JP2806745B2 - ファン一体型発熱素子冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高発熱素子や高発熱ユ
ニットを冷却するための冷却装置すなわちヒートシンク
に関し、特に、高密度集積回路パッケージ等の高発熱素
子や高発熱ユニットを冷却するためのファン一体型発熱
素子冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータ（パソコン）、
ワークステーション等のデスクトップ型あるいはデスク
サイド型のコンピュータのように、比較的小型であるが
多機能かつ高性能の電子機器には、高密度の集積回路パ
ッケージが用いられており、それが局部的な高発熱源と
なっている。通常、このような高密度の集積回路パッケ
ージには個別あるいは共通に放熱フィンが設けられ、自
然通風による自然冷却、あるいは、機器全体に共通の冷
却ファンによる強制冷却を用いて、他の素子やユニット
とともに冷却されている。

【０００３】最近の高集積度のＬＳＩパッケージは、数
ワットの発熱を生じるものがあり、しかも、用いられる
クロック周波数の上昇とともにその発熱量は増大してお
り、特に５乃至６ワット以上の発熱を生じるＬＳＩパッ
ケージに対しては上述の通常のヒートシンクでは十分な
冷却を得ることができないという事情がある。強制冷却
用の冷却ファンとしては、例えば上述したデスクトップ
型のパーソナルコンピュータについては６０乃至８０ｍ
ｍ角、あるいは、デスクサイド型のコンピュータについ
ては１２０ｍｍ角のサイズのファンが、かなりの高速、
例えば３０００乃至５０００ｒｐｍ、で回転されて、用
いられているが、より強力な冷却能力を有するものを用
いるのは、機器サイズ、コストおよび騒音の面から、不
可能である。

【０００４】すなわち、ファンを大型化すれば、それに
伴う機器サイズの増大およびコスト増とともに、騒音も
増大するが、冷却能力はそれらに見合う程増加しない
し、また、複数個のファンを直列あるいは並列に配設し
て用いても、機器サイズおよびコストはそれに応じて増
加するが、得られる冷却風量は同様に倍増しない。ま
た、ファンをより高速回転させるのは騒音の面から困難
であり、更に、大型のものを低速回転させるようにして
も機器サイズおよびコスト面のデメリットに見合う冷却
効果および騒音面でのメリットが得られない。このよう
な理由から、結果として、例えば上述した高発熱ＬＳＩ
パッケージのヒートシンクに対して十分な冷却用風量を
供給することができない。

【０００５】それを解決するために、機器中に含まれて
いるそれらの高発熱素子やユニットは通常例えば数箇所
に限られているので、それらの高発熱素子あるいはユニ
ットに対しては個別に例えば２５乃至４０ｍｍ角程度の
小型の冷却ファンを組み合わせたヒートシンクを配設し
て、それぞれの高発熱素子あるいはユニットのヒートシ
ンクに個別に必要な量の冷却風を送って、局所的に強制
冷却することが考えられている。

【０００６】図１は、そのような冷却ファンとヒートシ
ンクが組み合わされた実装構造の種類すなわち型を概念
的に例示する一部断面を含む正面図であり、ここでは、
ＬＳＩパッケージのヒートシンクに適用した例が示され
ている。図中、１はＬＳＩパッケージ、２は熱伝導性の
良好な材料により形成されたヒートシンク、３は冷却用
ファンユニットである。同図（Ａ）に示されているよう
なヒートシンク２上にファンユニット３が載置された形
態の直上実装型、および、同図（Ｂ）に示されているよ
うなヒートシンク２中にファンユニット３が埋め込まれ
ている形態の埋め込み実装型が考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな高発熱素子やユニットのための個別の冷却ファンを
備えたヒートシンクの実現に当たっては、機器の小型化
および高密度実装化の中で、そのサイズ面において適合
し、しかも、高い冷却効率を達成することができる形状
や構造等についての検討は未だ不十分である。特に、最
近の高密度実装機器に適応しうる薄型の冷却構造につい
ての検討は不十分である。

【０００８】そこで、本発明は、冷却効率を改善し、し
かも、高密度実装を可能とする形状や構造を有する高発
熱素子や高発熱ユニットを冷却するためのファンを備え
たヒートシンク、すなわち、ファン一体型発熱素子冷却
装置を提供することを目的とする。本発明のより具体的
な目的は、均一な放熱を可能とするファン構造を有する
ファン一体型発熱素子冷却装置を提供することである。

