JP2008192820A - 放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱フィンの作製時に生じる加工面に塵埃が付着しにくい放熱フィン有する放熱装置を提供する。
【解決手段】発熱部品と、前記発熱部品に熱的に結合されたヒートシンクと、前記ヒートシンクを構成する放熱フィン２３と、プレス加工時に発生したカエリ４７のある前記放熱フィン２３の上流側端面に施されたメッキ３１または塗装３２によって形成された円滑加工部とを備える。これにより、放熱フィン２３の端面に塵埃が付着しにくくなる。
【選択図】図８

Description

本発明は、放熱ファンによって放熱フィンに送風し、放熱効果を高くする放熱装置に関し、特に放熱フィンの形状に関する。

近年、電子機器は、小型化、高性能化のため、機器内部に高機能部品が高密度実装される。特に、パソコン（personal computer）は、ＣＰＵ（central processing unit）を内蔵し、更にハードディスクやＲＯＭ、ＲＡＭ等を高密度実装するが、ＣＰＵなどの高熱を発生する部品を内蔵している。このように高熱を発生する部品を冷却するため、放熱装置が設けられる。放熱装置は、例えば、発熱部品に熱的に結合する放熱フィンと、この放熱フィンに送風する放熱ファンとからなる。

放熱装置は、発熱部品の発熱量が大きくなるに従い、空間当りの放熱効果を高くするため放熱フィン間のピッチは小さくなっている。そのため、図１３に示すように、放熱フィンの上流側に塵埃が付着し、放熱フィン間の目詰まりを生じ、冷却能力を低下させる。図１３は、電子機器の筐体５１内部に配置された放熱装置５０の断面図を示し、排気ダクト５２の出口側に備えられた放熱フィン５３に、放熱ファン５４を利用して、筐体外より流入する空気を矢印５５で示すように送風することにより、強制空冷する。
しかしながら、このとき埃や塵のような異物５６も空気の流れによって筐体内に取り込まれる。塵や埃のような異物５６が放熱フィン５３の上流側に付着、もしくは放熱フィン５３の周囲に堆積する。放熱フィン５３の上流側に付着し、もしくは堆積した塵埃のような異物５６が増加すると、放熱フィン５３間は目詰まりを起こす。目詰まりにより、放熱フィン間の空気の流れが悪くなり、放熱装置の冷却能力が低下する。

図１４は、放熱フィン５３及び放熱ファン５４の部分拡大図を示し、異物５６が放熱フィン５３間のピッチより小さい場合、異物５６は放熱フィン５３の間を通り抜けて排出される。しかし、異物５６の一部は放熱フィン５３の端面に衝突して付着、もしくは放熱フィン５３の周囲に堆積する。また放熱フィン５３のピッチより大きい異物は放熱フィン５３を通り抜けることができず、放熱フィン５３の上流側に滞留してしまう。

このような放熱装置に関して、塵埃の進入を防止し、また塵埃を除去する発明が、特許文献１に開示されている。特許文献１は、空気流入側の放熱フィンの間隙を空気流出側の間隔より狭く形成し、塵埃の進入を防止するものである。また放熱動作後に、放熱ファンを逆回転させて、放熱フィンの入口側に付着した塵埃を剥落させ、塵埃を除去するものである。
また特許文献２は、互いに隣接する放熱フィン間に、冷却風の進入側に塵埃の大きさに基づいて設定された段差を設ける構造である。この段差により、塵埃による目詰まりを防止する。
特開２００５−３４７４５０号公報 特開２００６−１３０２７号公報

