JPH08293572A - ヒートシンク組み立て方法及びヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 熱伝導性が向上したヒートシンク組み立て方
法及びヒートシクを提供する。 【構成】 ベース板１とその上に複数のフィン板材２を
嵌合して組み立てられるヒートシンクの組み立て方法に
おいて、フィン板材２及びベース板１の結合部分に互い
に所定の間隔をおいて配置された複数の突条部１ａ，２
ａを形成し、フィン板材及びベース板の突条部の圧入時
に、フィン板材とベース板の各突条部１ａ，２ａの酸化
面が互いに剥ぎ取られるように嵌合して、剥ぎ取られた
後の新生面同志が互いにほぼ常温圧接による接合状態に
なるように組み立てる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒートシンク組み立て方
法及びヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のパワートランジスタ等の発熱素子
用の強制空冷式ヒートシンクは、押出し技術の制約上い
かに理論上冷却効率はフィンの総面積に影響されるとし
ながらも、ベース板上のフインの間隔とフィン自体の厚
みをその技術に制約されてしまうため、押出し技術のみ
に頼るヒートシンクは、軽量でかつ冷却効率のよい製品
を製造するのは困難であった。

【０００３】この欠点を補うため、押出し技術にロー付
技術を合体させることによりフィン間隔及びその総面積
を増加させることができたが、ロー付け技術は炉を使用
するため大規模な設備投資をしなければならなかった。
また、ロー付けは外観上接合されたかの様に見えても、
接合面はボイドが形成されていたりしており、その接合
は十分なものでなかった、これを補うため、押し出され
たベース材とフインのカシメによる接合などが試みられ
ているが、ベース及びフィンとなる押出し材は切削され
た材料と異なり図面通り精密な寸法をたもつことは困難
であるため生産制約を受けている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
欠点を解消したヒートシンク組み立て方法及びヒートシ
ンクを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るヒートシン
クの組み立て方法は、ベース板とその上に複数のフィン
板材を嵌合して組み立てられるヒートシンクの組み立て
方法において、前記フィン板材及び前記ベース板の結合
部分に互いに所定の間隔をおいて配置された複数の突条
部を形成し、前記フィン板材及び前記ベース板の突条部
部分の圧入時に、前記フィン板材とベース板の各突条部
の酸化面が互いに剥ぎ取られるように嵌合して、剥ぎ取
られた後の新生面同志が互いにほぼ常温圧接による接合
状態になるように組み立てることを特徴とするものであ
る。

【０００６】本発明に係るヒートシンクは、ベース板と
その上に複数のフィン板材を嵌合して組み立てられるヒ
ートシンクにおいて、前記フィン板材及び前記ベース板
の結合部分に互いに所定の間隔をおいて配置された複数
の突条部を形成し、前記フィン板材及び前記ベース板の
各突条部の断面形状は、圧入時に、酸化面が互いに剥ぎ
取られて、剥ぎ取られた後の新生面同志が互いにほぼ常
温圧接による接合状態になる形状とされていることを特
徴とするものである。

【０００７】また、本発明に係るヒートシンクは、上記
構成のヒートシンクにおいて、前記フィン板材の突条部
は第１の位置決め部と第１のカシメ部とからなり、前記
ベース板の突条部は第２の位置決め部と第２のカシメ部
とからなり、前記位置決め部とカシメ部は一方に対して
他方が所定の角度を持っており、前記フィン板材及び前
記ベース板の圧入時に、第１の位置決め部と第２のカシ
メ部、及び第２の位置決め部と第１のカシメ部が、それ
ぞれ酸化面が互いに剥ぎ取られ、剥ぎ取られた後の新生
面同志が互いにほぼ常温圧接による接合状態となり、か
つ前記角度によって生じる応力により位置決め部とカシ
メ部の接合状態がさらに高められるものである。

