JP3140955B2

JP3140955B2 - ヒートシンク装置

Info

Publication number: JP3140955B2
Application number: JP07332420A
Authority: JP
Inventors: 孝志北原; 忠好島貫
Original assignee: PFU Ltd
Current assignee: PFU Ltd
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2015-12-20
Also published as: JPH09172282A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱素子のヒートシン
ク面に装着されて使用されるヒートシンク装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、ＣＰＵをはじめとするＬＳＩ素子
等の高密度化に伴ってその冷却方法が重大な技術的課題
となりつつあり、高発熱素子等の発熱体をスポット的に
冷却する手法が注目されている。

【０００３】そして、ターゲットとなる高発熱素子等の
発熱体をスポット的に冷却するヒートシンク装置として
は、従来、図１２に示すものが提案されている。この従
来例において、１はアルミニウム等、熱伝導性の良好な
材料により形成されるヒートシンク本体、４は軸流ファ
ン装置、２はカバーであり、軸流ファン装置４を駆動す
ることにより、冷却風はヒートシンク装置の上面からヒ
ートシンク装置内部に強制導入された後、放熱フィン１
０、１０・・間を通って四側縁から排気され、その途中
で発熱素子（図示せず）上に実装されたヒートシンク本
体１を冷却する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
例において、ファン装置４には軸流ファンが使用される
ために、以下の欠点がある。

【０００５】先ず、ファン装置４への冷却風の取り入れ
は、ファン装置４の上部の開口４１から行われるが、開
口４１近傍に筐体内壁面等の障害壁８が存在すると圧損
が大きくなって冷却風量が減少し、冷却性能が発揮でき
なくなる。このため、開口４１から障害壁８までの間隔
をとる必要が生じ、有効実装高さが高くなってしまう。

【０００６】さらに、高発熱素子を冷却して温度が上昇
した冷却風は、ヒートシンク装置の側壁部から外部に放
出されるが、この暖気が再び同一のファン装置４により
ヒートシンク装置内に吸引されることが多いために、冷
却性能が低下する。

【０００７】一方、暖気の回り込みを解消するために、
図１３に示すように、ファン装置４をヒートシンク本体
１の側壁部に装着し、破線矢印方向に冷却風を送風する
ようにしたものも提案されているが、この場合には、フ
ァン装置４の幅方向寸法Ｗを一定限度以下に小さくする
ことができないために、実装高さが高くなってしまうと
いう欠点を有する。

【０００８】本発明は、以上の欠点を解消すべくなされ
たもので、実装高さを低くすることができるヒートシン
ク装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
は、ヒートシンク本体とカバーにより形成された通風路
内に、該通風路内に配置されたファン装置により外気を
強制導入し、ヒートシンク本体が装着される発熱体を冷
却するヒートシンク装置であって、前記ファン装置は、
回転翼の回転軸を中心とした円の接線上に吸気方向と排
気方向を持ち、かつ、ファン装置は、回転翼による回転
体の底面とヒートシンク本体の底部との間隙部を接近さ
せて配置されるヒートシンク装置を提供することにより
達成される。

【００１０】ヒートシンク本体１は、アルミニウム等、
熱伝導性の良好な材料により形成され、発熱素子、ある
いはＰＣカード等の発熱体５上に実装されて該発熱体５
を冷却する。

【００１１】カバー２は、ヒートシンク装置の天井壁面
を構成するもので、該カバー２によりヒートシンク本体
１との間に冷却風の通風路３が形成される。冷却風によ
る冷却が広範囲に渡って行われるようにするためには、
通風路３の形成面積を広くするのが望ましく、このため
に、カバー２は、ヒートシンク本体１の上部をほぼ全面
に渡って覆うような大きさに形成するのが望ましい。

【００１２】本発明に使用されるファン装置４は、図２
に示すように、回転軸回りに回転翼４０を設けたもの
で、回転翼４０の回転方向に送風される点において、回
転軸と平行方向に送風方向を有するいわゆる軸流ファン
と相違するものである。

