JP2008263000A - Piezoelectric fan device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種電子機器内のLSIやCPUなどのチップ周辺を局所的に冷却する圧電素子からなる圧電ファン装置に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric fan device including a piezoelectric element that locally cools the periphery of a chip such as an LSI or a CPU in various electronic devices.
各種電子機器に組み込まれているLSIやCPUなどのチップは、局所的な発熱源となっているため、製品によっては適宜冷却することが必要とされる。
このような要求に答えるものとして、多数の放熱片などを有する単なる放熱体(板)なども使用されているが、小型で、より効率的な冷却ができる、圧電素子(セラミック素子)を用いた圧電ファン装置が提供されている(例えば引用文献1)。
As a response to such a demand, a simple heat radiating body (plate) having a large number of heat radiating pieces is also used, but a small piezoelectric element (ceramic element) that can be cooled more efficiently is used. A piezoelectric fan device is provided (for example, cited document 1).
圧電ファン装置の概略構造を示すと、図4の如くである。この装置では、2枚の板状圧電素子(通常PZTなどからなるセラミック素子)11、11を、これより長さの長い弾性金属板(ブレード)12の両面に接着層13、13を介して貼り付けてある。この両板状圧電素子11、11はその両面に電極14、14が形成されていて、弾性金属板12と一体化された形で圧電ファン部10とする一方、これらの両板状圧電素子11、11の外側の電極14、14間には、交流電圧を印加するための交流回路20を接続すると共に、圧電ファン部10の一端(中央などの途中も可)を、固定部品である支持部30で、片持ち型として支持・固定してある。
A schematic structure of the piezoelectric fan device is shown in FIG. In this apparatus, two plate-like piezoelectric elements (usually ceramic elements made of PZT or the like) 11 and 11 are attached to both surfaces of a longer elastic metal plate (blade) 12 via
この圧電ファン装置の場合、交流電圧を印加すると、片方の板状圧電素子11が伸びるときには、他方の板状圧電素子11が縮み、逆に、片方の板状圧電素子11が縮むと、他方の板状圧電素子11が伸びるため、圧電ファン部10は、全体として正逆方向に交互に屈曲運動するようになる。
In the case of this piezoelectric fan device, when an AC voltage is applied, when one plate-like
従って、圧電ファン装置を、電子機器内のLSIやCPUなどのチップ周辺に組み付けて、交流電圧として、共振周波数となる正弦波を加えれば、弾性金属板12の遊端(自由端)側が扇子状に振動するため、冷却風が発生する。つまり、所望のファン機能が得られる。ファン機能を高めるため、必要により、弾性金属板12の遊端側にプラスチック製などの薄板からなる振動板を設けることも行われている。
Therefore, if the piezoelectric fan device is assembled around a chip such as an LSI or CPU in an electronic device and a sine wave having a resonance frequency is applied as an AC voltage, the free end (free end) side of the
このような構造の圧電ファン装置は、電磁障害などもなく、LSIやCPUなどの発熱源に近接して設置することができ、かつ、小型で、構造が簡単であるという利点があるものの、以下のような問題点があった。 The piezoelectric fan device having such a structure has no advantage of electromagnetic interference, can be installed close to a heat source such as an LSI or a CPU, and has the advantage of being small in size and simple in structure. There was a problem like this.
つまり、この装置において、より小型で高い弾性金属板12の振幅を得るためには、通常板状圧電素子11側の厚さを薄くすることで対応してきた。
しかし、素子をあまり薄くすると、十分な機械的強度が確保できないなどの問題が生じるため、素子の薄型化にも限界がある。
That is, in this apparatus, in order to obtain a smaller and higher amplitude of the
However, if the element is made too thin, there arises a problem that sufficient mechanical strength cannot be ensured, so that there is a limit to thinning the element.
そこで、本発明者等は、素子以外の部分である弾性金属板12に着目し、この板の遊端側に、高い(大きな)振幅を得るため、振幅を増長する振幅増長部として、その長手方向に直交するスリット(凹溝)を1又は2以上設けたところ、良好な結果が得られた。
Therefore, the present inventors pay attention to the
本発明は、このような着想により発明されたものであり、単に弾性金属板(ブレード)の遊端側にスリットを1又は2以上設けることにより、高い振幅、即ち高いファン機能を有する、優れた圧電ファン装置を提供するものである。 The present invention was invented based on such an idea, and by simply providing one or more slits on the free end side of an elastic metal plate (blade), it has a high amplitude, that is, a high fan function. A piezoelectric fan device is provided.
