JPS6263200A - 圧電フアン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
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。

（従来技術） 従来の圧電ファンの一例が、たとえば、特開昭５９−２
２４５００号公報に開示されている。この公報に開示さ
れている圧電ファンは、圧電体を貼り合わせてその横効
果または縦効果により屈曲振動を生じさせ、片持ち梁構
造の先端部にプラスチックや金属などの弾性体プレート
を配置して、その振動による変位を増幅させながら送風
する。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に、圧電ファンでは、その振動周波数をｆ。

弾性体プレートの厚みをｄ、そして振動部分の長さすな
わち全長をｌとすると、ｆＣＸ−ｄ／１２の関係にある
。一方、圧電ファンの振動周波数が５００〜１ｋＨｚ以
上であるときは、その騒音が大きくなるので、一般的に
は振動周波数はより低い値に設定しなければならない。

したがって゛、上記の関係から、従来の圧電ファンでは
、その全長！が長くなってしまい、したがって小型化が
困難である。そればかりでなく、ファンの全長が長いと
いうことは、片持ち梁支持構造の強度の信頼性にも問題
を残す。

それゆえに、この発明の主たる目的は、全長を短くし得
る、圧電ファンを提供することである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、その幅方向に並置された第１および第２の
屈曲形圧電振動子のそれぞれの一端を固定し、第１およ
び第２の圧電振動子のそれぞれの主面とほぼ平行になる
ように第１および第２の長手の弾性体プレートを設け、
対応している屈曲形振動子の他端側と長手の弾性体プレ
ートの一端側とを弾性結合し、そしてそれぞれの長手の
弾性体プレートの自由端が屈曲形圧電振動子の前記一端
の方向に延びて配置される、圧電ファンである。

（作用） 第１および第２の屈曲形圧電振動子が駆動されてそれぞ
れ屈曲撮動を生じる。それぞれの圧電振動子の屈曲振動
が弾性結合を介して対応の第１および第２の長手の弾性
体プレートの一端側に伝達され、それによってそれぞれ
の長手の弾性体プレートの自由端から送風される。

（発明の効果） この発明によれば、屈曲形圧電振動子と長手の弾性体プ
レートとをほぼ平行に配置し、それらを弾性結合してい
るので、全体の長さを、従来のものに比べて、大幅に減
じることができる。したがって、特に複数の長手の弾性
体プレートから送風させるような圧電ファンの小型化が
実現されるばかりでなく、支持構造の強度的な信頼性も
向上する。

この発明の好ましい実施例にしたがって、それぞれの長
手の弾性体プレートの一端を固定的に支持するようにす
れば、屈曲形圧電振動子と長手の弾性体プレートとの両
方が固定ないし支持されるため、その点でも、従来に比
べて構造的に強固となり、その信頼性がより一層向上す
る。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行なう以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、第２
図はその平面図を、また第３図はその正面図を示す。圧
電ファン１０は第１および第２のファンユニット１２ａ
および１２ｂを含み、それぞれのファンユニット１２ａ
および１２ｂは、第１および第２の長手の屈曲形圧電振
動子１４ａおよび１４ｂを含む。これら屈曲形圧電振動
子１４ａおよび１４ｂは、それぞれ１対の圧電素子を有
する。この圧電素子は、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からなり、それぞれの
両生面には、図示は省略したが、たとえばＡｇ、Ｎｉあ
るいはＡｌ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る。１対の圧電素子は、バイモ
ルフ振動子を形成し、それらの間には、第１および第２
の側断面り字状の弾性体プレー）１６ａおよび１６ｂの
長辺側が挟まれる。すなわち、バイモルフ形圧電振動子
１４ａおよび１４ｂは、弾性体プレート１６ａおよび１
６ｂのそれぞれの長辺側に固着される。

屈曲形圧電振動子１４ａおよび１４ｂならびに弾性体プ
レー）１６ａおよび１６ｂは、固定手段を構成する１対
の固定板■８によって挟持される。

この固定板１８の材料としては、たとえば、Ａｌ、　Ｃ
ｕあるいはコバールなどの導電材料が利用される。した
がって、これら１対の固定板１８を圧電素子のための電
気的な接続の手段として用いることができる。

このように、屈曲形圧電振動子１４ａおよび１４ｂは、
固定板１８によって固定的に支持され、固定板１８の位
置は、これらの圧電振動子１４ａおよび１４ｂのノード
点に設定される。

