JP2001217366A - 回路部品の冷却装置 - Google Patents

回路部品の冷却装置

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JP2001217366A
JP2001217366A JP2000025742A JP2000025742A JP2001217366A JP 2001217366 A JP2001217366 A JP 2001217366A JP 2000025742 A JP2000025742 A JP 2000025742A JP 2000025742 A JP2000025742 A JP 2000025742A JP 2001217366 A JP2001217366 A JP 2001217366A
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heat
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radiating
fan
circuit
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JP2000025742A
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Satoshi Odanaka
聡 小田中
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路基板上の発熱部品からの熱をヒートパイ
プにより効率よく基板外へ導き、ヒートパイプの放熱側
に配置した放熱フィンとファンからなる放熱部によっ
て、機外へ放熱するように構成した回路部品の冷却装置
において、冷却部品の低背化を図りつつ、冷却効率を大
幅に高めた回路部品の冷却装置を提供する。 【解決手段】 回路基板21上の回路部品22に接触し
た受熱部12から2本のヒートパイプ13、14を回路
基板外へ引出し、引き出された放熱側端部を夫々異なっ
た放熱フィン15、16に接続し、更に各放熱フィン間
に配置した一つのファン17によって放熱フィンを冷却
するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は各種電子機器、通信
機器等の電装部を構成する回路基板上に配置される発熱
部品からの発熱を効率的に放熱して当該部品や周辺の他
の部品類が熱から受ける悪影響を解消するようにした回
路部品の冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、通電による作動時に発熱を伴う
発熱部品としての回路部品を実装した回路基板を筐体内
に搭載した電子機器や通信機器においては、この回路部
品に集中する熱を拡散・放出する為、冷却ファン、ヒー
トパイプ等の放熱手段を用いてこの回路部品及びその周
囲の回路基板に実装された実装部品に熱的ダメージを与
えることを防止している。大型の機器にあっては、この
ような放熱手段を配置するスペースを確保することが比
較的容易であるが、小型で薄型の機器にあっては、レイ
アウト上の制限が厳しい為、使用できる放熱手段の形
状、サイズ等に制限があった。また、年々、回路基板上
に実装される発熱部品の高密度化が進んでいるため、回
路基板上の全体的な発熱量が増大してそれによる影響が
増大し、放熱を効率的に行う要請が高まっている。従来
の放熱手段の一つとして、特開平11−121667号
公報に開示された冷却方式は、発熱部品の上面に設けた
受熱板上に頂部を固定して立設した略U字形のヒートパ
イプの2つの端部(放熱部)に放熱板を複数枚所定の間
隔を空けて相互平行に上下方向に配置し、各々を貫通接
続させている。さらに、この構成を複数組み合わせ一体
的に備えられた放熱板を、ダクトを構成する送風路に配
置している。しかし、この冷却方式においては、U字型
のヒートパイプを含む放熱手段が回路基板上の発熱部品
の上面に立設されるため装置全体の高さが大きくなり小
型化を阻害する欠点を有する。また、送風に際して吸気
口から導入した空気が下流に位置する放熱板側に達した
時には、既に上流側で暖められ状態となっており、放熱
効果が低下してしまうという欠点があった。また、特開
