JP2007327732A

JP2007327732A - インナーフィン及びこのインナーフィンを備えたヒートシンク

Info

Publication number: JP2007327732A
Application number: JP2006224263A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Shinnaga; 秀孝新長; Tsutomu Wada; 努和田; Satoru Sakuma; 哲佐久間; Joji Yamazaki; 丈嗣山崎
Original assignee: T Rad Co Ltd
Current assignee: T Rad Co Ltd
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】ヒートシンクの製造を容易にし、製造コストの低減化を図る。
【解決手段】本発明は、内部に冷却流体が流通するヒートシンク１に設けられるインナーフィン５であって、前記冷却流体の全体的な流通方向に交差する向きに配設された干渉部９を有する複数のフィン部材４から構成されており、干渉部９同士が交差するように各フィン部材４を互いに逆向きに積重することにより構成されていることを特徴とし、干渉部９の周りには外枠部１２が形成され、外枠部１２がヒートシンク１のタンク本体１３の一部を構成するようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンク等の熱交換器に設けられるインナーフィン及びこのインナーフィンを備えたヒートシンクに関する。

一般に、パソコンのＣＰＵ（Central
Processing Unit）、サイリスタや電力用コンデンサのような電子部品等の熱源には、該熱源から発生した熱を放出させるため、ヒートシンクが設けられており、このヒートシンクは、扁平な箱状のタンク本体の内部空間を流通する冷却流体によって該タンク本体の外面に装着された熱源を冷却するようになっている。

従来、この種のヒートシンクには、プレートを積層して形成されるプレート式熱交換器が用いられることがあり、このプレート式熱交換器は、部品点数が少なく組立性に優れていることが知られている。また、プレート式熱交換器には、熱交換効率を高めるため、積層されるプレートの表面に凹凸加工が施されることがあり、特に、ヘリンボーンと呼ばれる魚の骨形状の凹凸加工をプレートの表面に施したタイプのプレート式熱交換器は、冷却流体の乱流効果がプレートの全幅に渡って生じるため、他のタイプのものと比べて、熱交換効率が高くなることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このようにプレートの表面にヘリンボーン状の凹凸加工を施したプレート式熱交換器をヒートシンクに使用した場合には、熱源の装着面が平坦でないため、熱伝達効率を高めることができず、却って熱交換効率が低下するといった問題があった。そのため、プレート式熱交換器をヒートシンクに使用する場合には、熱源の装着面に凹凸加工を施さずに、プレートの表面を平坦に形成させると共に、タンク本体の内部空間にインナーフィンを挿入し、熱源とタンク本体間の熱伝達効率を高めるようにしている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−１５３３９６号公報特開平１０−２０９３５９号公報

しかしながら、上記した特許文献２に記載されたヒートシンクでは、インナーフィンが複雑な形状を成しているため、製造過程において高価な金型が必要となり、製造コストが嵩むといった問題があった。

また、上記した従来のヒートシンクでは、タンク本体内での冷却流体の流れが、出入口付近で乱流となり、熱源からの発熱量が最も多く高温となる中央付近では、冷却流体の乱流による伝熱促進効果が期待できなかった。そのため、効率良く熱源を冷却することができず、熱交換効率の向上が図り難いといった問題があった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、単純な形状を成し、製造コストの低減化を図ることができ、効率良く熱源を冷却することのできるインナーフィン及びこのインナーフィンを備えたヒートシンクを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明は、内部に冷却流体が流通するヒートシンクに設けられるインナーフィンであって、前記冷却流体の全体的な流通方向に交差する向きに配設された干渉部を有する複数のフィン部材から構成されており、前記干渉部同士が交差するように前記各フィン部材を互いに逆向きに積重することにより構成されていることを特徴とする。

