JP2003264262A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却効率がより向上した４面冷却可能なヒー
トシンクを提供すること。 【解決手段】 筒体２内に、一方の開口から軸流送風機
によって空気を流入させ他方の開口から空気を流出させ
るよう流すことによって、筒体２の４つの外面に設置さ
れた被冷却物を冷却可能である、ヒートシンクにおい
て、筒体２内を空気流入側から又は空気流出側から見た
場合に、筒体２の各内面が、反時計回り側に位置する各
非立設部と、時計回り側に位置する立設部２１４，２２
４，２３４，２４４と、を有しており、４つの内面にお
いて、反時計回り側の内面の立設部が隣接する時計回り
側の非立設部に位置していることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、４面にて被冷却物
を冷却可能なヒートシンクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】断面四角形の筒体からなり、筒体の４つ
の内面には多数のプレートフィンが立設されており、筒
体内に、一方の開口から空気を流入させ他方の開口から
空気を流出させるよう流すことによって筒体の４つの外
面に設置された被冷却物を冷却可能である、ヒートシン
クは、従来から知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、そのような
４面冷却可能なヒートシンクにおいても、冷却効率の更
なる向上が要望されている。

【０００４】本発明は、冷却効率がより向上した４面冷
却可能なヒートシンクを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
断面四角形の筒体と、筒体の一方の開口から筒体内に空
気を流入させる軸流送風機と、を少なくとも備え、筒体
の４つの内面には多数のプレートフィンが立設されてお
り、筒体内に、一方の開口から空気を流入させ他方の開
口から空気を流出させるよう流すことによって筒体の４
つの外面に設置された被冷却物を冷却可能である、ヒー
トシンクにおいて、筒体内を空気流入側から又は空気流
出側から見た場合に、各内面が、反時計回り側に、プレ
ートフィンが立設していない非立設部と、時計回り側
に、プレートフィンが立設している立設部と、を有して
おり、４つの内面において、反時計回り側の内面の立設
部が隣接する時計回り側の非立設部に位置していること
を特徴としている。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、筒体の空気流出側の開口に、空気を筒体内
から流出させるファンを備えたものである。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、４つの内面のプレートフィンが、筒体の断
面中央部に、プレートフィンが存在しない空間を構成す
るよう設けられているものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本実施形態
の４面冷却可能なヒートシンクの全体斜視図である。こ
のヒートシンク１は、断面四角形の筒体２と、軸流送風
機３と、ファン４とで、構成されている。軸流送風機３
は、筒体２内に空気を流入させるものであり、筒体２の
一方の開口に固定されている。ファン４は、筒体２内か
ら空気を流出させるものであり、筒体２の他方の開口に
固定されている。図２は筒体２の分解斜視図である。筒
体２の４つの内面には、多数のプレートフィンが立設さ
れている。

【０００９】図３は図１のIII−III断面図、図４は図３
の分解図である。なお、図３及び図４は筒体２を空気流
入側から見た図である。筒体２は、押出成形により製作
された４つの形材２１，２２，２３，２４で構成されて
いる。これらの形材は、例えば、アルミニウム又はアル
ミニウム合金でできている。図４に示す形材２１は、図
５に示すようなベースプレート２１１の一面に多数のプ
レートフィン２１２が並んで立設されてなる元形材２１
０を製作し、一方側の一群Ｙのプレートフィン２１２を
切削除去して製作される。即ち、形材２１のベースプレ
ート２１１の一面は、切削除去されたことによってプレ
ートフィン２１２が立設していない非立設部２１３と、
プレートフィン２１２が立設している立設部２１４と
を、有している。非立設部２１３と立設部２１４とは、
１枚のプレートフィン２１２を境にしている。ベースプ
レート２１１の一端には段部２１５が形成されている。

【００１０】形材２２，２３，２４も形材２１と同じも
のである。即ち、図４において、形材２２は、ベースプ
レート２２１と多数のプレートフィン２２２とからな
り、非立設部２２３及び立設部２２４と、段部２２５と
を有している。形材２３は、ベースプレート２３１と多
数のプレートフィン２３２とからなり、非立設部２３３
及び立設部２３４と、段部２３５とを有している。形材
２４は、ベースプレート２４１と多数のプレートフィン
２４２とからなり、非立設部２４３及び立設部２４４
と、段部２４５とを有している。

【００１１】なお、各形材においては、非立設部の幅寸
法Ｗ１が立設部の幅寸法Ｗ２より小さく設定されてお
り、プレートフィンの高さ寸法Ｈは、非立設部の幅寸法
Ｗ１と同じに設定されている。

