(57)【要約】  ヒートシンク（１）は、垂直空気流路（６）と、垂直空気流路（６）の周囲を取り囲むように放射状に配置された複数の下部冷却フィン（５）及び上部冷却フィン（４）を備え、隣接する下部冷却フィン（５）又は上部冷却フィン（４）の間には複数の放射状空気流路が形成されていて、放射状空気流路は、下部冷却フィン（５）及び上部冷却フィン（４）の外周の空間と垂直空気流路（６）を連絡するように形成される。その結果、ヒートシンク（１）の放熱効率が向上する。
2013180270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクにおいて、
垂直空気流路と、
前記垂直空気流路の周囲を取り囲むように放射状に配置された複数の冷却フィンを備え、
隣接する前記冷却フィンの間には複数の放射状空気流路が形成されていて、
前記放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と前記垂直空気流路を連絡するように形成されている
ことを特徴するヒートシンク。
【請求項２】
冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、前記複数の冷却フィンの下面に接して、前記複数の冷却フィンを機械的に結合する受熱部材を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記ヒートシンクを上方から平面視する場合に、前記複数の冷却フィンの外側の端部は前記受熱部材の外縁よりも更に外側に突出している
ことを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記冷却フィンの組を複数組備え、
前記冷却フィンの組は上下に積層されるとともに、下層の放射状空気流路の上に、上層の冷却フィンが位置するように、中心軸周りにオフセットされて配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
上下に積層されて隣接する前記冷却フィンの組の間にあって、両者を機械的に結合するとともに伝熱的に連結する層間環状部材を備える
ことを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器等を構成する電子素子等から発生する熱を環境に放出して、当該電子素子等を冷却するヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートシンクは電子機器等を構成する電子素子等から発生する熱を環境に放出して、当該電子素子を冷却する装置であり、複数の冷却フィンを備える（例えば、特許文献１）。一般に冷却フィンの表面積の総計を大きくすれば、単位時間当たりの放熱量を大きくできるが、電子機器等は小型軽量にすることが求められているから、ヒートシンクも小型化及び軽量化が求められている。そのため、ヒートシンクは多数の冷却フィンを高密度で配置して、冷却フィンの表面積の総計を拡大している。【０００３】
しかしながら、多数の冷却フィンを高密度で配置すれば、冷却フィン相互の間隔が小さくなるので、冷却フィンの間を流れる空気の流量流速が小さくなる。そのため、逆に放熱性能が低下する。このような場合には、冷却ファンを備えて冷却空気を冷却フィンに吹き付けて強制冷却を行なう。しかしながら、冷却ファンを備えれば、その分、電子機器等の容積と重量が大きくなるから、小型軽量化の要請と矛盾する。【０００４】
そこで、冷却ファンを使用しないで所望の冷却性能が得られ、しかも、小型軽量なヒートシンクが求められている。例えば、特許文献２には、ヒートパイプの軸方向に対して放射状に形成された複数の放熱フィンを備える空冷式半導体ヒートシンクが開示されている。【０００５】
特許文献２に開示された空冷式半導体ヒートシンクでは、複数の放熱フィンをヒートパイプの軸方向に対して放射状に配置して、重力方向に平行な放熱フィンを形成している。そのため、浮力によって生じる空気の流れが妨げられないので、放熱性能が非常に向上するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６８４６８号公報
【特許文献２】特開２００３−１００９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
