JP6810256B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、発熱体を冷却するヒートシンクに関し、特に、ヒートパイプ式ヒートシンクに関するものである。

電子機器の高機能化に伴い、電子機器内部には、電子部品等の発熱体が高密度に搭載されている。電子部品等の発熱体を冷却する手段として、ヒートパイプを備えたヒートシンク（ヒートパイプ式ヒートシンク）が使用される場合がある。上記ヒートシンクとしては、例えば、平板状の多数の放熱フィンが複数設けられたヒートパイプの外周面に半径方向に向けて突出して設けられたヒートパイプ式ヒートシンクが提案されている（特許文献１）。

特許文献１では、強制空冷のためのファンから供給される冷却風の流れ方向に沿って、複数のヒートパイプが並列配置されている。すなわち、複数のヒートパイプには、凝縮部が冷却風の風上側に配置されたヒートパイプと、凝縮部が冷却風の風下側に配置されたヒートパイプとが設けられている。

一方で、冷却対象である発熱体に近い位置に蒸発部が取り付けられるヒートパイプは、該発熱体から遠い位置に蒸発部が取り付けられるヒートパイプと比較して、該発熱体からの入熱量が多く、要求される熱輸送量が多くなるので、その分、ヒートパイプの冷却能力を向上させる必要がある。発熱体に近い位置に蒸発部が取り付けられるヒートパイプの冷却能力が十分ではない場合、発熱体から十分に熱を奪うことができず、結果として、発熱体の温度が上昇してしまう。従って、発熱体に近い位置に蒸発部が取り付けられるヒートパイプには、冷却能力の高い特性が要求される。各ヒートパイプが所定の熱抵抗を有する場合には、発熱体に近い位置に蒸発部が取り付けられるヒートパイプの凝縮部に、低温の冷却風を供給して凝縮部に熱的に接続された放熱フィンと冷却風との間の温度差を得ることで、発熱体に近い位置に蒸発部が取り付けられるヒートパイプの冷却能力を向上させることができる。なお、「ヒートパイプの冷却能力」とは、熱輸送を行っている（すなわち、稼働している）ヒートパイプの蒸発部の温度を低下させる能力を意味し、「ヒートパイプの冷却能力が向上する」とは、熱輸送を行っているヒートパイプの蒸発部の温度がより低下することを意味する。

しかし、特許文献１では、複数のヒートパイプは、その長手方向が略平行となるように並列配置されており、いずれのヒートパイプも、その一端が加熱部と熱的に接続されて蒸発部を形成し、他端が放熱フィンと熱的に接続されて凝縮部を形成しているにすぎない。従って、発熱体からの入熱量が多いヒートパイプに対し、冷却能力を向上させることができない場合があるので、ヒートシンクの放熱特性に改善の余地があった。

特開２００３−１１００７２号公報

上記事情に鑑み、本発明は、複数のヒートパイプのうち、冷却対象である発熱体からの入熱量が相対的に多いヒートパイプに対し、冷却能力を向上させることにより、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できるヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明の態様は、発熱体と熱的に接続される受熱部と、該受熱部と所定の部位にて熱的に接続された複数のヒートパイプと、複数の該ヒートパイプの該所定の部位とは異なる他の部位と熱的に接続された放熱部と、を備え、複数の前記ヒートパイプのうち、前記所定の部位の少なくとも一部分または前記所定の部位の端部から該所定の部位の伸延方向に沿って延出させた仮想直線が前記発熱体の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合う第１ヒートパイプの、前記他の部位が、前記所定の部位または前記所定の部位の端部から該所定の部位の伸延方向に沿って延出させた仮想直線が前記発熱体の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合わない第２ヒートパイプの、前記他の部位よりも、冷却風の風上側に設けられているヒートシンクである。

上記態様では、ヒートパイプは所定の部位にて発熱体から受熱するので、所定の部位が蒸発部であり、他の部位にて発熱体からの熱を放熱部へ放出するので、他の部位が凝縮部である。なお、本明細書中、「平面視」とは、ヒートパイプの熱輸送方向に対して直交方向且つヒートパイプの所定の部位の配列方向に対して直交方向から視認した状態を意味する。

