专利名称：冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将电子设备内部的热朝电子设备外部排出的使用压电风扇的冷
却装置。
背景技术：
近年来，特别是便携式电子设备，随着小型化与构件的高密度安装化的进展，电子 设备内部的热对策已成为课题。作为前述课题特别重要的便携式电子设备的一例，可举便携式个人计算机为例。 便携式个人计算机中，在进行致力于小型化的技术开发，与此同时，用于提高信息处理能力 的CPU的高速化亦在进展。因此，构件的高密度安装造成电子设备内部的通风性直线下降， 因CPU的发热量增大，故将该热量朝电子设备外部排出以抑制电子设备内部的温度上升益 发困难。先前，在专利文献1中公开了如下放热器，即与发热体的发热部接连的散热器在 空出所需的间隔并排设置的许多散热片之间介有空气包含构造的可动片，旋转或摆动该可 动片以朝散热片间送入冷气，并排出散热片间的暖气。另一方面，在专利文献2中公开了具有含有压电振子的出风振子，排气口与吸气 口设于同一面而构成的压电风扇。该压电风扇中，以夹住出风振子的两侧的方式设有从箱 本体的开口部向内侧延长的一对隔板，该各隔板与箱本体的两侧部之间的开口形成为吸气 口，两隔板之间的开口形成为排气口。此处，对专利文献2的压电风扇的结构，基于图1进行说明。图1中，压电风扇1 是在形成为偏平箱状的风扇箱2中内藏由压电振子3与出风振子4所构成的风扇本体5，在 风扇箱2的同一面形成吸气口 6(6A、6B)与排气口 7。风扇箱2由箱本体8和平板状盖体9 构成，箱本体8具有底面部8a、左右两侧面部8b、8c及背面部8d，且以前面部开放的方式形 成，平板状盖体9气密性固接于该箱本体8的上表面。专利文献1 日本专利实开平02-127796号公报专利文献2 日本专利特开2002-339900号公报发明的公开发明所要解决的技术问题但是，前述便携式电子设备中，若直接使用如专利文献1的放热器，则从小型化的 观点而言并不适宜。因此，考虑取代该专利文献1的可动片，而使用如专利文献2所示的压 电风扇。使用压电风扇时，其出风能力虽取决于出风振子中的压电振子的变位量，但压电 振子的变位量并不如专利文献1的可动片的动作量大。因此，有必要考虑尽量高效率地进行电子设备内部的冷却。专利文献2中记述，两 隔板间的间隔基本而言尽量接近出风板的宽度，即以尽量缩小两隔板与出风板的间隙为宗旨。
用以将专利文献1的放热器的散热片间的暖气排出的可动片，是即使存在相对于 可动片动作的空气阻力也能使用如电动机的强力驱动源进行旋转或摆动的构件，故可动片 的动作并不会因空气阻力的影响而被阻碍，但在用于专利文献2的压电风扇的出风振子的 情况下，若相当于两隔板的散热片间的间隔与出风板的宽度接近，则将因出风振子的动作 所产生的空气阻力而阻碍变位。此处，根据本案的发明者实验所得的出风板(以下称“叶片”)前端的振幅与空 气阻力的关系如图2所示。得出该结果的压电振子的尺寸为6mmX 12mm，叶片的尺寸为 6mm X 18mm X 40 μ m，两者以短边部分彼此接合。因考虑到空气阻力与空气密度基本成比例，空气密度与气压成比例，故该实验藉 由在规定减压环境下的叶片由压电振子驱动时气压与叶片前端的振幅调查而进行。如图2 所示，叶片的振幅受到气压，即空气阻力的影响，空气阻力越大振幅越小。如此，即使使相当于两隔板的散热片间的间隔与叶片的宽度尽量接近，亦将因叶 片的动作所产生的空气阻力而阻碍变位，因而存在有反而难以增大叶片的振幅的问题。因此，本发明的目的在于提供一种冷却装置，其可增大叶片的振幅以提高送风能 力，另外，提高来自散热片的散热效果以使冷却能力提升。解决技术问题所采用的技术方案因待排出的暖气是由散热片的发热而加热空气所得到的，故散热片间的空间的温 度分布并不均一，高温部分集中于散热片的壁面附近。