特許 6528072 ヒートシンク構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6528072

(24)【登録日】2019年5月24日

(45)【発行日】2019年6月12日

(54)【発明の名称】ヒートシンク構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20190531BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20190531BHJP

   H01L 23/467 20060101ALI20190531BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 Z

   H05K7/20 B

   H01L23/46 C

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-161695(P2015-161695)

(22)【出願日】2015年8月19日

(65)【公開番号】特開2017-41521(P2017-41521A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2018年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】591031485

【氏名又は名称】株式会社高砂製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】吉田 英樹

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 実公昭３３−０１４９３０（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 実開平０５−０８２０５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−２１７３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３２１０４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

側壁面が長手方向に延在する複数のフィンが並設されたヒートシンクの前記フィン間に乱流発生板が装填されたヒートシンク構造であって、
前記乱流発生板は、
前記フィンに沿って延在する板状本体部と、
前記板状本体部の平坦面から前記フィンの前記側壁面に向かって突出すると共に、先端部が前記フィンの前記側壁面に圧接される複数の翼片と、を備える、
ヒートシンク構造。

【請求項2】

前記翼片の基端は前記板状本体部に連結され、前記翼片は、前記フィン間で前記板状本体部の前記平坦面に対して直角以外の角度で突出する、
請求項１記載のヒートシンク構造。

【請求項3】

前記板状本体部には開口部が設けられ、前記開口部の外形の一部に前記翼片の前記基端が含まれている、
請求項２に記載のヒートシンク構造。

【請求項4】

前記翼片は、板材に前記開口部が形成されるように門形の切除を行った後、切除部分により囲まれた前記翼片が前記板材に対して所定角度になるように前記翼片の前記基端で折り曲げられている、
請求項３に記載のヒートシンク構造。

【請求項5】

前記翼片は、前記フィンの長手方向及び前記フィンの高さ方向において、一定の周期で前記板状本体部の前記平坦面から左右交互に突出している、
請求項１〜４の何れか一項に記載のヒートシンク構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱を発生させる電源ユニットなどに固定して利用されるヒートシンクの構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、このような分野の技術として、特開２００９−８８０５６号公報がある。この公報に記載されたヒートシンクは、ベース部上に垂直に立設されてなる複数のフィンを有している。フィンは、長手方向に延在すると共に、互いに平行になるように配置されている。そして、各フィンは、長手方向において複数のフィン部分に分断されている。分断されたフィン部分において、フィンの根元は、長手方向で一つ置きにＶ字状に曲げられている。それによって、フィンは僅かに側方にオフセットされる。このような構成により、ヒートシンクは、長手方向において、オフセットしないフィンとオフセットされたフィンとが交互に出現する。その結果、フィンに沿って流れる風を、フィン間で乱流にし易くしている。
前述したヒートシンクの製造に際し、ヒートシンクのフィンをカッタにより長手方向で分断させる。その後、任意のフィンを側方に僅かにオフセットさせる。そのためには専用の加工機が利用される。この加工機の加工型は、各フィンを差し込むための多数の孔を有する。加工機は加工型を側方にシフトさせるための機構を備えている。そして、前述した構成のヒートシンクを製造するにあたって、加工機の加工型の孔内にフィンが先ず差し込まれる。その後、加工型を水平方向に僅かに移動させる。これにより、フィンの根元をＶ字状に変形させて、フィンを水平方向にオフセットさせる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−８８０５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前述した従来のヒートシンクでは、フィンの根元の曲げ角度に限界があり、様々なフィンの間隔に対応させ難く、汎用性を高め難いといった問題点がある。

【0005】

本発明は、放熱効果を向上させるにあたって、汎用性を高めることができるヒートシンク構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、側壁面が長手方向に延在する複数のフィンが並設されたヒートシンクの前記フィン間に乱流発生板が装填されたヒートシンク構造であって、
前記乱流発生板は、
前記フィンに沿って延在する板状本体部と、
前記板状本体部の平坦面から前記フィンの前記側壁面に向かって突出すると共に、先端部が前記フィンの前記側壁面に圧接される複数の翼片と、を備える。

