図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2014年3月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

圧縮された弾性部材振動板を支持する圧電ファンにおいて、弾性部材の固定端よりも自由端側への弾性部材の広がりを抑制する。

解決手段

揺動部114は、固定部115から送風方向延伸しており、固定部115との接続箇所を固定端112として揺動可能である。圧電素子12は、振動板11の天面に配置されており、揺動部114と固定部115とに跨っている。弾性部材14は、圧電素子12の天面に配置されており、送風方向とは逆方向に固定端112から延伸している。支持体16は、弾性部材14の天面を覆って配置されており、底面が平面である平面部161と、底面が平面部161よりも凹んでいる凹状部162と、を有し、弾性部材14を圧電素子12との間で圧縮させる外力を弾性部材14に付与している。凹状部161は、固定端112よりも送風方向とは逆方向側であって、弾性部材14に接する面に設けられている。

概要

背景

近年、AV機器コンピュータ等の発熱する部品を内蔵した電子機器では、冷却のために小型で静音性の高い圧電ファンが採用されることがある。圧電ファンは、片持ち梁状に支持された羽板部に圧電素子を取り付け、圧電素子を振動させることで羽板部を連続して撓ませるものである。

圧電素子を振動させて片持ち梁を撓ませる物として、圧電ファンの他に圧電アクチュエータがある(例えば特許文献1参照。)。図6は特許文献1を参考に構成した圧電ファンの従来例を説明する側面断面図である。

図6に示す圧電ファン1Pは、弾性シム板11Pと、圧電素子12Pと、圧電素子13Pと、弾性部材14Pと、支持部15Pと、を備えている。圧電素子12Pと圧電素子13Pとは、弾性シム板11Pの表裏面に貼付されている。支持部15Pは、弾性シム板11Pと圧電素子12P,13Pとを、弾性部材14Pを介して片持ち梁状に支持する。弾性シム板11Pの支持部15Pに支持されていない端を自由端A、弾性シム板11Pの支持部15Pに支持されている領域のうち自由端A側の端を固定端Bと定義する。弾性部材14Pは、エポキシ系の接着剤硬質ゴム材プラスチック材等の圧電体よりも弾性率の小さい材料から構成されている。弾性部材14Pに圧電素子12P,13Pが接触するので、圧電素子12P,13Pが変形する際に支持部15Pから圧電素子12P,13Pに作用する応力の集中が緩和される。そのため、応力集中による圧電素子12P,13Pの損壊を防ぐことができる。

ただし、このような構成の圧電ファン1Pにおいて、支持部15Pによって圧電素子12P,13Pや弾性シム板11Pを強固に支持するためには、支持部15Pによって圧電素子12P,13Pの厚み方向(図6の上下方向)に弾性部材14Pを圧縮させる必要がある。弾性部材14Pが厚み方向に圧縮されることで弾性部材14Pに縦ひずみが生じると、ポアソン効果によって弾性部材14Pに横ひずみが生じ、弾性部材14Pは圧電素子12P,13Pの平面方向(図6の左右方向)に広がり固定端Bよりも自由端A側にはみ出すことがある。

概要

圧縮された弾性部材で振動板を支持する圧電ファンにおいて、弾性部材の固定端よりも自由端側への弾性部材の広がりを抑制する。揺動部114は、固定部115から送風方向延伸しており、固定部115との接続箇所を固定端112として揺動可能である。圧電素子12は、振動板11の天面に配置されており、揺動部114と固定部115とに跨っている。弾性部材14は、圧電素子12の天面に配置されており、送風方向とは逆方向に固定端112から延伸している。支持体16は、弾性部材14の天面を覆って配置されており、底面が平面である平面部161と、底面が平面部161よりも凹んでいる凹状部162と、を有し、弾性部材14を圧電素子12との間で圧縮させる外力を弾性部材14に付与している。凹状部161は、固定端112よりも送風方向とは逆方向側であって、弾性部材14に接する面に設けられている。

目的

本発明の目的は、支持体によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができる圧電ファンを実現することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

固定部と、前記固定部から送風方向延伸しており、前記固定部との接続箇所固定端として揺動可能な揺動部と、を有する振動板と、前記振動板の少なくとも一方の主面に配置されており、前記揺動部と前記固定部とに跨っている圧電素子と、前記圧電素子の前記振動板側の主面とは反対側の主面に配置されており、前記固定端から前記送風方向とは逆方向に延伸している弾性部材と、前記弾性部材の前記圧電素子側の主面とは反対側の主面を覆って配置されており、前記弾性部材側の面が平面である平面部と、前記弾性部材側の面が前記平面部よりも凹んでいる凹状部と、を有し、前記弾性部材を前記圧電素子との間で圧縮させる外力を前記弾性部材に付与している支持体と、を備え、前記凹状部は、前記固定端よりも送風方向とは逆方向側であって、前記弾性部材に接する面に設けられている、圧電ファン

請求項2

前記揺動部として、前記固定部から互いに平行に延伸している複数の揺動部を備え、前記圧電素子として、前記複数の揺動部それぞれと前記固定部とに跨っている複数の圧電素子を備え、前記固定部における前記複数の圧電素子の間に、前記外力を前記支持体に付与している押圧部を備え、前記支持体は、前記押圧部に押圧される位置に前記平面部を有する、請求項1に記載の圧電ファン。

請求項3

前記支持体において、前記送風方向に沿う軸上の中心に垂直な面を対称面として、前記支持体の前記弾性部材側の面が面対称な形状である、請求項1または2に記載の圧電ファン。

