JP2004095684A

JP2004095684A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2004095684A
Application number: JP2002252080A
Authority: JP
Inventors: Masataka Mochizuki; 望月　正孝; Koichi Masuko; 益子　耕一
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】熱的特性に優れしかも、小型で軽量なヒートシンクを提供する。
【解決手段】プレス加工本体２Ａと蓋板２Ｂとから形成される薄板状のコンテナ２に、作動流体が封入されている平板型ヒートパイプ３を有するヒートシンク１において、前記コンテナ２の外周縁に外枠８が設けられており、この外枠８が、プレス加工本体２Ａの外周縁に取り付けられているとともに、蓋板２Ｂがプレス加工本体２Ａおよび外枠８を覆うように取り付けられている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄板状のコンテナに作動流体が封入されているヒートパイプに、放熱フィンが取り付けられている構造のヒートシンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ヒートシンクは発熱部材もしくは高温部に接触されて、これら発熱部材や高温部の実質的な放熱面積を拡大する機能を備えたものである。したがって、この種のヒートシンクにおいては、放熱面を形成するフィンが可及的に多数設けられていればよいが、冷却対象物に対する汎用性を持たせるためにベース部に放熱フィンを装着した構造のものが一般に使用されている。
【０００３】
上記の構造に形成されるヒートシンクは、冷却対象物である発熱部材と放熱フィンが設けられている放熱部とが離隔しているので、両者の間で効率よく熱を伝達する必要がある。そのために、前記ベース部が、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料で形成されている。このようなベース部であれば、取り付けられている発熱部材の熱を、効率良く前記放熱フィンに伝導して放熱を行うことができる。また、このベース部としてヒートパイプを使用することも行われている。このヒートパイプを用いたベース部であれば、熱抵抗を減少することができるので、さらに効率良く放熱フィンに熱伝導を行うことができる。
【０００４】
前記ヒートパイプは、密閉した容器（コンテナ）の内部に、水やアルコールなどの凝縮性の流体を作動流体として封入し、外部からの入熱によってその作動流体を蒸発させるとともに、その蒸気を低温・低圧部に流動させた後、放熱させて凝縮させ、さらにその液化した作動流体を蒸発の生じる箇所に、毛細管圧力などによって還流させるように構成した伝熱装置である。そのコンテナとしては必要に応じて各種のものを採用することができ、例えば、平板型ヒートパイプでは、中空平板構造のコンテナによって密閉された空間部を形成し、その空間部に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で凝縮性の流体を作動流体として封入したものである。この種のヒートパイプは、表面が平坦になるので、熱交換対象物との接触面積が広くなり、その結果、熱伝達性能あるいは熱交換性能が向上し、また冷却のための手段として使用する場合には、広い放熱面積を確保することができるなどの利点がある。
【０００５】
上記の平板型ヒートパイプは、ベーパーチャンバーと称されることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したヒートパイプを用いたヒートシンクにおいては、ベース部とされているヒートパイプまたは平板型ヒートパイプが、ベース部から放熱フィンへの熱伝達を媒介し、しかもその熱伝達が作動流体の潜熱の形で行われるので、ベース部から放熱フィンに至る部分での熱抵抗を小さくすることができる。
【０００７】
ところで、上記のような構造のヒートシンクの用途を拡大するには、小型で軽量なヒートシンクであることが望ましい。その場合、前記ベース部も小さく形成される。したがって、前記ベース部とされている前記ヒートパイプもしくは平板型ヒートパイプのコンテナが小さく形成される。一方、前記コンテナ内部の中空部分には、作動流体が封入されているが、前記ヒートパイプもしくは平板型ヒートパイプの熱伝達性能を担保するには、前記作動流体が所定量必要とされる。そのため、前記コンテナ内部の中空部分は、所定の大きさを確保しておく必要がある。
【０００８】
したがって、前記コンテナを小型化するためには、前記コンテナの板厚を薄くする必要があり、さらに前記中空部分が真空状態とされているので、前記コンテナの剛性が低くなってしまうという不都合があった。そのため、放熱フィンの取り付け時等に前記コンテナが変形するおそれがあった。また、前記コンテナに熱応力が加わった場合に破損してしまうおそれがあった。
【０００９】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、熱的特性に優れしかも、小型で軽量なヒートシンクを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用】
