(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
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、
前記放熱部の前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向の内部空間の断面積が、前記受熱部と前記放熱部の間の断熱部の前記断面積よりも大きく、
前記熱輸送部材に設けられたウィック構造体と前記管体に設けられた他のウィック構造体とが、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ウィック構造体が、前記熱輸送部材の前記受熱部から前記放熱部まで延在している幹部と、前記放熱部にて前記幹部から複数分岐している枝部と、を有するヒートシンク。
【背景技術】
【0002】
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を含め、多数の部品が高密度に搭載されている。また、電子機器の高機能化に伴い、電子部品等の発熱体の発熱量が増大している。電子機器内部の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パイプ式のヒートシンクが使用される。
【0003】
従来の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のヒートパイプ式ヒートシンクは、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ことで、発熱体を冷却するヒートシンクである。
【0004】
一方で、近年、電子機器内部には、電子部品等の発熱体を含め、狭い空間に多数の部品がますます高密度に搭載されているので、ヒートシンクの設置スペースが制限されることがある。特に、ヒートシンクの高さ方向には設置スペースがあるものの、ヒートシンクの幅方向や長さ方向で設置スペースが制限されることがある。また、上記の通り、電子部品等の発熱量がますます増大しているので、ヒートシンクの冷却性能をさらに向上させることが要求されることがある。
【0005】
特許文献1のヒートシンク等、複数のヒートパイプによって発熱体の熱を受熱部から放熱フィンへ輸送する形式のヒートシンクでは、冷却性能を向上させるためには、受熱部から放熱フィンへの熱輸送量を増大させるために、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することが必要である。また、ヒートシンクの冷却性能を向上させるためには、放熱フィンの放熱性能を向上させるために、放熱フィンの放熱効率を向上させ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形成し、放熱フィンの放熱効率を向上させるには、電子機器内部にヒートシンクを設置するための大きなスペース、特に、ヒートシンクの幅方向の設置スペースを確保する必要がある。すなわち、ヒートパイプ式ヒートシンクでは、ヒートシンクの省スペース化と冷却性能の向上とに改善の余地があった。
【0006】
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、断熱部及び放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。
【0007】
さらに、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場合がある。従って、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、十分な冷却性能の向上が図れない場合があるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記事情に鑑み、本発明は、ヒートシンクの設置スペース、特に、ヒートシンクの幅方向の設置スペースが制限される環境でも、受熱部、断熱部及び放熱部の体積が十分に得られつつ、放熱フィンの放熱効率を向上させることができ、また、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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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、
前記放熱部の前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向の内部空間の断面積が、前記受熱部と前記放熱部の間の断熱部の前記断面積よりも大きいヒートシンク。
[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、
前記放熱部の前記断面積が、前記断熱部の前記断面積よりも大きい[1]に記載のヒートシンク。
[3]前記受熱部の前記断面積が、前記断熱部の前記断面積と同じである[1]または[2]に記載のヒートシンク。
[4]前記受熱部の前記断面積が、前記断熱部の前記断面積よりも大きい[1]または[2]に記載のヒートシンク。
[5]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。
[6]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。
[7]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[6]のいずれか1つに記載のヒートシンク。
[8]前記熱輸送部材が、熱輸送方向に対して直交方向の段差部を有する[1]乃至[7]のいずれか1つに記載のヒートシンク。
【0011】
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、放熱フィンまたは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、気相の作動流体が潜熱を放出して気相から液相へ相変化する。また、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る。さらには、熱輸送部材の放熱部から管体まで輸送され、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管体に接続された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、放熱部の熱輸送部材の熱輸送方向、すなわち、受熱部から放熱部の方向に対して直交方向の内部空間の断面積が、断熱部の前記断面積よりも大きいので、熱輸送部材の内部空間は、断熱部から放熱部までの間の部位に断面積が変化する部位を有している。
