JP2007059917A - 複合型放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て性を向上し、製作コストを低減し、優れた放熱効果を有する複合型放熱装置を提供する。
【解決手段】ヒートパイプ２１と、２つのヒートシンク２２ａ、２２ｂとを備える。前記ヒートシンク２２ａ、２２ｂは、互いに対応して設けられ且つ互いに接続し合い、接続箇所に前記ヒートパイプ２１を収容する収容空間が形成される。前記ヒートシンク２２ａ、２２ｂは、それぞれ一体成形方法、例えばアルミニウム押出成形方法によって製作される。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合型放熱装置に関し、特に、組み立て性を向上し、製作コストを低減し、優れた放熱効果を有する複合型放熱装置に関する。

科学技術の進展に伴い、電子部品の単位面積におけるトランジスタの数が多くなり、その動作による発熱量も増大する。一方、電子部品の仕事周波数もますます高くなり、トランジスタが動作する際のオン/オフ（on/off）によるスイッチングロス(switch loss)も、電子部品の発熱量が増大する原因の一つになる。これらの発熱量を適切に処理しないと、チップの演算速度が低下し、さらにチップの寿命に影響する恐れがある。電子部品の放熱効果を高めるために、通常、熱源の近くに設けられたヒートシンクにより熱を導出し、ヒートシンクのフィン(fin)を介して、自然対流を促進させる又は強制的対流させることによって熱を外部に発散させる。

ヒートパイプ(heat pipe)は、極めて小さな断面積と温度差で、大量の熱をかなり長い距離で伝達することができ、しかも外部電源を付加する必要なく作動できるため、電子放熱製品に広く適用される伝熱デバイスの一つになっている。

図１は、従来の放熱装置を示す図である。図１に示すように、従来の放熱装置１は、複数の放熱フィン１１と、ヒートパイプ１２と、ベース１３とから構成される。各放熱フィン１１は、それぞれヒートパイプ１２に貫通される。ここで、放熱フィン１１、ヒートパイプ１２、ベース１３の配置関係を説明するために、ヒートパイプ１２の近傍かつベース１３の近くに位置する放熱フィン１１の一部を取り除く。なお、複数の放熱フィン１１とヒートパイプ１２及びベース１３とは、はんだ付け方法によって一体に結合される。

しかし、従来の放熱装置１は、放熱フィン１１がアルミニウムから構成される場合、放熱フィン１１にはんだ付けを行う前に、放熱フィン１１にメッキ工程を行わなければならないため、生産効率が悪く、メッキによるコストも高い。また、放熱フィン１１が銅から構成される場合、メッキを施す必要がないが、銅は、アルミニウムより重量が比較的重くて、コストも比較的高い。

また、もう一つの放熱装置の組立方法として、まず、プレス方法によって、各放熱フィン１１とヒートパイプ１２とを緊密に結合させてから、はんだ付け方法によって放熱フィン１１とヒートパイプ１２をベース１３に結合させる方法が開示される。しかし、このような組立方法は、プレスによる余計なコストを必要とする。

従って、上述した組立方法は、何れも治具によって複数の放熱フィン１１、ヒートパイプ１２、ベース１３を固定してから組み立てる方法である。さらに、はんだ付け方法を必要とするため、その工程を厳しく管理しないと、はんだ材の塗布が不均一になったり、はんだ材が溢れたりすることもあり、放熱装置１全体の放熱効能が悪くなる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、組み立て性を向上し、製作コストを低減し、優れた放熱効果を有する複合型放熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る複合型放熱装置は、ヒートパイプと、互いに対応して設けられ且つ互いに接続し合い、接続箇所で前記ヒートパイプを収容する収容空間が形成され、それぞれ一体成形方法によって製作される、２つのヒートシンクと、を備える。前記一体成形方法は、アルミニウム押出成形方法である。前記ヒートパイプの形状は、U字形、C字形、ストライプ形状、逆U字形、M字形である。

前記複合型放熱装置は、前記接続箇所に、前記ヒートシンクがそれぞれ対応して凹溝を形成することにより、収容空間が共同して形成される。また、前記接続箇所に、前記ヒートシンクのうちの一つのみが凹溝を形成し、収容空間を形成する。前記収容空間内に熱伝導性グリースまたはインタフェースとする導熱材料が塗布される。前記ヒートパイプは、ベースを介して熱源に接触し、あるいは熱源に直接接触することにより、熱源が発散した熱を前記ヒートシンクに直接伝導する。

