JP2006269634A - ファン付きヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペースで構成され、効率的に冷却することのできるファン付きヒートシンクを提供する。
【解決手段】 複数のフィン３が一定の間隔をあけてヒートパイプ２に熱授受可能に設けられ、各フィン３同士間の間隙に冷却風を供給する送風ファンがフィン３の表面先端に設けられているファン付きヒートシンクであって、ヒートパイプ２がＬ字状に屈曲しており、ヒートパイプ２の基端部２Ａがベース部４に熱授受可能に設けられ、ヒートパイプの先端部２Ｂがベース部４に対してほぼ垂直に形成され、フィン３を、ベース部４の表面中心からファン５に向かう方向とは逆の方向にずらし、かつフィン３をずらした方向とは反対側でかつベース部４上にファン５が設けられ、さらにヒートパイプの先端部２Ｂがフィン３の面方向での中心部に対してファン５側の反対側に片寄って設けられている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数のフィン同士間の間隙に冷却風を供給する送風ファンを設けたファン付きヒートシンクに関するものである。

最近、電子機器の急速な発達に伴い、電子部品の高速化、大容量化がますます進行している。このため、電子部品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または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ている。そこで、前記電子部品を冷却するために従来から前記電子機器にヒートシンクを配置した冷却装置が多用されるようになっている。

ヒートシンクは、発熱部材もしくは高温部に接触されて、これら発熱部材や高温部の実質的な放熱面積を拡大する機能を備えたものである。このヒートシンクの一例として、発熱部材や高温部を接触させるベース部が設けられ、そのベース部の反対側の平面に複数の放熱フィンが一定間隔をあけて設けられたものが知られている。

この種のヒートシンクは、放熱量を増大させるために冷却風が各放熱フィンの間の空隙部に送り込まれる構造となっており、ヒートシンク全体としての放熱効率や送風機の取り付けの自由度が考慮され、放熱フィンの先端側、すなわち放熱フィンを挟んでベース部とは反対側に送風機（送風ファン）が設けられたものとなっている。このヒートシンクは、ヒートパイプの外周面と放熱フィンの表面とから熱を大気に放散する構造のものであり、このようなヒートシンクの一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されたヒートシンクは、ベース部に支柱などの伝熱部材を立設し、その伝熱部材に放熱フィンを取り付けた構造のタワー型ヒートシンクであり、放熱フィンを伝熱部材に嵌合させ、多数の放熱フィンを設けることができるので、その枚数や放熱面積の制約が少ない。なお、放熱量をさらに増大させるためには、放熱フィンに向けて送風する強制冷却をおこなうことが好ましい。例えば、筐体の内部にタワー型ヒートシンクを取り付けた場合には、各放熱フィンの間の空隙部に送り込むための送風機（ファン）が、前記筐体内部の所定の位置、あるいはタワー型ヒートシンクにおける放熱フィンの配列方向に対してほぼ垂直な方向に冷却空気を流入もしくは流出させる位置に取り付けられることになる。
特開平７−２６３６０１号公報

上記構造のタワー型ヒートシンクでは、ベース部上に多数の放熱フィンが配置されているので、放熱面積を増加することができる。しかしながら、配置スペースが限られた電子機器等の筐体内部にタワー型ヒートシンクを配置する場合、前記筐体内部の電子部品の配置によっては、送風ファンの配置スペースを確保することが困難となる。

上記の不都合を解決するタワー型ヒートシンクの構造の一つとして、前記タワー型ヒートシンクにおける放熱フィンの配列方向に対してほぼ垂直な方向に冷却空気を流入もしくは流出させる送風ファンを一体に取り付けた冷却装置がある。このような構造であれば、タワー型ヒートシンクと送風ファンとの間の平面方向の配置スペースを省略することが可能となる。

