JP4192621B2 - 軸流ファンの駆動装置および軸流ファン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流ファンの駆動装置および軸流ファンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、軸流ファンにおける羽根車が開示されている。この特許文献１に記載の羽根車は、電動モータにて回転駆動する回転部（ハブ）と、この回転部の軸回りに取り付けられる複数枚の羽根体（翼）との基本的な構成を有する。そして、これらの羽根体の基端部は、流体入口側と流体出口側とを結ぶ基準線を回転部の軸線に対して角度（以下、これを取付角度という）を持たせて取り付けている。
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１の羽根車では、各羽根体の基端部における取付角度が２０〜３０°の範囲で回転部に固定されて取り付けられている。その結果、羽根車の回転速度（回転数）が一定の下においては、流体の送出速度（流体送出量）を調整することはできない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８９２８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な構造で、小型化に有利であり、大きな駆動トルクを得ることができるとともに、例えば駆動中においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる軸流ファンの駆動装置および軸流ファンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の軸流ファンの駆動装置は、軸流ファンの羽根体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備え、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する振動体で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動するよう構成され、
前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれることを特徴とする。
【０００７】
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、羽根体の角度の調整が容易に行え、駆動中（回転中）において流体送出量の調整が行えるとともに、流体流出入の切換が可能になる。さらに、弁として流路における流体の閉止や開放も可能になる。
前記同期させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動トルクをアクチュエータの個数に応じて増大（倍増）させることができる。
また、前記位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合は、羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
また、前記差動させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【０００８】
本発明の軸流ファンの駆動装置は、軸流ファンの羽根体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体とそれぞれ連動する複数の移動体と、前記複数の移動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備え、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、対応する前記移動体に駆動力を付与する振動体で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて、対応する前記移動体を介して対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする。
【０００９】
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、羽根体の角度の調整が容易に行え、駆動中（回転中）において流体送出量の調整が行えるとともに、流体流出入の切換が可能になる。さらに、弁として流路における流体の閉止や開放も可能になる。
【００１０】
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つについては、前記振動体は、前記移動体に当接して設けられ、前記振動により、前記移動体に力を繰り返し加えて前記移動体を駆動するのが好ましい。
これにより、部品点数を削減することができ、構造を簡素化することができる。
【００１１】
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記移動体は、回転自在に設けられたロータであるのが好ましい。
これにより、軸流ファンをより円滑に作動させることができる。
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
前記同期させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動トルクをアクチュエータの個数に応じて増大（倍増）させることができる。
また、前記位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合は、羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
また、前記差動させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００１２】
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記差動には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを逆方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
これにより、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００１３】
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記電気／機械変換素子は、圧電素子であるのが好ましい。
本発明の軸流ファンは、本発明の軸流ファンの駆動装置と、
前記駆動装置により駆動制御される少なくとも１枚の羽根体とを有することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、羽根体の角度の調整が容易に行え、駆動中（回転中）において流体送出量の調整が行えるとともに、流体流出入の切換が可能になる。さらに、弁として流路における流体の閉止や開放も可能になる。
【００１４】
本発明の軸流ファンは、回転自在に設けられた羽根車を有し、
前記羽根車は、少なくとも１枚の羽根体と、
前記羽根体の基端部を支持する第１のステーおよび第２のステーと、
同軸上に回転自在に設けられた第１のロータおよび第２のロータとを有し、
前記第１のロータには、前記第１のステーが設けられ、前記第２のロータには、前記第２のステーが前記第２のロータの軸方向に沿って移動可能に設けられており、
電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、前記第１のロータに駆動力を付与する振動体を有する第１のアクチュエータと、
電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、前記第２のロータに駆動力を付与する振動体を有する第２のアクチュエータとを有し、
前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを互いに協調させて、前記第１のロータと前記第２のロータとを介して前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動することを特徴とする。
【００１５】
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、羽根体の角度の調整が容易に行え、駆動中（回転中）において流体送出量の調整が行えるとともに、流体流出入の切換が可能になる。さらに、弁として流路における流体の閉止や開放も可能になる。
【００１６】
本発明の軸流ファンでは、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの少なくとも一方については、前記振動体は、対応する前記ロータに当接して設けられ、前記振動により、対応する前記ロータに力を繰り返し加えてそのロータを駆動するのが好ましい。
これにより、部品点数を削減することができ、構造を簡素化することができる。
【００１７】
本発明の軸流ファンでは、前記協調には、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを同期させて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合と、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとに位相差を持たせて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合と、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを差動させて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
【００１８】
前記同期させて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合は、駆動トルクを増大（倍増）させることができる。
また、前記位相差を持たせて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合は、羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
また、前記差動させて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合は、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００１９】
本発明の軸流ファンでは、前記差動には、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの一方を逆方向に駆動する場合と、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの一方を停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。これにより、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
本発明の軸流ファンでは、前記電気／機械変換素子は、圧電素子であるのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の軸流ファンの駆動装置および軸流ファンを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の軸流ファン（軸流ファンの駆動装置）の実施形態を示す正面図、図２は、図１に示す軸流ファンの断面図（側面図）、図３は、図１に示す軸流ファンの羽根車の斜視図である。
