JPH05283569A

JPH05283569A - 熱交換装置及び冷却装置

Info

Publication number: JPH05283569A
Application number: JP4080802A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Miura; 昭浩三浦; Yoshiyasu Kamotani; 嘉泰加茂谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】電子機器を小さくできる小型軽量な熱交換装
置を得る。【構成】発熱素子１上に電子冷却素子（ペルチェ素
子）３０を取りつけ、これと対向する中央開口部のある
回転円盤６、回転円盤６に複数植設された攪乱翼７、回
転円盤６に固定されたマグネットヨーク８、回転円盤６
の中心軸９、中心軸９を介して回転円盤６を支える軸受
１０、軸受１０を固定し中央開口部のあるフレーム１
１、フレーム１１に取付けられているステーターコア１
２、フレーム１１に取付けられ開口部、回転円盤６の回
転を制御する電子基板１３、電子基板１３及びフレーム
１１と電子基板４を固定する固定用ボス１４を備える。
攪乱翼７と電子冷却素子３０の隙間の距離Ｓの減少に伴
う対流熱伝達率上昇を利用して熱交換を行う。【効果】電子冷却素子を使用することで、より多くの
発熱素子からの熱を吸い上げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換装置に関するも
のであり、例えば、コンピュータ等の電子機器に内蔵さ
れた電子基板上に搭載される発熱素子と空気との間で熱
交換を行う電子基板用の熱交換装置、あるいは、ＩＣ、
ＬＳＩなどの電子部品の冷却装置及びその取り付け構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来例１．図１３は、従来の電子部品の
冷却装置を模式的に示した図である。図において、１は
ＩＣ、ＬＳＩなどの電子部品、２はこれら電子部品に取
り付けられた放熱フィン、４は多数の電子部品を搭載し
た基板、３は電子部品を冷却する空気の流れを示す矢印
である。空気流は基板を収容する筐体に取り付けられた
ファンにより発生するが、ファンは本図には図示してい
ない。

【０００３】次に動作について説明する。電子部品１に
取り付けられた放熱フィン２は電子部品の放熱面積を増
大させ、表面の熱伝達率を増す役割がある。放熱フィン
２と電子部品１は通常半田やシリコン系接着剤など熱伝
導率の大きい部材で接合される。電子部品１で発生した
熱は、接合部材を経由して放熱フィン２に伝わり、ファ
ンによって駆動された空気がその表面を流れることによ
って生ずる対流熱伝達により、空気に放出される。

【０００４】従来例２．また、図１４は従来の電子基板
用の熱交換装置を示す斜視図である。同図において、１
はＬＳＩ等の発熱素子、２はこの発熱素子１に取り付け
られた小型フィン、３は発熱素子１を冷却する空気の流
れ方向、４は発熱素子１が多数取り付けられている電子
基板、５は小型フィン２に着脱自在に取り付けられてい
る大型フィンである。

【０００５】次に動作について説明する。通常動作の場
合は、大型フィン５が小型フィン２に取り付けられてい
るので伝熱面積が拡大する。そのためフィン間を空気が
３の方向に流れることにより発熱素子１で発生した熱が
小型フィン２、大型フィン５を伝わり、各々フィン表面
から空気に熱を伝えることにより発熱素子１を冷却する
のである。また発熱素子１の検査等を行う場合は大型フ
ィン５を小型フィン２から取り外して行う。そしてこれ
ら小型フィン２、大型フィン５の熱伝達率（放熱能力）
ｈは数１で示される数式で表される。そして、この式は
前述した従来例１及び後述する従来例３にも当てはま
る。

