JP4875452B2 - 発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンク - Google Patents

Description

この発明は、放熱フィン部を備えた遠心ファン付ヒートシンクに関し、特に遠心ファンから放熱フィンを流れる風を整流化する、冷却効率に優れたヒートシンクに関する。

基板に搭載されるＣＰＵ、素子等の発熱部の発熱量、発熱密度が増大し、これらを効率的に放熱する高性能のヒートシンクが求められている。パーソナルコンピュータにおいても、CPUに加え、グラフィックチップ（GPUまたはVGA）、チップセットなど積極的な放熱を必要とする素子が増加してきた。一方で、薄型化が要求されてきている。

発熱量が多くなるにつれて、放熱フィンとヒートパイプの組み合わせでは対応が困難になり、ヒートパイプによって放熱フィンに移動した発熱素子の熱をファンによって強制的に放熱する方法が採用されてきた。
即ち、発熱素子の熱をヒートパイプによって、放熱フィン部に移動し、放熱フィン部にファンによって冷たい空気を送って、発熱素子の熱を筐体外に放出する遠心ファン付ヒートシンクが用いられている。

上面と底面と壁面で形成される空洞部内に遠心ファンを配置し、遠心ファンに面して放熱フィンを配置し、遠心ファンによって生じる風が個々の放熱フィンを通過することによって、放熱効果を高めることができる。更に、上面、底面、壁面で形成される空洞部内に遠心ファンを配置し、放熱フィンを遠心ファンに面して配置することによって、ヒートシンクが薄型化される。

図７(a)は従来の遠心ファン付ヒートシンクを説明する摸式断面図である。図７（ｂ）は従来の遠心ファンによる放熱フィンを通過する風量を示すグラフである。図 (a)に示すように、上面、底面および側壁面によって形成された空洞部内に遠心ファン１０１が配置されている。遠心ファンに面して放熱フィン部１０２が配置されている。（図示しない）発熱素子にヒートパイプの一方の端部が熱的に接続され、ヒートパイプの他方の端部が放熱フィンの長軸方向に沿って熱的に接続されている。発熱素子の熱がヒートパイプによって放熱フィン部に移動され、放熱フィン部に移動された熱が、遠心ファンからの風によって筐体外に放出されて、放熱される。
特開平９−１７２１１３

図７に示すように、遠心ファンに面して放熱フィン部が配置された状態で、遠心ファンを回転させると、遠心ファンの回転によって放熱フィンを通過する風量は、ファンの回転方向に関して、放熱フィン部の最も近端部の風量が多くなり、放熱フィン部の長軸方向に沿って風量が低下していく。即ち、放熱フィン部の近端部では多量の風が通過するが、放熱フィン部の遠端部を通過する風量は小さい。このように、放熱フィン部を通過する風量が平坦化されることなく、一部の風量が過大になり、他の部分では十分な風が通過せず、放熱フィン部の放熱効率が低いという問題点がある。

従って、この発明の目的は、遠心ファンに面する放熱フィン部を通過する風を整流化して、放熱フィン部の放熱効率を高め、騒音を軽減し、且つ、薄型の遠心ファン付ヒートシンクを提供することにある。

発明者は従来の問題点を解決するため、鋭意研究を重ねた。その結果、上面、底面および側壁面によって形成された空洞部内に配置された遠心ファンに面して位置する放熱フィン部の回転方向に関して最も近い部分に、遠心ファンによって生じる風の流れを規制して、個々の放熱フィンを通過する風が整流化するように整流片を配置すると、従来最も風の量が多かった部分の放熱フィンを通過する風の流れが規制されて、放熱フィン部全体として風が平坦化して流れるので、放熱フィン部の放熱効率が高まることが判明した。

更に、上述した整流片を取り付けるに際して、整流片が放熱フィンの長軸方向と所定の角度を形成するように配置し、整流片が上面部または底面部に取り付けられて、対応する上面部または底面部との間に風が流れる所定の間隙を有していると、個々の放熱フィンの間を通過する風の量を、より効果的に平坦化することができることが判明した。