技術分野

0001

本発明は、圧電素子を駆動して振動させることで送風を行う圧電ファンに関するものである。

背景技術

0002

近年、AV機器コンピュータ等の発熱する部品を内蔵した電子機器では、冷却のために小型で静音性の高い圧電ファンが採用されることがある。圧電ファンは、片持ち梁状に支持された羽板部に圧電素子を取り付け、圧電素子を振動させることで羽板部を連続して撓ませるものである。

0003

圧電素子を振動させて片持ち梁を撓ませる物として、圧電ファンの他に圧電アクチュエータがある(例えば特許文献1参照。)。図6は特許文献1を参考に構成した圧電ファンの従来例を説明する側面断面図である。

0004

図6に示す圧電ファン1Pは、弾性シム板11Pと、圧電素子12Pと、圧電素子13Pと、弾性部材14Pと、支持部15Pと、を備えている。圧電素子12Pと圧電素子13Pとは、弾性シム板11Pの表裏面に貼付されている。支持部15Pは、弾性シム板11Pと圧電素子12P,13Pとを、弾性部材14Pを介して片持ち梁状に支持する。弾性シム板11Pの支持部15Pに支持されていない端を自由端A、弾性シム板11Pの支持部15Pに支持されている領域のうち自由端A側の端を固定端Bと定義する。弾性部材14Pは、エポキシ系の接着剤硬質ゴム材プラスチック材等の圧電体よりも弾性率の小さい材料から構成されている。弾性部材14Pに圧電素子12P,13Pが接触するので、圧電素子12P,13Pが変形する際に支持部15Pから圧電素子12P,13Pに作用する応力の集中が緩和される。そのため、応力集中による圧電素子12P,13Pの損壊を防ぐことができる。

0005

ただし、このような構成の圧電ファン1Pにおいて、支持部15Pによって圧電素子12P,13Pや弾性シム板11Pを強固に支持するためには、支持部15Pによって圧電素子12P,13Pの厚み方向(図6の上下方向)に弾性部材14Pを圧縮させる必要がある。弾性部材14Pが厚み方向に圧縮されることで弾性部材14Pに縦ひずみが生じると、ポアソン効果によって弾性部材14Pに横ひずみが生じ、弾性部材14Pは圧電素子12P,13Pの平面方向(図6の左右方向)に広がり固定端Bよりも自由端A側にはみ出すことがある。

先行技術

0006

特開平6−203351号公報

発明が解決しようとする課題

0007

このような圧電ファン1Pにおいては、弾性部材14Pが固定端Bよりも自由端A側にはみ出すと、圧電ファン1Pの固有振動数がばらつき、圧電ファン1Pの駆動時の振動特性が不安定になるという問題がある。

0008

そこで本発明の目的は、支持体によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができる圧電ファンを実現することにある。

課題を解決するための手段

0009

この発明の圧電ファンは、振動板と、圧電素子と、弾性部材と、支持体と、を備える。振動板は、固定部と、揺動部と、を有する。揺動部は、固定部から送風方向延伸しており、固定部との接続箇所を固定端として揺動可能である。圧電素子は、振動板の少なくとも一方の主面に配置されており、揺動部と固定部とに跨っている。弾性部材は、圧電素子の振動板側の主面とは反対側の主面に配置されており、送風方向とは逆方向に固定端から延伸している。支持体は、弾性部材の圧電素子側の主面とは反対側の主面を覆って配置されており、弾性部材側の面が平面である平面部と、弾性部材側の面が平面部よりも凹んでいる凹状部と、を有し、弾性部材を圧電素子との間で圧縮させる外力を弾性部材に付与している。凹状部は、固定端よりも送風方向とは逆方向側であって、弾性部材に接する面に設けられている。

0010

この構成では、支持体の平面部が固定端と固定部とに設けられているので、支持体によって弾性部材が圧縮されたときに固定端を強固に支持することができる。
また、凹状部が固定端よりも送風方向とは逆方向側であって、弾性部材に接する面に形成されているので、支持体によって弾性部材が圧縮されたときに、凹状部に対向する弾性部材の領域が圧縮されず、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる変形の多くが凹状部において吸収される。このため、平面部における横ひずみによる変形が従来よりも抑制される。
すなわち、この構成では、支持部によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができる。これにより、圧電ファンの固有振動数のばらつきが抑制され、圧電ファンの駆動時の振動特性の安定化を図ることができる。

0011

上述の圧電ファンは、揺動部として、固定部から互いに平行に延伸している複数の揺動部を備え、圧電素子として、複数の揺動部それぞれと固定部とに跨っている複数の圧電素子を備え、固定部における複数の圧電素子の間に、外力を支持体に付与する押圧部を備え、支持体は、押圧部に押圧される位置に平面部を有していてもよい。
この構成では、押圧部による挟着作業性を良好なものにできる。

0012

上述の圧電ファンは、支持体において、送風方向に沿う軸上の中心に垂直な面を対称面として、支持体の弾性部材側の面が面対称な形状であってもよい。
この構成では、弾性部材が圧縮されることによる姿勢の変化が抑制され、より良好な振動特性を実現することが容易となる。

発明の効果

0013

この発明によれば、支持体によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制できる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の第1の実施形態に係る圧電ファンの側面図であり、(A)は側面図、(B)は側面要部拡大図である。
本発明の第2の実施形態に係る圧電ファンの斜視図である。
本発明の第2の実施形態に係る圧電ファンの分解斜視図である。
本発明の第2の実施形態に係る支持体の斜視図であり、(A)は支持体の構成例、(B)は支持体の第1変形例、(C)は支持体の第2変形例である。
本発明の第2の実施形態に係る圧電ファンにおける弾性部材のはみ出し距離について説明する図であり、(A)は圧電ファンのX軸方向位置を示す図、(B)は圧電ファンのX軸方向位置と弾性部材のはみ出し距離との関係について説明する図である。
圧電ファンの従来例を示す側面断面図である。