【００１３】なお、「回転翼４０の回転方向に送風方向
を持つ」とは、回転軸方向への風量に比して回転方向の
風量が多いことを意味するもので、回転軸方向の風量が
全くないことを意味するものでなく、かかるファン装置
４は、一般に軸方向に捻れのない回転翼４０を突設させ
ることにより達成可能であるが、遠心方向の風量の方が
多いことを条件として、発熱体５の上面に対して衝突さ
せる成分を含めるために捻れを持たせることも可能であ
り、具体的な形状は実験的に決定可能である。

【００１４】ファン装置４を通風路３内に配置するため
には、ヒートシンク本体１、あるいはカバー２に形成し
たベアリング部に回転軸を支承することにより達成可能
であり、ファン装置４による送風能力を向上させるため
には、図３（ｂ）に示すように、回転翼４０の上下端４
０ａ、４０ｂとカバー２、およびヒートシンク本体１と
のクリアランスを可及的に小さくするのが望ましい。

【００１５】以上の構成の下、通風路３には、ファン装
置４により外気が強制導入、排出されて発熱体５を冷却
する。冷却風はヒートシンク装置の側壁部から導入され
て水平方向に流れ、他の側壁部から排出される。

【００１６】上述したファン装置４を使用することによ
り、冷却風の導入部６０、および排出部６１の双方をヒ
ートシンク装置の側壁部に形成することが可能となり、
導入部６０が側壁部に形成されることにより、ヒートシ
ンク装置の上部には余分なスペースが必要なくなり、低
背化が可能となる。

【００１７】また、導入部６０、排出部６１の双方がヒ
ートシンク装置の側壁部に形成され、かつ、導入部６０
からの冷却風が水平方向に移動することにより、排出部
６１から排気される暖気が再び導入部６０から吸引され
ることが少なくなり、冷却効率の向上が図られる。な
お、暖気に回り込みをより効果的に防止するためには、
導入部６０と排出部６１を対向辺縁部に形成するのが望
ましい。

【００１８】請求項２記載の発明において、ヒートシン
ク装置は、上面に複数の放熱フィン１０、１０・・を備
えたヒートシンク本体１と、ヒートシンク本体１に形成
されたファン収納エリア１１に装着され、冷却風を回転
翼４０の回転方向に送るファン装置４と、ヒートシンク
本体１の上面を覆い、該ヒートシンク本体１と共働して
冷却風の通風路３を形成するカバー２とを有し、前記フ
ァン装置４により放熱フィン１０、１０・・間を流れる
冷却風流を強制形成するように形成される。

【００１９】ヒートシンク本体１にはファン装置４を収
納するファン収納エリア１１が形成され、残余の領域に
は複数の放熱フィン１０、１０・・が立設される。ファ
ン収納エリア１１、および放熱フィン１０の立設領域は
カバー２により天井壁が提供され、通風路３が形成され
る。

【００２０】ファン装置４による風量を増加させるため
には、上述したように、回転翼４０の上下端４０ａ、４
０ｂとカバー２、およびヒートシンク本体１との間隙を
狭くすることが望ましいが、請求項３記載の発明で提案
されるように、カバー２裏面に、ファン装置４の回転翼
４０の上部を収納する凹部２０を形成した場合には（図
３（ｂ）参照）、回転翼４０上端４０ａとカバー２との
間隙を実質的になくすることが可能となる。

【００２１】ファン装置４による冷却風の流れ方向は、
回転翼４０の回転軌跡の接線方向となり、１個のファン
装置４を使用する場合には、該ファン装置４をヒートシ
ンク本体１の中央部に配置することにより全方向への冷
却風の送風が可能である。

【００２２】一方、全方向に分散される冷却風流を限ら
れた方向に絞り、冷却風量を多くする必要がある場合に
は、請求項４に記載のように、ファン装置４の回転翼４
０の周縁を円弧状壁面７で包囲することが望ましい。

【００２３】円弧状壁面７は、図１に示すように、冷却
風導入部６０、および排出部６１を除くようにして設け
られ、該円弧状壁面７方向への冷却風を一定方向に導く
ように作用し、下流側の風量を増加させる。

