JP2009174419A - 圧電ファン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、各種電子機器内のＩＣチップ周辺などを局所的に冷却する冷却性能の優れた電子機器用冷却装置を提供するものである。
【解決手段】 かゝる本発明は、１枚の板状圧電素子１１１と当該板状圧電素子１１１が固定されると共に、板状圧電素子１１１より長い長さを有する平板状の弾性振動板１１２とからなる圧電ファン部１１０の一端側又は途中を、支持部１３０で片持ち型に支持・固定すると共に、板状圧電素子１１１に交流電圧を印加する交流回路１２０を備えた圧電ファン装置１００Ａにおいて、弾性振動板１１２と板状圧電素子１１１との接着部に離間部１１２ａなどの非接着領域Ａを設けた圧電ファン装置にあり、これにより、振幅の増長効果が得られる。
【選択図】 図１

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。

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）。
特開２０００−３２３８８２号

圧電ファン装置の概略構造を示すと、図７や図８の如くである。これらの装置では、１枚又は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を、これより長さの長い弾性金属板（ブレード）１２の片面又は両面に接着層１３を介して貼り付けてある。この板状圧電素子１１は、通常その両面に電極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としてある。
そして、板状圧電素子１１の両電極１４、１４間に通電されるように、圧電ファン部１０に交流電圧を印加するための交流回路２０を接続する一方、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。また、通常板状圧電素子１１が１枚のものをモノモルフ型（ユニモルフ型）といい、２枚のものをバイモルフ型という。

このような圧電ファン装置の場合、交流電圧を印加すると、板状圧電素子１１が伸びたり、縮んだりするため、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。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。

また、２枚の板状圧電素子１１がある場合、一方の板状圧電素子１１が伸びるときには、他方の板状圧電素子１１が縮み、逆に、一方の板状圧電素子１１が縮むと、他方の板状圧電素子１１が伸びるため、正逆方向の屈曲運動が増幅されるようになる。このため、より大きな冷却風が発生する。つまり、より良好なファン機能が得られる。

このような構造の圧電ファン装置において、冷却性能を高めるため、弾性金属板１２のより大きな高振動を得るには、弾性金属板１２の長さを長くするか、或いは、通電する電圧を高くすることが必要となる。

しかしながら、近年、電子機器の小型化に伴い冷却部品である、圧電ファン装置を設置するスペースも制限されてきており、装置サイズを大きくすることは困難となってきている。また、一方では、電子機器では多機能化の進行によって、消費電力が上がってきており、圧電ファン装置を高電圧で駆動させることは困難な状況となってきている。

つまり、上記従来構造と同等サイズで、より大きな冷却性能を有する圧電ファン装置が求められている。さらには、従来構造より小サイズても、同等の冷却性能を有する圧電ファン装置が求められている。

そこで、本発明者等は、弾性振動板である弾性金属板１２と板状圧電素子１１との接着部に着目し、両者を接着部の全面で接着するのではなく、接着面の一部に接着されていない部分、例えば弾性振動板の幅方向の延びる少なくとも一つの離間部（ギャップスペース）を形成して、非接着領域を設けたところ、後述する試験結果から明らかなように、より高い振幅が得られることを見出した。

本発明は、この点に着目して発明されたものであり、弾性振動板（ブレード、金属板や樹脂板）と板状圧電素子との接着部に離間部などの非接着領域を設けることにより、高い振幅、即ち高冷却性能を有する、優れた圧電ファン装置を提供するものである。

請求項１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、当該板状圧電素子より長い長さを有する平板状の弾性振動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、
前記弾性振動板と前記板状圧電素子との接着部に非接着領域を設けたことを特徴とする圧電ファン装置にある。

請求項２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振動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、
前記弾性振動板と前記両板状圧電素子との接着部に非接着領域を設けたことを特徴とする圧電ファン装置にある。

請求項３記載の本発明は、前記非接着領域が、当該弾性振動板の幅方向の延びる少なくとも一つの離間部であ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。

請求項４記載の本発明は、前記弾性振動板が、弾性金属板又は弾性樹脂板であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の圧電ファン装置にある。

本発明の圧電ファン装置によると、モノモルフ型やバイモルフ型のものにおいて、弾性振動板（ブレード）と板状圧電素子との接着部において、両者をその全面で接着するのではなく、一部に接着されていない、非接着領域を設けてあるため、結果として、板状圧電素子の振動がし易くなると推論される。つまり、板状圧電素子の振動の自由度が高くなるため、より高い振幅が得られる。これにより、弾性振動板の大きな振動が得られることになり、結果として、高い冷却性能が得られる。
また、この冷却性能を向上させるに際して、弾性振動板の長さを長くしたり、或いは、通電電圧を高くする必要がないため、装置サイズの小型化が可能となり、高電圧駆動が必要とされることもなくなる。

図１は本発明に係る圧電ファン装置の一例を示し、図２はその概略製造工程を示したものである。図中、１００Ａはモノモルフ型の圧電ファン装置で、１１０はその圧電ファン部である。この圧電ファン部１１０は、１枚の板状圧電素子（ＰＺＴなど）１１１を、これより長さの長い弾性振動板（ＳＵＳなどの鋼材や真鍮材などの金属板、又はＰＥＴなどの樹脂板）１１２の片面に接着層１１３を介して貼り付けてあり、また、板状圧電素子１１１の両面には電極１１４、１１４が設けてある。１２０は板状圧電素子１１１に交流電圧を印加する交流回路、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。

上記弾性振動板１１２の片面への板状圧電素子１１１の貼り付け時には、両者を接着部の全面で接着するのではなく、図２に示すように、弾性振動板１１２側に、非接着領域Ａとして、その幅方向の延びる少なくとも一つの離間部１１２ａを設けて接着してある。

つまり、離間部１１２ａは非接着部としてある。結果として、板状圧電素子１１１の接着面が弾性振動板１１２側と一体的に強固に接着されることがないため、振動し易い構造となる。これにより、後述するように、板状圧電素子１１１のより高い振幅が得られる。勿論これに対応して、弾性振動板１１２側で大きな振動が得られる。その結果、高い冷却性能が得られることになる。

なお、上記非接着領域Ａをなす離間部１１２ａの幅は、適宜設定できる。後述する試験例から明らかなように、板状圧電素子１１１や弾性振動板１１２の形状（大きさ）にもよるが、例えば弾性振動板１１２が、４ｍｍ幅の金属板で、接着部の長さが１０ｍｍの場合、離間部１１２ａの幅は、大きいほど、弾性振動板１１２の振幅が大きくなる傾向をとる。幅が５．０ｍｍでは、離間部のない弾性振動板に対して、１．４０倍程度となる。

また、上記板状圧電素子１１１の内側の電極１１４への通電は、適宜方法で行うことができる。弾性振動板１１２が金属板の場合、この金属板を介して通電することができる。金属板と電極間に接着層１１３があっても、その厚さが薄いため、通常通電可能である。なお、接着材料を導電性とすることもできる。また、弾性振動板１１２が樹脂板の場合には、リード線などの配線を介して、通電すればよい。

また、上記弾性振動板１１２の離間部１１２ａは、非接着領域Ａとして、板状圧電素子１１１との接着力を低減させる構成であればよいため、広くは板自体の離間に限定されない。例えば、接着層が形成されない幅方向の延びる凹み部や所定の幅を有する複数のスリット溝などであってもよい。さらには、マスク処理などにより、単に接着層が形成されない部分（領域）としてもよい。

図３は本発明に係る圧電ファン装置の他の例を示し、図４はその概略製造工程を示したものである。図中、この圧電ファン装置１００Ｂはバイモルフ型の圧電ファン装置で、圧電ファン部１１０が、２枚の板状圧電素子（ＰＺＴなど）１１１、１１１とこれが接着層１１３、１１３を介して貼り付られる弾性振動板（ＳＵＳなどの鋼材や真鍮材など金属板、又はＰＥＴなどの樹脂板）１１２からなり、基本的には、上記圧電ファン装置１００Ａと同構造のものである。勿論、弾性振動板１１２の基端側、即ち、板状圧電素子１１１との接着部には、離間部１１２ａを設け、非接着領域Ａとしてある。なお、圧電ファン装置１００Ａと同一構成部分には同符号を付してある。
この圧電ファン装置１００Ｂでは、板状圧電素子１１１、１１１が２枚あるため、上記圧電ファン装置１００Ａに比較すると、弾性振動板１１２のより大きな振幅効果が得られる。即ち、より大きな冷却効果が得られる。

〈実施例・比較例〉
このような本発明に係る圧電ファン装置の効果を確認するため、図１に示す本発明のモノモルフ型の圧電ファン装置１００Ａと同構造であって、図５に示す寸法のもの（実施例１〜５）と、図７に示す従来型のモノモルフ型と同構造であって、図６に示す寸法のもの（比較例１）とからなる各サンプルを製造して、±１２Ｖの交流電圧を印加し、弾性振動板の振幅試験を行なった。その結果は表１の如くであった。

なお、上記各サンプルの圧電ファン装置において、弾性振動板（ＳＵＳ３０１使用）１１２の長さ、及び弾性金属板（ＳＵＳ３０１使用）１２の長さは共に２０ｍｍ、これらの幅は４．０ｍｍ、板状圧電素子（ＰＺＴ使用）１１１、１１の長さ（Ｌ０）は１０．０ｍｍである。また、圧電ファン装置１００Ａの上記弾性振動板１１２及び弾性金属板１２の厚さは０．０５ｍｍである。さらに、圧電ファン装置１００Ａと同構造のものにおける、非接着領域Ａをなす離間部の基端部側の長さＬ１、離間部の幅Ｌ２の値は、表１の通りである。

表１の振幅データ（振幅評価結果）からすると、本願発明の圧電ファン装置（実施例１〜５）では、離間部の基端部側の長さＬ１や離間部の幅Ｌ２を種々変更して組み合わせたところ、離間部の幅Ｌ２を大きくするほど、弾性振動板の振幅が大きくなる傾向があることが分かる。離間部の幅Ｌ２が５．０ｍｍ程度になると、離間部のない弾性振動板（比較例１）に対して、１．４０倍程度となることが分かる。

なお、上記と同様の試験を、圧電ファン装置がバイモルフ型のものにおいても行ったところ、同様の結果が得られることが確認できた。

本発明に係る圧電ファン装置の一例を示した概略縦断側面図である。 図１の装置の圧電ファン部の分解斜視図及び組立て図である。 本発明に係る圧電ファン装置の他の例を示した概略縦断側面図である。 図３の装置の圧電ファン部の分解斜視図及び組立て図である。 図１の圧電ファン装置に対応するサンプルの一部分解斜視図である。 下記図７の圧電ファン装置に対応するサンプルの斜視図である。 従来の圧電ファン装置を示した概略縦断側面図である。 従来の他の圧電ファン装置を示した概略縦断側面図である。

符号の説明

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・・・離間部、１１３・・・接着層、１１４・・・電極、１２０・・・交流回路、１３０・・・支持部、Ａ・・・非接着領域

Claims (4)

1. 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、当該板状圧電素子より長い長さを有する平板状の弾性振動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、
   前記弾性振動板と前記板状圧電素子との接着部に非接着領域を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。
2. 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振動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、
   前記弾性振動板と前記両板状圧電素子との接着部に非接着領域を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。
3. 前記非接着領域が、当該弾性振動板の幅方向の延びる少なくとも一つの離間部であ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。
4. 前記弾性振動板が、弾性金属板又は弾性樹脂板であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の圧電ファン装置。

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