実施例

0015

≪第1の実施形態≫
本発明の第1の実施形態に係る圧電ファン1について、図1を参照して説明する。ここで、図1における図中左右方向に沿う軸をY軸とする。また、図中上下方向に沿う軸をZ軸とする。図面に垂直な方向に沿う軸をX軸とする。X軸、Y軸、及びZ軸は互いに直交している。そして、圧電ファンにおいてY軸正方向を送風方向と定義する。また、厚み方向がZ軸に沿う板状の部材において、Z軸正方向を向く面を天面、Z軸負方向を向く面を底面と定義する。図1(A)は、本発明の第1の実施形態に係る圧電ファン1の側面図(Y−Z面側面図)である。図1(B)は、圧電ファン1の部分拡大側面図(Y−Z面側面図)である。

0016

圧電ファン1は、振動板11と、圧電素子12,13と、弾性部材14,15と、支持体16,17と、押圧部18,19と、を備えている。

0017

振動板11は、厚み方向がZ軸に沿う平板状であり、例えば金属からなる。具体的には、振動板11は、Z軸に沿う厚み寸法が0.1mmのステンレススチールの平板からなる。振動板11は、自由端111と、固定端(固定点)112と、基端113と、を有している。自由端111と、固定端112と、基端113とは、送風方向(Y軸正方向)に向かって、基端113、固定端112、自由端111の順に並んでいる。即ち、振動板11は、固定端112を経由して、基端113から自由端111までY軸に沿って延伸している。

0018

また、振動板11は、揺動部114と、固定部115と、を備えている。固定部115は、送風方向とは逆方向(Y軸負方向)において、固定端112から基端113までの領域である。揺動部114は、固定端112から自由端111までの領域である。揺動部114は、固定端112を振動の節としてZ軸方向に揺動可能である。固定部115は、外部構造体(不図示)に対して固定されている。

0019

圧電素子12,13は、それぞれ、厚み方向がZ軸に沿う平板状である。圧電素子12,13は、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体と、圧電体の天面と底面とのそれぞれに形成されている電極と、を備えている(いずれも不図示)。図1中に白抜きの矢印で示すように、圧電素子12,13は、いずれもZ軸正方向に分極されている。

0020

圧電素子12は、振動板11の一方の主面に、揺動部114と固定部115とに跨って設けられている。具体的には、圧電素子12は、振動板11の天面に設けられており、揺動部114の中程の位置から固定端112を超え基端113の直前の位置まで延伸している。

0021

圧電素子13は、振動板11の他方の主面に、揺動部114と固定部115とに跨って設けられている。具体的には、圧電素子13は、振動板11の底面に設けられており、揺動部114の中程の位置から固定端112を超え基端113の直前の位置までに延伸している。

0022

圧電体の振動板11に当接する面に形成されている電極は、接地のための電極である。圧電体の振動板11に当接する面とは反対側の面に形成されている電極は、駆動信号印加用の電極である。なお、振動板11が導電体であり、振動板11が接地される場合には、圧電体の振動板11側の電極は省略することができる。

0023

弾性部材14,15は、それぞれ、両平板面平坦な平板状である。弾性部材14,15は、例えばエポキシ系の接着剤、硬質ゴム材、プラスチック材など、圧電体よりも弾性率が小さく絶縁性を持つ弾性材からなる。

0024

弾性部材14は、圧電素子12の振動板11側の主面とは反対側の主面に配置されている。具体的には、弾性部材14は、圧電素子12の天面に配置されており、圧電素子12の固定端112に対向する位置から、基端113に対向する位置まで延伸している。

0025

弾性部材15は、圧電素子13の振動板11側の主面とは反対側の主面に配置されている。具体的には、弾性部材15は、圧電素子13の底面に配置されており、圧電素子13の固定端112に対向する位置から、基端113に対向する位置まで延伸している。

0026

支持体16,17は、それぞれ、両平板面が平坦な平板状である。支持体16,17は、それぞれ、例えばガラスエポキシ樹脂など、弾性部材14,15よりも弾性率の大きい絶縁材からなる。支持体16と支持体17とのうち、少なくとも一方は、図示していない外部構造体に直接固定される。

0027

支持体16は、弾性部材14の圧電素子12側の主面とは反対側の主面に配置されている。具体的には、支持体16は、弾性部材14の天面を覆うように配置されており、送風方向に沿う軸上において、弾性部材14の送風方向(Y軸正方向)側の端、すなわち固定端112よりも送風方向側の位置から、弾性部材14の送風方向とは逆方向(Y軸負方向)側の端よりも送風方向とは逆方向の位置まで延伸している。支持体16は、圧電素子12との間で弾性部材14を圧縮させるZ軸負方向の外力を、弾性部材14に付与している。

0028

支持体17は、弾性部材15の圧電素子13側の主面とは反対側の主面に配置されている。具体的には、支持体17は、弾性部材15の底面を覆うように配置されており、送風方向に沿う軸上において、弾性部材15の送風方向(Y軸正方向)側の端、すなわち固定端112よりも送風方向側の位置から、弾性部材15の送風方向とは逆方向(Y軸負方向)側の端よりも送風方向とは逆方向の位置まで延伸している。支持体17は、圧電素子13との間で弾性部材15を圧縮させるZ軸正方向の外力を、弾性部材15に付与している。