【0007】

ヒートシンク構造は、ヒートシンクに乱流発生板が差し込まれて構成される。ヒートシンクには、冷却が最も必要な箇所に乱流発生板が適宜に差し込まれる。これにより、ヒートシンクの局所的な冷却をも可能にする。例えば、発熱するパワーユニットと、発熱しにくい制御ユニットとをヒートシンクに並置させる場合、パワーユニット側を集中的に冷却する必要がある。このような場合に、乱流発生板をパワーユニット側に配置させると、的確で効率の良い冷却が可能になる。また、乱流発生板は複数の翼片を有しているので、ヒートシンクのフィン間を流れる風に乱流を容易に発生させることができる。これにより、ヒートシンクを効率良く冷却することができる。乱流発生板は、ヒートシンクのフィン間の全てに装填させてもよく、または全フィン間の一部にのみ装填させてもよい。従って、ヒートシンクの冷却効率を調整し易く、汎用性を高めることができる。

【0008】

また、前記翼片の基端は前記板状本体部に連結され、前記翼片は、前記フィン間で前記板状本体部の前記平坦面に対して直角以外の角度で突出すると好ましい。
翼片は板状本体部の平坦面から直角以外の角度で突出している。その結果、翼片の先端部を板状本体部の平坦面に対して強く圧接させることができる。これにより、乱流発生板の脱落を確実に防止することができる。さらに、翼片によってフィン間で乱流を起こし易く、ヒートシンクの冷却効率が向上される。

【0009】

また、前記板状本体部には開口部が設けられ、前記開口部の外形の一部に前記翼片の前記基端が含まれていると好ましい。
このような構成を採用すると、開口部内を風が往き来することができる。よって、乱流を促進させることができる。

【0010】

また、前記翼片は、板材に前記開口部が形成されるように門形の切除を行った後、切除部分により囲まれた前記翼片が前記板材に対して所定角度になるように前記翼片の前記基端で折り曲げられていると好ましい。
このような手順で翼片を成形すると、乱流発生板の製造が容易である。

【0011】

また、前記翼片は、前記フィンの長手方向及び前記フィンの高さ方向において、一定の周期で前記板状本体部の前記平坦面から左右交互に突出していると好ましい。
このような構成によって、乱流の発生を促進させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、放熱効果を向上させるにあたって、汎用性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係るヒートシンク構造の一実施形態を示す斜視図である。

【図2】ヒートシンクに乱流発生板を装着する前後の状態を示す斜視図である。

【図3】ヒートシンクに装填する前の乱流発生板の形状を示す斜視図である。

【図4】乱流発生板の製造途中の状態を示す平面図である。

【図5】ヒートシンクに乱流発生板を装着する前後の状態を示す斜視図である。

【図6】ヒートシンクに装着した後の乱流発生板の形状を示す斜視図である。

【図7】乱流発生板による風の流れの一例を示す正面図である。

【図8】乱流発生板による風の流れの一例を示す斜視図である。

【図9】乱流発生板の他の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しつつ本発明に係るヒートシンク構造の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0015】

図１に示されるように、ヒートシンク１は、電気自動車の急速充電器やシステム電源などに利用される。ヒートシンク１のベース１ａの底面には、発熱するパワーユニット４と、発熱しにくい制御ユニット３とが密着するように並置されている。パワーユニット４は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）、ダイオード、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolor Transistor： 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体のいずれかを含む部品または回路から構成され、制御ユニット３は、オペアンプ、コンパレータ、マイコンチップのいずれか含む部品または回路から構成されている。

【0016】

ヒートシンク１の平板状ベース１ａには複数本のフィン２が並設されている。ヒートシンク１はアルミ材の押し出し成形により製造されている。各フィン２の側壁面２ａは長手方向に延在している。一方のフィン２の側壁面２ａと他方のフィン２の側壁面２ａとは対向している。そして、一方のフィン２の側壁面２ａと他方のフィン２の側壁面２ａとの間の隙間Ｓ内に乱流発生板１０が装填される。

