(57)【要約】【課題】送風方向を自由に設定することができる圧電ファンを提供する。【解決手段】  圧電素子と振動板を有する圧電ファンにおいて、前記振動板は帯状の薄板からなり、前記振動板の一端は前記圧電素子に接続され、前記振動板の他端は固定部に接続されている。前記固定部は、他の圧電素子である、としてよい。尚、前記振動板の一端は前記圧電素子の一端に接続され、前記振動板の他端は前記圧電素子の他端に接続され、前記圧電素子と前記振動板は環状に接続されている、としてよい。前記振動板は腹と節を有する定在波を形成する、としてよい。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と振動板を有する圧電ファンにおいて、
前記振動板は帯状の薄板からなり、前記振動板の一端は前記圧電素子に接続され、前記振動板の他端は固定部に接続されていることを特徴とする圧電ファン。
【請求項２】
請求項１記載の圧電ファンにおいて、
前記固定部は、他の圧電素子であることを特徴とする圧電ファン。
【請求項３】
請求項１記載の圧電ファンにおいて、
前記振動板の一端は前記圧電素子の一端に接続され、前記振動板の他端は前記圧電素子の他端に接続され、前記圧電素子と前記振動板は環状に接続されていることを特徴とする圧電ファン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の圧電ファンにおいて、
前記振動板は腹と節を有する定在波を形成することを特徴とする圧電ファン。
【請求項５】
請求項１〜４記載の圧電ファンにおいて、
前記振動板は厚さ０．１〜０．５mmの薄板によって形成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、圧電ファンに関し、特に、冷却用の圧電ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電素子を利用した圧電ファンが広く普及している。圧電ファンはモータを用いないため極めて小さい空間に配置できる利点がある。そのため、電子機器の冷却用に広く用いられる。
【０００３】
圧電ファンは、典型的には薄い金属板からなる振動板と振動板を振動させる圧電素子を有する。圧電素子の両面に電極が形成される。電極間に交流電圧を印加することにより圧電素子が振動し、圧電素子に接続された振動板が振動する。圧電ファンは、１枚の圧電素子を用いるモノモルフ型と２枚の圧電素子を用いるバイモルフ型が知られている。モノモルフ型では、圧電素子を振動板の一方の面に装着し、バイモルフ型では、圧電素子を振動板の両面に装着する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平9-321360号公報
【特許文献２】特開2010-67909号公報
【特許文献３】特開2009-290156号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の圧電ファンでは、振動板の一端を自由端とする片持ち支持構造を有する。例えば、振動板の一端に圧電素子を固定し、他端を自由端とする構造、又は、振動板の中央に圧電素子を設け、両端を自由端とする構造が採用されている。従って、従来の圧電ファンでは、送風方向が限定される。
【０００６】
本発明の目的は、送風方向を自由に設定することができる圧電ファンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によると、圧電素子と振動板を有する圧電ファンにおいて、
前記振動板は帯状の薄板からなり、前記振動板の一端は前記圧電素子に接続され、前記振動板の他端は固定部に接続されている。
【０００８】
本発明の実施形態によると、前記圧電ファンにおいて、前記固定部は、他の圧電素子である、としてよい。
【０００９】
本発明の実施形態によると、前記圧電ファンにおいて、前記振動板の一端は前記圧電素子の一端に接続され、前記振動板の他端は前記圧電素子の他端に接続され、前記圧電素子と前記振動板は環状に接続されている、としてよい。
【００１０】
本発明の実施形態によると、前記圧電ファンにおいて、前記振動板は腹と節を有する定在波を形成する、としてよい。
【００１１】
