(57)【要約】【課題】  本発明は、各種電子機器内のＬＳＩなどのチップ周辺を局所的に冷却する圧電素子からなる、丈夫で冷却性能の優れた、圧電ファン装置を提供するものである。【解決手段】  かゝる本発明は、２枚の板状圧電素子１１１、１１１とこれらの素子より長い長さを有しこれらの素子の間に挟まれた弾性金属板１１２とからなる圧電ファン部１１０の一端側又は途中を、支持部１３０で片持ち型に支持・固定すると共に、両板状圧電素子１１１、１１１の電極１１４、１１４に交流電圧を印加する交流回路１２０を備えた圧電ファン装置１００において、両板状圧電素子１１１、１１１の支持部側の厚さを、その自由端側の厚さより厚くした圧電ファン装置１００にあり、これにより、機械的強度が強く、丈夫で、優れた冷却性能が得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の板状圧電素子と前記両板状圧電素子より長い長さを有しこれらの板状圧電素子の間に挟まれた弾性金属板とからなる圧電ファン部の一端側又は途中を、支持部で片持ち型に支持・固定すると共に、前記両板状圧電素子の外側面の電極に交流電圧を印加する交流回路を備えた圧電ファン装置において、前記両板状圧電素子の支持部側の厚さを、その自由端側の厚さより厚くしたことを特徴とする圧電ファン装置。
【請求項２】
前記板状圧電素子の厚さを、その支持部側から自由端側にかけて傾斜状に次第に薄くしたことを特徴とする請求項１記載の圧電ファン装置。
【請求項３】
前記板状圧電素子の厚さを、その支持部側が自由端側の２倍以上としたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電ファン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器内のＬＳＩやＣＰＵなどのチップ周辺を局所的に冷却する圧電素子からなる圧電ファン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種電子機器に組み込まれているＬＳＩやＣＰＵなどのチップは、局所的な発熱源となっているため、製品によっては適宜冷却することが必要とされる。このような要求に答えるものとして、多数の放熱片などを有する単なる放熱体（板）なども使用されているが、小型で、より効率的な冷却ができる、圧電素子（セラミック素子）を用いた圧電ファン装置が提供されている（例えば引用文献１）。
【特許文献１】特開２０００−３２３８８２号
【０００３】
圧電ファン装置の概略構造を示すと、図４の如くである。この装置では、２枚の板状圧電素子（通常ＰＺＴなどからなるセラミック素子）１１、１１を、これより長さの長い弾性金属板１２の両面に接着層１３、１３を介して貼り付けてある。この両板状圧電素子１１、１１はその両面に電極１４、１４が形成されていて、弾性金属板１２と一体化された形で圧電ファン部１０とする一方、これらの両板状圧電素子１１、１１の外側の電極１４、１４と弾性金属板１２との間には、交流電圧を印加するための交流回路２０を接続すると共に、圧電ファン部１０の一端（中央などの途中も可）を、固定部品である支持部３０で、片持ち型として支持・固定してある。
【０００４】
この圧電ファン装置の場合、交流電圧を印加すると、片方の板状圧電素子１１が伸びるときには、他方の板状圧電素子１１が縮み、逆に、片方の板状圧電素子１１が縮むと、他方の板状圧電素子１１が伸びるため、圧電ファン部１０は、全体として正逆方向に交互に屈曲運動するようになる。
【０００５】
従って、圧電ファン装置を、電子機器内のＬＳＩやＣＰＵなどのチップ周辺に組み付けて、交流電圧として、共振周波数となる正弦波を加えれば、弾性金属板１２の自由端（遊端）側が扇子状に振動するため、冷却風が発生する。つまり、所望のファン機能が得られる。ファン機能を高めるため、必要により、弾性金属板１２の自由端側にプラスチック製などの薄板からなる振動板を設けることも行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような構造の圧電ファン装置は、電磁障害などもなく、ＬＳＩやＣＰＵなどの発熱源に近接して設置することができ、かつ、小型で、構造が簡単であるという利点があるものの、以下のような問題点があった。
【０００７】
