JP6741255B2 - 放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体から生じる熱を放熱する、放熱構造に関する。

近年、電子機器の中には発熱密度の高いデバイス（ＬＥＤ素子、レーザーダイオード、ＣＰＵ等の発熱体）が多数実装されている。これらのデバイスの信頼性を確保するためには、放熱対策が重要となる。一般的な放熱対策として、発熱体から熱を吸収して空気中へ放熱するヒートシンクが用いられる。ヒートシンクは、熱伝導率の高い材料（銅、アルミニウム及びその合金等）からなり、発熱体の近傍に配置される。

ヒートシンクにおいては、吸収した熱をいかに効率良く大量に放熱できるかが重要である。そのため、ヒートシンクにフィンと呼ばれる板状や剣山状の突起形状を多数設け、流体（空気）に接する表面積を広くし、対流熱伝達による伝熱量を増加させている。

ヒートシンクを備える製品には、その使用形態や動作環境・仕様などから、あるエリアにおける温度を一定以下に抑制したい場合が多々ある。例えば、「ユーザーが触れる可能性がある筐体表面は、火傷しない温度まで」、「ユーザーが使用時に触れる箇所（ハンドルや操作パネル等）は、不快に感じられない温度まで」、「高熱に弱いデバイスやチップが存在するエリアは、それらの耐熱温度以下まで」といったような場合が挙げられる。

特許文献１には、熱源を収納するケースに凹部を設け、当該凹部上に遮断膜を配置することにより、凹部内に熱源による高温空気層から遮断された空気層を形成して、ケース表面温度の均一化を図る技術が提案されている。

特開２００７−２７３５２９号公報

ここで、複数のフィンが形成されたヒートシンクの、空気中への放熱形態について説明する。発熱体から吸収した熱はヒートシンク全体に拡散し、フィンにも熱が伝わる。複数のフィンのそれぞれの温度は、発熱体の位置や当該フィンに至るまでの形状（断面積）、距離等によって異なる。一般的に、発熱体に近いフィンほど温度が高くなる。フィンを含むヒートシンクは、周辺空気へ対流熱伝達によって放熱する。

ヒートシンクの熱を受けて温められた空気は浮力により上昇し、鉛直方向上層の温度が相対的に高く鉛直方向下層の温度が相対的に低い状態の空気層が形成される。また、水平方向においては、各フィンの温度差がそのまま伝熱先である空気の温度差に影響する。よって、この状態の空気に接触し熱が伝わる筐体等の部品においても同様に、鉛直方向では上方の温度が高く下方の温度が低く、水平方向では発熱体に近い位置の温度が高く遠い位置の温度が低いという関係性を有することになる。

筐体を介して外部空気へと放熱する構成を考えた場合、筐体表面内において相対的な低温領域が存在した状態は、その領域においてまだ放熱できる余地を残した非効率な状態である。また、相対的な高温領域では上述した抑制目標の上限を超える過剰な放熱状態となる場合があり、最適な放熱状態になっているとは言い難い。本開示の目的は、上述した課題を解決する放熱構造を提供することにある。

本発明の一態様に係る放熱構造は、少なくとも一つの発熱体と、前記発熱体により加熱される部品と、前記発熱体が接触する平板状のベース体と、前記ベース体から立設され、前記発熱体から前記ベース体へ伝えられた熱を前記部品へとさらに伝える複数の伝熱体とを有するヒートシンクとを備え、複数の前記伝熱体のそれぞれが前記部品へと伝える熱量が、前記部品の目標温度分布に応じて調整されている。

