JP2006269635A - 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】 ヒートパイプ２がベース部８の表面に対してほぼ垂直に設けられ、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、フィン３同士間の間隙４に冷却風を供給する送風ファン５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、フィン３を、ベース部８の表面中心から送風ファン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８上に送風ファン５が設けられ、さらにヒートパイプ２がフィン３の面方向での中心部に対して送風ファン５側に片寄って設けられ、送風ファン５がフィン３の一端部３Ａに複数設けられている。
【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、ヒートパイプがベース部の表面に対してほぼ垂直に設けられ、複数のフィンが一定の間隔をあけて前記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に片寄って設けられ、前記送風ファンが前記フィンの片側に複数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、発熱体の発熱量もしくは温度に応じて、駆動する前記送風ファンの数を変更する手段が備え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。

以上説明したように、請求項１の発明によれば、送風ファンのカバーがフィンの一端に設けられており、その送風ファンから発生した冷却風がフィン同士間の間隙に供給される。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に片寄って設けられ、送風ファンがフィンの片側に複数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り、熱が伝達されたヒートパイプを集中的に冷却することができる。そのため、フィンの面積低下による冷却能力への影響を低減することができ、ヒートシンクの放熱効率を向上させ、発熱体を良好に冷却することができる。さらに、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、発熱体の発熱量もしくは温度に応じて、駆動する送風ファンの数を変更する手段が備えられているので、送風量、即ち消費電力を最適化することができる。

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、ヒートパイプがベース部の表面に対してほぼ垂直に設けられ、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、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に示すように、ファン付きヒートシンク（ヒートシンク）１は、一つのヒートパイプ２と、複数のフィン３と、各フィン３同士間の間隙４に冷却風を供給する複数の送風ファン５と、一つのベース部８とから構成されている。各フィン３同士間の間隙４に送風ファン５によって冷却風が供給された場合には、その冷却風がヒートパイプ２に当たり、そのヒートパイプ２の熱が外部に放出される。

送風ファン５は、筒状のカバー（ハウジング）６と、このカバー６の内部に収容されていて回転駆動するブレード７（羽根）とを備えており、ブレード７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。この送風ファン５は、フィン３を、ベース部８の表面中心から送風ファン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８上に設けられている。また、送風ファン５は、フィン３の一端部３Ａ（片側）に複数設けられ、パソコンケース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となっている。この構成では、電子部品９（発熱体）の発熱量もしくは温度に応じて、駆動する送風ファン５の数を変更するコントローラ１０が備えられている。

ヒートパイプ２は、フィン３の面方向での中心部に対して送風ファン５側に片寄って設けられている。ヒートパイプ２の先端部は開口しており、その先端側にテーパー状のエンドプレート１１が配置されている。エンドプレート１１の中心部にはヒートパイプ２内の作動流体を排出するノズル１２が設けられている。各フィン３には、ヒートパイプ２の先端部（上部）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）貫通孔が形成されている。この貫通孔は、バーリング加工が施されてヒートパイプ２の先端部を保持している。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。

上記各フィン３の間隙４は送風ファン５から送風される冷却空気の流路であって、ヒートパイプ２の外周面に接する部分から送風ファン５に近い部分までの間隙４Ａにおける送風ファン５側の開口が流入口となっており、その間隙４Ａ以外のヒートパイプ２の外周面に接する部分から離れていく部分までの間隙４Ｂにおける外側の開口が流出口となっている。また、間隙４Ａは、間隙４Ｂよりも中心軸線方向の長さ（フィン長）が短くなっている。この構成では、送風量（空気量）の多い状態でヒートパイプ２に空気が接触してベース部８の熱が外部に放出される。

ベース部８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８の中央部にはヒートパイプ２の下部（基端部）を嵌め込む溝部（凹溝）が形成されており、その溝部上にヒートパイプ２が固定されている。このベース部８の溝部が形成された面の裏には、電子部品９が取り付け可能な台座部（図示せず）が形成されている。さらに、ベース部８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と送風ファン５とが配置されている。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、フィン３とベース部８との接合方法、およびベース部８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。

つぎにこの発明のヒートシンクの作用について説明する。まず、電子部品９で発生した熱がベース部８に伝達される。したがって、ベース部８がヒートパイプ２の入熱部となる。このベース部８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８に伝達された熱は、ベース部８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８の熱は、ベース部８の溝部からヒートパイプ２を経由して各フィン３に伝達される。ヒートパイプ２の先端部は、各フィン３と接続されているので、ヒートパイプ２から各フィン３に熱が伝達される。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８側に還流され、電子部品９の熱によって再度蒸発する。したがって、ヒートシンク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。

この具体例では、強制冷却するため、送風ファン５からヒートシンク１に向けて送風が行われる。この場合、上記コントローラ１０が、電子部品９の発熱量もしくは温度に応じて駆動する送風ファン５の数を変更するので、送風量、即ち消費電力を最適化することができる。また、各送風ファン５を各フィン３同士間に近い位置に配置した場合には、各フィン３同士間に直接冷却風が供給される。そのため、熱が伝達されたヒートパイプ２の先端部を集中的に冷却することができる。このようなヒートパイプ２の冷却により、フィン３の面積低下による冷却能力への影響を低減することができる。

送風ファン５によって送られた冷却空気は、流入口４Ａに向かって進む。間隙４の内部に進入した冷却空気は、間隙４の壁部であるフィン３に沿って移動する。フィン３には、ヒートパイプ２から電子部品９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、ヒートシンク１ではベース部８およびフィン３を縮小することなく、ベース部８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、送風ファン５とが配置されているので、ヒートシンク１の冷却性能を担保しつつ、前記ヒートシンク１をコンパクト化できる。また、ヒートシンク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９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８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８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は電子部品９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。さらに、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。そして、上述の具体例では、ベース部８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。

この発明のヒートシンクの一具体例を示す斜視図である。

符号の説明

１…ヒートシンク、 ２…ヒートパイプ、 ３…フィン、 ３Ａ…一端部、 ４…間隙、 ５…送風ファン、 ８…ベース部、 ９…電子部品、 １０…コントローラ。

Claims (2)

1. ヒートパイプがベース部の表面に対してほぼ垂直に設けられ、複数のフィンが一定の間隔をあけて前記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に片寄って設けられ、
   前記送風ファンが前記フィンの片側に複数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. 発熱体の発熱量もしくは温度に応じて、駆動する前記送風ファンの数を変更する手段が備えら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。

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