(57)【要約】【課題】全体として環状をなし、かつ放熱特性に優れ、しかも製造性の良好なヒートシンクを提供する。【解決手段】環状帯部２の外周面に多数の薄片状フィン３が形成されたヒートシンク１であって、金属製平板の表面を一定間隔で薄片状に切り起こして前記フィン３が形成され、かつ前記薄片状に切り起こされたフィンが外周面側となるように前記平板が環状に湾曲されて環状体となっている。したがって、フィン３を薄くできるとともに、ピッチを詰めて形成でき、その結果、フィン３の密度を高くして全体としての熱交換面積の広いヒートシンクとすることができる。また、フィンを切り起こした金属製平板を環状に湾曲させて構成できるので、フィン密度の高いヒートシンクを容易に製造することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状帯部の外周面に多数の薄片状フィンが形成されたヒートシンクにおいて、
金属製平板の表面を一定間隔で薄片状に切り起こして前記フィンが形成され、かつ前記薄片状に切り起こされたフィンが外周面側となるように前記平板が環状に湾曲されて環状体となっていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
熱伝導用の軸部材の外周に前記環状体が密着した状態で嵌着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】
前記フィンの厚さが０．３ｍｍ以下であることを特徴する請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記軸部材は、一端部に受熱部を有する中実軸を含むことを特徴とする請求項２または３に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記軸部材は、ヒートパイプを含むことを特徴とする請求項２または３に記載のヒートシンク。
【請求項６】
環状帯部の外周面に多数の薄片状フィンが形成されたヒートシンクの製造方法において、
金属製平板の表面を一定間隔で薄片状に切り起こして前記フィンを形成するとともに、その薄片状に切り起こされたフィンが外周面側となるように前記平板を環状に湾曲しかつその両端部を接合して環状体を形成することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項７】
前記環状体を、熱伝導用軸部材に密着した状態で嵌着することを特徴とする請求項６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】
この発明は、熱交換用の多数のフィンを放射状に配列し全体として環状をなすヒートシンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（放熱フィン）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、適宜の形状のベース部に、フィン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フィンを取り付けるのが一般的である。このようなヒートシンクの一例が、特許文献１および特許文献２に記載されている。
【０００３】
また、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、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。この種のヒートシンクの一例が、特許文献３に記載されている。さらに、放射状に配列（形成）されたフィン（ヒートシンク）と、ファン（放熱ファン）を支持した構成のヒートシンクの一例が、特許文献４および特許文献５に記載されている。
【０００４】
さらに、スカイブ加工によって複数のフィンを一体に形成したヒートシンクも知られている。スカイブ加工とは、基材の表面を切削工具などにより微小なピッチで薄く切削する工程を繰り返すことにより、多数の薄いフィンを基材に一体的に形成する加工方法である。この加工方法を用いて、例えば純銅製の基材をスカイブ加工し、フィンを形成した場合には、フィンが湾曲したり、丸まってしまう。そこで、加工すべき基材として、優れた加工性を有する鉄、マグネシウム等の不純物を添加した銅合金などの金属が採用されている。このようなヒートシンクの一例が、特許文献６に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８７９６１号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４６７７号公報
【特許文献３】米国特許６，２８８，８９９号明細書
【特許文献４】米国特許２００３／７９８６１号明細書
【特許文献５】米国特許２００３／６３４３９号明細書
【特許文献６】特開２００１−３２６３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に記載されているようなベース部に多数のフィンを立設した構成のヒーシンクとして、予め用意したベース部にフィンを取り付ける構造と、両者を一体に成形した構造とが知られている。前者のベース部とフィンとを別部材とする構造では、両者を接合して一体化する必要があるが、その接合のための構造としてロー付けやハンダ付けなどの手段を採用した場合、薄板状のフィンでは、充分な接合面積を確保できないので、放熱面積を拡大することのできる薄板状のフィンをベース部に確実かつ高強度に取り付けることが困難である。
【０００７】
このような不都合を解消するために、ベース部に溝を形成し、その溝に薄板状フィンの下端部を差し込んで固定する構造が考えられる。しかしながら、このような構造では、フィンを薄肉にするに従って溝幅を狭くする必要があるが、ベース部を製造する場合に同時に成形できる溝幅はある程度以上に広いものに限られるので、開口幅の狭い溝を形成するために、切削などの方法を採用すると、加工工数が増大するばかりか、材料歩留まりが低下し、製造性が低下する不都合が生じる。
