JP2014013000A - 圧電ファン - Google Patents

Abstract

【課題】圧電板と配線部材との断線の懸念が少ない圧電ファンを実現する。
【解決手段】圧電ファン１Ａは、振動板１１Ａと、圧電板１２Ａ，１３Ａと、支持体１６Ａ，１７Ａと、を備えている。振動板１１Ａは、平板状であり、ベース部１１０Ａと、ベース部１１０Ａから延伸される羽板部１１１Ａとを有する。圧電板１２Ａ，１３Ａは、平板状であり、振動板１１Ａの両平板面に、羽板部１１１Ａからベース部１１０Ａにかけて延伸して配置されている。支持体１６Ａ，１７Ａは、ベース部１１０Ａに対向して配置され、振動板１１Ａと圧電板１２Ａ，１３Ａとを支持している。圧電板１２Ａ，１３Ａは、駆動電圧が印加されることで駆動振動が励起する振動励起部４０Ａと、前記駆動振動が励起することが無く、前記振動励起部４０Ａに駆動電圧を印加するリード線３１Ａ，３２Ａが接続される振動非励起部４１Ａと、を備えている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、圧電素子を駆動して振動させることで送風を行う圧電ファンに関するものである。

近年、ＡＶ機器やコンピュータ等の発熱する部品を内蔵した電子機器では、冷却のために小型で静音性の高い圧電ファンが採用されることがある（例えば、特許文献１参照。）。

図８は特許文献１を参考にした圧電ファンの従来構成例を説明する側面断面図である。

図８（Ａ）に示す圧電ファン１Ｐは、振動板１１Ｐ、圧電板１２Ｐ、圧電板１３Ｐ、接着層１４Ｐ、接着層１５Ｐ、支持体１６Ｐ、および、支持体１７Ｐ、を備えている。ここで、図８（Ａ）の図中上方向を天面方向、図中下方向を底面方向、図中右方向を送風方向とする。また、平板状の部材の天面方向にある平板面を天面、底面方向にある平板面を底面とする。

振動板１１Ｐは、弾性を有する金属からなり、送風方向に長尺な平板である。圧電ファン１Ｐは、振動板１１Ｐを天面方向と底面方向とに屈曲振動させることにより、送風方向への送風を行う。

圧電板１２Ｐおよび圧電板１３Ｐは、平板状の圧電体の天面および底面に電極を形成して構成されている。圧電板１２Ｐは、振動板１１Ｐの天面に接している。圧電板１２Ｐは、振動板１１Ｐよりも送風方向の寸法が短く、振動板１１Ｐの天面において送風方向とは逆方向に寄せて配置されている。また、圧電板１３Ｐは、振動板１１Ｐの底面に接している。圧電板１３Ｐは、振動板１１Ｐよりも送風方向の寸法が短く、振動板１１Ｐの底面における圧電板１２Ｐと対向する領域に配置されている。これらの圧電板１２Ｐと圧電板１３Ｐとは、振動板１１Ｐとともにバイモルフ振動子を構成している。

支持体１６Ｐおよび支持体１７Ｐは、例えば外部構造体に固定されていて、バイモルフ振動子を挟持している。具体的には、支持体１６Ｐは、圧電板１２Ｐの天面に接している。支持体１６Ｐは、圧電板１２Ｐよりも送風方向の寸法が短く、圧電板１２Ｐの天面において送風方向とは逆方向の端に寄せて配置されている。また、支持体１７Ｐは、圧電板１３Ｐの底面に接している。支持体１７Ｐは、圧電板１３Ｐよりも送風方向の寸法が短く、圧電板１３Ｐの底面における支持体１６Ｐと対向する位置に配置されている。

圧電板１２Ｐおよび圧電板１３Ｐは、交流電圧源に接続されて駆動する。そのため、圧電ファン１Ｐには、リード線等の配線部材がはんだ付けなどにより接続される。

図８（Ｂ）は、交流電圧源との一般的な配線態様について説明する図である。

この配線態様では、圧電板１２Ｐの天面側の電極に第１の配線部材３１Ｐが接続されている。また、圧電板１３Ｐの底面側の電極に第２の配線部材３２Ｐが接続されている。そして、第１の配線部材３１Ｐと第２の配線部材３２Ｐとは、交流電圧源３０Ｐの第１の端子に接続されている。また、振動板１１Ｐに第３の配線部材３３Ｐが接続されている。そして、第３の配線部材３３Ｐは交流電圧源３０Ｐの第２の端子に接続されている。

特開２００８−１７２１０６号公報

従来の構成では、圧電ファン１Ｐを駆動すると、圧電板１２Ｐおよび圧電板１３Ｐが屈曲するため、配線部材３１Ｐ，３２Ｐと圧電板１２Ｐ，１３Ｐとの接続部分に負荷が掛かり、断線が発生するおそれがある。

