JP2008091644A - ヒートシンク及びヒートシンク冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被冷却物で発生する熱を効率よく放熱する。
【解決手段】親フィン１２１は、放熱フィン１２の径方向外周部側において、放熱フィン１２沿いに径方向外方に延びた第１スリット１２２０が形成されている。親フィン１２１は湾曲方向前方側に形成される前方側第１枝フィン１２２１と湾曲方向後方側に形成される後方側第１枝フィン１２２２の二つに枝分かれされる。後方側第１枝フィン１２２２において、放熱フィン１２沿いに径方向外方に延びた第２スリット１２３０が形成されている。後方側第１枝フィン１２２２は湾曲方向前方に形成される前方側第２枝フィン１２３１と湾曲方向後方側に形成される後方側第２枝フィン１２３２が形成されている。この際、第１スリット１２２０によって形成される第１スリット内周端１２２３よりも、第２スリット１２３０によって形成される第２スリット内周端１２３３の方が径方向において外方に形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＭＰＵを含む電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンク冷却装置に関するものである。

ＭＰＵ（Micro Processing Unit）は、受け取ったデータに対して演算などの処理を加えて出力結果を得るコンピュータの中枢部分であり、高性能な電子機器に搭載される。近年はＭＰＵの高クロック化が著しく、高クロック化に合わせてＭＰＵ自体の発熱も増大傾向の一途を辿っており、発熱によりＭＰＵが誤動作する可能性があり、ＭＰＵの冷却問題は極めて重要になってきている。そのため、それら高性能な電子機器に搭載されているＭＰＵ等の発熱する電子部品には、金属製で表面積がなるべく広くなるような複数の放熱用フィンで構成されたヒートシンクと、そのヒートシンクに冷却風を供給する冷却ファンとを組み合わせたヒートシンクファンが装着されている。その際、ヒートシンク本体がＭＰＵに接触するように装着され、ヒートシンクは、冷却ファンによって供給される冷却風によって強制的に冷却される。

ヒートシンクは上述のとおり、できるだけ表面積が広い方が冷却特性が高い。そこで、限られた体積の中で、ヒートシンクの表面積が大きくなるように種々の工夫がされている。特許文献１には、ボスから径方向外方に向けて複数の放熱フィン（羽根）が放射状に延伸しており、前記放熱フィンが途中で二股に分岐して形成されていることが開示されている。

特開２００４−３３６０３１（図２ａ）

近年、ＭＰＵの演算処理速度は、速くなる傾向にあり、ＭＰＵに装着されるヒートシンクファンの冷却効率の向上が求められ、ＭＰＵからヒートシンクへの熱伝達効率の向上が必要である。

ヒートシンクの冷却効率を向上させるためには、上述のとおりヒートシンク全体の表面積を広くする必要がある。広くするためには、放熱フィンの周方向の厚みを極限まで薄くス形成し、一つ一つの放熱フィンが基部から径方向外方に向けて放射状に延伸するように形成すれば良い。しかし。放熱フィンを薄くした場合には、ヒートシンクの強度が低下するため、放熱フィンを薄くするには限界がある。また、一つ一つの放熱フィンを基部から径方向外方に向けて延伸した場合には、放熱フィンの基部根元付近において、隣り合う放熱フィン間の間隙が狭くなりすぎるため、ヒートシンクに冷却風が供給された際に、冷却風が隣り合う放熱フィン間をスムーズに通過しない。よって、ただ単純にヒートシンクの表面積を広くすればするほど、冷却効率が向上するわけではない。

ところが特許文献１に開示されている構成では、一つ一つの放熱フィンを単純に放射状に延伸するだけのヒートシンクと比較して、途中で二股に分かれて形成されているため、冷却効率は向上している。

一般的には、ヒートシンク上に冷却ファンが載置され、冷却ファンが作動することによってヒートシンクに対して冷却風が供給され、ヒートシンクに伝達された熱が放熱される。ヒートシンクの冷却効率が向上すれば、ヒートシンクに載置されている冷却ファンの回転速度を低減することができ、低騒音化が可能になる。近年、ＭＰＵを搭載する機器は、家庭やオフィス等の静かな場所で使用されることが多くなってきており、低騒音化が求められている。そこで、より冷却特性が高いヒートシンクが求められている。