【００２１】
図１および図２に示すように、軸流ファン（送風機）１は、矩形の枠体２と、この枠体２の両側面に取り付けたカバー３、３と、これらカバー３、３間の中心軸Ｏ−Ｏ上に回転自在に軸支された羽根車４と、この羽根車４を回転駆動（駆動制御）する駆動装置５とを有している。この駆動装置５は、第１のアクチュエータ５Ａと第２のアクチュエータ５Ｂとを有する。
【００２２】
第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、カバー３、３の裏面側にネジおよびブラケット等の取付部材６を介してそれぞれ組み付けられている。これら第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、互いに協調して、羽根車４を所定の回転方向（例えば時計回り方向）Ａに回転駆動（回転制御）する。すなわち、第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、互いに協調して、後述する移動体としての第１および第２のロータ４２、４３を介して後述する被駆動体としての第１および第２のステー４６、４７を駆動する。
【００２３】
羽根車４は、カバー３、３間に両端部が軸受部７、７を介して軸支される回転軸４１と、この回転軸４１に互いに同軸上に隣接させて個々に回転自在に組み付けられる移動体としての第１および第２のロータ４２、４３とを有する。図３に示すように、第１のロータ４２の外周面には、摺動面４２ａと取付面４２ｂとが段付き形成されている。同様に、第２のロータ４３の外周面には、摺動面４３ａと取付面４３ｂとが段付き形成されている。この取付面４３ｂの周面には、後述する被制御体としての羽根体４５の取付部位となる複数（図示の実施形態では１６本）の係合溝（長孔）４４がそれぞれ軸方向に沿って形成されている。これらのロータ４２、４３は、回転軸４１上に互いに背中合わせで組付け配置することにより、羽根車４の回転部を形成する。
【００２４】
また、羽根車４の回転部の軸周りには、被制御体としての同一形状を有する複数枚（図示の実施形態では８枚）の羽根体（フィン）４５が円周方向に互いにオーバーラップさせて取り付けられている。各羽根体４５の一端側、すなわち、第１のロータ４２および第２のロータ４３への取付部となる基端部には、被駆動体としての第１のステー４６と第２のステー４７とが互いに並行状態で突出するように連結されている。
【００２５】
第１のステー４６は、羽根体４５の基端部４５ａを支持する。第２のステー４７は、羽根体４５の基端部４５ｂを支持する。そして、第１のステー４６は、第１のロータ４２の内側取付面４２ｂに放射状に植設させて取り付けられる。一方、第２のステー４７は、第２のロータ４３の内側取付面４３ｂに形成した係合溝４４に係合させて軸方向に移動可能（摺動可能）に取り付けられる。すなわち、各羽根体４５は、第１および第２のステー４６、４７を介して第１および第２のロータ４２、４３に取り付けられている。
【００２６】
第１のロータ４２に対し第２のロータ４３を相対的に回転させることにより、各羽根体４５は、第１のステー４６を軸中心として、図３に示す時計周り方向Ｃ１または反時計周り方向Ｃ２に旋回（回転）する。これによって、各羽根体４５の取付角度（θ）等を調整することができる。
第１のロータ４２側には、第１のアクチュエータ５Ａが設けられ、第２のロータ４３側には、第２のアクチュエータ５Ｂが設けられる。
【００２７】
第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、それぞれ、例えば矩形の板状をなす振動体５０で構成され、この振動体５０には、後述する振動伝達体としての凸部５１が突出している。第１のアクチュエータ５Ａを構成する振動体５０の凸部５１は、第１のロータ４２の摺動面（当接部）４２ａに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。同様に、第２のアクチュエータ５Ｂを構成する振動体５０の凸部５１は、第２のロータ４３の摺動面（当接部）４３ａに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。
【００２８】
各凸部５１は、第１、第２のロータ４２、４３の摺動面４２ａ、４３ａに対し、滑ることができる。従って、凸部５１と、摺動面４２ａ、４３ａとで、滑り機構が構成される。この滑り機構の構成により、過大な負荷が加わったとしても、破損を防止することができる。
これら第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂの駆動により、第１および第２のロータ４２、４３が個々に回転駆動される。
【００２９】
本実施形態における駆動装置５の主要部は、前記第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂ、第１および第２のロータ４２、４３、第１および第２のステー４６、４７等で構成される。
なお、第１および第２のロータ４２、４３には、それぞれ、第１および第２のロータ４２、４３の回転量（移動量）を検出する回転量検出手段（移動量検出手段）としてのロータリエンコーダ８が設置されている。このロータリエンコーダ８の機能は、図６に示す後述する駆動制御回路で説明する。
【００３０】
ここで、前記「協調」とは、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂ同士が、相互に関連し合う（所定の関係を持つ）ことであり、例えば、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを同期させて第１、第２のステー（被駆動体）４６、４７を駆動する場合（第１、第２のステー４６、４７を等速度で駆動する場合）、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂに位相差を持たせて第１、第２のステー４６、４７を駆動する場合（第１、第２のステー４６、４７に角度差をもたせて第１、第２のステー４６、４７を駆動する場合）、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを差動させて第１、第２のステー４６、４７を駆動する場合等が挙げられる。
【００３１】
また、前記「差動」としては、例えば、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂのうちの一方を逆方向に駆動する場合、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂの一方を停止状態とする場合等が挙げられる。
図４は、第１および第２のアクチュエータを構成する振動体の斜視図、図５は、図４中のＩ−Ｉ線での断面図である。
【００３２】
なお、第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、同一構造の振動体５０で構成されている。このため、図４および図５においては、第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを「アクチュエータ５Ａ（５Ｂ）」と略して説明する。図４および図５に示すように、振動体５０は、４つの第１の電極５２ａ、５２ｂ、５２ｃおよび５２ｄと、電気／機械変換素子（第１の電気／機械変換素子）としての第１の圧電素子５３と、補強板５４と、電気／機械変換素子（第２の電気／機械変換素子）としての第２の圧電素子５５と、４つの第２の電極５６ａ、５６ｂ、５６ｃおよび５６ｄとを順に積層して構成されている。この場合、第１の電極５２ａ〜５２ｄ、第２の電極５６ａ〜５６ｄは、第１の電極５２ａ〜５２ｄと、第２の電極５６ａ〜５６ｄとが、それぞれ、対応するように配置されている。
【００３３】
第１の電極５２ａ、５２ｃおよび第２の電極５６ａ、５６ｃは、互いに電気的に直列に接続され、これらにより、第１のグループ電極５７を構成している。同様にして、第１の電極５２ｂ、５２ｄおよび第２の電極５６ｂ、５６ｄもまた、互いに電気的に直列に接続され、これらにより、第２のグループ電極５８を構成している。第１および第２のグループ電極５７、５８は、後述する駆動制御回路に接続されている。
第１および第２の圧電素子５３、５５は、補強板５４の両面にそれぞれ設置（固着）されており、これらに交流電圧が印加されると、第１および第２の圧電素子５３、５５は、長方形状をなす第１および第２の圧電素子５３、５５の長手方向Ｂに伸長・収縮する。
【００３４】
これらの圧電素子５３、５５の構成材料としては、特に限定されないが、例えばチタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものが好適に用いられる。
振動体５０の第１および第２の圧電素子５３、５５に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体５０の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であることが好ましい。これにより、振動体５０の振幅が大きくなり、高い効率で第１および第２のロータ４２、４３を駆動することができる。
【００３５】
前記振動体５０をより詳細に説明すると、振動体５０においては、第１の圧電素子５３を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割（区分）し、分割された各領域に、第１の電極５２ａ〜５２ｄがそれぞれ設置されている。同様にして、第２の圧電素子５５もまた４つの領域に分割（区分）し、分割された各領域に、第２の電極５６ａ〜５６ｄが第１の圧電素子５３の第１の電極５２ａ〜５２ｄに対して図４および図５中上下対称的にそれぞれ設置されている。
【００３６】
また、第１および第２の圧電素子５３、５５間に介在された補強板５４は、振動体５０全体を補強する機能を有し、振動体５０が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板５４の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の弾性を有する各種金属材料であるのが好ましい。
【００３７】
また、補強板５４は、第１および第２の圧電素子５３、５５に対する共通の電極としての機能も有している。なお、補強板５４は、アース（接地）されている。
この補強板５４には、凸部５１が一体的に形成されている。
補強板５４の厚さは、第１および第２の圧電素子５３、５５の厚さよりも薄くするのが好ましい。これにより、振動体５０、すなわち凸部５１を高い効率で振動させることができる。
【００３８】
ここで、第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８からの交流電圧が補強板５４を介して第１の圧電素子５３と第２の圧電素子５５とに印加されると、第１および第２の圧電素子５３、５５は、所定方向に屈曲振動する。これら第１および第２の圧電素子５３、５５の屈曲振動に伴い、補強板５４も屈曲振動し、これにより、凸部５１は、長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動（往復運動）または楕円振動（楕円運動）する。この振動が第１および第２のロータ４２、４３の摺動面４２ａ、４３ａに伝達され、第１および第２のロータ４２、４３が、正方向（時計回り方向）Ａ１または逆方向Ａ２（反時計回り方向）に回転駆動される。
【００３９】
このとき、非駆動状態（駆動停止状態）、すなわち通電停止状態にある第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８は、後述するように、振動検出手段として利用される。
