JP6590896B2

JP6590896B2 - 空冷放熱装置

Info

Publication number: JP6590896B2
Application number: JP2017224437A
Authority: JP
Inventors: 世昌陳; 家▲いく▼ 廖; 永隆韓; ▲けい▼峰黄
Original assignee: Microjet Technology Co Ltd
Current assignee: Microjet Technology Co Ltd
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: EP3327295A1; EP3327295B1; JP2018085511A; TWI599309B; TW201820961A

Description

本発明は空冷放熱装置に関し、特に、エアポンプで気流を駆動して放熱を行う、空冷放熱装置に関する。

科学技術の進歩に伴い、モバイルコンピューターやタブレット、産業用コンピューター、モバイル通信デバイス、ビデオ再生装置など各種電子機器はすでに軽量薄型化、モバイル化、高性能化のトレンドに向けて発展しており、これら電子機器はその内部空間が限られているため、各種の高集積度または高仕事率の電子素子を配置する必要がある。電子機器の演算速度をより速く、機能をより強大にすると、電子機器内部の電子素子の動作時により多くの熱エネルギーが発生し、高温になる。このほか、これらの電子機器はほとんどが軽量薄型でコンパクトな外観であり、別途放熱冷却に用いる内部空間はないため、電子機器内の電子素子は熱エネルギー、高温の影響を受けやすく、干渉や破損等の問題が引き起こされる。

一般に、電子機器内部の放熱方式は、能動式放熱と受動式放熱に分けることができる。能動式放熱は通常軸流ファンまたは遠心ファンを採用し、電子機器内部に設置して、軸流ファンまたは遠心ファンにより気流を駆動し、電子機器内部の電子素子が発生する熱エネルギーを転移させ、放熱を実現する。しかしながら、軸流ファン及び遠心ファンは運転時に比較的騒音が大きく、かつその体積が比較的大きいため薄型化と小型化が難しい。さらに、軸流ファンと遠心ファンの使用寿命は比較的短いため、従来の軸流ファンと遠心ファンは軽量薄型及びモバイル向けの電子機器内での放熱に適していない。

さらに、多くの電子素子が、例えば表面実装技術（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳＭＴ）、セレクティブソルダリング（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＳｏｌｄｅｒｉｎｇ）等の技術を利用してプリント配線板（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ，ＰＣＢ）上に半田付けされるが、前述の半田付け方式で半田付けされた電子素子は、長期間高い熱エネルギー、高温の環境下に置かれると、電子素子がプリント配線板から離脱してしまいやすく、またほとんどの電子素子が高温に耐性がないため、電子素子が長期間高い熱エネルギー、高温の環境下に置かれた場合、電子素子の性能安定性が低下し、寿命が短くなりやすい。

図１に従来の放熱機構の構造を示す。図１に示すように、従来の放熱機構は、受動式放熱機構であり、熱伝導板１２を含み、前記熱伝導板１２が、熱伝導ペースト１３を介して、放熱される電子素子１１と相互に貼合され、熱伝導ペースト１３及び熱伝導板１２によって形成される熱伝導経路を通じ、電子素子１１に熱伝導を利用させ、自然対流方式で放熱を達成する。しかしながら、前述の放熱機構の放熱効率は優れず、応用の需要を満たすことができない。

これに鑑み、現有の技術が直面している問題を解決できる空冷放熱装置を発展させる必要がある。

本発明の目的は、各種電子機器に応用でき、電子機器内部の電子素子に対して横風式の熱対流の放熱を行い、放熱効果を高め、騒音を抑えるとともに、電子機器内部の電子素子の性能を安定させ、使用寿命を延長することができ、かつ電子素子上に放熱器を積み重ねる必要がなく、電子機器の全体厚みを薄型化することができる、空冷放熱装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、温度制御機能を備え、電子機器内部の電子素子の温度変化に基づき、エアポンプの動作を制御して放熱効果を高め、空冷放熱装置の使用寿命を延長することができる、空冷放熱装置を提供することにある。