【０００９】本発明の他の具体的な目的は、均一な放熱
を可能とするヒートシンク構造を有するファン一体型発
熱素子冷却装置を提供することである。本発明の更に他
の具体的な目的は、薄型サイズを可能とするファン構造
を有するファン一体型発熱素子冷却装置を提供すること
である。本発明の更に他の具体的な目的は、薄型サイズ
を可能とするヒートシンクおよびファンの並設構造を有
するファン一体型発熱素子冷却装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるファン一体
型発熱素子冷却装置は、発熱素子と、該発熱素子の上面
に配設され、かつ、複数の放熱フィンを有するヒートシ
ンクと、該ヒートシンクの上部の中央に配設され回転す
るモータ部と該ヒートシンクの上部の該モータ部外側に
ファン回転軸から放射状に配設された主翼とを有する冷
却用ファンユニットと、を備えた直上実装型のファン一
体型発熱素子冷却装置において、上記ファンユニット
が、そのモータ部の下面に上記ヒートシンクの上記放熱
フィンに対向して取り付けられた少なくとも１個の補助
翼を有していることを特徴とする。

【００１１】また、本発明によれば、同様な直上実装型
のファン一体型発熱素子冷却装置において、ヒートシン
クに少なくとも中央部に向かって下降する傾斜を含むよ
うに傾斜したベース面が形成され、その傾斜したベース
面に沿って周辺部から中央部にわたって延在するように
ヒートパイプが配設される。更に、本発明によれば、発
熱素子の上面に配設され、かつ、少なくとも中央部を除
いて配設された複数の放熱フィンを有するヒートシンク
と、そのヒートシンクの中央部に対向する吸排気口を有
し、かつ、ヒートシンクの上面を覆うように装着された
カバーと、そのカバーの吸排気口内であって、かつ、ヒ
ートシンクの中央部に埋め込まれるように配設された冷
却用ファンユニットとを備えた埋め込み型のファン一体
型発熱素子冷却装置において、ファンユニットの駆動用
回路部品がカバーの内面やヒートシンクの内面に取り付
けられる。

【００１２】更にまた、本発明によれば、基板上に装着
された発熱素子の上面に配設され、かつ、複数の放熱フ
ィンを有するヒートシンクと、そのヒートシンクの上面
を覆うように固定され、かつ、上記ヒートシンクの側方
に延びる延長部を有するカバーと、そのカバーの延長部
の下部に装着されたファンユニットとを備え、ファンユ
ニットの回転によりカバーと発熱素子間のヒートシンク
に冷却風を集中的かつ有効に導くようになっている側方
実装型のファン一体型発熱素子冷却装置が構成される。

【００１３】

【作用】上記の本発明によるファン一体型発熱素子冷却
装置の構成によれば、ヒートシンクの上にファンユニッ
トを載置する直上実装型においては、ファンユニットの
モータ部下部に設けた補助翼によりファンユニット下部
の空気をかきまわして、ファンユニット直下に生じる暖
められた空気が冷却されず滞留するデッドゾーンを解消
することができ、また、ヒートシンクのベース面を中央
部に向けて傾斜させてそこにヒートパイプを配設するこ
とにより、発熱素子中央部の発熱を外周部に伝達して放
熱量を増加させて冷却効率を高めることができる。

【００１４】更に、ヒートシンク中央部にファンユニッ
トが埋め込まれた埋め込み型において、ファンユニット
の回転制御用回路部品を、モータの上あるいは下部に設
けることなく、ヒートシンクあるいはカバーの内面に取
り付けるようにし、それにより得られたスペース分ほど
冷却装置をより薄型とすることができ、あるいは、ファ
ンモータを縦長として径を小さくして冷却装置全体を小
型化することができる。

【００１５】更にまた、ファンユニットを発熱素子およ
びヒートシンクの組立体の側方に配設する側方実装型に
おいて、効果的に冷却風をヒートシンクに導くことので
きる閉塞された構成とし、しかも、内部に冷却風を発熱
部分に有効に案内するための部材を配設することによ
り、冷却装置を薄型に形成し、しかも、冷却効率を高め
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明によるファン一体型発熱素子冷
却装置の数個の実施例について、図面を参照しつつ、説
明する。図２は、本発明によるファン一体型発熱素子冷
却装置の第１の実施例の構成を示す正面断面図（Ａ）お
よび上面図（Ｂ）であり、図２（Ａ）は図２（Ｂ）の切
断面Ａ−Ａに沿う断面図である。本実施例は、図１
（Ａ）に示されている直上実装型のファンおよびヒート
シンクの一体構造を有するものであり、１は例えばＬＳ
Ｉパッケージ等の高発熱素子、２は熱伝導性の良好な材
料により形成されたヒートシンク、２−１、・・・およ
び２−２、・・・はヒートシンク２の放熱フィン、３は
高発熱素子専用の小型のファンユニット、３−１はファ
ンモータ、３−２は主翼、３−３は補助翼である。な
お、図中の点線矢印は冷却風の流れすなわちエアーフロ
ーを示しており、図示したエアーフローは吸い込み型
（プル方式）の場合であり、吹き出し型（プッシュ方
式）の場合は逆方向のエアーフローとなる。