上記の構造の冷却装置では、単にタワー型ヒートシンクに送風ファンを取り付けた構造となっているので、ベース部の表面に沿う方向に送風ファンが突出して取り付けられる。そのため、冷却装置における垂直方向のスペースを省略することができず、デッドスペースが増加し、結局、筐体内部の冷却装置の配置スペースを省略できないという問題がある。この問題を解決すべくタワー型ヒートシンク自体を縮小してしまうと、放熱フィンやベース部も縮小されるため冷却性能を担保することができないおそれがあった。

この発明は上記の事情を背景にしてなされたものであり、省スペースで構成され、効率的に冷却することのできるファン付きヒートシンクを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、複数のフィンが一定の間隔をあけてヒートパイプに熱授受可能に設けられ、前記フィン同士間の間隙に冷却風を供給する送風ファンが前記フィンの表面先端に設けられているファン付きヒートシンクであって、前記ヒートパイプがＬ字状に屈曲しており、前記ヒートパイプの一方の下部がベース部に熱授受可能に設けられ、前記ヒートパイプの他方の上部が前記ベース部に対してほぼ垂直に形成され、前記フィンを、前記ベース部の表面中心から前記送風ファンに向かう方向とは逆の方向にずらし、かつ前記フィンをずらした方向とは反対側でかつ前記ベース部上に前記送風ファンが設けられ、さらに前記ヒートパイプの他方の上部が前記フィンの面方向での中心部に対して前記送風ファン側の反対側に片寄って設けられていることを特徴とするファン付きヒートシンクである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ベース部に溝が形成され、その溝に前記ヒートパイプの一方の下部が嵌め込まれていることを特徴とするヒートシンクである。

さらに、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ベース部の下面に、電子部品が取り付け可能な台座部が設けられ、前記ベース部の上面に前記ヒートパイプの一方の下部が設けられていることを特徴とするヒートシンクである。

請求項１の発明によれば、送風ファンから発生した冷却風が各フィン同士間の間隙に供給される。ヒートパイプがＬ字状に屈曲しており、ヒートパイプの一方の下部がベース部に熱授受可能に設けられ、ヒートパイプの他方の上部が前記ベース部に対してほぼ垂直に形成され、フィンを、ベース部の表面中心から送風ファンに向かう方向とは逆の方向にずらし、かつフィンをずらした方向とは反対側でかつベース部上に送風ファンが設けられ、さらにヒートパイプがフィンの面方向での中心部に対して送風ファン側の反対側に片寄って設けられているので、省スペースで、送風ファン付きヒートシンクを構成することが可能となる。また、ヒートパイプは発熱体に対して可及的に近い位置に設けられるので、ヒートパイプに対する熱伝達抵抗を小さくすることができる。

また、請求項２の発明によれば、ベース部に溝が形成され、その溝にヒートパイプの一方の下部が嵌め込まれているので、ベース部とヒートパイプとの熱伝達面積が広くなる。そのため、ベース部からヒートパイプに効率良く熱を伝達することができる。

さらに、請求項３の発明によれば、ベース部の下面に、電子部品が取り付け可能な台座部が設けられ、ベース部の上面にヒートパイプの一方の下部が設けられているので、電子部品から台座部に伝達された熱を効率良くフィンへ伝達することができる。

以下、本発明を実施した最良の形態について説明する。この発明におけるファン付きヒートシンクは、複数のフィンが一定の間隔をあけてヒートパイプに熱授受可能に設けられ、各フィン同士間の間隙に冷却風を供給する送風ファンがフィンの表面先端に設けられた構造となっており、フィンがそれぞれ独立に形成されている。図１〜４に示すように、ヒートシンク（冷却装置）１は、複数のヒートパイプ２と、複数のフィン３と、一つのベース部４と、ファン（送風ファン）５とから構成されている。ファン５によって各フィン３同士間の間隙７に冷却風が供給された場合には、その冷却風が複数のヒートパイプ２に当たり、それらの各ヒートパイプ２の熱が外部に放出される。

