(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電横効果振動する素材からなるフィルムで構成され、前記フィルムは両面にそれぞれ電極層を有し、前記フィルムは円筒形状に丸まって前記電極層が円筒の外周面と内周面にあり、
前記円筒形のフィルムの一端は閉止され、前記円筒形のフィルムの他方の開放端にパイプが連結され、
前記円筒形のフィルムと前記パイプとの連結部に前記パイプの内径よりも小さいオリフィスがあり、
前記パイプは、前記パイプの内周側空間と外周側空間を連通する孔を有し、
前記外周面と内周面の電極層間には交番電源を印加することができ、前記交番電源の印加によって前記円筒形のフィルムが半径方向に拡縮振動し、前記パイプに気流を生成するシンセティックジェットアクチュエータ。
【請求項２】
圧電横効果振動する素材からなるフィルムで構成され、前記フィルムは両面にそれぞれ電極層を有し、前記フィルムは円筒形状に丸まって前記電極層が円筒の外周面と内周面にあり、
前記円筒形のフィルムの両端を開放端とし、前記円筒形のフィルムの開放端にパイプが連結され、
前記円筒形のフィルムと前記パイプとの連結部に前記パイプの内径よりも小さいオリフィスがあり、
前記パイプは、前記パイプの内周側空間と外周側空間を連通する孔を有し、
前記外周面と内周面の電極層間には交番電源を印加することができ、前記交番電源の印加によって前記円筒形のフィルムが半径方向に拡縮振動し、前記パイプに気流を生成するシンセティックジェットアクチュエータ。
【請求項３】
前記円筒形のフィルムには前記電極層の非形成部分があり、前記電極層の非形成部分が保持部材によって保持されている請求項１または２記載のシンセティックジェットアクチュエータ。
【請求項４】
圧電横効果振動する素材からなるフィルムの両面に電極層を形成する工程と、
前記両面の電極間に成極電圧を印加しながら加熱しかつ冷却して圧電性を付与する工程と、
圧電性が与えられた前記フィルムを円筒形状に丸め、そのとき相対向する両側面同士を接合する工程と、を有するシンセティックジェットアクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンセティックジェットアクチュエータおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シンセティックジェットアクチュエータは、キャビティと、キャビティの容積を変動させることができる振動板と、キャビティに設けられたオリフィスを有することを基本構成とする。振動板を振動させると、オリフィスから空気の吹き出しと吸い込みを繰り返し、交番的に正と負の圧力を発生する。オリフィスから流出する正味の流量の時間平均はゼロであるが、オリフィスから空気が流出するとき空気の実質的な流量を生成することができる。シンセティックジェットアクチュエータは、回転部がなく、機構的な駆動部分もないため、小型で軽量なアクチュエータを得ることができる。
【０００３】
シンセティックジェットアクチュエータの例が特許文献１に記載されている。特許文献１記載のシンセティックジェットアクチュエータは、四角形の箱でチャンバを形成し、上記箱の一部を可撓壁とし、可撓壁を振動させて、上記箱に設けたオリフィスから空気の吹き出しと吸い込みを行わせる。特許文献１記載のシンセティックジェットアクチュエータは、生成する空気の噴流を、熱発生源の冷却に利用するもので、上記箱に複数のオリフィスが設けられている。
【０００４】
シンセティックジェットアクチュエータにおいて振動板の振動による交番圧力を得るための駆動方式には、プラズマ方式、ピエゾ型、そしてスピーカ型などがある。シンセティックジェットアクチュエータが空気の流れを発生するために振動板を駆動するとき、振動板の反作用によってシンセティックジェットアクチュエータが振動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４５５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、振動板が駆動されても振動の少ないシンセティックジェットアクチュエータおよびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータは、
圧電横効果振動する素材からなるフィルムで構成され、前記フィルムは両面にそれぞれ電極層を有し、前記フィルムは円筒形状に丸まって前記電極層が円筒の外周面と内周面にあり、
前記円筒形のフィルムの一端は閉止され、前記円筒形のフィルムの他方の開放端にパイプが連結され、