【００１７】この直上実装型のようにファン回転部がヒ
ートシンクの上（あるいは下）に近接した構造、すなわ
ち、ファンユニット３と放熱フィン２−１、・・・とが
対向する構造においては、モータ３−１の直下部分が冷
却のデッドゾーンとなり、通常、中央部に集中する高温
部分を直接冷却しないために冷却効率の低下がもたらさ
れる。

【００１８】特に、ＬＳＩパッケージの場合を例にとっ
て説明すれば、パソコン、ワークステーション等の最近
の高密度実装機器における回路基板は狭い間隔で高密度
に配設されており、この直上実装型のようにＬＳＩパッ
ケージである発熱素子１、ヒートシンク２およびファン
ユニット３を積み上げる構造の場合には、ヒートシンク
２を厚く形成することができない。そのため、中央部か
らの放熱効果が悪化し、中央部が高温化することとな
り、発熱素子１の中央部から周辺部にかけての温度分布
を大きく変化させない、すなわち、「均熱化」させるこ
とが十分にできなくなるという問題がある。加えて、通
常のＬＳＩパッケージに用いられるセラミックスパッケ
ージの場合には、ＡＩＮ（窒化アルミニウム）パッケー
ジ等と比較して、その熱伝導特性から、もともとその発
熱において均熱化が十分でなく、発熱素子１の均熱化を
一層妨げることとなっている。

【００１９】このように均熱化の不十分な直上実装型の
冷却構造においては、上記したデッドゾーンに高温部分
が位置し、そのために冷却効率の低下がもたらされるこ
ととなる。本実施例は、この点を改善するためのもので
あり、そのために、図２に示されているように、ファン
モータ３−１の下部に補助翼３−３、・・・が設けられ
る。図３は、図２に示されている直上実装型の冷却構造
の正面断面図の中央部分の拡大断面図であり、プル方式
におけるエアーフロー（ａ）および（ｂ）、補助翼３−
３および中央部のフィン２−２の構造が示されている。

【００２０】補助翼３−３は、図示されているように、
例えばモータファン３−１の下部に取り付けられるが、
デッドゾーンの空気をよく拡散するためにヒートシンク
２の幅内にまで垂下あるいは延在して、補助翼３−３と
ヒートシンク２のベース部との間に適度な間隔、例え
ば、数ｍｍを設けるようにし、また、その間には、発熱
素子１の中央部分の放熱効果を保つために、短いフィン
２−２、・・・が配設される。図４は、補助翼３−３の
各種形状を例示する下面図であり、回転中心から放射状
に配設されるが、点対称に配設されるもの（１）、
（２）、（３）、（７）のほか，必ずしも点対称でない
もの（６）やその一部のみを設けるもの（４）、（５）
等がある。

【００２１】本実施例によれば、補助翼３−３によって
デッドゾーン部分がかきまわされ、また、遠心力によっ
て空気が外部に吐き出されることにより、図４に示され
ているように、中央部デッドゾーンにエアーフロー
（ｂ）が生じて、熱の拡散が促進される。これにより、
ファン主翼による周辺部から中央部に引き出されるエア
ーフロー（ａ）とともに、発熱素子１の熱放散を均一化
して、素子１の均熱化を図り、かつ、冷却効率を高める
ことができる。更に、本実施例の構造によれば、その改
善された冷却効率により低回転のファンを用いることが
できるために、機器の騒音を減らし、しかも、機器全体
の長寿命化にも役立つこととなる。

【００２２】なお、本実施例の冷却構造は、特にプル方
式のものに用いて有効であるが、プッシュ方式のものに
対しても一応の効果を奏することができる。図５は、本
発明によるファン一体型発熱素子冷却装置の第２の実施
例の構成を示す上面図、前面図および側面図であり、図
６は図５の切断面Ａ−Ａに沿う正面断面図である。本実
施例は、図１（Ａ）に示されている直上実装型のファン
およびヒートシンクの一体構造を有するものであり、放
熱フィン２−１を有するヒートシンク２およびファンユ
ニット３のみの構造が示されており、発熱素子１は省略
されている。そして、本実施例においては、図６中に点
線矢印により示されているように、冷却風は放熱フィン
２−１、・・・に吹きつけられて、エアーフロー（ｃ）
を生じるプッシュ方式が採用されている。