本発明の態様は、前記第１ヒートパイプと前記第２ヒートパイプとが、平面視において交差している交差部を備えたヒートシンクである。

本発明の態様は、前記第１ヒートパイプの、前記所定の部位と前記他の部位との間に位置する中間部と、前記第２ヒートパイプの、前記所定の部位と前記他の部位との間に位置する中間部とが、平面視において交差している交差部を備えたヒートシンクである。

本発明の態様は、前記交差部において、前記第１ヒートパイプ及び／または前記第２ヒートパイプが扁平加工されているヒートシンクである。

本発明の態様は、前記所定の部位が、前記ヒートパイプの長手方向における一方の端部であり、前記他の部位が、前記ヒートパイプの長手方向における他方の端部であるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記所定の部位が、前記ヒートパイプの長手方向における中央部であり、前記他の部位が、前記ヒートパイプの長手方向における一方の端部及び他方の端部であるヒートシンクである。

本発明の態様によれば、複数のヒートパイプのうち、蒸発部の少なくとも一部分または蒸発部の端部から該蒸発部の伸延方向に沿って延出させた仮想直線が発熱体の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合う第１ヒートパイプの凝縮部が、蒸発部または蒸発部の端部から該蒸発部の伸延方向に沿って延出させた仮想直線が発熱体の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合わない第２ヒートパイプの凝縮部よりも冷却風の風上に設けられていることにより、第１ヒートパイプに供給される冷却風の温度は、第２ヒートパイプに供給される冷却風の温度よりも低温である。従って、第１ヒートパイプの熱交換量は、第２ヒートパイプの熱交換量よりも向上する。上記から、複数のヒートパイプのうち、発熱体からの入熱量が相対的に多い第１ヒートパイプは熱交換が促進されて冷却能力が向上することになり、結果、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できるヒートシンクを得ることができる。

本発明の態様によれば、第１ヒートパイプと第２ヒートパイプとが平面視において交差している交差部を備えることにより、受熱部の中央部に冷却対象である発熱体が熱的に接続されても、第１ヒートパイプの凝縮部が第２ヒートパイプの凝縮部よりも冷却風の風上側に配置することができる。

本発明の態様によれば、第１ヒートパイプと第２ヒートパイプの交差部において、第１ヒートパイプ及び／または第２ヒートパイプが扁平加工されていることにより、上記交差部の厚さが低減されて、ヒートシンクをコンパクト化することができる。従って、狭小空間であっても、ヒートシンクを設置することができる。

本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの平面視の説明図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの平面視の説明図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの平面視の説明図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。図１に示すように、第１実施形態例に係るヒートシンク１は、冷却対象である発熱体１００と熱的に接続されている受熱板３１と、受熱板３１と熱的に接続されている複数（図１では、４本）のヒートパイプ１１と、を備えている。複数のヒートパイプ１１は、いずれも、ヒートシンク１の共通の放熱部２０と熱的に接続されている。

ヒートパイプ１１は、長尺の管材からなるコンテナ内部に作動流体が封入されている熱輸送部材である。コンテナは密閉容器であり、コンテナ内部は減圧状態となっている。ヒートパイプ１１の長手方向が、ヒートパイプ１１の熱輸送方向となっている。

複数のヒートパイプ１１は、ヒートパイプ１１の長手方向に対して略直交方向に並列に配置されてヒートパイプ群１２を形成している。複数のヒートパイプ１１は、いずれも、隣接する別のヒートパイプ１１と側部にて対向した状態となっている。複数のヒートパイプ１１は、いずれも、その一方の端部１３が発熱体１００と熱的に接続されていることで、ヒートパイプ群１２の一方の端部が、発熱体１００と熱的に接続されている。ヒートシンク１では、ヒートパイプ１１の一方の端部１３が発熱体１００表面と平板状の受熱板３１を介して間接的に接触することにより、ヒートパイプ１１の一方の端部１３と発熱体１００とが熱的に接続されている。従って、ヒートパイプ１１の一方の端部１３は、受熱板３１と熱的に接続されている。また、ヒートパイプ１１の一方の端部１３は、受熱板３１と熱的に接続されていることで蒸発部として機能する。ヒートシンク１では、ヒートパイプ１１の一方の端部１３は、受熱板３１の平面方向に沿って、その長手方向が伸延している。