前記円筒形のフィルムと前記パイプとの連結部に前記パイプの内径よりも小さいオリフィスがあり、
前記パイプは、前記パイプの内周側空間と外周側空間を連通する孔を有し、
前記外周面と内周面の電極層間には交番電源を印加することができ、前記交番電源の印加によって前記円筒形のフィルムが半径方向に拡縮振動し、前記パイプに気流を生成することを最も主要な特徴とする。
【０００８】
本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータの製造方法は、
圧電横効果振動する素材からなるフィルムの両面に電極層を形成する工程と、
前記両面の電極間に成極電圧を印加しながら加熱しかつ冷却して圧電性を付与する工程と、
圧電性が与えられた前記フィルムを円筒形状に丸め、そのとき相対向する両側面同士を接合する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
円筒形のフィルムが半径方向に同時に拡径し、同時に縮径することにより、円筒の径方向の振動が相殺され、振動の少ないシンセティックジェットアクチュエータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータの実施例を示す斜視図である。
【図２】前記実施例の平面図である。
【図３】前記実施例の動作を説明するための縦断面図である。
【図４】本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータの製造方法の一工程を示す側面図である。
【図５】前記製造方法の別の工程を示す斜視図である。
【図６】本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータの保持構造の例を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータの保持構造の別の例を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータの別の実施例を示す縦断面図であって、（ａ）は一つの実施例、（ｂ）変形実施例を示す。
【図９】本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータのさらに別の実施例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータおよびその製造方法の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１、図２において、シンセティックジェットアクチュエータ１は、主要な部品として圧電横効果振動する素材からなるフィルム２を有している。圧電横効果振動する素材として、ポリフッ化ビニリデン（以下「ＰＶＤＦ」という）や圧電素子があるが、本実施例では、ＰＶＤＦのような可撓性のある素材を用いている。
【００１３】
フィルム２はもともと四角形のフィルムで、両面にそれぞれ電極層３，４を有している。四角形のフィルム２は円筒形状に丸まっていて、円筒の外周面と内周面に電極層３，４を有している。図示の例では円筒の外周面に電極層３が、内周面に電極層４がある。円筒形状に丸まることによって相対向するフィルム２の両側面は接着等によって接合されている。電極層３の相対向する両側面同士および電極層４の相対向する両側面同士は、電気的に結合してもよいし、結合しなくてもよい。円筒形状のフィルム２の中心軸線方向両端は開放している。
【００１４】
以上のように構成されたシンセティックジェットアクチュエータ１は、図３に示すように、外周側と内周側の電極層３，４間に交番電源５を印加することができる。電極層３，４間に交番電源５を印加すると、シンセティックジェットアクチュエータ１は、フィルム２の圧電横効果により、フィルム２の厚さ方向に振動する。
【００１５】
フィルム２は円筒形に丸められているため、図１〜図３に矢印で示すように、円筒の半径方向に拡縮振動する。フィルム２が拡径方向に振動するときは、円筒形のフィルム２の内部空間２１の容積が大きくなり、円筒の両端から空気が円筒内に吸い込まれる。フィルム２が縮径方向に振動するときは、内部空間２１の容積が小さくなり、上記円筒の両端から空気が吹き出される。
【００１６】
このようにして、円筒形のフィルム２の開放端に排出方向の気流と吸入方向の気流が交番的に生成される。シンセティックジェットアクチュエータ１は、円筒形のフィルム２が半径方向に同時に拡径し、同時に縮径するため、円筒の径方向の振動が相殺され、振動が少なくなる。シンセティックジェットアクチュエータ１は、フィルム２を円筒状に丸めた構成のため、構成が単純で、小型にすることができる。
