JP7474629B2 - コールドプレート - Google Patents

Description

本発明は、コールドプレートに関するものである。

下記特許文献１には、複数のフィンが形成された金属プレートと、複数のフィンを囲う金属カバーと、を備え、金属プレートと金属カバーの周縁部が、樹脂による射出成形によって接合されているコールドプレートが開示されている。

特開２０１７－２２２６０号公報

近年の電子部品高集積化による発熱密度の増大により、コールドプレートの需要拡大が予測され、より低価格なコールドプレートが求められている。このため、従来の金属カバーを、樹脂カバーに変更することが検討されている。しかしながら、樹脂カバーは、金属カバーよりも剛性が低く、コールドプレートの内部を流れる冷媒の圧力が高い場合、膨らむように変形して破損してしまう可能性があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷媒の圧力による樹脂カバーの変形を抑制できるコールドプレートの提供を目的とする。

本発明の一態様に係るコールドプレートは、複数のフィンが形成された金属プレートと、前記複数のフィンを囲う樹脂カバーと、を備え、前記金属プレートと前記樹脂カバーの周縁部を接合する第１接合部と、前記周縁部よりも内側、且つ、前記第１接合部と同一平面上で、前記金属プレートと前記樹脂カバーとを接合する第２接合部と、が形成されている。
この構成によれば、金属プレートと樹脂カバーが、樹脂カバーの周縁部（第１接合部）だけでなく、当該周縁部よりも内側（第２接合部）においても接合される。第１接合部及び第２接合部は、同一平面上に形成されているため、樹脂カバーの周縁部とその内側で同程度の接合強度が確保できる。したがって、樹脂カバーが冷媒の圧力で膨らもうとする変形を、樹脂カバーの周縁部より内側の第２接合部において抑制することができる。

上記コールドプレートでは、前記第２接合部において、前記樹脂カバーは、前記複数のフィンの少なくとも一つと接合されていてもよい。

上記コールドプレートでは、前記第２接合部において、前記樹脂カバーは、前記複数のフィンの周辺領域と接合されていてもよい。

上記コールドプレートでは、前記金属プレートには、前記複数のフィンの少なくとも一つの間に、支柱が形成されており、前記第２接合部において、前記樹脂カバーは、前記支柱と接合されていてもよい。

上記コールドプレートでは、前記複数のフィンは、前記金属プレートにおいて、前記第１接合部及び前記第２接合部の接合面以下に形成されていてもよい。

上記本発明の一態様によれば、冷媒の圧力による樹脂カバーの変形を抑制できるコールドプレートを提供できる。

一実施形態に係るコールドプレートの断面構成図である。 図１に示す矢視Ａ－Ａ図である。 図１に示す領域Ｂの拡大図である。 一実施形態に係るコールドプレートの断面斜視図である。 一実施形態に変形例に係るコールドプレートの断面構成図である。 一実施形態に変形例に係る第２接合部の拡大断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態に係るコールドプレート１の断面構成図である。図２は、図１に示す矢視Ａ－Ａ図である。図３は、図１に示す領域Ｂの拡大図である。図４は、一実施形態に係るコールドプレート１の断面斜視図である。
これらの図に示すように、コールドプレート１は、複数のフィン１１が形成された金属プレート１０と、複数のフィン１１を囲う樹脂カバー２０と、を備えている。

金属プレート１０は、例えば、銅や銅合金、アルミニウムやアルミニウム合金などの熱伝導性の良好な金属によって形成されている。金属プレート１０の一方の板面１０ａには、スリット１０ｂが形成されている。スリット１０ｂは、図２及び図４に示すように、板面１０ａに対して一定の深さで、並列に複数形成されている。

隣り合うスリット１０ｂの間には、フィン１１が形成されている。フィン１１は、金属プレート１０において、板面１０ａ以下に形成されている。つまり、スリット１０ｂ（凹部）の形成により、金属プレート１０に残った凸部がフィン１１となっている。このような掘込式のフィン１１は、金属プレート１０の板面１０ａの略中央部において、平面視矩形状の領域に複数形成されている。

樹脂カバー２０は、例えば、ポリフェニレンスルフィルド（ＰＰＳ）、ナイロン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂などの軽量且つ低価な樹脂によって形成されている。樹脂カバー２０は、有頂筒状（碗状とも言う）のカバー本体２１と、カバー本体２１の内部空間を２つに仕切る仕切り壁２２と、を有している。

カバー本体２１は、天壁部２３と、天壁部２３の外周部に連設された周壁部２４と、を有している。天壁部２３は、図４に示すように、平面視で矩形状に形成されている。また、周壁部２４は、矩形の筒状（角筒状とも言う）に形成されている。周壁部２４の開口端部には、外側に延出するフランジ部２５（鍔部とも言う）が形成されている。

仕切り壁２２は、フィン１１の長手方向の略中央部において、天壁部２３から垂設されると共に、フィン１１の短手方向において対向する周壁部２４の一方の内壁面から他方の内壁面まで延びている（図２参照）。仕切り壁２２は、複数のフィン１１のそれぞれと接すると共に、複数のフィン１１の形成領域の外側の周辺領域（フィン１１が形成されていない板面１０ａ）とも接している。

