JPWO2017061408A1

JPWO2017061408A1 - ヒートシンク

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Publication number: JPWO2017061408A1
Application number: JP2017544499A
Authority: JP
Inventors: 康行杤木; 宏偉曾; 光裕朱; 正大目黒; 川畑　賢也; 賢也川畑
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2036-10-04
Also published as: US11287192B2; US20180283797A1; TW201720283A; TWI619430B; JP6667544B2; CN208016185U; WO2017061408A1

Abstract

受熱プレート平面方向の熱拡散特性に優れていることで、優れた放熱効率を有するヒートシンクを提供する。
発熱体と熱的に接続される受熱プレートと、該受熱プレートと熱的に接続された、管体から形成されたヒートパイプと、該受熱プレートと熱的に接続された放熱フィンと、を有するヒートシンクであって、前記ヒートパイプが、前記受熱プレート表面に対して鉛直方向に複数層設けられ、前記複数層のうち少なくとも２つの層において、前記受熱プレート表面上における前記ヒートパイプの位置が、相互に、同一ではないヒートシンク。

Description

本発明は、発熱体を冷却するヒートシンクに関し、より具体的には、鉄道車両、航空機、自動車等の移動体や電子機器に搭載された電子部品を冷却するヒートシンクに関するものである。

従来のヒートシンクとして、受熱プレートと、該受熱プレートと熱的に接続されており、該受熱プレート表面方向に所定の長さ延出される管体のヒートパイプと、該ヒートパイプ上に立設された放熱フィンとを備えたヒートシンクが、広く用いられている。

しかし、上記ヒートシンクでは、受熱プレート表面に対して鉛直方向に、ヒートパイプが単層配置されている態様である。ヒートパイプが単層設けられている態様では、ヒートパイプの曲げの制約や熱源上に配置可能なヒートパイプの本数の制約等から、受熱プレート表面における熱拡散が不十分となる場合がある。従って、上記ヒートシンクでは、受熱プレート表面に立設された放熱フィンが、その全体において十分な放熱に寄与しない場合があり、結果、放熱フィンの放熱効率を向上させることができないという問題があった。

そこで、作動液の顕熱による熱輸送（作動液の振動及び又は循環による熱輸送）を主たる熱輸送原理とする蛇行細管トンネルヒートパイプからなるプレートヒートパイプを第一の構成要素とし、作動液の潜熱による熱輸送（作動液の蒸気移動時の蒸発及び凝縮による熱輸送）を主たる熱輸送原理とする非蛇行の細管トンネルヒートパイプからなるヒートパイプを第二の構成要素とする、両構成要素が複合一体化されてなることを基本構成とする複合型プレートヒートパイプが提案されている（特許文献１）。

しかし、蛇行細管トンネルヒートパイプを用いる特許文献１では、管体ではなく連続した流路を形成することでヒートパイプを設けており、ヒートパイプの動作は、発熱体の直上近傍だけに留まってしまうので、プレートに張り巡らせたヒートパイプの全部が機能するわけではない。従って、特許文献１でも、依然として、複合型プレートヒートパイプ平面における熱拡散が不十分となる場合がある。また、特許文献１の複合型プレートヒートパイプは放熱フィンを設けた態様ではないので、十分な冷却能力が得られない。上記から、特許文献１の複合型プレートヒートパイプでは、依然として、放熱効率を十分に向上させることができないという問題があった。

特開平１０−３８４８３号公報

上記事情に鑑み、本発明の目的は、受熱プレート平面方向の熱拡散特性に優れていることで、優れた放熱効率を有するヒートシンクを提供することにある。

本発明の態様は、発熱体と熱的に接続される受熱プレートと、該受熱プレートと熱的に接続された、管体から形成されたヒートパイプと、該受熱プレートと熱的に接続された放熱フィンと、を有するヒートシンクであって、前記ヒートパイプが、前記受熱プレート表面に対して鉛直方向に複数層設けられ、前記複数層のうち少なくとも２つの層において、前記受熱プレート表面上における前記ヒートパイプの位置が、相互に、同一ではないヒートシンクである。

上記態様では、ヒートパイプは、受熱プレート表面に対して鉛直方向に、２層以上に積層されている。また、積層されたヒートパイプのうち、少なくとも２つの層については、受熱プレート表面上におけるヒートパイプの位置関係、すなわち、平面視におけるヒートパイプの位置関係が、相互に同一とはならないように、ヒートパイプが受熱プレートと熱的に接続されている。従って、上記少なくとも２つの層については、積層されたヒートパイプが、平面視において重なり合わない部位が存在する。