本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものである。すなわち本発明は放熱フィンの表面積を広くすることにより、ヒートシンクの熱抵抗値を低減し、より冷却特性の高いヒートシンクを得ることにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のヒートシンクでは、電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンクであって、基部と、中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えており、前記各フィン部には、径方向外周部側において当該フィン部に沿い径方向外方に延びた２以上のスリットを設けることにより３以上の枝フィン部が形成されており、且つ、前記各フィン部における隣り合うスリット内周側端が径方向において異なる位置に形成されることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のヒートシンクでは、請求項１に記載のヒートシンクであって、前記基部が略円柱状に形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のヒートシンクでは、請求項１または２に記載のヒートシンクであって、各前記フィン部と、各前記第１枝フィン部と、各前記第２枝フィン部と、が周方向において同一方向に向けて傾斜していることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のヒートシンクでは、請求項３に記載のヒートシンクであって、前記各第１枝フィン部のうち前記フィン部傾斜方向最後方の前記第１枝フィン部に第２枝フィン部が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載のヒートシンクでは、請求項３に記載のヒートシンクであって、前記各第１枝フィン部のうち前記フィン部傾斜方向最前方の前記第１枝フィン部に第２枝フィン部が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載のヒートシンクでは、前記フィン部には、径方向外周部側において当該フィン部に沿い径方向外方に延びた１以上のスリットを設けることにより２以上の第１枝フィン部が形成されており、該各第１枝フィン部のうち少なくとも１の前記第１枝フィンには径方向外周部側において当該第１枝フィン部に沿い径方向外方に延びた１以上のスリットを設けることにより２以上の第２枝フィン部が形成されており、且つ、前記各第１枝フィン部の第1スリット内周側端が前記各第２枝フィン部の第２スリット内周側端よりも径方向において内方に位置することを特徴とする。

本発明の請求項７に記載のヒートシンクでは、請求項６に記載のヒートシンクであって、前記基部が略円柱状に形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項８に記載のヒートシンクでは、請求項６または７に記載のヒートシンクであって、各前記フィン部と、各前記第１枝フィン部と、各前記第２枝フィン部と、が周方向において同一方向に向けて傾斜していることを特徴とする。

本発明の請求項９に記載のヒートシンクでは、請求項８に記載のヒートシンクであって、 前記フィン部に２の前記第１枝フィン部が形成されており、両方の前記第１枝フィン部において径方向外方に第２枝フィン部が２以上形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１０に記載のヒートシンクでは、請求項１乃至９のいずれかに記載のヒートシンクであって、前記各フィン部及び前記各枝フィン部の全てが中心軸を中心として放射状に延伸されていることを特徴とする。

本発明の請求項１１に記載のヒートシンクでは、請求項１乃至１０のいずれかに記載のヒートシンクであって、前記各フィン部及び前記各枝フィン部は、金属材料で形成されており、押出成型法または引抜成型法によって加工されていることを特徴とする。

本発明の請求項１２に記載のヒートシンクでは、請求項１乃至１１のいずれかに記載のヒートシンクであって、前記基部に中心軸を中心とする貫通孔が形成されており、該貫通孔に略円柱状で熱伝導性の高い金属材料で形成されたコアが嵌合されることで前記基部が構成されることを特徴とする。

本発明の請求項１３に記載のヒートシンクでは、請求項１乃至１２のいずれかに記載のヒートシンクであって、各前記フィン部と、各前記第１枝フィン部と、各前記第２枝フィン部と、が周方向において同一方向に向けて湾曲していることを特徴とする。

本発明の請求項１４に記載のヒートシンクでは、請求項１乃至１２のいずれかに記載のヒートシンクを用いるヒートシンク冷却装置であって、前記ヒートシンクと、前記中心軸と略同軸上に配置され前記ヒートシンクに対して冷却用の空気流を供給する冷却ファンと、を備えており、前記冷却ファンは、前記中心軸を回転軸として回転することで軸方向に空気流を発生する複数の羽根を備えるインペラと、前記中心軸を回転軸として前記インペラを回転駆動するモータ部と、前記インペラを径方向外方から外囲する風洞部を備え、前記モータ部を支持するハウジングと、を備えていることを特徴とする

本発明の請求項１にかかるヒートシンクによれば、ヒートシンクの表面積が広くなるように放熱フィンが形成される。放熱フィンが、基部から径方向外方に向けて周方向の厚み（枝フィンの肉厚及びスリットの幅も含む）が徐々に太く形成される。ヒートシンク冷却に用いられる冷却ファンは、径方向外方で風量が多く（風速が速い）、径方向内方では風量が少ない（風速が遅い）。ヒートシンクは、基部とＭＰＵが接触し、ＭＰＵの熱が基部に伝達し、基部からフィンに対して熱が伝達され放熱される。上述した冷却ファンおよびヒートシンクの特性を考慮すると、ヒートシンクの径方向外方においては、供給される冷却風によって強制的に放熱され、ヒートシンクの径方向内方においては、肉厚の太いフィンによって径方向外方へ熱伝達効率を向上させることによって、冷却効率が向上される。径方向内方においては、隣り合うフィン同士の間隔が広くなるため、風速が遅くてもスムーズにフィン間隙を通過し、冷却効率が高められる。

以下、本発明の各実施形態のヒートシンク及びヒートシンクファンについて、図１乃至図９を参照して説明する。なお、本発明の実施形態に説明では便宜上各図面の上下方向を「上下方向」とするが、実際の取り付け状態における方向を限定するものではない。

図１は本発明にかかる実施形態のヒートシンクを示した平面図である。図２は本発明にかかる実施形態のヒートシンクを示した斜視図である。図３は本発明にかかる実施形態のヒートシンクとＭＰＵとの接触の状態を示す平面図である。図４は本発明にかかる実施形態のヒートシンクと冷却ファンの組立を示す斜視図である。

