JP2023008755A - 中央を固定されているアクチュエータのための上部チャンバ空洞 - Google Patents

Abstract

【課題】中央を固定されているアクチュエータのための上部チャンバ空洞を提供するフローチャンバ、冷却システム及び方法を提供する。
【解決手段】冷却システム１００において、フローチャンバは、上部壁を含む上部チャンバ１４０と、アクチュエータ１２０と、下部チャンバ１５０と、を備える。アクチュエータは、上部壁から遠位に配置されている。下部チャンバは、アクチュエータが作動された時に、上部チャンバから流体を受け入れる。上部壁は、少なくとも１つの空洞１７０を備える。冷却システムは、フローチャンバを備えている冷却セルを利用する。方法は、フローチャンバを通して流体を方向付けるために或る周波数でアクチュエータを駆動することを備える。
【選択図】図１Ａ

Description

コンピュータデバイスにおける速度および演算算能力が増すにつれて、コンピュータデバイスによって発せられる熱も増大する。様々なメカニズムが、熱の発生に対処するために提案されてきた。アクティブな装置（ファンなど）が、大型のコンピュータデバイス（ラップトップコンピュータまたはデスクトップコンピュータなど）に空気を通すために利用されうる。パッシブな冷却装置（ヒートスプレッダなど）が、より小型のモバイルコンピュータデバイス（スマートフォン、仮想現実デバイス、および、タブレットコンピュータなど）で利用されうる。しかしながら、かかるアクティブな装置およびパッシブな装置は、モバイルデバイス（スマートフォンなど）を十分に冷却できない場合がある。したがって、コンピュータデバイスのためのさらなる冷却ソリューションが望まれている。さらに、かかる冷却システムは、モバイルデバイスおよびその他のデバイスに望ましい冷却をより良好に提供するよう最適化されることが望まれうる。

以下の詳細な説明および添付の図面において、本発明の様々な実施形態を開示する。

アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

中央を固定されているアクチュエータを備えているアクティブ冷却システムの実施形態について、背圧対流量を示す図。

中央を固定されているアクチュエータと空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態の挙動を示すグラフ。 中央を固定されているアクチュエータと空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態の挙動を示すグラフ。

アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

タイルに形成されているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 タイルに形成されているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。 タイルに形成されているアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。

フローチャンバを通して流体を駆動するための方法の実施形態を示すフローチャート。

本発明は、処理、装置、システム、物質の組成、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体上に具現化されているコンピュータプログラム製品、および／または、プロセッサ（プロセッサに接続されているメモリに格納および／またはそのメモリによって提供される命令を実行するよう構成されているプロセッサ）を含め、様々な形態で実施されうる。本明細書では、これらの実施例または本発明が取りうる任意の他の形態が、技術と呼ばれうる。一般に、開示されている処理の工程の順序は、本発明の範囲内で変更されてもよい。特に言及しない限り、タスクを実行するよう構成されるものとして記載されているプロセッサまたはメモリなどの構成要素は、或る時間にタスクを実行するよう一時的に構成されている一般的な構成要素として、または、タスクを実行するよう製造されている特定の構成要素として実装されてよい。本明細書では、「プロセッサ」という用語は、１または複数のデバイス、回路、および／または、コンピュータプログラム命令などのデータを処理するよう構成されている処理コアを指すものとする。

以下では、本発明の原理を示す図面を参照しつつ、本発明の１または複数の実施形態の詳細な説明を行う。本発明は、かかる実施形態に関連して説明されているが、どの実施形態にも限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものであり、本発明は、多くの代替物、変形物、および、等価物を含む。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細事項が記載されている。これらの詳細事項は、例示を目的としたものであり、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも特許請求の範囲に従って実施可能である。明確にするために、本発明に関連する技術分野で周知の技術事項については、本発明が必要以上にわかりにくくならないように、詳細には説明していない。

半導体デバイスが、ますますパワフルになるにつれて、動作中に発せられる熱も増大する。例えば、モバイルデバイス（スマートフォン、タブレットコンピュータ、ノートブック、および、仮想現実デバイスなど）用のプロセッサは、高クロック速度で動作するが、かなりの量の熱を発生しうる。発生する熱の量のため、プロセッサは、比較的短期間しか最高速度で動作できない。この期間が経過した後、スロットリング（例えば、プロセッサのクロック速度の減速）が起きる。スロットリングは、熱の発生を低減できるが、プロセッサの速度ひいてはプロセッサを利用する機器の性能に悪影響を与える。技術が５Ｇ以降の世代に移行すると、この問題は、悪化すると予想される。

より大型のデバイス（ラップトップまたはデスクトップコンピュータなど）は、回転翼を有する電動ファンを備える。内部の構成要素の温度上昇に応じて給電されうるファン。ファンは、より大型のデバイスを通して空気を駆動することで、内部の構成要素を冷却する。しかしながら、かかるファンは、典型的に、モバイルデバイス（スマートフォンなど）にとって、または、より薄いデバイス（タブレットコンピュータなど）にとって、大きすぎる。ファンは、空気の境界層が構成要素の表面に存在して、冷却したい高温表面における空気流の空気速度を制限することから、有効性が制限され、また、過剰な量のノイズを発生しうる。パッシブな冷却ソリューションは、熱交換器に熱を伝達するために、ヒートスプレッダならびにヒートパイプまたはベイパーチャンバなどの構成要素を含む。ヒートスプレッダは、ホットスポットでの温度上昇をいくぶん緩和するが、現在および将来のデバイスで発生する熱の量に十分に対処することができない。同様に、ヒートパイプまたはベイパーチャンバは、発生した過剰な熱を除去するのに十分な量の熱伝達を提供できない。したがって、比較的小型のモバイルデバイスおよび比較的大型のデバイスで利用できる冷却ソリューションが望まれている。

冷却システムの文脈で記載されているが、本明細書に記載の技術および／または装置は、その他の応用例で用いられてもよい。例えば、アクチュエータは、他の装置で用いられてもよく、および／または、冷却システムは、他の目的で用いられてもよい。装置は、中央領域または端部で支持構造に結合されているアクチュエータ（すなわち、冷却素子）の文脈でも記載されている。他の実施形態において、アクチュエータは、別の方法で支持構造に結合（例えば、固定）されてもよい。例えば、アクチュエータは、アクチュエータの端部に沿って支持構造に取り付けられてもよい。

フローチャンバ（冷却システムで利用されうる）について説明する。フローチャンバは、上部壁を含む上側チャンバと、アクチュエータと、下側チャンバと、を備える。アクチュエータは、上部壁から遠位に配置されている。下側チャンバは、アクチュエータが作動された時に、上側チャンバから流体を受け入れる。上部壁は、少なくとも１つの空洞を備える。

いくつかの実施形態において、フローチャンバは、支持構造を含む。アクチュエータは、中央領域および外周を備える。アクチュエータは、中央領域で支持構造によって支持されている。アクチュエータの外周の少なくとも一部は、固定されていない。アクチュエータは、上側チャンバから下側チャンバへ流体を駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている。いくつかの実施形態において、アクチュエータは、固定領域および片持ちアームを備える。固定領域は、支持構造によって固定されている。片持ちアームは、固定領域から外向きに伸びており、ステップ領域、少なくとも１つの延長領域、および、外側領域を備えてよい。ステップ領域は、固定領域から外向きに伸びており、ステップ厚さを有する。延長領域は、ステップ領域から外向きに伸びており、ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する。外側領域は、延長領域から外向きに伸びており、延長厚さよりも厚い外側厚さを有する。

いくつかの実施形態において、上部壁は、少なくとも１つのベントを備える。アクチュエータは、上部壁と下側チャンバとの間にある。いくつかの実施形態において、フローチャンバの上側チャンバは、奇数の整数に波長を乗じて４で除した値に対応する長さを有する。波長は、振動運動の周波数に対する音波長である。また、振動運動の周波数は、アクチュエータの構造共振と、その波長を有する上側チャンバの音響共振と、に対応する。いくつかの実施形態において、フローチャンバは、さらに、少なくとも１つのオリフィスを有するオリフィスプレートを備える。オリフィスプレートは、下側チャンバの底部壁を形成する。アクチュエータは、少なくとも１つのオリフィスを通して流体を駆動するように作動される。いくつかの実施形態において、１または複数の空洞は、アクチュエータの自由部分の長さに０．２５以上かつ２／３以下の値を乗じた長さを有する。いくつかの実施形態において、空洞の幅は、５０マイクロメートル以上かつ１００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、空洞は、上側チャンバの高さ（例えば、５０マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下）に０．２５以上かつ１以下の値を乗じた深さを有してよい。

いくつかの実施形態において、冷却システムについて記載されている。冷却システムは、冷却セルを備えており、各冷却セルは、フローチャンバを備える。したがって、各冷却セルは、上側チャンバ、冷却素子、および、下側チャンバを備える。上側チャンバは、上部壁を備える。冷却素子は、上部壁から遠位に配置されている。下側チャンバは、冷却素子が作動された時に、上側チャンバから流体を受け入れる。さらに、上部壁は、少なくとも１つの空洞を備える。いくつかの実施形態において、複数の冷却セルの各々は、支持構造を備える。かかる実施形態において、冷却素子は、中央領域および外周を備える。さらに、冷却素子は、中央領域で支持構造によって支持されている。外周の少なくとも一部は、固定されていない。冷却素子は、上側チャンバから下側チャンバへ流体を駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている。いくつかの実施形態において、アクチュエータは、固定領域および片持ちアームを備える。固定領域は、支持構造によって固定されている。片持ちアームは、固定領域から外向きに伸びており、ステップ領域、少なくとも１つの延長領域、および、外側領域を備えてよい。ステップ領域は、固定領域から外向きに伸びており、ステップ厚さを有する。延長領域は、ステップ領域から外向きに伸びており、ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する。外側領域は、延長領域から外向きに伸びており、延長厚さよりも厚い外側厚さを有する。

いくつかの実施形態において、上部壁は、少なくとも１つのベントを備える。かかる実施形態において、冷却素子は、上部壁と下側チャンバとの間にある。さらに、上側チャンバは、奇数の整数に波長を乗じて４で除した値に対応する長さを有してよい。波長は、振動運動の周波数に対する音波長である。また、振動運動の周波数は、冷却素子の構造共振と、その波長を有する上側チャンバの音響共振と、に対応する。いくつかの実施形態において、冷却セルの各々は、１または複数のオリフィスを有するオリフィスプレートを備える。オリフィスプレートは、下側チャンバの底部壁を形成してよい。冷却素子は、１または複数のオリフィスを通して流体を駆動するよう作動される。いくつかの実施形態において、１または複数の空洞は、アクチュエータの自由部分の長さに０．２５（１／４）以上かつ２／３以下の値を乗じた長さを有する。いくつかの実施形態において、空洞の幅は、チャンバの幅の５０パーセント以上かつ１００パーセント以下である。いくつかの実施形態において、空洞は、上側チャンバの高さ（例えば、５０マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下）に０．２５以上かつ１以下の値を乗じた深さを有してよい。

熱発生構造を冷却する方法について説明する。方法は、或る周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動する工程を備える。冷却素子は、上側チャンバ、下側チャンバ、および、冷却素子を含むチャンバを通して流体を方向付けるために、駆動された時に振動運動を行うよう構成されている。上側チャンバは、上部壁を備える。冷却素子は、上部壁から遠位に配置されている。下側チャンバは、冷却素子が作動された時に、上側チャンバから流体を受け入れる。上部壁は、少なくとも１つの空洞を備える。いくつかの実施形態において、冷却素子は、中央領域および外周を備える。冷却素子は、中央領域で支持構造によって支持されている。外周の少なくとも一部は、固定されていない。冷却素子は、上側チャンバから下側チャンバへ流体を駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている。上部壁は、１または複数のベントを備える。アクチュエータは、上部壁と下側チャンバとの間にある。いくつかの実施形態において、１または複数の空洞は、冷却素子の外周に近接している。いくつかの実施形態において、１または複数の空洞は、アクチュエータの自由部分の長さに０．２５（１／４）以上かつ２／３以下の値を乗じた長さを有する。いくつかの実施形態において、空洞の幅は、チャンバの幅の５０パーセント以上かつ１００パーセント以下である。いくつかの実施形態において、空洞は、上側チャンバの高さ（例えば、５０マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下）に０．２５以上かつ１以下の値を乗じた深さを有してよい。

図１Ａ～図１Ｆは、熱発生構造１０２と共に利用可能であり、中央を固定されているアクチュエータ１２０を備えているアクティブ冷却システム１００の実施形態例を示す図である。冷却システムで用いられる場合、アクチュエータは、冷却素子とも呼ばれうる。したがって、アクチュエータ１２０は、本明細書では、冷却素子１２０とも呼ばれうる。明確にするために、特定の構成要素だけが図示されている。図１Ａ～図１Ｆは、正確な縮尺ではない。対称に図示されているが、冷却システム１００は、対称である必要はない。

