(57)【要約】【課題】高い冷却性能が必要となる部位において所望の冷却性能を確保しつつ、ヒートシンクの圧力損失を低減する。【解決手段】ヒートシンクは、発熱体２１、２２が取り付けられるベース１１、及び、複数のフィン３１を含んで構成された放熱部３、を有するヒートシンク本体１と、冷却風の流れ方向を主流方向に規制する規制部（ダクト６１）と、を備える。ヒートシンク本体は、主流方向について、発熱体の熱負荷及び配置に基づいて高い冷却性能が必要な第１部位と、当該第１部位よりも低い冷却性能が許容される第２部位とに区分され、規制部は、放熱部の主流方向の全域に亘って、ベースに対し起立方向に向かい合うように配置される対向壁面を有し、第１部位に対応する位置の第１の対向壁面（板材６４）は、ベースとの間隔が狭くかつ、第２部位に対応する位置の第２の対向壁面は、ベースとの間隔が、第１部位の間隔よりも広く設定される。【選択図】図１
2014179382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に発熱体が取り付けられるよう構成されたベース、及び、前記ベースの他方の面に立設された複数のフィンを含んで構成された放熱部、を有するヒートシンク本体と、
前記ヒートシンク本体に供給された冷却風の流れ方向を、前記放熱部を通過する主流方向に規制するよう構成された規制部と、を備えたヒートシンクであって、
前記フィンは、前記ベースの前記他方の面に当接する基端から先端に向かって起立方向に延びていると共に、前記主流方向の上流端に対応する前端から、その下流端に対応する後端に向かって前記主流方向に延びており、
前記放熱部には、複数の前記フィンが、前記主流方向に直交する並び方向に所定間隔を空けて配置されることによって、隣り合う前記フィン同士の間に、当該フィンの前端、後端及び先端のそれぞれにおいて開口する複数のスリット状流路が、前記前後方向に延びるように区画形成され、
前記ベースには、複数の前記発熱体が、前記主流方向に所定の配置で並んで取り付けられており、それによって、前記ヒートシンク本体は、前記主流方向について、前記発熱体の熱負荷及び配置に基づいて高い冷却性能が必要な第１部位と、当該第１部位よりも低い冷却性能が許容される第２部位とに区分され、
前記規制部は、前記放熱部の前記フィン先端側で、当該放熱部の前記主流方向の全域に亘って、前記ベースに対し前記起立方向に向かい合うように配置される対向壁面を有し、
前記第１部位に対応する位置の第１の前記対向壁面は、前記ベースとの間隔が狭くかつ、前記第２部位に対応する位置の第２の前記対向壁面は、前記ベースとの間隔が、前記第１部位の間隔よりも広く設定されているヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
前記規制部は、
前記放熱部を収容すると共に、前記主流方向に延びて前記第２の対向壁面を構成するダクトと、
前記ダクト内における、前記ヒートシンク本体の前記第１部位に対応する位置に配置されかつ、前記ダクトの前記第２の対向壁面よりも前記ベースに近い位置で、前記第１の対向壁面を構成する整風部と、を有し、
前記整風部は、前記ダクト内を前記主流方向に流れる前記冷却風に干渉することによって、前記第１の対向壁面よりも上流側において、前記冷却風の流れ方向を前記ダクトの第２の対向壁面から前記放熱部に向かう方向に変更するよう構成されているヒートシンク。
【請求項３】
請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
前記放熱部と前記ダクトの前記第２の対向壁面との間には、前記主流方向に延びる隙間が設けられており、
前記整風部は、前記隙間に配置されているヒートシンク。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のヒートシンクにおいて、
前記整風部は、前記第１部位に対応する位置の前記放熱部の前記フィン先端付近において前記主流方向に延びて前記第１の対向壁面を構成する板材と、当該板材と前記ダクトの前記第２の対向壁面との間を連結することで、当該板材と当該第２の対向壁面との間を閉塞する連結部と、を有して構成されているヒートシンク。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のヒートシンクにおいて、
前記整風部は、前記ダクト内において、前記放熱部の前記並び方向一端から他端まで延びて配設されているヒートシンク。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートシンクにおいて、
前記ヒートシンク本体は、送風機からの前記冷却風が供給される強制空冷式であるヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、発熱体の冷却を行うヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、走行風式のヒートシンクが記載されている。このヒートシンクは、鉄道車両に搭載されかつ、鉄道車両の走行に伴い発生する走行風を冷却風として、電力変換装置である発熱体の冷却を行うようにしている。ヒートシンクは、具体的には、発熱体が取り付けられたベースに複数のフィンを取り付け、隣り合うフィン同士の間に形成されるスリット状流路を冷却風が流れることによって、各フィンを通じた熱伝達により発熱体の熱を放熱するよう構成されている。また、特許文献３には、ヒートシンクをダクト内に配置し、送風機からの冷却風をダクトを通じてヒートシンクに供給するようにした、いわゆる強制空冷式のヒートシンクが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３４４７１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１０９７９９号
