WO2004001845A1

WO2004001845A1 - 回転式ヒートシンク

Info

Publication number: WO2004001845A1
Application number: PCT/JP2002/006186
Authority: WO
Inventors: Hidetaka Kaneko
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2003-12-31
Also published as: JP4141439B2; AU2002315828A1; JPWO2004001845A1

Abstract

回転式ヒートシンクは、発熱体から熱を受けるヒートシンクボディと、ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられた放熱部分と、放熱部分をヒートシンクボディに対して回転させる駆動手段とを有する。ヒートシンクボディの熱を回転する放熱部分に直接に伝達し、回転する放熱部分で放熱する。回転式ヒートシンクは、騒音を低く押さえることができ、かつ、比較的に小さな容積をもつ。

Description

明細書回転式ヒートシンク技術分野

本発明は電子装置の発熱体で発生した熱を放散するための回転式ヒートシンクに関する。背景技術

電子装置において、 CPU を構成する半導体素子は多くの熱を発生する。半導体素子を冷却するために、ヒートシンクを半導体素子に取りつけている。ヒートシンクからの放熱を促進するために、フィンがヒートシンクに設けられている。さらに、ヒートシンクの上にファンを設け、半導体素子からヒートシンクに伝達された熱を強制空冷で放熱するようになっている。

最近、電子装置の半導体素子の発熱量が増加する傾向にあり、発熱量に応じて半導体素子を十分に冷却するために、ヒートシンクの面積を大きくし、ヒートシンクのフィンの高さを高くし、ファンモータの回転数を増加させることが求められている。このため、ファンモータの回転数の増加に伴う騷音の増大及び放熱面積の増加に伴うヒートシンクの容積拡大が問題となっている。発明の開示

本発明の目的は、騷音を低く押さえることができ、かつ、比較的に小さな容積をもつ回転式ヒートシンクを提供することである。本発明によるヒートシンクは、発熱体から熱を受けるヒートシンクボディと、該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられた放熱部分と、該放熱部分を該ヒートシンクボディに対して回転させる駆動手段とを有する。

この構成において、ヒートシンクボディは半導体素子等の発熱体に接触して配置され、発熱体から熱を受ける。ヒートシンクボディの熱は放熱部分へ伝達ざれ、周囲の空気に放散される。放熱部分はヒートシンクボディに回転可能に取りつけられており、放熱部分が回転する間に周囲に空気の流れを生成する。従って、放熱部分は常に温度の低い周囲の空気に接触し、高い放熱効果を達成することができる。この回転式ヒートシンクは、フィンを設けたヒートシンク板とその上に配置されたファンとからなる従来の冷却装置と比べて、全体的な容積を小さくすることができ、かつ、放熱部分の低い回転数で高い冷却効率を得ることができる。図面の簡単な説明

以下添付の図面に示される実施例を参照して本発明を説明する。図面において、

図 1は本発明の一実施例の回転式ヒートシンクを示す断面図である。

図 2は図 1の回転式ヒートシンクの平面図である。

図 3は図 1及び図 2の回転式ヒートシンクの放熱翼部の作用を説明する図である。

図 4は図 1及び図 2 の回転式ヒートシンクのヒートシンクボディと放熱部分とを示す分解断面図である。

図 5 は図 1及び図 2 の回転式ヒートシンクの固定子保持部材及び固定子を示す断面図である。

図 6は図 5の固定子を示す平面図である。

図 7は従来の冷却装置を示す断面図である。図 8は図 7のヒートシンクの作用を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

図 1 は本発明の一実施例の回転式ヒートシンクを示す断面図である。回転式ヒートシンク 10は、ヒートシンクボディ 12と、ヒートシンクボディ 12に回転可能に取りつけられた放熱部分 14と、放熱部分 14をヒートシンクボディ 12に対して回転させる駆動手段 16とを有する。矢印 Aは放熱部分 14の回転を示す。矢印 Bは放熱部分 14を通る空気の流れを示す。

