JP4814777B2 - 積層放熱フィン - Google Patents

Description

この発明は、複数の放熱プレートを積層した積層放熱フィン、特に、放熱効率に優れ、加工が容易で製造コストが低い積層放熱フィンに関する。

ＣＰＵ、素子等の発熱量、発熱密度の増大によって、放熱効率に優れた高性能のヒートシンクが求められている。更に、パソコン、ゲーム機器等の電子機器では、高さが制限され、コンパクト、低騒音で、放熱効率の高いヒートシンクが求められている。従来、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属薄板を複数枚積層し、銅またはアルミニウムの伝熱柱を、積層した金属薄板に挿通して積層放熱フィンを製造していた。伝熱柱と接触する放熱フィンの部分は、円筒状に加工されて、その中に伝熱柱が挿通されて、熱的な接続面を広げている。積層放熱フィンは通常側方からファン等で強制的に送風して、放熱フィンに伝わった熱を大気中に放散する。

上述した伝熱柱を使用しないで積層した放熱フィンを支持する他の方法として、放熱フィンの両端部をコの字形に加工し、このように加工されたコの字形の部分で隣接する放熱フィンを支えて、複数枚の放熱フィンを積層する方法がある。
特開平７‐６６３３６号公報

しかし、上述した伝熱柱を積層した金属薄板に挿通して積層放熱フィンでは、放熱フィンと別部材の伝熱柱が必要であり、製造コストが高くなり、重量が増える。更に、フィン間を流れる空気の方向が規制されているので、フィン間を空気が自由に流れないという問題点がある。
放熱フィンの両端部をコの字形に加工し、このように加工された放熱フィンを積層する方法は、放熱フィンのサイズが小さいときは両端部のコの字形の部分が隣接する放熱フィンを支えることができるけれども、放熱フィンのサイズが大きくなると、強度が低下し、積層した放熱フィンが崩れてバラバラになるという問題点がある。

従って、この発明の目的は、パソコン、ゲーム機器等の高さが制限される電子機器に使用する場合においても、所望の強度を備え、加工が容易で、プレート間を空気が自由に流れて熱性能が高く、低コストの積層放熱フィンを提供することにある。

発明者は、上述した従来の問題点を解決するために研究を重ねた。その結果、金属板状プレートに貫通孔を空けて、別の金属柱を挿通する代わりに、金属板状プレートの一部に切り欠きを設けて、それ自体を階段状に折り曲げて、積層する金属板状プレートの階段状に折り曲げた部分を重ね合わせて支持部材とすることによって、別部材の伝熱柱を使用することなく、プレート間の空気の交流を促進し、放熱効率に優れ、加工が容易で低コストの積層放熱フィンを提供できることが判明した。更に、重ね合わせた部分を半田付けすることによって、より強度が向上することが判明した。

