JP4411147B2 - ファン付きヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、複数の放熱フィンをもつファン付きヒートシンクに関し、特に、ファン付きヒートシンクの放熱フィン上の冷却風の進入口への塵埃による目詰まり防止に適用して有効な技術に関するものである。

ＣＰＵ等の高発熱体を冷却するには、複数の放熱フィンをもつファン付きヒートシンクが使用される。従来、冷却面積を増加させて冷却性能を向上させるために、放熱フィンのピッチは、冷却効率を考慮した上で、非常に狭くなってきている。

そのため、ファン付きヒートシンクの放熱フィン上の冷却風の進入口に、塵埃による目詰まりが発生しやすくなり、期待する冷却効果を長期に渡って維持できない問題が発生していた。

そこで、従来では、風速の高い領域の放熱フィンの間隔を広く、風速の低い領域の放熱フィンの間隔を狭くするようにしたファン付きヒートシンクがあった（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１６２７８７号公報

近年、ＣＰＵ等の発熱量の増大により、ファン付きヒートシンクの冷却効率を上げる必要があるが、特許文献１に記載のように、塵埃による目詰まりが発生しやすい箇所の放熱フィンの間隔を広くしてしまうと、冷却効率が低下してしまうという問題点があった。

本発明の目的は、ファン付きヒートシンクの放熱フィン上の冷却風の進入口への塵埃による目詰まりを防止し、ファン付きヒートシンクとしての期待する冷却効果を長期に渡って維持することのできるファン付きヒートシンクを提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明によるヒートシンクは、ヒートシンク本体と、ヒートシンク本体上に実装される複数の放熱フィンと、複数の放熱フィン間の間隙に冷却風を導入するファンとを備え、複数の放熱フィンは、隣接する放熱フィンとの間で、ファンによる冷却風の進入側に、塵埃の長さに基づいて設定された段差を設けたものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明によれば、ファン付きヒートシンクの放熱フィン上の冷却風の進入口への塵埃による目詰まりを防止することができ、ファン付きヒートシンクとしての期待する冷却効果を長期に渡って維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

＜ファン付きヒートシンクの構成例＞
図１および図２により、本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの構成の一例について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの構成を示す構成図であり、（ａ）はファン付きヒートシンクの側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部の拡大図である。図２は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの外観を示す斜視図である。

図１および図２において、ファン付きヒートシンクは、アルミニウム等の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１０１、ヒートシンク本体１０１上に突設される複数の放熱フィン１０２、カバー部材１０３、ファン装置（ファン）１０４から構成される。

複数の放熱フィン１０２は、隣接する放熱フィン１０２との間で、ファン装置１０４による冷却風の進入口側に段差１０７が設けられている。

この段差１０７は、隣接する放熱フィン１０２との間で、ファン装置１０４による冷却風の進入口側に突出する放熱フィン１０２の長さが異なることにより形成されている。また、放熱フィン１０２の段差は２段階設けて実装し、その２段階の段差の形状が段差を設ける間隔１１１で繰り返されて設けられている。

カバー部材１０３は、図２に示すように、ヒートシンク本体１０１および放熱フィン１０２を覆うように備えられており、ファン付きヒートシンクの底面も、ヒートシンク本体１０１以外は、カバー部材１０３で覆われている。

ファン装置１０４は、ファン付きヒートシンクのカバー部材１０３に埋設した状態で装着され、上方から外気１１２を取り入れ、図１（ｂ）の矢印で示すように、放熱フィン１０２方向に冷却風１０５を導入して、放熱フィン１０２間の間隙を通して排気を行う。その冷却風１０５が放熱フィン１０２間を通過することにより、ヒートシンク本体１０１下の発熱体１１０の冷却が行われる。

放熱フィン１０２のフィンピッチ１０６は、必要な冷却性能を確保するために、放熱フィン１０２の表面積、圧損の程度等を考慮して適宜決定されるものであり、本実施の形態においては、フィンピッチ１０６を変化させたときの実験結果から、フィンピッチ１０６を１ｍｍ程度と決定した。

