JPWO2011040320A1 - 圧電マイクロブロア - Google Patents
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Abstract
【課題】流量特性を維持しながら低騒音の圧電マイクロブロアを提供する。【解決手段】ブロア本体1と振動板20との間に形成されたブロア室3と、ブロア室を間にして振動板と対向する部位に設けられ、振動板の振動に伴って振動するブロア本体の第1壁部11と、第1壁部に形成された第1開口部12と、第1壁部を間にしてブロア室と反対側に設けられた第2壁部51と、第1開口部と対向する第2壁部の部位に形成された第2開口部52と、第1壁部と第2壁部との間に形成された流入通路6とを備えた圧電マイクロブロアである。第1開口部12及び第2開口部52はそれぞれ複数の孔で構成され、第1開口部の各孔と前記第2開口部の各孔とは個別に対向する位置に設けられているため、流量特性を維持しながら騒音を低減できる。【選択図】 図1
Description
本発明は空気やガスのような圧縮性流体を輸送するのに適した圧電マイクロブロアに関するものである。
携帯型電子機器の筐体内部で発生する熱を外部に放出させるためや、燃料電池で発電するのに必要な酸素を供給するための送風用ブロアとして、圧電マイクロブロアが知られている。圧電マイクロブロアは、圧電素子への電圧印加により屈曲変形するダイヤフラムを用いた一種のポンプであり、構造が簡単で、小型・薄型に構成でき、かつ低消費電力であるという利点がある。
特許文献1(図14)には、圧電素子を用いた流れ発生装置が開示されている。この流れ発生装置は、図14に示すように、基体100とノズル板101との間に加圧室103を形成し、ノズル板101にリング状の圧電素子104を固定すると共に、ノズル板101の中央部に複数のノズル穴102を形成してある。基体100を所定の隙間をあけて取り囲むようにケース105を設け、ノズル穴102と対向するケース105の部位に筒状のガイド106を形成してある。圧電素子104を高周波で駆動させることにより、ノズル板101を屈曲振動させ、複数のノズル穴102から噴流を発生させると共に、ノズル穴102から噴出した気流が周囲の空気を巻き込み、ケース105のガイド106から外部へ吐出することができる。
特許文献1では、圧電素子104を駆動することにより、ノズル板101の中央部が大きく屈曲振動し、その変位に応じて噴流を発生させることができる。しかし、加圧室103を間にしてノズル板101と対向する基体100の壁部は固定壁であるため、ノズル板101が振動するだけでは流量増加はさほど望めない。
特許文献2には、ガス流発生器が開示されている。このガス流発生器は、図15に示すように、リング状の基板111上にリング状の圧電素子112を固定した超音波駆動体110と、この駆動体110の下面に固定された第1のステンレス製膜体113と、第1の膜体113から所定の間隔を隔てて平行に取り付けられた第2のステンレス製膜体114と、膜体113と114とを離間状態で保持するスペーサ116とを備えている。第1の膜体113の中央部が下方へ膨出しており、第2の膜体114の中央部には複数の孔115が形成されている。
このガス流発生器の場合、超音波駆動体110を高周波で駆動すると、第2の膜体114の中心部分に形成された孔115の周囲の空気を吸い込み、あるいは巻き込みながら、空気を孔115の直交方向に吐出し、慣性噴射(ジェット)を発生させることができる。しかし、第2の膜体114の孔115の周囲が開放空間であるため、噴出した気流が拡散してしまい、所望の流量が得られないという欠点がある。また、孔115の周囲で空気の渦が発生し、大きな騒音が発生するという問題がある。
