(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成でありながら高い効率を有する圧電モータを提供する。【解決手段】圧電モータ１０は、平行四辺形の恒弾性体２０を二枚の圧電セラミックス３０，４０で挟んでなるステータ１１と、平行四辺形の一辺に接する円柱状のロータ１２とを備え、平行四辺形の頂点に突起部２１が設けられたものである。詳しくは、平行四辺形は鋭角の頂点２２及び鈍角の頂点２３並びに短辺２４及び長辺２５を有し、二枚の圧電セラミックス３０，４０は鋭角の頂点２２を含む短辺２４を外に出して恒弾性体２０を挟み、ロータ１２は短辺２４の突起部２１近傍に接し、突起部２１は鋭角の頂点２２に設けられている。【選択図】        図１
2004289880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行四辺形の恒弾性体を二枚の圧電セラミックスで挟んでなるステータと、前記平行四辺形の一辺に接する円柱状のロータとを備え、前記平行四辺形の頂点に突起部が設けられた、
圧電モータ。
【請求項２】
前記平行四辺形は鋭角及び鈍角の頂点並びに短辺及び長辺を有し、前記二枚の圧電セラミックスは前記鋭角の頂点を含む前記短辺を外に出して前記恒弾性体を挟み、前記ロータは前記短辺に接し、前記突起部は前記鋭角の頂点に設けられた、
請求項１記載の圧電モータ。
【請求項３】
圧電モータを用いて羽根車を回転させるファンにおいて、
前記圧電モータは、円柱状のロータと、このロータの半径方向に設置され当該ロータに接して回転力を与えるステータとを有し、
前記ロータが前記羽根車の回転軸となっている、又は前記ロータが前記羽根車の回転軸に連結されている、
ことを特徴とするファン。
【請求項４】
圧電モータを用いて羽根車を回転させるファンにおいて、
前記圧電モータは、平行四辺形の恒弾性体を二枚の圧電セラミックスで挟んでなるステータと、前記平行四辺形の一辺に接する円柱状のロータとを有し、
前記ロータが前記羽根車の回転軸となっている、又は前記ロータが前記羽根車の回転軸に連結されている、
ことを特徴とするファン。
【請求項５】
前記平行四辺形は鋭角及び鈍角の頂点並びに短辺及び長辺を有し、前記二枚の圧電セラミックスは前記鋭角の頂点を含む前記短辺を外に出して前記恒弾性体を挟み、前記ロータは前記短辺に接する、
請求項４記載のファン。
【請求項６】
圧電モータを用いて羽根車を回転させるファンにおいて、
前記圧電モータが請求項１又は２記載の圧電モータであり、
前記ロータが前記羽根車の回転軸となっている、又は前記ロータが前記羽根車の回転軸に連結されている、
ことを特徴とするファン。
【請求項７】
前記羽根車の回転軸方向に空気の吸入口を有し前記羽根車の半径方向に空気の排出口を有する筐体を更に備え、前記羽根車は内側の軸流ファン部と外側の遠心ファン部とを有する、
請求項３乃至６のいずれかに記載のファン。
【請求項８】
前記筐体は、前記軸流ファン部と前記遠心ファン部との繋ぎ目に生じた段差に沿った形状を有する、
請求項７記載のファン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電効果によって動作する圧電モータ、及びこの圧電モータを用いたファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
（１）．圧電セラミックスを平行四辺形（すなわち斜対称型）にすると、縦振動と屈曲振動が結合して平行四辺形の一辺に円運動又は楕円運動が生じる。そして、その平行四辺形の一辺に回転軸を接触させることにより、圧電モータを構成できる。このような、平行四辺形の圧電セラミックスからなるステータと、平行四辺形の一辺に接するロータとを備えた圧電モータが知られている（下記非特許文献１）。
【０００３】
（２）．電機機器の冷却用として、電磁モータを用いたファンが広く普及している。しかし、電磁モータから発生する電磁ノイズによって、電子機器の部品が誤動作することがあった。この問題を解決するために、原理的に電磁ノイズが発生しない圧電モータを用いて、ファンを構成した例が知られている（下記特許文献１）。
【０００４】
【非特許文献１】
