JP2001512899A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 冷却すべき表面の上に適用される熱伝導性プレート（１）を備えたヒートシンクである。プレートに当たる空気流がほぼ水平な排気方向をもってプレートの端部の方へ偏向されるように、ヒートシンクの厚みを、上向きの凹面を有する曲線状の断面（６）にしたがって、その端部（４）から中央部分（５）へ向かって徐々に増大させる。熱伝導性プレート（１）の上に、好ましくは、プレートの中央部分（５）から端部（４）の方へほぼ径方向に延出する複数の冷却用フィン（７）を配する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 《発明の背景》 この発明は、ヒートシンクに関し、詳細には、集積回路、レーザ素子、電気素
子やその他の電子素子を冷却するのに用いられうるヒートシンクに関する。

【０００２】 ヒートシンクは、ハウジングと外部環境との間の熱交換を高めて回路の接合部
の温度を下げるために、集積回路を含むハウジングに直接接触するプレートを備
えることが知られている。このプレートは、一般にアルミニウム製で、その上面
に冷却用のフィンまたはピンが設けられる。近年、集積回路のサイズおよび出力
が等比数列的に増大しているため、上記のような公知のヒートシンクによっては
、もはや、このような新規な回路が発生する熱を放散させることができなくなっ
た。したがって、ヒートシンクと周辺空気との間の熱交換を高めるために、上記
フィンの上方に配された軸流式の冷却用ファンを備える新規なヒートシンクが設
計されてきた。

【０００３】 ヒートシンクのサイズを小さくし、その熱効率を最適化するために、上記のよ
うな冷却用ファンは、冷却用フィンの直上に配される。したがって、ファンが生
成する空気流は、熱伝導性のプレートに垂直に当たってしまい、これにより乱流
や圧力低下が生じて、熱交換、つまりはヒートシンクの効率が著しく低下する。
また、上記公知のヒートシンクでは、その中央部分がより熱せられるのに、ファ
ンからこの部分に送られてくる空気流は少なくなっている。それどころか、スペ
ースの必要上、空気流を生成するブレード付ロータのハブ内にファンのモータが
挿入されるので、空気流は、ロータのハブとプレートとの間の空気柱（column o
f air）に作用することなく、外方向へ流れてしまいがちである。

【０００４】 上記のような欠点を克服するために、より大きなロータと、より強力なモータ
とを有するファンを用いてもよいが、このような解法によって得られるヒートシ
ンクは、より嵩張って騒々しく、電子素子内で用いる場合に明らかに問題のある
ものとなる。

【０００５】 《発明の概要》 したがってこの発明の目的は、上記欠点を有さないヒートシンク、つまり、静
かでサイズが小さく、熱伝導性のプレートと周辺空気との間の熱交換が高いヒー
トシンクを提供することである。このような目的は、請求項１に明記された主な
特徴を有するヒートシンクにより達成される。

【０００６】 この発明にかかるヒートシンクの熱伝導性プレートの特徴的な上部断面形状の
おかげで、ほぼ垂直方向にプレートに当たる空気流は、ほぼ水平な排気方向をも
ってプレートの端部の方へ偏向され、この結果、ヒートシンクの空力的な性質が
改善される。さらに、熱伝導性プレートの中心部がより肉厚なので、プレートの
熱容量および熱伝導性が増大し、集積回路の中心部においてより多量の熱量は、
ヒートシンクの上部表面全体に均一に伝えられて分散される。また、熱伝導性プ
レートの熱容量を増大させたことは、集積回路を突発的に激しく使用することに
よっておこりうる突発的な熱変化を吸収できるようにする上で有効である。そし
てまた、熱伝導性プレートの中央部分が比較的肉厚なので、安全用熱センサを適
切に収容しうる空洞を設けることができる。

【０００７】 この発明にかかるヒートシンクの他の利点は、冷却用フィンの形状および配置
が、ヒートシンクの空力的な性質、ゆえに熱交換を改善する助けとなるという事
実にある。実際、全体として熱伝導性プレートおよび冷却用フィンは、その構造
のおかげで、遠心ポンプのロータと同様、その最善の状態では、ヒートシンクを
冷却するために空気流を活用する部材を形成する。

【０００８】 《発明の詳細な説明》 図１を参照する。本発明の第一の好適な実施形態にかかるヒートシンクは、例
えば（図には示さない）締め金を介して、集積回路３を含むハウジング２の上面
に固定されたプレート１を備える。プレート１の厚みは、上向きの凹面を有する
曲線状の断面６にしたがって、端部４から中央部分５に向かって適切に徐々に増
大する。中央部分５は、（図には示さない）熱センサの収容を可能とするために
、好ましくは円形且つ中空である。このような配置により、ほぼ垂直方向にプレ
ート１に当たる（一組の矢印で示された）空気流は、（同様に一組の矢印で示さ
れるように）ほぼ水平な排気方向をもって端部４の方へ偏向される。このため、
上記のような曲線状の断面６の接線は、端部４および中央部分５の近傍において
は、それぞれ、水平および垂直となる。

【０００９】 さらに図２を参照する。プレート１は、その上に、中心部分５から端部４に向
かってほぼ径方向に延出し、好ましくは曲率半径が外側に向かうほど増大するよ
うに湾曲された複数の冷却用フィン７を備える。冷却用フィン７と熱伝導性プレ
ート１との間の接合箇所の縁部８と、同様にフィンの上部前縁９とは、ヒートシ
ンクの空力的な性質をさらに改善するために、好ましくは丸く形成される。

【００１０】 本発明のヒートシンクに当たる空気流を、外付けのファンによって生成して、
空気ダクトを介して熱伝導性プレート上に運ぶようにしてもよいが、本実施形態
のように、ブレード１１を備えたロータをそのロータのハブ１３内に挿入された
モータ１２によって動かすタイプの公知の軸流式ファン１０によって生成しても
よい。このようなファンは、その軸線がプレートの中心に対して直角になるよう
に、プレート１の上方に適切に配置される。空気流の連続性を改善するために、
好ましくは、ハブ１３の直径をプレートの中央部分５の直径と等しくする。本発
明のヒートシンクの他の実施形態においては、ヒートシンクの嵩を縮小するため
に、もちろんハブ１３の一部分を中央部分５の空洞に貫入させてもよい。

【００１１】 モータ１２の振動を吸収するために好ましくは弾性材により形成され、ファン
から送られてくる空気流をプレートの上部表面全体の上に運ぶことのできる吹出
口形の接合部材１４を、ファン１０と熱伝導性プレート１との間に配す。接合部
材１４のおかげで、ヒートシンクの空力的な性質が改善されるだけでなく、ブレ
ード１１が、フィン７に近接しすぎて、よって不快な「サイレン効果（siren ef
fect）」を生じるのを防止する。

【００１２】 そしてまた、ハブ１３とほぼ等しい直径を有しヒートシンクの空力的な性質を
改善する助けとなる中央オジーブ（central ogive）１６を備えた空気取入口１ ５をファン１０の上方に配する。空気流を改善し、モータ１２の振動を吸収する
ために、ハブ１３と中央部分５との間に弾性リング１７を挿入する。

【００１３】 本発明にかかるヒートシンクの熱伝導性プレート１を製造するためには、例え
ばアルミニウム等のような、従来型のヒートシンクを製造するのに適するもので
あれば、どのような熱伝導性のある公知の材料が使用されてもよい。

【００１４】 図３に示す他の実施形態においては、例えばレーザダイオード１９のような、
プレート１の下方面よりも相当小さい外側表面を有する小型の素子が発生する熱
を放散させるために、熱エネルギー用の金床形部材（heat anvil）１８をプレー
ト１の下方部分に一つ以上設けてもよい。

【００１５】 空気ダクトを介して上記プレートに連結されたファンを一つ以上備えた冷却装
置を製造するためには、もちろん、熱伝導性プレート１を幾つか用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の好適な実施形態によるヒートシンクの側面図であり、右半分は
その断面図である。

【図２】 図１のヒートシンクの熱伝導性プレートの上面図である。

【図３】 本発明の第二の好適な実施形態によるヒートシンクの側面図であり、右半分は
その断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却すべき表面の上に適用される熱伝導性のあるプレート（
   １）を少なくとも備えたヒートシンクであって、 前記熱伝導性のプレートに当たる空気流がほぼ水平な排気方向をもって端部（
   ４）の方へ偏向されるように、前記プレート（１）の厚みが、その端部（４）か
   ら中央部分（５）に向かって増大することを特徴とするヒートシンク。
2. 【請求項２】 前記プレート（１）の厚みは、上向きの凹面を有する曲線状
   の断面（６）にしたがって前記端部（４）から前記中央部分（５）に向かって徐
   々に増大することを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
3. 【請求項３】 前記曲線状の断面（６）の接線は、前記プレート（１）の前
   記端部（４）の近傍においてほぼ水平であることを特徴とする請求項２記載のヒ
   ートシンク。
4. 【請求項４】 前記曲線状の断面（６）の接線は、前記プレート（１）の前
   記中央部分（５）の近傍においてほぼ垂直であることを特徴とする請求項２また
   は３記載のヒートシンク。
5. 【請求項５】 前記熱伝導性のプレート（１）の上に配された複数の冷却用
   のフィン（７）を備えることを特徴とする先行するいずれかの請求項に記載のヒ
   ートシンク。
6. 【請求項６】 前記冷却用のフィン（７）は、前記プレートの中央部分（５
   ）から端部（４）へほぼ径方向に延出することを特徴とする請求項５記載のヒー
   トシンク。
7. 【請求項７】 前記冷却用のフィン（７）は、湾曲されていることを特徴と
   する請求項５または６記載のヒートシンク。
8. 【請求項８】 前記冷却用のフィン（７）の曲率半径は、前記プレート（１
   ）の内側から外側へ向かうほど増大することを特徴とする請求項７記載のヒート
   シンク。
9. 【請求項９】 前記冷却用のフィン（７）と前記熱伝導性のプレート（１）
   との間の接合縁部（８）は丸く形成されることを特徴とする請求項５から８まで
   のいずれかに記載のヒートシンク。
10. 【請求項１０】 前記冷却用のフィン（７）の上部前縁（９）は丸く形成さ
    れることを特徴とする請求項５から９までのいずれかに記載のヒートシンク。
11. 【請求項１１】 単一の部材から作成されることを特徴とする先行する請求
    項のいずれかに記載のヒートシンク。
12. 【請求項１２】 ブレード（１１）を備えたロータに前記プレートに向かっ
    てほぼ垂直方向に空気を付勢するファン（１０）を前記熱伝導性のプレート（１
    ）の上方に配したことを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のヒートシ
    ンク。
13. 【請求項１３】 前記ファン（１０）は、その軸線が前記熱伝導性のプレー
    ト（１）の中心に対して直角であり、そのモータ（１２）が前記ロータのハブ（
    １３）内に挿入された軸流式のものであることを特徴とする請求項１２記載のヒ
    ートシンク。
14. 【請求項１４】 前記熱伝導性のプレート（１）の中央部分（５）は、円形
    であり、前記ファン（１０）のロータの前記ハブ（１３）の直径とほぼ等しい直
    径を有することを特徴とする請求項１３記載のヒートシンク。
15. 【請求項１５】 前記ファン（１０）から送られてくる空気流を前記熱伝導
    性のプレート（１）の上部表面へ運ぶための吹出口形の接合部材（１４）が前記
    ファン（１０）と前記熱伝導性のプレート（１）との間に配されることを特徴と
    する請求項１２から１４までのいずれかに記載のヒートシンク。
16. 【請求項１６】 前記ファン（１０）のロータのハブ１３とほぼ等しい直径
    を有する中央オジーブ部（１６）を備えた空気取入口（１５）が前記ファン（１
    ０）の上方に配されることを特徴とする請求項１２から１５までのいずれかに記
    載のヒートシンク。
17. 【請求項１７】 前記熱伝導性のプレート（１）の下方部分は、熱エネルギ
    ー用の金床形部材（heat anvil）（１８）を少なくとも備えることを特徴とする
    先行する請求項のいずれかに記載のヒートシンク。
18. 【請求項１８】 先行する請求項のいずれかに記載のヒートシンク複数個に
    空気ダクトを介して連結された冷却用ファンを少なくとも備えた冷却用装置。