【0012】
なお、「熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向の内部空間の断面積」における「内部空間の断面積」とは、液相の作動流体やウィック構造体等の部材が熱輸送部材の内部空間に収納されている場合には、該部材の上記断面積を含めた断面積を意味する。
【発明の効果】
【0013】
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、放熱部の熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向の内部空間の断面積が、断熱部の前記断面積よりも大きいので、放熱フィンを大型化でき、また、放熱フィンに多くの管体を熱的に接続できる。よって、ヒートシンクの設置スペースが制限される環境、特に、ヒートシンクの高さ方向において設置スペースを有するもののヒートシンクの幅方向の設置スペースが制限される環境でも、受熱部、断熱部及び放熱部の体積が十分に得られつつ、放熱フィンの放熱効率を向上させることができる。従って、本発明のヒートシンクの態様によれば、ヒートシンクの幅方向の設置スペースが制限される環境でも、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。
【0014】
このように、本発明のヒートシンクの態様によれば、放熱部の断面積が断熱部の断面積よりも大きいことにより、特に、ヒートシンクの高さ方向において設置スペースを有するもののヒートシンクの幅方向において設置スペースが制限される場合でも、放熱フィンの放熱効率を向上させることができるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。また、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。
【0015】
本発明のヒートシンクの態様によれば、受熱部の断面積が断熱部の断面積よりも大きいことにより、特に、ヒートシンクの高さ方向において設置スペースを有するもののヒートシンクの幅方向において設置スペースが制限される場合でも、液相の作動流体が管体及び熱輸送部材の放熱部から受熱部へ還流する際に、気相の作動流体の圧力により、受熱部への還流が阻害されることを防止できる。
【0016】
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。
【0017】
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、熱輸送部材から管体へ輸送された熱は熱輸送部材の延在方向(熱輸送方向)とは異なる方向へ輸送される。従って、熱輸送部材の長さ方向(熱輸送方向)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。
【0018】
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、熱輸送部材から輸送された熱は熱輸送部材の長さ方向(熱輸送方向)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(熱輸送方向)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。
【0019】
本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材が、熱輸送方向に対して直交方向の段差部を有することにより、熱輸送部材の設置領域に障害物等の禁止領域が設定されていても、ヒートシンクを所望の位置に設置することができる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
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。先ず、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。
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平面図である。
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側面図である。
図4は、本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクのウィック構造体の概要の平面視の説明図である。
【0022】
図1〜3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放熱フィン21、21・・・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、第1実施形態例に係るヒートシンク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(図示せず)が封入された一体である内部空間を有している。
【0023】
図1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とを重ね合わせることにより形成されている。
【0024】
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である。従って、一方の板状体11と他方の板状体12は、いずれも凹形状となっている。凹形状の一方の板状体11と凹形状の他方の板状体12とを重ね合わせることにより、空洞部13を有するコンテナ19が形成される。従って、コンテナ19の形状は平面型である。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。
【0025】
コンテナ19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。
【0026】
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、管体31を介して放熱フィン群20が熱的に接続されている。放熱フィン群20が管体31を介して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。
【0027】
