JP3875393B2

JP3875393B2 - 放熱フィン及びその製造方法

Info

Publication number: JP3875393B2
Application number: JP4089998A
Authority: JP
Inventors: 充吉坂田
Original assignee: 有限会社コアテック技研
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH11238837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械部品などの発熱体の放熱フィンに関し、とりわけ小型集積回路等の発熱体であるＩＣチップやエレクトロニクスディバイスなどに使用される小型の放熱フィン及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知にように、ＩＣチップは、集積度が向上するにつれて発熱量が増大し、これら熱負荷に伴う誤作動や機能低下を防止するために、放熱フィンが取り付けられており、この放熱フィンとしては従来から種々のものが提供されている。その一つとして、図５に示すように、箱状本体１の内部に複数の板状フィン部２を平行に設け、各フィン部２，２間に矩形スリット状の一定巾の隙間３を形成するようになっている。
【０００３】
また、図６に示すように、軸状の本体４の外周に複数の多重円板型のフィン部５を複数段設け、各フィン部５，５間に円環状の隙間６を形成したものなどがある。
【０００４】
さらには、図７に示すように、プレス機により打ち抜かれた複数の金属板を積層して一体に形成し、底板部７と該底板部７から垂直に立上がった矩形板状の複数のフィン部８とを備え、各フィン部８，８間に一定巾の矩形状の隙間９を形成するものも提供されている（特開平７−３１８２８２号公報参照）。
【０００５】
これら、小型の放熱フィンは、その放熱効果を高めるために、各フィン部２，５，８の表面積を拡大形成して、空気や水などの冷媒に直接接触する面を大きく取り、冷媒の熱交換効率を高めて冷却性能を向上させるように工夫されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら小型の放熱フィンの場合は、狭いスペースで効率よい冷却性能を発揮するためには、フィン部２，５，８の放熱面積を十分に大きくとらなければならないが、制約されたスペースの中ではそのフィン部の大きさに自ずと限界が生じ、十分な放熱効果が得られない。
【０００７】
すなわち、図５に示す箱形の放熱フィンの場合は、各フィン部２の厚さ寸法は１〜２mm，高さは厚さ寸法の約１０倍，各隙間３の巾は１〜３mmまでが限界であり、図６に示す多重円板形放熱フィンの場合には、各隙間６が水平方向に形成されているため、熱の逃げを確保するために該各隙間６の巾寸法Ｌを比較的大きく設定しなければならない。したがって、各フィン部５の数を減少させなければならず、結果的に放熱面積を十分に大きくできない。
【０００８】
さらに、図７に示す積層型の小型放熱フィンにあっては、プレスによる打ち抜き加工によって成形するため、細長い各フィン部８のプレスによる成形加工が困難であり、該各フィン部８の巾を比較的大きく形成しなければならず、したがって、十分な放熱面積が得られない。
【０００９】
また、図５及び図６に示す従来の放熱フィンの製造は、型成形や切削加工によって行われるが、型成形の場合の加工工数が多くなったり、切削加工の場合は素材を目標寸法の最大寸法より切削しなければならないため、材料のロスが発生すると共に、切削時間が長くなるといった製造作業の煩雑化とコストの高騰が余儀なくされている。
【００１０】
また、図７に示す積層型の放熱フィンは、プレス加工によって成形されるため、製造時間は短縮化されるものの、とりわけフィン部８を比較的複雑かつ微細な形状に打ち抜かなければならないため、スクラップが多くなり材料の歩止まりが悪く、材料コストの高騰が余儀なくされている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の各放熱フィンの実情に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、発熱体側に配置される受熱部と、該受熱部の外端縁に一体に設けられた放熱フィン部とから形成してなる放熱フィンであって、