青柳、富川，「斜対称形圧電板の縦−屈曲結合振動を利用した超音波モータ」，電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，１９９５年１１月，Ｖｏｌ．Ｊ７８−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．１１，ｐｐ．５６０−５６６
【特許文献１】
特開平５−２７５８７６号公報（図３等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に記載の圧電モータは、簡単な構造であるため小型化及び軽量化に適するものの、効率がまだ不十分であった。
【０００６】
また、特許文献１に記載のファンに用いられる圧電モータは、羽根車と一体化されたロータと、羽根車と異なる中心を持つ円板状の振動子とからなる、極めて複雑な構造である。しかも、この振動子は、羽根車全体とほぼ同じ面積であり、かつ、その大きさで強度を持たせるために、厚さもかなり分厚くなっている。したがって、ファン自体が大きく、重く、かつ厚いものになっていた。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、本発明の第一の目的は、簡単な構成でありながら高い効率を有する「圧電モータ」を提供することにある。本発明の第二の目的は、薄型化、小型化及び軽量化かつ高効率化を実現した「圧電モータを用いたファン」を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明に係る「圧電モータ」について説明する。
【０００９】
本発明に係る圧電モータ（請求項１）は、平行四辺形の恒弾性体を二枚の圧電セラミックスで挟んでなるステータと、平行四辺形の一辺に接する円柱状のロータとを備え、平行四辺形の頂点に突起部が設けられたものである。例えば、平行四辺形は鋭角及び鈍角の頂点並びに短辺及び長辺を有し、二枚の圧電セラミックスは鋭角の頂点を含む短辺を外に出して恒弾性体を挟み、ロータは短辺に接し、突起部は鋭角の頂点に設けられた、という構造である（請求項２）。
【００１０】
圧電セラミックスを平行四辺形にすると、縦振動と屈曲振動が結合して平行四辺形の一辺に円運動又は楕円運動が生じる。そして、その平行四辺形の一辺にロータを接触させると、ロータが回転する。このとき、平行四辺形の頂点に突起部が設けられていると、突起部が撓って変位が拡大される。これに加え、ロータを突っついた時の突起部の弾性変形によって、縦振動から屈曲振動又はその逆モードの変形が生じ易くなる。したがって、変位の円軌跡又は楕円軌跡が大きくなるので、駆動効率（回転効率）が向上する。
【００１１】
換言すると、突起部は、縦振動変位が増幅変成される長さに定め、かつ面内屈曲振動モードと縮退させた形状の構成とする。これにより、縦振動速度を増幅変成できるので、付随して励振される突起部の面内屈曲振動速度も増大する。したがって、より大きな振動速度を持つ突起部の先端でロータを突っつくことにより、更に高速な回転が得られる。
【００１２】
次に、本発明に係る「圧電モータを用いたファン」について説明する。
【００１３】
本発明に係るファン（請求項３）は、圧電モータを用いて羽根車を回転させるものである。そして、圧電モータは、円柱状のロータと、ロータの半径方向に設置されロータに接して回転力を与えるステータとを有する。更に、ロータが羽根車の回転軸となっている、又はロータが羽根車の回転軸に連結されている。ステータは、棒状、板状、三角形状、四角形状、多角形状、円状、楕円状等、どのようなものでもよい。
【００１４】
電磁モータを用いた従来のファンでは、羽根車の回転軸方向に電磁モータの中心を設置しなければならないので、この点が薄型化の妨げになっていた。この問題は、前述した特許文献１に記載の圧電モータを用いたファンにおいても、同様である。これに対し、本発明に係るファンでは、羽根車の回転軸の半径方向に圧電モータを設置することになるので、薄型化が容易である。
【００１５】
本発明に係るファン（請求項４）は、圧電モータを用いて羽根車を回転させるものである。そして、圧電モータは、平行四辺形の恒弾性体を二枚の圧電セラミックスで挟んでなるステータと、平行四辺形の一辺に接する円柱状のロータとを有する。更に、ロータが羽根車の回転軸となっている、又はロータが羽根車の回転軸に連結されている。例えば、平行四辺形は鋭角及び鈍角の頂点並びに短辺及び長辺を有し、二枚の圧電セラミックスは鋭角の頂点を含む短辺を外に出して恒弾性体を挟み、ロータは短辺に接する、という構造である（請求項５）。
