JP2009026784A - 放熱部品 - Google Patents

Abstract

【課題】板材を利用することによって、材料歩留まりが高く、大小さまざまな形状を自在に実現でき、効率的に放熱面積を増大することができる放熱部品を提供する。
【解決手段】一枚の板材に所定形状の切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィンの列からなる少なくとも１つのフィン部と、フィンの間を連結する、板材の一部である連結部とを備えた放熱部品。切り込みを入れる所定形状が隣接する鈎形の二辺、および／または、隣接するコの字形の三辺からなっており、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィンの列の各々の形状が概ねL字形からなっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、発熱部品等に熱的に接続されて発熱部品の熱を放熱するための、薄板材を加工して製作した薄板フィンを備えた放熱部品、特に受熱面と放熱面とを備えた一体型の薄板フィンを備えた放熱部品に関する。

近年、エレクトロニクス機器は、ＣＰＵ等の高出力、高集積の部品を内蔵している。半導体素子等の各種電子部品は、集積度が極めて高くなり、高速で情報の演算、制御等の処理を行うので、多量の熱を発生する。また、その他の機器においても熱の発生を伴う機器が増え、これらの機器においても放熱処理が重要な課題になっている。

これらの機器が発する熱を処理するために、各種ヒートシンクが用いられている。例えば、押し出し成形によるベースプレート部と放熱フィン部が一体的に形成されたヒートシンク、別々に作製された金属製のベースプレートと金属製の放熱フィンとを組み合わせたヒートシンク等がある。即ち、別々に作製された金属製のベースプレートと金属製の放熱フィンとを組み合わせたヒートシンクは、一方の面に発熱素子が熱的に接続されるベースプレートの他方面に複数の薄板の放熱フィンを半田等によって接合して形成されたヒートシンクである。その他に、複数の溝部を備えたベースプレートの溝部に薄板フィンを挿入して、溝部の周辺部を機械的にカシメて、放熱フィンをベースプレートに接合するヒートシンクがある。

更に、放熱性に優れた部材で一体的に形成された上面部、底面部、および、上面部と底面部を接続する接続部からなる概ねコの字形の部材からなる放熱部がある。この放熱部の底面部には発熱素子等が熱的に接続される。更に、このように形成された放熱部を、例えば爪部、爪受け部によって、複数個並列に接続して、底面部が全体として平らな受熱面を形成するヒートシンクが知られている。

上述したようなヒートシンクと、強制冷却用のファンとを組み合わせて、発熱素子の熱が伝わった放熱フィンの間に冷たい空気を吹き付けて、発熱素子を冷却する方法が広く知られている。

更に、発熱素子と放熱フィンとが離隔して配置されている場合に、発熱素子と放熱フィンとをヒートパイプによって熱的に接続し、発熱素子の熱をヒートパイプによって別の位置に配置された放熱フィンまで移動して、冷却用のファンによって冷却することも知られている。
特開２００５−３８９８５号公報

上述した従来のヒートシンクのうち、フィンを形成する際に、何枚もの小さいフィンを打ち抜いて、各々連結させ、または、他の部材に接合して全体の形状を形成しているものの場合、製造コストが高くなりやすく、また製造のために余剰な部分が多く生じやすいという問題があった。また押し出し成形によるヒートシンクも、製造上の制約から、例えばフィンの厚さを薄くすると製造コストが高くなりやすいという問題があった。
一枚の板材を用いて多数の切り込みを入れて、その部分を切り起こしてヒートシンクを形成する場合は、１枚の板材からヒートシンクを形成できるために製造コストが安くなる等の利点があるが、切り起こして形成するフィンのサイズや数が元の板材のサイズに制約され、放熱面積を増やして高性能なヒートシンクを実現させにくいという問題があった。

従って、この発明の目的は、板材を利用することによって、材料歩留まりが高く、大小さまざまな形状を自在に実現でき、効率的に放熱面積を増大することができる放熱部品を提供することにある。

