(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器の冷却に用いられ、凹凸を有する第１プレートと前記凹凸に対応する凹凸を有する第２プレートとを重ね合わせて一体とすることにより蛇行する冷媒流路を備えたヒートシンクを製造する方法において、
前記冷媒流路のうちの一方向部における冷媒流れ方向に沿って押し出し成形した後に切削加工して前記第１プレートを形成し、
前記冷媒流路のうちの前記一方向部と交差する他方向部における冷媒流れ方向に沿って押し出し成形した後に切削加工して前記第２プレートを形成し、
冷媒の流れ方向に沿って配置された多数のフィンを有する流体素子を前記第１プレートと第２プレートの少なくともいずれか一方における前記冷媒流路上にロウ付けした後、
前記第１プレートと前記第２プレートとを重ね合わせて一体とすることを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング回路等の発熱機器を冷却するためのヒートシンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車に搭載されるモータ駆動用のスイッチング回路などは、車両駆動用モータの大出力化に伴い発熱量が増大傾向にあり、いかに効率的に放熱を行って冷却するかが大きな課題となっている。なお、前記スイッチング回路には、インバータ、コンバータ等の半導体電流変換回路、及び、電流平滑用のリアクトル等が含まれる。
【０００３】
そこで、前記スイッチング回路などの発熱機器を冷却するために、この発熱機器にヒートシンクを添設して冷却している。このヒートシンクには、内部に冷媒流路を蛇行して設け、さらに、冷却効果を増大させるために冷媒の流れに乱れを生じさせる流体素子（例えば、ブレードフィン）を前記冷媒流路に設置して構成されるものがある。
【０００４】
このヒートシンクの素材には、熱伝導に優れた材質である銅あるいはアルミニウムが広く使用されている。銅とアルミニウムを比較した場合、銅の熱伝導率はアルミニウムの約２倍あるものの、銅の比重はアルミニウムの約３倍あることから、現在の銅とアルミニウムの原価を考慮すると、同等の熱的な仕事をするのに、銅はアルミニウムに比べて約２倍の費用がかかってしまう。つまり、銅は体積当たりの冷却力の点ではアルミニウムよりも優れているが、アルミニウムは価格当たりの冷却力の点で銅よりも優れていると言える。そこで、これらを勘案すると、ヒートシンク材としては現在のところアルミニウムが最適とされている。
【０００５】
従来のアルミニウム製のヒートシンクは、主にヒートシンクの底板および冷媒流路の一部を形成するベースプレートと、主にヒートシンクの天板および冷媒流路の一部を形成するトッププレートを、それぞれ別部品としてアルミニウムで形成し、さらに、これらとは別に予め用意しておいたアルミニウム製の多数のブレードフィンをトッププレートの冷媒流路に配置してロウ付けし、この後、ベースプレートの上にトッププレートを重ね合わせ、これらをロウ付けで一体化して製造していた。
【０００６】
このように製造過程でロウ付けを必要とする場合、ロウ付けが可能なアルミニウム材料には限りがあり、例えば、１０００系（Ａ１１００，Ａ１２００等）の純アルミニウム材や、純アルミニウムにマンガンを加えて強度を増加させた３０００系（Ａ３００３等）のアルミニウム材や、構造用材として用いられる６０００系（Ａ６０６１，Ａ６０６３等）のアルミニウム材などに限られてくる。
一方、ヒートシンクの冷媒流路は複雑であり、その加工には切削、鋳造、鍛造が好適であるが、ロウ付け可能なアルミニウム材に限定するとそれら材料の性質上、切削加工法しか採用できなかった。
【０００７】
したがって、従来は、トッププレートとベースプレート（以下、これらをまとめて本体部ということもある）をロウ付け可能なアルミニウム素材から切削加工して製造し、トッププレートの冷媒流路にブレードフィンをロウ付けし、さらに、ベースプレートの上にトッププレートを重ね合わせてこれらをロウ付けで一体化していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルミニウムの素材を切削加工してヒートシンクの本体部を製造するとなると、製造に長時間を要し生産性が悪く、また、製造コストが高くなって不利であるという問題があった。
