JP2011185211A - Piezoelectric fan and cooling apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric fan capable of enhancing the cooling capacity by increasing the blowing capacity of an oscillating plate, and a cooling device using the piezoelectric fan. <P>SOLUTION: The piezoelectric fan 101 includes stainless steel-made reinforcing plates 151, 152 in order to increase the rigidity of the section of a gap G between a piezoelectric element 112B and a fixed plate 113 on an oscillating plate 111. In the reinforcing plates 151, 152, a first end is joined with both sides in the width direction of joining parts of piezoelectric elements 112A, 112B in the oscillating plate 111 so as to cross the gap, and a second end is joined with a fixed end of the oscillating plate 111 so as to hold the fixed end of the oscillating plate 111 from both sides of the fixed plate 113. The reinforcing plates 151, 152 suppress the vibration of the section of the gap G of the oscillating plate 111, prevent consumption of a part of the oscillation energy generated by the expansion/contraction of the piezoelectric elements 112A, 112B in the section of the gap G, and increase the amplitude of fore ends of a plurality of blades 114. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、放熱器の近傍から暖気を放出する圧電ファン、及び該圧電ファンを用いた冷却装置に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric fan that discharges warm air from the vicinity of a radiator and a cooling device using the piezoelectric fan.

近年の電子機器では、機器本体の小型化と部品の高密度実装化が進むにつれて、機器内部における発熱対策が課題となっている。例えばパーソナルコンピュータにおいては、機器本体の小型化とともに、情報処理性能を向上させるためにＣＰＵの高速化が進んでいる。そのため、電子機器内部は、部品の高密度実装により電子機器内部の通風性が低下する一方で、発熱体であるＣＰＵの発熱量が増大する環境となっている。よって、当該環境下において、ＣＰＵの上面に配置するヒートシンク等の放熱器で暖められた暖気を、放熱器の近傍から放出させてＣＰＵの温度上昇を抑えることが重要な課題となっている。   In recent electronic devices, as miniaturization of the device main body and high-density mounting of components proceed, countermeasures against heat generation inside the device have become issues. For example, in a personal computer, the speed of a CPU is increasing in order to improve the information processing performance as the device main body is downsized. For this reason, the inside of the electronic device is an environment where the heat generation amount of the CPU, which is a heating element, is increased while the air permeability inside the electronic device is reduced due to high-density mounting of components. Therefore, in this environment, it is an important issue to suppress the temperature rise of the CPU by releasing warm air warmed by a radiator such as a heat sink disposed on the upper surface of the CPU from the vicinity of the radiator.

そこで、例えば非特許文献１において、ヒートシンクの放熱フィン間の暖気を放熱フィンから排出する圧電ファンが提案されている。以下、非特許文献１に示されている圧電ファンと該圧電ファンを備える冷却装置との構造について、図１〜図３を用いて説明する。   Thus, for example, Non-Patent Document 1 proposes a piezoelectric fan that discharges warm air between heat dissipation fins of a heat sink from the heat dissipation fins. Hereinafter, the structure of the piezoelectric fan shown in Non-Patent Document 1 and a cooling device including the piezoelectric fan will be described with reference to FIGS.

図１は、非特許文献１の圧電ファン１０の構成を示す斜視図であり、図２は、同圧電ファン１０の構成を示す側面図である。図３は、同圧電ファン１０を備える冷却装置９の構成を示す斜視図である。圧電ファン１０は、振動板１１と、圧電素子１２Ａ、１２Ｂと、固定板１３とを備えている。ヒートシンク２０は、ベース部２１から上方へ互いに平行に延びる複数の放熱フィン２２を備えている。図３では回路基板にＣＰＵ等の発熱体（発熱部品）５０を実装していて、この発熱体５０の上面にヒートシンク２０の底面が熱的に結合するように配置されている。冷却装置９は、圧電ファン１０をアルミニウム製のヒートシンク２０に固定することによって構成されている。   FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1, and FIG. 2 is a side view showing the configuration of the piezoelectric fan 10. FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a cooling device 9 including the piezoelectric fan 10. The piezoelectric fan 10 includes a vibration plate 11, piezoelectric elements 12 </ b> A and 12 </ b> B, and a fixed plate 13. The heat sink 20 includes a plurality of heat radiating fins 22 that extend upward from the base portion 21 in parallel with each other. In FIG. 3, a heating element (heating component) 50 such as a CPU is mounted on a circuit board, and the bottom surface of the heat sink 20 is arranged to be thermally coupled to the top surface of the heating element 50. The cooling device 9 is configured by fixing the piezoelectric fan 10 to an aluminum heat sink 20.

図１、図２に示すように、振動板１１は、２枚の圧電素子１２Ａ、１２Ｂが両面に貼付され、これらの圧電素子１２Ａ、１２Ｂが伸縮することにより屈曲する。さらに、振動板１１には、その屈曲により揺動される複数のブレード１４が自由端側に形成されている。また、振動板１１の固定端側には、固定板１３が貼り付けられている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the diaphragm 11 is bent by attaching two piezoelectric elements 12A and 12B to both surfaces and expanding and contracting these piezoelectric elements 12A and 12B. Furthermore, the vibration plate 11 is formed with a plurality of blades 14 that are rocked by the bending thereof on the free end side. A fixed plate 13 is attached to the fixed end side of the diaphragm 11.

圧電素子１２Ａ、１２Ｂ及び振動板１１は、中間電極となる振動板１１を両面から挟むように２枚の圧電素子１２Ａ、１２Ｂを貼付してなるバイモルフ型振動子を構成している。２枚の圧電素子１２Ａ、１２Ｂは、それぞれの圧電セラミクッス表面に電極膜を形成している。そして、各電極と中間電極となる振動板１１との間に駆動電圧を印加することによって振動板１１が長手方向に撓んで屈曲振動するよう分極処理している。   The piezoelectric elements 12A and 12B and the diaphragm 11 constitute a bimorph type vibrator in which two piezoelectric elements 12A and 12B are pasted so that the diaphragm 11 serving as an intermediate electrode is sandwiched from both sides. The two piezoelectric elements 12A and 12B have electrode films formed on the surface of each piezoelectric ceramic. Then, by applying a driving voltage between each electrode and the diaphragm 11 serving as an intermediate electrode, the diaphragm 11 is polarized so that it bends and vibrates in the longitudinal direction.

ここで、２枚の圧電素子１２Ａ、１２Ｂは、一方の圧電素子１２Ｂが固定板１３に接するように、且つ両側から振動板１１の同じ部分を挟むように位置合わせしてから、振動板１１に貼付けられる（図１、図２参照）。そして、振動板１１の固定端部は、ヒートシンク２０の放熱フィン２２間の溝に複数のブレード１４のそれぞれが挿入される状態で、ヒートシンク２０の上部に固定板１３を介してネジ１５で固定される（図３参照）。   Here, the two piezoelectric elements 12A and 12B are aligned so that one piezoelectric element 12B is in contact with the fixed plate 13 and sandwiches the same portion of the diaphragm 11 from both sides. Affixed (see FIGS. 1 and 2). The fixed end portion of the diaphragm 11 is fixed to the upper portion of the heat sink 20 with the screw 15 via the fixing plate 13 in a state where each of the plurality of blades 14 is inserted into the groove between the heat radiation fins 22 of the heat sink 20. (See FIG. 3).

以上の構成では、発熱体５０で発生する熱がヒートシンク２０に伝導し、放熱フィン２２によって空気が暖められ、放熱フィン２２間に暖気が発生する。圧電ファン１０は、駆動時、複数のブレード１４の揺動により放熱フィン２２間の当該暖気を放熱フィン２２から排出する。   In the above configuration, heat generated in the heating element 50 is conducted to the heat sink 20, the air is warmed by the radiation fins 22, and warm air is generated between the radiation fins 22. When the piezoelectric fan 10 is driven, the warm air between the heat radiation fins 22 is discharged from the heat radiation fins 22 by swinging the plurality of blades 14.

