(57)【要約】【課題】  振動体をファンブレードとして用いる場合において、風量を従来よりも増加させることができる圧電ファン装置を提供する。【解決手段】振動板１１のブレード形成部９の近傍に、厚み方向及び幅方向に開口する一対の凹部２３を形成する。一対の凹部２３の輪郭形状は、円弧形状を呈している。一対の凹部２３の輪郭形状を、円弧形状にすると、一対の凹部２３の間に形成される幅方向寸法の小さい振動板部分の変形がスムーズになり、同じ大きさのブレード形成部であっても風量が増大する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸い込み口と吐き出し口とを有する筒状のハウジングと、
前記ハウジング内に収納され、一端が固定された圧電素子固定部及び該圧電素子固定部と連続して他端側に延びるブレード形成部を備え、前記一端の中心と前記他端の中心との間を延びる仮想中心線を対称軸として線対称形状を有している板状の振動板と、
前記振動板の前記圧電素子固定部に固定されて、駆動されると前記振動板を前記一端を支点として振動させる圧電素子とを備え、
前記振動板の厚み方向及び前記仮想中心線と直交する前記振動板の幅方向の寸法が、前記ブレード形成部の前記幅方向の寸法よりも小さく、
前記振動板の前記ブレード形成部の近傍に、前記厚み方向及び前記幅方向に開口する一対の凹部が形成されている圧電ファン装置であって、
前記一対の凹部の輪郭形状が、それぞれ円弧形状であり、
前記ブレード形成部の形状は、前記一対の凹部と隣接する一対の隣接部分の輪郭部分形状が、前記円弧形状の接線と一致する直線形状を有していることを特徴とする圧電ファン装置。
【請求項２】
前記振動板全体が、フレキシブル基板により構成されており、
前記圧電素子固定部には、金属板が形成されており、
前記圧電素子固定部には、前記圧電素子と対向する領域に、前記厚み方向に貫通して前記圧電素子によって覆われる大きさの空洞部が形成されている請求項１に記載の圧電ファン措置。
【請求項３】
前記圧電素子の平面視輪郭形状は矩形状を呈しており、前記空洞部の平面視輪郭形状も矩形状を呈している請求項２に記載の圧電ファン装置。
【請求項４】
前記ブレード形成部の輪郭は、前記他端の端縁に位置する円弧状部と該円弧状部と連続して前記仮想中心線に向かって近づく一対の傾斜直線部と、該一対の傾斜直線部と連続して前記仮想中心線と直交する方向に延びる一対の直交直線部とからなり、
前記一対の直交直線部が前記一対の隣接部分を構成している請求項１に記載の圧電ファン装置。
【請求項５】
前記一対の凹部の前記円弧形状の曲率半径は、圧電素子固定部の幅方向の寸法を１０ｍｍとしたときに、２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電ファン装置。
【請求項６】
前記圧電素子の平面視輪郭形状は円形を呈しており、前記空洞部の平面視輪郭形状も円形状を呈している請求項２に記載の圧電ファン装置。
【請求項７】
前記振動板は、前記振動板に形成された前記一対の凹部に隣接する前記圧電素子固定部の形状は、前記一対の凹部に向かって前記幅方向の寸法が徐々に小さくなる形状を有している請求項６に記載の圧電ファン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ファン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
実開平１−１３１８９８号公報（特許文献１）の第１図及び第２図には、圧電ファン装置に使用される振動板ユニットの一例が開示されている。この振動板ユニットは、一端が固定された圧電素子固定部及び圧電素子固定部と連続して他端側に延びるブレード形成部を備え、前記一端の中心と前記他端の中心との間を延びる仮想中心線を対称軸として線対称形状を有している板状の振動板と、振動板の圧電素子固定部に固定されて、駆動されると振動板を前記一端を支点として振動させる圧電素子とを備えている。この振動板ユニットは、振動板の厚み方向及び仮想中心線と直交する振動板の幅方向の寸法が、ブレード形成部の幅方向の寸法より小さい。そして振動板とブレード形成部との間には、厚み方向及び幅方向に開口する一対の凹部が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平１−１３１８９８号公報  第１図及び第２図