0029

支持体16は、弾性部材14側の面が平面である平面部161と、弾性部材14側の面が平面部161よりも凹んでいる凹状部162とを備えている。
平面部161は、少なくとも固定端112と揺動部114とを覆って設けられている。平面部161は、天面で押圧部18の底面に接し、底面で弾性部材14の天面に接している。
凹状部162は、固定端112よりも送風方向とは逆方向(Y軸負方向)側に設けられている。凹状部162は、弾性部材14の天面と支持体16の底面との間に、切欠きによる間隙が設けられており、天面で押圧部18の底面に接し、底面が弾性部材14の天面から離間している。
すなわち、支持体16において、凹状部162の底面から支持体16の天面までの最短距離は、平面部161の底面から支持体16の天面までの最短距離よりも短く、支持体16は凹状部162で平面部161よりも凹となっている。支持体16の凹状部162を除く領域は、平面部161である。

0030

支持体16は、送風方向に沿う軸上において、固定端112側の端と基端113側の端との間のX軸と平行な中心、すなわち支持体16の前記送風方向に沿う軸上の中心に垂直なX−Z面を対称面として、支持体16が面対称な形状となるように、平面部161および凹状部162が設けられている。このようにして対称性を高めると、弾性部材14が圧縮されることによる姿勢の変化が抑制され、良好な振動特性を実現することが容易となる。

0031

支持体17は、弾性部材15側の面が平面である平面部171と、弾性部材15側の面が平面部171よりも凹んでいる凹状部172とを備えている。
平面部171は、少なくとも固定端112と揺動部114とを覆って設けられている。平面部171は、天面で弾性部材15の底面に接し、底面で押圧部19の天面に接している。
凹状部172は、固定端112よりも送風方向とは逆方向(Y軸負方向)側に設けられている。凹状部172は、弾性部材15の底面と支持体17の天面との間に切欠きによる間隙が設けられており、天面が弾性部材15の底面から離間し、底面で押圧部19の天面に接している。
すなわち、支持体17において、支持体17の底面から凹状部172の天面までの最短距離は、支持体17の底面から平面部161の天面までの最短距離よりも短く、支持体17は凹状部162で平面部171よりも凹となっている。支持体17の凹状部172を除く領域は、平面部171である。

0032

支持体17は、送風方向に沿う軸上において、固定端112側の端と基端113側の端との間の中心、すなわち支持体17の前記送風方向に沿う軸上の中心に垂直なX−Z面を対称面として、支持体17が面対称な形状となるように、平面部171および凹状部172が設けられている。このようにして対称性を高めると、弾性部材15が圧縮されることによる姿勢の変化が抑制され、良好な振動特性を実現することが容易となる。

0033

押圧部18は、例えばクリップであり、弾性部材14を支持体16と圧電素子12との間で圧縮させるZ軸負方向の外力を、支持体16に付与している。
押圧部19は、例えばクリップであり、弾性部材15を支持体17と圧電素子13との間で圧縮させるZ軸正方向の外力を、支持体17に付与している。
具体的には、押圧部18,19を設けない場合の、振動板11と圧電素子12,13と弾性部材14,15と支持体16,17とからなる積層体の厚み寸法よりも、押圧部18と押圧部19との最短距離が狭く設定されている。即ち、押圧部18,19は、弾性部材14,15が圧縮された状態となるような間隔で固定されている。

0034

このような構成の圧電ファン1では、対向して設けられている圧電素子12,13と振動板11とが、バイモルフ振動子を構成する。圧電素子12と圧電素子13は、駆動電圧が印加された際に、おのおの振動板11に当接する面に形成されている電極が、接地のための電極となり、振動板11に当接する面とは反対側の面に形成されている電極が、駆動信号印加用の電極となる。すなわち、Z軸に沿う電界の作用方向が圧電素子12と圧電素子13とで逆向きになる。一方、圧電素子12と圧電素子13とでは、図1(B)に示すように、Z軸に沿う分極方向が一致している。

0035

そのため、圧電素子12と圧電素子13とでは、X−Y面における広がり振動逆位相励起する。具体的には、圧電素子12がX−Y面において伸長するように変形する場合には圧電素子13がX−Y面において収縮するように変形し、圧電素子12がX−Y面において収縮するように変形する場合には圧電素子13がX−Y面において伸長するように変形することになる。そして、振動板11は、揺動部114がZ軸に沿う方向に揺動し、空気が送風方向(Y軸正方向)に送風されることになる。

0036

この圧電ファン1では、圧電素子12,13と支持体16,17との間に、弾性部材14,15が設けられ、圧電素子12,13に支持体16,17が直接接触することを防いでいる。これにより、圧電素子12,13が屈曲する際に、弾性部材14,15や支持体16,17から圧電素子12,13に作用する応力が、固定端112の近傍に集中することを防ぐことができる。したがって、圧電素子12,13に作用する応力を緩和して圧電素子12,13が損壊することを防ぐことができる。

0037

また、支持体16,17は、平面部161,171が少なくとも固定端112と揺動部114とを覆って設けられている。そして、押圧部18,19により支持体16,17が押圧されて、支持体16,17により弾性部材14,15が押圧されて、平面部161,171に対向する弾性部材14,15の領域が圧縮されている。したがって、弾性部材14,15を設けていても、振動板11において固定端112を強固に支持することができる。

0038

また、支持体16,17は、凹状部162,172が固定端112よりも送風方向とは逆方向(Y軸負方向)側であって、弾性部材14,15に接する面に形成されている。このため、支持体によって弾性部材14,15が圧縮されたときに、凹状部に対向する弾性部材の領域が圧縮されず、ポアソン効果によって弾性部材14,15に生じる横ひずみによる変形の多くが凹状部162,172において吸収される。これにより、平面部161,171に対向する弾性部材14,15の領域が圧縮されてポアソン効果によるY軸に沿う方向の変形が生じていても、凹状部162,172に対向する弾性部材14,15の領域では、ポアソン効果によるY軸に沿う方向の変形が殆ど生じることがない。したがって、弾性部材14,15が固定端112よりも送風方向(Y軸正方向)にはみ出す距離を従来よりも抑制できる。これにより、圧電ファン1の固有振動数のばらつきが抑制され、圧電ファン1の駆動時の振動特性の安定化を図ることができる。