上述の目的を達するため、本発明のより広義の実施態様により提供される空冷放熱装置は、電子素子の放熱に用いられ、前記空冷放熱装置が、導流担体と、エアポンプを含み、前記導流担体が第１表面と、第２表面と、２つの側壁と、第１導流チャンバと、第２導流チャンバと、気体導入側開口部と、複数の連通溝と、複数の導流排気溝を備え、そのうち、前記第１表面及び前記第２表面が２つの側壁の上下表面にそれぞれ設置され、前記第１導流チャンバ及び第２導流チャンバが前記２つの側壁の間に仕切られて設置され、前記気体導入側開口部が前記第１表面上に設置され、前記第１導流チャンバが前記第２表面に貫通されて前記気体導入側開口部に連通され、前記第２導流チャンバが前記第２表面に凹設され、前記第１導流チャンバと相互に隔てられ、かつ前記複数の連通溝により前記第１導流チャンバに連通され、前記複数の導流排気溝がそのうち１つの側壁上に設置され、かつ前記第２導流チャンバに連通され、前記第２導流チャンバがその内部に収容された前記電子素子を被覆し、前記エアポンプが前記導流担体上に設置され、前記気体導入側開口部を封鎖し、そのうち、前記エアポンプを駆動することで、気流を前記気体導入側開口部から前記第１導流チャンバに導入し、複数の連通溝を介して前記第２導流チャンバに導入し、電子素子と熱交換させ、かつ電子素子と熱交換した後の気流を前記複数の導流排気溝から排出させる。

従来の放熱機構の構造を示す断面図である。本発明の実施例１の空冷放熱装置の立体図である。図２Ａの空冷放熱装置のＡＡ線での断面図である。図２Ａの導流担体の異なる角度からの立体図である。図２Ａの導流担体の異なる角度からの立体図である。本発明の最良の実施例のエアポンプの異なる角度からの立体分解図である。本発明の最良の実施例のエアポンプの異なる角度からの立体分解図である。図４Ａと図４Ｂに示す圧電アクチュエータの側面図である。図４Ａと図４Ｂに示すエアポンプの断面図である。図４Ａと図４Ｂに示すエアポンプの作動の流れを示す断面図である。図４Ａと図４Ｂに示すエアポンプの作動の流れを示す断面図である。図４Ａと図４Ｂに示すエアポンプの作動の流れを示す断面図である。図４Ａと図４Ｂに示すエアポンプの作動の流れを示す断面図である。図４Ａと図４Ｂに示すエアポンプの作動の流れを示す断面図である。本発明の実施例２の空冷放熱装置の断面図である。

本発明の特徴と利点を体現するいくつかの典型的実施例について、以下で詳細に説明する。本発明は異なる態様において各種の変化が可能であり、そのいずれも本発明の範囲を逸脱せず、かつ本発明の説明及び図面は本質的に説明のために用いられ、本発明を制限するものではないことが理解されるべきである。

図２Ａに本発明の実施例１の空冷放熱装置の立体図、図２Ｂに図２Ａの空冷放熱装置のＡＡ線での断面図、図３Ａと図３Ｂに図２Ａの導流担体の異なる角度からの立体図をそれぞれ示す。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂに示すように、本発明の空冷放熱装置２は、例えばモバイルコンピューターやタブレット、産業用コンピューター、モバイル通信デバイス、ビデオ再生装置など（但しこれらに限らない）に応用することができ、電子機器内の放熱が必要な電子素子３に対して放熱を行う。本発明の空冷放熱装置２は、導流担体２０と、エアポンプ２２を含む。前記導流担体２０は、第１表面２０ａと、第２表面２０ｂと、第１導流チャンバ２００と、第２導流チャンバ２０１と、気体導入側開口部２０２と、複数の連通溝２０４と、複数の導流排気２０３と、２つの側壁２０５ａ、２０５ｂと、仕切り連接壁２０６と、収容部２０７を含む。

前記第１表面２０ａと前記第２表面２０ｂは前記２つの側壁２０５ａ、２０５ｂの上下表面にそれぞれ設置され、前記気体導入側開口部２０２は前記第１表面２０ａ上に設置され、前記第１導流チャンバ２００に連通され、前記収容部２０７は前記第１表面２０ａに凹設され、即ち、前記収容部２０７は前記第１表面２０ａが内側に凹陥させた凹槽であり、前記気体導入側開口部２０２の外囲にある。前記第１導流チャンバ２００は前記第２表面２０ｂに貫通され、前記気体導入側開口部２０２と前記第１導流チャンバ２００に連通される。前記第２導流チャンバ２０１は導流担体２０の第２表面２０ｂを内側に凹陥させて設けられた収容空間である。前記導流担体２０の前記第２導流チャンバ２０１は前記電子素子３を覆って封鎖する。前記第１導流チャンバ２００と前記第２導流チャンバ２０１は２つの側壁２０５ａ、２０５ｂの間に設置され、仕切り連接壁２０６で相互に隔てられる。

