JP6096642B2 - 熱交換器用フィンおよびそれを用いたヒートシンク、熱交換器用フィンの製造方法 - Google Patents

熱交換器用フィンおよびそれを用いたヒートシンク、熱交換器用フィンの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、主としてヒートシンクとして用いる熱交換器用フィンおよびそれを用いたヒートシンクに関する。
パワートランジスタや集積回路パッケージ等の発熱体を冷却するヒートシンクは、コンパクトで且つ伝熱面積の広いものが求められる。
下記特許文献１及び２は、多数のプレートをプレス成形し、外周に枠部を有すると共に、その内側にマニホールド部を介して多数のスリットが形成されたパンチングプレートを作る。そして、多数のパンチングプレートを積層し、その積層方向の上下両端に端板を配置してなるものである。そして、その端板にパワートランジスタや集積回路パッケージ等を貼り付け、内部に冷媒を流通させたものである。
特開２０１２−１８９６６号公報 特開２０１０−２０５９８１号公報
従来のヒートシンクは、夫々独立した多数のプレートを積層し、各プレート間をろう付け固定してなるものであり、部品点数が多く、その組立が面倒である欠点があった。
そこで本発明は、部品点数が少なく、組立が容易な熱交換器フィンおよびそれを用いたヒートシンク並びにその製造方法を提供することを課題とする。
請求項１に記載の本発明は、金属板(13)を定間隔に、つづら折りに、折返し曲折してなる熱交換器用フィンにおいて、
展開状態のＸ−Ｙ直交平面で、その金属板(13)は、それぞれ縦帯部(1)を介して多数の貫通口(2)がＸ方向に並列した第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)とを有し、第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)は横帯部(5)を介してＹ方向に交互に配置され、第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)の各貫通口(2)は、Ｘ方向に半ピッチ位置ずれして配置され、
各貫通口群(3)(4)の縦帯部(1)のＹ方向の中間位置と横帯部(5)のＹ方向の中間位置で、つづら折りに折返して、そこに頂部(6)と谷部(9)が形成されて、頂部(6)側に多数の板片部(7)と門形の欠切口(8)とが交互にＸ方向に並列され、
第１貫通口群(3)の板片部(7)は投影方向に、第２貫通口群(4)の欠切口(8)内に配置され、
第２貫通口群(4)の板片部(7)は投影方向に、第１貫通口群(3)の欠切口(8)内に配置され、
谷部(9)にはＸ方向に連続した連続端部(9a)を形成し、
折り返された対向面は互いに密着して接触させたことを特徴とする熱交換器用フィンである。
請求項２に記載の本発明は、金属板(13)を定間隔に、つづら折りに、折返し曲折してなる熱交換器用フィンにおいて、
展開状態のＸ−Ｙ直交平面で、その金属板(13)は、それぞれ縦帯部(1)を介して多数の貫通口(2)がＸ方向に並列した第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)とを有し、第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)は横帯部(5)を介してＹ方向に交互に配置され、第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)の各貫通口(2)は、Ｘ方向に半ピッチ位置ずれして配置され、
各貫通口群(3)(4)の縦帯部(1)のＹ方向の中間位置のみで、つづら折りに折返して、各折返し位置に頂部(6)と谷部(9)とが形成されて、それらに多数の板片部(7)と門形の欠切口(8)とが交互にＸ方向に並列され、
第１貫通口群(3)の板片部(7)は投影方向に、第２貫通口群(4)の欠切口(8)内に配置され、
第２貫通口群(4)の板片部(7)は投影方向に、第１貫通口群(3)の欠切口(8)内に配置され、
