JP5341549B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、平板状の多孔プレートを積層してコアを形成したヒートシンクに関する。

本出願人は、既に下記特許文献の発明を提案している。
このヒートシンクのコアは、外周に枠部を有し、その枠部の長手方向の両端部を除き、各枠部から斜め方向に多数のスリットを形成してコアプレートとし、その多数のコアプレートを重ね合わせ、隣接する各コアプレートのスリットどうしが互いに交差するように配置したものである。そして、その積層方向の上下両端に蓋用のプレートを配置し、互いに接触する各プレート間を一体にろう付け固定したものである。

特開２００７−３２７７３２号公報

上記特許文献１に記載したヒートシンクのコアは、構造が簡単であるがそのシール部が多数存在するため、液漏れを起すおそれがある。さらに、各プレート自体にタンク部を設ける必要があり、金型の構造が複雑となると共に、多くの材料を必要とする欠点がある。
そこで本発明は、係る欠点を解決することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、それぞれ金属板の打ち抜き成形により、多孔に形成されてなる平板状の第１プレート(1) と、第２プレート(2)との積層体からなり、隣接する両プレート(1)(2)の各孔(1c)(2c)が平面的に位置ずれしてなるコア(4)と、
互いに外周が整合して液密にろう付け固定され、少なくとも一方が凹陥して皿状に形成され且つ一対のタンク部(10a)を有する第１ケーシング部材(7a)と第２ケーシング部材(7b)との接合体よりなり、両タンク部(10a)(10a)を除いて、両ケーシング部材(7a)(7b)内に前記コア(4)が接触して収納されるケーシング(7)と、
を具備し、前記コア(4)を構成する各プレート(1)(2)間が一体にろう付けされると共に、そのコア(4)と前記ケーシング(7)との間が一体にろう付け固定され、
前記タンク部(10a)を介して前記ケーシング(7)の内部に冷却液(11)が供給されて、前記コア(4)の各プレート(1)(2)の各孔(1c)(2c)内を流通すると共に、ケーシング(7)の外面に被冷却用の素子(12)が取り付けられ、
前記ケーシング(7)の外面に、被冷却用の素子(12)が固定され、そのケーシング(7)を介して素子(12)の直下に前記コア(4)が配置され、
前記コア(4)の各プレート(1)(2)は、冷却液(11)の流れ方向に直交する方向に互いに平行に並列されると共に、それぞれ冷却液の流れ方向に位置された細長い多数の縦部材(1a)(2a)と、隣り合う縦部材間を斜めに接続する斜め部材(1b)(2b)とが一体に形成され、
各プレート(1)(2)は、それぞれの各縦部材(1a)(2a)が整合して完全に重なり、それにより各縦部材(1a)(2a)が積層方向に連続した壁を形成して一体に接合され、その壁の積層方向の両端面が両ケーシング部材(7a)(7b)に接合され、
各プレート(1)(2)の夫々の斜め部材(1b)(2b)は前記流れ方向に互いに離間して配置されると共に、その向きが互いに逆向きの対称または、非対称に配置されたことを特徴とするヒートシンクである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記ケーシング(7)の一端部と他端部に冷却液(11)の一対の出入口(9)が開口され、その一対の出入口(9)間に複数の前記コア(4)が断続して配置され、隣接するコア間の空間(13)の位置で、そのケーシング(7)に内面側に突出するディンプルまたはビートからなる凸部(14)が形成され、その凸部(14)に各コア(4)の端が位置決めされたヒートシンクである。

請求項３に記載の本発明は、請求項２において、
前記ケーシング(7)の一部に内面側に段付きに突出された台形部(15)を有し、その台形部(15)に他より厚みの薄いコア(4)が接触固定され、その外面側に他より発熱量の小なる被冷却用の素子(12)が固定されるヒートシンクである。
請求項４に記載の本発明は、請求項１において、
前記ケーシング(7)が平面円形に形成されると共に、前記コア(4)の平面が円弧状に形成されたヒートシンクである。

