JP2012013277A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートパイプの受熱部および放熱部の熱抵抗を低く抑えることができるヒートシンクを提供する。
【解決手段】受熱体２と、前記受熱体２に形成され、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第１孔11と、前記第１孔11に嵌合される１本または複数本のヒートパイプ４とを備えることで、ヒートパイプ４の外面の円周方向のほぼ全面で熱接続を行うとともに、潰し加工することによるヒートパイプ４の内容積の減少を防ぐことができ、小さな熱抵抗で受熱ブロック２からヒートパイプ４に熱を伝えることができる構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器の部品の冷却に好適なヒートシンクに関する。

この種のヒートシンクとして、本願出願人が提案した特許文献１には、例えば電子機器の部品の冷却に適した扁平型ヒートパイプを利用したヒートシンクが開示される。

特開２００５−２６５２０５号公報

上述のようなヒートパイプは、受熱プレートおよび放熱フィンとの接触面積を大きくするために、ヒートパイプの受熱部および放熱部に潰し加工による扁平部を形成する。しかしながら、平らな面のみが受熱プレートおよび放熱フィンに半田付けされること、および扁平加工により内容積が減少することから、ヒートパイプの熱抵抗に比べ、ヒートパイプと受熱ブロックとの熱接続による熱抵抗、およびヒートパイプと放熱ブロックとの熱接続による熱抵抗が大きい問題がある。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、ヒートパイプの受熱部および放熱部の熱抵抗を低く抑えることができるヒートシンクを提供することを目的とする。

請求項１の発明のヒートシンクでは、受熱体と、前記受熱体に形成され、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第１孔と、前記第１孔に嵌合される１本または複数本のヒートパイプとを備えることを特徴とする。

請求項２の発明のヒートシンクでは、前記受熱体は、断面形状が半円形状である第１溝を有する第１受熱体と、断面形状が半円形状である第２溝を有する第２受熱体とからなり、前記第１溝および前記第２溝は、組み合わされることで前記第１孔を形成し、前記第１および第２受熱体と前記ヒートパイプとを半田付けにより熱接続することを特徴とする。

請求項３の発明のヒートシンクでは、前記受熱体の材質が銅またはアルミニウムであることを特徴とする。

請求項４の発明のヒートシンクでは、放熱体と、前記放熱体に形成され、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第２孔とを備え、前記ヒートパイプは前記第２孔に嵌合されることを特徴とする。

請求項５の発明のヒートシンクでは、前記放熱体は、断面形状が半円形状である第３溝を有する第１放熱体と、断面形状が半円形状である第４溝を有する第２放熱体とからなり、前記第３溝および前記第４溝は、組み合わされることで前記第２孔を形成し、前記第１および第２放熱体と前記ヒートパイプとを半田付けにより熱接続することを特徴とする。

請求項６の発明のヒートシンクでは、前記放熱体の材質が銅またはアルミニウムであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ヒートパイプの外面の円周方向のほぼ全面で熱接続を行うとともに、潰し加工することによるヒートパイプの内容積の減少を防ぐことで、小さな熱抵抗で受熱ブロックからヒートパイプに熱を伝達することができる。

請求項２の発明によれば、第１および第２受熱体が、断面形状が半円形状である第１溝および第２溝を有することにより、第１および第２受熱体とヒートパイプとを半田付けで熱接続することができる。その結果、第１および第２受熱体とヒートパイプとの間に空気層が介在することを防止することができ、第１および第２受熱体とヒートパイプとの接続部の熱抵抗を確実に低減することができる。

請求項３の発明によれば、受熱体の材質を、熱伝導率が高い銅またはアルミニウムとすることにより、受熱体または第１および第２受熱体とヒートパイプとの接続部の熱抵抗をさらに低減することができる。

請求項４の発明によれば、ヒートパイプの外面の円周方向のほぼ全面で熱接続を行うとともに、潰し加工することによるヒートパイプの内容積の減少を防ぐことで、小さな熱抵抗で放熱ブロックからヒートパイプに熱を伝達することができる。

請求項５の発明によれば、第１および第２放熱体が、断面形状が半円形状である第３溝および第４溝を有することにより、第１および第２放熱体とヒートパイプとを半田付けで熱接続することができる。その結果、第１および第２放熱体とヒートパイプとの間に空気層が介在することを防止することができ、第１および第２放熱体とヒートパイプとの接続部の熱抵抗を確実に低減することができる。

請求項６の発明によれば、放熱体の材質を、熱伝導率が高い銅またはアルミニウムとすることにより、放熱体または第１および第２放熱体とヒートパイプとの接続部の熱抵抗をさらに低減することができる。

