ファン援用熱減少装置
【課題】熱減少アセンブリがファンを囲むハウジングをも形成しているファン援助熱減少冷却装置の動作効率を向上させる。
【解決手段】ハウジングは間に細長い開口を備えた複数の冷却羽根から構成され、空気を羽根の間を通して羽根を冷却している。羽根は、冷却装置が動作しているとき発生する騒音を極小にするために、ファン羽根の向きに対してほぼ反対に傾いている。冷却装置は空気を冷却羽根の上方を２回通過させる。
【解決手段】ハウジングは間に細長い開口を備えた複数の冷却羽根から構成され、空気を羽根の間を通して羽根を冷却している。羽根は、冷却装置が動作しているとき発生する騒音を極小にするために、ファン羽根の向きに対してほぼ反対に傾いている。冷却装置は空気を冷却羽根の上方を２回通過させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に冷却装置に関し、更に詳細には、集積回路装置からの熱を除去する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路装置は最近の電子的用途にますます多く使用されている。普及している一例はコンピュータである。パーソナルコンピュータを含むほとんどのコンピュータの一つまたは複数の中央処理装置は集積回路装置から構成されている。
【０００３】
正常動作中、集積回路装置はかなりな量の熱を発生する。この熱を絶えず除去しなければ、集積回路装置は過熱し、装置の損傷を生ずるかまたは動作性能を低下させる。このような過熱を回避するために、集積回路装置と関連して集積回路冷却装置がしばしば使用されている。
【０００４】
このような冷却装置の一つはファン援用熱減少冷却装置である。このような装置では、熱減少部は、熱を伝えやすい、アルミニウムのような材料から形成されている。熱減少部は普通、集積回路装置の上に接触して設置される。この接触により、集積回路が発生する熱は熱減少部に、集積回路から遠くへ伝えられる。
【０００５】
熱減少部は熱減少部の表面積を増すために、したがって、熱減少装置から周囲空気への熱の移動を極大にするために、複数の冷却フィンを備えることができる。このようにして、熱減少部は熱を集積回路から遠くへ引き出し、周囲空気に伝える。
【０００６】
このような熱減少装置の冷却能力を高めるために、電動ファンがしばしば熱減少部の上に取付けられる。動作時、ファンは空気を熱減少装置のフィンの上方および周りに移動させ、フィンから周囲空気への熱の移動を高めることによりフィンを冷却する。
【０００７】
多年にわたり、集積回路装置の電力が増大するにつれて、これら装置により発生される熱の量が増大してきた。これら高電力集積回路を適切に冷却するためには、更に冷却能力の大きい集積回路冷却装置が必要である。
【０００８】
通常、ファン援用熱減少冷却装置の冷却能力は、装置を大きくすることにより大きくしてきた。特に、冷却装置はしばしば、更に大きい熱減少部および更に大きいファンを組み込むことにより大きくされている。しかし、この大きさの増大のため問題が生ずることがわかっている。冷却装置の大きさを垂直方向に（すなわち集積回路装置の向きを横切る方向に）大きくすることは、小型パーソナルコンピュータのコンピュータケースのような、多数の用途で利用可能な外殻が制限されているため、問題である。これは、ほとんどの状況において、ファンの内外への適切な空気流を可能とするのにファン開口とコンピュータケースとの間にかなりな実質的隙間が必要であるから、更に大きい問題にさえなる。
【０００９】
冷却装置の大きさを水平方向（すなわち、回路板の向きに平行な方向）に大きくすることも、コンピュータケースに組み込むことができる集積回路装置の数を制限するので、しばしば問題になる。
【００１０】
ファン援用熱減少冷却装置に伴う他の問題は、特に更に大きいファンを使用して冷却能力を大きくしている状況において、ファンにより発生される騒音である。これはユーザが普通機械に近接している小型コンピュータでは特に問題である。問題は、多数の集積回路装置が、したがって、多数の冷却装置が、多数の高電力コンピュータで生ずるように、同じコンピュータケースに設置されている状況では更に悪化する。
【００１１】
したがって、一般に、ファン援用熱減少冷却装置に関連するこれらの問題を克服する装置を提供することが望まれる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は主として動作中の集積回路を冷却するファン援用熱減少冷却装置を目的としている。
【００１３】
冷却装置にはファンを囲むハウジングを形成する熱減少アセンブリが設けられている。このようにして、冷却装置の垂直の大きさを極小にしている。ハウジングはそれらの間に、空気を通過させて羽根を冷却させる細長い開口を備えた複数の冷却羽根から構成されている。
【００１４】
冷却装置は動作している間発生する騒音がかなり少ないようにも設計されている。これを達成するには、冷却羽根をファン羽根の角度に対してほぼ反対に傾ける。この構成は冷却装置が発生する騒音をかなり低減することがわかっている。
【００１５】
冷却装置の構成は冷却装置を極めて効率よく動作させる。ファンハウジングが一連の羽根から構成されているので、空気はハウジング壁を通してばかりでなくハウジングの開放頂部からもハウジングに入る。したがって、冷却装置ははるかに少ない総体隙間で動作することができる。また、冷却装置から排出される空気はハウジング羽根の上を２回通り、熱消散を更に高める。
【００１６】
空気はファン羽根の向きと整列している一連の曲がりスロットを通ってハウジングから排出される。この構成は高効率の空気流経路を生じ、冷却装置の効率を上げる。
【００１７】
熱減少アセンブリを一体に形成して通常継目に関連する熱伝導損失を防止することができる。大きな質量の熱伝導材料を熱減少アセンブリに集積回路装置に直接隣接して設け、集積回路装置から熱減少部への熱流を高める。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１−図９は、全般に、熱源110からの熱を消散する冷却装置10を示す。冷却装置10には熱源110に接触するようになっている実質的に平面状の表面54およびその中に室84を形成する周辺壁部82がある。室84は第１の開放端85および室の壁部86により形成される第２の閉鎖端を備えている。冷却装置には平面状表面54と室の壁部86との間に設けられた熱伝導基底部52もある。複数の開口73が周辺壁部82を貫いて基底部52の中に突出している。
【００１９】
図１−図９はまた、全般に、熱源110からの熱を消散する冷却装置10を示しており、この冷却装置10は、各々に長手方向中心軸「ＶＶ」、図５、がある複数の冷却羽根71により形成されるファン室84、およびファン室84の内部にファン回転軸「ＡＡ」の周りに回転可能に取付けられた複数のファン羽根21を備えており、各ファン羽根21にはファン羽根方位軸「ＦＦ」がある。各冷却羽根長手方向中心軸「ＶＶ」はファン羽根方位軸「ＦＦ」に対して約75度と105度との間の角度「Ｙ」を形成している。
【００２０】
図１−図９はまた、全般に、熱源110からの熱を除去する冷却装置10を示しており、この方法は境界面54、その中に室84を形成する周辺壁部82、および境界面54と室84との間に設けられた熱伝導基底部52を備えている熱減少アセンブリ50を設けるステップ、熱源110を境界面54と接触させるステップ、空気148、150を周辺壁部82を通して室84内に移動させるステップ、および空気144、146を基底部52を通して室84の外に移動させるステップを備えている。
【００２１】
冷却装置を全般的にのように説明してきたが、今度は装置を更に詳細に説明することにする。
【００２２】
図１は熱減少アセンブリ50の内部に取付けられたファンアセンブリ20を備えている冷却装置10を示す。図２に示すように、ファンアセンブリ20は個別羽根22、24、および26のような複数のファン羽根21を備えている。ファン羽根を基礎部材30のシャフト32に回転可能に取付けることができるハブアセンブリ28に取付けることができる。ハブアセンブリ28をハブアセンブリ28の内部に設置された、図示しない、モータによりシャフト32に対して回転可能に駆動することができる。ファンアセンブリ20にはファンアセンブリが活動するときその周りをハブアセンブリ28が回転する軸でもある長手方向中心軸「ＡＡ」がある。電力をファンアセンブリのモータに加えるために電気ワイヤが、図示したように、基礎部材30を通してファンアセンブリ20に入ることができる。図示しない第３のワイヤをファンの回転を監視するために随意にファンアセンブリ20に接続することができる。このようにして、ファン20が指定速度で回転できないとき、冷却装置10により冷却される集積回路装置を遮断することができ、集積回路装置の過熱を防止することができる。
【００２３】
ハブアセンブリ28は約37mmの直径「ａ」をおよびファン羽根の高さと実質上等しくすることができる約15mmの高さ「ｂ」を備えることができる。ファン羽根の外側の直径「ｃ」は約55mmである。ファンアセンブリ20の全体の高さは約25mmである。
【００２４】