図１Ａおよび図１Ｂは、冷却システム１００の断面図および上面図を示している。冷却システム１００は、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ（または、冷却素子）１２０と、オリフィス１３２を有するオリフィスプレート１３０と、支持構造（すなわち「アンカ」）１６０と、システム内に形成されているチャンバ１４０および１５０（集合的にチャンバ１４０／１５０）と、を備える。フロー／チャンバ１４０／１５０の上部壁は、図の実施形態において、上部プレート１１０の底面によって形成されている。フローチャンバ１４０／１５０の上部壁は、空洞１７０を有する。したがって、フローチャンバ１４０／１５０は、上部プレート１１０とオリフィスプレート１３０との間に形成されていると見なされてよい。アクチュエータ１２０は、その中央領域でアンカ１６０によって支持されている。図１Ｂにおいて、アクチュエータ１２０は、破線で示されており、アンカ１６０は、二点鎖線で示されている。簡単のために、オリフィス１３２は、図１Ｂには図示されていない。アクチュエータの外周の一部（例えば、チップ１２１）に近く、外周の一部を含むアクチュエータ１２０の領域が、作動時に振動する。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０のチップ１２１は、アンカ１６０から最も遠い外周の部分を含み、アクチュエータ１２０の作動中に最大のたわみを受ける。明確にするために、アクチュエータ１２０の１つのチップ１２１のみが、図１Ａで符号を付されている。

図１Ａおよび図１Ｂは、中立位置にある冷却システム１００を示している。したがって、アクチュエータ１２０は、実質的に平坦である様子が示されている。同相動作中、アクチュエータ１２０は、図１Ｃおよび図１Ｄに示す位置の間で振動するように駆動される。この振動運動は、流体（例えば、空気）をベント１１２に引き込んで、フローチャンバ１４０／１５０を通過させ、高速および／または高流量でオリフィス１３２から流出させる。例えば、流体が熱発生構造１０２に衝突する速度は、少なくとも３０メートル／秒でありうる。いくつかの実施形態において、流体は、少なくとも４５メートル／秒の速度で熱発生構造１０２に向かうようにアクチュエータ１２０によって駆動される。いくつかの実施形態において、流体は、少なくとも６０メートル／秒の速度で熱発生構造１０２に向かうようにアクチュエータ１２０によって駆動される。その他の速度も、いくつかの実施形態において可能でありうる。また、冷却システム１００は、アクチュエータ１２０の振動運動によってオリフィス１３２を通してフローチャンバ１４０／１５０に戻る流体がほとんどまたは全くないように構成されている。

熱発生構造１０２は、冷却システム１００によって冷却されることが望ましい。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２は、熱を発生させる。例えば、熱発生構造は、集積回路であってよい。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２は、冷却されることが望ましいが、それ自体は熱を発生しない。熱発生構造１０２は、（例えば、熱を発生させる近くの物体から）熱を伝導してもよい。例えば、熱発生構造１０２は、ヒートスプレッダまたはベイパーチャンバであってよい。したがって、熱発生構造１０２は、プロセッサなどの個々の集積回路構成要素、他の集積回路、ならびに／もしくは、１または複数のチップパッケージを含む半導体構成要素、センサ、光学デバイス、１または複数のバッテリ、コンピュータデバイスなどの電子デバイスのその他の構成要素、ヒートスプレッダ、ヒートパイプ、冷却が望まれるその他の電子構成要素および／またはその他のデバイス、を含みうる。

また、冷却システム１００が利用されることが望ましいデバイスは、冷却システムを配置する空間が限られている場合がある。例えば、冷却システム１００は、コンピュータデバイスで用いられてよい。かかるコンピュータデバイスは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、２ｉｎ１ラップトップ、携帯型ゲームシステム、デジタルカメラ、仮想現実ヘッドセット、拡張現実ヘッドセット、複合現実ヘッドセット、および、その他の薄いデバイス、を含みうるが、これらに限定されない。冷却システム１００は、モバイルコンピュータデバイスおよび／または少なくとも１つの寸法で空間が限られているその他のデバイスの中に設置可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）冷却システムであってよい。例えば、冷却システム１００の全体高さ（熱発生構造１０２の上部から上部プレート１１０の上部まで）は、２ミリメートル未満であってよい。いくつかの実施形態において、冷却システム１００の全体高さは、１．５ミリメートル以下であってもよい。いくつかの実施形態において、全体高さは、２５０マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、この全体高さは、１．１ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、全体高さは、１ミリメートル以下である。同様に、オリフィスプレート１３０の底部と熱発生構造１０２の上部との間の距離ｙ（図１Ｃに示されている）は、小さくてよい。いくつかの実施形態において、ｙは、２００マイクロメートル以上かつ１ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、ｙは、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下である。したがって、いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２に最も近いオリフィスプレート１３０の表面と、熱発生構造１０２から最も遠い上部プレート１１０の表面との間の距離は、７００マイクロメートル以下である。したがって、冷却システム１００は、コンピュータデバイスおよび／または少なくとも１つの寸法で空間が限られているその他のデバイスで利用可能である。ただし、空間の制限があまりないデバイスで、および／または、冷却以外の目的で、冷却システム１００を利用することを妨げるものではない。１つの冷却システム１００が図示されているが（例えば、１つの冷却セル）、複数の冷却システム１００が、熱発生構造１０２に関連して利用されてもよい。例えば、一次元アレイまたは二次元アレイの冷却セルが用いられてよい。

冷却システム１００は、熱発生構造１０２を冷却するために用いられる流体と連通する。流体は、気体または液体であってよい。例えば、流体は、空気であってよい。いくつかの実施形態において、流体は、冷却システム１００が存在するデバイスの外側からの（例えば、デバイスにおける外部ベントを通して提供されている）流体を含む。いくつかの実施形態において、流体は、冷却システムが存在するデバイス内で（例えば、密閉されているデバイス内で）循環する。

アクチュエータ１２０は、アクティブ冷却システム１００の内部（例えば、フローチャンバ１４０／１５０）を、上部（または上側）チャンバ１４０および下部（または下側）チャンバ１５０に分割していると考えることができる。上部チャンバ１４０は、アクチュエータ１２０、側面、および、上部プレート１１０によって形成されている。下部チャンバ１５０は、オリフィスプレート１３０、側面、アクチュエータ１２０、および、アンカ１６０によって形成されている。上部チャンバ１４０および下部チャンバ１５０は、アクチュエータ１２０の外周で接続され、共にフローチャンバ１４０／１５０（例えば、冷却システム１００の内部チャンバ）を形成している。

上部チャンバ１４０のサイズおよび構成は、セル（冷却システム１００）の寸法、アクチュエータ１２０の運動、および、動作周波数の関数であってよい。上部チャンバ１４０は、高さｈ１を有する。上部チャンバ１４０の高さは、所望の流量および／または速度で、オリフィス１３２を通して下部チャンバ１５０へ流体を駆動するのに十分な圧力を提供するよう選択されてよい。また、上部チャンバ１４０は、アクチュエータ１２０が作動時に上部プレート１１０に接触しない十分な高さを有する。いくつかの実施形態において、上部チャンバ１４０の高さは、５０マイクルメートル以上かつ５００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、上部チャンバ１４０は、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の高さを有する。

また、上部プレート１１０は、空洞１７０を備える。図１Ｂにおいて、空洞１７０は、点線で示されている。特定の形状（すなわち、長方形）を有するように図示されているが、トレンチ空洞１７０は、三角形、楕円形、円形、および／または、菱形を含むがこれらに限定されない別の形状を有してもよい。空洞１７０は、対称的であり、同じ形状を有するように図示されているが、いくつかの実施形態において、空洞１７０は、異なる形状を有してもよく、および／または、非対称であってもよい。フローチャンバ１４０／１５０の外縁に配置されているように図示されているが、空洞１７０は、他の場所に配置されてもよい。また、空洞１７０の寸法が、異なっていてもよい。空洞１７０は、５０マイクロメートル以上かつ４００マイクロメートル以下の高さｕを有してよい（例えば、いくつかの実施形態において、上側チャンバ１４０の高さｈ１の２５％以上かつ上側チャンバ高さの１００％以下の高さ）。いくつかの実施形態において、空洞１７０は、２００マイクロメートル以下の高さを有してよい（例えば、いくつかの実施形態において、上側チャンバ高さの５０％以下）。空洞１７０の長さｖ１は、５００マイクロメートル以上かつ２．５ミリメートル以下であってよい（例えば、いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０の自由部分の長さの２５％以上かつ２／３以下）。例えば、アクチュエータ１２０の自由部分は、３ミリメートルの長さＬ１を有してよい（例えば、１ミリメートル以上かつ５ミリメートル以下）。かかる実施形態において、空洞１７０は、１ミリメートル以上かつ２ミリメートル以下の長さを有してよい。いくつかの実施形態において、空洞１７０は、１．５ミリメートル以下の長さを有してよい。いくつかの実施形態において、長さｖ１は、アクチュエータ１２０のチップ１２１と上側チャンバ１４０の外壁との間の距離に２以上の値を乗じた長さ（例えば、エッジベント長さの２倍）であり、Ｌ１の半分以下である。空洞１７０の幅ｖ２は、上側チャンバ１４０の幅Ｄ１の半分以上かつ上側チャンバの幅以下であってよい。いくつかの実施形態において、空洞１７０は、６ミリメートル以上かつ８ミリメートル以下の幅を有する。いくつかの実施形態において、その他の形状が、空洞１７０に用いられてもよい。いくつかのかかる実施形態において、空洞の面積は、上述の長方形空洞と同程度であることが望まれうる。空洞１７０が存在するため、上部プレート１１０は、変化する厚さを有すると見なされてよく、上部チャンバ１４０（およびフローチャンバ１４０／１５０）は、変化する高さを有すると見なされてよく、フローチャンバ１４０／１５０は、空洞１７０を備えている上面を有すると見なされてよい。

上部プレート１１０は、流体が冷却システム１００に引き込まれる際に通りうるベント１１２を備える。上部ベント１１２は、チャンバ１４０における所望の音圧に基づいて選択されたサイズを有してよい。例えば、いくつかの実施形態において、ベント１１２の幅ｗは、５００マイクロメートル以上かつ１０００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、ベント１１２の幅は、２５０マイクロメートル以上かつ２０００マイクロメートル以下である。図の実施形態において、ベント１１２は、上部プレート１１０の中心に配置されている開口部である。別の実施形態において、ベント１１２は、他の場所に配置されてもよい。例えば、ベント１１２は、上部プレート１１０の端部の１つにより近くてもよい。ベント１１２は、円形、長方形、または、その他の形状のフットプリントを有してよい。単一のベント１１２が図示されているが、複数のベントが用いられてもよい。例えば、ベントは、上部チャンバ１４０の縁部に向かってオフセットされてよく、または、上部チャンバ１４０の側面に配置されてよい。いくつかの実施形態において、紙面の外にオフセットされている複数のベントが用いられてもよい。

下部チャンバ１５０は、高さｈ２を有する。いくつかの実施形態において、下部チャンバ１５０の高さは、アクチュエータ１２０の運動を許容するのに十分である。したがって、アクチュエータ子１２０のどの部分も、通常動作中にオリフィスプレート１３０に接触しない。下部チャンバ１５０は、一般に、上部チャンバ１４０よりも小さく、オリフィス１３２への流体の逆流を低減するのに役立ちうる。いくつかの実施形態において、下部チャンバ１５０の高さは、（アクチュエータ１２０の最大たわみ）＋（５マイクロメートル以上かつ１０マイクロメートル以下）である。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０のたわみ（例えば、チップ１２１のたわみ）は、１０マイクロメートル以上かつ１００マイクロメートル以下の振幅ｚ（図１Ｄに示されている）を有する。いくつかのかかる実施形態において、アクチュエータ１２０のたわみの振幅は、１０マイクロメートル以上かつ６０マイクロメートル以下である。ただし、アクチュエータ１２０のたわみの振幅は、冷却システム１００を通した所望の流量および冷却システム１００の構成などの要素に依存する。したがって、下部チャンバ１５０の高さは、一般に、冷却システム１００を通した流量および冷却システム１００のその他の構成要素に依存する。

アンカ（支持構造）１６０は、アクチュエータ１２０の中央部分でアクチュエータ１２０を支持している。したがって、アクチュエータ１２０の外周の少なくとも一部は、固定されておらず、自由に振動する。いくつかの実施形態において、アンカ１６０は、アクチュエータ１２０の中心軸に沿って（例えば、図１Ａ～図１Ｆにおいて紙面と垂直に）伸びている。いくつかの実施形態において、振動するアクチュエータ１２０の一部（例えば、チップ１２１を含む）が、片持ち状態で運動する。したがって、アクチュエータ１２０の一部が、蝶の翅に類似した方法で（すなわち、同じ位相で）、および／または、シーソーに類似した方法で（すなわち、異なる位相で）運動してよい。したがって、片持ち状態で振動するアクチュエータ１２０の部分は、いくつかの実施形態では同じ位相で、そして、他の実施形態では異なる位相で振動する。いくつかの実施形態において、アンカ１６０は、アクチュエータ１２０の軸に沿って伸びていない。かかる実施形態では、アクチュエータ１２０の外周のすべての部分が、自由に振動する（例えば、クラゲに類似する）。図の実施形態において、アンカ１６０は、アクチュエータ１２０の底部からアクチュエータ１２０を支持している。他の実施形態において、アンカ１６０は、別の方法でアクチュエータ１２０を支持してもよい。例えば、アンカ１６０は、上部からアクチュエータ１２０を支持してもよい（例えば、アクチュエータ１２０が、アンカ１６０からぶら下がっている）。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の幅ａは、０．５ミリメートル以上かつ４ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の幅は、２ミリメートル以上かつ２．５ミリメートル以下である。アンカ１６０は、アクチュエータ１２０の１０パーセント以上かつ５０パーセント以下を占めてよい。

