JP2016178141A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクで充分な放熱量を確保する。【解決手段】本発明はヒートシンク１において、ヒートシンクを所定の厚Ｌａみを有して構成される基板部２と、この基板部の一方の面２ａに空気の流れに沿った方向に向かって構成される複数のフィン３ａと、基板部２の一方の面２ａと反対側の他方の面２ｂからフィンの方向と同じ方向に向かって溝状に一方の面側へ突出して構成される収納部４と、この収納部とフィン３ａとの間の基板部２にフィン３ａと同じ方向に向かって構成され所定の厚みより薄い肉薄部５ａ、５ｂと、から構成し、複数のフィンに対向する基板部２の他方の面の側に半導体素子７を熱移動可能に取り付けると共に収納部の基板部の他方の面の側に半導体素子７より耐熱温度が高い電気部品８を熱移動可能に取り付けるものである。【選択図】図１

Description

本発明は電力制御に用いる半導体素子や発熱量の大きい電気部品の放熱を行うヒートシ
ンク関すものである。

ヒートシンクの製造方法にはアルミ、アルミ合金などヒートシンクに適した金属を高温
押圧で加工する熱間押出で製造することができるが、ダイキャスト成形による製造に比べ
形状に制約がある。

単一のヒートシンクに複数の発熱体を取り付ける際には夫々の発熱体の発熱量を考慮し
て発熱体を配置する必要があった。ヒートシンクの大きさ（放熱面）を充分に確保できな
い場合は発熱体同士が近くなることがあり、発熱量の大きい発熱体の熱影響を考慮する必
要があった。

特開２０１４−１５４７７２号公報

特許文献１には板状部材（ヒートシンクの基板部に相当）の一部に他の部分よりも薄肉
の部分があると、その部分が熱抵抗となって放熱が阻害されることがあることが記載され
ている。そのため肉厚部を設け、フィン形成の際に薄肉部ができることを抑制していた。

このようなものではヒートシンクの放熱量むらを抑制することができるが、ヒートシン
クを充分に大きくできない場合は発熱体の熱影響を充分に抑制できるものではなかった。

本発明は半導体素子及び電気部品のように耐熱温度が異なる電気部品の放熱を行うヒー
トシンクにおいて、当該ヒートシンクを、所定の厚みを有して構成される基板部と、この
基板部の一方の面に空気の流れに沿った方向に向かって構成される複数のフィンと、基板
部の一方の面と反対側の他方の面からフィンの方向と同じ方向に向かって溝状に一方の面
側へ突出して構成される収納部と、この収納部とフィンとの間の基板部にフィンと同じ方
向に向かって構成され所定の厚みより薄い肉薄部とから構成し、複数のフィンに対向する
基板部の他方の面の側に半導体素子を熱移動可能に取り付けると共に収納部の基板部の他
方の面の側に半導体素子より耐熱温度が高い電気部品を熱移動可能に取り付けることを特
徴とするものである。

ヒートシンクの放熱に寄与する面積を電気部品の耐熱に応じて分割することができ、耐
熱の低い電気部品の放熱効率を確保することができるものである。

本発明の実施例を示すヒートシンクの正面図である。 本発明の実施例を示すヒートシンクに側板を取り付ける際の説明図である。 本発明に実施例に用いることができる電気回路の説明図である。 本発明の他の実施例を示すヒートシンクの説明図である。

本発明は耐熱温度の異なる電気部品を取り付けるヒートシンクに適用されるものである
。

図１は本発明の実施例を示すヒートシンクの正面図である。ヒートシンク１を所定の厚
みＬａを有して構成される基板部２と、基板部２の一方の面２ａに空気の流れに沿った方
向に向かって構成される複数のフィン３ａから成るフィン部３と、基板部２の一方の面２
ａと反対側の他方の面２ｂからフィン３ａの方向と同じ方向に向かって溝状に一方の面２
ａ側へ突出して構成される収納部４と、収納部４とフィン部３との間の基板部２の他方の
面２ｂ（一方の面２ａに構成しても同様の作用効果を奏することができるので設計に応じ
ていずれかを用いることができる。）にフィン３ａと同じ方向に向かって構成され所定の
厚みＬａより薄い肉薄部５ａ、５ｂとから構成している。

肉薄部５ａ、５ｂの厚みＬｂはＬａ＞Ｌｂの関係がある。肉薄部５ａ、５ｂは、（図２
参照）収納部４とフィン部３との間にフィン３ａと同じ方向に向かって構成されているの
で、この方向に沿ってヒートシンク１の曲げ強度が低下する。従って、厚みＬｂはこのヒ
ートシンク１の曲げ強度を考慮して設計される。一方、厚みＬｂを薄くして肉薄部５ａ、
５ｂの溝状の深さを深くすれば、熱伝達に対するギャップを大きくすることができ熱の伝
達抵抗を大きくすることができる。