平10−92990号公報には、受熱板上に発熱部品を
載置すると共に、該受熱板にヒートパイプの受熱側端部
を接続し、更にヒートパイプの放熱側端部をヒートシン
クブロックに固定したユニットを複数積層し、更にこの
積層体の頂部にファンを配置した冷却構造が開示されて
いる。しかし、この冷却構造は明らかに高さ方向寸法が
大型化するため、機器の低背化に対応することができな
い。
【0003】次に、図4(a) (b) には、夫々発熱素子1
を実装した回路基板2を筐体3内に搭載した小型電子機
器内の部品構成概略を示す。回路基板2上には、機器性
能を実現する為の発熱素子1が数多く実装されている。
近年、機器の高機能化、高速化を実現する為に、発熱素
子1は発熱量が増加する傾向にあり、筐体内の温度上昇
により機器性能の信頼性を損なう危険性を伴い、何れか
の対策を施す必要性がある。そこで、図4(a) の従来例
では、発熱素子1に集中した熱を効率よく逃がす為に、
発熱素子1の上面にシリコン系のグリス或いは伝熱シー
ト4を挟んで受熱板5を押し当て、この受熱板5にカシ
メ、圧入、接着等の手法により受熱側端部を固定された
ヒートパイプ6により、周囲温度の低い領域まで熱を移
動させ、ヒートパイプの放熱側に固定した放熱板7から
熱の放出を行うように構成している。上記各公報記載の
冷却構造に比して低背化が可能であることは明らかであ
る。しかし、このタイプはヒートパイプの放熱側に放熱
板を配置しているに過ぎない為、強制的な送風による冷
却を行うことができず、冷却効率が悪いという欠点があ
る。このようなところから、ファンを併用した冷却構造
が求められる。即ち、図4(b)はヒートパイプ6の放熱
側端部にファン8を配置した場合の従来例であり、理想
的にはファン8を発熱素子1に近接配置させ、さらにフ
ァンを筐体3の外壁付近に配置させて熱を筐体外部へ排
出させることが望ましいが、発熱素子1の実装位置の制
約上、上記のような好ましい位置に配置できないことが
多く、ヒートパイプ6と併用して熱を所望の場所まで導
いた後でファン8により熱を排出するという形態が採ら
れる。これに類似した構成は、例えば特開平11−97
873号公報に開示されている。
【0004】放熱のメカニズムの観点から望まれる冷却
部品の構成は、発熱源の熱を逃がす為の熱輸送経路が十
分に確保され、熱が効率的に外部空間に放出されること
である。熱輸送手段としてヒートパイプを用いた場合に
は、経路確保の為に、管径を大きくする、若しくは複数
本の管を用いる、或いは管を巧みに加工し、例えばU字
曲げを施し、複数本の管を用いた時と同様の効果を発揮
させる等の方式がとられる(特開平11−121667
号公報、特開平10−92990号公報)。しかし、上
述のようにこのような従来の方式は、冷却部品の高さ増
をもたらす為、機器の小型化に対応することができなか
った。これに対して、冷却部品の低背化を維持しつつ伝
えられた熱を放熱部にて効率的に空間に放出するため
に、図4(a) (b) に示したように周囲温度の低い領域に
放熱面積を大きく取れる放熱板( フィン) を配置する、
若しくはファンによる強制空冷を用い、放熱板( フィ
ン) から外部空間への熱移動を促進する等の方式が採ら
れる。しかし、図4(b) のファンを用いた方式にあって
は、一本のヒートパイプを用いて輸送した熱をファンに
よって一方向へ排出するのみであるから、放熱効率は必
ずしも高くなく、回路部品の高性能化、高速化による発
熱量の増大、回路部品の高密度実装化による発熱、蓄熱
量の増大という状況に対応し切れなくなっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みて
なされたものであり、回路基板上の発熱部品からの熱を
ヒートパイプにより効率よく基板外へ導き、ヒートパイ
プの放熱側に配置したファンによって機外へ放熱するよ
うに構成した回路部品の冷却装置において、冷却部品の
低背化を図りつつ、冷却効率を大幅に高めた回路部品の
冷却装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記改題を解決する為、
請求項1の発明は、回路基板上の発熱部品に直接又は間
接的に接触した状態で配置される受熱部と、該受熱部の
異なった位置に各一端部を接続されて各他端部を夫々回
