JP4429519B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベースプレート溝部にフィンが、その整列を乱すことなく、十分な接合強度で接合されたヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベースプレートとフィンからなるヒートシンクは、従来、ベースプレートとフィンを一体に押し出す方法により製造されていたが、放熱効率の向上と軽量化の観点からフィンの薄肉化が強く求められるようになり押出法では製造できなくなった。
このためベースプレートのフィン取り付け面に設けられた溝部にＵ字状フィンまたはコルゲート状フィンの折り曲げ部を配し、前記折り曲げ部の内側に金属部材を配し、これを塑性変形して前記溝部に前記折り曲げ部をかしめたヒートシンクが開発された（特願平１１−３５０４８６号公報）。このヒートシンクによればフィンの薄肉化が容易に実現できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、フィンの形状・寸法に応じて、ベースプレートの溝および金属部材の形状を適正に設計する必要があり、設計を誤ると十分な接合強度が得られずに再度フィンをかしめたり或いはフィンの整列が乱れて外観を損ねたりする不都合が生じ、さらには放熱性が低下するといった問題があった。
このようなことから、本発明者等は、用いるフィンの形状に合わせてベースプレートの溝および金属部材の形状を適正に設計する方法を検討し、フィン、ベースプレートの溝、金属部材の各寸法を所定の関係式を満足するように設計すれば十分な接合強度が、フィンの整列を乱すことなく得られることを知見し、さらに研究を重ねて本発明を完成させるに至った。
本発明は、ベースプレート溝部にフィンが、その整列を乱すことなく、十分な接合強度で接合されたヒートシンクの提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ベースプレートのフィン取り付け面に設けられた溝部にＵ字状フィンまたはコルゲート状フィンの折り曲げ部を配し、前記折り曲げ部の内側に金属部材を配し、この金属部材を塑性変形して前記溝部に前記折り曲げ部をかしめて接合したヒートシンクであって、前記溝部の断面積Ａから前記溝部内の折り曲げ部の断面積Ｂを差し引いた溝空間部断面積（Ａ−Ｂ）と前記金属部材の断面積Ｃとの比Ｘ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃが０．５２超〜１．０７であり、かつ前記金属部材の断面の最大幅ｅと、ベースプレートの溝部の幅ａから溝部内のフィンの厚み２ｄを差し引いた（ａ−２ｄ）との比Ｙ＝ｅ／（ａ−２ｄ）が０．５〜０．７４であることを特徴とするヒートシンクである。
【０００５】
請求項２記載の発明は、前記比Ｘ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃが０．７９以上であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンクである。
【０００６】
請求項３記載の発明は、前記金属部材が断面角形の線材であることを特徴とする請求項１または２記載のヒートシンクである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図を参照して具体的に説明する。
図１（イ）、（ロ）は、本発明のヒートシンクの第１の実施形態を示す平面図および横断面図である。
ベースプレート１のフィン取り付け面２に設けられた溝部３に、コルゲート状フィン（以下フィンと略記する）４の折り曲げ部５が、折り曲げ部５の内側で金属部材６を塑性変形させることによりかしめて接合されている。
【０００８】
このヒートシンクは、例えば、図２（イ）〜（ハ）に示すように、ベースプレート１のフィン取り付け面２に設けられた溝部３にフィン４の折り曲げ部５を配し（図２イ）、次に折り曲げ部５の内側に金属部材６を配し（図２ロ）、最後に折り曲げ部５内側の金属部材６を押圧具７で押圧して塑性変形させ、フィン４の折り曲げ部５をベースプレート１の溝部３にかしめて製造される（図２ハ）。
【０００９】
以下に、本発明を図３（イ）、（ロ）を参照して説明する。
図３（イ）はベースプレート１の溝部３にフィン４の折り曲げ部５を配する前の横断面図、図３（ロ）は前記溝部３にフィン４の折り曲げ部５を配し、さらに前記折り曲げ部５の内側に金属部材６を配した横断面図である。
図３（イ）、（ロ）において、符号ａはベースプレート１溝部３の幅、ｂは前記溝部３の深さ、ｃはフィン４の折り曲げ部の外側幅、ｄはフィン４の板厚、ｅは断面円形の金属部材６の直径、ｆはベースプレート１の板厚、ｒ₁ は溝部３山側エッジのＲ（半径）、ｒ₂ は溝部３底側エッジのＲ、ｒ₃ はフィン４の曲げＲ（中央部）であり、本発明では、前記各寸法は下式を満足するものとする。
ａ＞ｃ……………………………（１）
ｂ＞ｄ……………………………（２）
ｃ−２ｄ＞ｅ……………………（３）
ｂ−ｒ₁ −ｒ₃ −ｄ／２≧０…（４）
ｂ−２ｒ₃ −ｄ≧０……………（５）
【００１０】
次に、前記符号を用いてベースプレート１の溝部３の断面積Ａ、前記溝部３内のフィン４の折り曲げ部５の断面積Ｂ、金属部材６の断面積Ｃを示すと下記のようになる。
