(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】アクチュエータ、冷却システムおよび熱発生構造を冷却する方法
(51)【国際特許分類】
B06B 1/06 20060101AFI20231205BHJP
【ＦＩ】
B06B1/06
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021570872
(86)(22)【出願日】2020-10-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-03
(86)【国際出願番号】 US2020057760
(87)【国際公開番号】W WO2021112977
(87)【国際公開日】2021-06-10
【審査請求日】2021-11-29
(31)【優先権主張番号】62/945,001
(32)【優先日】2019-12-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/915,912
(32)【優先日】2020-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/023,215
(32)【優先日】2020-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521496984
【氏名又は名称】フロー・システムズ・インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｆｒｏｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】マクンダン・ヴィクラム
(72)【発明者】
【氏名】ガンティ・スリャプラカシュ
(72)【発明者】
【氏名】ヤラマーシー・アナンス・サラン
(72)【発明者】
【氏名】マダヴァペディー・セシャジリ・ラオ
(72)【発明者】
【氏名】サティヤマーシー・プラブ
【審査官】津久井 道夫
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－０２９７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３２３８８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２２３８１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２６３８３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１３０１９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０６Ｂ １／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アクチュエータであって、固定領域と片持ちアーム部とを含む冷却素子を備え、前記固定領域はアンカによって固定されており、前記固定領域および前記片持ちアーム部は一体に構成されており、前記冷却素子は、前記冷却素子に取り付けられまたは一体化された圧電体によって駆動され、前記片持ちアーム部は前記固定領域から外向きに伸びており、
前記片持ちアーム部は、
前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有するステップ領域と、
前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する延長領域と、
前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有する外側領域と、を備える、アクチュエータ。
【請求項2】
請求項１に記載のアクチュエータであって、前記片持ちアーム部は、さらに、前記ステップ領域と前記延長領域との間に追加ステップ領域を備え、
前記追加ステップ領域は、前記ステップ厚さよりも薄く、前記延長厚さよりも厚い追加ステップ厚さを有する、アクチュエータ。
【請求項3】
請求項１に記載のアクチュエータであって、前記外側厚さは、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下だけ前記延長厚さよりも厚く、前記外側領域は、１００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅を有し、前記延長領域は、前記ステップ領域から外向きに伸びる０．５ミリメートル以上かつ１．５ミリメートル以下の長さを有する、アクチュエータ。
【請求項4】
請求項１に記載のアクチュエータであって、前記片持ちアーム部は、少なくとも１つの凹部領域を含む前記ステップ領域、少なくとも１つの凹部領域を含む前記延長領域、および、少なくとも１つの凹部領域を含む前記外側領域の少なくともいずれか一つを含む、アクチュエータ。
【請求項5】
請求項４に記載のアクチュエータであって、前記少なくとも１つの凹部領域の１つの凹部領域は、前記１つの凹部領域の幅が前記固定領域からの距離と共に増大するようなテーパを含む、アクチュエータ。
【請求項6】
請求項５に記載のアクチュエータであって、前記テーパは、線形テーパ、二次テーパ、および、三次テーパから選択される、アクチュエータ。
【請求項7】
請求項４に記載のアクチュエータであって、さらに、前記少なくとも１つの凹部領域の１つの凹部領域が前記アクチュエータの内部に存在するように構成されているカバーを備える、アクチュエータ。
【請求項8】
請求項１に記載のアクチュエータであって、さらに、前記片持ちアーム部と反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアーム部を備え、
前記追加片持ちアーム部は、
前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有する追加ステップ領域と、
前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有する追加延長領域と、
前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有する追加外側領域と、
を備える、アクチュエータ。
【請求項9】
冷却システムであって、アンカと、
固定領域および片持ちアーム部を備えている冷却素子と、
を備え、
前記固定領域は、前記アンカによって固定され、前記固定領域および前記片持ちアーム部は一体に構成されており、前記冷却素子は、前記冷却素子に取り付けられまたは一体化された圧電体によって駆動され、前記片持ちアーム部は、前記固定領域から外向きに伸び、
前記片持ちアーム部は、
前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有するステップ領域と、
前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する延長領域と、
前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有する外側領域と、
を備え、
前記冷却素子は、流体を熱発生構造に向かって駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている、冷却システム。
【請求項10】
請求項９に記載の冷却システムであって、前記片持ちアーム部は、さらに、前記ステップ領域と前記延長領域との間に追加ステップ領域を備え、
前記追加ステップ領域は、前記ステップ厚さよりも薄く、前記延長厚さよりも厚い追加ステップ厚さを有する、冷却システム。
【請求項11】
請求項９に記載の冷却システムであって、前記片持ちアーム部は、少なくとも１つの凹部領域を含む前記ステップ領域、少なくとも１つの凹部領域を含む前記延長領域、および、少なくとも１つの凹部領域を含む前記外側領域の内の少なくともいずれか一つを含む、冷却システム。
【請求項12】
請求項１１に記載の冷却システムであって、前記冷却素子は、さらに、前記少なくとも１つの凹部領域の１つの凹部領域が前記冷却素子の内部に存在するように構成されているカバーを備える、冷却システム。
【請求項13】
請求項９に記載の冷却システムであって、前記冷却素子は、さらに、前記片持ちアーム部と反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアーム部を備え、
前記追加片持ちアーム部は、
前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有する追加ステップ領域と、
前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有する追加延長領域と、
前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有する追加外側領域と、を備える、冷却システム。
【請求項14】
請求項１３に記載の冷却システムであって、さらに、複数のオリフィスを有するオリフィスプレートを備え、
前記オリフィスプレートは、前記冷却素子と前記熱発生構造との間に配置されている、冷却システム。
【請求項15】
請求項１４に記載の冷却システムであって、さらに、複数のセル壁を備え、
前記複数のセル壁は、前記複数のセル壁の一部と前記冷却素子との間に上部チャンバが形成され、前記複数のセル壁、前記オリフィスプレート、および、前記冷却素子の間に下部チャンバが形成されるように構成されており、前記上部チャンバは、前記下部チャンバと流体連通している、冷却システム。
【請求項16】
熱発生構造を冷却する方法であって、ある周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動することを備え、
前記冷却素子は、固定領域および片持ちアーム部を備え、前記固定領域および前記片持ちアーム部は一体に構成されており、前記片持ちアーム部は、前記固定領域から外向きに伸び、前記片持ちアーム部は、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を備え、前記ステップ領域は、前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有し、前記延長領域は、前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有し、前記外側領域は、前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有し、前記冷却素子は、流体を熱発生構造に向かって駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている、方法。
【請求項17】
請求項１６に記載の方法であって、前記駆動することは、さらに、実質的に前記片持ちアーム部の構造共振周波数で前記冷却素子を駆動することを含む、方法。
【請求項18】
請求項１７に記載の方法であって、前記駆動することは、さらに、実質的に流体共振周波数で前記冷却素子を駆動することを含む、方法。
【請求項19】
請求項１６に記載の方法であって、前記冷却素子は、前記片持ちアーム部と反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアーム部を備え、前記追加片持ちアーム部は、追加ステップ領域、追加延長領域、および、追加外側領域を備え、前記追加ステップ領域は、前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有し、前記追加延長領域は、前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有し、前記追加外側領域は、前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有し、
前記方法は、さらに、前記周波数で前記追加片持ちアーム部を駆動することを備える、方法。
【請求項20】
請求項１９に記載の方法であって、前記駆動の前記周波数は、実質的に、前記追加片持ちアーム部の追加構造共振周波数と、流体共振周波数と、の内の少なくとも一方である、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
他の出願の相互参照
本願は、係属中の２０２０年６月２９日出願の米国特許出願第１６／９１５，９１２号「ＣＥＮＴＲＡＬＬＹ ＰＩＮＮＥＤ ＭＥＭＳ－ＢＡＳＥＤ ＰＩＥＺＥＯＥＬＣＴＲＩＣ ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ」の一部継続出願であり、その出願は、２０１９年１２月６日出願の米国仮特許出願第６２／９４５，００１号「ＣＥＮＴＲＡＬＬＹ ＡＮＣＨＯＲＥＤ ＭＥＭＳ－ＢＡＳＥＤ ＡＣＴＩＶＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ」に基づく優先権を主張し、これら双方は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本願は、係属中の２０２０年６月２９日出願の米国特許出願第１６／９１５，９１２号「ＣＥＮＴＲＡＬＬＹ ＰＩＮＮＥＤ ＭＥＭＳ－ＢＡＳＥＤ ＰＩＥＺＥＯＥＬＣＴＲＩＣ ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ」の一部継続出願であり、その出願は、２０１９年１２月６日出願の米国仮特許出願第６２／９４５，００１号「ＣＥＮＴＲＡＬＬＹ ＡＮＣＨＯＲＥＤ ＭＥＭＳ－ＢＡＳＥＤ ＡＣＴＩＶＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ」に基づく優先権を主張し、これら双方は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
コンピュータデバイスが、速度および演算算能力を増すにつれて、コンピュータデバイスによって発せられる熱も増大する。様々なメカニズムが、熱の発生に対処するために提案されてきた。アクティブな装置（ファンなど）が、大型のコンピュータデバイス（ラップトップコンピュータまたはデスクトップコンピュータなど）に空気を通すために利用されうる。パッシブな冷却装置（ヒートスプレッダなど）が、より小型のモバイルコンピュータデバイス（スマートフォン、仮想現実デバイス、および、タブレットコンピュータなど）で利用されうる。しかしながら、かかるアクティブな装置およびパッシブな装置は、モバイルデバイス（スマートフォンなど）を十分に冷却できない場合がある。したがって、コンピュータデバイスのためのさらなる冷却ソリューションが望まれている。
【図面の簡単な説明】
【0003】
以下の詳細な説明および添付の図面において、本発明の様々な実施形態を開示する。
【0004】
【図1A】改良アクチュエータを備えたアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【図1B】改良アクチュエータを備えたアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【図1C】改良アクチュエータを備えたアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【図1D】改良アクチュエータを備えたアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【図1E】改良アクチュエータを備えたアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【図1F】改良アクチュエータを備えたアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【0005】
【図2A】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態について性能指標を示す図。
【図2B】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態について性能指標を示す図。
【図2C】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態について性能指標を示す図。
【図2D】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態について性能指標を示す図。
【図2E】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態について性能指標を示す図。
【0006】
【図3A】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態を示す図。
【図3B】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態を示す図。
【図3C】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態を示す図。
【図3D】中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システムで利用できるアクチュエータの実施形態を示す図。
【0007】
【0008】
