JP6640401B1 - ヒートシンク - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、気相の作動流体の流通性を損なうことなく、大気圧に対する優れた耐圧性を有しつつ軽量化された熱輸送部材を備え、また、熱輸送部材の受熱部における入熱を均一化できるヒートシンクを提供する。【解決手段】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、該熱輸送部材の放熱部にて接続された、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放熱部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、前記受熱部の内部空間に、受熱部内面表面積増大部と支持部材が設けられ、該支持部材が、該受熱部内面表面積増大部と面接触しているヒートシンク。【選択図】図１

Description

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、優れた耐圧性を有し、軽量化された熱輸送部材を備えた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、基板上に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、熱輸送部材として機能する管形状のヒートパイプを複数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の熱輸送機能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。しかし、特許文献１のヒートシンクでは、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、各ヒートパイプの受熱を均一化できず、十分な冷却性能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、十分な冷却性能が得られない場合があった。
また、電子機器の高機能化に伴って発熱体の発熱量が増大していることから、冷却性能を向上させるために、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ことも行われている。
一方で、熱輸送部材の内部は減圧処理された密閉空間なので、熱輸送部材のコンテナに大気圧に対する耐圧性を付与することが要求される。コンテナの耐圧性が不足すると、コンテナが大気圧によって変形し、発熱体とコンテナの受熱部間の熱的接続性が損なわれることがある。特に、扁平加工された熱輸送部材等、平面部を有する熱輸送部材では、大気圧による変形で平面性が損なわれ易く、発熱体とコンテナの受熱部間の熱的接続性が損なわれ易い。
しかし、熱輸送部材のコンテナに大気圧に対する耐圧性を付与するために、コンテナに十分な肉厚を設けると、コンテナの重量が増してしまい、コンテナに熱的に接続される電子部品等の発熱体にコンテナからの応力がかかってしまう。電子部品等に応力がかかると、電子部品等の性能に悪影響を与えることがある。
また、コンテナを肉厚化することに代えて、中実である柱状部材やブロック部材をコンテナの内部空間全体にわたって収容して、コンテナに大気圧に対する耐圧性を付与することも検討されている。しかしながら、中実である柱状部材やブロック部材をコンテナの内部空間全体にわたって収容すると、耐圧性は得られるものの、中実である柱状部材やブロック部材は重量が嵩むため、やはり、コンテナに熱的に接続される電子部品等に柱状部材やブロック部材からの応力がかかってしまう。さらには、柱状部材やブロック部材が、コンテナの内部空間に封入された気相の作動流体の流通を阻害してしまうことがある。
特開２００３−１１００７２号公報
上記事情に鑑み、本発明は、気相の作動流体の流通性を損なうことなく、大気圧に対する優れた耐圧性を有しつつ軽量化された熱輸送部材を備え、また、熱輸送部材の受熱部における入熱を均一化できるヒートシンクを提供することを目的とする。
本発明のヒートシンクの構成の要旨は、以下の通りである。
［１］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、該熱輸送部材の放熱部にて接続された、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放熱部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、
前記受熱部の内部空間に、受熱部内面表面積増大部と支持部材が設けられ、該支持部材が、該受熱部内面表面積増大部と面接触しているヒートシンク。
［２］前記発熱体と熱的に接続される前記受熱部を有する熱輸送部材と、該熱輸送部材の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、前記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、且つ前記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、
前記受熱部の内部空間に、前記受熱部内面表面積増大部と前記支持部材が設けられ、該支持部材が、該受熱部内面表面積増大部と面接触している［１］に記載のヒートシンク。
［３］前記支持部材が、前記受熱部内面表面積増大部と面接触する第１の平板部と、該第１の平板部と対向した第２の平板部と、該第１の平板部と該第２の平板部を繋ぐ第３の平板部と、を有する［１］または［２］に記載のヒートシンク。
［４］前記第１の平板部の面積が、前記第２の平板部の面積よりも大きい［３］に記載のヒートシンク。
［５］前記第３の平板部が、前記熱輸送部材の熱輸送方向に沿って延在している［３］または［４］に記載のヒートシンク。