【００２３】本実施例においては、前述したと同様な直
上実装型の冷却構造におけるデッドゾーンに基づく冷却
効率の低下を軽減するために、ヒートシンク２のベース
面２−３は中央部分が低くなるように円錐状あるいは角
錐状に傾斜され、放熱フィン２−１、・・・は周辺部の
ものよりも中央部の放熱フィン２−２が長くなるように
形成されており、それによって、周辺部と中央部との間
で流体圧力差が生成され、冷却風が中央部に寄せられる
ようになっている。同時に、図５および図６に示されて
いるように、そのように傾斜されたベース面２−３に沿
い、かつ、その中央部から周辺部までの全面にわたって
延在するように、例えば螺旋状に、ヒートパイプ４が配
設されている。また、ヒートパイプ４の実装方法として
は、ヒートシンク２のベース面２−３に予め溝を設けて
埋め込む方法、ベース面２−３上に直置きしてロウ付け
する方法等がある。

【００２４】図７は、本実施例の変形実施例の上面図、
前面図および側面図である。この変形実施例において
は、ヒートシンク２のベース面２−３は傾斜した二つの
面２−３’、２−３’により形成され、ヒートパイプ４
は、例えば、図示されているように、断面Ｖ字型のベー
ス面２−３’の谷底にメインのヒートパイプ４−１を設
置し、そこからベース面２−３’の傾斜に合わせてサブ
のヒートパイプ４−２、・・・を接続するようにして配
設する。

【００２５】本実施例の冷却構造によれば、傾斜したベ
ース面２−３あるいは２−３’を有するヒートシンク２
の構成により冷却風を素子中央部に引き寄せ、かつ、中
央部の吹き出しの抵抗を下げることによって風速を上げ
て、均熱化が不十分な素子の中央部における高温の放熱
を促進するとともに、ヒートパイプ４あるいは４−１、
４−２により中央部の高温を素子周辺の比較的低温部に
伝達して、中央部の発熱を周囲に分散することができ
る。これにより、発熱素子１の均熱化が更に促進され、
かつ、ヒートシンク外周部の温度が上昇することによ
り、外部への放熱量が増大し、したがって、冷却効率が
向上することとなる。

【００２６】なお、本実施例における円錐状あるいは角
錐状に形成されたヒートシンク２のベース面２−３の変
形として、それを螺旋階段状に形成して、その階段に沿
ってヒートパイプ４を配設することもできるし、ヒート
パイプ４を円錐あるいは角錐状のベース面２−３に沿っ
て放射状に配設することもできる。また、本実施例の冷
却構造は、特にプッシュ方式のものに用いて有効である
が、プル方式のものに対しても一応の効果を奏すること
ができる。

【００２７】前述したように、ＬＳＩパッケージの場
合、ワークステーション等の最近の高密度実装機器にお
ける回路基板は例えば２０ｍｍ強の間隔をおいて配設さ
れてきており、上記した直上実装型の冷却構造によって
はその対応に限界がある。例えば、ＬＳＩパッケージの
厚さを５ｍｍ、ヒートシンクの厚さを５ｍｍ、現在のと
ころ最も薄いファンの厚さを１０ｍｍとし、更に、ＩＣ
ソケットの突出があることを考えれば、ヒートシンクお
よび冷却ファンを組み合わせた厚みを１０ｍｍ程度のも
のとし、更にパッケージを結合した全体の厚みを１５ｍ
ｍ程度のものとする必要がある。そこで、図１（Ｂ）に
示されているような埋め込み実装型の冷却構造が考えら
れている。

【００２８】図８は、そのような埋め込み実装型の冷却
構造の構成を示す上面図、前面図および側面図である。
ここで、２はヒートシンク、３はファンユニット、５は
カバーであり、発熱素子１は省略されている。図９は、
図８における切断面Ａ−Ａに沿う断面のうちの中央部分
を拡大した部分拡大断面図である。図示されているよう
に、ファンユニット３は、ヒートシンク２を覆うカバー
５に形成されている吸排気口５１の下部においてヒート
シンク２の幅内に埋め込まれるように装着されており、
ヒートシンク２の放熱フィン２−１はファンユニット３
の周囲に配設されている。図中、３−１はファンモー
タ、３−２はファン主翼、３１はコイル、３２はマグネ
ット、３３はファンモータの軸受、３４は回路部品およ
び基板である。なお、カバー５には、吸排気口５−１に
連接して円筒部材５−２が形成されており、装着された
ファンユニット３を取り囲んで冷却風を案内し、かつ、
ヒートシンク２のベース面２−３との間の隙間により冷
却風を絞り込む絞り機構を構成している。

