JP2796038B2

JP2796038B2 - 発熱素子の冷却構造

Info

Publication number: JP2796038B2
Application number: JP5103248A
Authority: JP
Inventors: 孝志北原; 忠好島貫
Original assignee: PII EFU YUU KK
Current assignee: PII EFU YUU KK
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JPH06314759A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱素子の冷却構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発熱素子を冷却する従来例を図１６に示
す。この従来例において、発熱素子１上には、アルミニ
ウム等の熱伝導性の良好な材料で形成される放熱器９が
固定される。放熱器９は、上面に複数の櫛状の放熱フィ
ン８、８・・を備え、発熱素子１からの発熱は、放熱器
に伝熱された後、冷却風に吸収される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
例において、発熱素子１の発熱量が増加していくと、放
熱効果をあげるために発熱素子１近傍の風速を上げてい
くことが必要になり、より強力なファンを使用すること
が必要となる。

【０００４】一方、ファンを強力にするには、ファンの
サイズを大きくするか、回転数のアップを行うことが一
般的であり、結果としてファン実装空間の増大や、騒音
の増加がもたらされるという欠点を有するものであっ
た。

【０００５】また、放熱効果を向上させるために、放熱
フィン８の表面積を増加させることも可能であるが、こ
の場合には、実装空間の増加をもたらすという欠点を有
するものであった。

【０００６】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たものであって、実装効率を妨げることなく発熱素子の
効果的な冷却を行うことのできる発熱素子の冷却構造を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、プリント基板上に実装される発熱素子１の上面から
適宜間隔を隔てて配置される発熱素子１と略同一面積の
蔽い板２と、１個または複数個のファン装置３とを有
し、前記ファン装置３により蔽い板２と発熱素子１表面
との間の空隙部４に冷却風を送風して発熱素子１を冷却
する発熱素子の冷却構造であって、前記ファン装置３
は、ファン回転軸が発熱素子１の中心に対して偏心する
位置に装着され、かつ、偏心方向の空隙部４の辺縁を隔
壁５により遮蔽した発熱素子の冷却構造を提供すること
により達成される。

【０００８】また、図５に示すように、発熱素子１の上
面に固定され、上面に複数の放熱フィン８、８・・を備
えた放熱器９と、放熱器９の上部に固定されるファン装
置３とを有し、前記ファン装置３は、放熱器９の中心に
対して対称位置に複数設けられ、かつ、各ファン装置３
は、送風方向が発熱素子の中心に向かうように駆動する
ことも可能であり、さらに、図９に示すように、発熱素
子１に隣接してプリント基板上に固定され、上面に複数
の放熱フィン８、８・・を備えた放熱器９と、放熱器９
の上部に固定されるファン装置３とを有し、前記放熱器
９と発熱素子１をヒートパイプ１０を介して連結するよ
うに構成することもできる。

【０００９】

【作用】本発明において、発熱素子１の上方には蔽い板
２が配置され、ファン装置３から空隙部４に向けて冷却
風が送風される。冷却風は、発熱素子１の上面に向けて
噴き出されて該発熱素子１を冷却し、発熱素子１により
反射された冷却風は蔽い板２により再び反射されて発熱
素子１に至り、該発熱素子１の冷却に寄与する。また、
ファン装置３は、ファン回転軸が発熱素子１の中心に対
して偏心する位置に装着される。この結果、ファンから
の冷却風は、発熱素子１の中心部、すなわち、発熱素子
１の高発熱領域に直接吹き付けられることとなり、冷却
効率が向上する。

【００１０】請求項２記載の発明において、ファン装置
３は蔽い板２に着脱可能に装着されており、不良、ある
いは故障時の交換が可能とされる。請求項３記載の発明
において、ファン装置３は、ファン回転軸が発熱素子１
の中心に対して偏心する位置に装着される。この結果、
ファンからの冷却風は、発熱素子１の中心部、すなわ
ち、発熱素子１の高発熱領域に直接吹き付けられること
となり、冷却効率が向上する。

【００１１】また、請求項３記載の発明において、蔽い
板２は、熱伝導性の良好な材料により形成され、かつ、
蔽い板２と発熱素子１の表面には、熱伝動性の良好なバ
ネ部材６が介装される。この結果、発熱素子１からの熱
量の一部は、バネ部材を経由して蔽い板２に伝達するこ
とから、冷却効率が向上する。