従って、収納部４の熱がフィン部３へ伝達しにくくなる。同様にフィン部３の熱も収納
部４へ伝達しにくくなる。尚、溝状の形状は図１に示す四角形に限らず、半円形、三角形
など種々の形状を用いることが可能である。肉薄部５ａ、５ｂの幅はヒートシンク１の強
度、肉薄部５ａ、５ｂでの熱の伝達抵抗を考慮して厚みＬｂと共に設計するものである。
尚、肉薄部５ａ、５ｂの形状を変えれば熱の伝達量が変わるので、設計に合わせて任意の
形状とすることも可能である。

ヒートシンク１は、アルミまたはアルミ合金を押出成形して成したものである。図１の
正面図に示すような形状のための金型を用いて押し出すことにより、この押し出す方向が
フィン３ａ等の方向に成り、収納部４、肉薄部５ａ、５ｂ等も同じ方向にフィン３ａ等に
沿って成形されるものである。この成形は金属を高温押圧で加工する熱間押出等により成
形することができる。また、材料はアルミやアルミ合金に限定されるものではなくヒート
シンクに適した材料であれば用いることが可能である。

フィン部３に対向する他方の面２ｂの側に熱伝導体（熱伝導グリスなど）６を介して半
導体素子７を熱移動可能に取り付けると共に、収納部４の基板部２の他方の面２ｂの側に
半導体素子７より耐熱温度が高い電気部品８を熱伝導性のシートなどを介して熱移動可能
に取り付けている。尚、電気部品８は耐熱温度が高く自体の温度が高くなれば単に脚部な
どを用いて取り付けても実質的に熱移動可能であり、特別な部材を用いなくとも熱移動は
可能になる。収納部４内の電気部品８からの放熱は収納部４内で籠るが電気部品８の耐熱
温度以内であれば問題ない。仮に、肉薄部５ａ、５ｂが無ければ、熱は電気部品８から基
板部２を伝達して半導体素子７の周辺の基板部２へ移動する。従って、半導体素子７の周
辺温度が高くなり半導体素子７の放熱効率が悪化し半導体素子７の温度上昇につながる場
合があった。本発明は肉薄部５ａ、５ｂが熱の伝熱抵抗となって電気部品８の放熱が半導
体素子７の周辺へ伝達しにくくなり半導体素子７の放熱の阻害が抑制される。

図２において、９は側板であり、板金の折り曲げ加工により筒状に構成されている。側
板９は防水用のパッキンを挟んで複数の螺子１０でヒートシンク１の側面に固定される。
尚、ヒートシンク１の側面のねじ孔の図示は省略している。側板９には押出成形の際にで
きた収納部４の開口を覆うカバー部９ａ、９ｂが構成されており、螺子１０で固定される
。このカバー部９ａ、９ｂは収納部４への水の浸入や粉塵、虫等の侵入を抑制するもので
ある。尚、側板９は板金に限るものではなく、樹脂を用いることも可能であり、また複数
に分割して成すことも可能である。

ヒートシンク１及び側板９で構成される筐体内には電気回路やスイッチなどの部品が収
納された後、前面パネル等を取り付け電気機器を構成する。この電気機器へ外部からの配
線が必要な場合は適に配線の引き込み口を構成すればよい。

図３は電気機器に収納される電気回路の説明図であり、例えば、太陽電池１１で発電さ
れた直流電力を系統１２へ重畳させる電力変換装置の概略電気回路である。１３は昇圧部
でありコンデンサ１４で直流電力の平滑を行っている。昇圧部１３は直流リアクトル８ａ
、スイッチング素子、ダイオードを有してチョッパ型の昇圧回路を構成している。この昇
圧部１３の昇圧比は太陽電池１１の発電する直流電力が大きくもしくは最大となるように
制御される。（一般にＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋ
ｉｎｇ）方式と称して気象条件等の変化で常に変動する太陽電池の最適動作点に追従しな
がら動作する。）

昇圧部１３の出力はインバータ回路（半導体素子７で構成）へ供給され、この半導体素
子７で直流電力が疑似正弦波に変換される。半導体素子７は４個のスイッチング素子を単
相ブリッジ状に結線しＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式に
基づいてこれらのスイッチング素子をスイッチングする。このＰＷＭ方式及びＭＰＰＴ方
式によるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御は制御部１５で制御される。１６はフィル
タ回路であり、交流リアクトル８ｂ、８ｃとコンデンサで構成され、半導体素子７から出
力される疑似正弦波の高周波成分を除去または減衰させて交流電力に変換した後、系統１
２へ出力（重畳）させるものである。