另外，考虑散热片间空气流动时的流速分布，虽散热片间的中央部空气的流速快， 但因相对于散热片的壁面存在空气的粘性阻力，故越接近散热片的壁面流速越慢。S卩，若仅单纯在散热片间使空气流动，则存在于散热片间的中央部的温度相对较 低的空气虽被排出，但存在于散热片的壁面附近的高温的暖气却未被充分排出。本发明的发明者们从各种各样的实验及模拟中发现，无论散热片间的空气是否全 部由叶片排出，若藉由以扫除散热片壁面附近的暖气的方式使叶片动作，使暖气向散热片 间的中央部移动，以使暖气易于排出，则可充分高效地将电子设备内部的热向电子设备外 部排出。因此，本发明如下所述构成。(1)由包括根据电压施加而弯曲的压电振子与粘接于或一体形成于该压电振子且 藉由前述压电振子而摆动的叶片的压电风扇，与包括至少2片散热片的散热器构成，前述叶片形成为从前述压电振子延伸的长条状，并在不抵接于前述散热片且在相 邻散热片间的空间摆动的位置配置前述压电振子及前述叶片，前述叶片设有开口部或缺口部。藉由该构造，因开口部或缺口部而减少空气阻力，增大叶片的振幅。即使开口部或 缺口部所造成的整体的出风量降低，散热片的壁面附近的暖气的扫除效果亦不会降低，伴 随振幅的增大亦将提高整体的冷却能力。此外，因散热片的壁面附近的暖气流剥离而向中 央部方向波浪般流动，散热片附近的暖气优先扫除，故散热效果将提高，冷却能力将提升。(2)前述叶片的远离前述压电振子侧的前端部或前端附近亦可设有配重。 藉由该构造，因配重而使惯性力矩增大，以包含配重的叶片的共振频率驱动，藉此 叶片的振幅将增大。因此，冷却能力将提高。
(3)前述叶片亦可以将前述长条的长度方向缩短的方式形成为折弯形状。
藉由该构造，叶片的全长将增长，振幅将增大。因此，冷却能力将提高。(4)亦可以是前述压电振子以将前述叶片的端部从两面夹住的方式配置，前述压 电振子及前述叶片构成双压电晶片型振子。藉由该构成，与施加电压相对应的弯曲变位量将增大，叶片的振幅将增大。因此， 冷却能力将进一步提高。(5)对于前述散热片亦可设置在该散热片的侧壁间于空气流动方向产生气流的风 扇。藉由该结构，因开口部或缺口部的存在而使散热片的壁面附近的暖气流剥离、向 中央部方向波浪般流动的暖气藉由另设的风扇高效率流出，整体的冷却能力将提高。(6)前述开口部沿前述叶片的长度方向为长形状，从前述叶片的长度方向的边至 与该边平行的前述开口部的边的尺寸，比前述散热片与前述叶片之间之间隙尺寸大。由此，可得到更高的冷却能力。发明效果根据本发明，叶片的振幅将增大，冷却能力将提高。另外，与此同时来自散热片的 散热效果将提高，冷却能力将提升。
图1是表示专利文献1的压电风扇结构的图。图2是表示压电风扇的空气阻力与振幅关系的图。图3是第1实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图4是表示同一冷却装置的结构的图。图5是表示第1实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的开口部的效果的图。图6是表示叶片的摆动所产生的气流的样子的图。图7是有无形成于叶片的开口部时流动于散热片间的空间的气流温度分布的例 子的图。图8是第2实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图9是第3实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图10是表示同一压电风扇的配重与开口部的效果的图。图11是第4实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图12是第5实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的侧视图。图13是第6实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图14是表示同一压电风扇的弯曲模式的图。