WO2020110972A1

WO2020110972A1 - ヒートシンク

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Publication number: WO2020110972A1
Application number: PCT/JP2019/045899
Authority: WO
Inventors: 川畑　賢也; 佐々木　泰海; 陽介渡邉
Original assignee: 古河電気工業株式会社
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-06-04
Also published as: JP6582114B1; TW202027242A; JP2020085426A; TWI748294B; CN211240587U; EP3686539A1; EP3686539B1; EP3686539A4; CN110785070A; CN110785070B

Abstract

本発明は、受熱部における入熱の均一化と受熱部の体積を増大でき、発熱体からの発熱量が増大しても受熱部における熱抵抗の増大を防止して、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できるヒートシンクを提供することを目的とする。　発熱体と熱的に接続される受熱部を有する熱輸送部材と、該熱輸送部材の断熱部または放熱部にて接続された管体と、該管体と熱的に接続された、複数の放熱フィンが配置された放熱フィン群と、を備え、前記熱輸送部材が、前記受熱部から前記管体との接続部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、前記熱輸送部材の内部空間が、前記管体の内部空間と連通したヒートシンク。

Description

ヒートシンク

　本発明は、電気・電子部品等を冷却するヒートシンクに関し、特に、狭小空間でも設置できるヒートシンクに関する。

　電子機器の高機能化に伴い、電子機器内部には、電子部品等の発熱体が高密度に搭載されている。電子部品等の発熱体を冷却する手段として、ヒートシンクが使用されることがある。ヒートシンクとして、一般的には、管形状のヒートパイプを備えたヒートシンク（ヒートパイプ式ヒートシンク）が使用される。

　ヒートパイプ式ヒートシンクとしては、例えば、複数設けられた管形状のヒートパイプの外周面に突出して平板状の多数の放熱フィンが設けられたヒートパイプ式ヒートシンクがある（特許文献１）。特許文献１のヒートシンクは、複数の管形状のヒートパイプによって発熱体の熱を放熱フィンへ輸送し、該放熱フィンから放熱させるように構成されたヒートシンクである。

　一方で、近年、電子部品等の発熱体が高密度に搭載されているので、ヒートシンクを省スペース化することが要求されている。また、電子部品等の高機能化により電子部品からの発熱量が増大している。従って、ヒートシンクには、省スペース化と冷却特性の向上の改善が要求されている。

　特許文献１のヒートシンク等、発熱体の熱を複数のヒートパイプによって放熱フィンへ輸送するヒートシンクでは、冷却特性を向上させるために、多数のヒートパイプを並列配置させたヒートパイプ群を形成し、該ヒートパイプ群を発熱体に熱的に接続することが必要となる。しかし、多数のヒートパイプからなるヒートパイプ群を発熱体に熱的に接続すると、発熱体からの距離によってヒートパイプの受熱量が異なるので、発熱体から離れて設置されたヒートパイプでは受熱が十分ではないことがある。各ヒートパイプの受熱を均一化できないことで、十分な冷却特性が得られない場合があった。また、各ヒートパイプの外周面にはＲ部があり、Ｒ部外側に生じる空隙はヒートパイプ群の熱輸送に寄与しないので、ヒートパイプ群の受熱部の体積が十分に得られず、やはり、十分な冷却特性を発揮できない場合があった。

　そこで、管形状のヒートパイプを扁平加工し、ヒートパイプの扁平部を縦方向にして並列配置することで、ヒートパイプ群の受熱部の体積を増大させる手法が採用されることがある。しかし、ヒートパイプの扁平部を縦方向に並列配置すると、各ヒートパイプの受熱面積が低下してしまうので、熱抵抗が増大し、やはり、十分な冷却特性を発揮することができないという問題があった。

　上記の通り、多数のヒートパイプからなるヒートパイプ群を発熱体に熱的に接続すると、ヒートパイプ群の受熱部における入熱を十分に均一化することができず、ヒートパイプ群の受熱部と発熱体間の熱抵抗が増大するので、十分な冷却特性の向上が図れないという問題がある。

特開２００３－１１００７２号公報

　上記事情に鑑み、本発明は、受熱部における入熱の均一化と受熱部の体積を増大でき、発熱体からの発熱量が増大しても受熱部における熱抵抗の増大を防止して、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できるヒートシンクを提供することを目的とする。

　本発明の態様は、発熱体と熱的に接続される受熱部を有する熱輸送部材と、該熱輸送部材の断熱部または放熱部にて接続された管体と、該管体と熱的に接続された、複数の放熱フィンが配置された放熱フィン群と、を備え、前記熱輸送部材が、前記受熱部から前記管体との接続部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、前記熱輸送部材の内部空間が、前記管体の内部空間と連通したヒートシンクである。

