(57)【要約】【課題】多機能シンセティックジェットおよび同製作の方法を提供すること。【解決手段】シンセティックジェットアセンブリは、空胴およびそこに形成された穴を有するシンセティックジェットを含む。本シンセティックジェットアセンブリはまた、裏面の変位を選択的にもたらすためにその本体のその裏面に結合されたアクチュエータ要素、およびそのアクチュエータ要素に電気的に結合された制御ユニットを含む。本制御ユニットは、そのアクチュエータ要素に多周波数駆動信号を送信するように構成され、その多周波数駆動信号は、冷却周波数構成要素、および、その冷却周波数構成要素に重ね合わされた音響周波数構成要素を含む。本冷却周波数構成要素は、冷却ジェットをその本体の穴から排出させる。その音響周波数構成要素は、所望の可聴出力を作り出す。【選択図】図１
2014037826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
そこに形成された空胴および穴を有する、本体と、
裏面の変位を選択的にもたらすために前記本体の前記裏面に結合された、アクチュエータ要素と、
前記アクチュエータ要素に電気的に結合された制御ユニットであって、冷却周波数構成要素および前記冷却周波数構成要素に重ね合わされた音響周波数構成要素を含む多周波数駆動信号を前記アクチュエータ要素に送信するように構成された、制御ユニットと
を備える、シンセティックジェットを備え、
前記冷却周波数構成要素が、前記本体の穴から冷気ジェットを排出させ、
前記音響周波数構成要素が、所望の可聴出力を生み出す、
シンセティックジェットアセンブリ。
【請求項２】
前記冷却周波数構成要素が、人間の耳によって検知不可能な周波数を備える、請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項３】
前記冷却周波数構成要素が、約４００Ｈｚ未満である、請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項４】
前記冷却周波数構成要素が、約２００００Ｈｚを上回る、請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項５】
前記音響周波数構成要素が、約５００〜２００００Ｈｚの範囲内の少なくとも１つの周波数を備える、請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項６】
前記音響周波数構成要素が、可聴警報を生成する、請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項７】
前記音響周波数構成要素が、口頭メッセージを生成する、請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項８】
前記音響周波数構成要素が、知られている周囲雑音状態の周波数の位相とは約１８０度離れている、請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項９】
前記制御ユニットが、
周囲雑音状態を示すマイクロフォンからの出力を受信する、
前記周囲雑音状態を除去するように構成された周波数および位相を有する雑音除去周波数を判定するために、デジタル信号処理（ＤＳＰ）アルゴリズムを適用する、および、
前記雑音除去周波数で前記多周波数駆動信号の前記音響周波数構成要素を送信する
ようにさらに構成された、請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項１０】
前記シンセティックジェットの前記本体が、少なくとも１つの柔軟なプレートを備え、
前記アクチュエータ要素が、少なくとも１つの柔軟なプレートに結合された、
請求項１記載のシンセティックジェットアセンブリ。
【請求項１１】
容積を取り囲むシンセティックジェット本体を提供するステップと、
前記シンセティックジェット本体に開口部を形成して前記容積の外側の気体に前記容積を流体的に結合させるステップと、
前記シンセティックジェット本体の柔軟な表面にアクチュエータ要素を結合させるステップと、
前記アクチュエータ要素にコントローラアセンブリを電子的に結合させるステップと
を含み、コントローラアセンブリが、
前記開口部から冷却ジェットを放出させる不可聴周波数構成要素を備える第１の駆動信号を生成する、
所望の音響出力を生成する可聴周波数構成要素を備える第２の駆動信号を生成する、
前記第１のおよび第２の駆動信号を結合させて結合された駆動信号を形成する、および、