請求項５に記載の本発明は、請求項１において、
前記コア(4)の前記第１プレート(1)および第２プレート(2)の各縦部材(1a)(2a)に互いに整合するピン孔(16)，ピン(17)が形成され、そのピン孔(16)にピン(17)が挿通されて、両プレート(1)(2) 間が位置決めされたヒートシンクである。
請求項６に記載の本発明は、請求項１において、
積層方向の端のプレートを除き、各プレート(1)(2)の各縦部材(1a)(2a)の側面に互いに整合する欠切部(18)が形成され、前記積層方向の端のプレートの隅に位置する前記縦部材の一部が折り曲げられて、その折り曲げ部(19)が各プレートの前記欠切部(18)に嵌着されたヒートシンクである。

本発明のヒートシンクは、そのコア４が多孔に形成された平板状の第１プレート１と第２プレート２との積層体からなり、それが一対のタンク部10aを有するケーシング７内に収納されて一体にろう付け固定されたものであるから、ヒートシンク内の冷却水の漏れ部分が極めて少なく信頼性の高いものとなる。それと共に、構成が簡単で製造し易く低コストのヒートシンクを提供できる。さらに、コア４自体にタンク部を形成する必要がなくなり、その分、使用材料の低減を図ることができる。

さらに、ケーシング７の外面に固定される被冷却用の素子12の直下にコア４を配置したので、素子12の冷却性能を向上し得る。
また、コア４の第１プレート１，第２プレート２を細長い多数の縦部材1a，2aと、各縦部材間を接続する斜め部材1b，2bとで一体に形成し、
各プレート(1)(2)は、それぞれの各縦部材(1a)(2a)が整合して完全に重なり、それにより各縦部材(1a)(2a)が積層方向に連続した壁を形成して一体に接合され、その壁の積層方向の両端面が両ケーシング部材(7a)(7b)に接合され、
各プレート(1)(2)の夫々の斜め部材(1b)(2b)は前記流れ方向に互いに離間して配置されると共に、その向きが互いに逆向きの対称または、非対称に配置されたので、各縦部材間の流路６を流通する冷却液を上下方向に蛇行させると共に水平方向にも蛇行させ、その結果、冷却液を螺旋状に流通させることができる。それにより、冷却水を円滑に攪拌し熱交換性能を向上させることができる。
さらに、各縦部材(1a)(2a)が積層方向に連続した壁を形成して一体に接合され、その壁の積層方向の両端面が両ケーシング部材(7a)(7b)に接合されたので、ケーシング部材(7a)(7b)および各壁を介して被冷却用の素子の発熱を効果的に伝熱して、熱交換性能を向上させることができる。
上記構成において、請求項２に記載のように、ケーシング７に複数のコア４を断続して配置し、その各コア４間の空間13の位置でケーシング７の内面側に凸部14を形成して、コア４の位置決めをした場合には、ケーシング７の剛性が向上し耐圧性の高いものとなる。それと共に、複数のコア４の位置決めが容易となるヒートシンクを提供できる。

上記構成において、請求項３に記載のように、コア４の一部内面側に段付きの台形部15を形成し、そこに他より厚みの薄いコア４を接触固定し、その外面側に他より発熱量の小なる被冷却用の素子12を固定した場合には、各素子に最適な冷却性能を発揮させるヒートシンクとなる。
上記構成において、請求項４に記載のように、ケーシング７を平面円形に形成すると共に、コア４の平面を円弧状に形成した場合には、コンパクトで取り扱い易く、体裁の良いヒートシンクとなる。