金子 寛人、“振動して風を送るヒートシンクを実演展示”、［online］、平成２１年９月２５日、日経WinPC、［平成２１年１０月１６日検索］、インターネット＜URL：http://pc.nikkeibp.co.jp/article/news/20090925/1018872/?f=news＞Hiroto Kaneko, “Exhibiting a heat sink that vibrates and sends wind” [online], September 25, 2009, Nikkei WinPC, [October 16, 2009 search], Internet <URL: http: // pc.nikkeibp.co.jp/article/news/20090925/1018872/?f=news>

しかしながら、上述のように固定板１３や両圧電素子１２Ａ、１２Ｂを位置合わせしてから振動板１１に貼り付けたとしても、固定板１３と両圧電素子１２Ａ、１２Ｂとの間には隙間Ｇが生じてしまう（図２参照）。これは、位置合わせの精度に限界があったり、固定板１３の表面に微視的な凹凸が存在したりするためである。   However, even if the fixing plate 13 and the two piezoelectric elements 12A and 12B are aligned and pasted to the diaphragm 11 as described above, there is a gap G between the fixing plate 13 and the two piezoelectric elements 12A and 12B. (See FIG. 2). This is because there is a limit in the accuracy of alignment, or microscopic irregularities exist on the surface of the fixed plate 13.

振動板１１における上記隙間Ｇの区間は、図２に示すように振動板１１のみの剛性となるため、振動板１１における固定板１３の接合区間や両圧電素子１２Ａ、１２Ｂの接合区間より剛性が低い。このため、非特許文献１の圧電ファン１０では、振動板１１の隙間Ｇの区間が振動して、両圧電素子１２Ａ、１２Ｂの伸縮によって生じる振動エネルギーの一部が当該隙間Ｇの区間で消費されてしまい、複数のブレード１４先端の振幅を弱めてしまうという知見を本願の発明者は得た。即ち、この隙間Ｇが圧電ファン１０の送風能力を弱めてしまうことがわかった。   Since the section of the gap G in the diaphragm 11 is only the rigidity of the diaphragm 11 as shown in FIG. 2, the rigidity is higher than the joint section of the fixed plate 13 and the joint sections of the piezoelectric elements 12A and 12B. Low. For this reason, in the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1, the section of the gap G of the diaphragm 11 vibrates, and part of the vibration energy generated by the expansion and contraction of both the piezoelectric elements 12A and 12B is consumed in the section of the gap G. Thus, the inventors of the present application have obtained the knowledge that the amplitude of the tips of the plurality of blades 14 is weakened. That is, it has been found that the gap G weakens the blowing capacity of the piezoelectric fan 10.

よって、非特許文献１の圧電ファン１０をヒートシンク２０に装着しても、放熱フィン２２からの放熱効果が十分に得られない可能性がある。一方、近年、発熱量の大きい高速なＣＰＵが多数登場しており、非特許文献１の圧電ファン１０よりも、より大きな冷却能力が求められている。   Therefore, even if the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1 is mounted on the heat sink 20, there is a possibility that the heat radiation effect from the heat radiation fins 22 cannot be obtained sufficiently. On the other hand, in recent years, a large number of high-speed CPUs that generate a large amount of heat have appeared, and a greater cooling capacity is required than the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1.

この発明の目的は、振動板の送風能力を高めて冷却能力を向上させた圧電ファン、及び該圧電ファンを用いた冷却装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric fan in which the ventilation capacity of the diaphragm is increased to improve the cooling capacity, and a cooling device using the piezoelectric fan.

本発明の圧電ファンは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。
（１）電圧印加に応じて伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子が接合されて前記圧電素子の伸縮により共振周波数で屈曲する振動板であって、その屈曲により揺動される振動板と、
前記振動板の固定端部を別部材に固定する固定部材と、
前記圧電素子と前記固定部材との境界が見える方向から前記振動板を側面視して、第１端部が前記振動板における前記圧電素子の接合区間内にきて、第２端部が前記振動板における前記固定部材の接合区間内にくるように、前記振動板に配置された補強部材と、を備えた。 In order to solve the above-described problems, the piezoelectric fan of the present invention has the following configuration.
(1) a piezoelectric element that expands and contracts in response to voltage application;
A diaphragm that is bonded to the piezoelectric element and bends at a resonance frequency due to expansion and contraction of the piezoelectric element, the diaphragm being swung by the bending;
A fixing member for fixing the fixed end of the diaphragm to another member;
When the diaphragm is viewed from the side in a direction in which the boundary between the piezoelectric element and the fixing member can be seen, the first end is in the joining section of the piezoelectric element in the diaphragm, and the second end is the vibration. And a reinforcing member arranged on the diaphragm so as to be within a joining section of the fixing member on the plate.

この構成では、発熱体で発生する熱が放熱器に伝導し、放熱器によって空気が暖められ、放熱器の近傍に暖気が発生する。放熱器は、例えばヒートシンク、ヒートスプレッダである。この構成における圧電ファンは、放熱器に直接または別部材に固定され、振動板の揺動により放熱器の近傍から当該暖気を放出する。
この際、補強部材を上記の位置に配置しているため、振動板における圧電素子と固定部材との隙間の区間の剛性が増し、次のような現象が起こる。即ち、補強部材が、振動板の隙間Ｇの区間が振動するのを抑制して、圧電素子の伸縮によって生じる振動エネルギーの一部が当該隙間Ｇの区間で消費されるのを防ぎ、振動板の自由端の振幅を強める現象が起こる。よって、この構成における圧電ファンによれば送風能力を向上させることができる。
従って、この構成における圧電ファンによれば、振動板の送風能力を高めて、冷却能力を向上させることができる。 In this configuration, the heat generated by the heating element is conducted to the radiator, the air is warmed by the radiator, and warm air is generated near the radiator. The radiator is, for example, a heat sink or a heat spreader. The piezoelectric fan in this configuration is fixed to the radiator directly or to another member, and releases the warm air from the vicinity of the radiator by the oscillation of the diaphragm.
At this time, since the reinforcing member is arranged at the above position, the rigidity of the section of the diaphragm between the piezoelectric element and the fixing member increases, and the following phenomenon occurs. That is, the reinforcing member suppresses vibration of the section of the gap G of the diaphragm, prevents a part of the vibration energy generated by the expansion and contraction of the piezoelectric element from being consumed in the section of the gap G, A phenomenon that increases the amplitude of the free end occurs. Therefore, according to the piezoelectric fan in this configuration, the air blowing capability can be improved.
Therefore, according to the piezoelectric fan in this configuration, the cooling capacity can be improved by increasing the blowing capacity of the diaphragm.

（２）上記（１）において、前記補強部材は、前記第１端部が前記振動板における前記圧電素子の接合箇所の幅方向の両側に接合され、前記第２端部が前記振動板の固定端部を前記固定部材と両面から挟むように前記振動板の固定端部に接合されている。 (2) In the above (1), the reinforcing member has the first end joined to both sides in the width direction of the joining portion of the piezoelectric element in the diaphragm, and the second end fixed to the diaphragm. The end is joined to the fixed end of the diaphragm so as to sandwich the end from both sides of the fixed member.

（３）上記（１）において、前記補強部材は、前記固定部材の一部であり、前記第１端部が前記振動板における前記圧電素子の接合箇所の幅方向の両側に接合されている。 (3) In the above (1), the reinforcing member is a part of the fixing member, and the first end portion is joined to both sides of the joining portion of the piezoelectric element on the diaphragm in the width direction.

（４）上記（１）において、前記補強部材は、前記第１端部が前記圧電素子の前記固定部材側の端部に接合され、前記第２端部が前記振動板の固定端部を前記固定部材と両面から挟むように前記振動板の固定端部に接合された。 (4) In the above (1), the reinforcing member has the first end joined to the end of the piezoelectric element on the fixing member side, and the second end serves as the fixed end of the diaphragm. It joined to the fixed end part of the said diaphragm so that it might pinch | interpose from a fixing member and both surfaces.