なお、本実施の形態では、図１に示すように、放熱フィン１０２の段差を２段階設けて実装しているが、段差の段階の数に、本発明は限定されるものではない。また、フィンピッチ１０６、段差１０７、段差を設ける間隔１１１、および配置パターンに、本発明は限定されるものではない。

＜ファン付きヒートシンク上の塵埃の状態＞
次に、図１および図３により、本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクにおける塵埃の状態について説明する。図３は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクにおける塵埃の状態を説明するための比較例を示す図であり、（ａ）はファン付きヒートシンクの側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部の拡大図である。

本実施の形態に対する比較例においては、図３に示すように、放熱フィン１０２は、図１（ｃ）に示すような段差１０７が設けられることなく実装されていた。この実装においては、ＣＰＵ等の発熱体１１０の発熱量が低かった時は、フィンピッチ１０６が広くても冷却性能が確保できていたので、塵埃１０９による目詰まりは発生しなかったが、昨今のＣＰＵ等の発熱体１１０の発熱量増大により、フィンピッチ１０６が狭くなってきたことから、図３（ｃ）に示すように、冷却風の進入口の放熱フィン１０２間に塵埃１０９がブリッジしやすくなった。

また、段差１０７が設けられていないことにより、ブリッジした塵埃１０９に引っ掛かる形で、さらなる塵埃１０９が付着し、雪だるま式に目詰まりが加速し、期待する冷却効果が短期間しか得られない事例が増加してきた。

そこで、本実施の形態においては、図１に示すように、ブリッジによる目詰まりを防止するために、放熱フィン１０２の冷却風の進入口側に、塵埃１０９の大きさを考慮した段差１０７と段差１０７を設ける間隔１１１を決定し、放熱フィン１０２を実装している。

このように、放熱フィン１０２の冷却風の進入口側に、塵埃１０９の大きさを考慮した段差１０７と段差１０７を設ける間隔１１１を設けた放熱フィン１０２を実装することにより、塵埃１０９のブリッジによる目詰まりを防止することができ、間隔１１１で段差１０７を設けているため塵埃１０９のブリッジによる雪だるま式に目詰まりが加速することもなく、ファン付きヒートシンクとしての期待する冷却効果を長期に渡って維持することが可能である。

また、放熱フィン１０２自体のフィンピッチ１０６は、広くしていないため、冷却効率を落とすことなく発熱体１１０に対する冷却を行うことが可能である。

なお、本実施の形態では、段差１０７および段差１０７を設ける間隔１１１を決定する上で、通常使用されるオフィス環境を考慮し、長さ３ｍｍ以下、太さ１．５ミクロン以下のコットンリンタ（綿粉）を試験用ダストとして使用し、１ヶ月間連続運転を行った試験結果、および目詰まりを防止する観点から、オフィス環境を考慮し設定した塵埃１０９の長さよりも、見掛け上のフィンピッチ１０８と段差１０７を設ける間隔１１１を長くするように決定することとし、段差１０７と段差１０７を設ける間隔１１１は、３ｍｍ以上とした。

＜ファン付きヒートシンクの製造方法例＞
次に、図４により、本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクのヒートシンク部分の製造方法の一例について説明する。図４は、本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクのヒートシンク部分の製造方法を説明するための説明図であり、（ａ）はヒートシンク本体１０１に、コの字型の放熱フィン１０２を複数個実装した後のヒートシンクを示し、（ｂ）は、コの字型の放熱フィン１０２単体を示した図である。

コの字型の放熱フィン１０２は、複数のコの字型の放熱フィン１０２同士を段差を付けて結合することができるように、フック１１４とフック１１４を引っ掛ける複数の穴１１５が設けられている。なお、穴１１５は、フック１１４を引っ掛けることができるものであれば、放熱フィン１０２を貫通していても、貫通していなくてもよい。

図４に示す例では、コの字型の放熱フィン１０２単体を複数個結合させることにより、ヒートシンク本体１０１上に複数の放熱フィン１０２を実装する。

隣り合うコの字型の放熱フィン１０２同士は、フック１１４を、フックを引っ掛ける穴１１５に引っ掛けることにより結合される。

図４（ｂ）に示すようにフックを引っ掛ける穴１１５は複数個設けられており、隣り合う放熱フィン１０２をずらして結合することにより、フィン長さ１１３の等しい単一の放熱フィン１０２を使用して、段差１０７付きのヒートシンクを製造することが可能になる。

