JP6340610B2 - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱を発生させる電源ユニットなどに固定して利用されるヒートシンクの製造方法に関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２００９−８８０５６号公報がある。この公報に記載されたヒートシンクは、基板（ベース部）上に垂直に立設されてなるフィン群を有している。フィン群は、フィンの長手方向において複数の列に分断され、各列のフィンにおいて、長手方向に対して直交する方向で、互いに平行に配置されている。そして、一つ置きの列に関して、各フィンは、長手方向に対して直交する方向に僅かにオフセットされ、配置されている。このような構成により、フィン群を通る風に乱流を発生させることができ、効率の良い熱交換を行っている。
また、このような構成のヒートシンクを製造するにあっては、一般的な形状のヒートシンクからなるアルミ押出形材を準備する。このアルミ押出形材のフィンは、長手方向に対して直交する方向にカッタで切断され、これにより、フィン群を、フィンの長手方向で複数の列に分断させる。その後、各フィンを差し込むための孔を複数有する加工型を利用する。この場合、加工型の孔内に一つ置きの列のフィンを差し込んだ状態で、加工型を長手方向に対して直交する方向に僅かに移動させて、各フィンの根元を「くの字」状に変形させる。その結果、フィン群の列に関して、一つ置きに、オフセットされた列のフィンを配置させることができる。

特開２００９−８８０５６号公報

しかしながら、前述した従来のヒートシンクにあっては、加工型によって各フィンの根元を「くの字」状に変形させているので、各フィンの根元に残留応力が発生したままで、各フィンが基板上に立設されることになる。また、一般的なヒートシンクに比べて、フィンの枚数が多くなっているが、一枚毎のフィンに着目すると小さくなっており、その結果として、フィンの厚さが薄くなればなるほど、各フィン自体が曲がり易くなる。

本発明は、放熱性能の高効率化を図る上で、軽量化や小型化のためにフィンを薄くした場合でも、フィン自体を曲がり難くしたヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明は、長手方向に延在する複数のフィンが互いに平行でベース部上に並置されてなるヒートシンクであって、
長手方向に波形をなして延在する前記各フィンには、長手方向において、前記ベース部側で直線状に延在し、前記ベース部と反対の遊端側で連続的な波形状をなし、
前記フィンにおいて高さ方向に延在する頂部は、前記ベース部側から前記遊端側に向かって所定の倒れ角度で延在する。

このようなヒートシンクにおいては、長手方向で連続した波形状になっているので、従来のように、小さなフィンが独立して配列されておらず、ベース部上でフィン自体が根元から曲がるような事態が起こりにくい。これにより、軽量化や小型化のためにフィンを薄くした場合でも、フィン自体が曲がり難い。また、このような構成のヒートシンクで長手方向に沿って風が流れた場合、ベース部の近くすなわち発熱源近くでは層流が起こり易く、ベース部から離れれば離れるほど、乱流が起こり易くなるので、発熱源からヒートシンクのベース部に伝達された熱を、フィンに沿って、ベース部から離れる方向に移動させ易い。このような熱伝導作用によって、ヒートシンクの放熱性能の高効率化が図られている。

本発明は、ベース部に対して互いに平行で且つ垂直に立設された複数のフィンを有する被加工物を、金型によってプレス成形することでヒートシンクを製造する方法であって、
前記金型は、前記被加工物の前記フィン間に前記フィンの遊端側から挿入するための複数の差込み部を有し、
前記フィンを境にして対向する一方の前記差込み部には、前記フィンの長手方向に対して直交する方向に突出する複数の第１のフィン加圧部が長手方向に並置され、他方の前記差込み部には、前記フィンの長手方向に対して直交する方向に突出する複数の第２のフィン加圧部が長手方向に並置され、
前記第１及び第２のフィン加圧部の頂部は、前記フィンの前記ベース部側の端部に対応する一端部から所定の倒れ角度で延在し、前記第１及び第２のフィン加圧部は、前記フィン加圧部の高さ方向において断面積が前記一端部から連続的に増加し、前記第１のフィン加圧部と前記第２のフィン加圧部とは、長手方向で交互に配置された構成を備え、
前記金型の前記各差込み部を同時に前記フィン間に挿入して前記フィンを変形させる。