0039

≪第2の実施形態≫
次に、本発明の第2の実施形態に係る圧電ファンについて、図2〜5を参照して説明する。図2は、本発明の第2の実施形態に係る圧電ファン1Aの斜視図である。図3は、圧電ファン1Aの分解斜視図である。

0040

圧電ファン1Aは、振動板11Aと、圧電素子121A,122A,123A,131A,132A,133Aと、弾性部材14A,15Aと、支持体16A,17Aと、押圧部18A,19Aと、を備えている。

0041

振動板11Aは、厚み方向がZ軸に沿う平板状であり、例えば金属からなる。また、振動板11Aは、3枚の羽板部116A,117A,118Aと、ベース部119Aと、を備えている。

0042

ここで、本実施形態においては、羽板部116A,117A,118Aと、ベース部119Aとの接続箇所が固定端112Aとなり、羽板部116A,117A,118Aがそれぞれ揺動部114Aに相当し、ベース部119Aが固定部115Aに相当するように、圧電ファン1Aを構成する。即ち、送風方向に沿う軸上において、弾性部材14A,15Aの送風方向(Y軸正方向)側の端を、羽板部116A,117A,118Aと、ベース部119Aとの接続箇所に一致させている。これにより、羽板部116A,117A,118Aそれぞれの送風方向(Y軸正方向)側の端は自由端111Aに相当することになり、ベース部119Aの送風方向の逆方向(Y軸負方向)側の端は基端113Aに相当することになる。

0043

ベース部119Aは、X軸に沿う方向に長尺である。羽板部116A,117A,118Aは、固定端112Aから送風方向(Y軸正方向)に延伸されている。羽板部116A,117A,118Aは、送風方向(Y軸正方向)に沿って所定の間隔で、羽板部117A、羽板部116A、羽板部118Aの順に配列されている。両端の羽板部117A,118Aは、互いに略同じ形状で形成されている。中央の羽板部116AのX軸に沿う方向の長さは、両端の羽板部117A,118Aの約2倍である。羽板部116A,117A,118AのY軸に沿う方向の長さは、いずれも略同じである。

0044

なお、羽板部116A,117A,118Aと、ベース部119Aとの接続箇所を、必ずしも固定端112Aとする必要はない。後述する弾性部材14A,15Aを、羽板部116A,117A,118Aのベース部119A近傍の領域に重なるように配置し、固定端112Aを羽板部116A,117A,118Aの中に設けるようにしてもよい。

0045

羽板部116A,117A,118Aは、固定端112Aを振動の節としてZ軸に沿って揺動可能である。圧電ファン1Aは、羽板部116A,117A,118Aを隣り合う羽板部がおのおの逆位相で振動するように、それぞれをZ軸に沿って揺動させ、送風方向(Y軸正方向)への送風を行う。

0046

ベース部119Aは、外部構造体(不図示)に対して固定されている。また、ベース部119Aは、図3に示す2つの締結用孔1191Aを備えている。2つの締結用孔1191Aは、それぞれ、後述する押圧部18Aの一部が挿入される貫通孔であり、ベース部119Aの天面と底面とに貫通している。第1の締結用孔1191Aは、ベース部119Aの羽板部116Aが連結されている領域と、羽板部117Aが連結されている領域とに挟まれる領域の中央に設けられている。第2の締結用孔1191Aは、ベース部119Aの羽板部116Aが連結されている領域と、羽板部118Aが連結されている領域とに挟まれる領域の中央に設けられている。

0047

圧電素子121A,131A,122A,132A,123A,133Aは、それぞれ、厚み方向がZ軸に沿う平板状である。圧電素子121A,131A,122A,132A,123A,133Aは、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体と、圧電体の天面と底面とのそれぞれに形成されている電極と、を備えている(いずれも不図示)。

0048

圧電素子121Aは、Y軸に沿って羽板部116Aとベース部119Aとに跨るように、振動板11Aの天面に配置されている。圧電素子131Aは、Y軸に沿って羽板部116Aとベース部119Aとに跨るように、振動板11Aの底面に配置されている。また、圧電素子121A,131Aは、いずれもZ軸正方向に分極されている。

0049

圧電素子122Aは、Y軸に沿って羽板部117Aとベース部119Aとに跨るように、振動板11Aの天面に配置されている。圧電素子132Aは、Y軸に沿って羽板部117Aとベース部119Aとに跨るように、振動板11Aの底面に配置されている。また、圧電素子122A,132Aは、いずれもZ軸負方向に分極されている。

0050

圧電素子123Aは、Y軸に沿って羽板部118Aとベース部119Aとに跨るように、振動板11Aの天面に配置されている。圧電素子133Aは、Y軸に沿って羽板部118Aとベース部119Aとに跨るように、振動板11Aの底面に配置されている。また、圧電素子123A,133Aは、いずれもZ軸負方向に分極されている。

0051

圧電体の振動板11Aに当接する面に形成されている電極は、接地のための電極である。圧電体の振動板11Aに当接する面とは反対側の面に形成されている電極は、駆動信号印加用の電極である。なお、振動板11Aが導電体であり、振動板11Aが接地される場合には、圧電体の振動板11A側の電極は省略することができる。

