(57)【要約】【課題】冷却液を効果的に撹拌する放熱フィンを備えた液冷冷却器、及び液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法を提供する。【解決手段】冷却液が流通するジャケットの内部に対向するヒートシンクベース部材の第１の面部に、ジャケットの内部を流通する冷却液に接触し、且つ前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜する複数の放熱フィンを設けた液冷冷却器。【選択図】図２
2016225555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却液を流通させるジャケットと、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触するヒートシンクとを備え、発熱体が発生した熱を前記ヒートシンクを介して前記冷却液に伝達して放熱するようにした液冷冷却器であって、
前記ヒートシンクは、
前記ジャケットの内部に対向する第１の面部を有するヒートシンクベース部材と、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に設けられ、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触する複数の放熱フィンと、
を備え、
前記複数の放熱フィンは、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜している、
ことを特徴とする液冷冷却器。
【請求項２】
前記放熱フィンは、三角柱、四角柱、若しくは六角柱により構成され、
前記放熱フィンの側面は、隣接する他の放熱フィンの側面に対して平行である、
ことを特徴とする請求項１に記載の液冷冷却器。
【請求項３】
前記放熱フィンは、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に接し、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜する傾斜部と、
前記傾斜部から前記第１の面部に対して直立する直立部と、
を備えている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液冷冷却器。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法であって、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出するプレート状の放熱フィン領域を形成し、
所定間隔で配置した直径が異なる複数の円形刃を回転させ、前記放熱フィン領域を前記複数の円形刃により、前記第１の面部に対して傾斜した角度で同時に切削して前記複数の放熱フィンを形成する、
ことを特徴とする液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法であって、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出する互いに平行に配置された複数の突条体を形成し、
前記複数の突条体は、前記第１の面部に接して設けられ、前記第１の面部に対して所定方向に傾斜して傾斜突条部と、前記傾斜突条部に接して設けられ、前記第１の面部に対して直立する直立突条部とからなり、
前記複数の突条体を切削加工することにより、前記複数の放熱フィンを形成する、
ことを特徴とする液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発熱体からの熱を冷却液に放出するヒートシンクを備えた液冷冷却器、及び液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＰＵ（central processing unit）、ＬＳＩ（large-scale integration）、パワー半導体素子等の発熱素子の発熱密度が増大し高温になることから、従来の空冷冷却器よりも冷却性能が高い液冷冷却器が用いられることがある。冷却用のフィンを設けた領域が冷却液の流通方向に長く形成された液冷式冷却装置に於いては、冷却液の流通方向に垂直な断面では、発熱面に近い領域ほど温度上昇が大きく、発熱面から遠い領域ほど温度上昇が小さくなる。放熱量は、発熱素子と冷却液の温度差に比例することから、冷却液に不均一な温度分布が生じて発熱面に近い領域の冷却液が高温になると、冷却能力が低下する。
【０００３】
冷却性能の低下を抑制するためには、冷却液の温度分布を冷却液の流通方向に垂直な断面で一様にする必要であるが、冷却液の温度分布を冷却液の流通方向に垂直な断面で一様にするには冷却液を十分に撹拌することが有効である。このため、従来、冷却液通路内の対向する２面にフィンを配置することで冷却液を撹拌するようにした液冷冷却器（例えば、特許文献１参照）や、櫛歯状の放熱フィンの表面に、冷却液を案内する凹凸を設けることで冷却液を撹拌するようにした液冷冷却器（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４１１６４号公報
【特許文献２】特開２０１２−０３３９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、放熱フィンを設けて冷却液を撹拌することは冷却液の温度分布を冷却液の流通方向に垂直な断面で一様にするために有効であるが、特許文献１に開示された従来の液冷冷却器では、対向する２面にフィンを配置する構造であり、放熱に寄与するフィンは、発熱素子と熱的に接続された一方の面に配置されたフィンのみである。他方の面に配置されたフィンは、冷却液を撹拌する役割を果たしているが、放熱には寄与していない。このように特許文献２に開示された従来の液冷冷却器は、放熱に寄与しないフィンを冷却器内に設ける必要があるため、冷却器は大型化するという課題があった。
【０００６】
更に、前述した特許文献２に開示された従来の液冷冷却器は、櫛歯状の放熱フィンの表面に冷却液を案内する凹凸を設けることで冷却液を撹拌する構造となっており、放熱フィンは発熱素子と熱的に接続された面のみに配置する構造であるため、ある程度の小型化は可能であるものの、放熱フィン表面の凹凸から離れた領域、即ち放熱フィンと放熱フィンの中間付近に流入した冷却液は、凹凸の影響を受けることができず、十分な撹拌効果を得られないという課題があった。
【０００７】
この発明は、従来の液冷冷却器に於ける前述のような課題を解決するためになされたものであり、冷却液を効果的に撹拌することが出来る放熱フィンを備えた液冷冷却器を提供することを目的とする。  
【０００８】
又、この発明は、液冷冷却器に於ける放熱フィンを容易に製造することができる放熱フィン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】
