JP4698413B2

JP4698413B2 - 液冷式ヒートシンク

Info

Publication number: JP4698413B2
Application number: JP2005373890A
Authority: JP
Inventors: 哲敏小松; 辰夫澤田
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP2007180091A

Description

本発明は、液冷式ヒートシンクに係り、特に、電子部品等の冷却に用いられるヒートシンクのうち、内部に冷却水等の冷却液体が通液せしめられる冷却パイプを、受熱部材の内部に組み付けてなる構造の液冷式ヒートシンクに関するものである。

従来から、ダイオードやサイリスタの如き、発熱素子としての電子部品等の冷却に用いられるヒートシンクの一つとして、内部に冷却水等を通水するパイプを受熱部材に取り付けた構造の液冷式ヒートシンクがあり、例えば、実開昭５４−１２３７１号公報（特許文献１）においては、電子部品の液冷装置として、その構造の一例が示されている。なお、そのような液冷装置においては、受熱部材の片側の面或いはその両面に、電子部品等の発熱体（発熱素子）が取り付けられて、この発熱体から、熱伝導によって受熱部材を介して伝熱、熱拡散させ、そしてその伝導した熱を、受熱部材の肉厚の略中央部に埋め込まれた液冷パイプの内部に通液される冷却水等の冷却媒体によって、冷却するようにした構造が、採用されている。

そして、そのような特許文献１においては、受熱部材は、熱伝導の良好な金属の押出材からなる上下略同様な肉厚の板状のパーツから構成され、その重ね合わされる上下二つのパーツの対向面には、それぞれ半円形の溝を有しており、そして上下のパーツを嵌め合わせることによって、それぞれの半円形の溝が合わさって、一つの円形の穴となって、そこに液冷パイプがきっちりと入るように設計されている。また、そこでは、上下のパーツとその溝部に液冷パイプを嵌め込む一方、一方のパーツの溝部の両側に設けたＵ字型隆起を他方のパーツの溝部の両側に設けたＵ字型凹みに嵌入して、強圧することによって、それらパーツ及び液冷パイプを簡単に嵌め合わせ、固定することが出来るとされており、更に、液冷パイプは、上下のパーツを嵌め合わせた状態において一体化した板状の受熱部材の肉厚の略中央位置に配置せしめられるようになっている。

しかしながら、かかる特許文献１に示される如き、受熱部材を構成する上下のパーツの間に液冷パイプを挟持させて、組み付けてなる構造の液冷装置（液冷式ヒートシンク）において、上下のパーツ間の熱伝導を良好と為し、液冷パイプによる冷却効果（放熱効果）を有利に実現するには、上下のパーツをきっちりと隙間なく嵌め合わせることと、液冷パイプの外周面を上下のパーツの溝部の内面に隙間が生じないように密着させることが必要となるのであるが、上下のパーツの溝部によって形成される円形の穴の直径と液冷パイプの外径とを精密に一致させることは、実用上において極めて困難なことであり、それら上下のパーツに形成される溝部や液冷パイプの製作誤差も加わって、液冷パイプと溝部内面との間や上下のパーツ間に僅かながら隙間が開いてしまい、接触熱抵抗を高めて、熱伝導性を阻害してしまうという問題が、内在しているのである。

そして、例えば、受熱部材を構成する上下のパーツに形成される溝部への、液冷パイプの嵌め合わせを容易と為すべく、かかる溝部の円弧形状の曲率半径を液冷パイプの半径よりも大きくしたり、或いは製作誤差等によって、溝部の曲率半径が液冷パイプの半径よりも大きくなったりした場合においては、かかる溝部の内面と液冷パイプとの間に僅かながら隙間があいてしまい、そのために、熱伝導性が阻害されてしまうこととなるのである。また、それら上下のパーツに形成される溝部の円弧形状の曲率半径が、製作誤差等によって、液冷パイプの半径よりも小さくなった場合にあっては、それら上下のパーツの溝部の重合せにて形成される円形の穴よりも、液冷パイプの直径のほうが大きくなってしまい、そのために、そのような円形の穴内に液冷パイプを嵌め込むことが困難となることに加えて、上下のパーツの重合せ界面に隙間が出来てしまい、そのために、受熱部材を構成する上下のパーツ間の熱伝導が阻害され、特に、それら上下のパーツの一方の側に発熱部材を取り付けた場合には、そのような発熱部材を取り付けていない側のパーツが、受熱部材として有効に働き得ず、そのために、冷却能力が低下してしまうという問題を生じることとなるのである。

