JP2012077678A - Piezoelectric fan and heat radiator employing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は振動板を圧電素子により振動させることにより、空気流を発生する圧電ファンにおいて、その振動を低減するための装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for reducing vibration in a piezoelectric fan that generates an air flow by vibrating a diaphragm with a piezoelectric element.
近年、携帯型の電子機器では小型化と部品の高密度実装化に伴って、電子機器内部で発生する熱の放熱対策が課題になっている。このような電子機器を効率よく放熱させる手段として、圧電ファンを用いた放熱装置が提案されている。 In recent years, with miniaturization and high-density mounting of parts in portable electronic devices, measures to dissipate heat generated in the electronic devices have become issues. As means for efficiently radiating heat from such an electronic device, a heat radiating device using a piezoelectric fan has been proposed.
特許文献1には、図14に示すように、支持体201に金属薄板よりなる振動板202の長さ方向一端部を固定し、この固定端近傍の両面に圧電素子204を貼り付けると共に、振動板202の長さ方向他端部に複数に分割されたブレード(送風部)203を形成した圧電ファン200が開示されている。支持体201は一対のアーム205を介してヒートシンク206の両側面に固定されている。ブレード203はヒートシンク205のフィン207間に斜めに挿入されており、圧電素子204を駆動することによりブレード203を励振させ、フィン207間の暖気を排出することができる。
In
前記構造の圧電ファン200においては、振動板202が振動すると、その反動により振動板202を支持している支持体201も振動し、支持体201の振動がヒートシンク206に伝わり、騒音の原因になると共に、他の装置の誤作動の原因になるという問題がある。もし、支持体201をゴム等の弾性体を介してヒートシンク206に固定すれば、ヒートシンク206への振動の波及を緩和することは可能であるが、支持体201の支持剛性が低くなるため、ブレード203の振幅が極端に小さくなってしまい、所望の風量が得られなくなる。
In the
一般的な振動低減方法として、図15に示すような動吸振器300がある。すなわち、基体301の上にばねK及び減衰器Zを介して主系302を支持し、主系302の上にばねk及び減衰器zを介して動吸振器300を配置する。主系302の質量をM、変位をXとし、動吸振器300の質量をm、変位をxとすると、外力を受けて振動する主系302を、動吸振器300の積極的な振動で打ち消すものである。このような動吸振器300を、主系302である圧電ファン装置(圧電ファン及び圧電ファンが設置されている筺体)に取り付けて周波数を調整する場合には、取付作業が煩雑になり、装置全体が大型かつコスト高になる欠点がある。
As a general vibration reducing method, there is a dynamic vibration absorber 300 as shown in FIG. That is, the
特許文献2には、図16に示すように、同じ振動特性を有する複数の圧電ファン400を並列して支持体402に支持するとともに、これら圧電ファン400を矢印で示すように逆位相で駆動することで、支持体402の振動を打ち消す構造の装置が提案されている。この場合には、圧電ファン400自体が互いに振動を吸収し合うので、動吸振器のような別の装置を設ける必要がない。しかし、この場合には、複数のファン400を同一周波数でかつ位相を反転させて駆動する必要があるため、駆動回路や個々の圧電ファン構造が複雑になると共に、コスト上昇を招く欠点がある。
In
本発明は、簡単な構造で、圧電素子の駆動によって支持体に生じる振動を低減できる圧電ファン及びそれを用いた放熱装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a piezoelectric fan and a heat dissipation device using the piezoelectric fan that can reduce vibration generated in a support by driving a piezoelectric element with a simple structure.
前記目的を達成するため、本発明は、支持体と、長さ方向一方端が前記支持体に固定支持され、長さ方向他方端側が自由端とされた振動板と、前記振動板の固定端側の表裏面の少なくとも一面に貼り付けられた圧電素子とを備え、前記圧電素子の駆動により前記振動板の自由端側を板厚方向に励振させて空気流を発生させる圧電ファンにおいて、前記圧電ファンの駆動周波数と同じ又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、前記振動板の反力による前記支持体の振動方向と同一方向に振動するように前記支持体に固定したことを特徴とする圧電ファンを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a support, a diaphragm having one end in the length direction fixedly supported by the support and the other end in the length direction being a free end, and a fixed end of the diaphragm A piezoelectric fan attached to at least one of the front and back sides of the side, wherein the piezoelectric element generates an air flow by exciting the free end side of the diaphragm in the thickness direction by driving the piezoelectric element. A vibration absorbing member having a natural frequency that is the same as or close to the drive frequency of the fan is fixed to the support so as to vibrate in the same direction as the vibration of the support due to the reaction force of the diaphragm. A piezoelectric fan is provided.