そこで本発明の目的は、圧電板と配線部材との断線の懸念が少ない圧電ファンを実現することにある。

この発明の圧電ファンは、次の特徴を有する。圧電ファンは、振動板と、圧電板と、支持体と、を備えている。振動板は、固定部と、固定部から延伸される揺動部とを有する。圧電板は、振動板の少なくとも一方の主面に、揺動部から固定部にかけて延伸して配置されている。支持体は、固定部と揺動部との接続箇所から前記固定部側に延伸して配置され、振動板と圧電板とを支持している。圧電板は、駆動電圧が印加されることで振動が励起される振動励起部と、前記振動が励起されない振動非励起部と、を備え、振動非励起部は少なくとも固定部に対向し、振動非励起部は、固定部に対向する箇所に、振動励起部に駆動電圧を印加する配線部材が接続される配線接続部を有する。

この構成では、圧電板の振動励起部に励起する振動によって揺動部が揺動して送風がなされる。また、駆動電圧を印加する配線部材が接続される配線接続部を、圧電板の振動が励起することの無い振動非励起部が有しているので、配線接続部に圧電ファンの振動が直接伝わることが無く、配線部材が断線する懸念を小さくできる。

上述した発明の圧電ファンにおいて、前記圧電板は、圧電体と、圧電体の両主面に設けられている電極と、を備え、前記振動非励起部において圧電体が分極されておらず、前記振動励起部において圧電体が分極されていると好ましい。

この構成では、圧電板の振動非励起部において駆動振動が励起することを防ぐことができる。

この圧電ファンにおいて、前記圧電板は、前記振動板に接する主面とは反対側の主面において前記振動励起部を覆い前記振動非励起部に延伸されている第１の電極と、前記振動板に接する主面において前記振動励起部を覆う第２の電極と、前記振動板に接する主面において前記第２の電極から分離されていて振動非励起部のみを覆う第３の電極をさらに備えていてもよい。

この構成では、製造時に、第１の電極と第３の電極とを同電位に接続し、第１の電極と第２の電極との間に分極のための電圧を印加することにより、振動非励起部で圧電体を分極せずに、振動励起部で圧電体を分極させることを同時に実現できる。

上述の圧電ファンにおいて、振動板は、互いに平行に配列されている複数の揺動部を備え、複数の揺動部それぞれに圧電板が設けられており、隣りあう揺動部がおのおの逆位相で振動すると好適である。

この構成では、隣りあう揺動部が逆位相で振動するので、各揺動部から固定部に伝わる振動が相殺されることになる。したがって、固定部に振動が伝搬することをより確実に防ぐことができる。

上述の圧電ファンにおいて、支持体と圧電板との間に弾性部材をさらに備えていると好適である。

この構成では、支持体表面の凹凸を弾性部材が吸収するため、圧電板と振動板とがより良く接触する。その結果、圧電板の電極と振動板との接触抵抗が低下し、より確実に振動励起部に十分な電圧を印加することができる。

この発明によれば、圧電板の振動励起部に励起する振動によって揺動部が揺動して送風がなされる。また、駆動電圧を印加する配線部材が接続される配線接続部を、圧電板の振動が励起することの無い振動非励起部が有しているので、配線接続部に圧電ファンの振動が伝わることが殆ど無く、配線部材が断線する懸念を小さくできる。

本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンの外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンの分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンの三面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンの圧電板の周辺構成を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る圧電ファンを説明する図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第３の実施形態に係る圧電ファンの側面図である。 本発明の第４の実施形態に係る圧電ファンの平面図である。 従来の圧電ファンの構成例を示す側面断面図である。

まず、本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンについて、図１〜４を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンの外観斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンの分解斜視図である。図３（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンをＺ軸方向の正方向側から視た平面図である。図３（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンをＸ軸方向の正方向側から視た側面図である。図３（Ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンをＹ軸方向の正方向側から視た正面図である。

図１〜図４において、振動板１１のベース部１１０の長手方向をＸ軸と定義する。また、振動板１１の羽板部の長手方向をＹ軸と定義する。また、振動板１１の平板面と直交する方向をＺ軸と定義する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交している。

なお、以下の説明では、Ｚ軸方向の正方向を圧電ファンの天面方向、Ｚ軸方向の負方向を圧電ファンの底面方向、Ｙ軸方向の正方向を圧電ファンの送風方向、Ｘ軸方向の正方向を圧電ファンの右側面方向とする。また、平板状の部材の天面方向の平板面（主面）を天面、底面方向の平板面（主面）を底面とする。

第１の実施形態に係る圧電ファン１は、振動板１１、圧電板１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３、および、支持体１６，１７を備えている。

振動板１１は、所定の弾性を有する金属平板であり、例えば、厚み０．１ｍｍのステンレススチールからなる。振動板１１は、ベース部１１０、および、３枚の羽板部１１１，１１２，１１３、が一体に成形されたものである。

ベース部１１０は、送風方向と直交する右側面方向に長尺であり、羽板部１１２と羽板部１１１と羽板部１１３とを連結させている。ベース部１１０は、後にリード線等の配線部材がはんだ付けされる配線取付部１１４を備えている。配線取付部１１４は、羽板部１１３との連結位置よりも右側面方向に突出している。

