WO2017047756A1 - ヒートシンク - Google Patents

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WO2017047756A1
WO2017047756A1 PCT/JP2016/077461 JP2016077461W WO2017047756A1 WO 2017047756 A1 WO2017047756 A1 WO 2017047756A1 JP 2016077461 W JP2016077461 W JP 2016077461W WO 2017047756 A1 WO2017047756 A1 WO 2017047756A1
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heat
radiating fin
base plate
heat sink
radiating
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PCT/JP2016/077461
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川畑　賢也
正大 目黒
光裕 朱
宏偉 曾
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古河電気工業株式会社
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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
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    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks

Definitions

  • the present invention relates to a heat sink for cooling a heating element, and more specifically, to a heat sink for cooling an electronic component mounted on a moving body such as a railway vehicle, an aircraft, or an automobile or an electronic device.
  • Patent Document 1 in addition to a first heat sink having a plurality of first fins, a heat sink efficiency can be improved by providing a second heat sink having a plurality of second fins arranged perpendicular to the first heat sink. It is to improve.
  • Patent Document 1 since the flat plate-like first fins are arranged in parallel at a predetermined interval, a boundary layer in which the flow of cooling air stagnates is formed on the surface of the first fin. There is a problem in that the heat dissipation characteristics are deteriorated at the site on the leeward side.
  • an object of the present invention is to provide a heat sink that suppresses formation of a boundary layer on the surface of a heat radiating fin and has excellent heat radiating efficiency.
  • aspects of the present invention include a flat base plate that is thermally connected to a heating element, a first radiating fin that is thermally connected to the base plate, and a side end portion of the first radiating fin.
  • the surface of the 1st radiation fin and the surface of the 2nd radiation fin are arrange
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which the first heat dissipating fin is thermally connected to the base plate via a heat conducting member.
  • Thermal conductive member is a member having excellent thermal conductivity, and includes a heat pipe and a metal (for example, aluminum, copper, etc.) having a thermal conductivity at 25 ° C. of 100 W / (m ⁇ K) or more.
  • the aspect of the present invention further includes a third radiation fin that is adjacent to a side end portion of the second radiation fin and is thermally connected to the base plate, and the surface of the third radiation fin is The heat sink is not parallel to the surface of the second heat radiation fin.
  • the surface of the 2nd radiation fin and the surface of the 3rd radiation fin are arrange
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which the third radiating fin is thermally connected to the base plate via a heat conductive member.
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which the heat conducting member is a heat pipe.
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which the shape of the heat pipe is a U shape in a side view, an L shape in a side view, or a U shape in a side view.
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which the second radiating fin is thermally connected by directly contacting the base plate at an end portion.
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which an end portion of the second radiating fin facing an end portion in direct contact with the base plate is thermally connected to the base plate via a heat pipe.
  • the surface of the first radiating fin and the surface of the second radiating fin are arranged in a state that is not parallel to each other. Since the formation of the boundary layer between the first and second radiating fins is suppressed when the cooling air is supplied from the radiating fin side, it is possible to prevent the radiating efficiency of the radiating fins from being lowered. Furthermore, the flow of cooling air is disturbed between the first and second radiating fins, that is, the cooling air is agitated, so that the heat transfer coefficient between the radiating fin and the cooling air can be improved. .
  • the first radiating fin is thermally connected to the base plate via a heat conducting member such as a heat pipe, heat is smoothly transported from the base plate to the first radiating fin. it can.
  • the second heat dissipating fin has the third heat dissipating fin adjacent to the side end portion side of the second heat dissipating fin, and the surface of the second heat dissipating fin and the surface of the third heat dissipating fin are mutually
  • the cooling air is supplied from the first heat radiating fin side or the third heat radiating fin side, only between the first heat radiating fin and the second heat radiating fin.
  • the formation of the boundary layer is suppressed even between the second and third radiating fins, it is possible to further prevent a decrease in the radiating efficiency of the radiating fins.
  • the cooling air flow is disturbed not only between the first and second radiating fins but also between the second and third radiating fins, the radiating fin and the cooling air The heat transfer coefficient can be further improved.
  • the third radiating fin is thermally connected to the base plate via a heat conducting member such as a heat pipe, heat is smoothly transported from the base plate to the third radiating fin. it can.
  • the heating element when the end of the second radiating fin is in direct contact with the base plate, the heating element is thermally connected to the back side of the base plate region in direct contact with the second radiating fin.
  • the heat transfer from the base plate side of the second radiating fin to the opposite side of the base plate can be made smoother. Therefore, the heat radiation efficiency of the second heat radiation fin can be further improved.
  • the end of the second heat dissipating fin facing the end directly in contact with the base plate is thermally connected to the base plate via the heat pipe, so that the base plate is heated from the heating element.
  • the heat transferred to the base plate side of the second radiating fin is not only transferred from the base plate to the base plate side of the second radiating fin, but also transported to the opposite side of the base plate of the second radiating fin. Is further improved.
  • the heat sink 1 includes a flat base plate 10 that is thermally connected to a heating element (not shown) on the back surface side, and a direction toward the surface side of the base plate 10.
  • the first radiating fin 11 that is thermally connected to the base plate 10 via the standing heat pipe 14, and the side end of the first radiating fin 11 are adjacent to each other via the first gap 15.
  • the second radiating fin 12 that is thermally connected to the base plate 10 by being in direct contact with the surface side of the base plate 10, and the side end of the second radiating fin 12 are adjacent to each other through the second gap portion 16.
  • third heat radiation fins 13 that are thermally connected to the base plate 10 via heat pipes 14 erected in the surface side direction of the base plate 10.
  • a plurality of first radiating fins 11 form a first radiating fin group 17 and a plurality of second radiating fins 12 form a second radiating fin group 18 to form a plurality of third radiating fins.
  • a third radiating fin group 19 is formed from 13. The first radiating fin group 17, the second radiating fin group 18, and the third radiating fin group 19 are linearly arranged on the base plate 10.
  • the first radiating fins 11 have a flat plate shape, and a plurality of the first radiating fins 11 are arranged at equal intervals in the vertical direction with respect to the surface of the base plate 10.
  • the radiating fins 11 are also arranged so that the surfaces thereof are parallel to the surface of the base plate 10 to form one first radiating fin group 17. That is, the fin pitches of the first radiating fin group 17 are equally spaced. Therefore, a first space 11 ′ having a constant width extends in parallel with the surface of the base plate 10 between the first heat radiation fins 11.
  • a plurality (two in the figure) of heat pipes 14 are erected in parallel and in parallel in the direction of the surface side of the base plate 10.
  • the shape of the heat pipe 14 is U-shaped when viewed from the side. Accordingly, the U-shaped heat pipe 14 in side view has two linear portions facing each other, that is, one linear portion 14a and the other linear portion 14b, and further, one linear portion 14a and the other linear portion. It has the bottom part 14c between 14b.
  • the bottom 14c of the U-shaped heat pipe 14 in a side view is in direct contact with the base plate 10, so that the U-shaped heat pipe 14 in a side view is thermally connected to the base plate 10.
  • the bottom portion 14 c of the U-shaped heat pipe 14 in a side view is fitted into a groove formed on the back side of the base plate 10, so that the U-shaped heat pipe 14 in the side view is heated with the base plate 10. Connected.
  • the 1st radiation fin 11 is attached to one linear part 14a of the heat pipe 14 of side view U shape.
  • the first radiating fin 11 is in direct contact with one straight portion 14a of the U-shaped heat pipe 14 in side view, so that the first radiating fin 11 is thermally connected to the U-shaped heat pipe 14 in side view.
  • the first radiating fin 11 is thermally connected to the base plate 10 via a heat pipe 14 having a U-shape in side view. Therefore, the first radiating fin group 17 is disposed on one end side of the heat sink 1.
  • the second radiating fins 12 are arranged in the region where the bottom portion 14 c of the U-shaped heat pipe 14 is attached, that is, in the central portion of the heat sink 1.
  • the second radiating fin 12 has a flat plate shape, and its end is attached to the surface side of the base plate 10.
  • the second radiating fins 12 are thermally connected to the base plate 10 by the end portions of the second radiating fins 12 being in direct contact with the base plate 10.
  • the method of attaching the second radiating fin 12 to the surface side of the base plate 10 is not particularly limited.
