專(zhuān)利名稱(chēng)：壓電風(fēng)扇及使用壓電風(fēng)扇的氣冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)使壓電振動(dòng)器彎曲振動(dòng)、來(lái)使與其連結(jié)的葉片大幅彎曲位移 從而出風(fēng)的壓電風(fēng)扇裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，作為便攜式的電子設(shè)備，隨著小型化及部件的高密度化安裝，電子設(shè)備內(nèi) 部所產(chǎn)生的熱量的散熱措施成為一個(gè)問(wèn)題。作為使此類(lèi)電子設(shè)備高效散熱的裝置，提出了 使用壓電風(fēng)扇的氣冷裝置。專(zhuān)利文獻(xiàn)1中揭示了如下構(gòu)造的壓電風(fēng)扇具有在一對(duì)板狀壓電元件之間夾著并 粘接金屬薄板而構(gòu)成的雙層壓電型振動(dòng)器，在該雙層壓電型振動(dòng)器的兩端沿直角方向粘貼 彈性薄板，用支承部夾著雙層壓電型振動(dòng)器的中央部來(lái)進(jìn)行支承并加以固定。在采用上述構(gòu)造的情況下，由于用支承部支承一個(gè)雙層壓電型振動(dòng)器的中央部， 因此，位于支承部?jī)蓚?cè)的壓電振動(dòng)器會(huì)發(fā)生左右對(duì)稱(chēng)的變形。即，當(dāng)支承部的左側(cè)發(fā)生向上 凸起的變形時(shí)，右側(cè)也發(fā)生向上凸起的變形，從而以支承部為界，左側(cè)和右側(cè)的重心始終在 垂直于壓電振動(dòng)器面的方向上朝同一方向移動(dòng)。因壓電體的振動(dòng)(重心移動(dòng))而對(duì)支承 部產(chǎn)生反作用力，其中，由于無(wú)論是因左側(cè)的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的反作用力，還是右側(cè)的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn) 生的反作用力，都朝同一方向作用，因此，在支承部受到只有單側(cè)的情況的2倍作用力的振 動(dòng)。其結(jié)果是導(dǎo)致以下問(wèn)題支承部非常容易發(fā)生振動(dòng)，該振動(dòng)會(huì)傳遞到其它部分，從而對(duì) 其它部件和接點(diǎn)的可靠性造成不良影響。另外，在將該壓電風(fēng)扇用于例如排出散熱器的多 個(gè)散熱片之間的熱氣的用途的情況下，壓電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)變大，從而限制了其設(shè)置的位置。專(zhuān)利文獻(xiàn)2中揭示了如下的壓電風(fēng)扇利用壓電元件使出風(fēng)振動(dòng)器像團(tuán)扇那樣振 動(dòng)，從而排出散熱器的多個(gè)散熱片之間的熱氣。在這種情況下，由于采用以下構(gòu)造(參照 圖2)在沿反方向位移的一對(duì)壓電元件之間固定出風(fēng)板，使出風(fēng)板從壓電元件的一端側(cè)長(zhǎng) 長(zhǎng)地突出，并將壓電元件的另一端側(cè)固定到殼體，因此，整個(gè)壓電風(fēng)扇的重心將隨著出風(fēng)板 的振動(dòng)而大幅度地振動(dòng)。因而，在支承壓電元件的支承部將發(fā)生大幅度的振動(dòng)，且作用大的 力矩，該壓電元件的振動(dòng)將直接傳遞到殼體的主體，從而導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲，并損害殼體的耐久 性。若通過(guò)橡膠等彈性體將壓電元件固定到殼體，則雖然可以抑制振動(dòng)波及到殼體，但在這 種情況下，由于支承部的剛性降低，因此出風(fēng)板的振幅變得極小，無(wú)法得到所希望的風(fēng)量。專(zhuān)利文獻(xiàn)3中揭示了如下的送風(fēng)機(jī)并排地支承多個(gè)壓電風(fēng)扇，使提供給各壓電 風(fēng)扇的交流電壓的相位交替地反相。在這種情況下，由于交替地反相驅(qū)動(dòng)沿寬度方向排列 的壓電風(fēng)扇，因此，與同相驅(qū)動(dòng)的情況相比，能夠增大風(fēng)量。然而，對(duì)于支承多個(gè)壓電風(fēng)扇的 支承體，除了會(huì)發(fā)生重心振動(dòng)以外，還作用有繞長(zhǎng)度方向的軸、寬度方向的軸、及厚度方向 的軸這三個(gè)軸的力矩。若像專(zhuān)利文獻(xiàn)3那樣交替地反相驅(qū)動(dòng)壓電風(fēng)扇，且壓電風(fēng)扇為偶數(shù) 個(gè)，則上下方向的重心振動(dòng)可以相互抵消，繞寬度方向軸和繞厚度方向軸的力矩也大致抵 消。然而，繞長(zhǎng)度方向軸的力矩?zé)o法被抵消，從而對(duì)支承體施加負(fù)荷。