ヒートシンク１は、アルミニウム、銅、銅合金等の比較的熱伝導性の高い材料を押出し加工及び引抜き加工による成型等によって形成された放熱部材である。本実施形態においては、アルミニウム合金が用いられる。通常、ヒートシンク１は外気との接触面積、つまりはヒートシンク１の表面積が大きくなるように複数の放熱用フィン１２が円柱状の基部１１の円柱外側面に一体で形成される。ただし、基部１１は円柱状ではなく四角柱等の円柱状以外の形状でも良い。本実施形態においては図１に示されているように基部１１に対して放射状に延伸する放熱用フィン１２が基部１１の外周に環状に配列されている。特に表面積を大きくするために放熱用フィン１２は配列方向に対して湾曲して形成される。湾曲させることによって放熱フィン１２単体での表面積は増加する。ヒートシンク１の表面積を大きくするための放熱フィン１２の形状は、これに限定されず、適宜形状を変更することは可能である。

本実施形態においては基部１１及び放熱用フィン１２はアルミニウム合金によって形成される。基部１１は、図１に示されているように、中心軸を中心とする円柱状に形成されている。基部１１には中心軸を中心とする貫通孔１１１が形成される。前記貫通孔１１１にはアルミニウムよりも熱伝導性が高い銅系材料によって形成された略円柱状のコア１３が嵌合固定されている。コア１３は、略円筒形状には限定されない。しかし、コア１３は、旋盤等で略円柱状に加工されることで、寸法精度が高い状態で形成される。コア１３と貫通孔１１１との接触部における接触熱抵抗（２部材間の接触面に生じる、熱の伝達抵抗）を低減させる上でコア１３外径寸法、貫通孔１１１内径寸法は重要である。接触熱抵抗の値は、接触圧力、接触面積、接触面の表面粗さ、各材料の熱伝導率、各材料表面の硬度に依存して決定される。

コア１３を前記貫通孔１１１に挿入する際にコア１３の側面と貫通孔１１１との間の接触面に発生する接触熱抵抗の値を低くするために、接触圧力が高くなるように圧入固定されている。正確には、基部１１を高温にし、基部１１が膨張している間に、前記貫通孔１１１に対してコア１３が挿入され、基部１１が冷却される（いわゆる、焼嵌め）。これにより、ＭＰＵ３からコア１３に伝達された熱が効率よく基部１１に伝達され放熱フィン１２から外気に放熱される。基部１１には、貫通孔１１１ではなく、凹部を形成してコア１３を圧入固定（焼嵌め）しても良い。

本実施形態においては、コア１３が貫通孔１１１に圧入固定される構成であるが、加工工数及び冷却効率を考慮してコア１３を基部１１と同一の材料で一体で形成しても良い。つまり、コア１３と基部１１を一体形成しても良い。

一般的に、アルミニウム製の材料を使用した押出し加工及び引抜き加工は成型に使用される金型の構造が単純であり、仕上がりの寸法精度が高い。銅製材料では複雑な形状の押出し加工及び引抜き加工による成型が非常に難しく、仕上がりの寸法精度が極めて悪い。事実上、銅製の複雑な形状のヒートシンクを押出し加工及び引抜き加工による成型によって形成するのは不可能である。このため、放熱用フィン１２が一体形成されている複雑なヒートシンク１においては、銅製材料ではなくアルミニウム製材料が使用される。

ＭＰＵ３は、マザーボード３１上に実装されている。コア１３は、図３に示されているように、ＭＰＵ３に対して接合面１３１で接触している。ＭＰＵ３と接合面１３１との間には熱伝導材（図略）が介在されている。ＭＰＵ３で発生した熱は、コア１３に伝達される。つまり、ＭＰＵ３と接合面１３１との間に発生する接触熱抵抗の値が重要になる。例えば、ＭＰＵ３と接合面１３１の表面の平面度が０で、表面粗さが０で、且つ接触圧力が高ければ、接触熱抵抗は極めて小さい値になる。しかし、現実的には、平面度、表面粗さ共に０になることは無く、熱伝導材が構成されていなければ、ＭＰＵ３と接合面１３１との間には空隙が発生する。空気は断熱効果が高いため、ＭＰＵ３、接合面１３１間に空隙が形成された場合には、接触熱抵抗は高い値になる。本実施形態においては、上述のとおり、ＭＰＵ３と接合面１３１との間には熱伝導材が介在されているため、接触熱抵抗の値を低くすることができる。

