JP5312690B2

JP5312690B2 - ヒートシンクおよびその製造方法

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Publication number: JP5312690B2
Application number: JP2012519297A
Authority: JP
Inventors: 健次加藤; 茂俊一法師; 利貴田中; 慎也本川; 俊雄中山; 政文井伏
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: TWI421461B; KR20130029083A; CN102934535B; WO2011155247A1; DE112011101959T5; KR101419636B1; TW201207352A; DE112011101959B4; CN102934535A; US9915482B2; US20130081798A1; JPWO2011155247A1

Description

本発明はヒートシンクおよびその製造方法に関し、特に複数の発熱部品を冷却するヒートシンクおよびその製造方法に関する。

従来のヒートシンクでは、発熱部品が複数ある場合に、平行に配置された２つのベース板にそれぞれ発熱部品を取り付け、２つのベース板の側面を他の接続部材で熱的に接続するとともに、それぞれのベース板にフィンを設け、発熱部品の冷却を行っていた（例えば特許文献１）。
特開２００８−２７０６５１号公報

従来のヒートシンクでは、発熱部品が取り付けられたベース板の側面が接続部材で熱的に接続されて２つのベース板の間で熱移動を行っている。このように、２つのベース板が１箇所のみで接続されているため、２つの発熱部品の発熱量の差が大きい場合には十分な熱移動ができず、発熱量の大きい発熱部品の冷却が不十分になるという問題があった。

そこで、本発明は、複数の発熱部品を冷却するヒートシンクにおいて、発熱部品の発熱量の差異によらず、それぞれの発熱部品を効率的に冷却できるヒートシンクの提供を目的とする。

本発明は、放熱用のフィンがベース部に設けられたヒートシンクであって、
ａ）外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第１ベース板と、ｂ）第１ベース板と平行になるように対向配置され、外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第２ベース板と、ｃ）第１ベース板および第２ベース板のそれぞれに対して垂直に配置されて、これらを接合線に沿って固定する、外面と内面とを有する第３ベース板と、を含み、接合線方向に並ぶ第１領域と第２領域とを有するベース部と、
第１領域に、第１ベース板と第２ベース板のそれぞれの内面の間を接続し、第３ベース板に対して平行になるように配置された接続フィンと、
第２領域に、第３ベース板の内面から、第１ベース板に対して平行になるように配置された平行フィンと、を含むことを特徴とするヒートシンクである。

また、本発明は、ヒートシンクの製造方法であって、
ａ）外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第１ベース板と、ｂ）第１ベース板と平行になるように対向配置され、外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第２ベース板と、ｃ）第１ベース板および第２ベース板のそれぞれに対して垂直に配置されて、これらを接合線に沿って固定する、外面と内面とを有する第３ベース板と、を含み、接合線方向に並ぶ第１領域と第２領域とを有するベース部と、
第１領域に、第１ベース板と第２ベース板のそれぞれの内面の間を接続し、第３ベース板に対して平行になるように配置された接続フィンと、
第２領域に、第３ベース板の内面から、第１ベース板に対して平行になるように配置された平行フィンと、を含むヒートシンクに対応した鋳型を準備する工程と、
鋳型内に、溶融した熱伝導性材料を注入する工程と、
熱伝導性材料を冷却して固化しヒートシンクを形成する工程と、
鋳型から、ヒートシンクを取り出す工程とを含み、
鋳型は、ベース部の第１領域と第２領域の間で、接合線に垂直な平面で分離された２つの部分鋳型からなり、２つの部分鋳型を接合線方向に移動させて分離し、鋳型からヒートシンクを取り出すことを特徴とするヒートシンクの製造方法である。

本発明にかかるヒートシンクでは、ヒートシンク上に設けた発熱部品の冷却効率を向上させることができる。

また、本発明にかかるヒートシンクの製造方法では、ヒートシンクの製造工程を少なくし、製造コストの削減が可能となる。

本発明の実施の形態１にかかるヒートシンクの斜視図である。本発明の実施の形態１にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態２にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態３にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態４にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態５にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態６にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態７にかかるヒートシンクの斜視図である。本発明の実施の形態８にかかるヒートシンクの斜視図である。本発明の実施の形態９にかかる電子機器の平面図である。本発明の実施の形態１０にかかるヒートシンクの斜視図である。本発明の実施の形態１０にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態１０にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態１０にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態１０にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態１０にかかるヒートシンクの平面図である。本発明の実施の形態１０にかかるヒートシンクの平面図である。

