JP4578715B2 - ヒートシンク装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンク装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、従来のヒートシンク装置１５０の上面図である。ヒートシンク装置１５０は、高発熱素子（図示せず）に装着され、素子の熱を放熱するために用いられる。その構成を説明すると、ヒートシンク装置１５０は、複数の放熱フィン１５１と、ヒートシンク装置１５０の中央に配置された中空のパイプ部１５２とを備えている。パイプ部１５２には、多数の送風用小孔１５３と、ファン（図示せず）から冷却風を取り込むための開口部１５４とが設けられている。このような構成により、パイプ部１５２に送り込まれた冷却風は、送風用小孔１５３を経て放熱フィン１５１の熱を奪うので、高発熱素子を冷却することができる。図中の矢印は、冷却風の流れを模式的に示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ヒートシンク装置１５０には、複数の放熱フィン１５１とパイプ部１５２とが別体で設けられているため、構造が煩雑であり、規模も大きくならざるを得ない。よってヒートシンクの小型化を実現できない。
【０００４】
本発明の目的は、コンパクトな構造を有し、冷却性能の高いヒートシンクを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のヒートシンク装置は、気流を送出するファンと、発熱体に装着される基盤と、該基盤上に設けられ、ファンからの気流を取り込む開口部、熱伝導性を有する材料で形成されるとともに封止部が形成された放熱を行う第１の板状フィン、および、該第１の板状フィンを覆う天板を備えた第１のパイプ部と、前記基盤上に設けられ、ファンからの気流を取り込む開口部、熱伝導性を有する材料で形成されるとともに封止部が形成された放熱を行う第２の板状フィン、および、該第２の板状フィンを覆う天板を備えた第２のパイプ部とを備え、前記第１および第２の板状フィンの各々には孔が設けられており、前記第１のパイプ部の開口部から取り込まれ、前記第１の板状フィンの孔から噴出した気流が前記第２のパイプ部の前記第２の板状フィンに衝突することを特徴とするヒートシンク装置であり、これにより上記目的が達成される。
【０００６】
前記第１の板状フィンに設けられた孔は複数存在し、各々の孔の近傍には、前記第２の板状フィンに向かって気流を誘導するための切り起こし部が設けられていてもよい。
【０００７】
前記第１の板状フィンに設けられた孔は複数存在し、各々の孔の大きさは、前記ファンからの位置に応じて変化してもよい。
【０００８】
前記第１の板状フィンは、複数の板状フィン部から形成されてもよい。
【０００９】
前記複数の板状フィン部は、２枚の板状フィン部であってもよい。
【００１０】
前記封止部は、前記２枚の板状フィン部の端部を折り曲げて近接させることにより形成されてもよい。
【００１１】
前記封止部は、前記２枚の板状フィン部の端部を湾曲させて近接させることにより形成されてもよい。
【００１２】
前記封止部は、前記２枚の板状フィン部の間に抵抗体を設けることにより形成されてもよい。
【００１３】
前記開口部および前記封止部は、前記２枚の板状フィン部の一方を、他方に対して傾斜させて配置することにより形成されてもよい。
【００１４】
開口部および封止部が形成された前記第１の板状フィンは基盤上に複数設けられ、天板は、複数の前記第１の板状フィンと、その間の空間を覆うように設けられ、前記第１の板状フィンは、ファンからの距離に応じて２枚の板状フィン部間の断面積が狭くなるよう構成され、隣接する２つの前記第１の板状フィンの間隔は、ファンからの距離に応じて広くなるよう構成されてもよい。
【００１５】
隣接する２つの前記第１の板状フィンの間の空間は、第１の板状フィンの一方の開口部側が閉塞されていてもよい。
【００１６】
前記封止部にはスリットが設けられていてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１によるヒートシンク装置１２を示す。図１の（ａ）は、ヒートシンク装置１２の上面図を、（ｂ）はその断面図を、（ｃ）はその斜視図を示す。ヒートシンク装置１２は、例えば、ＣＰＵのような発熱体に接して装着されることにより、発熱体の熱を効率的に放熱する。
【００２４】