【０００８】
また、フィンとベース部とを一体にして製造する方法として、ダイキャスト鋳造などの鋳造方法や押し出し成形法などがあるが、フィンを薄板状とするためには、フィンのためのキャビティや成形型を幅の狭いものとしなければならないので、溶湯がキャビティ内に充分に行き渡らずに鋳造欠陥が生じたり、成形型が破損したりしやすく、これを解消するためには、フィンを厚肉にするか、あるいは肉厚に対して高さを低くする必要があり、その結果、フィンの熱容量が大きくなったり、必要充分な放熱面積を確保できなくなったりするなどの不都合が生じる。
【０００９】
また一方、フォールデッドフィンを使用したヒートシンクでは、フォールデッドフィンをベース部に接合する場合、フォールデッドフィンの折り曲げエッジで接合することになるので、接合面積を確保することが困難であり、また、各折り曲げエッジが平面上に並ぶ状態に揃わないために、いずれかの折り曲げエッジとベース部の表面との間に隙間が生じ、その結果、両者の間の熱抵抗が大きくなり、ひいては放熱特性が低下する可能性がある。さらに、ヒートシンクの上方から送風して強制空冷した場合、フィン同士の間の空間部の半分は、トンネル状になっているので、これを上方に向けて開口させる必要があり、そのためにフォールデッドフィンの折り曲げエッジを切削するなどの付加的な加工を必要とする不都合がある。
【００１０】
さらに、フィンのみを単独で製造し、これをパイプの外周などに取り付けて熱交換を行うよう構成した熱交換器やヒートシンクが知られている。すなわちフィンを所定の形状に形成し、これをパイプや金属板に起立状態に取り付け、そのパイプや金属板から伝達された熱を周囲の空気などに放散させるように構成している。このような薄板状フィンを取り付ける構造であれば、フィンを単独で製造できるので、その厚さや高さあるいは幅を任意に設定でき、前述した厚さと高さとの比などの制約がない。
【００１１】
しかしながらこのフィンをパイプなどの熱交換対象物に取り付ける手段として、例えばフィンに張力を掛けて巻き付け、残留応力でフィンを対象物に固定する手段が知られているが、この種の構造では、熱膨張差によってフィンを対象物に固定する荷重がゼロになってしまい、両者の間に隙間が生じて熱抵抗が増大する不都合がある。
【００１２】
またこれに替えて接着剤によってフィンを対象物に固定することを行われているが、フィンと対象物との間に接着剤が介在し、その熱伝達率が必ずしも高くないので、結局、熱抵抗が増大し、ヒートシンクとしての熱交換能力を増大させることが困難である。
【００１３】
上記の特許文献４および特許文献５では、ヒートシンク、ファン等が、嵌め込みやビス止めなどの手段によってそれぞれ固定される構造であるために、部品点数が増大する要因になり、近年のコンパクト化に逆行してしまう。そのため、装置全体としての組み付け性に劣り、ひいては製造性を損なうおそれがある。また、特許文献６では、所定の銅合金製の基材のスカイブ加工によって複数のフィンが形成される構造であるため、各フィンの厚みが均一になるとは限らない。例えば、その基材を、その一方の面を外側に曲げる曲げ加工によって環状に形成した場合には、各フィン同士の間隔が不均一になり、その結果放熱が不十分となるおそれがある。
【００１４】
この発明は上記の事情を背景にしてなされたものであり、放熱特性に優れ、かつ製造性の良好なフィンの放熱構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、環状帯部の外周面に多数の薄片状フィンが形成されたヒートシンクにおいて、金属製平板の表面を一定間隔で薄片状に切り起こして前記フィンが形成され、かつ前記薄片状に切り起こされたフィンが外周面側となるように前記平板が環状に湾曲されて環状体となっていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、熱伝導用の軸部材の外周に前記環状体が密着した状態で嵌着されていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記フィンの厚さが０．３ｍｍ以下であることを特徴とするヒートシンクである。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、前記軸部材は、一端部に受熱部を有する中実軸を含むことを特徴とするヒートシンクである。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項２または３の発明において、前記軸部材は、ヒートパイプを含むことを特徴とするヒートシンクである。
【００２０】
一方、請求項６の発明は、環状帯部の外周面に多数の薄片状フィンが形成されたヒートシンクの製造方法において、金属製平板の表面を一定間隔で薄片状に切り起こして前記フィンを形成するとともに、その薄片状に切り起こされたフィンが外周面側となるように前記平板を環状に湾曲しかつその両端部を接合して環状体を形成することを特徴とする方法である。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記環状体を、熱伝導用軸部材に密着した状態で嵌着すること特徴とするヒートシンクの製造方法である。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明によれば、全体として環状をなしているので、パイプなどの軸上をなす部材に容易に取り付けてそのパイプの実質的な放熱面積もしくは熱交換面積を増大させることができる。特に、そのフィンは金属板の表面を切り起こして形成されているので、そのピッチを小さくして全表面積を広くすることができる。言い換えれば、フィンの高さを低くして全体として小型のものとすることができる。しかも、そのフィンは平板状態で形成され、その平板を湾曲させて環状体とされているので、フィンの加工が容易なものとなる。
【００２３】
また、請求項２の発明によれば、熱伝導用軸部材の熱交換面積を広くし、その熱交換効率を向上させることができる。