この発明の積層放熱フィンは、上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の積層放熱フィンの第１の態様は、一部が階段状に折り曲げられて形成された支持部、および、前記支持部の形成によって設けられた開口部をそれぞれ備えた複数枚の金属板状プレートを、前記開口部内において、階段状に折り曲げられた前記支持部の一部を重ねて積層して形成され、前記金属板状プレートが複数枚積層されて形成された開口部の前記支持部が重なり合った表面に、補強部材としての別の板材を備えた積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第２の態様は、階段状に折り曲げられて形成された前記支持部が垂直部および前記垂直部の中間に位置して両者を連接する屈曲部からなっている積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第３の態様は、最も底部に位置する前記金属板状プレートの前記支持部が、支持面としての垂直部および受熱面としての水平部からなる略L字形からなっている積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第４の態様は、前記支持部が上部垂直部、屈曲部、下部垂直部からなっており、相互に隣接する一方の前記金属板状プレートの一方の支持部の上部垂直部と、他方の前記金属板状プレートの他方の支持部の下部垂直部が重なり、他方の支持部の前記下部垂直部の底部が、一方の支持部の前記上部垂直部に接続する屈曲部に支持されている積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第５の態様は、最も底部に位置する前記金属板状プレートの前記支持部の前記水平部によって、隣接する前記金属板状プレートの前記下部垂直部の底部が支持されている積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第６の態様は、前記開口部に位置する、前記金属板状プレートの支持部の肩部が、隣接する前記金属板状プレートの前記支持部の屈曲部を支持する積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第７の態様は、前記金属板状プレートが、前記支持部の前記上部垂直部の高さと概ね同じ高さで、等間隔で積層されている積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第８の態様は、前記金属板状プレートの前記支持部が３つの垂直部およびそれらを接続する２つの屈曲部を備えており、連続して隣接する２つの支持部と重なり合う積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第９の態様は、前記垂直部が第１垂直部、第２垂直部、第３垂直部からなっており、前記屈曲部が第１屈曲部、第２屈曲部からなっており、相互に隣接する一方の前記金属板状プレートの一方の支持部の第２垂直部、第２屈曲部、第３垂直部が、他方の前記金属板状プレートの他方の支持部の第１垂直部、第１屈曲部、第２垂直部とそれぞれ重なり、前記一方の金属板状プレートの第３垂直部の底部が、前記他方の金属板状プレートの第２屈曲部に支持されている積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第１０の態様は、最も底部から２番目に位置する前記金属板状プレートの前記支持部は、上部垂直部、下部垂直部、および、前記上部垂直部と前記下部垂直部との中間に位置して両者を連接する屈曲部からなっており、最も底部から３番目に位置する前記金属板状プレートの前記支持部の第３垂直部の底部と、最も底部から２番目に位置する前記支持部の前記下部垂直部の底部が、最も底部に位置する前記金属板状プレートの垂直部および水平部からなる支持部の水平部に支持されている積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第１１の態様は、重ね合わせた前記支持部の一部を半田付けする積層放熱フィンである。

この発明の積層放熱フィンの第１２の態様は、前記支持部の一部に切り欠き部または絞り部を設けて、半田を充填する層放熱フィンである。

この発明によると、別部材の伝熱柱を使用することなく、金属板状プレートそれ自体を切り欠き部において階段状に折り曲げて支持部を形成し、積層する隣接する金属板状プレートとの間で、階段状に折り曲げた部分を重ね合わせて支持部を形成するので、軽量で、所望の強度が得られ、プレート間を空気が流れる、熱効率に優れた積層放熱フィンが得られる。

この発明によると、階段状に折り曲げ重ね合わせた部分に別の薄板材を半田等によって接合することによって、支持部の強度を更に向上させることができる。更に、階段状に折り曲げた部分に所望の孔を設け、半田付けすることによって、より強度の向上が図れる。
この発明によると、階段状に折り曲げた部分の形状・サイズを変えることができるので、積層放熱フィンの設計の自由度が高い。

この発明の積層放熱フィンを、図面を参照しながら説明する。
この発明の積層放熱フィンの１つの態様は、一部が階段状に折り曲げられて形成された支持部、および、前記支持部の形成によって設けられた開口部をそれぞれ備えた複数枚の金属板状プレートを、前記開口部内において、階段状に折り曲げられた前記支持部の一部を重ねて積層して形成された積層放熱フィンである。

図１は、この発明の積層放熱フィンの１つの態様を表側から見た状態を示す斜視図である。図２は、図１に示すこの発明の積層放熱フィンの１つの態様を裏側から見た状態を示す斜視図である。

図１に示すように、薄い金属製の板状プレート２のそれぞれの同じ位置に、例えば同じ大きさの切り欠き部を設け、切り欠き部に折り曲げ加工を施して、下方に向かって階段状に折り曲げられた支持部４を形成する。このように階段状に折り曲げられた支持部を形成することによって開口部３が形成される。隣接する金属板状プレート２との間で、このように形成された階段状に折り曲げられた支持部４の一部を、開口部３において相互に重ね合わせて、複数枚の薄い金属板状プレート２を積層する。即ち、加工された金属板状プレート２の階段状に折り曲げられた支持部４が相互に重なり合って、従来の金属製ブロックまたは伝熱柱の代わりに、積層された薄い金属板状プレート２をその状態で支持し、固定する。即ち、金属板状プレート自体の折り曲げられた一部が支持機能を果たしている。

