JP4363501B2 - モジュラー化複合ヒートシンク - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は軽量高性能の受放熱用ヒートシンクの構造に関するものであり、特に複数の標準型熱交換部モジュールの中の選択されたモジュールの単数若しくは複数個と、複数の標準型受放熱モジュールプレートの中の選択されたモジュールとが接合複合化せしめられて所望の軽量高性能の受放熱能力の複合ヒートシンクとして構成されたモジュラー化複合ヒートシンクの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の複合ヒートシンクは軽量高性能の熱交換部と発熱素子取り付け用受熱板とがろう接一体化されてなる。従って押出成型アルミヒートシンクに比較して、軽量で高性能である点において優れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
然し複合ヒートシンクは押出成型アルミヒートシンクに比較して軽量、高性能である利点はあるものの、構造が複雑で、製造工程も複雑であり、それに伴って高コストになる点が問題点であった。また押出成型アルミヒートシンクは長さを切断調整するだけで、発熱量の相違に対応することが出来るのに対して、複合ヒートシンクは適用発熱量の相違には個別に設計の変更を必要とし、これもコスト低減を困難にする原因となっていた。
【０００４】
【問題点を解決する為の手段】
本発明は上述の如き問題点を解決して、コストを大幅に低減せしめた、軽量、高性能な複合ヒートシンクを提供する。
ここに云う複合ヒートシンクとは、熱伝導姓良好な部材の加工組立てにより製作されたヒートシンクについて云うものであり、従来、構造簡易で低価格のアルミ押出一体成型のヒートシンクが余りに普及しており、アルミ押出一体成型ヒートシンクに対するヒートシンクの呼称が、すべての型のヒートシンクの代名詞の如く使用されているのに対して云う。
【０００５】
本発明の問題点解決の基本的な考え方は、モジュラー化構造にあり、標準化が容易で且つ量産化が容易な単位モジュールに分割可能な構造となし、標準構造の単位モジュールの組合わせにより容易に大容量化が出来るモジュラー化構造にすることにある。ここに云うモジュラー化とは単位モジュールの組合わせを云う。
【０００６】
その基本的な構造の一例の側面図を図１に示す。本発明のヒートシンクは標準型熱交換モジュールと標準型受放熱モジュールの組合わせ構造のモジュラー化複合ヒートシンクであることを基本構造としている。
図１において１は熱交換モジュールであって、このモジュールは更に熱伝導性の極めて良好な帯状薄形プレート２の所定の曲げ回数のサーペンタイン曲げ加工により形成された複数の標準型熱交換モジュール１−ｎの中の選択されたモジュール１−１、１−２の組合わせ体になっている。この熱交換モジュール１は単体である場合もある。図２、図３は標準型熱交換モジュール１−ｎの諸種の構成を示す斜視図である。このモジュールに帯状薄形プレート２のサーペンタイン曲げ構造を採択したのは、２ターン構造、３ターン構造、４ターン構造、など少ない簡易な単位モジュールの組み合わせによりあらゆるターン数の熱交換部１を容易に構成することが出来ることによる。即ち薄形プレート２のサーペンタイン曲げ構造は隣接モジュールとの接続が容易であることを特徴としている。
【０００７】
図１における３は、受放熱モジュールプレートであり、熱量供給素子４が発生する熱量または冷熱量を熱交換モジュール１と授受して熱量を交換せしめるモジュールである。このモジュールは熱量供給素子４の形状、大きさ、熱流束の大きさ、等に特化して標準化された複数の各種標準型の受放熱モジュールプレートの中から選択されたモジュールであり、熱交換モジュール１と接合複合化せしめられ、所望の受放熱能力を有するモジュラー化複合ヒートシンクを構成している。
【０００８】
【作用】
上述のごとき基本的構造のモジュラー化複合ヒートシンクは次の如き作用を発揮する。
（１）従来の複合ヒートシンクが受注毎の設計、受注毎の製作であった為、従来のヒートシンクに比較して納期が長く、高価格である、点が最大の問題点であった。然しモジュラー化された本発明の複合ヒートシンクの各標準モジュールは量産製造が可能になり、常に在庫の準備が可能になることから、受注時毎の個別設計個別製作の必要がなくなり、設計製作の所要時間が大幅に短縮され、極めて短納期の納入が可能になり、同時に大幅なコスト低減が可能になる。
【０００９】
（２）各標準モジュールの生産は自動化及び量産製作が可能になり、従来の複合ヒートシンクが個別受注個別生産方式であったのに比較して高度の品質管理が可能になり、安定した、製作誤差の少ない状態に製作することが可能になり、製品はむらのない安定した高性能複合ヒートシンクになる。
