JP6539295B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィン部が設けられたベース部を発熱源に接触させ、フィン部を流通する空気により熱を放散して発熱源を冷却するヒートシンクと、このヒートシンクの周囲に空気の流路を形成するダクトを備えた冷却装置に係り、特に、発熱源が空気の上流側にあるか下流側にあるかを問わず均等に冷却することができる冷却装置に関するものである。

基板上に複数の電子素子を搭載して一定の機能を発揮するように構成された電子機器は、モジュール又はユニット等と称されて単体で使用されるか、又は各種の電子装置に構成要素として組み込まれて使用される。このようなユニットは、使用時に電子素子が熱を発生するため、この熱を効果的に放散して電子素子の温度が使用上の許容温度を越えないように配慮する必要がある。このようなユニットの一例である半導体モジュールを冷却するための発明が、下記特許文献１に開示されている。

下記特許文献１に開示された発明は、半導体モジュールをヒートシンクで冷却するモータ制御装置に関するものである。この発明のモータ制御装置は、ベース部１１とベース部１１に設けたフィン１２を備えたヒートシンク１と、ヒートシンク１のフィン１２と対向し、ヒートシンク１を冷却するファン３と、ヒートシンク１に密着する半導体モジュールとを備えている。このヒートシンク１によれば、フィン１２のファン３と対向する部分に、フィン間隔の広い幅広ピッチ部１２３を設けている。

ヒートシンクとファン間の空隙を小さくし過ぎると、ファンからの冷却風がヒートシンクのフィン間に流れ込まない問題が生じるが、この発明におけるヒートシンクによれば、ヒートシンクのフィンのピッチを、ファンと対向する部分で広くしているので、ファンからの冷却風をスムーズにフィン間に流入させることができる。これにより、フィン間に流れる冷却風の風量を増して、ヒートシンクの冷却性能を向上させ、モータ制御装置の全体を小形化することができるものとされている。

特開２００８−１７７３１４号公報

基板上に複数の電子素子を搭載したユニットを、前述したようなヒートシンクで冷却する場合には、基板上の複数の電子素子にヒートシンクのベース部を接触させ、フィンに沿って空気を流通させることにより、複数の電子素子からベース部に伝導した熱をフィンで空気に放散する。

ところが、ユニットの基板上に搭載された電子素子の数が多く発熱量が大きい場合、又は空気の流通方向に沿って上流側から下流側に向けて発熱量の大きい電子素子が複数個並んで配置されているような場合には、空気の流通方向の上流側は冷却され易いが、これよりも下流側は空気の温度が上昇して冷却されにくくなるため、上流から下流に向けて基板温度が上昇する温度勾配が生じてしまい、基板全体としての温度を均一化することが困難であった。

上記特許文献１に記載の発明におけるヒートシンクは、前述した通り、ファンからの冷却風をスムーズにフィン間に流入させてヒートシンクの冷却性能を向上させることを特徴としているが、上述したように電子素子の数が多く全体としての発熱量が大きい場合や、上流側から下流側に向けて発熱量の大きい電子素子が並んで配置されている場合のように、上流側に比べて下流側の冷却条件が厳しい条件下では、必ずしも効果的な冷却効果は期待できなかった。

図７は、複数の電子素子を実装した基板１００の図示手前側に設けた比較例のヒートシンク１０１を示す正面図であって、電子素子の使用時におけるヒートシンク１０１の温度を、ソフトウエアを用いたシミュレーションによって計算し、ヒートシンク１０１の図面に重ねてコンターで表したものである。なお、この比較例のユニットはダクトで覆われてはいない。

ヒートシンク１０１は、板状のベース部１０２と、ベース部１０２に設けられたフィン部１０３を備えている。フィン部１０３は、空気の流通方向である図中左右方向に沿った長手形状であって、長手方向と直交する上下方向に所定の間隔をおいて配置された複数のフィンから構成される。ユニットは、ヒートシンク１０１のベース部１０２よりもやや大きい基板１００の上に、発熱源である電子素子（図示せず）が配置されているが、特に発熱の大きな電子素子が空気の流通方向に沿って略等間隔で３つの位置に設けられている。ヒートシンク１０１は、ユニットの電子素子にベース部１０２を接触させており、図中、左側から右側に向けて空気がフィン部１０３を流通すると、空気により熱が放散されてユニットが冷却される。

