JP2000283670A

JP2000283670A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2000283670A
Application number: JP8795799A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kikuchi; 孝行菊地
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】被冷却部品（電子部品）の熱を外部放出する
ヒートシンクの熱移動効率を向上させたヒートシンクを
提供すること。【解決手段】鉛直に起立する熱移動体と、該熱移動体
に対して傾斜して取り付けられた複数枚の放熱フィンと
からなるヒートシンク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子・電気機器
に搭載される電子機器やその部品の放熱、冷却に用いら
れるヒートシンクの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピューター等に代表される各種電子
・電気機器に搭載されている半導体素子等の小型部品の
冷却、あるいは変電用整流器や車両用電源装置に用いら
れる半導体素子等の大型部品に対する冷却の問題は、近
年、重要課題として注目されてきている。このような冷
却が必要な半導体素子等の冷却方法として、それが搭載
される機器筐体にファンを取り付け、その機器筐体内の
空気を冷却する方法や、その冷却すべき半導体素子等に
冷却体（ヒートシンク）を取り付けて冷却する方法等が
代表的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】冷却すべき半導体素子
等の部品（以下、被冷却部品と言う）を冷却するヒート
シンクとしては従来各種のものが提案され実用化されて
いる。図２０に示すヒートシンク８１はその一例で、ア
ルミの押出材で作られ、図において底面は平らに構成さ
れて被冷却部品８４との接触面８５とし、平面側は山形
や凹凸面として放熱面８６としている。このヒートシン
クは放熱面８６を上に向けて、あるいは横に向け、放熱
面８６に外気が触れるように設置する。被冷却部品８４
の温度が上昇すると被冷却部品からの熱がヒートシンク
８１に伝わり、ヒートシンク８１の放熱面８６の温度が
上昇するとそれに触れている外気の温度が上がって周囲
の外気との間で浮力が生じ、上昇気流が発生する。上述
したようにヒートシンク８１の放熱面８６を上に向け、
あるいは横に向けて配置することにより上昇気流はヒー
トシンク８１によって妨げられることなく上昇し、新し
い冷たい外気が放熱面８６に流入して放熱面８６は自然
対流により空冷される。

【０００４】しかしながら、上記押し出し材によるヒー
トシンク８１は放熱面８６やヒートシンクのベース板と
なる被冷却部品接触面８５の肉厚が厚くなり、従って、
放熱面に形成する凹凸の数が限られてしまい、更に製造
上の制約から凹凸の高さにも限界があるために放熱面８
６の表面積を大きく取ることができず、冷却効率を上げ
ることが困難であり、また、重量が重くなるという欠点
があった。

【０００５】このような押し出し材によるヒートシンク
の欠点を解消するヒートシンクとして図２１に示す構造
のものが提案され、実用化されている。図２１に示すヒ
ートシンク９１は銅管やアルミ管、鉄管、ステンレス管
等の伝熱管やヒートパイプ（以下熱移動体という）９２
にフィン９３としてバーリング加工による孔９７を有す
る薄い平板を複数枚、熱移動体に対して直角に取り付け
たものである。かかるヒートシンク９１による被冷却部
品９４の冷却は、被冷却部品９４を熱移動体９２の吸熱
側９５に接触するように取り付ける。被冷却部品９４か
らの熱は熱移動体９２の吸熱側９５から放熱側９６へと
移動し、フィン９３を介して外気へ放熱し、フィン９３
は外気の自然対流で空冷され、被冷却部品の熱を放熱す
る。この構造のヒートシンク９１は熱移動体９２の周囲
に薄板のフィン９３を直接取り付けるので伝熱面積を大
きく取れ、従って、装置を小型化することが容易である
という利点がある。

【０００６】しかしながら、上記ヒートシンク９１は熱
移動体９２に対してフィン９３を略直角に取り付けてい
るために、熱移動体９２を鉛直に設置するとフィン９３
は水平となる。このため、熱移動体９２からの熱でフィ
ン９３の温度が上昇し、フィンの温度上昇で温められた
外気が上方に移動しようとすると上側のフィンに邪魔さ
れてスムーズに移動できず、温められた外気はフィン表
面に沿って水平方向に移動することとなる。このよう
に、温められた外気と温められていない外気（フィン周
辺の外気）との対流がスムーズに行われず、この現象は
フィンの間隔を狭めて配置する程顕著となり、ヒートシ
ンク全体の放熱効率を著しく損なう結果となっている。

