JP2006279004A - ヒートパイプ付ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】パソコン、ゲーム機器等の高さが制限される電子機器に使用する場合においても、高さを抑え、低騒音かつコンパクトで、放熱効率の高いヒートパイプ付ヒートシンクを提供する。
【解決手段】冷却を要する一個または複数の発熱体と熱的に接続する一個または複数の受熱ブロックと、受熱ブロックと熱的に接続し受熱ブロックから熱を輸送する複数のヒートパイプと、ヒートパイプが挿通して熱的に接続し、並列配置されてその内部に空洞部を形成する複数の環状薄板状フィンからなる放熱フィン部と、遠心ファンの回転軸が環状薄板状フィンと略垂直になるように、空洞部に配置され、放熱フィン部の上および／または下方向から空気を取り入れ、放熱フィン部の側方に向かって空気を排出する遠心ファンとを備えたヒートパイプ付ヒートシンク。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数枚の放熱フィンを挿通するヒートパイプ、および、遠心ファンを備えたヒートシンク、特に、高さを抑え、コンパクトで放熱効率の高いヒートパイプ付ヒートシンクに関する。

ＣＰＵ、素子等の発熱量、発熱密度の増大によって、放熱効率に優れた高性能のヒートシンクが求められている。更に、パソコン、ゲーム機器等の電子機器では、高さが制限され、コンパクト、低騒音で、放熱効率の高いヒートシンクが求められている。従来、製造コストの安価なアルミニウムの押し出し材によるヒートシンクが利用されてきた。押し出し材によるヒートシンクは、受熱ブロックと放熱フィンとが一体的に形成されるので、製造は容易であるが、製造上の制限によって放熱フィンのピッチが限定され細かなピッチでフィンを形成することが技術的に困難であった。

更に、受熱ブロックと放熱フィンの組み合わせだけでは発熱量の増大に対応することが難しくなり、ヒートパイプを組み合わせたヒートシンクが使用されるようになった。その中でも、受熱ブロックに一端が取り付けられた垂直に配置された複数のヒートパイプに、薄板状の多数の放熱フィンが挿通されたタイプのヒートシンクが広く使用されるようになってきた。このようにヒートパイプを使用することによって、放熱面積とフィン効率を向上し、高発熱量の放熱が可能になる。

ヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって熱の移動が行われる。

通常、受熱ブロックに接続され、垂直に配置された複数のヒートパイプに多数の放熱フィンが挿通されたタイプのヒートシンクを使用する強制冷却方式のヒートシンクの場合には、放熱フィンの側面部にファンを取り付けて、被冷却部品の熱をヒートパイプによって放熱フィンに移動し、冷却用ファンによって強制的に冷却する。特許文献１には示されていないが、ファンも含めた実際の構成は、例えば図９に示すようなものが一般的である。図９（ａ）はその左側面図、図９（ｂ）はその正面図である。
特開平１１−３５１７６９号公報

しかし、上述した冷却用ファンを備えた従来のヒートシンクは、フィンの前面の面積が軸流ファンの面積に匹敵し、ファンの高さが高くなりがちである。このようなヒートシンクを、パソコン、ゲーム機器等の高さが制限される電子機器に使用する場合には、放熱フィンの高さを低くする代わりに横寸法を大きくした横長のヒートシンクになり、放熱フィンが広くなり、それを冷却するためには小径のファンを多数並べることになり、組み合わせるファンの数が多くなってしまう。それと共に騒音が高くなる、更には、電子機器の排気口が大きくなり、各種端末類の設置場所の確保と相俟って筐体も大型化してしまうという問題点がある。

従って、この発明の目的は、パソコン、ゲーム機器等の高さが制限される電子機器に使用する場合においても、高さを抑え、低騒音かつコンパクトで、放熱効率の高いヒートパイプ付ヒートシンクを提供することにある。

