(57)【要約】【課題】発熱体を効率よく冷却する新たな構造の熱交換器及びその製造方法を提供すること。【解決手段】直線状に形成された複数の起立したフィン１１が一定の間隔をあけて平行に並べられ、隣り合うフィン１１同士の隙間が当該フィン１１の起立方向の上下に配置された上板１４及び下板１２によって閉じられてできた複数の流路３を有するものであって、上板１４及び下板１２の一方又は双方には、流路３内に突き出る突起２３が、各流路３の長手方向に複数形成された熱交換器１。【選択図】        図４
2010025521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に形成された複数の起立したフィンが一定の間隔をあけて平行に並べられ、隣り合うフィン同士の隙間が当該フィンの起立方向の上下に配置された上板及び下板によって閉じられてできた複数の流路を有する熱交換器において、
前記上板及び下板の一方又は双方には、前記流路内に突き出る突起が、前記各流路の長手方向に複数形成されたものであることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載する熱交換器において、
前記上板又は下板の一方を構成するベースに対して前記複数のフィンが一体に形成されたフィン部材と、前記ベースの反対側から前記フィンに対して接合される前記上板又は下板の他方を構成する当板とを有し、そのベース又は当板に対して前記突起が形成されたものであることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載する熱交換器において、
前記フィン部材は押出成形によって形成されたものであることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載する熱交換器において、
前記突起はプレス加工によって形成されたものであることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する熱交換器において、
前記流路の長手方向に前後する突起は、当該突起の間で生じる冷却性能の低下が、所定の基準値を下回らないようにした間隔で配置されたものであることを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載する熱交換器において、
前記複数の突起を前記流路と直交する方向に見た場合に、隣り合う流路に形成された突起が千鳥状に配置されたものであることを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
直線状に形成された複数の起立したフィンが一定の間隔をあけて平行に並べられ、隣り合うフィン同士の隙間が当該フィンの起立方向の上下に配置された上板及び下板によって閉じられてできた複数の流路を有する熱交換器を製造するための製造方法において、
前記上板又は下板の一方を構成するベースに対して前記複数のフィンが起立したフィン部材を押出成形によって形成するフィン部材加工工程と、
前記フィン部材のベース、又は前記上板若しくは下板の他方を構成する当板に対し、プレスによって前記複数の突起を形成する突起形成工程と、
前記ベースの反対側から前記フィンに対して前記当板を当てて接合する接合工程と
を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載する熱交換器の製造方法において、
前記突起形成工程は、前記ベース又は当板に対して流路面の反対側からパンチが圧入され、流路面側に素材が押し出されて前記突起が形成されることを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載する熱交換器の製造方法において、
前記突起形成工程でベースに対して突起を形成する場合、隣り合うフィン同士の隙間に板状の支持部材を挿入してフィンを支持するようにしたことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項１０】
請求項７に記載する熱交換器の製造方法において、
前記フィン部材加工工程は、隣り合うフィン同士の隙間に前記押出し方向に連続した凸部を有するフィン部材を形成し、
前記突起形成工程では、前記押出し方向に分割形成されたプレス板が前記隙間に挿入され、分割部分を残して前記凸部を押し潰して前記突起を形成する
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行に並べられた複数の直線形状のフィンによって流路が形成され、その流路に冷媒を流すことによって発熱体からの熱を放散させる熱交換器に関し、特に、放熱効果を高める冷媒の流れを生じさせる流路をもった熱交換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車等には、モータを駆動するインバータに半導体素子が用いられており、それを冷却する水冷式の熱交換器が採用されている。半導体素子を搭載するインバータは、より高出力が求められる一方で小型化や軽量化の要求が厳しくなってきているため、放熱効果に優れた熱交換器が求められている。下記特許文献１には、冷却性能を向上させた従来の熱交換器が記載されている。図１６は、同文献に記載された熱交換器を平面方向に見た断面図である。