そして、本発明に係るインナーフィンにおいて、前記干渉部の周りには外枠部が形成されており、該外枠部はヒートシンクのタンク本体の一部を構成していてもよい。

また、本発明に係るインナーフィンにおいて、前記干渉部は、それぞれ、内側に向かって細くなる形状を有していてもよい。

さらに、前記干渉部の交差部には、該各干渉部同士が面接合可能なように接合部が形成されていてもよい。

さらにまた、前記フィン部材の、前記ヒートシンクに装着される熱源に対応する部分には、前記干渉部に交差するように交差部が形成されていてもよい。

さらにまた、前記交差部は、前記フィン部材の、前記ヒートシンクに装着される熱源の中央部分に対応する部分に形成されていてもよい。

また、本発明は、タンク本体の内部を流通する冷却流体によって該タンク本体の外側平坦面に装着された熱源を冷却するヒートシンクであって、前記タンク本体の内部に請求項１又は２のいずれか１の請求項に記載のインナーフィンが設けられていることを特徴とする。

そして、本発明に係るヒートシンクにおいて、前記熱源が装着される外側平坦面を有する第１のプレート部材と、該第１のプレート部材に重合し、該第１のプレート部材と共に前記タンク本体を形成する第２のプレート部材とを備え、該第２のプレート部材には、前記タンク本体の内部側に突出するフィン状突部が前記フィン部材と同一形状を成すように前記第２のプレート部材と一体成形されており、前記フィン状突部には、前記干渉部同士が交差するように逆向きに前記フィン部材が積重されていてもよい。

本発明によれば、干渉部同士が交差するように各フィン部材を互いに逆向きに積重することによりインナーフィンが構成されているため、冷却流体は、干渉部により十分に攪拌され、全体に渡って均等に流通するようになるため、熱交換効率の向上を図ることができる。

また、インナーフィンの形状が単純な形状を成しているため、容易に製造することができ、製造コストの低減化を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

先ず、図１〜図３を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態について説明する。ここで、図１は本実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図、図２はヒートシンクのタンク本体の内部空間を冷却流体が流通する状態を示す斜視図である。

図１に示されているように、本実施の形態に係るヒートシンク１は、第１のプレート部材２と第２のプレート部材３の間に２枚のフィン部材４，４から成るインナーフィン５を介装することにより構成されている。そして、第１のプレート部材２の外面は平坦に形成され、該平坦面６に、電子部品等の熱源（図示省略）が密着可能となっている。また、第２のプレート部材３の両側には、冷却流体入口７と冷却流体出口８が接続されている。

各フィン部材４は、矩形状の平板部材をプレス打ち抜き加工することにより形成され、冷却流体の全体的な流通方向に交差する向きに所定間隔で多数形成された斜め細長形状の干渉部９と、冷却流体入口７及び冷却流体出口８の接続位置に対応してそれぞれ形成された三角形状の開口部１０，１１と、干渉部９及び開口部１０，１１の周りに形成された矩形状の外枠部１２とから構成されている。そして、各フィン部材４は、干渉部９同士が交差するように互いに逆向きに積重され、各フィン部材４の外枠部１２と第１及び第２のプレート部材２，３とによりタンク本体１３が構成され、タンク本体１３の内部には、一方の開口部１０から各干渉部９の間を通って他方の開口部１１に至る冷却流体流通路１４（図２参照）が形成されるようになっている。

このように構成されたヒートシンク１において、冷却流体入口７からタンク本体１３の内部に流入した冷却流体は、冷却流体用流通路１４を流通し、タンク本体１３の平坦面６に密着された熱源から熱を吸収した後、冷却流体出口８を通って外部に流出する。

このように上記した本実施の形態に係るヒートシンク１によれば、干渉部９同士が交差するようにフィン部材４が積重されているため、冷却流体は、冷却流体用流通路１４を流通する時に干渉部９によって十分に攪拌されながら冷却流体用流通路１４全体に渡って均等に流通し、熱源から効率良く熱を吸収するため、ヒートシンク１の熱交換効率を高めることができる。

また、第１及び第２のプレート部材２，３と２枚のインナーフィン４，４をそれぞれプレス加工により成形した後、それらを積重してロウ付けするだけで、簡単にヒートシンク１を製造することができるため、製造コストの低減化を図ることができる。

