JP2003229689A - 電子素子の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子素子からの放熱効率の良い冷却装置を提
供する。 【解決手段】 受熱ブロック２と、ファン装着部と、ヒ
ートパイプ５とを有するフレーム１８が設けられた電子
素子３の冷却装置１において、前記受熱ブロック２が、
フレーム１８を形成している材料より熱伝導性の高い他
の材料によって形成されるとともに、前記ファン装着部
に装着されたファン１２の吐出口に隣接して放熱フィン
９が配置され、前記受熱ブロック２と放熱フィン９とが
前記ヒートパイプ５によって熱伝達するように連結され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、電子素子を冷却
して、その過熱を防止するための冷却装置に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】最近では、ＣＰＵなどの電子素子の高速
化、大容量化によってその発熱量が多くなってきてお
り、それに伴って温度上昇による誤動作や破損などを回
避するために、より効果的に放熱・冷却することが求め
られるようになってきている。コンピュータやサーバー
などは、可及的に小型であることが要求されるので、電
子素子の温度上昇を防ぐためには、冷却よりもむしろ放
熱の手段が採用されている。例えば、ＣＰＵなどの電子
素子にヒートシンクを重ねて取り付け、さらには空冷フ
ァンを取り付けて熱放散を積極化している。 【０００３】後者の冷却装置は、電力の消費や騒音など
の問題があり、これに対して前者の自然空冷をおこなう
構造ではそのような不都合が生じない。しかしながら最
近では、その自然空冷による放熱量を超える発熱量の電
子素子が使用されるようになってきている。そこで、各
種の部品を取り付けるベースを兼ねる金属板にそれより
も厚い金属ブロックを取り付け、その金属ブロックに電
子素子を密着させた構成の冷却装置が開発されている。
その一例が特開平８−５５９４２号公報に記載されてい
る。この公報に記載された構造は、ヒートパイプの一端
部を、電子素子を取り付けた金属板に沿わせて配置し、
かつそのヒートパイプの他方の端部を金属板に密着させ
た冷却装置である。 【０００４】上記の冷却装置は、電子素子に生じる熱を
ヒートパイプで金属板に誘導して放熱させる構造であ
り、ＲＨＥ（リモートヒートエクスチェンジャー）と称
されることがある。 【０００５】また、ヒートパイプを使用した他の冷却装
置が、米国特許第５３３９２１４号明細書に記載されて
いる。これは、電子素子を取り付けた金属ブロックの下
面側にヒートパイプの一端部を密着させ、そのヒートパ
イプの他方の端部を金属ブロックから離れる方向に延ば
すとともに、その端部を多数のフィンを有するヒートシ
ンクに連結した冷却装置である。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】前者の特開平８−５５
９４２号公報に記載された冷却装置では、電子素子から
発生した熱が金属ブロックを介して金属板に伝達され、
さらにその金属板からヒートパイプを介して他の金属板
に伝達され、その後、他の金属板から放熱するようにな
っている。したがって、他の金属板が周囲の空気に対す
る放熱部材になっているから、電子素子から前記他の金
属板までの熱伝達を効率よくおこなう必要がある。しか
しながら、上記の構造では、電子素子と金属板との間
に、厚肉の金属ブロックが介在するために、金属板と電
子素子との間の熱抵抗が大きくなり、その結果、電子素
子からの放熱効率が低くなり、これを解消するために
は、金属ブロックをより大きいものとしたり、ヒートパ
イプを熱輸送能力の大きい大径のものとしたりするな
ど、全体として大型化する不都合がある。 【０００７】また、後者の米国特許第５３３９２１４号
明細書に記載された冷却装置では、金属ブロックを取り
付けてあるベースとなる金属板を放熱のための手段とし
て積極的には使用していないので、放熱効率を向上させ