発明者は従来の問題点を解決するため、鋭意研究を重ねた。その結果、一枚の板材に所定の形状の切込み（例えば、隣接する鈎形の二辺、または、隣接するコの字形の三辺に切り込みを入れる）を入れて、切込みを入れた部分を起こしてフィン部を形成すると、概ねL字形の複数のフィンの列からなるフィン部と、フィン部を連結する連結部が形成されて、一枚の板材から材料歩留まりの高い放熱部品が得られることが判明した。

更に、上述したフィン部およびフィン部を切り起こして形成された開口部を備えた板材を、フィン部が開口部に挿入されるように重ね合わせると、複数枚を積層することができ、表面積を増大して大型の放熱部品を容易に得ることができることが判明した。更に、一枚の板材に切り込みを入れて、切込みを入れた部分を起こすだけで形成されるので、大小さまざまな放熱部品を容易に且つ自在に製造することができることが判明した。

この発明の放熱部品の第１の態様は、一枚の板材に所定形状の切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィンの列からなる少なくとも１つのフィン部と、前記フィンの間を連結する、前記板材の一部である連結部とを備えた放熱部品である。

この発明の放熱部品の第２の態様は、切り込みを入れる前記所定形状が隣接する鈎形の二辺、および／または、隣接するコの字形の三辺からなっており、前記切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィンの列の各々の形状が概ねL字形からなっていることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第３の態様は、前記複数のフィンの列が、前記隣接する鈎形の二辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成されるフィンからなる第１フィン部と、前記隣接するコの字形の三辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成されるフィンからなる第２フィン部からなり、前記連結部が前記第１フィン部と前記第２フィン部を連結することを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第４の態様は、前記連結部が、形成されたフィン部を除く所定の幅を備えた前記板材の帯状部分からなり、前記第１フィン部の各々のフィン、および、前記第２フィン部の各々のフィンが、前記帯状部分の長手方向に沿って、前記帯状部分の両側方の端部にそれぞれ配置されていることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第５の態様は、前記連結部が少なくとも２つの前記帯状部分からなり、ぞれぞれ、最も外側の前記帯状部分の外方の側端部に前記第１フィン部を備え、前記帯状部分の内方の側端部に前記第２フィン部を備えていることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第６の態様は、並列配置された複数の前記第２フィン部の各フィン列が、前記帯状部分において、交互に配置されていることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第７の態様は、前記各々のフィンの頂部分が折り曲げられて上面部を形成していることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第８の態様は、一部の前記切り込みの長さを短くし、残った部分に形成された、発熱部品に固定する固定部を備えていることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第９の態様は、前記一枚の板材から形成された放熱部品の切り込まれた部分を起こして形成されるフィンの間の空間に、別の一枚の板材から形成された放熱部品のフィン部が配置されるように重ね合わせて積層されていることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第１０の態様は、前記一枚の板材と前記別の一枚の板材とが同一材質からなっていることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第１１の態様は、前記一枚の板材と前記別の一枚の板材とが異なる材質からなっていることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱部品の第１２の態様は、前記一枚の板材のフィン部の高さと前記別の一枚の板材のフィン部の高さとが異なっており、前記一枚の板材と前記別の一枚の板材とを重ね合わせたときに概ね同じ高さになることを特徴とする放熱部品である。

この発明の放熱構造の第１の態様は、上述した放熱部品が面状の被冷却部品に沿わせるように配置されていることを特徴とする放熱構造である。

この発明の放熱構造の第２の態様は、前記被冷却部品が、複数のＬＥＤが実装された実装板材であることを特徴とする放熱構造である。

この発明の放熱構造の第３の態様は、前記被冷却部品が、バックライトを備えたディスプレイ装置の反射板であることを特徴とする放熱構造である。

この発明によると、一枚の板材に所定の形状の切込みを入れて、切込みを入れた部分を起こしてフィン部を形成すると、概ねL字形の複数のフィンの列からなるフィン部と、フィン部を連結する連結部が形成されて、一枚の板材から材料歩留まりの高い放熱部品が得られる。更に、フィン部およびフィン部を切り起こして形成された開口部を備えた板材を、フィン部が開口部に挿入されるように重ね合わせると、複数枚を積層することができ、表面積を増大して大型の放熱部品を容易に得ることができる。更に、一枚の板材に切り込みを入れて、切込みを入れた部分を起こすだけで形成されるので、大小さまざまな放熱部品を容易に且つ自在に製造することができる。

