(57)【要約】【課題】  気体の吐出量を低下させることなく、騒音の発生を抑制することができる噴流発生装置及びこれを搭載した電子機器を提供すること。【解決手段】  噴流発生装置１０は、上部に矩形の穴１ｂが開けられた筐体１を備えている。筐体１の穴１ｂの周囲には、弾性支持部材６が装着され、この弾性支持部材６により振動板３が支持されている。筐体１の上部には、振動板３を駆動するためのアクチュエータ５が配置されている。筐体１の側面１ａには、チャンバ１１内の空気を筐体１の外部に配置されたヒートシンク２０に向けて吐出するための複数のノズル２が取り付けられている。振動板３を振動させたときに発生する最大騒音レベルを有する音が所定の周波数、例えば人間にとって聞き取りにくい周波数になるように、ノズル２の開口の長さＬ、開口面積Ｓ、チャンバ１１の容積Ｖが設定されている。【選択図】図２
2006297295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体に振動を与える振動体と、
前記振動体を駆動する駆動部と、
第１の開口部と、前記第１の開口部に連通し前記気体を含む第１のチャンバとを有し、前記振動体を支持し、前記振動板が振動することに起因して発生する音のうち最大の騒音レベルを有する音が所定の周波数になるように構成され、前記振動体の駆動により前記第１の開口部を介して前記気体を脈流として吐出させる筐体と
を具備することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の噴流発生装置であって、
前記最大の騒音レベルを有する音が前記所定の周波数になるように、前記振動体の駆動によって振動が与えられた前記気体が前記第１の開口部で吐出する方向での該第１の開口部の長さ、該第１の開口部の開口面積及び前記第１のチャンバの容積のうち少なくとも１つが設定されていることを特徴とする噴流発生装置。
【請求項３】
請求項１に記載の噴流発生装置であって、
前記所定の周波数が、
１[Hz]以上１[kHz]未満、
１[Hz]以上５００[Hz]未満、
１[Hz]以上２０[Hz]未満、
６[kHz]以上４０[kHz]未満、
１０[kHz]以上４０[kHz]未満、または、
２０[kHz]以上４０[kHz]未満
を満たすことを特徴とする噴流発生装置。
【請求項４】
請求項２に記載の噴流発生装置であって、
音速がC[m/s]、前記容積がV[m3]、前記開口面積の等価円半径がr[m]、前記第１の開口部の数がn、前記長さがL[m]の場合、
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 1000、
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 500、
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 20、
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 6000、
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 10000、または、
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 20000
を満たすことを特徴とする噴流発生装置。
【請求項５】
請求項１に記載の噴流発生装置であって、
前記筐体は、第２の開口部と、前記第２の開口部に連通し前記振動体に対して前記第１のチャンバの反対側に設けられ前記気体を含む第２のチャンバとを有し、前記振動体の駆動により前記第１及び第２の開口部を介して交互に前記気体を脈流として吐出させることを特徴とする噴流発生装置。
【請求項６】
請求項５に記載の噴流発生装置であって、
前記最大の騒音レベルを有する音が前記所定の周波数になるように、前記振動体の駆動によって振動が与えられた前記気体が前記第２の開口部で吐出する方向での該第２の開口部の長さ、該第２の開口部の開口面積及び前記第２のチャンバの容積のうち少なくとも１つが設定されていることを特徴とする噴流発生装置。
【請求項７】
請求項５に記載の噴流発生装置であって、
前記所定の周波数が、
１[Hz]以上１[kHz]未満、
１[Hz]以上５００[Hz]未満、
１[Hz]以上２０[Hz]未満、
６[kHz]以上４０[kHz]未満、
１０[kHz]以上４０[kHz]未満、または、
２０[kHz]以上４０[kHz]未満
を満たすことを特徴とする噴流発生装置。
【請求項８】
請求項６に記載の噴流発生装置であって、
音速がC[m/s]、前記第２のチャンバの容積がV[m3]、前記第２の開口部の開口面積の等価円半径がr[m]、前記第２の開口部の数がn、前記第２の開口部の長さがL[m]の場合、
｛C/(2π)｝・[πr2 /｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 1000、
｛C/(2π)｝・[πr2 /｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 500、
｛C/(2π)｝・[πr2 /｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 20、
｛C/(2π)｝・[πr2 /｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 6000、
｛C/(2π)｝・[πr2 /｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 10000、または、
｛C/(2π)｝・[πr2 /｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 20000
を満たすことを特徴とする噴流発生装置。
