冷却ファン

【課題】低電圧での駆動を可能にした冷却ファンを提供する。
【解決手段】冷却ファン１は、等間隔に並設された複数の舌片状のフィン部４と、フィン部４の基端に連結すると共に、断面波形に形成された基部３とを備えている。フィン部４は、平行に配設された一対のフィン部４Ａ，４Ｂからなる。フィン部４Ａ，４Ｂは、基部３と共に薄膜２によって一体成形されている。薄膜２は、二方向性を有する形状記憶合金層７と、形状記憶合金層７に貼り合わされた電気絶縁層８とからなる。形状記憶合金層７は、電気絶縁層８の表面上でコの字状に形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種携帯通信機器（例えば、携帯電話）などの発熱源を冷却するために用いる小型の冷却ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、圧電セラミックを用いた冷却ファンが知られている。例えば特許文献１には、圧電セラミックからなる圧電振動子と、この圧電振動子に対して直立する複数のブレードとを備えた冷却ファンが開示されている。そして、圧電振動子の屈曲運動により複数のブレードが振動することで、風量の増加が図られている。また、特許文献２には、長尺状の弾性金属板と、この弾性金属板の長さの中央部で弾性金属板を挟むように設けられた２枚の圧電セラミック板とを備えた冷却ファンが開示されている。圧電セラミック板に交流電圧を印加することで、弾性金属板の両自由端が振動して風を起し、冷却ファンに隣接した電子部品の冷却が図られている。
【特許文献１】特開平３−３３５００号公報
【特許文献２】特開２０００−３２３８８２号公報
【特許文献３】特開２００２−１３０１９８号公報
【特許文献４】特開２００４−６４９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最近では、携帯通信機器の低電圧化の促進に伴い、これらの携帯通信機器の駆動電圧は数Ｖ程度まで低下している。従って、携帯通信機器に用いられる冷却ファンも低電圧での駆動が要求されている。しかしながら、上記の文献に開示されている冷却ファンは、圧電セラミックを振動させるために数十Ｖの交流電圧が必要である。そのため、圧電セラミックを用いた冷却ファンは、低電圧での駆動に適し難い。
【０００４】
本発明は、低電圧での駆動を可能にした冷却ファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る冷却ファンは、往復運動する平板状のフィン部を備えた冷却ファンにおいて、フィン部は、形状記憶合金層と、形状記憶合金層に貼り合わされた電気絶縁層とが設けられた薄膜を有し、形状記憶合金層には電流が供給されることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る冷却ファンでは、平板状のフィン部は、形状記憶合金層と電気絶縁層とを有する薄膜からなる。そして、形状記憶合金層の「形状記憶効果」を利用し、形状記憶合金層が通電加熱と自然冷却とを交互に繰り返すことにより、フィン部が往復運動を行い風が生じる。加えて、形状記憶合金層を加熱するために必要とされる電圧が数Ｖ程度であり、駆動電圧が小さいので、その結果として、冷却ファンの低電圧での駆動が可能となる。しかも、電気絶縁層の採用によって、フィン部の密集化も容易となる。
【０００７】
本発明に係る冷却ファンにおいて、薄膜には、電気絶縁層において、形状記憶合金層と反対側の面に貼り合わされたバネ層が更に設けられていると好適である。形状記憶合金層の復元力としてバネ層が利用されるので、フィン部を効率の良く往復運動させることができる。そして、電気絶縁層によって形状記憶合金層とバネ層との電気的導通が阻止され、電気的損失防止が図られる。
【０００８】
本発明に係る冷却ファンにおいて、フィン部は、薄膜の先端に固定されたブレード部を更に備えると好適である。ブレード部の採用により、フィン部を大型化させることができ、所望の風量を任意に作り出すことができる。
【０００９】
本発明に係る冷却ファンにおいて、形状記憶合金層は、電気絶縁層の表面上でコの字状に形成され、フィン部は、互いに平行又はハの字になるように一列に並べられていると好適である。フィン部が互いに平行になるように並べられた場合には、振動する際に隣接したフィン部同士が互いに干渉せず、フィン部を高密度に配列する可能となる。また、フィン部が互いにハの字になるように並べられた場合には、フィン部の配置高さを低くすることができ、冷却ファンの薄型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷却ファンによれば、低電圧での駆動を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る冷却ファンの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
