JP6868415B2 - 熱交換器用ヒートシンク及び熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器用ヒートシンク及びこのヒートシンクを備えた熱交換器に関する。

例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載された駆動用モータの制御などの種々の用途に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子によりスイッチングを行うインバータユニットが用いられている。インバータユニットは、半導体素子や、半導体素子とともに電力変換回路を構成する電子部品等の発熱体を冷却するための熱交換器を有している。熱交換器は、外表面に発熱体が搭載されるジャケットと、ジャケットの内部に収容されるヒートシンクとを有している。熱交換器の性能向上や生産効率向上の観点から、ヒートシンクは、通常、ろう付によりジャケットに接合されている。

ヒートシンクとしては、ベースプレート上に複数のフィンプレートが立設されてなる、いわゆるプレートフィン型ヒートシンクが多用されている。従来、この種のヒートシンクは、押出加工により製造されている。しかし、押出加工は、製造可能な形状に制約があるため、例えばフィンプレートの板厚が薄いヒートシンクや、トング比、即ちフィンプレートのピッチに対する高さの比が大きいヒートシンクを製造することが難しい。このように、従来の技術は、例えばフィンプレートの形状やピッチ、傾き等に制約があり、ヒートシンクの設計の自由度が低いという問題があった。

そこで、ヒートシンクの設計の自由度を高くするため、別々に準備されたフィンプレートとベースプレートとをろう付接合により一体化する技術（特許文献１）や、互いに間隔をおいて並列状に配置された複数のフィンプレートを棒状連結部材により連結する技術（特許文献２）が提案されている。

特開２０１３−１１６４７３号公報 特開２０１５−１２６０５０号公報

しかし、特許文献１のヒートシンクは、ジャケットにろう付する際にフィンプレートとベースプレートとのろう付部が再溶融し、フィンプレートの傾きや位置ずれが起きるおそれがある。フィンプレートの傾きや位置ずれは、熱交換器の冷却性能の低下を招くおそれがあるため、好ましくない。

特許文献２のヒートシンクは、その作製過程において、金属素板に打ち抜き加工を施した後、隣り合うフィンプレートを繋ぐブリッジ部を略Ｓ字状に屈曲する必要がある。また、複数のフィンプレートを連結する際に、フィンプレートの切り欠きに棒状連結部材を圧入する必要がある。これらの作業は、フィンプレートの傾きや変形を発生させ、かえって熱交換器の冷却性能の低下を招くおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、設計の自由度が高く、生産性及び冷却性能に優れ、熱交換器に取り付けられた後の寸法精度が高い熱交換器用ヒートシンク及びこのヒートシンクを有する熱交換器を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、板厚方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンプレートと、
複数の上記フィンプレートと交差するように配置され、複数の上記フィンプレートを保持する連結部品とを有し、
上記連結部品は、
棒状を呈する基部と、
上記基部の側面から突出し、上記基部の長手方向に並んだ複数の位置決め凸部とを有し、
上記フィンプレートは、
その周縁に開口した係止溝と、
板幅方向に延びる複数のスリットと、
上記係止溝の開口端と底面との間を構成する溝側面に設けられ、周囲よりも陥没した切り欠き部と、
上記切り欠き部よりも上記係止溝の開口端側に設けられた爪部と、を有しており、
上記係止溝には、上記連結部品における隣り合う上記位置決め凸部の間の上記基部が差し込まれており、
上記爪部は上記連結部品に押し付けられている、熱交換器用ヒートシンクにある。

本発明の他の態様は、上記の態様の熱交換器用ヒートシンクと、
該熱交換器用ヒートシンクを収容するとともに、発熱体を搭載する発熱体搭載面を外表面に備えたジャケットとを有しており、
該ジャケットは、冷媒が流入する冷媒流入口と、冷媒が流出する冷媒流出口と、上記冷媒流入口と上記冷媒流出口とを繋ぐ冷媒流路とを有しており、
上記熱交換器用ヒートシンクが上記冷媒流路に配置されている、熱交換器にある。

上記熱交換器用ヒートシンク（以下、「ヒートシンク」と省略する。）は、複数のフィンプレートと、連結部品とを有している。また、連結部品における隣り合う位置決め凸部の間の基部が、各フィンプレートの係止溝に差し込まれている。

上記ヒートシンクは、押出加工により一体成形された従来のヒートシンクに比べて、各フィンプレートの形状や傾き、及びフィンプレート同士の間隔等の制約が小さい。それ故、上記ヒートシンクは、従来のヒートシンクよりも設計の自由度を高くすることができる。

また、フィンプレートの係止溝に連結部品の基部を差し込むという単純な作業により、上記ヒートシンクを組み立てることができる。それ故、上記ヒートシンクは生産性に優れている。

また、上記ヒートシンクは、各フィンプレートの係止溝に連結部品の基部を差し込むだけで、複数のフィンプレートを保持することができる。それ故、フィンプレートを固定するために、連結部品を複数のフィンプレートに圧入する必要がない。従って、上記ヒートシンクは、組み立て時におけるフィンプレートの傾きや変形の発生を回避することができる。さらに、複数のフィンプレートは、上述した態様で連結部品に保持されているため、上記ヒートシンクを熱交換器のジャケットにろう付する際に、フィンプレートが傾く、あるいは位置ずれを起こすなどの問題を回避することができる。

このように、上記ヒートシンクは、組み立て時やジャケットへのろう付の際のフィンプレートの位置ずれ等を回避することができる。それ故、上記ヒートシンクは、熱交換器に取り付けられた後の寸法精度を従来よりも高くすることができる。

また、各フィンプレートは、板幅方向に延びる複数のスリットを有している。これにより、スリットを有さない場合に比べて、フィンプレートと冷媒との接触面積を広くすることができる。さらに、上記ヒートシンクは、冷媒をフィンプレートに沿って流通させるだけではなく、スリットを介してフィンプレートの板厚方向にも流通させることができる。これらの結果、ヒートシンクと冷媒との熱交換を促進し、冷却性能をより向上させることができる。

以上のように、上記ヒートシンクは、上記の構成を有していることにより、高い設計の自由度、優れた生産性及び冷却性能を有し、熱交換器に取り付けられた後の寸法精度を高くすることができる。

