JP5089538B2 - 圧電ファン付きヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、ヒートシンクに係り、特に圧電ファンによりヒートシンクの放熱フィンを強制的に空冷する圧電ファン付きヒートシンクに関するものである。

近年、ＣＰＵに代表される電子部品の高速化や高機能化、小型化等に起因して、電子部品からの発熱が一層増大している。従来、発熱する電子部品（以下、発熱部品という）を冷却するためにヒートシンクが用いられている。ヒートシンクは、一般に、発熱部品に熱的に接続されるベースプレートと、このベースプレートに立設し、ベースプレートに伝導された発熱部品からの熱を放熱する複数の放熱フィンとを有している。そして、放熱フィンからの放熱量を自然対流によるよりも増大させるために、放熱フィンに冷却風を送風するファンをヒートシンクに併設することが行われている。

ファン付のヒートシンクとしては、一般的に、特開２００１−０５３２０１号公報等に開示されるように、モータで回転する回転羽を有するファンを備えるヒートシンクが知られている。ところが、この回転型のファンでは、冷却風を発生させるためには大きな動力が必要であり、消費電力が大きくなるという問題や、回転羽の風切音が騒音となるという問題がある。

これらの問題を解決するため、回転羽を用いないファンを備えるヒートシンクとして、圧電ファン付きのヒートシンクが知られている（特許文献１参照）。圧電ファンは、２枚の板状の圧電素子の間に薄い金属板からなるファンブレードが取り付けられ、圧電素子に交流電圧が印加されると、一方の圧電素子が縮み、他方の圧電素子が伸びることによりファンブレードが振動して、冷却風が発生するようになっている。圧電ファン付きのヒートシンクは、このような圧電ファンが、取付手段を介してベースプレート等に取り付けられてなる。特許文献１に記載の圧電ファン付きヒートシンクは、取付手段として、固定枠と支持梁と支柱とを有しており、複数のファンブレードを支持した支持梁が固定枠に複数配設され、その固定枠が支柱を用いてヒートシンクに固定されている。

特開平８−３３０４８８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の圧電ファン付きのヒートシンクでは、ファンブレードの振動が取付手段を通じてヒートシンクに伝達され、さらには、発熱部品や発熱部品が実装された実装基板を振動させ、発熱部品内や実装基板上に配線のため施されたハンダにひびが入る等して、これら発熱部品および実装基板を搭載した電子機器の信頼性を低下させるおそれがある。

そこで、本発明は、ファンブレードの振動が発熱部品や実装基板に伝わることがなく、これら発熱部品や実装基板を搭載した電子機器の信頼性を低下させることのない圧電ファン付きヒートシンクを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る圧電ファン付きヒートシンクは、発熱部品に熱的に接続されるベースプレートと、前記ベースプレートに立設され前記ベースプレートに伝導された前記発熱部品からの熱を放熱する複数の放熱フィンとを備えるヒートシンクと、前記ヒートシンクに冷却風を送風する複数の圧電ファンと、前記ヒートシンクに前記複数の圧電ファンを取り付けるための取付手段とを有し、前記複数の圧電ファンは、前記複数の放熱フィンの立設範囲と略同一範囲で、それぞれの圧電ファンの冷却風を起こす面が、前記ベースプレートの前記複数の放熱フィンが立設された面と略平行になり、かつ、同一平面状に並ぶように設けられると共に、先端に行く程、幅が狭くように形成されており、前記複数の圧電ファンと前記取付手段との間、または／および、前記取付手段を構成する部材と部材との間、または／および、前記取付手段と前記ヒートシンクとの間に、前記複数の圧電ファンの振動を吸収する振動吸収部材が設けられていることを特徴とする。

上述の圧電ファン付きのヒートシンクにおいて、前記振動吸収部材は、エラストマーからなるようにするとよい。

また、上述の圧電ファン付きのヒートシンクにおいて、前記振動吸収部材は、圧電素子からなり、前記圧電素子は、前記圧電ファンの振動と逆位相で動作するようにしてもよい。

また、上述の圧電ファン付きのヒートシンクにおいて、前記ファンブレードが、前記複数の放熱フィンの先端近傍であって、前記各放熱フィンの間に配設されているとよい。このとき、前記取付手段は、前記複数の圧電ファンの端部を一括して支持する支持部材と、前記複数の放熱フィンのうち両側に位置する前記放熱フィンの先端端部に設けられ前記支持部材が固定される固定部と、前記支持部材と前記固定部とを結合するための結合手段とを有するようにするとよい。このとき、前記振動吸収部材は、前記支持部材と前記固定部との間に設けるとよい。また、前記固定部は、前記放熱フィンと一体成形するとよい。

本発明によれば、ファンブレードの振動が発熱部品や実装基板に伝わるのを防止することができ、発熱部品内や実装基板上に配線のため施されたハンダにひびが入る等して、これら発熱部品や実装基板を搭載した電子機器の信頼性を低下させることがない。

