(57)【要約】【課題】熱が効率良く放熱フィンに伝達される冷却特性の高いヒートシンク、ヒートシンクに対して取付部材を高い強度で取り付ける固定方法を得る。【解決手段】  ヒートシンク１は複数の放射状に延伸する放熱用フィン１２が円柱状の基部１１の円柱外側面に連続的に環状に配列されている。基部１１は、中心軸を中心とする円柱状に形成されている。また、基部は中実構造に形成される。ヒートシンク１は、略円柱状の被冷却物接触部１３がヒートシンク１端面から軸方向に向けて突出するように切削加工される。被冷却物接触部１３の接触面１３１に外周端に沿うように環状溝１４が切削加工される。取付部材９が被冷却物接触部１３の外周面に嵌合するように挿入され、プレス機にて加圧部１５が全周に渡って加圧される。加圧部１５は、径方向外方に向けて塑性変形され、取付部材９が挟持され固定される。【選択図】図８
2008198967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンクであって、
中心軸回りに形成された中実で柱状の基部と、
前記中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えており、
前記基部と前記フィン部とは、前記中心軸を軸線とする軸方向への押出加工又は引抜加工によって連続的に形成されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記基部及び前記複数のフィン部は、１つのビレットを複数に分割した複数の分割材料を組み合わせることにより形成さ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】
前記複数の分割材料は、前記中心軸を中心とし前記基部の中心部を構成する略円柱状の中心部材料と、前記中心軸を中心として前記中心部材料の周りに前記基部の外側部の一部と前記放熱フィンの一部を構成する複数の放熱フィン部材料とからなり、各該放熱フィン部が周方向に配列され、前記中心部材料と前記複数の放熱フィン部材料が連続的に形成され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】
前記ヒートシンクは、
中心に貫通孔を有し、径方向外方に向けて複数の取付脚が放射状に延伸される取付部材を有しており、
前記基部から軸線方向に向けて突出する被冷却物接触部が形成されており、該被冷却物接触部の外周側面が前記取付部材の前記貫通孔に嵌合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記被冷却物接触部の接触面における外周端に径方向外方に向けて塑性変形された複数の部位が形成されており、前記取付部材が前記被冷却物接触部の外周側面に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記被冷却物接触部の接触面における外周端の全周が径方向外方に向けて塑性変形されており、前記取付部材が前記被冷却物接触部の外周側面に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記取付部材に形成される前記貫通孔の内周面に少なくとも一つの切欠が形成されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のヒートシンクを用いるヒートシンクファンであって、
前記ヒートシンクと、
前記中心軸と略同軸上に配置され前記ヒートシンクに対して冷却用の空気流を送風する冷却ファンと、を備えており、
前記冷却ファンは、
前記中心軸を中心として回転することで軸方向に空気流を発生する複数の羽根を備えるインペラと、
前記インペラを回転駆動するモータ部と、
前記インペラを径方向外方から外囲する風洞部を有し、前記モータ部を支持するハウジングと、を備えていることを特徴とするヒートシンクファン。
【請求項９】
中心軸回りに形成された中実で柱状の基部と、
前記中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えるヒートシンクの製造方法であって、
ａ）アルミニウム製又はアルミニウム合金製の素材ビレットが炉で加熱される工程と、
ｂ）前記素材ビレットが分割用金型に押し込まれ、前記素材ビレットが複数の分割材料に分割される工程と、
ｃ）前記複数の分割材料が、ヒートシンク金型に押し込まれ、各前記分割材料が互いに接合しながら、前記ヒートシンク金型から長尺ヒートシンクが押し出される工程と、
ｄ）前記長尺ヒートシンクを軸方向に切断する工程と、を有することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項１０】
前記ｂ）工程において、前記素材材料は、前記基部の中心部を形成する中心部材料と、該中心部材料の外側部の周方向を取り囲む複数の放熱フィン部材料に分割されることを特徴とする請求項９に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のヒートシンクの製造方法において、
ｅ）切断されたヒートシンクのいずれかの一方側の軸方向端面に前記中心軸を中心とする柱状の被冷却物接触部を残すように前記ヒートシンクを切削加工する工程と、
ｆ）中心に貫通孔を有し径方向外方に向けて複数の取付脚が放射状に延伸される取付部材を前記被冷却物接触部の外周側面が前記貫通孔に嵌合するように挿入する工程と、
ｇ）前記被冷却物接触部の接触面における外周端の複数の部位もしくは全周を加圧することによって前記被冷却物接触部の接触面における外周端の複数の部位もしくは全周が径方向外方に向けて塑性変形され、前記被冷却物接触部の外周側面に対して前記取付部材が固定される工程と、
を有することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項１２】
前記ｇ）工程の前に、前記被冷却物接触部の接触面の外周端に沿って溝を形成する工程を有しており、
前記ｇ）工程において、前記被冷却物接触部の前記溝より外側の部位を加圧することを特徴とする請求項１１に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１３】
前記ｇ）工程の前に、前記被冷却物接触部の接触面の外周端に沿って前記ヒートシンク側に向けて窪む段差部を形成する工程を有しており、
