(57)【要約】【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、支持部材の中央部の支持が不十分であるため、不要な振動が増加してしまい送風能力が十分でないという問題を解決し、従来よりも送風能力の高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、自由端側の領域が複数の分割板に分割されて形成されている振動板と、前記振動板の固定端側の領域に貼付されている圧電素子と、中央部に前記振動板の固定端部を挟み、少なくとも一点で固定されている一対の支持体とを備え、前記振動板の前記圧電素子が接着されている部分と前記分割板との間に曲げ部が設けられており、前記振動板と前記支持体との間に弾性体を更に備え、前記振動板の固定端部と前記圧電素子の一部が前記一対の支持体によって前記弾性体を介して支持されていることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が固定端、他端が自由端であり、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と、
前記振動板の固定端側の領域に貼付されている圧電素子と、
中央部に前記振動板の固定端部を挟み、少なくとも一点で固定されている一対の支持体とを備え、
前記振動板の前記圧電素子が接着されている部分と前記分割板との間に曲げ部が設けられており、
前記振動板と前記支持体との間に弾性体を更に備え、
前記振動板の固定端部と前記圧電素子の一部が前記一対の支持体によって前記弾性体を介して支持されていることを特徴とする圧電ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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４に示すように、ヒートシンク１２０に備えられる放熱フィン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。
【０００３】
圧電ファン１１０は、特に図４（Ｂ）に示すように、圧電素子１１１と、圧電素子１１１が貼付されている振動板１１２と、支持部材１１３とを備えている。振動板１１２の一端がねじ１３０によって支持部材１１３に二点固定されて固定端１１４となり、他端が自由端１１５となる。ここで、固定端とは振動の節となる固定端のことを指す。
【０００４】
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１１５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。
【０００５】
圧電ファン１１０では、振動板１１２の一端がねじによって支持部材１１３に二点固定されているため、振動板１１２の振動の節となる固定端が定まらず、不十分な固定になってしまうという問題があった。
【０００６】
図５に示す圧電ファン１４０は、圧電ファン１１０の振動板の固定方法に改良を加えたものである。圧電ファン１４０は、圧電素子１４１が貼付された振動板１４２の一端を、一対の直方体形状の支持部材１４３の中央部に挟み、支持部材１４３の両端をねじ１６０によって二点固定して構成されている。このように、振動板１４２を支持部材１４３で挟み込んで支持をしているので、振動板１４２の振動の節となる固定端を一意に定めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０３４９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような圧電ファンの固定方法では、振動板の振動の節となる固定端が定まるものの、支持部材による振動板の中央部（図５のＢ部分）の支持が不十分であるため、不要な振動が増加してしまい送風能力が十分でないという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、従来よりも送風能力の高い圧電ファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、自由端側の領域が複数の分割板に分割されて形成されている振動板と、前記振動板の固定端側の領域に貼付されている圧電素子と、中央部に前記振動板の固定端部を挟み、少なくとも一点で固定されている一対の支持体とを備え、前記振動板の前記圧電素子が接着されている部分と前記分割板との間に曲げ部が設けられており、前記振動板と前記支持体との間に弾性体を更に備え、前記振動板の固定端部と前記圧電素子の一部が前記一対の支持体によって前記弾性体を介して支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、振動板の一端と圧電素子の一部が支持体によって弾性体を介して支持されているので、振動板の固定部全体をしっかりと支持できるようになり、従来よりも高い送風能力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る圧電ファンの斜視図である。
【図２】実施形態１に係る圧電ファンを示し、同図（Ａ）は側面図、同図（Ｂ）は上面図である。
【図３】比較例１としての圧電ファンを示し、同図（Ａ）は側面図、同図（Ｂ）は上面図である。
【図４】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。
【図５】従来の圧電ファンを示し、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（実施形態１）
以下、実施形態１について、図１と図２を参照しながら説明を行う。なお、本明細書において、斜視図は理解しやすくするために概略的に示している。
【００１５】
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、一対の支持体１３と、弾性体１８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。
【００１６】
振動板１２は、幅４６ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚み５０μｍの薄い板状に形成されている。振動板１２は長さ方向の中央に曲げ部１６が設けられており、曲げ部１６にて約９０度に折り曲げてＬ字型に形成されている。自由端１５から曲げ部１６までの長さは２５ｍｍである。振動板１２の幅は曲げ部１６を境に変化しており、曲げ部１６よりも自由端１５側の振動板１２の幅は４６ｍｍ、曲げ部１６よりも固定端１４側の振動板１２の幅は３５ｍｍに加工されて形成されている。振動板１２の曲げ部１６よりも自由端１５側では、振動板１２が７枚の分割板１２ａに分割されて熊手型に形成されており、各分割板１２ａは等間隔に形成されている。各分割板１２ａ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。
【００１７】