本発明によれば、放熱効率をより高めると共に、最適な温度分布状態を提供することが可能な放熱構造を提供することができる。

実施の形態１に係る放熱構造を示す斜視図である。 図１のＩＩ側から見た側面図である。 実施の形態１に係る放熱構造の温度分布を示す図である。 実施の形態１に係る放熱構造の温度分布を示す図である。 実施の形態１に係る放熱構造の他の例を示す側面図である。 実施の形態２に係る放熱構造を示す斜視図である。 図６のＶＩＩ側から見た側面図である。 実施の形態３に係る放熱構造を示す側面図である。 実施の形態４に係る放熱構造を示す側面図である。 実施の形態５に係る放熱構造を示す側面図である。 比較例の放熱構造を示す正面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である。 図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。 比較例の放熱構造の温度分布を示す図である。 比較例の放熱構造の温度分布を示す図である。 比較例の放熱構造の温度分布を示す図である。

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。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

本発明は、発熱体から生じる熱を放熱する、放熱構造に関する。実施の形態に係る放熱構造は、放熱を目的とするヒートシンクを含む。このヒートシンクは、一般的な対流熱伝達による空気中への放熱経路のみならず、筐体など隣接する部品への放熱経路を有する。実施の形態に係る放熱構造によれば、関連する各部品の温度分布や空気層の温度分布に合わせて、これらの経路を組み合わせて調整することにより、放熱効率をより高めると共に、製品にとって最適な温度分布状態・放熱状態を提供する。実施の形態において、ヒートシンクは、形態によらず、熱の伝導・拡散・放熱の機能・役割を有する構造物全般を指すものとする。

以下、実施の形態に係る放熱構造を用いた自然空冷構造を有する装置について説明する。なお、以下の実施の形態では、特定分野の機器に特定せずに、構造を可能な限り簡略化した形態にて説明する。

まず、比較例に係る放熱構造の問題点について説明する。図１１は、比較例の放熱構造を示す図である。図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図であり、図１３は図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。図１４〜１６はそれぞれ図１１〜１３に対応し、比較例の放熱構造の温度分布を示している。

図１１〜１３に示すように、比較例に係る放熱構造は、発熱体１、ヒートシンク２、筐体３を含む。発熱体１、ヒートシンク２は、筐体内に設けられている。ヒートシンク２は、ベース体５と複数の伝熱体であるフィン２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ、２Ａｄ、２Ａｅ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄ、２Ｂｅ、２Ｃａ、２Ｃｂ、２Ｃｃ、２Ｃｄ、２Ｃｅを有している。比較例では、複数のフィンはすべて同じ大きさの平板状であり、等間隔に配置されている。筐体３は、ヒートシンク２からの、装置内部空気４ａ、煙突内部空気４ｂを介した熱移動及び輻射による熱移動によってその温度が上昇し、装置外部空気４ｃへと放熱する。

物質間の熱移動においては、互いの温度差が大きいほど伝熱量が大きくなる。即ち、移動元が高温であればあるほど、移動先への伝熱量が大きくなり、移動先も高温になる。ヒートシンク２のベース体５及び複数のフィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅは、発熱体１との相対距離が近いほど高温になり（ヒートシンク内の熱伝導）、煙突内部空気４ｂへの伝熱量（対流熱伝達）と筐体３への伝熱量（輻射）も大きくなる。

煙突６内部においては、煙突効果によって上方ほど空気の流速が速くなっている。空気の流速が速いほどヒートシンク２のベース体５及びフィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅから煙突内部空気４ｂへの伝熱量（対流熱伝達）及び煙突内部空気４ｂから筐体３への伝熱量（対流熱伝達）が大きくなる。また、煙突内部空気４ｂから筐体３への伝熱（対流熱伝達）や筐体３から装置外部空気４ｃへの伝熱（対流熱伝達）は、上述の通り移動元が高温であるほど大きくなる。

図１４〜１６において、上記の各熱移動による温度分布状態を簡易的に表現するため、便宜上、空気４の温度を「４低」「４中」「４高」の３つの温度帯、筐体３の温度を「３低」「３中」「３高」の３つの温度帯として示す。図１４〜１６に示すように、鉛直方向（ｙ方向）においては上方域が高温・下方域が低温の状態となり、水平方向（ｘ方向、ｚ方向）においては発熱体１との相対距離が近いほど高温の状態となる。

