JP3220724B2

JP3220724B2 - ヒートシンク

Info

Publication number: JP3220724B2
Application number: JP27546795A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎太田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1995-10-24
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2015-10-24
Also published as: JPH09116054A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば工作機
械等において、トランジスタ、サイリスタ等の半導体素
子に取り付けられ、送風機によって強制的に流された冷
却空気によって冷却されて、半導体素子の熱を放熱する
ヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば工作機械等において、トランジ
スタ、サイリスタ等の半導体素子の熱を放熱するために
用いられるヒートシンクとして、並列状スリットを有す
る板状フィンが間隔をおいて設けられたものが、従来よ
り知られている（特開平５−３２７２号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】工作機械等に用いられ
るヒートシンクでは、ダスト、油等の目詰りを考慮しな
ければならず、圧力損失の影響が極端に現れない範囲で
は、ヒートシンクの性能は、フィン間隔は小さいほうが
よく、フィン間隔が小さ過ぎると、初期性能がよくて
も、時間が経過すると性能が極端に落ちるという問題が
ある。目詰りに対しては、フィン間隔を大きくすること
が有効であるが、その分伝熱面積が減少し、初期性能が
低下してしまう。このような状況において、最適なスリ
ットを設けることにより、初期性能がよくしかも時間が
経過しても性能の低下が少ないヒートシンクを得ること
が必要であるが、従来、このようなヒートシンクは、知
られていなかった。

【０００４】この発明の目的は、初期性能がよくしかも
時間が経過しても性能の低下が少ないヒートシンクを提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明によるヒートシ
ンクは、並列状スリットを有する板状フィンが間隔をお
いて設けられたヒートシンクにおいて、フィン間隔が２
ｍｍ以上で７ｍｍ以下あり、スリット幅が２ｍｍ以上で
８ｍｍ以下であり、スリットのピッチは、１５ｍｍ以上
で２５ｍｍ以下であること特徴とするものである。

【０００６】

【０００７】また、フィン間隔は、４ｍｍ以上で５ｍｍ
以下がより好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。以下の説明において、上下は図
の上下をいうものとするが、この上下は便宜的なもの
で、上下が逆になったり、横になったりすることもあ
る。

【０００９】図１は、この発明のヒートシンク(1) を示
しており、ヒートシンク(1) は、アルミニウム押出形材
製ヒートシンク構成体(2) が層状に重ね合わせられて形
成されたものである。このヒートシンク(1) の下面に、
トランジスタ、サイリスタ等の半導体素子が取り付けら
れ、ヒートシンク(1) の手前または後方に配置された送
風機によって冷却空気がヒートシンク構成体(2) に平行
な方向に流される。

【００１０】ヒートシンク構成体(2) は、単体の形状を
図２に示すように、所定の間隔をおいて設けられた２枚
の板状フィン(5a)よりなるフィン部(5) と、２枚の板状
フィン(5a)の下端部を連結する基板構成部(6) とよりな
る。風は、板状フィン(5a)と平行に流され、各ヒートシ
ンク構成体(2) の２枚の板状フィン(5a)の間と隣り合う
ヒートシンク構成体(2) の間とが冷却空気通路となされ
ている。各フィン(5a)には、後述するように、種々テス
トした結果最適化が図られたスリット(3) が、風の流れ
方向に間隔をおいて並列状に設けられている。基板構成
部(6) の右側面に、右方に開口したろう材保持凹溝(7)
が設けられている。フィン部(5) には、２枚の板状フィ
ン(5a)の上端部を連結する上部補強部(9) と、２枚の板
状フィン(5a)の中間部を連結する中間補強部(10)とが設
けられている。上部補強部(9) の左側面には、嵌合凸条
(11)が設けられ、上部補強部(9) の右側面には、ヒート
シンク構成体(2) を連結していくさいにこの嵌合凸条(1
1)に嵌まり合う嵌合凹溝(12)が設けられている。基板構
成部(6) 、上部補強部(9) および中間補強部(10)は、２
枚の板状フィン(5a)よりも左右に若干突出させられてお
り、ヒートシンク構成体(2) が層状に重ね合わされたさ
いには、これらの基板構成部(6) 、上部補強部(9) およ
び中間補強部(10)同士が突き合わされることにより、隣
り合う板状フィン(5a)の間には所定の間隙が形成され
る。

