(57)【要約】【課題】  本発明は、製造が容易でモーター等に容易に取り付け可能な小型積層型ヒートシンク及びその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】  本発明によるヒートシンクは、冷媒流路となる貫通孔を有する複数の流路板が積層され、両側に前記流路の封止面となる封止板が配置され、前記封止板または前記流路板に冷媒流入出口が設けられたヒートシンクにおいて、前記流路板の各々は前記貫通孔が回転対称位置に形成されており、所定枚数ずつ対称回転角度分回転させて積層することにより前記貫通孔の一部が隣接する流路板の貫通孔と重複するよう配置されていることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒流路となる貫通孔を有する複数の流路板が積層され、両側に前記流路の封止面となる封止板が配置され、前記封止板または前記流路板に冷媒流入出口が設けられたヒートシンクにおいて、前記流路板の各々は前記貫通孔が回転対称位置に形成されており、所定枚数ずつ対称回転角度分回転させて積層することにより前記貫通孔の一部が隣接する流路板の貫通孔と重複するよう配置されていることを特徴とする積層型ヒートシンク。
【請求項２】
前記流路板に複数の貫通孔が形成されており、前記貫通孔の各々の長さが前記回転対称角度よりも長く形成され、前記貫通孔同士の距離が前記回転対称角度よりも離れていることを特徴とする請求項１記載の積層型ヒートシンク。
【請求項３】
前記流路板及び前記封止板の各々に片面側が凹部かつ反対面側が凸部となるエンボス部が複数箇所に形成されており、前記封止板の各々と複数の前記流路板同士がこれらエンボス部において嵌合結合されていることを特徴とする請求項１または２記載の積層型ヒートシンク。
【請求項４】
前記各封止板と前記各流路板の接触面上に低融点金属層が設けてあり、該低融点金属層の溶融により前記各封止板と前記各流路板が接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型ヒートシンク。
【請求項５】
前記各封止板と前記各流路板の材質が銅であり、前記低融点金属層が銀またはその合金であることを特徴とする請求項４記載の積層型ヒートシンク。
【請求項６】
前記各封止板と前記各流路板の中心部が中空に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の積層型ヒートシンク。
【請求項６】
外形形状と複数のエンボス部を含めて冷媒流路の封止面となる１組の封止板を形成する工程と、冷媒流路となる貫通孔及び片側表面が凹部かつ反対側表面が凸部となるエンボス部を含めた所定の形状を有する流路板を形成する工程と、前記流路板及び／または前記封止板の少なくとも片側表面に前記流路板及び前記封止板より融点の低い低融点金属層を形成する工程と、前記流路板の所定枚数を所定角度ずつ回転させて積層する工程と、前記エンボス部同士を嵌合させることにより前記１組の封止板と前記複数の流路板同士を結合する工程と、前記低融点金属層を熱的に融解させて前記封止板及び前記金属薄板を接合する工程とからなることを特徴とする積層型ヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、コンピュータのＣＰＵ周辺、各種レーザー装置、ＬＥＤ装置、各種モーター、ソレノイド等の冷却装置に用いるヒートシンク及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  コンピュータのＣＰＵ周辺、各種レーザー装置、各種モーター等の電気及び電子機器では発熱が機器の性能を低下させるため、冷却が不可欠である。冷却の方法としては、金属材料にフィンなどを設けて表面積を増加させることにより冷却を図るもの、ファン等により強制的に空気を吹き付けて冷却するもの、冷媒を循環させて熱交換を行って冷却するもの、ペルチェ素子を使用して冷却するものなど、種々の方法が知られている。