前記結合された駆動信号を前記アクチュエータ要素に送信する
ようにプログラムされる、シンセティックジェットアセンブリを製作する方法。
【請求項１２】
周囲雑音を検出するステップと、
雑音除去周波数を識別して前記周囲雑音を除去するステップと、
前記雑音除去周波数で前記第２の駆動信号を生成するステップと
をさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の駆動信号を生成して、サーバメッセージおよび警報と口頭のアナウンスのうちの少なくとも１つを作り出すステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
約１０〜４００Ｈｚの範囲で第１の周波数構成要素を生成するステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
約５００〜４０００Ｈｚの範囲で第２の周波数構成要素を生成するステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記ハウジングの外側から前記ハウジングの空胴に流体を取り込み、そこから冷却ジェットを放出するためにそこに形成された開口部を有する、ハウジング、および、
前記ハウジングに結合された、圧電アクチュエータ
を備える、シンセティックジェットと、
前記圧電アクチュエータを駆動するように構成された、駆動ユニットと、
前記駆動ユニットに多周波数駆動信号を送信するように構成された、制御ユニットと、
前記冷却ジェットによって冷却されるように構成された、電子構成要素と
を備え、前記多周波数駆動信号が、前記冷却ジェットを生成するために選択された冷却周波数構成要素、および、可聴音響出力を生成するために選択された音響周波数構成要素を含む、
電子装置。
【請求項１７】
前記冷却周波数構成要素が、約４００Ｈｚ未満である、請求項１６記載の電子装置。
【請求項１８】
前記音響周波数構成要素が、約５００Ｈｚを上回る、請求項１６記載の電子装置。
【請求項１９】
前記制御ユニットが、雑音除去モードにしたがって動作するようにプログラムされた、請求項１６記載の電子装置。
【請求項２０】
前記制御ユニットが、音声出力モードにしたがって動作するようにプログラムされた、請求項１６記載の電子装置。
【請求項２１】
前記電子構成要素が、発光ダイオードを備える、請求項１６記載の電子装置。
【請求項２２】
前記駆動ユニットが、前記シンセティックジェットの表面に直接に結合された、請求項１６記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して、シンセティックジェットに関し、より詳細には、多機能シンセティックジェットに関する。
【背景技術】
【０００２】
シンセティックジェットアクチュエータは、流体のシンセティックジェットを生成して表面のその流体の流れに影響を与える、広く使用される技術である。通常のシンセティックジェットアクチュエータは、内部室を規定するハウジングを備える。そのハウジングの壁には開口部がある。そのアクチュエータは、流れが生成され、ハウジングの開口部から外部環境に発射されるように、内部室内の容積を周期的に変えるためのハウジング内のまたはそれに関する機構をさらに含む。この流れは、流体渦を含み得る。容積変更機構の例は、たとえば、ジェットハウジング内に置かれてそのピストンまたはハウジングの壁としての柔軟な振動板の往復運動中に開口部の内外に流体を動かす、ピストンを含み得る。柔軟な振動板は、通常は、圧電アクチュエータまたは他の適切な手段によって、動かされる。
【０００３】
通常は、システムが、使用されて、その容積変更機構の時間調和運動を作り出す。その機構が室容積を減らすとき、流体が開口部を介して室から排出される。その流体が開口部を通過するとき、開口部の鋭いエッジが、その流れを分離させて、渦を巻く渦層を作り出す。これらの渦は、それら自体の自己誘導速度で開口部のエッジから離れる。その機構が室容積を増やすとき、周囲流体が、開口部から遠い距離から室に引き込まれる。渦は既に開口部のエッジから離れているので、それらは、室に入る周囲流体による影響を受けない。渦が開口部から離れて行くとき、それらは、流体のジェット、すなわち「シンセティックジェット」、を合成する。
【０００４】