（５）上記（４）において、前記振動板は、前記圧電素子の接合個所の幅方向の両側に除去領域を有する。 (5) In the above (4), the diaphragm has a removal region on both sides in the width direction of the joint portion of the piezoelectric element.

この構成において、振動板は、圧電素子の接合箇所の両側に開口部または切欠部が形成された形状となっている。   In this configuration, the diaphragm has a shape in which openings or notches are formed on both sides of the joining portion of the piezoelectric element.

（６）上記（１）において、前記補強部材は、前記第１端部が前記振動板を前記圧電素子と両面から挟むように前記振動板に接合され、前記第２端部が前記振動板の固定端部を前記固定部材と両面から挟むように前記振動板の固定端部に接合されている。 (6) In the above (1), the reinforcing member is joined to the diaphragm so that the first end sandwiches the diaphragm from both sides with the piezoelectric element, and the second end is joined to the diaphragm. The fixed end is joined to the fixed end of the diaphragm so as to sandwich the fixed member from both sides.

この構成では、圧電素子および振動板がユニモルフ型振動子を構成する場合に適用される。   This configuration is applied when the piezoelectric element and the diaphragm constitute a unimorph vibrator.

（７）上記（１）から上記（５）のいずれかにおいて、前記圧電素子は、前記振動板の両面を挟む位置に２つ接合されている。 (7) In any one of (1) to (5) above, two of the piezoelectric elements are joined at a position sandwiching both surfaces of the diaphragm.

ここでは、圧電素子および振動板がバイモルフ型振動子を構成している。この構成により、印加電圧に対する屈曲変位量が大きくなり、振動板の自由端の振幅が大きくなる。そのため、圧電ファンの送風能力が一層向上する。   Here, the piezoelectric element and the diaphragm constitute a bimorph vibrator. With this configuration, the amount of bending displacement with respect to the applied voltage is increased, and the amplitude of the free end of the diaphragm is increased. Therefore, the blowing capacity of the piezoelectric fan is further improved.

（８）発熱体で発せられる熱を放熱する放熱器に前記固定部材が固定される。 (8) The fixing member is fixed to a radiator that dissipates heat generated by the heating element.

この構成における圧電ファンは、放熱器に固定され、振動板の揺動により放熱器の近傍から当該暖気を放出する。   The piezoelectric fan in this configuration is fixed to the radiator, and releases the warm air from the vicinity of the radiator by swinging the diaphragm.

また、本発明の冷却装置は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。
（９）上記（８）に記載の圧電ファンと、
前記放熱器と、を備え、
前記放熱器は、複数の放熱フィンを有するヒートシンクであり、
前記振動板は、複数のブレードが自由端側に形成された形状であり、
前記固定部材は、前記ヒートシンクの前記複数の放熱フィン間の溝に前記複数のブレードのそれぞれが挿入される状態で、前記振動板の固定端部を前記ヒートシンクの上部に固定されている。 Moreover, the cooling device of the present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
(9) The piezoelectric fan according to (8) above,
The radiator,
The radiator is a heat sink having a plurality of radiating fins,
The diaphragm has a shape in which a plurality of blades are formed on the free end side,
The fixing member fixes a fixed end portion of the diaphragm to an upper portion of the heat sink in a state where each of the plurality of blades is inserted into a groove between the plurality of heat radiation fins of the heat sink.

この構成により、上記（８）の圧電ファンを用いることで、当該圧電ファンを備える冷却装置も同様の効果を奏する。   With this configuration, by using the piezoelectric fan of the above (8), the cooling device including the piezoelectric fan has the same effect.

（１０）前記振動板は、前記複数のブレードが前記放熱フィン間の溝側へ折り曲げられた形状としている。 (10) The diaphragm has a shape in which the plurality of blades are bent toward the groove between the heat radiating fins.

この構成では、振動板をそのまま用いるのでなく、複数のブレードを放熱フィン間の溝側へ折り曲げて用いる。そのため、冷却装置の外形形状を低背化できるため、冷却装置全体の大型化を抑えつつ冷却能力を高めることができる。   In this configuration, the diaphragm is not used as it is, but a plurality of blades are used by being bent toward the groove between the radiating fins. Therefore, since the external shape of the cooling device can be reduced, the cooling capacity can be increased while suppressing an increase in the size of the entire cooling device.

この発明によれば、振動板の送風能力を高めて、冷却能力を向上させることができる。   According to this invention, the ventilation capacity of the diaphragm can be increased and the cooling capacity can be improved.

非特許文献１の圧電ファン１０の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a configuration of a piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1. FIG. 非特許文献１の圧電ファン１０の構成を示す側面図である。1 is a side view showing a configuration of a piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1. FIG. 非特許文献１の圧電ファン１０を備える冷却装置９の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the cooling device 9 provided with the piezoelectric fan 10 of a nonpatent literature 1. FIG. 第１の実施形態に係る圧電ファン１０１の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric fan 101 according to a first embodiment. 第１の実施形態に係る圧電ファン１０１の構成を示す側面図である。1 is a side view showing a configuration of a piezoelectric fan 101 according to a first embodiment. 第１の実施形態に係る圧電ファン１０１を備える冷却装置１の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the cooling device 1 provided with the piezoelectric fan 101 which concerns on 1st Embodiment. 圧電ファンの振動板における固定端からの位置とその位置における振動板の変位量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position from the fixed end in the diaphragm of a piezoelectric fan, and the displacement amount of the diaphragm in the position. 図８（Ａ）は、第２の実施形態に係る圧電ファン２０１の固定板２１３の構成を示す上面図であり、図８（Ｂ）は、同固定板２１３の構成を示す正面図であり、図８（Ｃ）は、同固定板２１３の構成を示す側面図である。FIG. 8A is a top view illustrating the configuration of the fixing plate 213 of the piezoelectric fan 201 according to the second embodiment, and FIG. 8B is a front view illustrating the configuration of the fixing plate 213. FIG. 8C is a side view showing the configuration of the fixing plate 213. 第２の実施形態に係る圧電ファン２０１の構成を示す上面図であり、It is a top view which shows the structure of the piezoelectric fan 201 which concerns on 2nd Embodiment, 第２の実施形態に係る圧電ファン２０１の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the piezoelectric fan 201 which concerns on 2nd Embodiment. 比較例であり圧電ファン１０の変形例である圧電ファン３０の構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view illustrating a configuration of a piezoelectric fan 30 that is a comparative example and is a modification of the piezoelectric fan 10. 第３の実施形態に係る圧電ファン３０１の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the piezoelectric fan 301 which concerns on 3rd Embodiment. 第３の実施形態に係る圧電ファン３０１の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the piezoelectric fan 301 which concerns on 3rd Embodiment. 第３の実施形態に係る圧電ファン３０１を備える冷却装置３の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the cooling device 3 provided with the piezoelectric fan 301 which concerns on 3rd Embodiment. 図１５（Ａ）は、他の実施形態に係る圧電ファン４０１の構成を示す斜視図であり、図１５（Ｂ）は、他の実施形態に係る圧電ファン５０１の構成を示す斜視図である。FIG. 15A is a perspective view illustrating a configuration of a piezoelectric fan 401 according to another embodiment, and FIG. 15B is a perspective view illustrating a configuration of a piezoelectric fan 501 according to another embodiment. 図１６（Ａ）は、他の実施形態に係る圧電ファン６０１の構成を示す斜視図であり、図１６（Ｂ）は、他の実施形態に係る圧電ファン６０１の構成を示す側面図である。FIG. 16A is a perspective view illustrating a configuration of a piezoelectric fan 601 according to another embodiment, and FIG. 16B is a side view illustrating a configuration of a piezoelectric fan 601 according to another embodiment. 図１７（Ａ）は、他の実施形態に係る圧電ファン７０１の構成を示す斜視図であり、図１７（Ｂ）は、他の実施形態に係る圧電ファン７０１の構成を示す側面図である。FIG. 17A is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric fan 701 according to another embodiment, and FIG. 17B is a side view showing a configuration of a piezoelectric fan 701 according to another embodiment.