　上記態様では、熱輸送部材のうち、冷却対象である発熱体と熱的に接続される部位が受熱部として機能し、管体と接続された部位が熱輸送部材の断熱部または放熱部として機能する。従って、本発明のヒートシンクの態様では、熱輸送部材が、発熱体の熱を受熱部から管体まで輸送する。また、熱輸送部材が発熱体から受熱することで気相に相変化した作動流体は、熱輸送部材から管体へ流通する。気相の作動流体が熱輸送部材から管体へ流通することで、管体は、熱輸送部材から熱を受け、さらに、熱輸送部材から受けた熱を放熱フィン群へ輸送する。管体から放熱フィン群へ輸送された熱は、放熱フィン群からヒートシンクの外部環境へ放出される。

　本発明の態様は、前記管体が、前記放熱フィンの配置方向に沿って延在しているヒートシンクである。

　本発明の態様は、前記管体の延在方向が、前記熱輸送部材の熱輸送方向と平行ではないヒートシンクである。

　本発明の態様は、前記管体が、複数設けられ、前記熱輸送部材から複数の方向に延在しているヒートシンクである。なお、「複数の方向に延在」とは、熱輸送部材の熱輸送方向に対して異なる方向に複数延在していることを意味する。

　本発明の態様は、前記管体の延在方向が、前記熱輸送部材の熱輸送方向と平行であるヒートシンクである。

　本発明の態様は、前記受熱部における前記熱輸送部材の幅方向の寸法が、前記管体が接続された部位における前記熱輸送部材の幅方向の寸法よりも大きいヒートシンクである。

　本明細書中、「熱輸送部材の幅方向」とは、熱輸送部材の熱輸送方法に対して直交方向を意味する。

　本発明の態様は、前記熱輸送部材の少なくとも一面が、平面形状であるヒートシンクである。

　本発明の態様は、前記熱輸送部材の受熱部が、扁平形状であるヒートシンクである。

　本発明の態様は、前記熱輸送部材に設けられたウィック構造体が、前記管体に設けられたウィック構造体と接続部材を介して接続されているヒートシンクである。

　本発明の態様は、前記接続部材が、毛細管力を有するウィック部材であるヒートシンクである。

　本発明のヒートシンクの態様では、受熱部を有する熱輸送部材の内部空間は、複数のヒートパイプが並列配置されたヒートパイプ群の内部空間とは異なり、全体が連通して一体となっている。よって、熱輸送部材が発熱体の熱を受熱部から、放熱フィンと熱的に接続された管体との接続部まで輸送する本発明のヒートシンクの態様によれば、発熱体からの発熱量が増大しても、すなわち、受熱部における受熱量が増大しても、受熱部における入熱の均一化と受熱部の体積を増大でき、受熱部における熱抵抗の増大を防止できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。また、熱輸送部材の内部空間は全体が連通して一体となっているので、発熱体に発熱ムラが生じていても、発熱体全体を均一に冷却できる。

　また、本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材が発熱体の熱を受熱部から放熱フィンと熱的に接続された管体まで輸送するので、発熱体の寸法やヒートシンクが設置される空間寸法を考慮しつつ、熱輸送部材の受熱部及び断熱部の寸法を選択できるので、設計の自由度が向上する。

　本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材の内部空間と連通した管体が放熱フィンの配置方向に沿って延在していることにより、気相の作動流体が、管体内部を放熱フィンの配置方向に沿って流通する。従って、放熱フィン群のフィン効率が向上して、ヒートシンクの冷却性能が向上する。

　本発明のヒートシンクの態様によれば、管体の延在方向が熱輸送部材の熱輸送方向と平行ではないので、熱輸送部材から輸送された熱は熱輸送部材の延在方向とは異なる方向へ輸送される。従って、熱輸送部材の延在方向（熱輸送方向）におけるヒートシンクの寸法の増大を防止することができ、省スペース化を図ることができる。

　本発明のヒートシンクの態様によれば、複数の管体が熱輸送部材から複数の方向に延在しているので、熱輸送部材から輸送された熱は熱輸送部材の延在方向とは異なる複数の方向へ輸送される。従って、熱輸送部材の延在方向におけるヒートシンクの寸法の増大をより確実に防止することができる。

　本発明のヒートシンクの態様によれば、管体の延在方向が熱輸送部材の熱輸送方向と平行であるので、熱輸送部材から輸送された熱は熱輸送部材の延在方向と同一方向へ輸送される。従って、熱輸送部材の延在方向（熱輸送方向）以外におけるヒートシンクの寸法の増大を防止することができる。

　本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材に設けられたウィック構造体が管体に設けられたウィック構造体と接続部材を介して接続されていることにより、管体内部にて液相に相変化した作動流体が管体から熱輸送部材へ円滑に還流できる。従って、作動流体の流通特性が向上するので、ヒートシンクの冷却性能が向上する。

本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する断面図である。本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの熱輸送部材と管体の接続部の概要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概要を説明する斜視図である。本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する正面図である。本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する正面図である。本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。本発明の第５実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。本発明の第６実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。本発明の第７実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。本発明の第８実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。本発明の第実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。

　以下に、本発明の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、本発明の実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。図２は、本発明の実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する断面図である。図３は、本発明の実施形態例に係るヒートシンクの熱輸送部材と管体の接続部の概要を示す説明図である。図４は、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。図５は、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。図６は、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する正面図である。図７は、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。図８は、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。図９は、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する正面図である。図１０は、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。図１１は、本発明の第５実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。図１２は、本発明の第６実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。図１３は、本発明の第７実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。図１４は、本発明の第８実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。図１５は、本発明の第９実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。