図３に概略示したように、ファン羽根は、回転しているときおよび上から見たとき、円環状区域38を形成している。円環状区域38の内径はハブアセンブリ28の直径「ａ」に等しく、外径はファン羽根の直径「ｃ」に等しい。上に挙げた例示寸法を使用すれば、円環状区域38の内径は約37mm、外径は約55mm、面積は約13平方cmになる。ファン羽根は、回転しているとき、円環状の塊40をも規定している。円環状塊40の断面積は上述の区域38と同じであり、高さはファン羽根の高さ「ｂ」に等しい。上に挙げた例示寸法を使用すれば、円環状塊の断面積は約13平方cmであり、高さは約15mmであり、体積は約19.5立方cmである。
【００２５】
上述の円環状塊40は、ここでは「羽根掃引空間」40とも言うことができるが、図３に示すように、ファン羽根21の回転により形成される。
【００２６】
ファンアセンブリのモータは12ボルトＤＣブラシレスモータとすることができる。ファンアセンブリ20は日本の松下電器会社から、ＦＢＡ06Ａ12Ｈ型として商品名「パナフロー」のもとに販売されている、市場入手可能な形式のものでよい。
【００２７】
熱減少アセンブリ50を図４−図７に更に詳細に示してある。熱減少アセンブリ50は全般的に円筒形状のものでよく、外径「ｋ」は約73mm、高さ「ｌ」は約36mm、図７、とすることができる。熱減少アセンブリ50は、アルミニウムまたは銅のような、どんな熱伝導材料からでも形成することができる。熱減少アセンブリ50は下面54、図４、のある熱伝導基底部52を備えることができる。熱減少アセンブリの基底部52の直径は熱減少アセンブリの直径「ｋ」に等しく、高さ「ｏ」を約16mm、図７、とすることができる。基底部の下面54に複数の穴56、58、60、62、図４、を設けることができる。これらの穴は構成要素110、図８、のような電子構成要素に時々存在することがある突起に対する隙間を与えるのに設けられる。下面54に複数のねじ穴64、66、68、70をも設けることができる。
【００２８】
基底部52から上方に突出して円環状壁部82、図６および図７、がある。図７からわかるように、円環状壁部82の厚さ「ｅ」は約7.65mm、高さ「ｉ」は約20mmである。円環状壁部82には熱減少装置50の外面の部分を形成する外面81、および内面83がある。
【００２９】
全般的に円筒状のファン室84は円環状壁部82の内部に設置され、ファン室84の外壁が円環状壁部の内面83により形成されている。ファン室84の上端は、図７で見るように、開口85を備えている。ファン室84の下端を下面86により形成されている。ファン室84の直径「ｆ」を約58mmに、高さ「ｉ」を約20mmにすることができる。
【００３０】
ファン室84の下面86の中心に、熱減少アセンブリ50の基底部52の中に下向きに突出して、刳貫き穴88を設けることができる。刳貫き穴88には下面90および上向きに突出する円周側壁92、図７、がある。刳貫き穴88の直径「ｇ」は約38mm、高さ「ｈ」は約６mmである。図６および図７に最もよく示してあるように、刳貫き穴の側壁92には切欠き96がある。
【００３１】
図４−図７を参照すると、熱減少アセンブリ50の外周に、個別スロット74および78のような、複数の傾きスロット73がある。図６で最もよくわかるように、スロット、たとえば、スロット74、78は円環状壁部82を完全に貫いている。個別羽根72、76、および80のような複数の冷却羽根71はスロット73により規定され、円環状壁部82の周辺の周りに２スロットおきに設けられるようになっている。わかるとおり、スロット73はファン室84の中に開き、更に詳細に説明するように空気を熱減少アセンブリ50の外側とファン室84との間を円環状壁部82を通して移動させる。図７からわかるように、スロット73および羽根71も円環状壁部82の下に熱減少アセンブリの基底部52の中に突出している。
【００３２】
熱減少部の円環状壁部82を形成する冷却羽根71の構成を次に詳細に説明する。各冷却羽根71の大きさは円環状壁部82を形成する羽根の数およびスロット73、図５、の幅「Ｎ」によって決まる。図面の図は例示の目的で特定の数の羽根およびスロツトを図示しているが、冷却装置10にはどんな数の羽根およびスロットをも使用することができるということを指摘しておく。効率の良い空気流および熱伝導を与えることがわかっている好適構成を下に説明する。このような構成は45枚の冷却羽根、45個のスロット、を備え且つ先に述べたような大きさになるように構成することができる。
【００３３】
図５を参照すると、冷却羽根71の各々は、円環状壁部82の外面81で、羽根の傾きに垂直な方向に測って、約2.2mmの厚さ「ｍ」を備えていることがわかる。各羽根には、羽根の傾きに垂直な方向に測って、円環状壁部82の内縁83で約1.35mmの厚さになるまで先細になっている。
【００３４】
羽根が円環状壁部82の内縁83に向かって先細になっているため、スロット73を円環状壁部82を横断して比較的一定の幅になるように形成することができる。この一定の幅は冷却装置10の外部と室84との間でスロット73を通して効率良い空気流を得るのに重要である。各スロット73の厚さ「ｎ」を約２mm、図５、にすることができる。
【００３５】
図４および図７からわかるように、スロット73は円環状壁部82の下に延びて熱伝導基底部52の中に突出している。基底部52にあるスロットはファン室の下面86に上向き開口97を形成する。スロット73の下部は図５に示す曲面部分75のような曲面部分で終わっている。これら曲がり部分は、図８を参照して更に詳細に説明するように、冷却装置10を通る空気流を垂直空気流経路138、139から水平排出流経路144、146に変える。曲面75のような曲面を設けると、垂直空気流経路138、139から水平排出流経路144、146に滑らかなネルギ効率の良い遷移を行い、冷却装置0の全体としての効率に寄与する。
【００３６】
ファンアセンブリ20を、図１に示すように、熱減少アセンブリ50に挿入すると、ファンアセンブリの基礎部材30、図２、は熱減少部の刳貫き穴88、図７、の内部に嵌まる。ファンアセンブリ20を熱減少アセンブリ50に確実に固定するには、通常の接着剤をファンアセンブリの基礎部材30、図２、の下面31または熱減少アセンブリの刳貫き穴88の下壁90のいずれかに、または双方に加えることができる。このようにして、ファンアセンブリの基礎部材30をファン羽根21をファン室84の内部で自由に回転させながら熱減少部の刳貫き穴88の内部に確実に固定することができる。代わりに、ファン20をどんな通常の仕方によってでも熱減少アセンブリ50の内部に確実に固定することができる。
【００３７】
熱減少アセンブリの刳貫き穴88に切欠き96を設け、ファンアセンブリ20を上述のように熱減少アセンブリ50に挿入したとき、電気ワイヤ34および36とファンの基礎部材30との間に接続のための隙間を考慮することができる。ワイヤ34および36を、熱減少アセンブリ50の外側に設置されている、図示しない、電源と接続するため、スロット98、100のような、基底86のスロットを通過させることができる。
【００３８】
ファンアセンブリ20を上述のように熱減少アセンブリ50に挿入すると、ファン掃引空間40、図３、が熱減少アセンブリのファン室84、図６、図７、の内部に全体として設置される。したがって、熱減少アセンブリの円環状壁部82はファン掃引空間40を完全に取り囲み、熱伝導面およびファンアセンブリ20のハウジングの双方として働く。この構成は冷却装置10を非常に簡潔に且つ効率良くする。
【００３９】
図８は典型的構成要素冷却用途に使用するために取付けられた冷却装置10を示す。図示した例では、構成要素110はＰＣ板120に取付けられている。構成要素110は、たとえば、パーソナルコンピュータおよびワークステーション用に使用する中央処理装置のようなプロセッサでよい。構成要素110をコネクタ112、114のような電気コネクタを経て通常の仕方でＰＣ板に取付けることができる。熱を消散しやすくするために、構成要素110に銅のような熱伝導材料から形成されるリド116を通常の仕方で設けることができる。
【００４０】
補助構成要素130、140により例示したもののような補助構成要素がしばしば構成要素110のような主構成要素に近接して設置される。このような補助構成要素を、たとえば、コネクタ132、134により、通常の仕方で、図示したようにＰＣ板120に取付けることができる。
【００４１】
動作中、構成要素110、130、140のような電子構成要素はかなりな量の熱を発生する。これは現在使用されている多数のコンピュータプロセッサのような最近開発された一層強力な構成要素の場合特に正しい。このような構成要素をピーク効率で動作させ且つ損傷を回避させておくためには、構成要素の過熱を回避しなければならない。このような過熱を回避するには、動作中構成要素から充分な熱を除去する必要がある。
【００４２】
主構成要素110からの熱除去を行なうのに、冷却装置110を構成要素リド116の上に直接取付けて熱減少アセンブリの基底部52の下面54が構成要素リド116の上面と接触し、それらの間に継目122を形成するようにすることができる。このようにして、構成要素110が発生した熱を構成要素リド116を通して熱減少アセンブリ50の基底部52に伝えることができる。継目122を横断する熱伝導を容易にするには、熱伝導グリースのような熱伝導物質をリド116と熱減少基底部52の下面54との間に通常の仕方で加えることができる。
【００４３】
熱減少アセンブリ50を図８に示すねじファスナ124および126のようなねじファスナを使用してＰＣ板に確実に固定することができる。ファスナ124お よび126は、ＰＣ板にある穴125、127のような穴を通過して図４のねじ穴64、66、68、および70のような、熱減少アセンブリ50のねじ穴と噛み合う。４個のねじファスナを使用して熱減少アセンブリ50をＰＣ板に固定することができるが、図８には２個だけを図示してあることに注目する。