このように、特許文献１に示される如き構造の液冷式ヒートシンクにあっては、受熱部材を構成する上下のパーツ間の熱伝導性と、それら上下のパーツと液冷パイプとの間の熱伝導性とを、共に良好と為すべく、それらの間の密着性を高め、何れも、きっちりと接触良好とすることは、各部材の寸法精度のばらつきを考慮すると、極めて難しいことであった。

尤も、特開平９−２７１８６３号公報（特許文献２）にあっては、そのような受熱部材を構成する上下のパーツに形成される溝と液冷パイプとの間の接触を改善するために、それらパーツの溝部内面に複数の小突起を設け、そのような溝部に所定の液冷パイプを嵌め込んで、上下のパーツを嵌め合わせる際に、かかる小突起を塑性変形させて、液冷パイプの外面との接触を良好にするようにした構造が提案されているが、そのような構造においても、溝内面の小突起間の凹部は、液冷パイプの外面に対して充分に接触するものではなく、溝内面とパイプ外面とが全面接触する状態を実現することは、困難であったのであり、そのために、熱伝導性の点において、充分なものではなかったのである。

実開昭５４−１２３７１号公報特開平９−２７１８６３号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、熱伝導性に優れた液冷式ヒートシンクを提供することにあり、また、他の課題とするところは、組付性を向上せしめつつ、製作誤差を吸収して、密着性を高めた液冷式ヒートシンクの構造を提供することにある。

そして、本発明は、上記した課題又はこの明細書全体の記載や図面から把握される課題を解決するために、以下に列挙せる如き各種の態様において、好適に実施され得るものであるが、また、以下に記載の各態様は、任意の組合せにおいても採用可能である。なお、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに何等限定されることなく、この明細書全体の記載並びに図面に開示の発明思想に基づいて認識され得るものであることが理解されるべきである。

（１）受熱部材を構成する第一のパーツと第二のパーツとを重ね合わせ、それらパーツの対向する部位にそれぞれ設けた凹部にて形成される空間内に、冷却液体が通液せしめられる冷却パイプを収容せしめて、組み付けてなる構造の液冷式ヒートシンクにして、
前記第一及び第二のパーツにおける凹部を、それぞれ、前記冷却パイプの外周面の半径よりも大なる曲率半径の底面を有する湾曲溝にて構成する一方、それら第一及び第二のパーツを重ね合わせたときに対向する前記湾曲溝の二つのものの重合せ方向における最大底面間距離が、前記冷却パイプの外径よりも小さくなるように構成して、該冷却パイプが前記二つの湾曲溝にて形成される空間に組み付けられた際に、該冷却パイプを前記第一及び第二のパーツの湾曲溝間で狭圧せしめることによって変形させて、該二つの湾曲溝の少なくとも底面に密着させるようにしたことを特徴とする液冷式ヒートシンク。

（２）前記第一のパーツに設けられた湾曲溝の底面の曲率半径が、前記第二のパーツに設けられた湾曲溝の底面の曲率半径と同一、又はそれよりも大きくされている上記態様（１）に記載の液冷式ヒートシンク。

（３）前記第一及び第二のパーツのうちの一方の湾曲溝の両側に、それぞれ、該湾曲溝に沿って延び且つ深さ方向においては相互に接近若しくは離隔する方向に傾斜して延びる二つの傾斜溝が設けられている一方、他方の湾曲溝の両側には、それぞれ、該湾曲溝に沿って延び且つ外方に向って所定高さ突出した二つの突条が設けられ、前記第一及び第二のパーツが重ね合わされた際に、該二つの傾斜溝内に該二つの突条がそれぞれ嵌入せしめられることにより、それら第一及び第二のパーツが強固に固定されるようになっている上記態様（１）又は態様（２）に記載の液冷式ヒートシンク。

（４）前記第一及び第二のパーツが厚さの異なるプレートにて構成されていると共に、厚さの薄いプレートからなるパーツに対しては、前記湾曲溝が浅い溝深さにおいて形成されている一方、厚さの厚いプレートからなるパーツに対しては、前記湾曲溝が深い溝深さにおいて形成されている上記態様（１）乃至態様（３）の何れか１つに記載の液冷式ヒートシンク。

（５）前記深い溝深さの湾曲溝が、Ｕ字型溝として形成されている一方、前記浅い溝深さの湾曲溝は、円弧形状の溝として形成されている上記態様（４）に記載の液冷式ヒートシンク。

