压电风扇及冷却装置的制作方法

专利名称：压电风扇及冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于排出散热器所具备的散热片之间的热气的压电风扇、以及使用了 该压电风扇的冷却装置。
背景技术：
在近年来的电子设备中，随着设备主体的小型化和元器件的高密度安装化的发 展，设备内部的散热措施成为一个课题。例如在个人计算机中，设备主体越来越小型化，并 且，为了提高信息处理性能，CPU越来越高速化。因此，电子设备内部变成了这样一个环境 即，元器件的高密度安装导致电子设备内部的通风性下降，另一方面，作为发热体的CPU的 发热量增大。由此，在该环境下，使配置于CPU上表面的散热器所具备的散热片之间被升温 了的热气从散热片放出，从而抑制CPU温度上升成为重要的课题。因此，例如在非专利文献1中，提出了将散热器的散热片之间的热气排出散热片 的压电风扇的方案。下面，利用图1 图3对非专利文献1所揭示的压电风扇和具备该压 电风扇的冷却装置的结构进行说明。图1是表示非专利文献1的压电风扇的结构的立体图。图2、图3是表示具备非专 利文献1的压电风扇的冷却装置的结构的立体图。压电风扇10具有振动板11、压电元件 12、以及支承板13。散热器20具有相互平行地从基底部21向上方延伸的多片散热片22。 在图2、图3中，CPU等发热体(发热元器件)50安装于电路基板上，散热器20的底面配置 于该发热体50的上表面，与该发热体50的上表面热结合。冷却装置1采用将压电风扇10 固定于铝制的散热器20上的结构。压电元件12是在压电陶瓷的两面形成有电极、并被进行了极化处理的元件，是根 据所施加的电压而伸缩的振子。压电元件12粘贴于振动板11的两面，该压电元件12发生伸缩，从而使振动板11 弯曲。此外，在振动板11上，在较压电元件12的粘贴位置靠近前方的位置上形成有多片伴 随振动板11的弯曲而摇摆的叶片14。此外，位于较压电元件12的粘贴位置靠近后方位置上的振动板11的后端部以多 片叶片14分别插入散热器20的散热片22之间的槽中的状态，被用螺钉15经由支承板13 固定于散热器20的上部。在以上结构中，发热体50所产生的热量传导至散热器20，通过散热片22使空气升 温，从而在散热片22之间产生热气。压电风扇10通过多片叶片14的摇摆将散热片22之 间的该热气排出散热片22。非专利文献1 金子宽人、“振动送风的散热器的实际演示(振動 風f送易 t一卜* >々f実演展示)，，、[在线]、平成21年9月25日、日经Windows与电脑(日経 WinPC)、[平成 21 年 10 月 16 日检索]、互联网 <URL :http://pc. nikkeibp. co. jp/article/ news/20090925/1018872/ ？ f = news)

发明内容
然而，在非专利文献1的压电风扇10中，由于散热片22的上方被振动板11所覆 盖，因此散热片22的通风性恶化。另外，在非专利文献1的压电风扇10中，相对于施加电 压的振动板11的弯曲位移量较小，传至叶片14的振动较弱。因此，叶片14的振幅较小，送 风能力较低。由此，即使将非专利文献1的压电风扇10安装于散热器20，从散热片22放热的效 果也较低。因而，近年来，出现了许多发热量较大的高速CPU，但在非专利文献1的压电风扇 10中，存在对这样的CPU来说冷却能力不够的问题。本发明的目的在于，提供一种压电风扇及使用了该压电风扇的冷却装置，该压电 风扇及冷却装置提高了叶片的送风能力，并提高了向散热片的通风性，从而提高了冷却能 力。本发明的压电风扇为了解决所述问题，采用了以下的结构。(1)包括压电元件和振动板，所述压电元件根据施加电压而伸缩，所述振动板与所 述压电元件相接合，伴随所述压电元件的伸缩而弯曲，在其一端侧形成有多片伴随其弯曲 而摇摆的叶片，所述振动板的形状为，在所述压电元件的接合位置的两侧具有被去除掉的 去除区域。