JP2007329253A - 電子機器の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却ファンと被冷却部との間の距離が小さくても、小さな圧力損失で被冷却部に均一に冷却風を流通させることができる電子機器の冷却構造を提供する。
【解決手段】冷却ファン１を駆動して送風口２から冷却風を吹き出すと、対向方向における送風口２の投影形状とヒートシンク３の通風口４の投影形状が互いに重ならない部分で、冷却風がチャンバ９の内面に当たって一旦乱流となるため、チャンバ９内に大きく広がり、冷却ファン１の送風口２に対して±Ｙ軸方向に偏っているヒートシンク３の側端部付近の通風路１２にも良好に冷却風が流れる。冷却ファン１とヒートシンク３との間の距離が小さくても、冷却風がヒートシンク３の通風口４に連通する各通風路１２を均一にＸ軸方向に流通し、ヒートシンク３上の回路基板７に搭載された半導体素子が効果的に冷却される。チャンバ９内には、冷却風を強制的に偏向させるためのフィンが存在せず、圧力損失が小さくなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、電子機器の冷却構造に係り、特に冷却ファンから被冷却部に冷却風を流通させて被冷却部を冷却させる構造に関する。

半導体素子等の発熱部品を冷却するための従来の装置が、例えば特許文献１に開示されている。この装置では、通風路が筒状に覆われたヒートシンクにダクトを介して冷却ファンを連結し、冷却ファンからヒートシンクの通風路に冷却風を流通させることにより、ヒートシンクの外面上に配置された発熱部品を冷却している。

特開２００４−８７６２５号公報

このような冷却装置において、図５〜７を用いて説明する。図５は従来技術の電子機器の冷却構造を示す側面図である。なお筐体を省略している。図６は図５に示す電子機器の冷却ファン１とダクト５と偏向用フィン６とヒートシンク３の接続状態を模式的に示す透視斜視図であり回路基板７，半導体素子８を省略している。また、各部品の板厚分を無視して示している。図７は冷却ファン１の送風口２とヒートシンク３の通風口４と偏向用フィン６の位置関係を、ヒートシンク３のフィンの配列方向から見た場合の概略図である。また、各部品の板厚分を無視して示している。冷却ファン１の送風口２の形状とヒートシンク３の通風路の入口である通風口４の形状とが互いに異なる場合には、冷却ファン１からの冷却風をヒートシンク３の通風路に均一に流通させるために、一般に、冷却ファン１とヒートシンク３とを連結するダクト５により、あるいはさらにダクト５内に配設された偏向用のフィン６を用い、冷却風を強制的に偏向させてヒートシンク３の通風口４に導入している。これにより、図５に示されるように、ヒートシンク３の外面上に配置されている回路基板７に搭載された発熱部品となる半導体素子８等が冷却される。なお、例えばヒートシンク３には冷却フィンが送風口２と通風口４の対向方向に平行に複数設けられ、冷却フィンと冷却フィンの先端部に当接するように蓋体が配設されて通風路が画成されている。なお、図６において説明を容易にするため、送風口２および通風口４をハッチングを用いて示す。図７においては、通風口４をハッチングを用いて示す。

しかしながら、半導体素子等を搭載した電子機器においては、機器全体の小形化を図るために冷却装置も小型化されたものが要求される。そこで、冷却ファン１とヒートシンク３との間の距離を短く設定しようとすると、冷却風を偏向させるためのフィン６による圧力損失が高くなり、ヒートシンク３における風量を確保するために能力の高い冷却ファン１を使用しなければならなくなる。また、圧力損失が高くなると、冷却ファン１を駆動した際の騒音が大きくなるという問題も生じてしまう。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、冷却ファンと被冷却部との間の距離が小さくても、小さな圧力損失で被冷却部に均一に冷却風を流通させることができる電子機器の冷却構造を提供することを目的とする。

この発明に係る電子機器の冷却構造は、冷却ファンの送風口から被冷却部の通風口を介して被冷却部に冷却風を流通させる電子機器の冷却構造において、冷却ファンの送風口と被冷却部の通風口とが互いに対向し、対向方向における冷却ファンの送風口の投影形状と被冷却部の通風口の投影形状は互いに重なる部分と重ならない部分とを有し、対向方向における冷却ファンの送風口の投影形状と被冷却部の通風口の投影形状の少なくとも一方が存在する投影形状を包含する投影形状を有するチャンバを冷却ファンと被冷却部の間に配置したものであり、チャンバに冷却ファンの送風口と被冷却部の通風口を開口させている。
なお、好ましくは、被冷却部は複数のプレート状の冷却フィンを有している。この場合、複数の冷却フィンは、冷却ファンの送風口と被冷却部の通風口との対向方向に沿って互いに平行に配列されることが好ましい。
また、被冷却部としてヒートシンクを用いることができる。