［６］前記第１の平板部の幅方向の一端及び他端からそれぞれ前記第３の平板部が延在し、前記第２の平板部が該第３の平板部から外方向へ延在している［３］乃至［５］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［７］前記第１の平板部の幅方向の一端及び他端からそれぞれ前記第３の平板部が延在し、前記第２の平板部が該第３の平板部から内方向へ延在している［３］乃至［５］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［８］前記第１の平板部に貫通口が設けられている［３］乃至［７］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［９］前記第１の平板部が、平面視において、前記受熱部内面表面積増大部全体を覆っている［３］乃至［８］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［１０］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［２］に記載のヒートシンク。
［１１］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［２］に記載のヒートシンク。
［１２］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［２］に記載のヒートシンク。
［１３］前記熱輸送部材の少なくとも一面が、平面形状である［１］乃至［１２］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
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放熱部として機能する。熱輸送部材の受熱部では、作動流体が発熱体から受熱して液相から気相へ相変化し、熱輸送部材の放熱部では、気相の作動流体の一部が潜熱を放出して気相から液相へ相変化する。本発明のヒートシンクの態様では、発熱体の熱は、熱輸送部材によって熱輸送部材の受熱部から熱輸送部材の放熱部まで輸送され、さらには、熱輸送部材の放熱部から管体まで輸送される。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伝達する。管体が熱輸送部材から受けた熱を放熱フィン群へ伝達する際に、熱輸送部材から管体へ流通した気相の作動流体は液相へ相変化する。管体から放熱フィン群へ伝達された熱は、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。また、上記態様では、支持部材、例えば、第１の平板部と、該第１の平板部と対向した第２の平板部と、該第１の平板部と該第２の平板部を繋ぐ第３の平板部と、を有する支持部材が、受熱部の内部空間に設けられ、該支持部材が、コンテナをその内面から支持している。
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、内部空間が一体である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、液相の作動流体の還流特性に優れ、また、発熱体からの発熱量が増大しても、受熱部における入熱を均一化でき、受熱部における熱抵抗を低減できる。また、本発明のヒートシンクの態様によれば、受熱部内面表面積増大部と面接触する支持部材が、コンテナをその内面から支持していることにより、大気圧に対する耐圧性を有しつつ軽量化された熱輸送部材を得ることができる。また、本発明のヒートシンクの態様によれば、受熱部内面表面積増大部と面接触する第１の平板部と、第１の平板部と対向した第２の平板部と、第１の平板部と第２の平板部を繋ぐ第３の平板部と、を有する支持部材が、コンテナをその内面から支持していることにより、大気圧に対する優れた耐圧性を有しつつ軽量化された熱輸送部材を得ることができる。また、本発明のヒートシンクの態様によれば、支持部材が平板部にて構成されていることにより、気相の作動流体の流通性が損なわれることを防止できる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、受熱部内面表面積増大部と面接触する第１の平板部の面積が第２の平板部の面積よりも大きいことにより、発熱体が熱的に接続される部位におけるコンテナの変形がより確実に防止されるので、熱輸送部材の受熱部と発熱体間の熱的接続性がさらに向上する。
本発明のヒートシンクの態様によれば、第３の平板部が熱輸送部材の熱輸送方向に沿って延在していることにより、支持部材により、気相の作動流体の流通性が損なわれることをより確実に防止できる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、第１の平板部の幅方向の一端及び他端からそれぞれ第３の平板部が延在し、第２の平板部が第３の平板部から外方向へ延在していることにより、支持部材のコンテナに対する固定安定性が向上する。
本発明のヒートシンクの態様によれば、第１の平板部の幅方向の一端及び他端からそれぞれ第３の平板部が延在し、第２の平板部が第３の平板部から内方向へ延在していることにより、熱輸送部材の小型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、第１の平板部に貫通口が設けられていることにより、受熱部内面表面積増大部から受熱部の内部空間へ円滑に気相の作動流体が流通できる。
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、放熱フィン群の放熱効率が向上して、ヒートシンクの冷却性能が確実に向上する。
