(57)【要約】【課題】データ処理装置内のマイクロプロセッサのような電子部品の冷却装置で、そのような部品を高効率で冷却できる効果を有するものを提供する。【解決手段】熱を伝導させるための少なくとも１つの冷却容器外側面２０が設けられる冷却構造物と、冷却構造物と熱伝導性を有して結合された冷却部材１８とが設けられ、冷却部材１８は可動で、冷却部材１８の周囲への熱伝導を補助する空気流２４、２５を発生させるように冷却部材１８が動く冷却装置であって、冷却部材１８は、軸部１６と回転不能に固定結合され、軸部１６は、冷却構造物に回転可能であるように軸支され、冷却構造物には、熱伝導媒体１４が充填された冷却容器１０が設けられ、軸部１６は、冷却容器１０の中に延伸されて、冷却容器１０の中で回転体部１５と回転不能に固定結合される。【選択図】図１
2007524245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を伝導させるための少なくとも１つの冷却容器外側面（２０）が設けられる冷却構造物と、
前記冷却構造物と熱伝導性を有して結合された冷却部材（１８）とが設けられ、
前記冷却部材（１８）は可動で、前記冷却部材（１８）の周囲への熱伝導を補助する空気流（２４、２５）を発生させるように前記冷却部材（１８）が動く冷却装置であって、
前記冷却部材（１８）は、軸部（１６）と回転不能に固定結合され、前記軸部（１６）は、前記冷却構造物に回転可能であるように軸支され、
前記冷却構造物には、熱伝導媒体（１４）が充填された冷却容器（１０）が設けられ、
前記軸部（１６）は、前記冷却容器（１０）の中に延伸されて、前記冷却容器（１０）の中で回転体部（１５）と回転不能に固定結合される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記冷却部材（１８）には、前記軸部（１６）から半径方向外側に延伸される複数の羽根状の冷却平面板が設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却部材（１８）には、前記軸部（１６）から半径方向外側に延伸される複数のブレード状の冷却平面板が設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記軸部（１６）は、電気モータ式の駆動装置（１７）と結合される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記空気流（２４、２５）の方向を制御する空気誘導装置（１９）が設けられる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記空気誘導装置（１９）は、空気吸入側と空気排出側を分離させるカバープレートに含まれる
ことを特徴とする請求項５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記カバープレート（１９）には、空気の流路を前記軸部（１６）の近傍に制限する中心開口部（２３）が前記軸部（１６）を同軸に囲んで設けられる
ことを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記冷却容器（１０）は、優れた熱伝導性を有する材料、特に、銅又はアルミニウムで製造される
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記軸部（１６）は、前記冷却容器（１０）内で転がり軸受部（１３）により軸支される
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記軸部（１６）及び前記回転体部（１５）は、優れた熱伝導性を有する材料、特に銅又はアルミニウムで製造され、優れた熱伝導性を有するように相手と結合される
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記回転体部（１５）は、周囲の前記熱伝導媒体（１４）に流れを発生させるような円盤形状部である
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記円盤形状部（１５）には、穴が設けられる
ことを特徴とする請求項１１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの熱を導出させる表面を有する冷却構造物と、この冷却構造物と熱伝導を有するように結合された冷却部材とが設けられた冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術では、例えば、マイクロプロセッサやデータ処理装置用の高機能ＩＣのような電子部品を冷却するためには、冷却部材とその冷却部材の周囲を囲む冷却媒体（例えば空気）との間の熱交換に用いられる面積をできるだけ大きく取ることができるように、非常に多くのフィンが設けられた冷却部材が用いられていた。
【０００３】
効率の良い冷却を行うためには、冷却すべき部品の表面と、冷却部材と、冷却媒体との各々の間の熱抵抗を最小限に抑える必要がある。これについては、排出される熱量が充分に少ない場合には、冷却部材が優れた熱伝導を有するように冷却すべき部品に結合されることで、その部品を受動冷却させていた。多くの熱量を排出しなければならない場合には、非常に多くの従来の技術では、冷却部材の近傍に取り付けられることになる換気装置が組み込まれていた。
【０００４】
これにより冷却部材の領域内に気流が発生し、それと共に、冷却部材の周囲の熱伝導が改善される。上記した冷却部材を換気装置に結合させたものは、例えば、特にパーソナルコンピュータ或いはその他のデータ処理装置のＣＰＵのようなプロセッサに多く組み込まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷却部材の領域内の気流の速度を局所的に増速させるために換気装置を用いることについては、その効率に関しては制限される。それは、熱交換される面と気流が発生する場所が離れているため、熱伝導と気流との間の関係に恒常的に妥協（バーター）が要求されるためである。周囲に熱を伝達するためにはできるだけ大きい表面が必要であるが、一般的に取り付け場所が限定されるため、それはできずに冷却フィンの数を増やすことのみが実施されることになる。又、その場合にフィンを薄くしたとしても、そのフィンでより効率よく熱を伝導することはできない。なぜなら、フィンの最少の厚みは、全システムに適合させる必要があるからである。
【０００６】
冷却部材の外形寸法が制約されるということは、冷却伝導部の自由断面が非常に減少することになる。その際に、圧力損失が著しく増大し、冷却媒体の移送量が著しく後退する。その結果、冷却媒体の温度と共に、同様に冷却すべき電子部品の温度が非常に上昇し、つまり、冷却効果が非常に小さくなるという問題点がある。
【０００７】
本発明の課題は、データ処理装置内のマイクロプロセッサのような電子部品の冷却装置で、そのような部品を高効率で冷却できるものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載される特徴を有する冷却装置によって解決される。
すなわち、本発明の請求項１に記載される冷却装置は、熱を伝導させるための少なくとも１つの冷却容器外側面が設けられる冷却構造物と、
前記冷却構造物と熱伝導性を有して結合された冷却部材とが設けられ、
前記冷却部材は可動で、前記冷却部材の周囲への熱伝導を補助する空気流を発生させるように前記冷却部材が動く冷却装置であって、
前記冷却部材は、軸部と回転不能に固定結合され、前記軸部は、前記冷却構造物に回転可能であるように軸支され、
前記冷却構造物には、熱伝導媒体が充填された冷却容器が設けられ、
前記軸部は、前記冷却容器の中に延伸されて、前記冷却容器の中で回転体部と回転不能に固定結合される
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、データ処理装置内のマイクロプロセッサのような電子部品の冷却装置で、そのような部品を高効率で冷却できる冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に図面に示された好ましい実施の形態を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、唯一の図であり、本発明による冷却装置の原理的な概略構成を示す。
【００１２】
図には、密閉された容器の形態をとり、冷却容器底皿部１１と冷却容器蓋部１２を含む冷却容器（冷却構造物）１０が示される。冷却容器底皿部１１には、冷却容器蓋部１２により密封される円筒状の凹部が設けられる。冷却容器底皿部１１及び冷却容器蓋部１２の材料としては、優れた熱伝導性を有するアルミニウム又は銅が好適である。
【００１３】
冷却容器１０の中には、優れた熱伝導性を有する熱伝導媒体１４（特に液体）が完全に充填されるように封入される。冷却容器１０を液体（熱伝導媒体）１４で充填するために、冷却容器蓋部１２及び／又は冷却容器底皿部１１には、図示されていないが液体が充填された後に漏らさないように閉じた状態に密閉される開口部を設けても良い。
【００１４】
冷却容器蓋部１２は、転がり軸受部１３（特に玉軸受部）により軸部１６を回転可能に軸支する。転がり軸受部１３に代えて、すべり軸受部（特に流体軸受部又は流体動圧軸受部）を設けても良い。軸部１６は、冷却容器１０の内部に延伸されて、回転体部１５と、回転不能に固定結合される。
【００１５】
回転体部１５は、穴が設けられるか又は設けられない円盤形状の板であるか、又は他の適切な形状を有し、熱伝導媒体１４から回転体部１５への熱伝達（伝導）を最適に実施できる。
【００１６】
軸部１６の、回転体部１５と反対側の端部は、軸部１６を駆動させる電気モータ（駆動装置）１７と結合される。
【００１７】
軸部１６における冷却容器１０の外側に位置する部分には、軸部１６から半径方向外側に延伸される複数の冷却平面板が設けられ、特に羽根状又はブレード状冷却平面板を備える羽根車の形状である冷却部材１８が形成される。
【００１８】
回転体部１５、軸部１６及び冷却部材１８は、冷却容器１０の冷却容器外側面２０から熱伝導媒体１４、回転体部１５及び軸部１６を介して冷却部材１８に至るまで、最適な熱伝導が得られるように、全てが、優れた熱伝導性を有する材料から作られており、さらに優れた熱伝導性が得られ、且つ、熱抵抗が最低限に抑えられるように結合される。このため、回転体部１５は、優れた熱伝導が得られる方法で軸部１６に接続され、冷却部材１８も同様に優れた熱伝導が得られるな方法で軸部１６と結合される。
【００１９】
冷却容器１０は、上述したように優れた熱伝導性を有する熱伝導媒体１４（特に液体）で充填される。回転体部１５が回転することで、液体（熱伝導媒体）１４中に流れと回転運動が発生し、冷却容器１０の冷却容器内側面２１と回転体部１５の回転体外側面２２に、同様に高い熱伝達係数が与えられる。これにより、冷却構造物（冷却容器）１０の冷却容器外側面２０から熱伝導媒体１４を介して回転体部１５に至るまで、更に最適な熱伝導が得られる。
【００２０】
熱は、軸部１６を通って（軸方向に沿って）、羽根形状の冷却部材１８に伝導される。軸部１６は、銅又はアルミニウムのような優れた熱伝導性を有する材料から作ることができ、可能な限り大きな断面積を有するように作られるべきであり、それにより、熱伝導抵抗を可能な限り小さくすることができる。
【００２１】
本発明の特に好適な実施形態では、軸部１６は、ヒートパイプ形状にすることができるため、冷却構造物（冷却容器）１０から冷却部材１８までの熱伝導の損失をほとんど無くすことができる。ヒートパイプの熱抵抗は、銅の熱抵抗の約１／１０である。ヒートパイプは、動作温度で気化する液体が充填された中空の円筒である。
【００２２】
ヒートパイプには、液体を気化させる領域（以下「気化領域」と記載）と、気体を凝縮（液化）させる領域（以下「液化領域」と記載）が設けられる。熱が軸部１６の下側の気化領域で吸収されると、液体は気化状態になって上昇し、そして熱が軸部１６の上側の液化領域で放出されると、気化されていた液体が再度液体状態に戻される。すると液体は、重力又は毛細管現象によりヒートパイプの下側領域に導かれる。言い換えれば、ヒートパイプは、２地点間の熱伝導の損失がほとんど無い非常に効率の良い手段である。
【００２３】
図１に示されるように、軸部１６は、転がり軸受部１３により、冷却容器１０の冷却容器蓋部１２に軸支される。転がり軸受部１３は、それと同時に冷却容器１０を外部から密封し、熱伝導媒体１４が外部に漏出することを阻止する。
【００２４】
回転体部１５と、軸部１６と、冷却部材１８は、電気モータ（駆動装置）１７によって回転する。電気モータ（駆動装置）１７は、基本的に、従来の技術で通常用いられるＣＰＵクーラ用の送風ファンモータに相当するものであっても良い。
【００２５】
冷却部材１８は、上記したように、熱伝導性に優れた材料で作られた回転する送風ブレード又は送風羽根を備える羽根車の形態であって、軸部１６に熱伝導性が良いように結合される。冷却部材１８は、好ましくは、強力で、適切である冷却用気流を発生させる回転対称の形状を有するようにしてもよい。
【００２６】
本発明では、冷却部材１８自身が羽根車として働き、そのため冷却部材１８の羽根又はフィンの領域で最大風速が発生するので、冷却部材１８の表面から周囲を囲む空気に達する熱伝導が特に好適である。最大の風速であり、羽根の流域で乱気流が発生されることに基づいて、特に良好な熱伝導が得られる。
【００２７】
更に本発明では、従来技術と比較して明らかに、冷却部材１８の冷却羽根自体を、自由度をより大きく形成できる。従来の技術では、冷却部材は、熱伝導させるための可能な限り大きな羽根で厚いフィンを備えることと、気流を通して導くに充分に大きな導気路を設けることの間で、双方を同時に満足は出来ないので人為的に中間で妥協する必要があったが、本発明によれば、冷却部材１８の羽根又はフィンを種々な形状にできることから、冷却部材１８の表面積を最大限にすると同時に、最適な気流を得ることができる。
【００２８】
冷却部材１８を、例えば、半径方向外側に延伸される羽根形状を供える羽根車で形成した場合、気流の導路は半径方向外側に拡大される。フィンの数を増やすか、又は特に羽根の半径方向外側領域を再度狭く形成することで気流を強く加速することができる。冷却部材１８を可動（回転）状態にできるように形成する目的は、冷却部材１８の周囲の空気移動しない領域を最少にして、気流を最大にすることである。
【００２９】
据え付け型冷却部材とその上に設置される冷却ファンの従来の技術では、ファンモータの下側に、空気が殆ど移動せず、そのため同様に冷却効果を得ることができない鐘型領域ができてしまっていた。そのような空気が殆ど移動しない領域を、本発明では、大幅に除去することができる。本発明では、従来通例のマイクロプロセッサ用の固定設置の冷却部材と冷却ファンよりも、全熱抵抗を小さくすることができる。
【００３０】
本発明に従えば、気流のより良い誘導と接触保護のために、カバープレート（空気誘導装置）１９を設けるようにしても良い。カバープレート（空気誘導装置）１９は、軸部１６と同軸に配置され、中心の開口部２３が設けられる。カバープレート（空気誘導装置）１９は、空気吸入側と空気排出側を分離させるので、装置稼動時に、図１の矢印（吸気流）２４及び矢印（排気流）２５に特徴づけられるような方向が限定的な気流を得ることができる。
【００３１】
本発明による冷却装置は、コンパクトに形成でき、マイクロプロセッサ（特にＣＰＵ）、又はデータ処理装置に用いられるその他のプロセッサや高性能電子部品を冷却することができる。
【００３２】
本発明による冷却装置は、閉塞された装置として図１に波線２６、２８で示される筐体と一体化して閉鎖的に形成して提供しても良い。その場合、冷却空気を吸入及び排出するには、筐体（筐体吸気部）２６及び筐体（筐体排気部）２８における、吸気流（矢印）２４及び排気流（矢印）２５の領域に中心開口部２３を設けなければならない。その際に、カバープレート（空気誘導装置）１９は、冷却装置に流れ込んだ冷却気流は、軸部１６に沿って軸方向に流れ、冷却装置の中で方向転換して、半径方向外側に排出されるよう形成されることが好ましい。
【００３３】
冷却部材１８を適切に構成することで、上記した吸気流２４及び排気流２５を最適にすることができる。特に冷却部材１８又はそのブレードは、直線面、曲面、スリット面、又は、パーフォレーション（ミシン目状穴あき）面により形成されても良い。これらの面の高さ（大きさ）は、半径方向内側から半径方向外側に向けて変位させても良く、同様に、ブレードに用いられる金属薄板の幅が異なっていても良い。冷却部材１８の筐体も異なった形状にすることができ、例えば、放射方向のファンには同じような渦巻き型の筐体や、羽根車には同じような正方形（角型）筐体といったように、１個又は複数の側面が開口している筐体が形成できる。
【００３４】
本発明では、熱発生源から、冷却構造物（冷却容器）１０、軸部１６及び冷却部材１８の周囲までの、熱の伝導が最適化された電子部品の冷却装置が示されている。
【００３５】
本発明は、選り抜きでふさわしい優れた熱伝導性を有する材料及び液体を選択することで実現可能である。同様に、本発明の冷却装置の構成要素は、熱抵抗が最小で互いに相手と結合されることに注意が払われる。
【００３６】
本発明では、少なくとも１つの熱伝導させる表面を有する冷却構造物（冷却容器）１０と、この冷却構造物（冷却容器）１０と熱伝導されるように結合される冷却部材１８を備える冷却装置が示されている。
【００３７】
本発明では、可動の冷却部材１８が形成され、冷却部材１８の動きにより気流が発生され、冷却部材１８の周辺の熱伝導が補助されることから、特に高い熱伝導が達成される。特に冷却部材１８は、軸部１６に回転不能に固定結合され、その際に軸部１６は、冷却構造物（冷却容器）１０に回転可能に軸支される。
【００３８】
本発明の特に好適な実施形態では、冷却部材１８に羽根状又はブレード状の複数の冷却平面板が、軸部１６から半径方向に離れて設けられる。
軸部１６は、例えば、電気モータ（駆動装置）１７により駆動させることができる。
【００３９】
本発明は、冷却部材１８の熱伝導を改善するために、冷却部材１８の熱伝導の平面板（フィン）を定置させる代わりに、羽根車に類似する形態の可動の平面板、特に回転する平面板（羽根）を設けることを基本的な考えとする。冷却部材１８は、回転するブレード状の羽根を有する放射方向のファン（例えばプロペラファン、軸流ファン等）、又は、基本的に直線的な羽根を有する軸方向のファン（例えばシロッコファン、クロスフローファン等）と類似する形状である。冷却部材１８に上記と同様に形成された羽根は、冷却フィンの機能を有し、従来の技術と比較して、冷却部材１８の表面から冷却媒体（特に空気）への熱伝導率は基本的により良くなっている。
【００４０】
更に本発明では、実際の冷却平面板を形成するために、より以上の自由度が認められている。冷却部材１８に形成されるフィン又は羽根は、例えば、羽根の半径方向外側端部に狭窄部を設けて気流の流路を生成させることにより、冷却部材１８により発生される気流が最適になるように形成することができる。基本的に、その羽根の領域で、最大の空気加速度と強力な乱流が発生し、それにより最適な熱の移行（伝導）が得られる。
【００４１】
本発明による冷却装置の効率を更に改善するために、気流を制御する意図の空気誘導装置を設けても良い。空気誘導装置を設ける場合、接触防止・保護のためのカバープレート（空気誘導装置）１９を含ませても良い。
【００４２】
本発明の好適な実施形態では、軸部１６と同軸のカバープレート（空気誘導装置）１９とを含み、軸部１６の近傍に気流の流路を形成させる中心開口部２３が設けられる。この気流の流路は、冷却空気が軸方向に吸入され、半径方向に排出されるように働く。
【００４３】
本発明では更に、冷却すべき電子部品を意味する熱発生源から、例えば空気である冷却媒体までの、全ての熱伝達経路が最適化される。このため、冷却構造物（冷却容器）１０には、熱を良好に伝導する媒体（熱伝導媒体１４）が充填された冷却容器１０が設けられる。この冷却容器１０は、好ましい熱伝導媒体側が、熱伝導性に優れる材料（例えば銅やアルミニウム）から作られている。
【００４４】
熱導入面（冷却容器外側面２０）から冷却部材１８まで可能な限り最適な熱伝導の流れが保証できるよう、軸部１６は、好適には冷却容器１０の中にまで延伸され、冷却容器１０の中で回転体部１５と回転不能に固定結合される。その場合に軸部１６と上記回転体部１５は、好適には、優れた熱伝導性を有する材料（例えば銅やアルミニウム）から作られ、優れた熱伝導性を有するように結合される。
【００４５】
回転体部１５は、熱伝導媒体１４中に流れとその結果の回転運動を発生させるように働き、冷却容器１０の隔壁面（冷却容器内側面２１）から冷却容器１０に含まれる熱伝導媒体１４までと、回転体部１５を介して、冷却部材１８の軸部１６までの熱伝導を最適な状態にする。回転体部１５は、円盤形状に作られても良い。
【００４６】
個々の電子部品間の熱転移（伝導）の抵抗は、最低限となる。冷却容器１０中の回転体部１５が回転することで、冷却容器１０に含まれる熱伝導媒体１４と、冷却容器１０の冷却容器内側面２１、並びに、回転体部１５の表面間で、高い熱転移（伝導）係数を発生させることができる。熱は、軸部１６を通って（軸方向に沿って）冷却部材１８に伝導される。
【００４７】
本発明の好適な実施形態では、軸部１６は、熱伝導性に優れる材料で、大きな断面積を有するように設けられる。本発明の別な実施形態では、軸部１６は、軸方向に高い熱の移送を実現できるように、ヒートパイプの形状である。
【００４８】
本発明の考えに従えば、冷却容器１０中の軸部１６は、同時に冷却容器１０の密閉手段として働く転がり軸受部１３又はすべり軸受部により軸支される。
【００４９】
このように本実施形態では、データ処理装置内のマイクロプロセッサのような電子部品を高効率で冷却できる冷却装置を提供することができる。
【００５０】
本明細書、図面及び請求項に開示した特徴は、単独であろうと任意の組み合わせであろうと本発明における様々な実施の形態の実現に寄与している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に従う冷却装置の原理的な概略構成を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１０  冷却容器（冷却構造物）、
１１  冷却容器底皿部、
１２  冷却容器蓋部、
１３  転がり軸受部、
１４  熱伝導媒体、
１５  回転体部、
１６  軸部、
１７  駆動装置（電気モータ）、
１８  冷却部材（冷却体）、
１９  空気誘導装置（カバープレート）、
２０  冷却容器外側面、
２１  冷却容器内側面、
２２  回転体外側面、
２３  中心開口部、
２４  吸気流、
２５  排気流、
２６  筐体吸気部、
２８  筐体排気部。
【図１】
2007524245.tif 000003
【国際調査報告】
2007524245.tif 000004
2007524245.tif 000005
2007524245.tif 000006
2007524245.tif 000007