放熱フィンは、銅や銅合金、アルミニュウム薄板をプレスにより打ち抜き・折り曲げ加工して形成される。即ち、図１２（ａ）に示すように、放熱フィンの打ち抜き形状を有する金型（ダイ）４１の上に銅や銅合金、アルミニュウム薄板である板金４０を載置し、この打ち抜き形状の外側に対応する形状を有する金型（パンチ）４２を板金４０の上方より降下させることにより、板金４０から放熱フィン４３を打ち抜き・折り曲げ加工して、放熱フィン４３を作製する。
打ち抜き後の詳細は、図１２（ｂ）に示すように、板金４０が金型４２によって打ち抜き加工され、放熱フィン４３と打ち抜き残り４４が形成される。このとき、放熱フィン４３の上稜部分にダレ４５を生じ、また放熱フィンの端面には破断面４６を生じる。更に、放熱フィンの下稜部分にカエリ４７を生じる。図１２（ｂ）にその形状を示していないが、ダレ４５、破断面４６、カエリ４７はいずれもその表面が滑らかでなく、ざらつき、とんがりのような鋭い凹凸を有している。そのため放熱フィン４３の端面は、表面粗さ、表面状態が悪く、したがって放熱フィン端面の摩擦抵抗は大きく、塵埃が付着する原因となる。

このようにして加工された放熱フィン４３は、放熱上必要な枚数を同方向に向けて積層し、放熱フィンの中央部に形成した環状突起部または放熱フィンの両辺部に形成した折り曲げ部同士をかしめることにより、一体的に固定する。このように放熱フィン４３を放熱に適した間隔で、放熱上必要な枚数を同方向に向けて積層すると、放熱フィン端面のダレ４５、破断面４６、カエリ４７のために、放熱フィン４３の端面の摩擦抵抗が大きく、埃、塵が非常に付着しやすくなる。放熱フィン端面の摩擦抵抗が大きいために付着する埃塵は、特許文献１及び２によっては解決できない。

したがって、本発明は、このような問題を解決するために、放熱フィンの作製時に生じる加工面に塵埃が付着しにくい放熱フィン有する放熱装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、発熱部品と、前記発熱部品に熱的に結合されたヒートシンクと、前記ヒートシンクを構成する放熱フィンと、前記放熱フィンの上流側端面に施された円滑加工部とを備える。これにより、放熱フィンの端面に塵埃が付着しにくくなる。
また、本発明は、実施形態において、前記円滑加工部が放熱フィンの端面エッジを被覆するメッキ処理、半田処理あるいは塗装処理を含む被膜形成処理または前記放熱フィンの端面エッジを研磨する化成研磨処理であるとよい。このような処理はいずれも容易に実施することができ、大幅なコストアップにはならない。

また、本発明の別の形態では、発熱部品と、前記発熱部品に熱的に結合されたヒートシンクと、前記ヒートシンクを構成する放熱フィンと、前記放熱フィンの上流側端部を折り曲げた折り曲げ部とを備える。これにより、放熱フィンの端面に塵埃が付着しにくくなり、しかも折り曲げ加工は、放熱フィンの作製時に形成することができるので、大幅なコストアップにはならない。
また本発明は実施形態において、放熱フィンの上流側先端部が互いに隣接する放熱フィンとの間で、段差を有するとよい。これにより、実質的に放熱フィンの間隔を大きくして小さい塵埃が付着するのを防止し、目詰まりを生じにくくする。
更に、前記放熱フィンに発熱部品と熱結合したヒートパイプを接続するとよい。
また本発明は実施形態において、前記円滑加工部の表面状態は、端面処理前の円滑度をF1、端面処理後の円滑度をF2とした場合、F1＜F2であるとよい。これにより、放熱フィンの端面に塵埃が付着しにくくなる。

本発明によれば、放熱フィンの端面に塵埃が付着しにくく、目詰まりを生じない。このように放熱フィンへの異物の付着が抑えられるので、放熱フィンへの空気の流入ロスも抑えられ、長期間、放熱装置の放熱効果を維持でき、放熱ファンの回転数を高くする必要がない。そのため騒音の増加、消費電力の増加を防ぐことができる。しかも本発明による放熱フィンの端面処理はいずれも容易に実施することができ、大幅なコストアップにはならない。