熱伝導経路を改良するために、シンセティックジェットなどのマイクロ／メソスケールデバイスが、マイクロ電子デバイス内の自然対流に置き換わり得るまたは添加物として、提案された。適用例は、電子およびプリント回路基板内とその周りの流体の衝突を含み得る。しかし、シンセティックジェットは、通常は、シンセティックジェットがより優れた冷却性能を生み出すいくつかの自然周波数を備える。これらの自然周波数は、構造的共振周波数を含む。構造的共振周波数は、集まりとして動作するシンセティックジェットプレートと、シンセティックジェット容積内の空気と結合されたスプリングとして動作するエラストマ壁とから成る、シンセティックジェットの構造体の固有周波数でもたらされる。
【０００５】
シンセティックジェットの１つの主要な用途は、多数の異なる技術における懸案事項である、熱を生成する本体の冷却においてである。一例として、シンセティックジェットは、電子が保管され得る、そしてその電子のための空間が高品質である、狭い空間の温度管理に使用され得る。通常は、携帯電話、ページャ、送受信兼用の無線機などのワイヤレス通信デバイスは、そのような狭い空間に置かれた集積回路（すなわち、ＩＣ）パッケージ内で生成されるそれらの熱の多くを有する。その中の限られた空間および限られた自然対流のため、生成される熱は、通常は、プリント回路基板に伝導され、次いで、伝導、対流および放射過程を介して、ハウジング内壁に伝えられる。その熱は、次いで、通常は、ハウジング壁を介して周りの周囲環境に伝導される。その過程は、ハウジング内のおよびプリント回路基板を介する対流冷却の限られた機会のため、通常は、限定されている。繊維ガラスエポキシ樹脂に基づくプリント回路基板の低い温度伝導性は、熱源と周囲環境の間の高い温度耐性をもたらし得る。そして、より小さい筐体の出現、より速いデジタルクロック速度、より多数の電力放射デバイス、より高い電力密度構成要素、および、信頼性へのより高い期待により、温度管理の問題は、マイクロ電子適用分野においてますます難しくなっている。
【０００６】
通常の電子デバイスおよび集積回路パッケージは、冷却デバイス、マイクロフォン、スピーカ、制御回路、メモリデバイスなど、それらの所望の機能を達成するための多数の構成要素を含む。空冷ファンなどの代替冷却デバイスを介するシンセティックジェットの使用が、ＩＣパッケージ内のスペースを節約する一方、ＩＣパッケージングの進歩が、電子パッケージングおよびその構成要素のさらなる微細化の高まるニーズによって推進される。
【０００７】
したがって、電子デバイスの全体のサイズおよび複雑性を最小限にしながら、集積回路の冷却を提供するための簡易化された方法および装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第８０７６８２２号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、シンセティックジェットアセンブリは、空胴およびそこに形成された穴を有するシンセティックジェットと、裏面の変位を選択的にもたらすために本体の裏面に結合されたアクチュエータ要素と、そのアクチュエータ要素に電気的に結合された制御ユニットとを含む。その制御ユニットは、多周波数駆動信号をアクチュエータ要素に送信するように構成され、その多周波数駆動信号は、冷却周波数構成要素と、その冷却周波数構成要素に重ね合わされた音響周波数構成要素とを含む。その冷却周波数構成要素は、冷却ジェットを本体の穴から排出させる。その音響周波数構成要素は、所望の可聴出力を作り出す。
【００１０】
本発明のもう１つの態様によれば、シンセティックジェットアセンブリを製作する方法は、容積を取り囲むシンセティックジェット本体を提供するステップと、シンセティックジェット本体内に開口部を形成してその容積の外側の気体にその容積を流体的に結合させるステップと、そのシンセティックジェット本体の柔軟な表面にアクチュエータ要素を結合させるステップと、そのアクチュエータ要素にコントローラアセンブリを電子的に結合させるステップとを含む。本コントローラアセンブリは、その開口部から冷却ジェットを放出させる不可聴周波数構成要素を備える第１の駆動信号を生成し、所望の音響出力を生成する可聴周波数構成要素を備える第２の駆動信号を生成し、その第１のおよび第２の駆動信号を結合させて結合された駆動信号を形成し、その結合された駆動信号をアクチュエータ要素に送信するようにプログラムされる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、電子装置は、そのハウジングの外側からそのハウジンの空胴に流体を取り込み、そこから冷却ジェットを放出するためのそこに形成された開口部を有するハウジングと、そのハウジングに結合された圧電アクチュエータとを含む、シンセティックジェットを含む。本電子装置はまた、その圧電アクチュエータを駆動するように構成された駆動ユニット、その駆動ユニットに多周波数駆動信号を送信するように構成された制御ユニット、および、その冷却ジェットによって冷却されるように構成された電子構成要素を含む。その多周波数駆動信号は、その冷却ジェットを生成するために選択された冷却周波数構成要素、および、可聴音響出力を生成するために選択された周波数構成要素を含む。