《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態に係る圧電ファンについて以下説明する。
図４は、第１の実施形態に係る圧電ファン１０１の構成を示す斜視図であり、図５は、同圧電ファン１０１の構成を示す側面図である。図６は、同圧電ファン１０１を備える冷却装置１の構成を示す斜視図である。なお、図５の側面図は、圧電素子と固定部材との境界が見える方向から振動板を側面視した図である。ここで、隙間Ｇは、圧電素子と固定部材との間に見える境界の隙間を説明し易くするため、実際の隙間より少し大きく描いている。 << First Embodiment >>
The piezoelectric fan according to the first embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the piezoelectric fan 101 according to the first embodiment, and FIG. 5 is a side view showing the configuration of the piezoelectric fan 101. FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration of the cooling device 1 including the piezoelectric fan 101. The side view of FIG. 5 is a side view of the diaphragm from the direction in which the boundary between the piezoelectric element and the fixing member can be seen. Here, the gap G is drawn slightly larger than the actual gap in order to make it easy to explain the boundary gap between the piezoelectric element and the fixing member.

圧電ファン１０１は、振動板１１１と、圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂと、固定板１１３と、補強板１５１、１５２とを備えている。一方、ヒートシンク２０は、ベース部２１から上方へ互いに平行に延びる複数の放熱フィン２２を備えている。図６では回路基板ＰにＣＰＵ等の発熱体（発熱部品）５０を実装していて、この発熱体５０の上面にヒートシンク２０の底面が熱的に結合するように配置されている。冷却装置１は、この圧電ファン１０１とアルミニウム製のヒートシンク２０とを備える装置である。   The piezoelectric fan 101 includes a vibration plate 111, piezoelectric elements 112A and 112B, a fixed plate 113, and reinforcing plates 151 and 152. On the other hand, the heat sink 20 includes a plurality of heat radiating fins 22 extending in parallel upward from the base portion 21. In FIG. 6, a heating element (heating component) 50 such as a CPU is mounted on the circuit board P, and the bottom surface of the heat sink 20 is arranged to be thermally coupled to the top surface of the heating element 50. The cooling device 1 is a device that includes the piezoelectric fan 101 and an aluminum heat sink 20.

図４、図５に示すように、振動板１１１は、２枚の圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂが振動板１１１の両面に貼付され、これらの圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂが伸縮することにより屈曲する。さらに、振動板１１１には、その屈曲により揺動される７枚のブレード１４１が振動板１１１の自由端側に形成されている。さらに、振動板１１１は、７枚のブレード１４１が放熱フィン２２間の溝側へ約９０°に折り曲げられている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the diaphragm 111 is bent by attaching two piezoelectric elements 112 </ b> A and 112 </ b> B to both surfaces of the diaphragm 111 and expanding and contracting these piezoelectric elements 112 </ b> A and 112 </ b> B. Furthermore, seven blades 141 that are rocked by the bending thereof are formed on the vibration plate 111 on the free end side of the vibration plate 111. Further, the vibration plate 111 has seven blades 141 bent at about 90 ° toward the groove between the radiation fins 22.

なお、振動板１１１は、ステンレススチール製の板であり、その寸法は、以下のとおりである。
・全幅（即ち７枚のブレード１４１部分の幅）４５ｍｍ
・各ブレードの幅２.０ｍｍ
・全長５０ｍｍ
・振動板１１１の固定端から振動板１１１のエッジ部分（即ち折曲げ部分）までの長さ２５ｍｍ
・７枚のブレード１４１の先端から振動板１１１のエッジ部分（即ち折曲げ部分）までの長さ２５ｍｍ
・厚み０．１ｍｍ。 The diaphragm 111 is a stainless steel plate, and the dimensions thereof are as follows.
・ Full width (namely, the width of 7 blades 141) 45 mm
・ Width of each blade 2.0mm
・ Overall length 50mm
The length from the fixed end of the diaphragm 111 to the edge portion (ie, the bent portion) of the diaphragm 111 is 25 mm.
-The length from the tip of the seven blades 141 to the edge portion (ie, the bent portion) of the diaphragm 111 is 25 mm.
-Thickness 0.1 mm.

圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂのそれぞれは、幅３０ｍｍ×長さ１５ｍｍ×厚み０．０５ｍｍの寸法となっている。圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂ及び振動板１１１は、中間電極となる振動板１１１を両面から挟むように２枚の圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂを貼付してなるバイモルフ型振動子を構成している。２枚の圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂは、それぞれの圧電セラミクッス表裏面に電極膜を形成している。そして、各表面電極と中間電極となる振動板１１１との間に、圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂの分極方向に応じた駆動電圧を印加することによって振動板１１１が長手方向に撓んで屈曲振動するよう分極処理している。このようにバイモルフ型にすることによって、圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂによる振動板１１１の印加電圧に対する振動板１１１の屈曲変位量を大きくすることができ、ブレード１４１の振幅をより効果的に増大できる。   Each of the piezoelectric elements 112A and 112B has a size of 30 mm width × 15 mm length × 0.05 mm thickness. The piezoelectric elements 112A and 112B and the diaphragm 111 constitute a bimorph type vibrator in which two piezoelectric elements 112A and 112B are pasted so that the diaphragm 111 serving as an intermediate electrode is sandwiched from both sides. The two piezoelectric elements 112A and 112B have electrode films formed on the front and back surfaces of the respective piezoelectric ceramics. Then, by applying a driving voltage according to the polarization direction of the piezoelectric elements 112A and 112B between each surface electrode and the vibration plate 111 serving as an intermediate electrode, the vibration plate 111 is polarized so as to bend and vibrate in the longitudinal direction. Processing. By using the bimorph type in this way, the bending displacement amount of the diaphragm 111 with respect to the voltage applied to the diaphragm 111 by the piezoelectric elements 112A and 112B can be increased, and the amplitude of the blade 141 can be increased more effectively.

ここで、２枚の圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂは、一方の圧電素子１１２Ｂが固定板１１３に接するように、且つ両側から振動板１１１の同じ部分を挟むように位置合わせしてから、振動板１１１に貼付けられる（図４、図５参照）。固定板１１３は、ガラスエポキシ製であり、その寸法は、幅５０ｍｍ×長さ５ｍｍ×厚み２ｍｍである。そして、振動板１１１の固定端部は、ヒートシンク２０の放熱フィン２２間の溝に７枚のブレード１４１のそれぞれが挿入される状態で、ヒートシンク２０の上部に固定板１１３を介してネジ１１５で固定される（図６参照）。   Here, the two piezoelectric elements 112 </ b> A and 112 </ b> B are aligned so that one piezoelectric element 112 </ b> B is in contact with the fixed plate 113 and sandwiches the same part of the diaphragm 111 from both sides, and then the diaphragm 111 is attached to the diaphragm 111. Affixed (see FIGS. 4 and 5). The fixing plate 113 is made of glass epoxy, and the dimensions are 50 mm width × 5 mm length × 2 mm thickness. The fixed end portion of the vibration plate 111 is fixed to the upper portion of the heat sink 20 with the screw 115 via the fixing plate 113 in a state where each of the seven blades 141 is inserted into the groove between the heat radiation fins 22 of the heat sink 20. (See FIG. 6).

そのため、この実施形態の圧電ファン１０１においても、非特許文献１の圧電ファン１０と同様の隙間Ｇが生じてしまう（図５参照）。即ち、固定板１１３や両圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂを位置合わせしてから振動板１１１に貼り付けたとしても、固定板１１３と両圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂとの間には隙間Ｇが生じてしまう。これは、位置合わせの精度に限界があったり、固定板１１３の表面に微視的な凹凸が存在したりするためである。   Therefore, also in the piezoelectric fan 101 of this embodiment, a gap G similar to that of the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1 is generated (see FIG. 5). That is, even if the fixed plate 113 and the two piezoelectric elements 112A and 112B are aligned and then attached to the diaphragm 111, a gap G is generated between the fixed plate 113 and the two piezoelectric elements 112A and 112B. This is because there is a limit to the accuracy of alignment, or microscopic unevenness exists on the surface of the fixed plate 113.