アクチュエータ１２０は、熱発生構造１０２の遠位にある第１側と、熱発生構造１０２の近位にある第２側と、を有する。図１Ａ～図１Ｆに示す実施形態において、アクチュエータ１２０の第１側は、（オリフィスプレート１３０から遠い）アクチュエータ１２０の上部であり、第２側は、（オリフィスプレート１３０に近い）アクチュエータ１２０の底部である。アクチュエータ１２０は、図１Ａ～図１Ｆに示すように、振動運動を行うよう作動される。アクチュエータ１２０の振動運動は、熱発生構造１０２の遠位のアクチュエータ１２０の第１側から（例えば、上部チャンバ１４０から）熱発生構造１０２の近位のアクチュエータ１２０の第２側へ（例えば、下部チャンバへ）流体を駆動する。つまり、アクチュエータ１２０の作動は、フローチャンバ１４０／１５０を通して上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を方向付ける。また、アクチュエータ１２０の振動運動は、ベント１１２を通して上部チャンバ１４０へ流体を引き込み、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を送り、下部チャンバ１５０からオリフィスプレート１３０のオリフィス１３２を通して流体を駆動する。

アクチュエータ１２０は、アクチュエータ１２０が振動する際の所望の周波数に依存する長さＬを有する。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０の長さは、４ミリメートル以上かつ１０ミリメートル以下である。いくつかのかかる実施形態において、アクチュエータ１２０は、６ミリメートル以上かつ８ミリメートル以下の長さを有する。アクチュエータ１２０の奥行きＤ（図１Ｂに示されている）（例えば、図１Ａおよび図１Ｃ～図１Ｆに示す紙面に垂直な奥行き）は、Ｌの４分の１からＬの２倍まで様々であってよい。例えば、アクチュエータ１２０は、長さと同じ奥行きを有してよい。アクチュエータ１２０の厚さｔは、アクチュエータ１２０の構成および／またはアクチュエータ１２０が作動される際の所望の周波数に基づいて、異なってよい。いくつかの実施形態において、８ミリメートルの長さを有し、２０キロヘルツ以上かつ２５キロヘルツ以下の周波数で駆動されるアクチュエータ１２０について、アクチュエータの厚さは、２００マイクロメートル以上かつ３５０マイクロメートル以下である。フローチャンバ１４０／１５０の長さＣは、アクチュエータ１２０の長さＬに近い。例えば、いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０の端部と、フローチャンバ１４０／１５０の壁との間の距離ｄは、１００マイクロメートル以上かつ１０００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、ｄは、１００マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下である。いくつかのかかる実施形態において、ｄは、３００マイクロメートル以上である。いくつかの実施形態において、ｄは、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、ｄは、８００マイクロメートル以下である。この距離ｄは、エッジベントと呼ばれうる。

図の実施形態において、アクチュエータ１２０は、中央部分１２２（以下、固定領域１２２）で、（図１Ａの紙面から外へ）中心軸に沿ってアンカ１６０によって支持されている（所定位置に保持されている）。したがって、振動するように作動される片持ちアーム１２３（図１Ｂにのみ示されている）が、アンカ１６０の左右にある。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０は、自由であり作動される２つの部分（例えば、片持ちアーム１２３）を有する連続構造である。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０は、別個の片持ち部分を備え、各片持ち部分が、アンカ１６０に取り付けられ、作動される。アクチュエータ１２０の片持ちアーム１２３は、蝶の翅に類似した方法（同相）またはシーソーに類似した方法（異相）で振動するよう駆動されてよい。

図１Ａ～図１Ｆには示されていないが、アクチュエータ１２０は、１または複数の圧電体層を備えてよい。いくつかの実施形態において、圧電体は、アクチュエータ１２０の片持ちアーム１２３の上または中にのみ配置されてよい。いくつかの実施形態において、圧電体は、アクチュエータ１２０の全体の上または中に存在してもよい。したがって、アクチュエータ１２０は、圧電体がアクチュエータ１２０に一体化されている多層アクチュエータであってよい。例えば、アクチュエータ１２０は、基板上に圧電体層を備えてよい。基板は、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、および／または、ハステロイ基板であってよい。いくつかの実施形態において、圧電体層は、基板上に薄膜として形成されている複数のサブ層を含む。他の実施形態において、圧電体層は、基板に付着されているバルク層であってよい。かかる圧電型アクチュエータ１２０は、さらに、圧電体を活性化するために用いられる電極を備える。基板は、いくつかの実施形態において、電極として機能する。他の実施形態において、下部電極が、基板と圧電体層との間に提供されてもよい。シード層、キャッピング層、不動態化層、または、その他の層を含むがこれらに限定されないその他の層が、圧電型アクチュエータに備えられてもよい。圧電体の文脈で記載されているが、アクチュエータ１２０を作動させるための別のメカニズムが用いられてもよい。かかる他のメカニズムは、アクチュエータ１２０上にあっても（例えば、アクチュエータ１２０に固定されても）、アクチュエータ１２０に一体化されてもよく、または、他の場所（例えば、アンカー１６０上）に配置されてもよい。

図１Ｂに示す実施形態において、アンカ１６０は、アクチュエータ１２０の奥行きＤのほとんど（ただし、奥行き全体ではない）にわたって伸びている。アクチュエータ１２０の外周全体が自由である。しかしながら、それでも、アンカ１６０は、アクチュエータ１２０の中央の固定領域１２２を所定位置に保持している。このように、片持ちアーム１２３が所望の通りに振動するために、アンカ１６０が中心軸の長さ全体に伸びている必要はない。いくつかの実施形態において、アンカ１６０は、中心軸に沿ってアクチュエータ１２０の外周まで伸びている。いくつかのかかる実施形態において、アンカ１６０は、Ｄ以上の奥行きを有する。

アクチュエータ１２０は長方形として図示されているが、アクチュエータは、別の形状を有してもよい。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０の角が、丸みを帯びていてもよい。いくつかの実施形態において、片持ちアーム１２３全体が、丸みを帯びていてもよい。その他の形状も可能である。例えば、いくつかの実施形態において、アンカは、アクチュエータの中心付近の領域に限定されてもよい。いくつかのかかる実施形態において、アクチュエータは、アンカの周りで対称であってよい。例えば、アンカ１６０およびアクチュエータ１２０は、円形のフットプリントを有してよい。かかるアクチュエータは、クラゲに類似した方法、または、傘の開閉と同様の方法で、振動するよう構成されてよい。いくつかの実施形態では、かかるアクチュエータの外周全体が、同じ位相で振動する（例えば、すべてが一緒に上下に動く）。他の実施形態では、かかるアクチュエータの外周の複数部分が、異なる位相で振動する。

アクチュエータ１２０は、上部チャンバ１４０における流体の圧力波の音響共振の共振周波数およびアクチュエータ１２０の構造共振の共振周波数の両方と同じまたは近い周波数で駆動されてよい。振動運動を行うアクチュエータ１２０の部分（例えば、長さ（Ｌ－ａ）／２を有する各片持ちアーム１２３）は、アクチュエータ１２０の共振（「構造共振」）でまたはその付近で駆動される。振動を行うアクチュエータ１２０のこの部分は、いくつかの実施形態において、片持ちの部分であってよい。構造共振の振動の周波数は、構造共振周波数と呼ばれている。アクチュエータ１２０を駆動する際に構造共振周波数を利用することは、冷却システム１００の電力消費を削減する。また、アクチュエータ１２０および上部チャンバ１４０は、この構造共振周波数が、上部チャンバ１４０を通して駆動される流体中の圧力波における共振（上部チャンバ１４０の音響共振）に対応するように構成されていてよい。かかる圧力波の周波数は、音響共振周波数と呼ばれている。音響共振時に、圧力の節が、ベント１１２の近くで発生し、圧力の腹が、冷却システム１００の外周の近く（例えば、アクチュエータ１２０のチップ１２１の近く、かつ、上部チャンバ１４０と下部チャンバ１５０との間の接続の近く）で発生する。これらの２つの領域の間の距離は、Ｃ／２である。したがって、Ｃ／２＝ｎλ／４であり、ここで、λは、流体の音波長であり、ｎは、奇数（例えば、ｎ＝１、３、５、など）である。最低次モードに対しては、Ｃ＝λ／２である。チャンバ１４０の長さ（例えば、Ｃ）は、アクチュエータ１２０の長さに近いので、いくつかの実施形態において、Ｌ／２＝ｎλ／４もほぼ正しく、ここで、λは流体の音波長であり、ｎは奇数である。したがって、アクチュエータ１２０が駆動される周波数γは、アクチュエータ１２０の構造共振周波数と同じまたは近い周波数である。周波数γは、少なくとも上部チャンバ１４０の音響共振周波数と同じまたは近い周波数である。上部チャンバ１４０の音響共振周波数は、一般に、温度およびサイズなどのパラメータによる変化が、アクチュエータ１２０の構造共振周波数ほどは著しくない。したがって、いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０は、音響共振周波数よりも、構造共振周波数で（またはその近くの周波数で）駆動されてよい。

オリフィスプレート１３０は、オリフィス１３２を有する。特定の数および分布のオリフィス１３２が図示されているが、別の数および／または別の分布が用いられてもよい。単一のオリフィスプレート１３０が、単一の冷却システム１００のために用いられている。他の実施形態において、複数の冷却システム１００が、オリフィスプレートを共有してもよい。例えば、複数のセル１００が、所望の構成で一緒に提供されてよい。かかる実施形態において、セル１００は、同じサイズおよび構成であってもよいし、異なるサイズおよび／または構成であってもよい。オリフィス１３２は、熱発生構造１０２の表面と垂直に方向付けられた軸を有する様子が示されている。他の実施形態において、１または複数のオリフィス１３２の軸は、別の角度であってもよい。例えば、軸の角度は、略ゼロ度および非ゼロの鋭角から選択されてよい。また、オリフィス１３２は、オリフィスプレート１３０の表面の法線と実質的に平行である側壁を有する。いくつかの実施形態において、オリフィスは、オリフィスプレート１３０の表面の法線に対して非ゼロの角度の側壁を有してもよい。例えば、オリフィス１３２は、円錐形であってもよい。さらに、オリフィスプレース１３０は実質的に平坦であると図示されているが、いくつかの実施形態において、トレンチおよび／またはその他の構造が、下部チャンバ１５０の構成および／またはオリフィスプレート１３０と熱発生構造１０２との間の領域を変更するために、オリフィスプレート１３０に提供されてもよい。

オリフィス１３２のサイズ、分布、および、位置は、熱発生構造１０２の表面へ駆動される流体の流量を制御するように選択される。オリフィス１３２の位置および構成は、下部チャンバ１５０からオリフィス１３２を通ってジェットチャネル（オリフィスプレート１３０の底部と熱発生構造１０２の上部との間の領域）へ至る流体流を増大／最大化するよう構成されていてよい。また、オリフィス１３２の位置および構成は、ジェットチャネルからオリフィス１３２を通る吸引流（例えば、逆流）を低減／最小化するよう選択されてよい。例えば、オリフィスの位置は、オリフィス１３２を通して下部チャンバ１５０に流体を引き込むアクチュエータ１２０のアップストローク（チップ１２１がオリフィスプレート１３から離れるストローク）時の吸引が低減されるのに十分にチップ１２１から離れていることが望ましい。また、オリフィスの位置は、アクチュエータ１２０のアップストローク時の吸引により、上部チャンバ１４０からのより高い圧力が流体を上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ押すことが可能になるように十分にチップ１２１に近いことが望ましい。いくつかの実施形態において、アップストローク時に、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０への流量と、ジェットチャネルからオリフィス１３２を通る流量との比（「正味流量比」）は、２：１よりも大きい。いくつかの実施形態において、正味流量比は、少なくとも８５：１５である。いくつかの実施形態において、正味流量比は、少なくとも９０：１０である。所望の圧力、流量、吸引、および、正味流量比を提供するには、オリフィス１３２は、アクチュエータ１２０のチップ１２１から距離ｒ１以上、かつ、チップ１２１から距離ｒ２以下にあることが望ましい。いくつかの実施形態において、ｒ１は、１００マイクロメートル以上であり（例えば、ｒ１≧１００μｍ）、ｒ２は、１ミリメートル以下である（例えば、ｒ２≦１０００μｍ）。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、アクチュエータ１２０のチップ１２１から２００マイクロメートル以上の位置にある（例えば、ｒ１≧２００μｍ）。いくつかのかかる実施形態において、オリフィス１３２は、アクチュエータ１２０のチップ１２１から３００マイクロメートル以上の位置にある（例えば、ｒ１≧３００μｍ）。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、１００マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下の幅ｏを有する。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅を有する。いくつかの実施形態において、オリフィスの間隔ｓは、１００マイクロメートル以上かつ１ミリメートル以下である。いくつかのかかる実施形態において、オリフィスの間隔は、４００マイクロメートル以上かつ６００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、また、オリフィスプレート１３０の面積の特定のわずかな部分を占めることが望ましい。例えば、オリフィス１３２は、オリフィス１３２を通る流体の所望の流量を達成するために、オリフィスプレート１３０のフットプリントの５パーセン以上かつ１５パーセント以下を占めてよい。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、オリフィスプレート１３０のフットプリントの８パーセント以上かつ１２パーセント以下を占める。