【００１２】
様々な他の特徴と利点が、以下の詳細な説明および図面から明らかとなろう。
【００１３】
図面は、本発明を実行するためにここで熟考される実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態によるシンセティックジェットアセンブリの透視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるシンセティックジェットの一部の横断面図である。
【図３】制御システムが振動板を開口部に向けて内側に進ませるときのジェットを示す、図２のシンセティックジェットの横断面図である。
【図４】制御システムが振動板を開口部から遠くへ外側に進ませるときのジェットを示す、図２のシンセティックジェットアクチュエータの横断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による制御システムおよびシンセティックジェットのブロック略図である。
【図６】本発明の一実施形態による図２のシンセティックジェットの例示的駆動信号の周波数図である。
【図７】本発明のもう１つの実施形態による制御システムおよびシンセティックジェットのブロック略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態は、圧電動機デバイスと、圧電動機デバイスを作成および使用して流体ジェットおよび所望の音声出力を同時に生成する方法とに関する。動作環境は、電子の冷却において対流を強化するための温度管理システムに関して、本明細書では説明される。しかし、本発明の実施形態は他のシンセティックジェット適用例で使用するために同様に適用可能であることが、当業者には理解されよう。たとえば、シンセティックジェットは、スタンドポイント流れ制御、ジェットの推力ベクトル化、境界層におけるトリガする乱流、および、他の熱伝導適用分野に通常使用されている。熱伝導適用例は、加熱面での渦双極子の直接衝突、および、既存の冷却回路の性能を強化するためのシンセティックジェットの使用を含み得る。したがって、本発明の実施形態は、電子の冷却に関して説明されるが、それらは、他の目的のためにシンセティックジェットを使用するシステムおよび適用例に同様に適用可能である。
【００１６】
図１を参照すると、シンセティックジェットアセンブリ１０の透視図が、提供される。シンセティックジェットアセンブリ１０は、その横断面図が図２に示されるシンセティックジェット１２、および、取付けデバイス１４を含む。一実施形態では、取付けデバイス１４は、１つまたは複数の場所でシンセティックジェット１２のハウジング１６に付けられた、ｕ字型のブラケットである。回路ドライバ１８は、外部に置く、または取付けデバイス１４に取り付けることができる。別法として、回路ドライバ１８は、シンセティックジェットアセンブリ１０から離して置くことができる。
【００１７】
図１および２をともに参照すると、シンセティックジェット１２のハウジング１６は、その中に気体または流体２２を有する内部室または空胴２０を規定する、または部分的に囲む。ハウジング１６および内部室２０は、本発明の様々な実施形態による任意の幾何学的構成を実質的に取ることができるが、考察および理解を目的として、ハウジング１６は、その間に置かれたスペーサ要素２８によって相隔たった関係で保持された第１のプレート２４および第２のプレート２６を含むものとして、図２の横断面図に示される。一実施形態では、スペーサ要素２８は、第１のおよび第２のプレート２４、２６の間に約１ｍｍの間隔を保持する。１つまたは複数の開口部３０は、周囲の、外部環境３２と流体連結して内部室２０を配置するために、第１のおよび第２のプレート２４、２６とスペーサ要素２８の側壁の間に形成される。一代替実施形態では、スペーサ要素２８は、その中に１つまたは複数の開口部３０が形成された前面（図示せず）を含む。
【００１８】
