JP2008227181A - フィンユニットの製造方法、フィンユニットおよび冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の中心軸を中心として放射状に配置されるとともにそれぞれが中心軸方向に対して傾斜している複数の放熱フィンを備えるヒートシンクのフィンユニットを容易に製造する。
【解決手段】ヒートシンクのフィンユニットの製造では、まず、金属材料２００が加熱されて軟化状態とされ、続いて、軟化状体とされた金属材料２００のダイス８からの押し出しおよび引き抜きによる金属連続体２０１の形成と、ダイス８から導き出される金属連続体２０１のダイス穴に対する相対的な回転とが並行して行われる。これにより、フィンユニットの中心軸を中心として放射状に配置されるとともにそれぞれが中心軸方向に対して傾斜している複数の放熱フィン２２を備えるフィンユニットを容易に製造することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、熱源から伝導される熱を放散するヒートシンクに設けられるフィンユニットおよびその製造方法に関し、また、当該フィンユニットを備える冷却装置に関する。

従来より、パーソナルコンピュータやサーバ等に搭載されたＣＰＵ（Central Processing Unit）には、ＣＰＵを冷却する冷却装置が取り付けられており、冷却装置の１つとして、放射状に配置された複数の放熱フィンによりＣＰＵから発生する熱を放散するヒートシンク、および、ヒートシンクのＣＰＵとは反対側においてヒートシンクに向けて送風を行う送風ファンを備えるものがある。

このような冷却装置では、ＣＰＵの処理能力の向上に伴う発熱の増大に対応するために、複数の放熱フィンの中心軸に対して各放熱フィンを傾斜させることにより、ヒートシンクを大型化することなく、また、放熱フィンの枚数を過剰に増加させることなく、複数の放熱フィンの表面積の合計を大きくして冷却性能を向上することが行われている。

例えば、特許文献１のヒートシンクでは、放射状に配置された複数のフィンの軸流ファン側の部位が、軸流方向に対して傾斜している。当該ヒートシンクでは、各フィンの軸流ファン側の部位を、軸流ファンから吹き出される空気流の流動方向に平行となるように傾斜させることにより、軸流ファンからの空気流が複数のフィン間の空気流路に流入しやすい構造となっている。

また、特許文献２では、円筒状のコアの外側面に放射状に配置された複数のフィンの上部（すなわち、軸流ファン側の部位）または下部が、軸流ファンの回転軸方向に対して傾斜するように曲げられており、フィンの傾斜部が回転軸と為す角度は、例えば、３０°とされている。特許文献２のヒートシンクの製造では、各フィンのコア側の端部の上部または下部をホールソー等によりコアから切り離した後、これらのフィンのコアから切り離された部位にダイを嵌合させ、作業者の手作業等によりダイを捻ることにより、フィンの傾斜部が形成される。

一方、特許文献３では、ベースの上面上において上面に垂直な軸を中心として放射状に配置された複数のフィンをベースと一体的に形成する方法が開示されている。特許文献３の製造方法では、複数のフィンに対応するダイス穴を有するダイを直方体状の金属材料の上面に向けて押圧することによりダイス穴から複数のフィンを押し出し、ダイの下面が金属材料の下面に到達するよりも手前で押し出し加工を停止することにより、平板状のベースの上面に複数のフィンが垂直に立設したヒートシンクが形成される。そして、ダイを上向きに引き抜く際に、複数のフィンの中心軸を中心としてダイを捻りながら移動することにより、中心軸に対して傾斜した複数のフィンがベース上に形成される。
特開２００４−６３６８６号公報 米国特許出願公開第２００５／００６１４８０号明細書 米国特許第６７０５１４４号明細書

ところで、特許文献２の製造方法では、コアおよび複数のフィンを一体的に形成した後に、複数のフィンに対する切削やダイの嵌合、回転および引き抜き等の様々な加工を行う必要があるため、ヒートシンクの製造工程が複雑になってしまい、ヒートシンクの製造に要する時間が多大なものとなってしまう。

