(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に複数の放熱用フィンが取付けられた冷却フィン構造において、上記各放熱用フィンは、上記発熱体と上記各放熱用フィンに設けられた嵌合用凹部に挿着された嵌合用部材により上記発熱体に対して所定の角度で且つ実質的に遊びなく取付けられたことを特徴とする冷却フィン構造。
【請求項２】
上記発熱体と上記各放熱用フィンとは上記取付状態において金属的に接合されたことを特徴とする請求項１記載の冷却フィン構造。
【請求項３】
上記複数の放熱用フィンのうちの少なくとも一部の放熱用フィンは、隣接する放熱用フィンと連結部を介して一体的に連結されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷却フィン構造。
【請求項４】
上記発熱体の少なくとも表面層と上記各放熱用フィンの少なくとも表面層は互いに同種材料により形成されており、上記両表面層はろう付けされたことを特徴とする請求項1〜請求項３のいずれか一項記載の冷却フィン構造。
【請求項５】
上記発熱体の少なくとも表面層と上記各放熱用フィンの少なくとも表面層は互に異種材料により形成されており、上記両表面部はろう付けされたことを特徴とする請求項1〜請求項３のいずれか一項記載の冷却フィン構造。
【請求項６】
上記各放熱用フィンは、上記発熱体と金属的に接合される部分がろう材またはろう材としての性質を有する材料により形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項３のいずれか一項記載の冷却フィン構造。
【請求項７】
上記発熱体と上記各放熱用フィンとは、シート状あるいはペースト状のろう材を用いて金属的に接合され、且つ上記発熱体と上記各放熱用フィンとの接合面の外部コーナーは、上記ろう材の余剰分から構成された連続体にて覆われていることを特徴とする請求項２記載の冷却フィン構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、発熱体を放熱用フィンにて冷却する冷却フィン構造に関し、詳しくは発熱体と複数の放熱用フィンとの接合構造に特徴のある冷却フィン構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９〜図１０は、特開昭６２−８６８４２号公報および特開平９−１１３０５８号公報に示された冷却フィン構造の概略断面図であって、１は発熱体、２は放熱用フィン、４は発熱体１の表面に設けられた切り溝、３はろう材である。上記の冷却フィン構造は、発熱体１の表面に多数の切り溝４を設け、各切り溝４に放熱用フィン２の一端を挿入し、ついで発熱体１と放熱用フィン２とをろう材３にて上記両者１、２を接合することにより製作される。
【０００３】
なお上記の従来技術では、図９に示すように放熱用フィン２は発熱体１の表面に対して垂直などの一定の角度で立てられることが要求されるところ、実際には図１０に示すよう、一部の放熱用フィン２が異常な傾きをした状態で接合されることがしばしばある。かかる一部の放熱用フィン２の異常な傾きは、一般的に切り溝４を形成する際の溝幅や溝深さを一定にすることが困難なために生じ、一部の切り溝には、放熱用フィン２と発熱体１との間に遊び空隙が残存して放熱用フィン２が傾くことになる。かかる放熱用フィンの傾きは、その放熱性能を低下させる問題がある。
【０００４】
なお発熱体の表面に放熱用フィンを一定の角度で立てることについては、従来から種々の方法が提案されている。例えば特開２０００−３４９２１２号公報には、放熱用フィンとして機能する複数枚の薄板を並列させた状態として底材となる平板上に予めろう付けしたユニットを先ず作成し、これを発熱体の表面に設置する方法が開示されている。特開２０００−１９５９９７号公報には、放熱用フィンとして機能する広面積の薄板を波板状に加工してコルゲートフィンを得、このコルゲートフィンを放熱プレートに取り付けたユニットを上記と同様にして発熱体の表面に設置する方法が開示されている。
【０００５】
