JP4601667B2 - ヒートシンクおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子類の冷却やその他の熱交換に使用されるヒートシンクに係る技術分野に属する。
ヒートシンクとしては、熱伝導性の良好な金属線材でコイル形に巻回された熱交換フィンを利用するものが出現している。この熱交換フィンは、比較的狭い取付容積に大きな熱交換面積を確保することができる利点がある。
従来、コイル形の熱交換フィンを利用したヒートシンクの製造方法としては、例えば、以下に記載のものが知られている。
（特許文献１）には、熱伝導性の良好な板材で平板形に形成された熱交換基板にコイルスプリング状のコイル形の熱交換フィンが半田付けで接着され、またはレーザ溶接で溶接されるヒートシンクが記載されている。
上記（特許文献１）に係るヒートシンクでは、熱交換フィンの軸中心部分に大きな空間が形成されてしまうため、熱交換フィンの取付容積を充分に小さくすることができないという問題点がある。
本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、コイル形の熱交換フィンの取付容積を充分に小さくすることができて汎用性の高いヒートシンクと、このヒートシンクを製造するに好適なヒートシンクの製造方法とを提供することを課題とする。
前述の課題を解決するため、本発明に係るヒートシンクは、下記に記載の手段を採用する。
即ち、本発明に係るヒートシンクは、熱伝導性の良好な材料で筒形に形成された熱交換基板と、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンと、を備え、熱交換フィンは熱交換基板の外側面に巻付け固定されてなる。
この手段では、熱交換フィンが扁平化されることで熱交換面積を削減することなく軸中心部分の大きな空間が消失し、また隣接する巻回単位の密着部分を通じて熱が速やかに伝導する。さらに、熱交換基板が筒形に形成されることで熱交換基板の内部の多目的な利用が可能になる。
また、本発明に係るヒートシンクは、上述のヒートシンクにおいて、熱交換基板は外周面に熱交換フィンの内周部分が差込まれる取付部が設けられていることを特徴とする。
この手段では、熱交換フィンが熱交換基板に設けられた取付部に位置決めされる。なお、ここで取付部とは、熱交換基板の外周面に設けられた溝、あるいは複数配設された突起に囲まれた部位等の、熱交換フィンを差し込み可能な空間をいう。
また、本発明に係るヒートシンクは、上述のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは熱交換基板の軸線に対してスパイラル状に連続していることを特徴とする。
この手段では、熱交換フィンが共通した熱交換の界面を形成する。
また、本発明に係るヒートシンクは、上述のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは熱交換基板の軸線に対して直交するリング状に分割されていることを特徴とする。
この手段では、熱交換フィンが分割された熱交換の界面を形成する。
また、本発明に係るヒートシンクは、上述のいずれかのヒートシンクにおいて、熱交換基板は軸線に沿ってリング状の座金が積層したものであり、熱交換フィンは座金の間に挟みこまれて固定されることを特徴とする。
この手段では、座金と熱交換フィンがサンドイッチ状に積層したヒートシンクが得られる。
また、本発明に係るヒートシンクは、上述のいずれかのヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分の一部が切除されることで熱交換流体の対流を促す放熱促進部が形成されていることを特徴とする。
この手段では、熱交換フィンに接触する熱交換流体の流路が拡大される。
また、本発明に係るヒートシンクは、上述のいずれかのヒートシンクにおいて、交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで熱交換流体の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とする。
この手段では、熱交換フィンに接触する熱交換流体の流路が拡大される。
また、本発明に係るヒートシンクは、熱伝導性の良好な材料で平板形に形成された熱交換基板と、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンと、を備え、該熱交換フィンは渦巻き状に前記熱交換基板に固定されてなる。
また、本発明に係るヒートシンクは、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンが渦巻き状に巻回されてなる。