図１の（ａ）を参照して、ヒートシンク装置１２は、冷却風を送出する送風装置（ファン）１３と、ファン１３からの冷却風を誘導するダクト１４と、熱伝導性の良好な金属製基盤２１とを有する。ヒートシンク装置１２のより特徴的な構造は、発熱体に装着される面とは反対側の基盤２１の面に、複数の板状のフィン２２および２３が設けられていることである。フィン２２および２３もまた、熱伝導性の良好な材料から形成されており、発熱体からの熱を放熱させる。フィン２３には、複数のスリット状の孔３１が複数設けられている。
【００２５】
図１の（ｂ）および（ｃ）に示すように、フィン２２および２３に関して基盤２１と反対側には、天板２４が被せられ封止されている。したがって、基盤２１と、フィン２２および２３と、天板２４とにより区画された空間は、孔３１が設けられたパイプ部として捉えられる。なお図では、２枚の板状フィンを用いてパイプ部を構成しているように記載されているが、これは必ずしも２枚でなくともよい。すなわち、１枚を適宜折り曲げて構成し、孔３１やスリットを設けてもよいし、逆に３枚以上の複数の板状フィンを用いて構成し、いずれかまたはすべての板状フィンに孔３１を設ければよい。このような構造は、従来フィンとは別体でパイプ部を設けていた場合と比較すると異なる構成である。
【００２６】
このように形成されたパイプ部は、冷却風を通過させることができる。このパイプ部は、ダクト１４の側の端部６１で開口し、ダクト１４とは反対側の端部６２で互いに近接するように折り曲げられ、またはダクト１４の反対側の端部で開口し、ダクト１４の側の端部で互いに近接するように折り曲げられている。ヒートシンク装置１２では、フィン２２および２３が複数組存在しており、上述の２種類のパイプが交互に設けられている。なお、端部６２で互いに近接するように折り曲げられたフィン２２および２３は、互いに少し距離があけられ、バイパス孔を形成している。パイプ部内の空気を静圧上昇させることができれば、バイパス孔を設けていてもよい。すなわち完全に封止されていなくてもよい。バイパス孔の形状、および大きさも問わない。以下では、「封止する」という語は、天板２４も含めて、パイプ部内の空気を静圧上昇させることができるよう構成されている場合をいうとする。なお上の説明では、フィン２２および２３を折り曲げるとして説明したが、湾曲させ、互いに近接させてもよい。
【００２７】
以下、ヒートシンク装置１２の放熱の原理を説明する。まず、図１の（ｄ）を参照して、以下で参照する用語を説明する。まず、ファン１３から送り出された気流がフィン２２および２３に流入可能なように大きく開口した部分を断面積拡大部６３と、断面積拡大部６３の反対側の折り曲げられたフィンの部分は断面積縮小部６４と称する。また、隣接するパイプ部においては、断面積拡大部６３の隣は、折り曲げられたフィンの部分である断面積縮小部６５と、断面積縮小部６４の隣は、開口した部分である断面積拡大部６６と称する。
【００２８】
ヒートシンク装置１２の放熱の原理は、以下のとおりである。図１の（ｅ）は、（ｄ）の部分拡大図である。図１の（ｅ）を参照して、まず、ファン１３から送り出された冷却風は、ダクト１４を通して、圧力損失の小さい方の断面積拡大部６３から流入する。流入空気はフィン２２および２３の下流端部に位置する断面積縮小部６４より静圧上昇した後、孔３１から、噴流６８として噴出される。
孔３１の前後（フィンの内外）に圧力差を生じさせることができる。噴流６８は、周辺の空気を誘引しながら噴き出す方向に対向した位置のフィンの表面に衝突し、噴流６８の中心部近傍を冷却する。噴出した後の気流は、隣のフィンに沿って下流側に形成される断面開口部６６から流出する。断面積縮小部６４を設けることにより、静圧を回復させ、これをもって、十分な風速で孔から噴出する気流を確保できる。このようにして、発熱体１１からの熱を放熱することができる。
上述の説明から明らかなように、本発明では、孔３１の対向位置にフィンを設けておくことに特徴がある。これにより、孔３１から噴出した噴流が対向するフィンに衝突し、そのフィンを冷却できる。
【００２９】
フィン２２および２３は、断面積縮小部６４を含むパイプ部と伝熱面とが一体化された構成になっているため、それぞれを別体で形成する場合のような煩雑さはなくなり、よってヒートシンク装置１２全体の小型化が可能となる。また、気流がヒートシンク装置を通過する際に、高い伝熱性能を持つ衝突噴流６８を複数発生させることによって、ヒートシンク装置１２全体の単位体積当たりの冷却能力を向上できる。さらに、伝熱面およびパイプ部それぞれを別体で形成する必要がないので、従来のように放熱フィン、パイプ部、および、それらの組み立ての各工程が不要となり、工程数を削減することもできる。