図７のコンター及び図中の温度表示から分かるように、図中左右方向の空気の流通方向に沿ったヒートシンク１０１の３つの位置には、周囲に比べて温度の高い箇所Ａ１，Ａ２，Ａ３が現れている。図７中では、縦横２種類の矢印の交点で概略の位置を示した。これら各箇所Ａ１，Ａ２，Ａ３の温度は、それぞれ、７４〜７５℃、７６〜７７℃、７９〜８０℃となっている。すなわち、空気の流通方向の上流側は冷却され易いが、これよりも下流側は空気の温度が上昇して冷却されにくくなるため、上流から下流に向けて基板温度が上昇する温度勾配が大きくなってしまい、ヒートシンク全体としての温度を均一に低下させられない状況が生じている。特に、最も下流の位置の温度は８０℃に達しており、ユニットに搭載する電子素子の使用時の許容温度を越えてしまう可能性もある。

本発明は、以上説明した従来の技術における種々の課題に鑑みてなされたものであり、フィン部が設けられたベース部を発熱源に接触させ、フィン部を流通する空気により熱を放散して発熱源を冷却するヒートシンクと、このヒートシンクの周囲に空気の流路を形成するダクトを備え、発熱源が空気の上流側にあるか下流側にあるかを問わず均等に冷却することができる冷却装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載された冷却装置７は、
取り付けられるべき対象物上の複数の発熱源１０，１０（Ｌ），１０（Ｌ）’に接触するベース部１２と、前記ベース部１２に設けられて流通する空気により熱を放散するフィン部１３，１３（Ｕ），１３（Ｄ）を備えたヒートシンク８であって、
前記フィン部１３，１３（Ｕ），１３（Ｄ）は、
吸引ファン５によって発生する空気の流通方向Ｆに沿った長手形状であって、長手方向と交差する幅方向に所定の間隔をおいて配置された複数のフィン１４，１４ａから構成され、
前記流通方向Ｆの上流側における前記フィン１４の前記間隔である第１間隔は、前記流通方向Ｆの下流側における前記フィン１４，１４ａの前記間隔である第２間隔よりも大きく構成されており、
前記フィンは、前記長手方向の寸法が相対的に大きく、前記第１間隔で配置された複数の第１フィンと、前記長手方向の寸法が相対的に小さく、前記流通方向の下流側において前記第１フィンとの間隔が前記第２間隔となるように少なくともその一部が前記第１フィンと前記第１フィンとの間に配置された複数の第２フィンとを有しており、
前記フィン１４，１４ａの前記間隔が一定である場合には前記取り付け時に許容温度を越えてしまうような前記発熱源である特定発熱源１０（Ｌ）’が配置された特定位置を基準とし、前記フィン１４，１４ａの前記間隔が前記第１間隔である第１領域Ｓ１と前記フィン１４，１４ａの前記間隔が前記第２間隔である第２領域Ｓ２との境界を、前記特定位置の直上を含む上流側近傍に設定した当該ヒートシンク８と、
前記ヒートシンクの前記フィン部を覆うダクト９と、
を具備し、
前記吸引ファン５によって前記ダクト９外も流通する空気の一部が、前記第２間隔の前記フィンの１４，１４ａ上流側に供給されるように、前記特定位置に対応する前記ダクト９の位置に開口部３０を形成し、
前記ダクト９内を流通する空気によって前記フィン部１３，１３（Ｕ），１３（Ｄ）から熱を放散して前記発熱源１０，１０（Ｌ），１０（Ｌ）’を冷却することを特徴としている。

請求項２に記載された冷却装置７は、請求項１記載の冷却装置７において、
前記ヒートシンク８において、前記特定位置のうち、前記特定発熱源１０（Ｌ）’の上流側縁の位置を基準とし、前記第１領域Ｓ１と前記第２領域Ｓ２との境界を、前記上流側縁の位置の直上を含まない上流側近傍に設定したことを特徴としている。

請求項３に記載されたヒートシンク８は、請求項１又は２に記載のヒートシンク８において、
前記第２間隔で配置された複数の前記フィン１４，１４ａからなる前記フィン部１３，１３（Ｄ）の前記幅方向の寸法が、前記第１間隔で配置された複数の前記フィン１４からなる前記フィン部１３，１３（Ｕ）の前記幅方向の寸法よりも大きいことを特徴としている。