本発明の態様は、前記ヒートパイプの周囲に、熱伝導体が設けられているヒートシンクである。

本発明の態様は、前記ヒートパイプが、扁平型形状であるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記ヒートパイプの形状が、Ｕ字状、直線状、Ｌ字状、Ｓ字状またはコ字状であるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記ヒートパイプの少なくとも一部の部位が、前記発熱体と平面視において同じ位置に配置されているヒートシンクである。

本発明の態様によれば、管状のヒートパイプが受熱プレート表面に対して鉛直方向に複数層設けられ、このうち少なくとも２つの層については、受熱プレート表面上におけるヒートパイプの位置が相互に同一ではないので、ヒートシンクの、受熱プレート平面方向、すなわち、ヒートシンクの、受熱プレート表面に対して平行方向の熱拡散特性に優れ、受熱プレート平面方向全体が均熱化される。ヒートシンクの、受熱プレート平面方向全体が均熱化されるので、受熱プレートと熱的に接続された放熱フィンの放熱効率が向上し、ひいては、管体から形成されたヒートパイプを備えたヒートシンクの冷却能が向上する。

本発明の態様によれば、熱伝導体がヒートパイプに周設されていることにより、ヒートシンクの、受熱プレート表面に対して平行方向への熱拡散特性がさらに向上し、結果、放熱フィンの放熱効率がさらに向上する。

本発明の態様によれば、ヒートパイプの形状が扁平型であることにより、ヒートパイプと他の部材との間の接触面積が大きい態様にて、ヒートパイプと他の部材とを熱的に接続することができる。従って、受熱プレートから放熱フィンへの熱伝達を円滑化し、熱抵抗も低減できるので、放熱フィンの放熱効率がさらに向上する。また、ヒートパイプの形状が扁平型であることにより、ヒートパイプが複数層設けられても、受熱プレート表面に対して鉛直方向の寸法の増大を防止できる。

本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの分解斜視図である。本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの分解斜視図である。本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの分解斜視図である。本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。実施例で使用した本発明のヒートシンクの分解斜視図である。比較例で使用したヒートシンクの分解斜視図である。

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、受熱側の面で発熱体（図示せず）と熱的に接続される平板状の受熱プレート１０と、受熱プレート１０の受熱側とは反対側の面にて受熱プレート１０と接した状態で受熱プレート１０と熱的に接続された第１のヒートパイプ１１と、受熱プレート１０の受熱側とは反対側の面にて第１のヒートパイプ１１と接した状態で第１のヒートパイプ１１と熱的に接続された第２のヒートパイプ１２と、受熱プレート１０の受熱側とは反対側の面にて第２のヒートパイプ１２と接した状態で第２のヒートパイプ１２と熱的に接続された放熱フィン１３と、を備えている。

ヒートシンク１では、平板状の受熱プレート１０が発熱体（図示せず）と熱的に接続されることで、ヒートシンク１の受熱部として作用する。

第１のヒートパイプ１１は、管体からなるコンテナ１４を有し、コンテナ１４内部に作動流体が封入されている。第１のヒートパイプ１１の平面視の形状、すなわち、受熱プレート１０表面に対して平行方向における形状は、Ｕ字状となっている。従って、第１のヒートパイプ１１は、相互に対向する２つの直線部と該２つの直線部との間に湾曲部を有している。また、第１のヒートパイプ１１は、コンテナ１４が扁平形状に加工されている。

第１のヒートパイプ１１は、Ｕ字状の部位が受熱プレート１０の受熱側とは反対側の面、すなわち、放熱フィン１３側の面上に載置、取り付けられることで、受熱プレート１０と熱的に接続されている。従って、第１のヒートパイプ１１は、Ｕ字状の部位が受熱プレート１０表面と接している。

発熱体から受熱した受熱プレート１０は、受熱プレート１０と熱的に接続された第１のヒートパイプ１１へ熱を伝達し、受熱プレート１０から熱が伝達された第１のヒートパイプ１１は、Ｕ字状の部位のうち、熱を受けた部位が吸熱部として作用し、熱を受けていない部位が放熱部として作用する。第１のヒートパイプ１１は、吸熱部から放熱部へ、第１のヒートパイプ１１の平面視の形状に沿って熱輸送することで、ヒートシンク１の、受熱プレート１０平面方向へ、熱を輸送し、結果、第１のヒートパイプ１１の平面視の形状に沿って、ヒートシンク１の、受熱プレート１０平面方向へ、熱を拡散させる。

