JPH066959B2

JPH066959B2 - 圧電フアン

Info

Publication number: JPH066959B2
Application number: JP19681385A
Authority: JP
Inventors: 二郎井上
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1985-09-04
Filing date: 1985-09-04
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPS6255500A

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型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５９−２２
４５００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、圧電体をはりあわせてその横効果
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）従来の圧電ファンでは、片持ち梁の支持部を理想的に固
定している必要があるが、実際には、その支持部は通常
の場合ケースと一体となっていて、このケースにボルト
で締め付けたりあるいは接着剤で固定されている。この
ようなケースの質量は有限であり、したがって支持部と
それが取り付けられたケースもまた振動を生じる。この
ような振動は、圧電ファンを取りつけた機器に伝播して
悪影響を及ぼすだけでなく、その支持部が振動すること
により、弾性体プレート先端の振幅が減少して風量や風
速が減少する。したがって、従来の片持ち梁タイプの圧
電ファンは効率があまりよくなかった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、より効率のよい
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、簡単に言えば、音叉型基体の少なくとも１
辺に基体対称屈曲モードで振動する圧電振動子を取りつ
け、その音叉型基体の２つの辺の先端に形成した弾性体
プレートを音叉型基体とともに基体対称屈曲モードで共
振させた、圧電ファンである。

（作用）圧電振動子が駆動され、基本対称屈曲振動を生じる。こ
の圧電振動子の振動がそれが一体的に取りつけられた音
叉型基体のそれぞれの辺ならびにその音叉型基体の先端
に形成された弾性体プレートに伝播し、その弾性体プレ
ートが音叉型基体とともに基本対称屈曲振動で共振し、
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、効率のよい圧電ファンが得られる。
すなわち、音叉型基体における基本対称屈曲振動では、
自由振動でノードがその折り曲げられたほぼ中点とな
り、したがって、その部分を支持するようにすれば、そ
の支持部からの振動の洩れなどが生じない。したがっ
て、質量が大きくかつ強固な支持部が不要となり、従来
の片持ち梁構造の圧電ファンに比べて、より一層小型か
つ軽量化が期待できる。また、音叉型期待の先端に形成
された弾性体プレートが、対称に振動するので、片持ち
梁構造の圧電ファンに比べて、風量および風速とも飛躍
的に増大する。さらに、振動のもれが生じないので、そ
れが取りつけられるたとえばコンピュータのような他の
機器への悪影響が生じない。

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。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例を示す図解図である。圧電
ファン１０は、音叉型基体１２を含む。この音叉型基体
１２は、たとえばエリンバのような恒弾性材料からな
り、２つの辺１２ａおよび１２ｂを有する。この音叉型
基体１２の折り曲げられた中点１２ｃあるいはその近傍
が、支持部１４によって支持される。この支持部１４が
たとえばケース（図示せず）に固着されている。

音叉型基体１２の一辺１２ａには、その基体を挟んで一
対の圧電素子１６ａおよび１８ａが取りつけられる。こ
の圧電素子１４ａおよび１６ａ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、
それぞれの両主面には、たとえばＡｇ，ＮｉあるいはＡ
ｌなどからなる電極が、たとえば印刷，めっきもしくは
蒸着などの方法で形成される。このようにして、音叉型
基体の１辺１２ａと一対の圧電素子１６ａおよ１８ａと
によって、バイモルフ振動子が形成される。音叉型基体
１２の他の１辺１２ｂも一対の圧電素子１６ｂおよび１
８ｂとともに、バイモルフ振動子を形成する。このよう
なバイモルフ振動子は、この実施例では、屈曲振動を生
じる。

音叉型基体１２の２つの辺１２ａおよび１２ｂのそれぞ
れの先端には、たとえばプラスチックやガラスエポキシ
板のような弾性を有する樹脂で形成される弾性体プレー
ト２０ａおよび２０ｂが取り付けられる。そして、辺１
２ａおよび１２ｂと弾性体プレート２０ａおよび２０ｂ
とは、一体として基本対称屈曲モードで共振する。そし
て、これら弾性体プレート２０ａおよび２０ｂのそれぞ
れの厚み、幅および長さなどの寸法を調整することによ
り、たわみ量やたわみ角度を変えることができ、これら
を制御して風速最大となる寸法、形状に設定される。

バイモルフ振動子を構成する圧電素子１６ａおよび１８
ａならびに１６ｂおよび１８ｂは、それぞれ、第１図に
示す矢印方向に分極されている。圧電素子１６ａの電極
の一方と、圧電素子１８ａの電極の一方とが音叉型基体
１２の１辺１２ａを介して電気的に接続される。同じよ
うに、圧電素子１６ｂの電極の一方と圧電素子１８ｂの
電極の一方とが、音叉型基体１２の辺１２ｂを介して電
気的に接続される。そして、これら圧電振動子１６ａ，
１８ａ，１６ｂおよび１８ｂのそれぞれの他方電極が、
駆動源２２に接続される。

両端自由な音片の基本対称屈曲モードのノード点は両端
から約０．２２４ｌ（ｌはその音片の長さ）の位置にあ
るが、その音片を曲げていくとそのノード点は第２図に
示すように、次第に中点方向に移動することが知られて
いる。そして、このような音叉の基本振動では、そのノ
ードは第２図に示すように中点の極近傍でその中点を挟
んで２点で生じる。したがって、この２点を第１図に示
すような支持部１４で支持すれば、先端における振幅は
従来の片持ち梁構造のものと同等となる。この発明は、
このような原理を利用するものである。