在该结构中，振动板的形状为，在压电元件的接合位置的两侧形成有作为去除区 域的开口部或缺口部。在以上结构中，发热体所产生的热量传导至散热器，通过散热片使空气升温，从而 在散热片之间产生热气。压电风扇利用叶片的摇摆将散热片之间的该热气排出散热片。此时，由于存在开口部或缺口部，因此振动板的压电元件的两侧部分的体积和质 量减小，相对于施加电压的振动板的弯曲位移量也相应地变大。由此，在该结构的压电风扇 中，所有叶片前端的平均振幅都将增大。特别是两端的叶片前端的振幅将大幅增大。由此， 根据该结构的压电风扇，可以提高叶片的送风能力。另外，在叶片因压电风扇被驱动而摇摆时，由于开口部或缺口部的存在，将产生如 下所述的气流。即，将会产生冷气从开口部或缺口部的上方流入散热片的气流、或被散热片 加热了的热气从开口部或缺口部的下方跑向上方的气流。由此，根据该结构的压电风扇，可 以提高向散热片的通风性。因此，根据该结构中的压电风扇，可以提高叶片的送风能力，并能提高向散热片的 通风性，从而能提高冷却能力。(2)包括固定部，所述固定部以所述多片叶片分别插入散热器所具备的多片散热 片之间的槽中的状态，将所述振动板的另一端侧固定于所述散热器的上部，所述振动板在 所述去除区域到达所述散热器的所述散热片之间的槽的上方的位置上，通过所述固定部被 固定于所述散热器上，并采用所述多片叶片向所述散热片之间的槽一侧弯曲的形状。在该结构中，使用了中央部弯曲的振动板，而非直接使用上述(1)的振动板。由 此，在该压电风扇被安装在散热器上的情况下，可以降低冷却装置的外形形状的高度。另外，由于振动板在去除区域到达散热器的散热片之间的槽的上方的位置上被固 定，因此，会产生冷气从开口部或缺口部的上方流入散热片及散热片之间的槽中的气流、或 被散热片加热了的热气从开口部或缺口部的下方跑向上方的气流。由此，可以进一步提高向散热片通风性。因此，根据该结构的压电风扇，可以进一步提高冷却能力，并能抑制整个冷却装置 的大型化。(3)所述振动板具有形成有数量小于等于所述散热片之间的槽的数量的叶片的形 状。在该结构中，振幅最大的两端的叶片必定插入散热片之间的槽中。即，由于送风能 力最强的叶片必定插入散热片之间的槽中，因此会提高冷却能力。(4)所述振动板被接合成所述压电元件从两面夹住所述振动板。在该结构中，压电元件及振动板构成双层压电型振子。根据该结构，相对于施加电 压的弯曲位移量增大，叶片的振幅增大。因此，冷却能力进一步提高。另外，本发明的冷却装置为了解决所述问题，采用了以下的结构。(5)包括上述⑴ ⑷中的任意一项所揭示的压电风扇、以及具有所述多片散热 片的散热器。根据该结构，通过使用上述⑴ ⑷中的任意一项所揭示的压电风扇，具备该压 电风扇的冷却装置也将起到相同的效果。根据本发明，可以提高叶片的送风能力，并能提高向散热片的通风性，从而能提高 冷却能力。


图1是表示非专利文献1的压电风扇的结构的立体图。图2是表示具备非专利文献1的压电风扇的冷却装置的结构的立体图。图3是表示具备非专利文献1的压电风扇的冷却装置的结构的立体图。图4是表示实施方式1所涉及的冷却装置所使用的压电风扇的结构的立体图。图5是表示实施方式1所涉及的冷却装置的结构的立体图。图6是表示实施方式1所涉及的冷却装置的结构的立体图。图7是表示配置于安装在电路基板上的发热体的上表面上的、实施方式1所涉及 的冷却装置的结构的侧视图。图8是表示压电风扇的各叶片与各叶片的振幅之间的关系的图线。图9是实施方式2所涉及的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图10是表示配置于安装在电路基板上的发热体的上表面上的、实施方式2所涉及 的冷却装置的结构的侧视图。图11是实施方式3所涉及的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。图12是实施方式4所涉及的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。标号说明1 3冷却装置10压电风扇11振动板12压电元件13支承板