これにより、製造コストを従来と同等で製造することが可能である。

＜ファン付きヒートシンクの他の構成例＞
図５により、本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの他の構成の一例について説明する。図５は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの他の構成を示す構成図であり、（ａ）は、ファン付きヒートシンクの側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図５において、ファン付きヒートシンクの放熱フィン１０２は、図４に示したような製造方法で実装された形状となっており、放熱フィン１０２のフィン長さ１１３が等しくなっている。

このような構成とすることにより、図１に示すような冷却風１０５の流れの他に、放熱フィン１０２側から外気１１２を導入して、その冷却風１０５を放熱フィン１０２間の間隙を通して、ファン装置１０４上方へ排気を行うようにした場合でも、放熱フィン１０２の段差１０７により、塵埃１０９のブリッジによる目詰まりを防止することが可能である。

＜冷却風の入気の他の例＞
図６により、本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの冷却風の入気の他の例について説明する。図６は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの冷却風の入気の他の例を説明するための説明図である。

図１および図５に示した例では、放熱フィン１０２に対して、冷却風１０５は側面から入気しているが、図６に示すように、ヒートシンク本体１０１上の放熱フィン１０２の上部に段差１０７を付けて、放熱フィン１０２の上部から冷却風１０５を入気するようにすることも可能である。

この場合も、放熱フィン１０２の冷却風の進入口側に、塵埃１０９の大きさを考慮した段差１０７と段差１０７を設ける間隔１１１が設けられているので、塵埃１０９のブリッジによる目詰まりを防止することができるため、ファン付きヒートシンクとしての期待する冷却効果を長期に渡って維持することが可能である。

また、図６に示すような形状のヒートシンクの場合では、押し出しによる成型も可能であり、段差１０７を設けた形状であっても、製造コストを従来と同等で製造することが可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの構成を示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの外観を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクにおける塵埃の状態を説明するための比較例を示す図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクのヒートシンク部分の製造方法を説明するための説明図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの他の構成を示す構成図である。 本発明の一実施の形態に係るファン付きヒートシンクの冷却風の入気の他の例を説明するための説明図である。

符号の説明

１０１…ヒートシンク本体、１０２…放熱フィン、１０３…カバー部材、１０４…ファン装置、１０５…冷却風、１０６…フィンピッチ、１０７…段差、１０８…見掛け上のフィンピッチ、１０９…塵埃、１１０…発熱体、１１１…段差を設ける間隔、１１２…外気、１１３…フィン長さ、１１４…フック、１１５…フックを引っ掛ける穴。

Claims (3)

1. ヒートシンク本体と、
   前記ヒートシンク本体上に実装される複数の放熱フィンと、
   前記複数の放熱フィン間の間隙に冷却風を導入するファンとを備え、
   前記複数の放熱フィンは、隣接する放熱フィンとの間で、前記ファンによる冷却風の進入側に、塵埃の長さに基づいて前記放熱フィン間で塵埃のブリッジが発生しないように設定された段差を設け、
   前記段差は、２つが一方向に形成され、前記隣接する放熱フィンの３つごとに同じ段差方向の配置形状を繰り返すように設けられ、
   前記放熱フィン間の段差により、前記放熱フィン間に形成される見掛け上のフィンピッチが、前記塵埃の長さより長くなるように設定され、
   前記一方向の段差を形成する放熱フィンの繰り返しごとの冷却風の進入側の放熱フィンの先端の間隔は、前記塵埃の長さより長い間隔であることを特徴とするファン付きヒートシンク。
2. 請求項１記載のファン付きヒートシンクにおいて、
   前記複数の放熱フィン間のフィンピッチは、１ｍｍであることを特徴とするファン付きヒートシンク。
3. 請求項２記載のファン付きヒートシンクにおいて、
   前記段差は、３ｍｍ以上であることを特徴とするファン付きヒートシンク。

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