【００１０】
（３）ユーザーは必ずしも完成品のモジュラー化複合ヒートシンクを購入する必要がなく、各ユーザー独自設計の複合ヒートシンクに本発明の標準モジュールを取り付けた各ユーザー独自製品の製作が可能になり、ユーザ側における設計の自由度が高くなる。即ち標準モジュールの夫々が低価格高品質の個別商品となり、大幅な受注増加に繋がり、これは標準モジュールの更なる大量生産化を意味し、更なるコスト低減、品質の向上を促すことになる。
【００１１】
【実施例】
［第一実施例］
本実施例においては、図１における標準型熱交換モジュール１を形成する帯状薄形プレート２には図４の一部断面図に例示されてある如き蛇行細径トンネルヒートパイプ５−１を内蔵した薄形プレートヒートパイプ５が適用される。図４における５−２は蛇行細径トンネルヒートパイプ５−１に封入された作動液の封止部を示している。図５にはこの薄形プレートヒートパイプ５にサーペンタイン曲げを施した熱交換モジュール１の一例が示されてあり、この熱交換モジュール１はヒートパイプであるから受放熱モジュールプレート３から供給された熱量または冷熱量はそのサーペンタイン形状のすべての表面に殆ど損失すること無く伝導され、全ての表面がフィン効率１００％の極めて良好なフィンとして作用する。図５における、薄形プレートヒートパイプ５のサーペンタイン曲げ部６の曲率、曲げピッチ、及び形状は、全ての標準型熱交換モジュールの全ての曲げ部において共通化され、標準化された曲率、曲げピッチ、及び形状、と同一に形成されてある。従ってサーペンタイン曲げにおけるプレート相互の平行部７を相互に接合または隣接配置することにより、標準型熱交換モジュール１−１は他の標準型熱交換モジュール１−２と容易に連結接続、または隣接配置してサーペンタインのターン数を増加せしめることが出来る。
【００１２】
［第二実施例］
図２、図３は本発明の第２実施例を示す説明図でもある。本実施例は本発明の熱交換モジュール１の実用的構造の実施例である。帯状薄形プレート２のサーペンタイン曲げ構造体は一種のスプリング構造であり、変形しやすく、モジュールとして取り扱いが困難であり、熱交換部品として取り扱う為の強固な構造体とする必要があった。その為に本実施例は実用的構造として図２、図３の如き構造の熱交換モジュール１を採用した。即ち標準型熱交換モジュール１を形成する帯状薄形プレート２のサーペンタイン曲げにおける両端末８、９若しくは片側端末８は整列形成されたサーペンタイン曲げ部群の方向に曲げられて、各サーペンタイン曲げ部６の曲げ外周と伝熱的に接合せしめられてあることを特徴としている。このように構成されることによりサーペンタイン形状熱交換モジュール１の形状は固定化せしめられて、強固なモジュール部品となる。このような強固なモジュールは取り扱いが容易になり、受放熱モジュールプレート３と正確に接合一体化せしめることが容易となり、熱交換モジュール相互間の接合による構造拡張も容易となる。またこのような強固な構造は熱交換性能の安定化にも寄与する。
また帯状薄形プレート２が図４、図５の如く薄形プレートヒートパイプ５である場合は、図２、図３の端末８、９の折り曲げにより形成される平面は極めて優れた熱拡散性能を発揮するから、図１における熱量供給素子４の熱量は均一且つ熱損失少なく熱交換モジュール１の曲げ部６のすべてに伝達され、熱交換モジュール１の熱交換性能を向上せしめる優れた特徴を示す。
【００１３】
［第三実施例］
図６及び図７の説明略図に例示の本実施例は熱交換モジュール１を形成する帯状薄形プレート２のサーペンタイン曲げにおけるプレート相互の平行部７には、対向するプレート面相互間を伝熱的に連結して屈曲蛇行する薄肉リボンからなる補助フィン１０が設けられてあることを特徴としている。この実施例は本発明に適用されてある帯状薄形プレート２のサーペンタイン曲げの曲率半径、曲げピッチが、モジュールの標準化により、総て正確に同一に形成されてあることにより初めて実施可能になる構造であって、補助フィン１０による熱交換面積の大幅な拡大により熱交換モジュール１の性能は大幅に向上せしめられる。
【００１４】
［第四実施例］