図１は、本発明の放熱装置を内蔵する電子機器の外観を示す。図１に示す電子機器は、例えばパソコン本体であるが、テレビ、音響機器、ＤＶＤ、電子辞書など発熱部品を内蔵し、放熱装置が必要な電子機器でもよい。電子機器本体１は前面パネル１ａ、上面パネル１ｂ、側面パネル１ｃ、裏面パネル１ｄ、底面パネル１ｅにより筐体が形成される。このような筐体の形状は任意であり、パネルの構成も自由である。
図２（ａ）に上面パネルを取り外した状態を示すように、冷却空気Ｓは裏パネル１ｄから流入し、放熱装置２０を通って、裏面パネル１ｄより排出される。裏面パネル１ｄは、図２（ｂ）に筐体裏面図を示すように、複数個の外部コネクタ２及びパンチ穴（図示しない）などパネルに形成した穴を有する。また裏面パネル１ｄは排気口３を有する。排気口３にはフィルター４が設けられる。従って、太線矢印で示すように冷却空気Ｓは、外部コネクタ２やパンチ穴から吸い込まれ、裏面パネル１ｄより排出される。吸気、排気は上記の方向に限らず、逆方向であってもよい。

図３は、吸気口５を側面パネル１ｃに形成した例を示す。図３（ａ）は電子機器本体１の外観図を示し、図３（ｂ）は吸気口５付近の一部拡大図を示す。排気口は図２と同様に裏面パネルに形成している。従って、図３の場合は、図３（ｃ）に示すように、冷却空気Ｓは側面パネル１ｃの吸気口５から吸い込まれ、裏面パネル１ｄより排出される。吸気、排気はこの方向に限らず、逆方向であってもよい。

図４は、電子機器本体１に実装されているプリント基板１０と放熱装置２０の概略図を示す。プリント基板１０には各種形状の外部コネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・、放熱装置２０が実装される。プリント基板１０は、この外にＲＯＭ，ＲＡＭなどのＩＣ、ハードディスク、コンデンサ、抵抗等が実装されるが、この図では省略している。放熱装置２０は、受熱板２１、放熱ファン２２、放熱フィン２３、ヒートパイプ２４により構成される。受熱板２１は、例えば銅や銅合金、アルミニュウムなど熱伝導性が良好で、表面が平滑な平板形状の金属板が使用される。放熱ファン２２は、ここでは軸流型ファンを示すが、どのような形式でもかまわない。
プリント基板１０にＣＰＵ１２が実装され、このＣＰＵ１２にヒートパイプ２４、受熱板２１が密着するように、スプリングが嵌められた４本のネジ２５ａ〜２５ｄを使用し、４本のネジ２５の締め込みを調整し、密着させる。ヒートパイプ２４と受熱板２１は、熱結合を良好にするため溶接などにより接続するのが望ましく、またＣＰＵ１２と受熱板２１の間に熱伝導性のよいグリスや熱伝導シートといった熱結合を良好にする部材を塗布するのが望ましい。ＣＰＵより発熱量の少ないＩＣ２７や２８が、ＣＰＵの近傍に搭載され、受熱板２１の周辺の空気流により冷却する。
なお、受熱板２１に密着させるＣＰＵは一例であり、その他、ＩＣ、抵抗、コンデンサなど強制空冷が必要な発熱部品でもよい。

図５に放熱装置２０の断面図を示すように、プリント基板１０上に、受熱板２１、放熱ファン２２、放熱フィン２３をほぼ一直線上に並べて配置する。これらをほぼ一直線に配置する理由は、放熱ファン２２より効果的に放熱フィン２３に送風されるようにするためであり、放熱フィン２３からの放熱量、放熱ファン２２の送風量によっては、一直線上から少しずれた位置に配置してもよい。
図５は、筐体を構成する上面パネル１ｂ、裏面パネル１ｄ、底面パネル１ｅを示し、筐体内部に基板１０が実装され、基板１０の上にＣＰＵ１２が搭載される。基板上にはその外に、ＲＯＭ，ＲＡＭなどのＩＣ、ＨＤＤ、コンデンサ、抵抗等が実装されるが、図示していない。ＣＰＵ１２のような発熱部品は、その上にヒートパイプ２４と、受熱板２１を重ね、４本のネジ２５を締め付けることにより、ＣＰＵ１２、ヒートパイプ２４、受熱板２１を密着させる。裏面パネル１ｅの放熱口３の後方に放熱フィン２３が取り付けられ、その後方に放熱ファン２２が取り付けられる。放熱ファン２２と放熱フィン２３は、その外側を蔽うようにダクト２５が取り付けられる。図６にダクト２５の外観図を示す。

