(57)【要約】【課題】  発熱体に多量の気体を供給することができ、効率的に放熱処理することができる放熱装置、この放熱装置を搭載した電子機器及び放熱方法を提供すること。【解決手段】  回転羽根７による空気流に、さらにスピーカ４による噴流が加わるため、従来のように、放熱フィン１６の表面に、層流ではなく乱流が発生して温度境界層が形成されることを防止することができる。また、温度境界層が形成されたとしてもそれを破壊することができる。温度境界層がなくなれば放熱フィン１６からの放熱が促進される。【選択図】  図１
2005136250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体の表面に気体を供給する気体供給機構と、
前記気体に振動を与える振動付与機構と
を具備することを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放熱装置であって、
前記気体供給機構は、
ケースと、
前記ケース内に回転可能に収容され、前記気体を前記発熱体に吹き付けるための回転羽根と
を有することを特徴とする放熱装置。
【請求項３】
請求項２に記載の放熱装置であって、
前記振動付与機構は、前記気体供給機構から供給される前記気体を振動させる気体振動体を有することを特徴とする放熱装置。
【請求項４】
請求項２に記載の放熱装置であって、
前記振動付与機構は、前記ケースを振動させる振動機構を有することを特徴とする放熱装置。
【請求項５】
請求項２に記載の放熱装置であって、
前記振動付与機構は、前記回転羽根を振動させる振動機構を有することを特徴とする放熱装置。
【請求項６】
請求項５に記載の放熱装置であって、
前記振動機構は、前記回転羽根に取り付けられ前記回転羽根を所定の方向に振動させる振動体を有することを特徴とする放熱装置。
【請求項７】
請求項５に記載の放熱装置であって、
前記振動機構は、前記回転羽根の回転運動を所定の直線方向の運動に変換することで、前記回転羽根を前記所定の直線方向で振動させるカム機構を有することを特徴とする放熱装置。
【請求項８】
請求項５に記載の放熱装置であって、
前記回転羽根は軸流羽根であり、
前記振動機構は、前記軸流羽根の遠心方向を軸として周期的に回動させるように該軸流羽根を振動させる駆動部を有することを特徴とする放熱装置。
【請求項９】
発熱体と、
前記発熱体の表面に気体を供給する気体供給機構と、
前記気体に振動を与える振動付与機構と
を具備することを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
発熱体の表面に気体を供給する工程と、
前記気体に振動を与える工程と
を具備することを特徴とする放熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱する電子部品等を放熱する放熱装置、この放熱装置を搭載した電子機器及び放熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＰＣ（Personal Computer）の高性能化に伴うＩＣ（Integrated Circuit）等の発熱体からの発熱量の増大が問題となっており、様々な放熱の技術が提案され、あるいは製品化されている。その放熱方法として、例えばＩＣにアルミなどの金属でなる放熱用のフィンを接触させて、ＩＣからの熱をフィンに伝導させて放熱する方法がある。また、ファンを用いることにより、例えばＰＣの筐体内の温まった空気を強制的に排除し、周囲の低温の空気を発熱体周辺に導入することで放熱する方法もある。あるいは放熱フィンとファンとを併用することにより、放熱フィンで発熱体と空気の接触面積を大きくしつつ、ファンにより放熱フィンの周囲の暖まった空気を強制的に排除する方法もある。
【０００３】
しかしながら、このようなファンによる空気の強制対流では、放熱フィンの下流側でフィン表面の温度境界層が生起され、放熱フィンからの熱を効率的に奪えないという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、例えば、振動膜を振動させて、その振動によって発生した噴流を発熱体に吹き付けることで、温度境界層を破壊するという技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、半導体等の基板に形成された複数の微小な冷却フィンに、当該基板とは別個に設けられた送風ファンの風を当て冷却フィンを振動させることで、その冷却フィン表面に温度境界層が形成されることを防止する技術がある（例えば、特許文献２参照。）。  
【特許文献１】米国特許第６１２３１４５号明細書（ＦＩＧ．１Ａ等）
【特許文献２】特開２００１−１７７０２６号公報（段落[００１３]、図４、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、最近の電子部品の高クロック化により、その発熱量は増加の一途をたどっているため、上記特許文献１及び２に記載されたものより、さらに放熱量を多くし、より効率的に放熱処理することが望まれる。例えば、上記特許文献１の技術では、放熱量を多くするために、その振動膜の振幅を大きくしたり、振動数を高めたりすることが考えられるが、そのようにしても発生する噴流の流量には限界がある。
【０００７】
上記特許文献２に記載の技術では、その基板（半導体基板１０）の全体が放熱板となり得るため、その基板に形成された微小な放熱フィンが振動しても、基板表面全体の温度境界層を破壊することは困難である。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、発熱体に多量の気体を供給することができ、効率的に放熱処理することができる放熱装置、この放熱装置を搭載した電子機器及び放熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る放熱装置は、発熱体の表面に気体を供給する気体供給機構と、前記気体に振動を与える振動付与機構とを具備する。
【００１０】
本発明において、発熱体としては、例えばＩＣチップや抵抗等の電子部品、あるいは放熱フィン等が挙げられるが、これらに限られず発熱するものなら何でもよい。以下、同様である。
【００１１】
本発明によれば、振動付与機構によって気体に振動を与えることにより、例えば、発熱体の表面に乱流を発生させることができ、該表面の温度境界層が形成されることを防止することができる。これにより、効率的に放熱処理することができる。
【００１２】
本発明の一の形態によれば、前記振動付与機構は、前記気体供給機構から供給される前記気体を振動させる気体振動体を有する。この振動板により気体を振動させることができる。振動板としては例えばスピーカを用いることができる。
【００１３】
本発明の一の形態によれば、前記気体供給機構は、ケースと、前記ケース内に回転可能に収容され、前記気体を前記発熱体に吹き付けるための回転羽根とを有する。本発明では、回転羽根が回転することで、例えば振動膜を用いる従来のものに比べ多量の気体を供給するようにしつつ、振動付与機構によりその気体に振動を与えることで、例えば発熱体の表面に乱流を発生させることができる。したがって効率的に放熱処理することができる。
【００１４】
本発明の一の形態によれば、前記振動付与機構は、前記ケースを振動させる振動機構を有する。ケース自体を振動させる構成とすることにより、放熱装置を簡易な構造とすることができる。
【００１５】
本発明の一の形態によれば、前記振動付与機構は、前記回転羽根を振動させる振動機構を有する。回転羽根自体を振動させることで、回転羽根の回転により発生する気体に確実に振動を与えることができる。
【００１６】
本発明の一の形態によれば、前記振動機構は、前記回転羽根に取り付けられ前記回転羽根を所定の方向に振動させる振動体を有する。
【００１７】
本発明の一の形態によれば、前記振動機構は、前記回転羽根の回転運動を所定の直線方向の運動に変換することで、前記回転羽根を前記所定の直線方向で振動させるカム機構を有する。これにより、例えば回転羽根を回転駆動する駆動装置を駆動源とすれば足り、別途の駆動源を必要としないので放熱装置を簡易な構造とすることができる。
【００１８】
本発明の一の形態によれば、前記回転羽根は軸流羽根であり、前記振動機構は、前記軸流羽根の遠心方向を軸として周期的に回動させるように該軸流羽根を振動させる駆動部を有する。本発明では、軸流方向の気体の流量を周期的に変化させることで気体に振動を与えることができる。これにより効率的に放熱処理することができる。
【００１９】
本発明に係る電子機器は、発熱体と、前記発熱体の表面に気体を供給する気体供給機構と、前記気体に振動を与える振動付与機構とを具備する。本発明において、電子機器としては、コンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電化製品等が挙げられる。
【００２０】
本発明に係る放熱方法は、発熱体の表面に気体を供給する工程と、前記気体に振動を与える工程とを具備する。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、発熱体に多量の気体を供給することができ、効率的に放熱処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る放熱装置を示す模式的な断面図である。図２は、図１に示す放熱装置の模式的な斜視図である。
【００２４】
この放熱装置１は、気体供給機構として例えばファンユニット３と、振動付与機構として例えばスピーカユニット２とを有している。ファンユニット３は、例えばケース６の内部にモータ部１５の駆動で回転羽根７を回転可能に収容して構成されている。回転羽根７としては例えば軸流羽根を用いている。モータ部１５は、例えば回転羽根７の回転軸として設けられた軸部材１３、また軸受１０、コイル１１、マグネット１２等より構成されている。モータ部１５のコイル１１には、例えば電源部８により交流電圧が印加されるようになっている。
【００２５】
スピーカユニット２は、例えばスピーカ４を有している。電源部５により例えば交流電圧がスピーカ４の図示しない駆動部に印加されることで、振動板９が所定の振動条件で振動するようになっている。例えば振動板９の振動数は、人の可聴領域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）であってもよいが、超音波（２０ｋＨｚを超える周波数）の領域がより好ましい。振動数を超音波の領域とすることにより騒音を防止することができる。また、振動板９の振動波形として正弦波とすることができる。このように構成されたスピーカユニット２の振動板９の振動によって空気の噴流を発生させることができる。
【００２６】
スピーカユニット２の代わりに、図３に示すような空気振動ユニット２２を設けるようにしてもよい。例えば、この空気振動ユニット２２は、筐体２４に振動膜２３が取り付けられて構成され、例えば電源部２５からの電圧が振動膜２３に印加されることで所定の振動条件で振動する。この振動条件も上記と同様としてよい。筐体２４には、振動膜２３に対向するように開口部２４ａが設けられている。振動膜２３としては、例えばダイヤフラムまたはピエゾ素子等でなる超音波振動子を用いることができる。このように構成された空気振動ユニット２では、振動膜２３が振動することで、筐体２４内の圧力が変化し、それにより開口部２４ａを介して空気の噴流を発生させることができる。
【００２７】
次に、以上のように構成された放熱装置１の作用を説明する。図１及び図２を参照して、例えば放熱装置１を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１８の熱を拡散させるためのヒートシンク２０の周囲に図示するように配置した場合の作用について説明する。具体的には、例えばヒートシンク２０の裏面に発熱源であるＣＰＵ１８取り付け、例えば放熱フィン１６の上方にスピーカユニット２を配置し、放熱フィン１６の側方にファンユニット３を配置している。
【００２８】
例えば、ＣＰＵ１８が作動することによりＣＰＵ１８は発熱し、ヒートシンク２０に熱が伝達される。ファンユニット３に電源が投入されると、回転羽根７の回転によって発生する空気流が放熱フィン１６に吹き付けられる。また、スピーカユニット２に電源が投入されると振動板９が振動することにより発生する空気の噴流が放熱フィン１６に吹き付けられる。
【００２９】
図４を参照して、従来では、回転羽根１０７のみによる空気流が発熱する放熱フィン１６０に吹き付けられても、放熱フィン１６０の表面に形成される温度境界層Ｈ（高熱）及びＣ（低熱）を破壊することは困難であった。しかしながら、本実施の形態によれば、例えば図５に示すように、回転羽根７による空気流に、さらにスピーカ４による噴流が加わるため、従来のように、放熱フィン１６の表面に、層流ではなく乱流が発生して上記のような温度境界層が形成されることを防止することができる。また、温度境界層が形成されたとしてもそれを破壊することができる。温度境界層がなくなれば放熱フィン１６からの放熱が促進される。
【００３０】
また、本実施の形態では、気流を発生させるためにファンユニット３を用いている。つまり、回転羽根７を回転させることで、例えば振動膜のみを用いた従来のものに比べ多量の気体を放熱フィン１６に供給するようにしつつ、その気体に振動を与えることで、放熱フィン１６の表面に乱流を発生させることができる。これにより、効率的に放熱処理することができる。
【００３１】
図６は、スピーカユニット２（または空気振動ユニット２２）とファンユニット３との配置関係を変えた形態を示す斜視図である。この形態は、ヒートシンク２０の放熱フィン１６の上方にファンユニット３を配置し、さらにファンユニット３の上方にスピーカユニット２（または空気振動ユニット２２）を配置したものである。このような形態によっても、上記実施の形態と同様に作用し、効率的に放熱処理することができる。
【００３２】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る放熱装置を示す断面図である。
【００３３】
この放熱装置３１は、ファンユニット３と、振動機構として、例えばピエゾ素子３４と、このピエゾ素子３４に例えば交流電圧等を印加する電源部４８とが設けられている。ファンユニット３としては、例えば上記第１の実施の形態におけるファンユニット３と同様のものを用いることができる。ピエゾ素子３４はファンユニット３のケース６に取り付けられている。ピエゾ素子３４の振動の方向は、本実施の形態では、例えば回転羽根７の軸流方向（Ｚ方向）としている。
【００３４】
ファンユニット３に電源が投入され、ピエゾ素子３４に電源が投入されると、ピエゾ素子３４の振動がケース６を介して回転羽根７に伝達される。これにより、回転羽根７が振動しながら回転するため、放熱フィン１６に振動成分を持った空気流が吹き付けられる。これにより、放熱フィン１６の表面付近に温度境界層が形成されることを防止し、あるいは温度境界層が形成されてもそれを破壊することができ、効率的に放熱処理することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、ケース６自体を振動させる構成とすることにより、放熱装置３１を簡易な構造とすることができる。さらに、ピエゾ素子３４が放熱フィン１６にも接するように設けられているため、放熱フィン１６自体も振動させることができ効率的に放熱処理することができる。
【００３６】
図８は図７に示した放熱装置３１の変形例を示す断面図である。この放熱装置４１は、回転羽根７にピエゾ素子４４が取り付けられて構成されている。このような構成によっても、回転羽根７が振動しながら回転するため、放熱フィン１６に振動成分を持った空気流が吹き付けられる。これにより、効率的に放熱処理することができる。また、回転羽根７自体を振動させることで、回転羽根の回転により発生する気体に確実に振動を与えることができる。
【００３７】
図９は図７に示した放熱装置３１のさらに別の変形例を示す断面図である。図９（ａ）を参照して、この放熱装置５１は、振動機構としてカム機構６０を有している。カム機構６０は、例えばファンユニットのモータ部６５の固定子５５に設けられた突起部５９と、突起部５９に接するように設けられ軸部材５３に取り付けられたカム部材５８とを有している。また、例えば軸部材５３にはバネ部材５４が取り付けられ、軸受５０によって、固定子５５に対してバネ部材５４と軸部材５３とが一体的に回転可能となっている。
【００３８】
このようなカム機構６０により、図９（ｂ）に示すように、回転羽根５７が回転することによってその回転運動が軸流方向の直線運動に変換され、回転羽根５７を軸流方向で振動させることができる。その結果、回転羽根の回転により発生する気体に確実に振動を与えることができ、効率的に放熱処理することができる。
【００３９】
図１０は、さらに別の形態を示す放熱装置を示す図である。この放熱装置６１は、ファンユニットの軸流羽根である回転羽根６７がその遠心方向（Ｘ−Ｙ方向）を軸として周期的に回動させるための駆動部７０を有している。すなわち、駆動部７０は羽根６７の１つ１つを図中θ方向に回動させるようになっている。駆動部７０は例えば図示しないマイクロモータ等を有しており、例えば、図示しない電源部から当該マイクロモータに正弦波の交流電圧が印加されるようになっている。
【００４０】
回転羽根６７のモータ部６５と、駆動部７０とに電源が投入されると、回転羽根６７が回転しながら回転羽根６７が周期的に回動する。これにより、発生する空気流の流量が周期的に変わるため、結果的に空気流に振動が生じ、また噴流が発生する。その結果、効率的に放熱処理することができる。
【００４１】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００４２】
例えば、上記第１の実施の形態において、スピーカユニット２（または空気振動ユニット２２）とファンユニット３との配置関係は問わず、それぞれの機能が果たせるように配置されればよく、図１や図６に示したものに限られない。例えば、スピーカユニット２は、発熱体の表面付近に形成される温度境界層に対し気体が吹き付けられるように配置すればよく、発熱体の上方に限らず、側方に配置してもよい。
【００４３】
上記各実施の形態において、スピーカユニット２の振動板９（または空気振動ユニット２２の振動膜２３）や、図７に示した放熱装置３１のピエゾ素子３４等の振動方向は、以上説明したものに限られない。例えば、放熱装置３１を例に挙げると、ピエゾ素子３４の振動方向は回転羽根７の遠心方向（Ｘ−Ｙ方向）であってもよい。放熱装置４１、５１、６１についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る放熱装置を示す模式的な断面図である。
【図２】図１に示す放熱装置の模式的な斜視図である。
【図３】気体を供給する機構の別の形態を示す断面図である。
【図４】従来の放熱作用を示す模式図である。
【図５】第１の実施の形態に係る放熱装置による放熱作用を示す模式図である。
【図６】スピーカユニット（または空気振動ユニット）とファンユニットとの配置関係を変えた形態を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る放熱装置を示す断面図である。
【図８】図７に示す放熱装置の変形例を示す断面図である。
【図９】図７に示した放熱装置のさらに別の変形例を示す断面図である。
【図１０】さらに別の形態を示す放熱装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、３１、４１、５１、６１…放熱装置
２…スピーカユニット
３…ファンユニット
６…ケース
７、３７、５７、６７…回転羽根
１６…放熱フィン
１８…ＣＰＵ
２０…ヒートシンク
２２…空気振動ユニット
３４、４４…ピエゾ素子
６０…カム機構
７０…駆動部
【図１】
2005136250.tif 000003
【図２】
2005136250.tif 000004
【図３】
2005136250.tif 000005
【図４】
2005136250.tif 000006
【図５】
2005136250.tif 000007
【図６】
2005136250.tif 000008
【図７】
2005136250.tif 000009
【図８】
2005136250.tif 000010
【図９】
2005136250.tif 000011
【図１０】
2005136250.tif 000012