JP2004071751A - ファン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンケースをヒートシンクに装着したファン冷却装置において、ファン冷却装置を発熱体に取り付けるための取付け部材によって、ファンケースに力が加わってもファンケースが変形しにくく、たとえファンケースが変形して放熱フィンに接触しても放熱フィンが変形しないようにする。
【解決手段】複数の放熱フィン２２をベース部材２１に植設したヒートシンク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１とを備える。ファンケース１は、上壁１１と、上壁１１の側端から垂下する少なくとも一対の係合部１２とを有すると共に、上壁１１の裏面に突部１３を有し、係合状態おいて突部１３に対向する放熱フィン２２の厚みを他の放熱フィンよりも厚くする。
【選択図】　図１

Description

【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などの発熱する電子部品に装着する冷却装置に用いるヒートシンクは、これまでは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、プレス成形により成型した薄板状の放熱フィン（クリンプフィン）を、Ｃｕなどからなる基板上に形成した溝に植設したヒートシンクが提案されている。このようなヒートシンクによれば、放熱フィンの肉厚を薄くできる結果、単位面積当たりの放熱フィン数を増やすことができ、また放熱フィンとベース部材とを異なる材料で作製することができる。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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クリンプフィンはベース部材の溝に填めただけの取り付けでありまた肉厚が薄いため、外力により簡単に変形してしまう問題があった。特に、取付け部材を用いてＣＰＵなどの発熱体にファン冷却装置を取り付けるときに、前記取付け部材によって加えられる力によりファンケースが変形し、変形したファンケースが放熱フィンに接触して放熱フィンが変形することがあった。放熱フィンが変形すると、冷却ファンからの風の流路が変わり充分な冷却効果が得られない。
【０００４】
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、その目的とするところは、前記取付け部材によってファンケースに力が加えられても変形しにくく、またたとえファンケースが変形して放熱フィンに接触しても放熱フィンが変形することのないファン冷却装置を提供することにある。
【０００５】
また本発明の目的は、放熱フィンのベース部材への取付時の位置決めを容易とし、また取り付け後の放熱フィンのズレを防止することにある。
【０００６】
さらに本発明の目的は、生産工程における持ち運びや運搬の際に放熱フィンに外力が加わっても変形しにくく、また作業者の作業をしやすくすることにある。
【０００７】
【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、複数の放熱フィンをベース部材に植設したヒートシンクと、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、発熱体に装着されるファン冷却装置において、前記ファンケースは、上壁と、該上壁の側端から垂下する少なくとも一対の係合部とを有すると共に、前記上壁の裏面に突部を有し、係合状態おいて前記突部に対向する放熱フィンの厚みを他の放熱フィンよりも厚くした構成とした。
【０００８】
ここでファンケースの突部との接触による放熱フィンの変形を一層抑えるために、前記突部に対向する放熱フィンの前記ベース部材への植設深さを他の放熱フィンよりも深くするのが好ましい。
【０００９】
また放熱フィンのベース部材への取付時の位置決めを容易にすると共に、装着後の放熱フィンのズレを防止する観点から、放熱フィンの長さをベース部材の幅よりも長くし、放熱フィンのベース部材側の辺に切り欠き部を設け、この切り欠き部をベース部材に形成した溝に嵌合させて、放熱フィンをベース部に取り付けるのが好ましい。このような切り欠き部としては略台形状が望ましい。
【００１０】
