JP2008280917A

JP2008280917A - 圧電式気体噴射装置

Info

Publication number: JP2008280917A
Application number: JP2007125537A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamada; 聡山田; Hitoshi Onishi; 人司大西; Katsuya Sugai; 勝弥菅井
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-11-20
Also published as: US20080277103A1; US7939991B2

Abstract

【課題】圧電振動子の振動により、目的とする空間（部位）を効果的に冷却することができる圧電式気体噴流発生装置を得る。
【解決手段】圧電振動子によって上下の可変容積室を形成し、該圧電振動子の振動によって給排される空気の移動を有効利用するために、上下の可変容積室にそれぞれ連通しアッパハウジング及びロアハウジングからそれぞれ突出する複数本のアッパ給排パイプとロア給排パイプをそれぞれ、圧電振動子の平面方向と平行な方向にかつ互いに平行に同一方向に突出させ、さらに該アッパ給排パイプとロア給排パイプをその平面位置を異ならせて配置した圧電式気体噴流発生装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動子を振動させて噴流気体を給排する気体噴射装置に関する。

本出願人は、例えばノートＰＣの発熱源（例えばＣＰＵ）の冷却に、圧電振動子を用いた圧電式気体噴射装置を用いることを検討している。

圧電振動子の振幅は、数十〜数百μｍオーダであるが、可変容積室の容積を十分小さくすることで、噴流気体（空気）を出し入れすることが可能であり、この気体流で発熱源の周囲の空気（熱）を移動させ冷却することができる。

圧電体を、シム（導電性薄肉金属板）の表裏の少なくとも一方に積層してなる圧電振動子は、その厚さを全体でも１ｍｍ未満とすることができる。また、圧電振動子の上下に形成する可変容積室も、圧電振動子の振動で圧縮性の空気を給排するという目的上、小容積である。このため、圧電式気体噴射装置は非常に薄くでき、ノートＰＣのような空間の少ない装置の冷却用として有望であると考えられる。
特許2803644号公報特開平11-135973号公報特開平09-293983号公報特開平05-251883号公報特開2005-256834号公報特開2002-076225号公報特開2000-252669号公報特開08-316673号公報 USP6588497号公報 USP6123145号公報特開2005-175398号公報

本発明は、以上のような着眼に基づき、圧電振動子の振動により、目的とする空間（部位）を効果的に冷却することができる圧電式気体噴流発生装置を得ることを目的とする。

圧電式気体噴射装置は、基本要素として、圧電振動子、その上下に可変容積室を形成する上下のハウジングを必須とし、逆止弁は不要である。圧電振動子の正逆の振動で、容積の減る可変容積室の給排パイプからは気体を噴出し、容積の増える可変容積室の給排パイプには気体を吸引することで、いずれにしても空気の移動を生じさせることができるからである。

本発明の圧電式気体噴射装置は、上下の可変容積室によって給排される空気の移動を有効利用するために、第一に、上下の可変容積室にそれぞれ連通しアッパハウジング及びロアハウジングからそれぞれ突出する複数本のアッパ給排パイプとロア給排パイプをそれぞれ、圧電振動子の平面方向と平行な方向にかつ互いに平行に同一方向に突出させたこと、第二に該アッパ給排パイプとロア給排パイプをその平面位置を異ならせて配置したことを特徴としている。

第一の点によれば、上下の可変容積室の容積変動による空気移動を、目的空間に集中的に生じさせることができる。第二の点によれば、アッパとロアの一方の給排パイプ群から吐出される空気流の影響が、他方の給排パイプ群に吸入される空気流に及ぶのを防ぐことができ、冷却のための空気移動を良好に生じさせることができる。

特に、本発明による圧電式気体噴射装置は、極めて薄くすることができるので、アッパ給排パイプとロア給排パイプの圧電振動子と直交する方向の軸間距離が該給排パイプの外径の２倍より小さく設定することが可能である。このとき、アッパ給排パイプとロア給排パイプをその平面位置を異ならせて配置すると、相互の距離を容易に大きくとることができる。

