JP3123335B2

JP3123335B2 - 空冷式のヒートシンク

Info

Publication number: JP3123335B2
Application number: JP06052385A
Authority: JP
Inventors: 孝敏清水; 祥雄山名
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JPH07263601A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱放散性能を向上す
るようにした空冷式のヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子，電子装置等の発熱体で発生
された熱を発熱体から除去する放熱装置として、その熱
を大気に放散するものである空冷式のヒートシンクが、
放熱装置を比較的に簡単な構造として構成することが可
能であることから、既に広く使用されている。この空冷
式のヒートシンクの従来例を図６に示す。図６は、従来
例の空冷式のヒートシンクを発熱体と共に示すその斜視
図である。図６において、９は、空冷式のヒートシンク
であって、発熱体９Ａに当接される受熱部９１と、この
受熱部９１の発熱体９Ａに当接される受熱面９１ａに対
して反対側となる側に形成された、複数のフィン９２と
で構成されている。このヒートシンク９は、アルミニウ
ムの押出材等の金属材を用いて，受熱部９１とフィン９
２とが一体に形成されており、発熱体９Ａで発生した熱
が受熱面９１ａからヒートシンク９に伝達される。ヒー
トシンク９に伝達された熱は、良好な熱伝導率を持つ金
属材中を，受熱面９１ａから受熱部９１を経てフィン９
２の表面にまで伝達され、このフィン９２の表面から対
流，輻射によって大気に放散されることで、通常，０．
４〜１〔℃／Ｗ〕程度の熱抵抗値が得られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
るヒートシンク９は、発熱体から発生する単位表面積当
たりの発熱量がある程度の範囲に収まっている場合に
は、発熱体を冷却するための放熱装置として、比較的に
簡単な構造でありながら所望の放熱性能を得ることがで
きることと、可動部を持つ必要が無いために比較的に高
い信頼性を得ることができるので、半導体素子，電子装
置等の冷却用として多用されている。しかしながら、半
導体素子，電子装置等では、その機能等が向上されるの
に伴いその発熱量が増大する傾向に有る。このために、
ヒートシンク９の持つ熱抵抗値であっては、半導体素
子，電子装置等の温度が許容限度を越えて上昇してしま
うことで、半導体素子，電子装置等がその機能を充分に
発揮することが困難になってきている。

【０００４】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、熱抵抗値の小さい
空冷式のヒートシンクを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、１）金属製で平板状をなしその一方の主面が発熱体に当
接されて発熱体が発生する熱を受け取る受熱体と、この
受熱体に装着されるヒートパイプ式の放熱体とを備え、
発熱体から熱を除去してその熱を大気に放散する空冷式
のヒートシンクであって、前記放熱体は、柱状をなしそ
れぞれが互いに間隔を隔てられると共に互いに平行させ
て配置された複数のヒートパイプと、これらヒートパイ
プの外周に全てのヒートパイプに跨がって装着されると
共にヒートパイプの長さ方向に沿って互いに間隔を隔て
られて装着される複数の金属製のフィンとから構成さ
れ、それぞれの前記ヒートパイプは、その一方の端部に
伝熱性の塗布剤を塗布して受熱体に穿たれた孔に挿入さ
れ、前記放熱体は、その他方の端部側から保持する端部
保持体とその一方の端部側から保持する基部保持体とに
よって前記受熱体に保持されてなること、または、２）冷却をすべき対象である発熱体に当接されて発熱体
から熱を除去してその熱を大気に放散する空冷式のヒー
トシンクであって、金属製で内部に空間を有する平板状
をなし、その一方の主面が発熱体に当接されるとともに
この主面が形成されている側壁部の受熱体が有する空間
側に複数の柱状の突起部が一体に形成されて発熱体が発
生する熱を受け取る受熱体と、前記受熱体の発熱体に当
接される前記の一方の主面に対して前記空間を挟んで対
向する他方の主面に穿たれた孔に一方の端部で気密に装
着されると共に他方の端部が気密に封止され、それぞれ
が互いに間隔を隔てられて配置されてなる複数の金属管
と、前記金属管の外周に全ての金属管に跨がって装着さ
れると共に金属管の長さ方向に沿って互いに間隔を隔て
られて装着される複数の金属製のフィンと、受熱体が有
する前記の空間とこの空間に連通している前記金属管の
有する内部空間に充填される冷媒とを有すること、によ
り達成される。

【０００６】

【作用】この発明においては、前記１）の構成により、
受熱体で受け取った発熱体で発生された熱は、熱伝導率
の小さい金属製の受熱体中を伝導によって、発熱体の当
接部からヒートパイプ式の放熱体の持つヒートパイプが
装着される孔が穿たれた部位に、少ない温度差によって
伝達される。その際、それぞれのヒートパイプの受熱体
に装着される部位は、当然のことながらほとんど同一の
温度となる。発熱体で発生された熱は、この孔からヒー
トパイプの間においては、孔とヒートパイプの間の空隙
が充填されることによって、小さい温度差によって伝達
される。