熱伝導材は熱伝達性が高い材料が用いられる。本実施形態においては作業性を考慮してポリイミドフィルム（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｆｉｌｍ）、ファイバグラスマット（Ｆｉｂｅｒ Ｇｌａｓｓ Ｍａｔ）、アルミニウム箔等の支持基材上に充填剤が含まれる感圧接着剤を塗布してコーティングされたサーマルテープ等のテープ状の部材が使用される。熱伝導材と、ＭＰＵ３表面、接合面１３１との接触面積が高い方が接触熱抵抗の値が低くなる。このため、熱伝導材の材料として、シリコーンオイルを基油としてアルミナ等の熱伝導性の高い粉末を配合したグリース状の熱伝導性シリコーン樹脂等を使用しても良い。サーマルテープは所定の大きさにカッティングされたものが使用されるため、ＭＰＵ３表面と接合面１３１の面積を有効的に活用できない虞がある。熱伝導性シリコーン樹脂はグリース状であるため、ほぼ隙間が無い状態で各部材表面と密着させることが可能である。よって、ＭＰＵ３表面と接合面１３１の面積を有効的に活用することができる。熱伝導材は熱伝導性が高い部材であれば、適宜変更可能であり、形状および材質は限定されない。

ＭＰＵ３で発生した熱は、熱伝導材を介してヒートシンク１のコア１３１に伝達される。この伝達過程において、熱抵抗の値を低減することによって大幅に放熱効率を向上することが可能である。ここで重要になるのがＭＰＵ３と熱伝導材、熱伝導材と接合面１３１の間に発生する接触熱抵抗の値である。接触熱抵抗の値は、接触圧力、接触面積、接触面の表面粗さ、各材料の熱伝導率、熱伝導材の熱伝導率、熱伝導材の厚み、各材料表面の硬度に依存して決定される。ＭＰＵ３の表面は一般にヒートスプレッダという熱伝導性の高い銅板にて構成されている。このため、ＭＰＵ３側の接触面積、接触面の表面粗さ、材料（銅板）の熱伝導率、材料（銅板）の硬度は一定の値として接触熱抵抗の値を低減する方法を提案する必要がある。また、ヒートシンク１の接合面１３１は前述のとおり銅を使用しているため、接触面の表面粗さ、材料（銅）の熱伝導率、材料（銅）の硬度は一定の値として接触熱抵抗の値を低減する方法を提案する必要がある。接触圧力を増すことによって接触熱抵抗の値が低くなることは周知技術である。

ＭＰＵ３から熱伝導材を介してコア１３に熱が伝達される。次に、コア１３に伝達された熱を効率よく基部１１に伝達する必要がある。この際に、上述したとおり、コア１３と貫通孔１１１との間の接触熱抵抗を低減する必要がある。この部位に関しては、コア１３貫通孔１１１に圧入（焼嵌め）固定されているため、十分な接触圧力が働いている。このため、接触熱抵抗は低い。ただし、この部位において、更に接触熱抵抗を低減する必要がある場合には、貫通孔１１１内周面と、コア１３の外周面との間に熱伝導材を塗布する等の方法がある。

熱抵抗は、形状及び材料に依存して変化する。例えば、熱伝導性の高い銅等の材料であれば、熱抵抗は低い。次に、形状に関しては、細い材料よりも太い材料の方が熱抵抗が低い。つまり、効率よく熱を伝達させるには、熱伝導性の高い材料を用いて、熱の流れる経路に対して材料の厚みを厚く形成すれば良い。本実施形態のおいては、コア１３の材料は銅が用いられ、且つ、コア１３の径ができるだけ太くなるように形成されている。よって、ＭＰＵ３で発生した熱は、効率よくコア１３に伝達され、その後基部１１へ伝達される。

次に、基部１１に伝達された熱は、放熱フィン１２に伝達される。本実施形態においては、図４に示されているように、ヒートシンク１に対して冷却用ファン５が駆動することにより放熱フィン１２に冷却風が供給され、放熱フィン１２に伝達された熱が強制的に放熱される。以下に冷却ファン５の構成に関して説明する。

図４は、ヒートシンク１冷却装置の上部に冷却ファンを取り付けたヒートシンク冷却装置を示す斜視図である。

冷却ファン５は、回転することによって冷却風を発生するインペラ５２と、インペラ５２を回転駆動させる電動モータ（図略）と、インペラ５２が回転することにより発生する冷却風を静圧エネルギに変換する風洞部５１１と、電動モータを固定するベース部５１と、ベース部５１と風洞部５１１とを連結接続する少なくとも３本以上のスポーク部５１２を備えている。

インペラ５２は、複数の羽根５２１を有している。羽根５２１は、インペラ５２の回転軸を中心として径方向外方向けて突設されている。インペラ５２が回転することで羽根５２１において、空気に対して運動エネルギが与えられる。インペラ５２が回転することで、軸方向に吸気し、軸方向に排気される。つまり、インペラ５２が回転することで軸方向の空気流が発生する。インペラ５２の回転に伴って、空気流が発生するため、空気流は、径方向外方に向かう遠心方向成分と、回転周方向に向かう旋廻成分、軸方向に排出される軸方向成分の３つの成分を有する。空気流の流速の成分を考慮すると、インペラ５２の径方向外方において最も流速が大きく、インペラ５２の径方向内方において最も流速が小さい。よって、ヒートシンク１に供給される冷却風は、放熱フィン１２の径方向外方において最も流速が大きいということになる。

