JP2009163623A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクの放熱フィンに付着・堆積する塵埃を除去するための駆動機構を備えることにより、長期に渡って十分な冷却性能を維持する冷却システムを提供する。
【解決手段】発熱体で発生した熱を放熱する放熱フィン１０７を備えたヒートシンク１０２を有する冷却システムにおいて、放熱フィン１０７の間を掃く掃除部材１０５と、掃除部材１０５を放熱フィン１０７に沿って所定の方向へ移動する移動機構１０６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却システムに係り、特に、放熱フィンから構成されるヒートシンク内に冷却風を導入する空冷ファンを備えた冷却システムに関する。

情報処理装置の高性能化に伴い、装置内部の発熱量は著しく増大している。現在、多くの場合、発熱体において発生する熱はヒートシンクに伝熱し、空冷ファンの冷却風をヒートシンク本体に吹き付けることで放熱させる。

しかし、冷却効率の向上を目的としてヒートシンク内の放熱面積を拡大させるため、ヒートシンク内の放熱フィンの間隔が非常に狭くなることが原因となって、装置内に流入される冷却風に含まれる塵埃が、放熱フィンの隙間に付着・堆積するという現象が起こる。その結果、ヒートシンク内の放熱フィンの隙間に付着・堆積した塵埃は、空冷ファンから吹き付けられた冷却風がヒートシンク内に流入する妨げとなり、その冷却性能を著しく低下させ、期待する冷却性能を長期に渡って維持できないという問題が発生している。

そこで、特許文献１には、筐体に設けた排熱用の穴に対して、形状記憶合金製のコイルばねに支持された開閉スライド扉を配置し、筐体内部の温度に応じてその開閉量を調節することで、内部に塵埃の侵入を防ぐ熱排出機構に関する技術が記載されている。

特開２０００−５６８６１号公報

しかしながら、塵埃は、わずか少量でも放熱フィン端面に付着すると、付着した塵埃を起点として指数関数的に堆積するため、やがて放熱フィン間を覆い冷却風の流路を遮断することになる。特許文献１に記載されている熱排出機構では、装置内部へ塵埃の侵入を極力防ぐことは可能であっても、いずれは塵埃が付着・堆積し冷却性能の低下を招くため、ヒートシンクの目詰まりに対する根本的な解決策には至っていない。

本発明の目的は、ヒートシンクの放熱フィンに付着・堆積する塵埃を除去するための駆動機構を備えることにより、長期に渡って十分な冷却性能を維持する冷却システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の冷却システムは、好ましい例では、発熱体で発生した熱を放熱する放熱フィンを備えたヒートシンクを有する冷却システムにおいて、該放熱フィンの間を掃く掃除部材と、該掃除部材を該放熱フィンに沿って所定の方向へ移動する移動機構とを有するように構成することができる。

また、好ましい例では、該移動機構は、手動により該掃除部材を所定の方向へ移動する機構であるように構成することができる。

また、好ましい例では、該移動機構は、該発熱体で発生する熱エネルギーにより該掃除部材を所定の方向へ移動するように構成することができる。

また、好ましい例では、該移動機構は、該発熱体で発生する熱エネルギーにより形状が変形する熱変形部材を有するように構成することができる。

また、好ましい例では、該掃除部材は、該放熱フィンの間の溝に応じた形状であり、該移動機構は、該掃除部材を該放熱フィンの間の溝方向へ移動するよう構成することができる。

また、好ましい例では、該移動機構は、該掃除部材を該放熱フィンの間の溝方向へ移動するように構成することができる。

また、好ましい例では、該ヒートシンクに冷却風を送風する空冷ファンを有し、該空冷ファンは、該掃除部材により掃かれた塵埃を、冷却風によって該ヒートシンクの外部へ排出するように構成することができる。

本発明によれば、ヒートシンクの放熱フィンに付着・堆積する塵埃を除去するための駆動機構を備えることにより、長期に渡って十分な冷却性能を維持する冷却システムを提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）は、冷却システムを搭載した情報処理装置１０１の構成例を示す図である。

情報処理装置１０１は、例えばＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）であり、ヒートシンク１０２、空冷ファン１０３、発熱体１０４、可動部品１０５及び駆動部品１０６から構成されている。