【００１１】図３は、従来のスリット無しのヒートシン
クについて、フィン間隔(d) を種々変更して、ヒートシ
ンクの熱抵抗を測定した結果を示すグラフであり、同図
に示すように、フィン間隔(d) が３ｍｍのものは、初期
性能はよいものの時間が経過すると急激に熱抵抗が大き
くなって性能が低下する。また、フィン間隔(d) が６ｍ
ｍのものは、初期性能が悪く、結果的にヒートシンクが
取り付けられる半導体の寿命を縮めてしまうことにな
る。これに対して、フィン間隔(d) が４．５ｍｍのもの
は、初期性能はフィン間隔(d) が３ｍｍのものより若干
劣るものの、時間が経過してもそれほど性能は低下しな
いという特徴を有している。すなわち、時間が経過して
も性能の低下が少ないようにするには、フィン間隔(d)
は、４ｍｍ以上必要であり、スリット無しの場合の最適
なフィン間隔(d) は、４ｍｍ以上で５ｍｍ以下であるこ
とがわかる。

【００１２】図４は、図１に示したヒートシンク(1) に
ついて、スリット幅(b) を種々変更して、ヒートシンク
の熱抵抗を測定した結果を示すグラフであり、同図に示
すように、スリット幅(b) が小さいうちは、スリット幅
(b) を大きくするに連れて、熱抵抗が小さくなって性能
が向上していくが、スリット幅(b) が５ｍｍを越える
と、熱抵抗が大きくなって性能が低下し始めている。す
なわち、スリット幅(b)が小さすぎると、境膜が十分切
れないために性能が悪く、スリット幅(b) が大きすぎる
と、伝熱面積が小さくなりすぎて性能が悪くなり、最適
なスリット幅(b)は、２ｍｍ以上８ｍｍ以下であること
がわかる。

【００１３】図５は、図１に示したヒートシンク(1) に
ついて、スリット幅(b) を５ｍｍとし、スリットピッチ
(p) を種々変更して、ヒートシンクの熱抵抗を測定した
結果を示すグラフであり、同図に示すように、スリット
ピッチ(p) が小さいうちは、スリットピッチ(p) を大き
くするに連れて、熱抵抗が小さくなって性能が向上して
いくが、スリットピッチ(p) が２０ｍｍを越えると、熱
抵抗が大きくなって性能が低下し始めている。すなわ
ち、スリットピッチ(p) が小さすぎると、伝熱面積が小
さくなりすぎて性能が悪くなり、スリットピッチ(p) が
大きすぎると、スリット(3) 間に境界層が発達する影響
が出て性能が悪くなり、最適なスリットピッチ(p) は、
１５ｍｍ以上で２５ｍｍ以下であることがわかる。

【００１４】図６は、スリット無しでフィンピッチ(p)
が４．５ｍｍの従来のヒートシンクと、スリット(3) 有
りでフィンピッチ(p) が５．５ｍｍのこの発明のヒート
シンク(1) との熱抵抗を前面風速を変更して測定した結
果を示すグラフであり、同図に示すように、この発明の
ヒートシンク(1) では、フィンピッチ(p) が５．５ｍｍ
と大きいのにもかかわらず、スリット無しでフィンピッ
チ(p) が４．５ｍｍの従来のヒートシンクとほぼ同等の
性能を示すことがわかる。

【００１５】上記ヒートシンク(1) は、次のようにして
製造される。

【００１６】まず、Ａ６０６３材でヒートシンク構成体
(2) の横断面形状を有する押出形材を製作する。この押
出形材を所要長さに切断することにより所要長さのヒー
トシンク構成体(2) が所要数得られる。次いで、各ヒー
トシンク構成体(2) にプレス加工を施して、上述したよ
うな最適なスリット(3) を設ける。これらのヒートシン
ク構成体(2) を層状に重ね合わせて、各嵌合凸条(11)と
各嵌合凹溝(12)とを嵌合するとともに、各ろう材保持凹
溝(7) にそれぞれブレージングシートやフィラーメタル
等のろう材を入れ込む。最後に、治具で固定した後、真
空ブレージングによりろう付けする。これにより、並列
状スリット(3) を有する複数の板状フィン(5a)が間隔を
おいて設けられたヒートシンク(1) が得られる。