羽板部１１１，１１２，１１３は、それぞれ、送風方向を向く一端部を自由端とし、送風方向とは逆方向を向く他端部がベース部１１０に連結されている。即ち、羽板部１１１，１１２，１１３は、ベース部１１０との連結位置から送風方向に延伸されている。

ここでは、支持体１６，１７における自由端側の端を、ベース部１１０における自由端側の端と一致させている。このため、ベース部１１０のみが支持体１６，１７に挟まれ、羽板部１１１，１１２，１１３は支持体１６，１７に挟まれていない。したがって、羽板部１１１，１１２，１１３は、それぞれ、送風方向を向く一端部を自由端とし、ベース部１１０との接続箇所を支点とする片持ち梁を構成している。羽板部１１１，１１２，１１３の支点から送風方向に延伸されている領域、即ち、羽板部１１１，１１２，１１３それぞれの全体が本発明の「揺動部」に相当している。また、羽板部１１１，１１２，１１３の支点から送風方向とは反対側に延伸されている領域、即ちベース部１１０が本発明の「固定部」に相当している。

なお、本発明の「揺動部」と「固定部」の接続箇所（揺動部の支点）は、振動板１１の支持体１６，１７に挟まれる領域における自由端側の端となる。このため、仮に、振動板１１の支持体１６，１７における自由端側の端を、羽板部１１１，１１２，１１３の中程に重なるように設ける場合には、羽板部１１１，１１２，１１３における支持体１６，１７よりも送風方向に延伸されている領域が、本発明の「揺動部」に相当するものになる。そして、羽板部１１１，１１２，１１３における支持体１６，１７に重なる領域およびベース部１１０側の領域が、本発明の「固定部」に相当するものになる。

また、羽板部１１１，１１２，１１３は、幅広部１１５と幅狭部１１６とを備えている。幅広部１１５は、羽板部１１１，１１２，１１３それぞれの自由端側に設けられた所定長さの部分であり、ここでは幅狭部１１６よりも幅広に構成されている。幅狭部１１６は、羽板部１１１，１１２，１１３それぞれの幅広部１１５よりもベース部１１０側に設けられた部分であり、ここでは幅広部１１５よりも幅狭に構成されている。羽板部１１１，１１２，１１３は、右側面方向に沿って所定の間隔で羽板部１１２、羽板部１１１、羽板部１１３の順に配列されている。両脇に配置されている羽板部１１２，１１３は、互いに略同じ形状で形成されている。中央に配置されている羽板部１１１のＸ軸方向の長さは羽板部１１２，１１３の約２倍に形成されている。羽板部１１１，１１２，１１３のＹ軸方向の長さは略同じである。圧電ファン１は、羽板部１１１，１１２，１１３を隣り合うもの同士が逆位相で振動するように、それぞれを天面方向および底面方向に屈曲させることにより、送風方向への送風を行う。

圧電板１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３は、それぞれ、矩形平板状であって、詳細は後述するが、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体と、圧電体の両平板面に形成されている電極と、を備えている（いずれも、ここでは図示せず）。なお、圧電体の振動板１１と当接する平板面に形成されている電極は、接地のための電極である。圧電体の振動板１１と当接する平板面とは反対側の平板面に形成されている電極は、駆動信号印加用の電極である。なお、振動板１１が導電体である場合には、圧電体の振動板１１側の電極は省略することができ、振動板１１が接地される。

圧電板１２１は、振動板１１の天面に、羽板部１１１からベース部１１０にかけて延伸して配置されている。圧電板１３１は、振動板１１の底面に、羽板部１１１からベース部１１０にかけて延伸して配置されている。より具体的には、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すように、圧電板１２１，１３１は、羽板部１１１において幅狭部１１６を覆うとともに、ベース部１１０における送風方向の端から、送風方向とは逆方向の端付近まで延伸して取り付けられている。また、図３（Ｃ）に白抜きの矢印で示すように、圧電板１２１，１３１の分極方向は、天面方向である。

圧電板１２２は、振動板１１の天面に、羽板部１１２からベース部１１０にかけて延伸して配置されている。圧電板１３２は、振動板１１の底面に、羽板部１１２からベース部１１０にかけて延伸して配置されている。より具体的には、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すように、圧電板１２２，１３２は、羽板部１１２において幅狭部１１６を覆うとともに、ベース部１１０における送風方向の端から、送風方向とは逆方向の端付近まで延伸して取り付けられている。また、図３（Ｃ）に白抜きの矢印で示すように、圧電板１２２，１３２の分極方向は、底面方向である。

圧電板１２３は、振動板１１の天面に、羽板部１１３からベース部１１０にかけて延伸して配置されている。圧電板１３３は、振動板１１の底面に、羽板部１１３からベース部１１０にかけて延伸して配置されている。より具体的には、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すように、圧電板１２３，１３３は、羽板部１１３において幅狭部１１６を覆うとともに、ベース部１１０における送風方向の端から、送風方向とは逆方向の端付近まで延伸して取り付けられている。また、図３（Ｃ）に白抜きの矢印で示すように、圧電板１２３，１３３の分極方向は、底面方向である。