【００１２】さらに、請求項４記載の発明において、蔽
い板２には、空隙部４側に突出する複数の突条７が形成
される。突条７は、空隙部４内を通る冷却風に絞り効果
を与えて風速を上昇させるとともに、冷却風の向きを発
熱素子１の表面部に向けて冷却効率を向上させる。

【００１３】また、請求項５記載の発明において、放熱
器９の上部に固定されるファン装置３は、放熱器９の中
心に対して対称位置に複数設けられ、かつ、各ファン装
置３は、送風方向が発熱素子１の中心を向くように駆動
される。この結果、各ファン装置３からの冷却風は、発
熱素子１の中心部、すなわち、高発熱部１３を通過する
こととなり、冷却効率が向上する。

【００１４】

【００１５】

【実施例】以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明する。図１、図２に本発明の第１の
実施例を示す。図中１はプリント基板上に実装される発
熱素子を示し、その上方に蔽い板２が配置される。

【００１６】この実施例において、蔽い板２は、カバー
部材１１を発熱素子１に固定して形成されており、その
上面には、適宜位置に開設された送風開口に吐き出し口
を合致させてファン装置３が装着される。

【００１７】ファン装置３は、ケース１２内に送風ファ
ンを収納して形成されており、故障の際の交換を可能と
するために、ケース１２の四隅部をビス止めしてカバー
部材１１に装着される。

【００１８】また、ファンから送出される冷却風が図２
において破線で示す発熱素子１の高発熱部１３に直接に
吹き付けるように、ファン装置３は、ファンの羽１４が
高発熱部１３の直上に来るように発熱素子１の中心に対
して偏心して設けられる。

【００１９】上記ファン装置３を支持するカバー部材１
１は、合成樹脂材料による射出成型品あるいは板金を折
曲して形成されており、ファン装置３を偏心させること
によりファン装置３の辺縁が接近する側の辺縁には、略
２／３に渡って隔壁５が折曲形成される。

【００２０】しかして、ファン装置３を搭載したカバー
部材１１は、隔壁５の下端縁を内方に折曲して形成され
る固定片１５（図１参照）と、該固定片１５に対して対
角位置に設けられる補助支柱部１６とを発熱素子１の上
面に接着することにより発熱素子１上に固定され、この
状態において、発熱素子１とカバー部材１１の蔽い板２
との間には、辺縁の一部が隔壁５により遮蔽され、残余
の辺縁を排気口１７とした空隙部４が形成される。

【００２１】したがってこの実施例において、ファン装
置３を駆動させて空隙部４に冷却風を送風すると、冷却
風は発熱素子１の上面に向けて吹き下りて該発熱素子１
を冷却した後、排気口１７から外部に流れ出す。この
時、隔壁５は、冷却風が冷却に寄与しないまま空隙部４
から直ちに外部に放出されることを防止し、蔽い板２
は、発熱素子１に衝突して反射してくる冷却風を再度発
熱素子１側に反射させるように機能して、各々冷却効率
の向上に寄与する。

【００２２】なお、本実施例においては、ファン装置３
からの冷却風が直接発熱素子１の高発熱部１３に吹き付
けるように、ファン装置３を発熱素子１の中心に対して
偏心した位置に設けた場合を示したが、ファン装置３か
らの十分な冷却風量の供給が可能な場合には、ファン装
置３を発熱素子１の中心に配置することも可能であり、
この場合には、冷却風が空隙部４内全体に通るように、
辺縁部に隔壁５を設けるのが望ましい。

【００２３】図３に本発明の第２の実施例を示す。な
お、以下の実施例の説明において、上述した実施例と同
一の構成は、図中に同一の符号を付して説明を省略す
る。この実施例に係るカバー部材１１は、板金等の熱伝
導性の良好な材料で形成されており、蔽い板２の裏面に
は、適宜箇所にバネ部材６が固定される。バネ部材６
は、リン青銅等の熱伝導性が良好で、かつ、バネ性に富
む材料により形成されており、その自由高さは空隙部４
の高さよりやや高くされている。

【００２４】したがってこの実施例において、カバー部
材１１を発熱素子１に装着した状態において、バネ部材
６は弾性変形してその自由端が発熱素子１の上面に圧接
し、発熱素子１からバネ部材６を経由してカバー部材１
１に抜ける熱パスが構成される。この結果、発熱素子１
は、ファン装置３からの冷却風による冷却に加えて上記
熱パスによる伝導冷却がなされ、より冷却効率が向上す
る。