路基板外へ引き出され且つ基板面と平行な2本のヒート
パイプと、各ヒートパイプの他端部に夫々接続され所定
のギャップを隔てて空気導入面同士を対向配置した2つ
の放熱フィンと、両放熱フィン間のギャップ内に配置さ
れて上方又は下方から吸引した空気を各放熱フィンの各
空気導入面から放熱フィン内に放出するファンと、を備
えたことを特徴とする。請求項2の発明は、前記2本の
ヒートパイプの各一端部を受熱部から更に延長して前記
放熱フィンとは反対側の回路基板外へ引出して連結し、
回路基板外にて連結した各一端部を含むヒートパイプ部
分を放熱部に固定したことを特徴とする。請求項3の発
明は、回路基板上の発熱部品に直接又は間接的に接触し
た状態で配置される受熱部と、該受熱部の異なった位置
に各一端部を接続されて各他端部を夫々回路基板外へ引
き出され且つ基板面と平行な2対のヒートパイプと、各
ヒートパイプ対の他端部に夫々接続され所定のギャップ
を隔てて空気導入面同士を対向配置した2つの放熱フィ
ンと、両放熱フィン間のギャップ内に配置されて上方又
は下方から吸引した空気を横方向に位置する各放熱フィ
ンの各空気導入面から各放熱フィン内に放出するファン
と、を備えたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態により詳細に説明する。図1(a) 及び(b) は本発
明の一実施形態に係る冷却装置の一例を示す斜視図、及
びA−A断面図であり、この冷却装置11は、回路基板
21上の図示しない回路部品(発熱部品)に直接、又は
伝熱シート等を介して間接的に接触した状態で配置され
る受熱部12と、該受熱部12の異なった位置(この例
では、対向する2つの側面12a,12b)に,各受熱
側端部13a,14aを接続されて、各放熱側端部13
b,14bを夫々回路基板21外へ引き出した2本のヒ
ートパイプ13,14と、各ヒートパイプ13,14の
放熱側端部13b,14bに夫々接続され所定のギャッ
プGを隔てて空気導入面15a,16aを対向配置した
中空箱体状の2つの放熱フィン15,16と、両放熱フ
ィン15,16間のギャップG内に配置されて上方又は
下方から吸引した空気を各放熱フィン15,16の各空
気導入面15a,16aに設けた導入穴15a’,16
a’から各放熱フィン内に放出するファン17を有す
る。ファン17の両外側面17a,17bには開口が形
成され、各開口から各放熱フィン15、16へ向けて外
部からの冷却した空気が放出される。各放熱フィン1
5、16の外側面である排気面15b,16bには排気
穴15b’,16b’が設けられ、導入穴15a’,1
6a’から導入した空気を排気する。排気面15b,1
6bを図示しない機器筐体外壁に設けた通気孔等に直接
対面接続させるか、或はダクト等を介して接続すること
により機外への排気が可能となり、通風ロスを防止で
き、さらに放熱効果が向上する。なお、ファン17から
各放熱フィン15、16内に冷却空気が強制送風される
ことにより、ヒートパイプ13、14を介して各放熱フ
ィンに伝導してきた回路部品からの発熱が空気によって
強制冷却され、放熱フィンから熱を奪って温度が上昇し
た空気だけが機外に排出される。
【0008】放熱フィン15、16とファン17は、一
つの放熱部を構成している。放熱フィン15、16はア
ルミ、銅等の熱伝導率の良好な材料から成る中空箱形で
あり、ファン17と同等の低背化が可能であるととも
に、各ヒートパイプ13、14の放熱側端部13b,1
4bの外周を長い範囲に亙って包囲一体化しているの
で、ヒートパイプからの熱を効率よく放熱フィンへ伝導
することができる。図1(a) では各放熱フィン15、1
6とファン17との間に少しく間隔が形成されている
が、実際には図1(b) のように密着させることが好まし
い。また、ファン17は、風が通過する前後において流
れが90°屈折する偏平タイプの軸流ファンであり、図
1の例では、ファン17は上方から空気を吸引するよう
にしてるが、下方から吸引するようにしてもよい。な
お、この例では、受熱部12を箱体状に構成した図示し
ない回路部品を包囲するように構成したが、これは一例
であり、図4(b) に示した如く回路部品の上面に接触す
る板状に構成してもよい。受熱部12もアルミ、銅等の
熱伝導率の良好な材料から構成される。各ヒートパイプ