〔第１実施形態〕
図１〜図３に示すように、冷却ファン１は、等間隔に並設された複数の舌片状のフィン部４と、断面矩形波状に形成されると共に、一列に整列したフィン部４を基端で連結する基部３とを備えている。そして、フィン部４は、平行に配設された一対のフィン部４Ａ，４Ｂからなる。
【００１３】
基部３は、一枚の薄膜２をその長手方向に対して直交する方向に沿って折り曲げることによって、６つの山部６と５つの谷部５とからなり、山部６と谷部５とが交互に出現する。谷部５は、同一平面上に形成され、山部６は、谷部５から隆起すると共に、断面略コの字状をなし、谷部５に対して垂直に立設する側壁６ａ，６ｂと、側壁６ａ，６ｂ間を架け渡す平板状の頂部６ｃとからなる。谷部５は平板状に形成されている。
【００１４】
側壁６ａ，６ｂには、舌片状に形成されたフィン部４Ａ，４Ｂがそれぞれ設けられ、各フィン部４Ａ，４Ｂは、冷却ファン１の幅方向に延在する。フィン部４Ａ，４Ｂは、側壁６ａ，６ｂとほぼ同一平面上に位置する。フィン部４Ａ，４Ｂは、側壁６ａ，６ｂと一体をなす。そして、長手方向において交互に出現するフィン部４Ａ，４Ｂは、互いに平行になるように一列に並べられている。
【００１５】
図３に示すように、フィン部４Ａ，４Ｂ及び基部３を構成する薄膜２は、二方向性を有する形状記憶合金層７と、形状記憶合金層７に貼り合わされた電気絶縁層８とを備えている。形状記憶合金層７は、例えばＮｉ−Ｔｉ合金やＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金からなり、特殊な熱処理を施すことにより二方向性が付与される。一方、電気絶縁層８は、耐熱性に優れたポリイミッドからなる。
【００１６】
ここで、二方向性とは、形状記憶合金層７の形状回復動作を可逆的にすることを意味している。すなわち、形状記憶合金層７を加熱すると、形状記憶合金層７の「形状記憶効果」が働き、記憶された形状に回復し、形状記憶合金層７を冷却すると、形状記憶合金層７が再び加熱前の形状に戻る。なお、Ｎｉ−Ｔｉ合金やＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金への特殊な熱処理方法は周知の方法で行えばよい。
【００１７】
図１に示すように、形状記憶合金層７は、電気絶縁層８の表面上でコの字状に形成されている。具体的には、形状記憶合金層７は、側壁６ａ，６ｂ及びフィン部４Ａ，４Ｂの外縁部に沿って延在している。この場合、電流の流れルートが長くなるので、形状記憶合金層７を短時間で均一に加熱することが可能となる。
【００１８】
このような構成の冷却ファン１は、図４に示すようなホルダ９内に収容され、例えば携帯電話の発熱源（図示せず）の冷却に利用される。熱伝導性の高い材質からなるホルダ９は、上下に分離された上部ホルダ１０と下部ホルダ１１とを備えている。上部ホルダ１０と下部ホルダ１１とは、それぞれ断面コの字状に形成され、平板状のベース部１０ａ，１１ａと、ベース部１０ａ，１１ａ部に対して垂直に立設された枕部１０ｂ，１０ｃ，１１ｂ，１１ｃとからなる。
【００１９】
また、下部ホルダ１１の枕部１１ｃには、ベース部１１ａと連通する溝部１１ｄが形成されている。この溝部１１ｄには、冷却ファン１の形状記憶合金層７に電流を供給する通電用フレキシブルプリント配線板（通電用ＦＰＣ）１２が配置されている。そして、通電用ＦＰＣ１２には、互いに電気絶縁された２本の銅箔回路１２ａ，１２ｂが内蔵されている。図４（ｂ）に示すように、銅箔回路１２ａは、冷却ファン１の一端に位置するフィン部４Ｂの形状記憶合金層７に対して、一側の端子１２ｃを介して電気的に接続されている。銅箔回路１２ｂは、冷却ファン１の他端に位置するフィン部４Ａの形状記憶合金層７に対して、他側の端子（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００２０】
上部ホルダ１０と下部ホルダ１１とを合わせることにより、冷却ファン１はホルダ９の内部に収められ、冷却ファン１の基部３及び通電用ＦＰＣ１２は、接着剤によってベース１０ａ，１１ａに固定される。
【００２１】
以上のように構成された冷却ファン１にあっては、平板状のフィン部４Ａ，４Ｂは、二方向性を有する形状記憶合金層７と電気絶縁層８とを有する薄膜２からなるので、通電用ＦＰＣ１２を介して冷却ファン１の形状記憶合金層７に直流電流を供給すると、形状記憶合金層７のもつ抵抗で熱が発生し、形状記憶合金層７が加熱される。そして、加熱により形状記憶合金層７の「形状記憶効果」が働き、記憶された形状に回復する力が発生し、フィン部４Ａ，４Ｂの先端は、片側にたわむ。そして、フィン部４Ａ，４Ｂへの通電を止めると、形状記憶合金層７が自然冷却し、形状記憶合金層７が加熱前の形状に戻る力（復元力）が生じ、フィン部４Ａ，４Ｂの先端は元の状態に戻る。従って、通電用ＦＰＣ１２への通電のＯＮ／ＯＦＦを高速で切り換えて、フィン部４Ａ，４Ｂへの通電加熱と自然冷却とを交互に繰り返すことにより、フィン部４Ａ，４Ｂが高速で往復運動し風が生じる。
