JP2003007944A

JP2003007944A - 発熱部品用冷却装置

Info

Publication number: JP2003007944A
Application number: JP2001183424A
Authority: JP
Inventors: Satoru Iwata; 哲岩田; Toshihiro Hasuo; 利博蓮尾
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2003-01-10

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のものに比べて軽量化を図る。冷却基板
に孔食が発生することを防止する。【解決手段】互いに積層状にろう付された２枚のクラ
ッド板3A、3Bからなり、かつ両クラッド板3A、3B間に膨
出状冷却水通路が形成されている冷却基板２と、両端が
冷却基板２の冷却水通路の両端部に接続された冷却水循
環管５と、冷却水循環管５に設けられた水循環ポンプ６
とを備えている。各クラッド板3A,3Bは、純度９９．０
０wt％以上の純アルミニウムからなる芯材の片面に、Ａ
ｌ−７〜１１wt％Ｓｉ−０．８〜２．５wt％Ｚｎ合金か
らなる皮材が被覆されたものである。両クラッド板3A、
3Bの皮材面どうしをろう付して冷却基板２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通信機器、ＮＣ
工作機械の制御器、コンピュータ等に使用される集積回
路等の発熱部品を冷却するのに用いられる冷却装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の冷却装置として、冷却水通路、
冷却水通路の両端部に位置する冷却水導入用ヘッダ部お
よび冷却水排出用ヘッダ部を有するアルミニウム押出形
材製冷却基板と、冷却基板の冷却水導入用ヘッダ部に接
続された冷却水供給パイプと、冷却基板の冷却水排出用
ヘッダ部に接続された冷却水排出パイプとを備えたもの
が知られている（特開平１０−７５０８１号公報参
照）。なお、この公報には記載されていないが、冷却水
循環管の両端が冷却水供給パイプおよび同排出パイプに
接続され、冷却水循環管に水循環ポンプが設けられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
冷却装置においては、冷却基板がアルミニウム押出形材
製であるから、押出技術上の制約から冷却基板の薄肉化
は困難であり、重量が比較的大きくなるという問題があ
る。さらに、長期間の使用により冷却基板に孔食が発生
し、冷却水のリークが生じるおそれがある。

【０００４】この発明の目的は、上記問題を解決し、従
来のものに比べて軽量化を図りうるとともに、冷却基板
に孔食が発生することを防止しうる発熱部品用冷却装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による発
熱部品用冷却装置は、互いに積層状に結合された２枚の
金属板からなり、かつ両金属板間に膨出状冷却水通路が
形成されている冷却基板と、両端が冷却基板の冷却水通
路の両端部に接続された冷却水循環管と、冷却水循環管
に設けられた水循環ポンプとを備えており、冷却基板の
片面の平坦面に、発熱部品取付部が設けられるとともに
放熱器が固定されているものである。

【０００６】請求項２の発明による発熱部品用冷却装置
は、請求項１の発明において、冷却水通路の内周面が、
犠牲防食効果を有する合金により覆われているものであ
る。この場合、冷却水通路の周壁を形成する金属板、す
なわち冷却基板に孔食が発生することが防止される。

【０００７】請求項３の発明による発熱部品用冷却装置
は、請求項２の発明において、各金属板が、純度９９．
００wt％以上の純アルミニウムからなる芯材の片面に、
Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金からなる皮材が被覆されている
クラッド板よりなり、これらのクラッド板の皮材面どう
しがろう付されて冷却基板が形成されているものであ
る。請求項３の発明において、クラッド板の芯材とし
て、純度９９．０wt％以上の純アルミニウムを用いたの
は、この純アルミニウムの熱伝導度が高く、２２０Ｗ／
ｍＫ以上となるからである。具体的には、たとえばＡＡ
１０００番系の純アルミニウムが用いられる。また、皮
材として、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金を用いたのは、この
合金が、芯材に対して優れた犠牲陽極効果（陰極防食効
果）を有するとともに、溶融性、流動性等のろう材とし
て優れた特性を有するからである。なお、皮材のクラッ
ド率、すなわちクラッド板全体の厚さに対する皮材の厚
さの比率は、１０〜２０％であることが好ましい。１０
％未満であるとろう材が不足し、十分なフィレットが形
成されずに、気密性、耐圧性に問題が生じる可能性があ
り、２０％を越えるとろう付時にろう材が冷却水通路に
多く流れ込み、冷却水の流れを阻害するおそれがあるか
らである。

