JP3217265B2

JP3217265B2 - ヒートシンク装置

Info

Publication number: JP3217265B2
Application number: JP14320696A
Authority: JP
Inventors: 孝志北原; 忠好島貫
Original assignee: PFU Ltd
Current assignee: PFU Ltd
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: JPH09326455A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱素子のヒートシン
ク面等に装着されて使用されるヒートシンク装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、ＣＰＵをはじめとするＬＳＩ素子
等の高密度化に伴ってその冷却方法が重大な技術的課題
となりつつあり、高発熱素子等の発熱体をスポット的に
冷却する手法が注目されている。

【０００３】そして、ターゲットとなる高発熱素子等の
発熱体をスポット的に冷却するヒートシンク装置として
は、従来、図１０に示すものが提案されている。この従
来例において、２はアルミニウム等、熱伝導性の良好な
材料により形成されるヒートシンク本体、８は軸流ファ
ン装置、４はカバーであり、軸流ファン装置８を駆動す
ることにより、冷却風は図１０（ｂ）において破線矢印
で示すように、ヒートシンク装置の上面からヒートシン
ク装置内部に強制導入された後、放熱フィン２０、２０
・・間を通って四側縁から排気され、その途中で発熱素
子（図示せず）上に実装されたヒートシンク本体２を冷
却する。

【０００４】

【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、ファン装置には軸流ファンが使用されるた
めに、以下の欠点がある。

【０００５】先ず、ファン装置８への冷却風の取り入れ
は、ファン装置８の上部の開口８０から行われるが、開
口８０近傍に筐体内壁面等の障害壁８１が存在すると圧
損が大きくなって冷却風量が減少し、冷却性能が発揮で
きなくなる。このため、開口８０から障害壁８１までの
間隔Ｄを大きくとる必要が生じ、有効実装高さが高くな
ってしまう。

【０００６】さらに、高発熱素子を冷却して温度が上昇
した冷却風は、ヒートシンク装置の側壁部から外部に放
出されるが、この暖気が再び同一のファン装置８により
ヒートシンク装置内に吸引されることが多いために、冷
却性能が低下する。

【０００７】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たもので、実効的な実装高さを低くすることができるヒ
ートシンク装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、冷却対象１に接触して該冷却対象１から吸熱する
ヒートシンク本体２と、ヒートシンク本体２の上部を全
面に渡って覆い、内部に冷却風の通風空間３を形成する
カバー４と、通風空間３内に配置され、回転翼５０、５
０・・の回転軸５１を中心とした円の接線上に吸気方向
と排気方向とを持ち水平回転するファン装置５とを有す
るヒートシンク装置であって、前記冷却風の導入部、お
よび排出部の双方はその側壁に配置され、ファン装置５
により冷却風は導入部から導入されて水平方向に移動
し、排出部から排出されるヒートシンク装置を提供する
ことにより達成される。

【０００９】ヒートシンク本体２は、アルミニウム等、
熱伝導性の良好な材料により形成され、発熱素子、ある
いはＰＣカード等の冷却対象１上に装着されて該冷却対
象１を冷却する。

【００１０】カバー４は、ヒートシンク装置の天井壁面
を構成するもので、該カバー４によりヒートシンク本体
２との間に冷却風の通風空間３が形成される。冷却風に
よる冷却が広範囲に渡って行われるようにするために
は、通風空間３の形成面積を広くするのが望ましく、こ
のために、カバー４は、ヒートシンク本体２の上部をほ
ぼ全面に渡って覆うような大きさに形成するのが望まし
い。

【００１１】本発明に使用されるファン装置５は、図
１、２に示すように、回転軸５１回りに複数の回転翼５
０、５０・・を設けたもので、回転翼５０の回転方向に
送風される点において、回転軸５１と平行方向に送風方
向を有するいわゆる軸流ファンと相違するものである。

【００１２】なお、「回転翼５０の回転方向に送風され
る」とは、回転軸５１方向への風量に比して回転方向の
風量が多いことを意味するもので、回転軸５１方向の風
量が全くないことを意味するものでなく、かかるファン
装置５は、一般に軸方向に捻れのない回転翼５０を突設
させることにより達成可能であるが、遠心方向の風量の
方が多いことを条件として、冷却対象１の上面に対して
衝突させる成分を含めるために捻れを持たせることも可
能であり、具体的な形状は実験的に決定可能である。