発明者は、上述した従来の問題点を解決するために研究を重ねた。その結果、複数枚を積層配置した環状放熱フィンの内側に形成される空洞部に遠心ファンを設置し、被冷却部品の熱を受熱ブロックから、放熱フィンを挿通するように垂直配置された複数のヒートパイプによって、熱を移動し、遠心ファンによって、上下部から空気を取り込み、放熱フィンに吹付けることによって、高さを抑え、低騒音かつコンパクトで、放熱効率の高いヒートパイプ付ヒートシンクが得られることが判明した。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第１の態様は、冷却を要する一個または複数の発熱体と熱的に接続する一個または複数の受熱ブロックと、
前記受熱ブロックと熱的に接続し受熱ブロックから熱を輸送する複数のヒートパイプと、
前記ヒートパイプが挿通して熱的に接続し、並列配置されてその内部に空洞部を形成する複数の環状薄板状フィンからなる放熱フィン部と、
遠心ファンの回転軸が前記環状薄板状フィンと略垂直になるように、前記空洞部に配置され、前記放熱フィン部の上および／または下方向から空気を取り入れ、前記放熱フィン部の側方に向かって空気を排出する遠心ファンとを備えたヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第２の態様は、前記複数のヒートパイプが前記受熱ブロックと熱的に接続する部分において交差する交差部を備えており、前記交差部において、個々の前記ヒートパイプが偏平加工され、交差した複数のヒートパイプ全体の高さが、個々のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一である、ヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第３の態様は、前記放熱フィン部の周囲を覆うカバーを更に備えており、前記カバーの一部に、前記遠心ファンで発生した空気流を外部に排出するための穴部を備えた、ヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第４の態様は、前記カバーが、並列配置された前記複数の薄板状フィンの各々の一部を延長して折り曲げることによって形成されている、ヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第５の態様は、前記カバーは、前記薄板状フィンを通過した空気流を排出するためのダクトを、前記薄板状フィンの外端部近傍に形成し、前記ダクトは前記空気流を外部に排出するための穴部に向かって断面積が徐々に拡大している、ヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第６の態様は、前記遠心ファン側から見た前記放熱フィン部の奥行きが、前記空気流を外部に排出するための穴部に向かって徐々に拡大している、ヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第７の態様は、前記空気流を外部に排出するための穴部に向かって、前記複数のヒートパイプの配置密度が高くなっている、ヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第８の態様は、前記受熱ブロックに、さらに別の放熱フィンが熱的に接続して設けられ、前記遠心ファンが前記放熱フィン部の一方から空気を取り入れる際に、前記別の放熱フィンによって一部放熱がなされる、ヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの第９の態様は、冷却を要する一個または複数の発熱体と熱的に接続する一個または複数の受熱ブロックと、
前記受熱ブロックと熱的に接続し受熱ブロックから熱を輸送する複数のヒートパイプであって、前記複数のヒートパイプが前記受熱ブロックと熱的に接続する部分において交差する交差部を備えており、前記交差部において、個々の前記ヒートパイプが偏平加工され、交差した複数のヒートパイプ全体の高さが、個々のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一であるヒートパイプと、
前記ヒートパイプが挿通し熱的に接続する複数の薄板状フィンからなるフィン部と、
ファンとからなるヒートパイプ付ヒートシンクである。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクによると、積層配置した複数の環状薄板フィンに、一部が受熱ブロックに接続された例えばＵ字形の丸型ヒートパイプを挿通し、そして、環状薄板フィンの内側に形成される空洞部に遠心ファンを配置するので、フィンの占める高さと幅を小さく抑えながらフィンの面積を広くし、被冷却部品の熱をヒートパイプによって放熱フィン部に効率的に移動し、１個の遠心ファンによって放熱することができる。従って、高さを抑え、低騒音かつコンパクトで、放熱効率の高いヒートパイプ付ヒートシンクを提供することができる。更に、フィン外周にカバーを設けることで空気排出方向に指向性を持たせ、筐体外へ直接排出することで、発熱体の発熱による筐体内空気温度上昇を抑えることもできる。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクを図面を参照しながら説明する。
この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの１つの態様は、冷却を要する一個または複数の発熱体と熱的に接続する一個または複数の受熱ブロックと、
前記受熱ブロックと熱的に接続し受熱ブロックから熱を輸送する複数のヒートパイプと、
前記ヒートパイプが挿通して熱的に接続し、並列配置されてその内部に空洞部を形成する複数の環状薄板状フィンからなる放熱フィン部と、
遠心ファンの回転軸が前記環状薄板状フィンと略垂直になるように、前記空洞部に配置され、前記放熱フィン部の上および／または下方向から空気を取り入れ、前記放熱フィン部の側方に向かって空気を排出する遠心ファンとを備えたヒートパイプ付ヒートシンクである。

図１は、この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの１つの態様を示す図である。図１（ａ）はその平面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、ヒートパイプ付ヒートシンク１は、冷却を要する発熱体と熱的に接続される受熱面を備えた受熱ブロック２と、受熱ブロック２に一部が熱的に接続され、受熱ブロックから熱を移動する複数本の例えば丸型ヒートパイプ３、４、５と、垂直方向に並列配置されてその内部に空洞部を形成する複数の環状薄板状フィンからなる放熱フィン部６と、空洞部に配置され、放熱フィン部の上下方向から空気を取り入れ、放熱フィン部の側方に向かって空気を排出する遠心ファン８とを備えている。

