JPH066960B2 - 圧電フアン式送風装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は送風用動力源として、従来使用されてきた電動
式回転ファンに代えて逆圧電効果を利用した圧電バイモ
ルフ素子を用いた送風装置に関する。

［従来の技術］ バイモルフ素子を、空気の粗密波としての風力の発生源
として使用した送風装置の基本的な構成を第９図に示し
た。この装置は第９図に示されている様に、両表面に電
極を蒸着させた２枚のピエゾセラミック板１０１、１０
２、を貼りあわせた構造を有し、その長手方向の一端に
交流電圧の印加用リード線を取付けて構成された圧電バ
イモルフ素子の、２枚のピエゾセラミック板の間にファ
ンとしての振動板１０３を挟み込んで成りたっている。
１０４は圧電バイモルフ素子の基部を固定させるための
一対の固定部材である。この装置の作動はバイモルフ素
子に通電すると、振動板１０３はあたかも“扇”の様な
送風機能を生じて、図中に矢印で示された如き送風気流
が発生する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のごとき圧電ファンを用いた送風装置では、送風能
力があまりにも小さすぎるので、例えば第１０図に示さ
れている様に圧電ファンＡを放射状に配置し、振動板の
振動にともなってその中心部から吸入された空気が各振
動板にそって放射状をなして外周方向に吹出される様に
構成する方法も考えられる。図中の３００は放射状に配
置されている圧電ファン群を上下から鋏み込む様に位置
させた一対の板状材であり、その４隅部をスペーサとし
てのボルト３０１によって連結固定させることによって
装置ケーシングを形成させている。

しかしこの様な構造によると、装置の外形をコンパクト
化させる利益が得られる反面、比較的高価な圧電ファン
Ａを数多く必要とすることになり、コスト的な不利を招
く。

本発明はより少ない個数の圧電バイモルフ素子を用いて
より大きな風量を得るための、風量増大機構を組込んだ
圧電ファン式送風装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明装置は、空気の吸入
口と吐出口を有する装置ケーシングと、該ケーシング内
に設置された圧電バイモルフ素子と、該バイモルフ素子
の振動の伝導を受けて、正逆両回転方向に交互に回動さ
せられる回動振動子と、前記バイモルフ素子の振動を、
前記回転振動子に伝導させるための振動伝導部材と、前
記回転振動子に、その半径方向に放射状をなして取付け
た、複数個の送風用振動板とからなる構成を採用した。

［作用］ 上記の如き構成をそなえた本発明装置は、圧電バイモル
フ素子に通電すると、バイモルフ素子の振動が振動伝導
部材を介して回転振動子に伝えられ、それにともなって
回転振動子が正逆両方向に交互に回転振動させられるの
で、この回転振動子に取付けられている振動板も振動し
始め、放射状に配列されている各振動板に沿って、その
取付け基部領域から吸入され、自由端方向行に向って吹
出す送風空気流が生ずる。

［実施例］ 以下に付図に基づいて本発明装置の構成を具体的に説明
する。

第１図〜第３図は一実施例を示しており、装置ケーシン
グは任意の間隔をへだてて対置させた下側ケーシングプ
レート２及び上側ケーシングプレート３と、この対置状
態を固定させるために両プレート２と３のそれぞれの四
隅部を連結させる様にして取付けた、４本のケーシング
組立用ボルト状スペーサ４によって構成されている。こ
の上下両ケーシングプレート２および３はいずもＡＢＳ
樹脂などの合成樹脂製であり、上側ケーシングプレート
３の中央部には空気の吸入口３ａが設けてある。そして
２枚のケーシングプレートにはさまれて形成されたケー
シング内空部の周囲の開放部３ｂが吹出口となる。

圧電バイモルフ素子１は第３図に側断面図として示され
ているように、両表面にはそれぞれ薄膜状電極１３を印
刷法、メッキ法、或は蒸着法などによって被着させた、
２枚のピエゾセラミック板、たとえばジルコン酸チタン
酸鉛を焼成して作られた半導体磁器板１１と１２との間
に、金属製補強板１４を介在させたうえ、これら３者を
接着法やはんだ付け法などによって貼合せた構造をそな
えている。電極１３の材質としてはＡｇ、Ｎｉ、Ａｌな
どの金属を用い、また補強板１４の材質としてはピエゾ
セラミック板１１、１２に近似した熱膨張係数をそなえ
るたとえばコバールなどが適している。

この圧電バイモルフ素子１の一端部を１対の固定用部材
１５と１６によって挾持させた状態のもとに、この素子
１への給電用リード線１７に交流電圧たとえば１００Ｖ
５０hzの電圧を印加することによって、素子１は固定個
所を支店として５０回／secの周期をもって扇状に微振
動し始める。

圧電バイモルフ素子１を装置ケーシングに取付ける方法
は、第１図及び第２図にそれぞれ装置平面図とその
（イ）−（イ）断面図として示された如くであって、下
側ケーシングプレート２の相対向する一対側端縁の中央
部には、圧電バイモルフ素子１の固定側基部をケーシン
グに取付けるためのバイモルフ素子取付用部材９がビス
２４によって取付けられており、この取付用部材の中央
部からケーシングプレート２の中心側に向って突出して
いる２枚の挟み板２５の間に素子１の基部を挟み込んだ
うえ、押え板２６を介して圧定用ビス２３によって素子
１を押圧固定させている。

