JP7235922B1 - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体からヒートパイプの受熱部へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することで、高発熱量の発熱体に対しても優れた冷却特性を発揮できるヒートシンクを提供する。【解決手段】発熱体と熱的に接続される受熱部を有するヒートパイプと、前記ヒートパイプの放熱部にて熱的に接続された熱交換部と、を備えたヒートシンクであり、前記ヒートパイプが、前記受熱部から前記放熱部まで連通し、且つ作動流体が封入された内部空間を有し、前記受熱部の、前記発熱体と対向する部位が、前記発熱体の延在方向に沿って平坦な平坦部であり、前記平坦部が、前記発熱体と直接接触するヒートシンク。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートパイプの熱輸送機能を用いて冷却対象である発熱体の熱を熱交換部へ輸送することで、発熱体を冷却するヒートシンクに関するものである。

近年の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を含め、多数の部品がますます高密度に搭載されている。また、電子機器の高機能化に伴い、電子部品等の発熱体の発熱量がますます増大している。電子部品等の発熱体を冷却する手段として、ヒートシンクが使用されることがある。また、狭小空間に配置された高発熱量の発熱体であっても確実に冷却するために、冷却対象である発熱体にヒートパイプが熱的に接続され、ヒートパイプの熱輸送機能を用いて発熱体を冷却するヒートシンクが使用されることがある。

複数のヒートパイプが発熱体に熱的に接続されるヒートシンクとして、例えば、ヒートパイプの一端部に前記ヒートパイプの軸線方向に直交する複数の放熱フィンが、所定の間隔にて相互に平行に配列され、放熱フィン間の隙間が一定方向に送風されて放熱フィンから放熱させるヒートシンクであり、放熱フィンの送風方向に対して直交する方向の上端に平板部が設けられ、かつ平板部に通風孔が設けられている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、放熱フィンの平板部に通風孔が設けられることで、各放熱フィンの間の空気による熱交換率が向上し、ヒートシンクの放熱効率を向上させるものである。また、特許文献１では、ヒートパイプの他端部は、平板状の受熱ブロックの表面に形成された凹部に嵌合されることで、受熱ブロックに接触、固定されている。冷却対象である発熱体は、受熱ブロックの裏面に接続される。特許文献１では、受熱ブロックを用いることで、ヒートパイプの他端部と発熱体との間における熱的接続の安定性を得ている。従って、特許文献１では、ヒートパイプの他端部は、受熱ブロックを介して冷却対象である発熱体と熱的に接続されている。上記から、発熱体から発生した熱は、先ず、受熱ブロックへ伝達され、さらに、受熱ブロックからヒートパイプの他端部へ伝達される。

しかし、特許文献１では、ヒートパイプの受熱部は受熱ブロックを介して発熱体と熱的に接続されているので、発熱体からヒートパイプの受熱部へ熱が伝達される際の熱抵抗が大きくなる。また、ヒートパイプの他端部を受熱ブロックに安定的に固定するために、ヒートパイプの他端部を受熱ブロックの凹部にはんだ付けするので、はんだ層の存在により、受熱ブロックからヒートパイプの他端部へ熱が伝達される際の熱抵抗が大きくなる。従って、特許文献１では、ヒートシンクの冷却特性の点で、改善の必要性があった。

また、特許文献１は、別途、受熱ブロックを用意する必要があることから、部品点数が増大してしまうという問題があった。

特開２００３－２２９５２３号公報

上記事情に鑑み、本発明は、発熱体からヒートパイプの受熱部へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することで、高発熱量の発熱体に対しても優れた冷却特性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。

本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］発熱体と熱的に接続される受熱部を有するヒートパイプと、前記ヒートパイプの放熱部にて熱的に接続された熱交換部と、を備えたヒートシンクであり、
前記ヒートパイプが、前記受熱部から前記放熱部まで連通し、且つ作動流体が封入された内部空間を有し、
前記受熱部の、前記発熱体と対向する部位が、前記発熱体の延在方向に沿って平坦な平坦部であり、
前記平坦部が、前記発熱体と直接接触するヒートシンク。
［２］前記平坦部が、前記ヒートパイプの熱輸送方向且つ前記ヒートパイプの径方向に沿って延在している［１］に記載のヒートシンク。
［３］前記平坦部が、切削加工された切削部を有する［１］または［２］に記載のヒートシンク。
［４］前記切削部が、前記ヒートパイプの径方向における角部まで延在していることで、前記角部に形成されたＲ部の少なくとも一部が切削されている［３］に記載のヒートシンク。
［５］前記受熱部が、前記ヒートパイプの熱輸送方向に対して直交方向の断面形状が扁平である、高さ方向と厚さ方向を有する扁平部を有し、前記扁平部のうち、厚さ方向の部位が前記平坦部を有する［１］または［２］に記載のヒートシンク。
［６］前記扁平部の厚さ方向の部位の前記平坦部が、切削加工された切削部を有する［５］に記載のヒートシンク。
［７］前記ヒートパイプが、複数設けられ、前記受熱部にて、複数の前記ヒートパイプが前記ヒートパイプの径方向に沿って配置され、複数の前記ヒートパイプの前記平坦部が、同一平面上に配置されている［１］または［２］に記載のヒートシンク。
［８］前記ヒートパイプが、複数設けられ、前記受熱部にて、複数の前記ヒートパイプが前記ヒートパイプの径方向に沿って配置され、隣接する前記ヒートパイプ同士が、前記受熱部にて直接接している［１］または［２］に記載のヒートシンク。
［９］複数の前記ヒートパイプの前記平坦部が、全て、前記発熱体と直接接触する［７］に記載のヒートシンク。
［１０］前記ヒートパイプが、複数設けられ、複数の前記ヒートパイプが、前記受熱部における径方向の断面形状が第１の形状である第１のヒートパイプと、前記受熱部における径方向の断面形状が前記第１の形状とは異なる第２の形状である第２のヒートパイプと、を含む［１］または［２］に記載のヒートシンク。
［１１］前記第１のヒートパイプの熱輸送特性が、前記第２のヒートパイプの熱輸送特性よりも高い［１０］に記載のヒートシンク。
［１２］前記第１のヒートパイプの受熱部と前記第２のヒートパイプの受熱部が前記ヒートパイプの径方向に沿って配置され、前記第１のヒートパイプの受熱部が前記第２のヒートパイプの受熱部よりも外方向に配置されている［１０］に記載のヒートシンク。
［１３］前記ヒートパイプが、前記受熱部から前記ヒートパイプの長手方向に延在した前記受熱部以外の部位に、前記平坦部から離れる方向へ曲げられた曲げ部を有する［１］または［２］に記載のヒートシンク。

