JPH0656160B2 - Piezoelectric fan - Google Patents
Piezoelectric fanInfo
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- JPH0656160B2 JPH0656160B2 JP9569786A JP9569786A JPH0656160B2 JP H0656160 B2 JPH0656160 B2 JP H0656160B2 JP 9569786 A JP9569786 A JP 9569786A JP 9569786 A JP9569786 A JP 9569786A JP H0656160 B2 JPH0656160 B2 JP H0656160B2
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- piezoelectric vibrator
- piezoelectric
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧電ファンに関し、特にたとえばバイモルフ
圧電振動子のような屈曲形圧電振動子を用いた、圧電フ
ァンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric fan, and more particularly to a piezoelectric fan using a bent piezoelectric vibrator such as a bimorph piezoelectric vibrator.
（従来技術） 米国特許第４，４９８，８５１号明細書に、この発明の
背景となり、かつこの発明を実施するのに最適な片持ち
梁構造の圧電ファンが開示されている。この米国特許に
開示された圧電ファンは、圧電振動子の先端に、Ｑの高
い材料で形成されたブレードを配置することによって、
送風の高効率化を図ったものである。(Prior Art) U.S. Pat. No. 4,498,851 discloses a piezoelectric fan having a cantilever structure which is the background of the present invention and which is optimum for carrying out the present invention. The piezoelectric fan disclosed in this U.S. Patent has a blade formed of a high Q material disposed at the tip of the piezoelectric vibrator.
This is intended to improve the efficiency of air blowing.
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、発明者等の実験によれば、ブレードや圧
電振動子の材料および形状の設定によっても風速は異っ
てくるので、単にブレードにＱの高い材料を用いるだけ
では、送風の高効率化は望めないことがわかった。(Problems to be Solved by the Invention) However, according to experiments by the inventors, the wind speed varies depending on the material and the shape of the blade and the piezoelectric vibrator. Therefore, simply use a material having a high Q for the blade. It was found that high efficiency of ventilation cannot be expected only by using it.
それゆえに、この発明の主たる目的は、送風のより一層
の高効率化が期待できる、圧電ファンを提供することで
ある。Therefore, a main object of the present invention is to provide a piezoelectric fan, which can be expected to further improve the efficiency of air blowing.
（問題点を解決するための手段） この発明は、圧電振動子と、圧電振動子の先端部に配置
されるブレードとを含む片持ち梁構造の圧電ファンにお
いて、ブレードの共振周波数ｆｂを圧電振動子の共振周
波数ｆｒに対して、ｆｒ−0.125ｆｒ≦ｆｂ≦ｆｒ＋0.1
25ｆｒの範囲に設定した、圧電ファンである。(Means for Solving Problems) The present invention relates to a piezoelectric fan having a cantilever structure including a piezoelectric vibrator and a blade arranged at a tip portion of the piezoelectric vibrator, and a resonance frequency f b of the blade is set to a piezoelectric value. against the resonance frequency f r of the oscillator, f r -0.125f r ≦ f b ≦ f r +0.1
Was set in the range of 25f r, it is a piezoelectric fan.
（作用） 圧電振動子とブレードとの材質および形状（形状につい
ては特に長さと厚さ）は、圧電振動子の共振周波数とブ
レードの共振周波数との規定要因である。これらの共振
周波数が一定の関係にあるときに、風速が大きくなる。(Function) The material and the shape (particularly the length and the thickness of the shape) of the piezoelectric vibrator and the blade are the defining factors of the resonance frequency of the piezoelectric vibrator and the resonance frequency of the blade. When these resonance frequencies have a constant relationship, the wind speed increases.
（発明の効果） この発明によれば、圧電振動子の共振周波数とブレード
の共振周波数とが一定の関係になるように、圧電振動子
およびブレードの材料や長さおよび厚さを設定したた
め、従来の圧電ファンに比べて送風のより一層の高効率
化を図ることができる。(Effect of the Invention) According to the present invention, the material and length and thickness of the piezoelectric vibrator and the blade are set so that the resonance frequency of the piezoelectric vibrator and the resonance frequency of the blade have a constant relationship. It is possible to further improve the efficiency of air blowing as compared with the piezoelectric fan of.
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。The above-mentioned objects, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the embodiments with reference to the drawings.
