振動送風装置

【課題】振動エネルギーを利用して外部からのエネルギー供給を受けることなく送風を行うことができる振動送風装置を提供すること。
【解決手段】長手方向一端が固定された振動板４の自由端に錘５を取り付けて振動送風装置１を構成し、前記振動板４を振動させて送風する。又、前記振動板４の固有振動数が使用環境の振動周波数と略等しくなるよう該振動板４のバネ定数と前記錘の重量を設定する。更に、前記錘５を磁石で構成し、前記振動版４の振動方向両側に、前記錘５との間で互いに反発する磁石１１，１２を配置する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動エネルギーを利用して送風を行う振動送風装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車載電子機器は、車体内の限られたスペースに密集して組み込まれている。このため、パワーデバイスや二次電池等の発熱する電子デバイス類を冷却する場合、微細な部品や数ｍｍオーダーの隙間に空冷若しくは液冷の機構を組み込む必要がある。
【０００３】
しかしながら、微細な隙間には既存の電動ファン等の送風装置や水冷循環器配管等とその動力供給手段を配置することができないという問題があった。このため、既存の空冷及び液冷技術のように外部からエネルギーを供給するシステムを使用せず、数ｍｍオーダーの微小隙間に配置することができる送風機や液冷循環器が必要となっている。
【０００４】
そこで、特許文献１には、振動機械に取り付けられるケーシング内に、吸込室と吐出室とを連通する通路を有するピストンを往復動自在に設け、ケーシングの吸込口とピストンの通路に、ピストンの往復動により交互に開閉する逆止弁を設けた振動ポンプが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８２４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１において提案された振動ポンプにおいては、ピストンが振動によってシリンダ内を往復動する場合、ピストンがシリンダ内壁に衝突するため、騒音の発生や衝突によるピストンやシリンダの劣化と破損の可能性がある。又、ピストンとシリンダとの衝突によるエネルギーロスや振動周波数によるエネルギーの伝達ロスについて配慮されていないため、振動ポンプの効率的で安定した動作を望むことができないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、振動エネルギーを利用して外部からのエネルギー供給を受けることなく送風を行うことができる振動送風装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の振動送風装置は、長手方向一端が固定された振動板の自由端に錘を取り付け、該振動板を振動させて送風することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記振動板の固有振動数が使用環境の振動周波数と略等しくなるよう該振動板のバネ定数と前記錘の重量を設定したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３２記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記錘を磁石で構成し、前記振動版の振動方向両側に、前記錘との間で互いに反発する磁石を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、外部からのエネルギー供給を受けることなく、当該振動送風装置に伝達される振動エネルギーを利用して送風を行うことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、振動板の固有振動数を使用環境の振動周波数と略等しくして該振動板を共振させるようにしたため、振動エネルギーを効率良く利用して送風を効果的に行うことができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、磁石で構成された錘と振動版の振動方向両側に設けられた磁石との間に磁気反発力が発生するため、振動板のストローク端での錘の衝突が防がれ、衝撃音の発生やエネルギーロス、耐久性の低下を招くことなく、振動エネルギーを利用して外部からのエネルギー供給を受けることなく送風が効率良くなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動送風装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る振動送風装置の使用例を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る振動送風装置の振動モデルを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る振動送風装置の斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る振動送風装置の使用例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る振動送風装置の縦断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る振動送風装置の使用例を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る振動送風装置の斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る振動送風装置の平断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る振動送風装置の振動モデルを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る振動送風装置の変形例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る振動送風装置の変形例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る振動送風装置の変形例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係る振動送風装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る振動送風装置の斜視図であり、図示の振動送風装置１は、長手方向一端がブロック状の固定台２に固定された弾性軸３の自由端に矩形の振動板４と錘５を取り付けて構成されている。