JP2012013277A - ヒートシンク - Google Patents

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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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