【００２９】図９（Ａ）は、通常のプル方式の埋め込み
実装型の冷却構造の拡大断面を示しており、カバー５は
ファンユニット３を例えば支持用スポーク５−３、・・
・により支持し、例えば、図８に示されているように、
ヒートシンク２の四隅の支柱により支持されている。フ
ァンモータ３−１の下部には前述したデッドゾーンＤＺ
が形成され、また、上部にはファンモータ駆動用の回路
部品および基板３４がファンユニット軸受部に取り付け
られている。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）と同様の埋め込
み実装型の冷却構造の拡大断面を示しており、ここで
は、ファンユニット３がヒートシンク２のベース面２−
３に支持され、また、回路部品および基板３４がファン
モータ３−１の下部に取り付けられている外は、図９
（Ａ）の構造と同様である。このように、いずれの構造
を採用するとしても、埋め込み実装型の冷却構造におい
ては、ファンモータ駆動用の回路部品および基板３４が
ファンモータ３−１の上あるいは下に装着されており、
その分だけファンユニットの厚さを増加させることとな
っている。

【００３０】図１０は、本発明によるファン一体型発熱
素子冷却装置の第３の実施例の構成を示す上面図、前面
図および側面図、図１１は図１０における切断面Ａ−Ａ
に沿う断面のうちの中央部分を拡大した部分拡大断面図
であり、ファンユニット３がカバー側に支持された構造
（Ａ）およびヒートシンク側に支持された構造（Ｂ）の
二つの構造を示している。これらの図から明らかなよう
に、本実施例においては、ファンモータ駆動用の回路部
品および基板３４が、図１１（Ａ）に示されているよう
に、カバー５に装着されるか、あるいは、図１１（Ｂ）
に示されているように、ヒートシンク２の例えばベース
面に装着されている。この時、冷却ファンの駆動用のホ
ール素子３５は別にカバーあるいはヒートシンク上のフ
ァンモータ３−１に対向する位置に装着される。

【００３１】本実施例の冷却構造によれば、例えば、フ
ァンユニット３がカバー５側に支持された構造を示す図
１１（Ａ）に示されているように、回路部品および基板
３４をファンモータ３−１の上部から取り除いたスペー
ス分、また、ファンユニット３がヒートシンク２側に支
持された構造を示す図１１（Ｂ）に示されているよう
に、回路部品および基板３４をファンモータ３−１の下
部から取り除いたスペース分、ファンモータ３−１を縦
長にしてその径を小さく構成し、図９（Ａ）に示したデ
ッドゾーンＤＺの領域を縮小することができる。それに
より、冷却効率が改善され、したがって、より低回転の
ファンによって同等な冷却能力を得ることができること
となり、それに伴って騒音が軽減され、また、機器の長
寿命化に寄与することとなる。

【００３２】図１２は、本発明によるファン一体型発熱
素子冷却装置の第３の実施例の変形実施例の構成を示す
上面図、前面図および側面図であり、図１３は図１２に
おける切断面Ａ−Ａに沿う断面のうちの中央部分を拡大
した部分拡大断面図であり、ファンユニット３がカバー
５側に支持された構造（Ａ）およびヒートシンク２側に
支持された構造（Ｂ）の二つの構造を示している。この
変形実施例においては、回路部品および基板３４および
ホール素子３５の配置は図１０および図１１の場合と同
様であるが、図１３（Ａ）に示されているように、回路
部品および基板３４をファンモータ３−１の上部から取
り除いたスペース分、また、図１３（Ｂ）に示されてい
るように、回路部品および基板３４をファンモータ３−
１の下部から取り除いたスペース分、ファンユニット３
の厚みを薄くすることにより、ファン一体型発熱素子冷
却装置全体を薄型に構成することができる。これによ
り、最近の高密度実装型の機器に対しても使用すること
が可能となり、ファン一体型発熱素子冷却装置の適用範
囲を拡大することができる。

【００３３】なお、本実施例における更に他の変形例と
して、図示してはいないが、回路部品および基板３４を
カバーのファンモータ支持用スポーク５−３、ファンモ
ータ３−１のケース、あるいは、ヒートシンクの放熱フ
ィン２−１に装着することもできる。また、図示した実
施例およびその変形実施例においてはプル方式の冷却構
造が採用されているが、プッシュ方式を採用する場合に
も適用可能であることはいうまでもない。更に、回路部
品および基板３４とファンモータ３−１との間の配線が
必要となるが、通常のワイヤを用いて配線すれば風力抵
抗を増大することとなるので、例えば、偏平ないわゆる
フレキシブル配線板を用いてカバーやヒートシンクのベ
ース面に貼り付けて配線することができる。