折り返された対向面は互いに密着して接触されたことを特徴とする熱交換器用フィンである。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の熱交換器用フィンにおいて、
前記板片部(7)が台形状に形成され、欠切口(8)が逆台形状に形成された熱交換器用フィンである。
請求項４に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の熱交換器用フィンをインナーフィン(10)として用い、
端部に冷媒(16)のマニホールド部(18)を有する偏平で中空の熱交換器本体(12)の内面に、前記頂部(6)および谷部(9)が接するように、インナーフィン(10)が介装され且つ、頂部(6)がマニホールド部(18)に交差するように配置され、冷媒(16)が頂部(6)および谷部(9)の方向に流通し、熱交換器本体(12)の外面に発熱体(17)が接触固定されるヒートシンクである。
請求項５に記載の本発明は、直交する二方向をＸ，Ｙとするとき、金属板(13)に、Ｘ方向へ多数の貫通口(2)と縦帯部(1)とが交互に定間隔に配置された第１貫通口群(3)を形成すると共に、その第１貫通口群(3)と同様の貫通口群でＸ方向へ各開口の位相を半ピッチずらした第２貫通口群(4)を、その第１貫通口群(3)のＹ方向に横帯部(5)を介して配置し、そのＹ方向に第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)を交互に配置し、
Ｘ方向の一方端ではいずれか一方の貫通口群の端部に、縦帯部(1)が存在しない端部欠切(1a)を形成し、Ｘ方向の他方端ではいずれか一方の貫通口群の端部に、縦帯部(1)が存在しない端部欠切 (1a)を形成する金属板穿孔工程と、
次いで、その金属板(13)を第１貫通口群(3)および第２貫通口群(4)のＹ方向の中間位置で、折返し曲折して、その折返しの頂部(6)には、Ｘ方向に板片部(7)と欠切口(8)とを、交互に形成すると共に、その金属板(13)を第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)との間の横帯部(5)で折り返してそこに、Ｘ方向に連続した連続端部(9ａ)が形成された谷部(9)を構成し、
その頂部(6)と谷部(9)との間に位置する各対向面を互いに密着して接触させる折り曲げ工程と、を有することを特徴とする熱交換器用フィンの製造方法である。
請求項６に記載の本発明は、直交する二方向をＸ，Ｙとするとき、金属板(13)に、Ｘ方向へ多数の貫通口(2)と縦帯部(1)とが交互に定間隔に配置された第１貫通口群(3)を形成すると共に、その第１貫通口群(3)と同様の貫通口群でＸ方向へ各開口の位相を半ピッチずらした第２貫通口群(4)を、その第１貫通口群(3)のＹ方向に横帯部(5)を介して配置し、そのＹ方向に第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)を交互に配置し、
Ｘ方向の一方端ではいずれか一方の貫通口群の端部に、縦帯部(1)が存在しない端部欠切(1a)を形成し、Ｘ方向の他方端ではいずれか一方の貫通口群の端部に、縦帯部(1)が存在しない端部欠切 (1a)を形成する金属板穿孔工程と、
次いで、その金属板(13)を第１貫通口群(3)および第２貫通口群(4)のＹ方向の中間位置のみで、つづら折りに折返し曲折して、その各折返し位置に頂部(6)と谷部(9)とを形成して、それらのＸ方向に板片部(7)と欠切口(8)とを、交互に形成し、
その頂部(6)と谷部(9)との間に位置する立ち上げ部と立ち下げ部とからなる各対向面を互いに密着して接触させる折り曲げ工程と、を有することを特徴とする熱交換器用フィンの製造方法である。
本発明の熱交換器用フィンは、つづら折りにした金属板の、対向面が互いに接触する。そして、少なくとも頂部側に多数の板片部(7)と門形の欠切口(8)とが交互にＸ方向に並列され、板片部(7)は投影方向に、隣接する欠切口(8)内に配置される。
そのため、流体を板片部７に平行に流通させることができる。そして対向面が接触するので、コンパクトで伝熱面積の広い性能のよい熱交換器用フィンとなる。それと共に、折り返されて対向面が互いに接触されてフィンを形成したので、フィンピッチが正確に金属板の厚みとなり、そのピッチ管理が容易である。