そこで、本願出願人は、圧力及び流量の大きな圧電マイクロブロアを提案した(特許文献3)。このマイクロブロアは、図16に示すように、ブロア本体120と、外周部がブロア本体120に対して固定され、圧電素子122を有する振動板121と、ブロア本体120と振動板121との間に形成されたブロア室123とを備えている。ブロア室123を間にして振動板121と対向する部位に、振動板121の振動に伴って共振する第1壁部124が設けられ、第1壁部124の中央部には第1開口部125が形成されている。第1壁部124を間にしてブロア室123と反対側に第2壁部126が設けられ、第1開口部125と対向する第2壁部126の部位に第2開口部127が形成されている。第1壁部124と第2壁部126との間には、吸込み口128と連通した流入通路129が形成されている。振動板121が振動すると、ブロア室123の体積変化によって第1開口部125から流体が噴出し、流入通路129における周囲の流体を巻き込みながら第2開口部127から外部へ吐出することができる。
この圧電マイクロブロアでは、振動板121を振動させた時、ある半周期では流体が第1開口部125から吸い込まれ、次の半周期では排出されるが、第1開口部125から排出される高速気流によりその周囲にある空気を巻き込みながら第2開口部127から同時に排出するため、振動板121の変位体積以上の吐出流量を第2開口部127で得ることができる。しかも、振動板121の振動に伴って第1壁部124を共振させることで、振動板121の変位体積を第1壁部124の変位によって増加させる働きがあり、大きな圧力と流量とを得ることができる。このように優れた効果を持つ反面、第1開口部125の付近で大きな騒音(風切音)が生じるという課題があった。
そこで、本発明の目的は、流量特性を維持しながら低騒音の圧電マイクロブロアを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、ブロア本体と、外周部が前記ブロア本体に対して固定され、圧電素子を有する振動板と、前記ブロア本体と前記振動板との間に形成されたブロア室と、前記ブロア室を間にして振動板と対向する部位に設けられ、前記振動板の振動に伴って振動するブロア本体の第1壁部と、前記第1壁部に形成された第1開口部と、前記第1壁部を間にしてブロア室と反対側に設けられた第2壁部と、前記第1開口部と対向する第2壁部の部位に形成された第2開口部と、前記第1壁部と第2壁部との間に形成された流入通路とを備えた圧電マイクロブロアにおいて、前記第1開口部及び前記第2開口部はそれぞれ複数の孔で構成され、前記第1開口部の各孔と前記第2開口部の各孔とは個別に対向する位置に設けられていることを特徴とする圧電マイクロブロアを提供する。
図13の(a)は、従来(特許文献3)における気流の流れと速度分布とを示し、(b)は本発明の一例の気流の流れと速度分布とを示す。速度分布は細線で表してある。200は第1壁部、210は第2壁部、201,202は第1開口部、211,212は第2開口部である。従来では、図13の(a)に示すように、第1壁部200の振幅が最大となる中央部に1つの第1開口部201が形成されているため、第1開口部201の中心に大きな速度ピークを持つ高速気流220が発生する。中心を流れる高速気流220は例えば100m/sもの速度を持つ。そのため、第1開口部201の直上とその周辺とでは速度分布に大きな差が生じ、且つ高速気流220が第2開口部220と干渉することが第1開口部201及び第2開口部220の付近で大きな騒音(風切り音)が発生する原因であると考えられる。
これに対し、本発明では、図13の(b)に示すように、複数の第1開口部202に発生する個々の気流221が周囲の空気と速やかに混合されて周辺空気との速度差が減少するため、速度ピークは相対的に小さく、分散される。そのため、第1開口部202とその周辺領域との流速差及び第2開口部221と干渉する高速気流221の流速を小さくすることができ、第1開口部202及び第2開口部212付近での騒音を低減できると考えられる。騒音の大きさは、流速の4乗〜8乗に比例すると考えられるので、騒音の音圧レベルを大幅に低減できる。さらに、他の効果として、第1開口部が単一の場合よりも複数設けられた場合の方が、第1開口部202付近での流体の巻き込み領域が増えるため、流量が大きくなる。この比較は、第1開口部が単一の場合の断面積と複数の場合の合計断面積とが同じであるという前提での比較である。