筐体３は、使用形態や安全上の配慮により装置毎に表面の許容温度が定められていることが一般的である。また、筐体３は、内部の熱を最終的に装置外部空気４ｃへ熱移動させる放熱体としての役割をも担っている。そのため、仮に「３中」の温度を許容される筐体３の目標温度とした場合、「３高」エリアでは許容限界を超えている一方で、「３低」エリアではまだ放熱できる余地があるという、非効率的な状態になっている。このような問題を解決すべく、本発明者らは以下の発明を考案した。

実施の形態１
実施の形態１に係る放熱構造について、図１、２を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る放熱構造を示す図である。図２は、図１のＩＩ側から見た側面図である。なお、側面図において、フィン２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ、２Ａｄ、２Ａｅをフィン２Ａと表記し、フィン２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄ、２Ｂｅをフィン２Ｂと表記し、フィン２Ｃａ、２Ｃｂ、２Ｃｃ、２Ｃｄ、２Ｃｅをフィン２Ｃと表記している。

図１に示すように、実施の形態に係る放熱構造１０Ａは、発熱体１、ヒートシンク２、筐体３を含む。発熱体１、ヒートシンク２は、筐体内に設けられている。図１において、放熱構造１０Ａの横方向をｘ方向とし、縦方向をｙ方向とし、高さ方向をｚ方向とする。ｙ方向が鉛直方向であり、ｘ方向、ｚ方向が水平方向である。

発熱体１は、装置内部に配置され、自ら発熱する部品である。発熱体１は、例えば、基板上に実装された電子部品やモータのようなデバイス等、多岐に渡る。通常、装置内には複数の発熱体が存在するが、ここでは簡略化のため一つの発熱体１のみが設けられている例について説明する。

ヒートシンク２は発熱体１から吸熱し、空気を介して放熱する部品である。ヒートシンク２は、ベース体５と複数の伝熱体であるフィン２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ、２Ａｄ、２Ａｅ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄ、２Ｂｅ、２Ｃａ、２Ｃｂ、２Ｃｃ、２Ｃｄ、２Ｃｅを有している。ベース体５は、平板状の部材である。発熱体１は、ベース体５の一方の面に接触している。図１に示す例では、発熱体１とベース体５とは直接接触しているが、これに限定されない。例えば、発熱体１とベース体５との間に、伝熱性のシートやグリス等を挟む形態をとることも可能である。

複数のフィンは、ベース体５の他方の面からｚ方向に向かって立設されている。図１に示す例では、１５本の平板状のフィンが行列状に等間隔で配置されている。最下行にはフィン２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ、２Ａｄ、２Ａｅがｘ方向に並ぶように配置され、中間行にはフィン２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄ、２Ｂｅがｘ方向に並ぶように配置され、最上行にはフィン２Ｃａ、２Ｃｂ、２Ｃｃ、２Ｃｄ、２Ｃｅがｘ方向に並ぶように配置されている。これら複数のフィンは、一般的な対流熱伝達による空気中への放熱を行うとともに、発熱体１からベース体５へと伝えられた熱を筐体３へとさらに伝える役割を果たす。

なお、フィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅは、幅・長さ・高さ・間隔・本数などの設計パラメーターにより個々のフィンやヒートシンク２全体としての放熱効率を変動させることが可能である。ここでは簡略化のために、フィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅそれぞれの幅及び長さは等しく、高さのみが以下に説明するように異なる平板状のフィンが等間隔に配置されているものとする。