上記構成において、請求項５に記載のように、コア４の第１プレート１，第２プレート２の各縦部材1a，2aに互いに整合するピン孔16，ピン17を形成し、そのピン孔16にピン17を挿通した場合には、コア４の組立て時における第１プレート１，第２プレート２の位置決めを容易に且つ確実に行うことができる。
上記構成において、請求項６に記載のように、積層方向の端のプレートの隅の一部を折り曲げ、その折り曲げ部19を各プレートの欠切部18に嵌着した場合には、コア４の組立て時における第１プレート１，第２プレート２の位置決めを容易に行うことができる。

本発明のヒートシンクの分解斜視図。 同ヒートシンクの横断面略図。 同ヒートシンクに内装されるコア４を構成する第１プレート１の平面図。 同第２プレート２の平面図。

同コア４の平面図。 同コア４の斜視略図。 同ヒートシンク内における冷却液11の流れ状態を示す縦断面説明図。 同流れ状態の平面的説明図。

同コア４の斜め部材1b，2bの各位置における流路断面積の減少割合の関係を％で示した説明図。 本発明のヒートシンクの第２の実施の形態を示す縦断面説明図およびその隅部斜視図。 同ヒートシンクに内装されるコア群の平面略図。 本発明のヒートシンクの他の例を示す縦断面図。

本発明のヒートシンクのさらに他の例を示す分解斜視図。 同ヒートシンクのコアの一部分解斜視図。 本発明のヒートシンクに内装される他のコア４の要部斜視図。 本発明のヒートシンクのさらに他の例を示す分解斜視図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は一対のコア４を内装したヒートシンクの分解斜視図、図２は同横断面図である。
図３は本発明のコア４を構成する第１プレート１の平面図、図４は同第２プレート２の平面図、図５は両プレート１，２を積層したコア４の平面図、図６はその斜視図である。
このコア４は、第１プレート１と第２プレート２とを交互に積層したものである。第１プレート１，第２プレート２は夫々アルミニューム等の金属板の打ち抜き加工により形成されたものであり、両プレートには幅方向に多数の直線状の縦部材1a，2aが定間隔に並列されている。そして隣り合う縦部材1a間及び2a間を、斜めに斜め部材1b，2bによって一体に接続する。

第１プレート１，第２プレート２が積層されたとき、図５に示す如く、第１プレート１の縦部材1aと第２プレート２の縦部材2aとは整合して重なり合い、第１プレート１の斜め部材1bと第２プレート２の斜め部材2bとは、その長手方向に互いに離間して配置されると共に、第１プレート１の斜め部材1bの向きθと、第２プレート２の斜め部材2bの向き−θは逆向きの対称に形成されている。
なお、第２プレート２の斜め部材2bの位置は、第１プレート１の長手方向に隣り合う斜め部材1bの中間に存在する。

このように第１プレート１，第２プレート２が積層されたコア４は、図１及び図２に示す如く、ケーシング７の内部に収納される。この例では、ケーシング７は皿状の第１ケーシング部材7aと平板状の第２ケーシング部材7bとからなる。第１ケーシング部材7aは外周及び中間部が立ち上げられ、それらの間に一対の溝部10が形成され、一対の溝部10の端部間は連通し、そこに両コア４共通の一対のタンク部10aを設けている。そして第２ケーシング部材7bには、その長手方向両端に冷却液の出入口９が形成され、それが前記タンク部10aに連通している。なお、上記実施例において、第２ケーシング部材7bを皿状に形成してもよい。

コア４は、その積層方向である上下両面が第１ケーシング部材7a，第２ケーシング部材7bに接触し、全体が一体的にろう付け固定されている。即ち、第１プレート１と第２プレート２との間及びそれらとケーシング７内面との間が一体にろう付け固定される。そして、ケーシング７の一方の出入口９から冷却液が内部に導かれ、それが一対のコア４を流通して他方の出入口９から流出する。
なお、ケーシング７の外面にはパワーモジュール等の被冷却用の素子12が取り付けられ、その発熱がコア４を介して冷却液に吸収させるものである。このとき冷却液は、図５においてその長手方向に流通する。その冷却液11は、各第１プレート１，第２プレート２の隣り合う縦部材1aどうし及び、2aどうしの間の流路６を流通する。