以下、本発明の実施形態による圧電ファン付きヒートシンク１について、図１から図４を参照して説明する。

本実施形態による圧電ファン付きヒートシンク１は、図１に示すように、発熱部品（図示しない）に熱的に接続されるベースプレート２を有しており、ベースプレート２には、ベースプレート２に伝導された発熱部品からの熱を放熱する板状の放熱フィン３が、複数枚立設されている。ベースプレート２および放熱フィン３は、たとえば銅やアルミニウム等、熱伝導性に優れた金属からなる。なお、ベースプレート２と放熱フィン３とによりヒートシンク４が構成されている。

複数の放熱フィン３のうち、両端に位置する放熱フィン３は、他の放熱フィン３よりも背高に形成されており、その先端端部には、内側に向けて、圧電ファン６を固定するための固定部５が設けられている。

ベースプレート２、放熱フィン３および固定部５は、押し出し加工により一体形成されている。これにより、リテンション等の取り付け構造部材を別途用意する必要がなく、圧電ファン付きヒートシンク１を容易にかつ低コストで製造することができる。なお、放熱フィン３および固定部５のみを押し出し加工または引き抜き加工により一体形成し、放熱フィン３とベースプレート２とは、別体で構成してもよい。この場合、たとえば、ベースプレート２に、放熱フィン３のベースプレート２に固定される側の端部を差し込み可能な溝を設け、この溝に放熱フィン３を差し込んで溝をかしめて、ベースプレート２に放熱フィン３を固定するとよい。

また、ヒートシンク４は、全体が圧電ファン６の動作周波数のｎ次（ｎ＝１，２，３・・・）の倍音成分に共振しないように、ベースプレート２および放熱フィン３の材料、密度、大きさ等を適宜設定するとよい。これにより、ヒートシンク４が圧電ファン６に共鳴して騒音を発生するのを防止することができる。

放熱フィン３の先端近傍には、放熱フィン３に冷却風を送風する圧電ファン６が複数設けられている。各圧電ファン６は、図１および図２に示すように、たとえば圧電セラミック材からなる２枚の板状の圧電素子７を有しており、この２枚の圧電素子７の間には、例えばリン青銅等の金属やプラスチックからなる薄板状のファンブレード８が、その両端部が圧電素子７の両端から一方が長く延出するように設けられている。各圧電ファン６は、放熱フィン３と放熱フィン３との間に収まる程度の長さと幅を有しており、ファンブレード８は、図４に示すように、圧電素子７から長く延出した側の端部が先端に行く程、幅が狭くなるように形成されている。

圧電ファン６は、図示しない電源回路に接続されており、電源回路から交流電圧が印加されると、一方の圧電素子７が収縮するとき、他方の圧電素子７が伸張するようになっている。このような伸縮歪みにより、ファンブレード８に屈曲歪みが生じ、ファンブレード８が振動するようになっている。

なお、本実施形態では、２枚の圧電素子７でファンブレード８を挟んで圧電素子７に取り付けるようにしたが、いずれか一方の圧電素子のみでもよい。

ファンブレード８の圧電素子７から短く延出した側の端部は、金属やプラスチック等からなり、各ファンブレード８を一括して支持する支持部材９により、各ファンブレード８の風を起こす面が同一平面状に並ぶように、各放熱フィン３の間に配設可能に支持されている。

前述の固定部５および支持部材９には、それぞれねじ溝（図示しない）が設けられており、両ねじ溝にねじ１０が螺合されることにより、固定部５に支持部材９が、ファンブレード８が、ファンブレード８の風を起こす面とベースプレート２の放熱フィン３が立設される面とが平行になり、かつ、放熱フィン３と放熱フィン３との間であって放熱フィン３の先端近傍に位置するように、固定されている。

このように、圧電ファン６が、放熱フィン３と放熱フィン３との間に位置するように設けられているため、ベースプレート２の放熱フィン３の立設範囲と略同一範囲に収まり、ベースプレート２の放熱フィン３の立設面と平行な方向の省スペース化を図ることができる。また、圧電ファン６が、放熱フィン３の先端近傍に、ファンブレード８の風を起こす面がベースプレート２の放熱フィン３が立設される面と平行に設けられているため、ベースプレート２の放熱フィン３が立設される面と垂直な方向の省スペース化を図ることができる。

なお、圧電ファン６は、放熱フィン３と放熱フィン３との間であって、放熱フィン３の先端近傍に設けられているが、ファンブレード８の端部が、先端に行く程、幅が狭くなっているため、圧電ファン６や支持部材９の寸法公差、圧電ファン６の支持部材９への取り付け位置のばらつき等により、ファンブレード８の長手方向の中心線と放熱フィン３の長手方向の中心線とが平行となるように取り付けられていない場合であっても、ファンブレード８の先端が放熱フィン３に干渉することがなく、ファンブレード８の振動により騒音や破損を生じるのを防止することができる。

固定部５と支持部材９との間には、ゴム等のエラストマーからなり、固定部５と略同一の大きさを有し、ねじ１０が貫通可能な孔（図示しない）が設けられた振動吸収部材１１が介装されている。なお、固定部５と支持部材９とに設けられたねじ溝とねじ１０とは、特許請求の範囲に記載の結合手段を構成し、固定部５、支持部材９、ねじ溝、およびねじ１０は、特許請求の範囲に記載の取付手段を構成する。

圧電ファン付きヒートシンク１は、上述にように構成されているため、圧電ファン６に交流電圧が印加されると、ファンブレード８が振動して風が発生し、放熱フィン３間に送風され、放熱フィン３に伝導された発熱部品からの熱が強制的に放熱される。特に、ファンブレード８が放熱フィン３間に設けられているため、放熱フィン３間を風が通り抜け、効率よく放熱される。このとき、ファンブレード８の振動は、振動吸収部材１１により吸収されるため、固定部５を介してヒートシンク４に伝わるのが低減されている。

以上より、本実施の形態に係る圧電ファン付きヒートシンク１によれば、ファンブレード８の振動が発熱部品や発熱部品が実装された実装基板に伝わるのを防止することができ、発熱部品内や実装基板上に配線のため施されたハンダにひびが入る等して、これら発熱部品や実装基板を搭載した電子機器の信頼性を低下させるのを抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、圧電ファン６を放熱フィン３間に位置するように設けたが、図５に示すように、放熱フィン３の間隔が、圧電ファン６の幅より狭くなるように放熱フィン３をベースプレート２に立設させ、圧電ファン６をファンブレード８が振動しても放熱フィン３の先端に干渉しない程度に、放熱フィン３の先端上方に設けるようにしてもよい。

また、図６に示すように、圧電ファン６を放熱フィン３と放熱フィン３との間であって、放熱フィン３先端とベースプレート２との間に設けるようにしてもよい。この場合、放熱フィン３の放熱フィン３先端とベースプレート２との間に固定部５を設けるようにするとよい。

これらの場合においても、固定部５と支持部材９との間に振動吸収部材１１を設けることにより、ファンブレード８の振動は、振動吸収部材１１により吸収され、ヒートシンク４に伝わるのが低減されている。

また、本実施の形態においては、振動吸収部材１１をエラストマーにより構成するようにしたが、これに限らず、たとえば、繊維の集合体からなるフェルトにより構成するようにしてもよい。さらには、圧電素子により構成し、圧電ファン６を構成する圧電素子７と逆位相の交流電圧を印加することにより、ファンブレード８の振動を相殺するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、固定部５と支持部材９との間に振動吸収部材１１を設けるようにしたが、ファンブレード８と支持部材９との間に設けてもよい。さらに、支持部材９に換えてエラエラストマー等により支持部材９と同様の形状に形成した振動吸収部材１１によりファンブレード８の端部を支持させるようにしてもよい。この場合、固定部５および結合手段が特許請求の範囲に記載の取付手段を構成する。また、固定部５に換えて固定部５と同様の形状に形成した振動吸収部材１１にファンブレード８を支持した支持部材９を固定するようにしてもよい。この場合、支持部材９および結合手段が特許請求の範囲に記載の取付手段を構成する。さらに、上記の態様を組み合わせて振動吸収部材１１を複数箇所に設けるようにしてもよい。

次に、本発明の他の実施形態について、図７を参照して説明する。本実施形態による圧電ファン付きヒートシンク２０は、図７に示すように、ベースプレート２１と、ベースプレート２１に立設される複数枚の放熱フィン２２とを有しており、ベースプレート２１と放熱フィン２２とによりヒートシンク２３が構成されている。

ベースプレート２１の両側面には、金属等からなり、放熱フィン２２の立設方向に延出し、圧電ファン２４を固定するための固定部材２５が設けられている。

その他、ヒートシンク２３は、第一の実施形態におけるヒートシンク４と同様に構成されている。

放熱フィン２２の上方には、圧電ファン２４が複数設けられている。各圧電ファン２４は、２枚の板状の圧電素子２６を有しており、この２枚の圧電素子２６の間には、薄板状のファンブレード２７が、その両端部が圧電素子２６の両端から一方が長く延出するように設けられている。

圧電ファン２４は、交流電圧が印加されると、一方の圧電素子２６が収縮するとき、他方の圧電素子２６が伸張するようになっており、これにより、ファンブレード２７が振動するようになっている。

ファンブレード２７の圧電素子２６から短く延出した側の端部は、金属やプラスチック等からなり、各ファンブレード２７を一括して支持する支持部材２８により、各ファンブレード２７の風を起こす面が同一平面状に並ぶように支持されている。

前述の固定部材２５および支持部材２８には、それぞれねじ溝（図示しない）が設けられており、両ねじ溝にねじ２９が螺合されることにより、固定部材２５に支持部材２８が、ファンブレード２７が、ベースプレート２１に向って風が送られるように、固定されている。

固定部材２５と支持部材２８との間には、ゴム等のエラストマーからなり、支持部材２８が固定部材２５に固定される面と略同一の大きさを有し、ねじ２９が貫通可能な孔（図示しない）が設けられた振動吸収部材３０が介装されている。なお、固定部材２５、支持部材２８、ねじ溝、およびねじ２９は、特許請求の範囲に記載の取付手段を構成する。

圧電ファン付きヒートシンク２０は、上述にように構成されているため、圧電ファン２４に交流電圧が印加されると、ファンブレード２７が振動して風が発生し、放熱フィン２２間に送風され、放熱フィン２２に伝導された発熱部品からの熱が強制的に放熱される。このとき、ファンブレード２７の振動は、振動吸収部材３０により吸収されるため、固定部５を介してヒートシンク２３に伝わるのが低減されている。

以上より、本実施の形態に係る圧電ファン付きヒートシンク２０によれば、ファンブレード２７の振動が発熱部品や発熱部品が実装された実装基板に伝わるのを防止することができ、発熱部品内や実装基板上に配線のため施されたハンダにひびが入る等して、これら発熱部品や実装基板を搭載した電子機器の信頼性を低下させるのを抑制することができる。

なお、本実施形態においては、振動吸収部材３０は、固定部材２５と支持部材２８との間に設けるようにしたが、ベースプレート２１と固定部材２５との間に設けるようにしてもよいし、両方に設けるようにしてもよい。

本発明に係る圧電ファン付きヒートシンクの一実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。 図１の圧電ファン付きヒートシンクに備えられた圧電ファンの構成を模式的に示す断面図である。 図１の圧電ファン付きヒートシンクの構成を模式的に示す断面図である。 図１の圧電ファン付きヒートシンクの構成を模式的に示す上面図である。 第一の実施形態の変形例の構成を模式的に示す斜視図である。 第一の実施形態の他の変形例の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る圧電ファン付きヒートシンクの他の実施形態の構成を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１，２０ 圧電ファン付きヒートシンク
２，２１ ベースプレート
３，２２ 放熱フィン
４，２３ ヒートシンク
５ 固定部
６，２４ 圧電ファン
７，２６ 圧電素子
８，２７ ファンブレード
９，２８ 支持部材
１１，３０ 振動吸収部材

Claims (8)

1. 発熱部品に熱的に接続されるベースプレートと、前記ベースプレートに立設され前記ベースプレートに伝導された前記発熱部品からの熱を放熱する複数の放熱フィンとを備えるヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに冷却風を送風する複数の圧電ファンと、
   前記ヒートシンクに前記複数の圧電ファンを取り付けるための取付手段と
   を有し、
   前記複数の圧電ファンは、前記複数の放熱フィンの立設範囲と略同一範囲で、それぞれの圧電ファンの冷却風を起こす面が、前記ベースプレートの前記複数の放熱フィンが立設された面と略平行になり、かつ、同一平面状に並ぶように設けられると共に、先端に行く程、幅が狭くように形成されており、
   前記複数の圧電ファンと前記取付手段との間、または／および、前記取付手段を構成する部材と部材との間、または／および、前記取付手段と前記ヒートシンクとの間に、前記複数の圧電ファンの振動を吸収する振動吸収部材が設けられていることを特徴とする圧電ファン付きヒートシンク。
2. 前記振動吸収部材は、エラストマーからなることを特徴とする請求項１に記載の圧電ファン付きヒートシンク。
3. 前記振動吸収部材は、圧電素子からなり、
   前記圧電素子は、前記各圧電ファンの振動と逆位相で動作するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の圧電ファン付きヒートシンク。
4. 前記複数の圧電ファンが、前記複数の放熱フィンの先端近傍であって、前記各放熱フィンの間に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電ファン付きヒートシンク。
5. 前記取付手段は、前記複数の圧電ファンの端部を一括して支持する支持部材を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電ファン付きヒートシンク。
6. 前記取付手段は、前記複数の放熱フィンのうち両端に位置する前記放熱フィンの先端端部に設けられ前記支持部材が固定される固定部と、前記支持部材と前記固定部とを結合するための結合手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の圧電ファン付きヒートシンク。
7. 前記振動吸収部材は、前記支持部材と前記固定部との間に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の圧電ファン付きヒートシンク。
8. 前記固定部は、前記放熱フィンと一体成形されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の圧電ファン付きヒートシンク。

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