JP5240875B2 - ヒートシンク及びこれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に搭載される発熱素子を冷却するためのヒートシンクに関する。

コンピュータ等の電子機器において、ＣＰＵ等の発熱素子を冷却するために、ヒートシンクが利用されている。一般的なヒートシンクは、当該電子機器の内部においてファンの回転等により強制的に空気を対流させることにより、冷却作用を実現する。

特許文献１に係るヒートシンクは、放熱効率を安価に高めることを課題として、第１の空気の流路を形成するように受熱部に接続され、受熱部からの熱を第１の空気の流路を通過する空気により放熱する第１の放熱部と、受熱部より離間し、第１の空気の流路の空気が流入可能で第１の空気の流路より狭い第２の空気の流路を形成するように第１の放熱部に接続され、第１の放熱部からの熱を放熱する第２の放熱部とを有するものである。

また、ヒートシンクに関する他の先行技術として、特許文献２〜５が開示されている。

国際公開第２００２／０５４４９０号 特開２００２−１３４９７３号公報 特開２００３−２８２８０１号公報 特開２００７−１７２０７６号公報 特開２００９−０７６７０８号公報

図４は、ヒートシンク１０１を搭載した電子機器の内部構成を例示している。当該例に係るヒートシンク１０１は、タワー型のコンピュータ１０２内のマザーボード１０３に搭載され、メインＣＰＵ１０４を冷却することを主要な目的とするものである。マザーボード１０３は、ケーシング１０５の側面に対して平行に（地面に対して垂直に）固定されている。ヒートシンク１０１は、メインＣＰＵ１０４の上面に覆い被さるように配置され、マザーボード１０３に固定されている。また、マザーボード１０３には、グラフィックボード１０６が固定されている。グラフィックボード１０６は、マザーボード１０３に対して垂直に（地面に対して平行に）配置されている。グラフィックボード１０６には、発熱素子としてのＣＰＵ１０７が搭載されている。

ヒートシンク１０１は、送風ユニット１１１及び放熱ユニット１１２を有している。送風ユニット１１１は、ファン等を含んで構成され、矢印Ｂの方向に冷却風を発生させる。放熱ユニット１１２は、フィン等を含んで構成され、メインＣＰＵ１０４と熱伝導率の高い部材を介して熱的に接続している。送風ユニット１１１により発生された冷却風は、放熱ユニット１１２の内部を流通して、排気ユニット１１５を介してケーシング１０５の外部に排出される。

上記図４に示すヒートシンク１０１においては、送風ユニット１１１により吸入された全ての吸気Ｂ１は、放熱ユニット１１２内に吐出され、冷却風Ｂとなる。このような構造により、ヒートシンク１０１の側面部においては、空気の流動が少なく、局所的な空気の淀みが生ずる傾向にある。そのため、当該例のように、ヒートシンク１０１の側面部にグラフィックボード１０６等の発熱要素が存在する場合には、図４中領域Ｓで示すような部分に、熱の停滞が生ずる場合がある。

このような局所的な空気の淀みに起因する問題は、上記特許文献１〜５に開示される構成をもってしても解決することはできない。

そこで、本発明は、ヒートシンクの側面部における空気の淀みを低減することを課題とする。

本発明の一態様は、発熱素子の放熱を促進させるための放熱部材と、前記放熱部材を流通する冷却風を発生させる送風機とを備え、前記送風機は、前記冷却風が前記放熱部材の外縁部の内側だけでなく前記外縁部の外側にも流通するように構成されるヒートシンクである。

また、本発明の他の態様は、少なくとも１つの発熱素子と、上記ヒートシンクとを有する電子機器である。

本発明によれば、送風機により生ずる冷却風が、放熱部材の内部だけでなく、その外部にも流通するため、ヒートシンクの側面部における空気の流動性が向上する。これにより、ヒートシンクの側面部に発熱素子が配置される場合であっても、熱の停滞が防止され、十分な冷却効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るヒートシンクの構成を示す斜視図である。 図１に示すヒートシンクを右斜め後方から見た斜視図である。 実施の形態１に係るヒートシンクを搭載した電子機器の内部構成を示す図である。 ヒートシンクを搭載した電子機器の内部構成を例示する図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係るヒートシンク１の構成を示している。ヒートシンク１は、送風ユニット２、放熱ユニット３、及び固定ユニット４を有している。