請求項１に記載された冷却装置によれば、ダクトが空気の通り道となるため、ヒートシンクをむき出しで配置している場合に比べ、ヒートシンクを収納したダクト内に空気を取り込み易い。そして、ダクト内でヒートシンクの周囲を所定の流通方向に沿って流通する空気は、特定発熱源の特定位置よりも上流側では、比較的広い第１間隔で配置されたフィンの間を通過し、相応の放熱力を発揮して発熱源を冷却する。そして、特定発熱源の特定位置よりも下流側においては、空気は上流側より狭い第２間隔で配置されたフィンの間に入る。より狭い第２間隔で配置されたフィンの間では、フィンの間隔が広い特定発熱源の上流側に比べ、流通する空気の抵抗が大きくなってフィンに空気が十分に当たり、放熱力が高くなる。その結果、特定発熱源の特定位置を境界とした空気の上流側と下流側において生じる温度勾配は可及的に小さくなり、発熱源の全体としての温度を従来に比べて均一化することができ、特定発熱源を始めとする発熱源が使用時に許容温度を越えてしまう危険性を回避できる。

請求項２に記載された冷却装置によれば、ダクトの外面に沿って流通している空気の一部がダクトの開口部からダクトの内部に流入する。開口部から流入した空気は、狭い第２間隔で配置されたフィン間に入る。フィンから熱を奪いながらダクト内を流れて来た空気の温度よりも、ダクトの外を流れて開口部から入ってきた空気の温度の方が低いので、この温度の低い空気によって特定発熱源の発熱が集中的に冷却される。

請求項３に記載されたヒートシンクによれば、フィン間隔が広い上流側のフィン部とその近傍では、フィン間を流通する空気の抵抗よりも、フィン部の外側の空間に沿って流通する空気の抵抗の方が小さいため、多くの空気が当該空間に入り込む。そして、当該空間に沿って流通する空気が片側にのみ存在するフィンから受ける熱は、上流側のフィン部のフィン間を流通する空気が両側にあるフィンから受ける熱よりも少ない。このように、間隔の広い上流のフィンから出てきた空気に比べて温度が低く、また流量も多い当該空間からの空気が、下流において間隔の狭いフィン間に入る。このため、比較的温度の低い空気が大きな抵抗をもってフィン間を流れ、フィンに十分に当たって高い放熱力が得られるため、下流側のフィン部の幅方向の両端部分では特に強い冷却効果が得られる。

第１実施形態に係る電子装置の内部が見えるように筐体の天板を除去した状態を示す斜視図である。 第１実施形態に係る電子装置に装着されるユニットの斜視図である。 第１実施形態におけるユニットからダクトを除去した状態を示す正面図である。 第１実施形態に係る電子装置に装着されるユニットの拡散分解斜視図である。 第１実施形態に係る電子装置に装着されるユニットの正面図であって、特にユニットの使用時におけるヒートシンクの温度を、ヒートシンクに重ねてコンターで表した図である。 第１実施形態に係る電子装置の使用時において、ユニットに設けられた複数の発熱源の位置（横軸）に対するジャンクション温度（縦軸）の関係を示すグラフと、同条件下においてフィンの間隔が一定である比較例のヒートシンクによる同様の関係を示すグラフとを、同一図中に示した表図である。 電子装置に装着される比較例のユニットの正面図であって、フィンの間隔が一定である比較例のヒートシンクの使用時の温度を、ヒートシンクに重ねてコンターで表した図である。

図１〜図７を参照して第１実施形態の電子装置１を説明する。本発明の冷却装置が適用される電子装置１の種類は特定のものに限定されないが、本実施形態では、電子装置１の一例として、図１に示すように、移動体端末の検査装置であるラジオコミュニケーションアナライザーを挙げた。ラジオコミュニケーションアナライザーは、移動体端末の多用な通信方式の規格ごとに基地局の機能を発揮する装置であって、必要とする機能に合せて作成したユニットをスロットに挿入することで移動体端末の検査を行う。

図１に示すように、電子装置１の筐体２の内部には、電子機器であるユニット３を取り付けるための枠状の構造体であるフレーム４が取り付けられている。このフレーム４の内部には、フレーム４の上側の開口から薄板状の複数のユニット３，３ａが挿入できるようになっており、フレーム４の内部で各ユニット３，３ａは所定間隔をおいて互いに略平行な状態で並んで配置されるように構成されている。図１に示す例では、ユニット３，３ａの挿入位置であるスロットがフレーム４内に７つ設けられており、装着されている７つのユニット３，３ａのうち２つが本発明のヒートシンクを有するユニット３（図２参照）であり、他の５つが他の種類のユニット３ａである。

