JP2010029759A - 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8や図9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振動板(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、弾性振動板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。
The schematic structure of the piezoelectric fan device is as shown in FIGS. In these apparatuses, one or two plate-like piezoelectric elements (usually ceramic elements made of PZT or the like) 11 are placed on one side or both sides of a longer elastic diaphragm (blade) 12 via an
An
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、弾性振動板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。
In the case of such a piezoelectric fan device, when an AC voltage is applied, the plate-like
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。
In addition, when there are two plate-like
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、弾性振動板12のより大きな高振動を得るには、弾性振動板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。
In the piezoelectric fan device having such a structure, in order to increase the cooling performance, in order to obtain larger high vibration of the
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。 However, in recent years, with the downsizing of electronic equipment, the space for installing a piezoelectric fan device, which is a cooling component, has also been limited, and it has become difficult to increase the size of the device. On the other hand, the power consumption of electronic devices has increased due to the progress of multi-functionalization, and it has become difficult to drive the piezoelectric fan device at a high voltage.
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。 That is, there is a need for a piezoelectric fan device having a size equivalent to that of the conventional structure and higher cooling performance. Furthermore, there is a need for a piezoelectric fan device that has the same cooling performance even if it is smaller than the conventional structure.
そこで、本発明者等は、弾性振動板12の振動時における振動状態に着目し、この弾性振動板12の先端側に重り部材を設けて振動させたところ、大きな振幅が得られることを見出した。これは、重り部材による慣性モーメント(イナーシャ)の発生により、振幅が大きくなるものと推測される。また、弾性振動板の重心が先端側に移動するため、片持ち型の支持タイプでは、先端側の重量が増すほど低周波数の振動となり、騒音の低減も得られることが分かった。
Accordingly, the present inventors have focused on the vibration state at the time of vibration of the
本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、弾性振動板(ブレード)の非固定端の振動する先端側(遊端側)に重り部材を設けることにより、より大きい振幅特性、即ち高い冷却性能が得られると同時に、低周波数の振動によって、騒音の低減が図られる優れた圧電ファン装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of these points, and by providing a weight member on the vibrating front end side (free end side) of the non-fixed end of the elastic diaphragm (blade), a larger amplitude characteristic, that is, It is an object of the present invention to provide an excellent piezoelectric fan device capable of obtaining high cooling performance and at the same time reducing noise by low frequency vibration.
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、前記板状圧電素子の外側面の電極と前記弾性振動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、前記弾性振動板の振動する先端側に重り部材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 first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric fan comprising a single plate-like piezoelectric element and a plate-like elastic vibration plate having a length longer than that of the plate-like piezoelectric element. A piezoelectric fan device comprising an AC circuit that supports and fixes one end side or a middle of the unit in a cantilevered manner with a support unit and applies an AC voltage to the electrode on the outer surface of the plate-like piezoelectric element and the elastic diaphragm In the piezoelectric fan device, a weight member is provided on a front end side of the elastic diaphragm that vibrates.
請求項2記載の本発明は、前記弾性振動板の先端側の片面又は両面に重り部材を設けたことを特徴とする請求項1記載の圧電ファン装置にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the piezoelectric fan device according to the first aspect, wherein a weight member is provided on one side or both sides of the front end side of the elastic diaphragm.
請求項3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、前記弾性振動板の振動する先端側に重り部材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 third aspect of the present invention, there are provided two plate-like piezoelectric elements and a plate-like elastic diaphragm having a length longer than the two 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, a weight member is provided on a front end side of the elastic diaphragm that vibrates.
請求項4記載の本発明は、前記弾性振動板の先端側の片面又は両面に重り部材を設けたことを特徴とする請求項3記載の圧電ファン装置にある。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the piezoelectric fan device according to the third aspect, wherein a weight member is provided on one side or both sides of the front end side of the elastic diaphragm.
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)の振動する先端側)に、重り部材を設けてあるため、大きい振幅が得られる。その結果、高い冷却性能が得られる。また、低周波数の振動によって、騒音の低減も図ることができる。
さらに、冷却性能を向上させるに際して、従来のように、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。
According to the piezoelectric fan device of the present invention, in the monomorph type or bimorph type, the weight member is provided on the vibrating vibration tip (blade), so that a large amplitude can be obtained. As a result, high cooling performance can be obtained. Further, noise can be reduced by low-frequency vibration.
Furthermore, when the cooling performance is improved, it is not necessary to increase the length of the elastic diaphragm or increase the energization voltage as in the prior art, so that the size of the apparatus can be reduced, and high voltage driving is possible. It is no longer needed.
図1は本発明に係る圧電ファン装置の一例を示し、図2は一部を省略した斜視方向からの圧電ファン装置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111(PZTなどの素子)を、これより長さの長い弾性振動板112の片面(図中上面)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を設けてある。120は板状圧電素子111の両電極114、114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、140は弾性振動板112の振動する先端側(固定部品の支持部130とは反対側の遊端側)に設けた重り部材である。
FIG. 1 shows an example of a piezoelectric fan device according to the present invention, and FIG. 2 shows a piezoelectric fan device from a perspective direction with a part thereof omitted.
In the figure, reference numeral 100A denotes a monomorph type piezoelectric fan device, and 110 denotes the piezoelectric fan unit. The
上記弾性振動板112としては、振動可能な板材であれば、特に問わないが、通常平板状の真鍮やSUSなどの金属板、PETなどの樹脂板、CFRP(炭素繊維に樹脂を含浸させ後硬化させて成形したもの)などの複合材料による合成板などが使用できる。この弾性振動板112の先端側に設ける重り部材140にあっては、例えば図示のように、振動板の片面や両面に、接着剤などで貼り付ければよい。
The
上記重り部材140は、弾性振動板112側の慣性モーメントを高めて、大きな振動(高振幅)を得るためのものであるため、その取り付け態様は特に限定されない。
例えば、振動板の先端に、その長さを延長する形で、重り部材140を固着させてもよい。また、その機能を失わない範囲であれば、重り部材140は、振動板の先端から内側寄りに設けられてもかまわない。さらに、図示の例では、重り部材140は、板状の小片からなる場合であるが、特にこれに限定されない。例えば円盤型の小片や角型の小片でもよい。また、振動板先端に固着されるクリップ状の重りなどでよい。さらにまた、重り部材140の材質も、適量の重さを有するものであれば、特に限定されない。
Since the
For example, the
上記板状圧電素子111への通電、特に弾性振動板112側の内側の電極114への通電は通常の方法で行えばよい。例えば、上記の弾性振動板112が金属板の場合には、交流回路120の一方のリード線をこの弾性振動板112に接続して行う。
弾性振動板112と電極114間には、接着層113があるが、この層は薄いため、通常の接着材料でも問題なく、通電可能である。この接着層113を、導電性接着層とすることもできる。導電性接着層とする場合、本発明では、板状圧電素子111の内側の電極114を省略することもできる。これにより、装置の薄型化が得られる。また、交流回路120側のリード線などを、直接板状圧電素子111の内側の電極114側に接続してもよい。弾性振動板112が非金属材料の板からなる場合には、このリード線などによる電極接続が必要となる。
The energization to the plate-like
Although there is an
このようにして、このモノモルフ型の圧電ファン装置100Aの場合、弾性振動板112の先端側に重り部材140が設けてあるため、振動時、先端側の慣性モーメントが高くなるため、大きな振動が得られる。即ち、大きな振幅が得られる。
この結果、同一性能の板状圧電素子111であれば、より大きな振動が得られる。
従って、冷却性能の向上に対して、従来のように、弾性振動板の長さを特に長くする必要もなく、また、通電する電圧を特に高くする必要もない。
Thus, in the case of this monomorph type piezoelectric fan device 100A, since the
As a result, the plate-like
Therefore, for the improvement of the cooling performance, it is not necessary to make the length of the elastic diaphragm particularly long as in the prior art, and it is not necessary to make the energized voltage particularly high.
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は一部を省略した斜視方向からの圧電ファン装置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112からり、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の振動する先端側(遊端側)には、上記と同様重り部材140が設けてある。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。
FIG. 3 shows another example of the piezoelectric fan device according to the present invention, and FIG. 4 shows the piezoelectric fan device from a perspective direction with a part omitted.
In the figure, this piezoelectric fan device 100B is a bimorph type piezoelectric fan device, and a
この圧電ファン装置100Bの場合、板状圧電素子111が2枚あるため、上記圧電ファン装置100Aに比較すると、圧電素子の増設効果と上記重り部材140の付設効果により、より大きな振幅が得られる。
In the case of this piezoelectric fan device 100B, since there are two plate-like
〈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)と、図8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)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。
<Examples and comparative examples>
In order to confirm the effect of the piezoelectric fan device according to the present invention, the same structure as that of the monomorph type piezoelectric fan device 100A of the present invention shown in FIG. 1 having the dimensions shown in FIG. Each sample having the same structure as that of the conventional monomorph type shown in FIG. 8 and having the dimensions shown in FIG. 6 (comparative example) was manufactured, and an AC voltage of ± 12 V was applied to the elastic diaphragm. The amplitude test was performed. The results were as shown in Table 1.
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112、12の長さは20mm、それらの幅は4.0mmである。板状圧電素子111、11の長さは10mm、その厚さは0.2mm、弾性振動板112、12の厚さは0.05mmである。
また、用いた板状圧電素子111、11はPZTである。弾性振動板112、12については、SUS301(鋼材)、PET(樹脂板)、CFRP(炭素繊維に樹脂を含浸させ後硬化させて成形したもの)の3種類を用いた。さらに、本発明の実施例における、重り部材140としては、SUS301の板状小片を用い、これを弾性振動板112の先端側の両面に貼り付けた。そして、その重さについては、3.2mg、6.3mg、12.7mg、25.4mgのものを用いた。
In the piezoelectric fan device of each sample described above, the
The plate-like
表1の特性データ(振幅評価結果)からすると、弾性振動板の先端側に重り部材を設けた場合(本発明の実施例)、弾性振動板の先端側に重り部材のないもの(比較例)に比べて、約10%前後、振幅が大きくなることが分かる。 According to the characteristic data (amplitude evaluation result) in Table 1, when a weight member is provided on the tip side of the elastic diaphragm (an embodiment of the present invention), the weight member is not provided on the tip side of the elastic diaphragm (comparative example). It can be seen that the amplitude increases about 10% compared to
また、上記各サンプルの圧電ファン装置(本発明の実施例と比較例)におけるの振動周波数(共振周波数)を測定したところ、図7のグラフの如くであった。
つまり、弾性振動板がいずれの材質であっても、重り部材を設けた場合(本発明の実施例)、特にその重さが重くなると、重り部材のないもの(比較例)に比べて、振動周波数が低下することが分かる。ノイズ(騒音)の低減が図られることが分かる。
Moreover, when the vibration frequency (resonance frequency) in the piezoelectric fan device (the embodiment of the present invention and the comparative example) of each sample was measured, it was as shown in the graph of FIG.
That is, regardless of the material of the elastic diaphragm, when a weight member is provided (an embodiment of the present invention), particularly when the weight is increased, the vibration is less than that without a weight member (comparative example). It can be seen that the frequency decreases. It can be seen that noise (noise) can be reduced.
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。 In addition, it was confirmed that the same result was obtained when the same test as described above was performed even when the piezoelectric fan device was a bimorph type.
100A〜100B・・・圧電ファン装置、110・・・圧電ファン部、111・・・板状圧電素子、112・・・弾性振動板、113・・・接着層、114・・・電極、120・・・交流回路、130・・・支持部、140・・・重り部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100A-100B ... Piezoelectric fan apparatus, 110 ... Piezoelectric fan part, 111 ... Plate-shaped piezoelectric element, 112 ... Elastic vibration board, 113 ... Adhesive layer, 114 ... Electrode, 120 * ..AC circuit, 130 ... support part, 140 ... weight member
Claims (4)
前記弾性振動板の振動する先端側に重り部材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 supports one end side or the middle of a piezoelectric fan unit comprising a plate-like elastic diaphragm having a longer length than the plate-like piezoelectric element. In a piezoelectric fan device comprising an AC circuit for applying an AC voltage to the electrode on the outer surface of the plate-like piezoelectric element and the elastic diaphragm, while being supported and fixed to a cantilever at the part,
A piezoelectric fan device characterized in that a weight member is provided on a vibrating tip side of the elastic diaphragm.
前記弾性振動板の振動する先端側に重り部材を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。 One end side or halfway of a piezoelectric fan unit comprising two plate-like piezoelectric elements and a plate-like elastic diaphragm having a longer length than the two plate-like piezoelectric elements and sandwiched between these 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,
A piezoelectric fan device characterized in that a weight member is provided on a vibrating tip side of the elastic diaphragm.
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