JP2003347779A - ヒートシンク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の大型化や製造コストの増大を招来する
ことなく、冷却性能の向上を図ること。 【解決手段】 ヒートシンクベース１０の表面１０ａに
複数のフィンを有し、該ヒートシンクベース１０の表面
１０ａに対向配置した軸流ファン２を駆動することによ
ってフィンの相互間に空気を通過させることにより、ヒ
ートシンクベース１０の裏面１０ｂを介して被冷却体５
の冷却を行うヒートシンク装置において、フィンは、軸
流ファン２を駆動した場合にヒートシンクベース１０の
表面１０ａに発生する空気の流れ方向に沿い、かつ互い
に所定の隙間１１ｂを確保した状態で複数のフィン構成
要素１１ａを並設することにより構成した小フィン列１
１を備える。

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、ヒートシンク装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、そ
れぞれ特開昭６２−４９７００号公報に記載された従来
のヒートシンク装置を示すものである。１はヒートシン
クベース、２はヒートシンクベース１に対向して配置さ
れた軸流ファン、３は軸流ファン２を回転駆動するため
の駆動モータ、４はヒートシンクベース１の表面に立設
した複数のフィン、５はヒートシンクベース１の裏面に
取り付けられたパワーモジュール等の被冷却体である。
複数のフィン４は、軸流ファン２の外周部に対応する部
位からヒートシンクベース１の端部に向かって放射状に
延在し、かつそれぞれが一様な肉厚を有している。

【０００３】次に、動作について説明する。上記ヒート
シンク装置では、軸流ファン２の回転駆動によって発生
した気流が、隣接するフィン４の相互間に形成される風
路を通過する。この間、風路を通過する気流とフィン４
との間で熱交換が行われ、ヒートシンクベース１を介し
て被冷却体５が冷却されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のヒ
ートシンク装置では、軸流ファン２の回転駆動によって
発生した気流が、ヒートシンクベース１の表面に衝突し
た際に当該ヒートシンクベース１の表面に沿った方向に
偏向され、その後、ヒートシンクベース１の端部に向か
って流れ去る。ここで、気流が偏向される際には、遠心
力の作用によりヒートシンクベース１の表面側に縮流し
て速度が増加する。このため、フィン４において実質的
に気流が通過する面積が減少することになる。

【０００５】図１２（ａ）は、この様子を示した模式図
である。同図に示すように、フィン４の高さ方向におい
て実際に気流が通過する有効伝熱面積６は、ヒートシン
クベース１の表面側に位置した一部分のみとなる。上述
したように、こうした現象は、偏向の際に気流が縮流す
ることに起因するものである。従って、仮にフィン４の
高さを増加させたとしても、有効伝熱面積６に何等の変
化も与えることができず、冷却性能の向上を図ることは
困難である。

【０００６】一方、図１２（ｂ）は、気流がフィン４と
熱交換する様子を説明する模式図である。図に示すよう
に、上記ヒートシンク装置では、軸流ファン２の回転駆
動によって発生した気流がフィン４を通過する際に、当
該フィン４に沿って温度境界層７が連続的に発達するよ
うになる。このため、気流とフィン４との間の熱の伝わ
り易さを表す平均熱伝達率は、温度境界層７が薄いフィ
ン４の先端部分、つまり気流が流入する上流端部分での
み高くなり、それより下流側では温度境界層７の影響に
よって著しく低下するようになる。

【０００７】このように、図１１に示したヒートシンク
装置にあっては、フィン４全体で熱伝達率を上げること
が困難であり、冷却性能の向上を図るには限界がある。

【０００８】さらに、放射状に延在したフィン４が空気
の流れに沿って配置されていないため、フィン４の相互
間を通過する際の抵抗により、気流の速度が著しく低下
するようになり、このこともヒートシンク装置において
冷却性能の向上を図る上で妨げとなっている。

【０００９】こうした冷却性能の問題は、ヒートシンク
ベース１として、ファンあるいはフィンに対向する面の
表面積が大きなものを適用すれば、改善することが可能
になる。しかしながら、ファンあるいはフィンに対向す
る面の表面積が大きなヒートシンクベース１を適用した
場合には、当該ヒートシンクベース１に見合った大型の
軸流ファン２を適用する必要があり、装置が著しく大型
化するとともに、製造コストが大幅に増大する事態を招
来する。

【００１０】この発明は、上記実情に鑑みてなされたも
ので、装置の大型化や製造コストの増大を招来すること
なく、冷却性能の向上を図ることのできるヒートシンク
装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかるヒートシンク装置は、ヒートシン
クベースの表面に複数のフィンを有し、該ヒートシンク
ベースの表面に対向配置した送風ファンを駆動すること
によって前記フィンの相互間に空気を通過させることに
より、前記ヒートシンクベースの裏面を介して被冷却体
の冷却を行うヒートシンク装置において、前記フィン
が、前記送風ファンを駆動した場合に前記ヒートシンク
ベースの表面に発生する空気の流れ方向に沿い、かつ互
いに所定の隙間を確保した状態で複数のフィン構成要素
を並設することにより構成した小フィン列を備えること
を特徴とする。

【００１２】この発明によれば、小フィン列が複数のフ
ィン構成要素を並設することによって構成したものであ
るため、該小フィン列に沿って気流が通過した場合にも
温度境界層が連続的に発達する事態が防止される。しか
も、小フィン列が送風ファンを駆動した場合にヒートシ
ンクベースの表面に発生する空気の流れ方向に沿ったも
のであるため、小フィン列に沿って気流が通過する際の
抵抗が著しく低減される。