【０００６】ｈ＝Ｑ／（Ｓ・ΔＴ）・・・・・・・・・・数１Ｑ：発熱量Ｓ：フィンの表面積 ΔＴ：温度差

【０００７】従来例３．図１５は、他の従来例であり、
特開昭５５−６７１９５号公報で公開されているもので
ある。この冷却装置は、電子回路部品１を、放熱板２に
留ネジ２７で固定して、放熱板２と電子回路部品１を熱
的にも機械的にも固定するとともに、印刷配線板４に電
子回路部品１の端子を挿入し、その端子を半田付するよ
うにしたものである。さらに、この放熱板２の中央部に
モータ２３、回転フィン６を放熱板２に近接させて取り
付け、モータ２３の周囲の放熱板２には穴２５を開けた
構造とする。そして、モータ２３を駆動すると、それに
より回転フィン６が回転し、遠心力で空気は放熱板２の
表面粘着層２９を矢印方向の外局へ吹き飛ばされる。こ
れにより回転フィンの内局は高圧になることになり、そ
のため空気は印刷配線板４の外局の矢印方向３から入っ
て、中央附近の穴２５を通り回転フィン６と放熱板２と
の隙間へと入る。この経路は回路素子１を冷却する通路
であり、従って冷却が行なわれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】対流熱伝導率は、フィ
ンの形状と空気流速によって決定するが、従来例１の冷
却装置の構成では得られる熱伝達率が小さく、冷却能力
を高めるにはフィンを大きくして伝熱面積を増す必要が
あり、結果として装置全体が大型化するという問題点が
あった。また、従来例２の電子基板用熱交換装置は前記
のように構成されており、また、従来の電子基板用熱交
換装置の熱伝達率ｈは数１で示される数式により定義さ
れているので、空気流速や発熱素子１、小型フィン２、
大型フィン５の形状のみにより決定される。したがっ
て、熱伝達率を大きくするためには、大きな伝熱面積が
必要となり、小型フィン２、大型フィン５の寸法、形状
も大きくなってしまい、これを内蔵する電子機器も大型
化してしまうという従来例１と同様の問題点があった。
さらに、従来例３の例では、回転フィンと放熱板の距離
を制御する機構がないため、装置の組立精度のバラツキ
により、距離がバラツキ、放熱特性が制御できないとい
う問題点があった。また、放熱板が必要になるという点
では従来例１、２で述べた放熱フィンの場合と同様に装
置が大きくなる等の問題点があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、伝熱面積に寄らなくても熱伝達
率を大きくでき、さらに、電子基板のアッセンブリが簡
単で、しかも電子機器の寸法も小さくできるような小型
軽量な熱交換装置及び冷却装置を得ることを目的とす
る。

【００１０】特に、高い熱伝達率を実現するコンパクト
な冷却装置を得、その伝熱特性が有効に機能するような
装置に取り付け構造を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の第１の発
明における熱交換装置は、以下の要素を有するものであ
る。（ａ）発熱物に取り付けられる電子冷却素子（ペルチェ
素子等）、（ｂ）発熱物近傍の流体物（空気）を動かす
ための可動体（回転円板）、（ｃ）可動体（回転円板）
が動けるように可動体（回転円板）を保持するフレ−ム
及び基板等のフレ−ム基板、（ｄ）可動体（回転円板）
をフレ−ム基板に対して相対的に動かすマグネットヨー
ク及びステーターコア等の駆動手段、（ｅ）駆動手段に
給電する給電手段、（ｆ）電子冷却素子（ペルチェ素子
等）と可動体（回転円板）との間が所定の距離になるよ
うにフレ−ム基板を取り付ける、ボス等の取り付け手
段。

【００１２】請求項２記載の第２の発明における冷却装
置は、ＩＣ、ＬＳＩなどの電子部品の冷却装置におい
て、電子部品にペルチェ素子等の電子冷却素子を取りつ
け、この電子冷却素子に対向して設けられ、電子冷却素
子に対して、移動体（回転円板）を有し、移動体（回転
円板）には放射状に複数枚の板状の攪乱翼が植設され、
前記攪乱翼と電子冷却素子表面の距離を、この距離の減
少に伴う熱伝達率の上昇の勾配が立ち上がる立上がり点
より小さくしたものである。

【００１３】

【作用】第１の発明における熱交換装置及び第２の発明
における冷却装置は、発熱物あるいは電子部品の上にペ
ルチェ素子等の電子冷却素子を取り付けたので、この電
子冷却素子に電流を流すことにより電子冷却素子の発熱
物側の面から、発熱物の発熱を吸熱し、その反対側の面
で放熱を行なう。

【００１４】そして、第１の発明における熱交換装置
は、取り付け手段が、可導体の先端部と電子冷却素子表
面の隙間の距離を、熱伝達率の上昇の勾配が立上がる立
上がり点よりも小さく設定して、可導体を取り付けるの
で、可導体が温度境界層を横切ることになり、電子冷却
素子表面近傍の空気の乱れが大きくなり熱伝達率が増大
する。また、フレーム基板は可導体を保持し、駆動手段
及び給電手段は、可導体を動かすだけなので、従来のよ
うなフィンが不要になり、小型化が図れ、全体としても
小型、軽量化が図れる。

【００１５】また、第２の発明における冷却装置は、円
板に植設された攪乱翼の先端部と電子冷却素子表面の距
離を、熱伝達率上昇の勾配が立ち上がる立上がり点より
小さく設定したので、攪乱翼が温度境界層を横切ること
になり、電子冷却素子表面近傍の空気流を乱し、熱伝達
率が増大する。したがって、基板に平行な流れを発生さ
せるファンが不要になり装置全体として小型化が図れ
る。

