JP5775388B2 - 液冷ヒートシンク - Google Patents
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Description
本発明は、放熱量を調整できる液冷ヒートシンクに関するものである。
一般にダイオードやサイリスタなどの素子の放熱に用いられている空冷式のヒートシンクは、アルミニウムの押し出し形材でフィンを形成し、素子から発生する熱によりヒートシンク自身の温度が上昇し、その熱をフィンにより放熱するものである。しかしながらフィンから大気への放熱は、熱伝達率が低く発熱量の大きな素子を冷却する場合には、熱伝達率の高い液冷ヒートシンクが用いられている。
この液冷ヒートシンクは、冷却液を通水する冷却液通水部として銅管を用い、この銅管をアルミニウム押し出し材で形成したベース板と接合し、ベース板に素子を取付け、冷却液通水部に冷却液となる水を通水する構造である。この銅管とアルミニウムのベース板とを接合する方法としてカシメ接合がある。しかしながら、このカシメ接合では銅管とベース板との接触不良による熱抵抗が高くなる問題がある。
このため半円形状の溝を押し出し形成した２枚のアルミニウムのベース板の間に銅管をサンドイッチ状に挟み込んで一体にした液冷ヒートシンクも開発されている（特許文献１）。しかしながらこのサンドイッチ構造では放熱量に応じてベース板を製造しなければならない。このため小さなベース板を複数枚つなぎ合わせた第１プレート群と第２プレート群と形成し、この間で冷却液通水部となる銅管を挟み込み、放熱量に応じてベース板を増やしていく構造も開発されている（特許文献２）。
しかしながらこれらサンドイッチ構造では２枚のベース板が必要となり、また蛇行した銅管の曲げ加工が面倒で加工コストが高い問題がある。加えてベース板の溝と銅管の外周との間の密着性が悪いと熱抵抗が高くなる上、放熱能力に応じて銅管の位置や本数を変更することができない問題があった。
本発明は上記問題を改善し、規格化したベース板を用いて放熱能力に応じて冷却液通水部の位置や本数の変更が可能で、冷却液通水部を銅管だけではなくアルミニウムの押し出し材で形成できると共に、ベース板と冷却液通水部との密着性が良く放熱性に優れた液冷ヒートシンクを提供するものである。
本発明の請求項１記載の液冷ヒートシンクは、押し出し材で形成されたベース板の上面に、押し出し方向と直交する方向に間隔をおいて複数の凹条部を形成し、水平部の両端に下方に向かって凸条部をそれぞれ形成した断面コ字形の脚部を、金属管の底部に一体に形成した冷却液通水部の前記凸条部を、ベース板の任意の凹条部に一体に嵌合したことを特徴とするものである。
本発明の請求項２記載の液冷ヒートシンクは、請求項１において、冷却液通水部の下方に向かって形成した凸条部と、これが嵌合するベース板の凹条部を湾曲して形成したことを特徴とするものである。
本発明の請求項３記載の液冷ヒートシンクは、請求項１または２において、冷却液通水部が、押し出し材で一体に形成されていることを特徴とするものである。
本発明の請求項４記載の液冷ヒートシンクは、請求項１または２において、冷却液通水部が、水平部の両端に下方に向かって凸条部をそれぞれ形成した断面コ字形の脚部を、金属管の底部にロウ付で一体に接合して形成されていることを特徴とするものである。
本発明に係る請求項１記載の液冷ヒートシンクによれば、冷却液通水部の脚部を構成する凸条部を、上面に凹条部を複数本平行に形成した規格化したベース板の任意の凹条部に嵌合させるので、必要とする冷却能力に応じて冷却液通水部３の本数や位置を調整することができる。更に凸条部が凹条部に嵌合しているので密着して効率よく熱伝達することができると共に、冷却液通水部に衝撃が加わってもベース板からの剥離を防止することができる。
また請求項２記載の液冷ヒートシンクによれば、ベース板の凹条部が湾曲して形成されているので、圧入する時に凸条部が、湾曲した凹条部に沿って曲げられながら塑性変形して嵌合して密着性が向上し、更に効率よく熱伝達することができると共に、冷却液通水部に衝撃が加わってもベース板からの剥離を確実に防止することができる。
また請求項３記載の液冷ヒートシンクによれば、冷却液通水部が、押し出し材で一体に形成されているので安価に製造することができる。
また請求項４記載の液冷ヒートシンクによれば、冷却液通水部が、水平部の両端に下方に向かって凸条部をそれぞれ形成した断面コ字形の脚部を、金属管の底部にロウ付で一体に接合しているので、金属管として銅管を用い、脚部として銅板をプレス成形したものを用いれば、冷却液として安価な水を用いることができる。
以下本発明の実施の一形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図において１は液冷ヒートシンクを示すもので、それぞれアルミニウムの押し出し材で形成されたベース板２と、冷却液通水部３とが一体に嵌合して形成されている。ベース板２は上面に、押し出し方向と直交する方向に間隔をおいて複数の凹条部４…が一定の間隔で複数個形成され、隣接する凹条部４ａ、４ｂは、その断面形状が互いに逆向きに湾曲して形成されている。