【００３０】
続いて本実施の形態の第１〜４の変形例を説明する。第１および第２の変形例は、先に説明した構成の代替となる別の例である。第３および第４の変形例は、どの位置の孔３１からも均一な速度で噴流を送出できる構成である。
【００３１】
図２は、実施の形態１の、第１の変形例によるヒートシンク装置の上面図である。図２の（ａ）は、バイパス孔８１を有するヒートシンク装置を示す。これは、図１を参照して説明したヒートシンク装置と同じ構成である。バイパス孔８１は、気流の下流６２側の断面積縮小部６４、または隣接する気流の上流６１’側の断面積縮小部６５に設けられた気流量を調整するための間隙である。すなわち、バイパス孔８１の幅ｄを調整することで、フィン２３の孔３１からの噴流量と、気流の下流６２側にある断面積縮小部６４から流出する気流の量を制御でき、また隣接する気流６１’の気流量も制御できる。
【００３２】
このようなバイパス孔８１は、閉じていてもよい。図２の（ｂ）は、断面積縮小部６４のバイパス孔８１を閉じた構成、（ｃ）は、断面積縮小部６５のバイパス孔８１を閉じた構成、（ｄ）は、断面積縮小部６４および６５の両方のバイパス孔８１を閉じた構成示す。バイパス孔８１を閉じることにより、フィン２３の両側の圧力差を更に大きくし、噴流による放熱性能を高めることができる。また、気流の下流６２側にある断面積縮小部６４での静圧が高くなり、噴流上流側と噴流下流側の圧力差も増大するため、噴流量も増え、伝熱促進効果が期待できる。さらに断面積縮小部は閉口するので製造も容易になる。なお以下の説明に関連する図では、バイパス孔は開口しているように記載されているが、部分的に、またはすべて閉口していてもよい。
【００３３】
図３は、実施の形態１の、第２の変形例によるヒートシンク装置の上面図である。上述の説明では、フィン２２および２３（図１）の最下流側の断面積縮小部６４および最上流側の断面積縮小部６５（図１）は、折り曲げるとした。しかし、この折り曲げ部分に代えて、断面積縮小部６４および最上流側の断面積縮小部６５（図１）として突起物等の抵抗体８１を設けてもよい。隣り合う孔のついたフィンの間に抵抗体を設置するだけで簡単に構成できる。抵抗体は網状であっても利用可能である。このような抵抗体８１は、気流の上流側、下流側に交互に設けられることになる。この構成によれば、上述の説明と同様に各々の隣り合うフィン間毎に圧力損失が変化するため、孔３１の前後に圧力差が生じ、孔３１から噴流を噴出させることができる。
【００３４】
図４の（ａ）は、実施の形態１の、第３の変形例によるヒートシンク装置の上面図である。ヒートシンク装置１２において、ファン１３から流入した気流は、下流側の孔から多くの気流が排出され、上流側よりも下流側での噴流の速度が高くなる傾向が生じる。気流は慣性力による直進性が強いからである。フィンの位置にかかわらず放熱をむらなく行うためには、噴流の速度を均一化することが望ましい。そのためには、図１の（Ｃ）中のＡ-Ａ’部を傾斜させればよい。すなわち図４の（ａ）に示すように、隣接するフィン２２および２３を一方に対して他方を互い違いに傾斜させる。天板により封止するのは上述のとおりである。先の説明と同様に、気流の上流側６１と気流の下流側６２とにそれぞれ断面積拡大部６３および断面積縮小部６４が形成され、また、隣接のフィンの間の空間には、気流の上流側に断面積縮小部６５、気流の下流側に断面積拡大部６６が形成される。断面積縮小部６５の間隔は、断面積拡大部６３（すなわち開口部）の間隔よりも小さい。隣り合うフィンの形成するフィン間内の気流の上流側と下流側に、そして、隣接するフィン間の風路の気流入口側に、断面積拡大部と断面積縮小部とが交互に並ぶことになる。
【００３５】
このように構成することにより、噴流の速度が均一化される。その理由を説明する。まず気流は断面積拡大部６１から流入する。このとき、気流の下流側６２に近づくほど圧力損失が大きく流れにくくなるので、気流が上流側６１に近い孔から抜け出すようになる。その結果、気流上流側での孔を通過する風量が相対的に増加し、噴流速度が均一化する。
【００３６】
また、気流のヒートシンク装置１２への流入口である断面積拡大部６３の断面積と、ヒートシンク装置１２から気流が抜ける流出口である断面積拡大部６６の断面積は、図１を参照して説明した例に比べて大きくできる。その結果、その部分を通過する気流の速度も小さくなるので、全体の圧力損失も減らすことができる。
【００３７】
