JPH10122776A

JPH10122776A - ヒートシンクとその製造方法

Info

Publication number: JPH10122776A
Application number: JP8280803A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kodachi; 修小太刀; Sukeyuki Kikuchi; 祐行菊地; Masaaki Yamamoto; 雅章山本
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】製造コスト的に優れるヒートシンクの構造を
提供すること。【解決手段】フィンに長孔２を形成し、幅広端部２１
に断面偏平のヒートパイプ１を挿入し、更にヒートパイ
プ１を下降させ、幅狭端部２２に取り付けた構造のヒー
トシンク。

Description

【発明の詳細な説明】

【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等の高性能化は発熱
量の増大を伴う場合があり、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れてきている。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は空冷ファン等の利用によ
る強制空冷式で行うことが多かった。この方式はファン
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、必然
的にその発生する音も大きくなりやすい。このファンに
よる音はユーザーに好まれないものであるので、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のであ
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、空冷式は、筐体内の多くの被冷却箇所をま
とめて冷却できる、という利点はあるものの、ある特定
の被冷却素子（ＣＰＵ等）を特に冷却するような場合に
は適用しにくい、という問題もある。

【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。このような冷却構造において、フィ
ンは伝熱ブロックに直接に取り付けても構わないが、被
冷却部品とフィンとが位置的に近接しているとは限らな
い。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。

【０００５】また、ヒートパイプを伝熱ブロックに取り
付けると、その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】ヒートパイプを熱の経路として利用すると
同時に、別途、更にフィンを直接、伝熱ブロックに取り
付ける方式も有用である。フィンの大きさが比較的大き
い場合、フィンを直接、伝熱ブロックに取り付けても、
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、ファン等を使用した強
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ろう。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９は典型的なヒート
シンクの一形態を示す概略斜視図である。ここではフィ
ン３３、３３・・・にヒートパイプ１７の放熱側が差し
込まれ、吸熱ブロック９にヒートパイプ１７の吸熱側が
埋め込まれた構造になっている。ヒートパイプ１７の本
数は任意である。またフィン３３の枚数も任意である。
ヒートパイプ１７とフィン３３、３３・・・は熱的に接
続していれば良い。例えばフィン３３に孔を設け、その
孔にヒートパイプ１７を差し込む形態が代表的である。

【０００９】図１０（イ）のフィン３４はバーリング加
工等によって形成した孔３６を備えている。図の３５は
孔３６を形成した際のバリであり、このバリ３５は図１
０（ロ）のように、フィン３４、３４・・・とヒートパ
イプ１８、１８との接触面積を増大させ、また取り付け
強度を高める効果がある。図１０（ロ）ではフィン３
４、３４・・・に設けた孔３６に単にヒートパイプ１８
を差し込む形態の例を示したが、半田付け等による接合
を併用しても良い。半田付けすれば取り付け強度の増大
と、熱的接続性の向上（つまりヒートパイプ１８、１８
とフィン３４、３４・・・との間の熱抵抗が一層低くな
る）が期待できる。尚、図１０（ロ）ではフィン３４、
３４・・・に対して２本のヒートパイプ１８、１８が取
り付けられた例を示しているがこの数は任意である。ま
た取り付け強度を高める観点で、接着剤を使う場合もあ
る（図１１）。図１１ではバリ３８とヒートパイプ１９
とで挟まれる箇所に接着剤３０１を流し込んで固めてい
る。この図１１で３７はフィンである。

【００１０】大型の放熱器に利用するようなヒートシン
クの場合、必然的にフィンもヒートパイプも大型化し、
重量も増大していく。このような大型のヒートシンクを
製造する場合には、フィンに設けた孔にヒートパイプを
差し込み、更に接着剤で接合することが多い。これは取
り付け強度を高める意図のためです。一方、パソコン等
の小型の電気、電子機器に適用するヒートシンクの場合
は、放熱すべき熱量の大きさの関係上、またその電気、
電子機器の筐体内のスペースの関係上、小型のフィン、
ヒートパイプが使われる。このような事情から、パソコ
ン等の小型の電気、電子機器用のヒートシンクに適用す
る場合は、フィンに設けた孔にヒートパイプを単に差し
込むだけで済ます形態の場合が多い。このような形態は
コスト的な要求にも対応するものである。

【００１１】図１０（ロ）の形態のヒートシンクを、パ
ソコン等の小型の電気、電子機器に適用するヒートシン
クの場合は、フィン３４は厚さ０．２〜０．６ｍｍ程
度、サイズは数ｃｍ〜１０ｃｍ程度のものが採用される
ことが多い。図１０（イ）のように、フィン３４に孔３
６を設ける場合、その孔３６の位置にもよるが、この程
度のサイズのフィン３４であれば、ヒートパイプ１８の
径より若干小さめの孔３６を設け、その孔３６にヒート
パイプ１８を強制的に差し込めば、強度的にも熱的接続
性においても実用的なヒートシンクになり得る。

