JP2021197395A - Heat sink and heat transfer device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートシンク、熱交換装置に関する。 The present invention relates to a heat sink and a heat exchange device.
従来、放熱基板の上面に複数の舌状フィンの列が設けられたヒートシンクが知られている。舌状フィンは、前後方向に間隔を空けて複数設けられる。舌状フィンの列は、ヒートシンク素材におけるフィン形成用部を切り起こすことによって形成される。(特開2001−102782号公報参照) Conventionally, a heat sink in which a plurality of rows of tongue-shaped fins are provided on the upper surface of a heat radiating substrate is known. A plurality of tongue-shaped fins are provided at intervals in the anteroposterior direction. The row of tongue-shaped fins is formed by cutting up the fin forming portion of the heat sink material. (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-102782)
しかしながら、内部の流路に冷媒を流すことで発熱部品を冷却する熱交換装置に上述のヒートシンクを使用すると、ヒートシンクの前後方向に流れる冷媒が舌状フィンに当たって圧力損失を受ける。そのため、冷媒の流速が低下し、フィンから冷媒への放熱効率が低下する虞がある。従って、放熱効率を向上させて、ヒートシンクの冷却性能をより向上する技術が求められている。 However, when the above-mentioned heat sink is used in the heat exchange device that cools the heat-generating component by flowing the refrigerant through the internal flow path, the refrigerant flowing in the front-rear direction of the heat sink hits the tongue-shaped fins and suffers pressure loss. Therefore, the flow velocity of the refrigerant may decrease, and the heat dissipation efficiency from the fins to the refrigerant may decrease. Therefore, there is a demand for a technique for improving the heat dissipation efficiency and further improving the cooling performance of the heat sink.
本発明は、ヒートシンクの冷却性能を向上することを目的とする。 An object of the present invention is to improve the cooling performance of a heat sink.
本発明の例示的なヒートシンクは、第1流路方向に延びる流体流路の一部を形成するヒートシンクは、板状の基体と、フィン群と、を備える。前記基体は、前記第1流路方向と、前記第1流路方向と直交する第2流路方向とに広がる。前記フィン群は、前記基体から突出する複数のフィンを含む。前記基体及び前記フィン群は、単一の部材のそれぞれ異なる一部である。複数の前記フィンの少なくとも一部は、第1方向と第2方向とに配列する。前記第1方向は、前記第1流路方向と斜めに交わるとともに前記基体と平行である。前記第2方向は、前記第1流路方向と斜めに交わるとともに、前記第1方向と交わって、前記基体と平行である。前記フィンは、第1側面と、前記第1流路方向を向く第2側面と、を有する。前記第1側面は、前記第1流路方向を向く平面であり、前記第1方向に広がる。前記第2側面は、前記第2方向に広がって前記第1側面との間に角を形成する平面と、前記第1流路方向の注入口側に突出して前記第1側面に繋がる曲面とのうちの一方である。 In the exemplary heat sink of the present invention, the heat sink forming a part of the fluid flow path extending in the first flow path direction includes a plate-shaped substrate and fins. The substrate spreads in the direction of the first flow path and the direction of the second flow path orthogonal to the direction of the first flow path. The fin group includes a plurality of fins protruding from the substrate. The substrate and the fin group are different parts of a single member. At least a part of the plurality of fins is arranged in the first direction and the second direction. The first direction intersects the first flow path direction at an angle and is parallel to the substrate. The second direction intersects the first flow path direction at an angle and intersects the first direction and is parallel to the substrate. The fin has a first side surface and a second side surface facing the first flow path direction. The first side surface is a plane facing the first flow path direction, and extends in the first direction. The second side surface includes a plane surface that extends in the second direction and forms an angle with the first side surface, and a curved surface that protrudes toward the injection port side in the first flow path direction and connects to the first side surface. One of us.
本発明の例示的な熱交換装置は、上記のヒートシンクと、蓋体と、を備える。前記蓋体は、流体が流れる流体流路を前記ヒートシンクとともに形成する。前記流体は、前記ヒートシンクのフィン間を流れる。 An exemplary heat exchange device of the present invention comprises the heat sink described above and a lid. The lid forms a fluid flow path through which the fluid flows together with the heat sink. The fluid flows between the fins of the heat sink.
本発明の例示的なヒートシンク、熱交換装置によれば、ヒートシンクの冷却性能を向上することができる。 According to the exemplary heat sink and heat exchange device of the present invention, the cooling performance of the heat sink can be improved.
以下に図面を参照して例示的な実施形態を説明する。 An exemplary embodiment will be described below with reference to the drawings.
なお、本明細書では、方位、線、及び面のうちのいずれかと他のいずれかとの位置関係において、「平行」は、両者がどこまで延長しても全く交わらない状態のみならず、実質的に平行である状態を含む。また、「垂直」及び「直交」はそれぞれ、両者が互いに90度で交わる状態のみならず、実質的に垂直である状態及び実質的に直交する状態を含む。つまり、「平行」、「垂直」及び「直交」はそれぞれ、両者の位置関係に本発明の主旨を逸脱しない程度の角度ずれがある状態を含む。 In addition, in the present specification, in the positional relationship between any one of the orientation, the line, and the surface and any other, "parallel" is not only a state in which the two do not intersect at all no matter how long they extend, but also substantially. Includes parallel states. Further, "vertical" and "orthogonal" include not only a state in which they intersect each other at 90 degrees, but also a state in which they are substantially vertical and a state in which they are substantially orthogonal to each other. That is, "parallel", "vertical", and "orthogonal" each include a state in which the positional relationship between the two has an angular deviation to the extent that the gist of the present invention is not deviated.