確かに、特許文献２に開示された空冷式半導体ヒートシンクは、放熱フィンが重力方向に平行に形成されているので、浮力によって生じる空気の流れが妨げられない。しかし、放熱フィンの下端付近で放熱フィンから受熱した空気は、放熱フィンに沿って流れ、境界層を形成し、境界層を形成する空気は放熱フィンの上端に向かうにつれて温度が上昇する。したがって、放熱フィンの上方にあっては、放熱フィンは高温の空気に包まれるので、放熱フィンから空気層への放熱が生じなくなる。そのため、特許文献２の図面にあるように、放熱フィンを高さ方向に伸ばして、放熱フィンの放熱面積を拡大しても、ヒートシンクの容積重量の増加に比して、放熱性能の伸びは小さくなる。そのため、容積重量の割には放熱性能が低いという問題がある。【０００８】
本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、容積重量に比べて放熱性能が高いヒートシンク、すなわち、所望の放熱性能を有して、容積重量が小さいヒートシンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るヒートシンクは、ヒートシンクにおいて、垂直空気流路と、前記垂直空気流路の周囲を取り囲むように放射状に配置された複数の冷却フィンを備え、隣接する前記冷却フィンの間には複数の放射状空気流路が形成されていて、前記放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と前記垂直空気流路を連絡するように形成されていることを特徴する。【００１０】
冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、前記複数の冷却フィンの下面に接して、前記複数の冷却フィンを機械的に結合する受熱部材を備えるようにしてもよい。【００１１】
前記ヒートシンクを上方から平面視する場合に、前記複数の冷却フィンの外側の端部が前記受熱部材の外縁よりも更に外側に突出するようにしてもよい。【００１２】
前記冷却フィンの組を複数組備え、前記冷却フィンの組は上下に積層されるとともに、下層の放射状空気流路の上に、上層の冷却フィンが位置するように、中心軸周りにオフセットされて配置されるようにしてもよい。【００１３】
上下に積層されて隣接する前記冷却フィンの組の間にあって、両者を機械的に結合するとともに伝熱的に連結する層間環状部材を備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷却フィンの間に複数の放射状空気流路が形成されていて、当該放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と垂直空気流路を連絡するので、冷却フィンの放熱を受熱して高温になった空気が垂直空気流路に流入して、垂直空気流路内で上昇し排出されるので、冷却フィンに常に低温の空気が当る。そのため、放熱効率が高くなる。【００１５】
また、冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、複数の冷却フィンの下面に接して、複数の冷却フィンを機械的に結合する受熱部材を備えれば、冷却対象物で発生する熱が複数の冷却フィンに等しく伝熱されるので、放熱効率が更に高くなる。また、前記ヒートシンクを上方から平面視する場合に、前記複数の冷却フィンの外側の端部が前記受熱部材の外縁よりも更に外側に突出するようすれば、ヒートシンクの下方から冷却フィン列に流入する空気の流線が改善されるので、放熱効率が更に高くなる。【００１６】
また、前記垂直空気流路の周囲を取り囲むように放射状に配置された複数の冷却フィンの組を複数組備えて、前記冷却フィンの組が上下に積層されれば、冷却フィンの数と、それらの放熱面積の総計が増加するので、放熱効率が高くなる。また、下層の冷却フィンの組の放射状空気流路の上に、上層の冷却フィンの組の冷却フィンが位置するように配置されれば、下層の冷却フィンに触れて温度が上昇した空気が、上層の冷却フィンに触れないから、つまり上層の冷却フィンには低温の空気が触れるから、放熱効率が更に高くなる。【００１７】
また、隣接する前記冷却フィンの組の間にあって、両者を機械的に結合するとともに伝熱的に連結する層間環状部材を備えれば、下層の冷却フィンの組から上層の冷却フィンの組に均等に伝熱されるので、放熱効率が更に高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明に係るヒートシンクの概念的な平面図である。
【図１Ｂ】ヒートシンクの概念的な正面図である。