また、特許文献３の製造方法では、金属材料に対する押出工程、および、ダイを回転しながら引き抜く引抜工程がそれぞれ連続しない個別の工程として必要となるため、特許文献２の製造方法と同様に、ヒートシンクの製造工程が複雑になってしまい、ヒートシンクの製造に要する時間が多大なものとなってしまう。さらには、特許文献２および特許文献３のいずれの製造方法でも、複数のヒートシンクを連続的に製造することはできないため、生産性の向上に限界がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、所定の中心軸を中心として放射状に配置されるとともにそれぞれが中心軸方向に対して傾斜している複数の放熱フィンを備えるヒートシンクのフィンユニットを容易に製造することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、熱源から伝導される熱を放散するヒートシンクに設けられ、所定の中心軸を中心として放射状に配置される薄板状の複数の放熱フィンと前記複数の放熱フィンを内周側において連結して支持するフィン支持部とを有するフィンユニットの製造方法であって、ａ）加熱された金属材料を、複数の放熱フィンおよびフィン支持部に対応するダイス穴を有するダイスから押し出し、および／または、引き抜く工程と、ｂ）前記ａ）工程と並行して、前記ダイスから導き出される金属連続体を前記ダイス穴の中心軸を中心として前記ダイス穴に対して相対的に回転する工程と、ｃ）前記金属連続体を切断して複数の放熱フィンおよびフィン支持部を有するフィンユニットを得る工程とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフィンユニットの製造方法であって、前記ｂ）工程において、前記ダイスが固定されており、前記金属連続体の先端に接続された支持体が前記中心軸を中心として回転する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のフィンユニットの製造方法であって、前記ｂ）工程において、前記支持体の回転がサーボモータにより行われる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のフィンユニットの製造方法であって、前記ａ）工程において、前記金属材料の前記ダイスからの押し出しおよび／または引き抜きがもう１つのサーボモータにより行われる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のフィンユニットの製造方法であって、前記ａ）工程および前記ｂ）工程において、前記サーボモータおよび前記もう１つのサーボモータが同期して制御されることにより、前記金属連続体の前記先端と前記ダイスとの間の距離に応じて前記金属連続体の前記ダイスから導き出される速度、および、前記支持体の回転速度が制御される。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、前記ｂ）工程において、前記金属連続体の回転速度を変更することにより、複数の放熱フィンに対応する部位の外周縁と前記中心軸とのなす角度が変更される。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、前記金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金である。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、前記金属連続体が、複数のフィンユニットの複数の放熱フィンおよびフィン支持部が前記中心軸方向に連続したものである。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、ｄ）前記ｃ）工程にて得られる円筒状の前記フィン支持部の内周面に対して仕上げ加工を行う工程をさらに備える。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、ｅ）前記金属連続体または前記フィンユニットに対して焼き入れを行う工程をさらに備える。

請求項１１に記載の発明は、熱源から伝導される熱を放散するヒートシンクに設けられるフィンユニットであって、請求項１ないし１０のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法により製造されたものである。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のフィンユニットであって、前記複数の放熱フィンのそれぞれが、前記フィン支持部の外周面に接続された一枚の薄板状の内周部と、前記内周部の外周端から外側に広がるとともに周方向に関して重なる複数の薄板状の外周部とを備える。

請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載のフィンユニットであって、前記複数の放熱フィンのそれぞれが、周方向に湾曲しつつ前記フィン支持部から外側に広がる。

請求項１４に記載の発明は、熱源から伝導される熱を放散して冷却する冷却装置であって、請求項１１ないし１３のいずれかに記載のフィンユニットを備えるヒートシンクと、前記フィンユニットの中心軸方向の一方側に配置されるとともに前記フィンユニットの前記中心軸に平行な回転軸を中心として回転することにより前記ヒートシンクに向けて送風を行う送風ファンとを備える。

請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の冷却装置であって、前記フィンユニットの各放熱フィンの前記送風ファン側の部位が、前記送風ファンからの空気の流れに略平行となるように前記フィンユニットの前記中心軸方向に対して傾斜する。

請求項１６に記載の発明は、請求項１４または１５に記載の冷却装置であって、前記各放熱フィンの前記送風ファン側の部位の外周縁が、前記フィンユニットの前記中心軸方向に対して１０°以上５０°以下の角度にて傾斜している。

請求項１の発明では、所定の中心軸を中心として放射状に配置されるとともにそれぞれが中心軸方向に対して傾斜している複数の放熱フィンを備えるフィンユニットを容易に製造することができる。

請求項２の発明では、フィンユニットをより容易に製造することができる。請求項３ないし５の発明では、フィンユニットを高精度に製造することができる。請求項８の発明では、複数のフィンユニットを容易かつ迅速に製造することができる。

請求項１１ないし１３の発明では、フィンユニットを大型化することなく放熱フィンの表面積を大きくすることができる。請求項１４の発明では、冷却装置を大型化することなく冷却性能を向上することができる。請求項１５および１６の発明では、冷却性能をより向上することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る冷却装置１を示す斜視図であり、図２は冷却装置１を示す正面図である。冷却装置１は、パーソナルコンピュータ等の内部においてＣＰＵ（Central Processing Unit）等の熱源に取り付けられ、熱源から伝導される熱をヒートシンク２により放散して熱源を冷却する、いわゆるヒートシンクファンである。

図１および図２に示すように、冷却装置１は、熱源から伝導される熱を放散するヒートシンク２、ヒートシンク２に向けて送風を行ってヒートシンク２を冷却する軸流ファンである送風ファン３、ヒートシンク２に送風ファン３を固定する取付部４、および、冷却装置１の取り付けに利用される固定ピン５を備える。冷却装置１は、図２に示すように、ヒートシンク２の中心軸Ｊ１（送風ファン３の中心軸および回転軸でもあり、また、後述するフィンユニット２１の中心軸でもある。）方向の送風ファン３とは反対側の部位をＣＰＵ９に当接させた状態でＣＰＵ９に取り付けられる。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿って送風ファン３側を上側、ヒートシンク２側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