【００２２】
さらに、形状記憶合金層７を加熱するために必要とされる電圧は数Ｖ程度であり、駆動電圧が小さいので、冷却ファン１の低電圧での駆動が可能となる。しかも、電気絶縁層８の採用によって、フィン部４Ａ，４Ｂの密集化も容易となる。また、フィン部４Ａ，４Ｂが互いに平行になるように一列に並べられているため、往復運動する際に、隣接したフィン部４Ａ，４Ｂ同士は互いに干渉せず、フィン部４Ａ，４Ｂを高密度に配列する可能となる。この結果、大きなスペースの確保を必要とせず、冷却ファン１の小型化を促進させることができ、且つ小型であっても風量の増加を図ることが可能となる。
【００２３】
以下、図５及び図６を参照して冷却ファン１の製造方法について説明する。
【００２４】
まず、一枚の電気絶縁シート１３を準備し、その表面に形状記憶合金シート１４を貼り合わせて、薄膜２を形成する（図５（ａ）、（ｂ）参照）。形状記憶合金シート１４は、事前に形状を記憶させるための特殊な熱処理が施されたものである。次に、薄膜２を打抜きプレス加工することによって所定のパターンを形成する。その後、形状記憶合金シート１４が電気絶縁シート１３の表面上でコの字状になるように、形状記憶合金シート１４をエッチング処理し、不必要な形状記憶合金シート１４を除去する。これによって、冷却ファン１の展開ピース１５が複数形成される（図５（ｃ）参照）。
【００２５】
続いて、個々の展開ピース１５を切り取り、図６（ａ）中の折り曲げる線Ｌ１，Ｌ２に沿って展開ピース１５を直角に折り、冷却ファン１を形成する（図６（ｂ）参照）。
【００２６】
〔第２実施形態〕
図７〜図９に示すように、冷却ファン１６は、複数の舌片状のフィン部１８と、断面鋸歯状に形成されると共に、一列に形成されたフィン部１８と基端で連結する基部１７とを備えている。そして、フィン部１８は、一対のフィン部１８Ａ，１８Ｂからなり、基部１７は、山部と谷部とが交互に出現するようＶ字状に折り曲げられている。
【００２７】
基部１７の側壁１７ａ，１７ｂには、舌片状に形成されたフィン部１８Ａ，１８Ｂが一体的に形成され、フィン部１８Ａ，１８Ｂは、側壁１７ａ，１７ｂとほぼ同一平面上に位置する。そして、複数のフィン部１８Ａ，１８Ｂは、ハの字状をなし、一列に並べられている。
【００２８】
図９に示すように、薄膜１９は、３層構造をなし、中間に配置された電気絶縁層２０と、電気絶縁層２０の表面に貼り合わされた形状記憶合金層２１と、形状記憶合金層２１と反対側で電気絶縁層２０の裏面に貼り合わされたバネ層２２とを備えている。
【００２９】
形状記憶合金層２１は、一方向性を有するＮｉ−Ｔｉ合金やＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金からなり、電気絶縁層２０は、耐熱性に優れたポリイミッドからなる。一方、バネ層２２は、形状記憶合金層２１の復元力として用いられる。バネ層２２は、バネ性に優れたリン青銅からなる。
【００３０】
形状記憶合金層２１は、電気絶縁層２０の表面上でコ字状に形成されている。具体的には、形状記憶合金層２１は、側壁１７ａ，１７ｂ及びフィン部１８Ａ，１８Ｂの外縁部に沿って延在している。この場合、電流の流れルートが長くなるので、形状記憶合金層２１を短時間で均一に加熱することが可能となる。
【００３１】
このような構成の冷却ファン１６は、冷却ファン１と同様に、図４に示すようなホルダ９内に収容され、携帯電話などの発熱源の冷却に用いられる。
【００３２】
以上のように構成された冷却ファン１６にあっては、平板状のフィン部１８Ａ，１８Ｂは、形状記憶合金層２１と電気絶縁層２０とバネ層２２とを有する薄膜１９からなるので、形状記憶合金層２１に直流電流を供給すると、形状記憶合金層２１のもつ抵抗で熱が発生し、形状記憶合金層２１が加熱される。そして、加熱により形状記憶合金層２１の「形状記憶効果」が働き、記憶された形状に回復する力が発生し、フィン部１８Ａ，１８Ｂの先端は、片側にたわむ。そして、フィン部１８Ａ，１８Ｂへの通電を止めると、形状記憶合金層２１が自然冷却し、バネ層２２に付勢されたバネ力により加熱前の形状に強制的に復元される。このため、フィン部１８Ａ，１８Ｂの先端を元の状態に素早く戻すことができる。従って、通電用ＦＰＣへの通電のＯＮ／ＯＦＦを高速で切り換えて、フィン部１８Ａ，１８Ｂへの通電加熱と自然冷却とを交互に繰り返すことにより、フィン部１８Ａ，１８Ｂが高速で往復運動し風が生じる。このように、バネ層２２を利用することで、記憶された形状に回復した形状記憶合金層２１をスムーズに且つ素早く復元させることができる。その結果、フィン部１８Ａ，１８Ｂを効率の良く往復運動させることができる。