前記複数の放熱フィン部の少なくとも一方の外端群あるいは両外端群を外方へ一枚づつ折曲して放熱フィン部全体を扇状に拡開形成し、隣接する各放熱フィン部間に所定の隙間を形成すると共に、前記受熱部と放熱フィン部とを、打ち抜かれた矩形状の複数の金属製平板を積層し、かつ、前記各放熱フィン部の一側面所定位置に、前記受熱部を圧着して一体化する際に隣接する前記各放熱フィン部の他側面を外方へ押圧して基部から折曲させる突部を設けたことを特徴としている。
【００１２】
したがって、打ち抜かれた薄肉金属製平板の各放熱フィン部を基部から単に外方へ折り曲げて扇状に拡開形成するだけであるから、該放熱フィン部の厚さを薄くすることによって、フィン部の数を十分に増加させることができるため、放熱面積を可及的に大きくすることが可能になる。
【００１４】
また、打ち抜かれた各薄肉な金属製の平板を単に外方へ折曲するだけであるから、その製造作業も極めて容易であると共に、各薄肉金属製平板は単純な長方形状であるため、材料歩止まりも極めて良好となり、材料コストの点でも有利になる。
【００１５】
しかも、受熱部を成形するために複数の重合された金属製平板の一端部を圧着した際に、各突部を介して各放熱フィン部を夫々外方へ自動的に折曲することができるため、各放熱フィンの折曲作業が極めて容易になる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記各放熱フィン部の前記基部に折れ線用の切込線を形成したことを特徴としているため、切込線によって各放熱フィン部の折り曲げがさらに良好になる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記複数の放熱フィン部間の隙間巾を、各放熱フィン部の折曲角度に応じて任意に設定したため、各隙間の大きさを発熱体の大きさや発熱量に応じて自由に設定することができるため、汎用性が大巾に拡大する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記各放熱フィン部の各隙間巾を外端群側寄りにしたがって大きく設定したため、水平よりやや傾く外端側での放熱性能が向上し、全体的な放熱率が向上する。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、複数の金属製平板の一端部の内外面にエンボス部を形成し、このエンボス部の凹凸嵌合によって隣接する各金属製平板を結合させて受熱部を構成したことを特徴としている。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記受熱部を金属ブロックで一体に形成すると共に、前記放熱フィン部を前記金属ブロックの上端部をスリット状に切欠形成して分離形成し、かつ各放熱フィンの一方側外端群あるいは両外端群を外方へ一枚づつ折曲して形成したことを特徴としている。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、発熱体側に配置される受熱部と、該受熱部の外端縁に一体に設けられた放熱フィン部とからなる放熱フィンの製造方法であって、複数の薄肉な金属製平板をプレスによって打ち抜き形成すると同時に各金属製平板の放熱フィン部に相当する各部位の内面あるいは外面に突部を成形し、その後、重合された各金属製平板の一端部を圧着して受熱部を形成すると共に、この圧着力を介して前記突部が、隣接する各放熱フィン部の他側面を押圧して該各放熱フィン部を外方へ一枚づつ折曲して放熱フィン部全体を扇状に拡開させて、この各放熱フィン部間に所定巾の隙間を成形したことを特徴としている。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、前記複数の薄肉な金属製平板をプレスによって打ち抜くと同時に、各金属製平板の一端部の内外面にエンボスを成形し、その後、重合された前記複数の金属製平板の一端部を圧着した際に、対向するエンボス部を凹凸嵌合させて受熱部を成形したことを特徴としている。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記金属製平板の一端部を圧着する際に、該一端部の各金属製平板をリベットによって同時に結合したことを特徴としている。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、前記金属製平板の一端部の圧着後に、該圧着された各金属製平板を溶接によって結合したことを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放熱フィン及びその製造方法の実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００２６】