【００１３】つぎの発明にかかるヒートシンク装置は、
ヒートシンクベースの表面に複数のフィンを有し、該ヒ
ートシンクベースの表面に対向配置した送風ファンを駆
動することによって前記フィンの相互間に空気を通過さ
せることにより、前記ヒートシンクベースの裏面を介し
て被冷却体の冷却を行うヒートシンク装置において、前
記フィンが、前記送風ファンを駆動した場合に前記ヒー
トシンクベースの表面に発生する空気の流れ方向に沿
い、かつ互いに所定の隙間を確保した状態で複数のフィ
ン構成要素を並設することにより構成した複数の小フィ
ン列と、前記送風ファンを駆動した場合に前記ヒートシ
ンクベースの表面に発生する空気の流れ方向に沿って連
続し、かつ前記複数の小フィン列を複数の組に仕切る仕
切フィンと、を備えることを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、小フィン列が複数のフ
ィン構成要素を並設することによって構成したものであ
るため、該小フィン列に沿って気流が通過した場合にも
温度境界層が連続的に発達する事態が防止される。しか
も、小フィン列が送風ファンを駆動した場合にヒートシ
ンクベースの表面に発生する空気の流れ方向に沿ったも
のであるため、小フィン列に沿って気流が通過する際の
抵抗が著しく低減される。さらに、仕切フィンの作用に
より、小フィン列の間隙を通過する気流が抑制される。

【００１５】つぎの発明にかかるヒートシンク装置は、
上記の発明において、隣合う小フィン列においては、そ
れぞれの延在方向に沿って前記複数のフィン構成要素を
千鳥状に配置したことを特徴とする。

【００１６】この発明によれば、各小フィン列において
フィン構成要素の相互間隙が十分に確保される。また、
フィン構成要素に空気の流れが衝突し、ヒートシンクベ
ースの表面から離隔する方向に偏向するようになる。

【００１７】つぎの発明にかかるヒートシンク装置は、
上記の発明において、前記小フィン列は、気流の上流側
に向けて前記ヒートシンクベースからの前記フィン構成
要素の突出高さを漸次低く構成したことを特徴とする。

【００１８】この発明によれば、フィン構成要素におい
て伝熱に関与しない部分が省略される。

【００１９】つぎの発明にかかるヒートシンク装置は、
上記の発明において、前記ヒートシンクベースにおける
被冷却体の配置位置に対応する部位にのみ前記小フィン
列を配置したことを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、フィンの伝熱面積を確
保するために、例えばフィンおよびヒートシンクベース
を大きくする必要がある場合にも、全体冷却性能への寄
与率が大きい被冷却体の配置位置に近い部分に立設され
たフィンほど相対的に性能を高め、被冷却体の配置位置
より外周部ほど通風抵抗が大きくならない程度にフィン
を構成しているため、全体的にフィンの性能を上げるよ
り、十分な送風量が確保され、全体冷却性能が向上す
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかるヒートシンク装置の好適な実施の形態を詳
細に説明する。

【００２２】実施の形態１．図１は、この発明の実施の
形態１であるヒートシンク装置の構成を模式的に示すも
ので、図１（ａ）は断面側面図、図１（ｂ）は平面図で
ある。ここで例示するヒートシンク装置は、パワーモジ
ュール等の被冷却体５を冷却するためのもので、送風の
ための軸流ファン２およびヒートシンクベース１０を備
えている。軸流ファン２は、駆動モータ３によって回転
駆動した場合に、ヒートシンクベース１０の表面１０ａ
に送風を行うべく、当該ヒートシンクベース１０の表面
１０ａに対向する態様でそのほぼ中央となる位置に配置
してある。

【００２３】ヒートシンクベース１０は、矩形のプレー
ト状を成すもので、その表面１０ａに複数の小フィン列
１１から成るフィンを有している。個々の小フィン列１
１は、ヒートシンクベース１０の中央部から端部に向か
う複数の曲線１２に沿ってそれぞれ多数のフィン構成要
素１１ａを並設することにより構成したものである。こ
の曲線１２としては、例えば対数らせん曲線や円弧で構
成すればよい。フィン構成要素１１ａは、矩形の薄板状
を成す小片であり、互いに同一高さとなる態様でヒート
シンクベース１０の表面１０ａから上方に向けて立設し
てある。フィン構成要素１１ａを並設したそれぞれの曲
線１２は、軸流ファン２を駆動した場合にヒートシンク
ベース１０の表面１０ａに発生する空気の流れ方向に沿
って延在するものである。各小フィン列１１においてフ
ィン構成要素１１ａの相互間には、互いに同一となる所
定の間隙１１ｂが確保してある。

【００２４】このヒートシンクベース１０には、その裏
面１０ｂに被冷却体５が取り付けられる。被冷却体５
は、ヒートシンクベース取付面がヒートシンクベース１
０の裏面１０ｂとほぼ同一の大きさを有しており、当該
ヒートシンクベース１０のほぼ中央となる位置に密着す
る態様で取り付けてある。

【００２５】次に、動作について説明する。上記ヒート
シンク装置では、軸流ファン２の回転駆動によって発生
した気流が、ヒートシンクベース１０の中央部に衝突し
て方向を変え、各小フィン列１１の内周部から流入した
後、隣接する小フィン列１１の相互間に形成される風路
を通過して外周部に至り、この間、風路を通過する気流
と小フィン列１１の各フィン構成要素１１ａとの間で熱
交換が行われ、ヒートシンクベース１０を介して被冷却
体５が冷却されることになる。その際、上記ヒートシン
ク装置によれば、小フィン列１１が、軸流ファン２を駆
動した場合にヒートシンクベース１０の表面１０ａに発
生する空気の流れ方向に沿って延在しているため、小フ
ィン列１１に沿って気流が通過する際の抵抗が著しく低
減されるようになり、十分な送風量を確保することがで
きるようになる。

【００２６】図２（ａ）は、図１に示したヒートシンク
装置において気流の様子を模式的に示すための要部拡大
平面図、図２（ｂ）は、フィン構成要素１１ａの長さＬ
と平均熱伝達率との関係を示すグラフである。なお、こ
の図２（ｂ）は、軸流ファン２から小フィン列１１の相
互間に流入する平均入口気流速度が４ｍ／ｓ前後となる
条件下で、本発明者らが実際に試験を行った結果を示す
ものである。以下、これらの図を参照しながら図１に示
したヒートシンク装置において気流が小フィン列１１の
各フィン構成要素１１ａと熱交換する様子を説明する。

