JP3590127B2

JP3590127B2 - 電子部品冷却装置

Info

Publication number: JP3590127B2
Application number: JP09973695A
Authority: JP
Inventors: 克彦松村
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JPH08274481A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ファンを使用した冷却装置に関し、特に今日多くのＯＡ機器において広く使用されている特定の半導体素子等の電子部品を冷却するために有用な冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品冷却装置、例えばパソコン等に内蔵されている半導体素子を冷却する装置として冷却ファンを使用することは当業者に広く知られている。この装置では通常、冷却ファンがパソコンのハウジングに装着され、ハウジング内に外気を導入すると共に、ハウジング内部の暖かい空気をハウジングの外部に排出し、ハウジング内の温度を一定値に保持し、こうしてハウジング内部での半導体素子の発熱による温度上昇を阻止しているものである。
【０００３】
しかしながら、このような冷却ファンを用いる冷却装置では、ハウジング内部全体を冷却する構成のため、半導体素子のみを効率よく冷却するということは出来なかった。
【０００４】
このため特定の半導体素子等の電子部品を特に効率的に冷却するための手段として、例えば図６及び図７に示すような電子部品の上面に直接ヒートシンクを装着する形式のファン付きのヒートシンクが提案されている（特開平６−２８４６３７号及び同７−１５９１４号）。このヒートシンクファン１０では、一方が開口する箱型形状のヒートシンクａと、該ヒートシンクａの開口端縁部に取り付けられたファンモータ組付け用ハウジングｂと、を備えており、ハウジングｂの円筒部ｃ内には一対のベアリングｄ，ｄを介してシャフトｅが回転自在に枢着されている。このシャフトｅに羽根ｆ付きロータｇが固着され、シャフトｅと一体に回転する。これらの部品等にてファンモータが構成されている。そして、羽根ｆ付きロータｇの回転により、気流が、破線１２で示すように、外部からヒートシンクａの周壁の一部をなす櫛歯状フィン部ｈを通って内部へ入り、ハウジングｂの通風口ｉから出て行くように送られる。このようなヒートシンクファンは、小型で、図示のようにＬＳＩ等の集積回路チップ即ち電子部品ｊよりも幾分大きい寸法となっており、このヒートシンクａの底面を、回路基板ｋ上に実装された電子部品ｊに接触させて、該電子部品ｊから発生する熱を、ヒートシンクａのフィン部ｈに伝達させ、上記送風により放散させるようになっている。
【０００５】
このようにこのファン付きのヒートシンクファン１０では、ヒートシンクａの片面を直接電子部品ｊに装着し、該ヒートシンクａの他面に配置したハウジングｂに設けたファンによりヒートシンクａの側方周辺部分から外気を吸引し、かつ該ハウジングから放出するという気流の流れ１２をもたらし、これにより集積回路チップ等の電子部品ｊから直接的に熱を奪うという方式を採用している。このため、このようなファン付きヒートシンクではこれまでの冷却装置に比べて集積回路チップ等の電子部品を非常に効率よく冷却することが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このファン付きヒートシンク１０においては、特定の電子部品を非常に効率よく冷却することが出来るという利点を有する反面、該電子部品の上面に直接ヒートシンクを装着し、かつハウジングに設けたファンによりヒートシンクの横方向から周辺大気を該ヒートシンク内部へ吸引し、次いでこの気流を該ハウジングの内部から外方へ向かって縦方向に放出する必要があるため、電子部品及びヒートシンク双方の高さを完全に収容するための空間と、ハウジングからの気流が流出するための縦方向空域と、が機器内に必要となる。