【０００３】
熱交換器１００は、供給ポート１０２と排出ポート１０３が形成されたケース１０１内に、その供給ポート１０２から排出ポート１０３へと流れる冷媒の流路が構成されている。この熱交換器１００では、複数のフィン１１１によって流路が形成され、更に流路は直線方向に３分割された第１、第２、第３フィン群２０１，２０２，２０３が構成されている。フィン群２０１〜２０３は、いずれも横方向に複数のフィン１１１が平行に配置され、フィン群２０１〜２０３同士では、フィン１１１が同一直線上にあって、これにより直線流路が複数形成されている。ただし、その直線流路は各フィン群２０１〜２０３の間で途切れ、合流部１０５，１０６が形成されている。
【０００４】
また、熱交換器１００には、横に並んだ複数のフィン１１１の間に隔離フィン１１２，１１２が設けられ、フィン１１１同士よりも広い流路１０７が形成されている。なお、第３フィン群２０３では、隣り合う離隔フィン１１２同士がつながって流路を閉じている。こうした熱交換器１００には、合流部１０５，１０６および離隔フィン１１２による離隔流路１０７によって区切られた９区画に、発熱体である半導体素子３００がそれぞれ配置されている。こうした熱交換器１００では、供給ポート１０２から流入した冷媒がフィン１１１による直線流路を流れ、合流部１０５，１０６で混ざり合って流量配分を均一にしながら、更に下流へと分岐して流れる。
【特許文献１】特開２００７−３３５５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、フィンによって構成される流路が熱交換器１００にように直線である場合、冷媒の流れは層流になってしまう。そのため、流路中央部分では流れが速くなる一方、フィン１１１と接触する境界層では流れが遅くなってしまい、フィンに伝えられた発熱体の熱は放散され難く、冷却性能が上がらないという問題があった。この点、冷媒がフィンからの熱を効率よく放散させるには、冷媒の流れを乱して境界層を破壊することが有効であると考えられる。しかし、熱交換器１００のように合流部１０５，１０６による横流路では十分ではなかった。
【０００６】
近年、半導体素子の小型化によって発熱密度が増大し、インバータなどに使用される熱交換器に対して冷却性能の向上が求められ、フィンをオフセットさせるなどした流路の熱交換器が提案されている。しかし、そうした熱交換器は、加工が複雑になってコストを上げてしまう問題があった。特に、鋳造などによってフィン部材を形成する場合、加工コストがかかって熱交換器自身が高価なものになってしまう他、フィンの微細加工が困難なため冷却性能の向上も望めなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、発熱体を効率よく冷却する新たな構造の熱交換器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱交換器は、直線状に形成された複数の起立したフィンが一定の間隔をあけて平行に並べられ、隣り合うフィン同士の隙間が当該フィンの起立方向の上下に配置された上板及び下板によって閉じられてできた複数の流路を有するものであって、前記上板及び下板の一方又は双方には、前記流路内に突き出る突起が、前記各流路の長手方向に複数形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る熱交換器は、前記上板又は下板の一方を構成するベースに対して前記複数のフィンが一体に形成されたフィン部材と、前記ベースの反対側から前記フィンに対して接合される前記上板又は下板の他方を構成する当板とを有し、そのベース又は当板に対して前記突起が形成されたものであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の熱交換器は、前記フィン部材が押出成形によって形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る熱交換器は、前記突起がプレス加工によって形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る熱交換器は、前記流路の長手方向に前後する突起が、当該突起の間で生じる冷却性能の低下が、所定の基準値を下回らないようにした間隔で配置されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る熱交換器は、前記複数の突起を前記流路と直交する方向に見た場合に、隣り合う流路に形成された突起が千鳥状に配置されたものであることが好ましい。
