JP5085228B2 - Piezoelectric fan device - Google Patents
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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5や図6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。
The schematic structure of the piezoelectric fan device is 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 or both sides of a longer elastic metal plate (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。
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。
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、弾性金属板12に着目し、この板の遊端側に、この板を一旦切断するなどして、接合板を添え板として、その切断片を、平板状の振幅増長板として、接合させたところ、後述する試験結果から明らかなように、高い振幅が得られることを見出した。
Therefore, the present inventors pay attention to the
本発明は、この点に着目して発明されたものであり、弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、接合板を添え板として、平板状の振幅増長板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。 The present invention was invented paying attention to this point, and provided with a flat plate-like amplitude increasing plate on the free end side of the elastic metal plate in the direction opposite to the support portion side, with the joining plate as an auxiliary plate. Thus, an excellent piezoelectric fan device having a high amplitude, that is, a high cooling performance is provided.
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金属板とからなる圧電ファン部の一端側又は途中を、支持部で片持ち型に支持・固定すると共に、前記板状圧電素子の外側面の電極と前記弾性金属板に交流電圧を印加する交流回路を備えた圧電ファン装置において、
前記弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、接合板を添え板として、平板状の振幅増長板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 metal plate to which the plate-like piezoelectric element is fixed and having a longer length than the plate-like piezoelectric element. A piezoelectric fan device comprising an AC circuit for supporting and fixing one end side or a halfway of the unit in a cantilevered manner with a support unit and applying an AC voltage to the electrode on the outer surface of the plate-like piezoelectric element and the elastic metal plate In
The piezoelectric fan device is characterized in that a flat amplitude increasing plate is provided on the free end side of the elastic metal plate in the direction opposite to the support portion side, with a joining plate as an auxiliary plate.
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金属板とからなる圧電ファン部の一端側又は途中を、支持部で片持ち型に支持・固定すると共に、前記両板状圧電素子の外側面の電極間に交流電圧を印加する交流回路を備えた圧電ファン装置において、
前記弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、接合板を添え板として、平板状の振幅増長板を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。にある。
According to a second aspect of the present invention, there are provided two plate-like piezoelectric elements and a flat elastic metal plate having a longer length 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
A piezoelectric fan device characterized in that a flat amplitude increasing plate is provided on the free end side of the elastic metal plate in the direction opposite to the support portion side, with a joining plate as an auxiliary plate. It is in.
請求項3記載の本発明は、前記接合板が、前記平板状の低弾性材料板からなることを特徴とする請求項1又は2記載の圧電ファン装置にある。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the piezoelectric fan device according to the first or second aspect, wherein the joining plate is made of the flat low-elastic material plate.
請求項4記載の本発明は、前記振幅増長板が、前記平板状の弾性金属板と同一又は同種の金属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。 A fourth aspect of the present invention is the piezoelectric fan device according to the first, second or third aspect, wherein the amplitude increasing plate is the same or the same type of metal plate as the flat elastic metal plate. .
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、弾性金属板(ブレード)の支持部側とは反対方向の遊端側に、接合板を添え板として、平板状の振幅増長板を設けてあるため、接合板の弾性などの特性を最適ものとして選択することにより、高い振幅が得られる。即ち、高い冷却性能が得られる。
この結果、冷却性能を向上させるに際して、弾性金属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、また、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 a monomorph type or bimorph type, a flat plate-like amplitude increase with a joining plate as an auxiliary plate on the free end side opposite to the support side of the elastic metal plate (blade). Since the plate is provided, a high amplitude can be obtained by selecting the optimum properties such as elasticity of the bonding plate. That is, high cooling performance can be obtained.
As a result, it is not necessary to increase the length of the elastic metal plate or increase the energization voltage when improving the cooling performance, so that the size of the apparatus can be reduced, and high voltage driving is required. It will not be done.