図２に示すように、最も底部に位置する金属板状プレートの支持部は、使用形態に応じて所望の形状にすることができる。例えば、別の受熱プレートと熱的に接続する受熱面として機能させる場合には、支持部が支持面としての垂直部および受熱面としての水平部５からなる略L字形からなっていてもよい。図２に示す態様の場合には、最も底部から２番目に位置する金属板状プレートの支持部の垂直部の底部が上述した水平部に支持されている。

図３は、積層される、開口部および階段状に折り曲げられた支持部を備えた金属板状プレートを説明する図である。図３において、２枚の金属板状プレートが矢印の方向に重ね合わされる。上述したように、それぞれの金属板状プレート２は、プレート本体部６に切り欠き部を形成して設けられた開口部３と、階段状に折り曲げられた支持部４を備えている。図３に示す態様においては、支持部４は垂直部および屈曲部を備えている。即ち、それぞれの支持部４は上部垂直部８、屈曲部１２および下部垂直部７を備えて階段状に形成されている。

図４は階段状に折り曲げられて形成された支持部の重ね合わせ状態を説明する断面模式図である。図４に示す態様は、図３に示す金属板状プレート２−１、２−２、２−３、２−４を４枚積層し、最も底部に位置する金属板状プレートに、垂直部および水平部からなる支持部を備えた金属板状プレート２−５を配置した積層放熱フィンである。

図４に示すように、それぞれの金属板状プレート２−１、２−２、２−３、２−４は、階段状に折り曲げられて形成された、垂直部および垂直部の中間に位置して両者を連接する屈曲部からなっている支持部４を備えている。即ち、支持部４は上部垂直部８、屈曲部１２、下部垂直部７からなっている。このような金属板状プレートが開口部３において支持部の一部が重ね合わされて積層される。

即ち、最上位の金属板状プレート２−１の肩部１１から下方に階段状に折り曲げられて形成された上部垂直部８、屈曲部１２、下部垂直部７からなる支持部の下部垂直部７と、上から２番目の金属板状プレート２−２の支持部４の上部垂直部とが重なり合う。このとき、上から２番目の金属板状プレート２−２の肩部が最上位の金属板状プレートの支持部の屈曲部１２と重なり合って、金属板状プレート２−１を金属板状プレート２−２が支持する。即ち、金属板状プレート２−１の上部垂直部８の底部１４および下部垂直部の底部１３が、金属板状プレート２−２の肩部および屈曲部１２によってそれぞれ支持される。

同様に、上から２番目の金属板状プレート２−２の支持部の屈曲部１２が上から３番目の金属板状プレート２−３の肩部と重なり合って、金属板状プレート２−２を金属板状プレート２−３が支持する。即ち、金属板状プレート２−２の上部垂直部８の底部１４および下部垂直部の底部１３が、金属板状プレート２−３の肩部および屈曲部１２によってそれぞれ支持される。

同様に、上から３番目の金属板状プレート２−３の支持部の屈曲部１２が上から４番目の金属板状プレート２−４の肩部と重なり合って、金属板状プレート２−３を金属板状プレート２−４が支持する。即ち、金属板状プレート２−３の上部垂直部８の底部１４および下部垂直部の底部１３が、金属板状プレート２−４の肩部および屈曲部１２によってそれぞれ支持される。

最下位に位置する金属板状プレート２−５の支持部は、上述したように、使用形態に応じて所望の形状にすることができる。図４に示す態様では、別の受熱プレートと熱的に接続する受熱面として機能させるので、支持部が支持面としての垂直部および受熱面としての水平部５からなる略L字形からなっている。上から４番目の金属板状プレート２−４の下部垂直部の底部が、最下位に位置する金属板状プレート２−５の支持部の水平部１０に支持されている。