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ことにより、熱輸送部材から輸送された熱は熱輸送部材の延在方向（すなわち、熱輸送方向）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について、ヒートシンクの寸法の増大を防止することができ、結果、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ことにより、熱輸送部材から管体へ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ついて、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側面断面図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する図１のＡ−Ａ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受熱部内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に用いる支持部材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に用いる支持部材を説明する斜視図である。
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。まず、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクについて説明する。なお、図１は、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。図２は、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側面断面図である。図３は、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図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの受熱部内部の概要を示す説明図である。
図１、２に示すように、本発明の第１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。放熱フィン群２０は、管体３１に取り付けられた複数の第１の放熱フィン２１、２１・・・と、熱輸送部材１０に取り付けられた複数の第２の放熱フィン２２、２２・・・を備えている。管体３１は、熱輸送部材１０の放熱部４２にて熱輸送部材１０と接続されている。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。
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。また、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、ヒートシンク１の設置面側に位置する一方の板状体１１と一方の板状体１１と対向する他方の板状体１２とを重ね合わせることにより形成されている。
一方の板状体１１は平面部の縁部に平面部から立設した側壁を有する板状部材である。他方の板状体１２も、平面部の縁部に平面部から立設した側壁を有する板状部材である。従って、一方の板状体１１と他方の板状体１２は、凹形状となっている。一方の板状体１１と他方の板状体１２とを凹形状を対向させた状態で重ね合わせることにより、コンテナ１９の空洞部１３が形成される。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として機能する。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がヒートシンク１によって冷却される。ヒートシンク１では、コンテナ１９の外面のうち、一方の板状体１１の外面に発熱体１００が取り付けられている。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。また、コンテナ１９の内面のうち、受熱部４１には、受熱部内面表面積増大部４４が設けられている。受熱部内面表面積増大部４４は、凹凸が繰り返し形成された部位である。ヒートシンク１では、複数の板状フィン４５、４５・・・が、一方の板状体１１の内面上に立設されていることで、受熱部内面表面積増大部４４が形成されている。受熱部４１に受熱部内面表面積増大部４４が設けられていることにより、受熱部４１から液相の作動流体への熱伝達が円滑化される。
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を形成する複数の第２の放熱フィン２２、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。空洞部１３は、受熱部４１から放熱部４２まで延在している。
熱輸送部材１０は、コンテナ１９の一方端に位置する受熱部４１とコンテナ１９の他方端に位置する放熱部４２との間に位置する中間部が、断熱部４３として機能する。熱輸送部材１０の断熱部４３は、放熱フィン群２０も発熱体１００も熱的に接続されていない部位である。発熱体１００から受熱部４１へ伝達された熱が、断熱部４３の延在方向に沿って、受熱部４１から放熱部４２へ輸送される。
熱輸送部材１０の幅方向の寸法は、特に限定されず、ヒートシンク１の設置スペースや使用条件等により選択可能であり、ヒートシンク１では、受熱部４１、断熱部４３及び放熱部４２は、略同じ寸法となっている。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。また、ヒートシンク１では、受熱部４１、断熱部４３及び放熱部４２は、同一平面上に位置している。
図１〜４に示すように、空洞部１３のうち、受熱部４１には、支持部材５０が設けられている。支持部材５０は、受熱部内面表面積増大部４４上に設置されている。また、支持部材５０は、平面視において、受熱部内面表面積増大部４４の領域内に設けられている。支持部材５０は、第１の平板部５１と、第１の平板部５１と対向した第２の平板部５２と、第１の平板部５１と第２の平板部５２を繋ぐ第３の平板部５３と、を有している。従って、第３の平板部５３は、第１の平板部５１及び第２の平板部５２と連続している。支持部材５０は、薄板状の平板部から形成されている。