因此，存在以下問(wèn)題 支承體旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，振動(dòng)經(jīng)由支承體而波及到其它部位，從而產(chǎn)生噪聲。另外，所謂支承體發(fā)生振動(dòng)，意味著壓電風(fēng)扇所產(chǎn)生的振動(dòng)能量有一部分損失。圖13是表示專(zhuān)利文獻(xiàn)3所涉及的送風(fēng)機(jī)的三個(gè)軸的圖。這里，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，使 用4個(gè)壓電風(fēng)扇101 104。圖13中，X是長(zhǎng)度方向的軸，Y是寬度方向的軸，Z是厚度方 向的軸。當(dāng)如箭頭Dl D4所示那樣彼此反相驅(qū)動(dòng)壓電風(fēng)扇101 104時(shí)，繞Y軸和繞Z 軸的力矩大致成為零，對(duì)支承體105幾乎沒(méi)有施加負(fù)荷。另一方面，繞X軸，第二壓電風(fēng)扇 102、第三壓電風(fēng)扇103產(chǎn)生左旋方向的力矩ML，第一壓電風(fēng)扇101、第四壓電風(fēng)扇104產(chǎn)生 右旋方向的力矩MR。然而，由于從X軸到第一壓電風(fēng)扇101、第四壓電風(fēng)扇104的距離大于 從X軸到第二壓電風(fēng)扇102、第三壓電風(fēng)扇103的距離，因此，力矩MR大于力矩ML。由于這 兩個(gè)力矩的不同，導(dǎo)致支承體105發(fā)生旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本專(zhuān)利特開(kāi)平2-19700號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本專(zhuān)利特開(kāi)2002-339900號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本實(shí)用新型實(shí)開(kāi)昭62-122199號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種使用多個(gè)小型壓電風(fēng)扇的、能夠減小因壓電振動(dòng)器 的驅(qū)動(dòng)而在支承部發(fā)生的振動(dòng)的壓電風(fēng)扇裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的壓電風(fēng)扇裝置包括多個(gè)壓電風(fēng)扇，所述多個(gè)壓 電風(fēng)扇在寬度方向上并排設(shè)置，具有通過(guò)施加電壓而進(jìn)行彎曲振動(dòng)的壓電振動(dòng)器、和與該 壓電振動(dòng)器連結(jié)或形成為一體并由所述壓電振動(dòng)器激振的葉片；以及支承體，所述支承體 將所述多個(gè)壓電風(fēng)扇的與所述葉片的延伸側(cè)相反一側(cè)的端部并排地連結(jié)，對(duì)其進(jìn)行支承， 其特征在于，設(shè)有以如下方式對(duì)所述各壓電振動(dòng)器施加電壓的電壓施加單元以位于寬度 方向中央的壓電風(fēng)扇或位于寬度方向中央的壓電風(fēng)扇間為界，使兩側(cè)的壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方 向呈軸對(duì)稱(chēng)，并且半數(shù)壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向與另外半數(shù)壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向反相。在并排設(shè)置多個(gè)具有相同振動(dòng)特性的壓電風(fēng)扇并用支承體進(jìn)行支承、且交替地反 相驅(qū)動(dòng)這些壓電風(fēng)扇的情況下，可以抵消壓電風(fēng)扇相互之間的重心振動(dòng)，能夠減小支承體 上發(fā)生的振動(dòng)。然而，無(wú)法抵消繞長(zhǎng)度方向軸的力矩，從而支承體發(fā)生振動(dòng)，且振動(dòng)會(huì)經(jīng)由 支承體而波及到其他部位。本發(fā)明中，以如下方式對(duì)壓電振動(dòng)器施加電壓以多個(gè)壓電風(fēng)扇 中位于中央的壓電風(fēng)扇(奇數(shù)的情況)或位于中央的壓電風(fēng)扇間(偶數(shù)的情況)為界，使 兩側(cè)的壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向呈軸對(duì)稱(chēng)，且半數(shù)壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向與另外半數(shù)壓電風(fēng)扇的 驅(qū)動(dòng)方向反相。因此，不僅能消除或減小支承體上發(fā)生的重心振動(dòng)，還能消除或減小繞三個(gè) 軸的力矩，從而能夠抑制支承體的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。