JPH09219478A - ファン援用熱減少装置 - Google Patents

ファン援用熱減少装置

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JPH09219478A
JPH09219478A JP9031141A JP3114197A JPH09219478A JP H09219478 A JPH09219478 A JP H09219478A JP 9031141 A JP9031141 A JP 9031141A JP 3114197 A JP3114197 A JP 3114197A JP H09219478 A JPH09219478 A JP H09219478A
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heat
cooling device
fan
cooling
vanes
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Guy R Wagner
ガイ・アール・ワグナー
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
    • H10W40/43—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing gases, e.g. forced air cooling

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】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。
【０００２】
【発明の背景】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。
【００１２】
【発明の概要】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。
【００１８】
【好適な実施例の説明】図１−図９は、全般に、熱源11
0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5
6、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8
2、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7
3、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13
8、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11
6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、1
39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13
8、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「Ｂ
Ｂ」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「Ａ
Ａ」、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「Ｚ
Ｚ」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「Ｓ
Ｓ」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】
【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】
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

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 ａ）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、 ｂ）前記平面状の表面に実質的に垂直な冷却装置中心
    軸、 ｃ）前記冷却装置の内部に設置された室、 ｄ）前記室を取り囲む複数の冷却羽根、を備え、前記冷
    却羽根は前記冷却装置中心軸に対して傾いている冷却装
    置。
  2. 【請求項２】 更に前記室内に設置された空気移動装置
    を備えている請求項１に記載の冷却装置。
  3. 【請求項３】 更に前記平面状表面と前記室との間に設
    置された熱伝導基底部を備えている請求項１または請求
    項２に記載の冷却装置。
  4. 【請求項４】 前記冷却羽根は前記基底部を実質的に取
    り囲んでいる請求項３に記載の冷却装置。
  5. 【請求項５】 前記羽根は前記冷却装置中心軸に対して
    約20度と約70度との間の角度傾いている請求項１−４の
    いずれかに記載の冷却装置。
  6. 【請求項６】 前記羽根は前記冷却装置中心軸に対して
    約35度の角度傾いている請求項１−４のいずれかに記載
    の冷却装置。
  7. 【請求項７】 熱源からの熱を除去する方法であって、 ａ）境界面、その内部に室を形成する周辺壁部、および
    前記境界面と前記室との間に設置された熱伝導基底部、
    を備えている熱減少アセンブリを設けるステップ、 ｂ）前記熱源を前記境界面と接触させるステップ、 ｃ）空気を前記周辺壁部を通して前記室内に移動させる
    ステップ、および ｄ）空気を前記基底部を通して前記室の外に移動させる
    ステップ、を特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 空気を移動させる前記ステップは前記室
    内に設置された空気移動装置により行われる請求項７に
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記周辺壁部はその間にスロットを有す
    る複数の羽根を備えている請求項７または請求項８に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記スロットは前記熱減少アセンブリ
    の外部と前記室との間に開口を形成している請求項９に
    記載の方法。
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