【００１０】
一方、本発明に係る熱交換器の製造方法は、直線状に形成された複数の起立したフィンが一定の間隔をあけて平行に並べられ、隣り合うフィン同士の隙間が当該フィンの起立方向の上下に配置された上板及び下板によって閉じられてできた複数の流路を有する熱交換器を製造するための製造方法であって、前記上板又は下板の一方を構成するベースに対して前記複数のフィンが起立したフィン部材を押出成形によって形成するフィン部材加工工程と、前記フィン部材のベース、又は前記上板若しくは下板の他方を構成する当板に対し、プレスによって前記複数の突起を形成する突起形成工程と、前記ベースの反対側から前記フィンに対して前記当板を当てて接合する接合工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、前記突起形成工程において、前記ベース又は当板に対して流路面の反対側からパンチが圧入され、流路面側に素材が押し出されて前記突起が形成されることが好ましい。
また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、前記突起形成工程でベースに対して突起を形成する場合、隣り合うフィン同士の隙間に板状の支持部材を挿入してフィンを支持することが好ましい。
また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、前記フィン部材加工工程において、隣り合うフィン同士の隙間に前記押出し方向に連続した凸部を有するフィン部材を形成し、前記突起形成工程では、前記押出し方向に分割形成されたプレス板が前記隙間に挿入され、分割部分を残して前記凸部を押し潰して前記突起を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
よって、本発明の熱交換器によれば、流路を流れる冷媒が突起によって流れが乱され、フィンと接する境界層を破壊するので、フィンから熱を奪った冷媒が停滞することなく下流へとスムーズに流れことによって冷却性能が向上する。従って、小型の発熱体によって発熱密度が増大したとしても、従来に比べて冷却性能の向上がしたことで対応が可能になる。また、直線のフィンからなる流路に突起を設けるだけの熱交換器は、その構成及び加工が単純化され、加工コストを抑えることができる。特に、フィン部材を押出成形によって形成し、そのベースや当板にプレスによって突起を形成する製造方法をとることで、量産化が可能になり、熱交換器を安価に提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明に係る熱交換器及びその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の熱交換器を示した斜視図である。
この熱交換器１は、筒状に形成された本体２内に複数のフィン１１が配置され、本体２の流入側開口部２１から、反対の排出側開口部へと連通した複数の流路３が形成されている。熱交換器１の本体２は、例えば矢印Ｑで示す方向から冷媒が流し込まれるものであり、その流入側開口部２１から、反対の排出側開口部へと貫通している。
【００１４】
なお、図１には、本体２に流入側開口部２１と反対側の排出側開口部とが大きく開口した熱交換器１が示されているが、使用時には閉じた状態でそれぞれが不図示の冷媒供給管または冷媒排出管に接続される。そして、冷媒供給管には、冷媒を熱交換器１に対して一定の圧力で送り込む供給ポンプが接続され、冷媒排出管には、熱交換器１から排出された冷媒を回収するタンクが接続される。
【００１５】
ところで、本実施形態の熱交換器１は、断面がコの字の受フレーム１３に対し、図面上方の解放側に当板１４が嵌め合わされ、筒形状の本体２が形成されている。そして、本体２の中には、複数の流路３を構成するフィン部材１０が挿入されている。ここで、図２は、図１に示す熱交換器１から受フレーム１３を外した構造を示した斜視図であり、図３は、更に当板１４を外したフィン部材１０を示した斜視図である。
【００１６】
フィン部材１０は、ベース１２上に複数のフィン１１が突設して一体に形成されたものでる。ベース１２は矩形の平板であり、それに対して複数のフィン１１が直交方向に起立して形成されている。複数のフィン１１は、全てが同じ高さであって、且つベース１２の寸法と等しい長さで形成され、隣り合うもの同士が平行に並べられている。こうしたフィン部材１０は、受フレーム１３内にガタ無く入れられ、そのフィン１１の先端に突き当てられるように当板１４が被せられる。熱交換器１は、組み付けられたフィン部材１０、受フレーム１３及び当板１４が溶接によって接合されて一体になっている。
【００１７】
