JPH06104586A

JPH06104586A - 高発熱素子の冷却構造

Info

Publication number: JPH06104586A
Application number: JP5030060A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kitahara; 孝志北原; Tadayoshi Shimanuki; 忠好島貫
Original assignee: PFU Ltd
Current assignee: PFU Ltd
Priority date: 1992-08-06
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1994-04-15
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2804690B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は高発熱素子の冷却構造に関し、特定の
高発熱素子を有効に冷却することを目的とする。【構成】高発熱素子１に装着される放熱器２と、冷却
風を放熱器２に送出する送風装置３とを有し、前記放熱
器２は、伝熱性の良好な材料で形成され、複数の放熱フ
ィン４を備えたヒートシンク５と、ヒートシンク５の中
央部に配置される中空のパイプ部６とを備え、前記送風
装置３から冷却風をパイプ部６に強制導入した後、パイ
プ部６に穿孔された送風用小孔７から噴出させるように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高発熱素子の冷却構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板を冷却する場合の従来例を
図１７に示す。この従来例において、シェルフ１５内に
収納されたプリント基板１６、１６・・を冷却するため
に、シェルフ１５には、冷却ファン１７が設置される。
プリント基板１６、１６・・に高発熱素子１が実装され
る場合には、該高発熱素子１の冷却効率を向上させる必
要があるために、高発熱素子１には複数の放熱フィンを
備えた周知のヒートシンクが固定される。

【０００３】なお、図１７において１９は、プリント基
板１６をバックパネルに実装するためのコネクタ、２０
はエアーダクトを示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ヒートシンクの主な目
的は、伝熱面積の拡大にあり、高い放熱効果を得ようと
すると、放熱フィンの高さを高くしたり、あるいは、放
熱フィンの間隔を狭くすることが必要であるが、実基板
においては、実装密度の低下や流動抵抗の増大に繋が
り、必要性能が得られないという問題が指摘されるに至
っている。

【０００５】また、冷却ファン１７による冷却も、特定
の高発熱素子１のみをスポット的に冷却することは不可
能であり、既に一定以上の風速が得られている場合に
は、風速アップによる冷却効率の向上よりも、騒音アッ
プによるデメリットの方が大きくなってしまうという問
題を有するものであった。

【０００６】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たものであって、特定の高発熱素子を有効に冷却するこ
とのできる高発熱素子の冷却構造を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、実施例に対応する図１に示すように、高発熱素子１
に装着される放熱器２と、冷却風を放熱器２に送出する
送風装置３とを有し、前記放熱器２は、伝熱性の良好な
材料で形成され、複数の放熱フィン４を備えたヒートシ
ンク５と、ヒートシンク５の中央部に配置される中空の
パイプ部６とを備え、前記送風装置３から冷却風をパイ
プ部６に強制導入した後、パイプ部６に穿孔された送風
用小孔７から噴出させる高発熱素子の冷却構造を提供す
ることにより達成される。

【０００８】

【作用】周知のヒートシンクにおいて、冷却能力を向上
させようとした場合には、放熱フィンの表面積を増加さ
せる必要があるが、放熱フィンの間隔を狭める等して、
表面積を増加させようとした場合には、圧力損失も増加
し、熱伝達率は、有効に向上しない。

【０００９】すなわち、櫛歯状の放熱フィンを例に取っ
た図１８を参照すると、放熱フィン４の間隔を狭くする
と、Ｖ2はＶ1と比較して小さくなり、放熱フィン４の圧
力損失と、周囲の圧力損失を比較した場合、周囲の方が
はるかに圧力損失が小さくなり、冷却風の大半は周囲に
流れることとなる。

【００１０】本発明は、かかる欠点を解消するために、
中央部より冷却風を供給することにより、圧力損失の回
路を並列ではなく直列にし、かつ、冷却風の通る距離も
半分以下にして、圧力損失を低減させるものである。

【００１１】また、請求項２記載の発明において、図１
４に示すように、送風装置３から送出される冷却風は、
導風路１０を経由して複数の放熱器２、２・・に分配さ
れる。

【００１２】導風路１０は、複数の導風管９、９・・を
継手部８を介して連結することにより構成されるもの
で、導風管９を適宜選択して連結することにより、高発
熱素子１のプリント基板１６、１６・・上での配置の相
違を吸収することが可能となり、種々のプリント基板１
６、１６・・への適用が可能となる。

【００１３】さらに、請求項３記載の発明において、図
１４に示すように、導風路１０は、プリント基板１６の
前面板１６ａに設けられた継手部８’を介して送風装置
３に連結され、複数のプリント基板１６、１６・・への
接続を可能にしている。

