JP2008198967A - Heat sink, its manufacturing method, and heat sink fan - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MPUを含む電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンク冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a heat sink cooling device that cools an object to be cooled such as an electronic component including an MPU.
MPU(Micro Processing Unit)は、受け取ったデータに対して演算などの処理を加えて出力結果を得るコンピュータの中枢部分であり、高性能な電子機器に搭載される。近年はMPUの高クロック化が著しく、高クロック化に合わせてMPU自体の発熱も増大傾向の一途を辿っており、発熱によりMPUが誤動作する可能性があり、MPUの冷却問題は極めて重要になってきている。そのため、それら高性能な電子機器に搭載されているMPU等の発熱する電子部品には、金属製で表面積がなるべく広くなるような複数の放熱用フィンで構成されたヒートシンクと、そのヒートシンクに冷却風を供給する冷却ファンとを組み合わせたヒートシンクファンが装着されている。その際、ヒートシンク本体がMPUに接触するように装着され、ヒートシンクは、冷却ファンによって供給される冷却風によって強制的に冷却される。 The MPU (Micro Processing Unit) is a central part of a computer that obtains an output result by performing processing such as computation on received data, and is mounted on a high-performance electronic device. In recent years, MPU clocks have increased significantly, and the MPU itself has been increasing in heat with the increase in clocks. The MPU may malfunction due to heat generation, and the MPU cooling problem becomes extremely important. It is coming. For this reason, heat-generating electronic parts such as MPUs mounted on these high-performance electronic devices include a heat sink composed of a plurality of heat-dissipating fins made of metal and having a surface area as large as possible, and cooling air on the heat sink. A heatsink fan combined with a cooling fan that supplies At that time, the heat sink body is mounted so as to come into contact with the MPU, and the heat sink is forcibly cooled by the cooling air supplied by the cooling fan.
また、ヒートシンクの冷却特性を向上させるには、発熱源であるMPUから放熱フィンに熱が伝達される過程で伝達損失が小さくなるようにヒートシンクを構成する必要がある。そのため、ヒートシンクのベース(基部)は内部に空洞を有する円筒形の中空部と、空洞内に嵌合されて中空部に対して熱伝導可能に配置された高熱伝導率体とから構成されている。またベース部の外周部には放熱フィンが形成されており、高熱伝導率体は放熱フィン及び中空部の材質(アルミニウム)よりも熱伝導度の高い銅から形成されていることが開示されている(特許文献1)。 In addition, in order to improve the cooling characteristics of the heat sink, it is necessary to configure the heat sink so that the transmission loss is reduced in the process of transferring heat from the MPU, which is a heat generation source, to the radiating fin. Therefore, the base (base) of the heat sink is composed of a cylindrical hollow portion having a cavity inside, and a high thermal conductivity body that is fitted in the cavity and arranged to be able to conduct heat to the hollow portion. . Further, it is disclosed that heat radiating fins are formed on the outer peripheral portion of the base portion, and that the high thermal conductivity body is made of copper having higher thermal conductivity than the material of the heat radiating fins and the hollow portion (aluminum). (Patent Document 1).
ヒートシンクの高い冷却特性を得ようとした場合、MPUに対するヒートシンクの取付強度が重要になる。発明を実施するための最良の形態にも詳述するが、ヒートシンクの高い冷却特性を得るにはヒートシンクとMPUの接触面における接触圧を高くする必要がある。接触圧を高くすれば、ヒートシンクとMPUとの間で発生する接触熱抵抗の値を小さくすることができる。これによりMPUで発生した熱を効率よくヒートシンクに伝達することができる。ヒートシンクとMPUとの接触圧を高めるためにはヒートシンクをMPUに取り付ける際の取付強度が重要である。一般的に、ヒートシンクとMPUとの固定は、取付部材によって行われる。つまり、ヒートシンクには取付部材を固定する必要がある。 When it is going to acquire the high cooling characteristic of a heat sink, the attachment strength of the heat sink with respect to MPU becomes important. As described in detail in the best mode for carrying out the invention, it is necessary to increase the contact pressure at the contact surface between the heat sink and the MPU in order to obtain high cooling characteristics of the heat sink. If the contact pressure is increased, the value of the contact thermal resistance generated between the heat sink and the MPU can be reduced. Thereby, the heat generated by the MPU can be efficiently transmitted to the heat sink. In order to increase the contact pressure between the heat sink and the MPU, the attachment strength when the heat sink is attached to the MPU is important. Generally, the heat sink and the MPU are fixed by an attachment member. That is, it is necessary to fix the mounting member to the heat sink.
そこで、ベース(コア)の外周側面に凹溝が形成されており、凹溝に対して支持材(取付部材)に形成される開孔とが係合するようにヒートシンクに対して支持材が固定されている方法が開示されている(特許文献2)。また、従来のヒートシンク構造であれば、ヒートシンクとコアの間に取付部材を挟み込んで固定する方法がある。前者の方法(特許文献2による固定方法)では高い固定強度が得られない。また、後者の固定方法(従来の方法)では多大な取付工数が発生する。そこで、生産工数が小さくて、高い固定強度が得られる固定方法が求められている。 Therefore, a groove is formed on the outer peripheral side surface of the base (core), and the support material is fixed to the heat sink so that the hole formed in the support material (mounting member) is engaged with the groove. Has been disclosed (Patent Document 2). Further, in the case of a conventional heat sink structure, there is a method in which an attachment member is sandwiched and fixed between the heat sink and the core. With the former method (fixing method according to Patent Document 2), high fixing strength cannot be obtained. In addition, the latter fixing method (conventional method) requires a large number of mounting steps. Therefore, there is a demand for a fixing method that requires a small number of production steps and can provide high fixing strength.
近年、MPUの演算処理速度は、速くなる傾向にあり、MPUに装着されるヒートシンクファンの冷却効率の向上が求められ、MPUからヒートシンクへの熱伝達効率の向上が必要である。 In recent years, the calculation processing speed of the MPU tends to increase, and it is required to improve the cooling efficiency of the heat sink fan mounted on the MPU, and it is necessary to improve the heat transfer efficiency from the MPU to the heat sink.
ヒートシンクの冷却効率を向上させるためには、上述のとおりヒートシンク全体の表面積を広くする必要がある。広くするためには、放熱フィンの周方向の厚みを極限まで薄くなるように形成し、一つ一つの放熱フィンが基部から径方向外方に向けて放射状に延伸するように形成すれば良い。しかし。放熱フィンを薄くした場合には、ヒートシンクの強度が低下するため、放熱フィンを薄くするには限界がある。また、一つ一つの放熱フィンを基部から径方向外方に向けて延伸した場合には、放熱フィンの基部根元付近において、隣り合う放熱フィン間の間隙が狭くなりすぎるため、ヒートシンクに冷却風が供給された際に、冷却風が隣り合う放熱フィン間をスムーズに通過しない。よって、ただ単純にヒートシンクの表面積を広くすればするほど、冷却効率が向上するわけではない。 In order to improve the cooling efficiency of the heat sink, it is necessary to increase the surface area of the entire heat sink as described above. In order to increase the width, the thickness of the heat dissipating fins may be formed to be as thin as possible, and each heat dissipating fin may be formed to extend radially outward from the base. However. When the radiating fin is thinned, the strength of the heat sink is reduced, so there is a limit to making the radiating fin thin. In addition, when each radiating fin is extended radially outward from the base, the gap between adjacent radiating fins is too narrow near the base of the radiating fin, so that cooling air is generated on the heat sink. When supplied, the cooling air does not pass smoothly between adjacent radiating fins. Therefore, simply increasing the surface area of the heat sink does not improve the cooling efficiency.