ところで、放熱を要する発熱体の構造やサイズは千差万別である。上記のユニットでは、その放熱用フィンは一定の角度で立てられる長所はあるものの、全体形状の自由度が低いのでが千差万別の発熱体には適用し難い欠点がある。これに対して前記特開昭６２−８６８４２号公報などに開示された方法は前記の問題点を孕んではいるものの、発熱体と放熱用フィンに嵌合用の凹凸を形成し得る限り、制限なく適用できる大きな長所がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における上記の事情に鑑みて、発熱体の表面に放熱用フィンを直接接合する技術の改良に関し、放熱用フィンが発熱体の表面に所定の角度で立てられた冷却フィン構造を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷却フィン構造は、（１）発熱体に複数の放熱用フィンが取付けられた冷却フィン構造において、上記各放熱用フィンは、上記発熱体と上記各放熱用フィンに設けられた嵌合用凹部に挿着された嵌合用部材により上記発熱体に対して所定の角度で且つ実質的に遊びなく取付けられたことを特徴とするものである。
【０００８】
（２）上記（１）において、発熱体と上記各放熱用フィンとは上記取付状態において金属的に接合されたことを特徴とするものである。
【０００９】
（３）上記（１）または（２）において、上記複数の放熱用フィンのうちの少なくとも一部の放熱用フィンは、隣接する放熱用フィンと連結部を介して一体的に連結されたことを特徴とするものである。
【００１０】
（４）上記（１）〜（３）において、上記発熱体の少なくとも表面層と上記各放熱用フィンの少なくとも表面層は互いに同種材料により形成されており、上記両表面層はろう付けされたことを特徴とするものである。
【００１１】
（５）上記（１）〜（３）において、上記発熱体の少なくとも表面層と上記各放熱用フィンの少なくとも表面層は互に異種材料により形成されており、上記両表面部はろう付けされたことを特徴とするものである。
【００１２】
（６）上記（１）〜（３）において、上記各放熱用フィンは、上記発熱体と金属的に接合される部分がろう材またはろう材としての性質を有する材料により形成されたことを特徴とするものである。
【００１３】
（７）上記（２）において、上記発熱体と上記各放熱用フィンとは、シート状あるいはペースト状のろう材を用いて金属的に接合され、且つ上記発熱体と上記各放熱用フィンとの接合面の外部コーナーは、上記ろう材の余剰分から構成された連続体にて覆われていることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下において、前記図９〜図１０に示された部位と同じ部位については同一符号を付して部位の内容説明を省略することがある。
【００１５】
参考例１．
図１は、本発明の冷却放熱用フィン構造における参考例１の一部断面図を含む部分斜視図であって、１は発熱体、１１は発熱体１の表面に設けられた条状の嵌合用凹部、２は放熱用フィン、２１は放熱用フィン２の肩面、２２は肩面２１から突出した条状の嵌合用凸部である。嵌合用凸部２２は、両肩面２１、２１から垂直に突出し、且つ上記条状の長手方向に直行する方向の断面が長方形を呈する。また嵌合用凹部１1は、嵌合用凸部２２が直接、あるいは後記する薄いろう材のシート片やペーストが介在した状態で実質的にぐらつきなしに嵌合するように、長方形の断面を有する。かかる嵌合は、嵌合用凹部１1と嵌合用凸部２２の各断面の形状とサイズとがほぼ同じであり、且つ嵌合用凸部２２の両肩面２１、２１が発熱体１の表面に当接して放熱用フィン２のぐらつきを防止することに基づく。
【００１６】
一般的に、嵌合用凹部１1と嵌合用凸部２２の形状や嵌合精度は、発熱体１と放熱用フィン２の材質やサイズに応じて適宜最適化が可能となる。かくして嵌合用凹部１1と嵌合用凸部２２とは、発熱体１の表面の法線方向に延在するように設定統一することにより、多数の放熱用フィン２（図１ではその１枚のみ図示）を互いに平行に且つかつ発熱体１の表面に対して垂直に立てることができる。
【００１７】