これらの手段では、熱交換フィンが扁平化されることで熱交換面積を削減することなく軸中心部分の大きな空間が消失し、また隣接する巻回単位の密着部分を通じて熱が速やかに伝導する。さらに、熱交換フィンが渦巻き状に形成されるので、単位面積当たりの熱交換フィンを多く取り付けることができ、ヒートシンクとして大きな表面積が得られる。
前述の課題を解決するため、本発明に係るヒートシンクの製造方法は、下記に記載の手段を採用する。
即ち、本発明に係るヒートシンクの製造方法は、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンを、長尺の帯形とし、この帯形の熱交換フィンを熱伝導性の良好な材料で筒形に形成された熱交換基板の外側面に連続的に巻付けて固定する。
この手段では、熱交換基板に対し、帯形の熱交換フィンを連続的に供給して巻付けることができる。
また、本発明に係るヒートシンクの製造方法は、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンを、長尺の帯形とし、熱伝導性の良好な材料で筒形に形成された熱交換基板を回転させながら熱交換フィンを繰出して、熱交換基板の外側面に熱交換フィンを巻付けて固定する。
この手段では、回転する熱交換基板に対し、熱交換フィンを連続的に繰り出し供給して巻付けることができる。
また、本発明に係るヒートシンクの製造方法は、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンを、長尺の帯形とし渦巻き状に保形して、この渦巻状に保形された熱交換フィンを熱伝導性の良好な材料で平板に形成された熱交換基板に固定することを特徴とする。
この手段では、平板上の熱交換基板に対し、渦巻状に保形された熱交換フィンを固定することができる。
また、本発明に係るヒートシンクの製造方法は、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンを、長尺の帯形とし渦巻き状に保形することを特徴とする。
この手段では、熱交換フィンが渦巻き状に保形されたヒートシンクが得られる。
また、本発明に係るヒートシンクの製造方法は、上述のいずれかのヒートシンクの製造方法において、熱交換フィンは内周部分が熱交換基板の外側面に設けられた取付部に差込まれ、熱交換基板、熱交換フィンは熱交換基板の軸方向の加圧で機械的に圧着されていることを特徴とする。
この手段では、熱交換基板に設けられた取付部に位置決めされた熱交換フィンが機械的加工で熱交換基板に固定される。なお、ここで取付部とは、熱交換基板の外周面に設けられた溝、あるいは複数配設された突起に囲まれた部位等の、熱交換フィンを差し込み可能な空間をいう。
本発明に係るヒートシンクは、熱交換フィンが扁平化されることで熱交換面積を削減することなく軸中心部分の大きな空間が消失されるため、コイル形の熱交換フィンの取付容積を充分に狭くすることができる効果がある。また、熱交換フィンの巻回単位同士が密着する部位を通じて熱が伝導し、効率的に放熱することができる。さらに、熱交換基板が筒形に形成されることで熱交換基板の内部の多目的な利用が可能になるため、使用対象が拡大されて汎用性が高くなる効果がある。
Ａ〜Ｅ、Ｇ、Ｊ ヒートシンク
１ 熱交換基板
１０ 座金
１１ 取付部
１２ 空間部
１３、１４ テーパ面
２ 熱交換フィン
２ａ、２ｂ 巻回単位
２ｃ 接触部
２ｈ 空隙部
２ｄ、２ｄ’ 端面
２ｅ 放熱促進部
２ｆ 放熱促進路
２ｇ 連結具
２ｐ 放熱促進部
２１、２２ コイル
２１１、２２１ 中心部分
２１２、２２２ 平坦面
２１３、２２３ 側縁
Ｆ 加圧力
Ｈ 収容ハウジング
Ｐ プレス金型
Ｒ 押込ローラ
Ｔ 熱交換対象物
１ 熱交換基板
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Ｔ 熱交換対象物
本発明に係るヒートシンクの製造方法は、熱交換基板に熱交換フィンを連続的に供給して巻付けることができるため、効率的に量産することができて製造コストが安価になる効果がある。
以下、本発明に係るヒートシンクおよびその製造方法を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図１０は、本発明に係るヒートシンクおよびその製造方法を実施するための最良の形態の第１例を示すものである。
第１例のヒートシンクＡは、図１〜図４に示すように、熱交換基板１、熱交換フィン２で構成されている。