第１の平板部５１は、受熱部内面表面積増大部４４の頂部と面接触している。また、第１の平板部５１は、受熱部内面表面積増大部４４に沿って延在している。上記から、第１の平板部５１は、受熱部内面表面積増大部４４を介して、受熱部４１における一方の板状体１１を抑えている。ヒートシンク１では、支持部材５０の第１の平板部５１は、平面視において、受熱部内面表面積増大部４４の領域内の一部に設けられている。第１の平板部５１の平面視の面積は、受熱部内面表面積増大部４４の平面視の面積よりも小さい態様となっている。なお、「平面視」とは、熱輸送部材１０の熱輸送方向に対して鉛直方向、且つ熱輸送部材１０の平面部に対して鉛直方向から視認した状態を意味する。
図３、４に示すように、支持部材５０は、第１の平板部５１の幅方向の一端５１−１及び幅方向の他端５１−２から、それぞれ、第３の平板部５３が第１の平板部５１の平面に対し鉛直方向へ延在している。また、第３の平板部５３は、熱輸送部材１０の熱輸送方向、すなわち、受熱部４１から放熱部４２の方向に沿って延在している。上記から、第３の平板部５３の長手方向が、熱輸送部材１０の熱輸送方向に沿って延在している。また、第１の平板部５１及び第２の平板部５２は、第３の平板部５３の長手方向の一端から他端まで延在している。支持部材５０では、熱輸送部材１０の熱輸送方向に対して直交方向である幅方向には、第３の平板部５３は設けられていない。
第２の平板部５２は、それぞれの第３の平板部５３の頂部５３−１から外方向へ延在している。また、第２の平板部５２は、第１の平板部５１に対して略平行方向、且つ第３の平板部５３に対して鉛直方向へ延在している。第２の平板部５２は、コンテナ１９の内面のうち、他方の板状体１２の内面と面接触している。従って、支持部材５０は、一方の板状体１１の内面と他方の板状体１２の内面との間にて、より具体的には、受熱部内面表面積増大部４４の頂部と他方の板状体１２の内面との間にて、コンテナ１９の内面から受熱部４１を支持している。従って、ヒートシンク１では、コンテナ１９の肉厚を薄くしつつ、熱輸送部材１０に大気圧に対する耐圧性を付与することができる。
第１の平板部５１の平面視の面積と第２の平板部５２の平面視の面積の関係は、特に限定されないが、ヒートシンク１では、第１の平板部５１の平面視の面積が、第２の平板部５２の平面視の合計面積よりも大きい態様となっている。第１の平板部５１の平面視の面積が第２の平板部５２の平面視の合計面積よりも大きいことにより、受熱部４１におけるコンテナ１９の変形がより確実に防止されるので、熱輸送部材１０の受熱部４１と発熱体１００間の熱的接続性がさらに向上する。
図１、２に示すように、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。ヒートシンク１では、コンテナ１９の一方端に形成された受熱部内面表面積増大部４４の放熱部４２側端部からコンテナ１９の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。
図１〜３に示すように、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、特に限定されず、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（径方向）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、略同じとなっている。
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（図１、２では、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側端部（以下、「基部」ということがある。）３２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。）３３は閉塞している。また、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、減圧処理されているコンテナ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３２が、コンテナ１９の貫通孔に嵌挿されることで、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、特に限定されず、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。
ヒートシンク１では、管体３１と熱輸送部材１０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に接続す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に収納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、複数の細溝（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、複数の細溝が形成されている。細溝は、管体３１の長手方向に沿って、管体３１の基部３２から先端部３３まで延在している。