【００１３】また、ファン装置５のベアリングハウス５
２はカバー４に埋設して装着することができる。ヒート
シンク本体２に比して温度上昇の少ないカバー４側にフ
ァン装置５を装着することにより、ベアリングの熱劣化
が防止されるために、製品寿命が長くなり、かつ、交換
も容易になる。

【００１４】以上の構成の下、通風空間３には、ファン
装置５により外気が強制導入、排出されて冷却対象１を
冷却する。冷却風は図１（ａ）において破線矢印で示す
ように、ヒートシンク装置の側壁部から導入されて水平
方向に流れ、他の側壁部から排出される。

【００１５】上述したファン装置５を使用することによ
り、冷却風の導入部、および排出部の双方をヒートシン
ク装置の側壁部に配置させることが可能となり、導入部
が側壁部に形成されることにより、ヒートシンク装置の
上部には余分なスペースが必要なくなり、低背化が可能
となる。

【００１６】また、導入部、排出部の双方がヒートシン
ク装置の側壁部に形成され、かつ、導入部からの冷却風
が水平方向に移動することにより、排出部から排気され
る暖気が再び導入部から吸引されることが少なくなり、
冷却効率の向上が図られる。なお、暖気に回り込みをよ
り効果的に防止するためには、導入部と排出部を対向辺
縁部に形成するのが望ましい。

【００１７】請求項４記載の発明において、冷却風の圧
損を低下させることにより冷却能力を向上させたヒート
シンク装置が提案される。すなわち、請求項４記載の発
明において、ヒートシンク装置は、冷却対象１に接触し
て該冷却対象１から吸熱し、複数の放熱フィン２０を備
えたヒートシンク本体２と、ヒートシンク本体２の上部
を全面に渡って覆い、内部に冷却風の通風空間３を形成
するカバー４と、通風空間３内に配置され、回転翼５０
の回転軸５１を中心とした円の接線上に吸気方向と排気
方向とを持つファン装置５とを有して構成され、上述し
た発明と同様に、低背化が可能で、かつ、暖気の回り込
みが防止できるという効果を有する。

【００１８】また、冷却風は、水平回転するファン装置
５により放射方向に送り出されて放熱フィン２０、２０
・・間の間隙部（冷却風路２１）に流れ込むために、該
冷却風路２１を放射状に配置しておくことにより、冷却
風路２１内への導入時の圧損が低減される。

【００１９】この場合、冷却風路２１の幅を、ファン装
置５から遠ざかるにつれて漸次狭くなるように、すなわ
ち、ファン装置５からの冷却風の導入部の幅を最も広く
しておくことにより、導入時の圧損をさらに低減させる
ことができる。

【００２０】さらに、放熱フィン２０は、板状に形成す
る以外に、ピン状のものも使用可能であり、この場合、
各放熱フィン２０は、冷却風路２１が放射状になるよう
に配列すれば足りる。

【００２１】放熱フィン２０を板状に形成する場合に
は、ファン装置５側端部において鋭利であり、ファン装
置５から遠ざかるにつれて漸次幅狭とすることにより、
導入部における圧損の増加を防ぐことが可能になる。

【００２２】また、冷却風は、上記冷却風路２１内を流
れる際に放熱フィン２０と熱交換がなされるが、冷却風
路２１内に障害突起６を配置しておくと、冷却風路２１
内で乱流が発生することから放熱フィン２０との実質的
な接触面積が増加し、全体として冷却能力が向上する。

【００２３】一方、ファン装置５により放射方向全方向
に分散される冷却風流を限られた方向に絞り、冷却風量
を多くするには、ファン装置５の回転翼５０の周縁を円
弧状壁面７で包囲することが望ましく、円弧状壁面７
は、図１、２に示すように、冷却風導入部、および排出
部を除くようにして設けられ、該円弧状壁面７方向への
冷却風を一定方向に導くように作用し、下流側の風量を
増加させる。