【００３４】次に、前述したような最近の高密度実装機
器に実装されるＬＳＩパッケージの場合、例えば、ある
程度ピッチの決まったシェルフやノートパソコンのよう
に高さ制限のある場合等のより高度な高密度実装が必要
となってきており、上記した直上実装型の冷却構造、更
には、上記した埋め込み型の冷却構造によっても、機器
への搭載ができないケースもあり、更に薄型の冷却構造
が求められている。

【００３５】図１４は、そのような要求を満たすべく案
出された、本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の構成を示す上面図（Ａ）および正面断
面図（Ｂ）であり、図１５はその斜視図である。本実施
例は、ファンユニット３が発熱素子１とヒートシンク２
との組立体の側方に配設され、それらが熱伝導性の良好
な材料で作られたカバー５により結合されている側方実
装型のファン一体型発熱素子冷却装置を構成している。

【００３６】本実施例においては、熱伝導性の良好な材
料のカバー５は、ヒートシンク２に一体形成あるいはネ
ジ止め等により固定されたヒートシンク２を覆う部分
と、それから延長してネジ止めや嵌め合い等によってフ
ァンユニット３に結合され、ファンユニット３が対向し
て装着される吸排気口５−１を持った延長部分を有して
いる。そして、この延長部分の三方の外側面部は側面板
５−４、・・により塞がれており、また、ファンユニッ
ト３の下部も底面板５−５により閉塞されている。な
お、６は邪魔板、７はガイド、１０は例えばＬＳＩパッ
ケージ等の発熱素子１が装着される基板、１１はファン
ユニット３への電源供給用ピンであり、ファンユニット
３は、例えば、この電源供給用ピン１１を含む複数のピ
ンにより基板１０に固定されるようにすることができ
る。

【００３７】本実施例は上述のように構成されているの
で、冷却風はプッシュ方式により供給され、図１４中に
点線矢印により示されているエアーフローとして、カバ
ー５の上面の吸気口５−１から吸い込まれ、例えば図示
されているような適当な邪魔板６やガイド７により案内
されて、ヒートシンク２に送られて、ファンユニット３
と反対側端部から排気されることとなる。

【００３８】図１６は本実施例の第１の変形実施例の構
成を示す上面図であり、図１７はその斜視図である。本
第１の変形実施例は、図１４および図１５に示されてい
る側方実装型のファン一体型発熱素子冷却装置と同様な
構成を有しており、同等な構成要素には同一の符号が付
されている。加えて、この変形例においては、ファンユ
ニット部の一つあるいは二つ以上の側面板５−４に、例
えば図示のように、開口部８、・・・が設けられてい
る。この開口部８、・・・は、ファンユニット３の背部
側、すなわち、ヒートシンク２から遠い側に設けられて
おり、空気を一部を逃がすことにより閉塞されたファン
ユニット３の背部において風圧が高まるのを回避し、フ
ァンの圧力損失を減らして負担を軽減し、結果として、
十分な風量を確保することができることとなる。

【００３９】また、本実施例においては、カバー５はヒ
ートシンク２の上面のみを覆うようにすることができ、
また、吸排気口のための側面部を除き、ヒートシンク２
の側面をも塞ぐようにすることができる。図１８は、そ
れらを実施したカバー５’を有する本実施例の第２の変
形実施例の構成を示す斜視図であり、カバー５’の側面
板５’−４、５’−４によりヒートシンク２のファンユ
ニット３の反対側端部を除いた両側面が塞がれている。

【００４０】更に、図１４に示されている本実施例の場
合、発熱素子１としては、素子の上面に半導体チップが
取り付けられるキャビティアップ型が用いられている
が、素子の下面に半導体チップが取り付けられているキ
ャビティダウン型の素子の場合には、チップからの伝熱
経路の短いピン側にも冷却風を流すようにすれば、素子
１のキャップに設けられているヒートシンク２側のみに
冷却風を流す場合よりも冷却効率を上げることができ
る。図１９は、そのための本実施例の第３の変形実施例
の構成を示す上面図（Ａ）および正面断面図（Ｂ）であ
る。本第３の変形実施例においては、エアーフローを上
下に分流することができるように断面楔状のガイド７’
を設けるとともに、ファンユニット部の底面板５−５に
通風孔９が設けられる。これにより、図中点線矢印によ
り示されているように、エアーフローが形成されること
となる。