ここで、前記振動体５０の「電気／機械変換素子」とは、電気エネルギーが供給されることにより、変形する部材（部分）を有する素子を言う。
なお、本実施形態では、電気／機械変換素子として、圧電素子を用いているが、本発明では、これに限定されない。他の電気／機械変換素子としては、例えば、形状記憶素子、磁歪素子、人工筋肉等が挙げられる。
【００４０】
図６は、アクチュエータの駆動制御回路の構成例を示すブロック図である。
なお、第１のアクチュエータ５Ａの駆動制御回路と、第２のアクチュエータ５Ｂの駆動制御回路とは、その構成が同様であるので、図６においては、第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを「アクチュエータ５Ａ（５Ｂ）」と略し、これらの各アクチュエータ５Ａ、５Ｂにより回転制御（駆動制御）される第１および第２のロータ４２、４３を「ロータ４２（４３）」と略して以下に説明する。
【００４１】
駆動制御回路は、振動体５０が接続されるスイッチング回路９と駆動回路１０とで構成されている。スイッチング回路９は、互いに連動する第１の切換スイッチ部９０Ａと第２の切換スイッチ部９０Ｂとを有する。
第１の切換スイッチ部９０Ａは、振動体５０の第１のグループ電極５７が接続される端子９１および一対の切換端子９２、９３を有する。同様に、第２の切換スイッチ部９０Ｂは、振動体５０の第２のグループ電極５８が接続される端子９４および一対の切換端子９５、９６を有する。
すなわち、スイッチング回路９は、通電による交流電圧の印加により第１および第２の圧電素子５３、５５を屈曲振動させるグループ電極と、非駆動状態を維持させることにより振動検出手段として利用するグループ電極とに切り換える。
【００４２】
一方、駆動回路１０は、発振回路１０１、増幅回路１０２および移動量制御回路１０３を備えている。発振回路１０１の入力側は、第１の切換スイッチ部９０Ａの切換端子９３および第２の切換スイッチ部９０Ｂの切換端子９５にそれぞれ接続される。また、増幅回路１０２の出力側は、第１の切換スイッチ部９０Ａの切換端子９２および第２の切換スイッチ部９０Ｂの切換端子９６にそれぞれ接続される。
【００４３】
スイッチング回路９には、ロータ４２（４３）の回転方向（移動方向）として、正方向Ａ１または逆方向Ａ２が指示される。このスイッチング回路９は、ロータ４２（４３）の回転方向の指示情報に基づいて、振動体５０の第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８を選択的に切換え、通電させる。これにより、第１および第２の圧電素子５３、５５に交流電圧が、発振回路１０１および増幅回路１０２を介して印加され、第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４は所定方向に屈曲振動し、凸部５１が長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動または楕円振動する。
【００４４】
この凸部５１の振動により、ロータ４２（４３）に力が繰り返し加えられ、そのロータ４２（４３）が回転駆動される。このロータ４２（４３）の回転方向は、第１の切換スイッチ部９０Ａおよび第２の切換スイッチ部９０Ｂによる第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８の切り換えにて正方向Ａ１または逆方向Ａ２に切り換えられる。
【００４５】
移動量制御回路１０３には、ロータ４２（４３）の外周部に設置された移動量検出手段としてのロータリエンコーダ８が接続される。ロータリエンコーダ８は、複数のスリットが一定間隔で形成されたスリット回転板８１と、発光部および受光部を有するセンサ８２とで構成される。スリット回転板８１は、ロータ４２（４３）と一体的に回転する。
【００４６】
この場合、センサ８２としては、例えばフォトリフレクタやフォトインタラプタ等が好適に用いられる。フォトリフレクタは、スリット回転板８１の外周部に向けて光を照射する発光素子と、スリット回転板８１にて反射した光（反射光）を受光する受光素子（光電変換素子）とで構成される。一方、フォトインタラプタは、スリット回転板８１の外周部へ向けて光を照射する発光素子と、スリット回転板８１を透過した光（透過光）を受光する受光素子（光電変換素子）とで構成される。
【００４７】
移動量制御回路１０３には、ロータ４２（４３）の回転数（回転速度）や回転量が指示される。ロータ４２（４３）が回転すると、ロータリエンコーダ８のスリット回転板８１がロータ４２（４３）と一体的に回転する。このスリット回転板８１の回転数（回転速度）や回転量は、ロータ４２（４３）の回転数や回転量に対応する。ロータ４２（４３）の回転に伴って、センサ８２からは、スリット回転板８１の回転量に応じたパルス信号が出力され、このパルス信号は、移動量制御回路１０３に入力される。
【００４８】
このとき、移動量制御回路１０３は、センサ８２からのパルス信号を計数し、この計数値に基づいて、ロータ４２（４３）の回転量を求める。また、ロータ４２（４３）の回転速度は、センサ８２からのパルスの周期または所定時間内のパルス数に基づいて求めることができる。
なお、移動量検出手段としては、上記したロータリエンコーダ８のような光学的な検出手段に限らず、磁気的な検出手段であってもよい。
【００４９】
次に、前記軸流ファン１の作用を説明する。
電源スイッチ（図示せず）がオンの状態において、スイッチング回路９では、ロータ４２（４３）の回転方向の指示があると、それに基づいて、第１および第２の切換スイッチ部９０Ａ、９０Ｂが連動して作動する。また、駆動回路１０の移動量制御回路１０３では、ロータ４２（４３）の回転数（回転速度）や回転量の指示があると、それに基づいて、増幅回路１０２等を制御する。
【００５０】
ロータ４２（４３）の回転方向が正方向Ａ１に指示された場合には、第１の切換スイッチ部９０Ａの端子９１と切換端子９３が接続し、第２の切換スイッチ部９０Ｂの端子９４と切換端子９６が接続する。このスイッチング回路９の切り換えにより、駆動回路１０の増幅回路１０２の出力側と、振動体５０の第２のグループ電極５８とが導通し、第１のグループ電極５７と、駆動回路１０の発振回路１０１の入力側とが導通する。これにより、発振回路１０１から出力される交流電圧が、移動量制御回路１０３の指示に基づいて増幅回路１０２にて増幅制御される。
【００５１】
このように、増幅回路１０２により増幅された交流電圧は、第２のグループ電極５８を構成する電極５２ｂ、５２ｄ、５６ｂおよび５６ｄと、補強板５４との間に印加される。これにより、第１および第２の圧電素子５３、５５の電極５２ｂ、５２ｄ、５６ｂおよび５６ｄに対応する部分がそれぞれ繰り返し伸縮し、その第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４は、屈曲振動する。このような第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４の屈曲振動により、凸部５１は、長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動または楕円振動する。この凸部５１の振動により、ロータ４２（４３）に摩擦力（押圧力）が繰り返し加えられ、ロータ４２（４３）が直接回転駆動される。すなわち、ロータ４２（４３）は、凸部５１の振動により、その凸部５１に対し摩擦摺動し、正方向Ａ１に回転する。このロータ４２（４３）の回転により、羽根車４（各羽根体４５）は、指示された回転数で正方向Ａ１に回転する。また、第１のロータ４２と第２のロータ４３との回転数に差がある場合には、各羽根体４５は、時計周り方向Ｃ１または反時計回り方向Ｃ２に旋回する。
【００５２】
このとき、第１グループ電極５７は、非駆動状態（駆動停止状態）にある。これら第１グループ電極５７を構成する電極５２ａ、５２ｃ、５６ａおよび５６ｃは、それぞれ検出電極（振動検出手段）となり、各電極５２ａ、５２ｃ、５６ａおよび５６ｃと、補強板５４との間に電圧（誘起電圧）が誘起される。この誘起電圧は、発振回路１０１に検出電圧として入力される。そして、発振回路１０１では、入力された検出電圧に基づいて、振動体５０の振幅が最大、すなわち、検出電圧が最大になるような周波数（共振周波数）の交流電圧を出力する。これにより、ロータ４２（４３）を効率良く回転させることが可能になる。
【００５３】
移動量制御回路１０３は、ロータリエンコーダ（移動量検出手段）８による検出値と、予め指示されたロータ４２（４３）の回転数（目標値）や回転量（目標値）とに基づいて各グループ電極５７、５８への通電を制御する。
すなわち、ロータリエンコーダ８から移動量制御回路１０３にパルス信号が入力されると、上述したように、移動量制御回路１０３は、入力されたパルスを計数し、その計数値（パルス数）に基づいてロータ４２（４３）の回転数や回転量を求め、この実測値と、予め指示されたロータ４２（４３）の目標値とを比較する。そして、ロータ４２（４３）の実測値が、予め指示された目標値と一致するまで、アクチュエータ５Ａ（５Ｂ）が駆動される。これにより、ロータ４２（４３）の正方向Ａ１への回転駆動が制御される。
【００５４】
この場合、例えば、第１のロータ４２と第２のロータ４３との一方を所定量回転させることにより、各羽根体４５は、第１のステー４６を軸中心として、図３に示す時計周り方向Ｃ１または反時計周り方向Ｃ２に旋回（回転）する。これにより、各羽根体４５の取付角度（θ）を調整することができ、また、その取付角度（θ）の変更により、流体の送出方向（送風方向）を反転することができる。また、第１のロータ４２と第２のロータ４３とを互いに異なる回転数で回転させることにより、各羽根体４５は、第１のステー４６を軸中心として、図３に示す時計周り方向Ｃ１または反時計周り方向Ｃ２に旋回（回転）する。これにより、駆動中において、各羽根体４５の取付角度（θ）を調整することができ、また、その取付角度（θ）の変更により流体の送出方向を反転することができる。
【００５５】
一方、スイッチング回路９にロータ４２（４３）の回転方向が逆方向Ａ２に指示された場合には、第１の切換スイッチ部９０Ａの端子９１と切換端子９２が接続し、第２の切換スイッチ部９０Ｂの端子９４と切換端子９５が接続する。このスイッチング回路９の切り換えにより、駆動回路１０の増幅回路１０２の出力側と、振動体５０の第１のグループ電極５７とが導通し、第２のグループ電極５８と、駆動回路１０の発振回路１０１の入力側とが導通する。以降の動作は、上述したロータ４２（４３）の回転方向が正方向Ａ１に指示された場合と同様であるため、その説明は省略する。
【００５６】
図７は、羽根車における各羽根体の取付角度（θ）の調整状態を展開して示す説明図である。
図７（ａ）は、流体の送出方向Ｗ１における各羽根体４５の取付角度（θ）の調整状態を示す。
図７（ａ）に示すように、第１のロータ４２の停止状態で第２のロータ４３を正方向Ａ１に回転させると、第２のステー４７は、係合溝４４により回転軸Ｏ−Ｏの軸方向に沿って案内摺動されながら第２のロータ４３に追従して、正方向Ａ１に移動する。これにより、羽根体４５は、第１のステー４６を中心軸として時計回り方向Ｃ１に旋回し、取付角度（＋θ）の正転調整が行われる。この状態で、第１および第２のロータ４２、４３同士を正方向Ａ１に同期回転、すなわち、羽根車４の回転部を正方向Ａ１に回転駆動すると、各羽根体４５の取付角度（＋θ）に応じた送出量で流体が送出方向Ｗ１に送出される。
【００５７】
図７（ｂ）は、流体の送出方向Ｗ２における各羽根体４５の取付角度の調整状態を示す。