発熱体１と放熱用フィン２とは、溶接、ろう付け、あるいはその他の方法にて金属的に接合されことにより一層高機械強度で接合される。ろう付けの場合、例えば嵌合用凸部２２をシート状あるいはペースト状のろう材（図示せず）と一緒に嵌合用凹部１1内に挿入嵌合し、適当な加熱方法により必要個所を加熱すればよい。
【００１８】
実施の形態１．
図２は、本発明の冷却フィン構造における実施の形態１の一部断面図を含む部分斜視図であって、２３は放熱用フィン２の肩面２１に設けられた条状の嵌合用凹部、５は断面長方形の棒状体からなる嵌合用部材である。上記冷却フィン構造の製作に際しては、例えば先ず発熱体１の表面の嵌合用凹部１１に嵌合用部材５の下半部を挿入嵌合し、つぎに嵌合用凹部１１から飛び出した嵌合用部材５の上半部を放熱用フィン２の嵌合用凹部２３に挿入嵌合する。かくして図２に示す状態に至る。
【００１９】
発熱体１、嵌合用部材５、および放熱用フィン２の金属的接合は、前記参考例１の場合と同様に行ってよく、ろう付けの場合、例えば嵌合用部材５としてその全体をシート状あるいはペースト状のろう材（図示せず）で包んだものを用いることにより必要接合間にろう材を供給することができる。
【００２０】
しかして嵌合用部材５は、発熱体１と放熱用フィン２とが対向し、且つ両嵌合用凹部１１、２３に嵌合した状態にあって、放熱用フィン２が発熱体１に対して所定の角度（図２では９０°）で且つ実質的に遊びなく取付けられる機能を奏する。嵌合用部材５は、上記の機能を奏する限り、その長さ、断面形状および断面サイズなどは任意であってよいが、発熱体１と嵌合用部材５との間および放熱用フィン２と嵌合用部材５との間に、放熱用フィン２による放熱性能を低減するような空隙が生じない形状およびサイズを有するものが好ましい。両嵌合用凹部１１、２３および嵌合用部材５の形状や嵌合精度は、一般的に発熱体１、放熱用フィン２、嵌合用部材５の材質やサイズに応じて適宜最適化が可能となる。
【００２１】
参考例２．
図３は、本発明の冷却フィン構造における参考例２の一部断面図を含む部分斜視図であって、３はろう材である。参考例２は、発熱体１の少なくとも表面層と放熱用フィン２とが互いに同種材料、例えば銅で形成されており、且つろう付けにより固定されている構造を有する。
【００２２】
参考例２においては、前記参考例１で説明した嵌合構造を対象とし、発熱体１の嵌合用凹部１１を覆うようにシート状あるいはペースト状のろう材３を置き、その状態で放熱用フィン２の嵌合用凸部２２を嵌合させ、ついで両者をろう付けする。発熱体１と放熱用フィン２とが同種材料から形成されているので、高温時の熱膨張によるひずみや応力の発生が抑制できる。また、接合にろう付けを用いることで勘合部にろう材３がなじみ、勘合部での空隙などによる冷却性能低下の問題を抑制できる。
【００２３】
参考例３．
参考例３は、参考例２とは発熱体１（図３参照、以下同じ）の少なくとも表面層と放熱用フィン２が互いに異種材料から形成されている点において異なり、その他の構成は同じである。例えば、発熱体１の表面層、あるいは全体は、銅にて、一方、放熱用フィン２の全体はアルミニウムにて、それぞれ形成される。
【００２４】
上記の通り異種材料にて形成する場合、本発明の冷却フィン構造の使用目的に応じて冷却性能をより向上できる材料、重量を軽減できる材料、あるいは構造強度が増す材料など、の選択が可能となり、冷却性能の維持向上が図れる効果がある。
【００２５】
参考例４．
図４は、本発明の冷却フィン構造における参考例４の一部断面図を含む部分斜視図であって、放熱用フィン２は、放熱作用の主要部をなす上部分２４と下部分２５とから構成されており、下部分２５は嵌合用凸部２２を有する。また放熱用フィン２は、その上下間で形成材料が異なるクラッドからなっており、上部分２４は、発熱体１の少なくとも表面層と同材料あるいは異種材料からなり、下部分２５は、嵌合用凸部２２を含めてろう材３と同じまたは同種のろう付け機能を有する材料からなっている。
【００２６】