更にヒートシンクの冷却効率を高めるために、特許文献1に開示されている構成では、MPUとヒートシンクの接触部である高熱伝導率体が放熱フィン及び中空部よりも熱伝導度の高い材料で形成されている。これによりMPUで発生した熱が効率よく中空部に伝達され、中空部から放熱フィンに伝達され大気中に放熱される。
In order to further increase the cooling efficiency of the heat sink, in the configuration disclosed in
特許文献1によると高熱伝導率体の材料としては銅が用いられ、放熱フィン及び中空部の材料としてはアルミニウムが用いられることが開示されている。銅はアルミニウムよりも比重が大きいため、高熱伝導率体が占める体積が大きくなればなるほど、熱伝導率が高くなる共に、ヒートシンク単体の質量は大きくなる。また、銅はアルミニウムに比べて入手性が悪く、材料としてのコストも高い。よって、入手性及びコストを考慮した場合、アルミニウムだけを使用してヒートシンクを形成するのが望ましい。上記の構成では中空部の空洞内に高熱伝導率体を嵌合させる工数も発生する。
According to
また、中空部の空洞内に高熱伝導率体を嵌合させた場合、空洞と高熱伝導率体との接触面に接触熱抵抗が生じる。同一部材であれば、その部材の物性値に依存して熱伝導率が決定されるが、異なる部材を接触させた場合には、接触面の接触状況に依存して接触熱抵抗の値が大きくなり、熱伝導率の低下に繋がる。 Further, when a high thermal conductivity body is fitted into the cavity of the hollow portion, a contact thermal resistance is generated on the contact surface between the cavity and the high thermal conductivity body. For the same member, the thermal conductivity is determined depending on the physical property value of the member, but when different members are brought into contact with each other, the contact thermal resistance value increases depending on the contact state of the contact surface. This leads to a decrease in thermal conductivity.
よって、特許文献1に開示されている構成では、入手性、生産工数を低減することができない。近年は、冷却特性が高く、入手性が高く、生産工数が小さいヒートシンクが求められている。
Therefore, in the configuration disclosed in
次に、背景技術に詳述したようにヒートシンクの冷却特性を向上するには、MPUに対してヒートシンクを強固に取り付ける必要がある。そのため、ヒートシンクに対して支持材(取付部材)を強固に固定する必要がある。そこで、特許文献2にヒートシンクに対する支持材(取付部材)の固定方法が開示されている。特許文献2に開示の固定方法は、支持材の開孔内に形成されている突出部と凹溝の嵌合のみで固定されているため、ヒートシンクの中心軸を中心とする回り強度が低い。また、凹溝及び支持材の加工精度によっては、凹溝と支持材との間で、前記中心軸を軸線とする軸方向において遊びが発生する虞がある。つまり、特許文献2に開示されている固定方法では高い信頼性を得ることができない。 Next, as described in detail in the background art, in order to improve the cooling characteristics of the heat sink, it is necessary to firmly attach the heat sink to the MPU. Therefore, it is necessary to firmly fix the support material (attachment member) to the heat sink. Therefore, Patent Document 2 discloses a method for fixing a support material (attachment member) to a heat sink. Since the fixing method disclosed in Patent Document 2 is fixed only by fitting the protruding portion formed in the opening of the support material and the concave groove, the rotational strength around the central axis of the heat sink is low. Further, depending on the processing accuracy of the groove and the support material, there is a possibility that play may occur between the groove and the support material in the axial direction with the central axis as the axis. That is, the fixing method disclosed in Patent Document 2 cannot obtain high reliability.
そこで、ヒートシンク(特に中実構造の基部に放射状に配置された放熱フィンが連続的に形成されたヒートシンク)に対して、支持材(取付部材)が、生産工数が小さく、高い固定強度で固定される固定方法が求められている。 Therefore, the support material (mounting member) is fixed with high fixing strength to the heat sink (especially the heat sink in which radiating fins arranged radially at the base of the solid structure are continuously formed). There is a need for a fixing method.
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものである。すなわち本発明はMPUから基部に伝達された熱が効率良く放熱フィンに伝達される冷却特性の高いヒートシンクを得ることにある。また、ヒートシンクに対して取付部材を高い強度で取り付ける固定方法を得ることにある。 The present invention has been made in view of the above prior art. That is, the present invention is to obtain a heat sink having high cooling characteristics in which heat transmitted from the MPU to the base is efficiently transmitted to the radiation fins. Another object is to obtain a fixing method for attaching the attachment member to the heat sink with high strength.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載のヒートシンクでは、電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンクであって、中心軸回りに形成された中実で柱状の基部と、前記中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えており、前記基部と前記フィン部とは、前記中心軸を軸線とする軸方向への押出加工又は引抜加工によって連続的に形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the heat sink according to
本発明の請求項2に記載のヒートシンクでは、請求項1に記載のヒートシンクファンであって、前記基部及び前記複数のフィン部は、1つのビレットを複数に分割した複数の分割材料を組み合わせることにより形成されていることを特徴とする。
The heat sink according to claim 2 of the present invention is the heat sink fan according to
本発明の請求項3に記載のヒートシンクでは、請求項2に記載のヒートシンクであって、前記複数の分割材料は、前記中心軸を中心とし前記基部の中心部を構成する略円柱状の中心部材料と、前記中心軸を中心として前記中心部材料の周りに前記基部の外側部の一部と前記放熱フィンの一部を構成する複数の放熱フィン部材料とからなり、各該放熱フィン部材料が周方向に配列され、前記中心部材料と前記複数の放熱フィン部材料が連続的に形成されていることを特徴とする。
In the heat sink according to
本発明の請求項4に記載のヒートシンクでは、請求項1乃至3のいずれかに記載のヒートシンクであって、前記ヒートシンクは、中心に貫通孔を有し、径方向外方に向けて複数の取付脚が放射状に延伸される取付部材を有しており、前記基部から軸線方向に向けて突出する被冷却物接触部が形成されており、該被冷却物接触部の外周側面が前記取付部材の前記貫通孔に嵌合されていることを特徴とする。 A heat sink according to a fourth aspect of the present invention is the heat sink according to any one of the first to third aspects, wherein the heat sink has a through-hole at the center and a plurality of mountings radially outward. The leg has a mounting member that extends radially, and an object-to-be-cooled portion that protrudes in the axial direction from the base is formed, and an outer peripheral side surface of the object-to-be-cooled contact portion is formed of the mounting member. It is fitted to the through hole.
本発明の請求項5に記載のヒートシンクでは、請求項4に記載のヒートシンクであって、前記被冷却物接触部の接触面における外周端に径方向外方に向けて塑性変形された複数の部位が形成されており、前記取付部材が前記被冷却物接触部の外周側面に固定されていることを特徴とする。
In the heat sink according to
本発明の請求項6に記載のヒートシンクでは、請求項4に記載のヒートシンクであって、前記被冷却物接触部の接触面における外周端の全周が径方向外方に向けて塑性変形されており、前記取付部材が前記被冷却物接触部の外周側面に固定されていることを特徴とする。
The heat sink according to
本発明の請求項7のヒートシンクでは、請求項4乃至6のいずれかに記載のヒートシンクであって、前記取付部材に形成される前記貫通孔の内周面に少なくとも一つの切欠が形成されていることを特徴とする。 A heat sink according to a seventh aspect of the present invention is the heat sink according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein at least one notch is formed on an inner peripheral surface of the through hole formed in the attachment member. It is characterized by that.