この発明によれば、対向方向における冷却ファンの送風口の投影形状と被冷却部の通風口の投影形状の少なくとも一方が存在する投影面積より大きな投影面積を有するチャンバを冷却ファンと被冷却部の間に配置したので、冷却ファンと被冷却部との間の距離が小さくても、小さな圧力損失で被冷却部に均一に冷却風を流通させることが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の実施の形態に係る電子機器の冷却構造を示す。なお、図１は後述する蓋体１１は省略してある。被冷却部であるヒートシンク３の上面に回路基板７が配置され、回路基板７の上に発熱部品となる半導体素子８が搭載されている。ヒートシンク３の一端部に冷却ファン１が対向配置され、これら冷却ファン１とヒートシンク３との間にチャンバ９が配置されている。

図２は本実施の形態の電子機器の冷却構造を示す図であり、従来技術である図６に対応する透視斜視図であり、回路基板７，半導体素子８を省略している。また、各部品の板厚分を無視して示している。ここで、図２に示されるように、冷却ファン１とヒートシンク３が対向する方向をＸ軸方向、ヒートシンク３の上面内でＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向、ヒートシンク３の上面に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。ヒートシンク３には、Ｘ軸方向に沿って互いに平行に配列された多数のプレート状の冷却フィン１０が回路基板７とは反対側に向かってＺ軸方向に突出形成されると共にこれらの冷却フィン１０の先端部に当接するようにヒートシンク３の下面に蓋体１１が配設され、これにより互いに隣接する冷却フィン１０の間にＸ軸方向に沿った通風路１２が画成されている。このようなヒートシンク３の冷却ファン１側の端面が各通風路１２に連通する通風口４を形成している。冷却ファン１とヒートシンク３との間に配置されたチャンバ９に、冷却ファン１の送風口２とヒートシンク３の通風口４が互いに対向して開口している。

図３にＸ軸方向から見た冷却ファン１の送風口２とヒートシンク３の通風口４とチャンバ９の位置関係を概略的に示す。冷却ファン１の送風口２はＸ軸方向における投影形状Ｓｆを有し、ヒートシンク３の通風口４は送風口２と通風口４との対向方向であるＸ軸方向における投影形状Ｓｈを有している。この実施の形態においては、ヒートシンク３の通風口４の投影形状Ｓｈが冷却ファン１の送風口２の投影形状Ｓｆよりも大きく設定されており、ヒートシンク３の通風口４の投影形状が冷却ファン１の送風口２の投影形状と互いに重なる部分Ｗと重ならない部分とを有している。同様に、冷却ファン１の送風口２の投影形状もヒートシンク３の通風口４の投影形状と互いに重なる部分Ｗと重ならない部分とを有している。
また、チャンバ９は、冷却ファン１の送風口２の投影形状とヒートシンク３の通風口４の投影形状の少なくとも一方が存在する投影形状（Ｓｆ＋Ｓｈ）を包含する投影形状Ｓｃを有している。

なお、この実施の形態における冷却構造は、冷却ファン１からヒートシンク３に至るまでＸ軸方向に沿って図４に示されるような投影面積を有している。図５〜７に示した従来例は、ダクト５により冷却ファン１の送風口２とヒートシンク３の通風口４との間が直線的に徐変して接続されるため、図４に二点鎖線で示すような投影面積を有している。

次に、この実施の形態に係る電子機器の冷却構造の作用について説明する。
冷却ファン１を駆動して送風口２から冷却風を吹き出すと、送風口２の投影形状とヒートシンク３の通風口４の投影形状が互いに重なる部分Ｗでは、冷却風が直接ヒートシンク３の通風路１２に流れ込むが、重ならない部分では、冷却風がチャンバ９の内面に当たって一旦乱流となる。このため、冷却風がチャンバ９内に大きく広がり、冷却ファン１の送風口２に対して±Ｙ軸方向に偏っているヒートシンク３の側端部付近の通風路１２（送風口２に対向していない部分の通風路１２）にも良好に冷却風が流れることとなる。このようにして、冷却ファン１とヒートシンク３との間の距離が小さくても、冷却風がヒートシンク３の通風口４に連通する各通風路１２を均一にＸ軸方向に流通し、ヒートシンク３上の回路基板７に搭載された半導体素子８が効果的に冷却される。
また、チャンバ９内には、従来のように冷却風を強制的に偏向させるためのフィンが存在しないため、圧力損失が小さく、能力の小さな冷却ファン１でもヒートシンク３における風量を確保することができると共に騒音の発生を抑制することが可能となる。

