JPH07212065A - ヒ−トシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 放熱流体により強制的に冷却される電子部品
等に取り付けて，発生した熱を効率良く放熱するヒ−ト
シンクの構造を提供する。 【構成】 薄板板金により，積層かしめ部とこの積層か
しめ部の両側に延設した放熱部とを形成した冷却フィン
と，この冷却フィンを複数積層構造に配置固定して冷却
フィン部を構成するようにした。又，冷却フィンの両面
を平面に形成し，各冷却フィンの両放熱部先端部分を，
それぞれ互いに対向する方向に屈曲して内部が中空の積
層構造の柱状に形成するようにした。複数積層構造に配
置した各冷却フィンの積層かしめ部の最外側と最内側と
を，それぞれ積層かしめ部に略等しい形状の平板状に形
成したベ−スプレ−トと押え板とにより挟持固定するよ
うにした。又，冷却対象物に当接するベ−スプレ−トの
取付面を平滑に形成し，さらに，各冷却フィンの両面が
放熱流体の流れる方向に沿うように，冷却フィン部を位
置決めしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，空気や液体等の放熱
流体により，強制的に冷却される必要のある電子部品等
の冷却対象物に取り付けられ，この冷却対象物で発生し
た熱を放熱するためのヒ−トシンクに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に，電子部品等の冷却対象物には，
内部で発生した熱を放熱するためにヒ−トシンクが取り
付けられており，この冷却対象物で発生した熱は，冷却
対象物に取り付けられているヒ−トシンクの取付面を介
してヒ−トシンク内部に伝達され，さらに，内部からヒ
−トシンク表面の放熱面へと伝達される。そして，この
放熱面からヒ−トシンクの表面を一定の流速で強制的に
流れている放熱流体へと放熱される。

【０００３】このように，冷却対象物に取り付けられる
ヒ−トシンクは，主として押出型材を用いて成形加工さ
れている。この際，ヒ−トシンク表面の放熱面を大にす
るためには，可能な限り冷却フィンのピッチが小さく形
成されている。一方，一枚の金属板を板金加工により波
型あるいはその他各種の形状に冷却フィンが形成された
ヒ−トシンクがある。

【０００４】このようにして形成されたヒ−トシンクを
介して放熱する場合，冷却対象物の冷却効率は，主とし
てヒ−トシンクの効率に関係している。そして，このヒ
−トシンクの効率は，ヒ−トシンクから放熱流体へ伝達
される放熱量Ｑ₁ と冷却対象物からヒ−トシンク内部を
通過して放熱面へと伝達される伝熱量Ｑ₂ とにより決定
される。

【０００５】そこで，一般に，ヒ−トシンクの放熱面か
ら放熱流体へと伝達される単位時間当りの放熱量Ｑ₁
は，次式のように表される。 Ｑ₁ ＝α・Ａ（Ｔ_h −Ｔ_o ）・・・・・（１） 但し，α：熱伝達率，Ａ：放熱面積，Ｔ_h ：ヒ−トシン
クの放熱面の温度 Ｔ_o ：放熱流体の温度

【０００６】ここで，熱伝達率αは，放熱流体の流速，
放熱流体により定まる固有の物性値およびヒ−トシンク
の長さ，ヒ−トシンクの素材により定まる固有の物性値
の関数である。従って，放熱流体の条件及びヒ−トシン
ク素材を同一と仮定すると，放熱量Ｑ₁ は放熱面積Ａ及
びヒ−トシンクの放熱面の温度Ｔ_h と放熱流体の温度Ｔ
_o との差（Ｔ_h −Ｔ_o ）により決定される。

【０００７】次に，ヒ−トシンク内部を通過する単位時
間当りの伝熱量Ｑ₂ は，次式のように表される。 Ｑ₂ ＝λ・Ｓ（Ｔ₂ −Ｔ_h ）／ｄ・・・（２） 但し，λ：熱伝導率，Ｓ：伝熱面の断面積，Ｔ_h ：ヒ−
トシンクの放熱面の温度，Ｔ₂ ：冷却対象物とヒ−トシ
ンクとの取付面温度，ｄ：伝達距離

【０００８】ここで，熱伝導率λは，材質により定まる
固有の物性値である。従って，ここでは，放熱流体の条
件及びヒ−トシンク素材を同一と仮定すると，ヒ−トシ
ンク内部の伝熱量Ｑ₂ は，伝熱断面積Ｓ及び冷却対象物
とヒ−トシンクとの取付面温度Ｔ₂ とヒ−トシンクの放
熱面の温度Ｔ_h との差（Ｔ₂ −Ｔ_h ）に比例し，伝達距
離ｄに反比例する。

