(57)【要約】      （修正有）【課題】各種電子機器内のＩＣチップ周辺などを局所的に冷却する冷却性能の優れた電子機器用冷却装置を提供する。【解決手段】１枚の板状圧電素子１１１とこれが固定されると共に、板状圧電素子１１１より長い長さを有する平板状の弾性振動板１１２とからなる圧電ファン部１１０の一端側又は途中を、支持部で片持ち型に支持・固定すると共に、板状圧電素子１１１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、弾性振動板１１２が、幅広の櫛歯部１１２ｂを有する形状からなり、櫛歯部１１２ｂの遊端側に板状圧電素子１１１を少なくとも一つおきに設けた圧電ファン装置にあり、これにより、実質的な弾性振動板の長さが長くなるため、振幅の増大効果、ノイズの低減効果、送風領域の拡大効果が得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１枚の板状圧電素子と当該板状圧電素子が固定されると共に、当該板状圧電素子より長い長さを有する平板状の弾性振動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、前記板状圧電素子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、
前記弾性振動板が、幅広の櫛歯部を有する形状からなり、前記櫛歯部の遊端側に前記板状圧電素子を少なくとも一つおきに設けたことを特徴とする圧電ファン装置。
【請求項２】
前記弾性振動板の幅広の櫛歯部が３個で、その中央の櫛歯部の遊端側に前記板状圧電素子を設け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】
前記弾性振動板の幅広の櫛歯部が３個で、その中央の櫛歯部の遊端側の両面に前記板状圧電素子を設け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４】
前記弾性振動板の幅広の櫛歯部が３個で、その左右の櫛歯部の遊端側に前記板状圧電素子を設け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５】
前記弾性振動板の幅広の櫛歯部が３個で、その左右の櫛歯部の遊端側の両面に前記板状圧電素子を設け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６】
前記弾性振動板が、弾性金属板又は弾性樹脂板であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５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１１や図１２の如くである。これらの装置では、１枚又は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を、これより長さの長い弾性金属板（ブレード）１２の片面又は両面に接着層１３を介して貼り付けてある。この板状圧電素子１１は、通常その両面に電極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としてある。
そして、板状圧電素子１１の両電極１４、１４間に通電されるように、圧電ファン部１０に交流電圧を印加するための交流回路２０を接続する一方、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。また、通常板状圧電素子１１が１枚のものをモノモルフ型（ユニモルフ型）といい、２枚のものをバイモルフ型という。
【０００４】
このような圧電ファン装置の場合、交流電圧を印加すると、板状圧電素子１１が伸びたり、縮んだりするため、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。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の遊端（自由端）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。
【０００５】
また、２枚の板状圧電素子１１がある場合、一方の板状圧電素子１１が伸びるときには、他方の板状圧電素子１１が縮み、逆に、一方の板状圧電素子１１が縮むと、他方の板状圧電素子１１が伸びるため、正逆方向の屈曲運動が増幅されるようになる。このため、より大きな冷却風が発生する。つまり、より良好なファン機能が得られる。
【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において、冷却性能を高めるため、弾性金属板１２のより大きな高振動を得るには、弾性金属板１２の長さを長くするか、或いは、通電する電圧を高くすることが必要となる。