熱交換基板１は、熱伝導性の良好な材料で円筒形に形成されている。材料の具体例としては、アルミニウム、銅、銀、金等の金属材や炭素材が挙げられる。金属材については、ニッケル、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の合金を選択することも可能である。なお、必要に応じて、熱伝導性、耐腐食性を高めるための表面処理を施すことも可能である。熱交換基板１の外側面には、軸線に対してスパイラル状に延びた取付部１１が設けられている。この実施の形態では、取付部１１はスリット状の溝になっている。取付部１１の形成手段については、切削加工、ダイキャスト成形、押出成形等が選択される。熱交換基板１の内部には、円柱形の空間部１２が形成されている。
熱交換フィン２は、熱交換基板１と同様の金属材からなる金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着されている。この熱交換フィン２の具体的な製造例としては、図５〜図７に示すように、同一の大きさ、ピッチで逆巻きに巻回された２つのコイル２１、２２がそれぞれ扁平化されて互いに差込まれて帯形に形成され、帯形の厚さ方向から加圧されて重合わせ状態が圧縮されて一体化される。この加圧の際には、コイル２１、２２の帯形の中心部分２１１、２２１が内側（重合わせの内部側）に折曲げられるとともに、コイル２１、２２の重合わせの表側の部分が圧潰されて中心部分２１１、２２１に平坦面２１２、２２２が形成される。この製造例による熱交換フィン２では、外側に突出しているコイル１２、２２の中心部分２１１、２２１が内側に折曲げられて厚さＳが削減され、側縁２１３、２２３に金属線材が複雑に錯綜した凹凸構造が形成されるが、全方向へ少しのフレキシブル性が備えられている。
また、図６に示すように、熱交換フィン２は金属線材がコイル状に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に連続形成され、各巻回単位２ａ、２ｂが相互に幅方向と長手方向に位置ずれして交差して、空隙部２ｃと接触部２ｈを形成する。特に、各巻回単位２ａ、２ｂが相互に位置ずれしているため多数の空隙部２ｈ及び接触部２ｃが形成される。
そして、熱交換フィン２の、隣接する一巻き一巻きの巻回単位２ａ、２ｂは、相互に密着している。これにより密着した接触部２ｃを介して熱が熱交換フィン２全体に速やかに伝導する。なお、各巻回単位２ａ、２ｂが相互に密着した接触部２ｃは、半田付け、半田メッキ、接着剤、粘着剤等の接着手段や、振動溶接、フラッシュ溶接等の接合手段を用いて接触した線材同士が離れないように固定することで、伝熱抵抗を減少させるための熱的結合を行なうことができる。接触部２ｃが固定されることで、各巻回単位２ａ、２ｂの相互の密着が確実に行なわれ、熱交換フィン２全体の機械的安定性が向上し、また接触部２ｃを介した熱伝導性も向上する。
また、熱交換フィン２には隙間が形成されており、この隙間が空気等の流れる空隙部２ｈとして機能している。したがって、冷却ファン等を用いて基板上に空気等を十分に送り込むことができ、発生した熱を速やかに除去することができる。
熱交換フィン２では、金属線材の巻回単位２ａ及び金属線材の巻回単位２ｂが隣接し、相互に密着している。そして、熱交換フィン２には、隣接した巻回単位２ａ、２ｂが相互に位置ずれして空隙部２ｈ及び接触部２ｃが形成されている。具体的には、隣接する巻回単位２ａ、２ｂが幅方向、及び長手方向に位置ずれしている。幅方向の位置ずれの長さは、金属線材の直径に対して０.５〜２倍が好ましい。幅方向の位置ずれの長さｍが金属線材の直径に対して２倍以上の場合には、フィン２の端部２ｄ、２ｄ’における金属線材の密度が低くなることがある。また、幅方向の位置ずれの長さが金属線材の直径の０.５倍未満の場合には、金属線材の重なりが大きく圧延等の手段により扁平に形成する際の成形性が低くなることがことがある。また、長手方向の位置ずれの長さｎは、巻回単位２ａ、２ｂの長手方向の直径に対して０．３〜０．７倍が好ましく、０．４〜０．６倍が特に好ましい。
第１例のヒートシンクＡを製造するには、図１、図２に示すように、熱交換フィン２を長尺の帯形として軸線を中心として回転する熱交換基板１に繰出すことにより、熱交換フィン２を熱交換基板１の外側面に連続的に巻き付ける。このとき、熱交換基板１に近接して押込ローラＲを配置しておくと、熱交換基板１の外側面に巻付けられる熱交換フィン２の内周部分を正確に取付部１１に差込むことができる。内周部分が熱交換基板１の取付部１１に差込まれた熱交換フィン２は、熱交換基板１の外側面でのスリップが防止される。続いて、図３に示すように、熱交換基板１の軸方向からプレス金型Ｐで加圧して熱交換基板１（取付部１１）を変形させる。これにより、図４に示すように、加圧力Ｆによるカシメによって熱交換基板１、熱交換フィン２を圧着させて固定する。