弾性結合のための手段として働く弾性体プレート１６ａ
および１６ｂの材料としては、たとえば、エリンバのよ
うな恒弾性材料が考えられる。したがって、それぞれの
圧電振動子１４ａおよび１４ｂを構成する１対の圧電素
子め裏面電極がこの弾性体プレート１６ａおよび１６ｂ
を介し°て電気的に接続される。しかしながら、Ｌ字状
の弾性体プレート１６ａおよび１６ｂの材料としては、
その他、ガラスエポキシ板のような弾性を有する樹脂も
利用可能である。この場合には、１対の圧電素子の間に
絶縁物が介挿されることになるので、画素子の裏面電極
どうしを接続するための別の手段が必要になろう。

屈曲形圧電振動子１４ａおよび１４ｂの対応の側方には
、ファン部材として働く長手の弾性体プレート２０ａお
よび２０ｂが、その主面が対応の圧電振動子１４ａおよ
び１４ｂの主面と平行になるように、配置される。これ
ら長手の弾性体プレー）２０ａおよび２０ｂのそれぞれ
の一端は、ピン２２ａおよび２２ｂによって回動可能に
支持される。この実施例のように、圧電振動子１４ａお
よび１４ｂおよび長手の弾性体プレート２０ａおよび２
０ｂの両方とも、固定板１８およびピン２２ａおよび２
２ｂによって固定すれば、従来に比べて構造的な信頼性
が一層向上するのである。なお、長手の弾性体プレート
２０ａおよび２０ｂもたとえばエリンバなどの恒弾性材
料で構成される。

しかし、その材料はまたガラスエポキシ板のような樹脂
材料であってもよい。

側断面り字状の弾性体プレート１６ａおよび１６ｂの短
辺側先端が折り曲げられて、対応する長手の弾性体プレ
ート２０ａｋよび２０ｂの一端側の自由端よりの部分（
ノード点の部分）で接合ないし結合される。このような
弾性体プレート１６ａおよび１６ｂおよび２０ａおよび
２０ｂの接合は、たとえば溶接や接着などによって達成
される。

そして、第４図に示すような回路接続で、駆動源２４に
よってそれぞれの屈曲形圧電振訪子１４ａおよび１４ｂ
に振動が励起される。屈曲形圧電振動子１４ａおよび１
４ｂの屈曲振動が弾性体プレー）１６ａおよび１６ｂを
通して、長手の弾性体プレート２０ａおよび２０ｂの−
＠側に伝えられる。したがって、長手の弾性体プレー）
２０ａおよび２０ｂの自由端ではその振動が増幅されて
、従来と同じように、そこから送風される。

第１図〜第３図に示すような圧電ファンにおいて、第５
図を参照して、第１のファンユニット１２ａについてそ
の振動について説明する。なお、第２のファンユニット
１２ｂについても同様であるので、その説明は省略する
。

圧電振動子１４ａは、第６図に示すような振動モードを
生じる。基本振動モードであるＦ１モードでは、圧電振
動子１４ａの先端部分における振動が小さく、したがっ
てこのような振動モードＦ１では長手の弾性体プレー）
２０ａによる送風は不可能である。

一方、より低次の振動モードＦ２が生じるが、このモー
ドＦ２は、圧電振動子１４ａの長さを１１、長手の弾性
体プレー）２０ａの長さをり２とすると、次式で与えら
れる。

ただし、Ｅはヤング率、ρは密度、そしてαｎは定数で
ある。上記式かられかるように、低次側の振動モードＦ
２は、長手の弾性体プレー）２０ａの長さ１２によって
のみ決まる共振周波数であり、片持ち梁の式に一致する
。すなわち、モードＦ２は、ファン弾性体プレート２０
ａの共振周波数を意味し、これが基本振動モードＦ１に
近いほど振動効率が高くなり、したがって送風効率も高
くなる。たとえば商用周波数の６０Ｈｚで屈曲形圧電振
動子１４ａを駆動する場合、弾性体プレートとして、ガ
ラスエポキシ板を使用したとすると、その長さはβ２＝
４．１９ｃｍとなる。また、モードＦ１をこのモードＦ
２に一致させるためには、１対の圧電素子のそれぞれの
厚みを０．６ｍｍとすると、１１＃６．５ｃｍとなる。

これに対して、先に挙げた従来技術であれば、ファン全
体の長さがそれらの長さ１１と１２との合計となってし
まい、その全長が１０ｃｍ以上となる。

このように、この発明は、送風に適する振動モードがよ
り低次のモードＦ２にほかならないことに着目し、ファ
ンして作用する長手の弾性体プレートと圧電振動子とを
分離して並置し、−その間を弾性結合することによって
、従来と同様の送風効果があることを見いだし、それを
実現したものである。