支持体１６，１７は、それぞれ、送風方向と直交する右側面方向に長尺な矩形平板状であって、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から構成されている。支持体１６は、図示していない外部構造体に固定されていて、圧電板１２１，１２２，１２３の天面に取り付けられている。支持体１７は、図示していない外部構造体に固定されていて、圧電板１３１，１３２，１３３の底面に取り付けられている。より具体的には、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すように、支持体１６，１７は、ベース部１１０における送風方向の端から、送風方向とは逆方向にベース部１１０の中程まで延伸して設けられている。即ち、支持体１６，１７は、送風方向の幅がベース部１１０よりも狭く、ベース部１１０における送風方向の端、すなわちベース部１００と羽板部１１１，１１２，１１３との接続箇所から、送風方向とは逆方向に延伸してベース部１１０の一部を覆うように配置されている。ベース部１１０および圧電板１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３は、送風方向とは逆側に支持体１６，１７よりも延伸されている。支持体１６，１７は、圧電板１２１，１２２，１２３と振動板１１と圧電板１３１，１３２，１３３とからなる積層体を挟持している。

図４は、配線部材としてリード線を接続した状態での、圧電板の周辺構造を拡大して示す側面図である。なお、図中には、圧電板１２３と圧電板１３３との側面が示されているが、圧電板１２１，１３１や、圧電板１２２，１３２の側面視した周辺構成も、図４に示す圧電板１２３，１３３の側面視した周辺構成と同様である。

圧電板１２３，１３３は、それぞれ、本発明の「圧電体」に相当する平板状の圧電体基部３５と、本発明の「電極」に相当する第１の電極３６と、第２の電極３７と、第３の電極３８と、を備えている。第１の電極３６は、圧電体基部３５の振動板１１に接する平板面とは反対側の平板面、即ち、圧電体基部３５の支持体１６，１７に接する平板面の全面に形成されている。すなわち、第１の電極３６は全面電極である。圧電体基部３５のＺ軸方向の距離は、例えば０．５ｍｍである。第２の電極３７および第３の電極３８は、圧電体基部３５の振動板１１に接する平板面に形成されている。第２の電極３７と第３の電極３８とは、分割ギャップ３９を間に配して隔てられている。すなわち、第２の電極３７および第３の電極３８は分割電極である。分割ギャップ３９は、電極が形成されていない領域であり、送風方向に直交する右側面方向に沿って、圧電板１２３，１３３の端から端まで延伸して設けられている。分割ギャップ３９のＹ軸方向の距離は、例えば０．５ｍｍである。第２の電極３７は、分割ギャップ３９の送風方向側に設けられている。第３の電極３８は、分割ギャップ３９の第２の電極３７が設けられている側とは反対側に設けられている。なお、第２の電極３７と第３の電極３８とは、分割ギャップ３９を介して物理的に分離されているが、電気的には振動板１１（羽板部１１３およびベース部１１０）を介して接続されている。

分割ギャップ３９によって第２の電極３７と第３の電極３８とを分割しているのは、圧電体基部３５の分極状態を製造時に制御するためである。具体的には、製造時に、第１の電極３６と第３の電極３８とを同電位に接続した状態で、第１の電極３６と第２の電極３７との間に高電圧（分極には２ｋＶ／ｍｍ〜３ｋＶ／ｍｍの電界が必要であるので、例えば３００Ｖ）を印加することにより、第１の電極３６と第３の電極３８とに挟まれている圧電体基部３５を分極させずに、第１の電極３６と第２の電極３７とに挟まれている圧電体基部３５を分極させている。これにより、圧電板１２３，１３３それぞれに、一回の分極工程で圧電体基部３５が分極されている振動励起部４０と、圧電体基部３５が分極されていない振動非励起部４１とが同時に形成される。

振動励起部４０は、図４中に黒矢印を示している領域であり、圧電体基部３５が黒矢印の方向に分極されている。この振動励起部４０は、駆動電圧が印加されることで、振動が励起する。一方、振動非励起部４１は、図４中に黒丸印を示している領域であり、圧電体基部３５が分極されていない。この振動非励起部４１は、駆動電圧が印加されても振動が励起することが無い。なお、振動励起部４０が、本発明の「振動励起部」に相当する。振動非励起部４１が、本発明の「振動非励起部」に相当する。

ここでは、振動励起部４０は、第１の電極３６と第２の電極３７とに圧電体基部３５が挟まれている構成であり、圧電板１２３，１３３における羽板部１１３に重なる領域に設けられている。即ち、振動励起部４０は、圧電板１２３，１３３における支持体１６，１７によって挟まれる領域より送風方向に延伸している領域に設けられている。第２の電極３７も、振動励起部４０と同様に、圧電板１２３，１３３における支持体１６，１７によって挟まれる領域より送風方向に延伸している領域に設けられている。