图15是第7实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图16是表示同一压电风扇的弯曲模式及叶片摆动的图。图17是表示第8实施形态的冷却装置的结构的图。图18是表示第9实施形态的冷却装置的结构的图。图19是第10实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的俯视图。图20是表示散热片、压电风扇及形成于叶片的开口部的位置关系的图。
图21是表示有无压电风扇时与距散热片的距离相对应的温度的梯度差异的图。(符号说明)19金属板20、25、26、27 压电振子20a、20b 压电元件
21 叶片
22 开口部23 缺口部24 配重28、29 垫片30散热片31 39压电风扇40散热器41支承构件50送风风扇100、101 冷却装置110发热体120电路基板
具体实施例方式《第1实施形态》图3是第1实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图3中的压电风扇 31由具有开口部22的叶片21及压电振子20构成。压电振子20是在作为中间电极的金属 板的两面配置压电元件而构成的双压电晶片型的压电振子。即，作为该压电振子20的中间 电极的金属板的两侧的压电元件在各自的表面形成电极膜，这些电极与作为中间电极的金 属板之间，藉由施加对应压电元件的极化方向的驱动电压进行极化处理以于长度方向(Li 尺寸方向)弯曲以进行弯曲振动。叶片21是相对于不锈钢板贯通形成矩形状的开口部22的构件，其端部粘接于压 电振子20的端部。图3所示的压电风扇31的各部尺寸如下所述。Ll :12mmL2 :18mmW :6mmt :50ym另外，开口部22的尺寸为12mmX2mm，其靠近根部的端部重合于压电振子20的端部。图4(A)是图3所示的压电风扇31配置于散热器的规定位置而构成的冷却装置的 主要部的立体图。散热器中，如图4所示的多个散热片30彼此平行突出，相邻的散热片30 间以使压电风扇31的叶片21不抵接于散热片30而摆动的方式配置压电风扇31。
图4(B)是从散热片的延伸方向(与送风方向相对的方向)所见的冷却装置整体的主视图。散热器40包括彼此平行延伸的多个散热片30。该例中在电路基板120的上部安 装CPU等发热体(发热构件)110，在该110的上表面以热性结合的方式配置散热器40的底面。如此藉由散热器40与多个压电风扇31构成冷却装置100。图5表示图3、图4所示的压电风扇31的叶片21所设的开口部22的有无及散热 片30的有无所产生的叶片前端的振幅变化。如此若在叶片的两侧存在散热片则与作为开放空间的情形相比叶片前端的振幅 将减少。例如针对输入电压30V且无开口部的情形进行比较，相对于无散热片的情形下叶 片前端的振幅为9. 2mm，存在散热片时叶片前端的振幅减少至5. 5mm。但是，藉由设置开口 部22可使叶片前端的振幅增大至7. 5mm。这是因为，藉由开口部22的存在，摆动叶片21的实质性面积被削减，另外如后所 述经由开口部22的通气改善，空气阻力相应减少。藉由如此在叶片设开口部22，可知即使在散热片间的空间内亦可以比较大的振幅 摆动叶片。图6是表示设于叶片21的开口部22的效果的图。压电风扇31以压电振子20的 支承部(图中左端)为中心使叶片21于图中所示的箭头u、d方向摆动。藉此，散热片30 之间的空间内的空气成为如箭头AF所示的气流进行流动。此时，亦产生从上方向下方、及 从下方向上方穿过开口部22的气流，与流动于叶片21的上表面侧及下表面侧的气流混合。 另外，与此同时，散热片30的壁面附近的暖气流在叶片的侧端缘剥离，该暖气向开口部22 的方向，即向2片相邻的散热片30之间的空间内的中央部方向流动。