【０００７】ヒートパイプは、既に広く知られているよ
うに、冷媒が持つ高い沸騰熱伝達率と，高い凝縮熱伝達
率を利用した熱伝達用の装置であるので、ヒートパイプ
に伝達された熱は、ヒートパイプの各部位に小さい温度
差によって伝達される。ヒートパイプの受熱体に装着さ
れている部位からヒートパイプの他の部位にこのように
して伝達された発熱体で発生された熱は、一部は直接に
ヒートパイプの表面から大気中に対流によって放散され
るが、多くの部分はフィンに熱伝導によって伝達された
うえで、フィンの表面から主として対流によって大気に
放散される。ヒートパイプの各部位の温度差が小さいの
で、それぞれのフィンから放散される熱の量はほぼ同一
である。その際に、発熱体で発生された熱はほぼ同一温
度でそれぞれのヒートパイプに伝達されるので、ヒート
パイプと接触している部位のそれぞれのフィンの温度
は、ほぼ同一である。しかも、それぞれのヒートパイプ
は互いに間隔を隔てられて配置されているので、フィン
は、互いに間隔を隔てられた部位でその温度がほぼ同一
となる。

【０００８】ところで、フィンの温度は、フィン内を熱
が伝導する際に、フィンの持つ熱伝導抵抗（熱伝導率の
逆数に比例する数値になる。）によって受熱部位から離
れるのに従い低下するものである。仮にヒートパイプが
１本しか使用されていないとすると、フィンの周縁部の
温度はかなり低下し、大気との温度差が小さくなるの
で、その熱放散能が低下してしまうことになる。しか
し、この発明によるヒートシンクでは、前記したごとく
複数のヒートパイプを用いているので、フィンは、互い
に間隔を隔てられた部位でその温度がほぼ同一となる。
これにより、それぞれのフィンでは、そのヒートパイプ
と接触している部位と，周縁部との温度差が小さくなる
ことで、周縁部であってもその温度を大気に対して高く
維持することが可能となる。これにより、受熱体の温度
を同一とした場合において、それぞれのフィンから大気
に放散される熱量は増加されることになる。

【０００９】そして、ヒートパイプ式の放熱体は、ヒー
トパイプが有する複数のフィンの、ヒートパイプの長さ
方向において両端に位置するフィンの位置で、端部保持
体が有する頂部と，基部保持体が有する頂部とによって
挟み込まれることで、ヒートパイプの長さ方向において
保持される。その状態において、放熱体の持つそれぞれ
のヒートパイプの一方の端部は、受熱体に穿たれた孔に
挿入され、端部保持体の側板の下端部が受熱体の側面に
締結手段によって締結されることで、放熱体は受熱体に
装着される。その際に、この孔からヒートパイプの間に
おいては、この孔とヒートパイプと間の間隙に伝熱性の
塗布剤を充填されていること、また、塗布剤は狭い間隙
を充填できる流動性を備えていることにより、この孔と
ヒートパイプと間は確実に伝熱性の塗布剤で充填され
て，空気層が残留することが無いので、小さい温度差に
よって熱が伝達される。

【００１０】また、前記２）の構成により、受熱体の一
方の主面で受け取った発熱体で発生された熱は、熱伝導
率の小さい金属製の受熱体の，この一方の主面が形成さ
れている側壁部中を、伝導によってこの側壁部の受熱体
が有する空間側の面に少ない温度差によって伝達され
る。発熱体で発生された熱は、この側壁部の空間側の面
から、空間内に充填された冷媒に直接に伝達される。そ
の際、前記の空間は受熱体の内部に形成されているもの
であるので、発熱体で発生された熱を受け取る主面から
側壁部の空間側の面までの距離は、前記１）における熱
を受け取る主面からヒートパイプまでの距離よりも短く
て済む。また、前記１）にあっては存在していた受熱体
に穿たれた孔とヒートパイプとの間の間隙が、この構成
の場合には、受け取る主面から冷媒までの間に存在しな
い。このために、熱を受け取る主面から冷媒までの間の
熱抵抗の値は、前記１）における熱を受け取る主面から
ヒートパイプの表面までの熱抵抗の値よりも低減され
る。

【００１１】また冷媒は、既に広く知られているよう
に、高い沸騰熱伝達率と，高い凝縮熱伝達率を持つ液体
であるので、冷媒に伝達された熱は、冷媒が充填されて
いる空間の各部位に小さい温度差によって伝達される。
従って、発熱体で発生された熱は、複数の金属管に小さ
い温度差によって伝達される。複数の金属管に伝達され
た発熱体で発生された熱は、その一部が金属管の外周面
から直接に、また、その一部が金属管に装着されたフィ
ンの表面から、それぞれ大気に放散されることは、その
大気に放散されるまでのメカニズムを含めて、前記１）
によるところと全く同一である。