【００４４】
このようにして、熱減少アセンブリ50の下面54を構成要素リド116の上面に対して堅く固定することができ、このようにして両面間の伝熱を 容易にすることができる。したがって、熱が構成要素110から熱減少アセンブリ50の比較的大きい基底部52に引き込まれる。熱は更に上方に冷却羽根71、図４、に伝えられる。
【００４５】
熱を構成要素110から遠くに引き出しやすくするために、熱減少アセンブリ50に図７に示すように大きい基底部52を設けることができる。先に述べたように、基底部52の直径を熱減少アセンブリの直径「ｋ」に実質上等しくすることができる。基底部52のの高さ「ｏ」もほぼ16mmにすることができる。この比較的大きい高さ「ｏ」は熱減少アセンブリの下面54とファン室84との間に大きな質量の熱伝導材料を与え、したがって大きな熱減少部として働き、熱を構成要素110から遠くに除去しやすくする。先に述べた例示寸法を与えれば、基底部52のの高さ「ｏ」を熱減少アセンブリ50の全高「ｌ」の約45％にすることができる。効率の良い熱伝導では、基底部52のの高さ「ｏ」を熱減少アセンブリ50の全高「ｌ」の少なくとも25％とすべきである。
【００４６】
冷却を効率良くするには、熱を、基底部52に移してから、更に冷却羽根71におよび次に周囲空気に伝えなければならない。熱減少アセンブリ50のような熱減少装置の熱を空気に伝える能力は、とりわけ、周囲空気に曝されている熱減少装置の表面積の量によって決まる。冷却羽根71は熱減少装置50の表面積を効果的に増すことによりこのような熱伝導を容易にしている。
【００４７】
動作中、ファン20は、たとえば、図１で見るように、反時計方向に回転する。図８を参照すると、反時計方向のこのファン回転により空気は矢印138、139の全般的方向に移動する。特に、冷却装置10の外部からの取り入れ空気は熱減少アセンブリの開口85、図７、を通して熱減少アセンブリのファン室84に入る。この空気移動を図９に矢印140、142により示してある。ファン室84に入ってから、空気は下向きに、ファン掃引空間40、図３、を通って矢印138、139と整列している方向に、ファン室下面86に向かって移動する。その下向き移動を続けて、空気はファン室下面86にある上向き開口97、図７、を通ってスロット73の下部に入る。空気は次にスロット73の下部を下がり、矢印144および146、図８、で示すように、冷却装置から排出される。冷却装置10を出てから、水平空気流経路144、146は移動し、構成要素110に隣接している構成要素130、140のような補助構成要素を冷却する働きをする。
【００４８】
上述のように、空気がスロット73の下部を通って移動するにつれて、空気は基底部52に設置された関連する羽根71の下部の間をも移動し、それにより羽根を冷却し、熱を熱減少アセンブリ50から除去する。
【００４９】
ファン室84を通って移動する空気流138、139はスロット73を通過するにつれてベルヌイ効果を生ずる。このベルヌイ効果は矢印148および150、図８、により示したように、別の取り入れ空気流を誘導する。空気流148、150は冷却装置10からスロット73の上部を通ってファン室84に移動する空気から構成されている。空気流148、150は次に空気流140、142を結合して先に述べた空気流138、139を形成する。
【００５０】
ベルヌイ効果を利用することにより、冷却装置10は従来の構成で可能なよりも更に多い空気移動を装置を通じて生ずることができる。特に、上述のベルヌイ効果を援助するのに、ファン室84の円環状壁82にスロット73を設けてある。スロット73を通過する空気流138、139の移動はベルヌイ効果を生じ、したがって先に述べた空気移動の増大を生ずる。
【００５１】
空気流148、150が、上述のように、スロット73の上部を通って移動するにつれて、空気は関連羽根71の上部の間をも移動し、それにより円環状壁部82に設置された羽根71を別に冷却し、熱減少アセンブリ50から熱を除去する。
【００５２】
上の説明から認めることができるように、冷却装置10の各羽根71は二つの別々の空気流により冷却される。第１に、空気流148、150が羽根71の上部を通って移動し、羽根を冷却する。その後、空気流144、146が羽根71の下部を通って移動し、羽根を更に冷却する。したがって、冷却装置10を通って移動する空気の一部は一度は空気流144、146を構成する取り入れより、２度目は空気流144、146を部分的に構成する排出により、冷却に２回使用される。
【００５３】
上に説明したように、冷却装置10は取り入れ空気を開口85およびファン室84を囲むスロット73の双方から得ることができる。冷却装置10は取り入れ空気についてファン室開口85だけに依存しているのではないから、冷却装置10の上に設けられる隙間は従来の装置の場合より重要ではない。たとえば、冷却装置は開口85の上に２mmもの小さい隙間を設けただけで効率良く動作することがわかっている。この隙間の少ない用途で動作する能力は冷却装置10を空間に敏感な用途に、特に、ＰＣ板120の向きに垂直の寸法が制限されている用途に使用することを可能とする極めて有利な特徴である。
【００５４】
特に、先に述べた例示寸法に従って構成された冷却装置10の熱抵抗測定値は開口85の上の隙間が無限である場合ワットあたり約0.35℃である。通常の仕方では、この熱抵抗を下面54と周囲空気との間の温度差を熱源（たとえば、構成要素110）が発生する熱エネルギのワットで割って測定していた。固い板を開口85の上方約２mmに設置すると、冷却装置10の熱抵抗測定値はワットあたり約0.38℃しか低下しない。したがって、冷却装置10の熱抵抗は、開口85の上の隙間が約２mmに減少するとき、約９％だけ減少することを認めることができる。
【００５５】
図５を参照すると、熱減少アセンブリ50に長手方向中心軸「ＢＢ」があり、この軸は熱減少アセンブリの下面54の平面に垂直であり、且つファンアセンブリ20を上に説明したように熱減少アセンブリ50の中に取付けたときファンアセンブリの回転軸「ＡＡ」と共線でもある。図５を更に参照すると、各羽根71に長手方向中心軸「ＶＶ」があることがわかる。各羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」は熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」に対して角度「Ｗ」で傾いている。スロット73は羽根71を規定しているので、各スロットにも熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」に対して同じ角度「Ｗ」で傾いている長手方向中心軸がある。
【００５６】
上述の羽根の傾斜は冷却装置10が動作しているとき発生する騒音を減らす上で助けになる。図９はファンアセンブリ20の単一羽根22の構成を示す。羽根22にはファンアセンブリの長手方向中心軸「ＡＡ」に対して通常のように角度「Ｘ」で傾いている方向軸「ＦＦ」がある。ファンアセンブリのハブ28が反時計方向に回転すると、羽根22は全般に図９の矢印152の方向に移動する。上述の羽根22の傾斜のため、この移動は矢印154で示した方向の空気移動を生ずる。矢印154で示した方向は羽根方位軸「ＦＦ」に実質上垂直である。
【００５７】
また図９に重ねて図示してあるのは羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」および熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」である。先に述べたとおり、熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」はファンアセンブリ20を熱減少アセンブリ50の内部に取付けたときファンアセンブリの回転軸「ＡＡ」と共線である。わかるとおり、羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」は先に述べたようにファンアセンブリの回転軸「ＡＡ」および熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」の双方に対して角度「Ｗ」を成している。更にわかるとおり、羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」は羽根の方位軸「ＦＦ」に対しても角度「Ｙ」を形成している。図９を調べて認めることができるように、角度「Ｗ」と「Ｘ」とを加えると常に角度「Ｙ」を生ずる。
【００５８】
冷却装置10が動作しているとき、冷却装置が発生する騒音は羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」と羽根の方位軸「ＦＦ」との間の角度「Ｙ」にかなり影響されることが見いだされている。ファンの騒音はここに説明している冷却装置10のような冷却装置に関連する重大な問題である。このような騒音は、更に大きいまたは更に高速のファンを使用して冷却能力を増す状況においておよびユーザが普通機械に近接している小型コンピュータにおいて特に問題である。騒音の問題は多数の高電力コンピュータで発生するように、多数の集積回路を、したがって多数の冷却装置を同じコンピュータケースに取付ける状況において更に悪化する。
【００５９】
