JP2019176107A

JP2019176107A - 組み立てフィン

Info

Publication number: JP2019176107A
Application number: JP2018065729A
Authority: JP
Inventors: 泰博内村; Yasuhiro Uchimura; 正大目黒; Masahiro Meguro
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP7133960B2

Abstract

【課題】本発明は、狭小空間において、冷却風が供給される流路に曲げが形成された部位に設置されても、優れた冷却性能を発揮できるフィンを提供する。【解決手段】第１の面と該第１の面から曲げ部を介して伸延した第２の面とを有するフィン部材が、複数連結された組み立てフィンであり、前記第２の面が、冷却風が供給される流路に形成された曲げに応じた非直線部を有する組み立てフィン。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却風が供給される流路に形成された曲げに応じて冷却面が伸延する組み立てフィンに関するものである。

電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、近年、その冷却がより重要となっている。また、電子部品等の発熱体は、電子機器の小型化から、狭小空間に配置されることがある。狭小空間に配置された電子部品等の発熱体の冷却方法として、放熱フィンが使用されることがある。

放熱フィンが使用された冷却装置として、例えば、円柱状の複数の放熱フィンを備えたヒートシンクにて、ＣＰＵ、ＬＳＩ、パワー半導体などの発熱素子を冷却することが提案されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１で用いられている円柱状の放熱フィン、いわゆる、ピンフィンは、放熱フィンとしての表面積を増大させることが難しいので、冷却性能を十分に向上させることができない場合があるという問題があった。また、電子部品等の発熱体は、狭小空間、例えば、冷却風が供給される配管等の流路の湾曲部に配置されることがある。この場合、流路の湾曲部にピンフィンを設置すると、冷却風が湾曲部の外側に偏ってしまうので、湾曲部の内側と外側とで冷却性能が相違し、発熱体を十分には冷却できない。

また、ピンフィンの冷却性能を補うために、ピンフィンに平板状の放熱フィンをさらに取り付けることが行われる場合がある。平板状の放熱フィンをピンフィンに取り付ける方法としては、例えば、平板状の放熱フィンに貫通孔を設け、該貫通孔にピンフィンを嵌挿する方法が挙げられる。しかし、平板状の放熱フィンとピンフィンとの接触部では、バーリング加工が必要となるため、ピンフィンの径やピンピッチに制約があり、小型化に改善の余地がある。従って、ピンフィンに平板状の放熱フィンをさらに取り付けた冷却装置では、狭小空間に配置された電子部品等の発熱体に対応できない場合があった。

特開２０１４−１１６４０４号公報

上記事情に鑑み、本発明は、狭小空間において、冷却風が供給される流路に曲げが形成された部位に設置されても、優れた冷却性能を発揮できるフィンを提供することを目的とする。

本発明の態様は、第１の面と該第１の面から曲げ部を介して伸延した第２の面とを有するフィン部材が、複数連結された組み立てフィンであり、前記第２の面が、冷却風が供給される流路に形成された曲げに応じた非直線部を有する組み立てフィンである。

本発明の態様は、平面視において、前記非直線部の曲率半径（Ｒ１）が、前記流路の曲げの内側における曲率半径（Ｒ２）以上前記流路の曲げの外側における曲率半径（Ｒ３）以下である組み立てフィンである。

本明細書中、「平面視」とは、第１の面に対して、鉛直方向から視認した態様を意味する。

本発明の態様は、少なくとも１つの前記フィン部材が、複数の第２の面を有する組み立てフィンである。

本発明の態様は、複数の前記フィン部材のうち、少なくとも１つの前記フィン部材が、他の前記フィン部材と異なる形状を有する組み立てフィンである。

本発明の態様は、複数の前記フィン部材が、レーザー溶接で連結されている組み立てフィンである。

本発明の態様は、複数の前記フィン部材が、嵌合部で連結されている組み立てフィンである。

本発明の態様は、複数の前記フィン部材が、シャフトで連結されている組み立てフィンである。

本発明の組み立てフィンの態様によれば、フィン部材の第２の面が、冷却風が供給される流路に形成された曲げに応じた非直線部を有することにより、狭小空間において、冷却風が供給される流路に曲げが形成された部位に、組み立てフィンが設置されても、優れた冷却性能を発揮できる。また、本発明の組み立てフィンの態様によれば、冷却面として機能する第２の面の肉厚を薄くすることができるので、小型化と軽量化が可能である。

