JP4141439B2 - 回転式ヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は電子装置の発熱体で発生した熱を放散するための回転式ヒートシンクに関する。

電子装置において、ＣＰＵを構成する半導体素子は多くの熱を発生する。半導体素子を冷却するために、ヒートシンクを半導体素子に取りつけている。ヒートシンクからの放熱を促進するために、フィンがヒートシンクに設けられている。さらに、ヒートシンクの上にファンを設け、半導体素子からヒートシンクに伝達された熱を強制空冷で放熱するようになっている。
最近、電子装置の半導体素子の発熱量が増加する傾向にあり、発熱量に応じて半導体素子を十分に冷却するために、ヒートシンクの面積を大きくし、ヒートシンクのフィンの高さを高くし、ファンモータの回転数を増加させることが求められている。このため、ファンモータの回転数の増加に伴う騒音の増大及び放熱面積の増加に伴うヒートシンクの容積拡大が問題となっている。

本発明の目的は、騒音を低く押さえることができ、かつ、比較的に小さな容積をもつ回転式ヒートシンクを提供することである。
本発明によるヒートシンクは、発熱体から熱を受けるヒートシンクボディと、該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられた放熱部分と、該放熱部分を該ヒートシンクボディに対して回転させる駆動手段とを有する。
この構成において、ヒートシンクボディは半導体素子等の発熱体に接触して配置され、発熱体から熱を受ける。ヒートシンクボディの熱は放熱部分へ伝達され、周囲の空気に放散される。放熱部分はヒートシンクボディに回転可能に取りつけられており、放熱部分が回転する間に周囲に空気の流れを生成する。従って、放熱部分は常に温度の低い周囲の空気に接触し、高い放熱効果を達成することができる。この回転式ヒートシンクは、フィンを設けたヒートシンク板とその上に配置されたファンとからなる従来の冷却装置と比べて、全体的な容積を小さくすることができ、かつ、放熱部分の低い回転数で高い冷却効率を得ることができる。

以下添付の図面に示される実施例を参照して本発明を説明する。図面において、
図１は本発明の一実施例の回転式ヒートシンクを示す断面図である。
図２は図１の回転式ヒートシンクの平面図である。
図３は図１及び図２の回転式ヒートシンクの放熱翼部の作用を説明する図である。
図４は図１及び図２の回転式ヒートシンクのヒートシンクボディと放熱部分とを示す分解断面図である。
図５は図１及び図２の回転式ヒートシンクの固定子保持部材及び固定子を示す断面図である。
図６は図５の固定子を示す平面図である。
図７は従来の冷却装置を示す断面図である。
図８は図７のヒートシンクの作用を説明する図である。

