圧電ファン及びそれを用いた放熱装置
【課題】簡単な構造で、圧電素子の駆動によって支持体に生じる振動を低減できる圧電ファンを提供する。
【解決手段】圧電ファン１は、支持体３と、長さ方向一方端が支持体に固定支持され、長さ方向他方端側が自由端とされた振動板２と、振動板の固定端側の表裏面の少なくとも一面に貼り付けられた圧電素子４とを備え、圧電素子の駆動により振動板の自由端側を板厚方向に励振させて空気流を発生させる。振動吸収板２ｂ及び錘６とで構成され、圧電ファンの駆動周波数と同一又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材５を、振動板の反力による支持体の振動方向と同一方向に振動するように支持体３に固定した。
【解決手段】圧電ファン１は、支持体３と、長さ方向一方端が支持体に固定支持され、長さ方向他方端側が自由端とされた振動板２と、振動板の固定端側の表裏面の少なくとも一面に貼り付けられた圧電素子４とを備え、圧電素子の駆動により振動板の自由端側を板厚方向に励振させて空気流を発生させる。振動吸収板２ｂ及び錘６とで構成され、圧電ファンの駆動周波数と同一又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材５を、振動板の反力による支持体の振動方向と同一方向に振動するように支持体３に固定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動板を圧電素子により振動させることにより、空気流を発生する圧電ファンにおいて、その振動を低減するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型の電子機器では小型化と部品の高密度実装化に伴って、電子機器内部で発生する熱の放熱対策が課題になっている。このような電子機器を効率よく放熱させる手段として、圧電ファンを用いた放熱装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、図１４に示すように、支持体２０１に金属薄板よりなる振動板２０２の長さ方向一端部を固定し、この固定端近傍の両面に圧電素子２０４を貼り付けると共に、振動板２０２の長さ方向他端部に複数に分割されたブレード（送風部）２０３を形成した圧電ファン２００が開示されている。支持体２０１は一対のアーム２０５を介してヒートシンク２０６の両側面に固定されている。ブレード２０３はヒートシンク２０５のフィン２０７間に斜めに挿入されており、圧電素子２０４を駆動することによりブレード２０３を励振させ、フィン２０７間の暖気を排出することができる。
【０００４】
前記構造の圧電ファン２００においては、振動板２０２が振動すると、その反動により振動板２０２を支持している支持体２０１も振動し、支持体２０１の振動がヒートシンク２０６に伝わり、騒音の原因になると共に、他の装置の誤作動の原因になるという問題がある。もし、支持体２０１をゴム等の弾性体を介してヒートシンク２０６に固定すれば、ヒートシンク２０６への振動の波及を緩和することは可能であるが、支持体２０１の支持剛性が低くなるため、ブレード２０３の振幅が極端に小さくなってしまい、所望の風量が得られなくなる。
【０００５】
一般的な振動低減方法として、図１５に示すような動吸振器３００がある。すなわち、基体３０１の上にばねＫ及び減衰器Ｚを介して主系３０２を支持し、主系３０２の上にばねｋ及び減衰器ｚを介して動吸振器３００を配置する。主系３０２の質量をＭ、変位をＸとし、動吸振器３００の質量をｍ、変位をｘとすると、外力を受けて振動する主系３０２を、動吸振器３００の積極的な振動で打ち消すものである。このような動吸振器３００を、主系３０２である圧電ファン装置（圧電ファン及び圧電ファンが設置されている筺体）に取り付けて周波数を調整する場合には、取付作業が煩雑になり、装置全体が大型かつコスト高になる欠点がある。
【０００６】
特許文献２には、図１６に示すように、同じ振動特性を有する複数の圧電ファン４００を並列して支持体４０２に支持するとともに、これら圧電ファン４００を矢印で示すように逆位相で駆動することで、支持体４０２の振動を打ち消す構造の装置が提案されている。この場合には、圧電ファン４００自体が互いに振動を吸収し合うので、動吸振器のような別の装置を設ける必要がない。しかし、この場合には、複数のファン４００を同一周波数でかつ位相を反転させて駆動する必要があるため、駆動回路や個々の圧電ファン構造が複雑になると共に、コスト上昇を招く欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２００７／００３７５０６Ａ１
【特許文献２】ＷＯ２００９／１１９４３１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、簡単な構造で、圧電素子の駆動によって支持体に生じる振動を低減できる圧電ファン及びそれを用いた放熱装置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】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、支持体と、長さ方向一方端が前記支持体に固定支持され、長さ方向他方端側が自由端とされた振動板と、前記振動板の固定端側の表裏面の少なくとも一面に貼り付けられた圧電素子とを備え、前記圧電素子の駆動により前記振動板の自由端側を板厚方向に励振させて空気流を発生させる圧電ファンにおいて、前記圧電ファンの駆動周波数と同じ又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、前記振動板の反力による前記支持体の振動方向と同一方向に振動するように前記支持体に固定したことを特徴とする圧電ファンを提供する。
【００１０】
本発明は、ファンを駆動した時に支持体に加わる振動を、支持体に取り付けた別の部品（振動吸収部材）を共振させることで打ち消し、支持体の振動を抑制するものである。つまり、支持体が振動すると、それに伴って振動吸収部材も振動するが、振動吸収部材の固有振動数は圧電ファンの駆動周波数と同じ又はそれに近いので、振動吸収部材の振動の位相は自動的にファンの振動の位相とほぼ逆位相となり、支持体の振動をキャンセルできる。追加した振動吸収部材は、圧電素子等を用いて積極的に振動させる訳ではなく、ファン駆動の反力により固有振動数で振動するだけであるから、簡易な構造となる。また、ファンと一体化しているため、ファンをヒートシンク等に取り付ける際の調整が不要である。そのため、大型化やコスト上昇を最小限に抑制することができる。また、圧電ファンの振動が外部へ波及するのを抑制できる。
【００１１】
振動吸収部材は、一端部が支持体に固定され、他端部が振動板と平行に延びる板ばねと、当該板ばねの他端部に固定された固有振動数調整用の錘とで構成するのがよい。板ばねのみで固有振動数を調整することもできるが、板ばねが大型化する可能性がある。これに対し、板ばねの自由端に錘を取り付ければ、板ばねを大型化させずに固有振動数の調整を容易に行うことができる。振動吸収部材は、振動板と平行に延びる板ばねであるため、支持体の振動方向と同一方向に振動させることができる。
【００１２】
振動吸収部材は、振動板と対面するように、振動板を固定した支持体の反対面に固定してもよい。この場合には、振動吸収部材と振動板とが同じ方向に延びるので、振動吸収部材による圧電ファンの長さ方向寸法の増大を抑制できる。
