(57)【要約】【課題】圧縮された弾性部材で振動板を支持する圧電ファンにおいて、弾性部材の固定端よりも自由端側への弾性部材の広がりを抑制する。【解決手段】揺動部１１４は、固定部１１５から送風方向に延伸しており、固定部１１５との接続箇所を固定端１１２として揺動可能である。圧電素子１２は、振動板１１の天面に配置されており、揺動部１１４と固定部１１５とに跨っている。弾性部材１４は、圧電素子１２の天面に配置されており、送風方向とは逆方向に固定端１１２から延伸している。支持体１６は、弾性部材１４の天面を覆って配置されており、底面が平面である平面部１６１と、底面が平面部１６１よりも凹んでいる凹状部１６２と、を有し、弾性部材１４を圧電素子１２との間で圧縮させる外力を弾性部材１４に付与している。凹状部１６１は、固定端１１２よりも送風方向とは逆方向側であって、弾性部材１４に接する面に設けられている。【選択図】  図１
2014055552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、前記固定部から送風方向に延伸しており、前記固定部との接続箇所を固定端として揺動可能な揺動部と、を有する振動板と、
前記振動板の少なくとも一方の主面に配置されており、前記揺動部と前記固定部とに跨っている圧電素子と、
前記圧電素子の前記振動板側の主面とは反対側の主面に配置されており、前記固定端から前記送風方向とは逆方向に延伸している弾性部材と、
前記弾性部材の前記圧電素子側の主面とは反対側の主面を覆って配置されており、前記弾性部材側の面が平面である平面部と、前記弾性部材側の面が前記平面部よりも凹んでいる凹状部と、を有し、前記弾性部材を前記圧電素子との間で圧縮させる外力を前記弾性部材に付与している支持体と、を備え、
前記凹状部は、前記固定端よりも送風方向とは逆方向側であって、前記弾性部材に接する面に設けられている、圧電ファン。
【請求項２】
前記揺動部として、前記固定部から互いに平行に延伸している複数の揺動部を備え、
前記圧電素子として、前記複数の揺動部それぞれと前記固定部とに跨っている複数の圧電素子を備え、
前記固定部における前記複数の圧電素子の間に、前記外力を前記支持体に付与している押圧部を備え、
前記支持体は、前記押圧部に押圧される位置に前記平面部を有する、
請求項１に記載の圧電ファン。
【請求項３】
前記支持体において、前記送風方向に沿う軸上の中心に垂直な面を対称面として、前記支持体の前記弾性部材側の面が面対称な形状である、請求項１または２に記載の圧電ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を駆動して振動させることで送風を行う圧電ファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＶ機器やコンピュータ等の発熱する部品を内蔵した電子機器では、冷却のために小型で静音性の高い圧電ファンが採用されることがある。圧電ファンは、片持ち梁状に支持された羽板部に圧電素子を取り付け、圧電素子を振動させることで羽板部を連続して撓ませるものである。
【０００３】
圧電素子を振動させて片持ち梁を撓ませる物として、圧電ファンの他に圧電アクチュエータがある（例えば特許文献１参照。）。図６は特許文献１を参考に構成した圧電ファンの従来例を説明する側面断面図である。
【０００４】
図６に示す圧電ファン１Ｐは、弾性シム板１１Ｐと、圧電素子１２Ｐと、圧電素子１３Ｐと、弾性部材１４Ｐと、支持部１５Ｐと、を備えている。圧電素子１２Ｐと圧電素子１３Ｐとは、弾性シム板１１Ｐの表裏面に貼付されている。支持部１５Ｐは、弾性シム板１１Ｐと圧電素子１２Ｐ，１３Ｐとを、弾性部材１４Ｐを介して片持ち梁状に支持する。弾性シム板１１Ｐの支持部１５Ｐに支持されていない端を自由端Ａ、弾性シム板１１Ｐの支持部１５Ｐに支持されている領域のうち自由端Ａ側の端を固定端Ｂと定義する。弾性部材１４Ｐは、エポキシ系の接着剤、硬質ゴム材、プラスチック材等の圧電体よりも弾性率の小さい材料から構成されている。弾性部材１４Ｐに圧電素子１２Ｐ，１３Ｐが接触するので、圧電素子１２Ｐ，１３Ｐが変形する際に支持部１５Ｐから圧電素子１２Ｐ，１３Ｐに作用する応力の集中が緩和される。そのため、応力集中による圧電素子１２Ｐ，１３Ｐの損壊を防ぐことができる。
【０００５】
ただし、このような構成の圧電ファン１Ｐにおいて、支持部１５Ｐによって圧電素子１２Ｐ，１３Ｐや弾性シム板１１Ｐを強固に支持するためには、支持部１５Ｐによって圧電素子１２Ｐ，１３Ｐの厚み方向（図６の上下方向）に弾性部材１４Ｐを圧縮させる必要がある。弾性部材１４Ｐが厚み方向に圧縮されることで弾性部材１４Ｐに縦ひずみが生じると、ポアソン効果によって弾性部材１４Ｐに横ひずみが生じ、弾性部材１４Ｐは圧電素子１２Ｐ，１３Ｐの平面方向（図６の左右方向）に広がり固定端Ｂよりも自由端Ａ側にはみ出すことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０３３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような圧電ファン１Ｐにおいては、弾性部材１４Ｐが固定端Ｂよりも自由端Ａ側にはみ出すと、圧電ファン１Ｐの固有振動数がばらつき、圧電ファン１Ｐの駆動時の振動特性が不安定になるという問題がある。
【０００８】
