JP2995176B2 - 冷却システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高性能ＭＰＵなどの
冷却システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のデジタル回路は多量の情報量を高
速に処理するために、その駆動周波数は、500 Mzから 8
00 Mzに達しつつある。例えば情報機器の中枢のＬＳＩ
であるＭＰＵの集積トランジスタ数は、200万個程度で
トランジスタ１個当たりの駆動電流を 30 μA,駆動電圧
を 2 Vとすると、その消費電力は 120 Wにも達する。

【０００３】上記ＭＰＵの消費電力に対して、冷却シス
テムに求められる熱抵抗は 0.4℃/Ｗ以下であり、従
来、このような高性能の冷却能力要求には、管理された
環境で用いるシステムでは液体冷却を用いていたが、近
年の情報処理の分散化時代の端末では、高性能で小型軽
量の空冷式冷却システムが要求されている。

【０００４】同様に、上記情報処理の携帯用の端末に用
いられるノートＰＣに置いても、ＭＰＵの消費電力は15
Wから20 Wにも達するために、通常のヒートシンクでは
用を足すことが出来なくなり、小型軽量の高性能冷却シ
ステムが要求されている。

【０００５】従来のヒートシンクの形状は、図１１に示
す様な櫛歯状型枠からの押し出しフィン90や、図１２に
示されるようなダイキャストや鍛造工法で造られるピン
フィン92から成るヒートシンク、また、図１３に示され
る構造のヒートシンク、すなわち前記図１１のフィン・
ピッチを広く取り、このフィンの間にコルゲートフィン
94を挿入溶接した構造のヒートシンクがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、大型でも許容出
来た冷却システムでは、ファン容量を増加することによ
り対応してきたが、オフイス内の端末の増加と、ＡＶな
ど音声を扱う情報増加などからファンの騒音対策が必要
に成って来ていると同時に、省エネルギー観点からも望
ましくない。

【０００７】上述した従来のヒートシンクの形状、特に
図１１や図１２に示されるようヒートシンクでは、何れ
も材料の伸びの制約からフィンのピッチを広く取る必要
が有ると同時に、ファン流の通風抵抗が高く乱流発生に
よりファン騒音が高かった。

【０００８】フィンの通風抵抗小さい高効率のフィン構
造として、図１３に示される構造のヒートシンクがある
が、隙間管理や溶接工程を経るなどの必要から極めて高
価なもので有った。

【０００９】この発明は、殆どプレス工法のみで組立可
能な汎用性が高く安価な熱交換効率の良いヒートシンク
を用いて、ファン騒音を低減出来る小型軽量の冷却シス
テムを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、バーリング加工孔を複数個設けたフィ
ンからなるフィン群と、上記フィン群のバーリング加工
孔を貫通してプレス挿入された複数の実棒と、上記実棒
の少なくとも一方の端部にプレス挿入した受熱プレート
からなるヒートシンクを有する冷却システムとする。請
求項２においては、バーリング加工孔を複数個設けたフ
ィンからなるフィン群と、上記フィン群のバーリング加
工孔を貫通してプレス挿入された複数の実棒をアッセン
ブリした後、上記実棒の少なくとも一方の端部に受熱プ
レートをプレス挿入する加工方法のヒートシンクを用い
た冷却システムとする。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の第１の実施例であり、平
薄板から成るフィン群と複数の伝熱実棒および熱源から
の受熱プレートからなるヒートシンクを、この詳細の構
造と組立方法を図２と図３に示しす。図３は図１のＡ−
Ａ断面を矢印方向に見た断面図である。

【００１２】当該図１乃至図３に示すように、本発明の
第１の実施例では、バーリング加工孔10を複数個設けた
厚さ0.12mmから0.3mm程度のフィン12からなるフィン群
と、上記フィン群を貫通してバーリング加工孔10にプレ
ス挿入された直径３mmから10mm程度の複数の伝熱実棒20
と、上記実棒20の一方の端部を挿入する厚さ10mm以下の
受熱プレート14からなるヒートシンクにより冷却システ
ムを構成している。

【００１３】この組立工法は、実棒20を径方向に自由度
を持たせて治具にセットした後、フィン12の最初の一枚
をプレス挿入することにより、フィンのバーリング壁に
支えられ実棒20の径方向の位置と軸方向の位置が固定さ
れる。

【００１４】次に順次フィン群を一枚毎または複数枚を
順次プレス挿入することにより、図３のフィン群と実棒
20のアッセンブリが出来上がるが、このフィン群の各フ
ィン12間隔はフィン12のバーリング高さで決めることが
出来、孔径の大きなものほど間隔を大きくすることが出
来る。また、フィン12と実棒20との熱接触は当該フィン
12のバーリング面積で決定されている。