（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す平面図である。この
圧電ファンユニット１０はバイモルフ圧電振動子１２を
含み、この圧電振動子１２は、１対の圧電素子１４を含
む。この圧電素子１４は、たとえばジルコン酸チタン酸
鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミックで形成された同じ大
きさの板体からなり、それぞれの両主面には、図示して
いないが、たとえば銀，ニッケルあるいはアルミニウム
などの印刷，めっきもしくは蒸着などの方法で、薄膜電
極が形成されている。この１対の圧電素子１４の間に
は、たとえばポリエチレンテレフタレートなどの板部材
１６が挟まれて固定され、バイモルフ圧電振動子１２が
形成されている。(Embodiment) FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention. The piezoelectric fan unit 10 includes a bimorph piezoelectric vibrator 12, and the piezoelectric vibrator 12 includes a pair of piezoelectric elements 14. The piezoelectric element 14 is composed of a plate body of the same size formed of a piezoelectric ceramic such as lead zirconate titanate (PZT), for example. Alternatively, the thin film electrode is formed by a method such as printing of aluminum or the like, plating or vapor deposition. A plate member 16 such as polyethylene terephthalate is sandwiched and fixed between the pair of piezoelectric elements 14 to form a bimorph piezoelectric vibrator 12.
この板部材１６は圧電素子１４より長く、その先端部に
はブレード１８が固着されている。そして、このバイモ
ルフ圧電振動子１２はいわゆる片持ち梁構造として構成
される。The plate member 16 is longer than the piezoelectric element 14, and a blade 18 is fixed to the tip of the plate member 16. The bimorph piezoelectric vibrator 12 has a so-called cantilever structure.
なお、このバイモルフ圧電振動子１２の屈曲振動によっ
て、ブレード１８の先端が変位して送風が行われる機構
はよく知られているところであり、ここではその説明は
省略する。A mechanism in which the tip of the blade 18 is displaced by the bending vibration of the bimorph piezoelectric vibrator 12 to blow air is well known, and the description thereof is omitted here.
次に、バイモルフ圧電振動子１２の共振周波数ｆｒとブ
レード１８の共振周波数ｆｂとの関係について詳しく説
明する。Will now be described in detail the relationship between the resonance frequency f b of the resonance frequency f r and the blade 18 of the bimorph piezoelectric vibrator 12.
この圧電ファンユニット１０において、バイモルフ圧電
振動子１２の共振周波数ｆｒとブレード１８の共振周波
数ｆｂとは、等しく設定した。In this piezoelectric fan unit 10, and the resonance frequency f b of the resonance frequency f r and the blade 18 of the bimorph piezoelectric vibrator 12, it was set equal.
なお、これらバイモルフ圧電振動子１２の共振周波数ｆ
ｒおよびブレード１８の共振周波数ｆｂは、たとえば加
振器などによって実測値として得ることができ、また、
これらの共振周波数ｆｒおよびｆｂは次の（１）式およ
び（２）式で表される。The resonance frequency f of these bimorph piezoelectric vibrators 12 is
The resonance frequency f b of r and the blade 18 can be obtained as an actual measurement value by, for example, a vibrator, and
These resonant frequencies f r and f b is expressed by the following equations (1) and (2) below.
λ＝１．８７５ ｌ１：バイモルフ圧電振動子の長さ ｔ１：バイモルフ圧電振動子の厚さ Ｅ１：バイモルフ圧電振動子のヤング率 ρ１：バイモルフ圧電振動子の密度 ｌ２：ブレードの長さ ｔ２：ブレードの厚さ Ｅ２：ブレードのヤング率 ρ２：ブレードの密度 実測で求めたｆｒをｆｒ＝ｆｂとして（２）式に代入す
ると、 となり、ブレード１８の長さｌ２とブレード１８の厚さ
ｔ２とが規定される。 λ = 1.875 l 1 : Length of bimorph piezoelectric vibrator t 1 : Thickness of bimorph piezoelectric vibrator E 1 : Young's modulus of bimorph piezoelectric vibrator ρ 1 : Density of bimorph piezoelectric vibrator l 2 : Blade length is t 2: blade thickness E 2: Young's modulus of the blade [rho 2: substituting f r obtained by the blade density measured in the (2) equation as f r = f b, Therefore, the length l 2 of the blade 18 and the thickness t 2 of the blade 18 are defined.
この場合、 はブレードのヤング率と密度とを測定して求めることが
できる。また、 は材料により一定していることを利用して、圧電ファン
ユニット１０に用いる材料でブレード１８を形成し、そ
の長さと厚さとを測定してから、加振器で共振周波数ｆ
ｂを測定し、これらの値を次の（４）式に代入して の値を求めてもよい。in this case, Can be determined by measuring the Young's modulus and density of the blade. Also, Is constant depending on the material, the blade 18 is formed of the material used for the piezoelectric fan unit 10, and its length and thickness are measured, and then the resonance frequency f is measured by the vibrator.
b is measured and these values are substituted into the following equation (4). The value of may be obtained.