図３および図４は、ヒートシンク２を示す平面図および正面図である。ヒートシンク２は、図３および図４に示すように、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置される薄板状の複数の放熱フィン２２を備え、また、図３に示すように、複数の放熱フィン２２を内周側において連結して支持する円筒状のフィン支持部２３、および、フィン支持部２３の内側に挿入される円柱状のコア２４を備える。図４に示すように、コア２４の下端部（すなわち、送風ファン３（図２参照）とは反対側の端部であり、図４中の下側の端部）は、放熱フィン２２およびフィン支持部２３（図３参照）の下端から下側に突出しており、コア２４の下端面はＣＰＵ９（図２参照）に当接する。

コア２４の下端部には、固定ピン５（図１および図２参照）を支持するクリップ２５が取り付けられている。クリップ２５は、コア２４の下端部が挿入される貫通穴が形成されたクリップ本体部２５１を備え、クリップ本体部２５１は、カシメ等によりコア２４に固定される。また、クリップ２５は、図３および図４に示すように、クリップ本体部２５１から中心軸Ｊ１を中心として放射状に伸びる４本のクリップ脚部２５２を備え、各クリップ脚部２５２のクリップ本体部２５１とは反対側の先端部には、固定ピン５が挿入される貫通穴２５３が形成されている。

本実施の形態では、図３に示す複数の放熱フィン２２およびフィン支持部２３は、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金により一体的に形成されており、コア２４は銅（Ｃｕ）により形成されている。以下の説明では、複数の放熱フィン２２およびフィン支持部２３をまとめて「フィンユニット２１」という。

図３に示すように、フィンユニット２１の外周面２１１（すなわち、複数の放熱フィン２２の外周端を、中心軸Ｊ１を中心として周方向に結ぶことにより形成される包絡面）は略円筒状であり、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において９０°ピッチに配置されるとともに複数の放熱フィン２２の外周端により形成された包絡面が平面となる４つの平面部２１２を備える。図４に示すように、フィンユニット２１の外周面２１１において、対向する２つの平面部２１２には、中心軸Ｊ１に垂直な方向に伸びる溝部２１３が形成されており、図１および図２に示すように、取付部４の係止部４４１が溝部２１３に係合することにより、送風ファン３がヒートシンク２に取り付けられる。

図３に示すように、フィンユニット２１では、複数の放熱フィン２２のそれぞれが、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に湾曲しつつフィン支持部２３から外側へと広がっており（すなわち、中心軸Ｊ１から離れる方向に広がっており）、図３中における反時計回り方向に凸状となっている。換言すれば、平面視において、各放熱フィン２２の外側および内側の端部を結ぶ直線の中央から、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において放熱フィン２２へと向かう方向は反時計回りとなっている。

また、複数の放熱フィン２２のそれぞれは、フィン支持部２３の外周面に接続された１枚の薄板状の内周部２２１、および、内周部２２１の外周端（すなわち、フィン支持部２３とは反対側の端部であり、放熱フィン２２の径方向におけるおよそ中央部）から外側に広がるとともに周方向に関して重なる２枚の薄板状の外周部２２２を備える。

フィンユニット２１では、図４に示すように、各放熱フィン２２の両主面２２３，２２４が中心軸Ｊ１方向に対して傾斜しており、図３に示す中心軸Ｊ１を中心とする周方向において、各放熱フィン２２の上縁（すなわち、送風ファン３（図１および図２参照）側においてフィン支持部２３から外側に伸びるエッジ）から下縁に向かう方向は、図３中における時計回りとなっている。換言すれば、各放熱フィン２２の両主面２２３，２２４の法線は、フィンユニット２１の中心軸Ｊ１に垂直な平面に対して非平行となっており、周方向において各放熱フィン２２の上縁から下縁に向かう方向は、後述する送風ファン３のインペラ３２２（図１および図２参照）の回転方向と同じ方向となっている。

図４に示す各放熱フィン２２の外周縁（ただし、フィンユニット２１の外周面２１１上の平面部２１２における外周縁を除く。）の中心軸Ｊ１方向に対する傾斜角は、１０°以上５０°以下（より好ましくは、２０°以上４０°以下）とされることが好ましい。本実施の形態では、各放熱フィン２２の外周縁の中心軸Ｊ１方向に対する傾斜角は、約２５°とされる。

図１および図２に示すように、ヒートシンク２の中心軸Ｊ１方向の上側に配置される送風ファン３は、取付部４を介してヒートシンク２に固定されるベース部３１１を有するステータ部３１、および、ベース部３１１の下側（すなわち、ヒートシンク２側）においてステータ部３１に対して回転可能に支持されるロータ部３２を備える。ステータ部３１のベース部３１１は、中心軸Ｊ１を中心とする略円板状であり、その直径は、平面視においてヒートシンク２のコア２４（図３参照）の直径とおよそ等しい。

ロータ部３２は樹脂製のインペラ３２２を備え、インペラ３２２は、中心軸Ｊ１を中心とする略有底円筒状のハブ３２３、および、ハブ３２３の外周面に固定されて外周面から放射状に伸びる複数の翼３２４を備える。ハブ３２３は複数の翼３２４と共に射出成形により形成される。平面視におけるハブ３２３の直径はベース部３１１の直径とほぼ等しく、ハブ３２３の内側には、中心軸Ｊ１を中心とするトルクを発生する電機子および界磁用磁石、並びに、ロータ部３２をステータ部３１に対して回転可能に支持する軸受機構等が設けられる。