【００２４】
さらに、請求項３の発明によれば、フィンがスカイブ加工などにより切り起こして形成され、その厚さが０．３ｍｍ以下の薄いものであるから、フィンの枚数を多くして全表面積を広くすることができる。
【００２５】
またさらに、請求項４の発明によれば、受熱部で受けた熱を軸部材およびフィンを介して放熱させることができ、その場合の放熱面積を広くできるので、効率良く放熱させることができる。
【００２６】
そして、請求項５の発明によれば、ヒートパイプの実質的な表面積を拡大し、その熱交換効率を向上させることができる。
【００２７】
一方、請求項６の発明によれば、最終的には環状をなすとしても、フィンを形成する過程では平板状をなしているので、フィンを切り起こして形成する作業を容易に行うことができ、それに伴ってフィンのピッチを小さくし、その枚数を増大させることができる。すなわち、全体としての熱交換面積が広く、かつ環状をなすヒートシンクを容易かつ効率良く製造することができる。
【００２８】
さらに、請求項７の発明によれば、請求項６の発明による効果に加えて、熱伝導用軸部材を有するヒートシンクを容易かつ効率良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施した最良の形態について説明する。この発明の一例であるヒートシンク１は、図１に示すように、環状をなす帯状部２の外周面に、多数のフィン３を設けて構成されている。その帯状部２は、銅やアルミニウムあるいはそれらの合金などの金属製であり、またフィン３は、帯状部２の外面を薄く削いで切り起こすことにより構成されている。すなわち、フィン３はスカイブ加工によって形成することができる。
【００３０】
ここで、上記のヒートシンク１を製造するための方法の一例を示すと、先ず、図２の（ａ）に示すように、上記の金属製の平板４を用意し、その一方の面に切削工具５を使用してスカイブ加工を施すことにより、一定ピッチで切り起こしを行う。その場合の切り起こしの厚さがフィン３の板厚になり、また切り起こしの間隔がフィン３のピッチになり、さらに工具５の切り込み深さがフィン３の長さ（高さ）になる。図２の（ｂ）は表面の全体に切り起こしを施してフィン３を設けた状態を示し、この状態からフィン３が外周側となるように前記平板４を湾曲させ、全体として環状体となるように成形加工を施す。そして、図２の（ｃ）に示すように互いに突き合わされている端部４ａ同士を必要に応じて溶接などによって接合する。
【００３１】
上記のヒートシンク１は、単独で使用することができ、また他の部材と組み合わせて使用することができる。図３にその例を示してあり、ここに示す例は、熱伝導用の軸部６と併用して全体としてヒートシンクとしたものである。すなわち、外部から熱が伝達されるベース部７に、熱伝導用の軸部６が立設され、前述したヒートシンク１がその軸部６に密着嵌合させられて一体化されている。したがって軸部６の表面積すなわち実質的な熱交換面積がフィン３によって拡大されている。
【００３２】
ベース部７はこの発明における受熱部に相当し、図示しない発熱体（電子部品など）の熱交換対象箇所に熱伝達可能に取り付けられている。また、このベース部７には、複数（４本）の脚部８が設けられている。さらに、各脚部８の先端部にはそれぞれボルトやピンなどの固定部材が挿入される孔部９が形成されている。
【００３３】
ここで、軸部６は図４に示すように熱伝導の良い金属からなる柱状の中実軸１０で構成されていても良く、また図５に示すようにヒートパイプ１１で構成されていても良い。この場合、図示しない発熱体は中実軸１０の一端部、またはヒ一トパイプ１１の中間部外面もしくは一端部に取り付けた熱拡散板１２に熱伝達可能に接触させられる。
【００３４】
つぎにこのヒートシンクの作用について図３を参照して説明すると、まず、発熱体に発生した熱がベース部７に伝達される。この伝達された熱はベース部７から軸部６の下端部に熱伝導される。その軸部６の下端部に熱伝導された熱は、その軸部６からその外周に嵌着されているヒートシンク１に伝達される。上述したようにフィン３は、放射状に配列され、かつ帯状部２の外周面に半径方向で外側に延びた状態に設けられているので、軸部６からヒートシンク１に伝達された熱を各フィン３に拡散して放熱することができる。
【００３５】
また、図３に示すように軸部６が中実軸１０で構成されている場合には、板部１３に伝達された熱が中実軸１０内で均一に熱伝導が行われるため、中実軸１０内からフィン３と軸部６の接触部分全体へ熱伝導が行われる。さらに、図５に示すように軸部６がヒートパイプ１１で構成され、前記軸部６について熱拡散板１２と接触する部分が蒸発部、前記ヒートシンク１が嵌着された部分が凝縮部となる場合は、熱拡散板１２から伝達された熱によりヒートパイプ１１内の作動流体が蒸発し、ヒートパイプ１１内を移動する。蒸発した作動流体は、凝縮部で熱をフィン３に放出し、凝縮した後に蒸発部へ還流する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明におけるヒートシンクの一具体例を示す斜視図である。
【図２】この発明に係るヒートシンクをスカイブ加工によって製造する場合の製造過程を概略的に示す図である。
【図３】軸部と組み合わせて構成した例を示す斜視図である。
【図４】他の軸部と組み合わせて構成した例を示す斜視図である。
【図５】ヒートパイプと組み合わせて構成した例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ヒートシンク、  ２…帯状部、  ３…フィン、  ４…平板、  ５…工具、  ６…軸部、  ７…ベース部、  ８…脚部、  １０…中実軸、  １１…ヒートパイプ、  １２…熱拡散板。
【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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