【００１２】図１２はフィン３９、３９・・・にヒート
パイプ１００を差し込む工程を示す説明図である。この
図においては、ヒートパイプ１００を固定して、図の右
方にあるフィン３９を図の左に移動させて、孔３００に
ヒートパイプ１００を差し込む場合を示したが、この
逆、即ちフィン３９を固定して、ヒートパイプ１００の
方を動かしても良いことはもちろんである。さて、平行
に並ぶ３本のヒートパイプ１００、１００、１００をフ
ィン３９に差し込む場合、多数のフィン３９をまとめて
差し込む作業は、ヒートパイプ１００の耐曲げ性等の観
点で容易とは言えない。そこで通常はフィン３９を一枚
一枚、または少数枚ずつにして、ヒートパイプを差し込
むことが多い。このため、このヒートシンクの製造上の
コストが高くなってしまう。尚、孔３００のサイズを大
きくしておけば、当然、ヒートパイプ１００は容易に差
し込めるようになるから、数多いフィン３９を束ねて、
これに一挙にヒートパイプ１００を差し込むことが容易
にはなる。しかし、孔３００のサイズを大きくし過ぎる
と、ヒートパイプ１００とフィン３９との接触抵抗が大
きくなり熱的接続性が低下してしまい問題である。この
熱的接続性の低下を補うために半田付け等を併用する方
法も考えられるが、その半田付けの作業は製造コストの
大幅な上昇を招き問題である。

【００１３】そこで、数多くのフィンをまとめてヒート
パイプに差し込める、製造コストに優れるヒートシンク
の構造が望まれていた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、コスト的に優
れ、実用的なヒートシンクを提供することを目的とす
る。即ち本発明のヒートシンクは、ヒートパイプと、一
方の幅狭端部と他方の幅広端部とを有する長孔が備わっ
ているフィンと、を有し、前記ヒートパイプは前記フィ
ンの前記長孔の幅狭端部に取り付けられ、かつその部分
は断面偏平形状である、というものである。製造方法と
しては、前記長孔の前記幅広端部に、前記ヒートパイプ
をその断面偏平形状の部分まで挿入する工程と、前記ヒ
ートパイプを前記一方端部側に移動する工程とを有す
る、方法を提案する。また上記工程の後、更に前記偏平
部を拡管させると良い。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のヒートシンクは、フィン
に一方から他方に向けて幅が異なる長孔を設け、その長
孔にヒートパイプを取り付けた形態となっている。即ち
長孔は、ヒートパイプが取り付けられる方の端部（幅狭
端部と呼ぶ）が他方の幅広端部より幅が狭くなってい
る。図１と図２とは、長孔とヒートパイプとの関係を説
明する図と製造工程（組み立て工程）の一部とを示す概
念図である。これらの図を参照しながら説明する。

【００１６】図１、図２におけるヒートパイプ１はその
全長に渡り、その断面が偏平形状を成しているものであ
る。先ず図２のフィン３、３、・・・に、図１（イ）に
示すような、幅狭端部２２の幅が幅広端部２１の幅より
狭い長孔２を形成する。図２（イ）、（ロ）に示すよう
に、このフィン３、３、・・・を所定枚数束ね、幅広端
部２１の部分にヒートパイプ１を挿入する。この際、図
１（イ）に示すように、幅広端部２１は幅が広く、容易
にヒートパイプ１が挿入できる。

【００１７】しかしこの状態では、ヒートパイプ１は長
孔２に対し固定されていない。そこで図１（イ）および
図２（ハ）に示すように、図の下方にヒートパイプ１を
移動させる。すると、幅広端部２１より幅狭端部２２は
幅が狭くなっているので、この移動によって図１（ハ）
に示すように、ヒートパイプ１は幅狭端部２２に固定さ
れる。尚、図１および図２では、ヒートパイプ１を図の
下方に移動させているが、フィン３、３・・・を上方に
移動させても構わないことは当然である。またフィン
３、３・・・およびヒートパイプ１の上下左右の位置関
係は任意である。

【００１８】図２のように、所定枚数のフィン３、３・
・・を束ねて、一括してヒートパイプ１に差し込める点
が、このヒートシンクのコスト面での優位性を示してい
る。つまり、一枚一枚、または少数のフィン３をヒート
パイプ１に差し込む従来の手法に比べ、その作業能率の
向上が図れ、従ってコスト的に優位なヒートシンクが得
られるのである。