如此开口部22并非仅仅减少空气阻力以增大叶片21的振幅，还起到如下作用， 即剥离散热片30的壁面附近的暖气流，并将该暖气流与2片相邻的散热片30之间的空间 内的全体气流一起扫除至外部。(以下，该作用效果称为“扫除效果”)因此可提高散热效^ ο图7是用于说明包括设有开口部的叶片的压电风扇的作用的图。图7中亮度低的 部分为低温区域，亮度高的部分为高温区域。为求得图4所示构造的冷却装置中流动于散热片间的空间的气流的温度分布虽 有必要进行3维模拟，但因计算量庞大，此处替换为2维模拟。图7(A)表示使相邻的2片散热片30、30升至规定高温，并向该散热片30彼此之 间的空间内，于图中从左向右方向流动规定温度的冷风时的温度分布。如此在散热片30彼此之间的空间内流动的气流若为层流，则越靠近空间的中央 部流速越大，散热片30的壁面处因空气的粘性阻力而在理论上流速为0。因此从左端流入 的冷风经过散热片30彼此之间的空间内的中央部仍旧为冷风流向右端方向的量较多，散 热片30的散热效果低。图7 (B)表示接近散热片30的壁面的桨P于图中左右方向振动时的温度分布。其 它条件与㈧的情形相同。该桨P相当于图4所示的叶片21中开口部22的两侧部的部位。如此分布于散热片30的壁面的暖气(高温空气层)向空间的中央部波浪般流动并随着流过整个空间内的气流而被扫除。因此可提高整体的散热效果。《第2实施形态》第1实施形态中叶片21形成有于叶片的长度方向延伸的单一开口部22，图8表示 与之不同的2种结构的压电风扇。图8㈧的例中，表示在叶片21的前端部(远离压电振子20侧)形成有于叶片21 的长度方向延伸的缺口部23的压电风扇32。该图8㈧所示的构造中，亦可以说开口部的 位置配置于叶片21的前端部。即使如此在叶片21的前端部形成缺口部23，亦可通过空气 阻力的减少得到叶片21的振幅增大效果及散热片壁面的高温空气的扫除效果。图8(B)的例中，形成有多个开口部22a 22d的叶片21接合于压电振子20构成压电风扇33。在上述叶片21上的开口部的位置及数量所产生的作用效果差异如下所述。首先，如图3所示，开口部22形成于叶片的根部(压电振子20侧)附近时，因开口部22存在于叶片21的摆动时变位小的地方，故空气阻力的减少效果小，叶片21的振幅 增大效果小，但叶片21前端部的空气的压出效果未因开口部而损耗，故送风性高。另一方面，若如图8(A)般缺口部23形成于叶片21的前端部附近(或开口部形成于前端部附近)，则空气阻力的减少效果高而叶片21的振幅增大。因此散热片壁面的高温 空气的扫除效果增大。但因从叶片前端部压出气流的压出效果下降，故送风性下降。因如此般送风性与扫除效果某种程度上为折衷关系，故以得到最高冷却能力的方 式确定开口部的形状、位置、大小即可。此外，如图8(B)般设置多个开口部时，这些开口部的大小、形成位置、数量等亦考 虑前述送风性与扫除效果加以确定即可。另外，开口部形成于叶片的根部(压电振子20侧)附近时，虽叶片21的弯曲应力 相对较大的位置的实质性宽度变小，但藉由使开口部22形成为不于叶片21的宽方向而于 长度方向延伸的形状，可缓和弯曲应力的集中，确保长期驱动时的可靠性。《第3实施形态》图9是第3实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。该例中，藉由形成开口部22，前端部包括配重24a、24b的叶片21及压电振子20构成压电风扇34。配重24a、24b与叶片21相同均由不锈钢构成，藉由粘接剂接合。该配重24a、24b 的图中尺寸L3为2mm，d为0.5mm。另外，叶片21的厚度尺寸为100 μ m。其它尺寸L1、L2、 W与图3所示的第1实施形态的情形相同为Ll = 12mm、L2 = 18mm、W = 6mm。开口部22的 形成位置及尺寸与图3所示的情形相同。图10是表示包括图9所示的压电风扇34的冷却装置的配重及开口部的效果的 图。可知，如此藉由包括配重24a、24b及开口部22，比起配重及开口部均未设置的压电风扇 在开放空间内振动的情形可得到更大的振幅。例如施加输入电压30V时，在配重及开口部 均未设置的压电风扇的情形下，叶片前端的振幅约5. 5mm,与此相对，如图10所示在包括配 重及开口部的压电风扇的情形下，叶片前端的振幅增大至9. 5mm。如此藉由在叶片21的前端部安装配重24a、24b，因配重使惯性力矩增大，藉由以包含配重的叶片的共振频率驱动，即使在如图4所示的散热片之间的空间内配置上述压电 风扇34时亦可增大叶片21的振幅。故可提高冷却能力。
