JP2012013249A - Plate lamination type heat sink - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のプレート積層型のインナーフィンを一対の端板で挟持し、その端板に発熱体を接触固定すると共に、内部に冷却液を流通して、発熱体を冷却するヒートシンクに関する。 The present invention relates to a heat sink that sandwiches a plurality of plate-stacked inner fins with a pair of end plates, contacts and fixes a heating element to the end plates, and cools the heating element by circulating a cooling liquid therein.
下記特許文献1に記載のプレート積層型のヒートシンクは、インナーフィンとして夫々四周に枠部が形成されると共に、長手方両端部に連通部を有する。そして枠内に網目状部が形成され、網目の各孔が整合しないように位置ずれして、複数のインナーフィンが積層され、それらの上下両端に端板を配し、プレートの長手方向両端部に冷却液の出入口を設けたものである。
また、本出願人は下記特許文献2に記載のものを既に提案している。これは、各インナーフィンの中間部に複数の伝熱促進用の島部を設け、各インナーフィンの島部が互いに整合するようにしたものである。
The plate-stacked heat sink described in
The applicant has already proposed the one described in
さらに、本出願人は下記特許文献3に記載のヒートシンクを提案している。これは、各インナーフィンが多数の並列した縦部材と、その縦部材間を連結する斜めの斜め部材とを有し、各縦部材が整合されると共に、斜部材は互いに重ならないように配置されたものである。
このように構成することにより厚み方向への伝熱性が向上する。
Furthermore, the present applicant has proposed a heat sink described in
By comprising in this way, the heat conductivity to the thickness direction improves.
特許文献1に記載のヒートシンクは、発熱体の受熱面から各インナーフィンへの伝熱が十分でない欠点があった。これはインナーフィンに多数の細い網目状の部分を有し、発熱体との伝熱面積が比較的小さいため、伝熱が悪い欠点があった。
特許文献2に記載の発明は、それを補うため発熱体の位置で、インナーフィンに円形等の島部を設け、発熱体の伝熱が積層方向に直接伝熱するようにしたものである。しかしながら、それ以外の部分での伝熱性が期待できない欠点があった。
The heat sink described in
In the invention described in
特許文献3に記載のヒートシンクは、多数の縦部材が積層方向に一致するため、積層方向への伝熱性が向上する特徴がある。しかしながら、斜め部材の位置で冷却液はが積層方向に分流または合流するとき、その位置での流体抵抗が比較的大きくなり、冷却液の円滑な流通を疎外する欠点があった。
そこで本発明は、これらの欠点を取り除き、伝熱性が良く且つ、冷却液側の圧力損失の小さな、性能の良いヒートシンクを提供することを課題とする。
The heat sink described in
Therefore, an object of the present invention is to provide a heat sink with good performance that eliminates these drawbacks and has good heat transfer and low pressure loss on the coolant side.