このような構成の金型にあっては、被加工物のフィン間に、フィンの遊端側から差込み部を徐々に挿入するだけで、所望のフィンの形状が得られる。このフィンは、長手方向に波形をなして延在し、長手方向において、ベース部側で直線状に延在し、ベース部と反対の遊端側で連続的な波形状をなし、フィンにおいて高さ方向に延在する頂部は、ベース部側から遊端側に向かって所定の倒れ角度で延在するような形状を有する。

本発明によれば、放熱性能の高効率化を図る上で、軽量化や小型化のためにフィンを薄くした場合でも、フィン自体を曲がり難くできる。

本発明に係るヒートシンクの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示されたヒートシンクの要部拡大斜視図である。 図４のIII−III線に沿う断面図である。 図２の平面図である。 金型に適用される差込み部を示す斜視図である。 被加工物及び金型を示す斜視図である。 金型による被加工物の成形時を示す斜視図である。 被加工物から金型が離間した状態を示す斜視図である。 本発明に係るヒートシンクの他の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るヒートシンクの更に他の実施形態を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るヒートシンク及びその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１〜図４に示されるように、アルミ材からなるヒートシンク１は、電気自動車の急速充電器やシステム電源のパワーユニットなどで、熱源になっている電源ユニットの内部に収容され、この電源ユニットの壁面などにヒートシンク１のベース部２は固定される。また、ファンによる強制的な冷却によってヒートシンク１の冷却効率は高められている。

このヒートシンク１は、熱伝導の良いアルミ材によって成形されると共に、板状のベース部２上に複数のフィン３が列をなして立設されたフィン群Ｒを有している。フィン群Ｒは、長手方向に波形をなすと共に、互いに平行に延在する複数枚のフィン３を有している。そして、ベース部２には、フィン群Ｒを挟むようにして両側壁４が立設されている。

フィン３は、ベース部２の側で長手方向に沿って直線的に延在すると共に、ベース部２と反対側に位置する遊端側で長手方向に沿って連続的な波形状をなしている。この波形状は、長手方向に延在する軸線Ｌを中心にしてＶ字と逆Ｖ字とが長手方向において交互に出現する（図４参照）。なお、この軸線Ｌは、ベース部２とフィン３との接合部分で長手方向に沿って直線的に延在する。

フィン３の高さＨ方向に延在する基準軸線Ｐに対して、フィン３の頂部３ａは、ベース部２の側から遊端側に向かって所定の倒れ角度αで延在する（図３参照）。基準軸線Ｐは、ベース部２に対して垂直に延在し、倒れ角度αは、６度〜１１度程度が好ましい。この場合、フィン３の頂部３ａは、ベース部２の表面２ａ（図３参照）から上方に向かって延在している。

フィン３は、ベース部２側の基端から遊端に向かって、矩形の平面を捻るように延在する複数の単位壁３ｂが、連続的な波形状をなすように頂部３ａで連接されている。そして、２枚の単位壁３ｂによって形成される空間Ｓ（図２参照）は、高さＨ方向に対して直交する平面上で断面二等辺三角形状になっており、ベース部２側の基端から遊端に向かって、この断面積は連続的に増加する。

このようなヒートシンク１においては、長手方向で連続した波形状になっているので、従来のように、小さなフィンが独立して配列されておらず、ベース部２上でフィン３自体が根元から曲がるような事態が起こりにくい。これにより、軽量化や小型化のためにフィン３を薄くした場合でも、フィン３自体が曲がり難い。また、このような構成のヒートシンク１で長手方向に沿って風が流れた場合、ベース部２の近くすなわち発熱源近くでは層流が起こり易く、ベース部２から離れれば離れるほど、乱流が起こり易くなるので、発熱源からヒートシンク１のベース部２に伝達された熱を、フィン３に沿って、ベース部２から離れる方向に移動させ易い。このような熱伝導作用によって、ヒートシンク１の放熱性能の高効率化が図られている。