【図5】改良アクチュエータの実施形態を示す図。
【0009】
【0010】
【図7】改良アクチュエータの実施形態を示す図。
【図8】改良アクチュエータの実施形態を示す図。
【図9】改良アクチュエータの実施形態を示す図。
【図10】改良アクチュエータの実施形態を示す図。
【図11】改良アクチュエータの実施形態を示す図。
【図12】改良アクチュエータの実施形態を示す図。
【図13】改良アクチュエータの実施形態を示す図。
【0011】
【0012】
【図15A】タイルとして構成された複数の冷却セルを備え改良アクチュエータを利用するアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【図15B】タイルとして構成された複数の冷却セルを備え改良アクチュエータを利用するアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【0013】
【図16】複数の冷却セルを備えたアクティブ冷却システムの実施形態を示す図。
【0014】
【図17】アクチュエータを駆動するための技術の実施形態を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明は、処理、装置、システム、物質の組成、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体上に具現化されたコンピュータプログラム製品、および／または、プロセッサ（プロセッサに接続されたメモリに格納および／またはそのメモリによって提供される命令を実行するよう構成されたプロセッサ）を含め、様々な形態で実施されうる。本明細書では、これらの実施例または本発明が取りうる任意の他の形態が、技術と呼ばれうる。一般に、開示されている処理の工程の順序は、本発明の範囲内で変更されてもよい。特に言及しない限り、タスクを実行するよう構成されるものとして記載されたプロセッサまたはメモリなどの構成要素は、或る時間にタスクを実行するよう一時的に構成された一般的な構成要素として、または、タスクを実行するよう製造された特定の構成要素として実装されてよい。本明細書では、「プロセッサ」という用語は、１または複数のデバイス、回路、および／または、コンピュータプログラム命令などのデータを処理するよう構成された処理コアを指すものとする。
【0016】
以下では、本発明の原理を示す図面を参照しつつ、本発明の１または複数の実施形態の詳細な説明を行う。本発明は、かかる実施形態に関連して説明されているが、どの実施形態にも限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものであり、本発明は、多くの代替物、変形物、および、等価物を含む。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細事項が記載されている。これらの詳細事項は、例示を目的としたものであり、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも特許請求の範囲に従って実施可能である。簡単のために、本発明に関連する技術分野で周知の技術事項については、本発明が必要以上にわかりにくくならないように、詳細には説明していない。
【0017】
半導体デバイスが、ますますパワフルになるにつれて、動作中に発せられる熱も増大する。例えば、モバイルデバイス（スマートフォン、タブレットコンピュータ、ノートブック、および、仮想現実デバイスなど）用のプロセッサは、高クロック速度で動作するが、かなりの量の熱を発生しうる。発生する熱の量のため、プロセッサは、比較的短期間しか最高速度で動作できない。この期間が経過した後、スロットリング（例えば、プロセッサのクロック速度の減速）が起きる。スロットリングは、熱の発生を低減できるが、プロセッサの速度ひいてはプロセッサを利用する機器の性能に悪影響を与える。技術が５Ｇ以降の世代に移行すると、この問題は、悪化すると予想される。
【0018】
より大型のデバイス（ラップトップまたはデスクトップコンピュータなど）は、回転翼を有する電動ファンを備える。ファンは、内部の構成要素の温度上昇に応じて給電されうるファンである。ファンは、より大型のデバイスを通して空気を駆動することで、内部の構成要素を冷却する。しかしながら、かかるファンは、典型的に、モバイルデバイス（スマートフォンなど）にとって、または、より薄いデバイス（タブレットコンピュータなど）にとって、大きすぎる。ファンは、空気の境界層が構成要素の表面に存在して、冷却したい高温表面における空気流の空気速度を制限することから、有効性が制限され、また、過剰な量のノイズを発生しうる。パッシブな冷却ソリューションは、熱交換器に熱を伝達するために、ヒートスプレッダならびにヒートパイプまたはベイパーチャンバなどの構成要素を含む。ヒートスプレッダは、ホットスポットでの温度上昇をいくぶん緩和するが、現在および将来のデバイスで発生する熱の量に十分に対処することができない。同様に、ヒートパイプまたはベイパーチャンバは、発生した過剰な熱を除去するのに十分な量の熱伝達を提供できない。したがって、比較的小型のモバイルデバイスおよび比較的大型のデバイスで利用できる冷却ソリューションが望まれている。
【0019】
冷却システムの文脈で記載されているが、本明細書に記載の技術および／または装置は、その他の応用例で用いられてもよい。例えば、アクチュエータが、他の応用例で用いられてもよい。さらに、装置は、中央を固定されたアクチュエータ（すなわち、冷却素子）の文脈で記載されている。しかしながら、いくつかの実施形態において、アクチュエータは、端部に沿って固定されてもよい。いくつかのかかる実施形態において、アクチュエータの一部（例えば、半分）のみが利用されてよい。
【0020】
冷却システムで利用可能なアクチュエータについて説明する。アクチュエータは、固定領域および片持ちアームを備える。片持ちアームは、固定領域から外向きに伸びている。片持ちアームは、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を備える。ステップ領域は、固定領域から外向きに伸びており、ステップ厚さを有する。延長領域は、ステップ領域から外向きに伸びており、ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する。外側領域は、延長領域から外向きに伸びており、延長厚さよりも厚い外側厚さを有する。いくつかの実施形態において、外側厚さは、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下だけ延長厚さよりも厚い。外側領域は、１００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅を有してよい。延長領域は、いくつかの実施形態において、ステップ領域から外向きに伸びる０．５ミリメートル以上かつ１．５ミリメートル以下の長さを有する。
【0021】
いくつかの実施形態において、片持ちアームは、さらに、ステップ領域と延長領域との間に追加ステップ領域を含む。追加ステップ領域は、ステップ厚さよりも薄く、延長厚さよりも厚い追加ステップ厚さを有する。
【0022】
いくつかの実施形態において、アクチュエータのステップ領域、延長領域、および、外側領域の内の少なくとも１つが、１または複数の凹部を含む。凹部は、凹部の幅が固定領域からの距離と共に増大するようなテーパを含む。例えば、テーパは、線形テーパ、二次テーパ、および、三次テーパから選択されてよい。その他のテーパも可能である。いくつかの実施形態において、アクチュエータは、凹部がアクチェータの内部に存在するように構成されているカバーを備える。
【0023】
いくつかの実施形態において、アクチュエータは、追加片持ちアームを備える。追加片持ちアームは、片持ちアームと反対側で固定領域から外向きに伸びている。追加片持ちアームは、追加ステップ領域、追加延長領域、および、追加外側領域を備える。追加ステップ領域は、追加ステップ厚さを有する。追加延長領域は、追加ステップ領域から外向きに伸びており、追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有する。追加外側領域は、追加延長領域から外向きに伸びており、追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有する。
【0024】
アクチュエータは、冷却システムにおいて冷却素子として利用可能である。冷却システムは、アンカおよびアクチュエータを備える。冷却素子（すなわち、アクチュエータ）は、固定領域でアンカに固定されている。冷却素子は、熱発生構造に向かって流体を駆動するために、作動された時に振動運動するよう構成されている。いくつかの実施形態において、冷却システムは、オリフィスを有するオリフィスプレートを備える。オリフィスプレートは、冷却素子と熱発生構造との間に配置されている。いくつかの実施形態において、冷却システムは、上部チャンバが、複数のセル壁の一部と冷却素子との間に形成され、下部チャンバが、複数のセル壁、オリフィスプレート、および、冷却素子の間に形成されるように構成されているセル壁を備える。上部チャンバは、下部チャンバと流体連通している。
【0025】
いくつかの実施形態において、熱発生構造を冷却するための方法が記載されている。方法は、或る周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動する工程を備える。冷却素子は、いくつかの実施形態において、本明細書に記載のアクチュエータである。いくつかの実施形態において、冷却素子は、実質的に片持ちアームの構造共振周波数で駆動される。いくつかの実施形態において、冷却素子は、流体共振周波数またはそれに近い周波数で駆動される。
【0026】
図１Ａ～図１Ｆは、熱発生構造１０２と共に利用可能であり、中央を固定された冷却素子１２０を備えたアクティブ冷却システム１００の実施形態例を示す図である。明確にするために、特定の構成要素だけが図示されている。図１Ａ～図１Ｆは、正確な縮尺ではない。対称に図示されているが、冷却システム１００は、対称である必要はない。図１Ａおよび図１Ｃ～図１Ｆは、アクチュエータすなわち冷却素子１２０を利用する冷却システムを図示している。図１Ｂは、冷却素子１２０の側面図である。
【0027】
冷却システム１００は、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０と、オリフィス１３２を有するオリフィスプレート１３０と、支持構造（すなわち「アンカ」）１６０と、システム内に形成されたチャンバ１４０および１５０（集合的にチャンバ１４０／１５０）と、を備える。冷却素子１２０は、その中央領域でアンカ１６０によって支持されている。冷却素子の外周の一部（例えば、チップ１２３）に近く、外周の一部を含む冷却素子１２０の領域が、作動時に振動する。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０のチップ１２３は、アンカ１６０から最も遠い外周の部分を含み、冷却素子１２０の作動中に最大のたわみを受ける。明確にするために、冷却素子１２０の１つのチップ１２３のみが、図１Ａで符号を付されている。
【0028】
図１Ａは、中立位置にある冷却システム１００を示している。したがって、冷却素子１２０は、実質的に平坦である様子が示されている。同相動作中、冷却素子１２０は、図１Ｃおよび図１Ｄに示す位置の間で振動するように駆動される。この振動運動は、流体（例えば、空気）をベント１１２に引き込んで、チャンバ１４０および１５０を通過させ、高速および／または高流量でオリフィス１３２から流出させる。例えば、流体が熱発生構造１０２に衝突する速度は、少なくとも３０メートル／秒でありうる。いくつかの実施形態において、流体は、少なくとも４５メートル／秒の速度で熱発生構造１０２に向かうように冷却素子１２０によって駆動される。いくつかの実施形態において、流体は、少なくとも６０メートル／秒の速度で熱発生構造１０２に向かうように冷却素子１２０によって駆動される。その他の速度も、いくつかの実施形態において可能でありうる。また、冷却システム１００は、冷却素子１２０の振動運動によってオリフィス１３２を通してチャンバ１４０／１５０に戻る流体がほとんどまたは全くないように構成されている。
【0029】
熱発生構造１０２は、冷却システム１００によって冷却されることが望ましい。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２は、熱を発生させる。例えば、熱発生構造は、集積回路であってよい。いくつかの実施形態において、熱発生構造１０２は、冷却されることが望ましいが、それ自体は熱を発生しない。熱発生構造１０２は、（例えば、熱を発生させる近くの物体から）熱を伝導してもよい。例えば、熱発生構造１０２は、ヒートスプレッダまたはベイパーチャンバであってよい。したがって、熱発生構造１０２は、プロセッサなどの個々の集積回路構成要素、他の集積回路、ならびに／もしくは、１または複数のチップパッケージを含む半導体構成要素、センサ、光学デバイス、１または複数のバッテリ、コンピュータデバイスなどの電子デバイスのその他の構成要素、ヒートスプレッダ、ヒートパイプ、冷却が望まれるその他の電子構成要素および／またはその他のデバイス、を含みうる。
【0030】
また、冷却システム１００が利用されることが望ましいデバイスは、冷却システムを配置する空間が限られている場合がある。例えば、冷却システム１００は、コンピュータデバイスで用いられてよい。かかるコンピュータデバイスは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、２ｉｎ１ラップトップ、携帯型ゲームシステム、デジタルカメラ、仮想現実ヘッドセット、拡張現実ヘッドセット、複合現実ヘッドセット、および、その他の薄いデバイス、を含みうるが、これらに限定されない。冷却システム１００は、モバイルコンピュータデバイスおよび／または少なくとも１つの寸法で空間が限られているその他のデバイスの中に設置可能な微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）冷却システムであってよい。例えば、冷却システム１００の全体高さ（熱発生構造１０２の上部から上部プレート１１０の上部まで）は、２ミリメートル未満であってよい。いくつかの実施形態において、冷却システム１００の全体高さは、１．５ミリメートル以下であってもよい。いくつかの実施形態において、全体高さは、２５０マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、この全体高さは、１．１ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、全体高さは、１ミリメートル以下である。同様に、オリフィスプレート１３０の底部と熱発生構造１０２の上部との間の距離ｙは、小さくてよい。いくつかの実施形態において、ｙは、２００マイクロメートル以上かつ１ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、ｙは、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下である。したがって、冷却システム１００は、コンピュータデバイスおよび／または少なくとも１つの寸法で空間が限られているその他のデバイスにおいて利用可能である。ただし、空間の制限があまりないデバイスで、および／または、冷却以外の目的で、冷却システム１００を利用することを妨げるものではない。１つの冷却システム１００が図示されているが（例えば、１つの冷却セル）、複数の冷却システム１００が、熱発生構造１０２に関連して利用されてもよい。例えば、一次元アレイまたは二次元アレイの冷却セルが用いられてよい。
【0031】
冷却システム１００は、熱発生構造１０２を冷却するために用いられる流体と連通する。流体は、気体または液体であってよい。例えば、流体は、空気であってよい。いくつかの実施形態において、流体は、冷却システム１００が存在するデバイスの外側からの（例えば、デバイスにおける外部ベントを通して提供された）流体を含む。いくつかの実施形態において、流体は、冷却システムが存在するデバイス内で（例えば、密閉されたデバイス内で）循環する。
【0032】
冷却素子１２０は、アクティブ冷却システム１００の内部を、上部チャンバ１４０および下部チャンバ１５０に分割していると考えることができる。上部チャンバ１４０は、冷却素子１２０、側面、および、上部プレート１１０によって形成されている。下部チャンバ１５０は、オリフィスプレート１３０、側面、冷却素子１２０、および、アンカ１６０によって形成されている。上部チャンバ１４０および下部チャンバ１５０は、冷却素子１２０の外周で接続され、共にチャンバ１４０／１５０（例えば、冷却システム１００の内部チャンバ）を形成している。
【0033】
上部チャンバ１４０のサイズおよび構成は、セル（冷却システム１００）の寸法、冷却素子１２０の運動、および、動作周波数の関数であってよい。上部チャンバ１４０は、高さｈ１を有する。上部チャンバ１４０の高さは、所望の流量および／または速度で、オリフィス１３２を通して下部チャンバ１５０へ流体を駆動するのに十分な圧力を提供するよう選択されてよい。また、上部チャンバ１４０は、冷却素子１２０が作動時に上部プレート１１０に接触しない十分な高さを有する。いくつかの実施形態において、上部チャンバ１４０の高さは、５０マイクルメートル以上かつ５００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、上部チャンバ１４０は、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の高さを有する。