この振動送風装置１は、例えば図２に示すように回路基板２０上に設置されて使用され、回路基板２０の振動エネルギーを利用して発熱体２１に送風するものである。振動送風装置１は、振動する機器と共に振動する回路基板２０に取り付けられており、弾性軸３は振動する機器の振動方向に対して垂直な方向に沿って配置され、振動板４の面は機器の振動方向に対して垂直な面で構成されている。
【００１７】
即ち、回路基板２０が例えば縦振動すれば、該回路基板２０上に設置された振動送風装置１も回路基板２０と一体に振動し、錘５に作用する慣性力によって振動方向に対して垂直に配置された弾性軸３が固定台２への固定端を中心として上下に揺動するため、該弾性軸３の自由端側に取り付けられた振動板４が上下の揺動を繰り返し、この振動板４の上下動によって回路基板２０上の発熱体２１に対して送風がなされ、発熱体２１が空冷されてその温度上昇が抑えられる。このように本実施の形態に係る振動送風装置１によれば、外部からのエネルギー供給を受けることなく、回路基板２０から当該振動送風装置１に伝達される振動エネルギーを利用して送風することができる。
【００１８】
ところで、本実施の形態では、振動板４の固有振動数を使用環境の振動周波数（取り付けられる機器の振動周波数）と略等しくして該振動板４を共振させるようにしている。
【００１９】
ここで、振動板４と錘５を含む振動系を図３に示す片持ち梁モデルで考える。
【００２０】
梁である弾性軸３の自由端に質量ｍの錘５が取り付けられた振動系を考え、弾性軸３のバネ定数をｋ、弾性軸３の自由端の撓み（変位）をｘ、時間をｔとすると、次の運動方程式が成立する。
【００２１】
ｍ・ｄ２ｘ／ｄｔ２＝−ｋ・ｘ … （１）
又、弾性軸３の長さをＬとすると、振動の周期Ｔと周波数ωはそれぞれ次式で表わされる。
【００２２】
Ｔ＝２π√（ｍ／ｋ） … （２）
ω＝√（ｋ／ｍ） … （３）
従って、振動板４を含む振動系の固有振動数ω０を（３）式によって求め、振動する機器の振動周波数ωに略等しくなるよう調整することによって振動板４を共振させることができ、このように振動板４を共振させることによって振動エネルギーを効率良く利用して送風を効果的に行うことができる。
【００２３】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図４及び図５に基づいて以下に説明する。
【００２４】
図４は本発明の実施の形態２に係る振動送風装置の斜視図、図５は同振動送風装置の使用例を示す斜視図であり、本実施の形態に係る振動送風装置１は、長手方向一端が薄い円柱状の固定台２に固定された振動板４の自由端に錘５を取り付けて構成されている。この振動送風装置１は、例えば図５に示すように上下２枚の矩形プレート３１，３２間の微小隙間に設置されて使用され、矩形プレート３１，３２に伝達される横振動のエネルギーを利用して送風するものである。実施の形態２に係る振動送風装置１は、振動する機器と共に振動する固定台２を有しており、振動板４は振動する機器の振動方向に対して垂直な方向に沿って配置され、振動板４の面は機器の振動方向に対して垂直な面で構成されている。
【００２５】
即ち、振動送風装置１が矩形プレート３１，３２と共に例えば横振動すれば、振動板４の自由端に取り付けられた錘５に作用する慣性力によって振動板４が固定台２への固定端を中心として図５に示すようにプレート３１，３２の間でプレート３１，３２の面に沿って左右の揺動を繰り返すため、この振動板４の左右の揺動によって送風がなされる。このため、本実施の形態に係る振動送風装置１においても、外部からのエネルギー供給を受けることなく、当該振動送風装置１に伝達される振動エネルギーを利用して送風することができる。尚、本実施の形態においても、振動板４の固有振動数を使用環境の振動周波数と略等しくして該振動板４を共振させるようにしている。又、固定台２を円柱状としているため、振動板４の送風作用による空気の流れに対して障害となることを抑制し、空気の流れをスムーズにすることができる。
【００２６】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図６及び図７に基づいて以下に説明する。
【００２７】
図６は本発明の実施の形態３に係る振動送風装置の縦断面図、図７は同振動送風装置の使用例を示す斜視図であり、本実施の形態に係る振動送風装置１の基本構成は前記実施の形態２に係る振動送風装置１のそれと同じである。
【００２８】
本実施の形態に係る振動送風装置１は、図６に示すように扁平な薄いケーシング６の底部にブロック状の固定台２を設置し、この固定台２に下端が固定された振動板４の自由端（上端）に錘５を取り付けて構成されている。ここで、ケーシング６の下部には吸気口７が形成され、上端には空気を絞ってこれを排気として上方へ吐出する吐出ノズル８が設けられている。尚、吐出ノズル８内の流路はリブ８ａによって左右にそれぞれ仕切られている。実施の形態３に係る振動送風装置１は、振動する機器と共に振動する固定台２を有しており、振動板４は振動する機器の振動方向に対して垂直な方向に沿って配置され、振動板４の面は機器の振動方向に対して垂直な面で構成されている。
【００２９】