前記ｇ）工程において、前記被冷却物接触部の前記段差部を加圧することを特徴とする請求項１１に記載のヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＰＵを含む電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンク冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＰＵ（Micro  Processing  Unit）は、受け取ったデータに対して演算などの処理を加えて出力結果を得るコンピュータの中枢部分であり、高性能な電子機器に搭載される。近年はＭＰＵの高クロック化が著しく、高クロック化に合わせてＭＰＵ自体の発熱も増大傾向の一途を辿っており、発熱によりＭＰＵが誤動作する可能性があり、ＭＰＵの冷却問題は極めて重要になってきている。そのため、それら高性能な電子機器に搭載されているＭＰＵ等の発熱する電子部品には、金属製で表面積がなるべく広くなるような複数の放熱用フィンで構成されたヒートシンクと、そのヒートシンクに冷却風を供給する冷却ファンとを組み合わせたヒートシンクファンが装着されている。その際、ヒートシンク本体がＭＰＵに接触するように装着され、ヒートシンクは、冷却ファンによって供給される冷却風によって強制的に冷却される。
【０００３】
また、ヒートシンクの冷却特性を向上させるには、発熱源であるＭＰＵから放熱フィンに熱が伝達される過程で伝達損失が小さくなるようにヒートシンクを構成する必要がある。そのため、ヒートシンクのベース（基部）は内部に空洞を有する円筒形の中空部と、空洞内に嵌合されて中空部に対して熱伝導可能に配置された高熱伝導率体とから構成されている。またベース部の外周部には放熱フィンが形成されており、高熱伝導率体は放熱フィン及び中空部の材質（アルミニウム）よりも熱伝導度の高い銅から形成されていることが開示されている（特許文献１）。
【０００４】
ヒートシンクの高い冷却特性を得ようとした場合、ＭＰＵに対するヒートシンクの取付強度が重要になる。発明を実施するための最良の形態にも詳述するが、ヒートシンクの高い冷却特性を得るにはヒートシンクとＭＰＵの接触面における接触圧を高くする必要がある。接触圧を高くすれば、ヒートシンクとＭＰＵとの間で発生する接触熱抵抗の値を小さくすることができる。これによりＭＰＵで発生した熱を効率よくヒートシンクに伝達することができる。ヒートシンクとＭＰＵとの接触圧を高めるためにはヒートシンクをＭＰＵに取り付ける際の取付強度が重要である。一般的に、ヒートシンクとＭＰＵとの固定は、取付部材によって行われる。つまり、ヒートシンクには取付部材を固定する必要がある。
【０００５】
そこで、ベース（コア）の外周側面に凹溝が形成されており、凹溝に対して支持材（取付部材）に形成される開孔とが係合するようにヒートシンクに対して支持材が固定されている方法が開示されている（特許文献２）。また、従来のヒートシンク構造であれば、ヒートシンクとコアの間に取付部材を挟み込んで固定する方法がある。前者の方法（特許文献２による固定方法）では高い固定強度が得られない。また、後者の固定方法（従来の方法）では多大な取付工数が発生する。そこで、生産工数が小さくて、高い固定強度が得られる固定方法が求められている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２７８５４
【特許文献２】特開２００６−３２９４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、ＭＰＵの演算処理速度は、速くなる傾向にあり、ＭＰＵに装着されるヒートシンクファンの冷却効率の向上が求められ、ＭＰＵからヒートシンクへの熱伝達効率の向上が必要である。
【０００８】
ヒートシンクの冷却効率を向上させるためには、上述のとおりヒートシンク全体の表面積を広くする必要がある。広くするためには、放熱フィンの周方向の厚みを極限まで薄くなるように形成し、一つ一つの放熱フィンが基部から径方向外方に向けて放射状に延伸するように形成すれば良い。しかし。放熱フィンを薄くした場合には、ヒートシンクの強度が低下するため、放熱フィンを薄くするには限界がある。また、一つ一つの放熱フィンを基部から径方向外方に向けて延伸した場合には、放熱フィンの基部根元付近において、隣り合う放熱フィン間の間隙が狭くなりすぎるため、ヒートシンクに冷却風が供給された際に、冷却風が隣り合う放熱フィン間をスムーズに通過しない。よって、ただ単純にヒートシンクの表面積を広くすればするほど、冷却効率が向上するわけではない。
【０００９】
更にヒートシンクの冷却効率を高めるために、特許文献１に開示されている構成では、ＭＰＵとヒートシンクの接触部である高熱伝導率体が放熱フィン及び中空部よりも熱伝導度の高い材料で形成されている。これによりＭＰＵで発生した熱が効率よく中空部に伝達され、中空部から放熱フィンに伝達され大気中に放熱される。
【００１０】
特許文献１によると高熱伝導率体の材料としては銅が用いられ、放熱フィン及び中空部の材料としてはアルミニウムが用いられることが開示されている。銅はアルミニウムよりも比重が大きいため、高熱伝導率体が占める体積が大きくなればなるほど、熱伝導率が高くなる共に、ヒートシンク単体の質量は大きくなる。また、銅はアルミニウムに比べて入手性が悪く、材料としてのコストも高い。よって、入手性及びコストを考慮した場合、アルミニウムだけを使用してヒートシンクを形成するのが望ましい。上記の構成では中空部の空洞内に高熱伝導率体を嵌合させる工数も発生する。
【００１１】
また、中空部の空洞内に高熱伝導率体を嵌合させた場合、空洞と高熱伝導率体との接触面に接触熱抵抗が生じる。同一部材であれば、その部材の物性値に依存して熱伝導率が決定されるが、異なる部材を接触させた場合には、接触面の接触状況に依存して接触熱抵抗の値が大きくなり、熱伝導率の低下に繋がる。
【００１２】
よって、特許文献１に開示されている構成では、入手性、生産工数を低減することができない。近年は、冷却特性が高く、入手性が高く、生産工数が小さいヒートシンクが求められている。
【００１３】
