JP2003282801A - 放熱装置 - Google Patents

放熱装置

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JP2003282801A
JP2003282801A JP2002084696A JP2002084696A JP2003282801A JP 2003282801 A JP2003282801 A JP 2003282801A JP 2002084696 A JP2002084696 A JP 2002084696A JP 2002084696 A JP2002084696 A JP 2002084696A JP 2003282801 A JP2003282801 A JP 2003282801A
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fins
fin
heat sink
heat dissipation
dissipation device
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Takanari Otsuki
貴成 大槻
Hidenobu Takeshita
英伸 竹下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】限られた容積で最適の冷却効率を発揮する放熱
装置を提供する。 【解決手段】板状をなして互いの主面がほぼ平行になる
ように配列した複数のフィンからなる群2、及びこれら
の隣り合うフィンをその下端部で連結する連結部3を有
するヒートシンク4と、回転軸51及び羽根52を有
し、その回転軸が各フィンとほぼ平行になるようにヒー
トシンク4の上部に設けられたファン5とを備える放熱
装置1において、前記フィン群2は、前記ファンの風速
が強い位置で狭い間隔で配列した第一のフィン群と、風
速が弱い位置で広い間隔で配列した第二のフィン群とを
含むことを特徴とする。

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、放熱装置に属
し、特にCPU等の電子部品が発する熱を放散させるの
に好適な放熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】CPUなどのある種の電子部品は、使用
中に発熱し、異常高温になると処理に支障が生じること
から、放熱装置と一体となって用いられる。CPU用の
従来の放熱装置は、図4に斜視図として示すように、板
状の複数のフィンAからなる群及びそれらのフィンAを
連結する連結部BからなるヒートシンクCと、そのヒー
トシンクCの上に設けられたファン5とを備えている。
ファン5の羽根52は、上方から見た場合に反時計回り
に回転するときに風が下方に向かうように、回転軸51
に対して傾斜して形成されている。そして、CPUから
発せられた熱は、熱伝導現象によって連結部B及びフィ
ンA群を順に移動し、各フィンAの表面から隣り合うフ
ィンA間の空気に伝えられる。従って、熱伝導現象の面
だけからみれば各フィンAの面積が大きいほど、またC
PU上面の単位面積当たりのフィンAの枚数が多いほ
ど、放熱面積が増すことから冷却効率が高くなる。
【0003】次に、フィンA表面で熱せられた空気はフ
ァン5から送られる風によって強制的に対流させられ、
冷えた空気と入れ替わる。従って、強制対流の面だけか
らみれば隣り合うフィンAの間隔が広いほど、また各フ
ィンAの面積が小さいほど、圧損が小さくなり速やかに
空気が入れ替わることから冷却効率が高くなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、熱伝導
の面からみた場合と強制対流の面からみた場合とでは、
ヒートシンクCの設計方針が全く相反することとなる。
一方、CPUを有する機器において、CPU上で放熱装
置が占有可能な容積は、機器小型化の要請のために限ら
れている。従って、従来のファン付きヒートシンクの設
計は、熱伝導による冷却と強制対流による冷却との両方
を考慮した妥協点を試行錯誤によって見いだすようなも
ので、それ以上に冷却効率を高めることは困難であっ
た。この発明の課題は、妥協点を見いだすしかないとい
う固定観念を脱却し、限られた容積で最適の冷却効率を
発揮する放熱装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
に、この発明の放熱装置は、板状をなして互いの主面が
ほぼ平行になるように配列した複数のフィンからなる
群、及びこれらの隣り合うフィンをその下端部で連結す
る連結部を有するヒートシンクと、回転軸及び羽根を有
し、その回転軸が各フィンとほぼ平行になるようにヒー
トシンクの上部に設けられたファンとを備える放熱装置
において、前記フィン群は、前記ファンの風速が強い位
置で狭い間隔で配列した第一のフィン群と、風速が弱い
位置で広い間隔で配列した第二のフィン群とを含むこと
を特徴とする。
【0006】この発明の放熱装置は、CPU等の放熱対
象物の上に取り付けて用いられる。対象物から発せられ
た熱は、熱伝導現象によってヒートシンクの連結部及び
フィン群を順に移動し、各フィンの表面から隣り合うフ
ィン間の空気に伝えられる。フィン表面で熱せられた空
気はファンから送られる風によって強制的に対流させら
れ、冷えた空気と入れ替わる。このときファンから送ら
れる風は、一般的にファンの回転軸の下では弱く、羽根
の下では強い。そして、風速の強い位置ではフィンの間
隔を狭くしても風速が圧損に勝ることから、速やかな強
制対流のために十分な風量を確保することができる。一
方、風速の弱い位置ではフィンの間隔が狭いと圧損によ
り風量が不十分となる。
【0007】そこで、風速の強い位置ではフィンの間隔
を相対的に狭くして熱容量及び放熱面積を大きくすると
ともに機器小型化の要請に対応し、風速の弱い位置では
フィンの間隔を相対的に広くして圧損を小さくすること
により、熱伝導及び強制対流の両面から冷却効率が高ま
るようにしたものである。通常、ファンの回転軸の位置
とCPUの中心とは一致することから、上記構成によ
り、発熱量の大きいCPU中心部の熱が速やかに放散さ
れる。
【0008】ヒートシンクは、フィン群と連結部とが一
体成形されたものでも良いし、別に成形された後に結合
されたものでもよい。後者の場合は、前記連結部が、フ
ィンと別体の板からなり、その上面に各フィンを個別に
差し込む溝が形成されていると好ましい。溝に差し込む
フィンの数を増減するだけでフィンの間隔を変更するこ
とができ、設計変更に即応しやすいからである。そし
て、その溝が等間隔に形成されていると好ましい。連結
部の成形が容易となるからである。尚、成形手段は、押
し出し成形、クリンプフィン成形のいずれも適用可能で
ある。前記ヒートシンクは、前記回転軸の中心線を通
り、フィンを厚み方向に貫通するスリットを有すると好
ましい。これにより回転軸直下の熱い空気がフィンの面
方向だけでなく厚み方向にも排出されることとなり、空
気の入れ替えが一層速やかとなるからである。スリット
を有する場合、前記フィン群はスリットを挟んで厚み方
向2列縦隊に配列しており、異なる列間では回転時に羽
根が向かう方向に疎から密となるようにフィン間隔が設
定されていると好ましい。フィン間隔が疎の部分で風を
多く取り込んで密の部分に送ることができるからであ
る。尚、フィンを厚み方向に貫通するスリットは、少な
くとも1枚または複数枚のフィンに貫通するスリット、
例えば30枚のフィンの内20枚に貫通するスリットで
あってもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】−実施形態1− この発明の放熱装置の実施形態を図面と共に説明する。
放熱装置1は、図1に斜視図として示すように、鉛直方
向を短辺、水平方向を長辺とする方形板状の多数のフィ
ン2a,2a,・・・2b,2bからなる群2と、フィン2a,2a,・・・2b,
2bを下端部で連結する1枚の連結板3とからなるヒート
シンク4を備える。放熱装置1は、図4に示した従来の
放熱装置と同形のファン5をヒートシンク4の上に備え
るが、ヒートシンク4の形状を判りやすくするために図
示を省略する。CPUなどの放熱対象物も図示を省略す
るが、放熱装置1を使用するときは連結板3の中央下部
に放熱対象物が位置する。
【0010】ヒートシンク4は、平面視においてフィン
2a、2bの主面方向及び厚さ方向の双方向に左右対称
形状をなす。そして、連結板3は、上面に多数の溝3
a、3a・・・3aが等間隔に形成され、下面は溝3
a、3a・・3aの間隔方向中央部が厚肉、その両端が
薄肉となるように形成されている。フィン2a、2b
は、互いの主面が平行になるように厚さ方向に間隔をあ
けて配列し、各下端を所定の溝3aに差し込むことによ
り連結板3に固定されている。フィン2a、2bのう
ち、中央のフィン2aは溝3a、3a・・3aに1つお
きに間欠的に差し込まれ、両端のフィン2bは溝3a、
3a・・3aに連続して差し込まれている。従って、フ
ィンの間隔は、フィンの位置によって異なり、中央のフ
ィン2a、2aによって挟まれる間隔は、両端のフィン
2b、2bによって挟まれる間隔よりも広い。
【0011】図略のファン5は、図4に示したように回
転軸51と、その回転軸51の周囲に形成された複数の
羽根52を有し、その回転軸51が鉛直方向を向くよう
に且つ回転軸51がヒートシンク4の平面視中央に位置
するように、ヒートシンク4の上部に設けられている。
【0012】ファン5の風速は、回転軸51の直下では
弱く、羽根52の先端に向かうほど強い。一方、CPU
の熱は先ず連結板3の中央に伝わる。従って、ファン5
を駆動させない場合のヒートシンク4における温度分布
は、中央のフィン2aのほうが両端のフィン2bよりも
高温となる。この実施形態の放熱装置1では、フィン2
aの間隔を広くして圧損を小さくすることにより、高温
になりやすいにもかかわらずファン5の風速の弱い位置
にあるフィン2a周辺の空気が速やかに入れ替わるよう
にした。そして、ファン5の風速の強い位置にあるフィ
ン2bの間隔を狭くすることにより、ヒートシンク4全
体の占有体積を抑制すると共に熱容量及び放熱面積を増
やし、連結板3の中央に伝わった熱ができるだけ分散す
るようにした。よって、この放熱装置1は、図4のよう
にフィンAが等間隔で配列した従来の放熱装置と同一占
有体積でより高い冷却効率を有する。尚、ヒートシンク
4の成形手段については、本実施形態では複数枚のフィ
ンを連結板3で連結するクリンプフィン成形に基づいて
説明したが、押し出し成形も適用可能である。
【0013】−実施形態2− この発明の第二の実施形態もヒートシンクの上に図4に
示したファン5が取り付けられている点では、実施形態
1と共通する。しかし、実施形態1と異なり、図3に放
熱装置11のヒートシンク14を斜視図で示すようにヒ
ートシンク14が平面視において点対称形状をなす。そ
して、その対称中心上に、ファン5の回転軸51の中心
が位置している。
【0014】ヒートシンク14の連結板13の形状は実
施形態1と同じである。フィン12c、12d、12
e、12fは、厚み方向2列縦隊に配列している。しか
もフィン間隔が、同一列内ではファン5の羽根52が向
かう方向に密から疎となり、異なる列間では羽根52が
向かう方向に疎から密となるように設定されている。同
一フィン列上ではフィン間隔に第1列の一方の端に位置
するフィン12c及びそれと点対称位置にある第2列の
フィン12dの間隔は狭く、第1列の残りのフィン12
e及びそれと点対称位置にある第2列のフィン12fの
間隔は広い。従って、対称中心の周辺のフィン間隔は、
第1列も第2列もともに広くなっている。フィンの間隔
の広狭は、実施形態1と同様に溝13aに差し込むフィ
ンの数を調整することにより決められている。更に、ヒ
ートシンク14は、第1列のフィン12c、12eの群
12と第2列のフィン12d、12fの群12との間
に、フィンの厚み方向に貫通するスリット16を有す
る。
【0015】この実施形態の放熱装置11も実施形態1
と同じく、ファン5の風速の弱い対称中心周辺のフィン
間隔が広く、その部分の空気の入れ替わりが速やかであ
り、ファン5の風速の強い端部でヒートシンク14の熱
容量及び放熱面積が大きくなっている。しかも、スリッ
ト16によりファン5の回転軸51直下の熱い空気がフ
ィンの面方向だけでなく厚み方向にも排出されることと
なり、空気の入れ替えが一層速やかである。よって、こ
の放熱装置11も、図4のようにフィンAが等間隔で配
列した従来の放熱装置と同一占有体積でより高い冷却効
率を有する。特に、この実施形態において、ヒートシン
ク14上に配置されたファン5を羽根が平面視反時計方
向に回転する形態で使用するのがよく、こうすることに
より、フィン間隔の狭いフィン12c、12dに対向す
るフィン間隔の広いフィン12f、12eに送風された
空気がフィン間を通ってフィン間隔の狭いフィン12
c、12dに案内されることになり、フィン間隔の狭い
フィン12c、12dの間隙における風量をより多く確
保することが出来る。
【0016】
【発明の効果】以上のように、この発明の放熱装置は、
ファンの強制対流及び放熱面積の両方の面で個々のフィ
ンを最適配置しているので、高い冷却効率を発揮する。
本発明にかかる放熱装置の実施形態について説明した
が、本発明はかかる実施形態に限定されるものではな
く、発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正
が可能である。例えば、フィンとして、金属薄板を断面
が連続した矩形波状となるように折り曲げて成形したコ
ルゲートフィンも本発明に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態1の放熱装置に用いられるヒートシ
ンクを示す斜視図である。
【図2】 同ヒートシンクの正面図である。
【図3】 実施形態2の放熱装置に用いられるヒートシ
ンクを示す斜視図である。
【図4】 従来のヒートシンクを示す斜視図である。
【符号の説明】
1、11 放熱装置 2、12 フィン群 3、13 連結板(連結部) 4、14 ヒートシンク 5 ファン 51 回転軸 52 羽根 16 スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹下 英伸 鳥取県日野郡溝口町荘字清水田55 日本電 産エレクトロニクス株式会社鳥取技術開発 センター内 Fターム(参考) 5E322 AA01 BB03 5F036 AA01 BA04 BB05 BB35 BC17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】板状をなして互いの主面がほぼ平行になる
    ように配列した複数のフィンからなる群、及びこれらの
    隣り合うフィンをその下端部で連結する連結部を有する
    ヒートシンクと、 回転軸及び羽根を有し、その回転軸が各フィンとほぼ平
    行になるようにヒートシンクの上部に設けられたファン
    とを備える放熱装置において、 前記フィン群は、前記ファンの風速が強い位置で狭い間
    隔で配列した第一のフィン群と、風速が弱い位置で広い
    間隔で配列した第二のフィン群とを含むことを特徴とす
    る放熱装置。
  2. 【請求項2】前記連結部は、フィンと別体の板からな
    り、その上面に各フィンを個別に差し込む溝が形成され
    ている請求項1に記載の放熱装置。
  3. 【請求項3】前記溝は、等間隔に形成されている請求項
    2に記載の放熱装置。
  4. 【請求項4】前記ヒートシンクは、前記回転軸の中心線
    を通り、フィンを厚み方向に貫通し上方に開いたスリッ
    トを有する請求項1〜3のいずれかに記載の放熱装置。
  5. 【請求項5】前記フィン群はスリットを挟んで厚み方向
    2列縦隊に配列しており、異なる列間では回転時に羽根
    が向かう方向に疎から密となるようにフィン間隔が設定
    されている請求項4に記載の放熱装置。
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