【０００８】また、本発明に係るヒートシンクは、上記
構成のヒートシンクにおいて、前記フィン板材の突条部
の第１のカシメ部は垂直方向に対して所定の角度を有
し、前記ベース板の突条部の第２のカシメ部は垂直方向
に対して前記第１のカシメ部に対応する角度を有するも
のである。

【０００９】また、本発明に係るヒートシンクは、ベー
ス板とその上に複数のフィン板材を嵌合して組み立てら
れるヒートシンクにおいて、前記フィン板材及びベース
板の一方に所定の間隔をおいて複数の突条部を形成し、
他方に前記突条部に対応する複数の凹条部を形成し、前
記突条部の幅は前記凹条部の幅よりやや大きめとされ、
前記突条部が凹条部に圧入されることにより、その表面
に形成された酸化面が互いに剥ぎ取られて、剥ぎ取られ
た後の新生面同志が互いにほぼ常温圧接による接合状態
になるように構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】また、本発明に係るヒートシンクは、上記
構成のヒートシンクにおいて、前記突条部は垂直な先端
部と垂直方向に対して第１の角度を有する根本部とから
なり、前記凹条部は垂直方向に対して第２の角度を有し
ているものである。また、本発明に係るヒートシンク
は、上記構成のヒートシンクにおいて、第２の角度は第
１の角度より大きくなっているものである。

【００１１】

【作用】フィン板材及び前記ベース板の結合部分に互い
に所定の間隔をおいて配置された複数の突条部を形成
し、前記フィン板材及び前記ベース板の突条部部分の圧
入時に、フィン板材とベース板の各突条部の酸化面が互
いに剥ぎ取られ、剥ぎ取られた後の新生面同志が互いに
ほぼ常温圧接による接合状態になるようにしているの
で、双方の密着性が増加し熱伝導性が向上する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明が適用されるヒートシンク
の一実施例の斜視図、図２はフィン板材とベース板の結
合状態を示す部分図、図３はフィン板材の正面図、図４
はフィン板材及びベース板の嵌合部の拡大図、図５はフ
ィン板材及びベース板の嵌合部の詳細図である。図にお
いて、１は発熱素子（図示しない）を取り付ける面１１
を有するベース板、２はベース板１の発熱素子取付面１
１と対向する面１２に取り付けられ、発熱素子の熱を風
などの接触により冷却させる面を持つフィン板材であ
る。ベース板１及びフィン板材２は、熱伝導の高い材料
例えばアルミ材による押し出し材で構成されている。フ
ィン板材２は、図３に示すように、一端にベース板１に
取り付けるための突条部２ａを有すると共に側板２ｂ１
及び２ｂ２が３つの小室になるように仕切られた放熱フ
ィンを構成し、ヒートシンクの所定の放熱特性を得るた
めに、ベース板１に複数個連結して取り付けられる。

【００１３】各フィン板材２の端部の突条部２ａは、所
定の幅ｗ１を有し、先端側の位置決め部２ａ１と根本側
のカシメ部２ａ２で構成され、位置決め部２ａ１は垂直
方向に延出し、カシメ部２ａ２は垂直方向に対してわず
かな角度θだけ傾けられて形成されている。位置決め部
２ａ１の先端は丸状に形成されている。また、各突条部
２ａ間の間隔ｄに対して幅ｗ１は同一かまたはわずかに
大きめになっている。

【００１４】一方、ベース板１の取付面１２には、フィ
ン板材２の突条部２ａに対応する突条部１ａが形成され
ている。この突条部１ａは、フィン板材２の突条部２ａ
と同様に、所定の幅ｗ１を有し、先端側の位置決め部１
ａ１と根本側のカシメ部１ａ２で構成され、位置決め部
２ａ１は垂直方向に延出し、カシメ部２ａ２は垂直方向
に対してわずかな角度θだけ傾けられて形成されてい
る。位置決め部１ａ１の先端は丸状に形成されている。
また、各突条部１ａは、各突条部２ａ間の間隔と同じ間
隔ｄとなるように配置されており、この間隔ｄに対して
各突条部１ａの幅ｗ１は同一かまたはわずかに大きめに
なっている。

