JP2002339900A

JP2002339900A - 圧電ファン

Info

Publication number: JP2002339900A
Application number: JP2001142158A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Kawaguchi; 裕人川口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電ファンの騒音の低減と吸気／排気口の構
造の簡素化を図る。【解決手段】圧電素子３を含む発風振動子４を有し、
排気口７と吸気口６とが同一の面に設けられて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子機器等
の強制空冷に用いるための圧電ファン、即ち機器内部の
熱を機器外部へ排出させるための圧電ファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器では、小型化、高密度実
装化が進につれて機器内部の熱対策がより重要となって
来ている。代表的な例として、携帯型のパーソナルコン
ピュータ（以下、携帯ＰＣという）が挙げられる。携帯
ＰＣをより軽く、薄くするための技術開発が進んでお
り、その一方でＣＰＵ（中央処理装置）の高速化も進
み、高性能化、小型化が同時進行的になされている。Ｃ
ＰＵの高速化は、ＣＰＵの消費電力の増加、即ち発熱量
の増大を招き、一方小型化によって機器内部の実装密度
の増加となる。実装密度が上昇すると、機器内部の発熱
量が増加する為に、この熱を機器外部に放出させて機器
内部の温度上昇を抑えることがより難しくなってくる。

【０００３】電子機器の熱対策に用いられる冷却ファン
の例を図２３に示す。図２３Ａは、空気１０１を背面側
から吸入し、前面側へ排出するように構成した電磁ファ
ン１０２を示す。図２３Ｂは、空気１０１を上面側から
吸入し、前面側へ排出するように構成した電磁ファン１
０３を示す。図２３Ｃは、空気１０１を背面側から吸入
し、前面側へ排出するように構成した圧電ファン１０４
を示す。図示の例は、電磁ファン及び圧電ファンの代表
的な吸気・排気構造であり、吸気口と排気口がいずれも
各々異なる面に形成されている。

【０００４】携帯ＰＣの代表的な熱対策としては、電磁
ファンとヒートパイプを組み合わせたものが知られてい
る。これは、熱源（例えばＣＰＵ等）と、放熱素子（電
磁ファン等）との間に熱伝送効率の高いヒートパイプを
用いるシステムである。ヒートパイプは熱を伝送する働
きを有しており、電磁ファンは伝送された熱を機器外部
に放出する働きを有している。電磁ファンは携帯ＰＣに
限らず、熱対策が必要な電子機器には必要不可欠なもの
として広く用いられている。携帯ＰＣについては、特に
機器の厚みの制限から、ファンの上部（プロペラの上
部）から空気を吸入し、これを横方向（一方向）に排出
する構造（図２３Ｂ参照）を用いたものが多い。このよ
うな構造の電磁ファンは、一般的に、ファンの厚みが薄
くなるに従い、送風風量や最大静圧が小さくなる傾向と
なる。

【０００５】前述の通り、機器内部の熱を機器外部へ放
出するための手段として、空気の流れを発生させ、内部
の加熱された空気を外部に排出する方法が広く用いられ
おり、空気の流れを発生させる手段として、電磁ファン
が用いられている。電磁ファン以外に空気の流れを発生
される手段としては、圧電体に電界を加え歪みを発生さ
せる事により発風板を往復運動させて発風させる方法が
有る。この方式は、文献や公報などで幾つかの検討事例
が紹介されているが、実用化には至っていない。例え
ば、「圧電ファン」＜井上二郎／藤本克己＞精密制御用
アクチュエーター便覧、特開平９ー３２１３６０号公報
「圧電ファン」、特公平６ー５６１６０号公報「圧電フ
ァン」、特開平８ー３３０４８８号公報「圧電ファン付
きヒートシンク」、実公平６ー４０７９号公報「圧電フ
ァン」、特公平６ー６９６０号公報「圧電ファン式送風
装置」が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】圧電ファンの構造は、
上記の公報例に示されるように幾つかの構造例がある。
その動作原理は、圧電体に所定の電界を加えることによ
って歪みを発生させ、この発生歪みによって振動板を振
動させ風を発生させるというものである。圧電ファンの
発風原理は、所定の面積を有する板の往復運動（正確に
は完全平行往復運動でなく、首振り運動である）によっ
て流体の流れを発生させるものであり、感覚的には「団
扇」を想像すれば良い。圧電ファンの「団扇」に対し
て、一般的な電磁ファンは回転運動により流体の流れを
発生させる「扇風機」である。