【００１３】
振動板の自由端から長さ方向中間部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、圧電素子は、ブレードの根元部より振動板の固定端側の領域に貼り付けられている構造としてもよい。この場合には、一枚の振動板に複数のブレードを形成することができ、これらブレードを１つの圧電素子で同時に駆動することが可能であり、さらに風量を増大させることができる。
【００１４】
振動板の長さ方向中間部に直交方向の折り曲げ部が形成されており、振動板の自由端から折り曲げ部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、圧電素子は、折り曲げ部より固定端側に貼り付けられている構造としてもよい。この場合には、振動板をくの字状に折り曲げることで、圧電素子の振動方向に対してブレードの先端部を直交方向に振動させることができ、圧電ファンの配置の自由度を高めることができる。
【００１５】
本発明にかかる圧電ファンと、間隔をあけて並設された複数の放熱フィンを有するヒートシンクとを備えた放熱装置であって、圧電ファンの振動板は、ヒートシンクの放熱フィンの間に、振動板の励振方向が放熱フィンの側面と平行になるように挿入され、支持体はヒートシンクに固定されている構造としてもよい。この場合には、圧電ファンとヒートシンクとの位置関係が安定するので、圧電ファンの振動板と放熱フィンとが接触せず、放熱フィン間に存在する暖気を効率よく外部へ排出することができる。
【００１６】
支持体の長さ方向中央部に振動板と振動吸収部材とが固定され、支持体の長さ方向両端部がヒートシンクに固定されている構造としてもよい。この場合には、振動板の励振によって支持体の中央部が最も大きく振動するが、その振動部分に振動吸収部材が固定されているので、ヒートシンクへの振動の波及を抑制しながら、支持体の振動を効果的に打ち消すことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、振動板を支持する支持体に、ファンの駆動周波数と同じ又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、支持体の振動方向と同一方向に振動するように固定したので、動吸振器のような格別の駆動源を必要とせず、簡単な構造で支持体の振動を打ち消すことができる。また、振動吸収部材はファンと一体化されているため、ファンをヒートシンク等に取り付ける際に調整不要であり、大型化やコスト上昇を最小限に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る圧電ファンの第１実施形態の側面図である。
【図２】図１に示す圧電ファンの作動原理を説明するための振動モデル図である。
【図３】図１に示す圧電ファンの加振力Ｆの周波数ωと支持体の変位Ｘ１の関係を表すグラフである。
【図４】本発明に係る圧電ファンの第２実施形態の平面図及び側面図である。
【図５】本発明に係る圧電ファンの第３実施形態の平面図及び側面図である。
【図６】本発明に係る圧電ファンの第４実施形態の平面図及び側面図である。
【図７】本発明に係る圧電ファンの第５実施形態の側面図である。
【図８】本発明に係る圧電ファンの第１実施例をヒートシンク、基板と組み合わせた放熱装置の側面図である。
【図９】図８に示す放熱装置の斜視図である。
【図１０】図８に示す放熱装置の平面図である。
【図１１】図８に示す放熱装置の分解斜視図である。
【図１２】本発明に係る圧電ファンを用いた放熱装置と、比較例の放熱装置との側面図である。
【図１３】図１２に示す圧電ファンの各部の寸法を付した斜視図、正面図、平面図、側面図である。
【図１４】特許文献１に示された圧電ファンの一例の分解斜視図である。
【図１５】動吸振器の適用例の原理図である。
【図１６】従来の圧電ファンの他の例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る圧電ファンの第１実施形態を示す。圧電ファン１は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板２と、振動板２の長さ方向中間部を固定支持する支持体３と、振動板２の表裏面に貼り付けられた圧電素子４，４とで構成されている。支持体３に対する振動板２の固定方法は、接着、溶接、ねじ止め等任意である。振動板２は、例えば金属製の板ばねで構成されており、支持体３から長さ方向一方側に延びる部分が送風部（ブレード）２ａとなっている。圧電素子４はこの送風部２ａの根元部（固定端側）に貼り付けられている。この例では、圧電素子４を振動板２の表裏面に貼り付けてバイモルフ型圧電ファンを構成しているが、振動板２の片面にのみ貼り付けたユニモルフ構造であってもよい。支持体３は、図示しない固定部（例えばヒートシンクやケース本体）に固定されている。支持体３を間にして、振動板２の送風部２ａと逆方向に振動吸収部２ｂが延長されており、その先端部に錘６が固定されている。振動吸収部２ｂと錘６とで振動抑制部５が構成される。振動抑制部５は、振動板２の送風部２ａと同じ振動方向、つまり上下方向に振動することができ、その固有振動数は圧電素子４の駆動周波数と同じ又はその近傍に設定されている。ここでは、振動板２の送風部２ａと振動吸収部２ｂとが同じ部材で一体形成されているが、別部材で構成し、それぞれ支持体３に固定してもよい。
【００２０】
圧電素子４，４に振動板２を一次共振させる周波数の電圧を印加すると、破線で示すように振動板２の送風部２ａが上下に大きく振動し、矢印Ａ方向の空気流を発生させることができる。ファン１を駆動した時、その反動として支持体３に上下方向の振動Ｂが加わり、その振動が支持体３を固定したヒートシンクやケースに伝達される。しかし、本発明では支持体３の振動によって、当該支持体３に固定された振動抑制部５が共振し、その振動の位相がファン１の振動と逆位相となるので、支持体３の振動を自動的に打ち消すことができ、ヒートシンクやケースへの振動波及を抑制することができる。なお、振動抑制部５を追加することにより、ファン１本来の特性（ファン駆動周波数、送風部２ａの振幅）に影響を及ぼすこともない。
【００２１】
ここで、図２を参照して本発明における圧電ファンの振動低減の作動原理を説明する。図２において、Ｍ１は支持体の質量、Ｋ１は支持体の取付剛性、Ｍ２，Ｋ２は振動抑制部の質量と剛性、Ｘ１は支持体の変位、Ｆ（＝Ｆ０ｓｉｎω）はファンの送風部が振動して発生する加振力、ω０はファン駆動周波数、ω1，ω2はそれぞれ支持体の固有振動数と追加した振動系（振動抑制部）の固有振動数であり、ω1＝√（Ｋ１／Ｍ１）、ω2＝√（Ｋ２／Ｍ２）である。
【００２２】
図２のような２自由度の振動モデルにおいて、加振力Ｆの周波数ωと支持体の変位Ｘ１の関係をグラフに表すと、図３のようになる。つまり、ω＝ω2のとき、Ｘ１は最小となることがわかる。したがって、ω2がファン駆動周波数（ω0）と一致するように、Ｍ２，Ｋ２の値を調整すれば、ファン駆動時の支持体の振動を小さくでき、ひいてはファンの支持体を取り付けているその他の装置への振動の波及を抑制できる。なお、図２では、説明を簡単にするために減衰のない系で考えたが、減衰を含んだ系においても同様の効果が得られる。その場合、減衰の影響により、Ｘ１が最小となる振動数はω2よりやや高くなると考えられる。振動抑制部の固有振動数をファン駆動周波数よりやや低くすることで、最大の振動低減効果が得られる。