また、ここでは、振動非励起部４１は、分割ギャップ３９および第３の電極３８と、第１の電極３６とに圧電体基部３５が挟まれている構成であり、圧電板１２３，１３３のベース部１１０に重なる領域に設けられている。即ち、圧電板１２３，１３３における支持体１６，１７によって挟まれる領域と、圧電板１２３，１３３における支持体１６，１７によって挟まれる領域から送風方向とは反対方向に延伸されている領域と、に設けられている。また、分割ギャップ３９および第３の電極３８は、振動非励起部４１と同様に、圧電板１２３，１３３におけるベース部１１０に重なる領域に設けられている。

なお、この構成では、振動非励起部４１におけるベース部１１０に対向する箇所に、振動励起部４０に駆動電圧を印加するための配線部材（詳細は後述する）が接続されている。即ち、振動非励起部４１におけるベース部１１０に対向する箇所に配線接続部４２が設けられている。

より具体的には、圧電板１２３の、振動板１１と当接する主面とは反対側の主面に形成されている電極３６の、支持体１６における自由端側の端よりもＹ軸方向の負方向側の領域が、配線接続部４２である。また、圧電板１３３の、振動板１１と当接する平板面とは反対側の平板面に形成されている電極３６の、支持体１７における自由端側の端よりもＹ軸方向の負方向側の領域が、配線接続部４２である。なお、配線接続部４２が、本発明の「配線接続部」に相当する。

この構成では、圧電板１２３と圧電板１３３とを振動させるために、圧電板１２３と圧電板１３３とに駆動電圧が印加される。そのため、圧電板１２３における配線接続部４２には、交流電圧源の駆動信号印加用の端子に接続されるリード線３１がはんだ付けされている。また、圧電板１３３における配線接続部４２には、交流電圧源の駆動信号印加用の端子に接続されるリード線３２がはんだ付けされている。そして、ベース部１１０において右側面方向に延伸して設けられている配線取付部１１４は、圧電板１２３，１３３の第２の電極３７および第３の電極３８に電気的に接続されていて、交流電圧源の接地のための端子に接続されるリード線３３がはんだ付けされている。

具体的には、リード線３１は、圧電板１２３の振動非励起部４１に設けられている第１の電極３６、即ち、配線接続部４２にはんだ付けされ、リード線３２は、圧電板１３３の振動非励起部４１に設けられている第１の電極３６、即ち、配線接続部４２にはんだ付けされる。リード線３１，３２とリード線３３との間に交流電圧源からの交流電圧が印加されると、圧電板１２３と圧電板１３３とにおける振動励起部４０に、天面方向または底面方向の電界が作用する。圧電板１２３と圧電板１３３とは、第１の電極３６と第２の電極３７とが振動板１１に対して対称に設けられているため、電界の作用方向も逆向きになる。一方、圧電板１２３と圧電板１３３とは、振動励起部４０における分極方向が一致している。したがって、圧電板１２３の振動励起部４０と、圧電板１３３の振動励起部４０とには、逆位相で広がり振動が励起する。そのため、圧電板１２３の振動励起部４０が伸長するように変形する場合には圧電板１３３の振動励起部４０が収縮するように変形し、圧電板１２３の振動励起部４０が収縮するように変形する場合には圧電板１３３の振動励起部４０が伸長するように変形することになる。

このように、リード線３１，３２とリード線３３との間に交流電圧源からの駆動電圧が印加されても、リード線３１，３２が接続されている振動非励起部４１では、圧電体が分極されていないために振動が励起することが無い。したがって、振動非励起部４１にはんだ付けされているリード線３１，３２の接続部分には、振動励起部４０の振動に伴う不要な負荷があまり働かず、リード線３１，３２の接続信頼性は高いものになる。

また、支持体１６と支持体１７とが振動非励起部４１を介して圧電板１２３と振動板１１と圧電板１３３とからなるバイモルフ振動子を挟持しているため、振動励起部４０に励起する駆動振動はベース部１１０にほとんど伝わることが無い。したがって、配線取付部１１４にはんだ付けされているリード線３３の接続部分にも、振動励起部４０の振動に伴う不要な負荷があまり働かず、リード線３３の接続信頼性も高いものになる。

以上のような構成や作用は、圧電板１２１，１３１や、圧電板１２２，１３２でも同様である。ただし、圧電体基部３５の分極方向が、両脇に配置される圧電板１２２，１３２、圧電板１２３，１３３と、中央に配置される圧電板１２１，１３１とで逆方向であるので、羽板部１１２および羽板部１１３と羽板部１１１とでは駆動振動が逆位相で発生することになる。そのため、この圧電ファン１では、羽板部１１１，１１２，１１３からベース部１１０に伝わる振動が相殺されるため、ベース部１１０の振動が低減し、リード線３１，３２，３３の接続部分に掛かる負荷がさらに低減されることになる。

その他、この圧電ファン１では、支持体１６，１７が、バイモルフ振動子を面支持するように構成されているため、ばね挟みのような構成でバイモルフ振動子を線支持する場合に比べ、高い支持力でバイモルフ振動子が支持されることになる。このことにより、各圧電板１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３と振動板１１との接触抵抗のばらつきが抑えられ、圧電ファン１が高安定性と高信頼性を持つことになる。

