JPH08316379A - ヒートシンク組み立て方法及びヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、熱伝導性が向上したヒートシンク
組み立て方法及びヒートシクを提供することにある。 【構成】 ベース板とその上に複数のフィン板材を嵌合
して組み立てられるヒートシンクの組み立て方法におい
て、前記フィン板材及び前記ベース板の締結部に互いに
所定の間隔をおいて配置された嵌合用の複数の突条部を
形成し、前記フィンの突条部部分を前記ベース板の突条
部部分に圧入して締結して組み立てるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒートシンク組み立て方
法及びヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のサイリスタ、パワートランジスタ
等の発熱素子用の強制空冷式ヒートシンクは、押出し技
術の制約上いかに理論上冷却効率はフィンの総面積及び
風量に影響されるとしながらも、ベース板上のフインの
間隔とフィン自体の厚みをその技術に制約されてしまう
為、押し出し技術のみに頼るヒートシンクは、軽量でか
つ冷却効率のよい製品を製造するのは困難であった。

【０００３】この欠点を補うため、押出し技術にロー付
技術を合体させることによりフィン間隔及びその総面積
を増加させることができたが、ロー付け技術は炉を使用
するため大規模な設備投資をしなければならなかった。
また、ロー付け技術は外観上接合されたかの様に見えて
も、接合面はボイドが構成される場合もあり、その接合
は十分なものでなかった、これを補う為、押し出された
ベース材とフインのカシメによる接合などが試みられて
いるが、ベース及びフィンとなる押し出し材は切削され
た材料と異なり図面通り精密な寸法をたもつことは困難
であるため生産制約を受けている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
欠点を解消したヒートシンク組み立て方法及びヒートシ
ンクを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るヒートシン
クの組み立て方法は、ベース板とその上に複数のフィン
板材を嵌合して組み立てられるヒートシンクの組み立て
方法において、前記フィン板材及び前記ベース板の締結
部に互いに所定の間隔をおいて配置された嵌合用の複数
の突条部を形成し、前記フィン板材及び前記ベース板の
突条部部分が圧入により締結され組み立てるものであ
る。

【０００６】また、本発明に係るヒートシンクの組み立
て方法は、さらに、一方の締結部に所定の間隔を置いて
複数の小突条部を形成し、前記フィン及び前記ベース板
の嵌合用突条部部分の圧入時に、前記小突条部が圧力に
より圧縮されて他方の締結部にカシメ付けられ、圧入時
におけるフィン板材とベース板の圧入締結を保持するよ
うに組み立てるものである。

【０００７】また、本発明によるヒートシンクは、ベー
ス板とその上に複数のフィン板材を嵌合して組み立てら
れるヒートシンクにおいて、前記フィン板材及び前記ベ
ース板の締結部に互いに所定の間隔をおいて配置された
複数の突条部を形成し、前記フィン及び前記ベース板の
突条部部分が圧入により締結されているものである。

【０００８】また、本発明によるヒートシンクは、さら
に、一方の締結部に所定の間隔を置いて複数の小突条部
を形成し、前記フィン及び前記ベース板の嵌合用突条部
部分の圧入時に、前記小突条部が圧力により圧縮されて
他方の締結部にカシメ付けられるものである。

【０００９】また、本発明によるヒートシンクは、前記
フィン板材またはベース板のどちらか一方または双方に
おいて、突条部が第１の位置決め部と第１のカシメ部と
からなり、前記位置決め部とカシメ部は一方または双方
が所定の角度を持っており、圧入時にこの角度により前
記フィン板材と前記ベース板間に応力が発生して前記フ
ィン板材及びベース板の締結をさらに確実なものにする
ことができる。

【００１０】

【作用】フィン板材及びベース板の各締結部に互いに所
定の間隔をおいて配置された嵌合用の複数の突条部を形
成し、フィン板材の突条部とベース板の突条部が、それ
ぞれ突条部間に形成される突条部の幅より小さい幅の溝
に圧入されることにより突条部同士が締結されて組み立
てられ、双方の密着性が増加し熱伝導性が向上する。