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。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。断熱部43の延在方向に沿って、発熱体100から受熱部41へ伝達された熱が、受熱部41から放熱部42へ輸送される。従って、断熱部43における、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して直交方向の内部空間(すなわち、空洞部13)の断面積(以下、単に、空洞部13の断面積ということがある。)を所定面積以上確保することで、熱輸送部材10に所望の熱輸送量を付与することに寄与できる。なお、上記の通り、「空洞部13の断面積」とは、液相の作動流体やウィック構造体14等の部材が熱輸送部材10の空洞部13に収納されている場合には、該部材の上記断面積を含めた断面積を意味する。
【0028】
図1、2に示すように、ヒートシンク1では、空洞部13の断面積が、受熱部41から放熱部42までの間で変化している。具体的には、ヒートシンク1では、空洞部13の断面積が、断熱部43と放熱部42との間で変化している。より具体的には、ヒートシンク1では、放熱部42における空洞部13の断面積が、断熱部43における空洞部13の断面積よりも大きい態様となっている。また、断熱部43における空洞部13の断面積は、受熱部41における空洞部13の断面積と略同じ態様となっている。
【0029】
ヒートシンク1では、コンテナ19の厚さ及び一方の板状体11と他方の板状体12の肉厚は、コンテナ19の一方端から他方端まで略同じとなっている。従って、コンテナ19は、平面視において、熱輸送方向に対して直交方向(幅方向)の寸法が異なる形状となっている。具体的には、平面視において、熱輸送部材10の幅方向の寸法が、断熱部43と放熱部42との間で変化している。より具体的には、放熱部42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の幅方向の寸法よりも大きい態様となっている。また、断熱部43における熱輸送部材10の幅方向の寸法は、受熱部41における熱輸送部材10の幅方向の寸法と略同じ態様となっている。なお、「平面視」とは、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。
【0030】
断熱部43における空洞部13の断面積に対する放熱部42における空洞部13の断面積の比率は、1.0超であれば、特に限定されないが、ヒートシンク1の設置スペース、特に、ヒートシンク1の幅方向の設置スペースが制限される場合でも、放熱フィン21により多くの管体31を熱的に接続することで放熱フィン21、ひいては、放熱フィン群20の放熱効率をより向上させつつ、放熱部42まで円滑に気相の作動流体を流通させる点から、1.0超4.0以下が好ましく、2.0以上3.5以下が特に好ましい。
【0031】
また、熱輸送部材10では、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。
【0032】
図1、4に示すように、ウィック構造体14は、コンテナ19の受熱部41から放熱部42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の受熱部41から放熱部42まで延在していることに対応して、コンテナ19の受熱部41から放熱部42まで延在している。熱輸送部材10は、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。
【0033】
また、
図4に示すように、ヒートシンク1では、ウィック構造体14は、熱輸送部材10の受熱部41から放熱部42まで延在している幹部14−1と、放熱部42にて熱輸送部材10の平面方向に沿って幹部14−1から複数分岐している枝部14−2と、を有している。ウィック構造体14の枝部14−2は、幹部14−1を中心にして左右両方向に、複数、延在している。また、ウィック構造体14の枝部14−2は、幹部14−1の延在方向(長手方向)に対して略直交方向に延在している。蒸気流路15の空間を十分に確保するために、枝部14−2の厚さは幹部14−1の厚さよりも薄い態様が好ましい。例えば、幹部14−1は空洞部13の上面と底面に接し、枝部14−2は空洞部13の底面には接しているが、上面には接していない。ウィック構造体14が、放熱部42にて複数の枝部14−2に分岐していることにより、放熱部42にて気相から液相へ相変化した作動流体が、放熱部42に滞留することを防止して、より円滑に放熱部42から受熱部41へ還流することができる。
【0034】
図1〜3に示すように、熱輸送部材10の放熱部42である他方端には、コンテナ19の空洞部13と内部空間の連通した複数の管体31、31・・・が設けられている。従って、熱輸送部材10の空洞部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、寸法は略同じとなっている。
【0035】
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。すなわち、管体31は、熱輸送部材10の放熱部42の平面部に立設されている。ヒートシンク1では、管体31は、他方の板状体12の平面部に立設されている。上記から、管体31は、熱輸送部材10の幅方向には延在していない。ヒートシンク1では、管体31の延在方向(長手方向)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(長手方向)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は熱輸送部材10の幅方向には延在していないので、ヒートシンク1の幅方向の寸法の増大を防止することができる。
【0036】
ヒートシンク1では、複数の管体31、31・・・は、熱輸送部材10から略同じ方向へ延在している。ヒートシンク1では、放熱部42に立設された管体31は、熱輸送部材10の長手方向及び幅方向に、所定間隔にて並列配置されている。また、管体31は、平面視において、放熱部42の中央部から縁部まで配置されている。
【0037】
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、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。
【0038】