【0034】
下部チャンバ１５０は、高さｈ２を有する。いくつかの実施形態において、下部チャンバ１５０の高さは、冷却素子１２０の運動を許容するのに十分である。したがって、冷却素子１２０のどの部分も、通常動作中にオリフィスプレート１３０に接触しない。下部チャンバ１５０は、一般に、上部チャンバ１４０よりも小さく、オリフィス１３２への流体の逆流を低減するのに役立ちうる。いくつかの実施形態において、下部チャンバ１５０の高さは、（冷却素子１２０の最大たわみ）＋（５マイクロメートル以上かつ１０マイクロメートル以下）である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０のたわみ（例えば、チップ１２３のたわみ）ｚは、１０マイクロメートル以上かつ１００マイクロメートル以下の振幅を有する。いくつかのかかる実施形態において、冷却素子１２０のたわみの振幅は、１０マイクロメートル以上かつ６０マイクロメートル以下である。ただし、冷却素子１２０のたわみの振幅は、冷却システム１００を通した所望の流量および冷却システム１００の構成などの要素に依存する。したがって、下部チャンバ１５０の高さは、一般に、冷却システム１００を通した流量および冷却システム１００のその他の構成要素に依存する。
【0035】
上部プレート１１０は、流体が冷却システム１００に引き込まれる際に通りうるベント１１２を備える。上部ベント１１２は、チャンバ１４０における所望の音圧に基づいて選択されたサイズを有してよい。例えば、いくつかの実施形態において、ベント１１２の幅ｗは、５００マイクロメートル以上かつ１０００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、ベント１１２の幅は、２５０マイクロメートル以上かつ２０００マイクロメートル以下である。図の実施形態において、ベント１１２は、上部プレート１１０の中心に配置された開口部である。別の実施形態において、ベント１１２は、他の場所に配置されてもよい。例えば、ベント１１２は、上部プレート１１０の端部の１つにより近くてもよい。ベント１１２は、円形、長方形、または、その他の形状のフットプリントを有してよい。単一のベント１１２が図示されているが、複数のベントが用いられてもよい。例えば、ベントは、上部チャンバ１４０の縁部に向かってオフセットされてよく、または、上部チャンバ１４０の側面に配置されてよい。上部プレート１１０は実質的に平坦であると図示されているが、いくつかの実施形態において、トレンチおよび／またはその他の構造が、上部チャンバ１４０の構成および／または上部プレート１１０の上方の領域を変更するために、上部プレート１１０に提供されてもよい。
【0036】
冷却素子１２０は、固定領域１２２および片持ちアーム１２１を備える。固定領域１２２は、冷却システム１００内でアンカ１６０によって支持（例えば、所定位置に保持）されている。片持ちアーム１２１は、冷却素子１２０が作動されることに応じて、振動運動を行う。各片持ちアーム１２１は、ステップ領域１２４、延長領域１２６、および、外側領域１２８を備える。明確にするために、片持ちアーム１２１、ステップ領域１２４、延長領域１２６、および、外側領域１２８のみが、図１Ｂで符号を付されている。図１Ａ～図１Ｆに示す実施形態において、固定領域１２２は、中央に配置されている。ステップ領域１２４は、固定領域１２２から外向きに伸びている。延長領域１２６は、ステップ領域１２４から外向きに伸びている。外側領域１２８は、延長領域１２６から外向きに伸びている。他の実施形態において、固定領域１２２が、アクチュエータの一方の端部にあり、外側領域１２８が、反対側の端部にあってもよい。かかる実施形態において、アクチュエータは、端部を固定される。
【0037】
延長領域１２６は、ステップ領域１２４の厚さ（ステップ厚さ）よりも薄く、外側領域１２８の厚さ（外側厚さ）よりも薄い厚さ（延長厚さ）を有する。したがって、延長領域１２６は、凹部になっていると見なされてよい。延長領域１２６は、より大きい下部チャンバ１５０を提供すると見られてもよい。いくつかの実施形態において、外側領域１２８の外側厚さは、ステップ領域１２４のステップ厚さと同じである。いくつかの実施形態において、外側領域１２８の外側厚さは、ステップ領域１２４のステップ厚さとは異なる。外側領域１２８の外側厚さおよびステップ領域１２４のステップ厚さは各々、３２０マイクロメートル以上かつ３６０マイクロメートル以下である。他の実施形態において、その他の厚さも可能である。いくつかの実施形態において、外側厚さは、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下だけ延長厚さよりも厚い。換言すると、ステップ（ステップ厚さおよび延長厚さの差）は、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、外側ステップ（外側厚さおよび延長厚さの差）は、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下である。外側領域１２８は、１００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅ｏを有してよい。延長領域は、いくつかの実施形態において、ステップ領域から外向きに伸びる０．５ミリメートル以上かつ１．５ミリメートル以下の長さｅを有する。いくつかの実施形態において、外側領域１２８は、固定領域１２２からの方向の単位長さあたりの質量が延長領域１２６よりも大きい。この質量の差は、外側領域１２８のより大きいサイズ、冷却素子１２０の部分の間の密度の差、および／または、別のメカニズムに起因してよい。
【0038】
アンカ（支持構造）１６０は、冷却素子１２０の中央部分で冷却素子１２０を支持している。したがって、冷却素子１２０の外周の少なくとも一部は、固定されておらず、自由に振動する。いくつかの実施形態において、アンカ１６０は、冷却素子１２０の中心軸に沿って（例えば、図１Ａ～図１Ｆにおいて紙面と垂直に）伸びている。いくつかの実施形態において、振動する冷却素子１２０の一部（例えば、チップ１２３を含む片持ちアーム１２１）が、片持ち状態で運動する。したがって、冷却素子１２０の片持ちアーム１２１は、蝶の翅に類似した方法で（すなわち、同じ位相で）、および／または、シーソーに類似した方法で（すなわち、異なる位相で）運動してよい。したがって、片持ち状態で振動する冷却素子１２０の片持ちアーム１２１は、いくつかの実施形態では同じ位相で、そして、他の実施形態では異なる位相で振動する。いくつかの実施形態において、アンカ１６０は、冷却素子１２０の軸に沿って伸びていない。かかる実施形態では、冷却素子１２０の外周のすべての部分が、自由に振動する（例えば、クラゲに類似する）。図の実施形態において、アンカ１６０は、冷却素子１２０の底部から冷却素子１２０を支持している。他の実施形態において、アンカ１６０は、別の方法で冷却素子１２０を支持してもよい。例えば、アンカ１６０は、上部から冷却素子１２０を支持してもよい（例えば、冷却素子１２０が、アンカ１６０からぶら下がっている）。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の幅ａは、０．５ミリメートル以上かつ４ミリメートル以下である。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の幅は、２ミリメートル以上かつ２．５ミリメートル以下である。アンカ１６０は、冷却素子１２０の１０パーセント以上かつ５０パーセント以下を占めてよい。
【0039】
冷却素子１２０は、熱発生構造１０２の遠位にある第１側と、熱発生構造１０２の近位にある第２側と、を有する。図１Ａ～図１Ｆに示す実施形態において、冷却素子１２０の第１側は、（上部プレート１１０に近い）冷却素子１２０の上部であり、第２側は、（オリフィスプレート１３０に近い）冷却素子１２０の底部である。冷却素子１２０は、図１Ａおよび図１Ｃ～図１Ｆに示すように、振動運動を行うよう作動される。冷却素子１２０の振動運動は、熱発生構造１０２の遠位の冷却素子１２０の第１側から（例えば、上部チャンバ１４０から）熱発生構造１０２の近位の冷却素子１２０の第２側へ（例えば、下部チャンバへ）流体を駆動する。また、冷却素子１２０の振動運動は、ベント１１２を通して上部チャンバ１４０へ流体を引き込み、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を送り、下部チャンバ１５０からオリフィスプレート１３０のオリフィス１３２を通して流体を駆動する。
【0040】
冷却素子１２０は、冷却素子１２０が振動する際の所望の周波数に依存する長さＬを有する。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の長さは、４ミリメートル以上かつ１０ミリメートル以下である。いくつかのかかる実施形態において、冷却素子１２０は、６ミリメートル以上かつ８ミリメートル以下の長さを有する。冷却素子１２０の奥行き（例えば、図１Ａ～図１Ｆに示す紙面に垂直な奥行き）は、Ｌの４分の１からＬの２倍まで様々であってよい。例えば、冷却素子１２０は、長さと同じ奥行きを有してよい。冷却素子１２０の厚さｔは、冷却素子１２０の構成および／または冷却素子１２０が作動される際の所望の周波数に基づいて、異なってよい。いくつかの実施形態において、８ミリメートルの長さを有し、２０キロヘルツ以上かつ２５キロヘルツ以下の周波数で駆動される冷却素子１２０について、冷却素子の厚さは、２００マイクロメートル以上かつ３５０マイクロメートル以下である。チャンバ１４０／１５０の長さＣは、冷却素子１２０の長さＬに近い。例えば、いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の端部と、チャンバ１４０／５０の壁との間の距離ｄは、１００マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、ｄは、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下である。
【0041】
冷却素子１２０は、上部チャンバ１４０における流体の圧力波の音響共振の共振周波数および冷却素子１２０の構造共振の共振周波数の両方と同じまたは近い周波数で駆動されてよい。振動運動を行う冷却素子１２０の部分は、冷却素子１２０の共振（「構造共振」）でまたはその付近で駆動される。振動を行う冷却素子１２０のこの部分は、いくつかの実施形態において、１または複数の片持ちアーム１２１であってよい。構造共振の振動の周波数は、構造共振周波数と呼ばれている。冷却素子１２０を駆動する際に構造共振周波数を利用することは、冷却システム１００の電力消費を削減する。また、冷却素子１２０および上部チャンバ１４０は、この構造共振周波数が、上部チャンバ１４０を通して駆動される流体中の圧力波における共振（上部チャンバ１４０の音響共振）に対応するように構成されていてよい。かかる圧力波の周波数は、音響共振周波数と呼ばれている。音響共振時に、圧力の節が、ベント１１２の近くで発生し、圧力の腹が、冷却システム１００の外周の近く（例えば、冷却素子１２０のチップ１２３の近く、かつ、上部チャンバ１４０と下部チャンバ１５０との間の接続の近く）で発生する。これらの２つの領域の間の距離は、Ｃ／２である。したがって、Ｃ／２＝ｎλ／４であり、ここで、λは、流体の音波長であり、ｎは、奇数（例えば、ｎ＝１、３、５、など）である。最低次モードに対しは、Ｃ＝λ／２である。チャンバ１４０の長さ（例えば、Ｃ）は、冷却素子１２０の長さに近いので、いくつかの実施形態において、Ｌ／２＝ｎλ／４もほぼ正しく、ここで、λは流体の音波長であり、ｎは奇数である。したがって、冷却素子１２０が駆動される周波数γは、冷却素子１２０の構造共振周波数と同じまたは近い周波数である。周波数γは、少なくとも上部チャンバ１４０の音響共振周波数と同じまたは近い周波数である。上部チャンバ１４０の音響共振周波数は、一般に、温度およびサイズなどのパラメータによる変化が、冷却素子１２０の構造共振周波数ほどは著しくない。したがって、いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、音響共振周波数よりも、構造共振周波数で（またはその近くの周波数で）駆動されてよい。
【0042】
オリフィスプレート１３０は、オリフィス１３２を有する。特定の数および分布のオリフィス１３２が図示されているが、別の数および／または別の分布が用いられてもよい。単一のオリフィスプレート１３０が、単一の冷却システム１００のために用いられている。他の実施形態において、複数の冷却システム１００が、オリフィスプレートを共有してもよい。例えば、複数のセル１００が、所望の構成で一緒に提供されてよい。かかる実施形態において、セル１００は、同じサイズおよび構成であってもよいし、異なるサイズおよび／または構成であってもよい。オリフィス１３２は、熱発生構造１０２の表面と垂直に方向付けられた軸を有する様子が示されている。他の実施形態において、１または複数のオリフィス１３２の軸は、別の角度であってもよい。例えば、軸の角度は、略ゼロ度および非ゼロの鋭角から選択されてよい。また、オリフィス１３２は、オリフィスプレート１３０の表面の法線と実質的に平行である側壁を有する。いくつかの実施形態において、オリフィスは、オリフィスプレート１３０の表面の法線に対して非ゼロの角度の側壁を有してもよい。例えば、オリフィス１３２は、円錐形であってもよい。さらに、オリフィスプレース１３０は実質的に平坦であると図示されているが、いくつかの実施形態において、トレンチおよび／またはその他の構造が、下部チャンバ１５０の構成および／またはオリフィスプレート１３０と熱発生構造１０２との間の領域を変更するために、オリフィスプレート１３０に提供されてもよい。
【0043】
オリフィス１３２のサイズ、分布、および、位置は、熱発生構造１０２の表面へ駆動される流体の流量を制御するように選択される。オリフィス１３２の位置および構成は、下部チャンバ１５０からオリフィス１３２を通ってジェットチャネル（オリフィスプレート１３０の底部と熱発生構造１０２の上部との間の領域）へ至る流体流を増大／最大化するよう構成されていてよい。また、オリフィス１３２の位置および構成は、ジェットチャネルからオリフィス１３２を通る吸引流（例えば、逆流）を低減／最小化するよう選択されてよい。例えば、オリフィスの位置は、オリフィス１３２を通して下部チャンバ１５０に流体を引き込む冷却素子１２０のアップストローク（チップ１２３がオリフィスプレート１３から離れるストローク）時の吸引が低減されるのに十分にチップ１２３から離れていることが望ましい。また、オリフィスの位置は、冷却素子１２０のアップストローク時の吸引により、上部チャンバ１４０からのより高い圧力が流体を上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ押すことが可能になるように十分にチップ１２３に近いことが望ましい。いくつかの実施形態において、アップストローク時に、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０への流量と、ジェットチャネルからオリフィス１３２を通る流量との比（「正味流量比」）は、２：１よりも大きい。いくつかの実施形態において、正味流量比は、少なくとも８５：１５である。いくつかの実施形態において、正味流量比は、少なくとも９０：１０である。所望の圧力、流量、吸引、および、正味流量比を提供するには、オリフィス１３２は、冷却素子１２０のチップ１２３から距離ｒ１以上、かつ、チップ１２３から距離ｒ２以下にあることが望ましい。いくつかの実施形態において、ｒ１は、１００マイクロメートル以上であり（例えば、ｒ１≧１００μｍ）、ｒ２は、１ミリメートル以下である（例えば、ｒ２≦１０００μｍ）。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、冷却素子１２０のチップ１２３から２００マイクロメートル以上の位置にある（例えば、ｒ１≧２００μｍ）。いくつかのかかる実施形態において、オリフィス１３２は、冷却素子１２０のチップ１２３から３００マイクロメートル以上の位置にある（例えば、ｒ１≧３００μｍ）。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、１００マイクロメートル以上かつ５００マイクロメートル以下の幅ｏを有する。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、２００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅を有する。いくつかの実施形態において、オリフィスの間隔ｓは、１００マイクロメートル以上かつ１ミリメートル以下である。いくつかのかかる実施形態において、オリフィスの間隔は、４００マイクロメートル以上かつ６００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、また、オリフィスプレート１３０の面積の特定のわずかな部分を占めることが望ましい。例えば、オリフィス１３２は、オリフィス１３２を通る流体の所望の流量を達成するために、オリフィスプレート１３０のフットプリントの５パーセン以上かつ１５パーセント以下を占めてよい。いくつかの実施形態において、オリフィス１３２は、オリフィスプレート１３０のフットプリントの８パーセント以上かつ１２パーセント以下を占める。