この実施の形態の効果を確認するために、共通の冷却ファン１とヒートシンク３を使用し、図２に示すように冷却ファン１とヒートシンク３との間にチャンバ９を配置した場合と、図６に示すように冷却ファン１とヒートシンク３との間を直線的なダクト５で接続した場合のそれぞれの放熱性のシミュレーションを行った。
ここで、冷却ファン１の送風口２の大きさを幅３５．９ｍｍ×高さ２４．５ｍｍ、ヒートシンク３の通風口４の大きさを幅９５ｍｍ×高さ１５ｍｍ、互いの投影形状が重なる部分Ｗの大きさを幅３５．９ｍｍ×高さ１１．５ｍｍ、冷却ファン１の送風口２とヒートシンク３の通風口４との間隔を１０ｍｍ、チャンバ９の投影形状を幅９５ｍｍ×高さ４０ｍｍとし、冷却ファン１の送風口２から１０ｍ^３／ｈの風量で冷却風を供給するものとする。
その結果、図２の場合には、通風口１２の風速差は最大で約２倍、圧損は８２Ｐａとなり、図６の場合には、通風口１２の風速差は最大で約３倍、圧損は９５Ｐａとなった。

以上のように、この実施の形態によれば、冷却ファン１とヒートシンク３との間の距離が小さくても、小さな圧力損失でヒートシンク３の各通風路１２に均一な冷却風の流通が可能となることがわかった。

なお、上記の実施の形態では、図３に示したように、冷却ファン１の送風口２がヒートシンク３の通風口４よりもＹ軸方向の幅が小さく且つＺ軸方向の高さが大きく形成され、ヒートシンク３の通風口４の中心に対してＹ軸方向に偏った位置に配置されていたが、これに限るものではなく、冷却ファン１の送風口２とヒートシンク３の通風口４が対面方向に互いに重なる部分と重ならない部分とを有していれば、これら両者の形状及び大きさに特定されるものではない。

また、ヒートシンク３が多数のプレート状の冷却フィン１０を有していたが、ピン状の冷却フィンを有していてもよく、フィンを持たないヒートシンクに対してもこの発明を適用することができる。ただし、上記の実施の形態のように、多数のプレート状の冷却フィン１０が形成され、これら冷却フィン１０の間にそれぞれＸ軸方向に沿った通風路１２が画成されていれば、通風口４に均一に供給された冷却風がそれぞれの通風路１２に沿って流通されるので、ヒートシンク３全体を良好に冷却することができる。
冷却風が流される被冷却部としては、ヒートシンクに限るものではなく、冷却を必要とする電子機器の各種の部品、部材に適用することができる。
さらに、冷却ファンとしては、シロッコファン等、各種のファンの使用が可能である。

この発明の実施の形態に係る電子機器の冷却構造を示す側面図である。 図１の冷却構造を示す透視斜視図である。 図１の冷却構造をＸ軸方向から見た冷却ファンの送風口とヒートシンクの通風口とチャンバの位置関係を概略的に示す図である。 図１の冷却構造のＸ軸方向における投影面積を示すグラフである。 従来の電子機器の冷却構造を示す側面図である。 図５の冷却構造を示す透視斜視図である。 図５の冷却構造における冷却ファンの送風口とヒートシンクの通風口の位置関係を概略的に示す図である。

符号の説明

１ 冷却ファン、２ 送風口、３ ヒートシンク、４ 通風口、７ 回路基板、８ 半導体素子、９ チャンバ、１０ 冷却フィン、１１ 蓋体、１２ 通風路、Ｓｆ 冷却ファンの送風口の投影形状、Ｓｃ チャンバの投影形状、Ｓｈ ヒートシンクの通風口の投影形状。

Claims (4)

1. 冷却ファンの送風口から被冷却部の通風口を介して被冷却部に冷却風を流通させる電子機器の冷却構造において、
   冷却ファンの送風口と被冷却部の通風口とが互いに対向し、
   対向方向における冷却ファンの送風口の投影形状と被冷却部の通風口の投影形状は互いに重なる部分と重ならない部分とを有し、
   対向方向における冷却ファンの送風口の投影形状と被冷却部の通風口の投影形状の少なくとも一方が存在する投影形状を包含する投影形状を有するチャンバを冷却ファンと被冷却部の間に配置し、
   前記チャンバに冷却ファンの送風口と被冷却部の通風口を開口させたことを特徴とする電子機器の冷却構造。
2. 被冷却部は、複数のプレート状の冷却フィンを有する請求項１に記載の電子機器の冷却構造。
3. 前記複数の冷却フィンは、冷却ファンの送風口と被冷却部の通風口との対向方向に沿って互いに平行に配列されている請求項２に記載の電子機器の冷却構造。
4. 被冷却部は、ヒートシンクである請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器の冷却構造。

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