【００２３】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明に係る圧電ファンの第２実施形態を示す。この圧電ファン１０は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板１１と、振動板１１の長さ方向一端部を固定支持する支持体１２と、振動板１１の固定端側の表裏面に貼り付けられた圧電素子１３，１３とを備えている。振動板１１の自由端には送風部（ブレード）１１ａが設けられている。支持体１２には、振動板１１と逆方向に延びる振動吸収板１４の一端部が固定されている。振動吸収板１４の他端部に錘１５が固定され、振動吸収板１４と錘１５とで振動抑制部１６を構成している。
【００２４】
この実施形態では、振動吸収板１４と振動板１１とが別部材であるため、振動吸収板１４として任意の特性を持つ材料を選定することができる。例えば、振動板１１とヤング率の異なるばね板や厚みの異なるばね板を使用することで、振動抑制部１６の固有振動数を圧電素子１３の駆動周波数に合わせ込むことができる。なお、振動板１１と振動吸収板１４とを支持体１２に対して一列に並べて固定する必要はなく、例えば振動板１１の上に振動吸収板１４を重ねて支持体１２に固定してもよい。
【００２５】
〔第３実施形態〕
図５は、本発明に係る圧電ファンの第３実施形態を示す。この圧電ファン２０は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板２１と、振動板２１の長さ方向一端部を固定支持する支持体２２と、振動板２１の固定端側の表裏面に貼り付けられた圧電素子２３，２３とを備えている。支持体２２には、振動板２１と逆方向に延びる振動吸収板２４の一端部が固定されている。振動吸収板２４の他端部には錘が固定されておらず、振動吸収板２４だけで振動抑制部を構成している。
【００２６】
この実施形態では、振動吸収板２４が振動板２１より薄肉なばね板で構成されているため、振動板２１より短い長さで固有振動数をファンの駆動周波数に合わせ込むことができる。この場合には、錘を必要としない分だけ部品数を削減できる。
【００２７】
〔第４実施形態〕
図６は、本発明に係る圧電ファンの第４実施形態を示す。この圧電ファン３０は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板３１と、振動板３１の長さ方向中間部を固定支持する支持体３２と、振動板３１の支持体３２近傍部分の表裏面に貼り付けられた圧電素子３３，３３とで構成されている。振動板３１には、支持体３２から一方側へ延びる送風部３１ａと、送風部３１ａと逆方向に延びる振動吸収部３１ｂとが一体に形成され、振動吸収部３１ｂの自由端には幅広部３１ｃが形成されている。この実施形態は、第１実施形態に比べて、錘に代えて、幅広部３１ｃが形成された点を特徴としている。
【００２８】
この実施形態では、振動吸収板３１ｂの幅広部３１ｃが錘として作用するので、送風部３１ａより短い長さで、固有振動数をファンの駆動周波数の近傍にすることができる。この場合、錘を必要とせず、振動吸収部３１ｂが送風部３１ａと一体に形成されているため、部品数を削減できる。なお、振動吸収部３１ｂを送風部３１ａとは別体で構成し、支持体３２に対して個別に固定してもよい。
【００２９】
〔第５実施形態〕
図７は、本発明に係る圧電ファンの第５実施形態を示す。この圧電ファン４０は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板４１と、振動板４１の長さ方向一端部を固定支持する支持体４２と、振動板４１の固定端側（支持体４２近傍部）の表裏面に貼り付けられた圧電素子４３，４３とを備えている。振動板４１の自由端には送風部（ブレード）４１ａが設けられている。支持体４２の下面、つまり振動板４１を固定した上面と逆側の面には、振動吸収板４４の一端部４４ａが固定されており、振動吸収板４４の他端は振動板４１と同一方向に延び、その自由端に錘４５が固定されている。この実施形態では、錘４５は振動吸収板４４の自由端の上面、つまり圧電素子４３と対向する位置に固定されている。
【００３０】
この実施形態の場合も、振動吸収板４４と錘４５とで構成される振動抑制部４６の固有振動数をファンの駆動周波数の近傍にすることで、ファン４０の駆動に伴う支持体４２の振動によって、振動抑制部４６を共振させることができ、支持体４２の振動を打ち消すことができる。この実施形態では、振動吸収板４４を支持体４２に対して振動板４１と同一方向に固定したので、圧電ファン４０の長さ寸法を抑制できると共に、振動吸収板４４を振動板４１に対して支持体４２の厚さ方向反対側に配置し、かつ錘４５が振動吸収板４４の上面に固定されているので、圧電ファン４０の高さ寸法も抑制できる。
【００３１】
〔第１実施例〕
図８は、本発明に係る圧電ファンを用いた放熱装置の第１実施例を示す。この放熱装置は、基板１００と、基板１００の上に固定されたＩＣ等の発熱素子１１０と、発熱素子１１０上に固定されたヒートシンク１２０と、ヒートシンク１２０上に固定された圧電ファン１３０とで構成されている。圧電ファン１３０としては、第５実施形態（図７）に係る圧電ファンと同様に振動板と振動吸収板とを支持体の上下面にそれぞれ固定すると共に、振動板の送風部を直角に折り曲げた構造を有する。
【００３２】
圧電ファン１３０は、図９〜図１１に示すように、角柱状の支持体１３１と、支持体１３１の長さ方向中間部の上面に一端部が固定された振動板１３２と、振動板１３２の固定端側の表裏面に固定された圧電素子１３３とで構成されている。支持体１３１の長さ方向中間部の下面には、振動吸収板１３４の一端部が固定され、振動吸収板１３４の自由端部上面に錘１３５が固定されている。振動吸収板１３４と錘１３５とによって振動吸収部１３６が構成されている。錘１３５を含む振動吸収部１３６の固有振動数は、圧電素子１３３の駆動周波数の近傍に設定されている。振動板１３２は、その長さ方向中間部が下方へ垂直に折り曲げられており、自由端から折り曲げ部１３２ａの近傍位置までスリット１３２ｂを形成することにより、複数のブレード（送風部）１３２ｃに分割されている。圧電素子１３３を駆動すると、折り曲げ部１３２ａは上下方向に振動し、ブレード１３２ｃの先端部は折り曲げ部１３２ａより大きな振幅で水平方向に振動する。振動吸収板１３４は支持体１３１に対して振動板１３２と同じ方向に延びており、その長さは、振動板１３２の固定端から折り曲げ部１３２ａまでの長さより短い。そのため、振動吸収板１３４の自由端が振動板１３２のブレード１３２ｃと接触することがない。また、錘１３５の厚みは支持体１３１の厚みより薄いので、振動吸収板１３４が振動板１３２の振動に伴って共振しても、錘１３５が振動板１３２（圧電素子１３３）と接触することがない。
【００３３】
