JP6310274B2 - 冷却用デバイスのためのシステム - Google Patents

Description

本発明は全般的には冷却デバイスに関し、また具体的には電子式デバイスに対する能動性冷却のためのシステムに関する。

コンピュータシステムや照明システムなどの電子式デバイスは、集積回路（ＩＣ）、半導体素子、電気的接続、発光ダイオード（ＬＥＤ）といったデバイスの発熱につながるような発熱性要素を含むのが一般的である。発光ダイオードは、これに電力が提供されることによって、その周辺の温度上昇及び周辺への熱放散を起こす傾向がある。ＬＥＤやＩＣ内で発生した熱は、これに対処しないと動作効率の大幅な低下や、さらにはデバイスの劣化につながる可能性がある。これらの問題を回避するために、多くの電子式デバイスには冷却用デバイスが装備されている。

目下のところ多くの電子式デバイスは、発熱性要素を冷却するように定期的に動作する電気式ファンを利用している。この電気式ファンは、冷却を支援するためには大型でかつ大きな電力を必要とするのが一般的である。この電気式ファンのサイズによってデバイスのサイズが大きくなり、これが重量の増大につながっている。さらに電気式ファンが大量の電力を消費するためにファンを利用するデバイスのエネルギー効率は大幅に低下する。電気式ファンはまた、小形の電子式デバイスには装備することができない。電子式デバイスはまた、発熱性要素の近傍に冷却剤を流しデバイスから熱を引き離させている冷却剤式のシステムを具備する。こうした冷却システムで用いられる冷却剤は定期的に交換する必要がある。さらに、電子式デバイスの素子上に冷却剤が漏れると電子式デバイスの故障につながりかねない。

製造者は、シンセティックジェットの支援によって電気式ファンや冷却剤式システムの問題を解決することを追求している。シンセティックジェットは典型的には、流体ハウジングを形成する２枚のプレートを備える。これらのプレートがその当初位置から前や後に移動する際に、周囲空気が流体ハウジング内に入りまたさらに流体ハウジングから出て行く。この２枚のプレートのうちの少なくとも一方は流体ハウジングへの流体の出入りを可能にさせるためのアパーチャを有する。これらのプレートには、流体の出入りのために必要となるプレートの前後の動きを生じさせるために線形アクチュエータが装備される。シンセティックジェットのプレートに固定された線形アクチュエータは、ピストン、モータ及び同様のデバイスを備えるのが一般的である。シンセティックジェット内でプレートの運動を生じさせるためには電気信号を機械的振動に変換する特性をそれがもつことから圧電トランスジューサが広く使用されている。目下の多くのシンセティックジェットでは少なくとも１つのプレートが、電源に接続された圧電トランスジューサを含む。圧電トランスジューサに電気信号が与えられると、トランスジューサを備えたプレートはジェットアセンブリの残りの部分から離れるように移動し、これにより流体ハウジングの体積が増大する。この体積増大によってプレート上のアパーチャを通った流体ハウジング内への空気の吸引が生じる。電気信号が切断されるあるいは変化が大きい交流電気信号が印加されると、圧電トランスジューサはその通常位置まで戻り、これにより流体ハウジングの体積は減少する。この体積減少はアパーチャからの空気の放出につながり、これにより電子式デバイスのシンセティックジェットの近傍にある素子が冷却される。幾つかのシンセティックジェットでは、流体ハウジングを形成するプレートのうちの１つだけが電気信号の印加に伴って変形する圧電円盤である。

しかし圧電トランスジューサまたは圧電円盤だけでは、得られるプレートの変位に限界があり、またこのために素子上への冷却用流体の放出が極めて少なくなる。多くの熱発生素子を含む目下の電子式デバイスでは、素子のすべてを冷却するために複数のシンセティックジェットアセンブリを含める必要がある。シンセティックジェットの数が増えることがさらに、電子式デバイスの全体サイズの増大につながる。さらに、目下の圧電トランスジューサ方式のシンセティックジェットの大部分ではトランスジューサに供給される電気信号の周波数が１００Ｈｚを超える場合にピーク効率を示している。こうした周波数で電気信号を提供するためには、電力変換電子回路を利用する必要がある。しかし電力変換電子回路によって冷却システムのコストまたさらに電子式デバイスのコストが増大する。

米国特許第８２７２８５１号

したがって、シンセティックジェットの製造コストを大幅に増大させることなく移動可能プレートに大きな変位を提供できるシステムが必要とされている。

一実施形態では、冷却システムを提供する。本冷却システムはエンクロージャを含む。このエンクロージャは、その少なくとも１つが移動可能であるような壁によって画定されている。このエンクロージャはさらに少なくとも１つのアパーチャを含む。本システムはさらにエンクロージャの可動壁のうちの少なくとも１つと結合させた増幅要素を含む。さらに本冷却システムは、この増幅要素と機械的に結合させた作動ユニットを含む。この作動ユニットは、増幅要素に変位を生じさせるように構成された少なくとも１つのアクチュエータを含む。本冷却システムでは増幅要素は、エンクロージャの少なくとも１つの可動壁までアクチュエータ変位を増幅し、少なくとも１つのアパーチャから流体がエンクロージャを出入りできるように構成されている。

別の実施形態では、照明システムを提供する。本照明システムは光源を含む。この光源は発熱性要素を含む。さらに本照明システムは、発熱性要素の近傍に配置させた冷却システムを含む。このシステムは、少なくとも１つのアパーチャを照明システムのハウジング内に配置させて備えるエンクロージャを含む。このエンクロージャは移動可能な少なくとも１つの壁を含む。さらにこの冷却システムは、エンクロージャの少なくとも１つの可動壁と機械的に結合させた少なくとも１つの増幅要素を含む。この冷却システムはさらに増幅要素と機械的に結合させた作動ユニットを含む。この作動ユニットは、増幅要素に変位を生じさせる少なくとも１つのアクチュエータを備える。この増幅要素は、エンクロージャの少なくとも１つの可動壁までアクチュエータ変位を増幅し、少なくとも１つのアパーチャから流体がエンクロージャを出入りできるように構成されている。