図１に示すように、電子機器の筐体２の右側面には、２基の吸引ファン５が設けられており、フレーム４の内部に設けられた薄形のユニット３の表面に沿って、図中左側の上流から同右側の下流に向けた流通方向Ｆに沿って冷却用の空気を流通させるようになっている。また、流通する空気の上流側に当たる筐体２の左側面は、吸引ファン５で引かれた空気が筐体２内に入れるように空気透過構造となっている。また、筐体２の前面には、電子装置であるラジオコミュニケーションアナライザーの操作部や表示装置が設けられている。

図２は、本発明のヒートシンクを有する実施形態のユニット３の斜視図である。なお、実施形態のユニット３は、後述するように、電子素子を実装した基板６と、この電子素子を冷却する冷却装置７から構成されており、冷却装置７はヒートシンク８とダクト９から構成されている。図２の前面側にあるダクト９を取り外し、内部のヒートシンク８を見せたのが図３の正面図である。そして、図３の前面側にあるヒートシンク８を奥側の基板６から取り外すとともに、前記ダクト９ともに表したのが図４の拡散分解斜視図である。

図２〜図４に示す基板６の上面には、図４に示すように発熱源となる複数の電子素子１０が実装されている。電子素子１０の種類や機能は問わないが、いずれも使用時には熱を発する。そして、特に空気の流通方向Ｆに沿って基板６上に等間隔で設定された３つの位置には、他の電子素子１０に比べて発熱量が大きい同一種類の電子素子１０（Ｌ）がそれぞれ取り付けられている。また、基板６の下縁には、ユニット３をスロット内に装着した際に、ユニット３を電子装置１に接続するためのコネクタ１１が設けられている。

図２〜図４に示すように、基板６上の電子素子１０に接するように、ヒートシンク８が設けられている。ヒートシンク８は、後述するダクト９とともに、電子素子１０の冷却装置７を構成する部材である。図３及び図４に示すように、ヒートシンク８は、基板６と略同形で基板６より若干小さい矩形のベース部１２と、ベース部１２の前面側に設けられたフィン部１３を有している。図示はしないが、ベース部１２の背面側（基板６側）には、最も背の高い電子素子１０に対応する部分に当該電子素子１０（Ｌ）の外形に見合った浅い凹部が形成されている。これは、電子素子１０（Ｌ）とベース部１２を熱伝導パテで接着する際、その厚さをなるべく薄い値に統一するためである。また、フィン部１３は、空気の流通方向Ｆに沿った長手形状の板材であって、長手方向と交差する方向に所定の間隔（ピッチとも称する）をおいて配置された複数のフィン１４から構成されている。フィン１４は、ベース部１２の長手方向と、空気の流通方向Ｆに平行である。なお、本実施形態では、ベース部１２の面内の方向であって、ベース部１２又はフィン１４の長手方向に直交する方向（ベース部１２の短手方向）をフィン部１３の幅方向と称する。

図３及び図４に示すように、前記流通方向Ｆの上流側におけるフィン１４の間隔を第１間隔と呼び、流通方向Ｆの下流側におけるフィン１４の間隔を第２間隔と呼ぶとすれば、第１間隔は第２間隔の略２倍である。すなわち、流通方向Ｆの下流側では、流通方向Ｆの上流側におけるフィン１４とフィン１４の間に当たる位置にも、フィン１４が設けられており、流通方向Ｆの上流側のフィン１４の数は上流側のフィン１４の数の略２倍となっている。

図４に示すように、電子源１０のうちで特に発熱量が大きく、流通方向Ｆに沿って基板６上に間隔をおいて配置された３つの電子素子１０（Ｌ）のうち、流通方向Ｆの最も下流にある電子素子１０（Ｌ）を特定発熱源と呼び、その位置を特定位置と呼ぶ。なお、特定発熱源である電子素子１０（Ｌ）を特に符号１０（Ｌ）’で指し示す。この特定位置を基準とした場合、流通方向Ｆについて特定位置よりも上流側が、フィン１４の間隔が第１間隔である第１領域Ｓ１である。また、同じく流通方向Ｆについて特定位置よりも下流側が、フィン１４の間隔が第２間隔である第２領域Ｓ２である。また、換言すれば、フィン１４の間隔が広い上流の第１領域Ｓ１と、フィン１４の間隔が狭い下流の第２領域Ｓ２の境界は、特定電子素子１０（Ｌ）’の上流側の縁辺１５となる。