なお、干渉部９の形状は上記した形状に限定されるものではなく、各種変更が可能である。例えば、図３に示すように、干渉部２１，２２は、それぞれ、内側に向かって細くなる形状、例えば、三角柱形状を有し、両側（図３では上下）の平坦面２３（図３では、上面のみ図示）を介して上下の各プレート部材２，３にロウ付け接合されるようになっていてもよい。また、この場合、干渉部２１，２２の交差部には、各干渉部２１，２２同士が面接合可能なように、例えば、四角柱形状を成す接合部２３，２４が形成されており、各干渉部２１，２２の接合部２４，２５同士はロウ付け接合されるようになっている。そして、このような干渉部２１，２２を備えたフィン部材４を製造するには、先ず、プレス打ち抜き加工により四角柱形状に形成した後、所要部分を鍛造により三角柱形状に形成することにより行う。

上記したように、各干渉２１，２２同士が面接合可能なように接合部２４，２５を設けることにより、各干渉部２１，２２間において伝熱がし易くなり、前記各プレート部材２，３間における伝熱性が向上し、ヒートシンク１の放熱性能を高めることができる。また、各干渉部２１，２２が内側に向かって細くなる形状を有しているため、冷却流体が干渉部２１，２２間を円滑に流通するようになり、熱交換性能の向上を図ることができる。

次に、図４〜図６を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態について説明する。ここで、図４は本実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図、図５は同ヒートシンクを示す斜視図、図６は同ヒートシンクを示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態と同等の構成については、同一の符号を使用し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係るヒートシンク３１は、第１のプレート部材２と第２のプレート部材３の間に２枚のフィン部材３２，３２から成るインナーフィン３３を介装することにより構成されており、第１のプレート部材２の外面は平坦に形成され、該平坦面６に、電子部品等の熱源３４がロー付けにより接着されている。

各フィン部材３２は、矩形状の平板部材をプレス打ち抜き加工することにより形成され、冷却流体の全体的な流通方向に交差する向きに所定間隔で多数形成された斜め細長形状の干渉部３５と、冷却流体入口７及び冷却流体出口８の接続位置に対応してそれぞれ形成された三角形状の開口部３６，３７と、干渉部３５及び開口部３６，３７の周りに形成された矩形状の外枠部３８とを備えて構成されている。

各フィン部材３２の、平坦面６に装着される熱源３４に対応する部分には、それぞれ、干渉部３５に交差するように交差部３９が形成されており、交差部３９は外枠部３８の各長辺部３８ａの間に平行に形成されている。また、各フィン部材３２は、干渉部３５同士が交差するように互いに逆向きに積重され、各フィン部材３２の外枠部３８と第１及び第２のプレート部材２，３とによりタンク本体１３が構成され、タンク本体１３の内部には、一方の開口部３６から各干渉部３５の間を通って他方の開口部３７に至る冷却流体流通路４０（図６参照）が形成されている。

このように構成されたヒートシンク３１において、冷却流体入口７からタンク本体１３の内部に流入した冷却流体は、冷却流体用流通路４０を流通する際、熱源３４からの発熱量が最も多く、高温となる熱源３４の中央部分４１に対応する部分において、交差部３９に衝突することにより、乱流となり、伝熱が促進されるため、熱源３４から効率良く熱を吸収する。その後、熱源３４から熱を吸収した冷却流体は、冷却流体用流通路４０を流通し、冷却流体出口８を通って外部に流出する。

このように本実施の形態に係るヒートシンク３１によれば、冷却流体は、干渉部３５によって十分に攪拌されながら冷却流体用流通路３９全体に渡って均等に流通すると共に、交差部３９によって、発熱量が最も多く、高温となる熱源３４の中央部分４１から効率良く熱を吸収するため、ヒートシンク３１の熱交換効率を高めることができる。また、交差部３９を設けることにより、フィン部材３２の強度を高めることができ、熱源３４を第１のプレート部材２に高い圧力で押し付けることができるため、第１のプレート部材２に対する熱源３４の密着度を高めることができ、品質や性能の向上を図ることができる。

