JP3510867B2 - フィン付き放熱器 - Google Patents
フィン付き放熱器Info
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
取り付けられてこれらの電子部品を冷却したり、種々の
発熱部品が内蔵された電子機器の内外に連通するように
取り付けられて電子機器内を冷却するのに用いられるフ
ィン付き放熱器の改良に関するものである。 【0002】 【従来の技術】軸線方向から受ける熱を放射方向に分散
して放散するために、種々のフィン付き放熱器(ヒート
シンク)が用いられている。この放熱器は、放熱板と、
この放熱板上にほぼ放射状に設けられている多数のフィ
ンとから成っている。 【0003】従来技術のフィン付き放熱器の一例が図7
及び図8に示されており、この放熱器10のフィン14
は、図示のように、ほぼ直線状の薄板から成っており、
これらのフィン14は、ほぼ径方向に延びるように放熱
板12上に設けられている(例えば、特開昭56−10
5697号公報及び実開昭57−140668号公報参
照)。 【0004】このような構造の放熱器10は、フィン1
4の形状が単純であるため、製造は容易であるが、放熱
特性(熱伝達特性)が低い欠点があった。一般に、熱伝
達特性は、個々のフィン14の表面積とフィン間を流れ
る空気の空気流速とによって一義的に決められるが、図
7及び図8の放熱器10の隣り合うフィ14ン間の冷却
流路16は、放熱板12の中央中付近で狭く、放熱板1
2の周縁付近で広く、中央から周縁に向けて次第に広く
なっている。図8の例では、隣り合うフィン14の外端
縁間の間隔は、内端縁間の間隔の2倍となって外部端縁
の空気流速は、中央のそれの半分となっているため、放
熱板12の周縁部の局所熱伝達率は、中央部の1/2と
なり、放熱器10の全体的な放熱特性が低下する。 【0005】また、一般に、フィンが径方向に延びてい
ると、放熱板の平面積を増大しない限りフィンの長さを
大きくすることができないので、小型の放熱器ではフィ
ン間の冷却流路を長くすることができないため、小型で
放熱特性の大きな放熱器を得ることができない。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する1つの課題は、放熱器の放射方向に沿って高い一定
の空気流速を維持して高い放熱特性を有するフィン付き
放熱器を提供することにある。 【0007】本発明が解決しようとする他の課題は、放
熱板を大きくすることなく、冷却流路を長くして高い放
熱特性を有するフィン付き放熱器を提供することにあ
る。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明の課題解決手段
は、放熱板とこの放熱板上にほぼ放射状に設けらている
多数のフィンとから成るフィン付き放熱器において、多
数のフィンは、隣り合うフィン間の冷却流路の横断面積
が流れの方向に沿ってほぼ同じとなるようにインボリュ
ート曲線上を延び、このフィンの内端を結ぶ線と外端を
結ぶ線とが円環の基円上及び外円上にそれぞれあり、こ
の基円の内側に空気が軸線方向に流れる空気通路を形成
し、隣り合うフィン間の空間の外端は外円側で空気がイ
ンボリュート曲線に沿って空気が流れるように開口して
いることを特徴とするフィン付き放熱器を提供すること
にある。 【0009】このように、多数のフィンが放熱板上でイ
ンボリュート曲線上を延びていると、隣り合うフィン間
の冷却空気の流れ方向から見た場合の間隔(即ち横断面
積)を冷却流路に沿ってほぼ一定に維持することがで
き、従って、空気流速を冷却流路に沿って一定に維持す
ることができるので、フィン付き放熱器の放熱特性を向
上することができる。 【0010】また、多数のフィンが直線的ではなく、イ
ンボリュート曲線に沿って延びていると、フィン間の冷
却流路は、同じ平面積の放熱板に対して直線的な冷却流
路に比べて長くなり、従ってフィンの表面積が増大して
放熱特性を一層向上することができる。 【0011】 【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して詳細に述べると、図1乃至図3は、本発明に係わる
フィン付き放熱器10が組み込まれた電子冷却装置10
0を示し、このフィン付き放熱器10は、放熱板12
と、この放熱板12の上にほぼ放射状に設けられたフィ
ン14とから成っている。電子冷却装置100は、放熱
板12の下面に設けられた吸熱手段102と、フィン1