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の圧電ファン装置では、限られた寸法範囲内で、バラツキが無く、風量を増大することに限界があった。また騒音を低減することにも限界があった。
【０００５】
本発明の目的は、風量を従来よりも増加させることができる圧電ファン装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、騒音を従来よりも低下させることができる圧電ファン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が改良の対象とする圧電ファン装置は、吸い込み口と吐き出し口とを有する筒状のハウジングと、ハウジング内に収納され、一端が固定された圧電素子固定部及び該圧電素子固定部と連続して他端側に延びるブレード形成部を備え、前記一端の中心と前記他端の中心との間を延びる仮想中心線を対称軸として線対称形状を有している板状の振動板と、振動板の圧電素子固定部に固定されて、駆動されると振動板を一端を支点として振動させる圧電素子とを備えている。そして、振動板の厚み方向及び仮想中心線と直交する振動板の幅方向の寸法が、ブレード形成部の幅方向の寸法よりも小さく、振動板のブレード形成部の近傍に、厚み方向及び幅方向に開口する一対の凹部が形成されている。
【０００８】
一対の凹部の輪郭形状はそれぞれ円弧形状である。そしてブレード形成部の形状は、一対の凹部と隣接する一対の隣接部分の輪郭形状が、円弧形状の接線と一致する直線形状を有している。
【０００９】
本発明のように、一対の凹部の輪郭形状を円弧形状にして、しかも一対の凹部と隣接するブレード形成部の一対の隣接部分の輪郭部分形状を、円弧形状の接線と一致する直線形状にすると、一対の凹部の間に形成される幅方向寸法の小さい振動板部分の変形がスムーズになり、同じ大きさのブレード形成部であっても、バラツキ無く風量が増大する。また騒音の発生量も少ない。この効果は、実験により確認されたものであり、理論的には解明されていない。
【００１０】
振動板の材質は任意であるが、振動板全体が、フレキシブル基板により構成されているのが好ましい。この場合、圧電素子固定部には、金属板が接合されており、フレキシブル基板の圧電素子と対向する領域に、厚み方向に貫通して圧電素子によって覆われる大きさの空洞部が形成されているのが好ましい。このような空洞部を形成すると、圧電素子の変形が容易になり、風量を増大できるだけでなく、振動板（圧電素子）の振動周波数を低減して、騒音を低減できる効果が得られる。
【００１１】
圧電素子の平面視輪郭形状が矩形状を呈している場合には、空洞部の平面視輪郭形状も矩形状を呈しているのが好ましい。
【００１２】
圧電素子の平面視輪郭形状は円形を呈していてもよく、この場合には空洞部の平面視輪郭形状も円形状を呈しているのが好ましい。圧電素子の平面視輪郭形状を円形にすると、安価に振動性能を上げることができる。なお、この場合、振動板は、振動板に形成された一対の凹部に隣接する圧電素子固定部の形状が、一対の凹部に向かって幅方向の寸法が徐々に小さくなる形状を有しているのが好ましい。このような形状にすると平面視輪郭形状を円形にした圧電素子の振動を効率よくブレード形成部に伝達することができる。
【００１３】
一対の凹部の円弧形状の曲率半径は、圧電素子固定部の幅方向の寸法を１０ｍｍとしたときに２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であるのが好ましい。この数値範囲は、実験により確認されたものである。
【００１４】
ブレード形成部の輪郭は、他端の端縁に位置する円弧状部と該円弧状部と連続して仮想中心線に向かって近づく一対の傾斜直線部と、該一対の傾斜直線部と連続して仮想中心線と直交する方向に延びる一対の直交直線部とからなるのが好ましい。この場合、一対の直交直線部が一対の隣接部分を構成する。このようにするとブレード形成部の設計が容易である。なお円弧状部の円弧角と一対の傾斜直線部の傾斜角の組み合わせは、適宜に定めることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態の圧電ファン装置の一部断面図である。