そこで本発明の目的は、支持体によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができる圧電ファンを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の圧電ファンは、振動板と、圧電素子と、弾性部材と、支持体と、を備える。振動板は、固定部と、揺動部と、を有する。揺動部は、固定部から送風方向に延伸しており、固定部との接続箇所を固定端として揺動可能である。圧電素子は、振動板の少なくとも一方の主面に配置されており、揺動部と固定部とに跨っている。弾性部材は、圧電素子の振動板側の主面とは反対側の主面に配置されており、送風方向とは逆方向に固定端から延伸している。支持体は、弾性部材の圧電素子側の主面とは反対側の主面を覆って配置されており、弾性部材側の面が平面である平面部と、弾性部材側の面が平面部よりも凹んでいる凹状部と、を有し、弾性部材を圧電素子との間で圧縮させる外力を弾性部材に付与している。凹状部は、固定端よりも送風方向とは逆方向側であって、弾性部材に接する面に設けられている。
【００１０】
この構成では、支持体の平面部が固定端と固定部とに設けられているので、支持体によって弾性部材が圧縮されたときに固定端を強固に支持することができる。
また、凹状部が固定端よりも送風方向とは逆方向側であって、弾性部材に接する面に形成されているので、支持体によって弾性部材が圧縮されたときに、凹状部に対向する弾性部材の領域が圧縮されず、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる変形の多くが凹状部において吸収される。このため、平面部における横ひずみによる変形が従来よりも抑制される。
すなわち、この構成では、支持部によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができる。これにより、圧電ファンの固有振動数のばらつきが抑制され、圧電ファンの駆動時の振動特性の安定化を図ることができる。
【００１１】
上述の圧電ファンは、揺動部として、固定部から互いに平行に延伸している複数の揺動部を備え、圧電素子として、複数の揺動部それぞれと固定部とに跨っている複数の圧電素子を備え、固定部における複数の圧電素子の間に、外力を支持体に付与する押圧部を備え、支持体は、押圧部に押圧される位置に平面部を有していてもよい。
この構成では、押圧部による挟着作業性を良好なものにできる。
【００１２】
上述の圧電ファンは、支持体において、送風方向に沿う軸上の中心に垂直な面を対称面として、支持体の弾性部材側の面が面対称な形状であってもよい。
この構成では、弾性部材が圧縮されることによる姿勢の変化が抑制され、より良好な振動特性を実現することが容易となる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、支持体によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンの側面図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は側面要部拡大図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る圧電ファンの斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る圧電ファンの分解斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る支持体の斜視図であり、（Ａ）は支持体の構成例、（Ｂ）は支持体の第１変形例、（Ｃ）は支持体の第２変形例である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る圧電ファンにおける弾性部材のはみ出し距離について説明する図であり、（Ａ）は圧電ファンのＸ軸方向位置を示す図、（Ｂ）は圧電ファンのＸ軸方向位置と弾性部材のはみ出し距離との関係について説明する図である。
【図６】圧電ファンの従来例を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
≪第１の実施形態≫
本発明の第１の実施形態に係る圧電ファン１について、図１を参照して説明する。ここで、図１における図中左右方向に沿う軸をＹ軸とする。また、図中上下方向に沿う軸をＺ軸とする。図面に垂直な方向に沿う軸をＸ軸とする。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は互いに直交している。そして、圧電ファンにおいてＹ軸正方向を送風方向と定義する。また、厚み方向がＺ軸に沿う板状の部材において、Ｚ軸正方向を向く面を天面、Ｚ軸負方向を向く面を底面と定義する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電ファン１の側面図（Ｙ−Ｚ面側面図）である。図１（Ｂ）は、圧電ファン１の部分拡大側面図（Ｙ−Ｚ面側面図）である。
【００１６】
圧電ファン１は、振動板１１と、圧電素子１２，１３と、弾性部材１４，１５と、支持体１６，１７と、押圧部１８，１９と、を備えている。
【００１７】
振動板１１は、厚み方向がＺ軸に沿う平板状であり、例えば金属からなる。具体的には、振動板１１は、Ｚ軸に沿う厚み寸法が０．１ｍｍのステンレススチールの平板からなる。振動板１１は、自由端１１１と、固定端（固定点）１１２と、基端１１３と、を有している。自由端１１１と、固定端１１２と、基端１１３とは、送風方向（Ｙ軸正方向）に向かって、基端１１３、固定端１１２、自由端１１１の順に並んでいる。即ち、振動板１１は、固定端１１２を経由して、基端１１３から自由端１１１までＹ軸に沿って延伸している。
【００１８】
また、振動板１１は、揺動部１１４と、固定部１１５と、を備えている。固定部１１５は、送風方向とは逆方向（Ｙ軸負方向）において、固定端１１２から基端１１３までの領域である。揺動部１１４は、固定端１１２から自由端１１１までの領域である。揺動部１１４は、固定端１１２を振動の節としてＺ軸方向に揺動可能である。固定部１１５は、外部構造体（不図示）に対して固定されている。
【００１９】
