JP2003282803A - 発熱体冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＰＵクーラの冷却能力を向上させる。 【解決手段】 放熱プレート１１０のうち電子部品（Ｃ
ＰＵ）が接触する部位に対応する部位に、送風機１４０
にて送風される空気を集中的に導くダクト１５０を設け
る。これにより、ヒートシンク１３０のうち最も温度が
高くなる電子部品に対応する部位に冷却風を確実に送風
することができる。したがって、送風機１４０の送風能
力を増大させる、又はヒートシンク１３０を大きくする
ことなく、ＣＰＵクーラ１００の冷却能力を向上させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロプロセッ
サ（ＭＰＵ、ＣＰＵ）やインバータ等の発熱する電子部
品を冷却する空冷式の発熱体冷却装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】発熱体
冷却装置として、ＣＰＵを冷却するいわゆるＣＰＵクー
ラは、ＣＰＵのコア部に接触してＣＰＵから熱を吸熱し
て放熱する放熱プレート、及び放熱プレートのうちコア
部が接触した面と反対側に一体形成された板状のフィン
からなるヒートシンク、並びにヒートシンクに冷却風を
送風する送風機等から構成されている。

【０００３】このような冷却装置において、通常、送風
機は放熱プレートの中央部に対応する部位に配される。
そのため、送風機のモータ及びファンのボス部が放熱プ
レートの中央部に位置するので、放熱プレートの中央部
ではその他の部位に比べて送風機による送風量が少なく
なり、放熱プレートにおける風速分布が不均一なものと
なってしまう。

【０００４】一方、このような発熱体冷却装置では、通
常、放熱プレートの略中央部にＣＰＵが接触するよう
に、ＣＰＵが装着されたソケットまたはマザーボードに
ヒートシンクが固定される。そのため、その他の部位に
比べて、放熱プレートの略中央部には多くの放熱能力が
要求される。しかしながら、上述したように、送風機の
モータ及びファンのボス部が放熱プレートの中央部に位
置するので、放熱プレートの略中央部に十分量の冷却風
を導くことができないといった問題点を有している。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、冷却風の風速分
布を均一なものとし、発熱体冷却装置の冷却能力を向上
させることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、発熱体を冷
却する発熱体冷却装置であって、発熱体に接触する放熱
プレート（１１０）と、放熱プレート（１１０）に冷却
風を送風する送風手段（１４０）と、放熱プレート（１
１０）のうち発熱体が接触する部位に対応する部位に、
送風手段（１４０）にて送風される空気を導く冷却風案
内手段（１５０）とを備えることを特徴とする。

【０００７】これにより、放熱プレート（１１０）のう
ち最も温度が高くなる発熱体に対応する部位に冷却風を
確実に送風することができるので、送風手段（１４０）
の送風能力を増大させる、又は発熱体冷却装置全体を大
きくすることなく、発熱体冷却装置の冷却能力を向上さ
せることができる。

【０００８】請求項２に記載の発明では、放熱プレート
（１１０）のうち冷却風案内手段（１５０）側に面する
部位には、放熱プレート（１１０）の放熱面積を増大さ
せるとともに、冷却風案内手段（１５０）の空気吹出口
（１５２）から放熱プレート（１１０）に向かって吹き
出す空気が略全方位に向けて拡がるように構成された冷
却フィン（１２０）が設けられており、さらに、冷却フ
ィン（１２０）のうち冷却風案内手段（１５０）側に面
する部位の表面積に対する、空気吹出口（１５２）の開
口面積の比は、０．１以上、０．４以下であることを特
徴とする。

【０００９】これにより、後述する図２（ａ）及び図
３、４に示されるように、放熱能力をを十分に発揮させ
ることができる。

【００１０】請求項３に記載の発明では、発熱体を冷却
する発熱体冷却装置であって、発熱体に接触する放熱プ
レート（１１０）と、放熱プレート（１１０）のうち発
熱体が接触する部位に対応する部位に冷却風を送風する
送風手段（１４０）と、放熱プレート（１１０）に熱的
に接触し、放熱面積を増大させる冷却フィン（１２０）
とを備え、冷却フィン（１２０）は、送風手段により送
風された空気が全方位に向けて広がるように構成され、
冷却フィン(１２０)の表面積に対する、冷却フィン（１
２０）のうち送風機から冷却風が吹き出される部位の面
積の比が０．１以上、０．４以下であることを特徴とす
る。

【００１１】これにより、冷却フィン（１２０）の表面
積に対する、冷却フィン（１２０）のうち送風手段（１
４０）機から冷却風が吹き出される部位の面積の比が
０．１よりも小さいと、発熱体が接触する部位に集中的
に冷却風を導くことはできるものの、送風手段（１４
０）から送風された冷却風が放熱プレート（１２０）に
衝突してはね返ってしまい、放熱プレート（１２０）全
体に冷却風が十分に行き渡らない可能性がある。