筐体３は、装置の外装であり、発熱体１及びヒートシンク２を収納する。筐体３は、発熱体１からの熱がヒートシンク２や空気を介して移動することにより主に加熱される部品である。筐体３は、通常複数の部品で構成・組立されているが、ここでは便宜上一体の構成要素として示している。効率的に自然空冷を行うため、筐体３には吸気及び排気の穴が設けられていることが望ましい。吸排気穴を設けることによって筐体の内部により大きな対流を発生させて放熱を促すことができる。しかし、本発明の効果を得る上で重要なのは、吸排気穴の有無ではなく対流の有無である。発熱体１によって温度差が発生する以上、全く対流が起こらない状態は一般環境下ではあり得ないことから、吸排気穴はなくても構わない。

図２に示すように、放熱構造１０Ａは、筐体３の一部とヒートシンク２とに囲まれ、ｙ方向（鉛直方向）の通気孔（吸熱孔）として機能する煙突状の中空構造（以下、煙突６と表記する）を有している。実施の形態では、装置設置環境下において一般的に存在する空気４を、便宜上、装置内部空気４ａ、煙突内部空気４ｂ、装置外部空気４ｃという３つの構成要素として示す。なお、装置内部、煙突内部、装置外部は、筐体３上の吸排気穴によって繋がっていたり、装置内の構造物によって分断されている場合がある。

ここで、実施の形態に係る放熱構造１０Ａの放熱動作について説明する。まず、発熱体１の熱は、部品間の熱伝導によりヒートシンク２のベース体５に伝わり、複数のフィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅに移動する。装置内部空気４ａは、発熱体１やベース体５からの対流熱伝達によって温められた結果、上層域が高温・下層域が低温状態となる自然対流を形成する。

一方、煙突内部空気４ｂは、ヒートシンク２のベース体５及びフィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅからの対流熱伝達によって温められる。これにより、煙突内部空気４ｂが装置外部空気４ｃよりも高温となり、上昇気流が生じる。相対的に高温となった煙突内部空気４ｂは、所謂煙突効果により鉛直方向上方への排気が促進され、通常の自然対流状態よりも早く上昇する。なお、煙突効果自体は一般的によく知られた現象であり、密度や浮力等の原理説明は割愛する。

発熱体１からの伝熱によって高温となっているフィンの周囲には温度境界層が形成されており、煙突内部空気４ｂにおいて当該フィンに近い層ほどより高温になっている。筐体３にフィンが近づくほど高温の空気層も近づくことになるため、筐体３とフィンとの間の距離が短い箇所における筐体３への伝熱量は増加する。逆に、筐体３からフィンが遠ざかるほど、筐体３への伝熱量は低下する。

そこで、実施の形態１では、複数のフィンのそれぞれが筐体３へと伝える熱量が、筐体３の目標温度分布に応じて調整されている。実施の形態１では、複数のフィンのそれぞれの高さを変更することにより、フィンと筐体３との間の距離が調整され、当該フィンがベース体５から筐体３に伝える熱量が調整される。

図２に示すように、実施の形態１では各フィンの高さに差を設けている。具体的には、フィン２Ａｃ、２Ｂｂ、２Ｂｄ、２Ｃａ、２Ｃｅに対してフィン２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｄ、２Ａｅ、２Ｂａ、２Ｂｅを相対的に高く、フィン２Ｂｃ、２Ｃｂ、２Ｃｃ、２Ｃｄを相対的に低くしている。

筐体３において、フィンを高くしたエリア近傍の温度は相対的に上昇し、フィンを低くしたエリア近傍の温度は相対的に下降することになる。また、煙突効果を含む自然対流の状態においては各フィンから空気４への伝熱量を増減させることにもなるため、上方へ至る熱量も相対的に変動する。これにより、発熱体１の配置や空気４の対流によって温度差が生じていた筐体３の温度分布を、より均一的に調整することが可能となる。

図３、４に、実施の形態１に係る放熱構造の温度分布を示す。図３、４において、上記の各熱移動による温度分布状態を簡易的に表現するため、便宜上、空気４の温度を「４低」「４中」「４高」の３つの温度帯、筐体３の温度を「３低」「３中」「３高」の３つの温度帯として示す。図３、４に示すように、実施の形態１に係る放熱構造を採用することにより、筐体３表面の多くが「中」の温度となるよう調整することができ、目標とされる上限温度を超えない範囲でヒートシンク２及び筐体３の放熱体としての性能を大幅に高めることが可能となる。