【０００８】請求項４の発明による発熱部品用冷却装置
は、請求項３の発明において、クラッド板の皮材が、Ａ
ｌ−７〜１１wt％Ｓｉ−０．８〜２．５wt％Ｚｎ合金か
らなるものである。

【０００９】請求項４の発明において、クラッド板の皮
材として、Ａｌ−７〜１１wt％Ｓｉ−０．８〜２．５wt
％Ｚｎ合金、すなわちＳｉ７〜１１wt％、Ｚｎ０．８〜
２．５wt％を含み、残部アルミニウムおよび不可避不純
物からなるアルミニウム合金を用いたのは、この合金
が、芯材に対して優れた犠牲陽極効果（陰極防食効果）
を有するとともに、溶融性、流動性等のろう材として優
れた特性を有するからである。この合金において、Ｓｉ
含有量を７〜１１wt％の範囲に限定したのは、下限値未
満であるとろう付のさいの約６００℃での加熱時におけ
る皮材の溶融と流動が不十分で良好なろう付を行うこと
ができず、上限値を越えるとろう付のさいの加熱溶融時
にＳｉが芯材のＡｌと合金化して溶融侵食を起こすから
である。また、Ｚｎの含有量を０．８〜２．５wt％の範
囲に限定したのは、下限値未満であると皮材の芯材に対
する犠牲陽極効果が不十分であり、上限値を越えると犠
牲腐食の速度が大きくなり、腐食生成物による冷却水通
路の詰まりが発生したり、犠牲陽極層である皮材が早期
に消失し、防食期間が短くなるからである。

【００１０】請求項５の発明による発熱部品用冷却装置
は、請求項２の発明において、各金属板が、純度９９．
００wt％以上の純アルミニウムからなる芯材の片面に、
Ａｌ−Ｚｎ系合金からなる皮材が被覆されているクラッ
ド板よりなり、これらのクラッド板の皮材面どうしが圧
着されて冷却基板が形成されているものである。

【００１１】請求項５の発明において、クラッド板の芯
材として、純度９９．０wt％以上の純アルミニウムを用
いたのは、この純アルミニウムの熱伝導度が高く、２２
０Ｗ／ｍＫ以上となるからである。具体的には、たとえ
ばＡＡ１０００番系の純アルミニウムが用いられる。ま
た、皮材として、Ａｌ−Ｚｎ系合金を用いたのは、この
合金が、芯材に対して優れた犠牲陽極効果（陰極防食効
果）を有するからである。なお、皮材のクラッド率、す
なわちクラッド板全体の厚さに対する皮材の厚さの比率
は、１０〜２０％であることが好ましい。

【００１２】請求項６の発明による発熱部品用冷却装置
は、請求項５の発明において、クラッド板の皮材が、Ａ
ｌ−０．８〜２．５wt％Ｚｎ合金からなるものである。

【００１３】請求項６の発明において、クラッド板の皮
材として、Ａｌ−０．８〜２．５wt％Ｚｎ合金、すなわ
ちＺｎ０．８〜２．５wt％を含み、残部アルミニウムお
よび不可避不純物からなるアルミニウム合金を用いたの
は、この合金が、芯材に対して優れた犠牲陽極効果（陰
極防食効果）を有するからである。この合金において、
Ｚｎの含有量を０．８〜２．５wt％の範囲に限定したの
は、下限値未満であると皮材の芯材に対する犠牲陽極効
果が不十分であり、上限値を越えると犠牲腐食の速度が
大きくなり、腐食生成物による冷却水通路の詰まりが発
生したり、犠牲陽極層である皮材が早期に消失し、防食
期間が短くなるからである。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、この発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１
の上下、左右をそれぞれ上下、左右といい、図３の紙面
表側（図２の上側）を後、これと反対側を前というもの
とする。