【０００７】このように圧電ファンは板の往復運動を利
用しているが、板の往復運動の速度が速い程大きな風速
が得られる傾向にあるので、板の面積にもよるが数１０
０Ｈｚ以上の振動数が必要となる場合がある。板の振動
数が可聴周波数範囲に達すると、板の往復運動によって
生じる疎密波（音波）により騒音が発生する。圧電ファ
ンの騒音は、一般的な冷却ファンの「風切り音」と異な
り、特定周波数での騒音レベルが高い特徴を有してお
り、冷却に伴う「騒音」の発生は圧電ファンの商品化の
上で大きな課題となる。

【０００８】一方、冷却ファンは、冷却したい機器内部
の熱を機器外部へ放出させる事が基本となる。ＣＰＵク
ーラーのように、機器内部に設置された冷却ファンはＣ
ＰＵ部分の熱を機器内部に拡散することが目的である
が、この場合も厳密にはＣＰＵの熱をＣＰＵ外部に放出
させるという意味では基本原理は一緒である。このよう
に、冷却ファンは空気を用いた熱交換器であり、一般的
には外部からの空気の取り込み口と、外部への空気の排
出口を持っている。

【０００９】従って、冷却ファンが必要となる機器は、
冷却ファンに対して空気の「吸入口」と「排出口」を有
している必要があり、この吸入口と排出口の設置位置に
より機器内部の冷却状態が大きく変わることになる。こ
のように吸入口と排出口を設置するために機器の設計が
制約を受けることになる。即ち、デザインの制約、密閉
性が確保出来ない、等である。今後、特に各種の機器が
小型化、薄型化されると共に、野外使用に対する耐久性
（防水性や防塵性）の向上が要求されることが予測さ
れ、冷却のための吸入／排出口の問題が顕著になってく
る。

【００１０】本発明は、上述の点に鑑み、圧電ファンの
騒音と冷却ファンとしての吸入／排出口の課題を解決で
きるようにした圧電ファンを提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電ファン
は、圧電素子を含む発風振動子を有し、排気口と吸気口
とが同一の面に設けられた構成とする。

【００１２】本発明の圧電ファンでは、排気口と吸気口
が同一の面に設けられるので、発風振動子の駆動によ
り、同一の面における一方の吸気口から外気が吸入さ
れ、内部で加熱された空気が他方の排気口より外部へ放
出されて、冷却性能が確保される。一方、発風振動子の
前後から放射される互いに逆位相の音波は、一方が排気
口より放射され、他方が吸気口より放射されることか
ら、互いに干渉して騒音レベルが減少する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る圧電ファンの実施の形態を説明する。

【００１４】図１は、本発明に係る圧電ファンの基本的
な構成である一実施の形態を示す。本実施の形態に係る
圧電ファン（いわゆる冷却ファン）１は、偏平箱状に形
成されたファンケース２に圧電素子３と発風振動子４か
らなるファン本体５を内蔵し、吸気口６〔６Ａ，６Ｂ〕
と排気口７をファンケース２の同一の面に形成して構成
される。ファンケース２は、底面部８ａ、左右両側面部
８ｂ、８ｃ及び背面部８ｄを有し、前面部が開放される
ように形成されたケース本体８と、このケース本体８の
上面に気密的に固着される平板状のカバー体９とから成
る。なお、図１は圧電ファンの内部が見えるようにカバ
ー体９を外した状態を示す。