第１のヒートパイプ１１の設置数は特に限定されないが、ヒートシンク１では、複数（図１では、２つ）設けられている。また、複数の第１のヒートパイプ１１の配置関係は特に限定されないが、図１では、一方の第１のヒートパイプ１１の一方の直線部の先端が、他方の第１のヒートパイプ１１の湾曲部と、Ｕ字状の内側領域において対向するように配置されている。また、第１のヒートパイプ１１の受熱プレート１０表面上における位置は特に限定されないが、放熱効率の点から、第１のヒートパイプ１１の少なくとも一部の部位が、図示しない発熱体と平面視において同じ位置に配置されることが好ましい。

さらに、ヒートシンク１では、それぞれの第１のヒートパイプ１１の周囲に、第１の熱伝導体１６が設けられることで、第１ヒートパイプ層２１が形成されている。第１の熱伝導体１６は板状体であり、その表面が受熱プレート１０表面に対して平行方向に配置されている。また、第１ヒートパイプ層２１の第１のヒートパイプ１１と第１の熱伝導体１６は、熱的に接続されている。従って、受熱プレート１０から熱伝達された第１のヒートパイプ１１の熱輸送の動作と第１の熱伝導体１６の熱伝達作用によって、第１の熱伝導体１６をその平面方向へ（すなわち、ヒートシンク１の、受熱プレート１０平面方向へ）熱がより円滑に拡散される。さらに、第１の熱伝導体１６平面方向へ拡散した熱は、第１ヒートパイプ層２１の主に第１の熱伝導体１６から第２のヒートパイプ１２へ熱伝達される。

ヒートシンク１では、第１の熱伝導体１６に、第１のヒートパイプ１１の平面視の形状、寸法に対応した形状、寸法を有する孔部１７が、第１のヒートパイプ１１の設置数設けられている。従って、第１のヒートパイプ１１を第１の熱伝導体１６の孔部１７に嵌合させることにより、それぞれの第１のヒートパイプ１１に第１の熱伝導体１６が周設された態様となっている。従って、ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１に第１の熱伝導体１６が周設された態様で、第１のヒートパイプ１１と第１の熱伝導体１６が熱的に接続された第１ヒートパイプ層２１が形成されている。

図１に示すように、ヒートシンク１では、さらに、受熱プレート１０の放熱フィン１３側の面に、第１の熱伝導体１６と接した状態で第１の熱伝導体１６と熱的に接続された第２のヒートパイプ１２が設けられている。従って、第２のヒートパイプ１２は、第１ヒートパイプ層２１の主に第１の熱伝導体１６を介して受熱プレート１０と熱的に接続されている。

また、ヒートシンク１では、第２のヒートパイプ１２は、第２ヒートパイプ層２２を構成している。第２ヒートパイプ層２２が、受熱プレート１０表面に対して鉛直方向に第１ヒートパイプ層２１上に積層されることで、ヒートパイプが複数層（図１では２層）設けられている。

第２のヒートパイプ１２は、第１のヒートパイプ１１と同じく、管体からなるコンテナ１５を有し、コンテナ１５内部に作動流体が封入されている。第２のヒートパイプ１２の平面視の形状、すなわち、受熱プレート１０表面に対して平行方向における形状は、第１のヒートパイプ１１と同じく、Ｕ字状となっている。従って、第２のヒートパイプ１２も、相互に対向する２つの直線部と該２つの直線部との間に湾曲部を有している。また、第２のヒートパイプ１２も、コンテナ１５が扁平形状に加工されている。つまり、ヒートシンク１では、部品点数の低減の点から、第２のヒートパイプ１２は、第１のヒートパイプ１１と同じものを使用している。

第２のヒートパイプ１２は、Ｕ字状の部位が第１ヒートパイプ層２１上に載置、取り付けられることで、第１ヒートパイプ層２１の主に第１の熱伝導体１６と熱的に接続され、ひいては、第１ヒートパイプ層２１を介して受熱プレート１０と熱的に接続されている。従って、第２のヒートパイプ１２は、Ｕ字状の部位が第１ヒートパイプ層２１と接している。

