(57)【要約】【課題】軽量で放熱効率の良向なヒートシンクを提供する。【解決手段】複数の放熱フィン５，６が、ベース２に立設され、前記放熱フィン５，６が立設された表面２Ａとは反対の面に電子素子８が取り付られるヒートシンク１において、前記放熱フィン５，６が、熱伝導率の異なる複数種類の材料によって形成されるとともに、前記電子素子８に近い箇所に配置される放熱フィン６が、相対的に熱伝導率の高い材料で形成され、前記発熱体に遠い箇所に配置される放熱フィン５が、相対的に熱伝導率の低い材料で形成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の放熱フィンが、ベース部に立設され、前記放熱フィンが立設された面とは反対の面に発熱体が取り付られるヒートシンクにおいて、
前記放熱フィンが、熱伝導率の異なる複数種類の材料によって形成されるとともに、前記発熱体に近い箇所に配置される放熱フィンが、相対的に熱伝導率の高い材料で形成され、前記発熱体に遠い箇所に配置される放熱フィンが、相対的に熱伝導率の低い材料で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】
前記発熱体に近い箇所に配置される放熱フィンが、相対的に比重が大きい材料で形成され、前記発熱体に遠い箇所に配置される放熱フィンが、相対的に比重が小さい材料によって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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放熱フィンがベース部に一体に設けられたヒートシンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、電子機器の急速な発達に伴い、電子素子の高速化、大容量化がますます進行している。このため、前記電子素子の発熱量が多くなってきており、それに伴って温度上昇による誤動作または破損などを回避するために、より効果的に放熱・冷却することが求められるようになってきている。
【０００３】
そこで従来では、前記電子素子を冷却するために、ヒートシンクが配置された冷却装置が前記電子機器に設けられている。この冷却装置の一例として、電子素子に金属製の受熱ブロックを取り付け、その受熱ブロックにヒートパイプの一端部を配設する一方、ベースプレートに多数枚の平板状フィンを立設させてなるヒートシンクを適宜の位置に配置し、前述したヒートパイプの他端部をこのヒートシンクに熱伝達可能に接続した構成のものが知られている。さらに、このヒートシンクに対してモーター駆動されるファンを用いて送風することにより、ヒートシンクを強制空冷することもおこなわれている。
【０００４】
周知のようにヒートシンクは、冷却対象物からの放熱を促進するために、その冷却対象物に取り付けられて放熱面積を増大させるものであるから、基本的には、適宜の形状のフィン部材を冷却対象物に、熱伝達が良好な状態で取り付けるように構成されていればよい。しかしながら、汎用性を持たせるためには、フィン部材を冷却対象物に連結する機能を備える必要があるから、一般には、適宜に形状のベース部に、フィン部材を一体化した構成とされている。この種の構成のヒートシンクにおけるベース部は、放熱の点での機能は特にはないので、放熱効率もしくは放熱能力を可及的に増大させるために、ベース部の表面の全体に放熱フィンを取り付けるのが一般的である。
【０００５】
上記のヒートシンクの一例として、複数枚の平板状フィンが、互いに平行になるように、それらの一端部を平板状ベースの一方の表面に一体化して組み付けられて、平板状フィンが組み付けられている平板状ベースの表面とは反対側の表面に、発熱源である電子素子が、平板状ベースと熱授受可能に取り付けられている構造のヒートシンクが知られている。このような構造のヒートシンクであれば、平板状フィンによって放熱面積を増大させることができるので効率よく前記電子素子を冷却することができる。
【０００６】
また、ヒートシンクの他の例として、放熱フィンを平板状に形成したヒートシンクの製造性を向上させるために、一枚の金属板を九十九折りして放熱フィンを構成し、これをベース部の表面全体を覆うようにベース部に取り付けた構成のヒートシンクが知られている。この種の放熱フィンは、フォールデッドフィンと称されており、トンネル状の通風路と上方に開口した通風路とが交互に形成された構成となるので、放熱フィンの面に沿う方向に強制的に送風して冷却するヒートシンクとして用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構造のヒートシンクでは、発熱源である電子素子の表面に接触しているベースの入熱部が、前記電子素子の表面より広く形成されている。そのため、従来のヒートシンクにおいては、前記入熱部と前記電子素子等との非接触部分では、入熱が全くないうえ、熱伝導も少ない部分となっている。したがって、前記電子素子等の表面と非接触の部分は、電子素子からの熱伝達の用に供され難くなっていた。
【０００８】
また、前記ベース内部での熱伝導は温度の高い方から低い方に行われる。その際、入熱部の平行方向には、垂直方向ほどの温度差がないので、一部の熱しか伝導されない。そのため、大部分の熱が放熱部に設けられた入熱部の反対側に位置している一部の放熱フィンへ伝導される。
