JP2002134972A - ファン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【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３
２，３２’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３
２，３２’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。

Description

【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１０−９２
９８６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１０〜２
０°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３
２，３２’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２
４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３
５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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 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２】 本発明のファン冷却装置の他の実施態様を示
す斜視図である。

【図３】 本発明のファン冷却装置のさらに他の実施態
様を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ファン冷却装置 ２ ヒートシンク ３ ファンケース ２０ 切り欠き部 ２１ 基板 ２２，２５ 放熱フィン ２４ 凹部 ２８ 突起 ３１ 上壁 ３２，３２’ 係合部 ３３ スリット ３４ 基部 ３５ 爪部 ３６ 冷却ファン支持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E322 AA01 AB04 BB03 5F036 AA01 BA04 BA24 BB01 BB05 BB06 BB35

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【請求項３】 前記上壁の基部側を上壁に対し１０〜２
   ０°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。
4. 【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。