【０００９】
この発明による液冷冷却器は、
内部に冷却液を流通させるジャケットと、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触するヒートシンクとを備え、発熱体が発生した熱を前記ヒートシンクを介して前記冷却液に伝達して放熱するようにした液冷冷却器であって、
前記ヒートシンクは、
前記ジャケットの内部に対向する第１の面部を有するヒートシンクベース部材と、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に設けられ、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触する複数の放熱フィンと、
を備え、
前記複数の放熱フィンは、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜している、
ことを特徴とする。
【００１０】
又、この発明による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法は、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出するプレート状の放熱フィン領域を形成し、
所定間隔で配置した直径が異なる複数の円形刃を回転させ、前記放熱フィン領域を前記複数の回転刃により、前記第１の面部に対して傾斜した角度で同時に切削して前記複数の放熱フィンを形成する、
ことを特徴とする。
【００１１】
更に、この発明による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法は、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出する互いに平行に配置された複数の突条体を形成し、
前記複数の突条体は、前記第１の面部に接して設けられ、前記第１の面部に対して所定方向に傾斜する傾斜突条部と、前記傾斜突条部に接して設けられ、前記第１の面部に対して直立する直立突条部とからなり、
前記複数の突条体を切削加工することにより、前記複数の放熱フィンを形成する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明による液冷冷却器によれば、複数の放熱フィンは、ジャケットの内部を流通する冷却液の下流側に向かって傾斜するように構成されているので、冷却液は放熱フィンの側面に沿って、ヒートシンクベース部材の第１の面部に対して平行な方向と、垂直な方向の双方向に撹拌され、冷却液の温度分布を冷却液の流通方向に垂直な断面で一様にでき冷却性能の低下を抑制することができる。従って、放熱フィンを発熱素子が配置される面にのみ配置するだけでよいため、液冷冷却器を小型化できるという効果を奏する。
【００１３】
又、この発明による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法によれば、前記ヒートシンクベース部材の第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出するプレート状の放熱フィン領域を形成し、所定間隔で配置した直径が異なる複数の円形刃を回転させ、前記放熱フィン領域を前記複数の回転刃により、前記第１の面部に対して傾斜した角度で同時に切削して前記複数の放熱フィンを形成するようにしたので、傾斜した放熱フィンを極めて容易に形成することが出来る。
【００１４】
更に、この発明による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法によれば、前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出する互いに平行に配置された複数の突条体を形成し、前記複数の突条体は、前記第１の面部に接して設けられ、前記第１の面部に対して所定方向に傾斜する傾斜突条部と、前記傾斜突条部に接して設けられ、前記第１の面部に対して直立する直立突条部とからなり、前記複数の突条体を切削加工することにより、前記複数の放熱フィンを形成するようにしたので、傾斜部とこの傾斜部に接する直立部を有する放熱フィンを、極めて容易に形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１による液冷冷却器の分解斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による液冷冷却器に於けるヒートシンクを示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による液冷冷却器に於けるヒートシンクの説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による液冷冷却器に於けるヒートシンクの説明図である。
【図５Ａ】液冷冷却器の放熱性能を説明するグラフである。
【図５Ｂ】この発明の実施の形態１による液冷冷却器の放熱フィンを説明する模式図である。
【図５Ｃ】この発明に対する比較例の液冷冷却器の放熱フィンを説明する模式図である。
【図６】この発明の実施の形態２による液冷冷却器に於ける放熱フィンを示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２による液冷冷却器に於ける放熱フィンの変形例を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２による液冷冷却器に於ける放熱フィンの更に別の変形例を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３による液冷冷却器の放熱フィンの製造方法を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による液冷冷却器の放熱フィンの製造方法を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による液冷冷却器のヒートシンクを示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による液冷冷却器のヒートシンクを示す側面図である。
【図１３】この発明の実施の形態４による液冷冷却器の放熱フィンの製造方法を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による液冷冷却器について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による液冷冷却器の分解斜視図である。図１に示す矢印は、水等の冷却液の流通方向を示している。液冷冷却器１００は、内部に冷却液を流通させるジャケットとしてのウォータージャケット７と、ヒートシンク４０と、冷却液入口パイプ８と、冷却液出口パイプ９とを備えている。