【００１５】図１〜図３に示すように、発熱部品用冷却
装置(1)は、互いに積層状にろう付された２枚のクラッ
ド板(3A)(3B)からなり、かつ両クラッド板(3A)(3B)間に
膨出状冷却水通路(4)が形成されている縦長方形状の冷
却基板(2)と、両端が冷却基板(2)の冷却水通路(4)の両
端部に接続された冷却水循環管(5)と、冷却水循環管(5)
に設けられた水循環ポンプ(6)とを備えている。

【００１６】冷却基板(2)の前面は全体に平坦面となさ
れ、その左側上部が発熱部品取付部(7)となされてい
る。また、冷却基板(2)の前面における発熱部品取付部
(7)を除いた部分には、アルミニウム押出形材製放熱器
(8)が固定されている。放熱器(8)は、平坦な放熱基板(8
a)と、放熱基板(8a)の前面に左右方向に間隔をおいて一
体に形成された上下方向に伸びる複数のプレート状フィ
ン(8b)とよりなり、放熱基板(8a)が、熱伝導性接着剤お
よびねじ（図示略）により冷却基板(2)に固定されてい
る。放熱器(8)の冷却基板(2)への固定は、この他にも熱
伝導性接着剤とかしめにより行ってもよいし、ろう付に
より行ってもよい。

【００１７】冷却水通路(4)は蛇行状であって、左右方
向に間隔をおいて設けられ、かつ上下方向に伸びる複数
の直線部(4a)と、隣り合う直線部(4a)どうしを上下交互
に通じさせる複数の連通部(4b)とよりなり、その両端部
は冷却基板(2)の下縁に開口している。そして、冷却水
通路(4)の両端開口内に冷却水循環管(5)の両端部が差し
込まれ、冷却基板(2)に溶接等により固着されている。

【００１８】冷却基板(2)は、次のようにして２枚の縦
長方形状クラッド板(3A)(3B)により形成されている。図
４に示すように、クラッド板(3A)(3B)は、純度９９．０
０wt％以上の純アルミニウムからなる芯材(15)の片面
に、Ａｌ−７〜１１wt％Ｓｉ−０．８〜２．５wt％Ｚｎ
合金からなる皮材(16)が、クラッド率１０〜２０％とな
るように被覆されたものである。図５に示すように、後
側のクラッド板(3B)の皮材(16)面側には、プレス成形に
よって冷却水通路形成用蛇行状凹所(17)が、他面側に膨
出するように形成されている。そして、これらのクラッ
ド板(3A)(3B)の皮材(16)面どうしが、上記組成を有する
皮材(16)を利用してろう付されることにより、冷却基板
(2)が形成されている。

【００１９】上記構成の冷却装置(1)において、水循環
ポンプ(6)により冷却水が、冷却水通路(4)と冷却水循環
管(5)との間で循環させられる。発熱部品取付部(7)に取
り付けられた発熱部品(S)から発せられる熱は、冷却基
板(2)の前側のクラッド板(3A)に伝わり、このクラッド
板(3A)を経て冷却水通路(4)内を流れる冷却水に放熱さ
れる。また、発熱部品(S)から発せられる熱の一部は、
クラッド板(3A)から放熱器(8)の放熱基板(8a)を経てプ
レート状フィン(8b)に伝わり、フィン(8b)から放熱され
る。加熱された冷却水の有する熱は、発熱部品取付部
(7)を過ぎた後クラッド板(3A)に伝わり、放熱器(8)の放
熱基板(8a)およびプレート状フィン(8b)を介して放熱さ
れる。こうして、発熱部品(S)が冷却される。