駆動源２２によって音叉型基体１２のそれぞれ辺１２ａ
および１２ｂに形成されたバイモルフ振動子が弾性体プ
レート２０ａおよび２０ｂとともに基本対称屈曲モード
で振動する。そうすると、これら弾性体プレート２０ａ
および２０ｂの先端は、この第１図で点線で示すように
大きな振幅を生じる。そして、その際に風ベクトルは、
第３図に示すようになる。すなわち、それぞれの弾性体
プレート２０ａおよび２０ｂで発生される風のベクトル
前方が揃い、従来の片持ち梁構造のものに比べて、より
大きな風量および風速の風が発生されるのである。

次に発明者が行った実験の結果に基づいてこのことにつ
いてより詳しく説明する。

第４図は従来の片持ち梁構造の圧電ファンにおける風速
の分布を示し、第５図は第１図実施例における風速の分
布を示す。ただし、第４図に示す例では、片持ち支持部
を完全固定の場合として示している。もし、その固定が
完全でないならば、各点における風速はさらに減じられ
る。

この第４図および第５図からわかるように、第１図実施
例のように、音叉型基体１２と弾性体プレート２０ａお
よび２０ｂとを用いた場合には、従来の片持ち梁構造の
圧電ファンに比べて、２倍以上の風速が得られる。これ
は、音叉型の圧電振動子には、対称に振動するモードが
生じ、その基本モードを用いているため、効率が良いか
らである。また、前述のようにノードが第１図の支持部
１４のほぼ近傍に存在するため、この支持部１４の固定
が完全でなくても、風速の減少は殆どなく、もしその支
持部を自由のものとしても、各点においては９５％以上
の風速が得られた。

さらに、音叉型基体１２における振動のノードが安定
し、したがってそのＱが高いため駆動効率すなわち印加
電圧に体する弾性体プレート２０ａおよび２０ｂの振幅
およびそこから得られる風力が大きい。

また、一般に、この種の圧電ファンにおいては周波数の
温度特性あるいは経時変化よりも、風速および風量を重
視した材料を選ぶため、その共振周波数が安定しない。
そのため、従来圧電ファンの駆動源は、自励振または周
波数追尾型他励振の発振回路を用いている。この場合、
この実施例の音叉型圧電ファンのようにＱが高くかつ安
定していると、その発振回路における発振が安定し、特
に自励振の発振回路を用いた場合にはその効果が大き
い。

第６図はこの発明の他の実施例を示す図解図である。こ
の実施例では、第１図の実施例が音叉型基体１２とは異
なる材料の弾性体プレート２０ａおよび２０ｂを用いた
のに対し、弾性体プレート２０ａ′および２０ｂ′を、
音叉型基体１２のそれぞれの辺１２ａおよび１２ｂの延
長部として形成した。すなわち、第６図実施例では、弾
性体プレート２０ａ′および２０ｂ′は、音叉型基体１
２と同じ材料で構成されている。

第７図はこの発明のさらに他の実施例を示す図解図であ
る。この実施例では、音叉型基体１２の一方の辺１２ａ
にのみバイモルフ振動子を構成する。すなわち、この第
７図実施例では、第１図における圧電素子１６ｂ，１８
ｂが省略されている。このように、音叉型基体１２の一
方の辺にのみ圧電素子を取り付けてバイモルフ振動子を
構成しても、先に説明したと同じ効果が得られる。ただ
し、印加電圧に対する振幅や風量は、振動源が１つしか
ないために、それに応じて当然減少する。

第８図〜第１１図、それぞれ、この発明の異なる実施例
を示す図解図である。第８図および第９図の例は、それ
ぞれ、駆動源２２の接続が第１図実施例とは異なる。

第１０図および第１１図の例は、それぞれ、音叉型基体
１２の折り曲げ構造が第１図実施例とは異なる。

なお、上述の各実施例においては、音叉基体１２は１枚
の金属板を折り曲げて構成されているが、各辺１２ａお
よび１２ｂと基部（折り曲げ部）を別体で構成するよう
にしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図解図である。第２図は音叉型音片の場合のノード点の移行を説明する
図解図である。第３図は第１図実施例の風向きベクトルを示す図解図で
ある。第４図は従来の片持ち梁構造の圧電ファンにおける風速
の分布を示す図である。第５図は第１図実施例における風速の分布を示す図であ
る。第６図〜第１１図は、それぞれ、この発明の異なる実施
例を示す図解図である。図において、１０は圧電ファン、１２は音叉型基体、１
２ａ，１２ｂは、辺１４は支持部、１６ａ，１６ｂ，１
８ａ，１８ｂは圧電素子、２０ａ，２０ｂは弾性体プレ
ート、２２は駆動源を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの辺の先端が同じ方向に並ぶように折
り曲げられた音叉型基体、前記音叉型基体の少なくとも１辺に設けられ、基本対称
屈曲モードの振動を生じる圧電振動子、および前記音叉型基体の前記２つの辺のそれぞれの先端から延
びて形成されかつ前記音叉型基体とともに基本対称屈曲
モードで共振する弾性体プレートを備える、圧電ファ
ン。
【請求項２】前記弾性体プレートは前記音叉型基体と同
じ材料で形成される、特許請求の範囲第１項記載の圧電
ファン。
【請求項３】前記弾性体プレートは前記音叉型基体と異
なる材料で形成される、特許請求の範囲第１項記載の圧
電ファン。
【請求項４】前記音叉型基体の折り曲げられたほぼ中点
を支持するための支持部を備える、特許請求の範囲第１
項ないし第３項のいずれかに記載の圧電ファン。