  • the method of joining the end of the second radiating fin 12 to the surface side of the base plate 10 by soldering For example, a method of fitting in a concave groove formed on the surface side can be mentioned.
  • a plurality of second radiating fins 12 are arranged at equal intervals in the direction parallel to the surface of the base plate 10, and the surface of each of the second radiating fins 12 is the base plate. 10 is arranged so as to be perpendicular to the surface and parallel to the arrangement direction of the first radiating fin group 17, the second radiating fin group 18, and the third radiating fin group 19. Thus, one second radiating fin group 18 is formed. The fin pitch of the second radiating fin group 18 is equally spaced. Therefore, a second space 12 ′ having a constant width extends between the second heat radiating fins 12 with respect to the surface of the base plate 10.
  • the second radiating fin group 18 is arranged at the center of the heat sink 1. Yes.
  • the second radiating fin 12 is configured such that the second space 12 ′ formed between the second radiating fins 12 faces the first space 11 ′ formed between the first radiating fins 11. Is arranged. A side end portion of the first radiating fin 11 on the second radiating fin group 18 side and a side end portion of the second radiating fin 12 on the first radiating fin group 17 side are interposed via the first gap 15. Opposite.
  • the base plate of the second radiating fin 12 is formed when the end of the second radiating fin 12 is in direct contact with the surface side of the base plate 10 so that the heating element is thermally connected to the back side of the central portion of the base plate 10. 10 side, that is, the heat is smoothly transferred from the bottom side of the second radiating fin 12 to the opposite side of the base plate 10, that is, the top side of the second radiating fin 12. Therefore, the second radiating fin 12 is excellent. Exhibits heat dissipation effect.
  • the first radiating fin 11 and the second radiating fin 12 are arranged in front. They are arranged in a lattice pattern as viewed.
  • the extending direction of the first space 11 ′ formed between the first radiating fins 11 is orthogonal to the extending direction of the second space 12 ′ formed between the second radiating fins 12. It has become.
  • the bottom of the heat pipe 14 having the U-shape when viewed from the side in order to improve the thermal connectivity between the heating element installed at the center of the base plate 10 and the heat pipe 14 having a U-shape when viewed from the side, the bottom of the heat pipe 14 having the U-shape when viewed from the side.
  • Reference numeral 14 c denotes an aspect curved toward the central portion of the base plate 10.
  • a third radiating fin 13 which is a flat radiating fin, is attached to the other straight portion 14 b of the U-shaped heat pipe 14 in side view. Therefore, the third heat radiation fin 13 is disposed on the other end side of the heat sink 1.
  • the third radiating fin 13 is in direct contact with the other straight portion 14b of the U-shaped heat pipe 14 in side view, so that the third radiating fin 13 is thermally connected to the U-shaped heat pipe 14 in side view.
  • the third radiating fin 13 is thermally connected to the base plate 10 via a heat pipe 14 having a U-shape in side view.
  • a plurality of third radiating fins 13 are arranged at equal intervals in the vertical direction with respect to the surface of the base plate 10, respectively. Further, the surface of each of the third radiating fins 13 is the surface of the base plate 10. Are arranged in parallel to each other to form one third heat dissipating fin group 19. That is, the fin pitch of the third radiating fin group 19 is equally spaced. Therefore, a third space 13 ′ having a constant width extends in parallel with the surface of the base plate 10 between the third heat radiation fins 13.
  • the third heat radiating fin group 19 is disposed on the other end side of the heat sink 1.
  • the third radiating fin 13 is configured such that the third space 13 ′ formed between the third radiating fins 13 faces the second space 12 ′ formed between the second radiating fins 12. Is arranged.
  • the side end of the second radiating fin 12 on the side of the third radiating fin group 19 and the side end of the third radiating fin 13 on the side of the second radiating fin group 18 are arranged via the second gap 16. Opposite.
  • the second heat radiating fin 12 and the third heat radiating fin 13 are arranged in a lattice shape in the rear view.
  • the extending direction of the second space 12 ′ formed between the second radiating fins 12 is orthogonal to the extending direction of the third space 13 ′ formed between the third radiating fins 13. It has become.
  • the surface of the third radiating fin 13 is provided in a direction parallel to the surface of the first radiating fin 11. Further, the extending direction of the third space 13 ′ formed between the third radiating fins 13 is parallel to the extending direction of the first space 11 ′ formed between the first radiating fins 11. Yes.
  • the first radiating fins 11, the second radiating fins 12, the third radiating fins 13, and the base plate 10 are all flat plates made of a metal material having good thermal conductivity, such as aluminum, aluminum alloy, copper, and copper alloy. It is manufactured.
  • the container material of the heat pipe 14 that is U-shaped when viewed from the side is also made of the same metal material as the first radiating fins 11, the second radiating fins 12, the third radiating fins 13, and the base plate 10.
  • a working fluid having compatibility with the container material is sealed in a reduced pressure state. Examples of the working fluid include water, alternative chlorofluorocarbon, perfluorocarbon, and cyclopentane.
  • the cooling air is parallel to or substantially parallel to the arrangement direction of the first radiating fin group 17, the second radiating fin group 18, and the third radiating fin group 19 and the surface of the base plate 10. It is supplied to the heat sink 1 from the radiating fin group 17 side or the third radiating fin group 19 side. In FIG. 1, the cooling air flows from the first radiating fin group 17 side toward the third radiating fin group 19 side, that is, from one end side of the heat sink 1 toward the other end side. The mode which is supplied is shown. In the heat sink 1, since the formation of the boundary layer is suppressed between the first radiating fin 11 and the second radiating fin 12 and between the second radiating fin 12 and the third radiating fin 13, the radiating fin It is possible to prevent a decrease in the heat dissipation efficiency. Further, since the cooling air is agitated between the first heat radiation fin 11 and the second heat radiation fin 12 and between the second heat radiation fin 12 and the third heat radiation fin 13, the space between the heat radiation fin and the cooling air is generated. The heat transfer rate can be improved.
  • the first radiating fin 11 is attached to a curved portion between one straight portion 14 a and the bottom portion 14 c of the U-shaped heat pipe 14 in a side view.
  • the third radiating fin 13 is not attached to the curved portion between the other straight portion 14b and the bottom portion 14c, the cooling air smoothly flows to the bottom side of the second radiating fin 12 and the vicinity thereof. To be supplied.
  • the formation of the boundary layer is suppressed, and a reduction in the heat radiation efficiency of the heat radiation fin between the one straight portion 14 a and the other straight portion 14 b can be prevented. It is possible to increase the size of the bottom portion 14c of the base plate, and as a result, it is possible to reduce the thermal resistance between the base plate 10 and the heat pipe 14 having a U-shape in side view.
  • a heat pipe 24 having a U-shape in side view is used instead of the heat pipe in a U-shape in side view.
  • the heat pipe 24 having a U-shape when viewed from the side has two straight portions facing each other, that is, a top-side straight portion 24a and a bottom-side straight portion 24b, and a top-side straight portion 24a and a bottom-side straight portion 24b.
  • a straight side 24c is provided between the two.
  • the heat sink 2 is provided with a plurality (four in the figure) of U-shaped heat pipes 24 in side view.
  • two heat pipes 24 that are U-shaped in a side view and are erected in parallel and in parallel in the surface side direction of the base plate 10 are arranged to face each other. Accordingly, the side portion 24c is not erected at the center of the heat sink 2, but is erected on one end side and the other end side of the heat sink 2.
  • the bottom-side straight portion 24b of the U-shaped heat pipe 24 in a side view is in direct contact with the base plate 10, so that the U-shaped heat pipe 24 in a side view is thermally connected to the base plate 10.
  • the bottom-side straight portion 24 b of the U-shaped heat pipe 24 is fitted into a groove formed on the back surface side of the base plate 10, so that the U-shaped heat pipe 24 is viewed from the side of the base plate 10. 10 is thermally connected.
  • a plurality of first radiating fins 11 are attached to a side portion 24 c erected on one end side of the heat sink 2 to form a first radiating fin group 17.
  • a plurality of third radiating fins 13 are attached to a side portion 24 c erected on the other end side of the heat sink 2 to form a third radiating fin group 19.