（６）前記受熱部材が、純アルミニウム若しくはアルミニウム合金材質において形成されている上記態様（１）乃至態様（５）の何れか１つに記載の液冷式ヒートシンク。

（７）前記冷却パイプが、銅材質において形成されている上記態様（１）乃至態様（６）の何れか１つに記載の液冷式ヒートシンク。

このように、本発明に従う液冷式ヒートシンクにあっては、受熱部材を構成する二つのパーツの重合せ面にそれぞれ設けられて、それらパーツの重ね合わせによって、二つのパーツの湾曲溝にて形成される収容空間内に、冷却パイプを収容するに際して、そのような収容空間を与える二つのパーツの湾曲溝の底面の曲率半径が、収容される冷却パイプの外周面の半径よりも大きくされていることにより、かかる収容空間内への冷却パイプの嵌め込み作業が容易となることに加えて、それらパーツや冷却パイプの製作誤差により、パイプ外周面の半径や湾曲溝内面の曲率半径の精度が低下しても、それら二つのパーツにて構成される受熱部材への冷却パイプの組付作業に影響を受けることはなく、容易に、そのような組付作業を行うことが出来るのであり、しかも、パイプ外周面の半径と湾曲溝内面の曲率半径とを精密に一致させる必要もないところから、それら二つのパーツや冷却パイプの製造も容易に行なうことが出来、それらの製作誤差の許容範囲を有利に拡大せしめ得るという利点も享受することが出来るのである。

しかも、そのような液冷式ヒートシンクにおいては、受熱部材を構成する二つのパーツを重ね合わせたときに、対向する湾曲溝の二つのものの重合せ方向における最大底面間距離が、冷却パイプの外径よりも小さくなるように構成されていることにより、それら二つの湾曲溝にて形成される空間に冷却パイプが組み付けられた際に、かかる冷却パイプを二つのパーツの湾曲溝間で狭圧せしめることによって変形させて、それら二つの湾曲溝の少なくとも底面に密着させることが出来ることとなり、これによって、冷却パイプと受熱部材（二つのパーツ）の湾曲溝との隙間を可及的に小さく為し得て、それらの密着性を向上させて、効果的に接触熱抵抗を低減させることが出来るのであって、以て、熱伝導特性のより一層の向上を図ることが出来るのである。

以下、本発明の構成を更に具体的に明らかにするために、図面に示される本発明の代表的な実施の形態について、詳細に説明することとする。

先ず、図１は、本発明に従う液冷式ヒートシンクの一例における、一本の冷却パイプについての組付け構造を示しており、そこにおいて、受熱部材２は、厚肉板状の第一のパーツ４と同じく厚肉板状の第二のパーツ６とが上下に重ね合わされて、構成されている。なお、それら第一及び第二のパーツ４、６は、伝熱性能の良好な材質であれば、特に制限を受けることなく、適宜の材質において形成されることとなるが、中でも、押出しによって成形することが、コスト的にも有利であるところから、押出性の良好な純アルミニウムやアルミニウム合金、例えば６０６３合金等のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が、材質として好適に採用され、通常の押出し加工によって、図示の如き断面形状を有する第一及び第二のパーツ４、６が、それぞれ製造されることとなる。

また、そのような受熱部材２の内部に埋め込まれるように組み付けられる冷却パイプ８は、その内部に水等の冷却液体が通液せしめられて、受熱部材２から伝達される熱の吸収（冷却）を行なうものであるところから、従来と同様に、伝熱性能の良好な材質のものが選定されることとなる。特に、受熱部材２の単位面積当りにできるだけ多くの冷却パイプ８を配置するために、互いに平行に位置せしめられる冷却パイプ８に対して小さな曲率半径でのヘアピン曲げを行ない、また、冷却液体の取出部にろう付け等の接合を行なうことが多いところから、成形性やろう付け性が良好な、純銅等を材質とするパイプが、有利に用いられることとなる。なお、そのような純銅材料としては、例えば、りん脱酸銅を挙げることが出来る。

そして、かかる冷却パイプ８を組み付けるべく、受熱部材２を構成する第一のパーツ４と第二のパーツ６の対向する重合せ面には、それぞれ、円弧状の湾曲溝１０、１２が形成されているのであるが、ここでは、本発明に従って、それら湾曲溝１０、１２は、それらの底面を含む内面がそれぞれ冷却パイプ８の外周面の半径（Ｄ／２）よりも大きな曲率半径を有する円弧形状となるように、形成されているのであり、また、図１（ｃ）に示される如く、第一のパーツ４と第二のパーツ６とを重ね合わせたときに対向する二つの湾曲溝（１０、１２）の底面間に形成される最大底面間距離（Ｌ）が、冷却パイプ８の外径（Ｄ）よりも小さくなるように、形成されているのである。