即ち、図１（ａ）に示すように、環状薄板フィン６は、内部が概ね円形で外側は所定の形状からなっている。同一形状の環状薄板フィン６が垂直方向に並列して配置されて空洞部９を形成する。このように形成された空洞部内に、回転軸が環状薄板フィンと垂直になるように遠心ファン８が配置される。空洞部の大きさは、遠心ファン８のインペラー７が回転軸の周りに回転することができる大きさである。即ち、環状薄板フィンの内端部と、遠心ファンのインペラーの外端部とは、放熱フィンに移動された熱が最も効率的に放熱されるように設定される。遠心ファンにおいては、図１（ｂ）に示すように、遠心ファンのインペラーに上下部から垂直に風が入り（１０、１１）、インペラーと平行に３６０度に放熱フィンに向かって風が排出される（１２）。

この態様においては、ヒートパイプ３、４、５は、Ｕ字形丸型ヒートパイプ、Ｌ型丸型ヒートパイプ等を組み合わせて、その一部を受熱ブロック２に熱的に接続させる。ヒートパイプ３、４、５は、受熱ブロック２から横方向に延伸した後、湾曲して垂直方向に延伸する。垂直に延伸したヒートパイプの部分に上述したように、環状薄板フィンが挿通され熱的に接続される。

上述したように、この発明のヒートパイプ付ヒートシンクにおいては、放熱フィン部の内側に遠心ファンが配置され、受熱ブロックからヒートパイプによって放熱フィン部に移動された熱を、遠心ファンによって全周に放散する。換言すれば、インペラーに垂直に風が入り、インペラーと並行に３６０度の方向に排出する遠心ファンの特性を生かして、高さを抑え且つ開口部が広い放熱フィン部をサークル状に、遠心ファンの外周に配置し、円周形状の放熱フィンに効率よく熱を拡散するために、受熱ブロック（熱源）と放熱フィン部とをヒートパイプで熱的に接続している。

従って、環状薄板フィンと遠心ファンの組み合わせによって、開口部を広くし、奥行きを狭くすることができ、単位体積当りの放熱効率が向上する。

上述した態様においては、全周にわたって放熱フィンの熱が放出される。この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの１つの態様において、放熱フィンの熱を特定の方向に規制する手段を備えていてもよい。

図２は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図２（ａ）はその平面図であり、図２（ｂ）はその側面図である。図２に示す態様においては、放熱フィンの熱を特定の方向に規制する手段として、カバーを備えている。即ち、図２（ａ）に示すように、上述した態様と同様に、内部が概ね円形で外側は所定の形状からなっている同一形状の環状薄板フィン６が垂直方向に並列して配置されて空洞部９を形成し、このように形成された空洞部内に、回転軸が環状薄板フィンと垂直になるように遠心ファン８が配置される。放熱フィン部に熱を効率よく拡散するために、この態様においても、受熱ブロックと放熱フィン部とをヒートパイプで熱的に接続している。

更に、ヒートパイプの垂直部に挿通された放熱フィン部の外側を覆うようにカバー１３が設けられている。カバー１３の一部には、遠心ファンで発生した空気流を外部に排出するための穴部を備えている。カバー１３は、積層配置された複数の環状薄板フィン６の内側に形成される空洞部９を除き、放熱フィン部の上下および外周部を覆う。なお、カバーは所望の効果を得るために適宜設定できる。例えば、カバーの上下部は、遠心ファン８の外周部の一部を覆うように設けてもよい。図２（ｂ）に示すように、遠心ファン８のインペラー７に上下部から垂直に風が入り、インペラー７と平行に３６０度に放熱フィンに向かって風が流れる。このように放熱フィンに沿って流れた風は、カバー１３によってその方向が規制され誘導されて、図２（ａ）に矢印３２で示すように、穴部を通ってヒートシンク外に排出される。

放熱フィンの熱を特定の方向に規制する手段として、カバーを環状薄板フィンを加工して形成してもよい。
図３は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図３（ａ）はその平面図であり、図３（ｂ）はその側面図である。図３（ｃ）は、加工された環状薄板フィンを示す斜視図である。図３に示す態様においては、放熱フィンの熱を特定の方向に規制する手段として、カバーを備え、カバーが、並列配置された複数の薄板状フィンの各々の一部を延長して折り曲げることによって形成されている。