【００１６】

【実施例】実施例１．図１はこの発明の実施例１を示す
断面図であり、図２は下から見た図（電子冷却素子１か
ら取外した状態）である。

【００１７】これらの図において１は発熱素子（発熱
物）、４は電子基板、６は発熱素子１と向い合って、か
つ中央の一部分６ａが開口している回転円板（可動
体）、７は回転円板６上に放射状にかつ回転円板６に複
数植設された板状の攪乱翼、８は回転円板６に固定され
たマグネットヨーク、９は回転円板６の中心軸、１０は
中心軸９を介して回転円板６を支える軸受、１１は軸受
１０を固定し、本装置の強度を保ち、なおかつ回転円板
６に対応する中央の一部分１１ａが開口しているフレー
ム、１２はフレーム１１に取付けられているステーター
コア、１３はフレーム１１に取付けられ、回転円板６に
対応する中央の一部分１３ａが開口し、なおかつ回転円
板６の回転を制御する電子基板、１４は電子基板１３及
びフレーム１１と電子基板４を固定する固定用ボスであ
る。３０は発熱素子１に取り付けられた電子冷却素子
で、本実施例ではペルチェ素子を使用している。そして
ペルチェ素子１４は回転円板６と向い合っている。マグ
ネットヨーク８とステーターコア１２により駆動手段を
構成し、回転円板６を回転させる。また、電子基板１
３、フレーム１１、中心軸９、軸受１０により、回転円
板６を回転できるように保持するフレーム基板を構成し
ている。また固定用ボス１４は、取り付け手段の一例で
ある。そして、上記６〜１４及び３０により電子基板用
熱交換装置１５を構成している。なお、図において、Ｓ
は攪乱翼７の先端部７ａとペルチェ素子３０の表面部３
０ａの隙間の距離であり、この距離の減少に伴う熱伝達
率上昇の勾配が立上がる立上がり点よりも小さく設定さ
れる。この場合は０．１ｍｍ程度である。Ｄｏは回転円
板６の直径、Ｄｉは回転円板６の開口径である。また、
給電手段は、図示しないが、ここでは、固定用ボス１４
を中空のパイプ形状とし、その中を給電線を通し、電子
基板４から電子基板１３へ給電するものとする。

【００１８】次に動作について説明する。電子基板１３
に給電手段を用いて給電し、ステーターコア１２に電流
を流すことによってステーターコア１２に磁界が生じ
る。これにより、ステーターコア１２とマグネットヨー
ク８との間に反発力が発生し、マグネットヨーク８が直
接固定されている回転円板６が中心軸９を中心にして回
転する。

【００１９】次に、この実施例１の熱交換動作について
説明する。発熱素子１のパッケージ表面は常に平面を程
しているとは限らず、種類によっては凹凸があるものが
ある。このような場合、電子冷却素子３０を介し、電子
冷却素子の表面部３０ａを平面で形成することにより、
発熱素子１のパッケージ表面形状に左右されることな
く、Ｓを一定にすることができ、熱伝達率特性を一定に
することができる。図１において、ペルチェ素子３０に
電流を流すことによりペルチェ素子３０の発熱素子１側
の面から、発熱素子１の発熱を吸熱し、その反対側の表
面部３０ａで放熱を行なう。そして、回転円板６が回転
すると攪乱翼７により生じる遠心力で空気は駆動され、
図１中、点線矢印に示すように電子基板の開口部１３ａ
から空気が流入し、フレームの開口部１１ａ、回転円板
の開口部６ａを通り、回転円板６の内側から外側へ向け
てペルチェ素子３０の表面部３０ａ上を流れる。

【００２０】図３はこの実施例１の攪乱翼７とペルチェ
素子３０との間の流れの様子を示す模式説明図であり、
Ｌは、発熱素子１の表面から伝達される熱により周囲空
気よりも温度が上昇している空気層の厚さ寸法、すなわ
ち、温度境界層厚みである。また、図４の特性図はこの
実施例１における攪乱翼７の先端部７ａとペルチェ素子
３０の表面部３０ａの隙間の距離Ｓに対する熱伝達率ｈ
の変化の実測値を示したものである。

【００２１】図３において攪乱翼７の先端部７ａとペル
チェ素子３０の表面部３０ａの隙間の距離Ｓが、ペルチ
ェ素子３０の表面部３０ａ上の温度境界層厚みＬよりも
小さくなると、攪乱翼７が温度境界層を横切ることにな
り、ペルチェ素子３０の表面部３０ａ近傍の空気流の乱
れによる熱伝達率の増大が著しくなる。

