JP2014165378A - 冷却装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の平板フィン12を立設し発熱部品40の冷却を行う金属製のヒートシンク10と、ヒートシンク出口側14に配置され、延在方向に沿って冷媒を移送する冷媒移送装置20と、ヒートシンク入口側13に配置され、ヒートシンクへ流入する冷媒に乱流を生じさせる伝熱促進部材30とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、効率的な冷却性能を有しながら従来に比べて低コストである冷却装置、及びこの冷却装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。
即ち、本発明の一態様における冷却装置は、ベース板の一方面に複数の平板フィンを立設し上記一方面に対向する他方面に発熱部品を取り付けてこの発熱部品の冷却を行う金属製のヒートシンクを備えた冷却装置において、上記平板フィンの延在方向におけるヒートシンク出口側に配置され、上記延在方向に沿って冷媒を移送する冷媒移送装置と、上記延在方向におけるヒートシンク入口側に配置され、ヒートシンクへ流入する冷媒に乱流を生じさせる伝熱促進部材とを備えたことを特徴とする。
また以下で説明する各実施の形態では、冷却装置は、冷媒として空気を用いる空冷タイプにおける構成を示すが、これに限定されず、水冷タイプ等、冷媒として液体を用いる形態を採ることもできる。
図1は、本発明の実施の形態1による冷却装置101の斜視図である。また、図2は図1に示す冷却装置101の断面図である。
冷却装置101は、基本的構成部分として、ヒートシンク10と、冷媒移送装置20と、伝熱促進部材30とを有し、例えば電子部品のような発熱する部品でヒートシンク10が取り付けられる部品40の放熱を行い冷却する。ここでヒートシンク10は、例えばアルミニウムからなる金属製であり、平板状のベース板11と、平板フィン12とを有し、複数の平板フィン12を延在方向51に沿って互いに平行に配置してベース板11の一方の面に立設し、また、ベース板11の一方の面に対向する他方の面には、発熱部品40を取り付ける。冷媒移送装置20は、本実施の形態では冷媒としての空気を移送する冷却ファンで構成され、延在方向51においてヒートシンク出口側14に配置される。冷媒移送装置20は、ファンの回転によって、ヒートシンク入口側13からヒートシンク出口側14へそれぞれの平板フィン12間の隙間15を通って空気を移送する。
即ち、冷媒移送装置20としての冷却ファンを駆動させることで、伝熱促進部材30が取り付けられたヒートシンク入口側13から冷却風21がヒートシンク10へ流入し、平板フィン12の隙間15を通り、冷却ファンが取り付けられたヒートシンク出口側14から冷却風22が排出される。このとき、ヒートシンク入口側13には伝熱促進部材30が設けられているため、角柱形状棒材31の後流にカルマン渦が発生する。発生した渦は、伝熱面となる平板フィン12に付着することにより伝熱が促進され、発熱部品40の冷却性能向上が可能となる。また、伝熱促進部材30を設けることで、ヒートシンク入口側13でレイノルズ数を向上させることができ、熱伝達向上により冷却性能を向上させることが可能となる。よって、ヒートシンク10のみで発熱部品40を冷却する場合に比べて、発熱部品40の温度をより低減することが可能となる。
ヒートシンク10として、長さ120mm、幅62mm、フィン高さ44mm、フィン厚2mm、フィン枚数9枚の押し出し成形のアルミニウム製の櫛形ストレートヒートシンクを用い、発熱部品40を模擬したヒータをベース板11に取り付ける。そして、図1に示すように、ヒートシンク10の出口側14に冷媒移送装置20としての冷却ファンを配置し、入口側13に伝熱促進部材30として樹脂製で3mm角の角柱形状の棒材31を、平板フィン12と直交する方向53に棒材31同士の間隔を7.5mmとして5本、平板フィン12の前端と棒材31とで構成される隙間を5mmとして配置し、温度測定を実施した。
その結果、伝熱促進部材30を取り付けた場合では、取り付けない場合に比べて6.4%ヒータの温度が低減した。
図3は、上述した伝熱促進部材30の変形例における断面図である。
図3の(a)では、円柱形状の断面の部材321を有する伝熱促進部材32Aが示され、図3の(b)では、三角柱形状の断面の部材322を有する伝熱促進部材32Bが示されている。