図７（ｂ）に示すように、第１のロータ４２の停止状態で第２のロータ４３を逆方向Ａ２に回転させると、第２のステー４７は、係合溝４４により回転軸Ｏ−Ｏの軸方向に沿って案内摺動されながら第２のロータ４３に追従して、逆方向Ａ２に移動する。これにより、羽根体４５は、第１のステー４６を中心軸として反時計回り方向Ｃ２に旋回し、取付角度（−θ）の反転調整が行われる。この状態で、第１および第２のロータ４２、４３同士を正方向Ａ１に同期回転、すなわち、羽根車４の回転部を正方向Ａ１に回転駆動すると、流体の流れが切り換えられ、各羽根体４５の取付角度（−θ）に応じた送出量で流体が送出方向Ｗ２に送出される。
【００５８】
この場合、図７（ｃ）に示すように、第１のステー４６と第２のステー４７とが回転軸Ｏ−Ｏと平行に位置するように各羽根体４５の取付角度（θ＝０）を調整することが可能である。また、図７（ｄ）に示すように、各羽根体４５が互いにオーバーラップして重なり合い、密着するように各羽根体４５の取付角度（θ）を調整することも可能である。これにより、軸流ファン１の流体通路が全開状態あるいは全閉状態に維持されるため、軸流ファン１をシャッタとしても利用することができる。
【００５９】
なお、上記の説明では、各羽根体４５の取付角度（θ）を調整する場合、第１のロータ４２を停止状態にし、第２のロータ４３を正方向Ａ１または逆方向Ａ２に回転駆動しているが、これに限らず、例えば、第２のロータ４３を停止状態にし、第１のロータ４２を正方向Ａ１または逆方向Ａ２に回転駆動してもよい。
また、第１のロータ４２と第２のロータ４３との一方を正方向Ａ１に回転駆動し、他方を逆方向２に回転駆動してもよい。これによれば、各羽根体４５の取付角度（θ）を瞬時に調整することができる。
【００６０】
また、羽根車４の回転駆動中において、第１のロータ４２と第２のロータ４３とを互いに異なる回転数で回転させることにより、各羽根体４５の取付角度（θ）を調整してもよい。
ここで、本実施形態の軸流ファン１（駆動装置５）は、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを同期させて第１、第２のロータ（移動体）４２、４３を回転駆動（駆動）する第１の協調モードと、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂに位相差を持たせて第１、第２のロータ４２、４３を回転駆動する第２の協調モードと、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを差動させて第１、第２のロータ４２、４３を回転駆動する第３の協調モードとを有している。
【００６１】
前記第３の協調モードには、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動するモード（第１の差動モード）と、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂのうちの一方を逆方向に駆動するモード（第２の差動モード）と、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂの一方を停止状態とするモード（第３の差動モード）とが含まれている。
軸流ファン１の運転（作動）の際は、これらの各モードのうちから、所定の１または２以上のモードを選択し、それを実行する。これにより、軸流ファン１の駆動を最適に行うことができる。
【００６２】
前記第１の協調モードでは、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを同期させることにより、１つのアクチュエータを駆動する場合に比べ、駆動トルクを増大（倍増）させることができる。すなわち、負荷に対する駆動トルクを分散させることができ、少ないエネルギーで羽根車４を回転駆動することができる。しかも、羽根車４の回転数（回転速度）の可変範囲が広くなり、流体送出量の調整を容易かつ確実に行うことができる。
前記第２の協調モードでは、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂに位相差を持たせることにより、羽根車４の初期回転駆動時における各羽根体４５の取付角度（θ）の調整を容易かつ確実に行うことができる。これにより、流体送出量を任意に調整することができる。
【００６３】
前記第３の協調モード（特に、第１の差動モード）では、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを差動させることにより、羽根車４の回転駆動中における各羽根体４５の取付角度（θ）の調整を容易かつ確実に行うことができる。これにより、羽根車４の回転駆動中において、流体送出量を任意に調整することができ、特に、羽根車４の回転数（回転速度）を変更することなく、流体送出量を任意に調整することができる。
【００６４】
なお、この軸流ファン１では、第１のアクチュエータ５Ａと第２のアクチュエータ５Ｂの出力特性は、同一でもよく、また、異なっていてもよい。
以上述べたように、軸流ファン１によれば、独立した第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを協調させて羽根車４を回転駆動するので、１つのアクチュエータによる駆動と比較して、大きな駆動トルクが得られ、また、羽根車４の回転数（回転速度）の可変範囲が広くなり、流体送出量の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００６５】
また、羽根車４の回転駆動中における各羽根体４５の取付角度（θ）の調整を容易かつ確実に行うことができる。これにより、羽根車４の回転駆動中において、流体送出量を任意に調整することができ、特に、羽根車４の回転数（回転速度）を変更することなく、流体送出量を任意に調整することができる。
また、各羽根体４５の取付角度（θ）の変更により、羽根車４の回転方向を変更することなく、流体の送出方向を反転することができる。
【００６６】
また、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂが前述した振動体５０で構成されているので、大きなトルクおよび大きなディテントトルクが得られるとともに、装置全体の小型化および軽量化を図ることができる。
また、第１、第２のロータ４２、４３が第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂの振動体５０にて直接駆動（回転）されるため、装置全体の軽量化、小型化に特に有利であるとともに、部品点数を削減することができ、構造を極めて簡素化することができ、また、コストを低減することができる。
【００６７】
また、振動体５０の面内振動を第１、第２のロータ４２、４３の回転運動（駆動）に変換するため、機械的変換に伴なうエネルギーロスが少なく、第１、第２のロータ４２、４３を高い効率で駆動することができる。
また、通常の電動モータのような磁力で駆動する場合と異なり、振動体５０からの振動伝播による摩擦摺動により第１、第２のロータ４２、４３が回転駆動されることから、第１、第２のロータ４２、４３に対する駆動力が高い。したがって、変速機構（減速機構）を介さなくても、十分な駆動力で、第１、第２のロータ４２、４３を回転駆動させることができる。
【００６８】
以上、本発明の軸流ファンの駆動装置および軸流ファンを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
なお、前記実施形態では、各アクチュエータとして、それぞれ、正逆両方向に駆動し得るものを用いているが、本発明では、これに限らず、各アクチュエータとして、それぞれ、一方向のみに駆動し得るものを用いてもよい。
【００６９】
また、前記実施形態では、複数のアクチュエータがそれぞれ被駆動体を間接的に駆動するように構成されているが、例えば、複数のアクチュエータがそれぞれ被駆動体を直接駆動するように構成されていてもよく、また、複数のアクチュエータのうちの一部が被駆動体を直接駆動し、残部が被駆動体を間接的に駆動するように構成されていてもよい。
【００７０】
また、前記実施形態では、アクチュエータの個数は、２個であったが、本発明では、アクチュエータの個数は、３個以上であってもよい。
また、前記実施形態では、羽根体は、８枚設けられているが、本発明では、羽根体の数はこれに限定されない。すなわち、本発明では、羽根体は、１枚以上設けられていればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態（軸流ファン）を示す正面図。
【図２】 図１に示す軸流ファンの断面図（側面図）
【図３】 図１に示す軸流ファンの羽根車の斜視図。
【図４】 アクチュエータを構成する振動体の斜視図。
【図５】 図４中のＩ−Ｉ線での断面図。
【図６】 アクチュエータの駆動制御回路の構成例を示すブロック図。
【図７】 羽根体の取付角度の調整状態を展開して示す説明図。
【符号の説明】
１…軸流ファン、２…枠体、３…カバー、４…羽根車、４１…回転軸、４２…第１のロータ、４２ａ…摺動面、４２ｂ…取付面、４３…第２のロータ、４３ａ…摺動面、４３ｂ…取付面、４４…係合溝、４５…羽根体、４５ａ…基端部、４５ｂ…基端部、４６…第１のステー、４７…第２のステー、５…駆動装置、５Ａ…第１のアクチュエータ、５Ｂ…第２のアクチュエータ、５０…振動体、５１…凸部、５２ａ〜５２ｄ…第１の電極、５３…第１の圧電素子、５４…補強板、５５…第２の圧電素子、５６ａ〜５６ｄ…第２の電極、５７…第１のグループ電極、５８…第２のグループ電極、６…取付部材、７…軸受部、８…ロータリエンコーダ、８１…スリット回転板、８２…センサ、９…スイッチング回路、９０Ａ…第１の切換スイッチ部、９０Ｂ…第２の切換スイッチ部、９１…端子、９２、９３…切換端子、９４…端子、９５、９６…切換端子、１０…駆動回路、１０１…発振回路、１０２…増幅回路、１０３…移動量制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流ファンの駆動装置および軸流ファンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、軸流ファンにおける羽根車が開示されている。この特許文献１に記載の羽根車は、電動モータにて回転駆動する回転部（ハブ）と、この回転部の軸回りに取り付けられる複数枚の羽根体（翼）との基本的な構成を有する。そして、これらの羽根体の基端部は、流体入口側と流体出口側とを結ぶ基準線を回転部の軸線に対して角度（以下、これを取付角度という）を持たせて取り付けている。
【０００３】
しかしながら、前記特許文献１の羽根車では、各羽根体の基端部における取付角度が２０〜３０°の範囲で回転部に固定されて取り付けられている。その結果、羽根車の回転速度（回転数）が一定の下においては、流体の送出速度（流体送出量）を調整することはできない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８９２８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な構造で、小型化に有利であり、大きな駆動トルクを得ることができるとともに、例えば駆動中においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる軸流ファンの駆動装置および軸流ファンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の軸流ファンの駆動装置は、軸流ファンの羽根体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備え、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する振動体で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動するよう構成され、