そこで、この発明は、ヒートシンクの放熱性能を低下させることなく、生産性の向上およびコストダウンを図ることができるヒートシンクの製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、電子機器の冷却に用いられ、凹凸を有する第１プレート（例えば、後述する実施の形態におけるトッププレート３０）と前記凹凸に対応する凹凸を有する第２プレート（例えば、後述する実施の形態におけるベースプレート２０）とを重ね合わせて一体とすることにより蛇行する冷媒流路（例えば、後述する実施の形態における冷媒流路１０）を備えたヒートシンク（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンク５）を製造する方法において、前記冷媒流路のうちの一方向部における冷媒流れ方向（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクの左右方向）に沿って押し出し成形した後に切削加工をして前記第１プレートを形成し、前記冷媒流路のうちの前記一方向部と交差する他方向部における冷媒流れ方向（例えば、後述する実施の形態におけるヒートシンクの前後方向）に沿って押し出し成形した後に切削加工をして前記第２プレートを形成し、冷媒の流れ方向に沿って配置された多数のフィンを有する流体素子（例えば、後述する実施の形態におけるブレードフィン４０）を前記第１プレートと第２プレートの少なくともいずれか一方における前記冷媒流路上にロウ付けした後、前記第１プレートと前記第２プレートとを重ね合わせて一体とすることを特徴とする。
このように構成することにより、第１プレートと第２プレートはいずれも、押し出し成形可能な部分は初めに押し出し成形により形成し、押し出し成形では加工が困難な部分だけを切削加工により成形することが可能になる。
ここで「交差する」とは、完全な直交状態以外にも平衡状態から脱し、一方と他方とが４５゜以上９０゜未満で挟み角を形成する状態をも含むものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るヒートシンクの製造方法の一実施の形態を図１から図６の図面を参照して説明する。なお、この実施の形態におけるヒートシンクは燃料電池自動車に適用した態様である。
図１は、この実施の形態の燃料電池自動車Ｖの概略構成図であり、この図において符号１は走行用のメインモータ（ＭＯＴ）を示し、走行用のメインモータ１はパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）２を介して、燃料電池スタック（ＦＣＳＴＫ）３及び電力回生等のための蓄電器（バッテリやキャパシタ等）４に接続されている。なお、図１においては蓄電器を「ＢＡＴＴ」と表示している。
【００１１】
パワーコントロールユニット２は、スーパーチャージャー用パワードライブユニット、高電圧変換回路、メインモータ用パワードライブユニット（いずれも図示せず）を備えており、各部に発熱機器である電子機器類が実装されている。
前記スーパーチャージャー用パワードライブユニットは、燃料電池スタック３に酸化剤ガスとしての空気を供給するスーパーチャージャー（図示せず）用の電力供給部である。前記高電圧変換回路は、燃料電池スタック３の出力電圧を所定電圧に変換し、燃料電池スタック３、蓄電器４、各パワードライブユニット間の電力配分をおこなうものであり、電子機器類の一つである電流平滑用のリアクトルも配置されている。前記メインモータ用パワードライブユニットは、メインモータ１の駆動用のスイッチング回路であるインバータ、コンバータ等の半導体電流変換回路、コンデンサ等の電子機器が配置されたものである。
【００１２】
そして、パワーコントロールユニット２に装備された発熱機器としての前記電子機器から熱を奪うためのヒートシンク５がパワーコントロールユニット２の下部に配置されている。ヒートシンク５は内部に冷媒流路１０を有し、この冷媒流路１０とウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）６とラジエータ７が冷却管８によって接続されて閉回路が構成され、この閉回路に冷媒としてのクーラントが循環するようになっている。すなわち、クーラントはウォーターポンプ６によりヒートシンク５に圧送され、ヒートシンク５の冷媒流路１０を流れる際にパワーコントロールユニット２の電子機器から熱を奪い、これにより熱せられたクーラントはラジエータ７で空冷されて再びウォーターポンプ６に戻る。