また、受熱プレート１０表面上における、すなわち、平面視における第２のヒートパイプ１２の位置は、第１のヒートパイプ１１の位置と同一ではないように配置されている。つまり、第２のヒートパイプ１２のＵ字状の部位は、第１のヒートパイプ１１のＵ字状の部位と平面視において一致しないよう配置されている。従って、第２のヒートパイプ１２のＵ字状の部位には、平面視において第１のヒートパイプ１１のＵ字状の部位と重複する部分と、第１の熱伝導体１６と重複する部分（すなわち、第１のヒートパイプ１１のＵ字状の部位と重複しない部分）とがある。

受熱プレート１０から受熱した第１のヒートパイプ１１は、主に、第１のヒートパイプ１１に周設されて熱的に接続された第１の熱伝導体１６を介して、第２のヒートパイプ１２へ熱を伝達し、第１のヒートパイプ１１から第１の熱伝導体１６を介して熱が伝達された第２のヒートパイプ１２は、Ｕ字状の部位のうち、熱を受けた部位が吸熱部として作用し、熱を受けていない部位が放熱部として作用する。第２のヒートパイプ１２は、吸熱部から放熱部へ、第１のヒートパイプ１１の平面視の配置とは異なる第２のヒートパイプ１２の平面視の配置に沿って、熱輸送することで、ヒートシンク１の、受熱プレート１０平面方向へ熱を輸送し、結果、第１のヒートパイプ１１の平面視の配置とは異なる第２のヒートパイプ１２の平面視の配置に沿って、ヒートシンク１の、受熱プレート１０平面方向へ熱を拡散させる。

上記の通り、ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ１２とは、平面視において異なる方向へ熱輸送をするので、ヒートシンク１の、受熱プレート１０平面方向全体が均熱化される。

第２のヒートパイプ１２の設置数は特に限定されないが、ヒートシンク１では、複数（図１では、２つ）設けられている。また、複数の第２のヒートパイプ１２の配置関係は特に限定されないが、図１では、一方の第２のヒートパイプ１２の一方の直線部の先端が、他方の第２のヒートパイプ１２の湾曲部と、Ｕ字状の内側領域において対向するように配置されている。また、上記の通り、第２のヒートパイプ１２のＵ字状の部位が、第１のヒートパイプ１１のＵ字状の部位と平面視において一致しないよう配置されていれば、第２のヒートパイプ１２の位置は特に限定されないが、図１では、第２ヒートパイプ層２２の第２のヒートパイプ１２の配置は、第１ヒートパイプ層２１の第１のヒートパイプ１１の配置を、裏返した態様となっている。

また、第２のヒートパイプ１２の受熱プレート１０表面上における位置は特に限定されないが、放熱効率の点から、第２のヒートパイプ１２の少なくとも一部の部位が、図示しない発熱体と平面視において同じ位置に配置されることが好ましい。

さらに、ヒートシンク１の第２ヒートパイプ層２２は、それぞれの第２のヒートパイプ１２の周囲に、第２の熱伝導体１８を備えている。第２の熱伝導体１８は板状体であり、その表面が受熱プレート１０表面に対して平行方向に配置されている。また、第２のヒートパイプ１２と第２の熱伝導体１８は、熱的に接続されている。従って、第２のヒートパイプ１２の熱輸送の動作と第２の熱伝導体１８の熱伝達作用によって、第２の熱伝導体１８をその平面方向へ（すなわち、ヒートシンク１の、受熱プレート１０平面方向へ）熱がより円滑に拡散される。さらに、第２の熱伝導体１８平面方向へ拡散した熱は、第２ヒートパイプ層２２の主に第２の熱伝導体１８から放熱フィン１３へ熱伝達される。

ヒートシンク１では、第２の熱伝導体１８に、第２のヒートパイプ１２の平面視の形状、寸法に対応した形状、寸法を有する孔部１９が、第２のヒートパイプ１２の設置数設けられている。従って、第２のヒートパイプ１２を第２の熱伝導体１８の孔部１９に嵌合させることにより、それぞれの第２のヒートパイプ１２に第２の熱伝導体１８が周設された態様となっている。従って、ヒートシンク１では、第２のヒートパイプ１２に第２の熱伝導体１８が周設された態様で、第２のヒートパイプ１２と第２の熱伝導体１８が熱的に接続された第２ヒートパイプ層２２が形成されている。