從而，能夠有效地抑制因葉片振動(dòng)而導(dǎo)致支承 體的振動(dòng)波及到殼體等，能夠?qū)崿F(xiàn)低噪聲、高可靠性的壓電風(fēng)扇。另外，由于能夠抑制壓電 風(fēng)扇的振動(dòng)波及到外部，因此，能夠高效地將輸入到壓電振動(dòng)器的輸入電能轉(zhuǎn)換成葉片的 振動(dòng)，能夠增大風(fēng)量，進(jìn)而能夠提高冷卻效率。而且，由于對(duì)支承體的因振動(dòng)而引起的負(fù)荷 變小，因此，即使將支承體固定到殼體等的固定部分的剛性較低，也能以較大的振幅驅(qū)動(dòng)葉 片。從而，即使支承體發(fā)生少許振動(dòng)，也能用振動(dòng)吸收體吸收該振動(dòng)，從而能夠抑制其波及 到外部。即，既能增大風(fēng)量，又能抑制振動(dòng)所帶來(lái)的不良影響。本發(fā)明所使用的壓電風(fēng)扇各自具有相同的振動(dòng)特性。這里所說(shuō)的所謂相同的振動(dòng) 特性，是指單個(gè)壓電風(fēng)扇振動(dòng)時(shí)的諧振頻率及振幅特性基本一致。雖然壓電風(fēng)扇最好是形狀相同，但關(guān)于葉片的寬度，只要使壓電元件的寬度也隨著葉片寬度的增減而增減，就能得 到相同的振動(dòng)特性。因此，只要能得到相同的振動(dòng)特性，就不一定要使用相同寬度的葉片。本發(fā)明中的壓電振動(dòng)器通過(guò)向其施加交流電壓而進(jìn)行彎曲振動(dòng)，可以采用各種結(jié) 構(gòu)。例如，可以通過(guò)在葉片的一端側(cè)主面粘貼單片壓電元件，由葉片和壓電元件構(gòu)成單層壓 電型的壓電振動(dòng)器。也可以在葉片的兩面粘接兩個(gè)反向伸縮的壓電元件來(lái)構(gòu)成雙層壓電型 的壓電振動(dòng)器。還可以將單片壓電元件與金屬板粘接，而不是與葉片粘接，來(lái)構(gòu)成壓電振動(dòng) 器，并將葉片與該壓電振動(dòng)器固定。雖然壓電振動(dòng)器伴隨彎曲振動(dòng)的振幅本身非常小，但通 過(guò)使與壓電振動(dòng)器連結(jié)的葉片發(fā)生諧振，可以將壓電振動(dòng)器的振幅放大好幾倍。葉片可以 是金屬板，也可以是樹(shù)脂板。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)定葉片的厚度、長(zhǎng)度、楊氏模量等，使葉片能夠因 壓電振動(dòng)器的振動(dòng)而發(fā)生一次諧振即可。為了彼此反相地驅(qū)動(dòng)多個(gè)壓電風(fēng)扇，電壓施加單 元可以對(duì)各壓電振動(dòng)器施加反相的電壓，但只要構(gòu)成壓電振動(dòng)器的壓電元件的極化方向相 反，即使施加同相的電壓，也能反相地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。壓電風(fēng)扇的個(gè)數(shù)不限于是偶數(shù)，也可以是奇數(shù)。在奇數(shù)的情況下，除位于寬度方向 中心的一個(gè)壓電風(fēng)扇之外，對(duì)剩下的兩半壓電風(fēng)扇反相地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在奇數(shù)的情況下，雖然 還有重心振動(dòng)的影響，但隨著壓電風(fēng)扇的個(gè)數(shù)增多，該影響變小。在偶數(shù)的情況下，最好壓 電風(fēng)扇的個(gè)數(shù)是4、8、12那樣的4的倍數(shù)。在這種情況下，由于以寬度方向中點(diǎn)為界的兩側(cè) 分別有偶數(shù)個(gè)壓電風(fēng)扇，因此，容易抵消重心振動(dòng)及繞三個(gè)軸的力矩。在并排配置4個(gè)壓電風(fēng)扇的情況下，最好是對(duì)中央的2個(gè)壓電風(fēng)扇同相地進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)，對(duì)兩端的兩個(gè)壓電風(fēng)扇相對(duì)于中央的2個(gè)壓電風(fēng)扇反相地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在這種情況下，不 僅能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，而且還能有效地消除重心移動(dòng)和繞三個(gè)軸的力矩。各壓電風(fēng)扇包括細(xì)長(zhǎng)帶板狀的葉片、和固定于該葉片的長(zhǎng)度方向一端部的壓電元 件，由葉片的長(zhǎng)度方向一端部與所述壓電元件構(gòu)成壓電振動(dòng)器，并將葉片的長(zhǎng)度方向一端 部與支承體連結(jié)而被支承即可。在這種情況下，由于用支承體直接支承葉片，因此，壓電元 件不受支承體的限制，可以使壓電元件更自由地位移。