【０００９】従って，ヒ−トシンクの効率を考える場
合，冷却対象物の発熱量が一定であると仮定すると，放
熱面の温度Ｔ_h は放熱流体の温度Ｔ_o 以下には下がるこ
とがない。そこで，（２）式より，伝達距離ｄの長いヒ
−トシンクでは取付面温度Ｔ₂が高くなる。

【００１０】一方，（１）式より，放熱面の温度Ｔ_h が
放熱流体の温度Ｔ_o に近いほど放熱量Ｑ₁ は小さくな
り，放熱面積Ａおよび熱伝達率αが大きいほど放熱量Ｑ
₁ が大となる。

【００１１】上記のように考察した結果，発明者等は，
ヒ−トシンクの効率を良好にするための条件としては，
以下のような結論に達することが出来た。 （イ）冷却対象物にヒ−トシンクを取り付けるための取
付面の面積は，取付面の形状により最大値が決定され
る。従って，冷却対象物の限られた面積で最大限に伝熱
断面積Ｓを大にするためには，（２）式より，ヒ−トシ
ンクの取付面は可能な限り平滑な面が良好である。 （ロ）（１），（２）式より，ヒ−トシンクの放熱面
は，冷却対象物からなるべく近い距離に位置決めすると
ともに，可能な限りその放熱面積Ａは大きくするのが良
好である。 （ハ）放熱量Ｑ₁ を大にするためには，（１）式より，
熱伝達率αは大である場合が良好である。そこで，熱伝
達率αを大にするためには，放熱流体の流速が大であれ
ば良い。従って，強制冷却される場合，放熱流体の流速
を決定するファンの能力は一定であると仮定すると，ヒ
−トシンクの冷却フィンの形状としては，流体抵抗が小
のものが良好である。

【００１２】

【発明が解決しようとする問題点】前者の押出型材を用
いて形成されたヒ−トシンクの場合，その加工方法によ
る限界のために，冷却フィンのピッチを小さくすること
が出来ない。そのため，必要な放熱面積Ａを得るために
は，ヒ−トシンクの形状がそれだけ大型となる。しか
し，ヒ−トシンクが大型となると，伝達距離ｄが大とな
り，その結果，（２）式より明らかであるように，ヒ−
トシンクの効率が悪くなるという問題があった。

【００１３】一方，後者の一枚の金属板を板金加工によ
り形成したヒ−トシンクの場合には，放熱面積Ａを大に
するためには，複雑な形状に形成しなければならないと
ともに，伝達距離ｄもその分大となる。そのため，従来
は小型のものしか製造されておらず，従って，その放熱
量Ｑ₁ はおのずと小さく、放熱量Ｑ₁ の大きなものは得
られなかったという問題があった。

【００１４】

【問題点を解決するための手段】そこで，この発明は，
薄板板金により，積層かしめ部とこの積層かしめ部の両
側に延設した放熱部とを形成した冷却フィンと，この冷
却フィンを複数積層構造に配置固定して冷却フィン部を
構成するようにした。

【００１５】又，冷却フィンの両面を平面に形成し，各
冷却フィンの両放熱部先端部分を，それぞれ互いに対向
する方向に屈曲して内部が中空の積層構造の柱状に形成
するようにした。

【００１６】複数積層構造に配置した各冷却フィンの積
層かしめ部の最外側と最内側とを，それぞれ積層かしめ
部に略等しい形状の平板状に形成したベ−スプレ−トと
押え板とにより挟持固定するようにした。

【００１７】又，冷却対象物に当接するベ−スプレ−ト
の取付面を平滑に形成し，さらに，各冷却フィンの両面
が放熱流体の流れる方向に沿うように，冷却フィン部を
位置決めしたものである。

【００１８】

【作用】冷却対象物３で発生した熱は，ベ−スプレ−ト
４の取付面４ｂから各冷却フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・
・の積層かしめ部２Ａｘ，２Ｂｘ・・・に伝達され，さ
らに放熱部２Ａｙ，２Ｂｙ，２Ｃｙ・・・の内部から各
表面の放熱面に伝達され，ここから放熱流体９へ放熱さ
れる。この際，積層かしめ部２Ａｘ，２Ｂｘ，２Ｃｘ・
・・は，ベ−スプレ−ト４と押え板５とにより密着性よ
く挟持されているので，熱抵抗が小さく熱伝導率λが良
くなる。さらに，放熱流体９は，各冷却フィン２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ・・・の表面で流れが乱されることもないの
で，空気抵抗も小さく，風速が減少することもない。

【００１９】

【発明の実施例】この発明の実施例を，図１〜図３に基
づいて詳細に説明する。図１はこの発明の実施例を示す
平面図，図２は図１の要部正面図，図３ヒ−トシンク１
を冷却対象物３に取り付けた状態を示す説明図である。

