JP2009164419A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】加工コストが低廉で係合連結し易いフィンを備えたヒートシンクを提供する。
【解決手段】この発明は、本体プレート３の少なくとも一端に端部プレート４を折曲形成した複数のフィン１を、該端部プレート４同士を隣接させて配置し、上記各端部プレート４の先端に、隣接するフィン１の端部プレート４に形成した係合孔７に係合する係合突起６を突設したヒートシンクを改良するもので、前記係合突起６の先端側が係合孔７内に挿入されるように板状断面を保持して屈曲又は湾曲させるように折曲げ形成したものである。
【選択図】図２

Description

この発明は主として電装部品の冷却用に用いるヒートシンクに関する。

従来板金成形された多数のチャンネル状断面のフィンを重ね併せて固定し、フィン間に筒状の排熱空間を形成したヒートシンクとして特許文献１，２等が公知である。

これらのヒートシンクは、チャンネルを形成する両側板（端板）の先端に、隣接フィンの側板に形成した係合孔と係合させてフィン同士を連結状態で固定する構造になっている。
特開２００５−１７５２４６号 特開２００４−２００２８９号

しかし上記特許文献の係合突起はいずれも隣接フィンの係合孔への係合を確実にするために、係合突起の先端が内側に向かって直角になるようにプレス成形する必要がある。

特許文献２のものは、フィンを重ねて重ね方向に押圧することにより容易に隣接フィン同士が係合連結されるものの、特許文献１のものは、係合突起成形後にこれを両側に押し広げてフィン同士を連結しようとすると係合突起が外側に塑性変形し、形状を復元矯正する必要が生じる等の欠点があった。

上記課題を解決するための本発明のヒートシンクは、第１に本体プレート３の少なくとも一端に端部プレート４を折曲形成した複数のフィン１を、該端部プレート４同士を隣接させて配置し、上記各端部プレート４の先端に、隣接するフィン１の端部プレート４に形成した係合孔７に係合する係合突起６を突設したヒートシンクにおいて、前記係合突起６の先端側が係合孔７内に挿入されるように板状断面を保持して屈曲又は湾曲させるように折曲げ形成したことを特徴としている。

第２に、係合突起６の折曲げ基端部と折曲げ先端の内端を結ぶ線が端部プレート４の内面に対して鈍角であることを特徴としている。

第３に、本体プレート３の他方の端部をベースプレート２の表面側にろう付固定したことを特徴としている。

第４に、本体プレート３の両端に端部プレート４を形成し、一方の端部プレート４の外側面側をベースプレート２に沿わせてろう付固定したことを特徴としている。

第５に、本体プレート３の一端に端部プレート４を形成し、他方の端部をベースプレート２の表面に形成した差込溝１６に差込んだ状態でろう付固定し、差込溝１６の両壁面の開放端をコーキング加工により面取りし、本体プレート３とベースプレート２の表面との交差部にフィレット１８を形成したことを特徴としている。

第６に、フィン１を打抜成形したものにおいて、フィン１の端部断面のろう付対象部分をコーキングにより面取り加工したことを特徴としている。

第７に、ベースプレート２の周縁にフィン１と反対側に突出しベースプレート２を他の部材に取付固定する脚部１１を折曲げ形成し、該脚部１１の基端部のベースプレート２側にろう付時のハンダ逃げ部１２を凹設形成したことを特徴としている。

第８に、ベースプレート２を打抜成形したものにおいて、脚１１の端部断面のろう付対象部分をコーキングにより面取り加工したことを特徴としている。

第９に、ベースプレート２上の脚部１１近傍に、脚部１１からの熱がベースプレート２の中央に向かって伝導されるのを防止する断熱窓１３を穿設するとともに、該断熱窓１３の内周に、脚部１１からの熱を受け止めて放熱する放熱突起１４を突設したことを特徴としていいる。

第１０に、脚部１１からベースプレート２に至る範囲に、脚部１１からの熱がベースプレート２の中央に向かって伝導されるのを防止する断熱窓１３を形成したことを特徴としている。

第１１に、端部プレート４の中途部を切抜形成することにより端部プレート４側に開口部２１を形成し、端部プレート４に開口部２１から冷却風を吹入れる又は吹出す冷却ファンを設けたことを特徴としている。