実施の形態に係る放熱構造は、関連する各部品の温度分布や空気層の温度分布に合わせて、より効率的な温度分布になるよう調整する。実施の形態１においては、筐体３の表面を適切な温度帯に均一化したことが効率的な温度分布への調整に相当する。また、実施の形態１の筐体３では、過剰な高温（目標温度オーバー）となっている領域を単に下げることのみならず、あえて低温領域にも熱を回して放熱を促している。これにより、筐体全体としての放熱量を増加・最適化させることができ、放熱構造１０Ａを適用した箇所以外（例えば、筐体内部の発熱体１など）の温度低下にも寄与する。

また、実施の形態の放熱構造１０Ａにおいて、ヒートシンク２に元々存在するフィンの高さを変更することにより、フィンがベース体５から筐体３へと伝える熱量を調整していることも大きな特徴の一つである。上述したように、ヒートシンクという機能部品の放熱性能を高める上では、フィン等の突起形状を設けることが一般的である。これらの突起形状は、煙突効果を含む自然対流の状態において、突起自体の形状や高さ・長さによって個々のフィンの放熱効率を変動させることが可能であると共に、突起形状の間隔や本数を調整することよって任意エリアや全体の放熱効率を変動させることもできる。

このような既知の調整パラメーターに対し、ヒートシンク２の主な放熱先である対流方向だけではなく、それ以外（本実施例においては筐体３の側面）への伝熱量を調整するパラメーターを追加することにより、対流方向及び対流方向以外への伝熱バランスをより細やかに調整することが可能となり、その装置にとって最適な温度分布を提供することができるようになる。また、実施の形態では、元々存在する突起形状を用いて調整を行っているため、適用に当たり、新規形状追加による部品型費や材料費の増加等の追加コストがほとんど発生しない。

また、ヒートシンク上の突起形状による伝熱調整方法は、実施の形態１のようなフィンの高さ調整によるフィンと筐体３との間の空間距離調整だけとは限らない。例えば、同じ空間距離であっても伝熱先に隣接する突起の頂上の面積によって伝熱量が変わるため、当該突起の頂上面積を調整パラメーターとすることも可能である。もちろん、それらの調整方法を複合させ、より細かく温度調整することも可能である。

図１、２に示す例では、対流方向以外の伝熱方法は、筐体３への空気を介した対流熱伝達によるものであるが、これに限定されない。例えば、図１、２に示す例と同様に筐体３への伝熱量を調整する場合に、図５に示すように、ヒートシンク２上のフィン２Ａと筐体３を直接接触させて部品間の熱伝導により調整を行うことも可能である。この場合、直接接触させても、ヒートシンク２上の筐体３と接触するフィンが本来発揮する空気に対する放熱自体はほとんど阻害されない。

実施の形態２
実施の形態２に係る放熱構造１０Ｂについて、図６、７を参照して説明する。図６は、実施の形態２に係る放熱構造を示す斜視図であり、図７は図６のＶＩＩ側から見た側面図である。実施の形態１ではフィンと筐体３との間の空間距離をヒートシンク２側で調整したが、実施の形態２では筐体３側で行う。実施の形態２では、フィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅは、同じ大きさの平板状であり、等間隔に設けられているものとする。

図６に示すように、筐体３には、凸部３ａ、凸部３ｂ、凹部３ｃ、近壁３ｄ、近壁３ｅ、遠壁３ｆが設けられている。これらは、フィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅと、筐体３との間の空間距離を調整する距離調整部である。凸部３ａは、フィン２Ｂａに対向する位置に設けられている。凸部３ｂは、フィン２Ｂｅに対向する位置に設けられている。凹部３ｃは、フィン２Ｂｃに対向する位置に設けられている。