【００１２】そして、筒体２は、４つの形材２１，２
２，２３，２４を、立設部２１４，２２４，２３４，２
４４が図４に示すように時計回り側に位置するよう配置
し、形材２１の立設部２１４を形材２２の非立設部２２
３に位置させると共にベースプレート２１１の他端２１
６を段部２２５に当接させ、形材２２の立設部２２４を
形材２３の非立設部２３３に位置させると共にベースプ
レート２２１の他端２２６を段部２３５に当接させ、形
材２３の立設部２３４を形材２４の非立設部２４３に位
置させると共にベースプレート２３１の他端２３６を段
部２４５に当接させ、形材２４の立設部２４４を形材２
１の非立設部２１３に位置させると共にベースプレート
２４１の他端２４６を段部２１５に当接させ、図３に示
すように、他端２１６と段部２２５との当接部Ｘ１、他
端２２６と段部２３５との当接部Ｘ２、他端２３６と段
部２４５との当接部Ｘ３、及び他端２４６と段部２１５
との当接部Ｘ４を、それぞれＦＳＷ溶接することによ
り、製作する。

【００１３】各形材における、非立設部の幅寸法Ｗ１、
立設部の幅寸法Ｗ２、及びプレートフィンの高さ寸法Ｈ
が上述した通りに設定されているので、非立設部２１
３，２２３，２３３，２４３は、それぞれ立設部２４
４，２１４，２２４，２３４によって埋められており、
筒体２の断面中央部には、プレートフィンが存在しない
空間２０が構成されている。

【００１４】上記構成のヒートシンク１において、軸流
送風機３及びファン４を作動させると、筒体２内を図１
の矢印Ａ方向に空気が流れる。空気はプレートフィン間
の隙間を通って流れるので、筒体２の外面に設置した被
冷却物、例えばペルチェ素子等が、冷却されることとな
る。

【００１５】筒体２内において、立設部２１４，２２
４，２３４，２４４は、図３から認識できるように、風
車状の配置となっている。このため、軸流送風機３によ
って筒体２内に流入される空気の渦と風車状の立設部の
配置とが合致し、流入空気が円滑に立設部のプレートフ
ィン間の隙間に流れ込む。それ故、筒体２内における空
気の流通性が向上し、従って、プレートフィンにおける
熱交換効率が向上し、ヒートシンク１における冷却効率
が向上する。

【００１６】しかも、ファン４によって筒体２内の空気
が流出されるので、これによっても、筒体２内における
空気の流通性が向上する。従って、この点からも、ヒー
トシンク１における冷却効率が向上する。

【００１７】また、筒体２を構成する形材２１，２２，
２３，２４は同じものであるので、筒体２を製作するた
めには１種類の形材を製作すればよい。従って、製作が
容易であり、製作コストが安価となる。しかも、段部２
１５等を有する当接部Ｘ１等をＦＳＷ溶接するので、形
材２１等の接合作業が容易であり、また、筒体２内への
溶け込みを防止できる。

【００１８】（実施形態２）図６は本実施形態のヒート
シンク１の筒体２の断面図であり、図３に相当する図で
ある。本実施形態では、次の点のみが実施形態１と異な
っている。即ち、各形材における、非立設部の幅寸法Ｗ
１と立設部の幅寸法Ｗ２とが同じに設定されており、プ
レートフィンの高さ寸法Ｈが幅寸法Ｗ１又はＷ２と同じ
に設定されている。それ故、空間２０がない。

【００１９】実施形態２のヒートシンク１においても、
実施形態１のヒートシンク１と同様の作用効果を奏す
る。即ち、立設部２１４，２２４，２３４，２４４の配
置が風車状となっているので、筒体２内における空気の
流通性が向上し、従って、ヒートシンク１における冷却
効率が向上する。

【００２０】（別の実施形態）本発明においては、次の
ような変形構造を採用してもよい。これらによっても、
実施形態１，２と同様の作用効果を奏する。

【００２１】（１）図３に相当する図７に示すように、
ベースプレートの幅寸法が異なる２種類の形材を用いて
筒体２を構成してもよい。ここでは、形材２１，２３の
ベースプレート２１１，２３１の幅寸法Ｗ３が形材２
２，２４のベースプレート２２１，２４１の幅寸法Ｗ４
より大きく設定されている。また、空間２０が構成され
ている。これによれば、筒体２の断面は長方形となる。