断面積縮小部６４、６５の開口部は任意の幅でよい。図４の（ａ）には、開口部を全て均一の幅ｄのバイパス孔にした場合を示す。これまでの説明からも明らかなように、バイパス孔を設けることで断面積縮小部における圧力損失を減少させることができる。このときの、フィン２２と気流の主流とがなす角度（フィンの傾き角）をθとする。
【００３８】
以下、角度θと熱伝導率および流動損失の関係を説明する。図４の（ｂ）は、フィンの傾き角θと、熱伝達を表すｊ因子および流動損失係数ｆとの関係を示す。ｊ因子と流動損失係数ｆとは、以下の数１および数２により定義される量である。
【００３９】
【数１】

【００４０】
【数２】

【００４１】
数１および数２において、Ｎｕ：ヌセルト数、Ｒｅ：レイノルズ数、Ｐｒ：プラントル数、ｈ：熱伝導率［W/(m^2・K)］、Ｃｐ：比熱［J/(Kg・K)］、ρ：空気の密度［kg/m^3］、ΔＰｓヒートシンクの圧損［Pa］、Ｌ：ヒートシンクの奥行き［m］、Ｄｅ：等価直径［m］、u：フィン間の気流平均速度［m/s］である。なお、等価直径Ｄｅは、最大開口幅と最小開口幅の加算平均幅における風路の断面積Ａｓ［m］、および、その加算平均幅における風路断面でのぬれぶち長さＳ［m］を用いて、Ｄｅ＝４Ａｓ／Ｓ と表すことができる。
【００４２】
図４の（ｂ）の縦軸は、（ｊ因子）／（流動損失係数ｆ）の値を表す。ｊ因子が熱伝達を表し、流動損失係数ｆが流動損失の程度を表すことから、（ｊ因子）／（流動損失係数ｆ）の値が大きいほど、熱伝導率が高い、および／または、流動損失が小さいことを表す。
【００４３】
図４の（ｂ）には、ヒートシンクに流入する空気の前面風速ｕｏを１［m/s］、２［m/s］、および３［m/s］としたときの、角度θと、熱伝導率および流動損失のグラフａ１〜ａ３を示す。図４の（ｂ）から明らかなように、角度θが０°から３．０〜４．０°の範囲にあれば、風速ｕｏの大きさによらず（ｊ因子）／（流動損失係数ｆ）の値は大きくなる傾向にある。
【００４４】
また図４の（ｂ）には、風速ｕｏをそれぞれ１［m/s］、２［m/s］、および３［m/s］としたときの、オフセットヒートシンクの（ｊ因子）／（流動損失係数ｆ）のグラフｂ１、ｂ２、ｂ３も示す。オフセットヒートシンクは、図４の（ｃ）に示すような、空気流れ方向に長さの短いフィン２２ｃを千鳥状に配置したヒートシンクであり、境界層更新効果を利用した高性能ヒートシンクとして知られている。オフセットヒートシンクのように空気流れ方向のフィンの長さが短いほど、前縁効果により熱伝達率は高くなる。しかしフィンの長さが短ければ、逆に流動損失は大きくなる。そこで、（ｊ因子）／（流動損失係数ｆ）の値を利用することにより、フィンの長さによる影響を包含した、熱伝達率と流動損失の両方を考慮した評価ができる。ここでは、オフセットヒートシンクのフィンの幅は、本発明によるヒートシンク（図４の（ａ））の開口部幅と閉口部幅の加算平均値に等しいとする。なおオフセットヒートシンクに対して、本発明によるヒートシンク（図４の（ａ））は、ジェットスリットヒートシンクとも呼ばれる。
【００４５】
本発明によるヒートシンク（図４の（ａ））の（ｊ因子）／（流動損失係数ｆ）のグラフａ１、ａ２、ａ３と、オフセットヒートシンクの（ｊ因子）／（流動損失係数ｆ）のグラフｂ１、ｂ２、ｂ３とから明らかなように、オフセットヒートシンクより高い熱伝導率で、かつ、低い流動損失のヒートシンクを得るためのヒートシンク（図４の（ａ））の条件は、前面風速ｕｏが１〜３［m/s］の範囲では、フィンの傾き角θは、１°≦θ≦６°である。
【００４６】
続いて図５は、実施の形態１の、第４の変形例によるヒートシンク装置の上面図である。第４の変形例では、噴流の速度を均一化するために、ファン１３から離れている位置に応じて、気流の下流側６２に向かうほど、孔３１、３２、３３の開口面積ｄ１、ｄ２、ｄ３を徐々に減少させている。すなわち、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３となるように開口している。この構成によれば、前記気流の下流側に進むほど圧力損失が増加するため、気流の上流側６１に近い孔であるほど程、孔からの噴出する風量が相対的に増加し、噴流の流速を均一化できる。伝熱面全体にわたって熱伝達が確保されるため、全体としての冷却性能が向上するだけでなく、噴流流速の最大値が減少して圧力損失が低減できる。
【００４７】
（実施の形態２）
実施の形態２では、孔の上流側または下流側に切り起こし部を設けて放熱性能をより向上できる構成を説明する。図６は、孔の近傍に上流側に切り起こし部７１を設けたヒートシンク装置の上面図である。ここでは、気流が孔３１へ流入する手前側を噴流上流６７、孔３１から排出された側を噴流下流６８と定義する。
