JP4297908B2

JP4297908B2 - 冷却装置及び電子装置

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Publication number: JP4297908B2
Application number: JP2005515199A
Authority: JP
Inventors: 和弘新夕; 真純鈴木; 亨匡青木; 敬三竹村; 賢二勝又
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2024-11-01
Also published as: DE112004002071T5; KR20060083430A; CN100437997C; WO2005043620A1; US20100039772A1; CN1853269A; US20060144573A1; JPWO2005043620A1; DE112004002071B4

Description

本発明は、発熱する電子部品に熱授受可能に取付けられるヒートパイプと、該ヒートパイプの前記電子部品取付け箇所以外の部分に設けられる放熱フィンと、該放熱フィンに空気流を送る送風手段とを有する電子部品の冷却装置に関する。

パーソナルコンピュータ等に設けられる電子部品（例えば、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、グラフィックチップ等）は、通電させて動作することにより発熱する。電子部品はある程度以上の温度になると、動作が不安定となる。そのため、発熱量の大きな電子部品には、例えば、図７に示すような冷却装置が設けられる。

図において、平板状のヒートパイプ１の一方の側には、発熱する電子部品３が取付けられる。ヒートパイプ１の他方の側には、放熱フィン７と、放熱フィン７に隣接して放熱フィン７に空気流を送る送風手段９とが設けられる。

ヒートパイプ１は、密閉容器(コンテナ)に作動液と呼ばれる少量の液体(純水やフロン等)を封入し、真空にしたもので、コンテナ内部には毛細管構造を持ったウィックと呼ばれる網目状の素材が内張りされている。

上記構成の作動を説明する。放熱フィン７には、送風手段９からの空気流が当たり、冷却されている。電子部品３が発熱すると、ヒートパイプ１の電子部品３が取付けられた部分で作動液が蒸発する。作動液の蒸気は、低温部である放熱フィン７方向へ移動し、ここで冷却されて蒸気が凝縮する。凝縮した作動液は毛細管現象により電子部品３が取付けられた部分に戻り、蒸発→移動→凝縮のサイクルを繰り返して連続的に熱輸送が行われる。

即ち、電子部品３の熱は、ヒートパイプ１を介してすばやく放熱フィン７へ運ばれ、送風手段９からの空気流に伝達され、放出される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−７６２２３号公報（第４〜５頁、図１参照）

しかし、図７に示す構成の冷却装置では、ヒートパイプ１の一方の面上に、電子部品３、送風手段９、放熱フィン７の順に設けられ、放熱フィン７と送風手段９とは隣接して設けられている。従って送風手段９からの空気流が放熱フィン７全体に均一に行き渡らず、冷却能力が低い問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、コンパクトで、冷却能力が向上する電子部品の冷却装置を提供することにある。

上記課題を解決する請求項１に係る発明は、冷却装置において、平板状のヒートパイプと、前記ヒートパイプの一方の面の一方の端部側に設けた第１放熱フィンと、前記ヒートパイプの他方の端部側に設けた第１送風手段と、前記ヒートパイプの一方の面の前記第１送風手段と前記第１放熱フィンとの間に前記第１送風手段からの空気流を前記第１放熱フィンへ導く第１整流手段と、を有し、前記ヒートパイプは他方の面において、対向面に前記第１放熱フィンおよび前記第１送風手段が設けられていない領域である放熱対象部品の取り付け領域を有し、前記放熱対象部品は、基板上に設けられ、前記ヒートパイプの前記第１放熱フィンが設けられる側は、前記基板に向かって傾斜していることを特徴とする。

第１送風手段からの空気流は、第１整流手段を介して第１放熱フィンへ送られる。電子部品の熱は、ヒートパイプを介して第１放熱フィンへ運ばれ、第１送風手段からの空気流に伝達され、放出される。

請求項２に係る発明は、前記ヒートパイプの前記放熱対象部品と対向する面と、前記放熱対象部品の前記ヒートパイプと対向する面とは略平行であることを特徴とする請求項１記載の冷却装置である。