コンテナ19の平面部には、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。ヒートシンク1では、他方の板状体12に、管体31をコンテナ19に取り付けるための貫通孔が形成されている。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。
【0039】
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の形状について、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。
【0040】
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(図示せず)が設けられている。他のウィック構造体としては、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。他のウィック構造体は、管体31の長手方向に沿って延在している。
【0041】
必要に応じて、管体31に設けられた他のウィック構造体は、熱輸送部材10に設けられたウィック構造体14と接続部材(図示せず)を介して接続してもよい。管体31内部で潜熱を放出して気相から液相へ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の毛細管力によって、他のウィック構造体内を管体31の先端部33から基部32方向へ還流する。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から接続部材の一端へ流通する。他のウィック構造体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。
【0042】
上記から、ウィック構造体14と他のウィック構造体の間に接続部材を設けることにより、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のウィック構造体14へより円滑に還流できる。接続部材としては、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の冷却性能がより向上する。
【0043】
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、チタン合金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。
【0044】
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る。断熱部43における空洞部13の断面積は、例えば、250〜350mm
2を挙げることができる。放熱部42における空洞部13の断面積は、例えば、350〜1500mm
2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。
【0045】
図1、3に示すように、放熱フィン群20は、複数の放熱フィン21、21・・・が、それぞれ、並列配置されて形成されている。放熱フィン21は、薄い平板状の部材である。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が、平面視において、放熱部42の中央部から縁部まで配置されていることに対応して、複数の管体31、31・・・が、放熱フィン21の主表面の中央部から縁部にわたって取り付けられている。また、放熱部42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の幅方向の寸法よりも大きいので、放熱フィン21の主表面を大型化できる。
【0046】
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、放熱フィン21の配置方向に沿って延在している。なお、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、略同じ形状、寸法となっている。
【0047】
放熱フィン21の主表面が、主に放熱フィン21の放熱機能を発揮する面である。放熱フィン21の主表面は、管体31の延在方向、すなわち、管体31の長手方向に対して、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。
【0048】
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の主表面に沿って供給されて、放熱フィン21が冷却される。
【0049】
放熱フィン21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。
【0050】
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外面の一方端に、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。ヒートシンク1では、コンテナ19のうち、一方の板状体11の一方端に、発熱体100を取り付けている。すなわち、管体31と放熱フィン群20が取り付けられた熱輸送部材10の平面部に対向した平面部に、発熱体100が取り付けられている。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。
【0051】
コンテナ19の空洞部13とコンテナ19の平面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、コンテナ19の一方端から他方端へ流通した気相の作動流体は、コンテナ19の空洞部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の長手方向に沿って流通しながら管体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の位置に取り付けられている放熱フィン21(放熱フィン群20)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(放熱フィン群20)へ伝達された熱は、放熱フィン21(放熱フィン群20)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、管体31の基部32から熱輸送部材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。
【0052】