本発明のヒートシンクの態様では、ヒートパイプの受熱部の、発熱体と対向する部位が、前記発熱体の延在方向に沿って平坦な平坦部であり、前記平坦部が前記発熱体と直接接触することにより、前記受熱部の平坦部に発熱体を安定して接続できるので、受熱ブロックを介さずとも、ヒートパイプの受熱部と発熱体との間における熱的接続の安定性が得られる。従って、本発明のヒートシンクの態様によれば、発熱体からヒートパイプの受熱部へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することができるので、高発熱量の発熱体に対しても優れた冷却特性を発揮できる。

本発明のヒートシンクの態様によれば、前記平坦部がヒートパイプの熱輸送方向且つヒートパイプの径方向に沿って延在しているので、ヒートパイプの受熱部と発熱体との間における熱的接続の安定性がさらに確実に得られる。

本発明のヒートシンクの態様によれば、前記平坦部が切削加工された切削部を有することにより、平坦部の平面度がさらに向上して、発熱体からヒートパイプの受熱部へ熱が伝達される際の熱抵抗をさらに低減することができる。なお、ヒートパイプの平坦部が切削加工されると、前記平坦部に切削された跡が形成されるので、切削部の有無は肉眼にて判別することができる。

平坦部を形成する平坦加工にあたり、ヒートパイプの径方向における平坦部の角部に、Ｒ部が形成される。本発明のヒートシンクの態様によれば、前記平坦部の切削部が、ヒートパイプの径方向における角部まで延在して、前記角部に形成されたＲ部の少なくとも一部が切削されていることにより、受熱部の、発熱体と対向する部位において、平坦部の面積割合が増大するので、発熱体からヒートパイプの受熱部へ熱が伝達される際の熱抵抗をさらに低減することができる。

本発明のヒートシンクの態様によれば、受熱部が、ヒートパイプの熱輸送方向に対して直交方向の断面形状が扁平である、高さ方向と厚さ方向を有する扁平部を有し、前記扁平部のうち、厚さ方向の部位が平坦部を有することにより、ヒートシンクの受熱部の設置スペースを増大させることなく、多数のヒートパイプを冷却対象である発熱体と熱的に接続することができる。

本発明のヒートシンクの態様によれば、ヒートパイプが複数設けられ、ヒートパイプの受熱部にて、複数のヒートパイプがその径方向に沿って配置され、複数のヒートパイプの平坦部が同一平面上に配置されていることにより、複数のヒートパイプが設けられていても、複数のヒートパイプの受熱部と発熱体との間における熱的接続の安定性が得られる。従って、発熱体から複数のヒートパイプの受熱部へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することができる。

本発明のヒートシンクの態様によれば、ヒートパイプが複数設けられ、受熱部にて、複数のヒートパイプがその径方向に沿って配置され、隣接するヒートパイプ同士が受熱部にて直接接していることにより、複数のヒートパイプの受熱部同士が、相互に熱伝達可能となるので、複数のヒートパイプの熱的負荷を均一化することができる。

本発明のヒートシンクの態様によれば、複数のヒートパイプの平坦部が、全て、発熱体と直接接触することにより、複数のヒートパイプの全てについて、発熱体からヒートパイプの受熱部へ熱が伝達される際の熱抵抗をさらに低減することができる。

本発明のヒートシンクの態様によれば、複数のヒートパイプが、受熱部における径方向の断面形状が第１の形状である第１のヒートパイプと、受熱部における径方向の断面形状が前記第１の形状とは異なる第２の形状である第２のヒートパイプと、を含むことにより、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの熱輸送特性の差を調整することが可能となる。従って、本発明の上記ヒートシンクの態様によれば、発熱体にホットスポット等の温度ムラが発生していても、発熱体に対して優れた冷却特性を発揮できる。

本発明のヒートシンクの態様によれば、ヒートパイプが、受熱部からヒートパイプの長手方向に延在した前記受熱部以外の部位に、平坦部から離れる方向へ曲げられた曲げ部を有することにより、発熱体が狭小空間に設置されていても、ヒートパイプが、狭小空間を避けながら受熱部以外の部位へ伸延することができる。従って、本発明の上記ヒートシンクの態様によれば、狭小空間に設置されている発熱体であっても、優れた冷却特性を発揮できる。

