JP4999146B2

JP4999146B2 - インナーフィン及びこのインナーフィンを備えたヒートシンク

Info

Publication number: JP4999146B2
Application number: JP2006131170A
Authority: JP
Inventors: 公昭中野; 謙柳川
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP2007212120A

Description

本発明は、ヒートシンク等の熱交換器に設けられるインナーフィン及びこのインナーフィンを備えたヒートシンクに関する。

一般に、パソコンのＣＰＵ（Central Processing
Unit）、サイリスタや電力用コンデンサのような電子部品等の熱源には、該熱源から発生した熱を放出させるため、ヒートシンクが設けられており、このヒートシンクは、扁平な箱状のタンク本体の内部空間を流通する冷却流体によって該タンク本体の外面に装着された熱源を冷却するようになっている。

従来、この種のヒートシンクには、プレートを積層して形成されるプレート式熱交換器が用いられることがあり、このプレート式熱交換器は、部品点数が少なく組立性に優れていることが知られている。また、プレート式熱交換器には、熱交換効率を高めるため、積層されるプレートの表面に凹凸加工が施されることがあり、特に、ヘリンボーンと呼ばれる魚の骨形状の凹凸加工をプレートの表面に施したタイプのプレート式熱交換器は、冷却流体の乱流効果がプレートの全幅に渡って生じるため、他のタイプのものと比べて、熱交換効率が高くなることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このようにプレートの表面にヘリンボーン状の凹凸加工を施したプレート式熱交換器をヒートシンクに使用した場合には、熱源の装着面が平坦でないため、熱伝達効率を高めることができず、却って熱交換効率が低下するといった問題があった。そのため、プレート式熱交換器をヒートシンクに使用する場合には、熱源の装着面に凹凸加工を施さずに、プレートの表面を平坦に形成させると共に、タンク本体の内部空間にインナーフィンを挿入し、熱源とタンク本体間の熱伝達効率を高めるようにしている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−１５３３９６号公報特開平１０−２０９３５９号公報

しかしながら、上記した特許文献２に記載されたヒートシンクでは、インナーフィンが複雑な形状を成しているため、製造過程において高価な金型が必要となり、製造コストが嵩むといった問題があった。

また、上記したようにプレート式熱交換器をヒートシンクに使用した場合には、タンク本体への冷却流体の出入口の取り付け位置が、プレート式熱交換器の構造上、タンク本体の両端部に限定され、タンク本体の内部空間に形成できる流路パターンが特定のパターンに限られてしまうため、ヒートシンクの設計の自由度を高めることができないといった問題もあった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、単純な形状を成し、製造コストの低減化を図ることができると共に、流路パターンの設計の自由度を高めることができるインナーフィン及びこのインナーフィンを備えたヒートシンクを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明は、熱交換器に設けられるインナーフィンであって、中骨部の両側に枝骨部が形成されたヘリンボーン状部材を、枝骨部同士が交差するように互いに逆向きに積重することにより構成されていることを特徴とする。

そして、前記ヘリンボーン状部材の周りには外枠部が形成されており、該外枠部はヒートシンクのタンク本体の一部を構成していてもよい。

また、前記互いに逆向きに積重される各ヘリンボーン状部材は、それぞれ、略相似形状を成す複数のヘリンボーン状相似部材を同一向きに積重することにより構成されており、該積重されたヘリンボーン状相似部材は内側に向かって次第に外形が小さくなるように形成されていてもよい。

さらに、前記互いに逆向きに積重される各ヘリンボーン状部材は、それぞれ、内側に向かって細くなる形状を有していてもよい。

さらにまた、前記ヘリンボーン状部材の枝骨部の交差部には、該各枝骨部同士が面接合可能なように接合部が形成されていてもよい。

また、本発明は、扁平な箱状のタンク本体の内部空間を流通する冷却流体によって該タンク本体の外側平坦面に装着された熱源を冷却するヒートシンクであって、前記タンク本体の内部空間には、上記したインナーフィンが設けられていることを特徴とする。

そして、前記ヒートシンクのインナーフィンは、前記タンク本体の略中央に配置され、前記インナーフィンの周囲には、環状の冷却流体用流通路が形成されており、前記タンク本体の対角位置には、前記冷却流体用流通路に連通するように冷却流体入口部及び冷却流体出口部がそれぞれ設けられていてもよい。