また、上記熱交換器は、上記ジャケット内に上記ヒートシンクを有しているため、優れた冷却性能を有している。

参考例１における、ヒートシンクの斜視図である。 参考例１における、ヒートシンクの底面図である。 図２のIII−III線一部矢視断面図である。 図２のIV−IV線矢視断面図である。 参考例１における、フィンプレートの側面図である。 参考例１における、連結部材の正面図である。 実施例１のヒートシンクにおける、爪部が形成された係止溝近傍の一部拡大断面図（図３に相当する断面図）である。 実施例１のフィンプレートにおける、爪部を形成する前の係合溝近傍の一部拡大側面図である。 参考例２における、スリットがチェッカーボード状に配置されたヒートシンクの底面図である。 参考例３における、板幅方向の両端に開口していないスリットを備えたフィンプレートの側面図である。 参考例３における、板幅方向の両端から延びるスリットを備えたフィンプレートの側面図である。 参考例４における、ピン状構造を備えたヒートシンクの底面図である。 参考例５における、１個の連結部品によりフィンプレートが保持されたヒートシンクの斜視図である。 参考例６における、ヒートシンクを備えた熱交換器の斜視図である。 参考例６における、熱交換器の底面図である。 図１５のXVI−XVI線矢視断面図である。 図１５のXVII−XVII線矢視断面図である。

上記ヒートシンクにおいて、フィンプレートの形状や間隔は、熱交換器の設計に応じて適宜設定することができる。フィンプレート同士の間隔は、例えば、０．８〜２．０ｍｍの範囲内とすることができる。フィンプレート同士の間隔を０．８ｍｍ以上とすることにより、何らかの原因で異物が発生した際に、異物がフィンプレート同士の隙間を通過しやすくなる。そのため、異物がフィンプレート同士の隙間に詰まることによる冷却性能の低下や圧力損失の増大をより確実に回避することができる。

しかし、フィンプレート同士の間隔が過度に大きくなると、上記ヒートシンクにおけるフィンプレートの数が少なくなり、冷却性能の低下を招く。フィンプレート同士の間隔を２．０ｍｍ以下とすることにより、上記ヒートシンクにおけるフィンプレートの数を十分に多くし、優れた冷却性能を容易に実現することができる。

上記ヒートシンクは、フィンプレート同士の間隔がｄ₁である狭ピッチ部と、フィンプレート同士の間隔がｄ₁よりも広いｄ₂である広ピッチ部とを有していてもよい。この場合には、狭ピッチ部における冷媒の流路抵抗が広ピッチ部に比べて高くなるため、より多量の冷媒を広ピッチ部に流通させることができる。これにより、フィンプレートの間に流れる冷媒の流量バランスを調整し、熱交換器の冷却性能を向上させることができる。

上記ヒートシンクは、フィンプレート同士の間隔がフィンプレートの板厚よりも狭い部分を有していてもよい。このような構成を有するヒートシンクは、従来の技術では製造することが難しかった。しかし、上記ヒートシンクにおけるフィンプレート同士の間隔は、フィンプレートの板厚方向と平行な方向における、連結部品の位置決め凸部の外寸法を適宜変更することにより自由に調節することができる。それ故、上述した位置決め凸部の外寸法をフィンプレートの板厚よりも小さくすることにより、フィンプレート同士の間隔をフィンプレートの板厚よりも狭くすることができる。

また、フィンプレートの板幅方向におけるヒートシンクの端面の平面度は０．２ｍｍ以下であることが好ましい。即ち、板幅方向におけるフィンプレートの一方の端面の全てを互いに平行な２枚の平面の間に挟んだときに、２枚の平面の間隔が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。同様に、板幅方向におけるフィンプレートの他方の端面の全てを互いに平行な２枚の平面の間に挟んだときに、２枚の平面の間隔が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。

この場合には、板幅方向における各フィンプレートの端面をジャケットの内壁面に容易にろう付することができるため、発熱体搭載面に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレートに効率よく伝えることができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。熱交換器の冷却性能をより向上させる観点からは、ヒートシンクの端面の平面度を０．１ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．０５ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

なお、上述した平面度の測定方法は、実施例において具体的に説明する。

個々のフィンプレートの形状としては、例えば、平板状、曲面板状等の公知の形状を採用することができる。

フィンプレートの板厚は、例えば、０．８〜３．０ｍｍの範囲内とすることができる。フィンプレートの板厚を０．８ｍｍ以上とすることにより、発熱体搭載面に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレートに効率よく伝えることができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。

また、フィンプレートの板厚を３．０ｍｍ以下とすることにより、プレス加工を容易に行うことができる。それ故、この場合には、プレス加工の高い生産性というメリットを活かし、フィンプレートをより効率よく作製することができる。

フィンプレートの板幅は特に限定されることはなく、熱交換器の設計に応じて適宜設定することができる。ヒートシンクが熱交換器のジャケット内に収容される場合には、フィンプレートは、板幅方向における両端面がジャケットの内壁面と当接するように構成されていることが好ましい。この場合には、発熱体搭載面に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレートに効率よく伝えることができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。

フィンプレートは、板幅方向における個々の端面の平面度が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。この場合には、板幅方向における各フィンプレートの両端面をジャケットの内壁面に容易にろう付することができるため、発熱体搭載面に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレートに効率よく伝えることができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。

各フィンプレートは、板幅方向に延びる複数のスリットを有している。各スリットは、フィンプレートの板幅方向における一方の端面に開口していてもよいし、いずれの端面にも開口していなくてもよい。また、フィンプレートは、板幅方向における一方の端面に開口したスリットと、他方の端面に開口したスリットとの両方のスリットを有していてもよい。スリットの形成をより容易に行う観点からは、各スリットがフィンプレートの板幅方向に一方の端面に開口している態様とすることが好ましい。

