JP3019251B2 - 放熱器及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品等の発熱
素子の近傍に設けられ、発熱素子から生ずる熱を効率的
に放熱するための放熱器に関するものであり、詳しくは
筒状の突出部を備えた放熱器に関する。

【０００２】

【従来の技術】パワートランジスタやＩＣ等のパワーデ
バイスは、その作動に伴って自ら熱を生じることがあ
る。この熱が充分に放熱されないと、素子の能力が低下
して効率ロスや誤動作を招来する虞れがある。そこで、
このような発熱素子の放熱を効率的に行うために、図５
に示すように、回路基板６に搭載した発熱素子７の一部
を放熱器１０に当接させて放熱効果を高める技術が一般
に知られている。この放熱器１０は、アルミニウム等の
熱伝導性に優れた金属材料を、予め所定の形状に形成さ
れた金型を用いて鋳造や鍛造もしくは押出し成形等の加
工を施すことよって、断面が櫛歯状を呈するように形成
されている。すなわち、平板状の基部１１からほぼ垂直
方向に突出する複数の放熱フィン１２が互いに略平行に
列設されて放熱器１０が構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】放熱器の放熱効果は放
熱器全体の表面積にほぼ比例するので、図５に示すよう
な放熱器１０の放熱効果を高めるためには、放熱フィン
１２の数を増やして配列間隔を狭くしたり、あるいはま
た、放熱フィン１２の表面に凹凸部を設けたりする工夫
が施されている。しかしながら、放熱フィン１２の数を
増やして配列間隔を狭くしたり、表面形状に工夫を凝ら
すと、金型の形状が複雑になり製造コストが高騰してし
まうという問題がある。

【０００４】また、上記放熱器１０は、平板状の基部１
１に対して垂直に板状の放熱フィン１２が列設されてい
るので、基部１１および放熱フィン１２の面とほぼ平行
な向きに生じる気流によって放熱効果を高めることがで
きる。ところが、基部１１に対して垂直な向きに気流が
生じ難いので、放熱フィン１２の表面積の割に充分な放
熱効果を得ることができない。

【０００５】また、上記放熱器１０は、鋳造型や押し出
し成形型によって形成されるので、放熱フィン１２が設
けられる位置が予め決まってしまっていて、これに伴い
発熱素子７を取り付ける位置もある程度制約されてしま
う。したがって、回路基板６における配線パターンの設
計自由度も制約を受けてしまう。仮に、放熱フィン１２
の位置を変更する場合には、金型を変更しなければなら
ず膨大な費用がかかってしまう。

【０００６】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解決するためになされたもので、放熱効果に優れ、しか
も安価で任意の位置に放熱部を製造することが可能な放
熱器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明にかかる放熱器は、金属板の厚さ以上の高
さを有する貫通筒状の突出部が、当該金属板の一面に塑
性変形により複数個立設された放熱器であって、上記突
出部の突出方向裏側の開口部周縁には、上記突出部の外
径よりも大径の薄肉部及び周壁面が形成されていること
を特徴とする。上記貫通筒状の突出部は、上記薄肉部の
外径以上の隣接間隔をおいて立設されていることが好適
である。

【０００８】また、請求項３記載の発明にかかる放熱器
の製造方法によれば、少なくとも以下の各工程を含むこ
とを特徴とする。（１）金属板の一面から第１の工具を
押圧して、片面に凹部を形成すると共に、上記凹部と対
応する他面側に凸部を形成する第１の工程。（２）外形
寸法が上記凸部の外径よりも大きな第２の工具を上記凹
部に押圧して、薄肉部及び周壁面を形成する第２の工
程。（３）上記第２の工程を経た金属板の凹部に、上記
第１の工具と実質同一の工具を押圧して、上記凸部の高
さを高める第３の工程。（４）上記第３の工程を経た金
属板の凹部に、第３の工具を貫通させて、上記凸部の先
端に透孔を穿設する第４の工程。（５）上記第４の工程
を経た金属板の凹部に、上記第３の工具よりも大径の部
分を有する第４の工具を貫通させて、上記透孔の内径を
拡径する第５の工程。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
かかる放熱器の実施の形態について詳細に説明する。

【００１０】［放熱器の構造］図１は、本発明を適用し
た放熱器を示す断面図で、（ａ）は放熱器単体を拡大し
て示したもの、（ｂ）は当該放熱器に発熱素子を当接さ
せた状態を示したものである。

【００１１】図１（ａ）に示すように、放熱器１は、ア
ルミニウム等の熱伝導性に優れた金属板からなる基部２
と、この基部２の一部を塑性変形することにより、円形
の筒状に形成された複数の突出部３を有している。筒状
の突出部３は、後に詳述する加工方法によって、金属板
の基部２の板厚ｔ以上、好ましくは３〜５倍以上の高さ
ｈをもって形成され、中央には基部２の表裏面に貫通し
た貫通孔４が設けられている。