冷却ファン５は、図４に示されているように、基部１１の中心軸と冷却ファン５のインペラ５２の回転軸とがほぼ一致するようにヒートシンク１の上側に載置される。ヒートシンク１の外周側面には、図２に示されているように、放熱フィン１２の外周縁に切欠部１１２が形成されている。切欠部１１２に対して風洞部５１１から下方に延びるアーム５１１１が係止され、ヒートシンク１と冷却ファン５とが固定される。ＭＰＵ３で発生した熱は、熱伝導材を介して基部１１に伝達される。そして、熱は、基部１１から放熱フィン１２へと伝達される。冷却ファン５が回転することによって図４において上方向から下方向に向けて冷却風が供給される。放熱フィン１２はインペラ５２の回転方向と同一の方向に配列されている。このため、冷却風は各放熱フィン１２間に効率よく流入され、放熱フィン１２に伝達された熱は強制的に放熱される。ヒートシンク１冷却装置と冷却ファン５を組み合わせることによって、ヒートシンク１冷却装置の冷却特性がより高まる。

また、放熱フィンは、インペラ５２の回転方向とは異なる方向に向けて湾曲形成されている。このことにより、インペラ５２が回転することで羽根５２１から発生する空気流が同時に放熱フィン１２と干渉することがない。よって、空気流と放熱フィン１２との干渉による騒音値を低減することが可能である。ただし、放射フィン１２に関しては、インペラ５２の回転方向とは異なる方向に向けて湾曲形成されているが、湾曲させずに傾斜させるだけでも十分に空気流と放射フィン１２との干渉を低減することが可能である。インペラ５２の羽根５２１自体が回転方向に向けて湾曲しているため、放熱フィン１２が傾斜せずに放射方向に向けて延伸するだけでも十分に空気流と放射フィン１２との干渉を低減することが可能である。

放熱フィン１２の形状は、冷却ファン５から供給される冷却風の流れを考慮されている。以下に放熱フィン１２の具体的な形状に関して詳述する。

放熱フィン１２は、図１に示されるように、各放熱フィン１２に対してスリットが形成され複数の枝フィンに枝分かれされている。放熱フィン１２は、親フィン１２１において基部１１と接合されている。親フィン１２１は基部１１から径方向外方に向けて延伸されている。また、周方向において時計回り反対側に向けて湾曲されている。湾曲することによって、放熱フィン１２の表面積が大きくなるだけでなく、上述のとおり冷却風が供給された際の冷却風と放熱フィン１２との干渉が低減される。

親フィン１２１は、放熱フィン１２の径方向外周部側において、放熱フィン１２沿いに径方向外方に延びた第１スリット１２２０が形成されている。これにより、親フィン１２１は湾曲方向前方側に形成される前方側第１枝フィン１２２１と湾曲方向後方側に形成される後方側第１枝フィン１２２２の二つに枝分かれされる。

次に、後方側第１枝フィン１２２２の径方向外周部側において、放熱フィン１２沿いに径方向外方に延びた第２スリット１２３０が形成されている。これにより、後方側第１枝フィン１２２２は湾曲方向前方に形成される前方側第２枝フィン１２３１と湾曲方向後方側に形成される後方側第２枝フィン１２３２が形成されている。この際、第１スリット１２２０によって形成される第１スリット内周端１２２３よりも、第２スリット１２３０によって形成される第２スリット内周端１２３３の方が径方向において外方に形成される。

ヒートシンク１全体の表面積を増加させるには、第１スリット内周端１２２３と第２スリット内周端１２３３とを共にできるだけ基部１１側に近づけた方が良い。しかし、第１スリット内周端１２２３と第２スリット内周端１２３３とが径方向において同じ位置に形成された場合には、前方側第１枝フィン１２２１、第１スリット１２２０、後方側第１枝フィン１２２２、前方側第２枝フィン１２３１、第２スリット１２３０、後方側第２枝フィン１２３２が径方向内方において、径方向の位置が同一に形成される。放熱フィン１２は、ヒートシンク１が有する体積を有効利用されるように、隣り合う放熱フィン１２の間隔が一定になるように径方向外方に向けて周方向の厚み（枝フィン厚みとスリット幅を含む厚み）が太くなるように形成されている。よって、前方側第１枝フィン１２２１、第１スリット１２２０、後方側第１枝フィン１２２２、前方側第２枝フィン１２３１、第２スリット１２３０、後方側第２枝フィン１２３２が径方向内方において、径方向の位置が同一に形成された場合には、放熱フィン１２の周方向の厚みを増加する必要がある。径方向内方において放熱フィン１２の周方向の厚みが太くなった場合には、放熱フィン１２の形成される個数が少なくなってしまい、結果的にヒートシンク１の表面積が小さくなってしまう。第１スリット内周端１２２３と第２スリット内周端１２３３とが径方向において同一の位置に形成されないことで、放熱フィン１２が径方向外方に向けて増加する周方向の厚みに合わせて枝フィンを形成することができる。

