６ａ及び排出口７６ｂはそれぞれ、カバー７６の振動板３ａとの対向領域の外側に配置されている。従って、吸入口７６ａから吸入された空気は、振動板３ａによって遮られることなく流路に流れ込み、その後、振動板３ａによって遮られることなく、排出口７６ｂから排出される。この結果、効率のよい空気の移動が実現される。又、図５２に示す如く蓄水部７７ａを具えた排水部７７を、図５１の如く空気流路の終端部に対向させて配置すれば、燃料電池のカソード側で生成された水（不要物）が、空気と共に排水部７７へ向かって流れるので、排水口７７ｂから効率よく水を排出することができる。尚、排水部７７では、空気と共に流れてきた水が蓄水部７７ａに一旦蓄えられ、その後、蒸発によって排水口７７ｂから排出されることになる。
【０１３７】
排水部７７として、図５３及び図５４に示す様に、蓄水部７７ａが空気流路側に突出した構成を採用すれば、燃料電池のカソード側で生成された水を効率的に排水部７７の蓄水部７７ａへ送り込むことが出来る。又、排水部７７の排水口７７ｂは、メッシュ構造となっていてもよい。更には、排水部７７を着脱式とすることで、蓄水部７７ａに貯まった水を除去することが可能となる。
【０１３８】
同様にアノード側に流体移送装置を用いた場合においても、排出口に向かって流体を流すようにすることで、燃料電池のアノード側で生成された二酸化炭素（不要物）を効率よく排出することが出来る。
【０１３９】
又、図４７及び図４８に示す如く、表示側筐体７１の背面に燃料電池９１が取り付けられている携帯電話機において、カバー７６の側面や上下の端面に吸入口７６ａ及び排出口７６ｂを開設することも可能である。
【０１４０】
更に、図５６及び図５７に示すストレートタイプの携帯電話機においては、筐体７０の背面に吸入口７６ａ及び排出口７６ｂが開設されており、吸入口７６ａは、筐体７０の背面下部に配置され、排出口７６ｂは、筐体７０の背面上部に配置される。又、図５８及び図５９に示すストレートタイプの携帯電話機においては、筐体７０の側面及び底面に吸入口７６ａ及び排出口７６ｂが開設されており、吸入口７６ａは、筐体７０の底面、及び側面下部に配置され、排出口７６ｂは、筐体７０の側面上部に配置される。
【０１４１】
この様に、通常の使用状態(通話状態)において下方(重力作用方向)に吸入口７６ａ、上方に排出口７６ｂが位置することとなる構成においては、流路内の空気がＭＥＡにより加熱されて流路内を浮力によって上昇するので、吸入口７６ａから排出口７６ｂへ向かって効率良く空気を移動させることが出来る。従って、通話中の大きな消費電力を燃料電池の発生電力によって十分に賄うことが出来る。尚、一対の筐体をスライド機構により互いに連結したスライド式携帯電話機においても同様に、吸入口及び排出口は、通常の使用状態において何れか一方の筐体の下方に吸入口、上方に排出口が位置するように配置される。
【０１４２】
ところで、図５５に示す如く、カバー７６には、上述の支持構造(図３２〜図４３参照)を用いて振動板３ａが支持されているが、例えば振動板３ａに突設した各脚片６４とカバー７６との間に、硬質ゴム、シリコン、アクリル、テフロン材等、防振効果を有する材料からなる部材６９を挟み込むことによって、振動板３ａから筐体への振動の伝搬を抑制し、筐体の振動に起因する騒音を減少させることが出来る。或いは、支持部材自体(支持部材６１、支持部材６３、脚片６４、連結部６５、ねじ部材６６、支持部材６７)の材質として、硬質ゴム、シリコン、アクリル、テフロン材等、防振効果を有する材料を採用することによっても、同様の効果が得られる。
【０１４３】
又、カバー７６の内面に、振動板３ａと対向させて、ウレタンスポンジ、ウレタンフォーム等からなる吸音シートを貼り着けることによって、カバー７６と振動板３ａによって挟まれた空間等、前記流路以外の空間における空気の振動を吸収し、筐体の振動に起因する騒音を減少させることが出来る。
【０１４４】