本発明の態様によれば、第２の面の非直線部における曲率半径（Ｒ１）が、冷却風の流路の曲げ内側における曲率半径（Ｒ２）以上前記流路の曲げ外側における曲率半径（Ｒ３）以下であることにより、冷却風が流路の曲げ内側または曲げ外側に偏ってしまうことを防止できるので、優れた冷却性能を確実に発揮できる。

本発明の態様によれば、フィン部材が複数の第２の面を有することにより、組み立てフィンの部品点数を低減できる。

本発明の第１実施形態例に係る組み立てフィンの設置状態を説明する上方斜視図である。本発明の第１実施形態例に係る組み立てフィンを説明する下方斜視図である。本発明の第２実施形態例に係る組み立てフィンを説明する上方斜視図である。本発明の第２実施形態例に係る組み立てフィンを説明する下方斜視図である。本発明の第２実施形態例に係る組み立てフィンにおけるフィン部材の連結部の拡大図である。本発明の第２実施形態例に係る組み立てフィンの構成要素であるフィン部材の展開図である。本発明の第２実施形態例に係る組み立てフィンの構成要素であるフィン部材の説明図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係る組み立てフィンについて、図面を用いながら説明する。図１、２に示すように、第１実施形態例に係る組み立てフィン１は、複数のフィン部材１１がフィン部材１１の幅方向に連結されたものである。フィン部材１１は、１つの第１の面１２と第１の面１２から曲げ部１４を介して伸延した１つの第２の面１３とを有している。フィン部材１１では、第１の面１２は平面状であり、第２の面１３は、一枚板であり、薄板状となっている。第２の面１３は、第１の面１２に対して鉛直方向に立設されている。従って、フィン部材１１の側面視の断面形状は、Ｌ字状となっている。

組み立てフィン１では、第２の面１３が所定の間隔にて並列に対向して配置されるように、また、第１の面１２が連なった状態で接続されるように、複数のフィン部材１１が連結されている。組み立てフィン１では、第２の面１３が所定の間隔にて、複数立設されることで、複数の薄板からなる放熱フィン部が形成される。すなわち、第２の面１３は、組み立てフィン１の放熱フィンとして機能する。一方、隣接する第１の面１２が連なった状態で接触して配置されることで、プレート状の底面部が形成されている。第１の面１２が連なったプレート状の底面部は、組み立てフィン１の受熱プレートとして機能する。

従って、プレート状の底面部を形成する第１の面１２は、その先端部は隣接する他のフィン部材１１の曲げ部１４と当接しているのに対し、第２の面１３の先端部（頂部）は自由端となっている。また、隣接する第２の面１３の先端部間は、開放されている。さらに、隣接する第２の面１３によって形成された一方の側端部間と他方の側端部間も、開放されている。開放されている一方の側端部から冷却風が組み立てフィン１内へ供給され、開放されている他方の側端部から冷却風が組み立てフィン１外へ排出される。

組み立てフィン１では、それぞれのフィン部材１１の第１の面１２は、いずれも同じ幅であり、よって、いずれのフィン部材１１も、相互に同じ幅となっている。また、それぞれのフィン部材１１の曲げ部１４の角度は、いずれも同じ角度である。上記から、第２の面１３は、略等間隔に立設されている。なお、それぞれのフィン部材１１の第２の面１３は、いずれも同じ高さとなっている。

図１に示すように、組み立てフィン１は、流路１００の内部空間のうち、湾曲部に設置される。組み立てフィン１が設置されている流路１００に、冷却風が供給される。すなわち、流路１００は、冷却風の流通経路である。図１では、第２の面１３の長手方向が、流路の長手方向となっている。なお、本明細書中、「流路」とは、周方向（冷却風の流れ方向に対して直交方向）が閉鎖され、長手方向（冷却風の流れ方向）が開放または循環された空間である、冷却風の流通経路を意味する。