前記複数の連通溝２０４は、前記仕切り連接壁２０６中に設置され、前記第１導流チャンバ２００と前記第２導流チャンバ２０１を連通し、気体を流通させるために用いられる。前記複数の導流排気溝２０３は、前記導流担体２０のそのうち１つの側壁２０５ｂ上に設置され、前記第２導流チャンバ２０１に連通され、前記第２導流チャンバ２０１の気体を空冷放熱装置２の外部に流通させるために用いられる。前記エアポンプ２２は、前記導流担体２０の収容部２０７内に組み付けて位置決めされ、かつ前記気体導入側開口部２０２を封鎖する。このように前記エアポンプ２２を前記収容部２０７の中に収容した設計により、空冷放熱装置２の全体高さを低くすることができる。そのうち、前記エアポンプ２２を駆動することで、前記気体導入側開口部２０２から前記導流担体２０の第１導流チャンバ２００に気流を導入し、かつ複数の連通溝２０４を経た後第２導流チャンバ２０１内に流入させ、電子素子３に横風の気流を提供して熱交換を行い、かつ前記電子素子３と熱交換した後の気流を複数の導流排気溝２０３から排出させて、電子素子３の放熱を実現する。当然、別の一実施例において（図示しない）、導流担体２０には収容部２０７を設置しなくてもよく、前記エアポンプ２２を前記第１表面２０ａ上に直接組み付け、前記気体導入側開口部２０２を封鎖しても、同様に上述の空冷放熱装置２の放熱作用を実施できる。

本実施例において、電子素子３は積載基板４上に設置され、そのうち、前記積載基板４はプリント配線板とすることができるが、これに限らない。積載基板４は前記導流担体２０の第２表面２０ｂに連接され、かつ前記電子素子３が導流担体２０の第２導流チャンバ２０１に収容される。

実施例において、前記エアポンプ２２は圧電駆動エアポンプであり、気体を流動させるために用いられる。前記エアポンプ２２は、前記導流担体２０の収容部２０７内に固定され、かつ前記気体導入側開口部２０２に組み付けて位置決めされ、前記気体導入側開口部２０２を封鎖する。前記導流担体２０の第２表面２０ｂが前記積載基板４上に貼合わされて設置され、つまり、前記導流担体２０と前記エアポンプ２２の組立体が前記積載基板４上を覆って接合され、かつ電子素子３が前記導流担体２０の第２導流チャンバ２０１内に収容されて被覆される。前記エアポンプ２２と前記積載基板４で前記気体導入側開口部２０２を封鎖することで、前記気体導入側開口部２０２、第１導流チャンバ２００、複数の連通溝２０４、第２導流チャンバ２０１、複数の導流排気溝２０３により封鎖式の流路が形成され、これにより電子素子３に対して集中的に放熱を行い、放熱効果を高めることができる。強調すべきは、本発明は封鎖式流路の形成のみに限られず、その他の流路形式も実際の応用ニーズに基づき調整し、変化させることができる点である。

本実施例において、前記エアポンプ２２は気体の流動を駆動するために用いられ、空冷放熱装置２の外部から気体導入側開口部２０２を介して第１導流チャンバ２００内に気体を導入し、かつ気流を連通溝２０４から第２導流チャンバ２０１内に導入する。前記エアポンプ２２が前記第１導流チャンバ２００に気体を導入し、さらに連通溝２０４から第２導流チャンバ２０１に気流を導入したとき、導入された気体に第２導流チャンバ２０１内の電子素子３と熱交換させ、かつ第２導流チャンバ２０１内の気流を迅速に流動させて、熱交換後の気流に熱エネルギーを導流担体２０の複数の導流排気溝２０３から空冷放熱装置２の外部に排出させる。前記エアポンプ２２が連続作動して気体を導入し、電子素子３に連続導入される気体と熱交換させ、同時に熱交換後の気体を導流担体２０の複数の導流排気溝２０３から排出することで、電子素子３の放熱を実現し、かつ放熱効率を高め、電子素子３の性能安定性と寿命を向上することができる。

図４Ａと図４Ｂに、本発明の最良の実施例のエアポンプの異なる角度の分解図をそれぞれ示す。図５に図４Ａと図４Ｂに示す圧電アクチュエータの断面図を示し、図６に図４Ａと図４Ｂに示すエアポンプの断面図を示す。図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６に示すように、前記エアポンプ２２は圧電駆動エアポンプであり、かつ気体導入板２２１、共振片２２２、圧電アクチュエータ２２３、絶縁片２２４１、２２４２、導電片２２５等の構造を含む。そのうち、前記圧電アクチュエータ２２３は共振片２２２に対応して設置され、気体導入板２２１、共振片２２２、圧電アクチュエータ２２３、絶縁片２２４１、導電片２２５、別の絶縁片２２４２が順に積層されて設置され、その組み立てが完了した状態の断面図は図６に示すとおりである。