【００１１】また、ベース板の締結部には突条部の間に
所定の間隔を置いて小突条部が設けられ、この小突条部
が、前記フィン及び前記ベース板の嵌合用突条部部分の
圧入時に、圧力により圧縮されて他方の締結部にカシメ
付けられるため、フィン板材とベース板の締結における
内部応力を保持してフィン板材とベース板の締結をさら
に確実なものにすることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明が適用されるヒートシンク
の一実施例の斜視図、図２はフィン板材とベース板の結
合状態を示す部分図、図３はフィン板材の正面図、図４
はフィン板材及びベース板の締結部の拡大図、図５はフ
ィン板材及びベース板の締結部の詳細図である。図にお
いて、１は発熱素子（図示しない）を取り付ける面１１
を有するベース板、２はベース板１の発熱素子取付面１
１と対向する面１２に取り付けられ、発熱素子の熱を風
などの接触により冷却させる面を持つフィン板材であ
る。ベース板１及びフィン板材２は、熱伝導の高い材料
例えばアルミ材による押し出し材で構成されている。フ
ィン板材２は、図３に示すように、一端にベース板１に
締結するための締結部となる突条部２ａと３つの小室に
なるように仕切られた側板２ｂ１及び２ｂ２とを有して
放熱フィンを構成し、ヒートシンクの所定の放熱特性を
得るために、ベース板１に複数個連結して取り付けられ
る。

【００１３】各フィン板材２の端部の突条部２ａは、所
定の幅ｗ１を有し、先端側の位置決め部２ａ１と根本側
のカシメ部２ａ２で構成され、位置決め部２ａ１は垂直
方向に延出し、カシメ部２ａ２は垂直方向に対してわず
かな角度θだけ傾けられて形成されている。位置決め部
２ａ１の先端は丸状に形成されている。また、各突条部
２ａ間の間隔ｄに対して幅ｗ１は同一かまたはわずかに
大きめになっている。

【００１４】一方、ベース板１の取付面１２には、フィ
ン板材２に締結するための締結部として、フィン板材２
の突条部２ａに対応する突条部１ａが形成されている。
この突条部１ａは、フィン板材２の突条部２ａと同様
に、所定の幅ｗ１を有し、先端側の位置決め部１ａ１と
根本側のカシメ部１ａ２で構成され、垂直に延出して形
成されている。位置決め部１ａ１の先端は丸状に形成さ
れている。また、各突条部１ａは、各突条部２ａ間の間
隔と同じ間隔ｄとなるように配置されており、この間隔
ｄに対して各突条部１ａの幅ｗ１は同一かまたはわずか
に大きめになっている。

【００１５】ベース板１の位置決め部１ａ１及びフィン
板材２の位置決め部２ａ１は、締結時のフィン板材２の
上方またはベース板１の下方からの圧力を確実にフィン
板材とベース板の締結に変換するため、フィン板材２を
ベース板１に嵌合する際の直角度を保つ役割を行なう。

【００１６】次に、上記構成のヒートシンクの組み立て
方法について説明する。組み立て前において、アルミ押
し出し材からなるフィン板材２の表面及びベース板１の
表面は酸化されてある程度の厚さの酸化膜が形成されて
いる。組み立て時、例えば汎用油圧プレス等と簡単な治
具とを併用することにより、各フィン板材２の端部の突
条部２ａ部分をベース板１の各突条部１ａ部分に短時間
に数十トンの圧力を加えて圧入する。