又下側ケーシングプレート２の中心部には回転輪がネジ
込み法によって植設されている。この回転軸６には上下
２か所に軸嵌させたベアリング２１を介して回転振動子
５が、回動可能に軸嵌されている。

回転振動子５はこの実施例では軽量の硬質合成樹脂たと
えばＡＢＳ樹脂などで作られた２重円筒体の如き形状を
そなえており、その内筒は回転軸６に嵌合され、外筒の
外周面には振動板８の植設用の溝ａが一定間隔をへだて
て放射状をなして設けられている。そしてこれらの溝ａ
のうち、直径方向をもって対向する一組の溝の個所に
は、溝ａに代えて小ブロック形状をなす振動伝導部材７
が組みつけらており、この振動伝導部材７に圧電バイモ
ルフ素子１の自由端をくわえ込ませるための溝が設けら
れている。

振動伝導部材７は可撓性に加えて適度の剛性と強靭性を
そなえる硬質ゴム、たとえばＥＰＤＭ （エチレンプロピレンゴム）なが好適している。

この場合振動伝導部材７の形状は縦長の角柱状体をなし
ている。

振動板８は普通の回転ファンを備える送風機のファンに
相当する働きをもった部材である。この場合実施例の振
動板８は軽量性、強靭性、耐熱性、そして適度の弾性を
そなえる合成樹脂、たとえばポリエチレンテレフタレー
トで作られており、その大きさは長さ３５mm、幅２２m
m、圧さ０．３５mmに設定されている。

振動板８群、この実施例では１０個の振動板８はその一
端部を前述の如く回転振動子５の外周面に放射状に設け
てある溝ａ群内にそれぞれ緊密に嵌着固定されて片持支
持されている。

次に上記実施例装置の作動を説明する。

給電用リード線１７の末端に接続されたプラグを、たと
えば１００Ｖ５０HZの交流電源に接続することによって
装置は起動され、圧電バイモルフ素子１は前述の如くし
てその固定支点の周りに扇状に微振動しはじめる。この
場合圧電バイモルフ素子１の自由端における振巾は約
０．３mm前後となる。

圧電バイモルフ素子１の振動にともなって、その自由端
に嵌合連結された状態にある振動伝導部材としての、軟
質ゴム片７にもこの振動力が及ぼされる。軟質ゴム片７
は前述のごとくして回転振動子５の外周に固定されてい
るので、軟質ゴム片７の振動は回転振動子５に伝えられ
て、回転振動子５はその回転軸６のまわりに正逆回転方
向に交互に回動する回転微振動を起こす。

この回転振動子５の微振動は、回転振動子５に放射状に
植設されている各々の振動板８に伝えられ、各振動板８
はその固定端のまわりに扇状をなして振動し始める。振
動板８の素材は弾力性をそなえているので、振巾はかな
り大きく、その自由端は１５〜２０mm前後に及ぶ。

そして振動板８のこの様な振動にともなって、前述のご
とく各振動板８にそって、その固定端領域から導入され
た後、自由端に向って押し出される送気流が第２図中に
破線矢印で示された如く発生して、この装置は送風機と
しての機能を生じる。

つまり、この実施例による圧電ファン式の送風装置は２
個の圧電バイモルフ素子１を用いて、回転振動子５に回
転微振動を与え、この振動力に基づいて１０個の振動板
８にいわば圧電ファンとしての機能を生じさせる効果を
得ている。

第８図に上記実施例装置の性能を、記述の第１０図に示
された如き従来の単体ファンＡを１２個放射状に配置し
て、一見した所実施例装置と近似した構造をそなえる比
較テスト用送風装置の性能と較べた一連の実験の結果を
グラフ化して示した。図中の実線グラフは本発明装置
の、又破線グラフは比較テスト用装置の計測データを示
している。

比較テスト用装置は１２個の圧電ファンＡを放射状に配
置しており、その振動板１０３の寸法は本発明装置の振
動板８のそれにほぼ近似させてある。テストは１００Ｖ
５０hzの交流電源を用いて、気温２１℃の条件下で行っ
た。

その結果は本発明装置の送風量が１７m³/hであったのに
対して、比較用テスト装置の送風量は１４m³/hを示し
た。つまり本実施例装置のほうが振動板の個数を少なく
したにもかかわらず大きな送風能力を発揮することが確
認された。

本発明装置の具体的な構造は勿論様々設計変更が可能で
ある。

第４図は第２実施例を示しており、前記の第１実施例で
は対称位置に２個設けていた圧電バイモルフ素子１が１
個に節約されている。

第５図は第３実施例を示しており、２個の圧電バイモル
フ素子１を一直線方向に保たせて背中合わせに配置した
うえ、両素子１の自由端に振動伝導部材７を嵌着させ、
この２つの圧電バイモルフ素子１を包囲するに足る直径
を有する回転振動子５の内周面に上記の２つの振動伝導
部材７を固定させている。振動板８の形状は図示の形状
に限られることなく任意の形、たとえば楕円形や末広が
りの台形などであってもよい。又振動板の組つけ個数や
圧電バイモルフ素子の使用個数も必要とする送風量に応
じて適宜に決定すればよい。