この発明の放熱部品を、図面を参照して詳細に説明する。
この発明の放熱部品の１つの態様は、一枚の板材に所定形状の切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィンの列からなる少なくとも１つのフィン部と、フィンの間を連結する、板材の一部である連結部とを備えた放熱部品である。切り込みを入れる所定形状が隣接する鈎形の二辺、および／または、隣接するコの字形の三辺からなっており、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィンの列の各々の形状が概ねL字形からなっている。

図１はこの発明の放熱部品の１つの態様を説明する斜視図である。
この発明の放熱部品は、一枚の板材に所定形状、例えば鈎形、コの字形の切り込みを入れ、切り込まれた部分を垂直に起こして形成される複数のフィンの列と、フィンの間を連結する、板材の一部である連結部とを備えている。即ち、切り込みを入れ、垂直に起こしたフィン以外の部分は、同じ板材の連結部になっている。

具体的に例で示すと、図１に示すように、この発明の１つの態様である放熱部品１は、隣接する鈎形の二辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィン２１の列からなる第１フィン部２と、隣接するコの字形の三辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィン３１の列からなる第２フィン部３と、第１フィン部２と第２フィン部３を連結する連結部４を備えている。

図１に示す態様の放熱部品においては、両方の外側部分に複数のフィン２１の列からなる第１フィン部２が配置され、２つの第１フィン部２の間に複数のフィン３１の列からなる第２フィン部３が配置され、第１フィン部２と第２フィン部３の間にそれぞれ帯状部分の連結部４が配置されている。第１フィン部２の各々のフィンと、第２フィン部の各々のフィンは、帯状部分の長手方向に沿って相互にずれた位置に配置されている。例えば、第２フィン部３の２つのフィン３１、３１の間の開口部３４の概ね中央に第１フィン部２のフィン２１の長軸の延長線がくるように配置され、第１フィン部２の２つのフィン２１、２１の間の開口部２４の概ね中央に第２フィン部３のフィン３１の長軸の延長線がくるように配置される。

図１に示す態様では、最外側に、隣接する鈎形の二辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される第１フィン部を配置し、第１フィン部の間に、隣接するコの字形の三辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される１つの列の第２フィン部を配置しているが、最外側に第１フィン部を配置し、第１フィン部の間に複数列の第２フィン部を配置してもよい。

図２は一枚の板材に切り込みを入れる状態を説明する図である。図３は切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こしてフィンを形成する状態を説明する部分拡大図である。図２および図３を参照して、一枚の板材から放熱部品を作製するプロセスを説明する。

図２示すように、この放熱部品は１枚の板材によって形成されている。例えば銅、アルミニウム等の熱伝導性に優れた薄板材１０に、２種類の切込みを入れる。即ち、板材の外側部分には、隣接する鈎形の二辺ａ、ｂに切り込みを入れる。板材の内側部分には、隣接するコの字形の三辺ｃ、ｄ、ｅに切り込みを入れる。

隣接する鈎形の二辺ａ、ｂに切り込みを入れた第１のフィン部は、点線で示したｆに沿って切り込んだ部分を起こし、隣接するコの字形の三辺ｃ、ｄ、ｅに切り込みを入れた第２のフィン部は、点線で示したｈに沿って切り込んだ部分を起こす。図２に示す切り込みの他に、図示していないが、最外側に、第１フィン部のための隣接する鈎形の二辺に切り込みを入れ、２つの第１フィン部の間に、第２フィン部のための隣接するコの字形の三辺に切り込みを、並列して複数列形成しても良い。