次に、背景技術に詳述したようにヒートシンクの冷却特性を向上するには、ＭＰＵに対してヒートシンクを強固に取り付ける必要がある。そのため、ヒートシンクに対して支持材（取付部材）を強固に固定する必要がある。そこで、特許文献２にヒートシンクに対する支持材（取付部材）の固定方法が開示されている。特許文献２に開示の固定方法は、支持材の開孔内に形成されている突出部と凹溝の嵌合のみで固定されているため、ヒートシンクの中心軸を中心とする回り強度が低い。また、凹溝及び支持材の加工精度によっては、凹溝と支持材との間で、前記中心軸を軸線とする軸方向において遊びが発生する虞がある。つまり、特許文献２に開示されている固定方法では高い信頼性を得ることができない。
【００１４】
そこで、ヒートシンク（特に中実構造の基部に放射状に配置された放熱フィンが連続的に形成されたヒートシンク）に対して、支持材（取付部材）が、生産工数が小さく、高い固定強度で固定される固定方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものである。すなわち本発明はＭＰＵから基部に伝達された熱が効率良く放熱フィンに伝達される冷却特性の高いヒートシンクを得ることにある。また、ヒートシンクに対して取付部材を高い強度で取り付ける固定方法を得ることにある。
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のヒートシンクでは、電子部品等の被冷却物を冷却するヒートシンクであって、中心軸回りに形成された中実で柱状の基部と、前記中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えており、前記基部と前記フィン部とは、前記中心軸を軸線とする軸方向への押出加工又は引抜加工によって連続的に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項２に記載のヒートシンクでは、請求項１に記載のヒートシンクファンであって、前記基部及び前記複数のフィン部は、１つのビレットを複数に分割した複数の分割材料を組み合わせることにより形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項３に記載のヒートシンクでは、請求項２に記載のヒートシンクであって、前記複数の分割材料は、前記中心軸を中心とし前記基部の中心部を構成する略円柱状の中心部材料と、前記中心軸を中心として前記中心部材料の周りに前記基部の外側部の一部と前記放熱フィンの一部を構成する複数の放熱フィン部材料とからなり、各該放熱フィン部材料が周方向に配列され、前記中心部材料と前記複数の放熱フィン部材料が連続的に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項４に記載のヒートシンクでは、請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートシンクであって、前記ヒートシンクは、中心に貫通孔を有し、径方向外方に向けて複数の取付脚が放射状に延伸される取付部材を有しており、前記基部から軸線方向に向けて突出する被冷却物接触部が形成されており、該被冷却物接触部の外周側面が前記取付部材の前記貫通孔に嵌合されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項５に記載のヒートシンクでは、請求項４に記載のヒートシンクであって、前記被冷却物接触部の接触面における外周端に径方向外方に向けて塑性変形された複数の部位が形成されており、前記取付部材が前記被冷却物接触部の外周側面に固定されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項６に記載のヒートシンクでは、請求項４に記載のヒートシンクであって、前記被冷却物接触部の接触面における外周端の全周が径方向外方に向けて塑性変形されており、前記取付部材が前記被冷却物接触部の外周側面に固定されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項７のヒートシンクでは、請求項４乃至６のいずれかに記載のヒートシンクであって、前記取付部材に形成される前記貫通孔の内周面に少なくとも一つの切欠が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項８に記載のヒートシンクファンでは、請求項１乃至７のいずれかに記載のヒートシンクを用いるヒートシンクファンであって、前記ヒートシンクと、前記中心軸と略同軸上に配置され前記ヒートシンクに対して冷却用の空気流を送風する冷却ファンと、を備えており、前記冷却ファンは、前記中心軸を中心として回転することで軸方向に空気流を発生する複数の羽根を備えるインペラと、前記インペラを回転駆動するモータ部と、前記インペラを径方向外方から外囲する風洞部を有し、前記モータ部を支持するハウジングと、を備えていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項９に記載のヒートシンクの製造方法では、中心軸回りに形成された中実で柱状の基部と、前記中心軸を中心として該基部から径方向外方に向けて放射状に延伸する複数のフィン部と、を備えるヒートシンクの製造方法であって、ａ）アルミニウム製又はアルミニウム合金製の素材ビレットが炉で加熱される工程と、ｂ）前記素材ビレットが分割用金型に押し込まれ、前記素材ビレットが複数の分割材料に分割される工程と、ｃ）前記複数の分割材料が、ヒートシンク金型に押し込まれ、各前記分割材料が互いに接合しながら、前記ヒートシンク金型から長尺ヒートシンクが押し出される工程と、ｄ）前記長尺ヒートシンクを軸方向に切断する工程と、を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項１０に記載のヒートシンクの製造方法では、請求項９に記載のヒートシンクの製造方法であって、前記ｂ）工程において、前記素材ビレットは、前記基部の中心部を形成する中心部材料と、該中心部材料の外側部の周方向を取り囲む複数の放熱フィン部材料に分割されることを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項１１に記載のヒートシンクの製造方法では、請求項９又は１０に記載のヒートシンクの製造方法において、ｅ）切断されたヒートシンクのいずれかの一方側の軸方向端面