並列配置された複数のヒートパイプ１１のうち、ヒートパイプ群１２の一方の端部において、並列配置の中央に位置する第１ヒートパイプ１１−１は、その一方の端部１３が発熱体１００と平面視において重なり合う位置に設けられている。従って、第１ヒートパイプ１１−１の一方の端部１３は、発熱体１００のホットスポットである発熱密度の高い部分と平面視において重なり合う位置に設けられている。なお、図１では、便宜上、発熱体１００全体を発熱密度の高い部分としている。一方の端部１３が発熱体１００と平面視において重なり合う位置に設けられている第１ヒートパイプ１１−１の本数は、特に限定されず、ヒートシンク１では、２本となっている。一方で、ヒートパイプ群１２の一方の端部において、第１ヒートパイプ１１−１の両側（すなわち、ヒートパイプ群１２の一方の端部における、並列配置の両端の位置）に配置された第２ヒートパイプ１１−２は、その一方の端部１３が発熱体１００と平面視において重なり合わない位置に設けられている。従って、第２ヒートパイプ１１−２の一方の端部１３は、発熱体１００の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合わない位置に設けられている。一方の端部１３が発熱体１００と平面視において重なり合わない位置に設けられている第２ヒートパイプ１１−２の本数は、特に限定されず、ヒートシンク１では、２本並列配置された第１ヒートパイプ１１−１の両側に、それぞれ１本ずつ設けられている。

上記から、２本並列配置された第１ヒートパイプ１１−１は、発熱体１００からの入熱量が、上記２本の第１ヒートパイプ１１−１の両側に配置された第２ヒートパイプ１１−２よりも多いヒートパイプ１１である。

図１に示すように、複数のヒートパイプ１１は、いずれも、その他方の端部１４が放熱部２０と熱的に接続されていることで、ヒートパイプ群１２の他方の端部が、放熱部２０と熱的に接続されている。従って、ヒートパイプ１１の、放熱部２０と熱的に接続されている他方の端部１４は、凝縮部として機能する。なお、放熱部２０は、外観形状が略直方体となっている。

ヒートシンク１では、第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２について、放熱部２０と熱的に接続された部分の手前に、曲げ部１５が形成されている。従って、第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２は、いずれも、平面視略Ｌ字状となっている。ヒートシンク１では、ヒートパイプ１１が放熱部２０の長手方向中央部から放熱部２０に導入されていることに対応して、第１ヒートパイプ１１−１の曲げ部１５と第２ヒートパイプ１１−２の曲げ部１５のうち、放熱部２０への導入部において、右側に位置する第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２は、右方向の曲げとなっている。一方で、放熱部２０への導入部において、左側に位置する第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２は、左方向の曲げとなっている。よって、第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２は、曲げ部１５により、外観形状が略直方体である放熱部２０の長手方向に対して略平行方向に他方の端部１４が伸延している態様となっている。また、複数のヒートパイプ１１のうち、放熱部２０への導入部において右側に位置する第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２は、他方の端部１４がヒートパイプ１１の長手方向に対して略直交方向に並列配置されている。また、放熱部２０への導入部において左側に位置する第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２は、他方の端部１４がヒートパイプ１１の長手方向に対して略直交方向に並列配置されている。さらに、ヒートパイプ１１の他方の端部１４は、隣接する別のヒートパイプ１１の他方の端部１４と側部にて対向した状態となっている。

放熱部２０は、複数の放熱フィン２１を備えている。放熱フィン２１は、薄い平板状の部材である。放熱フィン２１は、それぞれ、放熱部２０の長手方向に対して略平行方向に所定間隔にて並列配列されている。放熱フィン２１の主表面が、主に放熱フィン２１の放熱機能を発揮する面である。各放熱フィン２１の主表面は、右方向の曲げとなっているヒートパイプ１１及び左方向の曲げとなっているヒートパイプ１１の、平面視直線状である他方の端部１４に対して、略直交方向となるように配置されている。従って、放熱フィン２１の主表面が、放熱部２０の短手方向を形成している。

ヒートシンク１は、送風ファン（図示せず）により強制空冷される。送風ファン由来の冷却風Ｆが、放熱部２０の短手方向に沿って放熱部２０へ供給されて、放熱フィン２１が冷却される。