【請求項９】
請求項６に記載の噴流発生装置であって、
音速がC[m/s]、前記第１のチャンバの容積がV1[m3]、前記第１の開口部の開口面積の等価円半径がr1 [m]、前記第１の開口部の数がn1、前記第１の開口部の長さがL1 [m]の場合、
｛C/(2π)｝・[πr12 /｛Ｖ1/(1.2r1・n11/2 + L1)｝] 1/2 < 1000、
｛C/(2π)｝・[πr12 /｛Ｖ1/(1.2r1・n11/2 + L1)｝] 1/2 < 500、
｛C/(2π)｝・[πr12 /｛Ｖ1/(1.2r1・n11/2 + L1)｝] 1/2 < 20、
｛C/(2π)｝・[πr12 /｛Ｖ1/(1.2r1・n11/2 + L1)｝] 1/2 ≧ 6000、
｛C/(2π)｝・[πr12 /｛Ｖ1/(1.2r1・n11/2 + L1)｝] 1/2 ≧ 10000、または、
｛C/(2π)｝・[πr12 /｛Ｖ1/(1.2r1・n11/2 + L1)｝] 1/2 ≧ 20000
を満たすことを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の噴流発生装置であって、
音速がC[m/s]、前記第２のチャンバの容積がV2[m3]、前記第２の開口部の開口面積の等価円半径がr2[m]、前記第２の開口部の数がn2、前記第２の開口部の長さがL2[m]の場合、
｛C/(2π)｝・[πr22 /｛Ｖ2/(1.2r2・n21/2 + L2)｝] 1/2 < 1000、
｛C/(2π)｝・[πr22 /｛Ｖ2/(1.2r2・n21/2 + L2)｝] 1/2 < 500、
｛C/(2π)｝・[πr22 /｛Ｖ2/(1.2r2・n21/2 + L2)｝] 1/2 < 20、
｛C/(2π)｝・[πr22 /｛Ｖ2/(1.2r2・n21/2 + L2)｝] 1/2 ≧ 6000、
｛C/(2π)｝・[πr22 /｛Ｖ2/(1.2r2・n21/2 + L2)｝] 1/2 ≧ 10000、または、
｛C/(2π)｝・[πr22 /｛Ｖ2/(1.2r2・n21/2 + L2)｝] 1/2 ≧ 20000
を満たすことを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１１】
請求項５に記載の噴流発生装置であって、
前記筐体は、前記筐体の表面の第１及び第２の開口部間に設けられた仕切り板を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の噴流発生装置であって、
前記第１及び第２の開口部の各開口面積の等価円半径がほぼ同じr[m]、前記第１及び第２の開口部間の距離がd[m]、前記最大の騒音レベルを有する音の波長がλ[m]の場合、
3 r≦d<λ/2
を満たすことを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の噴流発生装置であって、
前記第１の開口部は、
前記第１のチャンバ側に設けられ、前記第１のチャンバ側に向かって前記開口面積が広がるように形成された端部を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の噴流発生装置であって、
前記第１の開口部は、
前記筐体の外部側に設けられ、当該外部側に向かって前記開口面積が広がるように形成された端部を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の噴流発生装置であって、
前記第１の開口部は、
前記第１のチャンバ側に設けられ、前記第１のチャンバ側に向かって前記開口面積が広がるように形成された第１の端部と、
前記筐体の外部側に設けられ、当該外部側に向かって前記開口面積が広がるように形成された第２の端部と
を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の噴流発生装置であって、
前記筐体は、前記第１の開口部を形成するための第１のノズルを有し、
前記第１のノズルは、該筐体の外部側に向かって該第１のノズルの幅が狭くなるような第１の斜面を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１７】
請求項５に記載の噴流発生装置であって、
前記第１の開口部は、
前記第１のチャンバ側に設けられ、前記第１のチャンバ側に向かって前記第１の開口部の開口面積が広がるように形成された第１の端部を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の噴流発生装置であって、
前記第２の開口部は、
前記第２のチャンバ側に設けられ、前記第２のチャンバ側に向かって前記第２の開口部の開口面積が広がるように形成された第２の端部を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項１９】
請求項５に記載の噴流発生装置であって、
前記第１の開口部は、
前記筐体の外部側に設けられ、当該外部側に向かって前記第１の開口部の開口面積が広がるように形成された第１の端部を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の噴流発生装置であって、
前記第２の開口部は、
前記筐体の外部側に設けられ、当該外部側に向かって前記第２の開口部の開口面積が広がるように形成された第２の端部を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項２１】
請求項５に記載の噴流発生装置であって、
前記第１の開口部は、
前記第１のチャンバ側に設けられ、前記第１のチャンバ側に向かって前記第１の開口部の開口面積が広がるように形成された第１の端部と、
前記筐体の外部側に設けられ、当該外部側に向かって前記第１の開口部の開口面積が広がるように形成された第２の端部と