  • the top side straight portion 24a of the U-shaped heat pipe 24 is thermally connected to the top of the second radiating fin group 18 formed by attaching a plurality of the second radiating fins 12 to each other. Yes. Therefore, the side (namely, the top side) of the second radiating fin group 18 facing the side (namely, the bottom side) directly in contact with the base plate 10 via the heat pipe 24 having a U-shape in side view is used. And thermally connected.
  • heat transmitted from a heating element (not shown) to the base plate 10 is not only transmitted from the base plate 10 to the bottom side of the second radiating fin group 18, but is also formed by a heat pipe 24 having a U-shape in side view. Since it is also transported from 10 to the top side of the second radiating fin group 18, the radiating efficiency of the second radiating fin group 18 is further improved.
  • the third radiating fin is used instead of being arranged so that the surface of the third radiating fin is parallel to the surface of the base plate.
  • the surface of the third heat radiating fin 33 is opposed to the surface of the base plate 10 while the third space 33 ′ formed between the heat radiating fins 33 faces the second space 12 ′ formed between the second heat radiating fins 12.
  • the side end portion 33-1 on the side facing the second radiating fin group 18 is more than the side end portion 33-2 on the side opposite to the side end portion 33-1.
  • the high position, that is, the side end portion 33-2 of the third radiating fin 33 is located closer to the base plate 10 than the side end portion 33-1.
  • the angle of the surface of the third radiating fin 33 with respect to the surface of the base plate 10 is not particularly limited. From the viewpoint of facilitating the flow of cooling air between the second space 12 ′ and the third space 33 ′, FIG. Then, it is about 30 °.
  • a plurality of third heat radiating fins 33 are arranged at equal intervals in the vertical direction with respect to the surface of the base plate 10 to form one third heat radiating fin group 39.
  • the fin pitch of the third radiating fin group 39 is equally spaced. Accordingly, a third space 33 ′ having a constant width formed between the respective third radiating fins 33 extends toward the surface side of the base plate 10 as the distance from the second radiating fin group 18 increases.
  • the heat sink 3 is provided with five heat pipes 14 that are U-shaped in a side view. Further, the U-shaped heat pipe 14 in side view includes two types, a heat pipe 14-1 having a long bottom portion 14c and a U-shaped heat pipe 14-2 having a short bottom portion 14c.
  • a heat pipe 14-1 having a long U-shaped side view at the bottom 14c and a heat pipe 14-2 having a U-shaped short side view at the bottom 14c are erected in parallel and in parallel so as to be adjacent to each other. ing. Accordingly, one straight line portion 14a has a staggered arrangement, and the other straight line portion 14b has a staggered arrangement.
  • the third space 33 ′ extends toward the surface side of the base plate 10 in accordance with the separation from the second radiating fin group 18, the third radiating heat is supplied from the first radiating fin group 17 side of the heat sink 3.
  • a heating element (not shown) thermally connected to the base plate 10 of the heat sink 3.
  • the short member to be cooled arranged on the leeward side of the heat sink 3 can be cooled by the cooling air.
  • a heat pipe 44 having an L shape in side view is used instead of the heat pipe having a U shape in side view. Therefore, the heat sink 4 is not provided with the third radiating fin group.
  • the surface of the 2nd radiation fin of the heat sink which concerns on 1st Example is with respect to the arrangement direction of the 1st radiation fin group, the 2nd radiation fin group, and the 3rd radiation fin group.
  • the second space 42 ′ formed between the second radiating fins 42 is replaced with the first space 11 formed between the first radiating fins 11.
  • the surface of the second radiating fin 42 is disposed in a direction that is not parallel to the arrangement direction of the first radiating fin group 17 and the second radiating fin group 48, while being opposed to '.
  • the angle of the surface of the second radiating fin 42 with respect to the arrangement direction is not particularly limited. From the viewpoint of facilitating the flow of cooling air between the first space 11 ′ and the second space 42 ′, FIG. Then, it is about 30 °.
  • a plurality (two in the figure) of L-shaped heat pipes 44 in a side view are erected in parallel and in parallel in the direction of the surface side of the base plate 10.
  • the heat pipe 44 having an L shape in a side view has one straight portion 44a and one bottom portion 44c.
  • the bottom part 44c of the L-shaped heat pipe 44 in side view is in direct contact with the base plate 10, so that the L-shaped heat pipe 44 in side view is thermally connected to the base plate 10.
  • the bottom portion 44 c of the L-shaped heat pipe 44 is fitted into a groove formed on the back side of the base plate 10, so that the L-shaped heat pipe 44 is heated with the base plate 10. Connected.
  • the first heat dissipating fins 11 are attached to a straight portion 44a of an L-shaped heat pipe 44 in side view.
  • the first radiating fin group 17 is formed by attaching a plurality of the first radiating fins 11 to the straight portion 44a of the L-shaped heat pipe 44 in side view.
  • the first radiating fin group 17 is disposed at a portion from the center of the heat sink 4 to one end side.
  • each of the second heat radiation fins 42 is provided so as to be perpendicular to the surface of the base plate 10.
  • the second radiating fin group 48 is disposed at a portion from the center portion of the heat sink 4 to the other end side.
  • the first radiating fin 51 and the third radiating fin 53 are made of a heat conducting member such as a heat pipe. It is directly connected to the base plate 10 without being interposed.
  • the first radiating fin 51 includes a flat fin portion 51a and leg portions 51b and 51c provided upright at both ends of the flat fin portion 51a. By stacking a plurality of first heat radiation fins 51, a first heat radiation fin group 57 is formed. The first radiating fin group 57 is arranged so that the cooling air flows between the leg 51b and the leg 51c.
  • the flat fin portions 51a are arranged at equal intervals in the vertical direction with respect to the surface of the base plate 10 (that is, the distance between the lengths of the leg portions 51b and 51c), and the surface of each flat fin portion 51a is the base plate. It arrange
  • the leg portions 51 b and 51 c of the first radiation fin 51 are thermally connected to the base plate 10.
  • the third radiating fin 53 includes a flat fin portion 53a and leg portions 53b and 53c provided upright at both ends of the flat fin portion 53a.
  • a third heat radiation fin group 59 is formed.
  • the third radiating fin group 59 is arranged so that the cooling air flows between the leg portion 53b and the leg portion 53c.
  • the flat fin portions 53a are arranged at equal intervals in the vertical direction with respect to the surface of the base plate 10 (that is, the lengths of the leg portions 53b and 53c), and the surface of each flat fin portion 53a is the base plate. It arrange
  • the leg portions 53 b and 53 c of the third radiating fin 53 are thermally connected to the base plate 10.
  • the heat sink 1 according to the first embodiment will be described.
  • the heat sink 1 is mounted so that the flow direction of the cooling air is parallel to or substantially parallel to the surface of the first radiating fin 11.
  • the portion of the base plate 10 that thermally connects the heating elements is not particularly limited.
  • the height of the second radiating fins 12 is set to the heat sink 1 on the windward side of the cooling air. By making it lower than the height of the second radiating fins 12 of the heat sink 1 disposed on the leeward side of the wind, the cooling air can be smoothly supplied to the heat sink 1 disposed on the leeward side of the cooling air.
  • the second radiating fin surface is provided in a direction orthogonal to the first radiating fin surface.
  • the second radiating fin surface and the first radiating fin surface are mutually connected.
  • the surface of the second radiating fin is not perpendicular to the surface of the base plate, that is, at an angle of more than 0 ° to less than 90 ° (eg, 70 ° to less than 90 °),
  • An angle at which the surface of the first heat radiating fin and / or the surface of the third heat radiating fin is not parallel to the surface of the base plate in the arrangement direction of the second heat radiating fins.
  • the second radiating fins are arranged at an angle of more than 0 ° to less than 90 ° (for example, an angle of more than 0 ° to 30 ° with respect to the base plate surface). Also Good.
  • the straight portions of the heat pipes having the same shape and the same dimensions are erected in parallel on the base plate.
  • two or more may be provided so that the straight portions of the heat pipe are staggered.
  • the heat pipe is used.
  • a metal having a thermal conductivity at 25 ° C. of 100 W / (m ⁇ K) or more (for example, aluminum , Copper, etc.) may be used.
  • the fin pitch of each radiating fin group is equally spaced, but the arrangement of the radiating fins of the radiating fin group does not have to be equally spaced, and is arranged at equally spaced intervals.
  • the radiating fins may be arranged in such a manner that some of the radiating fins are thinned out. By adopting an aspect in which some of the radiating fins are thinned out, more cooling air can be supplied to the leeward side.