すなわち、本発明の放熱フィン１１は、図１及び図３に示すように、アルミニウム合金材の薄肉な金属製平板３１を複数枚積層してなり、例えばＩＣチップを気密封着したＩＣパッケージである発熱体に密着固定される受熱部１２と、該受熱部１２の上端縁に一体に設けられた複数の放熱フィン部１３とから構成されている。
【００２７】
前記金属製平板３１は、図３Ａ，Ｂに示すように、約０.５mm厚さの単純なほぼ長方形状に形成され、受熱部１２となる下端部３２に長手方向の一定間隔位置に凹凸部である３つのエンボス部３３が設けられていると共に、該各エンボス部３３の間にはリベット３４を挿通する２つのリベット孔３５が穿設されている。また、放熱フィン部１３となる上端部３６の受熱部１２側寄りに４つの突部３７が形成されていると共に、該突部３７とリベット３５とのほぼ中央位置には突部３７を支点として折曲する側に折れ線となる直線状の切込線３８が長手方向に沿って形成されている。前記突部３７は、パンチによって放熱フィン部１３から切り起こして設けられ、その側部に切り起こされた孔３７ａが形成されている。
【００２８】
前記受熱部１２は、図１〜図２に示すように、３０枚の金属製平板を圧着して長方体状に形成され、例えばその長さＬが約３５mm，高さＨが７mm，巾Ｗが１５mmに設定されていると共に、製造時において各金属板３１の内外面に予め形成されたエンボス部３３の前記圧着時における凹凸嵌合によって仮止め固定され、最終的には各リベット孔３５に打ち込まれた複数のリベット３４によって強固に結合することによって構成されている。
【００２９】
また、放熱フィン部１３は、同じ前記金属製平板３１で受熱部１２の上端縁から一体に延設され、図２に示すように中央群Ｃの中央部を除く両外端群Ｇ，Ｇが受熱部１２側の各基部（切込線）１３ａから外方向へ夫々所定の角度をもって大きく折曲されて全体が扇状（放射状）に拡開形成されている。また、各基部１３ａ付近の一側面には、隣接する放熱フィン部１３の他側面（背面）１３ｂを押圧する前記突部３７が夫々設けられている。すなわち、前記受熱部１２を形成するために各金属製平板３１の一端部を圧着すると、各放熱フィン部１３はその圧着力によって各突部３７が隣接する該各放熱フィン部１３の他側面１３ｂを押圧してその高さ分だけ各切込線３８から外方へ拡開状に折曲するようになっている。さらに、各放熱フィン部１３，１３の間には、各突部３７の存在によって細長い三角形状の隙間１４がそれぞれ形成されており、この隙間１４は、中央群Ｃよりも両外端縁Ｇ，Ｇの方がその断面積が大きく設定されている。
【００３０】
以下、この放熱フィン１１の製造方法について説明すれば、まず、前記金属製平板３１を、母材であるアルミニウム合金板材からプレス機によって打ち抜いて取り出すが、この打ち抜き時には、金型パンチにより前記下端部３２の各エンボス部３３を同時に成形すると共に、各リベット孔３５も同時に穿設する。また、この打ち抜き工程時には、各上端部３６の各突部３７もパンチなどにおいて一緒に成形する。したがって、打ち抜かれた各金属製平板３１には、エンボス部３３，リベット孔３５，突部３７が全て成形されている。
【００３１】
次に、前記金属製平板３１を所定の枚数、例えば３０枚を重ね合わせて各リベット孔３５内にリベット３４を予め挿入しておき、その後、圧着治具によって受熱部１２側つまり下端部３２側を所定の締付トルクで徐々に圧着する。すると、各エンボス部３３が互いの凹凸部が嵌合し各下端部３２が密着状態に結合して仮止め状態になると同時に、リベット３４がかしめられて各下端部３２を一体的に結合する。一方、かかる圧着力が徐々に加わると、各放熱フィン部１３の各突部３７が隣接する各放熱フィン部１３の他側面１３ｂを押圧するため、該放熱フィン部１３は各切込線３８から徐々に外方へ折曲されて、扇が開かれるように中央群Ｃ及び両外端群Ｇ，Ｇが所定の角度で外方へ拡開変形して、各放熱フィン部１３間に細長い隙間１４を形成する。これによって、図１及び図２に示すような放熱フィン１１が完成する。
【００３２】
このように、本実施形態によれば、打ち抜かれた各金属製平板３１を重合して、各下端部３２を圧着することによって各放熱フィン部１３を外方へ扇状に折曲して隙間１４を形成するため、同じ枚数を用いた従来例に比較して２倍から６倍の放熱フィン部１３の放熱面積が得られる。
【００３３】
