(57)【要約】【課題】大きさと冷却性能の両立を図ることができる車載用ヒートシンクを提供すること。【解決手段】車両に搭載され、かつ発熱体１００が発生した熱を外部に放熱する車載用ヒートシンク１であって、発熱体１００が熱的に接続される本体部２と、本体部２から突出する複数のフィン３と、フィン３に形成された少なくとも１以上の内部空間部３ａに充填される固液相変化材４と、を備えることで、車載用ヒートシンク１の大きさを維持しつつ冷却性能を向上すること、あるいは冷却性能は維持しつつ車載用ヒートシンク１の小型化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、かつ発熱体が発生した熱を外部に放熱する車載用ヒートシンクであって、
前記発熱体が熱的に接続される本体部と、
前記本体部から突出する複数のフィンと、
前記フィンに形成された少なくとも１以上の内部空間部に充填される固液相変化材と、
を備えることを特徴とする車載用ヒートシンク。
【請求項２】
請求項１に記載の車載用ヒートシンクにおいて、
前記内部空間部は、少なくとも前記フィンの先端部に形成される、
車載用ヒートシンク。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車載用ヒートシンクにおいて、
前記内部空間部は、前記固液相変化材が液体状態において、前記固液相変化材の非充填領域が形成される、
車載用ヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用ヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、高温で動作可能な半導体リレーや、高電流密度化したＤＣ／ＤＣコンバータなどの高温を発生する発熱体が多く搭載されている。このような発熱体は、外部に放熱するための車載用ヒートシンクが取り付けられている。車載用ヒートシンクは、熱伝達率が高い金属などで構成され、発熱体が発生した熱が伝導され、外部に放熱する。車載用ヒートシンクにおいては、発熱体に対する冷却性能を向上するために、複数のフィンが形成されている。さらに、車載用ヒートシンクに対してヒートパイプを配置することで、車載用ヒートシンクの放熱性をさらに向上させるものがある（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５０７４９号公報
【特許文献２】特開平１０−１５３６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車載用ヒートシンクとしては、搭載スペースが限られるため、大きさを維持しつつ冷却性能を向上させること、あるいは冷却性能を維持しつつ、小型化することができることが要望されている。
【０００５】
本発明は、大きさと冷却性能の両立を図ることができる車載用ヒートシンク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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本実施形態は、車両に搭載され、かつ発熱体が発生した熱を外部に放熱する車載用ヒートシンクであって、前記発熱体が熱的に接続される本体部と、前記本体部から突出する複数のフィンと、前記フィンに形成された少なくとも１以上の内部空間部に充填される固液相変化材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記車載用ヒートシンクにおいて、前記内部空間部は、少なくとも前記フィンの先端部に形成されるものである。
【０００８】
また、上記車載用ヒートシンクにおいて、前記内部空間部は、前記固液相変化材が液体状態において、前記固液相変化材の非充填領域が形成されるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る車載用ヒートシンクにおいては、フィンの内部に固液相変化材が存在することで、フィン単体の場合と比較して、熱量が増加しても温度上昇を一時的に抑制することができるので、大きさと冷却性能の両立を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る車載用ヒートシンクの構成図である。
【図２】図２は、温度上昇と熱量との関係を示す図である。
【図３】図３は、変形例１に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。
【図４】図４は、変形例２に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。
【図５】図５は、変形例３に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。
【図６】図６は、変形例４に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る車載用ヒートシンクの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００１２】
〔実施形態〕
まず、実施形態に係る車載用ヒートシンクについて説明する。まず、実施形態に係る車載用ヒートシンクについて説明する。図１は、実施形態に係る車載用ヒートシンクの構成図である。図２は、固液相変化材の温度上昇と熱量との関係を示す図である。ここで、図１（図３〜図６も同様）のｘ方向は、本実施形態における車載用ヒートシンクの幅方向である。ｚ方向は、本実施形態における車載用ヒートシンクの上下方向であり、ｚ１方向が上方向、ｚ２方向が下方向である。図２の横軸は、熱量Ｑであり、縦軸は温度上昇ΔＴである。
【００１３】
本実施形態に係る車載用ヒートシンク１は、図示しない車両、特に、電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）などの、容量の大きいバッテリを搭載し、車両の各電子機器に高電圧、高電流が供給される車両に搭載され、例えば半導体リレー、ＬＥＤ光源、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの発熱体１００に取り付けられるものである。車載用ヒートシンク１は、図１に示すように、本体部２と、フィン３と、固液相変化材４とを備える。
【００１４】
本体部２は、発熱体１００が発生した熱を受熱するものである。本体部２は、熱伝導率の高い材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、セラミックスなどで構成されている。本実施形態における本体部２は、立方体形状であり、上下方向において対向する表面のうち、下表面２ａに発熱体１００が熱的に接続されている。ここで、発熱体１００と本体部２とが熱的に接続されるとは、発熱体１００と本体部２とが接触することで発熱体１００と本体部２との間で直接的に熱の授受が可能な場合、あるいは発熱体１００と本体部２との間に介在する放熱シートなどの発熱体１００と本体部２との間に要求される条件に基づいた機能を有し、かつ熱伝導性を有する介在部材を介して、発熱体１００と本体部２との間で間接的に熱の授受が可能な場合をいう。本実施形態における本体部２は、内部に固液相変化材４が設けられていない、すなわち存在しない。