ファン５は、ブレード（羽根）を回転させて、中心軸線方向から冷却空気を流入させ、中心軸線方向に流出させるいわゆる軸流型ファンである。ファン５は、フィン３を、ベース部４の表面中心からファン５に向かう方向とは逆の方向にずらし、かつフィン３をずらした方向とは反対側でかつベース部４上に設けられている。各フィン３の間隙７はファン５から送風される冷却空気の流路であって、ファン５に隣接した部分の開口が流入口となっており、それ以外の開口が流出口となっている。したがって、各フィン３同士によって形成されている間隙７にファン５から冷却風が送られた場合には、熱が外部に放出される。

ベース部４は多角形状、具体的には、４つの角を有する星形状に形成されている。また、ベース部４の表面には凹溝４Ａが形成されており、この凹溝４Ａにヒートパイプ２の基端部２Ａが嵌め込まれている。さらに、ベース部４の下面に、電子部品が取り付け可能な台座部４Ｂが形成され、ベース部４の上面に基端部２Ａが設けられている。この電子部品８を台座部４Ｂに取り付けることにより電子部品８と台座部４Ｂとが接触する。そして、ベース部４の平面形状における星形の２つの対角線の各端点を結んで形成される正方形あるいは長方形の領域の範囲内にはヒートパイプ２とフィン３とファン５とが配置されている。

ヒートパイプ２は、Ｌ字状に屈曲し、ヒートパイプ２の一方の下部（基端部）２Ａがベース部４に熱授受可能に設けられており、ヒートパイプ２の他方の上部（先端部）２Ｂがベース部４に対してほぼ垂直に形成されている。また、ヒートパイプ２の先端部２Ｂは、フィン３の面方向での中心部に対してファン５側の反対側に片寄って設けられている。なお、ヒートパイプ２の形状は円筒形状に限定されず、多角形状であってもよい。

各フィン３には、ヒートパイプ２の先端部２Ｂを挿入する（ヒートパイプ２の外径よりわずかに大きい内径の）貫通孔９が形成されている。この貫通孔９は、バーリング加工が施されてヒートパイプ２の先端部２Ｂを保持している。また、各フィン３とヒートパイプ２とは、半田付けで固定されており、フィン３は、アルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属製の薄板状の板材によって形成されている。なお、この具体例では、ヒートパイプ２とフィン３との接合方法、およびベース部４とヒートパイプ２との接合方法は、適宜の方法を使用することができる。

つぎに冷却装置の作用について説明する。まず、電子部品（発熱体）８で発生した熱がベース部４に伝達される。したがって、ベース部４がヒートパイプ２の入熱部となる。このベース部４に熱が伝えられると、ヒートパイプ２の内部の作動流体が蒸発し、その蒸気がその内部の温度および圧力の低い箇所に移動する。一方、ベース部４に伝達された熱は、ベース部４から温度差のある上昇方向へ伝達される。具体的には、ベース部４の熱は、凹溝４Ａからヒートパイプ２を経由して各フィン３に伝達される。熱が伝達されたヒートパイプ２の内部では、作動流体の有する熱が放出され、その作動流体が凝縮して液化する。その後、作動流体は、重力によってベース部４側に還流され、電子部品８の熱によって再度蒸発する。ベース部４の凹溝４Ａには、複数本のヒートパイプ２の基端部２Ａが嵌め込まれているので、ヒートパイプ２とベース部４との接触面積を大きくすることができる。そのため、ヒートパイプ２とベース部４との熱伝達面積が広くなるので、ベース部４の熱を効率良くヒートパイプ２の基端部２Ａに伝達することができる。その結果、冷却装置１では、ヒートパイプ２によって、フィン３に効率良く熱を伝達することができるので、冷却装置１の冷却性能を向上させることができる。