圧電素子１２，１３は、それぞれ、厚み方向がＺ軸に沿う平板状である。圧電素子１２，１３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる圧電体と、圧電体の天面と底面とのそれぞれに形成されている電極と、を備えている（いずれも不図示）。図１中に白抜きの矢印で示すように、圧電素子１２，１３は、いずれもＺ軸正方向に分極されている。
【００２０】
圧電素子１２は、振動板１１の一方の主面に、揺動部１１４と固定部１１５とに跨って設けられている。具体的には、圧電素子１２は、振動板１１の天面に設けられており、揺動部１１４の中程の位置から固定端１１２を超え基端１１３の直前の位置まで延伸している。
【００２１】
圧電素子１３は、振動板１１の他方の主面に、揺動部１１４と固定部１１５とに跨って設けられている。具体的には、圧電素子１３は、振動板１１の底面に設けられており、揺動部１１４の中程の位置から固定端１１２を超え基端１１３の直前の位置までに延伸している。
【００２２】
圧電体の振動板１１に当接する面に形成されている電極は、接地のための電極である。圧電体の振動板１１に当接する面とは反対側の面に形成されている電極は、駆動信号印加用の電極である。なお、振動板１１が導電体であり、振動板１１が接地される場合には、圧電体の振動板１１側の電極は省略することができる。
【００２３】
弾性部材１４，１５は、それぞれ、両平板面が平坦な平板状である。弾性部材１４，１５は、例えばエポキシ系の接着剤、硬質ゴム材、プラスチック材など、圧電体よりも弾性率が小さく絶縁性を持つ弾性材からなる。
【００２４】
弾性部材１４は、圧電素子１２の振動板１１側の主面とは反対側の主面に配置されている。具体的には、弾性部材１４は、圧電素子１２の天面に配置されており、圧電素子１２の固定端１１２に対向する位置から、基端１１３に対向する位置まで延伸している。
【００２５】
弾性部材１５は、圧電素子１３の振動板１１側の主面とは反対側の主面に配置されている。具体的には、弾性部材１５は、圧電素子１３の底面に配置されており、圧電素子１３の固定端１１２に対向する位置から、基端１１３に対向する位置まで延伸している。
【００２６】
支持体１６，１７は、それぞれ、両平板面が平坦な平板状である。支持体１６，１７は、それぞれ、例えばガラスエポキシ樹脂など、弾性部材１４，１５よりも弾性率の大きい絶縁材からなる。支持体１６と支持体１７とのうち、少なくとも一方は、図示していない外部構造体に直接固定される。
【００２７】
支持体１６は、弾性部材１４の圧電素子１２側の主面とは反対側の主面に配置されている。具体的には、支持体１６は、弾性部材１４の天面を覆うように配置されており、送風方向に沿う軸上において、弾性部材１４の送風方向（Ｙ軸正方向）側の端、すなわち固定端１１２よりも送風方向側の位置から、弾性部材１４の送風方向とは逆方向（Ｙ軸負方向）側の端よりも送風方向とは逆方向の位置まで延伸している。支持体１６は、圧電素子１２との間で弾性部材１４を圧縮させるＺ軸負方向の外力を、弾性部材１４に付与している。
【００２８】
支持体１７は、弾性部材１５の圧電素子１３側の主面とは反対側の主面に配置されている。具体的には、支持体１７は、弾性部材１５の底面を覆うように配置されており、送風方向に沿う軸上において、弾性部材１５の送風方向（Ｙ軸正方向）側の端、すなわち固定端１１２よりも送風方向側の位置から、弾性部材１５の送風方向とは逆方向（Ｙ軸負方向）側の端よりも送風方向とは逆方向の位置まで延伸している。支持体１７は、圧電素子１３との間で弾性部材１５を圧縮させるＺ軸正方向の外力を、弾性部材１５に付与している。
【００２９】
支持体１６は、弾性部材１４側の面が平面である平面部１６１と、弾性部材１４側の面が平面部１６１よりも凹んでいる凹状部１６２とを備えている。
平面部１６１は、少なくとも固定端１１２と揺動部１１４とを覆って設けられている。平面部１６１は、天面で押圧部１８の底面に接し、底面で弾性部材１４の天面に接している。
凹状部１６２は、固定端１１２よりも送風方向とは逆方向（Ｙ軸負方向）側に設けられている。凹状部１６２は、弾性部材１４の天面と支持体１６の底面との間に、切欠きによる間隙が設けられており、天面で押圧部１８の底面に接し、底面が弾性部材１４の天面から離間している。
すなわち、支持体１６において、凹状部１６２の底面から支持体１６の天面までの最短距離は、平面部１６１の底面から支持体１６の天面までの最短距離よりも短く、支持体１６は凹状部１６２で平面部１６１よりも凹となっている。支持体１６の凹状部１６２を除く領域は、平面部１６１である。
【００３０】
支持体１６は、送風方向に沿う軸上において、固定端１１２側の端と基端１１３側の端との間のＸ軸と平行な中心、すなわち支持体１６の前記送風方向に沿う軸上の中心に垂直なＸ−Ｚ面を対称面として、支持体１６が面対称な形状となるように、平面部１６１および凹状部１６２が設けられている。このようにして対称性を高めると、弾性部材１４が圧縮されることによる姿勢の変化が抑制され、良好な振動特性を実現することが容易となる。
【００３１】
支持体１７は、弾性部材１５側の面が平面である平面部１７１と、弾性部材１５側の面が平面部１７１よりも凹んでいる凹状部１７２とを備えている。
平面部１７１は、少なくとも固定端１１２と揺動部１１４とを覆って設けられている。平面部１７１は、天面で弾性部材１５の底面に接し、底面で押圧部１９の天面に接している。
凹状部１７２は、固定端１１２よりも送風方向とは逆方向（Ｙ軸負方向）側に設けられている。凹状部１７２は、弾性部材１５の底面と支持体１７の天面との間に切欠きによる間隙が設けられており、天面が弾性部材１５の底面から離間し、底面で押圧部１９の天面に接している。
すなわち、支持体１７において、支持体１７の底面から凹状部１７２の天面までの最短距離は、支持体１７の底面から平面部１６１の天面までの最短距離よりも短く、支持体１７は凹状部１６２で平面部１７１よりも凹となっている。支持体１７の凹状部１７２を除く領域は、平面部１７１である。