フィン１４の間隔の広狭の境となる特定発熱源の特定位置は、次のように定められる。すなわち、フィン１４の間隔が全長にわたって一定（例えば前記第１間隔）であったとすると、「発明が解決しようとする課題」で説明したように、空気の流通方向Ｆの上流側は冷却され易いが、これよりも下流側は空気の温度が上昇して冷却されにくくなる。このため、先に図７を参照して説明した例と同様、電子素子１０を使用している際のヒートシンク８の温度を測定すると、流通方向Ｆに沿って下流にいくほど温度が上昇し、何れかの位置において周囲と極端に温度が異なる高温の領域が現れる。すなわち、上流から下流に向けて基板６の温度が急上昇する大きな温度勾配が生じる。このように、周囲と比べて特異な高温の領域が現れるヒートシンク８上の位置に相当する発熱源を、特定発熱源と呼び、本実施形態では前述した発熱量が大きい３つの電子素子１０（Ｌ）のうち、最も下流にある電子素子１０（Ｌ）’が特定発熱源に相当する。

このように、フィン間隔が一定の場合に大きな温度勾配を発生させる特定発熱源の位置（つまりは前述の特定位置）を定め、これよりも下流でフィン１４の間隔を狭くすればよい。このようにすれば、特定発熱源よりも下流ではフィン間を流通する空気の抵抗が大きくなってフィン１４に空気が十分に当たり、放熱力が高くなる。その結果、特定発熱源の特定位置を境界とした空気の上流側と下流側で生じる温度勾配は可及的に小さくなり、複数の発熱源を有する基板６の全体としての温度を従来に比べて均一化することができる。これにより、特定発熱源を始めとする発熱源が使用時に許容温度を越えてしまう危険性を回避できる効果が得られる。なお、電子素子１０，１０（Ｌ），１０（Ｌ）’を所定の条件下で問題なく使用できる許容温度としては、種々の指標から定義される各種温度が採用可能であるが、例えば接合部温度（ジャンクション温度）を用いることができる。
なお、第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２の境界は、特定電子素子１０（Ｌ）’の縁辺１５に合った位置としたが、これに限るものではない。当該境界を縁辺１５の上流側の近傍と設定しても、同等の作用効果を得ることができる。

図３及び図４に示すように、第２間隔で配置された下流側のフィン部１３（Ｄ）全体の幅方向の寸法は、第１間隔で配置された上流側のフィン部１３（Ｕ）全体の幅方向の寸法よりも大きい。すなわち、下流側のフィン部１３（Ｄ）は、上流側のフィン部１３（Ｕ）の幅方向で最も外側にあるフィン１４よりもさらに外側となる２つの位置に、それぞれ２本ずつのフィン１４ａをさらに有している。なお、図３に示すように、下流側のフィン部１３（Ｄ）において図示上側の２本のフィン１４ａの方が、図示下側の２本のフィン１４ａよりもやや長い。

なお、以上説明したヒートシンク８はアルミ製であるが、放熱能力を高めるために、アルミ材押し出し成形で作成するよりも、ベース部１２にフィン部１３をかしめで取り付ける工法を採用することが好ましい。

また、図１〜図４に示すように、ヒートシンク８のベース部１２の上縁には、銅製の熱伝導部材１６が取り付けられている。図１に示すように、筐体２の内部の各スロットにユニット３ａを挿入した後、二点鎖線で示すアルミ製のカバー（蓋体）１７で筐体２の上面の開口を閉止し、カバー１７の所定位置に形成した孔からボルト１８を挿入して熱伝導部材１６のねじ孔にねじ込んで固定すれば、筐体２とカバー１７とユニット３が一体に固定される。従って、ヒートシンク８が吸収した熱は、フィン部１３で放熱される外、熱伝導部材１６からカバー１７に伝導して放熱される。

図２及び図４に示すように、ユニット３は、ヒートシンク８を覆うダクト９を有している。ダクト９は、前述したヒートシンク８とともに、電子素子１０の冷却装置７を構成する部材である。ダクト９は、ヒートシンク８のベース部１２と略同形でベース部１２より若干大きい矩形の板体である。ダクト９の上縁と下縁には、ヒートシンク８のベース部１２を囲う上フランジ９ａと下フランジ９ｂがそれぞれ設けられている。下フランジ９ｂはベース部１２の全体を覆っている。上フランジ９ａは、熱伝導部材１６の部分を除いてベース部１２の下流側の略半分を覆っている。流通方向Ｆについてダクト９の上流側は入口２０となっており、吸引ファン５に引かれて流動する空気がダクト９内に流入する。流通方向Ｆについてダクト９の下流側は出口２１となっており、ヒートシンク８に沿って流通した空気がダクト９外に流出する。