様々な実施形態によれば、第１のおよび第２のプレート２４、２６は、金属、プラスチック、ガラス、および／またはセラミックから形成され得る。同様に、スペーサ要素２８は、金属、プラスチック、ガラス、および／またはセラミックから形成され得る。適した金属は、ニッケル、アルミニウム、銅、およびモリブデンなどの材料、または、ステンレス鋼、真鍮、青銅などの合金を含む。適したポリマおよびプラスチックは、ポリオレフィン、ポリカーボネート、熱硬化性樹脂、エポキシ、ウレタン、アクリル、シリコン、ポリイミド、およびフォトレジスト材料などの熱可塑性プラスチックと、他の弾性プラスチックを含む。適したセラミックは、たとえば、チタン酸塩（ランタンチタン酸塩、ビスマスチタン酸塩、および、チタン酸ジルコン酸鉛など）、および、モリブデン酸塩を含む。さらに、シンセティックジェット１２の様々な他の構成要素も同様に、金属から形成され得る。
【００１９】
アクチュエータ３４、３６は、コントローラアセンブリまたは制御ユニットシステム４２を介してドライバ１８によって制御される第１のおよび第２の複合構造または柔軟な振動板３８、４０を形成するために、それぞれ第１のおよび第２のプレート２４、２６に結合される。図１に示すように、一実施形態では、コントローラアセンブリ４２は、シンセティックジェット１２の取付けブラケット１４に直接結合されたドライバ１８に電子的に結合される。一代替実施形態では、制御ユニットシステム４２は、シンセティックジェット１２から遠くに置かれたドライバ１８に統合される。振動板３８、４０がその電極とその金属層の間にかかる電気的バイアスを介して動かされ得るように、たとえば、各柔軟な振動板３８、４０は、金属層を備えることができ、そして、金属電極がその金属層に隣接して配置され得る。さらに、制御システム４２は、たとえば、コンピュータ、論理プロセッサ、または信号発生器などの任意の適切なデバイスによって電気的バイアスを生成するように構成され得る。
【００２０】
一実施形態では、アクチュエータ３４、３６は、圧電動機デバイスを急速に膨張および縮小させる高調交流電圧の適用によって作動させることができる圧電気動機（圧電動機）デバイスである。動作中、制御システム４２は、ドライバ１８を介して、圧電アクチュエータ３４、３６に電荷を送信し、圧電アクチュエータ３４、３６は、その電荷に応答して機械的ストレスおよび／または歪みを被る。圧電動機アクチュエータ３４、３６のストレス／歪みは、時間調和または周期的運動が達成されるような、第１のおよび第２のプレート２４、２６それぞれのたわみをもたらす。内部室２０内の結果として生じる容積の変化は、図３および４に関して詳細に説明するように、内部室２０と外部容積３２の間の気体または他の流体の交換をもたらす。
【００２１】
本発明の様々な実施形態によれば、圧電動機アクチュエータ３４、３６は、モノモルフまたはバイモルフデバイスでもよい。モノモルフの一実施形態で、圧電動機アクチュエータ３４、３６は、金属、プラスチック、ガラス、またはセラミックを含む材料から形成されたプレート２４、２６に結合され得る。バイモルフの一実施形態では、圧電動機アクチュエータ３４、３６のうちの１つまたは両方が、圧電材料から形成されるプレート２４、２６に結合されたバイモルフアクチュエータでもよい。一代替実施形態では、バイモルフは、単一アクチュエータ３４、３６を含むことができ、そして、プレート２４、２６は、第２のアクチュエータである。
【００２２】
シンセティックジェット１２の構成要素は、接着剤、ハンダなどを使用し、互いに接着、または他の方法で取り付けられ得る。一実施形態では、熱硬化接着剤または導電性接着剤が、アクチュエータ３４、３６を第１のおよび第２のプレート、２４、２６に接着するために使用されて、第１のおよび第２の複合構造３８、４０を形成する。導電性接着剤の場合、接着剤は、リード線（図示せず）をシンセティックジェット１２に貼り付けるために、銀、金などの導電性充填剤で充填され得る。適した接着剤は、ショアＡ硬度１００以下の範囲の硬度を有することができ、動作温度１２０度以上が達成され得るように、例として、シリコン、ポリウレタン、熱可塑性プラスチックゴムなどを含み得る。
【００２３】
本発明の一実施形態では、アクチュエータ３４、３６は、水圧式、空気式、磁気、静電気、および超音波材料などの圧電動機デバイス以外のデバイスを含み得る。したがって、そのような実施形態では、制御システム４２は、対応する方法で、それぞれアクチュエータ３４、３６を起動するように構成される。たとえば、静電気材料が使用される場合、制御システム４２は、第１のおよび第２のプレート２４、２６のそれぞれを起動するおよび動かすために、アクチュエータ３４、３６に急速交流静電電圧を提供するように構成され得る。
