JP2012184665A - 圧電ファン - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、電子機器の冷却に用いられる圧電ファンに関して、自由端側の領域が複数の分割板に分割されて形成されている振動板において、複数の分割板のうち両端に配置される分割板の根元の部分の負荷が大きいため、金属疲労によって分割板が根元で折れてしまう不具合を解決し、両端に配置される分割板が折れにくく、より寿命が長い圧電ファンを提供する。
【解決手段】 一端が固定端、他端が自由端であり、自由端側の領域が自由端側に延びる複数の分割板に分割されて形成されている板状の振動板と、前記振動板の前記固定端側の領域に貼付されている板状の圧電素子と、前記振動板の一端を固定する支持体とを備え、複数の前記分割板のうち少なくとも両端に配置される分割板には、厚み方向に突起部が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器の冷却に用いられる圧電ファンに関するものである。

ＡＶ機器やコンピュータなどの発熱する部品を内蔵した電子機器の冷却には、ファン装置が広く用いられている。近年では、実装形態に適した小型で静音性が高い圧電ファンが望まれている。このような圧電ファンは、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されているのは、図９に示すように、ヒートシンク１２０に備えられている複数の放熱フィン１２１の間の暖気を排出する圧電ファン１１０を用いた冷却装置１００である。

圧電ファン１１０は、所定周波数の駆動交流電圧の印加に応じて伸縮する圧電素子１１１と、圧電素子１１１が貼付されている振動板１１２とを備えている。振動板１１２の一端が固定部材１３０によってヒートシンク１２０に固定されて固定端１１３となり、他端が自由端１１４となる。前記振動板１１２は、曲げ部１１５で９０度に折れ曲がって形成されている。曲げ部１１５より自由端側の領域は放熱フィン１２１の間隔に合わせて熊手型に複数の分割板１１９に分割されて形成されている。

圧電ファン１１０は、圧電素子１１１に形成されている電極（図示せず）と導体からなる振動板１１２とに、駆動交流電源から電圧を印加して駆動させる。圧電素子１１１が伸縮を行うと、振動板１１２の自由端１１４がうちわ状に屈曲振動を行い、圧電ファンとして駆動するものである。

特開２０１０−６７９０９号公報

このような圧電ファンは、駆動した際に熊手型に形成された複数の分割板のうち両端に配置される分割板の自由端は一般的に振幅が大きくなる傾向があり、内側の分割板に比べて分割板の根元の部分の負荷が大きくなる。このため、金属疲労によって分割板が根元で折れてしまう不具合が発生するおそれがある。

そこで本発明は、両端に配置される分割板が折れにくく、より寿命が長い圧電ファンを提供することを目的とする。

本発明の圧電ファンは、一端が固定端、他端が自由端であり、自由端側の領域が自由端側に延びる複数の分割板に分割されて形成されている板状の振動板と、前記振動板の前記固定端側の領域に貼付されている板状の圧電素子と、前記振動板の一端を固定する支持体とを備え、複数の前記分割板のうち少なくとも両端に配置される分割板には、厚み方向に突起部が設けられていることを特徴とする。

この場合は、振動板の厚み方向に突起部が設けられていることによって、両端に配置される分割板の剛性が高まって自由端の過度の振幅が抑制される。したがって、両端に配置される分割板の根元の部分への負荷が抑制され、分割板が折れにくくなり圧電ファンの寿命が長くなる。

また本発明では、前記分割板の突起部は分割板の長手方向に沿って形成されていることが望ましい。この場合は、自由端の過度の振幅がより抑制されるので、両端に配置される分割板の根元の部分への負荷が抑制され、分割板が折れにくくなり圧電ファンの寿命が長くなる。

また本発明では、前記突起部は分割板を厚み方向に絞り加工して形成されていることが望ましい。この場合は、振動板の質量を増やさずに突起部を形成することができる。

また本発明では、前記突起部は分割板の長手方向を形成している辺を厚み方向に折り曲げて形成されていることが望ましい。この場合は、分割板を厚み方向に絞り加工して突起部を形成したときと同様の効果を得ることができる。

振動板の厚み方向に突起部が設けられていることによって、両端に配置される分割板の剛性が高まって自由端の過度の振幅が抑制される。したがって、両端に配置される分割板の根元の部分への負荷が抑制され、分割板が折れにくくなり圧電ファンの寿命が長くなる。

本発明の実施形態１に係る圧電ファンの斜視図である。 実施形態１に係る圧電ファンに用いる分割板を示し、同図（Ａ）は分割板の側面図、同図（Ｂ）は分割板の断面図である。 実施形態１に係る圧電ファンの側面図である。 実施形態１の変形例１に係る圧電ファンの斜視図である。 実施形態１の変形例２に係る圧電ファンの斜視図である。 本発明の実施形態２に係る圧電ファンの斜視図である。 実施形態２に係る圧電ファンに用いる分割板を示し、同図（Ａ）は分割板の斜視図、同図（Ｂ）は分割板の断面図である。 従来の冷却装置を示し、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は従来の圧電ファンの上面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る圧電ファンについて説明する。