【0044】
いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、圧電体を用いて作動される。したがって、冷却素子１２０は、圧電型冷却素子であってよい。冷却素子１２０は、冷却素子１２０に取り付けられまたは一体化された圧電体によって駆動されてよい。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、冷却システム１００内の別の構造上に圧電体を提供することを含むがこれに限定されない別の方法で駆動される。以下では、冷却素子１２０および類似の冷却素子を圧電型冷却素子と呼ぶが、圧電体以外のメカニズムが冷却素子を駆動するために用いられうる可能性もある。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、基板上に圧電体層を備える。基板は、ステンレス鋼、Ｎｉ合金、および／または、ハステロイ基板であってよい。いくつかの実施形態において、圧電体層は、基板上に薄膜として形成された複数のサブ層を含む。他の実施形態において、圧電体層は、基板に付着されたバルク層であってよい。かかる圧電型冷却素子１２０は、さらに、圧電体を活性化するために用いられる電極を備える。基板は、いくつかの実施形態において、電極として機能する。他の実施形態において、下部電極が、基板と圧電体層との間に提供されてもよい。シード層、キャッピング層、不動態化層、または、その他の層を含むがこれらに限定されないその他の層が、圧電型冷却素子に備えられてもよい。このように、冷却素子１２０は、圧電体を用いて作動されてよい。
【0045】
いくつかの実施形態において、冷却システム１００は、導管（ｃｈｉｍｎｅｙ）（図示せず）またはその他のダクトを備える。かかるダクトは、加熱された流体が熱発生構造１０２から離れるように流れるための経路を提供する。いくつかの実施形態において、ダクトは、熱発生構造１０２から遠位の上部プレート１１０の側に流体を戻す。いくつかの実施形態において、ダクトは、その代わりに、熱発生構造１０２に平行な方向へ、または、熱発生構造１０２に垂直であるが反対方向へ（例えば、紙面の下方に向かって）、熱発生構造１０２から離れるように流体を方向付けてもよい。装置の外部の流体が冷却システム１００で用いられる装置では、ダクトは、加熱された流体をベントに導いてよい。かかる実施形態において、さらなる流体が、流入ベントから提供されてもよい。デバイスが密閉されている実施形態において、ダクトは、ベント１１２に近く熱発生構造１０２から遠い領域に戻る遠回りの経路を提供してよい。かかる経路は、熱発生構造１０２の冷却に再利用される前に、流体が熱を放散することを可能にする。他の実施形態において、ダクトは、省略され、または、別の方法で構成されてもよい。このように、流体は、熱発生構造１０２から熱を取り除くことが可能になる。
【0046】
冷却システム１００の動作について、図１Ａ～図１Ｆの文脈で説明する。特定の圧力、ギャップサイズ、および、流れのタイミングの文脈で説明されているが、冷却システム１００の動作は、本明細書の説明には依存しない。図１Ｃ～図１Ｄは、冷却システム１００の同相動作を図示している。図１Ｃを参照すると、冷却素子１２０は、片持ちアーム１２１およびチップ１２３が上部プレート１１０から離れて動くように、作動されている。したがって、図１Ｃは、冷却素子１２０のダウンストロークの終わりを図示していると考えることができる。冷却素子１２０の振動運動のために、下部チャンバ１５０のギャップ１５２は、サイズが減少しており、ギャップ１５２Ｂとして示されている。逆に、上部チャンバ１４０のギャップ１４２は、サイズが増大し、ギャップ１４２Ｂとして示されている。ダウンストローク中、冷却素子１２０が中立位置にある時の外周において、より低い（例えば、最小の）圧力が発生する。ダウンストロークが継続すると、図１Ｃに示すように、下部チャンバ１５０のサイズが減少し、上部チャンバ１４０のサイズが増大する。したがって、流体は、オリフィスプレート１３０の表面および／または熱発生構造１０２の上面と垂直の方向またはそれに近い方向へ、オリフィス１３２から駆動される。流体は、オリフィス１３２から熱発生構造１０２に向かって高速で（例えば、３５メートル／秒を超える速度で）駆動される。いくつかの実施形態において、流体は、その後、熱発生構造１０２の表面に沿って熱発生構造１０２の外周に向かって移動し、そこでの圧力は、オリフィス１３２付近よりも低い。また、ダウンストローク中、上部チャンバ１４０のサイズは増大し、より低い圧力が上部チャンバ１４０に存在する。結果として、流体は、ベント１１２を通して上部チャンバ１４０へ引き込まれる。ベント１１２内に入ってオリフィス１３２を通り熱発生構造１０２に沿って流れる流体の動きが、図１Ｃに符号なしの矢印で示されている。
【0047】
また、冷却素子１２０は、片持ちアーム１２１ひいてはチップ１２３が熱発生構造１０２から離れて上部プレート１１０に向かって動くように作動される。したがって、図１Ｄは、冷却素子１２０のアップストロークの終わりを図示していると考えることができる。冷却素子１２０の運動のために、ギャップ１４２は、サイズが減少しており、ギャップ１４２Ｃとして示されている。ギャップ１５２は、サイズが増大し、ギャップ１５２Ｃとして示されている。アップストローク中、冷却素子１２０が中立位置にある時の外周において、より高い（例えば、最大の）圧力が発生する。アップストロークが継続すると、図１Ｄに示すように、下部チャンバ１５０のサイズが増大し、上部チャンバ１４０のサイズが減少する。したがって、流体は、上部チャンバ１４０（例えば、チャンバ１４０／１５０の外周）から下部チャンバ１５０へ駆動される。このように、冷却素子１２０のチップ１２３が上方に動くと、上部チャンバ１４０は、入ってくる流体が速度を増して下部チャンバ１５０へ向かって駆動されるためのノズルとして機能する。下部チャンバ１５０への流体の動きが、図１Ｄに符号なしの矢印で示されている。冷却素子１２０およびオリフィス１３２の位置および構成は、吸引を低減し、ひいては、アップストローク中の（熱発生構造１０２とオリフィスプレート１３０との間の）ジェットチャネルからオリフィス１３２への流体の逆流を低減するように選択される。したがって、冷却システム１００は、ジェットチャネルから下部チャンバ１０に入る加熱流体の逆流を過度に引き起こすことなしに、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を駆動することができる。
【0048】
図１Ｃおよび図１Ｄに示す位置の間の運動は繰り返される。したがって、冷却素子１２０は、図１Ａおよび図１Ｃ～図１Ｄに示す振動運動を行うことで、ベント１１２を通して上部プレート１１０の遠位側から上部チャンバ１４０内に流体を引き込み、上部チャンバ１４０から下部チャンバ１５０へ流体を送り、オリフィス１３２を通して熱発生構造１０２へ向かって流体を押し出す。上述のように、冷却素子１２０は、冷却素子１２０の構造共振周波数またはその付近の周波数で振動するように駆動される。いくつかの実施形態において、これは、片持ちアーム１２１の構造共振に対応する。さらに、冷却素子１２０の構造共振周波数は、チャンバ１４０／１５０の音響共振と一致するよう構成されている。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、冷却素子１２０の振動運動は、１５ｋＨｚ～３０ｋＨｚの周波数であってよい。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０は、２０ｋＨｚ以上かつ３０ｋＨｚ以下の周波数で振動する。冷却素子１２０の構造共振周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の１０パーセント以内である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の５パーセント以内である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の３パーセント以内である。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。
【0049】
熱発生構造１０２に向かって駆動された流体は、熱発生構造１０２の上面と実質的に垂直（鉛直）に移動しうる。いくつかの実施形態において、流体の動きは、熱発生構造１０２の上面の法線に対して非ゼロの鋭角を有してもよい。いずれの場合でも、流体は、熱発生構造１０２において薄くなり、および／または、流体の境界層に開口部を形成しうる。結果として、熱発生構造１０２からの熱の伝達が改善されうる。流体は、熱発生構造１０２で逸れて、熱発生構造１０２の表面に沿って移動する。いくつかの実施形態において、流体は、熱発生構造１０２の上面と実質的に平行な方向に移動する。したがって、熱発生構造１０２からの熱が、流体によって除去されうる。流体は、冷却システム１００の端部において、オリフィスプレート１３０と熱発生構造１０２との間の領域から出る。冷却システム１００の端部にある導管またはその他のダクト（図示せず）が、熱発生構造１０２から流体を運び去ることを可能にする。他の実施形態において、加熱された流体は、別の方法で熱発生構造１０２から遠くへ移動されてもよい。流体は、熱発生構造１０２から伝達された熱を別の構造または周囲環境へ交換しうる。したがって、上部プレート１１０遠位端側の流体は、比較的冷たいままでありうるため、さらなる熱除去を可能にする。いくつかの実施形態において、流体は循環されて、冷却後に上部プレート１１０の遠位側に戻る。他の実施形態において、加熱された流体は運び去られて、冷却素子１２０の遠位側で新たな流体に置き換えられる。結果として、熱発生構造１０２は、冷却されうる。
【0050】
図１Ｅ～図１Ｆは、中央を固定された冷却素子１２０を備えたアクティブ冷却システム１００の実施形態を示しており、冷却素子が異なる位相で駆動されている。より具体的には、アンカ１６０の両側にある（したがって、アンカ１６０によって支持されている冷却素子１２０の中央固定領域１２２の両側にある）冷却素子１２０の片持ちアーム１２１が、異なる位相で振動するように駆動されている。いくつかの実施形態において、アンカ１６０の両側にある冷却素子１２０の片持ちアーム１２１は、１８０度または１８０度近くずれた位相で駆動される。したがって、冷却素子１２０の一方の片持ちアーム１２１が、上部プレート１１０に向かって振動し、それと同時に、冷却素子１２０の他方の片持ちアーム１２１が、オリフィスプレート１３０／熱発生構造１０２に向かって振動する。冷却素子１２０の片持ちアーム１２１の上部プレート１１０に向かう動き（アップストローク）は、上部チャンバ１４０内の流体をアンカ１６０のその側の下部チャンバ１５０へ駆動する。冷却素子１２０の部分のオリフィスプレート１３０に向かう動きは、オリフィス１３２を通って熱発生構造１０２に向かうように流体を駆動する。したがって、高速（例えば、同相動作に関して上述した速度）で移動する流体が、アンカ１６０の両側のオリフィス１３２から交互に駆動される。流体の運動は、図１Ｅおよび図１Ｆに符号なしの矢印で示されている。
【0051】
図１Ｅおよび図１Ｆに示す位置の間の運動は繰り返される。したがって、冷却素子１２０は、図１Ａ、図１Ｅ、および、図１Ｆに示す振動運動を行うことで、交互に、冷却素子１２０の各側についてベント１１２を通して上部プレート１１０の遠位側から上部チャンバ１４０内に流体を引き込み、上部チャンバ１４０の各側から下部チャンバ１５０の対応する側へ流体を送り、アンカ１６０の各側のオリフィス１３２を通して熱発生構造１０２へ向かって流体を押し出す。上述のように、冷却素子１２０は、冷却素子１２０の構造共振周波数またはその付近の周波数で振動するように駆動される。さらに、冷却素子１２０の構造共振周波数は、チャンバ１４０／１５０の音響共振と一致するよう構成されている。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、冷却素子１２０の振動運動は、同相振動について記載した周波数の運動であってよい。冷却素子１２０の構造共振周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の１０パーセント以内である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の５パーセント以内である。いくつかの実施形態において、冷却素子１２０の構造共振鳴周波数は、冷却システム１００の音響共振周波数の３パーセント以内である。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。
【0052】
異相振動中に熱発生構造１０２に向かって駆動された流体は、同相動作について上述したのと類似した方法で、熱発生構造１０２の上面と実質的に垂直（鉛直）に移動しうる。同様に、冷却システム１００の端部にある導管またはその他のダクト（図示せず）が、熱発生構造１０２から流体を運び去ることを可能にする。他の実施形態において、加熱された流体は、別の方法で熱発生構造１０２から遠くへ移動されてもよい。流体は、熱発生構造１０２から伝達された熱を別の構造または周囲環境へ交換しうる。したがって、上部プレート１１０遠位端側の流体は、比較的冷たいままでありうるため、さらなる熱除去を可能にする。いくつかの実施形態において、流体は循環されて、冷却後に上部プレート１１０の遠位側に戻る。他の実施形態において、加熱された流体は運び去られて、冷却素子１１０の遠位側で新たな流体に置き換えられる。結果として、熱発生構造１０２は、冷却されうる。
【0053】
同相振動または異相振動のために作動される冷却システム１００を用いると、ベント１１２を通して引き込まれてオリフィス１３２を通して駆動された流体が、熱発生構造１０２から熱を効率的に放散させうる。流体は、十分な速度（例えば、少なくとも３０メートル／秒）で、いくつかの実施形態においては熱発生構造に対して実質的に垂直に、熱発生構造に衝突するので、熱発生構造における流体の境界層は、薄くなり、および／または、部分的に除去されうる。その結果、熱発生構造１０２と、移動する流体との間の熱伝達が改善される。熱発生構造が、より効率的に冷却されるので、対応する集積回路は、より高い速度および／または電力で長時間にわたって動作されてよい。例えば、熱発生構造が高速度プロセッサに対応する場合、かかるプロセッサは、スロットリングまでに、より長時間にわたって実行されてよい。したがって、冷却システム１００を利用するデバイスの性能が向上されうる。さらに、冷却システム１００は、ＭＥＭＳデバイスであってよい。その結果として、冷却システム１００は、スマートフォン、その他の携帯電話、仮想現実ヘッドセット、タブレット、２ｉｎ１コンピュータ、ウェアラブル、携帯ゲーム機など、利用可能なスペースか限られている、より小型および／またはモバイル型のデバイスでの利用に適しうる。したがって、かかるデバイスの性能は向上されうる。冷却素子１２０は、１５ｋＨｚ以上の周波数で振動されてよいので、ユーザは、冷却素子の作動に関連するノイズを全く聞きえない。構造共振周波数および／または音響共振周波数またはその付近の周波数で駆動される場合、冷却システムを動作させる際に用いられる電力が、大幅に低減されうる。冷却素子１２０は、振動中に上部プレート１１０ともオリフィスプレート１３０とも物理的に接触しない。したがって、冷却素子１２０の共振は、より容易に維持されうる。より具体的には、冷却素子１２０とその他の構との間の物理的接触は、冷却素子１２０の共振条件を妨げうる。これらの条件を妨げると、共振させずに冷却素子１２０を駆動しうる。したがって、冷却素子１２０の作動を維持するために、さらなる電力を利用する必要が生じる。さらに、冷却素子１２０によって駆動される流体の流量が減少しうる。これらの問題は、上述のように、圧力差および流量を利用して回避される。改善された静かな冷却の利点は、限られた追加電力で達成されうる。さらに、冷却素子１２０の異相振動は、冷却素子１００の重心の位置をより安定なままにすることを可能にする。トルクが冷却素子１２０に掛かるが、重心の移動による力は、低減または排除される。結果として、冷却素子１２０の動きによる振動が低減されうる。さらに、冷却装置１００の効率が、冷却素子１２０の２つの側に異相振動運動を利用することによって改善されうる。片持ちアーム１２１の異相振動中に、冷却システム１００を通しての振動も低減されうる。その結果として、冷却システム１００を組み込んだデバイスの性能が改善されうる。さらに、冷却システム１００は、高い流量および／または流速が望ましいその他の応用例（例えば、熱発生構造１０２が存在する、または、存在しない）で利用可能でありうる。
【0054】