本発明は、ファンを駆動した時に支持体に加わる振動を、支持体に取り付けた別の部品(振動吸収部材)を共振させることで打ち消し、支持体の振動を抑制するものである。つまり、支持体が振動すると、それに伴って振動吸収部材も振動するが、振動吸収部材の固有振動数は圧電ファンの駆動周波数と同じ又はそれに近いので、振動吸収部材の振動の位相は自動的にファンの振動の位相とほぼ逆位相となり、支持体の振動をキャンセルできる。追加した振動吸収部材は、圧電素子等を用いて積極的に振動させる訳ではなく、ファン駆動の反力により固有振動数で振動するだけであるから、簡易な構造となる。また、ファンと一体化しているため、ファンをヒートシンク等に取り付ける際の調整が不要である。そのため、大型化やコスト上昇を最小限に抑制することができる。また、圧電ファンの振動が外部へ波及するのを抑制できる。 The present invention cancels the vibration applied to the support when the fan is driven by resonating another component (vibration absorbing member) attached to the support to suppress the vibration of the support. In other words, when the support vibrates, the vibration absorbing member also vibrates accordingly, but since the natural frequency of the vibration absorbing member is the same as or close to the driving frequency of the piezoelectric fan, the vibration phase of the vibration absorbing member is automatically set. The phase of the vibration of the fan is almost opposite to that of the fan, and the vibration of the support can be canceled. The added vibration absorbing member does not vibrate actively using a piezoelectric element or the like, but simply vibrates at the natural frequency due to the reaction force of the fan drive, and thus has a simple structure. Moreover, since it is integrated with the fan, no adjustment is required when the fan is attached to a heat sink or the like. Therefore, an increase in size and an increase in cost can be suppressed to a minimum. Moreover, it is possible to suppress the vibration of the piezoelectric fan from spreading to the outside.
振動吸収部材は、一端部が支持体に固定され、他端部が振動板と平行に延びる板ばねと、当該板ばねの他端部に固定された固有振動数調整用の錘とで構成するのがよい。板ばねのみで固有振動数を調整することもできるが、板ばねが大型化する可能性がある。これに対し、板ばねの自由端に錘を取り付ければ、板ばねを大型化させずに固有振動数の調整を容易に行うことができる。振動吸収部材は、振動板と平行に延びる板ばねであるため、支持体の振動方向と同一方向に振動させることができる。 The vibration absorbing member includes a leaf spring having one end fixed to the support and the other end extending in parallel with the diaphragm, and a natural frequency adjusting weight fixed to the other end of the leaf spring. It is good. Although the natural frequency can be adjusted only by the leaf spring, the leaf spring may be increased in size. On the other hand, if a weight is attached to the free end of the leaf spring, the natural frequency can be easily adjusted without increasing the size of the leaf spring. Since the vibration absorbing member is a leaf spring extending in parallel with the diaphragm, it can be vibrated in the same direction as the vibration direction of the support.
振動吸収部材は、振動板と対面するように、振動板を固定した支持体の反対面に固定してもよい。この場合には、振動吸収部材と振動板とが同じ方向に延びるので、振動吸収部材による圧電ファンの長さ方向寸法の増大を抑制できる。 The vibration absorbing member may be fixed to the opposite surface of the support to which the vibration plate is fixed so as to face the vibration plate. In this case, since the vibration absorbing member and the diaphragm extend in the same direction, an increase in the lengthwise dimension of the piezoelectric fan due to the vibration absorbing member can be suppressed.