第1開口部が多孔で、第2開口部が単孔である場合(特許文献1参照)には、流体抵抗を低くするため、第2開口部は全ての第1開口部を包含する大きさにする必要がある。しかし、その場合には第2開口部の外側の空気が、第2開口部内外の圧力差や第2開口部の通気抵抗によっては第1開口部側へ逆流してくることがあり、吐出流量としては減少する可能性がある。これに対し、本発明では第2開口部212の各孔が第1開口部202の各孔と個別に対向するように複数個設けてあるので、第2開口部212付近の逆流を防ぐことができ、流量特性を維持することができる。
第1開口部の各孔の中心軸と、第2開口部の各孔の中心軸とが一致しているのが望ましい。第1開口部の孔の中心軸に対して、第2開口部の孔の中心軸が完全に一致している必要はないが、一致している場合には、個々の第1開口部から噴出した気流が直線的に第2開口部を通過できるので、流体抵抗を低減でき、流量特性を向上させることができる。
第2開口部の各孔の直径d2は第1開口部の各孔の直径d1の1〜3倍であることが望ましい。第2開口部と第1開口部とが同一径であっても構わないが、同一径の場合には第1開口部で発生した気流が第2開口部の口縁部に衝突して流路抵抗を増大させる可能性がある。一方、第2開口部が大き過ぎると、第2開口部付近の逆流が発生する可能性がある。そこで、第2開口部の各孔の直径d2を第1開口部の各孔の直径d1の1〜3倍とすることで、第2開口部における流路抵抗を小さくしながら、逆流を防ぐことができ、大きな流量が得られる。
以上のように、本発明の圧電マイクロブロアによれば、第1開口部と第2開口部とをそれぞれ複数の孔で構成し、第1開口部と第2開口部とが対向方向に重なるようにしたので、複数の第1開口部に発生する個々の気流の速度ピークを分散させ、第1開口部とその周辺領域との流速差を小さくすることができ、第1開口部及び第2開口部付近での騒音を低減できる。また、第2開口部を第1開口部と対向する複数の孔としたので、第2開口部付近の逆流を防ぐことができ、流量特性を維持することができる。
〔第1実施例〕
図1〜図4は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第1実施例を示す。この圧電マイクロブロアAのブロア本体1は、内ケース10と、内ケース10の外側を所定の隙間をもって非接触で覆う外ケース50とで構成されており、内ケース10と外ケース50との間が複数のばね連結部15によって連結されている。本実施例では、内ケース10は下方が開口した断面コの字形に形成され、内ケース10の下側開口を閉じるように振動板20が固定され、内ケース10と振動板20との間でブロア室3が形成されている。本実施例の振動板20は、圧電セラミックよりなる圧電素子21と金属薄板よりなる中間板22とを金属薄板よりなるダイヤフラム23の中央部に貼り付けたユニモルフ構造であり、圧電素子21に所定周波数の電圧を印加することにより、振動板20全体がベンディングモードで共振駆動される。
図1〜図4は本発明にかかる圧電マイクロブロアの第1実施例を示す。この圧電マイクロブロアAのブロア本体1は、内ケース10と、内ケース10の外側を所定の隙間をもって非接触で覆う外ケース50とで構成されており、内ケース10と外ケース50との間が複数のばね連結部15によって連結されている。本実施例では、内ケース10は下方が開口した断面コの字形に形成され、内ケース10の下側開口を閉じるように振動板20が固定され、内ケース10と振動板20との間でブロア室3が形成されている。本実施例の振動板20は、圧電セラミックよりなる圧電素子21と金属薄板よりなる中間板22とを金属薄板よりなるダイヤフラム23の中央部に貼り付けたユニモルフ構造であり、圧電素子21に所定周波数の電圧を印加することにより、振動板20全体がベンディングモードで共振駆動される。