【００４１】図２０は、本実施例の第４の変形実施例の
構成を示す上面図（Ａ）および正面断面図（Ｂ）であ
り、ここでは、ヒートシンクとして、図１４乃至図１９
に示されているような角型のものに代えて、積層型の放
熱フィンを有する円板状のヒートシンク２’が用いられ
ている。カバー５は円板状ヒートシンク２’の両サイド
に嵌め込み固定されており、例えば、図２０のＢ部分を
拡大して示す図２１に示されているように、カバー５の
端縁の両側部に複数個の下向きフック５−６を設けて、
上方からカバー５を差し込んでヒートシンク２’の端縁
と係合させることによって、取り外し自在に取り付ける
ことができる。これにより、カバー５を取り外して、フ
ァンユニット３の保守、点検が容易となる。

【００４２】図２２は、本実施例の第５の変形実施例の
構成を示す上面図（Ａ）および正面断面図（Ｂ）であ
り、図２３はその斜視図である。この変形実施例におい
ては、図１４乃至図１５に示されているカバー上面の吸
気口から空気を吸い込むものに代えて、ファンユニット
部の底面板５−５に吸排気口５−１’を設け、空気をフ
ァン部と基板１０との間隙から導入して吸排気口５−
１’から吸い込むようにするものである。この場合、空
気がファン下部から吸入されるので邪魔板（６）は不要
となる。こうして、図２２および図２３中に点線矢印に
より示すようにエアーフローが生じる。この場合は、吸
気口における圧損が、図１４乃至図１５に示されている
ものに比べて、高くなるが、ファンユニット３内におけ
る流れがスムーズなものとなる。

【００４３】図２４乃至図２６は、それぞれ、本実施例
において用いられるヒートシンク２の放熱フィン２−
１、・・・の配設形状の例を示す上面図および前面図で
ある。図示されているように、放熱フィン２−１の配設
領域を、ヒートシンク２の全域にわたるものだけでな
く、素子１の発熱部の直上部分のみとすることにより、
ヒートシンクによる圧損を低減し、風速を確保すること
ができる。また、ヒートシンク２の両側にガイド壁２−
４、２−４を設けたり（図２４および図２５）、素子１
の発熱部に案内するガイド壁２−５、２−５を設けて
（図２６）、冷却風が放熱フィンの配設されていない部
分を通って側方に排気されないようにし、かつ、局部的
に配設されている放熱フィン２−１、・・・に効果的に
案内して、冷却効率を高めることができる。

【００４４】上記した本実施例の説明においては、ヒー
トシンクの放熱フィンの形状としてピン型あるいは積層
型のものが用いられているが、本実施例のような側方実
装型の冷却構造においては、それらに限られず、例えば
プレート型をも含む各種形状のものをも有効に用いるこ
とができる。また、冷却方式として、ファンから吐き出
した空気をヒートシンクに吹き当てるプッシュ方式を採
用しているが、ヒートシンクを通る風を吸い込むプル方
式を採用することもできる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によるファン一体
型発熱素子冷却装置によれば、ヒートシンクの上にファ
ンユニットを載置する直上実装型、ヒートシンク中央部
にファンユニットが埋め込まれた埋め込み型およびファ
ンユニットを発熱素子およびヒートシンクの組立体の側
方に配設する側方実装型の利点を有効に生かしつつ、冷
却効率を高め、かつ、より薄型に構成するものであり、
例えばパーソナルコンピュータ、ワークステーション等
の最近の高密度実装機器の要求に応えることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷却ファンとヒートシンクが組み合わされた実
装構造の型を概念的に例示する一部断面を含む正面図で
ある。

【図２】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置の
第１の実施例の構成を示す正面断面図（Ａ）および上面
図（Ｂ）である。

【図３】図２冷却構造の正面断面図の中央部分の拡大断
面図である。

【図４】補助翼の各種形状を例示する下面図である。

【図５】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置の
第２の実施例の構成を示す上面図、前面図および側面図
である。

【図６】図５の切断面Ａ−Ａに沿う正面断面図である。

【図７】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置の
第２の実施例の変形実施例の上面図、前面図および側面
図である。

【図８】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置の
第２の実施例の構成を示す上面図、前面図および側面図
である。

【図９】図８における切断面Ａ−Ａに沿う断面のうちの
中央部分を拡大した部分拡大断面図である。

【図１０】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第３の実施例の構成を示す上面図、前面図および側面
図である。

【図１１】図１０における切断面Ａ−Ａに沿う断面のう
ちの中央部分を拡大した部分拡大断面図である。

【図１２】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第３の実施例の変形実施例の構成を示す上面図、前面
図および側面図である。

【図１３】図１２における切断面Ａ−Ａに沿う断面のう
ちの中央部分を拡大した部分拡大断面図である。

【図１４】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の構成を示す上面図（Ａ）および正面断
面図（Ｂ）である。