その冷却液11の流通の状態を図７及び図８に示す。図７はその要部縦断面図であり、図８はその要部平面図である。
図８において、隣り合う縦部材1a，2aどうしの間を流通する冷却液11は、斜め部材1b，2bの位置において、それらの存在により、図７の如く上下方向に蛇行すると共に、図８の如く平面方向にも蛇行する。これは斜め部材1b，2bが流路６に対して斜めに逆対称または、非対称に配置されているためである。その結果、冷却液11は平面的に蛇行すると共に、上下方向に蛇行し、結果として流路６内を螺旋状に流通するものである。
このとき流路６の横断面積は、斜め部材1b，2bの位置において、その上流側から中間部に次第に減少し、中間部から下流側に次第に増加する。

これを流路に沿って逆対称の斜め部材配置について表現すると、図９の通りとなる。同図において、ｍはコア４の要部平面図であり、ｎはその流路断面積の変化を％で表したものである。これは、斜め部材1b、2bの存在しない位置における流路６の横断面を１００％とし、それらが存在する場所での各流路断面の変化を表したものである。同図から明らかなように斜め部材1b，2bにおいて、その流路断面は下流側に次第に減少し、中間で一定となった後に次第に増加する。このことは流路６の急激な増減を避け、徐々の減少及び徐々の増加によって冷却液11の流通に伴う圧力損失を可及的に小さくしつつ、その攪拌効果を増大させるものである。

なお、前記第１の実施例では、第１プレート１と第２プレート２とが交互に積層されたが、それに代えて、第１プレート１と第２プレート２との間に図示しないスペーサを介装してもよい。その場合のスペーサは、第１プレート１の縦部材1aと第２プレート２の縦部材2aの位置のみに介装され、それらが一体的にろう付け固定される。そのスペーサの存在により、冷却液11の流通に伴う流路抵抗をさらに減少させることができる。

次に、図１０（Ａ）は本発明の第２の実施の形態を示すヒートシンクの縦断面図であり、図１１はそのヒートシンクに内装されるコアの平面図である。この例は、所定長さのコア４を断続的に直列方向に配置したものである。このようにコア４を所定長さのブロックとして複数用いることにより、その接続数の増減によって適宜容量のヒートシンクを容易に製造することができる。

このヒートシンクのケーシング７の第２ケーシング部材7bは、その長手方向の中間の内面側に段付きに突設された台形部15を有する。そしてこの台形部15上にそれ以外の部分より厚みの薄いコア４が接触固定され、その台形部15に対向する第１ケーシング部材7aの外面側位置に他より発熱量の小なる被冷却用の素子12が固定されるものである。そして、台形部15以外の位置には厚みの厚いコア４が接触固定され、それに対向する第１ケーシング部材7aの位置に発熱量の大なる被冷却用の素子12が固定されたものである。このように構成することにより、各容量の素子12に合わせて最適な冷却を行うことができる。

また、この例では第２ケーシング部材7bの外周縁は立ち上げられると共に、（Ｂ）に示す如くスリット20が適宜間隔で形成され、そのスリット20の上方をかしめて、かしめ部21を形成することにより、第１ケーシング部材7aと第２ケーシング部材7bとを位置決め固定し、その状態で全体を一体にろう付け固定することができるものである。そして冷却液11が一方の出入口９からタンク部10a内に流入し、各コア４を順に流通して他方の出入口９からそれが流出する。そして、夫々の素子12の発熱を冷却液11により吸収するものである。

次に、図１２は本発明の第３の実施の形態を示すヒートシンクの縦断面図であり、この例はケーシング７の一端部と他端部に冷却液11の一対の出入口９が開口され、その一対の出入口９間に複数のコア４が断続して配置されている。そして隣接するコア４間に空間13が設けられ、その位置で第１ケーシング部材7aにはその内面側に突出する凸条からなる凸部14が形成され、その凸部14に各コア４の端が位置決めされたものである。このように構成することにより、各コア４の位置決めを同時に行うことができる。なお、各コアの構造は図５，図６のものと同一にすることができる。