即ち、図３（ａ）に示すように、上述した態様と同様に、内部が概ね円形で外側は所定の形状からなっている同一形状の環状薄板フィン６が垂直方向に並列して配置されて空洞部９を形成し、このように形成された空洞部内に、回転軸が環状薄板フィンと垂直になるように遠心ファン８が配置される。放熱フィン部に熱を効率よく拡散するために、この態様においても、受熱ブロック２と放熱フィン部６とをヒートパイプ３、４、５で熱的に接続している。

図３（ｃ）に示すように、内部が概ね円形の空間９が形成された各環状薄板フィン６は、その外周部が一方向に折り曲げられて垂直部分６１が形成されている。このように形成された垂直部６１が隣接する環状薄板フィンの上面６０と接して、環状薄板フィンの端部を閉塞する。その結果、図３（ｂ）に示すように、放熱フィン部の外端部が全体として、実質的にカバーを設けたと同じようは形状になる。

この態様においては、遠心ファン８のインペラー７に上下部から垂直に風が入り、インペラー７と平行に３６０度に放熱フィンに向かって風が流れる。このように放熱フィンに沿って流れた風は、外端部に形成された垂直部によって流れが規制され誘導されて、図３（ａ）に矢印３２で示すように、穴部を通ってヒートシンク外に排出される。

更に、放熱フィンの熱を特定の方向に規制する手段として、カバーを設け、環状薄板フィンの外周部にダクトを形成してもよい。
図４は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。この態様のヒートパイプ付ヒートシンクにおいては、上述したカバーは、薄板状フィンを通過した空気流を排出するためのダクトを、薄板状フィンの外端部近傍に形成し、ダクトは空気流を外部に排出するための穴部に向かって断面積が徐々に拡大している。

図４に示すように、上述した態様と同様に、この態様においても、内部が概ね円形で外側も概ね円形からなっている同一形状の環状薄板フィン６が垂直方向に並列して配置されて空洞部９を形成し、このように形成された空洞部内に、回転軸が環状薄板フィンと垂直になるように遠心ファン８が配置される。放熱フィン部６に熱を効率よく拡散するために、この態様においても、（図示しない）受熱ブロックと放熱フィン部６とをヒートパイプ３、４、５で熱的に接続している。

ヒートパイプの垂直部に挿通された放熱フィン部の外側を覆うようにカバー１３が設けられている。カバー１３の一部には、遠心ファンで発生した空気流を外部に排出するための穴部を備えている。カバー１３は、積層配置された複数の環状薄板フィン６の内側に形成される空洞部に配置された遠心ファン８の外周部の一部を覆うように設けられている。図４に示すように、環状薄板フィンの外周部とカバーの内周部との間にダクト１５が形成されている。ダクトの断面積は一定でもよいが、この態様では、空気流を外部に排出するための穴部に向かって断面積が徐々に拡大している。即ち、ダクトはカバーの穴部の側１５−２とその反対側１５−１において断面積が異なっている。即ち、穴部の反対側では、Ａで示すように、ダクトの断面積が小さく、一方穴部の近傍では、Ｂで示すように、ダクトの断面積が大きくなるように設定されている。

この態様においては、遠心ファン８のインペラー７に上下部から垂直に風が入り、インペラー７と平行に３６０度に放熱フィンに向かって風が流れる。このように放熱フィンに沿って流れた風は、環状薄板フィンの外端部近傍に形成された、穴部に向かって断面積が徐々に拡大するダクトを通って環状薄板フィンの外周部に沿って流れ、図４に矢印３２で示すように、穴部を通ってヒートシンク外に排出される。このようにダクトを形成することによって、放熱フィンを通過して上温した空気を速やかにヒートシンク外に排出し、放熱効率を高めることができる。

次に、受熱ブロックからヒートパイプによって放熱フィンに移動された熱のより効率的な放熱について説明する。
図５は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図５（ａ）はその平面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。この態様のヒートパイプ付ヒートシンクにおいては、上述した遠心ファン側から見た放熱フィン部の奥行きが、空気流を外部に排出するための穴部に向かって徐々に拡大している。即ち、環状薄板フィンの形状が変化している。

図５に示すように、上述した態様と同様に、この態様においても、内部が概ね円形で外側も概ね円形からなっている同一形状の環状薄板フィン６が垂直方向に並列して配置されて空洞部９を形成し、このように形成された空洞部内に、回転軸が環状薄板フィンと垂直になるように遠心ファン８が配置される。放熱フィン部６に熱を効率よく拡散するために、この態様においても、受熱ブロック２と放熱フィン部６とをヒートパイプ３、４、５（２本のＵ字形丸型ヒートパイプと１本のＬ型ヒートパイプ）で熱的に接続している。

