JP2012049483A - 放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成であっても、高い放熱効果が得られる放熱装置を提供する。
【解決手段】 放熱装置１は、平坦な金属板の一方面２ｂに、金属板自体を掘り起こすことによって起立させた板状の放熱フィン２ａが所定の間隔で多数条形成された放熱部４と、気体または液体からなる流体を流通させる流通路４ｃを有する流通部とを備えている。流通部４の一方面４ａと他方面４ｃの両側には、各々一対の放熱部２、３の他方面２ｂ、３ｂが接合され、流通部４内を流通する流体が放熱部２、３の他方面２ｂ、３ｂに直接接触して、流体の熱を両側の放熱フィン２ａ、３ａから放熱されるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電子部品等の発熱体から吸熱して加熱された気体または液体からなる流体を冷却するための放熱装置に関する。

例えば半導体集積回路等の電子部品からなる発熱体から生ずる熱を冷却するための発熱体冷却構造として、金属板からなる放熱板の一方面には複数の放熱フィンを並列配置し、放熱板の他方面には発熱体が熱的に接続され、発熱体から発生する熱を放熱板が吸熱した後、上記複数の放熱フィンに伝達して放熱するように構成されている。そして、複数の放熱フィンの各々の隣接間に冷媒を通流させることにより複数の放熱フィンを冷却し、その結果、発熱体の温度上昇を抑制している。このような発熱体を冷却する発熱体冷却装置は、特開２００７−９３０２０号公報（特許文献１）、特開２００７−１２３５４７号公報（特許文献２）、或いは、特開２００８−１８７７５４号公報（特許文献３）に開示されている。

特開２００７−９３０２０号公報 特開２００７−１２３５４７号公報 特開２００８−１８７７５４号公報

上記発熱体冷却装置においては、放熱板の一方面に並列配置された複数の放熱フィンを冷媒により冷却している。一般に、放熱方式には空冷式と水冷式があり、高い放熱効果を得るためには水冷式が優れている。しかしながら、上記発熱体冷却装置のような水冷式に構成するには、複数の放熱フィンを覆うとともに、通流させる冷媒が漏出しないようにするためのカバーが必要であり、また、上記冷媒を冷却するための冷却装置が必要になり、構成が複雑になるとともに、コストが嵩む問題がある。一方、空冷式は、必要に応じて強制的に空気を送る送風機を設けた強制空冷式が用いられるが、構成が簡易であり安価なために比較的多用されている。しかしながら、放熱効果が低いことは否めず、また、高い放熱効果を求めることができない問題があった。

そこで、本発明の課題は、簡易な構成であっても、高い放熱効果が得られる放熱装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明にかかる放熱装置は、平坦な金属板の一方面に、上記金属板自体を掘り起こすことによって起立させた板状の放熱フィンが所定の間隔で多数条形成された放熱部と、気体または液体からなる流体を流通させる流通路を有する流通部とを備え、上記流通部の一方面と他方面の両側に各々一対の上記放熱部の他方面を接合し、上記流通部内を流通する流体が上記放熱部の他方面に直接接触させ、上記流体の熱を両側の上記放熱フィンから放熱するように構成されている。

また、上記流通部は、一方面から他方面に貫通する蛇行した流通路が形成され、この流通路の両端には流通口が形成され、この流通口と対応する位置に形成された上記放熱部の透孔を介して上記流体を流入と排出を行うようにしている。

上記放熱フィンは、上記金属板の一方面を掘り起こし工具によって上記金属板の板厚よりも薄くなるように掘り下げることにより起立形成され、上記放熱フィンの間の底面に板厚を上記金属板の板厚よりも小さく形成し、上記流通路と上記放熱フィンとの距離を小さくすることが望ましい。

上記流通部は、一方の上記放熱部の他方面に形成された凹所からなり、この凹所を閉塞するように他方の上記放熱部の他方面を、上記一方の上記放熱部の他方面に接合させている。