図1〜図2は、本発明に係る圧電ファン装置の一例を示したものである。
図中、100Aは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を、これより長さの長い弾性金属板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の外側面の電極114と弾性金属板112間に交流電圧を印加するための交流回路、130は圧電ファン部110の一端側(中央などの途中も可)を、片持ち型に支持する固定部品からなる支持部である。
1 to 2 show an example of a piezoelectric fan device according to the present invention.
In the figure, reference numeral 100A denotes a monomorph type piezoelectric fan device, and 110 denotes the piezoelectric fan unit. In the
なお、板状圧電素子111の内側の電極114への通電は通常の方法で行う。上記のように弾性金属板112側から通電するときには、弾性金属板112側の接着層113を導電性接着層として行う。このように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、接着層113が非導電性接着層の場合には、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側に接続すればよい。
Note that energization of the
上記弾性金属板112(ブレード)は、通常平板状の真鍮やSUSなどの金属板などからなる。そして、その先端側には、接合板140を添え板として、平板状の振幅増長板150を設けてある。この接合板140としては、特に限定されないが、薄板状で強度の大きい低弾性材料のものの使用が望ましい。例えば、硬質で弾性の低いPETなどの硬質樹脂板などがある。弾性の低い金属板も使用可能である。
また、振幅増長板150側の板材も特に限定されないが、予め長め製造した弾性金属板112を切断し、その切断片側を用いるとよい。勿論、同種の他の板材として提供することもできる。接合板140の接合にあたっては接着剤で接合する。接合板140、弾性金属板112、振幅増長板150のいずれもが、溶接可能な金属製の場合には、溶接接合することもできる。このとき、接合板140の厚さや、弾性金属板112と振幅増長板150間の間隔(ギャップ)は、板状圧電素子111の振動時、これらの接合体の振動が増長(増幅)される寸法に設定する。つまり、弾性金属板112単体の同一長さのものに比較して、上記接合体の剛性が小さくなるように設定する。
The elastic metal plate 112 (blade) is usually made of a flat metal plate such as brass or SUS. A flat
Further, the plate material on the
この剛性の低下により、弾性金属板112、接合板140、振幅増長板150の接合体の可撓性が増して、撓み易くなるため、結果として、振幅増長効果が得られる。
このような接合板140の使用による振幅増長効果からすると、この接合板140は、図2に示すような、弾性金属板112とほぼ同一の幅の1枚の板材に限定されない。複数の分割された分割板材として接合することもできる。また、図示のように、裏側から接合する場合の他に、弾性金属板112と振幅増長板150側に嵌め込み用の切欠き部を設け、これに分割板材を嵌め込んで接合することも可能である。また、1枚の接合板140の接合側縁部に、上記弾性金属板112と振幅増長板150側の切欠き部に嵌め込れる突起部を1又は複数設けて嵌め込み接合させてもよい。つまり、接合板140の接合方法は特に限定されない。
Due to the decrease in rigidity, the flexibility of the joined body of the
In view of the amplitude increasing effect by using such a joining
図3は、本発明に係る圧電ファン装置の他の例を示したものである。
図中、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金属板112の他、接合板140、振幅増長板150からなる点以外は、上記圧電ファン装置100Aと同構造のものである。そして、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、弾性金属板112のより大きな振幅増長効果が得られる。
FIG. 3 shows another example of the piezoelectric fan device according to the present invention.
In the figure, the piezoelectric fan device 100B is a bimorph type piezoelectric fan device, and a
〈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〜図3に示す本発明の構成に対応するモノモルフ型及びバイモルフ型の圧電ファン装置(実施例1〜2)と、図5〜図6に示す従来型の構成に対応するモノモルフ型及びバイモルフ型の圧電ファン装置(比較例1〜2)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、弾性金属板の振幅試験を行なった。その結果は、図4の如くであった。
<Examples and comparative examples>
In order to confirm the effects of the piezoelectric fan device according to the present invention, monomorph type and bimorph type piezoelectric fan devices (Examples 1 and 2) corresponding to the configuration of the present invention shown in FIGS. 5 to 6, each sample consisting of a monomorph type and bimorph type piezoelectric fan device (Comparative Examples 1 and 2) corresponding to the conventional configuration shown in FIG. 6 is manufactured, an AC voltage of ± 12 V is applied, and an elastic metal A plate amplitude test was performed. The result was as shown in FIG.