ヒートパイプの垂直部に挿通された放熱フィン部の外側を覆うようにカバー１３が設けられている。カバー１３の一部には、遠心ファンで発生した空気流を外部に排出するための穴部を備えている。カバー１３は、積層配置された複数の環状薄板フィン６の内側に形成される空洞部に配置された遠心ファン８の外周部の一部を覆うように設けられている。

図５（ａ）に示すように、環状薄板フィン６は、内部が概ね円形で外側は、非対称の形状からなっている。即ち、遠心ファン側から見て、環状薄板フィン部の奥行きが、空気流を外部に排出するための穴部の反対側１６−１では小さく、徐々に拡大して、穴部近傍６−２では大きくなっている。

この態様においては、遠心ファン８のインペラー７に上下部から垂直に風が入り、インペラー７と平行に３６０度に放熱フィンに向かって風が流れる。このように放熱フィンに沿って流れた風は、空気流を外部に排出するための穴部に沿って、図５に矢印３２で示すように、流れ穴部を通ってヒートシンク外に排出される。このように環状薄板フィンを形成することによって、外部に空気流を排出する穴部側に熱を広く拡散して、放熱効率を高めることができる。

更に、ヒートパイプの配置密度を変化させて、放熱フィンへの熱の拡散を効率的にすることについて説明する。
図６は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図６（ａ）はその平面図であり、図６（ｂ）はその側面図である。この態様のヒートパイプ付ヒートシンクにおいては、受熱ブロックの熱を、ヒートパイプの配置密度を変化させて、放熱フィンへの熱の拡散を、より一層効率的にしている。即ち、空気流を外部に排出するための穴部に向かって、複数のヒートパイプの配置密度が高くなっている。

図６に示すように、この態様においても、内部が概ね円形で外側も概ね円形からなっている同一形状の環状薄板フィン６が垂直方向に並列して配置されて空洞部９を形成し、このように形成された空洞部内に、回転軸が環状薄板フィンと垂直になるように遠心ファン８が配置される。放熱フィン部６に熱を効率よく拡散するために、この態様においても、受熱ブロック２と放熱フィン部６とをヒートパイプで熱的に接続している。但し、図６（ａ）に示すように、環状薄板フィンを挿通するヒートパイプが、空気流を外部に排出するための穴部に向かって、ヒートパイプの配置密度が高くなっている。即ち、大部分のヒートパイプ３、２３、４、２２が穴部近傍に配置されている。例えば、２本のＵ字形丸型ヒートパイプと、３本のＬ字形丸型ヒートパイプを組み合わせる。

ヒートパイプの垂直部に挿通された放熱フィン部の外側を覆うようにカバー１３が設けられている。カバー１３の一部には、遠心ファンで発生した空気流を外部に排出するための穴部を備えている。カバー１３は、積層配置された複数の環状薄板フィン６の内側に形成される空洞部に配置された遠心ファン８の外周部の一部を覆うように設けられている。

この態様においては、遠心ファン８のインペラー７に上下部から垂直に風が入り、インペラー７と平行に３６０度に放熱フィンに向かって風が流れる。このように放熱フィンに沿って流れた風は、空気流を外部に排出するための穴部に沿って、図６に矢印３２で示すように、流れ穴部を通ってヒートシンク外に排出される。このようにヒートパイプの配置密度を変化させることによって、外部に空気流を排出する穴部側の放熱フィンに熱を多く拡散して、放熱効率を高めることができる。

上述した態様においては、受熱ブロックとヒートパイプの一部が熱的に接続しているが、受熱ブロックと熱的に接続する複数のヒートパイプを交差させてもよい。
図７は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。図７（ａ）はその平面図であり、図７（ｂ）はその側面図である。図７（ｃ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。図７（ｄ）は、図７（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。この態様のヒートパイプ付ヒートシンクにおいては、複数のヒートパイプが受熱ブロックと熱的に接続する部分において交差する交差部を備えており、交差部において、個々のヒートパイプが偏平加工され、交差した複数のヒートパイプ全体の高さが、個々のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一である。

図７（ａ）には、空洞部に遠心ファンが配置されていない状態を示している。図７（ａ）に示すように、受熱ブロックに、例えば、２本のＵ字形丸型ヒートパイプ３、４と１本のＬ字形丸型ヒートパイプ５が交差して熱的に接続されている。即ち、３本のヒートパイプの交差部が、受熱ブロックと熱的に接続する部分に存在している。各ヒートパイプは受熱ブロックから横方向に延伸し、湾曲して垂直に延伸し、垂直部が環状薄板フィン６を挿通して熱的に接続している。

