JP6026772B2

JP6026772B2 - ヒートシンク

Info

Publication number: JP6026772B2
Application number: JP2012113072A
Authority: JP
Inventors: 満柳澤; 隼人京増; 山崎　丈嗣; 丈嗣山崎
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: JP2013239666A

Description

本発明は、パワートランジスタやインバータ等の電子部品を冷媒で冷却するヒートシンクであって、少なくともその一部をダイキャスト成形するものに関する。

ヒートシンクは、空冷によるものと、液冷によるものとがある。
液冷によるものは、その密閉空間内に冷却水や気液二相状態の冷媒を流通させ、その外面側に発熱体を接触させ、それを冷却するものである。
冷却効率を向上させるため、内部にインナーフィンを設けている。

特開２００８−１４０８０２号公報

インナーフィンを有する液冷ヒートシンクにおいて、さらに熱交換性能がよく、且つコンパクトなものが求められている。それとともに、製造しやすく、部品点数の少ないものが求められている。
そこで、本発明は係る課題を解決することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、底面を形成する基部（２）に、対向する一対の側壁部（１）が厚み方向に一体に立設されると共に、その基部（２）に二次元方向に互いに離間して並列され、その厚み方向へ同一の高さで且つ側壁部（１）に平行に、多数の立面台形のフィン部（３）が一体に突設されたダイキャスト製のコア部材（４）と、
前記基部（２）に対向すると共に、それぞれのフィン部（３）の頂部（３ａ）および両側壁部（１）に接触する蓋部材（５）と、を具備し、
冷媒（７）が前記一対の側壁部（１）に平行に流通し、
コア部材（４）と蓋部材（５）の各接触部がろう付け接合または、拡散接合され、
蓋部材（５）の外面に発熱体（６）が接触し、各フィン部（３）の流れ方向の上流側の縁（３ｂ）と、発熱体（６）が接触する蓋部材（５）とのなす角αが鋭角に形成され且つ、
その角αが、フィン部（３）の下流側の縁（３ｃ）と発熱体が接触する蓋部材（５）とのなす角βよりも鋭角の、α＜βであり、
各フィン部（３）の前記上流側の縁（３ｂ）およびそれを含む傾斜面が蓋部材（５）に対向し、その傾斜面に冷媒（７）が案内されて、それが蓋部材（５）の内面に導かれるように構成し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に記載のヒートシンクにおいて、
各フィン部(3)は、その基部(2) に二次元方向に互いに離間して平面千鳥状に並列され、フィン部(3)の下流側の縁(3c)と発熱体が接触する蓋部材(5)とのなす角βも鋭角であることを特徴とするヒートシンクである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
基部(2) の厚み方向の両側に前記多数のフィン部(3)および側壁部(1)が一体に突設され、その厚み方向の両側に前記蓋部材(5)が一対設けられ、それぞれの蓋部材(5)の外面に発熱体(6)が接触し、その基部(2) の厚み方向の両側に冷媒(7)が流通するヒートシンクである。

本発明のヒートシンクは、蓋部材５の外面に発熱体６が接触し、各フィン部３の流れ方向の上流側の縁３ｂと、発熱体６が接触する蓋部材５とのなす角αが鋭角に形成され且つ、その角αが、フィン部３の下流側の縁３ｃと発熱体が接触する蓋部材５とのなす角βよりも鋭角の、α＜βであることを特徴とする。
さらに、各フィン部３の前記上流側の縁３ｂおよびそれを含む傾斜面が蓋部材５に対向し、その傾斜面に冷媒７が案内されて、それが蓋部材５の内面に導かれるように構成したものである。
そのため、冷媒７はフィン部３の上流側の縁３ｂおよびそれを含む傾斜面の鋭角αに案内されて、発熱体６側に導かれる。そして、冷媒を発熱体６側により多く流通させて、発熱体と冷媒との熱交換を促進する。
しかも、フィン部３の下流側の縁３ｃと発熱体側の表面とのなす角βを、角αより大きくしたので、両角が同一の場合に比べて、フィン部３の頂部３ａの長さを可及的に長くし、フィンと発熱体との伝熱を促進する。
さらに、各フィン３は、立面が台形状に形成されているため、それがダイキャスト成形の際の型抜き勾配となり、型抜きが容易に行え、その金型制作も容易で、ヒートシンクを安価に提供できる。