【００２０】なお、図示は省略したが、冷却装置(1)の
下方には、上向きに冷却風を送る冷却ファンが配置され
ている。

【００２１】次に、この発明による発熱部品用冷却装置
(1)をＮＣ工作機械の制御器における発熱電子部品の冷
却に適用した実験例について説明する。すなわち、ＮＣ
工作機械の制御器における発熱電子部品を冷却装置(1)
の発熱部品取付部(7)に取り付け、上述したような運転
を１年間連続して行ったところ、発熱部品の冷却性能の
低下は認められず、また冷却水のリークも発生しなかっ
た。また、試験終了後、冷却基板(2)を切断し、冷却水
通路(4)内面の腐食状況を観察したところ、孔食はクラ
ッド板(3A)(3B)の皮材(16)にとどまっており、芯材(15)
にまでは到達していなかった。

【００２２】図６は、この発明による発熱部品用冷却装
置の他の実施形態を示す。

【００２３】この実施形態の発熱部品用冷却装置(20)の
場合、冷却基板(21)は、次のようにして２枚の縦長方形
状クラッド板により形成されている。図示は所略した
が、各クラッド板は、純度９９．００wt％以上の純アル
ミニウムからなる芯材の片面に、Ａｌ−０．８〜２．５
wt％Ｚｎ合金からなる皮材が、クラッド率１０〜２０％
となるように被覆されたものである。そして、２枚のク
ラッド板の皮材面のうちの少なくともいずれか一方に圧
着防止剤を所要パターンに印刷し、この状態で２枚のク
ラッド板を、皮材面どうしが合さるように圧着して非圧
着部を有する合せ板をつくり、合せ板の非圧着部に流体
圧を導入することによって、両クラッド板間に膨出状冷
却水通路(4)を一挙に形成する、いわゆるロールボンド
法により作製されている。したがって、冷却水通路(4)
の内周面は、Ａｌ−０．８〜２．５wt％Ｚｎ合金で覆わ
れている。

【００２４】その他の構成は、上述した第１の実施形態
と同様であり、同一物および同一部分には同一符号を付
す。

【００２５】上記２つの実施形態においては、冷却水通
路(4)は蛇行状であるが、これに限るものではなく、た
とえば格子状等の他の形状に適宜変更可能である。

【００２６】また、上記２つの実施形態において、いず
れか一方のクラッド板における冷却水通路に臨んだ部
分、または冷却水循環管の周壁に貫通穴が形成され、こ
の貫通穴が、水素は透過させるが、水蒸気は透過させな
い膜状体で塞がれていてもよい。この場合、アルミニウ
ムと水とが腐食反応を起こして多量の水素ガスが発生し
たとしても、この水素ガスは膜状体を通して放出され
る。したがって、水循環ポンプの空転が防止され、冷却
性能の低下が防止される。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明の発熱部品用冷却装置に
よれば、２枚の金属板が互いに積層状に結合されること
により冷却基板が形成されているので、アルミニウム押
出形材製冷却基板を備えた従来の冷却装置に比べて、軽
量化を図ることができる。

【００２８】請求項２の発明の発熱部品用冷却装置によ
れば、冷却水通路の内周面が、犠牲防食効果を有する合
金により覆われているので、冷却水通路の周壁を形成す
る金属板、すなわち冷却基板に孔食が発生することが防
止され、冷却水のリークが防止される。

【００２９】請求項３の発明の発熱部品用冷却装置によ
れば、冷却基板を形成する金属板が、純度９９．００wt
％以上の純アルミニウムからなる芯材の片面に、Ａｌ−
Ｓｉ−Ｚｎ系合金からなる皮材が被覆されているクラッ
ド板よりなり、これらのクラッド板の皮材面どうしがろ
う付されて冷却基板が形成されているので、ろう付のた
めの加熱時における皮材の溶融性および流動性が優れて
おり、良好なろう付が行われる。また、クラッド板の芯
材が熱伝導性の良好な純度９９．００wt％以上の純アル
ミニウムからなるので、発熱部品から冷却水通路内を流
れる冷却水への熱伝導性が優れたものになる。さらに、
クラッド板の皮材が、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金からなる
ので、皮材が芯材に対して犠牲的に腐食され、芯材に孔
食が発生することが防止され、その結果冷却水のリーク
が防止される。特に、皮材がＡｌ−７〜１１wt％Ｓｉ−
０．８〜２．５wt％Ｚｎ合金からなる場合に、ろう付性
および犠牲的腐食性が優れたものになる。