請求項３に係る発明は、電子装置において、放熱対象部品と、平板状のヒートパイプと、前記ヒートパイプの一方の面の一方の端部側に設けた第１放熱フィンと、前記ヒートパイプの他方の端部側に設けた第１送風手段と、前記ヒートパイプの一方の面の前記第１送風手段と前記第１放熱フィンとの間に前記第１送風手段からの空気流を前記第１放熱フィンへ導く第１整流手段と、を有し、前記ヒートパイプは他方の面において、対向面に前記第１放熱フィンおよび前記第１送風手段が設けられていない領域である放熱対象部品の取り付け領域を有し、前記放熱対象部品は、基板上に設けられ、前記ヒートパイプの前記第１放熱フィンが設けられる側は、前記基板に向かって傾斜している冷却装置を備えたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、前記ヒートパイプの前記放熱対象部品と対向する面と、前記放熱対象部品の前記ヒートパイプと対向する面とは略平行であることを特徴とする請求項３記載の電子装置である。

請求項１〜４に係る発明で、放熱対象部品とは、ＭＰＵ、グラフィックチップ、ＣＣＤ等があるが限定するものではない。

請求項１及び３に係る発明によれば、第１送風手段から出た空気流は、第１整流手段内で整流され、第１放熱フィンに至る。このため、空気流が第１放熱フィン全体に均一に行き渡り、冷却能力が向上する。

又、前記ヒートパイプの一方の端部側の一方の面に前記電子部品を取付け、前記ヒートパイプの他方の端部側の他方の面に第１放熱フィンを設け、前記ヒートパイプの一方の端部側に第１送風手段を設け、前記ヒートパイプの他方の面に、前記第１送風手段からの空気流を前記第１放熱フィンへ案内する第１整流手段を設けたことにより、装置がコンパクトになる。又、前記ヒートパイプを平板状としたので、電子部品や第１放熱フィンとの接触面積を大きく確保でき、ヒートパイプと電子部品や放熱フィンとの熱抵抗が減り、冷却能力が向上する。

また、前記放熱対象部品は、基板上に設けられ、前記ヒートパイプの前記第１放熱フィンが設けられる側は、前記基板に向かって傾斜していることにより、高さの高い第１放熱フィン、即ち、放熱量の大きな第１放熱フィンを設けることができ、冷却能力が向上する。

請求項２及び４に係る発明によれば、前記ヒートパイプの前記放熱対象部品と対向する面と、前記放熱対象部品の前記ヒートパイプと対向する面とは略平行であることにより、電子部品とヒートパイプとの距離を短くすることができ、冷却能力が向上する。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１を説明する構成図である図１を用いて説明する。（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。

図において、基板２１上には発熱する電子部品２３が設けられている。電子部品２３上には、平板状のヒートパイプ組立体２５の一方の端部側の下面（一方の面）が取付けられている。このヒートパイプ組立体２５は、熱伝導率がよい材質でなる平板状のベース２７と、このベース２７内に設けられた平板状のヒートパイプ２９とからなっている。ヒートパイプ組立体２５の他方の端部側の上面（他方の面）には、第１放熱フィン３１が設けられている。ヒートパイプ組立体２５の一方の端部側には、第１送風手段３３が設けられている。更に、ヒートパイプ組立体２５の上面には、第１送風手段３３からの空気流を第１放熱フィン３１へ案内する第１ダクト３５が設けられている。

次に、上記構成の作動を説明する。

第１放熱フィン３１には、第１ダクト３５を通った第１送風手段３３からの空気流が当たり、冷却されている。電子部品２３が発熱すると、ヒートパイプ２９の電子部品２３が取付けられた部分で作動液が蒸発する。作動液の蒸気は、低温部である第１放熱フィン３１方向へ移動し、ここで冷却されて蒸気が凝縮する。凝縮した作動液は毛細管現象により電子部品２３が取付けられた部分に戻り、蒸発→移動→凝縮のサイクルを繰り返して連続的に熱輸送が行われる。