送風ファン３が駆動されると、ロータ部３２のインペラ３２２が、中心軸Ｊ１を中心として図１中における時計回りに回転し、ロータ部３２に対向して配置されているヒートシンク２に向けて（すなわち、ステータ部３１のベース部３１１からロータ部３２へと向かう方向に）送風が行われる。

取付部４は、図１および図２に示すように、ヒートシンク２上においてインペラ３２２の下部（すなわち、インペラ３２２のヒートシンク２に対向する部位）の周囲を囲むフレーム４１、フレーム４１から上向きに（すなわち、ヒートシンク２とは反対側に）突出する複数の支柱部４２、中心軸Ｊ１から離れる方向へと送風ファン３のベース部３１１から放射状に伸びるとともに複数の支柱部４２にそれぞれ接続されて送風ファン３を支持する複数の支持リブ４３、および、フレーム４１からフィンユニット２１の外周面２１１の４つの平面部２１２（図４参照）に沿って下向きに突出するとともに取付部４がヒートシンク２に対して回転してしまうことを防止する回転規制部４４を備える。

本実施の形態では、４本の支柱部４２および４本の支持リブ４３が取付部４に設けられ、これらの支柱部４２および支持リブ４３は、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において、およそ等角度ピッチに配置されている。また、４つの回転規制部４４のうち、対向する一対の回転規制部４４の下端部には、フィンユニット２１の外周面２１１上の２つの溝部２１３に係合する係止部４４１が設けられる。

冷却装置１では、送風ファン３からの送風を受けるヒートシンク２において、上述のように、フィンユニット２１の各放熱フィン２２の両主面２２３，２２４が中心軸Ｊ１方向に対して傾斜しており、各放熱フィン２２の上部（すなわち、送風ファン３側の部位）が、送風ファン３からの空気の流れに略平行となっている。

次に、ヒートシンク２のフィンユニット２１の製造について説明する。図５は、フィンユニット２１の製造の流れを示す図である。本実施の形態では、複数のフィンユニット２１が中心軸Ｊ１（図４参照）方向に連続した状態で形成された後に切断されることにより複数のフィンユニット２１が形成される。

図６は、フィンユニット２１の製造に用いられるダイス８を示す斜視図であり、図７は、製造途上のフィンユニットを示す斜視図である。図６に示すように、平板状のダイス８には、フィンユニット２１の複数の放熱フィン２２およびフィン支持部２３、並びに、コア２４（図３参照）に対応するダイス穴８１が形成されている。

フィンユニット２１が製造される際には、まず、アルミニウムまたはアルミニウム合金の円柱状のビレット（すなわち、金属材料）が約５００℃に加熱されて軟化状態とされる（ステップＳ１１）。続いて、図７に示す押出加工用のコンテナ８０にビレットが挿入され、コンテナ８０内において略円筒状とされた後、サーボモータにより駆動される押出機構（図示省略）により、図６に示すダイス８に向けて押圧される。このとき、略円筒状とされた金属材料の中空部は、図３に示すフィンユニット２１のフィン支持部２３の内側の空間（すなわち、コア２４が挿入される空間）に対応しており、当該中空部の中心軸は、図６に示すダイス８のダイス穴８１の中心軸Ｊ２に一致している。

そして、図７に示すように、ダイス８の一方の主面に押圧された略円筒状の金属材料２００が、ダイス穴８１（図６参照）を介して他方の主面側へと押し出され、複数の放熱フィン２２およびフィン支持部２３（すなわち、フィンユニット２１（図３参照））となる予定の部位が中心軸Ｊ２（図６参照）方向に連続した金属連続体２０１が形成される。金属連続体２０１では、フィン支持部２３となる予定の部位（以下の説明では、単に「フィン支持部２３」という。）の内側の空間の中心軸が、ダイス穴８１の中心軸Ｊ２と一致している。ダイス穴８１から押し出された金属連続体２０１は、フィン支持部２３の内側の空間に挿入されて金属連続体２０１の先端に接続された略円柱状の支持体８２により支持され、支持体８２が図７中の右方向に移動することによりダイス穴８１を介して引き抜かれる。

フィンユニット２１の製造では、軟化状態とされた金属材料２００をダイス８から押し出し、および、引き抜く工程と並行して、支持体８２に接続されたサーボモータ（図示省略）が、金属材料２００のダイス８への押圧に利用されるサーボモータと同期して駆動されることにより、支持体８２が中心軸Ｊ３（ダイス穴８１の中心軸Ｊ２（図６参照）に一致する。）を中心として、図７中の右側から左方向を向いて見た場合に反時計回りとなる方向に回転する（すなわち、支持体８２が反時計回りに回転しつつ右方向に移動する）。

これにより、ダイス８から導き出される金属連続体２０１が、固定されているダイス８のダイス穴８１（図６参照）に対して、ダイス穴８１の中心軸Ｊ２を中心として相対的に回転し、複数の放熱フィン２２となる予定の部位（以下の説明では、単に「放熱フィン２２」という。）が、ダイス穴８１の中心軸Ｊ２（フィンユニット２１の中心軸Ｊ１に一致する。）に対して傾斜した状態で形成される（ステップＳ１２）。

