(57)【要約】【課題】貫通孔周りの結露を防止し伝熱性が維持される伝熱器及びその製造方法を提供すること。【解決手段】貫通孔３を有する基板２と、熱媒体流路を形成する流路管１０とを備える。貫通孔３に流路管１０を貫通させると共に流路管１０を拡径により塑性変形させてある。流路管１０を貫通させるために基板２に形成した貫通孔３は、その表面が円筒面状を呈し、流路管１０は拡径により塑性変形して貫通孔３の表面に密着する。貫通孔３の両端部には貫通孔３よりも径の大きな拡径部４，４’を形成してあり、拡径部部４，４’にシール材２０を充填してある。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する基板と、熱媒体流路を形成する流路管とを備え、前記貫通孔に前記流路管を貫通させると共に前記流路管を拡径により塑性変形させてある伝熱器であって、
前記流路管を貫通させるために前記基板に形成した貫通孔は、その表面が円筒面状を呈し、前記流路管は拡径により塑性変形して前記貫通孔の表面に密着し、前記貫通孔の両端部には前記貫通孔よりも径の大きな拡径部を形成してあり、前記拡径部にシール材を充填してある伝熱器。
【請求項２】
前記基板がＣｕ、Ａｌまたはこれらの材料を主体とする合金のいずれかにより構成され、前記流路管がＣｕ、Ｃｕを主体とする合金またはステンレス鋼材料のいずれかにより構成されている請求項１記載の伝熱器。
【請求項３】
前記流路管が少なくとも一対の直管部と、これら直管部の一端部同士を連結する少なくとも１つのＵ字管部とよりなり、前記貫通孔が前記一対の直管部をそれぞれ受け入れるように少なくとも一対設けられている請求項１又は２記載の伝熱器。
【請求項４】
前記拡径部が外側ほど径が広がるテーパー状部である請求項１〜３のいずれかに記載の伝熱器。
【請求項５】
前記基板に取り付けられる伝熱対象部材の冷却を行うヒートシンクである請求項１〜４のいずれかに記載の伝熱器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の伝熱器の製造方法であって、
前記基板に前記流路管を貫通させる貫通孔を形成し、前記貫通孔の両端部に外側ほど広がるテーパー部を形成し、前記流路管を前記貫通孔に挿入し、前記流路管を拡径手段により拡径するように塑性変形させて前記貫通孔に密着させ、前記テーパー状部と前記流路管との間にシール材を充填する伝熱器の製造方法。
【請求項７】
前記拡径手段が、液圧式の拡径器である請求項６記載の伝熱器の製造方法。
【請求項８】
前記拡径手段が、スピンドル式の拡径器である請求項６記載の伝熱器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱器及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、貫通孔を有する基板と、熱媒体流路を形成する流路管とを備え、前記貫通孔に前記流路管を貫通させると共に前記流路管を拡径により塑性変形させてある伝熱器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述の伝熱器及びその製造方法としては、例えば次の特許文献１に記載のヒートシンクが知られている。同文献によれば、冷媒流路となるパイプを挿通する挿通孔を、その表面が凹凸となる形状に形成してある。そして、表面凹凸の挿通孔の中でパイプを拡径させて、アルミ製金属板に接触させてある。
【０００３】
同製造方法によれば加工時の塑性変形のばらつき等を吸収でき、パイプ及びアルミ製金属板の間の一定の伝熱状態を確保することができる。
【０００４】