ＣＰＵ１２に密着するように取り付けられたヒートパイプ２４は延長されて、放熱フィン２３の中央部に形成した貫通孔２６を貫通する。図７は、受熱板２１と、放熱フィン２３と、ヒートパイプ２４の関係を示す。ヒートパイプ２４は、熱伝導性のよい銅材パイプよりなり、両端を封止して、内部に冷媒を封入する。ヒートパイプ２４は、ＣＰＵ１２のように発熱部品で発生した熱を冷媒によって放熱フィン２３に移動させ、放熱フィン２３で冷却された冷媒はパイプ内部を移動して、再度発熱部品に達する。このような移動は自然対流により行われる。あるいは、ヒートパイプを循環型に構成して、途中にポンプを配置し、冷媒をポンプによって循環させると、より放熱効果を大きくすることができる。

本発明の放熱装置２０は以上のような構成であって、以下に第１の実施形態から第４の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図８は、第１の実施形態による１枚の放熱フィン２３の上流側端面図を示し、放熱フィン２３は、銅や銅合金、アルミニュウム薄板をプレス加工したときに発生したカエリ４７を有しているので、このカエリ４７を蔽うように、カエリ４７よりも厚くメッキ３１または塗装３２などの皮膜を形成する。カエリ４７の大きさは、打ち抜き・折り曲げ加工するプレス装置の性能、金型の精度、銅や銅合金、アルミニュウム板金の材質など多くの条件によって変化するが、通常、板厚の1〜2割程度である。従って、メッキ３１または塗装３２などの被膜は、これ以上の厚さになるよう形成する。

メッキは、放熱フィン２３を構成する銅や銅合金、アルミニュウムにメッキすることができる材料であればよく、例えばニッケルメッキ、半田メッキする。無電解メッキ法によれば、数１０枚から１００枚程度を一度に所望する厚みで均一にメッキすることもできる。メッキ層の厚さはメッキ時間により管理することができる。メッキを施した放熱フィン２３は、放熱上必要な枚数を同方向に積層してヒートシンクを形成する。そして、メッキを施した側が、上流側になるように配置する。あるいはメッキの前に放熱フィン２３を放熱上必要な枚数同方向に積層し、仮止めまたはヒートパイプに固定して、無電解メッキ法により一度にメッキする。
または、ヒートパイプ２４を放熱フィン２３の貫通孔２６に貫通させて、組み立てる際に生じる微小な隙間を埋めるため、半田付け作業（熱結合）が実施されるので、この作業時に、放熱フィン２３の上流側端面の半田メッキ処理を同時に行うとよい。例えば、リフロー炉を使用して、ヒートパイプと放熱フィンのロー付けと同時に放熱フィン２３の上流側端面を半田メッキすれば、非常に作業性がよい。
このようにして放熱フィンの端面に形成したメッキの表面は、表面状態が、ヌレ状態、すなわち、加工後のほうが端面の円滑度が高くなるように、端面処理前の円滑度をF1、端面処理後の円滑度をF2とした場合、F1＜F2に仕上げる。この表面状態によりに塵埃が付着しにくくなる。

塗装３２は、例えば樹脂塗料がよいが、その他任意の塗料材を使用することができ、放熱の効率の観点から黒色が望ましい。塗装３２も浸漬法は作業が簡単でよい。塗装３２の厚さは、塗料の粘度、塗装回数などにより管理することができる。塗装３２を施した放熱フィン２３は、放熱上必要な枚数を同方向に積層してヒートシンクを形成する。あるいは塗装の前に放熱フィン２３を放熱上必要な枚数同方向に積層し、仮止めまたはヒートパイプに固定して、その後、浸漬法により塗装する。そして、塗装を施した側が、上流側になるように配置する。

