(57)【要約】【課題】  本発明は、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と前記両板状圧電素子１１１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、板状圧電素子１１１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１００Ａにおいて、前記弾性金属板１１２の少なくとも外部に露出する外表面に絶縁層１１２ａを設けた圧電ファン装置にあり、これにより、感電などの危険性がなく、高い安全性が得られ、また、振幅の低下が小さく抑えられる。【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平板状の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、
前記弾性金属板の少なくとも外部に露出する外表面に絶縁層を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。
【請求項２】
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、
前記弾性金属板の少なくとも外部に露出する外表面に絶縁層を設けたことを特徴とする圧電ファン装置。
【請求項３】
前記絶縁層が、絶縁樹脂層である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。
【請求項４】
前記絶縁樹脂層の厚さが、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の圧電ファン装置。
【請求項５】
前記絶縁樹脂層が、樹脂コーティング層であることを特徴とする請求項３又は４記載の圧電ファン装置。
【請求項６】
前記絶縁樹脂層が、樹脂テープ層であることを特徴とする請求項３又は４記載の圧電ファン装置。
【請求項７】
前記絶縁層が、金属表面処理による絶縁処理層である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６や図７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。
さらに、弾性金属板１２が金属製の場合、例えば樹脂製のものに比較して、板状圧電素子１１側の伸縮エネルギーを吸収し易いという問題は小さいものの、感電やショート（短絡）の危険性が内在されるという問題がある。この危険性は高電圧となるほどより大きくなる。
【０００８】
つまり、上記弾性金属板１２が従来構造と同等サイズで、同等の冷却性能を有すると共に、感電などの危険性のない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、弾性金属板１２自体に着目し、この板の少なくとも露出部分に絶縁層を設けることにより、後述する試験結果から明らかなように、感電などの危険性がなく、かつ、良好な振幅が得られることを見出した。
【００１０】
本発明は、この点に着目して発明されたものであり、弾性金属板（ブレード）の少なくとも外部に露出する外表面に絶縁層を設けることにより、安全性が高く、冷却性能に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、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平板状の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、
前記弾性金属板の少なくとも外部に露出する外表面に絶縁層を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、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、
前記弾性金属板の少なくとも外部に露出する外表面に絶縁層を設けたことを特徴とする圧電ファン装置にある。
【００１３】
請求項３記載の本発明は、前記絶縁層が、絶縁樹脂層である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。
【００１４】
請求項４記載の本発明は、前記絶縁樹脂層の厚さが、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項３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、前記絶縁樹脂層が、樹脂コーティング層であることを特徴とする請求項３又は４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、前記絶縁樹脂層が、樹脂テープ層であることを特徴とする請求項３又は４記載の圧電ファン装置にある。
【００１７】
請求項７記載の本発明は、前記絶縁層が、金属表面処理による絶縁処理層である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】
【００１８】
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、弾性金属板（ブレード）の少なくとも外部に露出する部分（外表面）に絶縁層を設けてあるため、結果として、ショートや感電の危険性がなく、高い安全性が得られる。
また、金属製ブレードとして、樹脂製のものに比較して、圧電素子側の伸縮エネルギーの吸収が小さく、さらに、絶縁層も薄い層であることから、殆ど振幅の低下がなく、良好な振幅が得られる。さらにまた、絶縁層の形成自体も、樹脂コーティング層や樹脂テープ層、或いは金属表面処理による絶縁処理層として、簡単に行うことができる。
【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たものである。
図中、１００Ａ１はバイ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、２枚の板状圧電素子（ＰＺＴなど）１１１、１１１を、これより長さの長い弾性金属板（ブレード、ＳＵＳなどの鋼材や真鍮材などの金属板）１１２の両面に接着層１１３、１１３を介して貼り付けてある。また、各板状圧電素子１１１、１１１の両面には電極１１４、１１４が設けてある。弾性金属板１１２は振動板をなすもので、その基端部（図１中左端部）を除いた露出する部分（外表面）には絶縁層１１２ａを設けてある。１２０は板状圧電素子１１１、１１１に交流電圧を印加するための交流回路である。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】
上記交流回路１２０において、弾性金属板１１２側の露出する外表面には、絶縁層１１２ａを設けてあるため（図１中前後の側面は図示省略）、感電やショートの危険性が解消される。なお、必要により弾性金属板１１２の基端部（図１中左端部）側にも、絶縁層１１２ａを設けることができる。