このように、バイモルフ圧電振動子１２の共振周波数ｆ
ｒがわかれば、（３）式から、ブレード１８の長さｌ２
および厚さｔ２を設定して、ブレード１８の共振周波数
ｆｂとバイモルフ圧電振動子１２の共振周波数ｆｒとを
一致させることができる。 Thus, the resonance frequency f of the bimorph piezoelectric vibrator 12
If r is known, the length l 2 of the blade 18 can be calculated from the equation (3).
By setting the thickness t 2 and the thickness t 2 , the resonance frequency f b of the blade 18 and the resonance frequency f r of the bimorph piezoelectric vibrator 12 can be matched.
次に、バイモルフ圧電振動子１２の共振周波数ｆｒとブ
レード１８の共振周波数ｆｂが一致するときに、最大風
速が得られることについて説明する。Then, when the resonance frequency f b of the resonance frequency f r and the blade 18 of the bimorph piezoelectric vibrator 12 coincide, explained that the maximum wind is obtained.
第２図はブレードを各種材料で形成した場合の長さおよ
び厚さと圧電ファンの風速の関係とを実測したグラフで
ある。なお、ブレードの材料としては、真鍮（厚さ０．
１０mmおよび０．１５mm），ステンレススチール（厚さ
０．１mm），ポリエチレンテレフタレート（厚さ０．１
９mmおよび０．３５mm）およびポリエチレン（厚さ０．
２０mm）を用い、ブレードの長さは３０〜８０mmの範囲
とした。この第２図から明らかなように、材料の種類に
よって風速は異なり、また、同じ材料でもブレードの長
さや厚さによって風速は異なってくる。このような風速
の差異は、ブレード材料の材質やその長さおよび厚みが
ブレードの共振周波数の規定要因であることに基づいて
生じると考えられる。FIG. 2 is a graph in which the relationship between the length and thickness of the blade made of various materials and the wind speed of the piezoelectric fan was measured. The material of the blade is brass (thickness: 0.
10mm and 0.15mm), stainless steel (thickness 0.1mm), polyethylene terephthalate (thickness 0.1)
9 mm and 0.35 mm) and polyethylene (thickness 0.
20 mm) and the length of the blade was in the range of 30 to 80 mm. As is clear from FIG. 2, the wind speed differs depending on the type of material, and even for the same material, the wind speed differs depending on the length and thickness of the blade. It is considered that such a difference in wind speed is caused based on the fact that the material of the blade material and its length and thickness are the defining factors of the resonance frequency of the blade.
第３図は、ポリエチレンテレフタレートで形成されたブ
レード（厚さ０．１８８mm），バイモルフ圧電振動子お
よびバイモルフ圧電振動子にポリエチレンテレフタレー
トで形成されたブレード（厚さ０．１８８mm）を配置し
た圧電ファンユニットについて、それぞれの長さとそれ
ぞれの共振周波数との関係を解析的に解いたグラフであ
る。また、この第３図には、前述の圧電ファンユニット
で風速を測定した値も併せてプロットしている。FIG. 3 shows a blade (thickness 0.188 mm) formed of polyethylene terephthalate, a bimorph piezoelectric vibrator, and a piezoelectric fan unit in which a blade (thickness 0.188 mm) formed of polyethylene terephthalate is arranged on the bimorph piezoelectric vibrator. Is a graph that analytically solves the relationship between each length and each resonance frequency. Further, in FIG. 3, the values obtained by measuring the wind speed with the above-described piezoelectric fan unit are also plotted.
第３図において、バイモルフ圧電振動子とブレードとの
共振周波数が一致する点があり、ちょうどこの点付近で
圧電ファンの風速が最大になっている。これにより、圧
電振動子とブレードとの共振周波数が一致すれば（ｆｒ
＝ｆｂ）、圧電ファンの風速は最大になることが確認で
きた。In FIG. 3, there is a point where the resonance frequencies of the bimorph piezoelectric vibrator and the blade match, and the wind speed of the piezoelectric fan becomes maximum just around this point. As a result, if the resonance frequencies of the piezoelectric vibrator and the blade match (f r
= F b ), it was confirmed that the wind speed of the piezoelectric fan was maximized.