【００２５】なお、この場合、発熱素子１の中央部、す
なわち高発熱部１３の伝熱を良好にするために、バネ部
材６は、発熱素子１の中央に接近させて設けるのが望ま
しい。

【００２６】図４に本発明の第３の実施例を示す。この
実施例に係る蔽い板２は、空隙部４側に突出する複数の
突条７、７・・を備えている。これら突条７は、空隙部
４内を通る冷却風を絞り込むことにより冷却風の風速を
上昇させ、かつ、図４（ｃ）に示すように、冷却風の向
きを発熱素子１の表面部に向けるために設けられるもの
で、ファン装置３の辺縁に沿って配置される。

【００２７】次に、本発明の第４の実施例を図５に示
す。この実施例において、発熱素子１には放熱器９が装
着される。放熱器９の上面には、複数のピン状の放熱フ
ィン８、８・・が設けられており、その上部にファン装
置３が装着される。

【００２８】ファン装置３は、発熱素子１の中心、すな
わち、高発熱部１３に対して対角位置で、かつ、該高発
熱部１３にファンの羽１４がかかるように２個装着さ
れ、互いに逆方向に回転駆動される。

【００２９】したがってこの実施例において、両ファン
装置３から送風された冷却風は、図５（ａ）において矢
印で示すように、高発熱部１３で合流して風量が増加す
ることとなる。なお、放熱器９の対向する隅部には、図
６に示すように、ファン装置３の辺縁に対応する平面視
Ｌ字状の壁面１８が形成されており、冷却風が冷却に寄
与することなく直ちに放熱器９の外方に放出されるのを
防止している。

【００３０】なお、図５には、ファン装置３を対角位置
に配置する場合を示したが、この他に、図７に示すよう
に、発熱素子１の中心線上に２個のファン装置３、３を
並べて配置することも可能であり、さらに、ファン装置
３の個数も２個に限られるものでなく、３個、あるいは
図８に示すように、４個さらにはそれ以上であってもよ
く、いずれにあっても、各ファン装置３は、冷却風が図
中に矢印で示すように、発熱素子１の中心に集まるよう
に駆動されるとともに、放熱器９には、冷却風が冷却に
寄与することなく直ちに放熱器９の外方に放出されるの
を防止するための壁面１８が適宜設けられる。

【００３１】図９、図１０に本発明の第５の実施例を示
す。この実施例は、実装高さを低くすることを目的とし
た変形であり、プリント基板１９には、発熱素子１に隣
接して放熱器９が固定され、放熱器９と発熱素子１との
間にヒートパイプ１０が架設される。

【００３２】ヒートパイプ１０は、銅製のパイプにフロ
ン等の作動流体を封止して形成され、一端部が放熱器９
の上面に、他端部が発熱素子１に固定される。このヒー
トパイプ１０は、ファン装置３からの冷却風が直接当た
り、かつ、発熱素子１側では、発熱素子１の高発熱部１
３上部を冷却することができるように、放熱器９側で二
股に分岐する平面視フォーク形状に形成されており、二
股状の一端部を収容するために、放熱器９には、ピン状
の冷却フィンが立設されない嵌合スペース２０が形成さ
れる。

【００３３】一方、発熱素子１側は、発熱素子１の上面
に例えば熱伝導性の良好な接着剤等を使用して固定され
るベースプレート２１ａと、このベースプレート２１ａ
にねじ止めされる固定板２１ｂにより挟み付けられて装
着される。

【００３４】かかる構成により、発熱素子１が発熱する
と、ヒートパイプ１０内の作動流体が沸騰して該発熱素
子１の発熱を吸収し、沸騰により発生した気泡は、放熱
フィン８側において冷却されて液化して発熱素子１側に
帰還する。

【００３５】この場合、放熱器９からの排気温度が高い
時には、図１１（ａ）において太線で示すように、発熱
素子１側の側縁を閉塞して排気による冷却効率の低下を
防止するのが望ましく、逆に、排気温度が低い場合に
は、図１１（ｂ）に示すように、発熱素子１の反対側の
辺縁を閉塞して排気を積極的に発熱素子１側に流し込ま
せて固定板２１ａの温度上昇を抑えるように構成するの
が望ましい。