なお、本実施形態においては、圧電体基部３５の振動板１１と接する平板面に、分割ギャップ３９により分割して第２の電極３７と第３の電極３８とを設けているが、第３の電極３８は形成されていなくてもよい。このような場合であっても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、ここでは、振動励起部４０と振動非励起部４１とが分極状態により区画される例を示したが、その他の方法で、振動励起部４０と振動非励起部４１とを区画してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る圧電ファンについて、図５を参照して説明する。図５（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る圧電ファンの平面図である。図５（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る圧電ファンに配線部材を接続した状態での圧電板の周辺構造を拡大して示す側面図である。

本発明の第２の実施形態に係る圧電ファン１Ａは、振動板１１Ａ、圧電板１２Ａ，１３Ａ、および、支持体１６Ａ，１７Ａを備えている。

振動板１１Ａは、ベース部１１０Ａと一つの羽板部１１１Ａとを備えている。ベース部１１０Ａは、羽板部１１１Ａが連結されている位置よりも右側面方向に突出する配線取付部１１４Ａを備えている。配線取付部１１４Ａは、配線部材が接続される領域である。羽板部１１１Ａは、ベース部１１０Ａに連結され、ベース部１１０Ａとの連結位置から送風方向に延伸されている。

ここでは、支持体１６Ａ，１７Ａにおける自由端側の端を、ベース部１１０Ａにおける自由端側の端と一致させている。このため、ベース部１１０Ａのみが支持体１６Ａ，１７Ａに挟まれ、羽板部１１１Ａは支持体１６Ａ，１７Ａに挟まれていない。したがって、羽板部１１１Ａは、送風方向を向く一端部を自由端とし、ベース部１１０Ａとの接続箇所を支点とする片持ち梁を構成している。羽板部１１１Ａの支点から送風方向に延伸されている領域、即ち、羽板部１１１Ａの全体が本発明の「揺動部」に相当している。また、羽板部１１１Ａの支点から送風方向とは反対側に延伸されている領域、即ちベース部１１０Ａが本発明の「固定部」に相当している。

圧電板１２Ａは、振動板１１Ａの天面に、羽板部１１１Ａからベース部１１０Ａにかけて延伸して配置されている。圧電板１３Ａは、振動板１１Ａの底面に、羽板部１１１Ａからベース部１１０Ａにかけて延伸して配置されている。図５（Ｂ）に矢印で示すように、圧電板１２Ａ，１３Ａの分極方向は、底面方向である。圧電板１２Ａと圧電板１３Ａと振動板１１Ａとは、圧電板１２Ａと圧電板１３Ａとの間に振動板１１Ａが固定されたバイモルフ振動子を構成している。

支持体１６Ａ，１７Ａは、図示していない外部構造体に固定されていて、圧電板１２Ａと振動板１１Ａと圧電板１３Ａとからなるバイモルフ振動子を挟持している。支持体１６Ａは、圧電板１２Ａの天面に設けられ、ベース部１１０Ａの少なくとも羽板部１１１Ａ側の端に重なるように配置されている。支持体１７Ａは、圧電板１３Ａの底面に設けられ、ベース部１１０Ａの少なくとも羽板部１１１Ａ側の端に重なるように配置されている。

圧電板１２Ａ，１３Ａは、それぞれ、平板状の圧電体基部３５Ａと、第１の電極３６Ａと、第２の電極３７Ａと、第３の電極３８Ａと、を備えている。第１の電極３６Ａは、圧電体基部３５Ａの支持体１６Ａ，１７Ａに接する平板面の全面に形成されている。すなわち、第１の電極３６Ａは全面電極である。第２の電極３７Ａおよび第３の電極３８Ａは、圧電体基部３５Ａの振動板１１Ａに接する平板面に形成されている。第２の電極３７Ａと第３の電極３８Ａとは、分割ギャップ３９Ａを間に配して分割して設けられている。すなわち、第２の電極３７Ａおよび第３の電極３８Ａは分割電極である。第２の電極３７Ａは、分割ギャップ３９Ａの送風方向側に設けられている。第３の電極３８Ａは、分割ギャップ３９Ａの第２の電極３７Ａが設けられている側とは反対側に設けられている。なお、第２の電極３７Ａと第３の電極３８Ａとは、分割ギャップ３９Ａを介して物理的に分離されているが、電気的には振動板１１Ａ（羽板部１１１Ａおよびベース部１１０Ａ）を介して接続されている。

振動励起部４０Ａは、図５（Ｂ）中に黒矢印を示している領域であり、圧電体基部３５が黒矢印の方向に分極されている。この振動励起部４０Ａは、第１の電極３６Ａと第２の電極３７Ａとに圧電体基部３５が挟まれている構成であり、駆動電圧が印加されることで、振動が励起する。一方、振動非励起部４１Ａは、図５（Ｂ）中に黒丸印を示している領域であり、圧電体基部３５Ａが分極されていない。この振動非励起部４１Ａは、第１の電極３６Ａと第３の電極３８Ａおよび分割ギャップ３９Ａとに圧電体基部３５が挟まれている構成であり、駆動電圧が印加されても振動が励起することが無い。