【００１５】工程の最後は、フィン12と同様の位置関係
で開孔したバーリング加工孔10を有する受熱プレート14
を、上記フィン群を貫通接合した実棒20の先端部にプレ
ス挿入してヒートシンクは出来上がる。

【００１６】なお、上記構成における各々の材料は、ア
ルミニュウムや銅などの高熱伝導金属材料が好ましい。

【００１７】ここで、伝熱実棒20が比較的細い場合は、
実棒20の先端部をなんら細工する必要も無いが、直径５
mmを越えてくると、図１０(a)と(b)に示すように実棒20
の先端部を面取り部22やローレット加工部24とすること
により作業性を良くすると同時に、プレス孔バラツキに
よるフィン変形を最小限に防ぐことが出来る。

【００１８】なお、ここでフィン群を実棒20に貫通接合
した後に受熱プレート14に挿入する理由は、フィン群の
プレスは同一のプレス金型で加工するのに対し、受熱プ
レート14の孔抜きプレスはフィン12とは別の金型である
ために、僅かの孔ズレが生じることが予想されるからで
ある。

【００１９】この２個の金型による位置ズレが生じた
時、上述の工程でヒートシンクを組み立てた場合は、フ
ィン群の各々の板と水平方向の力が主にかかり、フィン
12を歪ませる方向である実棒20の軸方向の力は殆どかか
らない、仮にかかったとしても、フィン群としてのバー
リング部の強度が強固であり、何らの弊害も生じること
がないが、これを逆工程の実棒に受熱プレート14を先に
挿入した後にフィン12を組み込むと、僅かの孔ズレがフ
ィン12を受熱プレート14に対して水平に挿入して行くと
しても一枚のフィン12の強度は弱いためにフィン12の歪
みが発生する。

【００２０】上記ヒートシンクは、受熱プレート14で受
けた熱を伝熱実棒20で分散し、さらに伝熱実棒20からフ
ィン群に放散する構造であり、当該フィン12は極薄にで
きるために、限られた体積の中で最高の放熱面積を有す
ることが可能であり、フィン12と水平方向の通風抵抗は
極めて小さく出来る。

【００２１】上記伝熱実棒20の太さや本数およびフィン
群の間隔は、自然対流や強制対流などにより任意に変え
られることは勿論、強制対流で有ってもファンの能力な
どにより、最適値が選択できる。

【００２２】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図４(a)乃至(c)はこの発明の第２の実施例を示し
ており、上記図１のヒートシンクに部分的にエヤーガイ
ド30を取付ることで風洞を形成し、風洞の中に当該ヒー
トシンクを設置することにより、この発明のヒートシン
クの構造が有効に生かされている。当該第２の実施例の
基本的な構成は、図４に示す如く、第１の実施例におい
て形成されるヒートシンクのフィン群および受熱プレー
ト14をエヤーガイド30で囲み、当該エヤーガイド30の一
部を空気の流入開口部32と放出開口部34として開口させ
ている。すなわちヒートシンクの４面のどの部分を開口
しても通風抵抗が小さい部分が得られ、基本がプレス工
法のために、部分切り欠きなど特別な工法を用いること
なく可能となる。

【００２３】次に、第３の実施例について説明する。図
５には、上記第１もしくは第２の実施例で述べたヒート
シンクを応用した具体例をノート型パソコンに取り付け
たものを示しており、当該第３の実施例に使用するヒー
トシンクの拡大図および変形例を図６の(a)乃至(d)に示
す。

【００２４】図５は、ノート型パソコンの使用状態示す
図であり、筐体50内部には、点線で示す主発熱体となる
ＭＰＵ55と、冷却システムが収納され、この両者はヒー
トパイプをはじめとする熱伝導性に優れた熱伝導体56に
よって結ばれている。また、筐体50の側面部に有する吸
気口52から吸気された空気は、本体部後方部の排気口54
から排気される。

【００２５】本実施の冷却システムの一例を図６(a)に
示す。近年のノート型パソコンの全体の消費電力は30 W
を越え、その中でもＭＰＵ55の消費電力は極めて高く全
体消費電力の半分近くを占めるに至っているために、廃
熱をＭＰＵ55を主に考えたもので有り、ＭＰＵモジュー
ルのＭＰＵ55をコレクタ57で集熱し、この熱をヒートパ
イプ等の熱伝導体56を介して冷却システムの受熱プレー
ト14に伝熱した後、伝熱実棒20とフィン群による分散熱
を風洞の出口付近に配置したファン58により廃熱したも
のである。

【００２６】図６(b)に示す実施例は、吸気を筐体50の
外部からのみではなく、筐体50内部の廃熱も考慮したも
のであり、その他は、図６(a)と同様である。すなわ
ち、ＭＰＵ55以外にも、電源やトランジスタ等筐体50内
部には発熱源となる部品が多く、これらの廃熱もあわせ
て筐体50外に放出するものである。

