JPH11177003A - ファン冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的構造が簡単で、発熱体の形状を問わず
着脱自在に装着することができるファン冷却装置を提供
すること。 【解決手段】 回路基板１０に取付けられる半導体素子
２２と、複数の冷却フィン８を有しこの半導体素子２２
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に着脱自在に装着される装置ケース４とを備えたフ
ァン冷却装置。装置ケース４には冷却ファン２０が設け
られ、この冷却ファン２０によってヒートシンク４が強
制的に冷却される。装置ケース４は上壁２６と、この上
壁２６の両端部から実質上垂直下方に延びる一対の係合
部材５８，６０を有し、一対の係合部材５８，６０はヒ
ートシンク２の両側に位置付けられる。さらに、一対の
係合部材５８，６０には、回路基板１０上に形成された
貫通孔１６，１７に係脱自在に係合する爪部６２がそれ
ぞれ設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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５，４
８４，０１３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１
１２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１
０４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、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
る一対の側壁を有し、該一対の側壁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、さらに前記一対の
側壁には、前記回路基板上に形成された貫通孔に着脱自
在に係合する係合部材がそれぞれ設けられていることを
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２
２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２
８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５
８，６０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６
６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２
８，３０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５
８，６０を幾分内側に押圧して回路基板１０の貫通孔１
６，１７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，２
６ｂ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２８，３
０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】また本発明の請求項２のファン冷却装置に
よれば、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３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４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。

【図面の詳細な説明】

【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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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
   少なくとも一対の係合部材を有し、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、
   さらに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
   設けられていることを特徴とするファン冷却装置。
2. 【請求項２】 前記装置ケースは前記上壁の両側部から
   実質上垂直下方に延びる一対の側壁を有し、前記係合部
   材は、前記側壁に一対の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設けられ、且つ前記
   係合部材の先端の突起は前記側壁の下端より下方に配置
   されていことを特徴とする請求項１記載のファン冷却装
   置。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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
   乃至３のいずれかに記載のファン冷却装置。