【０００７】
しかしながら、近年、電子機器の小型化に伴い冷却部品である、圧電ファン装置を設置するスペースも制限されてきており、装置サイズを大きくすることは困難となってきている。また、一方では、電子機器では多機能化の進行によって、消費電力が上がってきており、圧電ファン装置を高電圧で駆動させることは困難な状況となってきている。
【０００８】
つまり、上記従来構造と同等サイズで、より大きな冷却性能を有する圧電ファン装置が求められている。さらには、従来構造より小サイズでも、同等の冷却性能を有する圧電ファン装置が求められている。
【０００９】
そこで、本発明者等は、弾性振動板である弾性金属板１２に着目し、これを、幅広の櫛歯部を有する形状とし、その一部の櫛歯部に板状圧電素子を設けたところ、板状圧電素子の設置された櫛歯部に隣接する左右の櫛歯部が、連続した折り返し片として機能し、実質的に弾性振動板の長さが長くなるため、後述する試験結果から明らかなように、より高い振幅が得られることを見出した。また、弾性振動板の共振周波数が低下して、ノイズの低減が図れることも分かった。さらに、板状圧電素子の設置された櫛歯部の基端部（折り返し部）側と、折り返し片の櫛歯部の遊端側での２箇所が振動部となり、２箇所で送風が得られることも分かった。
【００１０】
本発明は、この点に着目して発明されたものであり、弾性振動板（ブレード）を、幅広の櫛歯部を有する形状とし、その一部の櫛歯部に板状圧電素子を設けるにより、高い振幅が得られ（冷却性能の向上）、同時に振動周波数が低く（騒音低減）、２部位での送風（送風領域の拡大）が可能となる、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】
【００１１】
請求項１記載の本発明は、１枚の板状圧電素子と当該板状圧電素子が固定されると共に、当該板状圧電素子より長い長さを有する平板状の弾性振動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、前記板状圧電素子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、
前記弾性振動板が、幅広の櫛歯部を有する形状からなり、前記櫛歯部の遊端側に前記板状圧電素子を少なくとも一つおきに設けたことを特徴とする圧電ファン装置にある。
【００１２】
請求項２記載の本発明は、前記弾性振動板の幅広の櫛歯部が３個で、その中央の櫛歯部の遊端側に前記板状圧電素子を設け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。
【００１３】
請求項３記載の本発明は、前記弾性振動板の幅広の櫛歯部が３個で、その中央の櫛歯部の遊端側の両面に前記板状圧電素子を設け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。
【００１４】
請求項４記載の本発明は、前記弾性振動板の幅広の櫛歯部が３個で、その左右の櫛歯部の遊端側に前記板状圧電素子を設け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。
【００１５】
請求項５記載の本発明は、前記弾性振動板の幅広の櫛歯部が３個で、その左右の櫛歯部の遊端側の両面に前記板状圧電素子を設け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。
【００１６】
請求項６記載の本発明は、前記弾性振動板が、弾性金属板又は弾性樹脂板であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の圧電ファン装置にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の圧電ファン装置によると、モノモルフ型やバイモルフ型のものにおいて、弾性振動板を、幅広の櫛歯部を有する形状とし、その一部の櫛歯部に板状圧電素子を設けてあるため、隣接する板状圧電素子の非設置の櫛歯部が、折り返し片となり、実質的に弾性振動板の長さが長くなり、より高い振幅、即ち、冷却性能の向上が得られる。言い換えれば、同等の冷却性能を得るにおいて、弾性振動板の長さの短縮化が可能となる。即ち、装置の小型化が得られる。
【００１８】