また、近壁３ｄ、３ｅは、筐体３の外壁そのものをフィンに近くなるように調整した箇所であり、遠壁３ｆは、筐体３の外壁そのものをフィンから遠ざかるように調整した箇所である。近壁３ｄは、フィン２Ａａ、２Ａｂに対抗する位置に設けられており、近壁３ｅは、フィン２Ａｄ、２Ａｅに対向する位置に設けられている。遠壁３ｆは、フィン２Ｃｂ、２Ｃｄ、２Ｃｅに対向する位置に設けられている。このように、筐体３に距離調整部を設けることにより、製品にとって最適な温度分布状態・放熱状態を提供することができる。

なお、筐体３とフィンとの間の空間距離は、必ずしも一方の部品要素のみで調整する必要はなく、部品要素の双方で調整することが可能である。例えば、空間距離を狭める場合、ヒートシンク２のフィンの高さを高くするとともに、筐体３側に凸部を設けても構わない。

実施の形態３
実施の形態３に係る放熱構造１０Ｃについて、図８を参照して説明する。図８は、実施の形態３に係る放熱構造の側面図である。なお、図８において、フィン２Ａ、２Ｂ、２Ｃは実施の形態１と同様であり、フィン２Ｄはフィン２Ｄａ、２Ｄｂ、２Ｄｃ、２Ｄｄ、２Ｄｅを含み、フィン２Ｅはフィン２Ｅａ、２Ｅｂ、２Ｅｃ、２Ｅｄ、２Ｅｅを含み、フィン２Ｆはフィン２Ｆａ、２Ｆｂ、２Ｆｃ、２Ｆｄ、２Ｆｅを含むものとする。

実施の形態３では、フィン２Ａ、２Ｂ、２Ｃがベース体５の煙突内部空気４ｂ側に設けられ、フィン２Ｄ、２Ｅ、２Ｆがベース体５の装置内部空気４ａ側に設けられている。すなわち、複数のフィンが、ベース体５の発熱体１が接触する第１面と、第１面と反対側に位置する第２面の両面のそれぞれに、ベース体５を挟んで対向するように形成されている。具体的には、フィン２Ａａ〜２Ａｅに対応する位置にフィン２Ｄａ〜２Ｄｅが設けられ、フィン２Ｂａ〜２Ｂｅに対応する位置にフィン２Ｅａ〜２Ｅｅが設けられ、フィン２Ｃａ〜２Ｃｅに対応する位置にフィン２Ｆａ〜２Ｆｅが設けられている。

各フィン２Ｄ、２Ｅ、２Ｆの高さは、ベース体５を挟んで対向する各フィン２Ａ、２Ｂ、２Ｃと同様に差が設けられている。例えば、フィン２Ａｃ、２Ｂｂ、２Ｂｄ、２Ｃａ、２Ｃｅに対してフィン２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｄ、２Ａｅ、２Ｂａ、２Ｂｅを相対的に高く、フィン２Ｂｃ、２Ｃｂ、２Ｃｃ、２Ｃｄを相対的に低くし、フィン２Ｄｃ、２Ｅｂ、２Ｅｄ、２Ｆａ、２Ｆｅに対してフィン２Ｄａ、２Ｄｂ、２Ｄｄ、２Ｄｅ、２Ｄａ、２Ｄｅを相対的に高く、フィン２Ｅｃ、２Ｆｂ、２Ｆｃ、２Ｆｄを相対的に低くすることができる。

実施の形態３におけるフィンからの伝熱方向は、筐体３側の一方向だけでなく、装置内部空気４ａ側の二方向へ伝熱する。これにより、より効率よく放熱を行うことが可能であるとともに、目標とされる温度分布状態を実現することが可能となる。なお、ヒートシンク２による伝熱方向は空間上のすべての方向の中から任意の方向を適宜選択することが可能である。