に前記中心軸を中心とする柱状の被冷却物接触部を残すように前記ヒートシンクを切削加工する工程と、ｆ）中心に貫通孔を有し径方向外方に向けて複数の取付脚が放射状に延伸される取付部材を前記被冷却物接触部の外周側面が前記貫通孔に嵌合するように挿入する工程と、ｇ）前記被冷却物接触部の接触面における外周端の複数の部位もしくは全周を加圧することによって前記被冷却物接触部の接触面における外周端の複数の部位もしくは全周が径方向外方に向けて塑性変形され、前記被冷却物接触部の外周側面に対して前記取付部材が固定される工程と、を有することを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項１２に記載のヒートシンクの製造方法では、請求項１１に記載のヒートシンクの製造方法であって、前記ｇ）工程の前に、前記被冷却物接触部の接触面の外周端に沿って溝を形成する工程を有しており、前記ｇ）工程において、前記被冷却物接触部の前記溝より外側の部位を加圧することを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項１３に記載のヒートシンクの製造方法では、請求項１１に記載のヒートシンクの製造方法であって、前記ｇ）工程の前に、前記被冷却物接触部の接触面の外周端に沿って前記ヒートシンク側に向けて窪む段差部を形成する工程を有しており、
前記ｇ）工程において、前記被冷却物接触部の前記段差部を加圧することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の請求項１にかかるヒートシンクによれば、放熱フィンと基部とが連続的に形成され、基部が中実構造に形成されている。このため、ＭＰＵと接触する基部から放熱フィンに伝達されるまでの間、２部材が接触する接触面が存在しないため、ヒートシンク内部に接触熱抵抗が生じない。よって、熱抵抗の損失を最小限に留めることができ、ヒートシンクの冷却効率を高くすることが可能である。
【００３０】
本発明の請求項２、３にかかるヒートシンクによれば、従来では難しかったヒートシンクの押出し（引抜き）加工が容易に行うことが可能である。一般的に押出し（引抜き）加工を行う際には、押出された加工品の肉厚が一定になるように形状を工夫する必要がある。よって従来のヒートシンクは、放熱フィンとその放熱フィンとを連結する基部の外周側の部分のみ、押出し（引抜き）加工によって形成されていた。基部の内部側の部分は、特許文献１に示すような高熱伝導率体を嵌合させていた。しかし、本発明のように複数の材料に分割して押出し（引抜き）加工することにより、放熱フィンと中実構造の基部とを連続的に形成することが可能である。特に基部の中心部に中心部材料を配置することで、放熱フィンと基部の一部の肉厚の差を小さくすることができるため、より加工が容易になる。
【００３１】
また、従来のヒートシンクの加工方法においては、基部の中心にコアを嵌合することによってヒートシンクを構成していた。しかし、この場合は基部の中心部にコアを嵌合させるために焼嵌めという加工方法を採用する必要があった。焼嵌めとは、ヒートシンク（コアが嵌合されず、中心部に空洞が形成されている状態）を加熱し、ヒートシンクを熱膨張させ、熱膨張した空洞にコアを挿入し、冷却することで空洞内にコアを嵌合させる加工方法のことである。この方法であれば、加熱と冷却の動作を行うことにより放熱フィンの強度が低下するという問題が発生する。しかし、本発明の請求項２、３の構成であれば、焼嵌め加工を施す必要がなく、放熱フィンの強度が低下することがない。
【００３２】
また、焼嵌めによって嵌合されたコアは、ヒートシンクが従来の使用温度範囲において使用される場合には、コアが抜け落ちることはない。しかし、使用温度範囲が更に高くなった場合には、ヒートシンクに熱膨張が生じ、コアが抜け落ちる虞がある。本発明の構成によればこのような問題は発生しない。
【００３３】
本発明の請求項５、６にかかるヒートシンクによれば、ヒートシンクに対する取付部材のカシメ固定が容易である。固定の作業としては、被冷却物接触部の接触面を加圧するのみであるため、生産工数は小さい。また、被冷却物接触部の接触面の外周端部を塑性変形させて被冷却物接触部の外周面に取付部材が固定される。取付部材はヒートシンクの軸方向端面と塑性変形された被冷却物接触部の間に挟持されているため強固に固定される。また、本発明の請求項７に記載の取付部材を使用すれば、周方向の回り強度もより高くなる。よって、この固定方法を採用すれば、生産工数が小さく、高い固定強度を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態のヒートシンク、その製造方法及びヒートシンクファンについて、図１乃至図１５を参照して説明する。尚、本発明の実施形態では便宜上各図面の上下方向を「上下方向」とするが、実際の取り付け状態における方向を限定するものではない。
【００３５】
まず、本発明の第１の実施形態のヒートシンクファンについて説明する。図１は本発明にかかる実施形態のヒートシンクを示した斜視図である。図２は、本発明にかかる実施形態のヒートシンクの分割材料の状態を示した斜視図である。
【００３６】
ヒートシンク１は、アルミニウム、アルミニウム合金等の比較的熱伝導性の高い材料を押出し（引抜き）加工による成形によって形成された放熱部材である。本実施形態においては、アルミニウム合金が用いられる。通常、ヒートシンク１は外気との接触面積、つまりはヒートシンク１の表面積が大きくなるように複数の放熱用フィン１２が円柱状の基部１１の円柱外側面から径方向外方に向けて突設され、複数の放熱用フィン１２は基部１１と連続的に形成される。ただし、基部１１は円柱状ではなく四角柱等の円柱状以外の形状でも良い。本実施形態においては図１に示されているように基部１１に対して放射状に延伸する複数の放熱用フィン１２が基部１１の外周に環状に配列されている。特に表面積を大きくするために放熱用フィン１２は配列方向に対して湾曲して形成される。放熱フィン１２は湾曲させられることによって放熱フィン１２単体での表面積が増加する。ヒートシンク１の表面積を大きくするための放熱フィン１２の形状は、これに限定されず、適宜形状を変更することは可能である。
【００３７】
