JP4268064B2 - ヒートシンクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電気自動車に搭載する二次電池、或いはパソコンや家電などの電子機器を放熱冷却するのに適したヒートシンクおよびその製造方法に関する。

従来のヒートシンクは、例えば、図５に示すように、受熱部１１と放熱部４を有する板型ヒートパイプ３の放熱部４に放熱フィン１２を、ろう付け或いは溶接により熱的に接続したものである（例えば、特許文献１）。

前記板型ヒートパイプ３は、エンボス加工（突き出し加工）後、エンボス加工面１３をディンプル加工（凹部１３a形成加工）して強化したアルミ、銅などの高熱伝導性金属薄板５を2枚、間に空洞が形成されるように重ね合わせ、縁部１４をろう付け或いは溶接により気密に接合して筐体１５とし、筐体１５の空洞内に作動液を封入したものである。

前記ヒートシンクでは、板型ヒートパイプ３の受熱部１１に二次電池などの発熱体（図示せず）が取付けられ、前記発熱体により加熱された作動液は蒸発して放熱部４に移動し、そこで凝縮して潜熱を放出し、この潜熱は放熱部４に熱的に接続された放熱フィン１２から外部へ放散される。放熱フィン１２は必要に応じてファン（図示せず）により送風冷却される。

特開２０００−２８２７９号

しかし、前記従来のヒートシンクでは、放熱フィンを放熱部にろう付け或いは溶接する際の過度の温度上昇により、板型ヒートパイプ（熱伝導性部材）を構成する金属薄板が変形したり、前記金属薄板の接合部が剥離して作動液が漏れたり、或いは前記金属薄板が軟化して作動液の気化或いは液化の際の圧力変化で空洞が潰れたり膨張したりしてヒートシンクの冷却効率が低下するという問題があった。

一方、過度の温度上昇を避けるため、放熱フィンを熱伝導性部材の放熱部に接着剤や低融点ろう材を用いて熱的に接続する方法は、接着剤や低融点ろう材は熱伝導率が低いため放熱フィンと熱伝導性部材放熱部との間の熱抵抗が増大して冷却効率が低下するという問題があった。

本発明は、冷却効率に優れるヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明は、請求項１、請求項２及び請求項３の発明からなる。
請求項１記載発明は、受熱部および放熱部を有する熱伝導性部材の前記放熱部に放熱フィンの開口部が挿通されたヒートシンクであって、前記開口部の周縁には向きを前方向と後方向に交互に変えて設けられている複数の舌片と、前記放熱フィンの開口部の両側部分が圧縮変形されて前記放熱フィンが前記熱伝導性部材の放熱部にかしめられているかしめ部と、を備え、前記放熱フィンは２個ずつ近接しており、前記近接する２個の放熱フィンは、それぞれの開口部の舌片が相互に相手の舌片下に圧入され、前記舌片は前記放熱部に弾性変形して押圧固定されていることを特徴とするヒートシンクである。

請求項２記載発明は、前記放熱フィンは、その端部が櫛型補強部材の櫛歯間に嵌合されて相互に位置決めされていることを特徴とする請求項１記載のヒートシンクである。

請求項３記載発明は、前記熱伝導性部材が板型ヒートパイプであることを特徴とする請求項１または２記載のヒートシンクである。

本発明のヒートシンクは、熱伝導性部材の放熱部に放熱フィンを、ろう付けや溶接を行わずに、機械的に接続したもので、熱伝導性部材が熱変形しないため熱伝導性部材と放熱フィンの密着性が十分確保されて両者間の熱伝導性が良好となり、優れた冷却性能が得られる。

特に、熱伝導性部材が板型ヒートパイプの場合は、その筐体の接合部が剥離して作動液が漏れたり、金属薄板が軟化して作動液の気化時または液化時の圧力変化で空洞が膨張したり潰れたりして冷却効率が低下する恐れがない。また、放熱フィンの放熱部への接続が作動液封入後にも行えるのでヒートシンクの製造手順の自由度が増す。