なお、交差部３９の形状や位置は上記した場合に限定されるものではなく、例えば、図７に示されているように、不連続に部分的に設置する等、各種変更が可能である。

また、上記した各実施の形態においては、フィン部材４，３２を２枚一対で設けた場合について説明したが、本発明に係るヒートシンク１，３１はこの形態に限定されるものではなく、例えば、第１のプレート部材２をプレス加工することにより、タンク本体１３の内部側に突出するフィン状突部を、フィン部材４と同一形状を成すように第１のプレート部材２と一体成形し、このフィン状突部に対して、干渉部９同士が交差するように逆向きにフィン部材４を積重してもよい。そして、この場合には、部品点数及び製造工数をさらに削減することができるため、製造コストをより一層低減することができる。

また、上記した各実施の形態では、インナーフィン５，３３の外枠部１２がタンク本体１３の一部を構成しているが、本発明は、必ずしもこの形態に限定されるものではなく、インナーフィンは、外枠部１２を設けずに、干渉部９，２１，２２，３５同士を連結部材で連結し、タンク本体１３の内部に配置するようにしてもよい。

さらに、上記した各実施の形態では、インナーフィン５，３３をヒートシンク１，３１に設置した場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明に係るインナーフィン５，３３は、プレート式熱交換器等、他のタイプの熱交換器に使用することもできる。

本発明の第１の実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係るヒートシンクのタンク本体の内部空間を冷却流体が流通する状態を示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係るヒートシンクのフィン部材の別の例を示す斜視図である。本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクを示す斜視図である。本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクを示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクのフィン部材の別の例を示す平面図である。

符号の説明

１ヒートシンク
２第１のプレート部材
３第２のプレート部材
４フィン部材
５インナーフィン
６平坦面
９干渉部
１２外枠部
１３タンク本体
２１干渉部
２２干渉部
２４接合部
２５接合部
３１ヒートシンク
３２フィン部材
３３インナーフィン
３５干渉部
３９交差部

Claims

内部に冷却流体が流通するヒートシンクに設けられるインナーフィンであって、
前記冷却流体の全体的な流通方向に交差する向きに配設された干渉部を有する複数のフィン部材から構成されており、前記干渉部同士が交差するように前記各フィン部材を互いに逆向きに積重することにより構成されていることを特徴とするインナーフィン。
前記干渉部の周りには外枠部が形成されており、該外枠部はヒートシンクのタンク本体の一部を構成している請求項１に記載のインナーフィン。
前記干渉部は、それぞれ、内側に向かって細くなる形状を有している請求項１又は２に記載のインナーフィン。
前記干渉部の交差部には、該各干渉部同士が面接合可能なように接合部が形成されている請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載のインナーフィン。
前記フィン部材の、前記ヒートシンクに装着される熱源に対応する部分には、前記干渉部に交差するように交差部が形成されている請求項１〜４のいずれか１の請求項に記載のインナーフィン。
前記交差部は、前記フィン部材の、前記ヒートシンクに装着される熱源の中央部分に対応する部分に形成されている請求項５に記載のインナーフィン。
タンク本体の内部を流通する冷却流体によって該タンク本体の外側平坦面に装着された熱源を冷却するヒートシンクであって、
前記タンク本体の内部に請求項１〜６のいずれか１の請求項に記載のインナーフィンが設けられていることを特徴とするヒートシンク。
前記熱源が装着される外側平坦面を有する第１のプレート部材と、該第１のプレート部材に重合し、該第１のプレート部材と共に前記タンク本体を形成する第２のプレート部材とを備え、該第２のプレート部材には、前記タンク本体の内部側に突出するフィン状突部が前記フィン部材と同一形状を成すように前記第２のプレート部材と一体成形されており、前記フィン状突部には、前記干渉部同士が交差するように逆向きに前記フィン部材が積重されている請求項７に記載のヒートシンク。