また、分割ギャップ３９Ａは、圧電板１２Ａ，１３Ａにおける支持体１６Ａ，１７Ａから送風方向とは反対側に延伸されている領域に、支持体１６Ａ，１７Ａに隣接するように設けられている。振動励起部４０Ａは、分割ギャップ３９Ａよりも送風方向側、即ち、圧電板１２Ａ，１３Ａにおける羽板部１１１Ａに重なる領域と、支持体１６Ａ，１７Ａによって挟まれる領域と、に設けられている。また、振動非励起部４１Ａは、分割ギャップ３９Ａが設けられている領域および、分割ギャップ３９Ａよりも送風方向と反対側の領域に設けられている。言い換えると、振動非励起部４１Ａは、圧電板１２Ａ，１３Ａにおける振動励起部４０Ａを除く領域、つまり、圧電板１２Ａ，１３Ａにおける支持体１６Ａ，１７Ａによって挟まれる領域よりも、送風方向とは反対方向に延伸している領域に設けられている。

圧電板１２Ａと圧電板１３Ａの、振動板１１Ａと当接する平板面とは反対側の平板面に形成されている電極３６Ａのうち、振動非励起部４１Ａに重なる領域は、配線接続部４２Ａである。

このような構成でも、圧電板１２Ａの振動非励起部４１Ａに設けられている配線接続部４２Ａにリード線３１Ａをはんだ付けし、圧電板１３Ａの振動非励起部４１Ａに設けられている配線接続部４２Ａにリード線３２Ａをはんだ付けすることで、リード線３１Ａ，３２Ａの接続部分に、振動励起部４０Ａの振動に伴う不要な負荷があまり働かず、リード線３１Ａ，３２Ａの接続信頼性が高いものになる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る圧電ファンについて、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係る圧電ファンの側面図である。

本発明の第３の実施形態に係る圧電ファン１Ｂは、弾性板２０Ｂ，２１Ｂをさらに備えている点において、第１の実施形態に係る圧電ファン１と異なっている。その他の構成は、第１の実施形態に示した圧電ファン１と略同じである。

具体的には、圧電ファン１Ｂは、振動板１１Ｂ、圧電板１２３Ｂ，１３３Ｂ、支持体１６Ｂ，１７Ｂ、および弾性板２０Ｂ，２１Ｂを備えている。

弾性板２０Ｂ，２１Ｂは、それぞれ、支持体１６Ｂ，１７Ｂと略同様な形状であり、例えばシリコーンゴムなどの弾性体で構成された平板からなる。弾性板２０Ｂは、振動板１１Ｂの天面側に設けられており、詳細には、圧電板１２３Ｂと支持体１６Ｂとの間に狭持されている。弾性板２１Ｂは、振動板１１Ｂの底面側に設けられており、詳細には、圧電板１３３Ｂと支持体１７Ｂとの間に狭持されている。

このような構成の圧電ファン１Ｂでは、弾性板２０Ｂ，２１Ｂが支持体１６Ｂ，１７Ｂの表面の凹凸を吸収するため、圧電板１２３Ｂ，１３３Ｂの電極と振動板１１Ｂとがより良く接触することになる。その結果、圧電板１２３Ｂ，１３３Ｂの電極と振動板１１Ｂとの接触抵抗が低下し、圧電板１２３Ｂ，１３３Ｂに十分な電圧を確実に印加することが可能になる。
次に、本発明の第４の実施形態に係る圧電ファンについて、図７を参照して説明する。図７（Ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る圧電ファンの平面図である。

本発明の第４の実施形態に係る圧電ファン１Ｃは、支持体の形状が第１の実施形態に示した圧電ファン１と異なり、その他の構成は、第１の実施形態に示した圧電ファン１と略同じである。

具体的には、圧電ファン１Ｃは、振動板１１Ｃ、圧電板１２１Ｃ，１２２Ｃ，１２３Ｃ、および、支持体１６Ｃを備えている。支持体１６Ｃは、送風方向とは逆方向に位置する辺に、切欠き１６１Ｃ，１６２Ｃ，１６３Ｃを有している。

切欠き１６１Ｃは、圧電板１２１Ｃの振動非励起部に重なるように配置されている。切欠き１６２Ｃは、圧電板１２２Ｃの振動非励起部に重なるように配置されている。切欠き１６３Ｃは、圧電板１２３Ｃの振動非励起部に重なるように配置されている。このような構成の圧電ファン１Ｃでも、切欠き１６１Ｃ，１６２Ｃ，１６３Ｃから露出する圧電板１２１Ｃ，１２２Ｃ，１２３Ｃの振動非励起部（配線接続部）にリード線をはんだ付けすることにより、圧電板１２１Ｃ，１２２Ｃ，１２３Ｃの配線接続部分に負荷がかかって断線する懸念を大きく減らすことができる。