【００１７】
ウォータージャケット７は、底部７１と、この底部７１に一体に形成された周壁部７２と、底部７１と周壁部７２とに囲まれた冷却液通路６とを備えている。冷却液通路６の反底部７１側は、開放されている。周壁部７２は、相対向する一対の短辺部７２１、７２２と、相対向する一対の長辺部７２３、７２４とを備える。周壁部７２に固定された冷却液入り口パイプ８は、周壁部７２の一方の短辺部７２１を貫通して冷却液通路６内に開口している。周壁部７２に固定された冷却液出口パイプ９は、周壁部７２の他方の短辺部７２２を貫通して冷却液通路６内に開口している。
【００１８】
ヒートシンク４０は、ヒートシンクベース部材４と、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に形成された後述する多数の放熱フィン５とを備える。ヒートシンク４０は、第１の面部４１が冷却液通路６に対向するようにウォータージャケット７の周壁部７２に液密に固定され、冷却液通路６を閉塞する。即ち、冷却液通路６は、ウォータージャケット７の底部７１と周壁部７２とヒートシンクベース部材４とにより形成された空間により形成されている。ヒートシンク４０の第１の面部４１に形成された放熱フィン５は、ウォータージャケット７の冷却液通路６内に挿入されている。ヒートシンク４０の第２の面部４２には、パワー半導体素子等の第１の発熱素子１と、第２の発熱素子２と、第３の発熱素子３が夫々固着されている。
【００１９】
水等の液体からなる冷却液は、冷却液入口パイプ８からウォータージャケット７の冷却液通路６内に流入し、冷却液出口パイプ９から冷却液通路６外へ排出される。冷却液通路６内に流入した冷却液は、放熱フィン５及びヒートシンクベース部材４を介して第１の発熱素子１、第２の発熱素子２、及び第３の発熱素子３を冷却する。ここで、第１の発熱素子１は、他の発熱素子に対して冷却液通路６に於ける冷却液の流通方向Ａの最も上流側に配置され、第３の発熱素子３は、他の発熱素子に対して冷却液通路６に於ける冷却液の流通方向Ａの最も下流側に配置され、第２の発熱素子２は、第１の発熱素子１と第３の発熱素子３との間に配置されている。
【００２０】
次に、ヒートシンク４０について更に詳細に説明する。図２は、この発明の実施の形態１による液冷冷却器に於けるヒートシンクを示す斜視図であって、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１が図の上方に位置するように、図１に示すヒートシンク４０の上下を反転させて表示している。図２に示すように、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１には、縦横に整列した多数の放熱フィン５が設けられている。これ等の放熱フィン５の長さ方向は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１と直交する方向Ｖに対して所定の角度θで冷却液の流通方向Ａの下流側に向かって傾斜している。ここで、角度θを傾斜角度と称する。
【００２１】
図３及び図４は、この発明の実施の形態１による液冷冷却器に於けるヒートシンクの説明図である。図３及び図４に示すように、夫々の放熱フィン５は、その長さ方向に対して直交する方向の断面が四角形を成している。ここで、四角形とは、正方形、長方形、若しくは菱形の何れをも含むものとする。放熱フィン５の第１の稜線５１は、その放熱フィン５の他の部位よりも冷却液の流通方向Ａの最も上流側に位置し、第１の稜線５１に対向する第２の稜線５２は、その放熱フィン５の他の部位よりも冷却液の流通方向Ａの最も下流側に位置している。
【００２２】
ここで、冷却液の流通方向Ａに対して直交する方向に整列する複数の放熱フィン群を「放熱フィン行群」と称し、冷却液の流通方向Ａに整列する複数の放熱フィン群を「放熱フィン列群」と称する。放熱フィン行群に於いては、隣接する放熱フィン５同士の間には第１の間隙５０ａが設けられている。又、放熱フィン列群に於いては、隣接する放熱フィン５同士の間には第２の間隙５０ｂが設けられている。第１の間隙５０ａの大きさと第２の間隙５０ｂの大きさは、同一であると否とを問わない。
【００２３】
一つの放熱フィン行群の個々の放熱フィン５は、隣接する放熱フィン行群の前述の第１の間隙５０ａに対応する位置に配置されている。同様に、一つの放熱フィン列群の個々の放熱フィン５は、隣接する放熱フィン列群の前述の第２の間隙５０ｂに対応する位置に配置されている。
【００２４】
尚、前述のように放熱フィン５は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１と直交する方向Ｖに対して所定の角度θで冷却液の流通方向Ａの下流側に向かって傾斜した柱状体であり、図２、図３及び図４では、その断面形状が四角形である四角柱としているが、放熱フィン５の形状は、円柱、楕円柱、円錐、楕円錐、四角柱以外の多角柱、多角推等であってもよい。
【００２５】
前述したように、放熱フィン５は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１と直交する方向Ｖに対して所定の傾斜角度θで冷却液の流通方向Ａの下流側へ傾斜しているため、図３及び図４に示すように、冷却液の流通方向Ａの上流側に位置する第１の稜線５１に接する第１のフィン面５３と第２のフィン面５４は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して鈍角を成して延びている。一方、冷却液の流通方向Ａの下流側に位置する第２の稜線５２に接する第３のフィン面５５と第４のフィン面５６は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して鋭角を成して延びている。
【００２６】
次に、放熱フィン５の周辺に於ける冷却液の流れについて説明する。図３に示すように、冷却液は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１と成す角度が鈍角である放熱フィン５の側面を成す第１のフィン面５３と第２のフィン面５４に接触すると、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して平行な方向に流れの向きを変える（細い実線で示す矢印参照）だけでなく、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１から離れるように、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して垂直な方向にも流れの向きを変える（細い波線で示す矢印参照）。
【００２７】