図７（ｄ）に示すように、交差部以外の部分では、受熱ブロック２に溝部が形成され、ヒートパイプ３が溝部に埋め込まれて、熱抵抗を小さくしている。図７（ｃ）に示すように、交差部では、同様に受熱ブロックに溝が形成され、一本のヒートパイプを中央に、他の２本のヒートパイプを上下に配置して、一本のヒートパイプを２本のヒートパイプで上下から覆うようにしている。各ヒートパイプはそれぞれ扁平加工されて、交差した３本のヒートパイプ全体の高さが、１本のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一であるように配置する。図７（ｃ）に示すように、中央のヒートパイプ３は、両側から扁平加工する。上側のヒートパイプ５は、下側から上方に向かって扁平加工し、下側のヒートパイプ４は、上側から下方に向かって扁平加工する。このように扁平加工して組み合わせることによって、交差部に膨らみが生じないようにする。

受熱ブロックと熱的に接続する部分に交差部を設けることによって、受熱ブロック中央部にヒートパイプを配置することができ、放熱効率をより一層高めることができる。
上述した複数のヒートパイプが受熱ブロックと熱的に接続する部分において交差する交差部を備えており、交差部において、個々のヒートパイプが偏平加工され、交差した複数のヒートパイプ全体の高さが、個々のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一である特徴は、図１から図６を参照して説明した態様にも適用することができる。

更に、この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの別の態様において、受熱ブロックに、さらに別の放熱フィンが熱的に接続して設けられている。この場合には、遠心ファンが放熱フィン部の一方から空気を取り入れる際に、別の放熱フィンによって、一部の熱の放熱がなされる。この特徴も図１から図６を参照して説明した態様にも適用することができる。

更に、この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの別の態様は、冷却を要する発熱体と熱的に接続する受熱ブロックと、
前記受熱ブロックと熱的に接続し受熱ブロックから熱を輸送する複数のヒートパイプであって、前記複数のヒートパイプが前記受熱ブロックと熱的に接続する部分において交差する交差部を備えており、前記交差部において、個々の前記ヒートパイプが偏平加工され、交差した複数のヒートパイプ全体の高さが、個々のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一であるヒートパイプと、
前記ヒートパイプが挿通し熱的に接続する複数の薄板状フィンからなるフィン部と、
ファンとからなるヒートパイプ付ヒートシンクである。

この態様のヒートパイプ付ヒートシンクにおいては、上述した複数のヒートパイプが受熱ブロックと熱的に接続する部分において交差する交差部を備えており、交差部において、個々のヒートパイプが偏平加工され、交差した複数のヒートパイプ全体の高さが、個々のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一である特徴は、複数の環状薄板フィンと、環状薄板フィンの内部に形成される空洞部に遠心ファンを配置するヒートシンクだけでなく、空洞部を備えない複数の薄板フィンとその側方または上方に配置されるファンとの組み合わせにも広く適用することができる。

この態様のヒートパイプ付ヒートシンクに、放熱フィンの熱を特定の方向に規制する手段（カバー、ダクト、フィンの端部の加工）を適用することができる。更に、放熱効果を高めるためのヒートパイプの配置密度の変化、放熱フィンの面積の変化等も同様に適用することができる。
なお、受熱ブロック２はアルミニウム、銅等の熱伝導性に優れた金属材料から作製されており、その形状は、円柱、四角柱、多角柱等、発熱素子の形状に応じて適切に選ぶことができる。なお、高さの異なる複数の発熱素子に接続する場合には、発熱素子に対応して、受熱面に凹凸を形成してもよい。

上述したように、受熱ブロックとヒートパイプとの接続を容易にするために、対応する溝部を設け、ヒートパイプとの間の接触面積を広げて熱伝導性を高めてもよい。ヒートパイプとして、それに限定されることはないが、丸型ヒートパイプを用いることが好ましい。