【００１２】また、前記受熱体は、一方の主面が形成さ
れている側壁部の受熱体が有する空間側に複数の柱状の
突起部が一体に形成されてなる構成としたことにより、
発熱体で発生された熱が、受熱体の有する側壁部から冷
媒に伝達される際の、側壁部と冷媒が互いに接触し合う
面積を増大することができる。これにより、側壁部から
冷媒に熱が伝達される際の熱密度が低減されることによ
り、側壁部と冷媒との間の温度差が低減されるのであ
る。

【００１３】３）前記２）において、前記突起部は、そ
の先端部が受熱体の他方の主面が形成されている側壁部
の受熱体が有する空間側の面に接触するか、または前記
の側壁部の空間側の面に対して僅かな間隙を隔てて対峙
させてなる構成としたことにより、受熱体は、前記項
で述べた小さい熱抵抗を得ると共に、受熱体を加圧して
発熱体に当接させる際に、受熱体の一方の主面が形成さ
れている側壁部は、受熱体の他方の主面が形成されてい
る側壁部に、突起部を介して支持される。このために、
一方の主面が形成されている側壁部が、前記の加圧時の
加圧力によって変形を受ける度合いが軽減される。従っ
て、受熱体は、大きい加圧力によって発熱体に加圧する
ことが可能となる。

【００１４】ところで、２つの物体間を接触部を介して
伝達される熱流に関する接触熱抵抗の値には、よく知ら
れているように、２つの物体間に加えられる加圧力の値
が大きくなるに従い小さくなるという性質が有るもので
ある。この発明によるヒートシクは、受熱体と発熱体に
働く加圧力に値を、前記したところにより大きくするこ
とが可能であるので、受熱体と発熱体の接触熱抵抗の値
を小さくすることが可能となるのである。

【００１５】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。実施例１；図１は、この発明の一実施例に
よる空冷式のヒートシンクを発熱体と共に示すその斜視
図であり、図２は、図１中に示したヒートシンクを分解
して示す分解図である。図１，図２において、１Ａは、
受熱体２Ａと、ヒートパイプ式の放熱体３Ａと、保持体
４と、締結手段であるねじ１１とを備える空冷式のヒー
トシンクである。受熱体２Ａは、例えば、銅，アルミニ
ウム等の金属材製であり、図中に示すように矩形状をし
た平板であり、その一方の主面２ａに、半導体素子，電
子装置等である発熱体９Ａが当接されることになる。受
熱体２Ａには、主面２ａに対してほぼ垂直に複数の貫通
孔２１が、図中に示すように互いに間隔を隔てられて穿
たれている。

【００１６】放熱体３Ａは、貫通孔２１と同数の柱状の
ヒートパイプ３１と、これ等のヒートパイプ３１の外周
に装着された複数のフィン３２Ａとを備えている。ヒー
トパイプ３１は、互いに平行にしかもその相互配置を貫
通孔２１の配置に合致させている。それぞれのフィン３
２Ａは、金属材の薄板を矩形状に形成したものであり、
ヒートパイプ３１の外周に全てのヒートパイプ３１に跨
がって装着されており、しかも、ヒートパイプ３１の長
さ方向に沿って互いに間隔を隔てられて装着されてい
る。

【００１７】受熱体２Ａは、主面２ａに関して垂直とな
る４面の側面の内の，図２中に示したように一方の一対
の側面２ｂ，２ｂのそれぞれにめねじ２２が形成されて
いる。なお、両側面２ｂ，２ｂの対辺距離はＷ₂であ
る。ヒートパイプ式の放熱体３Ａは、その一方の対辺距
離がＷ₃であり、対辺距離Ｗ₃≒対辺距離Ｗ₂である。

【００１８】保持体４は、端部保持体４１と、基部保持
体４２とを備えている。端部保持体４１は、薄板製であ
り、図中に示したごとく逆Ｕ字状に形成されており、逆
Ｕ字状の頂部をなす矩形状の上板部４１１と、逆Ｕ字状
の相対する辺をなし，上板部４１１の相対する端部とそ
の上端部で結合されている一対の側板部４１２，４１２
を備えている。側板部４１２，４１２の内面間の間隔寸
法はＷ₄であり、間隔寸法Ｗ₄≒対辺距離Ｗ₂である。上
板部４１１には、受熱体２Ａが備える貫通孔２１の配置
に合致させて、ヒートパイプ３１に嵌め込まれる貫通孔
４１１ａが穿たれている。それぞれの側板部４１２，４
１２の下端部には、受熱体２Ａに形成されているめねじ
２２の配置に合致させて、貫通孔４１２ａが穿たれてい
る。

【００１９】基部保持体４２は、薄板製であり、図中に
示したごとく逆Ｕ字状に形成されており、逆Ｕ字状の頂
部をなす矩形状の有孔板部４２１と、逆Ｕ字状の相対す
る辺をなし，有孔板部４２１の相対する端部とその上端
部で結合されている一対の側板部４２２，４２２を備え
ている。側板部４２２，４２２の外面間の幅寸法はＷ₄₂
であり、幅寸法Ｗ₄₂＝間隔寸法Ｗ₄である。有孔板部４
２１には、ヒートパイプ３１に嵌め込まれる貫通孔４２
１ａが穿たれている。