更に、図４に示すように、冷却液は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１との成す角度が鋭角である放熱フィン５の側面を成す第３のフィン面５５と第４のフィン面５６に接触すると、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して平行な方向に流れの向きを変える（図４の細い実線で示す矢印参照）だけでなく、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に近付くように、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して垂直な方向にも流れの向きを変える（図４の細い波線で示す矢印参照）。
【００２８】
以上述べたように、この発明の実施の形態１による液冷冷却器によれば、冷却液が、放熱フィン５により、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して平行な方向と、垂直な方向と、の双方向に撹拌される。放熱フィン５は、前述のように放熱フィン行群と放熱フィン列群に整列して配置されており、放熱フィン行群の個々の放熱フィン５は、隣接する放熱フィン行群に於ける個々の放熱フィン５間の第１の所定の間隙５０に対応する位置に配置されている。
【００２９】
従って、冷却液は、必ず放熱フィン５の側面としての第１のフィン面５３と第２のフィン面５４に衝突するため、冷却液通路６の内部を直進して進むことができず、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して平行な方向と垂直な方向との双方向に十分に撹拌される。そのため、放熱フィン５は、発熱素子を固定しているヒートシンクベース部材４にだけ設ければよく、ウォータージャケット７の底部７１に設ける必要がない。従って、液冷冷却器の小型化が可能となる。
【００３０】
図５Ａは液冷冷却器の放熱性能を説明するグラフであって、放熱フィンの熱伝達率を数値シミュレーションで計算し、傾斜方向の違いによる放熱性能を比較したグラフである。図５Ａに於いて、縦軸は「熱伝達率」［ａ．ｕ］（arbitrary unit：任意単位）、横軸は「放熱フィン上流からの距離」［ａ．ｕ］である。ここで、「放熱フィン上流からの距離」とは、１個の放熱フィン５に於ける冷却液の流通方向Ａの最上流側の部位からその放熱フィンの長さ方向の各部位までの距離である。
【００３１】
つまり、前述の実施の形態１の場合、及び図５Ｂに示すように、放熱フィン５が前述の傾斜角θで冷却液の流通方向Ａの下流側へ傾斜している場合には、放熱フィン５に於ける冷却液の流通方向Ａの最上流側の部位はヒートシンクベース部材４の第１の面部４１と接する放熱フィン５の根本部分であるから、「放熱フィン上流からの距離」とは、放熱フィン５の根元部分から冷却液の流通方向Ａの下流側に向かって傾斜して延びる放熱フィン５の長さ方向の各部位までの距離を意味する。一方、図５Ｃに示すように、放熱フィン５が前述の傾斜角θで冷却液の流通方向Ａの上流側へ傾斜している場合には、放熱フィン５に於ける冷却液の流通方向Ａの最上流側の部位は放熱フィン５の根本部分とは逆の先端部分であるから、「放熱フィン上流からの距離」とは、放熱フィン５の根元部分とは逆の先端部分から放熱フィン５の長さ方向の各部位までの距離を意味する。
【００３２】
図５Ａに於いて、実線Ｘは、この発明の実施の形態１、及び図５Ｂに示すように、放熱フィン５が冷却液の流通方向Ａの下流側に向かって傾斜角θで傾斜している場合の放熱フィンの放熱特性を示している。破線Ｙは、図５Ｃに示すように、放熱フィン５が冷却液の流通方向Ａの上流側に向かって傾斜角θで傾斜している場合の放熱フィンの放熱特性を示している。図５Ｃに示す放熱特性Ｘと放熱特性Ｙとの比較から、放熱フィンの各部位に於ける熱伝達率は、冷却液の流通方向Ａの上流からの距離の如何にかかわらず、冷却液の流通方向Ａの下流側に向かって傾斜している実施の形態１、及び図５Ｂに示す放熱フィンの方が、冷却液の流通方向Ａの上流側に向かって傾斜している放熱フィンよりも、熱伝達率が高く、放熱性能が優れていること分かる。
【００３３】
以上述べたこの発明の実施の形態１による液冷冷却器に於ける放熱フィン５は、アルミニウム、銅、セラミックス等の良熱伝導性材料を用いて、切削、鍛造、ダイカスト、３Ｄプリンタ等による加工により製作することができる。
【００３４】
又、放熱フィンの製作の初期段階では、ヒートシンクベース部材の第１の面部に垂直に放熱フィンを形成し、その後、その垂直に形成された放熱フィンに外力を加えて冷却液の流通方向の下流側に向かって傾斜させることにより、放熱フィン５を製作するようにしてもよい。
【００３５】
尚、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に於ける放熱フィン５の存在していない領域に凹凸を設け、冷却液の流れを攪乱して放熱能力を向上させるようにしても良いし、放熱フィン５の傾斜角θを、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に於ける放熱フィン５の存在位置に応じて変えるようにしても良い。
【００３６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による液冷冷却器について説明する。この発明の実施の形態２による液冷冷却器は、放熱フィンの形状を、三角柱、四角柱、若しくは六角柱とし、個々の放熱フィンの側面が、隣接する他の放熱フィンの側面と平行に配置するようにしたことを特徴としている。その他の構成は、前述の実施の形態１の場合と同様である。
【００３７】
図６は、この発明の実施の形態２による液冷冷却器に於ける放熱フィンを示す説明図である。図６に於いて、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１（図１−図４参照）に設けられた個々の放熱フィン５０１は、その長さ方向に直交する横断面が三角形状をなした三角柱で構成され、隣接する放熱フィン５０１の互いに対向するフィン面５０１ａ同士が平行となるように配置されている。冷却液は、矢印Ａの方向に流通する。各放熱フィン５０１は、夫々冷却液の流通方向Ａに向かって、傾斜角θで傾斜している。その他の構成は、前述の実施の形態１の場合と同様である。
【００３８】
図７は、この発明の実施の形態２による液冷冷却器に於ける放熱フィンの変形例を示す説明図である。図７に於いて、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１（図１−図４参照）に設けられた放熱フィン５０２は、その長さ方向に直交する横断面が四角形状をなした四角柱で構成され、隣接する放熱フィン５０２の互いに対向するフィン面５０２ａ同士が平行となるように配置されている。冷却液は、矢印Ａの方向に流通する。各放熱フィン５０２は、夫々冷却液の流通方向Ａに向かって、傾斜角θで傾斜している。その他の構成は、前述の実施の形態１の場合と同様である。