そこで、ブレードの材料となるポリエステルおよび真鍮
について、（４）式を用いてそれぞれの を求め、ポリエステルについては厚さが０．１８８mmお
よび０．３５mmの場合について、また、真鍮については
厚さが０．０５mm，０．１０mmおよび０．１５mmの場合
について、（３）式からｆｒ＝ｆｂとなるブレードの長
さ（理論値）を求め、その結果を別表１に示した。一
方、実際にブレードの長さを変え、風速が最大になるブ
レードの長さを求め、その結果を別表１に併せて示し
た。Therefore, regarding polyester and brass, which are the materials of the blade, Look, the case where the thickness for the polyester of 0.188mm and 0.35 mm, also in the case the thickness of the brass is 0.05 mm, the 0.10mm and 0.15 mm, f r from equation (3) The blade length (theoretical value) for which = f b was determined, and the results are shown in Appendix 1. On the other hand, by actually changing the length of the blade, the length of the blade that maximizes the wind speed was determined, and the results are also shown in Appendix 1.
この別表１において、理論値と実測値とは、ほぼ一致し
ており、これにより、圧電振動子とブレードとの共振周
波数を一致させると圧電ファンの風速は最大になること
がわかる。In Appendix 1, the theoretical value and the actually measured value are almost the same, which means that the wind speed of the piezoelectric fan becomes maximum when the resonance frequencies of the piezoelectric vibrator and the blade are made to match.
次に、ブレード１８の共振周波数ｆｂの範囲の限定につ
いて説明する。別表２はブレードに用いる各種材料につ
いて、（４）式を用いて求めた およびブレードの厚さを示している。このうち、Ｈタイ
プのポリエチレンテレフタレートをブレードとし、バイ
モルフ圧電振動子に配置して、その共振周波数を測定す
ると、ブレード単独の場合より低下し、また、そのＱも
６と低下していた。同様に、Ｓタイプのポリエチレンテ
レフタレートを用いて同様の実験を行うと、Ｑ＝４とな
り、やはり共振周波数とともにＱが低下していた。さら
に、他の材料においても、同様の共振周波数とＱの低下
があった。これらの値の低下の原因は、バイモルフ圧電
振動子にもＱが存在し、この影響を受けるためである。Next, the limitation of the range of the resonance frequency f b of the blade 18 will be described. Table 2 was obtained for various materials used for the blade by using the formula (4). And the thickness of the blade. Among them, when H type polyethylene terephthalate was used as a blade and was placed in a bimorph piezoelectric vibrator and the resonance frequency thereof was measured, it was lower than that of the blade alone, and its Q was also reduced to 6. Similarly, when a similar experiment was performed using S type polyethylene terephthalate, Q = 4, and Q also decreased with the resonance frequency. Further, in other materials as well, the resonance frequency and the Q were similarly reduced. The reason for the decrease in these values is that Q also exists in the bimorph piezoelectric vibrator and is affected by this.
一方、上述のようなすでに実用されている圧電ファンを
考えれば、圧電振動子の共振周波数とブレードの共振周
波数とを一致させなくとも、実用可能な適度な風速が得
られる。一般的にはＱが大きいほど大きな風速が得られ
るので、ブレード１８の材料のうち、バイモルフ圧電振
動子１２に配置した場合にＱ＝４となるＳタイプのポリ
エチレンテレフタレートをその下限と考えて、ブレード
１８の共振周波数ｆｂの範囲を限定した。On the other hand, in consideration of the already-used piezoelectric fan as described above, it is possible to obtain a practically suitable wind speed without making the resonance frequency of the piezoelectric vibrator match the resonance frequency of the blade. Generally, the larger the Q is, the larger the wind speed is obtained. Therefore, among the materials of the blade 18, the lower limit of the blade is considered to be S type polyethylene terephthalate, which is Q = 4 when the blade is arranged on the bimorph piezoelectric vibrator 12. The range of 18 resonance frequencies f b was limited.
Ｑは、一般に次の（５）式で与えられる。Q is generally given by the following equation (5).