いくつかの実施形態において、冷却システム１００は、導管（ｃｈｉｍｎｅｙ）（図示せず）またはその他のダクトを備える。かかるダクトは、加熱された流体が熱発生構造１０２から離れるように流れるための経路を提供する。いくつかの実施形態において、ダクトは、熱発生構造１０２から遠位の上部プレート１１０の側に流体を戻す。いくつかの実施形態において、ダクトは、その代わりに、熱発生構造１０２に平行な方向へ、または、熱発生構造１０２に垂直であるが反対方向へ（例えば、紙面の下方に向かって）、熱発生構造１０２から離れるように流体を方向付けてもよい。デバイスの外部の流体が冷却システム１００で用いられるデバイスでは、ダクトは、加熱された流体をベントに導いてよい。かかる実施形態において、さらなる流体が、流入ベントから提供されてもよい。デバイスが密閉されている実施形態において、ダクトは、ベント１１２に近く熱発生構造１０２から遠い領域に戻る遠回りの経路を提供してよい。かかる経路は、熱発生構造１０２の冷却に再利用される前に、流体が熱を放散することを可能にする。他の実施形態において、ダクトは、省略され、または、別の方法で構成されてもよい。このように、流体は、熱発生構造１０２から熱を取り除くことが可能になる。

冷却システム１００の動作について、図１Ａ～図１Ｆの文脈で説明する。特定の圧力、ギャップサイズ、および、流れのタイミングの文脈で説明されているが、冷却システム１００の動作は、本明細書の説明には依存しない。図１Ｃ～図１Ｄは、冷却システム１００の同相動作を図示している。図１Ｃを参照すると、アクチュエータ１２０は、それのチップ１２１が上部プレート１１０から離れて動くように、作動されている。したがって、図１Ｃは、アクチュエータ１２０のダウンストロークの終わりを図示していると考えることができる。アクチュエータ１２０の振動運動のために、下部チャンバ１５０のギャップ１５２は、サイズが減少しており、ギャップ１５２Ｂとして示されている。逆に、上部チャンバ１４０のギャップ１４２は、サイズが増大し、ギャップ１４２Ｂとして示されている。ダウンストローク中、アクチュエータ１２０が中立位置にある時の外周において、より低い（例えば、最小の）圧力が発生する。ダウンストロークが継続すると、図１Ｃに示すように、下部チャンバ１５０のサイズが減少し、上部チャンバ１４０のサイズが増大する。したがって、流体が、オリフィス１３２から駆動される。オリフィス１３２から駆動された流体は、オリフィスプレート１３０の表面および／または熱発生構造１０２の上面と垂直の方向またはそれに近い方向へ移動しうる。流体は、オリフィス１３２から熱発生構造１０２に向かって高速で（例えば、３５メートル／秒を超える速度で）駆動される。いくつかの実施形態において、流体は、その後、熱発生構造１０２の表面に沿って熱発生構造１０２の外周に向かって移動し、そこでの圧力は、オリフィス１３２付近よりも低い。また、ダウンストローク中、上部チャンバ１４０のサイズは増大し、より低い圧力が上部チャンバ１４０に存在する。結果として、流体は、ベント１１２を通して上部チャンバ１４０へ引き込まれる。ベント１１２内に入ってオリフィス１３２を通り熱発生構造１０２に沿って流れる流体の動きが、図１Ｃに符号なしの矢印で示されている。

また、アクチュエータ１２０は、チップ１２１が熱発生構造１０２から離れて上部プレート１１０に向かって動くように作動される。したがって、図１Ｄは、アクチュエータ１２０のアップストロークの終わりを図示していると考えることができる。アクチュエータ１２０の運動のために、ギャップ１４２は、サイズが減少しており、ギャップ１４２Ｃとして示されている。ギャップ１５２は、サイズが増大し、ギャップ１５２Ｃとして示されている。アップストローク中、アクチュエータ１２０が中立位置にある時の外周において、より高い圧力が発生する。アップストロークが継続すると、図１Ｄに示すように、下部チャンバ１５０のサイズが増大し、上部チャンバ１４０のサイズが減少する。したがって、流体は、上部チャンバ１４０（例えば、フローチャンバ１４０／１５０の外周）から下部チャンバ１５０へ駆動される。このように、アクチュエータ１２０のチップ１２１が上方に動くと、上部チャンバ１４０は、入ってくる流体が速度を増して下部チャンバ１５０へ向かって駆動されるためのノズルとして機能する。下部チャンバ１５０への流体の動きが、図１Ｄに符号なしの矢印で示されている。アクチュエータ１２０およびオリフィス１３２の位置および構成は、吸引を低減し、ひいては、アップストローク中の（熱発生構造１０２とオリフィスプレート１３０との間の）ジェットチャネルからオリフィス１３２への流体の逆流を低減するように選択される。したがって、冷却システム１００は、ジェットチャネルから下部チャンバ１５０に入る加熱流体の逆流を過度に引き起こすことなしに、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を駆動することができる。

図１Ｃおよび図１Ｄに示す位置の間の運動は繰り返される。したがって、アクチュエータ１２０は、図１Ｃ～図１Ｄに示す振動運動を行うことで、ベント１１２を通して上部プレート１１０の遠位側から上部チャンバ１４０内に流体を引き込み、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を送り、オリフィス１３２を通して熱発生構造１０２へ向かって流体を押し出す。上述のように、アクチュエータ１２０は、アクチュエータ１２０の構造共振周波数またはそれに近い周波数で振動するように駆動される。さらに、アクチュエータ１２０の構造共振周波数は、チャンバ１４０／１５０の音響共振と一致するよう構成されている。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、アクチュエータ１２０の振動運動は、１５ｋＨｚ～３０ｋＨｚの周波数の運動であってよい。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０は、２０ｋＨｚ以上かつ３０ｋＨｚ以下の周波数で振動する。アクチュエータ１２０の構造共振周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の１０パーセント以内である。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の５パーセント以内である。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の３パーセント以内である。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。

熱発生構造１０２に向かって駆動された流体は、熱発生構造１０２の上面と実質的に垂直（鉛直）に移動しうる。いくつかの実施形態において、流体の動きは、熱発生構造１０２の上面の法線に対して非ゼロの鋭角を有してもよい。いずれの場合でも、流体は、熱発生構造１０２において薄くなり、および／または、流体の境界層に開口部を形成しうる。結果として、熱発生構造１０２からの熱の伝達が改善されうる。流体は、熱発生構造１０２で逸れて、熱発生構造１０２の表面に沿って移動する。いくつかの実施形態において、流体は、熱発生構造１０２の上面と実質的に平行な方向に移動する。したがって、熱発生構造１０２からの熱が、流体によって除去されうる。流体は、冷却システム１００の端部において、オリフィスプレート１３０と熱発生構造１０２との間の領域から出る。冷却システム１００の端部にある導管またはその他のダクト（図示せず）が、熱発生構造１０２から流体を運び去ることを可能にする。他の実施形態において、加熱された流体は、別の方法で熱発生構造１０２から遠くへ移動されてもよい。流体は、熱発生構造１０２から伝達された熱を別の構造または周囲環境へ交換しうる。したがって、上部プレート１１０遠位端側の流体は、比較的冷たいままでありうるため、さらなる熱の除去を可能にする。いくつかの実施形態において、流体は循環されて、冷却後に上部プレート１１０の遠位側に戻る。他の実施形態において、加熱された流体は運び去られて、アクチュエータ１２０の遠位側で新たな流体に置き換えられる。結果として、熱発生構造１０２は、冷却されうる。

図１Ｅ～図１Ｆは、中央を固定されているアクチュエータ１２０を備えているアクティブ冷却システム１００の実施形態を示しており、アクチュエータが異なる位相で駆動されている。より具体的には、アンカ１６０の両側にあるアクチュエータ１２０の部分（したがって、アンカ１６０によって支持されているアクチュエータ１２０の中央領域の両側にある部分）が、異なる位相で振動するように駆動されている。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の両側にあるアクチュエータ１２０の部分は、１８０度または１８０度近くずれた位相で駆動される。したがって、アクチュエータ１２０の一方の部分が、上部プレート１１０に向かって振動し、それと同時に、アクチュエータ１２０の他方の部分が、オリフィスプレート１３０／熱発生構造１０２に向かって振動する。アクチュエータ１２０の部分の上部プレート１１０に向かう動き（アップストローク）は、上部空洞１４０内の流体をアンカ１６０のその側の下部空洞１５０へ駆動する。アクチュエータ１２０の部分のオリフィスプレート１３０に向かう動きは、オリフィス１３２を通って熱発生構造１０２に向かうように流体を駆動する。したがって、高速（例えば、同相動作に関して上述した速度）で移動する流体が、アンカ１６０の両側のオリフィス１３２から交互に駆動される。流体の運動は、図１Ｅおよび図１Ｆに符号なしの矢印で示されている。

図１Ｅおよび図１Ｆに示す位置の間の運動は繰り返される。したがって、アクチュエータ１２０は、図１Ａ、図１Ｅ、および、図１Ｆに示す振動運動を行うことで、交互に、アクチュエータ１２０の各側についてベント１１２を通して上部プレート１１０の遠位側から上部チャンバ１４０内に流体を引き込み、上部チャンバ１４０の各側から下部チャンバ１５０の対応する側へ流体を送り、アンカ１６０の各側のオリフィス１３２を通して熱発生構造１０２へ向かって流体を押し出す。上述のように、アクチュエータ１２０は、アクチュエータ１２０の構造共振周波数またはそれに近い周波数で振動するように駆動される。さらに、アクチュエータ１２０の構造共振周波数は、チャンバ１４０／１５０の音響共振と一致するよう構成されている。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、アクチュエータ１２０の振動運動は、同相振動について記載した周波数の運動であってよい。アクチュエータ１２０の構造共振周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の１０パーセント以内である。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の５パーセント以内である。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の３パーセント以内である。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。

異相振動中に熱発生構造１０２に向かって駆動された流体は、同相動作について上述したのと類似した方法で、熱発生構造１０２の上面と実質的に垂直（鉛直）に移動しうる。同様に、冷却システム１００の端部にある導管またはその他のダクト（図示せず）が、熱発生構造１０２から流体を運び去ることを可能にする。他の実施形態において、加熱された流体は、別の方法で熱発生構造１０２から遠くへ移動されてもよい。流体は、熱発生構造１０２から伝達された熱を別の構造または周囲環境へ交換しうる。したがって、上部プレート１１０遠位端側の流体は、比較的冷たいままでありうるため、さらなる熱の除去を可能にする。いくつかの実施形態において、流体は循環されて、冷却後に上部プレート１１０の遠位側に戻る。他の実施形態において、加熱された流体は運び去られて、アクチュエータ１２０の遠位側で新たな流体に置き換えられる。結果として、熱発生構造１０２は、冷却されうる。

同相振動または異相振動のために作動される冷却システム１００を用いると、ベント１１２を通して引き込まれてオリフィス１３２を通して駆動された流体が、熱発生構造１０２から熱を効率的に放散させうる。流体は、十分な速度（例えば、少なくとも３０メートル／秒）で、いくつかの実施形態においては熱発生構造に対して実質的に垂直に、熱発生構造に衝突するので、熱発生構造における流体の境界層は、薄くなり、および／または、部分的に除去されうる。その結果、熱発生構造１０２と、移動する流体との間の熱伝達が改善される。熱発生構造が、より効率的に冷却されるので、対応する集積回路は、より高い速度および／または電力で長時間にわたって動作されてよい。例えば、熱発生構造が高速度プロセッサに対応する場合、かかるプロセッサは、スロットリングまでに、より長時間にわたって実行されてよい。したがって、冷却システム１００を利用するデバイスの性能が改善されうる。さらに、冷却システム１００は、ＭＥＭＳデバイスであってよい。その結果として、冷却システム１００は、スマートフォン、その他の携帯電話、仮想現実ヘッドセット、タブレット、２ｉｎ１コンピュータ、ウェアラブル、携帯ゲーム機など、利用可能なスペースか限られている、より小型および／またはモバイル型のデバイスでの利用に適しうる。したがって、かかるデバイスの性能は改善されうる。アクチュエータ１２０は、１５ｋＨｚ以上の周波数で振動されてよいので、ユーザは、アクチュエータの作動に関連するノイズを全く聞きえない。構造共振周波数および／または音響共振周波数と同じまたは近い周波数で駆動された場合、冷却システムを動作させる際に用いられる電力が、大幅に低減されうる。アクチュエータ１２０は、振動中に上部プレート１１０ともオリフィスプレート１３０とも物理的に接触しない。したがって、アクチュエータ１２０の共振は、より容易に維持されうる。より具体的には、アクチュエータ１２０とその他の構との間の物理的接触は、アクチュエータ１２０の共振条件を妨げうる。これらの条件を妨げると、共振させずにアクチュエータ１２０を駆動することになりうる。したがって、アクチュエータ１２０の作動を維持するために、さらなる電力を利用する必要が生じる。さらに、アクチュエータ１２０によって駆動される流体の流量が減少しうる。これらの問題は、上述のように、圧力差および流量を利用して回避される。改善された静かな冷却の利点は、限られた追加電力で達成されうる。さらに、アクチュエータ１２０の異相振動は、アクチュエータ１００の重心の位置をより安定なままにすることを可能にする。トルクがアクチュエータ１２０に掛かるが、重心の移動による力は、低減または排除される。結果として、アクチュエータ１２０の動きによる振動が低減されうる。さらに、冷却装置１００の効率が、アクチュエータ１２０の２つの側に異相振動運動を利用することによって改善されうる。その結果として、冷却システム１００を組み込んだデバイスの性能が改善されうる。さらに、冷却システム１００は、高い流量および／または流速が望ましいその他の応用例（例えば、熱発生構造１０２が存在する、または、存在しない）で利用可能でありうる。