図１は本発明の一実施例の回転式ヒートシンクを示す断面図である。回転式ヒートシンク１０は、ヒートシンクボディ１２と、ヒートシンクボディ１２に回転可能に取りつけられた放熱部分１４と、放熱部分１４をヒートシンクボディ１２に対して回転させる駆動手段１６とを有する。矢印Ａは放熱部分１４の回転を示す。矢印Ｂは放熱部分１４を通る空気の流れを示す。
図１において、半導体素子１８がプリント回路基板２０に搭載されており、ヒートシンクボディ１２は半導体素子１８に接触、固定されている。半導体素子１８はＣＰＵを構成し、使用時に多くの熱を発生する。半導体素子１８の発生する熱はヒートシンクボディ１２に伝達され、さらに放熱部分１４に伝達されて放熱部分１４で周囲の空気に放散される。
放熱部分１４は軸部２２と、放熱翼部２４とからなる。軸部２２はヒートシンクボディ１２に回転可能に取りつけられ、放熱翼部２４は軸部２２に固定され又は軸部２２と一体的に形成される。
図２は図１の回転式ヒートシンク１０の平面図であり、放熱翼部２４が簡略的に示される。放熱翼部２４は従来のファンの羽根と同様の羽根２４ａを有する。
図３は図１及び図２の回転式ヒートシンク１０の放熱翼部２４の作用を説明する図である。放熱翼部２４の羽根２４ａは放熱翼部２４が回転する間に周囲の空気の流れを生成する。矢印Ｂは羽根２４ａに対して相対的な空気の流れを示す。空気は比較的に小さな抵抗で羽根２４ａに沿って流れ、羽根２４ａの回りの温度境界層は容易に払拭される。
図４は図１及び図２の回転式ヒートシンク１０のヒートシンクボディ１２と放熱部分１４とを示す分解断面図である。図１及び図４において、ヒートシンクボディ１２は放熱部分１４の軸部２２を嵌合させる円形の取りつけ凹部２６を有する。
放熱部分１４の軸部２２の下端部は円形フランジ２２ａとなっており、フランジ２２ａの直径は取りつけ凹部２６の直径よりもわずかに小さくなっている。フランジ２２ａが取りつけ凹部２６に嵌合された状態で水銀２８がフランジ２２ａのまわりで取りつけ凹部２６内に挿入される。水銀２８はフランジ２２ａの底面、円筒側面、および上面に接触し、且つ取りつけ凹部２６の底面および円筒側面に接触する。水銀２８は、ヒートシンクボディ１２から放熱部分１４の軸部２２への熱の伝達を助けるとともに、ヒートシンクボディ１２と軸部２２との間の流体軸受を構成する。
リング状の永久磁石３０が軸部２２のまわりに配置される。リング状の永久磁石３０は２つの半円状の磁石からなる構造とすることができ、あるいはその他の構造として、軸部２２のまわりに配置される。リング状の永久磁石３０はフランジ２２ａの上方に位置し、取りつけ凹部２６の円筒側面に接着剤で固定される。
磁性流体３２が永久磁石３０と軸部２２との間の円形隙間に配置される。磁性流体３２は永久磁石３０の磁力により永久磁石３０に保持される。永久磁石３０と磁性流体３２とは水銀２８に対するシールを形成し、また軸部２２に対する軸受としても作用する。
図５は図１及び図２の回転式ヒートシンク１０の固定子保持部材３４及び固定子３６を示す断面図である。図６は図５の固定子３６を示す平面図である。図１及び図５において、固定子保持部材３４は円筒形状の部材であり、固定子保持部材３４は放熱部分１４の軸部２２と同軸にそのまわりに配置される。固定子保持部材３４の底部は永久磁石３０に接着剤により固定される。ただし、固定子保持部材３４の底部はヒートシンクボディ１２に固定されてもよい。
固定子３６は固定子保持部材３４の上方部分に保持される。実施例の固定子３６は図６に示されるように公知の電気モータの電機子のように巻線構造のものである。一方、回転子３８が放熱翼部２４に配置される。実施例では、回転子３８は永久磁石からなる。図１に示されるように、回転子３８は固定子３６と同じ高さの位置で固定子３６のまわりに配置される。従って、固定子３６と回転子３８とは電気モータと同様の駆動手段１６を形成し、それによって、放熱部分１４がヒートシンクボディ１２に対して回転駆動される。
この構成において、ヒートシンクボディ１２は半導体素子１８に接触して配置され、半導体素子１８から熱を受ける。ヒートシンクボディ１２の熱は放熱部分１４へ伝達され、放熱部分１４で周囲の空気に放散される。放熱部分１４はヒートシンクボディ１２に回転可能に取りつけられており、放熱部分１４が回転する間に周囲の空気の流れを生成する。従って、放熱部分１４は常に温度の低い周囲の空気に接触し、高い放熱効果を達成することができる。
図７は従来の冷却装置１を示す断面図である。冷却装置１は、フィン２を有するヒートシンク３と、フィン２の上方に配置されたファン４とからなる。ヒートシンク３はプリント回路基板５に搭載されて半導体素子６に接触、固定されている。半導体素子６の発生する熱はヒートシンク３に伝達され、フィン２で周囲の空気に放散される。このようにして、半導体素子６を冷却装置１で冷却することができる。
図８は図７のヒートシンク３の作用を説明する図である。多くの熱を発生する半導体素子６に対応するために、多くのフィン２が設けられ、かつフィン２の高さは高くなっている。このような場合、隣接するフィン２間の間隔は狭くなっているので、隣接するフィン２間の空間を空気が十分に通りにくく、温度境界層７が形成される傾向にある。このように温度境界層７が形成されると、フィン２からの放熱効率が低下するので、ファン４を高速で回転させて、温度境界層７を払拭する必要がある。このようにして、半導体素子６の発熱量が多い場合には、ヒートシンク３の面積を大きくし、ヒートシンク３のフィン２の高さを高くし、ファン４を駆動するファンモータの回転数を増加させることが求められている。
本発明においては、冷却装置全体の容積を小さくし、かつ回転部部の回転数を低くして、十分な冷却性能を達成することができる。例えば、所定の冷却性能を達成するために、図７に示す従来の冷却装置１の全体の高さｈが４０〜６０ｍｍである場合に、図１に示される本発明の回転式ヒートシンク１０の全体の高さＨは約３０ｍｍ程度にすることができる。また、所定の冷却性能を達成するために、従来の冷却装置１のファン４の回転数が２３００ｒｐｍである場合に、本発明の回転式ヒートシンク１０の放熱部分１４の回転数を１５００ｒｐｍにすることができる。このように、本発明では、全体的な容積を小さくすることができ、かつ、放熱部分の低い回転数で高い冷却効率を得ることができる。
本発明においては、軸部２２の直径は比較的に小さくしても、放熱翼部２４における放熱性能が高いので、高い冷却効率を得ることができる。また、軸部２２を熱伝導率の高い材料で形成したり、ヒートパイプで形成したりすることができる。

Claims (1)

1. 発熱体から熱を受けるヒートシンクボディと、該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられた放熱部分と、該放熱部分を該ヒートシンクボディに対して回転させる駆動手段とを有し、該放熱部分は流体軸受からなる軸受を介して該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられ、該放熱部分は該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられる軸部と、放熱翼部とからなり、該ヒートシンクボディは該軸部を嵌合する取りつけ凹部を有し、該ヒートシンクボディの取りつけ凹部と該放熱部分の軸部との間に前記流体軸受及びシールが配置され、該シールが永久磁石と磁性流体とからなることを特徴とするヒートシンク。

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