JPH08330488A - 圧電ファン付きヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 板状圧電素子を含んで構成された圧電ファン
がヒートシンクフィン間に配設されている圧電ファン付
きヒートシンク。 【効果】 この圧電ファンに適切な周波数の交流電圧を
印加することにより圧電素子に屈曲振動を発生させて風
を起こすことができ、前記圧電ファン付きヒートシンク
を強制的に空冷することができる。この際に印加する交
流電圧は、通常、周波数を２０ｋＨｚ以上に設定した場
合、人間に聞こえる騒音を発生させず、その消費電力を
低く抑えることができる。また、交流電圧の周波数を２
０Ｈｚ〜２０ｋＨｚに設定した場合、人間の最小可聴限
以下の音圧に抑えることにより騒音を低くすることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電ファン付きヒートシ
ンクに関し、より詳細には圧電式振動板をヒートシンク
フィン間に配した放熱性に優れた圧電ファン付きヒート
シンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】大量の情報を高速に処理する必要から情
報処理装置の主体を構成する半導体装置はその高集積化
が進み、ＬＳＩやＶＬＳＩが実用化されている。このよ
うな半導体装置の集積化は単位素子の小型化により実現
されているため、集積度が向上するのに比例して発熱量
も増大し、半導体チップを通常の方法で配設したのみで
は、発熱により半導体装置が正常に作動しなくなる場合
も考えられるようになってきている。そこで、このよう
な半導体装置用のパッケージとして、例えば熱伝導性に
優れた放熱板を備えたパッケージや、ヒートシンクを備
えたパッケージが用いられており、なかでもヒートシン
クを備えたパッケージは、より大きな放熱性が要求され
る用途に用いられている。

【０００３】ヒートシンクによる放熱の方法としては、
例えばモーター駆動ファンを用いて放熱フィン表面に送
風することにより冷却する空冷方式、例えばｐ型半導体
とｎ型半導体が金属片を介して接合された構造のペルチ
ェ効果素子等の熱電子冷却素子を駆動させることにより
放熱する方式、ヒートシンク中にシリコンオイル等の液
体を流通させることにより冷却する液体冷却方式等が挙
げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
ー駆動ファンを用いて空冷する場合、送風にヒートシン
クとほぼ同じサイズのモーター駆動ファンを用いるた
め、風速を大きくしようとすると駆動音が大きくなるこ
とから、オフィス用等に使用する場合には１ｍ／ｓｅｃ
程度の風速が限界であり、従ってこのようなモーター駆
動ファンを用いたヒートシンクでは、半導体装置の冷却
能力に限界があるという課題があった。

【０００５】また冷却素子を使用する場合には、前記ペ
ルチェ効果素子に電流を流すことにより冷却効果を得る
ことができ、その冷却効果は非常に大きいことが知られ
ているが、一方その消費電力も大きく、前記ペルチェ効
果素子自体を製造するコストも高くなる等多くの課題を
抱えている。

【０００６】さらに液体による冷却では、ヒートシンク
中に液体を流通させる必要があるため、密閉構造をとる
必要があり、また冷媒を循環させるための装置が必要と
なる等、装置が大がかりになるため高価なものになると
いう課題があり、通常のパソコンやオフコン等には使用
されていない。

【０００７】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、騒音等を発生せず、また従来のモーター駆動
ファン付きヒートシンクやペルチェ効果素子等に比べて
消費電力の少ないヒートシンクを提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る圧電ファン付きヒートシンクは、板状圧
電素子を含んで構成された圧電ファンがヒートシンクフ
ィン間に配設されていることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記した構成の圧電ファン付きヒートシンクに
よれば、板状圧電素子を含んで構成された圧電ファンが
ヒートシンクフィン間に配設されているので、この圧電
ファンに適切な周波数の交流電圧が印加されると圧電素
子に屈曲振動が発生し、前記屈曲振動に起因して前記板
状圧電素子を含んで構成された圧電ファンにより風が起
こされ、前記圧電ファン付きヒートシンクが強制的に空
冷される。この際に印加される交流電圧の周波数が２０
ｋＨｚ以上に設定された場合、圧電ファンの振動自体も
２０ｋＨｚ以上となり、人間に聞こえる騒音を発生せ
ず、印加される交流電圧の周波数が人間の可聴周波数範
囲である２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚに設定された場合でも、
人間に聞こえない最小可聴限以下の音圧に抑えることに
より騒音が低く抑えられる。また、圧電素子を駆動させ
るための電力が少なくて済むため、消費電極も低く抑え
られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係る圧電ファン付きヒートシ
ンクの実施例を図面に基づいて説明する。