【図２】本実施の形態で用いる振動板ユニットの斜視図である。
【図３】実際に使用している振動板の平面図である。
【図４】本実施の形態のサンプル５個と従前の例のサンプル５個を用いて風量のバラツキを確認する実験をした結果を示す図である。
【図５】本実施の形態のサンプル５個と従前の例のサンプル５個を用いて周波数のバラツキを確認する実験をした結果を示す図である。
【図６】（Ａ）乃至（Ｄ）は、ブレード形成部の輪郭形状を定めるための実験結果を示す図である。
【図７】凹部の曲率半径を決定するための実験結果を示す図である。
【図８】ブレード形成部の円弧状部の円弧角の相異による影響を確認した実験の結果を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態で用いる振動板ユニットの平面図である。
【図１０】（Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の第２の実施の形態の実験結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図面を参照して、本発明の圧電ファン装置の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は本実施の形態の圧電ファン装置１の一部断面図であり、図２は本実施の形態で用いる振動板ユニット３の斜視図である。圧電ファン装置１は、吸い込み５Ａと吐き出し口５Ｂとを有する横断面形状の輪郭が矩形状を呈する角筒状のハウジング５を備えている。ハウジング５は、絶縁樹脂により形成された厚み方向に二つ割りの構造を有している。ハウジング５の底壁部５Ｃには、取付台座５Ｄが一体に形成されており、この取付台座５Ｄに圧電ファン本体７が取り付けられている。圧電ファン本体７は、振動板ユニット３を備えており、この振動板ユニット３は、一端１１Ａが固定され且つ他端１１Ｂ側にブレード形成部９を備えた板状の振動板１１と、振動板の一端に一体に設けられたリード線構成部１３とを備えている。振動板ユニット３は、厚み１２５〜２５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド等からなるフレキシブル基板１５の片面（表面）上に真鍮からなる厚み５０〜１５０μｍの周波数調整用の金属板１７が接合された構造を有している。
【００１７】
金属板１７の上には圧電素子１９が接合されている。圧電素子１９は、振動板１１の一端１１Ａとブレード形成部９との間の圧電素子固定部１１Ｃに固定されている。圧電素子１９は、板状のＰＺＴからなる圧電部の両面に図示しない第１の導電部と第２の導電部とを有している。そして第１の導電部は、金属板１７に電気的に接続されており、金属板１７にはリード線Ｌ１が接続されている。圧電素子１９は、駆動されると振動板１１を一端１１Ａを支点として図１に示した状態で上下方向に振動するように、圧電部が分極されている。
【００１８】
図３には、実際に使用している振動板１１の平面図を示している。一対の凹部２３の曲率半径は、２．５ｍｍである。この振動板１１では、圧電素子１９と対向する領域に、厚み方向に貫通して圧電素子１９によって覆われる大きさの空洞部２０が形成されている。本実施の形態では、圧電素子１９の平面視輪郭形状が矩形状を呈しているので、空洞部２０の平面視輪郭形状も矩形状を呈している。このような空洞部２０を形成すると、圧電素子１９の変形が容易になり、圧電素子１９の振動を効率良くブレード形成部９に伝達することができる。
【００１９】
図２に示すように、ブレード形成部９の輪郭は、他端１１の端縁に位置する円弧状部９Ａと該円弧状部９Ａと連続して仮想中心線ＣＬに向かって近づく一対の傾斜直線部９Ｂと、該一対の傾斜直線部９Ｂと連続して仮想中心線と直交する方向に延びる一対の直交直線部９Ｃとからなる。円弧状部９Ａの円弧角と一対の傾斜直線部９Ｂの傾斜角の組み合わせは、適宜に定めれば良い。
【００２０】
本実施の形態の場合、具体的には、図示しない貫通孔を有する絶縁材料からなる押さえ板２１を介してフレキシブル基板１５に設けられた貫通孔及び金属板１７に設けた図示しない貫通孔にネジ２２を挿入し、取付台座５Ｄに設けた図示しないネジ孔にネジ２２をネジ込むことにより圧電ファン本体７を固定している。