另外，配重的附加与开口部的形成存在相乘效果。这是因为，配重的附加与开口部 的形成使叶片重心向前端部移动，叶片每质量的惯性力矩增大。因此，伴随着配重24a、24b使叶片的振幅增大，开口部22所产生的扫除效果可进
一步提尚。《第4实施形态》图11是第4实施形态的压电风扇的立体图。该例中，由叶片21及将之接合的压 电振子20构成压电风扇35，叶片21设有开口部22b、22c，且整体为长条状，且以使长度方 向缩短的方式折弯。藉由如此构造，叶片21的全长增长，藉由驱动叶片21以使其以基频共 振，振幅增大，冷却能力提高。另外，叶片21尽管全长较长但因可将长度方向尺寸整体性缩 短，故可抑制冷却装置整体的大型化并提高冷却能力。另外，该例中叶片21以分成21a、21b、21c所示的3部位的方式折弯，且在压电振 子20附近的部位21a未形成开口部，在部位21b、21c分别形成开口部22b、22c。此外，开口 部22b、22c避开折弯部分而形成。藉由如此构造，压电振子侧的根部的弹性加强，前端部的 弹性减弱，部位21b、21c的振幅(特别是21c的振幅)增大。因此，进行团扇运动般摆动， 可得到高送风能力。另外，因应力不集中于开口部，故可确保长期驱动时的可靠性。另外，在上述折弯构造的叶片的前端部或规定地方，亦可安装上如图9所示的配重。《第5实施形态》图12是第5实施形态的压电风扇的侧视图。截至目前所示的各实施形态是在叶 片21的一面接合压电振子20的类型，但图12所示的压电风扇36，是以将叶片21的端部从 两面夹住的方式分别配置压电元件20a、20b，由压电元件20a、20b及叶片21构成双压电晶 片型振子。在压电元件20a、20b各自的表面形成电极膜，这些电极与叶片21之间，藉由施加 对应于压电元件20a、20b的极化方向的驱动电压使压电元件20a、20b向相反方向伸缩，作 为双压电晶片型压电振子进行驱动。藉由成为如此的双压电晶片型，因压电元件20a、20b可增大叶片21相对于施加电 压的弯曲变位量，可更高效地增大叶片21的振幅。图12中虽表示开口部22形成于叶片21的压电风扇的例子，但对于如图9的在叶 片21的前端部安装配重的构造，或如图11的使叶片21弯曲的构造的压电风扇亦同样适用。《第6实施形态》图13是第6实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。如该图所示将2 个压电振子26a、26b各自的一端彼此经由垫片28接合构成U字型压电振子单元，一方的压 电振子26a的端部经由垫片29与叶片21接合构成压电风扇37。该例中在叶片21上形成 开口部22。另外，前述垫片28、29并非是必须的。图14表示前述U字型压电振子单元的电压施加时的弯曲模式。图14㈧是对2 个压电振子26a、26b的施加电压为0时的状态，⑶是施加正电压时的状态，(C)是施加负电压时的状态。此处因下侧的压电振子26b的前端被固定，故上侧的压电振子26a的前端与使用 单一压电振子的情形相比，以约2倍的角度摆动。因此，可进一步增大图13所示的叶片21 的振幅。另外，图13的例中虽以开口部22形成于叶片21的压电风扇为例示出，但对于如 图9的在叶片21的前端部安装配重的构造，或如图11的使叶片21弯曲的构造的压电风扇 亦同样适用。