従って、そのような冷却パイプ８を受熱部材２に組み付けるには、先ず、図１（ａ）に示される如く、第一のパーツ４の湾曲溝１０とそれに対向する第二のパーツ６の湾曲溝１２との間に、冷却パイプ８を位置せしめた状態において、第一及び第二のパーツ４、６を互いに相対的に接近せしめると、それらパーツ４、６の湾曲溝１０、１２のそれぞれの底面に冷却パイプ８が当接するようになるのであって、その状態が、図１（ｂ）に示されている。そして、本発明にあっては、そのような（ｂ）に示される状態から、更に、第一のパーツ４と第二のパーツ６とが強制的に接近せしめられるように、プレス機等を介して、押圧力が作用せしめられ、これによって、かかる冷却パイプ８を第一及び第二のパーツ４、６の湾曲溝１０、１２間で強く狭圧せしめて、冷却パイプ８を押し潰し、変形させて、第一及び第二のパーツ４、６の重合せ界面の隙間を解消して、それらパーツ４、６の重合せ面が密着（密接）させられるようにする一方、図１（ｃ）に示される如く、そのような冷却パイプ８の外周面を、第一及び第二のパーツ４、６のそれぞれの湾曲溝１０、１２の底面を含む内面に密着（密接）するようにするのである。

かくして、受熱部材２を構成する第一のパーツ４と第二のパーツ６との密着が効果的に実現され得ると共に、冷却パイプ８の外面と湾曲溝１０、１２の内面との密着領域も、効果的に増大せしめられ得るのであって、これにより、受熱部材２を構成する第一及び第二のパーツ４、６の間、更にはそれらパーツ４、６の湾曲溝１０、１２と冷却パイプ８との間の接触熱抵抗を効果的に低減せしめ得て、それらの間の熱伝導特性を有利に高めることが出来るのである。なお、このような冷却パイプ８の押し潰し、変形作用に基づくところの、湾曲溝１０、１２に対する密着性の向上効果は、特に、かかる冷却パイプ８が、純銅材質からなると共に、軟質材（焼鈍材）であることが望ましく、その態様が、本発明においては、有利に採用されることとなる。

また、冷却パイプ８が、第一及び第二のパーツ４、６の湾曲溝１０、１２間において、押し潰されるように変形せしめられて、かかる冷却パイプ８が、それぞれの湾曲溝１０、１２の内面に沿って、押圧方向に対して直角な方向に逃げるようにして、組み付けられることとなるところから、第一及び第二のパーツ４、６の対向する湾曲溝１０、１２間に形成される空間内への、冷却パイプ８の嵌め込み作業が、容易となることに加えて、それらパーツ４、６や冷却パイプ８の製作誤差により、パイプ外周面の半径（Ｄ／２）や湾曲溝１０、１２内面の曲率半径の精度が低下しても、受熱部材２への冷却パイプ８の組付作業が影響を受けるようなことはなく、そのような組付作業を容易に行なうことが出来るのである。

なお、図１（ｃ）においては、楕円形状に押し潰されて変形せしめられた冷却パイプ８が、その長径方向の両側面においても、湾曲溝１０、１２の内面に当接密着されてなる形態とされ、本発明においては、そのような密着形態が可及的に実現されるように、冷却パイプ８の外径に応じて、対向する二つの湾曲溝１０、１２間の重合せ方向における最大底面間距離（Ｌ）や、それら湾曲溝１０、１２の曲率半径が適宜に選定されることとなるのであるが、それらの製作誤差をある程度の余裕をもって吸収し得るように、湾曲溝１０、１２の曲率半径や最大底面間距離（Ｌ）の寸法を採用した場合にあっては、変形した冷却パイプ８の長径方向の両側面と湾曲溝１０、１２の開口部分との間に僅かな隙間が生じることとなるが、そのような隙間が生じても、本発明においては、冷却パイプ８の外周面と湾曲溝１０、１２の内面との密着が有利に図られ得ているところから、伝熱特性の向上効果は充分に達成され得るのである。

このように、本発明にあっては、第一及び第二のパーツ４、６における湾曲溝１０、１２のそれぞれの曲率半径やそれら湾曲溝１０、１２の最大底面間距離（Ｌ）は、冷却パイプ８の外径（Ｄ）の大きさに応じて、上述の如き密着組付形態を採用し得るように、適宜に選定され得ることとなるが、一般に、対向する二つの湾曲溝１０、１２間の最大底面間距離（Ｌ）は、実用上において、冷却パイプ８の外径（Ｄ）よりも５％〜２０％程度小さくなる、換言すれば０．９５Ｄ〜０．８０Ｄとなるように選定されることとなる。その差（Ｄ−Ｌ）があまりにも小さくなると、冷却パイプ８の押し潰し効果による密着を充分に実現し難くなる恐れがあるからであり、また、その差が大きくなり過ぎると、冷却パイプ８の潰れ変形が大きくなり、パイプ内部を流れる冷却媒体の圧損が大きくなったり、異常変形が生じたりする恐れが生じる。また、湾曲溝１０、１２の曲率半径に関しては、冷却パイプ８の外周面の半径（Ｄ／２）よりも大きくなるようにして適宜に選定され、後述せるように、一方の湾曲溝をＵ字型形状とした場合にあっては、他方の湾曲溝には、より一層大きな曲率半径の円弧形状が選定され得るものであるが、冷却パイプ８の半分若しくはそれ以上を収容することとなる、少なくとも一方の湾曲溝は、一般に、冷却パイプ８の外周面の半径（Ｄ／２）の１．０倍を超え１．２倍以下程度の大きな曲率半径において、形成されることとなる。