【００１５】ケース本体８の略中央にファン本体５がそ
の発風振動子４の先端側を前面側に向くようにして配置
され、ファンケース２の前面のみに開口部が形成され、
この開口部に臨んで吸気口６と排気口７が形成される。
吸気口６と排気口７は、後述するように、互いにファン
本体５から発生する逆位相の音波の干渉をし得る位置に
近接して配置される。本例ではファンケース２の開口部
の中央に排気口７が形成され、排気口７を挟んで両側に
吸気口６〔６Ａ，６Ｂ〕が形成される。このため、ケー
ス本体８には、発風振動子４の両側を挟むように開口部
から内側へ延長する一対の仕切り壁１０〔１０ａ，１０
ｂ〕が設けられ、この夫々の仕切り壁１０ａ、１０ｂと
ケース本体８の両側部８ａ、８ｂとの間の開口が吸気口
６Ａ、６Ｂとして形成され、両仕切り壁１０ａ、１０ｂ
間に挟まれた開口が排気口７として形成される。両仕切
り壁１０ａ、１０ｂは、後述するようにファンケース２
の開口部から内側へ発風振動子４の中間位置まで延長す
るよに形成される。空気は外部より両側の吸気口６〔６
Ａ，６Ｂ〕を通ってファンケース２内に入り、発風振動
子４の基部側を巡って前方の排気口７より外部へ排出さ
れる。排気口７では、例えば、開口側から発風振動子４
先端の近傍まで延長する複数の冷却用フィン１４が形成
される。仕切り壁１０〔１０ａ，１０ｂ〕と冷却用フィ
ン１１は、ケース本体８と一体に形成することができ
る。ファンケース２は、例えばアルミダイキャストで作
られる。

【００１６】図２は、圧電素子３を用いた発風振動子
４、即ちファン本体５の基本構造を示す。このファン
本体５は、圧電素子３の基部側を固定し、先端側を振動
可能な自由状態となして、この圧電素子３に対して、振
動板１１とこの先端側に一体の発風板１２とからなる発
風振動子４を取り付け、圧電素子３に電源回路１３から
所定の交流波形の電圧を加えることにより、圧電素子３
に発生する歪みを曲げ変位に変換して発風振動子を振動
させるように構成される。本例では、一対の圧電板３
Ａ，３Ｂを互いに逆位相で伸縮するように重ね合わせた
バイモルフ構造の圧電素子３を用い、両圧電板３Ａ，３
Ｂ間に振動子１１を挟持的に保持し、両圧電板３Ａ，３
Ｂの基部を固定部１５に固定して構成される。圧電板３
Ａ，３Ｂは、互いに逆相で伸縮するように電源回路１３
に接続される。

【００１７】このファン本体５では、電圧の印加によて
圧電素子３の先端側に振動を発生させ、発風振動子４の
固有振動数と一致させることにより、発風振動子４を共
振振動させて発風板１２の先端に大きな振幅を発生さ
せ、発風させる。

【００１８】図２のファン本体５は、発風振動子４の片
端を固定した片持ち支持構造としたが、その他、図３に
示すように、音叉型弾性支持構造の振動子を備えたファ
ン本体１６を適用することもできる。このファン本体１
６は、上例と同様のバイモルフ構造の一対の圧電板３
ａ，３ｂからなる圧電素子３と、同様にバイモルフ構造
の一対の圧電板３ａ，３ｂからなるダミー圧電素子２０
をスペーサ１９を介して音叉型に組み立て、各圧電素子
３及びダミー圧電素子２０の夫々に挟持された弾性板１
７Ａ及び１７Ａの先端に、夫々発風板１８Ａを取り付け
て構成される。２３は弾性板バネを示す。このファン本
体１６では、圧電素子３及びダミー圧電素子２０に交流
波形の電圧を印加することにより、両発風板１８Ａ，１
８Ｂが大きく振幅して発風を生じさせる。

【００１９】本実施の形態の圧電ファン１は、図４に示
すように、冷却対象となる機器３０、例えば電子機器の
内部に設置される。この場合、冷却対象機器３０の匣体
３１の同一の面３１Ａに圧電ファン１の吸気口６〔６
Ａ，６Ｂ〕と排気口７が臨むように圧電ファン１が設置
される。