本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの平面図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの一端部方向から視た正面図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの一端部の底面の概要を示す説明図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクに備えられたヒートパイプの径方向の断面形状を示す説明図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの一端部の概要を正面方向から示す説明図である。 本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの一端部の概要を正面方向から示す説明図である。 本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの一端部の底面の概要を示す説明図である。 本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクに備えられたヒートパイプの伸延状態を示す説明図である。 ヒートシンクに備えられたヒートパイプの受熱部に平坦部を形成する前の状態を示す説明図である。 ヒートシンクに備えられたヒートパイプの受熱部に平坦部を形成した後の状態を示す、本発明のヒートシンクの説明図である。

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は、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの平面図である。図３は、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの一端部方向から視た正面図である。図４は、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの一端部の底面の概要を示す説明図である。図５は、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクに備えられたヒートパイプの径方向の断面形状を示す説明図である。

図１、２に示すように、第１実施形態例に係るヒートシンク１は、ヒートシンク１の冷却対象である発熱体１０１と熱的に接続される受熱部（蒸発部）２２を有するヒートパイプ１１と、ヒートパイプ１１の放熱部（凝縮部）２３にて熱的に接続された熱交換部４０と、を備えている。ヒートパイプの本数は、１本でもよく、複数本でもよいが、ヒートシンク１では、複数（８本）のヒートパイプ１１、１１、１１・・・が備えられている。また、熱交換部４０は、複数の放熱フィン４１が並列配置されて形成されている。

ヒートパイプ１１は、その内部空間が、密封されており、さらに減圧処理された熱輸送部材である。ヒートパイプ１１の内部空間は、受熱部２２から放熱部２３まで連通しており、作動流体（図示せず）が封入されている。

複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・は、いずれも、一端部１２において発熱体１０１と熱的に接続され、他端部１３において熱交換部４０と熱的に接続されている。従って、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・は、いずれも、一端部１２が受熱部２２として機能し、他端部１３が放熱部２３として機能する。複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・は、いずれも、一端部１２と他端部１３を結ぶ長手方向がヒートパイプ１１の熱輸送方向となっている。ヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・にてヒートパイプ群１０が形成されている。ヒートパイプ群１０は、それぞれのヒートパイプ１１がその径方向に沿って並列配置されている。ヒートシンク１では、それぞれのヒートパイプ１１が一列に並列配置されている。

また、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の受熱部２２、２２、２２・・・が、発熱体１０１の延在方向に沿って一列に並列配置されている。上記から、ヒートパイプ１１の一端部１２は、発熱体１０１の延在方向に沿って一列に並列配置されている。また、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の一端部１２、１２、１２・・・は、略同一平面上に一列に並列配置されている。なお、ヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の一端部１２、１２、１２・・・の上面を覆うように、カバー部材１１０が取り付けられている。

図２に示すように、ヒートパイプ１１では、一端部１２の平面視の形状は略直線状であり、一端部１２と他端部１３の間に位置する中央部（断熱部）１４の平面視の形状も略直線状である。ヒートパイプ１１の中央部１４は、積極的な熱の出入りのない部位である。従って、ヒートパイプ群１０では、ヒートパイプ１１の一端部１２から中央部１４にわたって、平面視略直線状の部位が横並びに配置されている。

ヒートシンク１では、ヒートパイプ１１について、熱交換部４０と熱的に接続された他端部１３に、ヒートパイプ１１の長手方向における曲げ部１５が形成されている。従って、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・は、いずれも、平面視略Ｌ字状となっている。また、右側に位置するヒートパイプ１１の曲げ部１５は、右方向の曲げであるのに対し、左側に位置するヒートパイプ１１の曲げ部１５は、左方向の曲げである。つまり、左側に位置するヒートパイプ１１と右側に位置するヒートパイプ１１について、曲げ部１５の曲げ方向が反対となっている。

複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・は、いずれも、曲げ部１５により、熱交換部４０の長手方向に対して略平行方向に他端部１３が延びる態様となっている。熱交換部４０は、放熱フィン４１の主面（平面部）が、ヒートパイプ１１の一端部１２の伸延方向に対して略平行方向に配置されるように、複数の放熱フィン４１、４１、４１・・・が並列配置されている。放熱フィン４１は、薄い平板状の部材である。ヒートシンク１では、熱交換部４０の長手方向に対して平行方向に延びるヒートパイプ１１の他端部１３が、熱交換部４０の長手方向の端部まで達している。

図１、２に示すように、熱交換部４０の外観形状は略直方体である。熱交換部４０は、外観形状が略直方体である第１の放熱フィン群４２と、第１の放熱フィン群４２に隣接した外観形状が略直方体である第２の放熱フィン群４３とが積層された構造となっている。第１の放熱フィン群４２も第２の放熱フィン群４３も、平板状の支持体４５上に取り付けられた複数の放熱フィン４１、４１、４１・・・が、熱交換部４０の長手方向に対して略平行方向に並列配置されている構造となっている。

第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４３との間に、ヒートパイプ１１の他端部１３が挿入されている。第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４３との間に、他端部１３が配置されることで、熱交換部４０とヒートパイプ１１が熱的に接続されている。