このように、放熱面積を十分に確保できる結果、放熱フィン１１の全体形状を小さくすることが可能になり、あらゆる機器類に適用することができる。また、放熱フィン１１は、金属製平板３１の大きさや、突部３７の大きさおよび形成位置などによって放熱フィン部１３や受熱部１２の大きさを、取り付ける機器類に応じて自由に設定できるため、全体形状を一層コンパクトに形成することができる。
【００３４】
しかも、その製造工程が、金属製平板３１を打ち抜き、各リベット孔３５内にリベット３４を挿通した後に、単に各下端部３２を圧着するだけであるから、その製造作業がきわめて容易であり、特に圧着と同時に突部３７によって各放熱フィン部１３を拡開方向へ自動的に折り曲げることができるため、その成形作業能率を大巾に向上できる。
【００３５】
さらに、金属製平板３１の打ち抜きと同時にエンボス部３３，リベット孔３５，突部３７，切込線３８を同時に形成できるため、作業工程を大巾に省略でき、この点でも成形作業性が一段と向上する。
【００３６】
また、各放熱フィン部１３に折れ線用の切込線３８を形成したため、該放熱フィン部１３の折り曲げ性が良好となり、前記圧着に伴う折曲作業が極めて容易になる。
【００３７】
さらに、両外端群Ｇ，Ｇの隙間１４巾を大きく設定したため、熱気が外部へ速やかに排出されて放熱効果が大きくなり、上下方向の中央群Ｃの放熱効果とほぼ等しくすることができる。
【００３８】
さらにまた、エンボス部３３によって圧着中の各下端部３２を仮止め状態としたため、リベット３４によるかしめ固定前における各下端部３２の安定した位置決めが可能になる。また、圧着作業とリベット３４によるかしめ作業が同時に行われるため、その結合作業が容易になると共に、強固な結合状態が得られる。
【００３９】
さらには、単純な長方形形状の金属製平板３１を打ち抜いて全体を成形するだけであるから、材料の歩止まりが良好となり、材料コストの大巾な向上が図れる。
【００４０】
また、放熱フィン部１３間の隙間１４巾を突部３７の突出量や上下方向の形成位置を変えることによって自由に設定することができるため、放熱作用のコントロールや発熱体の仕様や大きさ等に自由に対応することができる。
【００４１】
尚、図３Ａの一点鎖線で示すように各放熱フィン部１３に、該放熱フィン部１３の厚さｔよりも小さな巾ｔ'を有する複数のスリット３９を形成すれば、放熱面積をさらに増加させることが可能になる。
【００４２】
図４は本発明の第２の実施形態を示し、放熱フィン１１を金属製平板を重合させるのではなく、アルミブロックを利用したもので、長方体状の受熱部４２の上端に複数の放熱フィン部４３を立設し、この放熱フィン部４３の両外端群Ｇ，Ｇを所定のベンディング治具などによって外方へ扇状に拡開形成させたものである。
【００４３】
したがって、この実施形態は、第１の実施形態に比較し、製造作業がやや劣るものの、放熱効果が同等のものが得られる。
【００４４】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、放熱フィン部１３を第１の実施形態の左側あるいは右側半分の形状とすることも可能であり、また、放熱フィン部１３の枚数や全体の大きさなどは発熱体の大きさ等に応じてさらに小さくあるいは大きくすることも可能である。さらには、第１実施形態のリベット３４に代えて受熱部１２の外周を溶接することにより、各下端部３２を結合することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来の大きさの放熱フィンに比較して大きな放熱面積が得られ、十分な放熱効果が発揮できる。特に、放熱フィン部の厚さを薄くすることによって放熱フィン部の枚数を多くすることができるため、同じ大きさでも全体の放熱面積を十分に拡大することが可能になる。この結果、放熱フィン全体のコンパクト化が図れ、小型の発熱体であるＩＣチップなどに十分に対応できることは勿論のこと、大型な発熱体にも対応でき、汎用性に優れたものである。
しかも、金属製平板を圧着して受熱部を形成する際に、各突部によって隣接する各放熱フィン部を夫々外方へ自動的に折曲することができるため、放熱フィンの製造作業が極めて容易になる。
【００４７】
請求項２に記載の発明によれば、切込線によって各放熱フィン部の折り曲げ作業が一層簡単になる。
【００４８】
請求項３に記載の発明によれば、隙間の大きさを任意に変更できるため、発熱体の大きさや発熱量に応じて放熱効果を自由に設定できる。
【００４９】
請求項４に記載の発明によれば、両外端群側の放熱性能が向上して、全体的な放熱効率が向上する。