0052

弾性部材14A,15Aは、両平板面が平坦な平板状である。弾性部材14A,15Aは、例えばエポキシ系の接着剤、硬質ゴム材、プラスチック材など、圧電体よりも弾性率が小さく絶縁性を持つ弾性材からなる。

0053

弾性部材14Aは、X軸に沿って圧電素子121A,122A,123Aの天面に跨るように配置されている。弾性部材14Aは、図3に示す2つの締結用孔141Aを備えている。2つの締結用孔141Aは、それぞれ、押圧部18Aの一部が挿入される貫通孔であり、弾性部材14Aの天面と底面とに貫通している。第1の締結用孔141Aは、圧電素子121A,131Aと、圧電素子122A,132Aとに挟まれる領域の中央に設けられている。第2の締結用孔141Aは、圧電素子121A,131Aと、圧電素子123A,133Aとに挟まれる領域の中央に設けられている。

0054

弾性部材15Aは、X軸に沿って圧電素子131A,132A,133Aの底面に跨るように配置されている。弾性部材15Aは、図3に示す2つの締結用孔151Aを備えている。2つの締結用孔151Aは、それぞれ、押圧部18Aの一部が挿入される貫通孔であり、弾性部材15Aの天面と底面とに貫通している。第1の締結用孔151Aは、圧電素子121A,131Aと、圧電素子122A,132Aとに挟まれる領域の中央に設けられている。第2の締結用孔151Aは、圧電素子121A,131Aと、圧電素子123A,133Aとに挟まれる領域の中央に設けられている。

0055

支持体16A,17Aは、それぞれ、両平板面が平坦な平板状である。支持体16A,17Aは、それぞれ、例えばガラスエポキシ樹脂など、弾性部材14A,15Aよりも弾性率の大きい絶縁材からなる。支持体16Aと支持体17Aとのうち、少なくとも一方は、図示していない外部構造体に直接固定される。

0056

支持体16Aは、弾性部材14Aの天面を覆うように配置されており、送風方向に沿う軸上において、弾性部材14Aの送風方向(Y軸正方向)側の端、すなわち固定端112Aよりも送風方向側の位置から、弾性部材14Aの送風方向とは逆方向(Y軸負方向)側の端よりも送風方向とは逆方向の位置まで延伸している。また、支持体16Aは、図3に示す2つの締結用孔163Aを備えている。2つの締結用孔163Aは、それぞれ、押圧部18Aの一部が挿入される貫通孔であり、支持体16Aの天面と底面とに貫通している。第1の締結用孔163Aは、圧電素子121A,131Aと、圧電素子122A,132Aとに挟まれる領域の中央に設けられている。第2の締結用孔163Aは、圧電素子121A,131Aと、圧電素子123A,133Aとに挟まれる領域の中央に設けられている。支持体16Aは、圧電素子12Aとの間で弾性部材14Aを圧縮させるZ軸負方向の外力を、弾性部材14Aに付与している。

0057

支持体17Aは、弾性部材15Aの底面を覆うように配置されており、送風方向に沿う軸上において、弾性部材15Aの送風方向(Y軸正方向)側の端、すなわち固定端112Aよりも送風方向側の位置から、弾性部材15Aの送風方向とは逆方向(Y軸負方向)側の端よりも送風方向とは逆方向の位置まで延伸している。また、支持体17Aは、図3に示す2つの締結用孔173Aを備えている。2つの締結用孔173Aは、それぞれ、押圧部18Aの一部が挿入される貫通孔であり、支持体17Aの天面と底面とに貫通している。第1の締結用孔173Aは、圧電素子121A,131Aと、圧電素子122A,132Aとに挟まれる領域の中央に設けられている。第2の締結用孔173Aは、圧電素子121A,131Aと、圧電素子123A,133Aとに挟まれる領域の中央に設けられている。支持体17Aは、圧電素子13Aとの間で弾性部材15Aを圧縮させるZ軸正方向の外力を、弾性部材15Aに付与している。

0058

また、支持体16Aは、弾性部材14A側の面が平面である平面部161Aと、弾性部材14A側の面が平面部161Aよりも凹んでいる凹状部162Aとを有している。支持体17Aは、弾性部材15A側の面が平面である平面部171Aと、弾性部材15側の面が平面部171Aよりも凹んでいる凹状部172Aとを有している。平面部161A,171Aおよび凹状部162A,172Aの構成の詳細は後述する。

0059

押圧部18Aは、弾性部材14Aを支持体16Aと圧電素子121A,122A,123Aとの間で圧縮させるZ軸負方向の外力を、支持体16Aに付与している。これにより支持体16Aは、圧電素子121A,122A,123Aとの間で弾性部材14Aを圧縮させるZ軸負方向の外力を、弾性部材14Aに付与している。より具体的には、ここでの押圧部18Aは、2つのボルトであり、それぞれのボルトのねじ切り部が、締結用孔163A,141A,1191A,151A,173Aに挿入され、それぞれのボルトの頭部が、支持体16Aの天面に接している。

0060

押圧部19Aは、弾性部材15Aを支持体17Aと圧電素子131A,132A,133Aとの間で圧縮させるZ軸正方向の外力を、支持体17Aに付与している。これにより支持体17Aは、圧電素子131A,132A,133Aとの間で弾性部材15Aを圧縮させるZ軸正方向の外力を、弾性部材15Aに付与している。より具体的には、ここでの押圧部19Aは、2つのナットであり、それぞれ支持体17Aの底面を介して、押圧部18Aのねじ切り部の先端に締結されている。したがって、弾性部材14A,15Aは圧縮された状態となる。