図３、４に示すように、ヒートシンク１では、ヒートパイプ１１の受熱部２２のうち、発熱体１０１と対向する部位が、発熱体１０１の延在方向に沿って平坦な平坦部２５となっている。平坦部２５は、ヒートパイプ１１の熱輸送方向且つヒートパイプ１１の径方向に沿って平面状に延在している。また、ヒートシンク１では、平坦部２５は、平坦面となっているので、発熱体１０１と直接接触することができる。ヒートシンク１では、ヒートパイプ１１の平坦部２５は、発熱体１０１と直接接触している。

ヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・にて形成されているヒートパイプ群１０は、ヒートパイプ１１の受熱部２２において、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・がヒートパイプ１１の径方向に沿って並列に配置されている。また、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の平坦部２５、２５、２５・・・が、同一平面上に配置されている。従って、ヒートパイプ群１０は、複数の平坦部２５、２５、２５・・・が、同一平面上に連なって延在した平坦領域２６を有している。

また、ヒートシンク１では、隣接するヒートパイプ１１同士が、受熱部２２にて直接接している。すなわち、受熱部２２において、ヒートパイプ１１の長手方向を形成する側面が、隣接する他のヒートパイプ１１の長手方向を形成する側面と直接接している。また、ヒートシンク１では、隣接するヒートパイプ１１の平坦部２５同士が、平坦部２５の角部にて直接接している。上記から、ヒートパイプ群１０の平坦領域２６は、複数の平坦部２５、２５、２５・・・が同一平面上に連続しており、一つの連絡した平坦面の態様となっている。

図３、４に示すように、ヒートシンク１では、ヒートパイプ１１の受熱部２２が、ヒートパイプ１１の熱輸送方向に対して直交方向の断面形状が扁平形状である。すなわち、ヒートパイプ１１の受熱部２２が、高さ方向Ｈと高さ方向Ｈの寸法よりも小さい寸法である厚さ方向Ｔを有する扁平形状である扁平部３０を有し、扁平部３０のうち、厚さ方向Ｔの部位が平坦部２５となっている。また、ヒートパイプ１１の長手方向を形成する側面が、扁平部３０の高さ方向Ｈの部位であり、ヒートパイプ１１の扁平部３０の高さ方向Ｈの部位が、隣接する他のヒートパイプ１１の扁平部３０の高さ方向Ｈの部位と直接接している。なお、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の受熱部２２、２２、２２・・・は、その径方向の断面形状が、いずれも略同じとなっている。

図４に示すように、平坦部２５を形成するためのヒートパイプ１１の平坦加工後に、さらに、必要に応じて、平坦部２５は、切削加工されて切削部３１が形成されていてもよい。平坦部２５が切削加工された領域である切削部３１を有することにより、平坦部２５の平面度がさらに向上する。ヒートシンク１では、平坦部２５に切削加工が施されており、従って、平坦部２５は、切削部３１を有している。また、ヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・を並列に配置したヒートパイプ群１０を形成した後に、平坦部２５に切削加工が施されている。切削部３１には、切削された跡が形成され、また、切削されていない部位（非切削部）３２と比較して光沢を有する等の特徴を有している。

ヒートシンク１では、扁平部３０のうち、厚さ方向Ｔの部位が平坦部２５を有するので、扁平部３０の厚さ方向Ｔの部位が、切削加工された切削部３１を有している。切削部３１は、平坦部２５全体に形成されていてもよく、平坦部２５の一部領域、例えば、平坦部２５のうち、発熱体１０１が熱的に接続される部位とその近傍（発熱体１０１が直接接触する部位とその近傍）にのみ、切削部３１が形成されていてもよい。切削部３１の平面度は、平坦部２５と発熱体１０１との熱的接続性が向上する点から、低いほど好ましい。なお、平面度は、接触式三次元測定により得られる値である。

図４では、説明の便宜上、平坦部２５のうち、発熱体が熱的に接続される部位とその近傍にのみ、切削部３１が形成されている態様としている。また、カバー部材１１０の底面には切削部３１を形成しても、切削部３１を形成しなくてもよいが、図４では、説明の便宜上、平坦部２５と同一平面上に位置するカバー部材１１０の底面のうち、ヒートパイプ１１の切削部３１と連続して、カバー部材１１０の底面の一部領域まで切削部３１が延在している態様としている。従って、ヒートパイプ１１の平坦部２５に熱的に接続される発熱体が、カバー部１１０まで延在する大きな寸法であっても、ヒートパイプ１１の平坦部２５と発熱体との熱的接続性が優れている。

図５に示すように、ヒートパイプ１１に平坦部２５を形成するための平坦加工にあたり、ヒートパイプ１１の径方向における平坦部２５の角部１６に、Ｒ部が形成される。しかし、ヒートシンク１では、切削部３１が、ヒートパイプ１１の径方向における角部１６まで延在していることで、角部１６に形成されたＲ部の少なくとも一部が切削されている。従って、ヒートパイプ１１の角部１６に形成されたＲ部のうち、平坦部２５に近いＲ部の少なくとも一部が平坦化されている。上記から、ヒートパイプ１１では、切削部３１を形成することにより、平坦部２５が拡幅されている。

ヒートパイプ１１のコンテナの肉厚は、ヒートシンク１の使用状況等により適宜選択可能である。ヒートパイプ１１の平坦部２５には切削部３１が形成されているので、平坦部２５の切削部３１は、ヒートパイプ１１の非切削部３２と比較して、若干、肉薄となっている。

発熱体１０１は、ヒートパイプ１１の平坦部２５に熱的に接続されていればよい。ヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の平坦部２５、２５、２５・・・が、全て、発熱体１０１と直接接触する態様で、発熱体１０１がヒートパイプ１１の平坦部２５に熱的に接続されている。