Ａ＝〔ａ×（ｂ−ｒ₁ ）〕−〔（４−π）ｒ₂ ² 〕／２…………………（６）
Ｂ＝２Ｂ₁＋Ｂ₂＋Ｂ₃（Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃ は図４に示す）＝２（ｂ−ｒ₁ −ｒ₃ −ｄ／２）＋ｄ（ｃ−２ｒ₃ −ｄ）＋πｄｒ₃（７）
Ｃ＝πｅ² ／４…………………………………………………………………（８）
そして、本発明では、前記（Ａ−Ｂ）／Ｃ＝ＸとしたときのＸの値を０．５２超えとする。また、ｅ／（ａ−２ｄ）＝ＹとしたときのＹの値を０．５以上とする。こうすることにより、フィンが良好に整列し、かつフィンの接合強度の高いヒートシンクが得られる。
【００１１】
前記Ｘ値が０．５２以下では金属部材が溝からはみ出たり、フィンが押し拡げられて隣接するフィン同士が接触したりする。このように、フィンの整列が乱れると外観が悪くなるばかりか、放熱性も低下する。特に望ましいＸ値は０．７９以上である。
【００１２】
前記Ｘの値は、溝深さが深いほど、溝幅が広いほど、金属部材の断面積が小さいほど大きくなるが、溝深さが深すぎると（イ）ベースの板厚強度が低下する、（ロ）板厚によるスプレッド効果が薄れ熱性能が劣る、（ハ）ベースプレート自体の溝加工が困難になる、などの不都合が生じる。一方、溝幅が広すぎたり、金属部材が小さすぎると（イ）かしめ接合後のフィンの整列が悪化して熱性能が低下する、（ロ）かしめ接合に必要なプレス力が大きくなり押し工具が損傷し、また大型プレス機が必要になる、などの不都合が生じる。
【００１３】
本発明者等が行った実験結果によると、Ｘ値と接合強度との間には図５に示すように何等の関係も認められない。一方、Ｘ値とフィンの傾きとの間には、図６に示すように、Ｘ値が０．５２を超えると傾きが小さく、０．５２以下では傾きが大きくなることが明瞭に認められる。
【００１４】
前記Ｙの値については、図７に示すようにＹ値が０．５以上において必要最小限以上の接合強度が得られ、０．５未満では接合強度が０になることが判る。
Ｙ値が０．５未満では、必要最小限の接合強度を得るためには、金属部材を大きく組成変形させる必要があり設備的にもエネルギー的にも不利である。
【００１５】
本発明において、ベースプレートには主に銅系材料が用いられ、特に軽量化が要求される場合はアルミニウム材料が用いられる。フィンには通常アルミニウム材料が用いられ、特に熱伝導性を重視する場合は銅材料が用いられる。前記ベースプレートは、押出し、溝圧延またはダイス引抜きの１種または２種以上を用いて容易に製造できる。金属部材の形状は任意であるが、断面角形の線材は押圧力が安定し望ましい。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
板厚ｆが６．３５ｍｍのアルミ製ベースプレートのフィン接合面に、幅ａが２．４２ｍｍ、深さｂが１．２ｍｍの溝（断面矩形）を設け、前記溝にコルゲート状フィン（板厚ｄ０．４ｍｍ、フィン折り曲げ部の外幅ｃ２．３ｍｍ）の折り曲げ部を配し、前記フィンの折り曲げ部内に金属部材（線径ｅが１．２ｍｍ、長さ７５ｍｍの断面円形の純アルミ線材）を配し、この金属部材を塑性変形させて溝部に前記フィンの折り曲げ部をかしめ接合した。ここで、溝部山側エッジのｒ₁ は０．３ｍｍ、溝部底側エッジのｒ₂ は０．３ｍｍ、フィン曲がり部（中央部）のｒ₃ は０．２ｍｍである（前記各符号は図３を参照）。
前記各寸法は前記（１）〜（５）式を満足する。前記各寸法を（６）〜（８）式に代入してＡ＝２．１４、Ｂ＝１．２５、Ｃ＝１．１３を求め、これらをＸ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃの式に代入するとＸ値は０．７９になり本発明で規定する条件を満足する。また前記各寸法のうちのｅ、ａ、ｄをＹ＝ｅ／（ａ−２ｄ）の式に代入して得られるＹ値は０．７４となり本発明で規定する条件を満足する。
【００１７】
前記寸法のベースプレート、フィンおよび金属部材を用いてヒートシンクを製造した。製造にあたり、前記金属部材はプレス力を種々に変化させて塑性変形したが、プレス力１．５トン（線材長さ７５ｍｍあたり、以下同様）で最小必要限の接合強度が得られ、プレス力２．０トンで１５ｋｇｆの十分な接合強度が得られた。また、フィンは隣り合う同士で接触したりせずに良好に整列した。
【００１８】
（実施例２）
溝深さｂを１．４ｍｍと深くした他は、実施例１と同じ方法によりヒートシンクを製造した。
前記各寸法は前記（１）〜（５）式を満足し、前記寸法を（６）〜（８）式に代入して得られるＡは２．６２、Ｂは１．４１、Ｃは１．１３になり、これらをＸ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃの式に代入するとＸ値は１．０７になり本発明で規定する条件を満足する。またＹ値は実施例１と同じ０．７４であり本発明で規定する条件を満足する。
この例でも、金属部材をプレス力２．１トンで塑性変形させることにより、十分な接合強度が得られ、フィンは良好に整列した。
【００１９】
（実施例３）
溝深さｂを０．５ｍｍと極力浅くし、金属部材に幅（ｅ）１．２ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍの純アルミリボンを用いた他は、実施例１と同じ方法によりヒートシンクを製造した。