【００２２】そのため図４に示されるように攪乱翼７の
先端部７ａとペルチェ素子３０の表面部３０ａの隙間の
距離Ｓの減少に伴う熱伝達率ｈの上昇の勾配が急に立上
がる立上がり点Ｓcr（図４では４ｍｍ）が存在する。ま
た距離Ｓが大きくなると熱伝達率ｈはほとんど変化せ
ず、従来例の熱伝達率値と同じような値となる。なおこ
の測定には直径Ｄｏ＝０．４ｍ、開口径Ｄｉ＝０．１７
ｍの回転円板６に高さ１ｍｍ、厚み２ｍｍの攪乱翼７を
２４枚植設したものを用いた。図４中、縦軸が熱伝達率
ｈ（Ｗ／ｍ² Ｋ）、横軸が攪乱翼７の先端部７ａとペル
チェ素子３０の表面部３０ａの隙間の距離Ｓ（ｍｍ）で
あり、特性曲線□−□は攪乱翼７を５００ｒｐｍで回転
したときの熱伝達率特性を、特性曲線○−○は攪乱翼７
を９００ｒｐｍで回転したときの熱伝達率特性を、特性
曲線△−△は攪乱翼７を１２００ｒｐｍで回転したとき
の熱伝達率特性を表している。

【００２３】この実施例１では、攪乱翼７の先端部７ａ
とペルチェ素子３０の表面部３０ａの隙間の距離Ｓが
０．１ｍｍとＳcrよりも小さくなっているため乱れが大
きくなり、空気の熱伝達率ｈが従来例の場合の約２〜１
０倍に大きくなる。その結果伝熱面の面積が小さくて良
く、小型で軽量な電子基板用熱交換装置が得られる。

【００２４】以上のように、実施例１では、発熱素子上
に電子冷却素子が取付けられ、電子冷却素子と向い合っ
て回転する回転円板が存在し、その回転円板には板状の
攪乱翼が円板に複数放射状に植設されており、軸受を介
して、回転円板の中心軸を支えるフレームを備え、この
フレームを電子基板に取付けることによって回転円板が
取り付けている熱交換装置を説明した。そして、これ
は、攪乱翼の先端部と電子冷却素子表面の隙間の距離
を、この距離の減少に伴う熱伝達率の上昇の勾配が立上
がる立上がり点よりも小さく設定したことを特徴とし、
かつ、回転円板とマグネットヨーク、及びフレームとス
テーターコアを各々一体化した回転駆動手段を有するこ
とを特徴とする電子基板用熱交換装置である。

【００２５】実施例２．前記実施例１では電子基板４上
への回転円板６の取付に固定用ボス１４を使用したもの
を示したが、固定用コネクターを使用するとワンタッチ
で取付取り外しできるという新たな効果が実施例１に付
加えられる。

【００２６】たとえば、図５は実施例２を示す断面図で
ある。図５において１〜１３、１５、３０、Ｄｏ、Ｄ
ｉ、Ｓは図１と同一の物である。１６は電子基板１３に
一方の端子１６ａが、また電子基板４にもう一方の端子
１６ｂが固定されていて、この端子が結合することによ
って固定を行うことのできる固定用コネクターである。

【００２７】次に動作について説明する。回転円板６
を、発熱素子１が多数取り付けられている電子基板４に
取付けるときは、まず電子基板４にハンダ付け等によっ
て固定用コネクター１６の一方の端子１６ｂを固定して
おく。そして予めハンダ付け等によって電子基板１３に
固定されている固定用コネクター１６のもう一方の端子
１６ａを差込むことにより固定される。そして固定状態
ではペルチェ素子３０のちょうど真上に回転円板６が位
置する。そして固定用コネクター１６は１個又は複数個
存在する。取外す場合は、固定用コネクター１６の一方
の端子１６ｂからもう一方の端子１６ａを引抜くことに
より外れる。

【００２８】実施例３．電子基板４から電子基板用熱交
換装置１５中の回転円板６および電子基板１３へ電流を
流す方法として、前記実施例１において固定用ボス１４
内に給電線を通す場合を示したが、これとは別に、給電
コネクターを取付けることにより達成してもよい。

【００２９】たとえば、図６は実施例３を示す断面図で
ある。図６において１〜１４、１５、３０、Ｄｏ、Ｄ
ｉ、Ｓは図１と同一の物である。１７は給電を行うケ−
ブルコネクターである。１８は電子基板１３上に取り付
けられた給電コネクター受け口、１９は電子基板４上に
取り付けられた給電コネクター受け口である。このよう
に構成することによってケーブルコネクター１７の一方
を電子基板４上の給電コネクター受け口１９に差し込
み、ケーブルコネクター１７のもう一方を電子基板１３
上の給電コネクター受け口１８に差し込むことにより、
電子基板４から回転円板６および電子基板１３へ給電が
なされるのである。