を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の噴流発生装置であって、
前記第２の開口部は、
前記第２のチャンバ側に設けられ、前記第２のチャンバ側に向かって前記第２の開口部の開口面積が広がるように形成された第３の端部と、
前記筐体の外部側に設けられ、当該外部側に向かって前記第２の開口部の開口面積が広がるように形成された第４の端部と
を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項２３】
請求項５に記載の噴流発生装置であって、
前記筐体は、前記第１の開口部を形成するための第１のノズルを有し、
前記第１のノズルは、該筐体の外部側に向かって該第１のノズルの幅が狭くなるような第１の斜面を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の噴流発生装置であって、
前記筐体は、前記第２の開口部を形成するための第２のノズルを有し、
前記第２のノズルは、該筐体の外部側に向かって該第２のノズルの幅が狭くなるような第２の斜面を有することを特徴とする噴流発生装置。
【請求項２５】
発熱体と、
気体に振動を与える振動体と、
前記振動体を駆動する駆動部と、
第１の開口部と、前記第１の開口部に連通し前記気体を含む第１のチャンバとを有し、前記振動体を支持し、前記振動板が振動することに起因して発生する音のうち最大の騒音レベルを有する音が所定の周波数になるように構成され、前記振動体の駆動により前記第１の開口部を介して前記気体を脈流として前記発熱体に向けて吐出させる筐体と
を具備することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の噴流を発生させる噴流発生装置及びこの噴流発生装置を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＰＣ（Personal Computer）の高性能化に伴うＩＣ（Integrated Circuit）等の発熱体からの発熱量の増大が問題となっており、様々な放熱の技術が提案され、あるいは製品化されている。その放熱方法として、例えばＩＣにアルミなどの金属でなる放熱用のフィンを接触させて、ＩＣからの熱をフィンに伝導させて放熱する方法がある。また、ファンを用いることにより、例えばＰＣの筐体内の温まった空気を強制的に排除し、周囲の低温の空気を発熱体周辺に導入することで放熱する方法もある。あるいは放熱フィンとファンとを併用することにより、放熱フィンで発熱体と空気の接触面積を大きくしつつ、ファンにより放熱フィンの周囲の暖まった空気を強制的に排除する方法もある。
【０００３】
しかしながら、このようなファンによる空気の強制対流では、放熱フィンの下流側でフィン表面の温度境界層が生起され、放熱フィンからの熱を効率的に奪えないという問題がある。このような問題を解決するためには、例えばファンの風速を上げて温度境界層を薄くすることが挙げられる。しかし、風速を上げるためにファンの回転数を増加させることにより、ファンの軸受け部分からの騒音や、ファンからの風が引き起こす風切り音などによる騒音が発生するという問題がある。
【０００４】
一方、送風手段としてファンを用いずに、上記温度境界層を破壊し、放熱フィンからの熱を効率よく外気に逃がす方法として、周期的に往復運動する振動板を用いる方法がある（例えば特許文献１、２、３、４参照）。これらの装置のうち、特に特許文献３及び４の装置は、チャンバ内を空間的に概略二分する振動板と、振動板を支持しチャンバに設けられた弾性体と、振動板を振動させる手段とを備えている。これらの装置では、例えば振動板が上方向に変位したときには、チャンバの上部空間の体積が減少するため、上部空間の圧力が上昇する。上部空間は吸排気口を通じて外気と連通しているため、上部空間の圧力上昇によって、その内部の空気の一部が外気中に放出される。一方このとき、振動板を挟んで上部空間と反対側にある下部空間の体積は逆に増加するため、下部空間の圧力が下降する。下部空間は吸排気口を通じて外気と連通しているため、下部空間の圧力減少によって、吸排気口近傍にある外気の一部が下部空間内部に引き込まれる。これとは逆に、振動板が下方向に変位したときには、チャンバの上部空間の体積が増加するため、上部空間の圧力が下降する。上部空間は吸排気口を通じて外気と連通しているため、上部空間の圧力下降によって、吸排気口近傍にある外気の一部が上部空間内部に引き込まれる。一方このとき、振動板を挟んで上部空間と反対側にある下部空間の体積は逆に減少するため、下部空間の圧力は上昇する。下部空間の圧力上昇によって、その内部の空気の一部が外気中に放出される。振動板の駆動は例えば電磁駆動方式が用いられる。このように、振動板を往復運動させることによって、チャンバ内の空気が外気に排出される動作と、外気がチャンバ内に吸気される動作が周期的に繰り返される。このような、振動板の周期的な往復運動によって誘起される空気の脈流が放熱フィン（ヒートシンク）等の発熱体に吹き付けられることにより、放熱フィンの表面にある温度境界層が効率よく破壊され、結果的に放熱フィンが効率良く冷却される。
【特許文献１】特開２０００−２２３８７１号公報（図２）
【特許文献２】特開２０００−１１４７６０号公報（図１）
【特許文献３】特開平２−２１３２００号公報（第１図）
【特許文献４】特開平３−１１６９６１号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年のＩＣの高クロック化によって発生する熱量は増加の一途をたどっている。したがって、例えばその発熱によって放熱フィン付近に形成される温度境界層を破壊するためには、そのＩＣや放熱フィンに向けてこれまでより多量の空気を送り込まなければならない。上記特許文献１〜４に記載されているような、周期的に往復運動する振動板を用いる空気排出方法では、振動板の振幅を大きくすることによって空気の吐出量を大きくすることができる。しかしながら、振動板の振幅を大きくするほど騒音が大きくなるという問題があり、実用的には、騒音が気にならないような小さな振幅で動作させなければならない。