請求項1に記載の本発明は、それぞれ平坦な金属板のプレス成形体よりなり、外周の少なくとも両側に枠部(1)を有し、その枠部(1) 内に多数の細長い縦骨部(2) が互いに離間して配置されると共に、各縦骨部(2) (2) 間が横骨部(3) で連結され、その枠部(1) と縦骨部(2) と横骨部(3) とが平面的に且つ一体に連結された複数の中間プレート(5)(6)(7) と、
積層された複数の中間プレート(5)(6)(7) の積層方向の両端に位置される一対の端プレート(8)(9) と、を具備し、
積層された中間プレート(5)(6)(7) の一端から、その各縦骨部(2) (2) 間の多数のスリット状の流路(16)を他端へ冷却液(10)が流通し、前記端プレート(8)に被冷却用の発熱体(15)が接触するプレート積層型ヒートシンクにおいて、
各中間プレート(5)(6)(7) は、細長い多数の縦骨部(2) が略同一位置で積層され、それぞれの横骨部(3) は互いに異なった位置で積層され、
一方の中間プレート(6)の横骨部(3) の位置で、それに隣接する他方の中間プレート(5)(7) の縦骨部(2) の幅が細くなる流体抵抗減少用のくびれ部(11)が設けられて、そこの流路(16)の幅が他の部分より広い幅広部(17)を有することを特徴とするプレート積層型ヒートシンクである。
The present invention according to
A pair of end plates (8) and (9) positioned at both ends in the stacking direction of the plurality of stacked intermediate plates (5), (6) and (7),
From one end of the laminated intermediate plate (5) (6) (7), a number of slit-like channels (16) between each longitudinal bone (2) (2) are connected to the other end of the coolant (10). In the plate laminated heat sink in which the heating element (15) to be cooled contacts the end plate (8),
Each of the intermediate plates (5), (6), and (7) has a large number of elongated longitudinal bone portions (2) laminated at substantially the same position, and the respective transverse bone portions (3) are laminated at different positions,
Constriction for reducing fluid resistance, where the width of the longitudinal bone (2) of the other intermediate plate (5) (7) adjacent to the horizontal bone (3) of one intermediate plate (6) becomes narrower (11) is provided, and the flow path (16) there is a wide plate portion (17) having a wider width than other portions.
請求項2に記載の本発明は、請求項1のプレート積層型ヒートシンクにおいて、
前記くびれ部(11)が縦骨部(2) の幅方向両側に存在するプレート積層型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のプレート積層型ヒートシンクにおいて、
隣接する中間プレート(5)(6)(7) の各縦骨部(2) の位置がその幅方向に僅かに位置ずれして、一方の中間プレート(6)の縦骨部(2) とそれに隣接する他方の中間プレート(5)(7) の縦骨部(2) とが、積層方向に重なる重部分(2a)と重ならない非重部分(2b)とを有するプレート積層型ヒートシンクである。
The present invention according to
It is a plate laminated heat sink in which the constricted part (11) exists on both sides in the width direction of the longitudinal bone part (2).
According to a third aspect of the present invention, in the plate laminated heat sink of the first aspect,
The positions of the longitudinal bones (2) of the adjacent intermediate plates (5), (6), and (7) are slightly displaced in the width direction, and the longitudinal bones (2) of one intermediate plate (6) The vertical bone portion (2) of the other intermediate plate (5) (7) adjacent to it is a plate laminated heat sink having a overlapping portion (2a) overlapping in the stacking direction and a non-overlapping portion (2b) not overlapping .
請求項4に記載の本発明は、請求項3のプレート積層型ヒートシンクにおいて、
前記くびれ部(11)が、縦骨部(2) の前記非重部分(2b)の側のみに存在するプレート積層型ヒートシンクである。
請求項5に記載の本発明は、請求項1のプレート積層型ヒートシンクにおいて、
前記縦骨部(2) が平面波形に曲折され、その波の頂部または谷部に前記横骨部(3) が平面千鳥状に位置されたプレート積層型ヒートシンクである。
The present invention according to
The constricted portion (11) is a plate laminated heat sink in which only the non-heavy portion (2b) side of the longitudinal bone portion (2) exists.
The present invention according to
The plate bone type heat sink in which the longitudinal bone portion (2) is bent into a plane waveform and the transverse bone portion (3) is located in a plane zigzag at the top or valley of the wave.
請求項6に記載の本発明は、請求項5のプレート積層型ヒートシンクにおいて、
前記くびれ部(11)が、前記縦骨部(2) の前記横骨部(3)と反対の位置に配置されたプレート積層型ヒートシンクである。
請求項7に記載の本発明は、請求項1〜請求項6のいずれかのプレート積層型ヒートシンクにおいて、
前記縦骨部(2) の幅と流路(16)の幅が略同一であるプレート積層型ヒートシンクである。
The present invention according to
The constricted portion (11) is a plate laminated heat sink in which the longitudinal bone portion (2) is disposed at a position opposite to the transverse bone portion (3).
The present invention according to
In this plate heat sink, the width of the vertical bone portion (2) and the width of the flow path (16) are substantially the same.