振動板の自由端から長さ方向中間部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、圧電素子は、ブレードの根元部より振動板の固定端側の領域に貼り付けられている構造としてもよい。この場合には、一枚の振動板に複数のブレードを形成することができ、これらブレードを1つの圧電素子で同時に駆動することが可能であり、さらに風量を増大させることができる。 By forming a slit from the free end of the diaphragm toward the middle in the length direction, a plurality of divided blades are formed, and the piezoelectric element is an area on the fixed end side of the diaphragm from the root of the blade It is good also as a structure affixed on. In this case, a plurality of blades can be formed on one diaphragm, and these blades can be simultaneously driven by one piezoelectric element, and the air volume can be increased.
振動板の長さ方向中間部に直交方向の折り曲げ部が形成されており、振動板の自由端から折り曲げ部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、圧電素子は、折り曲げ部より固定端側に貼り付けられている構造としてもよい。この場合には、振動板をくの字状に折り曲げることで、圧電素子の振動方向に対してブレードの先端部を直交方向に振動させることができ、圧電ファンの配置の自由度を高めることができる。 A bending portion in the orthogonal direction is formed at the middle portion in the longitudinal direction of the diaphragm, and a blade divided into a plurality of parts is formed by forming a slit from the free end of the diaphragm toward the bending portion, A piezoelectric element is good also as a structure affixed on the fixed end side from the bending part. In this case, by bending the vibration plate in a U-shape, the tip of the blade can be vibrated in a direction orthogonal to the vibration direction of the piezoelectric element, and the degree of freedom in arranging the piezoelectric fan can be increased. it can.
本発明にかかる圧電ファンと、間隔をあけて並設された複数の放熱フィンを有するヒートシンクとを備えた放熱装置であって、圧電ファンの振動板は、ヒートシンクの放熱フィンの間に、振動板の励振方向が放熱フィンの側面と平行になるように挿入され、支持体はヒートシンクに固定されている構造としてもよい。この場合には、圧電ファンとヒートシンクとの位置関係が安定するので、圧電ファンの振動板と放熱フィンとが接触せず、放熱フィン間に存在する暖気を効率よく外部へ排出することができる。 A heat dissipating device comprising a piezoelectric fan according to the present invention and a heat sink having a plurality of heat dissipating fins arranged in parallel at intervals, wherein the vibration plate of the piezoelectric fan is disposed between the heat dissipating fins of the heat sink. It is good also as a structure where it inserts so that the excitation direction of this may become parallel to the side surface of a radiation fin, and a support body is being fixed to the heat sink. In this case, since the positional relationship between the piezoelectric fan and the heat sink is stabilized, the diaphragm of the piezoelectric fan and the heat radiating fin do not come into contact with each other, and the warm air existing between the heat radiating fins can be efficiently discharged to the outside.
支持体の長さ方向中央部に振動板と振動吸収部材とが固定され、支持体の長さ方向両端部がヒートシンクに固定されている構造としてもよい。この場合には、振動板の励振によって支持体の中央部が最も大きく振動するが、その振動部分に振動吸収部材が固定されているので、ヒートシンクへの振動の波及を抑制しながら、支持体の振動を効果的に打ち消すことができる。 A structure in which the diaphragm and the vibration absorbing member are fixed to the center portion in the length direction of the support and both ends in the length direction of the support are fixed to the heat sink may be employed. In this case, the central part of the support body vibrates most greatly by the excitation of the diaphragm, but since the vibration absorbing member is fixed to the vibration part, the vibration of the support body is suppressed while suppressing the spread of vibration to the heat sink. Vibration can be effectively canceled out.
以上のように、本発明によれば、振動板を支持する支持体に、ファンの駆動周波数と同じ又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、支持体の振動方向と同一方向に振動するように固定したので、動吸振器のような格別の駆動源を必要とせず、簡単な構造で支持体の振動を打ち消すことができる。また、振動吸収部材はファンと一体化されているため、ファンをヒートシンク等に取り付ける際に調整不要であり、大型化やコスト上昇を最小限に抑制することができる。 As described above, according to the present invention, the vibration absorbing member having the natural frequency that is the same as or close to the driving frequency of the fan is vibrated in the same direction as the vibration direction of the support. Therefore, it is possible to cancel the vibration of the support with a simple structure without requiring a special drive source such as a dynamic vibration absorber. Further, since the vibration absorbing member is integrated with the fan, no adjustment is required when the fan is attached to a heat sink or the like, and an increase in size and cost can be minimized.