【０００６】
この騒音の原因の１つは、振動板の往復運動によってチャンバ内の気圧が周期的に変動することで発生する音波である。この音波がチャンバの壁面を振動させたり、あるいは、吸排気口を通じて音波が外気中に伝搬したりすることにより、外気中に、振動板の振動周波数と同じ周波数の音波が放出される。したがって振幅を大きくするほどこの音による騒音が問題となる。
【０００７】
騒音のもう１つの原因は、振動板の往復運動によって発生する空気の流れの乱れによる気流音である。振幅を大きくするほど、往復運動する空気の最大流速が大きくなるため、チャンバ内部にあって、空気の滑らかな流れを阻害する構造体（例えば、駆動手段や吸排気口）によって発生する空気流の乱れ、あるいは吸排気口を高速で通過する空気流や吸排気口外部の空気流の乱れによって生起された気流音による騒音が問題となる。
【０００８】
振動板の往復運動による空気振動が音波となって生ずる騒音は、例えば特許文献３及び４に記載されているように（特許文献３及び４のそれぞれの第２頁左下欄）、振動の周波数を可聴域から離すことによって低減できるが、周波数を下げるほど単位時間あたりの空気排出量が少なくなってしまう（空気排出量は振動板の振幅、有効断面積及び周波数の積に比例する）。逆に可聴域外の高い周波数で振動させると、駆動手段を含む機械振動系の振幅−周波数特性によって、振動板の振幅が著しく低下してしまい、単位時間あたりの空気排出量がやはり少なくなってしまう。一方、チャンバ内部の空気流の乱れによって発生する気流音は、振動板の振動周波数ではなく、振動板の最大速度に依存するため、振動の周波数を可聴域から離すだけの手段では抑制することができない。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、気体の吐出量を低下させることなく、あるいは冷却能力を低下させることなく、騒音の発生を抑制することができる噴流発生装置及びこれを搭載した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る噴流発生装置は、気体に振動を与える振動体と、前記振動体を駆動する駆動部と、第１の開口部と、前記第１の開口部に連通し前記気体を含む第１のチャンバとを有し、前記振動体を支持し、前記振動体が振動することに起因して発生する音のうち最大の騒音レベルを有する音が所定の周波数になるように構成され、前記振動体の駆動により前記第１の開口部を介して前記気体を脈流として吐出させる筐体とを具備する。
【００１１】
本発明では、筐体が、振動体が振動することに起因して発生する音のうち最大の騒音レベルを有する音が所定の周波数になるように構成されている。したがって、例えば、適宜その周波数を設定すれば、気体の吐出量を低下させることなく騒音の発生を抑制することができる。
【００１２】
振動体が振動することに起因して発生する音とは、振動体の往復運動によって第１のチャンバ内の気圧が周期的に変動することで発生する音波である（以下、第１の音という。）。あるいは、振動体の往復運動によって発生する気体の流れの乱れによる気流音である（以下、第２の音という。）。
【００１３】
所定の周波数とは、例えば１Hz以上であって、１kHz未満である。あるいは、所定の周波数とは、６kHz以上であって４０kHz未満である。１Hzより小さいと、単位時間当りの期待する最低の気体吐出量が得られない。また、４０kHz以上は振幅が小さすぎるため実用的ではない。
【００１４】
気体は、例えば空気が挙げられるが、これに限らず、窒素、ヘリウムガス、あるいはアルゴンガス、その他の気体であってもよい。
【００１５】
駆動部の駆動方式としては、例えば電磁作用、圧電作用または静電作用を利用することができる。
【００１６】
本発明において、前記最大の騒音レベルを有する音が前記所定の周波数になるように、前記振動体の駆動によって振動が与えられた前記気体が前記第１の開口部で吐出する方向での該第１の開口部の長さ、該第１の開口部の開口面積及び前記第１のチャンバの容積のうち少なくとも１つが設定されている。本発明の場合、第１の開口部は、前記方向に沿って、第１の開口面積がほぼ一定の、つまり太さがほぼ一定の管のような形状をなしている。本発明では、音速がC[m/s]、前記容積がV[m3]、前記開口面積の等価円半径がr[m]、前記第１の開口部の数がn、前記長さがL[m]の場合、｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 1000等を満たすことが好ましい。つまり、ヘルムホルツの共鳴周波数が所定の周波数未満、または所定の周波数以上となるように、筐体が構成されるとよい。
【００１７】
等価円半径とは、開口面積分の領域を形成する形状が円ならばその半径であり、円以外、例えば矩形であれば、その矩形分の面積を持つ円にその矩形を置き換えたときの、当該置き換えられた円の半径である。
【００１８】
本発明において、前記筐体は、第２の開口部と、前記第２の開口部に連通し前記振動体に対して前記第１のチャンバの反対側に設けられ前記気体を含む第２のチャンバとを有し、前記振動体の駆動により前記第１及び第２の開口部を介して交互に前記気体を脈流として吐出させる。このように、第１及び第２の開口部を介して交互に前記気体が吐出される場合、特に各開口部から生じる上記第２の音の位相が逆位相であるため、各音波は弱め合う。したがって、さらに騒音を低減できる。
【００１９】