改良冷却素子１２０の利用は、冷却システム１００の性能をさらに高めうる。延長領域１２６は、ステップ領域１２４および外側領域１２８よりも薄い。この結果として、延長領域１２６に対応する冷却素子１２０の底部に空洞が存在する。この空洞の存在は、冷却システム１００の効率を改善するのに役立つ。図１Ａおよび図１Ｃ～図１Ｆに関して論じたように、片持ちアーム１２１は、アップストローク時に上部プレート１１０に向かい、ダウンストローク時に上部プレート１１０から離れるように振動する。片持ちアーム１２１が上部プレート１１０に向かって運動する時、上部チャンバ１４０内のより高圧の流体が、片持ちアーム１２１の運動に抵抗する。さらに、下部チャンバ１５０における吸引も、アップストローク中に片持ちアーム１２１の上方への運動に抵抗する。片持ちアーム１２１のダウンストローク時には、下部チャンバ１５０内で上昇した圧力と、上部チャンバ１４０における吸引が、片持ちアーム１２１の下方への運動に抵抗する。しかしながら、延長領域１２６に対応する片持ちアーム１２１内の空洞の存在が、アップストローク中に下部チャンバ１５０における吸引を緩和する。空洞も、ダウンストローク中に下部チャンバ１５０における圧力の上昇を低減する。吸引および圧力上昇の大きさが低減されるので、片持ちアーム１２１は、流体を通ってより容易に運動しうる。これは、冷却システム１００を通して流体の流れを駆動する上部チャンバ１４０内のより高い圧力を実質的に維持しながら達成されうる。したがって、効率が改善されうる。
【0055】
さらに、外側領域１２８の存在が、冷却システム１００を通して駆動されている流体の中で片持ちアーム１２１が運動する能力を高めうる。外側領域１２８は、より大きい質量、ひいては、より高い運動量を有する。その結果として、外側領域１２８は、冷却システム１００を通して駆動されている流体の中で片持ちアーム１２１が運動する能力を高めうる。片持ちアーム１２１のたわみの振幅も、増大されうる。これらの利点は、より厚いステップ領域１２４の利用によって片持ちアーム１２１の剛性を維持しつつ達成されうる。したがって、冷却システム１００の効率が、さらに改善されうる。
【0056】
その改善は、以下のように理解されてもよい。冷却素子１２０の効率の測定値をＱとすることができる。Ｑの値は、少なくとも部分的には、冷却素子１２０と周囲の流体（すなわち、空気などの気体または液体）との相互作用、冷却素子１２０内の構造的損失、冷却素子１２０の固定、および／または、その他の特徴によって、決定される。Ｑは、δｒｅｓ＝Ｑ×δｓｔａｔｉｃで定義されると考えることができ、ここで、δｒｅｓは、共振時のたわみであり、δｓｔａｔｉｃは、対応する静的たわみである。Ｑの値が大きいほど、共振時のたわみが大きくなり、たわみの減衰が遅くなる（すなわち、減衰が小さくなる）。冷却素子１２０の改良構成により、冷却素子は、周囲の流体の中でより良好に運動できる。その結果、より高い静的たわみが達成され、たわみが共振時により良好に増幅され、冷却素子１２０を駆動するために消費される電力が削減され、たわみがよりゆっくりと消失しうる（すなわち、小さい減衰を受けうる）。したがって、冷却素子１２０のＱ、ひいては、冷却システム１００の効率が、冷却素子１２０の構成によって向上されうる。
【0057】
改良冷却素子１２０の利用は、冷却システム１００の信頼性も改善しうる。延長領域１２６は、その厚さが低減されているため、外側領域１２８およびやステップ領域１２４よりも剛性が低くなりうる。この剛性の低下により、振動中の冷却素子１２０への応力が軽減される。冷却素子１２０は、故障の可能性が低くなりうる。したがって、冷却システム１００の信頼性が改善されうる。
【0058】
例えば、図２Ａ～図２Ｅは、冷却素子２００の性能に関するグラフ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、および、２００Ｅの実施形態例を示す。グラフ２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、および、２００Ｅは、説明を目的としたものにすぎず、冷却素子１２０および／または冷却システム１００のすべての実施形態の性能を示すことを意図していない。グラフ２００Ａは、均一な厚さを有する冷却素子について、たわみ２０４Ａ（ｙ）と、チャンバ１４０および１５０内の圧力２０２Ａ（Ｐ）とを示す曲線を含む。グラフ２００Ｂは、冷却素子１２０について、チャンバ１４０および１５０内の圧力２０２Ｂ（Ｐ）と、たわみ２０４Ｂ（ｙ）とを示す曲線を含む。曲線２０４Ａおよび２０４Ｂのたわみの振幅は、図に示す実施形態において同じである。いくつかの実施形態において、たわみの振幅は、４マイクロメートルである。延長領域１２６の下に空洞が存在するため、圧力曲線２０２Ｂは、冷却素子１２０についてチャンバ内で発生する圧力が、均一なアクチュエータについて圧力曲線２０２Ａによって示されている圧力よりも小さいことを示している。したがって、片持ちアーム１２１は、冷却システム１００内の流体の中でより容易かつ効率的に運動しうる。したがって、効率が改善されうる。
【0059】
同様に、グラフ２００Ｃ、２００Ｄ、および、２００Ｅは、均一な冷却素子（グラフ２００Ｃ）および冷却素子１２０の２つの実施形態（グラフ２００Ｄおよび２００Ｅ）について、冷却素子のたわみ（ｙ）に対する応力（δ）を示している。グラフ２００Ｃは、アンカ１６０の端部に近い単一の高応力領域を示している。これは、均一な冷却素子がたわんだ時に最も高い応力を受ける位置である。グラフ２００Ｄおよび２００Ｅは、冷却素子１２０の応力が、アンカ１６０付近（すなわち、冷却素子１２０が自由に振動する場所）およびステップ領域１２４と延長領域１２６との間の移行部付近の２つの位置に集中していることを示している。しかしながら、冷却素子１２０の構成は、これらの領域で冷却素子１２０が受ける応力の大きさを低減する。冷却素子１２０が受ける応力が比較的小さいため、冷却素子１２０は、故障の可能性が低くなりうる。その結果として、信頼性が改善されうる。
【0060】
図３Ａ～図３Ｄは、アクティブ冷却システム（冷却システム１００など）と類似した冷却システム３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、および、３００Ｄの実施形態を示す平面図である。図３Ａ～図３Ｄは、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、および、３２０Ｄ、ならびに、アンカ３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃ、および、３６０Ｄの部分のみが、それぞれ示されている。冷却素子２２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、および、３２０Ｄは、冷却素子１２０と類似している。したがって、冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、および／または、３２０Ｄに用いられるサイズおよび／または材料は、冷却素子１２０のものと類似していてよい。アンカ（支持構造）３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃ、および、３６０Ｂ Ｄは、アンカ１６０と類似しており、破線で示されている。
【0061】
冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂについて、アンカ３６０Ａおよび３６０Ｂが、中央に配置され、それぞれ、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂの中心軸に沿って伸びている。したがって、振動するように作動される片持ち部分（すなわち、片持ちアーム）は、アンカ３６０Ａおよび３６０Ｂの右側および左側にある。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂは、連続構造であり、その中の２つの部分が作動される（例えば、アンカ３６０Ａおよび３６０Ｂの外側の片持ち部分）。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂは、別個の片持ち部分を備えており、片持ち部分は、それぞれ、アンカ３６０Ａおよび３６０Ｂに取り付けられていて、作動されるしたがって、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂの片持ち部分は、蝶の翅に類似した方法（同相）またはシーソーに類似した方法（異相）で振動するよう構成されていてよい。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、Ｌは、冷却素子の長さであり、図１Ａ～図１Ｆに図示したものと類似する。また、図３Ａおよび図３Ｂでは、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂの奥行きＰが示されている。
【0062】
また、図３Ａ～図３Ｂには、圧電体３２３が点線で示されている。圧電体２２３は、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂを作動させるために用いられる。圧電体の文脈で記載されているが、冷却素子３２０Ａおよび３２０Ｂを作動させるための別のメカニズムが用いられてもよい。かかる別のメカニズムは、圧電体３２３の位置にあってもよいし、別の場所に配置されてもよい。冷却素子３２０Ａにおいて、圧電体３２３は、片持ち部分に固定されてもよいし、冷却素子３２０Ａに一体化されてもよい。さらに、圧電体３２３は、図２Ａおよび図２Ｂにおいて特定の形状およびサイズを有するものとして示されているが、その他の構成が用いられてもよい。
【0063】
図３Ａに示す実施形態において、アンカ３６０Ａは、冷却素子３２０Ａの奥行き全体に伸びている。したがって、冷却素子３２０Ａの外周の一部が固定されている。冷却素子３２０Ａの外周の固定されていない部分は、振動運動を行う片持ち部分の一部である。他の実施形態において、アンカは、中心軸の長さ全体に伸びている必要はない。かかる実施形態では、冷却素子の外周全体が固定されていない。しかしながら、かかる冷却素子は、それでも、本明細書に記載の方法で振動するよう構成されている片持ち部分を有する。例えば、図３Ｂにおいて、アンカ３６０Ｂは、冷却素子３２０Ｂの外周まで伸びていない。したがって、冷却素子３２０Ｂの外周は、固定されていない。しかしながら、アンカ３６０Ｂは、冷却素子３２０Ｂの中心軸に沿って伸びている。この場合でも、冷却素子３２０Ｂは、片持ち部分が振動するように作動される（例えば、蝶の翅と類似している）。
【0064】
冷却素子３２０Ａは長方形として図示されているが、冷却素子は、別の形状を有してもよい。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ａの角が、丸みを帯びていてもよい。図３Ｂの冷却素子３２０Ｂは、丸みのある片持ち部分を有する。その他の形状も可能である。図３Ｂに示す実施形態において、アンカ３６０Ｂは、中空であり、開口部３６３を備える。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｂは、アンカ３６０Ｂの領域内に１または複数の開口部を有する。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｂは、１または複数の開口部がアンカ３６０Ｂの領域内に存在するように、複数の部分を備える。結果として、流体が、冷却素子３２０Ｂを通して、そして、アンカ３６０Ｂを通して引き込まれうる。したがって、冷却素子３２０Ｂは、上部プレート（上部プレート１１０など）の代わりに用いられてよい。かかる実施形態において、冷却素子３２０Ｂの開口部と、開口部３６３は、ベント１１２と類似した方法で機能しうる。さらに、冷却素子３００Ａおよび３００Ｂは、中央領域で支持されている様子が図示されているが、いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂの一方の片持ち部分が省略されてもよい。かかる実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂは、一方の端部またはその近くで支持または固定されている一方で、少なくとも反対側の端部の少なくとも一部が自由に振動運動を行う、と考えられてよい。いくつかのかかる実施形態において、冷却素子３２０Ａおよび／または３２０Ｂは、振動運動を行う単一の片持ち部分を備えてよい。
【0065】
図３Ｄ～図３Ｄは、アクティブ冷却システム（冷却システム１００など）と類似した冷却システム３００Ｃおよび３００Ｄの実施形態を示す平面図である。簡単のために、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄならびにアンカ３６０Ｃおよび３６０Ｄのみが、それぞれ示されている。冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄは、冷却素子１２０と類似している。したがって、冷却素子３２０Ｃおよび／または３２０Ｄに用いられるサイズおよび／または材料は、冷却素子１２０のものと類似していてよい。アンカ３６０Ａおよび３６０Ｄは、アンカ１６０と類似しており、破線で示されている。
【0066】
冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄについて、アンカ３６０Ｃおよび３６０Ｄは、それぞれ、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄの中央領域に限定されている。したがって、アンカ３６０Ｃおよび３６０Ｄを囲む領域が、振動運動を行う。したがって、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄは、クラゲに類似した方法、または、傘の開閉と同様の方法で、振動するよう構成されていてよい。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄの外周全体が、同じ位相で振動する（例えば、すべてが一緒に上下に動く）。他の実施形態において、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄの外周の複数部分が、異なる位相で振動する。図３Ｃおよび図３Ｄにおいて、Ｌは、冷却素子の長さ（例えば、直径）であり、図１Ａ～図１Ｆに図示したものと類似する。冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄは円形として図示されているが、冷却素子は、別の形状を有してもよい。さらに、圧電体（図３Ｃ～図３Ｄには図示せず）および／またはその他のメカニズムが、冷却素子３２０Ｃおよび３２０Ｄの振動運動を駆動するために用いられてよい。
【0067】
図３Ｄに示す実施形態において、アンカ３６０Ｄは、中空であり、開口部３６３を有する。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｄは、アンカＤの領域内に１または複数の開口部を有する。いくつかの実施形態において、冷却素子３２０Ｄは、１または複数の開口部がアンカ３６０Ｄの領域内に存在するように、複数の部分を備える。結果として、流体が、冷却素子３２０Ｄを通して、そして、アンカ３６０Ｄを通して引き込まれうる。流体は、開口部３６３を通して出て行きうる。したがって、冷却素子３２０Ｄは、上部プレート（上部プレート１１０など）の代わりに用いられてよい。かかる実施形態において、冷却素子３２０Ｄの開口部と、開口部３６３は、ベント１１２と類似した方法で機能しうる。
【0068】
冷却システム（冷却システム１００など）は、冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子を利用できる。また、かかる冷却システムは、冷却システム１００の利点を共有しうる。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子を用いる冷却システムは、高速で熱発生構造に向かって流体をより効率的に駆動しうる。その結果、熱発生構造と、移動する流体との間の熱伝達が改善される。熱発生構造が、より効率的に冷却されるので、対応するデバイスは、より高い速度および／または電力で長時間にわたって動作するなど、動作の改善を示しうる。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子を用いる冷却システムは、利用可能なスペースか限られている、より小型および／またはモバイル型のデバイスでの利用に適しうる。したがって、かかるデバイスの性能は改善されうる。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子は、１５ｋＨｚ以上の周波数で振動されてよいので、ユーザは、冷却素子の作動に関連するノイズを全く聞きえない。冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子の音響共振周波数および／または構造共振周波数またはその付近の周波数で駆動される場合、冷却システムを動作させる際に用いられる電力が、大幅に低減されうる。冷却素子Ｓ２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子は、利用中にプレートと物理的に接触しえないため、共振をより容易に維持することが可能になる。改善された静かな冷却の利点は、限られた追加電力で達成されうる。その結果として、冷却素子３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、および／または、類似の冷却素子を組み込んだデバイスの性能が改善されうる。