【００１７】
フィルム２の素材をＰＶＤＦにすると、振動の状態を表すＱの値が低く、振動が減少しやすい性質がある。
シンセティックジェットアクチュエータ１の大きさによって共振周波数が異なるので、それに応じて交番電源５の周波数も調整するとよい。
【００１８】
次に、本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータの製造方法の実施例について、図４、図５を参照しながら説明する。
【００１９】
図４に示すように、まず、圧電横効果振動する素材からなる四角形のフィルム２の両面に電極層３，４を形成する。電極層３，４の材料の例として銀ペーストがある。銀ペーストをペイントのようにしてフィルム２の両面に塗り、溶剤を蒸発させることによって硬化させ、電極層３，４を形成する。
【００２０】
次に、電極層３，４間に直流の成極電圧源６を接続して高電圧かけ、直流電界を生成する。直流電界を生成したままフィルム２を加熱し、その後冷却する。こうすることにより、フィルム２に圧電性が与えられ、フィルム２は圧電横効果振動が可能になる。
【００２１】
次に、圧電性が与えられた四角形のフィルム２を、図５に示すように、円筒形状に丸め、そのとき相対向する両側面同士を接合する。接合は接着剤によって行ってもよいし、両面テープによって行ってもよい。
【００２２】
図６、図７は、上記実施例に係るシンセティックジェットアクチュエータ１の保持構造の例を示す。図６はシンセティックジェットアクチュエータ１を構成する円筒形のフィルム２の両端部外周を、ＲＴＶゴム８を介して保持部材７によって保持したものである。円筒形のフィルム２の両端部には電極層３の非形成部分があり、この電極層の非形成部分がＲＴＶゴム８を介して保持部材７により保持されている。フィルム２の両端に位置する保持部材７はそれぞれ上記円筒の外形に対応した大きさの円形の孔を有している。これらの孔に円筒形のフィルム２の両端部が挿入され、ＲＴＶゴム８を介して円筒形のフィルム２が保持されている。
【００２３】
前述のように、円筒形のフィルム２は半径方向に拡縮振動する。ＲＴＶゴム８は弾力性を有しているため、上記拡縮振動をＲＴＶゴム８が許容する。また、図６の例では、電極層３の非形成部分を保持部材７が保持しているため、保持部材７による保持部はフィルム２の拡縮振動源にはならない。よって、保持部材７によるフィルム２の拡縮振動が制限されることはなく、制限されるとしても僅かに制限されるだけである。
【００２４】
図７に示す例は、シンセティックジェットアクチュエータ１を構成する円筒形のフィルム２の中心軸線方向中央部の外周を、ＲＴＶゴム８を介して保持部材７によって保持した例である。円筒形のフィルム２の半径方向の拡縮振動をＲＴＶゴム８が許容する。
【００２５】
ここまで説明してきたシンセティックジェットアクチュエータ１にさらに構成を付加することによって、より効果的なシンセティックジェットアクチュエータを得ることができる。図８、図９はこのようなシンセティックジェットアクチュエータの第２の実施例および第３の実施例を示す。
【実施例２】
【００２６】
図８に示すシンセティックジェットアクチュエータの例は、前記シンセティックジェットアクチュエータ１を構成する円筒形のフィルム２の一端を閉止し、他方の開放端１５にパイプ１０が連結されたものである。図８（ａ）（ｂ）は、一つの実施例とその変形例をそれぞれ示している。
【００２７】
まず、図８（ａ）に示す実施例について説明する。図８（ａ）は、円筒形のフィルム２の中心軸線を上下方向に向けた状態を示している。フィルム２の下端が蓋１４で閉止され、フィルム２の上端の開放端１５に円筒形のパイプ１０が挿入されて連結されている。
【００２８】
円筒形のフィルム２とパイプ１０との連結部であるパイプ１０の下端には底板があり、この底板の中央部にはオリフィス１１が設けられている。したがって、オリフィス１１はパイプ１０の内径よりも小さい。パイプ１０は、円筒形のフィルム２との連結部の近くに、パイプ１０の内周側空間と外周側空間を連通する孔１２を有している。
【００２９】
円筒形のフィルム２の外周面と内周面にはそれぞれ前述の電極層が形成されていて、これらの電極層間に交番電源が印加され、円筒形のフィルム２が半径方向に拡縮振動する。円筒形のフィルム２が縮径するとき、フィルム２で形成されている円筒形の内部空間２１の空気が圧縮され、オリフィス１１からパイプ１０内に空気が流れ、パイプ１０の開放端１５から空気が噴出する。
【００３０】