圧電素子１１は、幅３３．４ｍｍ×長さ１５．８ｍｍ×厚み５５μｍ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の曲げ部１６から固定端１４側に固着されている。
【００１８】
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、幅方向の両端部に固定点が設けられている。固定点は例えばねじ溝として形成されている。
【００１９】
弾性体１８は、幅３６ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚み１ｍｍの直方体形状であり、例えばシリコーンゴムから形成されている。弾性体１８は振動板１２の一端と圧電素子１１の一部を支持体１３によって支持する際に、両者の緩衝となるように、振動板１２の支持体１３と当接する主面の全面に渡るように設けられている。
【００２０】
支持体１３は、ねじ溝にねじ２０が螺合されることで振動板１２の一端を支持するものである。一対の支持体１３間の固定点の周囲には、弾性体の圧縮量を正確に決め、支持体１３の高さを一定にするためにスペーサ（図示せず）が設けられている。ねじ２０は、一方の支持体１３からスペーサを介して他方の支持体１３に螺合される。
【００２１】
図２（Ａ）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１７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、曲げ部１６が圧電素子１１の厚み方向に振動する。その結果、自由端１５が圧電素子１１の長さ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。
【００２２】
本実施形態では、振動板１２の一端と圧電素子１１の一部が支持体１３によって弾性体１８を介して支持されている。このように形成しているので、固定点だけでなく振動板１２の振動の節となる固定端１４を幅方向にしっかりと支持できるようになるので、圧電ファン１０の送風能力が高くなる。以下にその根拠となる実験結果を記述する。
【００２３】
（実験例１、２と比較例１〜３）
実験例１、２として図１に示す圧電ファン１０、比較例１、２として図３に示す圧電ファン３０、比較例３として比較例１と一部異ならせた圧電ファンを用いて実験を行った。実験例１、２と比較例１〜３との異なる点は弾性体１８の有無である。実験例１、２として支持体１３と振動板１２との間に弾性体１８が設けられた圧電ファンを用い、比較例１〜３として弾性体が設けられていない圧電ファンを用いた。
【００２４】
また、比較例１、２と比較例３との異なる点は、圧電素子の支持の有無である。
本実験では、振動板の曲げ部から５ｍｍ固定端側の箇所に圧電素子の長さ方向の一辺がくるように固着し、圧電素子と振動板の位置を変化させずに、振動板の曲げ部から振動の節となる固定端までの長さ、すなわち図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示す距離Ａを変化させる。具体的には、振動板に対する支持体及び弾性体の位置を変化させる。このようにして、圧電素子の支持量を変化させる。
【００２５】
実験例１及び比較例１として圧電素子の支持量を１．０ｍｍとし、実験例２及び比較例２として圧電素子の支持量を４．０ｍｍとした圧電ファンを用いた。また、比較例３として圧電素子を支持しない圧電ファンを用いた。詳しい条件については表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
本実験では、表１に示す５条件にて、圧電ファンを基本波で駆動させた時の振動板の振幅を測定して送風能力の比較を行った。なお、本明細書での振幅は両振幅のことである。送風能力は、周波数×振幅によって決定される。
【００２８】
振幅の測定にはレーザー変位計を用い、振動板の自由端から１５ｍｍの箇所の圧電素子の長さ方向への振幅を測定した。各圧電ファン共に印加する電圧は２０Ｖｐｐとした。
【００２９】
実験結果を表１に示す。実験例１の送風能力は４１５．７Ｈｚ・ｍｍであり、実験例２の送風能力は４３７．７Ｈｚ・ｍｍであった。また、比較例１の送風能力は３８９．２Ｈｚ・ｍｍ、比較例２の送風能力は３７２．９Ｈｚ・ｍｍ、比較例３の送風能力は３５８．９Ｈｚ・ｍｍであった。
【００３０】
比較例１、２と比較例３とを比較すると、比較例１、２のほうが送風能力が高いので、圧電素子の一部が支持体によって支持されているとより望ましいといえる。
【００３１】
また、実験例１と比較例１との送風能力を比較すると、実験例１のほうが送風能力が高く、実験例２と比較例２との送風能力を比較すると、実験例２のほうが送風能力が高いので、弾性体を介して振動板の支持を行うと、さらなる送風能力の向上が得られることがわかる。
【００３２】
これらの結果から、圧電素子の一部が支持体によって弾性体を介して支持されていると、圧電ファンの送風能力が増加するため、より望ましいといえる。
【００３３】
これは、振動板を曲げ部でＬ字型に折り曲げて形成しているため、振動板の固定端をしっかりと支持することで固定端の剛性が高まり、曲げ部よりも自由端側の分割板の振幅が大きくなって、圧電ファンの送風能力が向上したものと考えられる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
前記実施形態では、振動板の中央部に設けられた曲げ部にてＬ字型に折り曲げているが、これに限るものではない。例えば、Ｕ字型やＶ字型に折り曲げてもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
前記実施形態では、弾性体はシリコーンゴムから形成しているが、これに限るものではない。例えば、ウレタンゴムやエラストマー等であってもよい。
【００３９】
前記実施形態では、ねじは一方の支持体からスペーサを介して他方の支持体に螺合されているが、これに限るものではない。例えば、スペーサの代わりに他の弾性の低い部材を用いてもよいし、スペーサ部分が支持体と一体成型されていてもよい。
【００４０】
前記実施形態では、支持体を二点固定しているが、これに限るものではない。例えば、一点固定でもよいし、三点以上で固定してもよい。
【００４１】
前記実施形態では、ねじを螺合することにより一対の支持体を固定しているが、これに限るものではない。例えば、別体や支持板同士を嵌合することによって固定してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０、３０…圧電ファン
１１、３１…圧電素子
１２、３２…振動板
１２ａ…分割板
１３、３３…支持体
１４、３４…固定端
１５、３５…自由端
１６、３６…曲げ部
１７、３７…駆動交流電源
１８…弾性体
２０、４０…ねじ
Ａ…振動板の曲げ部から振動の節となる固定端までの長さ
Ｂ…振動板の中央部
【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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