13、14の受熱側端部13a,14aを受熱部12に
固定する位置や、固定方法は任意であるが、最も熱伝導
効率の良い位置、固定方法が選択される。また、受熱部
12内で両ヒートパイプの両端部13a,14aが一体
的に接続されていてもよい。この場合には、ヒートパイ
プ13、14は一本のヒートパイプから構成されること
となるが、このような一本のヒートパイプを略U字状に
変形させた構成も請求項1の範囲内に含まれるものであ
る。一本のヒートパイプを所望形状に変形させたものを
用いて製造することにより、製造が容易となる。いずれ
にしても、ヒートパイプ13、14は対称形状になって
いる方が放熱のバランスが良く、より効果的である。
【0009】この実施形態では、ヒートパイプ13、1
4は、回路基板21の面と平行(ほぼ平行を含む、他の
実施形態についても同様)に配管され、かつそのまま回
路基板外へ引き出されており、実装した回路部品と回路
基板の全高さを大幅に越えない高さ寸法の放熱フィン及
びファンを横方向に配列して用いているので、全体的な
低背化を実現できている。しかも、冷却対象となる回路
部品に対して2本のヒートパイプを接続し、各ヒートパ
イプの他端部を別個の放熱フィンにて放熱するばかりで
なく共通使用される単一のファンによって放熱フィンに
対する強制冷却、冷却風の強制送風を行うので、冷却効
率を大幅に向上することができる。次に、図1に示した
実施形態に係る冷却装置にあっては、冷却対象となる回
路部品の発熱量が大きい場合に十分に放熱できない可能
性がある。図2の冷却装置は、さらに放熱能力を高めた
実施形態を示している。即ち、この冷却装置11は、受
熱部12に接続された2本のヒートパイプ13、14の
各受熱側端部13a,14aを受熱部12から更に反対
方向へ延長して前記放熱フィン15、16とは反対側の
回路基板外へ引出し、引き出した延長端部13a’,1
4a’同士を連結し、更に回路基板外にて連結した延長
端部13a’,14a’を含むヒートパイプ部分31を
放熱板30(放熱部)に固定した構成が特徴的である。
放熱板30上に固定されたヒートパイプ部分31は、図
示のように矩形の放熱板30の形状に倣って矩形に拡開
させることにより、放熱板に対して均一に放熱を行い、
放熱板からの放熱効率を高めることができる。従って、
ヒートパイプ部分31の変形形状は、放熱板30の形
状、寸法に合わせて種々選定可能である。また、放熱板
30の代わりに、放熱フィンやこれらと組み合わせて用
いるファンを放熱部として用いてもよい。また、ヒート
パイプ部分31を放熱板30に固定する為の金具32も
熱伝導性の良好な金属を用いる。放熱板30、ヒートパ
イプ部分31、金具32は、他の放熱部を構成してい
る。この例では、受熱部12は回路基板21上の回路部
品22上に直接又は伝熱シートを介して固定されてお
り、各ヒートパイプ13、14はこの受熱部12の両端
部を貫通する形で結合している。
【0010】このヒートパイプ13、14は、一本のヒ
ートパイプにて構成することができ、一本のヒートパイ
プを図示のような所望形状に曲げて使用することができ
る為、製造が容易である。従って、一本のヒートパイプ
を用いて実現する図2の構造は、請求項2の構成要件中
に含まれるものである。また、ヒートパイプ13、14
は対称形状になっている方が放熱のバランスが良く、よ
り効果的である。ヒートパイプ13、14の他端部13
b,14bには、図1(a) (b) に示した実施例と同様な
構造の放熱フィン15、16が接続され、各放熱フィン
15、16は空気導入面同士を対向して横方向に配置さ
れる。更に、各放熱フィン間にはファン17が配置され
る。従って、この部分の構成は、図1(b) に示した構成
が当てはまり、作用についても図1(b) について記述し
た内容が当てはまる。なお、各ヒートパイプ13、14
の受熱側端部13a,14aを受熱部12に接続する位
置や、各ヒートパイプ13、14の延長端部13a’,
14b’の延長方向等は、各機器の機内のレイアウト等
の諸条件によって種々変更可能であり、図示のものに限
定されるわけではない。この実施形態においては、回路
基板21上の回路部品22に接触された受熱部12を中
心として回路基板の異なった端縁へ向けて2本のヒート
パイプ13、14を引出し、回路基板外へ引き出された