4の上に設けられたファン104とを備えている。 【0012】吸熱手段102は、ホルダー106とこの
ホルダー106に保持されたサーモモジュール108及
び吸熱板110とから成り、サーモモジュール108
は、吸熱板110に熱伝導を保って接触するように固定
され、吸熱板110は、ホルダー106にねじ112で
保持されている。この吸熱手段102は、サーモモジュ
ール108が放熱板12の下面に熱伝導を保って接触す
るようにフィン付き放熱器10に適宜の手段によって取
り付けられている。 【0013】また、ファン104は、ファン取付板11
4を介してフィン付き放熱器10のフィン14に取り付
けられている。図示の例では、取付ボルト116がファ
ン取付板114の四隅のねじ孔(図示せず)及びファン
104の四隅のねじ孔104aを貫通しファン104の
上面でナット止めされて放熱板12に取り付けられてい
るが、このファン104は、他の適宜の手段によって放
熱板12に取り付けることができる。 【0014】図2において、符号118、120は、そ
れぞれサーモモジュール108及びファン104を電源
に接続するコードである。また、図示の冷却装置100
は、放熱器10の周囲から中央に向けて冷却空気を吸入
し、ファン104の前面から空気を軸線方向に排出し、
フィン付き放熱器10を通過する際に吸熱手段102か
ら熱を吸収するようになっているが(図2の矢印参
照)、冷却空気がファン104の前面から吸入され、フ
ィン付き放熱器10の中央から周囲に向けて排出し、こ
のフィン付き放熱器10を通過する際に吸熱手段102
から吸熱するようにしてもよい。 【0015】本発明のフィン付き放熱器10の詳細が図
4に示されており、多数のフィン14は、隣り合うフィ
ン14間の冷却流路16の横断面積の大きさがほぼ同じ
となるようにインボリュート曲線上を延びている。 【0016】図2及び図4から解るように、多数のフィ
ン14の内端を結ぶ線と外端を結ぶ線とが円環の基円
(図5の円環の中心Oを中心とする円C’・C・C1・
C2)上及び外円(図5の円環の外側の円)上にそれぞ
れあり、この基円の内側に空気が軸線方向に流れる空気
通 路20(図2のフィン14の内側の空間)を形成し、
隣り合うフィン14間の空間は外円側で空気がインボリ
ュート曲線に沿って空気が流れるように符号22で示す
外端で開口している。 【0017】これらのフィン14は、放熱板12の上に
はんだ付け又は溶接によって取り付けてもよいし、また
放熱板12と一体に金属成形することもできる。金属成
形は、例えばアルミダイキャスト又は冷間鍛造によって
行うことができる。 【0018】フィン付き放熱器10が放熱板12にフィ
ン14をはんだ付け又は溶接して製造する場合の例が図
6に示されている。このようにはんだ付け又は溶接によ
ってフィン14を放熱板12に取り付ける場合には、放
熱板12上にインボリュート曲線に沿って同一幅の複数
の位置決め治具18を配置し、各フィン14は、同じイ
ンボリュート曲線上にある位置決め治具18に沿って取
り付けるのが好ましい。 【0019】図示の例では、位置決め治具18は、ピン
の形態であり、従って位置決め治具18の幅は、ピンの
外径に相当する。ピンの形態の位置決め治具18は、各
インボリュート曲線毎に、放熱板12のフィン取付領域
(図示の例では円環状の領域)の内周部分と外周部分と
その中間部分との3つの部分に設けられる。すべてのイ
ンボリュート曲線上の位置決め治具18は、図示しない
ホルダーに保持されて位置決め治具アッセンブリを構成
し、このアッセンブリの各ピンが放熱板12上に当接す
るようにアッセンブリを放熱板12上に位置決めする。 【0020】フィン14は、予めインボリュート曲線状
に成形されており、位置決め治具18に沿って放熱板1
2上に配置した後、はんだ付け又は溶接によって放熱板
12上に固定される。フィン14が固定された後、位置
決め治具18は、放熱板12から取り外される。 【0021】本発明のフィン付き放熱器10の隣り合う
2つのフィン14A、14A’の位置関係が図5に示さ
れている。図5においてフィン14A、14A’の各曲
線C・A・B、C’・A’・B’は、フィン14が取り
付けられた領域の円環のOを中心とする基円C’・C・
C1・C2−−−の点C’、Cを起点とするインボリュ
ート曲線(伸開線)である。 【0022】インボリュート曲線の特性から、インボリ
ュート曲線C・A・B及びC’・A’・B’上の点A、