即ち、電子部品２３の熱は、ヒートパイプ２９を介してすばやく第１放熱フィン３１へ運ばれ、第１送風手段３３からの空気流に伝達され、放出される。

このような構成によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１送風手段３３から出た空気流は、第１ダクト３５内で整流され、第１放熱フィン３１に至る。このため、空気流が第１放熱フィン３１全体に均一に行き渡り、冷却能力が向上する。
（２）ヒートパイプの２９一方の端部側の下面（一方の面）に電子部品２３を取付け、ヒートパイプ２９の他方の端部側の上面（他方の面）に第１放熱フィン３１を設け、ヒートパイプ２９の一方の端部側に第１送風手段３３を設け、ヒートパイプ２９の上面に、第１送風手段３３からの空気流を第１放熱フィン３１へ案内する第１ダクト３５を設けたことにより、装置がコンパクトになる。
（３）ヒートパイプ２９を平板状としたので、電子部品２３や第１放熱フィン３１との接触面積を大きく確保でき、ヒートパイプ２９と電子部品２３や第１放熱フィン３１との熱抵抗が減り、冷却能力が向上する。

尚、本発明は、上記実施例に限定するものではない。ヒートパイプ２９は平板状としたが、複数の管状のヒートパイプであってもよい。

（実施例２）
実施例２を説明する構成図である図２、図３を用いて説明する。尚、本実施例において、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

最初に、図２（ａ）において、平板状のヒートパイプ組立体４５（平板状のヒートパイプ４９）は、第１放熱フィン５１が設けられる側のヒートパイプ組立体４５（ヒートパイプ４９）の幅（ｗ′）が、電子部品２３が取付けられる側のヒートパイプ組立体４５（ヒートパイプ４９）の幅（ｗ）より広くなるように設定されている。（ａ）では、ヒートパイプ組立体４５（ヒートパイプ４９）の電子部品２３が設けられた部分から両側が広がるように設定した。

そして、第１放熱フィン５１は、ヒートパイプ組立体４５（ヒートパイプ４９）の幅（ｗ′）にあった幅に設定されている。更に、第１ダクト５５もヒートパイプ組立体４５（ヒートパイプ４９）にあった形状に設定されている。

このような構成によれば、実施例１に比べて、幅の広い第１放熱フィン５１、即ち、放熱量の大きな第１放熱フィン５１を設けることができ、冷却能力が更に向上する。

次に、図２（ｂ）において、平板状のヒートパイプ組立体６５（平板状のヒートパイプ６９）は、第１放熱フィン７１が設けられる側のヒートパイプ組立体６５（ヒートパイプ６９）の幅（ｗ′）が、電子部品２３が取付けられる側のヒートパイプ組立体６５（ヒートパイプ６９）の幅（ｗ）より広くなるように設定されている。（ｂ）では、ヒートパイプ組立体６５（ヒートパイプ６９）の電子部品２３が設けられた部分から片側が広がるように設定した。

そして、第１放熱フィン７１は、ヒートパイプ組立体６５（ヒートパイプ６９）の幅（ｗ′）にあった幅に設定されている。更に、第１ダクト７５もヒートパイプ組立体６５（ヒートパイプ６９）にあった形状に設定されている。

このような構成によれば、実施例１に比べて、幅の広い第１放熱フィン７１、即ち、放熱量の大きな第１放熱フィン７１を設けることができ、冷却能力が更に向上する。

次に、図３（ａ）において、平板状のヒートパイプ組立体８５（平板状のヒートパイプ８９）は、第１放熱フィン９１が設けられる側のヒートパイプ組立体８５（ヒートパイプ８９）の幅（ｗ′）が、電子部品２３が取付けられる側のヒートパイプ組立体８５（ヒートパイプ８９）の幅（ｗ）より広くなるように設定されている。（ａ）では、ヒートパイプ組立体８５（ヒートパイプ８９）の第１放熱フィン９１が設けられる部分の近傍から両側が広がるように設定した。

そして、第１放熱フィン９１は、ヒートパイプ組立体８５（ヒートパイプ８９）の幅（ｗ′）にあった幅に設定されている。更に、第１ダクト９５もヒートパイプ組立体８５（ヒートパイプ８９）にあった形状に設定されている。