図８は本発明第四実施例の受放熱モジュールプレート３の一例を示す斜視図である。図９は図８の受放熱モジュールプレート３と図３と同型の熱交換モジュールを組合わせたモジュラー化複合ヒートシンクの側面図である。図８に例示の標準型受放熱モジュールプレート３は熱伝導性に優れた軽金属の厚肉プレートであり、その熱交換モジュール１と接合される側の面には、熱交換モジュール１のサーペンタイン曲げ部６の群が密に嵌合することの出来る断面形状のＵ字溝１１の群が形成されてあることを特徴としている。このように形成されたＵ字溝１１には次の作用がある。（１）熱交換モジュール１との接続部の接触面積を拡大せしめ複合ヒートシンクの性能を向上せしめる。従って接続部の接合には高価なろう付け接合に替えて安価な熱伝導性接着剤接合を行っても十分な性能を発揮せしめることができる。（２）図３、図７、に例示のの如き熱交換モジュール１の整列取付けを容易ならしめる。（３）Ｕ字溝１１の方向に向かう熱拡散性能が向上し、熱交換モジュール１がそれと直交する方向の熱拡散性能が良いことと相俟って全体としての熱拡散性能が大幅に向上する。従って図９に例示の熱量供給素子４の接着面積が小さい場合でも熱交換モジュール１を活発に作動せしめることが出来る。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係る複合ヒートシンクのモジュラー化は従来構造の複合ヒートシンクに比較して、コストを大幅に低減せしめるとともに、量産効果により品質の安定化と短納期化を実現し、ユーザの設計自由度を大きくする等数多くの効果を発揮した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモジュラー化複合ヒートシンクを説明する側面略図である。
【図２】本発明の第二実施例に適用される標準型熱交換モジュールの一例を説明する斜視図である。
【図３】本発明の第二実施例に適用される標準型熱交換モジュールの他の一例を説明する斜視図である。
【図４】本発明の第二実施例に適用される蛇行細径トンネルヒートパイプ内蔵の薄形プレートヒートパイプの一部断面説明図である。
【図５】本発明の第二実施例に適用される薄形プレートヒートパイプの適用例の説明図である。
【図６】本発明の第三実施例の熱交換モジュールの適用例を示す説明図である。
【図７】本発明の第三実施例の熱交換モジュールの他の適用例を示す説明図である。
【図８】本発明の第四実施例の受放熱モジュールプレートの一例を示す説明図である。
【図９】本発明の第四実施例の受放熱モジュールプレートの適用例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 熱交換モジュール
１−１ 標準型熱交換モジュール
１−２ 標準型熱交換モジュール
２ 帯状薄形プレート
３ 標準型受放熱モジュールプレート
４ 熱量供給素子
５ 薄形プレートヒートパイプ
５−１ 蛇行細径トンネルヒートパイプ
５−２ 封止部
６ 曲げ部
７ 平行部
８ 端末
９ 端末
１０ 補助フィン
１１ Ｕ字溝

Claims (4)

1. 熱交換モジュールと受放熱モジュールの組み合わせ構造の軽量高性能のモジュラー化複合ヒートシンクであって、熱伝導性の極めて良好な蛇行細径トンネルヒートパイプを内蔵した薄形プレートヒートパイプである帯状薄形プレートの所定の曲げ回数のサーペンタイン曲げ加工により形成された複数の標準型の熱交換モジュールの中の選択されたモジュールの単数若しくは複数個と、この熱交換モジュールと熱量を授受する複数の標準型の受放熱モジュールプレートの中の選択されたモジュールとが接合複合化せしめられて、所望の受放熱能力を有する複合ヒートシンクとして構成され、前記モジュールは２ターン構造、３ターン構造、４ターン構造、等少ない簡易な単位モジュールよりなり、該単位モジュールの組み合わせによりあらゆるターン数の熱交換部を構成し、前記サーペンタイン曲げ部の曲率、曲げピッチ、及び形状は、全ての標準型熱交換モジュールの全ての曲げ部において共通化され標準化された曲率、曲げピッチ、及び形状、と同一に形成されてあることを特徴とするモジュラー化複合ヒートシンク。
2. 標準型熱交換モジュールを形成する帯状薄形プレートのサーペンタイン曲げにおける両端末若しくは片側端末は整列形成されたサーペンタイン曲げ部群の方向に曲げられて、各サーペンタイン曲げ部の曲げ外周と伝熱的に接合せしめられてあることを特徴とする請求項１に記載のモジュラー化複合ヒートシンク。
3. 標準型熱交換モジュールを形成する帯状薄形プレートのサーペンタイン曲げにおけるプレート相互の平行部には、対向するプレート面相互間を伝熱的に連結して屈曲蛇行する薄肉リボンからなる補助フィンが設けられてあることを特徴とする請求項１に記載のモジュラー化複合ヒートシンク。
4. 標準型受放熱モジュールプレートは熱伝導性に優れた軽金属の厚肉プレートであり、その熱交換モジュールと接合される側の面には、熱交換モジュールのサーペンタイン曲げ部が密に嵌合することの出来る断面形状のＵ字溝群が形成されてあることを特徴とする請求項１に記載のモジュラー化複合ヒートシンク。

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