アッパ給排パイプとロア給排パイプは同一ピッチとするのが実際的であり、平面的に見て、アッパ給排パイプの間にロア給排パイプが位置するように配置するのがよい。

アッパ給排パイプとロア給排パイプは同一長さとし、その先端部を同一の平面位置に開口させると、さらに目的空間において空気移動を集中させることができる。

本発明によれば、圧電振動子を利用した薄型の圧電式気体噴流発生装置により、給排される空気流を目的空間において効率的に生じさせることができる。

図１ないし図３は、本発明による圧電式気体噴流発生装置１００の一実施形態を示している。本圧電式気体噴流発生装置１００は、圧電振動子１０、アッパハウジング２０、ロアハウジング３０、アッパ給排パイプ（群）４０及びロア給排パイプ（群）５０を主たる構成要素としている。

アッパハウジング２０とロアハウジング３０は、同一（対称）構造であって、平面矩形をなし、互いの対向面に円形凹部２１（３１）を有している。該円形凹部２１（３１）の周囲には、それぞれ環状シール部材２２（３２）が挿入されるシール収納部２３（３３）が形成されている（図３）。圧電振動子１０は、アッパハウジング２０の環状シール部材２２とロアハウジング３０の環状シール部材３２との間に気密に保持され、円形凹部２１と圧電振動子１０の間にアッパ可変容積室２４を形成し、円形凹部３１と圧電振動子１０の間にロア可変容積室３４を形成している。

圧電振動子１０は、シム１１と、該シム１１の一方の面に圧電体１２を積層したユニモルフタイプである（図３）。図３では厚さを誇張して描いているが、シム１１は、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ５０μｍ程度のステンレス、４２アロイ等の薄板からなっている。圧電体１２は、例えば厚さ５０〜３００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ₃）等の圧電材料から構成されるもので、その表裏方向に分極処理が施されている。給電ライン１３を介して、シム１１と圧電体１２の露出面（圧電体１２の表裏）に交番電界が与えられると、圧電体１２の表裏の一方が伸びて他方が縮むサイクルが繰り返され、シム１１（圧電振動子１０）が振動する。

アッパ給排パイプ４０は、アッパハウジング２０の一側壁から圧電振動子１０の平面方向と平行な方向に突出しており、アッパ可変容積室２４と連通している。ロア給排パイプ５０は、ロアハウジング３０の一側壁から圧電振動子１０の平面方向と平行な方向に突出しており、ロア可変容積室３４と連通している。このアッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０は、互いに（全て）平行であり、その先端部は、同一の冷却空間（目的空間）Ｘ（図１）に開口している。すなわち、この実施例では、アッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０は、同一長さである。

また、アッパ可変容積室２４（ロア可変容積室３４）及びアッパ給排パイプ４０（ロア給排パイプ５０）の体積（断面積）は、圧電振動子１０の振動に伴う空気の吸引吐出が、できるだけ衝撃的に行われるように定められている。

そして、このアッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０は、互いの平面位置が異なっている。図２に明らかなように、アッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０は同一のピッチＰで複数本（図示例では３本ずつ）が配置されており、平面的に見て、アッパ給排パイプ４０（ロア給排パイプ５０）の間に、ロア給排パイプ５０（アッパ給排パイプ４０）が位置するように配置されている。

アッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０の圧電振動子１０の平面方向と直交する方向の軸間距離Ｓ（図２）は、アッパ給排パイプ４０（ロア給排パイプ５０）の外径Ｄの２倍より小さい（Ｓ＜２Ｄ）。本圧電式気体噴流発生装置１００は、可変容積室２４（３４）の容積が小さいため（小さくないと噴流を生じさせることができないため）、アッパハウジング２０とロアハウジング３０は薄型化され、アッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０が圧電振動子１０の平面方向と直交する方向で接近している。このとき、仮に、アッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０とを同一平面位置に位置させると、アッパ給排パイプ４０の開口端とロア給排パイプ５０の開口端が極めて接近し、一方から噴出した空気が直ちに他方に吸引されるという状況が生じる。このような状況では、冷却空間Ｘで十分な空気移動を生じさせることが困難になる。

