(57)【要約】【課題】発熱素子とヒートシンクとの間の熱抵抗が小さく、発熱素子へかかるストレスが小さい発熱素子の冷却構造を提供すること。【解決手段】発熱素子３に当接するヒートシンク５と、前記ヒートシンク５に送風する送風手段１１を備えた送風ユニット９、１１と、前記発熱素子３の位置が変化したとき、前記発熱素子３の位置に応じて、前記ヒートシンク５の位置を、前記送風ユニット９、１１とは独立に変化させる位置変化手段７と、を備えることを特徴とする発熱素子の冷却構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子に当接するヒートシンクを備えたヒートシンクユニットと、
前記ヒートシンクに送風する送風手段を備えた送風ユニットと、
前記発熱素子の位置が変化したとき、前記発熱素子の位置に応じて、前記ヒートシンクユニットの位置を、前記送風ユニットとは独立に変化させる位置変化手段と、
を備えることを特徴とする発熱素子の冷却構造。
【請求項２】
前記位置変化手段は、
前記ヒートシンクユニットを移動可能に支持する支持手段と、
前記支持手段に移動可能に支持された前記ヒートシンクユニットを、前記ヒートシンクが前記発熱素子に当接する方向に付勢する付勢手段と、
から成ることを特徴とする請求項１記載の発熱素子の冷却構造。
【請求項３】
前記送風ユニットは、前記送風手段が生じさせる風を、前記ヒートシンクを含む経路に沿って案内する風案内手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱素子の冷却構造。
【請求項４】
前記ヒートシンクユニットと、前記送風ユニットとの間に、隙間が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発熱素子の冷却構造。
【請求項５】
前記ヒートシンクユニットと、前記送風ユニットとが、伸縮可能な部材により接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発熱素子の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車載電子機器の基板上にある発熱素子（例えばマイクロプロセッサ）を冷却するための、発熱素子の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パソコン等の薄型化、小型化が求められる電子機器の筐体内には、マイクロプロセッサ等の発熱素子が回路基板上に実装されている。この発熱素子を冷却するために、図８に示すように、ファンＰ１、ヒートシンクＰ３、ケーシングＰ５等の複数のデバイスを組み合わせる冷却モジュールＰ６が用いられている。冷却モジュールＰ６において、ファンＰ１及びヒートシンクＰ３は、単一のケーシングＰ５に収容されている。ヒートシンクＰ３は、基板Ｐ２に実装された発熱素子（マイクロプロセッサ）Ｐ４に接触し、熱交換を行う。ファンＰ１は、ケーシングＰ５に形成された上下の開口部から吸気し、ケーシングＰ５内において、ヒートシンクＰ３の方向に風を送り込む。その風は、ヒートシンクＰ３を冷却し、ケーシングＰ５における反対側の排気口から排気される。
【０００３】
上記の冷却モジュールＰ６を基板に取り付ける方法としては、以下の２種類が知られている。
（１）図９に示すように、冷却モジュールＰ６（実際にはケーシングＰ５）を、基板Ｐ２に対しねじＰ１０で固定する。この場合、温度変化による熱膨張や熱収縮等の変形により、発熱素子Ｐ４とヒートシンクＰ３との位置関係が変動することがあるため、発熱素子Ｐ４とヒートシンクＰ３とを直接接触させると、発熱素子Ｐ４にストレスがかかってしまう。そこで、発熱素子Ｐ４とヒートシンクＰ３との間には一定の隙間を設け、その隙間を粘性の高いゲル状の熱伝導グリースや弾性に富む熱伝導シート等Ｐ１１で充填することで、発熱素子Ｐ４とヒートシンクＰ３との位置関係の変動を吸収する。
（２）図１０に示すように、冷却モジュールＰ６は、ねじＰ１２により基板Ｐ２に取り付けられるが、ねじＰ１２の頭部と冷却モジュールＰ６との間には隙間があり、そこにばねＰ７が取り付けられている。この構造により、冷却モジュールＰ６は、全体として、基板Ｐ２に対し上下方向に可動であり、ばねＰ７により基板Ｐ２の方向に付勢される（特許文献１、２参照）。よって、温度変化による熱膨張や熱収縮等の変形が生じ、発熱素子Ｐ４が冷却モジュールＰ６に近づいたときでも、ばねＰ７が縮み、冷却モジュールＰ６が基板Ｐ２から離れる方向に移動することで、冷却モジュールＰ６が発熱素子Ｐ４に過度に強く押し当てられてしまうようなことがない。
【特許文献１】特開２００１−１１０９６７号公報
【特許文献２】特開２０００−６４９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記（１）の方法では、発熱素子Ｐ４とヒートシンクＰ３との間に、金属材料等と比較すると熱伝導率が著しく低いグリースやシートＰ１１が存在するため、熱抵抗による温度ロスが問題となる。図１１に、発熱素子Ｐ４とヒートシンクＰ３との間に存在するゲル状の熱伝導グリースの厚みと、ヒートシンクＰ３の表面温度上昇値との関係を示す。この図１１から明らかなように、ゲル状の熱伝導グリースが厚いほど、ヒートシンクＰ３の表面温度上昇値が大きくなってしまう。
【０００５】
また、上記（２）の方法では、冷却モジュールＰ６全体が可動であるため、車載機器のように強い振動を伴う環境下にある場合には、質量、体格が大きい冷却モジュールＰ６が振動し、基板Ｐ２及びはんだ実装される発熱素子Ｐ４へ強いストレスをかけてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、発熱素子とヒートシンクとの間の熱抵抗が小さく、発熱素子へかかるストレスが小さい発熱素子の冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１の発明では、発熱素子の位置が変化したとき、発熱素子の位置に応じて、発熱素子に当接するヒートシンクを備えたヒートシンクユニットの位置を変えるが、ヒートシンクユニットの位置は、送風ユニットとは独立に変えられるため、位置が変わる部分の質量・サイズが共に低減される。そのことにより、位置が変わる部分の振動による発熱素子へのストレスを大幅に抑えることができる。
【０００８】
また、ヒートシンクは発熱素子に当接しており、熱伝導グリースや熱伝導シートが介在しない、もしくはそれらを極めて薄くすることができ、熱抵抗を小さくすることができる。なお、ヒートシンクユニットの位置は、発熱素子の位置に応じて変化するため、ヒートシンクを発熱素子に直接当接させても、発熱素子に過度のストレスがかかることはない。
【０００９】
前記ヒートシンクユニットは、例えば、ヒートシンクのみから成るものであってもよいし、ヒートシンクと他の部材とを結合したものであってもよい。
本発明は、上記のように、振動による弊害を防止できるので、例えば、振動が激しい車載電子機器の基板上にある発熱素子の冷却に適用することができる。
（２）請求項２の発明では、位置変化手段は、ヒートシンクユニットを移動可能に支持する支持手段と、支持手段に移動可能に支持されたヒートシンクユニットを、ヒートシンクが発熱素子に当接する方向に付勢する付勢手段とから成る。本発明によれば、位置変化手段を簡単な構成により実現できる。
【００１０】
前記位置変化手段は、ヒートシンクユニットを、発熱素子に近づく方向、及び発熱素子から遠ざかる方向に移動可能に支持することが好ましい。
（３）請求項３の発明は、送風手段が生じさせる風を、ヒートシンクを含む経路に沿って案内する風案内手段を送風ユニットに備える。このことにより、冷却性能を一層向上させることができる。前記案内手段としては、例えば、送風手段やヒートシンクの一部又は全部を覆うケーシングが挙げられる。
（４）請求項４の発明では、ヒートシンクユニットと、送風ユニットとの間に、隙間が形成されている。このことにより、ヒートシンクユニットの位置を、送風ユニットとは独立に変化させることができる。前記隙間は、ヒートシンクユニットの位置が変化するとき、送風ユニットと干渉しないように形成される。
（５）請求項５の発明では、ヒートシンクユニットと、送風ユニットとが、伸縮可能な部材により接続されている。このことにより、送風手段により生じた風が、ヒートシンクユニットと送風ユニットとの隙間から漏れ出してしまうことを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
１．発熱素子の冷却構造の構成
発熱素子の冷却構造の構成を図１〜図６に基づいて説明する。なお、図１は、発熱素子の冷却構造の側断面図であり、図２は発熱素子の冷却構造を斜め上方から見た斜視図であり、図３は発熱素子の冷却構造を斜め上方から見た一部透視図であり、図４は発熱素子の冷却構造を下方から見た一部斜視図であり、図５はヒートシンクとケーシングの裏面図であり、図６は発熱素子の冷却構造を斜め下方から見た斜視図である。
【００１２】
発熱素子の冷却構造は、基板１に実装されたマイクロプロセッサ（発熱素子）３を冷却するためのものであって、ヒートシンク５、ヒートシンク取り付け部（位置変化手段）７、ケーシング（風案内手段）９、冷却ファン（送風手段）１１、及びケーシング取り付けねじ１３から構成される。
【００１３】
ヒートシンク５は、熱伝導率が高い金属製の部材であり、平坦な板状部材の上面に、複数のフィンが一定の間隔をおいて互いに平行に立設された形状を有する。ヒートシンク５は、マイクロプロセッサ３の上面に直接設置される。
【００１４】
ヒートシンク取り付け部７は、ヒートシンクの４隅において、ヒートシンク５を基板１に対し取り付ける。ヒートシンク取り付け部７は、ねじ１５と、コイル状のばね１７とから構成される。ねじ１５は、ヒートシンク５に形成された孔１９を貫き、その先端部２１において基板１に固定される。ねじ１５の頭部２３とヒートシンク５との間には所定の隙間があり、そこにばね１７が取り付けられている。よって、ヒートシンク５は、ねじ１５により、上下方向に移動可能に支持される。ばね１７は、力がかからない状態よりも押し縮められており、伸長しようとする弾性力により、ヒートシンク５をマイクロプロセッサ３に当接する方向に付勢する。
【００１５】
このヒートシンク取り付け部７の構造により、温度変化による基板１の熱膨張や熱収縮等の変形によって、マイクロプロセッサ３が上下方向に移動したときは、ヒートシンク５も、マイクロプロセッサ３に追随して、上下方向に移動し、マイクロプロセッサ３とヒートシンク５との間の押し当て力が過大になることなく、マイクロプロセッサ３とヒートシンク５との当接を保つことができる。すなわち、マイクロプロセッサ３が上方向に移動したときは、ばね１７がさらに縮み、ヒートシンク５はねじ１５に支持されつつ、上方向に移動し、マイクロプロセッサ３とヒートシンク５との間の押し当て力が過大にならないようにする。また、マイクロプロセッサ３が下方向に移動し、ヒートシンク５から遠ざかろうとしたときは、ばね１７が伸び、ヒートシンク５はねじ１５に支持されつつ、下方向に移動し、マイクロプロセッサ３に当接した状態を保つことができる。
【００１６】
ケーシング９は、その左右方向における一方の側に冷却ファン１１を収容する。冷却ファン１１の上下には、一対の吸気口２５、２７が形成されている。また、ケーシング９のうち、冷却ファン１１を収容する部分の反対側では、下面に切り欠き部２９が形成されている。この切り欠き部２９において、ヒートシンク５はケーシング９内に入り込んでいる。ケーシング９内に収容されたヒートシンク５とケーシング９との間には、上下方向、水平方向のいずれの方向についても０．５〜１．５ｍｍの隙間３０が存在する。またケーシング９のうち、冷却ファン１１とは反対側の側面は切り欠かれて排気口３１となっている。
【００１７】
冷却ファン１１は、ケーシング９の吸気口２５、２７から吸気し、ヒートシンク５の方向に送風する。その風は、ケーシング９によって案内され、ヒートシンク５を通り、排気口３１から排気される。この風により、ヒートシンク５の放熱が促進される。
【００１８】
ケーシング取り付けねじ１３は、ケーシング９の４隅において、ケーシング９を基板１に対し固定する。
２．発熱素子の冷却構造の作用効果
発熱素子の冷却構造は以下の作用効果を奏する。
(i)ヒートシンク５とケーシング９との間には隙間３０があり、互いに固定されていないため、ヒートシンク取り付け部７の機能によって、ヒートシンク５が上下方向に動くときでも、ケーシング９は連動して動かない（ヒートシンク５はケーシング９とは独立して動く）。すなわち、ヒートシンク取り付け部７による可動部分はヒートシンク５のみであり、ケーシング９も一体となって動く場合と比べて、可動部分の質量・サイズが共に低減される。そのことにより、可動部分の振動による基板１及びマイクロプロセッサ３へのストレスを大幅に抑えることができる。尚、ケーシング９や冷却ファン１１については基板１に対してのバネ可動はせず、独立して固定されるため、基板１及びマイクロプロセッサ３に対して振動による影響は与えない。
(ii)ヒートシンク５はマイクロプロセッサ３に直接、当接しており、熱伝導グリースや熱伝導シートが介在しないため、熱抵抗が小さい。
【００１９】
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、図７に示すように、ヒートシンク５とケーシング９との隙間３０を、伸縮性のある材料からなるシート３３により塞いでもよい。こうすることにより、冷却ファン１１により生じた風が隙間３０から漏れ出してしまうことを防止できる。また、シート３３の代わりに、蛇腹状（例えばアコーディオンに用いられるようなもの）のシートを用いてもよい。なお、上記のシート３３や蛇腹状のシートを取り付けても、ヒートシンク５は、ケーシング９とは独立して動くことができるので、可動部分がヒートシンク５だけであることには変わりがない。
【００２０】
また、ヒートシンク取り付け部７においてヒートシンク５をマイクロプロセッサ３の方向へ付勢する手段としては、コイル状のばねの他に、弾性変形する部材を広く用いることができ、例えば、板ばね、ゴム等の弾性材料が挙げられる。
【００２１】
また、ヒートシンク５に、重量が過大にならない範囲で、他の部材を取り付け、ヒートシンク５を含むヒートシンクユニットを構成してもよい。
上記実施形態では、ヒートシンク５とマイクロプロセッサ３との間に熱伝導グリースや熱伝導シートが介在しないようにしたが、ヒートシンク５とマイクロプロセッサ３との間に、熱伝導グリースや熱伝導シートを薄く介在させても良い。こうすることにより、ヒートシンク５やマイクロプロセッサ３の表面における微妙な凹凸を吸収し、接触面積を増大させることができる。なお、ヒートシンク５が可動であることにより、ヒートシンク５とマイクロプロセッサ３との位置関係を調整できるので、熱伝導グリースや熱伝導シートは薄くてもよい。そのため、熱伝導グリースや熱伝導シートを介在させても、熱抵抗が大きくなってしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】発熱素子の冷却構造の側断面図である。
【図２】発熱素子の冷却構造を斜め上方から見た斜視図である。
【図３】発熱素子の冷却構造を斜め上方から見た一部透視図である。
【図４】発熱素子の冷却構造を下方から見た一部斜視図である。
【図５】ヒートシンクとケーシングの裏面図である。
【図６】発熱素子の冷却構造を斜め下方から見た斜視図である。
【図７】発熱素子の冷却構造を斜め下方から見た斜視図である。
【図８】発熱素子の冷却構造の側断面図である。
【図９】発熱素子の冷却構造の側断面図である。
【図１０】発熱素子の冷却構造の側断面図である。
【図１１】発熱素子とヒートシンクとの間に存在するゲル状の熱伝導グリースの厚みと、ヒートシンクの表面温度上昇値との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１・・・基板、３・・・マイクロプロセッサ、５・・・ヒートシンク、
７・・・ヒートシンク取り付け部、９・・・ケーシング、１１・・・冷却ファン、
１５・・・ねじ、１７・・・ばね、１９・・・孔、２１・・・先端部、２３・・・頭部、
２５、２７・・・吸気口、２９・・・切り欠き部、３０・・・隙間、３１・・・排気口、
Ｐ１・・・ファン、Ｐ２・・・基板、Ｐ３・・・ヒートシンク、Ｐ４・・・発熱素子、
Ｐ５・・・ケーシング、Ｐ６・・・冷却モジュール
【図１１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009130258.tif 000010
【図８】
2009130258.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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