放熱フィン１２のフィン部の厚み（スリットを除くフィンの厚み）のうち最も太い部位は、親フィン１２１である。次に肉厚が太い部位が後方側第１枝フィン１２２２である。残りの前方側第１枝フィン１２２１、前方側第２枝フィン１２３１、後方側第２枝フィン１２３２が最も薄い。しかし、後方側第１枝フィン１２２２の肉厚は、前方側第２枝フィン１２３１と第２スリット１２３０と後方側第２枝フィン１２３２とを合計した周方向の厚みよりも薄い。親フィン１２１の肉厚は、前方側第１枝フィン１２２１と第１スリット１２２０と後方側第１枝フィン１２２２とを合計した周方向の厚みよりも薄い。

以上の構成より、放熱フィン１２は基部１１から径方向外方に行くに従い次第に枝分かれしているため、放熱フィン１２の周方向のスペースが効率良く活用され、放熱フィン１２の表面積を大きくすることが可能である。

放熱フィン１２に冷却風が供給された場合の作用について詳述する。上述したとおり、冷却ファン５は径方向外方において風量が大きく、径方向内方において風量が小さい。よって、ヒートシンク１に供給される冷却風においても、径方向外方では風量が大きく、径方向内方では風量が少ない。放熱フィン１２の径方向内方は、冷却風の供給量が少ないため、強制放熱の効果は小さい。よって、親フィン１２１は径方向外方に形成される枝フィンに熱を伝達するのが主な役割となる。ただし、小さい風量ではあるが、冷却風が供給されているため、若干ではあるが強制的に冷却は行われる。また、隣り合う親フィン１２１同士の間隔が確保されているため、冷却風は放熱フィン１２間を通過して排出される。これにより、空気流はヒートシンク１内に滞留しない。親フィン１２１は上述のとおり、放熱フィン１２１中で最も肉厚が太い部位である。このため、他のフィンと比較すれば熱抵抗値が小さく、効率的に径方向外方の枝フィンへ熱が伝達される。

親フィン１２１の径方向外方には前方側第１枝フィン１２２１、前方側第２枝フィン１２３１、後方側第２枝フィン１２３２が形成されている。これらが形成される部位は最も冷却風が供給される部位であるため、表面積が広ければ広いほど強制的に冷却される。本実施例においては隣り合う枝フィン間の寸法が小さすぎないため、空気流のエネルギ損失も小さく、ヒートシンク１内部に空気流が滞留し難い。

従来構造のヒートシンク（親フィンが径方向外方で二股の枝フィンに枝分かれしている放熱フィン形状）と、本実施形態のヒートシンクとに同じの冷却ファン５を取り付け他状態で、各ヒートシンク冷却装置の熱抵抗値を測定した。

熱抵抗値の測定方法について説明する。接合面１３１にヒーターを接触させる。ヒーターで発熱される熱は、ＭＰＵ３で発熱する熱を想定している。ヒーターに印加される電力をＷとする。つきにヒーターの表面温度をＴＣ（℃）とする。ヒートシンク上に装着された冷却ファンの吸気側の外気温度をＴＡ（℃）とする。このとき、熱抵抗値θは次の式で算出される。θ＝（ＴＣ−ＴＡ）／Ｗ

上記算出方法で算出された従来構造のヒートシンクの熱抵抗値は、０．１９０（℃／Ｗ）である。本実施形態のヒートシンク１の熱抵抗値は、０．１７８（℃／Ｗ）である。よって、本実施形態のヒートシンク１を採用することによって、従来構造よりも６．７（％）の熱抵抗値が向上する。熱抵抗値を６．７（％）向上させることで、コア１３に使用される銅の量を低減することが可能である。銅の量が低減されたとしても、従来構造のヒートシンクと同等の熱抵抗値を達成することが可能である。よって、単価の高い銅材料を削減することが可能であり、部品コストを低減することができる。また、ヒートシンク１単体における熱抵抗値が向上しているため、ヒートシンク１に装着される送風ファン５の特性を低減することが可能である。つまり、冷却ファン５のインペラ５２の回転速度を遅くしても従来構造のヒートシンクと同等の熱抵抗値を達成することが可能である。インペラ５２の回転速度を遅くすることにより、インペラ５２の回転に伴って発生する騒音値を低減することができる。つまり、本実施形態のヒートシンク１を採用することによって、部品コスト低減、騒音低減等の多くの効果を得ることができる。

放熱フィン１２の形状に関しては、放熱フィン１２に形成される隣り合うスリット内周端１２２３、１２３３同士の位置が径方向で異なるように形成されていて、放熱フィン１２が径方向外方に向けて表面積が大きくなるように枝分かれするように枝フィンが構成されていれば、その他の形状に変更しても良い。

図５は、その他の実施形態を示すヒートシンクの平面図である。例えば、その他の実施形態として、図５に示されているように、親フィン１２１Ａは、放熱フィン１２Ａの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ａ沿いに径方向外方に延びた第１スリット１２２０Ａが形成されている。これにより、親フィン１２１Ａは湾曲方向前方側に形成される前方側第１枝フィン１２２１Ａと湾曲方向後方側に形成される後方側第１枝フィン１２２２Ａの二つに枝分かれされる。