また、必要に応じて、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、毛細管力を有する接続部材（図示せず）を介して接続されていてもよい。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３３から基部３２方向へ還流し、管体３１の基部３２まで還流した液相の作動流体は、他のウィック構造体３４から接続部材の一端へ流通する。他のウィック構造体３４から接続部材の一端へ流通した液相の作動流体は、接続部材を一端から他端へ流通し、接続部材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。接続部材により、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へより円滑に還流できる。接続部材としては、例えば、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。
コンテナ１９、支持部材５０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、支持部材５０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。また、支持部材５０は、平板状の板状部材を折り曲げ加工することにより形成することができる。
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、２．０〜５．０ｍｍの厚さを挙げることができる。また、コンテナ１９は、肉厚を薄くすることができ、例えば、０．５〜１．０ｍｍの肉厚を挙げることができる。コンテナ１９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り、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、複数の第１の放熱フィン２１、２１・・・、複数の第２の放熱フィン２２、２２・・・が、それぞれ、並列配置されて形成されている。第１の放熱フィン２１、第２の放熱フィン２２ともに、薄い平板状の部材である。放熱フィン群２０のうち、両側部に位置する第１の放熱フィン２１は、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、第１の放熱フィン２１の配置方向に沿って延在し、気相の作動流体が、管体３１内部を第１の放熱フィン２１の配置方向に沿って流通する。また、第１の放熱フィン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。従って、放熱フィン群２０の放熱効率が向上して、ヒートシンク１の冷却性能が確実に向上する。第１の放熱フィン２１は、いずれも、同じ形状、寸法となっている。放熱フィン群２０の中央部に位置する第２の放熱フィン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。熱輸送部材１０のうち、第２の放熱フィン２２が取り付けられた部位が、放熱部４２として機能する。第２の放熱フィン２２は、熱輸送部材１０に立設された状態で取り付けられている。
第１の放熱フィン２１の主表面が、主に、第１の放熱フィン２１の放熱機能を発揮する面である。第２の放熱フィン２２の主表面が、主に、第２の放熱フィン２２の放熱機能を発揮する面である。第１の放熱フィン２１の主表面、第２の放熱フィン２２の主表面は、いずれも、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。第１の放熱フィン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、第１の放熱フィン２１に貫通孔（図示せず）を形成し、この貫通孔に管体３１を嵌挿する方法が挙げられる。また、第２の放熱フィン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、第２の放熱フィン２２の端部に、第２の放熱フィン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、この固定用片部を熱輸送部材１０の他方端の平面に接続して、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。図１に示すように、送風ファン由来の冷却風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。冷却風Ｆが、第１の放熱フィン２１の主表面及び第２の放熱フィン２２の主表面に沿って供給されて、放熱フィン群２０が冷却される。
第１の放熱フィン２１及び第２の放熱フィン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、図１〜３を用いて、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（一方の板状体１１の一方端）に被冷却体である発熱体１００を熱的に接続して、一方端を受熱部４１として機能させる。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、受熱部内面表面積増大部４４を浸漬している液相の作動流体を含め、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の一方端から放熱部４２である他方端へ流通する。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の作動流体へ相変化し、放出された潜熱は、熱輸送部材１０と熱的に接続されている第２の放熱フィン２２へ伝達される。第２の放熱フィン２２へ伝達された熱は、第２の放熱フィン２２からヒートシンク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、ウィック構造体１４の毛細管力により、コンテナ１９の他方端からコンテナ１９の一方端へ還流する。