本発明の一実施例を示すヒートシンクの全体構成を示す斜視図である。 同上、図１におけるＡ−Ａ断面方向の受熱ブロックおよびヒートパイプの断面図である。 同上、図１におけるＢ−Ｂ断面方向の放熱ブロック、ヒートパイプおよび放熱フィンの断面図である。 本発明の別な実施例を示すヒートシンクの図２と同方向の受熱ブロックおよびヒートパイプの断面図である。 同上、図３と同方向の放熱ブロック、ヒートパイプおよび放熱フィンの断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明におけるヒートシンクの好ましい各実施例を説明する。

図１は、本実施例のヒートシンクの全体構成を示す。ヒートシンク１は、受熱体である受熱ブロック２と、放熱体である放熱ブロック３と、ヒートパイプ４と、放熱フィン５とを備えて構成される。さらに、ヒートシンク１は、冷却ファン６を備えており、放熱フィン５の放熱効果を高めるようになっている。

受熱ブロック２は、例えば直方体形状をなし、図２に示すように、その厚さ方向のほぼ中央に、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第１孔11が形成される。それぞれの第１孔11には、第１孔11とほぼ同形状の１本または複数本のヒートパイプ４の一端部が嵌合される。好ましくはヒートパイプ４の外面の円周方向の全面が孔11の内周部に当接されることで、ヒートパイプ４と受熱ブロック２とは良好に熱接合される。この接合部はヒートパイプ４の受熱部12を形成する。受熱ブロック２の上面または下面には、発熱体である例えばＣＰＵなどの電子部品（図示せず）が取付けられる。

放熱ブロック３は、例えば直方体形状をなし、図３に示すように、その厚さ方向のほぼ中央に、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第２孔13が形成される。それぞれの第２孔13には、前述のように一端部を受熱ブロック２に嵌合したヒートパイプ４の他端部が嵌合される。第２孔13の形状はヒートパイプ４の形状とほぼ同形状であり、好ましくはヒートパイプ４の外面の円周方向の全面が孔13の内周部に当接されることで、ヒートパイプ４と放熱ブロック３とは良好に熱接合される。この接合部はヒートパイプの放熱部14を形成する。なお、図３において冷却ファン６は図示していない。

再度図１に戻り、ヒートパイプ４は、ヒートパイプ４の本体部となるコンテナ７を備える。また、前述のように、受熱ブロック２に嵌合されるコンテナ７の一端側には熱を受ける受熱部12が形成され、放熱ブロック３に嵌合されるコンテナ７の他端側には熱を放散する放熱部14が形成される。コンテナ７は、その素材が好ましくは熱伝導性の高い銅や銅合金などの金属性パイプ材から形成される。また、コンテナ７は、全体が直線状をなしていて、端部を除いて外径および肉厚が軸方向の全長に亘り一定に形成される。さらにコンテナ７の両端は、圧潰形状としたり、例えばＴｉｇ溶接などの適宜手段による封止部を形成する形状としたりすればよい。なお、コンテナ７は、その使用形態に合わせて適宜曲げ加工されてもよい。

放熱ブロック３の上面および下面には、放熱フィン５が取付けられる。薄肉矩形板形状を有する放熱フィン５は、例えばヒートパイプ４の長手方向に垂直方向に広がって、この長手方向に所定間隔を隔てて複数配置される。放熱フィン５はアルミニウムやその合金などの熱伝導性に優れた材料から形成されればよい。また放熱フィン５の一方の側面には、ＤＣファンなどの冷却ファン６が取付けられ、放熱フィン５に空気が送られるようになっている。

図２に示すように、コンテナ７の内壁８には、その軸方向に沿って複数のリブ21が突出して形成される。隣り合うリブ21間には、作動液として封入される純水を、毛細管現象で流動させる溝22が形成される。リブ21および溝22は、交互に配置され、コンテナ７の内周全体にわたって均等に形成される。こうしてコンテナ７の内壁にはリブ21および溝22によるグルーブ型のウィック23が形成され、溝22内には純水が満たされている。ウィック23に囲まれたコンテナ７内の中空部は、蒸気が流通する流路24として機能するようになっている。なお、コンテナ７の内壁８には、ウィック23を形成した領域と、ウィック23が存在しない領域とを混在するようにしてもよい。図３に示すコンテナ７の断面図においても同様に、コンテナ７の内壁８にはウィック23が形成され、コンテナ７は中空部である流路24を備えている。

次に、上記構成におけるヒートシンクの作用について説明する。

発熱体である電子部品の熱が受熱ブロック２からヒートパイプ４の一端側にある受熱部12に伝わると、受熱部12周辺におけるコンテナ７の内壁８が温度上昇し、そこにある純水が蒸発して蒸発潜熱が奪われることにより、電子部品が冷却される。一方、受熱部12に位置するウィック23において、純水から蒸発した蒸気は、コンテナ７内部の圧力差により温度の低い箇所に移動して凝縮する。その際、凝縮潜熱が放出されつつ、熱は、ヒートパイプ４の一端側にある受熱部12から、放熱フィン５などにより冷却されるヒートパイプ４の他端側の放熱部14に運ばれる。受熱部12は蒸発に伴い純水が減少する一方で、放熱部14は蒸気の凝縮により純水が増加するため、グルーブ型のウィック23に毛細管力が発生し、純水が溝22に沿って放熱部14から受熱部12へと運ばれる。こうして、純水（蒸気）をコンテナ７内で循環させながら、受熱部12から放熱部14に熱を速やかに輸送することができる。

従来の扁平型ヒートパイプでは、扁平部の片面の平らな部分が受熱プレートに接するのみであった。これに対し、本実施例では、ヒートパイプ４の外面の円周方向の全面が均一に加熱されるようになっている。したがって、受熱ブロック２とヒートパイプ４との接続部の熱抵抗を低く抑えることができ、受熱ブロック２に伝達された熱を、受熱ブロック２からヒートパイプ４の受熱部12へ効率よく伝達することができる。

ヒートパイプ４の受熱部12に伝達された熱は、前述のように放熱部14に速やかに輸送され、放熱ブロック３に受け渡される。ここでも、ヒートパイプ４の外面の円周方向の全面が均一に加熱されるようになっていることから、放熱ブロック３とヒートパイプ４との接続部の熱抵抗を低く抑えることができ、放熱部14に伝達された熱を、ヒートパイプ４から放熱ブロック３へ効率よく伝達することができる。

放熱ブロック３へ伝達された熱は、放熱ブロック３に取付けられる放熱フィン５に受け渡される。冷却ファン６から吐き出された空気は放熱フィン５から熱を奪い取る。こうして熱を奪い取った空気は、放熱フィン５の他方の側面から排気されヒートシンク１の外部に逃される。すなわち冷却ファン６の働きで放熱フィン５を通過する気流が生み出されると、放熱フィン５の熱は大気中に放出されることができる。こうして、発熱体である電子部品の熱は、受熱ブロック２からヒートパイプ４、放熱ブロック３、放熱フィン５の順に効率よく伝達され、電子部品が効率よく冷却されることができる。

以上のように本実施例は請求項１に対応しており、受熱体２と、前記受熱体２に形成され、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第１孔11と、前記第１孔11に嵌合される１本または複数本のヒートパイプ４とを備えることで、ヒートパイプ４の外面の円周方向のほぼ全面で熱接続を行うとともに、潰し加工することによるヒートパイプ４の内容積の減少を防ぐことができ、小さな熱抵抗で受熱ブロック２からヒートパイプ４に熱を伝えることができる。

また本実施例は請求項３に対応しており、前記受熱体２の材質が銅またはアルミニウムであることで、受熱体２とヒートパイプとの接続部の熱抵抗をさらに低減することができる。

また本実施例は請求項４に対応しており、放熱体３と、前記放熱体３に形成され、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第２孔13とを備え、前記ヒートパイプ４は前記第２孔13に嵌合されることで、ヒートパイプ４の外面の円周方向のほぼ全面で熱接続を行うとともに、潰し加工することによるヒートパイプ４の内容積の減少を防ぐことで、小さな熱抵抗で放熱ブロック３からヒートパイプ４に熱を伝えることができる。

また本実施例は請求項６に対応しており、前記放熱体３の材質が銅またはアルミニウムであることで、放熱体３とヒートパイプとの接続部の熱抵抗をさらに低減することができる。

次に、本発明の第２実施例を図４および５に基づき説明する。なお、上記第１実施例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため省略する。

第１実施例と異なる点は、図４に示すように、受熱ブロック２が、厚さ方向のほぼ中央で分割され、第１および第２受熱ブロック31，32から構成される点である。受熱ブロックの第１孔11は、そのほぼ中央で分割されることから、第１および第２受熱ブロック31，32には、それぞれ断面形状が半円形状である第１溝33および第２溝34が形成される。すなわち、第１溝33および第２溝34がそれぞれの半円の底辺を一致させるように組み合わされることにより、円形状の第１孔11が形成される。ヒートパイプ４は、その第１孔11に嵌合されるようになっている。こうすることで、半田付けにより、第１および第２受熱ブロック31，32とヒートパイプ４とを熱接続することができる。その結果、第１および第２受熱ブロック31，32とヒートパイプ４との間を半田15で埋めることができる。したがって、第１および第２受熱ブロック31，32とヒートパイプ４との間に空気層が介在することを防止することができ、第１および第２受熱ブロック31，32とヒートパイプ４との接続部の熱抵抗を確実に低減することができる。

また、図５に示すように、放熱ブロック３は、厚さ方向のほぼ中央で分割され、第１および第２放熱ブロック35，36から構成される。そして、第１および第２放熱ブロック35，36には、それぞれ断面形状が半円形状である第３溝37および第４溝38が形成される。すなわち、第３溝37および第４溝38がそれぞれの半円の底辺を一致させるように組み合わされることにより、円形状の第２孔13が形成される。ヒートパイプ４は、その第２孔13に嵌合されるようになっている。こうすることで、半田付けにより、第１および第２放熱ブロック35，36とヒートパイプ４とを熱接続することができる。その結果、受熱ブロック２の場合と同様に、第１および第２放熱ブロック35，36とヒートパイプ４との間を半田15で埋めることができる。したがって、第１および第２放熱ブロック35，36とヒートパイプ４との間に空気層が介在することを防止することができ、第１および第２放熱ブロック35，36とヒートパイプ４との接続部の熱抵抗を確実に低減することができる。

なお、第１および第２受熱ブロック31，32の材質と、第１および第２放熱ブロック35，36の材質とは、第１実施例の受熱ブロック２および放熱ブロック３と同様に、熱伝導性に優れた銅またはアルミニウムであればよい。材質が銅である場合、銅は地肌のままで半田付けすることができる。材質がアルミニウムである場合、アルミニウムは錫メッキなどを施してから半田付けされればよい。

以上のように本実施例は請求項２に対応しており、前記受熱体２は、断面形状が半円形状である第１溝33を有する第１受熱体31と、断面形状が半円形状である第２溝34を有する第２受熱体32とからなり、前記第１溝33および前記第２溝34は、組み合わされることで前記第１孔11を形成し、前記第１および第２受熱体31，32と前記ヒートパイプ４とを半田付けにより熱接続することで、第１および第２受熱体31，32とヒートパイプ４との間に空気層が介在することを防止することができ、第１および第２受熱体31，32とヒートパイプ４との接続部の熱抵抗を確実に低減することができる。

また本実施例は請求項５に対応しており、前記放熱体３は、断面形状が半円形状である第３溝37を有する第１放熱体35と、断面形状が半円形状である第４溝34を有する第２放熱体36とからなり、前記第３溝33および前記第４溝34は、組み合わされることで前記第２孔13を形成し、前記第１および第２放熱体35，36と前記ヒートパイプ４とを半田付けにより熱接続することで、第１および第２放熱体35，36とヒートパイプ４との間に空気層が介在することを防止することができ、第１および第２放熱体35，36とヒートパイプ４との接続部の熱抵抗を確実に低減することができる。

また本実施例は請求項３に対応しており、第１および第２受熱体31，32の材質が銅またはアルミニウムであることで、第１および第２受熱体31，32とヒートパイプ４との接続部の熱抵抗をさらに低減することができる。

また本実施例は請求項６に対応しており、第１および第２放熱体35，36の材質が銅またはアルミニウムであることで、第１および第２放熱体35，36とヒートパイプ４との接続部の熱抵抗をさらに低減することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。実施例ではヒートパイプ４の作動液を純水としたが、純水以外の熱輸送が可能な作動媒体を、コンテナ７内に入れるようにしてもよい。また、実施例ではコンテナ７の内壁８を凹凸状にしたグルーブ状のウィック23構造を示したが、コンテナ７の内壁８に作動液の流動を促進するメッシュや細線を設けた他のウィック構造を採用してもよい。

２ 受熱ブロック（受熱体）
３ 放熱ブロック（放熱体）
４ ヒートパイプ
１１ 第１孔
１３ 第２孔
３１ 第１受熱ブロック（第１受熱体）
３２ 第２受熱ブロック（第２受熱体）
３３ 第１溝
３４ 第２溝
３５ 第１放熱ブロック（第１放熱体）
３６ 第２放熱ブロック（第２放熱体）
３７ 第３溝
３８ 第４溝

Claims (6)

1. 受熱体と、前記受熱体に形成され、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第１孔と、前記第１孔に嵌合される１本または複数本のヒートパイプとを備えることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記受熱体は、断面形状が半円形状である第１溝を有する第１受熱体と、断面形状が半円形状である第２溝を有する第２受熱体とからなり、前記第１溝および前記第２溝は、組み合わされることで前記第１孔を形成し、前記第１および第２受熱体と前記ヒートパイプとを半田付けにより熱接続することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記受熱体の材質が銅またはアルミニウムであることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートシンク。
4. 放熱体と、前記放熱体に形成され、円形状の断面形状を有する一つまたは複数個の第２孔とを備え、前記ヒートパイプは前記第２孔に嵌合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
5. 前記放熱体は、断面形状が半円形状である第３溝を有する第１放熱体と、断面形状が半円形状である第４溝を有する第２放熱体とからなり、前記第３溝および前記第４溝は、組み合わされることで前記第２孔を形成し、前記第１および第２放熱体と前記ヒートパイプとを半田付けにより熱接続することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
6. 前記放熱体の材質が銅またはアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
   
   
   
   

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