スリットの幅は、例えば、０．８〜３．０ｍｍの範囲内とすることができる。スリットの幅を０．８ｍｍ以上とすることにより、何らかの原因で異物が発生した際に、異物がスリットを通過しやすくなる。そのため、異物がスリットの隙間に詰まることによる冷却性能の低下や圧力損失の増大をより確実に回避することができる。また、この場合には、プレス加工によりスリットを容易に形成することができる。それ故、プレス加工の高い生産性というメリットを活かし、フィンプレートをより効率よく作製することができる。

しかし、スリットの幅が過度に大きくなると、フィンプレートと冷媒との接触面積が小さくなり、かえって冷却性能の低下を招くおそれがある。スリットの幅を３．０ｍｍ以下とすることにより、かかる問題を回避し、優れた冷却性能を容易に実現することができる。

スリット同士の間隔は、例えば、１．８ｍｍ以上とすることができる。スリット同士の間隔を１．８ｍｍ以上とすることにより、発熱体搭載面に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレートに効率よく伝えることができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。

熱交換器の冷却性能をより向上させる観点からは、フィンプレートの板厚を０．８〜３．０ｍｍとし、スリット同士の間隔を１．８〜５．０ｍｍとすることが好ましい。このように、スリット同士の間隔をフィンプレートの板厚と同程度にすることにより、スリット同士の間に細長いピン状構造を形成することができる。

従来のピンフィン型ヒートシンクは、ベースプレートと、ベースプレート上に立設された複数のピンフィンとを有しており、一般的に鍛造加工によって形成されている。そのため、ピンフィンの幅に対する高さの比を高くして細長いピンフィンを形成しようとすると、寸法不良や欠肉等の鍛造欠陥が生じやすくなる。それ故、従来のピンフィン型ヒートシンクにおいて、ピンフィンのアスペクト比、即ちピンフィンの幅に対する長さの比を高くすることには限界があった。

これに対し、上記ヒートシンクにおいては、個々のフィンプレートにスリットが形成されるため、スリット同士の間隔を容易に狭くすることができる。また、フィンプレートの板幅を広くすることにより、スリット同士の間に形成されるピン状構造の高さを高くすることができる。それ故、上記ヒートシンクによれば、従来の鍛造加工では難しかった、アスペクト比が高く、細長いピン状構造を容易に形成することができる。そして、ヒートシンクに細長いピン状構造を形成することにより、圧力損失をより低減するとともに、冷却性能をより向上させることができる。

また、熱交換器の冷却性能をより向上させる観点からは、スリット同士の間隔と、フィンプレートとの板厚の積の値を３以上１３．５以下とすることもできる。即ち、フィンプレートの板幅方向の断面における、スリット同士の間に存在する部分の断面積が３〜１３．５ｍｍ²であることが好ましい。この部分の断面積を３ｍｍ²以上とすることにより、発熱体搭載面に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレートにより効率よく伝えることができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。また、上記の部分の断面積を１３．５ｍｍ²以下とすることにより、フィンプレートの長さに対するスリットの数を十分に多くすることができる。その結果、スリットによる作用効果をより確実に得ることができる。

フィンプレートは、その周縁に開口した係止溝を有している。係止溝の位置は、連結部品を取り付けることが可能であれば、特に限定されることはない。例えば、係止溝は、各フィンプレートの長手方向の中央部に形成されていてもよく、長手方向の端部に形成されていてもよい。また、長手方向における係止溝の位置が、隣り合うフィンプレートの係止溝と同一であってもよく、異なっていてもよい。生産性の観点からは、通常、長手方向における係止溝の位置は、隣接するフィンプレートの係止溝と同一である。

係止溝は、各フィンプレートに２箇所以上形成されていることが好ましい。この場合には、複数の連結部品によりフィンプレートの位置を保持することができるため、複数のフィンプレートの位置を容易に安定させることができる。その結果、組み立て後及び熱交換器に取り付けられた後のヒートシンクの寸法精度をより高くすることができる。

上記係止溝は、フィンプレートの長手方向の両端部における、板幅方向の両側に形成されており、連結部品は、フィンプレートの長手方向の両端部において、板幅方向の両側から複数のフィンプレートを保持していることがより好ましい。この場合には、４個の連結部品により複数のフィンプレートの位置を確実に安定させることができる。その結果、組み立て後及び熱交換器に取り付けられた後のヒートシンクの寸法精度をより高くすることができる。

フィンプレートは、上記係止溝の開口端と底面との間を構成する溝側面に、周囲よりも陥没した切り欠き部を有しているとともに、上記切り欠き部よりも上記係止溝の開口端側に、連結部品に押し付けられた爪部を有している。かかる構成を有するフィンプレートによれば、爪部によりフィンプレートを連結部品に固定することができるため、組み立て後におけるヒートシンクの寸法精度をより高くすることができる。さらに、ヒートシンクを組み立てた後に、連結部品やフィンプレートがヒートシンクから外れることを防止できるため、ヒートシンクをより取り扱いやすくすることができる。

上記爪部は、例えば、各フィンプレートの係止溝に連結部品の基部を差し込んだ後に、係止溝の開口端の近傍を板幅方向に押圧してかしめ加工を行うことにより形成することができる。このかしめ加工における押込深さは、例えば、０．１〜０．５ｍｍにすることができ、０．２〜０．３ｍｍにすることが好ましい。

押込深さが０．１ｍｍ未満の場合には、爪部がフィンプレートに十分に押し付けられず、爪部の効果が得られないおそれがある。一方、押込深さが０．５ｍｍを超える場合には、かしめ加工の際に押し込まれた部分の陥没量が過度に大きくなるため、例えばジャケットにろう付する際に、押し込まれた部分にろうが供給されなくなるおそれがある。

また、かしめ加工においては、係止溝の開口端から、かしめ加工により形成される押込部の中央までの距離が、０．２〜１．０ｍｍの範囲内であることが好ましい。上記の距離が上記特定の範囲よりも短い場合、即ちフィンプレートを押し込む位置が係止溝に近すぎる場合には、爪部のサイズを大きくすることが難しいため、爪部の効果が得られないおそれがある。一方、上記の距離が上記特定の範囲よりも長い場合、即ちフィンプレートを押し込む位置が係止溝から遠すぎる場合には、爪部がフィンプレートに十分に押し付けられず、爪部の効果が得られないおそれがある。