また、コンテナ１９の空洞部１３と管体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と熱的に接続されている第１の放熱フィン２１へ伝達される。第１の放熱フィン２１へ伝達された熱は、第１の放熱フィン２１からヒートシンク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３３から、管体３１の基部３２へ還流する。管体３１の基部３２へ還流した液相の作動流体は、コンテナ１９の他方端にて、他のウィック構造体３４からウィック構造体１４へ還流する。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の他方端からコンテナ１９の一方端へ還流する。
ヒートシンク１では、熱輸送部材１０の空洞部１３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、ヒートシンク１では、空洞部１３が一体である熱輸送部材１０が発熱体１００の熱を受熱部４１から放熱フィン群２０と熱的に接続された管体３１との接続部まで輸送するので、液相の作動流体の還流特性に優れ、また、発熱体１００からの発熱量が増大しても、受熱部４１における入熱を均一化でき、受熱部４１における熱抵抗を低減できる。また、ヒートシンク１では、支持部材５０が、受熱部内面表面積増大部４４の頂部と他方の板状体１２の内面との間にて、コンテナ１９の内面から受熱部４１を支持していることにより、コンテナ１９を肉厚化しなくても、熱輸送部材１０に大気圧に対する優れた耐圧性を付与でき、結果として、熱輸送部材１０を軽量化できる。熱輸送部材１０が軽量化されることにより、コンテナ１９に熱的に接続される発熱体１００にコンテナ１９からの応力がかかることを防止でき、結果、発熱体１００の性能に悪影響を与えることを防止できる。
また、ヒートシンク１では、第３の平板部５３が熱輸送部材１０の熱輸送方向に沿って延在していることにより、支持部材５０により、受熱部４１における気相の作動流体の流通性が損なわれることをより確実に防止できる。また、支持部材５０が平板部にて構成されていることにより、受熱部４１における気相の作動流体の流通性が損なわれることを防止できる。
また、ヒートシンク１では、第１の平板部５１の幅方向の一端５１−１及び幅方向の他端５１−２からそれぞれ第３の平板部５３が延在し、第２の平板部５２が第３の平板部５３から外方向へ延在していることにより、支持部材５０のコンテナ１９に対する固定安定性が向上する。
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、発熱体１００全体を均一に冷却できる。
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共通しているので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図５は、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクに用いる支持部材を説明する斜視図である。
第２実施形態例に係るヒートシンク２では、支持部材５０の第１の平板部５１に貫通口５４が設けられている。貫通口５４は、第１の平板部５１の厚さ方向の貫通口である。また、貫通口５４は、第１の平板部５１の略中央部に設けられている。貫通口５４から受熱部内面表面積増大部４４の一部が露出している。
ヒートシンク２では、受熱部内面表面積増大部４４にて液相から気相へ相変化した作動流体は、第１の平板部５１に貫通口５４が設けられていることにより、受熱部内面表面積増大部４４から蒸気流路１５へ円滑に流通できる。
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共通しているので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図６は、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクに用いる支持部材を説明する斜視図である。
第１、第２実施形態例に係るヒートシンクでは、第２の平板部は、第３の平板部から外方向へ延在していたが、これに代えて、図６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、支持部材５０の第２の平板部５２は、第３の平板部５３から内方向へ延在している。
ヒートシンク３では、第２の平板部５２が第３の平板部５３から内方向へ延在していることにより、コンテナ１９の小型化を図ることができる。
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、熱輸送部材には、コンテナの空洞部と内部空間の連通した管体が接続され、該管体に放熱フィン群の第１の放熱フィンが熱的に接続されていたが、熱輸送部材には管体が接続されていなくてもよく、従って、放熱フィン群には第１の放熱フィンが設けられていなくてもよい。また、上記各実施形態例のヒートシンクでは、第３の平板部の長手方向が熱輸送部材の熱輸送方向に沿って延在している支持部材が１つ設けられていたが、これに代えて、熱輸送部材の熱輸送方向に沿って、支持部材が複数設けられていてもよい。すなわち、支持部材が、熱輸送部材の熱輸送方向に沿って、分割されて設けられていてもよい。この場合、複数の支持部材が、受熱部内面表面積増大部上に設けられていてもよい。また、上記各実施形態例のヒートシンクでは、支持部材は、熱輸送部材の受熱部にのみ設けられていたが、これに代えて、熱輸送部材の受熱部と断熱部及び／または放熱部とに設けられていてもよい。すなわち、支持部材は、熱輸送部材の複数の箇所に設けられていてもよい。支持部材が熱輸送部材の複数の箇所に設けられることにより、コンテナの変形がより確実に防止され、蒸気流路等の作動流体の流路の減少が防止される。また、支持部材は、熱輸送部材の受熱部以外の部位にのみ、すなわち、熱輸送部材の断熱部及び／または放熱部にのみ設けられていてもよい。
第１実施形態例に係るヒートシンクでは、支持部材について、第１の平板部の平面視の面積が第２の平板部の平面視の合計面積よりも大きい態様となっていたが、これに代えて、第２の平板部の平面視の合計面積が第１の平板部の平面視の面積よりも大きい態様となっていてもよい。また、第３実施形態例に係るヒートシンクについて、支持部材の第１の平板部に、第１の平板部の厚さ方向の貫通口が設けられていてもよい。