【０００９】
一方、上記構造のヒートシンクの放熱フィンは、同じ材料で形成されて、前記ベースに所定の間隔で配置されている。したがって、前記入熱部と前記非接触の部分とに温度差があり、前記放熱部への熱の移動量に差があるにもかかわらず、大部分の熱が伝導される前記一部の放熱フィンとそれ以外の他の放熱フィンとが、同一あるいは同等のものとされていた。そのため、前記放熱フィンが設けられているヒートシンクを改良する余地があった。
【００１０】
また、一般的に熱伝導率が相対的に高いと称される材料は、比重が大きい傾向がある。しかしながら、電子機器に使用される上記構造のヒートシンクでは、その用途から、放熱性能を維持した状態での可及的な軽量化が要求されていた。
【００１１】
この発明は、上記事情を背景としてなされたもので、軽量で放熱効率の良向なヒートシンクを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、複数の放熱フィンが、ベース部に立設され、前記放熱フィンが立設された面とは反対の面に発熱体が取り付られるヒートシンクにおいて、前記放熱フィンが、熱伝導率の異なる複数種類の材料によって形成されるとともに、前記発熱体に近い箇所に配置される放熱フィンが、相対的に熱伝導率の高い材料で形成され、前記発熱体に遠い箇所に配置される放熱フィンが、相対的に熱伝導率の低い材料で形成されていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１３】
したがって、請求項１の発明では、ベース部に放熱フィンを立設してヒートシンクが形成されている。このベース部の前記放熱フィンが立設されている面の反対の面には、発熱体が取り付けられている。したがって、前記ベース部の前記発熱体に近い箇所は、熱移動の多い部分となっている。この熱移動の多い部分に配置されている放熱フィンが、前記ベース部の前記発熱体に遠い箇所に配置される放熱フィンよりも相対的に熱伝導率の高い金属で形成されている。したがって、前記発熱体に生じた熱が、前記ベース部を介して、優先的に熱伝導の高い放熱フィンから放熱され、前記ベース部に残った一部の熱が、他の放熱フィンから放熱される。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記発熱体に近い箇所に配置される放熱フィンが、相対的に比重が大きい材料で形成され、前記発熱体に遠い箇所に配置される放熱フィンが、相対的に比重が小さい材料によって形成されていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１５】
したがって、請求項２の発明では、請求項１の作用に加えて、前記他の放熱フィンを形成している材料の比重が、前記熱移動の多い一部分に配置されている放熱フィンを形成している材料の比重よりも小さくなっている。そのため、前記ヒートシンク全体が軽量化される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の具体例について説明する。図１に、この発明の一例であるヒートシンク１では、ベース２がアルミニウムなどの熱伝導性の良好な金属からなる一定の厚さのある長方形状に形成されている。このベース２に架台であるシュラウド３が取り付けられている。シュラウド３は、鋼板などの強度の高い金属製の板材で形成されており、脚となる板状の支持部が設けられている。なお、このシュラウド３の材質および形状は、適宜のものとすることができる。また、支持部４の先端部分がベース２の側面に固定されて、シュラウド３とベース２とが一体化されている。
【００１７】
ベース２の表面２Ａには、アルミニウムで形成されている複数枚のフィン５および銅で形成されている複数枚のフィン６が立設されている。したがって、フィン５とフィン６とは、熱伝導率および比重がちがう材料で形成されている。このフィン５およびフィン６が、薄板状で断面形状がコの字状とされた同一形状に形成されており、所定の間隔で平行に配置されている。また、各フィン５およびフィン６の上端部には、ほぼ直角に折り曲げた屈曲片が形成されており、その配列状態を保つために、フィン５およびフィン６の上端部を相互に連結されている。なお、このフィン５およびフィン６は、任意の形状および連結あるいは固定方法を採用することができる。
【００１８】
具体的には、上記の屈曲片の突出長さとほぼ等しい間隔を空けてフィン５および６を相互に平行に配列することにより、屈曲片の先端部が隣接するフィン５または６の上端部の背面側に当接し、フィン５および６の上端部の間隔が一定間隔に保たれる。その状態で、屈曲片の先端部に設けられた突起部が隣接するフィン５および６における背面側に設けられた貫通孔に嵌合する。その状態で前記突起部を前記貫通孔の内部に押し込む方向に押圧力あるいは打撃力を前記突起部に加えると、前記突起部の先端側の部分が、前記貫通孔の内部に沈み込み、前記貫通孔の内部に現れているフィン５および６の上端エッジ部に噛み合った状態、すなわち係合した状態となる。
【００１９】