請求項２に記載の発明のように、フィン部３の下流側の縁3cと発熱体が接触する蓋部材５とのなす角βも鋭角である場合には、さらにその型抜きが容易となる。また、各フィン部３は、その基部２に二次元方向に互いに離間して平面千鳥状に並列され、上流側のフィン部３の流れの影響をなくして、発熱体６の冷却を促進できる。

請求項３に記載のヒートシンクのように、基部２の厚み方向の両側に前記多数のフィン部３および側壁部１が一体に突設され、その厚み方向の両側に前記蓋部材５が一対設けられ、それぞれの蓋部材５の外面に発熱体６が接触し、その基部２の厚み方向の両側に冷媒７が流通する場合には、より多くの発熱体６の取付が可能であると共に、コンパクトなヒートシンクとなる。

本発明のヒートシンクの第１実施例を示す分解斜視図。図３のII-II矢視断面略図。図２のIII-III矢視断面図。本発明のヒートシンクの第２実施例を示す分解斜視図。同組立て状態を示す平面図。本発明のヒートシンクの第３実施例を示す縦断面図。本発明のヒートシンクの第４実施例を示す縦断面図。本発明のヒートシンクの第５実施例を示し、図９のVIII-VIII矢視縦断面図。図８のIX-IX矢視平面図。

（第１実施例）
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〜図３は、本発明の第１実施例であり、このヒートシンクはコア部材４と蓋部材５と一対の入口パイプ８、出口パイプ９とを有する。
コア部材４はダイキャスト成形により製造される。この例では、底面を形成する基部２の四周に側壁部１が立ち上げられて、箱状を形成する。そして、その内部に多数の台形状のフィン部３が二次元方向に互いに離間し、且つ千鳥状に並列されている。各フィン部３は、冷媒の流通方向に並列している。それとともに、フィン部３の頂部3aの高さは、側壁部１の高さと同一である。そして、冷媒の流通方向両端部には、マニホールド部が形成されている。

図２のごとく、フィン部３の上流側の縁3bと蓋部材５とのなす角αは、蓋部材５とフィン部３の下流側の縁3cとのなす角βよりも小である。即ち、α＜βとなるように形成されている。また、αおよびβともに鋭角であり、それがダイキャスト成形の抜き勾配となる。そして、内面側にろう材が被覆された蓋部材５が側壁部１上に載置される。また、蓋部材５の両端部に配置された孔12に、両面ろう材がクラッドされた環状のパッチプレート10を介して入口パイプ８の端部が挿入される。そして、それらを組立てた状態で、高温の炉内に挿入されて、一体的にろう付け固定される。なお、そのろう付けの代わりに、拡散接合により一体化してもよい。

そして、図２および図３に示すごとく、蓋部材５表面に発熱体６が接合され、入口パイプ８から冷却水等の冷媒７がヒートシンク内部に流入する。そして、図３のごとく、千鳥状に配置された各フィン部３の間を冷媒７が蛇行して流通する。このとき、図２に示すごとく、フィン部３の上流側の縁3bに案内され、冷媒７は蓋部材５側により多く導かれる。そして、蓋部材５に接する発熱体６側により多くの冷媒７を導き、発熱体６の冷却効果を促進する。

（第２実施例）
次に、図４および図５は本発明の第２実施例であり、それが第１実施例と異なる点は、入口パイプ８および出口パイプ９の取付位置のみである。
この例では、コア部材４の一方の側壁部１の両端部に一対の半円弧状の欠切部19をダイキャスト成形に一体的に設けるとともに、その厚み方向中央にスリット13を形成する。このスリット13の幅は、入口パイプ８の環状凸部11の厚みとパッチプレート10の厚みとの和に整合する。

そして、蓋部材５はプレス成形により、その長手方向両端部に一対の膨出部15を配置するとともに、その中間部にスリット13を形成する。そして、入口パイプ８とパッチプレート10をコア部材４の欠切部19及びスリット13に嵌着する。ついで、蓋部材５をコア部材４の上方から被嵌し、両者を一体的にろう付け固定する。そして、図５のごとく、蓋部材５の外表面に発熱体６を接合するものである。

（第３実施例）
次に、図６は本発明の第３実施例であり、この例はコア部材４の長手方向の両端部に一対の入口パイプ８、出口パイプ９を配置したものである。また、基部２がマニホールド部を境に台形状に***するように形成され、その上にフィン部３が形成されている。