【００１９】ところで、図１、２に示す例では、ヒート
パイプ１の断面がその全長に渡り偏平形状である場合を
示した。しかし本発明においては、ヒートパイプは少な
くとも、フィンに固定される部分で断面偏平形状であれ
ば良い。このことを図３を参照しながら説明する。図３
（ニ）に示すように、ヒートパイプ１２はその長さ方向
の中央部に断面偏平部１１が形成されている。その両脇
は断面円形部１０となっている。フィン３０、３０・・
・は、断面偏平部１１に所定枚数取り付ける。

【００２０】先ず図３（イ）に示すように、ヒートパイ
プ１２の断面円形部１０が容易に挿入できる程度の幅広
端部２３を備える長孔２０をフィン３０に形成する。そ
の幅広端部２３にヒートパイプ１２を挿入し、ヒートパ
イプ１２の断面偏平部１１の所に長孔２０が位置した時
点で、今度は、ヒートパイプ１２を図３（ロ）の矢印に
示す方向（図の下方）に移動させる。こうすれば図３
（ハ）に示すように、ヒートパイプ１２の断面偏平部１
１が幅狭端部２４に差し込まれ固定された状態になる。

【００２１】図３の場合でも、所定枚数のフィン３０、
３０、・・・を束ねて、一括してヒートパイプ１０に差
し込める点が、このヒートシンクのコスト面での優位性
を示していることは図２の場合と同様である。

【００２２】ところで、フィンに設ける長孔のサイズで
あるが、その長孔の幅広端部は挿入すべきヒートパイプ
が挿入できる程度のサイズであれば良いが、幅狭端部は
取り付けられるヒートパイプの断面偏平部に対し、若干
小さめに形成しておくことが望ましい。図１を参照しな
がら説明すると、ヒートパイプ１を図の下方に移動させ
る際、幅狭端部２２が、ヒートパイプ１のサイズに比し
て小さめであると、ヒートパイプ１が図１（ハ）のよう
に幅狭端部２２に納まった際、より強固に固定されるか
らである。

【００２３】ところで、図２（ハ）において、ヒートパ
イプ１を図の下方に移動させる際、そのヒートパイプ１
にはある程度の曲げ荷重や、圧縮荷重が掛かることは当
然である。しかし本発明においては、ヒートパイプ１は
少なくともフィン３、３・・・に設けた長孔に挿入され
ている部分では、図２（ハ）の上下方向に長径を有する
断面偏平形状になっている。従って、ヒートパイプ１
は、長孔に挿入されている部分においては、図２（ハ）
の上下方向への曲げ変形や潰れ荷重が掛かっても、円形
断面の場合に比べ曲がりにくく、潰れにくいものにな
る。

【００２４】この点を図１および図４を参照しながら説
明する。図４に示すように、ヒートパイプ１３はその内
部に中空部１３０を有するから、一般には潰れや曲げが
起きやすい。しかし、ヒートパイプ１３は少なくともフ
ィンに設けた長孔に挿入されている部分では図４に示す
ような断面偏平形状を有するから、図４の矢印の方向へ
の変形は相対的に起きにくくなっている。従って図１に
示すような、ヒートパイプ１を下方に移動させる際（或
いは長孔２を上方に移動させる、即ち長孔２が備わる図
示しないフィンを移動させる際）、ヒートパイプ１の変
形や曲がりがより抑制されることが期待できるのであ
る。

【００２５】図１において、幅狭端部２２にヒートパイ
プ１がより強く、従ってより熱的抵抗が小さくなるよう
に（熱的接続性に優れるように）固定することが望まし
い。そのために、幅狭端部２２のサイズをより小さめに
形成しておくことが考えられる。しかし幅狭端部２２の
サイズが小さ過ぎると、図１（ロ）に示すようにヒート
パイプ１を図の下方に移動させる際、ヒートパイプ１が
大きく曲がったり、大きく潰れたりしてしまう。そこで
図５に示すような方法が有効である。

【００２６】即ち、ヒートパイプ１３に支え棒４を沿わ
せておく方法である。図５の例で説明すると、ヒートパ
イプ１３の下に支え棒４を配置して、この状態でフィン
３１、３１・・・を下降させ（図５（ロ））、図５
（イ）の幅狭端部２５にヒートパイプ１３をはめ込むの
である。この方法によれば、フィン３１、３１、・・・
を下降させる際、ヒートパイプ１３が曲がりにくくなる
ので、幅狭端部２５により強固にヒートパイプ１３を固
定することができる。従って熱的接続性にも優れた固定
が容易に実現する。

