JP2009094414A

JP2009094414A - 電子機器用冷却装置

Info

Publication number: JP2009094414A
Application number: JP2007265896A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamamoto; 和寛山本; Shoji Mimura; 彰治味村; Akira Kikutake; 亮菊竹
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: JP4921311B2

Abstract

【課題】各種電子機器内のＩＣチップ周辺などを局所的に冷却する冷却性能の優れた電子機器用冷却装置を提供する。
【解決手段】ＩＣチップなどの発熱源５０に直接又は間接的に接触させると共に、そのベース部２１に多数の冷却フィン２２を適宜間隔で平行に立設させてなるヒートシンク２０を用いた電子機器用冷却装置１０において、ヒートシンク２０の多数の冷却フィン２２の一方側に、多数の冷却フィン２２、２２間の間に冷風を送る冷却送風装置３０を設置させると共に、ヒートシンク２０の反対側の多数の冷却フィン２２側から、多数の冷却フィン２２、２２間の間に、板状圧電素子への交流電圧の印加により平板状の弾性金属板４３が振動する圧電ファン装置４０を挿入させた電子機器用冷却装置１０にあり、これらの配置構造により、各部品の冷却性能の相乗効果により、大きな冷却性能を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種電子機器内のＬＳＩやＣＰＵなどのＩＣチップ周辺を局所的に冷却する電子機器用冷却装置に関するものである。

近年、各種電子機器、特にノートパソコンなどの場合、演算処理量の増大と処理の高速化に伴って、消費電力の大きいＣＰＵなどのチップが使用されており、これが局所的な発熱源となっている。この発熱源の熱量は、益々増加する傾向にある一方で、機器の他の電子部品にあっては、耐熱の信頼性や動作特性の温度依存性などから、当然その使用温度範囲は限定されている。このため、ノートパソコンなどの電子機器において、内部で発生する熱を効率よく外部に排出する技術の確立が急務となっている。

このような要求に答えるものとして、既に種々の構成からなる冷却装置が提案されている。例えば、多数の冷却フィンを適宜間隔で平行に立設させてなる、代表的な冷却部品であるヒートシンクや、このヒートシンクと送風ファンなどにより冷風を送る冷却送風装置を組み合わせたもの（引用文献１）、さらには、ヒートシンクと板状圧電素子への交流電圧の印加により弾性金属板（ブレード）を振動させる構造の圧電ファン装置を組み合わせたもの（引用文献２〜３）などが挙げられる。
特開２００２−０６４１７１号特開平０８−３３０４８８号特開平１０−０５６２１５号

ところが、ヒートシンクの場合、ＣＰＵなどの発熱源からの熱が熱伝導性の優れた冷却フィンに伝達されて、ここから放熱されるわけであるが、熱の自然伝導による放熱のみでは、十分な冷却性能が得られないという問題がある。

これに対して、ヒートシンクと冷却送風装置を組み合わせたものでは、冷却送風装置からの強制的な送風があるため、冷却性能の向上が得られるものの、冷却性能のさらなる向上のためには、冷却送風装置の送風ファンの送風性能を上げる必要がある。通常送風ファンはモータ駆動方式が取られるため、送風量の増大に伴って、騒音も増大するという問題が生じる。一方、ヒートシンクと圧電ファン装置とを組み合わせたものでは、騒音発生などの問題はないが、圧電ファン装置の振動による場合、振動攪拌領域が弾性金属板の周辺に限られ、送風力が不十分で、外部への排気が難しいという問題がある。

そこで、本発明者等は、ヒートシンクの多数の冷却フィンに対して、その一方側に、冷却送風装置を設置する一方、その他方側から、圧電ファン装置を挿入させる配置構造とすることにより、冷却送風装置の過度の大型化を招くことなく、即ち、送風ファンの大型化による騒音の増大を抑制しつつ、この冷却送風装置からの強制送風と圧電ファン装置の振動攪拌作用の相乗効果により、十分な冷却性能が得られることを見出した。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、優れた冷却性能が得られる電子機器用冷却装置を提供するものである。

請求項１記載の本発明は、ＩＣチップなどの発熱源に直接又は間接的に接触させると共に、そのベース部に多数の冷却フィンを適宜間隔で平行に立設させてなるヒートシンクを用いた電子機器用冷却装置において、前記ヒートシンクの多数の冷却フィンの一方側に、当該多数の冷却フィン間の間に冷風を送る冷却送風装置を設置させると共に、前記ヒートシンクの反対側の多数の冷却フィン側から、当該多数の冷却フィン間の間に、板状圧電素子への交流電圧の印加により平板状の弾性金属板が振動する圧電ファン装置を挿入させたことを特徴とする電子機器用冷却装置にある。