本実施例において、前記気体導入板２２１は、少なくとも１つの気体導入孔２２１ａを備え、そのうち、前記気体導入孔２２１ａの数量は４個が好ましいが、これに限らない。前記気体導入孔２２１ａは、前記気体導入板２２１を貫通し、装置の外から大気圧の作用に応じて前記少なくとも１つの気体導入孔２２１ａから気体をエアポンプ２２の中に流入させるために用いられる。前記気体導入板２２１上には少なくとも１つの合流孔２２１ｂが設けられ、前記気体導入板２２１の他方の表面の前記少なくとも１つの気体導入孔２２１ａに対応して設置される。前記合流孔２２１ｂの中心の合流箇所は中心凹部２２１ｃを備え、かつ前記中心凹部２２１ｃは合流孔２２１ｂに連通され、これにより前記少なくとも１つの気体導入孔２２１ａから合流孔２２１ｂに進入した気体がガイドされて前記中心凹部２２１ｃに集められ、気体の伝達が実現される。本実施例において、前記気体導入板２２１は一体成型の気体導入孔２２１ａ、合流孔２２１ｂ、中心凹部２２１ｃを備え、かつ中心凹部２２１ｃ箇所に気体を合流させて一時的に保存する合流チャンバが対応して形成される。一部の実施例において、前記気体導入板２２１の材質は、例えばステンレス材質で構成することができるが、これに限らない。別の一部の実施例において、前記中心凹部２２１ｃ箇所に構成された合流チャンバの深さは合流孔２２１ｂの深さと同じであるが、これに限らない。共振片２２２は可撓性材質で構成されるが、これに限らず、かつ共振片２２２上には気体導入板２２１の中心凹部２２１ｃに対応して設置され、気体を流通させるための中空孔２２２０が設けられる。別の一部の実施例において、共振片２２２は銅材質で構成されるが、これに限らない。

圧電アクチュエータ２２３は、浮動板２２３１、外枠２２３２、少なくとも１つのフレーム２２３３、圧電片２２３４を組み立てて成り、そのうち、前記圧電片２２３４が浮動板２２３１の第１表面２２３１ｃに貼付され、電圧を印加して変形を生じ、前記浮動板２２３１を駆動して湾曲振動させるために用いられ、前記少なくとも１つのフレーム２２３３は浮動板２２３１と外枠２２３２の間に連接され、本実施例において、前記フレーム２２３３は浮動板２２３１と外枠２２３２の間を連接して設置され、その両端点が外枠２２３２、浮動板２２３１にそれぞれ連接されて、弾性的な支持を提供し、かつフレーム２２３３、浮動板２２３１、外枠２２３２の間に気体を流通させるための少なくとも１つの空隙２２３５が設けられ、前記少なくとも１つの空隙２２３５は前記気体導入側開口部２０２に連通され、気体の流通に用いられる。強調すべきは、前記浮動板２２３１、外枠２２３２、フレーム２２３３の型態及び数量は、前述の実施例に限られず、実際の応用ニーズに基づき変化させることができる点である。また、前記外枠２２３２は浮動板２２３１の外側を囲んで設置され、かつ外側に凸設された導電ピン２２３２ｃを備え、電気的接続に用いられるが、これに限らない。

前記浮動板２２３１は、段状面の構造（図５参照）であり、即ち、前記浮動板２２３１の第２表面２２３１ｂがさらに凸部２２３１ａを備え、前記凸部２２３１ａは円形の隆起構造とすることができるが、これに限らない。浮動板２２３１の凸部２２３１ａは外枠２２３２の第２表面２２３２ａと共平面であり、かつ前記浮動板２２３１の第２表面２２３１ｂとフレーム２２３３の第２表面２２３３ａも共平面であり、かつ前記浮動板２２３１の凸部２２３１ａ及び外枠２２３２の第２表面２２３２ａと浮動板２２３１の第２表面２２３１ｂ及びフレーム２２３３の第２表面２２３２ａの間には一定の深さがある。前記浮動板２２３１の第１表面２２３１ｃは、前記外枠２２３２の第１表面２２３２ｂ及び前記フレーム２２３３の第１表面２２３３ｂと平坦な共平面構造を成し、前記圧電片２２３４が前記浮動板２２３１のこの平坦な第１表面２２３１ｃ箇所に貼付される。別の一部の実施例において、前記浮動板２２３１の形態は両面が平坦な板状の正方形構造としてもよいが、これに限られず、実際の状況に応じて変化させることができる。一部の実施例において、前記浮動板２２３１、フレーム２２３３、外枠２２３２は一体成型の構造であり、かつ金属板で構成することができ、例えばステンレス材質で構成できるが、これに限らない。また別の一部の実施例において、前記圧電片２２３４の辺の長さは、前記浮動板２２３１の辺の長さより小さい。さらに別の一部の実施例において、圧電片２２３４の辺の長さは浮動板２２３１の辺の長さに等しく、かつ同様に浮動板２２３１に対応する正方形の板状構造に設計できるが、これに限らない。

エアポンプ２２の絶縁片２２４１、導電片２２５及び別の絶縁片２２４２は前記圧電アクチュエータ２２３の下に順に対応して設置され、かつその形態は前記圧電アクチュエータ２２３の外枠２２３２の形態にほぼ対応している。一部の実施例において、絶縁片２２４１、２２４２は、例えばプラスチックなどの絶縁材質で構成されるが、これに限らず、絶縁機能を提供する。別の一部の実施例において、導電片２２５は、例えば金属材質などの導電材質で構成されるが、これに限らず、電気の導通機能を提供する。本実施例において、前記導電片２２５上には導電ピン２２５ａを設置し、電気の導通機能を実現することもできる。

本実施例において、エアポンプ２２は、気体導入板２２１、共振片２２２、圧電アクチュエータ２２３、絶縁片２２４１、導電片２２５、別の絶縁片２２４２等を積み重ねて成り、かつ共振片２２２と圧電アクチュエータ２２３の間に間隙ｈを備え、本実施例において、共振片２２２と圧電アクチュエータ２２３の外枠２２３２周縁の間の間隙ｈ内には例えば導電ペーストなどの充填材質が充填されるが、これに限らず、共振片２２２と圧電アクチュエータ２２３の浮動板２２３１の凸部２２３１ａの間に前記間隙ｈの深さを維持し、気流をより迅速にガイドして流動させることができ、かつ浮動板２２３１の凸部２２３１ａと共振片２２２が適切な距離を保持して相互の接触干渉を減少することで、騒音の発生を抑えることができる。別の一部の実施例において、圧電アクチュエータ２２３の外枠２２３２の高さを高くし、共振片２２２との組み立て時に間隙を増加してもよいが、これに限らない。

本実施例において、共振片２２２は可動部２２２ａと固定部２２２ｂを備え、気体導入板２２１、共振片２２２、圧電アクチュエータ２２３を順に対応させて組み立てた後、可動部２２２ａ箇所とその上の気体導入板２２１で気体を集めるチャンバが共同で形成され、かつ共振片２２２と圧電アクチュエータ２２３の間にさらに第１チャンバ２２０が形成され、気体を一時的に保存するために用いられる。かつ、第１チャンバ２２０が共振片２２２の中空孔２２２０を介して気体導入板２２１の中心凹部２２１ｃ箇所のチャンバに連通され、かつ第１チャンバ２２０の両側が圧電アクチュエータ２２３のフレーム２２３３の間の空隙２２３５を介してその下に設けられた気体導入側開口部２０２に連通される。

図７Ａから図７Ｅに、図４Ａと図４Ｂのエアポンプの作動の流れを表す断面図を示す。図６、図７Ａ〜図７Ｅを参照しながら、本発明のエアポンプの作動の流れを以下で簡単に説明する。エアポンプ２２が作動すると、圧電アクチュエータ２２３が電圧を受けて駆動され、フレーム２２３３を支点として垂直方向に往復振動する。図７Ａに示すように、圧電アクチュエータ２２３が電圧を受けて作動し、下に向かって振動すると、共振片２２２が軽くて薄い片状構造であるため、圧電アクチュエータ２２３の振動時、共振片２２２もそれに伴って共振し、垂直の往復振動を行い、即ち、共振片２２２の中心凹部２２１ｃに対応する部分もそれに伴って湾曲振動と形状変化を生じる。即ち、前記中心凹部２２１ｃに対応する部分が共振片２２２の可動部２２２ａであり、圧電アクチュエータ２２３が下に向かって湾曲振動すると、このとき共振片２２２の中心凹部２２１ｃに対応する可動部２２２ａが、気体の導入と押圧及び圧電アクチュエータ２２３の振動により動かされ、圧電アクチュエータ２２３に伴って下に湾曲振動と形状変化を生じる。気体は気体導入板２２１上の少なくとも１つの気体導入孔２２１ａから進入し、少なくとも１つの合流孔２２１ｂを介して中央の中心凹部２２１ｃ箇所に集められ、さらに共振片２２２上の中心凹部２２１ｃに対応して設置された中空孔２２２０を経由し、下に向かって第１チャンバ２２０内へ流入する。その後、圧電アクチュエータ２２３の振動を受けて動かされるため、共振片２２２もそれに伴って共振し、垂直の往復振動を行う。図７Ｂに示すように、このとき共振片２２２の可動部２２２ａもそれに伴い下に向かって振動し、圧電アクチュエータ２２３の浮動板２２３１の凸部２２３１ａ上に貼付されて接触するが、浮動板２２３１の凸部２２３１ａ以外の区域と共振片２２２両側の固定部２２２ｂの間の合流チャンバの間隔は小さくならず、この共振片２２２の変形により、第１チャンバ２２０の体積が圧縮され、かつ第１チャンバ２２０中間の流通空間が閉鎖され、その内部の気体が押し動かされて両側に流動され、圧電アクチュエータ２２３のフレーム２２３３の間の空隙２２３５を通過して下に流動する。その後、図７Cに示すように、共振片２２２の可動部２２２ａが上に湾曲振動して変形し、初期位置を回復するとともに、圧電アクチュエータ２２３が電圧を受けて駆動され、上に向かって振動し、同様に第１チャンバ２２０の体積が圧縮されるが、このとき圧電アクチュエータ２２３は上に向かって持ち上げられ、第１チャンバ２２０内の気体が両側に流動し、気体が継続して気体導入板２２１上の少なくとも１つの気体導入孔２２１ａから進入し、さらに中心凹部２２１ｃにより形成されたチャンバ内に流入する。その後、図７Dに示すように、前記共振片２２２は圧電アクチュエータ２２３が上に持ち上げられる振動を受けて上に共振し、このとき共振片２２２の可動部２２２ａもそれに伴い上に振動して、気体が継続して気体導入板２２１上の少なくとも１つの気体導入孔２２１ａから進入し、さらに中心凹部２２１ｃに形成されたチャンバ内に流入する作用が緩和される。最後に、図７Ｅに示すように、共振片２２２の可動部２２２ａも初期位置を回復する。この実施態様から分かるように、共振片２２２が垂直に往復振動すると、共振片２２２と圧電アクチュエータ２２３の間の間隙ｈでその垂直移動の最大距離が増加される。つまり、これら２つの構造の間に間隙ｈを設けることで、共振片２２２の共振時により大きな幅の上下移動を発生させることができる。これにより、このエアポンプ２２の流路設計中を通過することで圧力の勾配を生じ、気体を高速流動させ、流路の出入方向の抵抗差を通じて、気体を吸入側から排出側に移動させ、気体の輸送作業を完了する。排出側に気圧がある状態下でも、継続して気体を第１導流チャンバ２００に押し入れる能力を備え、かつ静音の効果を達することができる。このように、図７Ａから図７Ｅのエアポンプ２２の作動を繰り返し、エアポンプ２２に外から内への気体輸送を発生させることができる。

上述を受け、前記エアポンプ２２の作動を通じて、気体を前記導流担体２０の第１導流チャンバ２００に導入し、連通溝２０４から気流を第２導流チャンバ２０１に導入して、導入した気体に電子素子３と熱交換させ、続けて第１導流チャンバ２００中の気体を押し動かし、連通溝２０４から第２導流チャンバ２０１に気流を導入し、第２導流チャンバ２０１中の気体を速やかに流動させ、熱交換後の気体が熱エネルギーを導流担体２０の複数の導流排気溝２０３箇所から空冷放熱装置２の外部に排出できるようにする。これにより放熱冷却の効率を高め、電子素子３の性能安定性と寿命を向上することができる。

図８に本発明の実施例２の空冷放熱装置の断面図を示す。図８に示すように、本実施例の空冷放熱装置２ａは図２Ｂに示す空冷放熱装置２と相似しており、同じ符号は同じ構造、部材、機能を表すため、ここでは説明を省略する。図２Ｂに示す空冷放熱装置２と比較して、本実施例の空冷放熱装置２ａは温度制御機能を備え、さらに制御システム２１を含み、前記制御システム２１が、制御ユニット２１１と温度センサー２１２を含む。そのうち、前記制御ユニット２１１は前記エアポンプ２２に電気的に接続され、前記エアポンプ２２の動作を制御する。温度センサー２１２は前記導流担体２０の第２導流チャンバ２０１内の電子素子３近くに設置され、電子素子３温度を検出するために用いられる。

温度センサー２１２は前記制御ユニット２１１に電気的に接続され、電子素子３付近の温度を検出する、または電子素子３上に直接貼付され、電子素子３の温度を検出し、検出信号を制御ユニット２１１に送信する。前記制御ユニット２１１は、前記温度センサー２１２の検出信号に基づき、前記電子素子３の温度が温度閾値より高いか否かを判断する。前記制御ユニット２１１は前記電子素子３の温度が前記温度閾値より高いと判断すると、制御信号を前記エアポンプ２２に送信し、前記エアポンプ２２を作動させ、これによりエアポンプ２２に気流の流動を駆動して電子素子３に対する放熱冷却を行わせ、電子素子３を放熱冷却させて温度を下げる。制御ユニット２１１は、前記電子素子３の温度が前記温度閾値より低いと判断すると、制御信号を前記エアポンプ２２に送信し、エアポンプ２２の動作を停止させ、これにより前記エアポンプ２２が動作を継続して使用寿命が短縮されたり、余分にエネルギーが消費されたりすることを回避できる。このように、制御システム２１の設置を通じて、空冷放熱装置２ａのエアポンプ２２に電子素子３の温度が過熱したときに放熱冷却を行わせ、かつ電子素子３の温度が低下した後動作を停止させることで、エアポンプ２２が動作を継続して使用寿命が短縮されたり、余分にエネルギーが消費されたりすることを回避でき、また電子素子３をより好ましい温度環境下で動作させ、電子素子３の安定性を高めることもできる。

上述をまとめると、本発明の空冷放熱装置は、各種電子機器に応用でき、電子機器内部の電子素子に対して横風式の熱対流の放熱を行い、放熱効果を高め、騒音を抑えるとともに、電子機器内部の電子素子の性能を安定させ、使用寿命を延長することができ、かつ電子素子上に放熱器を積み重ねる必要がなく、電子機器の全体厚みを薄型化することができる。このほか、本発明の空冷放熱装置は、温度制御機能を備え、電子機器内部の電子素子の温度変化に基づき、エアポンプの動作を制御して放熱効果を高め、空冷放熱装置の使用寿命を延長することができる。

１１電子素子
１２熱伝導板
１３熱伝導ペースト
２、２ａ空冷放熱装置
２０導流担体
２０ａ第１表面
２０ｂ第２表面
２００第１導流チャンバ
２０１第２導流チャンバ
２０２気体導入側開口部
２０３導流排気溝
２０４連通溝
２０５ａ、２０５ｂ側壁
２０６仕切り連接壁
２０７収容部
２１制御システム
２１１制御ユニット
２１２温度センサー
２２エアポンプ
２２０第１チャンバ
２２１気体導入板
２２１ａ気体導入孔
２２１ｂ合流孔
２２１ｃ中心凹部
２２２共振片
２２２ａ可動部
２２２ｂ固定部
２２２０中空孔
２２３圧電アクチュエータ
２２３１浮動板
２２３１ａ凸部
２２３１ｂ第２表面
２２３１ｃ第１表面
２２３２外枠
２２３２ａ第２表面
２２３２ｂ第１表面
２２３２ｃ導電ピン
２２３３フレーム
２２３２ａ第２表面
２２３２ｂ第１表面
２２３４圧電片
２２３５空隙
２２４１、２２４２絶縁片
２２５導電片
２２５ａ導電ピン
３電子素子
４積載基板
ｈ間隙

Claims

電子素子の放熱に用いる空冷放熱装置であって、前記空冷放熱装置が、導流担体と、エアポンプを含み、
前記導流担体が、第１表面と、第２表面と、２つの側壁と、第１導流チャンバと、第２導流チャンバと、気体導入側開口部と、複数の連通溝と、複数の導流排気溝を備え、そのうち、前記第１表面及び前記第２表面が前記２つの側壁の上下表面にそれぞれ設置され、前記第１導流チャンバ及び前記第２導流チャンバが前記２つの側壁の間に仕切られて設置され、前記気体導入側開口部が前記第１表面上に設置され、前記第１導流チャンバが前記第２表面に貫通されて前記気体導入側開口部に連通され、前記第２導流チャンバが前記第２表面に凹設され、前記第１導流チャンバと相互に隔てられ、かつ前記複数の連通溝により前記第１導流チャンバに連通され、前記複数の導流排気溝がそのうち１つの前記側壁上に設置され、かつ前記第２導流チャンバに連通され、前記第２導流チャンバがその内部に収容された前記電子素子を被覆し、
前記エアポンプが前記導流担体上に設置され、かつ前記気体導入側開口部を封鎖し、前記エアポンプが圧電駆動エアポンプであり、前記圧電駆動エアポンプが気体導入板と、共振片と、圧電アクチュエータとを含み、
そのうち、前記エアポンプを駆動することで気流を前記気体導入側開口部から前記第１導流チャンバに導入し、さらに前記複数の連通溝を介して前記第２導流チャンバに導入し、前記電子素子と熱交換を行わせ、かつ前記電子素子と熱交換した後の気流を前記複数の導流排気溝から排出させる、ことを特徴とする、空冷放熱装置。
さらに前記導流担体の前記第２表面に連接された積載基板を含み、そのうち、前記電子素子が前記積載基板に設置されたことを特徴とする、請求項１に記載の空冷放熱装置。
前記導流担体にさらに収容部が設置され、前記収容部が前記第１表面に凹設され、かつ前記気体導入側開口部の外囲にあり、前記エアポンプがその内部に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の空冷放熱装置。
前記導流担体が仕切り連接壁を含み、かつ前記第１導流チャンバと前記第２導流チャンバが前記仕切り連接壁により相互に隔てられ、前記複数の連通溝がその中に設置され、前記第１導流チャンバと前記第２導流チャンバを連通することを特徴とする、請求項１に記載の空冷放熱装置。
前記気体導入板が、少なくとも１つの気体導入孔と、少なくとも１つの合流孔と、合流チャンバを構成する中心凹部とを備え、そのうち、前記少なくとも１つの気体導入孔が気流の導入に用いられ、前記合流孔が前記気体導入孔に対応し、かつ前記気体導入孔の気流をガイドして前記中心凹部で構成される前記合流チャンバに集合させ、
前記共振片が、前記合流チャンバに対応する中空孔を備え、かつ前記中空孔の周囲が可動部であり、
前記圧電アクチュエータが、前記共振片に対応して設置され、
そのうち、前記共振片と前記圧電アクチュエータの間に間隙が設けられてチャンバを形成し、それにより前記圧電アクチュエータが駆動されると、気流が前記気体導入板の前記少なくとも１つの気体導入孔から導入され、前記少なくとも１つの合流孔を介して前記中心凹部に集められた後、前記共振片の前記中空孔を経由して前記チャンバ内に進入し、前記圧電アクチュエータと前記共振片の可動部により共振を発生して気流が輸送されることを特徴とする、請求項１に記載の空冷放熱装置。
前記圧電アクチュエータが、浮動板と、外枠と、少なくとも１つのフレームと、圧電片と、を含み、
前記浮動板が第１表面と第２表面を備え、かつ湾曲振動可能であり、
前記外枠が前記浮動板の外側を囲んで設置され、
前記少なくとも１つのフレームが前記浮動板と前記外枠の間に連接され、弾性的支持を提供し、
前記圧電片が辺の長さを備え、前記辺の長さが前記浮動板の辺の長さに等しい、またはそれより小さく、かつ、前記圧電片が前記浮動板の第１表面上に貼付され、電圧を印加して前記浮動板を駆動し、湾曲振動させるために用いられることを特徴とする、請求項５に記載の空冷放熱装置。
前記浮動板が正方形の浮動板であり、かつ凸部を備えていることを特徴とする、請求項６に記載の空冷放熱装置。
前記圧電駆動エアポンプが、導電片と、第１絶縁片と、第２絶縁片を含み、そのうち、前記気体導入板と、前記共振片と、前記圧電アクチュエータと、前記第１絶縁片と、前記導電片と、前記第２絶縁片が順に重ねて設置されることを特徴とする、請求項１に記載の空冷放熱装置。
さらに制御システムを含み、前記制御システムが、制御ユニットと、温度センサーと、を含み、
前記制御ユニットが前記エアポンプに電気的に接続され、前記エアポンプの動作を制御し、
前記温度センサーが前記制御ユニットに電気的に接続され、かつ前記電子素子の隣に設置され、前記電子素子の温度を検出して前記制御ユニットに検出信号を出力し、
そのうち、前記制御ユニットが前記検出信号を受信し、前記電子素子の前記温度が温度閾値より大きいと判断すると、前記制御ユニットが前記エアポンプを作動させ、気流の流動を駆動し、前記制御ユニットが前記検出信号を受信し、前記電子素子の前記温度が温度閾値より低いと判断すると、前記制御ユニットが前記エアポンプの動作を停止させることを特徴とする、請求項１に記載の空冷放熱装置。