この熱交換器１には、こうして隣り合うフィン１１同士の隙間が下板のベース１２と上板の当板１４によって囲まれ、平行な複数の流路３が構成されている。なお、フィン部材１０の両端に位置するフィン１１は、受フレーム１３の起立した壁板との間に隙間を形成し、その隙間がベース１２と当板１４によって囲まれた流路３となっている。
【００１８】
そこで、熱交換器１に対し図１の矢印Ｑで示す方向から冷媒が流し込まれると、その流入側開口部２１から本体２内に入った冷媒は、フィン１１によって仕切られた各流路３に分かれて流れる。ところで、本実施形態の熱交換器１は、フィン１１によって形成された流路３が直線流路であるため、そのままでは前記従来例と同様に冷媒の流れが層流になってしまい、十分な冷却能力を発揮させることができない。そこで、本実施形体の熱交換器１では、冷媒の流れを乱す構成が流路３内に設けられている。すなわち、流路３を構成する当板１４に対して突起２３が形成され、それが流路３内を流れる冷媒の障害物となっている。
【００１９】
突起２３は、当板１４に形成された図２に示す穴２５の反対側に存在し、当板１４の縦方向及び横方向に所定の間隔で複数形成されている。具体的には、当板１４が図１に示すように熱交換器１として組み立てられた際、隣り合うフィン１１の間に入り込み、１本の流路３内に一定の間隔で複数の突起が存在するように形成されている。
【００２０】
ここで図４は、ある流路３内における冷媒の流れを模式的に示した図である。フィン１１によって構成される流路３は直線であるため、そのままであれば冷媒の流れが層流になり、従来と同様の問題が生じる。しかし、本実施形態では、突起２３が存在することによって冷媒の流れが乱され、層流の際に生じるフィン１１と接触する境界層が破壊され、フィン１１の熱を効率良く放散することを可能にしている。
【００２１】
そして、特に本実施形態の熱交換器１では、冷却性能を維持するため、一つの流路３内に複数形成された突起２３が特定の間隔で配置されている。図５は、流路３内に冷媒を流して行った、冷却性能試験の結果を示したグラフである。横軸には流路３内のある範囲を取り出して示した流路位置を示し、縦軸には冷却性能（熱伝達率）を示している。横軸に示した流路位置ｐ１，ｐ２，ｐ３が突起２３の存在する位置であり、冷媒はｐ１からｐ３の方向に流れている。
【００２２】
図５のグラフからは、流路３を冷媒が流れることによる冷却性能が、一定ではなく波形に変化し、流路内の位置によって熱伝達率が異なることが分かる。特にグラフｋは、突起２３が存在するｐ１，ｐ２，ｐ３の手前から上昇し始め、その直後でピーク値を得るが、その後徐々に下降している。これは、突起２３によって冷媒の流れが乱され、その冷媒がフィン１１から熱を奪って効率良く流れるからであり、一方で、突起２３から離れるに従って冷媒の流れが再び層流へと近づき、フィン１１との境界層の流れが停滞し易くなるからであると考えられる。
【００２３】
そこで本実施形態では、発熱体の熱を放散させるのに要求される冷却能力を基準値ｓとして設定し、それ以下に熱伝達率が下がらないように突起２３の位置が決定されている。つまり、流路３の長手方向に並んだ複数の突起２３は、グラフｋで示される熱伝達率の値が基準値ｓを下回る手前で上昇するように、突起２３同士の距離が決められている。なお、突起２３同士の距離は、流路３の大きさや冷媒の供給流量、突起２３の高さ、或いは発熱体の発熱量などによって変化する。なお、突起２３は、冷媒の流れを妨げて圧損を生じさせるものでもあるため、供給ポンプの能力などを考慮し、本実施形態では流路３の高さの１／３で形成されている。
【００２４】
次に、こうした熱交換器１は、使用に当たって、例えば図６に示すように熱拡散のためのヒートスプレッダ６が当板１４に貼り付けられ、その上に発熱体である複数の半導体素子７が整然と並べて貼り付けられる。そして、インバータなどに使用される半導体素子７が発熱すると、その熱はヒートスプレッダ６に伝わって拡散され、更に本体２から内部のフィン１１へと伝えられる。本体２内には流入側開口部２１から冷媒が供給され、反対の排出側開口部へと流れている。従って、フィン１１に伝えられた熱は、そのフィン１１に接しながら流れる冷媒によって奪われ、放熱が実行される。
【００２５】
このとき流路３を流れる冷媒は、突起２３によって流れが乱され、フィン１１と接する境界層が破壊される。突起２３が所定の間隔で配置されているため、流路３内では常に冷媒が攪拌された状態で流れ、熱を奪った冷媒が効率良く下流へと流され、特に、図５に示すように冷却性能が基準値ｓ以上で維持されている。
そのため、熱交換器１によれば、半導体素子７が小型化して発熱密度が増大したとしても、従来に比べて冷却能力が格段に向上したことにより対応が可能になった。また、直線のフィン１１からなる流路３に突起２３を設けるだけの熱交換器１は、その構成が単純であり、部品点数も少なくなったことでコストを抑えることが可能になった。