【特許文献３】特開平１１−３５４６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１、２に記載されているようなヒートシンクにおいては、複数の発熱体を、冷却風の主流方向（つまり、スリット状流路が延びる方向）に並べて配置している。この構成では、スリット状流路の入口からの距離が各発熱体によって異なること、及び、各発熱体の熱負荷が相違すること、に起因して、ヒートシンクは、主流方向について、高い冷却性能が必要となる部位と、相対的に低い冷却性能が許容される部位とに区分され得る。
【０００５】
ここで、ヒートシンクの設計においては、高い冷却性能が必要となる部位において所望の冷却性能が確保されるように、例えばフィンの数や、フィンの面積等の各種パラメータを設定することが一般的である。しかしながら、そのように高い冷却性能が必要となる部位を基準として、フィン数等を設定した場合には、例えばフィンの数が増える結果、隣り合うフィン同士の間に形成されるスリット状流路の幅が狭くなってヒートシンク全体の圧力損失が増大してしまう場合がある。圧力損失の増大は、特許文献３に記載されているような、強制空冷式のヒートシンクにおいては、送風機の動力を高くしなければならないという不都合を招く。
【０００６】
ここに開示する技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い冷却性能が必要となる部位において所望の冷却性能を確保しつつ、ヒートシンクの圧力損失を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者らは、冷却風の主流方向に複数の発熱体を並べて配置したヒートシンクにおいては、前述の通り、主流方向について、高い冷却性能が必要となる部位と、相対的に低い冷却性能が許容される部位とに区分され得るが、高い冷却性能が必要となる部位についてのみ、冷却風の流速を局所的に高めて冷却性能を高くする一方で、相対的に低い冷却性能が許容される部位については、冷却風の流速を相対的に低くして圧力損失を下げるような構成にすれば、高い冷却性能が必要となる部位において所望の冷却性能を確保しつつ、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することが可能になることに着目して、本願発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
ここに開示する技術は、一方の面に発熱体が取り付けられるよう構成されたベース、及び、前記ベースの他方の面に立設された複数のフィンを含んで構成された放熱部、を有するヒートシンク本体と、前記ヒートシンク本体に供給された冷却風の流れ方向を、前記放熱部を通過する主流方向に規制するよう構成された規制部と、を備えたヒートシンクに係る。
【０００９】
前記フィンは、前記ベースの前記他方の面に当接する基端から先端に向かって起立方向に延びていると共に、前記主流方向の上流端に対応する前端から、その下流端に対応する後端に向かって前記主流方向に延びており、前記放熱部には、複数の前記フィンが、前記主流方向に直交する並び方向に所定間隔を空けて配置されることによって、隣り合う前記フィン同士の間に、当該フィンの前端、後端及び先端のそれぞれにおいて開口する複数のスリット状流路が、前記主流方向に延びるように区画形成され、前記ベースには、複数の前記発熱体が、前記主流方向に所定の配置で並んで取り付けられており、それによって、前記ヒートシンク本体は、前記主流方向について、前記発熱体の熱負荷及び配置に基づいて高い冷却性能が必要な第１部位と、当該第１部位よりも低い冷却性能が許容される第２部位とに区分される。
【００１０】
そして、前記規制部は、前記放熱部の前記フィン先端側で、当該放熱部の前記主流方向の全域に亘って、前記ベースに対し前記起立方向に向かい合うように配置される対向壁面を有し、前記第１部位に対応する位置の第１の前記対向壁面は、前記ベースとの間隔が狭くかつ、前記第２部位に対応する位置の第２の前記対向壁面は、前記ベースとの間隔が、前記第１部位の間隔よりも広く設定されている。
【００１１】
ここで、「第１部位」及び「第２部位」は、ベースに取り付けられた複数の発熱体の熱負荷の高低と、放熱部に形成されたスリット状流路の前端入口からの距離と、に応じて設定される。具体的に、熱負荷が相対的に高い発熱体が配置された部位は、相対的に高い冷却性能が要求される第１部位となり得る。また、高い熱負荷の発熱体同士であっても、前端入口に近い位置に配置された発熱体は、冷却風の温度がそもそも低温であるため、十分に冷却可能になる一方、前端入口から遠い位置では、冷却風の温度が相対的に高まるため、そこに配置された発熱体は温度が高くなり易く、より高い冷却性能が要求される。従って、前端入口から遠い位置に配置された発熱体に対応する部位は、第１部位となり得る。こうした第１部位は、ヒートシンク本体について、１箇所のみ（例えば最高温度となる部位）設定してもよいし、複数箇所、設定してもよい。
【００１２】
前記の構成によると、ヒートシンク本体に供給された冷却風は、規制部によって、放熱部を通過する主流方向に流れるように、その流れ方向が規制される。具体的に規制部は、放熱部のフィン先端側で、ヒートシンク本体の主流方向の全域に亘って、ベースに対し起立方向に向かい合うように配置される対向壁面を有している。つまり、冷却風は、ヒートシンク本体のベースと対向壁面との間を流れる。ベースに取り付けられた各発熱体の熱がベースから各フィンを通じて、放熱される。