  • the shape of the second radiating fin is a flat plate shape, but may be L-shaped or U-shaped as necessary for joining to the base plate.
  • Example 1 the cooling performance was evaluated using the heat sink 1 according to the first embodiment. However, four heat pipes 14 having a U-shape in side view were installed.
  • the specifications of the heat sink 1 shown in FIG. 7 (a) are as follows. -About the heat sink 1 Height of the heat sink 1 (dimension between the 1st radiation fin 11 and the 3rd radiation fin 13 which are arrange
  • the dimension of the 1st radiation fin 11 Length 35mm x width 80mm x thickness 0.3mm Fin pitch: 1.6mm Number of first radiating fins: 30 Materials of first radiating fins 11: copper / second radiating fin group 18 Dimensions of second radiating fins 12: height 60 mm ⁇ length 48 mm ⁇ thickness 0 .4mm Fin pitch: 2.5mm Number of second radiation fins 12: 31 Material of second radiation fins 12: copper / third radiation fin group 19 Dimensions of third radiation fins 13: length 35 mm ⁇ width 80 mm ⁇ thickness 0. 3mm Fin pitch: 1.6mm Number of third radiating fins 13: 30 Material of third radiating fins 13: copper
  • base plate 10 width 80 mm x length 120 mm x thickness 10 mm
  • Material of base plate 10 Copper, U-shaped heat pipe 14 in side view, diameter 8 mm
  • the specification of the heat sink 100 of the comparative example 1 is that the surface is replaced with the first radiating fin 11, the second radiating fin 12 and the third radiating fin 13 of the first embodiment.
  • Example 1 except that 30 sheets of heat dissipating fins 101 (length 120 mm ⁇ width 80 mm ⁇ thickness 0.3 mm, fin pitch 1.6 mm) disposed so as to be parallel to the surface of the base plate were used.
  • the specifications were the same as
  • Test conditions A 25 mm ⁇ 25 mm heating element (CPU) (not shown) was connected to the center of the back side of the base plate, and the heat input to the heat sink was 200 W.
  • the cooling air is supplied from the first radiating fin group 17 side to the third radiating fin group 19 side in the first embodiment, and in parallel to the longitudinal direction of the radiating fins in the first comparative example and parallel to the base plate surface. did.
  • the amount of cooling air supplied to the heat sink was 30 cfm.
  • the atmospheric temperature of the test was 30 ° C.
  • Example 1 Results of Cooling Performance Test
  • the heating element was cooled to 68.1 ° C.
  • Comparative Example 1 the heating element was only cooled to 79.0 ° C.
  • the 1st radiation fin 11 and the 2nd radiation fin 12 are arrange
  • the 2nd radiation fin 12 and the 3rd radiation fin 13 are a grid
  • the pressure loss of the cooling air can be suppressed, and between the first radiating fin 11 and the second radiating fin 12 and between the second radiating fin 12 and the third radiating fin 13. This is because the cooling air is agitated between the radiating fins and the heat transfer coefficient between the radiating fins and the cooling air can be improved.
  • two heat sinks 1 according to the first embodiment used in Example 1 are provided adjacent to each other in the direction parallel to the flow direction of the cooling air to provide cooling performance. Evaluated. That is, the third radiating fin group 19 of one heat sink 1 installed on the upstream side of the cooling air flow, and the first radiating fin group 17 of the other heat sink 1 ′ installed on the leeward side of the cooling air flow, Two heat sinks were provided so that they are adjacent to each other.
  • Example 2 is the same as Example 1 except that the height of the second radiating fin 12 of one heat sink 1 installed on the upstream side of the cooling air flow is changed from 60 mm to 40 mm.
  • the other heat sink 1 ′ installed on the leeward side of the cooling air flow was the same as that of Example 1.
  • the specifications of both the heat sink 1 and the other heat sink 1 ′ were the same as those in Example 1.
  • Example 1 The test conditions were the same as in Example 1 and Comparative Example 1 above.
  • the cooling air was supplied in parallel to the surface of the base plate 10 from the first heat radiating fin group 17 side of one heat sink 1 toward the third heat radiating fin group 19 side of the other heat sink 1 ′.
  • Example 2 Results of Cooling Performance Test
  • a heating element (CPU) (not shown) connected to the base plate 10 of one heat sink 1 was cooled to 76.7 ° C. and connected to the base plate 10 of the other heat sink 1 ′.
  • the heating element (CPU) that was not cooled was cooled to 82.4 ° C. Therefore, the temperature difference between the heating element connected to the base plate 10 of one heat sink 1 and the heating element connected to the base plate 10 of the other heat sink 1 ′ was 5.7 ° C.
  • Example 3 a heating element (CPU) (not shown) connected to the base plate 10 of one heat sink 1 is cooled to 75.4 ° C. and is not shown connected to the base plate 10 of the other heat sink 1 ′.
  • the heating element (CPU) was cooled to 85.0 ° C. Therefore, the temperature difference was 9.6 ° C. From the above, the height of the second radiating fins 12 of the one heat sink 1 installed on the leeward side is made lower than the height of the second radiating fins 12 of the other heat sink 1 ′ installed on the leeward side, so that the leeward The cooling air could be smoothly supplied to the other heat sink 1 'disposed on the side, and as a result, the above temperature difference of the heating element (CPU) could be further reduced.