本発明において、上記同様に、前記最大の騒音レベルを有する音が前記所定の周波数になるように、前記振動体の駆動によって振動が与えられた前記気体が前記第２の開口部で吐出する方向での該第２の開口部の長さ、該第２の開口部の開口面積及び前記第２のチャンバの容積のうち少なくとも１つが設定されていてもよい。
【００２０】
本発明において、前記筐体は、前記筐体の表面の第１及び第２の開口部間に設けられた仕切り板を有する。これにより、例えば第１及び第２の開口部間の距離が近すぎる場合に、互いの開口部間で気体が出入りしてしまうこと等を防止できる。したがって、例えば発熱体に吹き付けられる気体量が低下することを回避することができる。
【００２１】
本発明において、前記第１及び第２の開口部の各開口面積の等価円半径がほぼ同じr[m]、前記第１及び第２の開口部間の距離がd[m]、前記最大の騒音レベルを有する音の波長がλ[m]の場合、3r≦d<λ/2を満たす。距離dは、各開口部のほぼ中心からの距離である。したがって、第１の開口部の縁部から第２の開口部の縁部までの距離をd2とすると、上記式は、r≦d2<λ/2となる。3r≦dとすることにより、互いの開口部間で気体が出入りしてしまうこと等を防止できる。d<λ/2とすることにより、例えば各開口部から発生した音波のほぼ最大振幅同士で強め合う箇所がなくなるので、騒音の発生を防止することができる。
【００２２】
本発明において、前記第１の開口部は、前記第１のチャンバ側に設けられ、前記第１のチャンバ側に向かって前記第１の開口部の開口面積が広がるように形成された第１の端部を有する。これにより、気体が流出入されるときの気流がスムーズになり、第２の音の騒音レベルが低減される。前記第１の開口部は、前記筐体の外部側に設けられ、当該外部側に向かって前記第１の開口部の開口面積が広がるように形成された第１の端部を有していても同様の効果が得られる。あるいは、前記第１のチャンバ側に設けられ、前記第１のチャンバ側に向かって前記第１の開口部の開口面積が広がるように形成された第１の端部と、前記筐体の外部側に設けられ、当該外部側に向かって前記第１の開口部の開口面積が広がるように形成された第２の端部とを有していれば、さらに気流がスムーズになることが予想される。筐体が、第２のチャンバ及びこれに連通する第２の開口部を有する場合も同様である。
【００２３】
本発明において、前記筐体は、前記第１の開口部を形成するための第１のノズルを有し、前記第１のノズルは、該筐体の外部側に向かって該第１のノズルの幅が狭くなるような第１の斜面を有する。これにより、第１の開口部から気体が吐出されるときにノズル周囲の気体の巻き込みやすくなる。すなわち合成噴流の気体量を増加させることができる。筐体が、第２のチャンバ及びこれに連通する第２の開口部を有する場合も同様である。
【００２４】
本発明に係る電子機器は、発熱体と、気体に振動を与える振動体と、前記振動体を駆動する駆動部と、第１の開口部と、前記第１の開口部に連通し前記気体を含む第１のチャンバとを有し、前記振動体を支持し、前記振動体が振動することに起因して発生する音のうち最大の騒音レベルを有する音が所定の周波数になるように構成され、前記振動体の駆動により前記第１の開口部を介して前記気体を脈流として前記発熱体に向けて吐出させる筐体とを具備する。
【００２５】
電子機器としては、コンピュータ（パーソナルコンピュータの場合、ラップトップ型であっても、デスクトップ型であってもよい。）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、カメラ、ディスプレイ装置、オーディオ／ビジュアル機器、携帯電話、ゲーム機器、その他の電化製品等が挙げられる。発熱体としては、例えばＩＣや抵抗等の電子部品、あるいは放熱フィン（ヒートシンク）等が挙げられるが、これらに限られず発熱するものなら何でもよい。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、気体の吐出量を低下させることなく、あるいは冷却能力を低下させることなく、騒音の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る噴流発生装置とヒートシンクを示す斜視図である。図２は、図１に示す噴流発生装置１０の断面図である。
【００２９】
噴流発生装置１０は、上部に矩形の穴１ｂが開けられた筐体１を備えている。筐体１の穴１ｂの周囲には、矩形の弾性支持部材６が装着され、この弾性支持部材６により振動体としての振動板３が支持されている。振動板３、弾性支持部材６及び筐体１によりチャンバ１１が形成される。筐体１の側面１ａには、チャンバ１１内の空気を筐体１の外部に配置されたヒートシンク２０に向けて吐出するための複数のノズル２が取り付けられている。ノズル２は、筐体１と一体的に形成されていてもよい。
【００３０】
筐体１の上部には、振動板３を駆動するためのアクチュエータ５が配置されている。例えば円筒状のヨーク８の内側に、振動板３ａの振動方向Ｒに着磁されたマグネット１４が内蔵され、マグネット１４には、例えば円板状のヨーク１８が取り付けられている。このマグネット１４、ヨーク８及び１８により磁気回路が構成される。マグネット１４とヨーク８との間の空間には、コイル１７が巻回されたコイルボビン９が出入りするようになっている。すなわち、アクチュエータ５はボイスコイルモータでなる。アクチュエータ５には、給電線１６が接続されている。給電線１６はカバー４に取り付けられた端子２４を介して例えば駆動用のＩＣ等の制御回路１３に電気的に接続されている。この制御回路１３からアクチュエータ５に電気信号が供給される。
【００３１】
ヨーク８は、筐体１の上部を覆うカバー４と一体的に形成されている。しかし、マグネット１４により発生する磁束がヨーク８からカバー４へ拡散することを防ぐ観点から、ヨーク８とカバー４とを異なる材料とすることも可能である。コイルボビン９は振動板３の表面に固定されている。このようなアクチュエータ５により、振動板３を矢印Ｒの方向に振動させることができる。