こうして複数のフィン５および６を一体に連結したモジュールは、上記の底面部分を適宜のベース部２の表面２Ａに接合することにより、ヒートシンク１として使用することができる。なお、ベース部２への接合は、ロー付けやハンダ付けあるいは接着剤による接合などの種々の手段でおこなうことができる。そして、ベース部２の表面２Ａとは、前記底面部分によって接合されるので、その接合面積が広くなり、したがってフィン５および６を高強度でかつ確実にベース部２に一体化させることができ、また同時にベース部２とフィン５および６との間の熱抵抗が小さくなるので、ヒートシンク１としての放熱特性が良好になものとなる。
【００２０】
複数枚のフィン５およびフィン６の上方に、シュラウド３が被せられるように配置されている。言い換えると、シュラウド３とベース２とによって形成されている中空部分に、ヒートシンク１が配置されている。また、シュラウド３の上面部分にはファン７が固定されている。なお、このファン７には、任意のファンを使用することができる。
【００２１】
ベース２の表面２Ａの反対側の面には電子素子８が接触する突出した入熱部分９が設けられている。ベース２の表面２Ａのうち、この入熱部分９に対向する部分に銅で形成されたフィン６が配置されており、それ以外の部分にはアルミニウムで形成された複数枚のフィン５が配置されている。
【００２２】
上述の部材から形成されるヒートシンク１は、ファン７をシュラウド３に係合し、さらにファン７と一体化されたシュラウド３をフィン５と一体化されたベース２に係合することによって構成されている。さらに、そのフィン５およびフィン６をベース２の表面２Ａに所定の間隔で配置し、溶接やロウ付け、接着剤などの適宜の手段で接合する。一方、シュラウド３とファン７とを一体に組み付ける。最後に、そのファン７と一体化されたシュラウド３を、フィン５を挟んでベース２に一体化させる。このファン付きヒートシンク１においては、架台として鋼板で形成されたシュラウド３が使用されている。なお、この発明のヒートシンクは、この構成に限定されない。要は、ベース部に多種類のフィンが取り付けられて形成されるヒートシンクであればよい。したがって、ファンや架台は任意のものとすることができる。また、ファンや架台が省略されていてもよい。
【００２３】
上記のヒートシンク１の冷却の状態を説明する。まず、電子素子８に発生した熱が電子素子８と接触しているベース２の入熱部分９に伝達される。その後、伝達された熱はベース２の下面から温度差のある上昇方向へ移動してベース２の表面２Ａに熱伝導される。したがって、電子素子８に発生した熱の大部分は、表面２Ａのうち、電子素子８が接触している入熱部分９と対向している部分に伝達される。そのため、入熱部分９に取り付けられた電子素子８に近い部分は、表面２Ａの他の部分よりも熱移動の多い部分となっている。この熱移動の多い部分に配置されているフィン６が、表面２Ａに立設されているフィン５よりも相対的に熱伝導率の高い金属で形成されている。したがって、電子素子８に生じた熱が、ベース２を介して優先的に熱伝導の高いフィン６から放熱され、ベース２に残った一部の熱が、フィン５から放熱される。
【００２４】
上述のヒートシンク１によると、電子素子８に発生した熱をベース２の表面２Ａに立設されている他のフィン５よりも相対的に熱伝導率の高いフィン６から優先的に放熱することができる。そのため、ベース２の熱移動の多い部分と少ない部分とを分けて放熱することができる。したがって、電子素子８に発生した熱を効率よく放熱することができる。
【００２５】
また、ベース２の熱移動の多い部分と少ない部分とに分けて、比重が違っているフィン５およびフィン６を取り付けることができる。その結果、ベース２の熱移動の少ない部分をフィン６より比重が小さい、フィン５で放熱することができる。そのため、比重がフィン５よりも大きいフィン６を、フィン５が配置される分だけ省略することができる。そのため、ヒートシンク１を軽量化することができる。
【００２６】
つぎに、この発明の他の具体例を説明する。なお、上述の具体例と同等または同一の部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２７】
図２に示すヒートシンク１０は、まずアルミニウム等の熱伝導性良好な材料で、正方形状に形成されたベース２が置かれている。そのベース２上面に、複数の放熱ユニットが配置されている。各放熱ユニットは、複数のフィン１１および１２が所定の間隔をおいて互いに平行に配列されて形成されている。フィン１１は板状のアルミ材等を九十九折りしてトンネル状に形成されたいわゆるホールデッドフィンである。また、フィン１２も板状の銅材等を九十九折りしてトンネル状に形成されてホールデッドフィンに形成されている。このフィン１１を所定の間隔をおいて配列し、形成された放熱ユニット１３と、フィン１２を所定の間隔をおいて配列して形成された放熱ユニット１４とが、前記ベース２の表面２Ａに配置されている。なお、フィン１１および１２は、九十九折りの頂点から頂点までの高さと配列方向の長さの比が２対１以下になっている。
【００２８】