【図１Ｃ】ヒートシンクを図１ＡのＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図２Ａ】ヒートシンクを構成する上部モジュールの概念的な平面図である。
【図２Ｂ】上部モジュールの概念的な正面図である。
【図２Ｃ】ヒートシンクを構成する下部モジュールの概念的な平面図である。
【図２Ｄ】下部モジュールの概念的な正面図である。
【図３Ａ】ヒートシンク周りの冷却空気の流れを示す概念的な正面図である。
【図３Ｂ】ヒートシンク周りの冷却空気の流れを示す概念的な断面図である。
【図４】ヒートシンクの寸法の定義を示す図である。
【図５】数値シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図６】数値シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図７Ａ】ヒートシンクの変形例を示す概念的な平面図である。
【図７Ｂ】ヒートシンクの変形例を示す概念的な正面図である。
【図８】ヒートシンクの変形例を示す概念的な平面図である。
【図９】ヒートシンクの斜視図である。
【図１０】ヒートシンクの平面図である。
【図１１】ヒートシンクの立面図である。
【図１２】ヒートシンクの立面図である。
【図１３】ヒートシンクの立面図である。
【図１４】ヒートシンクの立面図である。
【図１５】ヒートシンクの重量と熱抵抗の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
本発明に係るヒートシンク１の概念的な構成を図１Ａないし図１Ｃに示す。なお、図１Ａはヒートシンク１の平面図であり、図１Ｂは正面図であり、図１Ｃはヒートシンク１を図１ＡのＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【００２１】
図１Ａないし図１Ｃにおいて明らかなように、ヒートシンク１は、上部フィン列２と下部フィン列３を備える。上部フィン列２は、放射状に配置された（具体的には、中心軸Ｘを中心とする半径方向に延びて、全体として円環状に配列された）１８枚の上部冷却フィン４を有していて、下部フィン列３の上方に配置されている。また、下部フィン列３は、放射状に配置された（具体的には、中心軸Ｘを中心とする半径方向に延びて、全体として円環状に配列された）１８枚の下部冷却フィン５を有している。また、上部冷却フィン４と下部冷却フィン５は、いずれも平面形において矩形をなす金属（例えば、アルミニウム合金や黄銅の）平板である。
【００２２】
また、上部冷却フィン４と下部冷却フィン５は、それぞれ中心角において２０°ピッチになるように、中心軸Ｘを中心とする円周上に等ピッチで配列されている。また、上部フィン列２と下部フィン列３は中心角において、１０°だけオフセットされている。つまり平面図（図１Ａ）において、隣接する２枚の上部冷却フィン４の中間に下部冷却フィン５が見えるように配置されている。
【００２３】
また、上部フィン列２と下部フィン列３は、平面図（図１Ａ）において、いわゆるドーナッツ形に配置され、上部フィン列２と下部フィン列３の中心には、垂直空気流路６が形成されている。垂直空気流路６は、中心軸Ｘを中心とする円柱状の空洞であって、ヒートシンク１の下面から上面まで貫通している。言い替えれば、上部冷却フィン４と下部冷却フィン５は垂直空気流路６の周囲に放射状に配列されている。
【００２４】
また、上部フィン列２と下部フィン列３の間には、第１の円筒部材７と第２の円筒部材８が配置される。第１の円筒部材７と第２の円筒部材８は、いずれも中心軸Ｘを中心とする円筒状の金属製の部材であって、上部フィン列２と下部フィン列３を機械的に結合するとともに、両者を伝熱的に連結する層間環状部材として機能する。
【００２５】
下部フィン列３の下方には、環状部材９が配置される。環状部材９は下部フィン列３と機械的に結合される金属製の部材であって、ヒートシンク１の冷却対象と伝熱的に連結される部材である。つまり、環状部材９は冷却対象の排熱を受熱する受熱部材として機能する。本実施形態においては、環状部材９の下面に面状ヒートパイプ１０が伝熱的に接触し、面状ヒートパイプ１０の下面中央には、例えばＬＥＤのような発熱素子１１（冷却対象）が取り付けられる。したがって、発熱素子１１で発生する熱は、面状ヒートパイプ１０を通って環状部材９に伝熱し、更に環状部材９から下部フィン列３、第１の円筒部材７及び第２の円筒部材８を通って、上部フィン列２に伝熱し、下部フィン列３と上部フィン列２から環境、つまり周囲の空気に伝熱される。