【００３２】
支持体１７は、送風方向に沿う軸上において、固定端１１２側の端と基端１１３側の端との間の中心、すなわち支持体１７の前記送風方向に沿う軸上の中心に垂直なＸ−Ｚ面を対称面として、支持体１７が面対称な形状となるように、平面部１７１および凹状部１７２が設けられている。このようにして対称性を高めると、弾性部材１５が圧縮されることによる姿勢の変化が抑制され、良好な振動特性を実現することが容易となる。
【００３３】
押圧部１８は、例えばクリップであり、弾性部材１４を支持体１６と圧電素子１２との間で圧縮させるＺ軸負方向の外力を、支持体１６に付与している。
押圧部１９は、例えばクリップであり、弾性部材１５を支持体１７と圧電素子１３との間で圧縮させるＺ軸正方向の外力を、支持体１７に付与している。
具体的には、押圧部１８，１９を設けない場合の、振動板１１と圧電素子１２，１３と弾性部材１４，１５と支持体１６，１７とからなる積層体の厚み寸法よりも、押圧部１８と押圧部１９との最短距離が狭く設定されている。即ち、押圧部１８，１９は、弾性部材１４，１５が圧縮された状態となるような間隔で固定されている。
【００３４】
このような構成の圧電ファン１では、対向して設けられている圧電素子１２，１３と振動板１１とが、バイモルフ振動子を構成する。圧電素子１２と圧電素子１３は、駆動電圧が印加された際に、おのおの振動板１１に当接する面に形成されている電極が、接地のための電極となり、振動板１１に当接する面とは反対側の面に形成されている電極が、駆動信号印加用の電極となる。すなわち、Ｚ軸に沿う電界の作用方向が圧電素子１２と圧電素子１３とで逆向きになる。一方、圧電素子１２と圧電素子１３とでは、図１（Ｂ）に示すように、Ｚ軸に沿う分極方向が一致している。
【００３５】
そのため、圧電素子１２と圧電素子１３とでは、Ｘ−Ｙ面における広がり振動が逆位相で励起する。具体的には、圧電素子１２がＸ−Ｙ面において伸長するように変形する場合には圧電素子１３がＸ−Ｙ面において収縮するように変形し、圧電素子１２がＸ−Ｙ面において収縮するように変形する場合には圧電素子１３がＸ−Ｙ面において伸長するように変形することになる。そして、振動板１１は、揺動部１１４がＺ軸に沿う方向に揺動し、空気が送風方向（Ｙ軸正方向）に送風されることになる。
【００３６】
この圧電ファン１では、圧電素子１２，１３と支持体１６，１７との間に、弾性部材１４，１５が設けられ、圧電素子１２，１３に支持体１６，１７が直接接触することを防いでいる。これにより、圧電素子１２，１３が屈曲する際に、弾性部材１４，１５や支持体１６，１７から圧電素子１２，１３に作用する応力が、固定端１１２の近傍に集中することを防ぐことができる。したがって、圧電素子１２，１３に作用する応力を緩和して圧電素子１２，１３が損壊することを防ぐことができる。
【００３７】
また、支持体１６，１７は、平面部１６１，１７１が少なくとも固定端１１２と揺動部１１４とを覆って設けられている。そして、押圧部１８，１９により支持体１６，１７が押圧されて、支持体１６，１７により弾性部材１４，１５が押圧されて、平面部１６１，１７１に対向する弾性部材１４，１５の領域が圧縮されている。したがって、弾性部材１４，１５を設けていても、振動板１１において固定端１１２を強固に支持することができる。
【００３８】
また、支持体１６，１７は、凹状部１６２，１７２が固定端１１２よりも送風方向とは逆方向（Ｙ軸負方向）側であって、弾性部材１４，１５に接する面に形成されている。このため、支持体によって弾性部材１４，１５が圧縮されたときに、凹状部に対向する弾性部材の領域が圧縮されず、ポアソン効果によって弾性部材１４，１５に生じる横ひずみによる変形の多くが凹状部１６２，１７２において吸収される。これにより、平面部１６１，１７１に対向する弾性部材１４，１５の領域が圧縮されてポアソン効果によるＹ軸に沿う方向の変形が生じていても、凹状部１６２，１７２に対向する弾性部材１４，１５の領域では、ポアソン効果によるＹ軸に沿う方向の変形が殆ど生じることがない。したがって、弾性部材１４，１５が固定端１１２よりも送風方向（Ｙ軸正方向）にはみ出す距離を従来よりも抑制できる。これにより、圧電ファン１の固有振動数のばらつきが抑制され、圧電ファン１の駆動時の振動特性の安定化を図ることができる。
【００３９】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態に係る圧電ファンについて、図２〜５を参照して説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る圧電ファン１Ａの斜視図である。図３は、圧電ファン１Ａの分解斜視図である。
【００４０】
圧電ファン１Ａは、振動板１１Ａと、圧電素子１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ，１３１Ａ，１３２Ａ，１３３Ａと、弾性部材１４Ａ，１５Ａと、支持体１６Ａ，１７Ａと、押圧部１８Ａ，１９Ａと、を備えている。
【００４１】
振動板１１Ａは、厚み方向がＺ軸に沿う平板状であり、例えば金属からなる。また、振動板１１Ａは、３枚の羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａと、ベース部１１９Ａと、を備えている。
【００４２】