パイプ１０の開放端１５から空気が噴出するときの空気の流れによってパイプ１０の孔１２付近の気圧が負圧になり、パイプ１０の外側の空気が孔１２からパイプ１０内に流入する。こうして、パイプ１０の開放端１５からの空気の噴出と、孔１２からパイプ１０内への空気の流入によって空気の循環経路ができる。
【００３１】
円筒形のフィルム２が拡径するとき、パイプ１０とオリフィス１１を通じて円筒形の内部空間２１内に空気が吸引される。前述のパイプ１０の開放端１５から空気が噴出するときは、オリフィス１１から直線的に空気が流れる。これに対し、内部空間２１内に空気が吸引されるときは、空気がパイプ１０の内部空間全体に広がってパイプ１０の内壁面に沿って流れる空気もあり、パイプ１０の空気の流れは緩やかである。
【００３２】
この空気の噴出時と空気の吸入時の空気の流れの非対称性によって、強い平均噴流が発生し、パイプ１０の開放端１５から強い気流が噴出する。
【００３３】
図８（ａ）に示すようなシンセティックジェットアクチュエータは、これを例えば除塵装置として利用することができる。除塵装置として利用する場合、パイプ１０の孔１２を、塵埃を捕捉するフィルタで覆っておく。シンセティックジェットアクチュエータを稼働させ、パイプ１０の開放端１５から強い気流を噴出させる。この噴出気流を塵埃除去対象に当て、気流の力で塵埃を吹き飛ばす。噴出気流は、前述の空気の循環経路を通って孔１２からパイプ１０内に向かって流れる。気流に交じっている塵埃は前記フィルタに捕捉され、前記噴出気流は常に清澄に保たれる。
【００３４】
次に、図８（ｂ）に示す変形実施例について説明する。図８（ｂ）に示す実施例が図８（ａ）に示す実施例と異なるのは、円筒形のフィルム２の一端の閉止構造である。図８（ａ）に示す実施例では、円筒形のフィルム２の一端を蓋１４で直接閉止していた。図８（ｂ）に示す変形実施例は、図８（ａ）に示す実施例の蓋１４に代えて、保持筒１３を用いている。円筒形のフィルム２の上端の開口にパイプ１０の下端部が嵌められて固着されている構成およびパイプ１０がオリフィス１１を有している構成は、図８（ａ）に示す実施例と同じである。
【００３５】
保持筒１３は、円筒形のフィルム２の外形よりもやや大きい内径を有する底付きの円筒形状をしており、円筒形のフィルム２のほぼ全体を覆うことができる長さがある。保持筒１３の上端には内向きの鍔１７が形成されている。保持筒１３の上端の開口から円筒形のフィルム２が保持筒１３内に挿入され、円筒形のフィルム２の上端部外周が、ＲＴＶゴム８を介して、保持筒１３の鍔１７に固着されている。円筒形のフィルム２とこれに連結されているパイプ１０は、保持筒１３で保持された構造になっている。
【００３６】
円筒形のフィルム２の下端は、実質的に保持筒１３で閉止された構造になっている。したがって、図８（ｂ）に示す変形実施例は、図８（ａ）に示す実施例と同様に動作し、図８（ａ）に示す実施例と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３７】
図９に示す実施例は、前述の通りに構成されているシンセティックジェットアクチュエータ１の両端が解放され、両方の開口端にそれぞれ前述のパイプ１０が連結された構成になっている。シンセティックジェットアクチュエータ１の主体をなす円筒形のフィルム２には、外周面と内周面に前述の電極層が形成されている。これらの電極層間に交番電源を印加すると、円筒形のフィルム２が半径方向に拡縮振動し、両方のパイプ１０の先端の開放端に気流が生成される。
【００３８】
両方のパイプ１０には、円筒形のフィルム２との連結部付近にオリフィスを設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係るシンセティックジェットアクチュエータは、前述のように塵埃除去装置として利用することができるほか、気流の噴出を利用する各種機器に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    シンセティックジェットアクチュエータ
２    フィルム
３    電極層
４    電極層
５    交番電源
６    成極電圧源
７    保持部材
８    ＲＴＶゴム
９    保持部材
１０    パイプ
１１    オリフィス
１２    孔
１３    保持筒
１４    蓋
１５    開放端
２１    内部空間
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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