【0069】
図４Ａ～図４Ｂは、上部中央を固定された冷却素子を備えたアクティブ冷却システム４００の実施形態を示す。図４Ａは、中立位置にある冷却システム４００を示す側面図である。図４Ｂは、冷却システム４００を示す上面図である。図４Ａ～図４Ｂは、正確な縮尺ではない。簡単のために、冷却システム４００の一部のみが図示されている。図４Ａ～図４Ｂを参照すると、冷却システム４００は、冷却システム１００と類似している。したがって、類似した構成要素は、同様の符号を有する。例えば、冷却システム４００は、熱発生構造４０２と共に利用され、熱発生構造１０２は、熱発生構造１０２と類似している。
【0070】
冷却システム４００は、ベント４１２を有する上部プレート４１０と、冷却素子４２０と、オリフィス４３２を備えたオリフィスプレート４３０と、ギャップを有する上部チャンバ４４０と、ギャップを有する下部チャンバ４５０と、アンカ（すなわち支持構造）４６０と、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、ベント１１２を有する上部プレート１１０と、冷却素子１２０と、オリフィス１３２を備えたオリフィスプレート１３０と、ギャップ１４２を有する上部チャンバ１４０と、ギャップ１５２を有する下部チャンバ１５０と、アンカ（すなわち支持構造）１６０と、に類似している。したがって、冷却素子４２０は、冷却素子４２０の外周の少なくとも一部が自由に振動するように、アンカ４６０によって中央を支持されている。いくつかの実施形態において、アンカ４６０は、（例えば、アンカ３６０Ａおよび／または３６０Ｂに類似した方法で）冷却素子４２０の軸に沿って伸びている。他の実施形態において、アンカ４６０は、冷却素子４２０の中央部分の近くのみに存在する（例えば、アンカ３６０Ｃおよび／または３６０Ｄに類似している）。図４Ａおよび図４Ｂでは明示的に符号を付されていないが、冷却素子４２０は、固定領域と、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を含む片持ちアームと、を備えており、これらの構成要素は、それぞれ、アンカ領域１２２、片持ちアーム１２１、ステップ領域１２４、延長領域１２６、および、外側領域１２８に類似している。いくつかの実施形態において、冷却素子４２０の片持ちアームは、同じ位相で駆動される。いくつかの実施形態において、冷却素子４２０の片持ちアームは、異なる位相で駆動される。
【0071】
アンカ４６０は、上方から冷却素子４２０を支持している。したがって、冷却素子４２０は、アンカ４６０から吊り下げられている。アンカ４６０は、上部プレート４１０から吊り下げられている。上部プレート４１０は、ベント４１３を備える。アンカ４６０の両側にあるベント４１２は、流体がチャンバ４４０の側面へ流れるための経路を提供する。
【0072】
冷却システム１００に関して上述したように、冷却素子４２０は、冷却素子４２０の構造共振周波数またはそれに近い周波数で振動するように駆動されてよい。さらに、冷却素子４２０の構造共振周波数は、チャンバ４４０／４５０の音響共振と一致するよう構成されていてよい。構造共振周波数および音響共振周波数は、一般に、超音波領域にあるように選択される。例えば、冷却素子４２０の振動運動は、冷却システム１００に関して記載した周波数の運動であってよい。結果として、効率および流量が高められうる。ただし、その他の周波数が用いられてもよい。
【0073】
冷却システム４００は、冷却システム１００と類似した方法で動作する。したがって、冷却システム４００は、冷却システム１００の利点を共有しうる。したがって、冷却システム４００を利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却素子１２０と類似した方法で構成されている冷却素子４２０の利用は、効率および信頼性を改善しうる。さらに、アンカ４６０から冷却素子４２０を吊り下げることが、性能をさらに高めうる。特に、他の冷却セル（図示せず）に影響しうる冷却システム４００における振動が低減されうる。例えば、冷却素子４２０の運動に起因して上部プレート４１０で引き起こされる振動が少なくなりうる。結果的に、冷却システム４００と、冷却システム４００を組み込んだデバイスの他の冷却システム（例えば、他のセル）または他の部分との間のクロストークが低減されうる。したがって、性能が高められうる。
【0074】
図５は、冷却素子すなわちアクチュエータ５２０の実施形態を示す側面図である。図５は、正確な縮尺ではない。冷却素子５２０は、冷却素子１２０に類似している。したがって、冷却素子５２０は、固定領域１２２および片持ちアーム１２１と類似している固定領域５２２および片持ちアーム５２１を備える。固定領域５２２は、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）内でアンカ（アンカ１６０および／または４６０など）によって所定位置に保持されている。片持ちアーム５２１は、冷却素子５２０が駆動されることに応じて、振動運動を行う。各片持ちアーム５２１は、ステップ領域１２４、延長領域１２４、および、外側領域１２８とそれぞれ類似しているステップ領域５２４、延長領域５２６、および、外側領域５２８を備える。図に示す実施形態において、固定領域５２２は、中央に配置されている。ステップ領域５２４は、固定領域５２２から外向きに伸びている。延長領域５２６は、ステップ領域５２４から外向きに伸びている。外側領域５２８は、延長領域５２６から外向きに伸びている。他の実施形態において、固定領域５２２が、アクチュエータの一方の端部にあり、外側領域５２８が、反対側の端部にあってもよい。かかる実施形態において、アクチュエータは、端部を固定される。延長領域５２６、ステップ領域５２４、および、外側領域５２８は、それぞれ、延長領域１２６、ステップ領域１２４、および、外側領域１２８の寸法と類似した寸法を有してよい。さらに、外側領域１２８に関して上述したように、外側領域５２８は、固定領域５２２からの単位距離あたりの質量が延長領域５２６よりも大きい。
【0075】
各片持ちアーム５２１は、さらに、追加ステップ領域５２９を備える。追加ステップ領域５２９は、ステップ領域５２４と延長領域５２６との間にある。追加ステップ領域５２９の厚さは、ステップ領域５２４のステップ厚さと、延長領域５２６の延長厚さとの間である。追加ステップ領域の厚さの範囲は、冷却素子５２０が振動する際の所望の周波数に基づいて変更されてよい。
【0076】
冷却素子５００は、冷却素子１２０と類似した方法で、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）内で動作する。したがって、冷却素子５００を組み込んだ冷却システムは、冷却システム１００の利点を共有する。したがって、かかる冷却システムを利用するデバイスの性能が改善されうる。冷却素子５２０の利用は、さらに、効率および信頼性を改善しうる。したがって、性能が高められうる。
【0077】
図６Ａ～図６Ｂは、例えば、冷却システム１００および／または４００において、冷却素子として利用可能な改良アクチュエータ６００の実施形態を示す。したがって、アクチュエータ６００は、冷却素子６００として記載されている。図６Ａ～図６Ｂは、正確な縮尺ではない。図６Ａは、固定領域６０２および片持ちアーム６０１を備えた冷却素子６００を示す側面図である。図６Ｂは、片持ちアーム６０１の底面斜視図を示す。固定領域６０２は、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）内でアンカ（アンカ１６０および／または４６０など）によって所定位置に冷却素子６００を支持または保持するために用いられてよい。片持ちアーム６０１は、冷却素子６００が駆動されることに応じて、振動運動を行う。各片持ちアーム６０１は、ステップ領域６０４および凹部領域６０６を備える。図に示す実施形態において、固定領域６０２は、中央に配置されている。ステップ領域６０４は、固定領域６０２から外向きに伸びている。凹部領域６０６は、ステップ領域６０４から外向きに伸びている。他の実施形態において、固定領域６０２が、アクチュエータの一方の端部にあり、凹部領域６０６が、反対側の端部で終わっていてもよい。かかる実施形態において、アクチュエータは、端部を固定される。さらに、その他の領域（図示せず）が、アクチュエータ６００に含まれてもよい。
【0078】
凹部領域６０６は、テーパ６０７、上端部（またはカバー）６０８、および、凹部６０９を備える。テーパ６０７の間の凹部６０９は、冷却素子６００内のくぼみである。したがって、冷却素子６００が冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、凹部６０９は、下部チャンバのサイズを増大させると見なされうる空洞を提供する。テーパ６０８は、固定領域６０２からの距離が長くなるにつれて減少する幅を有する。同様に、凹部６０９は、固定領域６０２からの距離が長くなるにつれて増大する凹部幅を有する。例えば、テーパ（すなわち、幅の変化）は、線形テーパ、二次テーパ、および、三次テーパから選択されてよい。その他のテーパも可能である。いくつかの実施形態において、テーパ６０７および凹部６０９は、一定の幅を有してもよい（すなわち、テーパ状でなくてもよい）。
【0079】
動作中、冷却素子６００は、冷却素子１２０と類似した方法で機能する。したがって、冷却素子６００は、振動運動を行うように駆動されうる。冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、冷却素子６００は、本明細書に記載された速度で流体を駆動しうる。したがって、冷却素子６００は、熱発生構造を効果的に冷却するために用いられてよい。さらに、凹部６０９は、冷却素子１２０の延長領域１２６と類似した方法で、片持ちアーム６０１のアップストローク／ダウンストローク中の吸引／圧力上昇を低減しうる。したがって、効率がさらに高められうる。さらに、テーパ６０７は、片持ちアーム６０１が振動運動中に受ける応力を低減しうる。結果的に、冷却素子６００の信頼性が改善されうる。
【0080】
図７は、冷却素子（冷却素子６００など）の一部となりうる片持ちアーム７０１の一実施形態を示す斜視図である。図７は、正確な縮尺ではない。片持ちアーム７０１は、片持ちアーム７０１を一部として含む冷却素子を支持または保持するために用いられうる固定領域（図示せず）に隣接していてよい。片持ちアーム７０１は、いくつかの実施形態において、中央を固定された冷却素子の一部、または、端部を固定された冷却素子の一部、であってよい。片持ちアーム７０１は、かかる冷却素子が駆動されることに応じて、振動運動を行う。片持ちアーム７０１は、ステップ領域７０４および凹部領域７０６を備える。ステップ領域７０４は、固定領域（図示せず）から外向きに伸びている。凹部領域７０６は、ステップ領域７０４から外向きに伸びている。その他の領域（図示せず）が、片持ちアーム７０１に含まれてもよい。
【0081】
凹部領域７０６は、テーパ７０７、下端部（またはカバー）７０８、および、凹部７０９を備える。テーパ７０７および凹部７０９は、それぞれ、テーパ６０７および凹部６０９と類似している。片持ちアーム７０１が、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、下端部７０８は、下部チャンバに隣接する。したがって、片持ちアーム子７０１が冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、凹部７０９は、上部チャンバのサイズを増大させると見なされうる空洞を提供する。テーパ７０８は、ステップ領域７０４からの距離が長くなるにつれて減少する幅を有する。例えば、テーパ（すなわち、幅の変化）は、線形テーパ、二次テーパ、および、三次テーパから選択されてよい。その他のテーパも可能である。いくつかの実施形態において、テーパ７０７および凹部７０９は、一定の幅を有してもよい（すなわち、テーパ状でなくてもよい）。
【0082】
動作中、片持ちアーム７０１は、冷却素子６００の片持ちアーム６０１と類似した方法で機能する。したがって、片持ちアーム７０１は、振動運動を行うように駆動されうる。冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、片持ちアーム７０１は、本明細書に記載された速度で流体を駆動しうる。したがって、片持ちアーム７０１は、熱発生構造を効果的に冷却するために用いられてよい。さらに、凹部７０９は、片持ちアーム７０１のダウンストローク／アップストローク中の吸引／圧力上昇を低減しうる。したがって、効率が改善されうる。さらに、テーパ７０７は、片持ちアーム７０１が振動運動中に受ける応力を低減しうる。結果的に、片持ちアーム７０１の信頼性が改善されうる。
【0083】
図８は、冷却素子（冷却素子６００など）の一部となりうる片持ちアーム８０１の一実施形態を示す斜視図である。図８は、正確な縮尺ではない。片持ちアーム８０１は、片持ちアーム８０１を一部として含む冷却素子を支持または保持するために用いられうる固定領域（図示せず）に隣接していてよい。片持ちアーム８０１は、いくつかの実施形態において、中央を固定された冷却素子の一部、または、端部を固定された冷却素子の一部、であってよい。片持ちアーム８０１は、かかる冷却素子が駆動されることに応じて、振動運動を行う。片持ちアーム８０１は、ステップ領域８０４および凹部領域８０６を備える。ステップ領域８０４は、固定領域（図示せず）から外向きに伸びている。片持ちアーム８０１は、さらに、追加凹部領域８１６を備える。凹部領域８０６は、追加凹部領域８１６から外向きに伸びている。その他の領域（図示せず）が、片持ちアーム８００に含まれてもよい。
【0084】
凹部領域８０６は、冷却素子６００の凹部領域６０６、テーパ６０７、上端部６０８、および、凹部６０９と類似したテーパ８０７、上端部８０８、および、凹部８０９を備える。追加凹部領域８１６は、テーパ８１７、下端部（またはカバー）８１８、上端部８０８、および、凹部（図８では符号なし）を備える。テーパ８１７および凹部は、それぞれ、テーパ８０７および凹部８０９と類似している。ただし、テーパ８１７およびそれに対応する凹部は、下端部８１８および上端部８０８によって囲まれている。いくつかの実施形態において、凹部領域８１６の側面も囲まれてよい。片持ちアーム８０１が冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、上端部８０８は上部チャンバに隣接し、下端部８１８は下部空洞に隣接する。したがって、片持ちアーム子８０１が冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、凹部８０９は、下部チャンバのサイズを増大させると見なされうる空洞を提供する。したがって、片持ちアーム８０１のアップストローク中の下部チャンバにおける吸引、および、片持ちアーム８０１のダウンストローク中の圧力上昇が、緩和されうる。結果として、片持ちアーム８０１は、チャンバ内の流体の中でより効率的に移動しうる。しかしながら、追加凹部領域８１６は、上端部８０８および下端部８１８の存在により、周囲のチャンバ内の圧力に有意な影響を与えない。その代わり、追加凹部領域８１６は、応力を低減する。
【0085】
動作中、片持ちアーム８０１は、冷却素子６００の片持ちアーム６０１と類似した方法で機能する。したがって、片持ちアーム８０１は、振動運動を行うように駆動されうる。冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、片持ちアーム８０１は、本明細書に記載された速度で流体を駆動しうる。したがって、片持ちアーム８０１は、熱発生構造を効果的に冷却するために用いられてよい。さらに、凹部８０９は、片持ちアーム８０１のアップストローク／ダウンストローク中の吸引／圧力上昇を低減しうる。したがって、効率が改善されうる。さらに、テーパ８０８およびテーパ８１７は共に、片持ちアーム８０１が振動運動中に受ける応力を低減しうる。結果的に、片持ちアーム８０１の信頼性が改善されうる。
【0086】
図９は、アクチュエータすなわち冷却素子９００の実施形態を示す側面図である。図９は、正確な縮尺ではない。冷却素子９００は、冷却素子６００と類似しており、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用可能である。したがって、冷却素子９００は、固定領域６０２および片持ちアーム６０１と類似している固定領域９０２および片持ちアーム９０１を備える。固定領域６０２は、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）内でアンカ（アンカ１６０および／または４６０など）によって所定位置に保持されている。片持ちアーム９０１は、冷却素子９００が駆動されることに応じて、振動運動を行う。図に示す実施形態において、固定領域９０２は、中央に配置されている。他の実施形態において、固定領域９０２が、アクチュエータの一方の端部にあり、凹部領域９０６が、反対側の端部にあってもよい。かかる実施形態において、アクチュエータは、端部を固定される。