この具体例では、強制冷却するため、ファン５から冷却装置１に向けて送風が行われる。ファン５によって送られた冷却空気は、フィン３の流入口に向かって進む。間隙７の内部に進入した冷却空気は、間隙７の壁部であるフィン３に沿って移動する。ファン５を間隙７に近い位置に配置した場合には、間隙７に直接冷却風が供給される。フィン３には、ヒートパイプ２から電子部品８に生じる熱が伝達されている。このフィン３に沿って冷却空気が流通することにより、冷却空気とフィン３とで熱交換が行われる。

上述したように、冷却装置１ではベース部４およびフィン３を縮小することなく、ベース部４の平面形状における星形の２つの対角線の各端点を結んで形成される正方形あるいは長方形の領域の範囲内に、ヒートパイプ２と、フィン３と、ファン５とが配置されているので、冷却装置１の冷却性能を担保しつつ、前記冷却装置１をコンパクト化できる。また、冷却装置１を電子機器の筐体等に配置した場合、前記筐体内部のデッドスペースを低減できるため、他の電子部品の配置の自由度が向上し、電子機器の設計の自由度を向上できる。さらに、ヒートパイプ２とベース部４との固定部分が大きく形成されているので、ヒートパイプ２とベース部４とを固定し易くすることができる。そして、ヒートパイプ２の基端部２Ａは電子部品に対して可及的に近い位置に設けられるので、ヒートパイプ２に対する熱伝達抵抗を小さくすることができる。

なお、上述の具体例では、フィン３がアルミニウムで形成されているが、この発明のフィンは、この具体例に限定されない。例えば、フィンが銅で形成されていてもよい。また、上述の具体例では、各フィン３とヒートパイプ２とは、半田付けで固定されているが、この発明のフィンおよびヒートパイプにおける固定方法は、この具体例に限定されない。例えば、各フィンとヒートパイプとをカシメなどの任意の固定方法によって固定してもよい。さらに、上述の具体例では、ベース部４の表面が星形状に形成されているが、この発明のベース部は、この具体例に限定されない。要は、ベース部の表面の形状がその表面中心線を挟んで対称となる形状であればよく、ベース部の表面もしくは裏面の各形状は任意の形状にできる。例えば、ベース部の表面を円形、正方形、菱形等の形状に形成してもよく、ベース部の一方の表面を円形に形成し、その他方の裏面を正方形に形成する等、各面を異なる形状に形成してもよい。

この発明の冷却装置の一具体例を示す斜視図である。 図１の冷却装置を示す正面図である。 図１の冷却装置を示す平面図である。 図１の冷却装置を示す底面図である。

符号の説明

１…冷却装置、 ２…ヒートパイプ、 ２Ａ…基端部、 ２Ｂ…先端部、 ３…フィン、 ４…ベース部、 ４Ａ…凹溝、 ４Ｂ…台座部、 ５…ファン、 ７…間隙、 ８…電子部品。

Claims (3)

1. 複数のフィンが一定の間隔をあけてヒートパイプに熱授受可能に設けられ、前記フィン同士間の間隙に冷却風を供給する送風ファンが前記フィンの表面先端に設けられているファン付きヒートシンクであって、
   前記ヒートパイプがＬ字状に屈曲しており、
   前記ヒートパイプの一方の下部がベース部に熱授受可能に設けられ、
   前記ヒートパイプの他方の上部が前記ベース部に対してほぼ垂直に形成され、
   前記フィンを、前記ベース部の表面中心から前記送風ファンに向かう方向とは逆の方向にずらし、かつ前記フィンをずらした方向とは反対側でかつ前記ベース部上に前記送風ファンが設けられ、さらに前記ヒートパイプの他方の上部が前記フィンの面方向での中心部に対して前記送風ファン側の反対側に片寄って設けられていることを特徴とするファン付きヒートシンク。
2. 前記ベース部に溝が形成され、その溝に前記ヒートパイプの一方の下部が嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のファン付きヒートシンク。
3. 前記ベース部の下面に、電子部品が取り付け可能な台座部が設けられ、前記ベース部の上面に前記ヒートパイプの一方の下部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のファン付きヒートシンク。

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