JP2008166465A - ヒートシンクファン - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数を増やさずにヒートシンクと軸流ファン、ヒートシンクファンとマザーボードとを強固に取り付ける。
【解決手段】
軸流ファン５は、基部１１の中心軸と軸流ファン５のインペラ５２の回転軸とがほぼ一致するようにヒートシンク１の上側に載置される。ヒートシンク１の外周側面には、図１に示されているように、放熱フィン１２の終端縁が形成する包絡面に切欠き部１１２が形成されている。切欠き部１１２に対して風洞部５１１から下方に延びる腕部５１１１に形成される係合部５１１２が係合され、ヒートシンク１と軸流ファン５とが固定される。腕部５１１１は更に軸方向下方に向けて伸び、その先端には取付部５１１５が形成されている。取付部５１１５は、取付部材６によってマザーボード３１に取り付けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＭＰＵを含む電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンクファンに関するものである。

ＭＰＵ（Micro Processing Unit）は、受け取ったデータに対して演算などの処理を加えて出力結果を得るコンピュータの中枢部分であり、高性能な電子機器に搭載される。近年はＭＰＵの高クロック化が著しく、高クロック化に合わせてＭＰＵ自体の発熱も増大傾向の一途を辿っており、発熱によりＭＰＵが誤動作する可能性があり、ＭＰＵの冷却問題は極めて重要になってきている。そのため、それら高性能な電子機器に搭載されているＭＰＵ等の発熱する電子部品には、金属製で表面積がなるべく広くなるような複数の放熱用フィンで構成されたヒートシンクと、そのヒートシンクに冷却風を供給する軸流ファンとを組み合わせたヒートシンクファンが装着されている。その際、ヒートシンク本体がＭＰＵに接触するように装着され、ヒートシンクは、軸流ファンによって供給される冷却風によって強制的に冷却される。

ＭＰＵは通常マザーボードと呼ばれる電子機器を構成するための主要な回路基板に実装されている。ヒートシンクファンは、マザーボードに取り付けられることによって、ＭＰＵとヒートシンクとが熱的に接触するように構成されている。つまり、ヒートシンクファンには、マザーボードとの取り付けを可能にする取付部が必要になる。

そのマザーボードとヒートシンクの取付手段としては、放射状に放熱フィンが配列されるヒートシンクの中央にベース（円柱状のコア１３）に支持部材（取付部）が取り付けられる構成のヒートシンクが開示されている（特許文献１参照）。

その他の取付手段としては、ケーシングと放熱器（ヒートシンク）が一体のファンにおいて、ケーシングの天板部に４つの脚部が形成されており、各脚部によってファンが基板に取付られていることが開示されている（特許文献２参照）。

特開２００６−３２９４１公報（第１図Ｂ） 特開２００６−２１６６７８公報（第１図）

近年、ＭＰＵの演算処理速度は、速くなる傾向にあり、ＭＰＵに装着されるヒートシンクファンの冷却効率の向上が求められ、冷却風を効率よくヒートシンクに供給する必要がある。また、冷却効率を考慮してヒートシンクは大型化、重量化が進んでいる。つまり、マザーボードとヒートシンクファンとの高い取付強度が要求されている。それと並行して、組立コストの低減を考慮して部品点数の削減を実施する必要がある。

ところが、特許文献１のヒートシンクファンにおいては、マザーボードとヒートシンクファンとの取り付けに支持部材が必要となり、組立工数の削減を行うことができない。また、特許文献２のヒートシンクファンにおいては、マザーボードに取り付ける脚部がファンによる冷却風の流れを阻害し、十分な冷却効果を得ることができない。

ヒートシンクファンの冷却効率を向上させるには、ファンから排出された冷却風が効率よく放熱フィンを通過し、外部に吐き出される必要がある。特に放熱用のフィンがヒートシンクの中心軸から離れる方向に放射状に延伸されて形成されているヒートシンクにおいては、ファンから吐き出された冷却風は、放熱フィンの横を通過して放射状に外部に吐き出される。よって、ヒートシンクの径方向外方に冷却風の通過を妨げる物が配置された場合には、冷却効率が著しく低下する。よって、万が一、ヒートシンクの径方向外方に冷却風の通過を妨げる物が配置された場合には、その物によって妨げられる冷却風のエネルギ損失ができるだけ小さくなるように、その物の形状を工夫する必要がある。冷却風が妨げられた場合、冷却風が放熱フィン間に滞留し、放熱フィンから十分に放熱されず、冷却効率が低減する。

更に、ヒートシンクは従来よりも高い冷却特性が求められている。それに伴い、ヒートシンクに使用される材料の比重が重くなったり、ヒートシンク自体のサイズが大きくなったりする。例えば、一般的に使用されるヒートシンクの材料はアルミニウムであるが、アルミニウムよりも銅の方が熱伝達効率（熱伝導性）が高いため、冷却効率を向上させるためにヒートシンクの材料として一部銅が用いられることが多くなってきている。銅はアルミニウムと比較して比重が約3倍ほど大きいため、ヒートシンク単体の質量は必然的に大きくなる。また、同一の材料でヒートシンクを形成する場合は、放熱フィンの表面積を大きくするために、ヒートシンク自体のサイズを大きくする必要がある。よって、ヒートシンクによる冷却特性の向上が要求された場合には、ヒートシンク自体の質量は大きくなる。

ヒートシンクの質量が大きくなった場合、ヒートシンクファンを十分な強度でマザーボードに取り付ける必要性がある。例えば、特許文献１のヒートシンクにおいては、十分な取付強度でマザーボードとの取り付けを行うことができる。しかし、取り付けのために別部材が必要になる。この場合、別部材（支持部材）をヒートシンクに取り付ける工数が発生し、更に別部材の材料費、材料加工費が含まれるため、部品点数が多く生産工数が高くなってしまう。市場の要求を満足するためには、取付強度が高いだけでなく、生産工数が掛からない安価なヒートシンクファンを提供する必要がある。このため、部品点数を増やさずに、取付強度の高い取付手段が必要である。

本発明は、上記のような銃ら技術に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、ヒートシンクの冷却効率を低減することなく、且つマザーボードとヒートシンクファンとの取付強度を低減することなく、生産工数が少ないヒートシンクファンを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のヒートシンクファンは、電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンクファンであって、ファン部と、該ファン部の回転中心軸上に配置された基部と、該中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸し、且つ終端縁を有する複数のフィンと、を備えるヒートシンクと、を備え、前記ファン部は、前記中心軸と略同軸上に配置され前記ヒートシンクに対し冷却用の空気流を供給する軸流ファンと、該軸流ファンを前記ヒートシンクと軸線方向において対向するように支持するハウジングと、該ハウジングから前記ヒートシンクの前記軸流ファンが配置される方向とは反対側に向けて延伸する腕部と、該腕部に形成された係合部と、前記腕部の先端に形成された取付部を有しており、前記係合部が前記ヒートシンクの一部に係合することにより前記ファンの軸線方向への移動が規制されており、前記取付部は取付部材によって被冷却物又は被冷却物が載置されている基板に取り付けられるように構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のヒートシンクファンは、請求項１に記載のヒートシンクファンであって、前記フィンの終端縁にて形成される前記ヒートシンク外周包絡面には、前記中心軸から離れる方向に突出する凸部又は前記中心軸に向かう方向に窪む凹部が形成され、該凸部又は凹部に前記係合部が係合することにより前記ファンの軸線方向への移動が規制されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のヒートシンクファンは、請求項１に記載のヒートシンクファンであって、前記軸流ファンが配置される反対側の前記フィン端部に前記係合部が係合することにより前記ファンの軸線方向への移動が規制されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のヒートシンクファンでは、請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートシンクファンであって、前記腕部は、前記ハウジングに対して前記中心軸を中心として周方向に複数個所形成されており、各前記腕部は２本の腕で構成されており、前記２本の腕がそれぞれ周方向に並ぶように配置されており、前記２本の腕によって前記取付部が支持されていることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載のヒートシンクファンは、請求項１乃至４のいずれかに記載のヒートシンクファンであって、前記２本の腕は、前記取付部に近付くにつれて周方向における互いの相対距離が小さくなるように延伸形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載のヒートシンクファンは、請求項１乃至５のいずれかに記載のヒートシンクファンであって、前記取付部の周囲には、前記取付部を囲むように側壁が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項７に記載のヒートシンクファンは、請求項１乃至６のいずれかに記載のヒートシンクファンであって、前記腕部は前記ハウジングに対して、前記中心軸を中心とする周方向に４箇所配置されており、そのうちの対向する２箇所に前記係合部が配置されていることを特徴とする。

本発明の請求項８に記載のヒートシンクファンは、請求項１乃至７のいずれかに記載のヒートシンクファンであって、前記ハウジングは、略円環状の風洞部と、前記風洞部から軸線方向において前記ヒートシンクが配置される反対側に向けて突出する複数の支柱部と、前記軸流ファンが支持固定されているベース部と、前記支柱部先端とベース部とを連結接続する支持リブとを、備えており、前記腕部は前記風洞部から軸線方向において前記ヒートシンク側に向けて複数個所延伸されており、前記ハウジングの周方向において隣り合う前記腕部と前記腕部との間に前記支柱部が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項９に記載のヒートシンクファンは、請求項１乃至８のいずれかに記載のヒートシンクファンであって、前記風洞部と、前記支柱部と、前記ベース部と、前記腕部と、は、樹脂射出成型によって連続的に一体で形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１にかかるヒートシンクファンでは、腕部にヒートシンクとの係合を可能にする係合部と、その先端にマザーボードとの取り付けを可能にする取付部が形成されている。このため、取付用の別部材をヒートシンクに取り付けることなく、ヒートシンクファンをマザーボードに対して、取り付けることが可能である。また、軸流ファンからヒートシンクに供給された冷却風がエネルギ損失が少ない状態でヒートシンク径方向外方に向けて吐き出される。つまり、放熱フィン付近で冷却風が滞留しないため、連続的に冷却風が供給されヒートシンクの冷却効率が高くなる。

本発明の請求項４にかかるヒートシンクファンでは、腕部が２本の腕で構成されている。これによって、取付部に装着する取付部材を腕と腕の間に配置し、取付部材が径方向外方に突出するのを防ぐことが可能である。それにより、ヒートシンクファンの径方向の寸法を抑えることが可能である。また、腕を２本にすることにより、同一の断面積で１本の腕の腕部よりも断面２次モーメントの値を大きくすることができ、腕部の強度を高くすることができる。

本発明の請求項５にかかるヒートシンクファンでは、２本の腕が平行ではなく、互いに近付きながら斜めに形成されているため、周方向の断面２次モーメントの値を大きくすることができる。これにより、腕部の強度を高くすることができる。また、２本の腕の間隔を広げることができるため、冷却風の吐き出しが最も効率よく行える位置に腕部を配置することが可能である。よって、ヒートシンクファンの冷却効率を高めることが可能である。また、２本の腕の間には取付部材を配置することが可能である。これによって取付部材が径方向外方に突出しないように配置される。

本発明の請求項６にかかるヒートシンクファンでは、取付部の周囲に側壁が形成されている。取付部の周囲に側壁が形成されることによって、取付部自体の強度が向上する。よって、マザーボードにヒートシンクファンを取り付ける際の強度が向上する。

以下、本発明の各実施形態のヒートシンクファンについて、図１乃至図７を参照して説明する。なお、本発明の実施形態に説明では便宜上各図面の上下方向を「上下方向」とするが、実際の取り付け状態における方向を限定するものではない。

図１は本発明にかかる第１の実施形態のヒートシンクファンを示した斜視図である。図２は本発明にかかる第１の実施形態のヒートシンクとＭＰＵとの接触の状態を示す平面図である。図３は本発明にかかる第１の実施形態のヒートシンクファンを示した平面図である。

ヒートシンク１は、アルミニウム、銅、銅合金等の比較的熱伝導性の高い材料を押出し加工及び引抜き加工による成型等によって形成された放熱部材である。本実施形態においては、アルミニウム合金が用いられる。通常、ヒートシンク１は外気との接触面積、つまりはヒートシンク１の表面積が大きくなるように複数の放熱用フィン１２が円柱状の基部１１の円柱外側面に連続的に一体で形成される。ただし、基部１１は円柱状ではなく四角柱等の円柱状以外の形状でも良い。本実施形態においては図１に示されているように基部１１に対して放射状に延伸する放熱用フィン１２が基部１１の外周に環状に配列されている。特に表面積を大きくするために放熱用フィン１２は配列方向に対して湾曲して形成される。湾曲させることによって放熱フィン１２単体での表面積は増加する。ヒートシンク１の表面積を大きくするための放熱フィン１２の形状は、これに限定されず、適宜形状を変更することは可能である。

本実施形態においては基部１１及び放熱用フィン１２はアルミニウム合金によって形成される。基部１１は、中心軸を中心とする円柱状に形成されている。基部１１には中心軸を中心とする貫通孔（図略）が形成される。前記貫通孔にはアルミニウムよりも熱伝導性が高い銅系材料によって形成された略円柱状のコア１３（図略）が嵌合固定されている。コア１３の形状は、貫通孔の形状に依存するため、略円柱形状には限定されない。しかし、コア１３は、旋盤等で略円柱状に加工されることで、円柱外周側面の寸法精度が高い状態で形成される。コア１３と貫通孔との接触部における接触熱抵抗（２部材間の接触面に生じる、熱の伝達抵抗）を低減させる上でコア１３外径寸法、貫通孔内径寸法は重要である。接触熱抵抗の値は、接触圧力、接触面積、接触面の表面粗さ、各材料の熱伝導率、各材料表面の硬度に依存して決定される。よって、基部１１とコア１３との接触熱抵抗の値を低減するためには略円柱形状のコア１３を形成するのが好ましい。

コア１３を前記貫通孔に挿入する際にコア１３の側面と貫通孔との間の接触面に発生する接触熱抵抗の値を低くするために、接触圧力が高くなるように圧入固定されている。正確には、基部１１を高温にし、基部１１が膨張している間に、前記貫通孔に対してコア１３が挿入され、基部１１が冷却される（いわゆる、焼嵌め）。これにより、ＭＰＵ３からコア１３に伝達された熱が効率よく基部１１に伝達され放熱フィン１２から外気に放熱される。基部１１には、貫通孔ではなく、凹部を形成してコア１３を圧入固定（焼嵌め）しても良い。

本実施形態においては、コア１３が貫通孔に圧入固定される構成であるが、加工工数及び冷却効率を考慮してコア１３を基部１１と同一の材料で連続的に一体で形成しても良い。

一般的に、アルミニウム合金製の材料を使用した押出し加工及び引抜き加工は成型に使用される金型の構造が単純である。このため、成型品の仕上がりの寸法精度が高い。銅製材料では複雑な形状の押出し加工及び引抜き加工による成型が非常に難しく、仕上がりの寸法精度が極めて悪い。事実上、銅製の複雑な形状のヒートシンクを押出し加工及び引抜き加工による成型によって形成するのは不可能である。このため、放熱用フィン１２が一体形成されている複雑なヒートシンク１においては、銅製材料ではなくアルミニウム合金製材料が主として使用される。

ＭＰＵ３は、マザーボード３１上に実装されている。コア１３は、図２に示されているように、ＭＰＵ３に対して接合面で接触している。ＭＰＵ３と接合面との間には熱伝導材（図略）が介在されている。ＭＰＵ３で発生した熱は、コア１３に伝達される。つまり、ＭＰＵ３と接合面との間に発生する接触熱抵抗の値が重要になる。例えば、ＭＰＵ３と接合面の表面の平面度が０で、表面粗さが０で、且つ接触圧力が高ければ、接触熱抵抗は極めて小さい値になる。しかし、現実的には、平面度、表面粗さ共に０になることは無く、熱伝導材が構成されていなければ、ＭＰＵ３と接合面との間には空隙が発生する。空気は断熱効果が高いため、ＭＰＵ３、接合面間に空隙が形成された場合には、接触熱抵抗は高い値になる。本実施形態においては、上述のとおり、ＭＰＵ３と接合面との間には熱伝導材が介在されているため、接触熱抵抗の値を低くすることができる。

熱伝導材は熱伝達性が高い材料が用いられる。本実施形態においては作業性を考慮してポリイミドフィルム（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｆｉｌｍ）、アルミニウム箔等の支持基材上に充填剤が含まれる感圧接着剤を塗布してコーティングされたサーマルテープ等のテープ状の部材が使用される。熱伝導材と、ＭＰＵ３表面、接合面との接触面積が高い方が接触熱抵抗の値が低くなる。このため、熱伝導材の材料として、シリコーンオイルを基油としてアルミナ等の熱伝導性の高い粉末を配合したグリース状の熱伝導性シリコーン樹脂等を使用しても良い。サーマルテープは所定の大きさにカッティングされたものが使用されるため、ＭＰＵ３表面と接合面の面積を有効的に活用できない虞がある。熱伝導性シリコーン樹脂はグリース状であるため、ほぼ隙間が無い状態で各部材表面と密着させることが可能である。よって、ＭＰＵ３表面と接合面の面積を有効的に活用することができる。熱伝導材は熱伝導性が高い部材であれば、適宜変更可能であり、形状および材質は限定されない。

ＭＰＵ３で発生した熱は、熱伝導材を介してヒートシンク１のコア１３に伝達される。この伝達過程において、熱抵抗の値を低減することによって大幅に放熱効率を向上することが可能である。ここで重要になるのがＭＰＵ３と熱伝導材、熱伝導材と接合面の間に発生する接触熱抵抗の値である。接触熱抵抗の値は、接触圧力、接触面積、接触面の表面粗さ、各材料の熱伝導率、熱伝導材の熱伝導率、熱伝導材の厚み、各材料表面の硬度に依存して決定される。ＭＰＵ３の表面は一般にヒートスプレッダという熱伝導性の高い銅板にて構成されている。このため、ＭＰＵ３側の接触面積、接触面の表面粗さ、材料（銅板）の熱伝導率、材料（銅板）の硬度は一定の値として接触熱抵抗の値を低減する方法を提案する必要がある。また、ヒートシンク１の接合面は前述のとおり銅を使用しているため、接触面の表面粗さ、材料（銅）の熱伝導率、材料（銅）の硬度は一定の値として接触熱抵抗の値を低減する方法を提案する必要がある。接触圧力を増すことによって接触熱抵抗の値が低くなることは周知技術である。

ＭＰＵ３から熱伝導材を介してコア１３に熱が伝達される。次に、コア１３に伝達された熱を効率よく基部１１に伝達する必要がある。この際に、上述したとおり、コア１３と貫通孔との間の接触熱抵抗を低減する必要がある。コア１３と基部１１に関しては、コア１３が基部１１に形成された貫通孔に圧入（焼嵌め）固定されているため、十分な接触圧力が働いている。このため、接触熱抵抗は低い。ただし、コア１３と貫通孔の圧入部において、更に接触熱抵抗を低減する必要がある場合には、貫通孔内周面と、コア１３の外周面との間に熱伝導材を塗布する等の方法がある。

熱抵抗は、形状及び材料に依存して変化する。例えば、熱伝導性の高い銅等の材料であれば、熱抵抗は低い。次に、形状に関しては、細い材料よりも太い材料の方が熱抵抗が低い。つまり、効率よく熱を伝達させるには、熱伝導性の高い材料を用いて、熱の流れる経路に対して材料の厚みを厚く形成すれば良い。本実施形態のおいては、コア１３の材料は銅が用いられ、且つ、コア１３の径ができるだけ太くなるように形成されている。よって、ＭＰＵ３で発生した熱は、効率よくコア１３に伝達され、その後基部１１へ伝達される。

次に、基部１１に伝達された熱は、放熱フィン１２に伝達される。本実施形態においては、図１に示されているように、ヒートシンク１に対して冷却用ファン５が駆動することにより放熱フィン１２に冷却風が供給され、放熱フィン１２に伝達された熱が強制的に放熱される。以下に軸流ファン５の構成に関して説明する。

軸流ファン５は、回転することによって冷却風を発生するインペラ５２と、インペラ５２を回転駆動させる電動モータ（図略）と、インペラ５２が回転することにより発生する冷却風を静圧エネルギに変換する風洞部５１１と、電動モータを固定するベース部５１と、ベース部５１と風洞部５１１とを連結接続する少なくとも３本以上のスポーク部５１２を備えている。本実施形態においては、４本のスポーク部５１２が構成されている。風洞部５１１には、４本の支柱部５１３がほぼ等配で軸方向においてヒートシンク１が配置される逆側に向けて延伸形成されている。つまり各支柱部５１３は、軸方向においてベース部５１側に向けて延伸形成されている。それぞれのスポーク部５１２の外端は、各支柱部５１３の上端と連結固定されている。よって、ベース部５１は、スポーク部５１２及び支柱部５１３によって風洞部５１１に連結固定されている。

インペラ５２は、複数の羽根５２１を有している。羽根５２１は、インペラ５２の回転軸を中心として径方向外方に向けて突設されている。インペラ５２が回転することで羽根５２１において、空気に対して運動エネルギが与えられる。インペラ５２が回転することで、空気が軸方向に吸気され、軸方向に排気される。つまり、インペラ５２が回転することで軸方向の空気流が発生する。インペラ５２の回転に伴って、空気流が発生する。このため、空気流は、径方向外方に向かう遠心方向成分と、回転周方向に向かう旋廻成分、軸方向に排出される軸方向成分の３つの成分を有する。空気流は、インペラ５２の径方向外方において最も流速が大きく、インペラ５２の径方向内方において最も流速が小さい。よって、ヒートシンク１に供給される冷却風は、放熱フィン１２の径方向外方において最も流速が大きいということになる。

軸流ファン５は、図２に示されているように、基部１１の中心軸と軸流ファン５のインペラ５２の回転軸とがほぼ一致するようにヒートシンク１の上側に載置される。ヒートシンク１の外周側面には、図１に示されているように、放熱フィン１２の径方向外方の終端縁が形成する包絡面に切欠き部１１２が形成されている。切欠き部１１２に対して風洞部５１１から下方に延びる腕部５１１１に形成される係合部５１１２が係合され、ヒートシンク１と軸流ファン５とが固定される。腕部５１１１の詳細に関しては後述する。ＭＰＵ３で発生した熱は、熱伝導材を介して基部１１に伝達される。そして、熱は、基部１１から放熱フィン１２へと伝達される。軸流ファン５が回転することによって図２において上方向から下方向に向けて冷却風が供給される。放熱フィン１２はインペラ５２の回転方向と同一の方向つまり基部１１に対して周方向に配列されている。このため、冷却風は各放熱フィン１２間に効率よく流入され、放熱フィン１２に伝達された熱は強制的に放熱される。ヒートシンク１と軸流ファン５を組み合わせることによって、ヒートシンク１の冷却特性が格段に向上する。

また、放熱フィン１２は、インペラ５２の回転方向とは異なる方向に向けて湾曲形成されている。よって、羽根５２１の後縁側（つまり、羽根５２１のヒートシンク側の端縁）と放熱フィン１２とが軸方向から見た場合に平行にならない。このことにより、インペラ５２が回転することで羽根５２１から発生する空気流が同時に放熱フィン１２と干渉することがない。よって、空気流と放熱フィン１２との干渉による騒音値を低減することが可能である。ただし、放熱フィン１２に関しては、インペラ５２の回転方向とは異なる方向に向けて湾曲形成されているが、湾曲させずに傾斜させるだけでも十分に空気流と放熱フィン１２との干渉を低減することが可能である。インペラ５２の羽根５２１自体が回転方向に向けて湾曲しているため、放熱フィン１２が傾斜せずに放射方向に向けて延伸するだけでも十分に空気流と放熱フィン１２との干渉を低減することが可能である。

次に、風洞部５１１に形成される腕部５１１１の形状に関して詳述する。腕部５１１１は、２本の腕５１１２にて構成されている。また、それぞれの腕５１１２には係合部５１１３が形成されておりヒートシンク１に形成されている切欠き部１１２と係合されている。腕部５１１１は、風洞部５１１に対して周方向に４箇所等配で形成されている。風洞部５１１には、周方向において各腕部５１１１間にヒートシンク１側に突出した当接部５１１４が形成されている。つまり、当接部５１１４は周方向に４箇所形成される。

係合部５１１３と切欠き部１１２が係合されている状態において、放熱フィン１２の上面と当接部５１１４とは軸方向において当接している。係合部１１２はヒートシンク１に対して軸方向上方側に向けて荷重を掛けており、当接部５１１４はヒートシンク１に対して軸方向下方側に向けて荷重を掛けている。当接部５１１４が支点となって係合部１１２が梃子の原理で荷重が加わっている。つまり、風洞部５１１の弾性力によってヒートシンク１に加わる荷重が決定される。

腕部５１１１は更に軸方向下方に向けて伸び、その先端には取付部５１１５が形成されている。上述の通り、腕部５１１１は２本の腕５１１２で構成されている。取付部５１１５は、図１に示されているように、周方向における両側面が２本の腕５１１２によって連結固定されている。固定部５１１５の略中心部には貫通孔５１１６が形成されている。貫通孔５１１６には、取付部材６が挿入される。取付部５１１５は、取付部材６によってマザーボード３１に取り付けられる。

筐体内にヒートシンクファン１０を載置する際に、ヒートシンクファン１０が占める割合が小さい方が、他の部品を配置する上でスペース効率が良い。従って、ヒートシンクファン１０のサイズを小さくすることが求められる。取付部材６は図２に示されているように、マザーボード３１及び取付部５１１５を貫通するように配置されている。取付部材６のうちヒートシンク１側に突出している部位は、ヒートシンクファン１０の一部とみなされる。取付部材６が径方向外方に突出した場合、ヒートシンクファン１０の周囲に配置されているマザーボード３１上の他の部品と干渉する等の不具合が発生する虞がある。よって取付部材６はできる限り径方向外方に突出しない方が好ましい。そこで、取付部材６が２本の腕５１１２の間に配置されるように腕５１１２が形成される。腕部５１１１が一本の腕で形成された場合、腕部５１１１の径方向外方に取付部材６が配置されることになる。腕部５１１１と取付部材６とが周方向で並んで配置された場合には、腕部５１１１に外力が加わった際に、腕部５１１１に曲げモーメントが発生しやすくなり、十分な強度を保持することができない。取付部材６が２本の腕５１１２の間に配置されるように腕部５１１２が配置された場合には、腕部５１１２に曲げモーメントが発生し難く、取付部材６が径方向外方に突出する寸法を抑えることができる。

また、腕部５１１１を２本の腕５１１２で構成することにより、腕部５１１１の内側に滞留している空気流を放熱フィン１２から２本の腕５１１２間を通り抜けて径方向外方に排出することが可能である。これにより、常時、軸流ファン５から冷却風が効率よく放熱フィン１２を通過し、冷却効率を低減することなく強制冷却することが可能である。

２本の腕５１１２は、取付部５１１５に近付くにつれて、互いの距離が近くなるように形成されている。具体的には、軸方向において風洞部５１１から取付部５１１５に向かって斜め方向に延伸されている。これにより、腕５１１２の周方向の断面２次モーメントの値が増加する。これは、腕部５１１２の延伸方向の太さが同じと仮定した場合において、腕５１１２が軸方向に延伸されている場合と、軸方向に対して斜め方向に延伸されている場合とでは、軸方向に垂直な断面の断面積が異なる。つまり、断面積が大きくなることにより腕部５１１２に応力が加わった際の歪は小さく、断面２次モーメントの値が大きいといえる。ここでは、腕５１１２が軸方向に対して斜め方向に延伸されていることによりトラス構造と同様の原理で周方向の断面２次モーメントの値が大きくなり、腕部５１１１の強度が高くなる。腕５１１２の延伸する斜め方向に関しては適宜設計にて調整可能であり、実施の形状に限定されない。

また、腕部５１１２と支柱部５１３とは、図１及び図３に示されているように、風洞部５１１に対して互い違いに形成されている。つまり、隣り合う腕部５１１２同士の間に支柱部５１３が形成されていることになる。これにより、金型設計が容易になる。本実施形態に用いられる風洞部５１１、腕部５１１１２、ベース部５１、スポーク部５１２、支柱部５１３は、樹脂材料によって連続的に一体に射出成形によって成形される。樹脂射出成形法は、２つの金型部品の間に平空間を形成し、前記閉空間内に溶融樹脂を射出し、２種類の金型部品を離間することにより閉空間形状に形成された溶融樹脂が冷却されることにより固化され、成型品が形成される成形方方法である。射出成型によって形成される成型品は、２種類の金型部品を離型することが可能な形状に形成される。つまり、離型方向において死角がないような形状でなければならない。死角とは、離型方向から見えない部位のことをいう。死角が存在するような樹脂成型品を形成しようとした場合、２種類の金型部品を離型することができない。支柱部５１３のうちの一つにはモータ部に電力を供給するリード線（図略）が係止されるリード線フック部５１３１が形成されている。リード線フック部５１３１は風洞部５１１の径方向外方に突出している。また、腕部５１１２の下端に形成される取付部５１１５は風洞部５１１の径方向外方に突出している。よって、離型方向と軸方向とが同じ場合において、腕部５１１２と支柱部５１３とが風洞部５１１の周方向において同じ位置に形成された場合、リード線フック部５１３１と取付部５１１５との間に死角が形成される。よって、腕部５１１２と支柱部５１３とが風洞部５１１の周方向において同じ位置に形成された場合は、死角部分を形成するためのアンダーカット処理が必要になり、金型設計工数、作製工数が大きくなる。また、成型品の仕上がり寸法の精度が悪化する虞がある。

図４は、本発明の第１の実施形態の変形例を示す平面図である。本実施形態においては、ヒートシンク１の放熱フィン１２に切欠き部１１２を形成して、腕部５１１１に形成された係合部５１１３と切欠き部１１２とが係合されて、ヒートシンク１と軸流ファン５とが係合固定される。しかし、図４に示されているように、第１の実施形態の変形例においては、放熱フィン１２には切欠き部１１２を形成せずに、放熱フィン１２の下端部に係合部５１１３が係合されるように係合部５１１３が形成されている。つまり、ヒートシンク１に対して軸流ファン５を係合して固定できる構成であれば、係合部５１１３が係合される位置は限定されない。切欠き部１１２を形成する必要のないヒートシンク１においては、切欠き部１１２を形成する加工工数の削減が可能である。これにより、ヒートシンク１の単価低減を行うことが可能である。

以上の構成により、取付部材６のみでヒートシンクファン１０をマザーボード３１に固定することができ、ヒートシンク１と軸流ファン５とを固定することができる。よって、従来のヒートシンクファン１０に対して取付用の別部品を使用せずに固定することができる。それに伴い、取付用の別部品の材料コスト、取付用の別部品の取り付けコストを削減することができ、安価なヒートシンクファン１０を得ることが可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクファンについて説明する。図５は本発明にかかる第２の実施形態のヒートシンクファンを示した斜視図である。図６は本発明にかかる実施形態のヒートシンクファンを示した横方向平面図である。図７は本発明にかかる実施形態のヒートシンクファンを示した軸方向平面図である。図５に示されているように、ヒートシンクファン１０ａでは、図１に示されるヒートシンクファン１０とはヒートシンク外周に形成される切欠き部の形状及び腕部の形状、取付部の形状が異なる。その他の構成は図１に示すヒートシンクファン１０と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図５に示されているように、風洞部５１１ａには腕部５１１１ａが第1の実施形態同様に形成されている。しかし、風洞部５１１ａは腕部５１１１ａが形成されている付近にて連続的に繋がっていない。腕部５１１１ａは第１の実施形態同様に２本の腕５１１２ａで構成されている。それぞれの腕５１１２ａの間は風洞部５１１ａは形成されていない。第２の実施形態のヒートシンクファン１０ａは、ヒートシンク１ａの軸方向の高さ低くなっている。よって、第２の実施形態のヒートシンク１ａは、第１の実施形態のヒートシンク１よりも腕部５１１１ａの長さが短い。腕部５１１１ａの先端には、取付部５１１５ａが形成されており、取付部５１１５ａには、第１の実施形態と同じ取付部材６が取り付けられる。この際、取付部材６の上部は、図７に示されているように、風洞部５１１ａの延長線上に位置する。つまり、風洞部５１１ａが環状に全周繋がっていた場合には、風洞部５１１ａと取付部材６とが干渉することになる。よって、第２の実施形態においては風洞部５１１ａと取付部材６とが干渉しないような構造になっている。

ヒートシンクファンの冷却効率を向上させるには、上述したとおりヒートシンク１のＭＰＵ接合面とＭＰＵ表面との接触圧力を向上させる必要がある。そこで、マザーボード３１と取付部５１１５ａとの間の取り付け強度を高くするということによって接触圧力を向上させる必要がある。よって、マザーボード３１と取付部５１１５ａとの間の取り付け強度を高くした際に、取付部５１１５ａもしくは腕部５１１１ａに損傷を来たさないように、取付部５１１５ａの周囲に補強壁５１１６を形成する。これにより、取付部５１１５ａに加わる応力が補強壁５１１６に分散され外荷重に対して耐強度が高くなる。補強壁５１１６が形成されていない取付部５１１５ａは、平板に貫通孔（図略）が形成され、前記貫通孔に取付部材６が挿入される。平板状の取付部５１１５ａは、断面二次モーメントの値が小さいため、応力が加わった段階で破損に至る可能性がある。そこで補強壁５１１６が形成されることで、取付部５１１５ａと補強壁５１１６の断面は略コの字状になる。これにより、取付部５１１５ａの断面二次モーメントの値は飛躍的に大きくなり、取付部５１１５ａの耐強度は、同様に高くなる。また、腕５１１２ａと取付部５１１５ａとの連結部を補強壁５１１６が覆うように形成されているため、腕５１１２ａと取付部５１１５ａとの連結部の断面積が大きくなり、断面二次モーメントの値が大きくなる。よって、腕５１１２ａと取付部５１１５ａとの取付強度も高くなる。この補強壁５１１６は第２の実施形態だけでなく、第１の実施形態のヒートシンクファンに採用しても良い。

本発明にかかる第１の実施形態のヒートシンクファンを示した斜視図である。 本発明にかかる第１の実施形態のヒートシンクとＭＰＵとの接触の状態を示す平面図である。 本発明にかかる第１の実施形態のヒートシンクファンを示した平面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す平面図である。 本発明にかかる第２の実施形態のヒートシンクファンを示した斜視図である。 本発明にかかる実施形態のヒートシンクファンを示した横方向平面図である。 本発明にかかる実施形態のヒートシンクファンを示した軸方向平面図である。

符号の説明

１ ヒートシンク
１０ ヒートシンクファン
５ 軸流ファン
５１ ベース部
５１１ 風洞部
５１１１ 腕部
５１１２ 腕
５１１３ 係合部
５１１５ 取付部
５２ インペラ
５２１ 羽根

Claims (9)

1. 電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンクファンであって、
   ファン部と、
   該ファン部の回転中心軸上に配置された基部と、
   該中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸し、且つ終端縁を有する複数のフィンと、を備えるヒートシンクと、を備え、
   前記ファン部は、前記中心軸と略同軸上に配置され前記ヒートシンクに対し冷却用の空気流を供給する軸流ファンと、該軸流ファンを前記ヒートシンクと軸線方向において対向するように支持するハウジングと、該ハウジングから前記ヒートシンクの前記軸流ファンが配置される方向とは反対側に向けて延伸する腕部と、該腕部に形成された係合部と、前記腕部の先端に形成された取付部を有しており、前記係合部が前記ヒートシンクの一部に係合することにより前記ファンの軸線方向への移動が規制されており、前記取付部は取付部材によって被冷却物又は被冷却物が載置されている基板に取り付けられるように構成されていることを特徴とするヒートシンクファン。
2. 前記フィンの終端縁にて形成される前記ヒートシンク外周包絡面には、前記中心軸から離れる方向に突出する凸部又は前記中心軸に向かう方向に窪む凹部が形成され、該凸部又は凹部に前記係合部が係合することにより前記ファンの軸線方向への移動が規制されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクファン。
3. 前記軸流ファンが配置される反対側の前記フィン端部に前記係合部が係合することにより前記ファンの軸線方向への移動が規制されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクファン。
4. 前記腕部は、前記ハウジングに対して前記中心軸を中心として周方向に複数個所形成されており、各前記腕部は２本の腕で構成されており、前記２本の腕がそれぞれ周方向に並ぶように配置されており、前記２本の腕によって前記取付部が支持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートシンクファン。
5. 前記２本の腕は、前記取付部に近付くにつれて周方向における互いの相対距離が小さくなるように延伸形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のヒートシンクファン。
6. 前記取付部の周囲には、前記取付部を囲むように側壁が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヒートシンクファン。
7. 前記腕部は前記ハウジングに対して、前記中心軸を中心とする周方向に４箇所配置されており、そのうちの対向する２箇所に前記係合部が配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のヒートシンクファン。
8. 前記ハウジングは、
   略円環状の風洞部と、
   前記風洞部から軸線方向において前記ヒートシンクが配置される反対側に向けて突出する複数の支柱部と、
   前記軸流ファンが支持固定されているベース部と、
   前記支柱部先端とベース部とを連結接続する支持リブとを、備えており、
   前記腕部は前記風洞部から軸線方向において前記ヒートシンク側に向けて複数個所延伸されており、前記ハウジングの周方向において隣り合う前記腕部と前記腕部との間に前記支柱部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のヒートシンクファン。
9. 前記風洞部と、前記支柱部と、前記ベース部と、前記腕部と、は、樹脂射出成型によって連続的に一体で形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のヒートシンクファン。

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