るうえで、未だ改善の余地があった。 【０００８】この発明は、上記の事情を背景にしたなさ
れたものであり、電子素子からの放熱効率の良い冷却装
置を提供することを目的とするものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１の発明は、発熱部材接触
部と、ファン装着部と、ヒートパイプとを有するフレー
ムが設けられた電子素子の冷却装置において、前記発熱
部材接触部が、前記フレームを形成している材料より熱
伝導性の高い他の材料によって形成されるとともに、前
記ファン装着部に装着されたファンの吐出口に隣接して
放熱フィンが配置され、前記発熱部材接触部と放熱フィ
ンとが前記ヒートパイプによって熱伝達するように連結
されていることを特徴とする電子素子の冷却装置であ
る。 【００１０】したがって、請求項１の発明によると、前
記電子素子の冷却装置のフレームに設けられている前記
発熱部材接触部が、前記フレームを形成している材料よ
りも熱伝導性の高い他の材料で形成されている。前記発
熱部材接触部は電子素子と接触しているので、電子素子
から生じた熱は、前記発熱部材接触部に伝達される。こ
の時、前記フレームを形成している材料より熱伝導性の
高い他の材料によって前記発熱部材接触部が形成されて
いるので、大部分の熱が前記発熱部材接触部に移動す
る。 【００１１】前記発熱部材接触部と、前記フレームに設
けられているファン装着部に装着されたファンの吐出口
に隣接して配置されている放熱フィンとは、前記フレー
ムに設けられたヒートパイプによって熱伝達するように
連結されている。したがって、電子素子から前記発熱部
材接触部に伝達された熱は、前記ヒートパイプに伝達さ
れ、さらに前記ヒートパイプから前記放熱フィンに伝達
される。一方、前記ファンが動作することによって、前
記放熱フィン同士の間に沿って空気流が発生する。その
ため、前記放熱フィンに伝達された熱は、各前記放熱フ
ィンの先端部に向けて熱伝導され、さらに前記空気流に
伝達される。その結果、電子素子の過熱が抑制もしくは
防止される。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、この発明の具体例を図面を
参照して説明する。ここに示す例は、この発明の電子素
子の冷却装置をノートブック型パソコンに適用した例で
ある。パソコンケース１Ａは、プラスチックパネルある
いはマグネシウム合金などの金属パネルによって形成さ
れた平板状を成す中空容器である。このパソコンケース
１Ａの図１での上面部には、回動軸を中心とした所定範
囲内で自在に開閉するディスプレイ（図示せず）が備え
られている。 【００１３】パソコンケース１Ａの内部には、冷却装置
１が配置されている。冷却装置１には、銅あるいはその
合金等の金属からなる受熱ブロック２が設置されてい
る。この受熱ブロック２における上面部は、平坦面を成
していて、そこにはＣＰＵなどの電子素子３が密着状態
で取り付けられている。更に受熱ブロック２における下
面部には、円弧状断面の取付溝４が形成されている。こ
の取付溝４の内部には、ヒートパイプ５が添わされた状
態で取り付けられており、前記取り付けられたヒートパ
イプ５の端部が蒸発部６となっている。なお、ヒートパ
イプ５としては、一例として円形断面の銅製コンテナの
内部に純水を封入したものが採用されている。 【００１４】ヒートパイプ５の他方の端部には、ヒート
シンク７が取り付けられている。ヒートシンク７は、ヒ
ートパイプ５が熱授受可能に連結されるベースプレート
８と、そのベースプレート８に一体に組み付けられた多
数枚の放熱フィン９とを備えている。より具体的には、
ベースプレート８は、銅あるいはその合金からなる直方
体を成すブロックである。またベースプレート８の下面
部における幅方向での中央部分には、長さ方向に向けて
取付溝１０が形成されている。また、前記の部品類は、
フレーム１８上に配置されている。フレーム１８はアル
ミニウム製であり、ダイカスト鋳造で形成されている。 【００１５】この取付溝１０の内部には、ヒートパイプ
５の一端部が添わされた状態で取り付けられており、こ
の端部が凝縮部１１となっている。すなわちベースプレ
ート８は、その長さ方向をヒートパイプ５の中心軸線に
揃えた配置となっており、このように組み付けられるこ
とによってヒートパイプ５の凝縮部１１に対して大きい
接触面積を得ることができる。なお凝縮部１１は、蒸発
部６よりも高い位置に配置されている。またヒートパイ
プ５の中間部は、パソコンケース１Ａの内部に備えられ
た図示しない多数の部品同士の間を通るように配設され
ている。 【００１６】これに対して、ベースプレート８の図１で
の上面部には、平板状を成す多数枚の放熱フィン９が垂
直に起立した状態で取り付けられている。各放熱フィン
９は、互いに平行にかつ均等な間隔をあけた状態でベー
スプレート８の上面部のほぼ全域に亘って設けられてい
る。また各放熱フィン９は、ベースプレート８の幅方向
に向けた姿勢となっていて、すなわちヒートパイプ５の
中心軸線と直交した配置となっている。なお各放熱フィ
ン９の幅は、ベースプレート８の幅とほぼ同じに設定さ
れている。 【００１７】ベースプレート８と放熱フィン９との組み
付け手段としては、ベースプレート８をダイカスト鋳造
によって形成する際に、圧延材からなる各放熱フィン９
の一縁部をベースプレート８の材料である溶湯によって
鋳包んで一体化する手段が採用されている。この手段に
よれば、各放熱フィン９を薄くかつ高いものとすること
ができるうえに、互いのピッチを狭く設定することが可
能となり、放熱フィン９全体の熱交換面積が大きくなる
から、ヒートシンク７としての放熱効率を良好にするこ
とができる。また隙間ならびに介在物のない状態に両者
が組み付けられるから、ベースプレート８と放熱フィン
９との間での熱抵抗を小さくすることができる。 【００１８】更にヒートシンク７の近傍には、ファン１
２が設置されていて、適宜の手段によってパソコンケー
ス１Ａに対して固定されている。このファン１２は、設
置状態での厚さ（高さ）がヒートシンク７の高さよりも
小さい設定の中空平板状のハウジング１３と、ハウジン
グ１３の内部に収容された回転駆動するブレード１４と
を備えたいわゆる横型軸流ファンが採用されている。 【００１９】ハウジング１３における図１での上面部に
は、円形状に開口した吸込口１５が形成されており、ま
たハウジング１３における同図での一側面部には、矩形
状に開口した吐出口１６が形成されている。この吐出口
１６の開口幅は、ベースプレート８の長さとほぼ等しい
長さに設定されている。またブレード１４は、その駆動
軸１７を吸込口１５の中心軸線と同軸上に揃えた状態に
ハウジング１３に組み付けられている。 【００２０】このファン１２は、吐出口１６をベースプ
レート８の図１での側面部に対して平行に対向させた姿
勢で配置されている。つまり各放熱フィン９の側縁部に
吐出口１６が対向している。また吐出口１６の長さ方向
での両縁部は、ベースプレート８の長さ方向での両縁部
に対して揃えられている。なお吐出口１６は、ヒートシ
ンク７に対して離隔させてもあるいは密着させてもよ
い。したがって、ファン１２を駆動させると、パソコン
ケース１Ａの内部の空気が、ハウジング１３の内側に入
り込むとともに、吐出口１６からヒートシンク７に向け
て供給され、各放熱フィン９同士の間ならびにベースプ
レート８の上面部を通過してパソコンケース１Ａの外部
に送り出される。なおファン１２は、パソコンケース１
Ａの内部に標準装備されるバッテリ（図示せず）の電力
によっても駆動可能な構成であり、この発明のファンに
相当するものである。 【００２１】したがって、上記の装置によれば、パソコ
ンの使用に伴って電子素子３が動作することにより生じ
た熱は、受熱ブロック２に伝達される。前記熱伝達の
際、フレーム１８と接触している受熱ブロック２が、フ
レーム１８を形成しているアルミニウムより熱伝導性の
高い銅によって形成されているので、大部分の熱が受熱
ブロック２に移動する。伝達された熱は更にヒートパイ
プ５の蒸発部６に伝達される。それに伴ってヒートパイ
プ５の両端部において温度差が生じ、ヒートパイプ動作
が自動的に開始される。 【００２２】すなわち内部に封入してある純水などの作
