JP2014082283A - ヒートシンク - Google Patents

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Abstract

【課題】 ヒートシンク本体の形状の自由度を増し、複雑な外部形状及び複雑な内部形状のヒートシンクを安価に提供すること。
【解決手段】 一端が開口した箱状の本体１をプラスチックの射出成形体で形成し、その開口端を金属製の取付プレート２で閉塞する。そして本体１の内部に冷媒流路1aを設け、取付プレート２の外面に発熱体３を固定すると共に、その内面にインナーフィン７を配置する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、パワートランジスタ等の発熱体を冷却するヒートシンクに関する。
下記特許文献１に記載の半導体モジュールの冷却装置は、外面側にパワーモジュールを貼着した金属製の取付部材と、開口された金属製の筐体と、その筐体内に収納され流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、筐体の開口を閉塞する金属製の蓋部材とを有するものである。
特許第４１７２３０２号公報 特開２００８−２１８９４０号
従来のヒートシンクは、その本体を構成する筐体及びその蓋部材がアルミダイキャスト等により形成され、それらが一体的にろう付け固定されていた。そのため、ヒートシンクが高コストになると共に、細密化が難しく高性能を期待できなかった。
また、アルミダイキャストの筐体とプレートやパイプ等をろう付けする際、そのろう付け部の信頼性に問題があった。
そこで本発明は、係る問題点を取り除き、安価で高性能なヒートシンクを提供することを課題とする。
請求項１に記載の本発明は、内部に冷媒流路(1a)を有して、一端が開口した箱状の本体(1)と、その本体(1)の開口を閉塞する取付プレート(2)とを具備し、その取付プレート(2)の外面に発熱体(3)が固定され、本体(1)内に冷媒を導くヒートシンクにおいて、
前記本体(1)をプラスチックの射出成形体で形成し、取付プレート(2)を金属板で形成し、その取付プレート(2)の内面側にインナーフィン(7)を取付けたことを特徴とするヒートシンクである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
前記本体(1)には、その外周に一対の冷媒の出入口(4a)設けられ、その出入口(4a)に接続用のフランジまたはパイプ(4)が一体に突設されると共に、その本体(1)の開口端の内面に座部(5)が設けられ、それらがプラスチックで一体に形成され、その座部(5)に取付プレート(2)の周縁を着座させて、液密に固定したことを特徴とする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または請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
前記本体(1)の内部には、複数の冷媒流路形成用の仕切部(6)が一体に設けられ、その仕切部(6)と本体(1)の側壁との間にそれぞれ前記インナーフィン(7)が挿入されるように構成したことを特徴とするヒートシンクである。
請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のヒートシンクにおいて、
前記仕切部(6)の縁が本体(1)の開口の位置まで達して、本体(1)内が複数の区画に区切られ、その仕切部(6)に座部(5)が設けられ、各区画にそれぞれ取付プレート(2)が着座し、各取付プレート(2)の外面に発熱体(3)が取付られるヒートシンクである。
請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載のヒートシンクにおいて、
仕切部(6)に冷媒流通用の孔(9)が形成されたヒートシンクである。
請求項６に記載の本発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、
前記本体(1)にバスバーや信号線となる導電体(8)をインサート成形したことを特徴とするヒートシンクである。
請求項１に記載の発明によれば、本体１をプラスチックの射出成形体で形成し、取付プレート２を金属板で形成し、その取付プレート２の内面側にインナーフィン７を取付けたから、ヒートシンク本体の形状の自由度が増し、複雑な外部形状、および複雑な内部形状のヒートシンクを安価に提供できる。そして、取付プレート２とインナーフィン７は金属板で形成されるので、冷却性能の高いヒートシンクとなり得る。また、本体１がプラスチック材でなるため、ヒートシンクを軽量にできる。
請求項２に記載の発明によれば、本体１の外周に接続用のフランジまたはパイプ４を突設し、本体１の開口端に座部５を設け、それらをプラスチックで一体に形成したので、液密構造の信頼性が高い。そして、その座部５に取付プレート２の周縁を着座させて、液密に固定したから、簡単な構造で信頼性の高いヒートシンクを提供できる。