ヒートパイプ１１に使用されるコンテナの材質としては、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、ステンレス鋼等を挙げることができる。また、ヒートパイプ１１のコンテナに封入される作動流体としては、コンテナの材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコール、これらの混合物等を挙げることができる。また、放熱フィン４１の材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金等の金属を挙げることができる。

次に、第１実施形態例に係るヒートシンク１の使用方法例について説明する。発熱体１０１の直上及びその近傍に複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の平坦部２５、２５、２５・・・が、全て、発熱体１０１と直接接触するように、ヒートシンク１のヒートパイプ群１０を設置する。発熱体１０１から放出された熱は、直接、ヒートパイプ１１の一端部１２に形成された平坦部２５へ伝達される。このとき、平坦部２５は、ヒートパイプ１１の受熱部２２として機能する。ヒートパイプ１１の一端部１２へ伝達された熱は、ヒートパイプ１１の熱輸送作用によって、ヒートパイプ１１の一端部１２からヒートパイプ１１の他端部１３へ輸送される。ヒートパイプ１１の他端部１３へ輸送された熱は、ヒートパイプ１１の他端部１３から複数の放熱フィン４１を有する熱交換部４０へ伝達される。このとき、ヒートパイプ１１の他端部１３は、放熱部として機能する。熱交換部４０へ伝達された熱は、熱交換部４０の熱交換作用（放熱作用）によって、熱交換部４０からヒートシンク１の外部環境へ放出されることで、発熱体１０１を冷却することができる。

上記の通り、ヒートパイプ１１の受熱部２２の、発熱体１０１と対向する部位が、発熱体１０１の延在方向に沿って平坦な平坦部２５であることにより、受熱部２２の平坦部２５に発熱体１０１を安定して接続できるので、受熱ブロックを介さずとも、ヒートパイプ１１の受熱部２２と発熱体１０１との間における熱的接続の安定性が得られる。従って、ヒートシンク１では、発熱体１０１からヒートパイプ１１の受熱部２２へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することができるので、高発熱量の発熱体１０１に対しても優れた冷却特性を発揮できる。また、ヒートシンク１では、別途、受熱ブロック等の、ヒートパイプ１１の接続・固定部材を用意する必要がないので、部品点数を低減でき、ヒートシンク１の製造コストを抑えることができる。

特に、ヒートシンク１では、平坦部２５がヒートパイプ１１の熱輸送方向且つヒートパイプ１１の径方向に沿って延在しているので、ヒートパイプ１１の受熱部２２と発熱体１０１との間における熱的接続の安定性がさらに確実に得られる。

また、ヒートシンク１では、受熱部２２の平坦部２５が、発熱体１０１と直接接触しているので、受熱部２２と発熱体１０１との間における熱的接続の安定性が得られるとともに、発熱体１０１から受熱部２２へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することができ、結果、発熱体１０１に対して優れた冷却特性を発揮できる。

また、ヒートシンク１では、平坦部２５が平面度のさらに向上した切削部３１を有することにより、発熱体１０１とヒートパイプ１１の受熱部２２との間の熱的接続性がさらに向上するので、発熱体１０１からヒートパイプ１１の受熱部２２へ熱が伝達される際の熱抵抗をさらに低減することができる。また、ヒートシンク１では、平坦部２５の切削部３１が、ヒートパイプ１１の径方向における角部１６まで延在して、角部１６に形成されたＲ部の少なくとも一部が切削されて平坦化されているので、受熱部２２の、発熱体１０１と対向する部位において、平坦部２５の面積割合が増大し、発熱体１０１から受熱部２２へ熱が伝達される際の熱抵抗をさらに確実に低減することができる。

また、ヒートシンク１では、ヒートパイプ１１の受熱部２２が、ヒートパイプ１１の熱輸送方向に対して直交方向の断面形状が扁平である扁平部３０を有し、扁平部３０のうち、厚さ方向Ｔの部位が平坦部２５を有するので、ヒートシンク１の設置スペースを増大させることなく、多数のヒートパイプ１１を冷却対象である発熱体１０１と熱的に接続することができる。従って、ヒートシンク１では、狭小空間に設置された発熱体１０１であっても、優れた冷却特性を発揮できる。

また、ヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の平坦部２５、２５、２５・・・が同一平面上に配置されているので、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・が設けられていても、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の受熱部２２、２２、２２・・・と発熱体１０１との間における熱的接続の安定性が得られる。従って、発熱体１０１から複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の受熱部２２、２２、２２・・・へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することができ、また、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の熱的負荷を均一化することができる。

また、ヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の受熱部２２、２２、２２・・・がその径方向に沿って並列に配置され、隣接するヒートパイプ１１同士が受熱部２２にて直接接しているので、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の受熱部２２、２２、２２・・・同士が、相互に熱伝達可能となるので、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の熱的負荷を均一化することができる。

また、ヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の平坦部２５、２５、２５・・・が、全て、発熱体１０１と直接接触することができるので、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の全てについて、発熱体１０１からヒートパイプ１１の受熱部２２へ熱が伝達される際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２実施形態例に係るヒートシンクについて、第１実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成は同じなので、第１実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素に関しては、同じ符号を用いて説明する。図６は、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの一端部の概要を正面方向から示す説明図である。