【００１３】
ベースには、冷却風の主流方向に複数の発熱体が並んで配置されており、ヒートシンク本体は、主流方向について、各発熱体の熱負荷及び配置に基づいて高い冷却性能が必要な第１部位と、当該第１部位よりも低い冷却性能が許容される第２部位と、に区分される。
【００１４】
そうして、前記の構成では、高い冷却性能が必要な第１部位に対応する位置の第１の対向壁面は、ベースとの間隔が相対的に狭い一方で、低い冷却性能が許容される第２部位に対応する位置の第２の対向壁面は、ベースとの間隔が相対的に広い。この構成により、前述したように、冷却風は、ベースと対向壁面との間を流れるが、第１部位に対応する位置では、冷却風が流れる流路の断面積が相対的に狭くなることと等価になるため、冷却風の流速が高まり、冷却性能の向上に有利になる。その結果、第１部位においては、高い冷却性能が確保される。これに対し、第２部位に対応する位置では、冷却風が流れる流路の断面積が相対的に広くなることと等価になるため、冷却風の流速は低下し、冷却性能は、第１部位と比較して低くなる。一方で、圧力損失は低下する。その結果、第２部位は、ヒートシンク本体の全体としての圧力損失の低下に寄与する。従って、第１部位と第２部位とを適宜設定し、それに対応するように、第１及び第２の対向壁面の位置を設定することによって、ヒートシンクにおいて、必要箇所（つまり、第１部位）での高い冷却性能の確保と、ヒートシンク全体についての圧力損失の低減とが、両立する。ここで、各発熱体の主流方向の長さと、第１部位や第２部位の主流方向の長さは、一致させてもよいが、必ずしも一致させる必要はない。
【００１５】
前記規制部は、前記放熱部を収容すると共に、前記主流方向に延びて前記第２の対向壁面を構成するダクトと、前記ダクト内における、前記ヒートシンク本体の前記第１部位に対応する位置に配置されかつ、前記ダクトの前記第２の対向壁面よりも前記ベースに近い位置で、前記第１の対向壁面を構成する整風部と、を有し、前記整風部は、前記ダクト内を前記主流方向に流れる前記冷却風に干渉することによって、前記第１の対向壁面よりも上流側において、前記冷却風の流れ方向を前記ダクトの第２の対向壁面から前記放熱部に向かう方向に変更するよう構成されている、としてもよい。
【００１６】
こうすることで、ヒートシンク本体に対しては、ダクトを通じて冷却風が供給される。冷却風は、ダクトの内周面によってその流れ方向が規制され、ダクトの内周面の一部が、ヒートシンク本体のベースに向かい合うように配置されることで、主流方向に延びる第２の対向壁面を構成する。
【００１７】
ダクト内にはまた、第１の対向壁面を構成する整風部が、ヒートシンク本体の第１部位に対応する位置に配置されている。この整風部の第１の対向壁面は、ダクトの第２の対向壁面よりもベースに近い位置に配置される。それによって、整風部の第１の対向壁面とベースとの間隔は相対的に狭くなり、ダクトの第２の対向壁面とベースとの間隔は相対的に広くなる。また、整風部は、ダクト内を主流方向に流れる冷却風と干渉することによって、第１の対向壁面よりも上流側で冷却風の流れ方向をダクトの第２の対向壁面から放熱部に向かう流れに変更する。つまり、整風部は、主流方向に流れる冷却風が、そのまま主流方向に流れてしまうことを遮ることで、冷却風の流れ方向を強制的に変更する機能を有する。こうして、整風部が配置された第１部位においては、第１の対向壁面とベースとの間を冷却風が流れるようになり、流路断面が一時的に絞られた状態になるから、ダクト内を主流方向に流れる冷却風は、この第１部位において一時的に増速する。その結果、第１部位においては相対的に高い冷却性能が確保される。
【００１８】
尚、ダクト内に整風部を配置する代わりに、ダクトの形状そのものを変更するようにしてもよい。つまり、ダクトによって構成される対向壁面の内、第１部位に対応する位置の対向壁面が、第２部位に対応する位置の対向壁面よりもベースに近くなるように、ダクトの横断面形状を、その途中で一時的に絞るようにしてもよい。こうした構成でも、第１部位においては相対的に高い冷却性能を確保する一方で、ヒートシンクの全体として圧力損失を低下させることが可能になる。
【００１９】
前記放熱部と前記ダクトの前記第２の対向壁面との間には、前記主流方向に延びる隙間が設けられており、前記整風部は、前記隙間に配置されている、としてもよい。
【００２０】
放熱部とダクトの第２の対向壁面との間に隙間を設けることによって、ヒートシンク全体としての圧力損失が低下する一方で、第１部位に対応する位置では、その隙間に整風部を配置することによって、前述の通り、流路断面を一時的に絞って冷却風を増速させることが可能になり、第１部位について、相対的に高い冷却性能を確保することが可能になる。
【００２１】
前記整風部は、前記第１部位に対応する位置の前記放熱部の前記フィン先端付近において前記主流方向に延びて前記第１の対向壁面を構成する板材と、当該板材と前記ダクトの前記第２の対向壁面との間を連結することで、当該板材と当該第２の対向壁面との間を閉塞する連結部と、を有して構成されている、としてもよい。
【００２２】
この構成の整風部は、板材とダクトの第２の対向壁面との間を連結する連結部が、この板材とダクトの第２の対向壁面との間を閉塞して冷却風が通過することを阻止するから、ダクト内を主流方向に流れる冷却風は、この整風部が配置された第１部位の位置においては、板材によって構成される第１の対向壁面とベースとの間を通過することになる。従って、第１部位においては、流路断面が一時的に絞られて冷却風が増速する結果、高い冷却性能が確保される。
【００２３】