請求項３に記載の発明によれば、前記本体１の内部に仕切部６を設け、その仕切部６と本体１の側壁との間にそれぞれ前記インナーフィン７を嵌着するから、熱交換性能のよいヒートシンクとなる。
請求項４に記載の発明によれば、前記仕切部６の縁が本体１の開口の位置まで達し、本体１内が複数の区画に区切られ、その仕切部６に座部５が設けられ、各区画にそれぞれ取付プレート２が着座したから、各取付プレート２の外面に取付られる発熱体３を効果的に冷却できる。
請求項５に記載の発明によれば、仕切部６に冷媒流通用の孔９を設けたので、単純な構造で、複雑な流路を形成でき、各発熱体３に適合した冷却を効率よく行うことができる。
請求項６に記載の発明によれば、本体１に信号線やバスバーとなる導電体８をインサート成形したから、発熱体とその制御装置との電気接続構造を単純化することができる。
本発明の第１実施例のヒートシンクの分解斜視図。 同横断面図。 図２の III−III矢視断面図。 本発明の第２実施例のヒートシンクの縦断面図であって、発熱体の取付面に平行な断面。 同第３実施例のヒートシンクの縦断面図。 同第４実施例のヒートシンクの縦断面図。 同第５実施例のヒートシンクの分解斜視図及びその仕切部６における縦断面図。 同第６実施例のヒートシンクの分解斜視図及びその縦断面図であって、取付プレート２に平行な断面。 同第７実施例のヒートシンクの横断面説明図。 同斜視図。 同第７実施例に適用できる三相インバータの回路図。
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１〜図３は本発明の第１実施例のヒートシンクであり、その図１に示す通り、このヒートシンクは本体１と取付プレート２とインナーフィン７とを有し、その取付プレート２の外面に１以上の発熱体３が伝熱可能に固定されるものである。
本体１はプラスチックの射出成形体からなり、箱状に形成されて一端が開口し、その長手方向両端に一対のパイプ４が一体に形成されている。
本体１の内部に冷媒流路1aが形成され、その四周を形成する側壁の頂部内面に段付きの座部５が設けられている。
なお、この例では図示しないが、座部５にはパッキンの着座部及び取付プレート２を締結固定するボルト孔を設けるのが好ましい。
一対のパイプ４の冷媒流路1a側には、夫々出入口4aが開口する。
次に、取付プレート２は、その外周が本体１の開口端の内周面に整合し、アルミニウム等の良伝熱性の金属板で形成されている。取付プレート２の下面には、インナーフィン７の頂部がろう付け等の手段により接合される。そのインナーフィン７は一例として薄い金属板を波形に曲折したものとすることができる。或いは、取付プレート２と一体に成形されたものであってもよい。そして、取付プレート２の外面には複数の発熱体３が取り付けられ、その取付プレート２が座部５に着座され、インナーフィン７が流路1aに内装された状態で、取付プレート２と本体１との間が液密に固定される。
そして一方のパイプ４から冷媒10を本体１内部に導き、それがインナーフィン７を流通して他方のパイプ４より外部に流出する。発熱体３からの発熱は、取付プレート２，インナーフィン７を介して冷媒10に放熱され、その発熱体３を冷却する。
次に、図４は本発明の第２実施例を示す断面図であって、本体１の平面に平行な面で切断した図である。
この例は、本体１の冷媒流路1a内で、その幅方向両側に一対のマニホールド1bが配置され、一方のマニホールド1bと入口側のパイプ４とが連通され、他方のマニホールド1bと出口側のパイプ４とが連通する。さらに、その長手方向に互いに離間して複数の（この例では２つ）仕切部６が幅方向に一体に形成されている。
そして、パイプ４から流入した冷媒10が一方のマニホールド1bから各仕切部６の間及び、それと本体１の側壁との間を夫々並列して流通する。各仕切部６の間及び仕切部６と側壁との間には、夫々一対づつのインナーフィン７が冷媒流通方向に離間して配置され、そのインナーフィン７の反対側の外面に図１に示す発熱体３が配置されている。従って、各発熱体３にインナーフィン７が設けられ、夫々の発熱体３を効率良く冷却する。
次に、図５は本発明の第３実施例であり、この例が図４の第２実施例と異なる点は、冷媒10の流通経路である。
この例は、本体１の冷媒流路1a内の幅方向両側及びその中間にマニホールド1bが設けられ、パイプ４の出入口4aに対向して仕切部６が設けられ、本体１の長手方向には夫々互いに離間して一対づつの仕切部６が中央のマニホールド1bを介して配置されている。これらは、全てプラスチックの射出成形体により一体形成されている。
そして、一方のパイプ４から流入した冷媒10は、同図の矢印に示す如く、その出入口4aに対向する仕切部６と本体１の側壁との間を両側に分流し、その幅方向両端位置にある一対のマニホールド1bから各インナーフィン７を流通して、中央のマニホールド1bで合流して他方のパイプ４から流出する。
この例では、夫々のインナーフィン７を流通する冷媒10の温度が略同一である。