振動板20としては、上述のようなユニモルフ型に限らず、ダイヤフラム23の両面に互いに逆方向に伸縮する圧電素子21を貼り付けたバイモルフ型、ダイヤフラムの片面にそれ自体が屈曲変形する積層型圧電素子を貼り付けたバイモルフ型、さらにはダイヤフラム自体が積層型圧電素子で構成されたものなどでもよい。また、圧電素子21の形状は、円板状に限らず、矩形状や円環状であってもよい。中間板22を省略して圧電素子21をダイヤフラム23に直接貼り付けた構造でもよい。いずれにしても、圧電素子21に交番電圧(交流電圧または矩形波電圧)を印加することによって、屈曲振動する振動板であればよい。
図1に示すように、ブロア室3を間にして振動板20の中央部と対向する内ケース10の天板(第1壁部)11の中央部には、複数の孔12a,12bよりなる第1開口部12が形成されている。内ケース10の天板11は、振動板20の共振駆動に伴って共振するように薄肉な金属板で形成されている。天板11の外周部13は半径方向に突出しており、その外周部13が外ケース50によって固定されている。天板11の内ケース10と外ケース50との間には、図3に示すように、円弧状スリット14によって分断された複数(ここでは4個)のばね連結部15が形成されている。これらばね連結部15によって内ケース10は外ケース50に対して弾性的に支持され、振動板20の共振駆動に伴って内ケース10が上下方向に振動したとき、その振動が外ケース50に漏洩するのを抑制する働きを持つ。この実施例の内ケース10は、下側から第1内枠体16、ダイヤフラム23、第2内枠体17、天板11を順に積層接着したものである。
内ケース10の天板11と対向する外ケース50の天板(第2壁部)51の中央部には、第1開口部12の各孔12a,12bとそれぞれ対向する複数の孔52a,52bを持つ第2開口部52が形成されている。本実施例では、第1開口部12の各孔12a,12bの中心軸と第2開口部52の各孔52a,52bの中心軸とは一直線状に並んでおり、第2開口部52の各孔の直径d2は第1開口部12の各孔の直径d1より大きい。この実施例では、図2に示すように、第1開口部12及び第2開口部52は、それぞれ中心に1個の孔(12a,52a)、その周囲に8個の孔(12b,52b)がリング状に並んだ合計9個の丸孔で構成されているが、これに限るものではない。この実施例の外ケース50は、下側から第1外枠体53、第2外枠体54、内ケース10の天板11、第3外枠体55、天板51を順に積層接着したものである。
振動板20を1次共振モードで駆動するのが、最も大きな変位量が得られるので望ましいが、1次共振周波数は人間の可聴領域となり、騒音が大きくなる場合がある。これに対し、3次共振モードで駆動すると、1次共振モードに比べて変位量が小さくなるものの、可聴領域を越えた周波数で駆動できるため、騒音を防ぐことができる。振動板20と天板(第1壁部)11とは同じ振動モードで振動してもよいし、異なる振動モード(例えば一方が1次共振モード、他方が3次共振モード)で振動してもよい。なお、1次共振モードとは、振動板20又は天板11に腹が1つ現れるモードのことであり、3次共振モードとは、振動板20又は天板11の中央部とその周辺部とでそれぞれ腹が1つずつ生じるモードのことである。
天板11と天板51との間には中央空間6が形成されおり、この中央空間6は第1開口部12及び第2開口部52と通じている。中央空間6は、前述のスリット14を経て、内ケース10と外ケース50との隙間に形成された円環状の流入口7と接続されている。そのため、振動板20の駆動によって第1開口部12に矢印方向の空気の流れが発生すると、流入口7から外気が吸い込まれ、スリット14、中央空間6を経て第2開口部52から吐出される。