ヒートシンク１２０は、間隔をあけて並設された複数枚の放熱フィン１２１を有しており、ヒートシンク１２０の底面は、発熱素子１１０の上面に熱的に結合された状態で取り付けられている。したがって、発熱素子１１０から生じる熱はヒートシンク１２０に伝導され、各放熱フィン１２１間の空気は熱せられる。ヒートシンク１２０の隣接する２つのコーナ部の上面には、一対の凸状の取付座１２２が形成され、これら取付座１２２の間には凹部１２４が形成されている。取付座１２２にはそれぞれネジ穴１２３が形成されている。ブレード１３２ｃをその変位方向が放熱フィン１２１の側面と平行になるように各放熱フィン１２１の間に挿入し、ネジ１２５を支持体１３１の両端部に形成したネジ挿通穴１３１ａを介して取付座１２２にネジ止めすることで、圧電ファン１３０はヒートシンク１２０に固定されている。放熱フィン１２１の間に挿入されたブレード１３２ｃが放熱フィン１２１の側面と平行に変位するため、放熱フィン１２１間の暖気がブレード１３２ｃでかき取られ、暖気はブレード１３２ｃの長さ方向に排出される。また、この実施例では、ブレード１３２ｃがヒートシンク１２０の中にその底面に対して垂直方向に挿入されているので、ブレード１３２ｃによって引き起こされた空気流がヒートシンク１２０の最も高温の底面に垂直方向に当たり、ヒートシンク１２０の熱をより効果的に排出できる。その結果、放熱効果に優れた放熱装置を実現できる。
【００３４】
この実施例では、振動板１３２と振動吸収板１３４とが、支持体１３１の長さ方向中間部の上下面にそれぞれ固定されており、支持体１３１の長さ方向両端部がネジ１２５によってヒートシンク１２０の取付座１２２に固定されている。したがって、支持体１３１の長さ方向中間部とヒートシンク１２０との間には、凹部１２４による高さ方向の隙間が存在する。圧電素子１３３の駆動によって圧電ファン１３０が振動すると、その反動で支持体１３１が上下に振動する。支持体１３１の振動に伴って振動吸収板１３４が共振するため、支持体１３１の振動が打ち消され、ヒートシンク１２０への振動伝播が抑制される。振動吸収板１３４が上下に大きく共振しても、支持体１３１とヒートシンク１２０との間に隙間が存在するため、振動吸収板１３４がヒートシンク１２０と干渉するのを防止できる。
【００３５】
なお、圧電ファン１３０をヒートシンク１２０に固定する構造は、前記実施例のように支持体１３１をヒートシンク１２０の取付座１２２に直接ネジ止めする構造に限定されるものではなく、例えば特許文献１のように、ヒートシンクの両側面にアームを介して支持体を固定してもよい。
【００３６】
ここで、本発明における圧電ファン（振動吸収部付き）と比較例の圧電ファン（振動吸収部なし）とを用いた放熱装置における振動比較実験の結果を示す。ここでは、本発明の圧電ファン１３０’として、振動吸収板１３４を振動板１３２と逆向きに支持体１３１に固定したものを使用した。比較例は、本発明に対して振動吸収板１３４と錘１３５とを除外したものである。これら圧電ファンを図１２に示すように、放熱装置に適用し、ファン駆動による基板の振動（振動加速度）を測定した。測定は、基板の最も振動の大きい部分の振動加速度を測定したものである。圧電ファンの各部の寸法は図１３に示す通りである。
振動板：厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４
振動吸収板：厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４
錘：重さ３ｇの樹脂
支持体：樹脂
基板：Ｍｉｃｒｏ−ＡＴＸボード（２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１．５ｍｍ）
発熱素子に代えてプレートヒータ（金属）：１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ
ヒートシンク：５０ｍｍ×５０ｍｍ×３０ｍｍ
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１に示すように、本発明と比較例とを比較すると、ファンを同じ周波数で駆動した場合に、ファンの先端振幅がほぼ同じでありながら、基板に伝わる振動が比較例に比べて１／２以下に低減されたことがわかる。よって、本発明の振動低減機能を有する圧電ファンの有効性が確かめられた。
【００３９】
第１実施例では、振動吸収板１３４を振動板１３２と同方向に延びるように支持体１３１の下面に固定したが、振動吸収板１３４を振動板１３２と逆方向に延びるように支持体１３１の下面に固定してもよい。支持体の構造は、実施例のように角棒状に限るものではなく、任意の形状を持つことができる。また、振動板によって発生する支持体の振動を外部に波及させずに振動吸収板で打ち消すことができるように、支持体に対する振動板及び振動吸収板の固定位置と、支持体をヒートシンクなどに固定する固定位置とが長さ方向に離れている方が望ましい。
【符号の説明】
【００４０】
１ 圧電ファン
２ 振動板
２ａ 送風部（ブレード）
２ｂ 振動吸収部
３ 支持体
４ 圧電素子
５ 振動抑制部
６ 錘
１００ 基板
１１０ 発熱素子
１２０ ヒートシンク
１３０ 圧電ファン
１３１ 支持体
１３２ 振動板
１３３ 圧電素子
１３４ 振動吸収板
１３５ 錘
１３６ 振動吸収部
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動板を圧電素子により振動させることにより、空気流を発生する圧電ファンにおいて、その振動を低減するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型の電子機器では小型化と部品の高密度実装化に伴って、電子機器内部で発生する熱の放熱対策が課題になっている。このような電子機器を効率よく放熱させる手段として、圧電ファンを用いた放熱装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、図１４に示すように、支持体２０１に金属薄板よりなる振動板２０２の長さ方向一端部を固定し、この固定端近傍の両面に圧電素子２０４を貼り付けると共に、振動板２０２の長さ方向他端部に複数に分割されたブレード（送風部）２０３を形成した圧電ファン２００が開示されている。支持体２０１は一対のアーム２０５を介してヒートシンク２０６の両側面に固定されている。ブレード２０３はヒートシンク２０５のフィン２０７間に斜めに挿入されており、圧電素子２０４を駆動することによりブレード２０３を励振させ、フィン２０７間の暖気を排出することができる。
【０００４】
前記構造の圧電ファン２００においては、振動板２０２が振動すると、その反動により振動板２０２を支持している支持体２０１も振動し、支持体２０１の振動がヒートシンク２０６に伝わり、騒音の原因になると共に、他の装置の誤作動の原因になるという問題がある。もし、支持体２０１をゴム等の弾性体を介してヒートシンク２０６に固定すれば、ヒートシンク２０６への振動の波及を緩和することは可能であるが、支持体２０１の支持剛性が低くなるため、ブレード２０３の振幅が極端に小さくなってしまい、所望の風量が得られなくなる。
【０００５】
一般的な振動低減方法として、図１５に示すような動吸振器３００がある。すなわち、基体３０１の上にばねＫ及び減衰器Ｚを介して主系３０２を支持し、主系３０２の上にばねｋ及び減衰器ｚを介して動吸振器３００を配置する。主系３０２の質量をＭ、変位をＸとし、動吸振器３００の質量をｍ、変位をｘとすると、外力を受けて振動する主系３０２を、動吸振器３００の積極的な振動で打ち消すものである。このような動吸振器３００を、主系３０２である圧電ファン装置（圧電ファン及び圧電ファンが設置されている筺体）に取り付けて周波数を調整する場合には、取付作業が煩雑になり、装置全体が大型かつコスト高になる欠点がある。
