| 【発明の名称】 |
ファン冷却装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】林垣内 知
【氏名】大槻 貴成
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| 【要約】 |
【課題】スカイブフィンやコルゲートフィンをヒートシンクに用いたファン冷却装置であっても、これらの放熱フィンを変形させることなくファンケースをヒートシンクに装着でき、高さ方向の寸法精度が要求される小型・薄型の電子部品にも用いることができるようにする。
【解決手段】発熱体に装着される、放熱フィン２２を有するヒートシンク２と、ヒートシンク２に対し冷却用の空気流を供給する冷却ファンを支持するファンケース３とを備えたファン冷却装置において、ファンケース３は、上壁３１と、上壁３１の対向側端から垂下する少なくとも一対の係合部３２，３２’とを有し、係合部３２，３２’の基部３４近傍の上壁３１にスリット３３を形成して上壁３２の基部側を斜め上方に屈曲させて、基部３４を上壁３１に対して上側に位置させ、係合部３２，３２’によりファンケース３をヒートシンク２に装着する構成とした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 発熱体に装着される、放熱フィンを有するヒートシンクと、該ヒートシンクに対し冷却用の空気流を供給する冷却ファンを支持するファンケースとを備えたファン冷却装置において、前記ファンケースは、上壁と、該上壁の対向側端から垂下する少なくとも一対の係合部とを有し、該係合部の基部近傍の上壁にスリットを形成して上壁の前記基部側を斜め上方に屈曲させて、前記基部を上壁に対して上側に位置させ、前記一対の係合部により前記ファンケースを前記ヒートシンクに装着することを特徴とするファン冷却装置。
【請求項２】 前記ファンケースが樹脂材料で形成され、前記係合部の端部に爪部が形成され、前記ヒートシンクに凹部又は突起が形成され、前記係合部の爪部を前記凹部又は突起に係合することによって、ヒートシンクにファンケースを係脱自在に装着する請求項１記載のファン冷却装置。
【請求項３】 前記上壁の基部側を上壁に対し１０〜２０°の範囲で上方に屈曲した請求項１又は２記載のファン冷却装置。
【請求項４】 前記係合部が上壁の対向側端の両端に形成された請求項１〜３のいずれかに記載のファン冷却装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子部品などの発熱体を冷却するファン冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＰＵなどの電子部品に装着するファン冷却装置におけるヒートシンクは、これまでＡｌなどの熱伝導率の高い金属をダイカスト成型して作製していたが、ダイカストによる成型では成型可能な放熱フィンの肉厚や形状が制限されるため、近年におけるＣＰＵの演算処理の高速化に伴い増大の一途をたどる発熱を充分には除去することができなかった。そこで、Ａｌ板を薄く削り起こして多数の放熱フィン（スカイブフィン）を一体的に形成したヒートシンクや、薄板状のＡｌをプレス加工などによりアコーディオン状に折り曲げて放熱フィン（コルゲートフィン）とし、これをＣｕ基板上に蝋付けしたヒートシンクなどが提案されている。例えば前者のヒートシンクとして特開平８−１３０２７６号公報記載のもの、後者のヒートシンクとして特開平１０−９２９８６号公報記載のものがそれぞれ挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなスカイブフィンやコルゲートフィンは、放熱フィンの肉厚を薄くでき、また単位面積当たりの放熱フィン数を増やすことができ、さらには放熱フィンの形状を自由に設計することができる。これにより、放熱面積を増大でき、ヒートシンクの放熱量および放熱効率を飛躍的に大きくすることができる。