本実施形態においては基部１１及び放熱用フィン１２はアルミニウム合金によって形成される。基部１１は、図１に示されているように、中心軸を中心とする円柱状に形成されている。また、基部は中実構造に形成される。
【００３８】
従来は、基部の中心に中心軸を中心とする貫通孔を形成し、該貫通孔に円柱形状のコアを圧入する方法でヒートシンクを構成していた。貫通孔とコアの接触面には、上述の通り接触熱抵抗が生じる。よって、コアを前記貫通孔に挿入する際にコアの側面と貫通孔との間の接触面に発生する接触熱抵抗の値を低くするために、接触圧力が高くなるように圧入固定されている。正確には、基部１１を高温に加熱し、基部１１の貫通孔１１１内径が膨張している間に、前記貫通孔１１１に対してコアが挿入され、基部１１が冷却される、いわゆる焼嵌めにて圧入固定されている。これにより、貫通孔１１１とコアとの接触面における接触熱抵抗の値が小さくなる。よって、ＭＰＵ３からコアに伝達された熱が効率よく基部１１に伝達され放熱フィン１２から外気に放熱される。しかし、この方法ではヒートシンク１に熱を加えたり、冷却したりと大きな温度変化が生じるため、ヒートシンク１そのもの強度が低下する虞があり、高い信頼性を得ることができない。その理由に関しては後述する。
【００３９】
一般的に、アルミニウム合金製の材料を使用した押出し（引抜き）加工は成形に使用される金型の構造が単純であり、仕上がりの寸法精度が高い。銅製材料では複雑な形状の押出し（引抜き）加工による成形が非常に難しく、仕上がりの寸法精度が極めて悪い。事実上、銅製の複雑な形状のヒートシンクを押出し（引抜き）加工による成形によって形成するのは不可能である。このため、放熱用フィン１２が基部１１に対して連続的に形成されている複雑なヒートシンク１においては、銅製材料ではなくアルミニウム合金製材料が使用される。
【００４０】
次にヒートシンクの押出し（引抜き）加工の成形方法に関して詳述する。図３は、ヒートシンクが形成されるまでを示す金型のフローを示す斜視図である。図４は、ヒートシンクが形成されるまでを示す第１の実施形態の成形のフローを示す図である。
【００４１】
ヒートシンク１に使用されるアルミニウム合金としては、主に６０００系Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系もしくは１０００系純Ａｌが用いられる。中でも６０００系Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のうち６０６３が良く用いられる。６０６３は、優れた押出し性を有しており、建築用のサッシを中心に特に高い強度を要しない構造材として使用される。ヒートシンク１は、建築用の構造材ほど高い強度が要求されないため、６０６３が最も用いられる。熱伝導性を最優先する場合には１０００系純Ａｌのうち１０６０、１０７０が用いられる。
【００４２】
まず、アルミニウム合金製の円柱形状のビレット６（圧延加工等に用いられる金属の塊）が用意される。次に、ビレット６は炉にて約５００℃まで加熱される（ステップＳ１）。炉で加熱されたビレット６は常温の状態と比べて軟化している。この状態で、ビレット６は、図３Ａに示されている分割用金型７に押し込まれる。分割用金型７は、ビレット６が押し込まれた際に、ビレット６が７分割されるような形状に加工されている（ステップＳ２）。
【００４３】
本実施例においては、分割用金型７にて７分割されるが、分割される分割数は７に限定されない。つまり、分割数はヒートシンクの形状及び大きさによって適宜変更可能である。分割金型７に押し込まれたビレット６は、複数（７つ）の分割材料６１、６２に分割される。分割材料６１、６２は、図３Ｂに示されているように、中心部材料６１と、放熱フィン部材料６２によって構成されている。中心部材料６１は、その名の通りビレットの中心部を構成していた部位を分割用金型によって分割された材料である。次に放熱フィン部材料６２は、中心部材料６１の周囲を取り囲むように複数配置されている。
【００４４】
次に、分割材料６１、６２は、ヒートシンク金型８に押し込まれる（ステップＳ３）。ヒートシンク金型８は、分割材料６１、６２を押出した際に、図３Ｃに示されているように基部１１の周りに複数の放熱フィン１２が配列されるような形状に加工されている。分割材料６１、６２はヒートシンク金型８に押し込まれた際に、互いに接触して接合される。つまり、この工法で加工されたヒートシンク１は、ビレット６が分割され中心部材料６１０の周りに放熱フィン材料６２０が配列され、互いに接合された状態で形成される。
【００４５】
本実施形態のヒートシンクの押出し（引抜き）加工においては、主に直接法が用いられる。直接法とは、トコロテンのように押出し方向に直接素材を押出す方法である。詳述すると、直接法とは、加熱されたビレットを押出し金型が配置されるコンテナに挿入し、 ビレットを金型方向に圧縮する方法である。圧縮されたビレットは金型を通過して所定の型に押出される。直接法では、押出し時にビレットとコンテナの間に摩擦が発生する。また、金型を通過する際の圧力が部位によって異なるため、メタルフロー（金属組織の流れ）が不均一になる。本実施形態のヒートシンクにおいては、放熱フィン１２が形成される放熱フィン用材料６２内に発生する圧力は大きくなる。また、基部１１の中心部を形成する中心部材料６１内に発生する圧力は大きくなる。つまり、分割用金型７を使用せずに押出し（引抜き）加工を行った場合には、放熱フィン１２部に相当するビレット６においては、コンテナとの摩擦と、放熱フィン１２部に相当するヒートシンク金型８によってビレット６内に発生する圧力が高い。それとは逆に、ビレット６の中心部付近では、摩擦の発生も低く、ビレット６がヒートシンク金型８を通過する際に発生するビレット６内部の圧力変化も少ない。分割用金型７を使用しない場合には、メタルフローが完全に不均一になり、高い精度での押出し（引抜き）加工ができない。
【００４６】
分割用金型７を使用することで、ビレット６が中心部材料６１と複数の放熱フィン材料６２とに分割される。このことにより、メタルフローが分断される。よって、各分割材料６１、６２におけるメタルフローの不均一状態が小さくなる。
【００４７】
押出し（引抜き）加工が完了したヒートシンク１は、ビレット６と同様に軸方向に長い長尺のヒートシンク１に仕上がっている。押出された時点では、ヒートシンク１は高温であるため軟らかい。このため、ヒートシンク１自体がねじれ易い状態であり、中にはねじれたヒートシンク１も存在する。よって、ヒートシンク１の両端を互いに引っ張ることによって、ヒートシンク１のねじれが補正されてまっすぐの状態にして冷却される。この作業によってヒートシンク１の寸法の精度出しが行われる。