この発明のヒートパイプ付ヒートシンクにおいて、発熱体およびそれに熱的に接続される受熱部ブロックがそれぞれ複数であってもよい。図８は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。この態様においては、２つの発熱体にそれぞれ熱的に接続される２つの受熱ブロックを備えている。図８（ａ）は表（上）側から見た斜視図であり、図８（ｂ）は裏（下）側から見た斜視図である。なお、詳細に説明しないが、受熱ブロックは３個以上の発熱体に対応するように３個以上であってもよい。
図８（ａ）に示すように、内部が概ね円形で外側は所定の形状からなっている同一形状の環状薄板フィン６が垂直方向に並列して配置されて空洞部９を形成し、このように形成された空洞部内に、回転軸が環状薄板フィンと垂直になるように（図示しない）遠心ファンが配置される。放熱フィン部に熱を効率よく拡散するために、２つの受熱ブロック２ａ、２ｂと放熱フィン部６とをヒートパイプ３、４、５で熱的に接続している。即ち、２つの受熱部２ａ、２ｂは、例えば、放熱フィン部の両側部に位置する２つの発熱素子にそれぞれ熱的に接続するように配置されている。各受熱部にはそれぞれ３本の丸型ヒートパイプの一方の端部が埋め込まれ、他方の端部が複数の環状薄板フィンを貫通して熱的に接続される。このようにして、２つの発熱素子の熱が放熱フィン部に効率よく移動される。

なお、内部が概ね円形の空間９が形成された各環状薄板フィン６は、図３（ｃ）を参照して説明したように、その外周部が一方向に折り曲げられて垂直部分６１が形成され、このように形成された垂直部６１が隣接する環状薄板フィンの上面６０と接して、環状薄板フィンの端部を閉塞する形態でもよく、また、図５（ｂ）を参照して説明したように、ヒートパイプの垂直部に挿通された放熱フィン部の外側を覆うようにカバー１３が設けられていてもよい。

この態様においても、空洞部９内に配置される遠心ファンのインペラーに上下部から垂直に風が入り、インペラーと平行に３６０度に放熱フィンに向かって風が流れる。このように放熱フィンに沿って流れた風は、外端部に形成された垂直部、または、カバーによって流れが規制され誘導されて、ヒートシンク外に排出される。この態様によると、複数の発熱素子の熱を効率的に放熱することができる。

実施例

図７に示すように、この発明のヒートパイプ付ヒートシンクを作製した。即ち、外径φ１３０ｍｍ、内径φ１００ｍｍ（中心は５ｍｍ偏心）肉厚０．３ｍｍ、材質アルミニウムの環状薄板フィン（放熱フィン）１５枚を調製した。更に、φ５ｍｍの銅製のＵ字形ヒートパイプを２本、Ｌ字形ヒートパイプを１本、それぞれ調製した。このように調製した放熱フィンを等間隔で積層して、各ヒートパイプの５箇所の放熱部を、積層した放熱フィンに圧入して固定した。即ち、放熱フィンとヒートパイプは熱的に接続され固定されている。次いで、銅製受熱ブロック２に溝を設け、ヒートパイプをカシメにて固定した。勿論、半田、接着材で固定してもよい。
尚、３本のヒートパイプは、放熱効率を一層高めるために受熱部において交差させた。３本のヒートパイプの交差部は、それぞれのヒートパイプの厚さを１．５ｍｍまで扁平した。中央に位置するヒートパイプは両側から扁平し、下側に位置するヒートパイプは上側から扁平し、上側に位置するヒートパイプは下側から扁平した。上述したように組み合わせて、ヒートシンク本体を作製した。
このように作製されたヒートシンク本体に、インペラー外径９８ｍｍ、厚さ２８．３ｍｍ、枚数１８枚の遠心ファンと、アルミニウム製、肉厚１ｍｍ、外周６７Ｒ（上下に吸入口あり）高さ３２．３ｍｍのカバーとを組み合わせた。全体の高さは５８ｍｍであった。
ファンはＤＣ５Ｖで、毎分２０００回転駆動とした。
このように作製されたヒートパイプ付ヒートシンクの受熱ブロックに、半導体を模擬したアルミニウム製ヒーターを取り付けて、次の条件で性能を測定した。
入力：１００Ｗ
環境温度：２５℃
ファン５Ｖ（２０００回転）
以上の条件で熱ブロック中央部の温度は約３５℃を示した。騒音は２７ｄｂであった。熱抵抗は約０．１℃／Ｗであった。
なお、ヒートパイプの交差部を設けないで、ヒートパイプを所定のＲで曲げて受熱ブロックに接続した場合には、熱抵抗は約０．１２℃／Ｗであった。
上述したところから明らかなように、ヒートパイプに交差部を設けることによって、放熱効率が一層高まることがわかる。
以上に説明したように、この発明によると、高さを抑え、低騒音かつコンパクトで、放熱効率の高いヒートパイプ付ヒートシンクを提供することができる。

