(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を冷却する発熱体冷却装置であって、
前記発熱体が接合される基板（２００）と、
ボス部（１１１）の周りに複数枚の羽根（１１２）を有し、前記基板（２００）に対して略直交する方向に空気を吹き出す軸流ファン（１１０）と、
前記軸流ファン（１１０）と前記基板（２００）との間に配設され、空気流れを所定方向に転向させる多数個のルーバ（１３０）を有する冷却フィン（１２０）とを備え、
前記冷却フィン（１２０）は、複数の山部が互いに平行となるように波状に形成されており、
前記基板（２００）は、前記ボス部（１１１）に対応する部位を中心（Ｏ）として前記軸流ファン（１１０）の回転方向に偶数個の区域（Ａ1〜Ａ4）に区画されており、
前記各区域（Ａ1〜Ａ4）内に存在する前記ルーバ（１３０）は同方向に並んでおり、かつ、前記各区域（Ａ1〜Ａ4）には、前記中心（Ｏ）から前記区域（Ａ1〜Ａ4）内を通って放射状に延びる基準線（Ｌ1 、Ｌ2 ）と平行な前記ルーバ（１３０）が存在することを特徴とする発熱体冷却装置。
【請求項２】
発熱体を冷却する発熱体冷却装置であって、
前記発熱体が接合される矩形状の基板（２００）と、
前記基板（２００）に向けて空気を吹き出す軸流ファン（１１０）と、
前記軸流ファン（１１０）と前記基板（２００）との間に配設され、空気流れを所定方向に転向させる多数個のルーバ（１３０）を有する冷却フィン（１２０）とを備え、
前記冷却フィン（１２０）は、複数の山部が互いに平行となるように波状に形成されており、
前記基板（２００）は、前記基板（２００）の対角線（Ｌ1、Ｌ2）の交点を中心（Ｏ）として前記軸流ファン（１１０）の回転方向に偶数個の区域（Ａ1〜Ａ4）に区画されており、
前記各区域（Ａ1〜Ａ4）内に存在する前記ルーバ（１３０）は同方向に並んでおり、かつ、前記各区域（Ａ1〜Ａ4）には、前記中心（Ｏ）から前記区域（Ａ1〜Ａ4）内を通って放射状に延びる基準線（Ｌ1、Ｌ2）と平行な前記ルーバ（１３０）が存在することを特徴とする発熱体冷却装置。
【請求項３】
前記基板（２００）は正方形であり、かつ、４つの前記区域（Ａ1〜Ａ4）に区画されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱体冷却装置。
【請求項４】
前記基板（２００）は長方形であり、前記ルーバ（１３０）の方向（Ｄ）は基板（２００）の外形縁（２１１）に対して４５°傾いていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱体冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロプロセッサやインバータ等の発熱する電子部品を冷却する発熱体冷却装置（以下、冷却装置と略す。）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷却装置の構造は、例えば実開昭６３−１６４２９５号公報に記載のごとく（図１０参照）、電子部品が接合される基板２００に冷却フィン１２０（以下、フィンと略す。）を配設するとともに、このフィン１２０に向けて軸流ファン１１０により冷却風を送風するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者は上記の冷却装置の放熱（冷却）能力について試験検討したところ、基板２００の略中心部位がその他の部位に比べて温度が高く、基板２００の略中心部位がいわゆるヒートスポットになっていることを発見した。
そこで、発見者は引き続き調査をしたところ、基板２００のうちファン１１０の回転軸（ファンのボス部）に対応する部位は、その他の部位に比べて冷却風の風量が少ないことに加えて、ファン１１０から吹き出される空気は、ファン１１０の回転方向成分を有しているので、フィン１２０が単純に平行に並んでいるため、ファン１１０から吹き出される空気流がフィン１２０によって強制的に平行流に転向されるので、風が滑らかに流通する部分と滑らかに流通しない部分が発生するため、熱の伝達がある方向に片寄ってしまうためであることを発見した。
【０００４】
つまり、ファン１１０のボス部に対応する部位は、一般的に、基板に略中心部に相当しておりこの部位への冷却風量がその他に比べて少なく、またフィン１２０内の冷却風の風抜けが悪いため、基板２００の略中心部位がその他の部位に比べて温度が高くなってしまうのである。
本発明は、上記点に鑑み、基板にヒートスポットが発生することを防止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。
請求項１、３、４に記載の発明では、冷却フィン（１２０）は、複数の山部が互いに平行となるように波状に形成されており、偶数個の区域（Ａ1〜Ａ4）内に存在するルーバ（１３０）は同方向に並んでおり、かつ、各区域（Ａ1〜Ａ4）には、中心（Ｏ）から各区域（Ａ1〜Ａ4）内を通って放射状に延びる基準線（Ｌ1、Ｌ2）と平行なルーバ（１３０）が存在することを特徴とする。
【０００６】
これにより、隣り合う各区域（Ａ１  〜Ａ４  ）のルーバ（１３０）の方向は、基準線（Ｌ１  、Ｌ２  ）のなす角（θ）に相当する角度だけ異なることになる。
このため、隣り合う各区域のルーバ（１３０）は、中心（Ｏ）に向かって凸となるＶ字状の配列構成となるので、例えば軸流ファン（１１０）より冷却フィン（１２０）に向かって空気が吹き出された場合には、空気は基板（２００）の中心（Ｏ）から放射状にフィン（１２０）に向かって冷却風を滑らかにフィン（１２０）内を流通させて外部に吹き出し、冷却風の風抜け性がよくなる。
【０００７】
したがって、基板（２００）の中心（Ｏ）から外側に向かって放射状に熱が伝達するので、基板（２００）全体を冷却することができ、基板（２００）にヒートスポットが発生することを防止できる。
また逆に、軸流ファン（１１０）より冷却フィン（１２０）と反対側に向かって冷却風が吹き出された場合には、空気は滑らかにフィン（１２０）内を流通して中心（Ｏ）に向かって集合するように流通した後に、軸流ファン（１１０）に吸入されて冷却フィン（１２０）外に放出される。
【０００８】
したがって、本発明では、押込み時は空気を放射状に滑らかに送風することができ、吸込み時は、空気をボス部に対応する部位まで滑らかに送風することができるので、基板（２００）にヒートスポットが発生することを防止できる。
請求項２〜４に記載の発明では、冷却フィン（１２０）は、複数の山部が互いに平行となるように波状に形成されており、偶数個の区域（Ａ1〜Ａ4）内に存在するルーバ（１３０）は同方向に並んでおり、かつ、各区域（Ａ1〜Ａ4）には、中心（Ｏ）から各区域（Ａ1〜Ａ4）内を通って放射状に延びる基準線（Ｌ1、Ｌ2）と平行なルーバ（１３０）が存在することを特徴とする。
【０００９】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、基板（２００）にヒートスポットが発生することを防止できる。
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の例を示す一例である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る発熱体冷却装置をマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等の電子部品（発熱体）を冷却する冷却装置１００を適用したものであって、図１は本実施形態に係る冷却装置１００を装着した状態を示す斜視図である。
【００１１】
図１中、２００はアルミニウム等の非鉄系金属にて正方形に形成された基板であり、電子部品は、後述する冷却フィン１２０と反対側の基板２００の略中央に熱的に接合される。１１０は、基板２００の板面２１０に対して略直交する方向から板面２１０に向けて冷却空気を吹き出す軸流ファンであり、この軸流ファン１１０は、周知のようにボス部１１１の周りに複数枚の羽根１１２を有して構成されている。
【００１２】
なお、軸流ファン（以下、ファンと略す。）を駆動する電動モータ（図示せず）は、ボス部１１１内に構成されている。
そして、ファン１１０と基板２００（板面２１０）との間には、波状にローラ成形された冷却フィン（以下、フィンと略す。）１２０が配設されており、このフィン１２０には、空気流れを所定方向に転向させる周知のルーバ１３０が多数個形成されている。なお、フィン１２０と基板２００とは例えばろう付け接合されている。
【００１３】
次に、ルーバ１３０の方向、すなわちルーバ１３０によって転向させられる空気流れについて述べる。
なお、ここで、ルーバ１３０の方向とは、ルーバ１３０によって転向させられる空気の流通方向を言い、具体的には、図２に示すように、ルーバ１３０の面１３１と平行な方向Ｄを言う。
【００１４】
図２は各ルーバ１３０の方向Ｄを示す模式図であり、基板２００は、ボス部１１１に対応する部位（基板２００の対角線の交点）を中心Ｏとしてファン１１０の回転方向に偶数個（本実施形態では４個）の区域（エリア）Ａ１  〜Ａ４  に区画されており、各エリアＡ１  〜Ａ４  内に属する各ルーバ１３０は、そのエリア内では同方向に並んでいる。そして、各エリアＡ１  〜Ａ４  には、中心Ｏから各エリアＡ１  〜Ａ４  内を通って放射状に延びる基準線Ｌ１  、Ｌ２  と平行な方向Ｄを有するルーバ１３０が少なくとも１つは存在している。
【００１５】
なお、本実施形態では、基準線Ｌ１  、Ｌ２  は基板２００の対角線と一致しているため、本実施形態では、各ルーバ１３０の方向Ｄは基板２００（板面２１０）の外形縁２１１に対して４５°傾いた状態となっている。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態に係る冷却装置では、ボス部１１１に対応する部位を中心Ｏとしてファン１１０の回転方向に偶数個のエリアＡ１  〜Ａ４  に区画されているとともに、各エリアＡ１  〜Ａ４  内のルーバ１３０の方向Ｄは、中心Ｏから放射状に延びる基準線Ｌ１  、Ｌ２  （対角線）と平行であるので、隣り合う各エリアのルーバ１３０の方向Ｄは、基準線Ｌ１  、Ｌ２  とのなす角θに相当する角度（本実施形態では９０°）だけ異なることなる。
【００１６】
このため、隣り合う各エリアのルーバは、中心Ｏに向かって凸となるＶ字形状の配列構造となるので、ファン１１０より基板２００に対して垂直にフィン１２０に向かって吹き出された冷却風は、図２の太い矢印のごとく、中心Ｏから外形縁２１１側に向かって放射状（４方向）に冷却装置１００外に流出する。したがって、中心の熱を外側に向かって放射状に伝達できるので、基板２００にヒートスポットが発生することを防止できる。
【００１７】
ところで、ファン１１０から吹き出される空気流は、ファン１１０の回転方向成分を有しているので、上記公報に記載の冷却装置のごとく（図１０参照）、フィン（１２０）が単純に平行に並んでいると、ファン（１１０）から吹き出される空気流がフィン（１２０）によって強制的に平行流に転向させられてしまい、フィン（１２０）にて大きな圧力損失（動圧の損失）が発生してしまう。なお、括弧内の符号は図１０（従来技術に係る冷却装置）に対応するものである。
【００１８】
このため、上記公報に記載の冷却装置では、送風能力の大きいファンを使用せざるを得ないので、ファン（冷却装置）の大型化、騒音の上昇および製造原価上昇を招いていた。
これに対して、本実施形態では、隣り合う各エリアのルーバ１３０は、中心Ｏに向かって凸となるＶ字状の配列構成となっているので、ファン１１０よりフィン１２０に向かって吹き出された冷却風を滑らかに（スムーズに）フィン１２０内を流通させて外部に流出させることができる。
【００１９】
したがって、フィン１２０における圧力損失を小さくすることができるので、ファン１１０（冷却装置１００）の大型化、騒音の上昇および製造原価上昇を防止できる。
また、ルーバ１３０によってフィン１２０内の空気流れが転向させられるので、フィン１２０の表面にて温度境界層が成長することを防止できるので、熱伝達率を向上させることができる。したがって、冷却装置１００の放熱能力を向上させることができる。
【００２０】
なお、図３は基板２００の中央（電子部品が接合される部位）における、基板２００の熱抵抗比（放熱能力）を示す数値シミュレーション結果を示すグラフであり、このグラフから明らかなように、本実施形態に係るルーバ１３０の配列構成によれば、その他の配列構成（図４）に比べて放熱能力が高いことが判る。
因みに、発明者等の試験検討によれは、フィン１２０のフィンピッチＦＰとルーバ１３０のルーバピッチＬＰとの比（ＦＰ／ＬＰ）は０．６〜７．５程度が望ましく、フィン１２０のフィン高さＦＨとフィンピッチＦＰとの比（ＦＨ／ＦＰ）は０．３〜１５程度が望ましいとの検討結果を得ている（図５参照）。そして、本実施形態では、ルーバピッチＬＰは０．８〜３ｍｍであり、フィンピッチＦＰは２〜６ｍｍであり、フィン高さＦＨは２〜３０ｍｍである。
【００２１】
（第２実施形態）
第１実施形態では、正方形の基板２００であったが、本実施形態は、図６に示すように、長方形の基板２００に対して本発明を適用したものである。
そして、本実施形態も第１実施形態と同様に、基板２００の対角線の交点を中心Ｏとしてファン１１０の回転方向に４個のエリアＡ１  〜Ａ４  に区画されているとともに、各エリアＡ１  〜Ａ４  内に属する各ルーバ１３０は、そのエリア内では同方向に並んでいる。
【００２２】
しかし、第１実施形態では、基準線Ｌ１  、Ｌ２  と基板２００の対角線とは一致していたのに対して、本実施形態では、基準線Ｌ１  、Ｌ２  と基板２００の対角線とは一致しておらず、基板２００（板面２１０）の外形縁２１１に対して４５°傾くように中心Ｏから放射状に延びている。このため、本実施形態に係る発熱体冷却装置においても、各ルーバ１３０の方向Ｄは基板２００（板面２１０）の外形縁２１１に対して４５°傾いている。
【００２３】
（第３実施形態）
本実施形態は、ファン１１０と基板２００との組み付け性の向上を図ったものである。
すなわち、図７に示すように、基板２００とファン１１０が固定されるアルミニウム製の天板３００とを４本の脚部３１０にて連結した状態で、基板２００と天板３００との間にフィン１２０を配設するとともに、天板３００にファン１１０を取り付けるための取付部３２０を設けたものである。
【００２４】
なお、取付部３２０は、バーリング加工にてフィン１２０と反対側に向けて天板３００の一部を突出させたものである。
また、脚部３１０は、ファン１１０から基板２００側に向かって吹き出された冷却風が、４つの方向から冷却装置１００外に流出するように、基板２００の四隅に対応する部位に設けられている。天板３００には、ファン１１０のファン径と同等以上の直径を有する穴３３０が形成されており、この穴３３０及び脚部３１０は、天板３００とともにプレス加工にて一体形成されている。
【００２５】
そして、天板３００、フィン１２０及び基板２００は、例えばろう付け等により熱的に接合されており、ファン１１０は、取付部３２０にて位置決めされた後、バーリング加工にて形成された穴にビス等のネジ手段（図示せず）を挿入して（螺合させて）天板３００に固定される。
ところで、本実施形態では、ファン１１０をネジ手段にて天板３００に固定したが、バーリング加工による取付部３２０に代えて、円筒又は円柱の突起部３２１とし、ファン１１０を突起部３２１に圧入する（勘合させる）ことにより、ファン１１０を天板３００に固定してよい。これにより、ネジ手段を廃止できるので、ファン１１０を容易に天板３００に固定することができる。
【００２６】
ところで、上述の実施形態では、基板２００の矩形状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、円などその他の形状であってもよい。したがって、ルーバ１３０の方向Ｄ（基準線Ｌ１  、Ｌ２  ）は、基板２００の外形縁２１１に対して４５°傾いたものに限定されるものではなく、その他の角度でもよい。
また、フィン１２０は正弦波状に限定されるものではなく、矩形波状などその他の形状であってもよい。
【００２７】
また、発熱体は電子部品に限定されるものではなく、その他の発熱体であってもよい。
また、第３実施形態では、天板３００の四隅（４カ所）にて天板３００を基板２００に固定していたが、図９に示すように、２カ所にてファン１１０と基板２００とを固定してもよい。
【００２８】
また、上述の実施形態では、ファン１１０は基板２００に向けて空気を吹き出す、いわゆる押し込み型のファンであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、基板２００と反対側に向けて空気を吹き出す、いわゆる吸い込み型のファンであってもよい。なお、この場合には、冷却風は中心Ｏに向かって集合するように流通した後に、ファン１１０に吸入されてフィン１２０外に放出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る発熱体冷却装置の斜視図である。
【図２】ルーバの配列構成を示す模式図である。
【図３】発熱体冷却装置の熱抵抗比および放熱能力を示すグラフである。
【図４】その他のルーバの配列構成を示す模式図である。
【図５】フィンの拡大図である。
【図６】第２実施形態に係発熱体冷却装置の斜視図である。
【図７】第３実施形態に係る係発熱体冷却装置において、ファンを取り外した状態を示す斜視図である。
【図８】第３実施形態の変形例に係る係発熱体冷却装置において、ファンを取り外した状態を示す斜視図である。
【図９】本発明の変形例に係る係発熱体冷却装置の斜視図である。
【図１０】（ａ）は、従来の技術に係る発熱体冷却装置の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１１０…軸流ファン、１２０…冷却フィン、１３０…ルーバ、２００…基板。
【図１】
0003552559.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003552559.tif 000008
【図８】
0003552559.tif 000009
【図９】
0003552559.tif 000010
【図１０】
0003552559.tif 000011