(57)【要約】【課題】放熱面積が大きく、熱交換流体がヒートシンクの内部で淀むことなく、効率よく電子素子を冷却することができるファン付きヒートシンクを提供する。【解決手段】複数のフィン５が、ベース２に所定の間隔を空けて立設され、かつ前記フィン５のベース２とは反対側の端部に、前記フィン５同士の間の間隙７に向けて空気流を供給する軸流型ファン６が配置されたファン付きヒートシンク１において、前記フィン５が、ベース２側の開口面積に対してファン６側の開口面積が大きくなる逆角推台形状の枠体として形成されるとともに、前記軸流型ファン６の中心軸線を中心にして外側に順に、内法が次第に大きくなる複数の前記枠体が、互いに入れ子状となるように一定の間隔を空けて組み合わされ、かつ各フィンにその板厚方向に貫通した貫通孔５Ａが形成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィンが、ベース部上に所定の間隔を空けて立設され、かつ前記フィンのベース部とは反対側の端部に、前記フィン同士の間の間隙に向けて空気流を供給する軸流型ファンが配置されたファン付きヒートシンクにおいて、
前記フィンが、前記ベース部側の開口面積に対して前記ファン側の開口面積が大きくなる逆角推台形状の枠体として形成されるとともに、前記軸流型ファンの中心軸線を中心にして外側に順に、内法が次第に大きくなる複数の前記枠体が、互いに入れ子状となるように一定の間隔を空けて組み合わされ、かつ各フィンにその板厚方向に貫通した貫通孔が形成されていることを特徴とするファン付きヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フィンに対して送風するためのファンを一体に設けたファン付きヒートシンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、電子機器の急速な発達に伴い、電子素子の高速化、大容量化がますます進行している。このため、前記電子素子の発熱量が多くなってきており、それに伴って温度上昇による誤動作または破損などを回避するために、より効果的に放熱・冷却することが求められるようになってきている。
【０００３】
そこで従来では、前記電子素子を冷却するために、ヒートシンクが配置された冷却装置が前記電子機器に設けられている。この冷却装置の一例として、電子素子に金属製の受熱ブロックを取り付け、その受熱ブロックにヒートパイプの一端部を配設する一方、ベースプレートに多数枚の平板状フィンを立設させてなるヒートシンクを適宜の位置に配置し、前述したヒートパイプの他端部をこのヒートシンクに熱伝達可能に接続した構成のものが知られている。さらに、このヒートシンクに対してモーター駆動されるファンを用いて送風することにより、ヒートシンクを強制空冷することもおこなわれている。
【０００４】
上記ファン付きヒートシンクでは、電子素子で発生した熱が熱輸送能力に優れるヒートパイプによってヒートシンクまで運ばれた後、ファンからの空気流によってその熱を電子素子から離れた箇所に放散させるから、電子素子の昇温を抑制することができる。
【０００５】
しかしながら、上記従来の電子素子冷却装置では、受熱ブロックとヒートパイプとヒートシンクとファンとが、例えばパソコンケースもしくはその内部に設けられているシャシーに嵌め込みやビス止めなどの手段によってそれぞれ固定する構造であるために、パソコンケース内の部品点数の増大要因になり、近年のパソコンのコンパクト化に逆行してしまう。また、パソコンに対して組み付ける部材の点数が多いため、電子素子冷却装置全体としての組み付け性に劣り、ひいてはパソコンの製造性を損なうことにもなっている。
【０００６】
このような不都合を解消した例の一つとして、ヒートシンクとファンとを一体化させる構造がある。この構造を説明すると、ヒートシンクが、平板状ベースと複数枚の平板状フィンといわゆるシュラウドと称される架台により、ファンを支持する構造である。この前記架台によってファンと前記平板状ベースとが一体構造として形成される。
【０００７】
また、複数枚の平板状フィンが、互いに平行になるように、それらの一端部を平板状ベースの一方の表面に一体化して組み付けられている。また、平板状フィンが組み付けられている平板状ベースの表面とは反対側の表面には、発熱源である電子素子が、平板状ベースと熱授受可能に取り付けられている。
【０００８】
さらに、平板状フィンと一体化している天板の表面とは反対側の表面に、ファンが設けられている。このファンは、ヒートシンクの外部の空気を吸引し、スリットを介して、冷却風として、平板状フィンの間隙に吹き込むためのものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構造のファン付きヒートシンクでは、電子素子から平板状ベースに伝達された熱が、平板状フィンに伝達されると同時に、ファンが、冷却空気を平板状フィンの間隙に吹き込み、その冷却空気が平板状フィンの近傍に籠もっている高温空気と熱交換し、もしくは入れ替わった後、その温度の高い空気をヒートシンクの外部に吹き出す構造である。このようにファンによって、平板状フィンの近傍に籠もっている高温空気が、絶えずに冷却空気と交換できるので、電子素子の昇温を抑制することができる。
【００１０】
ところで、ヒートシンクの放熱効率を高くするには、可及的に多数のフィンを設けて放熱面積を増加することになる。その結果、上述した構造のファン付きヒートシンクでは、前記フィンの間隔が狭くなる。したがって、放熱面積を増加するため、前記フィンを増加して前記フィンの間隔を狭くしすぎてしまうと、強制空冷するべく送風しても、いわゆる絞り作用を受けて冷却空気がヒートシンクの内部に入り難くなってしまう。その結果、フィン同士の間を流れる空気量が制約され、放熱効果が損なわれるおそれがあるので、前記フィンを増加して放熱面積を増加することには限界があった。そのため、放熱面積を増加するために、ファン付きヒートシンクの構造を改良する余地が多分にあった。
【００１１】
また、平板状フィンの間隙に吹き込まれた空気は、平板状フィンに沿って流動しながら平板状フィンから熱を吸収した後、平板状ベースの表面に衝突して流動する。そのため、平板状ベースの表面には、空気が衝突して混合する。その結果、その位置やその近傍で空気が淀み、温度が高くなった空気がヒートシンクの外部に流動せず、効率よく電子素子を冷却することができない可能性があった。
【００１２】
この発明は上記の事情を背景にしてなされたものであり、放熱面積が大きく、熱交換流体がヒートシンクの内部で淀むことなく、効率よく電子素子を冷却することができるファン付きヒートシンクを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【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に、請求項１の発明は、複数のフィンが、ベース部上に所定の間隔を空けて立設され、かつ前記フィンのベース部とは反対側の端部に、前記フィン同士の間の間隙に向けて空気流を供給する軸流型ファンが配置されたファン付きヒートシンクにおいて、前記フィンが、前記ベース部側の開口面積に対して前記ファン側の開口面積が大きくなる逆角推台形状の枠体として形成されるとともに、前記軸流型ファンの中心軸線を中心にして外側に順に、内法が次第に大きくなる複数の前記枠体が、互いに入れ子状となるように一定の間隔を空けて組み合わされ、かつ各フィンにその板厚方向に貫通した貫通孔が形成されていることを特徴とするファン付きヒートシンクである。
【００１４】
したがって、請求項１の発明では、ファン付きヒートシンクに設けられている複数のフィンが、角推台形状の枠体として形成されている。各フィンは、前記ベース部側の開口面積に対して前記ファン側の開口面積が大きくなるように、前記角推台形状を逆向きにしてベース部に配置されている。そのため、放熱面積が増加される。また、前記各フィンは、前記軸流型ファンの中心軸線を中心にして外側に順に、内法が次第に大きくなる複数の前記枠体が、互いに入れ子状となるように一定の間隔を空けて組み合わされている。そのため、前記間隙が区画形成されるので、前記冷却空気が前記間隙に入る際に、前記間隙の流入口である前記フィンの端部に衝突して、乱流状態となる。その後、前記間隙の内部に進入した冷却空気は、前記各フィン毎に熱交換を行なって、各貫通孔から各フィンの外側に排出され、最後にファン付きヒートシンクの外部へ排出される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の具体例について説明する。図１に示す、この発明の一例であるファン付きヒートシンク１では、ベース２がアルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属からなる一定の厚さのある長方形状に形成されている。このベース２に架台であるシュラウド３が取り付けられている。シュラウド３は、鋼板などの強度の高い金属製の板材で形成されており、脚となる細い板状の支持部４が正方形状に四箇所設けられている。なお、このシュラウド３の材質および形状は、適宜のものとすることができる。また、支持部４の先端部分がベース２の側面に固定されて、シュラウド３とベース２とが一体化されている。そのため、シュラウド３の二つの支持部４とベース２の側面とによって、矩形状の開口が四方向に形成されており、かつシュラウド３とベース２とによって中空部分が形成されている。
【００１６】
ベース２の表面２Ａには、大小の四角形の枠体に形成されている複数枚のフィン５が、ファン６の中心を通る軸線を中心として相対的に小さい形状のものを包囲するように、順に配置されている。その結果、平行に区画された間隙７が形成されている。また、下端部が平板状のベース２に固定されているので、各フィン５の上端部が、中央に向かって窪んでいる階段状になっており、いわゆるテーパー形状とされている。この複数枚のフィン５の上方に、シュラウド３が被せられるように配置されている。言い換えると、シュラウド３とベース２とによって形成されている中空部分に、いわゆるピラミッド状に配置された前記複数枚のフィン５が設置されている。また、シュラウド３の上面部分にはファン６が固定されている。なお、ファン６には、任意の軸流型ファンを使用することができる。
【００１７】
ファン付きヒートシンク１はファン６から、フィン５同士によって形成されている間隙７に、冷却空気を送って放熱する構造となっている。そのため、ファン６の下方に対向して配置されているフィン５の上端部によって、前記間隙７の流入口７Ａが形成されている。また、枠体とされたフィン５に設けられている貫通孔５Ａを連結することによって、流出口７Ｂが形成されている。言い換えると、ファン６の軸流方向に、フィン５の上端部によって形成された流入口７Ａが配置され、前記軸流方向の直角方向に、各フィン５の貫通孔５Ａによって形成された流出口７Ｂが配置されている。
【００１８】
フィン５は、アルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属製の板材を平板視で四角形状の枠体に屈曲されて、それぞれ大きさが異なるように複数形成されている。また、この枠体の四角形状の直角部分は傾斜している。そのため、フィン５の全体形状は、いわゆる四角推台形状とされている。なお、この発明のフィンを形成する材料は、適宜のものとすることができる。この各フィン５の連続している側面部分には、複数の貫通孔５Ａが設けられている。前記貫通孔５Ａは、前記側面部分の連続方向に複数連続して設けられている。言い換えると、フィン５の周囲に複数の貫通孔５Ａが連続して設けられている。
【００１９】
また、この貫通孔５Ａは、相対的に外側に配置される大きい形状のフィン５と相対的に内側に配置される小さい形状のフィン５とでは、異なった大きさとされている。つまり、前記内側のフィン５には、前記外側のフィン５よりも相対的に小さい形状の貫通孔５Ａが設けられている。したがって、相対的に外側に配置されるフィン５ほど大きい同形状の貫通孔５Ａが形成されている。そのため、各貫通孔５Ａが連結されて形成されている流出口７Ｂには、ファン６の軸線中心まで貫通している部分と階段状に重なっている部分とが形成されている。なお、この貫通孔５Ａは、適宜の形状および個数とすることができる。このフィン５が、エポキシ樹脂やハンダなどによってベース２の表面２Ａに接合されている。その結果、各フィン５によって間隙７が形成されており、各フィン５の各貫通孔５Ａが連結されて流出口７Ｂが形成されている。なお、このベース２とフィン５との固着方法は、適宜の方法を使用することができる。
【００２０】
フィン５は、ファン６の中心を通る軸線を中心として相対的に小さい形状のものから順に配置されている。この各フィン５の流入口７Ａが、前記ファン６の中心を通る軸線に向かって窪んでいるテーパー形状に形成されている。また、この流入口７Ａは、ファン６の開口とほぼ同一形状とされている。したがって、ファン６からの送風のほとんどが、直接フィン５に衝突する。
【００２１】
シュラウド３においては、鋼板にプレス加工やシャーリング等の切断加工が行われ、後にファンの位置決め、および固定のための支持部４となる部分が平面的に形成される。このとき、支持部４にいわゆる穴加工も同時に行われ前記鋼板はシュラウド３の展開平面として形成される。つぎに、前記展開平面に形成された鋼板に対して曲げ加工が行われてシュラウド３が完成される。
【００２２】
上述の部材から形成されるファン付きヒートシンク１は、ファン６をシュラウド３に係合し、さらにファン６と一体化されたシュラウド３をフィン５と一体化されたベース２に係合することによって構成されている。さらに、そのフィン５をベース２の表面２Ａに所定の間隔で配置し、溶接やロウ付け、接着剤などの適宜の手段で接合する。一方、シュラウド３とファン６とを一体に組み付ける。最後に、そのファン６と一体化されたシュラウド３を、フィン５を挟んでベース２に一体化させる。このファン付きヒートシンク１においては、架台として鋼板で形成されたシュラウド３が使用されている。なお、この発明のファン付きヒートシンクは、この構成に限定されず、架台以外の部材でファンを固定してもよい。
【００２３】
上記のファン付きヒートシンク１の冷却の状態を説明する。まず、電子素子などの発熱体に発生した熱がベース２の下面に伝達される。その後、伝達された熱はベース２の下面から温度差のある上昇方向へ移動してベース２の表面２Ａに熱伝導される。表面２Ａに移動した熱は、ベース２から大小に形成された各フィン５に伝達される。
【００２４】
フィン５は、複数の枠体に形成されており、空気流を供給するファン６の中心を通る軸線を中心にして、相対的に小さい枠体のフィン５を相対的に大きい枠体のフィン５が順に包囲するように平行に配列されている。このフィン５は、四角推台形状に形成されており、放熱面積が増加されている。このフィンがベース部上に立設されて、前記間隙が区画形成されている。そのため、前記冷却空気が間隙７に入る際に、間隙７の流入口７Ａである前記フィン５の端部に衝突して、乱流状態となる。そのため、フィン５の放熱効率が向上する。
【００２５】
また、前記ファン６から空気が吹き出されると、冷却空気が前記フィン５同士の間に形成された間隙７の内部に進入する。間隙７の内部に進入した冷却空気は、前記フィン５に設けられた各貫通孔５Ａが連結されて形成されている流出口７Ｂを通過して外部へ排出される。この各貫通孔５Ａが外側に配置されているフィンほど相対的に大きい開口が形成されている。そのため、前記流出口に前記軸線中心まで貫通している部分と階段状に重なっている部分とが形成される。
【００２６】
また、流出口７Ｂが各フィン５の周囲に連続して形成されているので、間隙７を通過してきた冷却空気が複数の部分から排出される。そのため、前記間隙７を通過する冷却空気の流量が増加される。
【００２７】
また、フィン５が、中央に向かって窪んだテーパー形状とされている流入口７Ａを形成している。そのため、ファン６から各フィン５に対して送風される際、間隙７に冷却空気が入り易くなる。また、前記流出口７Ｂのファン６の中心軸線から貫通している部分が、ベース２に遠く温度が低いフィン５の上方部分に形成される。また、前記階段状に重なっている部分が、前記ベース２に近く温度が高いフィン５の下方部分に形成される。そのため、冷却空気がファン６から間隙７に吹き込まれると、前記温度の高い部分を通過する冷却空気は、各フィン５の前記階段状に重なっている部分に衝突して排出される。
【００２８】
上述のファン付きヒートシンク１によると、複数のフィン５が、角推台形状の枠体に形成されているので、ファン付きヒートシンク１の放熱面積を増加することができる。また、フィン５が、ファン６の中心を通る軸線を中心として順に、相対的に小さいフィン５を包囲するように平行に配列され、ベース２に立設されている。そのため、ファン６からの冷却空気がフィン５の間の間隙７の内部に入り込む際、フィン５の端部に衝突して空気流を乱流状態とすることができる。したがって、冷却空気と前記フィンとの熱交換を効率よく行うことができる。その結果、フィン５の放熱性を向上することができるので、ファン付きヒートシンク１の冷却性能を向上することができる。
【００２９】
また、フィン５の板厚方向に貫通孔５Ａが形成されているので、フィン５が前記ベース２に立設されると、各貫通孔５Ａが連結されて、冷却空気の流出口７Ｂを形成することができる。その結果、冷却空気が排出される際に、前記フィン５毎に冷却空気と各フィン５との熱交換を行うことができる。その結果、前記ファン付きヒートシンクの冷却性能を向上することができる。
【００３０】
また、各フィン５の側面部分に設けられている各貫通孔５Ａが外側へいくほど大きい形状とされており、この各貫通孔５Ａが連結されて間隙７の流出口７Ｂが形成されている。そのため、間隙７の内部から排出された空気流が、流出口７Ｂを通過する際に、冷却空気がフィン５同士の間隙に形成された前記間隙の内部に進入すると、フィン５に設けられた各貫通孔５Ａが連結されて形成されている流出口７Ｂを通過して外部へ排出される。この各貫通孔５Ａが外側に配置されているフィン５ほど相対的に大きい開口が形成されている。そのため、前記流出口に前記軸線中心まで貫通している部分と階段状に重なっている部分とが形成される。その結果、各貫通孔５Ａ毎に圧力損出が生じて、冷却空気の流速を増すことができる。その結果、間隙７を通過する空気の流量を増加することができるので、ファン付きヒートシンク１の放熱性をさらに向上することができる。
【００３１】
また、前記流出口７Ｂが前記各フィン５の周囲に連続して形成されているので、間隙７から排出される空気の流量を増加することができる。その結果、ファン６によって吸い込まれた冷却空気を、フィン５の内部に淀ませることなく、フィン５と熱交換してから迅速にフィン５の外部に排出することができるので、ファン付きヒートシンク１の冷却性能を向上することができる。
【００３２】
また、流入口７Ａが、中央に向かって窪んでいるテーパー形状に形成されている。そのため、前記ファン６から前記フィン５に対して送風される際、前記間隙７に冷却空気を入り易くすることができる。その結果、ファン付きヒートシンク１の放熱効率を向上することができる。また、流出口７Ｂに形成されている前記貫通している部分が、ベース２に遠く温度が低いフィン５の上方部分に形成される。また、前記階段状に重なっている部分が、ベース２に近く温度が高いフィン５の下方部分に形成される。そのため、冷却空気がファン６から間隙７に吹き込まれると、前記温度の高い部分を通過する冷却空気を、各フィン５の前記階段状に重なっている部分から排出することができるので、各フィン５を通過する毎に放熱が行われる。その結果、ファン付きヒートシンク１の冷却効率を向上することができる。
【００３３】
なお、上述の例では、フィン５の全体形状が、四角推台形状の枠体とされたが、この発明のフィン５の形状は、上記の四角推台形状に限定されない。したがって、六角推台形状でも八角形台形状でもよい。要は、角推台形状を成す枠体のフィンであればよく、適宜の形状のフィンとすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のファン付きヒートシンクによれば、複数のフィンが、角推台形状の枠体に形成されているので、前記ファン付きヒートシンクの放熱面積を増加することができる。また、前記フィンが、軸流型ファンの中心を通る軸線を中心として順に、相対的に小さい形状の前記フィンを包囲するように平行に配列され、ベース部に立設されている。そのため、ファンからの冷却空気がフィンの間の間隙の内部に入り込む際、前記フィンの端部に衝突して空気流を乱流状態とすることができる。したがって、冷却空気と前記フィンとの熱交換を効率よく行うことができる。その結果、前記フィンの放熱性を向上することができるので、前記ファン付きヒートシンクの冷却性能を向上することができる。
【００３５】
また、前記各フィンの板厚方向に貫通孔が形成されているので、前記フィンが前記ベース部に立設されると、各貫通孔が連結されて、冷却空気の流出口を形成することができる。その結果、冷却空気が排出される際に、前記フィン一枚毎に冷却空気とフィンとの熱交換を行うことができる。その結果、前記ファン付きヒートシンクの冷却性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のファン付きヒートシンクの一具体例を示す斜視図である。
【図２】図１のヒートシンクのフィンおよび間隙の一例を簡略的に示す斜視図である。
【図３】図１のヒートシンクのフィンおよび間隙の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…ファン付きヒートシンク、　２…ベース、　５…フィン、　５Ａ…貫通孔、　６…ファン、　７…間隙。
【図１】
2004047570.tif 000003
【図２】
2004047570.tif 000004
【図３】
2004047570.tif 000005