上部分２４を発熱体１の少なくとも表面層と同材料とする場合には、参考例２の場合と、一方、上部分２４を発熱体１の少なくとも表面層と異種材料とする場合には、参考例３の場合と、それぞれ同様の効果が得られる。また下部分２５をろう付け機能を有する材料とすることで、当該部の組立時にろう材部品が不要となり部品点数の削減が図れ、さらに勘合部でのろう材のなじみが良好となって勘合部でのろう付け性が向上し、空隙など発生が抑制される。
【００２７】
実施の形態２．
図５は、本発明の冷却放熱用フィン構造における実施の形態２の一部断面図を含む部分斜視図である。実施の形態２では、発熱体１の少なくとも表面層と放熱用フィン２とが互いに同種材料、例えば銅で形成されており、また発熱体１、嵌合用部材５、および放熱用フィン２は、前記実施の形態１の場合と同様にろう付けされている。しかして実施の形態２では、前記実施の形態１、参考例２の両効果が得られる。なお、発熱体１と放熱用フィン２とは、シート状あるいはペースト状のろう材３を用いて金属的に接合され、且つ発熱体１各放熱用フィン２との接合面の外部コーナーは、ろう材３の余剰分から構成された連続体にて覆われている。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態２とは発熱体１（図５参照、以下同じ）の少なくとも表面層と放熱用フィン２とは、互いに異種材料から形成されている点において異なり、その他の構成は同じである。例えば、発熱体１の表面層あるいは全体は銅にて、一方、放熱用フィン２の全体はアルミニウムにて、それぞれ形成される。上記の通り異種材料にて形成する場合、本発明の冷却フィン構造の使用目的に応じて冷却性能をより向上できる材料、重量を軽減できる材料、あるいは構造強度が増す材料などの選択が可能となり、冷却性能の維持向上が図れる効果がある。しかして実施の形態３では、前記実施の形態１、参考例３の両効果が得られる。
【００２９】
実施の形態４．
図６は、本発明の冷却放熱用フィン構造における実施の形態４の一部断面図を含む部分斜視図であって、実施の形態４は、前記実施の形態１（図２参照）および前記参考例４（図４参照）の混合構造であるので、実施の形態１、参考例４の両効果が得られる。さらに発熱体１と放熱用フィン２との各材料を実施の形態２の場合と同様に同種材料とすると、実施の形態２と同様の効果も得られ、一方、実施の形態３の場合と同様に異種材料とすると、実施の形態３と同様の効果も得られる。
【００３０】
実施の形態５
図７は、本発明の冷却フィン構造における実施の形態５の部分断面図である。図７において、１１は発熱体１の嵌合用凹部１１、２は放熱用フィン、２２は放熱用フィン２の嵌合用凸部、２３は放熱用フィン２の嵌合用凹部、２６は前記連結部、５は嵌合用部材である。
【００３１】
放熱用フィン２は、図示する通りコルゲート状を呈しており、構造的には多数の放熱用フィン２が隣接間で連結部２６により一体的に連結された構造を有し、コルゲートの連続するＵ字体の底部において図示する通り、交互に嵌合用凸部２２と嵌合用凹部２３とを有する。一方、発熱体１は、上記嵌合用凸部２２と嵌合用凹部２３とに対向する個所に、それぞれ広幅の嵌合用凹部１１と狭幅の嵌合用凹部１１とを有する。嵌合用凸部２２と広幅の嵌合用凹部１１とは直接嵌合しており、嵌合用凹部２３と狭幅の嵌合用凹部１１とは、嵌合用部材５を介して嵌合している。発熱体１と放熱用フィン２とは、互いに同種材料にて形成されており、実施の形態５は、前記参考例２、実施の形態２と同様の効果を有する。
【００３２】
実施の形態６．
実施の形態６は、実施の形態５とは発熱体１（図７参照、以下同じ）の少なくとも表面層と放熱用フィン２とは、互いに異種材料から形成されている点において異なり、その他の構成は同じである。よって実施の形態６は、前記参考例３、実施の形態３と同様の効果を有する。
【００３３】
実施の形態７．
図８は、本発明の冷却フィン構造における実施の形態７の部分断面図であって、放熱用フィン２は、互いに異種材料にて形成された外層２７と内層２８の二層構造を有する点において前記実施の形態５、６と異なっており、その他の構成は同じである。内層２８の形成材料をろう材３と同じまたは同種のろう付け機能を有する材料とすることにより、実施の形態７は、前記参考例４、実施の形態４と同様の効果を有する。
