JP3510867B2 - フィン付き放熱器 - 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、種々の電子部品に
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。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の１つの実施の形態によるフィン付き放
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/36 H01L 23/467 H05K 7/20

Claims (1)

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。