そこで、この実施形態の圧電ファン１０１は、振動板１１１における上記隙間Ｇの区間の剛性を上げるため、ステンレススチール製の補強板１５１、１５２を備えている。補強板１５１、１５２は、この隙間Ｇを跨ぐように、第１端部が振動板１１１における圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂの接合箇所の幅方向の両側に接合され、第２端部が振動板１１１の固定端部を固定板１１３と両面から挟むように振動板１１１の固定端部に接合されている。補強板１５１、１５２のそれぞれの厚みは、０．０５ｍｍである。   Therefore, the piezoelectric fan 101 of this embodiment includes stainless steel reinforcing plates 151 and 152 in order to increase the rigidity of the gap G in the diaphragm 111. The reinforcing plates 151 and 152 have first ends joined to both sides in the width direction of the joining portions of the piezoelectric elements 112 </ b> A and 112 </ b> B in the vibration plate 111 so as to straddle the gap G, and second ends are formed on the vibration plate 111. The fixed end is joined to the fixed end of the diaphragm 111 so as to sandwich the fixed end from both sides. The thickness of each of the reinforcing plates 151 and 152 is 0.05 mm.

以上の構成では、発熱体５０で発生する熱がヒートシンク２０に伝導し、放熱フィン２２によって空気が暖められ、放熱フィン２２間に暖気が発生する。圧電ファン１０の７枚のブレード１４１のそれぞれは、駆動時、隣接する放熱フィン２２の間で放熱フィン２２に当接することなく揺動する。これにより、圧電ファン１０１は、放熱フィン２２間の当該暖気を放熱フィン２２から排出する。   In the above configuration, heat generated in the heating element 50 is conducted to the heat sink 20, the air is warmed by the radiation fins 22, and warm air is generated between the radiation fins 22. Each of the seven blades 141 of the piezoelectric fan 10 swings without being in contact with the heat radiation fins 22 between adjacent heat radiation fins 22 during driving. Accordingly, the piezoelectric fan 101 discharges the warm air between the heat radiating fins 22 from the heat radiating fins 22.

ここで、非特許文献１の圧電ファン１０の送風能力と本実施形態の圧電ファン１０１の送風能力とを比較する。   Here, the blowing capacity of the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1 is compared with the blowing capacity of the piezoelectric fan 101 of this embodiment.

図７は、圧電ファンの振動板における固定端からの位置とその位置における振動板の変位量との関係を示すグラフである。この図では、圧電ファン１０と圧電ファン１０１に対して各圧電素子の電極と振動板との間に共振周波数の２４Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、各ブレード先端の振幅を測定した実験結果について示している。
なお、この実験では、圧電ファン１０を構成する振動板１１と圧電素子１２Ａ、１２Ｂと固定板１３の各寸法や各材質を、圧電ファン１０１を構成する振動板１１１と圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂと固定板１１３の各寸法や各材質と同じにして測定した。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the position from the fixed end of the diaphragm of the piezoelectric fan and the amount of displacement of the diaphragm at that position. In this figure, an experiment was conducted in which the amplitude of each blade tip was measured under the condition that a sine wave AC voltage having a resonance frequency of 24 Vpp was applied between the piezoelectric element 10 and the piezoelectric fan 101 with respect to the piezoelectric fan 10 and the piezoelectric fan 101. The results are shown.
In this experiment, the dimensions and materials of the diaphragm 11, the piezoelectric elements 12 A and 12 B and the fixed plate 13 constituting the piezoelectric fan 10 are fixed, and the diaphragm 111 and the piezoelectric elements 112 A and 112 B constituting the piezoelectric fan 101 are fixed. The measurement was performed with the same dimensions and materials as the plate 113.

実験により、非特許文献１の圧電ファン１０では共振周波数が８９．１Ｈｚで全ブレード先端の平均振幅が８．０ｍｍであるのに対し、本実施形態の圧電ファン１０１では共振周波数が９５．５Ｈｚで全ブレード先端の平均振幅が８．９ｍｍにまで増大することが明らかとなっている。圧電ファンのブレードの送風能力は『平均振幅×周波数』で示されるが、本実施形態の圧電ファン１０１は非特許文献１の圧電ファン１０と比べて平均振幅及び周波数共が増大していることから、送風能力が大幅に向上することが実験により明らかとなっている。   Through experiments, the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1 has a resonance frequency of 89.1 Hz and an average amplitude of all blade tips of 8.0 mm, whereas the piezoelectric fan 101 of this embodiment has a resonance frequency of 95.5 Hz. It has been found that the average amplitude of all blade tips increases to 8.9 mm. The blowing capacity of the blade of the piezoelectric fan is indicated by “average amplitude × frequency”, but the piezoelectric fan 101 of the present embodiment has both an average amplitude and a frequency that are increased as compared with the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1. It has been clarified through experiments that the air blowing capacity is greatly improved.

以上の実験結果は、補強板１５１、１５２を振動板１１１に配置することにより、振動板１１１における上記隙間Ｇの区間の剛性が増し、次のような現象が起こるためであると考えられる。即ち、補強板１５１、１５２が、振動板１１１の隙間Ｇの区間が振動するのを抑制して、両圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂの伸縮によって生じる振動エネルギーの一部が当該隙間Ｇの区間で消費されるのを防ぎ、複数のブレード１４１先端の振幅を強める現象が起こるためであると考えられる。   The above experimental result is considered to be because the rigidity of the section of the gap G in the diaphragm 111 is increased by arranging the reinforcing plates 151 and 152 on the diaphragm 111, and the following phenomenon occurs. That is, the reinforcing plates 151 and 152 suppress the vibration of the section of the gap G of the diaphragm 111, and a part of the vibration energy generated by the expansion and contraction of the piezoelectric elements 112A and 112B is consumed in the section of the gap G. This is thought to be due to a phenomenon in which the amplitude of the tips of the plurality of blades 141 is increased.

以上より、本実施形態の圧電ファン１０１によれば、ブレード１４１の送風能力を非特許文献１の圧電ファン１０より高めて、冷却能力を向上させることができる。
また、振動板１１１はその全長が長いにもかかわらず折り曲げることで冷却装置１の外形形状を低背化できるため、冷却装置１全体の大型化を抑えつつ冷却能力を高めることができる。 As described above, according to the piezoelectric fan 101 of the present embodiment, the air blowing capability of the blade 141 can be higher than that of the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1, and the cooling capability can be improved.
In addition, since the diaphragm 111 can be bent even though the entire length thereof is long, the profile of the cooling device 1 can be lowered, so that the cooling capacity can be increased while suppressing the overall size of the cooling device 1 from being increased.

《第２の実施形態》
図８（Ａ）は、第２の実施形態に係る圧電ファン２０１の固定板２１３の構成を示す上面図であり、図８（Ｂ）は、同固定板２１３の構成を示す正面図であり、図８（Ｃ）は、同固定板２１３の構成を示す側面図である。また、図９は、第２の実施形態に係る圧電ファン２０１の構成を示す上面図であり、図１０は、同圧電ファン２０１の構成を示す側面図である。なお、図１０の側面図は、圧電素子と固定部材との境界が見える方向から振動板を側面視した図である。 << Second Embodiment >>
FIG. 8A is a top view illustrating the configuration of the fixing plate 213 of the piezoelectric fan 201 according to the second embodiment, and FIG. 8B is a front view illustrating the configuration of the fixing plate 213. FIG. 8C is a side view showing the configuration of the fixing plate 213. FIG. 9 is a top view showing the configuration of the piezoelectric fan 201 according to the second embodiment, and FIG. 10 is a side view showing the configuration of the piezoelectric fan 201. Note that the side view of FIG. 10 is a side view of the diaphragm from the direction in which the boundary between the piezoelectric element and the fixing member can be seen.