【００２６】
ヒートシンク１は、図２Ａ及び図２Ｂに示すような上部モジュール１２と、図２Ｃ及び図２Ｄに示すような下部モジュール１３を組み合わせて構成される。
【００２７】
上部モジュール１２は、金属素材を鍛造して形成され、図２Ａと図２Ｂに示すように、１８枚の上部冷却フィン４、つまり上部フィン列２と第１及び第２の円筒部材７，８を備える。また、上部モジュール１２において、上部冷却フィン４は第１及び第２の円筒部材７，８と格子状に組み合わされて、機械的に結合されている。なお、隣接する上部冷却フィン４の間には、放射状空気流路１４が形成されている。したがって、上部フィン列２には、１８本の放射状空気流路１４が形成されて、垂直空気流路６と下部フィン列３の外側を連絡している。
【００２８】
下部モジュール１３も、金属素材を鍛造して形成され、図２Ｃと図２Ｄに示すように、１８枚の下部冷却フィン５、つまり下部フィン列３と環状部材９を備える。また、下部モジュール１３において、下部冷却フィン５の下端は環状部材９と当接して、機械的に結合されている。隣接する下部冷却フィン５の間にも、放射状空気流路１５が形成されている。したがって、下部フィン列３には１８本の放射状空気流路１５が形成されて、垂直空気流路６と下部フィン列３の外側を連絡している。
【００２９】
このように構成されているので、ヒートシンク１では、図３Ａ及び図３Ｂに示すような冷却空気の流れが励起される。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、矢印付の曲線はヒートシンク１に流入、流出する冷却空気の流線を示している。
【００３０】
すなわち、上部フィン列２と下部フィン列３は中心角において、１０°だけオフセットされているので、図３Ａに示すように、ヒートシンク１の下方から流入して、下部冷却フィン５の表面に沿って流れて、下部冷却フィン５から熱を受け取って温度が上昇した冷却空気は、上部冷却フィン４の間を通ってヒートシンク１の上方に抜ける。また下部冷却フィン５から離れた位置、つまり隣接する２枚の下部冷却フィン５の間を通って流れた冷却空気は下部冷却フィン５からほとんど熱を受け取ることなく、低温のまま上部フィン列２に流入し、上部冷却フィン４の表面に沿って流れて、上部冷却フィン４から熱を受け取ってヒートシンク１の上方に抜ける。つまり、上部フィン列２と下部フィン列３のいずれにも、低温の冷却空気が流入するので、効率良く、放熱（冷却）される。
【００３１】
また、図３Ｂに示すように、ヒートシンク１の下方から流入した冷却空気の一部は、前述したように、下部フィン列３と上部フィン列２を通って、ヒートシンク１の上方に抜け、残余は垂直空気流路６に流れて、垂直空気流路６を通ってヒートシンク１の上方に抜ける。また、下部フィン列３の側方から隣接する２枚の下部冷却フィン５の間の放射状空気流路１５（図２Ｃ参照）に流入した冷却空気の一部は、上部フィン列２を通って、ヒートシンク１の上方に抜け、残余は垂直空気流路６に流れて、垂直空気流路６を通ってヒートシンク１の上方に抜ける。上部フィン列２の側方から隣接する２枚の上部冷却フィン４の間の放射状空気流路１４（図２Ａ参照）に流入した冷却空気の一部は、ヒートシンク１の上方に抜け、残余は垂直空気流路６に流れて、垂直空気流路６を通ってヒートシンク１の上方に抜ける。このように、ヒートシンク１には冷却空気が淀む部分、つまり行き止まり、袋小路のような形状がないので、効率良く放熱（冷却）できる。
【００３２】
さて、ヒートシンク１の性能を確認するために、以下のような１３種のモデル（モデルＮｏ．１〜１３）を想定して、総熱抵抗を推定する数値シミュレーションを行なった。また比較のために、特許文献２に開示された従来技術に係るヒートシンクのモデル（従来品）についても数値シミュレーションを行なった。
【００３３】
Ｎｏ．１：初期モデル
Ｎｏ．２：フィンを半径方向と高さ方向に拡大し、内径を小さくし、外径を初期モデルとほぼ同一にしたモデル。
Ｎｏ．３：フィンを半径方向と高さ方向に拡大し、内径を初期モデルと同一にして、外径を大きくしたモデル。
Ｎｏ．４：フィンの高さを変えずに、フィンを半径方向に拡大し、内径を初期モデルと同一にしたモデル。
Ｎｏ．５：フィンを高くして、内径と外径を初期モデルと同一にしたモデル。
Ｎｏ．６：Ｎｏ．４モデルをベースとし、下段のフィンを５０ｍｍだけ高くしたモデル。