　図１に示すように、本発明の実施形態例に係るヒートシンク１は、発熱体１００と熱的に接続される受熱部４１を有する熱輸送部材１０と、熱輸送部材１０と熱的に接続された、複数の放熱フィン２１が配置された放熱フィン群２０と、放熱フィン群２０と熱的に接続された管体３１と、を備えている。管体３１は、熱輸送部材１０とは、熱輸送部材１０の放熱部４２にて接続されている。また、熱輸送部材１０の内部空間が、管体３１の内部空間と連通している。すなわち、ヒートシンク１では、熱輸送部材１０は、受熱部４１から管体３１との接続部まで連通し且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有している。

　図１、２に示すように、熱輸送部材１０は、中空の空洞部１３を有するコンテナ１９と、空洞部１３を流通する作動流体（図示せず）とを有している。空洞部１３内には、毛細管力を有するウィック構造体１４が収納されている。コンテナ１９は、一方の板状体１１と一方の板状体１１と対向する他方の板状体１２とを重ねることにより形成されている。

　一方の板状体１１は平板状である。他方の板状体１２は板状である。一方の板状体１１と他方の板状体１２は、凸部を有している。一方の板状体１１と他方の板状体１２の凸部がコンテナ１９の空洞部１３を形成している。従って、コンテナ１９の形状は平面型である。コンテナ１９の形状は、特に限定されないが、熱輸送部材１０では、平面視（熱輸送部材１０の平面部に対して鉛直方向からの視認）が熱輸送方向に対して幅が異なる形状となっている。空洞部１３は、外部環境に対して密閉された内部空間であり、脱気処理により減圧されている。

　コンテナ１９の外面のうち、冷却対象である発熱体１００が熱的に接続される部位が受熱部４１であり、発熱体１００がコンテナ１９に熱的に接続されることで、発熱体１００が冷却される。熱輸送部材１０では、一方端に発熱体１００が熱的に接続されているので、一方端に受熱部４１が形成されている。

　熱輸送部材１０は、発熱体１００の位置から所定方向へ延在しており、一方端に対向する他方端に放熱フィン群２０を形成する放熱フィン２２が熱的に接続されている。放熱フィン群２０が熱的に接続されている熱輸送部材１０の他方端が、熱輸送部材１０の放熱部４２として機能する。

　受熱部４１における熱輸送部材１０の幅方向の寸法は、発熱体１００の幅方向の寸法等に応じて適宜選択可能である。熱輸送部材１０では、受熱部４１における熱輸送部材１０の幅方向の寸法が、放熱フィン群２０が熱的に接続された部位（放熱部４２）における熱輸送部材１０の幅方向の寸法及び断熱部４３における熱輸送部材１０の幅方向の寸法よりも大きい態様となっている。すなわち、断熱部４３の幅方向の寸法が、受熱部４１の幅方向の寸法よりも低減されている。従って、ヒートシンク１では、断熱部４３におけるスペースの増大も防止されている。また、熱輸送部材１０の受熱部４１、断熱部４３及び放熱部４２は、同一平面上に沿って延在している。従って、ヒートシンク１の高さ方向の寸法、特に、受熱部４１と断熱部４３の高さ方向の寸法増大を防止できる。

　また、ウィック構造体１４は、コンテナ１９の一方端から他方端まで延在している。ウィック構造体１４としては、特に限定されないが、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、金属線からなる金属メッシュ、グルーブ（複数の細溝）、不織布、金属繊維等を挙げることができる。熱輸送部材１０では、ウィック構造体１４として、金属粉の焼結体が用いられている。空洞部１３のうち、ウィック構造体１４の設けられていない部位が、気相の作動流体の流通する蒸気流路１５として機能する。蒸気流路１５は、ウィック構造体１４がコンテナ１９の一方端から他方端まで延在していることに対応して、コンテナ１９の一方端から他方端まで延在している。熱輸送部材１０は、作動流体の動作による熱輸送特性によって、受熱部４１にて受けた発熱体１００の熱を受熱部４１から放熱部４２へ輸送する。

　さらに、熱輸送部材１０の他方端には、コンテナ１９の空洞部１３と内部空間の連通した管体３１が設けられている。従って、空洞部１３を流通する作動流体は、空洞部１３から管体３１内部までの空間に封入されている。管体３１の形状は、特に限定されないが、ヒートシンク１では、長手方向の形状は直線状であり、長手方向に対して直交方向の形状は円形状となっている。また、いずれの管体３１も、形状、寸法は同じとなっている。

　管体３１は、熱輸送部材１０の平面方向に沿って、熱輸送部材１０の熱輸送方向に対して略直交方向に延在している。このように、ヒートシンク１では、管体３１の延在方向が熱輸送部材１０の熱輸送方向と平行ではないので、熱輸送部材１０から輸送された熱は、管体３１によって、熱輸送部材１０の延在方向とは異なる方向へ輸送される。従って、熱輸送部材１０の延在方向（熱輸送方向）におけるヒートシンク１の寸法の増大を防止することができるので、ヒートシンク１の省スペース化を図ることができる。

