JP6523207B2 - ヒートシンクおよび筐体 - Google Patents

Description

本発明は、機器から発生する熱を放熱するヒートシンクおよびヒートシンクを備える筐体に関する。

コンピュータや産業用機器、電子部品等の電子機器はその動作状態において熱を発生する。電子機器は熱により誤動作する場合があるため、熱の放出を行う必要性が生じる。そこで従来では、電子部品あるいはその筐体に、ヒートシンクが設けられていた。ヒートシンクの表面には複数のフィンが設けられており、熱源から伝えられた熱はこのフィンを介して放出される。従来のヒートシンクは、複数のフィンを有することでヒートシンクの放熱側の表面積が大きくなり、放熱効果が大きくなるように構成されている。

特開２００７−２７３５２９号公報

しかしながら従来のヒートシンクには、ヒートシンクの材質や、フィンの数・大きさ・表面積などにより放熱効率が制限されるという問題点があった。特に、ヒートシンクのフィンが建築物の壁や他の機器等に隣接する場合、放熱効率が低下するという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決し、ヒートシンクの放熱効率を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態にかかるヒートシンクは、１つまたは複数の板状の本体部と、前記本体部に隣接する１つまたは複数の空洞部と、前記空洞部の両端部に設けられた開口部と、それぞれの前記本体部の表面に設けられた複数の第１のフィンと、それぞれの前記空洞部の内面に設けられた複数の第２のフィンとを有することを特徴とする。

また、本発明の一実施形態にかかる筐体は、内部に熱源を有する電子機器の筐体であって、前記筐体の外面の少なくとも一部が前記ヒートシンクであり、それぞれの前記ヒートシンクの前記開口部と接して互いに向かい合う前記筐体の他の外面を成す一対の天板と、それぞれの前記天板の前記開口部に接する位置に形成された通気穴とを有することを特徴とする。

以上のような、発明の一実施形態にかかるヒートシンクにおいては、本体部の表面に設けられるフィンと、本体部に隣接して設けられる空洞部と、空洞部の内部に設けられるフィンとを有することにより、煙突効果により空洞部内に空気の流れが生じ、この空気の流れにより放熱効率が向上する。

本発明のヒートシンクの構成例を示す斜視図 本発明の筐体の構成例を示す斜視図 本発明の筐体の断面構造を例示する図 本発明の放熱態様を例示する図 本発明の筐体からなる産業機器の配置例を示す図 空洞部の配置位置の例を示す図 空洞部の構成例を示す図 筐体の通気穴と空洞部のフィンとの位置関係の例を列挙する図 ヒートシンクの構成例を示す図

発熱源となる電子部品や、発熱源を内部に備える産業用機器やコンピュータ等の電子機器その他の各種装置には、発生した熱を放出するためにヒートシンクが装着される場合がある。

図１，図２を用いて本発明のヒートシンクおよび筐体について説明する。
図１は本発明のヒートシンクの構成例を示す斜視図であり、表裏両面の構成を示す。図２は本発明の筐体の構成例を示す斜視図である。

図１に示すように、ヒートシンク２は、平板状の本体部３と本体部３に隣接する空洞部１とから構成される。本体部３は表面４に複数のフィン５を備える。フィン５の枚数や厚さ、高さ、長さ、配置方向、形状は任意である。空洞部１は本体部３に連続して接する筒状であり、空洞部１が接する本体部３の端辺部分の長さ方向Ａに空間が延びる空洞を有し、その方向Ａの両端部は開口されて開口部６となる。空洞部１はその内面７に１または複数のフィン８を備える。フィン８も、その枚数、厚さ、内面からの高さ、方向Ａにおける長さ、形状は、放熱効率に応じて任意に設定できる。また、フィン８の方向Ａにおける端部の位置についても、開口部６と面一でも、開口部６より空洞部１の内部でも、開口部６より突出していても良い。また、フィン８は方向Ａにおいて、空洞部１内で分断されていても良い。また、それぞれのフィン８は方向Ａに平行な方向に形成されても良いし、傾いていても良い。図１では、空洞部１は本体部３を挟んで本体部３の両端に設けられるが、一方のみに設けられても良い。また、本体部３を複数設け、２つの本体部３の間に空洞部１を設けても良い。

このような構成のヒートシンク２において、熱源から放出される熱は本体部３の表面４に対する裏面９で吸収され、フィン５から外部に放出されると共に、フィン８から空洞部１を介して開口部６より放出される。ここで、空洞部１内は煙突効果により空気の流れが発生する。フィン８から放出された熱は、この空気の流れに乗って開口部６から放出されやすくなる。すなわち、空洞部１が熱を外部へと誘導する経路（誘導部）として働き、開口部が外部への熱の放出口（放出部）として働く。このヒートシンク２によれば、同じ大きさ形状のフィン５から外部に自然放熱される場合に比べて、空気の流れを利用してフィン８からも放熱することにより、放熱効率が向上する。逆にフィン５に比べてフィン８を小さくしたり枚数を少なくしたりすることでヒートシンク２のサイズを小型化した場合でも、従来と同じ放熱効率を確保することができる。特に、熱源が本体部３の裏面９近傍に配置される場合、本体部３で吸熱された熱は、空洞部１へと伝達された上で、空洞部１から放熱される。つまり、フィン５より放熱効率の高い空洞部１のフィン８からの放熱が行われるだけでなく、熱源で発生した熱を吸収する吸熱領域と空洞部１が離れていることにより、主要な吸熱領域と放熱領域とが離間することになるため、より効率的に放熱を行うことができる。

なお、空洞部１のうち熱源方向側の、フィン５と反対側（裏面側）となる面は、開放された開放面となっていても良い。逆に、裏面側に壁（図示せず）が形成されていても良い。壁が設けられる場合は、その内面にもフィン８を設けても良い。壁を設けることにより、壁からも熱を吸収することができて冷却効率が向上する。さらに壁にフィン８を設けることにより、壁８で吸収した熱も効率的に空洞部１内部に放出でき、上述の煙突効果により効率的に放熱することもできる。

図２に示すように、本発明の一実施形態にかかる筐体１０は、その外面の少なくとも一部が図１に示すヒートシンク２であり、内部に各種装置、機器、部品を備える構成である。ヒートシンク２は、フィン５が形成されている本体部３の表面４が筐体１０の外部側に位置するよう設けられて、フィン５が筐体１０の外面側へと向くようになっている。ヒートシンク２の開口部６のそれぞれが面する筐体１０の外面は、天板１１で構成される。天板１１は、開口部６と重なる位置の少なくとも一部に通気穴１２を備える。この通気穴１２は、空洞部１を流れる空気の吸排出口となる。通気穴１２が設けられていることにより、筐体１０には、空洞部１から熱が放出される経路が確保されている。このため、筐体１０は、ヒートシンク２による放熱効率向上の効果を得ることができる。

次に図１〜図４を用いて、筐体に設けられるヒートシンクを例に、ヒートシンクからの放熱経路について説明する。
図３は本発明の筐体の断面構造を例示する図、図４は本発明の放熱態様を例示する図である。

筐体１０内には、電子回路や電源等のいくつかの熱源１３，１４が設けられる。熱源１３，１４で発生した熱は矢印Ｂ，Ｃに示すように、筐体１０内を対流し、ヒートシンク２の裏面９から本体部３に吸熱される。本体部３に吸熱された熱の一部は矢印Ｄに示すように、各フィン５に伝わり、各フィン５から筐体１０の外部に放出される。残りの熱は矢印Ｅに示すように、本体部３から空洞部１に伝わり、各フィン８から空洞部１内部に放出される。ここで、空洞部１内では、煙突効果により、一方の開口部６から他方の開口部６に向けて図４の矢印Ｆのような空気の流れ、あるいは空洞部１内部から両方の開口部６へ向かう矢印Ｇのような空気の流れが発生する。これは、熱源１３，１４からの熱により空洞部１内部が筐体１０の外部の空気より高温となり、空洞部１の内部の空気が外部の空気より低い密度となるためである。また、開口部６が天地方向に向くように空洞部１が配置された場合、熱を吸収した空気は上昇することになり、それによっても空洞部１内の空気の流れが促進される。そして、このような空気の流れにより、フィン８から放出された熱は空洞部１の開口部６から筐体１０の外部に放出される。このように、空気の流れが促進されつつ熱が放出されることにより、従来のヒートシンクやフィン５からの放出のような自然放熱に比べると、熱の移動が促進されることになるため、放熱効率が高くなる。また、空洞部１内部で筐体１０の外部へと向かう空気の流れが発生することになるため、筐体１０の内部の空気は空洞部１へと引きこまれやすくなる。これにより、筐体１０内でヒートシンク２に向かう空気の対流が促進され、放熱効率の向上と相まって筐体内部の冷却効率が向上する。ここで、空洞部１の熱源方向の面が開放面となっている場合は、この空気の引きこみが発生し易くなり、筐体１０内での空気の対流がより促進される。

なお、筐体１０の内部の熱源１３，１４の配置によっては、筐体１０内部にも放熱板がさらに設けられても良い。図３の例では放熱板１５が設けられている。熱源１４から発生した熱は、放熱板１５が吸熱し、放熱板１５のフィン１６から放出されてヒートシンク２に伝えられる。このような放熱板１５を設けることにより、ヒートシンク２から離れた位置に配置される熱源１４から発生する熱も効率的にヒートシンク２に伝わり、筐体１０の内部の冷却効率が向上する。

図５は本発明の筐体を備えた産業機器の配置例を示す図である。
図５に示すように、産業用機器１７は建築物の壁面に複数個並べて設置される場合がある。例えば、壁面に設置されるＤＩＮレール１８に複数個の産業用機器１７が互いに接するように配置される場合がある。このように産業用機器１７が互いに接するように配置された場合、端子１９を外部に露出する必要がある関係等により、ヒートシンク２が産業用機器１７同士の間に配置されることがある。この場合、フィン５の周囲が産業用機器１７に囲まれ、産業用機器１７が発熱することとも合わせて、フィン５からの放熱効率が低下することとなる。このような場合であっても、本発明の筐体では、他の産業用機器１７と接しない空洞部１の開口部から熱を吸収した空気が排出されて放熱するため、放熱効率の低減を抑制することができる。

以下、図６〜図９を用いて、各部の構成例について説明する。以下の構成はそれぞれ組み合わせて実施することができる。
図６は空洞部の配置位置の例を示す図である。

図６に示すように、熱源１３がヒートシンク２０の端部近傍に位置するとする。この場合に空洞部１が熱源１３の近傍に配置されると、本体部３での吸熱の効率や空洞部１からの放熱の効率が低下する。そこで、熱源１３の近傍に空洞部１を設けず、空洞部１をその反対側の端部やヒートシンク２０の中央部、あるいはその両方に配置すると良い。すなわち、本体部３を２分割し、その間に空洞部１を挟み、さらに一方の端部にも空洞部１を設けることができる。なお、空洞部１の位置はこれに限らず、ヒートシンク２０の端部以外の任意の位置に配置しても良い。さらに空洞部１の数は２つ以外でも良く、１つでも３つ以上でも良い。このように、熱源１３の位置に応じて空洞部１の位置と数を任意に設定し、放熱効率と冷却効率を向上させることができる。

図７は空洞部の構成例を示す図である。
図７に示す空洞部２３では、一方の開口部２１の開口面積よりも、他方の開口部２２の開口面積が大きい。また、空洞部２３の内部も開口部２１から開口部２２に向かう程、連続的にまたは断続的に断面の開口面積が大きくなる。このように、空洞部２３の両端の開口部２１，２２の開口面積が異なっていると、空気の流通がより促進され、放熱効率が向上する。なお、このヒートシンクを用いる筐体においては、筐体の通気穴の大きさも、開口部２２，２３の大きさに応じてその合計面積が調整されていると良い。例えば、図２において上側となっている天板１１の通気口１２の面積が、下側の天板（図２には表れていない）の通気口の面積より小さくなっていてもよい。

図８は筐体の通気穴と空洞部のフィンとの位置関係の例を列挙する図である。
筐体の通気穴１２と空洞部のフィン８との位置関係は、フィン８の一部または全部が通気穴１２から露出しても良いし（例１）、フィン８が通気穴１２から露出せずにフィン８の側面と通気穴１２の端辺が接する位置関係でも良いし（例２）、フィン８の位置と通気穴１２の位置がずれていても良い（例３）。

図９はヒートシンクの構成例を示す図である。
図９に示すように、ヒートシンク２４は、本体部３の裏面９に、熱源と接触し熱源で発生する熱を本体部３に直接伝えるための伝熱部２５をさらに備えていても良い。また、本体部３の裏面９はフィン２６を備えていても良い。伝熱部２５およびフィン２６は熱源で発生する熱を吸熱して本体部３に伝えるために効果的である。空洞部１は表面にフィン２７を備えても良い。フィン２７を備えることにより、空洞部１はその表裏両面から熱を放出することができ、さらに放熱効率を向上させることができる。

１ 空洞部
２ ヒートシンク
３ 本体部
４ 表面
５ フィン
６ 開口部
７ 内面
８ フィン
９ 裏面
１０ 筐体
１１ 天板
１２ 通気穴
１３ 熱源
１４ 熱源
１５ 放熱板
１６ フィン
１７ 産業用機器
１８ ＤＩＮレール
１９ 端子
２０ ヒートシンク
２１ 開口部
２２ 開口部
２３ 空洞部
２４ ヒートシンク
２５ 伝熱部
２６ フィン
２７ フィン

Claims (6)

1. １つまたは複数の板状の本体部と、
   前記本体部に連続して隣接する１つまたは複数の空洞部と、
   前記空洞部の両端部に設けられた開口部と、
   それぞれの前記本体部の表面に設けられた複数の第１のフィンと、
   それぞれの前記空洞部の内面に設けられた複数の第２のフィンと
   を有していて、
   前記本体部の少なくともいずれかは、前記第１のフィンが設けられている表面に対する裏面に設けられた１つまたは複数の第３のフィンをさらに備えることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記本体部は１つであり、前記空洞部は前記本体部を挟んで向かい合わせに２つ設けられたことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
3. 前記空洞部の少なくともいずれかは、前記第１のフィンが設けられている本体部の表面に対する裏面側に開放された開放面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記空洞部の少なくともいずれかの内径は、一方の端部から他方の端部に向かう程小さくなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
5. 内部に熱源を有する電子機器の筐体であって、
   前記筐体の外面の少なくとも一部が請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のヒートシンクであり、
   それぞれの前記ヒートシンクの前記開口部と接して互いに向かい合う前記筐体の他の外面を成す一対の天板と、
   それぞれの前記天板の前記開口部に接する位置に形成された通気穴と
   を有することを特徴とする筐体。
6. 一方の前記天板の前記通気穴の面積が他方の前記天板の前記通気穴の面積より小さいことを特徴とする請求項５記載の筐体。

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