そのため、このファン付きヒートシンク方式は内部に広い空間を獲得出来る機器においては非常に有効に機能するが、今日広く使用されているような薄型のノート型パソコンにおいてはこのようなファン付きヒートシンクを採用することが困難な場合がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明では半導体素子等の電子部品の上面に直接ヒートシンクを装着する代わりに、発熱源となっている電子部品の上に配置した薄い熱伝導性のプレートを、該電子部品の上面位置から離れて配置したファン装置により冷却することにより、該電子部品から発生される熱を放散するというものである。即ち、これまでの方式では、低温の周辺大気を横方向から吸引しヒートシンク内で熱交換し高温化した空気をハウジングの縦方向に放出していたが、本件発明では、ファンが周辺から吸引した大気を一軸線方向に放出することにより半導体素子等の電子部品を狭い空域内において有効に冷却することによって、冷却装置の薄型化を達成するものである。
【０００８】
【作用】
回路基板上に実装された半導体素子等の電子部品に端部を接触配置した熱伝導プレートの他の端部にファン装置を搭載しており、該ファン装置が周辺大気を吸引しこれを概ね該熱伝導プレートの表面に沿って移送する。このため、該電子部品に接触配置された熱伝導プレートの端部がその表面に平行な方向に気流の移動をもたらされ、これにより該電子部品に接触配置された熱伝導プレートの端部にある空気が効率よく温度交換され、当該部所の温度上昇が阻止され、もって高さの低い範囲内で電子部品の迅速かつ効率の良い冷却が達成出来る。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例につき図面を参照しながら詳細に述べる。図１は、回路基板２０上に載置された特定の半導体素子等の電子部品２２を冷却するための本件発明の冷却装置２４を、また図２は図１の側面図を示している。この冷却装置２４は、熱伝導性の優れた材料例えばアルミニューム素材等から成る熱伝導プレート２６であって一端部２８が回路基板２０上に載置され、他端部３０が折り曲げ部３２を介して該一端部２８から僅かに上方に折り曲げられておりかつ該他端部３０が該回路基板２０上に搭載された特定の電子部品２２の上面へ密接している熱伝導プレート２６と、該プレート２６の上に載置されたファン装置３４と、により構成されている。なお図においては、該ファン装置３４と折り曲げ部３２との間にヒートシンク３６を配置しているが、このヒートシンク３６は冷却装置２４の冷却効率を高めるための付随的な要素であり、本件発明の冷却装置２４においては必須の要件ではないことは理解されよう。
【００１０】
ここでファン装置３４は、図３に示すように、概ね円筒形の筒体３８と、該筒体３８の一端部に装着されているファンハウジング４０と、により構成されている。筒体３８は例えば図４に示すような好ましくはアルミニューム等の熱伝導性の高い金属からなる板４２により構成される。この板４２はその両側端部４４、４４の下方又は上方の一部を所定の大きさに切り取った切り欠き部４６、４６を有しており、この板４２を前記両端部が互いに重なり合うようにして全体を筒状に湾曲させて図３に示すような筒体３８を形成することが出来る。この筒体３８の互いに重なり合った両側端部４４、４４は取り付けフランジ部を構成し、このフランジ部は熱伝導プレート３２の一端部２８に形成した図示していない溝部へ挿入し、そこへ公知の手段によって固着される（図２参照）。なお、前記切り欠き部４６はファンハウジング４０が該筒体３８の一端部に装着される際に該ファンハウジング４０が完全に該筒体３８に嵌合出来るように、両側端部４４を切り取ったものである。
【００１１】
該筒体３８の一端部に装着されているファンハウジング４０は、図５に示すように、概ね円形のハウジングプレート５０を有している。このハウジングプレート５０にはその外周縁にフランジ５２が設けてある。このフランジ５２は前記筒体３８の一端部にファンハウジング４０を嵌合させ両者を接着剤等の手段により接合装着させる装着手段を提供している。勿論、もしファンハウジング４０を筒体３８の内側へ入れ込む場合には、外周壁部５４の外面を該筒体内部の直径又はそれ以下になるまで溝状に削り取り、その部分を筒体内壁へ嵌合させることも出来る。従ってこの場合にはこの溝状の削り取り部分が装着手段を提供することになる。