ところで、図１（ｃ）の如く、冷却パイプ８が組み付けられてなる受熱部材２は、それを構成する第一のパーツ４と第二のパーツ６とが離間しないように、図１（ｃ）に示される状態に固定すべく、それら二つのパーツ４、６をねじ止めやボルト止め等の通常の固定手段にて固定せしめることが行なわれることとなるが、また、そのような固定手段の採用と共に、又はその採用に代えて、図２に示される如く、一方のパーツの湾曲溝の両側にそれぞれ、その湾曲溝に沿って延びる二つの傾斜溝を設ける一方、他方のパーツの湾曲溝の両側には、それぞれ、それに沿って延びる所定高さの二つの突条を設けて、それら二つのパーツを重ね合わせた際に、それぞれの突条が、その対応する傾斜溝内に嵌入せしめられて、それら二つのパーツが強固に固定されるようにした構造も、有利に採用されることとなる。

具体的には、図２（ａ）において、上側の第一のパーツ４には、その半円形の湾曲溝１０の両側にそれぞれ湾曲溝１０に沿って延びる、所定幅の二つの突条１４、１４が、設けられている。この二つの突条１４、１４は、第一のパーツ４の重合せ面から所定高さ下方に突出した形態において、それぞれ設けられている。一方、第二のパーツ６の半円形の湾曲溝１２の両側には、それぞれ湾曲溝１２に沿って延びる二つの傾斜溝１６、１６が、設けられている。そして、それら二つの傾斜溝１６、１６は、ここでは、第一のパーツ４に設けた突条１４、１４の対応するものが嵌入せしめられ得る幅において、設けられていると共に、その深さ方向において相互に離隔（離間）する方向に傾斜して、第二のパーツ６内に入り込むような形態において、設けられている。

従って、図２（ａ）に示される第一及び第二のパーツ４、６と冷却パイプ８の配置形態において、それら二つのパーツ４、６がプレス機等により狭圧されて、前述せる如く、それらパーツ４、６の重合せ面が密着せしめられる一方、冷却パイプ８が押し潰されて、図２（ｂ）に示される如く、楕円形に変形せしめられて、湾曲溝１０、１２の底面を含む内面との間の密着が図られる際に、第一のパーツ４に設けられた二つの突条１４、１４は、それぞれ、その対応する二つの傾斜溝１６、１６内に入り込み、それら傾斜溝１６、１６に沿って変形しつつ嵌着されて、第一のパーツ４と第二のパーツ６とが強固に固定せしめられるようになるのである。

そして、そのような二つの突条１４、１４が、それぞれ、その対応する二つの傾斜溝１６、１６内に嵌入させられることにより、それら突条１４、１４の湾曲溝１０側の基部部分や傾斜溝１６、１６の湾曲溝１２側の開口部分が、それぞれ、冷却パイプ８側に向かって膨出するように変形せしめられるようになるところから、冷却パイプ８の押し潰し変形作用と相俟って、それら冷却パイプ８と湾曲溝１０、１２の内面との間の密着が、より強固なものとなるのであって、これにより、より一層有効な熱伝導特性が実現されることとなる。

さらに、図３〜図５には、本発明に従う液冷式ヒートシンクの、好ましい実用的な一例が、示されている。そこにおいては、上下のパーツの板厚に差がつけられており、その厚い方の板厚のパーツにおいて、深い湾曲溝が設けられて、そこに収容される冷却パイプとパーツ外面に取り付けられる発熱体との間の距離が、短くなるように構成されていると共に、パーツの板厚を厚くすることによって、発熱体の取付けが容易に行われ得るようになっている。