【００２７】このように本発明においては、ヒートパイ
プは少なくともフィンに設けた長孔に挿入されている部
分では断面偏平になっているので、より強固に長孔に取
り付けることができる、という利点がある。その利点の
他に、長孔の内周面との接触面積を多く取れるという効
果もある。この点を図６を参照しながら説明する。ヒー
トパイプ１４が長孔２００と接触する部分（接触部５
１）の、長孔２００と接触しない部分（非接触部５０）
に対する比率が大きい程、熱的抵抗が小さくなって望ま
しいのであるが、本発明の場合、ヒートパイプ１４の形
状が偏平であるので、通常の略円形断面のヒートパイプ
の場合に比べ上記比率が大きくなる。従ってヒートパイ
プが通常の場合、即ち略円形断面の場合に比べ、長孔２
００が形成されているフィンとの熱的抵抗をより小さく
することができるので望ましい。

【００２８】図７は、ヒートパイプ１５を幅狭端部２０
１に取り付けた後、更に拡管させた場合を示す説明図で
ある。ヒートパイプ１５は少なくとも幅狭端部２０１に
取り付けられる部分では断面偏平であるので、加熱すれ
ば図７の矢印に示すように左右に容易に拡管する。従っ
て高い熱的接続性をもって幅狭端部２０１に取り付けら
れ、優れたヒートシンクが得られることになる。

【００２９】以上詳述した本発明のヒートシンクは、ヒ
ートパイプにフィンをコスト低く取り付けることがで
き、実用性に優れている。ヒートパイプにフィンを取り
付ける作業の一例を図８に示しておく。図８は本発明の
ヒートシンクの組み立て工程を説明する図であるが、図
（イ）に示すように、長孔を設けた所定枚数のフィン３
２、３２・・・をフィン支持具６で挟み、そのフィン支
持具６を図の左に移動することで、台７０と押さえ具７
１に固定したヒートパイプ１６にフィン３２、３２・・
・を差し込む。次いで、図８（ロ）に示すように、フィ
ン支持具６ごと下降させれば良い。なお図においてゴム
部６０はフィン３２、３２・・・が滑りにくいようにす
るためのものである。尚、図８（ロ）の台８は、フィン
支持具６を下降させれ際、ヒートパイプ１６をフィン３
２、３２・・・の存在する位置の両側から支えるための
ものである。

【００３０】

【発明の効果】以上の詳述したように本発明のヒートシ
ンクは、ヒートパイプにフィンをコスト低く取り付ける
ことができる構造を有し、実用性に優れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートシンクの要部を説明する概略図
である。

【図２】本発明のヒートシンクの製造工程の一例説明す
る概略図である。

【図３】本発明のヒートシンクの要部を説明する概略図
である。

【図４】本発明のヒートシンクにおけるヒートパイプの
部分を示す概略断面図である。

【図５】本発明のヒートシンクの製造工程の他の例を説
明する概略図である。

【図６】本発明のヒートシンクの要部を説明する概略図
である。

【図７】本発明のヒートシンクの要部を説明する概略図
である。

【図８】本発明のヒートシンクの製造工程の他の例を説
明する概略図である。

【図９】従来のヒートシンクを示す説明図である。

【図１０】従来のヒートシンクの要部を示す説明図であ
る。

【図１１】従来のヒートシンクの要部を示す説明図であ
る。

【図１２】従来のヒートシンクの製造工程を説明する概
略図である。

【符号の説明】

１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１
９、１００ヒートパイプ２、２０、２７、２００、２０３長孔２１、２３、２６、２９、２０２幅広端部２２、２４、２５、２８、２０１幅狭端部３、３０、３１、３２、３３、３４、３７、３９フィ
ン３５、３８バリ３６、３００孔３０１接着剤１０断面円形部１１断面偏平部１３０中空部４支持棒５０非接触部５１接触部６フィン支持具６０ゴム部７０台７１押さえ具８台９吸熱ブロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートパイプと、一方の幅狭端部と他方
の幅広端部とを有する長孔が備わっているフィンと、を
有し、前記ヒートパイプは前記フィンの前記長孔の幅狭
端部に取り付けられ、かつその部分が断面偏平形状であ
る、ヒートシンク。
【請求項２】前記長孔の前記幅広端部に、前記ヒート
パイプをその断面偏平形状の部分まで挿入する工程と、
前記ヒートパイプを前記幅狭端部側に移動する工程とを
有する、請求項１記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項３】上記工程の後、更に前記偏平部を拡管さ
せる工程、を有する請求項２記載のヒートシンクの製造
方法。