つまり、この装置では、圧電ファン部１０を支持部３０で、片持ち型に支持・固定しているため、振動の振幅が大きくなると、支持部３０に応力が集中して、板状圧電素子１１、１１が破損し易くなるという問題があった。特にファン機能を向上させるため、板状圧電素子１１、１１の厚さを薄くすると、この問題は顕著となる。素子の厚さが薄くなると、当然機械的強度が低下するため、短期的にはファン機能の向上が得られるものの、使用中に破損するという懸念がある。厄介なことに、損傷があっても、電子機器に組み込まれた後では発見され難いという問題もある。
【０００８】
しかしながら、近年、電子機器自体の小型化が進み、発熱源であるＬＳＩやＣＰＵなどは高密度で配置される傾向にあるため、圧電ファン装置にあっても、より一層の小型化、高性能のファン機能が求められている。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その特徴とする点は、圧電ファン部の２枚の板状圧電素子部分において、板状圧電素子の支持部側の厚さを、その自由端側の厚さより厚くして、支持部側では十分な機械的強度を確保する一方、自由端側を薄くすることにより、高いファン機能が得られる、優れた圧電ファン装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の本発明は、２枚の板状圧電素子と前記両板状圧電素子より長い長さを有しこれらの板状圧電素子の間に挟まれた弾性金属板とからなる圧電ファン部の一端側又は途中を、支持部で片持ち型に支持・固定すると共に、前記両板状圧電素子の外側面の電極に交流電圧を印加する交流回路を備えた圧電ファン装置において、前記両板状圧電素子の支持部側の厚さを、その自由端側の厚さより厚くしたことを特徴とする圧電ファン装置にある。
【００１１】
請求項２記載の本発明は、前記板状圧電素子の厚さを、その支持部側から自由端側にかけて傾斜状に次第に薄くしたことを特徴とする請求項１記載の圧電ファン装置にある。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、前記板状圧電素子の厚さを、その支持部側が自由端側の２倍以上としたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電ファン装置にある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧電ファン装置によると、圧電ファン部の２枚の板状圧電素子部分において、板状圧電素子の支持部側の厚さを、その自由端側の厚さより厚くして、支持部側では十分な機械的強度を確保する一方、自由端側を薄くすることにより、高いファン機能が得られる。つまり、丈夫で、小型の高性能な圧電ファン装置が得られる。
また、板状圧電素子の厚さを、その支持部側から自由端側にかけて傾斜状に次第に薄くした場合、支持部側から自由端側に掛けて応力の集中し易い部分（段部など）がなくなるため、より良好な機械的強度が得られる。特に、支持部側の厚さを、自由端側の２倍以上とした場合、支持部側の応力が小さくて済み、より大きい機械的強度が得られると同時に、薄い自由端側の大きな振幅により、より高いファン性能が得られる。即ち、理想的な圧電素子形状が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明に係る圧電ファン装置の一例を示したものである。
図中、１００は圧電ファン装置、１１０は２枚の板状圧電素子１１１、１１１を、これより長さの長い弾性金属板１１２の両面に接着層１１３、１１３を介して貼り付けて、さらに、両板状圧電素子１１１、１１１の電極１４、１４を設けてなる圧電ファン部、１２０は両板状圧電素子１１１、１１１と弾性金属板１１２との間に交流電圧を印加するための交流回路、１３０は圧電ファン部１１０の一端側（中央などの途中も可）を片持ち型に支持する固定部品からなる支持部である。なお、弾性金属板１１２の自由端側には、ファン機能を高めるため、必要により、プラスチック製などの薄板からなる振動板を適宜設けることができる。
【００１５】
上記２枚の板状圧電素子１１１、１１１は、ＰＺＴなどのセラミック素子からなり、図示のように、支持部側の厚さを、その自由端側の厚さより厚くしてある。その具体例の一例を示すと、図２〜図３の如くである。例えば、２枚の板状圧電素子１１１、１１１の長さが１０ｍｍ、支持部１２０の幅が５ｍｍ、弾性金属板１１２の長さ（自由端側とは反対側の支持部１２０の片面側からの長さ）が２０ｍｍ、これらの圧電ファン部１１０の幅は４ｍｍのとき、後述する実施例のデータから明らかなように、、支持部側の厚さ（ｔ１）は０．１８〜０．９０ｍｍ程度の範囲で、自由端側の厚さ（ｔ２）は０．０２〜０．４５ｍｍ程度の範囲で調整するとよい。