【0087】
各片持ちアーム９０１は、片持ちアーム６０１、７０１、および、８０１と類似している。したがって、各片持ちアームは、ステップ領域９０４、凹部領域９０６、および、追加領域９１６を備える。凹部領域９０６および９１６は、テーパ６０７および凹部６０９と類似したテーパ（明示的に図示せず）および凹部（明示的に図示せず）を備える。図の実施形態において、凹部領域９０６は、上部カバーおよび下部カバーを有する。したがって、凹部領域９０６は、実質的に周囲のチャンバ内の圧力を変えることなしに、片持ちアーム９０１のこの部分における振動による応力を低減しうる。追加凹部領域９１６は、応力を低減すると共に、冷却素子９００が取り付けられている上部チャンバ内の圧力に影響を与えうる。
【0088】
冷却素子９００は、冷却素子６００と類似した方法で機能する。したがって、片持ちアーム９０１は、振動運動を行うように駆動されうる。冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、冷却素子９００は、本明細書に記載された速度で流体を駆動しうる。したがって、冷却素子は、熱発生構造を効果的に冷却するために用いられてよい。さらに、凹部領域９０６および９１６は、片持ちアーム９０１のダウンストローク／アップストローク中の吸引／圧力上昇を低減しうる。したがって、効率が改善されうる。さらに、凹部領域９０および９１は共に、片持ちアーム９０１が振動運動中に受ける応力を低減しうる。結果的に、冷却素子９００の信頼性が改善されうる。
【0089】
図１０は、アクチュエータすなわち冷却素子１０００の実施形態を示す側面図である。図１０は、正確な縮尺ではない。冷却素子１０００は、冷却素子６００と類似しており、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用可能である。したがって、冷却素子１０００は、固定領域６０２および片持ちアーム６０１と類似している固定領域１００２および片持ちアーム１００１を備える。固定領域１００２は、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）内でアンカ（アンカ１６０および／または４６０など）によって所定位置に保持されている。片持ちアーム１００１は、冷却素子１０００が駆動されることに応じて、振動運動を行う。図に示す実施形態において、固定領域１００２は、中央に配置されている。他の実施形態において、固定領域１００２が、アクチュエータの一方の端部にあり、凹部領域１００６が、反対側の端部にあってもよい。かかる実施形態において、アクチュエータは、端部を固定される。
【0090】
各片持ちアーム１００１は、片持ちアーム６０１、７０１、および、８０１と類似している。したがって、各片持ちアームは、ステップ領域１００４および凹部領域１００６を備える。凹部領域１００６は、テーパ６０７および凹部６０９と類似したテーパ（明示的に図示せず）および凹部（明示的に図示せず）を備える。図の実施形態において、凹部領域１００６は、上部カバーおよび下部カバーを有する。したがって、凹部領域１００６は、実質的に周囲のチャンバ内の圧力を変えることなしに、片持ちアーム１００１のこの部分における振動による応力を低減しうる。
【0091】
冷却素子１０００は、冷却素子６００と類似した方法で機能する。したがって、片持ちアーム１００１は、振動運動を行うように駆動されうる。冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、冷却素子１０００は、本明細書に記載された速度で流体を駆動しうる。したがって、冷却素子１０００は、熱発生構造を効果的に冷却するために用いられてよい。さらに、凹部領域１００６は、片持ちアーム１００１が振動運動中に受ける応力を低減しうる。結果的に、冷却素子１０００の信頼性が改善されうる。
【0092】
図１１～図１３は、冷却素子（冷却素子６００など）の一部となりうる片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１の実施形態を示す。図１１～図１３は、正確な縮尺ではない。片持ちアーム１１０１、１２０１、および／または、１３０１は、片持ちアーム１１０１、１２０１、および／または、１３０１を一部として含む冷却素子を支持または保持するために用いられうる固定領域（図示せず）に隣接していてよい。片持ちアーム１１０１、１２０１、および／または、１３０１は、いくつかの実施形態において、中央を固定された冷却素子の一部、または、端部を固定された冷却素子の一部、であってよい。片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１は各々、かかる冷却素子が駆動されることに応じて、振動運動を行う。片持ちアーム１１０１は、ステップ領域１１０４および凹部領域１１０６を備える。固定領域１１０２も示されている。ステップ領域１１０４は、固定領域１１０２から外向きに伸びている。凹部領域１１０６は、ステップ領域１１０４から外向きに伸びている。片持ちアーム１２０１は、ステップ領域１２０４および凹部領域１２０６を備える。固定領域１２０２も示されている。ステップ領域１２０４は、固定領域１２０２から外向きに伸びている。凹部領域１２０６は、ステップ領域１２０４から外向きに伸びている。片持ちアーム１３０１は、ステップ領域１３０４および凹部領域１３０６を備える。固定領域１３０２も示されている。ステップ領域１３０４は、固定領域１３０２から外向きに伸びている。凹部領域１３０６は、ステップ領域１３０４から外向きに伸びている。その他の領域（図示せず）が、片持ちアーム１１０１、１２０１、および／または、１３０１に含まれてもよい。
【0093】
凹部領域１１０６、１２０６、および、１３０６は、それぞれ、テーパ１１０７、１２０７、および、１３０７を備え、それぞれ、凹部１１０９、１２０９、および、１３０９を備える。片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１は、片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１の剛性を調整するために、それぞれ、テーパ１１０７、１２０７、および、１３０７の変動も利用できることを示唆している。例えば、テーパ１１０７、１２０７、および、１３０７は、それぞれ対応するステップ領域１１０４、１２０４、および、１３０４と、それぞれ対応する凹部領域１１０６、１２０６、および、１３０６との間の移行部からの距離の二乗に比例して、幅が減少してよい。破線１１０８、１２０８、および、１３０８は、それぞれ対応するテーパ１１０７、１２０７、および、１０３７の幅が、それぞれ対応するステップ領域１１０４、１２０４、および、１３０４と、それぞれ対応する凹部領域１１０６、１２０６、および、１３０６との間の移行部からの距離と共に線形的に変化した場合に、どのように減少しうるのかを示している。さらに、テーパ１１０７、１２０７、および、１３０７は、異なる割合で幅が減少する。テーパ１１０７は、端部における幅の減少が最も大きい（例えば、約９０パーセントパーセント）。テーパ１２０７は、反対側の端部における減少の割合がより小さい（例えば、約７５パーセント）。テーパ１３０７は、反対側の端部における減少の割合が最も小さい（例えば、約５０パーセント）。その他の幅の変動（例えば、三乗）およびその他のテーパ量が用いられてもよい。テーパの幅が変化する方法と、幅が変化する量とを調整することにより、片持ちアームの剛性と、応力の低減とを変化させることができる。
【0094】
片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１は、冷却素子６００の片持ちアーム６０１と類似した方法で機能する。したがって、片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１は、振動運動を行うように駆動されうる。冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１は、本明細書に記載された速度で流体を駆動しうる。したがって、片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１は、熱発生構造を効果的に冷却するために用いられてよい。さらに、凹部領域は、剛性を維持しつつ、応力を低減するよう構成可能である。結果的に、片持ちアーム１１０１、１２０１、および、１３０１の信頼性が改善されうる。
【0095】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、アクチュエータすなわち冷却素子１４００の実施形態を示す側面図および底面図である。図１４Ａ～図１４Ｂは、正確な縮尺ではない。冷却システム１４００は、冷却素子１２０および冷却素子６００と類似している。冷却素子１４００は、冷却システム（冷却素子１００および／または４００など）で利用可能である。したがって、冷却素子１４００は、固定領域１２２および６０２ならびに片持ちアーム１２１および６０１と類似している固定領域１４２２および片持ちアーム１４２１を備える。固定領域１４２２は、冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）内でアンカ（アンカ１６０および／または４６０など）によって所定位置に保持されている。片持ちアーム１４２１は、冷却素子１４００が駆動されることに応じて、振動運動を行う。図に示す実施形態において、固定領域１４２２は、中央に配置されている。他の実施形態において、固定領域１４２２は、アクチュエータの一方の端部にあってもよい。
【0096】
各片持ちアーム１４２１は、片持ちアーム１２１、ならびに、片持ちアーム６０１、７０１、および、８０１と類似している。したがって、各片持ちアームは、ステップ領域１２４、延長領域１２６、および、外側領域１２８と類似しているステップ領域１４２４、延長領域１４２６、および、外側領域１４２８を備える。片持ちアーム１４２１は各々、テーパ６２７および凹部６２９に類似したテーパ１４２７および凹部１４２９を有する凹部領域１４０６を備える。したがって、延長領域１４２６の一部も凹部になっている。いくつかの実施形態において、ステップ領域１４２４および／または外側領域１４２８が、延長領域１４２６の代わりに、または、それに加えて、凹部および／またはテーパを備えてもよい。このように、冷却素子１２０の構成と、冷却素子６００、９００、および／または、１０００、ならびに／もしくは、片持ちアーム７０１、８０１、１１０１、１２０１、および／または、１３０１の凹部とを、様々な方法で組み合わせてよい。
【0097】
冷却素子１４００は、冷却素子１２０および６００と類似した方法で機能する。したがって、片持ちアーム１４０１は、振動運動を行うように駆動されうる。冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）で利用される場合、冷却素子１４００は、本明細書に記載された速度で流体を駆動しうる。したがって、冷却素子１４００は、熱発生構造を効果的に冷却するために用いられてよい。さらに、流体の中を移動する片持ちアーム１４０１の能力が向上され、振動運動中に片持ちアーム１４０１が受ける応力が低減されうる。結果的に、冷却素子１４００の効率、性能、および、信頼性が改善されうる。
【0098】
様々な冷却素子１２０、４２０、６００、９００、１０００、および、１４００、ならびに、様々な片持ちアーム７０１、８０１、１１０１、１２０１、および、１３０１について説明し、特定の特徴を明らかにした。冷却素子１２０、４２０、６００、９００、１０００、および、１４００、ならびに、様々な片持ちアーム７０１、８０１、１１０１、１２０１、および、１３０１の様々な特徴を、本明細書に明示的に示されていない方法で組み合わせることができる。
【0099】
図１５Ａ～図１５Ｂは、タイルとして構成された複数の冷却セルを備えたアクティブ冷却システム１５００の実施形態を示す。図１５Ａは、上面図を示し、図１５Ｂは、側面図を示している。図１５Ａ～図１５Ｂは、正確な縮尺ではない。冷却システム１５００は、４つの冷却セル１５０１を備えており、それらの冷却セルは、本明細書に記載されている冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）の内の１または複数に類似している。２×２構成の４つの冷却セル１５０１が示されているが、いくつかの実施形態において、別の数および／または別の構成の冷却セル１５０１が用いられてもよい。図の実施形態において、冷却セル１５０１は、開口部１５１２を有する共有上部プレート１５１０と、冷却素子１５２０と、オリフィス１５３２を備えた共有オリフィスプレート１５３０と、上部チャンバ１５４０と、下部チャンバ１５５０と、アンカ（支持構造）１５６０と、を備えており、これらの構成要素は、開口部１１２を有する上部プレート１１０と、冷却要素１２０と、オリフィス１３２を有するオリフィスプレート１３０と、上部チャンバ１４０と、下部チャンバ１５０と、アンカ１６０と、に類似している。冷却素子９２０の文脈で示されているが、冷却素子１２０、４２０、６００、９００、１０００、および、１４００、ならびに、様々な片持ちアーム７０１、８０１、１１０１、１２０１、および、１３０１の任意の組み合わせが用いられてよい。下部アンカ１５６０が示されているが、他の実施形態において、上部アンカが用いられてもよい。図の実施形態において、冷却素子１５２０は、異なる位相で（すなわち、シーソーに類似した方法で）駆動されている。さらに、或るセル内の冷却素子１５２０が、隣接するセル内の冷却素子と異なる位相で駆動されている。
【0100】
冷却システム１５００の冷却セル１５０１は、冷却システム１００および／４００と類似した方法で機能する。その結果として、本明細書に記載されている利点が、冷却システム１５００によって共有されうる。近くのセル内の冷却素子が異なる位相で駆動されるため、冷却システム１５００における振動が低減されうる。複数の冷却セル１５０１が利用されるので、冷却システム１５００は、冷却力が改善されうる。
【0101】
図１６は、複数の冷却セル１６０１を備えた冷却システム１６００の実施形態を示す上面図である。図１６は、正確な縮尺ではない。冷却セル１６０１は、本明細書に記載されている冷却システム（冷却システム１００および／または４００など）の内の１または複数に類似している。冷却システム１６００に示すように、冷却セル１６０１は、所望のサイズおよび構成の二次元アレイに配列されてよい。いくつかの実施形態において、冷却システム１６００は、複数のタイル１６０で構成されていると見なされうる。このように、所望の冷却力および構成が実現されうる。
【0102】
図１７は、冷却システムを動作させるための方法１７００の実施形態例を示すフローチャートである。方法１７００は、簡単のために図示されていない工程を備えてもよい。方法１７００は、圧電型冷却システム１００の文脈で説明されている。ただし、方法１７００は、本明細書に記載のシステムおよびセルを含むがそれらに限定されないその他の冷却システムで用いられてもよい。
【0103】
冷却システム内の冷却素子の内の１または複数が、工程１７０２で振動するよう作動される。工程１７０２では、所望の周波数を有する電気信号が、冷却素子を駆動するために用いられる。いくつかの実施形態において、冷却素子は、工程１７０２で、構造共振周波数および／または音響共振周波数で、もしくは、それらに近い周波数で、駆動される。駆動周波数は、１５ｋＨｚ以上であってよい。複数の冷却素子が工程１７０２で駆動される場合、冷却素子は、異なる位相で駆動されてもよい。いくつかの実施形態において、冷却素子は、実質的に１８０度ずれた位相で駆動される。さらに、いくつかの実施形態において、個々の冷却素子が、異なる位相で駆動される。例えば、１つの冷却素子の異なる部分が、反対方向に振動するよう駆動されてよい（すなわち、シーソーに類似する）。いくつかの実施形態において、個々の冷却素子が、同じ位相で駆動されてもよい（すなわち、蝶に類似する）。さらに、駆動信号は、アンカ、冷却素子、または、アンカおよび冷却素子の両方に供給されてよい。さらに、アンカが、屈曲しおよび／または平行移動するように駆動されてもよい。
【0104】
圧電型冷却素子からのフィードバックが、工程１７０４で、駆動電流を調整するために用いられる。いくつかの実施形態において、調整は、冷却素子および／または冷却システムの１または複数の音響共振周波数および／または構造共振周波数と同じまたは近い周波数に、周波数を維持するために用いられる。特定の冷却素子の共振周波数が、例えば、温度変化に起因して変動する場合がある。工程１７０４でなされる調整は、共振周波数の変動を考慮することを可能にする。
【0105】
例えば、圧電型冷却素子１２０が、工程１７０２で、その１または複数の構造共振周波数で駆動されてよい。この共振周波数は、上部チャンバ１４０の音響共振周波数と同じまたは近くてもよい。これは、アンカ１６０内の圧電体層（図１Ａ～図１Ｆでは図示せず）および／または冷却素子１２０内の圧電体層を駆動することによって達成されうる。工程１７０４で、フィードバックは、冷却素子１２０を、共振状態に維持するため、そして、複数の冷却素子が駆動されるいくつかの実施形態においては、１８０度ずれた位相に維持するために、用いられる。したがって、冷却システム１００を通して熱発生構造１０２へ流体流を駆動する冷却素子１２０の効率が維持されうる。いくつかの実施形態において、工程１７０４は、冷却素子１２０を流れる電流および／またはアンカ１６０を流れる電流をサンプリングし、共振および低入力電力を維持するように電流を調整することを含む。