【００２１】
この絶縁層１１２ａの形成は、特に限定されないが、例えば絶縁樹脂層の場合には、溶融樹脂の塗布、噴霧や溶融樹脂中への浸漬などによる樹脂コーティング層としたり、樹脂テープの貼り付けなどによる樹脂テープ層として設けることができる。さらに、金属表面の絶縁処理による絶縁処理層（絶縁皮膜層）として設けることもできる。
また、絶縁層１１２ａが絶縁樹脂層の場合、特に限定されないが、１０μｍ以下であることが望ましい。絶縁樹脂層の厚さが１０μｍを超えるようになると、樹脂層による、圧電素子側の伸縮エネルギーの吸収能が大きくなり、結果として、弾性金属板の振幅低下が大きくなるからである。なお、弾性金属板自体の厚さは、数十μｍ〜数百μｍ程度に設定すればよい。例えばＳＵＳなどでは６０μｍ程度としてもよい。
【００２２】
絶縁樹脂層で、上記程度の厚さでは、樹脂部分の圧電素子側の伸縮エネルギーに対する吸収能は小さく、弾性金属板自体の振幅性能の低下は、後述するように、５％程度以下に抑えることができる。この樹脂材料としても、特に限定されないが、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂の使用を挙げることができる。また、金属表面の絶縁処理層では、硬質の絶縁部が金属板自体と一体化されているため、振幅性能の低下は、より小さく抑えることができる。
【００２３】
この弾性金属板１１２の絶縁化により、各板状圧電素子１１１、１１１の内側の電極１１４、１１４への電圧印加にあたっては、リード線などの配線を介して、交流回路１２０から直接通電するようにする。
【００２４】
図２は本発明に係る圧電ファン装置の他の例を示したものである。
図中、１００Ａ２は上記図１のバイモルフ型の圧電ファン装置とほぼ同様のものであるが、弾性金属板１１２の絶縁化にあたって、少なくとも外部に露出する外表面に絶縁層１１２ａを設けた構造としたものである。感電やショートの危険性は露出する外表面側にあるため、その目的から、各板状圧電素子１１１、１１１の内側と接する面には、絶縁層１１２ａの形成を省略したものである。この場合、絶縁層が絶縁樹脂層のとき起こる、圧電素子側の伸縮エネルギー吸収の問題は、解消される。
なお、この交流回路１２０では、弾性金属板１１２を介して、各板状圧電素子１１１、１１１の内側の電極１１４、１１４に通電することができる。勿論、上記図１と同様リード線などの配線を介して、交流回路１２０から直接通電することもできる。また、圧電ファン装置１００Ａ１と同一構成部分には同符号を付してある。
【００２５】
図３は本発明に係る圧電ファン装置の他の例を示したものである。
図中、この圧電ファン装置１００Ｂはモノモルフ型の圧電ファン装置で、圧電ファン部１１０が、１枚の板状圧電素子（ＰＺＴなど）１１１とこれが接着層１１３を介して貼り付られる弾性金属板（ブレード、ＳＵＳなどの鋼材や真鍮材などの金属板）１１２からなり、基本的には、上記圧電ファン装置１００Ａ１と同構造のものである。なお、圧電ファン装置１００Ａ１と同一構成部分には同符号を付してある。
この圧電ファン装置１００Ｂでは、板状圧電素子１１１が１枚であるため、上記圧電ファン装置１００Ａ１〜Ａ２と比較すると、弾性金属板１１２の振幅が若干小さくなり、その分冷却効果も小さくなる。
【００２６】
〈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に示す本発明のバイモルフ型の圧電ファン装置１００Ａ１と同構造であって、図４に示す寸法のもの（実施例１〜７、比較例３〜４）と、図６に示す従来型のバイモルフ型と同構造であって、図５に示す寸法のもの（比較例１〜２、なお比較例２はブレード自体が樹脂板のもの）とからなる各サンプルを製造して、±１２Ｖの交流電圧を印加し、弾性金属板又は弾性樹脂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。
【００２７】
なお、上記各サンプルの圧電ファン装置において、絶縁層１１２ａを設けた弾性金属板（６０μｍのＳＵＳ３０１使用）１１２の長さ、絶縁層のない弾性金属板（６０μｍのＳＵＳ３０１使用）１２及び弾性樹脂板（６０μｍのＰＥＴ使用）１２の長さは共に２０ｍｍ、これらの幅は４．０ｍｍ、板状圧電素子（ＰＺＴ使用）１１１、１１の長さは７．５ｍｍである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１の振幅データ（振幅評価結果）からすると、本発明の圧電ファン装置（実施例１〜７）では弾性金属板に絶縁層を設けてあるため、感電などの危険性がなく、また、絶縁層が、絶縁樹脂層でその厚さが１０μｍ以下と薄く、絶縁層なしの場合に比較して、最大５％程度の振幅低下が起こるのみで、実用上問題がないことが分かる。
これに対して、絶縁層の弾性金属板のみからなる圧電ファン装置（比較例１）では、弾性金属板に電圧印加があるため、感電などの危険性がある。また、弾性振動板が弾性樹脂板（ＰＥＴ）である圧電ファン装置（比較例２）では、樹脂板による板状圧電素子側の伸縮エネルギーの吸収作用により、振幅低下が４０％程度にもなり、大幅な冷却性能の低下が避けられないことが分かる。さらに、弾性金属板の絶縁層が厚い圧電ファン装置（比較例３〜４）では、振幅低下が８％〜１１％程度にもなることが分かる。
【００３０】
なお、上記と同様の試験を、図２や図３の圧電ファン装置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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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】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３】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４】図１の装置に対応した要部の寸法例を示した斜視図である。
【図５】図６の装置に対応した要部の寸法例を示した斜視図である。
【図６】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７】従来の他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】
【００３２】
１００Ａ１〜Ａ２、１００Ｂ・・・圧電ファン装置、１１０・・・圧電ファン部、１１１・・・板状圧電素子、１１２・・・弾性金属板、１１２ａ・・・絶縁層、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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