【００２０】次に、上述の本実施の形態に係る圧電ファ
ン１の動作、即ち冷却作用、及び騒音の低減について説
明する。圧電ファン１は、先に述べたように発風振動子
４の発風板１２の往復運動により発風させる特徴を有す
る。即ち、図６において、一対の圧電板３ａ，３ｂに所
定の交流波形の電圧を印加することにより、圧電板３
ａ，３ｂの振動が発生し、この振動周期を発風板１２の
固有振動数に一致させることにより発風板１２が大きく
振動して発風板１２の先端部に往復運動が発生する。こ
の往復運動により図示のような発風が発生する。この風
の発生により、図５に示すように、機器３０の外部から
空気３３が吸気口６〔６Ａ，６Ｂ〕を通して圧電ファン
１内に吸入し、発風板１２の後方、横方を巡って前方へ
向かい、排気口７より排出される。この空気３３の循環
により、機器３０内部に発生した熱、即ち圧電ファン１
の内部に伝わった熱が放出されることで機器内部の冷却
が行われる。

【００２１】次に、騒音の低減について述べる。発風板
１２の往復運動で発風するが、この発風板１２の先端部
分の速度は、往復運動振動数と往復運動振幅との積に比
例し、一般的には発風板１２の板先端部の速度が大きい
程、大きな発風を得ることができる。一方、このような
発風板１２の往復運動により図７に示すように、発風板
１２の周囲に疎密波（音波）３５が発生する。図７で
は、発風振動子４の前後上下に放射される疎密波３５の
イメージを示しているが、実際には発風振動子４から各
方向に球面波のように放射される。この疎密波３５の振
動数が可聴領域周波数になると、発風振動子４から発生
する「音」として認識されることになり、これが騒音と
なる。音は本来縦波であるが、以後、図示上の判り易さ
を考慮して、横波の表記方法を用いて説明する。

【００２２】図６に示したような発風振動子４は、実際
にはファンケース２のような任意の有限な空間内部に設
置されることになる。例えば、前述の図２３Ｃに示すよ
うな吸気／排気口構造を有する圧電ファン１０４の場
合、発風振動子４を含むファン本体５は図８に示すよう
な前後に開口、即ち排気口３８および吸気口３９を有す
るファンケース３７内に設置される。図８に示した構造
の場合、発風振動子４から放射される疎密波３５は、吸
気口３９及び排気口３８から放出されることになる。図
９に示すように、前後に開口３８、３９を有するファン
ケース３７の前方及び後方にマイク４１、４２を置い
て、音波波形を観測すると、図１０に示すような波形に
なる。マイク４１、４２で受信した音波３５Ａ、３５Ｂ
の波形は、波形形状が略同様でかつ逆相となる。この２
つの音波３５Ａ、３５Ｂの波形を重ね合わせると両者の
打ち消しにより波形は小さくなる。

【００２３】本実施の形態では、発風振動子４の前後に
放射される互いに逆相の疎密波（音波）３５を干渉さ
せ、発生音を小さくさせる。即ち、図１１に示すよう
に、発風振動子４の背後に放射される疎密波３５Ｂを圧
電ファン１の前方に放射させ、元々前方から出ている疎
密波３５Ａと干渉させて騒音レベルを減少させるという
ものである。圧電ファン１の吸気口６〔６Ａ，６Ｂ〕か
ら放出される疎密波３５Ｂと排気口７から放出される疎
密波３５Ａが干渉して、発風振動子４から発生する騒音
を低減することが可能となる。このように、本実施の形
態の圧電ファン１は、図１２に示すように、吸気口６
〔６Ａ，６Ｂ〕と排気口７を同一の面に設けることによ
り、吸気３３ａと排気３３ｂを同一面で行うと共に、発
風振動子４から発生する騒音を逆相音波３５Ａ，３５Ｂ
の干渉作用によって抑制することが可能になる。

【００２４】本実施の形態では、特にファンケース構造
での吸気／排気構造に特徴を有すものであり、前述の圧
電振動子の構成、使用材料の詳細については説明を省略
する。

【００２５】次に、より詳細に説明する。本発明の構成
で重要な点は、吸気／排気構造と、逆相音波干渉による
騒音打ち消しの２つの効果を効率的に得ることである。
また、本発明の圧電ファンの構成では、冷却対象機器内
部の空気を排出することが出来ないため、冷却ファンの
空気流発生部分で効率的に冷却できるようにする必要が
ある。