ここで、前記構成の圧電マイクロブロアAの作動を説明する。圧電素子21に所定周波数の交流電圧を印加すると、振動板20が1次共振モード又は3次共振モードで共振駆動され、それにより第1開口部12と振動板20の距離が変化する。第1開口部12と振動板20の距離が増大するとき、中央空間6内の空気が第1開口部12を通りブロア室3へと吸い込まれ、逆に第1開口部12と振動板20との距離が減少するとき、ブロア室3内の空気が第1開口部12を通り中央空間6へと排出される。振動板20は高周波で駆動されるため、第1開口部12から中央空間6へと排出された高速/高エネルギーの空気流は、中央空間6を通過し、第2開口部52から排出される。このとき、中央空間6内にある空気を巻き込みながら第2開口部52から排出されるので、流入口7から中央空間6へ向かう連続した空気の流れが生じ、第2開口部52から空気は噴流となって連続的に排出される。空気の流れを図1に矢印で示す。
内ケース10の天板11が、振動板20の共振駆動に伴って共振するように薄肉に形成されているので、第1開口部12と振動板20との距離が振動板20の振動に同調して変化するため、天板11が共振しない場合に比べて、第2開口部52から排出される空気の流量が飛躍的に増大する。図1のように天板11全体が薄肉に形成されている場合には、天板11全体を共振させることができるので、さらなる流量増加を実現できる。天板11は1次共振モード又は3次共振モードのいずれで共振してもよい。
さて、第1開口部12及び第2開口部52がそれぞれ9個の孔(図2参照)で構成されていることによる作用効果を、比較例1,2と対比して説明する。図5の(a)は比較例1を示し、第1実施例の圧電マイクロブロアAにおける第1開口部12及び第2開口部52を、特許文献3と同様にそれぞれ単一の孔とした例である。図5の(b)は比較例2を示し、第1開口部12を複数の孔とし、第2開口部52を単一の孔とした例である。比較例2のように第1開口部12が多孔構造で、第2開口部52が単一の孔で構成した場合には、第2開口部52が全ての第1開口部12を包含できる大きさとしている。ここで、各寸法は以下の通りである。第1開口部が単一の場合の断面積と複数の場合の合計断面積とを同じに設定している。
−第1実施例−
圧電体21:厚み0.15mm、直径φ11mmのPZT
中間板22:厚み0.2mm、直径φ11mmのSUS430
ダイヤフラム23:厚み0.05mm、直径φ17mmの42Ni
天板11:厚み0.1mmのSUS430
ブロア室3:厚み0.15mm、直径φ14mmのSUS430
ばね連結部15:長さ0.5mm、幅1mm
流入口7:幅0.5mm
外ケース50:厚み3.0mm、20mm×20mm
第1開口部12:φ0.2mm×9個、孔の分布径=φ2mm
第2開口部52:φ0.4mm×9個
駆動電圧:15Vp−p
駆動周波数:25kHz(振動板20、天板11共に3次共振)
−比較例1−
第1開口部:φ0.6mm
第2開口部:φ0.8mm
−比較例2−
第1開口部:φ0.2mm×9個、孔の分布径=φ2mm
第2開口部:φ2.4mm
圧電体21:厚み0.15mm、直径φ11mmのPZT
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ダイヤフラム23:厚み0.05mm、直径φ17mmの42Ni
天板11:厚み0.1mmのSUS430
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ばね連結部15:長さ0.5mm、幅1mm
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外ケース50:厚み3.0mm、20mm×20mm
第1開口部12:φ0.2mm×9個、孔の分布径=φ2mm
第2開口部52:φ0.4mm×9個
駆動電圧:15Vp−p
駆動周波数:25kHz(振動板20、天板11共に3次共振)
−比較例1−
第1開口部:φ0.6mm
第2開口部:φ0.8mm
−比較例2−