【００１７】フィン板材２をベース板１に圧入する際、
各突条部１ａ及び２ａ間の間隔ｄは、上記のように寸法
交差上各突条部１ａ及び２ａの幅ｗ１と同じまたはやや
小さめに作られており、かつ位置決め部１ａ１及び２ａ
１の先端は丸状に形成されているため、フィン板材２上
方から大きな押圧力を加えると、フィン板材２の各突条
部２ａの位置決め部２ａ１がまずベース板１の各突条部
１ａの位置決め部１ａ１間の隙間に入り込み、次いでカ
シメ部１ａ２間の隙間に入り込む。この時、フィン板材
２の突条部２ａのカシメ部２ａ２は垂直方向に対してわ
ずかな角度θだけ傾けられて形成されているので、それ
らの間に入り込んだベース板１の突条部１ａの位置決め
部１ａ１は、カシメ部２ａ２の傾きに合せて角度が変化
しながらカシメ部２ａ２間に嵌合する。この時、突条部
１ａ及び２ａの幅ｗ１は、それらの間の間隔ｄと同じか
またはｄよりわずかに大きいので、突条部１ａ及び２ａ
の外表面同志の間に「カジリ」と呼ばれる作用が生じ
る。

【００１８】すなわち、フィン板材２の突条部２ａの外
表面とベース板１の突条部１ａの外表面が接触してそれ
らの間に摩擦力を生じ、この摩擦力のため、突条部１ａ
及び２ａの外表面上に形成されている酸化膜が互いに剥
ぎ取られてカジリが起き、突条部１ａ及び２ａの位置決
め部１ａ１とカシメ部２ａ２、及び位置決め部２ａ１と
カシメ部１ａ２は互いに非常に密着した接合状態とな
る。したがって、突条部１ａ及び２ａの密着接合によ
り、フィン板材２とベース板１の間の熱伝導性及び通電
性が非常に良くなる。また、双方の接合部分は、圧入の
ために垂直方向に加えられた圧力でその接触面水平方向
に応力を生じ締結をより確実なものにする。

【００１９】また、位置決め部１ａ１は、圧入の際、カ
シメ部２ａ２の角度θにより垂直方向に対し強制的に曲
げられるので、これらの部分で加工硬化を生じ、それに
よりベース板１とフィン板材２の締結をより確実なもの
にする。発熱素子から発生した熱は、ベース板１から上
記のように接合されたフィン板材２とベース板１の接合
面を介してフィン板材２に送られ、フィン板材２は、ヒ
ートシンクに取りつけられたファン（図示しない）の風
によりベース板１から伝わる熱を奪いさる働きを行な
う。

【００２０】なお、フィン板材２とベース板１のカジリ
作用による接合が上記に説明した通りであれば問題はな
いが、フィン板材２とベース板１が押し出し材の場合、
切削材と異なり押し出し時における歪みなどがあるの
で、フィン板材２とベース板１のカジリ作用による接合
が安定して構成されないことがある。この場合は、フィ
ン板材２及びベース板１の接合部分先端の強制的に曲げ
られる部分（すなわち位置決め部１ａ１）で塑性変形に
基づく加工硬化が起き、これがフィン板材２のベース板
１への固定力（フィン板材２とベース板１の接合力＝熱
伝導性）となる。つまり、この部分は、生産品の寸法の
バラツキによるヒートシンク性能のばらつきをカバーす
る役割をなす。また、突条部の外表面に生じた酸化面が
厚くて十分なカジリの状態に移行できない場合において
も、加えられる圧力により生じる接合面の応力が熱伝導
を向上させることができる。

【００２１】また、フィン板材２とベース板１は、圧入
時の突条部部分でのカジリ作用による接合状態となる
が、圧入前にワイヤブラシ等を用いて予め接合部分すな
わち突条部の外表面の酸化膜を除去する前工程を実施し
ても良い。すなわち、本発明は、カジリ作用によって突
条部の外表面の酸化膜が剥ぎ取られるので、本来、前記
の前工程は不要となり組み立て工程の簡略化、コストの
低減となる効果があるのだが、カジリ作用による酸化膜
の剥ぎ取りが不十分な場合などにおいて前記の前工程を
実施することもできる。また、上記の例では、突条部の
位置決め部の先端は丸状に形成されているが、これに限
らず先細のクサビ状その他の適宜な形状とすることがで
きる。

