JP2005032772A - 電子素子の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の良好な電子素子の冷却装置を提供する
【解決手段】ベースプレート２に配置されたヒートパイプ３に対して、ファン４による送風を行って強制冷却する電子素子の冷却装置１において、前記ファン４の吹出口１２に対向して、前記ヒートパイプ３の放熱部１７が配置され、この放熱部１７に多数の放熱フィン１８が平行に配列されるとともに、前記放熱フィン１８に切り欠き部２３が形成され、この切り欠き部２３に係合される桟２１が前記ベースプレート２に一体に形成されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベースプレートにヒートパイプおよび送風ファンが配置されている冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの電子装置に内蔵されている各種の電子素子は、不可避的な内部抵抗があるので、通電して動作させることにより発熱し、その結果、ある程度以上に温度が上昇すると、動作が不安定になり、ついには動作不良を起こしてしまう。そのため、電子素子の冷却のための種々の装置が開発されており、例えば電子素子にヒートシンクを直接取り付けて放熱面積を増大させる装置や、そのヒートシンクにマイクロファンを取り付けて強制空冷する装置などが開発されている。
【０００３】
これらの冷却装置は、電子素子の実質的な放熱面積をヒートシンクによって増大させることにより、電子素子からの放熱量を増大させて、電子素子の過熱を防止する構造である。したがって、冷却に使用される空気は、電子素子の周囲の空気に限られる。そのため、電子素子が収容されている筐体の内容積が小さい場合には、その内部温度が次第に上昇し、電子素子を充分に冷却できなくなる事態が生じる。
【０００４】
その典型的な例が、ノート型パソコン等の小型のデータ処理装置であり、この種の装置では、携帯性や搬送性を重視して可及的に小容積の筐体を使用するから、電子素子の周囲の空間部分が極めて限られたものとなる。そのために、電子素子の周囲に放熱するのでは、筐体内の空気の熱容量が少ないことにより充分な冷却をおこなうことができない。言い換えれば、使用可能な電子素子が冷却装置の冷却能力で制限されてしまう。
【０００５】
そこで従来では、電子素子などの発熱体から離れた箇所で、外気に放熱させることにより、電子素子の冷却をおこなう冷却装置が開発されている。この種の冷却装置は、冷却対象物である電子素子と放熱部とが離隔しているので、両者の間で効率よく熱を伝達する必要がある。そのために、アルミニウムなどの熱伝導性の高い伝熱板の上に発熱体を接触させるとともに、その伝熱板の他の部分にヒートシンクを取り付けた構成としている。また、その伝熱板による熱の伝導を補助するために、伝熱板にヒートパイプを沿わせて配置することもおこなわれている。
【０００６】
そのヒートパイプは、密閉した容器（コンテナ）の内部に、水やアルコールなどの凝縮性の流体を作動流体として封入し、外部からの入熱によってその作動流体を蒸発させるとともに、その蒸気を低温・低圧部に流動させた後、放熱させて凝縮させ、さらにその液化した作動流体を蒸発の生じる箇所に、毛細管圧力などによって還流させるように構成した伝熱装置である。
【０００７】
上記のようなヒートパイプを利用した冷却装置であれば、電子素子で発生する熱が伝熱板を介して、熱輸送能力に優れるヒートパイプに伝達されて放熱機構まで運ばれ、その後、空気流によって電子素子から離れた箇所に放熱されるので、電子素子の温度上昇を抑制することができる。
【０００８】
上記のような冷却装置の冷却効率を更に向上させる一例として、ヒートパイプにフィンを設けて、前記フィンの設けられている部分をファンの吹出口に沿うように配置した構造の冷却装置がある。このような構造の冷却装置であれば、前記フィンによって放熱面積を増加することができるので、冷却効率を更に向上させることができる。このような冷却装置の一例として特許文献１がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２０００−０７６２２３号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した冷却装置では、薄板からなるフィンとヒートパイプとをハンダ付けあるいはロー付けしているので、多数の薄板状フィンを一定間隔に配列して保持するための治具や狭い箇所での細かい接合作業を余儀なくされるなど、製造作業性が悪く、その結果、製品コストの低廉化を図ることが困難であった。特に、コンピュータやサーバーなどの電子装置に使用されるヒートパイプは、小径でかつ複雑に湾曲させたものが多く、この種のヒートパイプに多数の薄板状のフィンを接合することは、製造作業性を大きく損なわせる要因になっている。
