(57)【要約】【課題】  電子回路基板に実装される電子部品の温度上昇、及び温度上昇対策用の冷却制御機器による騒音を抑える必要がある。【解決手段】  冷却用流体の流路に沿って複数のフィンを有する放熱フィン列を複数列にわたって形成した放熱面を有する冷却装置であって、前記複数のフィンはそれぞれ断面が略流線型の柱状をなし、隣接する放熱フィン列間においては、前記流路に沿った方向における前記複数のフィンの形成位置がシフトした位置関係となるように構成され、前記放熱面において前記冷却用流体が流れる距離をＬで定義される放熱領域において、前記流路に沿った方向にシフトした距離をａとしたとき、０．０５×Ｌ≦ａ≦０．１２×Ｌとする。【選択図】  図１
2019047028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却用流体の流路に沿って複数のフィンを有する放熱フィン列を複数列にわたって形成した放熱面を有する冷却装置であって、
前記複数のフィンはそれぞれ断面が略流線型の柱状をなし、隣接する放熱フィン列間においては、前記流路に沿った方向における前記複数のフィンの形成位置が所定距離シフトした位置関係となるように構成され、
前記放熱面において前記冷却用流体が流れる距離をＬで定義する放熱領域において、前記流路に沿った方向にシフトした距離をａとしたとき、
０．０５×Ｌ≦ａ≦０．１２×Ｌ
であることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記冷却用流体が流れる距離Ｌは、前記放熱面において辺Ｌｘ×辺Ｌｙで定義する放熱領域において、
Ｌ＝２×Ｌｘ×Ｌｙ／（Ｌｘ＋Ｌｙ）
であ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】
前記放熱フィン列を構成する複数のフィンは、互いに隣接する放熱フィン列間において千鳥配置となるように構成され、前記流路の幅方向にシフトした距離をｂとしたとき、
０．０１×Ｌ≦ｂ≦０．０２×Ｌ
であることを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記放熱フィン列を構成するフィンは、それぞれ断面が菱形、紡錘形、略楕円形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却用流体の流路がダクトになるように前記複数のフィンを有する前記放熱面の対抗面側にダクト蓋を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記複数のフィンを有する前記放熱面の背面側に電子回路基板が配置され、前記電子回路基板で発生した熱を前記放熱面に伝導する構成を備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却用流体の流路がダクトになるように前記放熱面に対向して、複数のフィンを有する第２の放熱面が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記第２の放熱面の背面側に第２の電子回路基板が配置され、当該第２の電子回路基板で発生した熱を前記第２の放熱面に伝導する構成を備えたことを特徴とする請求項７に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記対向する２つの放熱面は、それぞれその放熱面による放熱量と装着された電子回路基板の発熱量との割合に基づいて前記フィン数が設定され、前記２つの放熱面間において、前記割合が等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記放熱面と、前記ダクト蓋あるいは前記第２の放熱面によって構成される前記ダクトの一端側に冷却流路の流入口を備え、他端側に前記冷却流路の流出口を備えたことを特徴とする請求項１または７に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却用流体の流路の流入口または流出口側に複数の冷却制御機器を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記冷却用流体の流路に沿って複数のフィンを有する放熱フィン列を複数列にわたって形成した第１の放熱面を有する冷却装置であって、
前記複数のフィンはそれぞれ断面が略流線形の柱状をなし、隣接する放熱フィン列の各フィンに対して千鳥配置となるように形成され、前記流路方向における配置間隔が前記各フィンの前記流路方向における長さよりも広く、かつ前記複数の放熱フィン列の間隔が前記各フィンの前記流路に対する幅よりも広くなるように形成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項１３】