第１例のヒートシンクＡの製造方法によると、熱交換基板１に熱交換フィン２を連続的に供給して巻付けることができ、熱交換フィン２の供給方向とプレス金型Ｐの加圧方向とが干渉しない配置となるため、効率的に量産することができて製造コストが安価になる。
製造された第１例のヒートシンクＡは、熱交換フィン２が扁平化されることで熱交換面積を削減することなく軸中心部分の大きな空間が消失されるため、コイル形の熱交換フィン２の取付容積を充分に小さくすることができる。また、熱交換基板１に巻付けられた熱交換フィン２の外周部分に引張力が作用し内周部分に圧縮力が作用するが、熱交換フィン２のフレキシブル性によって歪みの発生が防止されて耐久性が低下することはない。特に、熱交換フィン２の外周部分の金属線材が引張力によって疎となり内周部分が圧縮力によって密になるため、熱交換基板１の熱を放熱する場合に特に熱伝導性が良好となる。また、熱交換フィン２がスパイラル状に連続されているため、熱交換基板１の全体で均等に熱交換を行うことができる。
また。熱交換基板１の空間部１２を多目的に利用することで、使用対象が拡大されて汎用性が高くなる。例えば、熱交換基板１の空間部１２に半導体素子等の熱交換対象物Ｔを収容して、熱交換基板１を熱交換対象物Ｔの収容ハウジングＨとする（図８参照）。また、例えば、熱交換基板１の空間部１２を熱交換対象物Ｔの収容ハウジングＨの排熱が通過するようにして、熱交換基板１を収容ハウジングＨの排熱筒とする（図９参照）。また、例えば、熱交換基板１の空間部１２を熱交換対象物Ｔの収容ハウジングＨの排熱が通過するようにして、熱交換基板１を収容ハウジングＨに接続される冷却ユニットとする（図１０参照）。
図１１は、本発明に係るヒートシンクおよびその製造方法を実施するための最良の形態の第２例を示すものである。
第２例のヒートシンクＢは、第１例のヒートシンクＡの熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィン２の外周部分の縁部を切除している。これにより、図１１の拡大図で示すように、金属線材の端面２ｄが露出し、端面２ｄ、２ｄ’間に熱交換流体の対流を促す熱交換促進部２ｅが形成される。
したがって、第２例のヒートシンクＢによると、空気等の熱交換流体が、縁部の切除によって形成される熱交換促進部２ｅ内に入り込み、熱交換フィン２の間隙を効率的に対流するため、熱交換フィン２に接触する熱交換流体の流路が拡大され、熱交換性能を高めることができる。
図１２及び図１３は、本発明に係るヒートシンクおよびその製造方法を実施するための最良の形態の第３例を示すものである。
第３例のヒートシンクＣは、第１例のヒートシンクＡの熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィン２の外周部分から内周部分にかけてスリット状に切除している。これにより、ヒートシンクＣの側面に沿って、熱交換流体の対流を促す放熱促進路２ｆが形成されることになる。
すなわち、第３例のヒートシンクＣによると、空気等の熱交換流体が、スリット状の熱交換促進路２ｆを通じて熱交換フィン２の間隙を効率的に対流するため、熱交換フィン２に接触する熱交換流体の流路が拡大され、熱交換性能を高めることができる。なお、熱交換促進路２ｆの幅ｄは、熱交換流体の種類や温度等を考慮して適宜設定される。
図１４、図１５は、本発明に係るヒートシンクおよびその製造方法を実施するための最良の形態の第４例を示すものである。
第４例のヒートシンクＤは、熱交換フィン２を熱交換基板１の軸線に直交するリング状に分割している。
第４例のヒートシンクＤによると、熱交換フィン２の一部が損傷するようなことがあっても熱交換フィン２の他部にまで影響が及ばないため、常に確実に熱交換を行うことができる。
なお、第４例のヒートシンクＤについては、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィン２をリング状に保形しておき、熱交換基板１の軸方向から嵌合するように巻付ける製造方法を選択することも可能である。また、リング状の各熱交換フィン２は、熱伝導性の良い連結具２ｇで相互に接続し、全体の放熱性を高めることができる。
図１６は、本発明に係るヒートシンクおよびその製造方法を実施するための最良の形態の第５例を示すものである。
第５例のヒートシンクＥでは、筒形の熱交換基板１は、軸線に沿ってリング状の座金１０を積層させて構成している。そして、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィン２は、積層した座金１０の間に挟みこまれて固定されている。
このヒートシンクＥを製造する際は、図１６に示すように、リング状の座金１０と熱交換フィン２とを交互に積み重ねつつ圧縮することにより得ることができる。