【００１３】
ヒートシンク５の製造方法を説明する前に、完成品としてのヒートシンク５の構造について初めに説明する。図２は一部を破断して示すヒートシンク５の底面図、図３はヒートシンク５の分解斜視図である。
これら図２および図３に示すように、ヒートシンク５は、主に底板２１および冷媒流路１０の一部を形成するベースプレート（第２プレート）２０と、主に天板３１および冷媒流路１０の一部を形成するトッププレート（第１プレート）３０と、トッププレート３０の冷媒流路１０を流れるクーラントの流れを乱すための流体素子としてのブレードフィン４０とから構成されている。
【００１４】
完成品としてのヒートシンク５は、ベースプレート２０とトッププレート３０とを重ね合わせて構成されており、重ね合わせたときにその周囲が側壁によって囲まれ、その内部に蛇行状の冷媒流路１０が形成される構造になっている。
ベースプレート２０は凹凸を有して形成されている。すなわち、ベースプレート２０は、底板２１と、底板２１の両側部に形成された左側壁２２，右側壁２３とを備え、左右側壁２２，２３の間は上方を開口させた空間２４になっている。また、左右側壁２２，２３において空間２４に面する部分には、クーラントの流れを１８０゜程旋回させる旋回凹部２５ａ，２５ｂ，２５ｃや、クーラント流入凹部２６が形成されている。各旋回凹部２５ａ，２５ｂ，２５ｃの近傍にはクーラントを旋回凹部２５に沿ってガイドするガイド板２７ａ，２７ｂ，２７ｃが底板２１から起立して設けられている。そして、左側壁２２には、クーラント流入凹部２６に貫通するクーラント入口孔２８が設けられている。
【００１５】
トッププレート３０はベースプレート２０と同様、凹凸を有して形成されている。すなわち、トッププレート３０は、天板３１と、天板３１の前後部に形成された前側壁３２，後側壁３３と、天板３１の下面に突設され前後側壁３２，３３の間に所定間隔で配置されて左右方向に直線的に延びる３本の流路壁３４ａ，３４ｂ，３４ｃを備えている。天板３１の下側の空間であって、前後側壁３２，３３および３本の流路壁３４ａ〜３４ｃが存在しない部分が冷媒流路１０になる。後側壁３３の左端部にはクーラント出口孔３６が貫通形成されている。また、天板３１の下面であって前側壁３２と流路壁３４ａとの間、および、流路壁３４ａと流路壁３４ｂの間、および、流路壁３４ｃと後側壁３３との間の所定位置には、ブレードフィン位置決め用の突片３５ａ，３５ｂ，３５ｃがそれぞれ設けられている。
【００１６】
そして、ベースプレート２０の空間２４内にトッププレート３０の前後側壁３２，３３および流路壁３４ａ〜３４ｃを挿入するようにしてベースプレート２０の上にトッププレート３０を重ね合わせると、トッププレート３０の天板３１によってベースプレート２０の空間２４の上方開口が完全に塞がれるとともに、トッププレート３０の流路壁３４ａ，３４ｂ，３４ｃの下面がベースプレート２０の底板２１の上面に当接するようになっている。また、これと同時に、トッププレート３０の前後側壁３２，３３の左右端部がベースプレート２０の左右側壁２２，２３の側面に当接し、流路壁３４ａの左端部がベースプレート２０の左側壁２２の側面に当接し、流路壁３４ａの右端部がベースプレート２０のガイド板２７ｂよりも内側に離間して位置し、流路壁３４ｂの右端部がベースプレート２０の右側壁２３の側面に当接し、流路壁３４ｂの左端部がベースプレート２０のガイド板２７ａよりも内側に離間して位置し、流路壁３４ｃの左端部がベースプレート２０の左側壁２２の側面に当接し、流路壁３４ｃの右端部がベースプレート２０のガイド板２７ｃよりも内側に離間して位置するようになっており、これにより、底板２１と天板３１の間に、クーラント入口孔２８とクーラント出口孔３６とを接続する冷媒流路１０が蛇行して形成されるようになっている。、すなわち、トッププレート３０の凹凸と、この凹凸に対応するベースプレート２０の凹凸により冷媒流路１０が形成されている。
【００１７】