（第４実施例）
次に、図７は本発明の第４実施例であり、この例はコア部材４の外周に、ケーシング部17を一体的に突設したものである。そして、内部に蓋部材５を配置するとともに、ケーシング部17の上側にケーシング蓋20を配置したものである。そして、インバータ等の発熱体６は、蓋部材５に接合される。このケーシング部17およびケーシング蓋20により、インバータ等を塵埃、その他から保護することができる。ケーシング蓋の替わりに、ケーシング部17内部を樹脂材でモールドすることもできる。

（第５実施例）
次に、図８は本発明の第５実施例であり、この例のコア部材４は、その高さ方向中間の位置に基部２が存在し、その基部２の上下両側にそれぞれフィン部３が一体に突設されている。また、基部２の冷媒流通方向両端には連通孔18が設けられてコア部材４を構成している。このコア部材４も前記第１実施例〜第４実施例と同様に、ダイキャスト成形により製造される。その金型は一例として、図において、上下方向に移動する図示しない上金型と下金型を有し且つ、そのいずれかの金型に出入口パイプの軸線方向に移動する棒部材を有する。このコア部材４は、その長手方向両端に一対の入口パイプ８、出口パイプ９が配置される。
そして、コア部材４の上下両面には一対の蓋部材５がろう付け等の手段により接合され、それぞれの蓋部材５に発熱体６が接合される。そして、入口パイプ８から冷媒７が内部に導かれ、その冷媒７は図８のごとく、上下両面側により多く導かれる。
それとともに、図９のごとく、千鳥状に配置された各フィン部３を蛇行状に流通し、熱交換を促進する。

いずれの各実施例も、冷媒７の流通方向上流側であるフィン部３の縁3bと蓋部材５とのなす角αが、下流側の縁3cと蓋部材５とのなす角βよりも小である。それにより、冷媒を蓋部材５側により多く流通させ、そこに接合された発熱体６を効果的に冷却するものである。

１側壁部
２基部
３フィン部
3a 頂部
3b 縁
3c 縁
４コア部材
５蓋部材
６発熱体

７冷媒
８入口パイプ
９出口パイプ
10 パッチプレート
11 環状凸部
12 孔
13 スリット
14 スリット

15 膨出部
16 段付き部
17 ケーシング部
18 連通孔
19 欠切部
20 ケーシング蓋
α 傾斜角
β 傾斜角

Claims

底面を形成する基部（２）に、対向する一対の側壁部（１）が厚み方向に一体に立設されると共に、その基部（２）に二次元方向に互いに離間して並列され、その厚み方向へ同一の高さで且つ側壁部（１）に平行に、多数の立面台形のフィン部（３）が一体に突設されたダイキャスト製のコア部材（４）と、
前記基部（２）に対向すると共に、それぞれのフィン部（３）の頂部（３ａ）および両側壁部（１）に接触する蓋部材（５）と、を具備し、
冷媒（７）が前記一対の側壁部（１）に平行に流通し、
コア部材（４）と蓋部材（５）の各接触部がろう付け接合または、拡散接合され、
蓋部材（５）の外面に発熱体（６）が接触し、各フィン部（３）の流れ方向の上流側の縁（３ｂ）と、発熱体（６）が接触する蓋部材（５）とのなす角αが鋭角に形成され且つ、
その角αが、フィン部（３）の下流側の縁（３ｃ）と発熱体が接触する蓋部材（５）とのなす角βよりも鋭角の、α＜βであり、
各フィン部（３）の前記上流側の縁（３ｂ）およびそれを含む傾斜面が蓋部材（５）に対向し、その傾斜面に冷媒（７）が案内されて、それが蓋部材（５）の内面に導かれるように構成したことを特徴とするヒートシンク。
請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
各フィン部(3)は、その基部(2) に二次元方向に互いに離間して平面千鳥状に並列され、フィン部(3)の下流側の縁(3c)と発熱体が接触する蓋部材(5)とのなす角βも鋭角であることを特徴とするヒートシンク。
請求項１または請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
基部(2) の厚み方向の両側に前記多数のフィン部(3)および側壁部(1)が一体に突設され、その厚み方向の両側に前記蓋部材(5)が一対設けられ、それぞれの蓋部材(5)の外面に発熱体(6)が接触し、その基部(2) の厚み方向の両側に冷媒(7)が流通するヒートシンク。