JP3869219B2 - ヒートシンクを備えた冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱源からの熱を消散するヒートシンクを備えた冷却装置に関するものであり、特にＣＰＵ等の電子部品を冷却するのに好適な冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータに用いられるＣＰＵ等の電子部品から発生する熱量は、その高性能化に伴って益々増大する傾向にある。実公平３−１５９８２号公報には、基板の表面に放射状に複数枚の放熱フィンを配置したヒートシンクの上に冷却用ファンを配置し、冷却用ファンから吐出された空気を基板の中心部に当て、その後空気を放射状に配置された複数枚の放熱フィンの間を通して外部に排出する構造の冷却装置が開示されている。また米国特許第５６２９８３４号公報（日本国特許第２７６５８０１号、特開平７−１１１３０２号）及び米国特許第５７８２２９２号（特開平９−１０２５６６号公報）には、複数枚の放熱フィンをファンのインペラから径方向に流れ出る空気の流れに沿うように配置したヒートシンクを用いる冷却装置が示されている。この冷却装置では、ファンのインペラの一部を囲むように複数枚の放熱フィンを配置している。また米国特許第５７８５１１６号公報（特開平９−２１９４７８号公報）には、ファンのインペラを囲むように基板の上に配置された複数枚の放熱フィンを備え、複数枚の放熱フィンをファンの中心を通る中心線に対して傾けたヒートシンクを用いる冷却装置が示されている。この公知技術では、筒体にこの筒体の中心線に対して傾いた向きの切削加工を施すことにより傾斜した複数枚の放熱フィンを備えたヒートシンクを形成している。そしてこの装置で、十分な冷却性能を得るためには、放熱フィンの角度とファンのブレードの角度の関係を予め定めた精密な関係にしなければならない。そしてファンのモータはヒートシンクに取り付けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一番目及び二番目の冷却装置は、高発熱量の冷却には不向きである。三番目の公知の冷却装置は、今のところ、最近の高発熱量のＣＰＵを冷却するのに適している。しかしながら三番目の冷却装置では、ヒートシンクを製造するための加工費用が高くなる問題がある上、高い加工精度を必要とする。またファンのインペラを複数枚の放熱フィンで囲む構造であるため、冷却装置の径方向寸法が大きくなる問題がある。さらにファンのモータをヒートシンクに固定する構造では、ヒートシンク側からモータに熱が伝わりモータの寿命が低下する問題も発生する。
【０００４】
本発明の目的は、冷却性能が高く、寿命が長く、しかも装置の径方向寸法を小さくすることができるヒートシンクを備えた冷却装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、上記目的に加えて安価に製造できるヒートシンクを備えた冷却装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、製造が容易なヒートシンクを備えた冷却装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の目的は、放熱フィンの数を増やして冷却性能を高めることが容易なヒートシンクを備えた冷却装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、大量生産が容易なヒートシンクを備えた冷却装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱源からの熱を消散するヒートシンクを備えた冷却装置を改良の対象とする。ヒートシンクは、表面と熱源が接触する裏面とを備えた熱伝導性の良い基板と、基板の表面と垂直な方向に延びる仮想の中心線と、この中心線を中心にして放射方向及び前記表面と垂直な方向のそれぞれに延び且つ中心線を中心にした仮想円の周方向に間隔をあけて仮想された複数の仮想垂直平面と、基板の表面に対して熱伝達可能に取付けられ、中心線を中心にして中心線を囲むように配置された複数枚の放熱フィンを含む放熱フィンユニットとを具備する。冷却用ファンは、複数枚のブレードを有しモータによって回転させられるインペラを備えて、ヒートシンクの放熱フィンユニットの上方にインペラが位置するようにヒートシンクに対して取付けられる。
【００１０】
本発明で用いるヒートシンクは、複数枚の放熱フィンが、それぞれ基板側に位置する下側端縁と、下側端縁とは反対側に位置する上側端縁と、下側端縁と上側端縁との間に位置する放熱面とを有している。そして複数枚の放熱フィンは、それぞれ下側端縁が対応する１つの仮想垂直平面と基板の表面との交線に沿うように前記表面に対して直接または間接的に固定され且つ放熱面と仮想垂直平面との間に所定の傾斜角θを形成するように仮想垂直平面に対して同じ方向に（仮想円の周方向の一方側に）傾斜している。その上で、放熱フィンユニットと冷却用ファンとは、冷却用ファンの複数枚のブレードと複数枚の放熱フィンの上側端縁とが対向する位置関係を有しており、冷却用ファンは放熱フィンユニットの複数枚の放熱フィンに冷却用の空気を流すように動作する。冷却用の空気を流すために、冷却ファンは放熱フィンに向かって空気を吹き付けるように動作しても、放熱フィン側から空気を吸い込むように動作してもよい。
【００１１】
冷却用ファンのインペラとヒートシンクとが近接して配置された場合、ファンの複数枚のブレードと対向しないヒートシンクの部分（即ちインペラの複数枚のブレードが固定されるカップ部材と対向するヒートシンクの部分）には、ファンからの空気は殆ど直接当たることがない。またインペラが回転して発生する空気流はモータの軸線方向に直進せずに、インペラの回転方向に流れる。そのため複数枚の放熱フィンを単純に放射状に配置しただけでは放熱フィンが抵抗となって冷却性能を上げることに限界がある。またいわゆる軸線方向に空気を流す軸流ファンを用いて径方向に積極的に空気を流し、この空気流でインペラの外側に位置する複数枚の放熱フィンの周囲に空気を流して各放熱フィンを冷却する構造にも限界がある。しかしながら本発明のように、複数枚の放熱フィンを配置して，放熱フィンユニットの上から冷却用ファンによりモータの軸線方向に流れる空気を放熱フィンに直接吹き付けると、高い冷却性能が得られる。この効果の理論的な裏付けは十分になされていない。しかしながら本発明で採用する放熱フィンの配置形状が、冷却用ファンから吐出される空気に対する抵抗を少なくして、しかも各放熱フィンの放熱面に沿う速い空気の流れを生み出すことが、冷却性能を向上させているものと推測する。いずれにしても本発明によれば、装置の径方向寸法を大きくすることなく、しかもモータの寿命を短くすることなく、従来冷却性能が高いと言われている高価な冷却装置とほぼ同様の冷却性能を得ることができる。
【００１２】
理想的には、複数の仮想垂直面を仮想円の周方向に等しい間隔をあけて仮想する。このようにすると各放熱フィンをほぼ均等に冷却することができ、基板を偏りなく冷却することができるので、冷却効率をより高めることができる。
【００１３】
放熱フィンユニットは、例えば、一枚の熱伝導性に優れた金属板に折り曲げ加工を施して形成すれば、安価に且つ簡単に作ることができる。
【００１４】
さらに製造を簡単にして、しかも大量生産を可能にするためには、放熱フィンユニットの構造を次のようにするのが好ましい。基板の表面に接合される一枚のフィン取付用金属板を用意し、複数枚の放熱フィンをそれぞれ平板状の金属板により形成する。そして複数枚の放熱フィンの下側端縁をフィン取付用金属板に固定して放熱フィンユニットを構成する。このようにすると放熱フィンユニットだけを、予め大量生産することが可能になる。放熱フィンのフィン取付用金属板への取付方法は任意である。例えば、複数枚の放熱フィンの下側端縁にフィン取付用金属板の表面に沿う方向に延び且つフィン取付用金属板の表面に固定される固定用フランジを一体に設ける。このような固定用フランジを用意すれば、固定作業が大幅に容易になる。
【００１５】
またより大量生産を可能にするためには、フィン取付用金属板に中心線を中心にして放射方向に延び且つ周方向に所定の間隔をあけて複数のスリットを形成する。また複数枚の放熱フィンの下側端縁にそれぞれ複数のスリットに嵌合される嵌合用突出部を一体に形成する。そして複数枚の放熱フィンをそれぞれの嵌合用突出部が対応する複数のスリットに嵌合した状態で、フィン取付用金属板に接合する。このようにすると放熱フィンのフィン取付用金属板への位置決めが容易になるだけでなく、放熱フィンを傾斜させた状態でフィン取付用金属板に接合する場合の作業も容易になる。
【００１６】
なお基板に、中心線を中心にして放射方向に延び且つ周方向に所定の間隔をあけて複数のスリットを直接形成してもよい。そして複数枚の放熱フィンの下側端縁にはそれぞれ設けた嵌合用突出部を基板に形成した複数のスリットに直接嵌合するようにしてもよい。このようにすると製品コストは多少高くなるが、部品点数を減らすことができる。また前述の固定用フランジ付きの放熱フィンを、基板の表面に直接固定するようにしてもよい。
【００１７】
複数枚の放熱フィンの形状を同じ形状にすれば、放熱フィンの生産コストが下がるため、結果として装置の価格を下げることができる。一枚の大きな金属板から多数枚の放熱フィンを打ち抜く場合に廃棄する材料を少なくするためには、なるべく放熱フィンの主要部分の形状を概ね矩形形状にするのが好ましい。このような主要部分が矩形形状の放熱フィンを用いて放熱フィンユニットを形成すると、放熱フィンユニットは中心部に中心線を中心とし、基板側に向かうに従って径寸法が小さくなるほぼ切頭円錐形の空間を有することになる。
【００１８】
放熱フィンの傾斜角θは、基本的には放熱フィンの枚数によって変えることになる。放熱フィンの枚数が多くなると、傾斜角θは小さくなり、放熱フィンの枚数が少なくなると傾斜角θは大きくなる。しかし放熱フィンの傾斜角θは、４５°より小さくするのが好ましい。この傾斜角を４５°以上にすると、放熱フィンの枚数が少なくなって冷却性能が低下するからである。好ましくは、この傾斜角θを４５°より小さく１５°より大きい値にする。この角度範囲内の角度であれば、放熱フィンの枚数をある程度多くすることができて、満足できる冷却性能を得ることができる。
【００１９】
冷却用ファンは、いわゆる軸流ファンが好ましい。そしてインペラに設けられる複数枚のブレードは、複数枚の放熱フィンの傾斜方向と同じ方向に傾斜しているものを用いるのが好ましい。この場合において、複数枚の放熱フィンが傾斜する方向にインペラを回転するように冷却用ファンが動作すると、その逆の場合よりも冷却性能はアップする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るヒートシンクを備えた冷却装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の冷却装置の第１の実施の形態の概略分解斜視図であり、図２は放熱フィンユニットの斜視図である。また図３乃至図５は、この実施の形態で用いる放熱フィンユニットの製造方法を説明するために用いる図である。
【００２１】
図１に示されるように、この冷却装置は、ヒートシンク１と冷却用ファン３とから構成されている。ヒートシンク１は、表面５ａと熱源が接触する裏面５ｂとを備えた基板５と放熱フィンユニット７とから構成されている。基板５は、熱伝導性に優れ加工が容易な、例えばアルミニウム合金または銅合金に代表される金属材あるいは内部にヒートパイプ機能を持つ板状構造体、またあるいはカーボンシートのような非金属材などにより構成することができる。基板５の四隅には４つの貫通孔８が形成されている。
【００２２】
放熱フィンユニット７は、図２に示すように、基板５の表面５ａと垂直な方向に延びる仮想の中心線ＣＬを中心にして中心線ＣＬを囲むように配置された複数枚の放熱フィン９を備えている。複数枚の放熱フィン９の形状及び基板５に対する姿勢を特定するために、図２に示すように、中心線ＣＬを中心して放射方向及び基板５の表面５ａと垂直な方向のそれぞれに延び且つ中心線ＣＬを中心にした仮想円Ｃの周方向に等しい間隔をあけて仮想された複数の仮想垂直平面Ｐを仮想する。複数枚の放熱フィン９は、中心線ＣＬを中心にして中心線ＣＬを囲むように配置されている。図６に示すように、複数枚の放熱フィン９は、それぞれ基板側に位置する下側端縁９ｂと、下側端縁９ｂとは反対側に位置する上側端縁９ａと、下側端縁９ｂと上側端縁９ａとの間に位置する放熱面９ｃとを有している。そして複数枚の放熱フィン９は、それぞれ下側端縁９ｂが対応する１つの仮想垂直平面Ｐと基板５の表面５ａに接触する放熱フィン取付部１１との交線に沿うように基板５の表面に対して固定されている。この実施の形態の放熱フィン９は、後に説明するように金属板を折り曲げて形成されるため、１枚の放熱フィン９は２枚のプレート１０によって構成される。複数枚の放熱フィン９は、それぞれ放熱面９ｃと仮想垂直平面Ｐとの間の角度θ（即ち傾斜角θ）が、４５°より小さい角度になるように傾斜している。具体的には、複数枚の放熱フィン９は、それぞれ対応する仮想垂直平面Ｐに対して同じ方向に（仮想円Ｃの周方向の一方側に）傾斜している。この傾斜角θは、４５°より小さく１５°より大きい値にするのが好ましい。この角度範囲内の角度であれば、放熱フィン９の枚数をある程度多くすることができて、満足できる冷却性能を得ることができる。放熱フィン９の傾斜に関しては、放熱フィン取付部１１との間の角度λを用いて定義することもできる。この場合の好ましい角度範囲は、４５°＜λ＜８５°である。この角度範囲であれば、空気流の圧力損失が低減し、λ＝９０度の場合と比べて、２枚の放熱フィン９，９間を流れる空気流の流速が速くなり、排出空気流量が増大するため、冷却効率を高くすることが可能となる。角度θ及びλの最適値は、後に説明する冷却用ファン３のインペラの回転方向及び回転速度、複数枚のブレードの角度、ブレードとの対向面積に応じて決定する。また放熱フィン９の傾斜方向は、図７に示すように逆方向でもよいのは勿論である。
【００２３】
放熱フィンユニット７は、全ての放熱フィン９の総放熱面積をＦとし、基板５の表面５ａの面積をＳとしたときに、その比率Ｃ＝Ｆ／Ｓが、１０＜Ｃ＜４０になるようにするのが実用的である。しかしこの条件は、本発明において必須の条件ではない。
【００２４】
上記の構造の放熱フィンユニットを製造する場合には、例えば図３に示すように細長い板状の金属薄板（例えば厚みが１ｍｍ以下）１３を用意し、この薄板１３に谷線１４ａ，１４ｂと山線１５とを記載する。そして図５に示すように谷線１４ａ，１４ｂと山線１５とに沿って薄板１３を繰り返し曲げて、薄板１３の両端を接合すると図２に示すように環状の放熱フィンユニットが完成する。図３に示す谷線１４ａ，１４ｂは薄板１３上で直接交わっているが、図４に示すように薄板１３の外部で谷線１４ａ，１４ｂの延長線が交わるようにしてもよい。加工が終わった状態で山線１５の両側に位置する２本の谷線１４ａ，１４ｂどうしが、放熱フィン９の下側端縁９ｂを構成する。
【００２５】
図３及び図４のいずれの場合も、谷線１４ａ，１４ｂは平行ではなく、角度θ´で傾いている。この角度θ´の大きさは、放熱フィン９の傾斜角度θまたはλを決定する。
【００２６】
基板５と放熱フィンユニット７との接合は、基板５からの熱を効率的に放熱フィンユニット７に伝導する必要があるので、熱伝導性接着剤、半田付け、ろう付けあるいは溶接、またあるいは超音波溶接等を用いて行うのが望ましい。
【００２７】
図１に戻って冷却用ファン３は、インペラ１６を備えている。このインペラ１６は、複数枚のブレード１７を有し、モータ１９によって回転させられる。図１には図示していないが、モータ１９のハウジングは図示しない複数本のウエブによってケーシング２１に支持されている。ケーシング２１の下面の四隅には、４本のピラー２３が一体に設けられている。４本のピラー２３の下側端部には、基板５の四隅に設けられた貫通孔８に基板５の裏面５ｂ側から表面５ａ側に挿入されるネジのネジ部が螺合されるネジ孔が形成されている。冷却用ファン３は、ピラー２３を基板５の表面５ａに当接させた状態で、貫通孔８に挿入される図示しないネジにより基板５に対して固定される。これにより放熱フィンユニット７と冷却用ファン３とは、冷却用ファン３の複数枚のブレード１７と複数枚の放熱フィン９の上側端縁９ａとが対向する位置関係が得られる。ブレード１７と上側端縁９ａとの間の間隙寸法は、例えば５ｍｍ乃至１０ｍｍ程度である。この例では、冷却用ファン３は放熱フィンユニット７の複数枚の放熱フィン９に向かって空気を吹き付けるように、ブレード１７の角度が定められている。
【００２８】
冷却用ファン３から放熱フィンユニット７に吹き付けられた空気は、複数枚の放熱フィン９の隣接する二枚の放熱フィン９，９のそれぞれの上側端縁９ａ，９ａ間に形成される開口部から隣接する２枚の放熱フィン９，９間に形成される隙間に入り、これらの隙間を通って放熱フィンユニット７の径方向外側に出る。
【００２９】
図８に示すように、冷却用ファン３のインペラ１６が図面右手方向に回転移動する場合、ブレード１７の上部から吸引された空気はインペラ１６の回転方向の成分を持ち、空気の流れ２５に沿って排出される。また圧力損失の低減によって、より高密度でフィンの配置が可能になるため、冷却効率をさらに高くすることが可能となる。
上記の実施の形態に基づいて、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１５ｍｍの寸法で、λ＝５５°（θ＝４５°）、Ｃ＝１７．４のアルミ製ヒートシンクを作製し、軸流式のファンのインペラの回転速度を４０００回転／分とし、ヒートシンクの基体の裏面の中心に３４Ｗの発熱源を接触させて、冷却性能を試験したところ、ヒートシンクの冷却ファンユニットの外周面からの排出空気流の速度は２．８ｍ／ｓとなり、発熱源の温度上昇が４２℃になることを確認した。
【００３０】
そして同寸法の基板で、放熱フィンの傾斜角θを０°（λ＝９０°）とした比較用のヒートシンク用いて同じ試験をしたところ、最も冷却性能が良いものは、λ＝９０°，Ｃ＝８．２であり、そのときの排出空気流の速度は２．１ｍ／ｓであり、温度上昇は４８℃であった。
【００３１】
図９乃至図１１は、本発明の第２の実施の形態のヒートシンクを備えた冷却装置の、平面図、右側面図及び正面図である。また図１２及び図１３は、この実施の形態で用いるヒートシンクの概略平面図及び正面図であり、図１４乃至図１６は図１２及び図１３のヒートシンクの製造方法を説明するために用いる図である。これらの図には、図１乃至図８に示した第１の実施の形態の構成部分と同様の部分に、図１乃至図８に付した符号に１００の数を付した数を符号として付してある。第２の実施の形態は、第１の実施の形態と根本的に異なるのは、ヒートシンク１０１の構造及びその製造方法である。第１の実施の形態のヒートシンク１で用いる放熱フィンユニットは、一枚の金属薄板を折り曲げて放熱フィンユニット７を構成している。しかし第２の実施の形態では、金属薄板からプレスで打ち抜いた平板状の金属板からなる複数枚の放熱フィン１０９の下側端縁１０９ｂ（図１４）をフィン取付用金属板１０８に一枚一枚接合して放熱フィンユニット１０７を製造している。
【００３２】
図１４乃至図１６を参照して、放熱フィンユニット１０７の製造方法について説明する。図１４に示すように、放熱フィン１０９は、下側端縁１０９ｂと、下側端縁１０９ｂとは反対側に位置する上側端縁１０９ａと、下側端縁１０９ｂと上側端縁１０９ａとの間に位置する放熱面１０９ｃとを有している。放熱フィン１０９の下側端縁１０９ｂには嵌合用突出部１０９ｄが一体に設けられている。図１５に示すように、円板状の熱伝導性の良いフィン取付用金属板１０８には、中心線ＣＬを中心にして放射方向（径方向）に延び且つ仮想円Ｃの周方向に所定の間隔をあけて複数のスリットＳが形成されている。中心線ＣＬを中心して放射方向及び表面と垂直な方向のそれぞれに延び且つ中心線ＣＬを中心にした仮想円Ｃの周方向に間隔をあけて仮想した複数の仮想垂直平面Ｐに、各スリットＳが含まれている。複数のスリットＳの幅寸法は、放熱フィン１０９の厚み寸法よりも大きく、スリットＳに嵌合用突出部１０９ｄが嵌合された状態で、放熱フィン１０９が仮想円Ｃの周方向に所定の角度θを持って傾斜させることができる寸法に定められている。
【００３３】
放熱フィン１０９の嵌合用突出部１０９ｄをスリットＳに嵌合した後、仮想円Ｃの周方向の一方向（図１５では時計回り方向）に放熱フィン１０９を傾斜させ、その下側端縁１０９ｂをフィン取付用金属板１０８に対して熱伝達可能に接合する。この接合には、熱伝導性の良い接着剤を用いてもよく、また半田等を用いることができる。複数枚の放熱フィン１０９を順次フィン取付用金属板１０８に対して接合してもよいが、フィン取付用金属板１０８の表面に予め熱硬化性の接着剤を塗布しておき、全てのスリットＳに複数枚の放熱フィン１０９の嵌合用突出部１０９ｄを嵌合させて複数枚の放熱フィン１０９を同時に一方向に傾斜させて、熱硬化性接着剤を硬化させるようにすれば、簡単且つ安価に放熱フィンユニット１０７を作ることができる。なおスリットＳを利用すると、放熱フィン１０９の位置決めとフィン取付用金属板１０８への接合作業が容易になる。
【００３４】
このようにして製造した放熱フィンユニット１０７を基板１０５の表面に熱伝導性の良い接合手段を用いて接合すると、複数枚の放熱フィン１０９が、それぞれの下側端縁１０９ｂが対応する１つの仮想垂直平面Ｐと基板１０５の表面１０５ａとの交線に沿うようにこの表面１０５ａに対して間接的に固定され且つ放熱面１０９ｃと仮想垂直平面Ｐとの間に所定の傾斜角θを形成するように仮想垂直平面Ｐに対して同じ方向に（仮想円Ｃの周方向の一方側に）傾斜したヒートシンク構造を得ることができる。なおこの実施の形態では、基板１０５及び放熱フィンユニット１０７を銅合金材料により形成している。
【００３５】
図１２から判るように、主要部分が矩形形状の放熱フィン１０９を用いて放熱フィンユニット１０７を形成すると、この放熱フィンユニット１０７は中心部に中心線ＣＬを中心とし、基板５側に向かうに従って径寸法が小さくなるほぼ切頭円錐形の空間ＳＰが形成される。
【００３６】
図９乃至図１１に示される冷却用ファン１０３は、合成樹脂により一体に成形されたケーシング１２１を備えている。このケーシング１２１は、インペラ１１６の周囲の少なくとも一部を囲む風洞部１２１ａと風洞部１２１ａを備えたケーシング本体１２１ｂと、モータ１１９のハウジングをケーシング本体１２１ｂに支持させる３本のウエブ１２２と、一端がケーシング本体１２１ｂに取付けられ他端が基板１０５に係止される４本のピラー１２３とを備えている。またケーシング本体１２１ｂには、放熱フィンユニット１０７の外面と接触して、ケーシング１２１の横方向への移動を防止する複数の接触部１２４を備えている。４本のピラー１２３の他端には、フック（係止部）が形成されている。そして基板１０５には、四隅に４本のピラーのフックが係止される貫通孔１０８（被係止部）が設けられている。
【００３７】
この実施の形態では、図８に示した第１の実施の形態におけるインペラ１６のブレード１７と複数枚の放熱フィン９との関係とは異なって、インペラ１１６に設けられる複数枚のブレード１１７は、複数枚の放熱フィン１０９の傾斜方向と同じ方向に傾斜しているものを用いている。そして複数枚の放熱フィン１０９が傾斜する方向にインペラ１０７を回転するように冷却用ファン１０３を動作させる。このようにすると、その逆の場合よりも冷却性能はアップする。
【００３８】
なお第２の実施の形態においても、放熱フィン１０９の傾斜角θ等の好ましい条件は、第１の実施の形態と同じである。
【００３９】
上記第２の実施の形態では、フィン取付用金属板１０８に放熱フィン１０９を固定しているが、図１７に示すように基板２０５に複数のスリットＳを形成し、これらのスリットＳに放熱フィン１０９の嵌合用突出部１０９ｄを嵌合させてヒートシンクを構成するようにしてもよい。
【００４０】
また図１８に示すように、放熱フィン２０９を、その下側端縁２０９ｂに固定用フランジ２０９ｅを備えた形状にしてもよい。放熱面２０９ｃと固定用フランジ２０９ｅとの間の角度を９０°＋θとすれば、各放熱フィン２０９の傾斜角度θを確実に得ることができる。このような放熱フィン２０９を、スリットを有しないフィン取付用金属板に固定して放熱フィンユニットを製造してもよい。また図１９及び図２０に示すように、この放熱フィンの固定用フランジ２０９ｅを基板１０５の表面１０５ａに直接固定するようにしてもよい。
【００４１】
また図２１に示すような、単純な形状の放熱フィン３０９を、図２２に示すように基板１０５上に直接接合してもよいのは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却装置の径方向寸法を大きくすることなく、しかもモータの寿命を短くすることなく、従来冷却性能が高いと言われている高価な冷却装置とほぼ同様の冷却性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の冷却装置の第１の実施の形態の概略分解斜視図である。
【図２】 第１の実施の形態で用いる放熱フィンユニットの斜視図である。
【図３】 放熱フィンユニットを製造する方法の一例を説明するために用いる図である。
【図４】 放熱フィンユニットを製造する方法の一例を説明するために用いる図である。
【図５】 放熱フィンユニットの製造途中の状態を示す斜視図である。
【図６】 放熱フィンの傾斜角度を示すための概略拡大断面図である。
【図７】 放熱フィンの傾斜角度を示すための概略拡大断面図である。
【図８】 放熱フィンとブレードの関係の一例を示す図である。
【図９】 本発明の冷却装置の第２の実施の形態の平面図である。
【図１０】 本発明の冷却装置の第２の実施の形態の右側面図である。
【図１１】 本発明の冷却装置の第２の実施の形態の正面図である。
【図１２】 第２の実施の形態で用いる放熱フィンユニットの平面図である。
【図１３】 第２の実施の形態で用いる放熱フィンユニットの正面図である。
【図１４】 第２の実施の形態で用いる放熱フィンの平面図である。
【図１５】 第２の実施の形態で用いる放熱フィンユニットの製造過程の途中の状態における平面図である。
【図１６】 第２の実施の形態で用いる放熱フィンユニットの製造過程の途中の状態における正面図である。
【図１７】 別の放熱フィンユニットの製造過程の途中の状態における平面図である。
【図１８】 （Ａ）は別の放熱フィンの側面図であり、（Ｂ）はこの放熱フィンの正面図である。
【図１９】 別の放熱フィンユニットの製造過程の途中の状態における平面図である。
【図２０】 別の放熱フィンユニットの製造過程の途中の状態における正面図である。
【図２１】 更に別の放熱フィンの平面図である。
【図２２】 別の放熱フィンユニットの製造過程の途中の状態における正面図である。
【符号の説明】
１，１０１ ヒートシンク
３，１０３ 冷却用ファン
５，１０５ 基板
７，１０７ 放熱フィンユニット
９，１０９ 放熱フィン
１６，１１６ インペラ
１７，１１７ ブレード
ＣＬ 中心線
Ｐ 仮想垂直平面

Claims (18)

1. 熱源からの熱を消散するヒートシンクを備えた冷却装置であって、
   表面と熱源が接触する裏面とを備えた熱伝導性の良い基板と、
   前記基板の前記表面と垂直な方向に延びる仮想の中心線と、
   前記中心線を中心して放射方向及び前記表面と垂直な方向のそれぞれに延び且つ前記中心線を中心にした仮想円の周方向に間隔をあけて仮想された複数の仮想垂直平面と、
   前記基板の表面に対して熱伝達可能に取付けられ、前記中心線を中心にして前記中心線を囲むように配置された複数枚の放熱フィンを含む放熱フィンユニットとを具備するヒートシンクと、
   複数枚のブレードを有しモータによって回転させられるインペラを備え、前記ヒートシンクの前記放熱フィンユニットの上方に前記インペラが位置するように前記ヒートシンクに対して取付けられた冷却用ファンとを具備し、
   前記複数枚の放熱フィンは、それぞれ前記基板側に位置する下側端縁と、前記下側端縁とは反対側に位置する上側端縁と、前記下側端縁と前記上側端縁との間に位置する放熱面とを有し、
   前記複数枚の放熱フィンは、それぞれ前記下側端縁が対応する１つの前記仮想垂直平面と前記表面との交線に沿うように前記表面に対して固定され且つ前記放熱面と前記仮想垂直平面との間に所定の傾斜角θを形成するように前記仮想垂直平面に対して同じ方向に傾斜しており、
   前記放熱フィンユニットと前記冷却用ファンとは、前記冷却用ファンの前記複数枚のブレードと前記複数枚の放熱フィンの前記上側端縁とが対向する位置関係を有しており、
   前記冷却用ファンは前記放熱フィンユニットの前記複数枚の放熱フィンに冷却用空気を流すように動作することを特徴とする冷却装置。
2. 前記複数の仮想垂直面は前記周方向に等しい間隔をあけて仮想されている請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記放熱フィンユニットは、一枚の熱伝導性に優れた金属板が折り曲げられて構成されている請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記放熱フィンユニットは、前記基板の前記表面に接合される一枚のフィン取付用金属板を備え、前記複数枚の放熱フィンはそれぞれ平板状の金属板により形成され、前記複数枚の放熱フィンの前記下側端縁が前記フィン取付用金属板に固定されて構成されている請求項１に記載の冷却装置。
5. 前記複数枚の放熱フィンの前記下側端縁には前記フィン取付用金属板の表面に沿う方向に延び且つ前記フィン取付用金属板の表面に固定される固定用フランジを一体に備えている請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記フィン取付用金属板には、前記中心線を中心にして放射方向に延び且つ前記周方向に所定の間隔をあけて複数のスリットが形成されており、
   前記複数枚の放熱フィンの前記下側端縁にはそれぞれ前記複数のスリットに嵌合される嵌合用突出部が一体に形成され、
   前記複数枚の放熱フィンはそれぞれの前記嵌合用突出部が対応する前記複数のスリットに嵌合された状態で、前記フィン取付用金属板に接合されている請求項１に記載の冷却装置。
7. 前記基板には、前記中心線を中心にして放射方向に延び且つ前記周方向に所定の間隔をあけて複数のスリットが形成されており、
   前記複数枚の放熱フィンの前記下側端縁にはそれぞれ前記複数のスリットに嵌合される嵌合用突出部が一体に形成されており、
   前記複数枚の放熱フィンはそれぞれの前記嵌合用突出部が対応する前記複数のスリットに嵌合された状態で、前記基板に直接接合されている請求項１に記載の冷却装置。
8. 前記複数枚の放熱フィンの前記下側端縁には前記基板の前記表面に沿う方向に延び且つ前記表面に固定される固定用フランジを一体に備えている請求項１に記載の冷却装置。
9. 前記放熱フィンユニットは中心部に前記中心線を中心とし、前記基板側に向かうに従って径寸法が小さくなるほぼ切頭円錐形の空間を有している請求項１に記載の冷却装置。
10. 前記複数枚の放熱フィンは、同じ形状を有している請求項１に記載の冷却装置。
11. 前記フィン取付用金属板及び前記複数枚の放熱フィンは銅または銅合金の金属板により形成されている請求項１０に記載の冷却装置。
12. 前記傾斜角θが４５°より小さい請求項１に記載の冷却装置。
13. 前記傾斜角θが４５°より小さく１５°より大きい請求項１２に記載の冷却装置。
14. 前記冷却用ファンの前記複数枚のブレードは、前記複数枚の放熱フィンの傾斜方向と同じ方向に傾斜しており、
    前記冷却用ファンは前記複数枚の放熱フィンが傾斜する方向に前記インペラを回転するように動作することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
15. 前記冷却用ファンから前記放熱フィンユニットに吹き付けられた空気は、前記複数枚の放熱フィンの隣接する二枚の前記放熱フィンのそれぞれの前記上側端縁間に形成される開口部から隣接する二枚の前記放熱フィン間に形成される隙間に入り、これらの隙間を通って前記放熱フィンユニットの径方向外側に出ることを特徴とする請求項１または１４に記載の冷却装置。
16. 前記冷却用ファンのケーシングは、前記インペラの周囲の少なくとも一部を囲む風洞部と前記風洞部を備えたケーシング本体と、前記モータのハウジングを前記ケーシング本体に支持させる複数本のウエブと、一端が前記ケーシング本体に取付けられ他端が前記基板に係止される複数本のピラーとを備えており、
    前記基板には前記複数本のピラーの前記他端が係止される複数の被係止部が設けられている請求項１に記載の冷却装置。
17. 熱源からの熱を消散するヒートシンクを備えた冷却装置であって、
    前記ヒートシンクは、
    表面と熱源が接触する裏面とを備えた熱伝導性を有する基板と、
    前記基板の前記表面と垂直な方向に延びる仮想の中心線と、
    前記中心線を中心して放射方向及び前記表面と垂直な方向のそれぞれに延び且つ前記中心線を中心にした仮想円の周方向に間隔をあけて仮想された複数の仮想垂直平面と、
    前記基板の表面に対して熱伝達可能に取付けられ、前記中心線を中心にして前記中心線を囲むように配置された複数枚の放熱フィンを含む放熱フィンユニットとを具備し、
    前記複数枚の放熱フィンは、それぞれ前記基板側に位置する下側端縁と、前記下側端縁とは反対側に位置する上側端縁と、前記下側端縁と前記上側端縁との間に位置する放熱面とを有し、
    前記複数枚の放熱フィンは、それぞれ前記下側端縁が対応する１つの前記仮想垂直平面と前記表面との交線に沿うように前記表面に対して固定され且つ前記放熱面と前記仮想垂直平面との間に所定の傾斜角θを形成するように前記仮想垂直平面に対して同じ方向に傾斜していることを特徴とする冷却装置。
18. 熱源からの熱を消散するヒートシンクを備えた冷却装置であって、
    表面と熱源が接触する裏面とを備えた熱伝導性の良い基板と、
    前記基板の前記表面と垂直な方向に延びる仮想の中心線と、
    前記中心線を中心して放射方向及び前記表面と垂直な方向のそれぞれに延び且つ前記中心線を中心にした仮想円の周方向に間隔をあけて仮想された複数の仮想垂直平面と、
    前記基板の表面に対して熱伝達可能に取付けられ、前記中心線を中心にして前記中心線を囲むように配置された複数枚の放熱フィンを含む放熱フィンユニットとを具備するヒートシンクと、
    複数枚のブレードを有しモータによって回転させられるインペラを備え、前記ヒートシンクの前記放熱フィンユニットの上方に前記インペラが位置するように前記ヒートシンクに対して取付けられた冷却用ファンとを具備し、
    前記複数枚の放熱フィンは、それぞれ前記基板側に位置する下側端縁と、前記下側端縁とは反対側に位置する上側端縁と、前記下側端縁と前記上側端縁との間に位置する放熱面とを有し、
    前記複数枚の放熱フィンは、それぞれ前記下側端縁が対応する１つの前記仮想垂直平面と前記表面との交線に沿うように前記表面に対して固定され且つ前記放熱面と前記仮想垂直平面との間に所定の傾斜角θを形成するように前記仮想垂直平面に対して同じ方向に傾斜しており、
    前記放熱フィンユニットと前記冷却用ファンとは、前記冷却用ファンの前記複数枚のブレードと前記複数枚の放熱フィンの前記上側端縁とが対向する位置関係を有しており、
    前記フィンの放熱面と前記仮想垂直平面との間の角度９０°−λを、４５°＜λ＜８５°とし、
    前記フィンの総放熱面積Ｆと前記基板の面積Ｓとの比率Ｃ＝Ｆ／Ｓを、１０＜Ｃ＜４０に設定し、
    前記冷却用ファンは前記放熱フィンユニットの前記複数枚の放熱フィンに冷却用空気を流すように動作することを特徴とする冷却装置。

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