仕切り壁２２は、図１及び図４に示すように、天壁部２３あるいは周壁部２４に対して倍以上の厚みを有している。つまり、樹脂カバー２０において、仕切り壁２２が最も剛性の高い部分となっている。仕切り壁２２は、カバー本体２１の内部空間を２つに仕切り、入口側ヘッダー部４と、出口側ヘッダー部５と、を形成している。

入口側ヘッダー部４は、複数のフィン１１の一端側が連通する内部空間である。出口側ヘッダー部５は、複数のフィン１１の他端側が連通する内部空間である。図１に示すように、天壁部２３には、入口側ヘッダー部４に連通する位置に貫通孔２３ａが形成されている。貫通孔２３ａには、冷媒入口管２が接続されている。

また、天壁部２３には、出口側ヘッダー部５に連通する位置に貫通孔２３ｂが形成されている。貫通孔２３ｂには、冷媒出口管３が接続されている。冷媒入口管２から流入した冷媒は、入口側ヘッダー部４、複数のフィン１１の隙間（スリット１０ｂ）、出口側ヘッダー部５を経て、冷媒出口管３から流出する。

樹脂カバー２０は、周壁部２４の開口端部が、金属プレート１０の板面１０ａを向くようにして、金属プレート１０に接合されている。金属プレート１０と樹脂カバー２０との接合の原理を簡単に説明すると、図３に示すように、樹脂カバー２０と接する金属プレート１０の板面１０ａには、酸化処理などの表面処理によって、複数の微細孔１２が形成されている。

このような表面処理された板面１０ａに、樹脂カバー２０を押し付け、熱圧着する。このようにすると、樹脂カバー２０の一部が軟化あるいは溶融し、微細孔１２に入り込んで、その後、固化する。その結果、微細孔１２に入り込んだ樹脂がアンカーとなり、金属プレート１０と樹脂カバー２０とが接合される。

図１に示すように、コールドプレート１には、金属プレート１０と樹脂カバー２０の周縁部を接合する第１接合部３０と、周縁部よりも内側、且つ、第１接合部３０と同一平面上で、金属プレート１０と樹脂カバー２０とを接合する第２接合部４０と、が形成されている。

第１接合部３０においては、樹脂カバー２０の周壁部２４及びフランジ部２５を含む周縁部が、金属プレート１０と接合されている。つまり、樹脂カバー２０の周囲（周壁部２４及びフランジ部２５の全周）が、金属プレート１０と接合されている。なお、フランジ部２５を設けることなく、周壁部２４の開口端部のみが、金属プレート１０の板面１０ａと接合されていても構わない。

第２接合部４０においては、樹脂カバー２０の仕切り壁２２が、金属プレート１０と接合されている。つまり、樹脂カバー２０の周縁部の内側の略中央部が、金属プレート１０と接合されている。具体的に、第２接合部４０においては、図２に示すように、樹脂カバー２０の仕切り壁２２が、金属プレート１０に形成された複数のフィン１１の頂面、及び、複数のフィン１１の周辺領域（板面１０ａ）と接合されている。

第１接合部３０と第２接合部４０の接合面は、共に金属プレート１０の板面１０ａであり、同一平面である。このため、金属プレート１０に樹脂カバー２０を熱圧着させる際、樹脂カバー２０の周縁部とその内側の仕切り壁２２に均一に荷重をかけることができる。これにより、第１接合部３０と第２接合部４０において、面一できれいな接合面を得ることができる。

一方で、従来技術のインジェクション方式（射出成形）だと樹脂カバー２０の周縁部だけ接合されて、その内側は接合できない。また、フィン１１が、金属プレート１０から飛び出ている従来技術の構成において、例えば、金属プレート１０と樹脂カバー２０の周縁部と、フィン１１の頂面と樹脂カバー２０の天壁部２３とを熱圧着させることは可能であるが、接合面が同一平面ではないので、フィン１１と天壁部２３との接合強度が、樹脂カバー２０の周縁部の接合強度に比べて弱く、十分な強度が得られないことがある。すなわち、接合面に段差があると、樹脂カバー２０の周縁部とその内側に均一に荷重をかけられず、接合強度に差が出る場合がある。

上記構成のコールドプレート１においては、フィン１１は、冷媒との熱交換面積を大きくするために多いことが好ましく、したがって、スリット１０ｂの幅は狭くなり、流動抵抗が大きくなる。その流動抵抗に打ち勝って十分な速度で冷媒が流れるように、冷媒はある程度高い圧力で樹脂カバー２０の内部に供給される。そのため、樹脂カバー２０の内部の圧力が高くなる。

本実施形態では、樹脂カバー２０の周縁部（第１接合部３０）だけでなく、樹脂カバー２０の周縁部よりも内側（第２接合部４０）においても接合されている。また、第１接合部３０及び第２接合部４０は、同一平面上に形成されているため、樹脂カバー２０の周縁部とその内側で同程度の接合強度が確保できる。したがって、樹脂カバー２０が冷媒の圧力で膨らもうとする変形（例えば、天壁部２３がドーム状に膨らもうとする変形）を、樹脂カバー２０の周縁部より内側の第２接合部４０（樹脂カバー２０の略中央部）において抑制することができる。

このように、上述の本実施形態によれば、複数のフィン１１が形成された金属プレート１０と、複数のフィン１１を囲う樹脂カバー２０と、を備え、金属プレート１０と樹脂カバー２０の周縁部を接合する第１接合部３０と、周縁部よりも内側、且つ、第１接合部３０と同一平面上で、金属プレート１０と樹脂カバー２０とを接合する第２接合部４０と、が形成されている、という構成を採用することによって、冷媒の圧力による樹脂カバー２０の変形を抑制できるコールドプレート１が得られる。

また、本実施形態では、第２接合部４０において、樹脂カバー２０は、複数のフィン１１の少なくとも一つと接合されている。この構成によれば、樹脂カバー２０のうち最も膨らみやすい天壁部２３の中央部における変形を抑制することができる。また、樹脂カバー２０がフィン１１と接合されることで、樹脂カバー２０とフィン１１との隙間を無くし、スリット１０ｂの間を通らない冷媒を減らして冷却性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、第２接合部４０において、樹脂カバー２０は、複数のフィン１１の周辺領域と接合されている。この構成によれば、複数のフィン１１の形成領域の外側で金属プレート１０と樹脂カバー２０との接合面積を広く確保できるため、樹脂カバー２０の周縁部より内側の接合強度を高めることができる。

また、本実施形態では、複数のフィン１１は、金属プレート１０において、第１接合部３０及び第２接合部４０の接合面以下に形成されている。このように、フィン１１を堀込式にして接合部を全て面一にすることで段差による隙間をなくすことができ、金属プレート１０と樹脂カバー２０の面と面をきれいに接合し易くなる。

また、本実施形態の変形例として、図５及び図６に示すような構成を採用することができる。

図５は、一実施形態の変形例に係るコールドプレート１の断面構成図である。なお、図５は、図２と同様に、図１に示す矢視Ａ－Ａ図に対応する部分を示している。
図５に示すように、金属プレート１０には、複数のフィン１１の少なくとも一つの間に、支柱１３が形成されている。

図５に示す支柱１３は、複数のフィン１１の形成領域の中央部に形成されている。支柱１３は、フィン１１の倍以上の厚みを有する。支柱１３は、フィン１１と平行に延びている。支柱１３は、複数のフィン１１の一つを厚くしたものとも言える。なお、支柱１３は、円柱や角柱の柱状であってもよい。また、支柱１３が、フィン１１の長手方向に点在していても構わない。

図５に示すように、第２接合部４０において、樹脂カバー２０は、支柱１３と接合されている。この構成によれば、複数のフィン１１の形成領域の内側で、金属プレート１０と樹脂カバー２０との接合面積を広く確保できるため、樹脂カバー２０のうち最も膨らみやすい天壁部２３の中央部における変形を効果的に抑制することができる。なお、支柱１３があれば、フィン１１と樹脂カバー２０とが必ずしも接合している必要はない。

図６は、一実施形態の変形例に係る第２接合部４０の拡大断面図である。
上述したように、樹脂カバー２０が支柱１３と接合される場合、図６に示すように、樹脂カバー２０は、フィン１１と接合されていなくても構わない。フィン１１は、支柱１３の頂面未満（接合面未満）に形成されて、樹脂カバー２０と接していない。なお、フィン１１と樹脂カバー２０が接していないと、フィン１１とフィン１１の間（スリット１０ｂ）を冷媒が通り難くなるが、フィン１１と樹脂カバー２０との隙間が十分に狭ければ問題はない。この構成によれば、樹脂カバー２０からの荷重を支柱１３が受けるため、フィン１１に荷重がかからず、フィン１１の変形を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

１…コールドプレート、１０…金属プレート、１１…フィン、２０…樹脂カバー、３０…第１接合部、４０…第２接合部

Claims (4)

1. 複数のフィンが形成された金属プレートと、
   前記複数のフィンを囲う樹脂カバーと、を備え、
   前記金属プレートと前記樹脂カバーの周縁部を接合する第１接合部と、
   前記周縁部よりも内側、且つ、前記第１接合部と同一平面上で、前記金属プレートと前記樹脂カバーとを接合する第２接合部と、が形成され、
   前記第２接合部において、前記樹脂カバーは、前記複数のフィンの周辺領域と接合されている、コールドプレート。
2. 前記第２接合部において、前記樹脂カバーは、前記複数のフィンの少なくとも一つと接合されている、請求項１に記載のコールドプレート。
3. 前記金属プレートには、前記複数のフィンの少なくとも一つの間に、支柱が形成されており、
   前記第２接合部において、前記樹脂カバーは、前記支柱と接合されている、請求項１または２に記載のコールドプレート。
4. 前記複数のフィンは、前記金属プレートにおいて、前記第１接合部及び前記第２接合部の接合面以下に形成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のコールドプレート。

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