【００２４】この場合、請求項５に記載するように、円
弧状壁面７をカバー４に形成することにより、ヒートシ
ンク本体２に複雑な加工を施す必要がなくなり、製造が
簡単になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１、２に本発明によるヒートシ
ンク装置を示す。図において２はアルミニウム等、熱伝
導性の良好な材料により形成されるヒートシンク本体、
１は図示しないプリント基板への接合用端子を備えた発
熱素子（冷却対象）で、ヒートシンク本体２のほぼ半面
にはファン収納エリア２２が形成されるとともに、残余
の領域には複数のピン状の放熱フィン２０、２０・・が
立設される。

【００２６】５は後述するカバー４に支持され、カバー
４の固定状態においてファン収納エリア２２内に収納さ
れるファン装置であり、同一方向に屈曲した複数の回転
翼５０、５０・・を図１（ａ）において実線で示す矢印
方向に回転させることにより、ほぼ放射状に冷却風を送
風するように構成される。軸流ファンと異なり、回転翼
５０の回転方向に多量の冷却風流を生じさせるために
は、各回転翼５０、５０・・により形成される回転体の
断面積を大きくするのが有効であり、図２に示すよう
に、回転翼５０の形状を矩形にするのが望ましい。

【００２７】上記ファン装置５は、ヒートシンク本体２
の中心線に対して線対称位置に２個配置されており、各
ファン装置５の回転翼５０、５０・・は、回転軌跡が接
近する部位における送風方向が一致する方向に回転駆動
される。

【００２８】７は対向して配置されるファン装置５のほ
ぼ半周部位を覆うように設けられる半円形状の円弧状壁
面であり、回転翼５０の端部と円弧状壁面７との間隙が
可及的に狭くなるように、回転翼５０の回転軌跡に接近
して配置される。

【００２９】４は上記ヒートシンク本体２の上部を全面
に渡って覆い、ファン収納エリア２２、および放熱フィ
ン２０、２０・・間に冷却風の通風空間３を形成するカ
バーであり、合成樹脂等、熱伝導性の比較的小さな材料
により形成される。このカバー４は、図２に示すよう
に、ヒートシンク本体２とほぼ同一面積を有する平板状
部材であり、円弧状壁面７を提供する２個のブロック部
２３、２３および放熱フィン２０、２０・・間に螺入さ
れるビス（図示せず）等によりヒートシンク本体２に固
定される。

【００３０】上記カバー４へのファン装置５の固定は、
図３に示すように、カバー４にベアリングハウス５２を
埋設することにより行われる。なお、図３において５１
はファン装置５の回転軸、５３はベアリングハウス５２
内で回転軸５１を円滑に回転させるためのベアリング、
５４は制御基板、５５はモータ固定子、５６はモータ回
転子である。

【００３１】したがってこの実施の形態において、各フ
ァン装置５の回転翼５０を図１において実線矢印方向に
回転させると、各回転翼５０は歯車ポンプのように機能
して領域の空気を前方に押し出し、冷却風は図１におい
て破線の矢印で示すように、正面の導入部から通風空間
３内に強制導入された後、放熱フィン２０間を通って外
部に排出され、その途上にて冷却対象１を冷却する。

【００３２】図４に本発明の第２の実施の形態を示す。
なお、以下の実施の形態の説明において、上述した実施
の形態と同一の構成要素は、図中に同一の符号を付して
説明を省略する。

【００３３】この実施の形態において、ヒートシンク本
体２に形成される放熱フィン２０、２０・・は、ファン
装置５による冷却風の吹き出し部からヒートシンク本体
２の側縁部まで連続するプレート形状を有しており、上
記吹き出し部から放射状に配置される。

【００３４】また、各放熱フィン２０は、吹き出し部側
において鋭利なナイフエッジとされており、放熱フィン
２０間に形成される冷却風路２１内への冷却風導入時の
圧損低下がなされる。さらに、冷却風路２１への導入風
量を多くするために、冷却風路２１は入り口部、すなわ
ち吹き出し部側において幅広で、出口側、すなわち、ヒ
ートシンク本体２の側縁側に行くにしたがって幅狭とな
るようにされている。

【００３５】なお、図４において放熱フィン２０の側壁
は直線となっているが、図５に示すように、湾曲させる
ことも可能である。また、ファン装置５は、上述した実
施の形態と同様に、カバー４に装着することも可能であ
るが、図７に示すように、ヒートシンク本体２側に装着
してもよい。

【００３６】さらに、図６に示すように、冷却風路２１
内に障害突起６、６・・を設けることにより、冷却風路
２１内を流れる冷却風に乱流を発生させて冷却風路２１
壁面との実効接触面積の増加を図ることも可能である。
この場合、障害突起６は、図６（ａ）に示すように、放
熱フィン２０の側壁から突設しても、あるいは図６
（ｂ）に示すように、ピン状に突設してもよい。

【００３７】また、以上の説明においては、プレート状
の放熱フィン２０を使用することにより冷却風路２１を
放射状に配置する場合を示したが、ピン状の放熱フィン
２０を所定間隔で並べることにより、放射状の冷却風路
２１を形成することも可能である。

【００３８】図８、９に本発明の第３の実施の形態を示
す。この実施の形態は、以上説明した低背、薄型仕様の
ヒートシンク装置を簡単に実現するための構成を示すも
ので、ヒートシンク本体２のほぼ半分は平板状に形成さ
れて図示のようにファン装置５が装着され、残余の領域
に多数の放熱フィン２０、２０・・が立設される。な
お、放熱フィン２０としては、図示のピン形状のものに
限られず、図４、５に示すようなプレート形状のもので
あってもよい。

【００３９】一方、カバー４は平板部４１裏面に、円弧
状壁面７を有する包囲壁面部４０を突設して形成され
る。この実施の形態において、平板部４１、および包囲
壁面部４０は板金により形成されており、カバー４は、
平板部４１裏面に包囲壁面部４０を溶接して製造され
る。

【００４０】かかるカバー４をヒートシンク本体２に固
定すると、図８に示すように、包囲壁面部４０によりフ
ァン装置５の半周が包囲された状態となり、複雑な加工
を施すことなく、簡単にヒートシンク装置を得ることが
できる。

【００４１】なお、カバー４への包囲壁面部４０の形成
は、図示の例以外に、例えば板金に絞り加工を施して形
成することも可能であり、さらに、ファン装置５をカバ
ー４側に装着することも可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、実装高さの低いヒートシンク装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
正面図である。

【図２】図１の分解斜視図である。

【図３】ファン装置の装着状態を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）
は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図５】図４の変形例を示す図である。

【図６】他の変形例を示す図である。

【図７】ファン装置の装着状態を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態を示す図で、（ａ）
は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図９】図８の分解斜視図である。

【図１０】従来例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
は正面図である。

【符号の説明】

１冷却対象２ヒートシンク本体２０放熱フィン２１冷却風路３通風空間４カバー５ファン装置５０回転翼５１回転軸５２ベアリングハウス６障害突起７円弧状壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−130924（ＪＰ，Ａ) 特開平７−312493（ＪＰ，Ａ) 特開平７−161889（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/467

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却対象に接触して該冷却対象から吸熱す
るヒートシンク本体と、ヒートシンク本体の上部を全面に渡って覆い、内部に冷
却風の通風空間を形成するカバーと、通風空間内に配置され、回転翼の回転軸を中心とした円
の接線上に吸気方向と排気方向とを持ち水平回転するフ
ァン装置とを有するヒートシンク装置であって、前記冷却風の導入部、および排出部の双方はその側壁に
配置され、ファン装置により冷却風は導入部から導入さ
れて水平方向に移動し、排出部から排出されるヒートシ
ンク装置。
【請求項２】前記ファン装置は、ベアリングハウスをカ
バーに埋設して装着される請求項１記載のヒートシンク
装置。
【請求項３】前記冷却風の導入部と排出部は、対向辺縁
部に形成される請求項１または２記載のヒートシンク装
置。
【請求項４】前記ヒートシンク本体は、複数の放熱フィ
ンを備え、放熱フィンの間には、ファン装置から送出される冷却風
が放射状に分岐して流れる冷却風路が形成される請求項
１ないし３記載のヒートシンク装置。
【請求項５】前記ファン装置は、回転翼のほぼ半分がカ
バーに形成される円弧状壁面により冷却風を一定方向に
導くように包囲される請求項１ないし４記載のヒートシ
ンク装置。