次に、図３に示すように、図２で示した隣接する鈎形の二辺ａ、ｂに切り込みを入れた部分を矢印で示すように垂直に起こす。このようにして形成されたフィン２１は、底面部２２および垂直面部２３からなる概ねL字形の薄板フィンである。底面部の一方の端部は切り込まれていないので、帯状部分の連結部４と一体のままである。このように帯状部分の長手方向に沿って概ねL字形の薄板フィンの列が形成される。これが第１フィン部である。

帯状部分に関して第１フィン部と反対側の、図２で示した隣接するコの字形の三辺ｃ、ｄ、ｅに切り込みを入れた部分を矢印で示すように垂直に起こす。このようにして形成されたフィン３１は、底面部３２および垂直面部３３からなる概ねL字形の薄板フィンである。切り込まれていない底面部３２が２つの帯状部分と一体のままである。このように２つの帯状部分の間に挟まって長手方向に沿って概ねL字形の薄板フィンの列が形成される。これが第２フィン部である。

図３に示すように、一枚の板材に、任意に所定形状の切込みを入れ、切込みを入れた部分を垂直に起こすだけで、容易に複数のフィンの列を形成することができる。フィンの高さ（即ち、垂直面部の高さ）および底面部の幅の大きさは、使用目的に応じて適宜設定することができる。板材の種類、板材の厚さは、所望の強度を考慮して適宜設定することができる。板材は矩形の板材の例を示しているが、矩形に限定されることなく、適宜設定することができる。切り込みの形状も上述した隣接する鈎形の二辺、隣接するコの字形の三辺に限定される必要は無く、適宜設定することができる。

図４は、上述したように作製した放熱部品を２枚重ね合わせて放熱部品を作製する状況を説明する図である。
図４に示すように、２枚の放熱部品１−１、１−２を重ね合わせる。即ち、隣接する鈎形の二辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィン２１−２の列からなる第１フィン部２−２と、隣接するコの字形の三辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィン３１−２の列からなる第２フィン部３−２と、第１フィン部２−２と第２フィン部３−２を連結する連結部４−２を備えている放熱部品１−２を、隣接する鈎形の二辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィン２１−１の列からなる第１フィン部２−１と、隣接するコの字形の三辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィン３１−１の列からなる第２フィン部３−１と、第１フィン部２−１と第２フィン部３−１を連結する連結部４−１を備えている放熱部品１−１の下側から矢印のように、重ね合わせる。

即ち、放熱部品１−２の放熱フィン２１−２の各々が、放熱部品１−１の隣接する放熱フィン２１−１の間の対応する開口部２４−１の概ね中央部に位置し、放熱フィン３１−２の各々が、隣接する放熱フィン３１−１の間の対応する開口部３４−１の概ね中央部に位置するように、２枚の放熱部品１−１、１−２を重ね合わせる。このとき、２枚の放熱部品１−１、１−２のそれぞれの帯状部分である連結部４−１、４−２が重ね合った状態になる。このようにして形成された放熱部品は、放熱フィンの密度が概ね２倍に高くなる。

図５は、２枚の放熱部品１−１、１−２を重ね合わせた状態を説明する部分拡大図である。図５に示すように、同じ形状の２枚の放熱部品１−１、１−２を重ね合わせると、帯状部分の連結部４−１、４−２が重ね合わされる。放熱部品１−１の連結部４−１と同じ面から第１フィン部２−１の放熱フィン２１−１、第２フィン部３−１の放熱フィン３１−１がそれぞれ概ね垂直に起き上がっている。下側に位置する放熱部品１−２の連結部４−２と同じ面から第１フィン部２−２の放熱フィン２１−２、第２フィン部３−２の放熱フィン３１−２がそれぞれ概ね垂直に起き上がっている。