【００３２】
筐体１は、例えば、樹脂、ゴム、金属、またはセラミックスでなる。樹脂やゴムは成形で作製しやすく量産向きである。また、樹脂やゴムの場合、音の減衰率も高くなり、騒音を抑制することができる。さらに、軽量化に対応できるし、低コストとなる。金属としては、筐体１の放熱を考慮すると、熱伝導性のよい銅やアルミがよい。カバー４の材料も、例えば、樹脂、ゴム、金属、またはセラミックス等でなる。筐体１及びカバー４の材料はそれぞれ同じものであってもよいし、別の材料であってもよい。弾性支持部材６は、例えば樹脂、ゴム等でなる。
【００３３】
振動板３は、例えば、樹脂、紙、ゴム、または金属等でなる。振動板３の形状は、図示するような平板状に限らず、スピーカに搭載される振動板のようなコーン状であってもよい。あるいは立体的な形状であってもよい。
【００３４】
以上のように構成された噴流発生装置１０の動作について説明する。
【００３５】
アクチュエータ５に例えば正弦波の交流電圧が印加されると、振動板３は正弦波振動を行う。これにより、チャンバ１１内の容積が増減する。チャンバ１１の容積変化に伴い、チャンバ１１の圧力が変化することでノズル２から空気の流れが脈流として発生する。例えば、振動板３がチャンバ１１の容積を増加させる方向に変位すると、チャンバ１１の圧力は減少する。これによりノズル２を介して筐体１の外部の空気がチャンバ１１内に流れ込む。逆に、振動板３がチャンバ１１の容積を減少させる方向に変位すると、チャンバ１１の圧力は増加する。これにより、チャンバ１１内にある空気がノズル２を介して外部に噴出され、ヒートシンク２０にその空気が吹き付けられる。ノズル２から空気が噴出されるときにノズル２の周囲の気圧が低下することにより、当該周囲の空気がノズル２から吐出される空気に巻き込まれる。すなわち、これが合成噴流である。このような合成噴流が、ヒートシンク２０に吹き付けられることにより、ヒートシンク２０を冷却することができる。
【００３６】
ここで、本実施の形態に係る筐体１が、振動板３が振動することに起因して発生する音のうち最大の騒音レベルを有する音が所定の周波数になるように構成されている。したがって、例えば、適宜その周波数を設定すれば、空気の吐出量を低下させることなく騒音の発生を抑制することができる。
【００３７】
振動板３が振動することに起因して発生する音とは、振動板３の往復運動によってチャンバ１１内の気圧が周期的に変動することで発生する音波である（以下、第１の音という。）。第１の音は、主に、例えばチャンバ１１内の気圧が周期的に変動することにより、筐体１やカバー４等にその振動が伝達され、これにより発生する音である。振動板３が振動することに起因して発生する音のうちもう１つは、振動板３の往復運動によって発生する気体の流れの乱れによる気流音である（以下、第２の音という。）。第２の音は、主に、ノズル２から空気が吐出されるときに発生する気流音である。
【００３８】
このように本実施の形態では、これら第１の音及び第２の音のうち最大の騒音レベルを有する音が所定の周波数になるように、筐体１が形成されている。ここで、騒音レベルとは、音圧レベルを人間の聴感特性に合わせるように補正したレベルをいう。
【００３９】
図３は人間の聴感特性を示したグラフである。このグラフは、ＪＩＳ規格で規定された等ラウドネス曲線（Ａ特性のもの）であり、２０[Hz]〜２０[kHz]の周波数帯域において、人が同じ音圧レベルに晒されたときに、どれほどの大きさに聞こえるかを表したものである。すなわち、１[kHz]の音波を基準として、各周波数の音がどれだけの大きさで聴こえるかを表したものである。この図より、同じ音圧レベルでも、１[kHz]の音に比べ５０[Hz]の音は３０[ｄＢ]小さく聴こえる、つまり「騒音レベル」が小さくなるということがわかる。音圧レベルＬｐ[ｄＢ]は以下の式（１）で定義される。
Ｌｐ＝２０ｌｏｇ（ｐ／ｐ０）・・・式（１）
（ｐは音圧[Ｐａ]、ｐ０は基準音圧[２０μＰａ]である。）
【００４０】
このような事実を考慮して、例えば、当該最大騒音レベルを有する音の周波数が１Hz以上であって１[kHz]未満とすればよい。１[kHz]〜６[kHz]の周波数は、人間にとって比較的騒音が大きく感じられるからである。したがって、１[kHz]未満とすれば、騒音が感じにくくなる。１[Hz]より小さいと、単位時間当りの期待する最低の気体吐出量が得られない。
【００４１】
あるいは１[Hz]以上５００[Hz]未満、または１[Hz]以上２０[Hz]未満であってもよい。５００[Hz]未満であれば、図３のグラフから１[kHz]のときより３[ｄＢ]以上音圧レベルが下がり、かなり騒音が抑制されるからである。２０[Hz]未満は人間の可聴範囲外だからである。
【００４２】
また、上記のように１[kHz]〜６[kHz]の周波数は、人間にとって比較的騒音が大きく感じられるので、６[kHz]以上であって４０[kHz]未満であればよい。４０kHz以上の場合、振幅が小さすぎるため実用的でない。
【００４３】
あるいは、１０[kHz]以上４０[kHz]未満、または２０[kHz]以上４０[kHz]未満であってもよい。１０[kHz]以上であれば、１[kHz]のときより３[ｄＢ]以上音圧レベルが下がり、かなり騒音が抑制されるからである。２０[kHz]以上は人間の可聴範囲外だからである。
【００４４】
具体的には、筐体１は、最大の騒音レベルを有する音が上記のような周波数となるように、図２に示すようにノズル２の長さ（開口の長さ）Ｌ[m]、その開口面積（ノズル２の流路断面積であり、具体的には、ノズル２の上記長さの方向にほぼ垂直な面の面積である。）Ｓ[m2]、及びチャンバ１１の容積Ｖ[m3]のうち少なくとも１つが設定されている。この場合、音速がC[m/s]、上記開口の開口面の半径がr[m]、開口の数（ノズル２の数）がnである場合、下の式（２）〜（７）を満たすとよい。
【００４５】