　また、管体３１は、複数設けられており、熱輸送部材１０から複数の方向に延在している。ヒートシンク１では、管体３１は、熱輸送部材１０を中心にして左右両方向、すなわち、２方向へ延在している。また、管体３１は、熱輸送部材１０を中心にして左右両方向に同じ本数ずつ（３本ずつ）設けられている。複数の管体３１が熱輸送部材１０から複数の方向（ヒートシンク１では２方向）に延在しているので、熱輸送部材１０から輸送された熱は、熱輸送部材１０の延在方向とは異なる複数の方向（ヒートシンク１では２方向）へ分岐して輸送される。従って、熱輸送部材１０の延在方向におけるヒートシンク１の寸法の増大をより確実に防止することができる。

　管体３１の空洞部１３の側端部（以下、「基部」ということがある。）は開口しており、空洞部１３とは反対の端部（以下、「先端部」ということがある。）は閉塞している。また、図１、３に示すように、コンテナ１９の空洞部１３と管体３１の内部空間は連通しており、管体３１の内部空間は、空洞部１３と同様に、脱気処理により減圧されている。従って、作動流体は、コンテナ１９の空洞部１３と管体３１の内部空間との間で流通可能となっている。

　コンテナ１９の側面部には、管体３１をコンテナ１９に取り付けるための貫通孔（図示せず）が形成されている。貫通孔の形状と寸法は、管体３１の形状と寸法に対応しており、管体３１の基部が、コンテナ１９の貫通孔に嵌合されることで、管体３１がコンテナ１９に接続されている。従って、管体３１とコンテナ１９は、別の部材からなっている。コンテナ１９に取り付けた管体３１を固定する方法としては、特に限定されないが、例えば、溶接、はんだ付け、ろう付け等を挙げることができる。

　管体３１と熱輸送部材１０のコンテナ１９とは別の部材からなっているので、管体３１の配置や形状、寸法等を自由に選択でき、ヒートシンク１の設計の自由度が向上する。また、ヒートシンク１では、コンテナ１９の貫通孔に管体３１を嵌挿することで、管体３１をコンテナ１９に取り付けることができるので、組み立てが容易である。

　図３に示すように、管体３１の内面には、コンテナ１９に収容されたウィック構造体１４とは異なる、毛細管力を生じる他のウィック構造体３４が設けられている。他のウィック構造体３４としては、特に限定されないが、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、金属線からなる金属メッシュ、グルーブ、不織布、金属繊維等を挙げることができる。管体３１では、他のウィック構造体３４として、管体３１の内面全体を覆うように管体３１の内面に形成されている複数の細溝が用いられている。細溝は、管体３１の長手方向に沿って延在している。

　また、熱輸送部材１０に設けられたウィック構造体１４は、管体３１に設けられた他のウィック構造体３４と接続部材３５を介して接続されている。従って、管体３１内部で気相から液相へ相変化した作動流体は、管体３１内の他のウィック構造体３４の毛細管力によって、他のウィック構造体３４内を管体３１の先端部から基部方向へ還流し、管体３１の基部まで還流した液相の作動流体は、他のウィック構造体３４から接続部材３５の一端へ流通する。他のウィック構造体３４から接続部材３５の一端へ流通した液相の作動流体は、接続部材３５を一端から他端へ流通し、接続部材３５の他端から熱輸送部材１０のウィック構造体１４へ還流することができる。

　上記から、接続部材３５により、管体３１内部にて液相に相変化した作動流体が管体３１から熱輸送部材１０へ円滑に還流できる。接続部材３５としては、例えば、毛細管力を有するウィック部材を挙げることができ、具体的には、金属メッシュ、金属線の編組体、金属繊維等を挙げることができる。上記から、管体３１と熱輸送部材１０間における液相の作動流体の流通特性が向上するので、ヒートシンク１の冷却性能が向上する。

　コンテナ１９及び管体３１の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス、チタン等を挙げることができる。コンテナ１９の空洞部１３及び管体３１の内部空間に封入する作動流体としては、コンテナ１９及び管体３１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、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）、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。

　コンテナ１９の厚さとしては、機械的強度、重量等から適宜選択可能であるが、例えば、０．５～３ｍｍを挙げることができ、断熱部４３の幅は、例えば、４～２０ｍｍを挙げることができる。また、管体３１の直径としては、機械的強度、重量等から適宜選択可能であるが、例えば、５～１０ｍｍを挙げることができる。