冷却装置10のような冷却装置により発生される騒音は角度「Ｙ」が０度に等しいとき最大であり、角度「Ｙ」が90度に等しいとき最小であることが見いだされている。騒音は90度の角度「Ｙ」で最小になるが、受容できる騒音レベルは約75度と約105度との間の角度「Ｙ」を使用して達成することができる。
【００６０】
認めることができるように、ファンの羽根の角度「Ｘ」を（多数の通常のファンで典型的であるように）約55度とすれば、上述のように角度「Ｙ」が約75度と約105度との間の範囲にあるとき冷却羽根の角度「Ｗ」は約20度と50度との間の範囲にあることになる。更に認められるように、角度「Ｙ」が約90度に等しく且つファンの羽根の角度「Ｘ」が約55度に等しいとき冷却羽根の角度「Ｗ」は約35度に等しい。
【００６１】
上述の羽根角度の構成は次に詳細に説明するように冷却装置10の動作に別の改良をも加える。
【００６２】
先に述べたとおり、熱減少アセンブリの基底部52にあるスロット73はファン室の下面86、図６、に上向き開口97を形成している。これらの開口は冷却装置10の動作中ファン室84を出る空気の排出経路を与えるように働く。スロット73の下部は図５に示す曲がり部分75のような曲面部分で終わっている。これら曲面部分は図８を参照して先に説明したように冷却装置10を通る空気流を垂直空気流経路138、139から水平排出流路144、146に変える。
【００６３】
再び図９を参照すると、基底部52にあるスロット73の他に上向き開口97も羽根の方位軸「ＦＦ」に対して同じ角度「Ｙ」だけ傾いていることを認めることができる。先に説明したとおり、空気流の方向154、図９、は羽根の方位軸「ＦＦ」に対して約90度傾いている。したがって、羽根の長手方向軸「ＶＶ」を、先に述べたように、羽根の方位軸「ＦＦ」から約90度を成す方向に向ければ、空気流の方向154は羽根の長手方向軸「ＶＶ」と、したがって、先に説明したように羽根71と同じ傾斜で形成されているスロット73と実質的に整列することになる。
【００６４】
空気流方向154と排出開口97およびスロット73とのこの整列によりファン室84を出る空気に真直ぐな、滑らかな排出経路を与える。この構成は、したがって、他の場合従来の装置で生ずることがある空気流衝撃損失を減らすことにより冷却装置10の効率に寄与する。
【００６５】
図６を参照すると、熱減少アセンブリ50に、熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」、図５、に垂直な二等分線「ＨＲ−ＨＲ」があることがわかる。更に図６を参照すると、下面86にある各スロット97にスロット長手方向中心軸「ＳＳ」があることがわかる。各スロット長手方向中心軸「ＳＳ」は熱減少部二等分線「ＨＲ−ＨＲ」に対して角度「Ａ」だけ傾いていることがわかる。
【００６６】
上述のスロットの傾斜は冷却装置10が動作中に発生する騒音を減らす上でも助けになることが見いだされている。図１０はファンアセンブリ20の単一羽根22の構成を、上から見たように示している。ファンアセンブリ20にはファンアセンブリの長手方向中心軸「ＡＡ」、図２、に垂直で且つ、ファンアセンブリ20を先に述べたように熱減少アセンブリ50の内部に設置したとき熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」、図５、に垂直である二等分線「ＦＲ−ＦＲ」がある。羽根22の下部185にファンアセンブリの二等分線「ＦＲ−ＦＲ」に対して通常のように角度「Ｂ」で傾いている方向軸「ＺＺ」がある。
【００６７】
また図１０に重ねて図示してあるのはスロット長手方向中心軸「ＳＳ」である。わかるとおり、スロット長手方向中心軸「ＳＳ」はファン羽根方向軸「ＺＺ」に対して角度「Ｃ」を形成している。図１０を調べてわかるとおり、角度「Ａ」と角度「Ｂ」とを加えると常に角度「Ｃ」を生ずる。
【００６８】
冷却装置10が動作しているとき、冷却装置により発生される騒音はスロット長手方向中心軸「ＳＳ」とファン羽根方位軸「ＺＺ」との間の角度「Ｃ」によりかなり影響されることがわかっている。冷却装置10のような冷却装置により発生される騒音は角度「Ｃ」が０度に等しいとき最大で、角度「Ｃ」が90度に等しいとき最小であることが見いだされている。騒音は90度の角度「Ｃ」で最小ではあるが、受容可能な騒音レベルを約45度と約135度との間の角度「Ｃ」を使用して達成することができる。
【００６９】
先に示した例示寸法に従って構成した冷却装置では、角度「Ｃ」を約60度にすることができることに注目する。図６および図１０を調べることにより認めることができるように、角度「Ｃ」を約60度を越えて大きくすると、角度「Ａ」も増大し、隣接する開口97の間で干渉を生ずる。しかし、60度の角度「Ｃ」は充分に静かな動作を与えることが見いだされている。
【００７０】
角度「Ｃ」を90度に等しくすることができる冷却装置の他の構成を利用することもできる。一例はスロットの数がより少なく、冷却羽根がより広い熱減少アセンブリ50である。このような構成は、たとえば、90度の角度「Ｃ」を最大騒音低減に使用することができるように適切な隙間を可能とする。
【００７１】
熱減少アセンブリ50をどんな通常の仕方ででも構成することができるが、その構成に好適な方法を次に説明する。
【００７２】
第１に、熱減少アセンブリ、図７、の外径「ｋ」と実質上同じ直径の、たとえば、アルミニウムの丸い中実の押出し棒を準備する。
【００７３】
次に円筒を、たとえば、旋盤で、熱減少アセンブリの正確な外径「ｋ」に加工する。次に旋盤を再び使用して、通常の仕方で、直径が「ｆ」で且つ直径「ｇ」の刳貫き穴88を備えたファン室84を形成する。
【００７４】
通常のエンドミリングを行なって図７に示すような切欠き96を形成する。次に円形スリッティング鋸を使用してスロット73を形成することができる。スリッティング鋸を所要のスロットおよび羽根傾斜角「Ｗ」および回転角「Ａ」に向けてから、熱減少アセンブリの各切削間でスリッティング鋸に対して適切な距離回転して、逐次スロットを切削することができる。
【００７５】
次に、高さが熱減少アセンブリの高さ「ｌ」、図７、に実質上等しい円筒を棒から切削する。円筒を切削してから、熱減少アセンブリの下面54を平らに且つ滑らかにフライス削りして熱源に確実に取付けやすくする。最後に、穴56、58、60、62およびねじ付き穴64、66、68、70を下面54に加工することができる。
【００７６】
ここに示した例示寸法の熱減少アセンブリを形成するには、使用するスリッティング鋸の直径を約4.0インチ、厚さを約5/16インチとする。認められるように、スリッティング鋸の直径はスロットの下曲面部分75、図５、の曲率を決める。
【００７７】
上述の熱減少アセンブリ50を形成すると一体構成の熱減少ユニットが生ずる。これは、熱減少アセンブリに継目があれば熱伝導能力を弱める傾向があるので、熱源からの熱を効率良く除去するのに有利である。
【００７８】
本発明の例示的な、現在のところ好適な実施例をここに詳細に説明してきたが、本発明の概念を他の場合に種々に修正し利用することができることおよび付記した特許請求の範囲は従来技術により限定されているものを除きこのような各種変形案を包含すると解釈するつもりであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】冷却装置の前側斜視図である。
【図２】図１の冷却装置に使用するファンアセンブリの前側立面図である。
【図３】図２のファンアセンブリのファン羽根により掃かれる体積の概略前側斜視図である。
【図４】図１の冷却装置に使用する熱減少アセンブリの下側斜視図である。
【図５】図４の熱減少アセンブリの側方立面図である。
【図６】図４の熱減少アセンブリの上平面図である。
【図７】図６の線７−７に沿って取った図４の熱減少アセンブリの断面図である。
【図８】集積回路板上に取付けられた図１の冷却装置の前側立面図である。
【図９】図２のファンアセンブリの一部の切取り詳細図である。
【図１０】図２のファンアセンブリの部分平面図である。
【符号の説明】
【００８０】
10…冷却装置
20…空気移動装置
50…熱減少アセンブリ
52…基底部
54…平面状表面
71…冷却羽根
73…スロット
82…周辺壁部
84…室
110…熱源
144−150…空気
ＢＢ…冷却装置中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に冷却装置に関し、更に詳細には、集積回路装置からの熱を除去する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路装置は最近の電子的用途にますます多く使用されている。普及している一例はコンピュータである。パーソナルコンピュータを含むほとんどのコンピュータの一つまたは複数の中央処理装置は集積回路装置から構成されている。
【０００３】
正常動作中、集積回路装置はかなりな量の熱を発生する。この熱を絶えず除去しなければ、集積回路装置は過熱し、装置の損傷を生ずるかまたは動作性能を低下させる。このような過熱を回避するために、集積回路装置と関連して集積回路冷却装置がしばしば使用されている。
【０００４】
このような冷却装置の一つはファン援用熱減少冷却装置である。このような装置では、熱減少部は、熱を伝えやすい、アルミニウムのような材料から形成されている。熱減少部は普通、集積回路装置の上に接触して設置される。この接触により、集積回路が発生する熱は熱減少部に、集積回路から遠くへ伝えられる。