【００３９】
図８は、この発明の実施の形態２による液冷冷却器に於ける放熱フィンの更に別の変形例を示す説明図である。図８に於いて、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１（図１−図４参照）に設けられた放熱フィン５０３は、その長さ方向に直交する横断面が六角形状をなした六角柱で構成され、隣接する放熱フィン５０３の互いに対向するフィン面５０３ａ同士が平行となるように配置されている。冷却液は、矢印Ａの方向に流通する。各放熱フィン５０３は、夫々冷却液の流通方向Ａに向かって、傾斜角θで傾斜している。その他の構成は、前述の実施の形態１の場合と同様である。
【００４０】
図６、図７、及び図８に示す実施の形態２による液冷冷却器によれば、実施の形態１の場合と同様に、放熱フィン５０１、５０２、及び５０３に於ける、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１と成す角度が鈍角であるのフィン面に接触した冷却液は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して平行な方向に流れの向きを変えるだけでなく、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１から離れるように、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して垂直な方向にも流れの向きを変える。更に、放熱フィン５０１、５０２、及び５０３に於ける、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１との成す角度が鋭角であるフィン面に接触した冷却液は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して平行な方向に流れの向きを変えるだけでなく、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に近付くように、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して垂直な方向にも流れの向きを変える。
【００４１】
従って、冷却液は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して平行な方向と垂直な方向との双方向に十分に撹拌される。そのため、放熱フィン５０１、５０２、及び５０３は、発熱素子を固定しているヒートシンクベース部材４にだけ設ければよく、ウォータージャケット７の底部７１に設ける必要がない。従って、液冷冷却器の小型化が可能となる。
【００４２】
前述のように、放熱フィン形状を三角柱、四角柱、もしくは六角柱とすれば、寸法の調整により隣接する放熱フィンの側面と側面を全て平行に配置することが可能となる。隣接する放熱フィンの側面が平行であるということは、隣接する放熱フィンと放熱フィンの隙間が一定に保たれているということであり、隣接する放熱フィンと放熱フィンの間を流れる冷却液の流速が一定に保たれるということである。例えば、隣接する放熱フィンと放熱フィンの最小間隙寸法が定められている場合には、全ての隣接する放熱フィンと放熱フィンの間隙の寸法を最小隙間寸法とすることにより、隣接する放熱フィンと放熱フィンの間を流れる冷却液の流速を寸法制約内で最大とすることができる。放熱フィンの放熱能力は冷却液の流速が大きい程大きくなるため、この発明の実施の形態２による液冷冷却器の冷却性能は高くなる。
【００４３】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法について説明する。実施の形態３による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法は、直径の異なる複数の円形刃を有する切削工具を用いて放熱フィンを製造することを特徴としており、前述の実施の形態１及び実施の形態２による液冷冷却器に於ける放熱フィンのように、放熱フィンがヒートシンクベース部材の第１の面部から冷却液の流通方向の下流側に向かって全体的に傾斜している場合の、液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法である。
【００４４】
図９、及び図１０は、この発明の実施の形態３による液冷冷却器の放熱フィンの製造方法を示す説明図である。先ず、図９に示すように、アルミニウム、銅、セラミックス等の良熱伝導性材料からなるヒートシンクベース部材４に、押出し加工等により、所定の厚さ寸法、及び所定の縦幅寸法、所定の横幅寸法のプレート状の放熱フィン領域５１０を形成する。尚、ヒートシンクベース部材４を予め放熱フィン領域５１０を含めた板厚とし、切削等により、所定の厚さ寸法、及び所定の縦幅寸法、所定の横幅寸法のプレート状の放熱フィン領域５１０を形成するようにしてもよい。
【００４５】
次に、図１０に示す直径の異なる複数の円形刃１４１、１４２、１４３を軸１５に所定の間隔で等間隔に配置した切削工具２００を用いて、図９に示す矢印Ｄ、Ｅのうちの何れか一方の方向に、放熱フィン領域５１０を所定の傾斜角度で切削して所定間隔の傾斜した溝を形成する。次に、矢印Ｄ、Ｅのうちの他方の方向に、その切削工具２００を用いて放熱フィン領域５１０を所定の傾斜角度で切削して所定間隔の傾斜した溝を形成する。このように矢印Ｄ、Ｅの双方向に放熱フィン領域５１０に傾斜した溝を形成することで、図１０に示す放熱フィン５０５を形成する。
【００４６】
切削工具２００は、図１０に示すように、直径の異なる複数の円形刃１４１、１４２、１４３を所定の間隔で等間隔に軸１５に固定したものであり、放熱フィン領域５１０の平面に対して軸１５を傾斜角度θだけ傾けて回転させることにより、放熱フィン領域５１０に同時に複数の傾斜した溝を形成することで、容易に傾斜角度θで傾斜した多数の放熱フィン５０５を容易に製造することが出来る。
【００４７】
実施の形態４．
前述の実施の形態３による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法は、放熱フィンがヒートシンクベース部材の第１の面部から冷却液の流通方向の下流側に向かって全体的に傾斜している場合の、液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法に関するものであり、直径の異なる複数の円形刃を有する切削工具を用いて放熱フィンを製造することを特徴としている。しかしながら、円形刃の枚数を多くすると、直径が極めて大きい円形刃や直径が極めて小さい円形刃が必要となる。作業性を考慮すれば、直径が過度に大きい円形刃や直径が過度に小さい円形刃を用いることが出来ないので、実用上、直径の異なる円形刃の枚数には限度があり、従って、一度に加工できる溝の数は限定されることになる。