ここで、本実施形態においては、羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａと、ベース部１１９Ａとの接続箇所が固定端１１２Ａとなり、羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａがそれぞれ揺動部１１４Ａに相当し、ベース部１１９Ａが固定部１１５Ａに相当するように、圧電ファン１Ａを構成する。即ち、送風方向に沿う軸上において、弾性部材１４Ａ，１５Ａの送風方向（Ｙ軸正方向）側の端を、羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａと、ベース部１１９Ａとの接続箇所に一致させている。これにより、羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａそれぞれの送風方向（Ｙ軸正方向）側の端は自由端１１１Ａに相当することになり、ベース部１１９Ａの送風方向の逆方向（Ｙ軸負方向）側の端は基端１１３Ａに相当することになる。
【００４３】
ベース部１１９Ａは、Ｘ軸に沿う方向に長尺である。羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａは、固定端１１２Ａから送風方向（Ｙ軸正方向）に延伸されている。羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａは、送風方向（Ｙ軸正方向）に沿って所定の間隔で、羽板部１１７Ａ、羽板部１１６Ａ、羽板部１１８Ａの順に配列されている。両端の羽板部１１７Ａ，１１８Ａは、互いに略同じ形状で形成されている。中央の羽板部１１６ＡのＸ軸に沿う方向の長さは、両端の羽板部１１７Ａ，１１８Ａの約２倍である。羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８ＡのＹ軸に沿う方向の長さは、いずれも略同じである。
【００４４】
なお、羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａと、ベース部１１９Ａとの接続箇所を、必ずしも固定端１１２Ａとする必要はない。後述する弾性部材１４Ａ，１５Ａを、羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａのベース部１１９Ａ近傍の領域に重なるように配置し、固定端１１２Ａを羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａの中頃に設けるようにしてもよい。
【００４５】
羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａは、固定端１１２Ａを振動の節としてＺ軸に沿って揺動可能である。圧電ファン１Ａは、羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａを隣り合う羽板部がおのおの逆位相で振動するように、それぞれをＺ軸に沿って揺動させ、送風方向（Ｙ軸正方向）への送風を行う。
【００４６】
ベース部１１９Ａは、外部構造体（不図示）に対して固定されている。また、ベース部１１９Ａは、図３に示す２つの締結用孔１１９１Ａを備えている。２つの締結用孔１１９１Ａは、それぞれ、後述する押圧部１８Ａの一部が挿入される貫通孔であり、ベース部１１９Ａの天面と底面とに貫通している。第１の締結用孔１１９１Ａは、ベース部１１９Ａの羽板部１１６Ａが連結されている領域と、羽板部１１７Ａが連結されている領域とに挟まれる領域の中央に設けられている。第２の締結用孔１１９１Ａは、ベース部１１９Ａの羽板部１１６Ａが連結されている領域と、羽板部１１８Ａが連結されている領域とに挟まれる領域の中央に設けられている。
【００４７】
圧電素子１２１Ａ，１３１Ａ，１２２Ａ，１３２Ａ，１２３Ａ，１３３Ａは、それぞれ、厚み方向がＺ軸に沿う平板状である。圧電素子１２１Ａ，１３１Ａ，１２２Ａ，１３２Ａ，１２３Ａ，１３３Ａは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる圧電体と、圧電体の天面と底面とのそれぞれに形成されている電極と、を備えている（いずれも不図示）。
【００４８】
圧電素子１２１Ａは、Ｙ軸に沿って羽板部１１６Ａとベース部１１９Ａとに跨るように、振動板１１Ａの天面に配置されている。圧電素子１３１Ａは、Ｙ軸に沿って羽板部１１６Ａとベース部１１９Ａとに跨るように、振動板１１Ａの底面に配置されている。また、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａは、いずれもＺ軸正方向に分極されている。
【００４９】
圧電素子１２２Ａは、Ｙ軸に沿って羽板部１１７Ａとベース部１１９Ａとに跨るように、振動板１１Ａの天面に配置されている。圧電素子１３２Ａは、Ｙ軸に沿って羽板部１１７Ａとベース部１１９Ａとに跨るように、振動板１１Ａの底面に配置されている。また、圧電素子１２２Ａ，１３２Ａは、いずれもＺ軸負方向に分極されている。
【００５０】
圧電素子１２３Ａは、Ｙ軸に沿って羽板部１１８Ａとベース部１１９Ａとに跨るように、振動板１１Ａの天面に配置されている。圧電素子１３３Ａは、Ｙ軸に沿って羽板部１１８Ａとベース部１１９Ａとに跨るように、振動板１１Ａの底面に配置されている。また、圧電素子１２３Ａ，１３３Ａは、いずれもＺ軸負方向に分極されている。
【００５１】
圧電体の振動板１１Ａに当接する面に形成されている電極は、接地のための電極である。圧電体の振動板１１Ａに当接する面とは反対側の面に形成されている電極は、駆動信号印加用の電極である。なお、振動板１１Ａが導電体であり、振動板１１Ａが接地される場合には、圧電体の振動板１１Ａ側の電極は省略することができる。
【００５２】
弾性部材１４Ａ，１５Ａは、両平板面が平坦な平板状である。弾性部材１４Ａ，１５Ａは、例えばエポキシ系の接着剤、硬質ゴム材、プラスチック材など、圧電体よりも弾性率が小さく絶縁性を持つ弾性材からなる。
【００５３】