本発明の請求項8に記載のヒートシンクファンでは、請求項1乃至7のいずれかに記載のヒートシンクを用いるヒートシンクファンであって、前記ヒートシンクと、前記中心軸と略同軸上に配置され前記ヒートシンクに対して冷却用の空気流を送風する冷却ファンと、を備えており、前記冷却ファンは、前記中心軸を中心として回転することで軸方向に空気流を発生する複数の羽根を備えるインペラと、前記インペラを回転駆動するモータ部と、前記インペラを径方向外方から外囲する風洞部を有し、前記モータ部を支持するハウジングと、を備えていることを特徴とする。 A heat sink fan according to an eighth aspect of the present invention is a heat sink fan using the heat sink according to any one of the first to seventh aspects, wherein the heat sink is disposed substantially coaxially with the heat sink and the central axis. A cooling fan that blows a cooling airflow, and the cooling fan includes a plurality of blades that generate an airflow in the axial direction by rotating about the central axis, and The motor unit that rotationally drives the impeller, and a housing that has a wind tunnel that surrounds the impeller from the outside in the radial direction and supports the motor unit.
本発明の請求項9に記載のヒートシンクの製造方法では、中心軸回りに形成された中実で柱状の基部と、前記中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えるヒートシンクの製造方法であって、a)アルミニウム製又はアルミニウム合金製の素材ビレットが炉で加熱される工程と、b)前記素材ビレットが分割用金型に押し込まれ、前記素材ビレットが複数の分割材料に分割される工程と、c)前記複数の分割材料が、ヒートシンク金型に押し込まれ、各前記分割材料が互いに接合しながら、前記ヒートシンク金型から長尺ヒートシンクが押し出される工程と、d)前記長尺ヒートシンクを軸方向に切断する工程と、を有することを特徴とする。
In the heat sink manufacturing method according to
本発明の請求項10に記載のヒートシンクの製造方法では、請求項9に記載のヒートシンクの製造方法であって、前記b)工程において、前記素材ビレットは、前記基部の中心部を形成する中心部材料と、該中心部材料の外側部の周方向を取り囲む複数の放熱フィン部材料に分割されることを特徴とする。
The heat sink manufacturing method according to claim 10 of the present invention is the heat sink manufacturing method according to
本発明の請求項11に記載のヒートシンクの製造方法では、請求項9又は10に記載のヒートシンクの製造方法において、e)切断されたヒートシンクのいずれかの一方側の軸方向端面に前記中心軸を中心とする柱状の被冷却物接触部を残すように前記ヒートシンクを切削加工する工程と、f)中心に貫通孔を有し径方向外方に向けて複数の取付脚が放射状に延伸される取付部材を前記被冷却物接触部の外周側面が前記貫通孔に嵌合するように挿入する工程と、g)前記被冷却物接触部の接触面における外周端の複数の部位もしくは全周を加圧することによって前記被冷却物接触部の接触面における外周端の複数の部位もしくは全周が径方向外方に向けて塑性変形され、前記被冷却物接触部の外周側面に対して前記取付部材が固定される工程と、を有することを特徴とする。 In a heat sink manufacturing method according to an eleventh aspect of the present invention, in the heat sink manufacturing method according to the ninth or tenth aspect of the present invention, e) the central axis is disposed on an axial end surface of one of the cut heat sinks. A step of cutting the heat sink so as to leave a columnar object to be cooled at the center, and f) an attachment having a through hole in the center and a plurality of attachment legs extending radially outward. A step of inserting a member so that an outer peripheral side surface of the object to be cooled contact portion fits into the through hole; and g) pressurizing a plurality of outer peripheral ends or the entire periphery of the contact surface of the object to be cooled contact portion. As a result, a plurality of outer peripheral ends or the entire circumference of the contact surface of the object to be cooled are plastically deformed radially outward, and the mounting member is fixed to the outer peripheral side surface of the object to be cooled. Process , Characterized by having a.
本発明の請求項12に記載のヒートシンクの製造方法では、請求項11に記載のヒートシンクの製造方法であって、前記g)工程の前に、前記被冷却物接触部の接触面の外周端に沿って溝を形成する工程を有しており、前記g)工程において、前記被冷却物接触部の前記溝より外側の部位を加圧することを特徴とする。 In the heat sink manufacturing method according to a twelfth aspect of the present invention, the heat sink manufacturing method according to the eleventh aspect of the present invention may be provided at the outer peripheral end of the contact surface of the object to be cooled before the step g). A step of forming a groove along the step, and in the step g), a portion outside the groove of the object contact portion to be cooled is pressurized.
本発明の請求項13に記載のヒートシンクの製造方法では、請求項11に記載のヒートシンクの製造方法であって、前記g)工程の前に、前記被冷却物接触部の接触面の外周端に沿って前記ヒートシンク側に向けて窪む段差部を形成する工程を有しており、
前記g)工程において、前記被冷却物接触部の前記段差部を加圧することを特徴とする。
In the heat sink manufacturing method according to a thirteenth aspect of the present invention, the heat sink manufacturing method according to the eleventh aspect, wherein the step (g) is performed before the outer peripheral end of the contact surface of the object to be cooled portion. Along the step of forming a stepped portion that is recessed toward the heat sink side,
In the step g), the stepped portion of the object contact portion to be cooled is pressurized.
本発明の請求項1にかかるヒートシンクによれば、放熱フィンと基部とが連続的に形成され、基部が中実構造に形成されている。このため、MPUと接触する基部から放熱フィンに伝達されるまでの間、2部材が接触する接触面が存在しないため、ヒートシンク内部に接触熱抵抗が生じない。よって、熱抵抗の損失を最小限に留めることができ、ヒートシンクの冷却効率を高くすることが可能である。
According to the heat sink of
本発明の請求項2、3にかかるヒートシンクによれば、従来では難しかったヒートシンクの押出し(引抜き)加工が容易に行うことが可能である。一般的に押出し(引抜き)加工を行う際には、押出された加工品の肉厚が一定になるように形状を工夫する必要がある。よって従来のヒートシンクは、放熱フィンとその放熱フィンとを連結する基部の外周側の部分のみ、押出し(引抜き)加工によって形成されていた。基部の内部側の部分は、特許文献1に示すような高熱伝導率体を嵌合させていた。しかし、本発明のように複数の材料に分割して押出し(引抜き)加工することにより、放熱フィンと中実構造の基部とを連続的に形成することが可能である。特に基部の中心部に中心部材料を配置することで、放熱フィンと基部の一部の肉厚の差を小さくすることができるため、より加工が容易になる。
According to the heat sinks according to
また、従来のヒートシンクの加工方法においては、基部の中心にコアを嵌合することによってヒートシンクを構成していた。しかし、この場合は基部の中心部にコアを嵌合させるために焼嵌めという加工方法を採用する必要があった。焼嵌めとは、ヒートシンク(コアが嵌合されず、中心部に空洞が形成されている状態)を加熱し、ヒートシンクを熱膨張させ、熱膨張した空洞にコアを挿入し、冷却することで空洞内にコアを嵌合させる加工方法のことである。この方法であれば、加熱と冷却の動作を行うことにより放熱フィンの強度が低下するという問題が発生する。しかし、本発明の請求項2、3の構成であれば、焼嵌め加工を施す必要がなく、放熱フィンの強度が低下することがない。
Further, in the conventional heat sink processing method, the heat sink is configured by fitting the core into the center of the base. However, in this case, it is necessary to employ a processing method called shrink fitting in order to fit the core to the center of the base. Shrink fitting is a method of heating a heat sink (in which the core is not fitted and a cavity is formed in the center), thermally expanding the heat sink, inserting the core into the thermally expanded cavity, and cooling the cavity. It is a processing method for fitting the core inside. With this method, there arises a problem that the strength of the heat dissipating fins is reduced by performing heating and cooling operations. However, if it is the structure of
また、焼嵌めによって嵌合されたコアは、ヒートシンクが従来の使用温度範囲において使用される場合には、コアが抜け落ちることはない。しかし、使用温度範囲が更に高くなった場合には、ヒートシンクに熱膨張が生じ、コアが抜け落ちる虞がある。本発明の構成によればこのような問題は発生しない。 Moreover, when the heat sink is used in the conventional operating temperature range, the core fitted by shrink fitting does not fall out. However, when the operating temperature range is further increased, thermal expansion occurs in the heat sink and the core may fall off. According to the configuration of the present invention, such a problem does not occur.