前記第１の放熱面に対向して複数のフィンを有する第２の放熱面が配され、前記第１及び第２の放熱面により、前記冷却用流体の流路となるダクトを構成することを特徴とする請求項１２に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２の放熱面は、それぞれ装着された電子回路基板の発熱量に基づいて前記フィン数が設定されることを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の冷却装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置およびそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の電子機器の性能向上に伴い消費電力が増加する傾向にあり、内蔵されている発熱部品に対する効率のよい放熱対策が強く求められている。放熱対策において、ファンやポンプ等の冷却制御機器の使用が必須になりつつあるなか、小型化、低騒音化、低コスト化も求められており、より簡易で冷却効率のよい冷却制御機器の実現が望まれている。
【０００３】
従来から、電子機器に搭載される電子回路基板に実装される電子部品等の冷却手段の一つとして、ヒートシンクを発熱体である電子部品に取り付けて空冷または水冷する方法が知られている。
【０００４】
ヒートシンクの放熱性能の向上には、「熱伝導性能を上げる」、「表面積を大きくする」、及び「熱伝達係数を大きくする」ことの３点が主な手段となる。
【０００５】
「熱伝導性能を上げる」手段としては、ヒートシンク単体の熱伝導率を高い材質にする、熱源とヒートシンクの接触部の伝熱性を熱伝導シート等で向上させる等により、熱を伝わりやすくさせ放熱性能を向上させることが考えられる。
【０００６】
「表面積を大きくする」手段としてはヒートシンクのフィン枚数を増やす、サイズを大きくする等により、放熱面積を増やし放熱性能を向上させることが考えられる。
【０００７】
「熱伝達係数を大きくする」手段としては、空気や水等のヒートシンクに流れる冷却媒体の流速を上げる、ヒートシンクに流入させる冷却媒体の温度を下げる等により、より周囲の流体への伝熱を向上させ放熱性能を向上させることが考えられる。
【０００８】
よって、一般的にヒートシンクは、アルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属部材で作られ、発熱する電子部品に熱的に接続されるベース板にピンやフィンを立設させ表面積を上げた形状になっているものが多い。また、ピンやフィンはヒートシンクの冷却媒体としての空気や水等の流体をファンやポンプ等の冷却制御機器を用いた強制冷却を想定し、より強制冷却効率を上げるためにその断面形状や配置を工夫したものもある。
【０００９】
特許文献１には、電子部品に熱的に接続されるヒートシンクが流路ダクト内に設置され、そのヒートシンクには断面形状が菱形の複数のフィンが配列された構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５９０１３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図５は一般的なヒートシンクの特性を説明するもので、ヒートシンク長さと熱抵抗、圧力損失の特性を表したグラフである。同図からわかるように、一般的に、ヒートシンクが大きい、即ちヒートシンクの強制冷却の有効長が長い場合は、熱抵抗が下がることで放熱量が増える傾向にあるが、同時に冷却媒体を流す際の圧力損失も増加する。
【００１２】
これは、圧力損失が増えるとヒートシンクのフィンに流れる冷却媒体の流速が下がるため冷却性能が落ちることを意味する。逆に、ヒートシンクが小さい、即ちヒートシンクの強制冷却の有効長さが短い場合は、ヒートシンクの表面積が少なくなるために冷却媒体との熱抵抗が上がり冷却性能が落ちることを意味する。そのため、特許文献１に用いられているヒートシンク構成は、ヒートシンク全体の大きさによらず、冷却性能が落ちてしまうという課題があった。
【００１３】
また、冷却性能が落ちないように冷却制御機器の性能を上げるという手段も考えられるが、その場合、冷却ファンの駆動手段の騒音や、フィンによる風切音等による騒音レベルが上昇してしまうという課題がある。
【００１４】
