JP2017069499A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】軸流ファンと対向して設置されたヒートシンクに関して、風の流れが小さい箇所にも一様にフィンが配列されることで冷却効率が低い。【解決手段】風の流量に応じてフィンを疎密に配列することで冷却効率を向上させる。【選択図】図６

Description

本発明は、軸流ファンと対向する位置にあるヒートシンクの形状に関する。

近年、電化製品において電気素子の処理能力向上、筺体の小型化に伴い、筺体内の熱密度が大きくなっている。熱密度が大きくなると自然放熱では十分に冷却することができないため、電気素子の温度が上昇して電気素子の寿命が短くなる。そのため、ファンとヒートシンクを組み合わせた強制冷却方式が増加している。

特許文献１に記載のファン付きヒートシンクでは、熱交換効率の良く、しかも生産性の高いファン付きヒートシンクを提供することを目的として、フィンの板面方向に沿って送風するように多数の相互に平行な板状のフィンが配置されている。これにより、ヒートシンクのフィン近傍の高温空気と外気を熱交換することで冷却している。

特開２００２−２６１２０９号公報

軸流ファンは羽根の回転により空気を押し出すことで空気の流れを形成する。すなわち羽根近傍しか空気が流れないため、軸流ファンの軸部およびケース部には風が流れない。

一般的にヒートシンクと軸流ファンの距離を十分に取ることで、軸流ファンからの風は整流されフィン全体に風が流れるが、製品のレイアウト上、ファンとヒートシンクに十分な距離を確保することが困難な場合が多い。

特許文献１のようにファンとヒートシンクのフィンが近傍に配置されている場合、軸流ファンからの風は整流されずフィンの一部にしか風が流れずフィン全体が十分に機能しないため、質量当たりの冷却効率が低い。

上記の課題を解決するために、本発明に係るヒートシンクは、
熱源と、熱源を冷却するためのヒートシンクと、ヒートシンクと対向する位置にあってヒートシンクに送風するファンとを有し、ファンの回転軸と対向する位置のフィンに対し、周辺部のフィンが密に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、軸流ファンと対向するヒートシンクにおいて、風の流れが疎な位置のフィン配列は疎に、風の流れが密な位置のフィン配列は密に配列した。それにより、軸流ファンとヒートシンクを近接に配置しても、ヒートシンクのフィン全体が機能し、十分な冷却効果が可能となる。

本発明の実施形態１におけるヒートシンクおよびファンの斜視図 本発明の実施形態１におけるヒートシンクの上面図 本発明の実施形態２におけるヒートシンクの形状 本発明の実施形態３おけるヒートシンクの形状 本発明の実施形態４におけるヒートシンクの上面図 本発明の実施形態４におけるヒートシンクの斜視図 （ａ）は遮風板なしの場合の風の流れのシミュレーション結果、（ｂ）は遮風板ありの場合の風の流れのシミュレーション結果 本発明の実施形態５におけるヒートシンクの斜視図 本発明の実施形態５における熱源の底面図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、ファン１とヒートシンク４は不図示の保持部材によって対向する位置に設置されており、ヒートシンク５のファン１と反対側の面には電気素子等の熱源６が取り付けられている。羽根３が回転することで空気が押し出されてヒートシンク４に風が流れ、ヒートシンク４が熱源７から奪った熱はフィン５の表面から熱交換により大気中へ放熱される。

［実施形態１］
図２はヒートシンク４の上面図である。

ファン１の軸２と対向するヒートシンクの領域を第１の領域とし、羽根３およびケース２と対向するヒートシンクの領域を第２の領域とする。ファン１とヒートシンク４が近接している場合、ファン１からの風は整流されずにヒートシンク４に流れるため、第１の領域の風量は小さく、第２の領域の風量は大きい。そのため、一般的なフィン間隔が一定のヒートシンクの場合、中心部の風量が小さくあまり仕事をしないフィンにも等間隔でフィンが配列されており、質量当たりの冷却効率が低くなる。