上記流通部は、一方の上記放熱部の他方面に形成された凹所からなり、上記放熱部の一方面には上記凹所の形状に対応させて上記放熱フィンを形成し、上記凹所を閉塞するように他方の上記放熱部の他方面を、上記一方の上記放熱部の他方面に接合させている。

本発明にかかる放熱装置によれば、流体を流通させる流通路を有する流通部の一方面と他方面の両側に各々一対の上記放熱部の他方面を接合させ、上記流通部内を流通する流体が上記放熱部の他方面に直接接触させることから、上記流体の熱が両側の放熱フィンから放熱するので、簡易な構成であっても、高い放熱効果を得ることができる。

さらに、流通部に形成する流通路を、一方面から他方面に貫通するように構成し、しかも蛇行させることにより、流体が長時間にわたり放熱部の他方面に直接接触するので、この間に両側の放熱フィンから放熱され、放熱効果を一層高めることが可能となる。

さらにまた、金属板の一方面を掘り起こし工具により、金属板の板厚よりも薄くなるように掘り下げることによって放熱フィンを起立形成すると、この放熱フィンの間の底面の板厚が小さくなるので、流通路と放熱フィンとの距離を小さくなり、流体の熱を速やかに放熱フィンから放熱することができ、その結果、放熱効果を一層高めることができる。

また、一方の放熱部の他方面に凹所を形成することにより流通部を構成すると、流体を両側の放熱部の他方面に直接接触させることができるので、高い放熱効果を得ることが可能となる。しかも、部品点数が減少するので、構成がさらに簡易になり、コストを低減することが可能となる。

さらにまた、一方の放熱部の他方面に形成した凹所の形状に対応させた放熱フィンを他方面に形成することにより、最も放熱を必要とする部位のみに放熱フィンが形成されるので、放熱効果を高めることが可能となる。しかも、放熱フィンを掘り起こし工具により掘り下げるとき、掘り下げ面積が小さくなるので、工具に与える負荷を小さくすることができ、工具を長寿命化することが可能になる。しかも、放熱フィンが形成されない余地に放熱装置を機器等に取り付けるための透孔を形成するなど、他の使用目的に容易に対応させることが可能となる。

放熱装置は、平坦な金属板の一方面に、上記金属板自体を掘り起こすことによって起立させた板状の放熱フィンが所定の間隔で多数条形成された放熱部と、気体または液体からなる流体を流通させる流通路を有する流通部とを備えている。上記流通部の一方面と他方面の両側には、各々一対の上記放熱部の他方面が接合され、上記流通部内を流通する流体が上記放熱部の他方面に直接接触して、上記流体の熱を両側の上記放熱フィンから放熱されるように構成する。

次に、図面を参照して本発明にかかる放熱装置について詳細に説明する。図１は、本発明による放熱装置の要部断面図である。放熱装置１は、板状の放熱フィン２ａ、３ａが所定の間隔で多数条形成された上下一対の放熱部２、３と、これら一対の放熱部２、３の間に挟まれた流通部４により構成されている。放熱部２、３は、塑性加工が可能であり、しかも熱伝導率が良好な、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅合金あるいはステンレス鋼等から選択された所定の板厚を有する平坦な金属板素材により形成されている。そして、板状の放熱フィン２ａ、３ａは、後述するように、上記金属板の一方面を掘り起こし工具によって掘り下げることにより起立形成されている。そのため、各放熱フィン２ａ、３ａの間の底面は、放熱部２、３が形成される上記金属板の板厚ｔ０よりも小さい板厚ｔ１に形成されている。このように、放熱部２、３の一方面２ｂ、３ｂには多数条の放熱フィン２ａ、３ａが起立形成され、他方面２ｃ、３ｃは平坦に形成されている。