【０００５】
熱減少部は熱減少部の表面積を増すために、したがって、熱減少装置から周囲空気への熱の移動を極大にするために、複数の冷却フィンを備えることができる。このようにして、熱減少部は熱を集積回路から遠くへ引き出し、周囲空気に伝える。
【０００６】
このような熱減少装置の冷却能力を高めるために、電動ファンがしばしば熱減少部の上に取付けられる。動作時、ファンは空気を熱減少装置のフィンの上方および周りに移動させ、フィンから周囲空気への熱の移動を高めることによりフィンを冷却する。
【０００７】
多年にわたり、集積回路装置の電力が増大するにつれて、これら装置により発生される熱の量が増大してきた。これら高電力集積回路を適切に冷却するためには、更に冷却能力の大きい集積回路冷却装置が必要である。
【０００８】
通常、ファン援用熱減少冷却装置の冷却能力は、装置を大きくすることにより大きくしてきた。特に、冷却装置はしばしば、更に大きい熱減少部および更に大きいファンを組み込むことにより大きくされている。しかし、この大きさの増大のため問題が生ずることがわかっている。冷却装置の大きさを垂直方向に（すなわち集積回路装置の向きを横切る方向に）大きくすることは、小型パーソナルコンピュータのコンピュータケースのような、多数の用途で利用可能な外殻が制限されているため、問題である。これは、ほとんどの状況において、ファンの内外への適切な空気流を可能とするのにファン開口とコンピュータケースとの間にかなりな実質的隙間が必要であるから、更に大きい問題にさえなる。
【０００９】
冷却装置の大きさを水平方向（すなわち、回路板の向きに平行な方向）に大きくすることも、コンピュータケースに組み込むことができる集積回路装置の数を制限するので、しばしば問題になる。
【００１０】
ファン援用熱減少冷却装置に伴う他の問題は、特に更に大きいファンを使用して冷却能力を大きくしている状況において、ファンにより発生される騒音である。これはユーザが普通機械に近接している小型コンピュータでは特に問題である。問題は、多数の集積回路装置が、したがって、多数の冷却装置が、多数の高電力コンピュータで生ずるように、同じコンピュータケースに設置されている状況では更に悪化する。
【００１１】
したがって、一般に、ファン援用熱減少冷却装置に関連するこれらの問題を克服する装置を提供することが望まれる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は主として動作中の集積回路を冷却するファン援用熱減少冷却装置を目的としている。
【００１３】
冷却装置にはファンを囲むハウジングを形成する熱減少アセンブリが設けられている。このようにして、冷却装置の垂直の大きさを極小にしている。ハウジングはそれらの間に、空気を通過させて羽根を冷却させる細長い開口を備えた複数の冷却羽根から構成されている。
【００１４】
冷却装置は動作している間発生する騒音がかなり少ないようにも設計されている。これを達成するには、冷却羽根をファン羽根の角度に対してほぼ反対に傾ける。この構成は冷却装置が発生する騒音をかなり低減することがわかっている。
【００１５】
冷却装置の構成は冷却装置を極めて効率よく動作させる。ファンハウジングが一連の羽根から構成されているので、空気はハウジング壁を通してばかりでなくハウジングの開放頂部からもハウジングに入る。したがって、冷却装置ははるかに少ない総体隙間で動作することができる。また、冷却装置から排出される空気はハウジング羽根の上を２回通り、熱消散を更に高める。
【００１６】
空気はファン羽根の向きと整列している一連の曲がりスロットを通ってハウジングから排出される。この構成は高効率の空気流経路を生じ、冷却装置の効率を上げる。
【００１７】
熱減少アセンブリを一体に形成して通常継目に関連する熱伝導損失を防止することができる。大きな質量の熱伝導材料を熱減少アセンブリに集積回路装置に直接隣接して設け、集積回路装置から熱減少部への熱流を高める。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１−図９は、全般に、熱源110からの熱を消散する冷却装置10を示す。冷却装置10には熱源110に接触するようになっている実質的に平面状の表面54およびその中に室84を形成する周辺壁部82がある。室84は第１の開放端85および室の壁部86により形成される第２の閉鎖端を備えている。冷却装置には平面状表面54と室の壁部86との間に設けられた熱伝導基底部52もある。複数の開口73が周辺壁部82を貫いて基底部52の中に突出している。
【００１９】
図１−図９はまた、全般に、熱源110からの熱を消散する冷却装置10を示しており、この冷却装置10は、各々に長手方向中心軸「ＶＶ」、図５、がある複数の冷却羽根71により形成されるファン室84、およびファン室84の内部にファン回転軸「ＡＡ」の周りに回転可能に取付けられた複数のファン羽根21を備えており、各ファン羽根21にはファン羽根方位軸「ＦＦ」がある。各冷却羽根長手方向中心軸「ＶＶ」はファン羽根方位軸「ＦＦ」に対して約75度と105度との間の角度「Ｙ」を形成している。
【００２０】
図１−図９はまた、全般に、熱源110からの熱を除去する冷却装置10を示しており、この方法は境界面54、その中に室84を形成する周辺壁部82、および境界面54と室84との間に設けられた熱伝導基底部52を備えている熱減少アセンブリ50を設けるステップ、熱源110を境界面54と接触させるステップ、空気148、150を周辺壁部82を通して室84内に移動させるステップ、および空気144、146を基底部52を通して室84の外に移動させるステップを備えている。
【００２１】
冷却装置を全般的にのように説明してきたが、今度は装置を更に詳細に説明することにする。
【００２２】
図１は熱減少アセンブリ50の内部に取付けられたファンアセンブリ20を備えている冷却装置10を示す。図２に示すように、ファンアセンブリ20は個別羽根22、24、および26のような複数のファン羽根21を備えている。ファン羽根を基礎部材30のシャフト32に回転可能に取付けることができるハブアセンブリ28に取付けることができる。ハブアセンブリ28をハブアセンブリ28の内部に設置された、図示しない、モータによりシャフト32に対して回転可能に駆動することができる。ファンアセンブリ20にはファンアセンブリが活動するときその周りをハブアセンブリ28が回転する軸でもある長手方向中心軸「ＡＡ」がある。電力をファンアセンブリのモータに加えるために電気ワイヤが、図示したように、基礎部材30を通してファンアセンブリ20に入ることができる。図示しない第３のワイヤをファンの回転を監視するために随意にファンアセンブリ20に接続することができる。このようにして、ファン20が指定速度で回転できないとき、冷却装置10により冷却される集積回路装置を遮断することができ、集積回路装置の過熱を防止することができる。
【００２３】
ハブアセンブリ28は約37mmの直径「ａ」をおよびファン羽根の高さと実質上等しくすることができる約15mmの高さ「ｂ」を備えることができる。ファン羽根の外側の直径「ｃ」は約55mmである。ファンアセンブリ20の全体の高さは約25mmである。
【００２４】
図３に概略示したように、ファン羽根は、回転しているときおよび上から見たとき、円環状区域38を形成している。円環状区域38の内径はハブアセンブリ28の直径「ａ」に等しく、外径はファン羽根の直径「ｃ」に等しい。上に挙げた例示寸法を使用すれば、円環状区域38の内径は約37mm、外径は約55mm、面積は約13平方cmになる。ファン羽根は、回転しているとき、円環状の塊40をも規定している。円環状塊40の断面積は上述の区域38と同じであり、高さはファン羽根の高さ「ｂ」に等しい。上に挙げた例示寸法を使用すれば、円環状塊の断面積は約13平方cmであり、高さは約15mmであり、体積は約19.5立方cmである。
【００２５】
上述の円環状塊40は、ここでは「羽根掃引空間」40とも言うことができるが、図３に示すように、ファン羽根21の回転により形成される。
【００２６】
ファンアセンブリのモータは12ボルトＤＣブラシレスモータとすることができる。ファンアセンブリ20は日本の松下電器会社から、ＦＢＡ06Ａ12Ｈ型として商品名「パナフロー」のもとに販売されている、市場入手可能な形式のものでよい。
【００２７】
熱減少アセンブリ50を図４−図７に更に詳細に示してある。熱減少アセンブリ50は全般的に円筒形状のものでよく、外径「ｋ」は約73mm、高さ「ｌ」は約36mm、図７、とすることができる。熱減少アセンブリ50は、アルミニウムまたは銅のような、どんな熱伝導材料からでも形成することができる。熱減少アセンブリ50は下面54、図４、のある熱伝導基底部52を備えることができる。熱減少アセンブリの基底部52の直径は熱減少アセンブリの直径「ｋ」に等しく、高さ「ｏ」を約16mm、図７、とすることができる。基底部の下面54に複数の穴56、58、60、62、図４、を設けることができる。これらの穴は構成要素110、図８、のような電子構成要素に時々存在することがある突起に対する隙間を与えるのに設けられる。下面54に複数のねじ穴64、66、68、70をも設けることができる。
【００２８】
基底部52から上方に突出して円環状壁部82、図６および図７、がある。図７からわかるように、円環状壁部82の厚さ「ｅ」は約7.65mm、高さ「ｉ」は約20mmである。円環状壁部82には熱減少装置50の外面の部分を形成する外面81、および内面83がある。