フローチャンバ１４０／１５０内の空洞１７０は、冷却システム１００の動作にさらなる利点を提供しうる。上述のように、上部チャンバ１４０内の圧力は、アクチュエータ１２０のチップのアップストローク中に上昇する。空洞１７０の存在は、圧力上昇を緩和する。空洞１７０は、流体を上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ駆動するのに十分な圧力が発生するように構成されている。これは、図１Ｄ、図１Ｅ（アクチュエータ１２０の右／アップストローク部分）、図１Ｆ（アクチュエータ１２０の左／アップストローク部分）において、流体の動きを示す矢印で示されている。しかしながら、圧力が幾分低減されているため、アクチュエータ１２０のチップ１２１がアップストローク時に駆動される際に逆らう圧力は、空洞１７０を備えない上部チャンバ（例えば、図１Ａ、図１Ｃ、および、図１Ｅに点線で示されている一定の高さを有する上部チャンバ）の圧力よりも低減されている。空洞１７０を含む実施形態では、したがって、アップストローク時にアクチュエータ１２０を駆動するために必要な電力が低減されうる。したがって、上述の利点に加えて、流量および速度を維持しつつ、アクチュエータ１２０を駆動するために必要な電力を削減できる。

同様に、エッジベント（アクチュエータ１２０のチップ１２１とフローチャンバ１４０／１５０の外壁との間の距離ｄ）が、上部チャンバ１４０および下部チャンバ１５０内の圧力を調整するために用いられてよい。一般に、エッジベントが小さい（ｄが小さい）ほど、上部空洞１４０内の圧力が高くなり、エッジベントが大きい（ｄが大きい）ほど、上部空洞１４０内の圧力が低くなる。圧力は変化するが、エッジベントのサイズの範囲に対して流量の変化は限定的でありうる。例えば、本明細書で論じた範囲（例えば、１００マイクロメートル以上１０００マイクロメートル以下、または、３００マイクロメートル以上８００マイクロメートル以下）において、アクチュエータ１２０が駆動される際に逆らう圧力は、実質的に流量を減少させることなしに、エッジベントサイズの増大に応じて低下する。したがって、アクチュエータ１２０を駆動することによって消費される電力が削減されうる。エッジベントサイズは、多くの方法で調整されてよい。フローチャンバ１４０／１５０が、アクチュエータ１２０の長さを増大させることなしに、より長くされてよく（例えば、Ｃが増大されてよく）、アクチュエータ１２０が、より短くされてよく（例えば、Ｌが減少されてよく）、および／または、アクチュエータ１２０およびアンカー１６０が、より短くされてよい（Ｌおよびａが減少されてよい）。フローチャンバ１４０／１５０の長さを増大させれば、アクチュエータ１２０の構造共振を変えることなしに、エッジベントサイズが大きくなる。アクチュエータ１２０の長さを減少させ、アンカ１６０の長さを減少させれば、構造共振周波数を維持しつつ、エッジベントサイズを大きくすることができる（すなわち、アクチュエータ１２０の自由な片持ち部分が同じ長さのままであるように、Ｌおよびａが減少する）。

図２は、中央を固定されている改良アクチュエータを備えているアクティブ冷却システム２００の実施形態を示す。図２は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム２００の一部のみが図示されている。冷却システム２００は、冷却システム１００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム２００は、熱発生構造２０２と共に利用され、熱発生構造２０２は、熱発生構造１０２と類似している。冷却システム２００は、ベント２１２を有する上部プレート２１０と、アクチュエータ２２０と、オリフィス２３２を備えているオリフィスプレート２３０と、ギャップを有する上部チャンバ２４０と、ギャップを有する下部チャンバ２５０と、フローチャンバ２４０／２５０と、アンカ（すなわち支持構造）２６０と、空洞２７０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ１２０と、オリフィス１３２を備えているオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、フローチャンバ１４０／１５０と、アンカ（すなわち支持構造）１６０と、空洞１７０と、に類似している。したがって、アクチュエータ２２０は、アクチュエータ２２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ２６０によって中央を支持されている。

アクチュエータ２２０は、固定領域１２２および片持ちアーム１２３と類似している固定領域２２２および片持ちアーム２２３を備える。固定領域２２２と片持ちアーム２２３との間の境界が、点線で示されている。各片持ちアーム２２３は、チップ２２１で終わっている。固定領域２２２は、冷却システム２００内でアンカ２６０によって支持（例えば、所定位置に保持）されている。片持ちアーム２２３は、アクチュエータ２２０が作動されることに応じて、振動運動を行う。

また、アクチュエータ２２０は、各片持ちアーム２２３が、ステップ領域２２４、延長領域２２６、および、外側領域２２８を備えることから、改良アクチュエータと見なされうる。図２に示す実施形態において、固定領域２２２は、中央に配置されている。ステップ領域２２４は、固定領域２２２から外向きに（チップ１２１に向かって）伸びている。延長領域２２６は、ステップ領域２２４から外向きに伸びている。外側領域２２８は、延長領域２２６から外向きに伸びている。他の実施形態において、固定領域２２２が、アクチュエータの一方の端部にあり、外側領域２２８が、反対側の端部にあってもよい。かかる実施形態において、アクチュエータは、端部を固定される。

延長領域２２６は、ステップ領域２２４の厚さ（ステップ厚さ）よりも薄く、外側領域２２８の厚さ（外側厚さ）よりも薄い厚さ（延長厚さ）を有する。したがって、延長領域２２６は、凹部になっていると見なされてよい。延長領域２２６は、より大きい下部チャンバ２５０を提供すると見られてもよい。いくつかの実施形態において、外側領域２２８の外側厚さは、ステップ領域２２４のステップ厚さと同じである。いくつかの実施形態において、外側領域２２８の外側厚さは、ステップ領域２２４のステップ厚さとは異なる。したがって、外側領域２２８は、様々な実施形態において、延長領域２２４より厚くてもよいし、延長領域２２４より薄くてもよい。外側領域２２８の外側厚さおよびステップ領域２２４のステップ厚さは各々、３２０マイクロメートル以上かつ３６０マイクロメートル以下である。他の実施形態において、その他の厚さも可能である。いくつかの実施形態において、ステップ（ステップ領域厚さおよび延長領域厚さの差）は、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、外側ステップ（外側領域厚さおよび延長領域厚さの差）は、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下である。外側領域２２８は、１００マイクロメートルかつ３００マイクロメートル以下の幅（ステップ領域２２６の内縁からチップ２２１までの幅）を有してよい。延長領域２２６は、いくつかの実施形態において、０．５ミリメートル以上かつ１．５ミリメートル以下の長さ（ステップ領域２２４から外側領域２２８までの長さ）を有する。いくつかの実施形態において、外側領域２２８は、（固定領域２２２からチップ２２１に向かう方向の）単位長さあたりの質量が延長領域２２６よりも大きい。この質量の差は、外側領域２２８のより大きいサイズ／厚さ、アクチュエータ２２０の部分の間の密度の差、および／または、別のメカニズムに起因してよい。

冷却システム２００は、冷却システム１００と類似した方法で動作する。したがって、冷却システム２００は、冷却システム１００の利点を共有する。したがって、冷却システム２００を利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却システム１００と同様に、空洞２７０の存在は、各片持ちアーム２２３のアップストローク時にアクチュエータ２２０が逆らう圧力をさらに低減しうる。したがって、消費される電力が削減されうる。

改良アクチュエータ２２０の利用は、冷却システム２００の性能をさらに高めうる。延長領域２２６は、ステップ領域２２４および外側領域２２８よりも薄い。この結果として、延長領域２２６に対応するアクチュエータ２２０の底部に空洞が存在する。この空洞の存在は、冷却システム２００の効率を改善するのに役立つ。図１Ａ～図１Ｆに関して論じたのと類似した方法で、片持ちアーム２２３は、アップストローク時に上部プレート２１０に向かい、ダウンストローク時に上部プレート２１０から離れるように振動する。片持ちアーム２２３は、同相または異相で振動してよい。片持ちアーム２２３が上部プレート２１０に向かって運動する時、上部チャンバ２４０内のより高圧の流体が、片持ちアーム２２３の運動に抵抗する。しかしながら、空洞２７０の存在が、片持ちアーム２２３の上方への運動に対する抵抗を緩和する。下部チャンバ２５０における吸引も、アップストローク中に片持ちアーム２２３の上方への運動に抵抗する。片持ちアーム２２３のダウンストローク時には、下部チャンバ２５０内で上昇した圧力と、上部チャンバ２４０における吸引が、片持ちアーム２２３の下方への運動に抵抗する。しかしながら、延長領域２２６に対応する片持ちアーム２２３内の空洞の存在が、アップストローク中に下部チャンバ２５０における吸引を緩和する。また、延長領域２２６によって形成されている空洞は、ダウンストローク中に下部チャンバ２５０における圧力の上昇を低減する。同様に、空洞２７０は、上部チャンバ２４０からの吸引を低減しうる。アップストロークおよびダウンストロークの両方で吸引および圧力上昇の大きさが低減されるので、片持ちアーム２２３は、片持ちアーム１２３よりも容易に流体の中で運動しうる。これは、冷却システム２００を通して流体の流れを駆動するのに十分高い圧力を上部チャンバ２４０内で実質的に維持しながら達成されうる。したがって、効率が改善されうる。

さらに、外側領域２２８の存在が、冷却システム２００を通して駆動されている流体の中で片持ちアーム２２３が運動する能力を高めうる。外側領域２２８は、より大きい質量、ひいては、より高い運動量を有する。その結果として、外側領域２２８は、冷却システム２００を通して駆動されている流体の中で片持ちアーム２２３が運動する能力を高めうる。片持ちアーム２２３のたわみの振幅も、増大されうる。これらの利点は、より厚いステップ領域２２４の利用によって片持ちアーム２２３の剛性を維持しつつ達成されうる。したがって、冷却システム２００の効率が、さらに改善されうる。

その改善は、以下のように理解されてもよい。アクチュエータ２２０の効率の測定値をＱとすることができる。Ｑの値は、少なくとも部分的には、アクチュエータ２２０と周囲の流体（すなわち、空気などの気体または液体）との相互作用、アクチュエータ２２０内の構造的損失、アクチュエータ２２０の固定、および／または、その他の特徴によって、決定される。Ｑは、δ_ｒｅｓ＝Ｑ×δ_{ｓｔａｔｉｃ}で定義されると考えることができ、ここで、δ_ｒｅｓは、共振時のたわみであり、δ_{ｓｔａｔｉｃ}は、対応する静的たわみである。Ｑの値が大きいほど、共振時のたわみが大きくなり、たわみの減衰が遅くなる（すなわち、減衰が小さくなる）。その改良構成により、アクチュエータ２２０は、周囲の流体の中でより良好に運動できる。その結果、より高い静的たわみが達成され、たわみが共振時により良好に増幅され、アクチュエータ２２０を駆動するために消費される電力が削減され、たわみがよりゆっくりと消失しうる（すなわち、小さい減衰を受けうる）。したがって、アクチュエータ２２０のＱ、ひいては、冷却システム２００の効率が、アクチュエータ２２０の構成によって向上されうる。

改良アクチュエータ２２０の利用は、冷却システム２００の信頼性も改善しうる。延長領域２２６は、その厚さが低減されているため、外側領域２２８およびやステップ領域２２４よりも剛性が低くなりうる。この剛性の低下により、振動中のアクチュエータ２２０への応力が軽減される。アクチュエータ２２０は、故障の可能性が低くなりうる。したがって、冷却システム２００の信頼性が改善されうる。

このように、冷却システム１００および／または冷却システム２００を利用すると、異なる構成を有する従来の冷却システム（図示せず）よりも性能が改善されるだけでなく、空洞１７０／２７０が存在せず、および／または、アクチュエータがアクチュエータ２２０として設計されていない冷却システムよりも性能が改善されうる。これについては、図３、図４Ａ、および、図４Ｂでさらに理解することができる。

図３は、中央を固定されているアクチュエータを備えているアクティブ冷却システムの実施形態について、背圧対流量を示すグラフ３００である。背圧は、冷却システムを通る流量がゼロになる圧力である。曲線３１０は、システム１００と同様であるが、均一なフローチャンバ（空洞なし）および均一なアクチュエータ（アクチュエータ１２０と類似したもの）を有する冷却システムについて、背圧対流量を示している。曲線３２０は、システム２００と同様であり、均一なフローチャンバ（空洞１７０／２７０なし）および改良アクチュエータ（アクチュエータ２２０と類似したもの）を有する冷却システムについて、背圧対流量を示している。曲線３３０は、冷却システム２００と同様であり、空洞（例えば、空洞２７０）および改良アクチュエータ（アクチュエータ２００と類似したもの）を有する冷却システムについて、背圧対流量を示している。図３に示すように、流量（特に、ゼロ背圧時の最大流量）は、曲線３１０、３２０、および、３３０で実質的に同じである。しかしながら、背圧は、流量に大きい影響を与えることなしに低減されうる。曲線３１０および３２０の間の差は、改良アクチュエータ（アクチュエータ２２０など）の利用が、流量にほとんどまたは全く影響を与えることなしに背圧を低減しうることを示している。曲線３２０（空洞なし、改良アクチュエータ）と曲線３３０（空洞あり、改良アクチュエータ）との差によって示されるように、空洞１７０および／または２７０の存在は、流量にほとんどまたは全く影響を与えることなしに背圧を低減しうる。さらに、空洞１７０および／または２７０のサイズの変更が、背圧の低減を調整するために利用されてもよい。例えば、空洞の面積（長さおよび幅など）が、背圧の低減を変えるために利用されてよい。したがって、空洞１７０および／または２７０の存在と、改良アクチュエータ２２０の利用とによって、背圧と、冷却システム１００および２００を作動させるために利用される電力とが低減されうる。さらに、背圧は、流量から少なくとも部分的に切り離されうる。