【００１５】ベース板１の位置決め部１ａ１及びフィン
板材２の位置決め部２ａ１は、フィン板材２上方、また
はベース１面からの力を確実にフィン板材とベース板の
締結に変換するため、フィン板材２をベース板１に嵌合
する際の直角度を保つ役割を行なう。

【００１６】次に、上記構成のヒートシンクの組み立て
方法について説明する。組み立て前において、アルミ押
し出し材からなるフィン板材２の表面及びベース板１の
表面は酸化されてある程度の厚さの酸化膜が形成されて
いる。組み立て時、例えば汎用油圧プレス等と簡単な治
具とを併用することにより、各フィン板材２の端部の突
条部２ａ部分をベース板１の各突条部１ａ部分に短時間
に数十トンの圧力を加えて圧入する。

【００１７】フィン板材２をベース板１に圧入する際、
各突条部１ａ及び２ａ間の間隔ｄは、上記のように寸法
交差上各突条部１ａ及び２ａの幅ｗ１と同じまたはやや
小さめに作られており、かつ位置決め部１ａ１及び２ａ
１の先端は丸状に形成されているため、フィン板材２上
方から大きな押圧力を加えると、フィン板材２の各突条
部２ａの位置決め部２ａ１がまずベース板１の各突条部
１ａの位置決め部１ａ１間の隙間に入り込み、次いでカ
シメ部１ａ２間の隙間に入り込む。この時、カシメ部１
ａ２は垂直方向に対してわずかな角度θだけ傾けられて
形成されているので、それらの間に入り込んだフィン板
材２の突条部２ａの位置決め部２ａ１は、カシメ部１ａ
２の傾きに合せて角度が変化しながらカシメ部１ａ２間
に嵌合する。

【００１８】また、同様に、ベース板１の各突条部１ａ
の位置決め部１ａ１がまずフィン板材２の各突条部２ａ
の位置決め部２ａ１間の隙間に入り込み、次いでカシメ
部２ａ２間の隙間に入り込む。この時、カシメ部２ａ２
は垂直方向に対してわずかな角度θだけ傾けられて形成
されているので、それらの間に入り込んだベース板１の
突条部１ａの位置決め部１ａ１は、カシメ部２ａ２の傾
きに合せて角度が変化しながらカシメ部２ａ２間に嵌合
する。この時、突条部１ａ及び２ａの幅ｗ１は、それら
の間の間隔ｄと同じかまたは大きめに形成されているの
で、突条部１ａ及び２ａの外表面同志の間に「カジリ」
と呼ばれる作用が生じる。

【００１９】すなわち、フィン板材２の突条部２ａの外
表面とベース板１の突条部１ａの外表面が接触してそれ
らの間に摩擦力を生じ、この摩擦力のため、突条部１ａ
及び２ａの外表面上に形成されている酸化膜が互いに剥
ぎ取られ、外表面は新生面が露出して部分的に常温圧接
に近い状態となり、突条部１ａ及び２ａの位置決め部１
ａ１とカシメ部２ａ２、及び位置決め部２ａ１とカシメ
部１ａ２は互いに非常に密着した接合状態となる。した
がって、突条部１ａ及び２ａの密着接合により、フィン
板材２とベース板１の間の熱伝導性及び通電性が非常に
良くなる。また、双方の接合部分は、圧入のために垂直
方向に加えられた圧力でその接触面水平方向に応力を生
じ締結をより確実なものにする。

【００２０】また、位置決め部１ａ１及び２ａは、圧入
の際、カシメ部２ａ２及び１ａ２の角度θにより、これ
らの部分において垂直方向に対し強制的に曲げられるの
で、ベース板１とフィン板材２の締結をより確実なもの
にする。発熱素子から発生した熱は、ベース板１から上
記のように接合されたフィン板材２とベース板１の接合
面を介してフィン板材２に送られ、フィン板材２は、ヒ
ートシンクに取りつけられたファン（図示しない）の風
によりベース板１から伝わる熱を奪いさる働きを行な
う。