また、この構成の整風部は、板材と連結部とによって構成されるから軽量化が図られる。このことは、当該ヒートシンクが、例えば鉄道車両等の移動体に搭載される場合において、有利な構成となる。
【００２４】
前記整風部は、前記ダクト内において、前記放熱部の前記並び方向一端から他端まで延びて配設されている、としてもよい。
【００２５】
整風部は、前述したように、ダクト内において主流方向に流れる冷却風と干渉するため、整風部をダクト内に配置することに伴い圧力損失が高まる。ここで、当該整風部を、ダクト内において、フィンの並び方向の一部分にのみ配置すると、圧力損失が、並び方向に均等にならず、圧力損失の分布が生じることになる。このことは、ダクト内を流れる冷却風が並び方向に偏って流れることを招き、発熱体の配置如何によっては、ヒートシンクの冷却性能に悪影響を及ぼす可能性もある。
【００２６】
これに対し、整風部を、ダクト内において並び方向の一端から他端まで延びて配設することは、圧力損失を並び方向に均等にし、その結果、ヒートシンクの冷却性能を適切に確保することを可能にする。
【００２７】
前記ヒートシンク本体は、送風機からの前記冷却風が供給される強制空冷式である、としてもよい。
【００２８】
強制空冷式のヒートシンクにおいて圧力損失の低減は、送風機の動力低減を可能にするという利点がある。また、圧力損失の低減は、その分、例えば放熱部におけるフィンピッチを狭くしたりすることで、冷却性能向上の伸び代が確保される。つまり、ヒートシンクの設計自由度が高まるという利点もある。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、前記のヒートシンクによると、高い冷却性能が必要となる第１部位においては、対向壁面とベースとの間隔を狭くすることで冷却風の増速を図り、所望の高い冷却性能を確保しつつ、低い冷却性能が許容される第２部位においては、対向壁面とベースとの間隔を広くすることで、ヒートシンク全体の圧力損失の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）ヒートシンクの一部断面図、（ｂ）ヒートシンクの底面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）整風部の構成に係る変形例である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）整風部の構成に係るさらに別の変形例である。
【図５】整風部の配置に係る変形例である。
【図６】整風部の配置に係るさらに別の変形例である。
【図７】ダクトの構成に係る変形例である。
【図８】（ａ）（ｂ）ヒートシンク本体の構成に係る変形例である。
【図９】（ａ）（ｂ）フィンの構成例を示す側面図である。
【図１０】実施例に係る風量と圧力損失との関係を示す図である。
【図１１】実施例に係るヒートシンク本体の入口からの距離と温度上昇値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、ヒートシンクの実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図１は、（ａ）がヒートシンクの一部断面図、（ｂ）がヒートシンクの底面図を示し、図２は、図１（ａ）のII−II断面図を示している。このヒートシンク１は、鉄道車両の駆動に用いられるパワー半導体素子等の、発熱体２１、２２を冷却するための冷却器である。但し、これ以外の用途に利用してもよい。
【００３２】
ヒートシンク１は、ヒートシンク本体と、ヒートシンク本体を収容するダクト６１とを備えて構成されている。尚、以下の説明においては、ヒートシンク本体を単に、「ヒートシンク」と呼び、符号１を付与する。ダクト６１は、図示省略の送風機に接続されており、図１に矢印（図１（ａ）では実線の矢印、（ｂ）では一点鎖線の矢印）で示すように、送風機からの冷却風がダクト６１を通じて、ヒートシンク１に供給される。尚、以下において、ダクト６１内における冷却風の流れ方向を、主流方向と呼び、これは、図１における紙面左から右の方向である。このヒートシンク１は、強制空冷型のヒートシンク１であり、ヒートシンク１は、発熱体２１、２２の熱を放熱して、当該発熱体２１、２２を冷却する。ヒートシンク１は、発熱体２１、２２が取り付けられるベース１１と、ベース１１に対して立設された複数のフィン３１を含んで構成される放熱部３と、を備えている。
【００３３】
ベース１１は、ダクト６１の方向に対応する前後方向（つまり、主流方向）、及び、その前後方向に直交する並び方向に拡がると共に、所定厚みを有する平板である。ベース１１は、発熱体２１、２２が取り付けられる取付面（つまり、図１（ａ）における下面）１１１と、フィン３１が立設する放熱面（つまり、図１（ａ）における上面）１１２とが、その厚み方向に相対して構成されている。ベース１１の取付面１１１には、複数の発熱体２１、２２が、熱伝導性の高いグリス等を介在させた状態で当該取付面１１１に接触して取り付けられている。図例では、前後方向に４個でかつ、並び方向に４個となるように、合計１６個の発熱体２１、２２がマトリックス状に配置されている。これらの発熱体２１、２２の内、前側の２列に配置された発熱体２１は、相対的に熱負荷が高く、後側の２列に配置された発熱体２２は、相対的に熱負荷が低くされている。こうして、主流方向に並んで配置される各発熱体２１、２２の熱負荷が異なること、及び、後述する放熱部３の各スリット状流路３０の前端入口からの距離が、各発熱体２１、２２で異なることに起因して、このヒートシンク１では、図１（ｂ）に示すように、主流方向について、相対的に高い冷却性能が要求される部位（つまり、第１部位）と、相対的に低い冷却性能であっても許容される部位（つまり、第２部位）とに区分されることになる。