(57)【要約】【課題】効率よく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とベース部２とが設けられるとともに、前記フィン５同士の間に空気流を供給するファン８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、前記ベース部２上に一定間隔をあけて積層されて配置されるとともに、前記積層されたフィン５の中央付近に、最上層のフィンから所定の下層のフィンにまで至る中空部分９が設けられており、前記ファン８が前記中空部分９内にその上方から空気を吹き込むように配置されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィンとベース部とが設けられるとともに、前記フィン同士の間に空気流を供給する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、前記ベース部上に一定間隔をあけて積層されて配置されるとともに、前記積層されたフィンの中央付近に、最上層のフィンから所定の下層のフィンにまで至る中空部分が設けられており、前記ファンが前記中空部分内にその上方から空気を吹き込むように配置されていることを特徴とするファン付きヒートシンク。
【請求項２】
前記中空部分が、最上層のフィン側で開口面積が大きく、下層のフィン側ほど開口面積が小さいテーパー形状とされていることを特徴とする請求項１に記載のファン付きヒートシンク。
【請求項３】
前記積層されたフィンが取り付けられて、支持する伝熱部材が、前記ベース部に立設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のファン付きヒートシンク。
【請求項４】
前記伝熱部材が、平板状の扁平部分を有するヒートパイプとされ、前記フィンの中空部分側に接触していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の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、ベース部に立設した伝熱部材に放熱フィンを取り付けた構造のファン付き型ヒートシンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のようにヒートシンクは、冷却対象物からの放熱を促進するために、その冷却対象物に取り付けられて放熱面積を増大させるものであるから、基本的には、適宜の形状のフィン部材を冷却対象物に、熱伝達が良好な状態で取り付けるように構成されていればよい。しかしながら、汎用性を持たせるためには、フィン部材を冷却対象物に連結する機能を備える必要があるから、一般には、適宜に形状のベース部に、フィン部材を一体化した構成とされている。
【０００３】
上記のヒートシンクのうち、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た例がある。このような冷却装置の一例として、電子素子などの発熱体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】
上記ヒートシンクを用いた冷却装置では、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、上記の冷却装置では、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、電子機器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、電子機器内の部品点数の増大要因になり、近年の電子機器等のコンパクト化に逆行してしまう。また、電子機器に対して組み付ける部材の点数が多いため、前記冷却装置全体としての組み付け性に劣り、ひいては電子機器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】
上記の構造のファン付きヒートシンクでは、発熱体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、空気流を平板状フィンの間隙に吹き込み、その空気流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、絶えずに空気流と交換できるので、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空気流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。
【００１１】
上記の問題を解決する一例として、前記ファン付きヒートシンクのヒートシンク部分に、いわゆるタワー型ヒートシンクを適用する方法がある。タワー型ヒートシンクは、ベース部に立設された伝熱部材に放熱フィンが取り付けられた構造とされている。
【００１２】
上記のタワー型ヒートシンクにおいては、フィンを伝熱部材に嵌合させるなどのことにより、多数の放熱フィンを設けることができるので、その枚数や放熱面積の制約が少なくなる利点がある。この種のタワー型ヒートシンクの一例が米国特許第５，４１２，５３５号明細書に記載されており、このヒートシンクは前記伝熱部材としてヒートパイプもしくは、ベ−パーチャンバーを用いたものである。すなわち、ベース部に中空のコンテナを立設し、その内部をヒートパイプ化する一方、そのコンテナの外面に多数のフィンを嵌合させたものである。
【００１３】
このような構造のタワー型ヒートシンクでは、ヒートパイプもしくはベーパーチャンバーが、ベース部からフィンへの熱伝達を媒介し、しかもその熱伝達が作動流体の潜熱の形で行われるので、ベース部から放熱フィンに至る部分での熱抵抗を小さくすることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構造のタワー型ヒートシンクでは、平板状のフィンがベース上に立設されたヒートパイプに配置されており、前記ベース部に対して平行な方向に前記フィン同士の間隙ができる。したがって、前記ベース部に対して平行な方向からの送風に対しては、冷却が効率良く行われる。しかしながら、上述の構造のファン付きヒートシンクでは、前記ベース部の直角方向に設けられたファンによって、空気が吹き込まれて冷却を行う構造とされている。
【００１５】
そのため、前記ファン付きヒートシンクに前記タワー型ヒートシンクの構造が適用された場合、前記平板状のフィンによって、前記ファンからの送風が遮られてしまい、空気をフィン間に流通させることができなくなってしまう。そのため、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。
【００１６】
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、効率よく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。
【００１７】
【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、複数枚のフィンとベース部とが設けられるとともに、前記フィン同士の間に空気流を供給する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、前記ベース部上に一定間隔をあけて積層されて配置されるとともに、前記積層されたフィンの中央、最上層のフィンから所定の下層のフィンにまで至る中空部分が設けられており、前記ファンが前記中空部分内にその上方から空気を吹き込むように配置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。
【００１８】
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た複数枚のフィンが、前記ベース部上に一定間隔をあけて積層された状態で、配置されている。そのため、フィン同士の間隙がファンの吹き出し方向と直角な方向である側面部分に形成される。この積層されたフィンの中央付近に、最上層のフィンから所定の下層のフィンにまで至る中空部分が設けられており、この中空部分にその上方から空気を吹き込むようにファンが配置されている。そのため、ファン付きヒートシンクの放熱面積が増加されるとともに、前記空気流が、前記中空部分から前記フィンの間隙に進入して前記側面部分から吐き出される。
【００１９】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記中空部分が、最上層のフィン側で開口面積が大きく、下層のフィン側ほど開口面積が小さいテーパー形状とされていることを特徴とする請求項１に記載のファン付きヒートシンクである。
【００２０】
したがって、請求項２の発明では、請求項１の発明による作用に加えて、ファン付きヒートシンクの冷却の際、前記ファンによる前記空気流が、前記中空部分から吹き込まれる。一方、前記中空部分が、前記最上層のファン側から下層のフィン側にいくにしたがって、順に小さい開口面積とされ、いわゆるテーパ形状とされている。そのため、前記空気流が、各フィンを通過する度に、各開口周縁に衝突する。その結果、前記空気流が乱流状態となる。
【００２１】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記積層されたフィンが取り付けられて、支持する伝熱部材が、前記ベース部に立設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。
【００２２】
したがって、請求項３の発明では、請求項１または２の発明による作用に加えて、前記中空部分の内部に伝熱部材が配置されており、前記積層されたフィンが支持されている。そのため、前記ベース部に伝達された熱が、前記伝熱部材によって、前記フィンに伝達される。その後、前記ファンから送り出された空気流と、前記フィンとの熱交換が行われる。
【００２３】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記伝熱部材が、平板状の扁平部分を有するヒートパイプとされ、前記フィンの中空部分側に接触し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。
【００２４】
したがって、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明による作用に加えて、前記ヒートパイプが扁平形状とされている。そのため、前記ヒートパイプと前記フィンと、および前記ヒートパイプと前記ベース部との接触面積が増加する。また、前記ヒートパイプが前記フィンの中空部分側に接触しているので、前記ファンから空気流が吹き込まれると、前記フィン以外に、前記ヒートパイプにも前記空気流が衝突して、熱交換が行われる。
【００２５】
【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、ベース部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。このベース部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部２の側面に固定されて、シュラウド３とベース部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とベース部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とベース部２とによって中空部分が形成されている。
【００２６】
シュラウド３とベース部２とによって形成されている中空部分には、複数枚の平板状フィン５および伝熱部材であるヒートパイプ６が収納されている。言い換えると、フィン５と、ヒートパイプ６と、ベース部２と、によって構成されているヒートシンク７の上方からシュラウド３が被せられように取り付けられている。なお、伝熱部材としては、ヒートパイプ以外に熱伝導性の良い銅部材などが例示される。
【００２７】
また、シュラウド３の上面部分にはファン８が固定されている。なお、ファン８には、任意のファンを使用することができる。
【００２８】
フィン５の中心部には、開口５Ａが設けられている。この開口５Ａは、大小の円形に形成されており、ファン８の中心を通る軸線を中心として、ベース部２の表面２Ａ側から、相対的に小さい形状の開口５Ａを有するフィン５が順に配置されている。その結果、この各開口５Ａによって、いわゆるテーパ形状とされている中空部分９が形成されている。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。
【００２９】
上記のファン付きヒートシンク１は、ファン８によってヒートシンク７の各フィン５に空気を吹き込んで冷却を行う構成とされている。したがって、前記フィン５同士で形成されている間隙が空気流路１０とされている。この空気流路１０が中空部分９および吐き出し口１１を有している。この吐き出し口１１は、フィン５の外周縁に形成されるため、中空部分９から流入された空気流は、前記フィン５の外周縁であるヒートシンク７の全周に亘って排出される構造となっている。
【００３０】
図２に示すように、中空部分９はヒートパイプ６と、開口５Ａとによって形成されている。開口５Ａは、上述のように小さい円形のものが、ベース部２側から順に配列されており、いわゆるテーパー形状を形成している。このテーパー形状の開口５Ａに屈曲された二本のヒートパイプ６が配置されており、各フィン５全体を支持する支柱とされている。この二本のヒートパイプ６は、図３に示すように扁平形状とされており、最もベース部２側の部分が、互いに直角方向に交差されて、十字状に組み合わされている。この十字状とされている部分がヒートパイプ６の底部とされ、ベース部２の表面２Ａに固定されている。また、各開口５Ａの開口縁の一部は、このヒートパイプ６に接触されている。
【００３１】
ベース部２の表面２Ａには、ヒートパイプ６の前記十字状の底部が固定される長穴２Ａおよび２Ｂが設けられている。長穴２Ａと長穴２Ｂとは、互いに直角となる配置とされている。
【００３２】
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。
【００３３】
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８をシュラウド３に係合し、さらにファン８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部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をベース部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８とを一体に組み付ける。最後に、そのファン８と一体化されたシュラウド３を、フィン５を挟んでベース部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。
【００３４】
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部２の下面に伝達される。その後、伝達された熱はベース部２の下面から温度差のある上昇方向へ移動してベース部２の表面２Ａに熱伝導される。表面２Ａに移動した熱は、ベース部２から開口５Ａが大小に形成された各フィン５に伝達される。
【００３５】
一方、前記ファン８から空気が吹き出される。空気流が前記フィン５同士の間に形成された空気流路の内部に進入する。その際、まず空気流が中空部分９から吹き込まれる。中空部分９は、大きさの違う開口５Ａが、ベース部２側で順に小さくなるように配置され、テーパー形状とされている。したがって、空気流は、各開口５Ａの周縁部分に必ず衝突する。そのため、乱流が生じて熱交換が効率よく行われる。また、開口５Ａの周縁部分にヒートパイプ６が接触しているので、空気流が中空部分９に進入する際には、ヒートパイプ６にも衝突する。その結果、効率よく熱交換が行われる。
【００３６】
また、吐き出し口１１が各フィン５の周囲に連続して形成されているので、間隙を通過してきた空気流が複数の部分から排出される。そのため、前記間隙を通過する空気流の流量が増加される。
【００３７】
また、前記中空部分の内部にヒートパイプが配置されており、前記フィンが支持されている。同時に、前記中空部分の内部が前記ヒートパイプによって分割されている。そのため、前記ファンから送り出された空気流がフィンの内部に入り込んだ際に、空気流が前記ヒートパイプに衝突して分割され、前記側面部分から排気される。
【００３８】
また、ヒートパイプ６が扁平形状とされているので、ヒートパイプ６とフィン５と、およびヒートパイプ６とベース部２との接触面積が増加する。また、ヒートパイプ６がフィン５の中空部分側に接触しているので、ファン８から空気流が吹き込まれると、前記フィン５以外に、前記ヒートパイプ６にも前記空気流が衝突して、熱交換が行われる。
【００３９】
したがって、上述のファン付きヒートシンク１によると、各フィン５に大きさの異なる開口５Ａが設けられ、ベース部２側から次第に大きい開口面積の開口５Ａが配置されたことにより、中空部分９を形成することができる。そのため、中空部分９は、ファン８側が大きく、ベース部２側が小さいテーパー形状とされているので、ファン８から送風されると、必ず開口５Ａの周縁部分に衝突して乱流状態とすることができる。その結果、空気流とフィン５との熱交換を効率よく行うことができるので、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。
【００４０】
また、ファン付きヒートシンク１のベース部２に立設されたヒートパイプ６に、フィン５が、ベース部２に対して積層された状態で配置されている。この積層されたフィン５のうち、前記ファン８側のフィン５に開口５Ａが設けられて、ファン８から吹き出される空気流の中空部分９を形成することができる。そのため、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。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、前記フィン５の側面部分の全周を吐き出し口とすることができるので、排気量を増加することができる。その結果、フィン５と空気流との熱交換が効率よく行われるので、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。
【００４１】
また、ファン８の送風口の最も近い位置の開口５Ａが、最も大きい開口面積とされているので、空気が入り込み易くなる。その結果、ファン付きヒートシンク１の内部を流通する空気流の流量を増加することができる。そのため、空気流と各フィン５との熱交換を効率よく行うことができるので、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。
【００４２】
また、吐き出し口１１がフィン５の外周縁に形成されているので、ファン付きヒートシンク１の側面すべてから排気することができる。そのため、空気流の排気量を増加することができる。その結果、ファン付きヒートシンク１の内部を流通する空気流の流量を増加することができる。そのため、空気流と各フィン５との熱交換を効率よく行うことができるので、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。
【００４３】
また、ヒートパイプ６に、ファン８からの送風が直接衝突することにより、ヒートパイプ６からも直接放熱することができる。その結果、ファン付きヒートシンク１の冷却性能を向上することができる。
【００４４】
また、中空部分９の内部にヒートパイプ６が配置されてフィン５が支持されており、中空部分９の内部がヒートパイプ６によって分割されている。そのため、ファン８から送り出された空気流がフィン５の内部に入り込んだ際に、ヒートパイプ６によって前記空気流を分割することができる。その結果、前記側面部分の異なる方向から排気することができる。
【００４５】
また、ヒートパイプ６が扁平形状とされているので、ヒートパイプ６とフィン５と、およびヒートパイプ６とベース部２との接触面積を増加することができる。そのため、ヒートパイプ６の熱伝達性を向上することができる。その結果、ベース部２に伝達される発熱体などによる熱が効率よく伝達されるので、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。
【００４６】
なお、上述の例では、フィン５に設けられた開口５Ａは円形とされたが、この発明のフィンに設けられる開口の形状は、上記の円形に限定されない。例えば多角形状でもよい。また、楕円状でもよい。要は、開口であれば良く形状は適宜のものとすることができる。
【００４７】
また、上述の例では、中空部分９に設けられたヒートパイプ６は二本とされ、前記ヒートパイプ６が、互いに直角に交差して形成された十字状の底部を形成してベース部２の表面２Ａに配置されたが、この発明は、上記に限定されない。つまり、この発明のファン付きヒートシンクに設けられる中空部分では、ヒートパイプの配置および本数は適宜のものでよい。したがって、ヒートパイプが、中空部分に三本配置されていてもよいし、五本配置されていてもよい。また、ベース部２の表面２Ａに配置されるヒートパイプの形状も適宜のものでよい。したがって、ヒートパイプ６の底部が互いに交差していない放射形状とされていてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、ファン付きヒートシンクの前記ベース部上に、積層された複数枚のフィンの中央付近に、最上層のフィンから所定の下層のフィンまでに至る中空部分が設けられていることにより、ファンからの空気流を前記フィン同士の間隙に流通させて前記側面部分から吐き出すことができる。そのため、前記フィンの枚数を増加することができるので、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。その結果、ファン付きヒートシンクの放熱効率を向上することができる。また、前記フィンの側面部分の全周を吐き出し口とすることができるので、排気量を増加することができる。その結果、フィンと空気流との熱交換が効率よく行われるので、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。
【００４９】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果に加えて、ファン付きヒートシンクの冷却の際、前記ファンによる空気流が、前記中空部分から吹き込まれる際に、各フィンを通過する度に各開口周縁に衝突して、前記空気流を乱流状態とすることができる。その結果、空気と平板状フィンとの熱交換を効率よく行うことができる。そのため、ファン付きヒートシンクの放熱効率を向上することができる。また、ファンの送風口の最も近い位置の開口が、最も大きい開口とされているので、空気が入り込み易くなる。その結果、ファン付きヒートシンクの内部を流通する空気流の流量を増加することができる。そのため、空気流と平板状フィンとの熱交換を効率よく行うことができるので、ファン付きヒートシンクの冷却効率を向上することができる。
【００５０】
また、請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明による効果に加えて、前記中空部分の内部に伝熱部材が配置されており、前記積層されたフィンが支持されている。そのため、前記ベース部に伝達された熱が、前記伝熱部材によって、前記フィンに熱を伝達することができる。その後、前記ファンから送り出された空気流と、前記フィンとの熱交換を行うことができる。その結果、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。
【００５１】
また、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明による効果に加えて、前記ヒートパイプが扁平形状とされている。そのため、前記ヒートパイプと前記フィンと、および前記ヒートパイプと前記ベース部との接触面積を増加することができる。そのため、前記ヒートパイプの熱伝達性を向上することができる。その結果、ベース部に伝達される発熱体などによる熱が効率よく伝達されるので、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。また、前記ヒートパイプが前記フィンの中空部分側に接触しているので、また、前記ファンから空気流が吹き込まれると、前記ヒートパイプが直接、空気流に曝されて熱交換が行われる。その結果、放熱面積が増加して、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例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すヒートシンクの平面図および側面図である。
【図３】そのヒートシンクに使用される支柱としてのヒートパイプの一例を示す平面図および側面である。
【符号の説明】
１…ファン付きヒートシンク、　２…ベース部、　５…フィン、　５Ａ…開口、　６…ヒートパイプ、　８…ファン、　９…中空部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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