押し出しおよび引き抜きによる金属連続体２０１の成型が終了すると、送風装置による送風等により冷却（すなわち、空冷）された金属連続体２０１が焼入炉に搬入され、約１８５℃にて金属連続体２０１に対する焼き入れが行われる（ステップＳ１３）。続いて、金属連続体２０１が、水冷または空冷により冷却された後、長手方向（すなわち、ダイス穴８１の中心軸Ｊ２方向）の複数箇所にて長手方向に垂直に切断されることにより、複数の放熱フィン２２およびフィン支持部２３をそれぞれ有する複数のフィンユニット２１（図３参照）が個別に得られる（ステップＳ１４）。

次に、個々のフィンユニット２１の外周面２１１の一部が切除されることにより、外周面２１１上に平面部２１２および溝部２１３（図４参照）が形成される。また、各フィンユニット２１の円筒状のフィン支持部２３（図３参照）の内周面に対して、ブローチ加工等の加工精度が高いＣＮＣ（Computer Numerical Control）加工による仕上げ加工が行われてフィンユニット２１の製造が終了する（ステップＳ１５）。

フィンユニット２１の製造が終了すると、円柱状のコア２４が、図３に示すように、約３００℃に加熱されたフィンユニット２１のフィン支持部２３の内側に挿入され、焼き嵌めによりフィンユニット２１に固定されることにより、ヒートシンク２が形成される。その後、図４に示すように、ヒートシンク２のコア２４の下端部にクリップ２５が固定され、また、図１および図２に示すように、ヒートシンク２の上側に送風ファン３が取り付けられて冷却装置１の製造が終了する。

以上に説明したように、ヒートシンク２のフィンユニット２１では、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置された複数の放熱フィン２２のそれぞれが、中心軸Ｊ１方向に対して傾斜して設けられる。これにより、フィンユニット２１を大型化することなく、また、放熱フィンの枚数を増加させるために各放熱フィンを過剰に薄くすることなく（すなわち、各放熱フィン２２の強度を十分に確保しつつ）、複数の放熱フィン２２の表面積の合計を大きくすることができ、フィンユニット２１を備えるヒートシンク２の冷却性能を向上することができる。また、放熱フィン２２の枚数の過剰な増加を防止することができるため、ダイス８に要求される寸法精度が高くなることを抑制してダイス８の製造に係るコストを低減することができる。

フィンユニット２１では、各放熱フィン２２の径方向のおよそ中央部より外側の部位が分岐して周方向に関して重なる複数の薄板状の外周部２２２となっている。これにより、フィンユニット２１を大型化することなく、放熱フィン２２の表面積の合計をより大きくすることができ、ヒートシンク２の冷却性能をより向上することができる。さらには、各放熱フィン２２が、周方向に湾曲しつつフィン支持部２３から外側に広がることにより、フィンユニット２１を大型化することなく、放熱フィン２２の表面積の合計をさらに大きくすることができ、ヒートシンク２の冷却性能をより一層向上することができる。

本実施の形態に係る冷却装置１は、上述のように大型化することなく高い冷却性能を実現するヒートシンク２を備えることにより、大型化を防止しつつ冷却性能を向上することができる。

冷却装置１では、フィンユニット２１の各放熱フィン２２が、送風ファン３からの空気の流れに略平行となるように中心軸Ｊ１方向に対して傾斜しているため、送風ファン３からヒートシンク２に流入する空気流が、放熱フィン２２との衝突により径方向の外側へと拡散してしまうことを抑制することができ、送風ファン３からの空気流のヒートシンク２における圧力損失を低減することができる。その結果、放熱フィン２２の間を通過する風量を増大させることができ、冷却装置１の冷却性能をより向上することができる。

フィンユニット２１では、各放熱フィン２２の中心軸Ｊ１方向に対する傾斜角が、１０°以上（より好ましくは２０°以上）とされることにより、放熱フィン２２の表面積の合計をより大きくしてヒートシンク２および冷却装置１の冷却性能をより向上することができる。また、各放熱フィン２２の傾斜角が５０°以下（より好ましくは４０°以下）とされることにより、インペラ３２２の複数の翼３２４が現実的に取り得る翼角の範囲に対応して、放熱フィン２２を送風ファン３からの空気の流れに略平行とすることができる。その結果、ヒートシンク２における圧力損失を低減して冷却装置１の冷却性能をより向上することができる。

ヒートシンク２のフィンユニット２１の製造では、加熱されて軟化状態とされた金属材料２００のダイス８からの押し出しおよび引き抜きによる金属連続体２０１の形成と、ダイス８から導き出される金属連続体２０１のダイス穴８１に対する相対的な回転（すなわち、金属連続体２０１に対する捻りの付与）とが並行して行われることにより、フィンユニット２１の中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置される複数の放熱フィン２２が、中心軸Ｊ１方向に対して傾斜した状態で形成される。このように、複数の放熱フィン２２を形成する工程と、各放熱フィン２２を中心軸Ｊ１方向に対して傾斜させる工程とが並行して行われることにより、それぞれが中心軸Ｊ１方向に対して傾斜している複数の放熱フィン２２を備えるフィンユニット２１を容易に製造することができる。