なお、上記各サンプルの圧電ファン装置において、弾性金属板112、接合板140、振幅増長板150の接合体の長さ、及び弾性金属板12の長さは共に20mm、これらの幅は4.0mm、板状圧電素子111、11の長さは7.5mmである。また、上記弾性金属板112、12の厚さは0.05mm、接合板140の長さは4mm、接合板140の厚さは0.05mm、振幅増長板150の長さは6mm、振幅増長板150の厚さは0.05mm、弾性金属板112と振幅増長板150との接合部分の隙間は0.5mmである。
In the piezoelectric fan device of each sample, the length of the bonded body of the
図4の振幅データから、接合板140を用いて接合された弾性金属板112(接合体)を有する本発明に係る圧電ファン装置(実施例1〜2)は、同等の長さの単独の弾性金属板12を有する圧電ファン装置(比較例1〜2)に比較して、いずもの場合も、振幅が大きくなっていることが分かる。つまり、45%〜48%程度の振幅増長効果が得られていることが分かる。なお、同図4における縦軸の振幅値は、図5に対応するモノモルフ型の圧電ファン装置(比較例1)の振幅値を1.0とした場合の比で示してある。
From the amplitude data of FIG. 4, the piezoelectric fan device (Examples 1 and 2) according to the present invention having the elastic metal plate 112 (joined body) joined by using the joining
なお、本発明に係る圧電ファン装置の場合、モノモルフ型やバイモルフ型であれば、図1〜図3の構造ものに限定されず、弾性金属板に、接合板を添え板として、振幅増長板を接合するものであれば、その他の形状、構造などを広く含むものである。 In the case of the piezoelectric fan device according to the present invention, as long as it is a monomorph type or a bimorph type, the structure is not limited to that shown in FIGS. If it joins, it will include widely other shapes and structures.
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、113・・・接着層、114・・・電極、120・・・交流回路、130・・・支持部、140・・・接合板、150・・・振幅増長板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100A-100B ... Piezoelectric fan apparatus, 110 ... Piezoelectric fan part, 111 ... Plate-shaped piezoelectric element, 112 ... Elastic metal plate, 113 ... Adhesive layer, 114 ... Electrode, 120 * ..AC circuit, 130 ... support section, 140 ... joining plate, 150 ... amplitude increasing plate
Claims (4)
前記弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、接合板を添え板として、平板状の振幅増長板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 portion composed of a plate-like elastic metal plate having a longer length than the plate-like piezoelectric element. In the 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 metal plate, while being supported and fixed to the cantilever at the part,
A piezoelectric fan device characterized in that a flat amplitude increasing plate is provided on the free end side of the elastic metal plate in the direction opposite to the support portion side, with a joining plate as an auxiliary plate.
前記弾性金属板の支持部側とは反対方向の遊端側に、接合板を添え板として、平板状の振幅増長板を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。 One end side or midway of a piezoelectric fan unit comprising two plate-like piezoelectric elements and a flat elastic metal plate sandwiched between the two plate-like piezoelectric elements and having a longer length than the two plate-like piezoelectric elements Is supported and fixed in a cantilevered manner by a support portion, and in the piezoelectric fan device including an AC circuit that applies an AC voltage between the electrodes on the outer surfaces of the two plate-like piezoelectric elements,
A piezoelectric fan device characterized in that a flat amplitude increasing plate is provided on the free end side of the elastic metal plate in the direction opposite to the support portion side, with a joining plate as an auxiliary plate.
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