【００３０】実施例４．また、電子基板４から電子基板
用熱交換装置１５中の回転円板６および電子基板１３へ
電流を流す別な給電方法として、前記実施例１における
固定用ボス１４の材質を金属として取り付け用と給電用
とを兼用してもよい。この場合は、フレーム１１と電子
基板１３とを絶縁し、そして各々電子基板１３と電子基
板４の固定用ボス１４取付部分に給電パターンを敷設す
る。こうして、電子基板４と電子基板１３を固定用ボス
１４で固定すると、電子基板４から回転円板６および電
子基板１３へ給電がなされ、前記実施例３と同様の効果
が得られる。

【００３１】実施例５．また、電子基板用熱交換装置１
５中の回転円板６および電子基板１３に電流を流す別な
給電方法として、前記実施例２における固定用コネクタ
ー１６を固定用コネクター兼給電コネクターとしてもよ
い。こうすることにより、図５中で電流は電子基板４か
らコネクター１６を通って電子基板１３に流れる。する
と回転円板６および電子基板１３に電流が流れることに
よってステーターコア１２に磁界が生じ、これによりマ
グネットヨーク８に反発力が発生し、マグネットヨーク
８が直接固定されている回転円板６が中心軸９を中心に
して回転する。

【００３２】実施例６．また、前記実施例５ではコネク
ター１６で電子基板４と電子基板１３の固定と給電の両
方を兼ねているが、各々固定専用のコネクターと給電専
用のコネクターを供えていても前記実施例２及び３と同
様の効果が期待できる。

【００３３】実施例７．また、電子基板用熱交換装置１
５中の回転円板６および電子基板１３に電流を流す別な
給電方法として、電子基板４と電子基板１３の間を電線
ケーブルでねじ止めする方法でもよい。

【００３４】実施例８．また、前記実施例３〜７におい
て、回転円板６の回転数が規定回転数よりも下がった場
合や、故障等により回転が停止した場合、回転円板６の
回転を制御する電子基板１３から発信されるアラーム信
号の伝達経路として前記給電コネクター、及び、給電ボ
ス、電線ケーブルを流用することによりアラーム信号を
伝達することができる。

【００３５】実施例９．以下、本発明の他の実施例を図
について説明する。図７はＬＳＩの冷却装置を示す図で
あり、図８は冷却装置の下面を表す図であり、図９は冷
却装置１５の基板４への取り付けイメージを示す斜視図
である。図７において、１はＰＧＡ（ＰｉｎＧｒｉｄ
Ａｒｒａｙ）に実装されたＬＳＩ、４は基板であり、
６はＬＳＩと対向し中央に開口部６ａを有する回転円
板、７は回転円板６上に放射状に植設された攪乱翼、８
は回転円板６に固定されたマグネット、９は回転円板６
の中心軸、１０は中心軸９を介して回転円板６を支える
軸受、１１は軸受１０を固定し、装置の強度を保ち、回
転円板開口部６ａに対応する中央部に開口部１１ａを有
するフレーム、１２はフレーム１１に取り付けられたス
テーターコア、１３は回転円板６の回転を制御する回路
を搭載した基板、１４は図９に示すように、基板４のガ
イド金具または反り防止金具２０等に取り付けられ、Ｌ
ＳＩ１１の表面と攪乱翼７の先端部の距離を制御する支
持機構である。３０は発熱素子１に取り付けられた電子
冷却素子で、本実施例ではペルチェ素子を使用してい
る。そしてペルチェ素子１４は回転円板６と向い合って
いる。５〜１３、３０で構成されるのが冷却装置１５で
ある。

【００３６】次に動作について説明する。ペルチェ素子
３０に電流を流すことによりペルチェ素子３０の発熱素
子１側の面から、発熱素子１の発熱を吸熱し、その反対
側の表面部３０ａで放熱を行なう。そして、回路基板１
３に給電することにより、通常のモータと同様に、ステ
ーターコア１２に磁界が生じ、マグネット８の反発力に
より回転円板６が中心軸９のまわりを回転する。この回
転円板６とそれに伴う攪乱翼７の回転により発生する遠
心力で空気が駆動され、図７中の点線のように、フレー
ム開口部１１ａ、回転円板開口部６ａを通過し回転円板
６の中心から外側に向かってＬＳＩ１の表面上を流れ
る。

【００３７】以上のようにこの実施例によれば、発熱す
る電子部品に電子冷却素子を設け、この電冷却素子と対
向して回転する円板に放射状に複数枚植設された攪乱翼
を設け、この攪乱翼と電子冷却素子表面の距離を、この
距離の減少に伴う熱伝達率の上昇の勾配が立ち上がる立
上がり点より小さく設定したので、攪乱翼が温度境界層
を横切ることになり、電子冷却素子近傍に空気の乱れが
増大し、熱伝達率が著しく増大するため冷却能力の高い
電子部品冷却装置が得られる。