次に、図１３，図１４は本発明の第４の実施の形態を示し、図１３はそのヒートシンクの分解斜視図であり、図１４はそのコア４の一部分解斜視略図である。
このコア４を構成する第１プレート１，第２プレート２は、夫々の縦部材1a，2aが平面視、定ピッチで波形に曲折されている。そして隣り合う縦部材1a，2aどうしを、斜め部材1b，2bによって一体に接続したものである。この例でも、第１プレート１，第２プレート２の縦部材1a，2aどうしは図１４の如く互いに整合する。そして第１プレート１の斜め部材1bと、第２プレート２の斜め部材2bは流路６の流れ方向に互いに離間して配置されている。この例では、縦部材1a，2aが蛇行状に形成されているため、その蛇行された流路６に対し斜め部材1b，2bは、その蛇行流れに対しそれぞれ傾斜し且つ、両斜め部材1b，2bはその蛇行流れに対して互いに向きが逆向きに形成されている。

さらに、このコア４の第１プレート１，第２プレート２の各縦部材1a，縦部材2aには互いに整合する複数の位置にピン孔16，ピン17が形成され、夫々のピン孔16にピン17が挿通されて両第１プレート１，第２プレート２間が位置決めされるものである。そして、各プレート１，２を積層したコア４の両側は波形に形成されており、それに合わせて第１ケーシング部材7aの外周面が波形に形成されている。そしてコア４が第１ケーシング部材7aと第２ケーシング部材7bとの間に配置され、各部品間が一体にろう付け固定されるものである。

次に、図１５はコア４の第１プレート１と第２プレート２との位置決めの他の例であり、この例は積層方向最上段に位置する第１プレート１の四隅部において、縦部材1aにスリット20を形成すると共に、他の第１プレート１，第２プレート２には互いに整合する欠切部18を形成しておく。そして、最上段の第１プレート１の各スリット20の外側を折り曲げて折り曲げ部19を形成し、その折り曲げ部19を欠切部18に挿入したものである。これにより各プレート間を容易に位置決めすることができる。

次に、図１６は本発明のヒートシンクのさらに他の例の分解斜視図であり、この例のケーシング７は平面円形に形成され、その内部に挿入されるコア４は平面が円弧状に形成されたものである。即ち、第１ケーシング部材7aは円形の鍔付き皿状に形成され、第２ケーシング部材7bは平板でその中心に円形凸部22が一体に突出形成されている。そして、円形凸部22を挟んでその直径線上に一対の出入口９が設けられたものである。

また、コア４は一対の出入口９を除く位置に略整合するように、それぞれ弧状に形成されている。この例のコア４はそれを構成する第１プレート１，第２プレート２の各縦部材1a，2aが図３，図４において直線状に形成される代わりに円弧状に形成されたものである。そして冷却水を一方の出入口９から一対のコア４を互いに逆向きに弧状に流通させ、他方の出入口９にそれが流出するものである。この例においても、コア４を構成する第１プレート１，第２プレート２の各接触部間及びコア４とケーシング７の内面との間が一体にろう付け固定されると共に、第１ケーシング部材7aの外周に設けたフランジ部分と第２ケーシング部材7bの外周縁とが液密にろう付け固定されるものである。

１ 第１プレート
1a 縦部材
1b 斜め部材
1c 孔
２ 第２プレート
2a 縦部材
2b 斜め部材
2c 孔

４ コア
６ 流路
７ ケーシング
7a 第１ケーシング部材
7b 第２ケーシング部材
９ 出入口
10 溝部
10a タンク部

11 冷却液
12 素子
13 空間
14 凸部
15 台形部
16 ピン孔
17 ピン

18 欠切部
19 折り曲げ部
20 スリット
21 かしめ部
22 円形凸部

Claims (6)