第１２に、フィン１がアルミニウム又は銅からなることを特徴としている。

以上のように構成される本発明のヒートシンクによれば、フィンの係合突起は、プレス成形等をすることなく、フィン自体の板状断面を略残したままで単純に折曲げることにより、隣接フィン同士が互に係合できるのでフィン同士の係合連結が簡単であり、係合突起の先端を特にフック状に形成するためのプレス成形も不要で、製造自体も簡単であるという利点がある。

また係合突起を予め折曲げ形成した後にフィン同士を重ねて係合させる場合も、折曲げ状態がシンプルなので押し広げた際の弾性変形もし易く、仮に外側に向かって塑性変形した場合でも復元のための塑性変形（折曲げ）も簡単である。

またアングル状断面のフィンの一端をベースプレートの面取り状態の差込溝に差込んだ状態でろう付することにより、強固なフィレットが形成され易く、面取り部はコーキング加工により形成されているので、フィン材料表面のハンダぬれ性が良く、ハンダ付自体も強固である。

同様にフィン材料のろう付面の打抜加工時の凹凸面及び断面コーナー部をコーキング加工することにより、当該部分のハンダ付性が向上する。

図１〜図５は本発明の１実施形態を示すヒートシンクを示し、図１はユニット状に組立てられた全体斜視図である。この例ではアルミニウム又は銅製の、例えば０．２ｍｍ厚の板材を板金成形したチャンネル状断面の多数の放熱用のフィン１が、プリント基板（図示しない）等への取付用のベースプレート２の表面にろう付（半田付）によって固着されている。

各フィン１は長方形の板状プレートからなる本体プレート３の長辺側に端部プレート４を折曲げ起立させたチャンネル状断面に形成され、各端部プレート４の先端部には、隣接するフィン１の端部プレート４側に係合する爪状且つ長方形状の係合突起６が適宜間隔で突設されている。

上記係合突起６に対し、各フィン１の端部プレート４の基端部側には、多数のフィン１を揃えて重ね合わせた（積み重ねた）状態で対応し合う位置に、該係合突起６を係合させる長方形状の係合孔７が形成されている。

係合突起６は上記重ね合わせ状態で且つその先端を内側に屈曲又は湾曲状に折曲げられた状態でその折曲げ端が係合孔７内に挿入され、その折曲げ基端部側内面が係合孔７の内周に係合することにより、隣接フィン同士を連結固定する構造になっている（図２，図３参照）。

この時図３に示すように係合突起６と当該フィン１の端部プレート４の内面との折曲げ内面との折曲げ角θは０．２°〜９０°未満で足り、隣接フィン１の本体プレート３端部断面コーナー部から折曲げれば最も少ない角度で係合が可能である。また上記本体プレート３の端部断面コーナー部から折曲げる場合、係合突起６の内端コーナー部とを結ぶ直線との角が少なくとも９０°未満であった方が折曲げが容易である。

なお、板状断面（図示する例では、方形状の断面）が保持されて係合突起６の形状が大きく変形しない単なる折曲げ形成により、係合突起６の先端を内側に屈曲又は湾曲させるため、プレス成形するものと比較して、大掛かりな加工装置を必要とせず、作業の手間も大幅に軽減される。

図４はフィン１の打抜状態の展開図であり、これを図５に示すようにフィン１のチャンネル幅に対応する平行な空間を形成した治具（又は型）８に対して押圧具又は押型９で打抜後の材料を矢印ａで示すように押込方向に順次押入することにより、チャンネル状に形成される。図４における１０は本体プレート３と端部プレート４の折曲げ線である。

またこの工程では下段のフィン１の係合突起６が上段のフィン１の係合孔７内に挿入されてフィン同士が重なっているから、係合突起６を矢印ｂ方向に側方から順次押圧することにより隣接フィン同士を係合連結させることもできる。この方向では所定数のフィン１を連結させた後に下方に順次放出する。この場合の係合突起６の折曲げは容易に自動化できる。

上記のようにユニット状に係合連結されたフィン１は、図１に示すようにベースプレート２の表面に片側の端部プレート４の外側面を重ね合わせた状態（端部プレート４の外側面側をベースプレート２に沿わせて状態）でろう付固定され、又は熱伝導性接着剤によって接着固定されて全体としてヒートシンクを構成する。