【００１７】ヒートシンク構成体(2) の高さは、５０〜
１８０ｍｍ程度であり、幅は１０ｍｍ程度、奥行は１０
０〜４００ｍｍ程度とされる。そして、例えば５０個の
ヒートシンク構成体(2) が使用されて幅５００ｍｍのヒ
ートシンク(1) が形成される。幅５００ｍｍのヒートシ
ンクを製造するのに、全体を一体的に押出加工すること
も可能であるが、押出の幅が広くなると、押出用ダイス
のコストが非常に高くなってしまう。これに対して、各
ヒートシンク構成体(2) は、幅が狭い分その押出用ダイ
スのコストが低くでき、ヒートシンク(1) の製造コスト
を下げることができる。

【００１８】上部補強部(9) および中間補強部(10)は、
板状フィン(5a)の変形を小さくして２枚の板状フィン(5
a)が平行となるように保持する作用を有しており、した
がって、板状フィン(5a)の高さを高くすることができ
る。

【００１９】板状フィン(5a)の高さが低い場合には、中
間補強部(10)を省略しても問題ない。このようなフィン
構成体(20)の例を図７に示す。図７においては、中間補
強部以外は、図２と同じであり、これらには同一の符号
を付して説明を省略する。

【００２０】なお、図２および図７では、スリット(3)
は上下２段となっているが、スリットを長くして１段と
しても同様の効果が得られる。

【００２１】ヒートシンク(1) は、図１に示したよう
に、通常、平面より見て方形となるように同じ寸法のヒ
ートシンク構成体(2) により形成されるが、押出形材を
切断するときの切断長さを変えて異なった奥行寸法のヒ
ートシンク構成体(2) を製作し、これらを種々組み合わ
せることにより、図８に示すように平面より見てコ形の
ヒートシンク(21)としたり、図９に示すように平面より
見てＴ形のヒートシンク(22)としたり、あるいは平面よ
り見てＬ形のヒートシンクとするなどの種々の形状のも
のを容易に得ることができる。したがって、種々の形状
の発熱体に対応することができる。特に、１００〜１０
００アンペアを越える交流−直流インバータのように大
型のものでは、発熱素子が複数化される傾向があり、こ
のような場合でも、発熱素子の大きさおよびワット値に
適した基板面積を作ることが容易であり、経済的効率の
良いヒートシンク形状を同一の押出形材を使用してかつ
任意に選択することができる。

【００２２】

【発明の効果】この発明のヒートシンクによると、フィ
ン間隔を４ｍｍ以上とすることにより、目詰りが防止さ
れ、スリット幅を２ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることによ
り、フィン間隔を大きくすることに伴う伝熱面積の減少
による性能低下が補償されるので、性能を低下させるこ
となく、目詰り対策を施すことができる。

【００２３】また、スリットのピッチを１５ｍｍ以上で
２５ｍｍ以下とすることにより、スリット幅が２ｍｍ以
上８ｍｍ以下のもとでの熱抵抗が減少するので、より性
能の優れたヒートシンクが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるヒートシンクの１例を示す斜視
図である。

【図２】ヒートシンクを構成する１つのヒートシンク構
成体の１例を示す斜視図である。

【図３】ヒートシンクのフィン間隔を変更したときの性
能の違いを示すグラフである。

【図４】ヒートシンクのスリット幅を変更したときの性
能の違いを示すグラフである。

【図５】ヒートシンクのスリットピッチを変更したとき
の性能の違いを示すグラフである。

【図６】この発明によるヒートシンクと従来のヒートシ
ンクとの性能の違いを示すグラフである。

【図７】ヒートシンクを構成する１つのヒートシンク構
成体の他の例を示す斜視図である。

【図８】この発明によるヒートシンクの他の例を示す斜
視図である。

【図９】この発明によるヒートシンクのさらに他の例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

(3) スリット (5a) 板状フィン (d) フィン間隔 (b) スリット幅 (p) スリットピッチ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】並列状スリット(3) を有する板状フィン
(5a)が間隔をおいて設けられたヒートシンクにおいて、
フィン間隔(d) が２ｍｍ以上で７ｍｍ以下であり、スリ
ット幅(b) が２ｍｍ以上で８ｍｍ以下であり、スリット
(3) のピッチ(p) が１５ｍｍ以上で２５ｍｍ以下である
ことを特徴とするヒートシンク。