以上のようにして、プレスにより発生したカエリ４７は、メッキ３１または塗装３２により蔽うことができる。更に同時に、ダレ４５、破断面４６のように、表面粗さ、表面状態が悪く、放熱フィン端面の摩擦抵抗が大きい部分を蔽い、メッキ３１または塗装３２の表面を良好にすることができるので、放熱フィンの上流側端面に塵埃が付着しにくくなる。
このようにして放熱フィンの端面に形成した塗装の表面は、表面状態が、ゆず肌や、ピンホールといった不具合が起きないよう、すなわち、加工後のほうが端面の円滑度が高くなるように仕上げる。この表面状態によりに塵埃が付着しにくくなる。

＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態による１枚の放熱フィン２３の上流側端面図を示し、放熱フィン２３は、プレス加工時に発生したカエリ４７を研磨することにより除去する。図９は、カエリ４７を含み、研磨した部分を示す。研磨部分３３を示す研磨量はカエリ４７を除去できればよく、更にはダレ４５、破断面４６も研磨するとよい。研磨は、例えば化学研磨がよい。化学研磨は金属材料を腐蝕する酸化剤と、金属表面に耐食性被膜を生成させる被膜形成剤と、溶解剤を含有する化学研磨液を使用して、化学的な反応を利用して行う。研磨はコンパウンドなどを使用した物理的な研磨でもかまわないが、化学研磨は放熱フィンの変形が少なく都合がよい。研磨を施した放熱フィン２３は、放熱上必要な枚数を同方向に積層してヒートシンクを形成する。あるいは研磨の前に放熱フィン２３を放熱上必要な枚数同方向に積層し、仮止めまたはヒートパイプに固定して、一度に研磨する。そして、研磨を施した側が、上流側になるように配置する。

この研磨の際に、同時にダレ４５、破断面４６も研磨すれば、表面粗さ、表面状態が悪く、放熱フィン端面の摩擦抵抗が大きい部分を蔽い、研磨表面を良好にすることができるので、放熱フィンの上流側端面に塵埃が付着しにくくなる。
このようにして放熱フィンの端面を研磨した表面は、表面状態が、加工後のほうが端面の円滑度が高くなるように、端面処理前の円滑度をF1、端面処理後の円滑度をF2とした場合、F1＜F2に仕上げる。この表面状態によりに塵埃が付着しにくくなる。

＜第３の実施形態＞
図１０は、第３の実施形態による１枚の放熱フィン２３の上流側端面図を示し、放熱フィン２３の先端部に折り曲げ部３４を形成する。折り曲げの方向は、プレス加工時に発生したカエリ４７が折り曲げの内側になるようにする。折り曲げ加工は、折り曲げた放熱フィン２３の内側面が互いに接触するように完全に折り畳むようにするのが望ましい。このように完全に折り畳むことにより、折り曲げ部３４の厚さｗが大きくならないようにする。折り曲げ幅ｔが大きいと、隣接する放熱フィンとの間隔が小さくなる距離が長くなるので、折り曲げ幅ｔは、加工上可能な限り小さいほうが望ましい。図１０に示した放熱フィン２３の折り曲げ加工は、放熱フィンの打ち抜き・折り曲げ加工と同時に行ってもよいし、打ち抜き・折り曲げ加工の後に、放熱フィン端部の折り曲げ加工を行ってもよい。折り曲げ部３４を形成した放熱フィン２３は、放熱上必要な枚数を同方向に積層して、ヒートパイプに固定し、ヒートシンクを形成する。そして、折り曲げ部３４を形成した側が、上流側になるように配置する。
このように、放熱フィンを折り曲げることにより、放熱フィンの上流側端面は、放熱フィン２３のきれいな板材の表面部分によって形成することができ、そのため放熱フィンの上流側端面に塵埃が付着しにくくなる。この表面状態によりに塵埃が付着しにくくなる。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態は、上記＜第３の実施形態＞を実施し、且つ放熱フィン間の距離を変えなかった場合に、折り曲げ部分が冷却空気の流路を狭めてしまう問題を解決する方法である。
即ち、図１１に示すように、＜第３の実施形態＞により折り曲げ加工を実施し、放熱上必要な枚数を同方向に積層してヒートシンクを形成するとき、放熱フィン２３の先端が互いに隣接する放熱フィンと段差を有するようにする。段差は、図１１（ａ）では異なる長さを有する放熱フィン２３ａと２３ｂを交互に配置することによって形成することができる。または図１１（ｂ）に示すように、同一長さの放熱フィン２３ｃを使用し、放熱フィン２３ｃの先端が交互に突出するように、ヒートパイプに取り付けることによって形成することができる。図１１（ｃ）は、比較のため、放熱フィン先端が段差を生じないように取り付けた場合を示す図である。