本発明については、添付の図面を参照しながら非限定の実施形態に関する以下の説明を読むことによってより理解が深まろう。

冷却用デバイスに関する従来技術システムの図である。 本発明の様々な実施形態による冷却システムのブロック図である。 本発明の一実施形態による冷却システムの構成図である。 本発明の別の実施形態による冷却システムの構成図である。 本発明のさらに別の実施形態による冷却システムの構成図である。 本発明の別の実施形態による冷却システムの構成図である。 本発明のさらに別の実施形態による冷却システムの構成図である。 本発明の一実施形態による照明システムの図である。

以下では、添付の図面にその例を図示している本発明の例示的な実施形態について詳細に参照することにする。可能である場合は常に、同じ部品や同様の部品を示すのに図面全体を通じて同じ参照番号を用いている。

本明細書に記載した本発明の実施形態は電子式デバイスを冷却するためのシステムに関する。処理ユニットや照明システムなどの電子式デバイスは、複数の発熱性要素を含む。電子式デバイス内の発熱性要素には、処理ユニット内の集積回路（ＩＣ）や照明システム内の光源（ただし、これらに限らない）が含まれる。動作時にこれらの発熱性要素は、電子式デバイス内の他の素子に損傷を与える可能性がある熱を発生させる。さらに発生した熱はまた、これらのデバイスの動作効率の劣化につながる。本明細書に記載したようなシステムは、電子式デバイスのサイズ、重量及びコストをあまり増大させることなく電子式デバイスを冷却するために用いることができる。この冷却システムはエンクロージャを含む。このエンクロージャは、移動可能としこれによりエンクロージャの体積変化を許容している少なくとも１つの壁を含む。さらにこのエンクロージャの少なくとも１つの壁は少なくとも１つのアパーチャを含み、該アパーチャ内における流体の出入りを可能にしている。エンクロージャのその他の壁は、流体が少なくとも１つのアパーチャのみを通過してエンクロージャを出入りすることを保証する。この冷却システムは、エンクロージャの少なくとも１つの可動壁と機械的に結合させた増幅要素を含む。この増幅要素とエンクロージャの可動壁はゆるく結合させ、これによりエンクロージャの少なくとも１つの壁が増幅要素との接触を失うことなくその当初位置から変位できるようにしている。この増幅要素はまた、アクチュエータを含む作動ユニットと結合させている。アクチュエータに作動信号が提供されると、これによりアクチュエータに直線運動が生じる。このアクチュエータの直線運動によって増幅要素に関する変位が生じる。この増幅要素の動きは次いで、エンクロージャの少なくとも１つの可動壁の動きを生じさせる。増幅要素は、作動ユニットにより生じさせたエンクロージャの壁の変位を増幅させ、エンクロージャの体積の増大を生じさせる。この体積増大によって、少なくとも１つのアパーチャから冷却用流体がエンクロージャに入ることができる。作動信号が切断されるあるいは作動信号の極性が逆転すると、エンクロージャの壁がその当初位置まで戻ることによってエンクロージャの体積が減少する。ある種の実施形態では、壁が反対方向に移動し、これによりエンクロージャの体積がさらに減少する。エンクロージャの圧縮によって、エンクロージャ内の流体（例えば、空気）がアパーチャから出ると共に、冷却システムの近傍にある素子に当たり、これによりその素子の温度を低下させる。増幅要素は、デバイス内にある具体的な素子が放散させる熱の量に基づいて選択されることがある。続く段落では添付の図面の支援を得ながら上述の内容についてより詳細に説明することにする。

図１は、電子式デバイスを冷却するための従来技術のシステムを表している。デバイスを冷却するための従来技術システム１００は、複数のプレート１０２、柔軟な壁１０４、オリフィス１０６及び電気接続１０８を含む。複数のプレート１０２は、柔軟な壁１０４の支援によって互いに分離させている。プレート１０２は、流体ハウジングを画定するように柔軟な壁１０４の両側に配置させている。流体ハウジング体積の増加及び減少をさせるために、プレート１０２のうちの少なくとも１つを全体的に変位させている。ある種の実施形態ではそのプレート１０２は圧電材料から製作するか圧電材料を剛性の円盤に結合させて製作しており、これによって電気信号が提供されたときにプレート１０２が変位することが可能となる。ある種の別の実施形態ではそのプレート１０２は、プラスチック、金属、ガラスあるいは別の任意の周知のセラミックを含む材料から形成させることがある。こうした実施形態では、変位を可能にするようにプレート１０２を線形アクチュエータと結合させている。線形アクチュエータの例には、圧電アクチュエータ、電気アクチュエータ、超音波アクチュエータ、電歪アクチュエータ、空圧式アクチュエータ、磁気アクチュエータ（ただし、これらに限らない）が含まれる。圧電アクチュエータは、モノモルフ型デバイスとすることもバイモルフ型デバイスとすることもある。線形アクチュエータは、プレート１０２のうち柔軟な壁１０４と結合させていない側でプレート１０２に結合させている。圧電材料から製作したプレート１０２を作動させるために、プレート１０２に対して電気接続１０８の支援を得て電源を結合させている。この電源はプレート１０２に対して交流または直流電流を提供するように構成されている。柔軟な壁１０４は、該壁の外周部にオリフィス１０６を含むことがある。柔軟な壁１０４は、金属、プラスチック、ガラス、セラミックまたはエラストマ材料から形成させることがある。適当な金属には、ニッケル、アルミニウム、銅、モリブデンまたはステンレス鋼、真鍮、青銅その他といった合金などの材料が含まれる。適当なエラストマ材料には、シリコーン、ゴム、ウレタン、その他が含まれる。プレート１０２と壁１０４とは、適当な接着剤やはんだあるいは別の固定機構の支援を得て互いに接着させることがある。