流通部４は、放熱部２、３と同様に、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、銅合金あるいはステンレス鋼等から選択された所定の板厚を有する平坦な金属板素材によって形成されている。そして、流通部４には、図２に示すように、一方面４ａから他方面４ｂに貫通する蛇行した流通路４ｃが形成されている。さらに、この流通路４ｃの両端には、各々流通口４ｄが形成されている。また、図１乃至図３における図示上方の放熱部２の鍔部２ｄには、流通部４の流通口４ｄに対応させた位置に透孔２ｅが設けられている。なお、透孔２ｅには、図３に示すように、ノズル５を嵌合させることにより、例えば、図示しないポンプ装置に連結するパイプを接続することができる。

この流通部４には、一方面４ａに放熱部２の他方面２ｃが面接合され、他方面４ｂに放熱部３の他方面３ｃが面接合されている。これら面接合部分、或いは、流通部４の外周部分には、接着剤もしくはロー付けによって封止されている。このように、流通部４を挟むように放熱部２、３を設けることにより、流通部４に形成された流通路４ｃは、一方面４ａと他方面４ｂの両面側が封止され、一方の流通口４ｄから他方の流通口４ｄを連通する流通路４ｃが形成される。

このように構成された放熱装置１の流通部４の流通路４ｃには、例えば半導体集積回路等の電子部品からなる発熱体によって加熱された気体または液体からなる流体を流通させる。この流体は、一方の流通口４ｄから流入し、流通路４ｃを流通して他方の流通口４ｄから流出される。流通路４ｃを流通する流体は、放熱部２、３の他方面２ｃ、３ｃに直接接触しているので、放熱部２、３に吸熱された後、放熱フィン２ａ、３ａによって速やかに放熱される。このとき、流体の熱は、流通部４の両面から放熱されることになり、これにより放熱効果を高めることができる。

次に、放熱部２、３の一方面２ｂ、３ｂに起立形成した多数条の放熱フィン２ａ、３ａの形成方法について、図５を参照しながら説明する。なお、放熱部２、３の構成は同様であるので、代表して放熱部２について説明する。放熱フィン２ａは、図１乃至図３に示すように、幅方向の寸法が平坦な放熱部２の幅寸法よりも小さく形成され、両側には鍔部２ｄが形成されている。また、多数条の放熱フィン２ａが配列された長手方向の寸法は、放熱部２の長手方向の寸法とほぼ同じに形成されている。

この多数条の放熱フィン２ａは、素材としての上記金属板自体を切削工具により掘り起こすことによって一体に起立形成されている。このため、前述したように、各々の隣接する放熱フィン２ａの基端の間の底面における板厚ｔ１は、放熱部２自体の板厚ｔ０よりも薄く形成されている。このように各放熱フィン２ａ間の底面を薄く形成することによって、放熱部２の他方面２ｃに流体を接合したときに、各々の放熱フィン２ａが放熱部２の他方面２ｃに近くなるので、流体の熱を速やかに放熱フィン２ａに伝達できることから、放熱効率の向上に寄与できる。

放熱部２は、まず、所定の板厚（約１ｍｍ〜１０ｍｍ）と大きさを有する金属板素材６の一方面に多数条の板状の放熱フィン２ａを形成する。放熱フィン２ａは、図４に示すように、切削工具７によって起立形成する。切削工具７は、底面側の先端に移動方向と直角な刃部が形成されていて、その幅は金属板素材６の幅よりも小さい所定の幅に設定されている。また、この切削工具７は、金属板素材６の一方面に対して後端側が高くなるように所定の角度で傾斜させて図示しない駆動装置に取り付けられる。この傾斜角度は、放熱フィン２ａの高さ、板厚、或いは、金属板素材６の材質等によって適宜に設定されるが、概ね５度から２０度に設定している。