  • the heat sink of the present invention can be used in a wide range of fields because it exhibits excellent heat dissipation efficiency by suppressing the formation of the boundary layer on the surface of the heat dissipation fin and improving the heat transfer coefficient between the heat dissipation fin and the cooling air.
  • the utility value is high in the field of cooling electronic parts mounted on moving bodies and electronic devices such as railway vehicles, airplanes, and automobiles.

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Abstract

放熱フィンの表面における境界層の形成を抑制し、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。　発熱体と熱的に接続される平板状のベースプレートと、該ベースプレートと熱的に接続された第１の放熱フィンと、該第１の放熱フィンの側端部と隣接した、該ベースプレートと熱的に接続された第２の放熱フィンと、を有するヒートシンクであって、 前記第１の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではないヒートシンク。

Description

ヒートシンク
　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、第１端部と、前記第１端部に続く直線状のパイプである第１直線部と、前記第１直線部に続く曲線状のパイプである湾曲部と、前記湾曲部に続き、且つ前記第１直線部に平行な直線状のパイプである第２直線部と、前記第２直線部に続く第２端部と、を有する第１ヒートパイプと、回路に接し、且つ前記回路の反対側の第１面が前記第１直線部に接合される、第１ベースと、前記第１直線部に垂直な平板であり、且つ前記第２直線部と交差し、且つ前記第１面上に設けられる、複数の第１フィンと、前記第１ベース及び前記第１直線部に垂直な第２面を有し、且つ前記第１ヒートパイプに接合される、第２ベースと、前記第２面に垂直で、且つ前記第２面上に設けられる、複数の第２フィンと、を備える放熱装置が提案されている（特許文献１）。
　特許文献１では、複数の第１フィンを備えた第１ヒートシンクの他に、第１ヒートシンクに対して垂直に配置された、複数の第２フィンを備えた第２ヒートシンクも設けることで放熱効率を向上させるものである。
　しかし、特許文献１では、平板状である第１フィンが所定間隔で並列配置されているので、第１フィンの表面に、冷却風の流れが滞る境界層が形成され、特に、第１フィン表面の風下側の部位において放熱特性が低下してしまうという問題があった。
　また、側面視Ｕ字状のヒートパイプに平板状の放熱フィンを取り付け、冷却風に対してＵ字が平行となるようにヒートパイプを設置する場合、Ｕ字の直線部間に位置する放熱フィンの部位のうち、その中央部付近は、ヒートパイプの直線部からの距離が離れているので、放熱フィンの放熱効率が低下してしまうという問題があった。
特開２０１１－９４８８８号公報
　上記事情に鑑み、本発明の目的は、放熱フィンの表面における境界層の形成を抑制し、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平板状のベースプレートと、該ベースプレートと熱的に接続された第１の放熱フィンと、該第１の放熱フィンの側端部と隣接した、該ベースプレートと熱的に接続された第２の放熱フィンと、を有するヒートシンクであって、前記第１の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではないヒートシンクである。
　上記態様では、第１の放熱フィンの表面と第２の放熱フィンの表面は、相互に平行ではない状態で配置されている、すなわち、第２の放熱フィンの表面は、第１の放熱フィンの表面に対して、０°超９０°以下の角度に配置されている。従って、第１の放熱フィン側または第２の放熱フィン側から冷却風が供給されると、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間で冷却風の流れに乱れが生じる。
　本発明の態様は、前記第１の放熱フィンが、熱伝導部材を介して前記ベースプレートと熱的に接続されているヒートシンクである。
　「熱伝導部材」とは、熱伝導性に優れた部材であり、ヒートパイプ、２５℃の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属（例えば、アルミニウム、銅等）が挙げられる。
　本発明の態様は、前記第２の放熱フィンの側端部と隣接した、前記ベースプレートと熱的に接続された第３の放熱フィンをさらに有し、前記第３の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではないヒートシンクである。
　上記態様では、第２の放熱フィンの表面と第３の放熱フィンの表面は、相互に平行ではない状態で配置されている、すなわち、第３の放熱フィンの表面は、第２の放熱フィンの表面に対して、０°超９０°以下の角度に配置されている。従って、第３の放熱フィン側または第１の放熱フィン側から冷却風が供給されると、第２の放熱フィンと第３の放熱フィンとの間で冷却風の流れに乱れが生じる。
　本発明の態様は、前記第３の放熱フィンが、熱伝導部材を介して前記ベースプレートと熱的に接続されているヒートシンクである。
　本発明の態様は、前記熱伝導部材が、ヒートパイプ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、側面視Ｕ字状、側面視Ｌ字状または側面視コ字状であるヒートシンクである。
　本発明の態様は、前記第２の放熱フィンが、端部において前記ベースプレートと直接接することで熱的に接続されているヒートシンクである。
　本発明の態様は、前記第２の放熱フィンの、前記ベースプレートと直接接した端部と対向する端部が、ヒートパイプを介して、前記ベースプレートと熱的に接続されているヒートシンクである。
　本発明の態様によれば、第１の放熱フィンの表面と第２の放熱フィンの表面は、相互に、平行ではない状態で配置されていることから、第１の放熱フィン側または第２の放熱フィン側から冷却風が供給されるにあたり、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間で境界層の形成が抑制されるので、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。さらに、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間で冷却風の流れに乱れ、すなわち、冷却風の撹拌が生じることにより、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることができる。
　本発明の態様によれば、第１の放熱フィンが、ヒートパイプ等の熱伝導部材を介してベースプレートと熱的に接続されているので、ベースプレートから第１の放熱フィンへ、円滑に熱を輸送できる。
　本発明の態様によれば、さらに、第２の放熱フィンの側端部側と隣接した第３の放熱フィンを有し、第２の放熱フィンの表面と第３の放熱フィンの表面は、相互に、平行ではない状態で配置されていることから、第１の放熱フィン側または第３の放熱フィン側から冷却風を供給するにあたり、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間だけでなく、第２の放熱フィンと第３の放熱フィンとの間でも境界層の形成が抑制されるので、放熱フィンの放熱効率の低下をさらに防止できる。さらに、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間だけでなく、第２の放熱フィンと第３の放熱フィンとの間でも冷却風の流れに乱れが生じるので、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率をさらに向上させることができる。
　本発明の態様によれば、第３の放熱フィンが、ヒートパイプ等の熱伝導部材を介してベースプレートと熱的に接続されているので、ベースプレートから第３の放熱フィンへ、円滑に熱を輸送できる。
　本発明の態様によれば、第２の放熱フィンの端部が、ベースプレートと直接接することにより、第２の放熱フィンが直接接するベースプレート領域の裏面側に発熱体が熱的に接続された場合に、第２の放熱フィンのベースプレート側からベースプレートの反対側への熱伝達がより円滑化できる。従って、第２の放熱フィンの放熱効率をさらに向上させることができる。
　本発明の態様によれば、第２の放熱フィンの、ベースプレートと直接接した端部と対向する端部が、ヒートパイプを介してベースプレートと熱的に接続されていることにより、発熱体からベースプレートへ伝達された熱が、ベースプレートから第２の放熱フィンのベースプレート側へ伝達されるだけでなく、第２の放熱フィンのベースプレートの反対側へも輸送されるので、第２の放熱フィンの放熱効率がさらに向上する。
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正面図である。 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。 本発明の第５実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。 （a）図は、実施例１で使用したヒートシンクの説明図、（b）図は、比較例１で使用したヒートシンクの説明図である。 実施例２で使用したヒートシンクの説明図である。 実施例３で使用した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、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、裏面側で発熱体（図示せず）と熱的に接続される平板状のベースプレート１０と、ベースプレート１０表面側方向へ立設されたヒートパイプ１４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている第１の放熱フィン１１と、第１の放熱フィン１１の側端部と第１の空隙部１５を介して隣接した、ベースプレート１０表面側と直接接することでベースプレート１０と熱的に接続されている第２の放熱フィン１２と、第２の放熱フィン１２の側端部と第２の空隙部１６を介して隣接した、ベースプレート１０表面側方向へ立設されたヒートパイプ１４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている第３の放熱フィン１３と、を備えている。
　複数枚の第１の放熱フィン１１から第１の放熱フィン群１７が形成され、複数枚の第２の放熱フィン１２から第２の放熱フィン群１８が形成され、複数枚の第３の放熱フィン１３から第３の放熱フィン群１９が形成されている。また、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群１８と第３の放熱フィン群１９は、相互に、ベースプレート１０上を直線状に配列されている。