ここで、熱負荷が高い発熱体２１が配置される部位は、第１部位になり得る一方で、熱負荷が同じであっても、スリット状流路３０の前端入口に近い位置（つまり、前後方向の一列目に対応）に配置された発熱体２１は、冷却風の温度が相対的に低いため、必要な冷却性能が確保し易いのに対し、前端入口から遠い位置（つまり、前後方向の二列目に対応）に配置された発熱体２１は、冷却風の温度が相対的に高くなるため、必要な冷却性能が確保し難くなり、特に高い冷却性能が要求される第１部位となる。この例では、当該ヒートシンク１において最高温度となる部位を、第１部位として設定している。尚、第１部位の前後方向の長さと、発熱体２１、２２の前後方向長さとは、一致するとは限らず、第１部位と発熱体とは、少なくともその一部が、主流方向に重なるように設定される。また、図例では、第１部位を１箇所のみ設定しているが、複数箇所の第１部位を設定する場合もある。さらに、図１は、発熱体の配置例にすぎず、発熱体の配置は適宜設定される。発熱体の配置に応じて、第１部位及び第２部位が設定されるため、第１部位及び第２部位の設定も、図１とは相違する場合がある。
【００３４】
各フィン３１は、一定の厚みを有する平板状であって、ベース１１の放熱面１１２に当接する基端から先端に向かって、当該放熱面１１２に対して直交する方向（つまり、起立方向）に延びるように放熱面１１２に立設されていると共に、前後方向に延びて配設されている。尚、各フィン３１の形状は図例に限定されるものではなく、その高さ、前後方向長さ及び厚みの比率は、適宜設定することが可能である。
【００３５】
複数のフィン３１は、ベース１１の放熱面１１２に対し、並び方向に所定の等間隔を空けて並設されている。図例では、２３枚のフィン３１が並設されているが、放熱部３のフィン３１の枚数はこれに限定されるものではない。放熱部３には、隣り合うフィン３１の側面同士の間に、前後方向に沿って延びるスリット状流路３０が区画形成される（図２参照）。この各スリット状流路３０は、フィン３１の前端（図１（ａ）における左端）、後端（図１（ａ）における右端）及び先端（図１（ａ）における上端）のそれぞれにおいて開口することになる。尚、スリット状流路３０の流路幅は、適宜の幅に設定することが可能であり、図例に限定されない。
【００３６】
ヒートシンク１は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金によって形成される。また、ヒートシンク１は、ベース１１に対して、各フィン３１を溶接、ろう付け及び接着剤等の各種の、適宜の手段によって接合することで成形すればよい。
【００３７】
ここで、図１等では図示を省略するが、図９（ａ）又は（ｂ）に示すように、各フィン３１の一方の側面、つまり片面には、フィン３１の側面から突出するように、複数個の凸部５１が、所定の配置で設けられている。図９（ａ）、（ｂ）では、凸部５１の配置パターンが異なっている。このような凸部５１は、例えばプレス成形によって形成してもよい。
【００３８】
複数個の凸部５１は、スリット状流路３０内の流れを乱流にすることで伝熱を促進する機能を有している。また、所定の配置で設けられた複数個の凸部５１は、スリット状流路３０の前端入口から流入した冷却風を、図９（ａ）に矢印で示すように、フィン３１の基端側に向かって流して、ヒートシンク１のベース１１付近の流速を高める機能を有している。このことは、発熱体２１、２２の冷却効果を高める上で有利になる。
【００３９】
こうして凸部５１を設けることにより、ベース１１付近の流速を高めることは、後述する整風部６３が流路断面を絞ることと組み合わさって、ヒートシンク１の冷却性能を大幅に向上させることになる。尚、こうした凸部５１の形成を省略することも可能である。
【００４０】
図１、２に戻り、ヒートシンク１の放熱部３におけるフィン先端部には、取付座６２が取り付けられており、ダクト６１は、この取付座６２を介して、ヒートシンク１に固定されている。
【００４１】
取付座６２は、図例では、横断面矩形状でかつ、放熱部３の並び方向の一端から他端までの全域に亘って延びる角棒状である。取付座６２は、放熱部３における前端、後端、及び、中央の３箇所それぞれに配置されている。取付座６２は、溶接、ろう付け及び接着剤等の各種の、適宜の手段によって、放熱部３に接合することが可能である。例えばベース１１に対して各フィン３１をろう付けする際に、３つの取付座６２を、各フィン３１に対し同時に、ろう付けするようにしてもよい。
【００４２】
ダクト６１は、図２に示すように、横断面略ハット状に形成されており、ヒートシンク１の放熱部３を覆うように配置されて、前記の取付座６２とベース１１とのそれぞれに接合されている。このことで、ヒートシンク１の放熱部３をダクト６１内に収納した状態で、ダクト６１及びヒートシンク１が互いに結合されている。取付座６２を介してダクト６１とヒートシンク１とを結合することは、高い寸法精度が要求されずに、両者を結合することを可能にするという利点がある。また、こうした取付座６２は、ヒートシンク１の強度を高め、全体の剛性向上に寄与する。
【００４３】
ここで、ダクト６１内の天井面は、取付座６２が介在している分だけ、ヒートシンク１の放熱部３におけるフィン先端とは離れて配置されている。これによって、放熱部３とダクト６１の天井面との間には、所定の隙間が、ダクト６１に沿って主流方向に延びるように設けられていると共に、この主流方向に延びる隙間は、放熱部の前端、中央、及び後端の３箇所に配置された取付座６２のそれぞれによって閉塞されることになる。こうして、放熱部３の前端に取り付けられた取付座６２（以下、前端取付座ともいう）によって隙間が閉塞されていることで、ダクト６１内を流れる冷却風は、放熱部３の前端に開口する各スリット状流路３０内に流入するものの、前端取付座６２よりも下流側においては、各スリット状流路３０の先端開口を通じて、冷却風の一部が、放熱部３とダクト６１の天井面との隙間に向かって流れ、その隙間内を主流方向に流れるようになる。