【００２０】放熱体３Ａは、そのヒートパイプ３１の他
方の端部を、端部保持体４１が持つ上板部４１１に穿た
れた貫通孔４１１ａに嵌め込み、放熱体３が有する複数
のフィン３２Ａの内の、ヒートパイプ３１の一方の端部
から最も遠い部位に装着されているフィン３２２の外面
側を、上板部４１１に当接させる。続いて、基部保持体
４２が、その有孔板部４２１に穿たれた貫通孔４２１ａ
を、ヒートパイプ３１にその一方の端部から嵌め込み、
この有孔板部４２１を、ヒートパイプ３１の一方の端部
に最も近い部位に装着されているフィン３２１の外面側
に当接させる。そうして、端部保持体４１の側板部４１
２，４１２の下端部に、基部保持体４２の側板部４２
２，４２２を、図中に示したごとく、ねじ４３で締結し
て保持体４と放熱体３Ａとを、一体のものとして構成す
る。

【００２１】この実施例では前述の構成としたので、放
熱体３Ａと保持体４とが合体された構成体は、保持体４
が有する端部保持体４１の側板部４１２，４１２に穿た
れた貫通孔４１２ａを、受熱体２Ａに形成されているめ
ねじ２２の位置に合わせ、ねじ１１で締結することで、
受熱体２Ａに装着される。その際に、ヒートパイプ３１
の一方の端部は、シリコーングリス等の伝熱性の塗布剤
が塗布されて、受熱体２Ａに穿たれた貫通孔２１に挿入
される。これにより、貫通孔２１とヒートパイプ３１と
の間の間隙には、流動性を有する塗布剤が充填されるこ
とによって空隙が排除されることで、貫通孔２１とヒー
トパイプ３１との間の温度差を小さい値に抑制すること
が可能となる。

【００２２】受熱体２Ａの当接部である主面２ａにおい
て、受熱体２Ａが受け取った発熱体９Ａで発生された熱
は、まず、受熱体２Ａ中を伝導によって貫通孔２１の部
位に少ない温度差によって伝達される。次に、貫通孔２
１とヒートパイプ３１の一方の端部の間は、貫通孔２１
とヒートパイプ３１の間の空隙が充填されている層（流
動性を有する塗布剤）内を、小さい温度差によって伝達
される。続いて、ヒートパイプ３１の一方の端部と、ヒ
ートパイプ３１の残部との間は、ヒートパイプ３１の備
える高い熱伝達率によって小さい温度差によって伝達さ
れる。さらに、ヒートパイプ３１に伝達された熱の多く
の部分は、ヒートパイプ３１からそれぞれのフィン３２
Ａにほぼ同一温度として伝達され、各フィン３２内を熱
伝導によってその周縁部３２ａにまで伝達される。

【００２３】ヒートシンク１Ａでは、それぞれのフィン
３２Ａは、互いに間隔を隔てられて配置されたヒートパ
イプ３１に跨がって、それぞれのヒートパイプ３１に装
着されているので、このヒートパイプ３１と接触してい
る部位と周縁部３２ａとの温度差が小さくなることで、
周縁部３２ａであってもその温度を大気に対して高く維
持することが可能となる。このために、フィン３２Ａの
単位表面積から大気に放散される熱の量は、周縁部３２
ａであっても、従来例ほどには低下することが無い。こ
れにより、ヒートシンク１Ａは、当接面である主面２ａ
の温度を従来例の場合と同一値に維持しながらも、放散
する熱量を増加することが可能となる。すなわち、ヒー
トシンク１Ａは、その熱抵抗値を小さくすることが可能
となるのである。

【００２４】なお、ヒートシンク１Ａから強制対流によ
って放熱させる場合には、強制対流用のファンを保持体
４を利用して装着することが可能である。この実施例に
おける今までの説明では、保持体が有する端部保持体
は、薄板製でかつ逆Ｕ字状に形成されており、そのその
側板部の下端部で受熱体の側面に装着されるものである
としてきたが、これに限定されるものではなく、端部保
持体は、放熱体を保持でき，かつ，受熱体に締結手段に
よって締結されるものであるならば、適宜の構成であっ
てもよいものである。

【００２５】また、この実施例における今までの説明で
は、保持体が有する基部保持体は、薄板製でかつ逆Ｕ字
状に形成されており、その側板部で端部保持体の側板部
に装着されるものであるとしてきたが、これに限定され
るものではなく、基部保持体は、放熱体を保持でき，か
つ，端部保持体または受熱体に締結されるものであるな
らば、適宜の構成であってもよいものである。

【００２６】実施例２；図３は、この発明の他の実施例
による空冷式のヒートシンクを発熱体と共に示すその斜
視図であり、図４は、図３中に示したヒートシンクを分
解して示す分解図であり、図５は、図３におけるＡ−Ａ
矢から見た空冷式のヒートシンクの主要部を発熱体と共
に示す断面図である。図３〜図５において、実施例１に
示した空冷式のヒートシンク，および発熱体と同一部分
には同じ符号を付し、その説明を省略する。図３〜図５
において、１Ｂは、受熱体５と、複数の金属管６と、複
数のフィン７と、冷媒８と、上板５Ａと、パイプ５Ｂと
を備える空冷式のヒートシンクである。

【００２７】受熱体５は、共に、銅，アルミニウム等の
金属材製である、受熱体用ケース５１と、受熱体用蓋板
５２とを備えている。受熱体用ケース５１は、直方体状
の升状をなしていて，その内部に空間５１Ａが形成され
ており、この升状の部分の底部が側壁部５１１をなして
いる。側壁部５１１の外側の面５１１ａが、発熱体９Ａ
に当接される一方の主面であり、受熱体５の当接部でも
ある。側壁部５１１の空間５１Ａ側には、必要に応じ
て、受熱体用蓋板５２に穿たれた貫通孔５２１の位置を
避けて、複数の柱状の突起部５１２が一体に形成されて
いる。突起部５１２は、その頂部５１２ａが水平に裁断
されている三角錐状をなしており、受熱体用蓋板５２に
穿たれた凹孔５２２に先端部分が入り込み、しかも、そ
の頂部５１２ａと凹孔５２２の底面との間に間隙δが形
成されている。なお、この間隙δの寸法は、零である
か、または、僅かな間隙長としている。また、受熱体用
ケース５１の升状の部分の１つの側面には、貫通孔５１
ｂが穿たれている。

【００２８】受熱体用蓋板５２は、受熱体用ケース５１
と同一の面方向の寸法を持つ矩形状の平板であって、そ
の一方の側面が他方の主面５２ａをなしている。従っ
て、受熱体用蓋板５２は、他方の主面５２ａが形成され
ている側壁部でもある。この受熱体用蓋板５２には、主
面５２ａに対してほぼ垂直に複数の貫通孔５２１が、図
中に示すように互いに間隔を隔てられて穿たれている。
また、受熱体用蓋板５２の、主面５２ａに対して反対側
となる面には、受熱体用ケース５１が突起部５１２を備
える場合には、この突起部５１２に対応する位置に、凹
孔５２２が穿たれている。

【００２９】受熱体用蓋板５２に形成されたそれぞれの
貫通孔５２１には、金属管６が気密に装着される。ま
た、受熱体用ケース５１に形成された貫通孔５１ｂに
は、パイプ５Ｂが気密に装着される。金属管６が装着さ
れた受熱体用蓋板５２は、パイプ５Ｂが装着された受熱
体用ケース５１の、空間５１Ａが形成されている側に、
その主面５２ａに対して反対側となる面で合わせられ、
その周縁部で気密に接合される。かくして、受熱体用ケ
ース５１と受熱体用蓋板５２とで受熱体５が形成され
る。その際、突起部５１２と凹孔５２２が備えられてい
る場合には、受熱体用ケース５１と受熱体用蓋板５２と
の位置決めに、突起部５１２と凹孔５２２を用いること
ができる。

【００３０】それぞれの金属管６は、互いに平行にしか
もその相互配置を貫通孔５２１の配置に合致させてい
る。また、それぞれのフィン７は、金属材の薄板を矩形
状に形成したものであり、金属管６の外周に全ての金属
管６に跨がって装着されており、しかも、金属管６の長
さ方向に沿って互いに間隔を隔てられて装着されてい
る。従って、フィン７は、実施例１におけるフィンフィ
ン３２と、その構成および機能は全く同一である。上板
５Ａは、受熱体用蓋板５２と同一の面方向の寸法を持つ
矩形状で金属製の平板であって、全ての金属管６の、受
熱体用蓋板５２に装着されたいる一方の端部に対して反
対側の端部に、気密に接合されてこの端部を気密に封止
する。

【００３１】受熱体５に形成される空間５１Ａと、それ
ぞれの金属管６の上板５Ａで封止される内部の空間６ａ
とは、前記したところにより、互いに連通し合うことと
なる。空間５１Ａには、水，アルコール等の冷媒８が充
填される。この冷媒８の空間５１Ａへの充填は、まず、
空間５１Ａと空間６ａとをパイプ５Ｂを用いて真空にし
たうえで、再びパイプ５Ｂを用いて所要量の冷媒８を充
填する。その際に、必要に応じては適量の不活性ガスを
充填する場合もある。冷媒８の充填が終了すると、パイ
プ５Ｂの外側の端部は気密に封止される。