【００２１】なお、フィン板材２とベース板１のカジリ
作用による接合が上記に説明した通りであれば問題はな
いが、フィン板材２とベース板１が押出し材の場合、切
削材と異なり押出し時における歪みなどがあるので、フ
ィン板材２とベース板１のカジリ作用による接合が安定
して構成されないことがある。この場合は、フィン板材
２及びベース板１の接合部分先端の強制的に曲げられる
部分（すなわち位置決め部１ａ１及び２ａ１）が元に戻
ろうとするスプリングバック力が発生して、フィン板材
固定部分と違った応力を起こすので、これがフィン板材
２のベース板１への固定力（フィン板材２とベース板１
の接合力＝熱伝導性）となる。つまり、この部分は、生
産品の寸法のバラツキによるヒートシンク性能のばらつ
きをカバーする役割をなす。また、突条部の外表面に生
じた酸化面が厚くて十分なカジリの状態に移行できない
場合においても、加えられる圧力により生じる接合面の
応力が熱伝導を向上させることができる。

【００２２】また、フィン板材２とベース板１は、圧入
時の突条部部分でのカジリ作用によって部分的な常温圧
接による接合状態となるが、圧入前にワイヤブラシ等を
用いて予め接合部分すなわち突条部の外表面の酸化膜を
除去する前工程を実施しても良い。すなわち、本発明
は、カジリ作用によって突条部の外表面の酸化膜が剥ぎ
取られるので、本来、前記の前工程は不要となり組み立
て工程の簡略化、コストの低減となる効果があるのだ
が、カジリ作用による酸化膜の剥ぎ取りが不十分な場合
などにおいて前記の前工程を実施することもできる。ま
た、上記の例では、突条部の位置決め部の先端は丸状に
形成されているが、これに限らず先細のクサビ状その他
の適宜な形状とすることができる。

【００２３】次に、図６は、本発明が適用されるヒート
シンクのフィン板材及びベース板の嵌合部の変形例を示
す。各フィン板材２の端部の突条部２０ａは、所定の幅
ｄ１を有し、先端部２０ａ１と根本部２０ａ２で構成さ
れ、根本部２０ａ２は垂直方向に延出し、先端部２０ａ
１は垂直方向に対してわずかな角度θ１だけ傾けられて
形成されている。先端部２０ａ１の先端は丸状に形成さ
れている。一方、ベース板１の取付面１２には、フィン
板材２の突条部２０ａに対応する凹条部１０ａが形成さ
れている。この凹条部１０ａは、フィン板材２の突条部
２０ａの幅ｄ１よりわずかに小さい幅ｄ２を有し、取付
面１２に垂直な方向に対して、角度θ２だけ傾いてスト
レートに形成されている。角度θ２は角度θ１より大き
く設定されている。凹条部１０ａの深さは突条部２０ａ
の長さに対応しており、凹条部１０ａの底は突条部２０
ａの先端の形状に合せてある。

【００２４】組み立て時、例えば汎用油圧プレス等と簡
単な治具とを併用することにより、各フィン板材２の突
条部２０ａ部分をベース板１の凹突条部１０ａ部分に短
時間に数十トンの圧力を加えて圧入する。フィン板材２
をベース板１に圧入する際、フィン板材２の突条部２０
ａの幅ｄ１は、上記のようにベース板１の凹条部１０ａ
の幅ｄ２よりやや大きめに作られており、かつ突条部２
０ａの先端部２０ａ１の先端は丸状に形成されているた
め、フィン板材２上方から大きな押圧力を加えると、フ
ィン板材２の各突条部２０ａの先端部２０ａ１がベース
板１の各凹条部１０ａに入り込む。この時、凹条部１０
ａは垂直方向に対して角度θ２だけ傾けられて形成され
ているので、入り込んだフィン板材２の突条部２ａの先
端部２０ａ１及び根本部２０ａ２は、凹条部１０ａの傾
きθ２に合せて角度が変化しながら嵌合する。