第１ヒートパイプ層２１と第２ヒートパイプ層２２の取り付け方法は、特に限定されず、例えば、受熱プレート１０表面に第１ヒートパイプ層２１と第２ヒートパイプ層２２を積み重ね、受熱プレート１０に第１の熱伝導体１６と第２の熱伝導体１８をはんだ付けする方法等が挙げられる。

図１に示すように、ヒートシンク１では、複数の平板状の放熱フィン１３が、第２ヒートパイプ層２２の第２のヒートパイプ１２及び第２の熱伝導体１８と直接または間接的に接した状態（図１では、板状体を介して間接的に接した状態）で第２ヒートパイプ層２２表面に立設されている。従って、放熱フィン１３は、主に第２の熱伝導体１８と熱的に接続されており、第２ヒートパイプ層２２の主に第２の熱伝導体１８と第１ヒートパイプ層２１の主に第１の熱伝導体１６を介して、受熱プレート１０と熱的に接続されている。なお、放熱フィン１３のフィンピッチは、特に限定されず、等間隔でもよく、等間隔ではなくてもよいが、ヒートシンク１では、放熱フィン１３が、それぞれ受熱プレート１０表面に対して平行方向、すなわち、第２ヒートパイプ層２２表面に対して平行方向に等間隔に並べられている。さらに、ヒートシンク１では、いずれの放熱フィン１３も、その表面が、受熱プレート１０表面に対して鉛直、すなわち、第２ヒートパイプ層２２表面に対して鉛直となるよう立設されている。

放熱フィン１３の第２ヒートパイプ層２２表面への取り付け方法は、特に限定されず、例えば、放熱フィン１３の端部を第２ヒートパイプ層２２の表面にはんだ付け等で接合する方法、第２の熱伝導体１８の表面に形成された凹溝に嵌合する方法等が挙げられる。

受熱プレート１０、第１の熱伝導体１６、第２の熱伝導体１８及び放熱フィン１３の材料は、いずれも熱伝導性のよい金属であり、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで製造されている。また、第１のヒートパイプ１１のコンテナ１４及び第２のヒートパイプ１２のコンテナ１５の材料も、受熱プレート１０、第１の熱伝導体１６、第２の熱伝導体１８及び放熱フィン１３と同様の金属材料で製造されている。

第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１２の作動流体としては、コンテナ材料への適合性を有する作動流体が減圧状態で封入される。作動流体としては、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。

上記の通り、ヒートシンク１では、受熱プレート１０平面方向、すなわち、受熱プレート１０、第１の熱伝導体１６及び第２の熱伝導体１８の表面全体が均熱化されるので、放熱フィン１３の受熱プレート１０側の端部が、全体として均熱化され、結果として、放熱フィン１３の放熱効率が向上し、それに応じて、ヒートシンク１の冷却能が向上する。

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。

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、第１実施形態例に係るヒートシンクの第１の熱伝導体と第２の熱伝導体が、一体化された複合型熱伝導体２６となっている。複合型熱伝導体２６の形状は、平板状である。複合型熱伝導体２６の受熱プレート１０側の面には、第１のヒートパイプ１１の平面視の形状、寸法に対応した形状、寸法を有する第１の溝部２７が、第１のヒートパイプ１１の設置数設けられている。また、複合型熱伝導体２６の放熱フィン１３側（すなわち、受熱プレート１０側とは反対側）の面には、第２のヒートパイプ１２の平面視の形状、寸法に対応した形状、寸法を有する第２の溝部２９が、第２のヒートパイプ１２の設置数設けられている。また、第１の溝部２７と第２の溝部２９は、平面視において一致しないよう配置されている。

従って、ヒートシンク２では、複合型熱伝導体２６の第１の溝部２７に第１のヒートパイプ１１を嵌合し、複合型熱伝導体２６の第２の溝部２９に第２のヒートパイプ１２を嵌合することにより、第１のヒートパイプ１１上に第２のヒートパイプ１２が積層され、結果、ヒートパイプが複数層（図２では２層）設けられることとなる。また、複合型熱伝導体２６の第１の溝部２７に第１のヒートパイプ１１を嵌合し、複合型熱伝導体２６の第２の溝部２９に第２のヒートパイプ１２を嵌合することにより、複合型熱伝導体２６を介して第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ１２が熱的に接続される。