そして、切削工具７の刃部を金属板素材６の一方面に当接させた後、切削工具７を駆動装置により所定の角度で矢示の方向に挿入させると、切削工具７の刃部を金属板素材６の一方面に食い込ませ、さらに所定の深さに達するまで移動させることにより、所定の高さを有する放熱フィン２ａが起立形成される。次いで、切削工具７を上流側の位置に移動すると共に、所定の深さに達するまで移動させる掘り起こし工程を順次繰り返すことによって、順次放熱フィン２ａが同一高さ、同一角度、かつ、同一間隔に起立形成される。このような工程により放熱部２が形成される。

なお、同一の高さの放熱フィン２を形成するには、切削工具７による掘り起こし量を一定にすれば良い。なお、放熱フィン２ａの高さは、金属板素材６の材質が同じ場合に、切削工具７の掘り起こし角度と深さを適宜に変更することにより、任意の高さに設定することができる。

このように、切削工具７によって多数条の放熱フィン２ａを形成すると、放熱フィン２ａの基端側は、板厚が厚くなると同時に、図３に示す矢示のように両側方向が膨出する。このため、放熱フィン２ａの基端側が、金属板素材６を切削工具７によって掘り起こすことにより形成された内壁に圧接的に接合する。この結果、例え放熱フィン２ａの板厚を０．０５ｍｍ程度に薄く形成しても、基端側が金属板素材６に保持されるので、機械的な強度を大きくすることができる。また、放熱フィン２ａの基端側が金属板素材６と熱的に接続されるので、放熱効率を高めることが可能となる。

図５及び図６は、本発明にかかる放熱装置の第２の実施例を示している。第２の実施例において、前述した第１の実施例と相違する点は、一方の放熱部の他方面に形成した凹所を流通部としたことであり、以下に詳述する。なお、第１の実施例と同部品は同符号を示し、詳細な説明を省略する。図５及び図６に示す放熱装置１０は、図示上方における一方の放熱部１１の一方面１１ｂに放熱フィン１１ａが一体に起立形成されている。また、放熱部１１の他方面１１ｃには、流通部としての凹所１１ｄが形成されている。この凹所１１ｄは、放熱フィン１１ａの面積に対応する位置にほぼ等しい面積に形成される。因みに、図５及び図６においては、放熱フィン１１ａの板面と直交する方向の前方端から後方端に至るまで、略凹溝状に形成されている。

次に、一方の放熱部１１の形成方法について、図６を参照しながら説明する。前述した放熱部２と同様に、まず、所定の板厚（約１ｍｍ〜１０ｍｍ）と大きさを有する金属板素材６を用意し、第１の工程として、凹所１１ｄを形成する。この凹所１１ｄは、プレス加工により、金属板素材６の他方面からパンチを押圧して半抜き加工することにより形成される。このパンチは、凹所１１ｄと同じ形状としている。このとき、金属板素材６を載置するダイに形成された穴は、凹所１１ｄよりもやや小さい相似形に形成されている。そして、金属板素材６の他方面からパンチを押圧すると、凹所１１ｄの金属肉が一方面に移行し、図６（Ａ）に示すような凸部６ａが突出形成される。凸部６ａの大きさを凹所１１ｄより小さくするのは、半抜き加工したときに、凸部６ａの周囲の剪断を防止するためである。

その後、凸部６ａに多数条の板状の放熱フィン１１ａを形成するための第２の工程に移行する。この第２の工程は、前述した放熱フィン２ａを形成する方法と実質的に同じである。すなわち、前述した切削工具の刃部を凸部６ａに当接させた後、切削工具を所定の角度で挿入させ、金属板素材６の一方面と同一面に達するまで移動させることにより、所定の高さを有する放熱フィン１１ａが起立形成される。次いで、切削工具を上流側の位置に移動すると共に、金属板素材６の一方面に達するまで移動させる工程を順次繰り返すことによって、順次放熱フィン１１ａが同一高さ、同一角度、かつ、同一間隔に起立形成される。