図 1において、半導体素子 18がプリント回路基板 20に搭載されており、ヒートシンクボディ 12は半導体素子 18に接触、固定されている。半導体素子 18は CPU を構成し、使用時に多くの熱を発生する。半導体素子 18の発生する熱はヒートシンクボディ 12に伝達され、さらに放熱部分 14に伝達されて放熱部分 14で周囲の空気に放散される放熱部分 14は軸部 22と、放熱翼部 24とからなる。軸部 22はヒートシンクボディ 12に回転可能に取りつけられ、放熱翼部 24は軸部 22に固定され又は軸部 22と一体的に形成される。

図 2は図 1 の回転式ヒートシンク 10の平面図であり、放熱翼部 24 が簡略的に示される。放熱翼部 24は従来のフアンの羽根と同様の羽根 24 aを有する。

図 3は図 1及び図 2の回転式ヒートシンク 10の放熱翼部 24の作用を説明する図である。放熱翼部 24の羽根 24 aは放熱翼部 24が回転する間に周囲の空気の流れを生成する。矢印 Bは羽根 24 aに対して相対的な空気の流れを示す。空気は比較的に小さな抵抗で羽根 24 aに沿って流れ、羽根 24 aの回りの温度境界層は容易に払拭される。

図 4は図 1及び図 2の回転式ヒートシンク 10のヒートシンクボディ 12と放熱部分 14とを示す分解断面図である。図 1及び図 4において、ヒートシンクボディ 12は放熱部分 14の軸部 22を嵌合させる円形の取りつけ凹部 26を有する。

放熱部分 14の軸部 22の下端部は円形フランジ 22 a となっており、フランジ 22 a の直径は取りつけ凹部 26の直径よりもわずかに小さくなっている。フランジ 22 aが取りつけ凹部 26に嵌合された状態で水銀 28がフランジ 22 aのまわりで取りつけ凹部 26内に挿入される。水銀 28はフランジ 22 aの底面、円筒側面、および上面に接触し、且つ取りつけ凹部 26の底面および円筒側面に接触する。水銀 28は、ヒートシンクボディ 12から放熱部分 14の軸部 22への熱の伝達を助けるとともに、ヒートシンクボディ 12と軸部 22との間の流体軸受を構成する。

リング状の永久磁石 30が軸部 22のまわりに配置される。リング状の永久磁石 30は 2つの半円状の磁石からなる構造とすることができ、あるいはその他の構造として、軸部 22のまわりに配置される。リング状の永久磁石 30はフランジ 22 aの上方に位置し、取りつけ凹部 26の円筒側面に接着剤で固定される。

磁性流体 32が永久磁石 30と軸部 22との間の円形隙間に配置される。磁性流体 32は永久磁石 30の磁力により永久磁石 30に保持される。永久磁石 30と磁性流体 32とは水銀 28に対するシールを形成し、また軸部 22に対する軸受としても作用する。

図 5は図 1及び図 2 の回転式ヒートシンク 10の固定子保持部材 34 及び固定子 36を示す断面図である。図 6は図 5の固定子 36を示す平面図である。図 1及び図 5において、固定子保持部材 34は円筒形状の部材であり、固定子保持部材 34は放熱部分 14の軸部 22と同軸にそのまわりに配置される。固定子保持部材 34の底部は永久磁石 30に接着剤により固定される。ただし、固定子保持部材 34の底部はヒートシンクボディ 12に固定されてもよい。

固定子 36は固定子保持部材 34の上方部分に保持される。実施例の固定子 36は図 6に示されるように公知の電気モータの電機子のように卷線構造のものである。一方、回転子 38が放熱翼部 24に配置される。実施例では、回転子 38は永久磁石からなる。図 1 に示されるように、回転子 38は固定子 36と同じ高さの位置で固定子 36のまわりに配置される。従って、固定子 36と回転子 38とは電気モータと同様の駆動手段 16を形成し、それによつて、放熱部分 14がヒートシンクボディ 12に対して回転駆動される。

この構成において、ヒートシンクボディ 12は半導体素子 18に接触して配置され、半導体素子 18から熱を受ける。ヒートシンクボディ 12の熱は放熱部分 14へ伝達され、放熱部分 14で周囲の空気に放散される。放熱部分 14はヒートシンクボディ 12に回転可能に取りつけられており、放熱部分 14が回転する間に周囲の空気の流れを生成する。従って、放熱部分 14は常に温度の低い周囲の空気に接触し、高い放熱効果を達成することができる。

図 7は従来の冷却装置 1 を示す断面図である。冷却装置 1 は、フィン 2を有するヒートシンク 3 と、フィン 2の上方に配置されたフアン 4 とからなる。ヒートシンク 3はプリント回路基板 5に搭载されて半導体素子 6に接触、固定されている。半導体素子 6の発生する熱はヒートシンク 3に伝達され、フィン 2で周囲の空気に放散される。このようにして、半導体素子 6を冷却装置 1で冷却することができる。

図 8は図 7のヒートシンク 3の作用を説明する図である。多くの熱を発生する半導体素子 6に対応するために、多くのフィン 2が設けられ、かつフィン 2の高さは高くなつている。このような場合、隣接するフィン 2間の間隔は狭くなつているので、隣接するフィン 2間の空間を空気が十分に通りにくく、温度境界層 7が形成される傾向にある。このように温度境界層 7が形成されると、フィン.2からの放熱効率が低下するので、ファン 4を高速で回転させて、温度境界層 7を払拭する必要がある。このようにして、半導体素子 6の発熱量が多い場合には、ヒートシンク 3の面積を大きくし、ヒートシンク 3のフィン 2の高さを高くし、ファン 4を駆動するファンモータの回転数を増加させることが求められている。

本発明においては、冷却装置全体の容積を小さくし、かつ回転部部の回転数を低くして、十分な冷却性能を達成することができる。例えば、所定の冷却性能を達成するために、図 7に示す従来の冷却装置 1の全体の高さ hが 40〜60minである場合に、図 1 に示される本発明の回転式ヒートシンク 10の全体の高さ Hは約 30mm程度にすることができる。また、所定の冷却性能を達成するために、従来の冷却装置 1のファン 4の回転数が 2300rpm である場合に、本発明の回転式ヒートシンク 10の放熱部分 14の回転数を 1500rpm にすることができる。このように、本発明では、全体的な容積を小さくすることができ、かつ、放熱部分の低い回転数で高い冷却効率を得ることがでさる。

本発明においては、軸部 22の直径は比較的に小さくしても、放熱翼部 24における放熱性能が高いので、高い冷却効率を得ることができる。また、軸部 22を熱伝導率の高い材料で形成したり、ヒートパイブで形成したりすることができる。

6

訂正された用紙（規則 91)

Claims

請求の範囲

1 . 発熱体から熱を受けるヒートシンクボディと、該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられた放熱部分と、該放熱部分を該ヒートシンクボディに対して回転させる駆動手段とを有するヒートシンク。

2 . 該放熱部分は該ヒートシンクボディに回転可能に取りつけられる軸部と、放熱翼部とからなる請求項 1に記載のヒートシンク。

3 . 該ヒートシンクボディは該軸部を嵌合する取りつけ凹部を有し、該ヒートシンクボディの取りつけ凹部と該放熱部分の軸部との間に軸受及びシールが配置される請求項 2に記載のヒートシンク。

4 . 該軸受が流体軸受からなり、該シールが永久磁石と磁性流体とからなる請求項 3に記載のヒートシンク。

5 . 該駆動手段は、該ヒートシンクボディに組み合わされた固定子と、該放熱部分に組み合わされた回転子とからなる請求項 1 に記載のヒートシンク。