【００２５】この時、突条部２０ａの幅ｄ１は、凹条部
の幅ｄ２より大きめに形成されているので、突条部２０
ａの外表面と凹条部１０ａの内表面の間に「カジリ」と
呼ばれる作用が生じる。すなわち、フィン板材２の突条
部２０ａの外表面とベース板１の凹条部１０ａの内表面
が接触してそれらの間に摩擦力を生じ、この摩擦力のた
め、突条部２ａの外表面上及び凹条部１０ａの内表面上
に形成されている酸化膜が互いに剥ぎ取られ、外表面及
び内表面は新生面が露出して互いに部分的に常温圧接に
近い状態となり非常に密着した接合状態となる。したが
って、突条部２０ａと凹条部１０ａの密着接合により、
フィン板材２とベース板１の間の熱伝導性及び通電性が
非常に良くなる。

【００２６】また、双方の接合部分は、圧入のために垂
直方向に加えられた圧力でその接触面水平方向に応力を
生じ締結をより確実なものにする。また、フィン板材２
の突条部２０ａの先端部２０ａ１は、圧入の際、ベース
板１の凹条部１０ａの角度θ２により、これらの部分に
おいて垂直方向に対し強制的に曲げられるので、ベース
板１とフィン板材２の締結をより確実なものにする。す
なわち、フィン板材２及びベース板１の接合部分先端の
強制的に曲げられる部分（すなわち先端部２０ａ１及び
根本部２０ａ２）が元に戻ろうとするスプリングバック
力が発生して、フィン板材基部と違った応力を起こすの
で、これがフィン板材２のベース板１への接合状態を高
める。したがって、突条部の外表面及び凹条部の内表面
に生じた酸化面が厚くて十分なカジリの状態に移行でき
ない場合においても、加えられる圧力により生じる接合
面の上記応力が熱伝導を向上させることができる。

【００２７】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限らず、種々の変形を行なう
ことができる。例えば、図４において、フィン板材２及
びベース板１のうちの一方の突条部の位置決め部とカシ
メ部を両方とも垂直方向に延出させて形成し、突条部を
角度θを持たないストレート形状にしても良い。また、
図６において、フィン板材２側に突条部を形成すると共
にベース板材側に凹条部を形成したが、反対にフィン板
材２側に凹条部を形成すると共にベース板材側に突条部
を形成することもできる。また、突条部及び凹条部の形
状及び個数は、圧入時に加えられる圧力の大きさに応じ
て適宜変更することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によるヒートシンクの組み立て方
法によれば、ロー付け用の設備や、カシメを行う高価な
専用機械を必要とせず、汎用油圧プレス等と簡単な治具
とを併用することで、容易に製造できる。

【００２９】また、本発明によるヒートシンクによれ
ば、ベース板とフィン板材部分の接合面を嵌合の際に互
いに強く擦り合わせ、その酸化面を剥取ることにより互
いの新生面がカジリによる接合状態にし、その熱伝導性
を高めることができる。

【００３０】また、押出し技術及び熱処理工程をも考慮
し、酸化面が厚くて十分に新生面を構成できない場合、
また押出し精度が多少変化した場合などの多様な状況変
化においても、フィン板材とベース板の締結をより確実
なものとすることはできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるヒートシンクの一実施例の
斜視図。