このような伝熱促進部材32A、32Bを設けた冷却装置102においても、角柱形状の断面を有する伝熱促進部材30を設けた上述の冷却装置101と同様に、伝熱促進部材32A,32Bの後流にカルマン渦が発生し、発生した渦が伝熱面となる平板フィン12に付着する。よって、伝熱促進が図られて発熱部品40の冷却性能の向上が可能となる。また、ヒートシンク入口側13でレイノルズ数を向上させることによる熱伝達向上により、冷却性能を向上させることが可能となる。また、伝熱促進部材32A、32Bでは、部材321、322が円柱形状及び三角柱形状であることから、角柱形状の伝熱促進部材30に比べて圧力損失が低下し、ヒートシンク10へ流入する風量を増加させることが可能となる。その結果、実施の形態1の構成に比べて冷却性能の向上を図ることが可能となる。
ヒートシンク10、及び冷媒移送装置20としての冷却ファンには、実施の形態1と同じものを用いる。直交方向53に沿って部材321を、棒材321同士の間隔を9mmとして4本、平板フィン12の前端と棒材321とで構成される隙間を5mmとして配置し、温度測定を実施した。
その結果、伝熱促進部材32Aを取り付けた場合では、取り付けない場合に比べて6.3%ヒータの温度が低減した。
図4は本発明の実施の形態3による冷却装置103の斜視図である。
ヒートシンク入口側13に、図4の(a)では伝熱促進部材33Aを、図4の(b)では伝熱促進部材33Bを、図4の(c)では伝熱促進部材33Cを配置したそれぞれの冷却装置103が示されている。これらの冷却装置103では、上述の実施形態1における冷却装置101と比べて伝熱促進部材33A〜33Cが相違するのみであり、その他の構成部部分に相違はない。よって、以下では主に伝熱促進部材33A〜33Cについて説明を行う。
伝熱促進部材33Bは、図4の(b)に示すように、平板フィン12と直交する方向53に沿って、平板フィン12の立設方向52における上部に、1枚の平板状の部材331を配置した構成であり、伝熱促進部材33Cは、図4の(c)に示すように、平板フィン12の立設方向52における下部に1枚の平板状の部材331を配置した構成である。
さらに、本実施の形態3では、実施の形態1、2の構成に比べると、伝熱促進部材33A〜33Cは、形状が簡易なため、より低コストでの製造が可能となるという利点がある。
温度測定の結果、伝熱促進部材33Aを取り付けた場合では、取り付けない場合に比べて7.2%ヒータの温度が低減した。なお、図4の(b)、(c)のような伝熱促進部材33B、33Cを設けた場合でも、設けない場合に比べて6.0〜7.5%の改善効果が得られた。
図5は、本発明の実施の形態4における冷却装置104の斜視図である。また、図6は、冷却装置104における、ベース板11に平行な面における断面図である。冷却装置104では、上述の実施形態1における冷却装置101と比べて伝熱促進部材の構成が相違するのみであり、その他の構成部部分に相違はない。よって、以下では主に伝熱促進部材について説明を行う。
本実施の形態4の冷却装置104の伝熱促進部材34は、図5に示すように、複数の角柱形状の棒材341で構成され、角柱形状の棒材341は、平板フィン12の立設方向52に沿って平板フィン12の入口側端面に平行に配置されている。このように配置された棒材341は、さらに図6に示すように、直交方向53において隣接する平板フィン12同士の隙間15に対応して配置される。
その結果、伝熱促進部材34を取り付けた場合では、取り付けない場合に比べて6.6%ヒータの温度が低減した。
図7は、本発明の実施の形態5による冷却装置105を示し、図7の(a)には冷却装置105Aが、図7の(b)には冷却装置105Bがそれぞれ示されている。これらの冷却装置105は、上述した実施の形態1〜4で説明した冷却装置101〜104に対して、そのヒートシンク10、及び冷媒移送装置20としての冷却ファンを、例えばアルミニウムからなる金属製の枠体としての一例であるシャーシ60に固定した構成を有する。よって、冷却装置105において、シャーシ60のみが新たな構成部分である。
このようなシャーシ60は、直交方向53においてヒートシンク10を左右から挟みそれぞれ延在方向51に沿って配置される少なくとも一対の側壁61を有し、さらに、冷却装置101〜104に備わる伝熱促進部材30、32A、32B、33A〜33C、又は34を、ヒートシンク入口側13に対応してシャーシ60と一体に成型した構成を有する。また、冷却装置105におけるヒートシンク出口側14にて、シャーシ60は連結部材62を有する。連結部材62は、直交方向53に沿って設置され左右一対の側壁61を連結し、冷媒移送装置20を固定する部材である。これらの側壁61、伝熱促進部材30、32A、32B、33A〜33C、又は34、及び連結部材62によって、シャーシ60は枠体を形成している。
さらに、シャーシ60は、金属で構成されていることから、発熱部品40の熱は、角柱形状の棒材31を含むシャーシ60にも伝わる。よって、本実施の形態5の冷却装置105は、実施の形態1〜4で説明した冷却装置101〜104に比べてさらに放熱面積が拡大され、冷却性能をさらに向上させることが可能となる。