すなわち、特許文献１に開示されている構成では、ヒートシンクの大きさ、冷却媒体を流す際の圧力損失、冷却機器の能力を上げることによる騒音等、相反する要因によって冷却性能を最適化することが容易ではなかった。そのため、電子部品の温度上昇を抑える最善の効果を得ることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明はこのような課題を解決することを目的とするためになされたもので、冷却用流体の流路に沿って複数のフィンを有する放熱フィン列を複数列にわたって形成した放熱面を有する冷却装置であって、前記複数のフィンはそれぞれ断面が略流線型の柱状をなし、隣接する放熱フィン列間においては、前記流路に沿った方向における前記複数のフィンの形成位置が所定距離シフトした位置関係となるように構成され、前記放熱面において前記冷却用流体が流れる距離をＬで定義する放熱領域において、前記流路に沿った方向にシフトした距離をａとしたとき、
０．０５×Ｌ≦ａ≦０．１２×Ｌ
であるように構成した冷却装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明における冷却装置によれば、ヒートシンク全体の大きさによらず、冷却制御機器の性能を上げることによる騒音レベルが上がることなく電子部品の温度上昇を抑える最善の効果が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１における冷却装置の分解斜視図である
【図２】本発明の実施形態１における冷却装置の外観斜視図である
【図３】本発明の実施形態１におけるダクトユニット部分の断面図である
【図４】本発明の実施形態１におけるダクトユニットの第１のダクトの断面図である
【図５】ヒートシンクの長さと熱抵抗、圧力損失の特性図である
【図６】ヒートシンクの表面積と温度の関係と、流量と温度の関係をそれぞれ示す特性図である
【図７】冷却ファンの流量と静圧（圧力損失）の関係と、流量と騒音レベルの関係をそれぞれ示す特性図である
【図８】ヒートシンクのフィンの各寸法の寄与度を示す図である
【図９】フィンの断面形状を示す説明図である
【図１０】本発明の実施形態１におけるヒートシンクの冷却効果を説明するための図である
【図１１】本発明の実施形態２におけるダクトユニット部分の断面図である
【図１２】本発明の実施形態２におけるダクトユニットの第１のダクトの断面図である
【図１３】本発明における冷却装置をデジタルカメラに実装した場合を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図を用いて詳述する。
【００１９】
（実施形態１）
図１，図２はそれぞれ本発明の実施形態における冷却装置の分解斜視図及び外観斜視図である。
【００２０】
冷却装置１は、それぞれ所定の角度をもって結合された第１のダクト１１と第２のダクト１２からなるダクトユニット１０と、第２のダクト１２側に取り付けられた第１，第２の冷却ファン１３ａ，１３ｂとからなる。ここで、ダクトユニット１０内に空気が流れる流路を形成するように構成されている。
【００２１】
第１及び第２の冷却ファン１３ａ，１３ｂによって、外気が第１のダクト１１の吸気口１１３ａ，１１３ｂより吸い込まれる。吸い込まれた外気は、第１及び第２のダクト１１，１２を通過させ、排気口１２１ａ，１２１ｂより排気される気流を生成し、その流路内に配設されたヒートシンク１１１の放熱フィンを冷却する。
【００２２】
図１の分解斜視図に示すように、第１のダクト１１は、複数の放熱フィンを形成したヒートシンク１１１と、その放熱フィンが形成されている側に流路となる空間を確保する状態で固定されたダクト蓋１６とによって、ダクト内の流路となる空間を形成している。
【００２３】
ヒートシンク１１１は、分離壁１１４によって上下に分離された第１のフィン領域１１１ａと第２のフィン領域１１１ｂとからなり、各フィン領域にはそれぞれ複数のフィンからなる放熱フィン列１１２ａ，１１２ｂが形成される。吸気口１１３ａ，１１３ｂから取り込まれた外気が各放熱フィン領域を通過することにより、ヒートシンクの冷却が行われる。
【００２４】
またヒートシンク１１１の各放熱フィン列の形成された内面と反対側となる外面には発熱部品を取り付ける取付面１１５が形成され、発熱体である複数の電子部品１５が実装された電子回路基板１４が取り付けられている。これらの電子部品は不図示の熱伝導シートを介して取付面１１５に密着されており、ヒートシンクへと効率よく熱伝導が行われるように構成されている。
【００２５】
第２のダクト１２は、第１のダクト１１内を流れる気流を屈折するように、第１のダクト１１に対して所定の角度で曲折して連設されており、第１のダクト１１と同様、ダクト蓋１６とともに内部に流路となる空間を形成している。この角度については、気流の流れに対する抵抗を生じない範囲で、実装する電子機器のレイアウト等により適宜決定すればよい。