14 叶片15 螺钉20散热器21基底部22散热片23安装板30散热器50发热体101 104压电风扇111振动板112压电元件113支承板Il5 螺钉118 缺口部119 开口部141 叶片P 电路基板
具体实施例方式实施方式1下面对本发明的实施方式1所涉及的冷却装置进行说明。图4是表示实施方式1所涉及的冷却装置所使用的压电风扇的结构的立体图。图 5、图6是表示同一冷却装置的结构的立体图。图7是表示配置于安装在电路基板上的发热 体的上表面上的、同一冷却装置的结构的侧视图。压电风扇101包括振动板111、压电元件112、以及支承板113。另一方面，散热器 20具有相互平行地从基底部21向上方延伸的多片散热片22。在图5 图7中，CPU等发 热体(发热元器件)50安装于电路基板P上，散热器20的底面配置于该发热体50的上表 面，与该发热体50的上表面热结合。冷却装置2是包括该压电风扇101和铝制的散热器20 的装置。压电元件112粘贴于振动板111的两面，压电元件112发生伸缩，从而使振动板 111弯曲。此外，在振动板111上，在振动板111的一端侧形成有七片伴随振动板111的弯 曲而摇摆的叶片141 147。此外，振动板111的七片叶片141 147向散热片22之间的 槽一侧弯曲约90°。另外，振动板111是利用冲压金属模对宽45mmX长50mmX厚0. Imm的不锈钢板 进行冲压而得的。由此，振动板111变成了粘贴有压电元件112的两侧、具体而言是位于相 对于叶片的长边方向垂直的方向上的两侧被去除的形状。这里，振动板111的尺寸如下。·总宽度(即七片叶片141 147部分的宽度)45mm 各叶片的宽度2.0mm
·压电元件112的粘贴部分的宽度35mm·全长 50mm·从振动板111的另一端到振动板111的边缘部分(即弯曲部分)的长度25mm.从七片叶片141 147的前端到振动板111的边缘部分(即弯曲部分)的长度 25mm·厚度 0. Imm压电元件112的尺寸为，宽30mmX长15mmX厚50 μ m。压电元件112是以从两面 夹住成为中间电极的振动板111的方式对两片压电元件112进行粘贴所形成的双层压电型 振子。两片压电元件112分别在压电陶瓷表面形成电极膜。而且，通过在各电极与成为中 间电极的振动板111之间施加与压电元件112的极化方向相对应的驱动电压，进行极化处 理，使振动板111沿长边方向弯曲地进行弯曲振动。通过像这样采用双层压电型的结构，可 以增大由压电元件112所引起的、相对于振动板111的施加电压的、振动板111的弯曲位移 量，从而可以更有效地增大叶片141 147的振幅。振动板111的另一端部在七片叶片141 147分别插入散热器20的散热片22 之间的槽中、并且缺口部118到达散热片22的槽的上方的状态下，被用螺钉115经由支承 板113固定于散热器20的上部。由此，在驱动压电风扇101时，压电风扇101的七片叶片 141 147分别在相邻的散热片22之间摇摆，而不会与散热片22相抵接。支承板113由环 氧玻璃制成，其尺寸为，宽50mmX长5mmX厚2mm。在以上结构中，发热体50所产生的热量传导至散热器20，通过散热片22使空气 升温，从而在散热片22之间产生热气。压电风扇101通过叶片141 147的摇摆将散热片 22之间的该热气排出散热片22。这里，首先，对非专利文献1的压电风扇10的送风能力与本实施方式的压电风扇 101的送风能力进行比较。另外，在图5 图7所示的各个叶片141 147插入散热器20的散热片的槽中的 状态下，对压电风扇10与压电风扇101进行比较。