JPH10242678A - 熱交換フィンの構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィン部材の熱交換面積を拡大することな
く、フィン部材の熱交換機能を向上させることの可能な
熱交換フィンの構造を提供する。 【解決手段】 演算処理装置１に接触されるベース部材
３と、ベース部材３に立設された多数のフィン部材４と
を有する熱交換フィンの構造において、フィン部材４を
振動させる電動機５、回転軸６、錘７、接続部材８を備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、温度の異なる２
つの流体を直接または間接に接触させて熱交換を行わせ
る熱交換フィンの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子装置、例えばコンピュータ
は、入力装置、演算処理装置、出力装置などを備えてお
り、コンピュータの稼働中は各装置の間でデータの送信
や制御が行われる。一方、近年はコンピュータの高機能
化、高速処理化の要求により演算処理装置の容量が増大
されている。このため、コンピュータの稼働により演算
処理装置の発熱が促進され、各種の機能が損なわれる可
能性がある。

【０００３】ところで、小型化、軽量化が要求される携
帯型パソコンなどに適用される熱交換フィンの構造の一
例として、ベース部材の表面に多数のフィン部材を一体
的に立設したものがあげられる。このベース部材および
フィン部材には、熱伝導性に優れたアルミニウムや銅な
どの金属材料が用いられている。そして、熱交換フィン
の構造は演算処理装置の表面にベース部材を面接触させ
た状態で使用される。すると、演算処理装置の熱がベー
ス部材に伝達されるとともに、この熱がフィン部材から
空気中に放散され、演算処理装置の過熱が抑制される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の熱交
換フィンの構造は演算処理装置に対して固定された状態
で取り付けられているため、空気とフィン部材の放熱面
との間に境界層が形成される。つまり、境界層において
は、フィン部材の放熱面に付着した空気とその周辺の空
気とがよどんだ状態になり、境界層における空気の流速
が、境界層以外の領域における空気の流速に比べて遅く
なる。その結果、フィン部材の放熱面から空気中に伝達
される熱の熱伝達特性が低下する可能性があった。

【０００５】つまり、ファンなどの空気機械を用いてフ
ィン部材の周囲の空気を強制的に流れさせた場合でも、
境界層領域においては空気によどみが生じて流速が低下
して熱交換が不十分になる。そこで、フィン部材の放熱
効率を向上させるためにフィン部材の放熱面積を拡大さ
せることも考えられるが、携帯型パソコンなどにおいて
は、小型化、軽量化が要求されるため、フィン部材を大
型化させることが困難である。したがって、放熱効率が
不十分になり、演算処理装置が過熱してしまう可能性が
あった。

【０００６】この発明は、上記事情を背景としてなされ
たもので、フィン部材の放熱面積を拡大することなく、
フィン部材の熱交換機能を向上させることの可能な熱交
換フィンの構造を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するため、この発明は、ベース部材と、このベ
ース部材に立設されたフィン部材とを有する熱交換フィ
ンの構造において、前記フィン部材を振動させる振動装
置を備えたことを特徴とする。

【０００８】この発明によれば、振動装置によりフィン
部材が振動されるため、フィン部材と周囲の流体との境
界層が乱流状態になり、かつ、フィン部材と流体との単
位時間当たりの接触量が可及的に増大される。したがっ
て、フィン部材の熱交換面積を拡大することなく、フィ
ン部材の熱交換機能が可及的に促進される。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の熱交換フィン
の構造を添付図面に基づいて説明する。この発明の熱交
換フィンの構造は、電子装置、例えばデスクトップ型パ
ソコン、ノートブック型パソコン、ワークステーション
などの内部に配置されている発熱源を冷却する場合に適
用される。

【００１０】（実施例１）図１は、この発明の熱交換フ
ィンの構造をパソコンの演算処理装置（ＣＰＵ，ＭＰ
Ｕ）の冷却（放熱）に適用した場合を示す概略的な斜視
図である。パソコン本体（図示せず）の内部に演算処理
装置１が配置されており、この演算処理装置１は入力装
置（図示せず）や出力装置（図示せず）にデータ通信可
能に接続されている。そして、演算処理装置１によりパ
ソコン全体の機能の制御、情報の一時的な記憶、計算や
判断などが行われる。

