JP2006049388A - 電子機器および冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント基板に実装された発熱体の着脱容易性を維持しつつ発熱体を高い冷却効率で冷却することができるとともに、プリント基板の実装密度を低減することのない電子機器および冷却構造を提供する。
【解決手段】本発明に係る電子機器および冷却構造は、基板に実装された発熱体と、発熱体と熱的に接続され前記発熱体が発生する熱を放熱する放熱体と、発熱体を貫通させる貫通口を有し略平板形状をなすダクトベースと、基板に臨む面が開放され、ダクトベースを覆いダクトベースと協働して略密閉された管状の冷却風通路を形成するダクト本体とを備え、ダクトベースは、前記冷却風通路内に配置される放熱体を、基板と所定の間隙をもって支持し基板に固定することを特徴とする。
【選択図】 図８

Description

本発明は、電子機器および冷却構造に係り、特に電子機器のプリント基板に実装された発熱体を効率よく冷却することができる電子機器および冷却構造に関する。

近年、サーバやパーソナルコンピュータ等に代表される電子機器における情報処理量の増大は著しく、膨大なデータ量を取り扱うために情報処理速度も益々増加を続けている。

これにともなって、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の半導体素子の発熱量も増加してきており、発熱半導体素子の冷却は、半導体素子の性能、ひいては電子機器の性能を発揮する上でも必要不可欠となってきている。

ＣＰＵ等の発熱半導体を冷却する方法のひとつとして、発熱半導体の発熱部に多数の放熱フィンを有したヒートシンクを熱的に接合し、冷却ファン等で発生させた冷却風によってヒートシンクを強制的に冷却する方法がしばしば採られている。

このような冷却方法においては、冷却風がヒートシンク等の要冷却部位に集中して効率よく流れることが重要となる。

例えば、特許文献１および２では、電子機器の内部にダクト構造を設けることによって冷却風を効率よく要冷却部位に集中させる技術が開示されている。

特許文献１が開示する冷却技術は、銅製の放熱板とこの放熱板の両側に設けられた一対の立ち上がり板とで形成された断面略コの字状の放熱部材を、ＣＰＵが実装されたプリント基板の上からＣＰＵを覆うように設置することによって、略コの字状の放熱部材とプリント基板とでダクト構造を形成するものである。このダクト構造のひとつの開口部に冷却ファンを一体的に設け、ダクト構造の内部を流れた冷却風はダクト構造の他の開口部から排気される。

銅製の放熱板の裏面（ダクト構造の内側の面）には、ＣＰＵと熱的に接触する接触部と放熱フィンが設けられており、ＣＰＵから放熱フィンに伝熱された熱がダクト構造内を流れる冷却風によって冷却される。

また、略コの字状の放熱部材のプリント基板と接触する端部にはスポンジが接着されており、ダクト構造内を流れる冷却風がダクト構造の外部へ漏れ出すことを防止している。

特許文献２が開示する冷却技術は、一対の起立板とこれら起立板の上端部間に跨る天板とからなる風洞ダクトを、プリント基板に実装された発熱部品の上から覆うように設置し、上記風洞ダクトとプリント基板とでダクト構造の冷却風通路を形成している。ダクト構造の一端の開口部近傍には冷却ファンが配設され、ダクト構造内を流れる冷却風を発生させている。ダクト構造内に収容される発熱部品の実施例としては、プリント基板に実装されたＣＰＵと、ＣＰＵの上部に載置されたヒートシンクが開示されている。
特開２００３−４６０４６号公報 特開２００２−２８０７７８号公報

特許文献１および２が開示する冷却技術は、プリント基板に実装された発熱部品を冷却するためにダクト構造を形成し、このダクト構造内に冷却風を集中して流すことによって、ダクト構造内に収容される発熱部品の冷却効率を高めようとするものである。

さらに、特許文献１および２が開示するダクト構造は、天板と両側板を備え両側板の上端部と天板とが接合され下面が開放され、断面略コの字状のダクト部材（以下、下面開放型ダクトという。）をプリント基板に実装されている発熱部品の上から覆うように配設することにより、下面開放型ダクトとプリント基板とによって冷却風通路を形成するものである。

下面開放型ダクトは、プリント基板の上側から覆う構造であるため、ダクト内の発熱部品、例えばＣＰＵを交換するような場合には下面開放型ダクトを取り外すだけでＣＰＵにアクセス可能であり、ＣＰＵ等の部品交換時の着脱容易性に優れる。

ところで、今日の電子機器の多くは多機能化と小型軽量化を求められている。このため、電子機器が内蔵するプリント基板には、各種半導体やチップ抵抗器、チップコンデンサ等の小型の電子部品が高密度に実装されている。

このため、下面開放型ダクトの側板の下端部とプリント基板との間に各種半導体やチップ抵抗器、チップコンデンサ等の小型の電子部品が介在するような場合には下面開放型ダクトとプリント基板とのあいだに隙間が生じ、この隙間から冷却風の一部が漏れることによって冷却効率が低下するおそれがある。