なお、ブレードフィン４０は、ベースプレート２０とトッププレート３０を重ね合わせる前の時点で、トッププレート３０における冷媒流路１０上の所定位置に配置されてロウ付けにより固定される。ここで、隣接するブレードフィン４０同士は、両ブレードフィン４０のフィンが一直線上に並ばないようにフィンの厚さ方向にオフセットして配置される。また、ベースプレート２０とトッププレート３０はこれらを重ね合わせた後にロウ付けにより接合される。
また、ベースプレート２０の左右側壁２２，２３の上面およびトッププレート３０の天板３１の上面には、スイッチング回路等の電子機器類取り付け用のネジ孔９等が設けられている。
【００１８】
次に、このヒートシンク５の製造方法を図４から図６の図面を参照して説明する。図４は、ヒートシンク５の製造方法の模式的に示した図であり、ベースプレート２０およびトッププレート３０を簡略化して図示しているため、図２，図３に示すベースプレート２０およびトッププレート３０とは形状等が若干異なっている。
ベースプレート２０およびトッププレート３０はいずれも、ロウ付け可能なアルミニウム材料（例えば、Ａ１１００，Ａ１２００等の１０００系、Ａ３００３等の３０００系、Ａ６０６１，Ａ６０６３等の６０００系のアルミニウム材料）から形成する。
【００１９】
初めに、トッププレート３０の製造方法を説明する。まず、アルミニウム原材料を押し出し成形して、図５（Ｂ）に示す断面形状のトッププレート基材３００を製造する（図４（Ａ）参照）。すなわち、トッププレート基材３００の断面形状は、薄肉底部３１０の左右両側に厚肉壁部３２０，３３０を有し、厚肉壁部３２０，３３０の間に所定間隔に３つの厚肉壁部３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃを有し、厚肉壁部３２０と厚肉壁部３４０ａとの間に所定間隔に３つの薄肉起立壁部３５０ａを有し、厚肉壁部３４０ａと厚肉壁部３４０ｂとの間に所定間隔に２つの薄肉起立壁部３５０ｂを有し、厚肉壁部３４０ｃと厚肉壁部３３０との間に所定間隔に２つの薄肉起立壁部３５０ｃを有する。
【００２０】
ここで、薄肉底部３１０はトッププレート３０における天板３１に対応する部分であり、厚肉壁部３２０は、トッププレート３０の前側壁３２に対応する部分であり、厚肉壁部３３０は、トッププレート３０の後側壁３３に対応する部分であり、厚肉壁部３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃはそれぞれトッププレート３０の流路壁３４ａ，３４ｂ，３４ｃに対応する部分であり、薄肉起立壁部３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃはそれぞれトッププレート３０の突片３５ａ，３５ｂ，３５ｃに対応する部分である。
したがって、この場合、トッププレート基板３００を押し出し成形する際の押し出し方向は、ヒートシンク５の冷媒流路１０のうちの左右方向へ一直線に延びる冷媒流路部分（冷媒流路のうちの一方向部）におけるクーラントの流れ方向（冷媒流れ方向）に沿う方向、換言すればトッププレート３０の左右方向に沿う方向に設定している。
【００２１】
そして、押し出し成形により製造されたトッププレート基材３００に対して切削加工を施すことにより、トッププレート３０の天板３１の形状を切り出し（図４（Ｂ）参照）、厚肉壁部３２０，３３０から前後側壁３２，３３を切り出し、、厚肉壁部３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃから流路壁３４ａ，３４ｂ，３４ｃを切り出し（図４（Ｃ）参照）、薄肉起立壁部３５０ａ，３５０ｂ，３５０ｃから突片３５ａ，３５ｂ，３５ｃを切り出す。図５（Ａ）はこの切削加工後の平面図である。その後、必要箇所にクーラント出口孔３６やネジ孔９等をドリルなど適宜の加工手段を用いて形成して、トッププレート３０を完成する。
【００２２】
次に、ベースプレート２０の製造方法を説明する。まず、アルミニウム原材料を押し出し成形して、薄肉底部２１０の左右両側に厚肉壁部２２０，２３０を有する図６（Ｂ）に示す断面形状のベースプレート基材２００を製造する（図４（Ｄ）参照）。ここで、薄肉底部２１０はベースプレート２０における底面２１に対応する部分であり、厚肉壁部２２０は、ベースプレート２０の左側壁２２、クーラント流入凹部２６、旋回凹部２５ａ、ガイド板２７ａに対応する部分である。なお、厚肉壁部２２０，２３０の離間寸法Ｗは、ベースプレート２０の空間２４における左右方向の最小幅に一致させる。
この場合、ベースプレート基板２００を押し出し成形する際の押し出し方向は、ヒートシンク５の冷媒流路１０のうちのクーラントを１８０゜程旋回させる冷媒流路部分（冷媒流路のうちの一方向部と略直交する他方向部）におけるクーラントの流れ方向（冷媒流れ方向）、換言すればベースプレート２０の前後方向に沿う方向に設定している。
【００２３】
そして、押し出し成形により製造されたベースプレート基材２００に対して切削加工を施すことにより、ベースプレート２０の底板２１の形状を切り出すとともに、厚肉壁部２２０，２３０から左右側壁２２，２３、旋回凹部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ、クーラント流入凹部２６、ガイド板２７ａ，２７ｂ，２７ｃを切り出す（図４（Ｅ）参照）。図６（Ａ）はこの切削加工後の平面図である。その後、必要箇所にクーラント入口孔２８やネジ孔９等をドリルなど適宜の加工手段を用いて形成して、ベースプレート２０を完成する。
【００２４】
次に、トッププレート３０の所定位置にブレードフィン４０を配置してロウ付けにより固定する。なお、図４ではこの工程の記載を省略している。
そして、ベースプレート２０の上からブレードフィン４０を装着したトッププレート３０を重ね合わせて（図４（Ｆ）参照）、両者をロウ付けにより固定すると、図２に示すヒートシンク５が製造される。
【００２５】
このヒートシンク５の製造方法では、ベースプレート２０とトッププレート３０はいずれも、押し出し成形可能な部分は初めに押し出し成形により簡単な工程で短時間にて形成し、押し出し成形では加工が困難な部分だけを工程が複雑で時間がやや多くかかる切削加工により成形している。
したがって、従来のように切削加工だけでベースプレートとトッププレートを成形してヒートシンクを製造する場合よりも、生産性が向上し、コストダウンを図ることができる。
【００２６】
〔他の実施の形態〕
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。例えば、前述の実施の形態では、ブレードフィン４０をトッププレート３０に固定したが、ベースプレート２０にロウ付け固定してもよい。
また、ベースプレート２０の押し出し方向は、トッププレート３０の押し出し方向と９０゜の角度で交わるよう各図面では示したが、これに限らず、トッププレート３０の押し出し方向と例えば４５゜の角度で交わる押し出し方向を選択・設定しても流路形成が可能であり、前記実施の形態と同様の効果を有する。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に記載した発明によれば、第１プレートと第２プレートをいずれも、押し出し成形可能な部分は初めに押し出し成形により形成し、押し出し成形では加工が困難な部分だけを切削加工により成形することが可能になるので、従来のように切削加工だけで第１，第２プレートを成形してヒートシンクを製造する方法よりも、生産性が向上し、コストダウンを図ることができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係るヒートシンクを備えた燃料電気自動車の概略構成図である。
【図２】  ヒートシンクの底面図である。
【図３】  ヒートシンクの分解斜視図である。
【図４】  ヒートシンクの製造手順を示した図である。
【図５】  （Ａ）はヒートシンクを構成するトッププレートを裏面側から見た図であり、（Ｂ）はトッププレート押し出し成形時の正面図である。
【図６】  （Ａ）はヒートシンクを構成するベースプレートの平面図であり、（Ｂ）はベースプレート押し出し成形時の正面図である。
【符号の説明】
５  ヒートシンク
１０  冷媒流路
２０  ベースプレート（第２プレート）
２２，２３  側壁
２５ａ〜２５ｃ  旋回凹部
３０  トッププレート（第１プレート）
３４ａ〜３４ｃ  流路壁
４０  ブレードフィン（流体素子）
【図１】
0004503202.tif 000002
【図２】
0004503202.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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