直流リアクトル８ａ、交流リアクトル８ｂ、８ｃが本発明の電気部品８に相当する。（
収納部４に取り付け収納される電気部品の個数は任意の個数で良い）これらのリアクトル
は主に鉄心と巻線とで構成され、耐熱温度は半導体素子７比べて高いものである。収納部
４はヒートシンク１の一部を成すものであり、これらリアクトルの発熱はこの収納部４か
ら放熱される。

従って、直流リアクトル８ａ、交流リアクトル８ｂ、８ｃの発熱で収納部４に温度が籠
り収納部４の温度が上昇するがこれらリアクトルの耐熱温度が高いため問題ない。また、
肉薄部５ａ、５ｂが熱の伝熱抵抗となるため、収納部４に籠った熱の多くはフィン部３（
半導体素子７の周辺）へは伝わらず半導体素子７の放熱が保たれるものである。すなわち
、フィン部３が電気部品８の放熱に寄与する部分が少なくなり、半導体素子７の放熱面積
を確保できるものである。

図４は、本発明の他の実施例を示すヒートシンクの説明図である。実施例１との相違は
収納部が実施例１と比べて反対の面に構成されている点である。収納部１７は基板部２の
一方の面２ａと反対側の他方の面２ｂにフィン３ａの方向と同じ方向に向かって溝状に突
出して構成されている。尚、実施例１と同等の構成には同じ符号を付して説明は省略する
。

電気部品８を基板部２の他方の面２ｂに取り付けることにより、側板を取り付けた際に
これらの電気部品８は筐体の外部に位置するので電気部品８を覆って保護するカバー１８
を備えている。このカバー１８は矢印の方向から取り付けられる。カバー１８の取り付け
は、例えば、収納部１７に接する側にフランジを構成し、このフランジを防水パッキンを
介して螺子止めしても良いものである。またカバー１８を取り付けた際は内部から他方の
面２ｂへ貫通する孔を設け配線の取り回しを行うことも可能である。

本発明は耐熱温度の異なる電気部品を取り付けるヒートシンクに適用されるものである
。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にす
るためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱すること
なく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

１ ヒートシンク
２ 基板部
２ａ 一方の面
２ｂ 他方の面
３ フィン部
３ａ フィン
４ 収納部
５ａ 薄肉部
５ｂ 薄肉部
７ 半導体素子
８ 電気部品
８ａ 直流リアクトル
８ｂ 交流リアクトル
８ｃ 交流リアクトル

Claims (5)

1. 半導体素子及び電気部品の放熱を行うヒートシンクにおいて、
   当該ヒートシンクを、
   所定の厚みを有して構成される基板部と、
   前記基板部の一方の面に空気の流れに沿った方向に向かって構成される複数のフィンと
   、
   前記基板部の前記一方の面と反対側の他方の面から前記フィンの方向と同じ方向に向か
   って溝状に前記一方の面側へ突出して構成される収納部と、
   前記収納部と前記フィンとの間の前記基板部に当該フィンと同じ方向に向かって構成さ
   れ前記所定の厚みより薄い肉薄部とから構成し、
   前記複数のフィンに対向する前記基板部の他方の面の側に前記半導体素子を熱移動可能
   に取り付けると共に、前記収納部の前記基板部の他方の面の側に前記半導体素子より耐熱
   温度が高い前記電気部品を熱移動可能に取り付けることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記ヒートシンクはアルミまたはアルミ合金を押出成形して成すことを特徴とする請求
   項１に記載のヒートシンク。
3. 半導体素子及び電気部品の放熱を行うヒートシンクにおいて、
   当該ヒートシンクを、
   所定の厚みを有して構成される基板部と、
   前記基板部の一方の面に空気の流れに沿った方向に向かって構成される複数のフィンと
   、
   前記基板部の前記一方の面と反対側の他方の面に前記フィンの方向と同じ方向に向かっ
   て溝状に突出して構成される収納部と、
   前記収納部と前記フィンとの間の前記基板部に当該フィンと同じ方向に向かって構成さ
   れ前記所定の厚みより薄い肉薄部とから構成し、
   前記複数のフィンに対向する前記基板部の他方の面の側に前記半導体素子を熱移動可能
   に取り付けると共に前記収納部の前記基板部の一方の面の側に前記半導体より耐熱温度が
   高い前記電気部品を熱移動可能に取り付けることを特徴とするヒートシンク。
4. 前記ヒートシンクはアルミまたはアルミ合金を押出成形して成すことを特徴とする請求
   項３に記載のヒートシンク。
5. 前記電気部品を覆うカバーを備えることを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク。

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