【０００３】  例えば特許文献１には、アルミブレージングシートを打ち抜き加工して冷媒流路の一部と冷媒出入り口の一部とを形成した流路板を製作する工程、上記流路板を複数枚積層して上記冷媒流路と上記冷媒出入口とを形成する工程、上記冷媒出入口に配管継手を挿入、嵌合し、複数枚積層された上記流路板と上記配管継手とを一括してろう付けする工程を含むことを特徴とするヒートシンクの製造方法が開示されている。【０００４】  上記文献の方法では、接合される側にろう材がクラッドされてなるアルミブレージングシートを、ターレットパンチプレスなどにより打ち抜き加工して冷媒流路及び冷媒出入口を作成し、この流路板を複数枚積層して蓋となる上板及び下板を重ねる。この状態で配管継手を挿入した上で昇温しろう付けを行う。従って、接合前に複数の流路板の位置を保ったまま配管継手を挿入する工程を行わなければならず、流路板の位置がずれやすいという問題点がある。また、流路板と上板、下板を一体に保持するための手段も必要となる。さらに、冷媒出入口が流路板の側面に位置しているため、積層してヒートシンクを組立てた後でなければ、配管継手接続処理を行うことができない。【０００５】  上記のような薄型流路板を鋳造金型により製作することも容易に想到できるが、鋳造後の冷却による収縮時に材料の歪みが生じやすいという問題点がある。【０００６】  また、上記のような薄型流路板を切削工法により製作することも可能であるが、流路が長くなると加工に時間がかかりコストが高くなるという問題点がある。
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−８７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、製造が容易でモーターやソレノイド等に容易に取り付け可能な小型積層型ヒートシンク及び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】
【０００９】  上記課題を解決するため本発明によるヒートシンクは、冷媒流路となる貫通孔を有する複数の流路板が積層され、両側に前記流路の封止面となる封止板が配置され、前記封止板または前記流路板に冷媒流入出口が設けられたヒートシンクにおいて、前記流路板の各々は前記貫通孔が回転対称位置に形成されており、所定枚数ずつ対称回転角度分回転させて積層することにより前記貫通孔の一部が隣接する流路板の貫通孔と重複するよう配置されていることを特徴とする。【００１０】  前記流路板に複数の貫通孔が形成されており、前記貫通孔の各々の長さが前記回転対称角度よりも長く形成され、前記貫通孔同士の距離が前記回転対称角度よりも離れていることが望ましい。【００１１】  また、前記流路板及び前記封止板の各々に片面側が凹部かつ反対面側が凸部となるエンボス部が複数箇所に形成されており、前記封止板の各々と複数の前記流路板同士がこれらエンボス部において嵌合結合されていることが好適である。【００１２】  さらに、前記各封止板と前記各流路板の接触面上に低融点金属層が設けてあり、該低融点金属層の溶融により前記各封止板と前記各流路板接合されていることが望ましい。また、前記各封止板と前記各流路板の材質が銅であり、前記低融点金属層が銀またはその合金であることが特に好適である。【００１３】  また、前記各封止板と前記各流路板の中心部が中空に形成されていることも好適である。【００１４】  本発明によるヒートシンクの製造方法においては、外形形状と複数のエンボス部を含めて冷媒流路の封止面となる１組の封止板を形成する工程と、冷媒流路となる貫通孔及び片側表面が凹部かつ反対側表面が凸部となるエンボス部を含めた所定の形状を有する流路板を形成する工程と、前記流路板及び／または前記封止板の少なくとも片側表面に前記流路板及び前記封止板より融点の低い低融点金属層を形成する工程と、前記流路板の所定枚数を所定角度ずつ回転させて積層する工程と、前記エンボス部同士を嵌合させることにより前記１組の封止板と前記複数の流路板同士を結合する工程と、前記低融点金属層を熱的に融解させて前記封止板及び前記金属薄板を接合する工程とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、回転対称状に流路板の貫通孔を形成することにより、所定枚数の流路板を回転対称角度ずつ回転させて積層すれば、螺旋状に連続した冷媒流路を容易に形成することができ、また同じ貫通孔配置の流路板の積層枚数を変更することにより、流路の断面積を自由に変更することもできる。