(57)【要約】【課題】基板レイアウトの自由度の高いヒートシンクを提供すること。【解決手段】本発明のヒートシンクは、電気回路基板と固定するためのタッピングねじ用の下穴を備えた固定部と、回路素子と固定するためのベース部とを備え、前記下穴が溝形状であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路基板と固定するためのタッピングねじ用の下穴を備えた固定部と、回路素子と固定するためのベース部とを備えたヒートシンクであって、
前記下穴が溝形状であることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記溝形状の下穴が複数かつ互いに平行となるように設けられてい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】
前記ベース部から突出している突出部を更に備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記突出部が前記溝形状の下穴と平行な板形状であることを特徴とする、請求項３に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記回路素子がスルーホール実装タイプの回路素子であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項６】
押出成形によって得られることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のヒートシンクを備えた電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を冷却するためのヒートシンク及びそれを備えた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な電気機器に組み込まれている電気回路は、作動中に回路上に実装されている各回路素子において必然的に熱を生じる。
【０００３】
回路素子で生じた熱が適切に外部に放出されない場合、回路素子や電気回路周辺部が異常な高温となり、回路素子や電気機器の筐体・各部品等の破壊による事故を引き起こす虞がある。
【０００４】
また、多くの電気回路は、その回路素子としてトランジスタや集積回路等の半導体素子を実装しており、これらの半導体素子は熱の発生源であると同時に自身が高温に弱い、という特性を有する。
【０００５】
そのため、電気機器の製品開発においては、回路図を具体化するための基板設計の工程において、電気回路基板上の回路素子が生ずる熱による製品の不具合を防ぐため、各素子から生じる熱を如何に放熱するかについて考慮・設計する熱設計が一般的に行われる。
【０００６】
回路素子からの熱はある程度は回路基板に伝えて逃がすことも可能であるが、回路基板の基材に用いられる絶縁性の素材は、一般的に熱伝導性があまり高くないため、発熱量の高い回路素子の放熱手段としては、ヒートシンク（放熱器、放熱板等とも呼ばれる）と呼ばれる部品を放熱対象の回路素子と熱的に接触させるように基板上に実装し、回路素子から生ずる熱を放熱させる方法が一般的である。
【０００７】
ヒートシンクは、熱伝導性の高い材料で構成されており、自身と接触している発熱部材で生じた熱を自身内部を伝導させ最終的に自らの表面と接する周囲の熱媒体（主に空気や水などの流体）に移すことによって、その発熱部材の温度を下げること（以下、「放熱」ともいう）を目的とした部品である。
【０００８】
また、発熱部材からの熱を効率よく放熱することが求められるため、放熱対象である発熱部材よりも大きな表面積を有しているものが用いられることが一般的であり、要求される放熱性能によっては、ヒートシンクが占有する空間当たりの放熱効率を高めることを目的として、容積当たり表面積が大きくなるようフィンとも呼ばれる板形状の突起部分を備えていることも多い。
【０００９】
スルーホール実装されるタイプの回路素子についてヒートシンクを用いて放熱する必要がある場合は、通常、回路素子とだけでなく回路基板とも直接触れる状態で固定するタイプのヒートシンクを用いて放熱される。
【００１０】
ヒートシンクと回路基板とを直接触れる状態で固定する方法としてよく使われるものに、物体同士を固定する方法として最も一般的な方法の一つでもある、雄ねじと雌ねじとを組み合わせて締結するねじ止めがある。締結する部材そのものを雌ねじとして利用するタイプの雄ねじとして、タッピングねじと呼ばれる雄ねじが知られているが、タッピングねじは締結のためのナットが不要であるというメリットを有し、金属のようにある程度の強さと硬さを備えた材料で構成されている部材雄ねじ止め締結する際に好適な雄ねじである。
【００１１】
