JP2016184639A - 放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクの風下においても充分な放熱が得られる放熱装置を提供するもので
ある。
【解決手段】本発明の放熱装置１は、一方の面２ａに複数の発熱体を取り付けた基台２ｂ
の他方の面２ｃに設けられた複数のフィン３を筒状の大風路の内に先端６ａ、６ｂを所定
の高さで突出させた放熱装置に於いて、大風路の内で一方の方向へ送風を行う送風装置５
ａ、５ｂを設け、複数のフィン３を一方の方向に沿って小風路を構成するように並行に設
けると共に、複数のフィンの内の所定の数毎のフィン３ａの風上側に面する先端の側に風
上側から切り欠きを設けるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の発熱体を取り付けたヒートシンクを備える放熱装置に関するものである
。

一般にパワー用の半導体はその放熱をヒートシンクで行っている。複数のパワー用の
半導体を同じヒートシンクに取り付けた場合に、放熱効率を保つためにヒートシンクに複
数のフィンを設けると共に、送風装置の送風で冷却量を確保するものであった。

送風装置には、例えば軸流ファンを用いるもの、遠心送風型のファンを用いるもの、ク
ロスフローファンを用いるものなどがあるがいずれも送風時の風圧には所定の分布が生じ
る。そのためフィンとフィンとの間で構成される風路の送風量にむらが生じヒートシンク
の放熱特性（分布）にもむらが生じるものであった。そのためフィンの風上側に傾斜を設
けて送風むらを抑制するものがあった。（特許文献１参照）また夫々のフィンの風上側の
位置を交互にずらして送風抵抗を減らし送風むらを抑制するものがあった。（特許文献２
参照）

特開２００８−１４０８０２号公報 特開２００８−１４０８３１号公報

従来のものではフィンとフィンとの間で構成される風路に流れる風量のむらを抑制する
が、ヒートシンクの送風装置に近い方と遠い方とで温度勾配が生じることがあった。特に
、風上に優先順位が高くかつ発熱量の大きい発熱体を取り付けた場合、この発熱量で風下
のヒートシンクの温度が高くなり発熱体との温度差が不足して充分な冷却が得られない場
合があった。

また、特許文献２に記載のようにヒートシンクの風上と風下とでフィンの数を変えた場
合、風上ではフィンの数が少なく充分な冷却効果が得られない場合があった。風下ではフ
ィンの数が多いがその分送風抵抗となり温度の高い空気の流れを遅くし冷却効果の低下を
招くことがあった。更に送風抵抗の増加により風の流れがフィンの反射で外へ曲げられ冷
却効果を低下させることがあった。

本発明の放熱装置は、一方の面に複数の発熱体を取り付けた基台の他方の面に設けられ
た複数のフィンを筒状の大風路の内に先端を所定の高さで突出させた放熱装置に於いて、
大風路の内で一方の方向へ送風を行う送風装置を設け、複数のフィンを前記一方の方向に
沿って小風路を構成するように並行に設けると共に、複数のフィンの内の所定の数毎のフ
ィンの風上側に面する先端の側に風上側から切り欠きを設けるものである。

本発明の放熱装置では大風路内から送風の空気が漏れにくくヒートシンクの冷却効果の
むらを抑制できるものである。

本発明の実施例を示す冷却装置の説明図である。 図１に示すフィンの説明図である。 図１に示す冷却装置を用いた電気機器の説明図である。 図１に示すヒートシンクの他の実施例を示す説明図である。

本発明は複数のフィンを有するヒートシンクを用いた放熱装置に関するものである。

図１は本発明の実施例を示すヒートシンクの説明図であり、複数のフィンと基台とから
構成されている。尚、フィンの数及び厚み等は説明のため実際の寸法と変えている部分が
あるが、本発明の趣旨を変えるものではない。

また、ヒートシンクの製造方法には、例えばアルミ、アルミ合金などヒートシンクに適
した材料を用いて、ダイキャスト成形する方法、熱間押出による方法、基台とフィンとを
嵌め合わせる方法、フィンを基台から切起こす方法などがある。更にこれらの方法で製造
したヒートシンクに切欠加工、折曲加工、組合加工を加えて製造することも可能である。
本発明ではヒートシンクの製造方法の違いで発明の趣旨が変わるものではない。