１ヒートシンク、２ベース部、３ａ第１ベース板、３ｂ第２ベース板、３ｃ第３ベース板、３ｄ第４ベース板、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ発熱部品、５接続フィン、６平行フィン、７熱伝導性材料、８冷却風、９冷却ファン、１０電子部品、１２ネジ、１３取付板、１５筐体、１６連結板、１７固定板、１８通気入口、１９通気出口、２０基板位置決めボス、２１基板固定用ねじ穴、２２ファン位置決めボス、２３ファン固定用ねじ穴、２４ファンカバーツメ固定用穴、２５ヒートシンク固定用穴、２６発熱部品取り付け用ねじ穴、２７樹脂カバーツメ固定用穴、２８配線通路、２９接続フィン出口、３０平行フィン入口、３１平行フィン出口、３２樹脂カバー固定用ツメ３２、３３接続フィン入口。

実施の形態１．
図１は、全体が１で表される、本発明の実施の形態１にかかるヒートシンクの斜視図である。また、図２は、ヒートシンク１の平面図であり、（ａ）は図１のＺ軸方向に（上方から）見た場合、（ｂ）は図１のＹ軸方向に見た場合をそれぞれ示す。

図１に示すように、ヒートシンク１は、例えばアルミニウムからなるベース部２を有する。ベース部２は、互いに平行になるように対向して配置された第１ベース板３ａおよび第２ベース板３ｂと、第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂとの間を接続線（例えば、第１ベース板３ａと第３ベース板３ｃとが接続されたＺ軸方向の線）に沿って接続する第３ベース板３ｃからなる。３つのベース板３ａ、３ｂ、３ｃは、図１のＺ軸方向に見た場合にコの字型になるように接続されている。

ベース部２（第１領域）の内側には、対向する第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂを接続し、かつ第ベース板３ｃと平行となるように（ＸＺ平面内に）接続フィン５が設けられている。また、ベース部２（第２領域）の第３ベース板３ｃには、第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂと平行かつ接続フィン５と直交する方向に（ＹＺ平面内に）平行フィン６が設けられている。接続フィン５や平行フィン６は、例えばアルミニウムから形成される。
なお、図１、２では、接続フィン５が３枚、平行フィン６が２枚としたが、１枚または２枚以上としても構わない。また、図１、２のフィン配置に限らず、接続フィン５を上方、平行フィン６を下方に設けても構わない。

ベース部２の第１ベース板３ａおよび第２ベース板３ｂの外側には、例えば、パワートランジスタのような発熱部品４ａ、４ｂがそれぞれ熱伝導性材料７を介して取り付けられている。熱伝導性材料７には、例えばサーマルグリースやサーマルシートが用いられる。発熱部品４ａ、４ｂは、Ｘ軸方向に見た場合、少なくとも一部が接続フィン５と重なるように配置されることが好ましい。
なお、図１、２では発熱部品４ａ、４ｂは、第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂにそれぞれ１個ずつ設けられているが、片面のみに設けてもよいし、それぞれ２個以上設けてもよい。

かかるヒートシンク１では、発熱部品４ａ、４ｂで発生した熱は、ベース部２から接続フィン５または平行フィン６に伝達される。接続フィン５や平行フィン６の周囲では、伝達された熱により周囲の空気が暖められ、空気の密度差により、図２に示すような下方から上方に向かう冷却風８が発生する。この冷却風８によりベース部２、接続フィン５、および平行フィン６が空冷され、発熱部品４ａ、４ｂが冷却される。

ヒートシンク１では、接続フィン５の上方に平行フィン６が設けられているので、平行フィン６の入口部分（平行フィン６の下部）で前縁効果により放熱特性を向上させることができる。

従来、前縁効果を得るために、ストレートフィンをオフセットさせて一定間隔で平行に配置したヒートシンクが用いられていたが、オフセットさせた部分では、フィン入口の空気流入幅が狭くなり、また、前段フィンから流出した空気の高速部が後段フィンの下面に衝突するため流動抵抗が大きくなるという問題があった。

これに対して本実施の形態１にかかるヒートシンク１では、接続フィン５と平行フィン６は、法線が直交するように配置されているため、接続フィン５の出口から平行フィン６の入口への空気の流入幅が広くなる。また、前段フィン（接続フィン５）から流出した空気は、高速部だけではなく低速部も後段フィン（平行フィン６）の下面に衝突するので、流動抵抗が小さくできる。この結果、従来よりも通風量を増加させ、冷却効率を高めることが可能となる。

また、従来（例えば特許文献１）のように、２個のヒートシンクを単に対向させて片端を接続した構造では、取り付けた複数の発熱部品の発熱量の差が大きい場合に、発熱量が大きい発熱部品で発生した熱は、接続板を通して反対側のベース板、フィンへと熱を移動させる必要があり、熱の移動経路が長く、冷却効率が低いという問題があった。