このヒートシンクＥを製造する際は、図１６に示すように、リング状の座金１０と熱交換フィン２とを交互に積み重ねつつ圧縮することにより得ることができる。
第５例のヒートシンクＥによると、熱交換基板１に対し熱交換フィン２を固定するための溝を切削加工によって形成する等の工程が不要となるため、より効率的に目的のヒートシンクを製造することができる。
なお、リング状の座金１０の内周面及び外周面はテーパ面１３、１４に形成することができる。これにより、他の座金１０に嵌合し易くなり、熱交換フィン２を確実に固定することができる。
また、このヒートシンクＥの筒の内側には、必要に応じて、熱伝導性の高い金属等からなるチューブを嵌め込んでも良い。これによって、ヒートシンクＥの内面が座金１０による凹凸面とならずに円滑な面となり、放熱性が向上する。
また、このヒートシンクＥの筒の内側には、必要に応じて、熱伝導性の高い金属等からなるチューブを嵌め込んでも良い。これによって、ヒートシンクＥの内面が座金１０による凹凸面とならずに円滑な面となり、放熱性が向上する。
図１７は、本発明に係るヒートシンクおよびその製造方法を実施するための最良の形態の第６例を示すものである。
第６例のヒートシンクＧは、平板形に形成された熱交換基板１に渦巻き状の取付部１１が設けられている。
第６例のヒートシンクＧについては、図１７に示すように熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した帯状の熱交換フィン２を熱交換フィン２の空隙部２ｈが対向するように渦巻き状に巻回し、保形しておき、熱交換基板１の取付部１１に差込み取り付けすることになる。
図１８はヒートシンクＧの上面図である。熱交換フィン２は、図１８に示すように、長手方向に渦巻き状に巻回されており、隣接する周回単位２ｍ、２ｎとが相互に接触するように形成されている。具体的には、熱交換フィン２を長手方向に渦巻き状に巻回された場合には、熱交換フィン２が隣接する一巻き一巻きの巻回単位２ａ、２ｂが相互に交差し、コイル２Ａ、２Ｂとが扁平に形成されているので、熱交換フィン２の中心部位２１１ａ、２１１ｂ、２２１ａ，２２１ｂは、渦巻きの形状に応じて反り上がった状態となる。このため、熱交換フィン２の隣接する各周回単位２ｍ、２ｎの各中心部位２１１ａ、２１１ｂがそれぞれ接触し、同様に２２１ａ、２２１ｂがそれぞれ接触することとなる。このように隣接する各周回単位２ｍ、２ｎが相互に接触しているため各周回単位２ｍ、２ｎの間の熱伝導が促進されることとなる。このため、熱交換フィン２に沿って渦巻き状に熱伝導が行われるだけでなく、中心から放射方向にも熱伝導が促進され、熱が熱交換フィン２の全体に速やかに伝導することになる。
また、熱交換フィン２は、空隙部２ｈを多数有するので、渦巻き状に複数周巻回された際にも中心部から外周に向かう方向あるいは外周から中心部に向かう方向に空気の通過が十分に行われる。さらに、各熱交換フィン２が渦巻き状に巻回された際に、熱交換フィン２の中心部位２１１ａ、２１１ｂ、及び２２１ａ，２２１ｂとは渦巻きの中心方向及びは放射方向に反り上がった状態となっているため、接触した中心部位２１１ａ、２１１ｂ、及び２２１ａ，２２１ｂ以外には通気可能な隙間である放熱促進部２ｐが各周回単位２ｍ、２ｎの間に形成される。これにより、熱交換フィン２は、空気との接触面積が大きくなり、空気の通気孔としての機能も向上することとなる。したがって、冷却ファン等を用いて熱交換フィン２に空気等を送り込むことで、空気は、熱交換フィン２の空隙部２ｈや放熱促進部２ｐを通過し、放熱対象物の熱を速やかに除去することが可能となる。
さらに、熱交換フィン２が渦巻き状に形成されるので、単位面積当たりの熱交換フィンを多く取り付けることができ、ヒートシンクとして大きな表面積が得られる。また、熱交換フィン２を渦巻き状に巻回する際には、隣接する各周回単位２ｍ、２ｎとが相互に接触するように巻くので容易に巻回を行うことが可能となる。
なお、上記の例においては熱交換基板１に渦巻状の取付部１１を設けて、取付部１１に熱交換フィン２を取り付けているが、取付部１１を設けずに平板の熱交換基板１に熱交換フィン２を直接半田付けを行う等して設けることも可能である。
また、上記の例においては熱交換フィン２を渦巻き状に巻回する際に、隣接する各周回単位２ｍ、２ｎとが相互に接触するように巻回しているが、各周回単位が離間するように巻回することも可能である。この場合には、熱交換フィン２に沿って渦巻き状に熱伝導が行われる。
図１９は、本発明に係るヒートシンクおよびその製造方法を実施するための最良の形態の第７例を示すものである。