另外，壓電元件的構(gòu)造變簡(jiǎn)單，各壓 電風(fēng)扇的振動(dòng)特性不易發(fā)生偏差。各壓電振動(dòng)器可以采用以下結(jié)構(gòu)包括第一振動(dòng)器和第二振動(dòng)器，第一振動(dòng)器和 第二振動(dòng)器的長(zhǎng)度方向一端部相互連結(jié)，第一振動(dòng)器的長(zhǎng)度方向另一端部與葉片連結(jié)，第 二振動(dòng)器的長(zhǎng)度方向另一端部由支承體支承，各壓電振動(dòng)器與電壓施加單元連接，以使第 一振動(dòng)器和第二振動(dòng)器反向地進(jìn)行彎曲振動(dòng)。在這種情況下，由于利用2個(gè)振動(dòng)器使振幅 加倍，葉片隨著該振動(dòng)而發(fā)生諧振，因此，葉片的振幅進(jìn)一步增大。其結(jié)果是，可以大幅度地 增大風(fēng)量。最好將本發(fā)明所涉及的壓電風(fēng)扇裝置與散熱器組合起來(lái)使用。即，將本壓電風(fēng)扇 裝置配置在具有隔開(kāi)間隔并排設(shè)置的多個(gè)散熱片的散熱器附近，將各葉片插入各散熱片之 間，使其位移方向與散熱片的側(cè)面平行即可。在這種情況下，利用葉片的彎曲位移會(huì)帶走 散熱片之間所存在的熱氣，從而能夠有效地沿葉片的長(zhǎng)度方向排出該熱氣。由于利用散熱 片將各葉片隔開(kāi)，因此，能夠消除隔著空氣的葉片間的相互作用，不會(huì)產(chǎn)生預(yù)想外的振動(dòng)模 式，從而不會(huì)對(duì)支承體施加負(fù)荷。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于并排設(shè)置多個(gè)壓電風(fēng)扇并用支承體進(jìn)行支承，并且采 用以下驅(qū)動(dòng)方式以寬度方向中心為界，使兩側(cè)的壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向呈軸對(duì)稱(chēng)，且半數(shù)壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向與另外半數(shù)壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向反相，因此，能夠抑制重心振動(dòng)以及繞 三個(gè)軸的力矩。因而，葉片的振幅變大，冷卻效率得到提高，而且，這些葉片的振動(dòng)經(jīng)由支承 體傳播到其它部分的振動(dòng)傳播變小。其結(jié)果是，減少對(duì)其它部件和殼體等的可靠性造成的 不良影響，且實(shí)現(xiàn)低噪聲。


圖1是壓電風(fēng)扇裝置的參考例的立體圖。圖2是圖1所示的壓電風(fēng)扇裝置的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的立體圖。圖3是圖1所示的壓電風(fēng)扇裝置的振動(dòng)模型圖。圖4是本發(fā)明所涉及的壓電風(fēng)扇裝置的實(shí)施方式1的立體圖。圖5是圖4所示的壓電風(fēng)扇裝置的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的立體圖。圖6是將圖4所示的壓電風(fēng)扇裝置與散熱器組合后的氣冷裝置的剖視圖。圖7是從長(zhǎng)度方向觀察圖6所示的氣冷裝置的側(cè)視圖。圖8是表示施加在圖4所示的壓電風(fēng)扇裝置的支承體上的力矩的圖。圖9表示用于對(duì)葉片振幅進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，(a)是俯視圖，(b)是主視圖，(C) 是右視圖。圖10是設(shè)連結(jié)件的厚度為0. 3mm與0. 6mm時(shí)的葉片前端部的振幅比較圖。圖11是表示使用8個(gè)壓電風(fēng)扇的壓電風(fēng)扇裝置的驅(qū)動(dòng)方法的圖。圖12是表示壓電風(fēng)扇構(gòu)造的多種形態(tài)的圖。圖13是說(shuō)明現(xiàn)有壓電風(fēng)扇裝置的三個(gè)軸的力矩的圖。
具體實(shí)施例方式在說(shuō)明本發(fā)明所涉及的壓電風(fēng)扇裝置之前，基于圖1 圖3，對(duì)壓電風(fēng)扇裝置的基 本構(gòu)造進(jìn)行說(shuō)明。圖1中，具有相同振動(dòng)特性的2個(gè)壓電風(fēng)扇la、Ib相對(duì)于支承體6在寬度方向上并 排，并與支承體6連結(jié)而被固定。壓電風(fēng)扇la、lb包括多個(gè)葉片2a、2b、以及多個(gè)壓電振動(dòng) 器3a、3b，所述多個(gè)葉片2a、2b可在厚度方向上自由地彎曲位移，所述多個(gè)壓電振動(dòng)器3a、 3b與各葉片2a、2b的長(zhǎng)度方向一端部連結(jié)，通過(guò)施加電壓而進(jìn)行彎曲振動(dòng)。在葉片2a、2b 的自由端，分別固定有重錘4a、4b。壓電振動(dòng)器3a、3b是在成為中間電極的金屬板的兩面粘 貼了壓電元件的雙層壓電型振動(dòng)器。