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 1000・・・式（２）
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 500・・・式（３）
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 < 20・・・式（４）
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 6000・・・式（５）
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 10000・・・式（６）
｛C/(2π)｝・[πr2/｛Ｖ/(1.2r・ｎ1/2 + L)｝] 1/2 ≧ 20000・・・式（７）
【００４６】
つまり、ヘルムホルツの共鳴周波数を所定の周波数未満、または所定の周波数以上となるように、筐体が構成されるとよい。これらの式（２）〜（７）の右辺の数の意義は、上記の理由と同様である。
【００４７】
図４は、本発明の他の実施の形態に係る噴流発生装置を示す断面図である。これ以降の説明では、上記の実施の形態に係る噴流発生装置１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００４８】
この噴流発生装置３０の筐体２１の内部は、振動板３及び弾性支持部材６により仕切られて第１のチャンバ１１ａ及び第２のチャンバ１１ｂが形成されている。筐体２１には、第１及び第２のチャンバ１１ａ及び１１ｂにそれぞれ連通する開口を形成するノズル２ａ及び２ｂが設けられている。このような噴流発生装置３０では、アクチュエータ５に例えば正弦波の交流電圧が印加されることで、振動板３が振動する。振動板３が振動することにより、各チャンバ１１ａ及び１１ｂ内の圧力が交互に増減し、ノズル２ａ及び２ｂを介して交互に空気が出入りする。つまり、第１のチャンバ１１ａからノズル２ａを介して筐体２１外部へ空気が吐出されるときは、外部からノズル２ｂを介して第２のチャンバ１１ｂへ空気が流入する。逆に、第２のチャンバ１１ｂからノズル２ｂを介して筐体２１外部へ空気が吐出されるときは、外部からノズル２ａを介して第１のチャンバ１１ａへ空気が流入する。
【００４９】
この実施の形態に係る噴流発生装置３０についても、上記同様、最大騒音レベルを有する音の周波数が所定の周波数になるように構成される。これにより、騒音が抑制され静音化が図れる。この場合、第１のチャンバ１１ａ及び第２のチャンバ１１ｂのうち少なくとも一方から発生する第１の音または第２の音の周波数が、上記した、１Hz以上であって１[kHz]未満等の周波数範囲に入っていることが望ましい。あるいは、第１のチャンバ１１ａ及び第２のチャンバ１１ｂのうち少なくとも一方について、上記式（２）〜（７）のうちいずれか１つを満たすことが望ましい。
【００５０】
一方、ノズル２ａ及び２ｂから空気が噴出されるときに、例えば各ノズル２ａ及びノズル２ｂから独立して音が発生する。この音は上記第１の音に種別される。しかしながら、各ノズル２ａ及びノズル２ｂとで発生する各音波は逆位相の音波であるため互いに弱められる。これにより、騒音が抑制され、さらなる静音化を図ることができる。
【００５１】
また、第１及び第２のチャンバ１１ａ及び１１ｂの容積は同じであることが好ましい。これにより、吐出される空気量も同じになり静音化が向上する。
【００５２】
図５は、別の実施の形態に係る噴流発生装置の筐体を示す図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）について、それぞれ左図が正面図、右図が側面図である。図５（Ａ）に示す筐体１に設けられた複数のノズル２２は、その開口の形状が矩形である。図５（Ｂ）に示す筐体１に設けられた複数のノズル３２は、その開口の形状が楕円形である。これらのような形状のノズルの場合、上記開口面積を考慮するときは、例えば矩形ならその矩形の面積と等しい面積を有する円の半径rを考える。
【００５３】
図６は、さらに別の実施の形態に係る噴流発生装置の筐体を示す図である。図６（Ａ）に示す筐体３１には、管状の開口３１ａが複数設けられている。この開口３１ａがノズルの機能を果たす。すなわち、ノズル状のものではなく、単に筐体３１に管状の孔が開けられるだけでもよい。
【００５４】
図６（Ｂ）は、図４で示したようなチャンバが２つある筐体を示す。この筐体４１の２つのチャンバにそれぞれ開口４１ａ及び４２ｂが連通している。
【００５５】
図６（Ｃ）に示す筐体５１は、その開口５１ａを形成するノズル部分に斜面５１ｂが設けられている。つまり、チャンバの外部に向かってそのノズルの図中縦幅が狭くなるような斜面５１ｂが設けられている。このような構成により、開口５１ａから気体が吐出されるときにノズル周囲の気体の巻き込みやすくなる。すなわち合成噴流の気体量を増加させることができる。図中、縦幅が狭くなるような斜面ではなく、あるいはこの斜面５１ｂに加え、図中横幅（紙面に垂直方向）のノズルの幅が狭くなるような別の斜面があってもよい。
【００５６】
図６（Ｄ）は、図６（Ｂ）同様の２つのチャンバに連通する開口６１ａ及び６１ｂがあり、かつ、図６（Ｃ）同様の斜面６１ｃがある形態を示している。
【００５７】
図７は、さらに別の実施の形態に係る噴流発生装置の筐体の一部を示す側面図である。この筐体７１には、例えば開口７１ａ及び開口７１ｂがそれぞれ複数設けられている。筐体７１は、例えば図６（Ｂ）で示したように２つのチャンバを内部に有し、これら各チャンバに開口７１ａ及び７１ｂがそれぞれ連通している。
【００５８】