また、本発明に係わる複合型放熱装置は、複数のヒートパイプと、互いに対応して設けられ且つ互いに接続し合い、各接続箇所にそれぞれ前記ヒートパイプを収容する収容空間が形成され、それぞれ一体成形方法によって製作される、複数のヒートシンクとを備える。

本発明に係わる複合型放熱装置は、少なくとも２つのヒートパイプと、一体成形方法によって製作される第１ヒートシンクと、前記第１ヒートシンクと形状が異なるが、互いにが対応して且つ互いに接続し合い、接続箇所に前記ヒートパイプを収容する少なくとも２つの収容空間が形成され、一体成形方法によって製作される第２ヒートシンクとを備える。

本発明に係わる複合型放熱装置は、少なくとも２つのヒートパイプと、一体成形方法によって製作される第１ヒートシンクと、前記第１ヒートシンクと形状が異なるが、互いに対応して且つ互いに接続し合い、一体成形方法によって製作される第２ヒートシンクとを備え、第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクのうち一方又は両方の接続箇所に前記ヒートパイプを収容する少なくとも２つの収容空間が形成されている。

本発明の複合型放熱装置は、ヒートシンクがアルミニウム押出成形方法によって一体に製作されるため、プレス方法や各フィンをぞれぞれ組み立てる方法を利用した従来の放熱装置より、コストが比較的低いとともに、アルミニウムを原料とするため、放熱装置全体が比較的軽くなり、軽量化をすることができる。また、アルミニウム押出成形方法を利用するため、ヒートシンクにさまざまな外観処理ができ、美観をよくすることができる。

また、ヒートパイプがヒートシンク同士によって形成した収容空間に設置されるため、メッキまたはプレスなどの工程を行う必要がなく、簡単にヒートパイプとヒートシンクとを一体に結合させることができる。

さらに、ヒートシンクに形成した収容空間がヒートパイプの大きさに対応するため、ヒートシンクとヒートパイプとが完全に緊密に貼り合わせることができ、伝熱面積を増大することができ、それに、ヒートパイプ自身が高伝導性であるため、ヒートパイプを有しない一般の放熱シートより、より良い放熱効果が得られる。

従って、本発明の複合型放熱装置は、製作工程を簡略にし、生産効率を向上し、製作コストを低減し、優れた放熱効果を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例における複合型放熱装置について説明する。

図２及び図３は、本発明の実施例１における複合型放熱装置２を示す立体分解図と立体組合図である。
複合型放熱装置２は、図２及び図３に示すように、ヒートパイプ２１と２つのヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bと、を備える。
ヒートパイプ２１は、ベース２５を介して熱源(図示せず)に接触し、あるいは熱源に直接接触することにより、熱源が発散した熱をヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bに直接伝導し、熱を外部に発散させる。ここで、熱源は、発熱する電子部品であり、例えばCPU、トランジスタ、サーバ、上級グラフィックスカード、ハードディスク、パワーサプライ、車両制御システム、マルチメディア電子機器、無線通信ベーストランシーバーステーション、または上級遊技機(PS３、XBOX、任天堂（登録商標）)などである。

ヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bは、互いに対応して設けられ且つ互いに接続し合うように形成され、その接続箇所２２１にヒートパイプ２１を収容する収容空間２２２が形成され、収容空間２２２はヒートパイプ２１の外形形状に対応している。これにより、複合型放熱装置２を形成する。
本実施例において、ヒートパイプ２１の形状は、U字形であるが、これに限らず、
状況に応じて、例えばC字形、ストライプ形状、逆U字形、M字形などの形状でもよい。また、本実施例において、ヒートパイプ２１は、断面形状が円形であるが、もちろん、楕円形、半円形、矩形、三角形、四角形、台形、等辺多角形または不等辺多角形などの形状でもよい。