【図２】フィン板材とベース板の結合状態を示す部分
図。

【図３】フィン板材の正面図。

【図４】フィン板材及びベース板の突条部の拡大図。

【図５】（Ａ）はフィン板材の突条部の詳細図、（Ｂ）
はベース板の突条部の詳細図。

【図６】フィン板材及びベース板の嵌合部の変形例。

【符号の説明】

１ ベース板 １ａ 突条部 １ａ１ 位置決め部 １ａ２ カシメ部 ２ フィン板材 ２ａ 突条部 ２ａ１ 位置決め部 ２ａ２ カシメ部 １０ａ 凹条部 ２０ａ 突条部 ２０ａ１ 先端部 ２０ａ２ 根本部

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【手続補正書】

【提出日】平成７年９月４日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】 フィン板材及びベース板の嵌合部の詳細図で
ある。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース板とその上に複数のフィン板材を
   嵌合して組み立てられるヒートシンクの組み立て方法に
   おいて、前記フィン板材及び前記ベース板の結合部分に
   互いに所定の間隔をおいて配置された複数の突条部を形
   成し、前記フィン板材及び前記ベース板の突条部部分の
   圧入時に、前記フィン板材とベース板の各突条部の酸化
   面が互いに剥ぎ取られるように嵌合して、剥ぎ取られた
   後の新生面同志が互いにほぼ常温圧接による接合状態に
   なるように組み立てることを特徴とするヒートシンクの
   組み立て方法。
2. 【請求項２】 ベース板とその上に複数のフィン板材を
   嵌合して組み立てられるヒートシンクにおいて、前記フ
   ィン板材及び前記ベース板の結合部分に互いに所定の間
   隔をおいて配置された複数の突条部を形成し、前記フィ
   ン板材及び前記ベース板の各突条部の断面形状は、圧入
   時に、酸化面が互いに剥ぎ取られて、剥ぎ取られた後の
   新生面同志が互いにほぼ常温圧接による接合状態になる
   形状とされていることを特徴とするヒートシンク。
3. 【請求項３】 請求項２記載のヒートシンクにおいて、
   前記フィン板材の突条部は第１の位置決め部と第１のカ
   シメ部とからなり、前記ベース板の突条部は第２の位置
   決め部と第２のカシメ部とからなり、前記位置決め部と
   カシメ部は一方に対して他方が所定の角度を持ってお
   り、前記フィン板材及び前記ベース板の圧入時に、第１
   の位置決め部と第２のカシメ部、及び第２の位置決め部
   と第１のカシメ部が、それぞれ酸化面が互いに剥ぎ取ら
   れ、剥ぎ取られた後の新生面同志が互いにほぼ常温圧接
   による接合状態となり、かつ前記角度によって生じる応
   力により位置決め部とカシメ部の接合状態がさらに高め
   られるヒートシンク。
4. 【請求項４】 請求項３記載のヒートシンクにおいて、
   前記フィン板材の突条部の第１のカシメ部は垂直方向に
   対して所定の角度を有し、前記ベース板の突条部の第２
   のカシメ部は垂直方向に対して前記第１のカシメ部に対
   応する角度を有するヒートシンク。
5. 【請求項５】 ベース板とその上に複数のフィン板材を
   嵌合して組み立てられるヒートシンクにおいて、前記フ
   ィン板材及びべース板の一方に所定の間隔をおいて複数
   の突条部を形成し、他方に前記突条部に対応する複数の
   凹条部を形成し、前記突条部の幅は前記凹条部の幅より
   やや大きめとされ、前記突条部が凹条部に圧入されるこ
   とにより、その表面に形成された酸化面が互いに剥ぎ取
   られて、剥ぎ取られた後の新生面同志が互いにほぼ常温
   圧接による接合状態になるように構成されていることを
   特徴とするヒートシンク。
6. 【請求項６】 請求項５記載のヒートシンクにおいて、
   前記突条部は垂直な先端部と垂直方向に対して第１の角
   度を有する根本部とからなり、前記凹条部は垂直方向に
   対して第２の角度を有しているヒートシンク。
7. 【請求項７】 請求項６記載のヒートシンクにおいて、
   第２の角度は第１の角度より大きくなっているヒートシ
   ンク。