WO2016016963A1 - ピエゾファン - Google Patents

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piezo fan
piezo
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fan
free end
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宏 竹田
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株式会社アールフロー
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D33/00—Non-positive-displacement pumps with other than pure rotation, e.g. of oscillating type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/08—Units comprising pumps and their driving means the working fluid being air, e.g. for ventilation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end

Definitions

  • the present invention relates to a piezo fan that is an ultra-thin fan that drives a blower plate using a piezoelectric element.
  • a piezo fan that is an ultra-thin fan using a piezoelectric element.
  • a piezo fan is one in which an alternating current is applied to a piezoelectric element, whereby a plate-like body amplifies and sends out wind (see, for example, Patent Document 1).
  • the piezo fan disclosed in Patent Document 1 is driven by applying a voltage from a driving AC power source to an electrode (not shown) formed in a piezoelectric element and a diaphragm made of a conductor. When the piezoelectric element expands and contracts, the free end of the vibration plate bends in a fan shape and is driven as a fan.
  • the piezo fan disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of diaphragms, and each diaphragm is disposed between a plurality of heat radiation fins of a heat sink.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is a novel and capable of effectively sending air to the object to be cooled in order to improve the cooling efficiency. It is to provide an improved piezo fan.
  • a blower member having a free end and a fixed end, and a plate-like piezoelectric element fixed to the blower member are provided, and the blower member is freed by the piezoelectric element.
  • a piezo fan configured to be vibrated at an end, wherein the air blowing member includes a vibration surface to which the piezoelectric element is fixed, and a side surface provided on one or both side edges of the vibration surface.
  • a piezofan characterized by the above is provided.
  • the shape of the said free end of the said ventilation member can be made into an H shape.
  • the vibration surface and the side surface may be integrally formed.
  • the blower member is constituted by the vibration surface to which the piezoelectric element is fixed and the side surface provided at one or both side edges of the vibration surface. Can be effectively prevented by the side surfaces, and the directionality of the wind can be enhanced. In this way, it is possible to effectively send wind to the object to be cooled.
  • the piezo fan of the present invention can be applied in various ways.
  • one or both ends on the free end side of the side surface may protrude from the end portion on the free end side of the vibration surface.
  • the wind sent from the tip of the piezo fan is further prevented from diffusing. For this reason, the air volume and the wind speed increase, and the directivity of the wind direction is enhanced.
  • the side surface may be asymmetric in protrusion height from both sides of the vibration surface.
  • the side surface may protrude only from one side of the vibration surface. According to such a configuration, the air volume and the wind speed sent out from the larger projecting surface are increased.
  • the distance between the side surface and the other parts can be increased, so that when the piezo fan bends and vibrates, it does not contact other parts. Is done.
  • the vibration surface and the side surface may be composed of different parts. At this time, the vibration surface and the side surface may be made of different materials. In particular, if the vibration surface is made of a material having higher bending strength than the side surface or the side surface is made of a material having a specific gravity smaller than that of the vibration surface, the strength of the piezo fan can be increased and the life can be extended. it can.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a piezo fan 100 according to the present embodiment.
  • the piezo fan 100 includes a blowing member 110 having a free end 110 a and a fixed end 110 b and a plate-like piezoelectric element 120 fixed to the blowing member 110.
  • the piezoelectric element 120 is configured to vibrate the free end 110a of the blower member 110.
  • it demonstrates in order.
  • the air blowing member 110 includes a first surface 112 to which the piezoelectric element 120 is fixed, and a second surface 114 and a third surface 116 that are perpendicular to the first surface 112 and parallel to each other. With such a configuration, the shape of the free end 110a of the air blowing member 110 is an H-shape. 2 is a view of the piezo fan 100 of FIG. 1 as viewed from the free end 110a side (the direction of arrow A in FIG. 1).
  • the blower member 110 has one end as a free end 110a and the other end as a fixed end 110b. As shown in FIG. 1, the second surface 114 and the third surface 116 are disposed on the free end 110 a side of the blowing member 110. Further, a piezoelectric element 120 described later is disposed on the first surface 112 on the fixed end 110b side.
  • the fixed end 110b is fixed to a housing (not shown) such as an electronic device to which the piezo fan 100 is attached, and refers to an end portion serving as a vibration node.
  • the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116 are made of the same material and are integrally formed.
  • the 1st surface 112, the 2nd surface 114, and the 3rd surface 116 which comprise the ventilation member 110 are formed in thin plate shape.
  • the first surface 112 has a rectangular shape, for example, a length of 70 mm, a width of 12 mm, and a thickness of 0.5 mm.
  • the second surface 114 and the third surface 116 have the same shape, and the size of the second surface 114 and the third surface 116 is, for example, a length of 35 mm, a width of 12 mm, and a thickness of 0.5 mm. .
  • the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116 can be formed of a conductor made of, for example, a Ni—Fe alloy.
  • the dimension and material of the ventilation member 110 demonstrated here are only examples, and are not limited to this.
  • a piezoelectric element is generally a passive element that uses a piezoelectric effect, and is an element that converts a force applied to a piezoelectric body into a voltage or converts a voltage into a force. It is also called a piezoelectric element from the reading of the piezoelectric element.
  • the piezoelectric element 120 of the present embodiment is, for example, a plate shape having a length of 25 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 0.13 mm, and an electrode is formed on the main surface.
  • the piezoelectric element 120 can be composed of, for example, lead zirconate titanate ceramics.
  • the dimension and material of the piezoelectric element 120 demonstrated here are only examples, and are not limited to this.
  • a voltage is applied to the piezo fan 100 from an AC power supply 130 to an electrode (not shown) formed on the piezoelectric element 120 and a blowing member 110 made of a conductor.
  • the randomly arranged ions of the piezoelectric element 120 are aligned, causing deformation of the piezoelectric element 120. Since the deformation of the piezoelectric element 120 occurs at the same frequency as the frequency of the AC power supply 130, the piezoelectric element 120 expands and contracts in the length direction at the same frequency as the AC power supply 130.
  • the free end 110a extends in the thickness direction of the piezoelectric element 120 (the direction of arrow B in FIG. 3). Bending vibration in the shape of a round fan. In this way, wind is sent from the free end 110a side of the piezo fan 100 to a heat tank and a cooling target described later.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the simulation results of the air volume and the wind direction.
  • FIGS. 4 (a) and 5 (a) show the air volume and the wind direction of the conventional piezo fan
  • FIG. 5 (b) and FIG. 5 (b) shows the air volume and direction of the piezo fan 100 of the present embodiment.
  • the conventional piezo fan is composed of only elements corresponding to the first surface 112 of the piezo fan 100 of the present embodiment, and includes elements corresponding to the second surface 114 and the third surface 116. Shall not.
  • FIG. 4 (a) and 4 (b) are views seen from the side, and the vertical direction of the drawing is the vibration direction of the piezo fan.
  • the piezo fan 100 shown in FIG. 4B is shown in a simplified manner for convenience of illustration.
  • the circle C in FIG. 4A shows the state of the wind sent from the free end of the conventional piezo fan
  • the circle D in FIG. 4B is sent from the free end 110a of the piezo fan 100 of this embodiment.
  • the side leakage of the wind is less than that of the conventional piezo fan, the wind direction is not diffused, the directivity is enhanced, the air volume is large, and the wind speed is high. Is strong.
  • FIG. 5 (a) and 5 (b) are views seen from above, and the vertical direction of the paper surface is a direction orthogonal to the vibration direction of the piezo fan.
  • the piezo fan 100 shown in FIG. 5B is shown in a simplified manner for convenience of illustration.
  • the inside of the ellipse E in FIG. 5A shows the state of the wind sent out from the free end of the conventional piezo fan, and the inside of the circle F in FIG. 5B is sent out from the free end of the piezo fan 100 of this embodiment. Indicates the state of wind.
  • the side leakage of the wind is less than that of the conventional piezo fan, the wind direction is not diffused, the directivity is enhanced, the air volume is large, and the wind speed is high. Is strong.
  • the arrow G of FIG.5 (b) shows the attachment range of the 2nd surface 114 and the 3rd surface 116, and the part of the ellipse H of Fig.5 (a) respond
  • the side leakage of the wind from the side of the piezo fan 100 is less than that of the conventional piezo fan.
  • the side leakage occurs in the portion closer to the fixed end than the second surface 114 and the third surface 116.
  • the mounting width of the second surface 114 and the third surface 116 with respect to the first surface 112 is increased, and the second surface 114 and the third surface are also provided in this part. 116 can be provided.
  • the mounting width of the second surface 114 and the third surface 116 with respect to the first surface 112 is arbitrary, and can be set according to the balance with the structure of the piezo fan 100.
  • the piezo fan 100 includes the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116, which are integrally formed.
  • the clearance between the surface 114 and the third surface 116 is zero. For this reason, the side leakage of the wind is less than that of the conventional piezo fan, the wind direction is not diffused, the directivity is enhanced, the air volume is large, and the wind speed is strong.
  • the conventional piezo fan there is no portion corresponding to the second surface 114 and the third surface 116 of the present embodiment, and only the first surface 112 is formed. As shown in FIG. 5A, a large amount of side leakage occurs. For this reason, the air volume sent out from the free end is small and the wind speed is also small.
  • a conventional piezo fan may be used by being arranged between blades of a heat sink. In such a case, there are blades on both sides of the piezo fan, but a clearance is provided between the piezo fan and the blade to prevent contact, and the side leaked wind passes through the gap. Move. For this reason, even when a conventional piezo fan is disposed between the blades of the heat sink, the wind direction diffuses, the amount of air sent from the free end of the piezo fan is reduced, and the wind speed is reduced.
  • the piezo fan 100 of the present embodiment can be installed behind the heat sink 300 as shown in FIG.
  • the heat sink 300 includes a plurality of blades 310 arranged side by side, and is used for cooling electronic components.
  • the piezo fan 100 performs a bending vibration in a fan shape in the thickness direction of the piezoelectric element 120 (the direction of arrow B in FIG. 6).
  • the piezo fan 100 takes in air from the fixed end 110b side, and sends out wind from the free end 110a as shown by an arrow J in FIG.
  • the wind sent out passes between the plurality of blades 310 of the heat sink 300 in front of the piezo fan 100 as indicated by an arrow K in FIG.
  • the distance between the piezo fan 100 and the heat sink 300 can be set as appropriate.
  • by disposing the piezo fan 100 behind the heat sink 300 it is not necessary to adjust the width of the piezo fan 100 in accordance with the interval between the adjacent blades 310 of the heat sink 300.
  • the end portions of the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116 on the free end 110 a side of the piezo fan 100 are matched.
  • An example was described.
  • the piezo fan 200 of the present embodiment as shown in FIG. 7, the positions of the end portions 114 b and 116 b of the second surface 114 and the third surface 116 are changed from the position of the end portion 112 a of the first surface 112. It is set as the structure which also protrudes. With such a configuration, the wind sent from the tip of the first surface 112 is further prevented from diffusing. For this reason, the air volume and the wind speed are increased, and the directivity of the wind direction is enhanced.
  • a part of the heat sink 300 can be inserted into a space defined by the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116. Thereby, the wind sent out from the first surface 112 can pass through the heat sink 300 with little diffusion.
  • the positions of both ends 114b and 116b of the second surface 114 and the third surface 116 are made to protrude from the position of the end 112a of the first surface 112.
  • the second surface 114 or the third surface 116 is projected, or both the second surface 114 and the third surface 116 or the positions of the end portions 114b and 116b are set to the first position. You may make it retreat from the position of the edge part 112a of the surface 112.
  • FIG. As described above, the positions of the second surface 114 and the third surface 116 with respect to the first surface 112 can be arbitrarily changed.
  • the projecting heights of the second surface 114 and the third surface 116 projecting vertically from the first surface 112 are symmetrical. did.
  • the piezo fan 300 of the present embodiment as shown in FIG. 8, the projecting heights of the second surface 114 and the third surface 116 projecting upward and downward from the first surface 112 are made asymmetric in the vertical direction. In the example shown in FIG. 8, the upward projecting height is increased.
  • the protrusion height As described above, by making the protrusion height asymmetrical in the vertical direction, the air volume and the wind speed sent out from the larger protruding surface are increased.
  • the second surface 114 and the third surface 116 are made asymmetrical in the projecting height. Since the distance between the piezo fan 300 and the other parts can be increased, it is possible to prevent the piezo fan 300 from coming into contact with the other parts when the piezo fan 300 undergoes bending vibration.
  • the protruding height of the second surface 114 and the third surface 116 below the first surface 112 is set to zero, and only the upper portion protrudes.
  • the shape viewed from the free end 110a side may be a U-shape.
  • the second surface 114 and the third surface 116 may be protruded only below the first surface 112.
  • the example in which the second surface 114 and the third surface 116 are provided on both sides of the first surface 112 has been described.
  • the piezo fan 400 of the present embodiment either the second surface 114 or the third surface 116 is provided.
  • the piezo fan 400 is prevented from coming into contact when bending and vibrating.
  • the first surface 112 is rectangular as shown in FIG. 1 has been described.
  • the first surface 112 is formed with a small width portion 112b in which the width W1 on the fixed end 110b side is smaller than the width W2 on the free end 110a side. did.
  • the length of the narrow portion 112b is arbitrary.
  • the second surface 114 and the third surface 116 are provided up to the vicinity of the piezoelectric element 120 on the first surface 112. Since the width W1 of the narrow portion 112b of the first surface 112 on which the piezoelectric element 120 is provided is smaller than the width W2 on the free end 110a side, the second surface 114 and the third surface 116 are separated from the small width portion 112b. Are not connected, and a gap is formed between the small width portion 112b and the small width portion 112b.
  • the portion of the first surface 112 that is connected to the second surface 114 and the third surface 116 does not bend and vibrate, but the narrow portion 112b is not connected to the second surface 114 and the third surface 116. Therefore, it bends and vibrates.
  • the piezo fan 500 of the present embodiment reduces the side leakage of the wind to the vicinity of the piezoelectric element 120 by the second surface 114 and the third surface 116 provided to the vicinity of the piezoelectric element 120 on the first surface 112. can do. Therefore, the spread of the wind direction is suppressed, the directivity is increased, the air volume is large, and the wind speed is increased.
  • the second surface 114 and the third surface 116 are rectangular as shown in FIG. 1, but in the piezo fan 600 of this embodiment, as shown in FIG.
  • the second surface 114 and the third surface 116 have a trapezoidal shape whose width increases toward the free end 110a.
  • the air volume and the wind speed are increased and the directivity of the wind direction is enhanced as in the first embodiment.
  • the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116 of the air blowing member 110 are integrally configured.
  • the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116 of the air blowing member 110 can be configured with different parts.
  • fitting grooves 114 a and 116 a are formed at the center in the short direction of the second surface 114 and the third surface 116 over the entire length in the longitudinal direction.
  • the fitting grooves 114a and 116a are fitted with the both side edges of the first surface 111 respectively inserted.
  • the shape seen from the free end 110a side of the ventilation member 110 can be made into an H shape similarly to FIG.
  • a fitting groove is provided on the first surface 112
  • a protrusion is provided on the second surface 114 and the third surface 116
  • the second surface 114 and the third surface are formed in the fitting groove of the first surface 112.
  • a protrusion may be fitted to the surface 116.
  • various shapes and structures can be adopted for the protrusions and the fitting grooves in order to facilitate manufacture and assembly, to prevent misalignment, and the like.
  • the air volume and the wind speed are increased and the directivity of the wind direction is enhanced as in the first embodiment.
  • the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116 of the air blowing member 110 are configured with different parts
  • the surface 114 and the third surface 116 may be made of different materials.
  • the first surface 112 since the first surface 112 is incited, it can be made of a material having higher bending strength than the second surface 114 and the third surface 116. According to such a configuration, it is possible to increase the strength of the piezo fan 100 and extend its life.
  • the second surface 114 and the third surface 116 are used for determining the directionality of the wind, the second surface 114 and the third surface 116 can be made of a material having a specific gravity smaller than that of the first surface 112. According to this configuration, the overall weight of the piezo fan can be reduced, the strength of the piezo fan 500 can be increased, and the life can be extended.
  • first surface 112 the second surface 114, and the third surface 116 is integrally formed, and the other is formed by another component. It may be configured. That is, the first surface 112 and the second surface 114 are configured integrally, the third surface 116 is configured with another component, or the first surface 112 and the third surface 116 are configured integrally,
  • the second surface 114 may be composed of another component.
  • the piezo fans 200, 300, 400, 500, and 600 of the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, and the sixth embodiment are also similar to the seventh embodiment.
  • the first surface 112, the second surface 114, and the third surface 116 may be formed of different members, or may have different materials and different strengths.
  • the second surface 114 and the third surface 116 are configured to be perpendicular to the first surface 112 and parallel to each other, but the present invention is not limited to this.
  • the second surface 114 and the third surface with respect to the first surface 112 in order to arbitrarily change the generated wind direction, the air volume, etc., depending on the arrangement of the piezo fan 100 and the cooling target and other parts nearby.
  • the angle of 116 and the angle between the second surface 114 and the third surface 116 can be arbitrarily changed.
  • the second to seventh embodiments are all application examples of the first embodiment, but these application examples can be arbitrarily combined with one or more.

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Abstract

　冷却対象に対して効果的に風を送ることの可能なピエゾファンを提供する。　自由端１１０ａ及び固定端１１０ｂを有する送風部材１１０と、送風部材１１０に固着される板状の圧電素子１２０とを備え、圧電素子１２０によって送風部材１１０の自由端１１０ａが振動させられるように構成されるピエゾファン１００であって、送風部材１１０が、圧電素子１２０が固着される第１の面１１２と、第１の面１１２に対して垂直であり互いに平行な第２の面１１４及び第３の面１１６と、からなることによって、送風部材１１０の自由端１１０ａの形状がＨの字型である。送風部材の送風口の形状を、Ｈの字型に形成したことによって、風の横漏れを効果的に防ぐことができ、風の方向性を高めることができる。

Description

ピエゾファン
　本発明は、圧電素子を利用して送風板を駆動する超薄型ファンであるピエゾファンに関する。
　電子機器等の局所的発熱源を冷却するためのファンとして、圧電素子を利用した超薄型ファンであるピエゾファンが知られている。ピエゾファンは、圧電素子に交流を印加することによって、板状体が振幅し、風を送り出すものである（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されるピエゾファンは、圧電素子に形成されている電極（図示せず）と導体からなる振動板とに、駆動交流電源から電圧を印加して駆動させる。圧電素子が伸縮を行うと、振動板の自由端がうちわ状に屈曲振動を行い、ファンとして駆動する。特許文献１に開示されるピエゾファンは、複数の振動板を備えており、各振動板がヒートシンクの複数の放熱フィンの間に配置されている。
特開２０１２－１８４６６５号公報
　ところで、平板状の振動板がうちわ状に屈曲振動を行うのみでは、所望の方向に必要な風量を送ることが難しい。さらに、振動板と放熱フィンとの間には、これらの接触を防止するためにクリアランスがあることがから、例えば、風の横漏れが起きるなどして、風向が乱れる。このため、振動板が放熱フィンに効率的に風を送ることが難しく、ヒートシンクの冷却効率が悪いという問題があった。また、冷却効率を向上させるためには、振動板と放熱フィンとのクリアランスを極力小さくする必要がある。このため、振動板の大きさをヒートシンクの放熱フィンの間隔に合わせて調整する必要があるという問題があった。さらに、冷却効率を向上させるためには、風量を多くすることが考えられるが、このためにピエゾ素子を大きくすると、製造コストの増大や電力の増大を招くだけでなく、振動板の劣化を早めてしまう。
　そこで本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、冷却効率を向上させるために、冷却対象に対して効果的に風を送ることの可能な、新規かつ改良されたピエゾファンを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明によれば、自由端及び固定端を有する送風部材と、前記送風部材に固着される板状の圧電素子とを備え、前記圧電素子によって前記送風部材の自由端が振動させられるように構成されるピエゾファンであって、前記送風部材が、前記圧電素子が固着される振動面と、前記振動面の一方または両方の側縁に設けられる側面と、からなることを特徴とする、ピエゾファンが提供される。このような構成の一例としては、前記送風部材の前記自由端の形状をＨの字型とすることができる。また、前記振動面と前記側面とは、一体に構成してもよい。
　かかる本発明によれば、送風部材を、圧電素子が固着される振動面と、振動面の一方または両方の側縁に設けられる側面とにより構成したことによって、振動面によって発生した風の横漏れを側面によって効果的に防ぐことができ、風の方向性を高めることができる。このようにして、冷却対象に対して、効果的に風を送ることが可能である。
　本発明のピエゾファンは、様々な応用が可能である。例えば、前記振動面の自由端側の端部よりも前記側面の自由端側の一方又は両方の端部が突出している構成とすることができる。かかる構成によれば、ピエゾファンの先端から送り出された風が拡散することが一層防止される。このため、風量及び風速が大きくなるとともに、風向の指向性が高められる。
　また、前記側面は、前記振動面の両面からの突出高さが非対称であってもよい。特に、非対称の極限的な構成として、側面を、振動面の片面からのみ突出している構成としてもよい。かかる構成によれば、より大きく突出している面から送り出される風量及び風速が大きくなる。また、近接して配置されている他の部品がある場合、側面と他の部品との間隔を大きくすることができるので、ピエゾファンが屈曲振動した際に、他の部品に当接することが防止される。
　また、前記振動面と前記側面とは、別の部品で構成されるようにしてもよい。このとき、前記振動面と前記側面とは、異なる材質で構成してもよい。特に、前記振動面を前記側面よりも曲げ強度の高い材質したり、前記側面を前記振動面よりも比重の小さい材質で構成したりすれば、ピエゾファンの強度を高めて、寿命を延ばすことができる。
　なお、以上説明した本発明の応用例は、二以上を組み合わせることができる。
　本発明によれば、ピエゾファンからの風の横漏れを効果的に防ぐことができ、風の方向性を高めることができる。このようにして、冷却対象に対して、効果的に風を送ることが可能である。本発明のその他の作用効果については、以下の発明を実施するための形態の項でも説明する。
第１の実施形態にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。 図１のピエゾファンを矢印Ａ方向から見た図である。 図１のピエゾファンの電気的な接続を示す図である。 ピエゾファンを側方から見た風量及び風向のシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は従来のピエゾファンの風量及び風向を示し、（ｂ）は本実施形態のピエゾファンの風量及び風向を示す。 ピエゾファンを上から見た風量及び風向のシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）は従来のピエゾファンの風量及び風向を示し、（ｂ）は本実施形態のピエゾファンの風量及び風向を示す。 ピエゾファンとヒートシンクの配置を示す図である。 第２の実施形態にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。 第３の実施形態にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。 第３の実施形態の別の例にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。 第４の実施形態にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。 第５の実施形態にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。 第５の実施形態にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。 第６の実施形態にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。 第７の実施形態にかかるピエゾファンの概略構成を示す図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるピエゾファン１００の概略構成を示す図である。
　本実施形態にかかるピエゾファン１００は、図１に示したように、自由端１１０ａ及び固定端１１０ｂを有する送風部材１１０と、送風部材１１０に固着される板状の圧電素子１２０とを備える。そして、圧電素子１２０によって、送風部材１１０の自由端１１０ａが振動させられるように構成されている。以下、順に説明する。
（送風部材１１０）
　送風部材１１０は、圧電素子１２０が固着される第１の面１１２と、第１の面１１２に対して垂直であり互いに平行な第２の面１１４及び第３の面１１６と、からなる。このような構成によって、送風部材１１０の自由端１１０ａの形状がＨの字型である。図２は、図１のピエゾファン１００を自由端１１０ａ側（図１の矢印Ａ方向）から見た図である。
　送風部材１１０は、その一端が自由端１１０ａとされ、他端が固定端１１０ｂとされている。送風部材１１０の自由端１１０ａ側には、図１に示したように、第２の面１１４及び第３の面１１６が配置されている。また、固定端１１０ｂ側の第１の面１１２上には、後述する圧電素子１２０が配置されている。固定端１１０ｂは、ピエゾファン１００が取り付けられる電子機器等の筺体（図示せず）に固定され、振動の節となる端部のことを指す。
　本実施形態では、図２に示したように、第１の面１１２、第２の面１１４及び第３の面１１６は、同じ材質で、一体に構成されている。送風部材１１０を構成する第１の面１１２、第２の面１１４及び第３の面１１６は、薄い板状に形成されている。第１の面１１２は長方形状であり、例えば、長さ７０ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚み０．５ｍｍである。第２の面１１４と第３の面１１６は、同様の形状であり、第２の面１１４及び第３の面１１６の大きさは、例えば、長さ３５ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚み０．５ｍｍである。第１の面１１２、第２の面１１４及び第３の面１１６は、例えばＮｉ－Ｆｅ合金からなる導電体で構成することができる。なおここで説明した送風部材１１０の寸法及び材質は、一例に過ぎずこれに限定されるものではない。
（圧電素子１２０）
　圧電素子（piezoelectric element）は一般に、圧電効果を利用した受動素子であり、圧電体に加えられた力を電圧に変換したり、あるいは電圧を力に変換したりする素子である。piezoelectric elementの読みからピエゾ素子とも称される。本実施形態の圧電素子１２０は、例えば、長さ２５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み０．１３ｍｍの板状であり、主面に電極が形成されている。圧電素子１２０は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成することができる。なお、ここで説明した圧電素子１２０の寸法及び材質は、一例に過ぎずこれに限定されるものではない。
　以上、本実施形態にかかるピエゾファン１００の構成について説明した。次に、図３を参照しながら、ピエゾファン１００の電気的な接続について説明する。
　ピエゾファン１００には、図３に示したように、圧電素子１２０に形成されている電極（図示せず）と、導体からなる送風部材１１０とに、交流電源１３０から電圧を印加される。交流電源１３０から電圧が引加されると、圧電素子１２０のランダムに配列されたイオンが整列するため、圧電素子１２０の変形が引き起こされる。圧電素子１２０の変形は、交流電源１３０の周波数と同じ周波数で起きるため、圧電素子１２０は、交流電源１３０と同じ周波数で長さ方向に伸縮を行う。圧電素子１２０が長さ方向に伸縮を行うと、送風部材１１０の一端(固定端１１０ｂ）が固定されているために、自由端１１０ａが圧電素子１２０の厚み方向（図３中矢印Ｂ方向）にうちわ状に屈曲振動を行う。このようにして、ピエゾファン１００の自由端１１０ａ側から、後述するヒートタンクや冷却対象に対して風が送られる。
（シミュレーション）
　次に、本実施形態のピエゾファン１００を駆動させたときの、風量及び風向のシミュレーションについて、図４及び図５を参照しながら説明する。図４及び図５は、風量及び風向のシミュレーション結果を示す図であり、図４（ａ）及び図５（ａ）は、従来のピエゾファンの風量及び風向を示し、図５（ｂ）及び図５（ｂ）は、本実施形態のピエゾファン１００の風量及び風向を示す。なお、従来のピエゾファンとは、本実施形態のピエゾファン１００の第１の面１１２に相当する要素のみで構成されており、第２の面１１４及び第３の面１１６に相当する要素を備えていないものとする。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）はいずれも側面から見た図であり、紙面の上下方向はピエゾファンの振動方向である。図４（ｂ）のピエゾファン１００は図示の便宜上、簡略化して示されている。図４（ａ）の円Ｃ内は従来のピエゾファンの自由端から送り出された風の状態を示し、（ｂ）の円Ｄ内は本実施形態のピエゾファン１００の自由端１１０ａから送り出された風の状態を示す。これらに示されるように、本実施形態のピエゾファン１００では、従来のピエゾファンに比べて風の横漏れが少なく、風向が拡散しておらず、指向性が高められており、風量が多く風速が強いことがわかる。
　また、図５（ａ）及び図５（ｂ）はいずれも上から見た図であり、紙面の上下方向はピエゾファンの振動方向と直交する方向である。図５（ｂ）のピエゾファン１００は図示の便宜上、簡略化して示されている。図５（ａ）の楕円Ｅ内は従来のピエゾファンの自由端から送り出された風の状態を示し、図５（ｂ）の円Ｆ内は本実施形態のピエゾファン１００の自由端から送り出された風の状態を示す。これらに示されるように、本実施形態のピエゾファン１００では、従来のピエゾファンに比べて風の横漏れが少なく、風向が拡散しておらず、指向性が高められており、風量が多く風速が強いことがわかる。
　また、図５（ｂ）の矢印Ｇは、第２の面１１４及び第３の面１１６の取付け範囲を示し、図５（ａ）の楕円Ｈの部分は図５（ｂ）の矢印Ｇに対応する位置の風量及び風向を示す。これらに示されるように、本実施形態のピエゾファン１００では、従来のピエゾファンに比べて、ピエゾファン１００の側方からの風の横漏れが少ないことがわかる。なお、本実施形態のピエゾファン１００においても、図５（ｂ）の楕円Ｉ内に示されるように、第２の面１１４及び第３の面１１６よりも固定端側の部分においては、横漏れが少し発生するが、この部分は固定端１１０ｂに近くピエゾファン１００の振動の大きさも小さいため、風量及び風向に対する影響は大きくないと思われる。なお、この部分の風の横漏れを防ぎたい場合は、第１面１１２に対する第２面１１４及び第３面１１６の取り付け幅を大きくし、この部分にも第２の面１１４及び第３の面１１６が設けられるようにして対応することができる。第１面１１２に対する第２面１１４及び第３面１１６の取り付け幅は任意であり、ピエゾファン１００の構造との兼ね合いによって設定されることができる。
　このように、本実施形態のピエゾファン１００は、第１の面１１２と第２の面１１４及び第３の面１１６とが一体に構成されていることにより、第１の面１１２と第２の面１１４及び第３の面１１６とのクリアランスがゼロである。このため、従来のピエゾファンに比べて風の横漏れが少なく、風向が拡散しておらず、指向性が高められており、風量が多く風速が強くなる。
　一方、従来のピエゾファンでは、本実施形態の第２の面１１４及び第３の面１１６に相当する部分が存在せず、第１の面１１２のみで構成されているため、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、横漏れが大量に発生する。このため、自由端から送り出される風量が小さく、風速も小さくなる。なお、このような従来のピエゾファンは、ヒートシンクのブレード間に配置して用いられる場合がある。このような場合、ピエゾファンの両側部にブレードが存在することになるが、ピエゾファンとブレードとの間には接触を防止するためにクリアランスが設けられており、横漏れした風は隙間を通って移動する。このため、従来のピエゾファンをヒートシンクのブレード間に配置した場合でも、風向が拡散して、ピエゾファンの自由端から送り出される風量が小さくなり、風速が弱くなる。
　これに対し、本実施形態のピエゾファン１００は、図６に示したように、ヒートシンク３００の後方に設置することができる。ヒートシンク３００は、並設される複数のブレード３１０を備えており、電子部品の冷却に用いられる。上述したように、交流電源１３０から圧電素子１２０に電圧が印加されると、ピエゾファン１００が圧電素子１２０の厚み方向（図６中矢印Ｂ方向）にうちわ状に屈曲振動を行う。これにより、ピエゾファン１００は固定端１１０ｂ側から空気を取り込み、図６中矢印Ｊで示したように、自由端１１０ａから風を送り出す。送り出された風は、図６中矢印Ｋで示したように、ピエゾファン１００の前方のヒートシンク３００の複数のブレード３１０間を通過する。
　この際、ピエゾファン１００とヒートシンク３００との間隔は適宜設定することができる。ピエゾファン１００とヒートシンク３００の間隔が小さいほど、ヒートシンク３００を通過する風量及び風速が大きくなり、冷却の効率が向上する。また、ピエゾファン１００をヒートシンク３００の後方に配設することにより、ヒートシンク３００の隣り合うブレード３１０の間隔に合わせて、ピエゾファン１００の幅を調整する必要がない。
（第１の実施形態の効果）
　以上説明したように、本実施形態によれば、送風部材１１０の自由端１１０ａ側をＨの字型に形成したことによって、風の横漏れを効果的に防ぐことができ、風の方向性を高めることができる。このようにして、冷却対象に対して、効果的に風を送ることが可能である。
（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態の応用例であり、以下の説明及び図面において、第１の実施形態と同様の機能を有する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
　上記第１の実施形態では、図１に示したように、ピエゾファン１００の自由端１１０ａ側の第１の面１１２、第２の面１１４及び第３の面１１６のそれぞれの端部を一致させた例について説明した。本実施形態のピエゾファン２００においては、図７に示したように、第２の面１１４及び第３の面１１６の端部１１４ｂ、１１６ｂの位置を第１の面１１２の端部１１２ａの位置よりも突出させる構成とする。このような構成により、第１の面１１２の先端から送り出された風が拡散することが一層防止される。このため、風量及び風速が大きくなるとともに、風向の指向性が高められる。
　また、本実施形態では、ヒートシンク３００の一部を、第１の面１１２、第２の面１１４及び第３の面１１６によって画成される空間に挿入することができる。これにより、第１の面１１２から送り出された風がほとんど拡散することなくヒートシンク３００を通過することができる。
　なお、本実施形態では、第２の面１１４及び第３の面１１６の両方の端部１１４ｂ、１１６ｂの位置を第１の面１１２の端部１１２ａの位置よりも突出させた。しかし、例えば、ピエゾファン２００の周りに他の構成部品が近接配置されている場合、他の構成部品への干渉を防止する必要が生じる。このため、第２の面１１４及び第３の面１１６のどちらか一方を突出させたり、第２の面１１４及び第３の面１１６の両方又は一方の端部１１４ｂ、１１６ｂの位置を第１の面１１２の端部１１２ａの位置より後退させたりしてもよい。このように第１の面１１２に対する第２の面１１４及び第３の面１１６の位置は、任意に変更することができる。
（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態の応用例であり、以下の説明及び図面において、第１の実施形態と同様の機能を有する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
　上記第１の実施形態では、図１に示したように、第１の面１１２から上下方向に突出する第２の面１１４及び第３の面１１６の突出高さを上下対称にする例について説明した。本実施形態のピエゾファン３００では、図８に示したように、第１の面１１２から上下方向に突出する第２の面１１４及び第３の面１１６の突出高さを上下非対称にした。図８に示した一例では、上方への突出高さを大きくした。
　このように突出高さを上下非対称にすることにより、より大きく突出している面から送り出される風量及び風速が大きくなる。また、第２の面１１４及び第３の面１１６に近接して配置されている他の部品がある場合、突出高さを上下非対称にすることにより、第２の面１１４及び第３の面１１６と他の部品との間隔を大きくすることができるので、ピエゾファン３００が屈曲振動した際に、他の部品に当接することが防止される。
　なお、本実施形態の別の例として、図９に示すように、第１の面１１２の下方への第２の面１１４及び第３の面１１６の突出高さをゼロにして、上方のみ突出させて、自由端１１０ａ側から見た形状がコ字状となるようにしてもよい。なお、逆に、第１の面１１２の下方のみ第２の面１１４及び第３の面１１６を突出させた形状としてもよい。
（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態の応用例であり、以下の説明及び図面において、第１の実施形態と同様の機能を有する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
　上記第１の実施形態では、第１の面１１２の両側部に第２の面１１４及び第３の面１１６を設ける例について説明した。本実施形態のピエゾファン４００では、第２の面１１４と第３の面１１６のどちらか一方を設ける。一例として、図１０では、第３の面１１６のみを設けた構成となっている。これにより、第１の面１１２に近接して配置されている他の部品がある場合、ピエゾファン４００が屈曲振動した際に、当接することが防止される。
（第５の実施形態）
　本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態の応用例であり、以下の説明及び図面において、第１の実施形態と同様の機能を有する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
　上記第１の実施形態では、図１に示したように、第１の面１１２が長方形状である例について説明した。本実施形態のピエゾファン５００では、図１１に示したように、第１の面１１２に、これの固定端１１０ｂ側の幅Ｗ１を自由端１１０ａ側の幅Ｗ２よりも小さくした小幅部１１２ｂを形成した。この小幅部１１２ｂの長さは任意である。
　さらに、本実施形態のピエゾファン５００では、図１１及び図１２に示したように、第２の面１１４及び第３の面１１６を第１の面１１２の圧電素子１２０の近傍まで設けた。圧電素子１２０が設けられている第１の面１１２の小幅部１１２ｂの幅Ｗ１は自由端１１０ａ側の幅Ｗ２よりも小さいため、第２の面１１４及び第３の面１１６は、小幅部１１２ｂとは連結されず、小幅部１１２ｂとの間に隙間が形成される。
　第１の面１１２のうち第２の面１１４及び第３の面１１６と連結されている部分は屈曲振動しないが、小幅部１１２ｂは第２の面１１４及び第３の面１１６と連結されていないため屈曲振動する。これにより、本実施形態のピエゾファン５００は、第１の面１１２の圧電素子１２０の近傍まで設けられた第２の面１１４及び第３の面１１６により圧電素子１２０近傍まで風の横漏れを少なくすることができる。よって、風向の拡散が抑えられ、指向性が高められ、風量が多く風速が強くなる。
（第６の実施形態）
　本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態の応用例であり、以下の説明及び図面において、第１の実施形態と同様の機能を有する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
　上記第１の実施形態では、図１に示したように、第２の面１１４及び第３の面１１６は長方形状であるが、本実施形態のピエゾファン６００では、図１３に示したように、第２の面１１４及び第３の面１１６を自由端１１０ａ側に向かって幅が広がる台形状とした。
　以上のように構成される送風部材１１０を用いたピエゾファン６００も、上記第１の実施形態と同様に、風量及び風速が大きくなるとともに、風向の指向性が高められる。
（第７の実施形態）
　本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態の応用例であり、以下の説明及び図面において、第１の実施形態と同様の機能を有する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
　上記第１の実施形態では、図２に示したように、送風部材１１０の第１の面１１２、第２の面１１４及び第３の面１１６が一体に構成される。本実施形態のピエゾファン７００では、図１４に示したように、送風部材１１０の第１の面１１２、第２の面１１４及び第３の面１１６を、異なる部品で構成することができる。図１４の例では、第２の面１１４と第３の面１１６の短手方向中央位置に、長手方向全長にわたって嵌合溝１１４ａ、１１６ａがそれぞれ形成されている。嵌合溝１１４ａ、１１６ａは、図１４の矢印Ｌで示すように、第１の面１１１の両側縁部がそれぞれ挿入されてそれぞれと嵌合する。このようにして、図２と同様に、送風部材１１０の自由端１１０ａ側から見た形状をＨの字型にすることができる。
　なお、図１４に示した例とは、結合の凹凸構造を逆にしてもよい。すなわち、第１の面１１２に嵌合溝を設け、第２の面１１４及び第３の面１１６に突条を設けて、第１の面１１２の嵌合溝に第２の面１１４及び第３の面１１６に突条を嵌合させるようにしてもよい。この場合の突条や嵌合溝は、製造や組み付けの容易性や位置ずれ防止等のために、さまざまな形状・構造を採用することができる。
　以上のように構成される送風部材１１０を用いたピエゾファン７００も、上記第１の実施形態と同様に、風量及び風速が大きくなるとともに、風向の指向性が高められる。
　なお、図１４に示したように、送風部材１１０の第１の面１１２、第２の面１１４及び第３の面１１６を異なる部品で構成した場合には、これら第１の面１１２、第２の面１１４、第３の面１１６を異なる材質で構成してもよい。
　より詳細には、第１の面１１２は、扇動するものであることから、第２の面１１４及び第３の面１１６よりも、曲げ強度の高い材質で構成することができる。かかる構成によれば、ピエゾファン１００の強度を高めて、寿命を延ばすことができる。
　また、第２の面１１４及び第３の面１１６は、風の方向性を決めるために用いるものであることから、第１の面１１２よりも比重の小さい材質で構成することができる。かかる構成によれば、ピエゾファンの全体の重量を小さくすることができ、ピエゾファン５００の強度を高めて、寿命を延ばすことができる。
　また、図２及び図１４に示した例とは異なり、第１の面１１２と、第２の面１１４と第３の面１１６のいずれか一方のみを一体に構成し、他方を別の部品で構成してもよい。すなわち、第１の面１１２と第２の面１１４を一体に構成し、第３の面１１６を別の部品で構成したり、第１の面１１２と第３の面１１６を一体に構成し、第２の面１１４を別の部品で構成したりしてもよい。
　なお、第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態、及び第６の実施形態のピエゾファン２００、３００、４００、５００、６００についても、第７の実施形態と同様に、第１の面１１２と、第２の面１１４と第３の面１１６とを別部材で構成したり、それぞれ異なる材質及び異なる強度としたりしてもよい。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上記実施形態では、第２の面１１４及び第３の面１１６を第１の面１１２に対して垂直であり互いに平行に構成したが、本発明はこれに限定されない。ピエゾファン１００と冷却対象の配置や、付近のその他の部品の配置などによって、発生させる風向、風量などを任意に変化せるために、第１の面１１２に対する第２の面１１４及び第３の面１１６の角度や、第２の面１１４と第３の面１１６との角度を任意に変更することができる。
　また、上記第２～第７の実施形態は、いずれも第１の実施形態の応用例であるが、これらの応用例は、一又は二以上を任意に組み合わせることが可能である。
　１００　　ピエゾファン
　１１０　　送風部材
　１１０ａ　自由端
　１１０ｂ　固定端
　１１２　　第１の面
　１１４　　第２の面
　１１４ａ　嵌合溝
　１１６　　第３の面
　１１６ａ　嵌合溝
　１２０　　圧電素子
　１３０　　交流電源

Claims (10)

  1. 　自由端及び固定端を有する送風部材と、前記送風部材に固着される板状の圧電素子とを備え、前記圧電素子によって前記送風部材の自由端が振動させられるように構成されるピエゾファンであって、
    　前記送風部材が、前記圧電素子が固着される振動面と、前記振動面の一方または両方の側縁に設けられる側面と、からなることを特徴とする、ピエゾファン。
  2. 　前記送風部材の前記自由端の形状がＨの字型であることを特徴とする、請求項１に記載のピエゾファン。
  3. 　前記振動面と前記側面とは、一体に構成されることを特徴とする、請求項１に記載のピエゾファン。
  4. 　前記振動面の自由端側の端部よりも前記側面の自由端側の一方又は両方の端部が突出していることを特徴とする、請求項１に記載のピエゾファン。
  5. 　前記側面は、前記振動面の両面からの突出高さが非対称であることを特徴とする、請求項２に記載のピエゾファン。
  6. 　前記側面は、前記振動面の片面からのみ突出していることを特徴とする、請求項１に記載のピエゾファン。
  7. 　前記振動面と前記側面とは、別の部品で構成されることを特徴とする、請求項１に記載のピエゾファン。
  8. 　前記振動面と前記側面とは、異なる材質で構成されることを特徴とする、請求項７に記載のピエゾファン。
  9. 　前記振動面は、前記側面よりも曲げ強度の高い材質で構成されることを特徴とする、請求項８に記載のピエゾファン。
  10. 　前記側面は、前記振動面よりも比重の小さい材質で構成されることを特徴とする、請求項８に記載のピエゾファン。
     
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