ヒートシンク１０２は、放熱のために使われる装置であり、複数の放熱フィン１０７から構成されている。空冷ファン１０３は、情報処理装置１０１の下面から外気を取り入れ、ヒートシンク１０２の放熱フィン１０７の間へ冷却風を導入する。冷却風は、放熱フィン１０７の間を通過する際に、発熱体１０４（例えばＣＰＵ）からヒートシンク１０２に伝熱された熱を吸熱することで発熱体１０４を冷却する。可動部品１０５は、ヒートシンク１０２と空冷ファン１０３との間に設けられ、放熱フィン１０７及び放熱フィン１０７間に付着・堆積した塵埃を除去する掃除部材である。

図２は、可動部品１０５の形状を説明するための図であり、図２（ａ）は、可動部品２０１及びヒートシンク１０２の平面図、図２（ｂ）は、可動部品１０５がヒートシンク１０２に挿入された場合の断面図である。

可動部品１０５は、放熱フィン１０７の形状に沿って櫛型になっており、放熱フィン１０７の間に可動部品１０５の凸部がわずかに挿入される形状である。この形状により、可動部品１０５が駆動された場合、放熱フィン１０７及び放熱フィン１０７間に付着・堆積した塵埃を掃き出すことが可能となる掃除部材として機能する。さらに、掃き出された塵埃は、空冷ファン１０３が送風する冷却風によりヒートシンク１０２の外部へ排出され、ヒートシンク１０２内には、冷却風の流路が確保される。また、可動部品１０５の板厚は、空冷ファン１０３から流入される冷却風が、可動部品１０５によってなるべく妨げられないような厚さにする。

尚、ヒートシンク１０２の冷却風流入側の形状が他の形状であっても、可動部品１０５をヒートシンク１０２の冷却風流入側の形状に合わせることにより、付着・堆積する塵埃の除去が可能となる。

駆動部品１０６は、可動部品１０５を、矢印Ａ（図１（ｂ））方向へ移動するための移動機構である。

図１（ｂ）は、発熱体１０４を冷却する冷却システムに係る構成部品の分解図である。
冷却システムは、放熱フィン１０７から構成されたヒートシンク１０２、空冷ファン１０３、可動部品１０５及び駆動部品１０６から構成されている。

以上の構成により、ヒートシンク１０２と空冷ファン１０３との間に、塵埃を除去するための可動部品１０５、可動部品１０５を移動及び設置するための駆動部品１０６を配置することで、放熱フィン１０７及び放熱フィン１０７間に付着・堆積した塵埃の除去を行い、ヒートシンク１０２の目詰まりを防止する。また、除去した塵埃はヒートシンク１０２内を冷却風と共に通過し、情報処理装置１０１の左側面より排出される。

可動部品１０５は、矢印Ａ方向に移動するが、このように可動部品１０５を移動する機構として手動または熱エネルギーによる移動機構の例を、以下、実施例１乃至３により説明する。
［実施例１］
図３は、実施例１による冷却システムの構成例を示しており、図３（ａ）は通常時（塵埃除去しない時）、図３（ｂ）は、塵埃除去時での冷却システムの構成例を示す。本実施例では、可動部品を手動により移動する移動機構を備えた冷却システムである。

冷却システムは、ヒートシンク３０１、ヒートシンク３０１を構成する放熱フィン３０２、ヒートシンク３０１内に冷却風を導入する空冷ファン３０３、ヒートシンク３０１と空冷ファン３０３との間に設けられる塵埃を除去するための可動部品３０４、可動部品３０４を駆動するばね３０５、可動部品３０４及びばね３０５のガイド３０６、ばね３０５を押し込むためのピストン３０７及びピストン３０７を拘束するためのストッパー３０８で構成されている。また、ばね３０５、ガイド３０６、ピストン３０７及びストッパー３０８により、可動部品３０４を移動する移動機構が構成されている。

次に、本実施例による冷却システムの塵埃除去の動作を説明する。まず、通常時（図３（ａ））は、ストッパー３０８によりピストン３０７が拘束され、ばね３０５は、縮んだ状態である。可動部品３０４は、ヒートシンク３０１の下部に位置している。

この状態から、ユーザーが、ストッパー３０８を解除すると、可動部品３０４に連結されたばね３０５が開放され、ガイドに３０６に沿ってヒートシンク３０１の下部から上方に可動部品３０４を押し上げる。これが、塵埃除去時（図３（ｂ））の状態となる。