また、封止板と流路板の各々にエンボス部を設け、積層時にこのエンボス部同士を嵌合結合させることにより容易かつ確実に相互の位置決めを行って、さらに一体に保持することとが可能となる。これにより、封止板と各流路板とを接合する際は、加圧の必要なく、単に温度を上げて低融点金属層を溶融するだけでよい。従って、製造が容易で信頼性の高い積層型ヒートシンク及びその製造方法を提供することができる。また、エンボス部は片側が凹部かつ反対側が凸部となるよう形成されるため、単純なプレス加工により形成可能である。さらに、ヒートシンクの中心部を中空に形成することにより発熱体の周囲を覆うように配置することが可能となるため、広い用途に適用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１６】  以下、図面に基づいて本発明によるヒートシンクの好適な実施例について説明する。図１は、本発明によるヒートシンクの第１の実施例に用いる流路板を示す平面図である。流路板２Ａは四角に形成されており、中心部に中空部３が設けてある。中空部３の上部には流路となる貫通孔５が円弧状に形成されている。この貫通孔５は９０度回転対称となるよう形成されているが、隣接する流路板との間で連続的な流路を確保するため長さは角度で９０度を超える程度になるようにされている。【００１７】  また、流路板２Ａ上には周縁部近傍及び中空部３周囲に合計１２箇所のエンボス部が設けてある。このエンボス部は、片面側が凹部、反対面側が凸部となるよう構成されている。また、この流路板２Ａの四隅にはヒートシンクを機器に固定するための取り付け穴７が設けてある。【００１８】  図２は流路板２Ｂの平面図を示し、基本的には上記の流路板２Ａと同じ構成である。ただし、配置が９０度時計回りに回転されていて、流路板２Ａでは流路部５が上部に配置されていたが、この流路板２Ｂでは右側となっている。【００１９】  図３は封止板１Ａの平面図を示す。この封止板１Ａの構成は上記の流路板２Ａとほぼ同じであるが、冷媒の流路を密閉しその出入口を確保するため、一部に円形の流入口４Ａが形成されている。この流入口４Ａの位置は、上記流路板２Ａの流路部５の端部と合致する。【００２０】  図４は本ヒートシンクの要素である流路板と封止板を組立てた場合の構成を説明する断面図である。図２におけるＡ−Ａ’面での断面図である。上から順に、封止板１Ａ、流路板２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、そして最下部が封止板１Ｂとなっている。封止板１Ａには流入口４Ａが形成されており、流路板２Ａの流路部５に接続している。流路板２Ａの流路部５は、この図では断面の奥側に配置されている。流路板２Ｂは、流路板２Ａと同じものを９０度時計回りに回転させて積層しているため、流路部５はこの図の右側に一部露出しており、奥側において流路板２Ａの流路部５と接続している。以下同様に、流路板２Ｃ及び２Ｄをやはり時計方向に９０度ずつ回転させて積層し、最下部に封止板１Ａと同じ構成で流出口４Ｂが形成された封止板１Ｂを配置することにより、冷媒の流路は封止板１Ａの流入口４Ａからちょうど３６０度螺旋状に連続して、封止板１Ｂの流出口４Ｂに連絡する。このように、回転対称形の流路板を積層することにより、連続的な冷媒流路を確保することができる。【００２１】  図５には上記各封止板及び各流路板同士のエンボス結合の状態を示した。都合により、上記ヒートシンク構成の一部断面を示す。各封止板及び各流路板に形成された各エンボス部（図１から３におけるエンボス部６）は片面側が凹部６Ａ、反対面側が凸部６Ｂとなる