第７例のヒートシンクＪは、図１９に示すように熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した帯状の熱交換フィン２を長手方向に巻回された渦巻き状に保形する。そして、渦巻き状に巻回された熱交換フィン２の中心部には熱交換対象物Ｔを収納できるような空間が設けられている。そして、熱交換フィン２は熱交換対象物Ｔに対して接触するように固定されている。
第７例のヒートシンクＪは、熱交換フィン２を、長尺の帯形とし渦巻き状に保形して製造する。
第７例のヒートシンクＪによると、熱交換対象物Ｔからの熱が渦巻き状に巻回された熱交換フィン２の接触部２ｃを介して熱交換フィン２の全体に速やかに熱が伝わる。また、空気などの熱交換流体と接触する熱交換フィン２が大きく、熱交換流体が熱交換フィン２の空隙部２ｈを効率的に通過するため熱交換フィン２からの放熱が促進され、熱交換対象物Ｔからの放熱を効率良く行うことが可能となる。
以上、図示した各例の外に、熱交換基板１、熱交換フィン２を半田付けで固定することもできる。即ち、熱交換基板１の取付部１１に線状のはんだ材を挿入してから熱交換フィン２を差込み、熱交換基板１、熱交換フィン２が連結された状態で適当な加熱手段ではんだ材を溶融させて半田付けする。
半田付けでは、溶融したはんだ材が熱交換基板１の取付部１１によって流出が規制され複雑な凹凸構造になっている熱交換フィン２の内周部分から外周部分に向けて毛管現象で浸出する。従って、半田付けの接着で形成されるはんだ材の肉盛で熱交換基板１と熱交換フィン２の当接部分が帯状に大きく拡大され、熱交換基板１、熱交換フィン２の固定強度が強化され、熱交換基板１から熱交換フィン２への熱伝導が良好になる。
さらに、熱交換基板１、熱交換フィン２を熱伝導性の接着剤で固定することもできる。熱伝導性の接着剤としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等をバインダとして、金、銀、ニッケル等の金属粉やアルミナ、窒化アルミナ、窒化ケイ素、カーボン粉等を配合したものがある。
さらに、熱交換基板１、熱交換フィン２を溶接で固定することもできる。溶接としては、フラッシュ溶接、振動溶接（超音波溶接）が選択される。
さらに、熱交換基板１、熱交換フィン２の固定手段として半田、接着剤、溶接を選択した場合には、熱交換基板１の取付部１１を設けないことも可能である。
また、上記第１例等では、取付部１１を溝状に形成したが、これ以外にも例えば、熱交換基板１上に一定の間隔で複数の突起を配設し、これら複数の突起間に熱交換フィン２を挟み込むこともできる。
また、上記第１例等では、取付部１１を溝状に形成したが、これ以外にも例えば、熱交換基板１上に一定の間隔で複数の突起を配設し、これら複数の突起間に熱交換フィン２を挟み込むこともできる。
また、上記第１例等では、ヒートシンクを製造する際に、筒形の熱交換基板１を回転させ、これに対して熱交換フィン２を繰り出して巻付け固定していたが、これに限定されることなく、例えば、熱交換基板１を回転させずに固定しておき、その回転しない熱交換基板１の周りに熱交換フィン２を移動させつつ連続的に巻付け固定しても良い。
さらに、熱交換基板１を角筒形とすることも可能である。
本発明に係るヒートシンクは、熱交換の全ての技術分野での利用が可能である。
Claims (24)
- 熱伝導性の良好な材料で筒形に形成された熱交換基板と、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンと、を備え、熱交換フィンは熱交換基板の外側面に巻付け固定されてなるヒートシンク。
- 請求の範囲１記載のヒートシンクにおいて、熱交換基板は外周面に熱交換フィンの内周部分が差込まれる取付部が設けられていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲１または２記載ののヒートシンクにおいて、熱交換フィンは熱交換基板の軸線に対してスパイラル状に連続していることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲１または２記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは熱交換基板の軸線に対して直交するリング状に分割されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲４記載のヒートシンクにおいて、熱交換基板は軸線に沿ってリング状の座金が積層したものであり、熱交換フィンは座金の間に挟みこまれて固定されることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲１または２記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