可動部品３０４は、押し上げられる際に、放熱フィン３０２の前面（空冷ファン１０３側）に付着している塵埃を除去する。除去された塵埃は、放熱フィン３０２内に流入、通過し、情報処理装置１０１の外部へ空冷ファン４０３が送風する冷却風と共に排出される。ここで、情報処理装置１０１の冷却風排出口は、放熱フィン３０２間よりも十分広いため、塵埃は排出口に付着することなく排出できる。

塵埃除去が済むと、ユーザーは、ピストン３０７を下部へ押しこみ、ストッパー３０８をかけてピストン３０７を収納する。

ユーザーは、塵埃除去が必要な際には、以上の一連の動作を繰り返すことによって、冷却風の流路を確保し、長期に渡って十分な冷却性能を維持させることができる。
［実施例２］
図４は、実施例２による冷却システムの構成例を示しており、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は装置電源オフ時、図４（ｃ）は装置電源オン時での冷却システムの構成例を示す。本実施例では、温度変化による熱エネルギーを利用して可動部品を移動する移動機構を備えた冷却システムである。

冷却システムは、ヒートシンク４０１、ヒートシンク４０１を構成する放熱フィン４０２、ヒートシンク４０１内に冷却風を導入する空冷ファン４０３、ヒートシンク４０１と空冷ファン４０３の間に設けられる塵埃を除去するための可動部品４０４、可動部品４０４を駆動する形状記憶コイルばね４０５、可動部品４０４及び形状記憶コイルばね４０５のガイド４０６及びヒートシンク４０１の下部に設置されている発熱体４０７から構成されている。ここで、熱変形材料として形状記憶コイルばね４０５は、通常のばねが弾性によってその形状を回復するのに対して、温度変化によって形状を回復する。また、形状記憶コイルばね４０５及びガイド４０６により、可動部品４０４を移動する移動機構が構成されている。

次に、本実施例による冷却システムの塵埃除去の動作を説明する。まず、装置電源オフ時（図４（ｂ））では、形状記憶コイルばね４０５は、常温であることから縮んだ状態にあり、可動部品４０４は、ヒートシンク４０１の下部に位置している。

一方、装置電源オン時（図４（ｃ））では、発熱体４０７から発生した熱によって情報処理装置１０１の内部の雰囲気温度が上昇するため、この上昇に伴って縮んだ状態の形状記憶コイルばね４０５が伸張して、可動部品４０４を上方に駆動する。この可動部品４０４がヒートシンク４０１の下部から上方へ移動する際に、ヒートシンク４０１にわずかに挿入された可動部品４０４は、放熱フィン４０２及び放熱フィン４０２間に付着・堆積した塵埃を掃き出すことにより除去する。除去された塵埃は、放熱フィン４０２内を通過し、情報処理装置１０１の外部へ空冷ファン４０３が送風する冷却風と共に排出される。情報処理装置１０１の冷却風排出口は、放熱フィン４０２の間隔よりも十分広いため、塵埃は情報処理装置１０１の排出口に付着することはない。

また、装置電源オンから装置電源オフに切り替わると、装置内部の雰囲気温度が下降するため、形状記憶コイルばね４０５は縮んで元の位置に戻り、この形状記憶コイルばね４０５の位置変化に伴って形状記憶コイルばね４０５に連結された可動部品４０４も元の位置（図４（ｂ））に戻る。

以上、本実施例によれば、塵埃を除去する過程において、塵埃の除去や除去された塵埃を取り除くなどのユーザーが作業する工程はないので、塵埃の除去に対してメンテナンスフリーな冷却システムとなる。
［実施例３］
図５は、実施例３による冷却システムの構成例を示しており、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は装置電源オフ時、図５（ｃ）は装置電源オン時での冷却システムの構成例を示す。本実施例では、温度変化による熱エネルギーを利用して可動部品を移動する移動機構を備えた冷却システムである。

冷却システムは、ヒートシンク５０１、ヒートシンク５０１を構成する放熱フィン５０２、ヒートシンク５０１内に冷却風を導入する空冷ファン５０３、ヒートシンク５０１と空冷ファン５０３との間に設けられ塵埃を除去するための可動部品５０４、バイメタル５０５及び発熱体５０６から構成されている。ここで、可動部品５０４は、バイメタル５０５を介して、発熱体５０６に連結されている。また、熱変形材料としてバイメタル５０５は、可動部品５０４を移動する移動機構として機能する。