図２及び図４に示すように、ダクト９には開口部３０が設けられている。開口部３０は縦長矩形であり、その長辺は特定発熱源である電子素子１０（Ｌ）’の縦寸法に略一致し、その短辺は電子素子１０（Ｌ）’の横寸法の略半分となっている。開口部３０は、前記特定発熱源の特定位置と対応する位置に形成されている。より詳細に説明すれば、開口部３０は、その上流側の縦縁辺３０ａが、電子素子１０（Ｌ）’の上流側の縁辺１５と略一致する位置に形成されている。従って、ダクト９外を流通する空気が開口部３０からダクト９の内部に入ると、狭い第２間隔のフィン１４の上流側に供給され、特定発熱源としての電子素子１０（Ｌ）’を効率的に冷却することができる。

図２及び図４に示すように、ダクト９の入口２０は拡大部２２によって出口２１よりも広くなっている。図２に示すように、熱伝導部材１６の近傍及びその後方の空間を流れる空気はヒートシンク８による電子素子１０，１０（Ｌ），１０（Ｌ）’の冷却には寄与しないので、この位置の上流側に拡大部２２を設け、この位置を流通している空気を拡大部２２によってダクト９内に導き、冷却に用いている。

図３に示すように、間隔が広い第１領域Ｓ１のフィン部１３において、幅方向について一番外側にある図中上下２本のフィン１４とダクト９との間の空間Ｓ３は、第１領域Ｓ１のフィン１４の間隔よりも広い。従って、ダクト９内に入った空気は、空気抵抗が小さい当該空間Ｓ３に多く入り込む。また、当該空間Ｓ３に沿って流通する空気が、片側にのみ存在するフィン１４から受ける熱は、上流側のフィン部１３（Ｕ）のフィン１４，１４間を流通する空気が両側にあるフィン１４，１４から受ける熱よりも少ない。従って、当該空間Ｓ３から第２領域Ｓ２の間隔の狭いフィン１４ａ，１４に入り込む空気による冷却効果は特に大きくなる。すなわち、第２領域Ｓ２の間隔の狭いフィン１４ａ，１４では、流通する空気の抵抗が大きくなり、フィン１４ａ，１４に空気が十分に当たり、放熱力が高くなるため、第２領域Ｓ２の幅方向の両端（図３において第２領域Ｓ２の上端及び下端）では特に強い冷却効果が得られる。

次に、以上の構成における効果を説明する。
電子装置１の使用時には、内部に収納したユニット３が発熱するため、吸引ファン５を駆動して冷却する。図１において、吸引ファン５に吸引された空気は、筐体２の左側面（図中左側）から筐体２内に入り、筐体２内の各ユニット３，３ａ間を通過してこれらを冷却した後、筐体２の右側面（図中右側）の吸引ファン５から筐体２外に排気される。

筐体２内に入った空気は、一般的に抵抗の小さいところを選んで流通するため、図１においてユニット３が挿入されていないスロットがあれば、空気は抵抗の大きいユニット３を避けて空きのスロットに流れてしまう。しかしながら、図１に示すように、本実施形態のダクト９を有するユニット３ａと、ダクト９がないその他のユニット３が筐体２内に隙間なく並んでいる場合には、その他のユニット３よりも、ダクト９で筒状の空気の通り道を構成した実施形態のユニット３ａの方が空気を取り込み易い。

図２及び図４に示すように、拡大部２２を備えたユニット３の入口２０から取り込まれた十分な量の空気は、特定発熱源である電子素子１０（Ｌ）' よりも上流側（第１領域Ｓ１）では、比較的広い第１間隔で配置されたフィン１４の間を通過し、相応の放熱力を発揮して発熱源（電子素子１０，１０（Ｌ））を冷却することができる。

