JP2014093338A - 冷却フィン - Google Patents

Abstract

【課題】ピンフィンのみから構成される冷却フィンよりも放熱面積を増加させつつ、併設された冷却ファンからの通風も妨げず、放熱性能に優れた冷却フィンを提供すること。
【解決手段】放熱部材を格子状に組み上げて形成した格子状フィン３を、フィンベース１の表面に複数立設したピンフィン２に嵌め込んで配置した冷却フィンであって、各ピンフィン２を、ピンフィン２の周囲に隙間を持たせて、格子状フィン３の開口部４内に配置し、格子状フィン３を、フィンベース１またはピンフィン２の少なくとも一か所に接触させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペルチェ素子や、コンピュータのＣＰＵのような半導体素子の放熱を促進するために用いられる冷却フィンに関するものである。

ペルチェ素子やＣＰＵの性能を向上させるためにはヒートシンクからの放熱を効率よく行わせることが必要である。このために、特許文献１に示されるようなピンフィンと呼ばれる放熱器が従来から用いられている。このピンフィンはフィンベース上に多数のピン状突起を形成した剣山状のものであり、その表面に冷却風を吹きつけて放熱を促進している。

ペルチェ素子やＣＰＵのような半導体素子性能は、放熱に使用されるピンフィンの性能に支配される。このピンフィンの性能は主としてピン表面と空気との間の熱伝達率の大小によって定まり、ピンフィンの熱伝達率が支配する熱抵抗が小さいほど放熱性能は向上し、ペルチェ素子やＣＰＵのような半導体素子の性能も向上することとなる。

ピンフィンの放熱性能を向上させるためには、ピンフィンと空気との熱交換の効率を向上することが必要である。

ピンフィンと空気との熱交換の効率を向上させる手段として、冷却ファンを併設して強制的な通風を行い、ピンフィンと接触する空気の移動量を増やす方法が広く採用されている他、ピンフィンを板状フィンに嵌め込んで放熱面積を大きく確保する手段も開示されている。

しかし、特許文献１記載の技術では、ピンフィンと板状フィンの接触面積を増加させて放熱面積を大きく確保するために、ピンフィンの周囲には隙間なく板状フィンが嵌め込まれているため、ピンフィンの周囲の通風が妨げられ、放熱性能が十分高められないという問題があった。更に、図１１に示すように、ピンフィン２の上方に冷却ファン５を併設しても、板状フィン７によってファン５からの通風が妨げられてしまい、ファン５の併設による放熱性能の改善効果が得らないため、ファン５を設置する場合には、ピンフィン２の側方に制限され設計上不都合であるという問題があった。

特開２００９-１１１３３５号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、ピンフィンのみから構成される冷却フィンよりも放熱面積を増加させつつ、併設された冷却ファンからの通風も妨げず、放熱性能に優れた冷却フィンを提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明の冷却フィンは、放熱部材を格子状に組み上げて形成した格子状フィンを、フィンベースの表面に複数立設したピンフィンに嵌め込んで配置した冷却フィンであって、、ピンフィンの周囲に隙間を持たせて、格子状フィンの開口部内に配置し、該格子状フィンをフィンベースまたはピンフィンの少なくとも一か所に接触させたことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の冷却フィンにおいて、ピンフィンの上方からフィンベースに向かって通風路を形成するように複数のピンフィンを積層して配置したことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の冷却フィンにおいて、各開口部内に、複数のピンフィンを配置したことを特徴とするものである。

本発明に係る冷却フィンは、放熱部材を格子状に組み上げて形成した格子状フィン を、フィンベースの表面に複数立設したピンフィンに嵌め込んで配置し、該格子状フィンは、ピンフィンの周囲に隙間を持たせて、格子状フィンの開口部内に配置し、該格子状フィンをフィンベースまたはピンフィンの少なくとも一か所に接触させた構造を有するため、ピンフィンのみから構成される冷却フィンよりも、格子状フィンの分だけ放熱面積を増加させることができ、かつ、ピンフィンの周囲の通風も妨げられないため、従来に比べて高い放熱性能を実現することができる。

特許文献１記載の技術では、ピンフィンと板状フィンの接触面積を増加させて放熱面積を大きく確保するために、ピンフィンの周囲には隙間なく板状フィンが嵌め込まれているため、ファンを設置する場合には、ピンフィンの側方に制限され設計上不都合であるという問題があったが、請求項２記載の発明のように、複数の格子状フィンをピンフィンの上方からフィンベースに向かって通風路を形成し、請求項３記載の発明のように、各開口部内に複数のピンフィンを配置したことにより、ピンフィンの上方にファンを併設して、通風による放熱能力増強分と放熱面積を増加分との相乗効果による優れた放熱性能を実現することができる。更に、格子状フィンを形成することにより、ファンの通風・吸引による風がピンフィン及び風向きに対して垂直に形成した格子状フィンへの反射を繰り返し乱流が起こり、より熱を拡散するため放熱効率を向上することが可能である。

冷却フィンの全体斜視図である。 冷却フィンの分解斜視図である。 冷却フィンの上面図である。 冷却フィンの側面図である。 冷却フィンの上方に冷却ファンを配置した状態における側面図である。 他の実施形態における冷却フィンの分解斜視図である。 冷却フィンの分解斜視図である。 他の実施形態における冷却フィンの側面図である。 他の実施形態における冷却フィンの上面図である。 他の実施形態における冷却フィンの側面図である。 従来の冷却フィンの上方に冷却ファンを配置した状態における側面図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

本実施形態の冷却フィンは、図１、図２に示すように、フィンベース１と、フィンベース１の表面に立設された多数のピンフィン２と、放熱部材を格子状に組み上げて形成した格子状フィン３から構成される。

フィンベース１はペルチェ素子の高温側のヒートシンクや、コンピュータのＣＰＵの半導体素子等の放熱部に密着させて用いられるものである。なお、フィンベース１からピンフィン２への熱移動を妨げないように、フィンベース１とピン２とを一体のものとすることが好ましい。

フィンベース１と、ピンフィン２と、格子状フィン３は熱伝導率の大きい金属により構成されたもので、熱伝導率とコストとを考慮するとアルミニウム合金または銅合金が好ましい。ピンフィン２の断面形状は円形、楕円形、四角形、六角形などの任意形状とすることができる。

格子状フィン３は、図１に示すように、格子の開口部４内にピンフィン２を嵌め込むように配置される。ピンフィン２は、図３、図４に示すように、ピンフィン２の周囲に隙間を持たせた状態で格子の開口部４内に嵌め込まれる。格子状フィン３は、図３に示すように、格子の開口部４の少なくとも一か所を、該開口部４内のピンフィン２と接触させるように配置される。

上記構成によれば、格子状フィン３をピンフィン２と接触させることにより、格子状フィン３の分だけ放熱面積を増加させることができるとともに、ピンフィン２の周囲の通風も妨げられないため、空気との熱交換による放熱も速やかに行われ、これらの相乗効果によって高い放熱性能を実現することができる。空気との熱交換による放熱効率を向上させるためには、図５に示すように、ピンフィン２の上方に冷却ファン５を配置することが好ましい。なお、格子状フィン３に伝熱を促すため、ペルチェ素子の影響が大きい箇所の上方位置において接触させることが最も望ましいが、格子状フィン３に伝熱させるため全体として少なくとも１箇所はフィンベース１又はピンフィン２に接触させておくものであっても良い。

格子状フィン３は、ピンフィン２と接触させて放熱面積を増加させる機能を有するものであるため、複数の格子状フィン３を使用することで、より高い放熱性能を実現することができる。複数の格子状フィンは、ピンフィン２の上方からフィンベース１に向かって通風路を形成するように積層させており、通風性能を損なうことなく高い放熱性能を実現することができる。なお、格子状フィン３の形状は、本実施形態のものに限定されず、例えば、図６に示すように、平板に開口部４を形成したものであってもよい。

格子状フィン３の取付け方法としては、ピンフィン２とのロウ付または接着による固定の他、格子状フィン３をピンフィンに向かって差し込み、格子状フィンの弾性により、ピンフィンを圧接させて取り付けするものであったり、図７に示すように、スペーサ６を介して取付けることもできる。ここで、スペーサなどを利用する際には、通風路の影響が小さい場所、ペルチェ素子の影響が小さい位置（ペルチェ位置の上下位置より外れた位置）となる放熱部材の対角線上や放熱部材の外側端部位置に形成しておくことが最も望ましい。

本実施形態は、図３に示すように、格子の開口部４内に４本のピンフィン２を嵌め込み、各ピンフィン２の外側面８を格子状フィン３と接触させたものであるが、開口部４内のピンフィン２の数や配置は特に限定されず、ピンフィン２の周囲に隙間を持たせて開口部４内に配置し、各開口部４の少なくとも一か所を、該開口部内のピンフィン４と接触させた構造であればよい。

従来の冷却フィン（フィンベースの表面に立設された多数のピンフィンからなるもの）と、図１に示す本実施形態の冷却フィンとを用いて風洞実験を行ったところ、本発明の冷却フィンでは冷却効率が７％向上することが確認された。

格子状フィン３の形状は、上記実施形態のように直線状のものに限定されず、図８に示すように、上下に波打たせた形状や、図９に示すように、左右に波打たせた形状とすることもできる。このように形成することにより放熱面積を向上させることが可能となる。

また、図１０に示すように、格子状フィン３を上下に複数積層させる際、上下の開口部４をずらして配置することもできる。このように、図８〜図１０に示した実施形態においても、ピンフィン２の上方からフィンベース１に向かって通風路を形成するため、通風性能を損なうことなく放熱性能を高めることが可能となるものである。ピンフィン２の上方にファン５を設置させて、フィンベース１に向かって通風させた場合には、風向きに対して垂直に形成した格子状フィン３で放熱すると共に、フィンベース１に当たった風がピンフィン２及び格子状フィン３への反射を繰り返し乱流が起こり、より熱を拡散するため放熱効率を向上することが可能となるものである。同様にファン５により熱を吸引する場合においても、格子状フィン３およびピンフィン１に反射を繰り返す乱流を生じより熱を拡散させることが可能となる。

なお、上記に示した実施例においてはピンフィン２の上方からフィンベース１に向かって通風路を形成することによりファン５からの通風を遮ることがないようにしているが、ピンフィン２の側面にファン５を設置した場合でも、同様にピンフィン２と格子状フィン３との間の空隙により通風路が形成されているため、ファン５を何れの角度に配置した場合においても放熱性能を高めることが可能となるものである。

１ フィンベース
２ ピンフィン
３ 格子状フィン
４ 開口部
５ 冷却ファン
６ スペーサ
７ 板状フィン
８ 外側面

Claims (3)

1. 放熱部材を格子状に形成した格子状フィンを、フィンベースの表面に複数立設したピンフィンに嵌め込んで配置した冷却フィンであって、
   各ピンフィンを、ピンフィンの周囲に隙間を持たせて、格子状フィンの開口部内に配置し、
   該格子状フィンを、フィンベースまたはピンフィンの少なくとも一か所に接触させたことを特徴とする冷却フィン。
2. ピンフィンの上方からフィンベースに向かって通風路を形成するように複数の格子状フィンを積層して配置したことを特徴とする請求項１記載の冷却フィン。
3. 各開口部内に、複数のピンフィンを配置したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却フィン。