【００１２】また、この筒状の突出部３の突出方向裏側
の開口部周縁には所定の内径ｗを有する薄肉部５が形成
されている。この薄肉部５は、基部２の板厚ｔよりも薄
くなっていて、本来あるべき肉（金属材）は、突出部３
に所定の高さを得るために塑性変形する際に突出部３の
側に移動している。そして、各筒状の突出部３は薄肉部
５の所定の内径ｗ以上の隣接間隔ｐをおいて立設されて
いる。尚、薄肉部５は突出部３が円形の場合は円形が好
ましいが、略四角形や三角形等の多角形であってもよ
い。

【００１３】このように構成された放熱器１は、複数の
突出部３が筒状に形成されていることから、従来技術に
示した放熱フィンを有する放熱器（図５を参照）に比較
して面積が増大している。従って、この表面積の増大に
比例して放熱効果が高められている。つまり、筒状の突
出部３は、内周面と外周面および上端面を合計した面積
が表面積となるが、筒状の突出部３の場合には、少なく
とも貫通孔４の内周面の表面積が拡大している。また、
この貫通孔４を設けたことにより、開口部が発熱素子７
により覆われていない部分は、貫通孔４内に冷却用の空
気が流通し、基部２に垂直な方向に流れる気流により放
熱が大幅に促進する。

【００１４】以上の放熱器１は、図１（ｂ）に示すよう
に両端がケース８に取り付けられ、片面にはパワートラ
ンジスタ等の発熱素子７に裏面がほぼ面接合するように
当接している。そして、所定の配線パターン（図示せ
ず）が敷設された回路基板６を介して発熱素子７に通電
すると、この発熱素子７が作動して発熱するが、この熱
は、発熱素子７に当接した放熱器１に伝わる。このと
き、放熱器１には金属板の基部２の厚さｔ以上の高さｈ
を有する筒状の突出部３が複数個設けられているので、
前述の如く表面積が増大していることに加え、貫通孔４
による冷却用空気の流通により放熱が大幅に促進する。

【００１５】［放熱器の製造方法］次に、本発明にかか
る放熱器の製造方法について説明する。図２は、筒状の
突出部３の加工工程を示すものである。先ず、第１の工
程としてアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属板２０
に、先端が平坦でこの先端からテーパ状に拡開する形状
の第１の工具３１を、その一面から押圧して、片面に凹
部２１を形成すると共に他面に凸部２２を形成する。

【００１６】次に、第２の工程として、第１工程を経た
金属板２０に、外径寸法ａが前記凸部２２の外径ｂより
も大きい円柱形状の第２の工具３２の端面３２ａを前記
凹部２１側から当接させて押圧する。これにより、押さ
れた部分の肉量が抵抗のない中空部２３に移動しながら
凸部２２にも移動し、凸部２２がさらに突出する。

【００１７】続いて、第３の工程として、第２工程を経
た金属板２０に、前記第１の工具３１を再度開口側から
押し当てて、凸部２２に高さを加える。ここまでの工程
を経ることによって、金属板２０の板厚の２倍以上の高
さを有する凸部２２を形成することができる。

【００１８】次に、第４の工程として、第３工程を経た
金属板２０に細径の棒状部分を有する第３の工具３３を
開口側から貫通させることにより、凸部２２の先端を打
ち抜いて、ここに孔２４を穿設する。

【００１９】さらに、第４工程を経た金属板２０に対
し、第５の工程として、第３の工具３３の棒状部分より
も太径の棒状部分を有する第４の工具３４を開口側から
貫通させることにより、孔２４の拡径を行なう。この第
５の工程を経ることにより、筒状の突出部３が形成され
る。前述した第１乃至第５の工程は、何れも金属板２０
に対して塑性変形を施したものであり、鋳造型など複雑
な構造の金型は一切必要としないので、低コストで製造
することが可能となる。なお、これらの工程は一連の順
送り加工で行なってもよいし、単発加工で行なってもよ
い。

【００２０】以上のように加工することにより、筒状の
突出部３の高さを金属板２０の板厚に対して２倍から５
倍の寸法に形成することができる。このように、突出部
３の高さを高くすることにより、表面積が増加すると共
に、突出部３の貫通孔４の内周面の増大により、さらに
表面積が増加するので、放熱効果を一段と高めることが
できる。一方、この筒状の突出部３の開口部周縁には、
肉が突出部３の側に移動したために薄肉となった薄肉部
５が形成されているが、薄肉部５の周壁面５ａによって
も、放熱器１における表面積が増大し、放熱効果を一層
高めることができる。さらに、筒状の突出部３は金属板
２０上の任意の位置に形成することができるので、発熱
素子７の実装位置に合わせて放熱効果の高い部位に形成
することが可能となる。したがって、回路基板の配線パ
ターンを設計する際に突出部３によって自由度が制約さ
れることがない。