特定発熱源である電子素子１０（Ｌ）' の特定位置よりも下流側（第２領域Ｓ２）においては、空気は上流側より狭い第２間隔で配置されたフィン１４の間に入る。第２領域Ｓ２に供給される空気は、第１領域Ｓ１で冷却に供されて温度が上昇している空気ではあるが、比較的狭い第２間隔で配置されたフィン１４の間では、上流側の第１領域Ｓ１に比べて流通する空気の抵抗が大きくなるので、フィン１４に空気が十分に当たり、相対的に高い放熱力が得られる。

さらに、図２において、ダクト９の外面に沿って流通している空気の一部は、ダクト９に形成された開口部３０からダクト９の内部に流入する。開口部３０から流入した空気は、フィン１４の間隔が狭い第２領域Ｓ２に入る。フィン１４から熱を奪いながらダクト９内を第１領域Ｓ１から第２領域Ｓ２に流れて来た空気の温度よりも、ダクト９の外を流れて開口部３０から第２領域Ｓ２に入ってきた空気の温度の方が低いので、この温度の低い空気が特定発熱源である電子素子１０（Ｌ）' の発熱を集中的に冷却するため、第２領域Ｓ２での冷却効果は特に高くなる。

その結果、特定発熱源である電子素子１０（Ｌ）' の特定位置を境界とした空気の上流側と下流側で生じる温度勾配は可及的に小さくなり、発熱源（電子素子１０，１０（Ｌ），１０（Ｌ）’）の全体としての温度を従来に比べて均一化することができる。

なお、ダクト９に形成した開口部３０の大きさ及び形状によって、特定発熱源である電子素子１０（Ｌ）' の発熱を集中的に冷却する効果は変動する。特定発熱源である電子素子１０（Ｌ）' による発熱を集中的に冷却するためには、電子素子１０（Ｌ）' の領域の一部に相当する面積の開口部３０を、電子素子１０（Ｌ）' の領域の上流側に設けることが好ましい。実施形態のように、電子素子１０（Ｌ）' の領域の半分の面積の開口部３０を、電子素子１０（Ｌ）' の領域の上流側に設ければ、ダクト９の外を流れている比較的温度の低い空気を、効率的に、かつ高い流速でダクト９内に導き入れることができ、特定発熱源たる電子素子１０（Ｌ）' に相当するフィン１４の部分にピンポイントで当てることができる。このとき、フィン１４の第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２との境界も電子素子１０（Ｌ）' の上流側（縁辺１５の直上よりも上流側）に設定すると、より好適となる。この開口部３０の面積を電子素子１０（Ｌ）' の面積以上にすることは、開口部３０から流入する空気の流速が小さくなるため好ましくない。また、この開口部３０の形状を電子素子１０（Ｌ）' の領域を越えるような形状にすることは、電子素子１０（Ｌ）' に相当する位置以外の位置に開口部３０からの空気を当てることになるため、好ましくない。

図５は、本実施形態のユニット３のヒートシンク８を示す正面図であって、電子素子１０（Ｌ）の使用時におけるヒートシンク８の温度を、ソフトウエアを用いたシミュレーションによって計算し、ヒートシンク８の図面に重ねてコンターで表したものである。

図５のコンター及び図中の温度表示から分かるように、図中左右方向の空気の流通方向Ｆに沿ったヒートシンク８の３つの位置には、周囲に比べてやや温度の高い箇所Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３が現れている。図７中では、縦横２種類の矢印の交点で概略の位置を示した。これら各箇所Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の温度は、それぞれ、左側（上流側）から順に、概ね７４〜７５℃、７３〜７４℃、７６〜７７℃となっている。このように、上流から下流に向けてヒートシンク８の温度が上昇する単純な温度勾配は解消されており、また各箇所における周囲との温度の差も小さくなっている。すなわち、図７に示した比較例のヒートシンク１０３に比べ、ヒートシンク８の全体としての温度は均一に低下しており、ユニット３に搭載する電子素子１０，１０（Ｌ），１０（Ｌ）’の使用時の許容温度を越えてしまう可能性は小さくなっている。

図６は、電子装置１の使用時において、ユニット３に設けられた発熱源（電子部品）の位置（横軸に示す）とジャンクション温度（縦軸に示す）との関係を示すグラフであって、実施形態と、フィンの間隔が一定（例えば実施形態の第１領域Ｓ１のフィン１４の間隔）である比較例とを、同一図中に示したものである。

図６に示す実施形態のデータは、図５に示したようなシミュレーション結果を複数取得して綜合し、本実施形態の一般的な傾向として示したものである。この図から理解されるように、本実施形態のヒートシンク８及びこのヒートシンク８を利用した冷却装置７によれば、冷却空気の流通方向Ｆに関する温度勾配が緩和され、電子部品の全体としての温度を従来に比べて均一化することができる。このため、電子部品の温度が使用時に許容温度を越えてしまう危険性を回避することができる。