このような構成によれば、実施例１に比べて、幅の広い第１放熱フィン９１、即ち、放熱量の大きな第１放熱フィン９１を設けることができ、冷却能力が更に向上する。

最後に、図３（ｂ）において、平板状のヒートパイプ組立体１０５（平板状のヒートパイプ１０９）は、第１放熱フィン１１１が設けられる側のヒートパイプ組立体１０５（ヒートパイプ１０９）の幅（ｗ′）が、電子部品２３が取付けられる側のヒートパイプ組立体１０５（ヒートパイプ１０９）の幅（ｗ）より広くなるように設定されている。（ｂ）では、ヒートパイプ組立体１０５（ヒートパイプ１０９）の第１放熱フィン１１１が設けられる部分近傍から片側が広がるように設定した。

そして、第１放熱フィン１１１は、ヒートパイプ組立体１０５（ヒートパイプ１０９）の幅（ｗ′）にあった幅に設定されている。更に、第１ダクト１１５もヒートパイプ組立体１０５（ヒートパイプ１０９）にあった形状に設定されている。

このような構成によれば、実施例１に比べて、幅の広い第１放熱フィン１１１、即ち、放熱量の大きな第１放熱フィン１１１を設けることができ、冷却能力が更に向上する。

（実施例３）
実施例３を説明する構成図である図４を用いて説明する。尚、本実施例において、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

最初に、図４（ａ）において、平板状のヒートパイプ組立体１２５（平板状のヒートパイプ１２９）の第１放熱フィン１３１が設けられる側は、基板２１に向かって傾斜している。そして、第１ダクト１３５はヒートパイプ組立体１２５（ヒートパイプ１２９）にあった形状に設定されている。

このような構成によれば、実施例１に比べて高さの高い第１放熱フィン１３１、即ち、放熱量の大きな第１放熱フィン１３１を設けることができ、冷却能力が更に向上する。

次に、図４（ｂ）において、図４（ａ）との相違点は、ヒートパイプの形状である。即ち、ヒートパイプ１２９′の電子部品２３との対向する面を電子部品２３と平行になるようにした。

このような構成によれば、電子部品２３とヒートパイプ１２９′との距離が短くなり（熱抵抗が減る）、冷却能力が更に向上する。

最後に、図４（ｃ）において、図４（ａ）との相違点は、ヒートパイプ組立体の形状である。即ち、ヒートパイプ組立体１２５″（ヒートパイプ１２９″）を中間部で折り曲げて、ヒートパイプ組立体１２５″（ヒートパイプ１２９″）の電子部品２３との対向する面を電子部品２３と平行になるようにした。又、第１ダクト１３５″はヒートパイプ組立体１２５″（ヒートパイプ１２９″）にあった形状に設定されている。

このような構成によれば、図４（ｂ）と同様に、電子部品２３とヒートパイプ１２９″との距離が短くなり（熱抵抗が減る）、冷却能力が向上する。

（実施例４）
実施例４を説明する構成図である図５を用いて説明する。尚、本実施例において、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

平板状のヒートパイプ組立体２５（平板状のヒートパイプ２９）の他方の面側の第１放熱フィン３１と対向する箇所に、第２放熱フィン２３１が設けられている。更に、第１送風手段３３からの空気流を第２放熱フィン２３１へ案内する第２ダクト２３５が設けられている。

このような構成によれば、第１放熱フィン３１と第２放熱フィン２３１とで放熱を行なうことで、全体の放熱量が増大し、冷却能力が向上する。また、装置もコンパクトである。

（実施例５）
実施例５を説明する構成図である図６を用いて説明する。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ方向矢視図である。尚、本実施例において、実施例１と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例の電子部品の冷却装置は、筐体３００の角部に設けられる。ヒートパイプ組立体２５の他方の面側の第１放熱フィン３１と対向する箇所には、第２放熱フィン３３１が設けられている。更に、ヒートパイプ組立体２５の他方の面側には、第２放熱フィン３３１に空気流を送る第２送風手段３３３が設けられている。尚、本実施例では、第２放熱フィン３３１のフィンの方向を第１放熱フィン３１のフィンの方向に対して略直交する方向とした。

