(57)【要約】【課題】  各放熱フィンの間の流路を流通する冷媒の流れを変化させることにより、放熱効率を高めることができる放熱フィンを有する放熱器を提供する。【解決手段】  放熱器１は、金属材２に板状の複数の放熱フィン３を立設し、この各放熱フィン３間の流路３ｃに冷媒４を流通させる。この放熱フィン３の一方面３ａと他方面３ｂの面粗さを異ならせ、流路３ｃにおける左右の摩擦抵抗を異ならせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材に板状の複数の放熱フィンを立設し、この各放熱フィン間の流路に冷媒を流通させる放熱器であって、
前記放熱フィンの一方面と他方面の面粗さを異ならせ、前記流路における左右の摩擦抵抗を異ならせたことを特徴とする放熱フィンを有する放熱器。
【請求項２】
板状の複数の放熱フィンは、金属材の表面から切削工具の刃部により掘り起こすことにより前記金属材と一体に起立形成した請求項１に記載の放熱フィンを有する放熱器。
【請求項３】
前記放熱フィンの一方面の面粗さに対して、他方面の面粗さを１０倍以上にした請求項１及び２に記載の放熱フィンを有する放熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば電子部品等の発熱体から生ずる熱を効率的に放熱するための放熱器に関に関する。
【背景技術】
【０００２】  放熱器（ヒートシンク）は、主として、電子機器に組み込まれた半導体等の発熱部品から出た熱を電子機器外に放熱するのに使用されている。【０００３】  例えば、半導体集積回路等の発熱素子から生ずる熱を放熱するために、従来一般に実用に供されている放熱器は、ベース上に多数の放熱フィンを垂直に立設している。この放熱器を電子部品等に直接又は間接的に接合することによって、放熱器の放熱フィンを介して外方に放熱するようにしている。この放熱器は、通常、アルミニウムからなる熱伝導率が良好な金属材を、押し出し加工や鋳造加工によって放熱フィンを一体に製造する方法や、ベース上に多数の放熱フィンを個々に垂直に植設する方法によって製造される。このような放熱器においては、特開２００３−１８８３２０号公報（特許文献１）、特開２０１１−２２２６０６号公報（特許文献２）に記載されているように、上記発熱素子、或いは、上記ベースとの接触面について表面粗さを考慮することがあるが、放熱フィン自体について表面粗さを考慮することはなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８８３２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２２６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  金属材に板状の複数の放熱フィンを立設した放熱器は、各放熱フィンの間に流路が形成され、この流路に空気や液体からなる冷媒を流通させることで、放熱フィンに伝達された発熱素子から生じた熱を放熱するようにしている。このため、流路を流通するときの冷媒の挙動は、放熱効率に影響を与えることが判ってきた。ところが、従来一般の放熱器においては、放熱フィンの表面の面粗さは、押し出し加工時や鋳造加工時に決められるか、或いは、放熱フィンの素材の面粗さによって決められることから、複数の放熱フィンの面粗さは、全てほぼ均一であった。このため、冷媒が円滑に流路を流通することから、放熱効率を向上させることができず、通常に場合は、単に放熱フィンの高さや長さを大きくして放熱性能を高めていた。この結果、必然的に放熱器が大型化する問題があった。【０００６】  そこで、本発明の課題は、各放熱フィンの間の流路を流通する冷媒の流れを変化させることにより、放熱効率を高めることができる放熱フィンを有する放熱器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記の課題を解決するために、本発明にかかる放熱フィンを有する放熱器は、金属材に板状の複数の放熱フィンを立設し、この各放熱フィン間の流路に冷媒を流通させる放熱器であって、前記放熱フィンの一方面と他方面の面粗さを異ならせ、前記流路における左右の摩擦抵抗を異ならせたことを要旨としている。