【００１６】
本発明に係るファンに用いられる圧電モータでは、円柱状のロータの外周にステータが接することになる。したがって、本発明に係るファンでは、羽根車の回転軸の半径方向に圧電モータを設置することになるので、薄型化が容易である。
【００１７】
本発明に係るファンで用いる圧電モータを、前述の本発明に係る圧電モータとしてもよい（請求項６）。この場合は、圧電モータの効率が良いので、ファンの効率も向上する。
【００１８】
また、羽根車の回転軸方向に空気の吸入口を有し羽根車の半径方向に空気の排出口を有する筐体を更に備え、羽根車は内側の軸流ファン部と外側の遠心ファン部とからなる、としてもよい（請求項７）。空気は、羽根車の回転軸方向から吸入口に取り入れられ、排出口から羽根車の半径方向へ吐き出される。このような構造では、薄型になればなるほど、空気が逆流しやすくなる。本発明では、羽根車の内側が軸流ファン部となっているので、吸入口に取り入れられた空気が更に羽根車の回転軸方向へ押し込まれる。したがって、取り入れた空気の停滞又は逆流を防げるので、送風能力すなわち効率が向上する。これに伴い、更なる薄型化も可能となる。
【００１９】
更に、筐体は、軸流ファン部と遠心ファン部との繋ぎ目に生じた段差に沿った形状を有する、としてもよい（請求項８）。この場合は、軸流ファン部と遠心ファン部との繋ぎ目の部分で、筐体との隙間が小さくなる。したがって、この部分での、空気の停滞又は逆流を防げるので、送風能力すなわち効率が向上する。これに伴い、更なる薄型化も可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明に係る圧電モータの一実施形態を示し、図１［１］は平面図、図１［２］は図１［１］におけるＩ−Ｉ線縦断面図、図２は動作原理を示す図１［１］の部分拡大図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００２１】
本実施形態の圧電モータ１０は、平行四辺形の恒弾性体２０を二枚の圧電セラミックス３０，４０で挟んでなるステータ１１と、平行四辺形の一辺に接する円柱状のロータ１２とを備え、平行四辺形の頂点に突起部２１が設けられたものである。詳しくは、平行四辺形は鋭角の頂点２２及び鈍角の頂点２３並びに短辺２４及び長辺２５を有し、二枚の圧電セラミックス３０，４０は鋭角の頂点２２を含む短辺２４を外に出して恒弾性体２０を挟み、ロータ１２は短辺２４の突起部２１又はその近傍に接し、突起部２１は鋭角の頂点２２の長辺２５側に設けられている。
【００２２】
恒弾性体２０はステンレス板である。圧電セラミックス３０，４０は、市販されている一般的な素材からなる矩形板であり、恒弾性体２０と接しない面にそれぞれ電極３１，３２が設けられている。恒弾性体２０と圧電セラミックス３０，４０とは、導電性接着剤を介して固着されている。また、恒弾性体２０を圧電セラミックス３０，４０で挟み込む構造であるため、比較的脆い圧電セラミックス３０，４を高剛性を保ったまま支持しやすい。これにより、圧電セラミックス３０，４０を薄くできるので、圧電モータ１０を薄くできるとともに、駆動用電圧も低くできる。
【００２３】
突起部２１は、恒弾性体２０と同じく平行四辺形になっている。突起部２１の短辺及び長辺の長さは、例えば恒弾性体２０の短辺２４及び長辺２５のそれぞれ１／１０〜１／２０とすると、好ましい性能が得られる。実際の寸法の一例を述べれば、鋭角が６０°、鈍角が１２０°、短辺２４が６．７ｍｍ、長辺２５が１４．８ｍｍ、ステータ１１での厚みが０．９ｍｍである。
【００２４】
次に、圧電モータ１０の動作を説明する。
【００２５】
図１［２］に示すように、電極３１，３２がプラス電極、恒弾性体２０がマイナス電極となるように、電源１３から矩形波電圧を印加する。すると、圧電セラミックス２０，３０に電圧が印加されることにより、圧電セラミックス２０，３０の縦振動と屈曲振動とが結合して、恒弾性体２０の短辺２４に変位２６（図２）を生じる。その結果、短辺２４に円運動２７（図２）が生じるので、短辺２４と接触しているロータ１２が回転する（矢印２８）。