【００３８】実施例１０．前記実施例９では回転円板の
フレーム１１支持機構１４を介してを基板４のガイド金
具または反り防止金具２０に取り付ける例を示したが、
電子部品近傍の基板上に複数個のスタッドを配置し、回
転円板のフレームを支持することにより、回転円板と電
子冷却素子表面間の距離を所定の値に制御することがで
きる。

【００３９】図１０は実施例１０を示す断面図である。
図において、冷却装置１５、電子部品１、基板４は図７
と同様のものである。２１は基板上に設けられたスタッ
ドである。冷却装置１５を基板４に取り付ける際、この
スタッド２１がフレーム１１に突き当たり、回転円板と
電子冷却素子表面間の距離を所定の値に制御する。この
冷却装置の基板への取り付けによれば、電子部品近傍の
基板上に複数個のスタッドを配置し、回転円板のフレー
ムを支持することにより、熱伝達率増大のポイントとな
る回転円板と電子冷却素子表面間の距離を所定の値に精
度よく制御することができる。

【００４０】実施例１１．また、回転円板のフレームに
複数個のスタッドを設け、これらスタッドを基板に突き
当てることにより、回転円板と電子冷却素子表面間の距
離を所定の値に制御することもできる。この例によれ
ば、回転円板のフレームに複数個のスタッドを設け、こ
れらスタッドを基板に突き当てることにより、基板内の
配線領域に影響を及ぼさず、回転円板と電子冷却素子表
面間の距離を所定の値に制御することができる。

【００４１】実施例１２．また、電子冷却素子表面に複
数個のスタッドを設け、回転円板のフレームを支持する
ことにより、回転円板と電子冷却素子表面間の距離を所
定の値にすることができる。

【００４２】図１１は実施例１２を示す断面図である。
図において、冷却装置１５、電子部品１、基板４は図７
と同様のものである。２１は電子冷却素子３０上に設け
られたスタッドである。冷却装置１５を基板４に取り付
ける際、このスタッド２１がフレーム１１に突き当た
り、回転円板と電子冷却素子表面間の距離を所定の値に
制御する。この例によれば、電子冷却素子表面に複数個
のスタッドを設け、回転円板のフレームを支持すること
により、より狭い領域で回転円板と電子冷却素子表面の
距離を制御することになり、前記実施例１０、１１より
距離制御の精度が上がる。

【００４３】実施例１３．また、回転円板のフレームに
複数個のスタッドを設け、これらスタッドを電子冷却素
子表面に突き当てることにより、回転円板と電子冷却素
子表面間の距離を所定の値に制御することもできる。

【００４４】この例によれば、回転円板のフレームに複
数個のスタッドを設け、これらスタッドを電子冷却素子
表面に突き当てることにより、電子部品外形及び電子冷
却素子外形に変更を施さず、回転円板と電子冷却素子表
面間の距離を所定の値に精度よく制御することができ
る。

【００４５】実施例１４．上記実施例では、電子冷却素
子３０と、冷却装置を構成するその他の要素５〜１３が
分離している場合を説明したが、図１２に示すように電
子冷却素子３０とフレーム１１の間をあらかじめコネク
タ３１で接続し、冷却装置を一体化して形成するように
してもよい。このように一体化（モジュール化）するこ
とで、撹乱翼先端部７ａとペルチェ素子表面部３０ａの
隙間の距離Ｓを個体差なく一定にすることが可能にな
る。

【００４６】実施例１５．また、回転円板のフレームの
固定手段と回転円板と電子冷却素子表面間の距離の制御
手段とを兼用した取り付け構造でも実施例１０〜１３と
同様の効果が期待できるとともに、回転円板のフレーム
の固定手段と回転円板と電子冷却素子表面間の距離の制
御手段とを兼用した取り付け構造にすることにより、全
体として小型、軽量な電子部品冷却装置が得られる。た
とえば、電子部品に対向する位置（すなわち、電子冷却
素子に対向する位置）に１個または複数個の回転円板を
収容したフレームであって、基板とほぼ同サイズのフレ
ームを、カードバスケットに挿入して、基板に並設し、
カードバスケットに設けられた構造により、回転円板と
電子冷却素子表面間の距離を所定の値に制御することが
できる。このように、電子部品に対向する位置に１個ま
たは複数個の回転円板を収容した、基板とほぼ同サイズ
のフレームを、カードバスケットに挿入して、基板に並
設し、カードバスケットに設けられた構造により、回転
円板と電子冷却素子表面間の距離を所定の値に制御する
構造をとることにより、冷却装置の交換・保守が容易に
なる。

【００４７】実施例１６．なお、前記実施例において、
マグネットヨ−ク８は回転円板６に、ステーターコア１
２はフレーム１１に取付けられているが、マグネットヨ
−ク８をフレーム１１に、ステーターコア１２を回転円
板６に取付けても実施例１と同様の効果が期待できる。