次に、前述したヒートシンク１の製造方法について説明する。

図５及び図６に示されるように、ヒートシンク１の製造に利用される金型１０は、アルミ押出形材をなす被加工物（すなわちワーク）２０に適用される。この被加工物２０は、ベース部２１に対して互いに平行で且つ垂直に立設された複数のフィン２２を有する。なお、図示されている金型１０及び被加工物２０は、説明を簡便にするために、実際の物より小さな物が示されている。

金型１０は、被加工物２０のフィン２２間にフィン２２の遊端側から挿入するための複数の差込み部１１を有している。フィン２２を境にして対向する一方の差込み部１１Ａには、フィン２２の長手方向に対して直交する方向に突出する複数の第１のフィン加圧部１２が長手方向に並置されている。他方の差込み部１１Ｂには、フィン２２の長手方向に対して直交する方向に突出する複数の第２のフィン加圧部１３が長手方向に並置されている。

また、同一形状を有する第１のフィン加圧部１２と第２のフィン加圧部１３とは、長手方向でオフセットされ、長手方向において交互に配置されている。フィン加圧部１２，１３の頂部１２ａ，１３ａは、いずれもフィン２２側に向くように配置されている。そして、頂部１２ａ，１３ａは、フィン２２のベース部２１側の端部に対応する一端部から、基準軸線Ｐに対して所定の倒れ角度αで延在する（図５参照）。なお、頂部１２ａ，１３ａの倒れ角度αは、成形後のフィン３の倒れ角度αと一致している。

第１及び第２のフィン加圧部１２，１３は、フィン加圧部１２，１３の高さＨ１方向において、高さＨ１方向に対して直交する平面上で断面二等辺三角形状になっている。この断面積は下端から上端に向かって連続的に増加する。フィン加圧部１２，１３の断面積は、２枚の単位壁３ｂによって形成される空間Ｓ（図２参照）の断面積より小さくなっている（図４参照）。つまり、フィン加圧部１２，１３は、この頂部１２ａ，１３ａによって、フィン２２の側面を局所的に押すような形状になっている。従って、オフセットされている第１のフィン加圧部１２の頂部１２ａと第２のフィン加圧部１３の頂部１３ａとによって、フィン２２を両側から挟み込むようにしてフィン２２を変形させている。

第１のフィン加圧部１２と第２のフィン加圧部１３は、一枚の差込み板Ａに関して背中合わせで設けられているので、多数枚のフィン２２を一度に変形させて、最終的な形状としてフィン３（図２参照）を一度に作り出すことができる。なお、各差込み板Ａは、図示しないが上方で連結されており、これによって一体化されている。

前述した金型１０によって、ヒートシンク１を成形するにあたって、まず、図６に示されるように、被加工物２０のフィン２２の上方に金型１０の差込み板Ａを配置させる。このとき、被加工物２０は、金型１０の真下で、隣接する差込み板Ａ間のフィン差込み空間Ｄとフィン２２とが一致するようにセットされる。

図７に示されるように、金型１０を降下させて、フィン２２を加圧しながら、各差込み部１１Ａ，１１Ｂを同時にフィン２２間に上から徐々に挿入し、フィン加圧部１２，１３の頂部１２ａ，１３ａによって、フィン２２を挟み込むようにしてフィン２２を徐々に変形させる（図４参照）。そして、フィン２２のプレス変形が完了した後、図８に示されるように、金型１０を上昇させる。その結果として、ヒートシンク１のフィン３（図２参照）がプレスによって作り出される。

