JP2008219034A

JP2008219034A - 回転式ヒートシンク

Info

Publication number: JP2008219034A
Application number: JP2008104873A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Kaneko; 英貴金子
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】騒音を低く押さえることができ、かつ、比較的に小さな容積をもつ回転式ヒートシンクを提供する。
【解決手段】回転式ヒートシンク（１０）は、発熱体から熱を受けるヒートシンクボディ（１２）と、ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられる軸部（２２）と放熱翼部（２４）とからなる放熱部分（１４）と、放熱部分をヒートシンクボディに対して回転させる駆動手段（１６）とを有する。ヒートシンクボディの熱を回転する放熱部分に直接に伝達し、回転する放熱部分で放熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は電子装置の発熱体で発生した熱を放散するための回転式ヒートシンクに関する。

電子装置において、CPU を構成する半導体素子は多くの熱を発生する。半導体素子を冷却するために、ヒートシンクを半導体素子に取りつけている。ヒートシンクからの放熱を促進するために、フィンがヒートシンクに設けられている。さらに、ヒートシンクの上にファンを設け、半導体素子からヒートシンクに伝達された熱を強制空冷で放熱するようになっている。

最近、電子装置の半導体素子の発熱量が増加する傾向にあり、発熱量に応じて半導体素子を十分に冷却するために、ヒートシンクの面積を大きくし、ヒートシンクのフィンの高さを高くし、ファンモータの回転数を増加させることが求められている。このため、ファンモータの回転数の増加に伴う騒音の増大及び放熱面積の増加に伴うヒートシンクの容積拡大が問題となっている。

本発明の目的は、騒音を低く押さえることができ、かつ、比較的に小さな容積をもつ回転式ヒートシンクを提供することである。

本発明によるヒートシンクは、発熱体から熱を受けるヒートシンクボディと、該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられた放熱部分と、該放熱部分を該ヒートシンクボディに対して回転させる駆動手段とを有する。

この構成において、ヒートシンクボディは半導体素子等の発熱体に接触して配置され、発熱体から熱を受ける。ヒートシンクボディの熱は放熱部分へ伝達され、周囲の空気に放散される。放熱部分はヒートシンクボディに回転可能に取りつけられており、放熱部分が回転する間に周囲に空気の流れを生成する。従って、放熱部分は常に温度の低い周囲の空気に接触し、高い放熱効果を達成することができる。この回転式ヒートシンクは、フィンを設けたヒートシンク板とその上に配置されたファンとからなる従来の冷却装置と比べて、全体的な容積を小さくすることができ、かつ、放熱部分の低い回転数で高い冷却効率を得ることができる。

従って、放熱部分は常に温度の低い周囲の空気に接触し、高い放熱効果を達成することができる。この回転式ヒートシンクは、フィンを設けたヒートシンク板とその上に配置されたファンとからなる従来の冷却装置と比べて、全体的な容積を小さくすることができ、かつ、放熱部分の低い回転数で高い冷却効率を得ることができる。

図１は本発明の一実施例の回転式ヒートシンクを示す断面図である。回転式ヒートシンク10は、ヒートシンクボディ12と、ヒートシンクボディ12に回転可能に取りつけられた放熱部分14と、放熱部分14をヒートシンクボディ12に対して回転させる駆動手段16とを有する。矢印Ａは放熱部分14の回転を示す。矢印Ｂは放熱部分14を通る空気の流れを示す。

図１において、半導体素子18がプリント回路基板20に搭載されており、ヒートシンクボディ12は半導体素子18に接触、固定されている。半導体素子18はCPU を構成し、使用時に多くの熱を発生する。半導体素子18の発生する熱はヒートシンクボディ12に伝達され、さらに放熱部分14に伝達されて放熱部分14で周囲の空気に放散される。

放熱部分14は軸部22と、放熱翼部24とからなる。軸部22はヒートシンクボディ12に回転可能に取りつけられ、放熱翼部24は軸部22に固定され又は軸部22と一体的に形成される。