上記第１の実施形態に係る圧電ファン１０１では、振動板１１１における上記隙間Ｇの区間の剛性を上げるため、補強板１５１、１５２を備えていたが、本実施形態の圧電ファン２０１は、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すガラスエポキシ製の固定板２１３を備えている。固定板２１３は、この隙間Ｇを跨ぐように、第１端部が振動板１１１における圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂの接合箇所の幅方向の両側に接合される補強部２１４Ａ、２１４Ｂを有する。   In the piezoelectric fan 101 according to the first embodiment, the reinforcing plates 151 and 152 are provided in order to increase the rigidity of the section of the gap G in the diaphragm 111. However, the piezoelectric fan 201 according to the present embodiment is illustrated in FIG. A fixing plate 213 made of glass epoxy shown in FIGS. The fixed plate 213 includes reinforcing portions 214A and 214B whose first end portions are joined to both sides in the width direction of the joining portions of the piezoelectric elements 112A and 112B in the vibration plate 111 so as to straddle the gap G.

ここで、圧電ファン１０の送風能力と本実施形態の圧電ファン２０１の送風能力とを比較する。圧電ファン１０と圧電ファン２０１に対して各圧電素子の電極と振動板との間に共振周波数の２４Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、各ブレード先端の振幅を測定した実験結果について以下説明する。
なお、この実験では、圧電ファン１０を構成する振動板１１と圧電素子１２Ａ、１２Ｂと固定板１３との各寸法や各材質を、圧電ファン２０１を構成する振動板１１１と圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂと固定板２１３から補強部２１４Ａ、２１４Ｂを除いた部分との各寸法や各材質と同じにして測定した。 Here, the blowing capacity of the piezoelectric fan 10 is compared with the blowing capacity of the piezoelectric fan 201 of the present embodiment. The experimental results of measuring the amplitude of each blade tip under the condition that a sine wave AC voltage having a resonance frequency of 24 Vpp is applied to the piezoelectric fan 10 and the piezoelectric fan 201 between the electrode of each piezoelectric element and the diaphragm are described below. To do.
In this experiment, the dimensions and materials of the diaphragm 11, the piezoelectric elements 12 </ b> A and 12 </ b> B, and the fixed plate 13 constituting the piezoelectric fan 10 are used as the diaphragm 111 and the piezoelectric elements 112 </ b> A and 112 </ b> B constituting the piezoelectric fan 201. The measurement was performed with the same dimensions and materials as those of the fixing plate 213 except for the reinforcing portions 214A and 214B.

実験により、非特許文献１の圧電ファン１０では共振周波数が８９．１Ｈｚで全ブレード先端の平均振幅が８．０ｍｍであるのに対し、本実施形態の圧電ファン２０１では共振周波数が８９．８Ｈｚで全ブレード先端の平均振幅が８．６ｍｍにまで増大することが明らかとなっている。即ち、本実施形態の圧電ファン２０１は、非特許文献１の圧電ファン１０と比べて平均振幅及び周波数共が増大していることから、送風能力が大幅に向上することが実験により明らかとなっている。   Through experiments, the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1 has a resonance frequency of 89.1 Hz and an average amplitude of all blade tips of 8.0 mm, whereas the piezoelectric fan 201 of the present embodiment has a resonance frequency of 89.8 Hz. It has been shown that the average amplitude of all blade tips increases to 8.6 mm. That is, since the piezoelectric fan 201 of this embodiment has an increased average amplitude and frequency as compared with the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1, it has been clarified through experiments that the blowing capacity is greatly improved. Yes.

以上の実験結果も、固定板２１３の補強部２１４Ａ、２１４Ｂを振動板１１１に接合することにより、振動板１１１における上記隙間Ｇの区間の剛性が増し、第１実施形態の圧電ファン１０１と同じ現象が起こるためであると考えられる。   Also in the above experimental results, by joining the reinforcing portions 214A and 214B of the fixed plate 213 to the diaphragm 111, the rigidity of the section of the gap G in the diaphragm 111 is increased, and the same phenomenon as the piezoelectric fan 101 of the first embodiment. This is considered to occur.

以上より、本実施形態の圧電ファン２０１によれば、ブレード１４１の送風能力を非特許文献１の圧電ファン１０より高めることができる。従って、図６に示すように、本実施形態の圧電ファン２０１の振動板１１１の固定端部をヒートシンク２０の上部に固定することによって冷却装置を構成した場合、当該冷却装置の冷却能力を向上させることができる。
また、振動板１１１を折り曲げることで当該冷却装置の外形形状を低背化できるため、当該冷却装置全体の大型化を抑えつつ冷却能力を高めることができる。 As described above, according to the piezoelectric fan 201 of the present embodiment, the air blowing capability of the blade 141 can be increased as compared with the piezoelectric fan 10 of Non-Patent Document 1. Therefore, as shown in FIG. 6, when the cooling device is configured by fixing the fixed end portion of the diaphragm 111 of the piezoelectric fan 201 of the present embodiment to the upper portion of the heat sink 20, the cooling capacity of the cooling device is improved. be able to.
In addition, since the outer shape of the cooling device can be lowered by bending the diaphragm 111, the cooling capacity can be increased while suppressing an increase in the size of the entire cooling device.

《第３の実施形態》
図１１は、比較例であり圧電ファン１０の変形例である圧電ファン３０の構成を示す斜視図である。図１２は、第３の実施形態に係る圧電ファン３０１の構成を示す斜視図であり、図１３は、同圧電ファン３０１の構成を示す側面図である。図１４は、同圧電ファン３０１を備える冷却装置３の構成を示す斜視図である。
なお、図１３の側面図は、圧電素子と固定部材との境界が見える方向から振動板を側面視した図である。 << Third Embodiment >>
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric fan 30 which is a comparative example and is a modification of the piezoelectric fan 10. FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of the piezoelectric fan 301 according to the third embodiment, and FIG. 13 is a side view showing the configuration of the piezoelectric fan 301. FIG. 14 is a perspective view illustrating a configuration of the cooling device 3 including the piezoelectric fan 301.
The side view of FIG. 13 is a side view of the diaphragm from the direction in which the boundary between the piezoelectric element and the fixing member can be seen.

まず、圧電ファン１０の変形例である圧電ファン３０の送風能力と本実施形態の圧電ファン３０１の送風能力とを比較するため、圧電ファン３０の構成について以下説明する。   First, in order to compare the blowing capacity of the piezoelectric fan 30 which is a modification of the piezoelectric fan 10 and the blowing capacity of the piezoelectric fan 301 of the present embodiment, the configuration of the piezoelectric fan 30 will be described below.

圧電ファン３０が圧電ファン１０と相違する点は、振動板の形状であり、その他の構成については同じである。図１１に示すように、振動板３１１は、幅４５ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚み０．１ｍｍのステンレススチール製の板をプレス金型で打ち抜いて切欠部１１８を形成したものである。これにより、振動板３１１は、圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂが貼付られた両側、具体的には、ブレードの長手方向に対して垂直な方向に位置する両側が除去された形状となる。振動板３１１は、圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂの貼付部分の幅が３５ｍｍであり、その他の寸法については振動板１１１と同じである。   The difference between the piezoelectric fan 30 and the piezoelectric fan 10 is the shape of the diaphragm, and the other configurations are the same. As shown in FIG. 11, the diaphragm 311 is formed by punching out a stainless steel plate having a width of 45 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 0.1 mm with a press die to form a notch 118. Accordingly, the diaphragm 311 has a shape in which both sides to which the piezoelectric elements 112A and 112B are attached, specifically, both sides located in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the blade are removed. The diaphragm 311 has a width of 35 mm at which the piezoelectric elements 112A and 112B are attached, and the other dimensions are the same as those of the diaphragm 111.