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り、各材料の位置決めと結合が同時になされている。尚、各材料の間には、低融点金属層１１が形成されている。【００２２】  低融点金属層１１は前記流路板及び前記封止板のいずれよりも融点が低いことが好ましく、前記流路板及び前記封止板の材質としては銅、前記低融点金属層としては銀またはその合金が特に好適である。ヒートシンクの目的は発熱体から効率よく熱を吸収しヒートシンクの冷媒流路の冷媒に熱導する事が求められ、その為流路板と封止板の材質は熱伝導率の良い銅材を用いる事が多い、その場合積層板同士を接合する材料としてこれも熱伝導率が良い材料が必要となり、接合材料より融点が低く熱伝導率が良い材料は半田合金又は銀材が一般的な材料である。但し、冷媒流路は冷媒液を循環させる為の内圧が発生するので強度的に半田合金より強度のある銀材を使用し又熱伝導率から言ってもこれが良い。通常、純銅の融点は１０８０度・銀の融点は９６０度であり、接合する為の溶解温度を１０００度前後にすると、流路板の溶解温度に近く形状変形等を起こしやすく安定した形状形成接合が出来ない。そこでこれ等を解決する為に、流路板２が銅材料の場合、低融点金属層１１は銀メッキ又は銀箔を介在する事により防止が出来る。その理由は銅材料で出来ている流路板２及び封止板１Ａ・１Ｂの積層面は低融点金属層１１を介在しエンボス部の勘合により相互に密着しており、この状態で接合炉に放置し徐々に温度を上げていくと接触面の金属間拡散現象が始まり銀合金の共晶体化を起こし合金化状態が比較的低い温度で実現する。銀合金の溶解温度は銅と銀の含有量で決まり、既存の合金状態図から、含有量が半々でも８００度前後では溶解する。（既存銅−銀の合金状態図では銀４０％・銅６０％では溶解温度が７８０度）銅材の溶解温度に対し接合温度を下げての積層間接合が出来るので積層部材を変形等が発生せず良好な接合条件が設定できる。【００２３】  次に、上記ヒートシンクの実施例の製造方法について説明する。まず、封止板１Ａ及び１Ｂをプレス打ち抜き等により形成する。この際、上記実施例においては各封止板・流路板に取付穴７を貫通孔として形成する。この際、これらの貫通孔にネジを形成しておけば、後ほど継手を接続するのが容易となる。【００２４】  次に、流路板については４枚とも同じ構成であるためプレス打ち抜き灯により量産が可能である。各封止板及び各流路板のエンボス部については、ダボの突き出し等により凹部と凸部を同時に形成することができる。各封止板及び各流路板の少なくとも片面には、前もって低融点金属層を設けておくことができる。【００２５】  続いて組立であるが、まず封止板１Ｂを所定の位置に固定し、その上に流路板２Ｄを流路部の端部が流出口４Ｂと重なるよう配置する。以下、流路板２Ｃ、２Ｂ、２Ａの順に、それぞれ９０度ずつ回転させながら流路部の端部が互いに連絡するよう配置する。最後に封止板１Ａを重ねて加圧し、エンボス部同士を嵌合結合させて一体化する。ここまでの工程は、例えば順送金型等を用いることにより、連続的に行うことも可能である。【００２６】  一体化したヒートシンク組立体は、例えば８３０℃程度の高温槽に入れ、低融点金属層を融解した後冷却すれば、相互に接合されて��固なヒートシンクとして完成される。この例では低融点金属層として銀を使用したが、封止板や流路板の種類に従って他の銀合金或いははんだ等の他の材料を選択することも可能である。【００２７】  図６は、本発明によるヒートシンクの第２の実施例に用いる流路板を示す平面図である。流路板２は円形に形成されており、中心部に中空部３が設けてある。中空部３の右上部には流路となる貫通孔５が円弧状に形成されている。この貫通孔５は４５度回転対称となるよう形成されているが、隣接する流路板との間で連続的な流路を確保するため長さは角度で４５度を超える程度になるようにされている。また、中空部３の周囲の流路板２上には、８箇所にエンボス部６が設けられおり、片面側が凹部、反対面側が凸部に形成さていて、隣接ずる流路板２または封止板と嵌合結合できるようになされている。【００２８】  上記の流路板を積層して作製されたヒートシンクの側面図を図８に示す。この実施例においては、４枚の流路板２を貫通孔５が同じ位置で重なるよう積層し、次の４枚の流路板２も同様に積層するが先ほどの流路板２に対して４５度時計回りに回転させて重ねる。さらに別の４枚の流路板２をさらに４５度時計回りに回転させて重ねる。合計１２枚の流路板２が積層されており、これらの積層板２の両側には流路を密閉するための封止板１Ａ・１Ｂを積層する。この実施例では、図８における左側４枚の流路板２に対して流入口４Ａを設け、また右側４枚の流路板２に対して流出口４Ｂを設けてある。この実施例の正面図を図７に示す。４枚ずつ積層された流路板２の貫通孔５は４５度よりも若干広く形成されているため、流路板２を４５度回転させて重ねた際に貫通孔５の一部が重複して流路重複部４０を形成する。これにより、最初の４枚の流路板２に設けられた貫通孔５と次の４枚の流路板２に設けられた貫通孔５とが、この流路重複部４０において接続されることになる。【００２９】  上記の流路接続状態を示すのが図９である。図９は、図７におけるＡ−Ａ’円弧線に沿ってこの実施例のヒートシンクを切断した場合の断面図を示す。図９（Ａ）では、４枚ずつ積層した流路板２を４５度ずつ回転させて重ねてあるため、それぞれの貫通孔５が流路重複部４０において接続されている。また、図９（Ｂ）では、最初と最後の流路板２の積層枚数を２枚とし、中央の流路板２の積層枚数を８枚とした例である。このように、流路板２の積層枚数を変更することにより、流路断面積を自由に変更することができるため、発熱状況に応じて流路断面積の異なるヒートシンクを提供することが可能となる。【００３０】  図１０は、本発明によるヒートシンクの第３の実施例に用いる流路板を示す平面図である。流路板２は円形に形成されており、中心部に中空部３が設けてある。中空部３の右上部には流路となる貫通孔５Ａが、また左側には貫通孔５Ｂがそれぞれ円弧状に形成されている。これらの貫通孔５Ａ・５Ｂは４５度回転対称となるよう形成されているが、隣接する流路板との間で連続的な流路を確保するため長さは角度で４５度を超える程度になるようにされている。ただし、貫通孔５Ａ・５Ｂの長さをあまり長くすると対称回転角分だけ流路板２を回転させた際に、隣の貫通孔と接続してしまう可能性が出てくるため、長くしすぎることは避ける必要がある。また、中空部３の周囲の流路板２上には、８箇所にエンボス部６が設けられおり、片面側が凹部、反対面側が凸部に形成さていて、隣接ずる流路板２または封止板と嵌合結合できるようになされている。【００３１】  上記の流路板２を用いて作製したヒートシンクの正面図を図１１に示す。図７に示した実施例２と同様に、流入孔４Ａにつながる流路（貫通孔）５は、流路板２の回転積層により流出口４Ｂに接続される。一方、別の流入口４Ｃにつながる流路（貫通孔）５は、流路板２の回転積層により流出口４Ｄに接続される。このように、本発明によれば、独立の流路を複数条同時に形成することが可能となる。図１２に、図９に示したのと同様なＢ−Ｂ‘円弧線に沿ってこの実施例のヒートシンクを切断した場合の断面図を示す。流路５Ａおよび流路５Ｂが独立して形成されていることがわかる。この例では２条の流路を用いたが、対称回転角の回転により互いの流路が接触しないように設計すれば、さらに多数の流路を形成することも可能である。【００３２】  本発明によるヒートシンクの第４の実施例に用いる流路接続板５０の平面図を図１３に示す。流路接続板５０は流路板２と同様に円形に形成されており、中心部に中空部３が設けてある。中空部３の右側には接続流路となる貫通孔５１が円弧状に形成されている。この貫通孔５１は実施例３の流路板２に形成された貫通孔５Ａ・５Ｂより長く形成されている。この流路接続板５０は、上記実施例３において図１２に示した最下段の流路板２と封止板１Ｂとの間に配置される。この実施例によるヒートシンクの正面図を図１４に示す。流路解説のため、図１４におけるＣ−Ｃ’円弧線に沿ってこの実施例のヒートシンクを切断した場合の断面図を図１５に示す。長い貫通孔５１を有する流路接続板５０を最下段に配置することにより、２条の独立の流路が接続されることになる。従って、一方の流路に設けた流入口４Ａから冷媒を送出するとこちら側の流路５Ａを通った冷媒は接続流路５１を介して流路５Ｂに移動し、流路５Ｂ側に設けられた流出口４Ｂに達することができる。【００３３】  図１６には本発明によるヒートシンクの第５の実施例における断面図を示す。この実施例では、第１の実施例と同じく外形は四角に形成されており、中心部の中空部３も四角にされている。これらの設計に伴って、貫通孔５はＬ字型に形成される。この実施例のヒートシンクは、モーターやソレノイド等を直接被覆して冷却できるように考案されたものであり、その特徴とするところは、一部の流路板２に切り欠き部８を形成したことである。切り欠き部８を形成することにより、この部分はモーター等が直接露出することになるため、例えば配線などを取り出す際に効果的である。本発明によるヒートシンクでは、薄型流路板を積層するため、一部の流路板のみに切り欠き部８を設けることにより、切り欠き部８の厚さは自在に変更することが可能である。図１７は、この実施例のヒートシンクをモーターに設置した際の側面断面図を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  以上述べたように、本発明によれば、製造が容易でモーター等に容易に取り付け可能な小型積層型ヒートシンク及びその製造方法を提供することができるため、電気及び電子機器の冷却分野において大いに貢献できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるヒートシンク実施例１の流路板の構成を示す平面図である。
【図２】本発明によるヒートシンク実施例１の別の流路板の構成を示す平面図である。
【図３】本発明によるヒートシンク実施例１の封止板の構成を示す平面図である。
【図４】図１から３に示した流路板及び封止板を用いて本発明によるヒートシンク実施例１を組立てた際の状態を示す説明図である。
【図５】図４に示した本発明によるヒートシンク実施例１の主要部の結合状態を示す図である。
【図６】本発明によるヒートシンク実施例２の流路板構成を示す平面図である。
【図７】図６に示した流路板を使用したヒートシンクの正面図である。
【図８】図７に示したヒートシンクの側面図である。
【図９】図６及び７に示したヒートシンク実施例２の流路接続を説明するための断面図である。
【図１０】本発明によるヒートシンク実施例３に用いる流路板を示す平面図である。
【図１１】図１０に示したヒートシンクの正面図である。
【図１２】図１０に示したヒートシンク実施例２の流路接続を説明するための断面図である。
【図１３】本発明によるヒートシンク実施例４に用いる流路接続板を示す平面図である。
【図１４】図１３に示した流路接続板を使用した実施例４の正面図である。
【図１５】図１４に示したヒートシンク実施例２の流路接続を説明するための断面図である。
【図１６】本発明によるヒートシンク実施例５の断面図である。
【図１７】図１６に示した実施例５の側面断面図である。
【符号の説明】
【００３６】１Ａ、１Ｂ    封止板
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ    流路板
３            中空部
４Ａ、４Ｃ    流入口
４Ｂ、４Ｄ    流出口
５、５Ａ、５Ｂ流路部
６            エンボス部
６Ａ          凹部
６Ｂ          凸部
７            取り付け穴
８            切り欠き部
１１          低融点金属層
２１          継手部
３１          モーター
３２          モーター配線
３３          モーターステー
３４          固定ネジ
４０          流路重複部
５０          流路接続板
５１          接続流路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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