図２は図１の回転式ヒートシンク10の平面図であり、放熱翼部24が簡略的に示される。放熱翼部24は従来のファンの羽根と同様の羽根24ａを有する。

図３は図１及び図２の回転式ヒートシンク10の放熱翼部24の作用を説明する図である。放熱翼部24の羽根24ａは放熱翼部24が回転する間に周囲の空気の流れを生成する。矢印Ｂは羽根24ａに対して相対的な空気の流れを示す。空気は比較的に小さな抵抗で羽根24ａに沿って流れ、羽根24ａの回りの温度境界層は容易に払拭される。

図４は図１及び図２の回転式ヒートシンク10のヒートシンクボディ12と放熱部分14とを示す分解断面図である。図１及び図４において、ヒートシンクボディ12は放熱部分14の軸部22を嵌合させる円形の取りつけ凹部26を有する。

放熱部分14の軸部22の下端部は円形フランジ22ａとなっており、フランジ22ａの直径は取りつけ凹部26の直径よりもわずかに小さくなっている。フランジ22ａが取りつけ凹部26に嵌合された状態で水銀28がフランジ22ａのまわりで取りつけ凹部26内に挿入される。水銀28はフランジ22ａの底面、円筒側面、および上面に接触し、且つ取りつけ凹部26の底面および円筒側面に接触する。水銀28は、ヒートシンクボディ12から放熱部分14の軸部22への熱の伝達を助けるとともに、ヒートシンクボディ12と軸部22との間の流体軸受を構成する。

リング状の永久磁石30が軸部22のまわりに配置される。リング状の永久磁石30は２つの半円状の磁石からなる構造とすることができ、あるいはその他の構造として、軸部22のまわりに配置される。リング状の永久磁石30はフランジ22ａの上方に位置し、取りつけ凹部26の円筒側面に接着剤で固定される。

磁性流体32が永久磁石30と軸部22との間の円形隙間に配置される。磁性流体32は永久磁石30の磁力により永久磁石30に保持される。永久磁石30と磁性流体32とは水銀28に対するシールを形成し、また軸部22に対する軸受としても作用する。

図５は図１及び図２の回転式ヒートシンク10の固定子保持部材34及び固定子36を示す断面図である。図６は図５の固定子36を示す平面図である。図１及び図５において、固定子保持部材34は円筒形状の部材であり、固定子保持部材34は放熱部分14の軸部22と同軸にそのまわりに配置される。固定子保持部材34の底部は永久磁石30に接着剤により固定される。ただし、固定子保持部材34の底部はヒートシンクボディ12に固定されてもよい。

固定子36は固定子保持部材34の上方部分に保持される。実施例の固定子36は図６に示されるように公知の電気モータの電機子のように巻線構造のものである。一方、回転子38が放熱翼部24に配置される。実施例では、回転子38は永久磁石からなる。図１に示されるように、回転子38は固定子36と同じ高さの位置で固定子36のまわりに配置される。従って、固定子36と回転子38とは電気モータと同様の駆動手段16を形成し、それによって、放熱部分14がヒートシンクボディ12に対して回転駆動される。

この構成において、ヒートシンクボディ12は半導体素子18に接触して配置され、半導体素子18から熱を受ける。ヒートシンクボディ12の熱は放熱部分14へ伝達され、放熱部分14で周囲の空気に放散される。放熱部分14はヒートシンクボディ12に回転可能に取りつけられており、放熱部分14が回転する間に周囲の空気の流れを生成する。従って、放熱部分14は常に温度の低い周囲の空気に接触し、高い放熱効果を達成することができる。

図７は従来の冷却装置１を示す断面図である。冷却装置１は、フィン２を有するヒートシンク３と、フィン２の上方に配置されたファン４とからなる。ヒートシンク３はプリント回路基板５に搭載されて半導体素子６に接触、固定されている。半導体素子６の発生する熱はヒートシンク３に伝達され、フィン２で周囲の空気に放散される。このようにして、半導体素子６を冷却装置１で冷却することができる。