複数のフィンプレートは、全て同一の構成を有していてもよいし、一部のフィンプレートが他のフィンプレートとは異なる構成を有していてもよい。例えば、一部のフィンプレートの板厚を他のフィンプレートよりも厚くしてもよい。また、全てのフィンプレートにおいて、スリット同士の間隔やスリットの幅、フィンプレートの長手方向におけるスリットの位置を一定としてもよいし、一部のフィンプレートにおけるスリット同士の間隔等を他のフィンプレートとは異なる態様とすることもできる。

冷却性能をより向上させる観点からは、スリットをヒートシンク全体に亘って均等に配置することが好ましい。スリットをヒートシンク全体に亘って均等に配置する態様としては、例えば、全てのフィンプレートにおけるスリット同士の間隔が同一であり、フィンプレートの長手方向において、各フィンプレートのスリットが、当該フィンプレートの隣のフィンプレートのスリットと同一の位置に配置されている態様がある。また、全てのフィンプレートにおけるスリット同士の間隔が同一であり、フィンプレートの長手方向において、各フィンプレートのスリットが、当該フィンプレートの隣のフィンプレートのスリットから上記間隔の半分だけずれた位置に配置されている態様がある。

複数のフィンプレートを保持する連結部品は、棒状を呈する基部と、基部の側面から突出し、基部の長手方向に並んだ複数の位置決め凸部とを有している。連結部品は、例えば、金属板に打ち抜き加工を施すことにより形成することができる。

連結部品の高さ、即ち、基部の長手方向と直角な方向における、基部と位置決め凸部とを併せた連結部品の外寸法は、１．５ｍｍ以上であることが好ましい。連結部品の高さを上記特定の範囲にすることにより、各フィンプレートの係止溝に隣り合う位置決め凸部の間の基部を容易に差し込むことができる。また、この場合には、連結部品により複数のフィンプレートの位置を容易に安定させることができる。

フィンプレートの位置を安定させる観点からは、連結部品の高さが高い方が好ましい。しかし、連結部品の高さが過度に高い場合には、隣り合うフィンプレートの間に流れる冷媒の流路抵抗が過度に高くなるおそれがある。また、この場合には、各フィンプレートの係止溝に基部を差し込む際の抵抗が大きくなるおそれがある。これらの問題を回避する観点からは、連結部品の高さは、フィンプレートの板幅の半分未満であることが好ましい。

連結部品は、基部がフィンプレートの板幅方向における端面と面一、あるいはフィンプレートの端面よりも陥没するように取り付けられていることが好ましい。この場合には、フィンプレートの端面をジャケットの内壁面に当接させることができるため、発熱体搭載面に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレートに効率よく伝えることができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。

連結部品は、上記基部がフィンプレートの板幅方向の端面と面一となるように取り付けられていることがより好ましい。この場合には、各フィンプレートの端面とともに、連結部品の基部をジャケットの内壁面に容易にろう付することができるため、発熱体からの熱を各フィンプレートにさらに効率よく伝えることができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。

基部の側面からは、複数の位置決め凸部が突出している。複数の位置決め凸部は、基部の長手方向に互いに間隔を開けて並んでいる。位置決め凸部の突出量、即ち基部の長手方向と直角な方向における、位置決め凸部の根元から先端までの距離は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。位置決め凸部の突出量を上記特定の範囲にすることにより、隣り合う位置決め凸部の間の基部を各フィンプレートの係止溝に容易に差し込むことができる。また、この場合には、連結部品により複数のフィンプレートの位置をより安定させることができる。

上記ヒートシンクを上記ジャケットの冷媒流路に配置することにより、上記熱交換器を構成することができる。ヒートシンクは、例えばろう付によりジャケットの内壁面に接合することができる。

ろう付によりヒートシンクをジャケットに接合する場合、フィンプレートの板幅方向における両端面が上記ジャケットの内表面にろう付されていることが好ましい。この場合には、発熱体搭載面に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレートに効率よく伝えることができるため、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。

ヒートシンク及びジャケットは、冷却性能の観点から、熱伝導性が高い金属から構成されていることが好ましい。また、車載用のインバータユニット等に組み込まれる熱交換器には、冷却性能のみならず、小型かつ軽量であることが求められている。そのため、車載用の熱交換器においては、ヒートシンク及びジャケットがアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されていることが好ましい。

（参考例１）
上記ヒートシンクの参考例について、図を用いて説明する。図１及び図２に示すように、ヒートシンク１は、板厚方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンプレート２と、複数のフィンプレート２と交差するように配置され、複数のフィンプレート２を保持する連結部品３（３ａ、３ｂ）とを有している。図６に示すように、連結部品３は、棒状を呈する基部３１と、基部３１の側面から突出し、基部３１の長手方向に並んだ複数の位置決め凸部３２とを有している。図５に示すように、フィンプレート２は、その周縁に開口した係止溝２１（２１ａ、２１ｂ）と、板幅方向に延びる複数のスリット２２とを有している。図３に示すように、係止溝２１には、連結部品３における隣り合う位置決め凸部３２の間の基部３１が差し込まれている。

以下において、ヒートシンク１における、フィンプレート２の長手方向に平行な方向を「縦方向Ｘ」、フィンプレート２の並び方向に平行な方向を「横方向Ｙ」、フィンプレート２の板幅方向に平行な方向を「高さ方向Ｚ」ということがある。ヒートシンク１の方向に関するこれらの記載は便宜上のものであり、熱交換器に組み込まれた状態や、実際に使用する際のヒートシンク１の向きとは何ら関係がない。

図１及び図２に示すように、本例のヒートシンク１は、直方体状を呈しており、縦方向Ｘの外寸法と横方向Ｙの外寸法とが略同一である。ヒートシンク１は、４個の連結部品３（３ａ、３ｂ）により複数のフィンプレート２を保持している。４個の連結部品３のうち２個の連結部品３ａは、縦方向Ｘにおけるヒートシンク１の一方の端部に配置され、横方向Ｙに延在している。また、連結部品３ａは、高さ方向Ｚの両側から複数のフィンプレート２に取り付けられている。図４に示すように、連結部品３ａは、位置決め凸部３２の先端面３２１同士が対面するように配置されている。また、互いに対面する先端面３２１の間には、隙間Ｃが形成されている。