プレート１０２上のアクチュエータに作動信号が提供されると、プレート１０２が膨張しハウジングの体積を増大させる。ハウジングの体積増大によって、オリフィス１０６を通って流体が流体ハウジングに入ってくる。剛性の円盤に結合させた圧電材料が用いられる実施形態では、圧電材料の膨張が剛性の円盤をドーム形状になるまで変形させ、これがハウジングの体積を増大させる。電源によってＤＣ電気信号を提供するような実施形態では、電気信号が切断されるとプレート１０２はその当初位置まで戻り、流体ハウジングの体積の減少が生じる。電源により交流電気信号が提供されるようなある種の実施形態では、プレート１０２が反対方向に変位し、これにより流体ハウジングの体積をさらに減少させている。流体ハウジングの体積が減少すると、流体ジェットがオリフィス１０６から脱出する。冷却システム１００は、オリフィス１０６から出る流体ジェットがデバイスの発熱性要素に向かって導かれるように配置させている。流体ジェットは対流を通じてデバイスの発熱性要素の温度を低下させる。プレート１０２上のアクチュエータに電気信号を加える過程は、発熱性要素の温度を低下させるために定期的に反復させることがある。プレート１０２への電気信号の印加を制御するためにさらに制御システムが利用される。デバイスの複数の発熱性要素の温度を低下させるために、デバイスを保持するハウジング内に複数の冷却システム１００を配置させることがある。オリフィス１０６を出入りする流体の体積は、アクチュエータが生じさせるプレート１０２の変位に依存する。得られる変位をより大きくするには、液圧式アクチュエータや磁気アクチュエータなどのアクチュエータを用いることが可能である。しかしこれらは、冷却システム１００の大きさや重量を大幅に増加させる。したがって冷却システム１００では作動のために主に圧電材料を用いている。しかし圧電材料が生じさせるプレート１０２の変位量は数マイクロメートルのレンジでしかない。図２、３、４、５、６、７及び８に関連して説明する実施形態は、冷却システム１００の大きさや重量を大幅に増加させることなくプレートのより大きな変位を得るのに役立つ。

図２は、本発明の様々な実施形態による冷却システム２００のブロック図を表している。冷却システム２００は、少なくとも１つのアパーチャ２０４を含んだエンクロージャ２０２を含む。さらにこの冷却システムは、増幅要素２０６及び作動ユニット２０８を含む。エンクロージャ２０２は、アパーチャ２０４を通って入ってくる流体を貯蔵する流体ハウジングの役割をするように構成されている。エンクロージャ２０２は、流体ハウジングがすべての側面から覆われて流体ハウジング内でアパーチャ２０４を通じた流体の出入りだけを許容するようにした壁を含む。ある種の実施形態ではそのエンクロージャ２０２はエラストマ材料などの柔軟な材料から製作し得る４つの壁を含むことがある。エラストマ材料の例には、シリコーン、ゴム、ウレタン、その他が含まれる。ある種の別の実施形態では、エンクロージャ２０２の側面及び底部の壁は円筒状の側壁及び底部プレートを有するキャップ状のケーシングによって画定されることがあり、このケーシングをすべての側面から封止するために最上部分上でケーシングにプレートを接着させることがある。この最上部上のプレートはエンクロージャ２０２への流体の出入りを可能にするアパーチャ２０４を有することがある。エンクロージャ２０２はさらに、最上壁の役割をするプレートと、底部壁の役割をする作動ユニット２０８と、側壁の役割をする増幅要素２０６と、によって画定されることがある。さらにエンクロージャ２０２はまた、最上壁の役割をするプレートと、底部壁の役割をする作動ユニット２０８と、剛性の材料により画定された側壁と、によって画定されることがある。増幅要素２０６に結合させたエンクロージャ２０２のこの可動壁は質量構成要素の役割をする。エンクロージャに関するこれら及び別の構成によって図３、４、５、６、及び７に表した冷却システムの構成が規定されている。

冷却システム２００では、作動ユニット２０８とエンクロージャ２０２の少なくとも１つの壁との間に増幅要素２０６を挟み合せている。ある種の実施形態ではその増幅要素２０６は弾性部材である。弾性部材の例には、線形スプリング、Ｘ−スプリング、湾曲した弾性要素、リーフスプリング、あるいは弾性特性を呈する別の任意の構成要素（ただし、これらに限らない）が含まれる。作動ユニット２０８は、エンクロージャ２０２内に変位を生じさせるように構成されている。作動ユニット２０８はある種の実施形態ではアクチュエータを含む。ある種の実施形態では、作動ユニット２０８からのアクチュエータを線形アクチュエータとすることがある。線形アクチュエータの例には、液圧式アクチュエータ、空圧式アクチュエータ、圧電アクチュエータ、可動コイルアクチュエータ及び電気機械的アクチュエータが含まれる。作動ユニット２０８はさらにアクチュエータとで固定される剛性のプレートを含むことがある。アクチュエータと剛性プレートとは、作動ユニット２０８を形成するように適当な接着剤やはんだ、あるいは別の固定機構の支援を得て互いに接着させることがある。ある種の実施形態ではその作動ユニット２０８は電源と結合させた圧電円盤を含むことがある。ある種の別の実施形態では、矩形の圧電プレート、圧電ビームその他などの圧電材料を含んだ構成要素を用いて作動ユニット２０８を画定されることがある。圧電構成要素はこうした実施形態では、アクチュエータ並びに剛性プレートの役割をすることができる。ある種の別の実施形態ではその作動ユニット２０８は剛性プレートに接着させた圧電材料を含むことがある。作動ユニット２０８が圧電材料を含むような実施形態では、作動信号を供給する電源に圧電材料を接続させている。増幅要素２０６は、複数の作動ユニット２０８を直列式に重ね合わせることによって形成させることがある。冷却システム２００では、エンクロージャ２０２を増幅要素２０６と機械的に結合させている。増幅要素２０６は次いで作動ユニット２０８に結合させている。ある種の実施形態では、エンクロージャ２０２の１つまたは複数の壁もまた圧電材料から製作することがある。こうした実施形態では、エンクロージャ２０２の壁が電源に接続されたときに、エンクロージャ２０２の壁に電気信号が加えられ変位が生じる。エンクロージャ２０２の壁自体が生じさせた変位は、作動ユニット２０８への作動信号の印加によってさらに強化される。