【００４８】実施例１７．なお、前期実施例においては
ペルチェ素子を用いる場合を示したが、その他の電子冷
却素子を用いてもかまわない。

【００４９】

【発明の効果】この発明によれば、発熱物／発熱部品上
に電子冷却素子を取り付けたことで、発熱物／発熱部品
からより多くの熱を吸い上げることができる。また、発
熱物／発熱部品上の電子冷却素子と可動体／移動体を所
定の距離に配置設定したので、可動体／移動体が温度境
界層を横切ることになり、発熱物／発熱部品上の電子冷
却素子表面近傍の空気流の乱れが大きくなり熱伝達率が
増大する。そして、可動体／移動体とフレ−ムと駆動手
段を一体化することにより、小型、軽量な装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す断面図である。

【図２】この発明の実施例１を示す、下方向から見た図
（発熱素子から取り外した状態）である。

【図３】この発明の実施例１の熱交換装置の動作を示す
模式説明図である。

【図４】この発明の実施例１の攪乱翼の先端部と電子冷
却素子表面の隙間の距離Ｓに対する熱伝達率の変化の実
測値を示した特性図である。

【図５】この発明の実施例２を示す断面図である。

【図６】この発明の実施例３を示す断面図である。

【図７】この発明の実施例９を示す断面図である。

【図８】この発明の実施例９の下面（電子部品を取り外
した状態）を示す図である。

【図９】この発明の実施例９の基板への取り付け状態を
示す図である。

【図１０】この発明の実施例１０を示す断面図である。

【図１１】この発明の実施例１２を示す断面図である。

【図１２】この発明の実施例１４を示す断面図である。

【図１３】従来の電子基板用熱交換装置を示す斜視図で
ある。

【図１４】従来の電子基板用熱交換装置を示す斜視図で
ある。

【図１５】従来の電子基板用熱交換装置を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】１発熱素子／ＬＳＩ４電子基板６回転円板７攪乱翼８マグネットヨーク９中心軸１０軸受１１フレーム１２ステーターコア１３回路基板１４固定用ボス／支持機構１５熱交換装置／冷却装置１６固定用コネクター１７ケーブルコネクター１８コネクタ受け口１９コネクタ受け口２０ガイド金具／反り防止金具２１スタッド／突起３０ペルチェ素子／電子冷却素子３１コネクタ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年６月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】請求項２記載の第２の発明における冷却装
置は、ＩＣ、ＬＳＩなどの電子部品の冷却装置におい
て、電子部品にペルチェ素子等の電子冷却素子を取りつ
け、この電子冷却素子に対向して設けられ、電子冷却素
子に対して、可動体（回転円板）を有し、可動体（回転
円板）には放射状に複数枚の板状の攪乱翼が植設され、
前記攪乱翼と電子冷却素子表面の距離を、この距離の減
少に伴う熱伝達率の上昇の勾配が立ち上がる立上がり点
より小さくしたものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】そして、第１の発明における熱交換装置
は、取り付け手段が、可動体の先端部と電子冷却素子表
面の隙間の距離を、熱伝達率の上昇の勾配が立ち上がる
立上がり点よりも小さく設定して、可動体を取り付ける
ので、可動体が温度境界層を横切ることになり、電子冷
却素子表面近傍の空気の乱れが大きくなり熱伝達率が増
大する。また、フレーム基板は可動体を保持し、駆動手
段及び給電手段は、可動体を動かすだけなので、従来の
ようなフィンが不要になり、小型化が図れ、全体として
も小型、軽量化が図れる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】これらの図において１は発熱素子（発熱
物）、４は電子基板、６は発熱素子１と向い合って、か
つ中央の一部分６ａが開口している回転円板（可動
体）、７は回転円板６上に放射状にかつ回転円板６に複
数植設された板状の攪乱翼、８は回転円板６に固定され
たマグネットヨーク、９は回転円板６の中心軸、１０は
中心軸９を介して回転円板６を支える軸受、１１は軸受
１０を固定し、本装置の強度を保ち、なおかつ回転円板
６に対応する中央の一部分１１ａが開口しているフレー
ム、１２はフレーム１１に取付けられているステーター
コア、１３はフレーム１１に取付けられ、回転円板６に
対応する中央の一部分１３ａが開口し、なおかつ回転円
板６の回転を制御する電子基板、１４は電子基板１３及
びフレーム１１と電子基板４を固定する固定用ボスであ
る。３０は発熱素子１に取り付けられた電子冷却素子
で、本実施例ではペルチェ素子を使用している。そして
ペルチェ素子１４は回転円板６と向い合っている。マグ
ネットヨーク８とステーターコア１２により駆動手段を
構成し、回転円板６を回転させる。また、電子基板１
３、フレーム１１、中心軸９、軸受１０により、回転円
板６を回転できるように保持するフレーム基板を構成し
ている。また固定用ボス１４は、取り付け手段の一例で
ある。そして、上記６〜１４及び３０により電子基板用
熱交換装置１５を構成している。なお、図において、Ｓ
は攪乱翼７の先端部７ａとペルチェ素子３０の表面部３
０ａの隙間の距離であり、この距離の減少に伴う熱伝達
率上昇の勾配が立ち上がる立上がり点よりも小さく設定
される。この場合は０．１ｍｍ程度である。Ｄｏは回転
円板６の直径、Ｄｉは回転円板６の開口径である。ま
た、給電手段は、図示しないが、ここでは、固定用ボス
１４を中空のパイプ形状とし、その中を給電線を通し、
電子基板４から電子基板１３へ給電するものとする。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】そのため図４に示されるように攪乱翼７の
先端部７ａとペルチェ素子３０の表面部３０ａの隙間の
距離Ｓの減少に伴う熱伝達率ｈの上昇の勾配が急に立ち
上がる立上がり点Ｓcr（図４では４ｍｍ）が存在する。
また距離Ｓが大きくなると熱伝達率ｈはほとんど変化せ
ず、従来例の熱伝達率値と同じような値となる。なおこ
の測定には直径Ｄｏ＝０．４ｍ、開口径Ｄｉ＝０．１７
ｍの回転円板６に高さ１ｍｍ、厚み２ｍｍの攪乱翼７を
２４枚植設したものを用いた。図４中、縦軸が熱伝達率
ｈ（Ｗ／ｍ² Ｋ）、横軸が攪乱翼７の先端部７ａとペル
チェ素子３０の表面部３０ａの隙間の距離Ｓ（ｍｍ）で
あり、特性曲線□−□は攪乱翼７を５００ｒｐｍで回転
したときの熱伝達率特性を、特性曲線○−○は攪乱翼７
を９００ｒｐｍで回転したときの熱伝達率特性を、特性
曲線△−△は攪乱翼７を１２００ｒｐｍで回転したとき
の熱伝達率特性を表している。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】以上のように、実施例１では、発熱素子上
に電子冷却素子が取付けられ、電子冷却素子と向い合っ
て回転する回転円板が存在し、その回転円板には板状の
攪乱翼が円板に複数放射状に植設されており、軸受を介
して、回転円板の中心軸を支えるフレームを備え、この
フレームを電子基板に取付けることによって回転円板が
取り付いている熱交換装置を説明した。そして、これ
は、攪乱翼の先端部と電子冷却素子表面の隙間の距離
を、この距離の減少に伴う熱伝達率の上昇の勾配が立ち
上がる立上がり点よりも小さく設定したことを特徴と
し、かつ、回転円板とマグネットヨーク、及びフレーム
とステーターコアを各々一体化した回転駆動手段を有す
ることを特徴とする電子基板用熱交換装置である。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】

【発明の効果】この発明によれば、発熱物／発熱部品上
に電子冷却素子を取り付けたことで、発熱物／発熱部品
からより多くの熱を吸い上げることができる。また、発
熱物／発熱部品上の電子冷却素子と可動体を所定の距離
に配置設定したので、可動体が温度境界層を横切ること
になり、発熱物／発熱部品上の電子冷却素子表面近傍の
空気流の乱れが大きくなり熱伝達率が増大する。そし
て、可動体とフレ−ムと駆動手段を一体化することによ
り、小型、軽量な装置が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の要素を有する、発熱物からの熱交
換装置（ａ）発熱物に取り付けられる電子冷却素子、（ｂ）電子冷却素子近傍の流体物を動かすための可動
体、（ｃ）可動体が動けるように可動体を保持するフレ−ム
基板、（ｄ）可動体をフレ−ム基板に対して相対的に動かす駆
動手段、（ｅ）駆動手段に給電する給電手段、（ｆ）電子冷却素子と可動体との間が所定の距離になる
ようにフレ−ム基板を取り付ける取り付け手段。
【請求項２】基板に搭載したＩＣ、ＬＳＩなどの発熱
部品の冷却装置において、発熱部品に対して電子冷却素
子を設け、所定のフレームに保持されるとともに前記電
子冷却素子に対向して設けられ、前記電子冷却素子に対
して移動する移動体を有し、前記移動体には電子冷却素
子表面の空気を攪乱する攪乱体が設けられ、前記攪乱体
と電子冷却素子表面の距離を、この距離の減少に伴う熱
伝達率の上昇の勾配が立ち上がる立上がり点より小さく
したことを特徴とする冷却装置。