また、金属連続体２０１のダイス穴８１に対する相対的な回転が、ダイス８を固定した状態で金属連続体２０１を回転することにより行われることにより、相対回転時にダイス８に加わる負荷を低減することができるとともに回転に係る制御を簡素化することができ、フィンユニット２１をより容易に製造することができる。

ところで、フィンユニット２１の製造では、金属連続体２０１の長さ（すなわち、金属連続体２０１の先端とダイス８との間の中心軸Ｊ２方向の距離）に応じて、金属連続体２０１の先端を支持する支持体８２の回転速度とダイス８近傍における金属連続体２０１の回転速度との関係（すなわち、金属連続体２０１の両端部における回転速度の関係）が変化する。そこで、支持体８２の回転をサーボモータにより行って支持体８２の回転速度を制御することにより、ダイス８近傍における金属連続体２０１の回転速度を高精度に制御してフィンユニット２１を高精度に形成することができる。また、金属連続体２０１のダイス８から導き出される速度を、支持体８２の回転に利用されるサーボモータと同期した他のサーボモータにより制御することにより、フィンユニット２１をより高精度に形成することができる。

本実施の形態に係る製造方法では、複数のフィンユニット２１の複数の放熱フィン２２およびフィン支持部２３が中心軸Ｊ１方向に連続したものである金属連続体２０１を形成し、当該金属連続体２０１を複数箇所にて切断することにより、個別に分離された複数のフィンユニット２１を容易かつ迅速に製造することができる。

フィンユニット２１の製造では、金属連続体２０１に対して焼き入れが行われることにより、フィンユニット２１の耐衝撃性を向上することができる。上記実施の形態では、金属連続体２０１の切断（ステップＳ１４）よりも前に焼き入れ工程（ステップＳ１３）が行われるが、焼き入れ工程は、金属連続体２０１の切断による複数のフィンユニット２１の取得後に、複数のフィンユニット２１のそれぞれに対して個別に行われてもよく、また、複数のフィンユニット２１に対して同時に行われてもよい。

フィンユニット２１の製造では、また、金属連続体２０１を切断して得られたフィンユニット２１において、フィン支持部２３の内周面に対して仕上げ加工が行われることにより、後工程におけるフィンユニット２１とコア２４との焼き嵌めにおいて、フィン支持部２３の内周面とコア２４の外周面との密着性（すなわち、フィンユニット２１とコア２４との密着性）を向上することができる。その結果、コア２４からフィンユニット２１への熱伝導率が向上され、ＣＰＵ９等の熱源からの熱を効率良くフィンユニット２１へと伝導することができ、ヒートシンク２の冷却性能をより向上することができる。

本実施の形態では、熱伝導率が高く、加工性に優れており、さらに、入手が容易なアルミニウムまたはアルミニウム合金によりフィンユニット２１が形成されているため、ヒートシンク２の熱抵抗値を低減してヒートシンク２の冷却性能をより向上することができるとともに、フィンユニット２１の製造を容易とすることができ、さらに、フィンユニット２１の製造に係るコストを低減することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクのフィンユニットについて説明する。第２の実施の形態に係るフィンユニットは、図３および図４に示すフィンユニット２１と同様の構成を備えており、以下の説明において各構成に同符号を付す。第２の実施の形態に係るフィンユニットの製造方法は、金属連続体２０１のダイス８（図７参照）からの押し出しおよび引き抜きと並行して行われる金属連続体２０１の回転（図５：ステップＳ１２）において、金属連続体２０１の回転速度が変更される点を除き、第１の実施の形態とほぼ同様である。

図８は、第２の実施の形態に係るフィンユニット２１ａの外周面２１１（すなわち、複数の放熱フィン２２の外周縁を、中心軸Ｊ１を中心として周方向に結ぶことにより形成される略円筒状の面）を展開して示す図である。また、図９は、第１の実施の形態に係るフィンユニット２１の外周面２１１を展開して示す図である。図８および図９では、図の理解を容易にするために、外周面２１１上に平面部２１２（図１ないし図４参照）が形成される前の状態を図示しており、また、放熱フィン２２の枚数を実際よりも少なく描いている。

第２の実施の形態に係るフィンユニットの製造では、１つのフィンユニットに対応する部位の押し出し時に、支持体８２（図７参照）の回転速度を漸次減少させることにより、当該部位の支持体８２に近い部分（すなわち、図８中の上側の部分）における各放熱フィン２２（正確には、複数の放熱フィン２２のそれぞれに対応する部位）の中心軸Ｊ２（図６参照）方向に対する傾斜角（例えば、複数の放熱フィン２２の外周縁と中心軸Ｊ２とのなす角度）が、支持体８２から離れた部分（すなわち、図８中の下側の部分）における各放熱フィン２２の傾斜角よりも大きくなるように変更される。

換言すれば、１つのフィンユニットに対応する部位を取り出して見た場合、放熱フィン２２の支持体８２側の端部（すなわち、図８中の上端部）と支持体８２とは反対側の端部（すなわち、図８中の下端部）とを結んだ面に対して、放熱フィン２２が支持体８２側（すなわち、図８中の上側）に凸状となるように湾曲して形成される。

第２の実施の形態に係るフィンユニットの製造では、第１の実施の形態と同様に、金属連続体２０１の押し出しおよび引き抜きと、金属連続体２０１のダイス穴８１に対する相対的な回転とが並行して行われることにより、それぞれが中心軸Ｊ１方向に対して傾斜している複数の放熱フィン２２を備えるフィンユニットを容易に製造することができる。

第２の実施の形態に係るフィンユニットの製造では、特に、金属連続体２０１の回転速度が変更されて各放熱フィン２２が中心軸Ｊ２方向において湾曲する（すなわち、各放熱フィン２２の外周縁と中心軸Ｊ２とのなす角度が変更される）ことにより、図８および図９に示すように、各放熱フィン２２が湾曲しない場合に比べて、複数の放熱フィン２２の表面積の合計をより大きくすることができ、ヒートシンクの冷却性能をより向上することができる。一方、第１の実施の形態に係るフィンユニット２１の製造では、支持体８２（図７参照）の回転速度の制御を簡素化することができるため、製造工程を簡素化することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

第１の実施の形態に係るフィンユニット２１では、必ずしも各放熱フィン２２の全長が、送風ファン３からの空気の流れに略平行となるように中心軸Ｊ１方向に対して傾斜している必要はない。少なくとも、各放熱フィン２２の上部（すなわち、送風ファン３側の部位）が、送風ファン３からの空気の流れに略平行となるように中心軸Ｊ１方向に対して傾斜する傾斜部とされることにより、ヒートシンク２における圧力損失を低減して冷却装置１の冷却性能を向上することができる。この場合、各放熱フィン２２の傾斜部の外周縁が、フィンユニット２１の中心軸Ｊ１方向に対して１０°以上５０°以下（より好ましくは、２０°以上４０°以下）の角度にて傾斜することにより、冷却装置１の冷却効率をより向上することができる。

第１の実施の形態に係る冷却装置１では、送風ファン３の回転軸は、必ずしもフィンユニット２１の中心軸Ｊ１と一致している必要はなく、回転軸がフィンユニット２１の中心軸Ｊ１に平行とされるのであれば、送風ファン３が回転軸を中心軸Ｊ１からずらして配置されてもよい。

ヒートシンク２では、コア２４の上端面に凹部（例えば、上部から下部に向かうに従って径が小さくなるすり鉢状の凹部）が形成されてもよい。これにより、冷却性能が許容値となる範囲内においてコア２４の質量を低減することができ、ヒートシンク２の製造コストを低減することができる。

上記実施の形態に係るフィンユニットでは、各放熱フィン２２は、内周部２２１の外周端から３枚以上の外周部２２２が外側に広がる構造とされてもよい。また、各放熱フィン２２は、分岐を有さない１枚の薄板状の部材とされてもよい。さらには、コア２４が省略されてフィン支持部２３が円柱状とされてもよい。この場合、フィン支持部２３の下端部がＣＰＵ等の熱源に当接する。

上記実施の形態に係るフィンユニットの製造方法では、ステップＳ１１において、ビレットは必ずしも軟化状態とされる必要はなく、軟化状態となるよりも低い温度まで加熱されるのみでもよい。また、ステップＳ１２において、金属材料２００をダイス８のダイス穴８１から押し出すとともに、押し出された金属連続体２０１を支持体８２により支持してダイス穴８１から引き抜くことが行われるが、金属連続体２０１の形成は、金属材料２００の押し出し加工または引き抜き加工のいずれか一方により行われてもよい。

また、ステップＳ１２において行われる金属連続体２０１のダイス穴８１に対する相対回転は、金属連続体２０１を回転することなく押し出しおよび／または引き抜きつつ、ダイス８をダイス穴８１の中心軸Ｊ２を中心として回転することにより行われてもよい。また、金属連続体２０１およびダイス８の双方が回転されてもよい。

上記実施の形態に係るフィンユニットの製造方法では、１つのビレットから複数のフィンユニットが形成されているが、当該製造方法は、１つのビレットから１つのフィンユニットのみが形成される場合にも適用されてよい。この場合、ダイス８から導き出された金属連続体２０１の長手方向の端部が切断されて除去されることにより、１つのフィンユニットが形成される。

フィンユニットは、必ずしもアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成される必要はなく、押し出し加工または引き抜き加工が可能な銅や鉄（Ｆｅ）等の他の金属により形成されてもよい。また、コア２４は、必ずしも銅により形成される必要はなく、アルミニウム等のようにフィンユニットと同じ材料により形成されてもよい。この場合、コア２４は、フィンユニットの形成時にフィン支持部２３と一体的に形成されてもよい。

上記実施の形態に係るヒートシンクは、必ずしも送風ファン３が取り付けられて冷却装置１として利用される必要はなく、単独で熱源に取り付けられて当該熱源から伝導される熱の放散に利用されてよい。

第１の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。 冷却装置を示す正面図である。 ヒートシンクを示す平面図である。 ヒートシンクを示す正面図である。 フィンユニットを示す製造の流れを示す図である。 ダイスを示す斜視図である。 製造途上のフィンユニットを示す斜視図である。 第２の実施の形態に係るフィンユニットの外周面の展開図である。 第１の実施の形態に係るフィンユニットの外周面の展開図である。

符号の説明

１ 冷却装置
２ ヒートシンク
３ 送風ファン
８ ダイス
９ ＣＰＵ
２１，２１ａ フィンユニット
２２ 放熱フィン
２３ フィン支持部
８１ ダイス穴
８２ 支持体
２００ 金属材料
２０１ 金属連続体
２２１ 内周部
２２２ 外周部
Ｊ１，Ｊ２ 中心軸
Ｓ１１〜Ｓ１５ ステップ

Claims (16)

1. 熱源から伝導される熱を放散するヒートシンクに設けられ、所定の中心軸を中心として放射状に配置される薄板状の複数の放熱フィンと前記複数の放熱フィンを内周側において連結して支持するフィン支持部とを有するフィンユニットの製造方法であって、
   ａ）加熱された金属材料を、複数の放熱フィンおよびフィン支持部に対応するダイス穴を有するダイスから押し出し、および／または、引き抜く工程と、
   ｂ）前記ａ）工程と並行して、前記ダイスから導き出される金属連続体を前記ダイス穴の中心軸を中心として前記ダイス穴に対して相対的に回転する工程と、
   ｃ）前記金属連続体を切断して複数の放熱フィンおよびフィン支持部を有するフィンユニットを得る工程と、
   を備えることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
2. 請求項１に記載のフィンユニットの製造方法であって、
   前記ｂ）工程において、前記ダイスが固定されており、前記金属連続体の先端に接続された支持体が前記中心軸を中心として回転することを特徴とするフィンユニットの製造方法。
3. 請求項２に記載のフィンユニットの製造方法であって、
   前記ｂ）工程において、前記支持体の回転がサーボモータにより行われることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
4. 請求項３に記載のフィンユニットの製造方法であって、
   前記ａ）工程において、前記金属材料の前記ダイスからの押し出しおよび／または引き抜きがもう１つのサーボモータにより行われることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
5. 請求項４に記載のフィンユニットの製造方法であって、
   前記ａ）工程および前記ｂ）工程において、前記サーボモータおよび前記もう１つのサーボモータが同期して制御されることにより、前記金属連続体の前記先端と前記ダイスとの間の距離に応じて前記金属連続体の前記ダイスから導き出される速度、および、前記支持体の回転速度が制御されることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、
   前記ｂ）工程において、前記金属連続体の回転速度を変更することにより、複数の放熱フィンに対応する部位の外周縁と前記中心軸とのなす角度が変更されることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、
   前記金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、
   前記金属連続体が、複数のフィンユニットの複数の放熱フィンおよびフィン支持部が前記中心軸方向に連続したものであることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、
   ｄ）前記ｃ）工程にて得られる円筒状の前記フィン支持部の内周面に対して仕上げ加工を行う工程をさらに備えることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法であって、
    ｅ）前記金属連続体または前記フィンユニットに対して焼き入れを行う工程をさらに備えることを特徴とするフィンユニットの製造方法。
11. 熱源から伝導される熱を放散するヒートシンクに設けられるフィンユニットであって、
    請求項１ないし１０のいずれかに記載のフィンユニットの製造方法により製造されたことを特徴とするフィンユニット。
12. 請求項１１に記載のフィンユニットであって、
    前記複数の放熱フィンのそれぞれが、
    前記フィン支持部の外周面に接続された一枚の薄板状の内周部と、
    前記内周部の外周端から外側に広がるとともに周方向に関して重なる複数の薄板状の外周部と、
    を備えることを特徴とするフィンユニット。
13. 請求項１１または１２に記載のフィンユニットであって、
    前記複数の放熱フィンのそれぞれが、
    周方向に湾曲しつつ前記フィン支持部から外側に広がることを特徴とするフィンユニット。
14. 熱源から伝導される熱を放散して冷却する冷却装置であって、
    請求項１１ないし１３のいずれかに記載のフィンユニットを備えるヒートシンクと、
    前記フィンユニットの中心軸方向の一方側に配置されるとともに前記フィンユニットの前記中心軸に平行な回転軸を中心として回転することにより前記ヒートシンクに向けて送風を行う送風ファンと、
    を備えることを特徴とする冷却装置。
15. 請求項１４に記載の冷却装置であって、
    前記フィンユニットの各放熱フィンの前記送風ファン側の部位が、前記送風ファンからの空気の流れに略平行となるように前記フィンユニットの前記中心軸方向に対して傾斜することを特徴とする冷却装置。
16. 請求項１４または１５に記載の冷却装置であって、
    前記各放熱フィンの前記送風ファン側の部位の外周縁が、前記フィンユニットの前記中心軸方向に対して１０°以上５０°以下の角度にて傾斜していることを特徴とする冷却装置。

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