本発明の実施形態によると、前記圧電ファンにおいて、前記振動板は厚さ０．１〜０．５mmの薄板によって形成されている、としてよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、送風方向を自由に設定することができる圧電ファンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本実施形態に係る圧電ファンの第１の例の構成を説明する説明図である。
【図２】図２は本実施形態に係る圧電ファンの第２の例の構成を説明する説明図である。
【図３】図３は本実施形態に係る圧電ファンの第３の例の構成を説明する説明図である。
【図４】図４は本実施形態に係る圧電ファンの第４の例の構成を説明する説明図である。
【図５】図５は本実施形態に係る圧電ファンの第５の例の構成を説明する説明図である。
【図６】図３は本実施形態に係る圧電ファンの振動板の振動モードの例を説明する説明図である。
【図７】図４は本実施形態に係る圧電ファンの振動板の振動モードの他の例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る圧電ファンの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
【００１５】
図１を参照して本実施形態に係る圧電ファンの第１の例を説明する。本例の圧電ファン１０は、１対の圧電素子１３Ａ、１３Ｂと１個の振動板１５を有する。振動板１５の一端１５ａは一方の圧電素子１３Ａに接続され、振動板１５の他端１５ｂは他方の圧電素子１３Ｂに接続されている。即ち、振動板１５は、２つの圧電素子１３Ａ、１３Ｂによって挟まれており、自由端を備えていない。振動板１５は片持ち支持ではなく両端支持である。本例の圧電ファン１０は、片持ち支持構造を備えていない。
【００１６】
圧電素子１３Ａ、１３Ｂは、振動板１５の片面に装着されたモノモルフ型である。圧電素子１３Ａ、１３Ｂの外面には電極が形成されている。電極間に交流電圧２１Ａ、２１Ｂが、それぞれ印加される。それによって振動板１５が振動する。振動板１５に共振を発生させることにより冷却用の空気流が発生する。振動板１５の振動方向Ｂは、振動板１５の面に直交する方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の振動方向Ｂに直交し、且つ、振動板１５の面に沿った方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の長手方向に直交する方向である。
【００１７】
振動板１５は、帯状又はリボン状の薄い形状であり弾性を有する。振動板１５の厚さは、１．００mm以下であり、好ましくは、０．１０〜０．５０mmであってよい。振動板１５を構成する材料は、ヤング率が小さく、内部減衰が小さく、靭性を有する薄板に加工可能な材料が好ましく、ゴム、鋳鉄等の塑性材料又は脆性材料は好ましくない。振動板１５はアルミニウム薄板、ステンレス薄板、薄板鋼板等の金属薄板、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート: polyethylene terephthalate）薄板、ポリスチレン薄板等によって形成してもよい。
【００１８】
図２を参照して本実施形態に係る圧電ファンの第２の例を説明する。本例の圧電ファン１０は、１個の圧電素子１３と１個の振動板１５を有する。振動板１５の一端１５ａは圧電素子１３に接続され、他端１５ｂは固定部１７に接続されている。固定部１７は、例えば、機器の壁部１９等に装着されている。尚、固定部１７を設けることなく、振動板１５の他端１５ｂを機器の壁部１９等に直接装着してもよい。振動板１５は、圧電素子１３と固定部１７によって挟まれており、自由端を備えていない。振動板１５は片持ち支持ではなく両端支持である。本例の圧電ファン１０は、片持ち支持構造を備えていない。
【００１９】
圧電素子１３は、振動板１５の片面に装着されたモノモルフ型である。圧電素子１３の外面には電極が形成されている。電極間に交流電圧２１が印加される。それによって振動板１５が振動する。振動板１５に共振を発生させることにより冷却用の空気流が発生する。振動板１５の振動方向Ｂは、振動板１５の面に直交する方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の振動方向Ｂに直交し、且つ、振動板１５の面に沿った方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の長手方向に直交する方向である。
【００２０】