上述したように、放熱部品１−２の放熱フィン２１−２の各々が、放熱部品１−１の隣接する放熱フィン２１−１の間の対応する開口部２４−１の概ね中央部に位置し、放熱フィン３１−２の各々が、隣接する放熱フィン３１−１の間の対応する開口部３４−１の概ね中央部に位置している。２枚の放熱部品１−１、１−２を重ね合わせることによって、放熱フィンの高さが同じ場合には、下側の放熱部品の放熱フィンの高さが、上側の放熱部品の放熱フィンの高さよりも板材の厚さ分だけ低くなっている。従って、２枚の放熱部品１−１、１−２を重ね合わせた状態で、放熱フィンの高さを同じにするためには、下側の放熱部品の放熱フィンの高さを大きくするために、切り込み部分のサイズを調整する。

図６は、この発明の放熱部品の他の１つの態様を説明する斜視図である。この態様においては、放熱フィンのそれぞれの上端部が屈曲されて上面部を形成している。即ち、図２を参照して説明したように、隣接する鈎形の二辺ａ、ｂに切り込みを入れた第１のフィン部２は、点線で示したｆに沿って切り込んだ部分を起こし、更に上端部が折り曲げられて上面部を形成している。このように形成された放熱フィン２１は、底面部２２、垂直面部２３および上面部２５を備えている。同様に、隣接するコの字形の三辺ｃ、ｄ、ｅに切り込みを入れた第２のフィン部３は、点線で示したｈに沿って切り込んだ部分を起こし、更に上端部が折り曲げられて上面部を形成している。このように形成された放熱フィン３１は、底面部３２、垂直面部３３および上面部３５を備えている。
この態様の放熱部品１も、図４および図５を参照して説明したように、２枚以上の放熱部品を重ね合わせることができる。
更に、図６にしめすように、切り込みの長さを短くし、残った部分に形成された、発熱部品に固定する固定部５０を備えてもよい。

上述したように、各種（例えば大型）の１枚の板材に切り込みを入れて、その部分を起こしてフィンを形成し、更に同様にフィンを形成した別の板材と、切り起こして形成したフィン部分が別の板材の空隙の位置に来るようにして積層させることによって、一枚あたりの製造時の材料歩留まりを向上させながら、複数枚の板材を積層させることができる。複数枚を重ねてもよいし、板材と板材の間にヒートパイプを挟んだり、それぞれの板材の材質、厚さが異なってもよい。また、フィンの表面にルーバーやエンボス加工を施して、熱特性を向上させたり、強度を向上させてもよい。更に、黒色塗装やアルマイト塗装など、放射特性の向上を図ったり、ＤＬＣ蒸着などで熱伝導を向上してもよい。

更に、ヒートパイプを挟む際、板材に窪み部を設けて、熱的接続を向上させたり、組み合わせた切り起こし部（フィン部）の位置がそれぞれ揃っていてもよいし、逆に異なっていてもよい。

また上述したように、複数枚を積層させて放熱部品を形成するだけでなく、一枚の板材をＵ字形に曲げ、その対向する部分の切り起こし部（フィン部）が相手方の空隙に位置するように成形する（即ち、Ｕ字形に折り曲げた板材の下側の板材のフィン部を上側と同じ方向に切り起こし、上側の板材の間隙に位置させる）と、積層させたときと同様の効果を発揮することができる。この際、折り曲げた板材の間にヒートパイプを挟むことによって更に性能を向上させることができる。

ヒートパイプを使用する場合には、長いヒートパイプに複数の積層部を同時に熱的に接続することによって、更に大型の放熱部品（ヒートシンク）を形成することができる。

この発明によると、板材を利用することによって、材料歩留まりが高く、大小さまざまな形状を自在に実現でき、効率的に放熱面積を増大することができる放熱部品を提供する。

図１はこの発明の放熱部品の１つの態様を説明する斜視図である。 図２は一枚の板材に切り込みを入れる状態を説明する図である。 図３は切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こしてフィンを形成する状態を説明する部分拡大図である。 図４は、上述したように作製した放熱部品を２枚重ね合わせて放熱部品を作製する状況を説明する図である。 図５は、２枚の放熱部品１−１、１−２を重ね合わせた状態を説明する部分拡大図である。 図６は、この発明の放熱部品の他の１つの態様を説明する斜視図である。