【００２６】
第２のダクト１２内も図示しない分離壁によって２室に分割され、それぞれ第１のダクトの第１のフィン領域１１１ａ、第２のフィン領域１１１ｂの下流側となる空間が形成されており、それぞれの空間には冷却ファン１３ａ，１３ｂが取り付けられている。これらの冷却ファンには面方向で空気を吸い込み、遠心方向へ送風する遠心ファンが用いられている。
【００２７】
以上の構成により、第１のダクト１１及び第２のダクト１２からなるダクトユニット１０内部の空間は２個の冷却ファン１３ａ，１３ｂに対応して２分割されている。第１のダクト１１の吸気口１１３ａ，１１３ｂから外気を吸い込み、それぞれ第１のフィン領域１１１ａ，第２のフィン領域１１１ｂ及びそれらの下流となる第２のダクトを通過して第２のダクト側の排気口１２１ａ，１２１ｂより排気する気流を発生させる。そのため、内部のヒートシンクを冷却することができる。
【００２８】
また第１のダクト１１及び第２のダクト１２は、いずれも熱伝導性に優れ、且つ剛性も高いアルミダイキャスト等で構成されている。
【００２９】
電子回路基板１４上の電子部品１５は動作保証温度があり、電子回路基板上の回路が正常に動作するためには、電子部品１５の温度を動作保証温度の範囲内にする必要がある。
【００３０】
これらの電子部品１５で発生する熱は、第１のダクト１１内のヒートシンク１１１の第１の放熱フィン列１１２ａ、及び第２の放熱フィン列１１２ｂへ伝熱し、第１の冷却ファン１３ａ、第２の冷却ファン１３ｂによる空気の流れによって放熱され、冷却される。
【００３１】
第１の冷却ファン１３ａ及び第２の冷却ファン１３ｂはその回転によって騒音が発生し、冷却能力を高めるために高速回転させれば騒音も大きくなる。しかし、冷却装置を実装した装置においては、騒音のレベルが低いほど好ましく、音響パワーレベル等の騒音レベルの規格が設定される。
【００３２】
これらの電子部品１５の温度を下げることと騒音を下げることはトレードオフの関係にあり、例えば、第１の冷却ファン１３ａ、第２の冷却ファン１３ｂの回転数を上げると電子部品１５の温度を下げやすいが騒音レベルが上がってしまう。
【００３３】
よって、騒音レベルをなるべく上げないようにし、電子部品の温度を下げるためには、ヒートシンクそのものの放熱（冷却）効率が極めて重要となる。そのため本発明では、第１のフィン列１１２ａ、第２のフィン列１１２ｂのフィン配列、及びフィンの断面形状を最適化し、低騒音で高冷却効率を実現している。
【００３４】
次に、図３，４を参照して本実施例に係るヒートシンク１１１の構造について説明する。図３は第１のダクト１１内に配されたヒートシンク１１１をフィンの立設方向から見た平面図、図４は第１のフィン列１１２ａが形成されている第１のフィン領域１１１ａを拡大したものである。
【００３５】
図３に示すように、ヒートシンク１１１は分離壁１１４を介して第１のフィン領域１１１ａと第２のフィン領域１１１ｂに分割されており、Ｆａは第１のフィン領域における気流の流路方向、Ｆｂは第２のフィン領域における気流の流路方向を示している。第１のフィン領域１１１ａと第２のフィン領域１１１ｂは、その気流の方向が下流側に向かって所定の角度に広がるように配置されている。
【００３６】
図４において、第１のフィン領域１１１ａに立設された複数の第１のフィン１１２ａは、流路の方向Ｆａに沿って複数列にわたって形成されている。隣接するフィン列間について見ると、フィンの形成位置が流路の方向Ｆａにおいて所定の距離ａ、流路方向に直交する幅方向において所定の距離ｂだけシフトして形成されており、所謂千鳥配置となっている。
【００３７】
第１のフィン１１２ａは、ヒートシンクの表面に平行な面方向における断面が略流線形の菱形の柱状をなしており、その長い対角線の長さをｃ、短い対角線の長さをｄとする。
【００３８】
ここで、ａ，ｂ，ｃ及びｄの各パラメータの決め方について説明する。ヒートシンクのサイズは実装する機器のスペースによって制限を受ける。また求められる剛性及び成形条件からフィンのサイズすなわちｃ，ｄを決定する。流体力学上でフィンの流路方向の長さｃと幅ｄの比率は、１：６〜１：１０程度がよいことが知られており、これらの条件からフィンのサイズを設定することができる。
【００３９】
次に機器に実装した際の目標とする温度からヒートシンクの総合的な表面積すなわち放熱面積を決定する。図６（ａ）はヒートシンクの表面積と温度の関係を示す特性図である。もとの発熱源の発熱量によって温度は変化するので、ヒートシンクに求める設計条件によって値は異なるが、特性としては、放熱面積が大きいほど温度が低下する。
【００４０】
しかしながら、ヒートシンクの表面積が大きくなると流路抵抗が大きくなり圧力損失が増大し、放熱効率が低下する。その結果として温度が逆に上昇する。
【００４１】
図６（ｂ）はヒートシンク上の流体の流量と温度の関係を示すものである。ヒートシンクのフィンの表面積を減少させていくと、流路抵抗が減少して流量が増加するため、放熱効率が上がり温度を低下させることができるが、表面積がある範囲以上に小さくなると、逆にヒートシンクとしての放熱効果が低下し、温度が上昇する。
【００４２】
したがって、ヒートシンク全体のサイズ、ファンの能力、流体の流量を考慮して、目標とする温度を維持することの可能なフィンの総合的な表面積の適正範囲を決定することができる。
【００４３】
フィンのサイズと総合的な表面積が決まると、フィンの数を決定することができ、フィンの配列も決定することができる。設計思想として、フィンの流路方向に沿ったフィン列上の各フィンの間隔をほぼ等間隔とすれば、各列のフィンの数及び間隔ａ、各フィン列の間隔ｂが決定される。
【００４４】
ここで、千鳥配置とすると、各フィン列の間隔及び各フィン列上におけるフィンの間隔を、余裕をもって設定することができ、フィンの密集を回避し、流路抵抗すなわち圧力損失を軽減することができる。すなわち、流路方向上流からヒートシンクを見たときに各フィン列が重なり合うことなく、またフィン列を構成する複数のフィンが流路方向に並んではいるが可能な限り間隔ａを広く取るようにし、流路抵抗を減少し圧力損失を低減する工夫がなされている。
【００４５】
フィンの間隔ａ，ｂを大きくしていくと、流路抵抗が減少して流量が増加し、放熱効率が上がるが、フィンの間隔を拡大するとフィンの総合的な表面積が減少するため、ある範囲を超えると逆に放熱効率が低下して温度が上昇する。したがってａ，ｂは目標温度を維持できる許容範囲内で決定する必要がある。
【００４６】
尚、発明者の実験によれば、図８に示すように、上記ａ，ｂの放熱効果への寄与度は、流路方向におけるフィン間隔ａが６１％、フィン列の幅ｂが３０％、それ以外が９％であり、フィンの流路方向における間隔ａを広く取ることが効果的であることわかる。すなわち上述のようにｃ，ｄはほぼ剛性、成形条件等で決定され、実際に流路抵抗を小さくしながら放熱効率を上げることについては、フィンの位置及び間隔を決定するａ，ｂの影響が支配的であることが確認された。
【００４７】
次に騒音という観点から本発明のヒートシンクを考察する。図７（ａ）はファンの回転数を一定に維持している状態における流体の流量と静圧（圧力損失）の関係を示す図、図７（ｂ）は流体の流量と騒音レベルの関係を示す図である。
【００４８】
図７（ａ）に示すように、ファンの特性として、フィンの間隔が広く流路抵抗が小さいと、静圧（圧力損失）が小さくなる。またフィンの間隔が狭く、密集していると、流路抵抗が大きくなり、静圧（圧力損失）が増大する。
【００４９】
また、図７（ｂ）に示すように、ファンが一定の速度で回転している状態で、流路抵抗が小さく流量が十分に得られている状態では、騒音レベルも低く抑えられている。しかし、流路抵抗が大きく圧力損失が増大し、流量が減少していくと、騒音レベルが増大する傾向にある。流路抵抗が大きく静圧が高いため、ファンによって発生された気流が円滑に流れず、気流が乱れ、ばたつくような騒音を発生させるためである。
【００５０】
したがって、ヒートシンクの設計にあたっては、その求められる放熱能力に基づき、流路抵抗すなわち圧力損失、ヒートシンクを組み込む電子機器に許容される騒音レベルを考慮する必要がある。これらを考慮した上で、ヒートシンクのフィンの総合的な表面積、フィンのサイズ、形状、配置が決定される。
【００５１】
以上の設計思想に基づいて、実験を行った結果の実施例について説明する。第１のフィン領域１１１ａ内における各フィンの配列間隔、及びフィン断面形状はフィン形成領域１１１ａの大きさに基づいて決定される。
【００５２】
フィン形成領域１１１ａ各辺を辺Ｘ×辺Ｙと定義した場合、代表長Ｌは以下の数式１で算出される。
Ｌ  ＝  ２×Ｘ×Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）…  （１）
【００５３】
代表長Ｌとは流体の流れる距離を表し、流体力学で汎用的に扱われる理論数式であり、流れる場所や流れ方向等により様々な理論数式がある。
【００５４】
本実施例においては、流体がフィンによって拡散しながら流れるため、面積を加味した理論数式として数式１を採用した。
【００５５】
本実施例では、例えば第１のフィン１１２ａを立設した範囲を決めた結果、辺Ｘを６５ｍｍ、辺Ｙを４５ｍｍとした。
【００５６】
この場合、数式１より、Ｌは５３．２ｍｍとなる（小数点第２位を四捨五入、以下同様に小数点第２位を四捨五入した値で表現する）。
【００５７】
Ｌの値からフィン列間の流路方向Ｆａにおける所定のシフト距離ａの範囲を数式２、フィン列間の流路幅方向における所定のシフト距離ｂの範囲を数式３で導出する。
０．０５×Ｌ≦ａ≦０．１２×Ｌ  …  （２）
０．０１×Ｌ≦ｂ≦０．０２×Ｌ  …  （３）
【００５８】
本実施例では、数式２、数式３より、ａは２．７ｍｍ〜６．４ｍｍの範囲、ｂは０．５〜１．１ｍｍの範囲と導出され、ここでは、ａを６．０ｍｍ、ｂを１．０ｍｍとした。また、第１のフィン１１２ａの断面としての菱形の長い対角線の長さｃは、最小値を任意の長さとして、フィン列間の流路方向Ｆａにおける所定のシフト距離ａより短くなるようにする。
【００５９】
さらに、第１のフィン１１２ａの断面としての菱形の短い対角線の長さｄは，最小値を任意の長さとして、フィン列間の流路幅方向における所定のシフト距離ｂより短くする。第１のフィン１１２ａの断面としての菱形の長い対角線の長さｃ、及びフィン１０１ａの断面としての菱形の短い対角線の長さｄにおける最小値の決め方は、成形可能な長さや剛性を維持できる長さ等、任意に決めて良い。
【００６０】
本実施例においては、最小値は成形可能な長さとして０．１ｍｍとした。よって、本実施例では、ｃをａの６．０ｍｍより短い長さとして５．０ｍｍとし、ｄをｂの１．０ｍｍより短い長さとして０．３ｍｍとした。
【００６１】
第２のフィン領域１１１ｂにおいても、上述の第１のフィン領域１１１ａと同様の方法で計算する。
【００６２】
本実施例では、第２のフィン領域１１１ｂは第１のフィン領域１１１ａよりも小さく、たとえば辺Ｘを６５ｍｍ、辺Ｙを４０ｍｍとし、Ｌを計算すると４９．５ｍｍとなる。
【００６３】
よって、第２のフィン形成領域１１１ｂにおけるフィン列間の流路方向Ｆｂにおける所定のシフト距離ａの範囲は２．５ｍｍ〜５．９ｍｍ、フィン列間の流路幅方向における所定のシフト距離ｂの範囲は０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとなる。本実施例では、第２のフィン形成領域１１１ｂにおけるａを５．８ｍｍ、ｂを１．０ｍｍとした。
【００６４】
また、第２のフィン領域１１１ｂにおける第２のフィン１１２ｂの断面としての菱形の長い対角線の長さｃはａの５．８ｍｍより短い５．０ｍｍ、第２のフィン１１２ｂの断面としての菱形の短い対角線の長さｄはｂの１．０ｍｍより短い０．３ｍｍとした。
【００６５】
第１のフィン領域１１１ａ、第２のフィン領域１１２ｂにおいて、前述のａ、ｂ、ｃ及びｄの各長さで構成されたフィン配列、フィン断面形状を構成することで、効率の良い冷却が可能となり、低騒音でより電子部品１５の温度を低減させることができる。
【００６６】
以下、本発明の機能及び効果について記述する。
【００６７】
図２における冷却装置１において、市販の熱気流解析ツールＳＴＡＲ−ＣＣＭ＋（商品名）等を用いて電子回路基板１４の平均温度を導出することで効果を確認した。
【００６８】
熱流体解析ツールは、対象とする装置の３ＤＣＡＤモデルデータから熱流体解析用に計算モデルを作成し、発熱条件や物性値等の計算条件を設定し、熱伝導・対流・輻射の３つの伝熱形態を数値解析手法によって解くことで対象の温度を予測することができる。
【００６９】
効果の確認は、本実施例によって構成可能な範囲でできる第１のフィン１１２ａ及び第２のフィン１１２ｂのパターンと、その範囲外でできるパターンをそれぞれ５０パターン実施し、平均値、及び母平均の９５％信頼区間を導出し比較した。
【００７０】
本実施例によれば、第１のフィン領域１１１ａ及び第２のフィン領域１１１ｂそれぞれにおいて、フィン列間の流路方向における所定のシフト距離ａの範囲、フィン列間の流路幅方向における所定のシフト距離ｂの範囲が決まっている。
【００７１】
また、それに応じて、第１のフィン領域１１１ａ及び第２のフィン領域１１１ｂの各構成において、第１のフィン１１２ａの断面としての菱形の長い対角線の長さｃは、最小値を成形可能な長さから０．１ｍｍと仮定して範囲が決められる。
【００７２】
さらに、第１のフィン１１２ａの断面としての菱形の短い対角線の長さｄは、最小値を成形可能な長さから０．１ｍｍと仮定して範囲が決められる。
【００７３】
一方、本実施例で決まる前述のａ，ｂ，ｃ及びｄの各範囲外のパターンは、本実施例で決まる前述のａ，ｂ，ｃ及びｄの各範囲のうち、１つの範囲のみ、その最大値＋０．１ｍｍ〜その最大値×１．１の範囲に変更したものとする。
【００７４】