【００２７】上記ヒートシンク装置においても、軸流フ
ァン２の回転駆動によって発生した気流が小フィン列１
１に沿って流れるため、該小フィン列１１の延在方向に
沿って温度境界層７が形成されることになる。しかしな
がら、上記ヒートシンク装置によれば、多数のフィン構
成要素１１ａを並設することによって小フィン列１１を
構成し、かつフィン構成要素１１ａの相互間に間隙１１
ｂを確保しているため、図２（ａ）に示すように、温度
境界層７が分断され、その連続的な発達が阻止されるこ
とになる。しかも、上述したように、小フィン列１１
が、軸流ファン２を駆動した場合にヒートシンクベース
１０の表面１０ａに発生する空気の流れ方向に沿って延
在しているため、十分な送風量を確保することができる
ようになる。これらの結果、気流が流入する小フィン列
１１の上流側部分のみならず、その下流側においても平
均熱伝達率が高くなり、かつ送風量が十分に確保される
ため、冷却性能を大幅に向上させることが可能になる。

【００２８】図２（ｂ）に示すように、フィン構成要素
１１ａの長さＬは、短いほど熱伝達率が増大するが、極
端に短くなると圧力損失の増加により風量低下を伴うた
め熱伝達率が減少する。従って、フィン構成要素１１ａ
の長さＬとしては、軸流ファン２の容量やフィン構成要
素１１ａの形状等、種々の条件を考慮して最適値となる
ものを適用することが好ましい。

【００２９】一方、小フィン列１１においてフィン構成
要素１１ａの相互間に確保した間隙１１ｂについては、
これが小さければ、小フィン列１１としての有効伝熱面
積が大きくなるため熱交換量が増えて冷却性能が大きく
なる。しかしながら、上流側で形成された小フィン列１
１の延在方向に沿う温度境界層７が十分小さくなる以前
に下流側のフィン構成要素１１ａに空気が流入すること
になり、温度境界層７を分断する効果が低下する。従っ
て、上記間隙１１ｂに関しても、軸流ファン２の容量や
フィン構成要素１１ａの形状等、種々の条件を考慮して
最適値となるものを確保することが好ましい。

【００３０】以上説明したように、実施の形態１のヒー
トシンク装置によれば、多数のフィン構成要素１１ａを
並設することによって小フィン列１１を構成し、かつフ
ィン構成要素１１ａの相互間に間隙１１ｂを確保してい
るため、小フィン列１１に沿う温度境界層７が分断さ
れ、その連続的な発達が阻止されることになる。しか
も、小フィン列１１が、軸流ファン２を駆動した場合に
ヒートシンクベース１０の表面１０ａに発生する空気の
流れ方向に沿って延在しているため、十分な送風量を確
保することができるようになる。

【００３１】従って、軸流ファン２の回転駆動によって
発生した気流が、ヒートシンクベース１０の表面１０ａ
に衝突して偏向される際にヒートシンクベース１０の表
面１０ａ側に縮流し、これによって有効伝熱面積が十分
に確保されなくとも、各フィン構成要素１１ａの平均熱
伝達率を高めることで、ファンあるいはフィンに対向す
る面の表面積が大きなヒートシンクベース１０を適用し
たり、これに応じて大型の軸流ファン２を適用すること
なく、冷却性能を大幅に向上させることが可能になり、
ヒートシンク装置の大型化や製造コストの増大を招来す
ることなく、冷却性能の向上を図ることができるように
なる。

【００３２】なお、上述した実施の形態１では、各小フ
ィン列１１において互いに同一の高さとなるフィン構成
要素１１ａを適用するようにしているが、例えば図３に
示す変形例のように、気流の上流側に向けてヒートシン
クベース１０の表面１０ａからのフィン構成要素１１ａ
の突出高さを漸次低く構成するようにしても構わない。
つまり、有効伝熱面積となる部分のみの高さを有するよ
うにフィン構成要素１１ａの高さを設定するようにして
も良い。この変形例の場合には、冷却性能に何等の影響
も与えることなくヒートシンク装置の軽量化、並びに製
造コストの低減を図ることが可能になる。

【００３３】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２であるヒートシンク装置を模式的に示す平面図で
ある。ここで例示するヒートシンク装置は、図１に示し
たヒートシンク装置と同様に、ヒートシンクベース１０
の裏面１０ｂに取り付けたパワーモジュール等の被冷却
体５を冷却するためのもので、ヒートシンクベース１０
の表面１０ａに設けたフィンの構成のみが異なってい
る。

【００３４】すなわち、ヒートシンクベース１０の中央
部から端部に向かう複数の曲線１２に沿ってそれぞれ多
数のフィン構成要素１１ａを並設することにより小フィ
ン列１１を構成している点は実施の形態１と同様である
が、隣合う小フィン列１１においては曲線１２の延在方
向に沿って互いに千鳥状となるようにフィン構成要素１
１ａを配置してある。フィン構成要素１１ａを千鳥状に
配置した結果、各小フィン列１１においてフィン構成要
素１１ａの相互間には、フィン構成要素１１ａの単一長
さよりも大きな間隙１１ｂが確保されることになる。フ
ィン構成要素１１ａが、矩形の薄板状を成す小片であ
り、互いに同一高さとなる態様でヒートシンクベース１
０の表面１０ａから上方に向けて立設してある点、並び
にフィン構成要素１１ａを並設したそれぞれの曲線１２
が、軸流ファン２を駆動した場合にヒートシンクベース
１０の表面１０ａに発生する空気の流れ方向に沿って延
在するものである点は、いずれも実施の形態１と同様で
ある。

【００３５】次に動作について説明する。なお、実施の
形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付して説
明を行う。上記ヒートシンク装置では、軸流ファン２の
回転駆動によって発生した気流が、ヒートシンクベース
１０の中央部に衝突して方向を変え、各小フィン列１１
の内周部から流入した後、隣接する小フィン列１１の相
互間に形成される風路を通過して外周部に至り、この
間、風路を通過する気流と小フィン列１１の各フィン構
成要素１１ａとの間で熱交換が行われ、ヒートシンクベ
ース１０を介して被冷却体５が冷却されることになる。