弾性部材１４Ａは、Ｘ軸に沿って圧電素子１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａの天面に跨るように配置されている。弾性部材１４Ａは、図３に示す２つの締結用孔１４１Ａを備えている。２つの締結用孔１４１Ａは、それぞれ、押圧部１８Ａの一部が挿入される貫通孔であり、弾性部材１４Ａの天面と底面とに貫通している。第１の締結用孔１４１Ａは、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２２Ａ，１３２Ａとに挟まれる領域の中央に設けられている。第２の締結用孔１４１Ａは、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２３Ａ，１３３Ａとに挟まれる領域の中央に設けられている。
【００５４】
弾性部材１５Ａは、Ｘ軸に沿って圧電素子１３１Ａ，１３２Ａ，１３３Ａの底面に跨るように配置されている。弾性部材１５Ａは、図３に示す２つの締結用孔１５１Ａを備えている。２つの締結用孔１５１Ａは、それぞれ、押圧部１８Ａの一部が挿入される貫通孔であり、弾性部材１５Ａの天面と底面とに貫通している。第１の締結用孔１５１Ａは、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２２Ａ，１３２Ａとに挟まれる領域の中央に設けられている。第２の締結用孔１５１Ａは、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２３Ａ，１３３Ａとに挟まれる領域の中央に設けられている。
【００５５】
支持体１６Ａ，１７Ａは、それぞれ、両平板面が平坦な平板状である。支持体１６Ａ，１７Ａは、それぞれ、例えばガラスエポキシ樹脂など、弾性部材１４Ａ，１５Ａよりも弾性率の大きい絶縁材からなる。支持体１６Ａと支持体１７Ａとのうち、少なくとも一方は、図示していない外部構造体に直接固定される。
【００５６】
支持体１６Ａは、弾性部材１４Ａの天面を覆うように配置されており、送風方向に沿う軸上において、弾性部材１４Ａの送風方向（Ｙ軸正方向）側の端、すなわち固定端１１２Ａよりも送風方向側の位置から、弾性部材１４Ａの送風方向とは逆方向（Ｙ軸負方向）側の端よりも送風方向とは逆方向の位置まで延伸している。また、支持体１６Ａは、図３に示す２つの締結用孔１６３Ａを備えている。２つの締結用孔１６３Ａは、それぞれ、押圧部１８Ａの一部が挿入される貫通孔であり、支持体１６Ａの天面と底面とに貫通している。第１の締結用孔１６３Ａは、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２２Ａ，１３２Ａとに挟まれる領域の中央に設けられている。第２の締結用孔１６３Ａは、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２３Ａ，１３３Ａとに挟まれる領域の中央に設けられている。支持体１６Ａは、圧電素子１２Ａとの間で弾性部材１４Ａを圧縮させるＺ軸負方向の外力を、弾性部材１４Ａに付与している。
【００５７】
支持体１７Ａは、弾性部材１５Ａの底面を覆うように配置されており、送風方向に沿う軸上において、弾性部材１５Ａの送風方向（Ｙ軸正方向）側の端、すなわち固定端１１２Ａよりも送風方向側の位置から、弾性部材１５Ａの送風方向とは逆方向（Ｙ軸負方向）側の端よりも送風方向とは逆方向の位置まで延伸している。また、支持体１７Ａは、図３に示す２つの締結用孔１７３Ａを備えている。２つの締結用孔１７３Ａは、それぞれ、押圧部１８Ａの一部が挿入される貫通孔であり、支持体１７Ａの天面と底面とに貫通している。第１の締結用孔１７３Ａは、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２２Ａ，１３２Ａとに挟まれる領域の中央に設けられている。第２の締結用孔１７３Ａは、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２３Ａ，１３３Ａとに挟まれる領域の中央に設けられている。支持体１７Ａは、圧電素子１３Ａとの間で弾性部材１５Ａを圧縮させるＺ軸正方向の外力を、弾性部材１５Ａに付与している。
【００５８】
また、支持体１６Ａは、弾性部材１４Ａ側の面が平面である平面部１６１Ａと、弾性部材１４Ａ側の面が平面部１６１Ａよりも凹んでいる凹状部１６２Ａとを有している。支持体１７Ａは、弾性部材１５Ａ側の面が平面である平面部１７１Ａと、弾性部材１５側の面が平面部１７１Ａよりも凹んでいる凹状部１７２Ａとを有している。平面部１６１Ａ，１７１Ａおよび凹状部１６２Ａ，１７２Ａの構成の詳細は後述する。
【００５９】
押圧部１８Ａは、弾性部材１４Ａを支持体１６Ａと圧電素子１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａとの間で圧縮させるＺ軸負方向の外力を、支持体１６Ａに付与している。これにより支持体１６Ａは、圧電素子１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａとの間で弾性部材１４Ａを圧縮させるＺ軸負方向の外力を、弾性部材１４Ａに付与している。より具体的には、ここでの押圧部１８Ａは、２つのボルトであり、それぞれのボルトのねじ切り部が、締結用孔１６３Ａ，１４１Ａ，１１９１Ａ，１５１Ａ，１７３Ａに挿入され、それぞれのボルトの頭部が、支持体１６Ａの天面に接している。
【００６０】
押圧部１９Ａは、弾性部材１５Ａを支持体１７Ａと圧電素子１３１Ａ，１３２Ａ，１３３Ａとの間で圧縮させるＺ軸正方向の外力を、支持体１７Ａに付与している。これにより支持体１７Ａは、圧電素子１３１Ａ，１３２Ａ，１３３Ａとの間で弾性部材１５Ａを圧縮させるＺ軸正方向の外力を、弾性部材１５Ａに付与している。より具体的には、ここでの押圧部１９Ａは、２つのナットであり、それぞれ支持体１７Ａの底面を介して、押圧部１８Ａのねじ切り部の先端に締結されている。したがって、弾性部材１４Ａ，１５Ａは圧縮された状態となる。