【００２９】
全般的に円筒状のファン室84は円環状壁部82の内部に設置され、ファン室84の外壁が円環状壁部の内面83により形成されている。ファン室84の上端は、図７で見るように、開口85を備えている。ファン室84の下端を下面86により形成されている。ファン室84の直径「ｆ」を約58mmに、高さ「ｉ」を約20mmにすることができる。
【００３０】
ファン室84の下面86の中心に、熱減少アセンブリ50の基底部52の中に下向きに突出して、刳貫き穴88を設けることができる。刳貫き穴88には下面90および上向きに突出する円周側壁92、図７、がある。刳貫き穴88の直径「ｇ」は約38mm、高さ「ｈ」は約６mmである。図６および図７に最もよく示してあるように、刳貫き穴の側壁92には切欠き96がある。
【００３１】
図４−図７を参照すると、熱減少アセンブリ50の外周に、個別スロット74および78のような、複数の傾きスロット73がある。図６で最もよくわかるように、スロット、たとえば、スロット74、78は円環状壁部82を完全に貫いている。個別羽根72、76、および80のような複数の冷却羽根71はスロット73により規定され、円環状壁部82の周辺の周りに２スロットおきに設けられるようになっている。わかるとおり、スロット73はファン室84の中に開き、更に詳細に説明するように空気を熱減少アセンブリ50の外側とファン室84との間を円環状壁部82を通して移動させる。図７からわかるように、スロット73および羽根71も円環状壁部82の下に熱減少アセンブリの基底部52の中に突出している。
【００３２】
熱減少部の円環状壁部82を形成する冷却羽根71の構成を次に詳細に説明する。各冷却羽根71の大きさは円環状壁部82を形成する羽根の数およびスロット73、図５、の幅「Ｎ」によって決まる。図面の図は例示の目的で特定の数の羽根およびスロツトを図示しているが、冷却装置10にはどんな数の羽根およびスロットをも使用することができるということを指摘しておく。効率の良い空気流および熱伝導を与えることがわかっている好適構成を下に説明する。このような構成は45枚の冷却羽根、45個のスロット、を備え且つ先に述べたような大きさになるように構成することができる。
【００３３】
図５を参照すると、冷却羽根71の各々は、円環状壁部82の外面81で、羽根の傾きに垂直な方向に測って、約2.2mmの厚さ「ｍ」を備えていることがわかる。各羽根には、羽根の傾きに垂直な方向に測って、円環状壁部82の内縁83で約1.35mmの厚さになるまで先細になっている。
【００３４】
羽根が円環状壁部82の内縁83に向かって先細になっているため、スロット73を円環状壁部82を横断して比較的一定の幅になるように形成することができる。この一定の幅は冷却装置10の外部と室84との間でスロット73を通して効率良い空気流を得るのに重要である。各スロット73の厚さ「ｎ」を約２mm、図５、にすることができる。
【００３５】
図４および図７からわかるように、スロット73は円環状壁部82の下に延びて熱伝導基底部52の中に突出している。基底部52にあるスロットはファン室の下面86に上向き開口97を形成する。スロット73の下部は図５に示す曲面部分75のような曲面部分で終わっている。これら曲がり部分は、図８を参照して更に詳細に説明するように、冷却装置10を通る空気流を垂直空気流経路138、139から水平排出流経路144、146に変える。曲面75のような曲面を設けると、垂直空気流経路138、139から水平排出流経路144、146に滑らかなネルギ効率の良い遷移を行い、冷却装置0の全体としての効率に寄与する。
【００３６】
ファンアセンブリ20を、図１に示すように、熱減少アセンブリ50に挿入すると、ファンアセンブリの基礎部材30、図２、は熱減少部の刳貫き穴88、図７、の内部に嵌まる。ファンアセンブリ20を熱減少アセンブリ50に確実に固定するには、通常の接着剤をファンアセンブリの基礎部材30、図２、の下面31または熱減少アセンブリの刳貫き穴88の下壁90のいずれかに、または双方に加えることができる。このようにして、ファンアセンブリの基礎部材30をファン羽根21をファン室84の内部で自由に回転させながら熱減少部の刳貫き穴88の内部に確実に固定することができる。代わりに、ファン20をどんな通常の仕方によってでも熱減少アセンブリ50の内部に確実に固定することができる。
【００３７】
熱減少アセンブリの刳貫き穴88に切欠き96を設け、ファンアセンブリ20を上述のように熱減少アセンブリ50に挿入したとき、電気ワイヤ34および36とファンの基礎部材30との間に接続のための隙間を考慮することができる。ワイヤ34および36を、熱減少アセンブリ50の外側に設置されている、図示しない、電源と接続するため、スロット98、100のような、基底86のスロットを通過させることができる。
【００３８】
ファンアセンブリ20を上述のように熱減少アセンブリ50に挿入すると、ファン掃引空間40、図３、が熱減少アセンブリのファン室84、図６、図７、の内部に全体として設置される。したがって、熱減少アセンブリの円環状壁部82はファン掃引空間40を完全に取り囲み、熱伝導面およびファンアセンブリ20のハウジングの双方として働く。この構成は冷却装置10を非常に簡潔に且つ効率良くする。
【００３９】
図８は典型的構成要素冷却用途に使用するために取付けられた冷却装置10を示す。図示した例では、構成要素110はＰＣ板120に取付けられている。構成要素110は、たとえば、パーソナルコンピュータおよびワークステーション用に使用する中央処理装置のようなプロセッサでよい。構成要素110をコネクタ112、114のような電気コネクタを経て通常の仕方でＰＣ板に取付けることができる。熱を消散しやすくするために、構成要素110に銅のような熱伝導材料から形成されるリド116を通常の仕方で設けることができる。
【００４０】
補助構成要素130、140により例示したもののような補助構成要素がしばしば構成要素110のような主構成要素に近接して設置される。このような補助構成要素を、たとえば、コネクタ132、134により、通常の仕方で、図示したようにＰＣ板120に取付けることができる。
【００４１】
動作中、構成要素110、130、140のような電子構成要素はかなりな量の熱を発生する。これは現在使用されている多数のコンピュータプロセッサのような最近開発された一層強力な構成要素の場合特に正しい。このような構成要素をピーク効率で動作させ且つ損傷を回避させておくためには、構成要素の過熱を回避しなければならない。このような過熱を回避するには、動作中構成要素から充分な熱を除去する必要がある。
【００４２】
主構成要素110からの熱除去を行なうのに、冷却装置110を構成要素リド116の上に直接取付けて熱減少アセンブリの基底部52の下面54が構成要素リド116の上面と接触し、それらの間に継目122を形成するようにすることができる。このようにして、構成要素110が発生した熱を構成要素リド116を通して熱減少アセンブリ50の基底部52に伝えることができる。継目122を横断する熱伝導を容易にするには、熱伝導グリースのような熱伝導物質をリド116と熱減少基底部52の下面54との間に通常の仕方で加えることができる。
【００４３】
熱減少アセンブリ50を図８に示すねじファスナ124および126のようなねじファスナを使用してＰＣ板に確実に固定することができる。ファスナ124お よび126は、ＰＣ板にある穴125、127のような穴を通過して図４のねじ穴64、66、68、および70のような、熱減少アセンブリ50のねじ穴と噛み合う。４個のねじファスナを使用して熱減少アセンブリ50をＰＣ板に固定することができるが、図８には２個だけを図示してあることに注目する。
【００４４】
このようにして、熱減少アセンブリ50の下面54を構成要素リド116の上面に対して堅く固定することができ、このようにして両面間の伝熱を 容易にすることができる。したがって、熱が構成要素110から熱減少アセンブリ50の比較的大きい基底部52に引き込まれる。熱は更に上方に冷却羽根71、図４、に伝えられる。
【００４５】
熱を構成要素110から遠くに引き出しやすくするために、熱減少アセンブリ50に図７に示すように大きい基底部52を設けることができる。先に述べたように、基底部52の直径を熱減少アセンブリの直径「ｋ」に実質上等しくすることができる。基底部52のの高さ「ｏ」もほぼ16mmにすることができる。この比較的大きい高さ「ｏ」は熱減少アセンブリの下面54とファン室84との間に大きな質量の熱伝導材料を与え、したがって大きな熱減少部として働き、熱を構成要素110から遠くに除去しやすくする。先に述べた例示寸法を与えれば、基底部52のの高さ「ｏ」を熱減少アセンブリ50の全高「ｌ」の約45％にすることができる。効率の良い熱伝導では、基底部52のの高さ「ｏ」を熱減少アセンブリ50の全高「ｌ」の少なくとも25％とすべきである。
【００４６】
冷却を効率良くするには、熱を、基底部52に移してから、更に冷却羽根71におよび次に周囲空気に伝えなければならない。熱減少アセンブリ50のような熱減少装置の熱を空気に伝える能力は、とりわけ、周囲空気に曝されている熱減少装置の表面積の量によって決まる。冷却羽根71は熱減少装置50の表面積を効果的に増すことによりこのような熱伝導を容易にしている。
【００４７】