Ｎｏ．７：Ｎｏ．４モデルをベースとし、リング部の厚みを増加させたモデル。
Ｎｏ．８：Ｎｏ．４モデルをベースとし、下段、上段のフィンの高さをそれぞれ２５ｍｍ増加させたモデル。
Ｎｏ．９：Ｎｏ．８のモデルをベースとする変形モデル。
Ｎｏ．１０：Ｎｏ．９のモデルをベースとして、フィンの枚数を２４枚から１８枚へと変更したモデル。
Ｎｏ．１１：Ｎｏ．１０のモデルをベースとする変形モデル。
Ｎｏ．１２：Ｎｏ．１１のモデルをベースとする変形モデル。
Ｎｏ．１３：Ｎｏ．１１のモデルをベースとする変形モデル。
従来品：特許文献２に開示されたヒートシンクであって、Ｎｏ．２−５のモデルとほぼ同一のフィン面積を有するモデル。
【００３４】
モデルＮｏ．１〜１３及び従来品の寸法等を表１に示す。なお、表１に示した寸法等の意味については、図４を参照されたい。
【００３５】
【表１】
2013180270.tif 000003
【００３６】
表１から明らかなように、モデルＮｏ．１〜１３の寸法（外径と高さ）はいずれも従来品よりも小さい。また、モデルＮｏ．６と８を除く各モデルの放熱部重量は従来品より小さい。
【００３７】
数値シミュレーションの結果を表２に示す。また、冷却フィンの面積の合計とヒートシンクの放熱部重量を、それぞれを横軸にして、数値シミュレーションの結果（総熱抵抗）を縦軸にしたグラフを、図５と図６に示す。
【００３８】
【表２】
2013180270.tif 000004
【００３９】
表２から明らかなように、モデルＮｏ．１〜１３の熱抵抗はいずれも従来品の７０％以下である。つまり、本発明に係るヒートシンクの熱抵抗は従来型のヒートシンクよりも小さく、放熱性に優れている。また、図５から明らかなように、フィン面積を大きくすると総熱抵抗は小さくなる傾向があるが、冷却フィンの面積が従来型と同等の場合であっても、熱抵抗は従来型の半分程度である。また、モデルＮｏ．２〜５のフィン面積は、ほぼ同一であるが、総熱抵抗はモデルＮｏ．４が最も小さい。このことから、フィン面積がほぼ同一ならば、フィンの外径を大きくすると総熱抵抗が小さくなることが解る。言い替えれば、フィンの半径を増加させて冷却フィンの面積を拡大する方が、フィンの高さを大きくして冷却フィンの面積を拡大する場合に比べて、総熱抵抗低減の効果が高いことが分かる。フィンの高さを大きくしても、冷却空気がフィンの表面に沿って上昇する境界層流れが発達して、フィンに接触する冷却空気の平均温度が上昇するためだと思われる。また、フィンの板厚を厚くしても、総熱抵抗低減の効果は低い。内部熱抵抗の減少は総熱抵抗の減少に大きな影響を与えないと考えられる。したがって、板厚をそのままにしてフィン面積を増加させ、あるいは板厚を小さくして、浮いた重量をフィン面積の増加に回すのが望ましいと考えられる。
【００４０】
また、ヒートシンクの重量は冷却フィンの面積にほぼ比例するから、図６に示すように、重量が大きくなると、熱抵抗は小さくなるが、重量が従来品と同程度であって、熱抵抗は従来型の半分程度である。
【００４１】
また、ヒートシンク１の熱抵抗は、フィン列が環状部材９に対してオーバーハングするように配置されると減少する。言い替えると、ヒートシンク１を上方から平面視する場合に、フィン列を構成する複数の冷却フィンの外側、つまり垂直空気流路６の外側にある端部が、環状部材９の外縁よりも更に外側に、つまり垂直空気流路６から遠ざかる方向に突出するように配置すると、ヒートシンク１の性能は向上する。
【００４２】
オーバーハングの効果を検証するために、フィン面積の異なる、３タイプの冷却フィン列を設定し、各タイプにオーバーハング量の異なる４種のモデル（実施例１，２、比較例１，２）を設定し、つまり合計１２種のモデルを設定し、各モデルの熱抵抗等を計算した。
【００４３】
計算に使用した冷却フィン列のタイプは、以下の３タイプである。
タイプ１：幅４０ｍｍ、高さ６０ｍｍ  の冷却フィンを１８枚有する。
タイプ２：幅５０ｍｍ、高さ６０ｍｍ  の冷却フィンを１８枚有する。
タイプ３：幅５５ｍｍ、高さ６０ｍｍ  の冷却フィンを１８枚有する。
なお、冷却フィンの素材はいずれも銅であり、板厚は３ｍｍである。
【００４４】
前記３タイプの冷却フィン列について、冷却フィン列がオーバーハングする２種のモデル、つまり実施例１，２と、オーバーハングしない２種のモデル、つまり比較例１，２を設定した。
【００４５】
［実施例１］