このような構成の金型１０にあっては、被加工物２０のフィン２２間に、フィン２２の遊端側から差込み部１１Ａ，１１Ｂを徐々に挿入するだけで、所望のフィン３の形状が得られる。このフィン３は、長手方向に波形をなして延在し、長手方向において、ベース部２側で直線状に延在し、ベース部２と反対の遊端側で連続的な波形状をなし、フィン３の頂部３ａは、ベース部２側から遊端側に向かって所定の倒れ角度αで延在するような形状を有する。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。

例えば、図９に示されるように、ヒートシンク３０のフィン３１は、ベース部２の側で長手方向に沿って直線的に延在すると共に、ベース部２と反対側に位置する遊端側で長手方向に沿って連続的な波形状をなしている。この波形状は、軸線Ｌを中心にしてＵ字と逆Ｕ字とが長手方向において交互に出現する。フィン３１において高さＨ方向に延在する頂部３１ａは、ベース部２の側から遊端側に向かって基準軸線Ｐ（図３参照）に対して所定の倒れ角度αで延在する。

このようなヒートシンク３０を製造するにあたって適用される金型（不図示）は、図５に示された第１のフィン加圧部１２及び第２のフィン加圧部１３と形状のみが異なる。この場合に適用される第１及び第２のフィン加圧部（不図示）は、断面がＵ字状又は円弧状になっており、断面積は、下端から上端に向かって連続的に増加する。また、成形行程については、図６〜図８に示された製造工程と同じである。

図１０に示されるように、他の例のヒートシンク４０のフィン４１は、ベース部２から起立する直立部４１Ａと、直立部４０Ａの先端から所定の倒れ角度αで延在する倒れ部４１Ｂと、からなる。この場合、フィン４１において、頂部４１ａは、ベース部２側からフィン４１の遊端側に向かって倒れ角度αで延在するが、図３のようにベース部２の表面２ａから延在するのではなく、ベース部２の表面２ａから離れた位置すなわち直立部４１Ａの先端から上方に向かって延在する。

図１０に示された直立部４１Ａは、図９に示されたフィン３１にも適用可能である（不図示）。

１，３０，４０…ヒートシンク ２…ベース部 ３，３１，４１…フィン ３ａ，３１ａ，４１ａ…フィンの頂部 １０…金型 １１，１１Ａ，１１Ｂ…差込み部 １２…第１のフィン加圧部 １２ａ…頂部 １３…第２のフィン加圧部 １３ａ…頂部 ２０…被加工物 ２１…ベース部 ２２…フィン Ａ…差込み板 Ｈ…高さ α…倒れ角度

Claims (2)

1. ベース部に対して互いに平行で且つ垂直に立設された複数のフィンを有する被加工物を、金型によってプレス成形することでヒートシンクを製造する方法であって、
   前記金型は、前記被加工物の前記フィン間に前記フィンの遊端側から挿入するための複数の差込み部を有し、
   前記フィンを境にして対向する一方の前記差込み部には、前記フィンの長手方向に対して直交する方向に突出する複数の第１のフィン加圧部が長手方向に並置され、他方の前記差込み部には、前記フィンの長手方向に対して直交する方向に突出する複数の第２のフィン加圧部が長手方向に並置され、
   前記第１及び第２のフィン加圧部の頂部は、前記フィンの前記ベース部側の端部に対応する一端部から所定の倒れ角度で延在し、前記第１及び第２のフィン加圧部は、前記フィン加圧部の高さ方向において断面積が前記一端部から連続的に増加し、前記第１のフィン加圧部と前記第２のフィン加圧部とは、長手方向で交互に配置された構成を備え、
   前記金型の前記各差込み部を同時に前記フィン間に挿入して前記フィンを変形させる、
   ヒートシンクの製造方法。
2. 前記第１及び第２のフィン加圧部は、高さ方向に対して直交する平面上で断面三角状になっている、
   請求項１記載のヒートシンクの製造方法。

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