動作中、ファン20は、たとえば、図１で見るように、反時計方向に回転する。図８を参照すると、反時計方向のこのファン回転により空気は矢印138、139の全般的方向に移動する。特に、冷却装置10の外部からの取り入れ空気は熱減少アセンブリの開口85、図７、を通して熱減少アセンブリのファン室84に入る。この空気移動を図９に矢印140、142により示してある。ファン室84に入ってから、空気は下向きに、ファン掃引空間40、図３、を通って矢印138、139と整列している方向に、ファン室下面86に向かって移動する。その下向き移動を続けて、空気はファン室下面86にある上向き開口97、図７、を通ってスロット73の下部に入る。空気は次にスロット73の下部を下がり、矢印144および146、図８、で示すように、冷却装置から排出される。冷却装置10を出てから、水平空気流経路144、146は移動し、構成要素110に隣接している構成要素130、140のような補助構成要素を冷却する働きをする。
【００４８】
上述のように、空気がスロット73の下部を通って移動するにつれて、空気は基底部52に設置された関連する羽根71の下部の間をも移動し、それにより羽根を冷却し、熱を熱減少アセンブリ50から除去する。
【００４９】
ファン室84を通って移動する空気流138、139はスロット73を通過するにつれてベルヌイ効果を生ずる。このベルヌイ効果は矢印148および150、図８、により示したように、別の取り入れ空気流を誘導する。空気流148、150は冷却装置10からスロット73の上部を通ってファン室84に移動する空気から構成されている。空気流148、150は次に空気流140、142を結合して先に述べた空気流138、139を形成する。
【００５０】
ベルヌイ効果を利用することにより、冷却装置10は従来の構成で可能なよりも更に多い空気移動を装置を通じて生ずることができる。特に、上述のベルヌイ効果を援助するのに、ファン室84の円環状壁82にスロット73を設けてある。スロット73を通過する空気流138、139の移動はベルヌイ効果を生じ、したがって先に述べた空気移動の増大を生ずる。
【００５１】
空気流148、150が、上述のように、スロット73の上部を通って移動するにつれて、空気は関連羽根71の上部の間をも移動し、それにより円環状壁部82に設置された羽根71を別に冷却し、熱減少アセンブリ50から熱を除去する。
【００５２】
上の説明から認めることができるように、冷却装置10の各羽根71は二つの別々の空気流により冷却される。第１に、空気流148、150が羽根71の上部を通って移動し、羽根を冷却する。その後、空気流144、146が羽根71の下部を通って移動し、羽根を更に冷却する。したがって、冷却装置10を通って移動する空気の一部は一度は空気流144、146を構成する取り入れより、２度目は空気流144、146を部分的に構成する排出により、冷却に２回使用される。
【００５３】
上に説明したように、冷却装置10は取り入れ空気を開口85およびファン室84を囲むスロット73の双方から得ることができる。冷却装置10は取り入れ空気についてファン室開口85だけに依存しているのではないから、冷却装置10の上に設けられる隙間は従来の装置の場合より重要ではない。たとえば、冷却装置は開口85の上に２mmもの小さい隙間を設けただけで効率良く動作することがわかっている。この隙間の少ない用途で動作する能力は冷却装置10を空間に敏感な用途に、特に、ＰＣ板120の向きに垂直の寸法が制限されている用途に使用することを可能とする極めて有利な特徴である。
【００５４】
特に、先に述べた例示寸法に従って構成された冷却装置10の熱抵抗測定値は開口85の上の隙間が無限である場合ワットあたり約0.35℃である。通常の仕方では、この熱抵抗を下面54と周囲空気との間の温度差を熱源（たとえば、構成要素110）が発生する熱エネルギのワットで割って測定していた。固い板を開口85の上方約２mmに設置すると、冷却装置10の熱抵抗測定値はワットあたり約0.38℃しか低下しない。したがって、冷却装置10の熱抵抗は、開口85の上の隙間が約２mmに減少するとき、約９％だけ減少することを認めることができる。
【００５５】
図５を参照すると、熱減少アセンブリ50に長手方向中心軸「ＢＢ」があり、この軸は熱減少アセンブリの下面54の平面に垂直であり、且つファンアセンブリ20を上に説明したように熱減少アセンブリ50の中に取付けたときファンアセンブリの回転軸「ＡＡ」と共線でもある。図５を更に参照すると、各羽根71に長手方向中心軸「ＶＶ」があることがわかる。各羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」は熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」に対して角度「Ｗ」で傾いている。スロット73は羽根71を規定しているので、各スロットにも熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」に対して同じ角度「Ｗ」で傾いている長手方向中心軸がある。
【００５６】
上述の羽根の傾斜は冷却装置10が動作しているとき発生する騒音を減らす上で助けになる。図９はファンアセンブリ20の単一羽根22の構成を示す。羽根22にはファンアセンブリの長手方向中心軸「ＡＡ」に対して通常のように角度「Ｘ」で傾いている方向軸「ＦＦ」がある。ファンアセンブリのハブ28が反時計方向に回転すると、羽根22は全般に図９の矢印152の方向に移動する。上述の羽根22の傾斜のため、この移動は矢印154で示した方向の空気移動を生ずる。矢印154で示した方向は羽根方位軸「ＦＦ」に実質上垂直である。
【００５７】
また図９に重ねて図示してあるのは羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」および熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」である。先に述べたとおり、熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」はファンアセンブリ20を熱減少アセンブリ50の内部に取付けたときファンアセンブリの回転軸「ＡＡ」と共線である。わかるとおり、羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」は先に述べたようにファンアセンブリの回転軸「ＡＡ」および熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」の双方に対して角度「Ｗ」を成している。更にわかるとおり、羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」は羽根の方位軸「ＦＦ」に対しても角度「Ｙ」を形成している。図９を調べて認めることができるように、角度「Ｗ」と「Ｘ」とを加えると常に角度「Ｙ」を生ずる。
【００５８】
冷却装置10が動作しているとき、冷却装置が発生する騒音は羽根の長手方向中心軸「ＶＶ」と羽根の方位軸「ＦＦ」との間の角度「Ｙ」にかなり影響されることが見いだされている。ファンの騒音はここに説明している冷却装置10のような冷却装置に関連する重大な問題である。このような騒音は、更に大きいまたは更に高速のファンを使用して冷却能力を増す状況においておよびユーザが普通機械に近接している小型コンピュータにおいて特に問題である。騒音の問題は多数の高電力コンピュータで発生するように、多数の集積回路を、したがって多数の冷却装置を同じコンピュータケースに取付ける状況において更に悪化する。
【００５９】
冷却装置10のような冷却装置により発生される騒音は角度「Ｙ」が０度に等しいとき最大であり、角度「Ｙ」が90度に等しいとき最小であることが見いだされている。騒音は90度の角度「Ｙ」で最小になるが、受容できる騒音レベルは約75度と約105度との間の角度「Ｙ」を使用して達成することができる。
【００６０】
認めることができるように、ファンの羽根の角度「Ｘ」を（多数の通常のファンで典型的であるように）約55度とすれば、上述のように角度「Ｙ」が約75度と約105度との間の範囲にあるとき冷却羽根の角度「Ｗ」は約20度と50度との間の範囲にあることになる。更に認められるように、角度「Ｙ」が約90度に等しく且つファンの羽根の角度「Ｘ」が約55度に等しいとき冷却羽根の角度「Ｗ」は約35度に等しい。
【００６１】
上述の羽根角度の構成は次に詳細に説明するように冷却装置10の動作に別の改良をも加える。
【００６２】
先に述べたとおり、熱減少アセンブリの基底部52にあるスロット73はファン室の下面86、図６、に上向き開口97を形成している。これらの開口は冷却装置10の動作中ファン室84を出る空気の排出経路を与えるように働く。スロット73の下部は図５に示す曲がり部分75のような曲面部分で終わっている。これら曲面部分は図８を参照して先に説明したように冷却装置10を通る空気流を垂直空気流経路138、139から水平排出流路144、146に変える。
【００６３】
再び図９を参照すると、基底部52にあるスロット73の他に上向き開口97も羽根の方位軸「ＦＦ」に対して同じ角度「Ｙ」だけ傾いていることを認めることができる。先に説明したとおり、空気流の方向154、図９、は羽根の方位軸「ＦＦ」に対して約90度傾いている。したがって、羽根の長手方向軸「ＶＶ」を、先に述べたように、羽根の方位軸「ＦＦ」から約90度を成す方向に向ければ、空気流の方向154は羽根の長手方向軸「ＶＶ」と、したがって、先に説明したように羽根71と同じ傾斜で形成されているスロット73と実質的に整列することになる。
【００６４】