上記ヒートシンク２でも、受熱プレート１０平面方向、すなわち、受熱プレート１０及び複合型熱伝導体２６の表面全体が均熱化されるので、放熱フィン１３の受熱プレート１０側の端部が、全体として均熱化されて、ヒートシンク２の冷却能が向上する。また、複合型熱伝導体２６を備えるヒートシンク２では、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ１２間の熱抵抗がより低減して、受熱プレート１０の平面全体の均熱化がより向上する。

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。

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、第１実施形態例に係るヒートシンクの第１の熱伝導体と受熱プレートが、一体化された複合型受熱プレート３０となっている。複合型受熱プレート３０の形状は、平板状である。複合型受熱プレート３０の放熱フィン１３側の面には、第１のヒートパイプ３１の平面視の形状、寸法に対応した形状、寸法を有する第３の溝部３７が、第１のヒートパイプ３１の設置数設けられている。また、複合型受熱プレート３０の第３の溝部３７と第２の熱伝導体１８の孔部１９は、平面視において一致しないよう配置されている。

従って、ヒートシンク３では、複合型受熱プレート３０の第３の溝部３７に第１のヒートパイプ３１を嵌合し、第２の熱伝導体１８の孔部１９に第２のヒートパイプ３２を嵌合することにより、第１のヒートパイプ３１上に第２のヒートパイプ３２が積層され、ヒートパイプが複数層（図３では２層）設けられる。また、複合型受熱プレート３０の第３の溝部３７に第１のヒートパイプ３１を嵌合することで、複合型受熱プレート３０と第１のヒートパイプ３１が熱的に接続される。

なお、ヒートシンク３では、第１のヒートパイプ３１及び第２のヒートパイプ３２の平面視の形状は、Ｓ字状となっている。また、第１のヒートパイプ３１及び第２のヒートパイプ３２の設置数は、いずれも、１つとなっている。さらに、平面視における第２のヒートパイプ３２の配置が、平面視における第１のヒートパイプ３１の配置を、複合型受熱プレート３０表面に対して直交方向の軸を回転軸として、所定角度（図３では、９０°）回転させた態様となっている。

上記ヒートシンク３でも、複合型受熱プレート３０平面方向、すなわち、複合型受熱プレート３０及び第２の熱伝導体１８の表面全体が均熱化されるので、放熱フィン１３の複合型受熱プレート３０側の端部が、全体として均熱化されて、ヒートシンク３の冷却能が向上する。

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。

図４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、Ｕ字状の第２のヒートパイプに代えて、第２のヒートパイプ４２の形状は直線状となっている。また、第１のヒートパイプ４１の形状は、Ｕ字状であり、相互に対向する一方の直線部４１ａと他方の直線部４１ｂ及び一方の直線部４１ａと他方の直線部４１ｂとの間の湾曲部４１ｃを有している。第１のヒートパイプ４１は、Ｕ字状の部位のうち、一方の直線部４１ａが受熱プレート１０の放熱フィン１３側の面と接している。また、第１のヒートパイプ４１は、受熱プレート１０表面に対して鉛直に立設されている。従って、第１のヒートパイプ４１の形状は、平面視においては直線状となっている。

さらに、第１のヒートパイプ４１の一方の直線部４１ａの位置が、第２のヒートパイプ４２の位置と平面視において一致しないよう配置されている。ヒートシンク４では、平面視においては、第１のヒートパイプ４１の一方の直線部４１ａと直線状の第２のヒートパイプ４２とが交差した態様となっている。なお、図４では、一方の直線部４１ａと第２のヒートパイプ４２が、直交または略直交するように配置されている。

ヒートシンク４のように、第１のヒートパイプ４１及び第２のヒートパイプ４２の形状が平面視直線状であっても、受熱プレート１０、第１の熱伝導体１６及び第２の熱伝導体１８の平面全体が均熱化されて、放熱フィン１３の放熱効率が向上する。

また、ヒートシンク４では、放熱フィン１３の頂部に、第１のヒートパイプ４１の他方の直線部４１ｂが熱的に接続されている。従って、放熱フィン１３の、受熱プレート１０側とは反対側の端部は、第１のヒートパイプ４１を介して受熱プレート１０と熱的に接続されている。

ヒートシンク４では、図示しない発熱体から受熱プレート１０へ伝達された熱が、受熱プレート１０から第１のヒートパイプ４１の一方の直線部４１ａへ伝達されるだけでなく、第１のヒートパイプ４１によって、受熱プレート１０から放熱フィン１３の頂部へも輸送される点で、放熱フィン１３の放熱効率がさらに向上する。