図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ、アクティブ冷却システムの実施形態の挙動を示すグラフ４００Ａおよび４００Ｂである。図４Ａは、アクチュエータ（例えば、アクチュエータ１２０および／または２２０）の振動のサイクルを通して、フローチャンバの上部チャンバ（例えば、上部チャンバ１４０および／または２４０）内の圧力を時間に対して示している。図４Ｂは、アクチュエータ（例えば、アクチュエータ１２０および／または２２０）の振動のサイクルを通して、フローチャンバの下部チャンバ（例えば、下部チャンバ１５０および／または２５０）内の圧力を時間に対して示している。

図４Ａにおいて、曲線４１０Ａは、システム１００と同様であるが、均一なフローチャンバ（空洞なし）および均一なアクチュエータ（アクチュエータ１２０と類似したもの）を有する冷却システムについて、上部チャンバ内圧力対時間を示している。曲線４２０Ａは、システム２００と同様であるが、均一なフローチャンバ（空洞１７０／２７０なし）および改良アクチュエータ（アクチュエータ２２０と類似したもの）を有する冷却システムについて、上部チャンバ内圧力対時間を示している。曲線４３０Ａは、冷却システム２００と同様であり、空洞（空洞２７０）および改良アクチュエータ（アクチュエータ２００と類似したもの）を有する冷却システムについて、上部チャンバ内圧力対時間を示している。したがって、１サイクル（例えば、アクチュエータ１２０が、図１Ｃおよび図１Ｄに示した位置の間、または、図１Ｅおよび図１Ｆに示した位置の間で変化するサイクル）が示されている。オリフィスプレートに最も近い表面に空洞を有する改良アクチュエータ（例えば、アクチュエータ２２０）の利用は、アクチュエータが逆らう上部チャンバ内の圧力を大きく変化させない。したがって、曲線４１０Ａおよび４２０Ａは非常に似ている。しかしながら、空洞（例えば、空洞１７０および／または２７０）の導入は、上部チャンバ（例えば、上部チャンバ１４０および／または２４０）内の圧力変化を緩和する。これは、曲線４３０Ａと曲線４１０Ａおよび４２０Ａとの間の差によってわかる。空洞の存在により、アクチュエータが駆動される際に逆らう圧力の大きさが低減される。したがって、アクチュエータは、より低い電力で駆動されうる。

図４Ｂにおいて、曲線４１０Ｂは、システム１００と同様であるが、均一なフローチャンバ（空洞なし）および均一なアクチュエータ（アクチュエータ１２０と類似したもの）を有する冷却システムについて、下部チャンバ内圧力対時間を示している。曲線４２０Ｂは、システム２００と同様であるが、均一なフローチャンバ（空洞１７０／２７０なし）および改良アクチュエータ（アクチュエータ２２０と類似したもの）を有する冷却システムについて、下部チャンバ内圧力対時間を示している。曲線４３０Ｂは、冷却システム２００と同様であり、空洞（空洞２７０）および改良アクチュエータ（アクチュエータ２００と類似したもの）を有する冷却システムについて、下部チャンバ内圧力対時間を示している。したがって、１サイクル（例えば、アクチュエータ１２０が、図１Ｃおよび図１Ｄに示した位置の間、または、図１Ｅおよび図１Ｆに示した位置の間で変化するサイクル）が示されている。オリフィスプレートに最も近い表面に空洞を持つ改良アクチュエータ（例えば、アクチュエータ２２０）の利用は、アクチュエータが逆らう下部チャンバ（例えば、下部チャンバ１５０および／または２５０）内の圧力を大幅に低下させる。したがって、曲線４１０Ｂと曲線４２０Ｂの間では、圧力の大きさが大幅に低下していることがわかる。しかしながら、空洞（例えば、空洞１７０および／または２７０）の導入は、下部チャンバ内の圧力を大きく変化させない。したがって、曲線４３０Ｂは、曲線４２０Ｂと非常に似ている。延長領域によって形成されている空洞を有する改良アクチュエータの利用により、アクチュエータが駆動される際に逆らう圧力の大きさが低減される。したがって、アクチュエータは、より低い電力で駆動されうる。

図３、図４Ａ、および、図４Ｂに見られるように、チャンバ１４０、１５０、２４０、および／または、２５０内の圧力を低下させつつ、フローチャンバ１４０／１５０および／または２４０／２５０を通る流体の流れを維持することができる。したがって、冷却システム１００および／または２００の動作電力を削減しつつ、高い流量を提供することができる。このように、冷却システム１００および／または２００の性能が、従来の冷却システムだけでなく、空洞および／または改良アクチュエータを利用しない冷却システムよりも、改善されうる。

図５は、アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システム５００の実施形態を示す。図５は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム５００の一部のみが図示されている。冷却システム５００は、冷却システム１００および／または２００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム５００は、熱発生構造５０２と共に利用され、熱発生構造５０２は、熱発生構造１０２と類似している。

冷却システム５００は、ベント５１２を有する上部プレート５１０と、アクチュエータ５２０と、オリフィス５３２を備えているオリフィスプレート５３０と、ギャップを有する上部チャンバ５４０と、ギャップを有する下部チャンバ５５０と、フローチャンバ５４０／５５０と、アンカ（すなわち支持構造）５６０と、空洞５７０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ２２０と、オリフィス１３２を備えているオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、フローチャンバ１４０／１５０と、アンカ（すなわち支持構造）１６０と、空洞１７０と、に類似している。したがって、アクチュエータ５２０は、アクチュエータ５２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ５６０によって中央を支持されている。図５では符号を付されていないが、アンカ５６０は、アクチュエータ５２０が、アクチュエータ５２０と類似した片持ちアームおよび中央の固定領域を備えるように、アクチュエータ５２０の軸に沿って伸びている。いくつかの実施形態において、アクチュエータ５２０は、アクチュエータ２２０に類似した方法で改変されてもよい。したがって、アクチュエータ５２０は、固定領域２２２、片持ちアーム２２３、ステップ領域２２４、延長領域２２６、および、外側領域２２８とそれぞれ類似した、固定領域と、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を含む片持ちアームと、を備えてよい。いくつかの実施形態において、アクチュエータ５２０の片持ちアームは、同じ位相で駆動される。いくつかの実施形態において、アクチュエータ５２０の片持ちアームは、異なる位相で駆動される。他の実施形態において、アンカ５６０は、アクチュエータ５２０の中央部分の近くのみに存在する。冷却システム５００は、冷却システム１００および／または２００に類似した方法で動作する。

フローチャンバ５４０／５５０は、空洞５７０を含む。図の実施形態において、空洞５７０は、アクチュエータ５２０の中心に近づくように移動されている。さらに、空洞５７０の深さは、アクチュエータ５２０の中心軸からの距離に伴って変化している。したがって、空洞は、いくつかの実施形態において、フローチャンバの外壁で終わっていなくてよい。いくつかの実施形態において、空洞５７０は、長方形以外の形状を有してよい。このように、空洞５７０の位置、深さ、形状、および／または、その他の特性は、異なっていてもよい。ただし、空洞５７０でも、図３～図４Ｂの文脈で上述したのと類似した方法で、上部チャンバ５４０内の圧力を緩和するよう構成されうる。

そのため、冷却システム５００は、冷却システム１００および／または２００の利点を共有する。したがって、冷却システム５００を利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却システム１００および／または２００と類似した方法で、空洞５７０は、アクチュエータ５２０が逆らう圧力をさらに低減しうる。したがって、消費される電力が削減されうる。さらに、均一なアクチュエータ５２０の代わりに、アクチュエータ２２０と類似した改良アクチュエータが利用される場合、システム２００のさらなる利点が達成されうる。したがって、性能、信頼性、および、電力消費が改善されうる。

図６Ａ～図６Ｂは、アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システム６００の実施形態を示す。図６Ａは、冷却システム６００の側面図であり、図６Ｂは、冷却システム６００の平面図である。図６Ａ～図６Ｂは、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム６００の一部のみが図示されている。冷却システム６００は、冷却システム１００、２００、および／または、５００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム６００は、熱発生構造６０２と共に利用され、熱発生構造６０２は、熱発生構造１０２と類似している。

冷却システム６００は、ベント６１２を有する上部プレート６１０と、アクチュエータ６２０と、オリフィス６３２を備えているオリフィスプレート６３０と、ギャップを有する上部チャンバ６４０と、ギャップを有する下部チャンバ６５０と、フローチャンバ６４０／６５０と、アンカ（すなわち支持構造）６６０と、空洞６７０－１、６７０－２、および、６７０－３（集合的または総称的に、空洞６７０）と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ２２０と、オリフィス１３２を備えているオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、フローチャンバ１４０／１５０と、アンカ（すなわち支持構造）１６０と、空洞１７０と、に類似している。したがって、アクチュエータ６２０は、アクチュエータ６２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ６６０によって中央を支持されている。図６Ａ～図６Ｂでは符号を付されていないが、アンカ６６０は、アクチュエータ６２０が、アクチュエータ６２０と類似した片持ちアームおよび中央の固定領域を備えるように、アクチュエータ６２０の軸に沿って伸びている。いくつかの実施形態において、アクチュエータ６２０は、アクチュエータ２２０に類似した方法で改変されてもよい。したがって、アクチュエータ６２０は、固定領域２２２、片持ちアーム２２３、ステップ領域２２４、延長領域２２６、および、外側領域２２８とそれぞれ類似した、固定領域と、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を含む片持ちアームと、を備えてよい。いくつかの実施形態において、アクチュエータ６２０の片持ちアームは、同じ位相で駆動される。いくつかの実施形態において、アクチュエータ６２０の片持ちアームは、異なる位相で駆動される。他の実施形態において、アンカ６６０は、アクチュエータ６２０の中央部分の近くのみに存在する。冷却システム６００は、冷却システム１００、２００、および／または、５００に類似した方法で動作する。

フローチャンバ６４０／６５０は、空洞６７０を含む。図の実施形態において、空洞６７０－１、６７０－２、および、６７０－３と、空洞６７０－１、６７０－２、および、６７０－３の間のスペース６７２（図６Ａ～図６Ｂでは、その内の２つのみに符号が付されている）とは、冷却システム１００において空洞１７０が上部プレート１１０で占めるのとほぼ同じ領域を上部プレート６１０で占めている。ただし、空洞６７０－１、６７０－２、および、６７０－３の間のスペース６７２は、空洞６７０－１、６７０－２、および、６７０－３よりも厚い（例えば、凹んでいない、または、空洞よりも凹んでいる量が小さい）。空洞６７０でも、図３～図４Ｂの文脈で上述したのと類似した方法で、上部チャンバ６４０内の圧力を緩和するよう構成されうる。さらに、スペーサ６７２は、空洞６７０がもたらす上部プレート６１０の剛性の低下を緩和しうる。上部プレート６１０がより剛性が高くなりうるので、アクチュエータ６１０の動きによる振動が低減されうる。

そのため、冷却システム６００は、冷却システム１００、２００、および／または、５００の利点を共有する。したがって、冷却システム６００を利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却システム１００、２００、および／または、５００と類似した方法で、空洞６７０は、アクチュエータ６２０が逆らう圧力をさらに低減しうる。したがって、消費される電力が削減されうる。さらに、均一なアクチュエータ５２０の代わりに、アクチュエータ２２０と類似した改良アクチュエータが利用される場合、システム２００のさらなる利点が達成されうる。上部プレート６１０の剛性が向上されるので、振動も低減されうる。したがって、性能、信頼性、および、電力消費が改善されうる。

図７Ａ～図７Ｂは、アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システム７００の実施形態を示す。図７Ａは、冷却システム７００の側面図であり、図７Ｂは、冷却システム７００の平面図である。図７Ａ～図７Ｂは、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム７００の一部のみが図示されている。冷却システム７００は、冷却システム１００、２００、５００、および／または、６００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム７００は、熱発生構造７０２と共に利用され、熱発生構造７０２は、熱発生構造１０２と類似している。