請求項２記載の本発明は、前記圧電ファン装置の弾性金属板の先端部長さを、前記ヒートシンクの冷却フィンの中央部付近までの長さとしたことを特徴とする請求項１記載の電子機器用冷却装置にある。

請求項３記載の本発明は、前記圧電ファン装置の圧電ファン部がバイモルフ型又はモノモルフ型であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子機器用冷却装置にある。

本発明の電子機器用冷却装置によると、ヒートシンク、冷却送風装置及び圧電ファン装置の３部品を、特定の配置構造として組み合わせているため、各部品の冷却性能の相乗効果により、装置の過度の大型化や騒音の増大化などを招くことなく、無理のない構造で、大きな冷却性能を得ることができる。

つまり、ヒートシンクの多数の冷却フィンには、冷却送風装置からの強制送風が吹き付けられるため、冷却フィン部分における冷却性能の向上が得られる。また、冷却フィン間の間に滞留し易い空気が冷却送風装置の強制送風により迅速に排気されるため、この面からの冷却性能の向上も得られる。さらに、圧電ファン装置の弾性金属板による振動攪拌領域では、この振動攪拌作用と冷却送風装置からの強制送風とが衝突する形で複雑な渦流などとして、ヒートシンクのベース部側（ＩＣチップなどの発熱源の接触側）に効果的に送り出すことが可能となり、この面からの冷却性能の向上も得られる。

図１〜図３は、本発明に係る電子機器用冷却装置の一例を示したものである。
図中、１０は電子機器用冷却装置で、これはヒートシンク２０、冷却送風装置３０及び圧電ファン装置４０の適宜配置による組み合わせからなる。

上記ヒートシンク２０は、ベース部（底面部）２１に多数の冷却フィン２２を適宜間隔で平行に立設させてなる。ベース部材料や冷却フィン材料としては、熱伝導性に優れた金属材料（アルミ、銅、ステンレス綱、各種合金など）が用いられる。そして、使用時には、ＩＣチップなどの発熱源５０が、そのベース部２１側に直接又は間接的に接触するようにして設置させる。

上記冷却送風装置３０は、図示しないが、送風ファンが内蔵させてあり、この送風ファンはモータ駆動させるようにしてある。そして、この冷却送風装置３０は、ヒートシンク２０の多数の冷却フィン２２の一方側（図１〜図３の右側）に適宜離間させて、又は直接接触させるなどして設置させる。このとき、勿論装置の送風吹出口（図示省略）は、多数の冷却フィン２２側に向ける。送風吹出口の数は特に問わないが、ヒートシンク２０の冷却フィン２２の高さ方向に偏ることなく、冷風が吹き出されるようにする。

上記圧電ファン装置４０は、図４に示すように、その圧電ファン部４１が、２枚の板状圧電素子４２、４２を、これより長さの長い弾性金属板（ブレード）４３の両面に接着層４４、４４を介して貼り付けてあり（バイモルフ型）、また、両板状圧電素子４２、４２には電極４５、４５を設けてある。４６は両電極４５、４５間に交流電圧を印加するための交流回路、４７は圧電ファン部４１の一端側（中央などの途中も可）を片持ち型に支持する固定部品からなる支持部である。

また、上記弾性金属板４３としては、通常平板状の真鍮やＳＵＳなどの金属板、或いはＰＥＴなどの硬質樹脂板など用い、好ましくは、図１〜図２に示すように、その先端部長さを、ヒートシンク２０の冷却フィン２２の中央部付近に達する長さとするとよい。
そうすれば、通常ヒートシンク２０の底面側のほぼ中央部分に直接又は間接的に接触させたＩＣチップなどの発熱源５０に対して、ほぼその真上で弾性金属板４３の振動振幅が最大となるため、発熱源５０側に効果的、かつ集中的に冷風を吹き付けることが可能となる。これにより、良好な冷却性能が得られる。

なお、圧電ファン装置の場合、上記した板状圧電素子４２、４２を２枚有するバイモルフ型の方が、大きな振幅振動が得られるものの、用途によっては、図５に示すように、１枚の板状圧電素子４２からなるモノモルフ型のものを使用することもできる。

