説明

圧電ファン装置

【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。

【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、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】

【0019】
【表2】

【0020】
【表3】

【0021】
【表4】

【0022】
【表5】

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2008−172105(P2008−172105A)
【公開日】平成20年7月24日(2008.7.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−5164(P2007−5164)
【出願日】平成19年1月12日(2007.1.12)
【出願人】(000005186)株式会社フジクラ (4,463)
【Fターム(参考)】