【００２２】次に、図６は、本発明が適用されるヒート
シンクのフィン板材及びベース板の締結部の変形例を示
す。各フィン板材２の端部の突条部２０ａは、所定の幅
ｄ１を有し、先端部２０ａ１と根本部２０ａ２で構成さ
れ、根本部２０ａ２は垂直方向に延出し、先端部２０ａ
１は垂直方向に対してわずかな角度θ１だけ傾けられて
形成されている。先端部２０ａ１の先端は丸状に形成さ
れている。一方、ベース板１の取付面１２には、フィン
板材２の突条部２０ａに対応する凹条部１０ａが形成さ
れている。この凹条部１０ａは、フィン板材２の突条部
２０ａの幅ｄ１よりわずかに小さい幅ｄ２を有し、取付
面１２に垂直な方向に対して、角度θ２だけ傾いてスト
レートに形成されている。角度θ２は角度θ１より大き
く設定されている。凹条部１０ａの深さは突条部２０ａ
の長さに対応しており、凹条部１０ａの底は突条部２０
ａの先端の形状に合せてある。

【００２３】組み立て時、例えば汎用油圧プレス等と簡
単な治具とを併用することにより、各フィン板材２の突
条部２０ａ部分をベース板１の凹突条部１０ａ部分に短
時間に数十トンの圧力を加えて圧入する。フィン板材２
をベース板１に圧入する際、フィン板材２の突条部２０
ａの幅ｄ１は、上記のようにベース板１の凹条部１０ａ
の幅ｄ２よりやや大きめに作られており、かつ突条部２
０ａの先端部２０ａ１の先端は丸状に形成されているた
め、フィン板材２上方から大きな押圧力を加えると、フ
ィン板材２の各突条部２０ａの先端部２０ａ１がベース
板１の各凹条部１０ａに入り込む。この時、凹条部１０
ａは垂直方向に対して角度θ２だけ傾けられて形成され
ているので、入り込んだフィン板材２の突条部２ａの先
端部２０ａ１及び根本部２０ａ２は、凹条部１０ａの傾
きθ２に合せて角度が変化しながら嵌合する。

【００２４】この時、突条部２０ａの幅ｄ１は、凹条部
の幅ｄ２より大きめに形成されているので、突条部２０
ａの外表面と凹条部１０ａの内表面の間に「カジリ」と
呼ばれる作用が生じる。すなわち、フィン板材２の突条
部２０ａの外表面とベース板１の凹条部１０ａの内表面
が接触してそれらの間に摩擦力を生じ、この摩擦力のた
め、突条部２ａの外表面上及び凹条部１０ａの内表面上
に形成されている酸化膜が互いに剥ぎ取られてカジリが
起き非常に密着した接合状態となる。したがって、突条
部２０ａと凹条部１０ａの密着接合により、フィン板材
２とベース板１の間の熱伝導性及び通電性が非常に良く
なる。

【００２５】また、双方の接合部分は、圧入のために垂
直方向に加えられた圧力でその接触面水平方向に応力を
生じ締結をより確実なものにする。また、フィン板材２
の突条部２０ａの先端部２０ａ１は、圧入の際、ベース
板１の凹条部１０ａの角度θ２により、これらの部分に
おいて垂直方向に対し強制的に曲げられるので、加工硬
化を生じ、それによりベース板１とフィン板材２の締結
をより確実なものにする。