また、前記ヒートシンクのインナーフィンは、前記中骨部が前記タンク本体の側壁に当接するように配置され、前記インナーフィンの周囲には、Ｕ字状の冷却流体用流通路が形成されており、前記タンク本体には、前記冷却流体用流通路の両端部に連通するように冷却流体入口部及び冷却流体出口部がそれぞれ設けられていてもよい。

さらに、前記タンク本体の外側平坦面に対向する面には、前記タンク本体の内部空間側に突出するヘリンボーン状突部が前記ヘリンボーン状部材と同一形状を成すように形成されており、該ヘリンボーン状突部には、枝骨部同士が交差するように前記ヘリンボーン状突部と逆向きに前記ヘリンボーン状部材が積重されていてもよい。

さらにまた、前記熱源が装着される外側平坦面を有する第１のプレート部材と、該第１のプレート部材に重合し、該第１のプレート部材と共に前記タンク本体を形成する樹脂製の第２のプレート部材とを備え、該第２のプレート部材には、前記タンク本体の内部空間側に突出するヘリンボーン状突部が前記ヘリンボーン状部材と同一形状を成すように前記第２のプレート部材と一体成形されており、該ヘリンボーン状突部には、枝骨部同士が交差するように逆向きに前記ヘリンボーン状部材が積重されていてもよい。

本発明によれば、枝骨部同士が交差するように互いに逆向きにヘリンボーン状部材を積重することによりインナーフィンが構成されているため、冷却流体は、枝骨部により十分に攪拌され、全体に渡って均等に流通するようになるため、熱交換効率の向上を図ることができる。

また、インナーフィンの形状が単純なヘリンボーン状を成しているため、金型費が安価となり、製造コストの低減化を図ることができる。

さらに、ヒートシンクに上記インナーフィンを設けた場合には、インナーフィンによりタンク本体の内部空間を簡単に仕切ることができるため、タンク本体への冷却流体の出入口の配置が容易となり、冷却流体用流通路の流路パターンの設計の自由度を高めることもできる等、種々の優れた効果を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

先ず、図１を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に係るヒートシンクについて説明する。ここで、図１は本実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。

本実施の形態に係るヒートシンク１は、扁平な矩形箱状のタンク本体２の内部空間にインナーフィン３が設けられて構成されている。

タンク本体２は、プレス成形品である２枚のプレート部材４，５の外周縁部に形成された立ち上がり部６，７同士を重合することにより箱状に形成されている。そして、タンク本体２の外面のうちの少なくとも一方の外面８（図１では下面）は平坦に形成され、該平坦面８に、電子部品等の熱源が密着可能なようになっている。また、タンク本体２の平坦面８に対向する面９には対角位置に、それぞれ冷却流体入口１０及び冷却流体出口１１が接続され、さらに、タンク本体２の外周部には、立ち上がり部６，７により側壁１２が形成されている。

インナーフィン３は、プレス打ち抜き加工により魚の骨状に形成された２個一対のヘリンボーン状部材１３，１３によって構成されている。各ヘリンボーン部材１３は、直線状に形成された中骨部１４と、中骨部１４の両側に形成され、くの字状を成す複数の枝骨部１５とから構成されており、中骨部１４同士が一致すると共に枝骨部１５，１５同士が交差するように互いに逆向きに積重されている。そして、インナーフィン３は、タンク本体２の内部空間の略中央に配置されており、その厚みはタンク本体２の内部空間の高さに等しく、インナーフィン３によってタンク本体２の内部空間が仕切られるようになっている。これにより、インナーフィン３の周囲には、環状の冷却流体用流通路１６が形成され、この冷却流体用流通路１６に冷却流体入口１０及び冷却流体出口１１がそれぞれ連通するようになっている。

このように構成されたヒートシンク１において、冷却流体は、冷却流体入口１０からタンク本体２の内部空間に流入し、冷却流体用流通路１６を流通する。この時、ヘリンボーン状部材１３の枝骨部１５同士が交差するように配置されているため、冷却流体は、枝骨部１５により十分に攪拌されながら冷却流体用流通路１６全体に渡って均等に流通し、タンク本体２の平坦面８に密着された熱源から効率良く熱を吸収した後、冷却流体出口１１を通って、外部に流出する。