第２の面１３は、流路１００の湾曲部の曲げの程度に応じて、その長手方向が曲げられている。第２の面１３の曲げは弧状でもよく、折り曲げでもよいが、組み立てフィン１の第２の面１３では、第２の面１３から鉛直方向に、所定の角度にて折り曲げられた折り曲げ部１５が形成されている。組み立てフィン１では、同じフィン部材１１であれば、折り曲げ部１５の折り曲げ角度は略同じとなっている。

この折り曲げ部１５が、第２の面１３の非直線部１６を形成している。第２の面１３の折り曲げ部１５は、第１の面１２と第２の面１３の境界部、すなわち、曲げ部１４の位置から第２の面１３の先端部まで直線状に伸延している。第２の面１３には、複数（図１では３つ）の折り曲げ部１５が設けられている。複数の折り曲げ部１５から、フィン部材１１に、流路１００に形成された曲げに応じた非直線部１６が形成されている。また、第２の面１３に、流路１００に形成された曲げに応じた非直線部１６が形成されていることに対応して、第１の面１２の平面視の形状は、流路１００に形成された曲げに応じた非直線部１６を有している。

組み立てフィン１では、各フィン部材１１において、全折り曲げ部１５が内接する仮想円の曲率半径（Ｒ１）は、いずれのフィン部材１１でも、流路１００湾曲部の最も内側における曲率半径（Ｒ２）以上流路１００湾曲部の最も外側における曲率半径（Ｒ３）以下となっている。また、流路１００の湾曲部外側方向に配置されたフィン部材１１の曲率半径（Ｒ１）は、それよりも流路１００の湾曲部内側方向に配置されたフィン部材１１の曲率半径（Ｒ１）よりも大きくなっている。また、流路１００の湾曲部内側から湾曲部外側へ向かうにつれて、フィン部材１１の曲率半径（Ｒ１）が大きくなっている。従って、いずれのフィン部材１１も、非直線部１６の曲げの程度の点で、他のフィン部材１１と異なる形状となっている。

フィン部材１１同士の連結手段は、特に限定されないが、組み立てフィン１では、第１の面１２の先端部から第１の面１２と同一平面上に突出した凸部１７と、凸部１７と対向し且つ凸部１７と嵌合可能な凹部１８と、を用いた嵌合部にて、フィン部材１１同士が連結されている。凹部１８は、曲げ部１４から第１の面１２に沿って切り欠かれた切り欠き部である。組み立てフィン１では、それぞれのフィン部材１１に、複数（図１、２では、２つ）の嵌合部が設けられている。一方のフィン部材１１の凸部１７を、該一方のフィン部材１１と隣接する他方のフィン部材１１の凹部１８と嵌合することで、フィン部材１１同士が連結、固定される。

フィン部材１１は、平板状の薄板を折り曲げ加工する、すなわち、板金加工することで、製造することができる。フィン部材１１が板金加工で製造されることで、冷却面として機能する第２の面１３の肉厚を薄くすることができるので、組み立てフィン１をさらに小型化、軽量化することができる。また、隣接する第２の面１３と第２の面１３との間隔を狭く設定できるので、組み立てフィン１の放熱特性がさらに向上する。

図１に示すように、組み立てフィン１は、流路１００の湾曲部に設置されることで、湾曲部に配置された冷却対象である発熱体１０１と熱的に接続される。フィン部材１１の第２の面１３が、流路１００に形成された湾曲部の曲げに応じた曲げを有する非直線部１６を有するので、流路１００の湾曲部において、冷却風が、組み立てフィン１のそれぞれの第２の面１３に沿って円滑に流通できる。従って、組み立てフィン１が流路１００の湾曲部にて発熱体１０１と熱的に接続されると、それぞれの第２の面１３の冷却性能が均一化されて、優れた冷却性能を発揮できる。