これに対して本実施の形態１にかかるヒートシンク１では、発熱部品４ａ、４ｂが取り付けられた対向する第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂとの間は、第３ベース板３ｃに加えて接続フィン５によっても熱的に接続されており、従来構造に比べて熱の移動経路が短くなる。このため、２つの発熱部品４ａ、４ｂの発熱量の差が大きい場合には、第３ベース板３ｃおよび接続フィン５で熱が自動的にバランスされ、放熱特性を向上させることができる。

例えば、第１ベース板３ａに取り付けられた発熱部品４ａの発熱量が大きい場合には、第３ベース板３ｃおよび接続フィン５は、発熱部品４ａの放熱に寄与する面積が大きくなり、発熱部品４ｂの放熱に寄与する面積が小さくなるため温度がバランスされ、発熱部品４ａの温度上昇を低減することが可能となる。

また、アルミニウムの押出加工で製造される、接続フィン５をベース部の上から下まで全面に配置したボックス状のストレートヒートシンクは、部品取り付けのための穴あけ等の追加の加工や別のダイキャスト部品との組み合わせが必要となるため、製造工程が複雑になるという問題があった。また、同様のボックス状のヒートシンクをアルミダイキャスト加工で製造した場合、上下方向から型を引き抜くためフィンの中央部にバリが発生しバリ取りが困難であるという問題があった。また、ダイキャスト製法では型の抜き勾配があるため、フィンが通気方向に長いほどフィン出口の開口が狭くなり圧力損失が増加し風量が低下するという問題もあった。

これに対して本実施の形態１にかかるヒートシンク１は、２方向から鋳型を引き抜くダイキャスト法により製造することができ、部品取り付け用の穴などを同時に設けることができ、製造工程が容易となる。具体的には、例えば図１のヒートシンク１を製造する場合、接続フィン５が設けられた下部（第１領域）と、平行フィン６が設けられた上部（第２領域）との間で分割された金型を用いてキャスティングを行う。キャスティング工程において、部品取り付け用の穴なども同時に形成される。キャスティング後に、２つの金型を、上部方向と下部方向（接続線方向：Ｚ軸方向）にそれぞれ引き抜くことにより、ヒートシンク１を取り出すことができる。また、上部（第２領域）の金型は、前方向（接続線に垂直な方向：Ｙ軸方向）に引き抜き、下部（第１領域）の金型は下部方向（接続線方向：Ｚ軸方向）に引き抜いても良い。

また、ヒートシンク１をダイキャスト法で作製すると、３つのベース板３ａ、３ｂ、３ｃが一体形成されるので、高い剛性を持って２枚のベース板３ａ、３ｂの間隔を保持することができる。また、上部（第１領域）と下部（第２領域）を別の部品として製作し重ね合わせると製造工程が増え、接続用の部品も必要になり製造コストが大きくなるため、２方向に型を引き抜いて一体形成することでコスト削減を図ることが可能となる。また、接続フィン５と平行フィン６の間に空間があるためダイキャストの製造工程でバリが発生しても容易に取り去ることが可能となる。また、ダイキャスト法でヒートシンク１全面を接続フィン５とすると型の抜き勾配により出口が狭くなるが、接続フィン５と平行フィン６の２通りのフィンを設けることでフィン出口の開口が狭くなりすぎず通風特性が悪くならない。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかるヒートシンク１１の平面図であり、（ａ）は図１のＺ軸方向（上方から）に見た場合、（ｂ）は図１のＹ軸方向に見た場合をそれぞれ示す。図３中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

図３に示すように、実施の形態２にかかるヒートシンク１１は、接続フィン５を２段にして、下から接続フィン５、平行フィン６、接続フィン５の順番に放熱フィンを設けている。即ち、実施の形態１のヒートシンク１の上部に、更に、接続フィン５を設けた構造となっている。

このようなヒートシンク２１では、ベース部２に取り付けられる発熱部品４ａ、４ｂの数が多い場合に、図３（ｂ）に示すように、それぞれの発熱部品４ａ、４ｂの近傍に、第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂを接続するように接続フィン５が設けられ、発熱部品４ａ、４ｂの発熱量の差が大きい場合でも均熱効果が高くなり、放熱特性を向上させることが可能となる。なお、発熱部品４ａ、４ｂは、Ｘ軸方向に見た場合、少なくとも一部が接続フィン５と重なるように配置されることが好ましい。

なお、フィンは、図３では下方から接続フィン５、平行フィン６、接続フィン５の順に３段で構成（ベース部２が第１領域、第２領域、第１領域の構成）されているが、下方から平行フィン６、接続フィン５、平行フィン６の順に３段で構成（ベース部２が第２領域、第１領域、第２領域の構成）してもよい。また、３段に限らず、接続フィン５と平行フィン６を交互に４段以上設けた構成としてもよい。また、接続フィン５と平行フィン６が交互に配置される場合に限らず、間隔をあけて接続フィン５が連続で配置され、更に平行フィン６が連続で配置された構成となってもよい。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかるヒートシンク２１の平面図であり、（ａ）は図１のＺ軸方向に（上方から）見た場合、（ｂ）は図１のＹ軸方向に見た場合をそれぞれ示す。図４中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