実施の形態４
実施の形態４に係る放熱構造１０Ｄについて、図９を参照して説明する。図９は、実施の形態４に係る放熱構造の側面図である。実施の形態４では、ヒートシンク２とヒートシンク８の二つのヒートシンクが設けられている。ヒートシンク２のベース体５は発熱体１に接し、ヒートシンク８のベース体９は煙突６に接する。なお、図９において、フィン２Ａ、２Ｂ、２Ｃは実施の形態１と同様であり、フィン８Ａは、フィン８Ａａ、８Ａｂ、８Ａｃ、８Ａｄ、８Ａｅを含み、フィン８Ｂはフィン８Ｂａ、８Ｂｂ、８Ｂｃ、８Ｂｄ、８Ｂｅを含み、フィン８Ｃは、フィン８Ｃａ、８Ｃｂ、８Ｃｃ、８Ｃｄ、８Ｃｅを含むものとする。

複数のフィンは、ヒートシンク２とヒートシンク８の両方にそれぞれ形成される。フィン８Ａａ〜８Ａｅ、フィン８Ｂ〜８Ｂｅ、フィン８Ｃａ〜８Ｃｅは、それぞれ、フィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅに対応する位置に形成されている。フィン８Ａａ〜８Ａｅ、フィン８Ｂ〜８Ｂｅ、フィン８Ｃａ〜８Ｃｅの高さは、それぞれ、フィン２Ａａ〜２Ａｅ、２Ｂａ〜２Ｂｅ、２Ｃａ〜２Ｃｅと同様に調整されている。

ここで、放熱構造１０Ｄの放熱動作について説明する。実施の形態４に係る放熱構造では、まずヒートシンク２のフィンから、ヒートシンク８へ装置内部空気４ａを介して伝熱する。さらに、ヒートシンク８上のフィン８Ａ、８Ｂ、８Ｄから筐体３へと煙突内部空気４ｂを介して伝熱する。このように、複数のヒートシンク２、８を用いて、段階的に温度分布を調整するといった構造形態を採用することも可能である。

実施の形態５
本発明に係る放熱構造は、筐体とフィンといった２つの部品要素間に限定されるものではなく、一つの装置の中に複数存在していても構わない。また、本発明に係る放熱構造を、複数部品間や多層間に跨って適用することも可能である。例えば、図１０に示すように、フィン２Ａ、２Ｂは筐体３へ、フィン２Ｃは内部フレーム７へと煙突内部空気４ｂを介して伝熱させる構成をとることも可能である。

以上説明したように、実施の形態によれば、ヒートシンク２の伝熱体から隣接する部品への伝熱量を調整することで、放熱効率をより高めると共に、最適な温度分布状態を提供することが可能な放熱構造を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。実施の形態では発熱体を一つに簡略化し、一般的な空気の自然対流による上層域高温・下層域低温の温度分布状態の装置に対して実施の形態に係る放熱構造を適用しているが、適用対象は必ずしもその状態に限定したものではない。実際の装置における空気の対流や各部品の温度分布は、発熱体の数・配置・発熱量や内部構造・吸排気穴などにより非常に複雑且つ多岐に渡るが、それらの要因によって異なる個々の温度分布状態（高温〜低温の温度ムラ）に対して、実施の形態に係る放熱構造により適宜調整し効率的な対処が可能である。

また、ヒートシンクのフィンの形状は、実施の形態のような平板状に限定されない。例えば、フィンは、剣山のような円柱状でもよいし、より複雑な形状であっても構わない。実施の形態に係る伝熱構造において、対流方向及び対流方向以外への伝熱バランスをより細やかに調整するように、ヒートシンクの突起形状を適宜決定することができる。例えば、ヒートシンクの突起形状は、対流方向への伝熱をそれほど妨げないように（空気の流れを極端に遮らないように）、場合によっては対流方向への伝熱をほとんど遮り対流方向以外へより多く伝熱させるように、幅広く調整することができる。