冷却システム７００は、ベント７１２を有する上部プレート７１０と、アクチュエータ７２０と、オリフィス７３２を備えているオリフィスプレート７３０と、ギャップを有する上部チャンバ７４０と、ギャップを有する下部チャンバ７５０と、フローチャンバ７４０／７５０と、アンカ（すなわち支持構造）７６０と、空洞７７０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ２２０と、オリフィス１３２を備えているオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、フローチャンバ１４０／１５０と、アンカ（すなわち支持構造）１６０と、空洞１７０と、に類似している。したがって、アクチュエータ７２０は、アクチュエータ７２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ７６０によって中央を支持されている。図７では符号を付されていないが、アンカ７６０は、アクチュエータ７２０が、アクチュエータ７２０と類似した片持ちアームおよび中央の固定領域を備えるように、アクチュエータ７２０の軸に沿って伸びている。いくつかの実施形態において、アクチュエータ７２０は、アクチュエータ２２０に類似した方法で改変されてもよい。したがって、アクチュエータ７２０は、固定領域２２２、片持ちアーム２２３、ステップ領域２２４、延長領域２２６、および、外側領域２２８とそれぞれ類似した、固定領域と、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を含む片持ちアームと、を備えてよい。いくつかの実施形態において、アクチュエータ７２０の片持ちアームは、同じ位相で駆動される。いくつかの実施形態において、アクチュエータ７２０の片持ちアームは、異なる位相で駆動される。他の実施形態において、アンカ７６０は、アクチュエータ７２０の中央部分の近くのみに存在する。冷却システム７００は、冷却システム１００、２００、５００、および／または、６００に類似した方法で動作する。

フローチャンバ７４０／７５０は、空洞７７０を含む。図の実施形態において、空洞７７０は、アクチュエータ７２０の中心に近づくように移動されている。したがって、空洞７７０は、いくつかの実施形態において、フローチャンバの外壁で終わっていなくてよい。いくつかの実施形態において、空洞７７０は、長方形以外の形状を有してよい。さらに、空洞７７０の側壁は、上部プレート７１０の底面と垂直ではない。このように、空洞７７０の位置、深さ、形状、および／または、その他の特性は、異なっていてもよい。空洞７７０でも、図３～図４Ｂの文脈で上述したのと類似した方法で、上部チャンバ７４０内の圧力を緩和するよう構成されうる。

そのため、冷却システム７００は、冷却システム１００、２００、５００、および／または、６００の利点を共有する。したがって、冷却システム７００を利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却システム１００、２００、５００、および／または、６００と類似した方法で、空洞７７０は、アクチュエータ７２０が逆らう圧力をさらに低減しうる。したがって、消費される電力が削減されうる。さらに、均一なアクチュエータ５２０の代わりに、アクチュエータ７２０と類似した改良アクチュエータが利用される場合、システム２００のさらなる利点が達成されうる。したがって、性能、信頼性、および、電力消費が改善されうる。

図８は、アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システム８００の実施形態を示す。図８は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム８００の一部のみが図示されている。冷却システム８００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、および／または、７００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム８００は、熱発生構造８０２と共に利用され、熱発生構造８０２は、熱発生構造１０２と類似している。

冷却システム８００は、ベント８１２を有する上部プレート８１０と、アクチュエータ８２０と、オリフィス８３２を備えているオリフィスプレート８３０と、ギャップを有する上部チャンバ８４０と、ギャップを有する下部チャンバ８５０と、フローチャンバ８４０／８５０と、アンカ（すなわち支持構造）８６０と、空洞８７０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ２２０と、オリフィス１３２を備えているオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、フローチャンバ１４０／１５０と、アンカ（すなわち支持構造）１６０と、空洞１７０と、に類似している。したがって、アクチュエータ８２０は、アクチュエータ８２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ８６０によって中央を支持されている。図８では符号を付されていないが、アンカ８６０は、アクチュエータ８２０が、アクチュエータ８２０と類似した片持ちアームおよび中央の固定領域を備えるように、アクチュエータ８２０の軸に沿って伸びている。図の実施形態において、アクチュエータ８２０は、アクチュエータ２２０に類似した方法で改変されてよい。したがって、アクチュエータ８２０は、固定領域２２２、片持ちアーム２２３、ステップ領域２２４、延長領域２２６、および、外側領域２２８とそれぞれ類似した、固定領域８２２、片持ちアーム８２３、ステップ領域８２４、延長領域８２６、および、外側領域８２８を備える。いくつかの実施形態において、アクチュエータ８００は、別の方法で構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、アクチュエータ８２０は、アクチュエータ１２０と類似した単純なアクチュエータであってもよい。いくつかの実施形態において、アクチュエータ８２０の片持ちアームは、同じ位相で駆動される。いくつかの実施形態において、アクチュエータ８２０の片持ちアームは、異なる位相で駆動される。他の実施形態において、アンカ８６０は、アクチュエータ８２０の中央部分の近くのみに存在する。冷却システム８００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、および／または、７００に類似した方法で動作する。

アクチュエータ８２０は、さらに、チップ８２１の近くに凹部領域８８０を備える。凹部領域８８０は、空洞８７０と類似した方法で機能する。したがって、凹部領域８８０は、アクチュエータ８２０がフローチャンバ８４０／８５０を通して流体を駆動する時に逆らう必要のある圧力を低減しうる。したがって、電力消費が削減されうる。

冷却システム８００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、および／または、７００の利点を共有する。したがって、冷却システム８００を利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却システム１００、２００、５００、６００、および／または、７００に類似した方法で、空洞８７０および凹部領域８８０は、アクチュエータ８２０が逆らう圧力をさらに低減しうる。したがって、消費される電力が削減されうる。さらに、均一なアクチュエータの代わりに、アクチュエータ２２０と類似した改良アクチュエータ８２０が利用されているので、システム２００のさらなる利点がシステム８００で達成されうる。

図９は、アクチュエータと上側チャンバ内の空洞とを備えているアクティブ冷却システム９００の実施形態を示す。図９は、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム９００の一部のみが図示されている。冷却システム９００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、および／または、８００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム９００は、熱発生構造９０２と共に利用され、熱発生構造９０２は、熱発生構造１０２と類似している。

冷却システム９００は、ベント９１２を有する上部プレート９１０と、アクチュエータ９２０と、オリフィス９３２を備えているオリフィスプレート９３０と、ギャップを有する上部チャンバ９４０と、ギャップを有する下部チャンバ９５０と、フローチャンバ９４０／９５０と、アンカ（すなわち支持構造）９６０と、空洞９７０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ２２０と、オリフィス１３２を備えているオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、フローチャンバ１４０／１５０と、アンカ（すなわち支持構造）１６０と、空洞１７０と、に類似している。したがって、アクチュエータ９２０は、アクチュエータ９２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ９６０によって中央を支持されている。図９では符号を付されていないが、アンカ９６０は、アクチュエータ９２０が、アクチュエータ２２０と類似した片持ちアームおよび中央の固定領域を備えるように、アクチュエータ９２０の軸に沿って伸びている。図の実施形態において、アクチュエータ９２０は、アクチュエータ２２０に類似した方法で改変されてよい。したがって、アクチュエータ９２０は、固定領域２２２、片持ちアーム２２３、ステップ領域２２４、延長領域２２６、および、外側領域２２８とそれぞれ類似した、固定領域９２２、片持ちアーム９２３、ステップ領域９２４、延長領域９２６、および、外側領域９２８を備える。いくつかの実施形態において、アクチュエータ８００は、別の方法で構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、アクチュエータ９２０は、アクチュエータ１２０と類似した単純なアクチュエータであってもよい。いくつかの実施形態において、アクチュエータ９２０の片持ちアームは、同じ位相で駆動される。いくつかの実施形態において、アクチュエータ９２０の片持ちアームは、異なる位相で駆動される。他の実施形態において、アンカ９６０は、アクチュエータ９２０の中央部分の近くのみに存在する。冷却システム９００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、および／または、８００に類似した方法で動作する。

オリフィスプレート９３０は、凹部領域すなわち空洞９８０を備える。垂直な側壁を有し、アンカ９６０まで伸びているように示されているが、オリフィスプレート９３０内の（ひいては、下部チャンバ９５０内の）空洞９８０は、フローチャンバ９４０／９５０内の圧力を制御するために利用されてよい。空洞９８０は、アクチュエータ９２０がフローチャンバ９４０／９５０を通して流体を駆動する時に逆らう必要のある圧力を低減しうる。したがって、電力消費が削減されうる。さらに、凹部領域９８０は、オリフィスプレート９３０とアクチュエータ９２０との間のギャップを制御するために用いられてもよい。その結果として、オリフィス９３２を通って下部チャンバ９５０へ入る流体の逆流が、さらに低減されうる。

冷却システム９００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、および／または、８００の利点を共有する。したがって、冷却システム９００を利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、および／または、８００に類似した方法で、空洞９７０および凹部領域９８０は、アクチュエータ９２０が逆らう圧力をさらに低減しうる。オリフィス９３２を通る逆流すなわち流体も、制御されうる。したがって、消費される電力が削減されうる。さらに、均一なアクチュエータの代わりに、アクチュエータ２２０と類似した改良アクチュエータ９２０が利用されているので、システム２００のさらなる利点がシステム９００で達成されうる。

図１０Ａ～図１０Ｂは、上部中央を固定されているアクチュエータを備えているアクティブ冷却システム１０００の実施形態を示す。図１０Ａは、中立位置にある冷却システム１０００を示す側面図である。図１０Ｂは、冷却システム１０００を示す上面図である。図１０Ａ～図１０Ｂは、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム１０００の一部のみが図示されている。図１０Ａ～図１０Ｂを参照すると、冷却システム１０００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、８００、および／または、９００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム１０００は、熱発生構造１００２と共に利用され、熱発生構造１００２は、熱発生構造１０２と類似している。

冷却システム１０００は、ベント１０１２を有する上部プレート１０１０と、アクチュエータ１０２０と、オリフィス１０３２を備えているオリフィスプレート１０３０と、ギャップを有する上部チャンバ１０４０と、ギャップを有する下部チャンバ１０５０と、フローチャンバ１０４０／１０５０と、アンカ（すなわち支持構造）１０６０と、空洞１０７０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ２２０と、オリフィス１３２を備えているオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、フローチャンバ１４０／１５０と、アンカ（すなわち支持構造）１６０と、空洞１７０と、に類似している。したがって、アクチュエータ１０２０は、アクチュエータ１０２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ１０６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ１０６０は、（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似した方法で）アクチュエータ１０２０の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ１０６０は、アクチュエータ１０２０の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ１０６０Ｃおよび／または１０６０Ｄに類似している）。図１０Ａおよび図１０Ｂでは明示的に符号を付されていないが、アクチュエータ１０２０は、固定領域と、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を含む片持ちアームと、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、固定領域１０２２、片持ちアーム１０２３、ステップ領域１０２４、延長領域１０２６、および、外側領域１０２８に類似している。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１０２０の片持ちアームは、同じ位相で駆動される。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１０２０の片持ちアームは、異なる位相で駆動される。いくつかの実施形態において、アクチュエータ１２０などの単純なアクチュエータが用いられてもよい。

アンカ１０６０は、上方からアクチュエータ１０２０を支持している。したがって、アクチュエータ１０２０は、アンカ１０６０から吊り下げられている。アンカ１０６０は、上部プレート１０１０から吊り下げられている。上部プレート１０１０は、ベント１０１３を備える。アンカ１０６０の両側にあるベント１０１２は、流体がチャンバ１０４０の側面へ流れるための経路を提供する。

冷却システム１００に関して上述したように、アクチュエータ１０２０は、アクチュエータ１０２０の構造共振周波数またはそれに近い周波数で振動するように駆動されてよい。さらに、アクチュエータ１０２０の構造共振周波数は、チャンバ１０４０／１０５０の音響共振と一致するよう構成されていてよい。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、アクチュエータ１０２０の振動運動は、冷却システム１００に関して記載した周波数の運動であってよい。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。

冷却システム１０００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、８００、および／または、９００に類似した方法で動作する。したがって、冷却システム１０００は、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、８００、および／または、９００の利点を共有する。したがって、冷却システム１０００を利用するデバイスの性能が改善されうる。さらに、アンカ１０６０からアクチュエータ１０２０を吊り下げることが、性能をさらに高めうる。特に、他の冷却セル（図示せず）に影響しうる冷却システム１０００における振動が低減されうる。例えば、アクチュエータ１０２０の運動に起因して上部プレート１０１０で引き起こされる振動が少なくなりうる。結果的に、冷却システム１０００と、冷却システム１０００を組み込んだデバイスの他の冷却システム（例えば、他のセル）または他の部分との間のクロストークが低減されうる。したがって、性能がさらに高められうる。

様々な冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、８００、および、９００について説明し、特定の特徴を明らかにした。セル１００、２００、５００、６００、７００、８００、９００、および／または、１０００の様々な特徴を、本明細書に明示的に示されていない方法で組み合わせることができる。