　図１に示すように、放熱フィン群２０は、複数の放熱フィン２１、２２が並列配置されて形成されている。放熱フィン２１、２２は、薄い平板状の部材である。このうち、放熱フィン２１は、それぞれ、管体３１の長手方向に対して略平行方向に所定間隔にて並列配置されている。従って、管体３１は、放熱フィン２１の配置方向に沿って延在している。また、放熱フィン２１には、管体３１の位置に取り付け、固定されて、管体３１と熱的に接続された放熱フィン２１と、熱輸送部材１０の位置に取り付け、固定されて、熱輸送部材１０と熱的に接続された放熱フィン２２とがある。放熱フィン群２０のうち、放熱フィン群２０の配置方向中央部に位置する放熱フィン２２は、熱輸送部材１０の位置に取り付け、固定されて、熱輸送部材１０と熱的に接続されている。放熱フィン群２０の配置方向中央部に位置する放熱フィン２２は、熱輸送部材１０に立設されるように取り付けられている。一方で、放熱フィン群２０のうち、両側部に位置する放熱フィン２１は、管体３１の位置に取り付け、固定されて、管体３１と熱的に接続されている。管体３１と熱的に接続されている放熱フィン２１は、いずれも、同じ形状、寸法となっている。

　放熱フィン２１、２２の主表面が、主に放熱フィン２１、２２の放熱機能を発揮する面である。各放熱フィン２１、２２の主表面は、管体３１の延在方向、すなわち長手方向に対して、略直交方向となるように配置されている。冷却風Ｆは、熱輸送部材１０の熱輸送方向に対して略平行方向から供給される。放熱フィン２１の管体３１への熱的接続方法は、特に限定されず、公知の方法をいずれも使用可能であり、例えば、放熱フィン２１に貫通孔を形成し、この貫通孔に管体３１を嵌挿する方法や、はんだによる接合等が挙げられる。また、放熱フィン２２の熱輸送部材１０への熱的接続方法は、特に限定されず、公知の方法をいずれも使用可能であり、例えば、放熱フィン２２の端部に、放熱フィン２２の主表面に対して鉛直方向に伸延した固定用片部を設け、該片部を熱輸送部材１０の平面に接続して熱輸送部材１０に放熱フィン２２を立設させる方法が挙げられる。

　ヒートシンク１は、例えば、送風ファン（図示せず）により強制空冷される。送風ファン由来の冷却風が、放熱フィン２１、２２の主表面に沿って供給されて、放熱フィン２１、２２が冷却される。

　放熱フィン２１、２２の材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属、黒鉛等の炭素材料、炭素材料を用いた複合部材などを挙げることができる。

　次に、ヒートシンク１の冷却機能のメカニズムについて説明する。まず、熱輸送部材１０のコンテナ１９の一方端（受熱部４１）に、被冷却体である発熱体１００が熱的に接続される。コンテナ１９の一方端が発熱体１００から受熱すると、コンテナ１９の一方端において、空洞部１３の液相の作動流体へ熱が伝達されて、コンテナ１９の一方端の空洞部１３にて、液相の作動流体が気相の作動流体へと相変化する。気相の作動流体は、蒸気流路１５をコンテナ１９の一方端から他方端（放熱部４２）へ流通する。気相の作動流体が、コンテナ１９の一方端から他方端へ流通することで、熱輸送部材１０が、その一方端から他方端へ熱を輸送する。コンテナ１９の他方端へ流通した気相の作動流体の一部が、潜熱を放出して液相へ相変化し、放出された潜熱は、熱輸送部材１０の位置に取り付け、固定されて、熱輸送部材１０と熱的に接続されている放熱フィン２２へ伝達される。熱輸送部材１０と熱的に接続されている放熱フィン２１へ伝達された熱は、この放熱フィン２２を介してヒートシンク１の外部環境へ放出される。コンテナ１９の他方端にて液相に相変化した作動流体は、熱輸送部材１０に設けられたウィック構造体１４の毛細管力により、コンテナ１９の他方端から一方端へ還流する。

　また、コンテナ１９の空洞部１３とコンテナ１９の側壁部に接続された管体３１の内部空間とは連通しているので、液相の作動流体から相変化した気相の作動流体のうち、コンテナ１９の他方端にて液相に相変化しなかった作動流体は、空洞部１３から管体３１の内部空間へ流入する。管体３１の内部空間へ流入した気相の作動流体は、管体３１内部にて潜熱を放出して、液相の作動流体へ相変化する。管体３１内部にて放出された潜熱は、管体３１の位置に取り付け、固定されて、管体３１と熱的に接続されている放熱フィン２１へ伝達される。管体３１と熱的に接続されている放熱フィン２１へ伝達された熱は、この放熱フィン２１を介してヒートシンク１の外部環境へ放出される。管体３１内部にて気相から液相に相変化した作動流体は、管体３１内面の他のウィック構造体３４の毛細管力によって、管体３１の中央部及び先端部から、管体３１の基部へ還流する。管体３１の基部へ還流した液相の作動流体は、接続部材３５を介して熱輸送部材１０に設けられたウィック構造体１４へ還流する。熱輸送部材１０に設けられたウィック構造体１４へ還流した液相の作動流体は、ウィック構造体１４の毛細管力により、コンテナ１９の一方端へ還流する。