【００２６】先ず、吸気／排気構造について説明する。
図１３は、本実施の形態の圧電ファン１の内部を上方か
らみた図であり、判り易くするために冷却用フィン１１
を取り除いた構造を示す。図１３において、吸気口６
〔６Ａ，６Ｂ〕と排気口７は２つの仕切り壁１０〔１０
ａ，１０ｂ〕で分離されている。仕切り壁１０ａ，１０
ｂ間の間隔Ｗ′は発風板１２の幅Ｗに対して任意の間隙
を有する必要があり、Ｗ′＞Ｗとなる。間隔Ｗ′は排気
口７の幅であり、この間隔Ｗ′と仕切り壁１０ａ，１０
ｂの壁厚ｔにより、吸気口６〔６Ａ，６Ｂ〕の幅Ｔが強
制的に決まることになる。吸気と排気の効率を出来るだ
け良くする、即ち、吸気及び排気流路での圧力損失をで
きるだけ小さくする為には、ファン本体５の幅や発風板
１２の発風能力などを考慮して決定する必要があるが、
基本的には発風板１２の幅Ｗに出来るだけ近づける、つ
まり間隔Ｗ′を出来るだけ小さくすることが望ましい。
また、仕切り壁の長さＦ＋Ｄ〔但し、Ｆはファンケース
２の開口端から発風板１２の先端までの距離、Ｄは発風
板１２の先端から仕切り壁１０〔１０，１０ｂ〕の後端
までの距離〕については、距離Ｄが発風板１２の長さＬ
よりも小さいことが望ましい。発風板１２の位置に関す
る距離Ｆについては、後述する冷却フィンの関係を含め
て適宜設定することが可能である。

【００２７】音波を干渉させるためには、特に後方に放
出される音波の反射を出来るだけ少なくするような工夫
が必要となる。即ち、図１４に示すように、後方に放射
される音波は、ファン本体５の後方や側面の壁に反射
し、入射波４１と反射波４２が干渉した定在波となる。
このような定在波は、本来後方に放出される音波と異な
った波形となるため、。先に述べた前方放射波（音波）
の逆相波形が乱れることとなり、干渉による打ち消し効
果が阻害される。よって、図１５の実施の形態に示すよ
うにな反射波を少なくするための反射波抑制手段を施す
ことが有効である。

【００２８】図１５Ａは、ファンケース２の背面部８ｄ
から両側面部８ｂ，８ｃにかけての内面をくさび状の波
型壁面４３として反射を抑制するように構成した場合で
ある。図１５Ｂは、吸音シート等の吸音材４４をファン
ケース２の背面部８ｄから両側面部８ｂ，８ｃにかけて
の内面に貼り付けて構成した場合である。図１５Ｃは、
ファンケース２の背面部８ｄから両側面部８ｂ，８ｃの
内面にかけて定在波の発生を防ぎ前方へ音波を誘導させ
る壁面形状、例えばＲ屈曲壁面４５に形成して構成した
場合である。これらの反射波の抑制手段は、既知となっ
ている音響や騒音抑制の手法であり、これ以外にも種々
の手段があり、それらの手段も利用する事が可能であ
る。また、これらの手段については、対象となる音波の
波長により、適宜に形状や材質を選択すべきであり、即
ち、発風振動子の振動数と密接な関係がある。

【００２９】本発明の実施の形態に係る圧電ファン１
は、冷却対象に機器外部からの空気の吸入を行ってい
る。従って、冷却対象機器内部の熱を効率良く排出する
ためには、圧電ファン１自体に熱を集める必要がる。例
えば、図１６に示すように、機器３０の内部に配置した
圧電ファン１と機器３０内部の熱の発生源（熱源）４７
が離れているような場合は、熱源４７の熱を圧電ファン
１に移動させるための手段が必要になる。これは、既に
実用化されているヒートパイプ等の熱伝達手段４８を用
いることにより可能であり、熱源４７の熱を熱伝達手
段、例えばヒートパイプ４８により圧電ファン１に移動
させ、圧電ファン１の排出空気により放熱させることが
できる。熱源４７と圧電ファン１を例えばヒートパイプ
４８で熱的に接続するという原理については、既に実用
化されているので下記に簡単に説明するが、圧電ファン
１とヒートパイプ４８の接続などにおいて熱抵抗の少な
い接続が必要である事は言うまでもない事である。