また、本明細書では、後述する基体1及び蓋体300のうちの一方から他方に向かう方向を上下方向とし、基体1から蓋体300に向かう方向を上方とし、蓋体300から基体1に向かう方向を下方とする。各々の構成要素において、上方を向く面を上面とし、下方を向く面を下面とする。ただし、これらは単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定する意図はない。
Further, in the present specification, the direction from one of the
<1.実施形態>
図1は、熱交換装置100の一例を示す分解斜視図である。図2は、図1のA−A線に沿う熱交換装置100の断面図である。図3は、熱交換装置100の下面図である。
<1. Embodiment>
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of the
<1−1.熱交換装置>
図1及び図2に示すように、熱交換装置100は、ヒートシンク200と、蓋体300と、を備える。蓋体300は、流体fが流れる流体流路Pfをヒートシンク200とともに形成する。ヒートシンク200は、複数のフィン2を備える。本実施形態では、蓋体300は、ヒートシンク200の複数のフィン2が配置された上面を覆う。蓋体300の下端部は、たとえばネジ止め、溶接、接着などの手段により、ヒートシンク200に固定される。流体流路Pfは、ヒートシンク200と蓋体300との間に形成される。
<1-1. Heat exchanger>
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ヒートシンク200の下面には、発熱部品400が接する。具体的には、本実施形態では図3に示すように、発熱部品400は、熱伝導シート401を介して、ヒートシンク200の下面において熱伝達可能に配置される。熱伝導シート401は、高い熱伝導性と高い耐熱性とを有する。熱伝導シート401には、たとえば、グラファイトシート、熱伝導性材料を含む複合樹脂シートなどを採用できる。なお、熱伝導シート401に代えて、熱伝導性材料を含む放熱グリスが用いられてもよい。或いは、発熱部品400が直接、ヒートシンク200の下面に接してもよい。発熱部品400は、たとえばCPU、パワーデバイスなどである。
The
蓋体300は、注入口301と、排出口302と、を有する。注入口301は、蓋体300の第1流路方向Df1の一方側に配置され、流体流路Pfの入口側に繋がる。排出口302は、蓋体300の第1流路方向Df1の他方側に配置され、流体流路Pfの出口側に繋がる。注入口301及び排出口302は流体fを循環させるポンプ(図示省略)、及び、流体fを冷却するラジエータ(図示省略)などに接続される。ポンプの駆動により、流体fは、流体流路Pf、ラジェータ、及びポンプを循環する。
The
流体fは、蓋体300の注入口301から流体流路Pf内に流入する。流体流路Pf内において、流体fは、ヒートシンク200のフィン2間を流れる。流体fは、蓋体300の排出口302から流体流路Pfの外部に流出する。本実施形態によれば、流体流路Pf内において流体fがよりスムーズに流れる熱交換装置100を提供できる。
The fluid f flows into the fluid flow path Pf from the
本実施形態では、流体fは、冷媒である。流体fは、たとえば、エチレングリコール又はプロピレングリコールなどの不凍液、純水などの液体、又は、空気などの気体である。従って、熱交換装置100は、発熱部品400を冷却するコールドプレートとして使用できる。
In this embodiment, the fluid f is a refrigerant. The fluid f is, for example, an antifreeze liquid such as ethylene glycol or propylene glycol, a liquid such as pure water, or a gas such as air. Therefore, the
流体fが流体流路Pf内を流れる間、発熱部品400からヒートシンク200に伝達された熱は、流体fに放出され、特にフィン2から放出される。流体fは、ラジェータにて冷却された後、流体流路Pfに戻る。このような熱伝達サイクルにより、熱交換装置100は、ヒートシンク200に接する発熱部品400を冷却できる。
While the fluid f flows in the fluid flow path Pf, the heat transferred from the
<1−2.ヒートシンク>
次に、図1から図5を参照して、ヒートシンク200の構成を説明する。図4は、ヒートシンク200の局部的な上面図である。図5は、ヒートシンク200の局部的な斜視図である。なお、図4は、フィン群210の一部を基体1の上面の法線方向から見ている。
<1-2. Heat sink>
Next, the configuration of the
ヒートシンク200は、第1流路方向Df1に延びる流体流路Pfの一部を形成する。ヒートシンク200は、本実施形態ではAl,Cuなどの金属材料を用いて形成される。
The
ヒートシンク200は、板状の基体1を備える。基体1は、第1流路方向Df1及び第2流路方向Df2に広がる。なお、前述のごとく、第1流路方向Df1は、後述する第1方向D1と斜めに交わるとともに、基体1と平行である。第2流路方向Df2は、第1流路方向Df1と直交するとともに、基体1と平行である。また、本実施形態では、第2流路方向Df2は、第1方向D1と斜めに交わる。基体1の上面の法線方向から見て、基体1は、矩形である。
The
また、ヒートシンク200は、フィン群210をさらに備える。フィン群210は、基体1から突出する複数のフィン2を含み、基体1の上面に配置される。複数のフィン2の少なくとも一部は、第1方向D1と第2方向D2とに配列する。なお、第1方向D1は、第1流路方向Df1と斜めに交わるとともに、基体1と平行である。第2方向D2は、第1流路方向Df1と斜めに交わるとともに、第1方向D1と交わって、基体1と平行である。つまり、複数のフィン2は、基体1の上面において、2次元的に配列する。フィン2の構成及び具体的な配列については、後に説明する。
Further, the