【０００６】
特許文献２には、図１６に示すように、同じ振動特性を有する複数の圧電ファン４００を並列して支持体４０２に支持するとともに、これら圧電ファン４００を矢印で示すように逆位相で駆動することで、支持体４０２の振動を打ち消す構造の装置が提案されている。この場合には、圧電ファン４００自体が互いに振動を吸収し合うので、動吸振器のような別の装置を設ける必要がない。しかし、この場合には、複数のファン４００を同一周波数でかつ位相を反転させて駆動する必要があるため、駆動回路や個々の圧電ファン構造が複雑になると共に、コスト上昇を招く欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２００７／００３７５０６Ａ１
【特許文献２】ＷＯ２００９／１１９４３１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、簡単な構造で、圧電素子の駆動によって支持体に生じる振動を低減できる圧電ファン及びそれを用いた放熱装置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】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、支持体と、長さ方向一方端が前記支持体に固定支持され、長さ方向他方端側が自由端とされた振動板と、前記振動板の固定端側の表裏面の少なくとも一面に貼り付けられた圧電素子とを備え、前記圧電素子の駆動により前記振動板の自由端側を板厚方向に励振させて空気流を発生させる圧電ファンにおいて、前記圧電ファンの駆動周波数と同じ又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、前記振動板の反力による前記支持体の振動方向と同一方向に振動するように前記支持体に固定したことを特徴とする圧電ファンを提供する。
【００１０】
本発明は、ファンを駆動した時に支持体に加わる振動を、支持体に取り付けた別の部品（振動吸収部材）を共振させることで打ち消し、支持体の振動を抑制するものである。つまり、支持体が振動すると、それに伴って振動吸収部材も振動するが、振動吸収部材の固有振動数は圧電ファンの駆動周波数と同じ又はそれに近いので、振動吸収部材の振動の位相は自動的にファンの振動の位相とほぼ逆位相となり、支持体の振動をキャンセルできる。追加した振動吸収部材は、圧電素子等を用いて積極的に振動させる訳ではなく、ファン駆動の反力により固有振動数で振動するだけであるから、簡易な構造となる。また、ファンと一体化しているため、ファンをヒートシンク等に取り付ける際の調整が不要である。そのため、大型化やコスト上昇を最小限に抑制することができる。また、圧電ファンの振動が外部へ波及するのを抑制できる。
【００１１】
振動吸収部材は、一端部が支持体に固定され、他端部が振動板と平行に延びる板ばねと、当該板ばねの他端部に固定された固有振動数調整用の錘とで構成するのがよい。板ばねのみで固有振動数を調整することもできるが、板ばねが大型化する可能性がある。これに対し、板ばねの自由端に錘を取り付ければ、板ばねを大型化させずに固有振動数の調整を容易に行うことができる。振動吸収部材は、振動板と平行に延びる板ばねであるため、支持体の振動方向と同一方向に振動させることができる。
【００１２】
振動吸収部材は、振動板と対面するように、振動板を固定した支持体の反対面に固定してもよい。この場合には、振動吸収部材と振動板とが同じ方向に延びるので、振動吸収部材による圧電ファンの長さ方向寸法の増大を抑制できる。
【００１３】
振動板の自由端から長さ方向中間部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、圧電素子は、ブレードの根元部より振動板の固定端側の領域に貼り付けられている構造としてもよい。この場合には、一枚の振動板に複数のブレードを形成することができ、これらブレードを１つの圧電素子で同時に駆動することが可能であり、さらに風量を増大させることができる。
【００１４】
振動板の長さ方向中間部に直交方向の折り曲げ部が形成されており、振動板の自由端から折り曲げ部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、圧電素子は、折り曲げ部より固定端側に貼り付けられている構造としてもよい。この場合には、振動板をくの字状に折り曲げることで、圧電素子の振動方向に対してブレードの先端部を直交方向に振動させることができ、圧電ファンの配置の自由度を高めることができる。
【００１５】
本発明にかかる圧電ファンと、間隔をあけて並設された複数の放熱フィンを有するヒートシンクとを備えた放熱装置であって、圧電ファンの振動板は、ヒートシンクの放熱フィンの間に、振動板の励振方向が放熱フィンの側面と平行になるように挿入され、支持体はヒートシンクに固定されている構造としてもよい。この場合には、圧電ファンとヒートシンクとの位置関係が安定するので、圧電ファンの振動板と放熱フィンとが接触せず、放熱フィン間に存在する暖気を効率よく外部へ排出することができる。
【００１６】
支持体の長さ方向中央部に振動板と振動吸収部材とが固定され、支持体の長さ方向両端部がヒートシンクに固定されている構造としてもよい。この場合には、振動板の励振によって支持体の中央部が最も大きく振動するが、その振動部分に振動吸収部材が固定されているので、ヒートシンクへの振動の波及を抑制しながら、支持体の振動を効果的に打ち消すことができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、振動板を支持する支持体に、ファンの駆動周波数と同じ又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、支持体の振動方向と同一方向に振動するように固定したので、動吸振器のような格別の駆動源を必要とせず、簡単な構造で支持体の振動を打ち消すことができる。また、振動吸収部材はファンと一体化されているため、ファンをヒートシンク等に取り付ける際に調整不要であり、大型化やコスト上昇を最小限に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る圧電ファンの第１実施形態の側面図である。
【図２】図１に示す圧電ファンの作動原理を説明するための振動モデル図である。
【図３】図１に示す圧電ファンの加振力Ｆの周波数ωと支持体の変位Ｘ１の関係を表すグラフである。
【図４】本発明に係る圧電ファンの第２実施形態の平面図及び側面図である。
【図５】本発明に係る圧電ファンの第３実施形態の平面図及び側面図である。
【図６】本発明に係る圧電ファンの第４実施形態の平面図及び側面図である。
【図７】本発明に係る圧電ファンの第５実施形態の側面図である。
【図８】本発明に係る圧電ファンの第１実施例をヒートシンク、基板と組み合わせた放熱装置の側面図である。
【図９】図８に示す放熱装置の斜視図である。
【図１０】図８に示す放熱装置の平面図である。
【図１１】図８に示す放熱装置の分解斜視図である。
【図１２】本発明に係る圧電ファンを用いた放熱装置と、比較例の放熱装置との側面図である。