以下に本発明を図を参照して具体的に説明する。
なお、本発明を説明する全図において、同一符号の繰り返しの説明は省略する。
図１（イ）は本発明の第１の実施形態を示す斜視説明図、図１（ロ）は図１（イ）のＡ−Ａ断面図である。
放熱フィン１の略中央部に開口部２が設けられ、開口部２が板型ヒートパイプ３の放熱部４に挿通されており、開口部２の上部周縁には舌片２ａが、また下部周縁には舌片２ｂが、それぞれその向きを前方向と後方向に交互に変えて設けられており、前記舌片２ａ、２ｂは放熱部４の表面に弾性変形して押圧固定されている。このように舌片２ａ、２ｂを放熱部４表面に押圧固定することにより、放熱フィン１は放熱部４に熱的に接続される。

板型ヒートパイプ３は、エンボス加工面１３をディンプル加工（凹部１３a形成加工）して強化したアルミ、銅などの高熱伝導性金属薄板５を2枚、間に空洞４ａが形成されるように重ね合わせ、縁部１４をろう付け或いは溶接により気密に接合して筐体１５とし、筐体１５の空洞４ａ内に作動液（シクロペンタン、水などの揮発性液体）を封入したものである。図１（イ）、（ロ）で５ａはエンボス加工した２枚の高熱伝導性金属薄板５の接合部である。

本発明において、放熱フィン１は、例えば、図２（イ）に示すように、アルミ合金薄板５の略中央部にサの字状の切れ目６を入れて複数の舌片２ａ、２ｂを有する開口部２を形成し、次いで、図２（ロ）に示すように、開口部２の上部周縁に繋がる舌片は一方の端から前方向２ａ、後方向２ａ’の順に交互に折り曲げ、下部周縁に繋がる舌片は前記一方の端から後方向２ｂ’、前方向２ｂの順に交互に折り曲げて作製することができる。
なお、前記舌片の折り曲げ順序は、上記順序に限定されるものではなく、放熱フィンを自立させ得れば任意である。

開口部２を放熱部４に挿通するとき先行する舌片２a、２bは、その折り曲げ角度αが４０度未満では開口部２を放熱部４に挿通し難くなり、８０度を超えると放熱部４に十分な強度で押圧固定できなくなる。従って折り曲げ角度αは４０度〜８０度が望ましい。舌片２a’、２b’は、舌片２a’、２b’を放熱部４に十分な強度で押圧固定するため８０度以下にするのが望ましい。

また開口部２の上下幅Hは板型ヒートパイプ３の放熱部４の厚みD（図１参照）に近似させるのが、舌片２ａ、２a’、２ｂ、２b’と放熱部４との接触面積を増加させることができて望ましい。

図３（イ）は本発明ヒートシンクの第２の実施形態を示す斜視説明図、図３（ロ）は図３（イ）のＡ−Ａ断面図である。
前記放熱フィンは2個ずつ近接しており、前記近接する2個の放熱フィン１、１’は、それぞれの開口部２の舌片２ａ、２ｂ’が相互に相手の舌片２ａ、２ｂ’下に圧入されている。この圧入により舌片２ａ、２b’の放熱部４への押圧強度が増加して冷却効率が向上する。このようにして複数の放熱フィン１が2個ずつ近接して順次熱的に接続されて所望のヒートシンクが製造される。

図３（イ）に示したヒートシンクでは、開口部２が放熱フィン１の上下一方の側に偏って設けられ、近接する2枚の放熱フィンのうちの一方の放熱フィン１は上端を上にし、他方の放熱フィン１’は上端を下にして接続されている。このように接続することにより近接する2枚の放熱フィン１、１’は、重なる部分が少なくなり、合計の放熱面積が大きくなる。

図４（イ）は本発明のヒートシンクの第３の実施形態を示す斜視説明図である。
開口部２の左側と右側にかしめ部７が設けてあり、このかしめ部７を上下方向に圧縮変形して、開口部２を放熱部４にかしめる。このかしめにより放熱フィン１は放熱部４に、より強固に熱的に接続される。つまり舌片２a、２bは、放熱部４に、より強固に押圧固定されて冷却効率が高まる。
図４（イ）で、８は、圧縮変形が開口部２に及び易くするための切り欠き部である。

図４（ロ）はかしめ部を放熱部にかしめた状態を示す側面説明図である。
かしめ部７が上下方向に圧縮変形されて、開口部２が放熱部４にかしめられている。

このかしめ方法は、放熱フィンの開口部を2個近接して挿通する場合（図３参照）に適用しても同様の効果が得られる。

本発明では、複数の放熱フィンの端部（上下左右端部）を櫛型補強部材の櫛歯間に嵌合して、放熱フィンを相互に位置決めするのが望ましい。こうすることにより冷却風が放熱フィン間を良好に流れ、冷却効率が向上する。

本発明において、熱伝導性部材とは、ヒートパイプの他、熱伝導性に優れるアルミや銅などの熱伝導性に優れる金属の棒材或いはパイプ材などである。

本発明において、放熱フィンの材料には、任意の金属材料が使用できるが、熱伝導性および弾性応力の両方に優れるアルミ合金或いは銅合金が好適である。

本発明において、アルミ合金製板型ヒートパイプの筐体は、ブレージングシート（アルミ合金薄板にろう材となる低融点アルミ合金薄板を複合したもの）を用いて作製するのが、ろう付けが高品質にかつ簡便に行えて望ましい。

銅合金製板型ヒートパイプの筐体は、銅合金薄板を溶接して作製するのが望ましい。ろう付けして作製したものはろう材が作動液により酸化して液もれが生じることがある。

本発明において、熱伝導性部材の受熱部と発熱体との間に伝熱シートを介在させておくと、両者間の熱伝導性が高まり冷却効率が向上する。前記伝熱シートには金属微細粉を練り込んで熱伝導性を高めたゴムシートなどが用いられる。

（イ）は本発明のヒートシンクの第１の実施形態を示す斜視説明図、（ロ）は図１（イ）のＡ−Ａ断面図である。 （イ）、（ロ）は本発明で用いる放熱フィンの製造工程説明図である。 （イ）は本発明のヒートシンクの第２の実施形態を示す斜視説明図、（ロ）は図３（イ）のＡ−Ａ断面図である。 （イ）は本発明のヒートシンクの第３の実施形態を示す斜視説明図、（ロ）は図４（イ）のＡ−Ａ断面図である。 従来のヒートシンクの斜視説明図である。

符号の説明

１ 本発明で用いる放熱フィン
２ 放熱フィンの開口部
２ａ放熱フィン開口部の上部周縁に設けられた舌片
２ｂ放熱フィン開口部の下部周縁に設けられた舌片
２ａ’他の放熱フィンの開口部の上部周縁に設けられた舌片
２ｂ’他の放熱フィンの開口部の下部周縁に設けられた舌片
３ 板型ヒートパイプ（熱伝導性部材）
４ 板型ヒートパイプの放熱部
４ａ空洞
５ アルミ合金薄板
５ａアルミ合金薄板の接合部
６ アルミ合金薄板の略中央部に形成した切れ目
７ かしめ部
８ かしめ部に設けられた切り欠き部
１１板型ヒートパイプの受熱部
１２従来の放熱フィン
１３エンボス加工面
１４縁部
１５筐体

Claims (3)

1. 受熱部および放熱部を有する熱伝導性部材の前記放熱部に放熱フィンの開口部が挿通さ
   れたヒートシンクであって、
   前記開口部の周縁には向きを前方向と後方向に交互に変えて設けられている複数の舌片と、
   前記放熱フィンの開口部の両側部分が圧縮変形されて前記放熱フィンが前記熱伝導性部材の放熱部にかしめられているかしめ部と、を備え、
   前記放熱フィンは２個ずつ近接しており、前記近接する２個の放熱フィンは、それぞれの開口部の舌片が相互に相手の舌片下に圧入され、
   前記舌片は前記放熱部に弾性変形して押圧固定されていることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記放熱フィンは、その端部が櫛型補強部材の櫛歯間に嵌合されて相互に位置決めされ
   ていることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
3. 前記熱伝導性部材が板型ヒートパイプであることを特徴とする請求項１または２記載のヒートシンク。

Images