【００２６】
このとき、恒弾性体２０の頂点２２に突起部２１が設けられていると、突起部２１が撓って短辺２４の変位２６が拡大される。これに加え、ロータ１２を突っついた時の突起部２１の弾性変形によって、縦振動から屈曲振動又はその逆モードの変形が生じ易くなる。これにより、変位２６の円運動２７の軌跡が大きくなるので、駆動効率が向上する。
【００２７】
図３は及び図４は本発明に係るファンの第一実施形態を示し、図３は蓋部を取り除いた状態の平面図であり、図４は図３におけるＩＶ−ＩＶ線縦断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図１と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００２８】
本実施形態のファン５０は、圧電モータ１０、羽根車６０、筐体７０等を備え、ロータ１２が羽根車６０の回転軸となっている。羽根車６０は、中心の円板部６１、内側の軸流ファン部６２、及び外側の遠心ファン部６３からなる。筐体７０は、蓋部７１及び収容部７２からなり、羽根車６０の回転軸方向に空気の吸入口７３を有し、羽根車６０の半径方向に空気の排出口７４を有する。
【００２９】
恒弾性体２０を構成するステンレス板は、ステータ１１の中心から短手方向へ延設されて、支持部５１，５２となっている。支持部５１，５２の先端は、ネジ５３，５４によって収容部７２に固着されている。また、支持部５１の先端には、位置調整用の長孔５５が設けられている。ロータ１２は、セラミックス製であり、同じくセラミックス製のピボット軸受５６，５７で支持される。
【００３０】
羽根車６０は合成樹脂製である。図４における上下方向で言えば、軸流ファン部６２の羽根は、羽根車６０の回転方向（矢印２８）に沿って斜めに立ち上がり、かつ下側へ湾曲した形状（以下、「円弧形」という。）である。遠心ファン部６３の羽根は、垂直に立ち上がった形状である。
【００３１】
蓋部７１は、四角板状であり、中央に円状の吸入口７３が開口されている。また、蓋部７１は、軸流ファン部６２と遠心ファン部６３との繋ぎ目に生じた段差に沿った形状を有する。そのため、軸流ファン部６２と遠心ファン部６３との繋ぎ目の部分で、蓋部７１との隙間が小さくなっている。収容部７２は、扁平な直方体状であり、上面が無く、かつ一側面に排出口７４が開口されている。収容部７２の上面には、蓋部７１がネジ等によって固定される。筐体７０の大きさについて実際の寸法の一例を述べれば、、図３に示す縦及び横がそれぞれ３５ｍｍ、図４に示す厚さが５ｍｍである。
【００３２】
次に、ファン５０の作用について説明する。
【００３３】
空気５８は、筐体７０の上面すなわち羽根車６０の回転軸方向から、吸入口７３に取り入れられる。そして、その空気５９は、排出口７４から、筐体７０の側面すなわち羽根車６０の半径方向へ吐き出される。このとき、羽根車６０の内側が軸流ファン部６２となっているので、吸入口７３に取り入れられた空気５８が更に羽根車６０の回転軸方向へ押し込まれる。したがって、取り入れた空気５８の停滞又は逆流を防げるので、送風能力すなわち効率が向上する。
【００３４】
また、圧電モータ１０では、円柱状のロータ１２の外周にステータ１１が接することになる。したがって、ファン５０では、羽根車６０の回転軸の半径方向に圧電モータ１０を設置することになるので、薄型化が容易である。更に、本発明に係る圧電モータ１０を用いているので、ファン５０の効率も向上する。
【００３５】
換言すると、ファン５０は、軸流ファン部６２と遠心ファン部６３とを組み合わせた形状になっている。羽根車６０の外側は、遠心ファン部６３の効果を有効に作用させるため、羽根を段付きにし、これに沿うように蓋部７１を被せている。軸流ファン部６２は、一度取り込んだ空気５８が吸入口７３に逆流しないように、羽根を円弧形にしている。また、軸流ファン部６２の羽根を円弧形にすることにより、羽根の円弧部分が蓋の役割をするので、遠心ファン部６３の効果も有効に作用する。
【００３６】
羽根車６０を用いた場合は、従来の遠心ファンの羽根車を用いた場合に比べて、約二倍の風量が得られた。また、セラミックス製のロータ１２及びピボット軸受５６，５７を用いたことにより、ファン５０の回転の立ち上がりがスムーズになった（すなわち回転数が安定した）。