図９は、実施例１に係るヒートシンク２１の外形を示す斜視図である。図９に示すように、ヒートシンク２１は、放射状に配列された１８枚の冷却フィン２２からなる冷却フィン列２３と、冷却フィン列２３の下面に伝熱的に接する環状部材２４とで構成され、冷却フィン列２３（冷却フィン２２）は環状部材２４に固定されている。なお、環状部材２４の素材はアルミニウムであり、板厚は８ｍｍである。
【００４６】
図１０に示すように、冷却フィン列２３と環状部材２４は同心配置されて、冷却フィン列２３は環状部材２４に対してオーバーハングしている。すなわち、冷却フィン列２３の外径Ｄｏが、環状部材２４の外径Ｄｂｏよりも大きくされている。言い替えると、ヒートシンク２１を上方から平面視する場合に、冷却フィン２２の外側の端部は、環状部材２４の外縁よりも外側（冷却フィン列２３と環状部材２４の中心から離れる側）にある。なお、Ｄｉは冷却フィン列２３の内径であり、垂直空気流路６（図１Ｃ参照）の直径に相当する。また、環状部材２４の中心部には中心穴２５が開けられていて、Ｄｂｉは中心穴２５の直径（内径）である。
【００４７】
図１１に示すように、ヒートシンク２１は、例えばＬＥＤ基板のような発熱体２６に取り付けて使用される。発熱体２６は環状部材２４の下面に伝熱的に取り付けられ、中心穴２５は発熱体２６によって塞がれる。なお、Ｈは冷却フィン列２３（冷却フィン２２）の高さを示す符号である。
【００４８】
［実施例２］
図１２は、実施例２に係るヒートシンク２７の立面図である。ヒートシンク２７の基本的な構成及び素材はヒートシンク２１と同一であるが、冷却フィン列２３の環状部材２４に対するオーバーハングがヒートシンク２１に比べて小さい点で異なる。すなわち、冷却フィン列２３の外径Ｄｏと環状部材２４の外径Ｄｂｏの差がヒートシンク２１に比べて小さい。
【００４９】
［比較例１］
図１３は、比較例１に係るヒートシンク２８の立面図である。ヒートシンク２８の基本的な構成及び素材もヒートシンク２１と同一であるが、冷却フィン列２３が環状部材２４に対してオーバーハングしていない点で異なる。冷却フィン列２３の外径Ｄｏは環状部材２４の外径Ｄｂｏと等しい。
【００５０】
［比較例２］
図１４は、比較例２に係るヒートシンク２９の立面図である。ヒートシンク２９の基本的な構成及び素材もヒートシンク２１と同一であるが、環状部材２４の外径Ｄｂｏが冷却フィン列２３の外径Ｄｏより大きい点で異なる。
【００５１】
［タイプ１の各モデル］
タイプ１の各モデルの主要寸法は以下の通りである。
【００５２】
【表３】
2013180270.tif 000005
【００５３】
［タイプ２の各モデル］
タイプ２の各モデルの主要寸法は以下の通りである。
【００５４】
【表４】
2013180270.tif 000006
【００５５】
［タイプ３の各モデル］
タイプ３の各モデルの主要寸法は以下の通りである。
【００５６】
【表５】
2013180270.tif 000007
【００５７】
上記の３タイプ、１２モデルについて、数値シミュレーションを行ったところ、以下のような結果を得た。なお、数値シミュレーションにおいては、雰囲気温度を２９８．１５°Ｋ（２５°Ｃ）とし、発熱体２６の発熱量を７０Ｗと仮定した。また、下表の「発熱体温度」とは、発熱体２６の発熱量とヒートシンク２１，２７〜２９による放熱量が均衡する時の発熱体２６の下面中心の温度である。
【００５８】
【表６】
2013180270.tif 000008
【００５９】
また、前記１２個のモデルの重量と熱抵抗の関係を図１５に示す。図１５によれば、タイプ１，２，３の順で熱抵抗が小さくなることが分かる。つまり、冷却フィン列の表面積を大きくすれば熱抵抗が小さくなることが分かる。また、同タイプのモデルの中では、実施例１の熱抵抗が最も小さいことが分かる。つまり、冷却フィン列２３を環状部材２４に対してオーバーハングさせると熱抵抗が低下することが分かる。これは、ヒートシンク２１の下方にある空気がオーバーハング部を通って冷却フィン列２３の中に流入して、冷却フィン列２３を効率よく冷却するためである。なお、オーバーハング部を通って冷却フィン列２３の中に流入する空気の流線については、図３Ｂを参照されたい。
【００６０】
また、図１５によれば、冷却フィン列２３を環状部材２４に対してオーバーハングさせると、ヒートシンク２１の重量が軽くなることが分かる。つまり、冷却フィン列２３を環状部材２４に対してオーバーハングさせると、ヒートシンク２１の熱抵抗を小さくできるだけでなく、ヒートシンク２１の軽量化にも役立つことが分かる。