【００１４】さらに、請求項４記載の発明において、図
６に示すように、送風装置３からの冷却風は、パイプ部
６により高発熱素子１の中心線１１上に導かれる。パイ
プ部６は、底壁１３に送風用小孔７を有しており、冷却
風は、高温領域のあるヒートシンク５の中心線１１近傍
を集中的に冷却し、全体の冷却効率を向上させる。

【００１５】また、図８に例示する請求項５記載の発明
において、冷却風は、パイプ部６により高発熱素子１の
中心線１１に対して対称位置に導かれ、高温領域のある
ヒートシンク５の中心線１１近傍を集中的に冷却し、全
体の冷却効率を向上させる。

【００１６】さらに、図９に例示する請求項６記載の発
明において、冷却風はガイド部１４によりヒートシンク
５の中心に導かれ、高温領域のある中心部を集中的に冷
却し、全体の冷却効率を向上させる。

【００１７】また、図１２、図１３に例示する請求項７
記載の発明において、ガイド部１４の底壁１３の中心に
は送風用小孔７が穿孔され、冷却風は、相互の干渉を起
こすことなくヒートシンク５の中心部に噴出する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明する。先ず、図１に基づいて本発明
が適用されたシェルフ１５を示す。この実施例におい
て、シェルフ１５には、複数のプリント基板１６、１６
・・が背面のバックパネルにプラグイン接続される。

【００１９】各プリント基板１６、１６・・上には、高
発熱素子１を含む各種の素子が実装されており、これら
の素子を空冷するための冷却風をシェルフ１５内に導入
するために、シェルフ１５には、冷却ファン１７が設置
される。なお、図１において２０はシェルフ１５内を均
等に冷却するために設けられるエアーダクトを示し、シ
ェルフ１５内の冷却風の流れは、図１において矢印で示
されている。

【００２０】さらに、高発熱素子１をスポット的に冷却
するために、シェルフ１５下部には、送風装置３が装着
されており、該送風装置３からの冷却風を蛇腹ダクト２
１を経由して放熱器２に送風している。

【００２１】放熱器２の詳細を図２、図３に示す。この
実施例に係る放熱器２は、例えばアルミニウム材のよう
な伝熱性の良好な材料により形成されるヒートシンク５
と、ヒートシンク５の中央部に配置されるパイプ部６と
からなり、ヒートシンク５の中央部を除く上面全面に
は、複数のピン状の放熱フィン４、４、・・が立設され
る。

【００２２】パイプ部６は、中空矩形断面を有して形成
され、その終端部は閉塞されている。また、パイプ部６
の側壁には、放熱フィン４の間隙に対応するように複数
の送風用小孔７、７・・が穿孔されている。

【００２３】一方、送風装置３は、シロッコファン、ブ
ロアー、コンプレッサ等、高い静圧特性を備えたものが
望ましく、図示の実施例においては、シロッコファンが
使用されている。この送風装置３の排出口には、エアー
ダクトを貫通する蛇腹ダクト２１が連結され、該蛇腹ダ
クト２１を経由して冷却風を放熱器２のパイプ部６に送
風する。

【００２４】したがってこの実施例において、蛇腹ダク
ト２１を介してパイプ部６に送風された冷却風は、図３
において矢印で示されるように、送風用小孔７からパイ
プ部６の側方に噴出され、パイプ部６の側方に配置され
た放熱フィン４を冷却する。

【００２５】なお、以上の実施例において、放熱器２の
ヒートシンク５は、ピン型の放熱フィン４を備えていた
が、この外に、図４に示すように、壁状の放熱フィン４
を複数並べて形成することも可能であり、この場合、各
放熱フィン４は、パイプ部６の送風用小孔７の開口方向
に沿って並べられる（図４（ｂ）参照）。

【００２６】さらに、これら各実施例において、放熱器
２のパイプ部６は、ヒートシンク５と一体に形成するこ
とも可能であるが、パイプ部６を別体に形成し、ヒート
シンク５に着脱可能に装着するように構成することもで
き、この場合、パイプ部６をヒートシンク５に係止させ
て装着するように構成することが可能である。

【００２７】図５に放熱器２の第２の実施例を示す。こ
の実施例において、ヒートシンク５には、カバー部材２
２が装着され、該カバー部材２２の中央部から垂下さ
れ、複数の送風用小孔７、７・・が開設された一対の垂
下壁２２ａと、放熱器２本体との間でパイプ部６が形成
される。