そしてまた、生産工程における持ち運びや運搬の際に作業者などが放熱フィンに触れて、放熱フィンが変形することを抑える観点から、放熱フィンのうち最外側の放熱フィンの厚みを、前記突部に対向する放熱フィンを除く他の放熱フィンよりも厚くするのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、取付け部材を用いてＣＰＵなどの発熱体にファン冷却装置を取り付けるときに、前記取付け部材によって加えられる力によりファンケースが変形するのを抑えられないかまず検討した結果、剛性の高い部材を用いれば外力による撓みを抑えることができたものの、剛性の高い部材は一般に重く装置の軽量化という市場の要求に添うことができなかった。また加工が難しく、材料費も高かった。そこで軽量で加工が容易なプラスチック等を用いてファンケースを作製することとしてさらに検討を重ねた結果、ファンケースにおける外力が加わる部分に突部を設ければ、ファンケースの撓みなどの変形を抑えられることを見出した。しかしながら、この突部の形成によってもファンケースの外力による撓みを完全に抑えることはできず、大きな外力が加わるとファンケースが放熱フィンに接触した。そこで、前記突部に対向する放熱フィンの厚みを他の放熱フィンよりも厚くし、変形したファンケースがたとえ放熱フィンに接触しても放熱フィンが変形しないようにした。
【００１２】
すなわち、本発明のファン冷却装置の大きな特徴は、ファンケースにおける前記取付け部材による外力が加わる部分の裏面側に突部を設けると共に、この突部に対向する放熱フィンの厚みを他の放熱フィンよりも厚くしたことにある。
【００１３】
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組立斜視図である。図１のファン冷却装置は、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１とを備える。ファンケース１は、略正方形状の上壁１１と、この上壁１１の対向側面から垂下する１対の係合部１２とを有する。係合部１２の先端部には内側に突出する突起１２ａ（図５に図示）が形成されている。後述するように、ヒートシンク２に形成した係合穴２１３にこの突起１２ａを係合させることにより、ファンケース１をヒートシンク２に係脱自在に取り付けることができる。
【００１４】
また、係合部１２が形成されていない上壁１１の辺の中央部に、突部１３が上壁１１と一体に形成されている。図１のファンケース１では、この部分に、ファン冷却装置を取り付け部材でＣＰＵなどの発熱体に装着する際に、取り付け部材からの力が加わる。したがって、この部分に突部１３を形成することにより、外力によるファンケース１の撓みなどの変形が抑えられる。
【００１５】
そして上壁１１の中心部には円形開口１４が形成され、この円形開口１４の外縁には周方向に等角度で４本の支持柱１５が立設されている。そして各支持柱１５の上端から中心方向に桟１６が迫り出し、円形開口１４の上方に同軸状に位置する支持円盤１７を支持している。この支持柱１５と桟１６、支持円盤１７とで構成される空間に冷却ファン（不図示）が取り付けられ、桟１６と桟１６の間が冷却用空気を吸入するための吸入開口１８となる。冷却ファンは前記空間に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は半永久的に使用することができる。
【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】
他方、ヒートシンク２は、Ｃｕからなるベース部材２１と多数枚の放熱フィン２２とを有する。ベース部材２１の上面には、放熱フィン２２を差し込み固定するための複数の直線状の溝２１１が所定間隔で形成されている。またベース部材２１の側面には、ファンケース１を装着するための係合穴２１３が形成されている。このような溝２１１や係合穴２１３を形成するには、例えばベース部材２１を作製した後に切削加工する、あるいは金型を用いてベース部材２１と共に一体に鋳造すればよい。
【００１８】
放熱フィン２２は、図２に示すように、アルミナからなる長方形状の薄板からなり、放熱フィン２２の長さＬはベース部材２１の幅ｌよりも長く、放熱フィン２２のベース部材側の辺には略台形状の切り欠き部２２１が形成されている。この放熱フィンの切り欠き部２２１の上辺の長さは、ベース部材２１の幅ｌとほぼ同じように形成されており、この切り欠き部２２１の上辺をベース部材２１に形成された溝２１１に差し込むことにより、放熱フィン２２は簡単に位置決めされてベース部材２１に取り付けられる。また、この切り欠き部２２１により、一旦取り付けられた放熱フィン２２はベース部材２１からズレることがない。放熱フィン２２の取り付けに接着剤は特には必要ないが、より強固に固定する観点から接着剤を用いてももちろん構わない。さらに、このように切り欠き部２２１の上辺を溝２１１に差し込んで放熱フィン２２をベース部材２１に取り付けると、ベース部材２１の側面外方にも放熱フィン２２の下端部が存在することになり、放熱面積を増大でき、放熱効率が高まると共に、冷却ファンからの風によって生じる音が低減される。
【００１９】
また図３に示すように、本発明のファン冷却装置では、ファンケース１に形成された突部１３に対向する放熱フィン２２ａの厚さＴを、他の放熱フィン２２ｂの厚さｔよりも厚くしてある。これにより、装置に外力が加わってファンケース１が撓み、突部１３が放熱フィン２２ａに接触したとしても、突部１３が接触する放熱フィン２２ａは厚いためその変形が抑えられる。放熱フィン２２ａの厚さは、外力の大きさや放熱フィンの材質などから適宜決定すればよいが、一般に他の放熱フィン２２ｂの２〜４倍程度が好ましい。例えば放熱フィン２２ｂの厚さが０．４ｍｍであれば、放熱フィン２２ａの厚さは０．７〜１．５ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは０．９〜１．１ｍｍである。なお、図３では、突部１３に対向する放熱フィン２２ａの３本のすべての厚さを他の放熱フィン２２ｂよりも厚くしているが、本発明では突部１３に対向する放熱フィン２２ａのうち少なくとも１本の放熱フィンの厚さを厚くすればよい。
【００２０】
また図３に示すように、放熱フィン２２ａの変形を一層抑えるには、ベース部材２１への差し込みを深くするのが望ましい。このためにはベース部材２１に形成する放熱フィン２２ａ用の溝２１１ａを放熱フィン２２ａに合わせて太く、且つ深くしておけばよい。放熱フィン２２ａ用の溝２１１ａの深さＤは、放熱フィンの高さや太さ、材質などから適宜決定すればよいが、一般に放熱フィン２２ａ用の溝２１１ａの深さＤは、他の放熱フィン２２ｂ用の溝２１１ｂの深さｄの１．５〜３倍程度が好ましい。また、他の放熱フィン２２ｂが突部１３と接触して変形しないように、放熱フィン２２ａを他の放熱フィン２２ｂよりも高くしておくことが推奨される。
【００２１】
また、製造工程においてはベース部材に放熱フィンが取り付けられたヒートシンクを単体として運んだり、一時保管する場合があり、このような場合に放熱フィンに外力が加わり、放熱フィンが変形するおそれがある。また作業員は放熱フィンに触れないように慎重に作業を行う必要がある。そこで、ベース部材に植設する放熱フィンのうち最外側の放熱フィンの厚さを厚くし、外力に対する防御的役割を果たさせるのが好ましい。図４に、本発明のファン冷却装置の他の例を示す斜視図を示す。図４のファン冷却装置では、突部１３に対向する放熱フィン２２ａの肉厚を厚くすると共に、放熱フィンの最外側の放熱フィン２２ｃの肉厚も厚くしている。これにより側方から外力が加わった場合でも、放熱フィン２２ｃによって内側の肉厚の薄い放熱フィン２２ｂの変形を抑えることができる。このような放熱フィン２２ｃの厚さとしては特に限定はないが、前記の突部１３に対向する放熱フィン２２ａと同程度の厚さとすれば、放熱フィンの種類を厚さの異なる２種類に抑えられるので生産性の観点から好ましい。また放熱フィン２２ｃのベース部材２１への差し込み深さも放熱フィン２２ａと同程度であるのが好ましい。
【００２２】
図１において、ヒートシンク２にファンケース１を装着する場合には、ファンケース１の係合部１２をヒートシンク２のベース部材２１の両側壁上に位置させ、この状態でファンケース１をヒートシンク２に向けて下方に移動させる。まず、係合部１２の先端部の突起１２ａがベース部材２１の側面に当接して外側に幾分広がる。そして図５に示すように、突起１２ａが係合穴２１３に達すると、係合部１２の弾性復元力によってその突起１２ａが係合穴２１３に係合する。こうしてファンケース１がヒートシンク２に係脱自在に取付けられる。なお、ヒートシンク２からファンケース１を取外す場合には、係合部１２を幾分外側に押圧して突起１２ａと係合穴２１３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１を上方に移動すればよい。図５では、ファンケース１の係合部１２に突起１２ａ、そしてベース部材２１に係合穴２１３を設けているが、ファンケース１に係合穴を設け、ヒートシンク２に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。また、係合する部材としては従来公知のものが使用でき、例えば凹部と爪部とを用いても構わない。また図５のファン冷却装置では、ファンケース１の上壁１１に１対の係合部１２を設けているが、係合部１２の個数に限定はなく、係合部１２を２対以上設けてももちろん構わない。
【００２３】
このようなファン冷却装置において冷却ファン（不図示）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１の吸入開口１８から吸入された空気は放熱フィン２２に沿って流れる。一方、半導体素子などの発熱体からの熱はヒートシンク２のベース部材２１を介して複数個の放熱フィン２２に伝導する。そして、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。
【００２４】
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。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のファン冷却装置では、ファンケースの上壁における外力が加わる部分の裏面側に突部を設けたので、前記外力によるファンケースの変形が少なく、また係合状態おいて突部に対向する放熱フィンの厚みを他の放熱フィンよりも厚くしたので、たとえファンケースが変形して放熱フィンに接触しても放熱フィンが変形することがない。
【００２６】
突部に対向する放熱フィンのベース部材への植設深さを他の放熱フィンよりも深くすると、ファンケースの突部との接触による放熱フィンの変形を一層抑えられる。
【００２７】
放熱フィンの長さをベース部材の幅よりも長くし、放熱フィンのベース部材側の辺に切り欠き部を設け、この切り欠き部をベース部材に形成した溝に嵌合させて、放熱フィンをベース部に取り付けると、放熱フィンのベース部材への取付時の位置決めを容易にでき、また装着後の放熱フィンのズレを防止できる。さらにはベース部材の側面外方にも放熱フィンの下端部が存在することになり、放熱面積を増大でき、放熱効率が高まると共に、冷却ファンからの風によって生じる音を低減できる。ここで切り欠き部を略台形状とするとより高い効果が得られる。
【００２８】
放熱フィンのうち最外側の放熱フィンの厚みを、突部に対向する放熱フィンを除く他の放熱フィンよりも厚くすると、生産工程における持ち運びや運搬の際に作業者などが放熱フィンに触れて放熱フィンが変形することを抑えられる。また作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のファン冷却装置の一例を示す組立斜視図である。
【図２】放熱フィンのベース部材への取り付けを示す状態図である。
【図３】突部と放熱フィンとの関係を示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明のファン冷却装置の他の例を示す斜視図である。
【図５】ファンケースをヒートシンクに装着するときの係合状態を示す状態図である。
【符号の説明】
１　ファンケース
２　ヒートシンク
１１　上壁
１２　係合部
１２ａ　突起
１３　突部
２１　ベース部材
２２　放熱フィン
２２ａ　突部に対向する放熱フィン
２２ｂ　通常の放熱フィン
２２ｃ　最外側の放熱フィン
２１１　溝
２１３　係合穴
２２１　切り欠き部

Claims (5)

1. 複数の放熱フィンをベース部材に植設したヒートシンクと、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、発熱体に装着されるファン冷却装置において、
   前記ファンケースは、上壁と、該上壁の側端から垂下する少なくとも一対の係合部とを有すると共に、前記上壁の裏面に突部を有し、
   係合状態おいて前記突部に対向する放熱フィンの厚みを他の放熱フィンよりも厚くしたことを特徴とするファン冷却装置。
2. 前記突部に対向する放熱フィンの前記ベース部材への植設深さを他の放熱フィンよりも深くした請求項１記載のファン冷却装置。
3. 前記放熱フィンの長さを前記ベース部材の幅よりも長くし、前記放熱フィンのベース部材側の辺に切り欠き部を設け、この切り欠き部を前記ベース部材に形成した溝に嵌合させて、前記放熱フィンを前記ベース部に取り付けた請求項１又は２記載のファン冷却装置。
4. 前記切り欠き部が略台形状である請求項３記載のファン冷却装置。
5. 前記放熱フィンのうち最外側の放熱フィンの厚みを、前記突部に対向する放熱フィンを除く他の放熱フィンよりも厚くした請求項１〜４のいずれかに記載のファン冷却装置。

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