壓電振動(dòng)器3a、3b與電壓施加單元5進(jìn)行電連接，通 過(guò)從該電壓施加單元5向壓電振動(dòng)器3a、3b施加交流電壓，使壓電振動(dòng)器3a、3b進(jìn)行彎曲 振動(dòng)，并使葉片2a、2b進(jìn)行一次諧振，從而能夠使壓電振動(dòng)器3a、3b發(fā)生更大的上下彎曲位 移。與壓電風(fēng)扇的葉片2a、2b的延伸方向相反一側(cè)的端部，這里是葉片2a、2b中配置有壓 電振動(dòng)器3a、3b —側(cè)的端部，利用支承體6并排地連結(jié)而被支承。支承體6固定于未圖示 的殼體等的固定部，由于因葉片2a、2b反相運(yùn)動(dòng)而各自產(chǎn)生的反作用力沿支承體6的寬度 方向傳遞，起到抵消反作用力的作用，因此，對(duì)支承體6需要有能夠傳遞該反作用力的程度 的剛性。電壓施加單元5包括交流電源5a、以及從該電源5a向各壓電振動(dòng)器3a、3b提供相 位反轉(zhuǎn)后的信號(hào)的布線5b、5c。S卩，交流電源5a的一端通過(guò)布線5b與壓電振動(dòng)器3a的上下電極和壓電振動(dòng)器3b的中間電極連接，交流電源5a的另一端通過(guò)布線5c與壓電振動(dòng)器 3a的中間電極和壓電振動(dòng)器3b的上下電極連接。因此，當(dāng)其中一個(gè)壓電振動(dòng)器3a的自由 端向下位移時(shí)，另一個(gè)壓電振動(dòng)器3b的自由端向上位移。其結(jié)果是，如圖2所示，與其中一 個(gè)壓電振動(dòng)器3a的自由端連接的葉片2a、和與另一個(gè)壓電振動(dòng)器3b的自由端連接的葉片 2b彼此反相地位移，從而產(chǎn)生圖2的箭頭A所示方向的氣流。由于2個(gè)壓電風(fēng)扇la、lb的 振動(dòng)特性(長(zhǎng)度、厚度、諧振頻率等)彼此相同，因此，2個(gè)葉片2a、2b的振動(dòng)頻率及振幅也 相同。此外，由于葉片2a、2b的自由端固定有重錘4a、4b，因此，與單個(gè)葉片相比，降低了諧 振頻率，且增大了振幅。下面，說(shuō)明上述那樣通過(guò)反相地驅(qū)動(dòng)2個(gè)壓電風(fēng)扇la、lb而能夠減小作用于支承 體6的重心振動(dòng)的理由。利用壓電振動(dòng)器3與葉片2的振動(dòng)，使得一個(gè)壓電風(fēng)扇1的重心沿 厚度方向(ζ)和長(zhǎng)度方向(χ)作周期性運(yùn)動(dòng)。將其大大簡(jiǎn)化，考慮圖3那樣的壓電風(fēng)扇振 動(dòng)模型。這里，假設(shè)考慮集中質(zhì)量M(=重心)相距支承體6為距離R，進(jìn)行θ = sincot 的振動(dòng)。在這種情況下，重心在χ方向和ζ方向上的運(yùn)動(dòng)由下式表述。χ = Rcos ( Θ sin ω t)ζ = Rsin (Θ sin cot)此處，χ方向的振幅為(R/2) sin tan ，ζ方向的振幅為Rs in 。gp，在θ較小 的情況下，由于X方向的振幅為一個(gè)微小量的平方，因此可以忽略。另一方面，反相振動(dòng)的 情況變成下式。χ = Rcos (- Θ sin ω t) = Rcos (Θ sin ω t)ζ = Rsin (- Θ sin ω t) = -Rsin (Θ sin ω t)將這2個(gè)壓電風(fēng)扇組合后的重心可由下式計(jì)算得到。χ = (MRcos (Θ sin ω t) +MRcos (Θ sin ω t)) / (Μ+Μ)= Rcos (Θ sin cot)ζ = (MRsin (θ sin ω t) -MRsin (θ sin ω t)) / (Μ+Μ)= O由此可知，彼此反相運(yùn)動(dòng)的2個(gè)壓電風(fēng)扇la、lb的組合的重心在厚度方向上不進(jìn) 行振動(dòng)。因而，對(duì)支承2個(gè)壓電風(fēng)扇的組合的支承體6不施加厚度方向的力。長(zhǎng)度方向的 振動(dòng)雖仍然存在，但在上述那樣 較小的情況下，處于可忽略的程度。因而，作用于支承體 6的力大致可以消除。如上所述，通過(guò)反相驅(qū)動(dòng)2個(gè)壓電風(fēng)扇la、lb，可以消除作用于支承體6的負(fù)荷，但 是葉片2a、2b的振動(dòng)所產(chǎn)生的反作用力會(huì)導(dǎo)致支承體6發(fā)生振動(dòng)。然而，不同于現(xiàn)有壓電 風(fēng)扇的是，即使不將支承體6牢固地固定到殼體等，葉片2a、2b也能獲得足夠的振幅。艮口， 可以在支承體6和殼體之間設(shè)置橡膠等振動(dòng)吸收體。因而，能夠有效地抑制支承體6發(fā)生 的振動(dòng)波及到殼體等，能夠?qū)崿F(xiàn)低噪聲、高可靠性的壓電風(fēng)扇。圖1中，示出了將壓電風(fēng)扇la、lb沿厚度方向同向地固定到支承體6并從電壓施 加單元5向兩個(gè)壓電風(fēng)扇la、lb施加反相電壓的例子，但也可以在將壓電風(fēng)扇la、lb沿厚 度方向反向地固定到支承體6的情況下，施加同相電壓。另外，在各壓電風(fēng)扇la、lb的壓電 振動(dòng)器3a、3b具有相反特性的情況下，即構(gòu)成各壓電振動(dòng)器3a、3b的壓電元件的極化方向 相反的情況下，即使對(duì)壓電振動(dòng)器3a、3b施加同相電壓，也能反相地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)壓電風(fēng)扇la、