これに対し、図４の場合は入口側のインナーフィン７の下流側では、その冷媒10の温度は、上流側より高くなる。そのため、下流側のインナーフィン７の冷却能力が上流側より低下する。
次に、図６は本発明の第４実施例であり、この例が図４のそれと異なる点はパイプ４の位置である。この例では、一対の出入口パイプ４が本体１の一側面に配置されている。
次に、図７は本発明の第５実施例の分解図及び縦断面図である。
この実施例が図１のそれと異なる点は、本体１の幅方向中間位置に仕切部６を配置し、パイプ４の出入口4aに対向してその仕切部６に一対の孔９を配置したものである。そして、冷媒10は入口側のパイプ４からその孔９で仕切部６の両側に分流し、各冷媒流路1aの下流端においてそれが合流し、出口側のパイプ４に導かれるものである。そして、一対の取付プレート２が仕切部６の両側に配置され、その両側に位置する冷媒流路1aにインナーフィン７が内装されるものである。そして、一対の取付プレート２の外面に夫々発熱体３が配置される。
次に、図８は本発明の第６実施例であり、この例は仕切部６が格子状に配置され、その仕切部６で囲まれた各区間の一対の仕切壁に一対の孔９を設けたものである。そして各区画の開口部に座部５が設けられ、そこに夫々取付プレート２が嵌着される。
各取付プレート２の下面には、インナーフィン７がろう付け等の手段により固定され、そのインナーフィン７が各区画の空間に挿入される。そして夫々の取付プレート２の外面側に発熱体３が配置される。
この例では、長手方向の一端側壁に設けた一対のパイプ４が冷媒10の出入口を構成する。そして、その冷媒10は図８（B）に示す如く、一方のパイプ４から流入し、各区画を順に流通して他方のパイプ４から流出する。
次に、図９〜図１１は本発明の第７実施例であり、この例では本体１の開孔縁部に複数の導電体８が並列してインサート成形されている。また、取付プレート２の座部５には環状溝が形成され、そこにＯリング15が配置されている。図９及び図１０において、この例では、中央の２本の導電体８はバスバーを形成し、右側および右側の各３本の導電体８は信号線を形成する。
なお、この例では取付プレート２とインナーフィン７とが一体に形成され、その取付プレート２は座部５に着座された後、ビス等により締結固定される。そしてその発熱体３とバスバー及び信号線とが配線11で連結される。
この例は、図１１に示す、三相インバータの適用例を示したものである。そして、バスバーには直流電源14が接続され、信号線には三相モータ13が接続される。
１ 本体
1a 冷媒流路
1b マニホールド
２ 取付プレート
３ 発熱体
４ パイプ
4a 出入口
５ 座部
６ 仕切部
７ インナーフィン
８ 導電体
９ 孔
10 冷媒
11 配線
12 インバータ回路
13 三層モータ
14 直流電源
15 Ｏリング

Claims (6)

  1. 内部に冷媒流路(1a)を有して、一端が開口した箱状の本体(1)と、その本体(1)の開口を閉塞する取付プレート(2)とを具備し、その取付プレート(2)の外面に発熱体(3)が固定され、本体(1)内に冷媒を導くヒートシンクにおいて、
    前記本体(1)をプラスチックの射出成形体で形成し、取付プレート(2)を金属板で形成し、その取付プレート(2)の内面側にインナーフィン(7)を取付けたことを特徴とするヒートシンク。
  2. 請求項１に記載のヒートシンクにおいて、
    前記本体(1)には、その外周に一対の冷媒の出入口(4a)設けられ、その出入口(4a)に接続用のフランジまたはパイプ(4)が一体に突設されると共に、その本体(1)の開口端の内面に座部(5)が設けられ、それらがプラスチックで一体に形成され、その座部(5)に取付プレート(2)の周縁を着座させて、液密に固定したことを特徴とするヒートシンク。
  3. 請求項１または請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
    前記本体(1)の内部には、複数の冷媒流路形成用の仕切部(6)が一体に設けられ、その仕切部(6)と本体(1)の側壁との間にそれぞれ前記インナーフィン(7)が挿入されるように構成したことを特徴とするヒートシンク。
  4. 請求項３に記載のヒートシンクにおいて、
    前記仕切部(6)の縁が本体(1)の開口の位置まで達して、本体(1)内が複数の区画に区切られ、その仕切部(6)に座部(5)が設けられ、各区画にそれぞれ取付プレート(2)が着座し、各取付プレート(2)の外面に発熱体(3)が取付られるヒートシンク。
  5. 請求項４に記載のヒートシンクにおいて、
    仕切部(6)に冷媒流通用の孔(9)が形成されたヒートシンク。
  6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載のヒートシンクにおいて、
    前記本体(1)にバスバーや信号線となる導電体(8)をインサート成形したことを特徴とするヒートシンク。
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