送風ユニット２は、多翼ファン（以下、ファンと略記する）１１、ファン１１が固定される回転軸１２、回転軸１２を回転させる図示しない駆動機構、ファンガード１３等から構成される。本実施の形態においては、ファン１１が回転することにより、矢印Ａの方向に冷却風が発生する。

放熱ユニット３は、複数のフィン１５、熱伝導部材１６，１７等から構成される。各フィン１５は、アルミ等の高い熱伝導率を有する材料から構成され、積層構造を有している。各フィン１５の間には空間が形成されており、送風ユニット２からの冷却風は当該空間を通過する。熱伝導部材１６，１７は、発熱素子と各フィン１５とを熱的に接続するものであり、フィン１５と同様に高い熱伝導率を有する材料から構成される。熱伝導部材１６，１７が発熱素子に接触することにより、発熱素子の熱は効率良く各フィン１５に伝達される。

固定ユニット４は、送風ユニット２及び放熱ユニット３を所定の部材、例えばＣＰＵ等の発熱素子が搭載された基板等に固定するものである。本実施の形態に係る固定ユニット４は、４つの脚部１９を有している。

図１及び図２中、一点鎖線Ｘは、送風ユニット２の回転軸１２の位置を示しており（以下、回転軸位置Ｘと称する）、一点鎖線Ｙは、放熱ユニット３のフィン１５の積層領域（冷却領域）の中心を通り冷却風の流通方向と平行な線の位置を示している（以下、冷却領域中心位置Ｙと称する）。本実施の形態に係るヒートシンク１においては、回転軸位置Ｘと冷却領域中心位置Ｙとが一致しておらず、両者の間に距離Ｌのずれが存在している。本実施の形態においては、回転軸位置Ｘが冷却領域中心位置Ｙに対して（冷却風の進行方向に対して）左側にずれている。当該ずれにより、図２に示すように、送風ユニット２のファン１１の外縁部２１が、放熱ユニット３のフィン１５の外縁部２２より外側に露出する。

上記のような送風ユニット２と放熱ユニット３との位置関係により、送風ユニット２から吐出される冷却風は、放熱ユニット３のフィン１５の内部を流通する内部冷却風Ａ１と、フィン１５の外縁部２２の外側を流通する外部冷却風Ａ２とに分流される。

図３は、上記ヒートシンク１を搭載したコンピュータ（電子機器）３０の内部構造を示している。コンピュータ３０は、ケーシング３１、マザーボード３２、グラフィックボード３３、排気ユニット３４、電源ユニット３５、ドライブベイ３６、コネクタ３７、ヒートシンク１等を有している。

マザーボード３２は、ケーシング３１内においてケーシング３１の側面と平行に（地面に対して垂直に）固定されている。マザーボード３２には、発熱素子であるメインＣＰＵ４１、ヒートシンク１、メモリ４２、グラフィックボード３３等が固定されている。メインＣＰＵ４１は、ヒートシンク１の主要な冷却対象である。ヒートシンク１は、メインＣＰＵ４１に覆い被さるように配置され、脚部１９によりマザーボード３２に固定されている。この時、上記熱伝導部材１６，１７がメインＣＰＵ４１に接触する。

グラフィックボード３３は、マザーボード３２に対して垂直に（地面に対して平行に）固定されている。グラフィックボード３３には、発熱素子であるＣＰＵ４５が搭載されている。当該ＣＰＵ４５は、ヒートシンク１の上記外部冷却風Ａ２が流通する側に位置している。

