特許 5901416 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5901416

(24)【登録日】2016年3月18日

(45)【発行日】2016年4月13日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20160331BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20160331BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/46 Z

   H05K7/20 N

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-108900(P2012-108900)

(22)【出願日】2012年5月10日

(65)【公開番号】特開2013-236024(P2013-236024A)

(43)【公開日】2013年11月21日

【審査請求日】2015年3月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000222484

【氏名又は名称】株式会社ティラド

(74)【代理人】

【識別番号】100082843

【弁理士】

【氏名又は名称】窪田 卓美

(72)【発明者】

【氏名】伊神 多加司

(72)【発明者】

【氏名】小林 勇太

(72)【発明者】

【氏名】柳澤 満

(72)【発明者】

【氏名】京増 隼人

(72)【発明者】

【氏名】山崎 丈嗣

【審査官】 松田 直也

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５６−１２４７７７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属板を定間隔に、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、
その折返しの頂部(1)と谷部(2)とが、その頂部(1)の稜線方向に連続した連続端部(3)を形成し、
その頂部(1)と谷部(2)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側壁面(4)(5)のみに、夫々多数の開口部(6)と非開口部(7)が前記稜線方向に互いに離間して交互に多数列に並列され、
対向する一方および他方の前記側壁面(4)(5)の各開口部(6)は、前記稜線方向に互いに位置ずれして配置されると共に、一方の側壁面(4)の開口部(6)内に他方の側壁面(5)の非開口部(7)が対向し且つ、その非開口部(7)の前記稜線方向の両側縁(7a)がその開口部(6)内に位置し、
いずれか一方の前記側壁面の稜線方向の一端縁及び、いずれか一方の前記側壁面の他端縁には、前記非開口部(7)が存在しない欠切口部(6a)が開口し、
一方の前記側壁面(4)と他方の前記側壁面(5)とが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。

【請求項2】

請求項１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、
端部に冷媒のマニホールド部(8)を有する偏平で中空の熱交換器本体(9)の内面に、前記頂部(1)および谷部(2)が接するように、インナーフィン(10)が介装され且つ、前記各側壁面(4)(5)がマニホールド部(8)に交差するように配置され、冷媒が各側壁面(4)(5)方向に流通し、熱交換器本体(9)の外面に発熱体(11)が接触固定されるヒートシンク。

【請求項3】

請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
対向する一方および他方の前記側壁面(4)(5)の各開口部(6)の前記冷媒の下流側の側縁(7a)が上流側に凸の山形に形成されて、その山形に案内されて前記頂部(1)および谷部(2)側に冷媒が導かれ、
熱交換器本体(9)の偏平な両外面に、それぞれ発熱体(11)が接触固定されるヒートシンク。

【請求項4】

請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
対向する一方および他方の前記側壁面(4)(5)の各開口部(6)の前記冷媒の下流側の側縁(7a)が下流側に傾斜して形成されて、その傾斜縁に案内されて前記頂部(1)および谷部(2)の内一方側に冷媒が導かれ、
熱交換器本体(9)の偏平な外面であって、前記冷媒に導かれる側の外面に、発熱体(11)が接触固定されるヒートシンク。

【請求項5】

直交する二方向をＸ，Ｙとするとき、金属板(18)に、Ｘ方向へ多数の開口部(6)と非開口部(7)とが交互に定間隔に配置された第１開口群ａを形成すると共に、その第１開口群ａと同様の開口群でＸ方向へ各開口の位相を半ピッチずらした第２開口群ｂを、その第１開口群のＹ方向に隣接して配置し、そのＹ方向に第１開口群ａと第２開口群ｂを交互に配置し、
Ｘ方向の一方端ではいずれか一方の開口群の端部に、非開口部(7)が存在しない欠切口部(6a)を開口し、Ｘ方向の他方端ではいずれか一方の開口群の端部に、非開口部(7)が存在しない欠切口部(6a)を開口する金属板穿孔工程と、
次いで、その金属板を第１開口群ａと第２開口群ｂとの境で、つづら折りに、折返し曲折して、その折返しの頂部(1)と谷部(2)とが、その頂部(1)の稜線方向に連続した連続端部(3)を形成し、その頂部(1)と谷部(2)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側壁面(4)(5)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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１８９６６号公報

【特許文献2】特開２０１０−２０５９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１に記載の本発明は、金属板を定間隔に、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、
その折返しの頂部(1)と谷部(2)とが、その頂部(1)の稜線方向に連続した連続端部(3)を形成し、
その頂部(1)と谷部(2)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側壁面(4)(5)のみに、夫々多数の開口部(6)と非開口部(7)が前記稜線方向に互いに離間して交互に多数列に並列され、
対向する一方および他方の前記側壁面(4)(5)の各開口部(6)は、前記稜線方向に互いに位置ずれして配置されると共に、一方の側壁面(4)の開口部(6)内に他方の側壁面(5)の非開口部(7)が対向し且つ、その非開口部(7)の前記稜線方向の両側縁(7a)がその開口部(6)内に位置し、
いずれか一方の前記側壁面の稜線方向の一端縁及び、いずれか一方の前記側壁面の他端縁には、前記非開口部(7)が存在しない欠切口部(6a)が開口し、
一方の前記側壁面(4)と他方の前記側壁面(5)とが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。

【0006】

請求項２に記載の本発明は、請求項１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、
端部に冷媒のマニホールド部(8)を有する偏平で中空の熱交換器本体(9)の内面に、前記頂部(1)および谷部(2)が接するように、インナーフィン(10)が介装され且つ、前記各側壁面(4)(5)がマニホールド部(8)に交差するように配置され、冷媒が各側壁面(4)(5)方向に流通し、熱交換器本体の外面に発熱体(11)が接触固定されるヒートシンクである。

【0007】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
対向する一方および他方の前記側壁面(4)(5)の各開口部(6)の前記冷媒の下流側の側縁(7a)が上流側に凸の山形に形成されて、その山形に案内されて前記頂部(1)および谷部(2)側に冷媒が導かれ、
熱交換器本体(9)の偏平な両外面に、それぞれ発熱体(11)が接触固定されるヒートシンクである。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
対向する一方および他方の前記側壁面(4)(5)の各開口部(6)の前記冷媒の下流側の側縁(7a)が下流側に傾斜して形成されて、その傾斜縁に案内されて前記頂部(1)および谷部(2)の内一方側に冷媒が導かれ、
熱交換器本体(9)の偏平な外面であって、前記冷媒に導かれる側の外面に、発熱体(11)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(18)に、Ｘ方向へ多数の開口部(6)と非開口部(7)とが交互に定間隔に配置された第１開口群ａを形成すると共に、その第１開口群ａと同様の開口群でＸ方向へ各開口の位相を半ピッチずらした第２開口群ｂを、その第１開口群のＹ方向に隣接して配置し、そのＹ方向に第１開口群ａと第２開口群ｂを交互に配置し、
Ｘ方向の一方端ではいずれか一方の開口群の端部に、非開口部(7)が存在しない欠切口部(6a)を開口し、Ｘ方向の他方端ではいずれか一方の開口群の端部に、非開口部(7)が存在しない欠切口部(6a)を開口する金属板穿孔工程と、
次いで、その金属板を第１開口群と第２開口群との境で、つづら折りに、折返し曲折して、その折返しの頂部(1)と谷部(2)とが、その頂部(1)の稜線方向に連続した連続端部(3)を形成し、その頂部(1)と谷部(2)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側壁面(4)(5)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。

【発明の効果】

【0008】

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、対向する側壁面４，５が互いに接触する。そして、各側壁面４，５に多数の開口部６と非開口部７を交互に並列し、対向する側壁面４，５の各開口部６は、側壁面方向に互いに位置ずれさせる。そのため、流体を側壁面４，５に平行に流通させることができる。そして各側壁面４，５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。そして、折り返されて対向する側壁面４、５が互いに接触されてフィンを形成するため、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。
さらには、請求項３または請求項４に記載の発明の如く、側壁面４、５の各開口部６の冷媒の下流側の側縁7aが上流側に凸の山形または、下流側に傾斜されて、その山形または傾斜に冷媒が案内されて、それが熱交換器本体９の偏平な外面側に導かれ、その導かれる外面側に発熱体11を接触固定した場合には、発熱体11をより効果的に冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】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第１工程を示す平面図。

【図2】同第２工程の説明図。

【図3】同フィンの斜視略図。

【図4】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。

【図5】その冷媒14の流れを示す説明図。

【図6】図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図

【図7】本発明の第２実施例の熱交換器用フィンを製造するための金属板18の平面図。

【図8】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説明図。

【図9】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18の平面図。

【図10】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説明図。

【図11】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18の平面図。

【図12】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説明図。

【図13】本発明の第５実施例の熱交換器用フィンを製造するための金属板18の平面図。

【図14】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説明図。

【図15】本発明の第６実施例の熱交換器用フィンを製造するための金属板18の平面図。

【図16】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説明図。

【図17】本発明の他の実施例のヒートシンクの製造方法を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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、先ず図１に示す如く、プレス成形により金属板18に多数の開口部６と非開口部7とを直交二平面であるＸ方向及びＹ方向の二次元に形成し、Ｙ方向に第１開口群ａと第２開口群ｂとを、帯状部20を介して、交互に並列する。第１開口群ａの開口部６と第２開口群ｂの開口部６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２開口群ｂのＸ方向の両端に非開口部の存在しない欠切口部6aを開口する。

【0011】

次いで、図２に示す如く、各帯状部20において、金属板18を定間隔につづら折りにする。そして、その折り返しの頂部１と谷部２との間に側壁面４，５を配置する。さらに、各側壁面４，５が互いに接触するようにＹ方向に圧着し、図３の熱交換器用フィンを完成する。
そして、この熱交換器用フィンをインナーフィン10として、一対の第１プレート9aと第２プレート9bとからなる熱交換器本体９に内装する。第１プレート9a，第２プレート9bは、外周にフランジ部を残して偏平凹部19を形成し、この例ではその長手方向の一端に一対の入口パイプ12及び出口パイプ13を接続する。そして各第１プレート9a，第２プレート9bの偏平凹部19の幅方向両側にマニホールド部８を設け、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。

【0012】

そして、冷媒14を入口パイプ12から流入させ、偏平凹部19の一端のマニホールド部８から他端のマニホールド部８にインナーフィン10を介して冷媒14を流通させ、出口パイプ13からそれを流出させる。このとき冷媒14は図５に示す如く、インナーフィン10の幅方向一端から他端に流通する。同図から明らかなように、一方の側壁面４の開口部６内には隣接する他方の側壁面５の非開口部7が投影的に配置される。そして、その非開口部7の両縁は開口部６内に位置する。同様に一方の側壁面４の非開口部7は、他方の側壁面５の開口部６に配置される。
そして冷媒14は、図６に示す如く他方の側壁面５の欠切口部6aから流入し、一方の側壁面４の開口部６と他方の側壁面５の開口部６とをそれらの板厚方向へ蛇行状に流通する。その冷媒14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９の外面には発熱体11が接触固定され、その発熱を冷媒14に伝達し、発熱体11を冷却するものである。

【0013】

次に、図７及び図８は本発明の第２実施例であり、それが第１実施例の図１，図６と異なる点は、開口部６の四隅の形状のみである。
第１実施例では、開口部６が完全な方形に形成されていたが、図７ではその方形の角部が円弧状に形成されている点で異なる。

【0014】

次に、図９及び図１０は本発明の第３実施例であり、この例では開口部６の冷媒14の流通方向の下流側の縁が山形に形成された山形側縁7aを有する点に特徴がある。
そして、その金属板18をつづら折りにしたとき、図１０に示す如く、その山形側縁7aを有する非開口部７が隣接する側壁の開口部６に、ホームベース状に投影される。そして、冷媒は側縁7aの山形に案内されて、フィンの頂部１および谷部２の両側に導かれる。その導かれる両側には、熱交換器本体９の偏平な外面があり、その両外面に、それぞれ発熱体11が接触固定されている。そのため、冷媒は発熱体11側により多く導かれ、発熱体11をより効果的に冷却する。

【0015】

次に、図１１及び図１２は本発明の第４実施例であり、この例では開口部６がいびつな台形開口部6fに形成されている。そして対向する一方および他方の側壁面４、５の各開口部６の冷媒の下流側の側縁7aが下流側へ下がり傾斜して形成され、その傾斜縁に案内されてフィンの谷部２側に冷媒が導かれる。その冷媒が導かれる側の熱交換器本体９の外面に、発熱体11が接触固定され、熱交換が促進される。なお、傾斜縁を逆向きにした場合には、図において上側に発熱体11が取付られる。

【0016】

次に、図１３及び図１４は本発明の第５実施例であり、この例では各開口部６は台形開口部6fに形成されると共に、第１開口群ａの中間部にはＮ形開口部6bが形成され、第２開口群ｂの中間部には傾斜開口部6cが形成されている。

【0017】

次に、図１５及び図１６は本発明の第６実施例であり、この例では第１開口群ａ及び第２開口群ｂに夫々矩形の開口部６と横長開口部6dとがY方向に二列に並列されると共に、その中間部の横長開口部はＬ形開口部6eを形成する。そして冷媒14は図１６に示す如く、同図において上段の開口部６と下段の横長開口部6dとを流通し、Ｌ形開口部6eにおいて上下の冷媒14が混合分流する。

【0018】

次に、図１７は金属板18の曲折部をより平坦にするために、一定のピッチ間隔で、表面と裏面に交互に欠切部17をプレス成形し、その欠切部17において曲折形成するものである。それにより、その頂部１及び谷部２をより平坦にすることができる。
上記実施例のフィンは、発熱体を冷却するヒートシンクの用途として説明したが、オイルクーラや、ラジエータ、インタークーラ等の熱交換器に利用することもできる。

【符号の説明】

【0019】

１ 頂部
２ 谷部
３ 連続端部
４ 側壁面
５ 側壁面
６ 開口部
6a 欠切口部
6b Ｎ形開口部
6c 傾斜開口部
6d 横長開口部
6e Ｌ形開口部
6f 台形開口部

【0020】

７ 非開口部
7a 側縁
８ マニホールド部
９ 熱交換器本体
9a 第１プレート
9b 第２プレート
10 インナーフィン
11 発熱体
12 入口パイプ
13 出口パイプ

【0021】

14 冷媒
15 突縁
16 傾斜縁
17 欠切部
18 金属板
19 偏平凹部
20 帯状部
ａ 第１開口群
ｂ 第２開口群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】