空気流方向154と排出開口97およびスロット73とのこの整列によりファン室84を出る空気に真直ぐな、滑らかな排出経路を与える。この構成は、したがって、他の場合従来の装置で生ずることがある空気流衝撃損失を減らすことにより冷却装置10の効率に寄与する。
【００６５】
図６を参照すると、熱減少アセンブリ50に、熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」、図５、に垂直な二等分線「ＨＲ−ＨＲ」があることがわかる。更に図６を参照すると、下面86にある各スロット97にスロット長手方向中心軸「ＳＳ」があることがわかる。各スロット長手方向中心軸「ＳＳ」は熱減少部二等分線「ＨＲ−ＨＲ」に対して角度「Ａ」だけ傾いていることがわかる。
【００６６】
上述のスロットの傾斜は冷却装置10が動作中に発生する騒音を減らす上でも助けになることが見いだされている。図１０はファンアセンブリ20の単一羽根22の構成を、上から見たように示している。ファンアセンブリ20にはファンアセンブリの長手方向中心軸「ＡＡ」、図２、に垂直で且つ、ファンアセンブリ20を先に述べたように熱減少アセンブリ50の内部に設置したとき熱減少部の長手方向中心軸「ＢＢ」、図５、に垂直である二等分線「ＦＲ−ＦＲ」がある。羽根22の下部185にファンアセンブリの二等分線「ＦＲ−ＦＲ」に対して通常のように角度「Ｂ」で傾いている方向軸「ＺＺ」がある。
【００６７】
また図１０に重ねて図示してあるのはスロット長手方向中心軸「ＳＳ」である。わかるとおり、スロット長手方向中心軸「ＳＳ」はファン羽根方向軸「ＺＺ」に対して角度「Ｃ」を形成している。図１０を調べてわかるとおり、角度「Ａ」と角度「Ｂ」とを加えると常に角度「Ｃ」を生ずる。
【００６８】
冷却装置10が動作しているとき、冷却装置により発生される騒音はスロット長手方向中心軸「ＳＳ」とファン羽根方位軸「ＺＺ」との間の角度「Ｃ」によりかなり影響されることがわかっている。冷却装置10のような冷却装置により発生される騒音は角度「Ｃ」が０度に等しいとき最大で、角度「Ｃ」が90度に等しいとき最小であることが見いだされている。騒音は90度の角度「Ｃ」で最小ではあるが、受容可能な騒音レベルを約45度と約135度との間の角度「Ｃ」を使用して達成することができる。
【００６９】
先に示した例示寸法に従って構成した冷却装置では、角度「Ｃ」を約60度にすることができることに注目する。図６および図１０を調べることにより認めることができるように、角度「Ｃ」を約60度を越えて大きくすると、角度「Ａ」も増大し、隣接する開口97の間で干渉を生ずる。しかし、60度の角度「Ｃ」は充分に静かな動作を与えることが見いだされている。
【００７０】
角度「Ｃ」を90度に等しくすることができる冷却装置の他の構成を利用することもできる。一例はスロットの数がより少なく、冷却羽根がより広い熱減少アセンブリ50である。このような構成は、たとえば、90度の角度「Ｃ」を最大騒音低減に使用することができるように適切な隙間を可能とする。
【００７１】
熱減少アセンブリ50をどんな通常の仕方ででも構成することができるが、その構成に好適な方法を次に説明する。
【００７２】
第１に、熱減少アセンブリ、図７、の外径「ｋ」と実質上同じ直径の、たとえば、アルミニウムの丸い中実の押出し棒を準備する。
【００７３】
次に円筒を、たとえば、旋盤で、熱減少アセンブリの正確な外径「ｋ」に加工する。次に旋盤を再び使用して、通常の仕方で、直径が「ｆ」で且つ直径「ｇ」の刳貫き穴88を備えたファン室84を形成する。
【００７４】
通常のエンドミリングを行なって図７に示すような切欠き96を形成する。次に円形スリッティング鋸を使用してスロット73を形成することができる。スリッティング鋸を所要のスロットおよび羽根傾斜角「Ｗ」および回転角「Ａ」に向けてから、熱減少アセンブリの各切削間でスリッティング鋸に対して適切な距離回転して、逐次スロットを切削することができる。
【００７５】
次に、高さが熱減少アセンブリの高さ「ｌ」、図７、に実質上等しい円筒を棒から切削する。円筒を切削してから、熱減少アセンブリの下面54を平らに且つ滑らかにフライス削りして熱源に確実に取付けやすくする。最後に、穴56、58、60、62およびねじ付き穴64、66、68、70を下面54に加工することができる。
【００７６】
ここに示した例示寸法の熱減少アセンブリを形成するには、使用するスリッティング鋸の直径を約4.0インチ、厚さを約5/16インチとする。認められるように、スリッティング鋸の直径はスロットの下曲面部分75、図５、の曲率を決める。
【００７７】
上述の熱減少アセンブリ50を形成すると一体構成の熱減少ユニットが生ずる。これは、熱減少アセンブリに継目があれば熱伝導能力を弱める傾向があるので、熱源からの熱を効率良く除去するのに有利である。
【００７８】
本発明の例示的な、現在のところ好適な実施例をここに詳細に説明してきたが、本発明の概念を他の場合に種々に修正し利用することができることおよび付記した特許請求の範囲は従来技術により限定されているものを除きこのような各種変形案を包含すると解釈するつもりであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】冷却装置の前側斜視図である。
【図２】図１の冷却装置に使用するファンアセンブリの前側立面図である。
【図３】図２のファンアセンブリのファン羽根により掃かれる体積の概略前側斜視図である。
【図４】図１の冷却装置に使用する熱減少アセンブリの下側斜視図である。
【図５】図４の熱減少アセンブリの側方立面図である。
【図６】図４の熱減少アセンブリの上平面図である。
【図７】図６の線７−７に沿って取った図４の熱減少アセンブリの断面図である。
【図８】集積回路板上に取付けられた図１の冷却装置の前側立面図である。
【図９】図２のファンアセンブリの一部の切取り詳細図である。
【図１０】図２のファンアセンブリの部分平面図である。
【符号の説明】
【００８０】
10…冷却装置
20…空気移動装置
50…熱減少アセンブリ
52…基底部
54…平面状表面
71…冷却羽根
73…スロット
82…周辺壁部
84…室
110…熱源
144−150…空気
ＢＢ…冷却装置中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源からの熱を消散するための冷却装置であって、
前記熱源に接触するようになっている実質的に平面状の表面と、
前記平面状の表面に実質的に垂直な冷却装置中心軸と、
前記冷却装置の内部に設けられた室と、
前記室を取り囲む複数の冷却羽根とを備え、
前記冷却羽根の各々に前記冷却装置中心軸に平行であって前記冷却羽根を交差する軸を決定したとき、前記冷却羽根の各々は前記交差する軸に対して傾いた向きで配置されることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
熱源からの熱を消散するための冷却装置であって、
複数の冷却羽根であって、各々が長手方向中心軸を決定する複数の冷却羽根によって決定されるファン室と、
複数のファン羽根であって、各々がファン羽根方位軸を決定し、前記ファン室内でファン回転軸の周りを回転可能とされる複数のファン羽根とを有し、
前記冷却羽根の前記長手方向中心軸は、前記複数のファン羽根の前記ファン羽根方位軸に対して、略７５度から略１０５度までの角度を成すことを特徴とする冷却装置。
【請求項１】
熱源からの熱を消散するための冷却装置であって、
前記熱源に接触するようになっている実質的に平面状の表面と、
前記平面状の表面に実質的に垂直な冷却装置中心軸と、
前記冷却装置の内部に設けられた室と、
前記室を取り囲む複数の冷却羽根とを備え、
前記冷却羽根の各々に前記冷却装置中心軸に平行であって前記冷却羽根を交差する軸を決定したとき、前記冷却羽根の各々は前記交差する軸に対して傾いた向きで配置されることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
熱源からの熱を消散するための冷却装置であって、
複数の冷却羽根であって、各々が長手方向中心軸を決定する複数の冷却羽根によって決定されるファン室と、
複数のファン羽根であって、各々がファン羽根方位軸を決定し、前記ファン室内でファン回転軸の周りを回転可能とされる複数のファン羽根とを有し、
前記冷却羽根の前記長手方向中心軸は、前記複数のファン羽根の前記ファン羽根方位軸に対して、略７５度から略１０５度までの角度を成すことを特徴とする冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−３２９４９０（Ｐ２００７−３２９４９０Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８０９０２（Ｐ２００７−１８０９０２）
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【分割の表示】特願平９−３１１４１の分割
【原出願日】平成９年１月３０日（１９９７．１．３０）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【分割の表示】特願平９−３１１４１の分割
【原出願日】平成９年１月３０日（１９９７．１．３０）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
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