図１に示すように、ヒートシンク１では、第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２とが、平面視において交差している交差部１６を備えている。それぞれの第１ヒートパイプ１１−１は、複数（図１では、２本）の第２ヒートパイプ１１−２のうち、隣接する１本と、交差部１６を形成している。ここでは、それぞれの第１ヒートパイプ１１−１は、一方の端部１３がヒートパイプ群１２の並列配置の外方面に隣接している第２ヒートパイプ１１−２と交差部１６を形成している。一方の端部１３がヒートパイプ群１２の並列配置の中央に位置する第１ヒートパイプ１１−１が、一方の端部１３がヒートパイプ群１２の並列配置の外方面に隣接する第２ヒートパイプ１１−２と交差部１６を形成することにより、第１ヒートパイプ１１−１の他方の端部１４が、一方の端部１３がヒートパイプ群１２の並列配置の外方面に位置する第２ヒートパイプ１１−２の他方の端部１４よりも、冷却風Ｆの風上に位置することとなる。

上記から、ヒートシンク１では、第１ヒートパイプ１１−１の両側に配置された第２ヒートパイプ１１−２は、いずれも、一方の端部１３がヒートパイプ群１２の並列配置の内方面に隣接する第１ヒートパイプ１１−１と交差部１６を形成している。

第１ヒートパイプ１１−１が、一方の端部１３から他方の端部１４方向において、ヒートパイプ群１２の並列配置の中央から外方面の端方向へ、第２ヒートパイプ１１−２が、一方の端部１３から他方の端部１４方向において、ヒートパイプ群１２の並列配置の外方面の端から中央方向へ、交差部１６にて交差することで、第１ヒートパイプ１１−１の他方の端部１４が第２ヒートパイプ１１−２の他方の端部１４よりも冷却風Ｆの風上に位置している。従って、第１ヒートパイプ１１−１の他方の端部１４は、いずれの第２ヒートパイプ１１−２の他方の端部１４よりも、冷却風Ｆの風上に位置している。

ヒートシンク１では、いずれの第１ヒートパイプ１１−１も、第１ヒートパイプ１１−１の、一方の端部１３と他方の端部１４との間に位置する中央部１７と、第２ヒートパイプ１１−２の、一方の端部１３と他方の端部１４との間に位置する中央部１７とが、平面視において交差して交差部１６を形成している。

また、第１ヒートパイプ１１−１と第２ヒートパイプ１１−２の交差部１６において、必要に応じて、第１ヒートパイプ１１−１及び／または第２ヒートパイプ１１−２が扁平加工されていてもよい。第１ヒートパイプ１１−１及び／または第２ヒートパイプ１１−２が交差部１６において扁平加工されていることにより、交差部１６の厚さが低減されてヒートシンク１をコンパクト化することができ、ひいては、狭小空間、特に、厚さ方向が狭い空間でも、ヒートシンク１を設置することができる。

放熱フィン２１の材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を挙げることができる。ヒートパイプ１１のコンテナの材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属を挙げることができる。また、ヒートパイプ１１に封入される作動流体は、コンテナの材質に応じて適宜選択可能であり、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。

次に、ヒートシンク１の冷却機能のメカニズムについて説明する。まず、発熱体１００から、受熱板３１を介して、ヒートパイプ１１の一方の端部１３へ熱が伝達される。発熱体１００からヒートパイプ１１の一方の端部１３へ熱が伝達されると、ヒートパイプ１１の熱輸送作用によって、前記伝達された熱は、ヒートパイプ１１の長手方向に沿って、蒸発部である一方の端部１３から凝縮部である他方の端部１４へ輸送される。このとき、第２ヒートパイプ１１−２よりも発熱体１００からの入熱量の多い複数（図１では、２本）の第１ヒートパイプ１１−１が、より多くの熱輸送に寄与する。ヒートパイプ１１の他方の端部１４へ輸送された熱は、ヒートパイプ１１の他方の端部１４から放熱部２０へ伝達され、放熱部２０へ伝達された熱は、放熱部２０から外部へ放出される。発熱体１００の熱が放熱部２０から外部へ放出されることで、発熱体１００が冷却される。

