(57)【要約】【課題】基板と放熱装置との板厚を有効に利用して、基板と放熱装置とを挟持して固定する放熱構造を提供する。【解決手段】基板１の一方の面に取り付けられた発熱部材２と、その基板１に対して前記発熱部材２を挟み込んだ状態に対向して配置され、かつ前記発熱部材２の熱を放熱部６に輸送する受熱部材４，５とを備えた放熱構造において、前記基板１に係合して前記基板１を受熱部材４側に押圧する荷重を受ける第１の係合部材７と、前記受熱部材４に係合して前記受熱部材４を前記基板１側に押圧する荷重を受ける第２の係合部材８とを有し、前記第１の係合部材７と前記第２の係合部材８とが前記基板１と前記受熱部材４との間で係合して連結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に取り付けられた発熱部材と、
その基板に対して前記発熱部材を挟み込んだ状態に対向して配置され、かつ前記発熱部材の熱を放熱部に輸送する受熱部材と
を備えた放熱構造において、
前記基板に係合して前記基板を受熱部材側に押圧する荷重を受ける第１の係合部材と、
前記受熱部材に係合して前記受熱部材を前記基板側に押圧する荷重を受ける第２の係合部材と
を有し、
前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とが前記基板と前記受熱部材との間で係合して連結されていることを特徴とする放熱構造。
【請求項２】
前記基板の前記発熱部材が取り付けられていない箇所に形成された第１の貫通孔に、前記第１の係合部材の一部が挿入され、
前記受熱部材の前記発熱部材が配置されていない箇所に形成された第２の貫通孔に、前記第２の係合部材の一部が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造。
【請求項３】
前記第１の係合部材と前記基板との間もしくは前記第２の係合部材と前記受熱部材との間の少なくとも一方に、前記荷重を発生させる弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の放熱構造。
【請求項４】
前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とのいずれか一方の係合部材は、雌ネジ部が形成された筒状ナット部を含み、
他方の係合部材は、前記雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を含む
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の放熱構造。
【請求項５】
前記筒状ナット部は、その外周縁の少なくとも一部に多角形部を有し、その多角形部が前記基板もしくは前記受熱部材のいずれかの内面に回転不能に嵌合していることを特徴とする請求項４に記載の放熱構造。
【請求項６】
前記受熱部材は、作動流体の蒸発潜熱として熱を輸送するヒートパイプの機能を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電子機器や通信機器に搭載されて電子回路の冷却に利用されるヒートパイプやヒートシンクなどの放熱装置を基板に固定するための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器や通信機器の高性能化および小型・軽量化に伴い、それら電子・通信機器に搭載されるＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算装置）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit;画像処理を専門とする補助装置）の発熱量も増大しており、特にその発熱密度が急増してきている。そのため、熱輸送能力に優れたヒートパイプやベーパーチャンバ、あるいはそれらヒートパイプやベーパーチャンバとヒートシンクとを組み合わせた冷却モジュール等を用いて、ＣＰＵやＧＰＵなどの電子回路における発熱体を効果的に冷却することが求められている。
【０００３】
上記のＣＰＵやＧＰＵなどの発熱体は、電子・通信機器の電子回路を構成する基板に設置されるが、そのような発熱体を冷却するためのヒートパイプあるいはヒートシンク等の放熱装置も基板に固定する必要がある。具体的には、ヒートパイプあるいはヒートシンク等の受熱板とＣＰＵやＧＰＵなどの発熱体とを、それらの間で所望の熱伝達状態が得られるように押圧して密接させるとともに、それら受熱板およびヒートパイプあるいはヒートシンク本体を基板に確実に固定する必要がある。そのため、上記のようなヒートパイプあるいはヒートシンクは、例えば、ボルトおよびナットを用いたねじ締結やいわゆるプッシュピンを用いた締結機構、あるいはリベットを用いたリベット継手構造などによって基板に固定されている。
【０００４】
上記のように基板に対して所定の部材を固定する技術に関連する発明が特許文献１および特許文献２に記載されている。これら特許文献１，２に記載されたリード端子の取付構造は、端子台にリード端子を取り付ける際の作業コストの低減を図ることを目的としていて、ボルト孔が形成されたリード端子を取り付けるための取付用ボルトを貫通可能な貫通孔が形成された端子台と、その端子台が固定されたときに貫通孔に対向する位置に取付用ナットが嵌合可能でかつその取付用ナットの回動を阻止する嵌合孔が形成されたプリント基板とを含み、嵌合孔に取付用ナットを嵌合させ、かつ端子台をプリント基板に固定したときに、端子台の裏面によって取付用ナットの端子台方向への抜けを阻止するとともに、ボルト孔および貫通孔に貫通させた取付用ボルトと取付用ナットとを締め付けることにより端子台にリード端子を取り付けるように構成されている。
【０００５】
また、特許文献３には、簡単なプレス成形によってボルトやナットをベース板に確実に接合することが可能な構成を得ることを目的として、ベース板に椀状膨出部を形成し、この椀状膨出部の頂部にナットの非真円形フランジを重ね、そのフランジを成形用ダイによって椀状膨出部に押し付けることによってそのフランジを囲む襞状突部を形成するとともに、成形用ダイのテーパ面によって襞状突部を内側に倒してフランジにかしめるように構成されたベース板へのねじ部品の接合構造に関する発明が記載されている。
【０００６】
そして、特許文献４には、取付ボルトを金属プレートに設けたナット体にねじ込んで取付部材を締付固定する場合に、取付部材あるいは金属プレート自身の供回りを防止するとともに、取り付け後の外部応力に対しても回り止めとなるように構成されるナット付き取付金具に関する発明が記載されている。
【０００７】
なお、特許文献５には、径寸法の異なる管体の固定に対して１種類のボルト・ナットを共通に用いることにより、部品管理の簡素化およびコストの低減を図ることを目的として、柵の支柱とビームとを接続する継手金具と、その継手金具とビームまたは継手金具と支柱とを接続して固定するボルトおよび頭付き筒ナットとから構成された柵用フリーサイズ固定金具に関する発明が記載されている。そしてこの柵用フリーサイズ固定金具における頭付き筒ナットは、その内壁に雌ねじが形成されるとともに、その全長がボルトの雄ねじの長さとほぼ等しくなるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１５４５４６号公報
【特許文献２】特開平７−２４５１３２号公報
【特許文献３】特開２００８−９３７００号公報
【特許文献４】特開平１１−３０３８３３号公報
【特許文献５】特開２００３−４１８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、電子・通信機器においては小型・軽量化が求められており、機器の筐体内のスペースも可及的に狭く設定される。したがって、上記のようなヒートパイプやヒートシンク等の冷却装置も、機器の筐体内の限られたスペースの中で、無駄なく効率良く収容して設置する必要がある。しかしながら、ヒートパイプやヒートシンク等の冷却装置を、上記のようなねじ締結やプッシュピンを用いた締結機構あるいはリベット継手構造によって基板に固定する場合には、基板の裏面側にナットやプッシュピン先端のフック部分あるいはリベットの頭部分の配置スペースを確保しなければならず、それによって基板裏面側の高さスペースを削減することに限界が生じてしまう。
【００１０】
そこで、上記の特許文献１，２，３に記載されているような取り付け構造もしくは接合構造を応用して、ヒートパイプやヒートシンクなどの放熱装置を基板に取り付けることが考えられる。その場合には、基板裏面側のナット等の配置スペースを不要にして、もしくは低減して、基板裏面側の必要高さスペースを削減することができる。また、ナットが回り止めされて基板に固定されることにより、ボルトのねじ締め作業を容易に行うこともできる。しかしながら、一方では、端子台を用意してそれを別途基板に固定しなければならず、あるいは予めプレス加工等を施して基板にナットを固定しておかなければならず、取り付けのための構造および工程が複雑になってしまう。
【００１１】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、基板と放熱装置との板厚を有効に利用して、基板と放熱装置とを挟持して固定する放熱装置の固定構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、基板の一方の面に取り付けられた発熱部材と、その基板に対して前記発熱部材を挟み込んだ状態に対向して配置され、かつ前記発熱部材の熱を放熱部に輸送する受熱部材とを備えた放熱構造において、前記基板に係合して前記基板を受熱部材側に押圧する荷重を受ける第１の係合部材と、前記受熱部材に係合して前記受熱部材を前記基板側に押圧する荷重を受ける第２の係合部材とを有し、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とが前記基板と前記受熱部材との間で係合して連結されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記基板の前記発熱部材が取り付けられていない箇所に形成された第１の貫通孔に、前記第１の係合部材の一部が挿入され、前記受熱部材の前記発熱部材が配置されていない箇所に形成された第２の貫通孔に、前記第２の係合部材の一部が挿入されていることを特徴とする放熱構造である。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記第１の係合部材と前記基板との間もしくは前記第２の係合部材と前記受熱部材との間の少なくとも一方に、前記荷重を発生させる弾性体が設けられていることを特徴とする放熱構造である。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とのいずれか一方の係合部材は、雌ネジ部が形成された筒状ナット部を含み、他方の係合部材は、前記雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を含むことを特徴とする放熱構造である。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記筒状ナット部は、その外周縁の少なくとも一部に多角形部を有し、その多角形部が前記基板もしくは前記受熱部材のいずれかの内面に回転不能に嵌合していることを特徴とする放熱構造である。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明において、前記受熱部材は、作動流体の蒸発潜熱として熱を輸送するヒートパイプの機能を有していることを特徴とする放熱構造である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、基板に対してその基板に取り付けられた発熱部材を挟み込んだ状態に受熱部材が配置されているので、発熱部材で生じた熱が、受熱部材に伝達して、放熱部に熱輸送されて放熱される。そして、基板を受熱部材側に押圧する荷重を受ける第１の係合部材が基板に係合され、受熱部材を基板側に押圧する荷重を受ける第２の係合部材が受熱部材に係合されて、それぞれの係合部材が係合することにより、基板と受熱部材との間に位置する発熱部材を、基板と受熱部材とで挟持して固定することができる。さらに、第１の係合部材と第２の係合部材とは、基板と受熱部材との間で係合するので、基板と受熱部材とを含む全体としての構造を大きくすることなく、発熱部材が取り付けられた基板と受熱部材とを固定することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、基板と受熱部材とのそれぞれに貫通孔が形成され、それらの貫通孔は発熱部材が取り付けられていない箇所あるいは配置されていない箇所に形成されているので、特有の発熱部材とする必要がなく、あるいは発熱部材を加工せずに発熱部材が取り付けられた基板と受熱部材とを固定することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明において、第１の係合部材と基板との間もしくは第２の係合部材と受熱部材との間の少なくとも一方に、前記荷重を発生させる弾性体が設けられているので、弾性体の材質や形状から求まる弾性係数や係合部材の係合位置から基板と受熱部材との挟圧力を求めることができる。したがって、弾性係数や係合位置を調整することによって、基板と受熱部材との挟圧力を調整することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明において、各係合部材のいずれか一方の係合部材は、雌ネジ部が形成された筒状ナット部を含み、他方の係合部材は、その雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を含むので、第１の係合部材と第２の係合部材とは、ネジにより螺合することができる。そして、弾性体が設けられている場合は、ネジの締め付け量によって弾性体の弾性力を調整することができる。したがって、ネジの締め付け量を調整することにより、基板と受熱部材との挟圧力を調整することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、筒状ナット部は、その外周縁の少なくとも一部が多角形部を有し、その多角形部が基板もしくは受熱部材のいずれかの内面に回転不能に嵌合しているので、締め付けによりその多角形ナットが引き摺られて回動することを防止できる。また、市販のフランジナットなどを利用することができる。
【００２３】
そして、請求項６の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかの発明において、受熱部材は、作動流体の蒸発潜熱として経津を輸送するヒートパイプの機能を有するので、発熱部材から受熱部材に伝達された熱を迅速に放熱部に熱輸送して放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明に係る放熱構造を説明するための図２におけるI-I線断面図である。
【図２】その正面図である。
【図３】図２におけるIII-III線断面図である。
【図４】この発明に係る放熱構造にフランジナットを使用した例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
つぎにこの発明を具体例を挙げて説明する。この発明に係る放熱構造は、薄型のテレビやパソコンなどに搭載することのできるものであり、その構成例は、図２および図３に示すように電気基板１に半田付けなどにより取り付けられ、電流が流されることによりその電気抵抗によって発熱する半導体やＣＰＵやＧＰＵなどの電子部品２を放熱するものであり、その電子部品２の熱を受熱するためにその電子部品２に面接触して配置された放熱装置３の受熱板４が積層して配置されている。
【００２６】
そのため、電子部品２より面積の大きい受熱板４が、電気基板１に固定された電子部品２の上面に密着して配置されている。また、電子部品２から受熱した熱を冷却するために受熱板４にはヒートパイプ５の端部がロウ付けもしくは半田付けされて受熱板４と一体に固着され、そのヒートパイプ５の他端部にヒートシンク６が連結されている。したがって、受熱板４の熱は、ヒートパイプ５に吸熱され、そのヒートパイプ５で吸熱した熱が、ヒートパイプ５内で熱輸送されてヒートシンク６で外気と熱交換して放熱される。
【００２７】
この発明に係る放熱構造は、上記のように何層にも重ねられて配置された部材を挟持して固定するものであり、その固定構造の一例を図１に示す。図１は、図２に示すI-I断面図であり、図に示す左右方向での電子部品２およびヒートパイプ５が設けられていない位置に電気基板１と受熱板４とに貫通した貫通孔１ａ，４ａが形成されている。つまり、電気基板１に形成された貫通孔１ａと、受熱板４に形成された貫通孔４ａとが同一の軸線上に位置するように貫通孔１ａ，４ａが形成されている。
【００２８】
そして、雌ネジ部が形成された筒部７ａと、その筒部７ａの下端部に貫通孔１ａより広域なフランジ部７ｂが一体に形成された係合部材７が、電気基板１の下方側から貫通孔１ａ，４ａに挿入されている。そして、貫通孔１ａ，４ａに挿入された筒部７ａに、上側からボルト８が螺合されている。さらに、そのボルト８の頭部８ａと受熱板４との間には、ボルト８が締め付けられることにより受熱板４を下方に付勢するバネ９が設けられている。
【００２９】
放熱装置３の固定構造を上述のように構成することにより、電気基板１と受熱板４とは、雌ネジ部が形成された筒部７ａを有した係合部材７と、その筒部７ａに螺合して固定されるボルト８の頭部８ａと受熱板４との間に設けられたバネ９とにより挟持されて固定される。そして、電気基板１の下方部には、係合部材７のフランジ部７ｂが密着されるので、電気基板１の下方側にはナットなどの部材を配置する必要がなく薄く形成することができる。また、バネ９やボルト８の頭部８ａは、受熱板４と一体に連結されたヒートパイプ５の厚さ以下とすることにより、ユニット全体としての厚みが増加することを防止できる。なお、上述した構成では、電気基板１の下方面が水平に形成されたものを例に挙げたが、例えば、フランジ部７ｂと同形状もしくは広域な凹部すなわち座ぐりを形成してフランジ部７ｂを基板の外部に突出しないように構成してもよい。
【００３０】
さらに、各部材に掛かる挟圧力は、バネ９による付勢力により定めることができるので、例えば、ボルト８を締め付けるときにそのボルト８の締め付け量もしくはボルト８の頭部８ａと受熱板４との隙間を調整することにより挟圧力を調整することができる。また、締め付け量を変化させることにより締め付けトルクが変化するので、締め付けトルクによって挟圧力を調整することもできる。なお、上述した構成ではバネ９を使用したが、これに限定されず、例えば樹脂製のゴムでもよく、あるいは板バネでもよく、要するに弾性体であればよい。
【００３１】
そして、上述した構成例では、雌ネジ部が形成された筒部７ａを有した係合部材７を例に挙げたがこれに限定されず、例えば、図４に示すように市販されているフランジナット１０を使用することもできる。この場合、このフランジナット１０のナット部１０ａの外周縁と嵌合する貫通孔１１を電気基板１に形成することにより、ボルト８をフランジナット１０に締め付けた場合にフランジナット１０に作用する回動力を電気基板１で受けることができるので、フランジナット１０が回動しないように付勢する工程を必要とせず、作業性を向上させることができるとともに、市販部品を使用しているので、部品コストを下げることができる。
【００３２】
また、図１および図４からも分かるように、係合部材７の筒部７ａあるいはフランジナット１０のナット部１０ａは、受熱板４に形成された貫通孔４ａから突出していてもよく、あるいは電気基板１と受熱板４との間まで突出した構成としてもよい。つまり、各部材はバネ９とフランジ部７ｂ，１０ｂとで挟持されるので、筒部７ａあるいはナット部１０ａは、ボルト８と雌ネジ部とが螺合できるように形成されていればよい。
【００３３】
さらにまた、上述した構成例では、基板１や受熱板４あるいはバネ９と接する箇所がフランジ部であるがこれに限定されず、例えば、貫通孔から突出した十字型の板状部材でもよい。要するに、基板１と受熱板４とを挟持できればよく、あるいはバネ９を付勢することができるように、貫通孔の外周側に突出した形状のものであればよい。
【００３４】
さらに、上述した構成では、ネジにより電気基板１側から挿入される係合部材７ａ，１０ａと受熱板４側から挿入されるボルト８とで螺合する例を挙げたが、これに限定されず、要するに電気基板１側から挿入される部材と受熱板４側から挿入される部材とが係合すればよいので、電気基板１側から挿入される部材に溝を形成して、受熱板４から挿入される部材にその溝と係合もしくは嵌合する突起部を形成する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…電気基板細線、  ２…電子部品、  ３…放熱装置、  ４…受熱板、  ５…ヒートパイプ、  ６…ヒートシンク、  ７…係合部材、  ８…ボルト、  ９…バネ、  １０…フランジナット、  １１…貫通孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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