前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれることを特徴とする。
【０００７】
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、羽根体の角度の調整が容易に行え、駆動中（回転中）において流体送出量の調整が行えるとともに、流体流出入の切換が可能になる。さらに、弁として流路における流体の閉止や開放も可能になる。
前記同期させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動トルクをアクチュエータの個数に応じて増大（倍増）させることができる。
また、前記位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合は、羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
また、前記差動させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【０００８】
本発明の軸流ファンの駆動装置は、軸流ファンの羽根体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体とそれぞれ連動する複数の移動体と、前記複数の移動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備え、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、対応する前記移動体に駆動力を付与する振動体で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて、対応する前記移動体を介して対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする。
【０００９】
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、羽根体の角度の調整が容易に行え、駆動中（回転中）において流体送出量の調整が行えるとともに、流体流出入の切換が可能になる。さらに、弁として流路における流体の閉止や開放も可能になる。
【００１０】
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つについては、前記振動体は、前記移動体に当接して設けられ、前記振動により、前記移動体に力を繰り返し加えて前記移動体を駆動するのが好ましい。
これにより、部品点数を削減することができ、構造を簡素化することができる。
【００１１】
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記移動体は、回転自在に設けられたロータであるのが好ましい。
これにより、軸流ファンをより円滑に作動させることができる。
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
前記同期させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動トルクをアクチュエータの個数に応じて増大（倍増）させることができる。
また、前記位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合は、羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
また、前記差動させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００１２】
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記差動には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを逆方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
これにより、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００１３】
本発明の軸流ファンの駆動装置では、前記電気／機械変換素子は、圧電素子であるのが好ましい。
本発明の軸流ファンは、本発明の軸流ファンの駆動装置と、
前記駆動装置により駆動制御される少なくとも１枚の羽根体とを有することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、羽根体の角度の調整が容易に行え、駆動中（回転中）において流体送出量の調整が行えるとともに、流体流出入の切換が可能になる。さらに、弁として流路における流体の閉止や開放も可能になる。
【００１４】
本発明の軸流ファンは、回転自在に設けられた羽根車を有し、
前記羽根車は、少なくとも１枚の羽根体と、
前記羽根体の基端部を支持する第１のステーおよび第２のステーと、
同軸上に回転自在に設けられた第１のロータおよび第２のロータとを有し、
前記第１のロータには、前記第１のステーが設けられ、前記第２のロータには、前記第２のステーが前記第２のロータの軸方向に沿って移動可能に設けられており、
電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、前記第１のロータに駆動力を付与する振動体を有する第１のアクチュエータと、
電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、前記第２のロータに駆動力を付与する振動体を有する第２のアクチュエータとを有し、
前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを互いに協調させて、前記第１のロータと前記第２のロータとを介して前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動することを特徴とする。
【００１５】
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、羽根体の角度の調整が容易に行え、駆動中（回転中）において流体送出量の調整が行えるとともに、流体流出入の切換が可能になる。さらに、弁として流路における流体の閉止や開放も可能になる。
【００１６】
本発明の軸流ファンでは、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの少なくとも一方については、前記振動体は、対応する前記ロータに当接して設けられ、前記振動により、対応する前記ロータに力を繰り返し加えてそのロータを駆動するのが好ましい。
これにより、部品点数を削減することができ、構造を簡素化することができる。
【００１７】
本発明の軸流ファンでは、前記協調には、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを同期させて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合と、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとに位相差を持たせて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合と、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを差動させて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
【００１８】
前記同期させて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合は、駆動トルクを増大（倍増）させることができる。
また、前記位相差を持たせて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合は、羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
また、前記差動させて前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動する場合は、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００１９】
本発明の軸流ファンでは、前記差動には、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの一方を逆方向に駆動する場合と、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの一方を停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。これにより、駆動中（回転中）においても羽根体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
本発明の軸流ファンでは、前記電気／機械変換素子は、圧電素子であるのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の軸流ファンの駆動装置および軸流ファンを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の軸流ファン（軸流ファンの駆動装置）の実施形態を示す正面図、図２は、図１に示す軸流ファンの断面図（側面図）、図３は、図１に示す軸流ファンの羽根車の斜視図である。
【００２１】
図１および図２に示すように、軸流ファン（送風機）１は、矩形の枠体２と、この枠体２の両側面に取り付けたカバー３、３と、これらカバー３、３間の中心軸Ｏ−Ｏ上に回転自在に軸支された羽根車４と、この羽根車４を回転駆動（駆動制御）する駆動装置５とを有している。この駆動装置５は、第１のアクチュエータ５Ａと第２のアクチュエータ５Ｂとを有する。
【００２２】
第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、カバー３、３の裏面側にネジおよびブラケット等の取付部材６を介してそれぞれ組み付けられている。これら第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、互いに協調して、羽根車４を所定の回転方向（例えば時計回り方向）Ａに回転駆動（回転制御）する。すなわち、第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、互いに協調して、後述する移動体としての第１および第２のロータ４２、４３を介して後述する被駆動体としての第１および第２のステー４６、４７を駆動する。
【００２３】
羽根車４は、カバー３、３間に両端部が軸受部７、７を介して軸支される回転軸４１と、この回転軸４１に互いに同軸上に隣接させて個々に回転自在に組み付けられる移動体としての第１および第２のロータ４２、４３とを有する。図３に示すように、第１のロータ４２の外周面には、摺動面４２ａと取付面４２ｂとが段付き形成されている。同様に、第２のロータ４３の外周面には、摺動面４３ａと取付面４３ｂとが段付き形成されている。この取付面４３ｂの周面には、後述する被制御体としての羽根体４５の取付部位となる複数（図示の実施形態では１６本）の係合溝（長孔）４４がそれぞれ軸方向に沿って形成されている。これらのロータ４２、４３は、回転軸４１上に互いに背中合わせで組付け配置することにより、羽根車４の回転部を形成する。
【００２４】
また、羽根車４の回転部の軸周りには、被制御体としての同一形状を有する複数枚（図示の実施形態では８枚）の羽根体（フィン）４５が円周方向に互いにオーバーラップさせて取り付けられている。各羽根体４５の一端側、すなわち、第１のロータ４２および第２のロータ４３への取付部となる基端部には、被駆動体としての第１のステー４６と第２のステー４７とが互いに並行状態で突出するように連結されている。