しかも、そのフィンは金属板をつづら折りにしてなるため、部品点数が最少で、製造が容易で量産性が高く、安価に提供できる。
また、そのフィンをインナーフィンとして用いたヒートシンクおよびフィンの製造方法も、製造が容易で量産性が高く、安価に生産できる。
本発明の第１実施例の熱交換器用フィンを製造するための金属板13の展開状態を示す平面図（Ａ）および、その完成状態の断面正面図（Ｂ）。 同第２工程の説明図。 同フィンの斜視略図。 同フィンをインナーフィン10として用いたヒートシンクの分解斜視図。 その冷媒16の流れを示す説明図。 図５のVI−VI断面図。 本発明の第２実施例のフィンをインナーフィン10として用いたヒートシンクの平面説明図（Ａ）および、同フィンの要部斜視図。 本発明の第３実施例の熱交換器用フィンを製造するための金属板13の展開状態を示す平面図（Ａ）および、同フィンの断面正面図（Ｂ）。 本発明の第４実施例の熱交換器用フィンを製造するための金属板13の展開状態を示す平面図（Ａ）および、同フィンの断面正面図。
次に、図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
図１〜図６は、本発明の第１実施例のフィンの製造方法およびそれをインナーフィン10として用いたヒートシンクである。
この熱交換器フィンは、直交するＸ−Ｙ座標で、先ず図１に示す如く、それぞれプレス成形により平坦な金属板13に多数の貫通口２と縦帯部１とをＸ方向に交互に形成した第１貫通口群３と第２貫通口群４とを設ける。それと共に、Ｙ方向に第１貫通口群３と第２貫通口群４を、横帯部５を介して、交互に並列する。第１貫通口群３の貫通口２と第２貫通口群４の貫通口２とは、互いにＸ方向に半ピッチ位置ずれしている。そしてこの例では、第１貫通口群３のＸ方向の両端に縦帯部の存在しない端部欠切1aを形成する。
次いで、図１の各貫通口２の高さ方向中央位置の山折り線20および、横帯部５の高さ方向の中央位置の谷折り線21で、図２に示す如く、定間隔につづら折りにする。そして、その折り返しの頂部６と谷部９との間に多数の板片部７と欠切口８とをＸ方向に交互に配置する。そして図１（Ｂ）に示す如く、第１貫通口群３の板片部７は投影方向に、第２貫通口群４の欠切口８内に配置され、第２貫通口群４の板片部７は投影方向に、第１貫通口群３の欠切口８内に配置される。その谷部９にはＸ方向に連続した連続端部9aを形成し、折り返された対向面は互いに密着して接触する。即ち、対向する面は互いに接触するようにＹ方向に圧着し、図３に示す、熱交換器用フィンを完成する。
そして、図４に示す如く、この熱交換器用フィンをインナーフィン10として、一対の皿状の第１プレート12aと第２プレート12bとからなる熱交換器本体12に内装する。第１プレート12a，第２プレート12bは、外周にフランジ部を残して皿状の偏平凹部を形成し、この例ではその長手方向の一端で、その幅方向の両側に一対の入口パイプ14及び出口パイプ15を接続する。そして各第１プレート12a，第２プレート12bの偏平凹部の幅方向両側にマニホールド部18を設け、その一対のマニホールド部18間にインナーフィン10を載置する。
従って、インナーフィン10の幅Ｄはマニホールド部18を除く、各プレートの幅Ｄに等しい。このとき、各板片部７の稜線が、各プレートの幅方向に一致する。そして、各部品を組立て、炉内で各部品間を一体にろう付けしてヒートシンクを完成する。
そして、冷媒16を入口パイプ14から流入させ、偏平凹部の一方のマニホールド部18から他方のマニホールド部18にインナーフィン10を介して冷媒16を幅方向へ流通させ、出口パイプ15からそれを流出させる。このとき冷媒16は図５、図６に示す如く、幅方向の一方の端部欠切1aを介し、インナーフィン10の幅方向へ板片部７と欠切口８の間を蛇行状に流通し、他方の端部欠切1aより流出する。
即ち、冷媒16は、図５，図６に示す如く他方の側壁面の端部欠切1aから流入し、一方の側壁面の欠切口８と他方の側壁面の欠切口８とをそれらの板厚方向へ蛇行状に流通する。その冷媒16は一例として、気液二相状態の冷媒或いは、冷却水が用いられる。そして、熱交換器本体12の外面には発熱体17が接触固定され、その発熱を冷媒16に伝達し、発熱体17を冷却するものである。
次に、図７は本発明の第２実施例であり、それが第１実施例の図４と異なる点は、仕切19の存否のみである。
第２実施例では、インナーフィン10の長手方向の定間隔ごとに仕切19が配置され、各部の冷媒16の流量を均一にしている。
次に、図８は本発明の第３実施例であり、この例では金属板13が展開状態で、その貫通口２の中間部が、太鼓形に膨出したものである。そして、そのインナーフィン10の板片部７が台形状に形成され、欠切口８が逆台形状に形成されたものである。
次に、図９は本発明の第４実施例であり、この例は、金属板13の展開状態では、前記第３実施例と同一である。これが前記第３実施例と異なる点は、その折り曲げ位置である。第４実施例では、その山折り線20および谷折り線21のいずれもが、貫通口２の高さ方向の中央高さで、つづら折りに形成されたものである。そして図９（Ｂ）に示す如く、そのインナーフィン10は横帯部５の上下に板片部７と欠切部８が交互に配置される。
この実施例のインナーフィンの高さは、他の実施例の２倍である。そして、熱交換器本体の内部では、その冷媒は横帯部５を除いて、上下に二分して流通する。この例は、熱交換器本体の上下の夫々のプレートに、夫々発熱体17を配置する場合に用いられる。
１ 縦帯部
1a 端部欠切
２ 貫通口
３ 第１貫通口群
４ 第２貫通口群
５ 横帯部
６ 頂部
７ 板片部
８ 欠切口
９ 谷部
9a 連続端部
10 インナーフィン
12 熱交換器本体
12a 第１プレート
12b 第２プレート
13 金属板
14 入口パイプ
15 出口パイプ
16 冷媒
17 発熱体
18 マニホールド部
19 仕切
20 山折り線
21 谷折り線

Claims (6)

  1. 金属板(13)を定間隔に、つづら折りに、折返し曲折してなる熱交換器用フィンにおいて、
    展開状態のＸ−Ｙ直交平面で、その金属板(13)は、それぞれ縦帯部(1)を介して多数の貫通口(2)がＸ方向に並列した第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)とを有し、第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)は横帯部(5)を介してＹ方向に交互に配置され、第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)の各貫通口(2)は、Ｘ方向に半ピッチ位置ずれして配置され、
    各貫通口群(3)(4)の縦帯部(1)のＹ方向の中間位置と横帯部(5)のＹ方向の中間位置で、つづら折りに折返して、そこに頂部(6)と谷部(9)が形成されて、頂部(6)側に多数の板片部(7)と門形の欠切口(8)とが交互にＸ方向に並列され、
    第１貫通口群(3)の板片部(7)は投影方向に、第２貫通口群(4)の欠切口(8)内に配置され、
    第２貫通口群(4)の板片部(7)は投影方向に、第１貫通口群(3)の欠切口(8)内に配置され、
    谷部(9)にはＸ方向に連続した連続端部(9a)を形成し、
    折り返された対向面は互いに密着して接触させたことを特徴とする熱交換器用フィン。
  2. 金属板(13)を定間隔に、つづら折りに、折返し曲折してなる熱交換器用フィンにおいて、
    展開状態のＸ−Ｙ直交平面で、その金属板(13)は、それぞれ縦帯部(1)を介して多数の貫通口(2)がＸ方向に並列した第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)とを有し、第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)は横帯部(5)を介してＹ方向に交互に配置され、第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)の各貫通口(2)は、Ｘ方向に半ピッチ位置ずれして配置され、
    各貫通口群(3)(4)の縦帯部(1)のＹ方向の中間位置のみで、つづら折りに折返して、各折返し位置に頂部(6)と谷部(9)とが形成されて、それらに多数の板片部(7)と門形の欠切口(8)とが交互にＸ方向に並列され、
    第１貫通口群(3)の板片部(7)は投影方向に、第２貫通口群(4)の欠切口(8)内に配置され、
    第２貫通口群(4)の板片部(7)は投影方向に、第１貫通口群(3)の欠切口(8)内に配置され、
    折り返された対向面は互いに密着して接触させたことを特徴とする熱交換器用フィン。
  3. 請求項１または請求項２に記載の熱交換器用フィンにおいて、
    前記板片部(7)が台形状に形成され、欠切口(8)が逆台形状に形成された熱交換器用フィン。
  4. 請求項１または請求項２に記載の熱交換器用フィンをインナーフィン(10)として用い、
    端部に冷媒(16)のマニホールド部(18)を有する偏平で中空の熱交換器本体(12)の内面に、前記頂部(6)および谷部(9)が接するように、インナーフィン(10)が介装され且つ、頂部(6)がマニホールド部(18)に交差するように配置され、冷媒(16)が頂部(6)および谷部(9)の方向に流通し、熱交換器本体(12)の外面に発熱体(17)が接触固定されるヒートシンク。
  5. 直交する二方向をＸ，Ｙとするとき、金属板(13)に、Ｘ方向へ多数の貫通口(2)と縦帯部(1)とが交互に定間隔に配置された第１貫通口群(3)を形成すると共に、その第１貫通口群(3)と同様の貫通口群でＸ方向へ各開口の位相を半ピッチずらした第２貫通口群(4)を、その第１貫通口群(3)のＹ方向に横帯部(5)を介して配置し、そのＹ方向に第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)を交互に配置し、
    Ｘ方向の一方端ではいずれか一方の貫通口群の端部に、縦帯部(1)が存在しない端部欠切(1a)を形成し、Ｘ方向の他方端ではいずれか一方の貫通口群の端部に、縦帯部(1)が存在しない端部欠切 (1a)を形成する金属板穿孔工程と、
    次いで、その金属板(13)を第１貫通口群(3)および第２貫通口群(4)のＹ方向の中間位置で、折返し曲折して、その折返しの頂部(6)には、Ｘ方向に板片部(7)と欠切口(8)とを、交互に形成すると共に、その金属板(13)を第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)との間の横帯部(5)で折り返してそこに、Ｘ方向に連続した連続端部(9ａ)が形成された谷部(9)を構成し、
    その頂部(6)と谷部(9)との間に位置する各対向面を互いに密着して接触させる折り曲げ工程と、を有することを特徴とする熱交換器用フィンの製造方法。
  6. 直交する二方向をＸ，Ｙとするとき、金属板(13)に、Ｘ方向へ多数の貫通口(2)と縦帯部(1)とが交互に定間隔に配置された第１貫通口群(3)を形成すると共に、その第１貫通口群(3)と同様の貫通口群でＸ方向へ各開口の位相を半ピッチずらした第２貫通口群(4)を、その第１貫通口群(3)のＹ方向に横帯部(5)を介して配置し、そのＹ方向に第１貫通口群(3)と第２貫通口群(4)を交互に配置し、
    Ｘ方向の一方端ではいずれか一方の貫通口群の端部に、縦帯部(1)が存在しない端部欠切(1a)を形成し、Ｘ方向の他方端ではいずれか一方の貫通口群の端部に、縦帯部(1)が存在しない端部欠切 (1a)を形成する金属板穿孔工程と、
    次いで、その金属板(13)を第１貫通口群(3)および第２貫通口群(4)のＹ方向の中間位置のみで、つづら折りに折返し曲折して、その各折返し位置に頂部(6)と谷部(9)とを形成して、それらのＸ方向に板片部(7)と欠切口(8)とを、交互に形成し、
    その頂部(6)と谷部(9)との間に位置する立ち上げ部と立ち下げ部とからなる各対向面を互いに密着して接触させる折り曲げ工程と、を有することを特徴とする熱交換器用フィンの製造方法。
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