JP2004047954A - 側面取り付けファンを備えた高性能冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率の高い冷却装置を提供する。
【解決手段】コンポーネントに熱的に接続するようになっている側方流冷却装置１０であって、ヒート・マス２０と、前記ヒート・マス２０に接触して、外側に延びているアーム１９と、前記アームの下方に延びるリブ２１に接続して、そこから外側に延びているウィング２３と、前記ヒート・マスの垂直軸とほぼアライメントがとれ、前記ヒート・マスの上面及び前記アームの上面及び下面に接続された複数のフィン３０が含まれている。前記側方流冷却装置の第１の側面２及び第２の側面４を形成する、向かい合った端部エッジが含まれ、前記フィンが、それらの間に間隔をあけてスロットが形成されている。第１と第２の側面のいずれかに流入する空気流が、前記スロットを通って、前記向かい合った冷却面３０ｓ及び前記ヒート・マス上で湿り、熱を放散させることを特徴とする、側方流冷却装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、それに接続されたコンポーネントから熱を除去するための側方流冷却装置に関するものである。とりわけ、本発明は、ヒート・マスと、ヒート・マスまわりに形成された、垂直配向を施された複数のフィンを含む、側方流冷却装置に関するものである。ヒート・マス内の熱は、フィン内に垂直方向に拡散する。フィンの冷却面及びフィン間のスロットは、ヒート・マスの縦軸とアライメントがとられていて、側方流冷却装置の側面に配置された空気流源によって、フィンから熱を放散させるための空気流を発生させることができるようになっている。
【０００２】
【従来の技術】
電子技術において周知のように、ヒートシンクを電子装置に接触させると、電子装置の動作によって生じた廃熱がヒート・シンクに熱伝達され、その結果、電子装置が冷却される。マイクロプロセッサ（μＰ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、及び、専用集積回路（ＡＳＩＣ）のような高クロック速度電子装置の出現により、電子装置によって生じる廃熱及び電子装置の動作温度の量が、クロック速度に正比例するようになった。従って、クロック速度が上昇すると、廃熱の発生が増大し、その結果、さらに、電子装置の動作温度が上昇することになる。しかし、電子装置の効率の良い動作には、廃熱の連続した有効な除去が必要になる。
【０００３】
ヒートシンク装置は、上述のタイプのような電子装置から廃熱を放散させるための望ましい手段として広く用いられるようになった。典型的な用途の場合、冷却すべきコンポーネントは、ＰＣボードに取り付けられたコネクタによって支持されている。例えば、クリップまたは固定具を用いてヒートシンクをコネクタに取り付けることによって、ヒートシンクがコンポーネントに装着される。あるいはまた、ヒートシンクが、電子装置を支持するＰＣボードに装着され、固定具等を利用し、ＰＣボードにドリル加工された穴を介して、ヒートシンクとＰＣボードが接続される。
【０００４】
一般に、最新の高クロック速度電子装置に関連して用いられるヒートシンクでは、ヒートシンクの上部、または、ヒートシンクの冷却フィン／ベーンによって形成された空洞内に取り付けられた電動ファンが利用される。冷却フィンによって、ヒートシンクの表面積が増し、ヒートシンクからヒートシンクを包囲する周囲空気への熱伝達が最大になる。ファンによって、空気が冷却フィンの上及びまわりを循環し、その結果、冷却フィンから周囲空気に熱が伝達されることになる。
【０００５】
前述のように、クロック速度が上昇し続けると、電子装置によって生じる廃熱量も増大する。従って、電子装置を十分に冷却するには、より大型のヒートシンク及び／またはより大型のファンが必要になる。ヒート・シンクのサイズを拡大すると、熱を放散させることが可能なサーマル・マス及び表面積が増大する。ファン・サイズを拡大すると、冷却フィンを吹き抜ける空気流が増大する。
【０００６】
ファン及びヒートシンクのサイズ拡大には欠点がある。第１に、ヒートシンクのサイズが垂直方向（すなわち、ＰＣボードに対する横断方向）に拡大すると、ヒート・シンクの背が高くなり、デスクトップ・コンピュータのシャーシような、ヒートシンクを支持するシステムの垂直空間内に納まることができなくなる。
【０００７】
第２に、ＰＣボードが垂直配向の場合、重くて、背の高いヒートシンクは、ＰＣボード及び／または電子装置に機械的応力を加え、結果として、電子装置またはＰＣボードが故障することになる。
【０００８】
第３に、背の高いヒートシンクは、ヒートシンクとヒートシンクが収容されているシャーシとの間に、十分な空気流がファンに吸い込まれるまたはファンから吹き出されることを可能にするための追加の垂直クリアランスを必要とする。
【０００９】
第４に、ヒートシンクがフィンによって円筒形状に形成されている場合、フィンに吸い込まれ、フィンから吹き出される空気流が、隣接するヒートシンクによって阻止され、結果として、冷却効率が低下するので、こうしたヒートシンクのいくつかを互いに近接して配置するのが不可能である場合が多い。
【００１０】
最後に、ファン・サイズが拡大して、冷却能力が高くなると、ファンによって生じるノイズが大きくなる。デスクトップ・コンピュータまたは携帯式コンピュータのような多くの用途において、ノイズの発生を最小限に抑えることは極めて望ましい。さらに、電力供給をバッテリに依存する携帯用途の場合、大型化したファンによる電力消耗の増大は、廃熱を除去するための容認できる解決策ではないということになる。
【００１１】
冷却フィンを備えた上述のヒートシンクの場合、フィンによって形成される空洞内にファンを取り付けることには、さらなる欠点がある。第１に、ファンがヒート・マスに直接取り付けられるので、ヒートシンクのヒート・マスのかなりの部分がファンによって塞がれることになり、従って、ファンからの空気が、ヒート・マスの塞がれた部分の上を循環しないので、ヒート・マスからの可能性のある放熱経路が塞がれることになる。
【００１２】