【００６１】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。特許請求の範囲に記載した技術的思想の限りにおいて、自由に応用変形あるいは改良して実施することができる。
【００６２】
例えば、ヒートシンク１は、冷却フィン列を２段重ねたものには限られない。図７に示すように、冷却フィン列１段だけでヒートシンク１を構成してもよい。また、ヒートシンク１の形状は、図１ないし図３に示したような、全体として円柱形に構成されたものには限定されない。様々な変形が可能である。また図８に示すように、ヒートシンク１の平面形が長方形に内接するようにして、全体として角柱形に構成されてもよい。また、垂直空気流路６の平面形（断面形）も円形には限られない。
【００６３】
また、上記実施形態の説明において、受熱部材の具体例として、環状部材９あるいは環状部材２４を示したが、受熱部材は環状の平面形を有するものには限定されない。つまり、受熱部材は中央に開口を有するものには限られない。開口を有しない平板（例えば円板）であってもよい。あるいは、別の部材で開口を塞ぐようにしてもよい。
【００６４】
ヒートシンク１等の素材は、用途や使用環境に応じて任意に選択できることは言うまでもない。
【００６５】
なお、本発明は、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の平成２３年度先導的産業技術創出事業に係る「低エネルギー消費型高輝度・小型LED水中照明による低環境負荷型灯火漁業の実証研究」の成果物である。
【００６６】
本出願は２０１２年５月３１日に出願された明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む日本国特許出願２０１２−１２５１７０号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、電子機器等に取り付けられて、電子素子等から発生する熱を環境に放出して、当該電子素子を冷却するヒートシンクとして有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１  ヒートシンク
２  上部フィン列
３  下部フィン列
４  上部冷却フィン
５  下部冷却フィン
６  垂直空気流路
７  第１の円筒部材
８  第２の円筒部材
９  環状部材
１０  面状ヒートパイプ
１１  発熱素子
１２  上部モジュール
１３  下部モジュール
１４  放射状空気流路
１５  放射状空気流路
２１  ヒートシンク
２２  冷却フィン
２３  冷却フィン列
２４  環状部材
２５  中心穴
２６  発熱体
２７  ヒートシンク
２８  ヒートシンク
２９  ヒートシンク
【図１Ａ】
2013180270.tif 000009
【図１Ｂ】
2013180270.tif 000010
【図１Ｃ】
2013180270.tif 000011
【図２Ａ】
2013180270.tif 000012
【図２Ｂ】
2013180270.tif 000013
【図２Ｃ】
2013180270.tif 000014
【図２Ｄ】
2013180270.tif 000015
【図３Ａ】
2013180270.tif 000016
【図３Ｂ】
2013180270.tif 000017
【図４】
2013180270.tif 000018
【図５】
2013180270.tif 000019
【図６】
2013180270.tif 000020
【図７Ａ】
2013180270.tif 000021
【図７Ｂ】
2013180270.tif 000022
【図８】
2013180270.tif 000023
【図９】
2013180270.tif 000024
【図１０】
2013180270.tif 000025
【図１１】
2013180270.tif 000026
【図１２】
2013180270.tif 000027
【図１３】
2013180270.tif 000028
【図１４】
2013180270.tif 000029
【図１５】
2013180270.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月10日(2014.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクにおいて、
中心部垂直空気流路と、
前記中心部垂直空気流路の周囲に放射状に広がる複数の冷却フィンを備え、