【００１１】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、生産性の良好な電子素子の冷却装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【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、ベースプレートに配置されたヒートパイプに対して、ファンによる送風を行って強制冷却する電子素子の冷却装置において、前記ファンの吹き出し部に対向して、前記ヒートパイプの放熱部が配置され、この放熱部に多数の放熱フィンが平行に配列されるとともに、前記放熱フィンに係合部が形成され、この係合部に係合される桟が前記ベースプレートに一体に形成されていることを特徴とする電子素子の冷却装置である。
【００１３】
したがって、請求項１の発明によれば、電子素子の冷却装置の組み立て作業を行う際、まず、ベースプレートに扁平型ヒートパイプを配置する。同時に、ファンの吹き出し部に対向して、前記扁平型ヒートパイプの放熱部が配置される。つぎに、前記放熱部に放熱フィンが平行に配列され固定される。放熱フィンには係合部が設けられており、この係合部とベースプレートに一体に形成されている桟とが係合する。そのため、放熱フィンが簡単に位置決めされる。また、前記放熱部と桟とが放熱フィンを介して一体に固定される。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記ベースプレートに前記ヒートパイプが嵌め込まれる溝が形成されていることを特徴とする電子素子の冷却装置である。
【００１５】
したがって、請求項２の発明によれば、前記ベースプレートに形成された溝に前記ヒートパイプが嵌め込まれるので、前記ベースプレートと前記ヒートパイプとが一体に固定される。
【００１６】
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、前記ベースプレートに、前記ファンのハウジングが一体に形成されていることを特徴とする電子素子の冷却装置である。
【００１７】
したがって、請求項３の発明によれば、請求項１または２の作用に加えて、前記ベースプレートに、前記ファンのハウジング一体に形成されているので、冷却装置の部品点数が削減される。
【００１８】
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、前記ヒートパイプが、断面形状が扁平型に形成された扁平型ヒートパイプとされていることを特徴とする電子素子の冷却装置である。
【００１９】
したがって、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの作用に加えて、前記ヒートパイプが、扁平型ヒートパイプとされているので、前記放熱フィンと扁平型ヒートパイプとの接触部分が増加して固定が容易になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の具体例を説明する。ここに示す例は、この発明の冷却装置を図示しないノートブック型パソコンに適用した例である。なお、この発明の適用はこのノートブック型パソコンに限定されず、適宜の機器に適用することができる。
【００２１】
図２に示すように、冷却装置１は、全体が長方形状とされている。冷却装置１は、ベースプレート２に、ヒートパイプ３とファン４とＣＰＵやビデオチップ等の電子部品５が取り付けられる台座部６とが設けられた構成とされている。
【００２２】