本発明のプレート積層型ヒートシンクは、細長い多数の縦骨部2が略同一位置で積層され、各縦骨部2間に冷却液10の流路16が存在するため、発熱体15からの熱が各縦骨部2に直接伝わり、冷却液10との間の熱交換を促進できる。
そのうえ、各プレートの横骨部3は互いに異なった位置で積層され、一方の中間プレート6の横骨部3の位置で、それに隣接する他方の中間プレート5,7は縦骨部2にくびれ部11が設けられている。そして、そこに流路の幅が広い幅広部17が形成されたから、それがない場合、本来、流路の流体抵抗の大きな横骨部3の位置で、その流体抵抗を減少させ、流体の流通を円滑にして、全体として圧力低下の小さな性能の良いヒートシンクを提供できる。
In the plate laminated heat sink of the present invention, a large number of elongated
In addition, the
上記構成において請求項2に記載のように、くびれ部11を縦骨部2の幅方向両側に形成した場合には、より効果的に横骨部3の位置での流体抵抗を減少することができる。
上記構成において請求項3に記載のように、中間プレート5,6,7の各縦骨部2の位置をその幅方向に僅かに位置ずれさせ、各縦骨部2が重部分2aと非重部分2bとを有するようにした場合には、非重部分2bにより冷却液10との接触面積を広くして、熱交換を促進すると共に、重部分2aによって発熱体15との伝熱性を良好にし得る。
In the above configuration, when the
In the above-described configuration, as described in
上記構成において請求項4に記載のように、くびれ部11を縦骨部2の非重部分2bの側のみに配置した場合には、縦骨部2と冷却液10との接触面積を広く確保すると共に、横骨部3における冷却液10の流体抵抗を効果的に減少することができる。
上記構成において請求項5に記載のように、縦骨部2を平面波形に曲折し、その波の頂部または谷部に横骨部3を平面千鳥状に配置した場合には、各縦骨部2間に形成される多数の流路16の流路長を長くし、且つその蛇行により冷却液10の攪拌効果が増大し伝熱性が向上する。
In the above configuration, when the
In the above configuration, as described in
上記構成において請求項6に記載のように、そのくびれ部11を縦骨部2の横骨部3と反対側の位置に配置した場合には、横骨部3により流路16の幅広部17近傍を補強し且つ、流路抵抗を効果的に減少させることができる。
上記構成において請求項7に記載のように、縦骨部2の幅と流路16とを略同じにした場合には、流路抵抗と伝熱性とのバランスのよいヒートシンクを提供できる。
When the
When the width of the
次に、図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
図1〜図5は本発明のヒートシンク12の第1の実施の形態を示す。
このヒートシンク12は、複数の中間プレート5,6,7(この例では3枚)が厚み方向に積層され、その上下両端に一対の端プレート8,9が配置され、それらの間が一体にろう付け固定されるものである。各中間プレート5,6,7は四周に枠部1を有し、その枠部1内に多数の縦骨部2が互いに略縦骨部の幅の空間で離間して平行に配置されると共に、各縦骨部2,2間が横骨部3で連結されている。
この例では、横骨部3が夫々一直線上に配置されているが、それに代えて各横骨部3を千鳥状に配置しても良い。
Next, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show a first embodiment of a
In the
In this example, the
そして、夫々の縦骨部2間にはスリット状の流路16が図4(A)〜(D)の如く存在し、各流路16は横骨部3によって閉じられている。そして図3および図4から明らかなように、上段の中間プレート5の横骨部3と、中段の中間プレート6の横骨部3と、下段の中間プレート7の横骨部3とは、夫々互いに長手方向に位置が異なるように配置されている。これに対して、各中間プレート5,6,7の夫々の縦骨部2は積層されたとき、それが互いに整合する位置に配置されている。各中間プレートの長手方向両端部にはタンク部4が設けられ、そこには何れの骨部も存在しない。
A slit-
次に、本発明の特徴は、図3及び図4に示されている。
図4の(A)〜(C)に記載されている如く、上段の中間プレート5の横骨部3と同じ位置において、中段ならびに下段の中間プレート6,7の縦骨部2には、その両側にくびれ部11が設けられている。このくびれ部11は、縦骨部2の幅が細くなるように滑らかにくびれており、その結果、隣り合う縦骨部2間には幅広部17が形成される。即ち、上段の中間プレート5の横骨部3の位置において、中段および下段の中間プレート6,7には幅広部17が配置される。同様に、中段の中間プレート6の横骨部3の位置では、上段と下段の中間プレート5,7にくびれ部11が設けられ、そこに幅広部17が形成される。さらには、下段の中間プレート7の横骨部3の位置に置いて、上段および中段の中間プレート5,6に前記同様のくびれ部11が形成され、そこに幅広部17が形成される。そして同図(D)(G)の如く、それらの中間プレート5,6,7が積層される。
Next, features of the present invention are shown in FIGS.