ヒートシンク１では、第２ヒートパイプ１１−２よりも発熱体１００からの入熱量の多い第１ヒートパイプ１１−１の凝縮部（他方の端部１４）が、第２ヒートパイプ１１−２の凝縮部（他方の端部１４）よりも冷却風Ｆの風上に設けられていることにより、第１ヒートパイプ１１−１の凝縮部に供給される冷却風Ｆの温度は、第２ヒートパイプ１１−２の凝縮部に供給される冷却風Ｆの温度よりも低温である。すなわち、凝縮部に熱的に接続された放熱フィン２１と冷却風との間の温度差は、第２ヒートパイプ１１−２よりも第１ヒートパイプ１１−１の方が大きくなる。従って、いずれの第１ヒートパイプ１１−１も、その熱交換量は、第２ヒートパイプ１１−２の熱交換量よりも向上する。上記から、複数のヒートパイプ１１のうち、発熱体１００からの入熱量が相対的に多い第１ヒートパイプ１１−１の凝縮部に低温の冷却風Ｆが供給されることで、第１ヒートパイプ１１−１の蒸発部と凝縮部の温度差が、第２ヒートパイプ１１−２の蒸発部と凝縮部の温度差よりも大きくなり、第１ヒートパイプ１１−１の熱交換が促進されて、第１ヒートパイプ１１−１の冷却能力が向上し、結果、ヒートシンク１では、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。

なお、ヒートシンク１では、第１ヒートパイプ１１−１は、凝縮部が第２ヒートパイプ１１−２の凝縮部よりも冷却風Ｆの風上に設けられても、所望の最大熱輸送量を有する態様となっている。

次に、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係るヒートシンク１では、ヒートパイプ１１の一方の端部１３が蒸発部として機能し、他方の端部１４が凝縮部として機能し、また、一方の端部１３が受熱板３１と熱的に接続されていた。これに代えて、図２に示すように、第２実施形態例に係るヒートシンク２では、ヒートパイプ１１の中央部１７が蒸発部として機能し、一方の端部１３と他方の端部１４が凝縮部として機能し、また、ヒートパイプ１１の一方の端部１３から他方の端部１４まで受熱板３１が延在している。発熱体１００は、受熱板３１の略中心に熱的に接続される。

複数（図２では、３本）のヒートパイプ１１は、ヒートパイプ１１の長手方向に対して略直交方向に並列配置されてヒートパイプ群１２を形成している。発熱体１００が受熱板３１の略中心に熱的に接続されることに対応して、ヒートパイプ１１の中央部１７に発熱体１００が熱的に接続される。よって、ヒートパイプ１１の中央部１７が蒸発部として機能する。

また、並列配置された複数のヒートパイプ１１のうち、ヒートパイプ群１２の長手方向中央部において、並列配置の中央に位置する第１ヒートパイプ１１−１（図２では、１本）は、その中央部１７が発熱体１００と平面視において重なり合う位置に設けられている。一方で、ヒートパイプ群１２の両側（すなわち、ヒートパイプ群１２の長手方向中央部における、並列配置の両端の位置）に配置された第２ヒートパイプ１１−２は、その中央部１７が発熱体１００と平面視において重なり合わない位置に設けられている。

ヒートシンク２では、主に、ヒートパイプ１１の一方の端部１３と他方の端部１４に冷却風Ｆが供給される。よって、ヒートパイプ１１の一方の端部１３と他方の端部１４が凝縮部として機能する。

ヒートシンク２では、受熱板３１上に複数の放熱フィン２１が立設されることで、放熱部２０が形成されている。放熱フィン２１は、受熱板３１上に所定間隔で並列配置されている。放熱フィン２１は、ヒートパイプ１１の一方の端部１３に対応する部位から他方の端部１４に対応する部位まで並列に配置されている。

ヒートシンク２では、ヒートパイプ１１の中央部１７が蒸発部として機能し、一方の端部１３と他方の端部１４が凝縮部として機能することに対応して、第１ヒートパイプ１１−１の中央部１７と一方の端部１３との間に、複数（図２では、２本）の第２ヒートパイプ１１−２のうちの１本と、平面視において交差している交差部１６−１が設けられている。さらに、第１ヒートパイプ１１−１の中央部１７と他方の端部１４との間にも、交差部１６−１を形成している第２ヒートシンク１１−２と、平面視において交差している交差部１６−２が設けられている。第１ヒートパイプ１１−１は、複数の第２ヒートパイプ１１−２のうち、冷却風Ｆの最も風上に位置する第２ヒートパイプ１１−２と交差部１６−１、１６−２を形成している。一方で、第１ヒートパイプ１１−１は、複数の第２ヒートパイプ１１−２のうち、冷却風Ｆの最も風下に位置する第２ヒートパイプ１１−２とは交差部を形成していない。