0061

このような構成の圧電ファン1Aにおいては、羽板部116Aおよび圧電素子121A,131Aと、羽板部117Aおよび圧電素子122A,132Aと、羽板部118Aおよび圧電素子123A,133Aと、のそれぞれがバイモルフ振動子を構成する。

0062

各バイモルフ振動子は、駆動電圧が印加された際に、おのおの振動板11に当接する面に形成されている電極が、接地のための電極となり、振動板11に当接する面とは反対側の面に形成されている電極が、駆動信号印加用の電極となる。各バイモルフ振動子に印加する電圧は同一である。すなわち、各バイモルフ振動子のZ軸に沿う電界の作用方向が同一となる。そして、圧電素子121A,131Aと、圧電素子122A,132Aおよび圧電素子123A,133Aとでは、Z軸に沿う分極方向が逆であるため、羽板部116Aと羽板部117A,118Aは逆の位相で揺動する。このように揺動させることにより、圧電ファン1Aにおいて、羽板部116A,117A,118Aからベース部119Aに伝わる振動は相殺され、ベース部119Aの固定がより安定することになる。

0063

図4(A)は、支持体16Aの構成例を示す斜視図である。なお、支持体17Aの構成は支持体16Aの構成と同様である。

0064

支持体16Aは、3つの凹状部162Aと、支持体16Aの3つの凹状部162Aを除く領域に設けられている平面部161Aと、を備えている。3つの凹状部162Aは、それぞれ、支持体16Aの一方の主面において、平面部161Aよりも凹んでいる。平面部161Aは、固定端112Aとベース部119Aとに跨るように、弾性部材14Aに重ねられる。凹状部162Aは、送風方向の逆方向(Y軸負方向)に固定端112Aと離れる位置から、送風方向の逆方向(Y軸負方向)に延伸するように、弾性部材14Aに重ねられる。

0065

また、3つの凹状部162Aは、X軸に沿って間隔をあけて並んでおり、それぞれ異なる圧電素子に対向し、X軸に沿う方向を向く両端部が、対向する圧電素子よりも外側にはみ出すように設けられる。

0066

各凹状部162Aは、平面視して、X軸に沿う方向を長手方向とし、Y軸に沿う方向を短手方向として形成されている。また、各凹状部162Aは、それぞれ、支持体16Aの送風方向(Y軸正方向)側の端から一定寸法離れる位置から、支持体16Aの送風方向の逆方向(Y軸負方向)側の端から一定寸法離れる位置までに形成されている。

0067

なお、ここでは、3つの凹状部162Aの間に挟まれる領域には、平面部161Aが設けられており、その領域の中心に締結用孔163Aが形成されている。締結用孔163Aの周囲が平面部161Aとされていることで、押圧部18A,19Aによる挟着作業性を良好なものにできる。

0068

また、ここでは、支持体16Aの送風方向(Y軸正方向)側の端と送風方向の逆方向(Y軸負方向)側の端との間の中心に垂直なX−Z面を対称面として、支持体16Aの弾性部材14Aに対向する領域が面対称な形状になるように、平面部161Aと凹状部162Aとは形成されている。したがって、平面部161Aと凹状部162Aとは面対称に弾性部材14Aに対向する。このようにして対称性を高めておけば、弾性部材14Aと支持体16Aとのずれや、姿勢の変動が抑制され、良好な振動特性を実現することが容易となる。

0069

次に、圧電ファン1Aの実施例における弾性部材のはみ出し距離について説明する。

0070

図5(A)は、上述の支持体16Aを備える圧電ファン1Aの実施例におけるX軸方向位置を示す図である。図5(B)は、圧電ファン1Aの実施例におけるX軸方向位置と弾性部材のはみ出し距離との関係について説明する図である。

0071

ここでは、実施例として凹状部を有する支持体16Aを備える圧電ファン1Aを用い、比較例として凹状部のない支持体を備える比較例の圧電ファンを用い、押圧部によってZ軸方向の外力を付与した後、おのおの弾性部材の固定端からのはみ出し距離を測定して比較を行った。

0072

圧電ファン1Aの固定部のX軸方向の寸法は50mm、Y軸方向の寸法は6mmとした。中央の羽板部のX軸方向の寸法は、20mmとした。両端の羽板部のX軸方向の寸法は、おのおの10mmとした。各羽板部のY軸方向の寸法はおのおの44mmとした。圧電素子の揺動部側のY軸寸法は、13mmとした。また、図示していないが、振動板のZ軸方向の寸法は、0.1mmとした。圧電素子のZ軸方向の寸法は、0.1mmとした。弾性部材の非圧縮状態でのZ軸方向の寸法は、1.5mmとした。弾性部材の圧縮状態でのZ軸方向の寸法は、1.1mmとした。支持体のZ軸方向の寸法は、2.0mmとした。支持体の凹状部のZ軸方向の寸法は、0.5mmとした。

0073

なお、圧電ファン1Aと比較例の圧電ファンとの異なる点は、支持体の凹状部のみであり、その他の構成部材の材料や寸法、測定条件等は全て同一とした。

0074

比較例の圧電ファンにおいては、支持体に凹状部が設けられていないために、圧電ファンのX軸方向位置によらず、弾性部材のY軸方向はみ出し距離は約0.39mmで一定であった。これに対して、実施例の圧電ファン1Aにおいては、圧電素子に対向する中心位置(X軸方向位置0)において、弾性部材のY軸方向はみ出し距離が約0.32mmであり、最もY軸方向のはみ出し距離が長い押圧部においても約0.37mmであった。この結果から、凹状部を有する支持体を備える圧電ファンでは、従来よりもY軸方向のはみ出し距離が抑制できるといえる。