【００２４】
シンセティックジェット１２の動作は、図３および４を参照して、説明される。図３を先ず参照すると、シンセティックジェット１２は、アクチュエータ３４、３６が、矢印４４によって示すように、第１のおよび第２のプレート２４、２６を内部室２０に関して外側に動かすように制御されるものとして、示される。第１のおよび第２のプレート２４、２６が外側に動くとき、内部室２０の内部容積が増え、そして、周囲流体または気体４６が、矢印４８のセットによって示すように、内部室２０になだれ込む。アクチュエータ３４、３６は、第１のおよび第２のプレート２４、２６が内部室２０から外側に動くときに、渦が開口部３０のエッジから既に取り除かれ、したがって、内部室２０に引き込まれる周囲流体４６によって影響を及ぼされないように、制御システム４２によって制御される。一方で、周囲流体４６のジェットは、開口部３０から遠く離れた所から引き込まれる周囲流体４６の強い巻込みを作る渦によって合成される。
【００２５】
図４は、アクチュエータ３４、３６が制御されて、矢印５０に示すように、第１のおよび第２のプレート２４、２６を内部室２０の内側に動かすときの、シンセティックジェット１２を示す。内部室２０の内部容積は、減少し、流体２２が、たとえば、発光ダイオードなど、冷却されることになるデバイスに向けて矢印５２のセットによって指示される方向で開口部３０を介して冷気ジェットとして排出される。流体２２が開口部３０を介して内部室２０を出るとき、その流れは、渦を巻き、開口部３０のエッジから離れ始める渦層を作る。
【００２６】
図１〜４のシンセティックジェットは、そこに単一の開口部を有するものとして図示および説明されるが、本発明の実施形態は、複数開口部のシンセティックジェットアクチュエータを含み得ることもまた想定される。加えて、図１〜４のシンセティックジェットアクチュエータは、第１のおよび第２のプレートの各々に含まれたアクチュエータ要素を有するものとして図示され、説明されるが、本発明の実施形態は、それらのプレートのうちの１つに置かれた単一のアクチュエータ要素のみを含み得ることもまた想定される。さらに、シンセティックジェットプレートは、本明細書に示すような正方形構成ではなくて、円形、長方形、または別の形の構成で提供され得ることもまた想定される。
【００２７】
ここで図５を参照すると、シンセティックジェット１２および制御システム４２のブロック略図が、本発明の一実施形態にしたがって、提供される。動作中、制御システム４２は、シンセティックジェット１２のアクチュエータ３４、３６（図２）に多周波数駆動信号５６を送信するようにプログラムされる。多周波数駆動信号５６は、冷却ジェットを生成するために使用される冷却周波数駆動信号と、所望の音声出力を生成するために使用される音響周波数駆動信号６０との組合せから生成される結合された駆動信号である。
【００２８】
駆動信号５８、６０は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）アルゴリズムがそこに記憶されたコントローラ６２によって結合される。コントローラ６２は、駆動信号５８からの冷却周波数構成要素および駆動信号６０からの音響周波数構成要素を有する多周波数駆動信号５６を生成するために、冷却および音響周波数駆動信号５８、６０を受信し、ＤＳＰアルゴリズムにその信号を入力する。多周波数駆動信号５６の冷却周波数構成要素は、冷却の目的で所望のジェットを生成する方式で、シンセティックジェット１２を膨張および縮小させる。一実施形態では、その冷却周波数構成要素は、たとえば、約１０と４００ヘルツの間または別法として２００００ヘルツより上など、人間の耳では検知できないまたは実質的に検知できない周波数でシンセティックジェット１２にＡＣ電圧を適用する。多周波数駆動信号５６の音響周波数構成要素は、たとえば、人間の耳によって、検知可能な可聴音響出力をシンセティックジェット１２に生成させる。様々な実施形態によれば、音響周波数構成要素は、約５００と２００００ヘルツの間の１つまたは複数の周波数でＡＣ電圧を適用することができる。図６に詳細に示すように、多周波数駆動信号５６の音響周波数構成要素は、冷却周波数構成要素に重ね合わせることができる。したがって、多周波数駆動信号５６は、同時の冷却および可聴音響出力を生成する。
【００２９】