【００３６】ここで、上記ヒートシンク装置において
は、多数のフィン構成要素１１ａを並設することによっ
て小フィン列１１を構成し、かつフィン構成要素１１ａ
の相互間にフィン構成要素１１ａの単一長さよりも大き
な間隙１１ｂを確保している。この間隙１１ｂの作用に
より、小フィン列１１の内周部から流入した気流は、小
フィン列１１に沿って流れる際、上流側のフィン構成要
素１１ａで形成された温度境界層７が十分に、かつ確実
に小さくなった後に下流側のフィン構成要素１１ａに流
入することになる。従って、小フィン列１１に沿う温度
境界層７を分断して連続的な発達を阻止する効果が一層
顕著となる。

【００３７】しかも、隣合う小フィン列１１においては
曲線１２の延在方向に沿って互いに千鳥状となるように
フィン構成要素１１ａを配置しているため、各フィン構
成要素１１ａが小フィン列１１の内周部から流入した気
流に衝突する抵抗体として機能する。従って、ヒートシ
ンクベース１０の表面１０ａに偏って流れていた気流が
フィン構成要素１１ａとの衝突により、該ヒートシンク
ベース１０の表面１０ａから離隔する方向に偏向すると
ともに、小フィン列１１の相互間を通過する気流の速度
が均一化するようになり、フィン構成要素１１ａの高さ
方向全体に亘って伝熱面積が確保される。

【００３８】これらの結果、小フィン列１１の全体に亘
って平均熱伝達率が高くなり、ファンあるいはフィンに
対向する面の表面積が大きなヒートシンクベース１０を
適用したり、これに応じて大型の軸流ファン２を適用す
ることなく、冷却性能をより一層向上させることが可能
になるため、ヒートシンク装置の大型化や製造コストの
増大を招来することなく、冷却性能の向上を図ることが
できるようになる。

【００３９】なお、上述した実施の形態２においても、
気流の上流側に向けてヒートシンクベース１０の表面１
０ａからのフィン構成要素１１ａの突出高さを漸次低く
構成するようにして構わない。

【００４０】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３であるヒートシンク装置を模式的に示す平面図で
ある。ここで例示するヒートシンク装置は、図１に示し
たヒートシンク装置と同様に、ヒートシンクベース１０
の裏面１０ｂに取り付けたパワーモジュール等の被冷却
体５を冷却するためのもので、ヒートシンクベース１０
の表面１０ａに設けたフィンの構成のみが異なってい
る。

【００４１】すなわち、実施の形態３のヒートシンク装
置では、ヒートシンクベース１０のフィンが、複数の小
フィン列１１と複数の仕切フィン１３とを備えている。

【００４２】小フィン列１１は、実施の形態１と同様、
ヒートシンクベース１０の中央部から端部に向かう複数
の曲線１２に沿ってそれぞれ多数のフィン構成要素１１
ａを並設することにより構成したものである。フィン構
成要素１１ａは、矩形の薄板状を成す小片であり、互い
に同一高さとなる態様でヒートシンクベース１０の表面
１０ａから上方に向けて立設してある。フィン構成要素
１１ａを並設したそれぞれの曲線１２は、軸流ファン２
を駆動した場合にヒートシンクベース１０の表面１０ａ
に発生する空気の流れ方向に沿って延在するものであ
る。各小フィン列１１においてフィン構成要素１１ａの
相互間には、互いに同一となる所定の間隙１１ｂが確保
してある。

【００４３】仕切フィン１３は、それぞれヒートシンク
ベース１０の中央部から端部に向かう複数の曲線１２に
沿って連続的に延在するように構成したものである。個
々の仕切フィン１３は、薄板状を成しており、全長に亘
って均一の高さとなる態様でヒートシンクベース１０の
表面１０ａから上方に向けて立設してある。仕切フィン
１３を設けるそれぞれの曲線１２は、軸流ファン２を駆
動した場合にヒートシンクベース１０の表面１０ａに発
生する空気の流れ方向に沿って延在するものである。

【００４４】図５からも明らかなように、この実施の形
態３では、８本の仕切フィン１３をほぼ等間隔となるよ
うに配置するとともに、仕切フィン１３の各相互間に６
〜７本の小フィン列１１を配置することにより、ヒート
シンクベース１０にフィンを構成してある。

【００４５】次に動作について説明する。なお、実施の
形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付して説
明を行う。上記ヒートシンク装置では、軸流ファン２の
回転駆動によって発生した気流が、ヒートシンクベース
１０の中央部に衝突して方向を変え、フィンの内周部か
ら流入した後、隣接する小フィン列１１の相互間、ある
いは小フィン列１１と仕切フィン１３との相互間に形成
される風路を通過して外周部に至り、この間、風路を通
過する気流と小フィン列１１の各フィン構成要素１１ａ
との間、もしくは気流と仕切フィン１３との間で熱交換
が行われ、ヒートシンクベース１０を介して被冷却体５
が冷却されることになる。

【００４６】このヒートシンク装置においても、多数の
フィン構成要素１１ａを並設することによって小フィン
列１１を構成し、かつフィン構成要素１１ａの相互間に
間隙１１ｂを確保しているため、温度境界層７が分断さ
れ、その連続的な発達が阻止されることになる。しか
も、上述したように、小フィン列１１および仕切フィン
１３がいずれも軸流ファン２を駆動した場合にヒートシ
ンクベース１０の表面１０ａに発生する空気の流れ方向
に沿って延在しているため、十分な送風量を確保するこ
とができるようになる。これらの結果、気流が流入する
小フィン列１１の上流側部分のみならず、その下流側に
おいても平均熱伝達率が高くなり、かつ送風量が十分に
確保されるため、冷却性能を大幅に向上させることが可
能になる。

【００４７】ここで、小フィン列１１の内周部から流入
した気流の多くは、図６（ａ）に示すように、当該小フ
ィン列１１に沿った主流Ａとして漸次下流側に流れるこ
とになる。しかしながら、特に、フィン構成要素１１ａ
の相互間に確保した間隙１１ｂが大きい場合、あるいは
軸流ファン２から小フィン列１１の相互間に流入する平
均入口気流速度が大きい場合には、小フィン列１１に沿
った主流Ａとは別に、フィン構成要素１１ａの相互間に
確保した間隙１１ｂを通じた気流Ｂがわずかながらも生
じるようになる。この間隙１１ｂを通過する気流Ｂは、
主流Ａとして流れる空気の流量を減じるものであり、平
均熱伝達率を低下させる要因となる。