隣接する前記冷却フィンの間には前記冷却フィンの前記中心部垂直空気流路から離れた端部において、前記冷却フィンの間を垂直方向に貫く端部垂直空気流路が形成されるともに、
さらに、隣接する前記冷却フィンの間には、複数の放射状空気流路が形成され、
前記放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と前記中心部垂直空気流路を連絡するように形成されている
ことを特徴するヒートシンク。
【請求項２】
冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、前記複数の冷却フィンの下面に接して、前記複数の冷却フィンを機械的に結合する受熱部材を備える
ことを特徴する請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記ヒートシンクを上方から平面視する場合に、前記複数の冷却フィンの外側の端部は前記受熱部材の外縁よりも更に外側に突出している
ことを特徴する請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記冷却フィンの組を複数組備え、
前記冷却フィンの組は上下に積層されるとともに、下層の放射状空気流路の上に、上層の冷却フィンが位置するように、中心軸周りにオフセットされて配置されている
ことを特徴する請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
上下に積層されて隣接する前記冷却フィンの組の間にあって、両者を機械的に結合するとともに伝熱的に連結する層間環状部材を備える
ことを特徴する請求項４に記載のヒートシンク。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
先行技術文献
特許文献
［０００６］
特許文献１：特開２００２−３６８４６８号公報
特許文献２：特開２００３−１００９７４号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００７］
確かに、特許文献２に開示された空冷式半導体ヒートシンクは、放熱フィンが重力方向に平行に形成されているので、浮力によって生じる空気の流れが妨げられない。しかし、放熱フィンの下端付近で放熱フィンから受熱した空気は、放熱フィンに沿って流れ、境界層を形成し、境界層を形成する空気は放熱フィンの上端に向かうにつれて温度が上昇する。したがって、放熱フィンの上方にあっては、放熱フィンは高温の空気に包まれるので、放熱フィンから空気層への放熱が生じなくなる。そのため、特許文献２の図面にあるように、放熱フィンを高さ方向に伸ばして、放熱フィンの放熱面積を拡大しても、ヒートシンクの容積重量の増加に比して、放熱性能の伸びは小さくなる。そのため、容積重量の割には放熱性能が低いという問題がある。
［０００８］
本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、容積重量に比べて放熱性能が高いヒートシンク、すなわち、所望の放熱性能を有して、容積重量が小さいヒートシンクを提供することを目的とする。
課題を解決する手段
［０００９］
上記目的を達成するため、本発明に係るヒートシンクは、ヒートシンクにおいて、中心部垂直空気流路と、前記中心部垂直空気流路の周囲に放射状に広がる複数の冷却フィンを備え、隣接する前記冷却フィンの間には前記冷却フィンの前記中心部垂直空気流路から離れた端部において、前記冷却フィンの間を垂直方向に貫く端部垂直空気流路が形成されるともに、さらに、隣接する前記冷却フィンの間には、複数の放射状空気流路が形成され、前記放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と前記中心部垂直空気流路を連絡するように形成されていることを特徴とする。
［００１０］
冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、前記複数の冷却フィンの下面
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2013180270.tif 000031
【国際調査報告】
2013180270.tif 000032
2013180270.tif 000033
2013180270.tif 000034
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