上記のようにな配置構造からなる本発明の電子機器用冷却装置１０の場合、使用時、ＩＣチップなどの発熱源５０が、ヒートシンク２０の底面側に直接又は間接的に接触するようにして設置させる。そして、却送風装置３０及び圧電ファン装置４０を駆動させる。
そうすると、各部品の冷却性能の相乗効果により、大きな冷却性能を得ることができる。また、この組み合わせにより、装置の過度の大型化や騒音の増大化などを招くことなく、無理のない構造とすることができる。

具体的な冷却性能としては、ヒートシンク２０の多数の冷却フィン２２には、冷却送風装置３０からの強制送風が吹き付けられるため、冷却フィン２２部分における冷却性能の向上が得られる。また、ヒートシンク２０の冷却フィン２２、２２間の間に滞留し易い空気が冷却送風装置３０の強制送風により、迅速かつ効果的に排気されるため、この面からの冷却性能の向上も得られる。

さらに、圧電ファン装置４０の弾性金属板４３による振動攪拌領域では、この振動攪拌作用と冷却送風装置３０からの強制送風とが衝突する形で、複雑な渦流などを発生させるものと推測される。そして、弾性金属板４３の下側では、この渦流などが、板の振動により押し出される形で、積極的、かつ集中的にヒートシンク２０のベース部２１側（ＩＣチップなどの発熱源５０の接触側）に送り出されることになる。この結果、冷却性能の向上が得られる。一方、弾性金属板４３の上側では、上記渦流などが、板の振動により押し出される形で、積極的、かつ集中的に排出されることになる。これによっても、結果として、冷却性能の向上が得られる。さらにまた、弾性金属板４３の振幅周波数の大小によっても異なるが、振幅状態が、冷却送風装置３０からの強制送風に対して、平行となったときには、圧電ファン装置４０の弾性金属板４３付近の排気が、より一層スムーズに行われる。これによっても、冷却性能の向上が期待できる。

また、上記の例では、冷却送風装置３０からの強制送風をほぼ平行に吹き付けるものであったが、本発明はこれに限定されない。例えば図６に示すように、冷却送風装置３０の送風吹出側に、送風方向を特定の方向に制御する、多数の送風吹出ノズル３１を配列した構造とすることもできる。この場合、強制送風を、積極的にヒートシンク２０のベース部２１中央付近（ＩＣチップなどの発熱源５０の接触側）に送り出すことができるようになる。結果として、冷却対象である、発熱源５０側へより効率的、かつ集中的に送風することができるため、より優れた冷却効果の向上が得られる。

本発明に係る電子機器用冷却装置の一例を示した一部縦断概略側面図である。図１の電子機器用冷却装置の概略平面図である。図１の電子機器用冷却装置の概略分解斜視図である。図１の電子機器用冷却装置に用いられる圧電ファン装置の一例を示した概略縦断側面図である。図１の電子機器用冷却装置に用いられる圧電ファン装置の他の例を示した概略縦断側面図である。本発明に係る電子機器用冷却装置の他の例を示した一部縦断概略側面図である。

符号の説明

１０・・・電子機器用冷却装置、２０・・・ヒートシンク、２１・・・ベース部、２２・・・冷却フィン、３０・・・冷却送風装置、３１・・・送風吹出ノズル、４０・・・圧電ファン装置、４１・・・圧電ファン部、４２・・・板状圧電素子、４３・・・弾性金属板、４５・・・電極、４６・・・交流回路、４７・・・支持部

Claims

ＩＣチップなどの発熱源に直接又は間接的に接触させると共に、そのベース部に多数の冷却フィンを適宜間隔で平行に立設させてなるヒートシンクを用いた電子機器用冷却装置において、前記ヒートシンクの多数の冷却フィンの一方側に、当該多数の冷却フィン間の間に冷風を送る冷却送風装置を設置させると共に、前記ヒートシンクの反対側の多数の冷却フィン側から、当該多数の冷却フィン間の間に、板状圧電素子への交流電圧の印加により平板状の弾性金属板が振動する圧電ファン装置を挿入させたことを特徴とする電子機器用冷却装置。
前記圧電ファン装置の弾性金属板の先端部長さを、前記ヒートシンクの冷却フィンの中央部付近までの長さとしたことを特徴とする請求項１記載の電子機器用冷却装置。
前記圧電ファン装置の圧電ファン部がバイモルフ型又はモノモルフ型であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子機器用冷却装置。