【００２０】図１において，１はヒ−トシンクで，薄板
板金により，積層かしめ部２Ａｘ，２Ｂｘ，２Ｃｘ・・
・とこの積層かしめ部２Ａｘ，２Ｂｘ，２Ｃｘ・・・の
両側に延設した放熱部２Ａｙ，２Ｂｙ，２Ｃｙ・・・と
を形成した冷却フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・と，これ
らの冷却フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・を複数積層構造
に配置固定した冷却フィン部２と，冷却対象物３へ冷却
フィン部２を固着するためのベ−スプレ−ト４と押え板
５とにより構成されている。

【００２１】冷却フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・は，い
ずれも薄板板金によりベ−スプレ−ト４に固着される積
層かしめ部２Ａｘ，２Ｂｘ，２Ｃｘ・・・の両側に長く
放熱部２Ａｙ，２Ｂｙ，２Ｃｙ・・・が延設されて，全
体として矩形状に形成されており，表面は放熱流体９の
流れる方向に対して抵抗とならないように，平滑に形成
されている。

【００２２】さらに，空間効率を良くするために，放熱
部２Ａｙ，２Ｂｙ，２Ｃｙ・・・の先端部分２Ａｚ，２
Ｂｚ，２Ｃｚ・・・は，互いに対向する方向に直角に屈
曲されて，図１，図２に示すように，断面矩形のパイプ
状に形成されている。

【００２３】なお，薄板板金の部材としては，熱伝導性
がよく，且つ板金加工の容易な，例えば，アルミニウム
およびアルミニウム合金，銅および銅合金，銀，金，マ
グネシウム合金，タングステン，モリブデン，亜鉛等の
金属材料が薄い板状に形成され，板金加工により各冷却
フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・が形成される。又，放熱
部２Ａｙ，２Ｂｙ，２Ｃｙ・・・の先端部分２Ａｚ，２
Ｂｚ，２Ｃｚ・・・の屈曲角度は，この実施例のように
直角に屈曲されたものが最も効率がよいが，これに限定
することなく，装置内の空間部分の範囲を参考にしなが
ら，放熱流体９の抵抗があまり大きくならない程度の角
度に屈曲すればよい。

【００２４】このような形状に形成された各冷却フィン
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・は，積層構造に配置され，冷却
フィン部２が構成される。この冷却フィン部２は，それ
ぞれ各冷却フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・の各積層かし
め部２Ａｘ，２Ｂｘ，２Ｃｘ・・・が，ベ−スプレ−ト
４と押え板５とにより密着性よく挟持され，ベ−スプレ
−ト４に透設されているねじ穴６および押え板５に設け
られているねじ穴７を介してリベット８あるいはねじ等
により固定されている。

【００２５】ベ−スプレ−ト４は，冷却フィン部２の最
外側に位置する冷却フィン２Ａの積層かしめ部２Ａｘと
ほぼ同一形状の板状に形成されており，一方の面４ａは
冷却フィン２Ａの積層かしめ部２Ａｘと当接し，冷却対
象物３と当接する他方の面（以下，取付面４ｂと記す）
は，平滑に形成されて，可能な限り冷却対象物３との取
付面積が大となるように形成されている。

【００２６】押え板５は，各冷却フィン２Ａ，２Ｂ，２
Ｃ・・・のそれぞれ積層かしめ部２Ａｘ，２Ｂｘ，２Ｃ
ｘ・・・の密着性を良好にして各冷却フィン２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ・・・の熱抵抗を減少させるためのもので，冷
却フィン部２の最内側に位置する冷却フィン２Ｎの積層
かしめ部２Ｎｘとほぼ同一形状の板状に形成されてい
る。各積層かしめ部２Ａｘ，２Ｂｘ，２Ｃｘ・・・は，
ベ−スプレ−ト４と押え板５とにより挟持固定されてい
る。

【００２７】このように形成されているヒ−トシンク１
は，図３に示すように，冷却フィン部２を構成する各冷
却フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・の表面が放熱流体９の
流れる方向に対して抵抗とならないような方向に位置決
めされて，冷却対象物３に固定されている。

【００２８】次に，作用動作について説明する。この発
明によるヒ−トシンク１を冷却対象物３として赤外線ス
プライトセンサ（以下，赤外線スプライトセンサ３と記
す）に取り付けた場合について説明する。

【００２９】この場合，赤外線スプライトセンサ３の放
熱流体９は，強制空冷方式が採用されている。そこで，
ヒ−トシンク１は，各冷却フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・
・の表面が，図３に示すように，冷却用の空気（放熱流
体９）の流れる方向に一致するように位置決めされてベ
−スプレ−ト４を介して赤外線スプライトセンサ３の所
定の位置に取り付けられている。