第２に、ファンがなければ、フィンの深さは、ヒート・マスの中心までずっと延びるが、ファンは、ファン・ブレードのクリアランスが得られるように、その直径がファンの直径よりわずかに大きい空洞内に取り付けられるので、フィンの深さと表面積は、ファンの直径だけ減少することになる。従って、ヒートシンクのヒート・マスは、フィンの表面積の減少を補償するため、拡大しなければならない。ヒート・マスを拡大すると、ヒートシンクのサイズ、コスト、及び、重量が増大することになる。
【００１３】
第３に、フィンの深さが減少すると、損傷時に、フィンが曲がりやすくなる。曲がったフィンによって生じる可能性のある結果の１つは、フィンとファン・ブレードの接触による、ファン・ブレードの損傷及び／またはファンの失速であり、その結果、ファンが損傷を被るか、あるいは、ファンが機能しなくなる。
【００１４】
ファンは、フィンによって形成される空洞内に取り付けられるので、ファンの電源リードがフィン間のスペースを通るように経路指定しなければならない。フィンの鋭いエッジによって、電源リードが切断されるか、または、短絡が生じる可能性がある。いずれにせよ、結果として、ファンが故障することになる。
【００１５】
最後に、ヒートシンクに対するファンの取り付けには、一般に、接着剤が用いられるが、接着剤がファン内に入り込み、ファンを故障させる可能性がある。ファンによって生じる空気循環は、電子装置から廃熱を有効に放散させるのに不可欠であるため、上述のファン故障モードのうちのどれであろうと、ヒートシンクによる冷却の設計対象となった電子装置の故障につながる可能性がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、廃熱の除去に利用可能な表面積が最大になるように、できるだけ多くのフィンが設けられた１つ以上の表面を備えるヒート・マスを含む冷却装置を提供することにある。本発明のもう１つの目的は、ヒート・マスに接続されるフィンの数を増加させ、ファンからの空気流が、ヒート・マス及びフィンの上を吹き抜けて、廃熱を放散させることができるように、ファンによって塞がれないヒート・マスを含む冷却装置を提供することにある。本発明のもう１つの目的は、垂直クリアランスの要件が軽減されるように、その縦軸に沿ってアライメントがとられたフィン付きの中央ヒート・マスが設けられた、冷却装置を提供することにある。本発明のさらにもう１つの目的は、ファンからの空気流が、縦軸に沿って、冷却装置のフィン及びヒート・マスの上を吹き抜けることができるように、また、ファンへの空気の吸い込み及びファンからの空気の吹き出しが容易に行えるように、冷却装置の側にファンを取り付けるようになっている、冷却装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
一般に、本発明は、コンポーネントから熱を放散させるための側方流冷却装置によって具現化される。一般に、コンポーネントは、電子コンポーネントまたは電子装置であるが、本発明の側方流冷却装置は、任意の発熱装置に関連して利用することが可能であり、電子装置またはコンポーネントとの利用に制限されるものではない。
【００１８】
本発明の側方流冷却装置には、上面と、冷却すべきコンポーネントに熱的に接続するための取り付け面と、向かい合った側面と、向かい合った端面を備えたヒート・マスが含まれている。向かい合った側面の外側に延びるアームには、上面及び下面が含まれている。アームには、リブが接続されており、アームから下方に延びている。リブには、ウィングが接続されており、リブの外側に延びている。
【００１９】
複数のフィンが、ヒート・マスの上面と、アームの上面及び下面に接続されている。フィンは、接続されている表面から外側に延び、ヒート・マスの垂直軸に沿って整列するように、ヒート・マスの垂直軸とのアライメントがとられている。各フィンには、上部エッジ、向かい合った端部エッジ、及び、向かい合った冷却面が含まれている。向かい合った端部エッジによって、側方流冷却装置の第１の側面及び第２の側面が形成されている。フィンは、間隔をあけて配置されており、隣接する冷却表面間のスペースによって、スロットが形成されている。スロット及び冷却表面は、ヒート・マスの縦軸に対してアライメントがとられている。
【００２０】
ほぼ縦軸に沿った方向に第１の側面と第２の側面のいずれかに流入する空気流は、スロットを吹き抜けて、フィンの冷却面及びヒートマスを渡り、ヒート・マスから熱を放散させる。
【００２１】
例えば、第１の側面及び第２の側面の一方または両方にファンのような空気流源を取り付けて、空気流を発生させることが可能である。空気流源は、側方流冷却装置に対して水平に取り付けられるので、本発明によれば、垂直取り付けファンに関連した問題が解決される。さらに、空気流源の側面取り付けによって、シャーシ、他の冷却装置、他のコンポーネント等によって塞がれたり、あるいは、別様に妨害されることなく、空気流源への空気の吸い込み及び空気流源からの空気の吹き出しを容易に行うことが可能になる。
【００２２】
空気流源の側面取り付けのもう１つの利点は、空気流を増大させるため、空気流源の１つ以上に故障が生じた場合の冗長性をもたらすため、あるいは、１つの空気流源がフィン間のスロットに空気流を押し込み、もう１つの空気流源がスロットから空気流を引き出す、プッシュ・プル空気流を生じさせるために、第１と第２の側面に２つ以上の空気流源を取り付けることができるという点である。
【００２３】
さらに、空気流源が側面に取り付けられるので、ヒート・マスが空気流源によって塞がれない。従って、ヒート・マスに接触するフィン数を増すことが可能になり、その結果、ヒート・マスからフィンへの熱伝達が増大することになる。
【００２４】
さらに、フィンによって覆われていないヒート・マスの表面領域は、空気流に対して開放されるので、空気流は、ヒート・マスの上を吹き渡って、ヒート・マスから熱を放散させることが可能になる。
【００２５】
本発明の他の態様及び利点については、例示のために本発明の原理を図解した添付の図面に関連して記述される、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な説明及び図面中のいくつかの図において、同様の構成要素は、同様の参照番号で識別される。