積層された金属板状プレートの支持部の外表面側、即ち、金属板状プレート２−１、２−２、２−３、２−４の下部垂直部７の外表面は、概ね同一平面に位置し、金属板状プレートの支持部の内表面側、即ち、金属板状プレート２−１、２−２、２−３、２−４の上部垂直部７の内表面は、概ね同一平面に位置している。

上述したように、積層される金属板状プレートの階段状に折り曲げられて形成された支持部の一部が相互に重ね合わさって、金属板状プレート自体の一部が支柱の働きをしている。支持部の重なった部分は隙間が生じないように重ねあわされることが望ましい。開口部によって複数枚の積層された金属板状プレート間の空間が連絡しているので、開口部を通って、垂直方向に自由に空気が流れ、放熱効率を高める。

図５は積層される、開口部および階段状に折り曲げられた支持部を備えた別の態様の金属板状プレートを説明する図である。図５において、２枚の金属板状プレートが矢印の方向に重ね合わされる。図５に示す態様においては、階段状に折り曲げて形成された支持部は、３つの垂直部と２つの屈曲部からなっている。図５に示す態様は、図３を参照して説明したのと基本的な考え方は同じである。

図６は階段状に折り曲げられて形成された支持部の重ね合わせ状態を説明する断面模式図である。図６に示す態様は、図５に示す金属板状プレート２−１、２−２、２−３、２−４を４枚積層し、最も底部に位置する金属板状プレートに、垂直部および水平部からなる支持部を備えた金属板状プレート２−５を配置した積層放熱フィンである。

即ち、図６に示すように、それぞれの金属板状プレート２−１、２−２、２−３は、階段状に折り曲げられて形成された支持部４は第１垂直部１５、第１屈曲部１６、第２垂直部１７、第２屈曲部１８、第３垂直部１９からなっている。金属板状プレート２−４は、図３および図４を参照して説明したのと同様に、支持部は上部垂直部８、屈曲部１２、下部垂直部７からなっている。

このような金属板状プレートが開口部３において支持部の一部が重ね合わされて積層される。即ち、最上位の金属板状プレート２−１の肩部１１から下方に階段状に折り曲げられて形成された支持部の第２垂直部７と、上から２番目の金属板状プレート２−２の支持部４の第１垂直部１５とが重なり合う。同様に、金属板状プレート２−１の第３垂直部１９と、金属板状プレート２−２の第２垂直部１７とが重なり合う。このとき、上から２番目の金属板状プレート２−２の肩部、第１屈曲部１６が、最上位の金属板状プレートの支持部の第１屈曲部１６、第２屈曲部１８と、それぞれ重なり合って、金属板状プレート２−１を金属板状プレート２−２が支持する。

更に、図５および図６に示す態様においては、積層する金属板状プレートの３枚の支持部の一部が重なり合う。即ち、金属板状プレート２−１の第３垂直部１９、金属板状プレート２−２の第２垂直部１７、および、金属板状プレート２−３の第１垂直部１５が重なり合う。更に、金属板状プレート２−２の第３垂直部１９、金属板状プレート２−３の第２垂直部１７、および、金属板状プレート２−４の上部垂直部８が重なり合う。即ち、３枚の支持部の一部が重なり合って支持する。

最下位に位置する金属板状プレート２−５の支持部は、図３および図４を参照して説明したのと概ね同一である。この場合には、金属板状プレート２−３の第３垂直部１９、金属板状プレート２−４の下部垂直部７のそれぞれの底部が水平部１０に支持される。

図５および図６に示す態様においても、上述したように、積層される金属板状プレートの階段状に折り曲げられて形成された支持部の一部が相互に重ね合わさって、金属板状プレート自体の一部が支柱の働きをしている。
この発明の積層放熱フィンは、金属板状プレートそれ自体の一部が支柱の働きをするが、支持機能を強化するために、別の板材を補強部材として使用してもよい。