第１実施形態例のヒートシンクでは、支持部材は、平面視において、受熱部内面表面積増大部の領域内の一部に設けられていたが、これに代えて、平面視において、支持部材の第１の平板部が、受熱部内面表面積増大部の領域全体と一致する態様でもよい。すなわち、平面視において、支持部材の第１の平板部が、受熱部内面表面積増大部全体を覆っていてもよい。この場合、第１の平板部の平面視の面積が受熱部内面表面積増大部の平面視の面積と一致している。また、平面視において、支持部材の第１の平板部が、受熱部内面表面積増大部の領域全体だけでなく、受熱部内面表面積増大部の領域外まで延在していてもよい。すなわち、平面視において、支持部材の第１の平板部が、受熱部内面表面積増大部全体を覆っているだけではなく、受熱部内面表面積増大部から外方向へ延出していてもよい。この場合、第１の平板部５１の平面視の面積は、受熱部内面表面積増大部４４の平面視の面積よりも大きくなる。
上記各実施形態例のヒートシンクでは、受熱部内面表面積増大部と面接触する第１の平板部と、該第１の平板部と対向した第２の平板部と、該第１の平板部と該第２の平板部を繋ぐ第３の平板部と、を有する支持部材が用いられていたが、これに代えて、支持部材として、受熱部内面表面積増大部上に、中実である柱状部材やブロック部材を用いてもよい。
本発明のヒートシンクは、気相の作動流体の流通性を損なうことなく、大気圧に対する優れた耐圧性を有しつつ軽量化された熱輸送部材を備えるので、例えば、回路基板に搭載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 ヒートシンク
１０ 熱輸送部材
１４ ウィック構造体
２０ 放熱フィン群
３１ 管体
４１ 受熱部
４２ 放熱部
４３ 断熱部
４４ 受熱部内面表面積増大部
５０ 支持部材
５１ 第１の平板部
５２ 第２の平板部
５３ 第３の平板部

Claims (14)

  1. 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、該熱輸送部材の放熱部にて接続された、複数の第２の放熱フィンと、を備え、
    前記熱輸送部材が、前記受熱部から前記放熱部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、
    前記受熱部の内部空間に、複数の板状フィンが前記熱輸送部材の内面上に立設されていることで形成された受熱部内面表面積増大部と、前記複数の板状フィンと面接触する第１の平板部、該第１の平板部と対向した第２の平板部及び該第１の平板部と該第２の平板部を繋ぐ第３の平板部を有する支持部材と、が設けられているヒートシンク。
  2. 前記熱輸送部材の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、複数の第１の放熱フィンと、をさらに備え、
    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ている請求項１に記載のヒートシンク。
  3. 前記第１の平板部の面積が、前記第２の平板部の面積よりも大きい請求項１または２に記載のヒートシンク。
  4. 前記第３の平板部が、前記熱輸送部材の熱輸送方向に沿って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。
  5. 前記第１の平板部の幅方向の一端及び他端からそれぞれ前記第３の平板部が延在し、前記第２の平板部が該第３の平板部から外方向へ延在している請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  6. 前記第１の平板部の幅方向の一端及び他端からそれぞれ前記第３の平板部が延在し、前記第２の平板部が該第３の平板部から内方向へ延在している請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  7. 前記第１の平板部に貫通口が設けられている請求項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１の平板部が、平面視において、前記受熱部内面表面積増大部全体を覆っている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  9. 前記管体が、前記第１の放熱フィンの配置方向に沿って延在している請求項２に記載のヒートシンク。
  10. 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２に記載のヒートシンク。
  11. 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２に記載のヒートシンク。
  12. 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１１のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  13. 前記熱輸送部材の内部空間に、前記受熱部から前記放熱部へ延在したウィック構造体が収納され、前記管体の内面に、他のウィック構造体が設けられ、前記ウィック構造体と前記他のウィック構造体とが、毛細管力を有する接続部材を介して接続され、
    前記熱輸送部材に設けられた前記ウィック構造体の種類と、前記管体に設けられた前記他のウィック構造体の種類と、前記接続部材との種類とが異なる請求項２に記載のヒートシンク。
  14. 前記管体に設けられた前記他のウィック構造体が、前記管体の内面に形成されている複数の細溝である請求項１３に記載のヒートシンク。
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