これに対し、本実施形態のように、アッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０の平面的な位置を異ならせ（千鳥状に配置し）、上記Ｓ＜２Ｄの関係を満足させると、アッパ給排パイプ４０の開口端とロア給排パイプ５０の開口端の位置を容易に離すことができ、一方から噴出した空気が直ちに他方に吸引されるという状況は生じにくい。このため、冷却空間Ｘで十分な空気移動を生じさせ、高い冷却作用を得ることができる。

なお、給排パイプ４０（５０）の配列ピッチＰは、上記軸間距離Ｓの２倍以上とするのがよい。２倍未満では、アッパ給排パイプ４０とロア給排パイプ５０の開口端の距離を十分離すことができない。

以上の気体噴流発生装置１００は、給電ライン１３を介して圧電体１２の表裏に交番電界を印加することにより、圧電振動子１０は平面円形の中央部分の振幅が最も大きくなるように振動する。すると、アッパ可変容積室２４（ロア可変容積室３４）の容積が拡大する行程では、アッパ給排パイプ４０（ロア給排パイプ５０）からアッパ可変容積室２４（ロア可変容積室３４）内に空気が吸引され、アッパ可変容積室２４（ロア可変容積室３４）の容積が縮小する行程では、アッパ可変容積室２４（ロア可変容積室３４）内からアッパ給排パイプ４０（ロア給排パイプ５０）に空気が吐出される。この空気の吸引吐出は、できるだけ衝撃的に行われるように、アッパ可変容積室２４（ロア可変容積室３４）及びアッパ給排パイプ４０（ロア給排パイプ５０）の体積（断面積）が定められているから、目的空間Ｘで空気の移動を生じさせ、冷却作用を得ることができる。

以上の実施形態の説明では、便宜上、「アッパ」「ロア」の語を用いたが、気体噴流発生装置１００の使用状態での上下関係を述べたものではないことは明らかである。

以上の実施形態は、圧電振動子１０としてユニモルフタイプを用いたが、振幅の大きいバイモルフタイプを用いることも可能である。

本発明による圧電式気体噴流発生装置の一実施形態を示す斜視図である。図１のＡ視側面図である。図１のIII-III線に沿う断面図である。同分解斜視図である。

符号の説明

１０圧電振動子
１１シム
１２圧電体
１３給電ライン
２０アッパハウジング
３０ロアハウジング
２１３１円形凹部
２２３２環状シール部材
２３３３シール収納凹部
２４アッパ可変容積室
３４ロア可変容積室
４０アッパ給排パイプ
５０ロア給排パイプ
Ｘ冷却空間（目的空間）

Claims

圧電振動子と、この圧電振動子の上下にそれぞれ可変容積室を形成するアッパハウジング及びロアハウジングと、この上下の可変容積室にそれぞれ連通しアッパハウジング及びロアハウジングからそれぞれ突出する複数本のアッパ給排パイプとロア給排パイプとを有し、
上記アッパ給排パイプとロア給排パイプはそれぞれ、圧電振動子の平面方向と平行な方向にかつ互いに平行に同一方向に突出していること、及び
該アッパ給排パイプとロア給排パイプは、その平面位置を異ならせて配置されていること、
を特徴とする圧電式気体噴流発生装置。
請求項１記載の圧電式気体噴流発生装置において、上記アッパ給排パイプとロア給排パイプの圧電振動子と直交する方向の軸間距離は、該給排パイプの外径の２倍より小さく設定されている圧電式気体噴流発生装置。
請求項１または２記載の圧電式気体噴流発生装置において、アッパ給排パイプとロア給排パイプは同一ピッチで、かつ平面的に見て、アッパ給排パイプの間にロア給排パイプが位置するように配置されている圧電式気体噴流発生装置。
請求項１ないし３のいずれか１項記載の圧電式気体噴流発生装置において、アッパ給排パイプとロア給排パイプは同一長さで、その先端部が同一の平面位置に開口している圧電式気体噴流発生装置。