また、ヒートパイプ２１の内部には、熱を伝導する作動液が封入され、且つヒートパイプ２１の内壁面には、ウィックが設けられる。ヒートパイプ２１の一端（すなわち蒸発部）２１ｘが受熱されると、ヒートパイプ２１内部の作動液は、熱を吸収して蒸発され、ヒートパイプ２１の他端（すなわち凝縮部）２１ｙで再液化するとともに熱を放熱し、内壁面上のウィックの毛細管圧力によって蒸発部に還流される。このように、この過程を繰り返して、放熱効果を果たす。

本実施例において、ウィックの形状は、例えば多孔質の材料でヒートパイプ２１の内側に張られ、例えば網状(mesh)、繊維状(fiber)、焼結状(sinter)またはグルーブ(groove)であり、焼結法、接着法、充填法、堆積法などによってヒートパイプ２１の内壁面と結合する。
また、ウィックは、例えばプラスチック、金属、合金、または多孔性非金属材料から構成される。
作動液は、例えば、無機化合物、水、アルコール類、液状金属、ケトン類、冷媒または有機化合物である。

２つのヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bは、同じものでもよく異なるものでもよい。本実施例において、２つのヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bは、両方ともヒートシンクである。
各ヒートシンクは、それぞれ複数のフィンを有し、これらのフィンの分布方式は、例えば、水平分布、垂直分布、傾斜分布、放射分布である。

また、ヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bは、一体成形方法（例えばアルミニウム押出成形方法）によって製作される。
なお、２つのヒートシンクすなわちヒートシンク２２aとヒートシンク２２bとの接続箇所２２１の収容空間２２２は、それぞれ２つのヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bの接続される領域に位置するように、ヒートシンク２２ａ及びヒートシンク２２ｂのそれぞれに対称に形成された凹溝２２２'によって共同して形成される。
収容空間２２２の形状は、ヒートパイプ２１の形状と対応し、２つのヒートシンク２２a、２２bが互いに接続された後、両凹溝２２２'によって形成したU字形の収容空間２２２がU字形のヒートパイプ２１を収容することができる。

もちろん、ヒートパイプ２１の形状に応じて、収容空間２２２の形状は、例えばC字形、ストライプ形状、逆U字形、M字形などの形状でもよい。
また、収容空間２２２は、ヒートシンク２２aまたはヒートシンク２２b上に設けられた一つの凹溝２２２'のみから形成することもできる。すなわち、２つのヒートシンク２２ａ及び２２ｂのうち、一つのみが凹溝２２２'を有し、２つのヒートシンク２２ａ及びヒートシンク２２ｂを互いに接続した後、一つの凹溝２２２'によって、ヒートパイプ２１を収容する収容空間２２２を形成する。

さらに、ヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bには、複数のねじ孔２２３が開設される。これらのねじ孔２２３を利用して、ヒートシンク２２aとヒートシンク２２bは、複数のねじ２３と複数のナット２４によって互いに接続して固定される。なお、２つのヒートシンク２２a、２２bの接続方法は、図２と図３に示した方法に限らず、リベット留め、はんだ付け、接着、嵌合、係り止め等の接続方法でもよい。

以下、本実施例の複合型放熱装置２の組立工程を説明する。
まず、ヒートパイプ２１を２つのヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bが形成した収容空間２２２に入れ、それから、高圧機器（図示せず）によって２つのヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bに高圧を加えることにより、ヒートパイプ２１と２つのヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bとを緊密に貼り合わせた後、ねじ２３とナット２４によって、ヒートパイプ２１を２つのヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bの間に固定することによって、複合型放熱装置２の組立が完成する（図３に参照）。

上述したように、ヒートシンク２２a及びヒートシンク２２b自身が凹溝２２２'を有するため、ヒートパイプ２１を載置するとともに、ヒートパイプ２１の位置を決めることもできるため、別途治具でヒートシンク２２a、２２bまたはヒートパイプ２１を挟持する必要がなく、ヒートパイプ２１とヒートシンク２２a及びヒートシンク２２bとを互いに固定し接続することができ、組立工程が簡略され、組み立て性を向上する。

さらに、複合型放熱装置２全体の放熱効率を向上するために、通常、収容空間２２２内に熱伝導性グリースまたはインタフェースとする導熱材料が塗布される。また、本実施例の複合型放熱装置２は、ファンと併用することもでき、これにより、ヒートシンク２２a及びヒートシンク２２ｂの伝導された熱をさらに素早く発散させ、放熱効果をさらに向上する。