切り起こし部７１は、気流の上流側から下流側に気流を誘導するために、噴流上流６７側の孔３１の近傍のフィンに設けられる。
【００４８】
この構成によれば、噴流上流側の気流６７は切り起こし部７１に衝突して静圧が回復しているため、孔３１前後での圧力差が大きくなる。したがって、孔前後の圧力差から孔３１からの噴流下流６８への気流噴出量を増加させることができる。気流噴出量が増加することにより、対向するフィンの面に衝突する気流量も増加するので、実施の形態１におけるヒートシンク装置よりも伝熱促進効果が期待できる。
【００４９】
ここで、切り起こし部毎に,フィンに対する適正な切り起こし角度（例えば、図６のθ１、θ２、θ３等）を設定することにより，前記孔３１からの前記噴流上流側６７と噴流下流側６８の圧力差、および、噴出量を調整できる。それにより、全ての孔に均一量の気流を導入させ、噴流流速の最大値が減少して圧力損失を低減できる。
【００５０】
なお、本実施の形態のヒートシンク装置は、実施の形態１を適用することもできる。例えば、実施の形態１の第４の変形例（孔の開口面積を変化させる例）と組み合わせた場合を説明する。気流上流６１に近い孔ほど開口面積を大きくすると同時に、切り起こし部７１の投影高さも気流下流６２より気流上流６１に行くほど高くする。すると気流の上流６１に近い孔ほど、より多くの量の気流が噴出されることになり、噴流流速が一層効果的に均一化される。
【００５１】
次に、切り起こし部を噴流下流６８側の孔３１のそばのフィンに設けた構成を説明する。図７の（ａ）は、孔の近傍の下流側に切り起こし部７２を設けたヒートシンク装置の上面図である。
【００５２】
この構成によれば、孔３１から噴出された噴流下流側６８の気流によって、ひとつ隣のフィンの孔３１’から噴出された噴流下流側６９の気流の向きを変える影響を少なくできる。また、噴流下流６８の気流が対向するフィン面に衝突して静圧が回復しきれなかった気流が、切り起こし７２に沿って孔３１’からの噴出下流側６９の気流に誘導されることで、気流を合流させ、衝突する気流量を増やすことができる。
【００５３】
なお、図７の（ｂ）に示すように、図６に示す気流上流側の切り起こし部７１をさらに設けることにより、一段と伝熱促進効果が期待できる。さらに、図７の（ｂ）に示すヒートシンク装置の構成は、図８のように変形することもできる。
これは、図７の（ｂ）に示すヒートシンク装置に、さらに隣接するフィンを互い違いに傾斜させることにより得られる構成、すなわち、図７の（ｂ）のヒートシンク装置と、図４の（ａ）に示す実施の形態１の第３の変形例で説明したヒートシンク装置との組み合わせである。このように構成することにより、さらに当該第の変形例で得られた効果を得ることができる。具体的には、気流が、ファンおよびダクトからヒートシンク装置に流入・流出する開口部の面積を広げることで、気流の速度を緩め圧力損失を減らすことができる。
【００５４】
また以上のように説明した実施の形態１および２では、孔３１の形状、設置個数については言及していなかったが、これらは任意である。例えば、図９は、孔３１の形状および数を変更したフィンの種々の例を示す。図９には、分断されたスリット孔、円形または楕円形の孔が示されている。なお、孔３１の設置位置は、隣接するフィンとの相対関係で決定してもよい。すなわち噴出した気流が、隣接するフィンに衝突するような位置に孔３１を設ければよい。この図では、図面による理解を助けるため、天板２４の記載は便宜的に省略している。いうまでもなく、天板２４は、気流の下流６２側の断面積縮小部６４（図１の（ｄ））、または孔３１からの噴流が対向するフィン面に衝突した際の静圧回復時に、基盤と反対側にある端から開放側へ気流が漏れて、ヒートシンク装置から排出される流量の低下を防ぐために設けられている。この天板２４の形成手法および形状も種々に考えられる。例えば図１０の（ａ）〜（ｄ）は、天板２４の形成手法および形状の例を示す。図１０の（ａ）は、基盤と反対側のフィン間に、天板２４をひとつずつはめ込む例である。（ｂ）は、フィン面２２または２３の上部を折り曲げて天板２４を形成する例である。（ｃ）は、ヒートシンク装置上部に一枚の板を乗せることにより天板２４を形成する例である。そして（ｄ）は、延長した基盤２１を折り返して一体として天板２４を形成する例である。
【００５５】
（実施の形態３）