　ヒートシンク１では、第１の放熱フィン１１は平板状であり、複数枚の第１の放熱フィン１１が、それぞれベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第１の放熱フィン１１も、その表面が、ベースプレート１０表面に対して平行となるように配置されて、一つの第１の放熱フィン群１７を形成している。つまり、第１の放熱フィン群１７のフィンピッチは等間隔となっている。従って、それぞれの第１の放熱フィン１１間には、一定幅の第１の空間１１’がベースプレート１０表面に対して平行に延びている。
　ヒートシンク１では、複数（図では２つ）のヒートパイプ１４が、平行かつ並列に、ベースプレート１０表面側方向に立設されている。ヒートパイプ１４の形状は、側面視Ｕ字状である。従って、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４は、相互に対向する２つの直線部、すなわち、一方の直線部１４ａと他方の直線部１４ｂを有し、さらに一方の直線部１４ａと他方の直線部１４ｂとの間に底部１４ｃを有している。
　側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃがベースプレート１０と直接接することで、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４がベースプレート１０と熱的に接続されている。ヒートシンク１では、ベースプレート１０の裏面側に形成された凹溝に側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃが嵌合されることで、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４がベースプレート１０と熱的に接続されている。
　また、第１の放熱フィン１１は、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の一方の直線部１４ａに取り付けられている。第１の放熱フィン１１が、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の一方の直線部１４ａと直接接することで、第１の放熱フィン１１は側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４と熱的に接続され、ひいては、第１の放熱フィン１１は側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている。従って、第１の放熱フィン群１７は、ヒートシンク１の一方の端部側に配置されている。
　ベースプレート１０の表面側のうち、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃが取り付けられた領域、すなわち、ヒートシンク１の中央部に、第２の放熱フィン１２が配置されている。第２の放熱フィン１２は平板状であり、その端部がベースプレート１０表面側に取り付けられている。第２の放熱フィン１２の端部が、ベースプレート１０と直接接することで、第２の放熱フィン１２はベースプレート１０と熱的に接続されている。第２の放熱フィン１２のベースプレート１０表面側への取り付け方法は特に限定されず、例えば、第２の放熱フィン１２の端部をベースプレート１０の表面側にはんだ付け等で接合する方法、ベースプレート１０の表面側に形成された凹溝に嵌合する方法等が挙げられる。
　ヒートシンク１では、複数枚の第２の放熱フィン１２が、それぞれベースプレート１０表面に対して平行方向に等間隔に並べられており、さらに、いずれの第２の放熱フィン１２も、その表面が、ベースプレート１０表面に対して鉛直となるように、また、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群１８と第３の放熱フィン群１９の配列方向に対して平行方向となるように配置されて、一つの第２の放熱フィン群１８を形成している。第２の放熱フィン群１８のフィンピッチは等間隔となっている。従って、それぞれの第２の放熱フィン１２間には、一定幅の第２の空間１２’がベースプレート１０表面に対して鉛直に延びている。
　側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃが取り付けられた領域に、第２の放熱フィン１２が配置されているので、第２の放熱フィン群１８は、ヒートシンク１の中央部に配置されている。また、第２の放熱フィン１２は、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’が、第１の放熱フィン１１間に形成された第１の空間１１’と対向するように配置されている。第１の放熱フィン１１の第２の放熱フィン群１８側の側端部と第２の放熱フィン１２の第１の放熱フィン群１７側の側端部は、第１の空隙部１５を介して対向している。
　第２の放熱フィン１２の端部が、ベースプレート１０の表面側と直接接することにより、ベースプレート１０中央部の裏面側に発熱体が熱的に接続された場合に、第２の放熱フィン１２のベースプレート１０側、すなわち、第２の放熱フィン１２の底部側からベースプレート１０の反対側、すなわち、第２の放熱フィン１２の頂部側へ、円滑に熱伝達され、従って、第２の放熱フィン１２は優れた放熱効果を発揮する。
　図２に示すように、第２の放熱フィン１２表面は第１の放熱フィン１１表面に対して直交方向に設けられているので、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２は、正面視にて格子状に配置されている。また、第１の放熱フィン１１間に形成された第１の空間１１’の延びる方向は、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’の延びる方向に対して、直交方向となっている。なお、図２では、ベースプレート１０の中央部に設置された発熱体と側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４との熱的接続性を向上させるために、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃは、ベースプレート１０の中央部方向へ湾曲した態様となっている。
　図１に示すように、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の他方の直線部１４ｂには、平板状の放熱フィンである第３の放熱フィン１３が取り付けられている。従って、ヒートシンク１の他方の端部側に、第３の放熱フィン１３が配置されている。第３の放熱フィン１３が、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の他方の直線部１４ｂと直接接することで、第３の放熱フィン１３は側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４と熱的に接続され、ひいては、第３の放熱フィン１３は側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている。
　ヒートシンク１では、複数枚の第３の放熱フィン１３が、それぞれベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第３の放熱フィン１３も、その表面が、ベースプレート１０表面に対して平行となるように配置されて、一つの第３の放熱フィン群１９を形成している。つまり、第３の放熱フィン群１９のフィンピッチは等間隔となっている。従って、それぞれの第３の放熱フィン１３間には、一定幅の第３の空間１３’がベースプレート１０表面に対して平行に延びている。
　ヒートシンク１の他方の端部側に、第３の放熱フィン１３が設けられているので、第３の放熱フィン群１９は、ヒートシンク１の他方の端部側に配置されている。また、第３の放熱フィン１３は、第３の放熱フィン１３間に形成された第３の空間１３’が、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’と対向するように配置されている。第２の放熱フィン１２の第３の放熱フィン群１９側の側端部と第３の放熱フィン１３の第２の放熱フィン群１８側の側端部は、第２の空隙部１６を介して対向している。
　第３の放熱フィン１３表面は第２の放熱フィン１２表面に対して直交方向に設けられているので、第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３は、背面視にて格子状に配置されている。また、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’の延びる方向は、第３の放熱フィン１３間に形成された第３の空間１３’の延びる方向に対して、直交方向となっている。
　さらに、第３の放熱フィン１３表面は第１の放熱フィン１１表面に対して平行方向に設けられている。また、第３の放熱フィン１３間に形成された第３の空間１３’の延びる方向と第１の放熱フィン１１間に形成された第１の空間１１’の延びる方向とは、平行となっている。
　第１の放熱フィン１１、第２の放熱フィン１２、第３の放熱フィン１３及びベースプレート１０は、いずれも熱伝導性のよい金属材料の平板であり、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。側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４のコンテナ材料も、第１の放熱フィン１１、第２の放熱フィン１２、第３の放熱フィン１３及びベースプレート１０と同様の金属材料で製造されている。側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４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。
　冷却風は、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群１８と第３の放熱フィン群１９の配列方向及びベースプレート１０表面に対して平行方向または略平行方向であって、第１の放熱フィン群１７側または第３の放熱フィン群１９側からヒートシンク１へ供給される。なお、図１では、冷却風は、第１の放熱フィン群１７側から第３の放熱フィン群１９側へ向かって、すなわち、ヒートシンク１の一方の端部側から他方の端部側へ向かって供給されている態様を示している。ヒートシンク１では、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２との間及び第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３との間で境界層の形成が抑制されるので、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。さらに、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２との間及び第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３との間で冷却風の撹拌が生じるので、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることができる。
　また、図１、２に示すように、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４のうち、一方の直線部１４ａと底部１４ｃとの間の湾曲部には、第１の放熱フィン１１は取り付けられておらず、他方の直線部１４ｂと底部１４ｃとの間の湾曲部には、第３の放熱フィン１３は取り付けられていないので、第２の放熱フィン１２の底部側とその近傍へ冷却風が円滑に供給される。
　さらに、ヒートシンク１では、境界層の形成が抑制され、一方の直線部１４ａと他方の直線部１４ｂとの間の放熱フィンの放熱効率の低下も防止できるので、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃの寸法を大きくすることが可能であり、結果、ベースプレート１０と側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４間の熱抵抗を低減できる。