基体1の下面には、発熱部品400が、熱伝導シート401を介して配置される。図3に示すように、好ましくは、基体1の下面の法線方向から見て、発熱部品400は、フィン群210の外縁部よりも内側に配置される。こうすれば、発熱部品400から基体1に伝達された熱を発熱部品400の直上のフィン群210にて流体fに放出できる。つまり、より短い経路で熱伝達できるので、効率よく発熱部品400を冷却できる。
A
基体1及びフィン群210は、単一の部材のそれぞれ異なる一部である。こうすれば、基体1及びフィン2を一体に形成できるので、基体1からフィン2への熱抵抗を大幅に低減できる。従って、ヒートシンク200による発熱部品400の冷却性能を向上できる。本実施形態では、フィン群210は、基体1にスカイブ加工を施すことにより形成される。スカイブ加工については、後に説明する。
The
好ましくは図1及び図2に示すように、フィン群210は、複数であり、第1流路方向Df1に配列する。たとえば、本実施形態では、複数のフィン群210は、第1フィン群211と、第2フィン群212と、第3フィン群213と、を含む。つまり、本実施形態では、フィン群210の数は、3個である。これらは、第1流路方向Df1の注入口301側から排出口302側に向かって配列する。また、複数のフィン群210は、間隔Wgを空けて第1流路方向Df1に配列する。好ましくは、第1流路方向Df1において隣り合うフィン群210間の間隔Wgは、各々のフィン群210にて隣り合うフィン2間の間隔よりも広い。たとえば、上述の間隔Wgは、各々のフィン群210において、第1方向D1にて隣り合うフィン2間の間隔Wi1、及び、第2方向D2にて隣り合うフィン2間の間隔Wi2よりも広い(図1、図4及び図5参照)。複数のフィン群210を上述のような間隔Wgを空けて第1流路方向Df1に配列させることにより、全てのフィン2が二次元配列する1個のフィン群を基体1の上面に配置する場合と比べて、流体流路Pf内を流れる流体fの第1流路方向Df1における圧力損失を低減できる。従って、流体流路Pf内において流体fをさらにスムーズに流すことができる。なお、上述の例示に限定されず、フィン群210の数は、単数であってもよいし、3以外の複数であってもよい。
Preferably, as shown in FIGS. 1 and 2, the
また好ましくは、より第1流路方向Df1における流体流路Pfの排出口302側に配置されたフィン群210にて隣り合うフィン2間の間隔は、より第1流路方向Df1における流体流路Pfの注入口301側に配置されたフィン群210にて隣り合うフィン2間の間隔よりも広い。より具体的には、第2フィン群212にて隣り合うフィン2間の間隔は、第1フィン群211にて隣り合うフィン2間の間隔よりも広い。たとえば、第2フィン群212での間隔Wi1は第1フィン群211での間隔Wi1よりも広く、第2フィン群212での間隔Wi2は第1フィン群211での間隔Wi2よりも広い。また、第3フィン群213にて隣り合うフィン2間の間隔は、第2フィン群212にて隣り合うフィン2間の間隔よりも広い。たとえば、第3フィン群213での間隔Wi1は、第2フィン群212での間隔Wi1よりも広く、第3フィン群213での間隔Wi2は、第2フィン群212での間隔Wi2よりも広い。つまり、より第1流路方向Df1における流体流路Pfの排出口302側に配置されるフィン群210ほど、フィン2の配列方向にて隣り合うフィン2間の間隔がより広くなる。従って、流体fをさらにスムーズに流す効果を向上できる。但し、上述の例示は、より第1流路方向Df1における流体流路Pfの排出口302側に配置されたフィン群210にて隣り合うフィン2間の間隔が、より第1流路方向Df1における流体流路Pfの注入口301側に配置されたフィン群210にて隣り合うフィン2間の間隔以下である構成を排除しない。
Further, it is preferable that the distance between the
<1−2−1.フィンの配列>
次に、図4及び図5を参照して、各々のフィン群210におけるフィン2の配列を説明する。前述の如く、複数のフィン2は、第1方向D1及び第2方向D2において二次元的に配列する。好ましくは図4及び図5に示すように、第1方向D1にて隣り合うフィン2間の間隔Wi1は、第1方向D1におけるフィン2の幅Wt1よりも広い。Wi1>Wt1とすることにより、流体fが第1方向D1におけるフィン2間をスムーズに通り抜けることができる。つまり、流体fの圧力損失を低減できるので、流体fの流速の低下を抑制できる。従って、ヒートシンク200のフィン2から流体fへの放熱効率を向上できるので、ヒートシンク200の冷却性能を向上することができる。但し、図4及び図5の例示に限定されず、Wi1≦Wt1であってもよい。
<1-2-1. Arrangement of fins>
Next, the arrangement of
また、好ましくは図4及び図5に示すように、第2方向D2にて隣り合うフィン2間の間隔Wi2は、第2方向D2におけるフィン2の幅Wt2よりも広い。Wi2>Wt2とすることにより、流体fの圧力損失をさらに低減できるので、流体fの流速の低下をさらに抑制できる。従って、ヒートシンク200の冷却性能をさらに向上することができる。但し、図4及び図5の例示に限定されず、Wi2≦Wt2以下であってもよい。
Further, preferably, as shown in FIGS. 4 and 5, the distance Wi2 between the
また、好ましくは図4及び図5に示すように、ヒートシンク200は、第1流路方向Df1から見て、第2流路方向Df2にて最も近接するフィン2間に隙間Wsを有する。言い換えると、第1流路方向Df1から見て第2流路方向Df2にて最も近接するフィン2同士は重ならない。たとえば、第1流路方向Df1から見て、第1方向D1において隣り合うフィン2同士は重ならない。また、第1流路方向Df1から見て、第2方向D2において隣り合うフィン2同士は重ならない。第1流路方向Df1から見てヒートシンク200が上述の隙間Wsを有することにより、第1流路方向Df1に流れる流体fをよりスムーズに流すことができる。従って、ヒートシンク200の冷却性能をより向上できる。
Further, preferably, as shown in FIGS. 4 and 5, the
さらに好ましくは、第1流路方向Df1から見た隙間Wsの幅は、第1方向D1におけるフィン2の幅Wt1及び第2方向D2におけるフィン2の幅Wt2のうちの少なくとも一方の幅よりも広い。第1流路方向Df1から見た隙間Wsの幅をフィン2の幅Wt1及び/又は幅Wt2よりも広くすることにより、第1流路方向Df1に流れる流体fをさらにスムーズに流すことができる。従って、ヒートシンク200の冷却性能をさらに向上できる。