【図１３】図１２に示す圧電ファンの各部の寸法を付した斜視図、正面図、平面図、側面図である。
【図１４】特許文献１に示された圧電ファンの一例の分解斜視図である。
【図１５】動吸振器の適用例の原理図である。
【図１６】従来の圧電ファンの他の例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る圧電ファンの第１実施形態を示す。圧電ファン１は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板２と、振動板２の長さ方向中間部を固定支持する支持体３と、振動板２の表裏面に貼り付けられた圧電素子４，４とで構成されている。支持体３に対する振動板２の固定方法は、接着、溶接、ねじ止め等任意である。振動板２は、例えば金属製の板ばねで構成されており、支持体３から長さ方向一方側に延びる部分が送風部（ブレード）２ａとなっている。圧電素子４はこの送風部２ａの根元部（固定端側）に貼り付けられている。この例では、圧電素子４を振動板２の表裏面に貼り付けてバイモルフ型圧電ファンを構成しているが、振動板２の片面にのみ貼り付けたユニモルフ構造であってもよい。支持体３は、図示しない固定部（例えばヒートシンクやケース本体）に固定されている。支持体３を間にして、振動板２の送風部２ａと逆方向に振動吸収部２ｂが延長されており、その先端部に錘６が固定されている。振動吸収部２ｂと錘６とで振動抑制部５が構成される。振動抑制部５は、振動板２の送風部２ａと同じ振動方向、つまり上下方向に振動することができ、その固有振動数は圧電素子４の駆動周波数と同じ又はその近傍に設定されている。ここでは、振動板２の送風部２ａと振動吸収部２ｂとが同じ部材で一体形成されているが、別部材で構成し、それぞれ支持体３に固定してもよい。
【００２０】
圧電素子４，４に振動板２を一次共振させる周波数の電圧を印加すると、破線で示すように振動板２の送風部２ａが上下に大きく振動し、矢印Ａ方向の空気流を発生させることができる。ファン１を駆動した時、その反動として支持体３に上下方向の振動Ｂが加わり、その振動が支持体３を固定したヒートシンクやケースに伝達される。しかし、本発明では支持体３の振動によって、当該支持体３に固定された振動抑制部５が共振し、その振動の位相がファン１の振動と逆位相となるので、支持体３の振動を自動的に打ち消すことができ、ヒートシンクやケースへの振動波及を抑制することができる。なお、振動抑制部５を追加することにより、ファン１本来の特性（ファン駆動周波数、送風部２ａの振幅）に影響を及ぼすこともない。
【００２１】
ここで、図２を参照して本発明における圧電ファンの振動低減の作動原理を説明する。図２において、Ｍ１は支持体の質量、Ｋ１は支持体の取付剛性、Ｍ２，Ｋ２は振動抑制部の質量と剛性、Ｘ１は支持体の変位、Ｆ（＝Ｆ０ｓｉｎω）はファンの送風部が振動して発生する加振力、ω０はファン駆動周波数、ω1，ω2はそれぞれ支持体の固有振動数と追加した振動系（振動抑制部）の固有振動数であり、ω1＝√（Ｋ１／Ｍ１）、ω2＝√（Ｋ２／Ｍ２）である。
【００２２】
図２のような２自由度の振動モデルにおいて、加振力Ｆの周波数ωと支持体の変位Ｘ１の関係をグラフに表すと、図３のようになる。つまり、ω＝ω2のとき、Ｘ１は最小となることがわかる。したがって、ω2がファン駆動周波数（ω0）と一致するように、Ｍ２，Ｋ２の値を調整すれば、ファン駆動時の支持体の振動を小さくでき、ひいてはファンの支持体を取り付けているその他の装置への振動の波及を抑制できる。なお、図２では、説明を簡単にするために減衰のない系で考えたが、減衰を含んだ系においても同様の効果が得られる。その場合、減衰の影響により、Ｘ１が最小となる振動数はω2よりやや高くなると考えられる。振動抑制部の固有振動数をファン駆動周波数よりやや低くすることで、最大の振動低減効果が得られる。
【００２３】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明に係る圧電ファンの第２実施形態を示す。この圧電ファン１０は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板１１と、振動板１１の長さ方向一端部を固定支持する支持体１２と、振動板１１の固定端側の表裏面に貼り付けられた圧電素子１３，１３とを備えている。振動板１１の自由端には送風部（ブレード）１１ａが設けられている。支持体１２には、振動板１１と逆方向に延びる振動吸収板１４の一端部が固定されている。振動吸収板１４の他端部に錘１５が固定され、振動吸収板１４と錘１５とで振動抑制部１６を構成している。
【００２４】
この実施形態では、振動吸収板１４と振動板１１とが別部材であるため、振動吸収板１４として任意の特性を持つ材料を選定することができる。例えば、振動板１１とヤング率の異なるばね板や厚みの異なるばね板を使用することで、振動抑制部１６の固有振動数を圧電素子１３の駆動周波数に合わせ込むことができる。なお、振動板１１と振動吸収板１４とを支持体１２に対して一列に並べて固定する必要はなく、例えば振動板１１の上に振動吸収板１４を重ねて支持体１２に固定してもよい。
【００２５】
〔第３実施形態〕
図５は、本発明に係る圧電ファンの第３実施形態を示す。この圧電ファン２０は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板２１と、振動板２１の長さ方向一端部を固定支持する支持体２２と、振動板２１の固定端側の表裏面に貼り付けられた圧電素子２３，２３とを備えている。支持体２２には、振動板２１と逆方向に延びる振動吸収板２４の一端部が固定されている。振動吸収板２４の他端部には錘が固定されておらず、振動吸収板２４だけで振動抑制部を構成している。
【００２６】
この実施形態では、振動吸収板２４が振動板２１より薄肉なばね板で構成されているため、振動板２１より短い長さで固有振動数をファンの駆動周波数に合わせ込むことができる。この場合には、錘を必要としない分だけ部品数を削減できる。
【００２７】
〔第４実施形態〕
図６は、本発明に係る圧電ファンの第４実施形態を示す。この圧電ファン３０は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板３１と、振動板３１の長さ方向中間部を固定支持する支持体３２と、振動板３１の支持体３２近傍部分の表裏面に貼り付けられた圧電素子３３，３３とで構成されている。振動板３１には、支持体３２から一方側へ延びる送風部３１ａと、送風部３１ａと逆方向に延びる振動吸収部３１ｂとが一体に形成され、振動吸収部３１ｂの自由端には幅広部３１ｃが形成されている。この実施形態は、第１実施形態に比べて、錘に代えて、幅広部３１ｃが形成された点を特徴としている。
【００２８】
この実施形態では、振動吸収板３１ｂの幅広部３１ｃが錘として作用するので、送風部３１ａより短い長さで、固有振動数をファンの駆動周波数の近傍にすることができる。この場合、錘を必要とせず、振動吸収部３１ｂが送風部３１ａと一体に形成されているため、部品数を削減できる。なお、振動吸収部３１ｂを送風部３１ａとは別体で構成し、支持体３２に対して個別に固定してもよい。
【００２９】
〔第５実施形態〕