【００６１】
このような構成の圧電ファン１Ａにおいては、羽板部１１６Ａおよび圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、羽板部１１７Ａおよび圧電素子１２２Ａ，１３２Ａと、羽板部１１８Ａおよび圧電素子１２３Ａ，１３３Ａと、のそれぞれがバイモルフ振動子を構成する。
【００６２】
各バイモルフ振動子は、駆動電圧が印加された際に、おのおの振動板１１に当接する面に形成されている電極が、接地のための電極となり、振動板１１に当接する面とは反対側の面に形成されている電極が、駆動信号印加用の電極となる。各バイモルフ振動子に印加する電圧は同一である。すなわち、各バイモルフ振動子のＺ軸に沿う電界の作用方向が同一となる。そして、圧電素子１２１Ａ，１３１Ａと、圧電素子１２２Ａ，１３２Ａおよび圧電素子１２３Ａ，１３３Ａとでは、Ｚ軸に沿う分極方向が逆であるため、羽板部１１６Ａと羽板部１１７Ａ，１１８Ａは逆の位相で揺動する。このように揺動させることにより、圧電ファン１Ａにおいて、羽板部１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａからベース部１１９Ａに伝わる振動は相殺され、ベース部１１９Ａの固定がより安定することになる。
【００６３】
図４（Ａ）は、支持体１６Ａの構成例を示す斜視図である。なお、支持体１７Ａの構成は支持体１６Ａの構成と同様である。
【００６４】
支持体１６Ａは、３つの凹状部１６２Ａと、支持体１６Ａの３つの凹状部１６２Ａを除く領域に設けられている平面部１６１Ａと、を備えている。３つの凹状部１６２Ａは、それぞれ、支持体１６Ａの一方の主面において、平面部１６１Ａよりも凹んでいる。平面部１６１Ａは、固定端１１２Ａとベース部１１９Ａとに跨るように、弾性部材１４Ａに重ねられる。凹状部１６２Ａは、送風方向の逆方向（Ｙ軸負方向）に固定端１１２Ａと離れる位置から、送風方向の逆方向（Ｙ軸負方向）に延伸するように、弾性部材１４Ａに重ねられる。
【００６５】
また、３つの凹状部１６２Ａは、Ｘ軸に沿って間隔をあけて並んでおり、それぞれ異なる圧電素子に対向し、Ｘ軸に沿う方向を向く両端部が、対向する圧電素子よりも外側にはみ出すように設けられる。
【００６６】
各凹状部１６２Ａは、平面視して、Ｘ軸に沿う方向を長手方向とし、Ｙ軸に沿う方向を短手方向として形成されている。また、各凹状部１６２Ａは、それぞれ、支持体１６Ａの送風方向（Ｙ軸正方向）側の端から一定寸法離れる位置から、支持体１６Ａの送風方向の逆方向（Ｙ軸負方向）側の端から一定寸法離れる位置までに形成されている。
【００６７】
なお、ここでは、３つの凹状部１６２Ａの間に挟まれる領域には、平面部１６１Ａが設けられており、その領域の中心に締結用孔１６３Ａが形成されている。締結用孔１６３Ａの周囲が平面部１６１Ａとされていることで、押圧部１８Ａ，１９Ａによる挟着作業性を良好なものにできる。
【００６８】
また、ここでは、支持体１６Ａの送風方向（Ｙ軸正方向）側の端と送風方向の逆方向（Ｙ軸負方向）側の端との間の中心に垂直なＸ−Ｚ面を対称面として、支持体１６Ａの弾性部材１４Ａに対向する領域が面対称な形状になるように、平面部１６１Ａと凹状部１６２Ａとは形成されている。したがって、平面部１６１Ａと凹状部１６２Ａとは面対称に弾性部材１４Ａに対向する。このようにして対称性を高めておけば、弾性部材１４Ａと支持体１６Ａとのずれや、姿勢の変動が抑制され、良好な振動特性を実現することが容易となる。
【００６９】
次に、圧電ファン１Ａの実施例における弾性部材のはみ出し距離について説明する。
【００７０】
図５（Ａ）は、上述の支持体１６Ａを備える圧電ファン１Ａの実施例におけるＸ軸方向位置を示す図である。図５（Ｂ）は、圧電ファン１Ａの実施例におけるＸ軸方向位置と弾性部材のはみ出し距離との関係について説明する図である。
【００７１】
ここでは、実施例として凹状部を有する支持体１６Ａを備える圧電ファン１Ａを用い、比較例として凹状部のない支持体を備える比較例の圧電ファンを用い、押圧部によってＺ軸方向の外力を付与した後、おのおの弾性部材の固定端からのはみ出し距離を測定して比較を行った。
【００７２】
圧電ファン１Ａの固定部のＸ軸方向の寸法は５０ｍｍ、Ｙ軸方向の寸法は６ｍｍとした。中央の羽板部のＸ軸方向の寸法は、２０ｍｍとした。両端の羽板部のＸ軸方向の寸法は、おのおの１０ｍｍとした。各羽板部のＹ軸方向の寸法はおのおの４４ｍｍとした。圧電素子の揺動部側のＹ軸寸法は、１３ｍｍとした。また、図示していないが、振動板のＺ軸方向の寸法は、０．１ｍｍとした。圧電素子のＺ軸方向の寸法は、０．１ｍｍとした。弾性部材の非圧縮状態でのＺ軸方向の寸法は、１．５ｍｍとした。弾性部材の圧縮状態でのＺ軸方向の寸法は、１．１ｍｍとした。支持体のＺ軸方向の寸法は、２．０ｍｍとした。支持体の凹状部のＺ軸方向の寸法は、０．５ｍｍとした。
【００７３】
なお、圧電ファン１Ａと比較例の圧電ファンとの異なる点は、支持体の凹状部のみであり、その他の構成部材の材料や寸法、測定条件等は全て同一とした。
【００７４】
比較例の圧電ファンにおいては、支持体に凹状部が設けられていないために、圧電ファンのＸ軸方向位置によらず、弾性部材のＹ軸方向はみ出し距離は約０．３９ｍｍで一定であった。これに対して、実施例の圧電ファン１Ａにおいては、圧電素子に対向する中心位置（Ｘ軸方向位置０）において、弾性部材のＹ軸方向はみ出し距離が約０．３２ｍｍであり、最もＹ軸方向のはみ出し距離が長い押圧部においても約０．３７ｍｍであった。この結果から、凹状部を有する支持体を備える圧電ファンでは、従来よりもＹ軸方向のはみ出し距離が抑制できるといえる。
【００７５】