上記ベースプレート２自体も熱伝導性も優れたアルミ又は銅製の材料等からなり、モーターやマイコン、熱交換器、半導体又はこれらの装着基板等冷却対象物側に装着固定される。

そしてベースプレート２の端部には適宜間隔で脚１１（脚部）が下向きに折曲げ形成され、脚１１の基端部であるベースプレート２の端縁にはろう付時の溶解ハンダの逃げ部１２が切欠状に凹設されている。また脚１１の内側のベースプレート２には、脚１１からの伝導熱がベースプレート２自体に伝わるのを防止すべく方形状の断熱窓１３が打抜形成されるとともに、断熱窓１３の脚１１側の内周には、脚１１から伝導された熱を受け止めて放熱する爪状又は舌状の放熱突起１４が突設されている。

図６は他の実施形態を示す打抜状態のフィン１の展開図で、この例では係合突起６の折曲げ係合時に係合突起６が係合孔７内に挿入されてあり接合状に係合し合うように、係合突起６と係合孔７が共に台形状に形成されている。この場合図５に示すように積み重ね状態は互に適合できないので、チャンネル状に成形した後、係合突起６を両側に押し広げながら次段のフィン１を重ねるように押込んだ後、下段の係合突起６を次段の係合孔７に弾力的に復元させて嵌合させることになる。

図１〜図５に示すフィン１がチャンネル状断面に形成されていたのに対し、図７，図８に示すフィン１は一端側にのみ端部プレート４を全体としてアングル状又はＬ字形断面に折曲げ形成されており、本体プレート３の他端には何も形成されていない。但し、この端部プレート４には、前記同様に係合突起６及び係合孔７が形成され且つ互いの係合関係は図１〜図４に示す場合と共通する。

そしてこの例では、ベースプレート２が一定の厚みを備えており、その上面には各フィン１の他方の板状端部を差込む差込溝１６が押出成形等により形成されている。この差込溝１６の両側壁の開放端コーナー断面は、図８に示すようにアール状（又はカイサキ状）に面取りが行われて面取り部１７（面取り面）が形成され、ろう付時のフィレット１８の形成量をより多くして、フィン１固定の強度アップを図っている。

なお上記面取り加工は、押圧変形（コーキング）加工することにより、ろう付（半田付）時のハンダぬれ性を向上させることが望ましい。

図９（Ａ）は図１に示すベースプレート２の脚１１や図７に示す本体プレート３の両端部がプレス型による打抜時の不整形断面状態を表わしており、このままではろう付時のハンダぬれ性が悪い。このためここでも端部コーナー部に、コーキング加工による面取り加工を施してアール状（又はカイサキ状）の面取り部１９（面取り面）を形成し、ろう付部のハンダの付着性を向上させるものである。

尚、上に述べたコーキング加工による面取りは、Zn，Ni，Sn等を積層メッキすることによって、脚１１や本体プレート３の素材である金属板のハンダぬれ性を向上させている場合に特に効果があり、切削により面取り加工するとこれらのメッキ層が除去されてハンダぬれ性が低下する欠点がある。

図１０は、第４実施例を示すヒートシンクの全体斜視図である。以下、前述した実施例のヒートシンクと異なる構成について説明する。

脚部１１からベースプレート２に至る範囲には、脚部１１からの熱がベースプレート２の中央に向かって伝導されるのを防止する長孔状の断熱窓１３を形成されている。脚部１１からベースプレートに亘る上記断熱窓１３により、脚部１１の熱がベースプレート２の中心部分に伝導されることを効率的に防止することができる。

また、各フィン１のベースプレート２に溶着しない側の端部プレート４の中途部を切抜形成することにより、本ヒートシンクの端部プレート４側の面に、方形状の開口部２１を形成している。この開口部２１を覆うように、本ヒートシンクの端部プレート４側の面に、図示しない冷却ファンを取り付ける。この冷却ファンによって、開口部２１から本ヒートシンク内に冷却風を吹入れること及び本ヒートシンク内から開口部２１を介して冷却風を外側吹出すことにより、全体の冷却効率が向上させることが可能になる。

上記構成により、冷却ファンの設置スペースを別途用意にする必要がなく、部品点数を減らしてヒートシンクの構造をより簡略化できるとともに、ヒートシンクをコンパクトに形成することも容易になる。