今、各開口７１ａ及び７１ｂの開口面積がほぼ同じであって、その等価円半径をrとする。この場合、図７に示すように、開口７１ａ及び７１ｂ間の距離d1（開口７１ａ及び７１ｂの中心間の距離）は、rの３倍以上に設定されている。つまり図中、d2がrの１倍以上に設定されている。例えば、開口７１ａから空気が外部へ吐出されるときは、開口７１ｂから空気が筐体１内へ空気が流入される。したがって、開口７１ａと７１ｂの位置が近すぎる場合、開口７１ａから吐出された空気が開口７１ｂから流入してしまい、図示しない発熱体に吹き付けられる空気の量が減少するおそれがある。しかし、本実施の形態のように3r≦d1とすることにより、そのような問題を解消できる。
【００５９】
一方、各開口７１ａ及び７１ｂから発生する例えば第２の音の波長がλ[m]の場合、d1<λ/2とすることが望ましい。各開口７１ａ及び７１ｂの開口面の中心がそれぞれの音源とすると、d1<λ/2の場合、各開口７１ａ及び７１ｂから発生した音波のほぼ最大振幅同士で強め合う箇所がなくなるので、騒音の発生を防止することができる。なお、媒体が空気の場合に音速が３４０[m/s]前後の場合、人間の可聴範囲の音の波長は１．７[mm]〜１７[m]程度である。
【００６０】
図８は、図７に示した筐体７１の変形例を示す斜視図である。筐体８１に形成された開口８１ａ及び８１ｂの間に仕切り板８１ｃが取り付けられている。この仕切り板８１ｃは、筐体８１と同じ材料で一体的に形成されていてもよい。このような構成により、上記同様に、互いの開口８１ａ及び８１ｂの間で空気が出入りしてしまうことを防止できる。この場合、開口８１ａ及び８１ｂ間の距離は、図７で示したように必ずしも１倍以上とする必要はなく、１倍より狭くてもよい。
【００６１】
図９は、さらに別の実施の形態に係る噴流発生装置の筐体の一部を示す側面図である。図９（Ａ）に示すように、筐体９１内のチャンバ９２から空気を吐出するための開口９１ａが、そのチャンバ９２側の端部９１ｂで、当該チャンバ９２に向かって開口面積が広がるように形成されている。これにより、チャンバ９２から空気が流出入するときの気流がスムーズになり、第２の音の騒音レベルが低減される。
【００６２】
図９（Ｂ）に示す筐体１０１の開口１０１ａでは、チャンバ１０２とは逆側の端部、つまり外部側の端部１０１ｂが、その外部側に向けて開口面積が広がるように形成されている。このような構成によっても気流をスムーズにし、第２の音の騒音レベルが低減される。
【００６３】
また、図９（Ｃ）に示す筐体１１１の開口１１１ａは両端部１１１ｂ及び１１１ｃが広がるように形成されている。これにより、さらに気流がスムーズになる。
【００６４】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００６５】
例えば、図１で示した筐体１は直方体形状であるが、その他、円筒形状や三角柱形状でもよい。筐体１の形状がそのような円筒形状、つまりその平面形状が例えば円である場合、振動板３も円板形状であることが望ましい。つまり両者が相似形であることが望ましい。
【００６６】
また、図１で示した平板状のヨーク１８の平面形状は、例えば円形である。しかし、円でなくても楕円や、矩形状でもよい。一方、振動板３ａの形状も図示では矩形であるが、アクチュエータ５の平面形状と相似な円形であってもよい。
【００６７】
図９（Ａ）〜（Ｃ）において、端部９１ｂ、１０１ｂ、１１１ｂ及び１１１ｃは図ではそれぞれ曲面としたが、平面な斜面であるテーパ状であってもよい。
【００６８】
上記各実施の形態のうち少なくとも２つを組み合わせることも可能である。例えば図６（Ｂ）で示した２つのチャンバの開口４１ａ及び４１ｂの端部を、図９（Ａ）〜（Ｃ）のうちいずれか１つの形態で構成することができる。あるいは、図６（Ｃ）または図６（Ｄ）で示した筐体５１または６１の開口５１ａ等を、図９（Ａ）〜（Ｃ）のうちいずれか１つの形態で構成することができる。またあるいは、図４で示した筐体１のノズル２ａと２ｂとの開口間の距離が図７で示したようにd1としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る噴流発生装置とヒートシンクを示す斜視図である。
【図２】図１に示す噴流発生装置の断面図である。
【図３】人間の聴感特性を示したグラフである。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る噴流発生装置を示す断面図である。
【図５】別の実施の形態に係る噴流発生装置の筐体を示す図である。
【図６】さらに別の実施の形態に係る噴流発生装置の筐体を示す図である。
【図７】さらに別の実施の形態に係る噴流発生装置の筐体の一部を示す側面図である。
【図８】図７に示した筐体の変形例を示す斜視図である。
【図９】さらに別の実施の形態に係る噴流発生装置の筐体の一部を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１…筐体
２、２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ、２２…ノズル
３…振動板
１０、３０…噴流発生装置
１１、９２、１０２、１１２…チャンバ
１１ａ…第１のチャンバ
１１ｂ…第２のチャンバ
２０…ヒートシンク
３１ａ、４１ａ、４１ｂ、５１ａ、６１ａ、６１ｂ、７１ａ、７１ｂ、８１ａ、８１ｂ、９１ａ、１０１ａ、１１１ａ…開口
９１ｂ、１０１ｂ、１１１ｂ、１１１ｃ…端部
９１ｂ．１０１ｂ…端部
９２…チャンバ
【図１】
2006297295.tif 000003
【図２】
2006297295.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006297295.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006297295.tif 000008
【図７】
2006297295.tif 000009
【図８】
2006297295.tif 000010
【図９】
2006297295.tif 000011