第１実施形態例に係るヒートシンク１では、８本のヒートパイプ１１からヒートパイプ群１０が形成されていたが、これに代えて、図６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、６本のヒートパイプ１１からヒートパイプ群１０が形成されている。

本発明のヒートシンクでは、冷却対象である発熱体１０１の発熱量、寸法等、ヒートシンクの使用条件等に応じて、ヒートパイプ１１の本数は、適宜選択可能である。ヒートシンク２では、例えば、第１実施形態例に係るヒートシンク１よりも、冷却対象である発熱体１０１の発熱量が少ない、発熱体１０１の寸法が小さい等の使用条件から、第１実施形態例に係るヒートシンク１よりも、ヒートパイプ１１の本数を減らした態様となっている。

ヒートシンク２でも、ヒートシンク１と同様に、ヒートパイプ１１は、その熱輸送方向に対して直交方向の断面形状が扁平形状である。すなわち、ヒートパイプ１１の受熱部２２が、高さ方向と高さ方向の寸法よりも小さい寸法である厚さ方向とを有する扁平形状である扁平部３０を有し、扁平部３０のうち、厚さ方向の部位が平坦部２５となっている。

ヒートシンク１よりもヒートパイプ１１の本数を減らしたヒートシンク２でも、発熱体１０１と対向する受熱部２２の部位が、発熱体１０１の延在方向に沿って平坦な平坦部２５であることにより、受熱部２２の平坦部２５に発熱体１０１を安定して接続できるので、受熱ブロック等のヒートパイプ１１の接続・固定部材を介さずとも、ヒートパイプ１１の受熱部２２と発熱体１０１との間における熱的接続の安定性が得られる。また、ヒートシンク２でも、ヒートパイプ１１の受熱部２２は発熱体１０１と直接接触している。従って、ヒートシンク２でも、発熱体１０１からヒートパイプ１１の受熱部２２へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することができる。

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３実施形態例に係るヒートシンクについて、第１、第２実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成は同じなので、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関しては、同じ符号を用いて説明する。図７は、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの一端部の概要を正面方向から示す説明図である。

第１実施形態例に係るヒートシンク１では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の受熱部２２、２２、２２・・・は、その径方向の断面形状が、いずれも略同じとなっていたが、これに代えて、図７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、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の受熱部２２、２２、２２・・・における径方向の断面形状が、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・の間で異なる態様となっている。

ヒートシンク３では、複数のヒートパイプ１１、１１、１１・・・が、受熱部２２における径方向の断面形状が第１の形状である第１のヒートパイプ１１－１と、受熱部２２における径方向の断面形状が前記第１の形状とは異なる第２の形状である第２のヒートパイプ１１－２と、を含んでいる。上記から、ヒートシンク３では、受熱部２２におけるヒートパイプ１１の径方向の断面形状は、複数種類（２種類）となっている。ヒートシンク３では、説明の便宜上、６本のヒートパイプ１１、１１、１１・・・のうち、第１のヒートパイプ１１－１が２本、第２のヒートパイプ１１－２が４本となっている。

ヒートシンク３では、第１のヒートパイプ１１－１の受熱部２２と第２のヒートパイプ１１－２の受熱部２２がヒートパイプ１１の径方向に沿って並列に配置されており、第１のヒートパイプ１１－１の受熱部２２が第２のヒートパイプ１１－２の受熱部２２よりも外方向に配置されている。上記から、第２のヒートパイプ１１－２の受熱部２２は、第１のヒートパイプ１１－１の受熱部２２間に装入されている。

ヒートシンク３では、第１のヒートパイプ１１－１の径方向の断面の面積は、第２のヒートパイプ１１－２の径方向の断面の面積よりも大きい。従って、第１のヒートパイプ１１－１の熱輸送特性が、第２のヒートパイプ１１－２の熱輸送特性よりも高くなっている。また、第１のヒートパイプ１１－１の受熱部２２における径方向の断面形状は、第２のヒートパイプ１１－２の受熱部２２における径方向の断面形状よりも、幅広且つ高さの低い態様となっている。

ヒートシンク３でも、ヒートシンク１、２と同様に、第１のヒートパイプ１１－１は、その熱輸送方向に対して直交方向の断面形状が扁平形状である。すなわち、第１のヒートパイプ１１－１の受熱部２２が、高さ方向と高さ方向の寸法よりも小さい寸法である厚さ方向とを有する扁平形状である扁平部３０を有し、扁平部３０のうち、厚さ方向の部位が平坦部２５となっている。また、第２のヒートパイプ１１－２は、その熱輸送方向に対して直交方向の断面形状が扁平形状である。すなわち、第２のヒートパイプ１１－２の受熱部２２が、高さ方向と高さ方向の寸法よりも小さい寸法である厚さ方向とを有する扁平形状である扁平部３０を有し、扁平部３０のうち、厚さ方向の部位が平坦部２５となっている。

ヒートシンク３では、第１のヒートパイプ１１－１と第２のヒートパイプ１１－２の熱輸送特性の差を調整することが可能となる。従って、発熱体１０１にホットスポット等の温度ムラが発生していても、ホットスポットの部位には、相対的に熱輸送特性の高い第１のヒートパイプ１１－１を熱的に接続し、ホットスポットではない部位には、相対的に熱輸送特性の低い第２のヒートパイプ１１－２を熱的に接続することで、受熱部２２を小型化しつつ、温度ムラが発生している発熱体１０１に対して優れた冷却特性を発揮できる。