なお、実施例の圧電ファン１Ａでは、押圧部において弾性部材のはみ出す先に羽板部が設けられていないので、押圧部にて弾性板のＹ軸方向はみ出し距離が大きくなったとしても、羽板部（揺動部）の振動特性には殆ど影響が及ぼされない。
【００７６】
以上の結果より、支持体によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができることがわかる。すなわち、この構成では、支持部によって弾性部材が圧縮されたとしても、ポアソン効果によって弾性部材に生じる横ひずみによる弾性部材の固定端よりも自由端側への広がりを従来よりも抑制することができる。これにより、圧電ファンの固有振動数のばらつきが抑制され、圧電ファンの駆動時の振動特性の安定化を図ることができる。
【００７７】
図４（Ｂ）に、第２の実施形態における支持体の第１変形例を示す斜視図を示す。第１変形例が前述の第２の実施形態と異なる点は、支持体１６Ａ，１７Ａに設けられている切欠きの位置、すなわち凹状部１６２Ａ，１７２Ａの位置である。その他の構成については第２の実施形態と同じであるため、記載を省略する。
【００７８】
図４（Ｂ）に示す支持体１６Ｂは、３つの凹状部１６２Ｂと、支持体１６Ｂの３つの凹状部１６２Ｂを除く領域に設けられている平面部１６１Ｂと、を備えている。ここでは、３つの凹状部１６２Ｂのうちの両脇に配置されている２つの凹状部１６２Ｂが、先に説明した支持体１６Ａと異なり、それぞれ、Ｘ軸に沿って延伸し、外側の一端が支持体１６Ｂの側面に連通する有底の切欠き状に成形されている。前述の支持体１６Ａ、１７Ａに替えて、このような支持体１６Ｂ、１７Ｂを用いても、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
図４（Ｃ）に、第２の実施形態における支持体の第２変形例を示す斜視図を示す。第２変形例が前述の第２の実施形態と異なる点は、支持体１６Ａ，１７Ａに設けられている切欠きの位置、すなわち凹状部１６２Ａ，１７２Ａの位置である。その他の構成については第２の実施形態と同じであるため、記載を省略する。
【００８０】
図４（Ｃ）に示す支持体１６Ｃは、支持体１６Ａと同様、３つの凹状部１６２Ｃと、支持体１６Ｃの３つの凹状部１６２Ｃを除く領域に設けられている平面部１６１Ｃと、を備えている。本第２変形例では、３つの凹状部１６２Ｂが、それぞれ、送風方向の逆方向（Ｙ軸負方向）に延伸し、送風方向の逆方向（Ｙ軸負方向）側の端部が支持体１６Ｂの側面に連通する有底の切欠き状に成形されている。前述の支持体１６Ａ、１７Ａに替えて、このような支持体１６Ｃ、１７Ｃを用いても、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
上述の各実施形態では、圧電素子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。
【００８２】
また、上述の説明では、３枚の羽板部や、１つの揺動部を設ける実施形態を示したが、本発明は、羽板部の数によって限定されるものではない。また、隣接する羽板部に設けられたバイモルフ振動子を構成する圧電体の分極方向をおのおの異ならせて構成し、中央の羽板部と両端の羽板部とが逆の位相で揺動する実施形態を示したが、隣接する羽板部に設けられたバイモルフ振動子を構成する圧電体の分極方向をおのおの一致するように構成し、全ての羽板部を同じ位相で揺動させてもよい。
【００８３】
また、上述の各実施形態では、支持体１６，１７は、それぞれ、両平板が平坦な平板状
であるとしたが、これに限るものではない。例えば、支持体１６，１７の弾性部材側の面と反対側の部分は、必ずしも平坦でなくても構わない。
【００８４】
また、上述の各実施形態では、弾性部材１４，１５は、それぞれ、両平板が平坦な平板状であるとしたが、これに限るものではない。
【００８５】
また、上述の各実施形態では、圧電素子１２，１３と振動板１１とによりバイモルフ振動子を構成する例を示したが、圧電素子１２，１３のうちの一方のみを設けて、ユニモルフ振動子を構成するようにしてもよい。なお、その場合は、前述の構成から一方の圧電素子のみを省いて圧電ファンを構成してもよいし、一方の圧電素子側に設けられている弾性部材や支持体も省くように、圧電ファンを構成してもよい。
【００８６】
また、上述の各実施形態では、２つの支持体によりバイモルフ振動子を挟持する実施形態を示したが、何らかの固定方法、例えば接着などの他の方法で、バイモルフ振動子を固定するように構成してもよい。その場合、支持体は１つであってもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１，１Ａ…圧電ファン
１１，１１Ａ…振動板
１２，１３…圧電素子
１４，１５，１４Ａ，１５Ａ…弾性部材
１６，１７，１６Ａ，１７Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…支持体
１８，１９，１８Ａ，１９Ａ…押圧部
１１１，１１１Ａ…自由端
１１２，１１２Ａ…固定端
１１３，１１３Ａ…基端
１１４，１１４Ａ…揺動部
１１５，１１５Ａ…固定部
１１６Ａ，１１７Ａ，１１８Ａ…羽板部
１１９Ａ…ベース部
１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａ，１３１Ａ，１３２Ａ，１３３Ａ…圧電素子
１６３Ａ，１４１Ａ，１１９１Ａ，１５１Ａ，１７３Ａ…締結用孔
１６１，１７１，１６１Ａ，１７１Ａ，１６１Ｂ，１６１Ｃ，１７１，１７１Ａ…平面部
１６２，１７２，１６２Ａ，１７２Ａ，１６２Ｂ，１６２Ｃ，１７２，１７２Ａ…凹状部
【図１】
2014055552.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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