作動ユニット２０８に作動信号が印加されると、作動ユニット２０８はその当初位置から変位する。例えば作動ユニット２０８が圧電アクチュエータ円盤である場合、圧電アクチュエータ円盤と電気的に結合された電源から電気信号が供給される。電気信号が印加されると、その圧電円盤はその当初位置から移動し、エンクロージャ２０２の少なくとも１つの壁を冷却システム２００の残りの要素から遠ざかるように変位させると共にエンクロージャ２０２の体積を増大させる。この場合に作動ユニット２０８は、増幅要素２０６の変位を駆動する。増幅要素２０６は一方、エンクロージャ２０２の増幅要素２０６と結合させた壁の変位を生じさせる。したがって増幅要素２０６は、作動ユニット２０８の動きに起因するエンクロージャ２０２の壁の動きを増幅する。エンクロージャ２０２の体積が増大すると、アパーチャ２０４からエンクロージャ２０２に流体が入り込む。作動ユニット２０８から作動信号が切断された場合や、作動ユニット２０８への作動信号の極性が逆になった場合、エンクロージャ２０２の壁はその当初位置まで戻るか、冷却システム２００の残りの要素の方向に変位し、これによりエンクロージャ２０２の体積が減少する。エンクロージャ２０２の体積が減ると、流体がアパーチャ２０４からエンクロージャ２０２を脱出する。冷却システム２００は、アパーチャ２０４から脱出する流体が冷却システム２００の近傍にある発熱性要素の方向に向かうように導くように配置させている。

図３は、本発明の一実施形態による冷却システム３００の断面を表している。図３に示した実施形態では、エンクロージャ３０２の壁はプレート３０４、増幅要素３０６及び作動ユニット３０８によって画定されている。エンクロージャ３０２の少なくとも１つの壁は移動可能である。図示した実施形態ではプレート３０４がエンクロージャ３０２の可動壁である。冷却システム３００はさらに、アパーチャ３１０及び支持取付具３１２を含む。プレート３０４はアパーチャ３１０を含む。

作動ユニット３０８は、エンクロージャ３０２の少なくとも１つの壁に変位を生じさせるように構成されている。図３に示した実施形態では作動ユニット３０８は、プレート３０４をその当初位置から変位させるように構成されている。作動ユニット３０８はある種の実施形態では、線形アクチュエータを含む。線形アクチュエータの例には、液圧式アクチュエータ、空圧式アクチュエータ、圧電アクチュエータ、可動コイルアクチュエータ、電気機械的アクチュエータ及び電気抵抗性ポリマーが含まれる。ある種の実施形態ではその作動ユニット３０８はさらに、線形アクチュエータとで固定された第２のプレートを含むことがある。線形アクチュエータと第２のプレートとは、作動ユニット３０８を形成するように適当な接着剤やはんだ、あるいは別の固定機構の支援を得て互いに接着させることがある。ある種の実施形態ではその作動ユニット３０８は、電源と結合させた圧電円盤を含むことがある。ある種の別の実施形態ではその作動ユニットは、剛性の円盤に接着させた圧電材料を含むことがある。この圧電材料は作動信号を供給する電源に接続させている。作動ユニット３０８は増幅要素３０６と機械的に結合させている。増幅要素３０６の例には、線形スプリング、弾性要素、弾性特性を呈する任意の材料（ただし、これらに限らない）が含まれる。

図示した実施形態では増幅要素３０６は１対の湾曲した弾性要素を含む。この湾曲弾性要素はある種の実施形態では、シリコーンやゴムなどの柔軟な材料から製作することがある。増幅要素３０６はさらに、プレート３０４の外周部に沿った柔軟な材料と一緒に、ある種の実施形態に従ってエンクロージャ３０２の側壁を画定することがある。さらに増幅要素３０６はまたエンクロージャ３０２のプレート３０４と結合させている。増幅要素３０６とプレート３０４は、増幅要素３０６に動きを生じたときにプレート３０４がその当初位置から確実に変位できるようにゆるく結合させている。

一実施形態では最大動作効率を得るために作動信号は、作動ユニット３０８と増幅要素３０６の合成体の共振周波数と等価な周波数で供給される。単一の可動要素を有する冷却システム３００の共振周波数は式１を用いて計算可能である。

ω＝√ｋ／ｍ （式１）
式１において、ωは冷却システム３００の共振周波数、ｋは可動要素の硬さ、またｍは可動要素の質量である。冷却システム３００が複数の可動要素を含む場合は図３に関連して説明した実施形態の場合と同様に、その共振周波数は各可動要素の硬さ並びに各可動要素の質量に依存する。図３の冷却システム３００ではその可動要素は、プレート３０４、作動ユニット３０８及び増幅要素３０６を含んでいる。冷却システム３００の共振周波数を低下させるためには、式１から分かるように冷却システム３００の硬さを低下させる必要がある。ある種の実施形態では冷却システム３００の硬さは、増幅要素３０６をその硬さに基づいて選択することによって低下させることがある。一実施形態ではその増幅要素３０６は、冷却システム３００の共振周波数が概ね６０Ｈｚに維持されるように選択されている。別の実施形態では共振周波数を低下させるために、冷却システム３００の可動要素に質量構成要素を追加している。この質量構成要素は、冷却システム３００の共振周波数を所望のレベルまで低下できるように選択される。ある種の実施形態ではその質量構成要素は、増幅要素３０６に接着させた１つの層として追加されている。ある種の別の実施形態ではその質量構成要素は、増幅要素３０６と外部から固定された質量小塊として追加されている。

作動ユニット３０８に作動信号が印加されると、作動ユニット３０８はその当初位置から変位する。例えば作動ユニット３０８が圧電アクチュエータ円盤である場合、圧電アクチュエータ円盤と電気的に結合させた電源から電気信号が供給される。電気信号が印加されると、圧電円盤はその当初位置から移動し増幅要素３０６に動きを生じさせる。一方この増幅要素３０６の動きによって、冷却システム３００の残りの要素から離れるようにプレート３０４が変位すると共にエンクロージャ３０２の体積が増大する。したがって増幅要素３０６は、作動ユニット３０８の動きに起因するプレート３０２の動きを増幅する。エンクロージャ３０２の体積が増大すると、アパーチャ３１０からエンクロージャ３０２内に流体が入り込む。作動ユニット３０８から作動信号が切断された場合や、作動ユニット３０８への作動信号の極性が逆になった場合、プレート３０４はその当初位置まで戻るか、冷却システム３００の残りの要素の方向に変位し、これによりエンクロージャ３０２の体積が減少する。エンクロージャ３０２の体積が減少すると、流体がアパーチャ３１０から流体ハウジングを脱出する。冷却システム３００は、アパーチャ３１０から脱出する流体が冷却システム３００の近傍にある発熱性要素に向って導かれるように配置させている。図示した実施形態ではその流体は、プレート３０４の動きの方向と反対方向や平行方向で脱出する。