【００２５】
第１のステー４６は、羽根体４５の基端部４５ａを支持する。第２のステー４７は、羽根体４５の基端部４５ｂを支持する。そして、第１のステー４６は、第１のロータ４２の内側取付面４２ｂに放射状に植設させて取り付けられる。一方、第２のステー４７は、第２のロータ４３の内側取付面４３ｂに形成した係合溝４４に係合させて軸方向に移動可能（摺動可能）に取り付けられる。すなわち、各羽根体４５は、第１および第２のステー４６、４７を介して第１および第２のロータ４２、４３に取り付けられている。
【００２６】
第１のロータ４２に対し第２のロータ４３を相対的に回転させることにより、各羽根体４５は、第１のステー４６を軸中心として、図３に示す時計周り方向Ｃ１または反時計周り方向Ｃ２に旋回（回転）する。これによって、各羽根体４５の取付角度（θ）等を調整することができる。
第１のロータ４２側には、第１のアクチュエータ５Ａが設けられ、第２のロータ４３側には、第２のアクチュエータ５Ｂが設けられる。
【００２７】
第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、それぞれ、例えば矩形の板状をなす振動体５０で構成され、この振動体５０には、後述する振動伝達体としての凸部５１が突出している。第１のアクチュエータ５Ａを構成する振動体５０の凸部５１は、第１のロータ４２の摺動面（当接部）４２ａに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。同様に、第２のアクチュエータ５Ｂを構成する振動体５０の凸部５１は、第２のロータ４３の摺動面（当接部）４３ａに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。
【００２８】
各凸部５１は、第１、第２のロータ４２、４３の摺動面４２ａ、４３ａに対し、滑ることができる。従って、凸部５１と、摺動面４２ａ、４３ａとで、滑り機構が構成される。この滑り機構の構成により、過大な負荷が加わったとしても、破損を防止することができる。
これら第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂの駆動により、第１および第２のロータ４２、４３が個々に回転駆動される。
【００２９】
本実施形態における駆動装置５の主要部は、前記第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂ、第１および第２のロータ４２、４３、第１および第２のステー４６、４７等で構成される。
なお、第１および第２のロータ４２、４３には、それぞれ、第１および第２のロータ４２、４３の回転量（移動量）を検出する回転量検出手段（移動量検出手段）としてのロータリエンコーダ８が設置されている。このロータリエンコーダ８の機能は、図６に示す後述する駆動制御回路で説明する。
【００３０】
ここで、前記「協調」とは、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂ同士が、相互に関連し合う（所定の関係を持つ）ことであり、例えば、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを同期させて第１、第２のステー（被駆動体）４６、４７を駆動する場合（第１、第２のステー４６、４７を等速度で駆動する場合）、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂに位相差を持たせて第１、第２のステー４６、４７を駆動する場合（第１、第２のステー４６、４７に角度差をもたせて第１、第２のステー４６、４７を駆動する場合）、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを差動させて第１、第２のステー４６、４７を駆動する場合等が挙げられる。
【００３１】
また、前記「差動」としては、例えば、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂのうちの一方を逆方向に駆動する場合、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂの一方を停止状態とする場合等が挙げられる。
図４は、第１および第２のアクチュエータを構成する振動体の斜視図、図５は、図４中のＩ−Ｉ線での断面図である。
【００３２】
なお、第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂは、同一構造の振動体５０で構成されている。このため、図４および図５においては、第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを「アクチュエータ５Ａ（５Ｂ）」と略して説明する。図４および図５に示すように、振動体５０は、４つの第１の電極５２ａ、５２ｂ、５２ｃおよび５２ｄと、電気／機械変換素子（第１の電気／機械変換素子）としての第１の圧電素子５３と、補強板５４と、電気／機械変換素子（第２の電気／機械変換素子）としての第２の圧電素子５５と、４つの第２の電極５６ａ、５６ｂ、５６ｃおよび５６ｄとを順に積層して構成されている。この場合、第１の電極５２ａ〜５２ｄ、第２の電極５６ａ〜５６ｄは、第１の電極５２ａ〜５２ｄと、第２の電極５６ａ〜５６ｄとが、それぞれ、対応するように配置されている。
【００３３】
第１の電極５２ａ、５２ｃおよび第２の電極５６ａ、５６ｃは、互いに電気的に直列に接続され、これらにより、第１のグループ電極５７を構成している。同様にして、第１の電極５２ｂ、５２ｄおよび第２の電極５６ｂ、５６ｄもまた、互いに電気的に直列に接続され、これらにより、第２のグループ電極５８を構成している。第１および第２のグループ電極５７、５８は、後述する駆動制御回路に接続されている。
第１および第２の圧電素子５３、５５は、補強板５４の両面にそれぞれ設置（固着）されており、これらに交流電圧が印加されると、第１および第２の圧電素子５３、５５は、長方形状をなす第１および第２の圧電素子５３、５５の長手方向Ｂに伸長・収縮する。
【００３４】
これらの圧電素子５３、５５の構成材料としては、特に限定されないが、例えばチタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものが好適に用いられる。
振動体５０の第１および第２の圧電素子５３、５５に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体５０の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であることが好ましい。これにより、振動体５０の振幅が大きくなり、高い効率で第１および第２のロータ４２、４３を駆動することができる。
【００３５】
前記振動体５０をより詳細に説明すると、振動体５０においては、第１の圧電素子５３を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割（区分）し、分割された各領域に、第１の電極５２ａ〜５２ｄがそれぞれ設置されている。同様にして、第２の圧電素子５５もまた４つの領域に分割（区分）し、分割された各領域に、第２の電極５６ａ〜５６ｄが第１の圧電素子５３の第１の電極５２ａ〜５２ｄに対して図４および図５中上下対称的にそれぞれ設置されている。
【００３６】
また、第１および第２の圧電素子５３、５５間に介在された補強板５４は、振動体５０全体を補強する機能を有し、振動体５０が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板５４の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の弾性を有する各種金属材料であるのが好ましい。
【００３７】
また、補強板５４は、第１および第２の圧電素子５３、５５に対する共通の電極としての機能も有している。なお、補強板５４は、アース（接地）されている。
この補強板５４には、凸部５１が一体的に形成されている。
補強板５４の厚さは、第１および第２の圧電素子５３、５５の厚さよりも薄くするのが好ましい。これにより、振動体５０、すなわち凸部５１を高い効率で振動させることができる。
【００３８】
ここで、第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８からの交流電圧が補強板５４を介して第１の圧電素子５３と第２の圧電素子５５とに印加されると、第１および第２の圧電素子５３、５５は、所定方向に屈曲振動する。これら第１および第２の圧電素子５３、５５の屈曲振動に伴い、補強板５４も屈曲振動し、これにより、凸部５１は、長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動（往復運動）または楕円振動（楕円運動）する。この振動が第１および第２のロータ４２、４３の摺動面４２ａ、４３ａに伝達され、第１および第２のロータ４２、４３が、正方向（時計回り方向）Ａ１または逆方向Ａ２（反時計回り方向）に回転駆動される。
【００３９】
このとき、非駆動状態（駆動停止状態）、すなわち通電停止状態にある第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８は、後述するように、振動検出手段として利用される。
ここで、前記振動体５０の「電気／機械変換素子」とは、電気エネルギーが供給されることにより、変形する部材（部分）を有する素子を言う。
なお、本実施形態では、電気／機械変換素子として、圧電素子を用いているが、本発明では、これに限定されない。他の電気／機械変換素子としては、例えば、形状記憶素子、磁歪素子、人工筋肉等が挙げられる。
【００４０】
図６は、アクチュエータの駆動制御回路の構成例を示すブロック図である。
なお、第１のアクチュエータ５Ａの駆動制御回路と、第２のアクチュエータ５Ｂの駆動制御回路とは、その構成が同様であるので、図６においては、第１および第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを「アクチュエータ５Ａ（５Ｂ）」と略し、これらの各アクチュエータ５Ａ、５Ｂにより回転制御（駆動制御）される第１および第２のロータ４２、４３を「ロータ４２（４３）」と略して以下に説明する。
【００４１】
駆動制御回路は、振動体５０が接続されるスイッチング回路９と駆動回路１０とで構成されている。スイッチング回路９は、互いに連動する第１の切換スイッチ部９０Ａと第２の切換スイッチ部９０Ｂとを有する。
第１の切換スイッチ部９０Ａは、振動体５０の第１のグループ電極５７が接続される端子９１および一対の切換端子９２、９３を有する。同様に、第２の切換スイッチ部９０Ｂは、振動体５０の第２のグループ電極５８が接続される端子９４および一対の切換端子９５、９６を有する。
すなわち、スイッチング回路９は、通電による交流電圧の印加により第１および第２の圧電素子５３、５５を屈曲振動させるグループ電極と、非駆動状態を維持させることにより振動検出手段として利用するグループ電極とに切り換える。
【００４２】
一方、駆動回路１０は、発振回路１０１、増幅回路１０２および移動量制御回路１０３を備えている。発振回路１０１の入力側は、第１の切換スイッチ部９０Ａの切換端子９３および第２の切換スイッチ部９０Ｂの切換端子９５にそれぞれ接続される。また、増幅回路１０２の出力側は、第１の切換スイッチ部９０Ａの切換端子９２および第２の切換スイッチ部９０Ｂの切換端子９６にそれぞれ接続される。
【００４３】
スイッチング回路９には、ロータ４２（４３）の回転方向（移動方向）として、正方向Ａ１または逆方向Ａ２が指示される。このスイッチング回路９は、ロータ４２（４３）の回転方向の指示情報に基づいて、振動体５０の第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８を選択的に切換え、通電させる。これにより、第１および第２の圧電素子５３、５５に交流電圧が、発振回路１０１および増幅回路１０２を介して印加され、第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４は所定方向に屈曲振動し、凸部５１が長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動または楕円振動する。
【００４４】
この凸部５１の振動により、ロータ４２（４３）に力が繰り返し加えられ、そのロータ４２（４３）が回転駆動される。このロータ４２（４３）の回転方向は、第１の切換スイッチ部９０Ａおよび第２の切換スイッチ部９０Ｂによる第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８の切り換えにて正方向Ａ１または逆方向Ａ２に切り換えられる。
【００４５】
移動量制御回路１０３には、ロータ４２（４３）の外周部に設置された移動量検出手段としてのロータリエンコーダ８が接続される。ロータリエンコーダ８は、複数のスリットが一定間隔で形成されたスリット回転板８１と、発光部および受光部を有するセンサ８２とで構成される。スリット回転板８１は、ロータ４２（４３）と一体的に回転する。
【００４６】
この場合、センサ８２としては、例えばフォトリフレクタやフォトインタラプタ等が好適に用いられる。フォトリフレクタは、スリット回転板８１の外周部に向けて光を照射する発光素子と、スリット回転板８１にて反射した光（反射光）を受光する受光素子（光電変換素子）とで構成される。一方、フォトインタラプタは、スリット回転板８１の外周部へ向けて光を照射する発光素子と、スリット回転板８１を透過した光（透過光）を受光する受光素子（光電変換素子）とで構成される。
【００４７】
移動量制御回路１０３には、ロータ４２（４３）の回転数（回転速度）や回転量が指示される。ロータ４２（４３）が回転すると、ロータリエンコーダ８のスリット回転板８１がロータ４２（４３）と一体的に回転する。このスリット回転板８１の回転数（回転速度）や回転量は、ロータ４２（４３）の回転数や回転量に対応する。ロータ４２（４３）の回転に伴って、センサ８２からは、スリット回転板８１の回転量に応じたパルス信号が出力され、このパルス信号は、移動量制御回路１０３に入力される。
【００４８】
このとき、移動量制御回路１０３は、センサ８２からのパルス信号を計数し、この計数値に基づいて、ロータ４２（４３）の回転量を求める。また、ロータ４２（４３）の回転速度は、センサ８２からのパルスの周期または所定時間内のパルス数に基づいて求めることができる。
なお、移動量検出手段としては、上記したロータリエンコーダ８のような光学的な検出手段に限らず、磁気的な検出手段であってもよい。
【００４９】
次に、前記軸流ファン１の作用を説明する。
電源スイッチ（図示せず）がオンの状態において、スイッチング回路９では、ロータ４２（４３）の回転方向の指示があると、それに基づいて、第１および第２の切換スイッチ部９０Ａ、９０Ｂが連動して作動する。また、駆動回路１０の移動量制御回路１０３では、ロータ４２（４３）の回転数（回転速度）や回転量の指示があると、それに基づいて、増幅回路１０２等を制御する。
【００５０】
ロータ４２（４３）の回転方向が正方向Ａ１に指示された場合には、第１の切換スイッチ部９０Ａの端子９１と切換端子９３が接続し、第２の切換スイッチ部９０Ｂの端子９４と切換端子９６が接続する。このスイッチング回路９の切り換えにより、駆動回路１０の増幅回路１０２の出力側と、振動体５０の第２のグループ電極５８とが導通し、第１のグループ電極５７と、駆動回路１０の発振回路１０１の入力側とが導通する。これにより、発振回路１０１から出力される交流電圧が、移動量制御回路１０３の指示に基づいて増幅回路１０２にて増幅制御される。
【００５１】
このように、増幅回路１０２により増幅された交流電圧は、第２のグループ電極５８を構成する電極５２ｂ、５２ｄ、５６ｂおよび５６ｄと、補強板５４との間に印加される。これにより、第１および第２の圧電素子５３、５５の電極５２ｂ、５２ｄ、５６ｂおよび５６ｄに対応する部分がそれぞれ繰り返し伸縮し、その第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４は、屈曲振動する。このような第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４の屈曲振動により、凸部５１は、長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動または楕円振動する。この凸部５１の振動により、ロータ４２（４３）に摩擦力（押圧力）が繰り返し加えられ、ロータ４２（４３）が直接回転駆動される。すなわち、ロータ４２（４３）は、凸部５１の振動により、その凸部５１に対し摩擦摺動し、正方向Ａ１に回転する。このロータ４２（４３）の回転により、羽根車４（各羽根体４５）は、指示された回転数で正方向Ａ１に回転する。また、第１のロータ４２と第２のロータ４３との回転数に差がある場合には、各羽根体４５は、時計周り方向Ｃ１または反時計回り方向Ｃ２に旋回する。
【００５２】
このとき、第１グループ電極５７は、非駆動状態（駆動停止状態）にある。これら第１グループ電極５７を構成する電極５２ａ、５２ｃ、５６ａおよび５６ｃは、それぞれ検出電極（振動検出手段）となり、各電極５２ａ、５２ｃ、５６ａおよび５６ｃと、補強板５４との間に電圧（誘起電圧）が誘起される。この誘起電圧は、発振回路１０１に検出電圧として入力される。そして、発振回路１０１では、入力された検出電圧に基づいて、振動体５０の振幅が最大、すなわち、検出電圧が最大になるような周波数（共振周波数）の交流電圧を出力する。これにより、ロータ４２（４３）を効率良く回転させることが可能になる。
【００５３】
移動量制御回路１０３は、ロータリエンコーダ（移動量検出手段）８による検出値と、予め指示されたロータ４２（４３）の回転数（目標値）や回転量（目標値）とに基づいて各グループ電極５７、５８への通電を制御する。
すなわち、ロータリエンコーダ８から移動量制御回路１０３にパルス信号が入力されると、上述したように、移動量制御回路１０３は、入力されたパルスを計数し、その計数値（パルス数）に基づいてロータ４２（４３）の回転数や回転量を求め、この実測値と、予め指示されたロータ４２（４３）の目標値とを比較する。そして、ロータ４２（４３）の実測値が、予め指示された目標値と一致するまで、アクチュエータ５Ａ（５Ｂ）が駆動される。これにより、ロータ４２（４３）の正方向Ａ１への回転駆動が制御される。
【００５４】
この場合、例えば、第１のロータ４２と第２のロータ４３との一方を所定量回転させることにより、各羽根体４５は、第１のステー４６を軸中心として、図３に示す時計周り方向Ｃ１または反時計周り方向Ｃ２に旋回（回転）する。これにより、各羽根体４５の取付角度（θ）を調整することができ、また、その取付角度（θ）の変更により、流体の送出方向（送風方向）を反転することができる。また、第１のロータ４２と第２のロータ４３とを互いに異なる回転数で回転させることにより、各羽根体４５は、第１のステー４６を軸中心として、図３に示す時計周り方向Ｃ１または反時計周り方向Ｃ２に旋回（回転）する。これにより、駆動中において、各羽根体４５の取付角度（θ）を調整することができ、また、その取付角度（θ）の変更により流体の送出方向を反転することができる。
【００５５】
一方、スイッチング回路９にロータ４２（４３）の回転方向が逆方向Ａ２に指示された場合には、第１の切換スイッチ部９０Ａの端子９１と切換端子９２が接続し、第２の切換スイッチ部９０Ｂの端子９４と切換端子９５が接続する。このスイッチング回路９の切り換えにより、駆動回路１０の増幅回路１０２の出力側と、振動体５０の第１のグループ電極５７とが導通し、第２のグループ電極５８と、駆動回路１０の発振回路１０１の入力側とが導通する。以降の動作は、上述したロータ４２（４３）の回転方向が正方向Ａ１に指示された場合と同様であるため、その説明は省略する。
【００５６】
図７は、羽根車における各羽根体の取付角度（θ）の調整状態を展開して示す説明図である。
図７（ａ）は、流体の送出方向Ｗ１における各羽根体４５の取付角度（θ）の調整状態を示す。
図７（ａ）に示すように、第１のロータ４２の停止状態で第２のロータ４３を正方向Ａ１に回転させると、第２のステー４７は、係合溝４４により回転軸Ｏ−Ｏの軸方向に沿って案内摺動されながら第２のロータ４３に追従して、正方向Ａ１に移動する。これにより、羽根体４５は、第１のステー４６を中心軸として時計回り方向Ｃ１に旋回し、取付角度（＋θ）の正転調整が行われる。この状態で、第１および第２のロータ４２、４３同士を正方向Ａ１に同期回転、すなわち、羽根車４の回転部を正方向Ａ１に回転駆動すると、各羽根体４５の取付角度（＋θ）に応じた送出量で流体が送出方向Ｗ１に送出される。
【００５７】
図７（ｂ）は、流体の送出方向Ｗ２における各羽根体４５の取付角度の調整状態を示す。
図７（ｂ）に示すように、第１のロータ４２の停止状態で第２のロータ４３を逆方向Ａ２に回転させると、第２のステー４７は、係合溝４４により回転軸Ｏ−Ｏの軸方向に沿って案内摺動されながら第２のロータ４３に追従して、逆方向Ａ２に移動する。これにより、羽根体４５は、第１のステー４６を中心軸として反時計回り方向Ｃ２に旋回し、取付角度（−θ）の反転調整が行われる。この状態で、第１および第２のロータ４２、４３同士を正方向Ａ１に同期回転、すなわち、羽根車４の回転部を正方向Ａ１に回転駆動すると、流体の流れが切り換えられ、各羽根体４５の取付角度（−θ）に応じた送出量で流体が送出方向Ｗ２に送出される。
【００５８】
この場合、図７（ｃ）に示すように、第１のステー４６と第２のステー４７とが回転軸Ｏ−Ｏと平行に位置するように各羽根体４５の取付角度（θ＝０）を調整することが可能である。また、図７（ｄ）に示すように、各羽根体４５が互いにオーバーラップして重なり合い、密着するように各羽根体４５の取付角度（θ）を調整することも可能である。これにより、軸流ファン１の流体通路が全開状態あるいは全閉状態に維持されるため、軸流ファン１をシャッタとしても利用することができる。
【００５９】
なお、上記の説明では、各羽根体４５の取付角度（θ）を調整する場合、第１のロータ４２を停止状態にし、第２のロータ４３を正方向Ａ１または逆方向Ａ２に回転駆動しているが、これに限らず、例えば、第２のロータ４３を停止状態にし、第１のロータ４２を正方向Ａ１または逆方向Ａ２に回転駆動してもよい。
また、第１のロータ４２と第２のロータ４３との一方を正方向Ａ１に回転駆動し、他方を逆方向２に回転駆動してもよい。これによれば、各羽根体４５の取付角度（θ）を瞬時に調整することができる。
【００６０】
また、羽根車４の回転駆動中において、第１のロータ４２と第２のロータ４３とを互いに異なる回転数で回転させることにより、各羽根体４５の取付角度（θ）を調整してもよい。
ここで、本実施形態の軸流ファン１（駆動装置５）は、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを同期させて第１、第２のロータ（移動体）４２、４３を回転駆動（駆動）する第１の協調モードと、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂに位相差を持たせて第１、第２のロータ４２、４３を回転駆動する第２の協調モードと、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを差動させて第１、第２のロータ４２、４３を回転駆動する第３の協調モードとを有している。
【００６１】
前記第３の協調モードには、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動するモード（第１の差動モード）と、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂのうちの一方を逆方向に駆動するモード（第２の差動モード）と、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂの一方を停止状態とするモード（第３の差動モード）とが含まれている。
軸流ファン１の運転（作動）の際は、これらの各モードのうちから、所定の１または２以上のモードを選択し、それを実行する。これにより、軸流ファン１の駆動を最適に行うことができる。
【００６２】
前記第１の協調モードでは、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを同期させることにより、１つのアクチュエータを駆動する場合に比べ、駆動トルクを増大（倍増）させることができる。すなわち、負荷に対する駆動トルクを分散させることができ、少ないエネルギーで羽根車４を回転駆動することができる。しかも、羽根車４の回転数（回転速度）の可変範囲が広くなり、流体送出量の調整を容易かつ確実に行うことができる。
前記第２の協調モードでは、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂに位相差を持たせることにより、羽根車４の初期回転駆動時における各羽根体４５の取付角度（θ）の調整を容易かつ確実に行うことができる。これにより、流体送出量を任意に調整することができる。
【００６３】
前記第３の協調モード（特に、第１の差動モード）では、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを差動させることにより、羽根車４の回転駆動中における各羽根体４５の取付角度（θ）の調整を容易かつ確実に行うことができる。これにより、羽根車４の回転駆動中において、流体送出量を任意に調整することができ、特に、羽根車４の回転数（回転速度）を変更することなく、流体送出量を任意に調整することができる。
【００６４】
なお、この軸流ファン１では、第１のアクチュエータ５Ａと第２のアクチュエータ５Ｂの出力特性は、同一でもよく、また、異なっていてもよい。
以上述べたように、軸流ファン１によれば、独立した第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂを協調させて羽根車４を回転駆動するので、１つのアクチュエータによる駆動と比較して、大きな駆動トルクが得られ、また、羽根車４の回転数（回転速度）の可変範囲が広くなり、流体送出量の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００６５】
また、羽根車４の回転駆動中における各羽根体４５の取付角度（θ）の調整を容易かつ確実に行うことができる。これにより、羽根車４の回転駆動中において、流体送出量を任意に調整することができ、特に、羽根車４の回転数（回転速度）を変更することなく、流体送出量を任意に調整することができる。
また、各羽根体４５の取付角度（θ）の変更により、羽根車４の回転方向を変更することなく、流体の送出方向を反転することができる。
【００６６】
また、第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂが前述した振動体５０で構成されているので、大きなトルクおよび大きなディテントトルクが得られるとともに、装置全体の小型化および軽量化を図ることができる。
また、第１、第２のロータ４２、４３が第１、第２のアクチュエータ５Ａ、５Ｂの振動体５０にて直接駆動（回転）されるため、装置全体の軽量化、小型化に特に有利であるとともに、部品点数を削減することができ、構造を極めて簡素化することができ、また、コストを低減することができる。
【００６７】
また、振動体５０の面内振動を第１、第２のロータ４２、４３の回転運動（駆動）に変換するため、機械的変換に伴なうエネルギーロスが少なく、第１、第２のロータ４２、４３を高い効率で駆動することができる。
また、通常の電動モータのような磁力で駆動する場合と異なり、振動体５０からの振動伝播による摩擦摺動により第１、第２のロータ４２、４３が回転駆動されることから、第１、第２のロータ４２、４３に対する駆動力が高い。したがって、変速機構（減速機構）を介さなくても、十分な駆動力で、第１、第２のロータ４２、４３を回転駆動させることができる。
【００６８】
以上、本発明の軸流ファンの駆動装置および軸流ファンを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
なお、前記実施形態では、各アクチュエータとして、それぞれ、正逆両方向に駆動し得るものを用いているが、本発明では、これに限らず、各アクチュエータとして、それぞれ、一方向のみに駆動し得るものを用いてもよい。
【００６９】
また、前記実施形態では、複数のアクチュエータがそれぞれ被駆動体を間接的に駆動するように構成されているが、例えば、複数のアクチュエータがそれぞれ被駆動体を直接駆動するように構成されていてもよく、また、複数のアクチュエータのうちの一部が被駆動体を直接駆動し、残部が被駆動体を間接的に駆動するように構成されていてもよい。
【００７０】
また、前記実施形態では、アクチュエータの個数は、２個であったが、本発明では、アクチュエータの個数は、３個以上であってもよい。
また、前記実施形態では、羽根体は、８枚設けられているが、本発明では、羽根体の数はこれに限定されない。すなわち、本発明では、羽根体は、１枚以上設けられていればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態（軸流ファン）を示す正面図。
【図２】 図１に示す軸流ファンの断面図（側面図）
【図３】 図１に示す軸流ファンの羽根車の斜視図。
【図４】 アクチュエータを構成する振動体の斜視図。
【図５】 図４中のＩ−Ｉ線での断面図。
【図６】 アクチュエータの駆動制御回路の構成例を示すブロック図。
【図７】 羽根体の取付角度の調整状態を展開して示す説明図。
【符号の説明】
１…軸流ファン、２…枠体、３…カバー、４…羽根車、４１…回転軸、４２…第１のロータ、４２ａ…摺動面、４２ｂ…取付面、４３…第２のロータ、４３ａ…摺動面、４３ｂ…取付面、４４…係合溝、４５…羽根体、４５ａ…基端部、４５ｂ…基端部、４６…第１のステー、４７…第２のステー、５…駆動装置、５Ａ…第１のアクチュエータ、５Ｂ…第２のアクチュエータ、５０…振動体、５１…凸部、５２ａ〜５２ｄ…第１の電極、５３…第１の圧電素子、５４…補強板、５５…第２の圧電素子、５６ａ〜５６ｄ…第２の電極、５７…第１のグループ電極、５８…第２のグループ電極、６…取付部材、７…軸受部、８…ロータリエンコーダ、８１…スリット回転板、８２…センサ、９…スイッチング回路、９０Ａ…第１の切換スイッチ部、９０Ｂ…第２の切換スイッチ部、９１…端子、９２、９３…切換端子、９４…端子、９５、９６…切換端子、１０…駆動回路、１０１…発振回路、１０２…増幅回路、１０３…移動量制御回路
Claims (11)
- 軸流ファンの羽根体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備える軸流ファンの駆動装置であって、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する振動体で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動するよう構成され、
前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれることを特徴とする軸流ファンの駆動装置。 - 軸流ファンの羽根体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体とそれぞれ連動する複数の移動体と、前記複数の移動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備える軸流ファンの駆動装置であって、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、対応する前記移動体に駆動力を付与する振動体で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて、対応する前記移動体を介して対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする軸流ファンの駆動装置。 - 前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つについては、前記振動体は、前記移動体に当接して設けられ、前記振動により、前記移動体に力を繰り返し加えて前記移動体を駆動する請求項２に記載の軸流ファンの駆動装置。
- 前記移動体は、回転自在に設けられたロータである請求項２または３に記載の軸流ファンの駆動装置。
- 前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれる請求項２ないし４のいずれかに記載の軸流ファンの駆動装置。
- 前記差動には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを逆方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれる請求項１または５に記載の軸流ファンの駆動装置。
- 前記電気／機械変換素子は、圧電素子である請求項１ないし６のいずれかに記載の軸流ファンの駆動装置。
- 請求項１ないし７のいずれかに記載の軸流ファンの駆動装置と、
前記駆動装置により駆動制御される少なくとも１枚の羽根体とを有することを特徴とする軸流ファン。 - 回転自在に設けられた羽根車を有する軸流ファンであって、
前記羽根車は、少なくとも１枚の羽根体と、
前記羽根体の基端部を支持する第１のステーおよび第２のステーと、
同軸上に回転自在に設けられた第１のロータおよび第２のロータとを有し、
前記第１のロータには、前記第１のステーが設けられ、前記第２のロータには、前記第２のステーが前記第２のロータの軸方向に沿って移動可能に設けられており、
電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、前記第１のロータに駆動力を付与する振動体を有する第１のアクチュエータと、
電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、前記第２のロータに駆動力を付与する振動体を有する第２のアクチュエータとを有し、
前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを互いに協調させて、前記第１のロータと前記第２のロータとを介して前記第１のステーと前記第２のステーとを駆動することを特徴とする軸流ファン。 - 前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとの少なくとも一方については、前記振動体は、対応する前記ロータに当接して設けられ、前記振動により、対応する前記ロータに力を繰り返し加えてそのロータを駆動する請求項９に記載の軸流ファン。
- 前記電気／機械変換素子は、圧電素子である請求項９または１０に記載の軸流ファン。
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