このとき、各々の隣接する放熱フィン１１ａの基端の間の底面における板厚ｔ３は、放熱部１１自体の板厚ｔ２よりも薄く形成される。因みに、この第２の実施例における各放熱フィン１１ａ間の底面の板厚は、凹所１１ｄと凸部６ａ外縁に形成される連結部６ｂの板厚と同じに形成される。このように各放熱フィン１１ａ間の底面を薄く形成することによって、放熱部１１の他方面１１ｃに流体を接合したときに、各々の放熱フィン１１ａが凹所１１ｄに近くなるので、流体の熱を速やかに放熱フィン１１ａに伝達できることから、放熱効率の向上に寄与できる。

他方面１１ｃに凹所１１ｄが形成された一方の放熱部１１には、この凹所１１ｄを閉塞するように他方の放熱部３の他方面３ｃが面接合される。これにより、凹所１１ｄが前述した流通路４ｃと同等に機能し、流体が流通される。流体は、凹所１１ｄを流通するときに、熱が速やかに放熱フィン１１ａに伝達される同時に、他方の放熱部３の他方面３ｃから放熱フィン３ａ伝達され、両面から放熱されるので放熱効果を高めることができる。

図７は、本発明にかかる放熱装置の第３の実施例を示している。この第３の実施例は、前述した第２の実施例の変形例であり、一方の放熱部の他方面に形成した凹所を蛇行させて流通部とし、この蛇行した凹所に対応させて放熱フィンを起立形成している。なお、前述した第１及び第２の実施例と同部品は同符号を示し、詳細な説明を省略する。図７に示す放熱装置２０は、図示上方における一方の放熱部２１の一方面２１ｂに蛇行した放熱フィン２１ａが一体に起立形成されている。また、放熱部２１の他方面２１ｃには、流通部としての蛇行した略凹溝状の凹所２１ｄ（図８参照）が形成されている。この凹所２１ｄは、放熱フィン２１ａに対応させた位置であり、しかも放熱フィン２１ａとほぼ等しい面積に形成される。さらに、他方面２１ｃに蛇行した凹所２１ｄが形成された一方の放熱部２１には、凹所２１ｄを閉塞するように他方の放熱部３の他方面３ｃが面接合される。

これにより、凹所２１ｄが前述した流通路４ｃと同等に機能し、凹所２１ｄに流体が流通される。凹所１１ｄに流体が流通するときに、熱が速やかに放熱フィン１１ａに伝達される同時に、他方の放熱部３の他方面３ｃから放熱フィン３ａ伝達され、両面から放熱されるので放熱効果を高めることができる。加えて、流通部としての凹所２１ｄが蛇行しているので、流体が時間をかけて放熱されるので、放熱効果を一層高めることができる。

次に、一方の放熱部２１の形成方法について説明する。前述した放熱部２と同様に、まず、所定の板厚（約１ｍｍ〜１０ｍｍ）と大きさを有する金属板素材６を用意し、第１の工程として、蛇行した凹所２１ｄを形成する。この凹所２１ｄは、プレス加工により、金属板素材６の他方面からパンチを押圧して半抜き加工することにより形成される。このパンチは、凹所２１ｄと同じ形状としている。このとき、金属板素材６を載置するダイに形成された穴は、凹所２１ｄよりもやや小さい相似形に形成されている。そして、金属板素材６の他方面からパンチを押圧すると、凹所２１ｄの金属肉が一方面に移行し、図８に示すような蛇行した凸部６ａが突出形成される。凸部６ａの大きさを凹所２１ｄより小さくするのは、半抜き加工したときに、凸部６ａの周囲の剪断を防止するためである。