各ヒートパイプの端部13b,14bと延長端部13
a’,14b’に対して夫々放熱フィン15、16と放
熱板30を接続し、各ヒートパイプの形状を対称形状と
したので、放熱経路が増大し、冷却効率を大幅に高める
ことができる。特に、各ヒートパイプ13、14のほぼ
中央部に受熱部12を配置したので、受熱部12を中心
として反対方向へ延びるヒートパイプの端部に対して均
等に熱を伝導することができ、冷却効率を高めることが
できる。
【0011】次に、図2に示した冷却装置の構成におい
ては、放熱部を構成する放熱フィン15、16、ファン
17の他に、放熱板30等から成る放熱部を設ける為、
機器の中で放熱部の占める領域が増えて、機器内の実装
部品レイアウトの制約が大きくなると同時に放熱部品点
数が増えコストアップになる。図3に示した実施形態
は、このような不具合を解消するものであり、放熱部と
して放熱フィン15、16及びファン17を一組だけ用
いることにより図1の形態例と同様に占有面積、部品点
数を低減する一方で、ヒートパイプ13、14を合計4
本(或は、4本以上)とすることにより、放熱経路を倍
増し、もって冷却効率を高めている。即ち、この冷却装
置11は、回路基板21上の回路部品22に直接又は間
接的に接触した状態で配置される受熱部12と、該受熱
部12の異なった位置に各受熱側端部13a,13a,
14a,14aを接続されて、各放熱側端部13b,1
3b,14b,14bを夫々回路基板21外へ引き出し
た2対(合計4本)のヒートパイプ13、13、14、
14と、各ヒートパイプ対の放熱側端部13b,13
b,14b,14bに夫々接続され所定のギャップGを
隔てて空気導入面15a、16aを対向配置した2つの
放熱フィン15,16と、両放熱フィン間のギャップG
内に配置されて上方又は下方から吸引した空気を各放熱
フィンの各空気導入面15a、16aから各放熱フィン
内に放出するファン17(風が通過する前後において流
れが90°屈折する偏平タイプの軸流ファン)と、を備
えている。
【0012】この例では、一本の長尺なヒートパイプを
2つ折りした上で、略U字状に変形させ、U字の頂部に
受熱部12を固定する一方で、U字の両端部に夫々放熱
フィン15、16を接続している。このように、構成部
品点数が少なく、構成が簡潔である為、コンパクト化、
低コスト化を実現できる。また、ヒートパイプは全体と
して回路基板面と平行であり、上下方向への変形部がな
いので、低背化にも適している。或は、機器内部のレイ
アウト等の必要に応じてヒートパイプに上下方向への変
形を設けてもよいことは勿論である。また、2対のヒー
トパイプの配管経路は略対称形状でありほぼ同一長さで
ある為、冷却効率が高くなる。従って、本発明の請求項
3の構成要件中には、一本のヒートパイプを2つ折り
(曲げ)した構成が含まれるものである。放熱フィン1
5、16、ファン17からなる放熱部の構成、作用の説
明は、図1について述べたことがそのまま当てはまる。
但し、各放熱フィン15、16に対しては夫々2本のヒ
ートパイプが接続されるので、放熱効率が大幅に増大す
ることが明らかである。また、受熱部12についても合
計4本のヒートパイプが接続されるので、発熱量の大き
い回路部品22に対してこの冷却装置を適用することに
より、熱を効率よく奪い、総放熱経路が長大な4本のヒ
ートパイプ13、13、14、14を介して速やかな放
熱を行うことができる。図3では各放熱シン15、16
とファン17との間に間隔があるが、実際には図1(b)
のように密着させることが好ましい。なお、ヒートパイ
プ自体の構成は周知である為詳述しないが、例えば、減
圧したパイプの内部に水、アルコール等の液体を入れた
構成を有するものである。
【0013】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、回路基板
上の発熱部品からの熱をヒートパイプにより効率よく基
板外へ導き、ヒートパイプの放熱側に配置した放熱フィ
ンとファンからなる放熱部によって、機外へ放熱するよ
うに構成した回路部品の冷却装置において、冷却部品の
低背化を図りつつ、冷却効率を大幅に高めた回路部品の
冷却装置を提供することができる。特に、ヒートパイプ
は回路基板の面と平行に配置され、ヒートパイプと接続
される放熱部も低背化されているので、冷却装置全体と
して低背化が実現している。請求項1の発明では、回路
基板上の回路部品に接触した受熱部から2本のヒートパ
イプを回路基板外へ引出し、引き出された放熱側端部を
夫々異なった放熱フィンに接続し、更に各放熱フィン間
に配置した一つのファンによって放熱フィンを冷却する
ようにしたので、通常の発熱部品の冷却装置として有効
に機能することができる。しかし、請求項1記載の冷却
装置にあっては、発熱量が大きい回路部品に対応し切れ
ないことがある。そこで、請求項2の発明は、回路基板
上の発熱部品を中心として、該発熱部品から反対方向へ
夫々ヒートパイプを引き伸ばし、引き伸ばしたヒートパ
イプの各端部に夫々放熱部を接続した。このため、ヒー
トパイプの長大化による放熱経路の増大と、放熱部の増
設による放熱効率の倍増化を図ることができた。しか
も、全体構造はあくまでフラット化、低背化されている
ので、電子機器等の低背化に対応することができる。し
かし、請求項2記載の冷却装置にあっては、回路基板の
両側に夫々放熱部が配置される為、機器内部のレイアウ
トによっては採用が困難な場合がある。そこで、請求項
3の発明は、放熱部を一つに限定すると共に、受熱部と
放熱部を結ぶヒートパイプの本数を増設して複数対と
し、放熱経路の増大による放熱効率アップを図った。こ
れによれば、発熱量の大きい回路部品にも対応でき、し
かも放熱部の個数が一つである為、占有面積を低減し、
コンパクト化、低背化、低コスト化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a) 及び(b) は本発明の一実施形態に係る冷却
装置の一例を示す斜視図、及びA−A断面図。
【図2】本発明の第2の実施形態に係る冷却装置の一例
の斜視図。
【図3】本発明の第3の実施形態に係る冷却装置の一例
の斜視図。
【図4】(a) 及び(b) は従来例の説明図。
【符号の説明】
11 冷却装置、12 受熱部、12a,12b 側
面,13,14 ヒートパイプ、13a,14a 受熱
側端部(一端部),13b,14b 放熱側端部(他端
部),15,16 放熱フィン、15a,16a 空気
導入面、15a’,16a’ 導入穴、15b,16b
排気面、15b’,16b’ 排気穴、17 ファ
ン、17a,17b 外側面、21 回路基板、30
放熱板、31ヒートパイプ部分、32 金具。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路基板上の発熱部品に直接又は間接的
    に接触した状態で配置される受熱部と、該受熱部の異な
    った位置に各一端部を接続されて各他端部を夫々回路基
    板外へ引き出され且つ回路基板面と平行な2本のヒート
    パイプと、各ヒートパイプの他端部に夫々接続され所定
    のギャップを隔てて空気導入面同士を対向配置した2つ
    の放熱フィンと、両放熱フィン間のギャップ内に配置さ
    れて上方又は下方から吸引した空気を横方向に位置する
    各放熱フィンの各空気導入面から放熱フィン内に放出す
    るファンと、を備えたことを特徴とする回路部品の冷却
    装置。
  2. 【請求項2】 前記2本のヒートパイプの各一端部を受
    熱部から更に延長して前記放熱フィンとは反対側の回路
    基板外へ引出して連結し、回路基板外にて連結した各一
    端部を含むヒートパイプ部分を放熱部に固定したことを
    特徴とする請求項1記載の回路部品の冷却装置。
  3. 【請求項3】 回路基板上の発熱部品に直接又は間接的
    に接触した状態で配置される受熱部と、該受熱部の異な
    った位置に各一端部を接続されて各他端部を夫々回路基
    板外へ引き出され且つ基板面と平行な2対のヒートパイ
    プと、各ヒートパイプ対の他端部に夫々接続され所定の
    ギャップを隔てて空気導入面同士を対向配置した2つの
    放熱フィンと、両放熱フィン間のギャップ内に配置され
    て上方又は下方から吸引した空気を横方向に位置する各
    放熱フィンの各空気導入面から各放熱フィン内に放出す
    るファンと、を備えたことを特徴とする回路部品の冷却
    装置。
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