More preferably, the width of the gap Ws seen from the first flow path direction Df1 is wider than the width of at least one of the width Wt1 of the
但し、図4及び図5の例示に限定されず、第1流路方向Df1から見て、第2流路方向Df2にて最も近接するフィン2間に隙間Wsがなくてもよい。つまり、上述の例示は、第1流路方向Df1から見て第2流路方向Df2にて最も近接するフィン2同士が重なる構成を排除しない。或いは、第1流路方向Df1から見た隙間Wsの幅は、幅Wt1及び幅Wt2のうちの少なくとも一方の幅以下であってもよい。
However, the present invention is not limited to the examples of FIGS. 4 and 5, and there may be no gap Ws between the
<1−2−2.フィンの構成>
次に、図4から図6Bを参照して、フィン2の構成を説明する。図6Aは、フィン2の実施例である。図6Bは、フィン2の変形例である。
<1-2-2. Fin composition>
Next, the configuration of the
フィン2は、角柱形状であり、基体1の上面から法線方向に突出する。フィン2は、第1側面21を有する。第1側面21は、第1流路方向Df1を向く平面であり、第1方向D1に広がる。
The
フィン2の第1側面21は、基体1の上面における所定の辺10と対向する。たとえば、辺10は、基体1の上面において、第1流路方向Df1に延びる縁部、又は、第2流路方向Df2に延びる縁部である。第1側面21は、辺10に対して第1角度φ1を成す。第1角度φ1は、基体1の上面の法線方向から見て、第1流路方向Df1と交わる辺10と、第1側面21が広がる第1方向D1とが成す小さい方の角度である。各々のフィン2の第1角度φ1は同じである。各々のフィン2の第1角度φ1が同じであるので、各々のフィン2の第1側面21は同様に傾く。そのため、フィン群210内でのフィン2間の流体fの流れをより均一にできる。流体fをよりスムーズに流すことができるので、フィン2から流体fへの放熱効率を向上できる。従って、ヒートシンク200の冷却性能を向上することができる。
The
好ましくは、第1角度φ1は、45度である。第1角度φ1をより小さくすると、フィン2に向かって第1流路方向Df1に流れる流体fが第1側面21に当たる際の圧力損失を低減できるが、第1側面21での放熱効率は低下する。逆に、第1角度φ1をより大きくすると、第1側面21での放熱効率を向上できるが、上記の流体fが第1側面21に当たる際の圧力損失は増大する。第1角度φ1=45度とすることで、第1側面21での圧力損失の低減及び放熱効率の向上をバランス良く実施できる。但し、この例示に限定されず、第1角度φ1は、45度より大きくてもよいし、45度未満であってもよい。
Preferably, the first angle φ1 is 45 degrees. When the first angle φ1 is made smaller, the pressure loss when the fluid f flowing in the first flow path direction Df1 toward the
次に、フィン2は、第1流路方向Df1を向く第2側面22をさらに有する。本実施形態では図6Aに示すように、フィン2の第2側面22は、第2方向D2に広がる平面であり、第1側面21との間に角を形成する。第2側面22は、辺10と対向する。基体1の上面の法線方向から見て、角の小さい方の角度θは、好ましくは90度である。ここで、角度θをより小さくすると、フィン2に向かって第1流路方向Df1に流れる流体fが第1側面21及び第2側面22に当たる際の圧力損失を低減できるが、フィン2の放熱効率は低下する。逆に、角度θをより大きくすると、フィン2の放熱効率を向上できるが、上記の流体fがフィン2の第1側面21及び第2側面22に当たる際の圧力損失は増大する。角度θ=90度とすることで、流体fの圧力損失の低減と、フィン2の放熱効率の向上とをバランス良く実施できる。
Next, the
さらに好ましくは、第1方向D1におけるフィン2の幅Wt1は、第2方向D2におけるフィン2の幅Wt2と同じである。θ=90度且つWt1=Wt2とすることで、フィン2を断面が正方形の角柱形状にできる。こうすれば、フィン2の角に当たる流体fが第1側面21側と第2側面22側とに均等に別れて流れ易くなるので、流体fをスムーズに流すことができる。
More preferably, the width Wt1 of the
第2側面22は、辺10に対して第2角度φ2を成す。第2角度φ2は、基体1の上面の法線方向から見て、第1流路方向Df1と交わる辺10と第2側面22が広がる第2方向D2とが成す小さい方の角度である。好ましくは、各々のフィン2の第2角度φ2は、第1角度φ1と同じである。フィン2の第1側面21及び第2側面22に向う流体fの流れが、第1方向D1と第2方向D2とに均等に別れ易くなる。従って、フィン群210内に流れ込む流体fの圧力損失の偏りを抑制できるので、フィン群210の冷却性能を向上できる。
The
但し、これらの例示に限定されず、角度θは90度でなくてもよいし、フィン2の第1方向D1における幅Wt1は第2方向D2における幅Wt2と異なっても良い。また、第1角度φ1は、第2角度φ2と異なっても良い。
However, the present invention is not limited to these examples, and the angle θ does not have to be 90 degrees, and the width Wt1 of the
なお、フィン2の第2側面22は、図6Aの例示に限定されない。第2側面22は、図6Bに示すように、曲面であってもよい。該曲面は、第1流路方向Df1の注入口301側に突出して、第1側面21に繋がる。好ましくは、該曲面は、第1側面21と滑らかに繋がる。つまり、該曲面は、第1側面21との間に角を形成しない。こうすれば、第2側面22が第1側面21と繋がる部分において、流体fをスムーズに流すことができる。
The