【０００８】  また、板状の複数の放熱フィンを、金属材の表面から切削工具の刃部により掘り起こすことにより前記金属材と一体に起立形成することが望ましい。【０００９】  さらに、前記放熱フィンの一方面の面粗さに対して、他方面の面粗さを１０倍以上にすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】  本発明にかかる放熱フィンを有する放熱器によれば、放熱フィンの一方面と他方面の面粗さを異ならせたことにより、流路における左右の摩擦抵抗を異なるので、流路の中で流路を流れる冷媒の流通速度が異なることによる変化が生じて放熱効率を高めることができる。また、放熱フィンに伝達された発熱素子の熱が、放熱フィンの一方面と他方面で流速が異なる冷媒により放熱すると、時間をかけて熱を冷媒に移行する一方で、速やかに熱を流通させることができるので、放熱効率をさらに高めることが可能となる。【００１１】  また、複数の放熱フィンを金属材の表面から切削工具の刃部により掘り起こすことにより一体に起立形成し、この放熱フィンの一方面と他方面の面粗さを異ならせると、発熱素子の熱を直接放熱フィンに伝達し、しかも、この熱を２種の流速の冷媒により放熱するので、放熱効率をさらに高めることが可能となる。【００１２】  放熱フィンの一方面と他方面の面粗さを１０倍以上に異ならせると、流路における左右の摩擦抵抗が顕著に異なり、流路の中で流路を流れる冷媒の流通速度を左右で異ならせることができ、冷媒の流れの変化を大きくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による放熱器を示す断面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は、放熱フィンの一方面と他方面を示す斜視図である。
【図３】放熱フィンの間の流路を流通する冷媒の状態を示す説明図である。
【図４】金属材から切削工具により放熱フィン掘り起こす状態を示す斜視図である。
【図５】本発明による放熱器の他の例を示す断面図である。
【図６】波状の放熱フィンを切削工具により掘り起こす状態を示す斜視図である。
【図７】図６により形成された波状の放熱フィンを示す断面図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は、波状の放熱フィンの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  放熱フィンを有する放熱器は、金属材に板状の複数の放熱フィンを立設し、この各放熱フィン間の流路に冷媒を流通させる放熱器であって、前記放熱フィンの一方面と他方面の面粗さを異ならせ、前記流路における左右の摩擦抵抗を異ならせている。【００１５】  次に、図面を参照して、本発明にかかる放熱フィンを有する放熱器について詳細に説明する。図１は、本発明による放熱フィンを有する放熱器の実施例を示している。放熱器１に使用する金属材２は、熱伝導率が良好な板状のアルミニウムやアルミニウム合金、或いは、銅や銅合金が使用される。放熱器１は、金属材２の表面に、後述する製造方法によって、複数枚の肉薄な板状の放熱フィン３が一体に立設されている。これら複数の放熱フィン３の基端部は、金属材２の一方面と一体になっている。また、これら複数の放熱フィン３は同一間隔に形成され、起立角度、高さ、及び、板厚は同一に形成されている。なお、複数の放熱フィン３を立設する間隔は、任意の寸法に設定されるが、放熱器１としての機能を備えるためには、概ね０．０１ｍｍ乃至３．０ｍｍ程度としている。【００１６】  また、放熱フィン３の板厚は、金属材２の表面から掘り起こすことにより形成しているので薄くすることが可能である。例えば、小型電子部品に使用する放熱器の放熱フィンとしては、０．０５ｍｍ乃至０．５ｍｍ程度の板厚が好適である。尚、放熱フィン３の板厚を基端部が厚く、先端部に至るに従って薄く形成すると、基端部が厚いことから熱容量が大きく、金属材２からの熱を受け入れが容易になる。