【００２６】
更に、本実施形態では、こうした冷却効果の高い熱交換器１の製造に当たり、その加工コストを低減し、熱交換器１自身を安価に提供することを可能にした。そこで次に、熱交換器１の製造方法について説明する。
先ず、熱交換器１を構成するフィン部材１０は押出成形によって形成される。フィン部材１０には、熱伝達率の良いアルミが材料として使用され、融解した材料が複数のフィン１１やベース１２を一体成形する成形型から押し出され、例えば数ｍの長さのロングフィン部材が形成される。ここで、図７は、フィン部材１０の加工工程の一部を示した概念図である。
【００２７】
押出成形されたロングフィン部材１０Ｌは、押出成形直後にそのまま図示するプレス装置に搬送されて切断される。ロングフィン部材１０Ｌは、ロングベース１２Ｌに対してロングフィン１１Ｌが起立した状態で一体成形され、その後、その状態のまま図示するように押出し方向Ｆへと搬送される。押出成形された成形直後のロングフィン部材１０Ｌは、材料がある程度熱をもっているため依然として柔らかく、その状態で切断用プレス装置５０へと送られて切断が行われる。
【００２８】
切断用プレス装置５０は、ロングベース１２Ｌを下方で支える不図示の下型と、押出し方向Ｆに直交して配置され、下型に向けて下ろされる板状の上型５１とが設けられている。上型５１は、一定の厚みをもった平板であって下端が平らに形成されている。そして、上型５１の押圧力によってフィン１１が座屈したり倒れてしまわないように、上型５１を挟んで一対のフィン抑え治具５３，５３が設けられている。フィン抑え治具５３，５３は、複数あるフィン１１の間に入り込むように板状の支持突起５５が複数形成されている。
【００２９】
そこで、押出成形によって形成されたロングフィン部材１０Ｌは、途中で搬送が一旦止められる。そして、そのロングフィン部材１０Ｌに対し、そのロングフィン１１Ｌ同士の隙間にフィン抑え治具５３，５３の支持突起５５が挿入され、１枚毎にロングフィン１１Ｌが両面側から支えられる。次いで、フィン抑え治具５３，５３の間を上型５１が下降し、それによって複数のロングフィン１１Ｌが一度に切断され、更にロングベース１２Ｌも同じ位置で切断される。この切断工程では、このような切断が長尺のロングフィン部材１０Ｌに対して一定間隔で行われ、複数のフィン部材１０が連続して取り出される。なお、受フレーム１３も同じように押出成形と切断によって形成される。
【００３０】
次に、当板１４の加工について説明する。当板１４は、一定厚のアルミ板から所定の大きさに切り出された平板に対し、複数の突起２３が所定の位置に形成されたものである。そして、その平板に対する突起２３の形成がプレス加工によって行われる。図８は、突起を形成するための突起用プレス装置を示した断面図である。
ところで、熱交換器１の突起２３は三角形をしているが、その機能を果たすものであれば突起２３の形状は限定されない。図８で示す突起用プレス装置６０で形成される突起は円柱状であって形状が異なるが、ここでは図２に示すものと同じく突起２３として説明する。
【００３１】
突起用プレス装置６０は、平板１４Ｘを挟んだ下方の受け型にはダイス６２が設けられ、そのダイス６２には断面円形のダイス孔６１が形成されている。一方、上方の押し型には、不図示のバネによって平板１４Ｘを押さえ付けるストッパー６３が設けられ、そのストッパー６３には案内孔６４が貫通して形成され、そこへ円柱形状のパンチ６５が挿入されている。なお、パンチ６５の直径は、ダイス孔６１の直径より大きく形成されている。そして、図８には一つの突起２３を形成する一部の構成のみを示しているが、突起用プレス装置６０全体では、平板１４Ｘに対して一度に所定数の突起２３が形成できるように、同様の構成が複数設けられている。
【００３２】
突起形成工程では、平板である平板１４Ｘがダイス６２とストッパ６３に挟まれて位置決めされ、その後、案内孔６４のパンチ６５がその平板１４Ｘに対して圧入される。その際、パンチ６５は、平板１４Ｘを貫通することなく途中まで圧入される。圧入時の加工周辺では、パンチ６５によって平板１４Ｘ表面の素材が引っ張られるが、ストッパ６３によってズレが抑えられて平面がある程度保たれる。一方、パンチ６５の反対側では、ダイス孔６１内へ素材が押し出されて円柱形状の突起２３が形成される。平板１４Ｘに対しては、プレス加工によって所定数の突起２３が形成され、一度の加工で当板１４がつくられる。
【００３３】
本実施形体の熱交換器の製造方法によれば、押出成形直後のロングフィン部材１０Ｌをプレス装置５０によって切断してフィン部材１０を形成するようにしたので、鋳造などに比べて短時間に大量のフィン部材１０を生産することができるようになった。特に、押出成形直後の材料が柔らかい段階で切断するため、再加熱工程を省くことによって加工時間の短縮が可能になった。また、当板１４に関しても、平板１４Ｘに対して突起用プレス６０によるプレス加工で突起２３を形成するため、加工作業の単純化および、加工時間の短縮によって大量生産が可能となった。従って、熱交換器１の部品コストの低減により、熱交換器１自体を安価に提供することが可能になった。
【００３４】
続いて、前記実施形態の熱交換器やその製造方法に関する変形例について説明する。
前記実施形態の熱交換器１は、当板１４側に突起２３を形成したが、図９に示すようにフィン部材３０に対して突起３３を形成するようにしてもよい。図９は、図１に示すものと同様に構成された熱交換器から、受フレーム１３を外した構造を示した斜視図である。本実施形態では、このフィン部材３０と当板３４が図１に示す受フレーム１３に対して組み付けられ熱交換器が構成される。
【００３５】
フィン部材３０は、ベース３２上に直交した複数のフィン３１が一体に形成され、一定の間隔で平行に配置されたフィン３１の隙間に突起３３が形成される。なお、図示されている突起３３は、フィン３１と受フレーム１３の隙間によってできる流路に位置するものである。そして、突起３３は、図５に示すように冷却性能が基準値ｓを維持できるように、流路３内の長手方向に沿って所定の間隔で複数形成されている。一方で、本実施形態の当板３４は平板である。ただし図示はしないが、本実施形態でも当板３４に突起を形成し、流路３の上下において突起が存在する熱交換器を構成してもよい。突起の位置を長手方向に上下交互ずらせて配置すれば、高いレベルでの冷却性能の維持が期待できる。
【００３６】
次に、熱交換器の製造方法について、特に突起３３を有するフィン部材３０の加工について説明する。図１０は、フィン部材３０の突起３３を形成する加工工程を簡略化して示した模式図である。フィン部材３０は、図７に示すように、ロングフィン部材１０Ｌから切断されたフィン部材１０と同様にして形成される。その後、更に突起形成用のプレス工程へと搬送され、そこでベース３２に突起３３が形成される。
【００３７】
突起用プレス装置は、ベース３２の下側に複数のパンチ７１を有する押し型７２と、プレス荷重を受ける受け型７４とが設けられている。受け型７４は、押し型７２からの荷重によってフィン３１が座屈したり倒れてしまわないように、フィン３１の間隔に対応して複数の支持突起７３が形成されている。そこで、フィン部材３０は、フィン３１が支持突起７３の間に挿入され、更にフィン３１の先端が受け型７４に突き当てられて支持される。そうしたフィン部材３０に対しては、押し型７２のパンチ７１がベース３２に押し当てられ、そのベース３２には、パンチ７１の圧入によって変形した素材がフィン３１の間に押し出されて突起３３が形成される。
【００３８】
ところで、図１に示す熱交換器１では、各流路３毎に形成された突起２３は、その流路３と直交する方向に対して直線状に並んでいる。この場合、冷却性能を向上させる等の理由によってフィン１１同士の距離が短くなると、突起２３同士の距離も縮まってしまう。すると、突起２３に対して、その各突起２３を形成するパンチの方がサイズの大きいため、隣り合うパンチ同士が干渉してしまう問題があった。また、突起２３同士の距離が短いと、平面度が悪化するという問題があった。例えば、図２に示すように、当板１４に突起２３を形成する際、穴２５の周りには、パンチの圧入によって素材が引っ張られて多少の凹みが生じる。そのため、穴２５同士の距離が近くなると、穴２５の周りの凹みが重なりあって変形を大きくしてしまう。
【００３９】
そこで、フィン１１の距離が狭くなる場合には、図１１に示すように、フィン１１に直交する方向に並んだ複数の突起２３を千鳥状に配置させる。これにより、隣り合う突起２３同士の距離が広くなってパンチ同士の干渉を回避することができ、フィン１１の距離を狭くした冷却性能を向上させた熱交換器の提供が可能になる。また、突起２３と同様に穴２５同士の距離も離れるため、平面度の悪化を防止することができる。なお、穴２５が形成される面には絶縁シートが接合されるが、そのための平面度が確保できる。
【００４０】
次に、流路に位置する突起の加工について説明する。突起の加工には、図８に突起用プレス装置を示したが、この他にも図１２に示すような押出し加工の突起用プレス装置であってもよい。この突起用プレス装置８０は、平板１４Ｘを挟んだ下方の受け型にダイス８２が設けられ、そのダイス８２には突起の型に合わせた穴８１が形成されている。一方、上方の押し型には、不図示のバネによって平板１４Ｘを押さえ付けるストッパー８３が設けられている。そのストッパー８３には案内孔８４が貫通して形成され、そこへ先端を鋭角にした円柱形状のパンチ８５が挿入されている。
【００４１】
本実施形態の装置は、パンチ８５が穴８１より小さく、比較的大きいサイズの突起２３を形成する場合のものである。これに対して図８に示した突起用プレス装置６０は、小さいサイズの突起を形成するのに適している。そして、図１２でも一つの突起２３を形成する一部の構成のみを示しているが、突起用プレス装置８０は、平板１４Ｘに対して一度に所定数の突起２３が形成できるように、同様の構成が複数設けられている。なお、図１２で示す突起用プレス装置８０で形成される突起は台形であって図２に示すものと形状が異なるが、ここでも突起２３として説明する。
【００４２】
突起用プレス装置８０では、平板である平板１４Ｘがダイス８２とストッパ８３に挟まれて位置決めされ、その後、案内孔８４のパンチ８５がその平板１４Ｘに対して圧入される。パンチ８５は、その先端が穴８１に達する位置まで押し込まれている。このとき、加工周辺では、パンチ８５によって平板１４Ｘ表面の素材が引っ張られるが、ストッパ８３によってズレが抑えられて平面がある程度保たれる。一方、反対側では、穴８１内へ素材が押し出され、台形の突起２３が形成される。平板１４Ｘに対しては、プレス加工によって所定数の突起２３が形成され、一度の加工で当板１４がつくられる。
【００４３】
続いて、図１３に示したプレス成形による突起の加工方法について説明する。本実施形態では、押出成形によってロングフィン部材が形成され、そこから所定の長さに切断してフィン部材が得られる。そして、そのフィン部材に対して図１３に示すプレス成形によって突起が形成される。本実施形態で押出成形されたフィン部材４０は、その長手方向断面が図１４に示す形状をしている。すなわち、ベース４２に対して一定の間隔でフィン４１が直交して起立し、更に流路を構成するフィン４１の間には、断面が台形の凸部４３が形成されている。凸部４３は、フィン４１と同様に長手方向に連続している。
【００４４】
突起用プレス装置９０は、フィン部材４０を下側で支える下型９１と、突起を形作るための上型９２とによって構成されている。上型９２は、隣り合うフィン４１同士の隙間４５に入り込むプレス板９５，９６，９７によって構成されたものである。一組のプレス板９５，９６，９７は、一本の隙間４５に沿って一直線上に配置され、互いの間には分割部９８が形成されている。そして、各プレス板９５，９６，９７は、フィン４１を挟むように複数用意され、図示するようにそれぞれが平行になって配置されている。なお、全てのプレス板９５，９６，９７は独立した状態で示しているが、これらは一体となって一の加圧手段によるプレス荷重を伝達するよう構成されている。
【００４５】
そこで、突起用プレス装置９０は、図１４に示す断面のフィン部材４０に対し、上型９２が下降し、プレス板９５，９６，９７がフィン４１を挟み込むようにして隙間４５内に入り込む。そして、上型９２がそのまま下降することによって、凸部４３がプレス板９５，９６，９７の加圧によって押し潰される。その際、プレス板９５，９６，９７の間の分割部９８の部分だけが潰されずに残り、図１５に示すように突起４６が形成される。
よって、本実施形態の製造方法によれば、突起を形成する複雑な型の加工装置を必要とせず、単純な型によって突起４６の形成が可能になった。そのため、加工装置のコストを抑えることにより、熱交換器の加工コストも下げることが可能になった。
【００４６】
以上、本発明に係る熱交換器及びその製造方法について実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】熱交換器の実施形態を示した斜視図である。
【図２】図１の熱交換器から受フレームを外した構造を示した斜視図である。
【図３】図１の熱交換器を構成するフィン部材を示した斜視図である。
【図４】図１の熱交換器の流路内における冷媒の流れを模式的に示した図である。
【図５】熱交換器の流路内に冷媒を流して行った冷却性能試験の結果をグラフにして示した図である。
【図６】実施形態の熱交換器について使用状態を示した斜視図である。
【図７】熱交換器を構成するフィン部材の一加工工程を示した概念図である。
【図８】突起を形成するための突起用プレス装置を示した断面図である。
【図９】熱交換器の他の実施形態について受フレームを外した構造を示した斜視図である。
【図１０】図９のフィン部材に突起を形成するための加工工程を簡略化して示した模式図である。
【図１１】流路内の突起について一の配置例を示した平面図である。
【図１２】突起を形成するための突起用プレス装置を示した断面図である。
【図１３】プレス成形による突起の加工方法を示した図である。
【図１４】図１３の方法によって突起を形成する、押出成形直後のフィン部材の形状を示した図である。
【図１５】図１３の方法によって突起が形成されたフィン部材を示した図である。
【図１６】従来の熱交換器を示した平面の断面である。
【符号の説明】
【００４８】
１    熱交換器
２    本体
３    流路
６    ヒートスプレッダ
７    半導体素子
１０  フィン部材
１１  フィン
１２  ベース
１３  受フレーム
１４  当板
２３  突起
５０  切断用プレス装置
６０  突起用プレス装置
６２  ダイス
６３  ストッパー
６５  パンチ
【図１】
2010025521.tif 000003
【図２】
2010025521.tif 000004
【図３】
2010025521.tif 000005
【図４】
2010025521.tif 000006
【図５】
2010025521.tif 000007
【図６】
2010025521.tif 000008
【図７】
2010025521.tif 000009
【図８】
2010025521.tif 000010
【図９】
2010025521.tif 000011
【図１０】
2010025521.tif 000012
【図１１】
2010025521.tif 000013
【図１２】
2010025521.tif 000014
【図１３】
2010025521.tif 000015
【図１４】
2010025521.tif 000016
【図１５】
2010025521.tif 000017
【図１６】
2010025521.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月9日(2009.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に形成された複数の起立したフィンが一定の間隔をあけて平行に並べられ、隣り合うフィン同士の隙間が当該フィンの起立方向の上下に配置された上板及び下板によって閉じられてできた複数の流路を有する熱交換器において、
前記上板及び下板の一方又は双方には、前記流路内に突き出る突起が、前記各流路の長手方向に複数形成されたものであること、
前記上板又は下板の一方を構成するベースに対して前記複数のフィンが一体に形成されたフィン部材と、前記ベースの反対側から前記フィンに対して接合される前記上板又は下板の他方を構成する当板とを有し、そのベース又は当板に対して前記突起が形成されたものであること、
前記フィン部材は押出成形によって形成されたものであること、
前記複数の突起を、前記複数の流路が形成する平面と直交する方向から見た場合に、隣り合う流路に形成された突起が千鳥状に配置されたものであること、
を特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載する熱交換器において、
前記突起はプレス加工によって形成されたものであることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する熱交換器において、
前記流路の長手方向に前後する前記突起は、前記突起の間で生じる冷却性能の低下が、所定の基準値を下回らないようにした間隔で配置されたものであることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
直線状に形成された複数の起立したフィンが一定の間隔をあけて平行に並べられ、隣り合うフィン同士の隙間が当該フィンの起立方向の上下に配置された上板及び下板によって閉じられてできた複数の流路を有する熱交換器において、
前記上板及び下板の一方又は双方には、前記流路内に突き出る突起が、前記各流路の長手方向に複数形成されたものであること、
前記上板又は下板の一方を構成するベースに対して前記複数のフィンが一体に形成されたフィン部材と、前記ベースの反対側から前記フィンに対して接合される前記上板又は下板の他方を構成する当板とを有し、そのベース又は当板に対して前記突起が形成されたものであること、
前記フィン部材は押出成形によって形成されたものであること、
前記突起は、前記ベース又は当板に対して流路面の反対側からパンチが圧入され、流路面側に素材が押し出されて形成されたこと、
前記突起が形成されるときに、隣り合うフィン同士の隙間に板状の支持部材を挿入してフィンを支持すること、
を特徴とする熱交換器。
【請求項５】
直線状に形成された複数の起立したフィンが一定の間隔をあけて平行に並べられ、隣り合うフィン同士の隙間が当該フィンの起立方向の上下に配置された上板及び下板によって閉じられてできた複数の流路を有する熱交換器において、
前記上板及び下板の一方又は双方には、前記流路内に突き出る突起が、前記各流路の長手方向に複数形成されたものであること、
前記上板又は下板の一方を構成するベースに対して前記複数のフィンが一体に形成されたフィン部材と、前記ベースの反対側から前記フィンに対して接合される前記上板又は下板の他方を構成する当板とを有し、そのベース又は当板に対して前記突起が形成されたものであること、
前記フィン部材は押出成形によって形成されたものであること、
前記フィン部材は、隣り合うフィン同士の隙間に前記押出し方向に連続した凸部を有する中間フィン部材を形成し、
前記突起は、前記押出し方向に分割形成されたプレス板が前記隙間に挿入され、分割部分を残して前記凸部を押し潰すことにより形成されること、
を特徴とする熱交換器。