JP2003017633A

JP2003017633A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2003017633A
Application number: JP2001374689A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Take; 幸一郎武; Ichiro Iwai; 一郎岩井; Yoshihiro Hayashida; 義弘林田; Makoto Fujioka; 誠藤岡
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-01-17
Also published as: TW595305B

Abstract

(57)【要約】【課題】電子機器、および電子機器を組み込んだ情報
機器に用いられるフィン付きアルミニウム押出形材製の
ヒートシンクについて、フィン肉厚を所定範囲で薄くす
ることにより、通気抵抗を低減し、放熱性能を向上す
る。ヒートシンクの軽量化を果たすとともに、電子機器
や情報機器の小型化および軽量化を果たす。【解決手段】フィン付きアルミニウム押出形材製のヒ
ートシンク１は、板状基部２と、これの片面に設けられ
た並列状のフィン３とを備えており、板状基部２の幅が
２５〜４００ｍｍ、板状基部２の長さが２５〜４００ｍ
ｍ、および板状基部２の肉厚が２〜５ｍｍであり、フィ
ン３の高さが１〜３０ｍｍ、フィン３の間隔が１〜１．
９ｍｍ、およびフィン３の肉厚が０．１〜０．８ｍｍで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子機器、
および電子機器を組み込んだ情報機器に用いられるフィ
ン付きアルミニウム押出形材製のヒートシンクに関する
ものである。

【０００２】この明細書において、アルミニウムとは、
純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含んで意味す
るものとする。

【０００３】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
に、電子機器、および電子機器を組み込んだ情報機器に
おいてサイリスタやトランジスタ等の発熱素子の冷却の
ためにアルミニウム押出形材製のヒートシンクが用いら
れているが、電子機器や情報機器の筺体内のコンポーネ
ントの発熱量の急激な増大により、発熱素子の発熱密度
が増大する傾向にあるため、ヒートシンクの放熱性能に
ついても増大の要求が高くなっている。また、筺体自体
が小型化しているため、筺体内全体の発熱密度も増大し
ている。そのために筺体内の温度が増大し、それに伴っ
て、筺体内にあるヒートシンクの放熱性能も向上するよ
うに要求されている。さらに、ファンの騒音を軽減する
ためには、通気抵抗の小さなヒートシンクが望まれてい
る。また、電子機器や情報機器全体の軽量化も求められ
るため、ヒートシンクも軽量な方がよい。また、上記筺
体の小型化により、ヒートシンクの外形寸法が制限さ
れ、より高性能の小型ヒートシンクの出現が望まれてい
る。

【０００４】ところで、フィン付きアルミニウム押出形
材製ヒートシンクの放熱性能を増大させるには、トング
比（フィン高さ／フィン間隔の比）を増加させることが
有効な手段である。しかしながら、フィン付きアルミニ
ウム押出形材の製造ダイスの強度の点などからトング比
の増大にも限界がある。

【０００５】本発明の目的は、上記の要望に応えんとす
るもので、フィン肉厚を所定範囲で薄くすることによ
り、通気抵抗が低減し、放熱性能が向上するとともに、
軽量化を果たすことができ、ひいては電子機器、および
電子機器を組み込んだ情報機器の小型化および軽量化を
果たし得る高性能のヒートシンクを提供しようとするこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によるヒートシンクは、板状基部と、これ
の片面に設けられた並列状のフィンとを備えており、板
状基部の幅が２５〜４００ｍｍ、板状基部の長さが２５
〜４００ｍｍ、および板状基部の肉厚が２〜５ｍｍであ
り、フィンの高さが１〜３０ｍｍ、フィン間隔すなわち
フィン同士の間の間隔が１〜１．９ｍｍ、およびフィン
の肉厚が０．１〜０．８ｍｍであることを特徴としてい
る。

【０００７】上記本発明によるヒートシンクにおいて、
フィン間に風が導入される前面側の板状基部の幅は２５
〜４００ｍｍ、好ましくは５０〜２００ｍｍである。板
状基部の幅が２５〜４００ｍｍに限定されている理由
は、板状基部の幅が２５ｍｍ未満であると、結局、ヒー
トシンクの前面面積が小さくなり、フィン間隔が狭くな
りすぎるため、通気抵抗が増大し、放熱性能が損なわれ
る。また４００ｍｍを超えると、小型化傾向にある電子
機器、および電子機器を組み込んだ情報機器の筺体寸法
に合致しなくなるとともに、板状基部の拡散熱抵抗が増
大して、放熱性能が損なわれ、さらにヒートシンクの重
量が増大するからである。またヒートシンクの奥行き方
向の板状基部の長さは２５〜４００ｍｍ、好ましくは２
５〜２００ｍｍである。板状基部の長さが２５〜４００
ｍｍに限定されている理由は、板状基部の長さが２５ｍ
ｍ未満であると、フィンの伝熱面積が小さくなり、放熱
性能が低下する。また４００ｍｍを超えると、通気抵抗
が増大し、放熱性能が損なわれるし、ヒートシンクの重
量が増大するうえに、小型化傾向にある電子機器や情報
機器の筺体寸法に合致しなくなるからである。