本実施の形態は、ヒートシンク装置におけるファンの配置およびそれに関連するフィンの構成に関する。図１１は、ヒートシンク装置の中央部にファン１３を配置した例を示す。図１１の（ａ）では基盤２１は長方形、（ｂ）では基盤２１はほぼ円形である。複数の板状フィンは、ファン１３を中心に基盤２１の外縁に向かって延びるように設けられている。（ａ）の場合は、複数のフィンがひとまとまりとなって、十字形に配置されている。一方（ｂ）の場合は、放射状に配置されている。フィン上部には、すでに説明したように天板２４を乗せて封止している。
【００５６】
図１１の（ａ）を参照して説明すると、発熱体に装着された側の面とは反対側の基盤２１の面において、ファン１３の周りには、孔３１を設けた板状のフィン２２、２３が４方向に配列されている。そして、先に説明したように、隣り合う一組のフィン２２、２３の形成するフィン間を通る気流の上流６１側、下流６２側のフィン２２、２３最端部に,それぞれ断面積拡大部６３,断面積縮小部６４が設けられている。また、隣接するフィン２２、２３間には、気流の上流側にあるフィンの最端部に断面積縮小部６５、気流の下流側にある最端部に断面積拡大部６６が設けられている。すなわち、フィン間の断面積が拡大と縮小を交互に繰り返し構成している。
【００５７】
次に図１１の（ｃ）を参照して説明すると、フィン２２、２３は放射状に配置した場合も、構成要素は（ａ）の場合とほぼ同一である。しかし、フィン２５を新たに設け、孔３１から噴出する気流を衝突させる。これは、ファン１３から吹き下りてきた気流が基盤２１に衝突した後で、気流がフィン間に入り込み、孔３１から対向するフィン伝熱面に繰り返して衝突させるためである。これにより高い放熱性能を得ることができる。
【００５８】
（ａ）の断面図である（ｂ）、および、（ｃ）の断面図である（ｄ）に示されているように、ファン１３はフィンの上部に設けられているが、ファン１３をこのヒートシンク中央部に埋め込むこともできる。そのような構成にすれば、ヒートシンク装置をより小型化できる。
【００５９】
（実施の形態４）
本実施の形態は、ヒートシンク装置におけるファンの配置およびそれに関連するフィンの構成に関する。図１２は、ファン１３を最上部に、基盤２１を最下部に配置したヒートシンク装置を示す。基盤の位置が異なる点、および、それに伴って気流を排出する位置が異なる点を除いては、実施の形態１で説明したヒートシンク装置１２（図１）と同じである。簡単に説明すれば、発熱体に装着された側の面とは反対側の基盤２１の面にフィン２２、２３が設けられている。フィン２２、２３では、互い違いに断面積拡大部６３および断面積縮小部６４が形成されている。
【００６０】
断面積拡大部６３をもつフィン間の空間を空間部Ａ、断面積縮小部６４をもつフィン間の空間を空間部Ｂと定義すると、本実施の形態におけるヒートシンク装置のフィンに関する特徴は、空間部Ａの側面（斜線部）が閉じられている点にある。より具体的には、空間部Ａにおいて、フィンとフィンとの間には面９１が設けられており、さらに面９１に対向し、反対側に設けられた位置にも面（図示せず）が設けられている。なお、空間部Ａと空間部Ｂとを仕切るフィン２２には孔３１が設けられている。
【００６１】
図１２の（ａ）および（ｂ）の構成を説明する。（ａ）および（ｂ）は、孔３１の形状のみが異なっている。図１２の（ａ）は基盤に平行な方向に孔３１（スリット）が設けられ、（ｂ）は基盤に垂直な方向に孔３１（スリット）が設けられている。
【００６２】
上述の（ａ）および（ｂ）の構成によれば，気流は断面積拡大部６３から空間Ａに流入する。隣り合う一組のフィン間に規定された空間Ａは、その側面９１とその対向する側面とが閉じられているので、ファン１３から気流が吹き込まれると空間Ａ中の静圧は回復する。そして気流は孔３１から噴出され、対向する空間部Ｂのフィン面上に衝突する。この衝突により、対向する空間部Ｂのフィンを冷却する。衝突した気流は、空間Ｂに沿って広がり、空間Ｂの開口した側面から気流４１として流出する。（ｃ）は、側面９１側からみたヒートシンク装置を示す。矢印は気流の向きを示す。図示されるように、ファン１３からの冷却風は空間部Ｂを通って流れる。一方、（ｄ）はフィン２２に平行な方向からみたヒートシンク装置を示す。気流４１および９２は、ヒートシンク装置の左右方向に流出していることが理解される。これは、空間Ｂの側面から排出された気流である。
【００６３】
このような構成によれば、ファン１３からの吹き下ろしの気流が基盤２１に直接衝突するため、伝熱促進効果が得られる。なお、断面積縮小部６４を閉塞すれば、フィン両端の圧力損失差が大きくなって孔３１からの噴出量も増えるので、伝熱促進効果を期待できる。