図４に示すように、実施の形態３にかかるヒートシンク２１は、実施の形態１のヒートシンク１に対して、更に、第３ベース板３ｃの外側に熱伝導性材料７を介して発熱部品４ｃが取り付けられた構造となっている。

実施の形態１で述べたように、ダイキャスト法を用いることにより、第３ベース板３ｃを、第１ベース板３ａや第２ベース板３ｂとともに、アルミニウム等の熱伝導性に優れた材料で一体成形することができ、第３ベース板３ｃも良好な放熱性を有するようになる。このため、第３ベース板３ｃにも発熱部品４ｃを搭載することが可能となる。

なお、発熱部品は高さ（Ｚ軸方向の位置）を揃えて配置してもよいが、図４のように発熱部品３ａ、３ｂ、３ｃの高さを、互いに異なるように配置してもよい。異なる高さに配置することで、各発熱部品３ａ、３ｂ、３ｃから発生する熱の、フィンの放熱面への移動経路が短くなるため、冷却効率が向上し、放熱特性を向上させることが可能となる。例えば、実施の形態１（図２）では、接続フィン５の上部付近に発熱部品４ａ、４ｂを同じ高さで取り付けているが、この場合、発熱部品４ａ、４ｂから発生する熱は、第１または第２のベース板３ａ、３ｂを介し、接続フィン５の下部まで熱伝導により熱輸送される。これに対して、本実施の形態３（図４）では、発熱部品４ｂの位置は実施の形態１と同じ位置であるが、発熱部品４ａが発熱部品４ｂより下方に配置されているため、接続フィン５の下部は発熱部品４ａからの熱を主に放熱し、一方、接続フィン５の上部は発熱部品４ｂからの熱を主に放熱する。このため、より短い経路で接続フィンの放熱面に熱を伝えることができ、放熱効率をより向上させることができる。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４にかかるヒートシンク３１の平面図であり、（ａ）は図１のＺ軸方向に（上方から）見た場合、（ｂ）は図１のＹ軸方向に見た場合をそれぞれ示す。図５中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

実施の形態４にかかるヒートシンク３１は、実施の形態２のヒートシンク１１に対して、更に、第３ベース板３ｃの外側に熱伝導性材料７を介して発熱部品４ｃが取り付けられた構造となっている。

第１、第２のベース板３ａ、３ｂに発熱部品４ａ、４ｂを設ける場合は、第１ベース板３ａ、第２ベース板３ｂの接続フィン５との接続部近くに発熱部品４ａ、４ｂを取り付けることが好ましい。また、第３ベース板３ｃに発熱部品４ｃを設ける場合は、第３ベース板３ｃと平行フィン６との接続部近くに発熱部品４ｃを取り付けることが好ましい。これにより発熱部品４ａ、４ｂ、４ｃから発生する熱を効率よく接続フィン５や平行フィン６に移動させることができ、放熱特性を向上させることが可能となる。

なお、実施の形態２と同様に、放熱フィンは、図５では下方から接続フィン５、平行フィン６、接続フィン５の順に３段で構成されているが、下方から平行フィン６、接続フィン５、平行フィン６の順に３段で構成してもよい。また、３段に限らず、接続フィン５と平行フィン６を交互に４段以上設けた構成としてもよい。更に、接続フィン５と平行フィン６が交互に配置される場合に限らず、間隔をあけて接続フィン５が連続で配置され、更に平行フィン６が連続で配置された構成となってもよい。

実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５にかかるヒートシンク４１の平面図であり、（ａ）は図１のＺ軸方向に見た場合、（ｂ）は図１のＹ軸方向に（上方から）見た場合をそれぞれ示す。図６中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

実施の形態５にかかるヒートシンク４１は、実施の形態１によるヒートシンク１の上部出口付近に冷却ファン９が設けられた構造となっている。このような冷却ファン９を用いて上向きに空気を動かすことで、ヒートシンク１の下側の開口部から冷却風８が流入し、接続フィン５および平行フィン６が空冷され、発熱部品４ａ、４ｂが冷却される。特に、冷却ファン９を用いて冷却風８を強制循環させることで、空気が熱されて冷却風８が生じる場合に比べて、発熱部品４ａ、４ｂの冷却効率を向上させることができる。

また、接続フィン５と平行フィン６は、それらの法線が相互に直交するように設けられているので、実施の形態１の場合と同様に、冷却ファン９がある場合にも流動抵抗の小さい前縁効果が得られ、放熱特性を向上させることが可能となる。