7lb。實(shí)施方式1圖4 圖7表示將本發(fā)明所涉及的壓電風(fēng)扇裝置的實(shí)施方式1用作為散熱器的氣 冷裝置的例子。圖4中，具有相同振動(dòng)特性的4個(gè)壓電風(fēng)扇IOa IOd對(duì)支承體11在寬度 方向上并排，并等間隔地與支承體6連結(jié)而固定。壓電風(fēng)扇IOa IOd具有與圖1所示的 壓電風(fēng)扇la、lb相同的構(gòu)造。S卩，壓電風(fēng)扇IOa IOd分別包括多個(gè)葉片12a 12d、以及 多個(gè)雙層壓電型壓電振動(dòng)器13a 13d，所述多個(gè)葉片12a 12d可在厚度方向上自由地 彎曲位移，所述多個(gè)壓電振動(dòng)器13a 13d與各葉片12a 12d的長(zhǎng)度方向一端部連結(jié)， 通過(guò)施加電壓而進(jìn)行彎曲振動(dòng)。在葉片12a 12d的自由端，分別固定有重錘14a 14b。 壓電振動(dòng)器13a 13d與電壓施加單元15連接，通過(guò)從該電壓施加單元15向壓電振動(dòng)器 13a 13d施加交流電壓，能夠使壓電振動(dòng)器13a 13d進(jìn)行振動(dòng)，并能使葉片12a 12d 進(jìn)行諧振。壓電振動(dòng)器13a 13d的與葉片12a 12d的延伸方向相反一側(cè)的端部利用支 承體11并排地連接而被支承。本實(shí)施方式中，電壓施加單元15包括交流電源15a、以及從該電源15a向各壓電振 動(dòng)器13a 13d提供相位反轉(zhuǎn)后的信號(hào)的布線15b、15c。S卩，交流電源15a的一端通過(guò)布線 15b與第一壓電振動(dòng)器13a、第四壓電振動(dòng)器13d的上下電極、和第二壓電振動(dòng)器13b、第三 壓電振動(dòng)器13c的中間電極連接，交流電源15a的另一端通過(guò)布線15c與第一壓電振動(dòng)器 13a、第四壓電振動(dòng)器13d的中間電極、和第二壓電振動(dòng)器13b、第三壓電振動(dòng)器13c的上下 電極連接。因此，當(dāng)?shù)谝粔弘娬駝?dòng)器13a、第四壓電振動(dòng)器13d向下位移時(shí)，第二壓電振動(dòng)器 13b、第三壓電振動(dòng)器13c向上位移，其結(jié)果是，如圖5所示，與第一壓電振動(dòng)器13a、第四壓 電振動(dòng)器13d連結(jié)的葉片12a、12d、和與第二壓電振動(dòng)器13b、第三壓電振動(dòng)器13c連結(jié)的 葉片12b、12c彼此反相地位移。由于各壓電風(fēng)扇IOa IOd的振動(dòng)特性(長(zhǎng)度、厚度、諧振 頻率等)彼此相同，因此，所有葉片12a 12d的振動(dòng)頻率及振幅也相同。在壓電風(fēng)扇IOa IOd的附近，配置有具有5片隔開(kāi)間隔并排設(shè)置的散熱片21a 21e的散熱器20。采用以下配置葉片12a 12d插入各散熱片21a 21e之間，且其位移 方向與散熱片21a 21e的側(cè)面平行。散熱器20如圖6、圖7所示那樣，與安裝于電路基板 22上的發(fā)熱元件(CPU等)的上表面以熱結(jié)合的狀態(tài)進(jìn)行安裝。因而，從發(fā)熱元件23所產(chǎn) 生的熱量傳導(dǎo)至散熱器20，從而使各散熱片21a 21e之間的空氣變熱。由于插入到散熱 片21a 21e之間的葉片12a 12d平行于散熱片21a 21e的側(cè)面產(chǎn)生位移，因此，葉片 可以帶走散熱片21a 21e之間的熱氣，沿葉片12a 12d的長(zhǎng)度方向排出。其結(jié)果是，利 用圖6的箭頭A所示的葉片12a 12d的長(zhǎng)度方向的空氣流，可有效地排出散熱片21a 21e之間的熱量，從而能夠?qū)崿F(xiàn)散熱效果好的氣冷裝置。另外，雖然由于相鄰的葉片反相地 位移，因此，隔著空氣的相互作用有可能會(huì)導(dǎo)致葉片12a 12d產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)之類(lèi)的預(yù)想外的振 動(dòng)模式，但由于如圖7那樣用散熱片21b 21d隔開(kāi)各葉片12a 12d，因此，能夠消除隔著 空氣的葉片之間的相互作用，從而不會(huì)對(duì)支承體11施加預(yù)想外的負(fù)荷。本實(shí)施方式中，由于反相地驅(qū)動(dòng)4個(gè)壓電風(fēng)扇IOa IOd中的各半數(shù)的壓電風(fēng)扇， 因此與圖3所示的理由相同，能夠使作用于支承體11的重心振動(dòng)大致為零。