【００４８】この点、この実施の形態３のヒートシンク
装置によれば、図６（ｂ）に示すように、複数の小フィ
ン列１１を複数の組に仕切るように仕切フィン１３を設
けるようにしているため、間隙１１ｂを通過する気流Ｂ
を効果的に抑制し、主流Ａとして流れる空気の流量を十
分に確保することができるようになる。従って、仮にフ
ィン構成要素１１ａの相互間に大きな間隙１１ｂを確保
した場合、あるいは軸流ファン２から小フィン列１１の
相互間に流入する平均入口気流速度を大きく設定した場
合であっても、間隙１１ｂを通過する気流の発生に起因
して平均熱伝達率が低下する事態を招来する虞れがな
く、冷却性能を向上させることが可能になる。これによ
り、ヒートシンク装置の大型化や製造コストの増大を招
来することなく、冷却性能の向上を図ることができるよ
うになる。

【００４９】なお、上述した実施の形態３では、ヒート
シンクベース１０に８本の仕切フィン１３を設けること
により、複数の小フィン列１１を８組に仕切るようにし
ているが、必ずしもこれに限定されない。但し、ヒート
シンク装置の平均熱伝達率を考慮した場合、仕切フィン
１３の数と小フィン列１１の数との間には、トレードオ
フの関係がある。例えば、仕切フィン１３を多く設けた
場合には、主流Ａとして流れる空気の流量を十分に確保
することによって平均熱伝達率を向上させることができ
る一方、小フィン列１１の割合が相対的に減るために当
該小フィン列１１の作用によって平均熱伝達率を向上さ
せる割合も低下することになる。従って、軸流ファン２
の容量やフィン構成要素１１ａの形状等、種々の条件を
考慮して平均熱伝達率が最も高くなるように仕切フィン
１３の数を設定することが好ましい。

【００５０】また、上述した実施の形態３では、ヒート
シンクベース１０の中央部から端部に向かう複数の曲線
１２に沿ってそれぞれ多数のフィン構成要素１１ａを並
設することにより小フィン列１１を構成するようにして
いるが、図７に示すように、隣合う小フィン列１１にお
いて曲線１２の延在方向に沿って互いに千鳥状となるよ
うにフィン構成要素１１ａを配置するようにしても同様
の作用効果を奏することが可能である。

【００５１】さらに、上述した実施の形態３において
も、気流の上流側に向けてヒートシンクベース１０の表
面１０ａからのフィン構成要素１１ａの突出高さ、およ
び／または仕切フィン１３の突出高さを漸次低く構成す
るようにして構わない。

【００５２】実施の形態４．図８は、この発明の実施の
形態４であるヒートシンク装置を模式的に示すもので、
図８（ａ）は断面側面図、図８（ｂ）は平面図、図８
（ｃ）は要部拡大図である。ここで例示するヒートシン
ク装置は、図１に示したヒートシンク装置と同様に、ヒ
ートシンクベース１０の裏面１０ｂに取り付けたパワー
モジュール等の被冷却体５を冷却するためのもので、ヒ
ートシンクベース１０に対する被冷却体５の大きさ、並
びにヒートシンクベース１０の表面１０ａに設けたフィ
ンの構成のみが異なっている。

【００５３】すなわち、この実施の形態４では、小型・
高出力化されたパワーモジュール等の被冷却体５を冷却
対象としている。また、伝熱面積を十分確保するために
ヒートシンクベースおよびフィンを大きくし、外周部の
フィンにはヒートシンクベースの熱伝導により熱を輸送
するようにしている。このため、被冷却体５は、ヒート
シンクベース取付面がヒートシンクベース１０の裏面１
０ｂよりも十分に小さく、当該ヒートシンクベース１０
のほぼ中央となる位置に密着する態様で取り付けてあ
る。

【００５４】一方、ヒートシンクベース１０は、矩形の
プレート状を成すもので、その表面１０ａに複数のフィ
ン１４を有している。フィン１４は、それぞれヒートシ
ンクベース１０の中央部から端部に向かう複数の曲線１
２に沿って延設したものである。曲線１２としては、例
えば対数らせん曲線や円弧を適用すれば良い。それぞれ
のフィン１４において、被冷却体５の配置位置に対応す
る部位には小フィン列部１４Ａが構成してある一方、被
冷却体５の配置位置外に対応する部位には連続フィン部
１４Ｂが構成してある。小フィン列部１４Ａは、矩形の
薄板状を成し、かつ互いに同一の高さを有した複数のフ
ィン構成要素１１ａを並設することによって構成した部
分である。フィン構成要素１１ａの相互間には、それぞ
れ互いに同一となる所定の間隙１１ｂが確保してある。
連続フィン部１４Ｂは、一連の薄板状を成しており、全
長に亘って均一の高さとなる態様でヒートシンクベース
１０の表面１０ａから上方に向けて立設した部分であ
る。フィン１４を設けるそれぞれの曲線１２は、軸流フ
ァン２を駆動した場合にヒートシンクベース１０の表面
１０ａに発生する空気の流れ方向に沿って延在するもの
である。

【００５５】次に動作について説明する。なお、実施の
形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付して説
明を行う。上記ヒートシンク装置では、軸流ファン２の
回転駆動によって発生した気流が、ヒートシンクベース
１０の中央部に衝突して方向を変え、フィン１４の内周
部から流入した後、隣接するフィン１４の相互間に形成
される風路を通過して外周部に至り、この間、風路を通
過する気流とフィン１４との間で熱交換が行われ、ヒー
トシンクベース１０を介して被冷却体５が冷却されるこ
とになる。

【００５６】ここで、被冷却体５の配置位置より外周部
分に立設されたフィン部分ほどヒートシンクベース１の
熱伝導を利用して熱輸送を行わなければならないため、
フィンの冷却性能が十分活用されず、必要に通風抵抗を
増加させて送風量の低下を招くだけであり、一方、被冷
却体５の配置位置に近い部分に立設されたフィンの冷却
性能は全体冷却性能への寄与率が大きい。従って、全体
に亘ってフィンの性能を上げるより被冷却体５の配置位
置に近い部分に立設されたフィンほど相対的に冷却性能
を高め、被冷却体５の配置位置より外周部ほど通風抵抗
が大きくならないように相対的にフィンの冷却性能を抑
える方が結果的に全体冷却性能が向上する。