As shown in FIGS. 4A to 4C, at the same position as the
このとき各中間プレートの横骨部3の位置は、互いに長手方向に異なると共に、その位置でそれに隣接する他の中間プレートには幅広部17が形成される。そして、その上下両端に端プレート8,9が積層され、それらの間に冷却液10が流通する。このとき図4(G)に示す如く、冷却液10は各横骨部3によって、流路16が閉塞され、その位置で上下方向に流路変更し、隣接する中間プレートの流路16内に迂回して円滑に流通する。上段の中間プレート5の横骨部3を冷却液10が迂回するとき、それが中段および下段の中間プレート6,7の各流路16を図において下方に移動する。その横骨部3を迂回して、隣接する中間プレート5の流路16に流入し、各中間プレートの流路16内を流通する。そして中段の中間プレート6の横骨部3に冷却液10が達すると、その上下両側の中間プレート5,7を迂回し、各プレートの流路16内を流入する。同様に下段の中間プレート7の横骨部3を迂回するときは、中段および上段の中間プレート5,6の幅広部17を流通する。
At this time, the positions of the
図5は冷却液10の流通状態示すものであり、横骨部3の位置に存在する他の中間プレートのくびれ部11によって、その流通が円滑に行われる様子を示している。そしてその冷却液10は、流路16を流通する間に厚み方向に移動し、攪拌されて熱交換が促進される。
従来のヒートシンクでは、このように冷却液10が各横骨部3を迂回するとき、その流通抵抗が増大する。しかしながら、本発明ではその位置の中間プレートの流路16には幅広部17が存在するため、その分だけ冷却液10の流通に伴う圧力抵抗を低減することができる。
FIG. 5 shows a flow state of the
In the conventional heat sink, when the
なお、この例では上端の端プレート8には接合板18を介してパワートランジスタ等の発熱体15が接合される。接合板18は電気絶縁性であると共に、伝熱性の良い薄肉のセラミック材等が用いられる。
下端の端プレート9にはその両端部に出入口14が形成され、そこにパイプ13が接続される。
また、この例では3枚の中間プレートが積層されているが、それが2枚であっても、4枚以上の多数枚であっても良い。そして端プレート8上の発熱体15の熱は、端プレート8及び夫々の縦骨部2を介して伝熱される。そして各中間プレートの流路16内を流通する冷却液10との間に熱交換が行われるものである。
In this example, a
The
In this example, three intermediate plates are laminated, but it may be two or more than four. The heat of the
この例では、各中間プレートにタンク部4が設けられているが、それに代えて端プレート8又は端プレート9にそれを設けて良い。その場合には、一例として端プレート8,9の四周を皿状に立ち上げ、各中間プレートの積層体をその内部に収納することが出きる。
また、図2において発熱体15が上端の端プレート8のみに接続されているが、それに加えて下端の端プレート9に発熱体15を接触固定しても良い。
In this example, the
In FIG. 2, the
次に、図6〜図8は本発明の第2実施例であって、この例が前記第1実施例と異なる点は、くびれ部11の形状及び各中間プレートにおける縦骨部2どうしの積層状態である。そして他は前記第1実施例と全く同一である。
この例では、図7(A)〜(D)に示す如く、くびれ部11が夫々の縦骨部2の幅方向の片側のみに配置されている。さらに同図(E)〜(J)に示す如く、中段の中間プレート6の縦骨部2と、上段、下段の中間プレート5,7の縦骨部2とがその幅方向に僅かに位置ずれし、同図(F)に示す如く、積層状態で三つの縦骨部2が重なる重部分2aと夫々が重ならない非重部分2bとを有する。この例では、非重部分2bより重部分2aが大である。
各縦骨部2をこのように積層することにより、冷却液10との接触面積が非重部分2b分に相当する面積分だけ広くなる。それによって熱交換が促進される。
Next, FIGS. 6 to 8 show a second embodiment of the present invention, which differs from the first embodiment in that the shape of the
In this example, as shown in FIGS. 7A to 7D, the
By laminating the
次に、各中間プレートのくびれ部11はその向きを互いに異にする。図7(A)に示す如く、上段の中間プレート5ではくびれ部11が図において、上方に向き、中段の中間プレート6では(B)の如くそれが下方に向き、下段の中間プレート7では(C)の如く、それが上方に向いている。そしてそれらが重ね合わされたとき、同図(D)の如く、各くびれ部11は非重部分2b側に配置されている。このように構成することにより、各中間プレートの横骨部3を迂回するとき、より円滑に冷却液10を流通し得る。
図8はその流通状態を示すものである。
Next, the directions of the constricted
FIG. 8 shows the distribution state.