また、組み立てフィン１では、各フィン部材１１の曲率半径（Ｒ１）は、いずれのフィン部材１１でも、流路１００湾曲部の最も内側における曲率半径（Ｒ２）以上流路１００湾曲部の最も外側における曲率半径（Ｒ３）以下となっており、また、流路１００の湾曲部内側から湾曲部外側へ向かうにつれて、フィン部材１１の曲率半径（Ｒ１）が大きくなっている。従って、組み立てフィン１内において、冷却風が流路１００の湾曲部内側または外側に偏ってしまうことを防止できるので、組み立てフィン１は、優れた冷却性能を確実に発揮できる。

次に、本発明の第２実施形態例に係る組み立てフィンについて説明する。なお、第１実施形態例に係る組み立てフィンと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係る組み立てフィン１では、フィン部材１１は、１つの第１の面１２と第１の面１２から曲げ部１４を介して伸延した１つの第２の面１３とを有していたが、これに代えて、図３、４に示すように、第２実施形態例に係る組み立てフィン２では、フィン部材２１は、１つの第１の面１２から曲げ部１４を介して伸延した第２の面１３が２つ形成されている。上記２つの第２の面１３は、対向して位置している。従って、組み立てフィン２の形状は、コルゲート状となっている。

また、各第２の面１３の先端部（底部）からは、第１の面１２に対して略平行方向に平板状の延出部２３が伸延している。延出部２３は、第２の面１３から外側へ伸延している。

図５に示すように、フィン部材２１は、隣接するフィン部材２１において、平面視にて延出部２３が相互に重なり合う部位２３−１と平面視にて延出部２３が相互に重なり合わない部位２３−２と有している。重なり合う部位２３−１にて延出部２３が接合されることで、隣接するフィン部材２１が連結される。重なり合う部位２３−１の接合手段としては、特に限定されないが、例えば、溶着を挙げることができ、具体例としては、レーザー溶接等を挙げることができる。

延出部２３は、重なり合う部位２３−１の外面と重なり合わない部位２３−２の外面は、同一平面上に位置している。従って、延出部２３を発熱体（図３〜５では、図示せず）からの受熱部とする場合、組み立てフィン２と発熱体との熱的接続性が向上する。また、延出部２３全体を重なり合う部位とはせずに、延出部２３の一部領域のみを重なり合う部位２３−１とすることで、発熱体から組み立てフィン２への熱伝導性を良好に維持できる。

なお、組み立てフィン２では、フィン部材２１の２つの第２の面１３の頂部は、曲げ部１４を介して第１の面１２と連続しているので、第２の面１３の頂部間は、同じフィン部材２１では閉塞された部位であり、隣接したフィン部材２１間では、開放された部位となっている。

また、第１実施形態例に係る組み立てフィン１では、フィン部材１１ごとに、第２の面１３は、いずれも同じ高さとなっていたが、これに代えて、図３に示すように、第２実施形態例に係る組み立てフィン２では、フィン部材２１ごとに、第２の面１３の高さが異なる態様となっている。組み立てフィン２では、流路（図３では、図示せず）の幅方向の側部に配置されたフィン部材２１では、第２の面１３の高さが相対的に低く、流路の幅方向の中央部へ向かうにつれて、フィン部材２１の第２の面１３の高さが高くなっていく態様となっている。

上記態様により、流路が、例えば、径方向の断面形状が楕円である管材である場合でも、管材の内部空間全体に渡って、放熱フィンとして機能する第２の面１３を配置することができる。従って、組み立てフィン２では、さらに優れた冷却性能を発揮できる。

第２実施形態例に係る組み立てフィン２では、１つのフィン部材２１が２つの第２の面１３を有することにより、組み立てフィン２の部品点数を低減できる。また、第２実施形態例に係る組み立てフィン２でも、第１実施形態例に係る組み立てフィン１と同じく、流路の湾曲部にて発熱体と熱的に接続されると、それぞれの第２の面１３の冷却性能が均一化されて、優れた冷却性能を発揮できる。

次に、第２実施形態例に係る組み立てフィン２を構成するフィン部材２１の製造方法例について説明する。ここでは、板金加工によって、フィン部材２１を製造する方法を例にとって説明する。

図６に示すように、第１の面１２、第２の面１３、延出部２３となる部位を有する板金２１’を用意する。板金２１’には、流路の湾曲部に沿った曲げをフィン部材２１に形成するために、なす角αの切り込み部が設けられている。まず、板金２１’を折り曲げ線３０、３１に沿って、鉛直方向へ折り曲げ加工して、図７に示すフィン部材２１の第１の面１２と第２の面１３を形成する。この時、なす角αにて対向する切り込み部の両縁部が当接し、連接した第２の面１３が形成される。また、なす角αの切り込み部によって、連接した第２の面１３に流路の湾曲部に沿った曲げを形成でき、結果、流路の湾曲部に沿った曲げをフィン部材２１に付与できる。次に、板金２１’を折り曲げ線３２、３３に沿って、外側へ鉛直に折り曲げ加工して、図７に示すフィン部材２１の延出部２３を形成できる。

次に、本発明の他の実施形態例について説明する。上記第１実施形態例に係る組み立てフィンでは、嵌合手段によってフィン部材同士が連結されていたが、フィン部材同士の連結手段は、特に限定されず、これに代えて、例えば、第２の面に貫通孔を設け、該貫通孔に支持棒を嵌挿することで、フィン部材同士が連結されていてもよい。上記支持棒としては、例えば、金属製部材やヒートパイプ等を挙げることができる。また、上記第２実施形態例に係る組み立てフィンでは、延出部の接合によってフィン部材同士が連結されていたが、これに代えて、上記のように、第２の面に支持棒を嵌挿することで、フィン部材同士が連結されていてもよい。第２実施形態例に係る組み立てフィンにおいて、支持棒にてフィン部材同士が連結されることにより、延出部の重なり合う部位を設ける必要がなくなるので、発熱体から組み立てフィンへの熱伝導性がさらに向上する。

上記第１実施形態例に係る組み立てフィンでは、放熱フィンとして機能する第２の面の高さは、いずれのフィン部材でも同じであったが、これに代えて、第２の面の高さが異なるフィン部材を用いてもよい。また、第２実施形態例に係る組み立てフィンでは、フィン部材ごとに、第２の面の高さが異なっていたが、これに代えて、第２の面の高さが同じでもよい。この場合、各フィン部材の第１の面が同一平面上に位置するので、第１の面を発熱体からの受熱部としてもよい。

上記各実施形態例に係る組み立てフィンでは、フィン部材ごとに幅方向の寸法は、同じであったが、これに代えて、所定のフィン部材の幅が、他のフィン部材とは異なる幅としてもよい。また、上記各実施形態例に係る組み立てフィンでは、第２の面は、第１の面に対して鉛直方向に立設されていたが、第１の面に対する第２の面の角度は、特に限定されず、９０°でもよく、例えば、６０°以上９０°未満でもよい。

本発明の組み立てフィンは、冷却風が供給される流路に曲げが形成された部位に冷却対象である発熱体が設置されても、該発熱体に対して優れた冷却性能を発揮できるので、例えば、冷却風の経路が制限された狭小空間に設置された発熱体を冷却する分野で利用価値が高い。

１、２組み立てフィン
１１、２１フィン部材
１２第１の面
１３第２の面
１４曲げ部
１６非直線部

Claims

第１の面と該第１の面から曲げ部を介して伸延した第２の面とを有するフィン部材が、複数連結された組み立てフィンであり、
前記第２の面が、冷却風が供給される流路に形成された曲げに応じた非直線部を有する組み立てフィン。
平面視において、前記非直線部の曲率半径（Ｒ１）が、前記流路の曲げの内側における曲率半径（Ｒ２）以上前記流路の曲げの外側における曲率半径（Ｒ３）以下である請求項１に記載の組み立てフィン。
少なくとも１つの前記フィン部材が、複数の第２の面を有する請求項１または２に記載の組み立てフィン。
複数の前記フィン部材のうち、少なくとも１つの前記フィン部材が、他の前記フィン部材と異なる形状を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組み立てフィン。
複数の前記フィン部材が、レーザー溶接で連結されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組み立てフィン。
複数の前記フィン部材が、嵌合部で連結されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組み立てフィン。
複数の前記フィン部材が、シャフトで連結されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組み立てフィン。