JP3734895B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器内の被冷却部品（パソコン内のＣＰＵ、ＭＰＵ等の発熱部品が代表的）の冷却に用いるヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピューターをはじめとして各種電気機器の高性能化、小型化が進みつつある。しかしノート型パソコンやラップトップ型、或いはディスクトップ型のパソコンに搭載されるＣＰＵ等の高性能化はそれに伴う発熱量の増大をもたらし、また電気機器内の省スペース化の課題とも相まって、ＣＰＵ等の発熱素子の冷却が重要な技術課題として注目させるに至っている。コンピューター以外の電気機器においても、発熱素子の冷却は重要な課題として注目されている。
【０００３】
従来から比較的大型の計算機等においては、電源回路や素子等の冷却には空冷ファン等の併用により空冷式で行うことが多かった。この方法はファンにより外気を電気機器の筐体内に導入、排気することによる強制空冷方式である。しかしファンを用いると、そのサイズが大きい場合やその回転数が大きい場合、その発生する音も大きくなりやすい。このためファンの大型化或いは高回転化することには限度がある。もちろんファンの大型化にはスペース上の問題もある。その他、空冷式では特定の被冷却素子の冷却が行いにくい面もある。
【０００４】
ヒートパイプを使う冷却構造は、典型的には、被冷却素子の熱を筐体外部に放熱する部分（放熱部）までヒートパイプを使って運ぶ構造をとる。例えばヒートパイプの一方側に伝熱ブロックを、他方側に放熱用のフィンを取り付けたようなヒートシンクを用意し、伝熱ブロックに伝わった被冷却部品の熱をフィン側に運びそこで放熱する。
【０００５】
ところで、フィンを直接、伝熱ブロックに取り付けたヒートシンクもある。しかし被冷却部品とフィンが位置的に近いとは限らないから、そのような場合、ヒートパイプをその熱の経路として利用すると便利なのである。また、ヒートパイプを伝熱ブロックに取り付けることで、伝熱ブロックの均熱化を促進する、という効果も期待できる。
【０００６】
フィンを直接、伝熱ブロックに取り付ける方式も有用であるが、更にヒートパイプを併用したヒートシンクもある。例えば、フィンを直接、伝熱ブロックに取り付けた場合、その取り付け位置に近いフィンの部分には、伝熱ブロックの熱が良く伝わるが、その取り付け位置から遠い部分には熱が伝わりにくい。そこで、取り付け位置から遠い部分と伝熱ブロックとをヒートパイプで接続すればより効率的になる訳である。
【０００７】
上記したようなヒートシンクにおいて、フィンからの放熱は自然空冷でも、ファンを使用した強制空冷でも、或いはそれらの併用でも良い。例えば、電気機器が移動体に設置されている場合は、その走行による風を空冷に利用すれば効率的である。また場合によってはフィンから液冷式に放熱することも可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図８（イ）（ロ）はヒートパイプを使ったヒートシンクの形態の一例である。図８（イ）は正面図、図８（ロ）は側面図である。このヒートシンクは、伝熱ブロック２０で被冷却部品（図示しない）の熱を受けて、その熱をヒートパイプ１２を経由して運び、フィン３２から放熱させるものである。フィン３２は熱伝導に優れ、軽量なＡｌ板等が好適に用いられる。この例ではヒートパイプ１２を３本取り付けた場合を図示しているが、この数は任意である。さてこのヒートシンクの場合、各々のヒートパイプ１２をＵ字状に形成することで、１本のヒートパイプ１２に対し２箇所で１枚のフィンに取り付けられるようになっている。
【０００９】
フィンとヒートパイプの取り付け方法は、特に限定はないが、フィンにバーリング加工等によって孔を設け、その孔にヒートパイプを差し込む形態が実用的である。もちろんヒートパイプとフィンとの熱抵抗は小さいことが望ましいので、コスト面で許されれば、単に差し込むだけでなく、例えば溶接法を併用して、より熱抵抗を小さくさせることは有効である。溶接法の他、ろう接合、半田接合等もある。またフィンの取り付け強度を高める意味でヒートパイプの差し込み部を接着剤等で接着しても構わない。
【００１０】