その後、熱を先端部方向へ伝達するに従って順次放熱され、先端部では小さい熱容量であっても容易に放熱させることができる。放熱フィン３は、熱の伝達と放熱に合わせて板厚を変化しているので、放熱効率が高い放熱器１を得ることができる。【００１７】  放熱器１の放熱フィン３は、図１及び図２に示すように、各々の放熱フィン３の一方面３ａと他方面３ｂの面粗さを異ならせている。因みに、シリンドリカル状に形成された一方面３ａの面粗さは、算術平均粗さでＲａ＝０．０８μｍ、凹面状の他方面３ｂの面粗さは、Ｒａ＝１．１４μｍとしている。一方面３ａと他方面３ｂの面粗さの差は、１４．２５倍である。【００１８】  このように金属材に板状の複数の放熱フィン３を立設することにより、この各放熱フィン３の間には流路３ｃが形成され、この流路３ｃには、図３に示すように、冷却用の空気等の気体、或いは、液体からなる冷媒４を流通させる。そして、放熱フィン３の一方面３ａと他方面３ｂの面粗さを異ならせたことにより、流路３ｃにおける左右の面の面粗さがことなることから、冷媒４に対する摩擦抵抗が異なる。【００１９】  これにより、図３に示すように、流路３ｃに冷媒４を流通させると、放熱フィン３の一方面３ａ側は、摩擦抵抗が小さいので実線の矢印で示すように円滑に流通するが、他方面３ｂは、摩擦抵抗が大きいので点線の矢印で示すように流速が遅くなって流通する。この結果、流路３ｃにおいて冷媒４の流速が異なることから、冷媒４の流れに変化が生じる。また、放熱フィン３に伝達された発熱素子（図示しない）の熱が、放熱フィン３の一方面３ａと他方面３ｂで流速が異なる冷媒４に��り放熱される。このため、他方面３ｂでは時間をかけて熱を冷媒４に移行する一方で、一方面３ａでは速やかに冷媒４に移行した熱を流通させるように作用する。これにより、発熱素子の熱を２種の流速の冷媒４により放熱するので、放熱効率が高められる。【００２０】  このように、流路３ｃにおいて冷媒４の流速を異ならせるには、一方面３ａと他方面３ｂの面粗さの差を１０倍以上にすることが必要となる。しかし、およそ３０倍を超えるように他方面３ｂの面粗さを大きくするには、特殊の加工技術が必要になるので実用的ではない。従って、好ましくは、１０倍から３０倍の範囲とするのが良い。【００２１】  次に、図４参照しながら、放熱器１の放熱フィン３の形成方法について説明する。前述した金属材２は、放熱器１を形成するために必要な板厚及び幅を有している。そして、所定の装置に位置決め固定した後、切削工具５によって金属材２から放熱フィン３が起立形成される。【００２２】  切削工具５は、図示のように、底面側の先端に移動方向と直角な刃部５ａが形成されている。このように構成された切削工具５は、金属材２に対して後端側が高くなるように所定の角度で傾斜させて図示しない駆動装置に取り付けられる。また、切削工具５の傾斜した前端面５ｂは、底面側よりも面粗さを大きくしている。【００２３】  そして、切削工具５を金属材２の表面に当接させた後、切削工具５を上記駆動装置により所定の角度で金属材２の裏面方向に移動させると、切削工具５の先端の刃部５ａによって金属材２が掘り起こされ、肉薄な放熱フィン３が起立する。その後、次の放熱フィン３を形成するとき、金属材２を下流側に送って位置決めし、切削工具５を金属材２の表面に当接させた後、所定寸法の削り代をもって所定の角度で金属材２の裏面方向に移動させて掘り起こすことにより、先に起立形成した放熱フィン３と所定の間隔で次の放熱フィン３が起立形成される。その後も、金属材２を下流側に送り、位置決めした後、切削工具５のより掘り起こす工程を繰り返すことにより、金属材２の表面に複数の放熱フィン３が所定の間隔で連続して形成される。【００２４】  このように、金属材２を切削工具５により掘り起こして放熱フィン３を起立形成するとき、切削工具５の傾斜した前端面５ｂの面粗さを底面側よりも大きくしているので、金属材２を掘り起こして放熱フィン３が徐々に伸長するときに、放熱フィン３が面粗さの大きな前端面５ｂの抵抗を受けてカーリングする。そのため、前端面５ｂに接しない反対の他方面３ｂが縮減して微少な凹凸が生じることにより面粗さが大きくなる。【００２５】  図５は、放熱器の他の実施例を示している。