　本発明の実施形態例に係るヒートシンク１では、熱輸送部材１の内部空間は、複数のヒートパイプが並列配置されたヒートパイプ群の内部空間とは異なり、全体が連通して一体となっている。また、ヒートシンク１では、熱輸送部材１が発熱体１００の熱を受熱部４１から放熱フィン群２０まで輸送する。上記から、発熱体１００からの発熱量が増大しても、受熱部４１における入熱の均一化と受熱部４１の体積を増大でき、受熱部４１における熱抵抗の増大を防止できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。また、熱輸送部材１０の内部空間は全体が連通して一体となっているので、発熱体１００に発熱ムラが生じていても、一つの熱輸送部材１０にて、発熱体１００全体を均一に冷却できる。

　また、ヒートシンク１では、熱輸送部材１０が発熱体１００の熱を受熱部４１から放熱フィン群２０まで輸送するので、発熱体１００の寸法やヒートシンク１が設置される空間寸法を考慮しつつ、熱輸送部材１０の受熱部４１及び断熱部４３の寸法を選択できるので、設計の自由度が向上する。

　また、ヒートシンク１では、熱輸送部材１０の内部空間と連通した管体３１が放熱フィン２１の配置方向に沿って延在しているので、気相の作動流体が、管体３１内部を放熱フィン２１の配置方向に沿って流通する。従って、放熱フィン群２０のフィン効率が向上して、ヒートシンク１の冷却性能が向上する。

　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２実施形態例に係るヒートシンクは、第１実施形態例に係るヒートシンクと主要部は同じなので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

　第１実施形態例に係るヒートシンクでは、熱輸送部材として平面型の熱輸送部材が使用されていたが、図４～６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、平面型の熱輸送部材に代えて、管体３１よりも径の大きい管体の熱輸送部材５０が、１つ使用されている。熱輸送部材５０は、管形状であり、その一方端に位置する受熱部４１が扁平加工されて扁平形状となっている。受熱部４１における熱輸送部材５０の幅方向の寸法が、管体３１が接続された部位（断熱部４３）における熱輸送部材５０の幅方向の寸法よりも大きい態様となっている。すなわち、断熱部４３の幅方向の寸法が、受熱部４１の幅方向の寸法よりも低減されている。

　熱輸送部材５０の断熱部４３における熱輸送方向に対して直交方向の形状は、特に限定されないが、ヒートシンク２では、円形状となっている。

　熱輸送部材５０は、中空の空洞部を有する管形状のコンテナ５９と、空洞部を流通する作動流体（図示せず）とを有している。空洞部内には、毛細管力を有するウィック構造体（図示せず）が収納されている。熱輸送部材５０に設けられるウィック構造体としては、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、金属線からなる金属メッシュ、グルーブ、不織布、金属繊維等を挙げることができる。熱輸送部材５０の内部に封入されている作動流体としては、例えば、水、フルオロカーボン類、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）、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、ヒートシンク２では、熱輸送部材５０には、放熱フィンは取り付けられていない。従って、熱輸送部材５０の他方端を含め、受熱部４１以外の部位は、断熱部４３として機能する。上記から、管体３１は、熱輸送部材５０とは、熱輸送部材５０の断熱部４３にて接続されている。管体３１は、熱輸送部材５０を中心にして左右両方向に同じ本数ずつ（３本ずつ）設けられ、放熱フィン２１の寸法、形状は、いずれも同じとなっている。

　ヒートシンク２でも、熱輸送部材５０の内部空間は、複数のヒートパイプが並列配置されたヒートパイプ群の内部空間とは異なり、全体が連通して一体となっている。また、ヒートシンク２では、熱輸送部材５０が、発熱体１００の熱を受熱部４１から放熱フィン群２０と熱的に接続された管体３１との接続部まで輸送する。上記から、発熱体１００からの発熱量が増大しても、受熱部４１における入熱の均一化と受熱部４１の体積を増大でき、受熱部４１における熱抵抗の増大を防止できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。

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

　第２実施形態例に係るヒートシンクでは、管体３１は、熱輸送部材５０を中心にして左右両方向に同じ本数ずつ設けられていたが、図７～９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、熱輸送部材５０を中心にして右側と左側で、異なる本数の管体３１が接続されている。ヒートシンク３では、一方の側に３本の管体３１が並列に配置され、他方の側に２本の管体３１が並列に配置されている。

　また、ヒートシンク３では、一方の側の管体３１に熱的に接続された放熱フィン２１は、他方の側の管体３１に熱的に接続された放熱フィン２１よりも、主表面の表面積が大きい態様となっている。このように、ヒートシンク３の使用状況と設置空間の状況に応じて、熱輸送部材５０を中心にして右側と左側で、管体３１の本数と放熱フィンの寸法が異なる態様とすることができる。

　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は、第１～第３実施形態例に係るヒートシンクと主要部は同じなので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

　第１実施形態例に係るヒートシンクでは、管体３１の長手方向に対して直交方向の形状は、いずれも円形状となっていたが、図１０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、複数の管体３１のうち、一部の管体３１は、円形以外の形状（図１０では、扁平形状）となっている。管体３１の形状を扁平とすることで、冷却風の圧力損失を防止でき、また、管体３１と管体３１に熱的に接続された放熱フィン２１との伝熱特性を向上させることができる。