【００６４】
続いて図１２の（ｅ）は、気流の噴出速度のグラフを示す。グラフの上方がファン１３により近い位置、下方がファン１３からより遠い位置の気流の速度を表す。この図によれば、ファン１３から離れているほど、気流が速いことがわかる。ファンから流入した気流は慣性力により直進性が強いからである。このような噴出気流の速度は、実施の形態１の第３の変形例（図４の（ａ））を組み合わせることにより均一化できる。
【００６５】
図１３は、実施の形態４による、フィン２２および２３を互い違いに傾斜させて配置したヒートシンク装置を示す。フィン２２および２３には、孔３１（スリット）が設けられている。また、上述と同様に空間部ＡおよびＢを規定すると、空間部Ａの側面（斜線部で示す側面９１およびその対向面）は閉じられている。
ファン１３から気流を送り込むと、空間部Ａで静圧が回復する。一方、空間部Ｂは基盤２１に近いほど隣り合うフィン間の断面積が小さくなり、圧力損失が増える。したがって空間部Ａで静圧が回復した気流は、フィン上の前記基盤２１と反対側にある端部により近い孔から噴出しやすくなり、より近い孔からの風量は相対的に増加する。これにより、図１３の（ｅ）に示すように噴流速度が均一化する。したがって伝熱面全体にわたって熱伝達が確保されるだけでなく，噴流の最大流速値が減少して,圧力損失の低減も図ることができる。
【００６６】
（実施の形態５）
本実施の形態は、ヒートシンク装置におけるフィンの構造に関する。図１４の（ａ）および（ｂ）は、厚みを大きくしたフィン２２および２３を用いたヒートシンク装置を示す。これまで説明したように、肉厚のフィン２２および２３には孔３１が設けられている。肉厚のフィン２２および２３を用いると、フィン２２および２３の厚み部分の孔３１の面積が伝熱面積として附加されることになり、孔３１を通過する際にも孔内での熱交換が可能となる。
【００６７】
一般に、熱伝達率は孔が小さいほど孔内表面での熱伝達率が大きい特性があるので、この作用も利用できる。従って孔径を小さくし、孔を多数設ければ圧力損失は増加するが、気流の孔への通過面積分も増加することで全体の伝熱面積が増加し,また,孔内の熱伝達率も大きくなる。よってヒートシンク装置の放熱特性も改善される。さらに図１４の（ｃ）に示すように、フィンを貫通する孔路３２をフィン面に対して角度を設ければ、孔の通過面積も増加するので、さらに放熱特性を改良できる。
【００６８】
【発明の効果】
板状フィンを用いてファンからの気流を噴出させ、対向するフィンへ衝突させるので、フィンとは別体のパイプを設ける必要がない。よって、装置の小型化を実現できる。同時に、気流を噴出させるための板状フィン自体の冷却も実現できるので、冷却性能の高いヒートシンクを得ることができる。板状フィンは単一または複数で構成されていてもよい。
【００６９】
孔の近傍に切り起こし部を設けることにより、気流の噴出量を制御できる。よってフィンにおける熱伝達率のばらつきを抑えられ、さらにヒートシンク自体の圧力損失も抑えられる。
【００７０】
複数の孔の大きさを、ファンからの位置に応じて変化させるので、孔から噴き出す噴流量を均一に調整できる。
【００７１】
隣接する２枚の板状フィンの端部を互い違いに折り曲げ、湾曲させ、または、気流を妨げる抵抗体を設け、静圧上昇できるように封止するので、フィン両側に設けられた孔の前後に圧力損失差を生じさせ、孔から気流が噴き出させることができる。
【００７２】
複数の板状フィンを、一方に対して他方を傾斜させて非平行に配置するので、気流のヒートシンクへの入口断面積と出口断面積が広くなる。よってヒートシンク全体の圧力損失を抑えることができる。
【００７３】
空間の狭い方の端部は閉塞されているので、閉塞部で圧力の回復した気流を、必ず孔から噴出させることができる。
【００７４】
隣接する２枚の板状フィンを用いてファンからの気流を噴出させ、対向するフィンへ衝突させるので、フィンとは別体のパイプを設ける必要がない。よって、装置の小型化を実現できる。同時に、気流を噴出させるための板状フィン自体からの冷却も実現できるので、冷却性能の高いヒートシンクを得ることができる。
さらに気流が基盤に直接衝突するので、伝熱促進効果が得られる。また、ファンをフィン上に取り付けるため、基盤上に取りつける必要がない。よって基盤全面に、フィンの植設が可能となる。
【００７５】
封止された第１の空間と、開放された第２の空間とが交互に設けられており、かつ第１の空間と第２の空間を仕切るフィンに孔が設けられるので、第１の空間と第２の空間の圧力差を大きくすることができ、孔から噴出した冷却風の冷却効率も増す。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１によるヒートシンク装置を示す図である。