【００２７】また、図６(c)の実施例は、吸気口を筐体5
0上部に開口することを意図したもので有り、その基本
は図６(a)と同様である。

【００２８】また図６(d)は吸気口を２箇所有する冷却
システムであり、一方は筐体50外部からの吸気、他方か
らは筐体50内部の廃熱が出来るシステムである。

【００２９】なお、何れのシステムもＭＰＵ55と冷却シ
ステム間の熱伝導はヒートパイプを用いているが、組立
構成上に自由空間があれば、受熱プレート14を直接ＭＰ
Ｕ55の上部に熱接合することが好ましいことは、記述す
るまでもない。

【００３０】次に、本発明の第４の実施例を図７により
説明する。図７にはワークステーションコンピュータに
おける冷却システムを示している。当該第４の実施例は
タワー型筐体60の中に、縦方向に取り付けれれるマザー
ボード61の上に、主発熱体となるＭＰＵ62とＭＰＵ63の
複数のＭＰＵが搭載されているもので、一個のＭＰＵの
消費電力が120 W程度のものであって、これらのＭＰＵ
の上に図８の外形で図９の構造を有する３インチ角程度
の各々のヒートシンク64が搭載されており、このヒート
シンク64のフィン群のフィンに平行流が流れるような縦
方向の配置で風洞68が形成されており、筐体下部の風洞
68の吸気口66付近にはターボ・ファン65が取り付けられ
ていて、筐体上部には排気口67が開口されている。なお
本実施例においては、上述以外のヒートシンク64の構成
は第１乃至第３の実施例において述べたものと同一もし
くは相当分であり、エヤーガイド等の構成は適宜変更可
能なものである。

【００３１】本第４の実施例の様な複数のヒートシンク
64を使用しても、この発明にかかるヒートシンクの通風
抵抗が極めて少ないために、互いのヒートシンクの冷却
能力が干渉し合うことが少なく、所期の目的が容易に達
せられる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した通り、この発明によれば、
通風抵抗の極めて少ない密集したフィン構造のヒートシ
ンクを殆どプレス工法のみで造ることが出来、高性能で
小型軽量かつ汎用性の高い安価な時流に添ったヒートシ
ンクを供給出来るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例とするヒートシンクの斜
視図を示す

【図２】図１の組立行程を示す

【図３】図１の組立行程時のＡ−Ａ断面を矢印方向に見
た断面図を示す

【図４】本発明の第２の実施例とする冷却システムを示
す

【図５】本発明の冷却システムをノート型パソコンに取
り付けた部分透過図を示す

【図６】図５の冷却システムの拡大図と変形例を示す

【図７】本発明の第４の実施例とするワークステーショ
ンコンピュータにおける冷却システムを示す

【図８】第４の実施例に使用したヒートシンクの拡大斜
視図である

【図９】図８の部分断面図を示す

【図１０】実棒の端部加工形状の拡大図を示す

【図１１】従来のヒートシンクの一例を示す

【図１２】従来のヒートシンクの一例を示す

【図１３】従来のヒートシンクの一例を示す

【符号の説明】

図において同一符号は同一、または相当部分を示す。 １０ バーリング加工孔 １２ フィン １４ 受熱プレート ２０ 実棒 ２２ 面取り部 ２４ ローレット加工部 ３０ エヤーガイド ３２ 流入開口部 ３４ 放出開口部 ５０ 筐体 ５２ 吸気口 ５４ 排気口 ５５ ＭＰＵ ５６ 熱伝導体 ５７ コレクタ ５８ ファン ６０ 筐体 ６１ マザーボード ６２、６３ ＭＰＵ ６４ ヒートシンク ６５ ファン ６６ 吸気口 ６７ 排気口 ６８ 風洞 ９０ 押出フィン ９２ ピンフィン ９４ コルゲートフィン

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バーリング加工孔を複数個設けたフィンか
   らなるフィン群と、上記フィン群のバーリング加工孔を
   貫通してプレス挿入された複数の実棒と、上記実棒の少
   なくとも一方の端部にプレス挿入した受熱プレートから
   なるヒートシンクを有する冷却システム。
2. 【請求項２】バーリング加工孔を複数個設けたフィンか
   らなるフィン群と、上記フィン群のバーリング加工孔を
   貫通してプレス挿入された複数の実棒をアッセンブリし
   た後、上記実棒の少なくとも一方の端部に受熱プレート
   をプレス挿入する加工方法のヒートシンクを用いた冷却
   システム。
3. 【請求項３】受熱プレートの一部にヒートパイプを接合
   した請求項１に記載の冷却システム。