図７は、本発明に係る圧電ファンの第５実施形態を示す。この圧電ファン４０は、厚み方向に屈曲変位自在な振動板４１と、振動板４１の長さ方向一端部を固定支持する支持体４２と、振動板４１の固定端側（支持体４２近傍部）の表裏面に貼り付けられた圧電素子４３，４３とを備えている。振動板４１の自由端には送風部（ブレード）４１ａが設けられている。支持体４２の下面、つまり振動板４１を固定した上面と逆側の面には、振動吸収板４４の一端部４４ａが固定されており、振動吸収板４４の他端は振動板４１と同一方向に延び、その自由端に錘４５が固定されている。この実施形態では、錘４５は振動吸収板４４の自由端の上面、つまり圧電素子４３と対向する位置に固定されている。
【００３０】
この実施形態の場合も、振動吸収板４４と錘４５とで構成される振動抑制部４６の固有振動数をファンの駆動周波数の近傍にすることで、ファン４０の駆動に伴う支持体４２の振動によって、振動抑制部４６を共振させることができ、支持体４２の振動を打ち消すことができる。この実施形態では、振動吸収板４４を支持体４２に対して振動板４１と同一方向に固定したので、圧電ファン４０の長さ寸法を抑制できると共に、振動吸収板４４を振動板４１に対して支持体４２の厚さ方向反対側に配置し、かつ錘４５が振動吸収板４４の上面に固定されているので、圧電ファン４０の高さ寸法も抑制できる。
【００３１】
〔第１実施例〕
図８は、本発明に係る圧電ファンを用いた放熱装置の第１実施例を示す。この放熱装置は、基板１００と、基板１００の上に固定されたＩＣ等の発熱素子１１０と、発熱素子１１０上に固定されたヒートシンク１２０と、ヒートシンク１２０上に固定された圧電ファン１３０とで構成されている。圧電ファン１３０としては、第５実施形態（図７）に係る圧電ファンと同様に振動板と振動吸収板とを支持体の上下面にそれぞれ固定すると共に、振動板の送風部を直角に折り曲げた構造を有する。
【００３２】
圧電ファン１３０は、図９〜図１１に示すように、角柱状の支持体１３１と、支持体１３１の長さ方向中間部の上面に一端部が固定された振動板１３２と、振動板１３２の固定端側の表裏面に固定された圧電素子１３３とで構成されている。支持体１３１の長さ方向中間部の下面には、振動吸収板１３４の一端部が固定され、振動吸収板１３４の自由端部上面に錘１３５が固定されている。振動吸収板１３４と錘１３５とによって振動吸収部１３６が構成されている。錘１３５を含む振動吸収部１３６の固有振動数は、圧電素子１３３の駆動周波数の近傍に設定されている。振動板１３２は、その長さ方向中間部が下方へ垂直に折り曲げられており、自由端から折り曲げ部１３２ａの近傍位置までスリット１３２ｂを形成することにより、複数のブレード（送風部）１３２ｃに分割されている。圧電素子１３３を駆動すると、折り曲げ部１３２ａは上下方向に振動し、ブレード１３２ｃの先端部は折り曲げ部１３２ａより大きな振幅で水平方向に振動する。振動吸収板１３４は支持体１３１に対して振動板１３２と同じ方向に延びており、その長さは、振動板１３２の固定端から折り曲げ部１３２ａまでの長さより短い。そのため、振動吸収板１３４の自由端が振動板１３２のブレード１３２ｃと接触することがない。また、錘１３５の厚みは支持体１３１の厚みより薄いので、振動吸収板１３４が振動板１３２の振動に伴って共振しても、錘１３５が振動板１３２（圧電素子１３３）と接触することがない。
【００３３】
ヒートシンク１２０は、間隔をあけて並設された複数枚の放熱フィン１２１を有しており、ヒートシンク１２０の底面は、発熱素子１１０の上面に熱的に結合された状態で取り付けられている。したがって、発熱素子１１０から生じる熱はヒートシンク１２０に伝導され、各放熱フィン１２１間の空気は熱せられる。ヒートシンク１２０の隣接する２つのコーナ部の上面には、一対の凸状の取付座１２２が形成され、これら取付座１２２の間には凹部１２４が形成されている。取付座１２２にはそれぞれネジ穴１２３が形成されている。ブレード１３２ｃをその変位方向が放熱フィン１２１の側面と平行になるように各放熱フィン１２１の間に挿入し、ネジ１２５を支持体１３１の両端部に形成したネジ挿通穴１３１ａを介して取付座１２２にネジ止めすることで、圧電ファン１３０はヒートシンク１２０に固定されている。放熱フィン１２１の間に挿入されたブレード１３２ｃが放熱フィン１２１の側面と平行に変位するため、放熱フィン１２１間の暖気がブレード１３２ｃでかき取られ、暖気はブレード１３２ｃの長さ方向に排出される。また、この実施例では、ブレード１３２ｃがヒートシンク１２０の中にその底面に対して垂直方向に挿入されているので、ブレード１３２ｃによって引き起こされた空気流がヒートシンク１２０の最も高温の底面に垂直方向に当たり、ヒートシンク１２０の熱をより効果的に排出できる。その結果、放熱効果に優れた放熱装置を実現できる。
【００３４】
この実施例では、振動板１３２と振動吸収板１３４とが、支持体１３１の長さ方向中間部の上下面にそれぞれ固定されており、支持体１３１の長さ方向両端部がネジ１２５によってヒートシンク１２０の取付座１２２に固定されている。したがって、支持体１３１の長さ方向中間部とヒートシンク１２０との間には、凹部１２４による高さ方向の隙間が存在する。圧電素子１３３の駆動によって圧電ファン１３０が振動すると、その反動で支持体１３１が上下に振動する。支持体１３１の振動に伴って振動吸収板１３４が共振するため、支持体１３１の振動が打ち消され、ヒートシンク１２０への振動伝播が抑制される。振動吸収板１３４が上下に大きく共振しても、支持体１３１とヒートシンク１２０との間に隙間が存在するため、振動吸収板１３４がヒートシンク１２０と干渉するのを防止できる。
【００３５】
なお、圧電ファン１３０をヒートシンク１２０に固定する構造は、前記実施例のように支持体１３１をヒートシンク１２０の取付座１２２に直接ネジ止めする構造に限定されるものではなく、例えば特許文献１のように、ヒートシンクの両側面にアームを介して支持体を固定してもよい。
【００３６】
ここで、本発明における圧電ファン（振動吸収部付き）と比較例の圧電ファン（振動吸収部なし）とを用いた放熱装置における振動比較実験の結果を示す。ここでは、本発明の圧電ファン１３０’として、振動吸収板１３４を振動板１３２と逆向きに支持体１３１に固定したものを使用した。比較例は、本発明に対して振動吸収板１３４と錘１３５とを除外したものである。これら圧電ファンを図１２に示すように、放熱装置に適用し、ファン駆動による基板の振動（振動加速度）を測定した。測定は、基板の最も振動の大きい部分の振動加速度を測定したものである。圧電ファンの各部の寸法は図１３に示す通りである。
振動板：厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４
振動吸収板：厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４
錘：重さ３ｇの樹脂
支持体：樹脂
基板：Ｍｉｃｒｏ−ＡＴＸボード（２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１．５ｍｍ）
発熱素子に代えてプレートヒータ（金属）：１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍ
ヒートシンク：５０ｍｍ×５０ｍｍ×３０ｍｍ
【００３７】
【表１】
【００３８】
表１に示すように、本発明と比較例とを比較すると、ファンを同じ周波数で駆動した場合に、ファンの先端振幅がほぼ同じでありながら、基板に伝わる振動が比較例に比べて１／２以下に低減されたことがわかる。よって、本発明の振動低減機能を有する圧電ファンの有効性が確かめられた。