そこで、本発明では、第２の領域のフィン５ｂを第１の領域のフィン５aに対し密に配列する。ただし、本実施例では、第１の領域のフィン５aは最小とするために、配置されていない。これにより、風量が大きい箇所ではフィンは密になり、風量が小さい箇所ではフィンは疎になるため、軸流ファンとヒートシンクを近接に配置しても、ヒートシンクのフィン全体が機能し、冷却性能を低減することなくヒートシンクを軽量化し、質量当たりの冷却効率を上げた。

［実施形態２］、及び［実施形態３］
また、別の実施形態としてフィンの形状は図１に示した板状以外にも、図３に示すような第１の領域に板７aが疎に配列され、第２の領域に板７ｂが密に配列された形状(実施形態２)でも、図４に示すような細い柱が立ったような形状8(実施形態３)でも、その他形状でも構わない。

［実施形態４］
図５はヒートシンク9の上面図である。

ファン１の軸２と対向する位置を第３の領域とし、羽根３と対向する位置を第4の領域、第4の領域の外側の領域を第５の領域とする。ファン１とヒートシンク９が近接している場合、ファン１からの風は整流されずにヒートシンク９に流れるため、第3の領域および第５の領域の風量は小さく、第4の領域の風量は大きい。そのため、一般的なフィン間隔が一定のヒートシンクの場合、風量が小さくあまり仕事をしないフィンにも等間隔でフィンが配列されており、質量当たりの冷却効率が低くなる。そこで本発明では、第4の領域のフィン１0ｂを第3の領域のフィン１0aおよび第５の領域フィン１0ｃ対し密に配列する。ただし、本実施例では、第3の領域のフィンと第5の領域のフィンを最小にするため、第3の領域のフィンと第5の領域のフィンは配置していない。これにより、風量が大きい箇所ではフィンは密になり、風量が小さい箇所ではフィンは疎になるため、軸流ファンとヒートシンクを近接に配置しても、ヒートシンクのフィン全体が機能し、十分な冷却効果が可能となる。

［実施形態５］
図６はヒートシンク9の斜面図である。

第5の領域を疎にした場合の風の流れのシミュレーション結果を図７(a)に示す。11は風の流れである。フィン10bではフィンが導風路の役割を果たすため、ファン１から風が吹きこんだ後、ヒートシンク9の外部に風が層流となり流れている。一方、フィン１0a部ではフィンが疎で十分に導風路の役割を果たさないため、風が乱流を起こし冷却効率が低い。そこで、図８に示すようにフィン１0aとフィン１0bの境界部に円筒状の遮風板12を設ける。遮風板12を設けたときのシミュレーション結果を図７(b)に示す。細線が風の流れる方向を示している。遮風板12の内側に風が流れなくなった代わりに、遮風板12の外側ではファン１から風が吹きこんだ後、ヒートシンク9の外部に風が大きく曲がったり大きな渦を巻く様なことがなく、スムーズに流れている。これにより、ファン１からの風を有効に利用することが可能となる。

［実施形態６］
実施形態１〜５のように、フィンの配列を風量に応じて疎密に配列すると、フィンの配列が疎な箇所の温度が、フィンの配列が密な箇所の温度と比較して上昇する。そこで、図９に示すように、フィンの配列と比例させて熱源としてのレーザーダイオード13を分布させることで、各レーザーダイオード13の温度を略一様にすることが可能である。熱源として、レーザーダイオード以外にも電気素子、ＬＥＤ等が考えられるが種類は問わない。

１ ファン、２ 軸、３ 羽根、４ ヒートシンク、５ フィン、６ 熱源

Claims (5)

1. 熱源と、
   熱源を冷却するためのヒートシンクと、
   ヒートシンクと対向する位置にあってヒートシンクに送風するファンと、を有し、
   ファンの回転軸と対向する位置の前記ヒートシンクのフィンに対し、
   周辺部の前記ヒートシンクのフィンが密に配置されていることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記ファンの羽根の可動範囲に対向する位置のフィンは、対向しない位置のフィンに比べて密に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記ヒートシンクの、前記ファンの前記回転軸と前記羽根の境界部と対向する位置に、内側と外側とを分離する壁を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記熱源は前記フィンの密度におよそ比例して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のヒートシンク。
5. 前記熱源はレーザーダイオードあることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のヒートシンク。