図３を参照して本実施形態に係る圧電ファンの第３の例を説明する。本例の圧電ファン１０は、１対の圧電素子１４Ａ、１４Ｂと１個の振動板１５を有する。振動板１５の一端１５ａは一方の圧電素子１４Ａに接続され、振動板１５の他端１５ｂは他方の圧電素子１４Ｂに接続されている。即ち、振動板１５は、２つの圧電素子１４Ａ、１４Ｂによって挟まれており、自由端を備えていない。振動板１５は片持ち支持ではなく両端支持である。本例の圧電ファン１０は、片持ち支持構造を備えていない。
【００２１】
本実施形態に係る圧電ファンと図１の第１の例と比較すると、本実施形態では、圧電素子１４Ａ、１４Ｂはバイモルフ型である点が異なり、他の構成は、図１の第１の例と同様であってよい。バイモルフ型の圧電素子は、２枚の圧電素子を重ね合わせた構造を有する。２枚の圧電素子の外面と２枚の圧電素子の間に電極が形成されている。電極間に交流電圧２１Ａ、２１Ｂが、それぞれ印加される。それによって振動板１５が振動する。振動板１５に共振を発生させることにより冷却用の空気流が発生する。振動板１５の振動方向Ｂは、振動板１５の面に直交する方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の振動方向Ｂに直交し、且つ、振動板１５の面に沿った方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の長手方向に直交する方向である。
【００２２】
図４を参照して本実施形態に係る圧電ファンの第４の例を説明する。本例の圧電ファン１０は、１個の圧電素子１４と１個の振動板１５を有する。振動板１５の一端１５ａは圧電素子１３に接続され、他端１５ｂは固定部１７に接続されている。固定部１７は、例えば、機器の壁部１９等に装着されている。尚、固定部１７を設けることなく、振動板１５の他端１５ｂを機器の壁部１９等に直接装着してもよい。振動板１５は、１個の圧電素子１３と固定部１７によって挟まれており、自由端を備えていない。振動板１５は片持ち支持ではなく両端支持である。本例の圧電ファン１０は、片持ち支持構造を備えていない。
【００２３】
本実施形態に係る圧電ファンと図２の第２の例と比較すると、本実施形態では、圧電素子１４はバイモルフ型である点が異なり、他の構成は、図２の第２の例と同様であってよい。バイモルフ型の圧電素子は、２枚の圧電素子を重ね合わせた構造を有する。２枚の圧電素子の外面と２枚の圧電素子の間に電極が形成されている。電極間に交流電圧２１が印加される。それによって振動板１５が振動する。振動板１５に共振を発生させることにより冷却用の空気流が発生する。振動板１５の振動方向Ｂは、振動板１５の面に直交する方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の振動方向Ｂに直交し、且つ、振動板１５の面に沿った方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の長手方向に直交する方向である。
【００２４】
図５を参照して本実施形態に係る圧電ファンの第５の例を説明する。本例の圧電ファン１０は、１個の圧電素子１３と１個の振動板１５を有する。振動板１５の一端１５ａは圧電素子１３の一端１３ａに接続され、他端１５ｂは圧電素子１３の他端１３ｂに接続されている。振動板１５は比較的長い帯状又はリボン状に形成されている。従って、圧電素子１３と振動板１５は輪を形成している。本実施形態の圧電ファンの環状構造を有する。振動板１５は、圧電素子１３の両端１３ａ、１３ｂによって挟まれており、自由端を備えていない。振動板１５は片持ち支持ではなく両端支持である。本例の圧電ファン１０は、片持ち支持構造を備えていない。
【００２５】
図示の例では、圧電素子１３は、振動板１５の片面に装着されたモノモルフ型であるが、バイモルフ型であってもよい。圧電素子１３の外面には電極が形成されている。電極間に交流電圧２１が印加される。それによって振動板１５が振動する。振動板１５に共振を発生させることにより冷却用の空気流が発生する。振動板１５の振動方向Ｂは、振動板１５の面に直交する方向であり、輪の半径方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、振動板１５の振動方向Ｂに直交し、且つ、振動板１５の面に沿った方向である。冷却用の空気流の方向Ａは、輪の軸線方向に沿っており、振動板１５の長手方向に直交する方向である。
【００２６】