そして、図１２、図１３に示す本実施形態の圧電ファン３０１が比較例の圧電ファン３０と相違する点は、振動板３１１における隙間Ｇの区間の剛性を上げるために、ガラスエポキシ製の補強板３１３を備えた点であり、その他の構成については同じである。補強板３１３は、この隙間Ｇを跨ぐように、第１端部が圧電素子１１２Ａの固定板１１３側の端部に接合され、第２端部が振動板３１１の固定端部を固定板１１３と両面から挟むように振動板３１１の固定端部に接合されている。なお、補強板３１３の厚みは、０．１ｍｍである。   12 and 13 is different from the piezoelectric fan 30 of the comparative example in that the reinforcing plate made of glass epoxy is used to increase the rigidity of the gap G in the diaphragm 311. 313, and other configurations are the same. The reinforcing plate 313 has a first end joined to the fixing plate 113 side end of the piezoelectric element 112 </ b> A so as to straddle the gap G, and a second end serving as the fixing end of the vibration plate 311 and the fixing plate 113. It is joined to the fixed end of the diaphragm 311 so as to be sandwiched from both sides. The thickness of the reinforcing plate 313 is 0.1 mm.

次に、圧電ファン３０の送風能力と本実施形態の圧電ファン３０１の送風能力とを比較する。圧電ファン３０と圧電ファン３０１に対して各圧電素子の電極と振動板との間に共振周波数の２４Ｖｐｐの正弦波交流電圧を印加した条件で、各ブレード先端の振幅を測定した実験結果について以下説明する。   Next, the blowing capacity of the piezoelectric fan 30 is compared with the blowing capacity of the piezoelectric fan 301 of the present embodiment. The experimental results of measuring the amplitude of each blade tip under the condition that a sine wave AC voltage with a resonance frequency of 24 Vpp is applied between the piezoelectric element 30 and the piezoelectric fan 301 and the diaphragm of the piezoelectric fan 30 will be described below. To do.

実験により、圧電ファン３０では共振周波数が８２．０Ｈｚで全ブレード先端の平均振幅が９．０ｍｍであるのに対し、本実施形態の圧電ファン３０１では共振周波数が８４．１Ｈｚで全ブレード先端の平均振幅が９．５ｍｍにまで増大することが明らかとなっている。即ち、本実施形態の圧電ファン３０１によれば、圧電ファン３０と比べて平均振幅及び周波数共が増大していることから、送風能力が大幅に向上することが実験により明らかとなっている。   According to the experiment, the resonance frequency of the piezoelectric fan 30 is 82.0 Hz and the average amplitude of all blade tips is 9.0 mm, whereas the piezoelectric fan 301 of the present embodiment has an average resonance frequency of 84.1 Hz and the average of all blade tips. It has been shown that the amplitude increases to 9.5 mm. That is, according to the piezoelectric fan 301 of this embodiment, since both the average amplitude and the frequency are increased as compared with the piezoelectric fan 30, it has been clarified through experiments that the blowing capacity is greatly improved.

以上の実験結果も、補強板３１３を振動板３１１に配置することにより、振動板３１１における上記隙間Ｇの区間の剛性が増し、第１実施形態の圧電ファン１０１と同じ現象が起こるためであると考えられる。   The above experimental result is also because the rigidity of the gap G in the diaphragm 311 is increased by arranging the reinforcing plate 313 on the diaphragm 311, and the same phenomenon as the piezoelectric fan 101 of the first embodiment occurs. Conceivable.

続いて、圧電ファン３０１の通風性について述べる。図１４に示すように、振動板３１１の固定端部は、ヒートシンク２０の放熱フィン２２間の溝に７枚のブレード１４１のそれぞれが挿入され、且つ切欠部１１８が放熱フィン２２の溝の上方にくる状態で、ヒートシンク２０の上部に固定される。これにより、本実施形態では、圧電ファン３０１とヒートシンク２０を備えた冷却装置３を構成している。この構成において、圧電ファン３０１を駆動させてブレード１４１が揺動した際、切欠部１１８の存在により、次のような気流が生じる。即ち、冷気が切欠部１１８の上方から放熱フィン２２及び放熱フィン２２間の溝に流入する気流、又は放熱フィン２２間で暖められた暖気が切欠部１１８の下方から上方へ抜ける気流が生じる。このため、本実施形態の圧電ファン３０１によれば、圧電ファン３０１の送風能力の向上に加え、放熱フィン２２への通風性も向上させることができる。   Next, the air permeability of the piezoelectric fan 301 will be described. As shown in FIG. 14, the fixed end portion of the diaphragm 311 has seven blades 141 inserted into the grooves between the heat radiating fins 22 of the heat sink 20, and the notch 118 is located above the grooves of the heat radiating fins 22. In the state where it comes, it is fixed to the upper part of the heat sink 20. Thereby, in this embodiment, the cooling device 3 provided with the piezoelectric fan 301 and the heat sink 20 is comprised. In this configuration, when the piezoelectric fan 301 is driven and the blade 141 swings, the following airflow is generated due to the presence of the notch 118. In other words, an airflow in which cool air flows into the grooves between the radiating fins 22 and the radiating fins 22 from above the notch 118, or an airflow in which the warm air warmed between the radiating fins 22 flows upward from below the notch 118 is generated. For this reason, according to the piezoelectric fan 301 of this embodiment, in addition to the improvement of the ventilation capability of the piezoelectric fan 301, the ventilation property to the radiation fin 22 can also be improved.

以上より、本実施形態の圧電ファン３０１によれば、ブレード１４１の送風能力を高めるとともに放熱フィン２２への通風性を向上させて、冷却能力を大幅に向上させることができる。
また、振動板３１１を折り曲げることで当該冷却装置の外形形状を低背化できるため、当該冷却装置全体の大型化を抑えつつ冷却能力を高めることができる。 As described above, according to the piezoelectric fan 301 of the present embodiment, the cooling ability can be greatly improved by improving the ventilation ability of the blade 141 and improving the ventilation performance to the heat radiation fins 22.
In addition, since the outer shape of the cooling device can be lowered by bending the diaphragm 311, the cooling capacity can be increased while suppressing an increase in the size of the entire cooling device.

《その他の実施形態》
以上の実施形態では振動板１１１や振動板３１１を放熱フィン２２間の溝側へ折り曲げた圧電ファン１０１、２０１、３０１を示したが、図１５（Ａ）のに示すように、振動板１１１や振動板３１１を折り曲げずにそのまま用いた圧電ファン４０１を用いても構わない。また、図１５（Ｂ）に示すように、振動板１１１や振動板３１１を所望の角度（例えば４５度）に折り曲げ圧電ファン５０１を用いても構わない。 << Other Embodiments >>
In the above embodiment, the piezoelectric fans 101, 201, and 301 in which the vibration plate 111 and the vibration plate 311 are bent toward the groove between the radiating fins 22 are shown. However, as shown in FIG. A piezoelectric fan 401 that is used as it is without bending the diaphragm 311 may be used. Further, as shown in FIG. 15B, the piezoelectric fan 501 may be used by bending the diaphragm 111 or the diaphragm 311 at a desired angle (for example, 45 degrees).

また、以上の実施形態では、振動板１１１の両面に圧電素子１１２Ａ、１１２Ｂを接合したバイモルフ型の圧電ファン１０１、２０１、３０１を示したが、実施の際は、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように振動板１１１の上面のみに圧電素子１１２Ａを接合したユニモルフ型の圧電ファン６０１や、図１７（Ａ）（Ｂ）に示すように振動板１１１の下面のみに圧電素子１１２Ｂを接合したユニモルフ型の圧電ファン７０１を用いても構わない。
なお、この圧電ファン７０１は、補強板１５１、１５２の代わりに、第１端部が振動板１１１における圧電素子１１２Ｂの接合区間内にきて、第２端部が振動板１１１における固定板１１３の接合区間内にくる振動板１１１の上面の位置に接合したステンレススチール製の補強板１５３を備えている。 Further, in the above embodiment, the bimorph type piezoelectric fans 101, 201, and 301 in which the piezoelectric elements 112A and 112B are bonded to both surfaces of the vibration plate 111 are shown, but in the case of implementation, FIGS. As shown in FIG. 17, the unimorph type piezoelectric fan 601 in which the piezoelectric element 112A is bonded only to the upper surface of the diaphragm 111, or the piezoelectric element 112B is bonded only to the lower surface of the diaphragm 111 as shown in FIGS. A unimorph type piezoelectric fan 701 may be used.
In this piezoelectric fan 701, instead of the reinforcing plates 151 and 152, the first end is in the joining section of the piezoelectric element 112 </ b> B in the vibration plate 111, and the second end is in the fixed plate 113 in the vibration plate 111. A reinforcing plate 153 made of stainless steel is provided at a position on the upper surface of the vibration plate 111 within the joining section.