【０００４】しかしながら、スカイブフィンやコルゲートフィンは、寸法精度、特に高さ方向の寸法精度を厳密に制御することが難しく、また部材強度が弱く外力により簡単に変形するため、このような放熱フィンを用いた従来のファン冷却装置では、ヒートシンクにファンケースを装着したときに、ファンケースの上壁内面に放熱フィンが接触して変形することがあった。このため、高さ方向の寸法精度が特に要求される小型・薄型の電子部品にはこのようなファン冷却装置はこれまで一般にはほとんど用いられていなかった。
【０００５】本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、スカイブフィンやコルゲートフィンをヒートシンクに用いたファン冷却装置であっても、これらの放熱フィンを変形させることなくファンケースをヒートシンクに装着でき、高さ方向の寸法精度が要求される小型・薄型の電子部品にも用いることができるようにすることをその目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため本発明のファン冷却装置では、発熱体に装着される、放熱フィンを有するヒートシンクと、該ヒートシンクに対し冷却用の空気流を供給する冷却ファンを支持するファンケースとを備えたファン冷却装置において、前記ファンケースは、上壁と、該上壁の対向側端から垂下する少なくとも一対の係合部とを有し、該係合部の基部近傍の上壁にスリットを形成して上壁の前記基部側を斜め上方に屈曲させて、前記基部を上壁に対して上側に位置させ、前記一対の係合部により前記ファンケースを前記ヒートシンクに装着する構成とした。
【０００７】ここで、ファンケースの弾性変形可能幅を大きくし、またファンケースとヒートシンクの係脱を容易にする観点からは、ファンケースを樹脂材料で形成し、係合部の端部に爪部を形成し、ヒートシンクに凹部又は突起を形成し、係合部の爪部を凹部又は突起に係合することによって、ヒートシンクにファンケースを係脱自在に装着するのが好ましい。
【０００８】また、ファンケースの弾性変形を一層容易にする観点からは、上壁の基部側を上壁に対し１０〜２０°の範囲で上方に屈曲させることが望ましい。
【０００９】ファンケースとヒートシンクとの係合をより確実なものとする観点からは、係合部を上壁の対向側端の両端に形成することが推奨される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明者等は、高さ方向の寸法精度の厳密な制御が困難なスカイブフィンやコルゲートフィンを備えたヒートシンクであっても、これらの放熱フィンを変形させることなくファンケースをヒートシンクに装着できないか検討を重ねた結果、ファンケースを弾性変形可能な状態としておけば、ファンケースをヒートシンクに装着したときに放熱フィンがファンケースにたとえ当接しても、ファンケースが変形することにより放熱フィンの変形を回避できることを見出し本発明をなすに至った。
【００１１】すなわち本発明のファン冷却装置の大きな特徴は、ヒートシンクに係合させる、ファンケース側の係合部の基部近傍の上壁にスリットを形成し、上壁の一部を斜め上方に屈曲させて前記基部を上壁に対して上側に位置させ、前記一対の係合部により前記ファンケースを前記ヒートシンクに装着する点にある。このような構成により、ファンケースをヒートシンクに装着する際に放熱フィンがファンケースの上壁内面に接触しても、ファンケースが弾性変形し放熱フィンの高さ方向の寸法誤差を吸収するとともに、放熱フィンの変形も防止される。
【００１２】以下、図に基づき本発明のファン冷却装置についてさらに詳述する。図１は、本発明のファン冷却装置の一実施態様を示す斜視図である。図１のファン冷却装置１は、ヒートシンク２とこれに係脱自在に装着されるファンケース３とを備える。ヒートシンク２は長方形状のＣｕ基板２１を有し、この基板２１の上面には、薄板状のＡｌをプレス加工によりアコーディオン状に折り曲げた放熱フィン（コルゲートフィン）２２が蝋付けされている。放熱フィン２２の中央部には矩形状の切り欠き部２３が設けられている。ヒートシンク２にファンケース３を装着したときに、この切り欠き部２３にファンケース３に設けられた冷却ファン（不図示）の下部が収容される。この切り欠き部２３は、例えばプレス加工により放熱フィン２２を形成した後、切削加工により形成すればよい。
【００１３】また、基板２１の両側面には全面わたって水平方向に凹部２４が形成されている。この凹部２４は、後述するファンケース３に設けられた係合部３２，３２’の端部の爪部３５と係合して、ファンケース３をヒートシンク２に係脱自在に装着可能とする。凹部２４の深さは、前記爪部３５が確実に係合できる深さとする。なお、図１では基板２１の側面の全面にわたって凹部２４が形成されているが、ファンケース３の係合部端部の爪部３５が係合する部分のみ凹部２４を形成しても構わない。またファンケース３に凹部を設け、ヒートシンク２に爪部あるいは突起を設けて両者を係合可能としてももちろん構わない。
【００１４】このヒートシンク２は、例えば発熱体としてのマイクロプロセッサなどの半導体素子に取付けられる。例えばヒートシンクの基板２１の裏面に接着剤を塗布し半導体素子などに固定する。ヒートシンクの平面形状を冷却する半導体素子などの発熱体の平面形状とほぼ等しくして、発熱体表面のほぼ全域を覆うようにヒートシンクを取付けることが放熱の点から推奨される。発熱体へのヒートシンクの固定は接着剤によるものの他、ネジや固定ピンによるものであってもよい。
【００１５】ファンケース３は、略正方形状の上壁３１と、この上壁３１の対向側端の四隅から垂下する２対の係合部３２，３２’とを有する。係合部３２，３２’の基部３４の近傍の上壁にはスリット３３が形成され、上壁３１の基部側を斜め上方に屈曲させて各基部３４を上壁３１に対して上側に位置させている。図１のファンケースでは、上壁に対し約１５°の角度で基部３４を上方に屈曲させているが、一般に上壁に対し１０〜２０°の角度で上方に屈曲させると、ファンケースの弾性変形をより容易にすることができる。このような構成により、ヒートシンク２に設けられた放熱フィン２２の先端部がファンケースの上壁３１の下面と接触した場合には、基部３４の弾性変形により上壁３１が弧状に変形し、放熱フィン先端部の変形が防止される。上壁３１に形成するスリット３３の長さ及び係合部の基部３４の幅は、ヒートシンクに対して垂直方向に数ｍｍ程度係合部が変形するように設計すればよく、具体的にはファンケースの材料や係合部の垂下方向の長さなどから適宜決定すればよいが、一般にスリットの長さはファンケースのスリット形成方向（図１の左右方向）の幅の１０〜２０％の範囲が好ましく、また係合部の基部の幅はファンケースの幅（図１の上下方向）の１５〜２５％の範囲が好ましい。
【００１６】このようなファンケースの材質としては、エンジニアプラスチックなど耐熱性を有し、熱膨張係数が低く寸法安定性に優れたものが好ましい。中でも加工・成形の容易さの点から飽和ポリエステルが好ましく、ガラス繊維で強化したポリブタジエンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が特に好ましい。ガラス繊維の含有量は、必要とする機械的強度や寸法安定性などから適宜決定すればよいが、一般に１０〜４０重量％の範囲、特に２５〜３５重量％の範囲が好ましい。このような材料を用いてファンケースを作製する方法としては特に限定はなく、射出成形など従来公知の成形方法を用いることができる。
【００１７】上壁３１の四隅から垂下する係合部３２，３２’の長さは、ヒートシンク２に設けられた放熱フィン２２がファンケース３の上壁３１の下面に設計上接触しない範囲で適宜決定すればよい。係合部３２，３２’の先端部には、内側に突出する爪部３５が一体的に形成されている。この爪部３５は、図１から理解されるとおり、係合部の基部３４の弾性変形によって揺動可能であり、幾分外側に向けて弾性変形することによって、ヒートシンク２の基板側面に形成された凹部２４に係合し、ファンケース３をヒートシンク２に係脱可能に装着させる。
【００１８】上壁３１の中央部には、中空円筒状の冷却ファン支持部３６がファンケース３と一体形成されている。冷却ファン支持部３６の中心部内側には支持円筒壁３７が設けられている。支持円筒壁３７は冷却ファン支持部３６の周壁から周方向に間隔を置いて形成された桟３８により支持され、隣接する桟３８の間には冷却用空気を吸入する吸入開口３９が形成されている。この冷却ファン支持部３６には冷却ファン（不図示）を着脱可能に装着でき、冷却ファンの交換により本発明のファン冷却装置１は半永久的に使用することができる。
【００１９】次に、上述した構成のファン冷却装置の組付け方法の一例を説明する。発熱体としての半導体素子にファン冷却装置を装着するにはまず、ヒートシンクを半導体素子の上面に取付ける。この取付は接着剤または接着テープを用いて行ってもよいし、取付をより確実・強固にするためにはネジ止めにより行ってもよい。
【００２０】次に、ヒートシンクにファンケースを取付ける。図１において、ファンケース３の取付の際には、２対の係合部３２，３２’をヒートシンク２の基板２１の両側端上に位置させ、この状態でファンケース３をヒートシンク２に向けて下方に移動させて装着すればよい。このように装着すると、係合部の先端の爪部３５がまず基板２１の側面の当接して外側に幾分広がり、爪部３５が凹部２４に達すると係合部３２，３２’の弾性復元力によってその爪部３５が凹部２４に係合する。こうしてファンケース３がヒートシンク２に係脱自在に取付けられる。
【００２１】この装着状態において冷却ファンが所定方向に回転駆動されると、羽根の作用によってファンケースの吸入開口３９から吸入された空気は放熱フィン２２に沿って流れる。半導体素子などの発熱体からの熱はヒートシンクの基板２１を介して複数個の放熱フィン２２に伝導し、吸入された空気が放熱フィン２２に沿って流れる際に、放熱フィン２２から空気へ熱が移動する。このようにして発熱体での熱は、ヒートシンク２から空気流へと移動し除去される。なお、ヒートシンク２からファンケース３を取外す場合には、係合部３２，３２’を幾分外側に押圧して爪部３５と凹部２４との係合を解除し、ヒートシンク２に対してファンケース３を上方に移動すればよい。
【００２２】図１のファン冷却装置では、ファンケース３の上壁３１に２対の係合部３２，３２’を設けているが、係合部の個数に限定はなく、係合部を１対としてもよいし、３対以上としてももちろん構わない。
【００２３】図２に、Ａｌ板を薄く削り起こして多数の放熱フィン（スカイブフィン）２５を一体的に形成したヒートシンクを用いた場合の一例を示す。なお、図１と同じ部材および部分は同一の符号を付している。図２のファン冷却装置に用いるヒートシンク２では、正面視略正方形で側面視湾曲した放熱フィン２５が４列形成されているが、放熱フィンの配列や形状については特に限定はなく、放熱フィンの材質や発熱体からの除去すべき熱量などを考慮し適宜決定すればよい。
【００２４】図２のヒートシンク２の基板両側面には、図１に示したヒートシンクと同様に、凹部２４が水平方向に形成されている。ファンケース３の２対の係合部３２，３２’をヒートシンク２の基板上に位置させ、この状態でファンケース３をヒートシンク２に向けて下方に移動させると、係合部の先端の爪部がまず基板側面の当接して外側に幾分広がり、爪部３５が凹部２４に達すると、係合部の弾性復元力によってその爪部３５が凹部２４に係合する。こうしてファンケース３がヒートシンク２に係脱自在に取付けられる。
【００２５】冷却ファンを交換する場合などファンケース３をヒートシンク２から取り外す場合には、係合部先端部分を外方向に幾分押圧して爪部３５と凹部２４との係合を解除し、ヒートシンク２に対してファンケース３を上方に移動すればよい。
【００２６】図３に、本発明のファン冷却装置の他の実施態様を示す。なお、図１と同じ部材および部分は同一の符号を付している。図３のファンケースの構成の大部分は図１に示したものと同じである。図１のファンケースと唯一異なる点は、係合部の先端に形成された爪部３５が外側に向いている点である。一方、図３のヒートシンク２は、薄板状のＡｌをプレス加工によりアコーディオン状に折り曲げ、そしてその中央部に冷却ファンの下部を収容するための切り欠き部２３を設けた放熱フィン２２が、平面視長方形状のＣｕ基板２１の表面に蝋付けされている。そして基板２１の両側端に第１の側壁２６が基板２１に対して略垂直に形成され、第１の側壁２６と放熱フィン２２の外側のフィンとの間にさらに第２の側壁２７が基板２１に対し略垂直に設けられている。第１の側壁２６の内面には下方向に徐々に大きくなる突起２８が形成されている。また側壁が形成されていない側の基板２１の両側端にはフランジ部２９が延設され、フランジ部２９の中央端部には矩形状の切り欠き部２０が形成されている。
【００２７】このようなヒートシンク２にファンケース３を装着するには、ヒートシンク２の第１の側壁２６と第２の側壁２７との間に係合部３２，３２’が挿入可能なように、ヒートシンク２上にファンケース３を位置させる。次にこの状態でファンケース３を下方に移動させる。このとき、係合部の先端に形成された爪部３５は主に第１の側壁２６の内面に沿って下降して行き、やがて第１の側壁２６に形成された突起２８に摺接しながら下降する。このため係合部３２，３２’は徐々に内方へ弾性変形する。そして爪部３５が突起２８を越えると、係合部３２，３２’の弾性復元力によって爪部３５は元の状態に戻り、これにより爪部３５と突起２８とが係合する。こうしてファンケース３がヒートシンク２に取付けられる。一方、ファンケース３をヒートシンク２から取り外す場合には、ファンケースの係合部３２，３２’を内方に押圧して、爪部３５と突起２８との係合を解除し、ファンケース３をヒートシンク２に対して上方に移動させればよい。
【００２８】また図３のヒートシンクを半導体素子などの発熱体に装着するには、フランジ２９の中央端部に形成された切り欠き部２０を、発熱体に形成された孔（不図示）に一致させてネジ止めあるいはピン止めすればよい。このときヒートシンク２の装着をより確実・強固なものとするために接着剤を併用してもよい。
【００２９】以上、本発明のファン冷却装置の実施態様について説明したが、本発明はこれらの実施態様に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形・修正が可能である。
【００３０】
【発明の効果】本発明のファン冷却装置では、ファンケース上壁の対向側端から垂下する少なくとも一対の係合部をファンケースに設け、係合部の基部近傍の上壁にスリットを形成して上壁の前記基部側を斜め上方に屈曲させて、前記基部を上壁に対して上側に位置させ、前記一対の係合部により前記ファンケースを前記ヒートシンクに装着する構成としたので、スカイブフィンやコルゲートフィンをヒートシンクに用いたファン冷却装置であっても、これらの放熱フィンを変形させることなくファンケースをヒートシンクに装着でき、高さ方向の寸法精度が要求される小型・薄型の電子部品にも用いることができるようになった。
【００３１】またファンケースを樹脂材料で形成し、係合部の端部に爪部を形成し、ヒートシンクに凹部又は突起を形成し、係合部の爪部を凹部又は突起に係合するようにすると、ファンケースの弾性変形可能幅が大きくなり、またファンケースとヒートシンクの係脱が容易に行えるようになる。
【００３２】さらに、上壁の基部側を上壁に対し１０〜２０°の範囲で上方に屈曲させると、ファンケースの弾性変形を一層容易にすることができる。
【００３３】係合部を上壁の対向側端の両端に形成すると、ファンケースとヒートシンクとの係合をより確実なものにできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３２３０２
【氏名又は名称】日本電産株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１０月１９日（２０００．１０．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５５０１
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 静夫
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１３４９７２（Ｐ２００２−１３４９７２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年５月１０日（２００２．５．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３１８８１０（Ｐ２０００−３１８８１０） |
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