排気ユニット３４は、ケーシング３２内部の空気を外部に排出するためのものである。本発明は、排気ユニット３４の構成に限定を要するものではない。例えばファン、電動モータ、制御回路等から構成される一般的な排気ユニット３４を利用することができる。本実施の形態においては、ヒートシンク１から吐出された内部冷却風Ａ１及び外部冷却風Ａ２が効率良く排出される位置に排気ユニット３４が配置されている。

上記構成により、外部冷却風Ａ２が、グラフィックボード３３の発熱素子であるＣＰＵ４５の近傍を流通する。これにより、ＣＰＵ４５近傍の空気が淀むことが防止され、良好な冷却効果が得られる。

このように、本実施の形態に係るヒートシンク１を利用することにより、送風機構の増設、増大化等を要することなく、コンピュータ３０内部の局所的な空気の淀みを解消することが可能となる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能なものである。

例えば、ヒートシンクの具体的形態として、図１及び図２を示したが、本発明の構成要素を同図の送風ユニット２、放熱ユニット３等の形態に限定的に解釈するべきではない。本発明は、冷却風を発生させるあらゆる形態の送風機、放熱効果を有するあらゆる形態の放熱部材（ユニット）を適用することが可能なものである。

また、上記実施の形態においては、外部冷却風Ａ２を発生させる手法として、回転軸位置Ｘと冷却領域中心位置Ｙとをずらすことのみを示したが、本発明はこの手法に限定されるものではない。例えば、ファン１２の径を放熱ユニット３の外径より大きくすること等が考えられる。

更に、ヒートシンクを利用する電子機器の例として、タワー型のコンピュータ３０を例示したが、本発明に係るヒートシンクがその他各種の電子機器にも利用可能であることは明らかである。本発明に係るヒートシンクは、強制対流式の冷却機構を採用する各種機器に利用可能である。

１ ヒートシンク
２ 送風ユニット（送風機）
３ 放熱ユニット（放熱部材）
４ 固定ユニット
１１ （多翼）ファン
１２ 回転軸
１３ ファンガード
１５ フィン
１６ 熱伝導板
１７ 熱伝導ブリッジ
１９ 脚部
３０ コンピュータ（電子機器）
３１ ケーシング
３２ マザーボード
３３ グラフィックボード
３４ 排気ユニット
３５ 電源ユニット
３６ ドライブベイ
３７ コネクタ
４１ メインＣＰＵ
４２ メモリ
４５ ＣＰＵ
Ａ１ 内部冷却風
Ａ２ 外部冷却風
Ｘ 回転軸位置
Ｙ 冷却領域中心位置

Claims (6)

1. 第１の基板に固定された第１の発熱素子、前記第１の基板に立設された第２の基板に固定された第２の発熱素子、及びヒートシンクを有し、
   前記ヒートシンクは、前記第１の発熱素子を直接的に冷却し、放熱を促進させるための放熱部材と、
   前記放熱部材を流通する冷却風を発生させる送風機と、
   を備え、
   前記送風機は、前記冷却風が前記放熱部材の外縁部の内側だけでなく前記外縁部の外側にも流通するように構成され、
   前記第２の発熱素子は、前記放熱部材の外縁部の外側を流通する冷却風が流通する側に配置される、電子機器。
2. 前記送風機は、ファン部材及び当該ファン部材を回転させる回転軸を有し、
   前記回転軸が、前記放熱部材の外縁部の内側の冷却領域の中心からずれている、
   請求項１に記載の電子機器。
3. 前記放熱部材の外縁部の内側を流通する冷却風の流通方向が、前記放熱部材が固定された面に対して平行である、
   請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 前記冷却風を電子機器の外部に排出する排気ユニットをさらに備え、
   前記排気ユニットは、前記放熱部材を挟んで、前記送風機と対向する位置に配置され、かつ前記放熱部材の外縁部の外側を流通する冷却風の流通方向の下流にある、
   請求項１〜３のいずれか記載の電子機器。
5. 前記第１の基板は、マザーボードである、
   請求項１〜４のいずれかに記載の電子機器。
6. 前記第２の基板は、グラフィックボードである、
   請求項５に記載の電子機器。

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