【０００７】このため、自然対流による空冷をスムーズ
にするためにヒートシンク９１の熱移動体９２を水平に
設置し、フィン９３が鉛直になるように配置して放熱効
率を良くする配置方法をとることがある。しかしなが
ら、ヒートシンク９１の熱移動体９２を水平方向に配置
すると横方向に長くなるため、床上面の設置面積が大き
くなり、床の面積占有率が悪くなるという問題点があ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
のヒートシンクの問題点を解消し、放熱効率に優れ、床
占有面積を取らないヒートシンクを提供するものであ
る。本願の第１の発明は、鉛直に起立する熱移動体と、
該熱移動体に対して傾斜して取り付けられた複数枚の平
板状放熱フィンとからなることを特徴とするヒートシン
クである。

【０００９】前記熱移動体と放熱フィンとの接合は、前
記放熱フィンにバーリング加工等によりフィン本体に対
して所定角度傾斜したバリ部を設け、該傾斜バリ部を有
するバーリング加工孔に熱移動体を挿入し、バリ部の角
度によりフィンを熱移動体に対して傾斜して取り付けた
ことを特徴とするヒートシンクである。前記熱移動体と
複数枚のフィンとを良伝熱性の接合剤で接合すると、機
械的にも熱的にも好適に接合することができ、好まし
い。

【００１０】本願の第２の発明は、鉛直に起立する熱移
動体と、該熱移動体に対して直角に取り付けられた１乃
至複数枚の幅の狭い放熱基板と、該放熱基板に直角で、
かつ放熱基板からはみ出した状態で設けられた複数枚の
放熱フィンとからなることを特徴とするヒートシンクで
ある。前記放熱フィンは放熱基板の上面に設け、また
は、放熱基板の下面に設け、あるいは、放熱基板を挟ん
で設けてもよい。また、熱移動体に取り付けられた複数
の放熱基板に設けられる放熱フィンが、その上下におい
て碁盤の目状に配置され、あるいは、互いに重ならない
状態に配置すると、放熱効果の向上が望めて好ましい。
本願の第３の発明は、鉛直に起立する熱移動体と、該熱
移動体に対して直角に設けられた１乃至複数枚の幅の狭
い放熱基板と、該放熱基板に所定の角度で、かつ放熱基
板からはみ出した状態に設けられた複数枚の放熱フィン
とからなることを特徴とするヒートシンクである。前記
放熱基板に設けられた放熱フィンは、その上下において
千鳥状に交差した状態に配列すると、気流が乱れて放熱
効果をより一層向上することが可能となり、好ましい。

【００１１】本発明は上述したように、鉛直に起立する
熱移動体に平板状放熱フィンを傾斜させて、あるいは熱
移動体に対して平行（鉛直）に設けたため、放熱フィン
に伝わった被冷却部品からの熱は外気に伝わり、温めら
れた外気は平板状フィンに沿って大気に流出し、フィン
周囲の冷えた空気は鉛直に配置された、あるいは斜めに
配置されたフィンに沿ってフィン間に流入できるので大
気の対流はスムーズとなり、放熱効率は向上する。ま
た、フィンを鉛直に、あるいは斜めに傾斜して取り付け
るため、ヒートシンク自体は高さ方向にはやや高くなる
が水平方向には短くなるため、床面の占有面積は減少
し、従って、放熱効率の改良と合わせてヒートシンク自
体を小型に設計することが可能となるとともに、本発明
ヒートシンクを組み込む電気・電子機器の床占有面積を
も小さくすることができるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示
すもので、１はヒートシンクで、銅管やアルミ管、鉄
管、ステンレス管等の伝熱管やヒートパイプ等の熱輸送
または熱伝導体からなる熱移動体２と平板状の複数枚の
フィン３とからなっている。複数枚の平板状フィン３は
熱移動体２に対して斜めに傾斜して取り付けられてい
る。斜めに傾斜させる角度θは使用目的、使用場所等に
よる熱放散効率を考慮して設定されるが、３０°〜６５
°程度が最適である。フィン３の傾斜角度θが３０°よ
りも小さいと気流の対流効果が期待できず、６５°以上
になると傾斜がきつくなり過ぎて長さ方向の長さが長く
なり過ぎ、また製造上の効率が若干悪くなるためであ
る。なお、図中４は被冷却部品である。

【００１３】熱移動体２とフィン３との取り付けは、図
２に示すように平板状のフィン３の所定箇所に斜めバー
リング加工を施し、斜めにバーリング加工することによ
り生じる斜めのバリ部５により熱移動体２に取り付け
る。このように、バーリング加工により生じるバリ部を
斜めのバリ部５とすることにより複数枚のフィン３の傾
斜角度を精度良く一定に、しかも容易に取り付けること
ができる。また、斜めのバリ部５の高さを高くすること
により熱移動体との熱的接触が良くなり、ヒートシンク
としての性能が向上する。

【００１４】熱移動体２と平板状フィン３との接合の仕
方としてはバーリング加工により上記斜めのバり部５を
形成して接合する方法の他に図３に示すように良伝熱性
の接着剤、例えば半田付けで行うこともでき、バーリン
グ加工と接着剤による接合（半田付け）とを併用するこ
とも可能である。図３は半田付け６とバーリング加工に
よる斜めバリ部５とを組み合わせて接合した状態を示す
もので（イ）はバリ部５と反対側に半田６を施した例
を、（ロ）はバり部５と同一箇所に半田６を施した例を
示している。半田付けにより接合する場合、熱移動体と
してヒートパイプを採用したときには、半田付けはヒー
トパイプが損傷されない温度範囲（例えば１５０°Ｃ〜
２３０°Ｃ）で実施する必要がある。熱移動体２とフィ
ン３とを良伝熱性の接着剤により接合することにより熱
移動体２とフィン３とは熱的に極めて良好に接続され、
ヒートシンクとしての機能が一層良好になる。

【００１５】図４乃至図５は本発明の他の実施形態を示
すもので、図４に示す実施形態は熱移動体２に取り付け
るフィン３の位置をアンバランスとした点に特徴があ
る。図４（ａ）は傾斜に対して前後方向に、図４（ｂ）
は左右方向にアンバランスに配置したものである。被冷
却部品４を組み込む機器の大きさや組み込む位置によっ
てそのバランスを適宜変えることができる。図５は平板
状フィン３に波付けを施した実施形態で、このように波
３Ａを設けることによりフィン３の表面積を大きくで
き、従って、ヒートシンク全体の大きさを小さくするこ
とができる。

【００１６】図６乃至図７は本発明のフィン３の他の実
施形態（形状）を示すもので、図６はフィン３に矩形の
貫通孔６８を設けた実施形態、図７は丸形状の貫通孔７
８を設けた実施形態で、このようにフィン３に適宜形状
の貫通孔を設けることによりフィン３で温められた外気
を上方に逃がし易くし、フィン周囲の対流をより良好に
することができるように工夫したものである。しかしな
がら、貫通孔の大きさと数はフィンの放熱面積を減少さ
せることになる。このため、貫通孔を折り曲げ加工によ
り設けて、放熱面積の減少を防ぐ方法もある。これらの
選択は放熱面積と外気の対流との兼ね合いを考慮して決
定する。なお、上下フィンにより貫通孔の位置を異なら
せる等して気流の動きと放熱効果とを考慮することによ
り、より一層冷却効果を向上することも可能となる。上
記実施形態の他に平板フィン材を適当に捩じったり、折
り曲げたりして被冷却部品４やヒートシンク１を設置す
る位置、場所に応じてフィン３を変形させることも可能
である。

【００１７】図８乃至図１１は本願の第２の発明の実施
形態を示すもので、図８において２７は放熱基板で、該
放熱基板２７は幅の狭い良熱伝導性の材料（例えばアル
ミ材）で形成されている。２３は放熱基板２７の上面
に、該放熱基板２７に対して直角に設けられたフィン
で、該フィン２３は図面から明らかなように放熱基板に
接合する一部を除いて放熱基板２７から外部に大きくは
み出している。図中符号２５はバリ部である。図９は図
８におけるフィン２３が放熱基板２７の下側に設けられ
ている実施形態で、図１０はかかる放熱基板２７を熱移
動体２２に取り付けた状態を示している。複数枚のフィ
ン２３を設けた放熱基板２７と熱移動体２２との結合
は、放熱基板２７に設けたバーリング加工孔に熱移動体
２２を嵌着することにより接合し、バリ部２５により熱
的にも接合する。バーリング加工は放熱基板２７に直角
に施すため技術的に容易である。なお、必要によりバリ
部２５と熱移動体２２との接合部を半田等の良伝熱性接
合剤２６で補強するとよい（図１０（ハ））。

【００１８】図１１は放熱基板２７に複数枚のフィン２
３を、該フィン２３が放熱基板２７を挟んで取り付けた
実施形態で、このように構成することにより熱移動体２
２に取り付ける放熱基板２７の間隔を大きく取ることが
できる利点がある。図１２乃至図１３は熱移動体に取り
付けたフィン２３の配置例を示す実施形態で、図１２は
上下のフィン２３を直交させて碁盤の目のように配置し
た例であり、図１３は千鳥状に配置した例である。この
ように上下のフィンの位置を適宜配置することにより温
められた外気と冷えた外気との気流が加減でき、また、
電子機器等への収納の自由度を増加することができる。

【００１９】図１４乃至図１６は本願の第３の発明を示
すもので、第３の発明の特徴は放熱基板３７にフィン３
３を傾斜して取り付けた点である。図１４は同一方向
（右方向または左方向）に所定角度傾斜させてフィン３
３を取り付けた実施形態である。図１５は放熱基板３７
の中央付近からフィン３３を外側に傾斜させて配列させ
た実施形態であり、図１６は中央付近からフィン３３を
内側に傾斜させた実施形態である。上述したようにフィ
ン３３を放熱基板３７に所定角度（３０°〜６５°）傾
斜させて設けることにより、図に細線３８で示すように
外気の流れが一部乱され、放熱効果の向上が図れる。

【００２０】図１７は本発明の他の実施形態を示すもの
で、放熱基板４７とフィン４３とを一体に成形し、フィ
ン４３を放熱基板４７の付け根４９で、放熱基板４７に
対して所定の角度（９０°を含む）に捩じり、気流の通
りを良好にした例である。なお、図中４５はバリ部であ
る。図１８は放熱基板４７と一体に設けたフィン４３を
放熱基板４７の付け根４９ａと、さらに他の一か所４９
ｂで折り曲げて熱移動体に対して所定の角度傾斜したフ
ィン構造としたもので、このように、放熱基板４７とフ
ィン４３とを一体に成形してフィン部分を加工すること
により、熱移動体に対して所定角度を有する放熱構造と
することが可能となる。図１９はフィン４３にルーパー
４８（切り起こし）を設け、フィンの面積をそれほど減
少させることなく気流の流れをよりスムースにした例で
ある。

【００２１】本発明のヒートシンクは熱移動体を鉛直に
起立させて使用する。熱移動体を鉛直に起立させて使用
することによりフィンが水平面に対して一定角度（９０
°を含む）傾斜するように配置される。フィンが水平面
に対して一定角度傾斜して配置されることにより被冷却
部品の発生熱を熱移動体、フィンを通して温められた外
気が上昇し易くなり、フィン周囲の外気の対流がスムー
ズになってフィンが外気により冷却され、その結果被冷
却部品の温度を低く抑えることが可能となる。

【００２２】以上は、フィンの形状等につき、それぞれ
独立した形状のものについて述べたが、これらの組み合
わせにより種々のフィンが形成でき、ヒートシンクの設
計の幅を広げることができることは勿論である。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のヒートシ
ンクは床占有面積に対して放熱効果が優れ、フィン形状
を任意に選定できるので機器に合った設計が可能にな
る。このように設計の自由度が増加することにより機器
（設備）全体をコンパクトとにでき、トータルコストを
低減することができる。ヒートシンクの組み立てもバー
リング加工と必要により良伝熱性接合剤で接合、例えば
半田付けを付加することで簡単にできる等、優れた効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す説明図で、
（イ）は正面図、（ロ）は平面図である。

【図２】本発明の熱移動体とフィンとの接続状態を示す
拡大説明図である。

【図３】（イ）、（ロ）はそれぞれ本発明の熱移動体と
フィンとの接続状態を示す他の実施形態の拡大説明図で
ある。

【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施形態を示す
説明図で、（イ）は正面図、（ロ）は平面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態を示す説明図で、
（イ）は正面図、（ロ）は平面図で、（ハ）はフィン１
枚の側面図である。

【図６】本発明で使用するフィンの一実施形態を示す説
明図である。

【図７】本発明で使用するフィンの他の実施形態を示す
説明図である。

【図８】本発明の第２の実施形態で使用するフィンの一
実施形態で、（イ）は正面図、（ロ）は平面図、（ハ）
は側面図である。

【図９】本発明の第２の実施形態で使用するフィンの他
の実施形態を示す正面図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態を示す説明図で、
（イ）は正面図、（ロ）は平面図、（ハ）は部分拡大図
である。

【図１１】本発明の第２の実施形態で使用するフィンの
第３の実施形態を示す正面図である。

【図１２】本発明の第２の実施形態で使用するフィンの
第１の配置例を示す正面図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態で使用するフィンの
第２の配置例を示す正面図である。

【図１４】本発明の第３の実施形態で使用するフィンの
第１の配置例を示す正面図である。

【図１５】本発明の第３の実施形態で使用するフィンの
第２の配置例を示す正面図である。

【図１６】本発明の第２の実施形態で使用するフィンの
第３の配置例を示す正面図である。

【図１７】本発明で使用するフィンの他の実施形態を示
す説明図で、（イ）は正面図、（ロ）は側面図である。

【図１８】本発明で使用するフィンの他の実施形態を示
す説明図で、（イ）は正面図、（ロ）は側面図である。

【図１９】本発明で使用するフィンの他の実施形態を示
す説明図で、（イ）は正面図、（ロ）は側面図である。

【図２０】従来のヒートシンクの一例を示す説明図で、
（イ）は正面図、（ロ）は側面図（ハ）は平面図であ
る。

【図２１】従来のヒートシンクの他の例を示す説明図で
あ（イ）は正面図、（ロ）は平面図である。

【符号の説明】

１ヒートシンク２、１２、２２、３２、４２熱移動体３、１３、２３、３３、４３フィン４被冷却部品５バリ部６半田付け部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛直に起立する熱移動体と、該熱移動体
に対して傾斜して取り付けられた複数枚の放熱フィンと
からなることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】前記放熱フィンにバーリング加工により
フィン本体に対して所定角度傾斜したバリ部を設け、該
傾斜バリ部を有するバーリング加工孔に前記熱移動体を
挿入、固定してなることを特徴とする請求項１記載のヒ
ートシンク。
【請求項３】前記熱移動体と放熱フィンとを良伝熱性
の接合剤で接合してなることを特徴とする請求項１記載
のヒートシンク。
【請求項４】鉛直に起立する熱移動体と、該熱移動体
に対して直角に取り付けられた１乃至複数枚の幅の狭い
放熱基板と、該放熱基板に直角に設けられた複数枚の放
熱フィンとからなることを特徴とするヒートシンク。
【請求項５】前記放熱フィンが放熱基板の上面に設け
られていることを特徴とする請求項４に記載のヒートシ
ンク。
【請求項６】前記放熱フィンが放熱基板の下面に設け
られていることを特徴とする請求項４に記載のヒートシ
ンク。
【請求項７】前記放熱フィンが放熱基板を挟んで設け
られていることを特徴とする請求項４に記載のヒートシ
ンク。
【請求項８】熱移動体に取り付けられた複数の放熱基
板に設けられる放熱フィンが、その上下において碁盤の
目状に配置した状態となっていることを特徴とする請求
項４乃至７のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項９】熱移動体に取り付けられた複数の放熱基
板に設けられる放熱フィンが、その上下において互いに
重ならない状態に配置されていることを特徴とする請求
項４乃至７のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項１０】鉛直に起立する熱移動体と、該熱移動
体に対して直角に設けられた１乃至複数枚の幅の狭い放
熱基板と、該放熱基板に所定の角度で設けられた複数枚
の放熱フィンとからなることを特徴とするヒートシン
ク。
【請求項１１】熱移動体に取り付けられた複数の放熱
基板に設けられる放熱フィンが、その上下において千鳥
状に交差した状態に配列されていることを特徴とする請
求項１０に記載のヒートシンク。