而且，在本實(shí) 施方式的情況下，由于對(duì)中央的2個(gè)壓電風(fēng)扇IObUOc同相地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)兩端的2個(gè)壓電 風(fēng)扇10a、10d相對(duì)于中央的2個(gè)壓電風(fēng)扇10b、IOc反相地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此，也能夠消除支承體11的繞三個(gè)軸的力矩。參照?qǐng)D8，說(shuō)明其理由。圖8(a)是從長(zhǎng)度方向(X方向)觀察4個(gè)壓電風(fēng)扇IOa IOd的圖。當(dāng)沿箭頭D 1 D4的方向驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇IOa IOd時(shí)，以長(zhǎng)度方向的軸⑴軸為中心，第一壓電風(fēng)扇IOa 和第三壓電風(fēng)扇IOc產(chǎn)生右旋方向的力矩，第二壓電風(fēng)扇IOb和第四壓電風(fēng)扇IOd產(chǎn)生左 旋方向的力矩。由于這些力矩相同，因此這些力矩相互抵消，使得繞長(zhǎng)度方向的軸的力矩為零。圖8(b)是從寬度方向(Y方向)觀察壓電風(fēng)扇IOa IOd的圖。以寬度方向的軸 (Y軸)為中心，由于第一壓電風(fēng)扇IOa和第四壓電風(fēng)扇IOd產(chǎn)生左旋方向的力矩，第二壓電 風(fēng)扇IOb和第三壓電風(fēng)扇IOc產(chǎn)生右旋方向的力矩，因此，兩個(gè)力矩相互抵消，繞寬度方向 的軸的力矩也為零。圖8 (c)是從厚度方向(Z方向)觀察壓電風(fēng)扇IOa IOd的圖。如上所述，在驅(qū)動(dòng) 壓電風(fēng)扇IOa IOd時(shí)，各壓電風(fēng)扇的長(zhǎng)度方向的振動(dòng)處于基本可以忽略的程度，因此，繞 厚度方向的軸(Z軸)的各壓電風(fēng)扇的力矩本身很小。而且，由于作用于第一壓電風(fēng)扇IOa 和第二壓電風(fēng)扇IOb的力矩、與作用于第三壓電風(fēng)扇IOc和第四壓電風(fēng)扇IOd的力矩相互 抵消，因此，繞厚度方向的軸(Z軸)的力矩也為零。由此，由于作用于支承體11的繞三個(gè) 軸的力矩全部抵消，因此，可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)和負(fù)荷都較小的支承構(gòu)造。此外，關(guān)于壓電風(fēng)扇，為了得到大的葉片振幅，連結(jié)件的扭轉(zhuǎn)剛性最好滿足以下關(guān) 系。D > kmAf'LW其中，D 扭轉(zhuǎn)剛性(Nm2/rad)m 風(fēng)扇的除連結(jié)件以外的質(zhì)量(kg)A 葉片前端的振幅(前端_前端)(m)f 驅(qū)動(dòng)頻率(Hz)L 風(fēng)扇長(zhǎng)度(m)W 連結(jié)件的寬度(m)k 系數(shù)另外，在抵消三個(gè)軸的力矩的情況下，若上述系數(shù)k彡10，則可以進(jìn)一步減少振動(dòng) 傳播，進(jìn)一步減少對(duì)其它部件和殼體等的可靠性帶來(lái)的不良影響，且進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低噪聲。圖9示出了用于確認(rèn)壓電風(fēng)扇裝置的冷卻性能的實(shí)驗(yàn)構(gòu)造。4個(gè)壓電風(fēng)扇30a 30d各自具有細(xì)長(zhǎng)帶板狀的葉片31a 31d，這些葉片的長(zhǎng)度方向一端部固定于保持件 33a 33d的一端部。在葉片固定于保持件的一端部附近，固定有壓電元件32a 32d，從而 構(gòu)成壓電振動(dòng)器。保持件33a 33d的另一端部與沿寬度方向延伸的連結(jié)件(支承體)34 連結(jié)。連結(jié)件34向?qū)挾确较虻囊粋?cè)延伸，固定于固定部35。在上述構(gòu)造的壓電風(fēng)扇裝置中，當(dāng)各風(fēng)扇的振動(dòng)的相位關(guān)系是表1所示的4種情 況時(shí)，對(duì)葉片前端部的振幅(設(shè)風(fēng)扇1的相位為0° )進(jìn)行了評(píng)價(jià)。使施加到壓電體上的施 加電壓固定為45VPP，使用42M作為葉片，使用環(huán)氧玻璃板作為保持件和連結(jié)件。此外，為 了觀察到連結(jié)件的扭轉(zhuǎn)剛性的影響，使用厚度為0. 3mm、0. 6mm這2種連結(jié)件。各部件的尺 寸如圖9所示。例1是同相地驅(qū)動(dòng)所有風(fēng)扇的例子，例2是以中央為界、使左半部分和右半 部分反相的例子，例3是交替反相的例子，例4(本發(fā)明)是以寬度方向的中央為界呈軸對(duì)稱(chēng)地反相的例子。[表1]
權(quán)利要求