（実施形態１）
以下、実施形態１について、図１ないし図３を参照しながら説明を行う。本実施形態１の圧電ファン１０は図１に示すように、所定周波数の駆動交流電圧の印加に応じて伸縮する圧電素子１１と、振動板１２と、支持体１３とから構成されている。圧電素子１１は、振動板１２の両主面に固着されている。振動板１２は、一方主面の一端が支持体１３に固着されることで支持されている。振動板１２の一端は固定端１４、他端を自由端１５とする。ここで、固定端１４は振動の節となる固定端のことを指す。

振動板１２は、幅４６ｍｍ×長さ４６ｍｍ×厚み１００μｍの薄い板状に形成されている。振動板１２の自由端１５側の領域では、振動板１２が７枚の分割板１９に分割されて形成されており、各分割板１９は等間隔に形成されている。各分割板１９の幅はそれぞれ４．５ｍｍである。振動板１２は、例えばＮｉ−Ｆｅ合金から構成されている。

分割板１９の両端に配置される分割板１９ａには突起部１７が設けられており、分割板１９ａの厚み方向に絞り加工して形成されている。特に図２（Ｂ）に示すように、突起部１７は両端に配置される分割板１９ａの幅方向の中央部を、分割板１９ａの長手方向に沿って自由端１５に至らないように形成されている。

圧電素子１１は、幅４０ｍｍ×長さ１５ｍｍ×厚み１００μｍの板状であり、両主面に電極（図示せず）が形成されている。圧電素子１１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されている。圧電素子１１は、振動板１２の固定端１４側の領域の両主面に固着されている。

支持体１３は、幅４８ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚み３ｍｍの直方体形状であり、例えばガラスエポキシ樹脂から構成されている。支持体１３は、例えば両端の２箇所でねじ止めされることで電子機器（図示せず）に支持されるものである。

図３に示すように、圧電ファン１０は、圧電素子１１に形成されている一方の電極（図示せず）と導体からなる振動板１２とに、駆動交流電源１６から電圧を印加して駆動させる。圧電素子１１が長さ方向に伸縮を行うと、振動板１２は一端が固定されているために、自由端１５が圧電素子１１の厚み方向にうちわ状に屈曲振動を行い、圧電ファンとして駆動する。

本実施形態では、分割板のうち両端に配置される分割板には、厚み方向に絞り加工をして突起部を形成している。このため両端に配置される分割板の剛性が高まって自由端の過度の振幅が抑制され、両端に配置される分割板の根元の部分への負荷が抑制される。その結果、分割板が折れにくくなり圧電ファンの寿命が長くなる。

（実施形態１の変形例１）
実施形態１の変形例１について、図４を参照しながら説明を行う。実施形態１と同一の部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

本変形例の圧電ファン１０Ａは、圧電素子１１と、振動板１２と、支持体１３とから構成されており、振動板１２の自由端１５側の領域では、振動板１２が７枚の分割板１９に分割されて熊手型に形成されており、両端に配置される分割板１９ａに突起部１７が設けられているものである。

本変形例では、圧電素子１１が貼付されている箇所の振動板１２の幅が切り欠かれて形成されている。具体的には、振動板の自由端１５は、両端に配置される分割板１９ａのうち一方の分割板の外側の側面から他方の分割板の外側の側面までの幅方向の長さが、分割板１９の圧電素子が貼付されている部分の振動板１２の幅以上となるように形成されている。すなわち、図４に示す距離Ａが距離Ｂ以上となるように形成されている。

振動板１２をこのような形状に形成すると、両端に配置される分割板１９ａの根元付近の剛性が低くなるため、両端に配置される分割板１９ａの根元の部分の負荷がより大きくなる。そのため、両端に配置される分割板１９ａが根元で折れてしまう不具合が発生するおそれがさらに高くなる。

しかしながら、本変形例では、分割板のうち両端に配置される分割板には、厚み方向に絞り加工をして突起部を形成している。このため両端に配置される分割板の剛性が高まって自由端の過度の振幅が抑制され、両端に配置される分割板の根元の部分への負荷が抑制される。その結果、分割板が折れにくくなり圧電ファンの寿命が長くなる。

（実施形態１の変形例２）
実施形態１の変形例２について、図５を参照しながら説明を行う。実施形態１と同一の部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

本変形例の圧電ファン１０Ｂは、圧電素子１１と、振動板１２と、支持体１３とから構成されており、振動板１２の自由端１５側の領域では、振動板１２が７枚の分割板１９に分割されて熊手型に形成されており、両端に配置される分割板１９ａに突起部１７ａが設けられているものである。