図８は図７のヒートシンク３の作用を説明する図である。多くの熱を発生する半導体素子６に対応するために、多くのフィン２が設けられ、かつフィン２の高さは高くなっている。このような場合、隣接するフィン２間の間隔は狭くなっているので、隣接するフィン２間の空間を空気が十分に通りにくく、温度境界層７が形成される傾向にある。このように温度境界層７が形成されると、フィン２からの放熱効率が低下するので、ファン４を高速で回転させて、温度境界層７を払拭する必要がある。このようにして、半導体素子６の発熱量が多い場合には、ヒートシンク３の面積を大きくし、ヒートシンク３のフィン２の高さを高くし、ファン４を駆動するファンモータの回転数を増加させることが求められている。

本発明においては、冷却装置全体の容積を小さくし、かつ回転部部の回転数を低くして、十分な冷却性能を達成することができる。例えば、所定の冷却性能を達成するために、図７に示す従来の冷却装置１の全体の高さｈが40〜60mmである場合に、図１に示される本発明の回転式ヒートシンク10の全体の高さＨは約30mm程度にすることができる。また、所定の冷却性能を達成するために、従来の冷却装置１のファン４の回転数が2300rpm である場合に、本発明の回転式ヒートシンク10の放熱部分14の回転数を1500rpm にすることができる。このように、本発明では、全体的な容積を小さくすることができ、かつ、放熱部分の低い回転数で高い冷却効率を得ることができる。

本発明においては、軸部22の直径は比較的に小さくしても、放熱翼部24における放熱性能が高いので、高い冷却効率を得ることができる。また、軸部22を熱伝導率の高い材料で形成したり、ヒートパイプで形成したりすることができる。

本発明の回転式ヒートシンクは、フィンを設けたヒートシンク板とその上に配置されたファンとからなる従来の冷却装置と比べて、全体的な容積を小さくすることができ、かつ、放熱部分の低い回転数で高い冷却効率を得ることができる。

本発明の一実施例の回転式ヒートシンクを示す断面図である。図１の回転式ヒートシンクの平面図である。図１及び図２の回転式ヒートシンクの放熱翼部の作用を説明する図である。図１及び図２の回転式ヒートシンクのヒートシンクボディと放熱部分とを示す分解断面図である。図１及び図２の回転式ヒートシンクの固定子保持部材及び固定子を示す断面図である。図５の固定子を示す平面図である。従来の冷却装置を示す断面図である。図７のヒートシンクの作用を説明する図である。

符号の説明

１０回転式ヒートシンク
１２ヒートシンクボディ
１４放熱部分
１６駆動手段
１８半導体素子
２０プリント回路基板
２２軸部
２２ａ円形フランジ
２４放熱翼部
２４ａ羽根
２６凹部
２８水銀
３０永久磁石
３２磁性流体
３４固定子保持部材
３６固定子
３８回転子

Claims

発熱体から熱を受けるヒートシンクボディと、
該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられる、軸部と放熱翼部が、一体形成された放熱部分と、
該放熱部分を該ヒートシンクボディに対して回転させる駆動手段と、
を有するヒートシンク。
該ヒートシンクボディは該軸部を嵌合する取りつけ凹部を有し、該ヒートシンクボディの取りつけ凹部と該放熱部分の軸部との間に軸受及びシールが配置される請求項１に記載のヒートシンク。
該軸受が流体軸受からなる請求項２に記載のヒートシンク。
該シールが永久磁石と磁性流体とからなる請求項３に記載のヒートシンク。
該駆動手段は、該ヒートシンクボディに組み合わされた固定子と、該放熱部分に組み合わされた回転子とからなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
請求項１乃至４のいずれか１項記載のヒートシンクと、
前記ヒートシンクの放熱対象である半導体素子と、
を搭載したことを特徴とする回路基板。
請求項６に記載の回路基板を有する電子装置。