〔第1実施形態〕
図1は、本発明に係る圧電ファンの第1実施形態を示す。圧電ファン1は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板2と、振動板2の長さ方向中間部を固定支持する支持体3と、振動板2の表裏面に貼り付けられた圧電素子4,4とで構成されている。支持体3に対する振動板2の固定方法は、接着、溶接、ねじ止め等任意である。振動板2は、例えば金属製の板ばねで構成されており、支持体3から長さ方向一方側に延びる部分が送風部(ブレード)2aとなっている。圧電素子4はこの送風部2aの根元部(固定端側)に貼り付けられている。この例では、圧電素子4を振動板2の表裏面に貼り付けてバイモルフ型圧電ファンを構成しているが、振動板2の片面にのみ貼り付けたユニモルフ構造であってもよい。支持体3は、図示しない固定部(例えばヒートシンクやケース本体)に固定されている。支持体3を間にして、振動板2の送風部2aと逆方向に振動吸収部2bが延長されており、その先端部に錘6が固定されている。振動吸収部2bと錘6とで振動抑制部5が構成される。振動抑制部5は、振動板2の送風部2aと同じ振動方向、つまり上下方向に振動することができ、その固有振動数は圧電素子4の駆動周波数と同じ又はその近傍に設定されている。ここでは、振動板2の送風部2aと振動吸収部2bとが同じ部材で一体形成されているが、別部材で構成し、それぞれ支持体3に固定してもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a first embodiment of a piezoelectric fan according to the present invention. The
圧電素子4,4に振動板2を一次共振させる周波数の電圧を印加すると、破線で示すように振動板2の送風部2aが上下に大きく振動し、矢印A方向の空気流を発生させることができる。ファン1を駆動した時、その反動として支持体3に上下方向の振動Bが加わり、その振動が支持体3を固定したヒートシンクやケースに伝達される。しかし、本発明では支持体3の振動によって、当該支持体3に固定された振動抑制部5が共振し、その振動の位相がファン1の振動と逆位相となるので、支持体3の振動を自動的に打ち消すことができ、ヒートシンクやケースへの振動波及を抑制することができる。なお、振動抑制部5を追加することにより、ファン1本来の特性(ファン駆動周波数、送風部2aの振幅)に影響を及ぼすこともない。
When a voltage having a frequency at which the
ここで、図2を参照して本発明における圧電ファンの振動低減の作動原理を説明する。図2において、M1は支持体の質量、K1は支持体の取付剛性、M2,K2は振動抑制部の質量と剛性、X1は支持体の変位、F(=F0sinω)はファンの送風部が振動して発生する加振力、ω0はファン駆動周波数、ω1,ω2はそれぞれ支持体の固有振動数と追加した振動系(振動抑制部)の固有振動数であり、ω1=√(K1/M1)、ω2=√(K2/M2)である。 Here, the operation principle of the vibration reduction of the piezoelectric fan in the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, M1 is the mass of the support, K1 is the mounting rigidity of the support, M2 and K2 are the mass and rigidity of the vibration suppression unit, X1 is the displacement of the support, and F (= F 0 sin ω) is the fan blower Ω 0 is the fan drive frequency, ω 1 and ω 2 are the natural frequency of the support and the natural frequency of the added vibration system (vibration suppression unit), and ω 1 = √ (K1 / M1), ω 2 = √ (K2 / M2).