なお、図６では、冷却ファン９を上部に設けて上向きに空気を流しているが、冷却ファン９を逆方向にして、上方からヒートシンク４１内に空気を吹き付けるように、下向きに空気を流してもよい。また、冷却ファン９は、ヒートシンク４１の下側に設けてもよい。

また、図６では接続フィン５と平行フィン６のフィンが２段のヒートシンクに冷却ファン９を設けているが、図３や図５のように、フィンが３段のヒートシンクに冷却ファン９を設けてもよいし、フィンが４段以上のヒートシンクに冷却ファン９を設けてもよい。

なお、発熱部品からの発熱量に応じて、冷却ファン９の運転速度を調整することもできる。また、発熱量が小さい場合は、冷却ファン９を停止して自然空冷として使用することも可能である。

実施の形態６．
図７は、本発明の実施の形態６にかかるヒートシンク５１の平面図であり、（ａ）は図１のＺ軸方向に（上方から）見た場合、（ｂ）は図１のＹ軸方向に見た場合をそれぞれ示す。図７中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

実施の形態６にかかるヒートシンク５１は、実施の形態４のヒートシンク（図５）の、平行フィン６が設けられた部分（第２領域）の側面（第３ベース板３ｃと対向する側面）に、冷却ファン９が設けられた構造となっている。このような構造では、冷却ファン９は、ヒートシンク１の内部に向かって空気を流すことで、冷却風８が平行フィン６から第３ベース板３ｃに向けて流れた後、図７（ｂ）中に示すように、上下に分かれた冷却風８となって接続フィン５の間を流れ、上下の開口部から排気され、この過程で発熱部品４ａ、４ｂを冷却することが可能となる。特に、冷却風８は上下両方向にほぼ均等に分かれるので、上下に配置した発熱部品４ａ、４ｂをほぼ均等に冷却できる。

なお、第３ベース板３ｃに発熱部品４ｃを設けてもよく、特に、他の発熱部品４ａ、４ｂと比較して発熱部品４ｃの発熱量が大きい場合には、第３ベース板３ｃの冷却ファン９が取り付けられる高さと同じ付近（冷却ファン９に対向する位置）に発熱部品４ｃを取り付ければ放熱特性を向上させることが可能となる。

また、図７に示すように、第３ベース３ｃに対向する側面に冷却ファン９を配置することで、冷却ファン９を停止して使用する場合でも、冷却ファン９が自然空冷の流動抵抗とはならないので、より高効率な冷却が可能となる。

なお、図７ではヒートシンク５１の内部に空気を引き込むように冷却ファン９を設けたが、これとは逆に、ヒートシンク５１の内部から空気を排出するように冷却ファン９を設けても良い。

実施の形態７．
図８は、本発明の実施の形態７にかかるヒートシンク６１の斜視図である。図８中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

実施の形態７にかかるヒートシンク６１は、実施の形態１のヒートシンク（図２）の、第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂの先端をつなぐように第４ベース板３ｄが設けられた構造となっている。このような構造では、ヒートシンク６１を壁面に取り付けて用いる場合に、第４ベース板３ｄを壁面に取り付けることで接触面積が大きくなり、接触熱抵抗が低下して放熱特性を向上させることができる。また、図８のように第４ベース板３ｄの両端を第１ベース板３ａ、第２ベース板３ｂより延ばすことで、ネジ等での壁面への取り付けが容易となる。また、第４ベース板３ｄの外面に発熱部品を設けてもよい。

また、第４ベース板３ｄと平行フィン６の先端部分を接続することで、第４ベース板３ｄから平行フィン６の先端部分へ熱を輸送することが可能となり平行フィン６での放熱特性を向上させることが可能となる。なお、図８では平行フィン６部分で第４ベース板３ｄに穴を設けているが、穴をなくしてボックス型のヒートシンク６１としても良い。

実施の形態８．
図９は、本発明の実施の形態８にかかるヒートシンク７１の斜視図である。図９中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

実施の形態８にかかるヒートシンク７１は、実施の形態１のヒートシンク（図２）の、第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂと平行フィン６の先端を連結する連結板１６が設けられている。また、第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂの先端には固定板１７が設けられており、ネジ等で壁面へ取り付けることが可能である。また、連結板１６と手前側の接続フィン５に密着するように発熱部品４ｄが取り付けられる。

このような構造では、連結板１６により第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂと平行フィン６の先端部分とが接続しているので、第１ベース板３ａおよび第２ベース板３ｂから平行フィン６の先端部分へ熱を輸送することが可能となり平行フィン６での放熱特性を向上させることが可能となる。また、発熱部品４ｄを設けて、固定板１７を壁面に取り付けた場合、下面の通気入口１８から空気が流入し、通気出口１９から排気されるため発熱部品４ｄを効率的に冷却することが可能となる。また、平行フィン６の先端部分も開口しているため接続フィン５間から流出した空気により発熱部品４ｄを冷却することも可能となる。