また、上述の実施の形態では、筐体３を均一な温度とすることを目的としたが、これに限定されない。例えば、人体接触の危険が無い任意のエリアにあえて熱を集中させて高温にするといった調整も可能であるし、逆に、ユーザー操作箇所や高熱に弱いデバイスなど低温にしたい任意のエリアに対して熱が及ばないようにするといった調整も可能である。また、目標温度分布を実現する対象も、筐体に限定されない。

また、実施の形態に係る放熱構造は、所謂自然対流構造だけではなく、ファン等を用いた強制対流構造に対しても適用可能である。さらに、本実施の形態に係る放熱構造が適用される部品要素の材質は問わない。材質により熱伝導率や輻射率といった熱移動に関わる物性値は異なるが、それぞれの材質に応じて、ヒートシンクの伝熱体から隣接する部品へ伝わる熱量を調整することが可能である。上述した各実施の形態は、すべて複合することが可能である。本実施の形態に係る放熱構造は、分野を問わず、内部に発熱体を有し空冷を行う全ての装置・製品に適用可能である。

１ 発熱体
２ ヒートシンク
３ 筐体
４ 空気
５ ベース体
６ 煙突
７ 内部フレーム
８ ヒートシンク
９ ベース体
１０ 放熱構造
２０ 放熱構造
２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ、２Ａｄ、２Ａｅ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ、２Ｂｄ、２Ｂｅ、２Ｃａ、２Ｃｂ、２Ｃｃ、２Ｃｄ、２Ｃｅ フィン
３ａ 凸部
３ｂ 凸部
３ｃ 凹部
３ｄ 近壁
３ｅ 近壁
３ｆ 遠壁
４ａ 装置内部空気
４ｂ 煙突内部空気
４ｃ 装置外部空気
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ フィン

Claims (9)

1. 少なくとも一つの発熱体と、
   前記発熱体により空気を介して加熱される部品と、
   前記発熱体が接触する平板状のベース体と、前記ベース体から立設され、前記発熱体から前記ベース体へ伝えられた熱を前記部品へとさらに伝える複数の伝熱体とを有するヒートシンクと、
   を備え、
   複数の前記伝熱体のそれぞれが前記部品へと伝える熱量が、前記部品の目標温度分布に応じて調整されている、
   放熱構造。
2. 前記伝熱体が前記ベース体から前記部品へと伝える熱量は、前記伝熱体と前記部品との間の距離、前記伝熱体の前記部品に隣接する面の面積の少なくとも一つを調整することにより調整される、
   請求項１に記載の放熱構造。
3. 前記伝熱体は、フィンであり、
   前記フィンの高さを変更することにより、当該フィンが前記ベース体から前記部品に伝える熱量が調整される、
   請求項１又は２に記載の放熱構造。
4. 複数の前記フィンのうちの一部は、前記部品に接触している、
   請求項３に記載の放熱構造。
5. 前記部品に設けられ、前記フィンと前記部品との間の距離を調整する距離調整部をさらに備える、
   請求項３又は４に記載の放熱構造。
6. 複数の前記伝熱体は、前記ベース体の前記発熱体が接触する第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面の両面にそれぞれ形成されている、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱構造。
7. 前記部品は、筐体であり、
   前記発熱体及び前記ヒートシンクは、前記筐体内に設けられている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の放熱構造。
8. 前記筐体の一部と前記ヒートシンクとに囲まれて形成された煙突をさらに備えることで、煙突効果を発生させる、
   請求項７に記載の放熱構造。
9. 前記ヒートシンクは、前記発熱体に接する第１ヒートシンクと前記煙突に接する第２ヒートシンクとを含み、
   複数の前記伝熱体は、前記第１ヒートシンク、前記第２ヒートシンクの両方にそれぞれ形成される、
   請求項８に記載の放熱構造。

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