実施例１において、ヒートパイプ２１とヒートシンク２２の数は、それぞれ１つと２つであるが、それに限らず、状況に応じて、その数を自由に変更することができる。図４と図５は、本発明の実施例２における複合型放熱装置２'を示す立体分解図と立体組合せ図である。
複合型放熱装置２'は、図４と図５に示すように、ヒートパイプ２１a、ヒートパイプ２１b及びヒートパイプ２１cと、ヒートシンク２２c、ヒートシンク２２d、ヒートシンク２２e及びヒートシンク２２fとを備える。各両隣り同士のヒートシンクは、互いに対応して設けられ且つ互いに接続し合い、各接続箇所に、ヒートパイプ２１a、ヒートパイプ２１b及びヒートパイプ２１cを収容する収容空間２２２a、収容空間２２２b及び収容空間２２２cがそれぞれ形成される。
複合型放熱装置２'は、熱源(図示せず)に直接載置され、ヒートパイプ２１a、ヒートパイプ２１b及びヒートパイプ２１cを熱源に直接接触させることにより、熱源が発散した熱をヒートシンク２２c、ヒートシンク２２d、ヒートシンク２２e及びヒートシンク２２fに直接に伝導して、熱を外部に発散させる。

本実施例における複合型放熱装置２'は、実施例１における複合型放熱装置２と同様に、ヒートシンク２２c、２２d、２２e、２２f同士が同じなものでもよく異なるものでもよい。そして、ヒートパイプ２１a、２１b、２１c同士も、同じなものでもよく異なるものでもよい。また、放熱効率を向上するために、これらのヒートシンク２２c、２２d、２２e、２２fが形成した収容空間２２２a、２２２b、２２２c内に熱伝導性グリースまたはインタフェースとする導熱材料が塗布されることもできる。

以下、本実施例の複合型放熱装置２'の組立工程を説明する。
まず、ヒートパイプ２１aをヒートシンク２２cとヒートシンク２２dとの間の収容空間２２２aに、ヒートパイプ２１bをヒートシンク２２dとヒートシンク２２eとの間の収容空間２２２bに、ヒートパイプ２１cをヒートシンク２２eとヒートシンク２２fとの間の収容空間２２２cにそれぞれ入れる。それから、高圧機器（図示せず）によって高圧を加えることにより、各ヒートパイプがその外部に位置した２つのヒートシンクとそれぞれ緊密に貼り合わせることによって、複合型放熱装置２'の組立が完成する（図５に参照）。

図６と図７は、本発明の実施例３における複合型放熱装置３を示す立体分解図と立体組合せ図である。
複合型放熱装置３は、図６と図７に示すように、２つのヒートパイプ３１a及びヒートパイプ３１bと、第１ヒートシンク３２と、第２ヒートシンク３３と、を備える。
ここで、ヒートパイプ３１ａ及び３１ｂの形状はU字形であるが、状況に応じて、例えばC字形、ストライプ形状、逆U字形、M字形などの形状でもよい。
なお、ヒートパイプ３１ａ及びヒートパイプ３１ｂは、その機能と構成が上述したヒートパイプ２１のそれと同様なので、その説明を省略する。

第１ヒートシンク３２と第２ヒートシンク３３とは、異なるヒートシンクであるが、両者の形状が互いに対応して組み立てることができ、両者の接続箇所３２１にそれぞれ２つのヒートパイプ３１a及びヒートパイプ３１bを収容する２つの収容空間３２２が形成される。そのうち、接続箇所３２１に、第１ヒートシンク３２が２つの凹溝３２２'を設置し、且つ２つの凹溝３２２'の形状は、２つのヒートパイプ３１a、３１bの形状に対応して、それぞれU字形を呈する。一方、第２ヒートシンク３３が凹溝を形成しない、即ち、２つの収容空間３２２がいずれも第１ヒートシンク３２の凹溝３２２'によって形成される。

また、第１ヒートシンク３２と第２ヒートシンク３３とには、それぞれ対応したねじ孔３２３及びねじ孔３３１が設けられる。これらのねじ孔３２３、３３１を利用して、第１ヒートシンク３２及び第２ヒートシンク３３は、複数のねじ２３とナット２４によって螺接固定される。もちろん、複合型放熱装置３の放熱効率を向上するために、通常、ヒートパイプ３１ａ及びヒートパイプ３１ｂと凹溝３２２'との隙間に、熱伝導性グリースまたはインタフェースとする導熱材料が塗布される。

以上、本発明の実施の形態（実施例）を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

従来の放熱装置を示す図である。 本発明の実施例１における複合型放熱装置を示す立体分解図である。 本発明の実施例１における複合型放熱装置を示す立体組合図である。 本発明の実施例２における複合型放熱装置を示す立体分解図である。 本発明の実施例２における複合型放熱装置を示す立体組合せ図である。 本発明の実施例３における複合型放熱装置を示す立体分解図である。 本発明の実施例３における複合型放熱装置を示す立体組合せ図である。

符号の説明

1放熱装置
１１ 放熱フィン
１２ ヒートパイプ
１３ ベース
２、２'、３ 複合型放熱装置
２１a、２１b、２１c ヒートパイプ
２２a、２２b、２２c、２２d、２２e、２２f ヒートシンク
２２１ 接続箇所
２２２、２２２a、２２２b、２２２c、３２２ 収容空間
２２２'、３２２'凹溝
２２３ ねじ孔
２３ ねじ
２４ ナット
２５ ベース
３１a、３１b ヒートパイプ
３２ 第１ヒートシンク
３２１ 接続箇所
３２２ 凹溝
３２３、３３１ ねじ孔
３３ 第２ヒートシンク

Claims (11)

1. ヒートパイプと、
   互いに対応して設けられ且つ互いに接続し合い、接続箇所に前記ヒートパイプを収容する収容空間が形成され、それぞれ一体成形方法によって製作される、２つのヒートシンクと、
   を備えることを特徴とする、複合型放熱装置。
2. 前記ヒートパイプの形状は、U字形、C字形、ストライプ形状、逆U字形、M字形であることを特徴とする、請求項１に記載の複合型放熱装置。
3. 前記接続箇所に、前記ヒートシンクは、それぞれ対応して凹溝を形成することにより、収容空間が共同して形成されることを特徴とする、請求項１に記載の複合型放熱装置。
4. 前記接続箇所に、前記ヒートシンクのうちの一つのみが凹溝を形成することにより、収容空間が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の複合型放熱装置。
5. 高圧機器によって、前記ヒートシンクに高圧を加えることにより、前記ヒートパイプと前記ヒートシンクとを緊密に貼り合わせることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の複合型放熱装置。
6. 前記一体成形方法は、アルミニウム押出成形方法であることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の複合型放熱装置。
7. 前記収容空間内に熱伝導性グリースまたはインタフェースとする導熱材料が塗布されることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の複合型放熱装置。
8. 前記ヒートパイプは、ベースを介して熱源に接触し、あるいは熱源に直接接触することにより、熱源が発散した熱を前記ヒートシンクに直接伝導することを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の複合型放熱装置。
9. 複数のヒートパイプと、
   互いに対応して設けられ且つ互いに接続し合い、各接続箇所にそれぞれ前記ヒートパイプを収容する収容空間が形成され、それぞれ一体成形方法によって製作される、複数のヒートシンクと、
   を備えることを特徴とする、複合型放熱装置。
10. 少なくとも２つのヒートパイプと、
    一体成形方法によって製作される第１ヒートシンクと、
    前記第１ヒートシンクと形状が異なるが、互いに対応して且つ互いに接続し合い、接続箇所に前記ヒートパイプを収容する少なくとも２つの収容空間が形成され、一体成形方法によって製作される第２ヒートシンクと、
    を備えることを特徴とする、複合型放熱装置。
11. 少なくとも２つのヒートパイプと、
    一体成形方法によって製作される第１ヒートシンクと、
    前記第１ヒートシンクと形状が異なるが、互いに対応して且つ互いに接続し合い、一体成形方法によって製作される第２ヒートシンクとを備え、
    第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクのうち一方又は両方の接続箇所に前記ヒートパイプを収容する少なくとも２つの収容空間が形成された、
    ことを特徴とする、複合型放熱装置。

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