また冷却液通水部３は、水平部６の両端に下方に向かって凸条部７、７をそれぞれ形成した断面コ字形の脚部８がアルミニウム管９の底部に一体に押し出し成形されている。脚部８の凸条部７、７の間隔は、ベース板２の凹条部４ａ、４ｂの間隔に等しく形成されている。また凸条部７の幅はベース板２の凹条部４ａ、４ｂの幅よりやや大きく形成されている。
ベース板２と冷却液通水部３の組立て方法は、図３に仮想線で示すように押し出し成形した冷却液通水部３の凸条部７、７を、ベース板２の上面に複数本平行に形成した凹条部４ａ、４ｂ…の隣接する任意の凹条部４ａ、４ｂに合わせて押し込むと、凸条部７、７が、湾曲した凹条部４ａ、４ｂに沿って曲げられながら塑性変形して嵌合する。この結果、凸条部７、７と凹条部４ａ、４ｂが密着して一体となり、効率よく熱伝達することができると共に、冷却液通水部３に衝撃が加わってもベース板２からの剥離を防止することができる。
このように規格化したベース板２の上面に、間隔をおいて４本の冷却液通水部３を嵌合させたら、図４に示すように冷却液通水部３のアルミニウム管９の両端部にジョイント１０を取付け、ここに蛇行した流路を形成するようにゴムホース１１を接続する。このように形成した液冷ヒートシンク１は背面側に図示しないねじ孔を形成して、ここにダイオードやサイリスタなど発熱素子を取付ける。またゴムホース１１の流入側と流出側を図示しないポンプを介して冷却装置に接続し、冷却液として例えばエチレングリコールを用いて連続的に液冷する。
このように上面に凹条部４を１０本平行に形成した規格化したベース板２の任意の凹条部４に、冷却液通水部３の凸条部７を嵌合させたので、必要とする冷却能力に応じて冷却液通水部３の本数や位置を調整することができる。
なお上記説明では図２に示すように２０本の凹条部４を形成し、ここに４本の冷却液通水部３を取付けた場合について説明したが、必要とする冷却能力に応じて、２本の冷却液通水部３を任意の凹条部４に取付けても良く、また最大で１０本の冷却液通水部３を取付けることも可能である。また冷却液通水部３の凸条部７やベース板２の凹条部４の本数はこれに限らず、互いに嵌合できる構造であれば、その本数や形状は任意に選定することができる。また冷却液通水部３はアルミニウムの押し出し材に限らず銅の押し出し材で成形したものでも良い。
図５は本発明の他の実施の形態を示すもので、冷却液通水部３のアルミニウム管９を角管で形成したものである。
図６は本発明の異なる他の実施の形態を示すもので、冷却液通水部３を銅管１３の底部に、銅板を断面コ字形に折曲した脚部８をロウ付で一体に接合したものである。これは冷却液を通水する部分が銅管１３で形成されているので冷却液として安価な水を使用することができる。
なお上記説明では冷却液通水部３を熱伝導性に優れたアルミニウムや銅で形成したものについて示したが、これらの合金でも良い。
なお上記説明ではダイオードやサイリスタなど発熱素子の冷却を行なう場合について説明したが、他の発熱体を冷却する場合にも適用できると共に、温水を通水して加熱する場合にも使用することができる。
１ 液冷ヒートシンク
２ ベース板
３ 冷却液通水部
４ 凹条部
６ 水平部
７ 凸条部
８ 脚部
９ アルミニウム管
１０ ジョイント
１１ ゴムホース
１３ 銅管
１４ ロウ付部
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１３ 銅管
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Claims (4)
- 押し出し材で形成されたベース板の上面に、押し出し方向と直交する方向に間隔をおいて複数の凹条部を形成し、水平部の両端に下方に向かって凸条部をそれぞれ形成した断面コ字形の脚部を、金属管の底部に一体に形成した冷却液通水部の前記凸条部を、ベース板の任意の凹条部に一体に嵌合したことを特徴とする液冷ヒートシンク。
- 冷却液通水部の下方に向かって形成した凸条部と、これが嵌合するベース板の凹条部を湾曲して形成したことを特徴とする請求項１記載の液冷ヒートシンク。
- 冷却液通水部が、押し出し材で一体に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の液冷ヒートシンク。
- 冷却液通水部が、水平部の両端に下方に向かって凸条部をそれぞれ形成した断面コ字形の脚部を、金属管の底部にロウ付で一体に接合して形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の液冷ヒートシンク。
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