次に、本発明のヒートシンクの使用方法例を説明する。本発明のヒートシンクの受熱プレート裏側に、鉄道車両、航空機、自動車等の移動体や電子機器に搭載された電子部品等の発熱体を熱的に接続する。なお、発熱体の被冷却効率の点から、ヒートパイプ（例えば、第１のヒートパイプ）の少なくとも一部の部位が、前記発熱体と平面視において同じ位置となるように、発熱体を配置することが好ましい。そして、ヒートシンクの放熱フィンを自然空冷または強制空冷することによって、放熱フィンから外部環境へ、発熱体由来の熱を放熱させて、上記発熱体を冷却する。

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、受熱プレート表面に対して鉛直方向にヒートパイプが２層設けられていたが、ヒートパイプの積層数は、複数層であれば、２層に限定されるものではなく、３層以上でもよい。また、ヒートパイプの積層数が３層以上の場合には、受熱プレート表面上における、すなわち、平面視におけるヒートパイプの位置は、３層以上のうち、少なくとも２層が相互に、同一ではないように配置されていればよく、また、必要に応じて、各層が、いずれも、相互に、同一ではないように配置されてもよい。

上記第１〜第２実施形態例では、第１のヒートパイプ及び第２のヒートパイプの形状、すなわち、第１のヒートパイプ及び第２のヒートパイプのコンテナの形状はＵ字状であったが、ヒートパイプの形状は特に限定されず、例えば、直線状、Ｌ字状またはコ字状等でもよい。また、上記第１〜第３実施形態例では、第１のヒートパイプの形状と第２のヒートパイプの形状は同じであったが、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプを異なる形状としてもよい。さらに、上記第１、２、４実施形態例では、複数の第１のヒートパイプは、いずれも同じ形状であったが、異なる形状としてもよく、また、複数の第２のヒートパイプは、いずれも同じ形状であったが、異なる形状としてもよい。

上記第１〜第２実施形態例では、平面視における第２ヒートパイプ層の第２のヒートパイプの配置は第１ヒートパイプ層の第１のヒートパイプの配置を裏返した態様となっていたが、第１ヒートパイプ層と第２ヒートパイプ層の平面視におけるヒートパイプの配置関係は、同一でなければよく、例えば、平面視における第２ヒートパイプ層の第２のヒートパイプの配置が、平面視における第１ヒートパイプ層の第１のヒートパイプの配置を、受熱プレート表面に対して直交方向の軸を回転軸として、所定角度（例えば、９０°〜１８０°）回転させた態様としてもよい。また、上記第３実施形態例では、平面視における第２のヒートパイプの配置が、平面視における第１のヒートパイプの配置を、複合型受熱プレート表面に対して直交方向の軸を回転軸として９０°回転させた態様であったが、上記の通り、第１ヒートパイプと第２ヒートパイプの平面視におけるヒートパイプの配置関係は、同一でなければよく、例えば、裏返した態様としてもよい。

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、これらの例に限定されるものではない。

第１実施形態例に係るヒートシンク１では、平面視における第２ヒートパイプ層２２の第２のヒートパイプ１２の配置は第１ヒートパイプ層２１の第１のヒートパイプ１１の配置を裏返した態様となっていたが、これに代えて、実施例１として、図５に示すように、平面視における第２ヒートパイプ層２２の第２のヒートパイプ１２の配置が、平面視における第１ヒートパイプ層２１の第１のヒートパイプ１１の配置を、受熱プレート表面に対して直交方向の軸を回転軸として、９０°回転させた態様のヒートシンク５を使用した。

比較例１として、図６に示すように、第１実施形態例に係るヒートシンク１のうち第２ヒートパイプ層２２が設けられていないヒートシンク６、すなわち、第１ヒートパイプ層２１のみが設けられたヒートシンク６を使用した。

実施例１のヒートシンク５と比較例１のヒートシンク６の仕様は、以下の通りである。
・ヒートシンク５、６について
寸法：長さ（放熱フィン１３の平面に対して平行方向の寸法）１２０mm×幅（放熱フィン１３の配列方向の寸法）８２mm×高さ（受熱プレート１０の受熱側の面から放熱フィン１３の頂部までの寸法）２６mm。
・放熱フィン１３について
放熱フィン１３の寸法：厚さ０．３mm×高さ２１．５mm。
フィンピッチ：１．７３mm。
設置枚数：４７。
材質：アルミニウム。
・受熱プレート１０について
厚さ：実施例１のヒートシンク５では０．５mm。比較例１のヒートシンク６では１．５mm。
・ヒートパイプ層について
実施例１のヒートシンク５：第１のヒートパイプ１１、第２のヒートパイプ１２とも、それぞれ、厚さ２．０mmであり、φ６mmのコンテナを扁平加工したもの。第１の熱伝導体１６、第２の熱伝導体１８とも、それぞれ、厚さ２．０mm。第１の熱伝導体１６、第２の熱伝導体１８とも、材質はアルミニウム。
比較例１のヒートシンク６：第１のヒートパイプ１１の厚さは３．０mmであり、φ６mmのコンテナを扁平加工したもの。第１の熱伝導体１６の厚さは３．０mm。第１の熱伝導体１６の材質はアルミニウム。

実施例１のヒートシンク５及び比較例１のヒートシンク６の熱輸送特性の測定条件は、以下の通りである。
・空気（冷却風）風量について
５、１０、１３、１５、１８、２０、２５ＣＦＭ。
・発熱体について
入熱量：１６５Ｗ。
発熱体と受熱プレート１０との間に熱伝導性グリス（信越化学工業製「Ｘ−２３−７７８３Ｄ」）を厚さ０．１mmにて施与。
・試験装置について
風洞。

実施例１、比較例１の試験結果を下記表１に示す。

上記表１から、実施例１の熱抵抗は、比較例１の熱抵抗に対して、５ＣＦＭにて０．０１６deg Ｃ／Ｗ、１０ＣＦＭにて０．００９deg Ｃ／Ｗ、１３ＣＦＭにて０．００８deg Ｃ／Ｗ、１５ＣＦＭにて０．００６deg Ｃ／Ｗ、１８ＣＦＭにて０．００８deg Ｃ／Ｗ、２０ＣＦＭにて０．００８deg Ｃ／Ｗ、２５ＣＦＭにて０．００７deg Ｃ／Ｗ、それぞれ低減された。また、発熱体からの入熱量が１６５Ｗであることから、上記表１から、実施例１の熱抵抗は、比較例１の熱抵抗に対して、５ＣＦＭにて２．５deg Ｃ、１０ＣＦＭにて１．４deg Ｃ、１３ＣＦＭにて１．３deg Ｃ、１５ＣＦＭにて１．１deg Ｃ、１８ＣＦＭにて１．３deg Ｃ、２０ＣＦＭにて１．３deg Ｃ、２５ＣＦＭにて１．１deg Ｃ、それぞれ低減された。

従って、第１ヒートパイプ層２１と第２ヒートパイプ層２２とが積層され、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ１２とが平面視において一致しないよう配置されている実施例１のヒートシンク５では、第２ヒートパイプ層２２が設けられていない比較例１のヒートシンク６と比較して、５〜２５ＣＦＭのいずれの風量でも、熱抵抗を低減できた。

本発明のヒートシンクは、ヒートシンクの、受熱プレート平面方向全体が均熱化されて放熱フィンの放熱効率が向上することで、優れた冷却特性を発揮するので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、鉄道車両、航空機、自動車等の移動体や電子機器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、４、５ヒートシンク
１０受熱プレート
１１、４１第１のヒートパイプ
１２、４２第２のヒートパイプ
１３放熱フィン
１６第１の熱伝導体
１８第２の熱伝導体
２６複合型熱伝導体
３０複合型受熱プレート

Claims

発熱体と熱的に接続される受熱プレートと、該受熱プレートと熱的に接続された、管体から形成されたヒートパイプと、該受熱プレートと熱的に接続された放熱フィンと、を有するヒートシンクであって、
前記ヒートパイプが、前記受熱プレート表面に対して鉛直方向に複数層設けられ、前記複数層のうち少なくとも２つの層において、前記受熱プレート表面上における前記ヒートパイプの位置が、相互に、同一ではないヒートシンク。
前記ヒートパイプの周囲に、熱伝導体が設けられている請求項１に記載のヒートシンク。
前記ヒートパイプが、扁平型形状である請求項１または２に記載のヒートシンク。
前記ヒートパイプの形状が、Ｕ字状、直線状、Ｌ字状、Ｓ字状またはコ字状である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
前記ヒートパイプの少なくとも一部の部位が、前記発熱体と平面視において同じ位置に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンク。