JP6089584B2 - ブロア - Google Patents

Description

本発明は、気体の輸送を行うブロアに関するものである。

従来、電子機器の内部に設けられている熱源を冷却するため、あるいは燃料電池で発電するために必要な酸素を供給するためのブロアが各種考案されている。例えば特許文献１には圧電ブロアが開示されている。

図２４は、特許文献１に係る圧電ブロア９００の断面図である。圧電ブロア９００は、内ケース１と、外ケース５と、を備えている。

内ケース１は、圧電素子２０及び中間板２２が接合されたダイヤフラム２１と、ダイヤフラム２１に接合されている枠板部１３と、枠板部１３に接合されている天板部１０と、を有する。内ケース１は、ダイヤフラム２１と枠板部１３と天板部１０とによってブロア室３を構成している。

天板部１０は、ブロア室３の内部と外部とを連通させる第１通気孔１１と、外ケース５に固定されている支持部４とを有している。複数の支持部４は、内ケース１を外ケース５に対して弾性的に支持する。

外ケース５は、内ケース１を間隔を設けて被覆し、内ケース１との間に通気路６を構成する。さらに、外ケース５は、第１通気孔１１と対向する箇所に第２通気孔８を有する。

以上の構成において、交流駆動電圧が圧電素子２０に印加されると、圧電素子２０が伸縮し、圧電素子２０の伸縮によりダイヤフラム２１が屈曲振動する。そして、ダイヤフラム２１の屈曲振動により、ブロア室３の体積が周期的に変化する。

詳述すると、交流駆動電圧が圧電素子２０に印加されてダイヤフラム２１が圧電素子２０側へ屈曲すると、ブロア室３の体積が増大する。これに伴い、圧電ブロア９００の外部の気体が通気路６及び第１通気孔１１を介してブロア室３内に吸引される。

次に、交流駆動電圧が圧電素子２０に印加されてダイヤフラム２１がブロア室３側へ屈曲すると、ブロア室３の体積が減少する。これに伴い、ブロア室３内の気体が通気路６を介して第２通気孔８から吐出される。

このとき、ブロア室３から第１通気孔１１を介して吐出される気体によって，圧電ブロア９００の外部の気体が通気路６を介して引き込まれて第２通気孔８から吐出される。そのため、第２通気孔８から吐出される気体の流量が、引き込まれる気体の流量分多くなる。

国際公開第２００９／１４８００８号パンフレット

前記圧電ブロア９００において内ケース１は一般的に、ダイヤフラム２１と枠板部１３と天板部１０とが接着剤によって接合されることにより形成される。

例えば圧電ブロア９００を内蔵する電子機器が、図２４に示すように、Ｚ方向へ落下して地面に衝突する。このとき、圧電ブロア９００では、落下による衝撃力が外ケース５から支持部４を介して天板部１０と枠板部１３との接合部分に加わり、枠板部１３と天板部１０とが剥離してしまうという問題がある。

そこで本発明は、外部から衝撃力が加わったとしても、枠板部と天板部とが剥離することを従来よりも抑制できるブロアを提供することを目的とする。

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。

（１）駆動部と、駆動部に接合されている枠板部と、駆動部に対向して枠板部に接合されている天板部と、を有し、駆動部と枠板部と天板部とによってブロア室を構成する第１筐体と、
第１筐体を間隔を設けて被覆する第２筐体と、を備え、
天板部には、ブロア室の内部と外部とを連通させる第１通気孔が設けられており、
枠板部は、第１筐体を第２筐体に対して弾性的に支持し、第２筐体に固定される支持部位を有し、
支持部位における第２筐体との固定部分から駆動部までの最短距離は、支持部位における第２筐体との固定部分から天板部までの最短距離よりも短い。

この構成では、駆動電圧が駆動部に印加されると、駆動部が屈曲振動する。そして、この駆動部の屈曲振動によりブロア室の体積が周期的に変化する。これにより、ブロアの外部の気体が第１通気孔からブロア室へ吸引され、ブロア室の気体が第１通気孔から吐出される。

ここで、第１筐体は、第１筐体から第２筐体への振動伝播を実質的に抑制する支持部位によって支持されているため、駆動部による第１筐体の振動が第２筐体に漏洩することを抑制できる。よって、この構成によれば、エネルギー損失が少ないため、消費電力あたりの吐出流量が多くなる。

また、この構成では、例えばブロアを内蔵する電子機器が落下して地面や床に衝突した時、外部からの衝撃力が、第２筐体から枠板の支持部位を介して、駆動部に加わった後、天板部に加わる。

よって、この構成のブロアでは、枠板を介して加わった外部からの衝撃力が、まず駆動部に分散されるため、天板部と枠板部との接合部分に加わる衝撃力が抑制される。

したがって、この構成のブロアによれば、外部から衝撃力が加わったとしても、天板部と枠板部とが剥離することを従来よりも抑制できる。

なお、この構成は、天板部と枠板部との接着力が、駆動部と枠板部との接着力より小さい構造を持つブロアに特に有効である。

（２）天板の外形は、駆動部の外形よりも小さいことが好ましい。

この構成では、例えばブロアを内蔵する電子機器が落下して地面や床に衝突した時、外部からの衝撃力が、天板部の外周よりも駆動部の外周に先に加わる。そのため、天板部と枠板部との接合部分に加わる衝撃力が従来よりも抑制される。

したがって、この構成のブロアによれば、外部から衝撃力が加わったとしても、天板部と枠板部とが剥離することを従来よりも抑制できる。

（３）枠板部は、ブロア室の一部を構成する側壁部位をさらに有し、
支持部位は、側壁部位の外周の縁から突出していることが好ましい。

この構成では、駆動部と枠板部の側壁部位と天板部とによってブロア室が構成される。そして、支持部位は、側壁部位の外周の縁から突出して第２筐体に固定される。

（４）支持部位の剛性は、側壁部位の剛性より低いことが好ましい。

この構成では、駆動部による第１筐体の振動が第２筐体に漏洩することをより抑制できる。よって、この構成によれば、エネルギー損失がより少ないため、消費電力あたりの吐出流量がより多くなる。

（５）駆動部は、振動板と、振動板に接合されている圧電素子と、から構成されており、
振動板の周縁が、枠板部に接合されていることが好ましい。

この構成では、駆動電圧が圧電素子に印加されると、圧電素子が伸縮し、圧電素子の伸縮により振動板が屈曲振動する。そして、この振動板の屈曲振動によりブロア室の体積が周期的に変化する。

（６）第２筐体は、第１筐体を間隔を設けて被覆して第１筐体との間に通気路を構成し、
第２筐体における第１通気孔と対向する領域には、第２通気孔が設けられていることが好ましい。

この構成では、ブロア室から第１通気孔を介して吐出される気体によって、ブロアの外部に存在する気体が通気路を介して引き込まれて第２通気孔から吐出される。そのため、第２通気孔から吐出される気体の流量が、引き込まれる気体の流量分多くなる。

従って、この構成によれば、消費電力あたりの吐出流量が大幅に多くなる。そのため、低消費電力でありながら吐出流量を多くすることができる。

この発明によれば、外部から衝撃力が加わったとしても、天板部と枠板部とが剥離することを従来よりも抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００の正面図である。 図１に示す圧電ブロア１００の底面図である。 図１に示す圧電ブロア１００の斜視図である。 図１に示す圧電ブロア１００の分解斜視図である。 図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動をさせた際における、圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。 本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア８００の分解斜視図である。 図７に示す圧電ブロア８００の主要部の断面図である。 図４に示す圧電ブロア１００においてＺ方向の衝撃力が加わったときの圧電ブロア１００における衝撃力の伝わり方と、図７に示す圧電ブロア８００においてＺ方向の衝撃力が加わったときの圧電ブロア８００における衝撃力の伝わり方とを比較した要部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００の分解斜視図である。 図１０に示す圧電ブロア２００の主要部の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００の分解斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る圧電ブロア４００の分解斜視図である。 図１３に示す圧電ブロア４００の主要部の断面図である。 図１３に示す圧電ブロア４００の要部正面図である。 図１３に示す圧電ブロア４００の要部斜視図である。 図１３に示す圧電ブロア４００の要部断面図である。 図７に示す圧電ブロア８００の要部正面図である。 図７に示す圧電ブロア８００の要部斜視図である。 図７に示す圧電ブロア８００の要部断面図である。 図１３に示す圧電ブロア４００においてＺ方向の衝撃力が加わったときに圧電ブロア４００に生じる応力の分布を示す要部正面図である。 図７に示す圧電ブロア８００においてＺ方向の衝撃力が加わったときに圧電ブロア４００に生じる応力の分布を示す要部正面図である。 図１３に示す圧電ブロア４００においてＺ方向の衝撃力が加わったときに圧電ブロア４００に生じる最大応力と、図７に示す圧電ブロア８００においてＺ方向の衝撃力が加わったときに圧電ブロア８００に生じる最大応力とを比較した図である。 特許文献１に係る圧電ブロア９００の断面図である。

《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。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電ブロア１００の正面図である。図２は、図１に示す圧電ブロア１００の底面図である。図３は、図１に示す圧電ブロア１００の斜視図である。図４は、図１に示す圧電ブロア１００の分解斜視図である。図３、図４は、圧電ブロア１００を底面側から見た図である。図５は、図１に示す圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。

なお、本発明の「第１筐体」が内ケース１０１に相当する。本発明の「第２筐体」が外ケース１０２に相当する。また、本発明の「駆動部」が圧電素子４０に相当する。また、本発明の「枠板部」が枠板６０に相当する。本発明の「天板部」が天板７０に相当する。また、本発明の「第１通気孔」が通気孔４５に相当する。本発明の「第２通気孔」が吐出口２４に相当する。詳細な説明については後述する。

圧電ブロア１００は、図４に示すように、外ケース１０２、内ケース１０１、及びキャップ４２を備えている。圧電ブロア１００は、幅１２ｍｍ×長さ１２ｍｍ×ノズル１８以外の領域の高さ１．７ｍｍの寸法となっている。

外ケース１０２は、下方が開口した断面コ字状である。外ケース１０２は、例えば樹脂からなる。外ケース１０２は、空気が吐出される吐出口２４が中心に設けられた９個のノズル１８を有する。このノズル１８は、外形の直径２．０ｍｍ×内形（即ち吐出口２４）の直径０．８ｍｍ×高さ１．３ｍｍの寸法となっている。外ケース１０２の四角には、ネジ穴５６Ａ〜５６Ｄが設けられている。また、外ケース１０２の四辺には、図４に示すように凹部５７Ａ〜５７Ｄが設けられている。

内ケース１０１は、圧電素子４０と、圧電素子４０に接合されている枠板６０と、枠板６０に接合されている天板７０とを有する。内ケース１０１は、圧電素子４０、枠板６０、及び天板７０によってブロア室３６を構成している。

圧電素子４０は、円板状であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。圧電素子４０の厚みは、例えば０．１（ｍｍ）である。圧電素子４０の直径は、例えば８．５５（ｍｍ）である。圧電素子４０は、印加された交流駆動電圧に応じて伸縮する。圧電素子４０は、ブロア室３６に面する中央部と中央部より外周に位置する周縁部とを有する。

枠板６０は、円環状であり、例えば金属からなる。枠板６０は、圧電素子４０の周縁部の上面に接着剤で接合されている。そのため、枠板６０の厚みは、ブロア室３６の高さとなる。枠板６０の厚みは、例えば０．１５（ｍｍ）である。また、枠板６０の内形の直径は、ブロア室３６の直径となる。枠板６０の内形の直径は、例えば４．１（ｍｍ）である。枠板６０の外形の直径は、例えば９．４（ｍｍ）である。

枠板６０は、円環状の側壁部位６１と、側壁部位６１の外周の縁から周方向へ水平に突出する鍵状の支持部位６２Ａ〜６２Ｄと、外部回路に接続するための外部端子６３とを有する。

４個の支持部位６２Ａ〜６２Ｄは、外ケース１０２の凹部５７Ａ〜５７Ｄに嵌入され、例えば接着剤などにより外ケース１０２の凹部５７Ａ〜５７Ｄに固定される。これにより、内ケース１０１は、枠板６０の４個の支持部位６２Ａ〜６２Ｄによって外ケース１０２に対して弾性的に支持されている。

天板７０は、可撓性を有し、例えば金属からなる。天板７０は、円板状である。天板７０の厚みは、例えば０．０５（ｍｍ）である。天板７０の外形は、圧電素子４０の外形より小さい。天板７０の直径は、例えば８．１（ｍｍ）である。

また、天板７０には、ブロア室３６の内部と外部とを連通させる９つの通気孔４５が設けられている。これらの通気孔４５は、外ケース１０２の吐出口２４と対向する位置に設けられている。天板７０は、枠板６０の側壁部位６１の上面に接着剤で接合されている。

なお、圧電ブロア１００は、天板７０と枠板６０との接着力が、圧電素子４０と枠板６０との接着力より小さい構造を有している。

電極導通用板７１は、圧電素子４０に接続される内部端子７３と、外部回路に接続される外部端子７２とで構成されている。内部端子７３の先端は圧電素子４０の平板面にはんだで接合されている。はんだで接合される位置を圧電素子４０の屈曲振動の節に相当する位置とすることにより、内部端子７３の振動がより抑制できる。

キャップ４２には、円板形状の吸引口５３が設けられている。吸引口５３の直径は、圧電素子４０の直径より大きい。また、キャップ４２には、外ケース１０２のネジ穴５６Ａ〜５６Ｄに対応する位置に切欠き５５Ａ〜５５Ｄが設けられている。キャップ４２は、例えば樹脂からなる。

キャップ４２は、外ケース１０２に接着剤で接合され、内ケース１０１を、外ケース１０２とともに収納する。そして、図５に示すように、外ケース１０２及びキャップ４２は、内ケース１０１を間隔を設けて被覆して内ケース１０１との間に通気路３１を形成する。

以上の構成において圧電ブロア１００は、ノズル１８の先端をＣＰＵ等の被冷却体（熱源）に向けて、配置される。そして、圧電ブロア１００は、被冷却体に吐出口２４から空気を吐出して被冷却体を冷却する。

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。

図６（Ａ）（Ｂ）は、図１に示す圧電ブロア１００を１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動をさせた際における、圧電ブロア１００のＳ−Ｓ線の断面図である。ここで、図中の矢印は、空気の流れを示している。

図５に示す状態において、圧電ブロア１００の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する交流駆動電圧が外部端子６３，７２から圧電素子４０に印加されると、圧電素子４０は同心円状に屈曲振動する。同時に、天板７０は、圧電素子４０の屈曲振動に伴うブロア室３６の圧力変動により、圧電素子４０の屈曲振動に伴って（この実施形態では振動位相が１８０°遅れて）同心円状に屈曲振動する。これにより、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、圧電素子４０及び天板７０が屈曲変形してブロア室３６の体積が周期的に変化する。

図６（Ａ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて圧電素子４０がブロア室３６と逆側へ屈曲すると、ブロア室３６の体積が増大する。これに伴い、圧電ブロア１００の外部の空気が吸引口５３、通気路３１、及び通気孔４５を介してブロア室３６内に吸引される。なお、このときブロア室３６からの空気の流出は無いものの、吐出口２４から圧電ブロア１００の外部への空気の流れの慣性力が働いている。

図６（Ｂ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて圧電素子４０がブロア室３６側へ屈曲すると、ブロア室３６の体積が減少する。これに伴い、ブロア室３６内の空気が通気孔４５、通気路３１を介して吐出口２４から吐出される。

このとき、ブロア室３６から吐出される空気によって、圧電ブロア１００の外部の空気が吸引口５３及び通気路３１を介して引き込まれて吐出口２４から吐出される。そのため、吐出口２４から吐出される空気の流量が、外部から引き込まれる空気の流量分多くなる。

ここで、内ケース１０１は、外ケース１０２に対して支持部位６２Ａ〜６２Ｄを介して支持されているため、圧電素子４０による内ケース１０１の振動が外ケース１０２に漏洩することを抑制できる。よって、この構成によれば、エネルギー損失が少ないため、消費電力あたりの吐出流量が多くなる。

次に、本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア８００について説明する。

図７は、本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア８００の分解斜視図である。図８は、図７に示す圧電ブロア８００の主要部の断面図である。圧電ブロア８００が圧電ブロア１００と相違する点は、枠板８６０及び天板８７０である。その他の構成については同じであるため、記載を省略する。

詳述すると、天板８７０は、円板部位８７１と、円板部位８７１の外周の縁から周方向へ水平に突出する鍵状の支持部位８７２Ａ〜８７２Ｄと、外部端子８７３を有する点で天板７０と相違する。その他の天板８７０の構成については天板７０と同じである。

また、枠板８６０は支持部位６２Ａ〜６２Ｄ及び外部端子６３を有さない点で枠板６０と相違する。その他の枠板８６０の構成については枠板６０と同じである。

すなわち、圧電ブロア８００は、図２４に示す従来の圧電ブロア９００と同様、枠板８６０でなく、天板８７０が支持部位８７２Ａ〜８７２Ｄ及び外部端子８７３を有する構造となっている。

ここで、圧電ブロア１００の外部からの衝撃力の伝わり方と圧電ブロア８００の外部からの衝撃力の伝わり方とを比較する。

図９は、図４に示す圧電ブロア１００においてＺ方向の衝撃力が加わったときの圧電ブロア１００における衝撃力の伝わり方と、図７に示す圧電ブロア８００においてＺ方向の衝撃力が加わったときの圧電ブロア８００における衝撃力の伝わり方とを比較した要部断面図である。図９の右側は、図５の要部を拡大した断面図であり、図９の左側は、図８の要部を拡大した断面図である。

圧電ブロア１００において、支持部位６２Ｄにおける外ケース１０２との固定部分から圧電素子４０までの最短距離は、支持部位６２Ｄにおける外ケース１０２との固定部分から天板７０までの最短距離よりも短い。同様に、支持部位６２Ａ〜６２Ｃのそれぞれにおける外ケース１０２との固定部分から圧電素子４０までの最短距離は、支持部位６２Ａ〜６２Ｃのそれぞれにおける外ケース１０２との固定部分から天板７０までの最短距離よりも短い。

そのため、例えば圧電ブロア１００を内蔵する電子機器が落下して地面や床に衝突した時、外部から加わったＺ方向の衝撃力は、まず外ケース１０２から枠板６０の支持部位６２Ａ〜６２Ｄ及び側壁部位６１を介して、側壁部位６１と圧電素子４０との接合部分Ｐ１から圧電素子４０に加わり、分散される。その後、衝撃力は、側壁部位６１と天板７０との接合部分Ｐ２から天板７０に加わる。ここで、天板７０の外形が圧電素子４０の外形より小さいため、衝撃力は必ず、圧電素子４０の外周に先に加わる。

よって、圧電ブロア１００では、外部からの衝撃力がまず圧電素子４０に分散されるため、天板７０と枠板６０との接合部分Ｐ２に加わる衝撃力が抑制される。

一方、例えば圧電ブロア８００を内蔵する電子機器が落下して地面や床に衝突した時、外部から加わったＺ方向の衝撃力は、まず外ケース１０２から支持部位８７２Ａ〜８７２Ｄを介して天板８７０と枠板８６０との接合部分Ｐ３に加わる。すなわち圧電ブロア８００では、衝撃力は天板８７０と枠板８６０との接合部分Ｐ３に集中して加わる。

したがって、圧電ブロア１００によれば、外部から衝撃力が加わったとしても、天板７０と枠板６０との接合部分に衝撃力が加わる前に、圧電素子４０に衝撃力が分散される。このため、天板７０と枠板６０とが剥離することを従来よりも抑制できる。

《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。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る圧電ブロア２００の分解斜視図である。図１１は、図１０に示す圧電ブロア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３９を有する点である。その他の構成については同じであるため、記載を省略する。圧電ブロア２００では、圧電素子４０及び振動板３９が本発明の「駆動部」を構成する。

詳述すると、内ケース２０１は、圧電素子４０、振動板３９、枠板６０、及び天板７０を有する。振動板３９は、可撓性を有し、例えば金属からなる。振動板３９は、円板状である。振動板３９は、圧電素子４０の上面に接着剤で接合されている。振動板３９は、ブロア室３６に面する中央部と中央部より外周に位置する周縁部とを有する。そして、振動板３９の周縁部が、枠板６０の側壁部位６１に接合されている。

そのため、圧電ブロア２００では内ケース２０１が、振動板３９、枠板６０、及び天板７０によってブロア室３６を構成している。

次に、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。

ここで、圧電ブロア２００の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する交流駆動電圧が外部端子６３，７２から圧電素子４０に印加されると、圧電素子４０が伸縮し、圧電素子４０の伸縮によって振動板３９が同心円状に屈曲振動する。同時に、天板７０は、振動板３９の屈曲振動に伴うブロア室３６の圧力変動により、振動板３９の屈曲振動に伴って（この実施形態では振動位相が１８０°遅れて）同心円状に屈曲振動する。これにより、図６（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア１００と同様に、振動板３９及び天板７０が屈曲変形してブロア室３６の体積が周期的に変化する。

そのため、圧電ブロア２００においても、ブロア室３６から吐出される空気によって、圧電ブロア２００の外部の空気が吸引口５３及び通気路３１を介して引き込まれて吐出口２４から吐出される。そのため、吐出口２４から吐出される空気の流量が、外部から引き込まれる空気の流量分多くなる。

さらに、内ケース２０１も、外ケース１０２に対して支持部位６２Ａ〜６２Ｄを介して支持されている。そのため、圧電素子４０による内ケース２０１の振動が外ケース１０２に漏洩することを抑制できる。

また、圧電ブロア２００においても、支持部位６２Ａ〜６２Ｄのそれぞれにおける外ケース１０２との固定部分から圧電素子４０までの最短距離は、支持部位６２Ａ〜６２Ｄのそれぞれにおける外ケース１０２との固定部分から天板７０までの最短距離よりも短い。

そのため、例えば圧電ブロア２００を内蔵する電子機器が落下して地面や床に衝突した時、外部から加わったＺ方向の衝撃力はまず、外ケース１０２から部位６２Ａ〜６２Ｄ及び側壁部位６１を介して、振動板３９と圧電素子４０との接合部分から圧電素子４０に加わり、分散される。その後、衝撃力は、側壁部位６１と天板７０との接合部分から天板７０に加わる。そのため、天板７０と枠板６０との接合部分に加わる衝撃力が抑制される。

したがって、圧電ブロア２００は、圧電ブロア１００と同様の効果を奏する。

《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。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る圧電ブロア３００の分解斜視図である。

圧電ブロア３００が圧電ブロア２００と相違する点は、圧電素子４０と振動板３９との間に補強板４４を有する点である。その他の構成については同じであるため、記載を省略する。

詳述すると、内ケース３０１は、圧電素子４０、補強板４４、振動板３９、枠板６０、及び天板７０を有する。圧電ブロア３００でも内ケース３０１が、振動板３９、枠板６０、及び天板７０によってブロア室３６を構成している。

補強板４４は、可撓性を有し、例えば金属からなる。補強板４４は、円板状である。補強板４４は、圧電素子４０の上面と振動板３９の下面とに接合され、内ケース３０１の剛性を高めている。

したがって、圧電ブロア３００によれば、圧電ブロア２００と同様の作用効果を奏する。
なお、圧電ブロア３００では、圧電素子４０、補強板４４及び振動板３９が本発明の「駆動部」を構成する。

《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。
図１３は、本発明の第４実施形態に係る圧電ブロア４００の分解斜視図である。図１４は、図１３に示す圧電ブロア４００の断面図である。図１５は、図１３に示す圧電ブロア４００の要部正面図である。図１６は、図１３に示す圧電ブロア４００の要部斜視図である。図１７は、図１３に示す圧電ブロア４００の要部断面図である。ここで、図１５、図１６は、圧電ブロア４００を９０°で４等分したものをキャップ４２側からキャップ４２を透視して見た図である。

圧電ブロア４００が圧電ブロア１００と相違する点は、枠板４４５、４６０を備える点である。その他の構成については同じであるため、記載を省略する。

詳述すると、内ケース４０１は、圧電素子４０と、圧電素子４０に接合されている枠板４４５と、枠板４４５に接合されている枠板４６０と、枠板４６０に接合されている天板７０とを有する。内ケース４０１が、圧電素子４０、枠板４４５、枠板４６０、及び天板７０によってブロア室３６を構成している。

枠板４４５は、円環状であり、例えば金属からなる。この実施形態では枠板４４５は、ステンレススチールからなる。枠板４４５は、圧電素子４０の周縁部の上面に接着剤で接合されている。

枠板４６０は、円環状であり、例えば金属からなる。この実施形態では枠板４６０は、ステンレススチールからなる。枠板４６０は、枠板４４５の上面に接着剤で接合されている。枠板４６０は、円環状の側壁部位４６１と、側壁部位４６１の外周の縁から周方向へ水平に突出する鍵状の支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄと、外部回路に接続するための外部端子６３とを有する。

４個の支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄは、外ケース１０２の凹部５７Ａ〜５７Ｄに嵌入され、例えば接着剤などにより外ケース１０２の凹部５７Ａ〜５７Ｄに固定される。これにより、内ケース４０１は、枠板４６０の４個の支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄによって外ケース１０２に対して弾性的に支持されている。すなわち、内ケース４０１も、内ケース４０１から外ケース１０２への振動伝播を実質的に抑制する支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄによって支持されている。

ここで、枠板４４５の厚みと枠板４６０の厚みとの和は、ブロア室３６の高さとなる。すなわち、枠板４４５の厚みと枠板４６０の厚みとの和は、圧電ブロア１００の枠板６０の厚みに等しい。枠板４４５の厚みは、例えば０．１０（ｍｍ）である。枠板４６０の厚みは、例えば０．０５（ｍｍ）である。枠板６０の厚みは、例えば０．１５（ｍｍ）である。

そのため、圧電ブロア４００では支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄの剛性は、厚みが薄い分、枠板４４５及び側壁部位４６１の接合体の剛性より低い。すなわち、圧電ブロア４００の支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄの剛性は、圧電ブロア１００の支持部位６２Ａ〜６２Ｄの剛性より低い。

天板７０は、枠板４６０の側壁部位４６１の上面に接着剤で接合されている。この実施形態では天板７０は、４２Ｎｉからなる。
なお、圧電ブロア４００は、天板７０と枠板４６０との接着力が、圧電素子４０と枠板４４５との接着力より小さい構造を有している。

次に、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。
圧電ブロア４００の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する交流駆動電圧が外部端子６３，７２から圧電素子４０に印加されると、図６（Ａ）（Ｂ）に示す圧電ブロア１００と同様に、圧電素子４０及び天板７０が屈曲変形してブロア室３６の体積が周期的に変化する。

そのため、圧電ブロア４００においても、ブロア室３６から吐出される空気によって、圧電ブロア４００の外部の空気が吸引口５３及び通気路３１を介して引き込まれて吐出口２４から吐出される。そのため、吐出口２４から吐出される空気の流量が、外部から引き込まれる空気の流量分多くなる。

ここで、圧電ブロア４００の吐出流量と圧電ブロア１００の吐出流量とを比較する。

表１は、各圧電ブロア１００、４００に対して１次振動モードの周波数（基本波）に対応する１０Ｖｐｐの正弦波交流駆動電圧を印加したときの、各圧電ブロア１００、４００の吐出流量を測定した結果を示している。

表１に示す測定結果より、圧電ブロア４００の吐出流量が圧電ブロア１００の吐出流量に比べて約２倍まで増加していることが明らかとなった。

この結果から、圧電ブロア４００は、圧電素子４０による内ケース４０１の振動が外ケース１０２に漏洩することを圧電ブロア１００より抑制できると考えられる。また、このような結果になった理由は、圧電ブロア４００の支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄの剛性が圧電ブロア１００の支持部位６２Ａ〜６２Ｄの剛性より低いためであると考えられる。

したがって、圧電ブロア４００によれば、エネルギー損失が少ないため、消費電力あたりの吐出流量が圧電ブロア１００より多くなる。

次に、本発明の実施形態の比較例に係る圧電ブロア８００について図７、図１８〜図２０を用いて説明する。圧電ブロア８００の構成については前述しているため、ここでは、圧電ブロア８００と圧電ブロア４００との相違点について説明する。

図１８は、図７に示す圧電ブロア８００の要部正面図である。図１９は、図７に示す圧電ブロア８００の要部斜視図である。図２０は、図７に示す圧電ブロア８００の要部断面図である。ここで、図１８、図１９は、圧電ブロア８００を９０°で４等分したものをキャップ４２側からキャップ４２を透視して見た図である。圧電ブロア８００が圧電ブロア４００と相違する点は、枠板８６０及び天板８７０である。その他の構成については同じであるため、記載を省略する。

詳述すると、天板８７０の厚みは、天板７０の厚みに等しい。さらに、天板８７０の厚みは、枠板４６０の厚みに等しい。そして、枠板８６０の厚みは、枠板４４５の厚みと枠板４６０の厚みとの和に等しい。枠板８６０の厚みは、例えば０．１５ｍｍである。

また、天板８７０の直径は、例えば９．４ｍｍである。枠板８６０の直径は、例えば８．９ｍｍである。

また、支持部位８７２Ａ〜８７２Ｄのそれぞれにおける外ケース１０２との固定部分から圧電素子４０までの最短距離Ｘ１は、支持部位８７２Ａ〜８７２Ｄのそれぞれにおける外ケース１０２との固定部分から天板８７０までの最短距離Ｘ２よりも長い（図１８、図２０参照）。図１８、図２０において、最短距離Ｘ１は例えば０．８５ｍｍであり、最短距離Ｘ２は例えば０．３５ｍｍである。

ここで、圧電ブロア４００の外部からの衝撃力の伝わり方と圧電ブロア８００の外部からの衝撃力の伝わり方とを比較する。

圧電ブロア４００においても、支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄのそれぞれにおける外ケース１０２との固定部分から圧電素子４０までの最短距離Ｘ１は、支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄのそれぞれにおける外ケース１０２との固定部分から天板７０までの最短距離Ｘ２よりも短い（図１５、図１７参照）。図１５、図１７において、最短距離Ｘ１は例えば０．８５ｍｍであり、最短距離Ｘ２は例えば１．３０ｍｍである。

そのため、例えば圧電ブロア４００を内蔵する電子機器が落下して地面や床に衝突した時、外部から加わったＺ方向の衝撃力が、まず外ケース１０２から枠板４６０の支持部位４６２Ａ〜４６２Ｄ及び側壁部位４６１を介して、枠板４４５と圧電素子４０との接合部分から圧電素子４０に加わり、分散される。その後、衝撃力は、側壁部位４６１と天板７０との接合部分から天板７０に加わる。ここで、天板７０の外形が圧電素子４０の外形より小さいため、衝撃力は必ず、圧電素子４０の外周に先に加わる。

よって、圧電ブロア４００では、衝撃力がまず圧電素子４０に分散されるため、天板７０と枠板４６０との接合部分に加わる衝撃力が抑制される。

一方、例えば圧電ブロア８００を内蔵する電子機器が落下して地面や床に衝突した時、図２４に示す従来の圧電ブロア９００と同様、外部から加わったＺ方向の衝撃力は、まず外ケース１０２から支持部位８７２Ａ〜８７２Ｄを介して天板８７０と枠板８６０との接合部分に加わる。すなわち圧電ブロア８００では、衝撃力は天板８７０と枠板８６０との接合部分に集中して加わる。

したがって、圧電ブロア４００は、圧電ブロア１００と同様の効果を奏する。

図２１は、図１３に示す圧電ブロア４００においてＺ方向の衝撃力が加わったときに圧電ブロア４００に生じる応力の分布を示す要部正面図である。図２２は、図７に示す圧電ブロア８００においてＺ方向の衝撃力が加わったときに圧電ブロア４００に生じる応力の分布を示す要部正面図である。

図２１、図２２においてハッチングの色が濃い領域ほど応力が大きく、ハッチングの色が薄い領域ほど応力が小さい。これより、圧電ブロア８００における天板８７０と枠板８６０との接合部分に加わる応力が、圧電ブロア４００における天板７０と枠板４６０との接合部分に加わる応力より大きいことがわかる。

図２３は、図１３に示す圧電ブロア４００においてＺ方向の衝撃力が加わったときに圧電ブロア４００に生じる最大応力と、図７に示す圧電ブロア８００においてＺ方向の衝撃力が加わったときに圧電ブロア８００に生じる最大応力とをシミュレーションにて比較した図である。

図２３に示すシミュレーション結果より、圧電ブロア８００に生じる最大応力を１００％としたとき、圧電ブロア４００に生じる最大応力が８．３％まで減少することが明らかとなった。

以上のような結果になった理由は、圧電ブロア４００では最短距離Ｘ１が最短距離Ｘ２よりも短いことにより（図１５、図１７参照）、応力が圧電素子４０に分散したためであると考えられる。

よって、図２１〜図２３に示す結果より、最短距離Ｘ１が最短距離Ｘ２よりも短い構造の圧電ブロア４００が、最短距離Ｘ１が最短距離Ｘ２よりも長い構造の圧電ブロア８００より、外部から衝撃力が加わった際、天板７０と枠板６０とが剥離することを抑制できることが明らかとなった。

《その他の実施形態》
前記実施形態では気体として空気を用いているが、これに限るものではない。当該気体が、空気以外の他の気体であっても適用できる。

また、前記実施形態ではブロアの駆動源として圧電素子４０を設けたが、これに限るものではない。例えば、電磁駆動で動作するブロアを使用してもよい。

また、前記実施形態では、圧電素子４０はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるが、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なってもよい。

また、前記実施形態ではユニモルフ型の圧電振動子を使用しているが、これに限るものではない。振動板３９の両面に圧電素子４０を設けたバイモルフ型の圧電振動子を使用してもよい。

また、前記実施形態では圧電素子、枠板、天板などの各部材を接着剤によって接合されているが、これに限るものではない。例えば、各部材を熱融着などの他の方法によって接合されていても構わない。

また、前記実施形態では、支持部位は、外ケースの凹部に接着剤によって固定されているが、これに限るものではない。例えば、支持部位は、熱融着などの他の方法によって接合されていてもよいし、圧着、押圧、かしめ等によって狭持されていても構わない。

また、前記実施形態では円板状の振動板３９及び円板状の天板７０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板状や多角板状、楕円板状であってもよい。

また、前記実施形態では、圧電ブロア１００を、１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動させたが、これに限るものではない。実施の際は、複数の振動の腹を有する、３次振動モード以上の奇数次の振動モードの周波数で共振駆動させても良い。

また、前記実施形態では、天板７０が、振動板３９又は圧電素子４０の屈曲振動に伴って同心円状に屈曲振動する例を示したが、これに限るものではない。実施の際は、振動板３９又は圧電素子４０のみが屈曲振動してもよく、必ずしも天板７０が、振動板３９又は圧電素子４０の屈曲振動に伴って屈曲振動しなくても良い。

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。

１…内ケース
３…ブロア室
４…支持部
５…外ケース
６…通気路
８…第２通気孔
１０…天板部
１１…第１通気孔
１３…枠板部
１８…ノズル
２０…圧電素子
２１…ダイヤフラム
２２…中間板
２４…吐出口
３１…通気路
３６…ブロア室
３９…振動板
４０…圧電素子
４２…キャップ
４４…補強板
４５…通気孔
５３…吸引口
５５Ａ〜５５Ｄ…切欠き
５６Ａ〜５６Ｄ…ネジ穴
５７Ａ〜５７Ｄ…凹部
６０…枠板
６１…側壁部位
６２Ａ〜６２Ｄ…支持部位
６３，７２…外部端子
７０…天板
７１…電極導通用板
７２…外部端子
７３…内部端子
１００…圧電ブロア
１０１…内ケース
１０２…外ケース
２００…圧電ブロア
２０１…内ケース
３００…圧電ブロア
３０１…内ケース
４００…圧電ブロア
４０１…内ケース
４４５…枠板
４６０…枠板
４６１…側壁部位
４６２Ａ〜４６２Ｄ…支持部位
８００…圧電ブロア
８６０…枠板
８７０…天板
８７１…円板部位
８７２Ａ〜８７２Ｄ…支持部位
８７３…外部端子
９００…圧電ブロア

Claims (6)

1. 駆動部と、前記駆動部に接合されている枠板部と、前記駆動部に対向して前記枠板部に接合されている天板部と、を有し、前記駆動部と前記枠板部と前記天板部とによってブロア室を構成する第１筐体と、
   前記第１筐体を間隔を設けて被覆する第２筐体と、を備え、
   前記天板部には、前記ブロア室の内部と外部とを連通させる第１通気孔が設けられており、
   前記枠板部は、前記第１筐体を前記第２筐体に対して弾性的に支持し、前記第２筐体に固定される支持部位を有し、
   前記支持部位における前記第２筐体との固定部分から前記駆動部までの前記枠板部の平面内における最短距離は、前記支持部位における前記第２筐体との固定部分から前記天板部までの前記枠板部の平面内における最短距離よりも短い、ブロア。
2. 前記天板の外形は、前記駆動部の外形よりも小さい、請求項１に記載のブロア。
3. 前記枠板部は、前記ブロア室の一部を構成する側壁部位をさらに有し、
   前記支持部位は、前記側壁部位の外周の縁から突出している、請求項１または２に記載のブロア。
4. 前記支持部位の剛性は、前記側壁部位の剛性より低い、請求項３に記載のブロア。
5. 前記駆動部は、振動板と、前記振動板に接合されている圧電素子と、から構成されており、
   前記振動板の周縁が、前記枠板部に接合されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のブロア。
6. 前記第２筐体は、前記第１筐体を間隔を設けて被覆して前記第１筐体との間に通気路を構成し、
   前記第２筐体における前記第１通気孔と対向する領域には、第２通気孔が設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載のブロア。

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