なお、図９のようなヒートシンク７１は４個の部分金型を用いることでダイキャスト法により製造することができる。具体的には、例えば図９のヒートシンク７１を製造する場合、＋Ｙ方向、−Ｙ方向、＋Ｚ方向、−Ｚ方向の金型を用いてキャスティングを行う。キャスティング工程において、部品取り付け用の穴なども同時に形成される。キャスティング後に、４つの金型を＋Ｙ方向、−Ｙ方向、＋Ｚ方向、−Ｚ方向にそれぞれ引き抜くことにより、ヒートシンク７１を取り出すことができる。このとき、５個以上の部分金型を用いて、Ｘ方向に部品取付け用の穴などを設けてもよい。

実施の形態９．
図１０は、本発明の実施の形態９にかかる、ヒートシンク１を用いた電子機器１０の平面断面図を上（図１の＋Ｚ軸方向）から見た図であり、図１０中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。

本実施の形態９では、複数の電子機器１０が、取付板１３の側面に固定されている。取付板１３は、例えば制御盤の内壁に相当する。それぞれの電子機器１０は、例えば実施の形態１に示したヒートシンク１と、ヒートシンク１を覆うように配置された筐体１５を有する。ヒートシンク１の第１ベース板３ａおよび第２ベース板３ｂの先端部分はＬ字型に曲げられて、取付板１３にネジ１２で止められている。

本発明にかかるヒートシンク１では、ベース部２が、例えばダイキャスト法で一体形成されたコの字型の構造を有し剛性が高いため、ネジ１２により、ベース部２を取付板１３に固定することができる。

また、ヒートシンク１は取付板１３に熱的に接続されるので、発熱部品４ａ、４ｂで発生した熱は取付板１３にも移動し、取付板１３から空気中へ放熱されるため、放熱特性が向上する。

なお、図１０では、実施の形態１のヒートシンク１を電子機器１０に適用した場合について説明したが、他の実施の形態２〜８にかかるヒートシンクを用いても構わない。また、第１ベース板３ａおよび第２ベース板３ｂの先端部分はＬ字型にしたが、例えばＴ字型であってもよい。Ｔ字型とすることで、ベース部２と取付板１３との接触面積が大きくなり、接触熱抵抗が低下して更に放熱特性を向上させることができる。

実施の形態１０．
図１１は、全体が８１で表される、本発明の実施の形態１０にかかるヒートシンクの斜視図である。また、図１２ａ〜図１２ｆは、ヒートシンク８１の平面図であり、図１２ａは図１１のＹＺ平面を＋Ｘ軸方向から見た場合（Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面を並記）、図１２ｂは図１１のＸＹ平面を＋Ｚ軸方向から見た場合、図１２ｃは図１１のＹＺ平面を−Ｘ軸方向から見た場合、図１２ｄは図１１のＸＹ平面を−Ｚ軸方向から見た場合、図１２ｅは図１１のＸＺ平面を−Ｙ軸方向から見た場合（Ｃ−Ｃ断面を並記）、図１２ｆは図１１のＸＺ平面を＋Ｙ軸方向から見た場合、をそれぞれ示す。

図１１に示すように、ヒートシンク８１は、例えばアルミニウムからなるベース部２を有する。ベース部２は、互いに平行になるように対向して配置された第１ベース板３ａおよび第２ベース板３ｂと、２つのベース板を接続する第３ベース板３ｃと第４ベース板３ｄからなる。

ベース部２（第１領域）の内側には、対向する第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂを接続し、かつ第３ベース板３ｃと平行となるように（ＸＺ平面内に）接続フィン５が設けられている。また、ベース部２（第２領域）の第３ベース板３ｃには、第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂと平行かつ接続フィン５と直交する方向に（ＹＺ平面内に）平行フィン６が設けられている。接続フィン５や平行フィン６は、例えばアルミニウムから形成される。

第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂには基板位置決めボス２０と基板固定用ねじ穴２１が設けられている。また、ベース部２上部にはファン位置決めボス２２とファン固定用ねじ穴２３とファンカバーツメ固定用穴２４および配線通路２８が設けられている。

第１ベース板３ａ先端には固定板１７が設けられており、固定板１７にはヒートシンク固定用穴２５が設けられている。また、第１ベース板３ａ、第２ベース板３ｂおよび第４ベース板３ｄの外側には、発熱部品が発熱部品取り付け用ねじ穴２６にねじ止めされる。また、第４ベース板３ｄには樹脂カバー固定用穴２７が設けられ、第１ベース板３ａおよび第２ベース板３ｂには樹脂カバー固定用ツメ３２が設けられている。