以上説明した実施形態では、複数のフィン１４で構成されているフィン部１３が、フィン１４の間隔の広い上流の第１領域Ｓ１と、フィン１４間隔の狭い下流の第２領域Ｓ２の２つに分かれており、空気の流通方向Ｆにおける特定発熱源の始点を、第２領域Ｓ２の始点と一致させた。しかしながら、特定発熱源の位置でフィン１４の間隔を狭くして冷却力を上げるという本発明の趣旨に沿う範囲において、流通方向Ｆの位置が異なる特定発熱源を２以上設定し、フィン１４の間隔が異なる３以上の領域を設定してもよい。つまり、流通方向Ｆに沿った２以上の特定発熱源の特定位置ごとに、流通方向Ｆの下流に向かうほどフィン１４の間隔が段階的に狭くなるように構成してもよい。

以上説明した実施形態では、特定発熱源は一つであり、ダクト９に形成した開口部３０も一つであったが、特定発熱源を２以上設定するなら各特定位置ごとに開口部３０を設けてもよい。

１…電子装置
３…ユニット
６…基板
７…冷却装置
８…ヒートシンク
９…ダクト
１０，１０（Ｌ）…発熱源としての電子素子
１０（Ｌ）’…特定発熱源としての電子素子
１２…ヒートシンク８のベース部
１３…ヒートシンク８のフィン部
１３（Ｕ）…上流側のフィン部
１３（Ｄ）…下流側のフィン部
１４，１４ａ…フィン
２０…ダクトの入口
２１…ダクトの出口
３０…ダクトに形成された開口部
Ｓ１…フィンの間隔が広い特定位置より上流側の第１領域
Ｓ２…フィンの間隔が狭い特定位置より下流側の第２領域

Claims (3)

1. 取り付けられるべき対象物上の複数の発熱源（１０，１０（Ｌ），１０（Ｌ）’）に接触するベース部（１２）と、前記ベース部に設けられて流通する空気により熱を放散するフィン部（１３，１３（Ｕ），１３（Ｄ））を備えたヒートシンク（８）であって、
   前記フィン部は、
   吸引ファン（５）によって発生する空気の流通方向（Ｆ）に沿った長手形状であって、長手方向と交差する幅方向に所定の間隔をおいて配置された複数のフィン（１４，１４ａ）から構成され、
   前記流通方向の上流側における前記フィンの前記間隔である第１間隔は、前記流通方向の下流側における前記フィンの前記間隔である第２間隔よりも大きく構成されており、
   前記フィンは、前記長手方向の寸法が相対的に大きく、前記第１間隔で配置された複数の第１フィンと、前記長手方向の寸法が相対的に小さく、前記流通方向の下流側において前記第１フィンとの間隔が前記第２間隔となるように少なくともその一部が前記第１フィンと前記第１フィンとの間に配置された複数の第２フィンとを有しており、
   前記フィンの前記間隔が一定である場合には前記取り付け時に許容温度を越えてしまうような前記発熱源である特定発熱源（１０（Ｌ）’）が配置された特定位置を基準とし、前記フィンの前記間隔が前記第１間隔である第１領域（Ｓ１）と前記フィンの前記間隔が前記第２間隔である第２領域（Ｓ２）との境界を、前記特定位置の直上を含む上流側近傍に設定した当該ヒートシンク（８）と、
   前記ヒートシンクの前記フィン部を覆うダクトと、
   を具備し、
   前記吸引ファンによって前記ダクト外も流通する空気の一部が、前記第２間隔の前記フィンの上流側に供給されるように、前記特定位置に対応する前記ダクトの位置に開口部（３０）を形成し、
   前記ダクト内を流通する空気によって前記フィン部から熱を放散して前記発熱源を冷却する冷却装置。
2. 前記ヒートシンクにおいて、前記特定位置のうち、前記特定発熱源の上流側縁の位置を基準とし、前記第１領域と前記第２領域との境界を、前記上流側縁の位置の直上を含まない上流側近傍に設定したことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記第２間隔で配置された複数の前記フィンからなる前記フィン部の前記幅方向の寸法が、前記第１間隔で配置された複数の前記フィンからなる前記フィン部の前記幅方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。