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空洞部とは異なり、全体が連通して一体となっている。上記から、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ことで、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。
【0053】
また、ヒートシンク1では、放熱部42における空洞部13の断面積が断熱部43における空洞部13の断面積及び受熱部41における空洞部13の断面積よりも大きいことにより、放熱フィン21の主表面が大型化されるとともに、複数の管体31、31・・・が、それぞれの放熱フィン21の主表面の中央部から縁部にわたって取り付けられている。上記から、放熱フィン21の主表面全体にわたって放熱効率が向上する。従って、ヒートシンクの高さ方向には設置スペースがあるものの、ヒートシンクの幅方向で設置スペースが制限される場合でも、放熱フィン群20の放熱性能を向上させることができる。上記から、ヒートシンク1では、ヒートシンクの高さ方向には設置スペースがあるものの、ヒートシンクの幅方向で設置スペースが制限される場合でも、放熱フィン群20の放熱性能が向上して、発熱体100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の空洞部13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。
【0054】
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のウィック構造体の概要の平面視の説明図である。
【0055】
第1実施形態例に係るヒートシンクでは、ウィック構造体は、幹部と、幹部から幹部の延在方向に対して略直交方向に延在している複数の枝部を有していたが、これに代えて、
図5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、放熱部42にてウィック構造体14の幹部14−1から分岐している複数の枝部14−2は、ウィック構造体14の幹部14−1の延在方向に対して略平行方向に延在している。枝部14−2は、熱輸送部材10の平面方向に沿って幹部14−1を中心にして左右両方向に延在している。
【0056】
ヒートシンク2でも、ウィック構造体14が、放熱部42にて複数の枝部14−2に分岐していることにより、放熱部42にて気相から液相へ相変化した作動流体が、より円滑に受熱部41へ還流することができる。
【0057】
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5実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。
【0058】
第1実施形態例に係るヒートシンクでは、熱輸送部材の受熱部、断熱部及び放熱部は、同一平面上に沿って延在していたが、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、熱輸送部材10に、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向に、すなわち、ヒートシンク3の高さ方向に、段差部50が設けられている。ヒートシンク3では、断熱部43と放熱部42の間に段差部50が設けられている。上記から、ヒートシンク3の熱輸送部材10は、受熱部41と断熱部43に対して放熱部42は同一平面上に延在していない。
【0059】
段差部50を有することにより、熱輸送部材10の受熱部41と放熱部42の間の領域に障害物等の禁止領域が設定されていても、ヒートシンク3を所望の位置に設置することができる。
【0060】
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7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。
【0061】
図7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、平面視において、断熱部43と受熱部41との間に、熱輸送部材10の幅方向の寸法が断熱部43及び受熱部41よりも小さくなっているくびれ部60を有している。また、ヒートシンク4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の幅方向の寸法よりも小さくなっている。
【0062】
ヒートシンク4では、断熱部43と受熱部41との間にくびれ部60が形成されていることにより、断熱部43と受熱部41間の領域にて熱輸送部材10の幅方向の設置スペースが制限される場合でも、放熱フィン21の主表面が大型化されるとともに、複数の管体31、31・・・が、放熱フィン21の主表面の中央部から縁部にわたって取り付けられているヒートシンク4を設置することができる。また、ヒートシンク4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の幅方向の寸法よりも小さいことにより、受熱部41の領域にて熱輸送部材10の幅方向の設置スペースが制限される場合でも、放熱フィン21の主表面が大型化されるとともに、複数の管体31、31・・・が、放熱フィン21の主表面の中央部から縁部にわたって取り付けられているヒートシンク4を設置することができる。
【0063】
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8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側面図である。
【0064】
第1実施形態例に係るヒートシンクでは、管体は、コンテナのうち、他方の板状体の平面部に立設されていたが、これに代えて、
図8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、管体31は、コンテナ19のうち、一方の板状体11の平面部に立設されている。ヒートシンク5では、一方の板状体11に発熱体100と管体31が取り付けているので、管体31と放熱フィン群20は、発熱体100と熱輸送部材10の同じ平面部に設けられている。
【0065】
ヒートシンク5では、ヒートシンクの高さ方向のうち、発熱体100の設置位置よりも下方に設置スペースがある場合に、発熱体100に対して、優れた冷却性能を発揮できる。
【0066】
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9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斜視図である。
【0067】