かかるヒートシンク８１では、発熱部品で発生した熱は、ベース部２から接続フィン５または平行フィン６に伝達される。接続フィン５や平行フィン６の周囲では、伝達された熱により周囲の空気が暖められ、空気の密度差により、下方から上方に向かう冷却風が接続フィン入口３３から流入する。この冷却風によりベース部２および接続フィン５が空冷され、接続フィン出口２９から流出した冷却風は、平行フィン入口３０へ流入し、ベース部２および平行フィン６が空冷され、平行フィン出口３１から流出過程で発熱部品が冷却される。

ヒートシンク８１では、接続フィン５の上方に平行フィン６が設けられているので、平行フィン入口３０（平行フィン６の下部）で前縁効果により放熱特性を向上させることができる。

なお、ヒートシンク８１では、接続フィン５と平行フィン６は、法線が直交するように配置されているため、接続フィン出口２９から平行フィン入口３０への空気の流入幅が広くなる。また、前段フィン（接続フィン５）から流出した空気は、高速部だけではなく低速部も後段フィン（平行フィン６）の下面に衝突するので、流動抵抗が小さくできる。

これに対して本実施の形態１０にかかるヒートシンク８１では、発熱部品が取り付けられた第１ベース板３ａと第２ベース板３ｂと第４ベース板３ｄは、直接接続されているだけではなく第３ベース板３ｃに加えて接続フィン５によっても熱的に接続されており、従来構造に比べて熱の移動経路が短くなる。このため、個々の発熱部品の発熱量の差が大きい場合には、熱拡散により熱が自動的にバランスされ、放熱特性を向上させることができる。

例えば、第１ベース板３ａに取り付けられた発熱部品の発熱量が大きい場合には、第３ベース板３ｃおよび接続フィン５は、発熱部品４ａの放熱に寄与する面積が大きくなり、第２ベース板３ｂに取り付けられた発熱部品の放熱に寄与する面積が小さくなるため温度がバランスされ、第１ベース板３ａに取り付けられた発熱部品の温度上昇を低減することが可能となる。

ヒートシンク８１ではヒートシンク固定用穴２５が設けられているので制御盤の内壁等へ固定版１７を密着させて取り付けることが可能となる。このとき、発熱部品の熱を取り付け板に移動させて放熱することが可能となるので放熱特性を向上させることが可能となる。また、取り付け板と第４ベース板ｄの間には通気入口１８と通気出口１９が形成されるので第４ベース板３ｄに取り付けた発熱部品の放熱特性を向上させることができる。なお、第４ベース板３ｄの平行フィン６の先端部分は開放されているので接続フィン出口２９から流出した冷却風により第４ベース板３ｄに取り付けた発熱部品を冷却することも可能となる。

また、ヒートシンク８１には基板位置決めボス２０および基板固定用ねじ穴が設けられているのでヒートシンク８１を用いた製品を組み立てる際に基板の位置決めと固定を簡易に行うことができ、また、ファン位置決めボス２２とファン固定用ねじ穴２３も設けているのでファンの取り付けも簡易に行うことができ、製造コストを削減することが可能となる。

また、ヒートシンク８１にはファンカバーツメ固定用穴２４と樹脂カバーツメ固定用穴２７および樹脂カバー固定用ツメ３２が設けられているので、ヒートシンク８１に樹脂カバーやファンカバーをワンタッチで取り付けることができ、ねじ止め箇所も削減できるので製造コストを削減することが可能となる。

なお、ヒートシンク８１の上部には配線通路２８が設けられており外部に取り付けたファンや発熱体の配線を筐体内部へ通すことが可能となる。

本実施の形態１０にかかるヒートシンク８１は、４個以上の部分鋳型を引き抜くダイキャスト法により製造することができ、多方向に構成要素を同時に設けることができ、製造工程が容易となる。また、ヒートシンク８１をダイキャスト法で作製すると、４つのベース板３ａ、３ｂ、３ｃ、４ｄが一体形成されるので、高い剛性を持って２枚のベース板３ａ、３ｂの間隔を保持することができる。また、図１１の−Ｙ方向から引き抜く部分鋳型を＋Ｚ方向と−Ｚ方向から引き抜く部分鋳型で挟むことにより、接続フィン５と平行フィン６の間に空間を設けることが可能となり、ダイキャストの製造工程でバリが発生しても容易に取り除くことが可能となる。