【００１６】
〈実施例・比較例〉
表１〜表５は、上記図２〜図３に示した寸法の圧電ファン装置（実施例１〜３０、比較例１〜５）において、支持部側の厚さ（ｔ１）と自由端側の厚さ（ｔ２）との関係を種々の値に設定して、ｔ１／ｔ２の値（比）、支持部側に掛かる応力（σ）、弾性金属板の振幅を求めたものである。なお、比較例１〜５は、板状圧電素子の支持部側の厚さ（ｔ１）と自由端側の厚さ（ｔ２）を同一とした場合である。
【００１７】
そして、この素子の厚さ（０．０５ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０１ｍｍ）に対応してグループ化（Ｇ１〜５）し、このグループ内で、素子の支持部側の厚さ（ｔ１）と自由端側の厚さ（ｔ２）を変えたものを、各実施例１〜３０とした。なお、各グループ内の各圧電ファン装置では、比較例も実施例も同じ質量（重さ）としてある。また、各表１〜表５において、支持部側の応力（σ）と弾性金属板の振幅は比較例１〜５の値で規格化してある。これらのデータは有限要素法（ＦＥＭ）により求めた。その際の印加する交流電圧は２００Ｖｐｐである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【表２】
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【００２０】
【表３】
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【００２１】
【表４】
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【００２２】
【表５】
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【００２３】
表１〜表５によると、板状圧電素子において、支持部側の厚さ（ｔ１）に対して、遊端側の厚さ（ｔ２）を薄くすると、支持部側の応力（σ）が小さくなることが分かる。
しかしながら、ｔ１／ｔ２の比が２．０未満であると、弾性金属板の振幅が、比較例１〜５の場合により小さくなることが分かる。つまり、ファン機能が低下し、良好な冷却性能が得られなくなる。なお、板状圧電素子の幅、即ち圧電ファン部の幅については、４ｍｍ程度から多少変動しても（例えば２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲）、支持部側の応力や弾性金属板の振幅にあまり影響はなかった。
【００２４】
一方で、ｔ１／ｔ２の比が２．０以上、例えは９．０程度までは、支持部側の応力（σ）がより一層小さくなると同時に、弾性金属板の振幅が、比較例１〜５に比べて、より大きくなることが分かる。言い換えれば、支持部側の負荷が小さく、十分な機械的強度が確保できる上に、弾性金属板のより大きな振幅により、高いファン機能が得られることが分かる。従って、これらのことから、板状圧電素子の支持部側の厚さを、その自由端側の厚さをより厚くし、かつ、その厚さを、その支持部側が自由端側の２倍以上とした場合、理想的な圧電ファン装置が得られること分かる。
【００２５】
なお、上記の説明では、図１に示す、圧電ファン部の一端側を、支持部で片持ち型に支持・固定する場合であったが、本発明はこれに限定されず、例えば、引用文献１のように、圧電ファン部の中央部などの途中を、支持部で片持ち型に支持・固定する場合にも適用することができる。この場合にも、図１の圧電ファン部の一端側を片持ち型に支持・固定する場合と同様の作用、効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る圧電ファン装置の一例を示した概略説明図である。
【図２】図１の装置における圧電ファン部の寸法を示した概略斜視図である。
【図３】図２の圧電ファン部の部分拡大図である。
【図４】従来の圧電ファン装置を示した概略斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００・・・圧電ファン装置、１１０・・・圧電ファン部、１１１・・・板状圧電素子、１１２・・・弾性金属板、１１３・・・接着層、１１４・・・電極、１２０・・・交流回路、１３０・・・支持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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