【００３０】ヒートパイプの原理は次の通りである。密
閉パイプ内の熱源側に気化し易い液体が封入されてお
り、熱源よりの熱で液体が気化して放熱側へ移動し、そ
こで冷却して液体に戻り、毛細管現象で熱源側に戻る、
この動作を繰り返して熱を逃がす。

【００３１】圧電ファンでの限られた風量により高い放
熱を起こさせるためには、冷却フィンの配設が有効であ
る。即ち、図１の実施の形態に示すように、発風振動子
４の発風板からの風の排出流路部に冷却用フィン１４を
設けることで放熱効果を高めることができる。この冷却
用フィン１４の配設方法についても、発風板から発生す
る風速や風量との関係、冷却用フィン部の熱抵抗、冷却
用フィン部の圧力損失などを考慮して最適設計を行う必
要がある。また、図１７に示すように、吸気口６〔６
Ａ，６Ｂ〕やその他の圧電ファン内部に冷却用フィン５
１、５２を設けることも可能であり、この場合は圧電フ
ァン内部の流れを把握し、滞留や、圧力損失を考慮し適
宜に決めるを可とする。

【００３２】本発明の圧電ファンを実施した場合の特性
について、以下に概要を示す。圧電ファンの吸気方法の
違いによる比較を行うために、ファン本体は共通のもの
を用いており、先の図３に示すような音叉型振動子を有
するファン本体１６を用いる。この音叉型振動子のファ
ン本体１６は、１２０ｍｍ×１０ｍｍの圧電板を２枚貼
り合わせたバイモルフ構造の先に幅３０ｍｍ、長さ１５
ｍｍの発風板を取り付けた振動子を３ｍｍのスペーサを
介して音叉型に組み立てたもので、圧電バイモルフは２
組となり、この２組の圧電バイモルフに２０Ｖｒｍｓの
電圧を印加している。

【００３３】２０Ｖｒｍｓ印加した時の振動は、発風板
先端部で３５０Ｈｚ程度で共振し、その時の先端部振幅
量は２．５ｍｍｐｐ程度となる。この音叉型振動子の圧
電ファン本体１６を従来型ファンケース、本発明のファ
ンケースの夫々に組み込み、発生する騒音レベルと、簡
易冷却性能試験ボックスにセットした時の冷却性能を比
較する。

【００３４】従来型のファンケース６１に組み込んだ状
態の圧電ファン６４について図１８に示す。従来型のフ
ァンケース６１は、縦４５ｍｍ×横４５ｍｍ×高さ１０
ｍｍで前方に排気口６３が、左右両側と後方に吸気口６
２〔６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ〕が形成された構成とす
る。本発明のファンケース２に組み込んだ状態の圧電フ
ァン１について図１９に示す。本発明のファンケース２
は、縦４８．５ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ１０ｍｍで、吸
気口６〔６Ａ，６Ｂ〕の幅が６ｍｍ、排気口７の幅が３
２ｍｍである構成とした。発風板１２の幅は３０ｍｍと
した。図１８、図１９は、カバー体を外して各々の圧電
ファン１６を上方から見えるようにした図であるが、実
際にはカバー体が被せられる。

【００３５】各々の圧電ファン６４、１について、前述
の駆動条件である２０Ｖｒｍｓ、３５０Ｈｚを印加した
ときの騒音を測定する。測定は、図２０に示すように、
基台７１上に防振ゴム７２を介して圧電ファン又は１を
載置し、普通の騒音計７３を用い、測定器の防風カバー
７４の先端が圧電ファン６４又は１の排気口の先端に接
する位置で行った。各々の圧電ファンの騒音測定値は、
従来型圧電ファン６４が８２ｄＢ、本発明の圧電ファン
１が７４ｄＢとなり、同一のファン本体を用いた場合、
騒音レベルは本発明の方が約８ｄＢ程度低下することが
確認された。