残り２個の連結部品３ｂは、縦方向Ｘにおけるヒートシンク１の他方の端部に配置され、横方向Ｙに延在している。また、連結部品３ｂは、高さ方向Ｚの両側から複数のフィンプレート２に取り付けられている。図には示さないが、連結部品３ｂも、連結部品３ａと同様に、位置決め凸部３２の先端面３２１同士が対面するように配置されており、互いに対面する先端面３２１の間に隙間Ｃが形成されている。

ヒートシンク１は、各位置決め凸部３２の間に形成される隙間Ｃを介して隣り合うフィンプレート２の間に冷媒を流入させ、または、隣り合うフィンプレート２の間から冷媒を排出することができる。また、ヒートシンク１は、隣り合うフィンプレート２の間の隙間及びスリット２２を介して縦方向Ｘ及び横方向Ｙの両方に冷媒を流通させることができる。

フィンプレート２の板幅方向（高さ方向Ｚ）におけるヒートシンク１の各端面の平面度は、具体的には以下の方法により測定することができる。まず、ヒートシンク１を定盤上に載置して、各フィンプレート２の板幅方向における一対の端面２３（２３ａ、２３ｂ）のうち一方の端面２３ａ（図１、図５参照）を定盤に当接させる。次いで、ハイトゲージを用いて、各フィンプレート２の他方の端面２３ｂの高さを種々の位置において測定する。そして、測定結果のうち最大の高さと最小の高さとの差を、フィンプレート２の板幅方向におけるヒートシンク１の一方の端面の平面度とする。また、ヒートシンク１を裏返して上記と同様の測定を行うことにより、ヒートシンク１の他方の端面の平面度を測定することができる。

ヒートシンク１は、図５に示すフィンプレート２を板厚方向に互いに間隔をあけて複数枚並べた後、図３及び図４に示すように、連結部品３における隣り合う位置決め凸部３２の間の基部３１を各フィンプレート２の係止溝２１に差し込むことにより、組み立てることができる。本例のヒートシンク１における、フィンプレート２同士の間隔は１ｍｍである。

ヒートシンク１の各部について、より詳細に説明する。図５に示すように、フィンプレート２は、側面視において略長方形状を呈している。フィンプレート２は、その長手方向における各端部２４（２４ａ、２４ｂ）に係止溝２１（２１ａ、２１ｂ）を有している。フィンプレート２は、例えば、アルミニウム板またはアルミニウム合金板にプレス加工を施すことにより作製することができる。具体的には、本例のフィンプレート２は、板厚１ｍｍのアルミニウム合金板に打ち抜き加工を施すことにより作製されている。また、フィンプレート２の板幅は１０ｍｍである。

図３に示すように、各係止溝２１は、フィンプレート２の板幅方向の端面２３に略平行な底面２１１と、底面２１１に垂直な一対の溝側面２１２とを有している。係止溝２１の深さは、係止溝２１に差し込まれる基部３１の高さと略同一である。これにより、連結部品３は、基部３１がフィンプレート２の板幅方向の端面２３と面一となるように取り付けられている。また、例えば図３に示すように、係止溝２１に基部３１が差し込まれた状態において、基部３１とフィンプレート２との間にはわずかなクリアランスが形成されている。なお、基部３１とフィンプレート２とのクリアランスは、通常０．０２ｍｍ程度である。

図５に示すように、フィンプレートの長手方向における一方の端部２４ａに設けられた係止溝２１ａと、他方の端部２４ｂに設けられた係止溝２１ｂとの間には、板幅方向に延びる５本のスリット２２が設けられている。本例のスリット２２は、フィンプレート２の板幅方向における一方の端面２３ａに開口している。また、５本のスリット２２は、等間隔に配置されている。具体的には、本例のスリット２２の幅は１．５ｍｍであり、深さは９ｍｍである。また、スリット２２同士の間隔は６ｍｍである。

図１及び図２に示すように、本例のヒートシンク１では、全てのフィンプレート２におけるスリット２２同士の間隔が同一である。また、フィンプレート２の長手方向（縦方向Ｘ）において、各フィンプレート２のスリット２２は、当該フィンプレート２の隣のフィンプレート２のスリット２２と同一の位置に配置されている。即ち、本例のヒートシンク１においては、スリット２２が縦方向Ｘに等間隔に配置されているとともに、横方向Ｙに一列に並んでいる。

図６に示すように、連結部品３は、正面視において長方形状を呈する基部３１と、基部３１の側面から突出し、基部３１の板幅方向に間隔を開けて並んだ複数の位置決め凸部３２とを有している。本例の位置決め凸部３２は、四角柱状を呈している。連結部品３は、例えば、アルミニウム板またはアルミニウム合金板に打ち抜き加工を施すことにより作製することができる。

図４に示すように、連結部品３の高さ、即ち基部３１の長手方向と直角な方向（高さ方向Ｚ）における、基部３１と位置決め凸部３２とを併せた連結部品３の外寸法は、各フィンプレート２の板幅の１／２よりも低い。具体的には、本例の連結部品３の高さは３ｍｍである。また、位置決め凸部３２の突出量、即ち基部３１の長手方向と直角な方向（高さ方向Ｚ）における、位置決め凸部３２の根元３２２から先端面３２１までの距離は１．５ｍｍである。

位置決め凸部３２は、基部３１が係止溝２１に差し込まれた状態において、隣り合うフィンプレート２の間に配置されている。このとき、図には示さないが、位置決め凸部３２とフィンプレート２との間には、わずかなクリアランスが形成されている。なお、位置決め凸部３２とフィンプレート２とのクリアランスは、通常０．０２ｍｍ程度である。

次に、本例のヒートシンク１の作用効果を説明する。ヒートシンク１は、複数のフィンプレート２と、連結部品３とを有している。また、連結部品３における隣り合う位置決め凸部３２の間の基部３１が、各フィンプレート２の係止溝２１に差し込まれている。