【００２１】
本実施の形態の振動板１１は一端１１Ａが固定されている部分の中心を通って長手方向に延びる仮想中心線ＣＬに対して実質的に線対称形状を有している。振動板１１の厚み方向及び仮想中心線ＣＬと直交する振動板１１の幅方向寸法は、ブレード形成部９の幅方向寸法Ｗ１が圧電素子１９が固定される部分の幅方向寸法Ｗ２よりも大きくなるように構成されている。そして振動板１１のブレード形成部９の近傍に、厚み方向及び幅方向に開口する一対の凹部２３が形成されている。一対の凹部２３の輪郭形状、円弧形状にしている。ブレード形成部９の形状は、一対の凹部２３と隣接する一対の隣接部分（本実施の形態では一対の直交直線部９Ｃ）の輪郭部分形状が、円弧形状の接線ＴＬと一致する直線形状を有している。
【００２２】
一対の凹部２３の輪郭形状を円弧形状にして、しかも一対の凹部２３と隣接するブレード形成部９の一対の直交直線部９Ｃの輪郭部分形状を、円弧形状の接線ＴＬと一致する直線形状にすると、一対の凹部２３の間に形成される幅方向寸法の小さい振動板部分の変形がスムーズになり、同じ大きさのブレード形成部であっても風量が増大する。一対の凹部２３の円弧形状の曲率半径は、圧電素子固定部１１Ｃの幅方向の寸法を１０ｍｍとしたときに、２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であるのが好ましい。この数値範囲は、実験により確認されたものである。
【００２３】
円弧状部９Ａの円弧角、仮想中心線ＣＬと直交する仮想直交線と一対の傾斜直線部９Ｂとの間の傾斜角度については、用途により必要とされる風量や、静音性等により適宜に決めることになるので、好ましい範囲を定めることは難しい。しかしながら本実施の形態のように一対の凹部の円弧形状の曲率範囲径が２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下の場合における円弧状部９Ａの円弧角は２５度以上１８０以下が好ましく、仮想中心線ＣＬと直交する仮想直交線と一対の傾斜直線部９Ｂとの間の傾斜角度は１４０度以上２００度以下が好ましいと考えている。なおこの範囲は、本発明を限定するものではない。
【００２４】
図３に示した実施の形態の振動板１１の形状を用いた場合に、バラツキ無く風量が多くなり、しかも騒音の原因となる圧電素子の振動周波数が小さくなる結果が得られることを実験により確認した。図３においては、「周波数」とは、圧電素子の駆動周波数であり、「変位」とは目視により確認した振動板の振り幅の最大値である。具体的には、所望の風量が得られるように、圧電素子の駆動周波数を変えて、データを測定している。なおこの実験では、比較のために一対の凹部２３と空洞部２０がないものを従前の例とした。図４及び図５は、本実施の形態のサンプル５個と従前の例のサンプル５個を用いて風量と周波数のバラツキを確認する実験をした結果を示している。実験条件は、以下の通りである。
【００２５】
振動板：厚み１８８μｍのポリエステルフィルム
圧電素子固定部の幅方向寸法：１０ｍｍ
圧電素子固定部の長さ方向寸法：２９ｍｍ
空洞部の長さ寸法：１４ｍｍ
空洞部の幅方向寸法：４ｍｍ
凹部の曲率半径：２．５ｍｍ
円弧部の曲率半径：３４ｍｍ
傾斜直線部の傾斜角：１１９度
なおこの実験において、風量は、電子風速計ＳＡＶ−２５Ａ（関西テック社製）を用いて測定した。
【００２６】
図４及び図５の実験結果を見ると、本実施の形態の圧電ファン装置のほうが本発明の特徴を有しない従前の発電ファン装置よりも、風量が多く、周波数が低く、しかもバラツキが小さくなることが判る。
【００２７】
［実験データ］
以下上記実施の形態の圧電ファン装置１で使用する振動板ユニット３の振動板１１の形状を定める際に行った実験について説明することにより、上記実施の形態の形状が好ましい実施の形態であることを説明する。
【００２８】
図６（Ａ）乃至（Ｄ）は、ブレード形成部９の輪郭形状を決定するために行った実験結果を示している。図６（Ａ）はブレード形成部の輪郭形状が矩形状を呈している場合であり、（Ｂ）はブレード形成部の輪郭形状が円弧と直線の組み合わせとからなる場合であり、（Ｃ）はブレード形成部の輪郭形状が逆台形形状になる場合であり、（Ｄ）はブレード形成部の輪郭形状が円弧状と逆台形とからなる場合である。この実験では、圧電素子の駆動条件を同じにした。図６（Ａ）乃至（Ｄ）の結果から見ると、図６（Ｄ）の輪郭形状が最も風量が大きくなることが判る。上記実施の形態では、この実験結果からブレード形成部９の輪郭形状を定めた。