【００２１】［その他の実施の形態］上記の実施形態
は、金属板２０の一面に塑性変形によって筒状に形成し
た突出部３を複数個配置した放熱器１に対して、別体で
ある回路基板６に実装した発熱素子７を当接して放熱を
図る構造であったが、放熱器１と回路基板６とを一体化
してもよい。すなわち、本実施形態では、図３に示すよ
うに、放熱器１’を構成するアルミニウム等からなる金
属板２０の表面には、絶縁層２５を介して、所定の配線
パターンに形成された銅箔等からなる導体層２６が敷設
されている。さらにこの導体層２６の上面には電極部
（図示せず）を除いてオーバーコート２７が施されてい
る。そして、発熱素子７は、そのリード端子７ａが導体
層２６の一部である電極部に接続されると共に、一側面
が金属板２０に当接している。また、同一面上には抵抗
器やコンデンサ等その他の電子部品も実装されている。
一方、発熱素子７が実装された部分の近傍には当該金属
板２０が塑性変形によって筒状の突出部３が、前述の加
工方法によって複数個設けられている。発熱素子７から
生じた熱は筒状の突出部３および金属板２０全体に伝導
され、高効率な放熱が図られるようになっている。

【００２２】このように、導体層２６がパターニングさ
れた回路部と筒状の突出部３とを同一の金属板上に形成
することにより、部品点数を削減できるとともに、発熱
素子７の実装位置の近傍に筒状の突出部３を任意に形成
することが可能となり、配線パターン設計時に自由度の
制約を受けることがない。

【００２３】次に、金属板上に形成する筒状の突出部３
の配列に関する実施形態について説明する。筒状の突出
部３は前述の加工方法により、金属板上の任意の位置に
形成することが可能であることから、図４（ａ）〜
（ｄ）に示すような配列パターンを含め、さまざまな配
列パターンを形成することが可能である。

【００２４】すなわち、図４（ａ）は、筒状の突出部３
を複数列にわたって整列させた例であり、図４（ｂ）
は、放熱を必要とする部分を中心として同心円上に突出
部３を形成した例である。また、図４（ｃ）は、発熱素
子７の周囲を取り囲むように突出部３を形成した例であ
り、図４（ｄ）は、発熱素子７の特に発熱が顕著な部位
の近傍に多数の突出部３をランダムに形成した例であ
る。

【００２５】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるこ
とは言うまでもない。例えば、筒状の突出部３の加工工
程において、第５の工程では太径の棒状部分を有する第
４の工具３４を開口側から貫通させて、孔２４の拡径を
行なうが、この第４の工具３４の外周面に条溝を形成し
て孔２４に押し込むことにより、孔２４の内周面にも条
溝が形成される。したがって、内周面の表面積が増大
し、放熱効果を一層高めることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による放熱器
によれば、金属板を部分的に塑性変形することにより形
成され、当該金属板の厚さ以上の高さを有する筒状の突
出部が複数個立設されているので、放熱器全体の表面積
を増加させることができると共に、突出部が表裏面に透
通する貫通孔を有していることから空気の流通が良好と
なり、放熱効果を一段と高めることができる。また、筒
状の突出部は任意の位置に形成することができ、しか
も、金属板から容易に形成できるので、安価に製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる放熱器の一実施形態を示したも
のであり、（ａ）は放熱器単体の断面図、（ｂ）は放熱
器に発熱素子を当接させた状態を示した断面図である。

【図２】本発明の放熱器における筒状の突出部の加工工
程を示した図である。

【図３】本発明にかかる別の実施形態を表した断面図で
ある。

【図４】本発明の放熱器における筒状の突出部の配列に
関する実施形態を表した平面図である。

【図５】従来の放熱器の構造を表した断面図である。

【符号の説明】

１ 放熱器 ２ 基部 ３ 突出部 ４ 貫通孔 ５ 薄肉部 ７ 発熱素子

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板の厚さ以上の高さを有する貫通筒
   状の突出部が、当該金属板の一面に塑性変形により複数
   個立設された放熱器であって、 上記突出部の突出方向裏側の開口部周縁には、上記突出
   部の外径よりも大径の薄肉部及び周壁面が形成 されてい
   ることを特徴とする放熱器。
2. 【請求項２】 上記貫通筒状の突出部は、上記薄肉部の
   外径以上の隣接間隔をおいて立設されていることを特徴
   とする請求項１記載の放熱器。
3. 【請求項３】 少なくとも以下の各工程を含む放熱器の
   製造方法。 （１）金属板の一面から第１の工具を押圧して、片面に
   凹部を形成すると共に、上記凹部と対応する他面側に凸
   部を形成する第１の工程。 （２）外形寸法が上記凸部の外径よりも大きな第２の工
   具を上記凹部に押圧して、薄肉部及び周壁面を形成する
   第２の工程。 （３）上記第２の工程を経た金属板の凹部に、上記第１
   の工具と実質同一の工具を押圧して、上記凸部の高さを
   高める第３の工程。（４）上記第３の工程を経た金属板の凹部に、第３の工
   具を貫通させて、上記凸部の先端に透孔を穿設する第４
   の工程。 （５）上記第４の工程を経た金属板の凹部に、上記第３
   の工具よりも大径の部分を有する第４の工具を貫通させ
   て、上記透孔の内径を拡径する第５の工程。