《第7实施形态》图15是第7实施形态的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。如该图所示相对于包括3个压电振子27a、27b、27c部分且整体为E字型的压电振子单元经由垫片29接合 叶片21构成压电风扇38。该例中开口部22形成于叶片21。图16的㈧ (C)表示前述E字型的压电振子单元部分的弯曲模式。另外，图 16(D) (F)表示前述压电风扇38的叶片的摆动。图16(A)是对压电振子27a、27b、27c的施加电压为0时的状态，(B)是施加正电 压时的状态，(C)是施加负电压时的状态。此处因压电振子27a、27b的前端被固定，故中央的压电振子27c的前端与使用单 一的压电振子的情形相比以约2倍的角度摆动。因此，可进一步增大图15所示的叶片21 的振幅。另外，图15的例中虽以开口部22形成于叶片21的压电风扇为例示出，但此时对 于如图9的在叶片21的前端部安装配重的构造，或如图11的使叶片21弯曲的构造的压电 风扇亦同样适用。《第8实施形态》图17是表示第8实施形态的冷却装置的结构的图。该冷却装置101由压电风扇 31、散热器40及送风风扇50构成。第1实施形态 第8实施形态中，基本而言由压电风扇 与散热器构成冷却装置，且压电风扇以扫除由散热器的散热片所包围的空间内的空气进行 散热的方式构成，但该图17所示的例中，散热器40的散热片30所形成的空间内的空气由 压电风扇31搅动，藉由送风风扇50使之整体向外部送风。压电风扇31由形成有开口部22的叶片21与压电振子20构成，基本而言与图3 所示的情形相同。但是，该例中叶片21的朝向是相对于散热片30的长度方向以约45°C倾 斜。由此压电振子20的支承部(固定部)可设于散热器40的外部，压电风扇31的安装易 于进行。另外，开口部22与送风风扇50所产生的气流相对的成分增加，可更接近于图7 (B) 所示的模拟条件，提高散热片30壁面的高温空气的扫除效果。另外，图17的例中虽以开口部22形成于叶片21的压电风扇为例示出，但对于如 图9的在叶片21的前端部安装配重的构造，或如图11的使叶片21弯曲的构造的压电风扇 亦同样适用。《第9实施形态》图18(A)是表示第9实施形态的冷却装置的结构的立体图，图18(B)是该压电风 扇的俯视图。
如图18⑶所示，压电风扇39包括突出形成有根部为一体的多个叶片21的金属 板19。各叶片21形成有开口部22。金属板19上，压电振子25贴于叶片21的根部。金属 板19藉由螺丝42安装于支承构件41。藉由对压电振子25施加交变电压，使金属板19及 叶片21以支承构件41的位置为支点而摆动。如图18㈧所示，冷却装置102藉由将前述压电风扇39配置于距离散热器40的 底面规定高度(中央高度或比之略低的高度)而构成。散热器40中包括彼此平行的多个 散热片30，相邻的散热片30之间以压电风扇39的叶片21不抵接于散热片30而摆动的方 式配置压电风扇39。如此，构成包括以单一压电振子摆动多个叶片的压电风扇的冷却装置102。《第10实施形态》
图19是第10实施形态的压电风扇的俯视图。图19(A)的例中，将金属板19分成左侧的区域L、中央的区域C、右侧的区域R这 3个区域，压电振子25L、25C、25R分别设于各个区域。藉此可独立摆动该3个区域。同样，图19⑶的例中，将金属板19分成左侧的区域L与右侧的区域R这2个区 域，压电振子25L、25R分别设于各个区域。藉此可独立摆动该2个区域。藉由该结构，可根据目的摆动各区域的叶片21。例如，在图19㈧的情形下，藉由 以正相电压驱动压电振子25L、25R，以逆相电压驱动压电振子25C，可使支承构件41所受反 作用力减小。同样，在图19⑶的情形下，藉由以正相电压驱动压电振子25L，以逆相电压驱 动压电振子25R，可使支承构件41所受反作用力减小。如此，可抑制安装有该支承构件41的构件的振动，达到静音化。