なお、上記開口部２１は、図１０に示すチャネル状断面のフィン１に限定されるものではなく、アングル状断面のフィン１に適用することもできる。

本発明の１実施例を示すヒートシンクの全体斜視図である。 同じくヒートシンクの一部断面全体図である。 隣接フィン間の係合連結の構造例を示す拡大断面図である。 フィンの打抜展開図である。 フィンを重ね合わせた状態の成形方法例を示す一部断面図である。 第２実施例を示すフィンの打抜展開図である。 第３実施例のフィン固定構造を示す一部断面図である。 第３実施例のフィンのろう付部の拡大断面図である。 （Ａ）は脚部又はフィン本体プレート端部の打抜加工後の拡大断面図、（Ｂ）は同じくコーキング加工後の拡大断面図である。 第４実施例を示すヒートシンクの全体斜視図である。

符号の説明

１ フィン
２ ベースプレート
３ 本体プレート
４ 端部プレート
６ 係合突起
７ 係合孔
１１ 脚（脚部）
１３ 断熱窓
１４ 放熱突起
１６ 差込溝
１８ フィレット
２１ 開口部

Claims (12)

1. 本体プレート（３）の少なくとも一端に端部プレート（４）を折曲形成した複数のフィン（１）を、該端部プレート（４）同士を隣接させて配置し、上記各端部プレート（４）の先端に、隣接するフィン（１）の端部プレート（４）に形成した係合孔（７）に係合する係合突起（６）を突設したヒートシンクにおいて、前記係合突起（６）の先端側が係合孔（７）内に挿入されるように板状断面を保持して屈曲又は湾曲させるように折曲げ形成したヒートシンク。
2. 係合突起（６）の折曲げ基端部と折曲げ先端の内端を結ぶ線が端部プレート（４）の内面に対して鈍角である請求項１のヒートシンク。
3. 本体プレート（３）の他方の端部をベースプレート（２）の表面側にろう付固定した請求項１又は２のヒートシンク。
4. 本体プレート（３）の両端に端部プレート（４）を形成し、一方の端部プレート（４）の外側面側をベースプレート（２）に沿わせてろう付固定した請求項３のヒートシンク。
5. 本体プレート（３）の一端に端部プレート（４）を形成し、他方の端部をベースプレート（２）の表面に形成した差込溝（１６）に差込んだ状態でろう付固定し、差込溝（１６）の両壁面の開放端をコーキング加工により面取りし、本体プレート（３）とベースプレート（２）の表面との交差部にフィレット（１８）を形成した請求項３のヒートシンク。
6. フィン（１）を打抜成形したものにおいて、フィン（１）の端部断面のろう付対象部分をコーキングにより面取り加工した請求項３，４又は５のヒートシンク。
7. ベースプレート（２）の周縁にフィン（１）と反対側に突出しベースプレート（２）を他の部材に取付固定する脚部（１１）を折曲げ形成し、該脚部（１１）の基端部のベースプレート（２）側にろう付時のハンダ逃げ部（１２）を凹設形成した請求項３，４，５又は６のヒートシンク。
8. ベースプレート（２）を打抜成形したものにおいて、脚部（１１）の端部断面のろう付対象部分をコーキングにより面取り加工した請求項７のヒートシンク。
9. ベースプレート（２）上の脚部（１１）近傍に、脚部（１１）からの熱がベースプレート（２）の中央に向かって伝導されるのを防止する断熱窓（１３）を穿設するとともに、該断熱窓（１３）の内周に、脚部（１１）からの熱を受け止めて放熱する放熱突起（１４）を突設した請求項７又は８のヒートシンク。
10. 脚部（１１）からベースプレート（２）に至る範囲に、脚部（１１）からの熱がベースプレート（２）の中央に向かって伝導されるのを防止する断熱窓（１３）を形成した請求項７又は８のヒートシンク。
11. 端部プレート（４）の中途部を切抜形成することにより端部プレート（４）側に開口部（２１）を形成し、端部プレート（４）に開口部（２１）から冷却風を吹入れる又は吹出す冷却ファンを設けた請求項１乃至１０何れかのヒートシンク。
12. フィン１がアルミニウム又は銅からなる請求項１乃至１１何れかのヒートシンク。

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