【００４４】
同様に、放熱部３の中央に取り付けられた中央取付座６２も、隙間を閉塞しているから、隙間内を主流方向に流れていた冷却風は、先端開口を通じて各スリット状流路３０内に流入し、各スリット状流路３０において、中央取付座６２とベース１１との間を流れるようになる。また、中央取付座６２よりも下流側では、冷却風の一部が、隙間内を流れるようになると共に、後端取付座６２において再び、全ての冷却風が、各スリット状流路３０内の後端取付座６２とベース１１との間で流れるようになる。
【００４５】
従って、冷却風は、ヒートシンク１内において、前端取付座６２と中央取付座６２との間、及び、中央取付座６２及び後端取付座６２との間ではそれぞれ、ダクト６１の天井面とベース１１との間を通過する一方、前端取付座６２、中央取付座６２及び後端取付座６２の取付位置においては、それらの取付座６２とベース１１との間を通過するようになる。ダクト６１は、ヒートシンク１に供給された冷却風の流れ方向を、放熱部３を通過する主流方向に規制するよう構成された規制部を構成し、ダクト６１の天井面は、放熱部３のフィン先端側で、当該放熱部３の主流方向の全域に亘って、放熱部３を挟んでベース１１に対し起立方向に向かい合うように配置される対向壁面の一部を構成する（つまり、第２の対向壁面に相当する）。
【００４６】
このような構成では、冷却風の一部が、放熱部３とダクト６１の天井面との隙間を通ることで、圧力損失が低下するものの、冷却性能もまた低下し得る。その結果、高い冷却性能が要求される第１部位において、所望の冷却性能が確保できない場合も起こり得る。
【００４７】
そこで、このヒートシンク１においては、第１部位において部分的に冷却性能を高めるように、ダクト６１内に整風部６３を配置している。図１、２の例では、この整風部６３を、２列目の発熱体２１に対応する部位（言い換えると第１部位）に配置しており、整風部６３は、中央取付座６２と、この中央取付座６２に連続する板材６４とによって構成されている。
【００４８】
板材６４は、図１、２に示すように（尚、図１（ｂ）では、板材６４を一点鎖線で示す）、中央取付座６２の前端から前方に向かって所定の距離（第１部位に対応する距離）だけ延びると共に、中央取付座６２と同様に、放熱部３における並び方向の一端から他端までの全域に亘って拡がるよう構成されている。板材６４は、図例では、放熱部３の各フィン３１の先端に当接して配設されており、これによって、各スリット状流路３０の先端開口は塞がれている。尚、板材６４と各フィン３１の先端との間に若干の隙間を空けてもよく、その場合も後述する増速効果と実質的に同じ作用効果を奏することが可能である。
【００４９】
板材６４は、基本的には、伝熱性が要求されないため、その材質についての制約は特になく、適宜の材質によって構成することが可能である。板材６４は、例えばねじ止め、接着、及び、かしめ等の機械的な結合手段を利用して、中央取付座６２に取り付けてもよいし、中央取付座６２のろう付けと同時に、各フィン３１及び中央取付座６２に対してろう付けするようにしてもよい。
【００５０】
このような構成の整風部６３によって、前端取付座６２の下流側において、放熱部３とダクト６１の天井面との隙間を流れる冷却風は、中央取付座６２が隙間を閉塞していることから、図１に白抜きの矢印で示すように。板材６４の前端よりも上流側において、ダクト６１の天井面から放熱部３に向かう方向に流れ方向が変更され、先端開口を通じて各スリット状流路３０内への流入するようになる。そうして、この整風部６３の配設位置においては、板材６４の下面とベース１１との間を冷却風が流れる。その結果、整風部６３が配設された第１部位においては、冷却風の流れる流路の断面が絞られることになるから、冷却風が一時的に増速する。こうして、第１部位において、高い冷却性能を確保することが可能になる。従って、板材６４の下面が、放熱部３のフィン先端付近において、主流方向に延びて配置されかつ、放熱部３を挟んでベース１１に対し起立方向に向かい合う第１の対向壁面を構成し、中央取付座６２が、板材６４とダクト６１の天井面（つまり、第２の対向壁面）との間を連結することで、この板材６４と第２の対向壁面との間を閉塞する連結部を構成する。
【００５１】
また、整風部６３は、第１部位に対応する位置にのみ設けられており、第２部位に対応する位置では、冷却風は、ダクト６１の天井面と放熱部３の先端との間の隙間を含めて、当該天井面とベース１１との間を流れることになる。これは、冷却風の流れる流路の断面が相対的に広いことと等価になるから、冷却風の速度が相対的に低下すると共に、圧力損失も低下する。従って、第１部位では、高い冷却性能を確保しつつ、ヒートシンク１の全体としては圧力損失を低く抑えることが可能になる。このことは、強制空冷式のヒートシンク１において、送風機の動力低減を可能にするという利点がある。送風機の動力低減は
、消費電力の低減や、騒音低下に有利であり、また、廉価な送風機を利用可能になるという利点もある。さらに、圧力損失の低減は、その分、例えば放熱部３におけるフィンピッチを狭くしたりすることで、冷却性能向上の伸び代を確保することも可能になる。
【００５２】
（変形例）