図１は、この発明のヒートパイプ付ヒートシンクの１つの態様を示す図である。図１（ａ）はその平面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。 図２は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図２（ａ）はその平面図であり、図２（ｂ）はその側面図である。 図３は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図３（ａ）はその平面図であり、図３（ｂ）はその側面図である。 図４は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。 図５は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図５（ａ）はその平面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。 図６は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図６（ａ）はその平面図であり、図６（ｂ）はその側面図である。 図７は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。図７（ａ）はその平面図であり、図７（ｂ）はその側面図である。図７（ｃ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。図７（ｄ）は、図７（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。 は、この発明のこの発明のヒートパイプ付ヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。図８（ａ）は表（上）側から見た斜視図であり、図８（ｂ）は裏（下）側から見た斜視図である。 図９は、従来のヒートパイプ付ヒートシンクを示す図である。図９（ａ）はその左側面であり、図９（ｂ）はその正面図である。

符号の説明

１ この発明のヒートパイプ付ヒートシンク
２ 受熱ブロック
３ ヒートパイプ
４ ヒートパイプ
５、２１、２２、２３ ヒートパイプ
６ 環状薄板フィン（放熱フィン部）
７ インペラー
８ 遠心ファン
９ 空洞部
１０ 吸入空気
１１ 吸入空気
１２、３２排出空気
１３ カバー
１５ ダクト

Claims (12)

1. 冷却を要する一個または複数の発熱体と熱的に接続する一個または複数の受熱ブロックと、
   前記受熱ブロックと熱的に接続し受熱ブロックから熱を輸送する複数のヒートパイプと、
   前記ヒートパイプが挿通して熱的に接続し、並列配置されてその内部に空洞部を形成する複数の環状薄板状フィンからなる放熱フィン部と、
   遠心ファンの回転軸が前記環状薄板状フィンと略垂直になるように、前記空洞部に配置され、前記放熱フィン部の上および／または下方向から空気を取り入れ、前記放熱フィン部の側方に向かって空気を排出する遠心ファンとを備えたヒートパイプ付ヒートシンク。
2. 前記複数のヒートパイプが前記受熱ブロックと熱的に接続する部分において交差する交差部を備えており、前記交差部において、個々の前記ヒートパイプが偏平加工され、交差した複数のヒートパイプ全体の高さが、個々のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一である、請求項１に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
3. 前記放熱フィン部の周囲を覆うカバーを更に備えており、前記カバーの一部に、前記遠心ファンで発生した空気流を外部に排出するための穴部を備えた、請求項１または２に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
4. 前記カバーが、並列配置された前記複数の薄板状フィンの各々の一部を延長して折り曲げることによって形成されている、請求項１から３の何れか１項に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
5. 前記カバーは、前記薄板状フィンを通過した空気流を排出するためのダクトを、前記薄板状フィンの外端部近傍に形成し、前記ダクトは前記空気流を外部に排出するための穴部に向かって断面積が徐々に拡大している、請求項３または４に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
6. 前記遠心ファン側から見た前記放熱フィン部の奥行きが、前記空気流を外部に排出するための穴部に向かって徐々に拡大している、請求項３から５の何れか１項に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
7. 前記空気流を外部に排出するための穴部に向かって、前記複数のヒートパイプの配置密度が高くなっている、請求項６に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
8. 前記受熱ブロックに、さらに別の放熱フィンが熱的に接続して設けられ、前記遠心ファンが前記放熱フィン部の一方から空気を取り入れる際に、前記別の放熱フィンによって一部放熱がなされる、請求項１から７の何れか１項に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
9. 冷却を要する一個または複数の発熱体と熱的に接続する一個または複数の受熱ブロックと、
   前記受熱ブロックと熱的に接続し受熱ブロックから熱を輸送する複数のヒートパイプであって、前記複数のヒートパイプが前記受熱ブロックと熱的に接続する部分において交差する交差部を備えており、前記交差部において、個々の前記ヒートパイプが偏平加工され、交差した複数のヒートパイプ全体の高さが、個々のヒートパイプの交差しない部分の高さと略同一であるヒートパイプと、
   前記ヒートパイプが挿通し熱的に接続する複数の薄板状フィンからなるフィン部と、
   ファンとからなるヒートパイプ付ヒートシンク。
10. 前記放熱フィン部の周囲を覆うカバーを更に備えており、前記カバーの一部に、前記遠心ファンで発生した空気流を外部に排出するための穴部を備えた、請求項９に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
11. 前記カバーが、並列配置された前記複数の薄板状フィンの各々の一部を延長して折り曲げることによって形成されている、請求項１０に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
12. 前記空気流を外部に排出するための穴部に向かって、前記複数のヒートパイプの配置密度が高くなっている、請求項１０または１１に記載のヒートパイプ付ヒートシンク。
    

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