另外，区域的分割数或各区域内的叶片数量并不局限于图19所示的情形，使金属 板19及叶片21以预期的振动模式振动般适当设定即可。《散热片、压电风扇、及形成于叶片的开口部的位置关系》对于前述各实施形态所示的冷却装置的各部的位置关系、尺寸关系，此处进行探 讨。作为对象的压电风扇以在散热器的散热片间插入叶片，叶片刮取并扫除散热片表 面的热空气促进冷却作为前提。为促进冷却，增加刮取面积非常重要。因此，有必要增加散 热器的散热片的表面积并使叶片的振幅增大，宜在相邻的散热片彼此间的间隙内设置纵向 较长的叶片。图20是在散热器的散热片30彼此间的间隙内配置叶片21的状态的俯视图。此 处X方向称为纵向，y方向称为宽度方向，Z方向称为厚度方向。因欲藉由叶片21刮取散热片30、30表面的热空气，故散热片30与叶片21的间距 G越小越好。但是，若缩小间距G，则摆动叶片21时的空气阻力将增大，叶片21的振幅将缩 小。另一方面，考虑刮取散热器的散热片30表面的空气这一目的，刮取散热片30间的中央 部(图20中近似以符号B所示的区域)的空气并非重要。因此，为减少空气阻力而在叶片 21的中央部设开口部22有其合理性。若只注重设开口部22的目的，则可遍及叶片21的全长设开口部22。但是，根据下 述理由，实际只可在叶片21的中央部(图20中符号A所示的地方)设开口部。首先考虑 叶片21的根部部分，因根部的振幅较小，空气阻力亦小，故无设置开口部的必要。其次考虑叶片21的前端部分，毫无疑问因比前端更前处并不存在叶片21，因此压出的空气可简单地散至广阔空间。因此，叶片21的前端部分处，开口部所产生的空气阻力的减少效果比较小。 另外，若至叶片21的前端为止形成开口部，则成为又薄又细长的2片叶片在狭窄散热片间 摆动。虽说空气阻力减小，但存在各叶片的动作经由空气彼此影响，无法形成稳定振动的情 形。因此，叶片21的前端部分适宜为刚硬连接。此外，为使散热器的散热片30间热量不积 蓄，一定程度的送风效果很有必要。振幅最大的前端部分对送风效果的影响大，若在比前端 更靠近根部的一侧贯通出开口部，则易于形成一个方向的稳定空气的流动。从上述这些情况考虑宜只在叶片21的中央部设开口部22。关于开口部22的形状，基于如下所述的理由，在纵向上可在除根部与前端部分以 外的大范围内开设开口部，与此相对，在宽度方向上有必要确保从叶片21的长度方向的边 至平行于该边的开口部22的边的尺寸E为一定程度以上。从该情况，及叶片21原本即为 纵向较长可知，开口部22的形状亦为纵向较长。关于开口部的纵向尺寸若忽略端面效果，则χ方向的某一位置的空气阻力可考虑为，与速度的平方和截 面积比成比例。即，若振幅为h (χ)、频率为f、截面积比为rA，则，χ处的空气阻力^ f2h2rA各截面的空气阻力遍及叶片长进行积分得到的值作为整体的空气阻力。另外，[截面积比]=([叶片宽]_[开口部宽])/[散热片彼此间的间隔]。如 此，因空气阻力与振幅的平方成比例，故振幅小的根部附近的空气阻力可忽略。因此，在根 部附近设开口部基本毫无意义。关于前端部，即使无开口部，其前端更前处也存在大空间。因此，压出的空气即使 不通过叶片21与散热片的狭窄缝隙(图20中的G部分)亦可向前端方向流动。因此，空 气阻力比忽略前述的端面效果的估值要小。该端面效果的范围在理论上基本等同于叶片21 的宽度。因此，至少在从前端至与叶片宽相等长度的范围内，即使从空气阻力的观点亦无开 设开口部的必要。关于开口部的宽度方向尺寸图21是有无压电风扇时，与距散热片的距离相对应的温度的梯度差异的图。粗线 是不存在压电风扇的情形，细线是存在压电风扇的情形。散热器的散热片间的温度分布如 图21的粗线所示。压电风扇存在并动作的情形，因使叶片两端的空气混合，故如图中细线 所示，叶片部分(图中符号E的部分)的温度均一化(温度梯度平缓)。其结果，散热片与 叶片之间的间隙部分(图中符号G的部分)的温度下降，散热片表面的温度梯度陡峭。