図３は、整風部６３の変形例を示している。尚、図３においては、発熱体の図示を省略している。同図（ａ）に示すように、板材６４は、取付座６２の後端から後方に向かって所定の距離だけ伸びるように構成してもよい。この構成では、同図に白抜きの矢印で示すように、取付座６２の前端よりも上流側において、ダクト６１の天井面から放熱部３に向かう方向に、冷却風の流れ方向が変更され、その後、板材６４の下面とベース１１との間を冷却風が流れるようになる。つまり、図３（ａ）に示す整風部６３も、図１等に示す整風部６３と、実質的に同じ作用効果を奏する。
【００５３】
また、図３（ｂ）に示す整風部６３の変形例は、板材６４を、取付座６２の前端から前方に向かって所定の距離だけ伸びるように取り付けると共に、取付座６２の後端から後方に向かって所定の距離だけ伸びるように取り付けている。
【００５４】
さらに、図３（ｃ）に示す変形例は、板材６４を省略する一方で、取付座６２の主流方向の長さを長くすることにより、この取付座６２の下面によって、第１の対向壁面を構成する例である。このような整風部（つまり、取付座６２そのもの）でも、同様の作用効果を奏する。但し、前述した、板材６４を利用する整風部６３は、軽量化が可能であるため、鉄道車両等の移動体に搭載されるヒートシンクには有利である。
【００５５】
尚、図１〜３に示す構成は、ダクト６１用の取付座６２を利用して整風部６３を構成しているが、整風部６３は、取付座６２と同様にフィン３１の先端側に取り付けられて、フィン剛性を高めるための剛性部材を利用して構成することも可能である。
【００５６】
図４に示す変形例は、取付座を利用しない整風部６５の構成例を示している。尚、図４においても、発熱体の図示を省略している。つまり、図４（ａ）に示すように、この整風部６５は、板材６５１と、板材６５１とダクト６１の天井面との間を連結する連結部６５２とを有して構成されている。連結部６５２は、板材６５１の前端で、この板材６５１と一体にされており、整風部６５は、全体としてＬ字状の断面を有している。このような構成の整風部６５も、連結部６５２が放熱部３とダクト６１の天井面との間を塞いでいるため、前述した整風部６３と同様の作用効果を奏する。こうした整風部６５は、取付座６２とは独立して、ダクト６１内に配置することが可能であるから、発熱体２１、２２の配置によって決定される第１部位と、取付座６２との位置がずれてしまう場合に、有効である。
【００５７】
整風部６５はまた、図４（ｂ）に示すように、連結部６５２を板材６５１の後端に配置して構成してもよいし、図４（ｃ）に示すように、連結部６５２を板材６５１の中央に配置して、逆Ｔ字状に構成してもよい。さらに、図４（ｄ）に示すように、連結部６５２、６５２を板材６５１の前端及び後端のそれぞれに配置して、Ｕ字状に構成してもよい。
【００５８】
図５は、整風部についての、並び方向の配置に係る変形例を示している。図１に示す整風部６３は、並び方向について、前後方向に同じ位置に配置しているが、図５に示す整風部６６は、並び方向の一方側と他方側とで２つに分割した上で、前後方向にずれて配置している。これは、図５に示すように、相対的に熱負荷の高い発熱体２１の配置が、並び方向の一方側と他方側と異なることに伴い、高い冷却性能が要求される第１部位が、並び方向の一方側と他方側とで前後方向にずれる場合に有効である。例えば、整風部の前後方向の長さを長くすれば、前後方向にずれている２箇所の第１部位を、１つの整風部で対応することも可能であるが、そうした場合、整風部の配置領域が拡大してしまうことになる。これは、圧力損失を高くし得る。前記の構成は、ヒートシンク１の全体で、整風部６６を配置する領域が最小限になるから、ヒートシンク１全体の圧力損失を、できるだけ低く設定する上で有利になる。
【００５９】
図６は、整風部についての、並び方向の配置に係る、さらに別の変形例を示している。同図に仮想的に示すように、整風部６７は、例えば、並び方向の一端から他端までの全域に亘って配置するのではなく、図６に示すように、相対的に熱負荷の高い発熱体２１が並び方向の一部に配置されることに対応して、並び方向の一部分にのみ配置してもよい。図例では、並び方向の中央部にのみ、整風部６７を配置している。こうすることでも、当該整風部６７を配置した部位においては、冷却風が増速し、冷却性能を高めることが可能になる。但し、並び方向の一部にのみ整風部６７を配置する構成は、ダクト６１内において、圧力損失が、並び方向に対し不均等になる結果、冷却風の偏流が生じる可能性がある。図６に示す構成は、そうした冷却風の偏流の影響が問題とならない構成において適用することが好ましい。
【００６０】
図７に示す変形例は、ダクト内に整風部を配設するのではなく、ダクトの形状そのものを変更することによって、整風部と同様の作用効果を奏するようにしたものである。つまり、図７に示すダクト６８は、第１部位に対応する箇所において、その天井壁に凹部６８１を設けており、この凹部６８１は、同図における紙面に直交する方向である並び方向に延びて設けられている。この凹部６８１によって、ダクト６８内の天井面は、第１の対向壁面、及び、第２の対向壁面の双方を構成することになる。従って、ダクト６８内で、ダクト６８の第２の対向壁面を構成する天井面と放熱部３の先端との間を主流方向に流れる冷却風は、同図に白抜きの矢印で示すように、凹部６８１よりも上流側において、その流れ方向を変更し、凹部６８１の位置においては、第１の対向壁面とベース１１との間の、流路断面が一時的に絞られた箇所を流れることになる。こうして、第１部位においては、高い冷却性能を確保しつつ、圧力損失の低減が可能になる。
【００６１】