請求項1記載の本発明は、2枚の板状圧電素子と前記両板状圧電素子より長い長さを有しこれらの板状圧電素子の間に挟まれた平板状の弾性金属板とからなる圧電ファン部の一端側又は途中を、支持部で片持ち型に支持・固定すると共に、前記両板状圧電素子の外側面の電極間に交流電圧を印加する交流回路を備えた圧電ファン装置において、
前記弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、1又は2以上の振幅増長部を設けたことを特徴とする圧電ファン装置にある。
The present invention according to claim 1 includes two plate-like piezoelectric elements and a flat elastic metal plate having a longer length than both the plate-like piezoelectric elements and sandwiched between these plate-like piezoelectric elements. A piezoelectric fan device comprising an AC circuit that supports and fixes one end side or a middle of the piezoelectric fan unit to be cantilevered by a support unit and applies an AC voltage between the electrodes on the outer surfaces of the two plate-like piezoelectric elements. In
The piezoelectric fan device is characterized in that one or more amplitude increasing portions are provided on the free end side of the elastic metal plate in the direction opposite to the support portion side.
請求項2記載の本発明は、1枚の板状圧電素子と当該板状圧電素子が固定されると共に、当該両板状圧電素子より長い長さを有する平板状の弾性金属板とからなる圧電ファン部の一端側又は途中を、支持部で片持ち型に支持・固定すると共に、前記板状圧電素子の外側面の電極と前記弾性金属板に交流電圧を印加する交流回路を備えた圧電ファン装置において、
前記弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、1又は2以上の振幅増長部を設けたことを特徴とする圧電ファン装置にある。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device comprising a single plate-like piezoelectric element and a plate-like elastic metal plate to which the plate-like piezoelectric element is fixed and having a length longer than the two plate-like piezoelectric elements. A piezoelectric fan including an AC circuit that supports and fixes one end side or midway of the fan portion in a cantilever manner with a support portion and applies an AC voltage to the electrode on the outer surface of the plate-like piezoelectric element and the elastic metal plate In the device
The piezoelectric fan device is characterized in that one or more amplitude increasing portions are provided on the free end side of the elastic metal plate in the direction opposite to the support portion side.
請求項2記載の本発明は、前記振幅増長部が、前記平板状の弾性金属板の両面側又は片面側で、その長手方向に直交又は交差するスリットからなることを特徴とする請求項1又は2記載の圧電ファン装置にある。 The present invention according to claim 2 is characterized in that the amplitude increasing portion is formed of a slit orthogonal or intersecting with the longitudinal direction on both sides or one side of the flat elastic metal plate. 2. The piezoelectric fan device according to 2.
本発明の圧電ファン装置によると、2枚の板状圧電素子と弾性金属板(ブレード)とからなるバイモルフ型の圧電ファン装置や、1枚の板状圧電素子と弾性金属板とからなるユニモルフ型の圧電ファン装置において、弾性金属板の遊端側の両面側又は片面側で、その長手方向に、振幅増長部、例えばスリット1又は2以上設けてあるため、高い振幅が得られる。即ち、高いファン機能が得られる。また、この際、弾性金属板自体の厚さを、特に薄くする必要もないため、弾性金属板自体の機械的強度が損なわれることもない。 According to the piezoelectric fan device of the present invention, a bimorph type piezoelectric fan device composed of two plate-shaped piezoelectric elements and an elastic metal plate (blade), or a unimorph type composed of one plate-shaped piezoelectric element and an elastic metal plate. In the piezoelectric fan device, since the amplitude increasing portion, for example, one or more slits are provided in the longitudinal direction on both sides or one side of the elastic metal plate on the free end side, high amplitude can be obtained. That is, a high fan function can be obtained. At this time, since the thickness of the elastic metal plate itself does not need to be particularly thin, the mechanical strength of the elastic metal plate itself is not impaired.
図1は、本発明に係る圧電ファン装置の一例を示したものである。
図中、100Aはバイモルフ型の圧電ファン装置で、110は2枚の板状圧電素子111、111を、これより長さの長い弾性金属板112の両面に接着層113、113を介して貼り付けて、さらに、両板状圧電素子111、111の電極114、114を設けてなる圧電ファン部である。120は両板状圧電素子111、111の外側面の電極114、114間に交流電圧を印加するための交流回路、130は圧電ファン部110の一端側(中央などの途中も可)を片持ち型に支持する固定部品からなる支持部である。
FIG. 1 shows an example of a piezoelectric fan device according to the present invention.
In the figure,
上記弾性金属板112(ブレード)は、通常平板状の真鍮やSUSなどの金属板、或いはPETなどの硬質樹脂板などからなり、その遊端(自由端)側には、2個のスリット(凹溝)112aを、振幅増長部として、設けてある。このスリット112aは、弾性金属板112の遊端側における剛性(機械的強度)を、部分的に低下させる。
The elastic metal plate 112 (blade) is usually made of a flat metal plate such as brass or SUS, or a hard resin plate such as PET, and has two slits (recesses) on its free end (free end) side. (Groove) 112a is provided as an amplitude increasing portion. The
この剛性の低下により、弾性金属板112の遊端側の可撓性が増して、撓み易くなるため、結果として、遊端側の振幅増長効果が得られる。この振幅増長効果からすると、板材の長手方向に直交する形のスリットが望ましい。しかし、振幅増長の機能からすると、直交状態から多少ずれた交差型のスリットであってもよい。また、得る振幅の増長度などに応じて、そのスリット数は特に限定されず、2以上とすることもできる。さらに、スリットの形成面も、平板状の両面側、片面側でもよく、また、これを適宜組み合わせた形態とすることも可能である。
Due to the decrease in rigidity, the flexibility on the free end side of the
具体的なスリットの形成方法は、特に限定されないが、機械的な研磨や化学的な研磨(エッチング)、プレス法などで行えばよい。ここでプレス法とは、刃部材(ロール型の刃や棒状の刃など)を押圧させて凹溝を形成する方法である。このスリットの幅や深さも、特に限定されず、適宜設定することができる。しかし、スリットの形成により、必要な機械的強度が失われない範囲で行う必要がある。また、スリットの形状も、特に限定されず、角溝の他か、湾曲状の溝であってもよい。また、スリット全体が複数の細い溝の集合体であってもよい。さらに、広くはスリット部分は、ブレードの剛性を低下される機能があればよいため、平板の幅方向に配列させた多数の短い切り込みや、多数の小孔、凹みであってもよい。 A specific method for forming the slit is not particularly limited, but may be mechanical polishing, chemical polishing (etching), a press method, or the like. Here, the pressing method is a method of forming a concave groove by pressing a blade member (such as a roll-type blade or a rod-shaped blade). The width and depth of the slit are not particularly limited, and can be set as appropriate. However, it is necessary to carry out within a range in which necessary mechanical strength is not lost due to the formation of the slit. Further, the shape of the slit is not particularly limited, and may be a square groove or a curved groove. Moreover, the whole slit may be an aggregate of a plurality of thin grooves. Furthermore, broadly, the slit portion only needs to have a function of reducing the rigidity of the blade, and thus may be a large number of short cuts, a large number of small holes, and dents arranged in the width direction of the flat plate.
図2は、本発明に係る圧電ファン装置の他の例を示したものである。
図中、100Bはユニモルフ型の圧電ファン装置である。この装置は、圧電ファン部110が、1枚の板状圧電素子111とこれが接着層113を介して貼り付られる弾性金属板112からなる点以外は、上記圧電ファン装置100Aと同構造のものである。
FIG. 2 shows another example of the piezoelectric fan device according to the present invention.
In the figure,
この圧電ファン装置100Bでも、弾性金属板112(ブレード)は、通常平板状の真鍮やSUSなどの金属板、或いはPETなどの硬質樹脂板などからなり、その遊端(自由端)側には、2個のスリット(凹溝)112aを、振幅増長部として、設けてある。
このため、上記圧電ファン装置100Aと同様、弾性金属板112の遊端側の可撓性が増して、撓み易くなるため、結果として、遊端側の振幅増長効果が得られる。
この装置の弾性金属板112におけるスリット112aの形状やその形成方法は、上記圧電ファン装置100Aの場合と同様としてある。
Also in this
For this reason, as with the
The shape of the
〈実施例・比較例〉
本発明に係る圧電ファン装置の効果を確認するため、図3(A)〜(C)に示す各サンプルを製造して、弾性金属板(ブレード)の振幅試験を行なった。
図3(A)、(B)は上記図1の圧電ファン装置100Aに対応するもので、図3(A)では弾性金属板112の遊端側の両面に1個のスリット112a(先端からL1の位置)を設けてある。図3(B)では弾性金属板112の遊端側の両面に2個のスリット112a(先端からL1とL2の位置)を設けてある。図3(C)は上記図4の従来型の圧電ファン装置に対応するもので、弾性金属板12の遊端側にスリットのないものである。なお、上記各サンプルにおいて、弾性金属板112、12の長さは20mm、幅は4.0mm、板状圧電素子111、11の長さは7.5mmである。また、スリット112aの幅は1.0mm、深さは50μmである。
この振幅試験において、上記図3(A)、(B)の装置では、スリット112aの位置(L1、L2)を種々変えてみた。この結果は表1の如くあった。
<Examples and comparative examples>
In order to confirm the effect of the piezoelectric fan device according to the present invention, samples shown in FIGS. 3A to 3C were manufactured, and an amplitude test of an elastic metal plate (blade) was performed.
FIGS. 3A and 3B correspond to the
In this amplitude test, in the apparatus shown in FIGS. 3A and 3B, the positions (L1, L2) of the
表1によると、図3(C)の従来型の圧電ファン装置における振幅(比較例1)を基準にとって比較すると、本発明に係る圧電ファン装置100Aに対応する、図3(A)や図3(B)の弾性金属板112の場合、その形成位置によって変動があるものの、5〜30%程度の振幅の増幅効果、即ち振幅増長効果が得られることが分かる。
According to Table 1, when compared with the amplitude (comparative example 1) in the conventional piezoelectric fan device of FIG. 3C as a reference, the
上記ユニモルフ型の圧電ファン装置100Bにあっても、弾性金属板112の構造が、圧電ファン装置100Aと同構造であることから、所定の振幅増長効果が得られることは明らかである。
Even in the unimorph type
また、本発明の特徴とする振幅増長部を設ける点は、上記バイモルフ型やユニモルフ型のものに限定されず、その他の圧電ファン装置において、振幅する弾性金属板、さらにはこれに相当する部材に設ける場合にも適用することができる。 The point of providing the amplitude increasing portion, which is a feature of the present invention, is not limited to the bimorph type or unimorph type, but in other piezoelectric fan devices, the elastic metal plate that vibrates, and the member corresponding thereto It can also be applied to the case of providing.
100A〜100B・・・圧電ファン装置、110・・・圧電ファン部、111・・・板状圧電素子、112・・・弾性金属板、112a・・・振幅増長部(スリット)、113・・・接着層、114・・・電極、120・・・交流回路、130・・・支持部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、1又は2以上の振幅増長部を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。 One end side or midway of a piezoelectric fan unit comprising two plate-like piezoelectric elements and a flat elastic metal plate sandwiched between the two plate-like piezoelectric elements and having a longer length than the two plate-like piezoelectric elements Is supported and fixed in a cantilevered manner by a support portion, and in the piezoelectric fan device including an AC circuit that applies an AC voltage between the electrodes on the outer surfaces of the two plate-like piezoelectric elements,
The piezoelectric fan device according to claim 1, wherein one or more amplitude increasing portions are provided on the free end side of the elastic metal plate opposite to the support portion side.
前記弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、1又は2以上の振幅増長部を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。 One plate-like piezoelectric element and the plate-like piezoelectric element are fixed, and at one end side or in the middle of a piezoelectric fan portion composed of a plate-like elastic metal plate having a longer length than both the plate-like piezoelectric elements, In the piezoelectric fan device provided with an AC circuit for applying an AC voltage to the electrode on the outer surface of the plate-like piezoelectric element and the elastic metal plate, while being supported and fixed in a cantilever manner by the support portion,
The piezoelectric fan device according to claim 1, wherein one or more amplitude increasing portions are provided on the free end side of the elastic metal plate opposite to the support portion side.
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CN112351634A (en) * | 2019-08-07 | 2021-02-09 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | Heat dissipation device and electronic equipment |
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