因 热流束与温度梯度成比例，故这表示从散热片表面流出大量热量，即冷却效果提升。由于上述冷却能力提升的机制，故若叶片两端(图20中G的位置与G+E的位置) 的温度差不充分，则无法充分提升冷却能力。因此，毫无疑问G必须设定于温度变化大的区 域(即叶片21的两侧部应尽量靠近散热片30)，对于尺寸E亦有必要确保形成充分两端温 度差的尺寸。若距散热片30的距离相当近，则温度分布大致成为直线。若以该直线的倾斜度 (=温度梯度)为k，散热片表面的温度为To，则距离散热片的壁面为尺寸G的位置的温度 为To+k*G，距离为(G+E)的位置的温度为To+k*(G+E)。因叶片21的位置处温度完全均一化时，该叶片21的位置的温度为To+k*(G+E/2)，故温度梯度可估值为k*(l+0. 5*E/G)。S卩，若E = G，则预计可提升最大50%的冷却能力。考虑到无法使叶片部的温度分 布完全均一化，温度分布也有可能脱离线性域的情况，为得到明确的冷却能力提升，确定E > G可行之有效。《其它实施形态》以上所示的几种实施形态中，在压电振子的端部粘接叶片的端部构成单压电晶片 型的压电风扇，但叶片的端部亦可粘接压电振子的整个面。另外，以上所示的几种实施形态中，表示了叶片的端部粘接配重的例子，但配重与 叶片一体化成形亦可。此外，配重亦可不设于叶片的最端部而设于端部附近。
另外，以上所示的各实施形态中，叶片亦可使用不锈钢以外的磷青铜等弹性高的 金属板或树脂板。此外，图12所示的结构以外的例中，双压电晶片型压电振子粘接于叶片的一面， 但作为粘接于叶片的一面的压电振子使用单一压电元件，藉由该压电元件与叶片构成单压 电晶片型振子亦可。
权利要求
一种冷却装置，其具有压电风扇，该压电风扇包括根据电压施加而弯曲的压电振子、和粘接于或一体形成于该压电振子且藉由所述压电振子而摆动的叶片；以及散热器，该散热器包括至少2片散热片，其特征在于，所述叶片形成为从所述压电振子延伸的长条状，并于不抵接所述散热片地在相邻散热片间的空间内摆动的位置配置所述压电振子及所述叶片，所述叶片设有开口部或缺口部。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述叶片的远离所述压电振子侧的前 端部或前端附近设有配重。
3.如权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述叶片以使长度方向缩短的方式 形成为折弯形状。
4.如权利要求1至3中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述压电振子以将所述叶 片的端部从两面夹住的方式配置，所述压电振子及所述叶片构成双压电晶片型振子。
5.如权利要求1至4中任一项所述的冷却装置，其特征在于，设有产生在所述散热片间 的空间内流动的气流的风扇。
6.如权利要求1至5中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述开口部为在所述叶片 的长度方向上长的形状，从所述叶片的长度方向的边至与该边平行的所述开口部的边的尺 寸，比所述散热片与所述叶片之间的间隙尺寸大。
全文摘要
本发明是提供一种冷却装置，其相对于对应电压施加而弯曲的压电振子(20)接合叶片(21)构成压电风扇(31)，且在散热器的相邻散热片(30、30)之间的空间内使压电风扇(31)的叶片(21)摆动。藉由在叶片(21)上形成开口部(22)，不仅可增大叶片(21)的振幅，且可提高散热片(30)的壁面附近的高温空气的扫除效果以使冷却能力提升。
文档编号H05K7/20GK101803011SQ20088010765
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月9日 优先权日2007年9月14日
发明者和田宽昭, 神谷岳 申请人:株式会社村田制作所