図７は、別部材による補強部材を示す図である。図７(ａ)は垂直部２１および底部２２からなる略Ｌ字形板材２０を示す。図７(ａ)に示すように、開口部において階段状に折り曲げて形成された支持部４の表面に略Ｌ字形板材２０を例えば半田によって接合して、支持部の強度を高める。図７（ｂ）は垂直部および底部からなる略Ｌ字形板材２０の頂部にクリンプ２３を一体的に設けて機械的に接合する例を示す。図７（ｃ）は積層した金属板状プレートの支持部の近傍に貫通孔２５を設け、その貫通孔にクリンプピン２４を挿通する例を示す。その他、軽易に支持部を補強する補強部材であれば何でも良い。

この発明の積層放熱フィンのその他の態様において、重ね合わせた前記支持部の一部を半田付けする。更に、この発明の積層放熱フィンのその他の態様において、支持部の一部に切り欠き部または絞り部を設けて、半田を充填する。

図８は、切り欠き部または絞り部を設けた支持部の部分を示す図である。図８（ａ）は、支持部の垂直部の一部に切り欠き部２６を設けた例を示す。図８（ｂ）は、支持部の垂直部の一部に垂直部を横断する切り欠き部２７を設けた例を示す。それぞれ、切り欠き部に半田を充填する。図８（ｂ）に示す態様では、例えば半田棒を切り欠き部に嵌め込むことが可能で、容易に接合できる。図８（ｃ）は、支持部の垂直部の一部に半円筒状の絞り部を設けた例を示す。絞り部の形状は半円筒状に限らず、三角柱状、四角柱状であってもよい。この場合は、半円筒状の絞り部の反対側に板材を配してもよい。このように形成した半円筒状の絞り部に半田、例えば糸半田を充填する。半田は通常の半田でもよく、半田棒やクリーム半田を配してリフロー炉に通しても良い。
なお、重ね合わせた前記支持部の一部の接合は、半田に限ることなく、接着剤によって接合してもよい。

上述したように、この発明によると、従来のように金属板状プレートに貫通孔を空けて、別の金属柱を挿通する代わりに、金属板状プレートの一部に切り欠きを設けて、それ自体を階段状に折り曲げて、積層する金属板状プレートの階段状に折り曲げた部分を重ね合わせて支持部材とすることによって、別部材の伝熱柱を使用することなく、プレート間の空気の交流を促進し、放熱効率に優れ、加工が容易で低コストの積層放熱フィンを提供できる。

図１は、この発明の積層放熱フィンの１つの態様を表側から見た状態を示す斜視図である。 図２は、図１に示すこの発明の積層放熱フィンの１つの態様を裏側から見た状態を示す斜視図である。 図３は、積層される、開口部および階段状に折り曲げられた支持部を備えた金属板状プレートを説明する図である。 図４は階段状に折り曲げられて形成された支持部の重ね合わせ状態を説明する断面模式図である。 図５は積層される、開口部および階段状に折り曲げられた支持部を備えた別の態様の金属板状プレートを説明する図である。 図６は階段状に折り曲げられて形成された支持部の重ね合わせ状態を説明する断面模式図である。 図７は、別部材による補強部材を示す図である。図７(ａ)は垂直部２１および底部２２からなる略Ｌ字形板材２０を示す。図７（ｂ）は垂直部および底部からなる略Ｌ字形板材２０の頂部にクリンプ２３を一体的に設けて機械的に接合する例を示す。図７（ｃ）は積層した金属板状プレートの支持部の近傍に貫通孔を設け、その貫通孔にクリンプピンを挿通する例を示す。 図８は、切り欠き部または絞り部を設けた支持部の部分を示す図である。図８（ａ）は、支持部の垂直部の一部に切り欠き部２６を設けた例を示す。図８（ｂ）は、支持部の垂直部の一部に垂直部を横断する切り欠き部２７を設けた例を示す。それぞれ、切り欠き部に半田を充填する。図８（ｃ）は、支持部の垂直部の一部に半円筒状の絞り部を設けた例を示す。