　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２実施形態例に係るヒートシンク２では、側面視Ｕ字状のヒートパイプに代えて、側面視コ字状のヒートパイプ２４が用いられている。側面視コ字状のヒートパイプ２４は、相互に対向する２つの直線部、すなわち、頂部側直線部２４ａと底部側直線部２４ｂを有し、さらに頂部側直線部２４ａと底部側直線部２４ｂとの間に直線状の側部２４ｃを有している。ヒートシンク２では、複数（図では４つ）の側面視コ字状のヒートパイプ２４が設けられている。また、２つの側面視コ字状のヒートパイプ２４が、平行かつ並列に、ベースプレート１０表面側方向に立設されたものが、相互に対向して配置されている。従って、側部２４ｃは、ヒートシンク２の中央部には立設されておらず、ヒートシンク２の一方の端部側と他方の端部側に立設された態様となっている。
　側面視コ字状のヒートパイプ２４の底部側直線部２４ｂがベースプレート１０と直接接することで、側面視コ字状のヒートパイプ２４がベースプレート１０と熱的に接続されている。ヒートシンク２では、ベースプレート１０の裏面側に形成された凹溝に側面視コ字状のヒートパイプ２４の底部側直線部２４bが嵌合されることで、側面視コ字状のヒートパイプ２４がベースプレート１０と熱的に接続されている。
　ヒートシンク２の一方の端部側に立設された側部２４ｃに第１の放熱フィン１１が複数取り付けられて、第１の放熱フィン群１７が形成されている。また、ヒートシンク２の他方の端部側に立設された側部２４ｃに第３の放熱フィン１３が複数取り付けられて、第３の放熱フィン群１９が形成されている。
　また、第２の放熱フィン１２が複数取り付けられて形成された第２の放熱フィン群１８の頂部には、側面視コ字状のヒートパイプ２４の頂部側直線部２４ａが熱的に接続されている。従って、第２の放熱フィン群１８の、ベースプレート１０と直接接した側（すなわち、底部側）に対向する側（すなわち、頂部側）は、側面視コ字状のヒートパイプ２４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている。
　ヒートシンク２では、図示しない発熱体からベースプレート１０へ伝達された熱が、ベースプレート１０から第２の放熱フィン群１８の底部側へ伝達されるだけでなく、側面視コ字状のヒートパイプ２４によってベースプレート１０から第２の放熱フィン群１８の頂部側へも輸送されるので、第２の放熱フィン群１８の放熱効率がさらに向上する。
　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４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３の放熱フィンの表面がベースプレート表面に対して平行となるように配置されているのに代えて、第３の放熱フィン３３間に形成された第３の空間３３’が、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’と対向しつつ、第３の放熱フィン３３の表面がベースプレート１０表面に対して平行ではないように配置されている。ヒートシンク３の第３の放熱フィン３３では、第２の放熱フィン群１８と対向する側の側端部３３－１が、側端部３３－１とは反対側の側端部３３－２よりも高い位置、すなわち、第３の放熱フィン３３の側端部３３－２が、側端部３３－１よりもベースプレート１０側の位置となっている。
　第３の放熱フィン３３表面の、ベースプレート１０表面に対する角度は特に限定されないが、第２の空間１２’と第３の空間３３’との間の冷却風の流通を円滑化する点から、図４では、約３０°となっている。
　ヒートシンク３では、複数枚の第３の放熱フィン３３が、それぞれベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられて、一つの第３の放熱フィン群３９を形成している。第３の放熱フィン群３９のフィンピッチは等間隔となっている。従って、それぞれの第３の放熱フィン３３間に形成された一定幅の第３の空間３３’は、第２の放熱フィン群１８から離れるのに応じてベースプレート１０表面側へ向かうように延びている。なお、ヒートシンク３では、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４は５つ設けられている。また、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４には、底部１４ｃの長い側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４－１と、底部１４ｃの短い側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４－２の２種があり、底部１４ｃの長い側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４－１と底部１４ｃの短い側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４－２とが、相互に隣接するように、平行かつ並列に立設されている。従って、一方の直線部１４ａは千鳥配置となり、他方の直線部１４ｂも千鳥配置となっている。
　第３の空間３３’は、第２の放熱フィン群１８から離れるのに応じてベースプレート１０表面側へ向かうように延びているので、ヒートシンク３の第１の放熱フィン群１７側から第３の放熱フィン群３９の方向へ冷却風が供給され、ヒートシンク３の風下側に背の低い被冷却部材が配置されている場合、ヒートシンク３のベースプレート１０に熱的に接続された発熱体（図示せず）だけではなく、ヒートシンク３の風下側に配置された背の低い被冷却部材も、冷却風により冷却することができる。
　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５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、側面視Ｕ字状のヒートパイプに代えて、側面視L字状のヒートパイプ４４が用いられている。従って、ヒートシンク４では、第３の放熱フィン群は設けられていない。また、ヒートシンク４では、第１実施形態例に係るヒートシンクの第２の放熱フィンの表面が、第１の放熱フィン群と第２の放熱フィン群と第３の放熱フィン群の配列方向に対して平行方向となるように配置されているのに代えて、第２の放熱フィン４２間に形成された第２の空間４２’が、第１の放熱フィン１１間に形成された第１の空間１１’と対向しつつ、第２の放熱フィン４２の表面が、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群４８の配列方向に対して平行ではない方向に配置されている。
　第２の放熱フィン４２表面の、上記配列方向に対する角度は特に限定されないが、第１の空間１１’と第２の空間４２’との間の冷却風の流通を円滑化する点から、図５では、約３０°となっている。
　ヒートシンク４では、複数（図では２つ）の側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４が、平行かつ並列に、ベースプレート１０表面側方向に立設されている。側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４は、１つの直線部４４ａと１つの底部４４ｃを有している。
　側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４の底部４４ｃがベースプレート１０と直接接することで、側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４がベースプレート１０と熱的に接続されている。ヒートシンク４では、ベースプレート１０の裏面側に形成された凹溝に側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４の底部４４ｃが嵌合されることで、側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４がベースプレート１０と熱的に接続されている。
　第１の放熱フィン１１は、側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４の直線部４４ａに取り付けられている。第１の放熱フィン１１が、複数、側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４の直線部４４ａに取り付けられることで、第１の放熱フィン群１７が形成されている。ヒートシンク４では、第１の放熱フィン群１７は、ヒートシンク４の中央部から一方の端部側にかけての部位に配置されている。
　また、ヒートシンク４では、いずれの第２の放熱フィン４２もその表面が、ベースプレート１０表面に対して鉛直となるように設けられている。第２の放熱フィン群４８は、ヒートシンク４の中央部から他方の端部側にかけての部位に、配置されている。
　放熱フィン群を２つとし、第２の放熱フィン４２の表面が、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群４８の配列方向に対して平行ではない方向としても、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン群４２との間で境界層の形成が抑制されるので、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。さらに、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン４２との間で冷却風の流れに乱れが生じることにより、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることができる。
　また、ヒートシンク４の第１の放熱フィン群１７側から第２の放熱フィン群４８の方向へ冷却風が供給され、ヒートシンク４の斜め風下側に被冷却部材が配置されている場合、ヒートシンク４のベースプレート１０に熱的に接続された発熱体（図示せず）だけではなく、ヒートシンク４の斜め風下側に配置された被冷却部材も、冷却風により冷却することができる。
　次に、本発明の第５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６に示すように、第５実施形態例に係るヒートシンク５では、ヒートパイプは設けられておらず、第１の放熱フィン５１と第３の放熱フィン５３が、ヒートパイプ等の熱伝導部材を介さずに、直接、ベースプレート１０と熱的に接続されている。
　第１の放熱フィン５１は、平板状フィン部５１ａと該平板状フィン部５１ａの両端部に立設されている脚部５１ｂ、５１ｃとからなっている。第１の放熱フィン５１を複数積み重ねることにより、第１の放熱フィン群５７が形成されている。第１の放熱フィン群５７は、脚部５１ｂと脚部５１ｃとの間を冷却風が流通するように配置されている。平板状フィン部５１ａは、ベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等しい間隔（すなわち、脚部５１ｂ、５１ｃの長さの間隔）に並べられ、さらに、いずれの平板状フィン部５１ａもその表面がベースプレート１０表面に対して平行となるように配置されている。ヒートシンク５では、第１の放熱フィン５１の脚部５１ｂ、５１ｃがベースプレート１０と熱的に接続されている。
　第３の放熱フィン５３は、平板状フィン部５３ａと該平板状フィン部５３ａの両端部に立設されている脚部５３ｂ、５３ｃとからなっている。第３の放熱フィン５３を複数積み重ねることにより、第３の放熱フィン群５９が形成されている。第３の放熱フィン群５９は、脚部５３ｂと脚部５３ｃとの間を冷却風が流通するように配置されている。平板状フィン部５３ａは、ベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等しい間隔（すなわち、脚部５３ｂ、５３ｃの長さの間隔）に並べられ、さらに、いずれの平板状フィン部５３ａもその表面がベースプレート１０表面に対して平行となるように配置されている。ヒートシンク５では、第３の放熱フィン５３の脚部５３ｂ、５３ｃがベースプレート１０と熱的に接続されている。