【００２６】次に、図７は、本発明が適用されるヒート
シンクのフィン板材及びベース板の締結部の他の変形例
であり、（Ａ）は締結前の状態、（Ｂ）は締結後の状態
を示す。各フィン板材２の一方の端部に形成された締結
部２Ａの下端には、垂直方向にストレートな形状の突条
部４０が形成されている。この突条部４０は、所定の幅
ｄ１を有し、先端が丸状に形成されている。一方、ベー
ス板１の取付面１２には、フィン板材２の突条部４０に
対応する凹条部３０が形成されている。この凹条部３０
は、フィン板材２の突条部４０の幅ｄ１よりわずかに小
さい幅ｄ２を有し、取付面１２に垂直な方向に対して角
度θ３だけ傾いて曲げられた弓形状に形成されている。
凹条部３０の深さは突条部４０の長さに対応しており、
凹条部３０の底は突条部４０の先端の形状に合せてあ
る。また、取付面１２には、凹条部３０の両側に小突条
部５０が間隔Ｄ２を置いて形成されており、その先端部
５０ａは凹状になっている。このベース板１の小突条部
５０の間隔Ｄ２は、フィン板材２の締結部２Ａが入るよ
うに締結部２Ａの幅Ｄ１よりわずかに大きくなってい
る。

【００２７】組み立て時、例えば汎用油圧プレス等と簡
単な治具とを併用することにより、各フィン板材２の突
条部４０をベース板１の凹条部３０に短時間に数十トン
の圧力を加えて圧入する。フィン板材２をベース板１に
圧入する際、フィン板材２の突条部４０の幅ｄ１は、ベ
ース板１の凹条部３０の幅ｄ２よりやや大きめに作られ
ており、かつ突条部４０の先端は丸状に形成されている
ため、フィン板材２上方から大きな押圧力を加えると、
フィン板材２の各突条部４０の先端がベース板１の各凹
条部３０に入り込む。この時、凹条部３０は垂直方向に
対して角度θ２だけ傾けられて形成されているので、入
り込んだフィン板材２の突条部４０は、凹条部３０の傾
きθ２に合せて角度が変化しながら嵌合する。

【００２８】この時、突条部４０の幅ｄ１は、凹条部３
０の幅ｄ２より大きめに形成されているので、突条部４
０の外表面と凹条部３０の内表面の間に「カジリ」と呼
ばれる作用が生じる。すなわち、フィン板材２の突条部
４０の外表面とベース板１の凹条部３０の内表面が接触
してそれらの間に摩擦力を生じ、この摩擦力のため、突
条部４０の外表面上及び凹条部３０の内表面上に形成さ
れている酸化膜が互いに剥ぎ取られてカジリが起き非常
に密着した接合状態となる。したがって、突条部４０と
凹条部４０の密着接合により、フィン板材２とベース板
１の間の熱伝導性及び通電性が非常に良くなる。

【００２９】また、双方の接合部分は、圧入のために垂
直方向に加えられた圧力でその接触面水平方向に応力を
生じ締結をより確実なものにする。また、フィン板材２
の突条部４０は、圧入の際、ベース板１の凹条部３０の
弓形状に応じて強制的に曲げられるので加工硬化を生
じ、それによりベース板１とフィン板材２の締結をより
確実なものにする。

【００３０】さらに、フィン板材２をベース板１に圧入
した後、ベース板１の取付面１２上に形成された小突条
部５０がカシメ治具（図示しない）の圧力により圧縮さ
れ、その先端部５０ａがフィン板材２の締結部２Ａの端
部にカシメ付けられる。したがって、このカシメ付けに
よって、フィン板材２とベース板１の締結における内部
応力を保持し、フィン板材２とベース板１の締結をさら
に確実なものにすることができる。

【００３１】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限らず、種々の変形を行なう
ことができる。例えば、図４において、ベース板１の突
条部の形状をフィン板材２の突条部の形状と同じ形状に
したり、ベース板１の突条部の間に図７に示したカシメ
用の小突条部を設けたりすることができる。また、図６
において、フィン板材２側に突条部を形成すると共にベ
ース板材側に凹条部を形成したが、反対にフィン板材２
側に凹条部を形成すると共にベース板材側に突条部を形
成することもできる。また、図７において、ベース板の
凹条部を取付面１２に対して垂直な方向にストレートな
形状にしても良い。また、上記各実施例において、突条
部及び凹条部の形状及び個数は、圧入時に加えられる圧
力の大きさに応じて適宜変更することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によるヒートシンクの組み立て方
法によれば、ロー付け用の設備や、カシメを行う高価な
専用機械を必要とせず、汎用油圧プレス等と簡単な治具
とを併用することで、容易に製造できる。

【００３３】また、本発明によるヒートシンクによれ
ば、ベース板とフィン板材部分の接合面を嵌合の際に互
いに強く擦り合わせ、その酸化面を剥取ることにより互
いの新生面がカジリによる接合状態にし、その熱伝導性
を高めることができる。

【００３４】また、押し出し技術及び熱処理工程をも考
慮し、酸化面が厚くて十分に新生面を構成できない場
合、また押し出し精度が多少変化した場合などの多様な
状況変化においても、フィン板材とベース板の締結をよ
り確実なものとすることはできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるヒートシンクの一実施例の
斜視図。

【図２】フィン板材とベース板の結合状態を示す部分
図。

【図３】フィン板材の正面図。

【図４】フィン板材及びベース板の突条部の拡大図。

【図５】（Ａ）はフィン板材の突条部の詳細図、（Ｂ）
はベース板の突条部の詳細図。

【図６】フィン板材及びベース板の締結部の変形例。

【図７】フィン板材及びベース板の締結部の他の変形
例。

【符号の説明】

１ ベース板 １ａ 突条部 １ａ１ 位置決め部 １ａ２ カシメ部 ２ フィン板材 ２ａ 突条部 ２ａ１ 位置決め部 ２ａ２ カシメ部 １０ａ 凹条部 ２０ａ 突条部 ２０ａ１ 先端部 ２０ａ２ 根本部 ２Ａ 締結部 ３０ 凹条部 ４０ 突条部 ５０ 小突条部

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【手続補正書】

【提出日】平成７年９月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース板とその上に複数のフィン板材を
   嵌合して組み立てられるヒートシンクの組み立て方法に
   おいて、前記フィン板材及び前記ベース板の締結部に互
   いに所定の間隔をおいて配置された嵌合用の複数の突条
   部を形成し、前記フィンの突条部部分を前記ベース板の
   突条部部分に圧入して締結することを特徴とするヒート
   シンクの組み立て方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、さらに、
   一方の締結部に所定の間隔を置いて複数の小突条部を形
   成し、前記フィン及び前記ベース板の嵌合用突条部部分
   の圧入時に、前記小突条部が圧力により圧縮されて他方
   の締結部にカシメ付けられ、圧入時におけるフィン板材
   とベース板の圧入締結を保持するように組み立てること
   を特徴とするヒートシンクの組み立て方法。
3. 【請求項３】 ベース板とその上に複数のフィン板材を
   嵌合して組み立てられるヒートシンクにおいて、前記フ
   ィン板材及び前記ベース板の締結部に互いに所定の間隔
   をおいて配置された嵌合用の複数の突条部を形成し、前
   記フィンの突条部部分を前記ベース板の突条部部分に圧
   入して締結することを特徴とするヒートシンク。
4. 【請求項４】 請求項３記載のヒートシンクにおいて、
   さらに、一方の締結部に所定の間隔を置いて複数の小突
   条部を形成し、前記フィン及び前記ベース板の嵌合用突
   条部部分の圧入時に、前記小突条部が圧力により圧縮さ
   れて他方の締結部にカシメ付けられることを特徴とする
   ヒートシンク。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載のヒートシンクに
   おいて、前記フィン板材またはベース板のどちらか一方
   または両方において、突条部は第１の位置決め部と第１
   のカシメ部とからなり、前記位置決め部とカシメ部は一
   方または双方が所定の角度を持っており、前記フィン板
   材及び前記ベース板の圧入時にこの角度により生じる応
   力およびカジリにより前記フィン板材及びベース板の締
   結を高めることができるヒートシンク。