此时，为了对送风能力进行比较，将空的PCB板(未图示)配置于散热器20的上 表面和支承板113之间、位于压电风扇101的缺口部118的下方的部分。图8是表示压电风扇的各叶片与各叶片的振幅之间的关系的图线。在该图中，示 出了对压电风扇10和压电风扇101在各压电元件的电极和振动板之间施加了 MVpp的 90Hz的正弦波交流电压的条件下，对各叶片前端的振幅进行了测定而获得的试验结果。此 外，图8的横轴所示的振动叶片No. 1 7分别对应于叶片141 147。如图8所示，由试验可以明显地看出，在非专利文献1的压电风扇10中，所有叶片 前端的平均振幅为7. 8mm，而与之相对，在本实施方式的压电风扇101中，所有叶片前端的 平均振幅增大到了 8. 7mm。而且，显然散热器20的热阻力也由3. 2K/W改善为了 2. 8K/W。另外，由试验可以明显地看出，在非专利文献1的压电风扇10中，两端的叶片前端 的振幅为8. 7mm和8. 0mm，而与之相对，在本实施方式的压电风扇101中，两端的叶片141、 147前端的振幅大幅增大到11. 5mm和9. 7mm。这里，如图5、图6所示，由于散热器20两端 的散热片22的外侧不存在叶片，因此两端的散热片22的温度不容易下降。然而，根据本实 施方式的压电风扇101，由于两端的叶片141、147前端的振幅大幅增大，因此显然，散热器20的热阻力也从2. 8K/W改善为了 2. 6K/W。S卩，由试验可以明显地看出，根据本实施方式的压电风扇101，叶片141 147的送 风能力将大幅提高。可以考虑到产生以上两个试验结果的原因是，由于在振动板111上形成缺口部 118，因此，压电元件112两侧部分的振动板111的体积和质量减小，而相对于施加电压的振 动板111的弯曲位移量相应变大。接着，对压电风扇101的通风性进行说明。在去除了配置于散热器20的上表面与 支承板113之间的空的PCB板的状态下，在叶片141 147因压电风扇101被驱动而摇摆 时，由于存在缺口部118，因此会产生如下的气流。即，将会产生冷气从缺口部118的上方流 入散热片22及散热片22之间的槽中的气流、或在散热片22之间被加热了的热气从缺口部 118的下方跑向上方的气流。因此，根据本实施方式的压电风扇101，可以提高向散热片22 的通风性。由此，散热器20的热阻力从2.6K/W改善为了 2.I/W。因而，散热片22的散热 效果得以提高。由上所述，根据本实施方式的压电风扇101，可以提高叶片141 147的送风能力， 并能提高向散热片22的通风性，从而能提高冷却能力。另外，由于根据压电风扇101，两端的叶片141、147前端的振幅大幅增大，因此，可 以对上述温度不容易下降的两端的散热片22重点进行冷却。另外，尽管振动板111的全长较长，但由于通过对其进行弯曲可以降低冷却装置2 的外形形状的高度，因此，可以抑制整个冷却装置2的大型化，并且能提高冷却装置2的冷 却能力。另外，在将送风风扇(未图示)配置于散热器20的上方的情况下，会产生由送风 风扇所送出的冷气通过缺口部118流入散热片22的内部的气流。因此，根据本实施方式的 压电风扇101，通过与送风风扇并用，可以进一步提高向散热片22的通风性，从而可以进一 步提高冷却能力。实施方式2图9是实施方式2所涉及的冷却装置所使用的压电风扇的立体图，图10是表示配 置于安装在电路基板上的发热体的上表面上的、同一冷却装置的结构的侧视图。在图5、图 6中，对振动板111向散热片22之间的槽一侧进行了弯曲，但如图9、图10所示，也可以准 备后端上部设置有安装板23的散热器30，从而直接对振动板111进行固定而不对其进行弯 曲。在该冷却装置3中，压电风扇102的振动板111的另一端部在多片叶片141 147分 别插入散热器20的散热片22之间的槽中、并且缺口部118到达散热片22的槽的上方的状 态下，被用螺钉115经由支承板113固定于散热器20的安装板23上。