【００２８】上記垂下壁２２ａとヒートシンク５とで形
成されるパイプ部６の奥行方向は、カバー部材２２に形
成される閉塞壁２２ｂにより閉塞されている。また、こ
の実施例に係るカバー部材２２は、側壁部に係止壁２３
を備えており、ヒートシンク５に凹設された係止凹溝１
８に係止させて装着される。

【００２９】図６に図５の変形例を示す。この変形例に
おけるパイプ部６は、放熱フィン４の基端面１２から適
宜高さに配置されており、該パイプ部６の底壁１３と、
側壁に複数の送風用小孔７、７・・が穿孔される。

【００３０】したがってこの実施例において、冷却風
は、中心から側方に向けて噴出されるとともに、ヒート
シンク５の中心線１１上にも噴出され、高発熱素子１の
高温領域である中央部が効果的に冷却される。

【００３１】図７に図５のさらに他の変形例を示す。こ
の変形例におけるパイプ部６は、円筒状断面を有してお
り、送風用小孔７は、パイプ部６の下部側方に穿孔され
る。したがってこの実施例において、図中において矢印
で示される冷却風は、パイプ部６から斜め下方に向けて
噴出し、上述した変形例と同様に高発熱素子１の高温領
域である中央部が効果的に冷却される。

【００３２】図８に放熱器２のさらに他の実施例を示
す。この実施例においてパイプ部６はヒートシンク５の
中心線１１に対して対称位置に２個設けられ、各パイプ
部６の底壁１３に送風用小孔７が穿孔される。

【００３３】したがってこの実施例において、冷却風は
２本のパイプ部６からヒートシンク５の中心線１１に向
かって噴出し、高温領域のある中央部を効果的に冷却す
る。図９に放熱器２のさらに他の実施例を示す。この実
施例におけるパイプ部６は、ヒートシンク５の中心部に
向けて屈曲するガイド部１４を有する。このガイド部１
４の先端は開放されており、ヒートシンク５への装着状
態において、ヒートシンク５の放熱フィン基端面１２に
当接して閉塞される（図１０参照）。

【００３４】したがってこの実施例において、冷却風
は、ヒートシンク５の中心部に導かれ、該ヒートシンク
５の中心部を冷却するとともに、ガイド部１４の側壁に
穿孔された送風用小孔７から側方に向けて噴出し、周囲
の放熱フィン４、４・・を冷却する（図１１参照）。

【００３５】図９に示した実施例の変形例を図１２に示
す。この変形例におけるガイド部１４は、有底に形成さ
れており、ヒートシンク５の放熱フィン４の基端面１２
から適宜高さ位置に配置されるガイド部１４の底壁１３
の中心に送風用小孔７が穿孔される。

【００３６】したがってこの変形例において、冷却風
は、相互の干渉がない状態で高温領域のあるヒートシン
ク５の中心に噴出され、冷却効率をより向上させること
ができる（図１２、図１３参照）。

【００３７】図１４に本発明の他の実施例を示す。この
実施例において、シェルフ１５の開口面に対応する辺縁
に前面板１６ａを備えたプリント基板１６、１６・・上
には、高発熱素子１が実装されたモジュールＭ、Ｍ・・
が搭載され、各モジュールＭの高発熱素子１には、放熱
器２が装着されるとともに、各放熱器２に冷却風を送風
するために、放熱器２のパイプ部６には、導風路１０が
接続されるとともに、該導風路１０と送風装置３がプリ
ント基板１６の前面板１６ａに設けられた継手部８’を
介して連結される。

【００３８】送風装置３は、図１５に示すように、ブロ
ア、あるいはポンプ等の送風器２４と、絞り弁２５とを
備え、放熱器２の近傍に配置される温度センサ２６、２
６・・からの情報に基づいて絞り弁２５を調整し、発熱
状態に応じた放熱器２への冷却風の供給を可能にしてい
る。

【００３９】なお、図１５において符号２９は温度セン
サ２６からの情報と設定値とを比較して絞り弁２５を調
整する弁制御部を示す。また、送風器２４は、２個配置
されており、出力部に配置された圧力センサ２７、ある
いは流量センサ２７の検出値が下限設定値以下になった
場合、待機中の一方を動作させるようにして冗長性を向
上させている。

【００４０】なお、図１５において符号２８は圧力セン
サ等２７からの情報と設定値とを比較して送風器２４を
選択する選択制御部、３０は、上記選択制御部２８から
の信号により作動する切替器を示す。

【００４１】一方、導風路１０は、複数の導風管９、９
・・を適宜連結することにより形成される。導風管９
は、主管部９ａから分岐管部９ｂを分岐させて平面視略
Ｌ字状に形成されており、図１６に示すように、主管部
９ａの一端に形成された継手部８に他の導風管９の主管
部９ａの多端を嵌合、ねじ止めして連結されるととも
に、分岐管部９ｂが放熱器２のパイプ部６に連結され
る。

【００４２】なお、図１６において８ａは継手部８に装
着されるＯリングを示す。また、以上のように複数の導
風管９を連結して形成される導風路１０の終端は、図１
６（ｂ）に示すように、キャップ部材３２により閉塞さ
れる。

【００４３】また、上記導風管９は、主管部９ａと分岐
管部９ｂの長さが異なる数種類のものが予め用意され、
プリント基板１６、１６・・上での高発熱素子１の配置
に応じて適宜選択、使用される。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、特定の素子を高い冷却高率で冷却することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図で、（ａ）は全体図、
（ｂ）はその要部拡大図である。

【図２】放熱器を示す斜視図である。

【図３】図２の平面図である。

【図４】ヒートシンクの変形例を示す図で、（ａ）は斜
視図、（ｂ）は平面図である。

【図５】放熱器の第２の実施例を示す断面図である。

【図６】図５の変形例を示す断面図である。

【図７】図５の他の変形例を示す断面図である。

【図８】放熱器のさらに他の実施例を示す図で、（ａ）
は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。

【図９】放熱器のさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図１０】図９の断面図である。

【図１１】図１０の平面図である。

【図１２】図９の変形例を示す断面図である。

【図１３】図１２の平面図を示す図である。

【図１４】本発明の他の実施例を示す図である。

【図１５】図１４の要部拡大図である。

【図１６】導風管の連結状態を示す図である。

【図１７】プリント基板を冷却する場合の従来例を示す
図である。

【図１８】従来例の問題点を示す図である。

【符号の説明】

１高発熱素子２放熱器３送風装置４放熱フィン５ヒートシンク６パイプ部７送風用小孔８継手部９導風管１０導風路１１中心線１２基端面１３底壁１４ガイド部１６プリント基板１６ａ前面板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高発熱素子（１）に装着される放熱器
（２）と、冷却風を放熱器（２）に送出する送風装置（３）とを有
し、前記放熱器（２）は、伝熱性の良好な材料で形成され、
複数の放熱フィン（４・・・）を備えたヒートシンク
（５）と、ヒートシンク（５）の中央部に配置される中空のパイプ
部（６）とを備え、前記送風装置（３）から冷却風をパイプ部（６）に強制
導入した後、パイプ部（６）に穿孔された送風用小孔
（７・・・）から噴出させる高発熱素子の冷却構造。
【請求項２】継手部（８）を介して連結可能な複数の導
風管（９・・・）を有し、連結された導風管（９）により形成される導風路（１
０）により前記送風装置（３）と複数の放熱器（２）の
パイプ部（６）とを連結する請求項１記載の高発熱素子
の冷却構造。
【請求項３】前記導風路（１０）はプリント基板（１
６）の前面板（１６ａ）に設けられた継手部（８’）を
介して送風装置（３）に連結される請求項１または２記
載の高発熱素子の冷却構造。
【請求項４】前記パイプ部（６）は、高発熱素子（１）
の中心線（１１）上で、かつ、ヒートシンク（５）の放
熱フィン基端面（１２）との間に適宜間隔を隔てて配設
され、パイプ部（６）内に導入された冷却風をパイプ部（６）
の底壁に穿孔された送風用小孔（７）から噴出させる請
求項１、２または３記載の高発熱素子の冷却構造。
【請求項５】前記パイプ部（６）は、高発熱素子（１）
の中心線（１１）に対して対称位置で、かつ、ヒートシ
ンク（５）の放熱フィン基端面（１２）との間に適宜間
隔を隔てて複数個設けられ、各パイプ部（６）内に導入された冷却風をパイプ部
（６）に穿孔された送風用小孔（７・・・）から噴出さ
せる請求項１、２または３記載の高発熱素子の冷却構
造。
【請求項６】前記パイプ部（６）には、導入された冷却
風をヒートシンク（５）の中心に導くガイド部（１４）
が形成された請求項１、２または３記載の高発熱素子の
冷却構造。
【請求項７】前記ガイド部は、ヒートシンク（５）の放
熱フィン基端面（１２）との間に適宜間隔を隔てて配置
される底壁（１３）を備え、ガイド部（１４）に導かれた冷却風を該ガイド部（１
４）の底壁（１３）の中心に穿孔した送風用小孔（７）
により噴出させる請求項６記載の高発熱素子の冷却構
造。