【図２】実施の形態１の、第１の変形例によるヒートシンク装置の上面図である。
【図３】実施の形態１の、第２の変形例によるヒートシンク装置の上面図である。
【図４】実施の形態１の、第３の変形例によるヒートシンク装置の上面図である。
【図５】実施の形態１の、第４の変形例によるヒートシンク装置の上面図である。
【図６】孔の近傍の上流側に切り起こし部を設けたヒートシンク装置の上面図である。
【図７】孔の近傍の下流側に切り起こし部を設けたヒートシンク装置の上面図である。
【図８】切り起こし部を設けたヒートシンク装置の変形例を示す図である。
【図９】孔の形状および数を変更したフィンの種々の例を示す図である。
【図１０】天板の形成手法および形状の例を示す図である。
【図１１】ヒートシンク装置の中央部にファンを配置した例を示す図である。
【図１２】ファンを最上部に、基盤を最下部に配置したヒートシンク装置を示す図である。
【図１３】実施の形態４による、フィンを互い違いに傾斜させて配置したヒートシンク装置を示す図である。
【図１４】厚みを大きくしたフィンを用いたヒートシンク装置を示す図である。
【図１５】従来のヒートシンク装置の上面図である。
【符号の説明】
１１ 発熱体、 １２ ヒートシンク装置、 １３ 送風装置（ファン）、 １４ ダクト、 ２１ 基盤、 ２２、２３ 板状フィン、 ３１ 孔、 ２４天板

Claims (12)

1. 気流を送出するファンと、
   発熱体に装着される基盤と、
   該基盤上に設けられ、ファンからの気流を取り込む開口部、熱伝導性を有する材料で形成されるとともに封止部が形成された放熱を行う第１の板状フィン、および、該第１の板状フィンを覆う天板を備えた第１のパイプ部と、
   前記基盤上に設けられ、ファンからの気流を取り込む開口部、熱伝導性を有する材料で形成されるとともに封止部が形成された放熱を行う第２の板状フィン、および、該第２の板状フィンを覆う天板を備えた第２のパイプ部とを備え、
   前記第１および第２の板状フィンの各々には孔が設けられており、
   前記第１のパイプ部の開口部から取り込まれ、前記第１の板状フィンの孔から噴出した気流が前記第２のパイプ部の前記第２の板状フィンに衝突することを特徴とするヒートシンク装置。
2. 前記第１の板状フィンに設けられた孔は複数存在し、各々の孔の近傍には、前記第２の板状フィンに向かって気流を誘導するための切り起こし部が設けられている、請求項１に記載のヒートシンク装置。
3. 前記第１の板状フィンに設けられた孔は複数存在し、各々の孔の大きさは、前記ファンからの位置に応じて変化する、請求項１に記載のヒートシンク装置。
4. 前記第１の板状フィンは、複数の板状フィン部から形成される、請求項１〜３のいずれか１つに記載のヒートシンク装置。
5. 前記複数の板状フィン部は、２枚の板状フィン部である、請求項４に記載のヒートシンク装置。
6. 前記封止部は、前記２枚の板状フィン部の端部を折り曲げて近接させることにより形成される、請求項５に記載のヒートシンク装置。
7. 前記封止部は、前記２枚の板状フィン部の端部を湾曲させて近接させることにより形成される、請求項５に記載のヒートシンク装置。
8. 前記封止部は、前記２枚の板状フィン部の間に抵抗体を設けることにより形成される、請求項５に記載のヒートシンク装置。
9. 前記開口部および前記封止部は、前記２枚の板状フィン部の一方を、他方に対して傾斜させて配置することにより形成される、請求項５に記載のヒートシンク装置。
10. 開口部および封止部が形成された前記第１の板状フィンは基盤上に複数設けられ、
    天板は、複数の前記第１の板状フィンと、その間の空間を覆うように設けられ、
    前記第１の板状フィンは、ファンからの距離に応じて２枚の板状フィン部間の断面積が狭くなるよう構成され、
    隣接する２つの前記第１の板状フィンの間隔は、ファンからの距離に応じて広くなるよう構成される、請求項９に記載のヒートシンク装置。
11. 隣接する２つの前記第１の板状フィンの間の空間は、第１の板状フィンの一方の開口部側が閉塞されている、請求項１０に記載のヒートシンク装置。
12. 前記封止部にはスリットが設けられている、請求項１〜１１のいずれか１つに記載のヒートシンク装置。

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