次に、図9〜図12は本発明の第3実施例であり、この例が前記第1及び第2実施例と異なる点は、縦骨部2が蛇行状に形成されていると共に、横骨部3は千鳥状に形成されている点である。さらには、くびれ部11の位置が横骨部3の存在する縦骨部2の一方側にのみ配置され、その位置に幅広部17が形成されている点である。
各中間プレートの縦骨部2は僅かに波形に蛇行すると共に、図10(D)の如く各縦骨部2は互いに整合する。しかしながら、各横骨部3は積層した際に互いに離間して配置される。
Next, FIGS. 9 to 12 show a third embodiment of the present invention. This example is different from the first and second embodiments in that the
The
なお、各横骨部3は曲折する縦骨部2の波の頂部または谷部に配置されている。そして一例として、中段の中間プレート6の横骨部3に整合する位置で、上段および下段の中間プレート5,7にはその流路16にくびれ部11が形成され、そこに幅広部17が存在する。それにより、冷却液10が各横骨部3を積層方向に迂回するとき、その流体抵抗を減ずることができる。その冷却液10の流通状態を図12に示す。
In addition, each
1 枠部
2 縦骨部
2a 重部分
2b 非重部分
3 横骨部
4 タンク部
5,6,7 中間プレート
8,9 端プレート
1
2a overlap
2b
10 冷却液
11 くびれ部
12 ヒートシンク
13 パイプ
14 出入口
15 発熱体
16 流路
17 幅広部
18 接合板
10 Coolant
11 Constriction
12 heat sink
13 Pipe
14 Doorway
15 Heating element
16 flow path
17 Wide part
18 Joint plate
Claims (7)
積層された複数の中間プレート(5)(6)(7) の積層方向の両端に位置される一対の端プレート(8)(9) と、を具備し、
積層された中間プレート(5)(6)(7) の一端から、その各縦骨部(2) (2) 間の多数のスリット状の流路(16)を他端へ冷却液(10)が流通し、前記端プレート(8)に被冷却用の発熱体(15)が接触するプレート積層型ヒートシンクにおいて、
各中間プレート(5)(6)(7) は、細長い多数の縦骨部(2) が略同一位置で積層され、それぞれの横骨部(3) は互いに異なった位置で積層され、
一方の中間プレート(6)の横骨部(3) の位置で、それに隣接する他方の中間プレート(5)(7) の縦骨部(2) の幅が細くなる流体抵抗減少用のくびれ部(11)が設けられて、そこの流路(16)の幅が他の部分より広い幅広部(17)を有することを特徴とするプレート積層型ヒートシンク。 Each is formed of a flat metal plate press-molded body, and has frame portions (1) on at least both sides of the outer periphery, and a large number of elongated vertical bone portions (2) are arranged in the frame portion (1) so as to be separated from each other. At the same time, the longitudinal bones (2) and (2) are connected by the transverse bone (3), and the frame (1), longitudinal bone (2), and transverse bone (3) are planar. And a plurality of intermediate plates (5) (6) (7) coupled together,
A pair of end plates (8) and (9) positioned at both ends in the stacking direction of the plurality of stacked intermediate plates (5), (6) and (7),
From one end of the laminated intermediate plate (5) (6) (7), a number of slit-like channels (16) between each longitudinal bone (2) (2) are connected to the other end of the coolant (10). In the plate laminated heat sink in which the heating element (15) to be cooled contacts the end plate (8),
Each of the intermediate plates (5), (6), and (7) has a large number of elongated longitudinal bone portions (2) laminated at substantially the same position, and the respective transverse bone portions (3) are laminated at different positions,