金属から成る部材をタッピングねじで締結する際には、部材が硬いために雄ねじを捻じ込むだけでは穴を開けることは困難なため、通常、予め該部材には最終的に雌ねじとして機能することになる穴を設けておく。この穴は下穴と呼ばれ、雄ねじがちょうど納まるように、一般的には略円柱形状の窪みとして形成されており、雄ねじであるタッピングねじが捻じ込まれることで螺旋状の溝が形成され、雌ねじとして機能するようになる。
【００１２】
タッピングねじを用いて回路基板と固定されることが想定されたヒートシンクは、回路基板と接触する側の表面に上記下穴が設けられており、回路基板にヒートシンクを固定する際には、回路基板に設けられた貫通孔にタッピングねじを通し、タッピングねじをヒートシンク固定部に設けられた下穴に捻じ込むことで、タッピングねじの座金とヒートシンク固定部との間に回路基板が挟まれた状態で締結され、回路基板とヒートシンクとが固定されることになる。
【００１３】
このように、ヒートシンクは、電気回路上の回路素子の熱を放熱するために電気回路基板に実装されるものであり、また、サイズ・重さはその材料や使用目的から他の回路素子と比較すると大きく・重いものとなるため、放熱対象である回路素子と熱的に密着するように固定された状態で、さらに回路基板とも固定された状態で、電気回路基板に実装される。
【００１４】
また、製品開発の基板設計の際には、電気回路の基板への落とし込みだけでなく、熱設計の観点から要求される放熱性能を有するヒートシンクを、物理的に制限される空間内部に納まるようにしなければならず、回路素子や配線の配置と共にヒートシンクの配置だけでなく形状をも含めて、総合的に考慮する必要がある。
【００１５】
ヒートシンクの形状については、放熱性能の向上やコストの低廉化等の観点から、様々な改良が試みられている。例えば、下記特許文献１には、容積当たりの表面積を大きくするために、フィンがハニカム構造とされたヒートシンクが開示されており、また、下記特許文献２には、材料コストの低廉化及び組み立て作業の簡素化を目指し、電子部品が固定される本体部分と放熱性を向上させるためのフィンを備えた放熱板部分とが別体として構成されたヒートシンクが開示されている。
【００１６】
民生品に用いるヒートシンクを製造する場面においては、上述のような熱伝導性及び形状と共に、大量生産時のコスト（材料コストや製造コスト）についても考慮することになるため、アルミニウムや銅、及び、それらを主体とする合金を材料として、押出加工やダイカスト等の成型方法によって製造されることが多い。例えば、下記特許文献３には、押出成形によって製造された銅合金からなるヒートシンクが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−  ５０９０３
【特許文献２】特開平０６−１５１６６３
【特許文献３】特開２０１１−１９８９２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
一方、近年の電気製品開発においては、顧客ニーズに応える製品をより早く供給することを目指しより早い製品開発が求められるようになった結果、製品仕様が完全に確定する前に回路設計及び基板設計を進めなければならなかったり、ヒートシンクの配置を含めた基板レイアウトの設計途中ないし設計後に、一度は確定した筈の製品仕様が変更されてしまったりする状況が生じ、基板レイアウトの頻繁な変更を余儀なくされてしまう場合がある。
【００１９】
ヒートシンクは回路基板に実装される部品の中でも特にレイアウトの自由度が低く、更に、ヒートシンクの配置は基板レイアウト全体への影響度も大きい。
【００２０】
すなわち、ヒートシンクの配置を決定するには、放熱対象の発熱素子と固定しなければならないという制限と、十分な放熱性能を備えるための一定の大きさ及び形状を有する物体を他の部品と干渉しないように配置しなければならないという制限と、ヒートシンクと基板とを固定するための機構が他の部品や配線と干渉しないようにしなければならないという制限と、を全て満たすように定めなければならない。
【００２１】
そのため、ヒートシンクの配置は回路の変更の影響を受けやすく、製品仕様の変更に伴う回路上の変更はヒートシンクの配置変更に結び付きやすい。
【００２２】
さらに、ねじ止め締結によって回路基板と固定されるタイプのヒートシンクの場合、ヒートシンクの配置変更等によって、雄ねじを通すための基板上の貫通孔の位置の変更が生じると、変更後の貫通孔の位置に配線がこないよう考慮する必要も生じるため、結果として、基板レイアウトの見直しを広範囲に行うことに繋がってしまう。
【００２３】
また、ヒートシンクの配置変更が必要となった際に、貫通孔の場所を変更することが困難な場合も発生する。その場合、ヒートシンクに設ける下穴の位置の変更や、ヒートシンクの形状の変更が必要となるため、下穴を切削しなおしたり、ヒートシンクを作り直したりしなければならないことにもなる。