さらにまた、図7ではヒートシンク10とシャーシ60とを別部材で構成しているが、アルミダイキャスト製法等でヒートシンク10とシャーシ60と伝熱促進部材とを一体成型してもよい。
さらにまた、図8に示す冷却装置105Cのように、シャーシ60は、一対の側壁61に限らず、連結部材62で2本以上の柱64を連結し、伝熱促進部材30、32A、32B、33A〜33C、又は34によって、枠体を形成してもよい。
本実施の形態6では、一例として上述の実施形態5における冷却装置105Aを備えた電子機器について説明する。図9は本実施の形態6における電子機器201の斜視図である。
この電子機器201は、上述のように実施形態5の冷却装置105Aと、冷却装置105Aのベース板11に取り付けられる発熱部品40に相当するパワーモジュールと、当該電子機器201の駆動制御等の回路構成部70と、冷却装置105Aのシャーシ60及び回路構成部70を覆って配置した樹脂製筐体71とを有する。ここで電子機器201は、一例としてサーボモータの回転を制御するサーボアンプである。
また、伝熱促進部材30について、実施形態5で説明したように冷却装置105Aではシャーシ60と一体成型しているが、これに代えて本実施の形態6では、ヒートシンク入口側13にて、樹脂製の筐体71と一体成型してもよい。このように伝熱促進部材30を樹脂製筐体71と一体成型することで、伝熱促進部材30を別体にて構成する場合に比べて低コストにて伝熱促進の効果を得ることが可能となる。
また、樹脂製筐体71は図9に示す形状に限定されず、シャーシ60を覆うように配置されればよく、また、ヒートシンク入口側13に伝熱促進部材が一体成型された形状であってもよい。
また、ヒートシンク10とシャーシ60とは、別部材で構成してもよいし、アルミダイキャスト製法等で一体成型してもよい。
本実施の形態7では、実施の形態6で説明した電子機器201を一台もしくは複数台配置して構成した電子機器202について説明する。
図10は、本実施の形態7による電子機器202の斜視図である。電子機器202では、例えば3台の電子機器201を有する。本実施形態7における電子機器201では、シャーシ60は、樹脂製筐体71にてその全体が覆われるのではなく、筐体71から露出させた一つの側面である露出面63を有する。本実施形態7における電子機器201のその他の構成は、実施の形態6で説明した電子機器201に同じである。
13 ヒートシンク入口側、14 ヒートシンク出口側、20 冷媒移送装置、
30、32A、32B、33A〜33C、34 伝熱促進部材、40 発熱部品、
51 延在方向、52 立設方向、53 直交方向、60 シャーシ、
61 側壁、70 回路構成部、71 筐体、
101〜104、105A、105B 冷却装置、201,202 電子機器。
Claims (6)
- ベース板の一方面に複数の平板フィンを立設し上記一方面に対向する他方面に発熱部品を取り付けてこの発熱部品の冷却を行う金属製のヒートシンクを備えた冷却装置において、
上記平板フィンの延在方向におけるヒートシンク出口側に配置され、上記延在方向に沿って冷媒を移送する冷媒移送装置と、
上記延在方向におけるヒートシンク入口側に配置され、ヒートシンクへ流入する冷媒に乱流を生じさせる伝熱促進部材と、
を備えたことを特徴とする冷却装置。 - 上記伝熱促進部材は、上記平板フィンに直交する方向に、又は上記平板フィンの立設方向に平行な方向に延在する、請求項1に記載の冷却装置。
- 上記伝熱促進部材は、角柱形状、円柱形状、三角柱形状、又は平板形状である、請求項1又は2に記載の冷却装置。
- 上記延在方向に沿って配置され上記ヒートシンクを挟む少なくとも一対の側壁又は複数の柱を有し上記冷媒移送装置を取り付ける金属製の枠体をさらに備え、上記伝熱促進部材は、ヒートシンク入口側に対応して上記枠体と一体に形成される、請求項1から3のいずれか1項に記載の冷却装置。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の冷却装置と、
上記冷却装置に備わるヒートシンクを挟む少なくとも一対の側壁又は複数の柱を有し上記冷媒移送装置を取り付ける金属製の枠体と、
この枠体を囲み取り付けられる樹脂製の筐体と、
この筐体内に収納される回路構成部と、を備え、
上記冷却装置に備わる伝熱促進部材は、ヒートシンク入口側に対応して上記筐体と一体に形成されることを特徴とする電子機器。 - 上記枠体は、上記筐体から露出した露出面を有する、請求項5に記載の電子機器。
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