また、実質的に弾性振動板の長さが長くなるため、弾性振動板の振動周波数（共振周波数）が低下して、ノイズの低減が図れる。さらに、板状圧電素子の設置された櫛歯部の基端部（折り返し部）側と、折り返し片の櫛歯部の遊端側の２箇所が振動部となるため、この２箇所（部位）において、送風が得られ、送風領域の拡大が図れる。結果として、冷却性能の向上が得られる。また、冷却性能を向上させるに際して、特に通電電圧を高くする必要がないため、高電圧駆動が必要とされることもなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明に係る圧電ファン装置の一例を示し、図２はその要部を示し、図３は弾性振動板を示したものである。図中、１００Ａはモノモルフ型の圧電ファン装置で、１１０はその圧電ファン部である。この圧電ファン部１１０は、１枚の板状圧電素子（ＰＺＴなど）１１１を、これより長さの長い、例えはＳＵＳなどの鋼材や真鍮材などの弾性金属板からなる弾性振動板（硬度の高い弾性樹脂板なども可）１１２の片面に、接着層１１３を介して貼り付けてある。また、板状圧電素子１１１の両面には電極１１４、１１４が設けてある。１２０は板状圧電素子１１１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。
【００２０】
上記弾性振動板１１２は、切り込みなどのスリット１１２ａにより、幅広の櫛歯部１１２ｂを、複数（例えば３個、４以上や２個も可）有する形状からなる。本例では、３個の櫛歯部１１２ｂを有してなり、その中央の櫛歯部１１２ｂの遊端側に板状圧電素子１１１を設けてある。上記スリット１１２ａの形成は、切り込みに限定されず、例えばプレス、型成形などで形成することもできる。
【００２１】
この弾性振動板１１２の場合、振動板としての実質的な長さは、板状圧電素子１１１の設置された櫛歯部１１２ｂと、これに、隣接する板状圧電素子の非設置の左右の櫛歯部１１２ｂが、折り返して、連設されているため、これらの加算的なものとなる。つまり、実質的な長さは長くなる。
【００２２】
この結果、駆動時、より高い振幅が得られる。即ち、冷却性能の向上が得られる。逆に、同等の冷却性能を得るのであれば、弾性振動板１１２自体の長さが短くて済む。つまり、装置の小型化が可能となる。また、弾性振動板１１２の実質的な長さが長くなり、折り返し片の櫛歯部１１２ｂも共振することになるため、振動周波数（共振周波数）が低下する。即ち、ノイズの低減が得られる。さらに、板状圧電素子１１２の設置された櫛歯部１１２ｂの基端部（折り返し部）側と、折り返し片となる櫛歯部１１２ｂの遊端側の２箇所が振動部（振動端）となるため、この２箇所（図２中の矢印Ａと矢印Ｂ部分の部位）で振動が生じる。この２箇所で送風が得られる。このため、送風領域の拡大、即ち、冷却性能の向上が得られる。
【００２３】
なお、上記板状圧電素子１１１の内側の電極１１４への通電は通常の方法で行う。弾性振動板１１２が弾性金属板のときには、図１のように、これに通電して行うことができる。なお、接着層１１３の厚さは薄いため、通常の接着材料による層でも問題なく、通電可能であるが、導電性とすることもできる。導電性接着層とする場合、本発明では、板状圧電素子１１１の内側の電極１１４を省略することも可能となる。これにより、装置の薄型化が得られる。また、弾性振動板１１２が弾性樹脂板の場合には、交流回路１２０側のリード線などを直接板状圧電素子１１１の内側の電極１１４側に接続する。
【００２４】
図４は本発明に係る圧電ファン装置の他の例を示し、図５はその要部を示したものである。図中、１００Ｂはバイモルフ型の圧電ファン装置で、基本的には、上記図１〜図３のものとほぼ同構造であるが、板状圧電素子１１１を、弾性振動板１１２の両面に設置させてある。なお、圧電ファン装置１００Ａと同一構成部分には同符号を付してある。
このバイモルフ型の圧電ファン装置１００Ｂでは、板状圧電素子１１１、１１１が２枚あるため、上記圧電ファン装置１００Ａに比較すると、弾性振動板１１２のより大きな振幅効果が得られる。即ち、より大きな冷却効果が得られる。
【００２５】
図６、図７は本発明に係る圧電ファン装置の他の例になる、それぞれの要部を示したものである。図６の圧電ファン装置の要部は、弾性振動板１１２の３個の櫛歯部１１２のうち、中央の左右の櫛歯部１１２ｂの遊端側に板状圧電素子１１１を設けた、モノモルフ型のものである。図７の圧電ファン装置になる要部は、図６の圧電ファン装置の要部を、バイモルフ型としたのものである。
これらの要部は、基本的には、上記圧電ファン装置１００Ａ、１００Ｂとほぼ同様にして組み付けられる。なお、圧電ファン装置１００Ａ、１００Ｂと同一構成部分には同符号を付してある。
【００２６】