【００１２】
該ハウジングプレート５０は、所定肉厚寸法を有する外周壁部５４と、平板円環状の中央壁部５６と、を有し、該中央壁部５６と外周壁部５４とは放射状に伸びている複数の板状のアームによって連結されている。このため、該中央壁部５６と外周壁部５４と板状アームとによって、該ファンハウジング４０を貫通する複数の通風口５８がハウジングプレート５０に形成されている。また中央壁部５６の中央孔部６０には円筒状スリーブ６２が公知の手段により固着され、該スリーブ６２の内側にはベアリングを介してシャフト６４が回転自在に枢着されている。このシャフト６４の一端部には碗型のロータ６６が同様に公知の手段により固着されている。このロータ６６の外周面には複数の羽根６８が突設されている。
【００１３】
一方、ロータ６６の内周面には、円環状のヨーク７０を介してロータマグネット７２が固着されている。また、ロータ６６の内周面において前記スリーブ６２の外周面にはステータ７４が取り付けてあり、このステータ７４と前記ロータマグネット７２とは微小間隔をもって対置している。このステータ７４は、ステータコアと、該ステータコアに巻かれたステータコイルと、により構成されている。これらのステータ７４、ロータ６６、シャフト６４、ヨーク７０、ロータマグネット７２等の部品がファンモータを構成している。しかしてステータコイルに流れる制御電流によって、羽根付きロータ６６が所定方向へ回転し、ファン装置３４の周辺大気が、図５において、右方から通風口５８を介して筒体３８内を左方へ一直線上に吸引される。
【００１４】
本発明においては、図２に示すように、アルミニュームダイキャスト等の熱伝導性の良い材質から成る前記熱伝導プレート２６の片面を、回路基板２０上に実装された半導体素子等の電子部品２２に接触させて配置し、該電子部品２２から発生する熱を、該熱伝導プレート２６の他方の片面に伝達させ、この熱をファン装置３４によってもたらされる直線状の送風４８により同方向に向かって放散させるようにしたものである。
【００１５】
図１及び図２に示すヒートシンク３６は、熱伝導プレート２６と同様に熱伝導性のよい例えばアルミニューム材料等により構成されており、熱放散を適切に行うため放熱フィン等を具備している。このヒートシンク３６は図６及び図７に示す公知の手段においては半導体素子等の電子部品の上面に直接接触載置していたが、本発明においては前記ファン装置３４の送風下流において熱伝導プレート２６の表面に密接されて、ファン装置３４と、電子部品の上面を覆っている熱伝導プレート２６の他端部３０と、に対して実質的に一直線上に配置されている。このヒートシンク３６の配置により熱伝導プレート２６からの熱の放散効率が更に上昇し、その結果電子部品２２の発熱をより迅速に低減することが出来る。
【００１６】
なお本発明において、図３に示す筒体３８の長さを選択することにより、半導体素子等の電子部品の上面に配置した熱伝導プレート２６の他端部３０を通る送風量又はその強さを自由に調節することも出来る。このため必要なら、該筒体３８の有効長さを自由に調節出来るように、該筒体を入れ子式に配置した二重構造とすることが出来る。また、該筒体３８の送風出口側を上下方向から絞り一定の幅及び一定の厚みを有する概ね平坦な送風出口を形成し、該送風が前記熱伝導プレート２６の他端部３０上面を所定厚みの空気層の状態にて移動し、当該熱伝導プレート２６の他端部３０上面の熱を確実に放散するようにすることも出来る。
【００１７】
また、上記実施例においては、ファン装置３４が円筒形をなす例について述べているが、例えば、ファンハウジング４０の断面形状を図６に示すように矩形断面とすることも可能である。この場合には、筒体３８の断面形状も当然矩形断面を有することになる。かかる形状にすることにより、該ファン装置３４の取り付けがより安定した状態にて達成出来ることになる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の電子部品冷却装置２４によれば、ファン装置３４が周辺大気を熱伝導プレート２６の低温側２８から高温側３０へ一軸線上に沿って移送する。このため、この発明では冷却装置２４の高さを極めて低い状態に保持することが出来る。