次に、前方側第１枝フィン１２２１Ａの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ａ沿いに径方向外方に延びた第２スリット１２３０Ａが形成されている。これにより、前方側第１枝フィン１２２１Ａは、湾曲方向前方に形成される前方側第２枝フィン１２３１Ａと湾曲方向後方側に形成される後方側第２枝フィン１２３２Ａとが形成されている。この際、第１スリット１２２０Ａによって形成される第１スリット内周端１２２３Ａよりも第２スリット１２３０Ａによって形成される第２スリット内周端１２３３Ａの方が径方向において外方に形成される。

図６は、その他の実施形態を示すヒートシンクの平面図である。その他の実施形態としては、図６に示されているように、親フィン１２１Ｂは、放熱フィン１２Ｂの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｂ沿いに径方向外方に延びた第１スリット１２２０Ｂが形成されている。これにより、親フィン１２１Ｂは湾曲方向前方側に形成される前方側第１枝フィン１２２１Ｂと湾曲方向後方側に形成される後方側第１枝フィン１２２２Ｂの二つに枝分かれされる。

次に、前方側第１枝フィン１２２１Ｂの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｂ沿いに径方向外方に延びた第２スリット１２３０Ｂが形成されている。これにより、前方側第１枝フィン１２２１Ｂは、湾曲方向前方に形成される前方側第２枝フィン１２３１Ｂと湾曲方向後方側に形成される後方側第２枝フィン１２３２Ｂとが形成されている。

後方側第１枝フィン１２２２Ｂの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｂ沿いに径方向外方に延びた第３スリット１２４０Ｂが形成されている。これにより、後方側第１枝フィン１２２２Ｂは、湾曲方向前方に形成される前方側第３枝フィン１２４１Ｂと湾曲方向後方側に形成される後方側第３枝フィン１２４２Ｂとが形成されている。

この際、第１スリット１２２０Ｂによって形成される第１スリット内周端１２２３Ｂよりも第２スリット１２３０Ｂによって形成される第２スリット内周端１２３３Ｂ、第３スリット１２４０Ｂによって形成される第３スリット内周端１２４３Ｂの方が径方向において外方に形成される。図５においては、第２スリット内周端１２３３Ｂと第３スリット内周端１２４３Ｂとは、径方向において、ほぼ同じ位置に形成されているが、異なる位置に形成されても同様もしくはそれ以上の効果を発揮することができる。

図７は、その他の実施形態を示すヒートシンクの平面図である。その他の実施形態としては、図７に示されているように、親フィン１２１Ｃは、放熱フィン１２Ｃの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｃ沿いに径方向外方に延びた第1スリット１２２０Ｃが形成されている。これにより、親フィン１２１Ｃは湾曲方向前方側に形成される前方側第１枝フィン１２２１Ｃと湾曲方向後方側に形成される後方側第１枝フィン１２２２Ｃの二つに枝分かれされる。

次に、前方側第1枝フィン１２２１Ｃの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｃ沿いに径方向外方に延びた第２スリット１２３０Ｃが形成されている。これにより、前方側第１枝フィン１２２１Ｃは、湾曲方向前方に形成される前方側第２枝フィン１２３１Ｃと湾曲方向後方側に形成される後方側第２枝フィン１２３２Ｃとが形成されている。

前方側第２枝フィン１２３１Ｃの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｃ沿いに径方向外方に延びた第３スリット１２４０Ｃが形成されている。これにより、前方第２枝フィン１２３１Ｃは、湾曲方向前方に形成される前方側第３枝フィン１２４１Ｃと湾曲方向後方側に形成される後方側第３枝フィン１２４２Ｃとが形成されている。

この際、第１スリット１２２０Ｃによって形成される第１スリット内周端１２２３Ｃよりも第２スリット１２３０Ｃによって形成される第２スリット内周端１２３３Ｃの方が径方向において外方に形成される。また、第２スリット内周端１２３３Ｃよりも第３スリット１２４０Ｃによって形成される第３スリット内周端１２４３Ｃの方が径方向において外方に形成される。

図８は、その他の実施形態を示すヒートシンクの平面図である。その他の実施形態としては、図８に示されているように、親フィン１２１Ｄは、放熱フィン１２Ｄの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｄ沿いに径方向外方に延びた第１スリット１２２０Ｄが形成されている。これにより、親フィン１２１Ｄは湾曲方向前方側に形成される前方側第１枝フィン１２２１Ｄと湾曲方向後方側に形成される後方側第１枝フィン１２２２Ｄの二つに枝分かれされる。

次に、後方側第１枝フィン１２２２Ｄの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｄ沿いに径方向外方に延びた第２スリット１２３０Ｄが形成されている。これにより、後方側第１枝フィン１２２２Ｄは、湾曲方向前方に形成される前方側第２枝フィン１２３１Ｄと湾曲方向後方側に形成される後方側第２枝フィン１２３２Ｄとが形成されている。