【0017】

図２及び図３に示されるように、アルミ材又は鋼材からなる乱流発生板１０は、ヒートシンク１の隙間Ｓ内に装填される。乱流発生板１０は、フィン２に沿って延在する矩形の板状本体部１１と、本体部１１の平坦面１１ａから突出する複数枚の翼片１２とを有する。ヒートシンク１の隙間Ｓ内に乱流発生板１０が装填された状態で、各翼片１２は本体部１１からフィン２の側壁面２ａに向かって突出する。各翼片１２の先端部１２ｂはフィン２の側壁面２ａに圧接される。これによって、乱流発生板１０がヒートシンク１の隙間Ｓから脱落するのを防止している。

【0018】

各翼片１２の基端１２ａは板状本体部１１に連結されている。各翼片１２は、ヒートシンク１に装填する前の状態で、板状本体部１１の平坦面１１ａに対して直角に突出する。各翼片１２は、ヒートシンク１に装填した後の状態で、板状本体部１１の平坦面１１ａに対して直角以外の角度αで突出する（図４及び図５参照）。

【0019】

その結果、翼片１２の先端部１２ｂを板状本体部１１の平坦面１１ａに対して強く圧接させることができる。よって、乱流発生板１０の脱落を確実に防止することができる。さらに、このような翼片１２によってフィン２間で乱流を起こし易く、ヒートシンク１の冷却効率を向上させることができる。例えば、各翼片１２は、隙間Ｓ内で斜め上方に向かって４５度の角度αで突出する。

【0020】

板状本体部１１には複数の矩形の開口部１３が設けられている。開口部１３の矩形の外形の一辺には翼片１２の基端１２ａが含まれている。開口部１３は、板状本体部１１上でマトリックス状に配列され、各翼片１２は、各開口部１３の下端から突出する。この突出にあたって、翼片１２は、フィン２の長手方向及びフィン２の高さ方向において、一定の周期で板状本体部１１の平坦面１１ａから左右交互に突出している。例えば、翼片１２は、板状本体部１１から左と右とが一枚ずつ交互に出現するように突出する。

【0021】

翼片１２が出現する周期は、開口部１３が出現する周期と同じであり、翼片１２は開口部１３に一対一で対応している。開口部１３の採用により、開口部１３内を風が往き来することができるので、開口部１３によって乱流を促進させることができる（図７参照）。特に、開口部１３がマトリックス状に配列されることで、乱流の発生を更に促進させることができる。

【0022】

図４に示されるように、板材Ｂに開口部１３が形成されるように、門形の打ち抜き加工をして、板材Ｂから部分的な切除を行う。その後、門形の切除部分１４により囲まれ翼片１２を、板材Ｂの平坦面１１ａに対して所定角度になるように基端１２ａ（一点鎖線参照）で直角に折り曲げる。このようにして、各翼片１２を乱流発生板１０に作り出すことができる。板材Ｂを利用して、このように成形することで、溶接を利用することなく、乱流発生板１０の製造が容易になる。

【0023】

図２及び図５に示されるように、乱流発生板１０を一方のフィン２と他方のフィン２との間の隙間Ｓ内に上から差し込む。このとき、板状本体部１１に対して直角に延在する翼片１２は、基端１２ａを中心にして直角以外の角度αで曲がって、隙間Ｓ内に装填されていく。装填完了後において、隙間Ｓ内の乱流発生板１０は、図６に示された形状をなす。このような装填作業によって、翼片１２の先端部１２ｂはフィン２の側壁面２ａに強く圧着される。特に、翼片１２の先端部１２ｂは円弧の形状をなしているので、翼片１２の先端部１２ｂは、フィン２の側壁面２ａに対する接触面積を減らして、翼片１２をフィン２間の隙間Ｓ内に装填させ易い。

【0024】

乱流発生板１０は、ヒートシンク１のベース１ａに装着されたパワーユニット４に対応する位置で、隙間Ｓ内に長手方向で並べるようにして差し込まれる（図１参照）。乱流発生板１０は、ヒートシンク１に関して必要な面積に対応する枚数だけ並べるように差し込むだけの作業でよい。作業性は極めて良好である。