【００３９】
第１実施例では、振動吸収板１３４を振動板１３２と同方向に延びるように支持体１３１の下面に固定したが、振動吸収板１３４を振動板１３２と逆方向に延びるように支持体１３１の下面に固定してもよい。支持体の構造は、実施例のように角棒状に限るものではなく、任意の形状を持つことができる。また、振動板によって発生する支持体の振動を外部に波及させずに振動吸収板で打ち消すことができるように、支持体に対する振動板及び振動吸収板の固定位置と、支持体をヒートシンクなどに固定する固定位置とが長さ方向に離れている方が望ましい。
【符号の説明】
【００４０】
１ 圧電ファン
２ 振動板
２ａ 送風部（ブレード）
２ｂ 振動吸収部
３ 支持体
４ 圧電素子
５ 振動抑制部
６ 錘
１００ 基板
１１０ 発熱素子
１２０ ヒートシンク
１３０ 圧電ファン
１３１ 支持体
１３２ 振動板
１３３ 圧電素子
１３４ 振動吸収板
１３５ 錘
１３６ 振動吸収部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、長さ方向一方端が前記支持体に固定支持され、長さ方向他方端側が自由端とされた振動板と、前記振動板の固定端側の表裏面の少なくとも一面に貼り付けられた圧電素子とを備え、前記圧電素子の駆動により前記振動板の自由端側を板厚方向に励振させて空気流を発生させる圧電ファンにおいて、
前記圧電ファンの駆動周波数と同一又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、前記振動板の反力による前記支持体の振動方向と同一方向に振動するように前記支持体に固定したことを特徴とする圧電ファン。
【請求項２】
前記振動吸収部材は、一端部が前記支持体に固定され、他端部が前記振動板と平行に延びる板ばねと、当該板ばねの他端部に固定された固有振動数調整用の錘と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電ファン。
【請求項３】
前記振動吸収部材は、前記振動板と対向するように、前記振動板を固定した支持体の反対面に固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電ファン。
【請求項４】
前記振動板の自由端から長さ方向中間部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、
前記圧電素子は、前記ブレードの根元部より前記振動板の固定端側の領域に貼り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電ファン。
【請求項５】
前記振動板の長さ方向中間部に直交方向の折り曲げ部が形成されており、
前記振動板の自由端から前記折り曲げ部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、
前記圧電素子は、前記折り曲げ部より固定端側に貼り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電ファン。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電ファンと、間隔をあけて並設された複数の放熱フィンを有するヒートシンクとを備えた放熱装置であって、
前記圧電ファンの前記振動板は、前記ヒートシンクの放熱フィンの間に、前記振動板の励振方向が前記放熱フィンの側面と平行になるように挿入され、
前記支持体は前記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする放熱装置。
【請求項７】
前記支持体の長さ方向中央部に前記振動板と振動吸収部材とが固定され、
前記支持体の長さ方向両端部が前記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする、請求項６に記載の放熱装置。
【請求項１】
支持体と、長さ方向一方端が前記支持体に固定支持され、長さ方向他方端側が自由端とされた振動板と、前記振動板の固定端側の表裏面の少なくとも一面に貼り付けられた圧電素子とを備え、前記圧電素子の駆動により前記振動板の自由端側を板厚方向に励振させて空気流を発生させる圧電ファンにおいて、
前記圧電ファンの駆動周波数と同一又はその近傍の固有振動数を持つ振動吸収部材を、前記振動板の反力による前記支持体の振動方向と同一方向に振動するように前記支持体に固定したことを特徴とする圧電ファン。
【請求項２】
前記振動吸収部材は、一端部が前記支持体に固定され、他端部が前記振動板と平行に延びる板ばねと、当該板ばねの他端部に固定された固有振動数調整用の錘と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電ファン。
【請求項３】
前記振動吸収部材は、前記振動板と対向するように、前記振動板を固定した支持体の反対面に固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電ファン。
【請求項４】
前記振動板の自由端から長さ方向中間部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、
前記圧電素子は、前記ブレードの根元部より前記振動板の固定端側の領域に貼り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電ファン。
【請求項５】
前記振動板の長さ方向中間部に直交方向の折り曲げ部が形成されており、
前記振動板の自由端から前記折り曲げ部に向かってスリットを形成することにより、複数に分割されたブレードが形成されており、
前記圧電素子は、前記折り曲げ部より固定端側に貼り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電ファン。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電ファンと、間隔をあけて並設された複数の放熱フィンを有するヒートシンクとを備えた放熱装置であって、
前記圧電ファンの前記振動板は、前記ヒートシンクの放熱フィンの間に、前記振動板の励振方向が前記放熱フィンの側面と平行になるように挿入され、
前記支持体は前記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする放熱装置。
【請求項７】
前記支持体の長さ方向中央部に前記振動板と振動吸収部材とが固定され、
前記支持体の長さ方向両端部が前記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする、請求項６に記載の放熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−７７６７８（Ｐ２０１２−７７６７８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２３３９９（Ｐ２０１０−２２３３９９）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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