冷却システム３００に対する固定の基部を提供するために作動ユニット３０８の下面に支持取付具３１２を配置させている。ある種の実施形態ではこの支持取付具３１２を、エポキシ材料から製作している。ある種の別の実施形態ではその支持取付具３１２をシリコーンから製作している。支持取付具３１２はさらに、冷却システム３００により冷却されるデバイスを保持しているデバイスハウジングとも固定させることがある。ある種の実施形態ではそのデバイスハウジングは、照明システムを保持する燭台取付具とすることがある。

図４は、本発明の別の実施形態による冷却システム４００の構成を表している。冷却システム４００は、エンクロージャ４０２、プレート４０４、増幅要素４０６、作動ユニット４０８、アパーチャ４１０及び複数の支持取付具４１２を含む。図４に示した実施形態では、冷却システム４００のエンクロージャ４０２の壁は、３つの辺から封止されたケーシング４１４によって画定されることがある。図示した実施形態ではエンクロージャ４０２の最上壁はプレート４０４によって画定される一方、側面及び底部の壁４１６及び４１８はケーシング４１４自体によって画定されている。ある種の実施形態ではそのエンクロージャ４０２を、弾性特性を示す材料から製作している。ケーシング４１４の製作に使用する材料の例には、シリコーン、ゴム、その他が含まれる。ある種の実施形態ではそのプレート４０４を、剛性の材料から製作している。さらにプレート４０４はアパーチャ４１０を含む。図示した実施形態ではプレート４０４を、エンクロージャ４０２の側壁の外周部に接着させている。プレート４０４は、作動ユニット４０８に作動信号を提供したときにエンクロージャ４０２の最上表面に全く変位を生じないように設けている。

さらに、図示した実施形態では増幅要素４０６をエンクロージャ４０２の底部壁４１８と機械的に結合させている。ある種の実施形態ではその増幅要素４０６は、弾性部材である。図示した実施形態の増幅要素４０６はＸ−スプリングである。図示した実施形態では増幅要素４０６は、スプリングの表面と直交する方向に直線運動を生じさせるように構成された平坦な表面を備えた「Ｘ」字状のスプリングである。ある種の実施形態では、増幅要素４０６とエンクロージャ４０２の底部壁４１８とを複数の支持取付具４１２のうちの１つの支援により互いに接着させている。ある種の実施形態ではその支持取付具４１２を弾性材料から製作することがある。図４に示した実施形態ではＸ−スプリング増幅要素４０６の中心ノード４２０をエンクロージャ４０２と結合させている。Ｘ−スプリング増幅要素４０６の側面ノード４２２を作動ユニット４０８と機械的に結合させている。ある種の実施形態ではその作動ユニット４０８は線形アクチュエータを含む。線形アクチュエータの例には、液圧式アクチュエータ、電気機械的アクチュエータ、圧電アクチュエータ、圧電抵抗ポリマー、その他（ただし、これらに限らない）が含まれる。一実施形態ではその作動ユニット４０８を、圧電材料で製作した円盤とすることがある。次いでこの円盤を、作動ユニット４０８に作動信号を提供するために電源に接続している。ある種の別の実施形態ではその作動ユニット４０８は剛性プレートに取り付けられた圧電円盤を含む。

作動ユニット４０８に作動信号が提供されると、作動ユニット４０８に変位を生じる。作動ユニット４０８の変位は増幅要素４０６の収縮につながる。増幅要素４０６とエンクロージャ４０２の底部壁が結合されているため、増幅要素４０６の収縮がエンクロージャ４０２の体積の増大につながる。エンクロージャ４０２の体積増大によって流体がエンクロージャ４０２に入ることができる。作動信号が切断された場合や作動信号の極性が逆になった場合、エンクロージャ４０２の底部壁はその当初位置まで戻るかエンクロージャ４０２の最上壁のより近くまで移動するかして、エンクロージャ４０２内の流体のための体積を減少させることになる。この体積の減少は、アパーチャ４１０からプレート４０４上への流体ジェットの脱出につながる。冷却システム４００は、アパーチャ４１０から脱出した流体ジェットが冷却システム４００を据え付けたデバイスの発熱性要素の方向に導かれるように配置される。

図５は、本発明のさらに別の実施形態による冷却システム５００の構成を表している。冷却システム５００は、デバイスハウジング５０２、プレート５０４、増幅要素５０６、作動ユニット５０８、シール５１０及び複数の支持取付具５１２、並びにアパーチャ５２０を含む。図５に示した増幅要素５０６は、複数のヒンジ５１４及び複数のアーム５１６を含む。複数のヒンジ５１４は、該複数のヒンジ５１４により固定された端部とハウジング５０２及びプレート５０４と独立した自由に動けるもう一方の端部によって複数のアーム５１６をレバー方式で動作できるように、デバイスハウジング５０２とプレート５０４のいずれかと機械的に結合させている。冷却システム５００内において、支持取付具５１２のうちの少なくとも１つの支援を得て作動ユニット５０８をデバイスハウジング５０２と結合させている。さらに、複数の支持取付具５１２の支援を得て複数のアーム５１６を作動ユニット５０８と結合させている。冷却システム５００内では、複数のアーム５１６、プレート５０４、シール５１０及び作動ユニット５０８がエンクロージャ５１８を画定している。エンクロージャ５１８はさらに、アパーチャ５２０がエンクロージャ５１８内への流体の出入りを提供できるような方式でプレート５０４を含む。さらに一実施形態ではそのシール５１０が、シリコーン、ゴム、その他などの弾性材料から製作されている。作動ユニット５０８はさらに、圧電アクチュエータなどの線形アクチュエータと固定させた剛性のプレートを含むことがある。線形アクチュエータと剛性プレートとは、作動ユニット５０８を形成するように適当な接着剤やはんだ、あるいは別の固定機構の支援を得て互いに接着させることがある。ある種の実施形態ではその作動ユニット５０８は、電源と結合させた圧電円盤を含むことがある。こうした実施形態において圧電円盤は、アクチュエータの役割並びに剛性プレートの役割をすることができる。作動ユニット５０８に作動信号が提供されると、作動ユニット５０８に変位を生じる。複数のアーム５１６と作動ユニット５０８の間が支持取付具５１２の支援を得て結合されているため、複数のアーム５１６に動きが生じる。複数のヒンジ５１４の支援を得て一方の端部が固定されている複数のアーム５１６は、作動ユニット５０８が作動を受けるとレバー様の動きを示す。したがって複数のアーム５１６は、作動ユニット５０８に起因する動きを増幅させ、プレート５０４の変位の増幅が生じる。プレート５０４がその当初位置から移動すると、シール５１０のためにデバイスハウジング５０２との結合を失うことなく流体がアパーチャ５２０からエンクロージャ５１８内に流入する。作動ユニット５０８への作動信号が切断されるか、作動信号の極性が逆になると、プレート５０４はその当初位置まで戻るか作動ユニット５０８の方向に近づくかのいずれかとなる。この動きによってエンクロージャ５１８の体積が減少することになる。エンクロージャ５１８の体積のこの減少は、エンクロージャ５１８からの過剰な流体をアパーチャ５１０から出させる。アパーチャ５１０から出る流体は冷却システム５００によって冷却されるデバイスの発熱性要素の方向に導かれる。