図６０は、該燃料電池の構成を表わすブロック図である。マイクロコンピュータやＤＣ／ＡＣコンバータ等から構成される制御回路８とＰＺＴ素子３ｂを含む本発明の流体移送装置においては、制御回路８からＰＺＴ素子３ｂへ駆動信号が供給されてＰＺＴ素子３ｂが駆動され、これに伴ってＰＺＴ素子３ｂから制御回路８へ電流値や振動変位量等の情報がフィードバックされる。
【０１４５】
ＰＺＴ素子３ｂの駆動によってＭＥＡ１４へガスの供給が行なわれ、これによって得られる電力によって二次電池８１が充電され、該二次電池８１を電源として電話機本体８０が動作することになる。ここで、ＭＥＡ１４の発電量は制御回路８へフィードバックされる。尚、ＭＥＡ１４から得られる電力を直接に電話機本体８０へ供給することも可能である。
【０１４６】
図６１は、上述の燃料電池において、振動板を共振点で振動させるための制御回路の電流制御の手続きを表わしている。該電流制御においては、ＰＺＴ素子から得られる電流値を山登り法により極大化することによって、振動板の振動数を共振周波数に設定する。
【０１４７】
先ず図６１のステップＳ１にて、振動板の周波数ｆに初期値(例えば７０ｋＨｚ)を設定すると共に、電流値を測定し、その結果をそれぞれ電流現在値Ｉi及び電流過去値Ｉoldに代入する。そして、アップモードでは、ステップＳ２にて電流現在値Ｉiと電流過去値Ｉoldを比較し、Ｉi≧Ｉoldであれば、ステップＳ３に移行して、周波数ｆと所定の最大周波数ｆmaxとを比較し、ｆ＜ｆmaxであれば、ステップＳ４にて周波数をインクリメントする。
【０１４８】
その後、ステップＳ５では、電流現在値Ｉiを電流過去値Ｉoldに代入すると共に、新しい電流現在値Ｉiを取得し、ステップＳ２に戻って電流現在値Ｉiと電流過去値Ｉoldの比較を行なう。これによって、ステップＳ２でＩi＜Ｉoldと判断され、或いはステップＳ３でｆ≧ｆmaxと判断されたときは、ダウンモードに移行する。
【０１４９】
ダウンモードでは、ステップＳ７にて電流現在値Ｉiと電流過去値Ｉoldを比較し、Ｉi＞Ｉoldであれば、ステップＳ８に移行して、周波数ｆと所定の最小周波数ｆminとを比較し、ｆ＞ｆminであれば、ステップＳ９にて周波数をデクリメントする。
【０１５０】
その後、ステップＳ１０では、電流現在値Ｉiを電流過去値Ｉoldに代入すると共に、新しい電流現在値Ｉiを取得し、ステップＳ７に戻って電流現在値Ｉiと電流過去値Ｉoldの比較を行なう。これによって、ステップＳ７でＩi≦Ｉoldと判断され、或いはステップＳ８でｆ≦ｆminと判断されたときは、アップモードに移行する。
【０１５１】
この様にアップモードとダウンモードで動作させることで共振周波数で動作させることが出来る。
この様な制御によれば、振動板の発熱、不純物の付着等によって振動板の周波数がずれた場合にも、常に振動板を共振点で振動させて、大きな音響流を発生させることが出来る。又、バースト駆動により更に消費電力を抑えることが可能である。
【０１５２】
ところで、上述の如き携帯電話機においては、待ち受け状態で消費電力が少なく、ディスプレイの画面表示やバックライトの点灯が行われる状態では、消費電力が増大する。そこで、図６２に示す振動板駆動制御を採用することによって、消費電力が大きくなる場合に限って振動板を振動させて流体を移送する構成を採用することが出来る。
【０１５３】
例えば図４４及び図４５に示す折り畳み式携帯電話機においては、先ず図６２のステップＳ１１にて、開閉検知スイッチ７２ａにオン／オフ状態の変化があったかどうかを判断する。ここでオン／オフ状態の変化があったときは、ステップＳ１２に移行して、開閉検知スイッチがオンに変化したか、オフに変化したかを判断する。携帯電話機が開かれて開閉検知スイッチがオンに変化した場合は、ステップＳ１３にてディスプレイによる表示画面を行なうと共にバックライトを点灯し、操作可能状態を設定した後、ステップＳ１４に移行して、流体移送装置の振動板を駆動する。これに対し、携帯電話機が閉じられて開閉検知スイッチがオフに変化した場合は、ステップＳ１５にてディスプレイによる表示画面を停止すると共にバックライトを消灯し、スリープ状態を設定した後、ステップＳ１６に移行して、流体移送装置の振動板の駆動を停止する。尚、図４４に示す如くサブディスプレイ７１ｃを具えた携帯電話機において、筐体を閉じた後に一定時間が経過してから、サブディスプレイのバックライトを消灯する制御では、バックライトが消灯した後に振動板の振動を停止させてもよい。