図６を参照して本実施形態に係る圧電ファンの振動板の振動モードの例を説明する。図６は図１の第１の例の圧電ファン１０の振動板１５を模式的に描いた説明図である。振動板１５の両端１５ａ、１５ｂは、両側の圧電素子１３Ａ、１３Ｂに接続されている。圧電素子１３Ａ、１３Ｂに交流電圧２１Ａ、２１Ｂをそれぞれ印加すると、振動板１５は振動する。図６では振動板１５の振幅を誇張して描いている。
【００２７】
振動板の振動方向Ｂは振動板の面に垂直である。交流電圧の周波数を適当な値に選択することにより、振動板１５は共振し、定在波を生成する。定在波は複数の腹ａと各腹の両側の節ｎを有する。振動板１５の両端に定在波の節ｎが生じる。こうして本実施形態に係る圧電ファンでは、振動板１５に共振を起こさせ、その定在波を維持することにより、冷却用の空気流が生成される。
【００２８】
図７を参照して本実施形態に係る圧電ファンの振動板の振動モードの他の例を説明する。図７は図５の第５の例の圧電ファン１０の振動板１５を模式的に描いた説明図である。振動板１５の両端１５ａ、１５ｂは、圧電素子１３の両端１３ａ、１３ｂにそれぞれ接続されている。圧電素子１３と振動板１５によって輪が形成される。圧電素子１３に交流電圧２１を印加すると、振動板１５は振動する。図７では振動板１５の振幅を誇張して描いている。
【００２９】
振動板の振動方向Ｂは振動板の面に垂直であり、輪の半径方向に沿っている。振動数を適当な値に選択することにより、振動板１５は共振し、定在波を生成する。定在波は複数の腹ａと各腹の両側の節ｎを有する。振動板１５の両端に定在波の節ｎが生じる。こうして本実施形態に係る圧電ファンでは、振動板１５に共振を起こさせ、その定在波を維持することにより、冷却用空気流が生成される。
【００３０】
本願の発明者は、圧電ファンの動作実験を行い、振動板１５に定在波が生成され、所望の冷却用空気流が発生する条件を検討した。先ず波動の一般式は次のとおりである。
ｋ＝２π／λ                                            式１
ｖ＝λｆ                                                式２
但し、ｋ：波数、λ：波長、ｖ：波の速度、ｆ：振動数、である。振動波の速度ｖは次の式によって与えられる。
ｖ＝ｋ［Ｅｔ２／１２ρ（１−σ２）］０．５                  式３
但し、Ｅ：ヤング率、ρ：密度、σ：ポアソン比、ｔ：振動板の厚さ、である。これらの式から、ｖ、ｋを消去すると次の式が得られる。
λ２ｆ＝２πｔ［Ｅ／１２ρ（１−σ２）］０．５                  式４
【００３１】
次に、振動板１５に定在波が生じる条件を検討する。振動板１５の両端１５ａ、１５ｂにおいて逆位相となる場合には次の式が成り立つ。
λ／２＝Ｌ／（２ｎ＋１）                                      式５
振動板１５の両端１５ａ、１５ｂにおいて同位相とある場合には次の式が成り立つ。
λ／２＝Ｌ／（２ｎ＋２）                                      式６
但し、Ｌ：振動板の長さ、ｎ：０以上の整数、である。
【００３２】
本願の発明者が行った実験に使用した圧電素子は、株式会社スライブ製のＫ７５２０ＢＳ３（幅：２０ｍｍ、長さ７５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ）であり、駆動条件は±４０Ｖ正弦波、１９８Ｈｚである。図１〜図４に示した圧電ファンの場合、振動板の幅ｗは２０ｍｍ、長手方向の寸法Ｌは２００〜３００ｍｍである。定在波の腹の数が４から６個のとき良好な冷却用空気流が生成された。図５に示した環状の圧電ファンの場合、振動板の幅ｗは２０ｍｍ、長手方向の寸法Ｌは３００〜６００ｍｍである。定在波の腹の数は７から８個のとき良好な冷却用空気流が生成された。
【００３３】
以上、本実施形態に係る圧電ファンについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００３４】
１０…圧電ファン、１３、１３Ａ、１３Ｂ…圧電素子、１４、１４Ａ、１４Ｂ…圧電素子、１５…振動板、１７…固定部、１９…壁部、２１、２１Ａ、２１Ｂ…交流電圧、Ａ…空気流の方向、Ｂ…振動板の振動方向、ａ…腹、ｎ…節
【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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