上記第1〜第5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、該管体に複数の放熱フィンが熱的に接続されていたが、これに代えて、
図9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、熱輸送部材10にはコンテナ19の空洞部13と内部空間の連通した管体は接続されていない。ヒートシンク6でも、コンテナ19の一方端に発熱体100が熱的に接続されることで、コンテナ19の一方端が受熱部41として機能する。一方で、ヒートシンク6では、受熱部41対向するコンテナ19の他方端に、複数の放熱フィン21、21・・・が取り付けられて、放熱フィン群20が形成されている。放熱フィン群20が取り付けられて熱的に接続されているコンテナ19の他方端が、熱輸送部材10の放熱部42として機能する。
【0068】
放熱フィン群20は、複数の放熱フィン21、21・・・が並列配置されて形成されている。放熱フィン21は、コンテナ19に立設されるように取り付けられている。また、放熱フィン21の主表面は、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して、略平行方向を向くように配置されている。放熱フィン21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21の端部に、放熱フィン21の主表面に対して鉛直方向に伸延した固定用片部(図示せず)を設け、該固定用片部を熱輸送部材10の平面部に接続して熱輸送部材10に放熱フィン21を立設させる方法が挙げられる。
【0069】
ヒートシンク6では、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のコンテナ19に立設されていることで熱的に接続されている放熱フィン群20へ伝達される。放熱フィン群20へ伝達された熱は、放熱フィン群20からヒートシンク6の外部環境へ放出される。
【0070】
ヒートシンク6でも、放熱部42における空洞部13の断面積が断熱部43における空洞部13の断面積及び受熱部41における空洞部13の断面積よりも大きいことにより、放熱フィン21の主表面を大型化できるとともに、多くの放熱フィン21を熱輸送部材10に取り付けることができる。従って、ヒートシンクの高さ方向には設置スペースがあるものの、ヒートシンクの幅方向で設置スペースが制限される場合でも、放熱フィン群20の放熱効率を向上させることができる。
【0071】
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10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斜視図である。
【0072】
上記第1〜第5実施形態例のヒートシンクでは、管体は、平面型の熱輸送部材の平面方向に対して略直交方向、すなわち、管体は、熱輸送部材の放熱部の平面部から立設されていたが、これに代えて、
図10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、熱輸送部材10の放熱部42の平面部から立設されている管体31だけでなく、熱輸送部材10の放熱部42の側面部からも立設された管体31Aを有している。管体31Aは、平面型の熱輸送部材10の平面方向に対して略平行方向に延在した部位と平面型の熱輸送部材10の平面方向に対して略直交方向に延在した部位とを有している。管体31Aの形状は、長手方向に曲げ部を有した形状であり、略L字状となっている。管体31Aの熱輸送部材10の平面方向に対して略平行方向に延在した部位が、熱輸送部材10の放熱部42の側面部と接続されている。また、管体31Aの熱輸送部材10の平面方向に対して略直交方向に延在した部位が、管体31と略平行に延在している。
【0073】
ヒートシンク7では、管体31Aは、熱輸送部材10の放熱部42よりも外周部に位置している。従って、管体31Aの熱輸送部材10の平面方向に対して略直交方向に延在した部位は、熱輸送部材10の放熱部42よりも外周部に位置している。
【0074】
それぞれの放熱フィン21は、管体31及び管体31Aの位置に取り付け、固定されて、管体31及び管体31Aと熱的に接続されている。それぞれの放熱フィン21は、管体31Aの熱輸送部材10の平面方向に対して略直交方向に延在した部位に取り付けられている。ヒートシンク7では、複数の管体31、31・・・が、それぞれの放熱フィン21の主表面の中央部から縁部にわたって取り付けられ、複数の管体31A、31A・・・が、それぞれの放熱フィン21の主表面の縁部に取り付けられている。従って、ヒートシンク7の放熱フィン21では、放熱フィン21の主表面をさらに大型化でき、また、放熱フィン21の主表面全体にわたって放熱効率が向上する。
【0075】
上記から、ヒートシンク7では、ヒートシンクの高さ方向には設置スペースがあるものの、ヒートシンクの幅方向で設置スペースが制限される場合でも、放熱フィン群20の放熱性能を向上させることができる。従って、ヒートシンク7では、ヒートシンクの高さ方向には設置スペースがあるものの、ヒートシンクの幅方向で設置スペースが制限される場合でも、放熱フィン群20の放熱性能が向上して、発熱体100に対して優れた冷却性能を発揮できる。
【0076】
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。上記各実施形態例に係るヒートシンクでは、断熱部における空洞部の断面積は、受熱部における空洞部の断面積と略同じであったが、これに代えて、受熱部における空洞部の断面積が断熱部における空洞部の断面積よりも大きい態様でもよい。該態様とすることにより、特に、ヒートシンクの高さ方向において設置スペースを有するもののヒートシンクの幅方向において設置スペースが制限される場合でも、液相の作動流体が管体及び熱輸送部材の放熱部から受熱部へ還流する際に、気相の作動流体の圧力により、受熱部への還流が阻害されることを防止できる。
【課題】本発明は、ヒートシンクの設置スペース、特に、ヒートシンクの幅方向の設置スペースが制限される環境でも、受熱部、断熱部及び放熱部の体積が十分に得られつつ、放熱フィンの放熱効率を向上させることができ、また、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、前記放熱部の前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向の内部空間の断面積が、前記受熱部と前記放熱部の間の断熱部の前記断面積よりも大きいヒートシンク。