【００４８】
押出し（引抜き）加工されたヒートシンク１は、長尺である。このため、ヒートシンク１は、軸方向に垂直な面で切断される（ステップＳ４）。
【００４９】
図５、６は、第１の実施形態の被冷却物接触部の切削過程の一部を示す斜視図である。切断されたヒートシンク１は、旋盤にチャッキングされる。ヒートシンク１は旋盤にて、略円柱状の被冷却物接触部１３がヒートシンク１端面から軸方向に向けて突出するように放熱フィン１２が切削加工される（ステップＳ５）。本実施形態のヒートシンク１において、被冷却物接触部１３は、図５に示されているように、円柱状であるため、旋盤による加工が最も作業工数が小さい。ただし、形状はこれに限定されず、フライス盤等を用いて例えば四角注状の被冷却物接触部１３を形成しても良い。また、被冷却物接触部１３の径を小さくしたい場合には、旋盤によって基部１１の外周端を切削加工しても良い。
【００５０】
次に、旋盤による切削加工として、図６に示されているように被冷却物接触部１３の端面（ＭＰＵ３と接触する面：接触面１３１）に外周端に沿うように環状溝１４が切削加工される（ステップＳ６）。接触面１３１の外周端には加圧部１５（後述する工程でプレスによって加圧される部位）が残るように、その内側に環状溝１４が形成されている。よって接触面１３１のうち、被冷却物（ＭＰＵ３）と接触するのは環状溝１４よりも内側の領域である。
【００５１】
図７は、取付部材を第１の実施形態のヒートシンクに固定する過程を示す斜視図である。図８は取付部材が固定された第１の実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。図９は、本発明にかかる取付部材を示す斜視図である。本実施形態におけるヒートシンク１は、ＭＰＵ３を冷却するために用いられる。よって、接触面１３１をＭＰＵ３と接触させる必要がある。そのためには、ＭＰＵ３が実装されているマザーボード３１に対してヒートシンク１を取り付ける必要がある。よってヒートシンク１にはマザーボード３１とヒートシンク１とを取り付ける取付部材９が取付固定される。取付部材９は、図９に示されているように中央に貫通孔９２が形成されており、径方向外方に向けて取付脚９１が４箇所形成されている。取付脚９１の先端にはマザーボード３１と取付部材９と締結する固定部材９０が挿入される貫通孔９１１が形成されている。取付部材９にはＳＵＳ等の防錆性の高いステンレス材料が用いられる。
【００５２】
まず、取付部材９は、図７に示されているように、取付部材９の中央に形成される貫通孔が被冷却物接触部１３の外周面に嵌合するように挿入される。取付部材９を被冷却物接触部１３に挿入した際に、取付部材９は、放熱フィン１２の端面に当接するまで押し込まれる。この状態で、プレス機にて加圧部１５が全周に渡って図７における軸方向下側に向けて加圧される（ステップＳ７）。加圧された加圧部１５は、被冷却物接触部１３の径方向外方に向けて塑性変形する。図８に示されているように、塑性変形された加圧部１５と放熱フィン１２端面との間に取付部材９が挟持され固定される。加圧部１５は塑性変形しているため、変形された状態で形状が継続的に維持される。よって、取付部材９が被冷却物接触部１３に対して固定された状態が継続的に維持される。また、加圧されることによって、被冷却物接触部１３の外周面の外形が径方向外方に向けて拡径するように変形される。よって、取付部材９の貫通孔に対して被冷却物接触部１３の外周面が圧力を加えることで、取付部材９が被冷却物接触部１３の外周面に固定される。
【００５３】
取付部材９の貫通孔９２の内周面には複数個所（本実施形態においては４箇所）に切欠９２１が形成されている。被冷却物接触部１３の外周面の外径が拡径されることによって取付部材９の貫通孔９２の内周面が被冷却物接触部１３の外周面に食い込む。この際に、貫通孔９２の内周面に切欠９２１が形成されていることで、被冷却物接触部１３に対する取付部材９の中心軸を中心とする周方向の回り強度が向上する。
【００５４】
従来のヒートシンク構造においては、基部の中心部にコアが圧入されていた。その理由としては、ヒートシンクを押出し（引抜き）加工は、基部の中心に貫通孔が形成された形状で行われる。一般的に、このようなヒートシンク形状はホロー形状と呼ばれる形状であり、特殊な押出し（引抜き）加工を行う必要が無かった。よって、貫通孔に上述した焼嵌めにてコアを圧入する必要があった。しかし、焼嵌めによるコアの圧入を行う際には、ヒートシンクを加熱した後に冷却する工程を経ている。つまり、ヒートシンクに対してヒートショック（加熱と冷却を繰り返す状態）を行っていることになり、ヒートシンクそのものの機械的強度が低下する虞がある。特に、コアの外周の基部にあたる部分は、薄肉になっており、分割材料の接合面も存在する。このため、機械的強度が低下した状態であれば、分割材料の接合面が断裂し、コアが抜け落ちる虞もある。しかし、本実施形態のヒートシンクであれば、基部が中実構造であるため、コア抜け落ちの問題が皆無である。また焼嵌めの必要も無く、ヒートシンクの機械的強度が低下することもない。
【００５５】
次に、熱源であるＭＰＵ３からヒートシンクに熱が伝達する過程について説明する。図１０はＭＰＵとヒートシンクとの接触の状況を示した平面図である。ＭＰＵ３は、マザーボード３１上に実装されている。コアは、ＭＰＵ３に対して接触面で接触している。ＭＰＵ３と接触面との間には熱伝導材が介在されている。ＭＰＵ３で発生した熱は、コアに伝達される。つまり、ＭＰＵ３と接触面との間に発生する接触熱抵抗の値が重要になる。例えば、ＭＰＵ３と接触面の表面の平面度が０で、表面粗さが０で、且つ接触圧力が高ければ、接触熱抵抗は極めて小さい値になる。しかし、現実的には、平面度、表面粗さ共に０になることは無く、熱伝導材が構成されていなければ、ＭＰＵ３と接触面１３１との間には空隙が発生する。空気は断熱効果が高いため、ＭＰＵ３、接触面１３１間に空隙が形成された場合には、接触熱抵抗は高い値になる。本実施形態においては、上述のとおり、ＭＰＵ３と接触面１３１との間には熱伝導材が介在されているため、接触熱抵抗の値を低くすることができる。