上述のように、フィン2の第2側面22は、第2方向D2に広がって第1側面21との間に角を形成する平面と、第1流路方向Df1の注入口301側に突出して第1側面21に繋がる曲面とのうちの一方であってよい。第1側面21及び第2側面22により形成される角(図6A参照)、又は第1流路方向Df1に突出する曲面(図6B参照)がフィン2の第1流路方向Df1を向く第2側面22に配置されることにより、第1流路方向Df1に向かう流体fの流れは、最初に上記の角又は曲面に当たった後、第2流路方向Df2の一方側と他方側とに分かれ、フィン2の側面に沿って流れる。従って、たとえば、第1流路方向Df1に向かう流体fの流れがフィン2の第2流路方向Df2に広がる側面に当たる場合と比べて、流体fをよりスムーズに流すことができる。
As described above, the
<1−2−3.最近隣フィン>
基体1の上面における所定の辺10に最も近接するフィン2は、フィン群210において最も外側に配置される。以下では、このようなフィン2を最近隣フィン20と呼ぶ。フィン群210は、複数の最近隣フィン20を含む。各々の最近隣フィン20は、第1方向D1及び第2方向D2のうちの少なくとも一方の方向において、基体1の上面における所定の辺10に最も近接するフィン2である。なお、最近隣フィン20は、辺10から離れた位置に配置される。
<1-2-3. Nearest fin>
The
本実施形態では図4及び図5に示すように、各々の最近隣フィン20と辺10との間の間隔Wdは同じである。各々の最近隣フィン20において上記の間隔Wdが同じであることにより、複数の最近隣フィン20が上記の辺10に沿って配列する。従って、ヒートシンク200を製造する際、基体1の上面の法線方向から見た基体1の形状をフィン群210の外形に応じた形状にすることができる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the distance Wd between each
図4及び図5に示すように、最近隣フィン20は、直線状に配列する。なお、ここでの「直線状」は、一次元的な配列を意味する。つまり、「直線状」は、配列方向と垂直な方向において厳密にずれのない配置のみならず、本発明の趣旨を逸脱しない程度において配列方向と垂直な方向にずれのある配置を含む。こうすれば、ヒートシンク200を製造する際、最近隣フィン20の配列に沿う辺10を一方向の直線状にできる。従って、基体1の上面の法線方向から見たヒートシンク200の形状をより簡素にすることができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
最近隣フィン20は、第1流路方向Df1及び第2流路方向Df2のうちの一方に配列する。言い換えると、複数の最近隣フィン20の一部は第1流路方向Df1に配列し、複数の最近隣フィン20の残りの一部は第2流路方向Df2に配列する。たとえば、第1フィン群211において第1流路方向Df1の最も注入口301側に配置された最近隣フィン20は、第2流路方向Df2に配列する。また、第1フィン群211から第3フィン群213において第2流路方向Df2の最も一方側に配置された最近隣フィン20は、第1流路方向Df1に配列する。なお、第3フィン群213において第1流路方向Df1の最も排出口302側に配置されたフィン2は、第2流路方向Df2に配列する。また、第1フィン群211から第3フィン群213において第2流路方向Df2の最も他方側に配置された最近隣フィン20は、第1流路方向Df1に配列する。こうすれば、ヒートシンク200を製造する際、基体1上にてフィン2が二次元的に配列するフィン群210の外形を矩形にでき、基体1の上面の法線方向から見たヒートシンク200の形状も矩形にできる。よって、ヒートシンク200の形状をさらに簡素にすることができる。
The
<1−3.熱交換装置の製造方法>
次に、図7から図8Fを参照して、熱交換装置100の製造方法を説明する。図7は、熱交換装置100の製造方法を説明するためのフローチャートである。また、図8Aから図8Fは、ヒートシンク200の各々の製造過程を示す図である。図8Aは、加工前の基体1の斜視図である。図8Bは、複数の後述する台部11を形成した基体1の斜視図である。図8Cは、台部11に溝12を形成した基体1の局部的な斜視図である。図8Dは、凸部13の裂き起こし工程の概念図である。図8Eは、溝12間の凸部13からフィン2を形成した基体1の局部的な斜視図である。図8Fは、複数のフィン群210を形成した基体1の斜視図である。
<1-3. Manufacturing method of heat exchanger>
Next, a method of manufacturing the
ステップS1からS3は、ヒートシンク200の製造方法である。ステップS1からS3の製造方法により製造されるヒートシンク200は、板状の基体1から突出する複数のフィン2を含むフィン群210を備えるとともに、第1流路方向Df1に延びる流体流路Pfの一部を形成する。
Steps S1 to S3 are methods for manufacturing the
ヒートシンク200の製造方法は、台部形成ステップS1を備える。台部形成ステップS1では、図8Aに示す基体1の上面に、台部11が形成される。台部11の数は、フィン群210の数と同数である。本実施形態では図8Bに示すように、3個の台部11が、第1流路方向Df1に配列する。なお、台部形成ステップS1は、省略されても良い。
The method for manufacturing the
ヒートシンク200の製造方法は、溝形成ステップS2を備える。溝形成ステップS2では、第1流路方向Df1に広がる基体1の上面に、3以上の溝12が形成される。より具体的には、各々の台部11において、3以上の溝12が形成される。図8Cに示すように、各々の溝12は、第1方向D1に延びて、第2方向D2に並ぶ。
The method for manufacturing the
なお、台部形成ステップS1及び溝形成ステップS2での形成手段は、特に限定されない。たとえば、レジストエッチングなどの化学的な加工手段が用いられてもよいし、切削加工のような物理的な加工手段が用いられてもよい。 The forming means in the base portion forming step S1 and the groove forming step S2 is not particularly limited. For example, a chemical processing means such as resist etching may be used, or a physical processing means such as cutting may be used.