实施方式3图11是实施方式3所涉及的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。在图5、图6 中，将在振动板111上形成有缺口部118的压电风扇101固定在了散热器20上，但如图11 所示，也可以将在振动板111上形成有开口部119的压电风扇103固定在散热器20上。在 该压电风扇103中，将会产生冷气从开口部119的上方流入散热片22及散热片22之间的 槽中的气流、或在散热片22之间被加热了的热气从开口部119的下方跑向上方的气流。另外，关于压电风扇103的送风能力，已确认了与压电风扇101的送风能力相同。
实施方式4图12是实施方式4所涉及的冷却装置所使用的压电风扇的立体图。在图11中， 对振动板111向散热片22之间的槽一侧进行了弯曲，但如图12所示，也可以将形成有开口 部119的振动板111直接固定于散热器30而不对其进行弯曲。其它实施方式在如上所示的实施方式中，示出了以从两面夹住振动板111的方式分别对压电元 件112进行接合，从而由压电元件112及振动板111构成双层压电型振子的类型，但在实施 时，也可以采用构成将压电元件112接合在振动板111的一个面上的单层压电型振子的类型。另外，在如上所示的各个实施方式中，叶片141 147除了使用不锈钢以外，还可 以使用磷青铜等弹性较高的金属板或树脂板。此外，应认为上述实施方式的说明的所有内容均为举例表示，而不是限制性的。本 发明的范围并不是由上述实施方式表示，而是由权利要求范围表示。而且，本发明的范围应 包括与权利要求范围均等的意义及范围内的所有变更。
权利要求
1.一种压电风扇，其特征在于，包括压电元件和振动板，所述压电元件根据施加电压而伸缩，所述振动板与所述压电 元件相接合，伴随所述压电元件的伸缩而弯曲，在其一端侧形成有多片伴随其弯曲而摇摆 的叶片，所述振动板的形状为，在所述压电元件的接合位置的两侧具有被去除掉的去除区域。
2.如权利要求1所述的压电风扇，其特征在于，包括固定部，所述固定部以所述多片叶片分别插入散热器所具备的多片散热片之间的 槽中的状态，将所述振动板的另一端侧固定于所述散热器的上部，所述振动板在所述去除区域到达所述散热器的所述散热片之间的槽的上方的位置上， 通过所述固定部被固定于所述散热器上，并采用所述多片叶片向所述散热片之间的槽一侧 弯曲的形状。
3.如权利要求1或2所述的压电风扇，其特征在于，所述振动板具有形成有数量小于等于所述散热片之间的槽的数量的叶片的形状。
4.如权利要求1至3的任一项所述的压电风扇，其特征在于， 所述振动板被接合成所述压电元件从两面夹住所述振动板。
5.一种冷却装置，其特征在于，包括权利要求1至4的任一项所述的压电风扇、 以及具有所述多片散热片的散热器。
全文摘要
本发明的目的在于，提供一种压电风扇及使用了该压电风扇的冷却装置，该压电风扇提高了叶片的送风能力，并提高了向散热片的通风性，从而提高了冷却能力。压电元件(112)粘贴于振动板(111)，压电元件(112)发生伸缩，从而使振动板(111)弯曲。振动板(111)具有压电元件(112)的粘贴位置两侧被去除的形状。在振动板(11)上，在一端侧形成有七片伴随振动板(111)的弯曲而摇摆的叶片(141～147)。振动板(111)的七片叶片(141～147)向散热片(22)之间的槽一侧弯曲。振动板(111)的另一端部在七片叶片(141～147)分别插入散热器(20)的散热片(22)之间的槽中、并且缺口部(118)到达散热片(22)的槽的上方的状态下，被用螺钉(115)经由支承板(113)固定于散热器(20)的上部。
文档编号F04B43/04GK102072137SQ20101056665
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年11月20日
发明者田中伸拓 申请人:株式会社村田制作所