ｆｒ：圧電振動子の共振周波数 Δｆ：振幅が共振点における値の になるような２点間の周波数幅 ここでＱ＝４を代入して変形すると、 となる。そして、Δｆは上述のように２点間の周波数幅
であり、求めるべき限定の範囲の共振周波数は、共振点
よりΔｆ／２だけ少ないものおよびΔｆ／２だけ多いも
のであるから、それらの共振周波数は Ａ：下限 Ｂ：上限 で表される。 f r : Resonance frequency of the piezoelectric vibrator Δf: Amplitude of the value at the resonance point The frequency width between two points such that when substituting Q = 4 and transforming, Becomes Further, Δf is the frequency width between two points as described above, and the resonance frequency in the limited range to be obtained is one that is smaller than the resonance point by Δf / 2 and one that is larger than Δf / 2. Frequency is A: lower limit B: upper limit
（７）式および（８）式に（６）式を代入すると、 Ａ＝ｆｒ−0.125ｆｒ Ｂ＝ｆｒ＋0.125ｆｒ となる。(7) Substituting (6) into equation and (8), and A = f r -0.125f r B = f r + 0.125f r.
したがって、ブレード１８の共振周波数ｆｂは次の
（９）式で限定されることになる。Therefore, the resonance frequency f b of the blade 18 is limited by the following equation (9).
ｆｒ−0.125ｆｒ≦ｆｂ≦ｆｒ＋0.125ｆｒ
・・・（９） このようにして、この発明は、圧電振動子の共振周波数
ｆｒに対してブレードの共振周波数ｆｂを（９）式の範
囲に設定することによって、送風の高効率化を図るもの
である。 f r -0.125f r ≦ f b ≦ f r + 0.125f r
(9) In this manner, the present invention is that by setting the resonance frequency f b of the blade (9) in the range equation with respect to the resonance frequency f r of the piezoelectric vibrator, efficiency of the blower Is intended.
なお、バイモルフ圧電振動子１６に代えて、ユニモルフ
圧電振動子が用いられてもよい。A unimorph piezoelectric vibrator may be used instead of the bimorph piezoelectric vibrator 16.
第１図はこの発明の一実施例を示す平面図である。 第２図はブレードを各種材料で形成したときのブレード
の長さおよび厚さと圧電ファンの風速との関係を示すグ
ラフである。 第３図は、ブレード，バイモルフ圧電振動子およびバイ
モルフ圧電振動子にブレードを配置した圧電ファンユニ
ットについて、それぞれの長さと共振周波数との関係を
示し、さらに圧電ファンユニットの風速を併せてプロッ
トしたグラフである。 図において、１０は圧電ファンユニット、１２はバイモ
ルフ圧電振動子、１８はブレードを示す。 FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the blade length and thickness and the wind speed of the piezoelectric fan when the blade is made of various materials. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the length and the resonance frequency of a blade, a bimorph piezoelectric vibrator, and a piezoelectric fan unit in which a blade is arranged on the bimorph piezoelectric vibrator, and is also plotted together with the wind speed of the piezoelectric fan unit. Is. In the figure, 10 is a piezoelectric fan unit, 12 is a bimorph piezoelectric vibrator, and 18 is a blade.
Claims (2)
配置されるブレードとを含む片持ち梁構造の圧電ファン
において、 ブレードの共振周波数ｆｂを圧電振動子の共振周波数ｆ
ｒに対して、 ｆｒ−0.125ｆｒ≦ｆｂ≦ｆｒ＋0.125ｆｒの範囲に設定
したことを特徴とする、圧電ファン。1. A piezoelectric fan having a cantilever structure including a piezoelectric vibrator and a blade arranged at the tip of the piezoelectric vibrator, wherein the resonance frequency f b of the blade is the resonance frequency f b of the piezoelectric vibrator.
against r, characterized by being set in a range of f r -0.125f r ≦ f b ≦ f r + 0.125f r, piezoelectric fans.
電振動子の共振周波数ｆｒと等しく設定される、特許請
求の範囲第１項記載の圧電ファン。2. The piezoelectric fan according to claim 1, wherein a resonance frequency f b of the blade is set equal to a resonance frequency f r of the piezoelectric vibrator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9569786A JPH0656160B2 (en) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | Piezoelectric fan |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9569786A JPH0656160B2 (en) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | Piezoelectric fan |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62251500A JPS62251500A (en) | 1987-11-02 |
| JPH0656160B2 true JPH0656160B2 (en) | 1994-07-27 |
Family
ID=14144691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9569786A Expired - Lifetime JPH0656160B2 (en) | 1986-04-24 | 1986-04-24 | Piezoelectric fan |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656160B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4751713A (en) * | 1987-07-31 | 1988-06-14 | Hughes Aircraft Company | Gas laser having a piezoelectric fan |
-
1986
- 1986-04-24 JP JP9569786A patent/JPH0656160B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62251500A (en) | 1987-11-02 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |