JPH0579199B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 この発明はヒートシンクに関するものであり、
詳細にいえば電気装置と共に使用され、衝突冷却
操作または交差（crossflow）冷却操作のいずれ
にも適合できるヒートシンクに関するものであ
る。

Ｂ 従来技術 コンピユータ・システムの分野においては、電
気的構成要素および回路によつて大量の熱が発生
する傾向がある。このような熱を放散させ、この
ような電気的構成要素および回路を冷却する必要
がある。事実、電気的装置を冷却する機構がなけ
れば、オーバヒートがこれらの電気装置が一部を
形成している大きなユニツトに重大で、しかも有
害な影響をおよぼし、システム・パフオーマンス
の劣化、回復不能なエラーの発生、その他の故障
や、さらには潰滅的なシステム故障を引き起こす
こともある。高電力の構成要素が組み込まれてい
たり、あるいは多数の構成要素が比較的小さな容
積のところに配置されているシステムにおいて
は、この好ましくない熱の蓄積の問題がさらに大
きなものとなる。

技術者は動作している電気装置から熱を除去す
る方法を開発してきた。熱を除去する効率のよい
方法のひとつは、水、フレオン、冷却または過冷
却ガス（たとえば、液体チツ素）などの、液体ま
たは空気、ヘリウムなどのガス状の液体を使うこ
とによるものである。その液体とは、流体が熱放
散装置中に流された場合、熱を放散させたり、あ
るいはその方向を買えることのできる媒体を表わ
すものである。

一般に、流体をベースとしたヒートシンクに使
われる２つの主要な概念は、流体をヒートシンク
要素中に流す直流または交差流冷却と、流体をヒ
ートシンクに向つて流す衝突冷却を含んでいる。

電子冷却環境において伝熱媒体として流体を使
うことは、多くの欠点が付随している。たとえ
ば、液体を循環させ、かつその冷却効果を利用す
るためは、精妙な配管施設その他の機構が必要と
なることがしばしばある。さらに、液体のなかに
はきわめて低い温度に達するため、比較的湿度の
高い環境においては、汗かき（sweating）とい
う配管施設の凝縮が生じる。汗かきは湿気の蓄積
をもたらし、電気装置上への液体の滴下、その結
果としてのこれらの装置の短絡、腐食あるいはこ
れらを損傷して、その適正な動作に影響をおよぼ
す可能性を生じる。このような汗かきの悪影響を
最小としたり、あるいは排除するため、液冷シス
テムに絶縁を付加することがしばしばあるが、こ
れはシステムの費用、容積および複雑度を増大さ
せるものである。

多くの液令システムの顕著な他の欠点は、液体
を歩留領域から、冷却すべき装置の環境へポンプ
で送り、貯蔵し、循環させるために大きなスペー
スおよび多くの装置が必要なことである。たとえ
ば、熱交換器は熱交換処理を行なうため、常に２
種類の流体を使用しなければならない。

上述のスペースおよびコストの欠点の多くは、
伝熱および熱交換の媒体としてガスを使うヒート
シンクによつて解決される。

米国特許第4277816号は複数個の集積回路チツ
プが上面に取り付けられたモジユールと共に使用
するヒートシンクに関する衝突の概念を開示して
いる。この概念と共に示されているヒートシンク
は、冷却効果を得るための空気移動装置
（AMD）によつて、空気をマルチチツプ・モジ
ユールに対して流すことを可能とするものであ
る。

米国特許第4296455号は複数個の集積回路チツ
プが上面に取り付けられたモジユールと共に使用
する空気衝突ヒートシンクを開示している。中空
フインまたは直線状のフインのヒートシンクに
は、空気を複数の方向へ分配できるようにするス
リツトが設けられている。

米国特許第3678993号は熱交換コイルとハウジ
ングを開示している。熱交換器は屈曲したチユー
ブからなつており、このチユーブは必要に応じ冷
却または加熱された流体源に接続されるようにな
つている。熱交換コイルはハウジング内に斜めに
配置されており、ハウジングは脱着可能なパネル
部材を有している。空気をハウジング・パネルの
構成に応じて、一方から他の方向に送り込んだ
り、排出させたりすることができる。空気流の方
向を複数にすることは、ハウジング内で熱交換器
に角度をつける必要があるため、ユニツトの大き
さをかなり増加させることによつて達成される。
空気流の方向はすべて、面内にある、すなわち２
次元である。

米国特許第3348609号は多位置電源モジユール
と熱交換技法を開示している。パネルはフレーム
に脱着自在に取り付けられている。パネルは実際
には、熱を発生する構成要素から離隔したヒート
シンクである。したがつて、接続装置は熱源（す
なわち、電気装置）からヒートシンクへ熱を伝え
るものでなければならない。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、ガス、および好ましくは空
気のみをベースにして動作するヒートシンクを提
供することである。

この発明の他の目的は、衝突および交差流冷却
を同時に行なえるヒートシンクを提供することで
ある。

この発明のさらに他の目的は、できるだけ大き
さが小さなパツケージすなわち容積ができるだけ
小さなヒートシンク機構を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、ヒートシンクの
構成に融通性があり、したがつて衝突冷却から交
差流冷却への変更が最小限の作業で行なえるよう
にすることである。

この発明のさらに他の目的は、２つの異なる用
途、すなわち衝突冷却と交差流冷却のいずれに
も、同一のヒートシンクを適合させられるシステ
ムを提供することである。

Ｄ 問題点を解決するための手段 この発明によれば、ヒートシンクが複数個の冷
却フインとほぼ平坦な表面を有している流体衝突
ヒートシンク構造がもたらされる。囲い板
（shroud）をヒートシンク上に配置して平坦な表
面を覆うことができるので、囲い板をヒートシン
ク上に取り付けたとき、流体流はフインを横切つ
て流れるが、平坦表面によつて画定された面に垂
直な方向へ流れないようにできる。ヒートシンク
と囲い板は一体的なヒートシンク構造を形成す
る。

Ｅ 実施例 第１図にはヒートシンク１０が示されている。
ヒートシンクの寸法は、冷却しなければならない
構成要素（図示せず）の大きさおよび数の両方の
関数として選択される。従来のヒートシンクはダ
イ・キヤスト、ろう付け、あるいは好ましくは押
し出しの技法によつて製造でき、しかも金属など
の伝熱性材料製とすることができる。ヒートシン
ク１０は複数の直線状の冷却フイン１２を有して
おり、これらのフインはこれらの間に形成された
空気スペース、チヤネルまたは開口１４と平行に
配置されている。フイン１２の形状および構成は
以下に説明するように、設計上の目的にしたがつ
て変更することができる。

ヒートシンク１０はほぼ平坦な基部１５も有し
ており、この基部は冷却の対象となる構成要素
（図示せず）に近接して、あるいはこれと物理的
に接触して配置されている。流体が直線状の冷却
フイン１２の間を流れることができるように、ス
ペース１４が設けられている。製造方法に応じ
て、フイン１２をヒートシンク基部１５と一体の
部品とすることも、あるいは溶接、ボルト止め、
その他の適当な手段によつて基部に取り付けられ
る独立した部品とすることもできる。

衝突板１６が適切な手段によつて、基部１５に
対向し、かつこれにほぼ平行なヒートシンク１０
に恒久的に取り付けられている。留意しなければ
ならないのは、この発明の他の実施例において、
衝突板１６をヒートシンク１０に脱着自在に取り
付けることもできることである。衝突板１６は矩
形または方形の開口の縁となる４つの重なりあつ
た、または互いに接続された縁部１８を有する構
造体であり、この開口を通して流体がヒートシン
ク１０へ、基部１５に垂直に導入される。衝突板
１６の周辺はヒートシンクの外寸よりも大きくな
つている。それ故、衝突板１６はヒートシンク１
０のハウジングを重なるか、あるいは片持ちし
て、取付け面を形成する。

脱着自在な連続板すなわち囲い板２０はヒート
シンク１０の衝突板１６に取り付けられるように
なされている。囲い板２０はほぼ平坦で、中実な
主要面と、互いに対向して配置された２つの取付
け縁部２２を有している、囲い板２０の内面に
は、ゴムやフオーム・ラバーなどの弾性材料製の
Ｏリング２４が取り付けられている。Ｏリング２
４は囲い板２０とヒートシンク１０の衝突板１６
の間に確実な接触をもたらすために使われるもの
であつて、流体が形成された界面から漏出できな
いようにするシールを形成する。

衝突板１６と確実に係合するのに適した一対の
取付け隆起２６が、取付け縁部２２に適切な手段
によつて取り付けられるか、あるいはこれと一体
の部品を形成している。好ましい実施例におい
て、取付け隆起２６は硬質ゴムやプラスチツクな
どの弾性材製であるから、囲い板２０を衝突板１
６に対して堅固に押圧するだけで、囲い板２０を
ヒートシンク１０に工具を必要とすることなく、
スナツプ止めすることができる。しかしながら、
取付け隆起２６が金属などの固い材料でできてい
る場合には、囲い板２０を衝突板１６上を横方向
に定位置までスライドさせることによつて、この
場合も工具を必要とすることなく、取り付けるこ
とができる。衝突板１６上で囲い板２０をスライ
ドさせる方法が好ましいのは、取付け隆起が手で
変形するには固過ぎたり、あるいは曲げることに
よつて恒久的な歪みが生じかねない場合である。

第２図には、囲い板２０が取り付けられた、こ
の発明のヒートシンク１０の断面図が示されてい
る。囲い板２０の取付け隆起２６は衝突板１６後
面の凹み２８のそれぞれに係合し、これに着座
し、これによつて確実な係合をもたらしている。

第３図には、衝突板１６が取り付けられている
が、囲い板が取り付けられていないヒートシンク
１０が示されている。流体は第３図において矢印
で示されているように、基部１５の面に垂直に流
される。このように流される流体は基部１５に衝
突させられ、その後直線状の冷却フイン１２が図
示のようにほぼ垂直に配置されていると想定する
と、基部１５の面に平行に、上方または下方へ排
出される。第３図に示したヒートシンクの構成
は、恒久的に取り付けられた衝突板１６を付加し
た、周知の衝突冷却装置を表わしている。

第４図には、この発明によるヒートシンク１０
と衝突板１６がしめされており、衝突板には囲い
板２０が取り付けられている。下方からヒートシ
ンク１０に入つた流体は、その後、第４図の矢印
で示すように、基部１５に平行に上方へ排出され
る。このヒートシンクの構成は周知の連続ないし
交差流装置を表わすものであつて、流体は空気ス
ペースまたはチヤネル１４を通過し、これによつ
て図示されていない電子構成要素が発生した熱
を、基部１５に放出する。

囲い板２０をヒートシンク１０に取り付けるこ
とによつて、ヒートシンク・ユニツトは連続ない
し直交流動作に適したものとなり、また囲い板２
０を除去することによつて、ヒートシンク・ユニ
ツトが衝突冷却に適合することが理解されよう。

さらに、第５図には、この発明の他の実施例が
示されている。ヒートシンク３０は基部３２を包
含しており、この基部には複数個のピン冷却フイ
ン３４が取り付けられている。ピン冷却フイン３
４は一般に押し出し成形ができず、したがつて費
用のかさむダイ・キヤストを必要とするという欠
点を持つているが、用途によつては、ピン冷却フ
インによる熱放散が直線状の冷却フインよりも大
きいことが判明した。

パネル３枚の囲い板３６をこの構成のヒートシ
ンク基部３２に取付け、流体が基部３２の面に垂
直な方向へ移動することを防止できる。この場合
も、囲い板３６を基部３２から除去することによ
つて、衝突冷却を可能とし、かつこれを促進でき
る。

さらに、第６図には、この発明のさらに他の実
施例が示されている。ヒートシンク４０は基部４
２を有しており、基部には中央ポスト４３が取り
付けられている。中央ポスト４３はスロツト付き
のシリンダ状冷却フイン４４を支承しており、こ
れらのフインは好ましい実施例においては、互い
に整合し、かつ平行に離隔した関係で配置されて
いる。シリンダ状冷却フインの概念を有用で、し
かも費用効果の高い、ピン冷却フインの代替策で
あつて、環境によつては、直線状の冷却フインを
凌駕する利点をもたらすものである。

ヒートシンク４０と共に使用される、ほぼ平坦
な板状囲い板４６が設けられる。囲い板４６は中
央取付け領域４８を有しており、この領域にはク
リツプ５０が取付けられている。クリツプ５０は
囲い板４６を、最上部のシリンダ状冷却フイン４
４およびその支承中央ポスト４３に取り付けるの
に適したものである。囲い板４６とシリンダ状フ
イン４４の組み立てを、前者のクリツプ５０を後
者へスナツプ止めすることによつて、工具を必要
とすることなく行なえるようにするため、クリツ
プ５０と囲い板４６を比較的弾性のある材料で製
造しなければならない。それ故、囲い板４６を取
り付けた場合、液体が基部４２に衝突することが
防止される、その代わり、流体は基部４２の面に
平行な方向へ流され、交差流熱放散効果をもたら
す。逆に、囲い板４６を最上部のシリンダ状冷却
フイン４４から除去することによつて、衝突冷却
が可能となり、かつこれが促進される。

それ故、効率的な動作を行なう囲い板の形状お
よび大きさが、これらと共に使用されるヒートシ
ンク冷却フインの構成および型式によつて決定さ
れることが理解できよう。したがつて、この発明
の範囲は特定の構成または冷却フインの設計に限
定されるものではなく、衝突ヒートシンク装置
を、単純で、効率がよく、しかも費用効果の高い
態様で、直交流ヒートシンク装置に変換するため
に使用される囲い板の概念を対象とするものであ
る。

Ｆ 発明の効果 以上説明したように、この発明によれば、ガス
および、好ましくは空気のみをベースとして、き
わめて効果的に動作するヒートシンクが提供され
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のヒートシンクと囲い板の
斜視図である。第２図は、この発明による一体的
なヒートシンク構造を形成するため、ヒートシン
クに取り付けられた囲い板の断面図である。第３
図は、囲い板を取り付けていない、この発明の衝
突冷却構成を示す図である。第４図は、囲い板を
ヒートシンクに取り付けた、この発明の交差空気
流を流すことのできる構成を示す面図である。第
５図は、ヒートシンクがピン冷却フインからな
る、この発明の他の実施例の図である。第６図
は、ヒートシンクがシリンダ状の冷却フインから
なる、この発明の他の実施例の斜視図である。 １０，３０，４０……ヒートシンク、１２……
冷却フイン、１４……空気スペース、１５，３
２，４２……基部、１６……衝突板、１８……縁
部、２０，３６……囲い板、２２……取付け縁
部、２４……Ｏリング、２６……取付け隆起、２
８……凹み、３４……ピン冷却フイン、４３……
中央ポスト、４６……板状囲い板、４８……中央
取付け領域、５０……クリツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に平坦な基部と、該基部と一体に形成
   され該基部の垂直な方向に伸びた複数の冷却フイ
   ンとを持つ伝熱材料製のヒート・シンクと、 上記基部に対応する開口と、該開口の周囲に設
   けられた縁部とを有し、該縁部が上記冷却フイン
   の上記基部とは反対側の端部に固定された衝突板
   と、 上記開口を実質的に覆う平坦かつ中実の主要面
   と、取付け縁部とを有し、該取付け縁部を介して
   上記衝突板の上記縁部に着脱可能に取付けられた
   囲い板とを備え、 上記囲い板の取付け状態において、上記冷却フ
   インを横切る流体の流れによる交差冷却は許容す
   るけれども上記平坦な基部に実質的に垂直な方向
   の流体の流れは阻止して衝突冷却を不能とし、上
   記囲い板の取外し状態において、上記基部に対す
   る流体の衝突による衝突冷却を可能とした、 ことを特徴とするヒート・シンク構造体。