0075

なお、実施例の圧電ファン1Aでは、押圧部において弾性部材のはみ出す先に羽板部が設けられていないので、押圧部にて弾性板のY軸方向はみ出し距離が大きくなったとしても、羽板部(揺動部)の振動特性には殆ど影響が及ぼされない。

0076

以上の結果より、支持体によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができることがわかる。すなわち、この構成では、支持部によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができる。これにより、圧電ファンの固有振動数のばらつきが抑制され、圧電ファンの駆動時の振動特性の安定化を図ることができる。

0077

図4(B)に、第2の実施形態における支持体の第1変形例を示す斜視図を示す。第1変形例が前述の第2の実施形態と異なる点は、支持体16A,17Aに設けられている切欠きの位置、すなわち凹状部162A,172Aの位置である。その他の構成については第2の実施形態と同じであるため、記載を省略する。

0078

図4(B)に示す支持体16Bは、3つの凹状部162Bと、支持体16Bの3つの凹状部162Bを除く領域に設けられている平面部161Bと、を備えている。ここでは、3つの凹状部162Bのうちの両脇に配置されている2つの凹状部162Bが、先に説明した支持体16Aと異なり、それぞれ、X軸に沿って延伸し、外側の一端が支持体16Bの側面に連通する有底の切欠き状に成形されている。前述の支持体16A、17Aに替えて、このような支持体16B、17Bを用いても、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

0079

図4(C)に、第2の実施形態における支持体の第2変形例を示す斜視図を示す。第2変形例が前述の第2の実施形態と異なる点は、支持体16A,17Aに設けられている切欠きの位置、すなわち凹状部162A,172Aの位置である。その他の構成については第2の実施形態と同じであるため、記載を省略する。

0080

図4(C)に示す支持体16Cは、支持体16Aと同様、3つの凹状部162Cと、支持体16Cの3つの凹状部162Cを除く領域に設けられている平面部161Cと、を備えている。本第2変形例では、3つの凹状部162Bが、それぞれ、送風方向の逆方向(Y軸負方向)に延伸し、送風方向の逆方向(Y軸負方向)側の端部が支持体16Bの側面に連通する有底の切欠き状に成形されている。前述の支持体16A、17Aに替えて、このような支持体16C、17Cを用いても、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

0081

上述の各実施形態では、圧電素子は例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成しているが、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。

0082

また、上述の説明では、3枚の羽板部や、1つの揺動部を設ける実施形態を示したが、本発明は、羽板部の数によって限定されるものではない。また、隣接する羽板部に設けられたバイモルフ振動子を構成する圧電体の分極方向をおのおの異ならせて構成し、中央の羽板部と両端の羽板部とが逆の位相で揺動する実施形態を示したが、隣接する羽板部に設けられたバイモルフ振動子を構成する圧電体の分極方向をおのおの一致するように構成し、全ての羽板部を同じ位相で揺動させてもよい。

0083

また、上述の各実施形態では、支持体16,17は、それぞれ、両平板が平坦な平板状
であるとしたが、これに限るものではない。例えば、支持体16,17の弾性部材側の面と反対側の部分は、必ずしも平坦でなくても構わない。

0084

また、上述の各実施形態では、弾性部材14,15は、それぞれ、両平板が平坦な平板状であるとしたが、これに限るものではない。

0085

また、上述の各実施形態では、圧電素子12,13と振動板11とによりバイモルフ振動子を構成する例を示したが、圧電素子12,13のうちの一方のみを設けて、ユニモルフ振動子を構成するようにしてもよい。なお、その場合は、前述の構成から一方の圧電素子のみを省いて圧電ファンを構成してもよいし、一方の圧電素子側に設けられている弾性部材や支持体も省くように、圧電ファンを構成してもよい。

0086

また、上述の各実施形態では、2つの支持体によりバイモルフ振動子を挟持する実施形態を示したが、何らかの固定方法、例えば接着などの他の方法で、バイモルフ振動子を固定するように構成してもよい。その場合、支持体は1つであってもよい。

0087

1,1A…圧電ファン
11,11A…振動板
12,13…圧電素子
14,15,14A,15A…弾性部材
16,17,16A,17A,16B,16C…支持体
18,19,18A,19A…押圧部
111,111A…自由端
112,112A…固定端
113,113A…基端
114,114A…揺動部
115,115A…固定部
116A,117A,118A…羽板部
119A…ベース部
121A,122A,123A,131A,132A,133A…圧電素子
163A,141A,1191A,151A,173A…締結用孔
161,171,161A,171A,161B,161C,171,171A…平面部
162,172,162A,172A,162B,162C,172,172A…凹状部

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社ジェイテクトの「 転がり軸受装置及びポンプ装置」が 公開されました。( 2020/02/13)

    【課題】ころが保持器のポケット内でスキューして回転することにより発生する推力によって保持器がシール部材に当接してしまうことを防ぎながら、装置の大型化を抑制することが可能な転がり軸受装置及びポンプ装置を... 詳細

  • 株式会社クボタの「 可動翼ポンプ装置及び翼角調節方法」が 公開されました。( 2020/02/13)

    【課題】吐出弁で流量調節を行わずに、設定流量に対し、ポンプの設置条件に関係なく、最適な運転が可能な可動翼ポンプ装置を提供する。【解決手段】翼角が変更可能な複数の可動翼を有する可動翼ポンプ装置であって、... 詳細

  • リンナイ株式会社の「 送風ファン」が 公開されました。( 2020/02/13)

    【課題】モーターの回転速度が高くなってもモーターの回転に伴う騒音を抑制可能な送風ファンを提供する。【解決手段】ファンケース(110)内の羽根車(160)を回転させるモーター(130)を、ファンケースに... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