JPH07507726A - 多数ピン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 多数ピン構造 この発明は少なくとも一端で接続合れ、一方向（たとえばお互いに対して平行） に長手方向に延びる複数のピン（たとえば細長い部材またはロッド）を含む多数 ピン構造に関する。さらなる局面において、この発明はそのような多数ピン構造 を含む熱交換器に関する。この発明のさらなる局面はそのような多数ピン構造の 製造のための方法、およびその方法から製造される熱交換器を含む。

熱交換器の一例は良好な熱伝導性を有する材料（一般的には金属）から製造され る構造を含むヒートシンクであり、相対的に大きな表面積を与え、冷却すること が所望される物品と接触して置かれる。ヒートシンクは物品と接触した部分から その大きな表面積の領域へと熱を逃がし、そこで熱は周囲の大気に散らされる。

ヒートシンクは電気的応用で広く使用され、この分野の応用では、たとえば、抵 抗損失がしばしば大量の熱を発生し、それにより熱膨張、クラック、疲れ、化学 反応、および構成要素の電気的性能の変質または劣化のうちの１つ以上につなが り得る。ヒートシンクはまた非電気的応用にも使用される。

ヒートシンクの性能は、とりわけ、周囲の大気によってヒートシンクの表面から 熱か取除かれる速度に依存し、これはひいては大気の運動に依存する。つまり、 空気の流れがヒートシンクの性能を改善する。

したがって、−局面において、発明者らは第１の方向に同一の広がりを持ち、前 記第１の方向に対して一般的に横断方向の空気経路を規定する複数の形態を含む ヒートシンクの製造方法を提供し、空気経路は前記方向に対して横断方向の空気 の流れを一般に乱れさせるようなものであり、この形態はそれに対して熱を伝え るための手段によって相互に接続される。たとえば、この相互接続手段はヒート シンクを冷却対象の物品に接続するプレートであってもよい。

この形態はたとえばピンであってもよい。

乱れた空気の流れは層流よりはるかに放熱の効率が良いので、これは高い効率を 有する。

好ましい実施例において、前記第１の方向に対して横断方向の経路に従うように 空気の流れを案内するための手段を設けてもよく、たとえば、その案内手段は形 態の方向に対して横断方向の単数または複数のプレートであってもよい。

ヒートシンクは形態に対して空気の流れを発生させるための手段と協働するよう に適合され、好ましい実施例において、その手段は空気の流れを第１の方向（た とえば、ピンがある場合にはその軸方向）に向けるように配列され、かつ空気の 流れは前記第１の方向を横切って外方向に再び向けられる。特に好ましい実施例 において、空気の流れは接続手段の方に向けられ、空気はその後前記方向を横切 って前記形態の間を乱れて流れるように向きを変えられる。

別の局面において、この発明は、少なくとも１つの支持部材によって両端で相互 に接続された、少なくとも部分的には実質的に同一の広がりをもって整列された 複数のピンを含む熱交換器構造を提供し、このピンは、ピンの間を流れる空気の 流れが実質的に非層流になるように詰められる。

この効果は、空気の流れが支配的に直流にならないように放射状に互い違いに配 置された状態でピンを密に詰めることによって好ましくは高められる。この局面 の好ましい実施例は、ピンを横切って外方向に空気の流れを発生させるための手 段をさらに含み、この手段は好ましい実施例では空気の流れを冷却対象の物体に 対して軸方向に向けるように配列され、空気の流れはピンを横切って流れ出るよ うに放射状に向きを変えられる。

好ましくは、上述の局面のいずれにおいても、形態またはピンの表面は粗く、表 面積の効果を増すように、および／または空気の流れをさらにばらばらにするよ うになっている。

このようなヒートシンクまたは熱交換構造は原則的には部品の個々の機械加工お よび組立によって製作されるが、いくつかの構造に対しては、インベストメント 鋳造もまた使用され得る。

しかしながら、これらの解決策は技術的には実現可能であっても、商業的な理由 のために全く不可能である。先行技術で使用されるダイカスト技術などのより安 価な方法は、延在する平行な形態（たとえば密に詰められたピンのアレイ）の複 雑な組立部品（複数）を製作するためには使用できない。なぜならば、これらの 形態は他のもの（たとえばプレート）によって取囲まれるので、それらを−片と して一緒に鋳造するために従来の鋳型を使用できないからである。ピンが密に詰 められる、またはピンを平行にしなければならない場合にはインベストメント鋳 造でさえ不適切である。なぜなら、インベストメント鋳造で製造されるセラミッ ク鋳型は、ピンのアレイが密であり、プレートを含んでいるために動きがとれな くなり、除去できなくなるからである。インベストメント鋳造には通常ピンの長 さを制限するテーパ付けされた形状が必要である。

溶融金属を流し込む凹み型を残すように緩い砂に成形具を押圧する既知の砂型鋳 造技術も同様に、平行な側面を有するピンを形成するには不適切である。なぜな ら、成形具を砂から取除くことができるようにするためにはテーパ付けされた成 形具が必要であり、相対的に長い凹みは緩い砂には実際的ではないからである。

さらに、ロッドによって相互に接続されるプレートのような閉鎖形状は緩い砂を 使って製造することができない。

熱硬化性樹脂で被覆された、初めは緩い砂から鋳造のためのコアを製造するため の技術が知られており、これは雌の工具を与え、その工具を加熱し、樹脂によっ て被覆された砂を加熱された工具に導入し、樹脂が硬化するにつれて工具と隣接 する砂が凝固するようにし、その後、砂の残りを流し出すことによって行なわれ る。等角の外面を有する砂の薄壁中空鋳型はこのように作られる。しかしながら 、この技術は、鋳型が形態の間で動きがとれなくなるので、多数ピンの細長い整 列された形態を製造するには適していない。

したがって、この発明のさらに他の局面は、細長い金属構造を製造し、その方法 は樹脂によって被覆された砂のような流動可能で硬化可能な材料の塊を工具のま わりに形成し、その塊を硬化し、構造の形状に対応する経路を鋳型に与えるよう に工具を取除き、鋳型に溶融鋳造材紅（たとえば金属）を導入し、その後、鋳型 を破壊することによる。

この方法では、鋳型から引抜く必要がないので、複雑な金属形状を低価格で製造 することができる。砂の鋳型を作るための工具もまた相対的に安価である。

樹脂によって被覆された砂の塊は砂に戻ることが可能であるので、複雑な形状か ら抜出すことができる。これはセラミックインベストメント鋳造鋳型では可能で はないであろう。

この発明のさらに他の局面において、発明者らはその中を形態またはピンが通る ワンショットモールドを形成するステップと、冷却時にその形態を形成するよう に溶融金属を鋳型に流し込むステップと、その後、鋳型を破壊するステップとを 含む、多数ピンまたは類似の構造を鋳造する方法を提供する。鋳型は、たとえば 、樹脂によって被覆された砂から形成してもよい。使用される砂は要求される形 態の表面特性を与えるように選択され、熱交換器には粗い砂が好ましい。接続プ レートは必要に応じて形態の両側に形成され得る。金属が第２の接続プレートに 接合する必要のないいかなるピンの間にも流れることができるように、狭いブリ ードチャネル（ｂｌｅｅｄ−ｃｈａｎｎｅｌ　）を設けることが可能である。

この技術により、複雑で、密に詰まった平行な形態（たとえばピン）のアレイを 、潜在的に非常に低い価格で形成できる。従来の方法で必要であったテーパによ って生じる制限は回避される。

この発明の他の局面および好ましい実施例、ならびに対応の利点は以下の説明、 請求の範囲および図面から明らかになるであろう。この発明の数多くの実施例を 添付の図面を参照して、例としてのみ説明する。

図１はこの発明の第１の実施例に従うヒートシンク構造を示し、 図２ａ−２ｇはこの発明の実施例に従う構造を製造するための方法の段階を示し 、 図３はこの発明の第２の実施例に従うヒートシンク構造を示し、 図４はこの発明の第３の実施例に従うヒートシンク構造を示し、 図５はこの発明の第４の実施例に従うヒートシンク構造を示し、 図６はこの発明の第５の実施例に従う熱交換器を示し、図７はこの発明の第６の 実施例に従うヒートシンク構造を示し、 図８は図７の代替の構成を示し、 図９はこの発明の第７の実施例に従うヒートシンク構造を示し、 図１０はこの発明の第８の実施例に従う電熱器を示し、図１１はこの発明が使用 され得る空間光変調投射システ図１を参照して、一実施例に従うヒートシンクは 、ベースプレート１、平行な軸でベースプレート１から直立する平行な側面を持 つ円断面のロッドを含む複数のピン２、およびピン２に蓋をする案内プレート３ を含む。たとえ（ｆ１ベースプレートおよび案内プレートは直径が９Ｑｍｍの一 般に円形状であり、ベースプレートは５ｍｍの厚みを有し、ピンの直径は約２ｍ ｍであり、その長さは約１５ｍｍである。

ピンおよびプレート１−３は、広く入手可能なダイカスト可能な合金（たとえば ＬＭ６のようなアルミニウムベースの鋳造合金、または亜鉛ベースの合金）から 典型的になる単−金属鋳造物である。

プレート１は相対的に厚く、冷却対象の構成要素に装着できるように（必要であ ればこの目的のために穴のような装着用取付物が設けられる）、たとえば、発明 者らの先の英国出願９２０１８１０．０１９２０４７９８．４、および９２０８ ０７６．１、ならびに発明者らの先の国際出願ｐｃＴ／ＧＢ９１１０２０３２、 Ｐ　ＣＴ／Ｇ　Ｂ　９１１０２０３３、ＰＣＴ／ＧＢ９２１００００２、および ＰＣＴ／ＧＢ９２１００１３２　（これらの全体を引用により援用する）に記載 される投射表示システムの空間光変調装置、またはランプに装着できるように配 列される。冷却対象の構成要素からの熱はしたがって、プレート１およびピン２ を加熱する。

ピン２はプレート１上に密に詰められた構造で配置される。好ましくは、ピン間 の空間はピンの直径のオーダである（および好ましくはほぼそれに等しい）。好 ましくは、プレート１の中心からプレート１の外側に明らかな視線経路はない。

つまり、ヒートシンクは光学的に不透明である。

もちろん、２．３の一直線の視線経路が存在することも可能ではあろうが、何も 存在しない方がその性能は著しく優れていることがわかっている。

加えて、ピンの配列はピンを経て好ましくはプレート１の内部から外部への一直 線の経路の数をさらに減らすようなものであり、たとえば、ピンは六角形のアレ イ、または各々がその近隣のものとずれている同心円に配列されてもよい。この ように、ピンのアレイの中心の空気は、複雑な経路によって（およびもしあれば ２．３の狭い残存する一直線の経路を通って）しかヒートシンクの外側に到達で きない。

例示された実施例におけるように、上部プレート３は中央開口部を含み、この開 口部に空気羽根車４、たとえば、Ｒ，Ｓ、部品ストック番号５０６−１６０ミニ チユアＤＣ１２ボルト軸方向フアンのような軸方向ファンが装着される。軸方向 ファン４は、付勢されると、空気の流れをピン２と平行なプレート１に向けるの で、結果としてプレート１に向けて（ファンからの螺旋状の構成要素で）相対的 に滑らかな流れが生じる。プレート１に到達すると、羽根車４からの空気の流れ は羽根車４の下のプレート１とピンに接触することによって加熱される。羽根車 ４とプレート１との間のピンとの多重の接触によって、プレート１の半径方向の 空気の流れの向きをヒートシンクの外側へ変える。

空気はピン２と接触し、ピンを冷却する。ピン２はまた空気の流れをばらばらに し、ピンのまわりに乱流および渦流を生じさせ、空気の流れが純粋に層流てあっ た場合より各ピンの表面積の大きな部分に到達するようにする。ピン２の間の接 近した空間によりピン２を流れる空気を乱れた状態に保ち、ヒートシンクの熱交 換効率を大いに高める。

案内プレート３は空気の流れを収容し、空気をピンに対して横断方向に移動する 状態に保つ作用をする。案内プレート３自体はまた放熱のための表面としても作 用し、所望される場合には付加的な放熱形態をそれに装着することができる。ま た二次的な熱分配器としても作用し、プレート１に与えられた熱が局在するヒー トシンクのピンの上での熱の分配を改良する。

したがって、この実施例は同じサイズおよび重量の従来の構造のものよりはるか に高い効率、典型的には、１０倍のオーダの効率を有するコンパクトで軽量（１ ００ｇ）のヒートシンクを提供する。

この発明の実施例に従う図１に示される構造の製造方法を図２を参照して次に説 明する。

予備的な手段として、鋳型を製作するための工具が製造される。この工具は第１ のプレート１１および第２のプレート１３の間を通る複数のピン１２を含む、図 １のヒートシンク構造の実質的に模造品を含む。ピン１２は、それらが固定され るプレート１４によって好都合に相互に接続される。プレート１１．１３をピン １２の上でスライドさせ、噛合わせて工具で成形チャンバを作る。工具は鋳型の 成形に必要な適度な温度（１００℃のオーダ）および圧力（１０ｔｏｎｎｅ／ｍ ｅｔｒｅ２のオーダ）に対して耐性がなくてはならない。たとえば、工具を製造 するためにエポキシ繊維ガラス板が使用され得る。図２ａを参照して、砂型鋳造 に使用されるタイプの樹脂で被覆された緩い砂（たとえば、゛英国のへプワース ・ミネラルズ・アンド・ケミカルズ・リミテッド（Ｈｅｐｖｕｔｈ　Ｍｉｎｅｒ ａｌｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　Ｌｉｍ１ｔｅｄ　）から入手可能な１５ ０ミクロン被覆された砂）が成形チャンバに導入され、チャンバは閉じられ、硬 化温度（たとえば１００℃くらい）まで加熱され、図２ｂに示されるように圧力 をかけられ、その結果、樹脂は砂の塊全体にわたって部分的に硬化し、「グリー ン」固体鋳型を成形する。その後、チャンバはプレート１４を使ってピン１２を 砂の塊から滑り出させ、プレート１１．１３を分離することによって開けられ、 鋳型コア１５を含む砂の塊が取出される。砂のコア１５は、樹脂を完全に硬化す るために、典型的には１５０℃で４−２４時間の間、図２ｄに示されるようにさ らにベークされる。

熱のみを使用して圧力を使用せずに樹脂を部分的に硬化することも可能ではある が、これによりプロセスが遅くなり、あまり密でないコアを生じる。

完全に硬化されたコア１５は、その間にコア１５が配置される２つの鋳型半体１ ６　ａ、　１６　ｂによって規定されるダイカストチャンバに入れられ、図２ｅ に示されるように工具ピンのまわりに形成された経路を介してコアを貫通するよ うにホットメタルがダイに流し込まれる。そのダイ金属は好ましくは重力ダイカ ストされる。言換えれば、射出ダイカスト装置の費用を避けるために、コアの中 から立上がってくるようにグイ金属はダイの中に下向きに流し込まれる。しかし ながら、これは、たとえば高圧または低圧のダイカスト装置の使用を排除するも のではない。冷却後、金属が凝固すると、鋳型半体１６ａ、１６ｂは分離され、 その構成要素およびコア１５は取除かれる。砂のコアは鋳造構成要素から分離で きない。なぜなら、まず、第２のプレート３は完全に砂のコアを囲んでおり、第 ２に、ピン２の表面はそれらが形成されている穴の粗い砂のエツジに係合し、第 ３に、ピンは好ましくは密に詰められているからである。したがって、砂のコア は、たとえば、構成要素およびコアをオーブン内で高温（たとえば５００℃）で 、樹脂を酸化するのに十分な、たとえば、２４時間、エアベークし、砂のコアの 凝集を破壊することによって破壊される。

その後、ピン２の間から砂を除去するためには激しく叩けば十分であり、図２ｆ に示されるような構成要素が残される。

砂のコアの組織は、ピンの表面積を増大させ、その結果ピンの放熱性能を高める のを助ける粗い仕上面をピンに与える。このざらざら効果は、より粗いグレード の砂を使用すれば高められる。

砂のコアを成形する段階の間に砂の塊全体を硬化することによって、コアを貫通 する穴は安定しその直径に対して相当な長さを有するピンが成形され得る。先行 の鋳造技術を使用すれば生じるように、ピンが実質的にテーパ状になったり、ピ ンの長さが短かくなったりすることはない。

残りの砂を除去した後、鋳造物のアニーリング（焼鈍）が行なわれ（実際には、 アニーリング（焼鈍）段階は上述の樹脂酸化ベーク段階と組合される）、必要な 穴または他の細部が機械加工され、表面仕上が施される（たとえば、砂ブラスト 、陽極処理または必要に応じて他の処理）。図２ｆに示されるようにダイカスト プロセスによって生じる不必要な金属は機械加工して除去され、図２ｇの完成構 造を生じる。

平行なピンがコア１５に成形されるのと同時に、他の形態を成形することも可能 である。たとえば、ピンとともに、ピンと平行に走る狭い通気孔を有する空のス タブ（突出部）が樹脂で被覆された砂のコアに入り込んで設けられ得る。

したがって、これらはピンと整列したかくれ穴（ｂｌｉｎｄ　ｂ。

ｌｅｓ　）を生じさせる。コア１５が硬化された後、ねじ切りされたインサート （たとえばＰＳＭインターナショナル（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　）によっ て製造されたもの）を、ダイカストプロセス中にダイカスト構成要素にろう付け されるようにかくれ穴に挿入することができる。

同様に、装着用ブロック、またはヒートシンクもしくは熱交換器の他の構造的な 形態、たとえば太い柱またはボスを作るために、または（たとえばファン羽根車 ４を通り抜ける）より短いピンを成形するために、狭い通気孔を有するかくれ穴 を設けることもできる。プレート３の一部またはすべては、図１のファンを装着 するための、たとえば、凹みを残すために機械加工中に取除くことができるよう に配列され得る。

第２実施例 図３を参照して、第２の実施例のヒートシンクにおいては、１対のプレート１． ３の間にピン２のアレイ（長方形のアレイとして示される）が設けられ、この実 施例では、どちらのプレートもピン上に熱を分配するように作用するために相対 的に厚い。もう１対の薄壁平行プレート１１ａ１１１ｂが設けられ、これらのプ レートはピンアレイの両側を囲み、空気をピンの間に伝える。空気がピンのアレ イの間を横断方向に向けられるこの実施例に従う構造では、壁１．３、ｌｌａ、 Ｉｌｂを含むこの型の閉込めダクトを設けて、空気がファン４から最も離れたピ ン２まで確実に移動し、そこに到達するまでは分散されないようにすることが好 ましい。

さらに直接放熱するために、必要に応じて、壁１１ａ１１１ｂはもちろんより厚 くできる。

ファン４に最も近いところに置かれたピン２は、好ましくは、示されるように、 ファン４から離れたピンより小さい直径を有し、この構造は、ピンアレイによっ てファンに向けて反射して戻る音量を減らすことによって、ファンによって発生 される周囲の音を小さくすることがわかっている。ファンはまたこの配列では止 まりにくい。ピンの直径は他の目的、たとえばより大きな表面積が与えられると ころではより大きな放熱を与えるように、ピンのアレイの異なった区域で放熱速 度を変えるためにも変えることができ図３の構造では、冷却対象の構成要素は厚 い壁１．３のいずれにも装着できる。壁１１ａ、ｌｌｂの厚みが増せば、これら の壁のいずれもが構成要素またはさらなる放熱形態を装着するために同様に使用 される。装着形態を与えるために壁を同様に延ばすこともできる。

図３の構造は図１のものと同じ方法で成形され、壁は同一の鋳造ステップで成形 される。

ファン４はピンに対して横断方向に空気を送るように、側壁１．３またはｌｌａ 、ｌｌｂのうちの１つに代替的に装着され得る。

第３実施例 図４を参照して、この発明の第３の実施例に従うヒートシンクにおいては、第２ の実施例のように、ファン４はピン２のアレイに対して横断方向に空気を与える ように向けられ、このピン２のアレイは同様に４つの壁１　ａｓ　３　ａｓｌｂ 、３ｂからなるダクト内に設けられる。この実施例では、ピンのアレイは二次元 のアレイを与えるように、異なった傾斜で２つのピンのサブアレイ２ａ、２ｂを 含む。示されるように、２つのサブアレイ２　ａ　ｓ　２　ｂはお互いに対して 直角に設けられ、これは三次元の最も効率的な乱れを与えそうであると考えられ る。二次元にグリッドを規定する２つのアレイを設けることにより、三次元の乱 れが生じ、これは熱の除去に非常に効率的であることがわかっている。

この実施例では、すべての４つの壁１ａｓ　３ａ、ｉｂ。

３ｂはアレイのすべてのピンにわたって等しく熱を散らすように好ましくは相対 的に厚い。第２の実施例で述べたようにピンサイズ、装填密度および壁の厚みの ばらつき、ならびに装着形態を設けることはすべて可能である。

示されるように両方に対して横断方向ではなく、（第１の実施例に示されるよう に）１組のピンに対して軸をなす方向にファンを設けることも可能であろう。

図４に示される型の構造もまた上の図２を参照して説明された方法に従って製造 可能であるが、コアおよびダイカスト鋳型の形状は必然的により複雑になる。同 様に、このような構造はいくつかの段階で製造され（たとえば、図２の方法に従 ってピンのアレイが成形される２つの段階）、結果として生じる砂のコアは鋳造 に先立って固定される。

第４実施例 図５を参照して、この発明の第４の実施例に従うヒートシンクにおいては、ヒー トスプレッダプレート１は相対的に厚く、平行ピンの２つのアレイ１２ａ、１２ ｂを支持腰１つのアレイはプレート１のいずれかの側によって支持されている。

１対のプレート１３ａ、１３ｂがピンのアレイ１２ａ、１２ｂの他方側に設けら れ、アレイを通して空気を案内する。一方のピンのアレイ１２ｂ内に中央開口部 １４が設けられ、熱発生構成要素が嵌合され固定されるねじ穴１６と凹み１５に 合せられている。この実施例では、熱発生構成要素は発明者らの上述の参照出願 の投射表示システムのランプであってもよい。

上の２つの実施例のように、ヒートシンクに隣接して装着されたファン（図示せ ず）によってピンのアレイ１２ａ１１２ｂに対して横断方向に空気が向けられる 。

ヒートスプレッディングプレートの両側に２つのピンのアレイを使用することに より、表面積が２倍になり、ゆえにヒートシンクの放熱を２倍にする。図５（は ぼ縮尺になっている）に示される実施例では、放熱効率は０．０８°Ｃ／ワット 以上である。

この発明のこの実施例に従う構造は、ピンのアレイ１２ａおよび１２ｂの各々に 対して１つ、すなわち、２つのコアを製造するために図２の方法を使用すること によって都合よく製造される。この実施例を製造するためのダイカスト鋳型は２ つのコアを平行に装着するように配列される。

ピンアレイ１２ａおよび１２ｂは同一である必要はなく、各々は最適の空気の流 れおよび効率になるように調整される。

同様に積層された２つより多い同軸のピンのアレイを含む構造を製造することも 、容易ではないが可能である。この場合、多数のコアか作られ、ダイカスト鋳型 で整列され図６を参照して、この発明の第５の実施例において、２っの流体間で 熱を交換するための熱交換器が薄い伝熱壁１０１を共用する１対のダクト１００ ａ、１００ｂとして設けられ、さらなる壁１１３ａ、１１３ｂによって規定され 、その中を２つの流体が流れることが可能な２つの別個の経路を与える。相対的 に熱い流体が第１のダクト１００ａを流れると、熱は素早く効果的にピン１１２ ａによって分離される。ピン１１２ａはその密度、粘度および速度に基づいて流 体に乱れを生じさせるように間隔をあけられ配列される。この熱はピンに沿って 薄壁１０１を介して第２のピンのアレイ１１２ｂに伝えられる。このピンも同様 に第２のダクト１００ｂを流れる第２の流体に乱流を生じさせるように配列され かつ間隔をおいて設けられ、それによって第１のダクト１００ａの第１の流体か らの熱は第２のダクト１００ｂの流体に効率的に伝えられる。ダクトサイズ１０ ０ａ、１００ｂならびにピンアレイ１１２ａおよび１１２ｂは各経路の熱交換効 率を最適にするためにしばしば異なる。プレート１０１は熱放散部材としてのそ の負荷と釣合いがとれ、かつピンアレイ１１２ａと１１２ｂとの間の差に依存し た厚みを有する。

このような熱交換器は、流体を加熱もしくは冷却、または流体から熱エネルギを 抽出するために、発電所などの多くの応用例で使用できる。

この実施例は先行する実施例で使用されたのと同一の方法によって製造され得る 。

第６実施例 図３−図５の実施例では、たとえば、ピンアレイを通して送られる空気はファン ４の比較的短い距離内でピンアレイの温度またはそれに近い温度まで加熱され、 その結果、ファン４から最も遠いピンの冷却はあまりない。

図７を参照して、この発明の第６の実施例において、第１のピンアレイ２２ａが 設けられ、ファン４はピンアレイを通して横断方向に空気を向ける。ピンアレイ ２２ａの隣には内部壁３１と外部壁３３とによって規定されたダクト３０が設け られる。

ファン４からの空気のいくらかはダクト３０を通って方向付けられる。ピンアレ イ２２ａは図７のヒートシンク装置の全長にわたって延びているのではなく、ピ ンアレイ２２ａの端部で、薄壁３１はヒートシンクを横断して内方向に延び、ダ クト３０を広げている。ダクト３０の広げられた部分には第２のピンアレイ２２ ｂかあり、ヒートシンクの長さの残りの部分にわたって延びている。このように 、ファン４からの加熱されていない空気はダクト３０を通して第２のピンアレイ ２２ｂへと導かれ、ファン４から遠くに置かれたヒートシンクの部分を冷却する 。一般に、この発明のこの実施例は第１の組の放熱形態２２ａ、およびファンか ら離れてヒートシンクに沿って間隔をおいて設けられた第２の組の放熱形態２２ ｂを含み、接続ダクト３０は第１の組２２ａを迂回して第２の組２２ｂに直接空 気をもたらし、出口経路またはダクト３０ａは第１の組２２ａからの加熱された 空気を有する第２の組２２ｂを迂回する。

壁３１および壁３２．３３は単一ダイカスト操作でピンとともに図２に示される ような方法で一般に成形され得る。

図８を参照して、この発明のこの実施例に従う構造の第２の例では、ダクト３０ は２つのピンアレイ２２ａ、２２ｂの間の中心を通り、そこから１対の壁３１ａ 、３１ｂ（上の例の場合のように比較的薄い金属鋳物壁）によって分離され、１ 対のファン４ａ、４ｂは空気をそれぞれのピンアレイに、およびダクト３０に方 向付ける。ピンアレイを通過した後、空気は壁３１ａ、ａｔｂによって伝えられ 、ヒートシンクの外壁３２．３３の開口部を介してファンの軸に対して横断方向 に排気される。ダクト３０からの加熱されていない空気は他の構成要素、たとえ ば、図示されるように、電力構成要素５０　ａ、　５０　ｂ、およびさらなるヒ ートシンク６０を冷却するために使用され得る。ダクト３０からの空気は電力構 成要素５０ａ、５０ｂを通して、かつその上に方向付けられ、それらを、したが って、ヒートシンク６０を冷却する。したがって、図８に従う構造はヒートシン クに取付けられた構成要素（図示されていない）を冷却するためのヒートシンク 、および他の構成要素を冷却するための冷たい空気の源の双方として使用され得 る。

先行の実施例のように、ピン２２ａ、２２ｂのアレイとダクト３１ａ、３１ｂを 生じさせる分割壁とは好ましくは図２に従って、単一操作で好ましくは鋳造され る。

ピンアレイ２２ａ、２２ｂの各々に、図４に例示される型の二次元のピンアレイ 構造を設けることももちろん可能であろう。

この実施例に従う構造は他の応用例、たとえば逆流熱交換器としても使用可能で ある。図７の場合、異なった流体は異なったピンアレイ２２ａ、２２ｂを通るこ とになる。

第７実施例 先行する実施例のヒートシンクによって生じる、ピンアレイの高密度によって生 じる大量の乱れのために、乱れは非常に低速度の空気の流れでも生じる。これは 、空気の速度が落ちるにつれて急速に乱れを失わない、結果として低速の空気の 流れでは著しく効率が失われる先行技術のヒートシンクには当てはまらない。

上の実施例に従うヒートシンクは、様々な冷却速度を与えるために、広い範囲の 空気の流速にわたって有用であるので、この発明のこの実施例では、先行する実 施例のいずれかに従うヒートシンク（図１に従うヒートシンクが図示される）を 含む制御可能な冷却装置が与えられ、制御ユニット１０はファン４に可変の付勢 を与え、ファン速度と、ゆえに空気の流速を制御する。温度センサ１５もまた設 けられ、たとえばヒツトシンク上、または冷却対象の、もしくはヒートシンクに 近い大気中の構成要素の上に装着される。制御ユニット１０は温度センサ１５（ たとえば、サーミスタ）からの信号を予め定められた正しい温度レベルと比較し 、ファン４に供給される電力を増減して、フィードバックするやり方でそれら２ つの間の差を低減する。温度センサ１５からの信号が比較される基準信号は、制 御ユニット１０の一部として、基準信号のレベルを設定する、たとえばポテンシ ョメータを設けることによって、手動で可変にすることができる。この場合、冷 却対象の装置のための所望の運転温度を手動で設定することが可能である。

一般に熱交換器などの他の応用例にも同じ原理を採用することができる。

この発明のこの実施例はファン４が所望の最大値以下の構成要素温度を保つのに 必要な最小速度で運転されることを可能にし、ゆえにファンによって生じる騒音 を最小レベルまで低減でき、使用される電力を低減するのに特に有利空気羽根車 ４からの空気の流れが熱交換器構造によって加熱される構造を上述のこの発明の 局面が提供する限りにおいて、これらの局面はまたファンヒータを与えるための この発明のこの実施例においても使用される。

図１０を参照して、そのようなヒータの一例において、図１の構造に一般に対応 する構造が使用され、１対のプレートＬ３の間には複数のピン２が光学的に密な アレイ状に配列される。ファン４は空気をピン２のアレイに方向付ける。熱スプ レッディングプレート１内に、耐火スリーブ（たとえば、典型的には湯沸し電熱 器で使用されるタイプのＭ　ｇ　Ｏスリーブ）状の加熱素子を含む抵抗電熱器７ ０が鋳造される。電力供給８０は加熱電流で電熱器７０にエネルギを与える。電 力供給９０はファン４にエネルギを与える。使用に際して、加熱素子７０はプレ ート１およびピン２を加熱し、ファン４は加熱されるピン上に空気を方向付ける 。効率的な熱伝達のために、出ていく空気は実質的にプレート１およびピン２と 同じ温度であり、したがって、出ていく空気の温度は出ていく空気の温度より簡 単に測定できるプレート１の温度を制御することによって正確に制御可能である 。好ましくは、電力供給８０および電力供給９０の一方または双方は空気の流速 および／またはプレート１の温度を変えるように制御可能である。図９に例示さ れる実施例のように、電力供給９０（または、好ましい場合には、電力供給８０ ）を制御し、一定の温度を維持するために熱センサを設けてもよい。

図１０に示される実施例は、ダイカスト金属を注ぎ込む前にダイカスト鋳型に抵 抗コイルを置くことによって、図２の示される方法によって製造され得る。加熱 素子７０がダイカスト合金の温度より高い融点を有すれば、加熱素子はプレート １の適所に鋳造される。

したかって、正確な温度制御および高い効率を可能にする単一部品からなる電熱 器を鋳造し、低価格で効果的な電熱器を提供することが可能である。さらに、電 熱器を通して引出される流体（たとえば空気）の温度は電熱器の温度とほぼ同一 であるという特性は電熱器の制御を単純化する際に有用である。図１の構造を使 用する代わりに、たとえば図３および図４の他の構造のいずれをも使用すること ができる。後者は方向性のある空気の流れまたは他の流体の流れを与えることが 所望される場合には好ましい。この実施例は、たとえば、電気シャワー加熱ユニ ットにおいて便宜を与えるために使用され、より安全なシステムを提供する。

投射システム 図１１を参照して、空間光変調投射システムにおいて、高電ランプを含む白い光 源２１６は入射光経路に沿って光を発生する。入射光ビームに対しである角度傾 斜した色選択表面２３０ａは、青色の映像（ビデオ）信号に従って駆動される空 間光変調装置２２０ａ　（たとえば、変形可能なミラー装置またはＤＭＤ）に青 色の光ビームを反射する。

光源２１６に対するビームの伝送された赤色および緑色の成分は第２の斜め色選 択表面２３０ｂで再び分けられ、赤色の成分は赤色の映像信号に従って駆動され る空間光変調装置２２０Ｃに反射される。伝送された緑色の光ビームは緑色の映 像信号に従って駆動される第３の空間光変調装置２２０ｂによって変調される。

３つの空間光変調装置２２０ａ−２２０Ｃの各々からの変調されたビームは色選 択表面２１８ａ、２１８ｂで１つにもどされ、投射レンズ２４０によって、たと えば映画ディスプレイのためのスクリーン２１０上に投射される単一の色画像を 形成する。光源は必然的に非常に高い電力、たとえば数キロワットであり、光源 ２１６からの総エネルギの相当な部分は赤外波長であってもよい。上に引用され た発明者らの先の英国出願およびＰＣＴ出願はさらなる詳細を与える。したがっ て、光源２１６および空間光変調装置２２０ａ−２２０ｃは相対的に高い温度に なり得るので、熱応力、ガラス接合構成要素の化学的劣化、および光学構成要素 の寸法の変化を回避するように各々にヒートシンクを与えることが非常に望まし い。図５のヒートシンクは光源２１６に装着するために好ましくは与えられ、図 １のヒートシンクには、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＧＢ９３１００１７２として再提出 された発明者らの先の英国出願９２０１８１０．０　（代理人番号３２０３７０ １）の位置調整機構のプレートの１つの一体鋳造物が与えられ、各空間光変調装 置２２０ａ−２２０ｃに装着する。

上述の構造および方法は単なる例であって、多くの方法で修正可能であることは 前述の説明から容易に明らかであろう。たとえば、この構造の寸法は変えられて もよく、この構造はヒートシンク以外の応用にも使用され、他の方法によっても 製造可能であり、かつこの方法はヒートシンク以外の構造のためにも使用され得 る。

ピンはもちろん一定の断面および円状の断面を有する必要はなく、熱損失のため のより大きな表面積および／またはより大きな乱れを与えるより複雑な断面形状 が好ましい。

ピンはもちろん必要に応じて異なるサイズおよび形状を有してもよい。

上述のように、この発明は熱を流体と交換するための、加熱、冷却、冷凍または 他の目的のための熱交換構造に一般に適用可能である。たとえば、ピンのアレイ は内燃機関のピストンを取囲む（鋳鉄）冷却ジャケット内に設けられてもよく、 ジャケットは１対の同軸シリンダを含み、ピンはシリンダ間を半径方向に通り、 円筒状のアレイを形成する。この構造は図１の構造に対応し、２つのプレート１ ．３は円筒状の表面に変形されている。一般に、この発明は整列された（たとえ ば半径方向に整列された）接続された形状のアレイに拡張される。この発明の方 法の局面は熱交換とは結び付かない目的のための類似の構造物を製造するために 使用され得る。

ファンを省いてもよいが、強制された空気の流れがなければ効率は低くなる。

他の修正および代替物もまた上述のようにこの発明の一般的な精神の範囲内で行 なわれ得る。

この発明は流体への／からの熱伝送を助ける装置に関するものであることが理解 される。典型的には熱交換器と呼ばれる装置のような一つの流体から別の流体へ と伝送するものであってもよいし、典型的にはヒートシンクと呼ばれる装置のよ うな固体物体（たとえば、トランジスタ）から流体へ伝送するものであってもよ い。いずれのそのようなシステムにおいてもその原理は流体と装置との間で効果 的に熱を伝送するための手段を設けなければならないことである。物理に法則に より、効率的な熱伝送のためには大きな表面積、粗い表面および乱れた流体の流 れが必要である。

この発明は流体ガイド、装着装置などを含む、単純でコスト効率のよい方法で熱 交換構造を製造する方法に関するものである。実際には、説明されたどんなバー ジョンもヒートシンクまたは熱交換器用の使用に簡単に適合され、説明でなされ た区別は単に明瞭にするためだけである。同様に、一般に空気のことを説明した が、選択された材料と適合するどんな流体でも使用され得る。

Ｆ／６．２８ 、　−ＰＣＴ／ＱＢ　９３１０１２６５フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，６識別記号　庁内整理番号Ｆ２８Ｆ　１３１０２　 ９１４１−３ＬＨＯＩＬ　２３／３６ （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ 、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、 　ＰＬ、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ。

ＳＫ、　ＵＡ、　ＵＳ Ｉ

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の接続された複数の細長い一般に整列された部材を含む構造物を製造す る方法であって、前記部材に対応するように形作られた工具を与えるステップと 、 流動性のある材料を前記工具のまわりに導入するステップと、 前記流動性のある材料を固めて鋳型を成形するステップと、 前記整列された部材の形状に実質的に対応する複数の経路を前記鋳型に残すよう に前記工具を前記鋳型から引抜くステップと、 液体の鋳造可能な材料を前記鋳型に流し込むステップと、前記鋳造可能な材料を 凝固させるステップと、前記固められた流動性のある材料の凝集を低減するステ ップと、さらに 前記鋳型を破壊するステップとを含む、方法。
2. ２．前記流動性のある材料は硬化可能な被覆材で被覆された集合した粒子を含む 、請求項１に記載の方法。
3. ３．前記流動性のある材料は樹脂被覆された砂を含む、請求項２に記載の方法。
4. ４．前記凝集を低減するステップは前記樹脂を酸化するステップを含む、請求項 ３に記載の方法。
5. ５．前記部材とともに、前記部材によって相互に接続される１対の末端プレート を鋳造するステップをさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. ６．前記工具は、１つ以上のブリードチャネルを製造するのに効果的であり、前 記末端プレートの１つに接続されることが要求されない細長い構造に対応する任 意のチャネルからの鋳造材料の除去を可能にするのに効果的な構造を含む、請求 項５に記載の方法。
7. ７．既製の物体を前記鋳型に挿入し、前記鋳造材料を前記物体のまわりに鋳造す るステップをさらに含む、請求項１から６のいずれか１つに記載の方法。
8. ８．前記鋳造可能な材料は重力ダイカストによって鋳造される、先行する請求項 のいずれか１つに記載の方法。
9. ９．前記鋳造材料はダイカスト可能な金属または金属合金を含む、請求項１から ８のいずれか１つに記載の方法。
10. １０．前記金属または金属合金をアニールするステップをさらに含む、請求項９ に記載の方法。
11. １１．前記樹脂を酸化するステップと前記金属または金属合金をアニールするス テップは同時に行なわれる、請求項４に従属する場合の請求項１０に記載の方法 。
12. １２．前記細長い一般に整列された部材はピンである、先行する請求項のいずれ か１つに記載の方法。
13. １３．前記細長い一般に整列された部材は実質的に平行である、先行する請求項 のいずれか１つに記載の方法。
14. １４．前記構造は接続された細長い一般に整列された部材の少なくとも２つのア レイを含み、１つの工具が各アレイに対して製造され、前記アレイがお互いに対 して要求された形状で装着されるように前記鋳型は配列される、先行する請求項 のいずれか１つに記載の方法。
15. １５．前記液体の鋳造可能な材料を前記鋳型に流し込むステップの前に加熱素子 を前記鋳型に与えるステップを含む、先行する請求項のいずれか１つに記載の方 法。
16. １６．工具のまわりに樹脂で被覆された砂の塊を硬化し、前記工具のまわりにオ リフィスを含む鋳型を与えるステップと、溶隔金属を前記オリフィスに注ぎ込む ステップとを含む、金属物体を鋳造する方法。
17. １７．一片の分解処理できる鋳型において一片の鋳造物として前記構造を鋳造す ることによって、少なくとも１つの細長い接続部材によって相互に接続された１ 対のプレートを含む構造物を鋳造する方法。
18. １８．前記構造物は熱交換構造物である、先行する請求項のいずれか１つに記載 の方法。
19. １９．１つ以上のダクトを成形するために前記構造物内に少なくとも１つの内部 壁を成形するステップを含む、先行する請求項のいずれか１つに記載の方法。
20. ２０．請求項１から１９のいずれか１つに従う方法によって製造された複数の接 続された細長い一般に整列された部材を含む構造物。
21. ２１．一体片の金属材料を含む、請求項２０に記載の構造物。
22. ２２．熱交換器構造物を成形する、請求項２０または２１に記載の構造物。
23. ２３．温度センサを含む、請求項２２に記載の構造物。
24. ２４．電熱器素子を含む、請求項２２または２３に記載の構造物。
25. ２５．請求項２２から２４のいずれか１つに記載の熱交換構造物を含む投射シス テム。