　ヒートシンク４では、一方の側に１本の管体３１が並列に配置され、他方の側に３本の管体３１が並列に配置されている。このうち、一方の側の管体３１が、扁平形状となっている。

　また、第１実施形態例に係るヒートシンクでは、熱輸送部材にも放熱フィンが熱的に接続されていたが、ヒートシンク４では、熱輸送部材１０には放熱フィンが熱的に接続されていない。従って、ヒートシンク４では、受熱部４１以外の部位は、他方の端部も含めて断熱部４３として機能する。

　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５実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第４実施形態例に係るヒートシンクと主要部は同じなので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

　第１実施形態例に係るヒートシンクでは、管体は、熱輸送部材を中心にして左右両側に設けられていたが、図１１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、熱輸送部材１０の片側にのみ管体３１が設けられている。また、熱輸送部材１０の片側にのみ管体３１が設けられていることに対応して、複数の放熱フィン２１からなる放熱フィン群２０は、熱輸送部材１０の片側にのみ配置されている。

　また、第１実施形態例に係るヒートシンクでは、熱輸送部材にも放熱フィンが熱的に接続されていたが、図１１に示すように、ヒートシンク５では、熱輸送部材１０には放熱フィンが熱的に接続されていない。従って、ヒートシンク５では、受熱部４１以外の部位は、断熱部４３として機能する。

　また、第１実施形態例に係るヒートシンクの熱輸送部材では、受熱部における熱輸送部材の幅方向の寸法が、断熱部における熱輸送部材の幅方向の寸法よりも大きい態様となっていたが、図１１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、受熱部４１における熱輸送部材１０の幅方向の寸法が、断熱部４３における熱輸送部材１０の幅方向の寸法と同等となっている。

　ヒートシンク５でも、熱輸送部材１０の内部空間は、複数のヒートパイプが並列配置されたヒートパイプ群の内部空間とは異なり、全体が連通して一体となっている。また、ヒートシンク５でも、熱輸送部材１０が、発熱体の熱を受熱部４１から放熱フィン群２０と熱的に接続された管体３１との接続部まで輸送する。上記から、発熱体からの発熱量が増大しても、受熱部４１における入熱の均一化と受熱部４１の体積を増大でき、受熱部４１における熱抵抗の増大を防止できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。また、ヒートシンク５の使用状況と設置空間の状況に応じて、熱輸送部材１０を中心にして右側と左側のいずれか一方に、管体３１と放熱フィン２１を設置することができる。

　次に、本発明の第６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６実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第５実施形態例に係るヒートシンクと主要部は同じなので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

　図１２に示すように、第６実施形態例に係るヒートシンク６では、ヒートシンク６の設置領域に障害物等の禁止領域２００が設定されていることに対応して、禁止領域２００を回避するために、平面型の熱輸送部材１０に、逃げ部６０が形成されている。逃げ部６０は、第１実施形態例に係るヒートシンクの熱輸送部材について、障害物２００に対応する所定部位の厚さを薄くする、または該所定部位以外の部位の厚さを厚くすることで、形成することができる。

　ヒートシンク６では、断熱部４３に逃げ部６０が形成されている。従って、断熱部４３の厚さが、受熱部４１の厚さよりも薄くなっている。逃げ部６０の形状は、障害物２００の位置と形状等に応じて適宜選択可能であり、ヒートシンク６では、段差状となっている。

　このように、ヒートシンク６の設置領域に障害物等の禁止領域２００が設定されていても、熱輸送部材１０の形状を適宜設計することで、ヒートシンク６を所望の場所に設置することができる。

　次に、本発明の第７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７実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第６実施形態例に係るヒートシンクと主要部は同じなので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

　図１３に示すように、第７実施形態例に係るヒートシンク７では、平面型である熱輸送部材１０の断熱部４３のうち、管体３１が接続されている部位が厚く形成されている。ヒートシンク７では、断熱部４３に段差部６１が形成されている。

　断熱部４３のうち、管体３１が接続されている部位が厚く形成されていることで、管体３１の位置が受熱部４１よりも上方へ設定可能となっている。管体３１の位置が受熱部４１よりも上方へ設定されていることで、放熱フィン群２０の下方に制限領域があっても、放熱フィン２１の主表面中央部に管体３１を取り付けやすくなる。従って、放熱フィン群２０の設置可能領域に応じて、熱輸送部材１０の形状を適宜設計することで、放熱フィン群２０の優れた放熱効率が維持され、ヒートシンク７に優れた冷却特性が付与される。

　次に、本発明の第８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８実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第７実施形態例に係るヒートシンクと主要部は同じなので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

　第１実施形態例に係るヒートシンクでは、管体は、平面型の熱輸送部材の平面方向に沿って、平面型の熱輸送部材の熱輸送方向に対して略直交方向に延在していたが、図１４に示すように、第８実施形態例に係るヒートシンク８では、管体３１は、平面型の熱輸送部材１０の平面方向に対して略直交方向、且つ平面型の熱輸送部材１０の熱輸送方向に対して略直交方向に延在している。