被冷却部品（電気機器内の発熱部品）の冷却として、より高い冷却性能が期待されるのは当然である。例えば図８に示すようなヒートシンクを用いて冷却する場合、冷却性能を高めるためには、一つにはフィンからの放熱性を高めることが有効である。そこで単純にはフィン３２を大型化したり、フィン３２の数を多くしたりすれば良い。しかしフィン３２を大型化すると、限られた電気機器内におけるスペース上の問題が生ずる。またヒートパイプ１２との接触部位から遠いフィン３２の部分には熱が伝わりにくくなるという問題もある。一方、フィン３２の数を多くすることも有効ではあるが、伝熱ブロック２０から遠いところに位置するヒートパイプ１２の部分に取り付けられるフィン３２には熱が伝わりにくくなる。尚、フィン３２と隣接する他のフィン３２との間隔は、通気性の問題で、ある程度の間隔が必要である。あまりに狭い間隔でフィン３２を配置すると逆に放熱性が損なわれることになる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
電気機器内の発熱部品などの被冷却素子の冷却として、コスト的にも実用的であり、また十分な冷却性能を発現しうると共に、省スペース化にも対応しうるヒートシンクが望まれていた。本発明は、小型化に寄与し、特性的にも優れたヒートシンクを提供することを目的としている。即ち、略Ｕ字形状のヒートパイプと、前記ヒートパイプの略平行部分の左右双方を差し込むための孔を有し、その孔に略平行部分の左右双方が差し込まれた第１のフィンと、前記略平行部分に各々連なる湾曲部分の双方が差し込まれた第２のフィンとを備えるヒートシンクを提供する。また、前記第２のフィンには、前記湾曲部分の各々が差し込まれる長孔または切り欠き部を設けると良い。また、前記第１または前記第２のフィンに設けられる孔、長孔または切り欠き部に、曲げ部を備えさせることがより望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜７を参照しながら説明する。
図１のヒートパイプ１は略Ｕ字形状を有している（図１（イ）は正面図、図１（ロ）は側面図である）。そのＵ字の底に相当する部分である底部分１０３は伝熱ブロック２に埋め込めれている。図１に示す例では、ヒートパイプ１の底部分１０３は直状であるが、この部分も湾曲形状をなしていても良い。
【００１３】
ブロック２には図示しない被冷却部品（発熱部品）の熱を受けるようになっている。ヒートパイプ１の略平行部分１０１、１０１は、図１（イ）の左右に、概ね平行に相対している。この略平行部分１０１に相当するヒートパイプ１の部分に、第１のフィン３を所定枚数、取り付ける。第１のフィン３の例を図２に示す。図２の左右に設けた孔５はヒートパイプ１の略平行部１０１の断面形状に類似し、またその間隔は、略平行部分１０１に相当するヒートパイプ１の間隔程度になっている。
この第１のフィン３の取り付けは、図１（イ）の左右に位置するヒートパイプ１の略平行部分１０１に相当する部分を孔５に差し込むことでなされる。ヒートパイプ１と第１のフィン３との熱的接続を十分にするため、および第１のフィン３の固定強度の観点で、孔５はヒートパイプ１の略平行部分１０１の断面サイズより多少小さめにして、ヒートパイプ１にはめ込むようにしておくと良い。なお孔５はバーリング加工等によって形成すると実用的である。
【００１４】
さて、相対する略平行部分１０１は概ね平行であるので、第１のフィン３を複数枚、略平行部分１０１に差し込む場合、その複数枚の第１のフィン３として実質同じものが使える。つまりほぼ孔５の位置を同じにしたものを用意すれば良く、図１（イ）の上方から第１のフィン３を順次、一枚毎或いは複数枚毎にヒートパイプ１に差し込んでいけば良いからである。このように第１のフィン３が複数枚用いられる場合でも、その全てを実質的に同じものが適用できることはコスト上、望ましいことである。
【００１５】
それに対して、図１（イ）のヒートパイプ１の湾曲部分１０２は、湾曲している。これは一般にヒートパイプを直角に折り曲げ加工することは困難である事情による。そこで、図１（イ）のヒートパイプ１の如く、略平行部分１０１とＵ字の底部分１０３は湾曲した形態（湾曲部分１０２）でつながる形状になる。このため、この湾曲部分１０２では、底部分１０３に近づくとその相対する左右の部分が狭くなっていく。従って、図２に示す如くの孔５を有する第１のフィン３を差し込むことが事実上困難である。このため従来は、図８に示すように湾曲部分１０４にはフィンを取り付けない場合が多かった。
【００１６】
しかし本発明では、図１（イ）に示すように、ヒートパイプ１の湾曲部分１０２にも第２のフィン４を取り付けている。図８と図１とを比較しても判るように、湾曲部分１０２に第２のフィン４を取り付けても、ヒートシンク全体として要するスペースには大差がない。従って本発明のヒートシンクは第１のフィン３だけが取り付けられた場合より放熱性が高く、よりスペース効率に優れるものになる。またこの第２のフィン４は伝熱ブロック２に近い部位に位置しているので、より伝熱ブロック２からの熱を受けやすい。従って、第２のフィン４による放熱性の向上はより期待できるものである。
【００１７】
さて、第２のフィンの例として図３の場合を示す。図３に示す第２のフィン４には切り欠き部６が設けられている。この第２のフィン４を取り付けるには、ヒートパイプ１の略平行部分１０１が切り欠き部６に差し込まれるように図１(イ)の上方から下降させれば良い。相対する略平行部分１０１の間隔は湾曲部分１０２に比べ広いが、切り欠き部６を有する第２のフィン４であれば容易に差し込める。なお、図３ではフィン４の端まで切り欠いた切り欠き部６の例を示したが、相対する略平行部分１０１が差し込めるサイズであれば、切り欠き形態に替わって長孔状のものにしても良い。
【００１８】
図１（イ）を見れば判るように、第２のフィン４として、第２のフィン４０、４１、４２が描かれている。この第２のフィン４２が差し込まれる部位でのヒートパイプ１の間隔は、第２のフィン４０、４１が差し込まれる部位に比べ狭くなっている。第２のフィン４１が差し込まれる部位も第２のフィン４０が差し込まれる部位に比べ狭くなっている。そこで、図３の第２のフィン４の切り欠き部６の間隔（図のｄ）を適宜調節して、第２のフィン４０、４１、４２を用意すれば良い。
【００１９】
さてヒートパイプ１と、それに取り付けられた第１のフィン３または第２のフィン４との熱抵抗は小さい方が望ましい。そこで第１のフィンに設けた孔をバーリング加工等によって形成する際、ある程度の曲げ部を設けておくと良い。また第２のフィンに設けた長孔または切り欠き部にも曲げ部を設けると良い。特に第２のフィンは第１のフィンに比べヒートパイプとの熱抵抗が大きくなりやすいので、曲げ部を設けることが望ましい。図４は第２のフィン４２の切り欠き部６１に曲げ部７０を設けた例を示している。
【００２０】
なお、図５は曲げ部を設けたフィンを取り付けた状況を示す要部断面図であるが、これを見れば、曲げ部５０や曲げ部７３〜７５により、ヒートパイプ１０との接触面積が大きくなっていることが判る。図５に示す曲げ部７３〜７５の立ち上がり角度は、差し込まれるヒートパイプ１０とフィン４３〜４５との角度によって適宜調整すればより望ましい。
【００２１】
また別の例として図６に示すような、一方の面側に立ち上がる曲げ部８０と、他方の面側に立ち上がる曲げ部９０とを備える第２のフィン４６を提案する。この第２のフィン４６の場合、その曲げ部８０、９０の立ち上がり角度を調節しながらヒートパイプに差し込むことができる。図７はその差し込んだ状態を示す説明図であるが、ヒートパイプ１１の湾曲に合わせて曲げ部８１〜８３、９１〜９３を変形させる。こうすれば、第２のフィン４７〜４９とヒートパイプ１１との熱的接続がより良好になり望ましい。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明のヒートシンクは、そのサイズをあまり大きくしないでフィンからの放熱性を向上させることができ、ヒートシンクの小型化へ貢献している。またコスト面でも優れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるヒートシンクを説明する概略正面図（イ）、概略側面図（ロ）である。
【図２】本発明に係わるヒートシンクを構成する第１のフィンの一例を示す平面図である。
【図３】本発明に係わるヒートシンクを構成する第２のフィンの一例を示す平面図である。
【図４】本発明に係わるヒートシンクを構成する第２のフィンの一例を示す斜視図である。
【図５】図４に示す第２のフィンのヒートパイプへの取り付け状況を示す要断面図である。
【図６】本発明に係わるヒートシンクを構成するフィンの一例を示す斜視図である。
【図７】図６に示す第２のフィンのヒートパイプへの取り付け状況を示す要部断面図である。
【図８】従来のヒートシンクの例を説明する概略正面図（イ）、概略側面図（ロ）である。
【符号の説明】
１、１０、１１、１２ ヒートパイプ
１０１ 略平行部分
１０２ 湾曲部分
１０３ 底部分
１０４ 湾曲部分
１０５ 底部分
２、２０ 伝熱ブロック
３、３０、３１ 第１のフィン
３２ フィン
４、４０〜４９ 第２のフィン
５ 孔
５０、５１ 曲げ部
６、６１ 切り欠き部
７、７３、７４、７５ 曲げ部
８０、８１，８２、８３ 曲げ部
９０、９１、９２、９３ 曲げ部

Claims (3)

1. 略Ｕ字形状のヒートパイプと、前記ヒートパイプの略平行部分の左右双方を差し込む孔を有し、その孔に略平行部分の左右双方が差し込まれた第１のフィンと、前記略平行部分に各々連なる湾曲部分の双方が差し込まれた第２のフィンとを備えるヒートシンク。
2. 前記第２のフィンには、前記湾曲部分の各々が差し込まれる長孔または切り欠き部が設けられている請求項１記載のヒートシンク。
3. 前記第１または前記第２のフィンに設けられている孔、長孔または切り欠き部に、曲げ部が備わっている請求項２記載のヒートシンク。

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