第1開口部:φ0.2mm×9個、孔の分布径=φ2mm
第2開口部:φ2.4mm
図6は、本発明の第1実施例、比較例1、比較例2の各P−Q(圧力−流量)特性を示す。P−Q特性は、図7に示すように、外気を空気室90に送り込むようにマイクロブロアAを空気室90の一側壁に固定し、空気室90の反対側側壁に接続された配管91を流れる流量を流量計92で測定すると共に、圧力を圧力計93で測定したものである。配管91の先端はバルブ94を介して大気に開放しており、流量測定時にはバルブ94を開状態、圧力測定時には閉状態とした。
図6から明らかなように、第1実施例では比較例1に比べて圧力は約半分に低下するが、流量が約1.7倍に増加することがわかる。また、比較例2に比べると、圧力は約3.5倍、流量が約1.2倍に増加していることがわかる。このように、第1実施例は大流量が求められる用途において有効である。
図8は本発明の第1実施例、比較例1、比較例2の騒音特性を示す。ここでは、マイクロブロアの吸引側と吐出側からそれぞれ30mm離れた位置にマイクロホンを設置し、吸引側と吐出側のそれぞれの音圧を測定した。音圧測定条件は次の通りである。背景雑音とは、ブロアを駆動していないときの騒音を表す。
音圧測定時間:10[s]
サンプリング周波数:51.2kHz
解析方法:FFT 解析してオーバーオール値を計算
FFT 解析時のフィルタ:A特性
アベレージング:10秒間の測定データを単純平均
オーバーラップ値:90%
音圧測定時間:10[s]
サンプリング周波数:51.2kHz
解析方法:FFT 解析してオーバーオール値を計算
FFT 解析時のフィルタ:A特性
アベレージング:10秒間の測定データを単純平均
オーバーラップ値:90%
図8から明らかなように、第1実施例は比較例1に比べて、騒音が吸引側で6.2dB、吐出側で5.6db低下している。比較例2と比べると、吸引側で2.2dB、吐出側で1.6dB上昇する。音圧は3dBで1.4倍、6dBが2倍の差があるので、第1実施例では比較例1に比べて騒音の音圧を約半分に低減できたことがわかる。なお、第1実施例は比較例2に比べると、音圧が多少高くなるが、P−Q特性において大きな差がある(図6参照)ので、騒音特性とP−Q特性とを総合的に勘案すると、第1実施例が良好な特性を有することがわかる。
以上のように、第1実施例は次のような効果を有する。
(1)第1開口部を多孔にすることで、第1開口部から出る空気の噴流が速やかに周辺空気と混合されて流速が低下し、騒音が低下した。また、混合されることで、周辺空気の巻き込み量が増加し、最大流量が増加した。
(2)第2開口部を多孔にすることで、第2開口部の総断面積を小さくし、ブロア吐出側から逆流する空気の流れを抑制し、流量増加を達成できた。
(1)第1開口部を多孔にすることで、第1開口部から出る空気の噴流が速やかに周辺空気と混合されて流速が低下し、騒音が低下した。また、混合されることで、周辺空気の巻き込み量が増加し、最大流量が増加した。
(2)第2開口部を多孔にすることで、第2開口部の総断面積を小さくし、ブロア吐出側から逆流する空気の流れを抑制し、流量増加を達成できた。
〔第2実施例〕
図9は本発明に係る圧電マイクロブロアの第2実施例を示す。このマイクロブロアBでは、第2開口部52の全体を取り囲むように円筒状のノズル56を天板(第2壁部)51の上面に形成したものである。本発明では、図13に示すように、第2開口部52の各孔から吐出される空気の流速は、単一の孔から吐出される空気の流速に比べて小さいため、外周部に配列された孔52bから吐出された空気が周囲に拡散することがある。そこで、天板51の上面に、外周部に配列された孔52bの周囲を取り囲むようにノズル56を形成することで、複数の孔52a,52bから吐出されたそれぞれの空気流が1つに集束され、空気流の拡散を抑制することができる。なお、ノズル56の形状は単純な円筒形状に限らず、先細状としたり、ラッパ状とすることもできる。
図9は本発明に係る圧電マイクロブロアの第2実施例を示す。このマイクロブロアBでは、第2開口部52の全体を取り囲むように円筒状のノズル56を天板(第2壁部)51の上面に形成したものである。本発明では、図13に示すように、第2開口部52の各孔から吐出される空気の流速は、単一の孔から吐出される空気の流速に比べて小さいため、外周部に配列された孔52bから吐出された空気が周囲に拡散することがある。そこで、天板51の上面に、外周部に配列された孔52bの周囲を取り囲むようにノズル56を形成することで、複数の孔52a,52bから吐出されたそれぞれの空気流が1つに集束され、空気流の拡散を抑制することができる。なお、ノズル56の形状は単純な円筒形状に限らず、先細状としたり、ラッパ状とすることもできる。
〔第3実施例〕
図10の(a)と(b)は第1開口部12と第2開口部52の第3実施例を示す。この例では、第1開口部12及び第2開口部52が六角形状に分散配置された合計37個の小孔で構成されている。第1開口部12の各孔径はφ0.1mmであり、ピッチp1は0.4mmである。同様に、第2開口部52の各孔径はφ0.3mmであり、ピッチp2は0.4mmである。第1開口部12の各穴の中心軸と第2開口部52の各穴の中心軸とは一直線状に並んでいる。他の構造は第1実施例と同様である。
図10の(a)と(b)は第1開口部12と第2開口部52の第3実施例を示す。この例では、第1開口部12及び第2開口部52が六角形状に分散配置された合計37個の小孔で構成されている。第1開口部12の各孔径はφ0.1mmであり、ピッチp1は0.4mmである。同様に、第2開口部52の各孔径はφ0.3mmであり、ピッチp2は0.4mmである。第1開口部12の各穴の中心軸と第2開口部52の各穴の中心軸とは一直線状に並んでいる。他の構造は第1実施例と同様である。
さて、第1開口部12及び第2開口部52がそれぞれ37個の孔で構成されていることによる作用効果を、比較例1と対比して説明する。比較例1は第1実施例で述べたものと同様である。この場合も、比較例1の第1開口部の断面積(0.28mm2 )と第3実施例の第1開口部の合計断面積(0.29mm2 )とをほぼ同じに設定している。
図11は、本発明の第3実施例と比較例1の各P−Q(圧力−流量)特性を示す。P−Q特性の測定方法は第1実施例と同様である。図11から明らかなように、第3実施例では比較例1に比べて圧力は約1/3に低下するが、流量はほぼ同等に維持できることがわかる。
図12は本発明の第3実施例と比較例1の騒音特性を示す。騒音特性の測定方法は第1実施例と同様である。図12から明らかなように、第3実施例は比較例1に比べて、騒音が吸引側、吐出側ともに大幅に低下していることがわかる。具体的には、比較例1と比べて、吸引側で38dB、吐出側で32dB低下している。つまり、比較例1と比べて音圧が数十分の1に低下したことを意味する。一方、流量特性は比較例1とほぼ同等の性能を維持できている。したがって、最大流量を維持しつつ騒音を低下できることがわかる。
本発明は前述の実施例に限定されるものではない。例えば前記実施例では、内ケースと外ケースとを別体で構成し、内ケースをばね連結部を介して外ケースで支持し、内ケースの振動が外ケースへ波及するのを抑制する例を示したが、内ケースと外ケースとが固定又は一体形成されたものでもよい。また、内ケース10及び外ケース50がそれぞれ複数の板状部材を積層した構造となっているが、これに限るものではない。
A 圧電マイクロブロア
1 ブロア本体
10 内ケース
11 天板(第1壁部)
12 第1開口部
12a,12b 孔
15 ばね連結部
20 振動板
21 圧電素子
23 ダイヤフラム
3 ブロア室
50 外ケース
51 天板(第2壁部)
52 第2開口部
52a,52b 孔
56 ノズル
6 中央空間
7 流入口
1 ブロア本体
10 内ケース
11 天板(第1壁部)
12 第1開口部
12a,12b 孔
15 ばね連結部