放熱装置１は、少なくとも、一方の面２ａに複数の発熱体７、８を取り付けた基台２ｂ
とこの基台２ｂの他方の面２ｃに設けられた複数のフィン３を有するヒートシンク２、筒
状に構成され大風路を構成する風路部４、送風装置５ａ、５ｂから構成されている。

風路部４は、例えば、板金を折り曲げ加工して４壁の筒状に構成したものであるが、ヒ
ートシンク２の一方の面２ａを風路部４の１壁として用い３壁を板金で加工して筒状とし
ても良い。この場合、風路部４の壁はヒートシンク２の基台２ｂにネジ等で固定するか、
放熱装置１を用いる筐体に固定すればよい。また、他の筐体の壁を一部利用して筒状の形
状としてもよく、大風路が筒状に形成されればよい。

送風装置５ａ、５ｂは軸流ファンを用いているがこれに限るものではなく遠心送風型の
ファンやクロスフローファンなどを用いることも可能である。また送風装置５ａ、５ｂは
図１に示す矢印の方向（一方の方向）に向かって送風を行っているが矢印とは逆の方向（
他方の方向）に向かって送風するように構成することも可能である。この場合は、フィン
３の前後の形状を入れ替える。

フィン３の先端６ａ、６ｂはヒートシンク２を風路部４に挿入した状態でこの風路部４
で構成される筒状の大風路の内に基台２ｂから所定の高さで突出する。風路部４の高さ寸
法をＬ４、基台２ｂを含むフィン３の先端６ａ（＝６ｂ）までの高さ寸法をＬ２とした場
合、Ｌ２＝Ｌ４が望ましいがヒートシンク２の風路部４への挿入作業を考慮すればＬ２は
Ｌ４の９５％〜９８％程度の高さがあれば良い。尚、風路部４を３壁で構成する場合はＬ
２＝Ｌ４として風路部４とフィン３の先端６ａ、６ｂとを密着させることも可能である。

フィン３は複数が基台２ｂ上に送風装置５ａ、５ｂの送風の一方の方向に合わせて平行
に設けられ、これらのフィン３、基台２ｂ、風路部４の１壁で囲まれる小風路を構成して
いている。フィン３は図２に示すようにフィン３ａとフィン３ｂとの２種類の形状があり
交互に基台２ｂ上に配置されている。フィン３ａは複数のフィン３ｂの内の所定の数毎に
設けることができるものであり、１つ毎（交互）、２つ毎、３つ毎・・・など発熱体の発
熱量等に合わせて任意に設定することができる。

フィン３ａは、例えばＬ字型の形状を有し、高さ寸法がＬ３ａａ、長さ寸法がＬ３ａｂ
の直方体から高さ寸法がＬ３ａｅ、長さ寸法がＬ３ａｄの直方体を切り欠いた形状である
。すなわちこの切り欠き部分をフィン３ａの風上側（風の流れを矢印で示す）に面する前
記先端６ａの側から切り欠いて設けたものである。尚、厚みは発熱体の発熱量、電気機器
に必要な強度等から任意に設定されるものである。切り欠き部分の長さ寸法Ｌ３ａｄとフ
ィン３ａの長さ寸法Ｌ３ａｆとの大小関係は基台２ｂの一方の面２ａに対応する部分に取
り付けられる発熱体の放熱量に基づいて設定することができる。

長さ寸法Ｌ３ａｄに対応する発熱体７と、長さ寸法Ｌ３ａｆに対応する発熱体８とを備
えた場合、例えば、発熱体７と発熱体８との発熱量がほぼ同じであれば、寸法Ｌ３ａｄ＝
寸法Ｌ３ａｆとする。このようにすることによって、発熱体７で加熱されなかった冷却用
の送風（空気）はフィン３ａの寸法Ｌ３ａｆの部分に直接あたり発熱体８の冷却に寄与す
る。寸法Ｌ３ａｆの部分に対応するフィン３ａの基台２ｂ側には発熱体７で加熱された空
気も流れ発熱体８の冷却にも寄与するので、切り欠き部分の高さ寸法Ｌ３ａｅを調節して
発熱体７、発熱体８に対する冷却能力を調整する。高さ寸法Ｌ３ａｅを大きくすれば発熱
体７の冷却能力が減り、代わりに発熱体８の冷却能力が増加する。