このためこの冷却装置２４は、薄型のノート型パソコンの半導体素子等の電子部品の冷却装置として最適に使用することが出来る。またこの冷却装置２４は筒体の長さ又は吹き出し口の形状を適宜選択することによって、電子部品の上方の最適箇所にのみ送風を集めその箇所を集中的に冷却することが出来る。このため、発熱量の多い特定の半導体素子等の電子部品を極めて効率よく冷却することが出来る。更に、この冷却装置２４においては比較的表面積の広い熱伝導性の高い熱伝導プレート２６が電子部品２２に密接している。このため、該電子部品によって発生した熱は熱伝導プレート２６へ迅速に伝達し、かつその広い表面部分から順次放散される。このため、ファン装置３４との組み合わせによる作用により熱の放散効率が極めて高く、狭い部所での部品の冷却に勝れた効果を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子部品冷却装置の平面図である。
【図２】図１の線Ｘ−Ｘに沿って見た断面図である。
【図３】本発明による電子部品冷却装置のファン装置の分解斜視図である。
【図４】図３に示すファン装置を構成する筒体を加工する前の状態を示す図である。
【図５】図３に示すファン装置を構成するファンハウジングの詳細図である。
【図６】公知の電子部品冷却装置の分解斜視図である。
【図７】公知の電子部品冷却装置の組立断面図である。
【符号の説明】
２０回路基板
２２電子部品
２４冷却装置
２６熱伝導プレート
２８一端部
３０他端部
３２折り曲げ部
３４ファン装置
３６ヒートシンク
３８筒体
４０ファンハウジング
４２板
４４両側端部
４６切り欠き部
５０ハウジングプレート
５２フランジ
５４外周壁部
５６中央壁部
５８通風口
６０孔部
６２スリーブ
６４シャフト
６６ロータ
６８羽根
７０ヨーク
７２ロータマグネット
７４ステータ

Claims

回路基板２０上に一端部２８が載置され該回路基板２０上に実装された電子部品２２の上面に他端部３０が密接配置されている熱伝導プレート２６と、該熱伝導プレート２６の一端部２８に取り付けられているファン装置３４と、から成り、該ファン装置３４が筒体３８と、ファンハウジング４０と、により構成され、該ファンハウジング４０は周辺大気が前記熱伝導プレート２６の長手方向に沿って移動するように構成されていることを特徴とする電子部品冷却装置２４。
前記筒体３８が両側端部に取り付けフランジを構成する両側端部４４、４４を有する板部材４２から形成されており、該板部材４２を筒状に形成し前記両側端部４４、４４を互いに衝接させ、これらの両側端部４４、４４を熱伝導プレート２６の一端部２８に取り付けていることを特徴とする請求項１の電子部品冷却装置２４。
筒体３８がその長さを調節出来るように、二重の筒体から構成されこれらの二重の筒体が互いに入れ子式に配置されていることを特徴とする請求項２の電子部品冷却装置２４。
筒体３８の送風出口が一定の幅及び一定の厚みを有するように絞り込まれていることを特徴とする請求項２又は３の電子部品冷却装置２４。
前記ファンハウジング４０が、そこを貫通する通風口５８を有しているハウジングプレート５０と、該ファンハウジング４０を筒体３８の端部へ装着するための手段と、該ファンハウジング４０に対して回転自在に装着され且つ前記通風口を介して周辺大気を吸い込むファンモータと、を有していることを特徴とする請求項１又は４の電子部品冷却装置２４。
冷却されるべき電子部品の配置部位とファン装置３４の配置部位との間にヒートシンク３６を配置していることを特徴とする請求項５の電子部品冷却装置２４。
熱伝導プレート２６の一端部２８と他端部３０とが折り曲げ部３２にて連結されている請求項１の電子部品冷却装置２４。
熱伝導プレート２６の他端部３０が実質的に前記電子部品２２の上面全体を完全に覆って配置されていること特徴とする請求項７の電子部品冷却装置２４。
ファン装置３４と、ヒートシンク３６と、電子部品２２の上面を覆っている熱伝導プレート２６の他端部３０と、が実質的に一直線上に配置されていることを特徴とする請求項６の電子部品冷却装置２４。
ファン装置３４が概ね円形断面を有していることを特徴とする前記請求項１から９のいずれか１に記載の電子部品冷却装置２４。