【００１１】図１は実施例に係る圧電ファン付きヒート
シンクを模式的に示した斜視図であり、図２は前記圧電
ファン付きヒートシンクを模式的に示した側面図であ
り、図３は前記圧電ファン付きヒートシンクの一部の配
線を概略的に示した配線図である。

【００１２】図１及び図２に示したように、矩形形状の
固定枠１３内に互いに平行に数枚の支持梁１２が配設さ
れ、それぞれの支持梁１２に２枚の板状圧電素子１１で
挟まれたリン青銅板１６（以下、２枚の板状圧電素子１
１とリン青銅板１６とを含めて圧電ファン１７と記す）
が直線状に配列されて垂下されている。一方、下方に位
置するヒートシンク１４は、パッケージ又は放熱板と接
着する板状部材１４ａと、この板状部材１４ａに一定間
隔で互いに平行に形成された板状のフィン１４ｂとによ
り構成されており、直線状に配列された一群の圧電ファ
ン１７は、この板状のフィン１４ｂの間にフィン１４ｂ
と接触しないように配設されている。また、支持梁１２
が配設された固定枠１３はヒートシンク１４に支柱１５
を用いて固定されている。

【００１３】図２に示したように、圧電ファン１７は２
枚の板状圧電素子１１及びリン青銅板１６より構成され
ているが、この板状圧電素子１１は主面に対して垂直に
分極処理がなされ、両主面の全面に電極が形成されてい
る。また、２枚の板状圧電素子１１の分極の方向は同一
である。このように２枚の板状圧電素子１１の間にリン
青銅１６を挟むことによりバイモルフ素子が構成され、
図３に示したように、圧電ファン１７を構成する板状圧
電素子１１の両外側の電極からの配線が回路の一端に接
続され、リン青銅板１６に接続された配線が回路の他端
に接続され、リン青銅板１６から両側の板状圧電素子１
１に、又は両側の板状圧電素子１１から中央のリン青銅
板１６に電流が流れるようになっている。また、一群の
圧電ファン１７同士は並列に接続されている。いずれの
支持梁１２に垂下された一群の圧電ファン１７について
も、その配線構造は同様である。

【００１４】従って、これらの配線に交流電圧を印加す
ると、板状圧電素子１１が屈曲振動を起こし、これによ
り２枚の板状圧電素子１１に挟まれたリン青銅板１６も
同様に屈曲運動を行うことになるが、圧電ファン１７の
上部は支持梁１２に固定されており、またリン青銅板１
６は金属であるので、板状圧電素子１１の屈曲振動がリ
ン青銅板１６により拡大されてリン青銅板１６は大きく
左右に往復運動することになり、この運動により風が起
こされ、ヒートシンク１４が空冷されることになる。ま
た、圧電ファン１７に印加する交流の周波数を２０ｋＨ
ｚ以上とすることにより、人間の耳に聞こえる音波は発
生しないため、騒音が発生しない。また、交流電圧の周
波数を２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚにする場合、人間の最小可
聴限以下の音圧に抑えることにより騒音を低くすること
ができる。

【００１５】また、圧電ファン１７に流す電流は小さく
て済むため、実施例に係る圧電ファン１７を駆動させて
も電力を余り消費せず、ランニングコストを低く抑える
ことができる。

【００１６】板状圧電素子１１の材質は特に限定される
ものではなく、通常、圧電素子として使用される材料で
あればどのようなものでもよいが、例えばＰｂＴｉＯ₃
−ＰｂＺｒＯ₃ を基本とする３成分系の圧電材料等が挙
げられる。板状圧電素子１１の寸法は縦が１０〜２０ｍ
ｍ程度、横が４〜８ｍｍ程度、厚さが０．２〜０．６ｍ
ｍ程度が好ましい。また、板状圧電素子１１に挟まれた
リン青銅板１６の寸法は、リン青銅板１６が板状体の場
合、縦が１５〜３０ｍｍ程度、横が４〜８ｍｍ程度、厚
さが０．１〜０．３ｍｍ程度が好ましい。リン青銅板１
６の板状圧電素子１１に挟まれていない部分は、必ずし
も板状である必要はなく、空気の対流を良好に起こすこ
とができる形状であれば、例えば扇風機の羽根に似たよ
う形状や縦断面が台形形状をしていてもよい。

【００１７】本実施例では、板状圧電素子１１に挟む金
属板としてリン青銅が用いられているが、この金属板は
導電性があるものであれば、例えば銅、アルミニウムで
あってもよい。

【００１８】また、ヒートシンク１４の材質は、熱伝導
性のよいものが好ましく、例えばアルミニウム、銅、窒
化アルミニウム等が挙げられ、固定枠１３や支持梁１２
の材質も特に限定されるものではなく、通常使用される
金属や樹脂等であればよい。