【００１２】一方、放熱プレートの表面積に対する、放
熱プレートのうち送風手段（１４０）から冷却風が吹き
出される部位の面積の比が０．４よりも大きいと、冷却
風が拡散してしまい、発熱体が接触する部位に冷却風を
十分に導くことができず、要求される冷却性能を得るこ
とができない可能性がある。

【００１３】これに対して、請求項３記載の発明によれ
ば、放熱プレートの表面積に対する、放熱プレート（１
１０）のうち送風手段（１４０）から冷却風が吹き出さ
れる部位の面積の比が０．１以上、０．４以下とするこ
とによって、放熱プレート（１２０）全体に冷却風を行
きわたらせることができ、十分な冷却性能を得ることが
できる。

【００１４】なお、請求項４に記載の発明のごとく、冷
却フィン（１２０）に多数個のルーバ（１２１）を設け
た場合には、放熱プレート（１１０）を、発熱体が接触
する部位に対応する部位を中心（Ｏ）として、この中心
（Ｏ）周りに偶数個の区域（Ａ１〜Ａ４）に区画したと
き、各区域（Ａ１〜Ａ４）内に存在するルーバ（１２
１）が、同方向に並び、かつ、中心（Ｏ）から区域（Ａ
１〜Ａ４）内を通って放射状に延びる基準線（Ｌ１、Ｌ
２）と平行となるように設定することが望ましい。

【００１５】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係る発熱体冷却装置をマイクロプロセッサ（Ｍ
ＰＵ）等の電子部品を冷却する冷却装置１００を適用し
たものであって、図１は本実施形態に係る冷却装置１０
０の二面図である。

【００１７】放熱プレート１１０はアルミニウム等の非
鉄系金属にて矩形状に形成された板状の部材であり、冷
却フィン１２０は、放熱プレート１１０の放熱面積を増
大させるべく、アルミニウム等の非鉄系金属を波状にロ
ーラ成形した薄板であり、この冷却フィン１２０には、
空気流れを所定方向に転向させる周知のルーバ１２１が
多数個形成されている。なお、各ルーバ１２１の向きに
ついては後述する。

【００１８】そして、本実施形態では、冷却フィン１２
０と放熱プレート１１０とを、例えばろう付けにて一体
化してヒートシンク１３０を構成している。

【００１９】ヒートシンク１３０は、放熱プレート１１
０のうち冷却フィン１２０と反対側の面の略中央に電子
部品が接触するように、電子部品が装着されたソケット
又はマザーボードに固定され、電子部品が発する熱を空
気中に放熱する。

【００２０】送風機１４０は、回転軸方向に空気を吹き
出す軸流ファン１４１、軸流ファン１４１のボス部に内
蔵された電動式のモータ１４２、並びに軸流ファン１４
１及びモータ１４２を収納するケーシング１４３等から
なるものである。

【００２１】そして、送風機１４０とヒートシンク１３
０との間には、送風機１４０にて送風される空気を、放
熱プレート１１０のうち電子部品が接触する部位に対応
する部位、つまり放熱プレート１１０のうち冷却フィン
１２０側の面の略中央部に導く冷却風案内手段を構成す
るダクト１５０が設けられている。

【００２２】ここで、ダクト１５０は、送風機１４０か
ら吹き出す空気を絞るような円錐テーパ状の空気通路１
５１が形成されたアルミニウム等の非鉄系金属製であ
り、本実施形態では、ろう付けにて冷却フィン１２０と
一体化されている。因みに、送風機１４０とダクト１５
０とは、ネジ等の脱着可能な締結手段により固定されて
いる。

【００２３】そして、空気吹出口１５２側に面する冷却
フィン１２０の表面積に対する、空気吹出口１５２（空
気通路１５１のうち冷却フィン１２０側の開口部）の開
口面積の比は、０．１以上、０．４以下（本実施形態で
は、０．３）となるように設定されている。

【００２４】なお、本明細書における冷却フィン１２０
の表面積とは、冷却フィン１２０を空気吹出口１５２側
から投影したときの投影面積を言う。

【００２５】次に、ルーバ１２１の向きについて述べ
る。なお、ルーバ１２１の方向とは、ルーバ１２１によ
って転向させられる空気の流通方向を言い、具体的に
は、ルーバ１２１の面と平行な方向を言う。

【００２６】図１（ｂ）は各ルーバ１２１の向きを示す
模式図であり、放熱プレート１１０は、放熱プレート１
１０の中央部、つまり放熱プレート１１０の対角線の交
点を中心Ｏとして送風機１４０の回転方向に偶数個（本
実施形態では４個）の区域Ａ１〜Ａ４に区画した場合に
おいて、各区域Ａ１〜Ａ４内に属する各ルーバ１２１
が、その区域内では同方向に並び、かつ、中心Ｏから各
区域Ａ１〜Ａ４内を通って放射状に延びる基準線Ｌ１、
Ｌ２と平行となるように設定されている。

【００２７】つまり、本実施形態では、基準線Ｌ１、Ｌ
２は互いに９０°で交差しているため、各区域Ａ１〜Ａ
４内のルーバ１２１は、放熱プレート１１０の外形縁に
対して４５°傾いた状態で中心Ｏから放射状に拡がる向
きとなっている。

【００２８】次に、本実施形態の特徴を述べる。

【００２９】本実施形態によれば、放熱プレート１１０
のうち電子部品が接触する部位に対応する部位に、送風
機１４０にて送風される空気を導くダクト１５０が設け
られているので、ヒートシンク１３０のうち最も温度が
高くなる電子部品に対応する部位に冷却風を確実に送風
することができる。

【００３０】したがって、送風機１４０の送風能力を増
大させる、又はヒートシンク１３０を大きくすることな
く、冷却装置１００の冷却能力を向上させることができ
る。

【００３１】ところで、本実施形態では、ヒートシンク
１３０のうち電子部品に対応する部位である中央部に集
中的に空気を送風することにより、効率的に電子部品を
冷却するものであるが、空気吹出口１５２の開口面積を
過度に小さくすると、送風機１４０により送風された冷
却風が放熱プレート１１０に衝突し、送風機１４５０側
へと逆流する可能性がある。

【００３２】そして、送風機１４０により送風された冷
却風が送風機１４５０側へ逆流してしまうと、冷却風を
放熱プレート１１０全体に供給することができず、ヒー
トシング１３０全体を有効に利用することができないの
で、冷却能力が低下するおそれがある。

【００３３】逆に、空気吹出口１５２の開口面積を大き
くすると、放熱プレート１１１０の中央部に集中的に空
気を送風することができなくなり、「発明が解決しよう
とする課題」の欄で述べたように、ヒートシンク１３０
の放熱能力を十分に発揮することができなくなる。

【００３４】そこで、発明者等は、空気吹出口１５２の
開口面積と、放熱プレート１１０のうち空気吹出口１５
２側に面する部位の表面積との関係について試験調査し
たところ、図２（ａ）に示すように、冷却フィン１２０
のうち空気吹出口１５２側に面する部位の表面積に対す
る空気吹出口１５２の開口面積比を約０．１以上、約
０．４以下とすれば、ヒートシンク１３０の放熱能力を
十分に発揮させることができることを突き止めた。

【００３５】因みに、図２（ａ）の縦軸の冷却性能と
は、１Ｗの熱を放熱させるに必要な温度差を示しおり、
この冷却性能の値が小さいほど、放熱能力が高いことを
意味する。また、図２（ｂ）は、空気吹出口１５２の開
口面積と放熱プレート１１０のうち空気吹出口１５２側
に面する部位の表面積との関係、つまり開口面積の定義
を示す説明図である。

【００３６】なお、図２（ａ）はＡ＝７２ｍｍ、Ｂ＝６
０ｍｍとしたときの開口面積比を示すものであり、図３
はＡ＝７７ｍｍ、Ｂ＝５８ｍｍとしたときの開口面積比
を示すものであり、図４はＡ＝６０ｍｍ、Ｂ＝６０ｍｍ
とし、かつ、冷却フィン１２０をピン状のフィンとした
場合の開口面積比を示すものである。

【００３７】以上の例からも明らかなように、ダクト１
５０の空気吹出口１５２から放熱プレート１１０に向か
って吹き出す空気が略全方位、つまり四方八方に向けて
拡がるように冷却フィン１２０が構成されていれば、冷
却フィン１２０の形状によらず、空気吹出口１５２の開
口面積比を０．１以上、０．４以下とすれば、ヒートシ
ンク１３０の放熱能力を十分に発揮させることができ
る。

【００３８】（第２実施形態）第１実施形態では、送風
機１４０がヒートシンク１３０の直上に配置されていた
が、本実施形態は、図５に示すように、送風機１４０を
ヒートシンク１３０から離れた部位に配置するととも
に、送風機１４０にて送風される空気をダクト１５０に
て複数個のヒートシンク１３０に分配するように構成し
たものである。

【００３９】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、放熱プレート１１０は長方形状であったが、本発明
はこれに限定されるものではなく、図６に示すように、
正方形であってもよい。

【００４０】また、上述の実施形態では、放熱プレート
１１０を矩形状としたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、円などその他の形状であってもよい。した
がって、ルーバ１２１の方向は、放熱プレート１１０の
外形縁に対して４５°傾いたものに限定されるものでは
なく、その他の角度でもよい。

【００４１】また、冷却フィン１２０は波状に限定され
るものではなく、プレートフィン等のその他の形状であ
ってもよい。

【００４２】また、発熱体は電子部品に限定されるもの
ではなく、その他の発熱体であってもよい。

【００４３】また、上述の実施形態では、送風機１４０
は放熱プレート１１０に向けて空気を吹き出す、いわゆ
る押し込み型のファンであったが、本発明はこれに限定
されるものではなく、放熱プレート１１０と反対側に向
けて空気を吹き出す、いわゆる吸い込み型のファンであ
ってもよい。なお、この場合には、冷却風は中心Ｏに向
かって集合するように流通した後に、送風機１４０に吸
入されて送風機１４０外に放出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る冷却装置
の模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図２】（ａ）は開口面積比と冷却性能との関係を示す
グラフであり、（ｂ）は開口面積比の定義を示す説明図
である。

【図３】開口面積比と冷却性能との関係を示すグラフで
ある。

【図４】開口面積比と冷却性能との関係を示すグラフで
ある。

【図５】本発明の第２実施形態に係る冷却装置の模式図
である。

【図６】本発明のその他の実施形態に係る冷却装置のル
ーバの向きを示す模式図である。

【符号の説明】

１００…発熱体冷却装置、１１０…放熱プレート、１２
０…冷却フィン、１２１…ルーバ、１３０…ヒートシン
ク、１４０…送風機、１５０…ダクト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3L044 AA04 BA06 CA14 DA01 FA03 KA01 KA04 5E322 AA01 AA11 BA03 BA04 BB03 5F036 AA01 BA04 BB01 BB37

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体を冷却する発熱体冷却装置であっ
   て、 前記発熱体に接触する放熱プレート（１１０）と、 前記放熱プレート（１１０）に冷却風を送風する送風手
   段（１４０）と、 前記放熱プレート（１１０）のうち前記発熱体が接触す
   る部位に対応する部位に、前記送風手段（１４０）にて
   送風される空気を導く冷却風案内手段（１５０）とを備
   えることを特徴とする発熱体冷却装置。
2. 【請求項２】 前記放熱プレート（１１０）のうち前記
   冷却風案内手段（１５０）側に面する部位には、前記放
   熱プレート（１１０）の放熱面積を増大させるととも
   に、前記冷却風案内手段（１５０）の空気吹出口（１５
   ２）から前記放熱プレート（１１０）に向かって吹き出
   す空気が略全方位に向けて拡がるように構成された冷却
   フィン（１２０）が設けられており、 さらに、前記冷却フィン（１２０）のうち前記冷却風案
   内手段（１５０）側に面する部位の表面積に対する、前
   記空気吹出口（１５２）の開口面積の比は、０．１以
   上、０．４以下であることを特徴とする請求項１に記載
   の発熱体冷却装置。
3. 【請求項３】 発熱体を冷却する発熱体冷却装置であっ
   て、 前記発熱体に接触する放熱プレート（１１０）と、 前記放熱プレート（１１０）のうち前記発熱体が接触す
   る部位に対応する部位に冷却風を送風する送風手段（１
   ４０）と、 前記放熱プレート（１１０）に熱的に接触し、放熱面積
   を増大させる冷却フィン（１２０）とを備え、 前記冷却フィン（１２０）は、前記送風手段により送風
   された空気が全方位に向けて広がるように構成され、 前記冷却フィン(１２０)の表面積に対する、前記冷却フ
   ィン（１２０）のうち前記送風機から冷却風が吹き出さ
   れる部位の面積の比が０．１以上、０．４以下であるこ
   とを特徴とする発熱体冷却装置。
4. 【請求項４】 前記冷却フィン（１２０）には、空気流
   れを所定方向に転向させる多数個のルーバ（１２１）が
   設けられており、 前記放熱プレート（１１０）を、前記発熱体が接触する
   部位に対応する部位を中心（Ｏ）として、この中心
   （Ｏ）周りに偶数個の区域（Ａ１〜Ａ４）に区画した場
   合において、 前記各区域（Ａ１〜Ａ４）内に存在する前記ルーバ（１
   ２１）は、同方向に並び、かつ、前記中心（Ｏ）から前
   記区域（Ａ１〜Ａ４）内を通って放射状に延びる基準線
   （Ｌ１、Ｌ２）と平行であることを特徴とする請求項２
   又は３に記載の発熱体冷却装置。