【図１５】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の構成を示す斜視図である。

【図１６】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の第１の変形実施例の構成を示す上面図
である。

【図１７】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の第１の変形実施例の構成を示す斜視図
である。

【図１８】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の第２の変形実施例の構成を示す斜視図
である。

【図１９】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の第３の変形実施例の構成を示す上面図
（Ａ）および正面断面図（Ｂ）である。

【図２０】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の第４の変形実施例の構成を示す上面図
（Ａ）および正面断面図（Ｂ）である。

【図２１】図１８のＢ部分を拡大して示す部分拡大図で
ある。

【図２２】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の第５の変形実施例の構成を示す上面図
（Ａ）および正面断面図（Ｂ）である。

【図２３】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例の第５の変形実施例の斜視図である。

【図２４】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例におけるヒートシンクの放熱フィンの配
設形状の例を示す上面図および前面図である。

【図２５】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例におけるヒートシンクの放熱フィンの配
設形状の例を示す上面図および前面図である。

【図２６】本発明によるファン一体型発熱素子冷却装置
の第４の実施例におけるヒートシンクの放熱フィンの配
設形状の例を示す上面図および前面図である。

【符号の説明】

１…発熱素子 ２…ヒートシンク ２−１、２−２…放熱フィン ２−３、２−３’…ベース面 ２−４、２−５…ガイド壁 ３…ファンユニット ３−１…ファンモータ ３−２…主翼 ３−３…補助翼 ４、４−１、４−２…ヒートパイプ ５、５’…カバー ５−１…吸気口 ５−２…円筒部材 ５−３…支持用スポーク ５−４、５’−４…側面板 ５−５…底面板 ５−６…フック ６…邪魔板 ７…ガイド ８…開口部 ９…通風孔 １０…基板 １１…電源供給ピン ３１…コイル ３２…マグネット ３３…軸受 ３４…回路部品および基板 ３５…ホール素子

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱素子と、該発熱素子の上面に配設さ
   れ、かつ、複数の放熱フィンを有するヒートシンクと、
   該ヒートシンクの上部の中央に配設され回転するモータ
   部と該ヒートシンクの上部の該モータ部外側にファン回
   転軸から放射状に配設された主翼とを有する冷却用ファ
   ンユニットと、を備えたファン一体型発熱素子冷却装置
   において、 上記ファンユニットが、そのモータ部の下面に上記ヒー
   トシンクの上記放熱フィンに対向して取り付けられた少
   なくとも１個の補助翼を有している装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のファン一体型発熱素子
   冷却装置において、上記補助翼が回転する範囲内におい
   て該補助翼に対向するヒートシンクの放熱フィンが短く
   形成されている装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のファン一体型発熱素子
   冷却装置において、上記補助翼がファン回転軸から放射
   状に配設されている装置。
4. 【請求項４】 発熱素子と、該発熱素子の上面に配設さ
   れ、かつ、複数の放熱フィンを有するヒートシンクと、
   該ヒートシンクの上部の中央に配設され回転するモータ
   部と該ヒートシンクの上部の該モータ部外側にファン回
   転軸から放射状に配設された主翼とを有する冷却用ファ
   ンユニットと、を備えたファン一体型発熱素子冷却装置
   において、 上記ヒートシンクが、 少なくとも中央部に向かって下降する傾斜を含むように
   傾斜して形成されているベース面と、 上記傾斜したベース面上に設けられ、中央部に向かって
   順次高く形成された放熱フィンと、 上記傾斜したベース面に沿って配設され、周辺部から中
   央部にわたって延在するヒートパイプと、 を有している装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のファン一体型発熱素子
   冷却装置において、上記ヒートシンクの傾斜した上記ベ
   ース面が円錐あるいは角錐状に形成されており、かつ、
   上記ヒートパイプが中央部から周辺部にわたって螺旋状
   に延在している装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のファン一体型発熱素子
   冷却装置において、上記ヒートシンクの傾斜した上記ベ
   ース面が中央部を含む線上で交わる二つの傾斜した面に
   より形成されており、そして、上記 ヒートパイプが、上記中央部を含む線に沿って配設
   された１本のメインパイプと、上記二つの傾斜した面に
   沿って周辺部から該メインパイプに向かって配設された
   複数のサブパイプと、を有している装置。
7. 【請求項７】 請求項４乃至請求項６のいずれかに記載
   のファン一体型発熱素子冷却装置において、上記ヒート
   パイプが上記ヒートシンクの上記ベース面中に埋め込ま
   れて配設されている装置。