【００５０】
請求項５及び８に記載の発明によれば、エンボス部による凹凸嵌合によって各金属製平板を仮止めできるため、成形時の確実な位置決めが可能となり、受熱部の高精度な成形が可能になる。
【００５１】
請求項７に記載の発明によれば、製造作業能率が大巾に向上すると共に、材料の歩止まりが良好となり、製造コストと材料コストの低廉化が図れる。
【００５２】
請求項９に記載の発明によれば、圧着時にリベットを同時にかしめ固定して受熱部を成形するようにしたため、製造作業が良好になるとともに、各金属製平板の強固な結合状態が得られる。
【００５３】
請求項１０に記載の発明によれば、各金属製平板を溶接によって一体に結合したため、該結合強度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における放熱フィンの斜視図。
【図２】同放熱フィンの正面図。
【図３】Ａは金属製平板の正面図、Ｂは側面図。
【図４】本発明の第２の実施形態における放熱フィンの正面図。
【図５】従来の放熱フィンを示す斜視図。
【図６】従来の放熱フィンを示す斜視図。
【図７】従来の放熱フィンを示す斜視図。
【符号の説明】
１１…放熱フィン
１２…受熱部
１３…放熱フィン部
１３ａ…基部
１３ｂ…他側面
１４…隙間
３１…金属製平板
３２…下端部
３３…エンボス部
３４…リベット
３５…リベット孔
３６…上端部
３７…突部
３８…切込線

Claims

発熱体側に配置される受熱部と、該受熱部の外端縁に一体に設けられた放熱フィン部とから形成してなる放熱フィンであって、
前記複数の放熱フィン部の少なくとも一方の外端群あるいは両外端群を外方へ一枚づつ折曲して放熱フィン部全体を扇状に拡開形成し、隣接する各放熱フィン部間に所定の隙間を形成すると共に、
前記受熱部と放熱フィン部とを、打ち抜かれた矩形状の複数の金属製平板を積層して形成し、
かつ、前記各放熱フィン部の一側面所定位置に、前記受熱部を圧着して一体化する際に隣接する前記各放熱フィン部の他側面を外方へ押圧して基部から折曲させる突部を設けたことを特徴とする放熱フィン。
前記各放熱フィン部の前記基部に折れ線用の切込線を形成したことを特徴とする請求項１に記載の放熱フィン。
前記各放熱フィン部間の隙間巾を、各放熱フィン部の折曲角度に応じて任意に設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の放熱フィン。
前記各放熱フィン部の各隙間巾を外端群側寄りにしたがって大きく設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の放熱フィン。
前記各金属製平板の一端部の内外面にエンボス部を形成し、この各エンボス部の凹凸嵌合によって各金属製平板を結合させて受熱部を構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の放熱フィン。
前記受熱部を金属ブロックで一体に形成すると共に、前記放熱フィン部を前記金属ブロックの上端部をスリット状に切欠形成して分離し、かつ各放熱フィンの少なくとも一方側外端群あるいは両外端群を一枚づつ外方へ折曲して形成したことを特徴とする請求項１に記載の放熱フィン。
発熱体側に配置される受熱部と、該受熱部の外端縁に一体に設けられた放熱フィン部とからなる放熱フィンの製造方法であって、
複数の薄肉な金属製平板をプレスによって打ち抜き形成すると同時に各金属製平板の放熱フィン部に相当する各部位の内面あるいは外面に突部を成形し、その後、重合された各金属製平板の一端部を圧着して受熱部を形成すると共に、この圧着力を介して前記突部が、隣接する各放熱フィン部の他側面を押圧して該各放熱フィン部を外方へ一枚づつ折曲して放熱フィン部全体を扇状に拡開させて、この各放熱フィン部間に所定巾の隙間を成形したことを特徴とする放熱フィンの製造方法。
前記複数の薄肉な金属製平板をプレスによって打ち抜くと同時に、各金属製平板の一端部の内外面にエンボスを成形し、その後、重合された前記複数の金属製平板の一端部を圧着した際に、対向するエンボス部を凹凸嵌合させて受熱部を成形したことを特徴とする請求項７に記載の放熱フィンの製造方法。
前記金属製平板の一端部を圧着する際に、該一端部の各金属製平板をリベットによって同時に結合したことを特徴とする請求項７または８に記載の放熱フィンの製造方法。
前記金属製平板の一端部の圧着後に、該圧着された各金属製平板を溶接によって結合したことを特徴とする請求項７または８に記載の放熱フィンの製造方法。