次に、図２を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクについて説明する。ここで、図２は本実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態の場合と同様の構成については、図２中、図１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係るヒートシンク２１において、インナーフィン２２は、プレス打ち抜き加工により魚の骨状に形成された２個一対のヘリンボーン状部材２３，２３により構成されている。各ヘリンボーン部材２３は、直線状に形成された中骨部２４と、中骨部２４の両側に形成され、くの字状を成す複数の枝骨部２５とから構成されており、中骨部２４同士が一致すると共に枝骨部２５，２５同士が交差するように互いに逆向きに積重されている。

そして、インナーフィン２２は、各中骨部２４の一方の端部がそれぞれ延出し、該各延出部２６がタンク本体２の側壁１２に当接するようにタンク本体２の内部空間に配置されており、その厚みはタンク本体２の内部空間の高さに等しく、インナーフィン２２によってタンク本体２の内部空間が仕切られるようになっている。これにより、インナーフィン２２の周囲には、Ｕ字状を成す２パスの冷却流体用流通路２７が形成されている。また、タンク本体２には、この冷却流体用流通路２７の両端部にそれぞれ連通するように冷却流体入口１０及び冷却流体出口１１が接続されている。

このように構成されたヒートシンク２１において、冷却流体入口１０からタンク本体２の内部空間に流入した冷却流体は、枝骨部１５により十分に攪拌されながら冷却流体用流通路１６全体に渡って均等に流通し、タンク本体２の平坦面８に密着された熱源から効率良く熱を吸収した後、冷却流体出口１１を通って、外部に流出する。

次に、図３を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態に係るヒートシンクについて説明する。ここで、図３は本実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態の場合と同様の構成については、図３中、図１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係るヒートシンク３１は、２枚のプレート部材３２，３３の間に２枚のインナーフィン３４，３４を互いに逆向きに積重して介装することにより形成されている。そして、プレート部材３２，３３の外面のうちの少なくとも一方の外面（図３では下面）は平坦に形成され、該平坦面３５に、電子部品等の熱源が密着可能なようになっている。

インナーフィン３４は、プレス打ち抜き加工により魚の骨状に形成されたヘリンボーン状部材３６と、ヘリンボーン状部材３６の周りに形成された矩形状の外枠部３７とから構成されており、外枠部３７はタンク本体２の一部を構成するようになっている。すなわち、各インナーフィン３４，３４の外枠部３７，３７とプレート部材３２，３３とによりタンク本体２が構成されている。また、各ヘリンボーン部材３６は、直線状に形成された中骨部３８と、中骨部３８の両側に形成され、くの字状を成す複数の枝骨部３９とから構成されており、中骨部３８同士が一致すると共に枝骨部３９同士が交差するようになっている。

このように本実施の形態に係るヒートシンク３１によれば、プレート部材３２，３３とインナーフィン３４，３４をそれぞれプレス加工により成形した後、それらを積重してロウ付けするだけで、簡単にヒートシンク３１を製造することができるため、製造コストの低減化を図ることができる。

次に、図４及び図５を参照しつつ、本発明の第４の実施の形態に係るヒートシンクについて説明する。ここで、図４は本実施の形態に係るヒートシンクのインナーフィンを示す平面図、図５はヒートシンクの断面図である。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態の場合と同様の構成については、図４及び図５中、図１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係るヒートシンク４１において、インナーフィン４２は、プレス打ち抜き加工により魚の骨状に形成されたヘリンボーン状部材４３，４３を互いに逆向きに積重することにより構成されている。各ヘリンボーン部材４３は、それぞれ、略相似形状を成す複数（図４及び図５では２枚）のヘリンボーン状相似部材４４，４５を同一向きに積重することにより構成されており、該積重されたヘリンボーン状相似部材４４，４５は内側に向かって次第に外形が小さくなるように形成されている。

また、各ヘリンボーン状相似部材４４，４５は、それぞれ、直線状に形成された中骨部４６，４７と、中骨部４６，４７の両側に形成され、くの字状を成す複数の枝骨部４８，４９とから構成されており、中骨部４７同士が一致すると共に枝骨部４９同士が交差するように設けられている。

このように本実施の形態に係るヒートシンク４１によれば、タンク本体２の内部空間に流入した冷却流体は、枝骨部４８，４９により十分に攪拌されながら冷却流体用流通路１６全体に渡って澱むことなく、円滑に流通するようになる。したがって、ヒートシンク４１に密着された熱源から効率良く熱を吸収することができ、熱交換効率の向上を図ることができる。

次に、図６を参照しつつ、本発明の第５の実施の形態に係るヒートシンクについて説明する。ここで、図６は本実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態の場合と同様の構成については、図６中、図１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係るヒートシンク５１は、熱源が装着される外側平坦面５２を有するアルミニウム又は銅製の第１のプレート部材５３と、第１のプレート部材５３に重合し、第１のプレート部材５３と共に扁平な矩形箱状のタンク本体２を形成する樹脂製の第２のプレート部材５４と、タンク本体２の内部空間に配置されるアルミニウム又は銅製のヘリンボーン状部材１３とを備えている。

第２のプレート部材５４には、タンク本体２の内部空間側に突出するヘリンボーン状突部５６がヘリンボーン状部材１３と同一形状を成すように第２のプレート部材５４と一体成形されており、ヘリンボーン状突部５６には、枝骨部１５同士が交差するようにヘリンボーン状突部５６の逆向きにヘリンボーン状部材１３が積重されている。

このように本実施の形態に係るヒートシンク５１によれば、ヘリンボーン状突部５６が第２のプレート部材５４と一体成形されるようになっているため、部品点数及び製造工数を削減することができ、製造コストをより一層低減させることができる。

なお、上記した第５の実施の形態においても、前記第２の実施の形態のように、ヘリンボーン状部材１３及びヘリンボーン状突部５６の各中骨部１４をタンク本体２の内側壁に当接するように延出させ、タンク本体２の内部空間にＵ字状を成す２パスの冷却流体用流通路が形成されるように構成することもできる。

次に、図７を参照しつつ、本発明の第６の実施の形態に係るヒートシンクについて説明する。ここで、図７は本実施の形態に係るヒートシンクのインナーフィンを示す斜視図である。

本実施の形態に係るヒートシンクでは、各ヘリンボーン状部材６１，６２は、それぞれ、内側に向かって細くなる形状、例えば、三角柱形状を有しており、両側（図７では上下）の平坦面６３（図７では、上面のみ図示）を介して上下の各プレート部材（図示省略）にロウ付け接合されるようになっている。また、ヘリンボーン状部材６１，６２の枝骨部６４，６５の交差部には、各枝骨部６４，６５同士が面接合可能な形状、例えば、四角柱形状を成す接合部６６，６７が形成されており、各枝骨部６４，６５の接合部６６，６７同士はロウ付け接合されるようになっている。そして、このようなヘリンボーン状部材６１，６２を製造するには、先ず、プレス打ち抜き加工により四角柱形状に形成した後、所要部分を鍛造により三角柱形状に形成することにより行う。

上記したように、各枝骨部６４，６５同士が面接合可能なように接合部６６，６７を設けることにより、各ヘリンボーン状部材６１，６２間において伝熱がし易くなり、前記各プレート部材間における伝熱性が向上し、ヒートシンクの放熱性能を高めることができる。また、各ヘリンボーン状部材６１，６２が内側に向かって次第に外形が小さくなる三角柱形状を有しているため、冷却流体がヘリンボーン状部材６１，６２間を円滑に流通するようになり、熱交換性能の向上を図ることができる。

このように、上記した第１〜第６の各実施の形態に係るヒートシンク１，２１，３１，４１，５１によれば、冷却流体は、冷却流体用流通路１６，２７全体に渡って均等に流通するようになるため、熱源から効率良く吸熱し、熱交換効率の向上を図ることができる。また、インナーフィン３，２２，３４，４２を構成するヘリンボーン状部材１３，２３，３６，４３は単純な形状を成しており、プレス打ち抜き加工で製造することができ、製造過程において高価な金型を必要としないため、製造コストの低減化を図ることができる。

なお、上記各実施の形態では、インナーフィン３，２２，３４，４２をヒートシンク１，２１，３１，４１，５１に設置した場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明に係るインナーフィン３，２２，３４，４２は、プレート式熱交換器等、他のタイプの熱交換器に使用することもできる。

本発明の第１の実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。本発明の第３の実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。本発明の第４の実施の形態に係るヒートシンクのインナーフィンを示す平面図である。本発明の第４の実施の形態に係るヒートシンクを示す断面図である。本発明の第５の実施の形態に係るヒートシンクを示す分解斜視図である。本発明の第６の実施の形態に係るヒートシンクのインナーフィンを示す斜視図である。

符号の説明

１ヒートシンク
２タンク本体
３インナーフィン
８平坦面
９対向する面
１０冷却流体入口
１１冷却流体出口
１２側壁
１３ヘリンボーン状部材
１４中骨
１５枝骨
１６冷却流体用流通路
２１ヒートシンク
２２インナーフィン
２３ヘリンボーン状部材
２４中骨
２５枝骨
２７冷却流体用流通路
３１ヒートシンク
３４インナーフィン
３６ヘリンボーン状部材
３７外枠部
４１ヒートシンク
４３ヘリンボーン状部材
４４，４５ヘリンボーン状相似部材
５１ヒートシンク
５３第１のプレート部材
５４第２のプレート部材
５６ヘリンボーン状突部
６１ヘリンボーン状部材
６２ヘリンボーン状部材
６４枝骨部
６５枝骨部
６６接合部
６７接合部

Claims

熱交換器に設けられるインナーフィンであって、
プレス打ち抜き加工により中骨部の両側に枝骨部が形成されたヘリンボーン状部材を、枝骨部同士が交差するように互いに逆向きに積重することにより構成され、該互いに逆向きに積重される各ヘリンボーン状部材は、それぞれ、略相似形状を成す複数のヘリンボーン状相似部材を同一向きに積重することにより構成されており、該積重されたヘリンボーン状相似部材は内側に向かって次第に外形が小さくなるように形成されていることを特徴とするインナーフィン。
熱交換器に設けられるインナーフィンであって、
中骨部の両側に枝骨部が形成されたヘリンボーン状部材を、枝骨部同士が交差するように互いに逆向きに積重することにより構成され、前記互いに逆向きに積重される各ヘリンボーン状部材は、それぞれ、内側に向かって細くなる三角柱形状を有しており、前記ヘリンボーン状部材の枝骨部の交差部には、該各枝骨部同士が面接合可能なように四角柱形状を成す接合部が形成されていることを特徴とするインナーフィン。
前記ヘリンボーン状部材の周りには外枠部が形成されており、該外枠部はヒートシンクのタンク本体の一部を構成している請求項１又は２に記載のインナーフィン。
扁平な箱状のタンク本体の内部空間を流通する冷却流体によって該タンク本体の外側平坦面に装着された熱源を冷却するヒートシンクであって、
前記タンク本体の内部空間に請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載のインナーフィンが設けられていることを特徴とするヒートシンク。
前記インナーフィンは、前記タンク本体の略中央に配置され、前記インナーフィンの周囲には、環状の冷却流体用流通路が形成されており、前記タンク本体の対角位置には、前記冷却流体用流通路に連通するように冷却流体入口部及び冷却流体出口部がそれぞれ設けられている請求項４に記載のヒートシンク。
前記インナーフィンは、前記中骨部が前記タンク本体の側壁に当接するように配置され、前記インナーフィンの周囲には、Ｕ字状の冷却流体用流通路が形成されており、前記タンク本体には、前記冷却流体用流通路の両端部に連通するように冷却流体入口部及び冷却流体出口部がそれぞれ設けられている請求項４に記載のヒートシンク。
前記熱源が装着される外側平坦面を有する第１のプレート部材と、該第１のプレート部材に重合し、該第１のプレート部材と共に前記タンク本体を形成する樹脂製の第２のプレート部材とを備え、該第２のプレート部材には、前記タンク本体の内部空間側に突出するヘリンボーン状突部が前記ヘリンボーン状部材と同一形状を成すように前記第２のプレート部材と一体成形されており、前記ヘリンボーン状突部には、枝骨部同士が交差するように逆向きに前記ヘリンボーン状部材が積重されている請求項４〜６のいずれか１の請求項に記載のヒートシンク。