1. それぞれ金属板の打ち抜き成形により、多孔に形成されてなる平板状の第１プレート(1) と、第２プレート(2)との積層体からなり、隣接する両プレート(1)(2)の各孔(1c)(2c)が平面的に位置ずれしてなるコア(4)と、
   互いに外周が整合して液密にろう付け固定され、少なくとも一方が凹陥して皿状に形成され且つ一対のタンク部(10a)を有する第１ケーシング部材(7a)と第２ケーシング部材(7b)との接合体よりなり、両タンク部(10a)(10a)を除いて、両ケーシング部材(7a)(7b)内に前記コア(4)が接触して収納されるケーシング(7)と、
   を具備し、前記コア(4)を構成する各プレート(1)(2)間が一体にろう付けされると共に、そのコア(4)と前記ケーシング(7)との間が一体にろう付け固定され、
   前記タンク部(10a)を介して前記ケーシング(7)の内部に冷却液(11)が供給されて、前記コア(4)の各プレート(1)(2)の各孔(1c)(2c)内を流通すると共に、ケーシング(7)の外面に被冷却用の素子(12)が取り付けられ、
   前記ケーシング(7)の外面に、被冷却用の素子(12)が固定され、そのケーシング(7)を介して素子(12)の直下に前記コア(4)が配置され、
   前記コア(4)の各プレート(1)(2)は、冷却液(11)の流れ方向に直交する方向に互いに平行に並列されると共に、それぞれ冷却液の流れ方向に位置された細長い多数の縦部材(1a)(2a)と、隣り合う縦部材間を斜めに接続する斜め部材(1b)(2b)とが一体に形成され、
   各プレート(1)(2)は、それぞれの各縦部材(1a)(2a)が整合して完全に重なり、それにより各縦部材(1a)(2a)が積層方向に連続した壁を形成して一体に接合され、その壁の積層方向の両端面が両ケーシング部材(7a)(7b)に接合され、
   各プレート(1)(2)の夫々の斜め部材(1b)(2b)は前記流れ方向に互いに離間して配置されると共に、その向きが互いに逆向きの対称または、非対称に配置されたことを特徴とするヒートシンク。
2. 請求項１において、
   前記ケーシング(7)の一端部と他端部に冷却液(11)の一対の出入口(9)が開口され、その一対の出入口(9)間に複数の前記コア(4)が断続して配置され、隣接するコア間の空間(13)の位置で、そのケーシング(7)に内面側に突出するディンプルまたはビートからなる凸部(14)が形成され、その凸部(14)に各コア(4)の端が位置決めされたヒートシンク。
3. 請求項２において、
   前記ケーシング(7)の一部に内面側に段付きに突出された台形部(15)を有し、その台形部(15)に他より厚みの薄いコア(4)が接触固定され、その外面側に他より発熱量の小なる被冷却用の素子(12)が固定されるヒートシンク。
4. 請求項１において、
   前記ケーシング(7)が平面円形に形成されると共に、前記コア(4)の平面が円弧状に形成されたヒートシンク。
5. 請求項１において、
   前記コア(4)の前記第１プレート(1)および第２プレート(2)の各縦部材(1a)(2a)に互いに整合するピン孔(16)，ピン(17)が形成され、そのピン孔(16)にピン(17)が挿通されて、両プレート(1)(2) 間が位置決めされたヒートシンク。
6. 請求項１において、
   積層方向の端のプレートを除き、各プレート(1)(2)の各縦部材(1a)(2a)の側面に互いに整合する欠切部(18)が形成され、前記積層方向の端のプレートの隅に位置する前記縦部材の一部が折り曲げられて、その折り曲げ部(19)が各プレートの前記欠切部(18)に嵌着されたヒートシンク。

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