図６は、本発明の一実施形態による冷却システム６００の構成を表している。冷却システム６００はエンクロージャ６０２を含む。エンクロージャ６０２の最上壁及び底部壁はプレート６０４及び作動ユニット６０６によって画定されている。エンクロージャ６０２の側壁６１４は、一方の端部をプレート６０４ともう一方を作動ユニット６０６と結合させた膜によって画定されることがある。増幅要素６０８は、プレート６０４の動きを増幅させるために作動ユニット６０６とプレート６０４の間に配置させている。図示した実施形態では増幅要素６０８は単一圧電ビーム６１０である。単一圧電ビーム６１０は作動ユニット６０６上に配置されると共に、プレート６０４をその最上表面で支持している。圧電ビーム６１０と作動ユニット６０６は柔軟な支持取付具６１２によって分離されている。圧電ビーム６１０、作動ユニット６０６及び柔軟な取付具６１２は周知の接着手段によって固定されている。圧電ビーム６１０とプレート６０４は支持取付具６１２によって互いに分離されている。プレート６０４と圧電ビーム６１２を分離している支持取付具６１２は、圧電ビーム６１２に起因するプレート６０４の変位が冷却システム６００の基部と平行になるように選択される。

図７は、本発明の一実施形態による冷却システム７００の構成を表している。冷却システム７００はエンクロージャ７０２を含む。エンクロージャ７０２の最上壁及び底部壁はプレート７０４及び作動ユニット７０６によって画定されている。エンクロージャ７０２の側壁７１４は、一方の端部をプレート７０４ともう一方を作動ユニット７０６と結合させた膜によって画定されることがある。増幅要素７０８は、プレート７０４の動きを増幅させるために作動ユニット７０６とプレート７０４の間に配置させている。図示した実施形態では増幅要素７０８は複数の圧電ビーム７１０を含む。圧電ビーム７１０は、互いの上に重ね合わせており、支持取付具７１２によって互いに分離させている。圧電ビーム７１０の重ね合わせは作動ユニット７０６の上に配置させると共に、プレート７０４をその最上表面上で支持している。圧電ビーム７１０と作動ユニット７０６は柔軟な支持取付具７１２によって分離されている。圧電ビーム７１０、作動ユニット７０６及び支持取付具７１２は、周知の接着手段によって固定されている。圧電ビーム７１０とプレート７０４は、支持取付具７１２によって互いに分離されている。プレート７０４と圧電ビーム７１２を分離している支持取付具７１２は、圧電ビーム７１２に起因するプレート７０４の変位が冷却システム７００の基部と平行になるように選択される。

図６と７にそれぞれ示したような圧電ビーム６１０と７１０から形成された増幅要素６０８と７０８は、変位を生じさせるための電気信号によって作動を受けている。作動用の電気信号を供給する電源は、作動ユニット６０６及び７０６内に製作されたアパーチャを通して圧電ビーム６１０及び７１０と接続させた電気接続を介して圧電ビーム６１０及び７１０に接続させている。このアパーチャは、電気接続の確立を可能にしながら流体ハウジングが全側面からのシールを維持できるようにして製作されている。

作動ユニット６０６及び７０６を作動させたときに、圧電ビーム６１０及び７１０に作動用電気信号が提供される。ある種の実施形態ではその電気信号は、圧電ビーム７１０の各々に対して同じ電源から提供される。しかし所望の増幅量に応じてこれらの圧電ビーム７１０は、異なる印加電圧についてその各々が異なる変位を示すように選択されることがある。作動用電気信号は、作動ユニット６０６及び７０６に変位を生じさせる。圧電ビーム６１０及び７１０に電気信号が提供されると、該ビームもまた変位する。ビーム６１０及び７１０のこの変位は、作動ユニット６０６及び７０６の追加的な変位によってさらに増強される。作動ユニット６０６及び７０６が生じさせる変位とビーム６１０及び７１０の変位は、プレート６０４及び７０４を変位させる。プレート６０４及び７０４の変位は、増幅要素６０８及び７０８をもたない冷却システム１００などの冷却システムと比較して増幅されている。