【００５７】この狙いに則り、この実施の形態のヒート
シンク装置によれば、ヒートシンクベース１０の表面１
０ａにおいて被冷却体５の配置位置に対応する部位に、
複数のフィン構成要素１１ａを並設することによって小
フィン列部１４Ａを構成し、かつフィン構成要素１１ａ
の相互間に間隙１１ｂを確保しているため、当該小フィ
ン列部１４Ａにおいては温度境界層７が分断され、その
連続的な発達が阻止されることになる。しかも、軸流フ
ァン２を駆動した場合にヒートシンクベース１０の表面
１０ａに発生する空気の流れ方向に沿ってフィン１４を
延設しているため、気流が通過する際の抵抗が著しく低
減され、十分な送風量を確保することができるようにな
る。さらに、被冷却体５の配置位置外となる部位に立設
した連続フィン部１４Ｂにおいては、これを連続したも
のとして構成してあるため、気流が通過する際の抵抗が
一層低減されるようになる。これらの結果、気流が流入
する小フィン列部１４Ａの上流側部分のみならず、小フ
ィン列部１４Ａの下流側においても平均熱伝達率が高く
なり、かつ送風量を十分に確保することができるため、
冷却性能を大幅に向上させることが可能になる。従っ
て、全体冷却性能への寄与率が大きい被冷却体５の配置
位置に近い部分に立設されたフィンの性能を高め、被冷
却体５の配置位置より外周部において通風抵抗が大きく
ならない程度にフィンを立設して送風量を十分確保して
いるため、全体冷却性能の向上を図ることが可能にな
る。

【００５８】なお、上述した実施の形態４では、ヒート
シンクベース１０の中央部から端部に向かう複数の曲線
１２に沿ってそれぞれ複数のフィン構成要素１１ａを並
設することにより小フィン列部１４Ａを構成するように
しているが、隣合う小フィン列部１４Ａにおいて曲線１
２の延在方向に沿って互いに千鳥状となるようにフィン
構成要素１１ａを配置するようにしても良い。

【００５９】また、上述した実施の形態４では、ヒート
シンクベース１０の表面１０ａにおいて被冷却体５の配
置位置に対応する部位に同一長さのフィン構成要素１１
ａを並設することにより小フィン列部１４Ａを設ける一
方、被冷却体５の配置位置外となる部位に連続フィン部
１４Ｂを設けるようにしているが、本発明はこれに限定
されない。例えば、図９（ａ）および図９（ｂ）に示す
変形例のように、気流の上流側に向けて漸次長さの短く
なる複数のフィン構成要素１１ａ₁，１１ａ₂，１１
ａ₃，１１ａ₄…（１１ａ₁＜１１ａ₂＜１１ａ₃＜１１ａ₄
…）を全長に亘って並設することによりフィン１４を構
成するようにしても、同様の作用効果を奏することがで
きる。

【００６０】さらに、上述した実施の形態４において
も、気流の上流側に向けてヒートシンクベース１０の表
面１０ａからのフィン構成要素１１ａの突出高さを漸次
低く構成するようにして構わない。

【００６１】実施の形態５．図１０は、この発明の実施
の形態５であるヒートシンク装置を模式的に示すもの
で、図１０（ａ）は断面側面図、図１０（ｂ）は平面図
である。ここで例示するヒートシンク装置は、小型・高
出力化されたパワーモジュール等の被冷却体５を冷却対
象とするのもので、送風のための一対の軸流ファン２
Ｌ，２Ｒおよびヒートシンクベース１００を備えてい
る。一対の軸流ファン２Ｌ，２Ｒは、それぞれ個別の駆
動モータ３Ｌ，３Ｒによって回転駆動した場合に、ヒー
トシンクベース１００の表面１００ａに送風を行うべ
く、当該ヒートシンクベース１００の表面１００ａに対
向し、かつ相互に並設する態様で配置してある。

【００６２】ヒートシンクベース１００は、冷却対象と
なる被冷却体５の一辺とほぼ同一の短辺を有し、かつ該
被冷却体５の一辺のほぼ３倍となる長辺を有した矩形の
プレート状を成すものである。このヒートシンクベース
１００の裏面１００ｂには、そのほぼ中央となる位置に
被冷却体５が密着する態様で取り付けてある。

【００６３】一方、ヒートシンクベース１００の表面１
００ａ側には、各軸流ファン２Ｌ，２Ｒに対向する部位
にそれぞれ複数のフィンから成るフィン群１１０Ｌ，１
１０Ｒが設けてある。各フィン群１１０Ｌ，１１０Ｒの
フィンは、軸流ファン２Ｌ，２Ｒの中心に対向する部位
から外周方向に向かう複数の曲線１２に沿って延在した
もので、複数の小フィン列１１０Ａと複数の連続フィン
１１０Ｂとを備えている。曲線１２としては、例えば対
数らせん曲線や円弧で構成すればよい。

【００６４】小フィン列１１０Ａは、それぞれ多数のフ
ィン構成要素１１ａを並設することにより構成したもの
で、ヒートシンクベース１００の表面１００ａにおいて
少なくとも被冷却体５の配置位置に対応する部位に設け
てある。フィン構成要素１１ａは、矩形の薄板状を成す
小片であり、互いに同一高さとなる態様でヒートシンク
ベース１００の表面１００ａから上方に向けて立設して
ある。また隣合う小フィン列１１０Ａにおいては、曲線
１２の延在方向に沿って互いに千鳥状となるようにフィ
ン構成要素１１ａを配置してある。フィン構成要素１１
ａを並設したそれぞれの曲線１２は、軸流ファン２Ｌ，
２Ｒを駆動した場合にヒートシンクベース１００の表面
１００ａに発生する空気の流れ方向に沿って延在するも
のである。フィン構成要素１１ａを千鳥状に配置した結
果、各小フィン列１１０Ａにおいてフィン構成要素１１
ａの相互間には、フィン構成要素１１ａの単一長さより
も大きな間隙１１ｂが確保されることになる。