図８は、ヒートシンク１のフィンに関する変形例を示している。この変形例では、ダクト６１の天井面と放熱部３の先端との間に隙間を設けずに、フィン３２の先端を、ダクト６１の天井面に当接している。また、各フィン３２において、第１部位に対応する箇所には、その先端から基端に向かって凹陥した凹部３２１を形成している。この凹部３２１内に、図８（ａ）に示す例では、図４（ｂ）に示す構成と同じ構成の整風部６５を配設している。このような構成は、図４（ｂ）に示すヒートシンク１において、整風部６５の配設箇所以外の箇所において、フィン３１の高さを高くすることによって、ダクト６１の天井面と放熱部３との隙間を無くした構成である、と言い換えることができる。図８（ｂ）に示す例では、フィン３２に設けた凹部３２１内に、図３（ｃ）に示す構成と同じ構成の整風部（図３（ｃ）では取付座）６２を配設している。凹部３２１内に配置する整風部は、図１、図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）〜（ｄ）のいずれの構成を採用してもよい。
【００６２】
図８（ａ）（ｂ）に示すヒートシンク１では、放熱部３の各スリット状流路内を流れる冷却風が、整風部６２、６５が配設された凹部３２１を通過することができないため、流路断面が一時的に絞られるようになり、冷却風が増速することになる。その結果、第１部位においては高い冷却性能を確保しつつ、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することが可能になる。図８に示す変形例は、フィン３２の伝熱面積を、可能な限り広くすることになる。
【００６３】
尚、図８に示す構成において、フィン３２に凹部３２１を形成し、そこに並び方向に延びる整風部６２、６５を配置するのではなく、１つ１つのスリット状流路内に、個別に、整風部を配置する構成を採用してもよい。
【００６４】
また、前述した各構成では、強制空冷式のヒートシンクについて、本技術を適用しているが、ここに開示する技術は、走行風式のヒートシンクにも適用可能である。
【実施例】
【００６５】
次に、ヒートシンク１の圧力損失及び冷却性能に関し実際に行った実施例について説明する。先ず、従来例、比較例及び実施例に係るヒートシンクのモデルを作成し、それらについて、風量と圧力損失との関係を比較した（図１０参照）。いずれのモデルにおいても、図１（ｂ）に示すように、主流方向及び並び方向のそれぞれに４つの発熱体を並べて合計１６個の発熱体を配置すると共に、前側の２列の発熱体は相対的に熱負荷を高く、後側の２列の発熱体は相対的に熱負荷を低く設定した。従って、前から２列目の発熱体の配設位置が、最高温度となる第１部位として設定される。図１０において白丸で示される実施例は、図１、２に示すように、板材６４を含む整風部６３を、第１部位に対応する位置でダクト６１の天井面と放熱部３との間に配置した例であり、黒四角で示される従来例は、ダクト６１の天井面と放熱部３との間の隙間に、整風部を配置しない例であり、白三角で示される比較例は、ダクト６１の天井面と放熱部３との間に隙間を設けない例である。
【００６６】
図１０によると、従来例は、圧力損失が最も低くなり、比較例は、圧力損失が最も高くなる一方で、実施例は、圧力損失が、従来例と比較例との間になっている。つまり、ヒートシンク１全体の圧力損失の増大が抑制されている。
【００６７】
次に、前記の従来例、比較例及び実施例のそれぞれについて、ヒートシンク１における、スリット状流路３０の前端入口からの距離と、温度上昇値との関係を比較した（図１１参照）。ここで、温度上昇値は、ヒートシンク１の各位置における発熱体２１、２２の取付面の温度から、前端入口での温度を差し引いた値である。同図によると、黒四角で示される従来例は、前述の通り圧力損失は低いものの、温度上昇値は最も高く、特に第１部位においては、要求される冷却性能を確保することができない。一方、白三角に示す比較例は、温度上昇値は最も低いものの、前述の通り圧力損失が高くなる。
【００６８】
これに対し、実施例は、第１部位における温度上昇値が、従来例と比較して低くなり、要求される冷却性能を確保することができる。また、実施例は、特にスリット状流路３０の出口側（第２の部位）において、温度が従来例と同程度まで高くなるが、第２の部位において許容される冷却性能は確保されている。従って、実施例は、第１部位においては、要求される高い冷却性能を確保しつつ、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、ここに開示したヒートシンクは、高い冷却性能が必要となる部位において所望の冷却性能を確保しつつ、ヒートシンクの圧力損失を低減することができるから、各種の発熱体の冷却を行うヒートシンクとして有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１  ヒートシンク（ヒートシンク本体）
１１  ベース
３  放熱部
３０  スリット状流路
３１  フィン
３２  フィン
６１  ダクト（規制部、第２の対向壁面）
６２  取付座（連結部）
６３  整風部
６４  板材（第１の対向壁面）
６５  整風部
６５１  板材
６５２  連結部
６６  整風部
６７  整風部
６８  ダクト（規制部、第１の対向壁面、第２の対向壁面）
【図１】
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【図２】
2014179382.tif 000004
【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】
2014179382.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014179382.tif 000011
【図１０】
2014179382.tif 000012
【図１１】
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