ヒートシンク１は、フィンプレート２と連結部品３とを別々に製造することができるため、押出加工により一体成形された従来のヒートシンクに比べて、各フィンプレート２の形状や傾き、及び、フィンプレート２同士の間隔等の制約が小さい。それ故、ヒートシンク１は、従来のヒートシンクよりも設計の自由度を高くすることができる。

また、フィンプレート２の係止溝２１に連結部品３の基部３１を差し込むという単純な作業により、ヒートシンク１を組み立てることができる。それ故、ヒートシンク１の生産性を従来よりも向上させることができる。

また、ヒートシンク１は、フィンプレート２の係止溝２１に連結部品３の基部３１を差し込むだけで、複数のフィンプレート２を保持することができる。このとき、横方向Ｙにおけるフィンプレート２の位置ずれは、連結部品３の位置決め凸部３２により規制される。また、縦方向Ｘにおけるフィンプレート２の位置ずれは、連結部品３の基部３１により規制される。

そのため、ヒートシンク１は、従来のヒートシンクのように、フィンプレート２を固定するために連結部品３を複数のフィンプレート２に圧入する必要がない。従って、ヒートシンク１は、組み立て時におけるフィンプレート２の傾きや変形の発生を回避することができる。さらに、複数のフィンプレート２は、上述した態様で連結部品３に保持されているため、ヒートシンク１を熱交換器のジャケットにろう付する際に、フィンプレート２が傾く、あるいは位置ずれを起こすなどの問題を回避することができる。

このように、ヒートシンク１は、組み立て時やジャケットへのろう付の際のフィンプレート２の位置ずれ等を回避することができる。それ故、ヒートシンク１は、熱交換器に取り付けられた後の寸法精度を従来よりも高くすることができる。

また、各フィンプレート２は、板幅方向に延びる複数のスリット２２を有している。これにより、スリット２２を有さない場合に比べて、フィンプレート２と冷媒との接触面積を広くすることができる。さらに、ヒートシンク１は、冷媒をフィンプレート２に沿って縦方向Ｘに流通させるだけではなく、スリット２２を介してフィンプレート２の板厚方向（横方向Ｙ）にも流通させることができる。その結果、ヒートシンク１と冷媒との熱交換を促進し、冷却性能をより向上させることができる。

また、本例のヒートシンク１では、全てのフィンプレート２におけるスリット２２同士の間隔が同一である。そして、図２に示すように、フィンプレート２の長手方向（縦方向Ｘ）において、各フィンプレート２のスリット２２が、当該フィンプレート２の隣のフィンプレート２のスリット２２と同一の位置に配置されている。このように、本例のヒートシンク１においては、スリット２２がヒートシンク１全体に亘って均等に配置されている。それ故、本例のヒートシンク１は、冷却性能をより向上させることができる。

また、本例の係止溝２１は、フィンプレート２０３の長手方向の両端部２４における、板幅方向の両側に形成されている。そして、連結部品３は、フィンプレート２の長手方向の両端部２４において、板幅方向の両側から複数のフィンプレート２を保持している。これにより、４個の連結部品３により複数のフィンプレート２の位置を確実に安定させることができる。その結果、組み立て後及び熱交換器に取り付けられた後のヒートシンク１の寸法精度をより高くすることができる。

以上のように、ヒートシンク１は、高い設計の自由度、優れた生産性及び冷却性能を有し、熱交換器に取り付けられた後の寸法精度を高くすることができる。

（実施例１）
本例は、フィンプレート２０２にかしめ加工を施すことにより、連結部品３を固定する爪部２５（図７参照）を形成したヒートシンク１０２の例である。なお、本実施例以降において用いる符号のうち、既出の参考例または実施例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り、既出の参考例または実施例における構成要素等と同様の構成要素等を表す。

図には示さないが、本例のフィンプレート２０２は、板幅方向に延びる複数のスリット２２と、連結部品３における隣り合う位置決め凸部３２の間の基部３１が差し込まれた係止溝２６とを有している。係止溝２６は、フィンプレート２０２の長手方向の両端部２４における、板幅方向の両側に形成されている。

図８に示すように、本例の係止溝２６は、フィンプレート２０２の板幅方向の端面２３に略平行な底面２６１と、底面２６１に垂直な一対の溝側面２６２とを有している。また、溝側面２６２における、底面２６１と係止溝２６の開口端２６３との間には、周囲よりも陥没した切り欠き部２６４が設けられている。

切り欠き部２６４は、溝側面２６２における板幅方向の略中央部に形成されている。本例の切り欠き部２６４は、具体的には、半円形断面を有し、板厚方向に延びた溝である。

フィンプレート２０２に爪部２５を形成するためのかしめ加工は、係止溝２６に連結部品３の基部３１を差し込んだ後に、フィンプレート２０２の板幅方向の端面２３における開口端２６３の近傍を、その周囲よりも陥没するように押し込むことにより行われる。かしめ加工により開口端２６３の近傍が押し込まれると、図７に示すように押込部２３１が形成されるとともに、切り欠き部２６４よりも開口端２６３側の溝側面２６２が基部３１側に突出し、爪部２５が形成される。そして、爪部２５を連結部品３に押し付ることにより、フィンプレート２０２を連結部品３に固定することができる。その他は参考例１と同様である。

本例のフィンプレート２０２は、係止溝２６の開口端２６３と底面２６１との間を構成する溝側面２６２に、周囲よりも陥没した切り欠き部２６４を有しているとともに、切り欠き部２６４よりも係止溝２６の開口端２６３側に、連結部品３に押し付けられた爪部２５を有している。そのため、爪部２５によりフィンプレート２０２を連結部品３に固定し、組み立て後におけるヒートシンク１０２の寸法精度をより高くすることができる。さらに、ヒートシンク１０２を組み立てた後に、連結部品３やフィンプレート２０２がヒートシンク１０２から外れることを防止できるため、ヒートシンク１０２をより取り扱いやすくすることができる。その他、本例のヒートシンク１０２は、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。