【００３０】赤外線スプライトセンサ３で発生した熱
は，ベ−スプレ−ト４の取付面４ｂから各冷却フィン２
Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・の積層かしめ部２Ａｘ，２Ｂｘ・
・・に伝達され，さらに放熱部２Ａｙ，２Ｂｙ，２Ｃｙ
・・・の内部から各表面に伝達される。この際，積層か
しめ部２Ａｘ，２Ｂｘ，２Ｃｘ・・・は，ベ−スプレ−
ト４と押え板５とにより密着性よく挟持されているの
で，熱抵抗が小さく熱伝導率λが良くなる。

【００３１】さらに，放熱媒体９である冷却用の空気
は，各冷却フィン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・の表面を円滑
に通過するので，空気の流れが乱されることもないの
で，空気抵抗も小さく，風速が減少することもない。従
って，それだけ放熱流体９の流速を大にすることが出来
る。

【００３２】発明者等の実験によれば，赤外線スプライ
トセンサ３の温度を所定の温度に保持するためには，こ
の発明によるヒ−トシンク１の場合には，４０×４０×
４０（ｍｍ）の大きさのものが必要であった。

【００３３】一方，押出成形により形成した従来型のヒ
−トシンクの場合には，上記所定の温度に保持するため
には，この発明によるヒ−トシンク１の２倍の大きさで
ある４０×４０×７０（ｍｍ）の大きさのものが必要で
あった。

【００３４】

【発明の効果】この発明は，薄板板金により，積層かし
め部とこの積層かしめ部の両側に延設した放熱部とを形
成した冷却フィンと，この冷却フィンを複数積層構造に
配置固定して冷却フィン部を構成したので，従来型のヒ
−トシンクに比較して略１／２の大きさで充分であり，
小型化することが出来，冷却対象物の空間効率が良くな
る。

【００３５】その上，各冷却フィンは薄板板金により形
成されるとともに，組み立て工程も簡単であるから，製
作費が従来型のものに比較して安価である。

【００３６】ヒ−トシンクは，各冷却フィンの表面が放
熱流体の流れる方向に対して抵抗とならないような方向
に位置決めされて，冷却対象物に固定されているから，
放熱流体の流速を大にすることができ，ヒ−トシンクの
効率が良くなる。

【００３７】又，冷却フィンの積層かしめ部の両放熱部
先端部分を互いに対向する方向に屈曲したので，空間効
率が良くなる。特に，屈曲角度を直角にしたものは，最
も大きな放熱面が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す平面図である。

【図２】この発明の実施例を示す正面図である。

【図３】この発明の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ヒ−トシンク ２ 冷却フィン部 ２Ａ，２Ｂ・・・ 冷却フィン ２Ａｘ，２Ｂｘ・・． 積層かしめ部 ２Ａｙ，２Ｂｙ・・・ 放熱部 ２Ａｚ，２Ｂｚ・・・ 先端部分 ３ 冷却対象物 ４ ベ−スプレ−ト ５ 押え板 ９ 放熱流体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放熱流体により強制的に冷却される冷却
   対象物に取り付けて，この冷却対象物の熱を放熱するた
   めのヒ−トシンクにおいて，薄板板金により，積層かし
   め部とこの積層かしめ部の両側に延設した放熱部とを形
   成した冷却フィンと，この冷却フィンを複数積層構造に
   配置固定した冷却フィン部とを有することを特徴とする
   ヒ−トシンク。
2. 【請求項２】 前記冷却フィンの両面を平面に形成した
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒ−トシンク。
3. 【請求項３】 前記冷却フィン部を構成する前記各冷却
   フィンの前記両放熱部先端部分を，それぞれ互いに対向
   する方向に屈曲して内部が中空の積層構造の柱状に形成
   したことを特徴とする請求項１〜請求項２にそれぞれ記
   載のヒ−トシンク。
4. 【請求項４】 前記冷却フィンの前記両放熱部先端部分
   の屈曲角度を，直角にしたことを特徴とする請求項３に
   記載のヒ−トシンク。
5. 【請求項５】 複数積層構造に配置した各冷却フィンの
   積層かしめ部の最外側と最内側とを，それぞれ前記積層
   かしめ部に略等しい形状の平板状に形成したベ−スプレ
   −トと押え板とにより挟持固定したことを特徴とする請
   求項１〜請求項３にそれぞれ記載のヒ−トシンク。
6. 【請求項６】 前記冷却対象物に当接する前記ベ−スプ
   レ−トの取付面を平滑に形成したことを特徴とする請求
   項１〜請求項３および請求項５にそれぞれ記載のヒ−ト
   シンク。
7. 【請求項７】 前記各冷却フィンの両面が前記放熱流体
   の流れる方向に沿うように，前記冷却フィン部を位置決
   めしたことを特徴とする請求項１〜請求項３および請求
   項５〜請求項６にそれぞれ記載のヒ−トシンク。