受熱部２２における径方向の断面形状が異なるヒートパイプ１１を備えたヒートシンク３でも、発熱体１０１と対向する受熱部２２の部位が、発熱体１０１の延在方向に沿って平坦な平坦部２５であることにより、受熱部２２の平坦部２５に発熱体１０１を安定して接続できるので、受熱ブロック等のヒートパイプ１１の接続・固定部材を介さずとも、ヒートパイプ１１の受熱部２２と発熱体１０１との間における熱的接続の安定性が得られる。また、ヒートシンク３でも、ヒートパイプ１１の受熱部２２は発熱体１０１と直接接触している。従って、ヒートシンク３でも、発熱体１０１からヒートパイプ１１の受熱部２２へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することができる。

次に、本発明の第４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４実施形態例に係るヒートシンクについて、第１～第３実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成は同じなので、第１～第３実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素に関しては、同じ符号を用いて説明する。図８は、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの一端部の底面の概要を示す説明図である。図９は、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクに備えられたヒートパイプの伸延状態を示す説明図である。

図８、９に示すように、第４実施形態例に係るヒートシンク４では、ヒートパイプ１１が、受熱部２２からヒートパイプ１１の長手方向に延在した受熱部２２以外の部位５１に、平坦部２５から離れる方向へ曲げられた曲げ部５０を有している。ヒートシンク４では、受熱部２２と断熱部１４の境界部近傍に、曲げ部５０が設けられている。曲げ部５０は、段差状であり、段差部となっている。段差状の曲げ部５０は、ヒートパイプ１１の受熱部２２の高さ方向Ｈに沿って曲げられている。

上記から、ヒートシンク４では、ヒートパイプ１１の断熱部１４は、ヒートパイプ１１の受熱部２２よりも高い位置へ向かって伸延し、ヒートパイプ１１の放熱部（図示せず）は、ヒートパイプ１１の受熱部２２よりも高い位置に配置されている。また、ヒートシンク４では、さらに、ヒートパイプ１１の一端部１２の先端５２近傍にも、平坦部２５から離れる方向へ曲げられた曲げ部５０を有している。一端部１２の先端５２近傍の曲げ部５０も、段差状であり、段差部となっている。一端部１２の先端５２近傍における段差状の曲げ部５０も、ヒートパイプ１１の受熱部２２の高さ方向Ｈに沿って曲げられている。従って、一端部１２の先端５２は、ヒートパイプ１１の受熱部２２よりも高い位置に配置されている。

ヒートシンク４では、ヒートパイプ１１のうち、発熱体１０１と対向する平坦部２５の部位は、発熱体１０１に向かって突出している。一方で、発熱体１０１と対向しない一端部１２の先端５２、断熱部１４及び放熱部は、発熱体１０１と対向する平坦部２５の部位よりも、高さ方向Ｈに向かって離れた位置に設けられている。

ヒートシンク４でも、平坦部２５に切削加工が施されており、従って、平坦部２５は、切削部３１を有している。また、平坦部２５と同一平面上に位置するカバー部材１１０の底面のうち、ヒートパイプ１１の切削部３１と連続して、カバー部材１１０の底面の一部領域まで切削部３１が延在している。

ヒートシンク４では、ヒートパイプ１１が、受熱部２２からヒートパイプ１１の長手方向に延在した受熱部２２以外の部位５１に、平坦部２５から離れる方向へ曲げられた曲げ部５０を有し、また、一端部１２の先端５２近傍に、平坦部２５から離れる方向へ曲げられた曲げ部５０を有することにより、発熱体１０１が狭小空間に設置されていても、ヒートパイプ１１が、狭小空間を避けながら受熱部２２以外の部位へ伸延することができる。従って、ヒートシンク４では、狭小空間に設置されている発熱体１０１であっても、優れた冷却特性を発揮できる。

また、ヒートパイプ１１に段差状の曲げ部５０が形成されたヒートシンク４でも、発熱体１０１と対向する受熱部２２の部位が、発熱体１０１の延在方向に沿って平坦な平坦部２５であることにより、受熱部２２の平坦部２５に発熱体１０１を安定して接続できるので、受熱ブロック等のヒートパイプ１１の接続・固定部材を介さずとも、ヒートパイプ１１の受熱部２２と発熱体１０１との間における熱的接続の安定性が得られる。また、ヒートシンク４でも、ヒートパイプ１１の受熱部２２は発熱体１０１と直接接触している。従って、ヒートシンク４でも、発熱体１０１からヒートパイプ１１の受熱部２２へ熱が伝達される際の熱抵抗を低減することができるので、発熱体１０１に対して優れた冷却特性を発揮できる。

次に、ヒートパイプ２５の受熱部２２に平坦部２５を形成する方法について説明する。ここでは、第１の実施形態例に係るヒートシンク１を用いて、平坦部２５を形成する方法について説明する。なお、図１０は、ヒートシンクに備えられたヒートパイプの受熱部に平坦部を形成する前の状態を示す説明図である。図１１は、ヒートシンクに備えられたヒートパイプの受熱部に平坦部を形成した後の状態を示す、本発明のヒートシンクの説明図である。

先ず、径方向の断面形状が円形状であるヒートパイプを用意し、少なくとも受熱部に対応する部分について扁平加工を行って、扁平部３０を有するヒートパイプ２１１を作製する。次に、図１０に示すように、扁平部３０を有するヒートパイプ２１１をカバー部１１０に挿入して、複数（図１０では、８本）のヒートパイプ２１１、２１１、２１１・・・を備えたヒートパイプ群２１０を形成する。このとき、発熱体に対向するヒートパイプ２１１の部位は、カバー部１１０の底面から扁平部３０の一部が突出した突出部２１２を有している。