分の一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進部が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲３記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分の一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進部が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲４記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分の一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進部が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲５記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分の一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進部が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲１または２記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲３記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲４記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲５記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲６記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲７記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲８記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 請求の範囲９記載のヒートシンクにおいて、熱交換フィンは外周部分から内周部分にかけて一部が切除されることで空気の対流を促す放熱促進路が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
- 熱伝導性の良好な材料で平板形に形成された熱交換基板と、熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンと、を備え、該熱交換フィンは渦巻き状に前記熱交換基板に固定されてなるヒートシンク。
- 熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンが渦巻き状に巻回されたヒートシンク。
- 熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンを、長尺の帯形とし、この帯形の熱交換フィンを熱伝導性の良好な材料で筒形に形成された熱交換基板の外側面に連続的に巻付けて固定するヒートシンクの製造方法。
- 熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンを、長尺の帯形とし、熱伝導性の良好な材料で筒形に形成された熱交換基板を回転させながら熱交換フィンを繰出して、熱交換基板の外側面に熱交換フィンを巻付けて固定するヒートシンクの製造方法。
- 請求の範囲２０又は２１のヒートシンクの製造方法において、熱交換フィンは内周部分が熱交換基板の外側面に設けられた取付部に差込まれ、熱交換基板、熱交換フィンは熱交換基板の軸方向の加圧で機械的に圧着されていることを特徴とするヒートシンクの製造方法。
- 熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンを、長尺の帯形とし渦巻き状に保形して、この渦巻状に保形された熱交換フィンを熱伝導性の良好な材料で平板に形成された熱交換基板に固定するヒートシンクの製造方法。
- 熱伝導性の良好な金属線材がコイル形に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、かつ隣接する巻回単位が相互に位置ずれして密着した熱交換フィンを、長尺の帯形とし渦巻き状に保形するヒートシンクの製造方法。
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