【０００８】また、板状基部の肉厚は２〜５ｍｍ、好ま
しくは２〜３ｍｍである。板状基部の肉厚が２〜５ｍｍ
に限定されている理由は、板状基部の肉厚が２ｍｍ未満
であると、板状基部の拡散熱抵抗が増大し、５ｍｍを超
えると、ヒートシンクの重量が大きくなりすぎるからで
ある。

【０００９】また、フィンの高さが１〜３０ｍｍ、好ま
しくは５〜３０ｍｍ、さらに好ましくは５〜２５ｍｍで
ある。フィンの高さが１〜３０ｍｍに限定されている理
由は、フィンの高さが１ｍｍ未満であると、フィン面積
が減少するため、放熱性能が著しく損なわれ、３０ｍｍ
を超えると、フィンの高さ方向の温度降下が著しく増大
し、放熱性能が損なわれるからである。

【００１０】フィン間隔が１〜１．９ｍｍ、好ましくは
１．５〜１．９ｍｍ、さらに好ましくは１．６〜１．８
ｍｍである。フィン間隔が１〜１．９ｍｍに限定されて
いる理由は、フィン間隔が１ｍｍ未満であると、フィン
間の通気抵抗が著しく増大し、放熱性能が損なわれ、
１．９ｍｍを超えると、フィン枚数が減少し、放熱面積
が減少して、放熱性能が損なわれるからである。

【００１１】フィンの肉厚は０．１〜０．８ｍｍ、好ま
しくは０．２〜０．４９ｍｍである。フィンの肉厚が
０．１〜０．８ｍｍに限定されている理由は、フィンの
肉厚が０．１ｍｍ未満であると、押出成形が困難である
とともに、強度が低下し、０．８ｍｍを超えると、フィ
ン間隔が狭くなって、通気抵抗が増大し、放熱性能が損
なわれるし、ヒートシンクの重量が増大するからであ
る。

【００１２】また、上記ヒートシンクのトング比（Ｈ／
Ｌ＝フィン高さ／フィン間隔の比）は、０．５３〜３
０、好ましくは２．７〜２４である。ここで、ヒートシ
ンクのトング比が０．５３未満であると、フィン間隔に
対してフィン高さが低いために、放熱性能が充分でな
く、トング比が３０を超えると、押出成形のさいにダイ
ス内の材料の流れが悪くなるため、欠肉してしまう。す
なわち、材料がダイスの空間全域に行き渡らず、所定の
設計高さを有するフィンが得られないし、成形後のフィ
ンに波打ち現象が生じるとともに、押出成形のさいダイ
スに押圧力の不均一が起こるため、ダイスのうち特にフ
ィン形成部が破壊されるおそれがあるからである。

【００１３】ところで、フィンの肉厚が関係するヒート
シンクの性能は、ヒートシンクの軽量化、通気抵抗の低
減、およびフィン効率があげられる。ここで、ヒートシ
ンクの軽量化については、例えばポータブル機器などで
は、軽量であることが利点となり、また材料費の削減に
直接結びつき、この点ではフィンはできるだけ薄いほど
良い。ヒートシンクの通気抵抗についても、風が導入さ
れるヒートシンクの前面における通気抵抗は、フィンが
薄いほど小さく、その結果、得られる風量が増大し、放
熱性能を増加させるので、この点でもフィンは薄い方が
良い。一方、フィンの薄肉化は、フィンの高さ方向への
温度降下、いわゆるフィン効率の低下を引き起こし、放
熱性能を悪化させる。従って、ヒートシンクの放熱性能
は、フィンの薄肉化による通気抵抗の減少と、フィン効
率の低下との兼ね合いにより、決定される。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。

【００１５】まず、図１を参照すると、電子機器、およ
び電子機器を組み込んだ情報機器などに用いられる本発
明のフィン付きアルミニウム押出形材製のヒートシンク
(1)は、板状基部(2) と、これの片面に設けられた並列
状のフィン(3) とを備えている。そして、板状基部(2)
の他面に、サイリスタやトランジスタ等の電子部品（発
熱素子）が取り付けられるようになされている。なお、
アルミニウム押出形材製ヒートシンク(1) の素材として
は、押出性および機械的強度の点から、例えばＡ６０６
１およびＡ６０６３などのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を用
いるのが好ましい。

【００１６】

【実施例】つぎに、この発明の実施例を、比較例および
参考例と共に説明する。

【００１７】実施例１図１に示す形状を有する本発明のフィン付きアルミニウ
ム押出形材製のヒートシンク(1) について、板状基部
(2) の幅（Ｗ）を１００ｍｍ、板状基部(2) の長さを１
００ｍｍ、板状基部(2) の肉厚（Ｔ）を２ｍｍ、ヒート
シンク(1) の重量を９６．１ｇとした。また、フィン
(3) の肉厚（ｔ）を０．４ｍｍ、フィン(3)の間隔
（Ｌ）を１．４ｍｍ、フィン(3) のピッチを１．８ｍ
ｍ、フィン(3) の高さ（Ｈ）を８ｍｍ、トング比を５．
７とした。この実施例１のヒートシンク(1)の熱抵抗
は、０．４８（Ｋ／Ｗ）であった。なお、電子機器、お
よび電子機器を組み込んだ情報機器の冷却で用いられる
典型的なファン動力０．１Ｗを境界条件とした。

【００１８】比較例これに対し、比較のために、フィン付きアルミニウム押
出形材製のヒートシンクの板状基部(2) の幅を１００ｍ
ｍ、板状基部(2) の肉厚を２ｍｍ、ヒートシンク(1) の
重量を１３２．５ｇとした。また、フィン(3) の肉厚を
０．９ｍｍ、フィン(3) の間隔を１．４ｍｍ、フィン
(3) のピッチを２．３ｍｍ、フィン(3) の高さを８ｍ
ｍ、トング比を５．７とした。この比較例のヒートシン
ク(1) の熱抵抗は、０．５５（Ｋ／Ｗ）であった。

【００１９】上記の比較実験の結果、本発明の実施例１
のヒートシンクによれば、比較例のヒートシンクに比べ
て、フィン面積が約３０％向上した。またヒートシンク
(1)の前面風速を１〜５ｍ／ｓとして通気抵抗が２０〜
３０％減少しており、放熱性能が最大約２０％の向上し
ていた。さらに、ヒートシンクの重量は、約３０％減少
していた。

【００２０】実施例２つぎに、本発明のフィン付きアルミニウム押出形材製の
ヒートシンク(1) について、板状基部(2) の幅（Ｗ）を
１００ｍｍ、板状基部(2) の長さを１００ｍｍ、板状基
部(2) の肉厚（Ｔ）を２ｍｍ、ヒートシンク(1) の重量
を１８８ｇとした。また、フィン(3) の肉厚（ｔ）を
０．４ｍｍ、フィン(3) の間隔（Ｌ）を１．６ｍｍ、フ
ィン(3) のピッチを２．０ｍｍ、フィン(3) の高さ
（Ｈ）を２４ｍｍ、トング比を１５とした。この実施例
１のヒートシンク(1) の熱抵抗は、０．２７（Ｋ／Ｗ）
であった。なお、電子機器、および電子機器を組み込ん
だ情報機器の冷却で用いられる典型的なファン動力０．
１Ｗを境界条件とした。

【００２１】参考例これに対し、比較のために、フィン付きアルミニウム押
出形材製のヒートシンクの板状基部(2) の幅を１００ｍ
ｍ、板状基部(2) の肉厚を２ｍｍ、ヒートシンク(1) の
重量を３２６ｇとした。また、フィン(3) の肉厚を１．
２ｍｍ、フィン(3) の間隔を１．６ｍｍ、フィン(3) の
ピッチを２．８ｍｍ、フィン(3) の高さを２４ｍｍ、ト
ング比を１５とした。この参考例のヒートシンク(1) の
熱抵抗は、０．２９（Ｋ／Ｗ）であった。

【００２２】上記の比較実験の結果、本発明の実施例２
のヒートシンクによれば、参考例のヒートシンクに比べ
て、フィン面積が約４０％向上した。またヒートシンク
(1)の前面風速を１〜５ｍ／ｓとして通気抵抗が２０〜
３０％減少しており、放熱性能が最大約２０％の向上し
ていた。さらに、ヒートシンクの重量は、約１４％減少
していた。

【００２３】つぎに、図２に、本発明のフィン付きアル
ミニウム押出形材よりなるヒートシンク(1) について、
フィン(3) の高さ（Ｈ）を１４ｍｍとした場合の放熱性
能におけるフィン(3) の間隔（Ｌ）とフィン(3) の肉厚
（ｔ）と、熱抵抗（Ｋ／Ｗ）との関係を示した。なお、
電子機器や情報機器の冷却で用いられる典型的なファン
動力０．１Ｗを境界条件とした。

【００２４】また、図３に、本発明のフィン付きアルミ
ニウム押出形材よりなるヒートシンク(1) について、フ
ィン(3) の高さ（Ｈ）を３０ｍｍとした場合の放熱性能
におけるフィン(3) の間隔（Ｌ）とフィン(3) の肉厚
（ｔ）と、熱抵抗（Ｋ／Ｗ）との関係を示した。なお、
電子機器や情報機器の冷却で用いられる典型的なファン
動力０．１Ｗを境界条件とした。

【００２５】上記図２および図３の結果から明らかなよ
うに、熱抵抗が低いすなわち放熱性能が高いフィン形状
は、フィン(3) の肉厚（ｔ）が０．１〜０．８ｍｍで、
フィン(3) の間隔（Ｌ）が１〜１．９ｍｍで得られてい
る。

【００２６】そして、その他、フィン(3) の高さ（Ｈ）
が種々に異なるヒートシンクについて、同様の実験を行
なったところ、フィン(3) の高さ（Ｈ）が１〜３０ｍｍ
の範囲については、フィン(3) の間隔（Ｌ）とフィン
(3) の肉厚（ｔ）の最適値範囲は、不変であり、従っ
て、フィン(3) の高さが３０ｍｍ以下、詳しくは１〜３
０ｍｍの範囲において、図４に示すような最適なフィン
間隔とフィン肉厚が存在することが判明した。

【００２７】このように、本発明品によれば、フィン
(3) の肉厚を所定範囲で薄くすることにより、通気抵抗
が低減して、放熱性能が向上し、しかも軽量化を果たす
ことができた。従って、これを例えば電子機器、および
電子機器を組み込んだ情報機器などのヒートシンク(1)
として使用した場合に、放熱性能が非常に優れており、
また電子機器や情報機器の筺体の小型化、および機器の
軽量化にも寄与し得るものであることが、明らかであ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明によるフィン付きアルミニウム押
出形材は、上述のように、板状基部と、これの片面に設
けられた並列状のフィンとを備えており、板状基部の幅
が２５〜４００ｍｍ、板状基部の長さが２５〜４００ｍ
ｍ、および板状基部の肉厚が２〜５ｍｍであり、フィン
の高さが１〜３０ｍｍ、フィン間隔が１〜１．９ｍｍ、
およびフィンの肉厚が０．１〜０．８ｍｍであるもの
で、フィンの肉厚を所定範囲で薄くすることにより、通
気抵抗の低減を果たすことができるとともに、板状基部
のフィン側単位面積当たりのフィン枚数を増加させるこ
とができ、これによってフィン効率の増大を果たすこと
ができて、放熱性能が向上し、しかも軽量化を果たすこ
とができ、これを例えば電子機器、および電子機器を組
み込んだ情報機器などのヒートシンクとして使用した場
合に、放熱性能が非常に優れていて、高性能であるとと
もに、電子機器や情報機器の筺体の小型化、および電子
機器や情報機器全体の軽量化を果たし得るという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフィン付きアルミニウム押出形材製ヒ
ートシンクの部分斜視図である。

【図２】本発明の実施例１のヒートシンクのフィン間隔
とフィン肉厚と熱抵抗の関係を示すグラフである。

【図３】本発明の実施例２のヒートシンクのフィン間隔
とフィン肉厚と熱抵抗の関係を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例、比較例および参考例のヒート
シンクのフィン間隔とフィン肉厚の関係を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１フィン付きアルミニウム押出形材製のヒートシ
ンク２板状基部３フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林田義弘栃木県小山市犬塚１丁目480番地昭和電工株式会社小山事業所内 (72)発明者藤岡誠栃木県小山市犬塚１丁目480番地昭和電工株式会社小山事業所内Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BB01 BD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状基部(2) と、これの片面に設けられ
た並列状のフィン(3) とを備えており、板状基部(2) の
幅が２５〜４００ｍｍ、板状基部(2) の長さが２５〜４
００ｍｍ、および板状基部(2) の肉厚が２〜５ｍｍであ
り、フィン(3) の高さが１〜３０ｍｍ、フィン(3) の間
隔が１〜１．９ｍｍ、およびフィン(3) の肉厚が０．１
〜０．８ｍｍである、ヒートシンク。
【請求項２】板状基部(2) の幅が２５〜２００ｍｍ、
板状基部(2) の長さが２５〜２００ｍｍ、および板状基
部(2) の肉厚が２〜３ｍｍであり、フィン(3) の高さが
５〜２５ｍｍ、フィン(3) の間隔が１．５〜１．９ｍ
ｍ、およびフィン(3) の肉厚が０．２〜０．４９ｍｍで
ある、請求項１記載のヒートシンク。