【００３６】また、冷却性能について測定を行った。図
２１は冷却性能評価治具７５の概略を示す。この治具７
５は、例えば幅８０ｍｍ、奥行き１００ｍｍ、高さ４０
ｍｍの半密閉ボックス７６内に、熱電対７７を付けたヒ
ータプレート（例えば縦４５ｍ×横４５ｍｍ×高さ９ｍ
ｍのアルミニウム製）７８を配置して構成される。ボッ
クス７６は、ベース７６ｂと前面プレート７６ａと背面
プレート７６ｃが例えばポリアセタールで形成され、こ
れを覆うカバー７６ｄが例えばアルミニウムで形成さ
れ、前面プレート７６ａに例えば４５ｍｍ×１０ｍｍの
排気口７８が形成され、カバー７６ｄの上面に複数、本
例では直径６ｍｍの３つの空気吸入口７９が形成され
る。このボックス７６内のヒータプレート７８上に熱伝
導粘着テープを介して評価対象の圧電ファンを載置し、
ヒータプレート７８に所定の電力を供給し、圧電ファン
をオンして、ヒータプレート温度（以下、ヒータ温度と
いう）を測定する。なお、加熱開始後、しばらくはヒー
タ温度が安定しないので、加熱してから１時間程度経過
した後の温度的に安定したときのヒータ温度Ｔｈ〔℃〕
と、その時点で印加しているヒータ電力Ｐ〔Ｗ〕を測定
する。

【００３７】この測定により得られた結果を図２２に示
す。ここでは、上記時点でのヒータの影響がない箇所に
おける室温Ｔｒも測定し、上記のように測定したヒータ
温度Ｔｈとの差（Ｔｈ−Ｔｒ）〔℃〕を求め、それをヒ
ータ電力Ｐ〔Ｗ〕で割った値を熱抵抗とする。この図２
２にば、ヒータ電力の大小に関わらず、本発明の圧電フ
ァン１の熱抵抗は、６．５℃／Ｗ、一方、従来型圧電フ
ァン６４は７．５℃／Ｗとなっている。熱抵抗が小さい
程冷却性能が良いことを示す。従って、図２２の比較結
果によれば、本発明の圧電ファンの方が冷却性能が優れ
ることが認められる。

【００３８】上述した本実施の形態に係る圧電ファン１
によれば、同一の面に吸気口６と排気口７を設けた構成
で十分な冷却性能が得られる。従って、冷却対象となる
機器３０に対して、一つの面に圧電ファン１に対応する
開口を形成し、それ以外の面に開口を設ける必要がない
（但し、自然空冷等の目的で他部に開口を設ける場合は
ある）。これにより、機器３０のデザイン、設計の自由
度が増し、機器３０の密閉製の確保も容易になる。ま
た、冷却対象機器においては、本圧電ファン１以外の部
分は完全密閉構造にすることが可能となり、耐水性、防
塵性等に優れた機器の設計が可能である。例えば、仮に
機器を水中におとした場合でも、機器内部への被害は最
小限に押え、浸水した圧電ファン１のみを交換するだけ
で修理が可能となる。

【００３９】また、本実施の形態の構造ににより、騒音
の低減を可能にする。さらに冷却用フィン１４を設ける
ことにより冷却性能も同等以上の特性が確保できること
ができる。ファンケース２の背面部から両側面部にかけ
て発風振動子４から発生する音波の反射波を抑制する手
段を設けることにより、更なる騒音の低減を図ることが
できる。勿論、騒音に関しては、発風振動子４自体から
発生する騒音の低減を図ることにより更なる騒音の低下
も期待できる。また、冷却性能に関しても、冷却用フィ
ン間隔や吸気／排気流路の最適化等により改善すること
が可能である。

【００４０】上例では、中央に排気口７を形成し、両側
に吸気口６〔６Ａ，６Ｂ〕を形成した構成としたが、そ
の他、同一の面において一方の側に吸気口６を形成し、
他方の側に排気口７を形成して、いわゆるＵ字型通気路
を形成するようにした構成とすることもできる。

【００４１】圧電素子としては、２枚の圧電板を用いて
バイモルフ構造に形成し、大きな振幅を得るようにした
が、基本的にはバイモルフ構造、モノモルフ構造のいず
れの構成でも使用可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明に係る圧電ファンによれば、十分
な冷却性能を有し、且つ動作時の騒音を低減することが
できる。本圧電ファンは、排気口が形成される面と同一
面に吸気口を有するので、吸気口及び排気口を同一面に
しかも隣り合った部分に設置することが可能となり、冷
却対象機器の設計自由度を高めることが可能となる。ま
た、冷却対象機器においては、本圧電ファン以外の部分
は完全密閉構造にすることが可能となり、耐水性、防塵
性等に優れた機器の設計が可能である。例えば、仮に機
器を水中におとした場合でも、機器内部への被害は最小
限に押え、浸水した圧電ファンのみを交換するだけで修
理が可能となる。