【００２４】
従って、ヒートシンクを実装する電気回路基板を備えた電気製品の製品開発においては、ヒートシンク周りのレイアウト設計は設計者の負荷が比較的大きく、基板設計の工程中・工程後の製品仕様の変更は、基板設計担当者の負荷増大、開発期間の増大、製品開発コストの増大の原因となり得る。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するため、本発明のヒートシンクは、電気回路基板と固定するためのタッピングねじ用の下穴を備えた固定部と、回路素子と固定するためのベース部とを備え、前記下穴が溝形状であることを特徴とする。
【００２６】
本発明のヒートシンクが備えるタッピングねじ用の下穴は溝形状（以下、溝形状のタッピングねじ用下穴を「下穴溝」ともいう）となっているため、本発明のヒートシンクには、実質的に下穴溝の位置に沿って連続的に存在する雌ねじが存在することになる。
【００２７】
これは、例えば回路基板のねじ用貫通孔の位置を変更せずに、回路基板上のヒートシンクの固定位置を下穴溝と平行な方向については自由に変更することが容易となることを意味し、また、回路基板上のヒートシンクの配置を変更せずに、回路基板上のねじ用貫通孔の位置を下穴溝と平行な方向については自由に変更することが容易となることを意味する。
【００２８】
従って、本発明のヒートシンクは、ヒートシンクの配置に起因する回路素子や配線のレイアウトの制限を緩めることが可能、すなわちレイアウト自由度に優れており、回路基板レイアウトの設計者の負荷を軽減することが可能なヒートシンクとなる。
【００２９】
加えて、本発明のヒートシンクは、実質的に下穴溝の位置に沿った連続的な雌ねじを有しているため、異なる製品同士等、異なる回路基板間であっても、同一形状のヒートシンクを採用することが容易となる。
【００３０】
すなわち、放熱対象の回路素子と基板上のねじ用貫通孔との相対的位置の相違が、下穴溝と平行な方向であれば、ヒートシンクに設ける下穴の位置の見直しや、下穴の位置に合わせるために回路基板上の貫通孔位置を変更すること及びそれに伴う配線の再検討等が不要となる。
【００３１】
そのため、本発明のヒートシンクは、異なる製品や回路基板間での流用可能性に優れた、汎用性の高いヒートシンクとなる。
【００３２】
また、本発明のヒートシンクはレイアウト自由度が高いため、製品開発の基板設計において本発明のヒートシンクを用いていれば、仮に基板レイアウトの設計中や設計後に要求仕様に変更が生じ、その結果として基板レイアウトの見直しが必要となったとしても、基板レイアウトの見直しのための負荷が軽減されて、基板設計に要するコストや時間を低減することが可能となる。
【００３３】
従って、電気製品開発の基板設計の際に、本発明のヒートシンクを用いることによって、製品開発の期間短縮やコストの低減が期待できる。
【００３４】
また、本発明のヒートシンクは汎用性が高いことから、基板レイアウトの異なる製品を製造する場合であっても、同一形状のヒートシンクを採用し得る可能性が高いため、製品製造コストの内、ヒートシンクにかかるコストを下げることも期待できる。
【００３５】
アルミニウム合金や銅合金製のヒートシンクは、大量生産時に一般的に押出加工やダイカスト法によって成形されるが、これらの成形方法には予め金型を作成する必要があるため、流用性の高いヒートシンクによって、作成しなければならない金型の種類を減らすことが可能となる。
【００３６】
従って、電気製品の製造の際に本発明のヒートシンクを用いることで、製品コストの低廉化が期待できる。
【００３７】
なお、本発明のヒートシンクにおいては、回路基板と接する部位である固定部に設ける下穴溝は一つであっても回路基板とヒートシンクとの固定は可能であるが、より安定した固定状態とするために、二つ以上の下穴溝を設けても良い。
【００３８】
その場合、レイアウトの自由度を向上させるため、複数の下穴溝はお互いに平行な方向に設けることが好ましい。
【００３９】
また、本発明のヒートシンクにおいては、電気回路基板と接触する部位である固定部、及び、放熱対象の回路素子と接触する部位であるベース部の他、従来のヒートシンクと同様に、より放熱効率を向上させるために表面積を増大させることを目的とした、突出部を備えていても良い。
【００４０】
本発明のヒートシンクは製造方法に関わらず、形状として下穴溝を備えていれば上記効果を奏することが可能であるが、ヒートシンクの製造方法として押出成形を採用すると、前記突出部を容積当たり表面積に優れた板形状とすること、及び、任意の長さのヒートシンクを得ることが容易となる。また、その場合、得られるヒートシンクは下穴溝と板形状の突出部が互いに平行なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例にかかるヒートシンク１０の正面図である。