【０１５４】
又、図５６〜図５９に示す如きストレートタイプの携帯電話機において、操作ボタンの操作によってバックライトを点灯させ、一定時間に亘ってボタン操作がない場合にはバックライトを消灯する制御では、ボタン操作又はバックライトの点灯／消灯に合わせて、振動板の駆動をオン／オフすることも可能である。
【０１５５】
尚、上記した各実施形態並びに各構成例は、すべての点において例示であって、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、上記した実施形態並びに構成例の説明ではなく請求の範囲によって規定され、さらに請求の範囲と均等の意味及び範囲内におけるすべての変更が含まれる。
【０１５６】
例えば、本発明に係る流体移送装置を具えた燃料電池は、携帯電話機に限らず、携帯電話機等を充電するための充電器、ビデオカメラ等のＡＶ機器、携帯用ゲーム機、ナビゲーション装置、ハンディクリーナ、業務用発電器、ロボット等、あらゆる電子機器の電源として用いることが出来る。更に本発明に係る流体移送装置は、燃料電池に用いる構成に限らず、上述の如きあらゆる電子機器の電源以外の用途にも応用することが可能であって、例えば電子機器を構成する電子回路部の表面に沿って本発明に係る流体移送装置を配備し、該流体移送装置によって冷却用の空気を移送し、電子回路部を冷却する構成とすることも可能である。又、この様な流体移送装置を用いることで燃料電池を平面モジュールとすることが出来る。
【０１５７】
又、流体移送装置の流路の終端部(振動板とＭＥＡが向かい合って形成された流路の終端の部分)に対向する位置に排水部７７を設けたが、この位置に限らず、終端部付近、例えば排出口７６ｂとの間の何れの位置に設けても同様の排水効果が得られる。
【０１５８】
又、通常の使用状態(通話状態)と記載しているが、これは本実施例記載の携帯電話機での一例であり、ビデオカメラ等のＡＶ機器では、静止画や動画を撮影する状態や、撮影した静止画や動画を閲覧する状態、携帯用ゲーム機であればゲームを実行している状態、ナビゲーション装置や業務用発電器などの据え置き型の電子機器については設置状態が通常の使用状態に該当する。この様に、機器によって通常の使用状態は異なるため、通話状態に限定するものではない。
【符号の説明】
【０１５９】
１００  流体移送装置
１  流路
１ａ  吸入口
１ｂ  排出口
２  反射板
３  振動体
３ａ  振動板
３ｂ  ＰＺＴ素子
２００  燃料電池
１１  流路
１１ａ  吸入口
１１ｂ  排出口
１２  反射板
１３  振動板
１４  ＭＥＡ
１４ａ  電解質膜
１４ｂ  カソード
１４ｃ  アノード
１５  天板
１６  流路
１６ａ  吸入口
１６ｂ  排出口１６ｂ
１７  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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【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】
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【図１７】
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【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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