図示の放熱器１０は、前述した図１に示した実施例と同様に、金属材からなるベース１１の表面に複数の放熱フィン１２が垂直に立設され、各放熱フィン１２の間には、流路１３が形成されている。そして、各放熱フィン１２の一方面１２ａの面粗さを小さくし、他方面１２ｂの面粗さを大きくしている。【００２６】  図５に示す放熱器１０は、ベース１１の表面に多数の放熱フィン１２を個々に垂直に植設する方法によって製造されたものである。この放熱器１０の場合は、放熱フィン１２の他方面１２ｂに対して、予めサンドブラスト加工等によって面粗さを大きくした後、植設することで面粗さを異ならせることが可能である。放熱器１０としては、金属材を押し出し加工や鋳造加工によって放熱フィンを一体に製造する方法がある。この場合には、例えば、一方面１２ａをマスキングした後、サンドブラスト加工によって面粗さを大きくすることができる。【００２７】  図６は、放熱器のさらに他の実施例を示し、放熱器２０に立設した複数の放熱フィン２１を、幅方向に沿って複数の曲部を有する略三角状の波状に蛇行させたものである。この図６に示す放熱フィン２１においても、図７に示すように、一方面２１ａの面粗さを小さくし、他方面２１ｂの面粗さを大きくしている。また、放熱フィン２１の間には、上述した冷媒４を流通させるための流路２１ｃが形成されている。【００２８】  また、図６に示す放熱器２０においても、上述した図４に示す形成方法と実質的に同様の方法によって、複数の放熱フィン２１を金属材２２の表面に立設することができる。前述した形成方法と相違する点は、図６に示すように、切削工具２３の刃部２３ａを波状に蛇行させたことである。切削工具２３は、底面側の先端に移動方向と直角な刃部２３ａが形成されていて、その幅は、放熱フィン２１の幅に設定されている。そして、この切削工具２３の刃部２３ａには、放熱フィン２１と同形に、幅方向に沿って複数の曲部を有する略三角状の波状に蛇行するように形成している。【００２９】  そして、この切削工具２３を使用し、図６に示すように、金属材２２の表面を掘り起こすことにより、波状に蛇行した放熱フィン２１が金属材２２と一体に立設される。このとき、切削工具２３の傾斜した前端面２３ｂは、底面側よりも面粗さを大きくすることにより、放熱フィン２１が徐々に伸長するときに、放熱フィン２１が面粗さの大きな前端面２３ｂの抵抗を受けて他方面２１ｂが縮減して微少な凹凸が生じることにより面粗さが大きくなる。略三角状の波状に蛇行した放熱フィン２１の間に形成される流路２１ｃも波状に蛇行することから、冷媒４が蛇行して流路２１ｃを流通するので、放熱効果を一層高めることができる。さらには、前述した実施例と同様に、冷媒４の流れ方に変化を生じさせるので、放熱効果をさらに高めることができる。【００３０】  図８（Ａ）（Ｂ）は、金属材２の表面に立設される放熱フィンの変形例を示している。図８（Ａ）に示す複数の放熱フィン２５は、略正弦波状の波状に形成している。また、図８（Ｂ）に示す複数の放熱フィン２６は、略台形状の波状に形成されている。これらの波状に形成された放熱フィン２５、２６は、上述した図６に示した切削工具２３と同様に、刃部には、放熱フィン２５、２６と同形に、幅方向に沿って複数の曲部を有する略正弦波状、略台形状の波状に蛇行するように形成されていて、波状の刃部を形成した切削工具を用いて、金属材２２の表面を掘り起こすことにより、図８（Ａ）（Ｂ）に示す波状に蛇行した放熱フィン２５、２６が製造される。【００３１】  以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。上述した実施例において、複数の放熱フィ��をカーリングさせたが、平板状の放熱フィンでも良い。
【符号の説明】
【００３２】１    放熱器
２    金属材
３    放熱フィン
３ａ  一方面
３ｂ  他方面
３ｃ  流路
４    冷媒
５    切削工具
５ａ  刃部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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