【００６５】一方、連続フィン１１０Ｂは、それぞれの
曲線１２に沿って連続的に延在するように構成したもの
で、ヒートシンクベース１００の表面１００ａにおいて
被冷却体５の配置位置外に対応する部位に設けてある。
個々の連続フィン１１０Ｂは、薄板状を成しており、全
長に亘って均一の高さとなる態様でヒートシンクベース
１００の表面１００ａから上方に向けて立設してある。
連続フィン１１０Ｂを設けるそれぞれの曲線１２は、軸
流ファン２Ｌ，２Ｒを駆動した場合にヒートシンクベー
ス１００の表面１００ａに発生する空気の流れ方向に沿
って延在するものである。

【００６６】次に動作について説明する。上記ヒートシ
ンク装置では、各軸流ファン２Ｌ，２Ｒの回転駆動によ
って発生した気流が、ヒートシンクベース１００の表面
１００ａにおける各フィン群１１０Ｌ，１１０Ｒの中央
部に衝突して方向を変え、フィンの内周部から流入した
後、隣接するフィンの相互間に形成される風路を通過し
て外周部に至り、この間、風路を通過する気流とフィン
との間で熱交換が行われ、ヒートシンクベース１００を
介して被冷却体５が冷却されることになる。

【００６７】ここで、被冷却体５の配置位置より外周部
分に立設されたフィン部分ほどヒートシンクベース１の
熱伝導を利用して熱輸送を行わなければならないため、
フィンの冷却性能が十分活用されず、必要に通風抵抗を
増加させて送風量の低下を招くだけであり、一方、被冷
却体５の配置位置に近い部分に立設されたフィンの冷却
性能は全体冷却性能への寄与率が大きい。従って、全体
に亘ってフィンの性能を上げるより被冷却体５の配置位
置に近い部分に立設されたフィンほど相対的に冷却性能
を高め、被冷却体５の配置位置より外周部ほど通風抵抗
が大きくならないように相対的にフィンの冷却性能を抑
える方が結果的に全体冷却性能が向上する。

【００６８】この狙いに則り、この実施の形態５のヒー
トシンク装置によれば、ヒートシンクベース１００の表
面１００ａにおいて被冷却体５の配置位置に対応する部
位に、複数のフィン構成要素１１ａを並設することによ
って小フィン列１１０Ａを構成し、かつフィン構成要素
１１ａの相互間に間隙１１ｂを確保しているため、当該
小フィン列１１０Ａにおいては温度境界層７が分断さ
れ、その連続的な発達が阻止されることになる。しか
も、軸流ファン２Ｌ，２Ｒを駆動した場合にヒートシン
クベース１００の表面１００ａに発生する空気の流れ方
向に沿ってフィンを延設しているため、気流が通過する
際の抵抗が著しく低減され、十分な送風量を確保するこ
とができるようになる。これらの結果、気流が流入する
小フィン列１１０Ａの上流側部分のみならず、小フィン
列１１０Ａの下流側においても平均熱伝達率が高くな
り、かつ送風量を十分に確保することができるため、冷
却性能を大幅に向上させることが可能になる。従って、
全体冷却性能への寄与率が大きい被冷却体５の配置位置
に近い部分に立設されたフィンの性能を高め、被冷却体
５の配置位置より外周部において通風抵抗が大きくなら
ない程度にフィンを立設して送風量を十分確保している
ため、全体冷却性能の向上を図ることが可能になる。

【００６９】なお、上述した実施の形態５では、隣合う
小フィン列１１０Ａにおいて曲線１２の延在方向に沿っ
て互いに千鳥状となるようにフィン構成要素１１ａを配
置するようにしているが、ヒートシンクベース１００の
中央部から端部に向かう複数の曲線１２に沿ってそれぞ
れ多数のフィン構成要素１１ａを並設することにより小
フィン列１１０Ａを構成するようにしても同様の作用効
果を奏することが可能である。

【００７０】また、上述した実施の形態５においても、
気流の上流側に向けてヒートシンクベース１００の表面
１００ａからのフィン構成要素１１ａの突出高さ、およ
び／または連続フィン１１０Ｂの突出高さを漸次低く構
成するようにして構わない。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、小フィン列が複数のフィン構成要素を並設すること
によって構成したものであるため、該小フィン列に沿っ
て気流が通過した場合にも温度境界層が連続的に発達す
る事態が防止される。しかも、小フィン列が送風ファン
を駆動した場合にヒートシンクベースの表面に発生する
空気の流れ方向に沿ったものであるため、小フィン列に
沿って気流が通過する際の抵抗が著しく低減される。こ
れらの結果、平均熱伝達率を高めることができ、装置の
大型化や製造コストの増大を招来することなく、冷却性
能の向上を図ることが可能になる。

【００７２】つぎの発明によれば、小フィン列が複数の
フィン構成要素を並設することによって構成したもので
あるため、該小フィン列に沿って気流が通過した場合に
も温度境界層が連続的に発達する事態が防止される。し
かも、小フィン列が送風ファンを駆動した場合にヒート
シンクベースの表面に発生する空気の流れ方向に沿った
ものであるため、小フィン列に沿って気流が通過する際
の抵抗が著しく低減される。これらの結果、平均熱伝達
率を高めることができ、装置の大型化や製造コストの増
大を招来することなく、冷却性能の向上を図ることが可
能になる。さらに、仕切フィンの作用により、小フィン
列の間隙を通過する気流が抑制されるため、例えばフィ
ン構成要素の相互間に大きな間隙を確保した場合、ある
いは送風ファンからの平均入口気流速度を大きく設定し
た場合であっても、間隙を通過する気流の発生に起因し
て平均熱伝達率が低下する事態を招来する虞れがなく、
冷却性能を向上させることが可能になる。