【００１５】
フィン３は、本体部２が発熱体１００から受熱した熱の少なくとも一部を受熱するものである。フィン３は、本体部２と熱的に接続されており、本体部２の上下方向において対向する表面のうち、上表面２ｂから上方向に突出して形成されている。フィン３は、上下方向および幅方向に直交する方向に延在して形成されており、幅方向に離間して複数に接続されている。フィン３は、熱伝導率の高い材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、セラミックスなどで構成されている。本実施形態におけるフィン３は、本体部２と一体に形成されている。フィン３は、内部空間部３ａが形成されている。本実施形態におけるフィン３は、先端部３ｂに内部空間部３ａが１つ形成されている。ここで、内部空間部３ａは、固液相変化材４が液体状態において、固液相変化材４の非充填領域が形成されている。つまり、固液相変化材４が液体状態であると、非充填領域において空間部が存在することになるので、液体状態の固液相変化材４の流動性が向上する。これにより、液体状態における固液相変化材４の温度の均一化を図ることができ、車載用ヒートシンク１のフィン３における局所的な温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
固液相変化材４は、各フィン３に形成された内部空間部３ａにそれぞれ充填されている。固液相変化材４は、物質が固体から液体に相変化（融解）するときに熱を蓄え（蓄熱）、液体から固体に相変化（凝固）するときに熱を放出（放熱）する性質である。固液相変化材４としては、例えば、水、パラフィン、脂肪酸、糖アルコール、無機塩水和物、二酸化バナジウム等がある。本実施形態における固液相変化材４は、常温状態で固体状態を維持し、発熱体１００に対して設定されている上限温度に発熱体１００が到達する前に、固体状態から液体状態へと相変化できる融点を有するものである。
【００１７】
次に、本実施形態に係る車載用ヒートシンク１の動作について説明する。車両側の要求により、発熱体１００が動作すると、発熱体１００が動作に伴い発熱する。発熱体１００が発生した熱は、下表面２ａを介して本体部２に伝導される。本体部２に伝導された発熱体１００から熱は、一部は本体部２の外周面から放熱され、一部は複数のフィン３に伝導される。各フィン３に伝導された発熱体１００から熱は、一部はフィン３の外周面から放熱され、一部は先端部３ｂに向かってフィン３を移動し、内部空間部３ａに充填されている固液相変化材４に伝導される。
【００１８】
固液相変化材４に伝導された発熱体１００からの熱は、図２に示すように、固体状態の固液相変化材４の温度を上昇させる。ここで、内部空間部３ａに融点が高く固体状態を維持する材料、あるいは融点が低く液体状態を維持する材料が場合は、熱量Ｑの上昇に比例して温度上昇ΔＴが上昇することとなる（同図に示す点線）。一方、固液相変化材４は、融点に到達すると固体状態から液体状態へと相変化する際に、熱を必要とするため、融点に到達すると、固体状態から液体状態へと相変化するまでの間は、蓄熱材として機能するため、温度上昇ΔＴは一定の状態で熱量Ｑが増加することとなる。つまり、固液相変化材４が固体状態から液体状態に相変化するまでは、固液相変化材４の温度上昇ΔＴは抑制される。
【００１９】
以上のように、発熱体１００が発生した熱は、本体部２を介して、一部がフィン３に存在する固液相変化材４に伝導される。固液相変化材４は、固体状態から液体状態に相変化する際に、蓄熱材として機能するため、熱量Ｑが増加しても一時的に温度上昇ΔＴを抑制することができる。従って、固液相変化材４が蓄熱材としての機能を発揮することで、発熱体１００から発生した熱が伝導された車載用ヒートシンク１の温度上昇を、フィン３に固液相変化材４が充填されていない場合と比較して、抑制することができ、車載用ヒートシンク１の放熱性を向上することができる。これにより、車載用ヒートシンク１は、車載用ヒートシンク１の大きさを維持しつつ冷却性能を向上すること、あるいは冷却性能を維持しつつ車載用ヒートシンク１の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、内部空間部３ａがフィン３の先端部３ｂに形成されているため、本体部２に内部空間部３ａが形成されて固液相変化材４が充填されている場合と比較して、本体部２よりフィン３の温度上昇ΔＴが低いことから、融点が低い固液相変化材４を用いることができる。これにより、融点が高い固液相変化材４と比較して、単価の安いものを固液相変化材４として用いることができ、車載用ヒートシンク１の製造コストを削減することができる。
【００２１】
上記実施形態に係る車載用ヒートシンク１は、少なくともフィン３の先端部３ｂに内部空間部３ａを形成するがこれに限定されるものではない。図３は、変形例１に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図４は、変形例２に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図５は、変形例３に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。図６は、変形例４に係る車載用ヒートシンクのフィンを示す図である。内部空間部３ａは、図３に示すように、フィン３の先端部３ｂとともに、先端部３ｂに形成された内部空間部３ａよりも、本体部２側に形成されて、固液相変化材４が充填されていてもよい。また、内部空間部３ａは、図４に示すように、フィン３の先端部３ｂから本体部２近傍、すなわちフィン３の下方向側端部近傍まで形成されていてもよい。また、内部空間部３ａは、フィン３の内部において、図５に示すように、幅方向に複数を配列して形成されていてもよい。この場合、各内部空間部３ａは、フィン３の先端部３ｂから本体部２近傍、すなわちフィン３の下方向側端部近傍まで形成されていてもよい。また、内部空間部３ａは、図６に示すように、フィン３の先端部３ｂから本体部２近傍、すなわちフィン３の下方向側端部近傍まで形成され、幅方向における間隔が、先端部３ｂから本体部２近傍に向かうにつれて減少してもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１  車載用ヒートシンク
２  本体部
２ａ  下表面
２ｂ  上表面
３  フィン
３ａ  内部空間部
３ｂ  先端部
４  固液相変化材
【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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【図６】
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