特開 2021-2600 放熱構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-2600(P2021-2600A)

(43)【公開日】2021年1月7日

(54)【発明の名称】放熱構造

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20201204BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20201204BHJP

   G10K 11/172 20060101ALI20201204BHJP

【ＦＩ】

   H05K7/20 H

   G10K11/16 100

   G10K11/172

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-115833(P2019-115833)

(22)【出願日】2019年6月21日

(71)【出願人】

【識別番号】000001487

【氏名又は名称】クラリオン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】特許業務法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯田 友治

【テーマコード（参考）】

5D061

5E322

【Ｆターム（参考）】

5D061CC04

5D061EE31

5E322AA01

5E322AA03

5E322AB11

5E322BA01

5E322BA03

5E322BA05

5E322BB03

5E322BC03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】発熱部品の発熱を放熱しつつ、サイレンサー専用の空間を確保せずとも騒音を低減できる放熱構造を提供する。
【解決手段】放熱構造１０において、筐体に収められた発熱部品８から熱量が伝導されるヒートシンク１２と、ヒートシンク１２を空冷するファン１４とを備える。ヒートシンク１２には、ファン１４によって気流が発生する貫通孔Ｋと、貫通孔Ｋに連通し、ファン１４に対応したヘルムホルツ共鳴を生じる孔部７０と、が形成されている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体に収められた発熱部品から熱量が伝導されるヒートシンクと、
前記ヒートシンクを空冷するファンと、を備え、
前記ヒートシンクには、
前記ファンによって気流が発生する貫通孔と、
前記貫通孔に連通し、前記ファンに対応したヘルムホルツ共鳴を生じる孔部と、
が形成されていることを特徴とする放熱構造。

【請求項2】

前記孔部の開口部が１つ以上の凹部または凸部を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の放熱構造。

【請求項3】

前記孔部は、
前記発熱部品が接触する箇所から前記貫通孔の延在方向に外れた位置に設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の放熱構造。

【請求項4】

前記ヒートシンクは、
前記貫通孔の一部を構成するファン通風路が形成された中実の中実部と、
前記貫通孔の一部を構成する中空の空間部を有し、当該中空の空間部が前記ファン通風路に連通するように前記中実部に一体に設けられた中空部と、を備え、
前記中実部に、
前記発熱部品を収め、当該発熱部品に接触する発熱部品収容凹部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の放熱構造。

【請求項5】

前記孔部は、
前記中空部に設けられている、ことを特徴とする請求項４に記載の放熱構造。

【請求項6】

前記中空部は、
前記発熱部品が実装された回路基板の実装面に面する箇所に開放部を有し、
前記回路基板に前記ヒートシンクが取り付けられたときに、前記開放部が前記実装面によって閉塞される
ことを特徴とする請求項４または５に記載の放熱構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放熱構造に関する。

【背景技術】

【0002】

背景技術として、特開２００７−４１３３２号公報（以下、「特許文献１」と呼ぶ）がある。特許文献１には、「ＰＣ本体の騒音周波数にあわせた最適な複数の消音ＢＯＸの配置を行い、さまざまな種類のＰＣ本体の消音を容易に行うことができるＰＣサイレンサーを提供することにある。」という課題と、「ＰＣ本体１から冷却ＦＡＮ３により装置外に排出された風は、サイレンサーユニット２を通過する。サイレンサーユニット２には、ホルツヘルム共鳴を利用して、体積の異なる複数の消音ＢＯＸを組み合わせたユニットを構成して、ＰＣサイレンサーを形成する。」という解決手段とが記載されている。なお、特許文献1における「ホルツヘルム共鳴」は、本明細書における「ヘルムホルツ共鳴」に対応する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−４１３３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、サイレンサーユニットを設けるための空間を装置内に確保する必要がある。しかしながら、装置のサイズに制約があるときは、装置内に当該空間を確保する余裕がなく、サイレンサーユニットを設けることができない。

【0005】

本発明は、発熱部品の発熱を放熱しつつ、サイレンサー専用の空間を確保せずとも騒音を低減できる放熱構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、筐体に収められた発熱部品から熱量が伝導されるヒートシンクと、前記ヒートシンクを空冷するファンと、を備え、前記ヒートシンクには、前記ファンによって気流が発生する貫通孔と、前記貫通孔に連通し、前記ファンに対応したヘルムホルツ共鳴を生じる孔部と、が形成されていることを特徴とする放熱構造を提供する。

【0007】

本発明は、上記放熱構造において、前記孔部の開口部が１つ以上の凹部または凸部を含む、ことを特徴とする。

【0008】

本発明は、上記放熱構造において、前記孔部は、前記発熱部品が接触する箇所から前記貫通孔の延在方向に外れた位置に設けられている、ことを特徴とする。

【0009】

本発明は、上記放熱構造において、前記ヒートシンクは、前記貫通孔の一部を構成するファン通風路が形成された中実の中実部と、前記貫通孔の一部を構成する中空の空間部を有し、当該中空の空間部が前記ファン通風路に連通するように前記中実部に一体に設けられた中空部と、を備え、前記中実部に、前記発熱部品を収め、当該発熱部品に接触する発熱部品収容凹部が設けられている、ことを特徴とする。

【0010】

本発明は、上記放熱構造において、前記孔部は、前記中空部に設けられている、ことを特徴とする。

【0011】

本発明は、上記放熱構造において、前記中空部は、前記発熱部品が実装された回路基板の実装面に面する箇所に開放部を有し、前記回路基板に前記ヒートシンクが取り付けられたときに、前記開放部が前記実装面によって閉塞されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、発熱部品の発熱を放熱しつつ、サイレンサー専用の空間を確保せずとも騒音を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る車載装置１の内部を透視して示す斜視図である。

【図2】車載装置の内部を透視して示す上面図である。

【図3】回路基板、及びヒートシンクユニットの分解斜視図である。

【図4】ヒートシンクの吸気側端面、及び側面を共に示す図である。

【図5】排気側端面の側からみたヒートシンクの斜視図である。

【図6】図２のＶＩ−ＶＩ断面図である。

【図7】孔部の開口面積、及び長さの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る車載装置１の内部を透視して示す斜視図であり、図２は車載装置１の内部を透視して示す上面図である。
車載装置１は、例えばオーディオ装置やナビゲーション装置といった車両に搭載される装置であり、図１に示すように、筐体２を備える。筐体２は、車両における設置スペースに収まる形状（図示例では直方体形状）、及び寸法に、金属や樹脂などの適宜の材料から形成されている。設置スペースとしては、例えばダッシュボードに設けられた収納凹部が挙げられる。この収納凹部のサイズには、ドイツ工業規格の１ＤＩＮ、または２ＤＩＮのサイズ規格が用いられる。

【0015】

筐体２は、閉空間である内部空間３を内部に形成し、当該内部空間３に、回路基板４と、騒音低減機能付きのヒートシンクユニット１０と、が収められている。回路基板４は、適宜の固定手段によって筐体２に固定される。ヒートシンクユニット１０は、回路基板４の実装面４Ａに載置され、適宜の締結具によって固定される。なお、図２には、ヒートシンクユニット１０を締結具の一例たる螺子１１を用いて固定した態様が示されている。

【0016】

図３は、回路基板４、及びヒートシンクユニット１０の分解斜視図である。
回路基板４は、例えばプリント基板であり、車載装置１の各種の機能を実現するための多数の部品が実装面４Ａに配置されている。これらの部品の中には、他の部品に比べて発熱量が多く、また安定動作のために放熱を要する部品（以下、発熱部品８と言う）が含まれている。発熱部品８としては、例えばＭＰＵやＣＰＵのどのプロセッサや、各種の集積回路が挙げられる。
ヒートシンクユニット１０は、発熱部品８を空冷することで、当該発熱部品８の発熱を放熱する放熱構造の一態様であり、ヒートシンク１２と、ファン１４と、を備える。

【0017】

図４は、ヒートシンク１２の吸気側端面１６、及び側面１９を共に示す図である。図５は、排気側端面２０の側から視たヒートシンク１２の斜視図である。図６は、図２のＶＩ−ＶＩ断面図である。

【0018】

ヒートシンク１２は、発熱部品８を放熱する部材であり、例えばアルミニウムや銅、アルミニウム合金などの高熱伝導性材料から形成されている。このヒートシンク１２は、四角柱状を成し、その表面に発熱部品８を接触させた状態で回路基板４に固定される。具体的には、図６に示すように、ヒートシンク１２の底面（実装面４Ａに対向する面）に、回路基板４の発熱部品８が入り込む発熱部品収容凹部３０が設けられており、この発熱部品収容凹部３０の表面３０Ａに発熱部品８が密着する。そして、発熱部品８の発熱による熱量が表面３０Ａからヒートシンク１２に伝導することで当該発熱部品８が放熱され、発熱部品８の温度が所定温度（例えば定格動作温度）以下に抑えられる。なお、表面３０Ａと発熱部品８との間には、熱伝導性グリスや熱伝導性シートを設けてもよい。

【0019】

ファン１４は、発熱部品８から熱量が伝導されたヒートシンク１２を空冷する気流発生装置である。本実施形態では、ファン１４には軸流ファンが用いられている。なお、ファン１４の種類は、シロッコファンなどの軸流ファン以外でもよい。

【0020】

本実施形態では、ヒートシンク１２の中に貫通孔Ｋが形成されとり、ファン１４が発生する気流が貫通孔Ｋに生じることで、当該ヒートシンク１２が効率良く冷却されるようになっている。
詳述すると、図６に示すように、ヒートシンク１２は、中実四角形状の中実部５０と、この中実部５０に一体に設けられた、内部が中空の中空部５２と、を備える。
中実部５０には、その底面に、上述した発熱部品収容凹部３０が形成されている。さらに中実部５０には、ヒートシンク１２の一端面（以下、吸気側端面１６と言う）に、気流の導入口Ｋ２Ｂが開口した複数本の直線状のファン通風路Ｋ２が形成されている。各ファン通風路Ｋ２は上記貫通孔Ｋの一部を構成するものである。
一方、中空部５２の内部の中空の空間部５３は、ヒートシンク１２の他端面（以下、排気側端面２０と言う）に、気流の排出口Ｋ１Ａが開口した直線状の大径風路Ｋ１を構成している。この大径風路Ｋ１も上記貫通孔Ｋの一部を構成するものである。すなわち、各ファン通風路Ｋ２と大径風路Ｋ１とが直線状に連通することで、吸気側端面１６と排気側端面２０の間を直線状に貫通する上述の貫通孔Ｋが構成されている。

【0021】

かかる中実部５０、及び中空部５２を有したヒートシンク１２は、例えばダイキャストなどの適宜の鋳造法によって一体成型できる。

【0022】

上記ファン１４は、ヒートシンク１２の吸気側端面１６に固定されており、羽根１４Ａをモータで回転させることで、ファン通風路Ｋ２の各導入口Ｋ２Ｂに空気を流し込む。この結果、各ファン通風路Ｋ２を含むに貫通孔Ｋに、吸気側端面１６から排気側端面２０への一方向に均一な空気の流れが発生し、かかる気流によってヒートシンク１２が空冷される。

【0023】

ファン１４の固定構図について詳述すると、図３、及び図４に示すように、ヒートシンク１２の吸気側端面１６には、ファン１４を固定する複数（図示例では２つ）のファン固定部４０と、ファン１４の固定位置を位置決めする複数のファン位置決め部４２と、が設けられている。ファン固定部４０には、ファン１４がねじ止め固定される。またファン位置決め部４２には位置決めピン４３が立設されており、各位置決めピン４３にファン１４が係合することで所定位置にファン１４が位置決めされる。なお、ヒートシンク１２へのファン１４の取付時に、生産治具等でファン１４を保持する場合には、位置決めピン４３をヒートシンク１２に設ける必要はない。

【0024】

ファン固定部４０には、図４に示すように、台座部４４が設けられており、当該台座部４４によって、図６に示すように、吸気側端面１６とファン１４との間に隙間δが設けられる。当該隙間δが設けられることで、ファン１４が備える羽根１４Ａとヒートシンク１２との接触が防止される。また吸気側端面１６にファン１４が密着する場合に比べ、ファン１４の能力を十分に発揮させ、貫通孔Ｋに効率良く気流が生じるようになる。

【0025】

図４に示すように、ヒートシンク１２の吸気側端面１６において、ファン通風路Ｋ２の各導入口Ｋ２Ｂは、ファン１４の羽根１４Ａの外周が回転時に描く円形領域４８中で、なるべく大きく開口するように形成されている。すなわち、各導入口Ｋ２Ｂは、円形領域４８の円周に接する大きさ、若しくは、当該円形領域４８の外に一部がはみ出す大きさに形成されている。これにより、ファン１４によって各ファン通風路Ｋ２に、より大きな気流を発生させることができ、ファン１４による空冷の効率を高めることができる。

【0026】

ここで、図５に示すように、ヒートシンク１２の中空部５２は、断面コ字状を成し、回路基板４の実装面４Ａに対面する箇所に、内部の空間部５３（すなわち、大径風路Ｋ１）を開放する開放部５５が形成されており、ヒートシンク１２を回路基板４に固定した状態では、この開放部５５が回路基板４の実装面４Ａによって閉塞されるようになっている。これにより、実装面４Ａの幾つかの部品を大径風路Ｋ１の気流に曝し、これらの部品を空冷することができる。

【0027】

ここで、本実施形態のヒートシンクユニット１０は、ヘルツホルム共鳴を利用することで、ファン１４が発する騒音（羽根１４Ａの回転に伴う風切り音など）を低減する機能を備えている。
具体的には、ヒートシンク１２は、貫通孔Ｋに連通し、ファン１４の騒音周波数に相当する共鳴周波数ｆｃのヘルムホルツ共鳴を生じる孔部７０が、上面１８又は側面１９（本実施形態では上面１８）に設けられている。この共鳴周波数ｆｃは、音速をｃ（ｍ／秒）、閉空間を形成する筐体２の内部空間の容積をＶ（ｍ^３）とし、また図７に示すように、孔部７０の開口面積をＳ（ｍ^２）、及び、孔部７０の深さ方向の長さをＬ（ｍ）とすると、次式（１）によって表される。

【0028】

【数1】

【0029】

式（１）に示されるように、筐体２の容積Ｖが一定であれば、孔部７０の開口面積Ｓ、及び、孔部７０の長さＬのそれぞれを適宜に設定することで、ファン１４の騒音周波数に相当する共鳴周波数ｆｃが得られる。

【0030】

かかるヒートシンクユニット１０においては、ファン１４の作動に伴って均一な速度で流れる気流がヒートシンク１２の貫通孔Ｋに生じることで、貫通孔Ｋと筐体２の内部空間を繋ぐ孔部７０の中で圧力差が生じ、ヘルムホルツ共振の原理により、騒音に対して位相が半分ずれた逆位相の音（ヘルムホルツ共鳴）が発生する。これにより、騒音が低減される。すなわち、このヒートシンクユニット１０によれば、発熱部品８の放熱に利用するファン１４の騒音を、サイレンサー専用のスペースを筐体２の内部に設けることなく低減でき、車載装置１の小型化や高密度化を図ることができる。

【0031】

ここで、共鳴周波数ｆｃは、孔部７０の開口形状（開口の平面視形状）に依存しない。そこで、図２に示すように、孔部７０の開口部７０Ａの平面視形状を櫛歯状とし、開口部７０Ａに、１以上の凸部又は凹部が含まれるようにしている。これにより、孔部７０の開口部７０Ａの平面視形状が円形や矩形である場合よりも、孔部７０と、そこを流れる空気との接触面積が増加し、放熱効果を向上させることができる。なお、開口部７０Ａの平面視形状は櫛歯状に限定されるものではない。

【0032】

これに加え、図６に示すように、孔部７０は、貫通孔Ｋの延在方向に発熱部品収容凹部３０から外れた位置に設けられている。より具体的には、孔部７０は、発熱部品収容凹部３０が設けられた中実部５０ではなく、当該中実部５０に一体に設けられた中空部５２の表面に設けられている。これにより、孔部７０が発熱部品８から比較的離れた位置に設けられることとなり、ヒートシンク１２において、発熱部品８に比較的近く、当該発熱部品８から比較的多くの熱量が伝えられる箇所の体積が孔部７０によって削られることがなく、冷却効果の低下を抑えることができる。

【0033】

本実施形態によれば、次の効果を奏する。

【0034】

本実施形態のヒートシンクユニット１０において、ヒートシンク１２には、ファン１４によって気流が発生する貫通孔Ｋと、貫通孔Ｋに連通し、ファン１４の騒音に対応したヘルムホルツ共鳴を生じる孔部７０と、を形成した。
これにより、発熱部品８の発熱をヒートシンク１２、及びファン１４によって放熱しつつ、サイレンサー専用の空間を確保せずとも、ヒートシンク１２の孔部７０によるヘルムホルツ共鳴によってファン１４の騒音を低減できる。
また、ファン１４の回転数を上げることで空冷能力を高めても、ファン１４による騒音の増加が抑えられる。

【0035】

本実施形態のヒートシンクユニット１０では、孔部７０の開口部７０Ａが１つ以上の凹部または凸部を含むので、孔部７０と、そこを流れる空気との接触面積が増加し、放熱効果を向上させることができる。

【0036】

本実施形態のヒートシンクユニット１０では、孔部７０は、発熱部品８が接触する箇所から貫通孔Ｋの延在方向（貫通方向）に外れた位置に設けられている。
これにより、ヒートシンク１２において、発熱部品８に比較的近く、当該発熱部品８から比較的多くの熱量が伝えられる箇所の体積が孔部７０によって削られることがなく、冷却効果の低下を抑えることができる。

【0037】

本実施形態のヒートシンクユニット１０において、ヒートシンク１２は、貫通孔Ｋの一部を構成するファン通風路Ｋ２が形成された中実の中実部５０と、貫通孔Ｋの一部を構成する中空の空間部５３を有し、当該空間部５３がファン通風路Ｋ２に連通するように中実部５０に一体に設けられた中空部５２と、を備える。そして、中実部５０には、発熱部品８を収め、当該発熱部品８に接触する発熱部品収容凹部３０が設けられている。
中実部５０が発熱部品８に接触することで、発熱部品８から多くの熱量を中実部５０で受けることができ、高い冷却性能が得られる。

【0038】

本実施形態のヒートシンクユニット１０において、孔部７０は中実部５０ではなく中空部５２に設けられているので、中実部５０の体積（熱容量）が孔部７０によって削られることがなく、高い冷却性能を維持できる。

【0039】

本実施形態のヒートシンクユニット１０において、中空部５２は、発熱部品８が実装された回路基板４の実装面４Ａに対面する箇所に開放部５５を有する。そして、この開放部５５は、回路基板４へのヒートシンク１２の取り付けに伴って、実装面に４Ａよって閉塞される。
これにより、実装面４Ａの幾つかの部品を大径風路Ｋ１の気流に曝し、これらの部品を空冷することができる。

【0040】

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形、及び応用が可能である。

【0041】

上述した実施形態において、貫通孔Ｋに一方向に一定速度の空気が流れていれば、その方向は任意である。
すなわち、上述した実施形態において、空気を吸い込むファン１４を吸気側端面１６に代えて排気側端面２０に設けてもよいし、吸気側端面１６のファン１４が空気を吸い込むのではなく排気してもよい。

【0042】

上述した実施形態において、ヒートシンクユニット１０が複数の発熱部品８を放熱してもよい。

【0043】

上述した実施形態において、ヒートシンク１２には放熱フィンなどの別途の放熱機構を付加してもよい。

【0044】

上述した実施形態において、水平、及び垂直等の方向、各種の数値、及び形状は、特段の断りがない限り、これらの方向、及び数値の周辺の範囲、及び近似の形状を除外するものではない。すなわち、同一の作用効果を奏し、また数値にあっては臨界的意義を逸脱しない限りにおいて、それら方向、及び数値の周辺の範囲、及び近似の形状（いわゆる、均等の範囲）を含むものである。

【符号の説明】

【0045】

１ 車載装置
２ 筐体
４ 回路基板
４Ａ 実装面
８ 発熱部品
１０ ヒートシンクユニット（放熱構造）
１２ ヒートシンク
１４ ファン
１４Ａ 羽根
１６ 吸気側端面
２０ 排気側端面
３０ 発熱部品収容凹部
５０ 中実部
５２ 中空部
５３ 空間部
５５ 開放部
７０ 孔部
７０Ａ 開口部
Ｋ 貫通孔
Ｋ１ 大径風路
Ｋ２ ファン通風路
Ｌ 長さ
Ｓ 開口面積
Ｖ 容積
ｆｃ 共鳴周波数
δ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】