すなわち、図３は、そのような液冷式ヒートシンクにおける、受熱部材を構成する下側パーツ２０の断面図を示すものであって、図３（ａ）に示される横断面形態において押出し成形することにより、容易に製造され得るものである。そして、かかる下側パーツ２０は、その上面となる重合せ面に開口するように、Ｕ字型の形状とされた湾曲溝２２の６つが、互いに平行に形成されてなる構造とされているのであり、また、その一部を拡大して示す図３（ｂ）から明らかな如く、湾曲溝２２は、所定の曲率半径を有する湾曲面（一般に半円形状の湾曲面）にて構成される底面を有するＵ字型形状を呈するものである。また、この湾曲溝２２の両側にそれぞれ突条形成溝２４、２４が設けられることによって、湾曲溝２２と突条形成溝との間のパーツ部分が、湾曲溝２２に沿って延びる所定幅の突条２６として、形成されるようになっている。なお、突条形成溝２４は、図３（ｂ）から明らかな如く、溝底部よりやや上の部位が狭窄された構造とされ、そして、その狭窄部位から溝開口部に向かって拡開されて、溝幅が漸次広くなるような構造とされ、突条２６が、その基部において変形しやすい薄肉部とされている一方、その先端に向かって薄肉となるような傾斜面が、突条形成溝２４側に形成されている。

また、かかる下側パーツ２０に重ね合わされて受熱部材を構成する、他の一つのパーツである上側パーツ３０は、図４に示されるように、肉厚の薄い板にて構成されていると共に、下側パーツ２０に重ね合わされる下側の重合せ面において、その下側パーツ２０のＵ字型の湾曲溝２２に対応する部位に、所定高さの突起部３２が一体的に設けられ、更に、その突起部３２の先端面が、円弧形状の曲面にて構成される湾曲溝３４として、形成されているのである。また、そのような突起部３２を挟むように、台形の断面形状を有する嵌入突起３６が形成されている。そして、かかる突起部３２の周りの状況を部分的に示す図４（ｂ）から明らかなように、突起部３２とその両側に設けた嵌入突起３６、３６との間に、所定深さの傾斜溝３８、３８が、その深さ方向において、相互に接近する方向に傾斜して入り込むように、設けられているのである。

そして、それら下側パーツ２０と上側パーツ３０を用いて冷却パイプ４０を組み付け、目的とする液冷式ヒートシンクを得るべく、図５（ａ）に示されるように、下側パーツ２０の各Ｕ字型の湾曲溝２２内に、冷却パイプ４０が収容せしめられた後、上側パーツ３０を重ね合わせ、下側パーツ２０との間において狭圧せしめることにより、それら下側パーツ２０と上側パーツ３０との重合せ面の密着を行なう一方、冷却パイプ４０を、突起部３２の湾曲溝３４にて押圧して、押し潰し、変形させることにより、二つの湾曲溝２２、３４の底面を含む内面への密着性を高め、また密着領域を広げると共に、傾斜溝３８、３８への対応する突条２６、２６の嵌入によって、それら下側パーツ２０と上側パーツ３０との強固な固定を図り、また冷却パイプ４０と二つのパーツ２０、３０との間の密着性の向上も、図り得るようになっているのである。

なお、かくの如き冷却パイプ４０の押し潰し、更には二つのパーツ２０、３０の密接、密着効果を高める上において、それら二つのパーツ２０、３０の湾曲溝２２、３４の曲率半径は、図１に示される構造と同様に、冷却パイプ４０の外周面の半径よりも大きくなるように構成されており、ここでは、湾曲溝２２にあっては、そのＵ字形状の底面の曲率半径が、そのような大きな曲率半径とされているのであり、また上側パーツ３０の湾曲溝３４にあっては、浅い溝深さの円弧形状の溝として、大きな曲率半径が採用されているのである。そして、ここでは、図５（ｃ）より明らかな如く、湾曲溝２２の曲率半径よりも、湾曲溝３４の曲率半径のほうが、大きな曲率半径の円弧形状とされているのであり、加えて、冷却パイプ４０の外径（Ｄ）よりも、それら二つの湾曲溝２２と３４の重合せ方向における最大底面間距離（Ｌ）が小さくなるようにされて、図示の如き押潰し変形が、惹起され得るようになっているのである。

また、かかる図３及び図４に示される下側パーツ２０と上側パーツ３０とを用いて、冷却パイプ４０を組み付けると、それらパーツ２０、３０の重合せによって、下側パーツ２０の突条形成溝２４内に、上側パーツ３０の嵌入突起３６が嵌入せしめられ、そのような嵌入突起３６の傾斜面と突条２６の傾斜面２８とを当接した状態において、嵌入突起３６を突条形成溝２４内に深く嵌入せしめるようにすることにより、傾斜溝３８による案内と共に、突条２６を、冷却パイプ４０側に変形せしめて、冷却パイプ４０との間の密着性を有利に高め得るようになっている。

なお、図５（ｂ）に示されるように、下側パーツ２０と上側パーツ３０との間に組み付けられた冷却パイプ４０は、図示はされていないが、従来と同様に、それらパーツ２０、３０の外部において、隣り合う冷却パイプ４０に対してヘアピン形状に湾曲せしめられて、一本の冷却パイプとして構成され、その一本の冷却パイプ４０内を冷却水等の冷却液体が通液せしめられることによって、発熱体から二つのパーツ２０、３０を介して伝達される熱が、効果的に吸熱（冷却）せしめられ得ることとなる。

そして、そのような構造において、板厚の厚い下側パーツ２０には、Ｕ字型の湾曲溝２２が設けられて、その底面と、下側パーツ２０の下面の発熱体取付面との間の距離が、短くなるように構成されているところから、発熱体の熱を冷却パイプ４０によって、より効果的に除去せしめ得ることとなるのである。なお、ダイオードやサイリスタの如き電子部品等の発熱体は、一般に、受熱部材にタッピングして雌ねじを立て、ボルトで固定することにより、その取付けが行なわれることとなるが、そのような取付け形態には、ある程度の板厚が要請され、単にそれが取り付けられるパーツの板厚を薄くすることでは、その対応が困難となるのである。このため、図３〜図５に例示の具体例においては、一方のパーツである下側パーツ２０の湾曲溝２２のＵ字型の曲面を深くする一方、他方のパーツである上側パーツ３０の湾曲溝３４の曲面を浅い円弧状曲面としてなる構成を採用しているのであり、これによって、下側パーツ２０における溝底から下面の発熱体取付面（フラット面）までの距離が短くなると共に、発熱体が取り付けられる下側パーツ２０の板厚を厚くすることが出来ることによって、発熱体の取付性並びに放熱性を、共に、良好に確保することが出来るのである。

さらに、図３と図４に示される構造の下側パーツ２０と上側パーツ３０にあっては、上側パーツ３０における嵌入突起３６が、湾曲溝３４が先端に設けられる突起部３２よりも高さが高くなるようにされて、それら下側パーツ２０と上側パーツ３０の重合せに際して、先ず、上側パーツ３０の嵌入突起３６が対応する下側パーツ２０の突条形成溝２４内に案内されることとなるところから、それら下側パーツ２０と上側パーツ３０との位置合わせ、ひいては二つの湾曲溝２２、３４の位置合わせが容易に行なわれ得て、そのセット作業が容易となる等の特徴が発揮される。

以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述してきたが、それらは、文字通りの例示であって、本発明は、それら実施形態に関する具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものでないことが、理解されるべきである。

例えば、受熱部材を構成する二つのパーツ４、６；２０，３０を狭圧するために、一般にプレス機等が用いられることとなるが、冷却パイプ８、４０が、その両側に対向して位置する湾曲溝１０、１２；２２，３４にて狭圧せしめられて、押し潰されることとなるならば、如何なる公知の機械装置をも、用いることが可能である。

また、二つのパーツ４、６；２０、３０に設けられる湾曲溝１０、１２；２２、３４の形状にあっても、円弧形状、半円形状、Ｕ字型形状等の、各種の形状が採用されることとなるが、そのような湾曲溝の内面は、狭圧方向に直角な方向において、平坦な面が存在しないような形状とすることが望ましく、これによって、押し潰し変形時において、冷却パイプにおける凹み等の欠陥の発生を有利に回避することが出来る。

さらに、二つのパーツ４、６；２０、３０を強固に固定せしめるために設けられる傾斜溝と突条は、それらが強固に固定されるような形状の組合せであれば、特に、その形状が限定されるものではなく、公知の各種の嵌合構造を採用することも可能である。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

本発明に従う液冷式ヒートシンクの一例を示す断面部分図であって、（ａ）は狭圧開始前の二つのパーツと冷却パイプとの配置形態を示す説明図であり、（ｂ）は二つのパーツを狭圧して、湾曲溝の底面に冷却パイプの外面が当接した状態を示す説明図であり、（ｃ）は冷却パイプを潰れ変形させて、二つのパーツの重合せ界面を密着させた状態を示す説明図である。本発明に従う液冷式ヒートシンクの他の例を示す断面部分図であって、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図１における（ａ）及び（ｂ）に相当する説明図である。本発明に従う液冷式ヒートシンクの更に他の例において用いられる下側パーツの断面説明図であって、（ａ）は全体の横断面を示す説明図であり、（ｂ）はその一部を示す拡大説明図である。本発明に従う液冷式ヒートシンクの更に他の例において用いられる上側パーツの断面説明図であって、（ａ）はその横断面の全体を示す説明図であり、（ｂ）はその一部を拡大して示す説明図である。図３及び図４にそれぞれ示される下側パーツと上側パーツを用いて、冷却パイプを組み付ける工程を示す説明図であって、（ａ）は下側パーツと上側パーツと冷却パイプとの配置形態の一例を示す横断面の全体説明図であり、（ｂ）は二つのパーツを狭圧して冷却パイプを潰れ変形させて組み付けてなる状態を示す横断面の全体説明図であり、（ｃ）は（ｂ）における部分拡大説明図である。

符号の説明

２受熱部材４第一のパーツ
６第二のパーツ８冷却パイプ
１０、１２、２２、３４湾曲溝
１４突条１６傾斜溝
２０下側パーツ２４突条形成溝
２６突条２８傾斜面
３０上側パーツ３２突起部
３６嵌入突起３８傾斜溝
４０冷却パイプ

Claims

受熱部材を構成する厚板状の同様な大きさの第一のパーツと第二のパーツとを重ね合わせ、それらパーツの対向する部位にそれぞれ設けた凹部にて形成される空間内に、冷却液体が通液せしめられる冷却パイプを収容せしめて、組み付けてなる構造の液冷式ヒートシンクにして、
前記第一及び第二のパーツを厚さの異なるプレートにて構成して、厚さの薄いプレートからなるパーツに対しては、湾曲溝を浅い溝深さにおいて形成し、また厚さの厚いプレートからなるパーツに対しては、湾曲溝を該浅い溝深さの湾曲溝よりも深い溝深さにおいて形成し且つ発熱体が取り付けられるようにすると共に、それら第一及び第二のパーツにおける凹部を、それぞれ、前記冷却パイプの外周面の半径よりも大なる曲率半径の底面を有する湾曲溝にて構成する一方、それら第一及び第二のパーツを重ね合わせたときに対向する前記湾曲溝の二つのものの重合せ方向における最大底面間距離が、前記冷却パイプの外径よりも５％〜２０％小さくなるように構成して、該冷却パイプが前記二つの湾曲溝にて形成される空間に組み付けられた際に、該冷却パイプを前記第一及び第二のパーツの湾曲溝間で狭圧せしめることによって変形させて、該二つの湾曲溝の少なくとも底面に密着させるようにしたことを特徴とする液冷式ヒートシンク。
前記深い溝深さの湾曲溝が、Ｕ字型溝として形成されている一方、前記浅い溝深さの湾曲溝は、円弧形状の溝として形成されている請求項１に記載の液冷式ヒートシンク。
前記第一のパーツに設けられた湾曲溝の底面の曲率半径が、前記第二のパーツに設けられた湾曲溝の底面の曲率半径と同一、又はそれよりも大きくされている請求項１又は請求項２に記載の液冷式ヒートシンク。
前記第一及び第二のパーツのうちの一方の湾曲溝の両側に、それぞれ、該湾曲溝に沿って延び且つ深さ方向においては相互に接近若しくは離隔する方向に傾斜して延びる二つの傾斜溝が設けられている一方、他方の湾曲溝の両側には、それぞれ、該湾曲溝に沿って延び且つ外方に向って所定高さ突出した二つの突条が設けられ、前記第一及び第二のパーツが重ね合わされた際に、該二つの傾斜溝内に該二つの突条がそれぞれ嵌入せしめられることにより、それら第一及び第二のパーツが強固に固定されるようになっている請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の液冷式ヒートシンク。
前記第一及び第二のパーツに対して、それぞれ、前記湾曲溝の複数が互いに平行に設けられていると共に、一方のパーツに設けられた複数の湾曲溝の各々の両側に突条形成溝が形成されて、該突条形成溝と該湾曲溝との間のパーツ部分が突条として形成され、また他方のパーツに設けられた複数の湾曲溝の各々の両側に所定深さの傾斜溝がその深さ方向において相互に接近する方向に傾斜して入り込むように形成されて、該傾斜溝内に、それら第一及び第二のパーツの重ね合わせによって、前記突条が嵌入せしめられるようになっている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液冷式ヒートシンク。
前記一方のパーツに設けられた複数の湾曲溝の隣り合うものの間に、一つの前記突条形成溝が形成されると共に、該突条形成溝の両側部が外方に向かって拡開する傾斜面として形成されている一方、前記他方のパーツに設けられた複数の湾曲溝の隣り合うものの間に、台形の断面形状を有する嵌入突起が、両側に位置する前記傾斜溝によって形成され、それら第一及び第二のパーツの重ね合わせによって、該嵌入突起が前記突条形成溝内に嵌入せしめられることにより、前記突条が前記傾斜溝内に入り込むようにして、前記冷却パイプを二つの前記湾曲溝間で挟圧して固定するように構成されている請求項５に記載の液冷式ヒートシンク。
前記受熱部材が、純アルミニウム若しくはアルミニウム合金材質において形成されている請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の液冷式ヒートシンク。
前記冷却パイプが、銅材質において形成されている請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の液冷式ヒートシンク。