例えば、第１のフィン領域１１１ａの場合、フィン列間の流路方向Ｆａにおける所定のシフト距離ａの範囲のみ変更するとした場合、最大値は６．４ｍｍであるため、６．５ｍｍ〜７．０ｍｍの範囲に変更する。
【００７５】
以上のように、前述のａ，ｂ，ｃ及びｄの各範囲は、本実施例によって構成可能な範囲でできる第１のフィン１１２ａ及び第２のフィン１１２ｂのパターンと、その範囲外でできるパターンの２パターンが決まる。
【００７６】
前述のａ，ｂ，ｃ及びｄの各値は、決定した範囲内で、たとえばＥｘｃｅｌ（商品名：マイクロソフト社製）に代表される表計算シートを用いて、ランダム関数によってランダムに決定させる。
【００７７】
範囲外でできるパターンのａ，ｂ，ｃ及びｄのどの長さを範囲外にするかにおいてもランダムに決定させる。
【００７８】
この決定方法で、前述のａ，ｂ，ｃ及びｄの各値のパターンを本実施例によって構成可能な範囲内となる第１のフィン１１２ａ及び第２のフィン１１２ｂのパターンと、その範囲外でできるパターンの２パターンについて、各５０パターン決定した。
【００７９】
図１０は、各５０パターンを熱気流シミュレーションした結果である。本実施例によって構成可能な範囲でできる第１のフィン１１２ａ及び第２のフィン１１２ｂのパターンと、それ以外の範囲でのパターンそれぞれについての平均値、及び母平均の９５％信頼区間を導出した。
【００８０】
図１０の範囲内の棒グラフは本実施例によって構成可能な範囲でできる第１のフィン１１２ａ及び第２のフィン１１２ｂのパターンでシミュレーションした平均温度結果である。一方、範囲外の棒グラフはそれ以外の範囲でのパターンでシミュレーションした平均温度結果である。また、それぞれに母平均の９５％信頼区間の幅を示している。
【００８１】
図１０から、本実施例によって構成可能な範囲でできる第１のフィン１１２ａ及び第２のフィン１１２ｂのパターンは、それ以外の範囲でのパターンに比べ温度が下がっており、母平均の９５％信頼区間を見ても、本実施例の効果は明らかである。
【００８２】
以上、第１及び第２のフィン１１２ａ，１１２ｂの断面形状が「菱形」である場合について説明したが、断面形状はこれに限定されるわけではない。ダクト内を流れる気流に対して、放熱効率を考慮して接触面積を増やし、且つ流路抵抗を極力抑える思想のもとには、他の形状も適用可能である。たとえば図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、「流線形」、「楕円形状」、「円弧形状」であっても本発明を適用することが可能である。本発明においては、これらを総称して「略流線形」と称する。
【００８３】
（実施形態２）
実施例１では、電子回路基板１４が１枚の片面配置の場合について説明したが、本実施例では電子回路基板を、ダクトユニットを挟んで両側に密着配置し、２枚の電子回路基板を冷却するようにしたものである。
【００８４】
図１１は本実施例のダクトユニット３０を上方（図１で見て上方）から見たときの模式図、図１２は図１１に示すＡ−Ａ断面を表す。
【００８５】
ダクトユニット３０内部の放熱フィンの構造、配置，機能は、図１における第１の実施例のダクトユニット１０と実質的に同様であるが、本実施例においては、ダクトユニット３０の両面側を電子回路基板２７ａ，２７ｂの取付面にする必要がある。そのため、アルミダイキャスト等で成形されたヒートシンク３０１ａ，３０１ｂを、それぞれフィン３０２ａ，３０２ｂが形成されている面を互いに対向させて配置した。また、それらの間に流路空間を形成し、ダクトユニット外部に露出している外面３０３ａ，３０３ｂを電子回路基板取付面としたものである。
【００８６】
図１１において、第１のヒートシンク３０１ａの外面３０３ａには、電子回路基板２７ａ上に実装された電子部品２７１ａが不図示の熱伝導シート等を介して密着して固定されている。
【００８７】
同様に、第２のヒートシンク３０１ｂの外面３０３ｂには、電子回路基板２７ｂ上に実装された電子部品２７１ｂが不図示の熱伝導シート等を介して密着して固定されている。また第１のヒートシンク３０１ａと第２のヒートシンク３０１ｂそれぞれに立設されている複数のフィンの断面形状は図４の第１の実施例と同様である。さらに、第１のヒートシンク３０１ａと第２のヒートシンク３０１ｂを対向して組み合わせてダクトを構成した状態で図４に示す実施形態１におけるフィン配列と同様となるように構成されている。
【００８８】
すなわち、本実形態においては、複数のフィン３０２ａからなるフィン列はヒートシンク３０１ａに形成され、複数のフィン３０２ｂからなるフィン列はヒートシンク３０１ｂに形成されている。このような配列を交互に組み合わせることによって図４の第１の実施例と同様のフィン配列を実現している。この方法によれば、各ヒートシンク上のフィンの密度が粗くてよいため、成形が容易になるメリットもある。
【００８９】
尚、第１の電子回路基板２７ａに実装された第１の電子部品２７１ａと、第２の電子回路基板２７ｂに実装された第２の電子部品を２７１ｂとでは、その消費電力が同じであるとは限らない。たとえば第２の電子部品２７１ｂの方が第１の電子部品２７１ａより消費電力が１．５倍大きいと仮定すると、放熱効果も第２の電子部品２７１ｂが第１の電子部品２７１ａより１．５倍必要とすることになる。
【００９０】
したがって、電子部品の発熱を放熱して冷却するヒートシンクのフィン列数あるいは各列のフィン枚数も、冷却する対象となる電子部品の消費電力に応じて分配比を異ならせることが好ましい。
【００９１】
本実施例では、第２の電子部品が第１の電子部品に対して１．５倍の放熱効果を必要とする。そのため、図１２に示すように、第２の電子部品２７１ｂに対応するヒートシンク３０１ｂのフィン３０２ｂの枚数は、第１の電子部品２７１ａに対応するヒートシンク３０１ａのフィン３０２ａの枚数の略１．５倍となるようにしている。すなわち、フィン３０２ｂの列数をフィン３０２ａの列数の１．５倍に設計することにより、放熱効果の適正化を図っている。
【００９２】
尚、本実施例では第１のダクト、第２のダクトそれぞれに立設するフィンを列ごとに変えたが、必要な放熱効果を得られれば良いので、発熱する電子部品の配置等も考慮して、どのフィンをどちらのダクトに立設させるかは適宜選択することができる。
【００９３】
例えば、２枚の電子回路基板の消費電力が同じ、且つ発熱分布が基板全体に均等であるなら、２つのダクトに立設するフィンはそれぞれ同じ数にすると良い。
【００９４】
また、電子回路基板の一部の領域で密集して発熱しているなら、その電子回路基板に接続するダクトのフィンをその密集した発熱箇所に集中して立設する等の方法が考えられる。
【００９５】
本実施例の構成においても、効率の良い冷却が可能となり、低騒音でより電気素子の温度を低減させることができる。
【００９６】
（他の実施形態）
次に、上述した本発明における冷却装置をデジタルカメラに実装した実施例について説明する。
【００９７】
図１３において、撮像レンズ２１の後方におけるデジタルカメラ本体２０内には、撮像素子２６が配され、さらにその後方に、本発明における第１のダクト１１と第２のダクト１２からなるダクトユニット１０が配されている。
【００９８】
第２のダクト１２の冷却ファン１３ａ，１３ｂの回転により、筐体吸気口２４から取り込んだ外気を第１のダクト１１，第２のダクト１２内を通過させて筐体排気口２５より排気する気流を発生させ、第１のダクト１１内のヒートシンクを冷却する。
【００９９】
第１のダクト１０の背面側には発熱する電子部品１５を実装した電子回路基板１４が取り付けられ、この電子回路基板上で発生した熱が第１のダクト１１内のヒートシンクへと伝導し、放熱され冷却される。
【０１００】
デジタルカメラ等の映像機器は、高い画像処理能力を実現するために発熱量の多い電子部品を多く実装している反面、小型化、静音化に対する要求が強く、放熱能力の高い大型の放熱器や大型のファンを用いることができない。このような条件の下、本発明のように小型で高効率の放熱が可能で、且つ低騒音の冷却装置が極めて有効である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  冷却ユニット
１０  ダクトユニット
１１  第１のダクト
１１１  ヒートシンク
１１１ａ  第１のフィン領域
１１１ｂ  第２のフィン領域
１１２ａ  第１の放熱フィン列
１１２ｂ  第２の放熱フィン列
１１３ａ，１１３ｂ  吸気口
１１４  分離壁
１１５  取付面
１２  第２のダクト
１３ａ，１３ｂ  冷却ファン
１２１ａ，１２１ｂ  排気口
１４  電子回路基板
１５  電子部品
１６  ダクト
【図１】
2019047028.tif 000003
【図２】
2019047028.tif 000004
【図３】
2019047028.tif 000005
【図４】
2019047028.tif 000006
【図５】
2019047028.tif 000007
【図６】
2019047028.tif 000008
【図７】
2019047028.tif 000009
【図８】
2019047028.tif 000010
【図９】
2019047028.tif 000011
【図１０】
2019047028.tif 000012
【図１１】
2019047028.tif 000013
【図１２】
2019047028.tif 000014
【図１３】
2019047028.tif 000015