図５に戻って参照すると、制御システム４２は、冷却のための駆動周波数を保持しながら、音声出力モードまたは雑音除去モードのうちの１つでシンセティックジェット１２を駆動する多周波数駆動信号５６を生成する。本明細書では、音声出力モードは、音響周波数構成要素が、たとえば、口頭のアナウンス、警報、サーバメッセージ、または音楽の出力など、所望の可聴音響出力をシンセティックジェット１２に生成させる、動作モードを示す。本明細書では、雑音除去モードは、望まれていない周囲の雑音状態を除去または軽減する所望の可聴音響出力をシンセティックジェット１２に生成させる、動作モードを示す。
【００３０】
音声出力モードで動作するとき、シンセティックジェット１２の駆動要素３４、３６は、駆動されて、冷却動作のためのシンセティックジェットを装備したデバイス内の音声アプリケーションのために使用することができる音響出力を生成する。それによって、シンセティックジェット１２は、冷却デバイスおよびスピーカの両方として動作する。そのような一実施形態で、能動冷却の提供に加えて、シンセティックジェット１２は、たとえば、携帯電話などの消費者電子デバイス内のスピーカとして同時に機能するための、アナウンスを構築するための可聴警報を出力するもしくはメッセージを供するための、または、ライティングアプリケーションにおいて環境音楽を生成するための代替として含む、任意の数の適用例で使用され得る。音声出力モードで、音響周波数構成要素は、たとえば、約５００〜４０００ヘルツの範囲の１つまたは複数の周波数を含み得る。
【００３１】
雑音除去モードの一実施形態で、制御システム４２は、好ましくない環境雑音または周囲雑音状態の１つまたは複数の知られている音の周波数に対応する音響雑音防止駆動信号６０で事前にプログラムされる。たとえば、雑音防止駆動信号６０は、シンセティックジェット１２の近傍に置かれたエンジン、ファン、または他の雑音生成装置によって生成される可聴音響雑音を除去するために、選択され得る。そのような一実施形態で、雑音防止駆動信号６０は、たとえば、雑音防止駆動信号６０が周囲雑音から約１８０度位相が離れるように生成することによって、周囲雑音を位相偏移することによって生み出される。シンセティックジェット１２は、雑音防止を提供しながら、同時に冷却を提供することができる。
【００３２】
ここで図７を参照すると、シンセティックジェット１２および制御システム４２のブロック略図が、本発明にしたがって示され、その中で、制御システム４２は、雑音除去モードの一代替実施形態で、シンセティックジェット１２を駆動するように構成される。そのようなモードで、制御システム４２は、以下に詳しく説明するように、同時に冷却を提供しながら測定されたまたは記録された周囲雑音を除去または軽減する音響駆動信号を使用し、雑音防止を生成するために、音響周波数でシンセティックジェット１２の駆動要素３４、３６（図２）を駆動する。
【００３３】
マイクロフォンなどの１つまたは複数の音検出ユニット６４が、周囲音響雑音６６を測定／記録するために、使用される。測定／記録された雑音６６に対応するデジタル信号６８は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）アルゴリズムがそこに記憶されたコントローラ７０に出力される。コントローラ７０は、たとえば、検出された雑音の位相から約１８０度偏移した１つまたは複数の周波数など、そこで雑音防止がシンセティックジェット１２によって生成されるはずの適切な周波数および位相を有する雑音防止駆動信号７２を判定するために、１つまたは複数のマイクロフォン６４から出力を受信し、ＤＳＰアルゴリズムにそれを入力する。一実施形態では、雑音防止駆動信号７２は、所定の閾値より上または下の識別された周波数に基づいて、判定され得る。さらに、雑音防止駆動信号７２は、１つまたは複数の音の周波数または所与の周波数スペクトルを実際に偏移するために、使用され得る。
【００３４】
図５に関して説明したのと同様の形で、コントローラ６２は、次いで、雑音防止駆動信号７２と冷却目的の冷却周波数駆動信号５８を結合させて、駆動信号５８に対応する冷却周波数構成要素および駆動信号７２に対応する音響周波数構成要素を有する多周波数駆動信号７４を生成する。駆動要素３４、３６（図２）は、次いで、好ましくない周囲雑音を軽減または除去するために、所望の冷却周波数と、周囲音響雑音のそれに対応するが、そこの位相の外である、周波数との両方でシンセティックジェット１２を駆動する。したがって、コントローラ６２、７０のＤＳＰアルゴリズムを手段とするシンセティックジェット１２のコントローラ動作によって、シンセティックジェット１２は、能動冷却を維持しながら、複数の異なる音の周波数で雑音防止を能動的に生成することができる。