図８は、本発明の一実施形態による照明システム８００を表している。照明システム８００は、光源８０２、デバイスハウジング８０４、柔軟な膜８０６及び冷却システム３００を含む。デバイスハウジング８０４は、光源８０２に対する支持を提供しかつ光源８０２と電源との電気接続の確立手段を提供するように構成されている。光源８０２は、電気を加えたときに光を放出するように構成されている。ある種の実施形態ではその光源８０２は、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることがある。光源８０２は、光源が動作状態にあるときに熱を発生させる発熱性要素を含んでいる。発熱性要素の例には、ＬＥＤの製造に用いた材料や構成要素、あるいはランプからの赤外線放射（ＩＲ）によって加熱される白熱ランプの周りのエンクロージャ（ただし、これらに限らない）が含まれる。冷却システム３００は、発熱性要素を冷却するためにデバイスハウジング８０４内に配置されている。冷却システム３００は、柔軟な膜８０６の支援を得てデバイスハウジング８０４と結合させている。ある種の実施形態ではその柔軟な膜８０６を、シリコーンなどの柔軟な材料から製作することがある。柔軟な膜８０６は、プレート３０４及びデバイスハウジング８０４の側壁８１０と結合させている。さらにデバイスハウジング８０４、プレート３０４及び柔軟な膜８０６によってエンクロージャ３０２の壁を画定している。

冷却システム３００はさらに、作動ユニット３０８と、増幅要素３０６と、プレート３０４の内部に製作したアパーチャ３１０と、を含む。図８に示したように増幅要素３０６は線形スプリングである。ある種の実施形態ではその増幅要素３０６はまた、周辺端部においてプレート３０４と作動ユニット３０８の間に挟み合せた１対の湾曲した壁とすることがある。増幅要素３０６はさらに、Ｘ−スプリングまたはリーフスプリング、あるいはスプリング硬さが小さい別の任意の周知の構成要素とすることができる。作動ユニット３０８は、冷却システム３００に対する固定した基部を提供する取付具８１２によってデバイスハウジング８０４と固定させている。ある種の実施形態ではその作動ユニット３０８を圧電円盤とすることがある。ある種の別の実施形態ではその作動ユニット３０８は、受動プレートと結合させたアクチュエータを含むことがある。作動ユニット３０８は、作動ユニット３０８の変位を生じさせるための作動信号を提供する電源と接続させている。作動ユニット３０８の変位によって増幅要素３０６の変位が生じ、次いでこれがプレート３０４を変位させる。プレート３０４のデバイスハウジング８０４から離れる動きによって、エンクロージャ３０２の体積の増大が生じる。体積の増大は、アパーチャ３１０を通るエンクロージャ３０２内への流体（例えば、周囲空気）の流入につながる。作動信号が切断されると、作動ユニット３０８及びプレート３０４はその当初位置まで戻り、これによってエンクロージャ３０２の体積を減少させる。体積の減少は、流体をアパーチャ３１０から脱出させる。この流体は、光源８０２を冷却するために光源８０２の発熱性要素の方向に導かれる。ある種の実施形態では、作動ユニット３０８のダンプニング問題を回避するためにデバイスハウジング８０２の底部表面に合わせて複数の開口部８０８が製作されている。ある種の実施形態ではその柔軟な膜８０６はまた、プレート３０４の変位の増幅に寄与する。柔軟な膜８０６は、圧電作動ユニット３０８の変位によって柔軟な膜８０６が伸ばされ、続いてプレート３０４の変位プレート３０４の増幅が得られるようなスプリング硬さを有する材料から製作される。

したがって増幅要素３０６は、プレート３０４の変位の増幅を生じさせ、またこれがエンクロージャ３０２内における流体の流入及び流出を生じさせる。エンクロージャ３０２からの流体体積の増加によって発熱性要素のより迅速な冷却が得られる。

上述した様々な実施形態によってしたがって、デバイスを冷却するためのシステムを提供できる。本システムの上述の実施形態はデバイス内の発熱性要素を冷却するためのより高速式の解決法を提供できる。増幅要素を用いることによって冷却システムの少なくとも１つの壁の変位の増大につながり、これによりエンクロージャに出入りする流体の体積が増加する。この体積増加は、発熱性要素のより迅速な冷却につながる。さらにこのデバイスを冷却するシステム内ではその増幅要素は、冷却システムの動作周波数が概ね主ライン周波数及び電圧（すなわち、米国では６０Ｈｚの周波数で供給される１２０Ｖ）となるように選択される。したがって、エンクロージャの壁の動きを生じさせるために、作動ユニットに住居用ＡＣ電力ソケットからの電力を供給することが可能である。これによって、ＡＣ電力ソケットからの電力を１００Ｈｚ周波数の必要な電力に変換するためのこれまでの冷却システムで必要とした電力電子回路を利用する費用が削減される。さらに冷却システムのある種の実施形態では、エンクロージャのうちの変位を生じさせる壁にアパーチャを製作している。こうした動きのために、壁の下にある流体の概ね１００パーセントが変位して流体を排出し、冷却システムの冷却性能が増大する。

上の記述は例示であって限定の意図でないことを理解されたい。例えば上述の実施形態（及び／または、その態様）は、互いに組み合わせて使用することがある。さらに、具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させるようにその趣旨を逸脱することなく多くの修正を実施することができる。本明細書に記載した材料の寸法及びタイプが本発明のパラメータを規定するように意図していても、これらは決して限定ではなく単なる例示の実施形態である。上の記述を検討することにより当業者には別の多くの実施形態が明らかとなろう。本発明の範囲はしたがって、添付の特許請求の範囲、並びに本請求範囲が規定する等価物の全範囲を参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲では、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」や「ようになった（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という表現を「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「であるところの（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という対応する表現に対する平易な英語等価表現として使用している。さらに添付の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」その他の表現を単にラベル付けのために使用しており、その対象に対して数値的な要件や位置的な要件を課すことを意図したものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の限定は手段プラス機能形式で記載しておらず、また３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第６パラグラフに基づいて解釈されるように意図したものでもない（ただし、本特許請求の範囲の限定によって「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」の表現に続いて追加的な構造に関する機能排除の記述を明示的に用いる場合を除く）。

この記載では、本発明の幾つかの実施形態（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施形態の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、それが本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。

本明細書で使用する場合、単数形で「ａ」や「ａｎ」の語を前に付けて記載した要素やステップは、これに関する複数の要素やステップも排除していない（こうした排除を明示的に記載している場合を除く）と理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」に対する言及は、記載した特徴も組み込んでいる追加的な実施形態の存在を排除すると理解されるように意図したものではない。さらに特に明示的に否定する記述をしない限り、ある具体的な性状を有する１つまたは複数の構成要素「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または「を有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、当該性状を有しないこうした構成要素を追加的に含むことがある。