【００４３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電ファンの一実施の形態を示す
構成図である。

【図２】本発明に係る圧電素子を含むファン本体の一実
施の形態を示す概略構成図である。

【図３】本発明に係る圧電素子を含むファン本体の他の
実施の形態を示す概略構成図である。

【図４】本発明に係る圧電ファンを冷却対象機器に実装
した例を示す斜視図である。

【図５】本発明に係る圧電ファンの動作、特に空気の流
れの説明に供する圧電ファンの断面図である。

【図６】本発明に係るファン本体の発風原理を示す斜視
図である。

【図７】本発明に係るファン本体による疎密波（音波）
の発生を示す斜視図である。

【図８】本発明に係るファン本体を従来のファンケース
に収めた構成を示す説明図であある。

【図９】図８の圧電ファンより発生する騒音の測定切名
に供する説明図である。

【図１０】図８の圧電ファンより発生する騒音波形を示
す波形図である。

【図１１】本発明による騒音の打ち消し効果の説明に供
する斜視図である。

【図１２】本発明に係る圧電ファンの吸気／排気と騒音
放射を表す斜視図である。

【図１３】本発明に係る圧電ファンの基本構造を示すカ
バー体を外した状態の上面図である。

【図１４】圧電ファンの発風振動子の後方部に生じる音
波の反射を説明する説明図である。

【図１５】Ａ〜Ｃ圧電ファンの発風振動子の後方に生
じる音波の反射を防止する手段を設けた本発明に係る圧
電ファンの他の実施の形態を示す構成図である。

【図１６】冷却対象機器の熱源が圧電ファンと異なる位
置にある場合の放熱対策を示す機器の構成図である。

【図１７】本発明に係る圧電ファンの他の実施の形態を
示す構成図である。

【図１８】比較測定に用いた従来型の圧電ファンの構成
図である。

【図１９】比較測定に用いた本発明の圧電ファンの構成
図である。

【図２０】騒音測定方法の説明に供する説明図である。

【図２１】冷却性能を測定するに用いる熱抵抗評価用の
治具を示す構成図である。

【図２２】本発明の圧電ファンと従来型の圧電ファンの
冷却性能の測定結果を示す表図である。

【図２３】Ａ〜Ｃ従来の冷却ファンの例を示す概略構
成図である。

【符号の説明】

１・・・圧電ファン、２・・・ファンケース、３・・・
圧電素子、３Ａ，３Ｂ・・・圧電板、４・・・発風振動
子、５・・・ファン本体、６〔６Ａ，６Ｂ〕・・・吸気
口、７・・・排気口、８・・・ケース本体、９・・・カ
バー体、１１・・・振動板、１２・・・発風板、１３・
・・電源回路、１４・・・冷却フィン、１５・・・固定
部、１６・・・音叉型のファン本体、１７〔１７Ａ，１
７Ｂ〕・・・弾性板、１８〔１８Ａ，１８Ｂ〕・・・発
風板、１９・・・スペーサ、２０・・・ダミー圧電素
子、４３・・・くさび状の波型壁面、４４・・・吸音部
材、４５・・・Ｒ屈曲壁面、４７・・・熱源、４８・・
・ヒートパイプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子を含む発風振動子を有し、排気
口と吸気口とが同一の面に設けられて成ることを特徴と
する圧電ファン。
【請求項２】前記排気口と吸気口が互いに発生する逆
相の音波の干渉をし得る位置に配置されて成ることを特
徴とする請求項１記載の圧電ファン。
【請求項３】前記排気口の両側に前記吸気口が配置さ
れて成ることを特徴とする請求項２記載の圧電ファン。
【請求項４】前記吸気口及び排気口以外が密閉されて
成ることを特徴とする請求項１、２又は３記載の圧電フ
ァン。