【００３５】
本明細書に記載の様々な駆動信号の波形は正弦波として示されるが、駆動信号は、特定の波形に限定されるものではなく、正弦波、方形波、三角波、または任意の他の適切な波形として提供され得ることを理解されたい。
【００３６】
したがって、本発明の一実施形態によれば、シンセティックジェットアセンブリは、そこに形成された空胴および穴を有するシンセティックジェット、裏面の変位を選択的にもたらすためにその本体のその裏面に結合されたアクチュエータ要素、および、そのアクチュエータ要素に電気的に結合された制御ユニットを含む。その制御ユニットは、冷却周波数構成要素およびその冷却周波数構成要素に重ね合わされた音響周波数構成要素を含む多周波数駆動信号をアクチュエータ要素に送信するように構成される。その冷却周波数構成要素は、冷却ジェットを本体の穴から排出させる。その音響周波数構成要素は、所望の可聴出力を作り出す。
【００３７】
本発明のもう１つの実施形態によれば、シンセティックジェットアセンブリを製作する方法は、容積を取り囲むシンセティックジェット本体を提供するステップ、そのシンセティックジェット本体に開口部を形成してその容積の外側の気体にその容積を流体的に結合させるステップ、シンセティックジェット本体の柔軟な表面にアクチュエータ要素を結合させるステップ、および、そのアクチュエータ要素にコントローラアセンブリを電子的に結合させるステップを含む。そのコントローラアセンブリは、その開口部から冷却ジェットを放出させる不可聴周波数構成要素を備える第１の駆動信号を生成し、所望の音響出力を生成する可聴周波数構成要素を備える第２の駆動信号を生成し、その第１のおよび第２の駆動信号を結合させて結合された駆動信号を形成し、その結合された駆動信号をアクチュエータ要素に送信するようにプログラムされる。
【００３８】
本発明のさらに別の実施形態によれば、電子装置は、そのハウジングの外側からそのハウジンの空胴に流体を取り込み、そこから冷却ジェットを放出するためのそこに形成された開口部を有するハウジングと、そのハウジングに結合された圧電アクチュエータとを含む、シンセティックジェットを含む。その電子装置はまた、その圧電アクチュエータを駆動するように構成された駆動ユニット、その駆動ユニットに多周波数駆動信号を送信するように構成された制御ユニット、および、その冷却ジェットによって冷却されるように構成された電子構成要素を含む。その多周波数駆動信号は、その冷却ジェットを生成するために選択された冷却周波数構成要素、および、可聴音響出力を生成するために選択された周波数構成要素を含む。
【００３９】
本明細書は、最良の形態を含めて、本発明を開示するために、そしてまた、任意のデバイスまたはシステムの作成および使用と任意の組み込まれた方法の実行を含めて、本発明を当業者が実行できるようにするために、例を使用する。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定義され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが本特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造的要素を有する場合、または、それらが本特許請求の範囲の文字通りの言語とごくわずかな差を有する同等の構造的要素を含む場合、本特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４０】
１０  シンセティックジェットアセンブリ
１２  シンセティックジェット
１４  取付けデバイス
１６  ハウジング
１８  回路ドライバ
２０  内部室
２２  流体
２４  第１のプレート
２６  第２のプレート
２８  スペーサ要素
３０  開口部
３２  外部環境
３４  アクチュエータ
３６  アクチュエータ
３８  振動板
４０  振動板
４２  制御ユニットシステム
４６  周囲流体
５６  多周波数駆動信号
５８  冷却周波数駆動信号
６０  音響周波数駆動信号
６２  コントローラ
６４  音検出ユニット
６６  周囲音響雑音
６８  デジタル信号
７０  コントローラ
７２  雑音防止駆動信号
【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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