このような構成によれば、実施例４と同様に、第１放熱フィン３１と第２放熱フィン３３１とで放熱を行なうことで、全体の放熱量が増大し、冷却能力が向上する。更に、第２放熱フィン３３１へ空気流を送る第２送風手段３３３を設けたことで、更に、冷却能力が向上する。また、装置もコンパクトである。

上記実施例では、第２放熱フィン３３１のフィンの方向を第１放熱フィン３１のフィンの方向に対して略直交する方向としたことにより、第１送風手段３３からの空気流は、（ａ）において矢印Ｂ方向、第２送風手段からの空気流は矢印Ｂと略直交する矢印Ｃ方向に流れる。そして、電子部品の冷却装置を筐体３００の角部に設けたことにより、筐体３００の隣り合う２つの面から電子部品の熱が伝達された空気が排出されることになり、効率よく電子部品の熱が伝達された空気を筐体３００から排出することができる。

以上のように、本発明に係る冷却装置は、電子装置に有用であり、特に、冷却能力を向上させたい場合に適している。

図１は、実施例１を説明する構成図である。図２は、実施例２を説明する構成図である。図３は、実施例２を説明する構成図である。図４は、実施例３を説明する構成図である。図５は、実施例４を説明する構成図である。図６は、実施例５を説明する構成図である。図７は、従来の電子部品の冷却装置を示す斜視図である。

符号の説明

１，２９，４９，６９，１０９，１２９，１２９′，１２９″ ヒートパイプ
３，２３電子部品
７放熱フィン
９送風手段
２１基板
２５，４５，６５，８５，１０５，１２５，１２５″ ヒートパイプ組立体
２７ベース
３１，５１，７１，９１，１１１，１３１第１放熱フィン
３３第１送風手段
３５，５５，７５，９５，１１５，１３５，１３５″ 第１ダクト
２３１，３３１第２放熱フィン
２３５第２ダクト
３００筐体
３３３第２送風手段

Claims

平板状のヒートパイプと、
前記ヒートパイプの一方の面の一方の端部側に設けた第１放熱フィンと、
前記ヒートパイプの他方の端部側に設けた第１送風手段と、
前記ヒートパイプの一方の面の前記第１送風手段と前記第１放熱フィンとの間に前記第１送風手段からの空気流を前記第１放熱フィンへ導く第１整流手段と、を有し、
前記ヒートパイプは他方の面において、対向面に前記第１放熱フィンおよび前記第１送風手段が設けられていない領域である放熱対象部品の取り付け領域を有し、
前記放熱対象部品は、基板上に設けられ、
前記ヒートパイプの前記第１放熱フィンが設けられる側は、前記基板に向かって傾斜していることを特徴とする冷却装置。
前記ヒートパイプの前記放熱対象部品と対向する面と、前記放熱対象部品の前記ヒートパイプと対向する面とは略平行であることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
電子装置において、
放熱対象部品と、
平板状のヒートパイプと、
前記ヒートパイプの一方の面の一方の端部側に設けた第１放熱フィンと、
前記ヒートパイプの他方の端部側に設けた第１送風手段と、
前記ヒートパイプの一方の面の前記第１送風手段と前記第１放熱フィンとの間に前記第１送風手段からの空気流を前記第１放熱フィンへ導く第１整流手段と、を有し、
前記ヒートパイプは他方の面において、対向面に前記第１放熱フィンおよび前記第１送風手段が設けられていない領域である前記放熱対象部品の取り付け領域を有し、
前記放熱対象部品は、基板上に設けられ、
前記ヒートパイプの前記第１放熱フィンが設けられる側は、前記基板に向かって傾斜している冷却装置を備えたことを特徴とする電子装置。
前記ヒートパイプの前記放熱対象部品と対向する面と、前記放熱対象部品の前記ヒートパイプと対向する面とは略平行であることを特徴とする請求項３記載の電子装置。