本変形例では、両端に配置される分割板１９ａに形成された突起部１７ａが振動板１２まで延伸して形成されている。

このように形成しているので、両端に配置される分割板の剛性が高まって自由端の過度の振幅が抑制され、両端に配置される分割板の根元の部分への負荷が抑制される。その結果、分割板が折れにくくなり圧電ファンの寿命が長くなる。

前記実施形態１及びその変形例では、突起部は自由端に至らないように形成されているが、自由端に至るように形成されていてもよい。

（実施形態２）
以下、実施形態２について、図６と図７を参照しながら説明を行う。本実施形態１の圧電ファン２０は図６に示すように、所定周波数の駆動交流電圧の印加に応じて伸縮する圧電素子２１と、振動板２２と、支持体２３とから構成されている。圧電素子２１は、振動板２２の両主面に固着されている。振動板２２は、一方主面の一端が支持体２３に支持されている。振動板２２の一端は固定端２４、他端を自由端２５とする。ここで、固定端２４は振動の節となる固定端のことを指す。

振動板２２は、幅４６ｍｍ×長さ４６ｍｍ×厚み１００μｍの薄い板状に形成されている。振動板２２の自由端１５側の領域では、振動板２２が７枚の分割板２９に分割されて熊手型に形成されており、各分割板２９は等間隔に形成されている。各分割板２９の幅はそれぞれ４．５ｍｍである。振動板２２は、例えばＮｉ−Ｆｅ合金から構成されている。

分割板２９の両端に配置される分割板２９ａには折り曲げ加工による突起部２７が設けられており、特に図７（Ａ）に示すように突起部２７は両端に配置される分割板２９ａの長さ方向を形成する一対の辺の一部を両端に配置される分割板２９ａの厚み方向に折り曲げて形成されている。突起部２７は両端に配置される分割板２９ａの長さ方向に沿って形成されている。

圧電素子２１は、幅４０ｍｍ×長さ１５ｍｍ×厚み１００μｍの板状であり、両主面に電極（図示せず）が形成されている。圧電素子２１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されている。圧電素子２１は、振動板２２の固定端２４側の領域に固着されている。

支持体２３は、幅４８ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚み３ｍｍの直方体形状であり、例えばガラスエポキシ樹脂から構成されている。支持体２３は、例えば両端の２箇所でねじ止めされることで電子機器（図示せず）に支持されるものである。

圧電ファン２０は、圧電素子２１に形成されている一方の電極（図示せず）と導体からなる振動板２２とに、駆動交流電源２８から電圧を印加して駆動させる。圧電素子２１が長さ方向に伸縮を行うと、振動板２２は一端が固定されているために、自由端２５が圧電素子２１の厚み方向にうちわ状に屈曲振動を行い、圧電ファンとして駆動する。

本実施形態では、分割板のうち両端に配置される分割板を厚み方向に折り曲げて突起部を形成している。このため両端に配置される分割板の剛性が高まって自由端の過度の振幅が抑制され、両端に配置される分割板の根元の部分への負荷が抑制される。その結果、分割板が折れにくくなり圧電ファンの寿命が長くなる。

なお、本発明に係る冷却装置は上記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

前記実施形態では、圧電素子は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。

前記実施形態では、折れや曲げのない振動板を用いているが、これに限るものではない。例えば、振動板の圧電素子が接着されている部分と分割板との間を、圧電素子の幅方向に沿って支持体側にＬ字型やＵ字型、Ｖ字型等に折り曲げられた振動板を用いてもよい。

前記実施形態では、振動板を両面から挟むように圧電素子をそれぞれ固着して、バイモルフ型振動子を構成したが、振動板の一方主面のみに圧電素子を接合したユニモルフ型振動子を構成してもよい。

前記実施形態では、両端に配置される分割板のみに突起部を設けているが、これに限るものではない。内側に配置される分割板に突起部が設けられていてもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、２０…圧電ファン
１１、２１…圧電素子
１２、２２…振動板
１３、２３…支持体
１４、２４…固定端
１５、２５…自由端
１６…駆動交流電源
１７、１７ａ、２７…突起部
１９、２９…分割板
１９ａ、２９ａ…両端に配置される分割板

Claims (4)

1. 一端が固定端、他端が自由端であり、自由端側の領域が自由端側に延びる複数の分割板に分割されて形成されている板状の振動板と、
   前記振動板の前記固定端側の領域に貼付されている板状の圧電素子と、
   前記振動板の一端を固定する支持体とを備え、
   複数の前記分割板のうち少なくとも両端に配置される分割板には、厚み方向に突起部が設けられていることを特徴とする圧電ファン。
2. 前記分割板の突起部は分割板の長手方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電ファン。
3. 前記突起部は分割板を厚み方向に絞り加工をして形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電ファン。
4. 前記突起部は分割板の長手方向を形成している辺を厚み方向に折り曲げて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電ファン。
   
   

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