【図２】実施例にかかるヒートシンク１０の底面図である。
【図３】実施例にかかるヒートシンク１０の左側面図である。
【図４】図１のIV部の拡大図である。
【図５】図２及び図３のＶ−Ｖ線におけるヒートシンク１０の断面図である。
【図６】実施例にかかるヒートシンク１０を基板に固定した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明のヒートシンクの実施形態の一例を詳細に説明する。但し、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのヒートシンクの一例を示すものであって、本発明をこの実施例に限定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
【実施例】
【００４３】
本発明の実施形態の例として、アルミニウム合金を材料として押出成形を用いて得ることのできるヒートシンク１０について以下説明する。
【００４４】
本実施例のヒートシンク１０の正面図を図１に、底面図を図２に、左側面図を図３にそれぞれ示す。
【００４５】
本実施例のヒートシンク１０は、スルーホール実装されるタイプの回路素子を主たる放熱対象とし、回路素子と直接接触して熱伝導を直接受けるベース部１１と、自身を回路基板に固定し支えるための固定部１２を備えている。
【００４６】
固定部１２は、ヒートシンクを回路基板にねじ止めするための雌ねじとして機能する２つの下穴溝部１３と、これらの下穴溝部１３とベース部１１部とを繋いでいる連結部１４とから成る。
【００４７】
下穴溝部１３は図２に示される様にヒートシンクの一方の端から他方の端まで繋がった溝１５を有し、２つの下穴溝部１３及び２本の溝１５は互いに平行である。この溝１５は回路基板とタッピングねじによってねじ止め締結する際に下穴として機能し、タッピングねじが捻じ込まれることで雌ねじ部１３ａに螺旋状の溝が切られて、最終的にタッピングねじに対する雌ねじとして機能することになる。
【００４８】
また、下穴溝部１３は、ねじ止めの際にタッピングねじを捻じ込み易くするよう、溝最奥部１３ｂの幅Ｌが雌ねじ部１３ａの幅Ｍよりも広くされている（図４参照）。そのため、下穴溝部１３はタッピングねじが捻じ込まれた際に溝幅が広がりやすい。
【００４９】
下穴溝部１３は基板接触部１３ｃの面において回路基板と直接接する、そのため、一般的に平板形状である回路基板に合わせて４つの基板接触部１３ｃの各面は同一平面上にある。
【００５０】
スルーホール実装される回路素子は一般的に回路基板に対して概ね垂直方向に取り付けられるため、放熱対象の回路素子と密着させる必要があるベース部１１は、ヒートシンク１０が回路基板に取り付けられた際に、回路基板に対して概ね垂直な面となることが好ましい。そのため、ベース部１１の面は基板接触部１３ｃの面と垂直となっている。
【００５１】
また、ベース部１１には回路素子とねじ止め締結するための雌ねじ１６が設けられ、ベース部１１からは放熱効率を向上させるために表面積を増大させることを目的とした板形状の突出部であるフィン１７が、回路素子と接触する側の面とは逆方向に突出している。
【００５２】
なお、ヒートシンク１０は押出加工によって成形されたものであるため、ベース部１１、固定部１２、フィン１７の各部位の表面は、側面と雌ねじ１６を除き基本的にヒートシンクの長さ方向（図１平面に対して鉛直な方向）に対して平行な平面又は曲面であり、図１平面と平行な任意の面におけるヒートシンク１０の断面は、雌ねじ１６の存在を除けば図１と同じ形状である。例として、図２及び図３におけるＶ−Ｖ線での断面図を図５に示した。
【００５３】
本実施例のヒートシンク１０は、固定部１２にタッピングねじ用の下穴として溝形状の下穴（溝１５）が設けられた下穴溝部１３を有している。タッピングねじ用の下穴は雄ねじであるタッピングねじが捻じ込まれることで螺旋状の溝が形成されて最終的に雌ねじとして機能することになる。
【００５４】
図６に本実施例のヒートシンク１０を回路基板１８にタッピングねじ１９で固定した状態を示す模式図を示した。ヒートシンク１０を固定する際には、回路基板１８に予め設けられた貫通孔（図示しない）にタッピングねじ１９を通した上で、タッピングねじ１９を下穴溝部１３に捻じ込むことで、タッピングねじの座金１９ａとヒートシンク１０の固定部１２との間に回路基板１８が挟まれた状態で締結され、回路基板１８とヒートシンク１０とが固定される。
【００５５】