【００７３】つぎの発明によれば、各小フィン列におい
てフィン構成要素の相互間隙が十分に確保されるため、
上流側のフィン構成要素で形成された温度境界層が十分
に、かつ確実に小さくなった後に下流側のフィン構成要
素に気流が流入することになる。また、フィン構成要素
に空気の流れが衝突し、ヒートシンクベースの表面から
離隔する方向に偏向するようになるため、フィン構成要
素の高さ方向全体に亘って伝熱面積が確保される。これ
らの結果、平均熱伝達率をより一層高めることができ
る。

【００７４】つぎの発明によれば、フィン構成要素にお
いて伝熱に関与しない部分が省略されるため、冷却性能
に何等の影響も与えることなくヒートシンク装置の軽量
化、並びに製造コストの低減を図ることが可能になる。

【００７５】つぎの発明によれば、フィンの伝熱面積を
確保するために、例えばフィンおよびヒートシンクベー
スを大きくする必要がある場合にも、全体冷却性能への
寄与率が大きい被冷却体の配置位置に近い部分に立設さ
れたフィンほど相対的に性能を高め、被冷却体の配置位
置より外周部ほど通風抵抗が大きくならない程度にフィ
ンを構成しているため、全体的にフィンの性能を上げる
より十分な送風量が確保され、全体冷却性能の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１であるヒートシンク
装置の構成を模式的に示すもので、（ａ）は断面側面
図、（ｂ）は平面図である。

【図２】 （ａ）は、図１に示したヒートシンク装置に
おいて気流の様子を模式的に示すための要部拡大平面
図、（ｂ）は、フィン構成要素の長さと平均熱伝達率と
の関係を示すグラフである。

【図３】 図１に示したヒートシンク装置の変形例を示
す要部拡大斜視図である。

【図４】 この発明の実施の形態２であるヒートシンク
装置を模式的に示す平面図である。

【図５】 この発明の実施の形態３であるヒートシンク
装置を模式的に示す平面図である。

【図６】 （ａ）は仕切フィンのないヒートシンク装置
において流入した気流がフィンおよびヒートシンクベー
スで囲まれる通路を流れる際の様子を模式的に示す拡大
図、（ｂ）は図５に示したヒートシンク装置において流
入した気流がフィンおよびヒートシンクベースで囲まれ
る通路を流れる際の様子を模式的に示す拡大図である。

【図７】 図５に示したヒートシンク装置の変形例を模
式的に示す平面図である。

【図８】 この発明の実施の形態４であるヒートシンク
装置を模式的に示すもので、（ａ）は断面側面図、
（ｂ）は平面図、（ｃ）は要部拡大図である。

【図９】 図８に示したヒートシンク装置の変形例を模
式的に示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は要部拡大
図である。

【図１０】 この発明の実施の形態５であるヒートシン
ク装置を模式的に示すもので、（ａ）は断面側面図、
（ｂ）は平面図である。

【図１１】 従来のヒートシンク装置を模式的に示すも
ので、（ａ）は断面側面図、（ｂ）は平面図である。

【図１２】 （ａ）は、気流が偏向される際に縮流して
フィンの実質的に気流が通過する面積が減少する様子を
示した模式図、（ｂ）は、気流がフィンと熱交換する様
子を模式的に示す拡大平面図である。

【符号の説明】

２ 軸流ファン、２Ｌ，２Ｒ 軸流ファン、３ 駆動モ
ータ、３Ｌ，３Ｒ 駆動モータ、５ 被冷却体、７ 温
度境界層、１０ ヒートシンクベース、１０ａ表面、１
０ｂ 裏面、１１ 小フィン列、１１ａ フィン構成要
素、１１ａ１，１１ａ２，１１ａ３，１１ａ４ フィン
構成要素、１１ｂ 間隙、１２ 曲線、１３ 仕切フィ
ン、１４ フィン、１４Ａ 小フィン列部、１４Ｂ 連
続フィン部、１００ ヒートシンクベース、１００ａ
表面、１００ｂ 裏面、１１０Ａ 小フィン列、１１０
Ｂ 連続フィン、１１０Ｌ，１１０Ｒ フィン群。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E322 AA01 BB03 5F036 AA01 BA04 BA24 BB01 BB05 BB35 BC17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートシンクベースの表面に複数のフィ
   ンを有し、該ヒートシンクベースの表面に対向配置した
   送風ファンを駆動することによって前記フィンの相互間
   に空気を通過させることにより、前記ヒートシンクベー
   スの裏面を介して被冷却体の冷却を行うヒートシンク装
   置において、 前記フィンは、前記送風ファンを駆動した場合に前記ヒ
   ートシンクベースの表面に発生する空気の流れ方向に沿
   い、かつ互いに所定の隙間を確保した状態で複数のフィ
   ン構成要素を並設することにより構成した小フィン列を
   備えることを特徴とするヒートシンク装置。
2. 【請求項２】 ヒートシンクベースの表面に複数のフィ
   ンを有し、該ヒートシンクベースの表面に対向配置した
   送風ファンを駆動することによって前記フィンの相互間
   に空気を通過させることにより、前記ヒートシンクベー
   スの裏面を介して被冷却体の冷却を行うヒートシンク装
   置において、 前記フィンは、 前記送風ファンを駆動した場合に前記ヒートシンクベー
   スの表面に発生する空気の流れ方向に沿い、かつ互いに
   所定の隙間を確保した状態で複数のフィン構成要素を並
   設することにより構成した複数の小フィン列と、 前記送風ファンを駆動した場合に前記ヒートシンクベー
   スの表面に発生する空気の流れ方向に沿って連続し、か
   つ前記複数の小フィン列を複数の組に仕切る仕切フィン
   と、 を備えることを特徴とするヒートシンク装置。
3. 【請求項３】 隣合う小フィン列においては、それぞれ
   の延在方向に沿って前記複数のフィン構成要素を千鳥状
   に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の
   ヒートシンク装置。
4. 【請求項４】 前記小フィン列は、気流の上流側に向け
   て前記ヒートシンクベースからの前記フィン構成要素の
   突出高さを漸次低く構成したことを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか一つに記載のヒートシンク装置。
5. 【請求項５】 前記ヒートシンクベースにおける被冷却
   体の配置位置に対応する部位にのみ前記小フィン列を配
   置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに
   記載のヒートシンク装置。