【００２７】
例証のため図面に示されているように、本発明は、コンポーネントから熱を放散させるための側方流冷却装置において具現化される。本発明の側方流冷却装置には、上面、取り付け面、向かい合った側面、及び、向かい合った端面を備えたヒート・マスが含まれている。
【００２８】
向かい合った側面の外側に延びるアームには、上面と下面が含まれている。アームには、リブが接続されており、アームから下方に延びているリブには、ウィングが接続されており、リブから外側に延びている。
【００２９】
複数のフィンが、ヒート・マスの上面と、アームの上面及び下面に接続されている。フィンは、ヒート・マスの向かい合った端面にも接続することが可能である。フィンは、接続された表面の外側に延び、ヒート・マスの垂直軸に沿ってアライメントがとられている。各フィンには、上部エッジ、向かい合った端部エッジ、及び、向かい合った冷却面が含まれている。向かい合った端部エッジによって、側方流冷却装置の第１の側面及び第２の側面が形成されている。フィンは、隣接する冷却面間にスロットを形成するように、間隔をあけて配置されている。スロット及び冷却面は、ヒート・マスの縦軸とアライメントがとられている。
【００３０】
第１及び第２の側面の一方からほぼ縦軸に沿った方向に流入する空気流が、スロットを吹き抜けて、フィンの冷却面及びヒート・マスの上を渡り、ヒート・マスから熱を放散させる。
【００３１】
図１、２、及び、３において、側方流冷却装置１０には、全体が２０として表示されたヒート・マスが含まれている。ヒート・マス２０には、上面１１、取り付け面１３、向かい合った側面１５、及び、向かい合った端面１７が含まれている。取り付け面１３は、ヒート・マス２０と、コンポーネントからヒート・マス２０への放熱によって冷却されることになるコンポーネント（不図示）を熱的に接続するようになっている。ヒート・マス２０とコンポーネントとの熱的接続は、取り付け面１３をコンポーネントに直接接続することによって実施可能である（図２１を参照されたい）。すなわち、コンポーネントの表面は、取り付け面１３に物理的に直接接続することが可能である。
【００３２】
側方流冷却装置１０には、ヒート・マス２０に接続されて、向かい合った側面１５の外側に延びるアーム１９も含まれている。アーム１９には、上面１９ａ及び下面１９ｂが含まれている。アーム１９には、リブ２１が接続されており、アーム１９の下方に延びている。
【００３３】
リブには、ウィング２３が接続されており、リブ２１の外側に延びている。ウィング２３は、側方流冷却装置１０をコンポーネントに接続するようになっている。後述するように、側方流冷却装置１０とコンポーネントの接続は、固定具（不図示）を用いて、側方流冷却装置１０をコンポーネントに接続することを含む、さまざまな方法を利用して実施可能である。例えば、ウィング２３には、ウィング２３を貫く複数のアパーチャ２３ａを含むことが可能であり、ネジのような固定具をアパーチャ２３ａに挿入して、コンポーネントを側方流冷却装置１０に接続することが可能である。接続は、コンポーネントとの直接接続とすることもできるし、あるいは、例えば、コンポーネントを支持するコネクタまたはＰＣボードとの間接接続とすることも可能である。
【００３４】
ヒート・マス２０の垂直軸Ｖとほぼアライメントのとれた複数のフィン３０が、ヒート・マス２０の上面１１と、アーム１９の上面及び下面（１９ａ、１９ｂ）に接続されている。図６及び７において、各フィン３０には、向かい合った冷却面３０ｓ、上部エッジ３０ｔ、及び、向かい合った端部エッジ３０ｅが含まれている。さらに、フィン３０は、隣接する冷却面３０ｓ間にスロットＳが形成されるように、間隔ｄをあけて配置されている。スロットＳ及び向かい合った冷却面３０ｓは、ヒート・マス２０の縦軸Ｌとほぼアライメントがとれている。向かい合った端部エッジ３０ｅによって、側方流冷却装置１０の第１の側面２及び第２の側面４が形成されている。
【００３５】
図６は、図４及び１１の断面図のセクションｄｄについて描かれたフィン３０の詳細図である。フィン３０は、ヒート・マス２０の上面１１に接続されて、上面１１の外側に延び、垂直軸Ｖとアライメントがとれている。
【００３６】
図７は、図５及び１２の平面図のセクションｅｅについて描かれた（すなわち、ヒート・マス２０の上面１１から見下ろした）フィン３０の詳細図である。向かい合った端部エッジ３０ｅによって、側方流冷却装置１０の第１及び第２の側面（２、４）が形成されている。フィン３０は、隣接する冷却面３０ｓ間にスロットＳが形成されるように、間隔ｄをあけて配置されている。スロットＳ及びフィン３０の冷却面３０ｓは、両方とも、ヒート・マス２０の縦軸Ｌとほぼアライメントがとれている。
【００３７】
第１及び第２の面（２、４）の一方からほぼ縦軸Ｌに沿った方向に流入する空気流Ｆは、スロット２を吹き抜けて、冷却面３０ｓの上で湿り、ヒート・マス２０から熱を放散する。さらに、図６の場合、空気流Ｆは、ヒート・マス２０のフィン３０が設けられていない部分の上を吹き渡り、上面１１の露出部分の上で湿って、ヒート・マス２０から熱を放散するようにもなっている。空気流Ｆは、縦軸Ｌのいずれかの方向に流れることが可能である。
【００３８】
図６では、上面１１の上で湿り、冷却面３０ｓの上を吹き渡る空気流Ｆは、図面に入り込む（＋）か、または、図面から出てくる（●）ように描かれており、一方、図７では、空気流Ｆは、双方向の点線矢印Ｆで描かれている。空気流Ｆは、やはり、上面及び下面（１９ａ、１９ｂ）の露出部分の上で湿り、ヒート・マス２０からさらに熱を除去する。すなわち、上面及び下面（１９ａ、１９ｂ）のその部分は、フィン３０が設けられていない。従って、図６の説明は、上面及び下面（１９ａ、１９ｂ）の上で湿る空気流Ｆにも当てはまる。
【００３９】
図８、９、１０、１１、１２、及び、１３に例示された本発明の実施態様の１つにおいて、ヒート・マス２０の向かい合った端面１７には、複数のフィン３０が接続されており、向かい合った端面１７の外側に延びている（図１０を参照されたい）。フィン３０は、ヒート・マス２０の垂直軸Ｖとほぼアライメントがとれている（図９、１１、及び、１３を参照されたい）。向かい合った端面１７のフィン３０は、空気流Ｆへの熱伝達に利用可能な表面積の増大によって、ヒート・マス２０からの熱放散をさらに増大させる。向かい合った端面１７のフィン３０は、さらに、ヒート・マス２０の質量を減少させる。すなわち、側方流冷却装置１０の寸法が等しい場合、ヒート・マス２０の容積が、向かい合った端面１７に接続されたフィン３０によって減少するので、図１及び３に例示の実施態様のほうが、図８及び１０に例示の実施態様よりも質量が大きくなる。
【００４０】
図１４及び１５に例示の本発明のもう１つの実施態様の場合、側方流冷却装置１０には、取り付け面１３に接続された熱界面材料４１が含まれている。熱界面材料４１は、図１５の断面図に描かれたように、ヒート・マス２０とコンポーネント５０を熱的に接続する働きをする。例えば、コンポーネント５０は、ＡＳＩＣのような電子コンポーネントとすることが可能である。
【００４１】
図１６及び１７に例示の本発明のさらにもう１つの実施態様の場合、側方流冷却装置１０には、取り付け面１３からはめ込まれて（図１７を参照されたい）、ヒート・マス２０内に空洞４３を形成する凹部が含まれている。熱界面材料４１が、空洞４３内に配置され、ヒート・マス２０と接触している。熱界面材料４１は、図１７の断面図に描かれているように、ヒート・マス２０とコンポーネント５０を熱的に接続する働きをする。
【００４２】
熱界面材料４１によって、コンポーネント５０の表面５１からの廃熱を取り付け面１３に熱的に伝達し、ヒート・マス２０に送り込むための熱伝導経路が形成されている。さらに、熱界面材料４１は、取り付け面１３と表面５１との間の微小空隙（すなわち、ギャップ）を密封し、それによって、コンポーネント５０からヒート・マス２０への熱伝達を促進することが可能である。
【００４３】
熱界面材料４１に適した材料には、制限するわけではないが、熱伝導性ペースト、熱伝導性グリース、シリコン、パラフィン、相転移材料、黒鉛、コーティングされたアルミ箔、及び、カーボン・ファイバが含まれている。熱界面材料４１は、例えば、取り付け面１３に対してスクリーン印刷するか、ペースト塗布するか、接着することが可能である。あるいはまた、熱界面材料４１は、コンポーネント５０の表面５１に対してスクリーン印刷するか、ペースト塗布するか、または、接着することも可能である。
【００４４】
図１８、１９、２０、及び、２１に例示の本発明の代替実施態様では、ヒート・マス２０の上面１１は、図１８及び２１に描かれた弓形状、図１９に描かれた傾斜形状、または、図２０に描かれたほぼ平面形状（すなわち、フラットな形状）を備えることが可能である。弓形輪郭の例には、制限するわけではないが、半円形状と円錐形状が含まれる。表面１１の弓形または傾斜輪郭によって、図２０のほぼ平面形状１９ｐのような、フラットなまたは直線的な輪郭に比べると、ヒート・マス２０からフィン３０への熱伝達がわずかに改善される。
【００４５】
図１８、１９、及び、２１に例示の本発明の実施態様の１つでは、アーム１９に、垂直軸Ｖに対する正の勾配部分と、アーム１９の上面１９ａに沿って、ヒート・マス２０の上面からリブ２１まで延びる第１の輪郭と、アーム１９の下面１９ｂに沿って、ヒート・マス２０の向かい合った側面１５からリブ２１まで延びる第２の輪郭が含まれている。
【００４６】
第２の輪郭は、下面１９ｂが向かい合った側面１５と接続する、第１象限Ｑ１から始まるのが望ましい。第１及び第２の輪郭は、図１８に描かれたような傾斜輪郭（１９_ＳＵ、１９_ＳＬ）、または、図１９に描かれたような弓形輪郭（１９_ＡＵ、１９_ＡＬ）とすることが可能である。垂直軸Ｖに対する正の勾配部分と、第１及び第２の輪郭は、図２１に示すように、アーム１９が、非偏向位置Ｕから偏向位置Ｄまで偏向できるようにする働きをする。偏向状態において、アーム、リブ、及び、ウィングは、それぞれ、１９′、２１′、及び、２３′で表示されている。
【００４７】
アーム１９の偏向に関する利点には、側方流冷却装置１０、コンポーネント５０、コンポーネント５０が取り付けられるＰＣボード、または、コンポーネント５０が取り付けられるコネクタのうちの１つ以上の間における製造公差のばらつきの補償が含まれている。例えば、取り付け面１３及び／またはコンポーネントの表面５１は、完全な平面ではない可能性があり、アーム１９の偏向によって、それら表面の不完全性を補償することが可能になる。
【００４８】
向かい合った側面１５におけるアーム１９の第１の厚さｔ_１がリブ２１における第２の厚さｔ_２まで逓減するように、アーム１９をテーパ状にすることによって、非偏向位置Ｕから偏向位置Ｄまでアーム１９を偏向させるのに必要な力を減らすことが可能である。第２の厚さｔ_２は、第１の厚さｔ_１より薄い（すなわち、ｔ_１＞ｔ_２）。
【００４９】
ｔ_１及びｔ_２に関する値は、側方流冷却装置１０にとって所望の取り付け荷重及び側方流冷却装置１０のために選択された材料の引張強さに基づいて計算することが可能である。一例として、引張強さが６０．０Ｎ／ｍｍ^２のアルミニウム（Ａｌ）は、ｔ_１＝５．０ｍｍ及びｔ_２＝３．５ｍｍの値を必要とするが、この場合、側方流冷却装置１０の取り付け荷重に関する定格は２５ポンドである。
【００５０】
偏向力を減らす利点には、コンポーネント５０に取り付けてしまうと、側方流冷却装置１０が及ぼすバネ力が、コンポーネントに応力を加えなくなる可能性が低下することと、コンポーネント５０に側方流冷却装置１０を取り付けるのに必要な力が減少することが含まれる。
【００５１】
やはり、図１８、１９、及び、２０に例示された本発明のもう１つの実施態様の場合、ウィング２３の厚さｔ_３は、側方流冷却装置１０がコンポーネント５０に接続された場合に、ウィング２３を曲げる（ｆ）ことができるように（曲げた状態のウィングを表す点線２３″で表示）あらかじめ選択されている。曲げｆには、第１象限Ｑ１をわずかな偏向ｄ（点線矢印ｄを参照されたい）の回転軸とした、アーム１９及びリブ２１のわずかな偏向が含まれる。
【００５２】
曲げｆの範囲は、０．０ｍｍ〜１．０ｍｍとすることが可能であり、曲げｆの範囲は、アーム１９の前述の偏向よりも狭い。一例を挙げると、引張強さが６０．０Ｎ／ｍｍ^２のアルミニウム（Ａｌ）の場合、ウィング２３の厚さｔ_３に関する値は、約４．０ｍｍ〜約１．５ｍｍとすることが可能である。厚さｔ_３の実際の値は、２〜３例を挙げると、用途、所望の取り付け加重、及び、側方流冷却装置１０のために選択される材料を含むいくつかの要素によって決まる。
【００５３】
図２０に描かれた実施態様の場合、アーム１９のほぼ平坦な輪郭１９ｐは、図１８及び１９に関連して上述のアームの大幅な偏向を許さないが、曲げｆが、わずかな偏向ｄをもたらす働きをする。
【００５４】
曲げｆは、アーム１９の偏向に関連して上述の製造公差のばらつきを補償し、コンポーネント５０からヒート・マス２０への熱伝達が効率よく行われるように、コンポーネント５０と取り付け面１３との接触を確実なものにするために利用することも可能である。曲げｆは、さらに、側方流冷却装置１０によってコンポーネント５０に加えられる荷重力Ｌ_Ｆ及びコンポーネント５０によって側方流冷却装置１０に加えられる反荷重力Ｌ_Ｆ（図２１を参照されたい）のアライメントがほぼ垂直軸Ｖに沿ってとれるように、コンポーネント５０に対してヒート・マス２０を位置調整するのにも役立つ。
【００５５】
図２０に例示の代替実施態様の場合、アーム１９は、上面及び下面（１９ａ、１９ｂ）の輪郭１９ｐがほぼ平坦である（すなわち、フラットである）。図２０の構成は、アーム１９の大幅な偏向が必要とされないか、あるいは、製造の容易さが所望される用途に利用することが可能である。さらに、ウィング２３は、図１８、１９、及び、２１の倣削りされた（ｐｒｏｆｉｌｅｄ）テーパ状アーム１９によって得られた、上述の利点のいくつかを実現するために利用可能な曲げｆを考慮して、あらかじめ選択された厚さｔ_３を備えることが可能である。
【００５６】
図２２及び２３に例示された本発明の実施態様の１つでは、側方流冷却装置１０には、フィン３０の上部エッジ３０ｔに隣接して配置されて、空気流Ｆが上部エッジ３０ｔからフィン３０から吹き出るのを阻止し、空気流Ｆをほぼ縦軸Ｌに沿った方向に制限する働きをするカバー６０が含まれている。
【００５７】
カバー６０は、フィン３０の上部エッジ３０ｔ、フィン３０の冷却面３０ｓ、または、フィン３０の上部エッジ３０ｔと冷却面３０ｓの両方に接触可能である。例えば、カバー６０には、カバー６０と最も外側の組をなす冷却面３０ｓを接続するために、固定具（不図示）を挿入することが可能なアパーチャ６３を含むことが可能である。カバー６０をフィン３０の上部エッジ３０ｔに接触させて、上部エッジ３０ｔとカバー６０の間にギャップが生じないようにし、空気流Ｆが、冷却面３０ｓ及びヒート・マス２０の露出表面の上だけしか吹き抜けないように制限するのが望ましい。さらに、カバー６０と上部エッジ３０ｔの間にギャップがある場合には、空気流Ｆは、そのスペースを吹き抜ける際に、ノイズを発生する可能性がある。
【００５８】
カバー６０は、制限するわけではないが、２〜３例を挙げると、固定具、溶接、バネ、グルーイング、及び、接着剤を含む方法を利用して、側方流冷却装置１０に接続することが可能である。
【００５９】
図２２、２３、及び、２４に例示された本発明のもう１つの実施態様の場合、側方流冷却装置１０には、ほぼ縦軸Ｌに沿った方向に空気流Ｆを発生する働きをする少なくとも１つの空気流源７０が含まれている。空気流源７０は、第１の側面２、第２の側面４、または、第１の側面２及び第２の側面４に隣接して配置される。
【００６０】
空気流源７０は、制限するわけではないが、ファン及びシステム・ファンを含む空気流源とすることが可能である。システム・ファンは、システムの冷却、並びに、側方流冷却装置１０のための空気流Ｆの発生のために、システムにおいて用いられるファンである。ファンは、側方流冷却装置１０のための空気流Ｆの発生専用ファンである。
【００６１】
空気流源７０は、フィン３０の冷却面３０ｓに接続することが可能である。例えば、空気流源７０がファンの場合、固定具７５を利用して、ファンとフィン３０の冷却面３０ｓを接続することが可能である。固定具７５のネジをスロットＳに挿入して、冷却面３０ｓと係合させることによって、ファンと側流冷却装置１０を接続し、ファンによって生じる空気流Ｆが、フィン３０間のスロットＳにほぼ縦軸Ｌに沿った方向に流入するように、ファンを側面（２、４）に隣接して配置することが可能である。
【００６２】
図２２の場合、空気流源７０は、第１の側面２に隣接して配置されている。空気流源は、側面（２、４）に直接接触可能である。空気流源７０によって生じる空気流Ｆは、フィン３０の冷却面３０ｓを渡って引き込まれ（すなわち、吸引される、または、吸い込まれる）、フィン３０の冷却面３０ｓを渡って押し出される（すなわち、吹き出される）ようにすることが可能である。
【００６３】
同様に、図２３の場合、空気流源７０は、第２の側面４に隣接して配置されており、空気流Ｆは、フィン３０の冷却面３０ｓを渡って引き込まれるか、押し出されるようにすることが可能である。例えば、空気流源７０は、ハブ７１と、ハブ７１に接続されたファン・ブレード７５を備え、モータ（不図示）によってハブ７１を回転させると、空気流Ｆを発生する、ファンとすることが可能である。
【００６４】
側方流冷却装置１０の利点の１つは、双方向空気流Ｆでヒート・マス２０から熱を放散させることである。すなわち、空気流Ｆは、点線矢印Ｆで示すように、縦軸Ｌに沿ったいずれか任意の方向とすることが可能である。
【００６５】
図２４の場合、空気流源７０は、第１と第２の側面（２、４）の両方に隣接して配置される。さらに、第１と第２の側面（２、４）に隣接して、２つ以上の空気流源７０（２つが示されている）を配置することも可能である。空気流Ｆは双方向とすることができるので、第１の側面２に配置された空気流源７０は、側方流冷却装置１０によって空気を押し出し、第２の側面４に配置された空気流源７０は、側方流冷却装置１０によって空気を引き込むことが可能であり、あるいは、この逆にすることも可能である。
【００６６】
側面取り付け空気流源７０に関して可能性のある構成は数多く存在する。例えば、空気流源７０は、側面（２、４）のそれぞれに配置することが可能である。空気流源７０の一方は、もう一方の空気流源７０が故障した場合の、冗長空気流源７０とすることが可能である。あるいはまた、前述のプッシュ・プル構成で動作させることも可能である。
【００６７】
もう１つの可能性のある構成では、同じ側面、すなわち、側面２または側面４に、２つ以上の空気流源７０が配置される。冗長性が得られるように、空気流源７０の一方を予備空気流源７０とすることもできるし、あるいは、両方の空気流源７０を同時に動作させて、空気流Ｆを増大させることも可能である。
【００６８】
図２４の場合、空気流源７０は、固定具７５を利用して、互いに、及び、それぞれの側面（２、４）に対して接続される。他の方法を利用して、空気流源７０と側面（２、４）を接続することも可能であり、本発明は、本明細書に解説の形態に制限されるものではない。例えば、クリップ、バネ、または、ファン取り付けリングを用いて、接続を実施することも可能である。
【００６９】
図２５の場合、側方流冷却装置１０には、第１の開口部９１及び第２の開口部９３を含む少なくとも１つのダクト９０が含まれている。第２の開口部９３は、第１の側面２または第２の側面４に隣接して配置することもできるし、あるいは、ダクト９０を２つ用いる場合には、第１と第２の側面（２、４）の両方に隣接して配置することも可能である。ダクト９０は、空気流Ｆをほぼ縦軸Ｌに沿った方向に導く働きをする。第１の開口部９１は、空気流Ｆを発生する働きをする少なくとも１つの空気流源７０に接続されている。空気流Ｆは、双方向性とすることが可能である。ダクト９０は、制限するわけではないが、円形輪郭及び矩形輪郭を含む断面輪郭を備えることが可能である。ダクト９０の断面輪郭は円形が望ましい。
【００７０】
ウィング２３には、側面（２、４）の外側に延びて、空気流源７０と側面（２、４）のアライメントをとり、側方流冷却装置１０への取り付けのため、空気流源７０の位置決めをするようになっている、延長部分２３ｅ（図３及び図２２〜２５を参照されたい）を含むことが可能である。例えば、リブ２１が十分に厚ければ、リブ２１に、空気流源７０（例えば、ファン）を側面（２、４）の一方または両方に接続するネジ付き固定具を受けるように雌ネジが切られた穴２１ｈ（図１５を参照されたい）を含むことが可能である。同様に、空気流源７０と側面（２、４）のアライメントを利用すると、空気流源７０の穴とフィン３０間のスロットＳのアライメントをとり、固定具を挿入して、空気流源７０と側方流冷却装置１０を接続することが可能になる。
【００７１】
ダクト９０は、例えば、固定具（７５、７７）を利用して、側面（２、４）及び空気流源７０と接続することが可能である。固定具７７は、第１の開口部９１と空気流源７０を接続するために利用することが可能であり、固定具７５は、第２の開口部９３と側面（２、４）を接続するために利用することが可能である。前述のように、空気流源７０は、ファンまたはシステム・ファンとすることが可能であり、第１の開口部９１に、１つ以上のファンを接続することが可能である。第１及び第２の開口部（９１、９３）は、ダクト９０と同じ形状である必要はない。例えば、ダクト９０の断面が円形の場合、第１及び第２の端部（９１、９３）の断面は、側面（２、４）及び／または空気流源７０の形状を補完して、側面（２、４）及び空気流源７０に対するダクト９０の取り付けを容易にする矩形が望ましい場合もある。
【００７２】
延長部分２３ｅは、ダクト９０の利用に関連して同じ機能を果たすことが可能であるが、この場合、ダクト９０の第２の開口部９３のフランジまたは他の部分は、延長部分２３ｅとの間に配置され、側面（２、４）とアライメントがとられる。例えば、第２の開口部９３は、固定具を利用して、フィン３０間のスロットＳ、または、リブ２１の雌ネジが切られた穴２１ｈと接続することが可能である。
【００７３】
ダクト９０は、図２５に例示のように、直線状である必要はない。図２６の場合、ダクト９０は、断面が円形であり、９０度のベンドも含んでいる。ダクト９０は、空気流源７０から第２の開口部９３に空気流Ｆを導き、空気流が第２の開口部９３に達すると、側面（２、４）から、ほぼ縦軸Ｌに沿った方向に空気流を流入させる。
【００７４】
ダクト９０の材料は、用途次第であるが、電子機器の用途では、ダクト９０は、少なくとも４５．０℃の温度に耐えることが可能な材料から製造されることが望ましい。適合する材料には、制限するわけではないが、プラスチック、薄板金、または、ゴムが含まれる。例えば、ダクト９０に成形プラスチックを利用することが可能である。
【００７５】
側方流冷却装置１０の材料には、制限するわけではないが、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、シリコン基板（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、前述の材料の合金、及び、前述の材料の組み合わせといった、熱伝導率の高い金属が含まれる。例えば、アルミニウム本体の上の銅のプラグまたはアルミニウム本体付きシリコン基板台座。
【００７６】
側方流冷却装置１０は、制限するわけではないが、機械加工が後続する押し出し成形を含む、さまざまなプロセスを利用して製造可能である。例えば、ヒート・マス２０、アーム１９、リブ２１、ウィング２３、及び、フィン３０は、押し出し成形プロセスによって形成することが可能である。押し出し成形品は、側方流冷却装置１０にとって望ましい長さに切断される。次に、切断された押し出し成形品の底部に機械加工を施して、取り付け面１３が形成される。研削または研磨といったプロセスを利用して、取り付け面１３にとって望ましい表面仕上げを実現することが可能である。
【００７７】
ウィング２３には、アパーチャ２３ａを形成するため、穴のドリル加工または打ち抜きを施すことが可能である。冷却面３０ｓを吹き渡る空気流Ｆからのノイズが低減するように、冷却面３０ｓの表面仕上げを改善するため、冷却面３０ｓに沿ってフィン３０の機械加工が施される。ドリル加工でリブ２１に穴２１ｈをあけ、所望であれば、ネジを切った固定具を収容するため、雌ねじを切ることが可能である。
【００７８】
あるいはまた、側方流冷却装置１０は、原材料から機械加工、ダイカスティング、または、衝撃鍛造（ｉｍｐａｃｔ　ｆｏｒｇｅｄ）によって完成することが可能である。フィン３０は、浸漬ろう付けまたは真空ろう付けによって、ヒート・マス２０に均一に形成することが可能である。ろう付けプロセスを利用すると、ヒート・マス２０に薄い板金のフィンをろう付けすることによって、冷却に利用可能な表面積を増すことが可能になる。
【００７９】
側方流冷却装置１０を押し出し成形し、さらに、ヒート・マス２０、アーム１９、リブ２１、ウィング２３、及び、複数のフィン３０が均質に形成された構成部品になるように、機械加工を施すのが望ましい。
【００８０】
カバー６０は、側方流冷却装置１０と同じ材料から製造することもできるし、あるいは、成形金属、薄板金、成形プラスチック、または、成形熱可塑性プラスチックから製造することも可能である。
【００８１】
図３、１０、及び、１３の場合、向かい合った側面１５は、ヒート・マス２０の縦軸Ｌとほぼ平行に描かれており、向かい合った端面１７は、ヒート・マス２０の横軸Ｔとほぼ平行に描かれている。側面（１５、１７）は、前述の軸に対してほぼ平行である必要はなく、また、平坦な表面である必要もない。例えば、押し出し成形のような、一部の製造プロセスには、平坦で平行な表面が望ましい場合もあり得る。しかし、側面（１５、１７）の実際の形状が、本明細書に記載のものに制限されることはない。
【００８２】
本発明のいくつかの実施態様を開示し、例証してきたが、本発明は、このように解説され、例証された部分の特定の形態または構成に制限されるものではない。本発明は、請求項による制限だけしか受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンポーネントから熱を放散させるための側方流冷却装置の側方から見た底面図である。
【図２】図１の側方流冷却装置の断面図である。
【図３】図１の側方流冷却装置の底面図である。
【図４】図５のラインＡ−Ａに沿って描かれた断面図である。
【図５】図１の側方流冷却装置の平面図である。
【図６】図４及び１１の断面図のセクションｄｄにおける複数のフィンをより詳細に描いた図である。
【図７】図５及び１２の平面図のセクションｅｅにおける複数のフィンをより詳細に描いた図である。
【図８】本発明によるコンポーネントから熱を放散させるための側方流冷却装置のもう１つの実施態様に関する側方から見た底面図である。
【図９】図８の側方流冷却装置の断面図である。
【図１０】図８の側方流冷却装置の底面図である。
【図１１】図１２のラインＡ−Ａに沿って描かれた断面図である。
【図１２】図８の側方流冷却装置の平面図である。
【図１３】フィンを吹き抜ける空気流、及び、本発明による側方流冷却装置の軸間における空間関係を描いた、側方から見た平面図である。
【図１４】本発明による取り付け面に接続された熱界面材料の側方から見た底面図である。
【図１５】本発明による取り付け面に接続された熱界面材料の断面図である。
【図１６】本発明によるヒート・マスの空洞に接触した熱界面材料の底面図である。
【図１７】本発明によるヒート・マスの空洞に接触した熱界面材料の断面図である。
【図１８】本発明によるヒート・マス、アーム、リブ、及び、ウィングの構成を表わした断面図である。
【図１９】本発明によるヒート・マス、アーム、リブ、及び、ウィングのもう１つの構成を表わした断面図である。
【図２０】本発明によるヒート・マス、アーム、リブ、及び、ウィングのさらにもう１つの構成を表わした断面図である。
【図２１】本発明による非偏向位置と偏向位置との間におけるアームの曲げを描いた断面図である。
【図２２】本発明による側方流冷却装置の側面に接続された空気流源を描いた側面図である。
【図２３】本発明による側方流冷却装置の側面に接続された空気流源を描いた側面図である。
【図２４】本発明による側方流冷却装置の側面に接続された複数の空気流源の底面図である。
【図２５】本発明による側方流冷却装置に接続されたダクト及び空気流源の底面図である。
【図２６】本発明による空気流源に接続されたダクトを描いた、ラインＮ−Ｎに沿った部分断面図である。
【符号の説明】
１０　側方流冷却装置
１１　ヒート・マス上面
１３　ヒート・マス取り付け面
１５　ヒート・マス側面
１７　ヒート・マス端面
１９　アーム
１９ａ　アーム上面
１９ｂ　アーム下面
２０　ヒート・マス
２１　リブ
２３　ウィング
３０　フィン
３０ｅ　フィン端部エッジ
３０ｓ　フィン冷却面
３０ｔ　フィン上部エッジ
４１　熱界面材料
４３　ヒート・マス空洞
５０　コンポーネント
７０　空気流源
９０　ダクト
９１　ダクトの第１の開口部
９３　ダクトの第２の開口部

Claims (21)

1. コンポーネントから熱を放散させるための側方流冷却装置において、
   上面、前記コンポーネントに熱的に接続するようになっている取り付け面、向かい合った側面、及び、向かい合った端面を含むヒート・マスと、
   前記ヒート・マスに接触して、前記向かい合った側面の外側に延びており、上面と下面を含んでいるアームと、
   前記アームに接続し、前記アームの下方に延びるリブと、
   前記リブに接続して、そこから外側に延びており、前記側方流冷却装置を前記コンポーネントに接続するようになっているウィングと、
   前記ヒート・マスの垂直軸とほぼアライメントがとれ、前記ヒート・マスの上面及び前記アームの上面及び下面に接続された複数のフィンと、を備え、
   各フィンに、向かい合った冷却面、上部エッジ、前記側方流冷却装置の第１の側面及び第２の側面を形成する、向かい合った端部エッジが含まれることと、前記フィンが、それらの間にスロットを形成するように、間隔をあけて配置されていることと、前記スロット及び前記向かい合った冷却面が、前記ヒート・マスの縦軸とほぼアライメントがとれていることと、
   前記縦軸にほぼ沿った方向において、前記第１と第２の側面のいずれかに流入する空気流が、前記スロットを通って、前記向かい合った冷却面及び前記ヒート・マス上で湿り、前記ヒート・マスから熱を放散させる、
   ことを特徴とする側方流冷却装置。
2. 前記ヒート・マスの前記上面に、弓形状、傾斜形状、及び、ほぼ平面形状からなるグループから選択された形状が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
3. 前記ヒート・マスが、前記取り付け面と前記コンポーネントの間に直接接続することによって、前記コンポーネントに熱的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
4. さらに、前記取り付け面に接続されて、前記ヒート・マスと前記コンポーネントを熱的に接続する働きをする熱界面材料が含まれることを特徴とする、請求項４に記載の側方流冷却装置。
5. さらに、
   前記取り付け面からはめ込まれて、前記ヒート・マスに空洞を形成する凹部と、
   前記空洞内に配置され、前記ヒート・マスに接触し、前記ヒート・マスを前記コンポーネントに熱的に接続する働きをする熱界面材料と、
   が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
6. さらに、前記フィンの上部エッジに隣接して配置され、空気流が、前記フィンの前記上部エッジを通って前記フィンから流出するのを阻止し、空気流をほぼ縦軸に沿った方向に制限する働きをするカバーが含まれることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
7. 前記カバーが、前記フィンの前記上部エッジと前記向かい合った冷却面の選択された一方か、または、前記フィンの前記上部エッジ及び前記向かい合った冷却面に接触していることを特徴とする、請求項６に記載の側方流冷却装置。
8. 前記ヒート・マス、アーム、リブ、ウィング、及び、複数のフィンが、均質に形成された構成部品であることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
9. さらに、縦軸にほぼ沿った方向に前記空気流を発生する働きをする少なくとも１つの空気流源が含まれることと、前記空気流源が、前記第１の側面と前記第２の側面の選択された一方、または、前記第１の側面及び前記第２の側面に隣接して配置されることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
10. 前記空気流源が、ファン及びシステム・ファンからなるグループから選択された空気流源であることを特徴とする、請求項９に記載の側方流冷却装置。
11. 前記空気流源が、前記フィンの前記冷却面に接続されていることを特徴とする、請求項９に記載の側方流冷却装置。
12. さらに、
    第１の開口部及び第２の開口部を含んでおり、前記第２の開口部が、前記第１の側面と前記第２の側面の選択された一方、または、前記第１の側面及び前記第２の側面に隣接して配置されている、縦軸にほぼ沿った方向に空気流を導く働きをする少なくとも１つのダクトと、
    前記第１の開口部に接続されて、前記ダクトに前記空気流を発生する働きをする少なくとも１つの空気流源と、
    が含まれている、請求項１に記載の側方流冷却装置。
13. 前記空気流源が、ファン及びファン・システムからなるグループから選択された空気流源であることを特徴とする、請求項１２に記載の側方流冷却装置。
14. 前記アームに、さらに、
    垂直軸に対する正の傾斜部と、
    前記アームの前記上面に沿って、前記ヒート・マスの前記上面から前記リブまで延びる第１の輪郭と、
    前記アームの前記下面に沿って、前記向かい合った側面から前記リブまで延びる第２の輪郭が含まれることと、
    前記第１と第２の輪郭が、傾斜輪郭及び弓形輪郭からなるグループから選択された輪郭を備えることと、
    前記正の勾配部分と前記第１及び第２の輪郭が、前記アームを非偏向位置Ｕから偏向位置に偏向可能にする働きをすることを特徴とする、
    請求項１に記載の側方流冷却装置。
15. さらに、前記向かい合った側面における第１の厚さからリブにおける第２の厚さへとテーパ状になっているアームのテーパ状部分が含まれており、前記第２の厚さが前記第１の厚さよりも薄いことと、前記アームの前記テーパ状部分が、前記アームを前記非偏向位置から前記偏向位置まで偏向させるのに必要な力を低減する働きをすることを特徴とする、請求項１４に記載の側方流冷却装置。
16. 前記ウィングの厚さが、前記側方流冷却装置と前記コンポーネントが接続された場合に、前記ウィングを曲げることができるようにあらかじめ選択されていることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
17. 前記ヒート・マスの前記向かい合った端面に、さらに、前記向かい合った端部表面に接続されて、そこから外側に延びる複数のフィンが含まれていることと、前記フィンが、前記ヒート・マスの垂直軸とほぼアライメントがとれていることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
18. 前記空気流が、前記アームの前記上面及び前記下面上において湿り、前記ヒート・マスから熱を放散させることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
19. 前記コンポーネントが、電子コンポーネントであることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
20. 前記アームの前記上面及び下面がほぼ平坦な輪郭を備えることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。
21. 前記ウィングに、さらに、前記第１または第２の側面の一方または両方から外側に延びる延長部分が含まれることと、前記延長部分が、前記空気流源と前記側面のアライメントをとるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の側方流冷却装置。

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