その後、蛇行した凸部６ａに多数条の板状の放熱フィン２１ａを形成するための第２の工程に移行する。この第２の工程は、前述した放熱フィン１１ａを形成する方法と実質的に同じである。すなわち、前述した切削工具の刃部を凸部６ａに当接させた後、切削工具を所定の角度で挿入させ、金属板素材６の一方面と同一面に達するまで移動させることにより、所定の高さを有する放熱フィン２１ａが起立形成される。次いで、切削工具を上流側に移動すると共に、金属板素材６の一方面に達するまで移動させる工程を順次繰り返すことによって、順次放熱フィン２１ａが同一高さ、同一角度、かつ、同一間隔に起立形成される。この第２の工程においては、凸部６ａのみを切削工具によって放熱フィン２１ａを起立形成するので、放熱フィン２１ａが図７に示すように蛇行した形状になる。

この第３の実施例においても、各々の隣接する放熱フィン２１ａの基端の間の底面における板厚が放熱部１１自体の板厚よりも薄く形成され、底面の板厚は、連結部の板厚と同じである。また、この例においても、各放熱フィン２１ａ間の底面が薄く形成されるので、各々の放熱フィン２１ａが凹所２１ｄに近くなり、流体の熱を速やかに放熱フィン２１ａに伝達できることから、放熱効率の向上に寄与できる。

以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上述した放熱装置は四角形に形成したが、円形や楕円、あるいは、多角形に形成しても良い。また、図示の放熱フィンはややカーリングさせると共に傾斜させているが、直線状に形成すると共に垂直に形成しても良い。さらに、一方の放熱部の他方面に凹所を形成して流通部を構成したが、他方の放熱部にも凹所を形成し、これらの凹所を重ね合わせて流通部を構成しても良い。

本発明にかかる放熱装置の一例を示す要部断面図である。 本発明にかかる放熱装置を示す分解斜視図である。 本発明にかかる放熱装置の側断面図である。 放熱フィンの形成手段を示す斜視図である。 本発明にかかる放熱装置の第２の実施例を示す斜視部でである。 （Ａ）（Ｂ）は、放熱装置の凹所を形成する手段を示す説明図である。 本発明にかかる放熱装置の第３の実施例を示す斜視部でである。 図７における凹所を形成するための中間工程を示す説明斜視図である。

１ 放熱装置
２ 一方の放熱部
２ａ 放熱フィン
２ｂ 一方面
２ｃ 他方面
３ 他方の放熱部
３ｂ 一方面
３ｃ 他方面
４ 流通部
４ｃ 流通路

Claims (5)

1. 平坦な金属板の一方面に、上記金属板自体を掘り起こすことによって起立させた板状の放熱フィンが所定の間隔で多数条形成された放熱部と、
   気体または液体からなる流体を流通させる流通路を有する流通部とを備え、
   上記流通部の一方面と他方面の両側に各々一対の上記放熱部の他方面を接合し、上記流通部内を流通する流体が上記放熱部の他方面に直接接触させ、上記流体の熱を両側の上記放熱フィンから放熱することを特徴とする放熱装置。
2. 上記流通部は、一方面から他方面に貫通する蛇行した流通路が形成され、この流通路の両端には流通口が形成され、この流通口と対応する位置に形成された上記放熱部の透孔を介して上記流体を流入と排出を行う請求項１に記載の放熱装置。
3. 上記放熱フィンは、上記金属板の一方面を掘り起こし工具によって上記金属板の板厚よりも薄くなるように掘り下げることにより起立形成され、上記放熱フィンの間の底面に板厚を上記金属板の板厚よりも小さく形成し、上記流通路と上記放熱フィンとの距離を小さくした請求項１に記載の放熱装置。
4. 上記流通部は、一方の上記放熱部の他方面に形成された凹所からなり、この凹所を閉塞するように他方の上記放熱部の他方面を、上記一方の上記放熱部の他方面に接合させた請求項１に記載の放熱装置。
5. 上記流通部は、一方の上記放熱部の他方面に形成された凹所からなり、上記放熱部の一方面には上記凹所の形状に対応させて上記放熱フィンを形成し、上記凹所を閉塞するように他方の上記放熱部の他方面を、上記一方の上記放熱部の他方面に接合させた請求項４に記載の放熱装置。

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