一方、下面開放型ダクトとプリント基板との密着性を確保し、冷却効率を維持しよとすると、下面開放型ダクトの下端部がプリント基板と接する領域、即ちＣＰＵ等の発熱部品の周辺領域には電子部品を実装することができなくなる。

このため、下面開放型ダクトは、プリント基板の実装密度の低下要因となる他、プリント基板上の電子部品の配置設計や配線パタン設計上の制約要因となる。

この他、特許文献１が開示する冷却技術の実施形態においては、下面開放型ダクトを構成する放熱板（天板）の同一面内にＣＰＵの熱を受熱する受熱部と多数の放熱フィンとが並べて配置される構造となっているため、さらに発熱量の大きなＣＰＵ等を冷却するために放熱フィンの数や形状を大きくした場合には、金属製の放熱板の面積を大きくせざるを得ずＣＰＵ周辺の部品実装ができない領域の面積も増大しプリント基板上の実装密度はさらに低下することが予想される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、プリント基板に実装された発熱体の着脱容易性を維持しつつ発熱体を高い冷却効率で冷却することができるとともに、プリント基板の実装密度を低減することのない電子機器および冷却構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電子機器は、請求項１に記載したように、基板に実装された発熱体と、発熱体と熱的に接続され発熱体が発生する熱を放熱する放熱体と、発熱体を貫通させる貫通口を有し略平板形状をなすダクトベースと、基板に臨む面が開放され、前記ダクトベースを覆い前記ダクトベースと協働して略密閉された管状の冷却風通路を形成するダクト本体とを備え、ダクトベースは、前記冷却風通路内に配置される放熱体を、前記基板と所定の間隙をもって支持し前記基板に固定することを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る冷却構造は、請求項６に記載したように、基板に実装された発熱体と熱的に接続され前記発熱体が発生する熱を放熱する放熱体と、発熱体を貫通させる貫通口を有し略平板形状をなすダクトベースと、基板に臨む面が開放され、前記ダクトベースを覆い前記ダクトベースと協働して略密閉された管状の冷却風通路を形成するダクト本体とを備え、ダクトベースは、前記冷却風通路内に配置される放熱体を、前記基板と所定の間隙をもって支持し前記基板に固定することを特徴とする。

本発明に係る電子機器および冷却構造によれば、プリント基板に実装された発熱体の着脱容易性を維持しつつ発熱体を高い冷却効率で冷却することができるとともに、プリント基板の実装密度を低減することのない電子機器および冷却構造を提供することができる。

本発明に係る電子機器１の実施形態について添付図面を参照して説明する。

（１）電子機器１の全体構成と冷却空気の流れ
図１は、電子機器の一実施形態として、サーバと呼ばれる電子機器１の外観の一例を示した斜視図である。電子機器１は、金属製のハウジング２を有している。ハウジング２は、箱状の形状をなし、ハウジング本体３と矩形状の天板４とから構成されている。

ハウジング本体３は、左右の側板５ａ、５ｂ、底板６，後板７および前面パネル８から構成されており、ハウジング本体３と天板４とで各種構成品を収容する収容室１５を形成している。

前面パネル８には、左開口部９ａおよび右開口部９ｂが設けられている。左開口部９ａからは２段に重ねられたＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）１０の前端部が露出しており、左開口部９ａを介して各々のＨＤＤが着脱可能となっている。また、左開口部９ａの上部からは光ディスクトレイ１１の前端部が露出しており、光ディスクトレイ１１が引き出し可能となっている。

前面パネル８の右開口部９ｂには、無線カード１２の前端部が露出しており、右開口部９ｂを介して着脱可能となっている。無線カード１２は、電子機器１と外部機材との無線による通信を行うためのものである。

また、前面パネル８の右上部には、電子機器１の状態をモニタするための表示器１３が設けられている。

前面パネル８の左開口部９ａは、ＨＤＤ１０を装着した状態においても適宜の隙間を有している。この左開口部９ａの隙間を介して冷却風が電子機器１の収容室１５に導かれて電子機器１内部の各構成品が冷却されることになる。

図２に示したように、前面パネル８のさらに前方には、ＨＤＤ１０等を保護するために前扉１６が設けられている。前扉１６は、前面パネル８の左右の下部に設けられたヒンジ金具１４によって上下方向に回動自在に設けられている。

前扉１６の左開口部９ａに対応する位置には多数の通風口１７が設けられている。電子機器１の外部の空気は、通風口１７および前面パネル８の左開口部９ａの隙間を通って電子機器１の収容室１５に流入する。

ハウジング２の天板４は、ねじ止めによってハウジング本体３に固定されている。天板４を取り外すことによって電子機器１の収容室１５に収容されている各種構成品にアクセスすることができる。

図３は、天板４を取り外した状態で電子機器１を上から見た図であり、収容室１５に収容されている各構成品の配置を示している。

収容室１５の最も底板６に近接した部分には、主プリント基板（基板）２０が底板６と平行に配設されている。主プリント基板２０は略長方形をなし、底板６とほぼ同一面積で収容室１５の底面のほぼ全体にわたって広がっている。

主プリント基板２０の表面（底板６と反対側の面）には、ＣＰＵを含む半導体素子、抵抗体、コンデンサ等の電子部品、各種コネクタ等が実装されている。

収容室１５の前面パネル８側左方には、２つのＨＤＤ１０が重ねて配置されている。ＨＤＤ１０の前端部は前面パネル８の左開口部９ａに露出している。また、ＨＤＤ１０の後端部からはケーブル（図示せず）が主プリント基板２０のコネクタ（図示せず）と電気的に接続されている。

ＨＤＤ１０の上部には、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等の光ディスクドライブ２１がさらに重ねて配設されている。光ディスクドライブ２１からも同様にケーブル（図示せず）が主プリント基板２０のコネクタ（図示せず）に接続されている。

収容室１５の前面パネル８側右方には、無線カード１２を収容する無線カードホルダ２２が設けられている。

収容室１５の右半分の中央部から後板７にわたる広い領域には、電源ユニット２３が配置されている。電源ユニット２３は箱状の金属ケースによって周囲を囲まれており、金属ケースに内蔵された電源回路から電子機器１の各構成品へ電源を供給している。

電源ユニット２３の下部（電源ユニット２３と底板６とで挟まれた空間）には、複数のメモリ基板（図示せず）が配設されており、主プリント基板２０に設けられているコネクタ（図示せず）と着脱可能に接続されている。個々のメモリ基板には、ＤＲＡＭ等に代表される半導体記憶素子が多数配列されており、電子機器１が取り扱う各種データを一時的に記憶する機能を有している。

収容室１５の左後方には、２枚のＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）ボード２４が主プリント基板２０に装着されている。ＰＣＩボード２４はそれぞれ主プリント基板２０に対して垂直に装着される。ＰＣＩボードは、ＰＣＩ規格に基づいた電気的、機械的インタフェースを備えたプリント基板である。

ＰＣＩボード２４と電源ユニット２３とに挟まれた領域の主プリント基板２０には、最も発熱量が多く、従って冷却を最も必要とされるＣＰＵ６０（発熱体）が実装されている（図６等参照）。そしてＣＰＵ６０の上側に冷却ユニット（冷却構造）２５が配設されている。

冷却ユニット２５はダクト構造をなし、ダクト構造の両端に吸気ファン２６と排気ファン２７とが取り付けられている。冷却ユニット２５のダクト構造の内部には、ＣＰＵ６０の発熱面６０１と熱的に接続されたヒートシンク５０（放熱体）（図５等参照）が配設されている。

図３を参照して、電子機器１全体における冷却風の流れについて説明する。

電子機器１に電源が投入されると、電源ユニット２３から供給される電力が電子機器１内部の各構成品に供給され、主プリント基板２０に実装されているＣＰＵ６０等発熱部品は発熱を開始する。同時に、冷却ユニット２５の吸気ファン２６および排気ファン２７が駆動される。

排気ファン２７の吐出口２７ａが対向するハウジング本体３の後板７には、吐出口２７ａの対応する位置に排気口２８が設けられている。吸気ファン２６および排気ファン２７が回転すると収容室１５内部の空気は吸気ファン２６の吸込口２６ａから吸い込まれ、冷却ユニット２５のダクト構造の内部を流れた後、排気ファン２７の吐出口２７ａ、さらには後板７の排気口２８から電子機器１の外部へ吐き出される。

一方、吸気ファン２６および排気ファン２７の回転に基づく静圧の発生により、電子機器１の収容室１５の圧力は電子機器１の外部の圧力（大気圧）に比べて低くなる（収容室１５内部は負圧の状態となる）。このため、収容室１５には、電子機器１の外部の空気が流入する。

図１ないし図２に示したように、収容室１５を覆うハウジング２には、ハウジング本体３の前面パネル８に左開口部９ａが設けられており、ＨＤＤ１０を装着した状態においても一定の隙間が確保されている。また、前面パネル８のさらに前面に設けられている前扉１６にも多数の通風口１７が設けられている。一方、ハウジング２を構成する他の面、即ち天板４，左右の側板５ａ、５ｂ、底板６および後板７（但し排気口２８を除く）には開口された部分はほとんど無く、略密閉されている。

このため、収容室１５の内部の圧力が負圧になると、電子機器１の外部の空気は前扉１６に設けられている多数の通風口１７から収容室１５に流入することになる。

この結果、収容室１５の内部では、前扉１６の通風口１７から、後板７の排気口２８に向けてほぼ直線上の冷却空気の流れが形成されることになる。この冷却空気の流れの大半は、冷却ユニット２５の吸気ファン２６の吸込口２６ａから吸い込まれ、冷却ユニット２５のダクト構造内を流れて排気口２８から外部に吐き出される。

他方、主プリント基板２０に実装されているＣＰＵ６０から発生する熱は、ＣＰＵ６０と熱的に接続されているヒートシンク５０に伝熱する。ヒートシンク５０は、冷却ユニット２５のダクト構造内に配設されており、ヒートシンク５０に伝熱した熱は、ダクト構造内を流れる空気（冷却空気）と熱交換される。受熱した冷却空気は排気口２８から電子機器１の外部に吐き出される。

以上が電子機器１全体としてみた場合のＣＰＵ６０の冷却のメカニズムである。

（２）冷却ユニット
図４は、冷却ユニット２５を上方から見た斜視図を示したものである。

冷却ユニット２５は、主プリント基板２０を臨む面が開放され断面が略コの字状をなすダクト本体３０と、ダクト本体３０の吸込口３１に取り付けられる吸気ファン２６と、ダクト本体３０の吐出口３２に取り付けられる排気ファン２７と、ダクト本体３０によって上側から覆われダクト本体３０と協働して管状の冷却風通路３３を形成するダクトベース４０（図６等参照）と、冷却風通路３３に配設され主プリント基板２０に実装されたＣＰＵ６０の熱を放熱するヒートシンク（放熱体）５０とを有している。

吸気ファン２６および排気ファン２７は、それぞれ電動の軸流ファンで構成されている。吸気ファン２６は、吸気ファン２６の吸込口２６ａの周辺部に設けられた４カ所の案内孔を介してねじ２６ｂを用いてダクト本体３０の吸込口３１側にねじ固定されている。同様に排気ファン２７は、ねじ２７ｂを用いてダクト本体３０の吐出口３２側にねじ固定されている。

本実施形態では、冷却風の風量の動作点を高め冷却性能の向上を図るため、吸気ファン２６と排気ファン２７とをダクト本体３０の吸込口３１と吐出口３２に直列に配置して静圧を高める形態としているが、他の実施形態も可能である。

例えば、発熱体の発熱量によっては吸気ファン２６或いは排気ファン２７のいずれか一方のみの形態でも良い。或いは、逆にファンをダクト本体３０の中間部にさらに設けて３以上のファンで構成する形態であっても良い。さらに、ダクト本体３０の吸込口３１および吐出口３２の双方あるいはいずれか一方にファンを複数並列的に配置する形態であっても良い。

また、ファン自体の方式も軸流ファンに限定されるものではない。例えば多翼遠心型ファン（シロッコファンとも呼ばれる）であっても良い。

ダクト本体３０は、ダクト本体３０の上部の面を構成するダクト天板３０１と、ダクト本体３０の図４において左側の側面を構成する第１側板３０２と、ダクト本体３０の図４において右側の側面を構成する第２側板３０３を有し、これらダクト天板３０１、第１側板３０２、および第２側板３０３によって主プリント基板２０に臨む面が開放された断面略コの字状の冷却風通路３３を形成している。

ダクト天板３０１は、吸気ファン２６に連なる面および排気ファン２７に連なる面からそれぞれ傾斜面をもって下降し中央の水平な窪み面３０４に連なっている。ダクト本体３０のこのような形状によって、冷却風通路３３は窪み面３０４の領域において高さ方向に絞り込まれている。

第１側板３０２は、ダクト天板３０１の左縁から主プリント基板２０の表面にわたって垂直に起立する平板で形成されている。第１側板３０２の主プリント基板２０を臨む下端部３０２ａ（図９参照）は直線上をなし、ダクト本体３０が主プリント基板２０に固定された際には直線上の下端部３０２ａは主プリント基板２０の表面に接してダクト本体３０の支持部のひとつとして機能する。

これに対して第２側板３０３は、中央の棚部３０５を境に棚部３０５の上部と下部とでは冷却風通路３３の幅方向に段差をもった形状を成している。棚部３０５の上部には図３に示したように電源ユニット２３が近接して配置されるため、電源ユニット２３との干渉を避ける必要がある。一方、棚部３０５の下部に隣接する領域、即ち電源ユニット２３の下部にはメモリ基板（図示せず）が配置さるが、配置上余裕を持っている。

従って、本実施形態における第２側板３０３の段差形状は、ダクト本体３０と電源ユニット２３との実装効率を向上させるものである。ダクト本体３０に隣接する構成品が異なる他の実施形態では第２側板３０３の段差をなくして平面上に形成した形態も可能である。

第２側板３０３の主プリント基板２０に臨む下端部３０３ａは、前後２つの脚部３０６とそれらの間に形成される下部間隙３０７を有している。後述するダクトベース４０の存在により、第２側板３０３の下端部３０３ａの全体が主プリント基板２０の表面に接していなくてもダクト本体３０とダクトベースによって冷却風通路３３の密閉性を確保することが可能となる。

このため、第２側板３０３の下端部３０３ａには、ダクト本体３０の質量を支持するための脚部３０６を設け、２つの脚部３０６の間には下部間隙３０７を有した形態としている。

下部間隙３０７の存在により、下部間隙３０７の領域およびその内側の領域にわたって主プリント基板２０に冷却を要しない半導体素子、抵抗体、コンデンサ等の電子部品を実装することが可能となる。

従来技術（例えば特許文献１および２）では、ダクト本体３０に相当する構成品のみで冷却風通路３３を形成する形態であったため、密閉性を確保するためには両下端部３０２ａ，３０３ａは全体にわたって主プリント基板２０の表面に接する必要があった。このため、ダクト本体３０内部のＣＰＵ６０の周辺部には電子部品を実装することが困難であった。

本発明にかかる冷却ユニット２５の構造によれば、冷却風通路３３の密閉性を確保するとともに下部間隙３０７を設けることができ、このため、ＣＰＵ６０の周辺部にも半導体素子、抵抗体、コンデンサ等の電子部品を高密度に実装することが可能となる。

特に今日のように電子機器１の多機能化、小型化への要求が高まる中においては、高密度実装を可能とする下部間隙３０７の存在は有用である。

本実施形態では、方形状の脚部３０６を２つ設ける形態としているがこの形状、数量に限定されるものではない。

また、第２側板３０３と同様に、第１側板３０２においても下部間隙３０７を設けた形態としても良い。これによってＣＰＵ６０の周辺のより広い範囲に電子部品を実装することが可能となる。

ダクト本体３０は、例えば透明な合成樹脂によって形成されている。ダクト本体３０の目的が、内部を流れる冷却空気の密閉性の確保を主な目的とし、ダクト本体３０自体からの放熱は必ずしも必要としないような場合には、本実施形態のように質量の小さな合成樹脂を用いてダクト本体３０を形成することによって、電子機器１全体の軽量化が可能となる。

また、ダクト本体３０が軽量化されることによって、ダクト本体３０の固定方法も極めて簡素化することが可能となる。

図４に示したようにダクト本体３０は、吸気ファン２６の下部に延長され、ダクト本体３０と一体的に形成されたダクト支持部３０８を備えている。ダクト支持部３０８の先端部には主プリント基板２０に平行に接する舌片状のダクト取付部３０９が設けられておりさらにダクト取付部３０９には貫通孔３１０が設けられている。ダクト支持部３０８と主プリント基板２０とを貫通孔３１０を介して取付ねじ３１１を用いてねじ固定することにより、ダクト本体３０は主プリント基板２０に固定される。

このように取付ねじ３１１のみを用いて簡易かつ簡素な固定方法によってダクト本体３０を主プリント基板２０に固定することが可能となっている。この結果、ダクト本体３０の組み込み作業を短時間で行うことができ、加工性に優れる。

また、ダクト本体３０に覆われているＣＰＵ６０は、性能向上等を目的として交換をする場合があるが、ＣＰＵ６０の交換時においても取付ねじ３１１によって容易にダクト本体３０の着脱が可能であり、保守性に優れる。

また、本実施形態ではダクト本体３０を形成する合成樹脂の色は透明としている。ダクト本体３０が透明であることによって、組立作業者がダクト本体３０を組み立てる際にダクト本体３０内部の状態を容易に監視することが可能となる。例えば主プリント基板２０上の配線線材の一部がダクト本体３０の下端部３０３ａ等に噛み込まれて組み立てられた場合であっても、ダクト本体３０の外部から容易にかかる異常状態を発見することができる。

本実施形態では、ダクト本体３０を透明な合成樹脂で形成しているが、他の材料を用いた形態でもよい。例えば熱伝導率の高いアルミニウムなどの金属材料であってもよい。ダクト本体３０を形成する材料が熱伝導率の高い金属の場合、内部のヒートシンク５０との熱交換によって温度の上昇した冷却空気の熱の一部を、ダクト本体３０から放熱することもできる。

図５は、ダクト本体３０を主プリント基板２０から取り外した状態で、ダクト本体３０の内部に配設されているヒートシンク５０およびダクトベース４０を上側から見た斜視図である。

主プリント基板２０に近接して主プリント基板２０と平行にダクトベース４０が配設されている。ダクトベース４０は平板状をなすベース板４０１（図６参照）と、ベース板４０１の４隅に設けられている４つのベース脚４０２を有している。

ベース脚４０２の下端は主プリント基板２０に接しており、４つのベース脚４０２によってダクトベース４０のベース板４０１およびヒートシンク５０を下から支持している。

ダクトベース４０のベース板４０１の下側の面と主プリント基板２０の表面とはベース脚４０２の高さに相当する間隙４０ａを有している。この間隙４０ａの存在によって、ダクトベース４０の下部に実装されているＣＰＵ６０に近接して抵抗体、コンデンサ或いは比較的発熱量の少ない半導体素子を主プリント基板２０に実装することが可能となり、主プリント基板２０の高密度実装化に寄与している。

ダクトベース４０のベース板４０１の上面側にヒートシンク５０が取り付けられている。ヒートシンク５０は、ヒートシンク基部５０１と多数の放熱フィン５０２とから構成される。

ヒートシンク基部５０１は、ダクトベース４０のベース板４０１とほぼ同一の外形を有する平板形状をなしベース板４０１に対して水平に取り付けられる。

ヒートシンク基部５０１からは、多数の板状の放熱フィン５０２がヒートシンク基部５０１に対して垂直に起立している。総ての放熱フィン５０２はダクト本体３０内を流れる冷却空気の流れの方向と平行になるようにヒートシンク基部５０１に取り付けられている。冷却風通路３３の圧力損失を低減させるためである。

ヒートシンク５０のヒートシンク基部５０１および放熱フィン５０２は熱伝導率の高い金属、例えば銅やアルミニウム等で一体的に形成されている。

ヒートシンク５０の四隅には放熱フィン５０２の一部を切り欠いて切欠部５０３が形成されており、それぞれの切欠部５０３に設けられたねじ貫通孔５０４を介して止めねじ５０５がダクトベース４０のベース脚４０２をさらに貫通した後、主プリント基板２０にねじ固定される。

また、止めねじ５０５はコイルばね（弾性体）５０６を貫通させた後にヒートシンク５０の貫通孔５０４に挿入される。止めねじ５０５を、例えば主プリント基板２０の裏面に設けられているボス部等にねじ込むことによってコイルばね５０６は圧縮される。この圧縮に基づいて発生するコイルばね５０６の弾性によってヒートシンク５０およびダクトベース４０は主プリント基板２０の方向に押し込まれる。

図６は、ヒートシンク５０およびダクトベース４０を主プリント基板２０から取り外した分解斜視図を示したものである。

図６に示したように、ヒートシンク５０およびダクトベース４０の下部にはＣＰＵ６０が主プリント基板２０に実装されている。

近年、ＣＰＵ６０の技術進歩は早く、一旦実装した後であっても新たにリリースされた高性能のＣＰＵ６０と交換する場合がありうる。そのため、ＣＰＵ６０の交換を前提とした実装方法としてＣＰＵソケット６０２を用いた実装方法がとられるようになって来ている。本実施形態においても、ＣＰＵソケット６０２を用いた実装方法を採用している。

即ち、図６に示したように、主プリント基板２０にＣＰＵソケット６０２を半田付け等で固定し、ＣＰＵソケット６０２の上からＣＰＵ６０を着脱可能に挿入する形態としている。

ＣＰＵ６０の主プリント基板２０と反対側の面は熱伝導率の高い金属で形成される発熱面６０１となっており、ＣＰＵ６０の内部で発生した熱は発熱面６０１に熱分布がほぼ均一となるように伝熱される。ＣＰＵ６０の性能を維持するためには、発熱面６０１の熱を高い効率で冷却することが重要となる。

ＣＰＵソケット６０２に嵌合されたＣＰＵ６０の上からダクトベース４０が設置される。ダクトベース４０には、ＣＰＵソケット６０２の外周よりも一回り大きなベース開口４０４が設けられている。

また、ダクトベース４０のベース板４０１の四隅には、止めねじ５０５を貫通させる貫通孔４０３が設けられており、この貫通孔４０３はベース脚４０２の内部をさらに貫通している。

ダクトベース４０のベース脚４０２の高さは、ダクトベース４０を主プリント基板２０に設置した時に、ベース開口４０４を貫通するＣＰＵ６０の発熱面６０１がダクトベース４０のベース板４０１の上面よりわずかに高くなるように調節されている。

このため、ダクトベース４０の上にヒートシンク５０を設置すると、ヒートシンク５０のヒートシンク基部５０１の底面、即ち受熱面５０３は、ＣＰＵ６０の発熱面６０１と接触可能となっている。

実際には、ヒートシンク５０の受熱面５０３とＣＰＵ６０の発熱面６０１とは伝熱性シートや伝熱性グリス等を介して接合されており、受熱面５０３と発熱面６０１との高い熱伝導性を確保している。

また、ヒートシンク５０の受熱面５０３とＣＰＵ６０の発熱面６０１とは適宜の押圧をもって押されることにより、受熱面５０３と発熱面６０１との密着性が高められ、熱伝導性をさらに高めている。この適宜の押圧は、ヒートシンク５０の止めねじ５０５に設けられているコイルばね５０６の弾性から生じるものである。

図６に示したように、ヒートシンク５０の止めねじ５０５は、コイルばね５０６を貫通した後、ヒートシンク５０のヒートシンク基部５０１に設けられている貫通孔５０４、ダクトベース４０の貫通孔４０３を貫通し、さらに主プリント基板２０に設けられている貫通孔２０１を貫通した後、例えば主プリント基板２０の裏面の固定されているボス部（図示せず）にねじ込まれる。

止めねじ５０５のねじ込みによってコイルばね５０６は圧縮され、ヒートシンク５０の受熱面５０３と、ＣＰＵ６０の発熱面６０１とがねじ込みの程度に応じた適宜の押圧で押し合わされ、高い熱伝導性が確保される。

なお、ヒートシンク５０は、ダクトベース４０を介さないで、止めねじ５０５とコイルばね５０６を用いた同様の方法で直接ＣＰＵ６０と接合させることも原理的には可能である。しかしながら、ダクトベース４０が無い場合においては、ヒートシンク５０の受熱面５０３の面積はＣＰＵ６０の発熱面６０１に比べて大きいため、例えばヒートシンク５０の一方の端のねじ止め作業によって他方の端が浮き上がり易くなりヒートシンク５０のねじ止め作業が不安定になる。

また、ＣＰＵ６０を交換する際にヒートシンク５０を取り外す必要があるが、この場合においても、一方の端の止めねじ５０５を外した途端に、まだ外していない他方の端の止めねじ５０５のコイルばね５０６の弾性で引っ張られ、止めねじ５０５ねじを外した側のヒートシンク５０の端が跳ね上がってしまい作業が不安定となる。また場合によってはヒートシンク５０の跳ね上がりによってＣＰＵ６０を損傷することも考えられる。

ダクトベース４０の存在によって、ヒートシンク５０を取り付ける際のねじ止め作業も安定する。このため、ヒートシンク５０の四隅の止めねじ５０５の締め付け力も均一化され受熱面５０３と発熱面６０１との密着性も高まる。

また同様にダクトベース４０の存在によって、ヒートシンク５０の取り外し作業においても、ヒートシンク５０の一方の端が跳ね上がってしまう等の作業の不安定は解消される。ヒートシンク５０の跳ね上がりによるＣＰＵ６０の損傷等も回避できる。

図７は、ダクトベース４０を下側から見た斜視図を示している。本実施形態では、ダクトベース４０は、ダクト本体３０と同様に軽量化等の目的から透明の合成樹脂で形成されている。

ダクトベース４０の備えるベース開口４０４の周辺部には、ベース板４０１の下方向に向かって一対の横仕切り板４０５、および一対の縦仕切り板４０６が設けられている。横仕切り板４０５および縦仕切り板４０６は、ベース板４０１の強度を確保すると同時に、冷却風のベース板４０１の下部への侵入を防止し、ヒートシンク５０が配置されているベース板４０１の上側に集中するようにしている。

ベース開口４０４は、ヒートシンク５０の装着時にはヒートシンク基部５０１によってほぼ完全に覆われるため、冷却風がダクトベース４０の上側の冷却風通路３３から、ベース開口４０４を通過してダクトベース４０の下側に漏れこむことはない。

図８は、冷却ユニット２５を組み込んだ状態での軸方向の垂直断面図を示したものである。

ダクト本体３０の図８において左側には吸気ファン２６が４本の止めねじ２６ｂによってダクト本体３０に固定されている。同様に図８において右側には排気ファン２７が４本の止めねじ２７ｂによってダクト本体３０に固定されている。

ダクト本体３０、吸気ファン２６、排気ファン２７およびダクト本体３０の下部に配設されているダクトベース４０によって、図８において左から右に流れる冷却風通路３３が形成される。

図８に示されるように、ダクト本体３０のダクト天板３０１は、中央の水平な窪み面３０４において高さが最も低くなっており、この中央部の窪み面３０４の領域において、ヒートシンク５０の放熱フィン５０２の高さとほぼ同一になっている。

また、放熱フィン５０２の幅方向の長さはダクト本体３０の内側の幅の長さとほぼ一致している（図９参照）。

このため、吸気ファン２６から吸い込まれたほとんど総ての冷却空気は、ダクト本体３０の窪み面３０４の領域においてヒートシンク５０の放熱フィン５０２と接触することになる。この結果、吸気ファン２６から吸い込まれた冷却空気はほとんど無駄なく放熱フィン５０２との熱交換に供され、高い冷却効率が実現できる。

図９は、冷却ユニット２５を組み込んだ状態で冷却ユニット２５の窪み面３０４の領域における横方向の垂直断面を排気ファン２７の方向から見た図である。

図９からわかるように、冷却ユニット２５の中央部の窪み面３０４の領域においては、個々の放熱フィン５０２の先端部をつないだ包絡外面と、ダクト本体３０の内側の面とはほぼ同一形状、同一寸法をなし、ダクト本体３０の断面のほぼ全域を放熱フィン５０２が充満している様子がわかる。

また、放熱フィン５０２の領域とほぼ対応する位置に、吸気ファン２６の円状の吐出口が臨んでいる。このため、吸気ファン２６の吐出口から吐き出された冷却空気は速度を落とすことなく直線的に放熱フィン５０２の間を通り抜けることができ、冷却効率向上に寄与している。

ダクト本体３０の第１側板３０２は、ダクト天板３０１から垂直に主プリント基板２０に伸びており、下端部３０２ａの近傍でダクトベース４０の外縁部４０８と接している。このため、ダクト本体３０の第１側板３０２の下端部３０２ａ近傍とダクトベース４０の外縁部４０８との間で略密閉性が確保される。

一方、ダクト本体３０の第２側板３０３の下端部３０３ａ部は、脚部３０６以外の場所では主プリント基板２０には接しておらず、下部間隙３０７を形成している。しかしながら、第２側板３０３の下端部３０３ａ部とダクトベース４０の外縁部４０８とは図９からわかるようにほぼ接しており、下端部３０３ａとダクトベース４０の間で略密閉性が確保されている。

このように、ダクト本体３０とダクトベース４０とによって冷却風通路３３の密閉性が確保されている。

他方、第２側板３０３が形成する下部間隙３０７、ダクトベース４０が形成する間隙４０ａによって、ＣＰＵ６０の周辺部の主プリント基板２０上に電子部品の実装が可能となる領域を確保できている。このため、主プリント基板２０への高密度実装化を可能としている。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、第１側板３０２の下端部に第２側板３０３と同様な脚部を持たせて第１側板３０２の下端部に下部間隙を形成する形態としてもよい。

本発明に係る電子機器の実施形態の外観の一例を示す第１の斜視図。 本発明に係る電子機器の実施形態の外観の一例を示す第２の斜視図。 本発明に係る電子機器の実施形態の構成品の配置例を示す図。 本発明に係る電子機器に設けられる冷却ユニットの外観の一例を示す図。 本発明に係る電子機器に設けられる冷却ユニットに収容される構成品の外観の一例を示す図。 本発明に係る電子機器に設けられる冷却ユニットに収容される構成品の構造例を示す分解図。 本発明に係る電子機器に設けられる冷却ユニットに収容されるダクトベースの外観の一例を示す図。 本発明に係る電子機器に設けられる冷却ユニットの軸方向の垂直断面例を示す図。 本発明に係る電子機器に設けられる冷却ユニットの径方向の垂直断面例を示す図。

符号の説明

１ 電子機器
２０ 主プリント基板（基板）
２５ 冷却ユニット（冷却構造）
２６ 吸気ファン（ファン）
２７ 排気ファン（ファン）
３０ ダクト本体
３１ 吸込口
３２ 吐出口
３３ 冷却風通路
４０ ダクトベース
４０ａ 間隙（所定の間隙）
５０ ヒートシンク（放熱体）
６０ ＣＰＵ（発熱体）
３０３ａ 下端部
３０７ 下部間隙（所定の間隙）
４０４ ベース開口（貫通口）
５０６ コイルばね（弾性体）
５０３ 受熱面
６０１ 発熱面

Claims (10)

1. 基板に実装された発熱体と、
   前記発熱体と熱的に接続され前記発熱体が発生する熱を放熱する放熱体と、
   前記発熱体を貫通させる貫通口を有し略平板形状をなすダクトベースと、
   前記基板に臨む面が開放され、前記ダクトベースを覆い前記ダクトベースと協働して略密閉された管状の冷却風通路を形成するダクト本体とを備え、
   前記ダクトベースは、前記冷却風通路内に配置される放熱体を、前記基板と所定の間隙をもって支持し前記基板に固定することを特徴とする電子機器。
2. 前記ダクト本体は、前記冷却風通路に冷却風を強制的に流すファンを前記ダクト本体の吐出口および吸込口の双方或いはいずれか一方に備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記ダクト本体は、前記冷却風通路の少なくとも一部において、前記ダクト本体の内面と前記放熱体が備える複数のフィンの包絡外面とが近接し前記冷却風通路を流れる冷却風の略総てが前記複数のフィンの間を通過するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記ダクト本体は、前記ダクト本体を形成する側板の前記基板に臨む下端部の一部と前記基板の表面との間に所定の間隙を設けるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
5. 前記放熱体は、弾性体と前記ダクトベースとを介して前記基板に固定され、前記ダクトベースを貫通する前記発熱体の発熱面と前記放熱体の受熱面とが前記弾性体の弾性に基づく適宜の押圧をもって熱的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
6. 基板に実装された発熱体と熱的に接続され前記発熱体が発生する熱を放熱する放熱体と、
   前記発熱体を貫通させる貫通口を有し略平板形状をなすダクトベースと、
   前記基板に臨む面が開放され、前記ダクトベースを覆い前記ダクトベースと協働して略密閉された管状の冷却風通路を形成するダクト本体とを備え、
   前記ダクトベースは、前記冷却風通路内に配置される放熱体を、前記基板と所定の間隙をもって支持し前記基板に固定することを特徴とする冷却構造。
7. 前記ダクト本体は、前記冷却風通路に冷却風を強制的に流すファンを前記ダクト本体の吐出口および吸込口の双方或いはいずれか一方に備えたことを特徴とする請求項６に記載の冷却構造。
8. 前記ダクト本体は、前記冷却風通路の少なくとも一部において、前記ダクト本体の内面と前記放熱体が備える複数のフィンの包絡外面とが近接し前記冷却風通路を流れる冷却風の略総てが前記複数のフィンの間を通過するように形成されたことを特徴とする請求項６に記載の冷却構造。
9. 前記ダクト本体は、前記ダクト本体を形成する側板の前記基板に臨む下端部の一部と前記基板の表面との間に所定の間隙を設けるように形成されたことを特徴とする請求項６に記載の冷却構造。
10. 前記放熱体は、弾性体と前記ダクトベースとを介して前記基板に固定され、前記ダクトベースを貫通する前記発熱体の発熱面と前記放熱体の受熱面とが前記弾性体の弾性に基づく適宜の押圧をもって熱的に接続されることを特徴とする請求項６に記載の冷却構造。

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