【００５６】
熱伝導材は熱伝達性が高い材料が用いられる。本実施形態においては作業性を考慮してポリイミドフィルム（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ  Ｆｉｌｍ）、アルミニウム箔等の支持基材上に充填剤が含まれる感圧接着剤を塗布してコーティングされたサーマルテープ等のテープ状の部材が使用される。熱伝導材と、ＭＰＵ３表面、接触面１３１との接触面積が高い方が接触熱抵抗の値が低くなる。このため、熱伝導材の材料として、シリコーンオイルを基油としてアルミナ等の熱伝導性の高い粉末を配合したグリース状の熱伝導性シリコーン樹脂等を使用しても良い。サーマルテープは所定の大きさにカッティングされたものが使用されるため、ＭＰＵ３表面と接触面１３１の面積を有効的に活用できない虞がある。熱伝導性シリコーン樹脂はグリース状であるため、ほぼ隙間が無い状態で各部材表面と密着させることが可能である。よって、ＭＰＵ３表面と接触面１３１の面積を有効的に活用することができる。熱伝導材は熱伝導性が高い部材であれば、適宜変更可能であり、形状および材質は限定されない。
【００５７】
ＭＰＵ３で発生した熱は、熱伝導材を介してヒートシンク１の基部１１に伝達される。この伝達過程において、熱抵抗の値を低減することによって大幅に放熱効率を向上することが可能である。ここで重要になるのがＭＰＵ３と熱伝導材、熱伝導材と接触面１３１の間に発生する接触熱抵抗の値である。接触熱抵抗の値は、接触圧力、接触面積、接触面の表面粗さ、各材料の熱伝導率、熱伝導材の熱伝導率、熱伝導材の厚み、各材料表面の硬度に依存して決定される。ＭＰＵ３の表面は一般にヒートスプレッダという熱伝導性の高い銅板にて構成されている。このため、ＭＰＵ３側の接触面積、接触面の表面粗さ、材料（銅板）の熱伝導率、材料（銅板）の硬度は一定の値として接触熱抵抗の値を低減する方法を提案する必要がある。また、ヒートシンク１の接触面１３１は前述のとおりアルミニウム合金を使用しているため、接触面の表面粗さ、材料（銅）の熱伝導率、材料（銅）の硬度は一定の値として接触熱抵抗の値を低減する方法を提案する必要がある。接触圧力を増すことによって接触熱抵抗の値が低くなることは周知技術である。
【００５８】
図１１は、ヒートシンク１冷却装置の上部に冷却ファンを取り付けたヒートシンク冷却装置を示す斜視図である。ＭＰＵ３から熱伝導材を介して基部１１に熱が伝達される。次に、基部１１に伝達された熱は、放熱フィン１２に伝達される。本実施形態においては、図１１に示されているように、ヒートシンク１に対して冷却用ファン５が作動することにより放熱フィン１２に冷却風が供給され、放熱フィン１２に伝達された熱が強制的に放熱される。以下に冷却ファン５の構成に関して説明する。
【００５９】
冷却ファン５は、回転することによって冷却風を発生するインペラ５２と、インペラ５２を回転駆動させる電動モータ（図略）と、インペラ５２が回転することにより発生する冷却風を静圧エネルギに変換する風洞部５１１と、電動モータを固定するベース部５１と、ベース部５１と風洞部５１１とを連結接続する少なくとも３本以上のスポーク部５１２を備えている。
【００６０】
インペラ５２は、複数の羽根５２１を有している。羽根５２１は、インペラ５２の回転軸を中心として径方向外方向けて突設されている。インペラ５２が回転することで羽根５２１において、空気に対して運動エネルギが与えられる。インペラ５２が回転することで、軸方向に吸気し、軸方向に排気される。つまり、インペラ５２が回転することで軸方向の空気流が発生する。インペラ５２の回転に伴って、空気流が発生するため、空気流は、径方向外方に向かう遠心方向成分と、回転周方向に向かう旋廻成分、軸方向に排出される軸方向成分の３つの成分を有する。空気流の流速の成分を考慮すると、インペラ５２の径方向外方において最も流速が大きく、インペラ５２の径方向内方において最も流速が小さい。よって、ヒートシンク１に供給される冷却風は、放熱フィン１２の径方向外方において最も流速が大きいということになる。
【００６１】
冷却ファン５は、図１１に示されているように、基部１１の中心軸と冷却ファン５のインペラ５２の回転軸とがほぼ一致するようにヒートシンク１の上側に載置される。ヒートシンク１の外周側面には、図１１に示されているように、放熱フィン１２の外周縁に切欠部１１２が形成されている。切欠部１１２に対して風洞部５１１から下方に延びるアーム５１１１が係止され、ヒートシンク１と冷却ファン５とが固定される。ＭＰＵ３で発生した熱は、熱伝導材を介して基部１１に伝達される。そして、熱は、基部１１から放熱フィン１２へと伝達される。冷却ファン５が回転することによって図１１において上方向から下方向に向けて冷却風が供給される。放熱フィン１２はインペラ５２の回転方向と同一の方向に配列されている。このため、冷却風は各放熱フィン１２間に効率よく流入され、放熱フィン１２に伝達された熱は強制的に放熱される。ヒートシンク１冷却装置と冷却ファン５を組み合わせることによって、ヒートシンク１冷却装置の冷却特性がより高まる。
【００６２】
また、放熱フィン１２は、インペラ５２の回転方向とは異なる方向に向けて湾曲形成されている。このことにより、インペラ５２が回転することで羽根５２１から発生する空気流が同時に放熱フィン１２と干渉することがない。よって、空気流と放熱フィン１２との干渉による騒音値を低減することが可能である。ただし、放射フィン１２に関しては、インペラ５２の回転方向とは異なる方向に向けて湾曲形成されているが、湾曲させずに傾斜させるだけでも十分に空気流と放射フィン１２との干渉を低減することが可能である。インペラ５２の羽根５２１自体が回転方向に向けて湾曲しているため、放熱フィン１２が傾斜せずに放射方向に向けて延伸するだけでも十分に空気流と放射フィン１２との干渉を低減することが可能である。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施形態のヒートシンクファンについて説明する。第２の実施形態にかかるヒートシンクファンは、取付部材９を固定する固定方法を除き、図１乃至図３、図９乃至１２に示すヒートシンクファンと同様の構成を有するため、以下の説明では、固定方法に関する部位以外の他の構成に同符号を付す。
【００６４】