後方側第２枝フィン１２３２Ｄの径方向外周部側において、放熱フィン１２Ｄ沿いに径方向外方に延びた第３スリット１２４０Ｄが形成されている。これにより、後方側第２枝フィン１２３２Ｄは、湾曲方向前方に形成される前方側第３枝フィン１２４１Ｄと湾曲方向後方側に形成される後方側第３枝フィン１２４２Ｄとが形成されている。

この際、第１スリット１２２０Ｄによって形成される第１スリット内周端１２２３Ｄよりも第２スリット１２３０Ｄによって形成される第２スリット内周端１２３３Ｄの方が径方向において外方に形成される。また、第２スリット内周端１２３３Ｄよりも第３スリット１２４０Ｄによって形成される第３スリット内周端１２４３Ｄの方が径方向において外方に形成される。

放熱フィン１２の実施形態は上記に限定されず、種々の実施形態が考えられる。放熱フィン１２の形状は適宜変更可能である。

本発明にかかる実施形態を示すヒートシンクの平面図である。 本発明にかかる実施形態を示すヒートシンクの斜視図である。 本発明にかかるヒートシンクと被冷却体との接触の状態をしめす平面図である。 本発明にかかるヒートシンクと冷却ファンとの組立状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態の変形例を示すヒートシンクの平面図である。 本発明の実施形態の変形例を示すヒートシンクの平面図である。 本発明の実施形態の変形例を示すヒートシンクの平面図である。 本発明の実施形態の変形例を示すヒートシンクの平面図である。

符号の説明

１ ヒートシンク
１１ 基部
１１１ 貫通孔
１２ 放熱フィン
１３ コア
１３１ 接合面
３ ＭＰＵ
４ 熱伝導材
５ 冷却ファン

Claims (14)

1. 電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンクであって、
   基部と、
   中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えており、
   前記各フィン部には、径方向外周部側において当該フィン部に沿い径方向外方に延びた２以上のスリットを設けることにより３以上の枝フィン部が形成されており、且つ、前記各フィン部における隣り合うスリット内周側端が径方向において異なる位置に形成されることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記基部が略円柱状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
3. 各前記フィン部と、各前記第１枝フィン部と、各前記第２枝フィン部と、が周方向において同一方向に向けて傾斜している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。
4. 前記各第１枝フィン部のうち前記フィン部傾斜方向最後方の前記第１枝フィン部に第２枝フィン部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク。
5. 前記各第１枝フィン部のうち前記フィン部傾斜方向最前方の前記第１枝フィン部に第２枝フィン部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク。
6. 前記フィン部には、径方向外周部側において当該フィン部に沿い径方向外方に延びた１以上のスリットを設けることにより２以上の第１枝フィン部が形成されており、該各第１枝フィン部のうち少なくとも１の前記第１枝フィンには径方向外周部側において当該第１枝フィン部に沿い径方向外方に延びた１以上のスリットを設けることにより２以上の第２枝フィン部が形成されており、且つ、前記各第１枝フィン部の第1スリット内周側端が前記各第２枝フィン部の第２スリット内周側端よりも径方向において内方に位置することを特徴とするヒートシンク。
7. 前記基部が略円柱状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のヒートシンク。
8. 各前記フィン部と、各前記第１枝フィン部と、各前記第２枝フィン部と、が周方向において同一方向に向けて傾斜していることを特徴とする請求項６または７に記載のヒートシンク。
9. 前記フィン部に２の前記第１枝フィン部が形成されており、両方の前記第１枝フィン部において径方向外方に第２枝フィン部が２以上形成されていることを特徴とする請求項８に記載のヒートシンク。
10. 前記各フィン部及び前記各枝フィン部の全てが中心軸を中心として放射状に延伸されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のヒートシンク。
11. 前記各フィン部及び前記各枝フィン部は、金属材料で形成されており、押出成型法または引抜成型法によって加工されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のヒートシンク。
12. 前記基部に中心軸を中心とする貫通孔が形成されており、該貫通孔に略円柱状で熱伝導性の高い金属材料で形成されたコアが嵌合されることで前記基部が構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のヒートシンク。
13. 各前記フィン部と、各前記第１枝フィン部と、各前記第２枝フィン部と、が周方向において同一方向に向けて湾曲していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のヒートシンク。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載のヒートシンクを用いるヒートシンク冷却装置であって、
    前記ヒートシンクと、
    前記中心軸と略同軸上に配置され前記ヒートシンクに対して冷却用の空気流を供給する冷却ファンと、を備えており、
    前記冷却ファンは、
    前記中心軸を回転軸として回転することで軸方向に空気流を発生する複数の羽根を備えるインペラと、
    前記中心軸を回転軸として前記インペラを回転駆動するモータ部と、
    前記インペラを径方向外方から外囲する風洞部を備え、前記モータ部を支持するハウジングと、を備えていることを特徴とするヒートシンク冷却装置。

Images