【００３２】図３〜図５に示す空冷式のヒートシンク１
Ｂは、前述の構成としたので、沸騰冷却式のヒートシン
クとして動作する。沸騰冷却では、よく知られていると
おり，前記した作用の項でも説明したように、冷媒の持
つ性質によって、冷媒が充填されている空間（この実施
例の場合には、互いに連通した空間５１Ａと空間６ａで
ある。）内に発生する温度差は、小さいものである。従
って、発熱体９Ａで発生された熱は、複数の金属管６に
小さい温度差によって伝達される。複数の金属管６に伝
達された発熱体９Ａで発生された熱は、その一部が金属
管６の外周面から直接に大気に放散され、その多くの部
分は、金属管６からいったんフィン７に伝達され，各フ
ィン７内を熱伝導によってその周縁部にまで伝達される
間にフィン７の表面から大気に放散される。すなわち、
金属管６以降における発熱体９Ａで発生された熱の大気
への放散状況は、実施例１における、ヒートパイプ３１
以降における発熱体９Ａで発生された熱の大気への放散
状況と全く同一である。

【００３３】また、その際、発熱体９Ａに当接される一
方の主面である面５１１ａと、側壁部５１１の空間５１
Ａ側の面，すなわち冷媒８と接触し合う面までの間の、
発熱体９Ａで発生した熱が熱伝導によって伝達される距
離は、実施例１における受熱体２の主面２ａと貫通孔２
１の部位までの間の距離よりも短くて済む。また、実施
例１においては、前記の貫通孔２１とヒートパイプ３１
との間に空隙が存在していたが、この実施例の場合に
は、面５１１ａと冷媒８との間には空隙は全く存在しな
いので、空隙が存在することによる熱抵抗は無い。これ
等により、面５１１ａと冷媒８との間の、発熱体９Ａで
発生した熱に対する伝導熱抵抗の値は、実施例１におけ
る主面２ａとヒートパイプ３１の表面までの熱抵抗の値
よりも低減されるのである。また、受熱体用ケース５１
に突起部５１２を一体に形成した場合には、発熱体９Ａ
で発生された熱が、受熱体５の有する側壁部５１１から
冷媒８に伝達される際に、突起部５１２の存在によっ
て、突起部５１２を含む側壁部５１１と冷媒８が互いに
接触し合う面積を増大することができる。これにより、
突起部５１２を含む側壁部５１１から冷媒８に熱が伝達
される際の熱密度が低減されることにより、側壁部５１
１と冷媒８との間の温度差が低減されるので、ヒートシ
ンク１Ｃは、その熱抵抗値を小さくすることが可能とな
るのである。

【００３４】さらに、受熱体用ケース５１に形成された
突起部５１２の頂部５１２ａと、受熱体用蓋板５２に穿
たれた凹孔５２２の底面との間の間隙δの長さは、零で
あるか、または、僅かな間隙長としているので、受熱体
５を加圧して、受熱体５の持つ面５１１ａを発熱体９Ａ
に当接させる際に、面５１１ａが形成されている側壁部
５１１は、受熱体用蓋板５２に穿たれた凹孔５２２の底
面に、突起部５１２の頂部５１２ａが当接されることで
受熱体用蓋板５２に支持される。このために、側壁部５
１１が、前記の加圧力によって変形を受ける度合いが軽
減されるので、受熱体５を、大きい加圧力によって発熱
体９Ａに加圧することが可能となる。この結果、受熱体
５と発熱体９Ａの接触熱抵抗の値を小さくすることが可
能となるので、ヒートシンク１Ｃは、発熱体９Ａとの接
触部を含めた熱抵抗値をも小さくすることが可能となる
のである。

【００３５】実施例２における今までの説明では、全て
の金属管６の一方の端部に対して反対側の端部は、上板
５Ａによって気密に封止されるとしてきたが、これに限
定されるものではなく、例えば、それぞれの金属管６の
一方の端部に対して反対側の端部は、個々の金属管６毎
に封止してもよいものである。また、実施例２における
今までの説明では、金属管６の内面側および受熱体５の
空間５１Ａを形成する内面側には、放熱部位で凝縮して
液化した冷媒８を、受熱部位に戻す手段が何等形成され
ないとしてきたが、これに限定されるものではなく、例
えば、金属管６の内面側および受熱体５の空間５１Ａを
形成する内面側には、沸騰冷却技術の分野ではよく知ら
れているところの、液化した冷媒８を受熱部位に戻すた
めのウイック等を備えてもよいものである。

【００３６】実施例１，２における今までの説明では、
受熱体，およびヒートパイプに装着するフィンは、矩形
状であるとしてきたが、これに限定されるものではな
く、受熱体は平板状であれば、また、フィンは薄板状で
あれば、適宜の形状を備えたものであってもよいもので
ある。

【００３７】

【発明の効果】この発明においては、空冷式のヒートシ
ンクにおいて、次の効果が有る。金属製で平板状をな
しその一方の主面が発熱体に当接されて発熱体が発生す
る熱を受け取る受熱体と、この受熱体に装着されるヒー
トパイプ式の放熱体とを備え、発熱体から熱を除去して
その熱を大気に放散する空冷式のヒートシンクであっ
て、前記放熱体は、柱状をなしそれぞれが互いに間隔を
隔てられると共に互いに平行させて配置された複数のヒ
ートパイプと、これらヒートパイプの外周に全てのヒー
トパイプに跨がって装着されると共にヒートパイプの長
さ方向に沿って互いに間隔を隔てられて装着される複数
の金属製のフィンとから構成され、それぞれの前記ヒー
トパイプは、その一方の端部に伝熱性の塗布剤を塗布し
て受熱体に穿たれた孔に挿入され、前記放熱体は、その
他方の端部側から保持する端部保持体とその一方の端部
側から保持する基部保持体とによって前記受熱体に保持
されてなることにより、発熱体で発生された熱は、発熱
体，次いで，高い熱伝達率を持つヒートパイプによって
小さい温度差によってフィンに伝達され、このフィンが
全てのヒートパイプに跨がって装着されていることで、
続いてフィン内をその周縁部にまでさして温度降下をす
ることなく伝導される。これにより、ヒートシンクは、
当接面の温度を従来例の場合と同一値に維持しながら
も、放散する熱量を増加することが可能となる。すなわ
ち、ヒートシンクは、その熱抵抗値を小さくすることが
可能となるのである。

【００３８】また、放熱体は、端部保持体と基部保持体
とによって受熱体に保持されることで、放熱体は受熱体
に装着されるのである。その際に、ヒートパイプの受熱
体に装着される一方の端部には、伝熱性の塗布剤が塗布
されることにより、受熱体とヒートパイプとの間の温度
差を小さい値に抑制することが可能となる。これによ
り、この構成を備えるヒートシンクも、その熱抵抗値を
小さくすることが可能となるのである。

【００３９】冷却をすべき対象である発熱体に当接さ
れて発熱体から熱を除去してその熱を大気に放散する空
冷式のヒートシンクであって、金属製で内部に空間を有
する平板状をなし、その一方の主面が発熱体に当接され
るとともにこの主面が形成されている側壁部の受熱体が
有する空間側に複数の柱状の突起部が一体に形成されて
発熱体が発生する熱を受け取る受熱体と、前記受熱体の
発熱体に当接される前記の一方の主面に対して前記空間
を挟んで対向する他方の主面に穿たれた孔に一方の端部
で気密に装着されると共に他方の端部が気密に封止さ
れ、それぞれが互いに間隔を隔てられて配置されてなる
複数の金属管と、前記金属管の外周に全ての金属管に跨
がって装着されると共に金属管の長さ方向に沿って互い
に間隔を隔てられて装着される複数の金属製のフィン
と、受熱体が有する前記の空間とこの空間に連通してい
る前記金属管の有する内部空間に充填される冷媒とを有
することにより、発熱体で発生された熱は、受熱体の一
方の主面から冷媒までの間を短い熱伝導距離で，しかも
空隙が介在することが無く直接に冷媒まで伝達され、次
いで、高い熱伝達率を持つ冷媒によって小さい温度差に
よって金属管を介してフィンまで伝達され、このフィン
が全ての金属管に跨がって装着されていることで、続い
てフィン内をその周縁部にまでさして温度降下をするこ
となく伝導される。これにより、ヒートシンクは、当接
面の温度を従来例の場合と同一値に維持しながらも、放
散する熱量を増加することが可能となる。すなわち、こ
の構成を備えるヒートシンクも、その熱抵抗値を小さく
することが可能となるのである。

【００４０】特に、発熱体で発生された熱が、発熱体の
一方の主面から冷媒までの間を短い熱伝導距離で，しか
も空隙が途中に介在することが無く直接に冷媒まで伝達
されことで、その間の熱伝導による熱抵抗値が前記項
による場合よりも低減される可能性を持つ分、項によ
るヒートシンクよりも、その熱抵抗値をさらに小さくす
ることが可能性を持つものである。

【００４１】さらに、前記受熱体は、一方の主面が形成
されている側壁部の受熱体が有する空間側に複数の柱状
の突起部が一体に形成されることにより、発熱体で発生
された熱が、受熱体の有する側壁部から冷媒に伝達され
る際の、側壁部と冷媒が互いに接触し合う面積を増大す
ることができる。これにより、側壁部から冷媒に熱が伝
達される際の熱密度が低減されることにより、側壁部と
冷媒との間の温度差が低減される。

【００４２】前記項において、前記突起部は、その
先端部が受熱体の他方の主面が形成されている側壁部の
受熱体が有する空間側の面に接触するか、または前記の
側壁部の空間側の面に対して僅かな間隙を隔てて対峙さ
せることにより、受熱体は、前記項で述べた小さい熱
抵抗を得ると共に、一方の主面が形成されている側壁部
が、加圧時の加圧力によって変形を受ける度合いが軽減
されるので、受熱体は大きい加圧力によって発熱体に加
圧することが可能となり、従って、この構成を備えるヒ
ートシンクは、項によるヒートシンクに対して、受熱
体と発熱体の接触熱抵抗の値をも小さくすることも可能
となるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による空冷式のヒートシン
クを発熱体と共に示すその斜視図

【図２】図１中に示したヒートシンクを分解して示す分
解図

【図３】この発明の他の実施例による空冷式のヒートシ
ンクを発熱体と共に示すその斜視図

【図４】図３中に示したヒートシンクを分解して示す分
解図

【図５】図３におけるＡ−Ａ矢から見た空冷式のヒート
シンクの主要部を発熱体と共に示す断面図

【図６】従来例の空冷式のヒートシンクを発熱体と共に
示すその斜視図

【符号の説明】

１Ａヒートシンク１Ｂヒートシンク２Ａ受熱体２１貫通孔３Ａ放熱体３１ヒートパイプ３２Ａフィン５受熱体６金属管８冷媒９Ａ発熱体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製で平板状をなしその一方の主面が発
熱体に当接されて発熱体が発生する熱を受け取る受熱体
と、この受熱体に装着されるヒートパイプ式の放熱体と
を備え、発熱体から熱を除去してその熱を大気に放散す
る空冷式のヒートシンクであって、前記放熱体は、柱状をなしそれぞれが互いに間隔を隔て
られると共に互いに平行させて配置された複数のヒート
パイプと、これらヒートパイプの外周に全てのヒートパ
イプに跨がって装着されると共にヒートパイプの長さ方
向に沿って互いに間隔を隔てられて装着される複数の金
属製のフィンとから構成され、それぞれの前記ヒートパイプは、その一方の端部に伝熱
性の塗布剤を塗布して受熱体に穿たれた孔に挿入され、前記放熱体は、その他方の端部側から保持する端部保持
体とその一方の端部側から保持する基部保持体とによっ
て前記受熱体に保持されてなることを特徴とする空冷式
のヒートシンク。
【請求項２】請求項１に記載の空冷式のヒートシンクに
おいて、受熱体は、矩形状をした平板であり、前記フィンは、その一方の対辺距離の寸法を前記受熱体
の一方の対辺距離とぼぼ等しい寸法として矩形状をなす
ものであり、前記端部保持体は、逆Ｕ字状に形成された薄板製でな
り、その逆Ｕ字状の相対する辺をなしている側板間の間
隔寸法が受熱体の前記の一方の対辺距離とぼぼ等しい寸
法を持つと共に逆Ｕ字状の頂部をなす部位に放熱体が有
するそれぞれのヒートパイプの他方の端部を貫通させる
貫通孔を有し、前記側板の下端部で受熱体の側面に締結
手段によって締結されてなることを特徴とする空冷式の
ヒートシンク。
【請求項３】請求項２に記載の空冷式のヒートシンクに
おいて、前記基部保持体は、逆Ｕ字状に形成された薄板製でな
り、その逆Ｕ字状の相対する辺をなしている側板間の間
隔寸法が受熱体の一方の対辺距離とぼぼ等しい寸法を持
つと共に逆Ｕ字状の頂部をなす部位に放熱体が有するそ
れぞれのヒートパイプの一方の端部を貫通させる貫通孔
を有し、前記基部保持体の側板で前記端部保持体の側板
に締結手段によって締結されるものであり、前記放熱体は、前記端部保持体の逆Ｕ字状の頂部をなす
部位と前記基部保持体の逆Ｕ字状の頂部をなす部位とに
よって前記放熱体が有する複数のフィンのヒートパイプ
の内の長さ方向において両端に位置するフィンの位置で
挟み込まれて保持されてなることを特徴とする空冷式の
ヒートシンク。
【請求項４】冷却をすべき対象である発熱体に当接され
て発熱体から熱を除去してその熱を大気に放散する空冷
式のヒートシンクであって、金属製で内部に空間を有する平板状をなし、その一方の
主面が発熱体に当接されるとともにこの主面が形成され
ている側壁部の受熱体が有する空間側に複数の柱状の突
起部が一体に形成されて発熱体が発生する熱を受け取る
受熱体と、前記受熱体の発熱体に当接される前記の一方の主面に対
して前記空間を挟んで対向する他方の主面に穿たれた孔
に一方の端部で気密に装着されると共に他方の端部が気
密に封止され、それぞれが互いに間隔を隔てられて配置
されてなる複数の金属管と、前記金属管の外周に全ての金属管に跨がって装着される
と共に金属管の長さ方向に沿って互いに間隔を隔てられ
て装着される複数の金属製のフィンと、受熱体が有する前記の空間とこの空間に連通している前
記金属管の有する内部空間に充填される冷媒とを有する
ことを特徴とする空冷式のヒートシンク。
【請求項５】請求項４に記載の空冷式のヒートシンクに
おいて、前記突起部は、その先端部が受熱体の他方の主面が形成
されている側壁部の受熱体が有する空間側の面に接触す
るか、または前記の側壁部の空間側の面に対して僅かな
間隙を隔てて対峙させてなることを特徴とする空冷式の
ヒートシンク。