　次に、本発明のヒートシンクの使用方法例を説明する。ここでは、第１の実施形態例に係るヒートシンク１を用いて説明する。第１の放熱フィン群１７側からヒートシンク１へ冷却風を供給する場合、冷却風の流通方向が第１の放熱フィン１１の表面に対して平行方向または略平行方向となるように、ヒートシンク１を設置する。また、発熱体（図示せず）を熱的に接続するベースプレート１０の部位は特に限定されないが、例えば、ベースプレート１０の中央部、すなわち、第２の放熱フィン群１８の中央部及び側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃの中央部に対応する位置を挙げることができる。
　また、冷却風の流通方向に対して平行方向または略平行方向にヒートシンク１を２基設置する場合には、冷却風の風上側のヒートシンク１について、第２の放熱フィン１２の高さを、冷却風の風下側に配置されたヒートシンク１の第２の放熱フィン１２の高さよりも低くすることで、冷却風の風下側に配置されたヒートシンク１へも円滑に冷却風を供給できる。
　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、第２の放熱フィン表面は第１の放熱フィン表面に対して直交方向に設けられていたが、第２の放熱フィン表面と第１の放熱フィン表面とが、相互に平行でなければよく、例えば、第２の放熱フィンの表面が、ベースプレート表面に対して鉛直以外の角度、すなわち、０°超～９０°未満の角度（例えば、７０°～９０°未満）で、ベースプレート上に立設されてもよく、また、第１の放熱フィンの表面及び／または第３の放熱フィンの表面が、第２の放熱フィンの配列方向において、ベースプレート表面に対して平行ではない角度、すなわち、第２の放熱フィンの配列方向において、ベースプレート表面に対して０°超～９０°未満の角度（例えば、ベースプレート表面に対して０°超～３０°の角度）のように配置してもよい。
　また、第１、第２、第４実施形態例に係るヒートシンクにおいては、同一形状及び同一寸法のヒートパイプについて、その直線部が、ベースプレート上に並列に立設されていたが、ヒートパイプを３つ以上設け、ヒートシンク内における冷却風の流れを円滑化するために、該ヒートパイプの直線部が千鳥配置となるように設置してもよい。
　上記第１～第４実施形態例では、ヒートパイプを用いたが、ヒートパイプに代えて、またはヒートパイプと共に、２５℃の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属（例えば、アルミニウム、銅等）を用いてもよい。また、上記各実施形態例では、各放熱フィン群のフィンピッチは、いずれも等間隔であったが、放熱フィン群の放熱フィンの配列は、等間隔でなくてもよく、等間隔に配列された複数の放熱フィンのうち、一部の放熱フィンを間引いた態様の放熱フィンの配置としてもよい。一部の放熱フィンを間引いた態様とすることで、風下側へより多くの冷却風を供給できる。
　また、上記各実施形態例では、第２の放熱フィンの形状は平板状であったが、ベースプレートへの接合のために、必要に応じてＬ字状やコ字状としてもよい。
　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。
　図７（a）に示すように、実施例１として、第１実施形態例に係るヒートシンク１を用いて冷却性能を評価した。ただし、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４は、４本設置した。図７（a）に示すヒートシンク１の仕様は以下の通りである。
・ヒートシンク１について
ヒートシンク１の高さ（ベースプレート１０の裏面と最上部に配置された第１の放熱フィン１１及び第３の放熱フィン１３との間の寸法）：７０ｍｍ
・第１の放熱フィン群１７について
第１の放熱フィン１１の寸法：長さ３５ｍｍ×幅８０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ
フィンピッチ：１．６ｍｍ
第１の放熱フィン１１の枚数：３０枚
第１の放熱フィン１１の材質：銅
・第２の放熱フィン群１８について
第２の放熱フィン１２の寸法：高さ６０ｍｍ×長さ４８ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ
フィンピッチ：２．５ｍｍ
第２の放熱フィン１２の枚数：３１枚
第２の放熱フィン１２の材質：銅
・第３の放熱フィン群１９について
第３の放熱フィン１３の寸法：長さ３５ｍｍ×幅８０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ
フィンピッチ：１．６ｍｍ
第３の放熱フィン１３の枚数：３０枚
第３の放熱フィン１３の材質：銅
・ベースプレート１０について
ベースプレート１０の寸法：幅８０ｍｍ×長さ１２０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ
ベースプレート１０の材質：銅
・側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４について
径８ｍｍ
　図７（b）に示すように、比較例１のヒートシンク１００の仕様は、実施例１の第１の放熱フィン１１、第２の放熱フィン１２及び第３の放熱フィン１３に代えて、表面がベースプレート表面に対して平行となるように配置した一枚板の放熱フィン１０１（長さ１２０ｍｍ×幅８０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ、フィンピッチ１．６ｍｍ）を３０枚用いた以外は、実施例１と同様の仕様とした。
　試験条件について
　２５ｍｍ×２５ｍｍの図示しない発熱体（ＣＰＵ）をベースプレートの裏面側中央部へ接続し、ヒートシンクへの入熱量を２００Ｗとした。冷却風は、実施例１では第１の放熱フィン群１７側から第３の放熱フィン群１９側へ向かって、比較例１では放熱フィンの長手方向に平行方向に、ベースプレート表面に対し平行に供給した。ヒートシンクへ供給する冷却風の風量は３０ｃｆｍとした。また、試験の雰囲気温度は３０℃とした。
　冷却性能試験の結果
　実施例１では、発熱体は６８．１℃に冷却されたのに対し、比較例１では、発熱体は７９．０℃の冷却にとどまった。これは、実施例１では、比較例１と比較して、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２との間及び第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３との間で境界層の剥離が増進されるので、放熱フィンの放熱効率が向上するためである。また、実施例１では、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２は正面視にて格子状に配置され、第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３は背面視にて格子状に配置されていることから、冷却風の圧力損失を抑制でき、また、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２との間及び第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３との間で冷却風の撹拌が生じるので、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることができるためである。
　次に、図８、９に示すように、実施例１で使用した第１実施形態例に係るヒートシンク１を、冷却風の流れ方向に対して平行方向に、隣接して２基設けて冷却性能を評価した。すなわち、冷却風の流れの風上側に設置した一方のヒートシンク１の第３の放熱フィン群１９と、冷却風の流れの風下側に設置した他方のヒートシンク１’の第１の放熱フィン群１７とが隣接するように、ヒートシンクを２基設けた。
　図８に示すように、実施例２では、冷却風の流れの風上側に設置した一方のヒートシンク１の第２の放熱フィン１２の高さを６０ｍｍから４０ｍｍに変更した以外は実施例１と同様の仕様とし、冷却風の流れの風下側に設置した他方のヒートシンク１’は実施例１と同様の仕様とした。一方で、図９に示すように、実施例３では、一方のヒートシンク１も他方のヒートシンク１’も、実施例１と同様の仕様とした。
　試験条件は、上記実施例１、比較例１と同じとした。冷却風は、一方のヒートシンク１の第１の放熱フィン群１７側から他方のヒートシンク１’の第３の放熱フィン群１９側へ向かって、ベースプレート１０表面に対し平行に供給した。
　冷却性能試験の結果
　実施例２では、一方のヒートシンク１のベースプレート１０に接続された図示しない発熱体（ＣＰＵ）は７６．７℃に冷却され、他方のヒートシンク１’のベースプレート１０に接続された図示しない発熱体（ＣＰＵ）は８２．４℃に冷却された。従って、一方のヒートシンク１のベースプレート１０に接続された発熱体と他方のヒートシンク１’のベースプレート１０に接続された発熱体の温度差は５．７℃であった。これに対し、実施例３では、一方のヒートシンク１のベースプレート１０に接続された図示しない発熱体（ＣＰＵ）は７５．４℃に冷却され、他方のヒートシンク１’のベースプレート１０に接続された図示しない発熱体（ＣＰＵ）は８５．０℃に冷却された。従って、上記温度差は９．６℃であった。上記から、風上側に設置した一方のヒートシンク１の第２の放熱フィン１２の高さを風下側に設置した他方のヒートシンク１’の第２の放熱フィン１２の高さよりも低くすることで、風下側に配置された他方のヒートシンク１’へも円滑に冷却風を供給でき、結果、発熱体（ＣＰＵ）の上記温度差をより低減できた。
　本発明のヒートシンクは、放熱フィン表面の境界層の形成を抑制し、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることで、優れた放熱効率を発揮するので、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　　　　　　　　　　　　　　　　　ベースプレート
　１１、５１　　　　　　　　　　　　　　第１の放熱フィン
　１２、４２　　　　　　　　　　　　　　第２の放熱フィン
　１３、３３、５３　　　　　　　　　　　第３の放熱フィン
　１４、２４、４４　　　　　　　　　　　ヒートパイプ
　１７、５７　　　　　　　　　　　　　　第１の放熱フィン群
　１８、４８　　　　　　　　　　　　　　第２の放熱フィン群
　１９、３９、５９　　　　　　　　　　　第３の放熱フィン群

Claims (8)

  1. 　発熱体と熱的に接続される平板状のベースプレートと、該ベースプレートと熱的に接続された第１の放熱フィンと、該第１の放熱フィンの側端部と隣接した、該ベースプレートと熱的に接続された第２の放熱フィンと、を有するヒートシンクであって、
    前記第１の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではないヒートシンク。
  2. 　前記第１の放熱フィンが、熱伝導部材を介して前記ベースプレートと熱的に接続されている請求項１に記載のヒートシンク。
  3. 　前記第２の放熱フィンの側端部と隣接した、前記ベースプレートと熱的に接続された第３の放熱フィンをさらに有し、前記第３の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではない請求項１または２に記載のヒートシンク。
  4. 　前記第３の放熱フィンが、熱伝導部材を介して前記ベースプレートと熱的に接続されている請求項３に記載のヒートシンク。
  5. 　前記熱伝導部材が、ヒートパイプである請求項２または４に記載のヒートシンク。
  6. 　前記ヒートパイプの形状が、側面視Ｕ字状、側面視Ｌ字状または側面視コ字状である請求項５に記載のヒートシンク。
  7. 　前記第２の放熱フィンが、端部において前記ベースプレートと直接接することで熱的に接続されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  8. 　前記第２の放熱フィンの、前記ベースプレートと直接接した端部と対向する端部が、ヒートパイプを介して、前記ベースプレートと熱的に接続されている請求項７に記載のヒートシンク。
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