本発明の請求項5、6にかかるヒートシンクによれば、ヒートシンクに対する取付部材のカシメ固定が容易である。固定の作業としては、被冷却物接触部の接触面を加圧するのみであるため、生産工数は小さい。また、被冷却物接触部の接触面の外周端部を塑性変形させて被冷却物接触部の外周面に取付部材が固定される。取付部材はヒートシンクの軸方向端面と塑性変形された被冷却物接触部の間に挟持されているため強固に固定される。また、本発明の請求項7に記載の取付部材を使用すれば、周方向の回り強度もより高くなる。よって、この固定方法を採用すれば、生産工数が小さく、高い固定強度を得ることが可能である。
According to the heat sink according to
以下、本発明の実施形態のヒートシンク、その製造方法及びヒートシンクファンについて、図1乃至図15を参照して説明する。尚、本発明の実施形態では便宜上各図面の上下方向を「上下方向」とするが、実際の取り付け状態における方向を限定するものではない。 Hereinafter, a heat sink, a manufacturing method thereof, and a heat sink fan according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the embodiment of the present invention, the vertical direction of each drawing is referred to as the “vertical direction” for convenience, but the direction in the actual mounting state is not limited.
まず、本発明の第1の実施形態のヒートシンクファンについて説明する。図1は本発明にかかる実施形態のヒートシンクを示した斜視図である。図2は、本発明にかかる実施形態のヒートシンクの分割材料の状態を示した斜視図である。 First, the heat sink fan according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a heat sink according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a state of the divided material of the heat sink according to the embodiment of the present invention.
ヒートシンク1は、アルミニウム、アルミニウム合金等の比較的熱伝導性の高い材料を押出し(引抜き)加工による成形によって形成された放熱部材である。本実施形態においては、アルミニウム合金が用いられる。通常、ヒートシンク1は外気との接触面積、つまりはヒートシンク1の表面積が大きくなるように複数の放熱用フィン12が円柱状の基部11の円柱外側面から径方向外方に向けて突設され、複数の放熱用フィン12は基部11と連続的に形成される。ただし、基部11は円柱状ではなく四角柱等の円柱状以外の形状でも良い。本実施形態においては図1に示されているように基部11に対して放射状に延伸する複数の放熱用フィン12が基部11の外周に環状に配列されている。特に表面積を大きくするために放熱用フィン12は配列方向に対して湾曲して形成される。放熱フィン12は湾曲させられることによって放熱フィン12単体での表面積が増加する。ヒートシンク1の表面積を大きくするための放熱フィン12の形状は、これに限定されず、適宜形状を変更することは可能である。
The
本実施形態においては基部11及び放熱用フィン12はアルミニウム合金によって形成される。基部11は、図1に示されているように、中心軸を中心とする円柱状に形成されている。また、基部は中実構造に形成される。
In the present embodiment, the
従来は、基部の中心に中心軸を中心とする貫通孔を形成し、該貫通孔に円柱形状のコアを圧入する方法でヒートシンクを構成していた。貫通孔とコアの接触面には、上述の通り接触熱抵抗が生じる。よって、コアを前記貫通孔に挿入する際にコアの側面と貫通孔との間の接触面に発生する接触熱抵抗の値を低くするために、接触圧力が高くなるように圧入固定されている。正確には、基部11を高温に加熱し、基部11の貫通孔111内径が膨張している間に、前記貫通孔111に対してコアが挿入され、基部11が冷却される、いわゆる焼嵌めにて圧入固定されている。これにより、貫通孔111とコアとの接触面における接触熱抵抗の値が小さくなる。よって、MPU3からコアに伝達された熱が効率よく基部11に伝達され放熱フィン12から外気に放熱される。しかし、この方法ではヒートシンク1に熱を加えたり、冷却したりと大きな温度変化が生じるため、ヒートシンク1そのもの強度が低下する虞があり、高い信頼性を得ることができない。その理由に関しては後述する。
Conventionally, a heat sink is formed by a method of forming a through-hole centered on the central axis at the center of the base and press-fitting a cylindrical core into the through-hole. As described above, contact thermal resistance is generated on the contact surface between the through hole and the core. Therefore, in order to reduce the value of the contact thermal resistance generated on the contact surface between the side surface of the core and the through hole when the core is inserted into the through hole, the contact pressure is press-fitted and fixed. . More precisely, while the
一般的に、アルミニウム合金製の材料を使用した押出し(引抜き)加工は成形に使用される金型の構造が単純であり、仕上がりの寸法精度が高い。銅製材料では複雑な形状の押出し(引抜き)加工による成形が非常に難しく、仕上がりの寸法精度が極めて悪い。事実上、銅製の複雑な形状のヒートシンクを押出し(引抜き)加工による成形によって形成するのは不可能である。このため、放熱用フィン12が基部11に対して連続的に形成されている複雑なヒートシンク1においては、銅製材料ではなくアルミニウム合金製材料が使用される。
Generally, the extrusion (drawing) process using an aluminum alloy material has a simple mold structure used for molding, and has a high dimensional accuracy in the finished product. Copper materials are very difficult to form by extrusion (drawing) of complex shapes, and the finished dimensional accuracy is extremely poor. In fact, it is impossible to form a heat sink having a complicated shape made of copper by extrusion (pulling). For this reason, in the
次にヒートシンクの押出し(引抜き)加工の成形方法に関して詳述する。図3は、ヒートシンクが形成されるまでを示す金型のフローを示す斜視図である。図4は、ヒートシンクが形成されるまでを示す第1の実施形態の成形のフローを示す図である。 Next, a method for forming a heat sink by extrusion (drawing) will be described in detail. FIG. 3 is a perspective view showing the flow of the mold until the heat sink is formed. FIG. 4 is a diagram showing a molding flow of the first embodiment showing until the heat sink is formed.