（参考例２）
本例は、図９に示すように、スリット２２がチェッカーボード状に配置されたヒートシンク１０３の例である。本例のヒートシンク１０３は、５本のスリット２２を備えたフィンプレート２０３ａと、６本のスリット２２を備えたフィンプレート２０３ｂとを有している。フィンプレート２０３ａとフィンプレート２０３ｂとは、横方向Ｙに交互に並んでいる。

本例のヒートシンク１０３では、全てのフィンプレート２０３におけるスリット２２同士の間隔が同一である。また、フィンプレート２０３の長手方向（縦方向Ｘ）において、各フィンプレート２０３のスリット２２は、当該フィンプレート２０３の隣のフィンプレート２０３のスリット２２から、スリット２２同士の間隔の半分だけずれた位置に配置されている。即ち、フィンプレート２０３ａのスリット２２は、これに隣り合うフィンプレート２０３ｂのスリット２２から、スリット２２同士の間隔の半分だけずれた位置に配置されている。その他は参考例１と同様である。

本例のように、スリット２２をチェッカーボード状に配置することによっても、スリット２２をヒートシンク１０３全体に亘って均等に配置することができる。それ故、本例のヒートシンク１０３は、冷却性能をより向上させることができる。その他、本例のヒートシンク１０３は、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。

（参考例３）
本例は、スリット２２の他の態様の例である。スリット２２は、参考例１に示したように、フィンプレート２の板幅方向における一方の端面２３ａに開口していてもよい。また、図１０に示すフィンプレート２０４のように、板幅方向のいずれの端面２３にも開口していないスリット２２４を設けることもできる。

さらに、図１１に示すフィンプレート２０５のように、板幅方向の各端面２３ａ、２３ｂから板幅方向の中央に向かって延びるスリット２２５（２２５ａ、２２５ｂ）を設けてもよい。フィンプレート２０５においては、板幅方向の一方の端面２３ａから延びるスリット２２５ａが他方の端面２３ｂから延びるスリット２２５ｂと同一の位置に配置されている。また、図には示さないが、スリット２２５ａの長手方向における位置とスリット２２５ｂの長手方向における位置とが異なっていてもよい。

これらのフィンプレートは、参考例１におけるフィンプレート２に代えて使用することができる。

（参考例４）
本例は、スリット２２同士の間隔を変更したヒートシンク１０５の例である。本例のヒートシンク１０５は、図１２に示すように、１３本のスリット２２を備えたフィンプレート２０６を有している。フィンプレート２０６の板厚は２ｍｍであり、各スリット２２の幅は１．５ｍｍである。また、スリット２２同士の間隔は１．８ｍｍである。隣り合うスリット２２の間には、細長く伸びたピン状構造２６が形成されている。フィンプレート２０６の板幅方向の断面における、ピン状構造２６の断面積は３．６ｍｍ²である。その他は参考例１と同様である。

本例のように、個々のフィンプレート２０６にスリット２２を形成することにより、スリット２２同士の間隔を容易に狭くすることができる。また、フィンプレート２０６の板幅を広くすることにより、スリット２２の深さをより深くし、ひいてはスリット２２同士の間に形成されるピン状構造２６の高さを高くすることができる。それ故、ヒートシンク１０５によれば、従来の鍛造加工では難しかった、アスペクト比が高く、細長いピン状構造２６を容易に形成することができる。その結果、熱交換器の冷却性能をより向上させることができる。

（参考例５）
本例は、複数のフィンプレート２０７が１個の連結部品３により保持されたヒートシンク１０６の例である。本例のヒートシンク１０６は、図１３に示すように、縦方向Ｘにおけるヒートシンク１の一方の端部に配置された連結部品３を有している。連結部品３は、横方向Ｙに延在しており、高さ方向Ｚにおける片側から複数のフィンプレート２０７に取り付けられている。

図には示さないが、本例のフィンプレート２０７は、その長手方向の一方の端部２３ａにおける板厚方向の片側に、１箇所の係止溝２１を有している。係止溝２１は、フィンプレート２０７の板幅方向における他方の端面２３ｂ、即ち、スリット２２が開口している側と反対側の端面に設けられている。そして、図１２に示すように、係止溝２１には、連結部品３の基部３１が差し込まれている。その他は参考例１と同様である。

本例のヒートシンク１０６のように、１個以上の連結部品３を有していれば、複数のフィンプレート２０７を保持することができる。その他、本例のヒートシンク１０６は、フィンプレート２０７の板幅方向の両側から連結部品３を取り付けることによる作用効果を除き、参考例１と同様の作用効果を奏することができる。

（参考例６）
本例は、ヒートシンク１０２を備えた熱交換器４の例である。図１４〜図１７に示すように、熱交換器４は、ヒートシンク１０２と、ヒートシンク１０２を収容するジャケット４１とを有している。図１６に示すように、ジャケット４１は、発熱体を搭載する発熱体搭載面４１１を外表面に備えている。また、ジャケット４１は、冷媒が流入する冷媒流入口４１２と、冷媒が流出する冷媒流出口４１３と、冷媒流入口４１２と冷媒流出口４１３とを繋ぐ冷媒流路４１４とを有している。ヒートシンク１０２は、冷媒流路４１４に配置されている。

ジャケット４１は、図１４、図１６及び図１７に示すように、カップ状を呈するカップ部４２と、カップ部４２の開口面を覆う天板部４３とを有しており、カップ部４２と天板部４３との間に冷媒流路４１４が形成されている。カップ部４２は、冷媒流入口４１２及び冷媒流出口４１３を備え、略長方形状を呈する底面部４２１と、底面部４２１の外周端縁から天板部４３側に延出した側面部４２２と、側面部４２２の先端に形成され、天板部４３に接合されたフランジ部４２３とを有している。

図１４及び図１５に示すように、冷媒流入口４１２は、底面部４２１の外周縁部における一方の短辺に沿って配置されており、冷媒流出口４１３は、他方の短辺に沿って配置されている。また、フランジ部４２３と天板部４３との接合は、例えば、ろう付、溶接及び摩擦撹拌接合等の公知の方法により行うことができる。