而して、当該振動送風装置１においてケーシング６が横振動すると、振動板４がその自由端（上端）に取り付けられた錘５に作用する横方向の慣性力によって左右の揺動をケーシング６の内部で繰り返すため、ケーシング６の吸気口７から空気（吸気）が吸い込まれ、この吸い込まれた空気は振動板４の送風作用によって上方へと送られ、上端の吐出ノズル８から排気として吐出される。この場合、ケーシング６内を上方へと送り出される空気は、左右の各吐出ノズル８を通過することによって絞られて流速が高められるため、動圧の増加分だけ静圧が下がってその周囲が負圧となるベンチュリ効果によって外気が吸気口７から余分にケーシング６内に吸引される。このため、当該振動送風装置１の送風量が高められ、その冷却機能が高められる。尚、本実施の形態においても、振動エネルギーを効率良く送風に利用するために振動板４が共振するようその固有振動数が調整されている。
【００３０】
ここで、斯かる振動送風装置１の使用例を図７に示すが、この使用例では複数の振動送風装置１をリチウムイオン電池等の二次電池セル４０の冷却に使用している。
【００３１】
即ち、扁平で薄い矩形ダクト状の二次電池セル４０内の下部に３台の振動送風装置１を横方向に並べて収納し、その上方には複数の放熱用リブ９を配置している。
【００３２】
而して、本使用例においては、３台の振動送風装置１によって二次電池セル４０内には上方に向かう空気の流れが発生し、この空気の流れによる冷却作用と複数の放熱用リブ９による放熱作用によって二次電池セル４０が効果的に冷却されてその温度上昇が抑えられる。
【００３３】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４を図８〜図１０に基づいて以下に説明する。
【００３４】
図８は本発明の実施の形態４に係る振動送風装置の斜視図、図９は同振動送風装置の平断面図、図１０は振動送風装置の振動モデルを示す図である。
【００３５】
本実施の形態に係る振動送風装置１は、図８に示す扁平で薄い矩形ダクト状のケーシング６内に、図９に示すように固定台２に長手方向一端が固定された振動板４を配置し、該振動板４の自由端に錘５を取り付けて構成されている。ここで、ケーシング６の一端には吸気口７が形成され、他端には排気口１０が形成されている。尚、吸気口７は図１１に示すようにケーシング６の側部に形成したり、図１２に示すようにケーシング７の上面に形成しても良い。
【００３６】
又、本実施の形態では、錘５は永久磁石で構成されており、図９に示すようにケーシング６内の振動板４の揺動ストローク端には錘５との間で磁気反発力を発生する永久磁石１１，１２が配置されている。
【００３７】
而して、本実施の実施の形態に係る振動送風装置１においても、他の実施の形態と同様に、ケーシング６が横振動すると、振動板４がその自由端に取り付けられた錘５に作用する慣性力によって固定端を中心として左右に揺動を繰り返し、この振動板４の揺動によってケーシング６の吸気口７からケーシング６内に空気（吸気）が吸い込まれ、この空気がケーシング６の排気口７から排気として吐出されるという送風作用がなされる。そして、本実施の形態では、永久磁石で構成された錘５の左右の揺動ストローク端には互いに反発する永久磁石１１，１２が配置されているため、これらの衝突が磁気反発力によって防がれ、衝撃音の発生や耐久性の低下が防がれる。尚、本実施の形態においても、振動板４の固有振動数を使用環境の振動周波数に略一致させて該振動板４を共振させるようにしている。
【００３８】
ここで、振動板４を含む振動系を図１０に示すバネ振り子モデルで考える。即ち、錘５と永久磁石１１，１２との間に作用する磁気反発力を考慮して錘５の両端が仮想バネ１３，１４によって支持されているモデルを考えると、錘５と永久磁石１１，１２との間に作用する磁気反発力ｆは次式で表される。
【００３９】
ｆ＝ｋ・ｘ … （１）
ここに、ｋ：仮想バネ１３，１４のバネ定数
ｘ：仮想バネ１３，１４の変位（変形量）
又、振動系の固有振動数ω０は次式で表される。
【００４０】
ω０＝√（ｋ／ｍ） … （２）
ここに、ｍ：錘５の質量
従って、（２）式で表される固有振動数ω０が使用環境の振動周波数ωに略一致するようにバネ定数ｋと錘５の質量ｍを決定すれば、振動板４を共振させることができ、振動エネルギーを効率良く利用して送風をより効果的に行うことができる。
【００４１】
ところで、送風作用を高めるため、図１３に示すように振動板４をケーシング６外まで延ばし、その端部に幅広の送風フィン１５を設けるようにしても良い。
【００４２】
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５を図１４に基づいて以下に説明する。
【００４３】
図１４は本発明の実施の形態５に係る振動送風装置の縦断面図であり、本実施の形態に係る振動送風装置１は図６に示した前記実施の形態３に係る振動送風装置１において、錘５を永久磁石で構成するとともに、該錘５の左右の揺動ストローク端に錘５との間で互いに磁気反発力を発生する（対向する磁極同士が互いに同極となる）永久磁石１１，１２を配置したことを特徴としており、他の構成は実施の形態３に係る振動送風装置１のそれと同じである、
従って、本実施の形態においても、実施の形態３と同様の効果が得られる他、実施の形態４と同様に錘５の衝突が磁気反発力によって防がれるために衝撃音の発生や耐久性の低下が防がれるという効果が得られる。又、斯かる振動送風装置１を図７に示したように複数並設して二次電池セル４０の冷却に供することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１振動送風装置
２固定台
３弾性軸
４振動板
５錘
６ケーシング
７吸気口
８吐出ノズル
９放熱用リブ
１０排気口
１１，１２永久磁石

【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向一端が固定された振動板の自由端に錘を取り付け、該振動板を振動させて送風することを特徴とする振動送風装置。
【請求項２】
前記振動板の固有振動数が使用環境の振動周波数と略等しくなるよう該振動板のバネ定数と前記錘の重量を設定したことを特徴とする請求項１記載の振動送風装置。
【請求項３】
前記錘を磁石で構成し、前記振動版の振動方向両側に、前記錘との間で互いに反発する磁石を配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の振動送風装置。

【図１】