また、以上の実施形態では複数枚のブレードを自由端側に形成した振動板１１１や振動板３１１を用いたが、実施の際は、自由端側が複数枚のブレードに分かれていない振動板を用いても構わない。   In the above embodiment, the diaphragm 111 and the diaphragm 311 in which a plurality of blades are formed on the free end side are used. However, in implementation, a diaphragm in which the free end side is not divided into a plurality of blades is used. It doesn't matter.

また、以上に示した各実施形態において、ブレード１４１はステンレススチール以外にリン青銅などバネ性の高い金属板や樹脂板を用いてもよい。   In each of the embodiments described above, the blade 141 may use a metal plate or a resin plate with high spring properties such as phosphor bronze in addition to stainless steel.

なお、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   In addition, it should be thought that description of the above-mentioned embodiment is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments but by the claims. Furthermore, the scope of the present invention is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

１、３、９…冷却装置
１０…圧電ファン
１１…振動板
１２Ａ、Ｂ…圧電素子
１３…固定板
１４…ブレード
１５…ネジ
２０…ヒートシンク
２１…ベース部
２２…放熱フィン
３０…圧電ファン
５０…発熱体
１０１…圧電ファン
１１１…振動板
１１２Ａ、Ｂ…圧電素子
１１３…固定板
１１４…ブレード
１１５…ネジ
１１８…切欠部
１４１…ブレード
１５１、１５２…補強板
１５３…補強板
２０１…圧電ファン
２１３…固定板
２１４Ａ、Ｂ…補強部
３０１…圧電ファン
３１１…振動板
３１３…補強板
４０１、５０１、６０１、７０１…圧電ファン
Ｇ…隙間
Ｐ…回路基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 3, 9 ... Cooling device 10 ... Piezoelectric fan 11 ... Vibration plate 12A, B ... Piezoelectric element 13 ... Fixed plate 14 ... Blade 15 ... Screw 20 ... Heat sink 21 ... Base part 22 ... Radiation fin 30 ... Piezoelectric fan 50 ... Heat generation Body 101 ... Piezoelectric fan 111 ... Vibration plate 112A, B ... Piezoelectric element 113 ... Fixed plate 114 ... Blade 115 ... Screw 118 ... Notch 141 ... Blade 151, 152 ... Reinforcement plate 153 ... Reinforcement plate 201 ... Piezoelectric fan 213 ... Fixed plate 214A, B ... Reinforcing part 301 ... Piezoelectric fan 311 ... Diaphragm 313 ... Reinforcing plate 401, 501, 601, 701 ... Piezoelectric fan G ... Gap P ... Circuit board

Claims (10)

電圧印加に応じて伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子が接合されて前記圧電素子の伸縮により共振周波数で屈曲する振動板であって、その屈曲により揺動される振動板と、
前記振動板の固定端部を別部材に固定する固定部材と、
前記圧電素子と前記固定部材との境界が見える方向から前記振動板を側面視して、第１端部が前記振動板における前記圧電素子の接合区間内にきて、第２端部が前記振動板における前記固定部材の接合区間内にくるように、前記振動板に配置された補強部材と、を備えた圧電ファン。 A piezoelectric element that expands and contracts in response to voltage application;
A diaphragm that is bonded to the piezoelectric element and bends at a resonance frequency due to expansion and contraction of the piezoelectric element, the diaphragm being swung by the bending;
A fixing member for fixing the fixed end of the diaphragm to another member;
When the diaphragm is viewed from the side in a direction in which the boundary between the piezoelectric element and the fixing member can be seen, the first end is in the joining section of the piezoelectric element in the diaphragm, and the second end is the vibration. A piezoelectric fan comprising: a reinforcing member disposed on the diaphragm so as to be within a joining section of the fixing member on the plate. 前記補強部材は、前記第１端部が前記振動板における前記圧電素子の接合箇所の幅方向の両側に接合され、前記第２端部が前記振動板の固定端部を前記固定部材と両面から挟むように前記振動板の固定端部に接合された、請求項１に記載の圧電ファン。   The reinforcing member has the first end joined to both sides in the width direction of the joining portion of the piezoelectric element in the diaphragm, and the second end joined the fixed end of the diaphragm from both the fixing member and the both sides. The piezoelectric fan according to claim 1, wherein the piezoelectric fan is joined to a fixed end portion of the diaphragm so as to sandwich the diaphragm. 前記補強部材は、前記固定部材の一部であり、前記第１端部が前記振動板における前記圧電素子の接合箇所の幅方向の両側に接合された、請求項１に記載の圧電ファン。   2. The piezoelectric fan according to claim 1, wherein the reinforcing member is a part of the fixing member, and the first end portion is bonded to both sides of the bonding portion of the piezoelectric element in the diaphragm in the width direction. 前記補強部材は、前記第１端部が前記圧電素子の前記固定部材側の端部に接合され、前記第２端部が前記振動板の固定端部を前記固定部材と両面から挟むように前記振動板の固定端部に接合された、請求項１に記載の圧電ファン。   The reinforcing member has the first end joined to the end on the fixing member side of the piezoelectric element, and the second end sandwiches the fixed end of the diaphragm from the both sides with the fixing member. The piezoelectric fan according to claim 1, wherein the piezoelectric fan is joined to a fixed end portion of the diaphragm. 前記振動板は、前記圧電素子の接合個所の幅方向の両側に除去領域を有する、請求項４に記載の圧電ファン。   5. The piezoelectric fan according to claim 4, wherein the diaphragm has removal regions on both sides in the width direction of the joint portion of the piezoelectric element. 前記補強部材は、前記第１端部が前記振動板を前記圧電素子と両面から挟むように前記振動板に接合され、前記第２端部が前記振動板の固定端部を前記固定部材と両面から挟むように前記振動板の固定端部に接合された、請求項１に記載の圧電ファン。   The reinforcing member is joined to the diaphragm so that the first end sandwiches the diaphragm from both sides with the piezoelectric element, and the second end serves as a fixed end of the diaphragm on both sides of the fixing member. The piezoelectric fan according to claim 1, wherein the piezoelectric fan is joined to a fixed end of the diaphragm so as to be sandwiched between the piezoelectric fan and the diaphragm. 前記圧電素子は、前記振動板の両面を挟む位置に２つ接合された、請求項１〜５のいずれかに記載の圧電ファン。   The piezoelectric fan according to claim 1, wherein two of the piezoelectric elements are joined at a position sandwiching both surfaces of the diaphragm. 発熱体で発せられる熱を放熱する放熱器に前記固定部材が固定される、請求項1〜７のいずれかに記載の圧電ファン。   The piezoelectric fan according to any one of claims 1 to 7, wherein the fixing member is fixed to a radiator that dissipates heat generated by the heating element. 請求項８に記載の圧電ファンと、
前記放熱器と、を備え、
前記放熱器は、複数の放熱フィンを有するヒートシンクであり、
前記振動板は、複数のブレードが自由端側に形成された形状であり、
前記固定部材は、前記ヒートシンクの前記複数の放熱フィン間の溝に前記複数のブレードのそれぞれが挿入される状態で、前記振動板の固定端部を前記ヒートシンクの上部に固定された、冷却装置。 A piezoelectric fan according to claim 8,
The radiator,
The radiator is a heat sink having a plurality of radiating fins,
The diaphragm has a shape in which a plurality of blades are formed on the free end side,
The cooling device, wherein the fixing member has a fixed end of the diaphragm fixed to an upper portion of the heat sink in a state where each of the plurality of blades is inserted into a groove between the plurality of heat radiation fins of the heat sink. 前記振動板は、前記複数のブレードが前記放熱フィン間の溝側へ折り曲げられた形状とした、請求項９に記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 9, wherein the diaphragm has a shape in which the plurality of blades are bent toward a groove between the radiating fins.
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