第４図に示す駆動回路構成によれば、第１および第２の
ファンユニットを構成する第１および第２の屈曲形圧電
振動子１４ａおよび１４ｂが、互いに、逆相で振動する
ことになり、したがって、第１および第２の長手の弾性
体プレート２０ａおよび２０ｂの自由端は、第１図の矢
印で示すように、互いに逆方向に変位を生じる。

このように、逆相振動を生じさせるための駆動回路構成
の変形例が第７図（Ａ）〜（Ｃ）に示される。

しかしながら、２つの屈曲形圧電振動子１４ａおよび１
４ｂが同相で励起され、したがって長手の弾性体プレー
ト２０ａおよび２０ｂの自由端が同じ方向に変位するよ
うにしてもよいことは勿論である。

第８図はこの発明の他の実施例を示す正面図である。こ
の実施例は、弾性体プレート１６ａおよび１６ｂが共通
の基部１６ｃから平行に延びている、という点で第１図
〜第３図実施例と異なる。

すなわち、弾性体プレート１６ａおよび１６ｂは、１枚
の弾性体プレートにスリットが形成され、それによって
分割された部分として形成される。この実施例によれば
、実質的に２枚のアクチュエータ（圧電振動子）を１枚
のプレートによって構成できるので、より構造が簡単か
つコンパクトになるばかりでなく、その製造も簡単にな
る６

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図である。 第２図は第１図の平面図であり、第３図は正面図である
。 第４図は駆動回路の一例を示す回路図である。 第５図は振動モードを説明するための部分図であり、第
６図はこの実施例の振動モードを示すグラフである。 第７図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ駆動回路の他の例を示
す回路図である。 第８図はこの発明の他の実施例を示す正面図である。 図において、１０は圧電ファン、１２ａおよびＬ２ｂは
ファンユニット、１４ａおよび１４ｂは屈曲形圧電振動
子、１６ａおよび１６ｂは弾性結合のための弾性体プレ
ート、１８は固定板、２０ａおよび２０ｂはファンのた
めの長年の弾性体プレート、２２ａおよび２２ｂはピン
を示す。 特許出願人　株式会社　村田製作所 代理人　弁理士　山　１）　義　人 （ばか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　その幅方向に並置されて、そのそれぞれの一端にお
   いて固定された第１および第２の屈曲形圧電振動子、 前記第１の屈曲形圧電振動子と並置される第１の長手の
   弾性体プレート、 前記第２の屈曲形圧電振動子と並置される第２の長手の
   弾性体プレート、および 前記第１および第２の屈曲形圧電振動子のそれぞれの他
   端側と前記第１および第２の長手の弾性体プレートのそ
   れぞれの一端側とを弾性結合するための手段を備え、 前記第１および第２の長手の弾性体プレートのそれぞれ
   の自由端は前記第１および第２の屈曲形圧電振動子の前
   記一端の方向に延びて配置される、圧電ファン。 ２　前記第１および第２の長手の弾性体プレートのそれ
   ぞれの一端を固定するための手段を含み、前記弾性結合
   するための手段は前記第１および第２の屈曲形圧電振動
   子のそれぞれの前記他端側と、前記第１および第２の長
   手の弾性体プレートのそれぞれの前記一端より前記自由
   端側とを結合する、特許請求の範囲第１項記載の圧電フ
   ァン。 ３　前記弾性結合するための手段はそれぞれの両端部が
   前記第１および第２の屈曲形圧電振動子のそれぞれの前
   記他端側と、前記第１および第２の長手の弾性体プレー
   トのそれぞれの前記一端側とに接続される第１および第
   ２の弾性体プレートを含む、特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の圧電ファン。 ４　前記第１および第２の弾性体プレートは側断面Ｌ字
   状の弾性体プレートを含み、前記Ｌ字状のそれぞれの一
   辺上に前記第１および第２の屈曲形圧電振動子が固着さ
   れ、前記Ｌ字状のそれぞれの他辺に前記第１および第２
   の長手の弾性体プレートが接続される、特許請求の範囲
   第４項記載の圧電ファン。 ５　前記側断面Ｌ字状の弾性体プレートは共通の基部か
   ら平行に延びた第１および第２の弾性体プレートを含む
   、特許請求の範囲第５項記載の圧電ファン。