前記各寸法は前記（１）〜（５）式を満足し、（６）〜（８）式から得られるＡは０．９６、Ｂは０．８５、Ｃは０．１４４になり、これらをＸ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃの式に代入するとＸ値は０．７６になり本発明で規定する条件を満足する。またＹ値も０．７４となり本発明で規定する条件を満足する。
この例でも、金属部材をプレス力２．０トンで塑性変形させることにより、十分な接合強度が得られ、フィンは良好に整列した。
【００２０】
（比較例１）
アルミ線材の直径ｅを１．４８ｍｍφとした他は、実施例１とおなじ方法によりヒートシンクを製造した。
このヒートシンクでは、Ａが２．１４、Ｂが１．２５、Ｃが１．７２となり、これらをＸ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃの式に代入するとＸ値は０．５２となり本発明で規定する条件から外れる。
この例では、最小必要限の接合強度は得られたが、フィン同士が接触した。
【００２１】
（比較例２）
ベースプレートの溝幅ａを２．６２ｍｍ、アルミ線材の直径を０．９ｍｍとした他は、実施例１とおなじ方法によりヒートシンクを製造した。
このヒートシンクでは、Ａが２．３０、Ｂが１．２５、Ｃが０．６４となり、これらをＸ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃの式に代入するとＸ値は１．６４となり本発明で規定する条件を満足する。しかし、Ｙ値は０．４９となり、本発明で規定する条件から外れる。
この例では、３．５トンのプレス力を付与しても必要最小限の接合強度すら得られず、押し工具が変形してしまった。
【００２２】
なお、前記実施例１〜３および比較例１、２のヒートシンクの各部材の寸法などを表１に纏めて示した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
本発明のヒートシンクを平型ヒートパイプに取り付けて用いたところ、かしめ接合部が緩んだりせず、かつ良好な放熱性が安定して得られた。
【００２５】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明のヒートシンクは、ベースプレートの溝部の断面積Ａから前記溝部内の折り曲げ部の断面積Ｂを差し引いた溝空間部断面積（Ａ−Ｂ）と前記金属部材の断面積Ｃとの比Ｘ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃが０．５２を超えるように、かつ前記金属部材の断面の最大幅ｅと、ベースプレートの溝幅ａから溝内のフィンの厚み２ｄを差し引いた（ａ−２ｄ）との比Ｙ＝ｅ／（ａ−２ｄ）が０．５以上になるように規定したものなので、前記金属部材を適当なプレス力で塑性変形することにより十分な接合強度が、フィンの整列を乱すことなく安定して得られる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）、（ロ）は本発明のヒートシンクの第１の実施形態を示すそれぞれ平面図および横断面図である。
【図２】（イ）〜（ハ）は図１に示したヒートシンクの製造工程説明図である。
【図３】（イ）、（ロ）は本発明を説明するためのヒートシンクの寸法説明図である。
【図４】フィン折り曲げ部の寸法説明図である。
【図５】Ｘ値と接合強度との関係を示す図である。
【図６】Ｘ値とフィンの傾きとの関係を示す図である。
【図７】Ｙ値と接合強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ ベースプレート
２ フィン取り付け面
３ ベースプレートに設けられた溝部
４ コルゲート状フィン
５ フィンの折り曲げ部
６ 金属部材
７ 押圧具

Claims (3)

1. ベースプレートのフィン取り付け面に設けられた溝部にＵ字状フィンまたはコルゲート状フィンの折り曲げ部を配し、前記折り曲げ部の内側に金属部材を配し、この金属部材を塑性変形して前記溝部に前記折り曲げ部をかしめて接合したヒートシンクであって、
   前記溝部の断面積Ａから前記溝部内の折り曲げ部の断面積Ｂを差し引いた溝空間部断面積（Ａ−Ｂ）と前記金属部材の断面積Ｃとの比Ｘ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃが０．５２超〜１．０７であり、かつ前記金属部材の断面の最大幅ｅと、ベースプレートの溝部の幅ａから溝部内のフィンの厚み２ｄを差し引いた（ａ−２ｄ）との比Ｙ＝ｅ／（ａ−２ｄ）が０．５〜０．７４であることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記比Ｘ＝（Ａ−Ｂ）／Ｃが０．７９以上であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
3. 前記金属部材が断面角形の線材であることを特徴とする請求項１または２記載のヒートシンク。

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