ヒートシンク1に使用されるアルミニウム合金としては、主に6000系Al−Mg−Si系もしくは1000系純Alが用いられる。中でも6000系Al−Mg−Si系のうち6063が良く用いられる。6063は、優れた押出し性を有しており、建築用のサッシを中心に特に高い強度を要しない構造材として使用される。ヒートシンク1は、建築用の構造材ほど高い強度が要求されないため、6063が最も用いられる。熱伝導性を最優先する場合には1000系純Alのうち1060、1070が用いられる。
As an aluminum alloy used for the
まず、アルミニウム合金製の円柱形状のビレット6(圧延加工等に用いられる金属の塊)が用意される。次に、ビレット6は炉にて約500℃まで加熱される(ステップS1)。炉で加熱されたビレット6は常温の状態と比べて軟化している。この状態で、ビレット6は、図3Aに示されている分割用金型7に押し込まれる。分割用金型7は、ビレット6が押し込まれた際に、ビレット6が7分割されるような形状に加工されている(ステップS2)。
First, a cylindrical billet 6 (a lump of metal used for rolling or the like) made of aluminum alloy is prepared. Next, the
本実施例においては、分割用金型7にて7分割されるが、分割される分割数は7に限定されない。つまり、分割数はヒートシンクの形状及び大きさによって適宜変更可能である。分割金型7に押し込まれたビレット6は、複数(7つ)の分割材料61、62に分割される。分割材料61、62は、図3Bに示されているように、中心部材料61と、放熱フィン部材料62によって構成されている。中心部材料61は、その名の通りビレットの中心部を構成していた部位を分割用金型によって分割された材料である。次に放熱フィン部材料62は、中心部材料61の周囲を取り囲むように複数配置されている。
In this embodiment, the
次に、分割材料61、62は、ヒートシンク金型8に押し込まれる(ステップS3)。ヒートシンク金型8は、分割材料61、62を押出した際に、図3Cに示されているように基部11の周りに複数の放熱フィン12が配列されるような形状に加工されている。分割材料61、62はヒートシンク金型8に押し込まれた際に、互いに接触して接合される。つまり、この工法で加工されたヒートシンク1は、ビレット6が分割され中心部材料610の周りに放熱フィン材料620が配列され、互いに接合された状態で形成される。
Next, the divided
本実施形態のヒートシンクの押出し(引抜き)加工においては、主に直接法が用いられる。直接法とは、トコロテンのように押出し方向に直接素材を押出す方法である。詳述すると、直接法とは、加熱されたビレットを押出し金型が配置されるコンテナに挿入し、 ビレットを金型方向に圧縮する方法である。圧縮されたビレットは金型を通過して所定の型に押出される。直接法では、押出し時にビレットとコンテナの間に摩擦が発生する。また、金型を通過する際の圧力が部位によって異なるため、メタルフロー(金属組織の流れ)が不均一になる。本実施形態のヒートシンクにおいては、放熱フィン12が形成される放熱フィン用材料62内に発生する圧力は大きくなる。また、基部11の中心部を形成する中心部材料61内に発生する圧力は大きくなる。つまり、分割用金型7を使用せずに押出し(引抜き)加工を行った場合には、放熱フィン12部に相当するビレット6においては、コンテナとの摩擦と、放熱フィン12部に相当するヒートシンク金型8によってビレット6内に発生する圧力が高い。それとは逆に、ビレット6の中心部付近では、摩擦の発生も低く、ビレット6がヒートシンク金型8を通過する際に発生するビレット6内部の圧力変化も少ない。分割用金型7を使用しない場合には、メタルフローが完全に不均一になり、高い精度での押出し(引抜き)加工ができない。
In the extrusion (drawing) process of the heat sink of this embodiment, a direct method is mainly used. The direct method is a method of extruding a raw material directly in the extrusion direction like tokoroten. More specifically, the direct method is a method in which a heated billet is inserted into a container in which an extrusion mold is placed, and the billet is compressed in the mold direction. The compressed billet passes through the mold and is extruded into a predetermined mold. In the direct method, friction is generated between the billet and the container during extrusion. Moreover, since the pressure at the time of passing through a metal mold | die changes with parts, a metal flow (flow of metal structure) becomes non-uniform | heterogenous. In the heat sink of this embodiment, the pressure generated in the heat radiating
分割用金型7を使用することで、ビレット6が中心部材料61と複数の放熱フィン材料62とに分割される。このことにより、メタルフローが分断される。よって、各分割材料61、62におけるメタルフローの不均一状態が小さくなる。
By using the dividing
押出し(引抜き)加工が完了したヒートシンク1は、ビレット6と同様に軸方向に長い長尺のヒートシンク1に仕上がっている。押出された時点では、ヒートシンク1は高温であるため軟らかい。このため、ヒートシンク1自体がねじれ易い状態であり、中にはねじれたヒートシンク1も存在する。よって、ヒートシンク1の両端を互いに引っ張ることによって、ヒートシンク1のねじれが補正されてまっすぐの状態にして冷却される。この作業によってヒートシンク1の寸法の精度出しが行われる。
The
押出し(引抜き)加工されたヒートシンク1は、長尺である。このため、ヒートシンク1は、軸方向に垂直な面で切断される(ステップS4)。
The
図5、6は、第1の実施形態の被冷却物接触部の切削過程の一部を示す斜視図である。切断されたヒートシンク1は、旋盤にチャッキングされる。ヒートシンク1は旋盤にて、略円柱状の被冷却物接触部13がヒートシンク1端面から軸方向に向けて突出するように放熱フィン12が切削加工される(ステップS5)。本実施形態のヒートシンク1において、被冷却物接触部13は、図5に示されているように、円柱状であるため、旋盤による加工が最も作業工数が小さい。ただし、形状はこれに限定されず、フライス盤等を用いて例えば四角注状の被冷却物接触部13を形成しても良い。また、被冷却物接触部13の径を小さくしたい場合には、旋盤によって基部11の外周端を切削加工しても良い。
5 and 6 are perspective views showing a part of the cutting process of the object contact portion of the first embodiment. The
次に、旋盤による切削加工として、図6に示されているように被冷却物接触部13の端面(MPU3と接触する面:接触面131)に外周端に沿うように環状溝14が切削加工される(ステップS6)。接触面131の外周端には加圧部15(後述する工程でプレスによって加圧される部位)が残るように、その内側に環状溝14が形成されている。よって接触面131のうち、被冷却物(MPU3)と接触するのは環状溝14よりも内側の領域である。
Next, as shown in FIG. 6, as the cutting process by a lathe, the
図7は、取付部材を第1の実施形態のヒートシンクに固定する過程を示す斜視図である。図8は取付部材が固定された第1の実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。図9は、本発明にかかる取付部材を示す斜視図である。本実施形態におけるヒートシンク1は、MPU3を冷却するために用いられる。よって、接触面131をMPU3と接触させる必要がある。そのためには、MPU3が実装されているマザーボード31に対してヒートシンク1を取り付ける必要がある。よってヒートシンク1にはマザーボード31とヒートシンク1とを取り付ける取付部材9が取付固定される。取付部材9は、図9に示されているように中央に貫通孔92が形成されており、径方向外方に向けて取付脚91が4箇所形成されている。取付脚91の先端にはマザーボード31と取付部材9と締結する固定部材90が挿入される貫通孔911が形成されている。取付部材9にはSUS等の防錆性の高いステンレス材料が用いられる。
FIG. 7 is a perspective view showing a process of fixing the mounting member to the heat sink of the first embodiment. FIG. 8 is a perspective view showing the heat sink of the first embodiment to which the mounting member is fixed. FIG. 9 is a perspective view showing an attachment member according to the present invention. The
まず、取付部材9は、図7に示されているように、取付部材9の中央に形成される貫通孔が被冷却物接触部13の外周面に嵌合するように挿入される。取付部材9を被冷却物接触部13に挿入した際に、取付部材9は、放熱フィン12の端面に当接するまで押し込まれる。この状態で、プレス機にて加圧部15が全周に渡って図7における軸方向下側に向けて加圧される(ステップS7)。加圧された加圧部15は、被冷却物接触部13の径方向外方に向けて塑性変形する。図8に示されているように、塑性変形された加圧部15と放熱フィン12端面との間に取付部材9が挟持され固定される。加圧部15は塑性変形しているため、変形された状態で形状が継続的に維持される。よって、取付部材9が被冷却物接触部13に対して固定された状態が継続的に維持される。また、加圧されることによって、被冷却物接触部13の外周面の外形が径方向外方に向けて拡径するように変形される。よって、取付部材9の貫通孔に対して被冷却物接触部13の外周面が圧力を加えることで、取付部材9が被冷却物接触部13の外周面に固定される。
First, as shown in FIG. 7, the
取付部材9の貫通孔92の内周面には複数個所(本実施形態においては4箇所)に切欠921が形成されている。被冷却物接触部13の外周面の外径が拡径されることによって取付部材9の貫通孔92の内周面が被冷却物接触部13の外周面に食い込む。この際に、貫通孔92の内周面に切欠921が形成されていることで、被冷却物接触部13に対する取付部材9の中心軸を中心とする周方向の回り強度が向上する。
従来のヒートシンク構造においては、基部の中心部にコアが圧入されていた。その理由としては、ヒートシンクを押出し(引抜き)加工は、基部の中心に貫通孔が形成された形状で行われる。一般的に、このようなヒートシンク形状はホロー形状と呼ばれる形状であり、特殊な押出し(引抜き)加工を行う必要が無かった。よって、貫通孔に上述した焼嵌めにてコアを圧入する必要があった。しかし、焼嵌めによるコアの圧入を行う際には、ヒートシンクを加熱した後に冷却する工程を経ている。つまり、ヒートシンクに対してヒートショック(加熱と冷却を繰り返す状態)を行っていることになり、ヒートシンクそのものの機械的強度が低下する虞がある。特に、コアの外周の基部にあたる部分は、薄肉になっており、分割材料の接合面も存在する。このため、機械的強度が低下した状態であれば、分割材料の接合面が断裂し、コアが抜け落ちる虞もある。しかし、本実施形態のヒートシンクであれば、基部が中実構造であるため、コア抜け落ちの問題が皆無である。また焼嵌めの必要も無く、ヒートシンクの機械的強度が低下することもない。 In the conventional heat sink structure, the core is press-fitted into the center of the base. The reason is that the process of extruding (drawing) the heat sink is performed in a shape in which a through hole is formed at the center of the base. In general, such a heat sink shape is a shape called a hollow shape, and it is not necessary to perform a special extrusion (drawing) process. Therefore, it was necessary to press-fit the core into the through hole by the above-described shrink fitting. However, when press-fitting the core by shrink fitting, the heat sink is heated and then cooled. That is, heat shock (a state in which heating and cooling are repeated) is performed on the heat sink, and the mechanical strength of the heat sink itself may be reduced. In particular, the portion corresponding to the base of the outer periphery of the core is thin, and there is also a joint surface of the divided material. For this reason, if the mechanical strength is reduced, the joint surface of the divided material may be torn and the core may fall off. However, in the heat sink according to the present embodiment, since the base portion has a solid structure, there is no problem of falling off the core. Further, there is no need for shrink fitting, and the mechanical strength of the heat sink is not lowered.
次に、熱源であるMPU3からヒートシンクに熱が伝達する過程について説明する。図10はMPUとヒートシンクとの接触の状況を示した平面図である。MPU3は、マザーボード31上に実装されている。コアは、MPU3に対して接触面で接触している。MPU3と接触面との間には熱伝導材が介在されている。MPU3で発生した熱は、コアに伝達される。つまり、MPU3と接触面との間に発生する接触熱抵抗の値が重要になる。例えば、MPU3と接触面の表面の平面度が0で、表面粗さが0で、且つ接触圧力が高ければ、接触熱抵抗は極めて小さい値になる。しかし、現実的には、平面度、表面粗さ共に0になることは無く、熱伝導材が構成されていなければ、MPU3と接触面131との間には空隙が発生する。空気は断熱効果が高いため、MPU3、接触面131間に空隙が形成された場合には、接触熱抵抗は高い値になる。本実施形態においては、上述のとおり、MPU3と接触面131との間には熱伝導材が介在されているため、接触熱抵抗の値を低くすることができる。
Next, a process of transferring heat from the
熱伝導材は熱伝達性が高い材料が用いられる。本実施形態においては作業性を考慮してポリイミドフィルム(Polyimide Film)、アルミニウム箔等の支持基材上に充填剤が含まれる感圧接着剤を塗布してコーティングされたサーマルテープ等のテープ状の部材が使用される。熱伝導材と、MPU3表面、接触面131との接触面積が高い方が接触熱抵抗の値が低くなる。このため、熱伝導材の材料として、シリコーンオイルを基油としてアルミナ等の熱伝導性の高い粉末を配合したグリース状の熱伝導性シリコーン樹脂等を使用しても良い。サーマルテープは所定の大きさにカッティングされたものが使用されるため、MPU3表面と接触面131の面積を有効的に活用できない虞がある。熱伝導性シリコーン樹脂はグリース状であるため、ほぼ隙間が無い状態で各部材表面と密着させることが可能である。よって、MPU3表面と接触面131の面積を有効的に活用することができる。熱伝導材は熱伝導性が高い部材であれば、適宜変更可能であり、形状および材質は限定されない。
A material having a high heat transfer property is used as the heat conducting material. In this embodiment, in consideration of workability, a polyimide film (Polyimide Film), a tape-like material such as a thermal tape coated with a pressure sensitive adhesive containing a filler on a support substrate such as an aluminum foil is coated. A member is used. The higher the contact area between the heat conductive material, the MPU3 surface, and the
MPU3で発生した熱は、熱伝導材を介してヒートシンク1の基部11に伝達される。この伝達過程において、熱抵抗の値を低減することによって大幅に放熱効率を向上することが可能である。ここで重要になるのがMPU3と熱伝導材、熱伝導材と接触面131の間に発生する接触熱抵抗の値である。接触熱抵抗の値は、接触圧力、接触面積、接触面の表面粗さ、各材料の熱伝導率、熱伝導材の熱伝導率、熱伝導材の厚み、各材料表面の硬度に依存して決定される。MPU3の表面は一般にヒートスプレッダという熱伝導性の高い銅板にて構成されている。このため、MPU3側の接触面積、接触面の表面粗さ、材料(銅板)の熱伝導率、材料(銅板)の硬度は一定の値として接触熱抵抗の値を低減する方法を提案する必要がある。また、ヒートシンク1の接触面131は前述のとおりアルミニウム合金を使用しているため、接触面の表面粗さ、材料(銅)の熱伝導率、材料(銅)の硬度は一定の値として接触熱抵抗の値を低減する方法を提案する必要がある。接触圧力を増すことによって接触熱抵抗の値が低くなることは周知技術である。
The heat generated in the
図11は、ヒートシンク1冷却装置の上部に冷却ファンを取り付けたヒートシンク冷却装置を示す斜視図である。MPU3から熱伝導材を介して基部11に熱が伝達される。次に、基部11に伝達された熱は、放熱フィン12に伝達される。本実施形態においては、図11に示されているように、ヒートシンク1に対して冷却用ファン5が作動することにより放熱フィン12に冷却風が供給され、放熱フィン12に伝達された熱が強制的に放熱される。以下に冷却ファン5の構成に関して説明する。
FIG. 11 is a perspective view showing a heat sink cooling device in which a cooling fan is attached to the upper portion of the
冷却ファン5は、回転することによって冷却風を発生するインペラ52と、インペラ52を回転駆動させる電動モータ(図略)と、インペラ52が回転することにより発生する冷却風を静圧エネルギに変換する風洞部511と、電動モータを固定するベース部51と、ベース部51と風洞部511とを連結接続する少なくとも3本以上のスポーク部512を備えている。
The cooling
インペラ52は、複数の羽根521を有している。羽根521は、インペラ52の回転軸を中心として径方向外方向けて突設されている。インペラ52が回転することで羽根521において、空気に対して運動エネルギが与えられる。インペラ52が回転することで、軸方向に吸気し、軸方向に排気される。つまり、インペラ52が回転することで軸方向の空気流が発生する。インペラ52の回転に伴って、空気流が発生するため、空気流は、径方向外方に向かう遠心方向成分と、回転周方向に向かう旋廻成分、軸方向に排出される軸方向成分の3つの成分を有する。空気流の流速の成分を考慮すると、インペラ52の径方向外方において最も流速が大きく、インペラ52の径方向内方において最も流速が小さい。よって、ヒートシンク1に供給される冷却風は、放熱フィン12の径方向外方において最も流速が大きいということになる。
The
冷却ファン5は、図11に示されているように、基部11の中心軸と冷却ファン5のインペラ52の回転軸とがほぼ一致するようにヒートシンク1の上側に載置される。ヒートシンク1の外周側面には、図11に示されているように、放熱フィン12の外周縁に切欠部112が形成されている。切欠部112に対して風洞部511から下方に延びるアーム5111が係止され、ヒートシンク1と冷却ファン5とが固定される。MPU3で発生した熱は、熱伝導材を介して基部11に伝達される。そして、熱は、基部11から放熱フィン12へと伝達される。冷却ファン5が回転することによって図11において上方向から下方向に向けて冷却風が供給される。放熱フィン12はインペラ52の回転方向と同一の方向に配列されている。このため、冷却風は各放熱フィン12間に効率よく流入され、放熱フィン12に伝達された熱は強制的に放熱される。ヒートシンク1冷却装置と冷却ファン5を組み合わせることによって、ヒートシンク1冷却装置の冷却特性がより高まる。
As shown in FIG. 11, the cooling
また、放熱フィン12は、インペラ52の回転方向とは異なる方向に向けて湾曲形成されている。このことにより、インペラ52が回転することで羽根521から発生する空気流が同時に放熱フィン12と干渉することがない。よって、空気流と放熱フィン12との干渉による騒音値を低減することが可能である。ただし、放射フィン12に関しては、インペラ52の回転方向とは異なる方向に向けて湾曲形成されているが、湾曲させずに傾斜させるだけでも十分に空気流と放射フィン12との干渉を低減することが可能である。インペラ52の羽根521自体が回転方向に向けて湾曲しているため、放熱フィン12が傾斜せずに放射方向に向けて延伸するだけでも十分に空気流と放射フィン12との干渉を低減することが可能である。
Further, the radiating
次に、本発明の第2の実施形態のヒートシンクファンについて説明する。第2の実施形態にかかるヒートシンクファンは、取付部材9を固定する固定方法を除き、図1乃至図3、図9乃至12に示すヒートシンクファンと同様の構成を有するため、以下の説明では、固定方法に関する部位以外の他の構成に同符号を付す。
Next, a heat sink fan according to a second embodiment of the present invention will be described. The heat sink fan according to the second embodiment has the same configuration as the heat sink fan shown in FIGS. 1 to 3 and FIGS. 9 to 12 except for the fixing method for fixing the
図12は、本発明にヒートシンクが形成されるまでを示す第2の実施形態の成形のフローを示す図である。図13は、本発明にかかる第2の実施形態の被冷却物接触部の切削過程の一部を示す斜視図である。 FIG. 12 is a diagram showing a molding flow of the second embodiment showing the process until the heat sink is formed in the present invention. FIG. 13: is a perspective view which shows a part of cutting process of the to-be-cooled object contact part of 2nd Embodiment concerning this invention.
図12に示されているように、ヒートシンクの形成工程に関しては、ステップS5までは第1の実施形態と全く同様である。よって、ステップ5以降の工程より説明する。
As shown in FIG. 12, the heat sink formation process is exactly the same as in the first embodiment up to step S5. Therefore, it demonstrates from the process after
ヒートシンク1Aは旋盤にて、略円柱状の被冷却物接触部13がヒートシンク1A端面から軸方向に向けて突出するように放熱フィン12が切削加工される(ステップS5)。次に、旋盤による切削加工として、図13に示されているように被冷却物接触部13の端面(MPU3と接触する面:接触面131A)に外周端に沿うようにヒートシンク1A側に向けて窪む段差部14Aが切削加工される(ステップS6A)。段差部14Aより内側の領域つまり、段差部14Aから図13上において軸方向上方に向かって突出している接触面131Aが形成されている。この接触面131は被冷却物(MPU3)と接触する領域となる。
The
図14は、取付部材を第2の実施形態のヒートシンクに固定する過程を示す斜視図である。図15は取付部材が固定された第2の実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。本実施形態におけるヒートシンク1Aは、MPU3を冷却するために用いられる。よって、接触面131AをMPU3と接触させる必要がある。そのためには、MPU3が実装されているマザーボード31に対してヒートシンク1Aを取り付ける必要がある。よってヒートシンク1Aにはマザーボード31とヒートシンク1Aとを取り付ける取付部材9が取付固定される。取付部材9は、図9に示されているように中央に貫通孔92が形成されており、径方向外方に向けて取付脚91が4箇所形成されている。取付脚91の先端にはマザーボード31と取付部材9と締結する固定部材90が挿入される貫通孔911が形成されている。取付部材9にはSUS等の防錆性の高いステンレス材料が用いられる。
FIG. 14 is a perspective view showing a process of fixing the mounting member to the heat sink of the second embodiment. FIG. 15 is a perspective view showing the heat sink of the second embodiment to which the mounting member is fixed. The
まず、取付部材9は、図14に示されているように、取付部材9の中央に形成される貫通孔が被冷却物接触部13の外周面に嵌合するように挿入される。取付部材9を被冷却物接触部13に挿入した際に、取付部材9は、放熱フィン12の端面に当接するまで押し込まれる。この状態で、プレス機にて段差部14Aが全周に渡って図14における軸方向下側に向けて加圧される(ステップS7A)。加圧された段差部14Aは、被冷却物接触部13の径方向外方に向けて塑性変形する。図15に示されているように、塑性変形された段差部14Aと放熱フィン12端面との間に取付部材9が挟持され固定される。段差部14Aは塑性変形しているため、変形された状態で形状が継続的に維持される。よって、取付部材9が被冷却物接触部13に対して固定された状態が継続的に維持される。また、加圧されることによって、被冷却物接触部13の外周面の外形が径方向外方に向けて拡径するように変形される。よって、取付部材9の貫通孔に対して被冷却物接触部13の外周面が圧力を加えることで、取付部材9が被冷却物接触部13の外周面に固定される。
First, as shown in FIG. 14, the
ヒートシンク1、1Aの冷却特性を安定化させるために接触面131、131Aの接触面積が量産品において一定となる必要がある。第1の実施形態においては、環状溝14より内側の領域が接触面131となる。この場合は加圧部15が加圧され塑性変形されるが、その変形は接触面131には及ばない。また、第2の実施形態においては段差部14Aより内側の領域が接触面131Aとなる。この場合は段差部14Aが加圧され塑性変形されるが、その変形は接触面131Aには及ばない。よって、第1、第2の実施形態においても接触面131、131Aの面積が一定になり、ヒートシンク1、1Aの冷却特性の安定化を図ることが可能である。
In order to stabilize the cooling characteristics of the
他の変形例として、環状溝14及び段差部14Aを形成せずに被冷却物接触部13の外周端を加圧して取付部材9を被冷却物接触部13の外周面に固定し、被冷却物接触部13の上面を切削加工して接触面131を形成しても良い。
As another modification, the outer peripheral end of the
1 ヒートシンク
11 基部
12 放熱フィン
13 被冷却物接触部
131 接触面
14 環状溝
15 加圧部
3 MPU
31 マザーボード
5 冷却ファン
6 ビレット
61 中心部材料
62 放熱フィン部材料
9 取付部材
91 取付脚
92 貫通孔
921 切欠
DESCRIPTION OF
31
Claims (13)
中心軸回りに形成された中実で柱状の基部と、
前記中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えており、
前記基部と前記フィン部とは、前記中心軸を軸線とする軸方向への押出加工又は引抜加工によって連続的に形成されていることを特徴とするヒートシンク。 A heat sink for cooling an object to be cooled such as an electronic component,
A solid and columnar base formed around the central axis;
A plurality of fins extending radially outward from the base about the central axis,
The heat sink, wherein the base part and the fin part are continuously formed by extrusion or drawing in an axial direction with the central axis as an axis.
中心に貫通孔を有し、径方向外方に向けて複数の取付脚が放射状に延伸される取付部材を有しており、
前記基部から軸線方向に向けて突出する被冷却物接触部が形成されており、該被冷却物接触部の外周側面が前記取付部材の前記貫通孔に嵌合されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のヒートシンク。 The heat sink is
It has a through hole in the center, and has a mounting member in which a plurality of mounting legs are radially extended toward the outside in the radial direction.
An object-to-be-cooled contact portion that protrudes in the axial direction from the base is formed, and an outer peripheral side surface of the object-to-be-cooled contact portion is fitted into the through hole of the mounting member. Item 4. The heat sink according to any one of Items 1 to 3.
前記ヒートシンクと、
前記中心軸と略同軸上に配置され前記ヒートシンクに対して冷却用の空気流を送風する冷却ファンと、を備えており、
前記冷却ファンは、
前記中心軸を中心として回転することで軸方向に空気流を発生する複数の羽根を備えるインペラと、
前記インペラを回転駆動するモータ部と、
前記インペラを径方向外方から外囲する風洞部を有し、前記モータ部を支持するハウジングと、を備えていることを特徴とするヒートシンクファン。 A heat sink fan using the heat sink according to any one of claims 1 to 7,
The heat sink;
A cooling fan that is arranged substantially coaxially with the central axis and blows a cooling airflow to the heat sink,
The cooling fan is
An impeller comprising a plurality of blades that generate an air flow in the axial direction by rotating about the central axis;
A motor unit for rotationally driving the impeller;
A heat sink fan comprising: a housing that has a wind tunnel portion that surrounds the impeller from the outside in a radial direction and supports the motor portion.
前記中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えるヒートシンクの製造方法であって、
a)アルミニウム製又はアルミニウム合金製の素材ビレットが炉で加熱される工程と、
b)前記素材ビレットが分割用金型に押し込まれ、前記素材ビレットが複数の分割材料に分割される工程と、
c)前記複数の分割材料が、ヒートシンク金型に押し込まれ、各前記分割材料が互いに接合しながら、前記ヒートシンク金型から長尺ヒートシンクが押し出される工程と、
d)前記長尺ヒートシンクを軸方向に切断する工程と、を有することを特徴とするヒートシンクの製造方法。 A solid and columnar base formed around the central axis;
A plurality of fin portions extending radially outward from the base portion about the central axis, and a heat sink manufacturing method comprising:
a) a step of heating a billet made of aluminum or aluminum alloy in a furnace;
b) the material billet is pushed into a dividing mold, and the material billet is divided into a plurality of divided materials;
c) a step in which the plurality of divided materials are pushed into a heat sink mold, and a long heat sink is extruded from the heat sink mold while the divided materials are joined to each other;
and d) cutting the long heat sink in the axial direction.
e)切断されたヒートシンクのいずれかの一方側の軸方向端面に前記中心軸を中心とする柱状の被冷却物接触部を残すように前記ヒートシンクを切削加工する工程と、
f)中心に貫通孔を有し径方向外方に向けて複数の取付脚が放射状に延伸される取付部材を前記被冷却物接触部の外周側面が前記貫通孔に嵌合するように挿入する工程と、
g)前記被冷却物接触部の接触面における外周端の複数の部位もしくは全周を加圧することによって前記被冷却物接触部の接触面における外周端の複数の部位もしくは全周が径方向外方に向けて塑性変形され、前記被冷却物接触部の外周側面に対して前記取付部材が固定される工程と、
を有することを特徴とするヒートシンクの製造方法。 In the manufacturing method of the heat sink according to claim 9 or 10,
e) cutting the heat sink so as to leave a columnar object to be cooled centered on the central axis on the axial end surface on either side of the cut heat sink;
f) Insert a mounting member having a through hole in the center and having a plurality of mounting legs radially extending outward in the radial direction so that the outer peripheral side surface of the object-to-be-cooled contact portion fits into the through hole. Process,
g) Pressurizing the plurality of outer peripheral ends or the entire circumference of the contact surface of the object to be cooled by pressurizing the plurality of outer peripheral ends or the entire periphery of the contact surface of the object to be cooled is radially outward. A step in which the mounting member is fixed to an outer peripheral side surface of the object to be cooled,
A method of manufacturing a heat sink.
前記g)工程において、前記被冷却物接触部の前記溝より外側の部位を加圧することを特徴とする請求項11に記載のヒートシンクの製造方法。 Before the step g), a step of forming a groove along the outer peripheral edge of the contact surface of the object contact portion to be cooled is provided.
The method of manufacturing a heat sink according to claim 11, wherein in the step g), a portion outside the groove of the object contact portion to be cooled is pressurized.
前記g)工程において、前記被冷却物接触部の前記段差部を加圧することを特徴とする請求項11に記載のヒートシンクの製造方法。 Before the step g), it includes a step of forming a step portion that is recessed toward the heat sink side along the outer peripheral edge of the contact surface of the object to be cooled contact portion,
The method of manufacturing a heat sink according to claim 11, wherein in the step g), the step portion of the object contact portion to be cooled is pressurized.
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