第１ヒートパイプ１１−１は、中央部１７から一方の端部１３方向において、ヒートパイプ群１２の並列配置の中央から風上方面の端方向へ、複数の第２ヒートパイプ１１−２のうちの１本は、中央部１７から一方の端部１３方向において、ヒートパイプ群１２の並列配置の風上方面の端から中央方向へ、交差部１６−１にて交差することで、第１ヒートパイプ１１−１の一方の端部１３が第２ヒートパイプ１１−２の一方の端部１３よりも冷却風Ｆの風上に位置している。従って、第１ヒートパイプ１１−１の一方の端部１３は、いずれの第２ヒートパイプ１１−２の一方の端部１３よりも、冷却風Ｆの風上に位置している。

また、第１ヒートパイプ１１−１は、中央部１７から他方の端部１４方向において、ヒートパイプ群１２の並列配置の中央から風上方面の端方向へ、複数の第２ヒートパイプ１１−２のうちの１本は、中央部１７から他方の端部１４方向において、ヒートパイプ群１２の並列配置の風上方面の端から中央方向へ、交差部１６−２にて交差することで、第１ヒートパイプ１１−１の他方の端部１４が第２ヒートパイプ１１−２の他方の端部１４よりも冷却風Ｆの風上に位置している。従って、第１ヒートパイプ１１−１の他方の端部１４は、いずれの第２ヒートパイプ１１−２の他方の端部１４よりも、冷却風Ｆの風上に位置している。

ヒートシンク２でも、第１ヒートパイプ１１−１の凝縮部に供給される冷却風Ｆの温度は、第２ヒートパイプ１１−２の凝縮部に供給される冷却風Ｆの温度よりも低温であることから、凝縮部に熱的に接続された放熱フィン２１と冷却風間の温度差は、第２ヒートパイプ１１−２よりも第１ヒートパイプ１１−１の方が大きくなる。従って、第１ヒートパイプ１１−１の熱交換量は、第２ヒートパイプ１１−２の熱交換量よりも向上する。上記から、複数のヒートパイプ１１のうち、発熱体からの入熱量が相対的に多い第１ヒートパイプ１１−１の凝縮部に低温の冷却風Ｆが供給されることで、第１ヒートパイプ１１−１の蒸発部と凝縮部の温度差が、第２ヒートパイプ１１−２の蒸発部と凝縮部の温度差よりも大きくなり、第１ヒートパイプ１１−１の熱交換が促進されて、第１ヒートパイプ１１−１の冷却能力が向上し、結果、ヒートシンク２でも、冷却対象である発熱体１００に対して優れた冷却性能を発揮できる。

次に、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第１、第２実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第１、第２実施形態例に係るヒートシンク１、２では、発熱体１００が熱的に接続される受熱板３１の平面方向に沿ってヒートパイプ１１の長手方向が伸延していたが、これに代えて、図３に示すように、第３実施形態例に係るヒートシンク３では、受熱板３１に複数のヒートパイプ１１が立設した態様となっている。すなわち、ヒートシンク３は、タワー型ヒートシンクである。ヒートシンク３では、受熱板３１の平面部に対し、鉛直方向にヒートパイプ１１が伸延している。発熱体１００は、受熱板３１の略中心に熱的に接続される。

ヒートシンク３では、複数（図３では、３本）のヒートパイプ１１は、ヒートパイプ１１の長手方向（立設されている方向）に対して略直交方向に並列配置されてヒートパイプ群１２を形成している。発熱体１００が受熱板３１に熱的に接続されることに対応して、ヒートパイプ１１の受熱部側基部３３に発熱体１００が熱的に接続される。よって、ヒートパイプ１１の受熱部側基部３３が蒸発部として機能する。

また、並列配置された複数のヒートパイプ１１のうち、ヒートパイプ群１２の受熱部側基部において、並列配置の中央に位置する第１ヒートパイプ１１−１（図３では、１本）は、その受熱部側基部３３の端部から受熱部側基部３３の伸延方向に沿って延出させた仮想直線Ｌが発熱体１００と平面視において重なり合う位置に設けられている。従って、第１ヒートパイプ１１−１の受熱部側基部３３は、仮想直線Ｌが発熱体１００の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合う位置に設けられている。なお、図３では、便宜上、発熱体１００全体を発熱密度の高い部分としている。一方で、ヒートパイプ群１２の両側（すなわち、ヒートパイプ群１２の受熱部側基部における、並列配置の両端の位置）に配置された第２ヒートパイプ１１−２は、その受熱部側基部３３の端部から受熱部側基部３３の伸延方向に沿って延出させた仮想直線Ｌが発熱体１００と平面視において重なり合わない位置に設けられている。従って、第２ヒートパイプ１１−２の受熱部側基部３３は、仮想直線Ｌが発熱体１００の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合わない位置に設けられている。

ヒートシンク３では、ヒートパイプ１１に放熱フィン２１が取り付けられることで、放熱部２０が形成されている。また、放熱フィン２１が取り付けられている部位が、ヒートパイプ１１の凝縮部として機能する。放熱フィン２１の取り付け位置は、特に限定されないが、ヒートシンク３では、ヒートパイプ１１の先端部３４から長手方向中央部３７にかけて複数の放熱フィン２１が取り付けられている。放熱フィン２１は、ヒートパイプ１１の伸延方向に対し略平行に、所定間隔にて並列配置されている。また、放熱フィン２１の主表面は、受熱板３１の平面部に対し、略平行に延在している。主に、ヒートパイプ１１の先端部３４から長手方向中央部３７にかけて冷却風Ｆが供給される。

ヒートシンク３では、ヒートパイプ１１の受熱部側基部３３が蒸発部として機能し、先端部３４から長手方向中央部３７にかけて凝縮部として機能することに対応して、第１ヒートパイプ１１−１の長手方向中央部３７と受熱部側基部３３との間（中間部）に、複数（図３では、２本）の第２ヒートパイプ１１−２のうちの１本と、平面視において交差している交差部１６が設けられている。第１ヒートパイプ１１−１は、複数の第２ヒートパイプ１１−２のうち、冷却風Ｆの最も風上に位置する第２ヒートパイプ１１−２と交差部１６を形成している。

第１ヒートパイプ１１−１は、受熱部側基部３３から先端部３４方向において、ヒートパイプ群１２の並列配置の中央から風上方面の端方向へ、複数の第２ヒートパイプ１１−２のうちの１本は、受熱部側基部３３から先端部３４方向において、ヒートパイプ群１２の並列配置の風上方面の端から中央方向へ、交差部１６にて交差することで、第１ヒートパイプ１１−１の先端部３４と長手方向中央部３７が第２ヒートパイプ１１−２の先端部３４と長手方向中央部３７よりも冷却風Ｆの風上に位置している。従って、第１ヒートパイプ１１−１の先端部３４と長手方向中央部３７は、いずれの第２ヒートパイプ１１−２の先端部３４と長手方向中央部３７よりも、冷却風Ｆの風上に位置している。

タワー型のヒートシンクであるヒートシンク３でも、第１ヒートパイプ１１−１の凝縮部に供給される冷却風Ｆの温度は、第２ヒートパイプ１１−２の凝縮部に供給される冷却風Ｆの温度よりも低温であることから、凝縮部に熱的に接続された放熱フィン２１と冷却風間の温度差は、第２ヒートパイプ１１−２よりも第１ヒートパイプ１１−１の方が大きくなる。従って、第１ヒートパイプ１１−１の熱交換量は、第２ヒートパイプ１１−２の熱交換量よりも向上する。上記から、複数のヒートパイプ１１のうち、発熱体からの入熱量が相対的に多い第１ヒートパイプ１１−１の凝縮部に低温の冷却風Ｆが供給されることで、第１ヒートパイプ１１−１の蒸発部と凝縮部の温度差が、第２ヒートパイプ１１−２の蒸発部と凝縮部の温度差よりも大きくなり、第１ヒートパイプ１１−１の熱交換が促進されて、第１ヒートパイプ１１−１の冷却能力が向上し、結果、ヒートシンク３でも、冷却対象である発熱体１００に対して優れた冷却性能を発揮できる。