【００１１】演算処理装置１の外形はほぼ直方体に成形
されており、演算処理装置１の一表面に振動型フィン２
が配置されている。この振動型フィン２は、ほぼ方形の
平面形状を備えた板状のベース部材３と、ベース部材３
に対してほぼ垂直に多数立設された板状のフィン部材４
とを備えている。ベース部材３とフィン部材４とは同一
の金属材料、例えば熱伝導性に優れたアルミニウム、銅
などにより構成されている。

【００１２】また、多数のフィン部材４はそれぞれ板状
に成形され、ほぼ方形の側面形状を備えている。多数の
フィン部材４は互いに並行に、かつ、一定のピッチで配
列されている。そして、ベース部材３の多数のフィン部
材４とは反対側の表面が演算処理装置１の表面に密着さ
れた状態で、ベース部材３が演算処理装置１に対して面
方向に振動可能に構成されている。

【００１３】一方、振動型フィン２の側方には電動機５
が配置されており、電動機５の回転軸６には錘７が取り
付けられている。この錘７は、回転軸６の軸線（図示せ
ず）に直交する方向の平面形状がほぼ円形に構成されて
おり、錘７の中心から偏心した位置に回転軸６が接続さ
れている。なお、電動機５とパソコン本体との間にはゴ
ム状弾性体などが介在され、電動機５がベース部材３の
面方向に振動可能に保持されている。

【００１４】上記構成の振動型フィン２と電動機５とが
接続部材８により接続されている。接続部材８は所定の
圧縮荷重、引っ張り荷重に耐えられる程度の強度（剛
性）を備えた材料、例えば金属や樹脂などにより構成さ
れている。また、接続部材８は熱伝導性の低い材料を選
択することが好ましい。

【００１５】この接続部材８はこの実施例では板状に成
形されており、接続部材８の長手方向の一端が振動型フ
ィン２のベース部材３に固定され、接続部材８の長手方
向の他端が電動機５に固定されている。つまり、接続部
材８は回転軸６の軸線に対してほぼ直交し、かつ、フィ
ン部材３の放熱面に対してほぼ直交して配置されてい
る。ここで、実施例１の構成と請求項１の構成との対応
関係を説明すれば、電動機５、回転軸６、錘７、接続部
材８が請求項１の振動装置に相当する。

【００１６】上記構成において、パソコンの稼働により
演算処理装置１が発熱すると、この熱がベース部材３を
介して多数のフィン部材４に伝達され、フィン部材４の
放熱面から熱放散されて演算処理装置１の過熱が抑制さ
れる。ここで、電動機５の回転軸６が回転されると、錘
７の中心から偏心された位置に回転軸６が接続されてい
るため、遠心力によって電動機５が振動する。

【００１７】すると、電動機５の振動が接続部材８を介
してベース部材３に伝達され、振動型フィン２がベース
部材３の面方向に振動、言い換えれば多数のフィン部材
４の厚さ方向に振動される。その結果、フィン部材４の
移動方向の前方に位置する放熱面と空気との境界層の圧
力が増大され、境界層と周囲の空気とに圧力差が生じ
る。そして、境界層付近の空気が乱流状態になり、か
つ、フィン部材４の放熱面と空気との単位時間当たりの
接触量が可及的に増大される。したがって、多数のフィ
ン部材４の放熱面積を拡大することなく、多数のフィン
部材４と空気との熱交換が可及的に促進されて放熱機能
が向上する。

【００１８】ここで、振動型フィン２に与える振動数が
２０ＨＺ以上に設定された場合に、多数のフィン部材４
の放熱効率が向上することが確認されている。また、振
動型フィン２に与える振動の振幅は、振動型フィン２の
耐久性を考慮して５μｍないし１ｍｍ程度が好ましい。