一般的なタッピングねじ用下穴は円柱形状ないし円錐形状であるため、一般的な下穴を有するヒートシンクの場合は、この下穴が予め穿たれた箇所のみに雌ねじを有していることになる。一方、本実施例のヒートシンク１０の下穴は溝形状であるため、ヒートシンク１０は、下穴溝部１３に沿って連続的に雌ねじを有していることになる。
【００５６】
そのため、回路基板上の回路素子の放熱用にヒートシンク１０を用いた場合、下穴を設ける箇所を変更する等のヒートシンクの修正をせずに、ヒートシンク固定位置のヒートシンクの長さ方向への変更が、回路基板に設けたねじ用貫通孔の位置の変更なしに可能となり、あるいは、回路基板に設けるねじ用貫通孔の位置のヒートシンクの長さ方向への変更が、ヒートシンクの固定位置の変更なしに可能となる。
【００５７】
従って、本実施例のヒートシンク１０を基板設計の際に用いることで、基板レイアウトの自由度が向上すると共に、ヒートシンクの再設計等の手間が低減されて、設計者の負荷が軽減されることが期待できる。
【００５８】
更に、仮に基板レイアウトの設計中や設計後に要求仕様に変更が生じ、その結果として基板レイアウトの見直しが必要となったような場合、基板レイアウトの見直しのための負荷が軽減されて、基板設計に要するコストや時間が低減されることになる。
【００５９】
従って、基板設計の際に本実施例のヒートシンク１０を用いることによって、製品開発の期間短縮や開発コストの低減が期待できる。
【００６０】
また、本実施例のヒートシンク１０は、下穴溝部のどこでもタッピングねじを受けることができる。そのため、放熱対象の回路素子と基板上のねじ用貫通孔との相対的位置の相違がヒートシンクの長さ方向の違いであれば、ヒートシンクに設ける下穴の位置の見直しや、下穴の位置に合わせるために回路基板上の貫通孔位置を変更すること及びそれに伴う配線の再検討等が不要となる。
【００６１】
従って、本実施例のヒートシンク１０は、異なるレイアウトの回路基板に対して採用し得る可能性が高く、異なる製品・異なる回路基板間での流用可能性に優れた、汎用性の高いヒートシンクである。
【００６２】
本実施例のヒートシンク１０は、基板レイアウトの異なった製品に採用し得る可能性が高いため、製品製造コストの内、ヒートシンクそのものの製造コストを下げることも期待できる。
【００６３】
押出加工やダイカストによる成形方法は、生産効率や生産コストに優れるためヒートシンクの大量生産に適しているが、予め金型を作成する必要がある。そのため、異なった形状のヒートシンクを取り揃えるにはその種類の分だけの金型を製造しなければならない。また、製品開発中においてヒートシンクの形状の変更が生じると、金型の再作成が必要にもなる。
【００６４】
従って、流用性の高い本実施例のヒートシンク１０を採用することによって、作成しなければならない金型の種類を減らすことが可能となり、電気製品の製品コストの低廉化を期待することが可能となる。
【００６５】
なお、上記実施例においては、下穴溝部１３を２本備えたヒートシンク１０について説明したが、回路基板上にヒートシンクを固定できれば良いので、ヒートシンクの固定部に設ける溝形状の下穴は１本であっても本発明は当然実施可能である。
【００６６】
また、上記実施例においては、アルミニウム合金性のヒートシンク１０について説明したが、本発明の効果は材料の特性によるものではないため、ヒートシンクの材料として一般的に用いられている材料であれば、本発明は当然実施可能である。
【００６７】
また、上記実施例においては、押出加工によって成形されたヒートシンク１０について説明したが、本発明のヒートシンクが備える自由度が高く汎用性に優れるという効果は成型加工法に拠るものではないため、本発明は成型方法に拠らず実施可能である。
【００６８】
また、上記実施例においては、放熱対象の回路素子とベース部とを密着固定させる手段としてねじ止め締結することが想定され、ベース部１１に雌ねじ１６が設けられたヒートシンク１０について説明したが、ベース部と回路素子とが効率的に熱伝導可能な程度に密着するように為すための手段はねじ止め締結に限定されるものではないため、本発明を実施する際には、両者の固定手段として周知の固定手段を適宜採用すれば良い。
【符号の説明】
【００６９】
１０…ヒートシンク
１１…ベース部
１２…固定部
１３…下穴溝部
１３ａ…雌ねじ部
１３ｂ…溝最奥部
１３ｃ…基板接触部
１４…連結部
１５…溝
１６…雌ねじ
１７…フィン
１８…回路基板
１９…タッピングねじ
１９ａ…座金
【図１】
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【図２】
2015153901.tif 000004
【図３】
2015153901.tif 000005
【図４】
2015153901.tif 000006
【図５】
2015153901.tif 000007
【図６】
2015153901.tif 000008