【００３３】
加えて、形状記憶合金層２１を加熱するために必要とされる電圧が数Ｖ程度であり、駆動電圧が小さいので、冷却ファン１６の低電圧での駆動が可能となる。しかも、電気絶縁層２０の採用によって、フィン部１８Ａ，１８Ｂの密集化を向上することができると共に、形状記憶合金層２１とバネ層２２との電気的導通が阻止され、電気的損失防止が図られる。また、フィン部１８Ａ，１８Ｂが互いにハの字になるように並べられているため、フィン部１８Ａ，１８Ｂの配置高さを低くすることができ、冷却ファン１６の薄型化を図ることができる。
【００３４】
冷却ファン１６の製造方法は、薄膜２に代えて形状記憶合金層２１と電気絶縁層２０とバネ層２２とからなる薄膜１９を用いる点で冷却ファン１と異なっているが、製造手順などは冷却ファン１と同様のため、重複説明を省略する。
【００３５】
〔第３実施形態〕
本実施形態に係る冷却ファン２３は、平面状に形成されている点、及び平板状のブレード２６を有する点で冷却ファン１と異なっている。図１０に示すように、冷却ファン２３は、平板状の基部２５と、基部２５と一体をなすフィン部３０とを有し、フィン部３０は、基部２５から突出すると共に等間隔に並設された複数の舌片状の振動部２４と、振動部２４の先端に固定されたブレード２６からなる。基部２５と複数の振動部２４とは、前述した冷却ファン１の展開ピース１５と同様な構造を有し、薄膜２からなる。振動部２４とブレード２６とで、フィン部３０が形成され、振動部２４への通電加熱と自然冷却とを交互に繰り返すことにより、振動部２４が往復運動し、ブレード部２６に振動が与えられる。その結果、ブレード部２６が往復運動し風が生じる。
【００３６】
このような構成により、冷却ファン２３は、冷却ファン１と同様に低電圧での駆動が可能となるほか、ブレード部２６の採用によって、フィン部を大型化させることができ、所望の風量を任意に作り出すことができる。
【００３７】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えばフィン部の形状は上記の実施形態に限らず、扇状やその他の形状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る冷却ファンの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示された冷却ファンの平面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】冷却ファンをホルダに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図５】冷却ファンの製造方法を示す斜視図である。
【図６】冷却ファンの製造方法を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る冷却ファンの第２実施形態を示す斜視図である。
【図８】図７に示された冷却ファンの平面図である。
【図９】図８のVIII−VIII線に沿った断面図である。
【図１０】本発明に係る冷却ファンの第３実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１６，２３…冷却ファン、２，１９…薄膜、４Ａ，４Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ,３０…フィン部、７，２１…形状記憶合金層、８，２０…電気絶縁層、２２…バネ層、２６…ブレード部。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復運動する平板状のフィン部を備えた冷却ファンにおいて、
前記フィン部は、形状記憶合金層と、前記形状記憶合金層に貼り合わされた電気絶縁層とが設けられた薄膜を有し、前記形状記憶合金層には電流が供給されることを特徴とする冷却ファン。
【請求項２】
前記薄膜には、前記電気絶縁層において、前記形状記憶合金層と反対側の面に貼り合わされたバネ層が更に設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷却ファン。
【請求項３】
前記フィン部は、前記薄膜の先端に固定されたブレード部を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷却ファン。
【請求項４】
前記形状記憶合金層は、前記電気絶縁層の表面上でコの字状に形成され、前記フィン部は、互いに平行又はハの字になるように一列に並べられていることを特徴とする請求項１又は２記載の冷却ファン。

【図１】