【００１９】なお、振動型フィン２を多数のフィン部材
３に直交する方向以外の方向に振動させることも可能で
ある。また、電動機５とパソコン本体との間にはゴム状
弾性体が介在されているため、電動機５の振動がゴム状
弾性体により吸収されてパソコン本体の振動が抑制され
る。さらに、接続部材８が熱伝導性の低い材料により構
成されているため、電動機５の熱が振動型フィン２に伝
達されることが抑制される。

【００２０】（実施例２）図２は振動装置の他の構成例
を示す概略的な斜視図である。図２に示された電動機５
の回転軸９は、同心状に配置された複数の軸部１０と、
複数の軸部１０の端部に軸部１０にほぼ直交して接続さ
れたクランク腕１１と、クランク腕１１同士の端部を接
続するクランクピン１２とを備えている。つまり、回転
軸９がクランク軸形状に構成されている。その他の構成
は実施例１と同様である。ここで、実施例２の構成と請
求項１の構成との対応関係を説明すれば、電動機５、接
続部材８、回転軸９が請求項１の振動装置に相当する。

【００２１】実施例２においては、電動機５の回転軸９
が回転されると、遠心力によって電動機５が振動する。
そして、電動機５の振動が振動型フィン２に伝達されて
実施例１と同様の効果を得られる。

【００２２】（実施例３）図３は振動装置の更に他の構
成例を示す概略的な斜視図である。図３において、電動
機５の回転軸６にはカム１３が取り付けられている。こ
のカム１３は、回転軸６の軸線にほぼ直交する方向の平
面形状がほぼ円形に構成されており、カム１３の中心か
ら偏心された位置に回転軸６が接続されている。

【００２３】一方、回転軸６と振動型フィン２との間に
は接続部材１４が配置されている。接続部材１４の一端
がベース部材３に固定され、接続部材１４の他端には引
っ張りばね１５が取り付けられている。引っ張りばね１
５の他端がパソコン本体の一部に接続され、引っ張りば
ね１５の弾性力により接続部材１４がフィン部材４にほ
ぼ直交する方向に引っ張られている。

【００２４】また、接続部材１４は、フィン部材４にほ
ぼ直交する方向移動可能な状態で保持部材（図示せず）
により保持されている。このため、接続部材１４の一端
が常時カム１３の外周面に当接された状態に維持され
る。その他の構成は実施例１と同様である。ここで、実
施例３の構成と請求項１の構成との対応関係を説明すれ
ば、電動機５、接続部材１４、回転軸６、カム１３、引
っ張りばね１５が請求項１の振動装置に相当する。

【００２５】実施例３においては、電動機５の回転軸６
が回転されると、カム１３の外周面形状に沿って接続部
材１４が振動され、接続部材１４の振動が振動型フィン
２に伝達されて実施例１と同様の効果を得られる。

【００２６】（実施例４）図４は振動装置の更に他の構
成例を示す概略的な斜視図である。振動型フィン２の側
方には油圧または空気圧が作用するシリンダ１６が配置
されており、シリンダ１６の内部に収納されたピストン
（図示せず）にはピストンロッド１７が連結されてい
る。ピストンロッド１７はベース部材３の平面方向に配
置されており、ピストンロッド１７の先端がベース部材
３の一側縁に固定されている。その他の構成は実施例１
と同様である。ここで、実施例４の構成と請求項１の構
成との対応関係を説明すれば、シリンダ１６、ピスト
ン、ピストンロッド１７が請求項１の振動装置に相当す
る。

【００２７】そして、シリンダ１６に供給される油圧ま
たは空気圧を制御してピストンロッド１７を往復運動さ
せると、この往復運動により振動型フィン２が振動され
て実施例１と同様の効果を得られる。

【００２８】（実施例５）図５は振動装置の更に他の構
成例を示す概略的な斜視図である。図５においては、す
べてのフィン部材４の内部に面方向に圧電素子（例えば
ピエゾ圧電素子）１８が埋めこまれている。この圧電素
子１８は電極（図示せず）を両側から挟んでバイモルフ
形に積層された構成を備えており、電極には電源１９の
陽極が接続され、圧電素子１８には電源１９の陰極が接
続されている。その他の構成は実施例と同様である。こ
こで、実施例５の構成と請求項１との対応関係を説明す
れば、圧電素子１８、電源１９、電極が請求項１の振動
装置に相当する。

【００２９】そして、電源１９により圧電素子１８に電
圧が印加されると、圧電素子１８が厚さ方向に変形さ
れ、電流の遮断により元の形状に復帰する。したがっ
て、圧電素子１８に対する電流の供給・遮断を繰り返す
ことにより、圧電素子１８が厚さ方向に振動して多数の
フィン部材４が別個に厚さ方向に振動され、実施例１と
同様の効果を得られる。

【００３０】（実施例６）図６は振動装置の更に他の構
成例を示す概略的な斜視図である。図６においては、多
数のフィン部材４が接続部２０により相互に接続されて
おり、一つのフィン部材４の内部に面方向に圧電素子１
８が埋めこまれている。その他の構成は実施例５と同様
である。

【００３１】そして、実施例５と同様にして圧電素子１
８を変形させると、この変形により圧電素子１８が埋め
込まれているフィン部材４が振動し、かつ、このフィン
部材４の振動が接続部２０を介して他のフィン部材４に
伝達され、結果的に全てのフィン部材４が厚さ方向に振
動され、実施例１と同様の効果を得られる。

【００３２】（実施例７）図７は振動装置のほかの構成
例を示す概略的な側面断面図である。図７においては、
多数のフィン部材４の側方に棒状の磁石２１が配置され
ており、磁石２１の一端がフィン部材４の一つの表面に
接続されている。

【００３３】一方、磁石２１の外周にはコイル２３が配
置されており、このコイル２３と交流電源２４とにより
構成される回路にはスイッチ２５が配置されている。そ
の他の構成は実施例１と同様である。ここで、実施例７
の構成と請求項１との対応関係を説明すれば磁石２１、
コイル２３、交流電源２４、スイッチ２５が請求項１の
振動装置に相当する。

【００３４】そして、スイッチ２５がオンされてコイル
２３に交流電流が印加されると、コイル２３により形成
される磁界の方向が交互に変化して磁石２１がフィン部
材４にほぼ直交する方向に往復移動し、一つのフィン部
材４が振動される。このフィン部材４の振動は空気を介
して隣のフィン部材４に伝播され、以下同様にして他の
フィン部材４が厚さ方向に振動されて実施例１と同様の
効果を得られる。

【００３５】（実施例８）図８は振動装置のほかの構成
例を示す概略的な斜視図である。図８においては、振動
型フィン２の側方にスピーカー２６が配置されている。
このスピーカー２６は電源、コイル、磁石、振動板など
を備えた公知の構造のものである。ここで、実施例８の
構成と請求項１との対応関係を説明すればスピーカー２
６が請求項１の振動装置に相当する。そして、スピーカ
ー２６から出力される所定周波数の振動により多数のフ
ィン部材４が振動し、実施例１と同様の効果を得られ
る。

【００３６】（実施例９）図９は振動装置のほかの構成
例を示す概略的な斜視図である。図９においては、ベー
ス部材３には側方に突出する支持軸２７が固定されてお
り、支持軸２７の先端にはプロペラ２８が取り付けられ
ている。そのほかの構成は実施例１と同様である。ここ
で、実施例９の構成と請求項１との対応関係を説明すれ
ば支持軸２７、プロペラ２８が請求項１の振動装置に相
当する。実施例９では、冷媒としての空気の流れにより
プロペラ２８が回転し、プロペラ２８の回転によって支
持軸２７が振動される。この支持軸２７の振動が振動型
フィン２に伝達されて実施例１と同様の効果を得られ
る。

【００３７】（実施例１０）図１０は、振動装置のほか
の構成例を示す概略的な斜視図である。実施例１０にお
いては、振動型フィン２が共鳴箱２９の内部に収納され
ている。共鳴箱２９は振動型フィン２の上方に配置され
たほぼ方形の天板３０と、天板３０の両側縁に多数のフ
ィン部材４と平行に接続された一対の側板３１とを備え
ている。

【００３８】共鳴箱２９には多数のフィン部材４の平面
方向の両側に開口部３２が形成されており、共鳴箱２９
の外部と内部が連通されている。そして、多数のフィン
部材４と共鳴箱２９の共振周波数（固有振動数）がほぼ
同一に設定されている。そのほかの構成は実施例１と同
様である。ここで、実施例１０の構成と請求項１の構成
との対応関係を説明すれば、共鳴箱２９が請求項１の振
動装置に相当する。

【００３９】実施例１０においては、冷媒としての空気
が開口部３２を介して共鳴箱２９の内部に進入すると、
多数のフィン部材４の共振周波数と共鳴箱２９の共振周
波数とがほぼ同一であるため、共鳴によって多数のフィ
ン部材４が振動されて実施例１と同様の効果を得られ
る。

【００４０】なお、この発明においては、フィン部材の
形状を円柱状に設定したり、角柱形状にすることも可能
である。また、ベース部の形状をパイプ状に設定し、こ
のパイプ形状のベース部の内周にフィンを形成すること
も可能である。

【００４１】また、この発明は、ベース部材にヒートパ
イプを接触させておき、発熱源により温度が上昇された
空気の熱をフィン部材を介してヒートパイプ側に熱伝達
させることにより、発熱源を冷却する構成を採用するこ
とも可能である。更にこの発明は、フィン部材から放散
される熱により対象物を加熱する加熱装置に適用した
り、フィン部材からベース部材に伝達される熱により対
象物を加熱する加熱装置に適用することも可能である。
そして、この発明が加熱装置に適用された場合は、対象
物に対する加熱機能が向上する。

【００４２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、振動装
置によりフィン部材が振動されるため、フィン部材と周
囲の流体との境界層が乱流状態になり、かつ、フィン部
材と流体との単位時間当たりの接触量が可及的に増大さ
れる。したがって、フィン部材の熱交換面積を拡大する
ことなく、フィン部材の熱交換機能が可及的に促進さ
れ。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の振動型フィンの実施例１を示す概略
的な斜視図である。

【図２】この発明の振動型フィンの実施例２を示す概略
的な斜視図である。

【図３】この発明の振動型フィンの実施例３を示す概略
的な斜視図である。

【図４】この発明の振動型フィンの実施例４を示す概略
的な斜視図である。

【図５】この発明の振動型フィンの実施例５を示す概略
的な斜視図である。

【図６】この発明の振動型フィンの実施例６を示す概略
的な斜視図である。

【図７】この発明の振動型フィンの実施例７を示す概略
的な側面断面である。

【図８】この発明の振動型フィンの実施例８を示す概略
的な側面図である。

【図９】この発明の振動型フィンの実施例９を示す概略
的な側面図である。

【図１０】この発明の振動型フィンの実施例１０を示す
概略的な斜視図である。

【符号の説明】

１…演算処理装置、 ２…振動型フィン、 ３…ベース
部材、 ４…フィン部材、 ５…電動機、 ６…回転
軸、 ７…錘、 ８…接続部材、 ９…回転軸、１０…
軸部、 １１…クランク腕、 １２…クランクピン、
１３…カム、１４…接続部材、 １５…引っ張りばね、
１６…シリンダ、 １７…ピストンロッド、 １８…
圧電素子、 １９，２４…電源、 ２１…磁石、 ２３
…コイル、 ２５…スイッチ、 ２６…スピーカー、
２７…支持軸、 ２８…プロペラ、 ２９…共鳴箱。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース部材と、このベース部材に立設さ
   れたフィン部材とを有する熱交換フィンの構造におい
   て、 前記フィン部材を振動させる振動装置を備えたことを特
   徴とする熱交換フィンの構造。