Constriction for reducing fluid resistance, where the width of the longitudinal bone (2) of the other intermediate plate (5) (7) adjacent to the horizontal bone (3) of one intermediate plate (6) becomes narrower (11) is provided, and the flow path (16) there has a wide part (17) whose width is wider than other parts.
前記くびれ部(11)が縦骨部(2) の幅方向両側に存在するプレート積層型ヒートシンク。 The plate laminated heat sink of claim 1,
A plate laminated heat sink in which the constricted portion (11) exists on both sides in the width direction of the longitudinal bone portion (2).
隣接する中間プレート(5)(6)(7) の各縦骨部(2) の位置がその幅方向に僅かに位置ずれして、一方の中間プレート(6)の縦骨部(2) とそれに隣接する他方の中間プレート(5)(7) の縦骨部(2) とが、積層方向に重なる重部分(2a)と重ならない非重部分(2b)とを有するプレート積層型ヒートシンク。 The plate laminated heat sink of claim 1,
The positions of the longitudinal bones (2) of the adjacent intermediate plates (5), (6), and (7) are slightly displaced in the width direction, and the longitudinal bones (2) of one intermediate plate (6) A plate laminated heat sink, in which the longitudinal bone portion (2) of the other intermediate plate (5) (7) adjacent thereto has an overlapping portion (2a) overlapping in the stacking direction and a non-overlapping portion (2b) not overlapping.
前記くびれ部(11)が、縦骨部(2) の前記非重部分(2b)の側のみに存在するプレート積層型ヒートシンク。 The plate laminated heat sink of claim 3,
A plate laminated heat sink in which the constricted portion (11) exists only on the non-heavy portion (2b) side of the longitudinal bone portion (2).
前記縦骨部(2) が平面波形に曲折され、その波の頂部または谷部に前記横骨部(3) が平面千鳥状に位置されたプレート積層型ヒートシンク。 The plate laminated heat sink of claim 1,
A plate laminated heat sink in which the longitudinal bone portion (2) is bent into a plane corrugation, and the transverse bone portion (3) is positioned in a plane staggered pattern at the top or valley of the wave.
前記くびれ部(11)が、前記縦骨部(2) の前記横骨部(3)と反対の位置に配置されたプレート積層型ヒートシンク。 The plate laminated heat sink according to claim 5,
A plate laminated heat sink in which the constricted portion (11) is disposed at a position opposite to the transverse bone portion (3) of the longitudinal bone portion (2).
前記縦骨部(2) の幅と流路(16)の幅が略同一であるプレート積層型ヒートシンク。 In the plate laminated heat sink according to any one of claims 1 to 6,
A plate laminated heat sink in which the width of the longitudinal bone portion (2) and the width of the flow path (16) are substantially the same.
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