【0106】
結果として、冷却素子（冷却素子１２０、４２０、６００、９００、１０００、および、１４００など）、ならびに、様々な片持ちアーム７０１、８０１、１１０１、１２０１、および、１３０１は、上述のように動作しうる。このように、方法１７００は、本明細書に記載の圧電型冷却システムの利用を提供する。したがって、圧電型冷却システムは、より低い電力で、より効率的かつ静かに、半導体デバイスを冷却しうる。
【0107】
上述の実施形態は、理解しやすいようにいくぶん詳しく説明されているが、本発明は、提供された詳細事項に限定されるものではない。本発明を実施する多くの代替方法が存在する。開示されている実施形態は、例示であり、限定を意図するものではない。
［適用例１］アクチュエータであって、
固定領域と、
前記固定領域から外向きに伸びている片持ちアームと、
を備え、
前記片持ちアームは、
前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有するステップ領域と、
前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する延長領域と、
前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有する外側領域と、
を備える、アクチュエータ。
［適用例２］適用例１に記載のアクチュエータであって、前記片持ちアームは、さらに、
前記ステップ領域と前記延長領域との間に追加ステップ領域を備え、
前記追加ステップ領域は、前記ステップ厚さよりも薄く、前記延長厚さよりも厚い追加ステップ厚さを有する、アクチュエータ。
［適用例３］適用例１に記載のアクチュエータであって、前記外側厚さは、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下だけ前記延長厚さよりも厚く、前記外側領域は、１００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅を有し、前記延長領域は、前記ステップ領域から外向きに伸びる０．５ミリメートル以上かつ１．５ミリメートル以下の長さを有する、アクチュエータ。
［適用例４］適用例１に記載のアクチュエータであって、前記ステップ領域、前記延長領域、および、前記外側領域の内の少なくとも１つは、少なくとも１つの凹部を備える、アクチュエータ。
［適用例５］適用例４に記載のアクチュエータであって、前記少なくとも１つの凹部は、前記少なくとも１つの凹部の幅が前記固定領域からの距離と共に増大するようなテーパを含む、アクチュエータ。
［適用例６］適用例５に記載のアクチュエータであって、前記テーパは、線形テーパ、二次テーパ、および、三次テーパから選択される、アクチュエータ。
［適用例７］適用例４に記載のアクチュエータであって、さらに、
前記少なくとも１つの凹部が前記アクチェータの内部に存在するように構成されているカバーを備える、アクチュエータ。
［適用例８］適用例１に記載のアクチュエータであって、さらに、
前記片持ちアームと反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアームを備え、
前記追加片持ちアームは、
前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有する追加ステップ領域と、
前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有する追加延長領域と、
前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有する追加外側領域と、
を備える、アクチュエータ。
［適用例９］冷却システムであって、
アンカと、
固定領域および片持ちアームを備えている冷却素子と、
を備え、
前記固定領域は、前記アンカによって固定され、前記片持ちアームは、前記固定領域から外向きに伸び、
前記片持ちアームは、
前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有するステップ領域と、
前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する延長領域と、
前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有する外側領域と、
を備え、
前記冷却素子は、流体を熱発生構造に向かって駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている、冷却システム。
［適用例１０］適用例９に記載の冷却システムであって、前記片持ちアームは、さらに、
前記ステップ領域と前記延長領域との間に追加ステップ領域を備え、
前記追加ステップ領域は、前記ステップ厚さよりも薄く、前記延長厚さよりも厚い追加ステップ厚さを有する、冷却システム。
［適用例１１］適用例９に記載の冷却システムであって、前記ステップ領域、前記延長領域、および、前記外側領域の内の少なくとも１つは、少なくとも１つの凹部を備える、冷却システム。
［適用例１２］適用例１１に記載の冷却システムであって、前記冷却素子は、さらに、
前記少なくとも１つの凹部が前記冷却素子の内部に存在するように構成されているカバーを備える、冷却システム。
［適用例１３］適用例９に記載の冷却システムであって、前記冷却素子は、さらに、
前記片持ちアームと反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアームを備え、
前記追加片持ちアームは、
前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有する追加ステップ領域と、
前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有する追加延長領域と、
前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有する追加外側領域と、を備える、冷却システム。
［適用例１４］適用例１３に記載の冷却システムであって、さらに、
複数のオリフィスを有するオリフィスプレートを備え、
前記オリフィスプレートは、前記冷却素子と前記熱発生構造との間に配置されている、冷却システム。
［適用例１５］適用例１４に記載の冷却システムであって、さらに、
複数のセル壁を備え、
前記複数のセル壁は、前記複数のセル壁の一部と前記冷却素子との間に上部チャンバが形成され、前記複数のセル壁、前記オリフィスプレート、および、前記冷却素子の間に下部チャンバが形成されるように構成されており、前記上部チャンバは、前記下部チャンバと流体連通している、冷却システム。
［適用例１６］熱発生構造を冷却する方法であって、
ある周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動することを備え、
前記冷却素子は、固定領域および片持ちアームを備え、前記片持ちアームは、前記固定領域から外向きに伸び、前記片持ちアームは、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を備え、前記ステップ領域は、前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有し、前記延長領域は、前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有し、前記外側領域は、前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有し、前記冷却素子は、流体を熱発生構造に向かって駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている、方法。
［適用例１７］適用例１６に記載の方法であって、前記駆動することは、さらに、
実質的に前記片持ちアームの構造共振周波数で前記冷却素子を駆動することを含む、方法。
［適用例１８］適用例１７に記載の方法であって、前記駆動することは、さらに、
実質的に流体共振周波数で前記冷却素子を駆動することを含む、方法。
［適用例１９］適用例１６に記載の方法であって、前記冷却素子は、前記片持ちアームと反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアームを備え、
前記追加片持ちアームは、追加ステップ領域、追加延長領域、および、追加外側領域を備え、前記追加ステップ領域は、前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有し、前記追加延長領域は、前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有し、前記追加外側領域は、前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有し、
前記方法は、さらに、前記周波数で前記追加片持ちアームを駆動することを備える、方法。
［適用例２０］適用例１９に記載の方法であって、前記駆動の前記周波数は、実質的に、前記追加片持ちアームの追加構造共振周波数と、流体共振周波数と、の内の少なくとも一方である、方法。
［適用例１］アクチュエータであって、
固定領域と、
前記固定領域から外向きに伸びている片持ちアームと、
を備え、
前記片持ちアームは、
前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有するステップ領域と、
前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する延長領域と、
前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有する外側領域と、
を備える、アクチュエータ。
［適用例２］適用例１に記載のアクチュエータであって、前記片持ちアームは、さらに、
前記ステップ領域と前記延長領域との間に追加ステップ領域を備え、
前記追加ステップ領域は、前記ステップ厚さよりも薄く、前記延長厚さよりも厚い追加ステップ厚さを有する、アクチュエータ。
［適用例３］適用例１に記載のアクチュエータであって、前記外側厚さは、５０マイクロメートル以上かつ２００マイクロメートル以下だけ前記延長厚さよりも厚く、前記外側領域は、１００マイクロメートル以上かつ３００マイクロメートル以下の幅を有し、前記延長領域は、前記ステップ領域から外向きに伸びる０．５ミリメートル以上かつ１．５ミリメートル以下の長さを有する、アクチュエータ。
［適用例４］適用例１に記載のアクチュエータであって、前記ステップ領域、前記延長領域、および、前記外側領域の内の少なくとも１つは、少なくとも１つの凹部を備える、アクチュエータ。
［適用例５］適用例４に記載のアクチュエータであって、前記少なくとも１つの凹部は、前記少なくとも１つの凹部の幅が前記固定領域からの距離と共に増大するようなテーパを含む、アクチュエータ。
［適用例６］適用例５に記載のアクチュエータであって、前記テーパは、線形テーパ、二次テーパ、および、三次テーパから選択される、アクチュエータ。
［適用例７］適用例４に記載のアクチュエータであって、さらに、
前記少なくとも１つの凹部が前記アクチェータの内部に存在するように構成されているカバーを備える、アクチュエータ。
［適用例８］適用例１に記載のアクチュエータであって、さらに、
前記片持ちアームと反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアームを備え、
前記追加片持ちアームは、
前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有する追加ステップ領域と、
前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有する追加延長領域と、
前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有する追加外側領域と、
を備える、アクチュエータ。
［適用例９］冷却システムであって、
アンカと、
固定領域および片持ちアームを備えている冷却素子と、
を備え、
前記固定領域は、前記アンカによって固定され、前記片持ちアームは、前記固定領域から外向きに伸び、
前記片持ちアームは、
前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有するステップ領域と、
前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有する延長領域と、
前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有する外側領域と、
を備え、
前記冷却素子は、流体を熱発生構造に向かって駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている、冷却システム。
［適用例１０］適用例９に記載の冷却システムであって、前記片持ちアームは、さらに、
前記ステップ領域と前記延長領域との間に追加ステップ領域を備え、
前記追加ステップ領域は、前記ステップ厚さよりも薄く、前記延長厚さよりも厚い追加ステップ厚さを有する、冷却システム。
［適用例１１］適用例９に記載の冷却システムであって、前記ステップ領域、前記延長領域、および、前記外側領域の内の少なくとも１つは、少なくとも１つの凹部を備える、冷却システム。
［適用例１２］適用例１１に記載の冷却システムであって、前記冷却素子は、さらに、
前記少なくとも１つの凹部が前記冷却素子の内部に存在するように構成されているカバーを備える、冷却システム。
［適用例１３］適用例９に記載の冷却システムであって、前記冷却素子は、さらに、
前記片持ちアームと反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアームを備え、
前記追加片持ちアームは、
前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有する追加ステップ領域と、
前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有する追加延長領域と、
前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有する追加外側領域と、を備える、冷却システム。
［適用例１４］適用例１３に記載の冷却システムであって、さらに、
複数のオリフィスを有するオリフィスプレートを備え、
前記オリフィスプレートは、前記冷却素子と前記熱発生構造との間に配置されている、冷却システム。
［適用例１５］適用例１４に記載の冷却システムであって、さらに、
複数のセル壁を備え、
前記複数のセル壁は、前記複数のセル壁の一部と前記冷却素子との間に上部チャンバが形成され、前記複数のセル壁、前記オリフィスプレート、および、前記冷却素子の間に下部チャンバが形成されるように構成されており、前記上部チャンバは、前記下部チャンバと流体連通している、冷却システム。
［適用例１６］熱発生構造を冷却する方法であって、
ある周波数の振動運動を引き起こすように冷却素子を駆動することを備え、
前記冷却素子は、固定領域および片持ちアームを備え、前記片持ちアームは、前記固定領域から外向きに伸び、前記片持ちアームは、ステップ領域、延長領域、および、外側領域を備え、前記ステップ領域は、前記固定領域から外向きに伸び、ステップ厚さを有し、前記延長領域は、前記ステップ領域から外向きに伸び、前記ステップ厚さよりも薄い延長厚さを有し、前記外側領域は、前記延長領域から外向きに伸び、前記延長厚さよりも厚い外側厚さを有し、前記冷却素子は、流体を熱発生構造に向かって駆動するために、作動された時に振動運動を行うよう構成されている、方法。
［適用例１７］適用例１６に記載の方法であって、前記駆動することは、さらに、
実質的に前記片持ちアームの構造共振周波数で前記冷却素子を駆動することを含む、方法。
［適用例１８］適用例１７に記載の方法であって、前記駆動することは、さらに、
実質的に流体共振周波数で前記冷却素子を駆動することを含む、方法。
［適用例１９］適用例１６に記載の方法であって、前記冷却素子は、前記片持ちアームと反対側で前記固定領域から外向きに伸びている追加片持ちアームを備え、
前記追加片持ちアームは、追加ステップ領域、追加延長領域、および、追加外側領域を備え、前記追加ステップ領域は、前記固定領域から外向きに伸び、追加ステップ厚さを有し、前記追加延長領域は、前記追加ステップ領域から外向きに伸び、前記追加ステップ厚さよりも薄い追加延長厚さを有し、前記追加外側領域は、前記追加延長領域から外向きに伸び、前記追加延長厚さよりも厚い追加外側厚さを有し、
前記方法は、さらに、前記周波数で前記追加片持ちアームを駆動することを備える、方法。
［適用例２０］適用例１９に記載の方法であって、前記駆動の前記周波数は、実質的に、前記追加片持ちアームの追加構造共振周波数と、流体共振周波数と、の内の少なくとも一方である、方法。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17】