第６図は第４実施例図であって、上記の実施例と異なる
点は、圧電バイモルフ素子１の代りに従来技術の項で説
明した圧電ファンが組み込まれている点にある。１１は
圧電ファンの振動板に相当する。振動伝導部材７はこの
振動板１１の自由端をくわえ込んでいるので、圧電バイ
モルフ素子１の先端に直接振動伝導部材７を取りつけた
場合に較べて、回転振動子５ははるかに大きな回転角を
もって振動させれられることになる。従ってこの回転振
動子５に取りつけられている各振動板８による送風機能
を目立って増大させることが可能になる。

第７図に本発明装置を各種の電子制御式機器の制御ボッ
クス内を冷却させるためのファンとして使用する事例を
示した。３０は電子制御回路（３１、３２）を納めた機
器の作動制御ボックスであって、電気抵抗による発生熱
を外部に放散させるための吸気孔３０ａと排気孔３０ｂ
が設けてある。本発明装置はその吸気口３ａをボックス
３０の排気孔３０ｂに対向させる様にして、このボック
スの頂部にビス３３によって固定されている。

本発明装置に通電すると、既述のごとく装置は送風機と
して働き、振動板８の送風機能によって空気吸入口３ａ
から吸入され、ボックス３０内で電子回路の発生熱によ
て温められた暖気は装置の空気吹出口としてのケーシン
グ外周の吹出口３ｂから外界に向けて排出される。それ
に伴って常温の新鮮な外気がボックス３０の吸気孔３０
ａからボックス３０内に導入される。

機器が車両用空調装置であれば、制御用ボックス３０内
の熱遮断されているスペースに、被空調空間の検温用セ
ンサを納めれば、このセンサをわざわざ長いリード線を
用いて空調場所に取付けるわずらわしさが省ける。

この様に、従来の電動モータを用いた回転ファン式送風
機に代えて本発明装置を使用すれば、圧電式ファンの特
徴である省電力、電磁波障害の防止、作動騒音の低減効
果などに加えて外形のコンパクト化による省スペースの
利益がえられる。勿論上記の機器冷却用のほかに純然た
る送風機として使うこともできる。

［発明の効果］ 圧電ファンを用いた本発明装置は、従来の様に１個の圧
電バイモルフ素子が発生させる振動をそのまま１枚の振
動板に伝えるのではなくて、この振動力を多数の振動板
を取付けた回転体としての回転振動子に伝える様に構造
したので、比較的高価な圧電バイモルフ素子を数少なく
使用しながら、充分に大きな送風量を得ることができ
る。又その構造からして、よりコンパクトな外形にまと
めながら、より大きな送風性能がえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は第１実施例の説明図であって、第１図
は装置の平面図、第２図は側面図、第３図は圧電バイモ
ルフ素子の側面図である。 第４図〜第６図はそれぞれ第２〜第４の実施例を示した
各平面図である。 第７図は本発明装置の使用例を説明した側断面図であ
る。 第８図は第１実施例装置と、下記の第１０図に示されて
いる比較用装置との、それぞれの送風性能の比較実験の
結果を示したデータグラフである。 第９図は圧電ファンの構造とその作動の説明図である。 第１０図は複数個の圧電ファンを放射状に配置して構成
させた圧電ファン式送風機の平面図である。 図中 １…圧電バイモルフ素子 ２、３…上側および下
側ケーシングプレート ５…回転振動子 ６…回転軸
７…振動伝導部材 ８…振動板 ３ａ…吸入口 ３ｂ…
吹出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 頼永 宗男 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−164008（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気の吸入口と吐出口を有する装置ケーシ
   ングと、 該ケーシング内に設置された圧電バイモルフ素子と、 該バイモルフ素子の振動の伝導を受けて、正逆両回転方
   向に交互に回動させられる回転振動子と、 前記バイモルフ素子の振動を、前記回転振動子に伝導さ
   せるための振動伝導部材と、 前記回転振動子に、その半径方向に放射状をなして取付
   けた、複数個の送風用振動板とからなる圧電ファン式送
   風装置。
2. 【請求項２】前記空気吸入口は、放射状をなして前記回
   転振動子に取付けられている前記送風用振動板群の取付
   基部に臨んで開口し、前記空気吐出口は該振動板群の自
   由に臨んで開口していることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の圧電ファン式送風装置。
3. 【請求項３】前記回転振動子は外周面が解放された円筒
   形状を有し、該円筒体の外周部に、前記振動伝導部材が
   取付られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の圧電ファン式送風装置。
4. 【請求項４】前記振動伝導部材は、ゴム弾性材料からな
   る小ブロツク体であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいづれかに記載の圧電ファン式送風
   装置。