【００２４】この場合、請求項５に記載されるように、
円弧状壁面７に、通風路３外部に連通する貫通孔７０を
穿孔すると、圧損を低下させることが可能になる。請求
項６ないし１０記載の発明において、通風路３内の風
量、風速を向上させるために有効な変更が提案される。
すなわち、請求項６記載の発明において、ファン装置４
は、回転翼４０の回転軌跡が接近する部位における送風
方向が一致するように複数個設けられる。

【００２５】複数個のファン装置４を相互に対向させて
配置させ、回転翼４０の回転軌跡が接近する部位におけ
る送風方向を一致させることにより、ファン装置４の対
向位置における冷却風は相互に強め合いながら下流側に
送られるために、風量、風速の増加が図られる。

【００２６】複数のファン装置４により一方向の風量を
増加させるように構成することにより、ファン装置４を
ヒートシンク本体１の中央部に配置する必要性が少なく
なることから、発熱素子に適用する場合には、最も発熱
量の多い中心部への効率的な冷却が可能になる。

【００２７】なお、本発明において、上述した円弧状壁
面７を併用することにより、冷却風の方向をさらに規制
することができるために、より冷却効率を向上させるこ
とが可能になる。

【００２８】また、図１に示す請求項７記載の発明にお
いて、ファン装置４はヒートシンク本体１の中心線に対
して対称位置に２個設けられる。さらに、請求項８記載
の発明において、ファン装置４は、隣接する回転翼４０
の回転軌跡が互いに重合するように配置される。回転軌
跡が重合した状態で双方を回転させることにより、回転
軌跡間に間隙を設ける場合に比して、送風ロス領域がな
くなるために、送風効率を向上させることが可能にな
る。

【００２９】また、回転軌跡が重合する複数のファン装
置４の回転翼４０を相互に干渉することなく回転させる
ためには、例えば重合部位において相互に干渉しない初
期位置から、両者を同一回転数で回転させることにより
達成可能であるが、請求項９に記載のように、隣接する
ファン装置４の回転翼４０の回転エリアを上下方向に分
離するのが望ましく（図６（ｂ）参照）、かかる構成の
下においては、複数のファン装置４の回転数を同一に制
御する手間が省かれる。

【００３０】また、一方のファン装置４の回転翼４０が
回転軌跡の重合部に進入した時には、他方のファン装置
４の回転翼４０も同時に進入するように双方のファン装
置４の回転タイミングを同期させた場合には、重合部位
におけるロスが可及的に減少するために、送風能力を飛
躍的に向上させることが可能になる。

【００３１】さらに、請求項１０記載の発明において、
円弧状壁面７には、隣接する他のファン装置４の回転翼
４０の回転エリアを補充する突部７１が設けられる。突
部７１は、図６（ｂ）に示すように、上下に回転翼４０
を偏位させることにより下方、あるいは上方に形成され
た回転翼４０不形成領域を埋める状態で突設され、該不
形成領域と円弧状壁面７との間に間隙が形成されるのを
防止し、該間隙による送風ロスをなくするために設けら
れる。したがって、突部７１は、回転翼４０に干渉しな
い範囲で可及的に回転翼４０の回転エリアに接近するよ
うに形成するのが望ましい。

【００３２】請求項１１記載の発明において、複数個の
発熱体５、５・・が配置される場合に適した変形が提案
される。すなわち、本発明において、図７に示すよう
に、冷却風の導入部６０は、ファン装置４による冷却風
の送風方向に対して直交する方向に開口される。導入部
６０と冷却風の送風方向を直交関係にすることにより、
図８に示すように、下流側に排出される暖気がその下流
側に配置された他のヒートシンク装置Ａの上流側から直
接吸引されることがなくなり、各ヒートシンク装置Ａ、
Ａ・・での冷却効率の向上が図られる。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１ないし図３に本発明によるヒ
ートシンク装置を示す。図において１はヒートシンク本
体、５は図示しないプリント基板への接合用端子５０、
５０・・を備えた発熱素子（発熱体）で、ヒートシンク
本体１は、アルミニウム等、熱伝導性の良好な材料によ
り形成され、ほぼ半面にファン収納エリア１１が形成さ
れるとともに、残余の領域には複数のピン状の放熱フィ
ン１０、１０・・が形成される。

【００３４】４はファン収納エリア１１内に装着される
ファン装置であり、同一方向に屈曲した複数の回転翼４
０、４０・・を図１において実線で示す矢印方向に回転
させることにより、ほぼ放射状に冷却風を送風するよう
に構成される。軸流ファンと異なり、回転翼４０の回転
方向により多量の冷却風流を生じさせるためには、各回
転翼４０により形成される回転体の断面積を大きくする
のが有効であり、図１に示すように、回転翼４０の形状
を矩形にするのが望ましい。さらに、回転翼４０による
回転体の底面とヒートシンク本体１の底部との間の間隙
部は、送風に寄与しないデッドスペースとなるために、
回転翼４０の下端縁４０ｂはヒートシンク本体１の底部
表面に可及的に接近させることが望ましい。

【００３５】上記ファン装置４は、ヒートシンク本体１
の中心線に対して線対称位置に２個装着されており、各
ファン装置４の回転翼４０は、回転軌跡が接近する部位
における送風方向が一致する方向に回転駆動される。

【００３６】７は対向して配置されるファン装置４のほ
ぼ半周部位を覆うように設けられる半円形状の円弧状壁
面であり、回転翼４０の端部４０ｃと円弧状壁面７との
間隙が可及的に狭くなるように、回転翼４０の回転軌跡
に接近して配置される（図３（ｂ）参照）。

【００３７】２は上記ヒートシンク本体１の上部を全面
に渡って覆い、ファン収納エリア１１、および放熱フィ
ン１０、１０・・間に冷却風の通風路３を形成するカバ
ー２である。このカバー２は、図２に示すように、ヒー
トシンク本体１とほぼ同一面積を有する平板状部材であ
り、円弧状壁面７を提供する２個のブロック部９、９お
よび放熱フィン１０、１０・・間に螺入されるビス（図
示せず）等によりヒートシンク本体１に固定される。

【００３８】回転翼４０の下端縁４０ｂをヒートシンク
本体１の底部表面に接近させたと同様に、回転翼４０の
上端縁４０ａをカバー２裏面に可及的に接近させること
は、送風時のデッドスペースを減少させるために有効で
あるが、本実施の形態においては、図３に示すように、
カバー２の裏面には、回転翼４０の上部が嵌まり込む程
度の凹部２０が設けられている。

【００３９】したがってこの実施の形態において、各フ
ァン装置４の回転翼４０、４０・・を矢印方向に回転さ
せると、冷却風は図１において破線の矢印で示すよう
に、正面の導入部６０から通風路３内に強制導入された
後、放熱フィン１０、１０・・間を通って外部に排出さ
れ、その途上にて発熱体５を冷却する。

【００４０】なお、冷却風の送風方向は、図示のものに
限られるものではなく、図４に示すように、ファン収納
エリア１１に対向する辺縁を導入部６０として利用し、
ファン収納エリア１１側から排気するようにしてもよ
い。

【００４１】さらに、図５に示すように、円弧状壁面７
に、外部への貫通孔７０を穿孔しておくと、円弧状壁面
７部における圧損を低下させることができるために、よ
り送風効率を向上させることができる。

【００４２】図６に本発明の他の実施の形態を示す。こ
の実施の形態は、ファン装置４からの送風量の増加を図
ったもので、２個のファン装置４、４は回転軌跡が相互
に重合するように互いに接近して配置される。各々のフ
ァン装置４の回転翼４０は、回転時の干渉を防止するた
めに、回転エリアを上下に２分割したいずれか一部位に
設けられる。

【００４３】すなわち、図６において、左側に位置する
ファン装置４の回転翼４０は主として下部のエリアに設
けられ、右側に位置するファン装置４の回転翼４０は、
上部のエリアに設けられる。

【００４４】また、上述した回転翼４０を回転させた場
合、対応する円弧状壁面７との間にデッドスペースが発
生するために、該デッドスペースを埋めるように、円弧
状壁面７には、突部７１が設けられる。

【００４５】図７に本発明の第３の実施の形態を示す。
この実施の形態は図８に示すように、複数のヒートシン
ク装置Ａ、Ａ・・がマトリクス状に配置される際に有効
な変更を示すもので、ファン収納エリア１１の正面部に
はファン装置４側の面に円弧状壁面７が形成された閉塞
壁９０が設けられるとともに、ブロック部９は閉塞壁９
０側が外部に開放されて導入部６０が構成される。

【００４６】したがってこの実施の形態において、冷却
風は閉塞壁９０とブロック部９との境界部からヒートシ
ンク装置内に取り込まれ、放熱フィン１０、１０・・を
冷却しながらファン収納エリア１１に対峙する辺縁から
排出される。このとき、下流側に配置されたヒートシン
ク装置は、直接暖気を吸引することがないために、該下
流側のヒートシンク装置における冷却効率の低下が防止
される。

【００４７】なお、図７、８においては、放熱フィン１
０側を排出口とする場合を示したが、図９、１０に示す
ように、逆の関係にすることも可能である。なお、以上
の説明においては、ファン装置４を２個設ける場合につ
いてのみ説明したが、図１１に示すように、中央部に１
個設けることも可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明より、本発明によれば、低背
で、かつ、冷却効率の高いヒートシンク装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
側面図である。

【図２】図１の分解斜視図である。

【図３】カバーを示す図で、（ａ）は裏面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図１の変形を示す図である。

【図５】図１の他の変形例を示す図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示す図で、（ａ）
はカバーを取り除いて示す平面図、（ｂ）はカバーを装
着した状態の側面図である。

【図８】冷却風の流れを示す図である。

【図９】図７の変形例を示す図である。

【図１０】冷却風の流れを示す図である。

【図１１】本発明の変形例を示す図である。

【図１２】従来例を示す図である。

【図１３】他の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ヒートシンク本体１０放熱フィン１１ファン収納エリア２カバー２０凹部３通風路４ファン装置４０回転翼５発熱体６０導入部６１排出部７円弧状壁面７０貫通孔７１突部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートシンク本体とカバーにより形成され
た通風路内に、該通風路内に配置されたファン装置によ
り外気を強制導入し、ヒートシンク本体が装着される発
熱体を冷却するヒートシンク装置であって、前記ファン装置は、回転翼の回転軸を中心とした円の接
線上に吸気方向と排気方向を持ち、かつ、ファン装置は、回転翼による回転体の底面とヒー
トシンク本体の底部との間隙部を接近させて配置される
ヒートシンク装置。
【請求項２】発熱体上に装着され、上面に複数の放熱フ
ィンを備えたヒートシンク本体と、ヒートシンク本体に形成されたファン収納エリアに装着
され、装着状態において平面視水平方向に回転する回転
翼により冷却風を回転翼の回転方向に送るファン装置
と、ヒートシンク本体の上面を覆い、該ヒートシンク本体と
共働して冷却風の通風路を形成するカバーとを有し、前記ファン装置により放熱フィン間を流れる冷却風流を
強制形成するヒートシンク装置。
【請求項３】前記カバー裏面には、ファン装置の回転翼
の上部を収納する凹部が形成される請求項１または２記
載のヒートシンク装置。
【請求項４】前記ファン装置の回転翼の周縁は、冷却風
導入部、および排出部を除き、円弧状壁面により包囲さ
れる請求項１、２または３記載のヒートシンク装置。
【請求項５】円弧状壁面には、通風路外部に連通する貫
通孔が穿孔される請求項４記載のヒートシンク装置。
【請求項６】ヒートシンク本体とカバーにより形成され
た通風路内に、該通風路内に配置されたファン装置によ
り外気を強制導入し、ヒートシンク本体が装着される発
熱体を冷却するヒートシンク装置であって、前記ファン装置は、回転翼の回転軸を中心とした円の接
線上に吸気方向と排気方向を持ち、かつ、回転翼の回転軌跡が接近する部位における送風方
向が一致するように複数個設けられるヒートシンク装
置。
【請求項７】前記ファン装置は、ヒートシンク本体の中
心線に対して対称位置に２個設けられる請求項６記載の
ヒートシンク装置。
【請求項８】前記ファン装置の隣接する回転翼の回転軌
跡が互いに重合している請求項６または７記載のヒート
シンク装置。
【請求項９】冷却風の導入部は、ファン装置による冷却
風の送風方向に対して直交する方向に開口される請求項
１ないし８のいずれかに記載のヒートシンク装置。