従って、発熱体７、発熱体８の夫々の発熱量及び夫々の耐熱温度、更には冷却の優先順
位を考慮して切り欠き部分の寸法Ｌ３ａｄ、寸法Ｌ３ａｅを変えることによってヒートシ
ンク２の冷却能力の分布を変えることができるものである。また、切り欠き部分は長さ寸
法Ｌ３ａｄを備えるので、左右に位置するフィン３ｂの間にできる空間が送風装置５ａ、
５ｂから送風される冷却用の空気のバッファ空間となる。すなわち、この冷却空気がヒー
トシンク２の小風路からの反射で漏れる量を抑制することが可能になり、送風装置５ａ、
５ｂの送風効率が上がるものである。

フィン３ｂは高さ寸法がＬ３ｂａ、長さ寸法がＬ３ｂｂの直方体である。フィン３ｂは
発熱体７、発熱体８に対して対応するので発熱体７をより冷却するように作用する。フィ
ン３ａは複数のフィン３ｂの内に所定の数毎に配置されておりこれらのフィンの配置によ
ってもヒートシンク２の冷却能力の分布を変えることができる。例えば寸法Ｌ３ａｄ＝寸
法Ｌ３ａｆの場合、フィン３ａの数を増やせば発熱体８の側の冷却能力が高くすることが
可能である。また、フィン３ａをヒートシンク２の左右のいずれかに多く設ければヒート
シンク２の左右で冷却能力の分布を変えることも可能である。

図３は図１に示した冷却装置を電気機器に用いた際の説明図である。電気機器の筐体９
から１面を外した状態の説明図である。冷却装置は図１に示す状態から上下を入れ替え一
方の面２ａを筐体９の内側に向けて取り付けられている。一方の面２ａには発熱体７、発
熱体８が取り付けられている。例えば、この電気機器が直流を交流に変換する電力変換装
置であれば、発熱体８は直流電力を昇圧する際の回路に用いるスイッチング素子（半導体
）であり、発熱体７は直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成するスイッチ
ング素子などが対応するものである。

図１に示す冷却装置では、送風装置５ａ、５ｂによる風向を矢印の方向（一方の方向）
としたが、反対の方向とすることも可能である。すなわち、送風装置５ａ、５ｂによる押
し込み送風から吸い込み送風に変えた場合も切取り部分はフィン３に対し風上に位置する
部分に設ければよい。

図４は他の実施例を示すヒートシンクの説明図である。この図ではフィン３ｃの長さ寸
法Ｌ３ｃｄを短くしたものである。ヒートシンク２の発熱体７の冷却を重視した場合であ
る。フィン３ｂの間にできる空間が送風装置５ａ、５ｂから送風される冷却用の空気のバ
ッファ空間として作用し反射による漏れ空気が減る。従って、冷却用の空気をフィン３ｃ
、フィン３ｂによる小風路へ押し込む効率が向上し発熱体８の冷却効果も向上させること
ができるものである。

本発明は複数の発熱体の冷却を行うために複数のフィンを有するヒートシンクを用いる
冷却装置に適用できるものである。

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 放熱装置
２ ヒートシンク
３ フィン
３ａ フィン
３ｂ フィン
３ｃ フィン
４ 風路部
５ａ 送風装置
５ｂ 送風装置
６ａ 先端
６ｂ 先端
７ 発熱体
８ 発熱体

Claims (3)

1. 一方の面に複数の発熱体を取り付けた基台の他方の面に設けられた複数のフィンを筒状
   の大風路の内に先端を所定の高さで突出させた放熱装置に於いて、前記大風路の内で一方
   の方向へ送風を行う送風装置を設け、前記複数のフィンを前記一方の方向に沿って小風路
   を構成するように並行に設けると共に、前記複数のフィンの内の所定の数毎のフィンの風
   上側に面する前記先端の側に前記風上側から切り欠きを設けることを特徴とする放熱装置
   。
2. 前記複数のフィンの先端は前記筒状の大風路の内壁の近傍まで延在していることを特徴
   とする請求項１に記載の放熱装置。
3. 前記複数の発熱体の発熱量に応じて前記切り欠きの大きさを変えることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載の放熱装置。

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