詳細には、ベース２の手前から順に、対向している放熱ユニット１３が２個と、放熱ユニット１４と、放熱ユニット１３とが、放熱フィン１１および１２の配列方向と直交する方向に順に配置されている。この放熱ユニット１４とベース２を挟んで対向している入熱部分９に電子素子８が取り付けられている。また、各放熱ユニットは、相対的に放熱フィン１１または１２の配列ピッチが２分の１ピッチ板厚方向にずれるように配置されている。なお、取り付け穴６はベース２に穿孔されており、部品等が取り付けられるようになっている。以上の配置の状態で各放熱ユニットがベース２にロー付けされヒートシンク１０が形成されている。
【００２９】
上記のヒートシンク１０によると、ベース２に伝達された熱が、フィン１１および１２からその周囲の外気に放散される。その場合、平板状をなすフィン１１または１２の面方向で、かつベース２の表面に沿う方向に空気を、図示しないファン等で強制的に流通させると、フィン１１および１２の熱がその空気流によって奪われて、いわゆる強制冷却がおこなれる。
【００３０】
上記のヒートシンク１０が強制冷却される際、電子素子８に発生した熱が電子素子８と接触しているベース２の入熱部分９に伝達され、温度差のある上昇方向へ移動してベース２の表面２Ａに熱伝導される。このとき、電子素子８に発生した熱の大部分は、表面２Ａのうち、入熱部分９と対向している部分に伝達されるので、この部分は表面２Ａの他の部分よりも熱移動の量が多くなっている。この熱移動の多い部分に配置されているフィン１２が表面２Ａに立設されているフィン１１よりも相対的に熱伝導率の高い金属で形成されている。したがって、電子素子８に生じた熱が、ベース２を介して優先的に熱伝導の高いフィン１２で形成されている放熱ユニット１４から放熱され、ベース２に残った一部の熱が、フィン１１で形成されている放熱ユニット１３から放熱される。
【００３１】
上述のヒートシンク１０によると、電子素子８に発生した熱をベース２の表面２Ａに立設されている他のフィン１１よりも相対的に熱伝導率の高いフィン１２から優先的に放熱することができる。そのため、ベース２の熱移動の多い部分と少ない部分とを分けて放熱することができる。したがって、電子素子８に発生した熱を効率よく放熱することができる。
【００３２】
また、ベース２の熱移動の多い部分と少ない部分とに分けて、比重が違っているフィン１１およびフィン１２を取り付けることができる。その結果、ベース２の熱移動の少ない部分を比重がフィン１１よりも小さい、フィン１２で放熱することができる。そのため、比重がフィン１１よりも大きいフィン１２を、フィン１２が配置される分だけ省略することができる。そのため、ヒートシンク１を軽量化することができる。
【００３３】
なお、上述の実施例では、フィン５、フィン１１は銅で形成され、フィン６、フィン１２はアルミニウムで形成されたが、この発明のフィンを形成する材料は、上記の材料に限定されず、適宜のものとすることができる。
【００３４】
また、上述の実施例では、フィン５およびフィン６は、断面コの字フィンに形成され、フィン１１およびフィン１２はフォールデッドフィンに形成されたが、この発明のフィンの形状は、上記の材料に限定されず、適宜のものとすることができる。
【００３５】
また、上述の実施例では、フィン５あるいはフィン１１が、フィン６またはフィン１２の間に挟まれた状態でベース２に配置されたが、この発明のヒートシンクのフィンの配置は、上記の配置の状態に限定されず、適宜のものとすることができる。
【００３６】
また、この発明のヒートシンクは、上述の実施例のヒートシンク１およびヒートシンク１０の形状に限定されない。要は、ヒートシンクに熱伝導率あるいは比重の違う放熱フィンが複数設けられていればよい。したがって、放熱フィンの数量あるいは、放熱フィンを形成している材料は適宜のものとすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、発熱体に発生した熱をベース部の前記発熱体に近い箇所に配置される熱伝導率の高い放熱フィンから優先的に放熱することができる。そのため、ベース部の熱移動の多い部分と少ない部分とを分けて放熱することができる。したがって、前記発熱体に発生した熱を効率よく放熱することができる。
【００３８】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、ベース部の前記熱移動の多い部分と少ない部分とに分けて比重が違っている複数の放熱フィンを取り付けることができる。その結果、前記発熱体に遠い箇所に相対的に比重が小さい放熱フィンが配置される分だけ、相対的に比重が大きい放熱フィンを省略することができる。その結果、ヒートシンクの放熱性能を維持しながら軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のヒートシンクの一具体例を示す斜視図である。
【図２】図１のヒートシンクを簡略的に示す平面図である。
【図３】図１のヒートシンクのフィンを示す斜視図である。
【図４】この発明のヒートシンクの他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１０…ヒートシンク、　２…ベース、　５，６，１１，１２…フィン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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