放熱フィンの厚みを0.2ｍｍ、放熱フィンの積層枚数を10枚、隣接する放熱フィン間の距離を曲げ加工部も含めて、1ｍｍ一定に保った場合に必要な放熱フィン全体の幅は、図１１（ａ）で14ｍｍ、図１１（ｂ）で14ｍｍ、図１１（ｃ）で15ｍｍとなる。
放熱効率は、冷却空気が、放熱フィンの表層を流れる量に影響される。冷却空気は、放熱フィンの間を流れる。冷却空気の流れる量は、放熱フィン間の距離が一番狭まった部分に依存するため、放熱フィン間の距離はどの部分であっても一定の方がよい。
段差は、＜第3の実施形態＞で述べている折り曲げ幅ｔ以上とし、放熱効率を考慮の上最小化する。この配置をすることにより、一定の空間でより放熱効果の高い放熱フィンの配置ができる。

本発明の放熱装置を実装した電子機器の外観図を示す。 放熱装置による冷却空気の動きを説明する図を示す。 放熱装置による冷却空気の別の動きを説明する図を示す。 電子機器本体に実装されているプリント基板と放熱装置の概略図を示す。 放熱装置の断面図を示す。 ダクトの外観図を示す。 受熱板と、放熱フィンと、ヒートパイプの関係図を示す。 第１の実施形態による放熱フィンの上流側端面の拡大図を示す。 第２の実施形態による放熱フィンの上流側端面の拡大図を示す。 第３の実施形態による放熱フィン２３の上流側端面の拡大図を示す。 第４の実施形態による放熱フィン２３の上流側端面の拡大図を示す。 打ち抜き・折り曲げ加工を説明する図を示す。 従来の放熱装置の断面図を示す。 放熱装置が目詰まりする様子を説明する図を示す。

符号の説明

２１ 受熱板
２２ 放熱ファン
２３ 放熱フィン
２４ ヒートパイプ
３１ メッキ
３２ 塗装
３３ 研磨部分

Claims (6)

1. 発熱部品と、
   前記発熱部品に熱的に結合されたヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを構成する放熱フィンと、
   前記放熱フィンの上流側端面に施された円滑加工部と
   を備えることを特徴とする放熱装置。
2. 前記円滑加工部は、前記放熱フィンの端面エッジを被覆するメッキ処理、半田処理あるいは塗装処理を含む被膜形成処理または前記放熱フィンの端面エッジを研磨する研磨処理であることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
3. 発熱部品と、
   前記発熱部品に熱的に結合されたヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを構成する放熱フィンと、
   前記放熱フィンの上流側端部を折り曲げた折り曲げ部と
   を備えることを特徴とする放熱装置。
4. 更に、前記放熱フィンの上流側先端部が互いに隣接する放熱フィンとの間で段差を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱装置。
5. 前記放熱フィンに前記発熱部品と熱結合したヒートパイプを接続したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放熱装置。
6. 前記円滑加工部の表面状態は、端面処理前の円滑度をF1、端面処理後の円滑度をF2とした場合、F1＜F2であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放熱装置。

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