ヒートシンク200の製造方法は、フィン形成ステップS3を備える。フィン形成ステップS3では、フィン群210が形成される。各々のフィン群210のフィン2は、いわゆるスカイブ加工により形成される。具体的には、フィン形成ステップS3は、裂き起こしステップS31を有する。図8Dに示すように、裂き起こしステップS31では、溝12間に形成された凸部13を裂いて起こすことにより、基体1からフィン2を突出させる。フィン形成ステップS3において、裂き起こしステップS31は、第1方向D1において等間隔で複数回実施される。
The method for manufacturing the
各々の凸部13において、形成可能な数のフィン2が形成される。なお、各々の凸部13において、台部11の縁部に沿う位置に形成されるフィン2は、図6A又は図6Bのような所望の角柱形状でないことがある。このようなフィン2は、切削加工などにより、切除されてもよい。1個の台部11において、全ての凸部13にて裂き起こしによるフィンの形成が完了していない場合(ステップS32でNo)、図7の処理は、裂き起こしステップS31に戻る。
In each
1個の台部11において、図8Eに示すように、全ての凸部13にてフィン2の形成が完了している場合(ステップS32でYes)、他の台部11でも同様に、裂き起こしによるフィン2の形成を実施する。つまり、全ての台部11でフィン2の形成が完了していない場合(ステップS33でNo)、裂き起こしステップS31の実施対象を未完了の台部11に変えて(ステップS34)、裂き起こしステップS31を実施する。
As shown in FIG. 8E, when the formation of the
一方、図8Fのように、全ての台部11でフィン2の形成が完了している場合(ステップS33でYes)、ヒートシンク200の製造処理を終了する。
On the other hand, as shown in FIG. 8F, when the formation of the
次に、蓋体300が、ヒートシンク200に固定され、ヒートシンク200の上面を覆う(ステップS4)。そして、図7の処理が終了する。
Next, the
図7の処理によれば、フィン群210において第1方向D1及び第2方向D2に二次元的な配列をする複数のフィン2を基体1の上面に形成できる。第1方向D1と斜めに交わる第1流路方向Df1に向かう流体fがフィン2間を流れる際に受ける圧力損失を低減できるので、フィン2から流体fへの放熱効率の低下を抑制できる。また、いわゆるスカイブ加工によって、流体流路Pfの一部を形成するヒートシンク200にフィン2を形成できる。基体1とフィン2とを一体に形成できる、つまり、単一の板材から基体1とフィン2とを形成できるので、基体1とフィン2との間の熱抵抗を低減できる。従って、基体1の下面に配置された発熱部品400からヒートシンク200を介して流体fへの放熱効率を向上できる。よって、冷却性能が向上したヒートシンク200及び熱交換装置100を製造することができる。
According to the process of FIG. 7, in the
また、別体のフィン2を基体1に固定する場合と比べて、低コストでヒートシンク200を形成できる。よって、ヒートシンク200及び熱交換装置100の生産性を向上できる。
Further, the
また、本実施形態では、裂き起こしステップS31において、平らな刃501を有する工具500を用いて、凸部13が裂き起こされる。こうすれば、図6Aに示すような四角柱形状にフィン2を形成できる。
Further, in the present embodiment, in the tearing step S31, the
好ましくは、裂き起こしステップS31において、工具500の刃501を第1方向D1と垂直にして、凸部13が裂き起こされる。こうすれば、フィンを四角柱形状に形成できる。また、第1方向D1において等間隔で裂き起こしステップS31を複数回実施することにより、第2側面22が広がる第2方向D2にフィン2を配列させることができる。
Preferably, in the tearing step S31, the
但し、本実施形態の例示に限定されず、裂き起こしステップS31において、湾曲した刃を有する工具を用いて、凸部13が裂き起こされてもよい。湾曲した刃501は、第1流路方向Df1における流体流路Pfの注入口301側に突出する。こうすれば、図6Bに示すような角柱状のフィン2を形成できる。つまり、フィン2の第2側面22は、曲面であり、第1流路方向Df1における流体流路Pfの注入口301側に突出する。
However, the present invention is not limited to the example, and the
また、好ましくは、フィン形成ステップS3において、第1方向D1にて隣り合うフィン2間の間隔Wi1は、第1方向D1におけるフィン2の幅Wt1よりも広くされる。たとえば、第1方向D1において裂き起こしステップS31を複数回実施する間隔Wi3は、第1方向D1におけるフィン2の幅Wt1の2倍よりも広くされる。なお、間隔Wi3は、図8Dに示すように、第1方向D1におけるフィン2の幅Wt1と、第1方向D1において隣り合うフィン2間の間隔Wi1との和に等しい。こうすれば、第1方向D1におけるフィン2間を流体fがスムーズに通り抜けることができる。つまり、流体fの圧力損失を低減できるので、流体fの流速の低下を抑制できる。従って、ヒートシンク200がフィン2から流体fへの放熱効率を向上できるので、ヒートシンク200の冷却性能を向上することができる。
Further, preferably, in the fin forming step S3, the distance Wi1 between the
また、好ましくは、溝形成ステップS2において、第2方向D2における溝12の幅は、第2方向D2における凸部13の幅よりも広くされる。図7の処理によれば、図8C及び図8Eに示すように、第2方向D2における凸部13の幅は、第2方向D2におけるフィン2の幅Wt2となる。さらに、第2方向D2における溝12の幅は、第2方向D2において隣り合うフィン2間の間隔Wi2となる。そのため、溝12の幅を凸部13の幅よりも広くすることにより、第2方向D2にて隣り合うフィン2間の間隔Wi2が、第1方向D1におけるフィン2の幅Wt1よりも広くなる。第2方向D2において隣り合うフィン2間の間隔Wt2がより広くなることにより、流体fの圧力損失をさらに低減できるので、流体fの流速の低下をさらに抑制できる。よって、ヒートシンク200の冷却性能をさらに向上することができる。
Further, preferably, in the groove forming step S2, the width of the
また、好ましくは、第1流路方向Df1から見て、第2流路方向Df2にて最も近接するフィン2間に隙間Wsを有する。なお、第2流路方向Df2は、前述のごとく、第1流路方向Df1と直交するとともに、基体1と平行である。たとえば、隙間Wsが形成できるように、間隔Wi1,Wi2及びフィン2の幅Wt1,Wt2が決定される。第1流路方向Df1から見て第2流路方向Df2にて最も近接するフィン2間に隙間Wsを有することにより、第1流路方向Df1に流れる流体fをスムーズに流すことができる。従って、ヒートシンク200の冷却性能をより向上できる。
Further, preferably, there is a gap Ws between the
また、図7で説明した製造方法により製造されるヒートシンク200では、複数のフィン群210が第1流路方向Df1に配列する。好ましくは、溝形成ステップS2及びフィン形成ステップS3は、第1流路方向Df1において、間隔Wgを空けて複数回実施される。たとえば、台部形成ステップS1において、台部11は、第1流路方向Df1に間隔Wgを空けて複数形成される。複数のフィン群210を間隔Wgを空けて第1流路方向Df1に配列させることにより、1個のフィン群210を基体1の上面に配置する場合と比べて、流体流路Pf内を流れる流体fの第1流路方向Df1における圧力損失を低減できる。従って、流体流路Pf内において流体fをさらにスムーズに流すことができる。
Further, in the
さらに好ましくは、より第1流路方向Df1における流体流路Pfの排出口302側に配置されたフィン群210にて隣り合うフィン2間の間隔は、より第1流路方向Df1における流体流路Pfの注入口301側に配置されたフィン群210にて隣り合うフィン2間の間隔よりも広くされる。たとえば、より第1流路方向Df1における流体流路Pfの排出口302側に配置されるフィン群210ほど、フィン2の配列方向にて隣り合うフィン2間の間隔Wi1,Wi2がより広くなる。従って、流体fをさらにスムーズに流す効果を向上できる。
More preferably, the distance between the
また、図7で説明した製造方法により製造されるヒートシンク200では、フィン群210が複数の最近隣フィン20を含む。各々の最近隣フィン20は、前述のごとく、第1方向D1及び第2方向D2のうちの少なくとも一方の方向において基体1の上面における所定の辺10に最も近接するフィン2である。好ましくは、フィン形成ステップS3において、最近隣フィン20を直線状に配列させるとともに、各々の最近隣フィン20と上述の辺10との間の間隔Wdを同じにする。各々の最近隣フィン20と基体1の上面における所定の辺10との間の間隔Wdが同じであることにより、一方向の直線状に配列する複数の最近隣フィン20が基体1の上面における所定の辺10に沿って配列する。従って、ヒートシンク200を製造する際、最近隣フィン20の配列に沿う辺10を直線状にできる。よって、基体1の上面の法線方向から見たヒートシンク200の形状をより簡素にすることができる。
Further, in the
<2.その他>
以上、本発明の実施形態を説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾が生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。
<2. Others>
The embodiment of the present invention has been described above. The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The present invention can be implemented by making various modifications to the above-described embodiments without departing from the gist of the invention. In addition, the items described in the above-described embodiments can be arbitrarily combined as long as there is no contradiction.
本発明は、たとえば、複数のフィンを有するヒートシンク及びその製造方法、該ヒートシンクを備える熱交換装置に有用である。 The present invention is useful, for example, for a heat sink having a plurality of fins, a method for manufacturing the heat sink, and a heat exchange device provided with the heat sink.
100・・・熱交換装置、200・・・ヒートシンク、210・・・フィン群、211・・・第1フィン群、212・・・第2フィン群、213・・・第3フィン群、300・・・蓋体、301・・・注入口、302・・・排出口、401・・・熱伝導シート、400・・・発熱部品、500・・・工具、501・・・刃、1・・・基体、10・・・辺、11・・・台部、12・・・溝、13・・・凸部、2,2a・・・フィン、20・・・最近隣フィン、21・・・第1側面、22,22a・・・第2側面、D1・・・第1方向、D2・・・第2方向、Df1・・・第1流路方向、Df2・・・第2流路方向、Pf・・・流体流路、f・・・流体、Wi1,Wi2,Wi3,Wd,Wg・・・間隔、Wt1,Wt2・・・幅、Ws・・・隙間、θ・・・角度、φ1・・・第1角度、φ2・・・第2角度 100 ... heat exchanger, 200 ... heat sink, 210 ... fin group, 211 ... first fin group, 212 ... second fin group, 213 ... third fin group, 300 ...・ ・ Lid, 301 ・ ・ ・ Injection port, 302 ・ ・ ・ Discharge port, 401 ・ ・ ・ Heat conduction sheet, 400 ・ ・ ・ Heat generation parts, 500 ・ ・ ・ Tools, 501 ・ ・ ・ Blade, 1 ・ ・ ・Substrate, 10 ... Side, 11 ... Base, 12 ... Groove, 13 ... Convex, 2,2a ... Fin, 20 ... Nearest fin, 21 ... First Side surface, 22, 22a ... 2nd side surface, D1 ... 1st direction, D2 ... 2nd direction, Df1 ... 1st flow path direction, Df2 ... 2nd flow path direction, Pf.・ ・ Fluid flow path, f ... fluid, Wi1, Wi2, Wi3, Wd, Wg ... interval, Wt1, Wt2 ... width, Ws ... gap, θ ... angle, φ1 ... 1st angle, φ2 ... 2nd angle
Claims (12)
前記第1流路方向と、前記第1流路方向と直交する第2流路方向とに広がる板状の基体と、
前記基体から突出する複数のフィンを含むフィン群と、を備え、
前記基体及び前記フィン群は、単一の部材のそれぞれ異なる一部であり、
複数の前記フィンの少なくとも一部は、第1方向と第2方向とに配列し、
前記第1方向は、前記第1流路方向と斜めに交わるとともに前記基体と平行であり、
前記第2方向は、前記第1流路方向と斜めに交わるとともに、前記第1方向と交わって、前記基体と平行であり、
前記フィンは、第1側面と、前記第1流路方向を向く第2側面と、を有し、
前記第1側面は、前記第1流路方向を向く平面であり、前記第1方向に広がり、
前記第2側面は、
前記第2方向に広がって前記第1側面との間に角を形成する平面と、
前記第1流路方向の注入口側に突出して前記第1側面に繋がる曲面と
のうちの一方である、ヒートシンク。 A heat sink that forms part of a fluid flow path that extends in the direction of the first flow path.
A plate-shaped substrate extending in the direction of the first flow path and the direction of the second flow path orthogonal to the direction of the first flow path,
A group of fins including a plurality of fins protruding from the substrate.
The substrate and the fins are different parts of a single member.
At least a portion of the plurality of fins is arranged in the first direction and the second direction.
The first direction intersects the first flow path direction at an angle and is parallel to the substrate.
The second direction intersects the first flow path direction at an angle and intersects the first direction and is parallel to the substrate.
The fin has a first side surface and a second side surface facing the first flow path direction.
The first side surface is a plane facing the first flow path direction, and spreads in the first direction.
The second aspect is
A plane that spreads in the second direction and forms a corner with the first side surface,
A heat sink that is one of a curved surface that protrudes toward the injection port side in the first flow path direction and is connected to the first side surface.
前記基体の上面の法線方向から見て、前記角の小さい方の角度は90度である、請求項1に記載のヒートシンク。 The second side surface is a plane that spreads in the second direction and forms the corner with the first side surface.
The heat sink according to claim 1, wherein the angle of the smaller angle is 90 degrees when viewed from the normal direction of the upper surface of the substrate.
前記第1流路方向において隣り合う前記フィン群間の間隔は、各々の前記フィン群にて隣り合う前記フィン間の間隔よりも広い、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヒートシンク。 The fin group is a plurality, arranged in the direction of the first flow path, and
The aspect according to any one of claims 1 to 3, wherein the distance between the adjacent fin groups in the first flow path direction is wider than the distance between the adjacent fins in each of the fin groups. heat sink.
各々の前記最近隣フィンは、前記第1方向及び前記第2方向のうちの少なくとも一方の方向において前記基体の上面における所定の辺に最も近接する前記フィンであり、
前記最近隣フィンは、直線状に配列し、
各々の前記最近隣フィンと前記辺との間の間隔は同じである、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のヒートシンク。 The fin group includes a plurality of nearest neighbor fins.
Each of the nearest fins is the fin closest to a predetermined side on the upper surface of the substrate in at least one of the first direction and the second direction.
The nearest fins are arranged in a straight line and
The heat sink according to any one of claims 1 to 7, wherein the distance between each of the nearest fins and the side thereof is the same.
第1角度は、前記基体の上面の法線方向から見て、前記第1流路方向と交わる前記辺と前記第1側面が広がる前記第1方向とが成す小さい方の角度であり、
各々の前記フィンの前記第1角度は同じである、請求項8に記載のヒートシンク。 The first side surface of the fin faces the side and
The first angle is the smaller angle formed by the side intersecting the first flow path direction and the first direction in which the first side surface extends when viewed from the normal direction of the upper surface of the substrate.
The heat sink according to claim 8, wherein the first angle of each of the fins is the same.
第2角度は、前記基体の上面の法線方向から見て、前記第1流路方向と交わる前記辺と前記第2側面が広がる前記第2方向とが成す小さい方の角度であり、
各々の前記フィンの前記第2角度は、前記第1角度と同じである、請求項9に記載のヒートシンク。 The second side surface of the fin is a plane that extends in the second direction and forms the angle with the first side surface, and faces the side.
The second angle is the smaller angle formed by the side intersecting the first flow path direction and the second direction in which the second side surface extends when viewed from the normal direction of the upper surface of the substrate.
The heat sink according to claim 9, wherein the second angle of each of the fins is the same as the first angle.
流体が流れる流体流路を前記ヒートシンクとともに形成する蓋体と、を備え、
前記流体は、前記ヒートシンクのフィン間を流れる、熱交換装置。 The heat sink according to any one of claims 1 to 10.
A lid that forms a fluid flow path through which the fluid flows together with the heat sink is provided.
The fluid is a heat exchange device that flows between the fins of the heat sink.
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