図2のような2自由度の振動モデルにおいて、加振力Fの周波数ωと支持体の変位X1の関係をグラフに表すと、図3のようになる。つまり、ω=ω2のとき、X1は最小となることがわかる。したがって、ω2がファン駆動周波数(ω0)と一致するように、M2,K2の値を調整すれば、ファン駆動時の支持体の振動を小さくでき、ひいてはファンの支持体を取り付けているその他の装置への振動の波及を抑制できる。なお、図2では、説明を簡単にするために減衰のない系で考えたが、減衰を含んだ系においても同様の効果が得られる。その場合、減衰の影響により、X1が最小となる振動数はω2よりやや高くなると考えられる。振動抑制部の固有振動数をファン駆動周波数よりやや低くすることで、最大の振動低減効果が得られる。 In the two-degree-of-freedom vibration model as shown in FIG. 2, the relationship between the frequency ω of the excitation force F and the displacement X1 of the support is shown in a graph in FIG. That is, when ω = ω 2 , X1 is minimum. Therefore, if the values of M2 and K2 are adjusted so that ω 2 coincides with the fan drive frequency (ω 0 ), the vibration of the support during driving of the fan can be reduced, and thus the fan support is attached. The ripple of vibration to the device can be suppressed. In FIG. 2, a system without attenuation is considered for the sake of simplicity, but a similar effect can be obtained even in a system including attenuation. In this case, the frequency at which X1 is minimized is considered to be slightly higher than ω 2 due to the influence of attenuation. The maximum vibration reduction effect can be obtained by making the natural frequency of the vibration suppression unit slightly lower than the fan drive frequency.
〔第2実施形態〕
図4は、本発明に係る圧電ファンの第2実施形態を示す。この圧電ファン10は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板11と、振動板11の長さ方向一端部を固定支持する支持体12と、振動板11の固定端側の表裏面に貼り付けられた圧電素子13,13とを備えている。振動板11の自由端には送風部(ブレード)11aが設けられている。支持体12には、振動板11と逆方向に延びる振動吸収板14の一端部が固定されている。振動吸収板14の他端部に錘15が固定され、振動吸収板14と錘15とで振動抑制部16を構成している。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows a second embodiment of the piezoelectric fan according to the present invention. The
この実施形態では、振動吸収板14と振動板11とが別部材であるため、振動吸収板14として任意の特性を持つ材料を選定することができる。例えば、振動板11とヤング率の異なるばね板や厚みの異なるばね板を使用することで、振動抑制部16の固有振動数を圧電素子13の駆動周波数に合わせ込むことができる。なお、振動板11と振動吸収板14とを支持体12に対して一列に並べて固定する必要はなく、例えば振動板11の上に振動吸収板14を重ねて支持体12に固定してもよい。
In this embodiment, since the
〔第3実施形態〕
図5は、本発明に係る圧電ファンの第3実施形態を示す。この圧電ファン20は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板21と、振動板21の長さ方向一端部を固定支持する支持体22と、振動板21の固定端側の表裏面に貼り付けられた圧電素子23,23とを備えている。支持体22には、振動板21と逆方向に延びる振動吸収板24の一端部が固定されている。振動吸収板24の他端部には錘が固定されておらず、振動吸収板24だけで振動抑制部を構成している。
[Third Embodiment]
FIG. 5 shows a third embodiment of a piezoelectric fan according to the present invention. The
この実施形態では、振動吸収板24が振動板21より薄肉なばね板で構成されているため、振動板21より短い長さで固有振動数をファンの駆動周波数に合わせ込むことができる。この場合には、錘を必要としない分だけ部品数を削減できる。
In this embodiment, since the
〔第4実施形態〕
図6は、本発明に係る圧電ファンの第4実施形態を示す。この圧電ファン30は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板31と、振動板31の長さ方向中間部を固定支持する支持体32と、振動板31の支持体32近傍部分の表裏面に貼り付けられた圧電素子33,33とで構成されている。振動板31には、支持体32から一方側へ延びる送風部31aと、送風部31aと逆方向に延びる振動吸収部31bとが一体に形成され、振動吸収部31bの自由端には幅広部31cが形成されている。この実施形態は、第1実施形態に比べて、錘に代えて、幅広部31cが形成された点を特徴としている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the piezoelectric fan according to the present invention. The
この実施形態では、振動吸収板31bの幅広部31cが錘として作用するので、送風部31aより短い長さで、固有振動数をファンの駆動周波数の近傍にすることができる。この場合、錘を必要とせず、振動吸収部31bが送風部31aと一体に形成されているため、部品数を削減できる。なお、振動吸収部31bを送風部31aとは別体で構成し、支持体32に対して個別に固定してもよい。
In this embodiment, since the
〔第5実施形態〕
図7は、本発明に係る圧電ファンの第5実施形態を示す。この圧電ファン40は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板41と、振動板41の長さ方向一端部を固定支持する支持体42と、振動板41の固定端側(支持体42近傍部)の表裏面に貼り付けられた圧電素子43,43とを備えている。振動板41の自由端には送風部(ブレード)41aが設けられている。支持体42の下面、つまり振動板41を固定した上面と逆側の面には、振動吸収板44の一端部44aが固定されており、振動吸収板44の他端は振動板41と同一方向に延び、その自由端に錘45が固定されている。この実施形態では、錘45は振動吸収板44の自由端の上面、つまり圧電素子43と対向する位置に固定されている。
[Fifth Embodiment]
FIG. 7 shows a fifth embodiment of a piezoelectric fan according to the present invention. The
この実施形態の場合も、振動吸収板44と錘45とで構成される振動抑制部46の固有振動数をファンの駆動周波数の近傍にすることで、ファン40の駆動に伴う支持体42の振動によって、振動抑制部46を共振させることができ、支持体42の振動を打ち消すことができる。この実施形態では、振動吸収板44を支持体42に対して振動板41と同一方向に固定したので、圧電ファン40の長さ寸法を抑制できると共に、振動吸収板44を振動板41に対して支持体42の厚さ方向反対側に配置し、かつ錘45が振動吸収板44の上面に固定されているので、圧電ファン40の高さ寸法も抑制できる。
Also in this embodiment, the vibration of the
〔第1実施例〕
図8は、本発明に係る圧電ファンを用いた放熱装置の第1実施例を示す。この放熱装置は、基板100と、基板100の上に固定されたIC等の発熱素子110と、発熱素子110上に固定されたヒートシンク120と、ヒートシンク120上に固定された圧電ファン130とで構成されている。圧電ファン130としては、第5実施形態(図7)に係る圧電ファンと同様に振動板と振動吸収板とを支持体の上下面にそれぞれ固定すると共に、振動板の送風部を直角に折り曲げた構造を有する。
[First embodiment]
FIG. 8 shows a first embodiment of a heat dissipation device using a piezoelectric fan according to the present invention. The heat dissipation device includes a
圧電ファン130は、図9〜図11に示すように、角柱状の支持体131と、支持体131の長さ方向中間部の上面に一端部が固定された振動板132と、振動板132の固定端側の表裏面に固定された圧電素子133とで構成されている。支持体131の長さ方向中間部の下面には、振動吸収板134の一端部が固定され、振動吸収板134の自由端部上面に錘135が固定されている。振動吸収板134と錘135とによって振動吸収部136が構成されている。錘135を含む振動吸収部136の固有振動数は、圧電素子133の駆動周波数の近傍に設定されている。振動板132は、その長さ方向中間部が下方へ垂直に折り曲げられており、自由端から折り曲げ部132aの近傍位置までスリット132bを形成することにより、複数のブレード(送風部)132cに分割されている。圧電素子133を駆動すると、折り曲げ部132aは上下方向に振動し、ブレード132cの先端部は折り曲げ部132aより大きな振幅で水平方向に振動する。振動吸収板134は支持体131に対して振動板132と同じ方向に延びており、その長さは、振動板132の固定端から折り曲げ部132aまでの長さより短い。そのため、振動吸収板134の自由端が振動板132のブレード132cと接触することがない。また、錘135の厚みは支持体131の厚みより薄いので、振動吸収板134が振動板132の振動に伴って共振しても、錘135が振動板132(圧電素子133)と接触することがない。
As shown in FIGS. 9 to 11, the
ヒートシンク120は、間隔をあけて並設された複数枚の放熱フィン121を有しており、ヒートシンク120の底面は、発熱素子110の上面に熱的に結合された状態で取り付けられている。したがって、発熱素子110から生じる熱はヒートシンク120に伝導され、各放熱フィン121間の空気は熱せられる。ヒートシンク120の隣接する2つのコーナ部の上面には、一対の凸状の取付座122が形成され、これら取付座122の間には凹部124が形成されている。取付座122にはそれぞれネジ穴123が形成されている。ブレード132cをその変位方向が放熱フィン121の側面と平行になるように各放熱フィン121の間に挿入し、ネジ125を支持体131の両端部に形成したネジ挿通穴131aを介して取付座122にネジ止めすることで、圧電ファン130はヒートシンク120に固定されている。放熱フィン121の間に挿入されたブレード132cが放熱フィン121の側面と平行に変位するため、放熱フィン121間の暖気がブレード132cでかき取られ、暖気はブレード132cの長さ方向に排出される。また、この実施例では、ブレード132cがヒートシンク120の中にその底面に対して垂直方向に挿入されているので、ブレード132cによって引き起こされた空気流がヒートシンク120の最も高温の底面に垂直方向に当たり、ヒートシンク120の熱をより効果的に排出できる。その結果、放熱効果に優れた放熱装置を実現できる。
The
この実施例では、振動板132と振動吸収板134とが、支持体131の長さ方向中間部の上下面にそれぞれ固定されており、支持体131の長さ方向両端部がネジ125によってヒートシンク120の取付座122に固定されている。したがって、支持体131の長さ方向中間部とヒートシンク120との間には、凹部124による高さ方向の隙間が存在する。圧電素子133の駆動によって圧電ファン130が振動すると、その反動で支持体131が上下に振動する。支持体131の振動に伴って振動吸収板134が共振するため、支持体131の振動が打ち消され、ヒートシンク120への振動伝播が抑制される。振動吸収板134が上下に大きく共振しても、支持体131とヒートシンク120との間に隙間が存在するため、振動吸収板134がヒートシンク120と干渉するのを防止できる。
In this embodiment, the
なお、圧電ファン130をヒートシンク120に固定する構造は、前記実施例のように支持体131をヒートシンク120の取付座122に直接ネジ止めする構造に限定されるものではなく、例えば特許文献1のように、ヒートシンクの両側面にアームを介して支持体を固定してもよい。
The structure for fixing the
ここで、本発明における圧電ファン(振動吸収部付き)と比較例の圧電ファン(振動吸収部なし)とを用いた放熱装置における振動比較実験の結果を示す。ここでは、本発明の圧電ファン130’として、振動吸収板134を振動板132と逆向きに支持体131に固定したものを使用した。比較例は、本発明に対して振動吸収板134と錘135とを除外したものである。これら圧電ファンを図12に示すように、放熱装置に適用し、ファン駆動による基板の振動(振動加速度)を測定した。測定は、基板の最も振動の大きい部分の振動加速度を測定したものである。圧電ファンの各部の寸法は図13に示す通りである。
振動板:厚さ0.1mmのSUS304
振動吸収板:厚さ0.1mmのSUS304
錘:重さ3gの樹脂
支持体:樹脂
基板:Micro−ATXボード(250mm×250mm×1.5mm)
発熱素子に代えてプレートヒータ(金属):10mm×10mm×1mm
ヒートシンク:50mm×50mm×30mm
Here, the result of the vibration comparison experiment in the heat radiating device using the piezoelectric fan (with the vibration absorbing portion) in the present invention and the piezoelectric fan (without the vibration absorbing portion) of the comparative example is shown. Here, as the
Diaphragm: SUS304 with thickness of 0.1mm
Vibration absorbing plate: SUS304 with a thickness of 0.1 mm
Weight: Resin with a weight of 3 g Support: Resin Substrate: Micro-ATX board (250 mm × 250 mm × 1.5 mm)
Plate heater (metal) instead of heating element: 10mm x 10mm x 1mm
Heat sink: 50mm x 50mm x 30mm
表1に示すように、本発明と比較例とを比較すると、ファンを同じ周波数で駆動した場合に、ファンの先端振幅がほぼ同じでありながら、基板に伝わる振動が比較例に比べて1/2以下に低減されたことがわかる。よって、本発明の振動低減機能を有する圧電ファンの有効性が確かめられた。 As shown in Table 1, when the present invention and the comparative example are compared, when the fan is driven at the same frequency, the vibration transmitted to the substrate is 1/5 compared to the comparative example while the tip amplitude of the fan is substantially the same. It turns out that it was reduced to 2 or less. Therefore, the effectiveness of the piezoelectric fan having the vibration reducing function of the present invention was confirmed.
第1実施例では、振動吸収板134を振動板132と同方向に延びるように支持体131の下面に固定したが、振動吸収板134を振動板132と逆方向に延びるように支持体131の下面に固定してもよい。支持体の構造は、実施例のように角棒状に限るものではなく、任意の形状を持つことができる。また、振動板によって発生する支持体の振動を外部に波及させずに振動吸収板で打ち消すことができるように、支持体に対する振動板及び振動吸収板の固定位置と、支持体をヒートシンクなどに固定する固定位置とが長さ方向に離れている方が望ましい。
In the first embodiment, the
1 圧電ファン
2 振動板
2a 送風部(ブレード)
2b 振動吸収部
3 支持体
4 圧電素子
5 振動抑制部
6 錘
100 基板
110 発熱素子
120 ヒートシンク
130 圧電ファン
131 支持体
132 振動板
133 圧電素子
134 振動吸収板
135 錘
136 振動吸収部
1
Claims (7)
前記圧電ファンの駆動周波数と同一又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、前記振動板の反力による前記支持体の振動方向と同一方向に振動するように前記支持体に固定したことを特徴とする圧電ファン。 A support is attached to at least one surface of a diaphragm having one end in the length direction fixedly supported by the support and having a free end on the other end in the length direction, and the front and back surfaces of the fixed end side of the diaphragm. A piezoelectric fan that generates an air flow by exciting the free end of the diaphragm in the thickness direction by driving the piezoelectric element,
A vibration absorbing member having a natural frequency equal to or close to the driving frequency of the piezoelectric fan is fixed to the support so as to vibrate in the same direction as the vibration of the support due to the reaction force of the diaphragm. A piezoelectric fan characterized by
前記圧電素子は、前記ブレードの根元部より前記振動板の固定端側の領域に貼り付けられていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧電ファン。 By forming a slit from the free end of the diaphragm toward the middle in the length direction, a blade divided into a plurality of parts is formed,
4. The piezoelectric fan according to claim 1, wherein the piezoelectric element is attached to a region on a fixed end side of the diaphragm from a root portion of the blade. 5.
前記振動板の自由端から前記折り曲げ部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、
前記圧電素子は、前記折り曲げ部より固定端側に貼り付けられていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧電ファン。 A bending portion in the orthogonal direction is formed at the middle portion in the longitudinal direction of the diaphragm,
By forming a slit from the free end of the diaphragm toward the bent portion, a plurality of blades are formed,
4. The piezoelectric fan according to claim 1, wherein the piezoelectric element is attached to a fixed end side with respect to the bent portion. 5.
前記圧電ファンの前記振動板は、前記ヒートシンクの放熱フィンの間に、前記振動板の励振方向が前記放熱フィンの側面と平行になるように挿入され、
前記支持体は前記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする放熱装置。 A heat dissipating device comprising the piezoelectric fan according to claim 1 and a heat sink having a plurality of heat dissipating fins arranged in parallel at intervals,
The diaphragm of the piezoelectric fan is inserted between the heat sink fins of the heat sink so that the excitation direction of the diaphragm is parallel to the side surface of the heat sink fin,
The heat dissipation device, wherein the support is fixed to the heat sink.
前記支持体の長さ方向両端部が前記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする、請求項6に記載の放熱装置。 The diaphragm and the vibration absorbing member are fixed to a central portion in the length direction of the support,
The heat dissipating apparatus according to claim 6, wherein both ends of the support in the length direction are fixed to the heat sink.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010223399A JP2012077678A (en) | 2010-10-01 | 2010-10-01 | Piezoelectric fan and heat radiator employing the same |
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JP (1) | JP2012077678A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017215531A1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | 华为技术有限公司 | Method for adjusting electromagnetically driven swing plate and electromagnetically driven swing plate apparatus |
WO2021147287A1 (en) * | 2020-01-21 | 2021-07-29 | 樊道航 | Blade platform, resonant fan structure, resonant fan, and resonant air outlet method |
CN115388046A (en) * | 2022-10-27 | 2022-11-25 | 成都汇通西电电子有限公司 | Low-noise combined piezoelectric fan capable of eliminating resonance |
-
2010
- 2010-10-01 JP JP2010223399A patent/JP2012077678A/en active Pending
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