JP4892403B2

JP4892403B2 - ヒートパイプ式放熱装置

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Publication number: JP4892403B2
Application number: JP2007129433A
Authority: JP
Inventors: 一裕熊倉
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-05-15
Also published as: JP2008286428A

Description

この発明は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、サイリスタなどの半導体素子からなる発熱体から発せられる熱を放熱するヒートパイプ式放熱装置に関する。

この明細書において、図１および図４の上下を上下といい、図３の左右を左右というものとする。また、図３の上側を前、下側を後というものとする。

たとえば電気自動車、電車などの車両の制御装置や、産業用ロボットの制御装置や、工作機械の制御装置や、無停電電源装置などには、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、サイリスタのような半導体素子からなる発熱体が用いられており、これらの発熱体から発せられる熱を放熱する必要がある。

上述した半導体素子からなる発熱体からの放熱を行うために、本出願人は、先に、垂直板状の発熱体取付部と、発熱体取付部と同一垂直面内に位置するように発熱体取付部と一体に設けられ、かつ上端が発熱体取付部よりも上方までのびる垂直板状の放熱部とを備えており、発熱体取付部および放熱部の全体が、互いに接合された２枚の金属板により形成され、両金属板間に、少なくともいずれか一方の金属板を外方に膨出させることにより、発熱体取付部および放熱部に、それぞれ互いに通じる格子状の中空作動液封入部が形成され、作動液封入部内に作動液が封入されてヒートパイプ部が形成され、放熱部の両面に放熱フィンがろう付されているヒートパイプ式放熱装置を提案した（特許文献１参照）。

特許文献１記載のヒートパイプ式放熱装置は、次のようにして用いられていた。すなわち、たとえば上述した制御装置の半導体素子が収納されているケーシングの壁に発熱体取付部のみを通しうる放熱装置装着用貫通穴があけられ、ヒートパイプ式放熱装置の発熱体取付部のみが放熱装置装着用貫通穴を通して外側からケーシング内に差し込まれ、発熱体取付部の片面に半導体素子が取り付けられて用いられていた。

しかしながら、特許文献１記載のヒートパイプ式放熱装置においては、放熱フィンが放熱部の両面にろう付されているので、放熱フィンの取付作業が面倒である。また、特許文献１記載のヒートパイプ式放熱装置においては、互いに接合された２枚の金属板により形成され、両金属板間に、少なくともいずれか一方の金属板を外方に膨出させることにより、発熱体取付部および放熱部に、それぞれ互いに通じる格子状の中空作動液封入部が形成されているので、表面に凹凸が存在することになり、発熱量の極めて大きい半導体素子の場合、発熱体取付部の外面に取り付けられた半導体素子から発熱体取付部内の作動液への熱伝導性が不十分となり、放熱性能が不足するおそれがある。
特開平８−１８６２１０号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、放熱フィンの取付作業性が向上するとともに放熱性能の優れたヒートパイプ式放熱装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)幅方向を左右方向に向けて配置され、かつ発熱体が取り付けられる垂直状第１扁平管部と、幅方向を前後方向に向けて第１扁平管部の前側に配置され、かつ放熱フィンが取り付けられる垂直状第２扁平管部とを備えており、第１扁平管部の後面および第２扁平管部の左右両面がそれぞれ平坦面となされ、両扁平管部内の上下両端部どうしがそれぞれ相互に通じさせられることによりループ状の中空作動液封入部が形成され、作動液封入部内に作動液が封入されてループ状ヒートパイプ部が形成され、第１扁平管部と第２扁平管部との間に、第２扁平管部に放熱フィンを取り付ける取付部材を通す取付部材挿通部が設けられているヒートパイプ式放熱装置。

2)第１扁平管部および第２扁平管部が、それぞれ別個に形成されるとともに互いに間隔をおいて配置された扁平管からなり、両扁平管の上下両端部どうしがそれぞれ連通部材により連通させられ、両扁平管間の隙間が取付部材挿通部となっている上記1)記載のヒートパイプ式放熱装置。

3)連通部材が、両扁平管の上下両端部に跨って嵌め被せられる上下両蓋体と、両扁平管と蓋体との間の隙間および取付部材挿通部の上下両端部を閉鎖する上下閉鎖体とよりなり、上側蓋体が、第１扁平管の管厚さよりも広幅であるとともに第１扁平管の管幅よりも長く、かつ第１扁平管の上方を覆う第１部分、第２扁平管の管厚さよりも広幅であるとともに第２扁平管の管幅よりも長く、かつ第２扁平管の上方を覆う第２部分、および第１部分と第２部分とを連結し、かつ取付部材挿通部の上方を覆う第３部分よりなる被覆壁と、被覆壁の周縁部に垂下状に形成された周壁とからなり、下側蓋体が、上側蓋体を上下逆向きにした形状であって、被覆壁と被覆壁の周縁部に立ち上がり状に形成された周壁とからなり、上下閉鎖体が、蓋体の周壁に接合されて周壁の先端開口を閉鎖する閉鎖部を有しており、閉鎖部に両扁平管の端部を挿入する管挿入穴が形成され、両扁平管の端部が管挿入穴内に挿入されて閉鎖部に接合されている上記2)記載のヒートパイプ式放熱装置。

4)第１扁平管部と第２扁平管部とが中実状の連結部を介して一体に形成され、両扁平管部の上下両端部どうしがそれぞれ連通部により連通させられており、両扁平管部内に、それぞれ上下方向にのびる複数の通路が幅方向に並んで形成されるとともに、隣り合う通路どうしを仕切る仕切壁の上下両端部が切除されて、両扁平管部の上下両端部に、それぞれ全通路を相互に通じさせる連通用空間が形成され、また連結部の上下両端面に、それぞれ両扁平管部内の連通用空間を相互に通じさせる連通溝が形成され、さらに両扁平管部および連結部の上下両端部に跨るように、両連通用空間および連通溝の上下方向外方への開口を閉鎖する蓋が接合されることによって、連通部が形成されており、両扁平管部を連結する連結部が、第２扁平管部に放熱フィンを取り付ける取付部材を通す取付部材挿通部を兼ねている上記1)記載のヒートパイプ式放熱装置。

5)第１扁平管部と第２扁平管部とが中実状の連結部を介して一体に形成され、両扁平管部の上下両端部どうしがそれぞれ連通部により連通させられており、両扁平管部内に、それぞれ上下方向にのびる通路が形成されるとともに、当該通路内にインナーフィンが配置され、またインナーフィンの長さが両扁平管部の長さよりも短くなされるとともに、インナーフィンの両端が両扁平管部の両端よりも内方に位置させられて、両扁平管部の上下両端部に、それぞれ空間が形成され、また連結部の上下両端面に、それぞれ両扁平管部内の空間を相互に通じさせる連通溝が形成され、さらに両扁平管部および連結部の上下両端部に跨るように、両空間および連通溝の上下方向外方への開口を閉鎖する蓋が接合されることによって、連通部が形成されており、両扁平管部を連結する連結部が、第２扁平管部に放熱フィンを取り付ける取付部材を通す取付部材挿通部を兼ねている上記1)記載のヒートパイプ式放熱装置。

6)第１扁平管部における第２扁平管部とは反対側を向いた面の少なくとも周縁部に、同一垂直面内に位置する平坦なシール面が設けられており、シール面が、最も後側に位置している上記1)〜5)のうちのいずれかに記載のヒートパイプ式放熱装置。

7)第１扁平管部における第２扁平管部とは反対側を向いた面にシール用部材が接合されており、シール用部材の後面の少なくとも周縁部にシール面が設けられている上記6)記載のヒートパイプ式放熱装置。

8)第２扁平管部が第１扁平管部の幅方向の中央部に配置されることにより、上方から見てＴ字状となっている上記1)〜7)のうちのいずれかに記載のヒートパイプ式放熱装置。

上記1)のヒートパイプ式放熱装置によれば、第１扁平管部と第２扁平管部との間に設けられた取付部材挿通部に通された取付部材、たとえばボルトを利用して放熱フィンが第２扁平管部の左右両面に取り付けられる。したがって、特許文献１記載のヒートパイプ式放熱装置のように放熱フィンをろう付する場合に比べて、放熱フィンの取付作業性が向上する。

また、上記1)のヒートパイプ式放熱装置を、たとえば上述した制御装置に用いる場合、半導体素子が収納されているケーシングの壁に放熱装置装着用貫通穴があけられ、第１扁平管部における第２扁平管部とは反対側を向いた面（後面）が、放熱装置装着用貫通穴を通してケーシング内に臨んだ状態で、ヒートパイプ式放熱装置がケーシングに固定され、第１扁平管部の後面の下端部に半導体素子が取り付けられる。そして、第１扁平管部の後面および第２扁平管部の左右両面がそれぞれ平坦面となされているので、半導体素子から第１扁平管部内の作動液の熱伝導性、および第２扁平管部内の作動液から放熱フィンへの熱伝導性が優れたものになる。しかも、ループ状の中空作動液封入部内に作動液が封入されてループ状ヒートパイプ部が形成されているので、ヒートパイプ部の作動効率が向上して熱輸送性能が性能がアップする。したがって、放熱性能が優れたものになり、発熱量の大きい半導体素子の場合であっても十分に効率良く放熱することができる。

上記2)〜7)のヒートパイプ式放熱装置によれば、取付部材挿通部を比較的簡単に設けることができる。また、ループ状の中空作動液封入部を比較的簡単に形成することができる。

上記4)のヒートパイプ式放熱装置によれば、部品点数が少なくなる。

上記6)のヒートパイプ式放熱装置のヒートパイプ式放熱装置を、たとえば上述した制御装置に用いる場合、半導体素子が収納されているケーシングの壁に放熱装置装着用貫通穴があけられ、第１扁平管部における第２扁平管部とは反対側を向いた面（後面）が、放熱装置装着用貫通穴を通してケーシング内に臨みかつシール面が、ケーシングの壁の外面における放熱装置装着用貫通穴の周囲の部分に面接触させられた状態で、ヒートパイプ式放熱装置がケーシングに固定される。そして、シール面とケーシングにおける放熱装置装着用貫通穴の周囲の部分との間のシールは、両者の面接触部を、たとえばシーラントで塞ぐことにより行われるので、シール作業を簡単に行うことができ、シール性が向上する。すなわち、上述した制御装置のケーシング外には微細な塵埃などが存在しており、これがケーシング内に浸入すると、半導体素子に悪影響を及ぼすので、塵埃などのケーシング内への浸入を防止する必要がある。しかしながら、特許文献１記載のヒートパイプ式放熱装置は、互いに接合された２枚の金属板により形成され、両金属板間に、少なくともいずれか一方の金属板を外方に膨出させることにより、発熱体取付部および放熱部に、それぞれ互いに通じる格子状の中空作動液封入部が形成されているので、表面に凹凸が存在することになり、ヒートパイプ式放熱装置の発熱体取付部と、ケーシングにおける放熱装置装着用貫通穴の周囲の部分との間のシール作業が困難になり、シール性が低下するおそれがある。

上記7)のヒートパイプ式放熱装置によれば、シール面を比較的簡単に設けることができる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。

実施形態１
この実施形態は図１〜図５に示すものである。

図１は実施形態１のヒートパイプ式放熱装置の全体構成を示し、図２はその要部の構成を示し、図３〜図５は図１のヒートパイプ式放熱装置の使用状態を示す。

図１〜図４において、ヒートパイプ式放熱装置(1)は、幅方向を左右方向に向けて配置された垂直状第１扁平管(2)（第１扁平管部）と、第１扁平管(2)とは別個に形成され、かつ幅方向を前後方向に向けるとともに第１扁平管(2)の前方に間隔をおいて配置された垂直状第２扁平管(3)（第２扁平管部）と、両扁平管(2)(3)の上下両端部どうしを連通させる連通部材(4)とを備えており、第２扁平管(3)が第１扁平管(2)の左右方向の中央部に配置されることによって、上方から見てＴ字状となっている。両扁平管(2)(3)内の上下両端部どうしがそれぞれ連通部材(4)を介して相互に通じさせられることによりループ状の中空作動液封入部(5)が形成され、作動液封入部(5)内に作動液（図示略）が封入されてヒートパイプ部(6)が形成されている。ヒートパイプ部(6)における第１扁平管(2)の下端部に位置する部分が蒸発部(6A)となり、第２扁平管(3)に位置する部分が凝縮部(6B)となっている。また、第１扁平管(2)と第２扁平管(3)との間の隙間が、第２扁平管(3)に放熱フィンを取り付ける取付部材を通す取付部材挿通部(7)となっている。

第１扁平管(2)はアルミニウム押出形材製であって、前後両面が平坦面となっており、その内部には複数の通路(2a)が幅方向に並んで形成されている。第１扁平管(2)の後面にはアルミニウム製シール用部材(8)がろう付されている。シール用部材(8)は、第１扁平管(2)の後面にろう付されかつ下端部が発熱体取付部(9)となされた縦長方形の平板部(8a)と、平板部(8a)の周縁部に全周にわたって一体に形成された後方突出壁部(8b)と、後方突出壁部(8b)の後縁に全周にわたって一体に形成され、かつ先端が第１扁平管(2)の周縁よりも外方に突出した外向きフランジ部(8c)とよりなり、外向きフランジ部(8c)の後面が、同一垂直面内に位置している。第２扁平管(3)はアルミニウム押出形材製であって、左右両面が平坦面となっており、その内部には複数の通路(3a)が幅方向に並んで形成されている。

上側の連通部材(4)は、第１扁平管(2)および第２扁平管(3)の上端部に跨って嵌め被せられるアルミニウム製蓋体(11)と、両扁平管(2)(3)と蓋体(11)との間の隙間および両扁平管(2)(3)間の隙間である取付部材挿通部(7)の上端部を閉鎖するアルミニウム製閉鎖体(12)とを備えている。

蓋体(11)は、第１扁平管(2)の管厚さよりも広幅であるとともに第１扁平管(2)の管幅よりも長く、かつ第１扁平管(2)の上方を覆う左右方向に長い第１部分(13a)、第２扁平管(3)の管厚さよりも広幅であるとともに第２扁平管(3)の管幅よりも長く、かつ第２扁平管(3)の上方を覆う前後方向に長い第２部分(13b)、および第１部分(13a)と第２部分(13b)とを連結し、かつ取付部材挿通部(7)の上方を覆う第３部分(13c)よりなる平面から見てＴ字状の被覆壁(13)と、被覆壁(13)の周縁部に垂下状に形成された周壁(14)とからなる。

閉鎖体(12)は、蓋体(11)の内方へ突出し、かつ蓋体(11)内に嵌め入れられた突出部(15)を有している。突出部(15)の周壁(15a)外周面は蓋体(11)の周壁(14)内周面に密接しており、これにより突出部(15)が、蓋体(11)の周壁(14)の下端開口を閉鎖する閉鎖部となっている。閉鎖体(12)の突出部(15)の頂壁(15b)には、第１扁平管(2)および第２扁平管(3)の端部を挿入する管挿入穴(16)(17)が形成され、頂壁(15b)における各管挿入穴(16)(17)の周囲の部分に上下方向外方、ここでは上方に突出したフランジ(16a)(17a)が一体に形成されている。そして、閉鎖体(12)の突出部(15)の周壁(15a)が蓋体(11)の周壁(14)にろう付されることにより連通部材(14)が形成されており、両扁平管(2)(3)の端部が閉鎖体(12)の突出部(15)の頂壁(15b)の管挿入穴(16)(17)内に挿入されてフランジ(16a)(17a)にろう付されている。

下側の連通部材(4)は上側の連通部材(4)を上下逆向きにしたものであり、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

ここで、シール用部材(8)の外向きフランジ部(8c)は、連通部材(4)よりも後方に位置しており、外向きフランジ部(8c)の後面が、同一垂直面内に位置するシール面(25)となっている。

ヒートパイプ式放熱装置(1)の第２扁平管(3)の外面、すなわち左右両側面に、それぞれ冷却気体を上下方向に流しうる放熱フィン(18)が取り付けられている。各放熱フィン(18)は、アルミニウム製基板(19)と、基板(19)の片面にろう付され、かつ波頂部および波底部が上下方向を向いたアルミニウム製コルゲート状フィン本体(21)と、基板(19)およびフィン本体(21)にろう付されかつフィン本体(21)を覆うアルミニウム製カバー(22)とよりなる。両放熱フィン(18)の基板(19)の前後両側縁部は、第２扁平管(3)の前後両側縁部よりも前後方向外方に突出している。そして、両放熱フィン(18)の基板(19)におけるフィン本体(21)がろう付されていない側の平坦面が、第２扁平管(3)の左右両側面に面接触させられており、両放熱フィン(18)の基板(19)における第２扁平管(3)よりも後方に突出した部分およびヒートパイプ式放熱装置(1)の取付部材挿通部(7)を貫通したボルト(23)、ならびに基板(19)における第２扁平管(3)よりも前方に突出した部分を貫通したボルト(23)の先端部にそれぞれナット(24)がねじ嵌められることによって、第２扁平管(3)の左右両面に放熱フィン(18)が取り付けられている。

ヒートパイプ式放熱装置(1)によって、たとえば上述した工作機械の制御装置の半導体装置から発せられる熱を放熱する方法は、次の通りである。

すなわち、図３〜図５に示すように、半導体素子(S)が収納されているケーシング(30)の壁(31)に、第１扁平管(2)に接合されたシール用部材(8)の外向きフランジ(8c)よりも若干小さな縦長方形の放熱装置装着用貫通穴(32)を複数形成しておく。ついで、放熱装置装着用貫通穴(32)と同数のヒートパイプ式放熱装置(1)を用意し、各ヒートパイプ式放熱装置(1)のシール用部材(8)の外向きフランジ(8c)におけるシール面(25)をケーシング(30)の壁(31)外面における貫通穴(32)の周囲の部分に面接触させる。そして、当該面接触部を適当なシール手段、たとえばシーラントを用いてシールする。そして、各ヒートパイプ式放熱装置(1)のケーシング(30)の内側に露出したシール用部材(8)の平板部(8a)における発熱体取付部(9)の後面に半導体素子(S)を取り付ける。

半導体素子(S)から発せられる熱は、平板部(8a)を経てヒートパイプ部(6)の蒸発部(6A)、すなわち第１扁平管(2)の下端部内の液相の作動液に伝わり、作動液が蒸発する。蒸発した気相の作動液は、第１扁平管(2)内を上昇し、上側連通部材(4)を通って凝縮部(6B)、すなわち第２扁平管(3)内に入り、第２扁平管(3)において、気相の作動液の有する熱は、第２扁平管(3)の管壁および放熱フィン(18)の基板(19)を経てフィン本体(21)に伝わり、フィン本体(21)から放熱される。その結果、気相の作動液は凝縮し、液相の作動液は第２扁平管(3)内を下方に流れ、下側連通部材(4)を通ってヒートパイプ部(6)の蒸発部(6A)に戻る。このような動作を繰り返して、半導体素子(S)から発せられる熱が放熱される。

実施形態２
この実施形態は図６および図７に示すものである。

図６は実施形態２のヒートパイプ式放熱装置の要部の構成を示し、図７は図６のヒートパイプ式放熱装置の使用状態を示す。

図６および図７において、ヒートパイプ式放熱装置(40)は、幅方向を左右方向に向けた垂直状第１扁平管部(41)と、幅方向を前後方向に向けるとともに第１扁平管部(41)の前方に配置された垂直状第２扁平管部(42)と、幅方向を前後方向に向けるとともに第１扁平管部(41)と第２扁平管部(42)とを一体に連結する中実状連結部(43)と、両扁平管部(41)(42)の上下両端部どうしを連通させる連通部(44)とを備えており、第２扁平管部(42)および連結部(43)が第１扁平管部(41)の左右方向の中央部に配置されることによって、上方から見てＴ字状となっている。両扁平管部(41)(42)内の上下両端部どうしがそれぞれ連通部(44)を介して相互に通じさせられることによりループ状の中空作動液封入部(5)が形成され、作動液封入部(5)内に作動液（図示略）が封入されてヒートパイプ部(6)が形成されている。ヒートパイプ部(6)における第１扁平管部(41)の下端部に位置する部分が蒸発部(6A)となり、第２扁平管部(42)に位置する部分が凝縮部(6B)となっている。また、連結部(43)には、第２扁平管部(42)に放熱フィン(18)を取り付けるボルト(23)（取付部材）を通す挿通穴(45)が形成されており、連結部(43)が取付部材挿通部(7)を兼ねている。第１扁平管部(41)、第２扁平管部(42)および連結部(43)は一体に押出成形されている。

第１扁平管部(41)の前後両面は平坦面となっており、その内部には複数の通路(41a)が幅方向に並んで形成されている。第１扁平管部(41)の後面には、下端部が発熱体取付部(9)となされたアルミニウム製シール用部材(46)がろう付されている。シール用部材(46)は全体が平板状であり、その周縁部は第１扁平管部(41)の周縁部よりも外方に突出している。そして、シール用部材(46)の後面全体が同一垂直面内に位置しており、その周縁部が同一垂直面内に位置するシール面(25)となっている。第２扁平管部(42)の左右両面は平坦面となっており、その内部には複数の通路(42a)が幅方向に並んで形成されている。

上下両連通部(44)は、次のようにして形成されている。すなわち、第１扁平管部(41)および第２扁平管部(42)の隣り合う通路(41a)(42a)間の仕切壁(41b)(42b)の上下両端部が所定長さにわたって切除されることにより、両扁平管部(41)(42)内の上下両端部に、それぞれ全通路(41a)(42a)を通じさせる連通用空間(47)(48)が形成されている。また、連結部(43)の上下両端面に、それぞれ両扁平管部(41)(42)内の連通用空間(47)(48)を相互に通じさせる連通溝(49)が形成されている。そして、第１扁平管部(41)、第２扁平管部(42)および連結部(43)の上下両端部に跨るように、連通用空間(47)(48)および連通溝(49)の上下方向外方への開口を閉鎖する平面から見てＴ字状の蓋(51)が接合されている。こうして、上下両連通部(44)が形成されている。

第２扁平管部(42)の左右両面に、それぞれ放熱フィン(18)が取り付けられている。すなわち、放熱フィン(18)の基板(19)におけるフィン本体(21)がろう付されていない側の平坦面が、第２扁平管部(42)の左右両側面に面接触させられ、両放熱フィン(18)の基板(19)における第２扁平管部(42)よりも後方に突出した部分およびヒートパイプ式放熱装置(1)の取付部材挿通部(7)の挿通穴(45)に通されたボルト(23)、ならびに基板(19)における第２扁平管(3)よりも前方に突出した部分を貫通したボルト(23)の先端部にそれぞれナット(24)がねじ嵌められることによって、第２扁平管部(42)の左右両面に放熱フィン(18)が取り付けられている。

ヒートパイプ式放熱装置(40)によって、たとえば上述した工作機械の制御装置の半導体装置から発せられる熱を放熱する方法は、次の通りである。

すなわち、図７に示すように、半導体素子(S)が収納されているケーシング(30)の壁(31)に、第１扁平管部(41)に接合されたシール用部材(46)の外周縁よりも若干小さな縦長長方形の放熱装置装着用貫通穴(32)を複数形成しておく。ついで、放熱装置装着用貫通穴(32)と同数のヒートパイプ式放熱装置(40)を用意し、各ヒートパイプ式放熱装置(40)のシール用部材(46)のシール面(25)をケーシング(30)の壁(31)外面における貫通穴(32)の周囲の部分に面接触させる。そして、当該面接触部を適当なシール手段、たとえばシーラントを用いてシールする。そして、各ヒートパイプ式放熱装置(40)のケーシング(30)の内側に露出したシール用部材(46)の発熱体取付部(9)の後面に半導体素子(S)を取り付ける。

半導体素子(S)から発せられる熱は、シール用部材(46)を経てヒートパイプ部(6)の蒸発部(6A)、すなわち第１扁平管部(41)の下端部内の液相の作動液に伝わり、作動液が蒸発する。蒸発した気相の作動液は、第１扁平管部(41)内を上昇し、上側連通部(44)を通って凝縮部(6B)、すなわち第２扁平管部(42)内に入り、第２扁平管部(42)において、気相の作動液の有する熱は、第２扁平管部(42)の管壁および放熱フィン(18)の基板(19)を経てフィン本体(21)に伝わり、フィン本体(21)から放熱される。その結果、気相の作動液は凝縮し、液相の作動液は第２扁平管部(42)内を下方に流れ、下側連通部(44)を通ってヒートパイプ部(6)の蒸発部(6A)に戻る。このような動作を繰り返して、半導体素子(S)から発せられる熱が放熱される。

実施形態３
この実施形態は図８および図９に示すものである。

図８は実施形態３のヒートパイプ式放熱装置の要部の構成を示し、図９は図８のヒートパイプ式放熱装置の使用状態を示す。

図８および図９において、ヒートパイプ式放熱装置(60)は、幅方向を左右方向に向けた垂直状第１扁平管部(61)と、幅方向を前後方向に向けるとともに第１扁平管部(61)の前方に配置された垂直状第２扁平管部(62)と、幅方向を前後方向に向けるとともに第１扁平管部(61)と第２扁平管部(62)とを一体に連結する中実状連結部(43)と、両扁平管部(61)(62)の上下両端部どうしを連通させる連通部(63)とを備えており、第２扁平管部(62)および連結部(43)が第１扁平管部(61)の左右方向の中央部に配置されることによって、上方から見てＴ字状となっている。両扁平管部(61)(62)内の上下両端部どうしがそれぞれ連通部(63)を介して相互に通じさせられることによりループ状の中空作動液封入部(5)が形成され、作動液封入部(5)内に作動液（図示略）が封入されてヒートパイプ部(6)が形成されている。ヒートパイプ部(6)における第１扁平管部(61)の下端部に位置する部分が蒸発部(6A)となり、第２扁平管部(62)に位置する部分が凝縮部(6B)となっている。第１扁平管部(61)、第２扁平管部(62)および連結部(43)は一体に押出成形されている。

第１扁平管部(61)の前後両面は平坦面となっており、その内部全体が１つの通路(61a)となっている。通路(61a)内には、波頂部および波底部が上下方向を向いたアルミニウム製のコルゲート状インナーフィン(64)が配置されて第１扁平管部(61)の前後両側壁にろう付されている。第１扁平管部(61)の後面には、下端部が発熱体取付部(9)となされたアルミニウム製シール用部材(46)がろう付されている。シール用部材(46)の周縁部は第１扁平管部(61)の周縁部よりも外方に突出している。そして、シール用部材(46)の後面全体が同一垂直面内に位置しており、その周縁部が同一垂直面内に位置するシール面(25)となっている。

第２扁平管部(62)の左右両面は平坦面となっており、その内部には前後方向の幅が比較的広い複数、ここでは３つの通路(62a)が幅方向に並んで形成されている。各通路(62a)内には、波頂部および波底部が上下方向を向いたアルミニウム製のコルゲート状インナーフィン(65)が配置されて第２扁平管部(62)の左右両側壁にろう付されている。

上下両連通部(63)は、次のようにして形成されている。すなわち、第１扁平管部(61)の通路(61a)内に配置されたインナーフィン(64)の長さが第１扁平管部(61)の長さよりも短くなっていることにより、第１扁平管部(61)内の上下両端部に、それぞれインナーフィン(63)の存在しない空間(66)が形成されている。第２扁平管部(62)の隣り合う通路(62a)間の仕切壁(62b)の上下両端部が所定長さにわたって切除されるとともに、各通路(62a)内に配置されたインナーフィン(65)の長さが残存した仕切壁(62b)の長さと等しくなっていることにより、第２扁平管部(62)内の上下両端部に、全通路(62a)を通じさせる連通用空間(67)が形成されている。また、連結部(43)の上下両端面に形成された連通溝(49)は、両扁平管部(61)(62)内の空間(66)(67)を相互に通じさせるようになっている。そして、第１扁平管部(61)、第２扁平管部(62)および連結部(43)の上下両端部に跨るように、空間(66)(67)および連通溝(49)の上下方向外方への開口を閉鎖する平面から見てＴ字状の蓋(51)が接合されている。こうして、上下両連通部(63)が形成されている。

第２扁平管部(62)の左右両面に、それぞれ放熱フィン(18)が取り付けられている。すなわち、放熱フィン(18)の基板(19)におけるフィン本体(21)がろう付されていない側の平坦面が、第２扁平管部(62)の左右両側面に面接触させられ、両放熱フィン(18)の基板(19)における第２扁平管部(62)よりも後方に突出した部分およびヒートパイプ式放熱装置(1)の取付部材挿通部(7)の挿通穴(45)に通されたボルト(23)、ならびに基板(19)における第２扁平管(3)よりも前方に突出した部分を貫通したボルト(23)の先端部にそれぞれナット(24)がねじ嵌められることによって、第２扁平管部(62)の左右両面に放熱フィン(18)が取り付けられている。

ヒートパイプ式放熱装置(60)によって、たとえば上述した工作機械の制御装置の半導体装置から発せられる熱を放熱する方法は、次の通りである。

すなわち、図９に示すように、半導体素子(S)が収納されているケーシング(30)の壁(31)に、第１扁平管部(61)に接合されたシール用部材(46)の外周縁よりも若干小さな縦長長方形の放熱装置装着用貫通穴(32)を複数形成しておく。ついで、放熱装置装着用貫通穴(32)と同数のヒートパイプ式放熱装置(60)を用意し、各ヒートパイプ式放熱装置(60)のシール用部材(46)のシール面(25)をケーシング(30)の壁(31)外面における貫通穴(32)の周囲の部分に面接触させる。そして、当該面接触部を適当なシール手段、たとえばシーラントを用いてシールする。そして、各ヒートパイプ式放熱装置(60)のケーシング(30)の内側に露出したシール用部材(46)の発熱体取付部(9)の後面に半導体素子(S)を取り付ける。

半導体素子(S)から発せられる熱は、シール用部材(46)を経てヒートパイプ部(6)の蒸発部(6A)、すなわち第１扁平管部(61)の下端部内の液相の作動液に伝わり、作動液が蒸発する。蒸発した気相の作動液は、第１扁平管部(61)内を上昇し、上側連通部(63)を通って凝縮部(6B)、すなわち第２扁平管部(62)内に入り、第２扁平管部(62)において、気相の作動液の有する熱は、第２扁平管部(62)の管壁および放熱フィン(18)の基板(19)を経てフィン本体(21)に伝わり、フィン本体(21)から放熱される。その結果、気相の作動液は凝縮し、液相の作動液は第２扁平管部(62)内を下方に流れ、下側連通部(63)を通ってヒートパイプ部(6)の蒸発部(6A)に戻る。このような動作を繰り返して、半導体素子(S)から発せられる熱が放熱される。

この発明の実施形態１のヒートパイプ式放熱装置の全体構成を示す斜視図である。この発明の実施形態１のヒートパイプ式放熱装置の上端部の構成を示す分解斜視図である。この発明の実施形態１のヒートパイプ式放熱装置の使用状態を示し、発熱体取付部での水平断面図である。図３の中間部を省略したＡ−Ａ線断面図である。この発明の実施形態１のこの発明によるヒートパイプ式放熱装置の使用状態を示し、複数のヒートパイプ式放熱装置を半導体素子が収納されたケーシングに取り付ける状態を示す斜視図である。この発明の実施形態２のヒートパイプ式放熱装置の上端部の構成を示す分解斜視図である。この発明の実施形態２のヒートパイプ式放熱装置の使用状態を示し、発熱体取付部での水平断面図である。この発明の実施形態３のヒートパイプ式放熱装置の上端部の構成を示す分解斜視図である。この発明の実施形態３のヒートパイプ式放熱装置の使用状態を示し、発熱体取付部での水平断面図である。

符号の説明

(1)(40)(60)：ヒートパイプ式放熱装置
(2)：第１扁平管（第１扁平管部）
(3)：第２扁平管（第２扁平管部）
(4)：連通部材
(5)：作動液封入部
(6)：ヒートパイプ部
(7)：取付部材挿通部
(8)：シール用部材
(8c)：外向きフランジ
(11)：蓋体
(12)：閉鎖体
(13)：被覆壁
(13a)：第１部分
(13b)：第２部分
(13c)：第３部分
(14)：周壁
(15)：突出部（閉鎖部）
(16)(17)：管挿入穴
(18)：放熱フィン
(25)：シール面
(41)(61)：第１扁平管部
(41a)(61a)：通路
(41b)：仕切壁
(42)(62)：第２扁平管部
(42a)(62a)：通路
(43)：連結部
(44)(63)：連通部
(47)(48)：連通用空間
(49)：連通溝
(51)：蓋
(64)(65)：インナーフィン
(66)(67)：空間

Claims

幅方向を左右方向に向けて配置され、かつ発熱体が取り付けられる垂直状第１扁平管部と、幅方向を前後方向に向けて第１扁平管部の前側に配置され、かつ放熱フィンが取り付けられる垂直状第２扁平管部とを備えており、第１扁平管部の後面および第２扁平管部の左右両面がそれぞれ平坦面となされ、両扁平管部内の上下両端部どうしがそれぞれ相互に通じさせられることによりループ状の中空作動液封入部が形成され、作動液封入部内に作動液が封入されてループ状ヒートパイプ部が形成され、第１扁平管部と第２扁平管部との間に、第２扁平管部に放熱フィンを取り付ける取付部材を通す取付部材挿通部が設けられているヒートパイプ式放熱装置。
第１扁平管部および第２扁平管部が、それぞれ別個に形成されるとともに互いに間隔をおいて配置された扁平管からなり、両扁平管の上下両端部どうしがそれぞれ連通部材により連通させられ、両扁平管間の隙間が取付部材挿通部となっている請求項１記載のヒートパイプ式放熱装置。
連通部材が、両扁平管の上下両端部に跨って嵌め被せられる上下両蓋体と、両扁平管と蓋体との間の隙間および取付部材挿通部の上下両端部を閉鎖する上下閉鎖体とよりなり、上側蓋体が、第１扁平管の管厚さよりも広幅であるとともに第１扁平管の管幅よりも長く、かつ第１扁平管の上方を覆う第１部分、第２扁平管の管厚さよりも広幅であるとともに第２扁平管の管幅よりも長く、かつ第２扁平管の上方を覆う第２部分、および第１部分と第２部分とを連結し、かつ取付部材挿通部の上方を覆う第３部分よりなる被覆壁と、被覆壁の周縁部に垂下状に形成された周壁とからなり、下側蓋体が、上側蓋体を上下逆向きにした形状であって、被覆壁と被覆壁の周縁部に立ち上がり状に形成された周壁とからなり、上下閉鎖体が、蓋体の周壁に接合されて周壁の先端開口を閉鎖する閉鎖部を有しており、閉鎖部に両扁平管の端部を挿入する管挿入穴が形成され、両扁平管の端部が管挿入穴内に挿入されて閉鎖部に接合されている請求項２記載のヒートパイプ式放熱装置。
第１扁平管部と第２扁平管部とが中実状の連結部を介して一体に形成され、両扁平管部の上下両端部どうしがそれぞれ連通部により連通させられており、両扁平管部内に、それぞれ上下方向にのびる複数の通路が幅方向に並んで形成されるとともに、隣り合う通路どうしを仕切る仕切壁の上下両端部が切除されて、両扁平管部の上下両端部に、それぞれ全通路を相互に通じさせる連通用空間が形成され、また連結部の上下両端面に、それぞれ両扁平管部内の連通用空間を相互に通じさせる連通溝が形成され、さらに両扁平管部および連結部の上下両端部に跨るように、両連通用空間および連通溝の上下方向外方への開口を閉鎖する蓋が接合されることによって、連通部が形成されており、両扁平管部を連結する連結部が、第２扁平管部に放熱フィンを取り付ける取付部材を通す取付部材挿通部を兼ねている請求項１記載のヒートパイプ式放熱装置。
第１扁平管部と第２扁平管部とが中実状の連結部を介して一体に形成され、両扁平管部の上下両端部どうしがそれぞれ連通部により連通させられており、両扁平管部内に、それぞれ上下方向にのびる通路が形成されるとともに、当該通路内にインナーフィンが配置され、またインナーフィンの長さが両扁平管部の長さよりも短くなされるとともに、インナーフィンの両端が両扁平管部の両端よりも内方に位置させられて、両扁平管部の上下両端部に、それぞれ空間が形成され、また連結部の上下両端面に、それぞれ両扁平管部内の空間を相互に通じさせる連通溝が形成され、さらに両扁平管部および連結部の上下両端部に跨るように、両空間および連通溝の上下方向外方への開口を閉鎖する蓋が接合されることによって、連通部が形成されており、両扁平管部を連結する連結部が、第２扁平管部に放熱フィンを取り付ける取付部材を通す取付部材挿通部を兼ねている請求項１記載のヒートパイプ式放熱装置。
第１扁平管部における第２扁平管部とは反対側を向いた面の少なくとも周縁部に、同一垂直面内に位置する平坦なシール面が設けられており、シール面が、最も後側に位置している請求項１〜５のうちのいずれかに記載のヒートパイプ式放熱装置。
第１扁平管部における第２扁平管部とは反対側を向いた面にシール用部材が接合されており、シール用部材の後面の少なくとも周縁部にシール面が設けられている請求項６記載のヒートパイプ式放熱装置。
第２扁平管部が第１扁平管部の幅方向の中央部に配置されることにより、上方から見てＴ字状となっている請求項１〜７のうちのいずれかに記載のヒートパイプ式放熱装置。