【0025】

ヒートシンク構造にあっては、ヒートシンク１に乱流発生板１０が差し込まれて構成される。ヒートシンク１において、冷却が最も必要な箇所に乱流発生板１０を適宜に差し込むことで、局所的な冷却をも可能にする。例えば、図１に示されるように、発熱するパワーユニット４と、発熱しにくい制御ユニット３とをヒートシンク１に並置させる場合に、パワーユニット４側を集中的に冷却する必要がある。このような場合に、乱流発生板１０をパワーユニット４側に配置させることで、的確で効率の良い冷却が可能になる。

【0026】

さらに、乱流発生板１０は複数の翼片１２を有しているので、ヒートシンク１のフィン２間を流れる風に、図７及び図８に示されるような乱流を発生させることができる。このような乱流によって、ヒートシンク１を効率良く冷却することができる。乱流発生板１０は、ヒートシンク１のフィン２間の全てに装填させてもよく、またはヒートシンク１の全フィン２間の一部にのみ装填させてもよい。乱流発生板１０の採用により、ヒートシンク１の冷却効率が調整し易く、汎用性を高めることができる。

【0027】

本発明は、前述した実施形態に限定されず、下記のような種々の変形が可能である。

【0028】

図９に示されるように、乱流発生板２０は、矩形の板状本体部２１を有している。この本体部２１には、マトリックス状に配列した矩形の開口部２３が形成されている。各翼片２２は、各開口部１３の下端から突出する。翼片２２は開口部２３に一対一で対応し、本体部２１で左右一対をなす平坦面２１ａのうちの一方から同じ角度αをもって一方向に突出している。各翼片２２は、ヒートシンク１に装填する前の状態において、板状本体部２１の平坦面２１ａに対して直角に突出する。

【0029】

各翼片２２は、ヒートシンク１の隙間Ｓ内に装填した後の状態で、板状本体部２１の平坦面２１ａに対して直角以外の角度αで突出する（図９参照）。例えば、各翼片２２は、基端２２ａで折れ曲がるようにして、隙間Ｓ内で斜め上方に向かって４５度の角度αで突出する。乱流発生板２０をヒートシンク１の隙間Ｓ内に装填した場合、翼片２２の円弧状の先端部２２ｂはフィン２の一方の側壁面２ａに圧着され、本体部２１の平坦面２１ａはフィン２の他方の側壁面２ａに圧着される。

【0030】

前述した乱流発生板１０，２０の翼片１２，２２は、ヒートシンク１の隙間Ｓ内に装填される前の状態において、板状本体部１１，２１に対して直角で突出してなくてもよい。

【0031】

乱流発生板１０，２０の長さや高さは、フィン２の長さや高さに合わせて適宜変更される。

【0032】

乱流発生板１０，２０の開口部１３，２３は、矩形に限定されずに円形や三角、多角形であってもよい。

【0033】

翼片１２，２２の先端部１２ｂ，２２ｂは、のこ歯であっても波形であってもよい。

【0034】

翼片１２，２２の形状は、矩形であっても三角形状であってもよい。

【0035】

翼片１２，２２は、隙間Ｓ間で斜め下方に向かって突出するように配置されてもよい。翼片１２，２２の突出角度αは、乱流発生板１０，２０の材質などを考慮して、乱流発生板１０，２０が隙間Ｓから抜け難くなるように設定される。

【0036】

隙間Ｓ内に乱流発生板１０，２０を装填するにあたって、翼片１２，２２は、基端１２ａ，２２ａで塑性変形しても弾性変形してもよい。

【符号の説明】

【0037】

１ ヒートシンク
１ａ ベース
２ フィン
２ａ フィンの側壁面
１０ 乱流発生板
１１ 板状本体部
１１ａ 板状本体部の平坦面
１２ 翼片
１２ａ 基端
１２ｂ 先端部
１３ 開口部
１５ 切り残し部
２０ 乱流発生板
２１ 板状本体部
２１ａ 平坦面
２２ 翼片
２３ 開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】