符号の説明

１ この発明の積層放熱フィン
２ 金属板状プレート
３ 開口部
４ 支持部
５ 水平部
６ 金属板状プレート本体
７ 下部垂直部
８ 上部垂直部
９ 垂直部
１０ 水平部
１１ 肩部
１２ 屈曲部
１３ 下部垂直部の底部
１４ 上部垂直部の底部
１５ 第１垂直部
１６ 第１屈曲部
１７ 第２垂直部
１８ 第２屈曲部
１９ 第３垂直部
２０ 略Ｌ字形板材
２１ 垂直部
２２ 底部
２３ クリンプ
２４ クリンプピン
２５ 貫通孔

Claims (12)

1. 一部が階段状に折り曲げられて形成された支持部、および、前記支持部の形成によって設けられた開口部をそれぞれ備えた複数枚の金属板状プレートを、前記開口部内において、階段状に折り曲げられた前記支持部の一部を重ねて積層して形成され、
   前記金属板状プレートが複数枚積層されて形成された開口部の前記支持部が重なり合った表面に、補強部材としての別の板材を備えた積層放熱フィン。
2. 階段状に折り曲げられて形成された前記支持部が垂直部および前記垂直部の中間に位置して両者を連接する屈曲部からなっている、請求項１に記載の積層放熱フィン。
3. 最も底部に位置する前記金属板状プレートの前記支持部が、支持面としての垂直部および受熱面としての水平部からなる略L字形からなっている、請求項１または２に記載の積層放熱フィン。
4. 前記支持部が上部垂直部、屈曲部、下部垂直部からなっており、相互に隣接する一方の前記金属板状プレートの一方の支持部の上部垂直部と、他方の前記金属板状プレートの他方の支持部の下部垂直部が重なり、他方の支持部の前記下部垂直部の底部が、一方の支持部の前記上部垂直部に接続する屈曲部に支持されている、請求項２または３に記載の積層放熱フィン。
5. 最も底部に位置する前記金属板状プレートの前記支持部の前記水平部によって、隣接する前記金属板状プレートの前記下部垂直部の底部が支持されている、請求項３または４に記載の積層放熱フィン。
6. 前記開口部に位置する、前記金属板状プレートの支持部の肩部が、隣接する前記金属板状プレートの前記支持部の屈曲部を支持する、請求項２から５の何れか１項に記載の積層放熱フィン。
7. 前記金属板状プレートが、前記支持部の前記上部垂直部の高さと概ね同じ高さで、等間隔で積層されている、請求項２から６の何れか１項に記載の積層放熱フィン。
8. 前記金属板状プレートの前記支持部が３つの垂直部およびそれらを接続する２つの屈曲部を備えており、連続して隣接する２つの支持部と重なり合う、請求項２に記載の積層放熱フィン。
9. 前記垂直部が第１垂直部、第２垂直部、第３垂直部からなっており、前記屈曲部が第１屈曲部、第２屈曲部からなっており、相互に隣接する一方の前記金属板状プレートの一方の支持部の第２垂直部、第２屈曲部、第３垂直部が、他方の前記金属板状プレートの他方の支持部の第１垂直部、第１屈曲部、第２垂直部とそれぞれ重なり、前記一方の金属板状プレートの第３垂直部の底部が、前記他方の金属板状プレートの第２屈曲部に支持されている、請求項８に記載の積層放熱フィン。
10. 最も底部から２番目に位置する前記金属板状プレートの前記支持部は、上部垂直部、下部垂直部、および、前記上部垂直部と前記下部垂直部との中間に位置して両者を連接する屈曲部からなっており、最も底部から３番目に位置する前記金属板状プレートの前記支持部の第３垂直部の底部と、最も底部から２番目に位置する前記支持部の前記下部垂直部の底部が、最も底部に位置する前記金属板状プレートの垂直部および水平部からなる支持部の水平部に支持されている、請求項９に記載の積層放熱フィン。
11. 重ね合わせた前記支持部の一部を半田付けする、請求項１から１０の何れか１項に記載の積層放熱フィン。
12. 前記支持部の一部に切り欠き部または絞り部を設けて、半田を充填する、請求項１から１０の何れか１項に記載の積層放熱フィン。

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