図７（Ｂ）は、圧電ファンの第４の実施形態の変形態様を説明する図であり、圧電ファンを天面方向から視た平面図である。

図７（Ｂ）に示す圧電ファン１Ｄは、振動板１１Ｄ、圧電板１２１Ｄ，１２２Ｄ，１２３Ｄ、および、支持体１６Ｄを備えている。支持体１６Ｄは、貫通孔１６１Ｄ，１６２Ｄ，１６３Ｄを有している。

貫通孔１６１Ｄは、圧電板１２１Ｄの振動非励起部に重なるように配置されている。貫通孔１６２Ｄは、圧電板１２２Ｄの振動非励起部に重なるように配置されている。貫通孔１６３Ｄは、圧電板１２３Ｄの振動非励起部に重なるように配置されている。このような構成の圧電ファン１Ｄでも、貫通孔１６１Ｄ，１６２Ｄ，１６３Ｄから露出する圧電板１２１Ｄ，１２２Ｄ，１２３Ｄの振動非励起部（配線接続部）にリード線をはんだ付けすることにより、圧電板１２１Ｄ，１２２Ｄ，１２３Ｄの配線接続部分に負荷がかかって断線する懸念を大きく減らすことができる。

上述の各実施形態では、圧電体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。

また、上述の説明では、３つの羽板部や、１つの羽板部を設ける実施形態を示したが、本発明は、羽板部の数によって限定されるものではない。また、隣接するバイモルフ振動子を構成する圧電体の分極方向を異ならせる実施形態を示したが、隣接するバイモルフ振動子を構成する圧電体の分極方向が一致するように構成し、電界の作用方向を異ならせるように構成してもよい。また、隣接するバイモルフ振動子は、必ずしも逆位相で振動させる必要はなく、隣接するバイモルフ振動子が同位相で振動してもよい。

また、上述の説明においては、２つの支持体によりバイモルフ振動子を挟持する実施形態を示したが、何らかの固定方法、例えば接着などの他の方法で、バイモルフ振動子を固定するように構成してもよい。その場合、支持体は１つであってもよい。

また、バイモルフ振動子を構成する他にも、振動板の片面のみに圧電板を設けてユニモルフ振動子を構成してもよい。その場合、ユニモルフ振動子を、２つの支持体で挟持するようにしてもよく、１つの支持体にユニモルフ振動子を接着するように構成してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…圧電ファン
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ…振動板
１１０，１１０Ａ…ベース部
１１１，１１２，１１３，１１１Ａ…羽板部
１１４，１１４Ａ…配線取付部
１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１２Ａ，１３Ａ，１２３Ｂ，１３３Ｂ，１２１Ｃ，１２２Ｃ，１２３Ｃ，１２１Ｄ，１２２Ｄ，１２３Ｄ…圧電板
１６，１７，１６Ａ，１７Ａ，１６Ｂ，１７Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ…支持体
３１，３２，３３，３１Ａ，３２Ａ…リード線
３５，３５Ａ…圧電体基部
３６，３６Ａ…第１の電極
３７，３７Ａ…第２の電極
３８，３８Ａ…第３の電極
３９，３９Ａ…分割ギャップ
４０，４０Ａ…振動励起部
４１，４１Ａ…振動非励起部
４２，４２Ａ…配線接続部
２０Ｂ，２１Ｂ…弾性板
１６１Ｃ，１６２Ｃ，１６３Ｃ…切欠き
１６１Ｄ，１６２Ｄ，１６３Ｄ…貫通孔

Claims (6)

1. 固定部と、前記固定部から延伸される揺動部と、を有する振動板と、
   前記振動板の少なくとも一方の主面に、前記固定部から前記揺動部にかけて延伸して配置されている圧電板と、
   前記固定部と前記揺動部との接続箇所から前記固定部側に延伸して設けられ、前記振動板と前記圧電板とを支持している支持体と、
   を備え、
   前記圧電板は、
   駆動電圧が印加されることで振動が励起される振動励起部と、前記振動が励起されない振動非励起部と、を備え、
   前記振動非励起部は少なくとも前記固定部に対向し、
   前記振動非励起部は、前記固定部に対向する箇所に、前記振動励起部に前記駆動電圧を印加する配線部材が接続される配線接続部を有する、
   圧電ファン。
2. 前記圧電板は、圧電体と、前記圧電体の両主面に設けられている電極と、を備え、
   前記振動非励起部において圧電体が分極されておらず、前記振動励起部において圧電体が分極されている、請求項１に記載の圧電ファン。
3. 前記圧電板は、
   前記振動板に接する主面とは反対側の主面において、前記振動励起部を覆い前記振動非励起部に延伸されている第１の電極と、
   前記振動板に接する主面において、前記振動励起部を覆う第２の電極と、
   を備える、請求項２に記載の圧電ファン。
4. 前記振動板に接する主面において、前記第２の電極から分離されていて前記振動非励起部のみを覆う第３の電極をさらに備える、請求項３に記載の圧電ファン。
5. 前記振動板は、互いに平行に配列されている複数の前記揺動部を備え、
   複数の前記揺動部それぞれに前記圧電板が設けられており、隣りあう前記揺動部がおのおの逆位相で振動する、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電ファン。
6. 前記支持体と前記圧電板との間に弾性部材をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の圧電ファン。

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