(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１柔軟構造体（１４）と、
第２柔軟構造体（１６）と、
前記第１及び第２柔軟構造体のそれぞれに取り付けられ、電気的刺激による圧力を発生することが可能な少なくとも１つの活性部材（２４、２６）と、
前記第１及び第２柔軟構造体の間に位置し、チャンバ（２０）を画成する対応部材（１８）であって、前記チャンバと周囲環境との間の流体連通を容易にするための複数の孔を備え、前記複数の孔は周囲流体を異なる方向に向ける、対応部材（１８）と、
を備えた噴出器が積層配置され、
基底部によって支持され、熱管理システムを囲む羽根を備える基底部（１２９）の上に位置され、
積層配置された複数の前記噴出器の間に支持体を有する、
加熱環境向け熱管理システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの活性部材（２４、２６）に電流を提供するための電気回路を備える、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に熱管理システムに関し、より具体的には組み込み環境で使用される熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
組み込み電子システムを有する環境（以下組み込み環境又は熱環境という）には、熱管理の課題がある。このようなシステムは、通常動作の一部として廃熱を発生するが、組み込み電子機器の正常な動作及び信頼性のために、この熱を除去する必要がある。組み込み電子機器の冷却を可能にする熱管理システムの設計は、スペースが限られているため大変な難題である。組み込み電子機器の例として、シングルボード・コンピュータ、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）、オペレータ・インターフェース・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ポケット・コンピュータ、及びその他の小型電子機器が挙げられるが、熱管理システムに利用可能なスペースは限られている。電子部品からの熱の除去を支援するための熱管理システムとして、受動冷却ヒートシンクや強制空冷が知られている。更に、電子部品によって発生された熱を、その電子部品が実装されている基板に伝導させ、それによって狭域の熱を広域に移動させる方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第2006-196638A１号明細書
【特許文献２】米国特許第6801430B1号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第2030911A号明細書
【特許文献４】特願平03-116961A号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第2003/043531A1号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、肺様噴出器（pleumo‐jet）を含む加熱環境向け熱管理システムに関する実施例を含む。肺様噴出器は、チャンバを画定する少なくとも１つの壁と、少なくとも１つの壁上の少なくとも１つの活性部材と、少なくとも１つの壁の内側にあってチャンバを包囲する対応部材とを含む。対応部材は、チャンバと加熱環境との間の流体連通を容易にする、少なくとも１つの開口部を有している。
【０００５】
本発明は、第１柔軟構造体と、第２柔軟構造体と、第１及び第２柔軟構造体のうち少なくとも１つの上に設けられた少なくとも１つの活性部材と、第１及び第２柔軟構造体の間に位置してチャンバを画定する対応部材とを含む肺様噴出器に関する実施例を含む。
【０００６】
本発明は、加熱環境向け冷却システムに関する実施例を含む。冷却システムは、自由末端と固定末端とを有する基板と、基板上に位置する少なくとも１つの圧電素子と、少なくとも１つの圧電素子に電流を供給するための電気回路と、を含む。
【０００７】
本発明は、肺様噴出器を製造するための方法に関する実施例を含む。この方法は、少なくとも１つが取付けられた活性部材を有する１対の柔軟構造体を用意するステップと、１対の柔軟構造体の間に少なくとも１つの孔を有する対応部材を取り付けるステップと、１対の柔軟構造体に電気接点を追加するステップとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
上述およびその他の特徴は、添付図面に関連して開示する以下に詳細に説明する本発明の好ましい実施形態から、さらに明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に基づいて製造された肺様噴出器を利用する熱管理システムの側面断面図である。
【図２】肺様噴出器の位置が変更された、図１の熱管理システムを示す側面断面図である。
【図３】本発明の実施例に基づいて製造された熱管理システムの平面図である。
【図４】線分ＩＶ−ＩＶに沿った図３の熱管理システムの断面図である。
【図５】本発明の実施例に基づいて製造された肺様噴出器の平面図である。
【図６】本発明の実施例に基づいて製造された肺様噴出器の平面図である。
【図７】図６の肺様噴出器の側面図である。
【図８】本発明の実施例に基づいて製造された、圧電的に駆動された柔軟冷却装置を利用している熱管理システムの模式図である。
【図９】圧電的に駆動された柔軟冷却装置の位置が変更された、図８の熱管理システムを示す模式図である。
【図１０】本発明の実施例に基づいて肺様噴出器を形成する処理ステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１及び２を参照すると、断面図において、複数の冷却対象電子部品３２ａ−ｄを有する回路基板アッセンブリ（ＰＣＡ）３０の近傍に配置された肺様噴出器１２を含む熱管理システム１０を示す。ＰＣＡ３０は、本発明の実施例に関して描かれているが、当然のことながら熱管理システム１０はいかなる適切な組み込み環境において利用されてもよく、ＰＣＡ３０に関する記述は、単に説明の便宜上のものである。ＰＣＡ３０は、例えば、いくつか例を挙げると、シングルボード・コンピュータ、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）、ラップトップ・コンピュータ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ポケット・コンピュータなどの、多くの小型電子機器において加熱環境で使用され得る。肺様噴出器１２は、その使用に相応しいサイズであり、通常はメソスケール又はマイクロスケールである。
【００１１】
肺様噴出器１２は、大気の脈動流体ストリームが装置１２から発生して冷却対象電子部品３２ａ−ｄに向けられるように配置されている。図１に示すように、大気である流体流、又は別の流体流は、冷却対象電子部品３２ｂに向かう方向Ａに向けられている。あるいは、肺様噴出器１２を、冷却対象電子部品３２ｂに向かう方向Ｂに向けて配置してもよい（図２）。
【００１２】
肺様噴出器１２は、第１構造体又は壁１４と、第２構造体又は壁１６とを含む。壁１４、１６は、例えば、金属、箔、プラスチック、又は高分子複合材料などの、可撓性材料で形成されている。対応部材１８は、対の壁１４、１６の間に位置し、壁１４、１６と対応部材１８との組み合わせでチャンバ２０を形成している。少なくとも１つの孔２２は、チャンバ２０と装置１２の外部の環境との間の経路となる。図面においては、１対の対向する壁１４、１６で示しているが、当然ながら、この２つの壁の代わりに、対応部材１８に沿う１つの壁（円筒を形成するように包み込む）が、肺様噴出器１２のような肺様噴出器を形成してもよい。
【００１３】
壁１４、１６のうちの少なくとも１つに配置されているのは、例えば圧電材料などのような活性部材である。図示のように、壁１４、１６の上に活性部材２４及び２６がそれぞれ配置されている。適切な活性部材は、電気的刺激による圧力を発生させることが可能なものである。適切な活性部材の例としては、圧電材料、磁気歪み材料（互いに引き合い／対抗するコイルからの磁場）、形状記憶合金、及びモーター不均衡（質量不均衡なモーターが振動運動を発生させる）などがある。圧電材料の一部において、適切な活性部材は、２つの圧電層が位相から外れて活性化されて曲げを発生させるバイモルフ圧電構成と、プレストレスト・ステンレス鋼製のシム上に１つの圧電層が設けられているサンダー構成と、真鍮製のシム上に１つの圧電層が設けられているブザー素子構成と、フレキシブル回路上の圧電ファイバがシムに接続されているＭＦＣ構成とを含む。
【００１４】
活性部材２４、２６は、セラミック材を包含していてもよい。活性部材２４、２６のいずれか又は両方に電流を提供するために、電気回路（図８に模式的に描写）が肺様噴出器１２に取り付けられている。電流は、正弦波、矩形波、三角波、又はその他のいかなる適切な波形として提供されてもよく、当然ながら、電流の波形はいかなる特定の波形にも限定されない。具体的には、例えば、正弦波などの、より低い高調波を有する電流によって、より静かな肺様噴出器１２を用意できる。
【００１５】
図３及び４は、本発明の別の実施例による熱管理システム１１０を示す。熱管理システム１１０は肺様噴出器システム１１１を含み、これは積層配置された複数の肺様噴出器を有する。図示されるように、肺様噴出器システム１１１は、積層は位置された肺様噴出器１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃを含む。肺様噴出器１１２ｃは、基底部１２９の上に位置し、１つ以上の支持体１２７によってこの位置に支持される。肺様噴出器１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃは、選択的に例外的な孔はあるが、肺様噴出器１１２（図１、２）と類似の構造を有する。具体的には、肺様噴出器１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃはそれぞれ、チャンバ１２０を形成する柔軟壁と対応部材とを含み、柔軟壁はそれぞれ、１つ以上の活性部材（図示せず）を有する。肺様噴出器１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃの間の支持体は、各肺様噴出器の１つ又は両方の柔軟壁上に活性部材を収容するのに十分なスペースを提供するために必要である。
【００１６】
肺様噴出器１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃのそれぞれは、対応部材を貫通してチャンバ１２０から延在する単一孔１２２を含んでいてもよい。肺様噴出器システム１１１は、肺様噴出器１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃのそれぞれの単一孔１２２がそれぞれ同じ方向に位置するように配置されてもよい（図４）。あるいは、単一孔１２２のそれぞれは、他の単一孔１２２とは異なる方向に大気を誘導する位置にあってもよい（図３）。いずれの隣接する２つの孔１２２にとっても、孔１２２の間の距離は、０度（０°）より大きく９０度（９０°）より小さい範囲内であってもよい。１つの実施例においては、隣接する孔１２２は、約５°から約４５°の範囲で離れていてもよい。
【００１７】
肺様噴出器１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃは羽根１２８によって囲まれており、これらは基底部１２９の上に支持されている。羽根１２８は、電子部品３２ａ−ｄの冷却用の熱伝導のための表面積を増加するのに役立つ。先に説明した肺様噴出器１２と同様に、肺様噴出器１１２ａ、１１２ｂ、及び１１２ｃも、大気のストリームを形成するために、例えば圧電材などの活性部材を利用している。簡潔には、電気回路（図８に示す）からの電流が、活性部材によって受け取られ、機械的エネルギーに変換される。電流は、正弦波、矩形波、三角波、又はその他のいかなる適切な波形をとってもよい。この電流の電圧レベルは１ボルトから１５０ボルトの間であってよいが、あまり限定されるものではない。電流の周波数は、ノイズの減少が要求される実施例においては２ヘルツから３００ヘルツの間であってよく、ノイズレベルを減少する必要のない実施例においては３００ヘルツから１５キロヘルツの間であってもよい。
【００１８】
活性部材は柔軟壁に圧力を発生させて柔軟壁を内側に曲げ、その結果チャンバの容積が変化して、大気がチャンバ１２０の内部に流入し、その後流出し、それによって外気をチャンバ１２０から孔１２２を通じて排出する。
【００１９】
肺様噴出器システムの別の代替実施例を、図５に示す。図面において、具体的には、肺様噴出器システム２１１が、肺様噴出器２１２を支持する基底部２２９を含んでいる。肺様噴出器２１２は、複数の孔２２２を有し、そのそれぞれが異なる径方向に、外向きに延在している。活性部材２２４は、肺様噴出器２１２の柔軟壁の表面に見えている。いずれの隣接する２つの孔２２２にとっても、孔２２２の間の隔たりは、０度（０°）より大きく９０度（９０°）より小さい範囲内であってもよい。１つの実施例においては、隣接する孔２２２は、約５°から約４５°の範囲で離れていてもよい。
【００２０】
図６及び７に、肺様噴出器３１２を示す。肺様噴出器３１２は、第１柔軟壁又は構造体３１４と、第２柔軟壁又は構造体３１６と、柔軟壁３１４、３１６の間に位置する対応部材３１８と、を含む。壁３１４及び３１６は矩形の形状を有し、対応部材３１８と共にチャンバ（図示せず）を形成する。孔３２２は、対応部材３１８を貫通して、チャンバから周囲環境まで延在している。活性部材３２４は壁３１４上に配置され、選択的に活性部材３２６が壁３１６上に配置されている。活性部材は、電気回路（図示せず）から供給される電流によって活性化され、壁３１４（及び３１６）に圧力を発生させて、大気をチャンバ内に取り込み、チャンバから周囲の、加熱した環境へ、大気を排出させることが可能である。
【００２１】
図８及び９は、熱管理システムの別の実施例を示す。熱管理システム４１０は、冷却対象電子部品３２ａ−ｄを含むＰＣＡ３０と協働関係にある圧電送風装置４１２を含むように描写されている。圧電送風装置４１２は、１つの自由末端と、支持部材４２０に固定された１つの末端とを含む。圧電送風装置は、基板４１４及び活性部材４１６を含む。活性部材４１６は、例えば、圧電セラミックを利用してもよい。
【００２２】
電気回路４１８は、圧電送風装置４１２に接続されている。電流を圧電送風装置４１２に流すことにより、活性部材４１６を電気的に帯電させる。活性部材４１６は、基板４１４に圧力を発生させることによって電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換し、基板を固定末端の周囲で回転させる。これにより、冷却対象電子部品３２ａ−ｄに対する圧電送風装置４１２の位置に応じて、方向Ｃ（図８）又は方向Ｄ（図９）に向かう大気の流れが発生する。
【００２３】
次に、図１０を参照して、本発明の実施例による肺様噴出器を形成するためのプロセスを説明する。ステップ５００において、１対の柔軟構造体が提供される。この柔軟構造体は金属製であってもよく、プラスチックや高分子複合材料などの非金属製であってもよい。柔軟構造体の例として、柔軟壁１４、１６（図１、２）、及び柔軟壁３１４、３１６（図６、７）が挙げられる。柔軟構造体のうち１つ又は両方には、電気的刺激によって励起可能な活性部材が固定されている必要がある。活性部材の適切な例には、材料２４、２６（図１、２）、及び材料３２４、３２６（図６、７）がある。
【００２４】
ステップ５０５において、柔軟構造体の間に対応部材が取り付けられる。対応部材は、対応部材１８（図１、２）、又は対応部材３１８（図６、７）であってもよい。対応部材は、柔軟構造体の間にチャンバを画定するよう提供される。対応部材を提供する１つの方法は、液体又は半液体の対応部材を柔軟構造体の１つの上に分注し、もう１つの導電構造体を対応部材の上に置き、対応部材を乾燥させる方法である。液体シリコーン系材料が、このようなプロセスに適していると思われる。対応部材を提供する別の方法は、対応部材の既製シートから対応部材を切り取り、切り取られた対応部材の既製シートを柔軟構造体に接着させる方法である。材料の既製シリコーン系シートがこのプロセスに適していると思われる。
【００２５】
ステップ５１０において、柔軟構造体に電気接点を提供する。電気回路が電気接点に取り付けられる。
限られた数の実施形態に関してのみ本発明を説明してきたが、明らかなように、本発明の実施形態はこれらにとどまらない。本明細書に記載していない様々な変形、変更、代替、または等価の措置を含め、本発明を修正することができ、これらは本発明の本質および精神の範疇にある。また、本発明にかかる様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様としては、これらのいずれかのみを含む場合もあり得ることを理解されたい。従って、本発明は、以上の説明に限定されることなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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