次に、図１１に示すように、ヒートパイプ２１１の突出部２１２対して、平坦化加工を行って、平坦部２５を形成する。平坦化加工としては、例えば、突出部２１２をカバー部１１０方向へ塑性変形させる塑性変形処理が挙げられる。平坦化加工により、平坦部２５とカバー部１１０の底面は、略同一平面上に位置する。上記工程により、ヒートパイプ２５の受熱部２２に平坦部２５が形成されたヒートシンク１を作製することができる。

次に、本発明のヒートシンクの他の実施形態例について、以下に説明する。

上記各実施形態例では、ヒートパイプの受熱部のうち、発熱体と対向する部位が平坦部となっていたが、ヒートパイプの受熱部のうち、発熱体と対向する部位のみに平坦部が形成されていてもよく、ヒートパイプの受熱部全体のみに平坦部が形成されていてもよく、ヒートパイプの受熱部だけではなく、ヒートパイプの受熱部以外の部位にも、平坦部が形成されていてもよい。

また、上記各実施形態例では、ヒートパイプの受熱部が、厚さ方向の部位が平坦部となっている扁平形状である扁平部を有していたが、ヒートパイプの受熱部のみが上記扁平部を有していてもよく、ヒートパイプの受熱部だけではなく、ヒートパイプの受熱部以外の部位も、上記扁平部を有していてもよい。また、上記各実施形態例では、ヒートパイプは、厚さ方向の部位が平坦部となっている扁平部を有していたが、ヒートパイプの受熱部のうち、発熱体と対向する部位に平坦部が形成されていれば、ヒートパイプの径方向の形状は特に限定されず、これに代えて、扁平部を有していない形状でもよい。

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、狭小化された空間に搭載された高発熱量の発熱体に対しても、優れた冷却性能を発揮できるので、例えば、データセンター等で使用されるサーバ等、高性能の電子部品が使用される分野で利用することができる。

１、２、３、４ ヒートシンク
１１ ヒートパイプ
１２ 一端部
１３ 他端部
２２ 受熱部
２３ 放熱部
２５ 平坦部
３０ 扁平部
３１ 切削部
４０ 熱交換部

Claims (12)

1. 発熱体と熱的に接続される受熱部を有するヒートパイプと、前記ヒートパイプの放熱部にて熱的に接続された熱交換部と、を備えたヒートシンクであり、
   前記ヒートパイプが、前記受熱部から前記放熱部まで連通し、且つ作動流体が封入された内部空間を有し、
   前記受熱部の、前記発熱体と対向する部位が、前記発熱体の延在方向に沿って平坦な平坦部であり、
   前記平坦部が、前記発熱体と直接接触し、
   前記ヒートパイプが、複数設けられ、複数の前記ヒートパイプが、前記受熱部における径方向の断面形状が第１の形状である第１のヒートパイプと、前記受熱部における径方向の断面形状が前記第１の形状とは異なる第２の形状である第２のヒートパイプと、を含むヒートシンク。
2. 前記平坦部が、前記ヒートパイプの熱輸送方向且つ前記ヒートパイプの径方向に沿って延在している請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記平坦部が、切削加工された切削部を有する請求項１または２に記載のヒートシンク。
4. 前記切削部が、前記ヒートパイプの径方向における角部まで延在していることで、前記角部に形成されたＲ部の少なくとも一部が切削されている請求項３に記載のヒートシンク。
5. 前記受熱部が、前記ヒートパイプの熱輸送方向に対して直交方向の断面形状が扁平である、高さ方向と厚さ方向を有する扁平部を有し、前記扁平部のうち、厚さ方向の部位が前記平坦部を有する請求項１または２に記載のヒートシンク。
6. 前記扁平部の厚さ方向の部位の前記平坦部が、切削加工された切削部を有する請求項５に記載のヒートシンク。
7. 前記ヒートパイプが、複数設けられ、前記受熱部にて、複数の前記ヒートパイプが前記ヒートパイプの径方向に沿って配置され、複数の前記ヒートパイプの前記平坦部が、同一平面上に配置されている請求項１または２に記載のヒートシンク。
8. 前記ヒートパイプが、複数設けられ、前記受熱部にて、複数の前記ヒートパイプが前記ヒートパイプの径方向に沿って配置され、隣接する前記ヒートパイプ同士が、前記受熱部にて直接接している請求項１または２に記載のヒートシンク。
9. 複数の前記ヒートパイプの前記平坦部が、全て、前記発熱体と直接接触する請求項７に記載のヒートシンク。
10. 前記第１のヒートパイプの熱輸送特性が、前記第２のヒートパイプの熱輸送特性よりも高い請求項１または２に記載のヒートシンク。
11. 前記第１のヒートパイプの受熱部と前記第２のヒートパイプの受熱部が前記ヒートパイプの径方向に沿って配置され、前記第１のヒートパイプの受熱部が前記第２のヒートパイプの受熱部よりも外方向に配置されている請求項１または２に記載のヒートシンク。
12. 前記ヒートパイプが、前記受熱部から前記ヒートパイプの長手方向に延在した前記受熱部以外の部位に、前記平坦部から離れる方向へ曲げられた曲げ部を有する請求項１または２に記載のヒートシンク。

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