【００３４】
本発明は、前記実施の形態１〜７に限定されるものではなく、種々の変形形態を包含する。例えば、発熱体に対する放熱用フィンの取り付け角度は任意であってよく、また多数の放熱用フィンのうちの隣接するフィン同士は、互いの設置間隔や平行度などで所望の関係をもって取り付けられる限り、前記した嵌合用凸部、嵌合用凹部、および嵌合用部材の形状並びにそれら間の嵌合状態についても特に制限はない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の冷却フィン構造は、以上説明した通り、（１）発熱体に複数の放熱用フィンが取付けられた冷却フィン構造において、上記各放熱用フィンは、上記発熱体と上記各放熱用フィンに設けられた嵌合用凹部に挿着された嵌合用部材により上記発熱体に対して所定の角度で且つ実質的に遊びなく取付けられたものであるので、種々の表面形状を有する発熱体に対して複数の放熱用フィンを所定の角度で安定的に取り付けることができ、このために放熱用フィンの放熱性能が向上する。
【００３６】
また（２）上記（１）において、上記発熱体と上記各放熱用フィンとは上記取付状態において金属的に接合されたものであると、上記両者間の熱伝導性や機械的接合強度が向上する。
【００３７】
また（３）上記（１）または（２）において、上記複数の放熱用フィンのうちの少なくとも一部の放熱用フィンは、隣接する放熱用フィンと連結部を介して一体的に連結されたものであると、例えばコルゲート構造のような放熱用フィンについても本発明の前記した諸効果を得ることができる。
【００３８】
また（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項において、上記発熱体の少なくとも表面層と上記各放熱用フィンの少なくとも表面層は互いに同種材料により形成されており、上記両表面層はろう付けされたものであると、高温時の熱膨張によるひずみや応力の発生が抑制できる。
【００３９】
また（５）上記（１）〜（３）のいずれか一項において、上記発熱体の少なくとも表面層と上記各放熱用フィンの少なくとも表面層は互に異種材料により形成されており、上記両表面部はろう付けされたものであると、本発明の冷却フィン構造の使用目的に応じて冷却性能をより向上できる材料、重量を軽減できる材料、あるいは構造強度が増す材料などの選択が可能となり、冷却性能の維持向上が図れる効果がある。
【００４０】
また（６）上記（１）〜（３）のいずれか一項において、上記各放熱用フィンは、上記発熱体と金属的に接合される部分がろう材またはろう材としての性質を有する材料により形成されたものであると、本発明の冷却フィン構造の組立時にろう材部品が不要となり部品点数の削減が図れ、さらに嵌合部でのろう材のなじみが良好となって嵌合部でのろう付け性が向上し、空隙など発生が抑制される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例１の一部断面図を含む部分斜視図。
【図２】  本発明の実施の形態１の一部断面図を含む部分斜視図。
【図３】  本発明の参考例２および参考例３の一部断面図を含む部分斜視図。
【図４】  本発明の参考例４の一部断面図を含む部分斜視図。
【図５】  本発明の実施の形態２および実施の形態３の一部断面図を含む部分斜視図。
【図６】  本発明の実施の形態４の一部断面図を含む部分斜視図。
【図７】  本発明の実施の形態５および実施の形態６の部分断面図。
【図８】  本発明の実施の形態７の部分断面図。
【図９】  従来の冷却フィン構造の概略断面図。
【図１０】  従来の冷却フィン構造の概略断面図。
【符号の説明】
１  発熱体、１１  嵌合用凹部、２  放熱用フィン、２１  肩面、
２２  嵌合用凸部、２３  嵌合用凹部、３  ろう材、５  嵌合用部材。
【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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