【００１９】この実施例に係る圧電ファン付きヒートシ
ンクの寸法としては、縦が３０〜８０ｍｍ程度、横が３
０〜８０ｍｍ程度、高さが１５〜４０ｍｍ程度が好まし
い。実施例に係る圧電ファン付きヒートシンクは、接着
材や所定の金具等によりパッケージの放熱板等に密着す
るように取り付ければよい。

【００２０】本実施例では、圧電ファンは上記のような
構成をなっているが、別の実施例においては、リン青銅
の片面にのみ板状圧電素子を貼り合わせたユニモルフ素
子であってもよい。

【００２１】また、本実施例では、配線を支持梁１２の
内部に通したが、別の実施例においては、支持梁１２の
回りに接着させて配線してもよい。

【００２２】図４はさらに別の実施例に係る圧電ファン
付きヒートシンクを模式的に示した平面図である。

【００２３】板状のフィン１４ｂが形成されたヒートシ
ンク１４、固定枠１３、支持梁１２等の構成は、図１〜
３に示した上記実施例に係る圧電ファン付きヒートシン
クと変わらないが、圧電ファン２１の配列の様子が異な
る。すなわち、一つの支持梁１２に一群の圧電ファン２
１が垂下されているが、上記実施例の場合と異なり支持
梁１２に対して斜めの方向に垂下されている。また、一
群の圧電ファン２１同士は互いに平行に配列されてい
る。

【００２４】このような構成とすることにより、起こさ
れた風がヒートシンク１４の板状のフィン１４ｂに対し
て斜めに当たるため、スムーズな空気の流通が生じ易
く、より効率的に冷却することができる。

【００２５】このように、圧電ファン２１の形状とその
向きを調整することにより、空気のスムーズな流通が確
保され、より冷却効果が大きくなる。

【００２６】以上説明したように実施例に係る圧電ファ
ン付きヒートシンクにあっては、固定枠１３内に平行に
配設された複数の支持梁１２に一群の圧電ファン１７、
２１が垂下され、またこの一群の圧電ファン１７、２１
はヒートシンク１４に形成された板状のフィン１４ｂ間
に配設されているので、この圧電ファン付き１７、２１
に交流電圧を印加することにより板状圧電素子１１に屈
曲振動を発生させ、これによりリン青銅板１６にもより
大きな往復運動を発生させて風を起こすことができ、前
記圧電ファン付きヒートシンクを強制的に空冷すること
ができる。この際に印加する交流電圧は、周波数を２０
ｋＨｚ以上に設定した場合、人間に聞こえる騒音を発生
させず、またモーター駆動ファン付きヒートシンクやペ
ルチェ効果素子を用いたヒートシンクに比べて、その消
費電力を低く抑えることができる。また、交流電圧の周
波数を２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚに設定した場合、人間の最
小可聴限以下の音圧に抑えることにより騒音を低くする
ことができる。

【００２７】また、板状圧電素子１１そのものの屈曲変
位を大きくとる必要はないので、振動による板状圧電素
子１１の疲労が少なく、耐久性に優れる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る圧電フ
ァン付きヒートシンクにあっては、板状圧電素子を含ん
で構成された圧電ファンがヒートシンクフィン間に配設
されているので、この圧電ファンに適切な周波数の交流
電圧を印加することにより圧電素子に屈曲振動を発生さ
せることができ、前記屈曲振動に起因する前記板状圧電
素子を含んで構成された圧電ファン風を起こさせ、前記
圧電ファン付きヒートシンクを強制的に空冷することが
できる。この際に印加する交流電圧は、通常、周波数を
２０ｋＨｚ以上に設定した場合、人間に聞こえる騒音を
発生させず、その消費電力を低く抑えることができる。
また、交流電圧の周波数を２〜２０ｋＨｚに設定した場
合、人間の最小可聴限以下の音圧に抑えることにより騒
音を低くすることができる。

【００２９】また、板状圧電素子そのものの屈曲変位を
大きくとる必要はないので、振動による板状圧電素子の
疲労を少なくして、耐久性に優れたものとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る圧電ファン付きヒートシンクを模
式的に示した斜視図である。

【図２】実施例に係る圧電ファン付きヒートシンクを模
式的に示した側面図である。

【図３】実施例に係る圧電ファン付きヒートシンクの配
線の一部を概略的に示した配線図である。

【図４】別の実施例に係る圧電ファン付きヒートシンク
を模式的に示した平面図である。

【符号の説明】

１１ 板状圧電素子 １４ ヒートシンク １７、２１ 圧電ファン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状圧電素子を含んで構成された圧電フ
   ァンがヒートシンクフィン間に配設されていることを特
   徴とする圧電ファン付きヒートシンク。