次に、本実施例による冷却システムの塵埃除去の動作を説明する。まず、装置電源オフ時（図５（ｂ））では、バイメタル５０５は、常温であることから形状に変化はなく（常温時の形状）、可動部品５０４は、ヒートシンク５０１の下部に位置している。

一方、装置電源オン時（図５（ｃ））では、発熱体５０６で発生した熱がバイメタル５０５及びヒートシンク５０１に伝熱し、この伝熱によってバイメタル５０５は、（図５（ｃ））に示すように上方に変形して、この変形に伴い可動部品５０４を上方に駆動する。この可動部品５０４がヒートシンク５０１の下部から上方へ移動する際に、可動部品５０４は、放熱フィン５０２の端面に付着した塵埃を掃き出して除去する。除去された塵埃は、放熱フィン５０２内を通過し、情報処理装置１０１の外部へ空冷ファン５０３が送風する冷却風と共に排出される。情報処理装置１０１の冷却風排出口は、放熱フィン５０２の間隔よりも十分広いため、塵埃は情報処理装置１０１の排出口に付着することはない。

また、装置電源オンから装置電源オフに切り替わると、バイメタル５０５は発熱体からの伝熱を失い、やがて常温時の元の形状（図５（ｂ））に戻ることにより、可動部品５０もヒートシンク５０１の下部の位置（図５（ｂ））に戻る。

以上、本実施例によれば、塵埃を除去する過程において、塵埃の除去や除去された塵埃を取り除くなどのユーザーが作業する工程はないので、塵埃の除去に対してメンテナンスフリーな冷却システムとなる。

尚、本実施例では、バイメタル５０５の形状はＵ字型であるが、発熱体５０６、空冷ファン５０３及びヒートシンク５０１の位置関係、あるいは、可動部品５０４を可動させたい方向によって、バイメタル５０５の形状とレイアウトは多様となる。

また、実施例１乃至３において、可動部品を取り付けたことで、ヒートシンクと空冷ファンの間隔が広がり、ヒートシンク内への冷却風の流入量が減少する懸念がある場合には、マイラーシートなどで壁を作り、ヒートシンク内へ冷却風を導く構成としてもよい。

尚、本発明は、情報処理装置に限らず、発熱体を空冷する冷却システムを備え、冷却性能に及ぼす塵埃の付着・堆積の影響が懸念される種々の装置においても適用可能である。

冷却システムを搭載した情報処理装置の構成例を示す図。 可動部品の形状を説明するための図。 実施例１による冷却システムの構成例を示す図。 実施例２による冷却システムの構成例を示す図。 実施例３による冷却システムの構成例を示す図。

符号の説明

１０１：情報処理装置、 １０２、３０１、４０１、５０１：ヒートシンク、 １０３、３０３、４０３、５０３：空冷ファン、 １０４、４０７、５０６：発熱体、 １０５、３０４、４０４、５０４：可動部品、 １０６：駆動部品、 １０７、３０２、４０２、５０２：放熱フィン、 ３０５：ばね、 ３０６、４０６：ガイド、 ３０７：ピストン、 ３０８：ストッパー、 ４０５：形状記憶コイルばね、 ５０５：バイメタル。

Claims (6)

1. 発熱体で発生した熱を放熱する放熱フィンを備えたヒートシンクを有する冷却システムにおいて、
   該放熱フィンの間を掃く掃除部材と、
   該掃除部材を該放熱フィンに沿って所定の方向へ移動する移動機構とを有することを特徴とする冷却システム。
2. 該移動機構は、手動により該掃除部材を所定の方向へ移動する機構であることを特徴とする請求項１の冷却システム。
3. 該移動機構は、該発熱体で発生する熱エネルギーにより該掃除部材を所定の方向へ移動することを特徴とする請求項１の冷却システム。
4. 該移動機構は、該発熱体で発生する熱エネルギーにより形状が変形する熱変形部材を有することを特徴とする請求項３の冷却システム。
5. 該掃除部材は、該放熱フィンの間の溝に係合する櫛型の構造を有し、
   該移動機構は、該放熱フィンの間の溝に係合して該掃除部材を溝方向へ移動することを特徴とする請求項１の冷却システム。
6. 該ヒートシンクに冷却風を送風する空冷ファンを有し、
   該空冷ファンは、該掃除部材により掃かれた塵埃を、冷却風によって該ヒートシンクの外部へ排出することを特徴とする請求項１の冷却システム。

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