図１１Ａ～図１１Ｃは、タイルまたはアレイとして構成されている複数の冷却セルを備えているアクティブ冷却システム１１００の実施形態を示す。図１１Ａは、上面図を示し、図１１Ｂ～図１１Ｃは、側面図を示している。図１１Ａ～図１１Ｃは、正確な縮尺ではない。冷却システム１１００は、４つの冷却セル１１０１Ａ、１１０１Ｂ、１１０１Ｃ、および、１１０１Ｄ（集合的または総称的に、１１０１）を備えており、それらの冷却セルは、本明細書に記載されている冷却システムの内の１または複数に類似している。より具体的には、冷却セル１１０１は、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、および／または、それらの組み合わせ、と類似している。２×２構成の４つの冷却セル１１０１が示されているが、いくつかの実施形態において、別の数および／または別の構成の冷却セル１１０１が用いられてもよい。複数アレイの冷却セルが、用いられてもよい。図の実施形態において、冷却セル１１０１は、開口部１１１２を有する共有上部プレート１１１０と、アクチュエータ１１２０と、オリフィス１１３２を備えている共有オリフィスプレート１１３０と、上部チャンバ１１４０と、下部チャンバ１１５０と、フローチャンバ１１４０／１１５０と、アンカ（支持構造）１１６０と、空洞１１７０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、開口部１１２を有する上部プレート１１０と、アクチュエータ１２０と、オリフィス１３２を有するオリフィスプレート１３０と、上部チャンバ１４０と、下部チャンバ１５０と、フローチャンバ１４０／１５０と、アンカ１６０と、空洞１７０と、に類似している。いくつかの実施形態において、冷却セル１１０１は、冷却システム２００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、および／または、それらの組み合わせ、と類似していてもよい。いくつかの実施形態において、冷却セル１１０１は、一緒に加工され、例えば、上部プレート１１１０およびオリフィスプレート１１３０を切断することによって分離されてよい。アクチュエータ１１２０は、異なる位相で（すなわち、シーソーに類似した方法で）駆動されている。さらに、図１１Ｂ～図１１Ｃに見られるように、或るセル内のアクチュエータ１１２０が、隣接するセル内のアクチュエータ１１２０と異なる位相で駆動されている。図１１Ｂ～図１１Ｃにおいて、行方向および列方向に並んだアクチュエータ１１２０は、異なる位相で駆動されている。したがって、セル１１０１Ａ内のアクチュエータ１１２０は、セル１１０１Ｂ内のアクチュエータ１１２０と位相が異なる。同様に、セル１１０１Ｃ内のアクチュエータ１１２０は、セル１１０１Ｄ内のアクチュエータ１１２０と位相が異なる。したがって、セル１１０１Ａおよび１１０１Ｄ内のアクチュエータ１１２０は、同じ位相である。セル１１０１Ｂおよび１１０１Ｃ内のアクチュエータ１１２０は、同じ位相である。その他の構成（特に、より大きいアレイのための構成）も可能である。例えば、セル１１０１Ａおよび１１０１Ｃ内のアクチュエータ１１２０が同じ位相であってよく、セル１１０１Ｂおよび１１０１Ｄ内のアクチュエータ１１２０が同じ位相であってよく、セル１１０１Ａおよび１１０１Ｂ内のアクチュエータが異なる位相であってよく、セル１１０１Ｃおよびと１１０１Ｄ内のアクチュエータ１１２０が異なる位相であってよい。アクチュエータ１１２０を異なる位相で駆動することにより、冷却システム１１００における振動が低減されうる。

冷却システム１１００の冷却セル１１０１は、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、および／または、類似の冷却システム、と類似した方法で機能する。その結果として、本明細書に記載されている利点が、冷却システム１１００によって共有されうる。近くのセル内のアクチュエータが異なる位相で駆動されるため、冷却システム１１００における振動が低減されうる。複数の冷却セル１１０１が利用されるので、冷却システム１１００は、冷却力が改善されうる。さらに、複数の個々の冷却セル１１０１および／または冷却システム１１００は、冷却セルの所望のフットプリントを実現するために様々な方法で組み合わせられてよい。

図１２は、冷却システムを動作させるための方法１２００の実施形態例を示すフローチャートである。方法１２００は、簡単のために図示されていない工程を備えてもよい。方法１２００は、圧電型冷却システム１００の文脈で説明されている。ただし、方法１２００は、本明細書に記載のシステムおよびセルを含むがそれらに限定されないその他の冷却システムで用いられてもよい。

冷却システム内のアクチュエータの内の１または複数が、工程１２０２で振動するよう作動される。工程１２０２では、所望の周波数を有する電気信号が、アクチュエータを駆動するために用いられる。いくつかの実施形態において、アクチュエータは、工程１２０２で、構造共振周波数および／または音響共振周波数で、もしくは、それらに近い周波数で、駆動される。駆動周波数は、１５ｋＨｚ以上であってよい。複数のアクチュエータが工程１２０２で駆動される場合、アクチュエータは、異なる位相で駆動されてもよい。いくつかの実施形態において、アクチュエータは、実質的に１８０度ずれた位相で駆動される。さらに、いくつかの実施形態において、個々のアクチュエータが、異なる位相で駆動される。例えば、１つのアクチュエータの異なる部分が、反対方向に振動するよう駆動されてよい（すなわち、シーソーに類似する）。いくつかの実施形態において、個々のアクチュエータが、同じ位相で駆動されてもよい（すなわち、蝶に類似する）。さらに、駆動信号は、アンカ、アクチュエータ、もしくは、アンカおよびアクチュエータの両方に供給されてよい。さらに、アンカが、屈曲しおよび／または平行移動するように駆動されてもよい。

圧電型アクチュエータからのフィードバックが、工程１２０４で、駆動電流を調整するために用いられる。いくつかの実施形態において、調整は、アクチュエータおよび／または冷却システムの１または複数の音響共振周波数および／または構造共振周波数と同じまたは近い周波数に、周波数を維持するために用いられる。特定のアクチュエータの共振周波数が、例えば、温度変化に起因して変動する場合がある。工程１２０４でなされる調整は、共振周波数の変動を考慮することを可能にする。

例えば、圧電型アクチュエータ１２０が、工程１２０２で、その１または複数の構造共振周波数で駆動されてよい。この共振周波数は、上部チャンバ１４０の音響共振周波数と同じまたは近くてもよい。これは、アンカ１６０内の圧電体層（図１Ａ～図１Ｆでは図示せず）および／またはアクチュエータ１２０内の圧電体層を駆動することによって達成されうる。工程１２０４で、フィードバックは、アクチュエータ１２０を、共振状態に維持するため、そして、複数のアクチュエータが駆動されるいくつかの実施形態においては、１８０度ずれた位相に維持するために、用いられる。したがって、冷却システム１００を通して熱発生構造１０２へ流体流を駆動するアクチュエータ１２０の効率が維持されうる。いくつかの実施形態において、工程１２０４は、冷却素子１２０を流れる電流および／またはアンカ１６０を流れる電流をサンプリングし、共振および低入力電力を維持するように電流を調整することを含む。

したがって、アクチュエータ１２０、２２０、５２０、６２０、７２０、８２０、９２０、１０２０、および／または、１１２０などのアクチュエータは、本明細書に記載されているように動作しうる。このように、方法１２００は、本明細書に記載の圧電型冷却システムの利用を提供する。さらに、空洞１７０、２７０、５７０、６７０、７７０、８７０、８８０、９７０、９８０、１０７０、および／または、１１７０が存在するため、冷却システム１００、２００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、および／または、１１００によって消費される電力が、さらに削減されうる。したがって、圧電型冷却システムは、より低い電力で、より効率的かつ静かに、半導体デバイスを冷却しうる。

上述の実施形態は、理解しやすいようにいくぶん詳しく説明されているが、本発明は、提供された詳細事項に限定されるものではない。本発明を実施する多くの代替方法が存在する。開示されている実施形態は、例示であり、限定を意図するものではない。

Claims (20)

1. フローチャンバであって、
   上部壁を備えている上側チャンバと、
   前記上部壁から遠位に配置されているアクチュエータと、
   前記アクチュエータが作動された時に、前記上側チャンバから流体を受け入れる下側チャンバと、
   を備え、
   前記上部壁は、少なくとも１つの空洞を備える、フローチャンバ。
2. 請求項１に記載のフローチャンバであって、さらに、
   支持構造を備え、
   前記アクチュエータは、中央領域および外周を備え、前記アクチュエータは、前記中央領域において前記支持構造によって支持され、前記外周の少なくとも一部は固定されておらず、前記アクチュエータは、前記流体を前記上側チャンバから前記下側チャンバへ駆動するために作動された時に、振動運動を行うよう構成されている、フローチャンバ。
3. 請求項２に記載のフローチャンバであって、前記上部壁は、少なくとも１つのベントを備え、前記アクチュエータは、前記上部壁と前記下側チャンバとの間にある、フローチャンバ。
4. 請求項３に記載のフローチャンバであって、前記上側チャンバは、奇数の整数に波長を乗じて４で除した値に対応する長さを有し、前記波長は、前記振動運動の周波数に対する音波長であり、前記振動運動の周波数は、前記アクチュエータの構造共振と、前記波長を有する前記上側チャンバの音響共振と、に対応する、フローチャンバ。
5. 請求項２に記載のフローチャンバであって、さらに、
   少なくとも１つのオリフィスを有するオリフィスプレートを備え、
   前記オリフィスプレートは、前記下側チャンバの底部壁を形成しており、前記アクチュエータは、前記少なくとも１つのオリフィスを通して前記流体を駆動するように作動される、フローチャンバ。
6. 請求項５に記載のフローチャンバであって、前記アクチュエータの内の少なくとも１つは、凹部領域を有し、前記オリフィスプレートは、さらなる空洞を有する、フローチャンバ。
7. 請求項２に記載のフローチャンバであって、前記アクチュエータは、固定領域および片持ちアームを備え、前記固定領域は、前記支持構造によって固定され、前記片持ちアームは、前記固定領域から外向きに伸び、ステップ領域、少なくとも１つの延長領域、および、外側領域を備え、前記ステップ領域は、前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有し、前記少なくとも１つの延長領域は、前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い少なくとも１つの延長厚さを有し、前記外側領域は、前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有する、フローチャンバ。
8. 請求項２に記載のフローチャンバであって、前記少なくとも１つの空洞は、前記アクチュエータの自由部分の自由部分長さに０．２５以上かつ２／３以下の値を乗じた長さを有する、フローチャンバ。
9. 冷却システムであって、
   複数の冷却セルを備え、
   前記複数の冷却セルの各々は、上側チャンバ、冷却素子、および、下側チャンバを備え、前記上側チャンバは、上部壁を備え、前記冷却素子は、前記上部壁から遠位にあり、前記下側チャンバは、前記冷却素子が作動された時に、前記上側チャンバから流体を受け入れ、
   前記上部壁は、少なくとも１つの空洞を備える、冷却システム。
10. 請求項９に記載の冷却システムであって、前記複数の冷却セルの各々は、さらに、
    支持構造を備え、
    前記冷却素子は、中央領域および外周を備え、前記冷却素子は、前記中央領域で前記支持構造によって支持され、前記外周の少なくとも一部は固定されておらず、前記冷却素子は、前記流体を前記上側チャンバから前記下側チャンバへ駆動するために作動された時に、振動運動を行うよう構成されている、冷却システム。
11. 請求項１０に記載の冷却システムであって、前記上部壁は、少なくとも１つのベントを備え、前記冷却素子は、前記上部壁と前記下側チャンバとの間にある、冷却システム。
12. 請求項１１に記載の冷却システムであって、前記上側チャンバは、奇数の整数に波長を乗じて４で除した値に対応する長さを有し、前記波長は、前記振動運動の周波数に対する音波長であり、前記振動運動の周波数は、前記冷却素子の構造共振と、前記波長を有する前記上側チャンバの音響共振と、に対応する、冷却システム。
13. 請求項１０に記載の冷却システムであって、前記複数の冷却セルの各々は、さらに、
    少なくとも１つのオリフィスを有するオリフィスプレートを備え、
    前記オリフィスプレートは、前記下側チャンバの底部壁を形成しており、前記冷却素子は、前記少なくとも１つのオリフィスを通して前記流体を駆動するように作動される、冷却システム。
14. 請求項１３に記載の冷却システムであって、前記アクチュエータの内の少なくとも１つは、凹部領域を有し、前記オリフィスプレートは、さらなる空洞を有する、冷却システム。
15. 請求項１０に記載の冷却システムであって、前記冷却素子は、固定領域および片持ちアームを備え、前記固定領域は、前記支持構造によって固定され、前記片持ちアームは、前記固定領域から外向きに伸び、ステップ領域、少なくとも１つの延長領域、および、外側領域を備え、前記ステップ領域は、前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有し、前記少なくとも１つの延長領域は、前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い少なくとも１つの延長厚さを有し、前記外側領域は、前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有する、冷却システム。
16. 請求項１０に記載の冷却システムであって、前記空洞は、前記アクチュエータの自由部分の自由部分長さに０．２５以上かつ２／３以下の値を乗じた長さを有する、冷却システム。
17. 熱発生構造を冷却する方法であって、
    ある周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動することを備え、
    前記冷却素子は、上側チャンバ、下側チャンバ、および、前記冷却素子を含むチャンバを通して流体を方向付けるために、駆動された時に前記振動運動を行うよう構成されており、前記上側チャンバは、上部壁を備え、前記冷却素子は、前記上部壁から遠位に配置され、前記下側チャンバは、前記冷却素子が作動された時に、前記上側チャンバから流体を受け入れ、
    前記上部壁は、少なくとも１つの空洞を備える、方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、前記冷却素子は、中央領域および外周を備え、前記冷却素子は、前記中央領域で支持構造によって支持され、前記外周の少なくとも一部は固定されておらず、前記冷却素子は、前記流体を前記上側チャンバから前記下側チャンバへ駆動するために作動された時に、振動運動を行うよう構成されている、方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記上部壁は、少なくとも１つのベントを備え、前記アクチュエータは、前記上部壁と前記下側チャンバとの間にある、方法。
20. 請求項１９に記載の方法であって、前記少なくとも１つの空洞は、前記冷却素子の前記外周に近接しており、前記少なくとも１つの空洞は、前記アクチュエータの自由部分の自由部分長さに０．２５以上かつ２／３以下の値を乗じた長さを有する、方法。

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