ベースプレート２は全体が長方形状とされている。ベースプレート２の片面には、台座部６が二箇所に設けられている。この台座部６は、図３に示すように、ヒートパイプ３が取り付けられている面２Ａの反対側の面２Ｂに設けられている。台座部６は、正方形状とされている。この台座部６としては、銅やアルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属が例示される。前記二箇所の台座部６には、それぞれ屈曲したヒートパイプ３の一端部が熱接触されている。また、ベースプレート２のうち、台座部６が配置されている部分からファン４が配置されている部分にかけて、湾曲した溝９が形成されている。この溝９にはヒートパイプ３が嵌め込まれている。一方、ベースプレート２の中央部分に直線状の溝１０が形成されており、この溝１０にはヒートパイプ１１が嵌め込まれている。ヒートパイプ３およびヒートパイプ１１は、断面形状が共に扁平型とされている。また、ヒートパイプ３およびヒートパイプ１１は、気密状態に密閉したコンテナ（中空密閉容器）の内部に、空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で水などの凝縮性の流体を作動流体として封入し、さらに前記作動流体を還流するためのウイックが設けられている熱伝導装置である。なお、この発明のヒートパイプの断面形状は扁平型の他に、円形、長方形状等を適用することもできる。
【００２３】
前記ヒートパイプ３の他方の端部は、ベースプレート２の両端部に配置されたファン４の吹出口１２に沿って配置されている。ファン４は、中空平板状のハウジング１３と、ハウジング１３の内部に収容された回転駆動するブレード１４と、ハウジング１３の片面を閉じている蓋形状のファンカバー１５とを備えたいわゆる横型軸流ファンが採用されている。ハウジング１３は、図３に示すように、ベースプレート２の他方の面２Ｂに一体形成されている。この面２Ｂは、面２Ａの反対側の面である。具体的には、ファン４の側面となる部分が、面２Ｂに突出して一体形成されている。この突出部分の先端が開口されており、ファンカバー１５が取り付けられる。
【００２４】
また、ファン４における上下面には、円形状に開口した吸込口１６が形成されている。そのため、ハウジング１３およびファンカバー１５の中央部分には、円形状の開口が形成されている。また、ファン４の側面部には、矩形状に開口した吹出口１２が設けられている。そのため、ファン４を駆動させると、パソコンケースの内部の空気が、前記吸込口１６からハウジング１３の内側に入り込むとともに、吹出口１２からヒートパイプ３に向けて供給され、各放熱フィン７同士の間を通過してパソコンケースの外部に送り出される。なおファン４は、パソコンケースの内部に標準装備されるバッテリ（図示せず）の電力によっても駆動可能な構成であり、この発明のファンに相当するものである。
【００２５】
つぎに、図１に示すファン４の吹出口１２周辺について説明する。ハウジング１３の吹出口１２に対向して、上述したヒートパイプ３の他方の端部が配置され放熱部１７とされている。放熱部１７には、熱伝導率が大きくかつ加工性の良好なアルミニウム等の材料で形成された平板状の放熱フィン１８が平行に設置されており、ヒートシンク１９が形成されている。ヒートパイプ３と放熱フィン１８とは、ハンダ付けで固定されている。一方、ベースプレート２には、ヒートシンク１９を固定するための固定部２０が設けられている。固定部２０は、桟２１とアーム２２とから形成されている。この桟２１と吹出口１２との間に、ヒートパイプ３の放熱部１７が嵌め込まれている。そして、放熱フィン１８に形成された切り欠き部２３が、桟２１に並行に配列されている。
【００２６】
放熱フィン１８の一端部には、図５に示すように、直角に屈曲されて固定代２４が形成されている。この固定代２４の一部分が切り欠かれて、切り欠き部２３が形成されている。また、放熱フィン１８における固定代２４の反対側の端部には、突起２５が設けられている。
【００２７】
上記の冷却装置１によれば、電子素子５が通電して熱が生じると、台座部６に伝達される。そして、台座部６に伝達された熱の大部分が、ヒートパイプ３の一端部に伝達される。その結果、ヒートパイプ３の内部の作動流体が蒸発し、その蒸気が温度および圧力の低い、ヒートパイプ３の放熱部１７に流動する。その後に、この放熱部１７に対向しているファン４の吹出口１２から冷却空気が吹き出され、放熱フィン１８と前記冷却空気とによって熱交換が行われる。一方、台座部６からベースプレート２に伝達された残りの一部の熱は、さらにヒートパイプ１１に伝達され、一連のヒートパイプ動作によって熱輸送されて、ベースプレート２全体に平均的に熱拡散される。
【００２８】
したがって、上記の具体例では、冷却装置１の組み立て作業を行う際、まず、ベースプレート２の片面に形成された溝９に扁平型ヒートパイプ３を配置し、溝１０に扁平型ヒートパイプ１１を配置する。同時に、ベースプレート２の端部から突出した扁平型ヒートパイプ３の放熱部１７が、ベースプレート２の扁平型ヒートパイプ３が配置された面とは反対側の面に形成されているハウジング１３の吹出口１２と、桟２１との間に配置される。そして、ハウジング１３に、ブレード１４、ファンカバー１５が取り付けられ、ベースプレート２に一体にファン４が形成される。つぎに、放熱部１７に放熱フィン１８が平行に配列されて固定される。その際、放熱フィン１８に設けられている切り欠き部２３と、ベースプレート２に一体に形成されている桟２１とが係合する。そのため、放熱フィン１８が簡単に位置決めされる。また、放熱部１７と桟２１とが放熱フィン１８を介して一体に固定される。このように、冷却装置１が組み立てられる。
【００２９】
上述の具体例によると、冷却装置１の製造時に、切り欠き部２３と桟２１とによって、放熱部１７に配列される放熱フィン１８を位置決めすることができる。そのため、製造作業時における放熱フィン１８と放熱部１７との組み付け性を向上できる。また、前記位置決めによって、放熱部１７と放熱フィン１８とを容易に接合することができる。その結果、冷却装置１全体の製造作業性を向上することができる。
【００３０】
また、切り欠き部２３と桟２１とによって、放熱フィン１８を介して、放熱部１７とベースプレート２とを一体に固定することができる。そのため、ベースプレート２の剛性が向上し、曲げや引っ張りあるいは圧縮、剪断などに対する強度を向上できる。その結果、ヒートパイプ３の放熱部１７が、固定部２０から剥離することを抑制できる。
【００３１】
また、ベースプレート２に一体にハウジング１３が形成されているので、部品点数を削減できる。その結果、製造コストを削減できる。
【００３２】
また、ベースプレート２に扁平型ヒートパイプ３が溝９に嵌め込まれ，扁平型ヒートパイプ１１が溝１０に嵌め込まれている。したがって、溝９，１０にハンダが貯留されて、扁平型ヒートパイプ３と溝９と、および扁平型ヒートパイプ１１と溝１０とを一体に接合することができる。その結果、ベースプレート２と扁平型ヒートパイプ３，１１との接合強度を向上することができる。また、ベースプレート２に扁平型ヒートパイプ３，１１をハンダで接合する際のハンダ漏れを防止することができる。その結果、冷却装置１の製造作業性をさらに向上することができる。
【００３３】
また、ベースプレート２における扁平型ヒートパイプ３が配置される面２Ａとは反対側の面２Ｂに、ファン４のハウジング１３が形成されているので、ベースプレート２とハウジング１３との取り付け作業を省略することができる。その結果、冷却装置１の製造作業性を向上することができる。また、冷却装置１の部品点数を削減できるので、冷却装置１の製造コストを削減することができる。
【００３４】
また、ヒートパイプ３が、扁平型とされているので、放熱フィン１８とヒートパイプ３との接触部分が増加する。その結果、放熱フィン１８とヒートパイプ３とを容易に固定できる。
【００３５】
また、放熱フィン１８に固定代２４が形成されていることによって、放熱フィン１８と、放熱フィン１８とヒートパイプ３との接触部分が増加する。その結果、放熱フィン１８とヒートパイプ３とを容易に固定できる。
【００３６】
また、ヒートパイプ１１によって、台座部６からベースプレート２に伝達された一部の熱をベースプレート２全体に平均的に熱拡散することができる。
【００３７】
また、固定代２４の反対側の端部に、突起２５が設けられていることにより、放熱フィン１８を放熱部１７に固定する際に、ピンセット等の工具によって狭持することができる。その結果、冷却装置１の製造作業性をさらに向上することができる。
【００３８】
なお、上述の冷却装置１では、放熱フィン１８に設けられた切り欠き部２３と桟２１とが係合されたが、この発明の放熱フィンの係合部の構成は、上記の切り欠き部２３に限定されない。要は、ベースプレートに一体に形成されている桟に係合される係合部であればよい。したがって、例えば、係合部が放熱フィンに設けられた凹部であってもよい。また、係合部が貫通孔やフック形状であってもよい。また、桟も、例えば、断面形状が円形、正方形、フック形状等の適宜の形状とすることができる。
【００３９】
また、冷却装置１では、ヒートパイプ３と溝９と、およびヒートパイプ１１と溝１０とをハンダ付けによって固定したが、この発明の冷却装置における溝とヒートパイプとの固定手段は、ハンダ付けに限定されない。要はベースプレートにおける溝とヒートパイプとが固定されていればよい。したがって、ロー付けやかしめ等の適宜の固定手段を採用することができる。
【００４０】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、切り欠き部２３が、この発明の係合部に相当する。
【００４１】
【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、冷却装置の製造時に、係合部と桟とによって、ヒートパイプの放熱部に配列される放熱フィンを位置決めすることができる。そのため、製造作業時における放熱フィンと前記放熱部との組み付け性を向上できる。また、前記位置決めによって、ヒートパイプの放熱部と放熱フィンとを容易に固定することができる。その結果、冷却装置全体の製造作業性を向上することができる。
【００４２】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、前記ベースプレートに形成された溝に前記ヒートパイプが嵌め込まれるので、前記ベースプレートと前記ヒートパイプとを容易に一体に固定することができる。
【００４３】
また、請求項３の発明によれば、請求項１または２の効果に加えて、前記ベースプレートに一体に、前記ファンのハウジングが形成されているので、ベースプレートとハウジングとの取り付け作業を省略することができる。その結果、冷却装置の製造作業性を向上することができる。また、冷却装置の部品点数を削減できるので、冷却装置の製造コストを削減することができる。
【００４４】
また、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの効果に加えて、前記ヒートパイプが、扁平型ヒートパイプとされているので、前記放熱フィンと扁平型ヒートパイプとの接触部分が増加する。その結果、放熱フィンと扁平型ヒートパイプとを容易に固定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る冷却装置を簡略的に示す詳細図である。
【図２】この発明に係る冷却装置の全体を示す平面図である。
【図３】図２に示す冷却装置のベースプレートを示す斜視図である。
【図４】図２に示す冷却装置の側面図である。
【図５】この発明に係る冷却装置のフィンを示す詳細図である。
【符号の説明】
１…冷却装置、 ２…ベースプレート、 ３，１１…ヒートパイプ、 ４…ファン、 ５…電子素子、 １２…吹出口、 １３…ハウジング、 １７…放熱部、 １８…放熱フィン、 ２１…桟、 ２３…切り欠き部。

Claims (4)

1. ベースプレートに配置されたヒートパイプに対して、ファンによる送風を行って強制冷却する電子素子の冷却装置において、
   前記ファンの吹き出し部に対向して、前記ヒートパイプの放熱部が配置され、この放熱部に多数の放熱フィンが平行に配列されるとともに、前記放熱フィンに係合部が形成され、この係合部に係合される桟が前記ベースプレートに一体に形成されていることを特徴とする電子素子の冷却装置。
2. 前記ベースプレートに前記ヒートパイプが嵌め込まれる溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子素子の冷却装置。
3. 前記ベースプレートに、前記ファンのハウジングが一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子素子の冷却装置。
4. 前記ヒートパイプが、断面形状が扁平型に形成された扁平型ヒートパイプとされ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電子素子の冷却装置。

Images