【００４８】
この発明の実施の形態４による液冷冷却器、及びその液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法は、実施の形態３による放熱フィンの製造方法に於ける前述のような課題を解決するものであり、同一の直径を有する複数の円形刃を備えた切削工具を用いて効率よく製造することができる放熱フィンを備えた液冷冷却器、及びその液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法を提供するものである。
【００４９】
先ず、この発明の実施の形態４による液冷冷却器について説明する。この発明の実施の形態４による液冷冷却器は、放熱フィンを、ヒートシンクベース部材の第１の面部に接した傾斜部と、この傾斜部からヒートシンクベース部材の第１の面部に対して垂直に延びる直立部とにより構成したことを特徴とする。その他の構成は、前述の実施の形態１又は実施の形態２と同様である。
【００５０】
図１１は、この発明の実施の形態４による液冷冷却器のヒートシンクを示す斜視図、図１２は、この発明の実施の形態４による液冷冷却器のヒートシンクを示す側面図である。図１１及び図１２に於いて、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に設けられた個々の放熱フィン５０４は、実施の形態１の場合と同様に、放熱フィン行群として整列されていると共に、放熱フィン列群としても整列されている。放熱フィン５０４は、前述の実施の形態２に於ける図６に示すような三角柱により構成されている。尚、三角柱以外の形状であってもでも良いことは勿論である。
【００５１】
図１２によく示されているように、個々の放熱フィン５０４は、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に接する部位、つまり放熱フィン５０４の根元部分、に形成された傾斜部５０４ａと、この傾斜部５０４ａからヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して垂直に延びる直立部５０４ｂとにより構成されている。放熱フィン５０４の傾斜部５０４ａは、傾斜角θで冷却液の通流方向Ａの下流側に向かって傾斜している。放熱フィンの直立部５０４ｂは、傾斜部５０４ａ以外の部位により構成される。
【００５２】
冷却液の温度分布は、ヒートシンクベース部材４に近い部分が特に高温となりやすいため、傾斜部５０４ａを放熱フィン５０４の根元部分に設け、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１の付近を流通する冷却液を主低的に撹拌させることで、液冷冷却器の冷却性能を向上させる。
【００５３】
次に、この発明の実施の形態４による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法について説明する。この発明の実施の形態４による放熱フィンの製造方法は、前述の図１１及び図１２に示す液冷冷却器に於ける放熱フィンを製造する方法であって、傾斜部を含む櫛歯状の複数の突条体を押し出し加工等により形成し、その後、その突条体を、同一直径を有する複数の円形刃によりヒートシンクベース部材の面部に対して垂直方向に切削加工を行なうことで、放熱フィンを製造することを特徴とする。
【００５４】
押し出し加工等により形成された櫛歯状の突条体が傾斜部のみしか備えていない場合、円形刃にてヒートシンクベース部材の面部に対して垂直方向に切削加工した場合、突条体の多くの部位が切除されてしまい根元部分しか残らないことになるが、この発明の実施の形態４によれば、突条体を、ヒートシンクベース部材の面部に接続される根元部分に形成した傾斜突条部と、この傾斜突条部からヒートシンクベース部材の面部に対して垂直方向に延びる直立突条部とにより構成しているので、円形刃にてヒートシンクベース部材の面部に対して垂直方向に切削加工しても、根元部分の傾斜突条部と直立突条部とを備えた放熱フィンが形成される。
【００５５】
図１３は、この発明の実施の形態４による液冷冷却器の放熱フィンの製造方法を説明するための斜視図である。先ず、図１３に示すように、アルミニウム、銅、セラミックス等の良熱伝導性材料からなるヒートシンクベース部材４に、押出し加工等により、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１上に、行方向に連続して延びる突条体５００を所定の間隔を介して列方向に整列させて形成する。行方向に連続する突条体５００は、図１２にも示されるように、ヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に接する部位に傾斜角θで傾斜する傾斜突条部５００ａと、この傾斜突条部５００ａからヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して垂直に延びる直立突条部５００ｂとにより構成されている。
【００５６】
次に、図１３に示すように、櫛歯状に形成された突条体５００を、同一直径を有する複数の円形刃を軸方向に等間隔に配置した切削工具により、矢印Ｂ方向と矢印Ｃ方向のうちの何れか一方の方向に、所定幅の複数の溝を等間隔に切削して形成する。次に矢印Ｂ方向と矢印Ｃ方向のうちの他方の方向に、所定幅の溝を等間隔に切削して形成する。ここで、同一直径を有する複数の円形刃は、突条体５００の直立突条部５００ｂをヒートシンクベース部材４の第１の面部４１に対して垂直に切削する。この切削加工により、図１１に示す個々の放熱フィン５０４が形成されたヒートシンク４０を製造することができる。
【００５７】
この発明の実施の形態４による液冷冷却器に於ける、放熱フィンの製造方法によれば、実施の形態３の場合のように円形刃の枚数に制限を受けることがないので、円形刃の枚数を増大させることで、極めて効率よく容易に放熱フィンを製造することが出来る。
【００５８】
尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１００  液冷冷却器、１  第１の発熱素子、２  第２の発熱素子、３  第３の発熱素子、４０  ヒートシンク、４  ヒートシンクベース部材、４１  第１の面部、４２  第２の面部、５００  突条体、５００ａ  傾斜突条部、５００ｂ  直立突条部、５、５０１、５０２、５０３、５０４、５０５  放熱フィン、５０１ａ、５０２ａ、５０３ａ  フィン面、５０４ａ  傾斜部、５０４ｂ  直立部、５０ａ  第１の間隙、５０ｂ  第２の間隙、５１  第１の稜線、５２  第２の稜線、５３  第１のフィン面、５４  第２のフィン面、５５  第３のフィン面、５６  第４のフィン面、６  冷却液通路、７  ウォータージャケット、７１  底部、７２  周壁部、７２１、７２２  短辺部、７２３、７２４  長辺部、８  冷却液入口パイプ、９  冷却液出口パイプ、５１０  放熱フィン領域、２００  切削工具、１４１、１４２、１４３  円形刃
【図１】
2016225555.tif 000003
【図２】
2016225555.tif 000004
【図３】
2016225555.tif 000005
【図４】
2016225555.tif 000006
【図５Ａ】
2016225555.tif 000007
【図５Ｂ】
2016225555.tif 000008
【図５Ｃ】
2016225555.tif 000009
【図６】
2016225555.tif 000010
【図７】
2016225555.tif 000011
【図８】
2016225555.tif 000012
【図９】
2016225555.tif 000013
【図１０】
2016225555.tif 000014
【図１１】
2016225555.tif 000015
【図１２】
2016225555.tif 000016
【図１３】
2016225555.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月7日(2016.9.7)
【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】
内部に冷却液を流通させるジャケットと、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触するヒートシンクとを備え、発熱体が発生した熱を前記ヒートシンクを介して前記冷却液に伝達して放熱するようにした液冷冷却器であって、
前記ヒートシンクは、
前記ジャケットの内部に対向する第１の面部を有するヒートシンクベース部材と、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に設けられ、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触する複数の放熱フィンと、
を備え、
前記複数の放熱フィンは、横断面が実質的に正三角形又は横断面が実質的に正四角形又は横断面が実質的に正六角形である柱により構成されると共に、前記柱の延びる方向が前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜しており、
前記放熱フィンの側面は、隣接する他の放熱フィンの側面に対して平行である、
ように構成されている、
ことを特徴とする液冷冷却器。
【請求項２】
前記放熱フィンは、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に接し、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜する傾斜部と、
前記傾斜部から前記第１の面部に対して直立する直立部と、
を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の液冷冷却器。
【請求項３】
内部に冷却液を流通させるジャケットと、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触するヒートシンクとを備え、前記ヒートシンクは、前記ジャケットの内部に対向する第１の面部を有するヒートシンクベース部材と、前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に設けられ、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触する複数の放熱フィンとを備え、前記複数の放熱フィンは、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜しているように構成され、発熱体が発生した熱を前記ヒートシンクを介して前記冷却液に伝達して放熱するようにした液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法であって、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出するプレート状の放熱フィン領域を形成し、
所定間隔で配置した直径が異なる複数の円形刃を回転させ、前記放熱フィン領域を前記複数の円形刃により、前記第１の面部に対して傾斜した角度で同時に切削して前記複数の放熱フィンを形成する、
ことを特徴とする液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法。
【請求項４】
前記放熱フィンは、三角柱、四角柱、若しくは六角柱により構成され、
前記放熱フィンの側面は、隣接する他の放熱フィンの側面に対して平行である、
ことを特徴とする請求項３に記載の液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法。
【請求項５】
前記三角柱は、横断面が実質的に正三角形であり、
前記四角柱は、横断面が実質的に正四角形であり、
前記六角柱は、横断面が実質的に正六角形である、
ことを特徴とする請求項４に記載の液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法。
【請求項６】
内部に冷却液を流通させるジャケットと、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触するヒートシンクとを備え、前記ヒートシンクは、前記ジャケットの内部に対向する第１の面部を有するヒートシンクベース部材と、前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に設けられ、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触する複数の放熱フィンとを備え、前記複数の放熱フィンは、横断面が実質的に正三角形又は横断面が実質的に正四角形又は横断面が実質的に正六角形である柱により構成されると共に、前記柱の延びる方向が前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜しており、前記放熱フィンの側面は、隣接する他の放熱フィンの側面に対して平行であるように構成され、前記複数の放熱フィンは、更に、前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に接し、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から前記第１の面部に対して直立する直立部とを備えるように構成され、発熱体が発生した熱を前記ヒートシンクを介して前記冷却液に伝達して放熱するようにした液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法であって、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出する互いに平行に配置された複数の突条体を形成し、
前記複数の突条体は、前記第１の面部に接して設けられ、前記第１の面部に対して所定方向に傾斜して傾斜突条部と、前記傾斜突条部に接して設けられ、前記第１の面部に対して直立する直立突条部とからなり、
前記複数の突条体を切削加工することにより、前記複数の放熱フィンを形成する、
ことを特徴とする液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明による液冷冷却器は、
内部に冷却液を流通させるジャケットと、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触するヒートシンクとを備え、発熱体が発生した熱を前記ヒートシンクを介して前記冷却液に伝達して放熱するようにした液冷冷却器であって、
前記ヒートシンクは、
前記ジャケットの内部に対向する第１の面部を有するヒートシンクベース部材と、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に設けられ、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触する複数の放熱フィンと、
を備え、
前記複数の放熱フィンは、横断面が実質的に正三角形又は横断面が実質的に正四角形又は横断面が実質的に正六角形である柱により構成されると共に、前記柱の延びる方向が前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜しており、
前記放熱フィンの側面は、隣接する他の放熱フィンの側面に対して平行である、
ように構成されている、ことを特徴とする。 
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
又、この発明による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法は、
内部に冷却液を流通させるジャケットと、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触するヒートシンクとを備え、前記ヒートシンクは、前記ジャケットの内部に対向する第１の面部を有するヒートシンクベース部材と、前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に設けられ、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触する複数の放熱フィンとを備え、前記複数の放熱フィンは、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜しているように構成され、発熱体が発生した熱を前記ヒートシンクを介して前記冷却液に伝達して放熱するようにした液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法であって、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出するプレート状の放熱フィン領域を形成し、
所定間隔で配置した直径が異なる複数の円形刃を回転させ、前記放熱フィン領域を前記複数の円形刃により、前記第１の面部に対して傾斜した角度で同時に切削して前記複数の放熱フィンを形成する、
ことを特徴とする。 
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
更に、この発明による液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法は、
内部に冷却液を流通させるジャケットと、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触するヒートシンクとを備え、前記ヒートシンクは、前記ジャケットの内部に対向する第１の面部を有するヒートシンクベース部材と、前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に設けられ、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液に接触する複数の放熱フィンとを備え、前記複数の放熱フィンは、横断面が実質的に正三角形又は横断面が実質的に正四角形又は横断面が実質的に正六角形である柱により構成されると共に、前記柱の延びる方向が前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜しており、前記放熱フィンの側面は、隣接する他の放熱フィンの側面に対して平行であるように構成され、前記複数の放熱フィンは、更に、前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に接し、前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から前記第１の面部に対して直立する直立部とを備えるように構成され、発熱体が発生した熱を前記ヒートシンクを介して前記冷却液に伝達して放熱するようにした液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法であって、
前記ヒートシンクベース部材の前記第１の面部に、前記第１の面部から所定の寸法で突出する互いに平行に配置された複数の突条体を形成し、
前記複数の突条体は、前記第１の面部に接して設けられ、前記第１の面部に対して所定方向に傾斜して傾斜突条部と、前記傾斜突条部に接して設けられ、前記第１の面部に対して直立する直立突条部とからなり、
前記複数の突条体を切削加工することにより、前記複数の放熱フィンを形成する、
ことを特徴とする。 
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この発明による液冷冷却器によれば、複数の放熱フィンは、横断面が実質的に正三角形又は横断面が実質的に正四角形又は横断面が実質的に正六角形である柱により構成されると共に、前記柱の延びる方向が前記ジャケットの内部を流通する前記冷却液の下流側に向かって傾斜しており、前記放熱フィンの側面は、隣接する他の放熱フィンの側面に対して平行であるように構成されているので、冷却液は放熱フィンの側面に沿って、ヒートシンクベース部材の第１の面部に対して平行な方向と、垂直な方向の双方向に撹拌され、冷却液の温度分布を冷却液の流通方向に垂直な断面で一様にでき冷却性能の低下を抑制することができる。従って、放熱フィンを発熱素子が配置される面にのみ配置するだけでよいため、液冷冷却器を小型化できるという効果を奏する。