20 振動板
21 圧電素子
23 ダイヤフラム
3 ブロア室
50 外ケース
51 天板(第2壁部)
52 第2開口部
52a,52b 孔
56 ノズル
6 中央空間
7 流入口
図13の(a)は、従来(特許文献3)における気流の流れと速度分布とを示し、(b)は本発明の一例の気流の流れと速度分布とを示す。速度分布は細線で表してある。200は第1壁部、210は第2壁部、201,202は第1開口部、211,212は第2開口部である。従来では、図13の(a)に示すように、第1壁部200の振幅が最大となる中央部に1つの第1開口部201が形成されているため、第1開口部201の中心に大きな速度ピークを持つ高速気流220が発生する。中心を流れる高速気流220は例えば100m/sもの速度を持つ。そのため、第1開口部201の直上とその周辺とでは速度分布に大きな差が生じ、且つ高速気流220が第2開口部211と干渉することが第1開口部201及び第2開口部211の付近で大きな騒音(風切り音)が発生する原因であると考えられる。
これに対し、本発明では、図13の(b)に示すように、複数の第1開口部202に発生する個々の気流221が周囲の空気と速やかに混合されて周辺空気との速度差が減少するため、速度ピークは相対的に小さく、分散される。そのため、第1開口部202とその周辺領域との流速差及び第2開口部212と干渉する高速気流221の流速を小さくすることができ、第1開口部202及び第2開口部212付近での騒音を低減できると考えられる。騒音の大きさは、流速の4乗〜8乗に比例すると考えられるので、騒音の音圧レベルを大幅に低減できる。さらに、他の効果として、第1開口部が単一の場合よりも複数設けられた場合の方が、第1開口部202付近での流体の巻き込み領域が増えるため、流量が大きくなる。この比較は、第1開口部が単一の場合の断面積と複数の場合の合計断面積とが同じであるという前提での比較である。
天板11と天板51との間には中央空間6が形成されており、この中央空間6は第1開口部12及び第2開口部52と通じている。中央空間6は、前述のスリット14を経て、内ケース10と外ケース50との隙間に形成された円環状の流入口7と接続されている。そのため、振動板20の駆動によって第1開口部12に矢印方向の空気の流れが発生すると、流入口7から外気が吸い込まれ、スリット14、中央空間6を経て第2開口部52から吐出される。
Claims (4)
- ブロア本体と、外周部が前記ブロア本体に対して固定され、圧電素子を有する振動板と、前記ブロア本体と前記振動板との間に形成されたブロア室と、前記ブロア室を間にして振動板と対向する部位に設けられ、前記振動板の振動に伴って振動するブロア本体の第1壁部と、前記第1壁部に形成された第1開口部と、前記第1壁部を間にしてブロア室と反対側に設けられた第2壁部と、前記第1開口部と対向する第2壁部の部位に形成された第2開口部と、前記第1壁部と第2壁部との間に形成された流入通路とを備えた圧電マイクロブロアにおいて、
前記第1開口部及び前記第2開口部はそれぞれ複数の孔で構成され、
前記第1開口部の各孔と前記第2開口部の各孔とは個別に対向する位置に設けられていることを特徴とする圧電マイクロブロア。 - 前記第1開口部の各孔の中心軸と、前記第2開口部の各孔の中心軸とが一致していることを特徴とする請求項1に記載の圧電マイクロブロア。
- 前記第2開口部の各孔の直径d2は前記第1開口部の各孔の直径d1の1〜3倍であることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電マイクロブロア。
- 前記第2壁部の外面には、前記第2開口部の全ての孔を取り囲む筒状のノズルが形成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の圧電マイクロブロア。
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