しかし、同方法によれば、表面凹凸はパイプ長手方向に沿っており、パイプ拡径後も残存し、パイプ長手方向に空気を流通させる溝を多数形成する。このアルミ製金属板には電子機器等が取り付けられるため、アルミ製金属板は加熱される。その一方、パイプには冷却媒体が流通するため、冷却される。前記溝には湿度を有する空気が流通し、加熱されたアルミ製金属板と冷却されたパイプとの間で結露が発生し、ヒートシンクを劣化させるおそれがある。また、アルミ製金属板の挿通孔周りの結露に伴い、同部分が腐食して伝熱性が低下するおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−４２６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、貫通孔周りの結露を防止し伝熱性が維持される伝熱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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る伝熱器の特徴は、貫通孔を有する基板と、熱媒体流路を形成する流路管とを備え、前記貫通孔に前記流路管を貫通させると共に前記流路管を拡径により塑性変形させてある構成であって、前記流路管を貫通させるために前記基板に形成した貫通孔は、その表面が円筒面状を呈し、前記流路管は拡径により塑性変形して前記貫通孔の表面に密着し、前記貫通孔の両端部には前記貫通孔よりも径の大きな拡径部を形成してあり、前記拡径部にシール材を充填したことにある。
【０００８】
同特徴によれば、貫通孔の表面は円筒面状を呈しているため、流路管が拡径により塑性変形すると、貫通孔の円筒面状の表面に密着する。上述のような溝が無いので、空気が入り込むすき間は極めて僅かである。そして、貫通孔の両端部には前記貫通孔よりも径の大きな拡径部を形成してあり、前記拡径部にシール材を充填てあるため、貫通孔と流路管との間に対する空気の流通が遮断される。その結果、基板と流路管との間の温度差による結露は防止され、基板の腐食も防止されることとなる。
【０００９】
製造に際しては、拡径部があるので、シール材を同拡径部に注入すれば、シール部の厚みは確保される。その結果、シール材の充填のばらつきによるシール不良等も防ぐことができ、製造が容易となる。また、シール材は伝熱管のみならず、拡径部の壁面に食いつくため、シール材が脱落することもない。
【００１０】
上記特徴において、前記基板をＣｕ、Ａｌまたはこれらの材料を主体とする合金のいずれかにより構成し、前記流路管がＣｕ、Ｃｕを主体とする合金またはステンレス鋼材料のいずれかにより構成するとよい。
【００１１】
前記流路管が少なくとも一対の直管部と、これら直管部の一端部同士を連結する少なくとも１つのＵ字管部とよりなり、前記貫通孔が前記一対の直管部をそれぞれ受け入れるように少なくとも一対設けられているとよい。Ｕ字状部を有する流路管が２本以上の場合は、隣接する直管部の端部どうしを短いＵ字管部によりつなぐことで、より長い流路を有する伝熱器を作成することができる。
【００１２】
前記拡径は、外側ほど径が広がるテーパー状部とすると、製作が容易である。また、楔状の底部にシール材が入り込むため、シール材の脱落防止効果も高い。本発明は前記基板に取り付けられる伝熱対象部材の冷却を行うヒートシンクとして好適に実施することができる。
【００１３】
一方、上記特徴のいずれかに記載の伝熱器の製造方法の特徴は、前記基板に前記流路管を貫通させる貫通孔を形成し、前記貫通孔の両端部に外側ほど広がるテーパー部を形成し、前記流路管を前記貫通孔に挿入し、前記流路管を拡径手段により拡径するように塑性変形させて前記貫通孔に密着させ、前記テーパー状部と前記流路管との間にシール材を充填することにある。
【００１４】
同製造方法において、前記拡径手段には、液圧式の拡径器、または、スピンドル式の拡径器を用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明に係る伝熱器及びその製造方法の特徴によれば、貫通孔周りの結露を防止し伝熱性が維持されるようになり、伝熱器の性能を長期に維持できるようになった。
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる伝熱器の斜視図である。
【図２】流路管回りの断面図である。
【図３】基板一端における流路管長手方向に沿った縦断面図であり、（ａ）はスピンドル式拡径器を用いた場合、（ｂ）は液圧式拡径器を用いた場合である。
【図４】液圧式拡径器を用いた場合の拡径方法を示す流路管の長手方向に沿った縦断面図である。
【図５】スピンドル式拡径器を用いた場合の拡径方法を示す流路管の長手方向に沿った縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
図１〜３（ａ）に示すように、本発明に係る伝熱器１は、直方体形状の基板２と熱媒体流路を形成する流路管１０とを備えている。基板２には２本の貫通孔３，３を形成してあり、それぞれの貫通孔３，３に流路管１０の一対の直管部１１，１１を貫通させてある。流路管１０は１本の管をＵ字管部１２で屈曲させてなる。
【００１８】
本実施形態では、伝熱器１は流路管１０に熱媒体として例えば水を主体とする冷却媒体を流通させ、伝熱対象部材である電子部品やＬＥＤ等を、主として基板２の幅広面２ａに取り付け、これらを冷却する目的で利用される。本実施形態では、Ｕ字管部１２で屈曲させてなる流路管１０を一本だけ用いているが、基板２を側面２ｂ側に幅広に広がるものとし、複数のＵ字状の流路管１０をＵ字管部１２が同一方法になるように並べてもよい。この場合、隣接する直管部１１どうしは、短いＵ字管で接続される。また、直管部１１のみよりなる流路管１０を１本だけ、または、複数本並べて実施してもよい。
【００１９】
貫通孔３は、本実施形態では断面円形の円筒面状を呈する。流路管１０も同じく断面円形の円筒状管である。流路管１０挿入時は貫通孔３との間にクリアランスを持たせてあり、後述する拡径作業により流路管１０を拡径により塑性変形させて、貫通孔３の表面に密着させてある。
【００２０】
各貫通孔３の両端部にはそれぞれテーパー状に面取りし、貫通孔３よりも径の大きな拡径部４、４を設けてある。また、拡径部４と直管部１１との間にはシール材２０を充填し、この部分からの空気や水分の浸入を防いである。図３（ａ）は後述のスピンドル式拡径器６０を用いたもので、拡径部４近傍を超えるまで拡径が可能であり、拡径部４を超える貫通孔３内部を直管部１１に密着させることができる。なお、一点鎖線に示すように、拡径部は符号４’に示すように、円筒状の座ぐりとしてもよい。
【００２１】
これに対し、図３（ｂ）は後述の液圧式拡径器５０を用いたもので、構造上、貫通孔３の両端部近傍では加圧ができず、拡径部４近傍の貫通孔３内部を直管部１１に密着させることができない部分を生じる場合がある。しかし、この後者の場合でも、シール材２０を拡径部４と直管部１１との間に充填することで、貫通孔３内部への空気や水分の浸入を有効に防止できる。
【００２２】
上記基板２は、伝熱効率の点から、Ｃｕ、Ａｌまたはこれらの材料を主体とする合金のいずれかにより構成するとよい。一方、流路管１０は、伝熱効率及び熱媒体による腐食等の影響を考慮し、Ｃｕ、Ｃｕを主体とする合金またはステンレス鋼材料（ＳＵＳ）のいずれかにより構成するとよい。ステンレス鋼材料を流路管１０に用いる場合は、塑性変形による貫通孔３への圧力が高くなるため、硬質のＡｌ材料を用いたり、基板２の幅広面２ａ，２ａ間の厚みを増やす等の対策で、拡径時における基板２の変形を抑制することができる。
【００２３】
次に、伝熱器１の製造工程について説明する。まず、拡径作業に先立ち、予め基板２に前記貫通孔３と拡径部４とを形成する。一対の貫通孔３，３に対し、上述の流路管１０の一対の直管部１１，１１をそれぞれ挿入する。そして、基板２と流路管１０の相対位置を固定する。
【００２４】
図４に液圧式拡径器５０を用いた場合の工程を示す。この液圧式拡径器５０は、支持軸５１の両端に軸方向に対する圧力を受け止める先端側固定部５４及びフランジ５５を有する。支持軸５１の中には、液路５３が形成してあり、供給口５３ａから供給された水等の加圧液体を噴出口５３ｂから噴出させる。支持軸５１の先端側固定部５４には先端側環状部５１ａを介して先端側シール５２ａが、フランジ５５側には後端側環状部５１ｂを介して後端側シール５２ｂが設けられ、先の供給口５３ａから供給された加圧流体の漏れを防ぐ。この結果、両シール５２ａ，５２ｂ間の直管部１１に加圧がなされ、拡径が行われる。
【００２５】
両シール５２ａ，５２ｂは、加圧拡大される部分であるため、貫通孔３の全長内に収める必要がある。その結果、拡径部４近傍が上記図３（ｂ）のごとき状態となる。
【００２６】
図５にスピンドル式拡径器６０を用いた場合の工程を示す。スピンドル式拡径器６０はローラー６２ａを有するフレーム６２を直管部１１に挿入し、マンドレル６１を強制回転させて押し込むことで、複数のローラー６２ａを直管部１１の直径方向に拡大させて拡径するものである。拡径位置の変更は例えばフレーム筒６２ｂの長さを変えることで行うことができる。
【００２７】
マンドレル６１は先端から後端側に向かうにしたがって径が大きくなるテーパーを有し、先端にフレーム６２の抜け止め用のナット６１ａを有し、後端に強制回転のための駆動装置を接続するチャック部６１ｂを有する。フレーム６２はローラー６２ａを円周方向に複数保持すると共にフレーム筒６２ｂと連結されている。フレーム筒６２ｂの外側にはカラー６３が装着されている。カラー６３は、直管部１１の端部に接当し静止するカラー前輪６３ａと、ボールベアリング６３ｄと、カラー後輪６３ｂとを順次有する。カラー後輪６３ｂは、ねじ６３ｃで先のフレーム筒６２ｂに固定されている。
【００２８】
拡径操作に際しては、まず、ナット６１ａとフレーム６２とを近接させてローラー６２ａを縮径させ、カラー前輪６３ａが直管部１１入口に当たるまで挿入する。その後、マンドレル６１を第一回転数Ｒ１で回転させながら強制的に押し込む。これに伴い、マンドレル６１がローラー６２ａに圧接して拡径させながら、フレーム６２、フレーム筒６２ｂ及びカラー後輪６３ｂを第二回転数Ｒ２で回転させる。
【００２９】
上記いずれかの拡径器５０，６０による拡径工程の前後で、必要に応じて、基板２や流路管１０の洗浄や乾燥を行う。これらを全て終えた後、ノズルを利用して、例えば流動性のあるシリコン樹脂等よりなるシール材２０を拡径部４と直管部１１との間に充填する。シール材２０を同拡径部４に注入すれば、シール部の厚みは確保される。
【００３０】
本発明は発明の趣旨を逸脱しない限り種々の改変が可能であり、上記実施例に記載した材料や形状に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る伝熱器は、電子部品やＬＥＤモジュール等を冷却するヒートシンクや、伝熱対象物を温める熱交換器として利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１：伝熱器（ヒートシンク）、２：基板、２ａ：幅広面、２ｂ：側面、３：貫通孔、４，４’：拡径部、１０：流路管、１１：直管部、１２：Ｕ字管部、２０：シール材、５０：液圧式拡径器、５１：支持軸、５１ａ：先端側環状部、５１ｂ：後端側環状部、５２ａ：先端側シール、５２ｂ：後端側シール、５３：液路、５３ａ：供給口、５３ｂ：噴出口、５４：先端側固定部、５５：フランジ、６０：スピンドル式拡径器、６１：マンドレル、６１ａ：ナット、６１ｂ：チャック部、６２：フレーム、６２ａ：ローラー、６２ｂ：フレーム筒、６３：カラー、６３ａ：カラー前輪、６３ｂ：カラー後輪、６３ｃ：ねじ、６３ｄ：ボールベアリング、Ｒ１：第一回転数、Ｒ２：第二回転数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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