【００３０】請求項５の発明の発熱部品用冷却装置によ
れば、冷却基板を形成する金属板が、純度９９．００wt
％以上の純アルミニウムからなる芯材の片面に、Ａｌ−
Ｚｎ系合金からなる皮材が被覆されているクラッド板よ
りなり、これらのクラッド板の皮材面どうしが圧着され
て冷却基板が形成されており、クラッド板の芯材が熱伝
導性の良好な純度９９．００wt％以上の純アルミニウム
からなるので、発熱部品から冷却水通路内を流れる冷却
水への熱伝導性が優れたものになる。さらに、クラッド
板の皮材が、Ａｌ−Ｚｎ系合金からなるので、皮材が芯
材に対して犠牲的に腐食され、芯材に孔食が発生するこ
とが防止され、その結果冷却水のリークが防止される。
特に、皮材がＡｌ−０．８〜２．５wt％Ｚｎ合金からな
る場合に、犠牲的腐食性が優れたものになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による発熱部品用冷却装置の実施形態
を示す正面から見た斜視図である。

【図２】図１のII−II線拡大断面図である。

【図３】図１の発熱部品用冷却装置の背面図である。

【図４】図１の発熱部品用冷却装置の冷却基板を形成す
るクラッド板を示す部分拡大断面図である。

【図５】図１の発熱部品用冷却装置の冷却基板を形成す
る２枚のクラッド板を示す斜視図である。

【図６】この発明による発熱部品用冷却装置の他の実施
形態を示す図２相当の断面図である。

【符号の説明】

(1)(20)：発熱部品用冷却装置 (2)(21)：冷却基板 (3A)(3B)：クラッド板 (4)：冷却水通路 (5)：冷却水循環管 (6)：水循環ポンプ (15)：芯材 (16)：皮材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに積層状に結合された２枚の金属板
からなり、かつ両金属板間に膨出状冷却水通路が形成さ
れている冷却基板と、両端が冷却基板の冷却水通路の両
端部に接続された冷却水循環管と、冷却水循環管に設け
られた水循環ポンプとを備えており、冷却基板の片面の
平坦面に、発熱部品取付部が設けられるとともに放熱器
が固定されている発熱部品用冷却装置。
【請求項２】冷却水通路の内周面が、犠牲防食効果を
有する合金により覆われている請求項１記載の発熱部品
用冷却装置。
【請求項３】各金属板が、純度９９．００wt％以上の
純アルミニウムからなる芯材の片面に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚ
ｎ系合金からなる皮材が被覆されているクラッド板より
なり、これらのクラッド板の皮材面どうしがろう付され
て冷却基板が形成されている請求項２記載の発熱部品用
冷却装置。
【請求項４】クラッド板の皮材が、Ａｌ−７〜１１wt
％Ｓｉ−０．８〜２．５wt％Ｚｎ合金からなる請求項３
記載の発熱部品用冷却装置。
【請求項５】各金属板が、純度９９．００wt％以上の
純アルミニウムからなる芯材の片面に、Ａｌ−Ｚｎ系合
金からなる皮材が被覆されているクラッド板よりなり、
これらのクラッド板の皮材面どうしが圧着されて冷却基
板が形成されている請求項２記載の発熱部品用冷却装
置。
【請求項６】クラッド板の皮材が、Ａｌ−０．８〜
２．５wt％Ｚｎ合金からなる請求項５記載の発熱部品用
冷却装置。