これらを要部とした圧電ファン装置の場合、モノモルフ型、バイモルフ型のいずれにおいても、板状圧電素子１１１の設置された左右の櫛歯部１１２ｂの基端部（折り返し部）側と、折り返し片となる中央の櫛歯部１１２ｂの遊端側の２箇所が振動部（振動端）となるため、この２箇所（図６、図７中の矢印Ａと矢印Ｃ部分の部位）で振動が生じる。この２箇所で送風が得られる。しかも、振動源である、板状圧電素子数が多いため、より良好な冷却性能が得られる。勿論、共振周波数の低下によるノイズの低減、送風領域の拡大も得られる。
【００２７】
〈実施例・比較例〉
このような本発明に係る圧電ファン装置の効果を確認するため、図１〜図２に示す本発明のモノモルフ型の圧電ファン装置１００Ａと同構造であって、図８に示す寸法のもの（実施例１）と、図６に示す本発明のモノモルフ型の圧電ファン装置と同構造であって、図９に示す寸法のもの（実施例２）と、図１１に示す従来型のモノモルフ型と同構造であって、図１０に示す寸法のもの（比較例１）とからなる各サンプルを製造した。そして、各サンプルに、±１２Ｖの交流電圧を印加し、弾性振動板の振幅試験を行なった。その結果は表１の如くであった。
【００２８】
なお、上記各サンプルの圧電ファン装置において、弾性振動板はいずれも厚さｔ１＝０．０５ｍｍ、長さＬ＝２０ｍｍのＳＵＳ３０１を使用した。弾性振動板１１２の幅Ｈ＝１２ｍｍ、各櫛歯部の幅ｈ１＝４ｍｍ、ｈ２＝２ｍｍ、ｈ３＝２ｍｍ、櫛歯部の基端部（折り返し部）の長さＬ２＝２ｍｍである。弾性振動板１２の幅Ｈ＝４ｍｍである。弾性振動板に設置された各板状圧電素子（ＰＺＴ使用）１１１、１１は長さＬ０＝１０ｍｍ、厚さｔ２＝０．２０ｍｍ、幅は設置部分のベース部幅に合わせてある。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１の振幅データ（振幅、共振周波数評価結果）からすると、本発明のスリットにより櫛歯部を設けた弾性振動板を用いた圧電ファン装置の場合（実施例１、２）、振幅が大きく、また、共振周波数が低いことが分かる。これに対して、櫛歯部のない弾性振動板を用いた従来型の圧電ファン装置の場合（比較例１）、振幅が小さく、また、共振周波数が高いことが分かる。
つまり、本発明の圧電ファン装置（実施例１、２）では、従来型の圧電ファン装置（比較例１）に比べて、良好な冷却性能が得られ、同時に、騒音の低減が得られることが分かる。
【００３１】
なお、上記と同様の試験を、圧電ファン装置がバイモルフ型のものにおいても行ったところ、同様の結果が得られることが確認できた。また、上記実施例１〜２では、弾性振動板の櫛歯部が３個の場合であったが、本発明は、これに限定されない。４個以上、又は２個の場合にも適用することができる。つまり、幅広の櫛歯部を有する形状の弾性振動板において、櫛歯部の遊端側に板状圧電素子を少なくとも一つおきに設けた構造として、板状圧電素子の非設置側の櫛歯部を振動部とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る圧電ファン装置の一例を示した概略縦断側面図である。
【図２】図１の装置の要部を示した斜視図である。
【図３】図１の装置の弾性振動板の平面図である。
【図４】本発明に係る圧電ファン装置の他の例を示した概略縦断側面図である。
【図５】図４の装置の要部を示した斜視図である。
【図６】本発明に係る圧電ファン装置の他の例の要部を示した斜視図である。
【図７】本発明に係る圧電ファン装置の他の例の要部を示した斜視図である。
【図８】本発明装置の要部における各部の寸法を示した斜視図である。
【図９】本発明装置の要部における各部の寸法を示した斜視図である。
【図１０】従来圧電の要部における各部の寸法を示した斜視図である。
【図１１】従来の圧電ファン装置を示した概略縦断側面図である。
【図１２】従来の圧電ファン装置を示した概略縦断側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００Ａ〜１００Ｂ・・・圧電ファン装置、１１０・・・圧電ファン部、１１１・・・板状圧電素子、１１２・・・弾性振動板、１１２ａ・・・スリット、１１２ｂ・・・櫛歯部、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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【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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【図１１】
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【図１２】
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