符号の説明

１ 放熱部品
２ 第１フィン部
３ 第２フィン部
４ 連結部
１０ 板材
２１ 放熱フィン
２２ 底面部
２３ 垂直面部
２４、３４ 開口部
３１ 放熱フィン
３２ 底面部
３３ 垂直面部

Claims (15)

1. 一枚の板材に所定形状の切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィンの列からなる少なくとも１つのフィン部と、前記フィンの間を連結する、前記板材の一部である連結部とを備えた放熱部品。
2. 切り込みを入れる前記所定形状が隣接する鈎形の二辺、および／または、隣接するコの字形の三辺からなっており、前記切り込まれた部分を起こして形成される複数のフィンの列の各々の形状が概ねL字形からなっていることを特徴とする、請求項１に記載の放熱部品。
3. 前記複数のフィンの列が、前記隣接する鈎形の二辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成されるフィンからなる第１フィン部と、前記隣接するコの字形の三辺に切り込みを入れ、切り込まれた部分を起こして形成されるフィンからなる第２フィン部からなり、前記連結部が前記第１フィン部と前記第２フィン部を連結することを特徴とする、請求項２に記載の放熱部品。
4. 前記連結部が、形成されたフィン部を除く所定の幅を備えた前記板材の帯状部分からなり、前記第１フィン部の各々のフィン、および、前記第２フィン部の各々のフィンが、前記帯状部分の長手方向に沿って、前記帯状部分の両側方の端部にそれぞれ配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の放熱部品。
5. 前記連結部が少なくとも２つの前記帯状部分からなり、ぞれぞれ、最も外側の前記帯状部分の外方の側端部に前記第１フィン部を備え、前記帯状部分の内方の側端部に前記第２フィン部を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の放熱部品。
6. 並列配置された複数の前記第２フィン部の各フィン列が、前記帯状部分において、交互に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の放熱部品。
7. 前記各々のフィンの頂部分が折り曲げられて上面部を形成していることを特徴とする、請求項１から６の何れか１項に記載の放熱部品。
8. 一部の前記切り込みの長さを短くし、残った部分に形成された、発熱部品に固定する固定部を備えていることを特徴とする、請求項１から７の何れか１項に記載の放熱部品。
9. 前記一枚の板材から形成された放熱部品の切り込まれた部分を起こして形成されるフィンの間の空間に、別の一枚の板材から形成された放熱部品のフィン部が配置されるように重ね合わせて積層されていることを特徴とする、請求項１から８の何れか１項に記載の放熱部品。
10. 前記一枚の板材と前記別の一枚の板材とが同一材質からなっていることを特徴とする、請求項９に記載の放熱部品。
11. 前記一枚の板材と前記別の一枚の板材とが異なる材質からなっていることを特徴とする、請求項９に記載の放熱部品。
12. 前記一枚の板材のフィン部の高さと前記別の一枚の板材のフィン部の高さとが異なっており、前記一枚の板材と前記別の一枚の板材とを重ね合わせたときに概ね同じ高さになることを特徴とする、請求項９から１１の何れか１項に記載の放熱部品。
13. 請求項１から１２の何れか１項に記載の放熱部品が面状の被冷却部品に沿わせるように配置されていることを特徴とする放熱構造。
14. 前記被冷却部品が、複数のＬＥＤが実装された実装板材であることを特徴とする、請求項１３に記載の放熱構造。
15. 前記被冷却部品が、バックライトを備えたディスプレイ装置の反射板であることを特徴とする、請求項１３に記載の放熱構造。

Images