【００３７】
図５［１］は本発明に係るファンの第二実施形態を示す概略構成図であり、図５［２］は従来のファンを示す概略構成図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００３８】
従来のファン９０は、電磁モータ９１、羽根車９２等を備え、羽根車９２の回転軸方向から空気９３を吸入し、羽根車９２の半径方向へ空気９３を排出する構造となっている。しかしながら、この構造では次のような問題があった。ファン９０の薄型化を図ろうとすれば、空気の吸入側に電磁モータ９１を設置しなければならない。すると、電磁モータ９１の存在が、空気の流れを妨げることになってしまう。つまり、電磁モータ９１が吸入口側に配置されることにより、空気の流路を塞ぐため、風量が制限される。
【００３９】
これに対し、本実施形態のファン８０は、本発明に係る圧電モータ８１、羽根車８２等を備え、羽根車８２の回転軸方向から空気８３を吸入し、羽根車８２の半径方向へ空気８３を排出する構造となっている。ファン８０では、圧電モータ８１が極めて薄いので、圧電モータ８１を羽根車８２の下に配置できる。羽根車８２の下は空気８３の流路ではないので、圧電モータ８１が空気８３の流れを妨げることはない。また、圧電モータ８１を羽根車８２の下に持って行ったことにより、吸入口側に大きな空間が生ずるので、風量が増加する。
【００４０】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記実施形態に限定されない。例えば、本発明に係るファンに用いられる圧電モータは、本発明に係る圧電モータに限らず、他の従来の圧電モータとしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に係る圧電モータによれば、平行四辺形の恒弾性体を二枚の圧電セラミックスで挟んでなるステータと、平行四辺形の一辺に接する円柱状のロータとを備え、平行四辺形の頂点に突起部を有することにより、変位の円軌跡又は楕円軌跡が大きくなるので、効率を向上できる。
【００４２】
本発明に係るファンによれば、羽根車の回転軸の半径方向に圧電モータが設置されるので、薄型化を実現できる。したがって、小型化及び軽量化も実現できる。また、本発明に係る圧電モータを用いた場合は、圧電モータの効率が良いので、ファンの効率を向上できる。更に、内側の軸流ファン部と外側の遠心ファン部とを有する羽根車を用いた場合は、取り入れた空気の停滞又は逆流を防げるので、送風能力を向上できる。これに伴い、更なる薄型化も実現できる。このとき、軸流ファン部と遠心ファン部との繋ぎ目の段差に沿った形状を、筐体に施した場合は、この部分での空気の停滞又は逆流を防げるので、効率を更に向上できるとともに、薄型化も更に実現できる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る圧電モータの一実施形態を示し、図１［１］は平面図、図１［２］は図１［１］におけるＩ−Ｉ線縦断面図である。
【図２】図１の圧電モータの動作原理を示す、図１［１］の部分拡大図である。
【図３】本発明に係るファンの第一実施形態を示し、蓋部を取り除いた状態の平面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線縦断面図である。
【図５】図５［１］は本発明に係るファンの第二実施形態を示す概略構成図であり、図５［２］は従来のファンを示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０  圧電モータ
１１  ステータ
１２  ロータ
２０  恒弾性体
２１  突起部
２２  鋭角の頂点
２３  鈍角の頂点
２４  短辺
２５  長辺
３０，４０  圧電セラミックス
５０  ファン
６０  羽根車
６２  軸流ファン部
６３  遠心ファン部
７０  筐体
７３  吸入口
７４  排出口
【図１】
2004289880.tif 000003
【図２】
2004289880.tif 000004
【図３】
2004289880.tif 000005
【図４】
2004289880.tif 000006
【図５】
2004289880.tif 000007