　ヒートシンク８では、冷却風Ｆがヒートシンク８の主に上方に供給される場合に、ヒートシンク８に優れた冷却特性が付与される。このように、本発明のヒートシンクでは、冷却風Ｆの供給流路の位置やヒートシンクの設置可能領域の位置に応じて、管体３１と管体３１に熱的に接続される放熱フィン群２０の位置を適宜設定することができる。

　次に、本発明の第９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９実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第８実施形態例に係るヒートシンクと主要部は同じなので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

　第１実施形態例に係るヒートシンクでは、管体は、平面型の熱輸送部材の平面方向に沿って、平面型の熱輸送部材の熱輸送方向に対して略直交方向に延在していたが、図１５に示すように、第９実施形態例に係るヒートシンク９では、管体３１は、平面型の熱輸送部材１０の平面方向に沿って、且つ平面型の熱輸送部材１０の熱輸送方向に沿って延在している。従って、ヒートシンク９では、管体３１の延在方向が、熱輸送部材１０の熱輸送方向と略平行となっている。

　ヒートシンク９では、冷却風Ｆがヒートシンク９の平面型の熱輸送部材の平面方向であって、平面型の熱輸送部材の熱輸送方向に対して略直交方向から供給される場合に、ヒートシンク９に優れた冷却特性が付与される。このように、本発明のヒートシンクでは、冷却風Ｆの供給流路の位置やヒートシンクの設置可能領域の位置に応じて、管体３１と管体３１に熱的に接続される放熱フィン群２０の位置を適宜設定することができる。

　また、第１実施形態例に係るヒートシンクの熱輸送部材では、受熱部における熱輸送部材の幅方向の寸法が、断熱部における熱輸送部材の幅方向の寸法よりも大きい態様となっていたが、図１５に示すように、第９実施形態例に係るヒートシンク９では、断熱部４３における熱輸送部材１０の幅方向の寸法が、受熱部４１における熱輸送部材１０の幅方向の寸法よりも大きくなっている。すなわち、管体３１の熱輸送部材１０への接続部位の幅が、熱輸送部材１０の受熱部４１の幅よりも拡幅されている。

　このように、本発明のヒートシンクでは、放熱フィン２１の寸法、管体３１の直径や本数等に応じて、受熱部４１の幅を変えずに、管体３１が接続される熱輸送部材１０の部位の寸法を選択することができる。

　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。上記各実施形態例のヒートシンクでは、管体の長手方向の形状は直線状であったが、これに代えて、Ｌ字状等、曲げ部を有する形状でもよい。また、上記第１～第８実施形態例のヒートシンクでは、受熱部における熱輸送部材の幅方向の寸法が、断熱部における熱輸送部材の幅方向の寸法と同等以上であったが、これに代えて、受熱部における熱輸送部材の幅方向の寸法が、断熱部における熱輸送部材の幅方向の寸法よりも小さくてもよい。

　本発明のヒートシンクは、発熱体からの発熱量が増大しても、受熱部における入熱の均一化と受熱部の体積を増大でき、受熱部における熱抵抗の増大を防止できることから、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。上記から、例えば、狭小空間に設置された高発熱量の電子部品、例えば、中央演算処理装置等の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　　　　　　　　　　　　　　熱輸送部材
　２０　　　　　　　　　　　　　　放熱フィン群
　２１、２２　　　　　　　　　　　放熱フィン
　３１　　　　　　　　　　　　　　管体
　１４　　　　　　　　　　　　　　ウィック構造体
　３４　　　　　　　　　　　　　　他のウィック構造体
　５０　　　　　　　　　　　　　　熱輸送部材

Claims

　発熱体と熱的に接続される受熱部を有する熱輸送部材と、該熱輸送部材の断熱部または放熱部にて接続された管体と、該管体と熱的に接続された、複数の放熱フィンが配置された放熱フィン群と、を備え、
前記熱輸送部材が、前記受熱部から前記管体との接続部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、前記熱輸送部材の内部空間が、前記管体の内部空間と連通し、
前記熱輸送部材に設けられたウィック構造体が、毛細管力を有するウィック部材である接続部材を介して前記管体に設けられたウィック構造体と接続され、
前記熱輸送部材に設けられたウィック構造体の種類と、前記管体に設けられたウィック構造体の種類と、前記ウィック部材との種類とが異なり、前記管体に設けられたウィック構造体が、前記管体の内面に形成されている複数の細溝であるヒートシンク。
　前記管体が、前記放熱フィンの配置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。
　前記管体の延在方向が、前記熱輸送部材の熱輸送方向と平行ではない請求項１または２に記載のヒートシンク。
　前記管体が、複数設けられ、前記熱輸送部材から複数の方向に延在している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
　前記管体の延在方向が、前記熱輸送部材の熱輸送方向と平行である請求項１または２に記載のヒートシンク。
　前記受熱部における前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向の寸法が、前記管体が接続された部位における前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向の寸法よりも大きい請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
　前記熱輸送部材の少なくとも一面が、平面形状である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートシンク。
　前記熱輸送部材の受熱部が、扁平形状である請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートシンク。