JP3676558B2

JP3676558B2 - ファン冷却装置

Info

Publication number: JP3676558B2
Application number: JP36283497A
Authority: JP
Inventors: 文博梅田; 光信中瀬
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2017-12-12
Also published as: JPH11177003A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の発熱体を冷却するためのファン冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の如き発熱体を冷却するためのファン冷却装置として、たとえば、米国特許第５，４８４，０１３号の明細書に開示されたものが存在する。この公知のファン冷却装置は、発熱体に取付けられるヒートシンクと、このヒートシンクに着脱自在に装着される装置ケースを備えている。装置ケースにはファン手段が設けられ、このファン手段によってヒートシンクが強制的に冷却される。
【０００３】
図４に示すように、一般にマイクロプロセッサの如き半導体素子を冷却するファン冷却装置１００においては、装置ケース１０２の装着操作を容易にするとともに装置ケース１０２とヒートシンク１０４を確実に連結するために、装置ケース１０２を、上下方向に延びる軸線を中心としてヒートシンク１０４に対して相対的に回転することにより着脱される。また、装置ケース１０２およびヒートシンク１０４には、両者を所定の位置関係に解除自在にロックするための第１および第２のロック手段１０６ａ，１０６ｂが設けられている。第１のロック手段１０６ａは、たとえば、フランジ１０７とフランジ１０７に着脱自在に係合して相対的に移動可能である係合爪１０８との組合せから構成され、たとえば、フランジ１０７は装置ケース１０２に設けられ、係合爪１０８はヒートシンク１０４に設けられる。また、第２のロック手段１０６ｂは、相互に係脱自在である突起１１０と凹部１１２の組合せから構成され、たとえば、突起１１０は装置ケース１０２に設けられ、凹部１１２はヒートシンク１０４に設けられる。
【０００４】
このような公知のファン冷却装置１００においては、第１のロック手段１０６ａのフランジ１０７と係合爪１０８を相互に連結させた状態にて、ヒートシンク１０４に対して装置ハウジング１０２を所定方向に装着位置まで回動させると、第２のロック手段１０６ｂの突起１１０と凹部１１２が係合し、かくして装置ケース１０２がヒートシンク１０４に着脱自在に装着される。一方、上述した装着状態において、ヒートシンク１０４に対して装置ケース１０２を所定方向と反対方向に回動させると、第２のロック手段１０６ｂの突起１１０と凹部１１２との係合状態が解除され、しかる後第１のロック手段１０６ａのフランジ１０７と係合爪１０８との係合状態も解除され、かくして装置ケース１０２がヒートシンク１０４から離脱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、装置ケースとヒートシンクとの上述した連結構造は、半導体素子の如き発熱体の形状が正方形である場合には適用することができるが、たとえば、発熱体の形状が長方形である（これに対応して、装置ケースおよびヒートシンクの形状も長方形となる）場合には適用することができず、発熱体の形状を問わず適用することができるものが望まれていた。
【０００６】
なお、米国特許第５，４８４，０１３号の明細書には、上述した形態のファン冷却装置に加えて、ヒートシンクに対して装置ケースを軸線方向に移動させて相互に連結する形態のものも開示されている。しかし、この形態のものにおいては、ヒートシンクと装置ケースとを相互に連結解除自在に連結する連結構造が比較的複雑である。
【０００７】
本発明の目的は、比較的構造が簡単で、たとえば、外形が長方形である発熱体にも適用することができるファン冷却装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回路基板上に取付けられた発熱体と、複数の冷却フィンを有し該発熱体に熱伝的に接合するヒートシンクと、このヒートシンクに着脱自在に装着される装置ケースとを備え、該装置ケースに冷却ファンが設けられ、該冷却ファンによって前記ヒートシンクが強制的に冷却されるファン冷却装置において、前記装置ケースは上壁とこの上壁の両側部から実質上垂直下方に延びる一対の側壁とを有し、該側壁に上下方向のスリットを形成することによって前記側壁より分離して少なくとも一対の係合部材が設けられ、該一対の係合部材は前記発熱体及びヒートシンクの両側部に位置付けられ、前記一対の係合部材には、前記回路基板上に形成された貫通孔に係脱自在に係合する係合突起がそれぞれ設けられ、該係合突起は前記側壁の下端より下方に配置されていることを特徴とするファン冷却装置である。
【０００９】
本発明に従えば、装置ケースは一対の側壁を有し、これら側壁が発熱体およびヒートシンクの両側に位置付けられる。また、一対の側壁には、それぞれ、係合部材が設けられ、係合部材が発熱体が取付けられる回路基板上に形成された貫通孔に係脱自在に係合する。したがって、一対の側壁および係合部材によって、ヒートシンクと装置ケースとが解除自在に連結される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に従うファン冷却装置の実施形態を示す断面図であり、図２および図３は、図１のファン冷却装置のヒートシンクと装置ケースとを分解して示す斜視図並びに断面図である。
【００１２】
図１乃至図３において、本発明のファン冷却装置は、回路基板上に取付けられた半導体素子等の発熱体に熱伝的に接合するヒートシンク２と、このヒートシンク２を取り囲むように形成され、回路基板に着脱自在に装着される装置ケース４から構成されている。ヒートシンク２は、長方形状の底壁６の上面（発熱体に装着される面とは反対の面）に、横方向（図１において紙面に垂直な方向、図２において右下から左上の方向）に間隔を置いて複数個の冷却フィン８を一体的に並設して構成されている。冷却フィン８はヒートシンク２の長手方向（図１において左右方向、図２において左下から右上の方向）に直線状に延びている。ヒートシンク２の中央部には、複数個の冷却フィン８の一部を切欠くことによって円形状の凹部１８が設けられている。この円形状凹部１８には、装置ケース４に設けられた冷却ファン２０が収納される。
【００１３】
ヒートシンク２は、たとえば、アルミニウムのダイカストから形成することができる。このヒートシンク２は図１乃至図３に示すように、たとえば、発熱体としての、マイクロプロセッサの如き半導体素子２２に熱伝的に接合した状態で取付けられる。半導体素子２２の外形は、これを冷却するヒートシンク２の外形とほぼ等しく、半導体素子２２の全域を覆うようにヒートシンク２が取付けられる。また、この半導体素子２２が取り付けられる回路基板１０には、これを上下方向に貫通する貫通孔１６，１７が半導体素子２２の両側の位置に対応して設けられている。
【００１４】
装置ケース４は、長方形状の上壁２６と、この上壁２６の両側部から実質上垂直下方に延びる一対の側壁２８，３０を有し、上記冷却ファン２０は、上壁２６の中央部に設けられている。冷却ファン２０は、中空円筒状のファンハウジング３２を有し、ファンハウジング３２が装置ケース４と一体的に合成樹脂材料から形成されている。ファンハウジング３２の内側には支持円筒壁３４が設けられ、ハウジング３２と支持円筒壁３４とが、周方向に間隔を置いて配設された接続部３６を介して接続され、隣接する接続部３６の間には、冷却用空気を吸入する吸入開口３８が形成されている。支持円筒壁３４には、一対の軸受４０を介して軸部材４２が回転自在に支持されている。軸部材４２の一端部にはカップ状のロータ４４が固定されている。ロータ４４の外周面には、周方向に間隔を置いて複数枚のブレード４６が一体的に設けられている。一方、ロータ４４の内周面には、環状ヨーク４８を介してロータマグネット５０が取付けられている。ロータマグネット５０に対向してステータ５２が配設されている。ステータ５２は、支持円筒壁３４の外周面に取付けられたステータコア５４と、ステータコア５４に巻かれたコイル５６を有している。
【００１５】
装置ケース４の側壁２８，３０には、２対の係合部材５８，６０が設けられている。片方の側壁２８の両端部近傍には、それぞれ、その下端から上方に上壁２６まで延びる一対のスリットが形成され、これら一対のスリットによって係合部材５８が側壁２８から分離して、つまり側壁２８とは独立して弾性変形できるように形成されている。また、他方の側壁３０においても同様に、一対のスリットが形成され、これら一対のスリットによって回路基板１０まで延設される係合部材６０が形成されている。各係合部材５８，６０の幅は、回路基板１０の対応する貫通孔１６，１７の幅とほぼ等しくなるよう設定されている。このように構成されているので、係合部材５８，６０は、それらの基部（上壁２６との接続部位）の弾性変形によって揺動可能であり、幾分内側に向けて弾性変形することによって、係合部材５８，６０が対応する貫通孔１６，１７に受入れられる。
【００１６】
係合部材５８，６０の先端部には、外側に突出する爪部６２（係合部材５８に設けられたものに示す）が一体的に設けられている。各係合部材５８，６０の先端部は、図１から理解されるとおり、対応する貫通孔１６に挿通され、その先端部の爪部６２は貫通孔１６を貫通してその開口部に係合解除自在に係合する。
【００１７】
装置ケース４の上壁２６の両端部には、両端から内側にファンハウジング３２に向けて延びる矩形状の切欠き６６が形成されている。このように切欠き６６を形成することによって、複数個の冷却フィン８の両端部が外部に露出するので、冷却フィン８の冷却効果が高められる。
【００１８】
次に、上述した構成のファン冷却装置の組付け様式について説明する。ファン冷却装置を回路基板１０に装着するには、まず、回路基板１０の表面に半田付け等によって取付けられた半導体素子２２の上面にヒートシンク２を取付ける。
【００１９】
次いで、ヒートシンク２に装置ケース４を取付ける。装置ケース４の取付の際には、一対の側壁２８，３０をヒートシンク２の両外側の冷却フィン８の外側に位置付けるとともに、側壁２８，３０の係合部材５８，６０を幾分内側に押圧して回路基板１０の貫通孔１６，１７内に位置付け、この状態にて装置ケース４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、係合部材５８，６０の先端部が貫通孔１６，１７を通して突出し、係合部材５８，６０の弾性復元力によってその爪部６２が貫通孔１６，１７の開口部に係合し、かくして装置ケース４が図１に示すようにヒートシンク２に対して着脱自在に取付けられる。なお、ヒートシンク２に対する装置ケース４の誤装着を防止するために、例えば、側壁２８側に設けられた一対の係合部材５８及びこれに対応する貫通孔１６，１７の大きさをそれぞれ異ならしめることも可能である。
【００２０】
この装着状態においては、装置ケース４の側壁２８，３０がヒートシンク２の両側の冷却フィン８の外側に位置し、側壁２８，３０の係合部材５８，６０の爪部６２が回路基板１０の対応する貫通孔１６，１７の開口部に係合し、かくして、装置ケース４はヒートシンク２に着脱自在に且つ確実に装着される。そして、装置ケース４に設けられた冷却ファン２０のロータ４４およびブレード４６がヒートシンク２の凹部１８内に収容される。
【００２１】
この装着状態においてロータ４４が所定方向に回転駆動されると、ブレード４６の作用によって、装置ケース４の吸入開口３８から吸入され冷却フィン８に沿って長手方向に流れる空気流が生成される。半導体素子２２からの熱は、熱伝的に接合するヒートシンク２の底壁６を介して複数個の冷却フィン８に伝達され、吸入された空気が冷却フィン８に沿って流れる際にこれら冷却フィン８が強制的に冷却され、かくして半導体素子２２は、ヒートシンク２と冷却ファン２０からの空気流によって所要のとおり冷却される。なお、ヒートシンク２から装置ケース４を取外す場合には、係合部材５８，６０を幾分内側に押圧して爪部６２と貫通孔１６，１７の開口部との係合を解除し、回路基板１０に対して装置ケース４を上方に移動すればよい。
【００２２】
なお、ヒートシンク２を半導体素子２２に熱伝的に取付けるには、図３において示すように、複数個の冷却フィン８の外側の冷却フィン８ａ，８ｂ（図３において最も左側および右側に位置するもの）を、他の冷却フィンよりも相対的に縦方向（図３において紙面に垂直な方向）に大きく形成し、装置ケース４の上壁２６の下側面（冷却フィンに対向する面）の外側冷却フィン８ａ，８ｂに対応する部位に形成された凹溝２６ａ，２６ｂ内に外側冷却フィン８ａ，８ｂの上端部を収納し、装置ケース４を回路基板１０に係合する際に装置ケース４をもってヒートシンク２の底壁６を半導体素子２２の上面に押圧固定することができる。あるいは、ヒートシンク２を装置ケース４にねじ止め等の手段によって固定し、装置ケース４の回路基板１０への装着によってヒートシンク２を半導体素子２２に接合することもできる。また、ヒートシンク２を予め半導体素子２２に固定しておく場合には、ヒートシンク２の底壁６の下面（放熱フィン８が形成される面と反対側の面）にピン等の突起物を設け、半導体素子２２の対応する部分に凹部等を形成しこの凹部にピンを挿入する、あるいは両者を接着する等の手段によっても、ヒートシンク２を半導体素子２２に固定することが可能である。
【００２３】
また、上述の本発明の実施形態では、各側壁２８，３０側にそれぞれ２つの係合部材５８，６０を設けているが、装置ケース４の取付を確実に行うことができるときには、係合部材５８，６０を各側壁２８，３０側のそれぞれに１つずつ設けるようにしてもよい。
【００２４】
更に、本発明の実施形態においては、理解を容易にするために長方形状の半導体素子に本発明のファン冷却装置を用いた場合を例にとり説明したが、本発明のファン冷却装置は、上述のとおり、縦方向の直線運動のみによってヒートシンク２と装置ケース４を着脱自在に且つ確実に装着することができることから、長方形状以外にも、たとえば、正方形あるいは他の多角形状もしくは円形状の発熱体においても使用することができる。
【００２５】
以上、本発明に従うファンの冷却装置の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形、修正が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の請求項１のファン冷却装置によれば、装置ケースは一対の係合部材を有し、これら係合部材がヒートシンクの両側に位置付けられる。また、一対の係合部材には、それぞれ、係合突起が設けられ、これが回路基板に形成された貫通孔に係脱自在に係合する。したがって、一対の係合部材によって、ヒートシンクと装置ケースとが半導体素子を実装した回路基板に解除自在に連結される。
【００２７】
また係合部材は、側壁に一対のスリットを形成することによってこれと分離して設けられるので、比較的簡単な構成でもって係合部材を設けることができる。
【００２８】
また本発明の請求項２のファン冷却装置によれば、ヒートシンクの外側冷却フィンは、他の冷却フィンよりも高さ寸法が大きく形成されており、装置ケースの冷却フィンと対向する面に形成された溝内に外側冷却フィンの他の冷却フィンよりも突出した部分が収納されるので、係合部材によって装置ケースを回路基板に係合したときに装置ケースをもってヒートシンクを発熱体上に押圧固定することができる。
【００２９】
更に、本発明の請求項３のファン冷却装置によれば、同一側壁に形成された一対の係合部材およびこれに対応する貫通孔の大きさが異なることから、ヒートシンクに装置ケースを装着する際に誤装着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うファン冷却装置の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のファン冷却装置のヒートシンクと装置ケースと分解して示す斜視図である。
【図３】図１のファン冷却装置のヒートシンクと装置ケースと分解して示す断面図である。
【図４】従来のファン冷却装置の装着方法を示す平面図である。
【符号の説明】
２ヒートシンク
４装置ケース
６底壁
８冷却フィン
８ａ，８ｂ外側冷却フィン
１０回路基板
１６貫通孔
２０冷却ファン
２２半導体素子
２６上壁
２６ａ，２６ｂ凹溝
２８，３０側壁
５８，６０係合部材
６２爪部

Claims

回路基板上に取付けられた発熱体と、複数の冷却フィンを有し該発熱体に熱伝的に接合するヒートシンクと、このヒートシンクに着脱自在に装着される装置ケースとを備え、該装置ケースに冷却ファンが設けられ、該冷却ファンによって前記ヒートシンクが強制的に冷却されるファン冷却装置において、前記装置ケースは上壁とこの上壁の両側部から実質上垂直下方に延びる一対の側壁とを有し、該側壁に上下方向のスリットを形成することによって前記側壁より分離して少なくとも一対の係合部材が設けられ、該一対の係合部材は前記発熱体及びヒートシンクの両側部に位置付けられ、前記一対の係合部材には、前記回路基板上に形成された貫通孔に係脱自在に係合する係合突起がそれぞれ設けられ、該係合突起は前記側壁の下端より下方に配置されていることを特徴とするファン冷却装置。
前記ヒートシンクの両側の外側冷却フィンは、他の冷却フィンよりも上面が一段高く形成されており、前記装置ケースの前記冷却フィンと対向する面には、該外側冷却フィンの他の冷却フィンよりも突出する部分を収納するための溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のファン冷却装置。
前記係合部材は少なくとも２対設けられ、一方の対の係合部材およびこれに対応する貫通孔の幅方向の寸法と他の係合部材およびこれに対応する貫通孔の幅方向の寸法とが異なることを特徴とする請求項１又は２に記載のファン冷却装置。