本発明の精神及び趣旨を逸脱することなくデバイスを冷却するための上述したシステムではある種の変更の実施が可能であるため、上で説明したまた添付の図面に示した主題のすべては単に本明細書の発明概念を例証する例であると解釈すべきであり本発明の限定と見なすべきではないとの意図である。

１００ 冷却システム
１０２ プレート
１０４ 壁
１０６ オリフィス
１０８ 電気接続
２００ 冷却システム
２０２ エンクロージャ
２０４ アパーチャ
２０６ 増幅要素
２０８ 作動ユニット
３００ 冷却システム
３０２ エンクロージャ
３０４ プレート
３０６ 増幅要素
３０８ 作動ユニット
３１０ アパーチャ
３１２ 支持取付具
４００ 冷却システム
４０２ エンクロージャ
４０４ プレート
４０６ 増幅要素
４０８ 作動ユニット
４１０ アパーチャ
４１２ 支持取付具
４１４ ケーシング
４１６ 側面壁
４１８ 底部壁
４２０ 中心ノード
４２２ 側面ノード
５００ 冷却システム
５０２ デバイスハウジング
５０４ プレート
５０６ 増幅要素
５０８ 作動ユニット
５１０ シール
５１２ 支持取付具
５１４ ヒンジ
５１６ アーム
５１８ エンクロージャ
５２０ アパーチャ
６００ 冷却システム
６０２ エンクロージャ
６０４ プレート
６０６ 作動ユニット
６０８ 増幅要素
６１０ 圧電ビーム
６１２ 柔軟な取付具
６１４ 側壁
７００ 冷却システム
７０２ エンクロージャ
７０４ プレート
７０６ 作動ユニット
７０８ 増幅要素
７１０ 圧電ビーム
７１２ 支持取付具
７１４ 側壁
８００ 照明システム
８０２ 光源
８０４ デバイスハウジング
８０６ 柔軟な膜
８０８ 開口部
８１０ 側壁
８１２ 取付具

Claims (12)

1. 作動ユニットと、該作動ユニットに対向して配置された可動プレートと、前記作動ユニットを前記可動プレートに結合する少なくとも１つの側壁とにより規定されるエンクロージャであって、前記可動プレートが、第１の方向に移動可能であり、少なくとも１つのアパーチャを備えている、前記エンクロージャと、
   前記エンクロージャ内に配置され、前記可動プレートと機械的に結合された増幅要素と、
   前記増幅要素の前記第１の方向での線形変位を生じさせる少なくとも１つの作動信号トリガー式アクチュエータを備える作動ユニットであって、前記増幅要素は前記アパーチャからの前記第１の方向での流体の出入りを生じさせるために前記エンクロージャの前記可動プレートまでの作動信号にトリガーされたアクチュエータ変位を増幅するように構成されている、作動ユニットと、
   を備える冷却システム。
2. 前記作動信号トリガー式アクチュエータは圧電円盤を含む、圧電材料を含む構成要素を備えている、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記作動信号トリガー式アクチュエータは、剛性のプレートと機械的に結合させている、請求項１または２に記載の冷却システム。
4. 前記増幅要素は線形スプリング及び質量構成要素を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却システム。
5. 前記増幅要素は湾曲した弾性要素を含み、
   前記湾曲した弾性要素はシリコーンを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却システム。
6. 前記増幅要素は、リーフスプリング、複数の圧電ビーム、Ｘ−スプリング、柔軟な支持構造のいずれかを含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却システム。
7. 冷却されているデバイスのデバイスハウジング内に配置されている請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却システム。
8. 少なくとも１つのプレートと少なくとも１つのアクチュエータの間に配置させたシリコーンをさらに含む請求項１乃至７のいずれかに記載の冷却システム。
9. 前記エンクロージャはエンクロージャの壁を画定しているケーシング及びプレートを備えており、かつ該ケーシングはエンクロージャの最上壁または底部壁のうちの少なくとも一方とエンクロージャの側壁とを画定するように構成されている、請求項１乃至８のいずれかに記載の冷却システム。
10. 前記増幅要素は複数のレバーアームをエンクロージャ及び作動ユニットと結合させる複数のヒンジを含む、請求項１乃至９のいずれかに記載の冷却システム。
11. 発熱性要素を備えた光源と、
    発熱性要素に接近して配置させた冷却システムであって、該冷却システムは、
    作動ユニットと、該作動ユニットに対向して配置された可動プレートと、前記作動ユニットを前記可動プレートに結合する少なくとも１つの側壁とにより規定されるエンクロージャであって、前記可動プレートが、第１の方向に移動可能であり、少なくとも１つのアパーチャを備えている、前記エンクロージャと、
    前記エンクロージャ内に配置され、前記可動プレートと機械的に結合された増幅要素と、
    を備え、
    前記作動ユニットは増幅要素の前記第１の方向での線形変位を生じさせる少なくとも１つの作動信号トリガー式アクチュエータを備えており、かつ該増幅要素はエンクロージャ内の少なくとも１つのアパーチャからの前記第１の方向での流体の出入りを生じさせるためにエンクロージャの前記可動プレートまでの作動信号にトリガーされたアクチュエータ変位を増幅するように構成されている、
    を備えている冷却システムと、
    を備える照明システム。
12. 冷却システムであって、
    第１の方向に移動できる少なくとも１つの可動壁を備えているエンクロージャであって、該少なくとも１つの可動壁が少なくとも１つのアパーチャを備えている、前記エンクロージャと、
    該エンクロージャの少なくとも１つの可動壁と機械的に結合させた中心ノードを有するＸ−スプリングを備える増幅要素と、
    該増幅要素と機械的に結合させた作動ユニットであって、該作動ユニットは増幅要素の第１の方向での線形変位を生じさせる少なくとも１つの作動信号トリガー式アクチュエータを備えており、かつ該増幅要素はエンクロージャ内の少なくとも１つのアパーチャからの前記第１の方向での流体の出入りを生じさせるためにエンクロージャの少なくとも１つの可動壁までの作動信号にトリガーされたアクチュエータ変位を増幅するように構成されている、作動ユニットと、
    を備える冷却システム。