次に、本発明のヒートシンクの他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例では、ヒートパイプ群を構成するヒートパイプの本数は、３本または４本であったが、ヒートパイプ群におけるヒートパイプの本数は、複数であれば、発熱体の発熱量等に応じて適宜選択可能であり、２本でもよく、５本以上でもよい。また、上記各実施形態例では、第１ヒートパイプは１本または２本であったが、第１ヒートパイプの本数は、特に限定されず、３本以上でもよい。また、上記各実施形態例では、第２ヒートパイプは２本であったが、第２ヒートパイプの本数は、特に限定されず、１本でもよく、３本以上でもよい。

また、第１実施形態例に係るヒートシンクでは、それぞれの第１ヒートパイプの中央部が、第２ヒートパイプの中央部と平面視において交差して交差部を形成していたが、これに代えて、それぞれの第１ヒートパイプの一方の端部が、第２ヒートパイプの一方の端部と平面視において交差して交差部を形成してもよく、それぞれの第１ヒートパイプの他方の端部が、第２ヒートパイプの他方の端部と平面視において交差して交差部を形成してもよい。また、上記各実施形態例では、発熱体の中央部が発熱密度の高いことに対応して第１ヒートパイプの蒸発部または蒸発部から延出させた仮想線が、発熱体の中央部と平面視において重なり合うように第１ヒートパイプが配置されていた。しかし、第１ヒートパイプの蒸発部または蒸発部から延出させた仮想線は、発熱体のうち、発熱密度の高い部分と平面視において重なり合う位置に配置される。従って、発熱体の発熱密度の高い部分が中央部以外の場合には、第１ヒートパイプの蒸発部または蒸発部から延出させた仮想線が、少なくとも該中央部以外の部分と平面視において重なり合うように第１ヒートパイプが配置される。

本発明のヒートシンクは、広汎な分野で利用可能であるが、発熱体からの入熱量が相対的に多いヒートパイプに対し、冷却能力を向上させることができるので、例えば、サーバ、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、データセンター等に搭載された電子部品を冷却する分野で、利用価値が高い。

１、２、３ ヒートシンク
１１ ヒートパイプ
１１−１ 第１ヒートパイプ
１１−２ 第２ヒートパイプ
１３ 一方の端部
１４ 他方の端部
１６ 交差部
１７ 中央部
２０ 放熱部

Claims (4)

1. 発熱体と熱的に接続される受熱部と、該受熱部と所定の部位にて熱的に接続された、並列配置された複数のヒートパイプを有するヒートパイプ群と、該ヒートパイプ群の該所定の部位とは異なる他の部位と熱的に接続された放熱部と、を備え、
   前記ヒートパイプ群のうち、前記所定の部位の少なくとも一部分または前記所定の部位の端部から該所定の部位の伸延方向に沿って延出させた仮想直線が前記発熱体の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合う第１ヒートパイプの、前記他の部位が、前記所定の部位または前記所定の部位の端部から該所定の部位の伸延方向に沿って延出させた仮想直線が前記発熱体の発熱密度の高い部分と平面視において重なり合わない第２ヒートパイプの、前記他の部位よりも、前記ヒートパイプ群の冷却風の風上側に設けられ、
   前記第１ヒートパイプの、前記所定の部位と前記他の部位との間に位置する中間部と、前記第２ヒートパイプの、前記所定の部位と前記他の部位との間に位置する中間部とが、平面視において交差している交差部を備えることで、前記他の部位における前記第１ヒートパイプと前記第２ヒートパイプの隣接する側部での対向関係が、前記所定の部位における前記第１ヒートパイプと前記第２ヒートパイプの隣接する側部での対向関係と逆になる部位を有し、前記対向関係が逆になる部位を有することで、前記第１ヒートパイプの前記他の部位が前記第２ヒートパイプの前記他の部位よりも、前記ヒートパイプ群の冷却風の風上側に設けられ、
   前記第１ヒートパイプと前記第２ヒートパイプは、発熱密度の高い部分を有する同一の受熱部材と熱的に接続されているヒートシンク。
2. 前記交差部において、前記第１ヒートパイプ及び／または前記第２ヒートパイプが扁平加工されている請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記所定の部位が、前記ヒートパイプの長手方向における一方の端部であり、前記他の部位が、前記ヒートパイプの長手方向における他方の端部である請求項１または２に記載のヒートシンク。
4. 前記所定の部位が、前記ヒートパイプの長手方向における中央部であり、前記他の部位が、前記ヒートパイプの長手方向における一方の端部及び他方の端部である請求項１または２に記載のヒートシンク。

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