Claims

放熱用のフィンがベース部に設けられたヒートシンクであって、
ａ）外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第１ベース板と、ｂ）第１ベース板と平行になるように対向配置され、外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第２ベース板と、ｃ）第１ベース板および第２ベース板のそれぞれに対して垂直に配置されて、これらを接合線に沿って固定する、外面と内面とを有する第３ベース板と、を含み、接合線方向に並ぶ第１領域と第２領域とを有するベース部と、
第１領域に、第１ベース板と第２ベース板のそれぞれの内面の間を接続し、第３ベース板に対して平行になるように配置された接続フィンと、
第２領域に、第３ベース板の内面から、第１ベース板に対して平行になるように配置された平行フィンと、を含むことを特徴とするヒートシンク。
接合線方向に見た場合に、接合フィンと平行フィンは垂直に交差することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
接合線方向に見た場合に、ベース部はコの字形状であることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
接続フィンと平行フィンが接していないことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
第１ベース板と第２ベース板の先端部分に第３ベース板と平行な第４ベース板を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
第１ベース板と第２ベース板の先端部分および平行フィンの先端部分を連結する連結板を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
ベース部は、第１領域を挟むように設けられた２つの第２領域、および／または第２領域を挟むように設けられた２つの第１領域を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
ベース部の、接合線方向の端部に、ファンが設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
ベース部の、接合線に垂直な方向の端部に、平行フィンを挟んで第３ベース板と対向するようにファンが設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
第１ベース板および第２ベース板に設けられた基板位置決めボスおよび基板固定用ねじ穴と、
ベース部の上部に設けられたファン位置決めボス、ファン固定用ねじ穴、ファンカバーツメ固定用穴、および配線通路と、
第１ベース板の先端に設けられた固定板と、
固定板に設けられたヒートシンク固定用穴と、
第１ベース板、第２ベース板、および第４ベース板に設けられた発熱部品取り付け用ねじ穴と、
第４ベース板に設けられた樹脂カバー固定用穴と、
第１ベースおよび第２ベースに設けられた樹脂カバー固定用ツメと、を含むことを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載のヒートシンク。
ヒートシンクの製造方法であって、
ａ）外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第１ベース板と、ｂ）第１ベース板と平行になるように対向配置され、外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第２ベース板と、ｃ）第１ベース板および第２ベース板のそれぞれに対して垂直に配置されて、これらを接合線に沿って固定する、外面と内面とを有する第３ベース板と、を含み、接合線方向に並ぶ第１領域と第２領域とを有するベース部と、
第１領域に、第１ベース板と第２ベース板のそれぞれの内面の間を接続し、第３ベース板に対して平行になるように配置された接続フィンと、
第２領域に、第３ベース板の内面から、第１ベース板に対して平行になるように配置された平行フィンと、を含むヒートシンクに対応した鋳型を準備する工程と、
鋳型内に、溶融した熱伝導性材料を注入する工程と、
熱伝導性材料を冷却して固化しヒートシンクを形成する工程と、
鋳型から、ヒートシンクを取り出す工程とを含み、
鋳型は、ベース部の第１領域と第２領域の間で、接合線に垂直な平面で分離された２つの部分鋳型からなり、第１領域の部分鋳型を接合線方向に移動させ、第２領域の鋳型を接合線と垂直な方向に移動させて分離し、鋳型からヒートシンクを取り出すことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
ヒートシンクの製造方法であって、
ａ）外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第１ベース板と、ｂ）第１ベース板と平行になるように対向配置され、外面と内面とを有し、外面に発熱部品が搭載可能な第２ベース板と、ｃ）第１ベース板および第２ベース板のそれぞれに対して垂直に配置されて、これらを接合線に沿って固定する、外面と内面とを有する第３ベース板と、を含み、接合線方向に並ぶ第１領域と第２領域とを有するベース部と、
第１領域に、第１ベース板と第２ベース板のそれぞれの内面の間を接続し、第３ベース板に対して平行になるように配置された接続フィンと、
第２領域に、第３ベース板の内面から、第１ベース板に対して平行になるように配置された平行フィンと、を含むヒートシンクに対応した鋳型を準備する工程と、
鋳型内に、溶融した熱伝導性材料を注入する工程と、
熱伝導性材料を冷却して固化しヒートシンクを形成する工程と、
鋳型から、ヒートシンクを取り出す工程とを含み、
鋳型は、ベース部の第１領域と第２領域の間で、接合線に垂直な平面で分離された２つの部分鋳型からなり、２つの部分鋳型を接合線方向に移動させて分離し、鋳型からヒートシンクを取り出すことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
鋳型は、接合線方向の２個以上の部分鋳型と、接合線と垂直方向の２個以上の部分鋳型の計４個以上の部分鋳型からなり、それぞれの鋳型を接合線方向および接合線と垂直方向に移動させて分離し、鋳型からヒートシンクを取り出すことを特徴とする請求項１１に記載のヒートシンクの製造方法。
平行フィンを形成するための接合線と垂直方向の部分鋳型は、接合線方向の部分鋳型に挟まれることを特徴とする請求項１３に記載のヒートシンク製造方法。
ダイキャスト法を用いることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の製造方法。