【００３６】さらに、固定板２１ｂとベースプレート２
１ａとの間の熱伝導性を良好にするために、図１２ある
いは図１３に示すように、固定板２１ｂおよびベースプ
レート２１ａの対向面に凹凸を設けて互いに噛み合わせ
ることは望ましい変形であり、このように構成する場合
には、図１２（ｂ）に示すように、凹凸の噛み合わせ部
分に空隙２１を設け、ファン装置３からの冷却風を積極
的に導入することも可能である。

【００３７】一方、放熱器９へのヒートパイプ１０の固
定方法も、図１０に示した方法に限られるものでなく、
例えば、図１４に示すように固定金具２２を介した固定
も可能である。

【００３８】すなわち、固定金具２２は、熱伝導性の良
好な板材により形成され、ヒートパイプ１０の二股部を
上方から押し付けるパイプ収納溝２２ａと、上端に固定
片２２ｃを折曲形成した固定脚２２ｂとを備える。

【００３９】この固定金具２２は、固定片２２ｃを放熱
器９の四隅部に位置する放熱フィン８あるいは特別に設
けた支柱の柱頭にファン装置３とともに共締めすること
により放熱器９に固定され、この状態において、図示し
ないヒートパイプ１０の二股部は、放熱器９の上面とパ
イプ収納溝２２ａで挟み込まれる。なお、図１４におい
て放熱フィン８は図示を省略してあるが、必要に応じて
適宜設けられる。

【００４０】なお、上述した実施例において、放熱器９
上に１個のファン装置３を乗せた場合が示されている
が、この他に、図１５に示すように、対角位置に２個設
けることも、もちろん可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、発熱素子をファン装置を使用して集中冷却す
るようにしたので、冷却効率を著しく向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。

【図２】図１の詳細を示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図で
ある。

【図５】本発明の第４の実施例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。

【図６】放熱器を示す平面図である。

【図７】図５の変形例を示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は放熱器の平面図である。

【図８】図５のさらに他の変形例を示す図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は放熱器の平面図である。

【図９】本発明の第５の実施例を示す図で、（ａ）は側
面図、（ｂ）は平面図である。

【図１０】図９の分解斜視図である。

【図１１】放熱器への壁面の形成を示す説明図である。

【図１２】ヒートパイプの固定方法を示す説明図で、
（ａ）は分解図、（ｂ）は組み立て状態を示す側面図で
ある。

【図１３】図１２の変形例を示す説明図である。

【図１４】固定金具を示す図である。

【図１５】図９の変形例を示す図で、（ａ）は側面図、
（ｂ）は平面図である。

【図１６】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１発熱素子２蔽い板３ファン装置４空隙部５隔壁６バネ部材７突条８放熱フィン９放熱器１０ヒートパイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/34 - 23/473 H05K 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント基板上に実装される発熱素子の上
面から適宜間隔を隔てて配置される発熱素子と略同一面
積の蔽い板と、１個または複数個のファン装置とを有し、前記ファン装置により蔽い板と発熱素子表面との間の空
隙部に冷却風を送風して発熱素子を冷却する発熱素子の
冷却構造であって、前記ファン装置は、ファン回転軸が発熱素子の中心に対
して偏心する位置に装着され、かつ、偏心方向の空隙部
の辺縁を隔壁により遮蔽した発熱素子の冷却構造。
【請求項２】前記ファン装置は蔽い板に着脱可能に装着
される請求項１記載の発熱素子の冷却構造。
【請求項３】前記蔽い板は、熱伝導性の良好な材料によ
り形成され、かつ、蔽い板と発熱素子の表面とを熱伝動
性の良好な材料により形成されるバネ部材を介して適宜
箇所で連結した請求項１または２記載の発熱素子の冷却
構造。
【請求項４】前記蔽い板には、空隙部側に突出する複数
の突条が形成される請求項１、２、または３記載の発熱
素子の冷却構造。
【請求項５】発熱素子の上面に固定され、上面に複数の
放熱フィンを備えた放熱器と、放熱器の上部に固定されるファン装置とを有し、前記ファン装置は、放熱器の中心に対して対称位置に複
数設けられ、かつ、各ファン装置は、送風方向が発熱素
子の中心に向かうように駆動される発熱素子の冷却構
造。