【００２９】
図７は一対の凹部２３の好ましい曲率半径を確認するために行った実験の結果を示している。図７の実験では、一対の凹部２３の曲率半径だけを変えた、図７からは、一対の凹部２３の曲率半径が、２ｍｍで、周波数５６Ｈｚ、風量１．０５を確保することができた。一対の凹部２３の曲率半径が、２ｍｍより小さくすると、周波数が大きくなり風量も１以下になることが確認されている。そして一対の凹部２３の曲率半径が、３．５ｍより大きい４ｍｍになると、周波数は下がるものの、風量も０．９と低くなった。この実験から、本実施の形態では、一対の凹部２３の曲率半径が、２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下が好ましいことを確認した。
【００３０】
図８は、ブレード形成部９の円弧状部９Ａの円弧角の相異による影響を確認した実験の結果を示している。この結果からは円弧角を１８０度より大きくすると、ブレード形成部の面積が大きくなるため、風量が増加するものの、周波数が大きくなって騒音が増加することが判る。また一対の傾斜直線部９Ｂが有るほうが、周波数が低くなって、騒音が低減されることが判る。なお円弧角が１８０度より大きくなると、一対の凹部に隣接するプレート形成部の一対の隣接部分の輪郭部分形状が、円弧形状の接線と一致する状態を作ることができない。したがってこのような場合は、本発明の実施の態様から除外される。
【００３１】
［変形例］
図９は、本発明の第２の実施の形態で用いる振動板ユニット３´の平面図を示している。この振動板ユニット３´では、圧電素子１９´の平面視輪郭形状は円形を呈している。この実施の形態では、図示しない空洞部の平面視輪郭形状も円形状を呈している。圧電素子１９´の平面視輪郭形状を円形にすると、安価に振動性能を上げることができる。なお、この場合、振動板１１´は、振動板１１´に形成された一対の凹部２３´に隣接する圧電素子固定部１１´Ｃの形状が、一対の凹部２３´に向かって幅方向の寸法が徐々に小さくなる形状を有している。このような形状にすると平面視輪郭形状を円形にした圧電素子１９´の振動を効率よくブレード形成部に伝達することができる。本実施の形態のように平面視輪郭形状を円形にした圧電素子１９´を用いた場合、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお平面視輪郭形状を円形にした圧電素子１９´を用いると、矩形状の圧電素子と比べて、騒音が大きくなる傾向があるが、この騒音も圧電素子固定部の形状を工夫することにより低減できる。図１０は、この点を確認した実験結果を示している。図１０（Ａ）の結果が、図９の実施の形態の実験結果である。一対の凹部２３´の曲率半径は２．５ｍｍであった。図１０（Ｂ）の例では、圧電素子固定部の一対の凹部と隣接する側の輪郭形状を、円形の圧電素子の輪郭形状に近付けている。この例では、周波数が最も低くなり、騒音の低減が図れることが判る。また図１０（Ｃ）及び（Ｄ）の例では、振動素子固定部の輪郭形状を矩形状としている。これらの例では、風量は多くすることができるものの、周波数が高くなって騒音の低減が図れないことが判る。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、従来よりもバラツキなく風量を増大させることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１    圧電ファン装置
３    振動板ユニット
５Ｃ  壁部
７    圧電ファン本体
９    ブレード形成部
１１  振動板
１５  フレキシブル基板
１７  金属箔
１９  圧電素子
２０  空洞部
２２  ネジ
【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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【図１０】
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