一種壓電風(fēng)扇裝置，包括多個(gè)壓電風(fēng)扇，所述多個(gè)壓電風(fēng)扇沿寬度方向并排設(shè)置，具有通過(guò)施加電壓而進(jìn)行彎曲振動(dòng)的壓電振動(dòng)器、和與該壓電振動(dòng)器連結(jié)或形成為一體并由所述壓電振動(dòng)器激振的葉片；以及支承體，所述支承體將所述多個(gè)壓電風(fēng)扇的與所述葉片的延伸側(cè)相反一側(cè)的端部并排地連結(jié)，對(duì)其進(jìn)行支承，其特征在于，設(shè)有以如下方式對(duì)所述各壓電振動(dòng)器施加電壓的電壓施加單元以位于寬度方向中央的壓電風(fēng)扇或位于寬度方向中央的壓電風(fēng)扇間為界，使兩側(cè)的壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向呈軸對(duì)稱(chēng)，并且半數(shù)壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向與另外半數(shù)壓電風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)方向反相。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電風(fēng)扇裝置，其特征在于， 所述壓電風(fēng)扇的個(gè)數(shù)為4的倍數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的壓電風(fēng)扇裝置，其特征在于，所述壓電風(fēng)扇并排設(shè)置4個(gè)，對(duì)中央的2個(gè)壓電風(fēng)扇同相地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)兩端的2個(gè)壓 電風(fēng)扇相對(duì)于中央的2個(gè)壓電風(fēng)扇反相地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的壓電風(fēng)扇裝置，其特征在于，所述各壓電風(fēng)扇包括細(xì)長(zhǎng)帶板狀的葉片、和固定于該葉片的長(zhǎng)度方向一端部的壓電元件，由所述葉片的長(zhǎng)度方向一端部和所述壓電元件構(gòu)成所述壓電振動(dòng)器， 所述葉片的長(zhǎng)度方向一端部與所述支承體連結(jié)而被支承。
5.如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的壓電風(fēng)扇裝置，其特征在于，所述各壓電振動(dòng)器包括第一振動(dòng)器和第二振動(dòng)器，所述第一振動(dòng)器和第二振動(dòng)器的長(zhǎng) 度方向一端部相互連結(jié)，第一振動(dòng)器的長(zhǎng)度方向另一端部與所述葉片連結(jié)，第二振動(dòng)器的 長(zhǎng)度方向另一端部由所述支承體支承，所述各壓電振動(dòng)器與電壓施加單元連接，以使第一 振動(dòng)器和第二振動(dòng)器反向地進(jìn)行彎曲振動(dòng)。
6.一種氣冷裝置，其特征在于，將權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的壓電風(fēng)扇裝置配置在具有隔開(kāi)間隔并排設(shè)置的多個(gè) 散熱片的散熱器附近，將所述各葉片插入所述各散熱片之間，使其位移方向與散熱片的側(cè) 面平行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用多個(gè)小型壓電風(fēng)扇的、能夠減小因壓電振動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)而在支承部發(fā)生振動(dòng)的壓電風(fēng)扇裝置。將4個(gè)壓電風(fēng)扇(10a～10d)沿寬度方向并排設(shè)置，將各壓電風(fēng)扇的與葉片的延伸側(cè)相反一側(cè)的端部利用支承體11并排連結(jié)而被支承。各壓電風(fēng)扇包括通過(guò)施加電壓而進(jìn)行彎曲振動(dòng)的壓電振動(dòng)器(13a～13d)、以及由所述壓電振動(dòng)器激振且與各壓電振動(dòng)器連結(jié)的葉片(12a～12d)。由于利用電壓施加單元(15)同相地驅(qū)動(dòng)中央的2個(gè)壓電風(fēng)扇10b、10c，反相地驅(qū)動(dòng)兩端的2個(gè)壓電風(fēng)扇10a、10d，因此，不僅抵消了作用于支承體11的重心振動(dòng)，而且還抵消了繞三個(gè)軸的力矩。
文檔編號(hào)F04D33/00GK101978172SQ200980110589
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者和田寬昭, 神谷岳 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所