動流体が蒸発し、その蒸気が温度の低い凝縮部１１に流
動してベースプレート８の取付溝４の内面に対して放熱
する。その際、ベースプレート８と凝縮部１１との接触
長さが充分に大きく採られているので、ヒートパイプ５
からヒートシンク７への熱伝達が良好に行われる。ま
た、前記熱伝達の際、フレーム１８と接触しているベー
スプレート８が、フレーム１８を形成しているアルミニ
ウムより熱伝導性の高い銅によって形成されているの
で、大部分の熱がベースプレート８に移動する。このよ
うな過程を経てベースプレート８に供給された電子素子
３の熱は、更に各放熱フィン９に伝達される。なお放熱
して凝縮した前記作動流体は、ヒートパイプ５のうち蒸
発部６に向けて流下し、電子素子３の熱によって再度蒸
発する。つまりヒートパイプ５のうち凝縮部１１が、蒸
発部６に対して高くなっているから、動作態様としては
ボトムヒートモードとなる。 【００２３】ヒートシンク７の保有する熱は、各放熱フ
ィン９同士の間ならびにベースプレート８の上面部に沿
って流れる空気流Ａに伝達される。その高温の空気流Ａ
は、パソコンケース１Ａの外部に排出される。上記の装
置では、空気流Ａの流動方向でのヒートシンク７に対す
る接触長さ、すなわち空気流Ａの流路長さが短いから、
その流動抵抗が小さくなり、したがって空気流Ａの流通
がよくなって放熱効率を向上させることができる。これ
に対して空気流Ａの流動方向と直交する方向でのヒート
シンク７に対する接触長さ、すなわち空気流Ａの流路幅
が大きいから、両者の間での熱交換面積が大きくなる。
その結果、電子素子３の温度上昇が抑制もしくは防止さ
れる。 【００２４】上述のこの発明の具体例によれば、フレー
ム１８に設けられている受熱ブロック２が、フレーム１
８を形成しているアルミニウムよりも熱伝導性の高い銅
で形成されているので、電子素子３に生じる大部分の熱
を受熱ブロック２に伝達することができる。その後、熱
はヒートパイプ５によって、受熱ブロック２から冷却装
置１のファン１２の吹き出し口に隣接して配置されてい
る放熱フィン９に伝達される。したがって、電子素子３
に生じる熱を効率良く放熱フィン９に伝達することがで
きるので、放熱フィン９から効率よく放熱することがで
きる。その結果、冷却装置１の放熱効率を向上させるこ
とができる。また、電子素子３の熱の大部分を放熱フィ
ン９に流すことができるので、放熱フィン９の配置を変
更することにより、放熱の方向や場所を制御することが
できる。 【００２５】また、ベースプレート８も熱伝導性の高い
銅で形成されているので、電子素子３に生じる熱を、さ
らに効率よく放熱フィン９に伝達することができる。し
たがって、より確実に放熱の方向や場所を制御すること
ができる。 【００２６】図２にこの発明の他の例を示す。なお、上
述の具体例と同一または同等の部分には同一の符号を付
して、その説明を省略する。図２は、この発明の冷却装
置をデスクトップ型パソコンに適用した例である。パソ
コンケース１Ｂは、プラスチックパネルあるいはマグネ
シウム合金などの金属パネルによって形成された平板状
を成す中空容器である。このパソコンケース１Ｂの内部
には冷却装置１９が設置されている。冷却装置１９は、
上述の冷却装置１からベースプレート８が省略され、フ
ァン１２を２個設けた構成とされている。また、放熱フ
ィン９はフレーム１８と接触されていない。このような
構成でも、上述の具体例と同等の作用、効果を得ること
ができる。 【００２７】図３にこの発明のさらに他の例を示す。な
お、上述の具体例と同一または同等の部分には同一の符
号を付して、その説明を省略する。図３に示す冷却装置
２０は、フレーム１８Ａとヒートパイプ５Ａとファン１
２と電子素子３とから構成されている。このフレーム１
８Ａには屈曲した溝が形成されており、この溝に扁平形
状に形成されたヒートパイプ５Ａが設置されている。フ
レーム１８Ａのヒートパイプ５Ａの両端部に接触してい
る部分は銅で形成されており、受熱ブロック２Ａおよび
ベースプレート８Ａとされている。受熱ブロック２Ａお
よびベースプレート８Ａと、フレーム１８Ａとはかしめ
られて固定されている。なお、このフレーム１８Ａと、
受熱ブロック２Ａおよびベースプレート８Ａとは他の固
定方法で固定されていてもよい。また、ベースプレート
８Ａには放熱フィン９が立設されている。さらに、フレ
ーム１８Ａにはファン装着部２１が設けられており、こ
の部分にファン１２が取り付けられている。放熱フィン
９はこのファン装着部２１の開口付近に設けられてい
る。したがって、ベースプレート８Ａはファン装着部２
１の開口付近に配置されている。このような構成でも、
上述の具体例と同等の作用、効果を得ることができる。 【００２８】なお、この発明で対象とする電子素子はＣ
ＰＵに限定されないのであって、通電して動作すること
により発熱する広く一般の電子部品を含んでいる。更に
この発明で使用する高伝導性金属部品は、銅あるいはそ
の合金に限られないのであり、銀や金などの他の金属で
あってもよい。またこの発明で対象とするファンは、上
記具体例で示す構造のファンには限定されず、例えば斜
流ファンあるいは横流ファンを採用してもよく、その吸
込口をヒートシンクと対向配置させた構造としてもよ
い。更にこの発明で対象とするフィンは、表面が平滑な
平板形状に限定されず、例えば連続する波状断面の板状
体あるいは壁面部に多数の小突起を備えた板状体であっ
てもよい。 【００２９】また、上記の実施例では、フレームをアル
ミニウム製として、ダイカスト鋳造で製造したが、この
材料および製造方法は、上記の材料および製造方法に限
定されない。例えば銅のフレームを切削で形成してもよ
い。要は発熱部材と接触する部分より熱伝導の低い材料
でフレームが形成されていればよく、製造方法は環境等
に応じたものとすることができる。 【００３０】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電子素子の冷却装置のフレームに設けられている前
記発熱部材接触部が、前記フレームを形成している材料
よりも熱伝導性の高い他の材料で形成されているので、
電子素子に生じる大部分の熱を前記発熱部材接触部に伝
達することができる。その後、熱はヒートパイプによっ
て、前記発熱部材接触部から前記冷却装置のファンの吹
き出し口に隣接して配置されている放熱フィンに伝達さ
れる。したがって、電子素子に生じる熱を効率良く前記
放熱フィンに伝達することができるので、前記放熱フィ
ンから効率よく放熱することができる。その結果、前記
冷却装置の放熱効率を向上させることができる。また、
熱の大部分を放熱フィンに流すことができるので、放熱
の方向や場所を制御することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 この発明の具体例を簡略的に示す斜視図であ
る。 【図２】 この発明の他の具体例を簡略的に示す斜視図
である。 【図３】 この発明のさらに他の具体例を簡略的に示す
平面図および縦断面図である。 【符号の説明】 １，１９，２０…冷却装置、 ２，２Ａ…受熱ブロッ
ク、 ３…電子素子、５，５Ａ…ヒートパイプ、 ９…
放熱フィン、 １２…ファン、 １８，１８Ａ…フレー
ム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 川原 洋司 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 BA01 BB03 DB08 FA04 5F036 AA01 BA04 BA24 BB21 BB60

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 発熱部材接触部と、ファン装着部と、ヒ
   ートパイプとを有するフレームが設けられた電子素子の
   冷却装置において、 前記発熱部材接触部が、前記フレームを形成している材
   料より熱伝導性の高い他の材料によって形成されるとと
   もに、前記ファン装着部に装着されたファンの吐出口に
   隣接して放熱フィンが配置され、前記発熱部材接触部と
   放熱フィンとが前記ヒートパイプによって熱伝達するよ
   うに連結されていることを特徴とする電子素子の冷却装
   置。