図１４及び図１５に示すように、天板部４３は略長方形状を呈している。また、図１６及び図１７に示すように、天板部４３の外表面には発熱体搭載面４１１が設けられている。

図１５及び図１７に示すように、ヒートシンク１０２は、冷媒流路４１４における、冷媒流入口４１２と冷媒流出口４１３との間に配置されている。ヒートシンク１０２における、フィンプレート２０２の長手方向の一方の端部２４ａは冷媒流入口４１２側を向いており、他方の端部２２ｂは冷媒流出口４１３側を向いている。

図１７に示すように、ヒートシンク１０２は、スリット２２の開口が底面部４２１側を向くようにして配置されている。ヒートシンク１０２における、フィンプレート２０２の板幅方向の一方の端面２３ａ、即ちスリット２２が開口している側の端面は、ろう付により底面部４２１に接合されている。またフィンプレート２０２の他方の端面２３ｂは、ろう付により天板部４３に接合されている。また、図１６に示すように、基部３１の長手方向（横方向Ｙ）における連結部品３の両端面３３は、側壁部４３２に当接している。

本例の熱交換器４においては、発熱体搭載面４１１に搭載された発熱体からの熱が、天板部４３を介してヒートシンク１０２に伝達される。また、冷媒流入口４１２から供給された冷媒は、連結部品３ａにおける先端面３２１同士の隙間Ｃからヒートシンク１０２内に進入する。

ヒートシンク１０２内に進入した冷媒は、フィンプレート２０２同士の隙間を通ってヒートシンク１０２の縦方向Ｘに流れるとともに、スリット２２を通って横方向Ｙにも流れる。連結部品３ｂにおける先端面３２１同士の隙間Ｃからヒートシンク１０２の外部に流出した冷媒は、冷媒流出口４１３から排出される。そして、冷媒がヒートシンク１０２内を流れる過程において、冷媒とヒートシンク１０２との間で熱交換が行われることにより、発熱体搭載面に搭載された発熱体を冷却することができる。

また、本例においては、フィンプレート２０２の板幅方向における両端面２３がジャケット４１の内表面にろう付されている。そのため、発熱体搭載面４１１に搭載した発熱体からの熱を各フィンプレート２０２に効率よく伝えることができる。これにより、熱交換器４の冷却性能をより向上させることができる。

本発明に係るヒートシンク及び熱交換器は、上述した実施例１及び参考例１〜参考例６の態様に限定されるものではなく、その趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。例えば、実施例１及び参考例１〜参考例４においては、複数のフィンプレートが全て同一の構成を有する例を示したが、複数のフィンプレートのうち一部のフィンプレートが、他のフィンプレートよりも板厚が厚い等、他のフィンプレートと異なる構成を有していてもよい。

また、参考例１〜３及び参考例５にはヒートシンクを組み立てた後にフィンプレートのかしめ加工を行わない例を示したが、連結部品を取り付けた後に、実施例１と同様にフィンプレートのかしめ加工を行ってもよい。この場合には、各参考例の作用効果に加えて、爪部による作用効果を奏することができる。

また、参考例６においては、フィンプレート２０２の板幅方向における両端面２３がジャケット４１の内表面にろう付された熱交換器の例を示したが、例えば、天板部４３に当接する端面２３ｂのみをろう付してもよい。また、フィンプレート２０２の底面部４２１側の端面２３ａが底面部４２１から離隔していてもよい。

１、１０２、１０３、１０５、１０６ ヒートシンク
２、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７ フィンプレート
２１、２６ 係止溝
２２、２２４、２２５ スリット
３ 連結部品
３１ 基部
３２ 位置決め凸部

Claims (8)

1. 板厚方向に互いに間隔をあけて並んだ複数のフィンプレートと、
   複数の上記フィンプレートと交差するように配置され、複数の上記フィンプレートを保持する連結部品とを有し、
   上記連結部品は、
   棒状を呈する基部と、
   上記基部の側面から突出し、上記基部の長手方向に並んだ複数の位置決め凸部とを有し、
   上記フィンプレートは、
   その周縁に開口した係止溝と、
   板幅方向に延びる複数のスリットと、
   上記係止溝の開口端と底面との間を構成する溝側面に設けられ、周囲よりも陥没した切り欠き部と、
   上記切り欠き部よりも上記係止溝の開口端側に設けられた爪部と、を有しており、
   上記係止溝には、上記連結部品における隣り合う上記位置決め凸部の間の上記基部が差し込まれており、
   上記爪部は上記連結部品に押し付けられている、熱交換器用ヒートシンク。
2. 上記係止溝は、上記フィンプレートの長手方向の両端部における、板幅方向の両側に形成されており、上記連結部品は、上記フィンプレートの長手方向の両端部において、板幅方向の両側から上記複数のフィンプレートを保持している、請求項１に記載の熱交換器用ヒートシンク。
3. 上記複数のスリットは、上記フィンプレートの板幅方向における一方の端面に開口している、請求項１または２に記載の熱交換器用ヒートシンク。
4. 上記フィンプレートの板厚は０．８〜３．０ｍｍであり、上記スリット同士の間隔は１．８〜５．０ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用ヒートシンク。
5. 全ての上記フィンプレートにおける上記スリット同士の間隔が同一であり、上記フィンプレートの長手方向において、上記各フィンプレートの上記スリットは当該フィンプレートの隣の上記フィンプレートの上記スリットと同一の位置に配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器用ヒートシンク。
6. 全ての上記フィンプレートにおける上記スリット同士の間隔が同一であり、上記フィンプレートの長手方向において、上記各フィンプレートの上記スリットは当該フィンプレートの隣の上記フィンプレートの上記スリットから上記間隔の半分だけずれた位置に配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器用ヒートシンク。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器用ヒートシンクと、
   該熱交換器用ヒートシンクを収容するとともに、発熱体を搭載する発熱体搭載面を外表面に備えたジャケットとを有しており、
   該ジャケットは、冷媒が流入する冷媒流入口と、冷媒が流出する冷媒流出口と、上記冷媒流入口と上記冷媒流出口とを繋ぐ冷媒流路とを有しており、
   上記熱交換器用ヒートシンクが上記冷媒流路に配置されている、熱交換器。
8. 上記フィンプレートの板幅方向における両端面が上記ジャケットの内表面にろう付されている、請求項７に記載の熱交換器。

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