本発明の第１の態様は、空気取り入れ口から取り入れた空気を、ファンの回転円の接線方向に送風する遠心ファンと、
一方の端部が発熱素子に熱的に接続されているヒートパイプの他方の端部に熱的に接続されており、前記遠心ファンからの風が通過する、複数の放熱フィンが並列配置された少なくとも１つの放熱フィン部と、
それぞれ空気取り入れ口を備えた上面部および底面部、並びに、前記放熱フィン部が配置される開口部を備えた側壁部によって形成される、前記遠心ファンが収容される空洞部と、
前記遠心ファンの送風口近傍の前記上面部または底面部に取り付けられ、該取り付けられた上面部または底面部と対向する上面部または底面部との間に風が流れる所定の間隙を有している整流片であって、前記遠心ファンの送風開始位置の近端部に位置する放熱フィンを通過する風の流れを規制して前記放熱フィン部を通過する風を整流する整流片とを備える発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンクである。

この発明の第２の態様は、前記整流片が概ね三角柱形状物からなっており、前記三角柱形状物の１つの面が前記放熱フィンの長軸方向と所定の角度を形成するように垂直に配置されている発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンクである。

この発明の第３の態様は、前記整流片がスリットを備えており、前記スリットの幅が前記近端部から順次広くなっている発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンクである。

この発明の第４の態様は、前記整流片が開口部を備えており、開口部によって風量が規制される発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンクである。

この発明の第５の態様は、前記整流片が螺旋状に巻かれた金属細線群からなっており、金属細線群によって風量が規制される発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンクである。

この発明の第６の態様は、前記ヒートパイプの他方の端部の前記放熱フィン部と熱的に接続された面と反対側の面に別の放熱フィン部が熱的に接続されている発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンクである。

この発明の遠心ファン付ヒートシンクによると、上面、底面および側壁面によって形成された空洞部に遠心ファンが取り付けられ、遠心ファンに面して放熱フィン部が配置され、遠心ファンの回転方向に関して、放熱フィン部の近端部に風の流れを規制する整流片、例えば三角柱形状物が設けられているので、遠心ファンから放熱フィン部の個々の放熱フィンを通過する風を整流化するので、放熱フィン部の放熱効率を高め、騒音の軽減を図ることができる。

この発明の遠心ファン付ヒートシンクを図面を参照しながら説明する。
この発明の遠心ファン付ヒートシンクの１つの態様は、所定の方向に送風する遠心ファンと、前記遠心ファンからの風が通過する、複数の放熱フィンが並列配置された少なくとも１つの放熱フィン部と、前記放熱フィン部の個々の放熱フィンを通過する風を整流化するように、前記遠心ファンによって生じる風の流れを規制する整流片とを備えた遠心ファン付ヒートシンクである。
整流片の高さは、放熱フィンの高さと同じ程度にするか、あるいは放熱フィン部または放熱フィンよりも小さくしてもよい。

図１は、この発明の遠心ファン付ヒートシンクの上面に取り付けられた遠心ファンおよび整流片を説明する概略図である。即ち、図１はヒートシンクの上面３に取り付けられた遠心ファンおよび整流片を裏側から見た図である。
遠心ファン付ヒートシンク１は、上面３からなるカバー、底面５および側壁面６が一体的に形成された本体部を重ね合わせて形成される空洞部を備えている。空洞部には遠心ファン２が収納される。壁面部６の一部に開口部があり、開口部に放熱フィン部７が遠心ファン２に面して取り付けられている。上面３および底面６にはそれぞれ遠心ファンの空気取り入れ口８が形成されている。

放熱フィン部７は、例えば、上面部、垂直面部および底面部からなる概ねコの字形の放熱フィンを複数並列配置して形成されている。並列配置されて形成された放熱フィンによって、上面部、底面部、垂直面部および隣接する垂直面部から断面矩形の通路１０が形成される。遠心ファンによる風は、上述した通路を通過する。

図２は、この発明の遠心ファン付ヒートシンクの底面および側壁面が一体的に形成された本体部を説明する図である。図２に示す本体部の空洞部に、図１を参照して説明した上述した上面３に取り付けられた遠心ファン２および整流片４が収納される。即ち、遠心ファン２が空気取り入れ口８に対向するように、ヒートシンクの本体部に上面３が取り付けられる。

このようにして、この発明の遠心ファン付ヒートシンクにおいては、それぞれ空気取り入れ口８を備えた上面部３および底面部５、並びに、側壁部６によって形成される空洞部に、遠心ファン２が収容され、側壁部６の開口部に放熱フィン部７が備えられ、整流片４が上面部に取り付けられる。
なお、図１および２に示す態様においては、整流片４は上面部に取り付けられているが、これに限定されることなく、整流片は底面部に取り付けられてもよい。

整流片４は、概ね三角柱形状物からなっており、三角柱形状物の１つの面が放熱フィンの長軸方向と所定の角度を形成するように垂直に配置されている。即ち、遠心ファンによって生じた風が三角柱形状物の垂直に配置された１つの面に沿って方向を変換して流れる。その結果、遠心ファンの回転方向に関して最も近端部の放熱フィン部の部分に流れる風量が規制され、それに伴って、遠心ファンの回転方向に関して最も遠端部の放熱フィンの部分にも十分な量の風が流れ、放熱フィン部全体として風の流れが整流化する。

整流片４は、底面部との間に風が流れる所定の間隙を有して、上面部に取り付けられている。このように整流片を上面部に取り付けることによって、遠心ファンによって生じた風の一部がそのまま遠心ファンの回転方向に関して最も近端部の放熱フィン部の部分に流れ、主力は上述したように三角柱形状物の垂直な面に沿って方向が規制される。なお、三角柱形状物の垂直な面が形成する、放熱フィンの長軸方向との角、および、底面部と間に形成される間隙の大きさは、放熱フィン部全体に流れる風が整流化されるように設定される。

図３はこの発明の遠心付ヒートシンクを示す概略斜視図である。即ち、図1に示す遠心ファンおよび整流片を備えた上面部を、図２に示す本体部に組み込んで形成されたヒートシンクを表側から見た斜視図である。図３に示すように、上面部、側壁部および底面部によって形成された空洞部内に遠心ファンが収納され固定されている。底面部と同様に空気取り入れ口８が上面部にも形成されている。空気取り入れ口を通して遠心ファンが見える。

回転方向は図中に矢印で示している。放熱フィン部は遠心ファンに面して設けられている。遠心ファンの回転方向に関して、最も近端部に上述した整流片としての三角柱形状物４が配置されている（点線で示す）。三角柱形状物の１つの垂直な面（ここでは遠心ファンに相対する面）が所定の角度を形成するように上面部に取り付けられている。上面部に取り付けられた三角柱形状物の先端部と底面部の間には、遠心ファンの風が通過する所定の間隙が設けられている。

図示しないが、発熱素子に一方の端部が熱的に接続されたヒートパイプ９の他方の端部が放熱フィン部に熱的に接続される。ヒートパイプの他方の端部は放熱フィン部の長軸方向に沿って配置されることが好ましい。このように、遠心ファンに相対して放熱フィン部を配置し、上述したように整流片である三角柱形状物を配置することによって、放熱フィン部を通る風の量が放熱フィン部の長軸方向に関して平坦化され、放熱効率が著しく向上し、騒音が軽減する。

図４は、この発明の遠心付ヒートシンクを示す概略斜視図である。即ち、図1に示す遠心ファンおよび整流片を備えた上面部を、図２に示す本体部に組み込んで形成されたヒートシンクを裏側から見た斜視図である。図４に示すように、上面部、側壁部および底面部によって形成された空洞部内に遠心ファン２が収納され固定されている。上面部と同様に空気取り入れ口８が底面部にも形成されている。空気取り入れ口を通して遠心ファン２が見える。

回転方向は図中に矢印で示している。放熱フィン部７は遠心ファン２に面して設けられている。遠心ファンの回転方向に関して、最も近端部に上述した整流片としての三角柱形状物４が配置されている（点線で示す）。三角柱形状物の１つの垂直な面（ここでは遠心ファンに相対する面）が所定の角度を形成するように上面部に取り付けられている。上面部に取り付けられた三角柱形状物の先端部と底面部の間には、遠心ファンの風が通過する所定の間隙が設けられている。

（図示しない）発熱素子に一方の端部が熱的に接続されたヒートパイプ９の他方の端部が、図に示すように、放熱フィン部に熱的に接続される。図４に示すように、ヒートパイプの他方の端部は放熱フィン部の長軸方向に沿って配置されることが好ましい。このように、遠心ファンに相対して放熱フィン部を配置し、上述したように整流片である三角柱形状物を配置することによって、放熱フィン部を通る風の量が放熱フィン部の長軸方向に関して平坦化され、放熱効率が著しく向上し、騒音が軽減する。

図１から４を参照して説明したこの発明の遠心ファン付ヒートシンクにおいては、遠心ファンの風量を規制する整流片として、三角柱形状物を説明したが、整流片として、スリットを備えた整流片であってもよい。
図５は、上面に遠心ファンとスリットを備えた整流片を取り付けた状態を示す図である。スリットを備えた整流片は、例えば、スリットの幅が近端部から順次広くなっていてもよい。

図５に示す態様の、遠心ファンおよび整流片を備えた上面部を、図２に示す本体部の空洞部に、遠心ファン２および整流片４が収納されるように取り付けられる。即ち、遠心ファン２が空気取り入れ口８に対向するように、ヒートシンクの本体部に上面３が取り付けられる。この態様の遠心ファン付ヒートシンクにおいても、それぞれ空気取り入れ口８を備えた上面部３および底面部５、並びに、側壁部６によって形成される空洞部に、遠心ファン２が収容され、側壁部６の開口部に放熱フィン部７が備えられ、整流片４が上面部に取り付けられる。

図４を参照して説明したように、回転方向は図中に矢印で示している。放熱フィン部７は遠心ファン２に面して設けられている。遠心ファンの回転方向に関して、最も近端部に上述した整流片としてのスリットを備えた整流片４が配置されている。遠心ファンからの風が整流片のスリットを通過して、風量が規制された後、放熱フィン部に流れていく。スリットの幅を変化させることによって風量を変更することができる。

図６は、上面に遠心ファンと螺旋状に巻かれた金属細線群からなる整流片を取り付けた状態を示す図である。螺旋状に巻かれた金属細線群からなる整流片は、例えば、巻かれた密度を近端部から順次小さくしてもよい。

図６に示す態様の、遠心ファンおよび整流片を備えた上面部を、図２に示す本体部の空洞部に遠心ファン２および整流片４が収納されるように、取り付けられる。即ち、遠心ファン２が空気取り入れ口８に対向するように、ヒートシンクの本体部に上面３が取り付けられる。この態様の遠心ファン付ヒートシンクにおいても、それぞれ空気取り入れ口８を備えた上面部３および底面部５、並びに、側壁部６によって形成される空洞部に、遠心ファン２が収容され、側壁部６の開口部に放熱フィン部７が備えられ、整流片４が上面部に取り付けられる。

この態様においても、図４を参照して説明したように、回転方向は図中に矢印で示している。放熱フィン部７は遠心ファン２に面して設けられている。遠心ファンの回転方向に関して、最も近端部に上述した螺旋状に巻かれた金属細線群からなる整流片４が配置されている。遠心ファンからの風が整流片の螺旋状に巻かれた金属細線群を通過して、風量が規制された後、放熱フィン部に流れていく。螺旋状に巻かれた金属細線群の巻き密度を変化させることによって風量を変更することができる。
その他の態様においては、整流片が開口部を備えており、開口部によって風量が規制されてもよい。

上述したように、この発明によると、上面、底面および側壁面によって形成された空洞部に遠心ファンが取り付けられ、遠心ファンに面して放熱フィン部が配置され、遠心ファンの回転方向に関して、放熱フィン部の近端部に風の流れを規制する整流片、例えば三角柱形状物が設けられているので、遠心ファンから放熱フィン部の個々の放熱フィンを通過する風が整流化されるので、放熱フィン部の放熱効率を高め、騒音を軽減することができる遠心ファン付ヒートシンクを提供することができる。

図１は、この発明の遠心ファン付ヒートシンクの上面に取り付けられた遠心ファンおよび整流片を説明する概略図である。 図２は、この発明の遠心ファン付ヒートシンクの底面および側壁面が一体的に形成された本体部を説明する図である。 図３は、図1に示す遠心ファンおよび整流片を備えた上面部を、図２に示す本体部に組み込んで形成されたヒートシンクを表側から見た斜視図である。 図４は、図1に示す遠心ファンおよび整流片を備えた上面部を、図２に示す本体部に組み込んで形成されたヒートシンクを裏側から見た斜視図である。図４は受熱プレートの他の態様を説明する図である。 図５は、上面に遠心ファンとスリットを備えた整流片を取り付けた状態を示す図である。 図６は、上面に遠心ファンと螺旋状に巻かれた金属細線群からなる整流片を取り付けた状態を示す図である。 図７(a)は従来の遠心ファン付ヒートシンクを説明する摸式断面図である。図７（ｂ）は従来の遠心ファンによる放熱フィンを通過する風量を示すグラフである。

符号の説明

１ 遠心ファン付ヒートシンク
２ 遠心ファン
３ 上面部
４ 整流片
５ 底面部
６ 側壁面
７ 放熱フィン部
８ 空気取り入れ口
９ ヒートパイプ
１０ 放熱フィン
１００ 従来の遠心ファン付ヒートシンク
１０１ 遠心ファン
１０２ 放熱フィン部

Claims (6)

1. 空気取り入れ口から取り入れた空気を、ファンの回転円の接線方向に送風する遠心ファンと、
   一方の端部が発熱素子に熱的に接続されているヒートパイプの他方の端部に熱的に接続されており、前記遠心ファンからの風が通過する、複数の放熱フィンが並列配置された少なくとも１つの放熱フィン部と、
   それぞれ空気取り入れ口を備えた上面部および底面部、並びに、前記放熱フィン部が配置される開口部を備えた側壁部によって形成される、前記遠心ファンが収容される空洞部と、
   前記遠心ファンの送風口近傍の前記上面部または底面部に取り付けられ、該取り付けられた上面部または底面部と対向する上面部または底面部との間に風が流れる所定の間隙を有している整流片であって、前記遠心ファンの送風開始位置の近端部に位置する放熱フィンを通過する風の流れを規制して前記放熱フィン部を通過する風を整流する整流片と、
   を備える発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンク。
2. 前記整流片が概ね三角柱形状物からなっており、前記三角柱形状物の１つの面が前記放熱フィンの長軸方向と所定の角度を形成するように垂直に配置されている、請求項１に記載の発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンク。
3. 前記整流片がスリットを備えており、前記スリットの幅が前記近端部から順次広くなっている、請求項１に記載の発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンク。
4. 前記整流片が開口部を備えており、開口部によって風量が規制される、請求項１に記載の発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンク。
5. 前記整流片が螺旋状に巻かれた金属細線群からなっており、金属細線群によって風量が規制される、請求項１に記載の発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンク。
6. 前記ヒートパイプの他方の端部の前記放熱フィン部と熱的に接続された面と反対側の面に別の放熱フィン部が熱的に接続されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の発熱素子放熱用の遠心ファン付ヒートシンク。

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