【００２２】（２）プレートフィンの高さ寸法が異なる
２種類の形材を用いて筒体を構成してもよい。例えば、
図７において、形材２１，２３の立設部２１４，２３４
の幅寸法Ｗ２を小さくし、その分だけ形材２２，２４の
プレートフィン２２２，２４２の高さ寸法Ｈを大きくす
る。

【００２３】（３）図３、図６、及び図７に示す上述し
た実施形態における立設部の配置は、筒体２を空気流入
側から見た場合であるが、空気流出側から見た場合にそ
のような配置であってもよい。

【００２４】（４）図３では、当接部Ｘ１等をＦＳＷ溶
接しているが、図８に示すように、当接部Ｘ１等をボル
ト８で接合してもよい。これによれば、接合作業が更に
容易となる。

【００２５】（５）図３に示す当接部Ｘ１等を、図９に
示すように、テーパ面２１７，２２７同士の当接として
構成してもよい。

【００２６】（６）筒体２を構成する形材２１等を、図
１０に示すように、プレートフィン２１２をベースプレ
ート２１１の一面に折曲片部２１２１にてろう付け接合
することにより、製作してもよい。

【００２７】

【実施例】以下に示す実施例１，２及び比較例１のヒー
トシンクを製作し、それらをモデル化し、「電子機器熱
設計支援解析ソフトウェア」（商品名「アイスパック
（Ｉｃｅｐａｋ）」、フルエント（Ｆｌｕｅｎｔ）社
製）によるシミュレーション解析を行って、冷却性能を
調べた。

【００２８】（実施例１）実施形態１のヒートシンク１
において、寸法を次のように設定した。図３において、
プレートフィンの高さ寸法Ｈ：３６ｍｍ、プレートフィ
ンの厚さ寸法Ｔ１：１ｍｍ、ピッチ寸法Ｐ：４ｍｍ、ベ
ースプレートの厚さ寸法Ｔ２：８ｍｍ、段部の深さ寸法
Ｄ：２ｍｍ、筒体２の幅寸法Ｗ：１２４ｍｍ。図１にお
いて、筒体２の長さ寸法Ｌ：４２０ｍｍ。なお、形材２
１等の素材はアルミニウム合金（Ａ６０６３）である。

【００２９】なお、上述した高さ寸法Ｈ及びピッチ寸法
Ｐを有する形材２１等を製作するための元形材２１０を
製作するには、例えば、図１１に示すダイス９０を用
い、図１２に示すようなベースプレート９１が円弧状で
ある押し出し形材９を製作し、そのベースプレート９１
を平坦となるよう矯正する。具体的には、本件出願人に
よる特開平１１−３４７６２６号公報に記載の装置及び
方法を用いて行う。

【００３０】（実施例２）実施形態２のヒートシンク１
において、寸法を次のように設定した。図６において、
プレートフィンの高さ寸法Ｈ：５３．５ｍｍ、プレート
フィンの厚さ寸法Ｔ１：１ｍｍ、ピッチ寸法Ｐ：４ｍ
ｍ、ベースプレートの厚さ寸法Ｔ２：８ｍｍ、段部の深
さ寸法Ｄ：２ｍｍ、筒体２の幅寸法Ｗ：１２４ｍｍ。図
１において、筒体２の長さ寸法Ｌ：４２０ｍｍ。なお、
形材２１等の素材はアルミニウム合金（Ａ６０６３）で
ある。形材２１等の製作は実施例１と同様に行った。

【００３１】（比較例１）図３に相当する図１３に示す
ように、プレートフィン２５２の高さ寸法が山形に変化
している１種類の形材２５を用いて、筒体２を構成し
た。その他の構成は実施形態１と同じである。寸法を次
のように設定した。図１３において、プレートフィン２
５２の最大高さ寸法Ｈ：５３．５ｍｍ、プレートフィン
２５２の厚さ寸法Ｔ１：１ｍｍ、ピッチ寸法Ｐ：４ｍ
ｍ、ベースプレート２５１の厚さ寸法Ｔ２：８ｍｍ、段
部２５５の深さ寸法Ｄ：２ｍｍ、筒体２の幅寸法Ｗ：１
２４ｍｍ。図１において、筒体２の長さ寸法Ｌ：４２０
ｍｍ。なお、形材２１等の素材はアルミニウム合金（Ａ
６０６３）である。

【００３２】（シミュレーション条件） ・発熱量は、下面に１００Ｗ（１００×１２４ｍｍ）と
した。 ・軸流送風機３を筒体２の開口から１ｍｍの位置に設置
した。 ・軸流送風機３において、最大風量：１．６ｍ^３／分、
最大静圧：４９Ｐａ、回転数：２５００ｒｐｍ、ハブ
径：２０ｍｍ。 ・室温は２０℃。 ・ヒートシンクと同寸法のダクトに前面風速が流れるモ
デルとする。

【００３３】（解析結果）

【表１】

【００３４】表１からわかるように、冷却性能は実施例
１が最も高かった。実施例１と実施例２との大きな違い
は、空間２０の有無であるが、空間２０がある実施例１
の方が冷却性能が高かった。その理由は、空間２０によ
って空気の流通が助長されるからである、と考えられ
る。

【００３５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、プレート
フィンが立設している立設部が、筒体内を空気流入側か
ら又は空気流出側から見た場合に、風車状の配置となっ
ているので、軸流送風機によって筒体内に流入される空
気の渦と風車状の立設部の配置とが合致し、流入空気が
円滑に立設部のプレートフィン間の隙間に流れ込む。従
って、筒体内における空気の流通性を向上でき、プレー
トフィンにおける熱交換効率、ひいてはヒートシンクに
おける冷却効率、を向上できる。

【００３６】請求項２記載の発明によれば、筒体内にお
ける空気の流通性を向上できるので、この点からも、ヒ
ートシンクにおける冷却効率を更に向上できる。

【００３７】請求項３記載の発明によれば、筒体の断面
中央部の、プレートフィンが存在しない空間によって、
空気の流通を助長できるので、この点からも、ヒートシ
ンクにおける冷却効率を更に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態１のヒートシンクの全体斜視図であ
る。

【図２】 筒体の分解斜視図である。

【図３】 図１のIII−III断面図である。

【図４】 図３の分解図である。

【図５】 筒体を構成する形材を製作するための元形材
の正面断面図である。

【図６】 実施形態２のヒートシンクの断面図である。

【図７】 別の実施形態のヒートシンクの断面図であ
る。

【図８】 当接部の接合構造の別の例を示す断面部分図
である。

【図９】 当接部の接合構造の更に別の例を示す断面部
分図である。

【図１０】 形材の別の例を示す断面部分図である。

【図１１】 実施例１のヒートシンクの形材を製作する
のに用いるダイスを示す正面図である。

【図１２】 図１１のダイスを用いた押出成形で製作さ
れた形材を示す正面断面図である。

【図１３】 比較例１のヒートシンクの断面図である。

【符号の説明】

１ ヒートシンク ２ 筒体 ２０ 空間 ２１２，２２２，２３２，２４２ プレートフィン ２１３，２２３，２３３，２４３ 非立設部 ２１４，２２４，２３４，２４４ 立設部 ４ ファン

フロントページの続き (72)発明者 西野 秀幸 東京都港区虎ノ門４丁目２番12号虎ノ門４ 丁目森ビル２号館 株式会社デンソーウェ ーブ内 (72)発明者 松本 史朗 大阪府大阪市淀川区三国本町３丁目９番39 号 株式会社日本アルミ内 (72)発明者 中嶌 祐司 大阪府大阪市淀川区三国本町３丁目９番39 号 株式会社日本アルミ内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 BB03 5F036 AA01 BA04 BA24 BB05 BB33 BB35

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面四角形の筒体と、筒体の一方の開口
   から筒体内に空気を流入させる軸流送風機と、を少なく
   とも備え、筒体の４つの内面には多数のプレートフィン
   が立設されており、筒体内に、一方の開口から空気を流
   入させ他方の開口から空気を流出させるよう流すことに
   よって筒体の４つの外面に設置された被冷却物を冷却可
   能である、ヒートシンクにおいて、 筒体内を空気流入側から又は空気流出側から見た場合
   に、各内面が、反時計回り側に、プレートフィンが立設
   していない非立設部と、時計回り側に、プレートフィン
   が立設している立設部と、を有しており、４つの内面に
   おいて、反時計回り側の内面の立設部が隣接する時計回
   り側の非立設部に位置していることを特徴とするヒート
   シンク。
2. 【請求項２】 筒体の空気流出側の開口に、空気を筒体
   内から流出させるファンを備えた、請求項１記載のヒー
   トシンク。
3. 【請求項３】 ４つの内面のプレートフィンが、筒体の
   断面中央部に、プレートフィンが存在しない空間を構成
   するよう設けられている、請求項１記載のヒートシン
   ク。