図１２は、本発明にヒートシンクが形成されるまでを示す第２の実施形態の成形のフローを示す図である。図１３は、本発明にかかる第２の実施形態の被冷却物接触部の切削過程の一部を示す斜視図である。
【００６５】
図１２に示されているように、ヒートシンクの形成工程に関しては、ステップＳ５までは第１の実施形態と全く同様である。よって、ステップ５以降の工程より説明する。
【００６６】
ヒートシンク１Ａは旋盤にて、略円柱状の被冷却物接触部１３がヒートシンク１Ａ端面から軸方向に向けて突出するように放熱フィン１２が切削加工される（ステップＳ５）。次に、旋盤による切削加工として、図１３に示されているように被冷却物接触部１３の端面（ＭＰＵ３と接触する面：接触面１３１Ａ）に外周端に沿うようにヒートシンク１Ａ側に向けて窪む段差部１４Ａが切削加工される（ステップＳ６Ａ）。段差部１４Ａより内側の領域つまり、段差部１４Ａから図１３上において軸方向上方に向かって突出している接触面１３１Ａが形成されている。この接触面１３１は被冷却物（ＭＰＵ３）と接触する領域となる。
【００６７】
図１４は、取付部材を第２の実施形態のヒートシンクに固定する過程を示す斜視図である。図１５は取付部材が固定された第２の実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。本実施形態におけるヒートシンク１Ａは、ＭＰＵ３を冷却するために用いられる。よって、接触面１３１ＡをＭＰＵ３と接触させる必要がある。そのためには、ＭＰＵ３が実装されているマザーボード３１に対してヒートシンク１Ａを取り付ける必要がある。よってヒートシンク１Ａにはマザーボード３１とヒートシンク１Ａとを取り付ける取付部材９が取付固定される。取付部材９は、図９に示されているように中央に貫通孔９２が形成されており、径方向外方に向けて取付脚９１が４箇所形成されている。取付脚９１の先端にはマザーボード３１と取付部材９と締結する固定部材９０が挿入される貫通孔９１１が形成されている。取付部材９にはＳＵＳ等の防錆性の高いステンレス材料が用いられる。
【００６８】
まず、取付部材９は、図１４に示されているように、取付部材９の中央に形成される貫通孔が被冷却物接触部１３の外周面に嵌合するように挿入される。取付部材９を被冷却物接触部１３に挿入した際に、取付部材９は、放熱フィン１２の端面に当接するまで押し込まれる。この状態で、プレス機にて段差部１４Ａが全周に渡って図１４における軸方向下側に向けて加圧される（ステップＳ７Ａ）。加圧された段差部１４Ａは、被冷却物接触部１３の径方向外方に向けて塑性変形する。図１５に示されているように、塑性変形された段差部１４Ａと放熱フィン１２端面との間に取付部材９が挟持され固定される。段差部１４Ａは塑性変形しているため、変形された状態で形状が継続的に維持される。よって、取付部材９が被冷却物接触部１３に対して固定された状態が継続的に維持される。また、加圧されることによって、被冷却物接触部１３の外周面の外形が径方向外方に向けて拡径するように変形される。よって、取付部材９の貫通孔に対して被冷却物接触部１３の外周面が圧力を加えることで、取付部材９が被冷却物接触部１３の外周面に固定される。
【００６９】
ヒートシンク１、１Ａの冷却特性を安定化させるために接触面１３１、１３１Ａの接触面積が量産品において一定となる必要がある。第１の実施形態においては、環状溝１４より内側の領域が接触面１３１となる。この場合は加圧部１５が加圧され塑性変形されるが、その変形は接触面１３１には及ばない。また、第２の実施形態においては段差部１４Ａより内側の領域が接触面１３１Ａとなる。この場合は段差部１４Ａが加圧され塑性変形されるが、その変形は接触面１３１Ａには及ばない。よって、第１、第２の実施形態においても接触面１３１、１３１Ａの面積が一定になり、ヒートシンク１、１Ａの冷却特性の安定化を図ることが可能である。
【００７０】
他の変形例として、環状溝１４及び段差部１４Ａを形成せずに被冷却物接触部１３の外周端を加圧して取付部材９を被冷却物接触部１３の外周面に固定し、被冷却物接触部１３の上面を切削加工して接触面１３１を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明にかかる実施形態のヒートシンクを示した斜視図である。
【図２】本発明にかかる実施形態のヒートシンクの分割材料の状態を示した斜視図である。
【図３】本発明にかかるヒートシンクが形成されるまでを示す金型のフローを示す斜視図である。
【図４】本発明にヒートシンクが形成されるまでを示す第１の実施形態の成形のフローを示す図である。
【図５】本発明にかかる第１の実施形態の被冷却物接触部の切削過程の一部を示す斜視図である。
【図６】本発明にかかる第１の実施形態の被冷却物接触部の切削過程の一部を示す斜視図である。
【図７】本発明にかかる第１の実施形態の取付部材をヒートシンクに固定する過程を示す斜視図である。
【図８】本発明にかかる第１の取付部材が固定されたヒートシンクを示す斜視図である。
【図９】本発明にかかる取付部材を示す斜視図である。
【図１０】本発明にかかるＭＰＵとヒートシンクとの接触の状況を示した平面図である。
【図１１】本発明にかかるヒートシンク１冷却装置の上部に冷却ファンを取り付けたヒートシンクファンを示す斜視図である。
【図１２】本発明にヒートシンクが形成されるまでを示す第２の実施形態の成形のフローを示す図である。
【図１３】本発明にかかる第２の実施形態の被冷却物接触部の切削過程の一部を示す斜視図である。
【図１４】本発明にかかる第２の取付部材が固定されたヒートシンクを示す斜視図である。
【図１５】本発明にかかる第２の取付部材が固定されたヒートシンクを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  ヒートシンク
１１  基部
１２  放熱フィン
１３  被冷却物接触部
１３１  接触面
１４  環状溝
１５  加圧部
３  ＭＰＵ
３１  マザーボード
５  冷却ファン
６  ビレット
６１  中心部材料
６２  放熱フィン部材料
９  取付部材
９１  取付脚
９２  貫通孔
９２１  切欠
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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