JP4875453B2 - 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部を通過する風と逆方向の風の流れを抑制する、放熱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５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５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１０２が配置されている。遠心ファンに面して、それぞれ長軸方向が直交する２つの放熱フィン部１０７、１０８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５に示すように、遠心ファンに面して２つの放熱フィン部（即ち、第１放熱フィン部１０７、第２放熱フィン部１０８）が、それぞれの長軸方向が直角になるように配置された状態で、遠心ファンを回転させると、遠心ファンの回転によって生じた風の主力は、第１放熱フィン部１０７を矢印１０１の方向に個々の放熱フィンを通過し、第２放熱フィン部１０８を矢印１０５の方向に個々の放熱フィンを通過する。しかし、第１放熱フィン部と第２放熱フィン部が接する近傍の第１放熱フィン部の部分で、上述した風の流れと逆行する矢印１０３で示す方向の風の流れが生じる。

矢印１０３で示す流れの風は、第１放熱部を通過することによって図示しないヒートパイプの熱が伝わって昇温し、暖かくなった風が遠心ファンの中に逆流し、遠心ファンが収容される空洞部内の空気を昇温させ、第２放熱フィン部を矢印１０４で示すように流れる。その結果、放熱フィン部の放熱効果を劣化させ、ヒートシンクの機能を低下させる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逆方向の風の流れを抑制して、放熱フィン部の放熱効率を高め、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、それぞれ長軸方向が直交する２つの放熱フィン部によって形成される直角部分に、例えば、矩形の板状物の整流片を配置すると、遠心ファンによって生じる風が放熱フィンを通過する方向と逆方向に流れる風の流れが抑制されて、２つの放熱フィン部を円滑に風が流れ、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、長軸方向が直行する２つの放熱フィン部によって形成される角度を２等分するように整流片が配置されると、個々の放熱フィンの間を通過する風の量を平坦化することができることが判明した。

この発明の第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たヒートパイプの一部と熱的に接続された複数の放熱フィンが並列配置された２つの放熱フィン部であって、それぞれの一方の端部の先端同士を近接させて長軸方向が交差するように配置されており、前記遠心ファンから送風された空気が前記複数の放熱フィンを通過して排出される２つの放熱フィン部と、２つの前記放熱フィン部の前記近接する端部の近くに配置されて、前記放熱フィン部の一方の前記近接する端部近傍から吸い込まれて、他方の前記放熱フィン部から排出される逆方向の風の流れの中途に配置されて、該逆方向の風の流れを遮断する整流片と、を備えた発熱素子放熱用の遠心ファン付きヒートシンクである。

この発明の第２の態様は、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、２つの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を備え、前記整流片が前記上面部と底面部との間に垂直に取り付けられている、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、前記整流片が矩形の板状物からなっており、前記板状物の上面部が前記上面部に、前記板状物の下面部が前記底面部にそれぞれ取り付けられて、風の流れを遮断する、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、端部が近接し長軸方向が直交する前記２つの前記放熱フィン部によって形成される交差角度を二つに分けるように前記整流片が配置されている、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５の態様は、前記整流片の端部が、端部が近接し長軸が直行する２つの前記放熱フィン部によって形成される角部に接して配置されている、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６の態様は、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、前記放熱フィン部にヒートパイプの他方の端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。

この発明の第７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２つの放熱フィン部が、それぞれの長軸方向が直交するように配置され、２つの放熱フィン部によって形成される直角部分に、矩形の板状物の整流片が配置されるので、遠心ファンによって生じる風が放熱フィンを通過する方向と逆方向に流れる風の流れが抑制されて、２つの放熱フィン部の個々の放熱フィンを円滑に風が流れ、放熱効率を高め、騒音を軽減することができる。

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、空気取り入れ口から取り入れ、所定の方向に送風する遠心ファンと、それぞれの一方の端部が近接し、長軸方向が交差するように配置され、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２つの放熱フィン部と、前記２つの放熱フィン部の何れか一方の放熱フィン部を通過する、前記遠心ファンからの風と逆方向の風の流れを遮断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、放熱フィン部または放熱フィンの高さより小さくても構わないが、望ましくは、放熱フィン部または放熱フィンと同程度の高さにするとよい。

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を裏側から見た図である。

図1に示すように、上面３に遠心ファンが回転可能に取り付けられている。遠心ファンが取り付けられるこの発明の遠心ファン付ヒートシンクは、上面３からなるカバー、底面および側壁面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が収納される。壁面部の一部に放熱フィン部用の開口部があり、開口部にそれぞれの長軸方向が直交するように放熱フィン部が遠心ファンに面して取り付けられている。上面および底面にはそれぞれ遠心ファンの空気取り入れ口が形成されている。

２つの放熱フィン部（即ち、第１放熱フィン部７−１、第２放熱フィン部７−２）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、それぞれの長軸方向が直交するように２つの放熱フィン部７−１、７−２が備えられ、整流片４が第1放熱フィン部と第2放熱フィン部によって形成される直角の部分の底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は底面に取り付けられているが、これに限定されることなく、整流片は上面部に取り付けられてもよい。

整流片４は、概ね矩形の板状物からなっており、それぞれの長軸方向が直交するように配置されている第1放熱フィン部７−１と第2放熱フィン部７−２によって形成される直角部分に垂直に配置される。板状物の高さは、例えば、概ねヒートシンクの厚さに等しく、上面部および本体部を組み合わせたときに、上下の辺がそれぞれ上面部、本体部に接するように配置される。板状物の高さは、ヒートシンクの厚さの半分であってもよい。板状物の高さ、長さ、および、水平面における放熱フィン部の長軸方向との間に形成される角度は、第1放熱フィン部において遠心ファンによる風の流れと、逆方向に流れる風の流れを抑制できるように、設定される。

即ち、所定の角度で配置され、所定の長さを有する整流片４によって、遠心ファンからの風は、第1放熱フィン部および第2放熱フィン部のそれぞれの放熱フィンの間を概ね整流化されて流れ、放熱フィン部全体に流れる風量が平坦化される。

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に示す遠心ファンを備えた上面部を、図２に示すそれぞれの長軸方向が直交した２つの放熱フィン部、および、放熱フィン部によって形成された直角部に整流片が配置された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。

遠心ファンの回転方向は図中に矢印で示している。２つの放熱フィン部７−１、７−２は相互に直角に配置されて、遠心ファンに面して設けられている。第1放熱フィン部７−１、第2放熱フィン部が接して形成している直角部に概ね矩形の板状物が配置されている。整流片としての板状物は、組み合わせたれた上面部および本体部の底面部に接するように配置されている。遠心ファンによって生じた風は、第1放熱フィン部７−１、第2放熱フィン部７−２の個々の放熱フィンを通過する。その際、整流片としての板状物によって、それぞれの放熱フィン部を通過する風に逆方向にながれる風の発生が抑制されている。

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。２つの放熱フィン部にそれぞれヒートパイプが接続されてもよい。ヒートパイプの他方の端部は、それぞれの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概ね矩形の板状物を配置することによって、放熱フィンを通過する風と逆方向の風の流れを効果的に抑制して、それぞれの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、放熱効率が向上し、騒音が軽減される。

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に示す遠心ファンを備えた上面部を、図２に示す、それぞれの長軸方向が直交した２つの放熱フィン部、および、放熱フィン部によって形成された直角部に整流片が配置された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。遠心ファンに相対して２つの放熱フィン部が直角に配置されている。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。

遠心ファンの回転方向は図中に矢印で示している。第1放熱フィン部７−１、第２放熱フィン部７−２は、その長軸方向が相互に直交して配置され、遠心ファン２に面して設けられている。第1放熱フィン部７−１、第2放熱フィン部７−２によって形成された直角部に、整流片としての概ね矩形の板状物が上面および底面に接して設けられている。

（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、第2放熱フィン部７−２、第1放熱フィン部７−１の長軸方向に沿って、順次に熱的に接続されている。

図４には一本のヒートパイプに２つの放熱フィン部が熱的に接続されているが、2本のヒートパイプを所定の間隙で並列配置し、各ヒートパイプが別々に放熱フィン部に熱的に接続されていてもよい。このように、遠心ファンに相対して２つの放熱フィン部を配置し、上述したように整流片である板状物を配置することによって、遠心ファンによって放熱フィン部を通る風と逆方向に流れる風の発生を抑制して、風量が放熱フィン部の長軸方向に関して概ね平坦化され、放熱効率が向上し、騒音が軽減する。

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２つの放熱フィン部が、それぞれの長軸方向が直交するように配置され、２つの放熱フィン部によって形成される直角部分に、矩形の板状物の整流片が配置されるので、遠心ファンによって生じる風が放熱フィンを通過する方向と逆方向に流れる風の流れが抑制されて、２つの放熱フィン部の個々の放熱フィンを円滑に風が流れ、放熱効率を高め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に示す遠心ファンを備えた上面部を、図２に示すそれぞれの長軸方向が直交した２つの放熱フィン部、および、放熱フィン部によって形成された直角部に整流片が配置された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に示す遠心ファンを備えた上面部を、図２に示す、それぞれの長軸方向が直交した２つの放熱フィン部、および、放熱フィン部によって形成された直角部に整流片が配置された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５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。

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
１００ 従来の遠心ファン付ヒートシンク
１０１、１０５ 遠心ファンの風の流れ
１０２ 遠心ファン
１０３ 逆方向の風の流れ
１０７ 第1放熱フィン部
１０８ 第2放熱フィン部

Claims (7)

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たヒートパイプの一部と熱的に接続された複数の放熱フィンが並列配置された２つの放熱フィン部であって、それぞれの一方の端部の先端同士を近接させて長軸方向が交差するように配置されており、前記遠心ファンから送風された空気が前記複数の放熱フィンを通過して排出される２つの放熱フィン部と、
   ２つの前記放熱フィン部の前記近接する端部の近くに配置されて、前記放熱フィン部の一方の前記近接する端部近傍から吸い込まれて、他方の前記放熱フィン部から排出される逆方向の風の流れの中途に配置されて、該逆方向の風の流れを遮断する整流片と、
   を備えた発熱素子放熱用の遠心ファン付きヒートシンク。
2. 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、２つの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を備え、前記整流片が前記上面部と底面部との間に垂直に取り付けられている、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. 前記整流片が矩形の板状物からなっており、前記板状物の上面部が前記上面部に、前記板状物の下面部が前記底面部にそれぞれ取り付けられて、風の流れを遮断する、請求項２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. 端部が近接し長軸が直交する前記２つの前記放熱フィン部によって形成される交差角度を二つにわけるように前記整流片が配置されている、請求項３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. 前記整流片の端部が、端部が近接し長軸が直行する２つの前記放熱フィン部によって形成される角部に接して配置されている、請求項４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. 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、前記放熱フィン部にヒートパイプの他方の端部が熱的に接続されている、請求項１から５の何れか1項に発熱素子放熱用の記載の遠心ファン付ヒートシンク。
7. 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６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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