A’は、基円C’・C・C1・C2のC1の接線上にあ
る。従って、次の式が成り立つ。 弧距離C・C1 =直線距離A・C1−−−−−(1) 弧距離C’・C1=直線距離A’・C1−−−−(2) (1)(2)式から 直線距離A・A’=弧距離C・C’−−−−−−(3) 【0023】同じことは、インボリュート曲線上の点
B、B’と基円上のC2の接線についても当てはまり、
従って 直線距離B・B’=弧距離C・C’−−−−−−(4) 【0024】(3)及び(4)式からインボリュート曲
線上のフィン14A,14A’間の冷却流路の流れ方向
の幅(A・A’)(B・B’)は、同じであり、これ
は、インボリュート曲線上のフィン14A、14A’の
どの位置でも冷却流路の流れ方向の幅は、同じであるこ
とを意味する。フィン14A、14A’の高さは一定で
あるので、フィン14A,14A’間の冷却流路の横断
面積は流れ方向にほぼ同じである。 【0025】これは、他の隣り合うフィン14間にも当
てはまり、従ってすべての冷却流路において、冷却媒体
である空気の流れ方向の横断面積は、ほぼ一定となるの
で、空気流速はその流れ方向にほぼ一定となり、フィン
の内端側と外端側とで局所熱伝達率が変化することがな
く、直線状のフィンに比べて放熱特性を著しく向上する
ことができる。 【0026】また、インボリュート曲線の長さは、同じ
円環の径方向の長さに比べて大きいため、インボリュー
ト曲線状を延びるフィン14の長さは、図7に示すよう
な直線状を延びる従来技術のフィン14に比べて大きく
なる。図7のフィン14と図4のフィン14との長さを
計算すると、内外径が同じで外径が内径の2倍である同
じ円環の場合、図4のフィン14は、図7のフィンに比
べて約1.5倍となる。 【0027】 【発明の効果】本発明によれば、上記のように、多数の
フィンが放熱板上でインボリュート曲線上を延びている
ので、隣り合うフィン間の冷却空気の流れ方向から見た
場合の間隔(即ち横断面積)を冷却流路に沿ってほぼ一
定に維持することができ、従って、空気流速を冷却流路
に沿って一定に維持することができるので、フィン付き
放熱器の放熱特性を向上することができる。 【0028】また、多数のフィンが直線的ではなく、イ
ンボリュート曲線に沿って延びているので、フィン間の
冷却流路は、同じ平面積の放熱板に対して直線的な冷却
流路に比べて長くなり、従ってフィンの表面積が増大し
て放熱特性を一層向上することができる。
熱器が組み込まれた電子冷却装置の全体の斜視図であ
る。 【図2】図1の電子冷却装置の垂直縦断面図である。 【図3】図1の電子冷却装置の背面図である。 【図4】本発明のフィン付き放熱器のフィンの配列を示
す平面図である。 【図5】本発明のフィン付き放熱器のフィンの相互位置
関係を説明する説明図である。 【図6】本発明のフィン付き放熱器をはんだ付け又は溶
接によって製造する場合の例を説明する平面説明図であ
る。 【図7】従来技術のフィン付き放熱器の斜視図である。 【図8】図7のフィン付き放熱器のフィンの配列を示す
平面図である。 【符号の説明】 10 フィン付き放熱器 12 放熱板 14 フィン 14A、14A’ 隣り合う2つのフィン 16 冷却流路 18 位置決め治具20 軸線方向の空気通路 22 フィン間の通路の外端 100 電子冷却装置 102 吸熱手段 104 ファン 104a ねじ孔 106 ホルダー 108 サーモモジュール 110 吸熱板 112 ねじ 114 ファン取付板 116 取付ボルト 118 コード 120 コード
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 放熱板と前記放熱板上にほぼ放射状に設
けられている多数のフィンとから成るフィン付き放熱器
において、前記多数のフィンは、隣り合うフィン間の冷
却流路の横断面積が流れの方向に沿ってほぼ同じとなる
ようにインボリュート曲線上を延び、前記フィンの内端
を結ぶ線と外端を結ぶ線とが円環の基円上及び外円上に
あり、前記基円の内側に空気が軸線方向に流れる空気通
路を形成し、隣り合うフィン間の空間の外端は前記外円
側で前記空気がインボリュート曲線に沿って空気が流れ
るように開口していることを特徴とするフィン付き放熱
器。
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Country Status (1)
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