この発明は、上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、薄板状のコンテナに作動流体が封入されたヒートパイプに、放熱フィンが取り付けられているヒートシンクにおいて、前記ヒートパイプが平板型ヒートパイプとされるとともに、前記コンテナの外周縁に外枠が設けられていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１１】
したがって、請求項１の発明では、薄板状のコンテナ内部に作動流体が封入されているヒートパイプによってヒートシンクが形成されている。このヒートパイプにおける前記コンテナの外周縁に外枠が取り付けられている。そのため、前記コンテナの剛性が向上する。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記コンテナが、プレス加工によって形成されているプレス加工成形体と蓋板とから形成され、この蓋板が前記外枠を覆うように形成されていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１３】
したがって、請求項２の発明では、前記コンテナが、プレス加工により成形されているプレス加工成形本体と、蓋板とから形成されている。そのため、前記コンテナの本体部分が、プレス加工によって一部品として形成されるので剛性が向上される。また、蓋板が前記外枠を覆うように形成されている。その結果、前記コンテナの側面部分が、前記プレス加工成形本体と前記外枠とによって二重とされるとともに、その側面部分の端部を前記蓋板が前記外枠を覆うように形成される。したがって、さらに前記平板型ヒートパイプの剛性が向上する。
【００１４】
また、請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記コンテナの中空部分に孔あき焼結板ウイックと柱状の焼結ウイックとが設けられていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１５】
したがって、請求項３の発明では、前記コンテナの中空部分に、孔あき焼結板ウイックと柱状の焼結ウイックとが設けられているので、前記コンテナ内部における作動流体の還流性が向上する。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記放熱フィンが、一枚の板を九十九折りにされて形成されるフォールデッドフィンとされ、前記平板型ヒートパイプの少なくとも二つの面に設けられていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１７】
したがって、請求項４の発明では、前記放熱フィンが、一枚の板を九十九折りにして形成されるフォールデッドフィンとされている。このフォールデッドフィンが、前記平板型ヒートパイプの少なくとも二つの面に設けられているので、前記ヒートシンクの放熱面積が増加する。また、前記ヒートシンクの剛性がさらに向上する。
【００１８】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成に加えて、前記放熱フィンが薄板状とされ、前記平板型ヒートパイプの少なくとも二つの面に配置されていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１９】
したがって、請求項５の発明では、前記放熱フィンが薄板状とされ、前記平板型ヒートパイプの少なくとも二つの面に設けられているので、前記ヒートシンクの放熱面積が増加する。
【００２０】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの構成に加えて、前記放熱フィンが薄板状とされ、前記平板型ヒートパイプの少なくとも二つの面に配置されていることを特徴とするヒートシンクである。
【００２１】
したがって、請求項６の発明では、前記ヒートシンクに設けられた取り付け部に発熱部材が取り付けられて、前記発熱部材の冷却が行われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明の具体例を説明する。図１に示すヒートシンク１は、発熱部材の一例である電子部品５Ａを冷却するように構成した例であり、図１はその全体的な構成を示す斜視図である。このヒートシンク１が、コンテナ２に作動流体が封入されている平板型ヒートパイプ３と、平板状の放熱フィン４とから形成されている。具体的には、放熱フィン４が、平板型ヒートパイプ３の対向する面である面３Ａおよび面３Ｂに、所定の間隔で平行に配置されている。面３Ｂには、この放熱フィン４の他に、図示しない電子部品などの発熱部材が取り付けられる取り付け部５が設けられている。
【００２３】
コンテナ２は、熱伝導性のよい銅で形成されており、プレス機によって形成されているプレス加工本体２Ａと蓋板２Ｂとから形成されている。具体的には、プレス加工本体２Ａには、いわゆる絞り加工が施されている。なお、この発明のプレス加工とは、プレス機によって行われるすべての加工を含む。また、プレス加工本体２Ａと蓋板２Ｂとから形成されるコンテナ２の内部には、前記作動流体の他に、多孔質の焼結部材で形成されている孔あき焼結板ウイック６と柱状焼結ウイック７とが挿入されている。コンテナ２が形成されると、この孔あき焼結板ウイック６の孔６Ａには、柱状焼結ウイック７が嵌め込まれるようになっている。
【００２４】
また、コンテナ２の周縁部には、アルミニウムで形成されている外枠８が設けられている。詳細には、外枠８が、プレス加工本体２Ａの外周縁に取り付けられているとともに、蓋板２Ｂがプレス加工本体２Ａおよび外枠８を覆うように形成されている。
【００２５】
また、コンテナ２および外枠８には、平板型ヒートパイプ３の外側まで貫通されている貫通孔９が設けられている。この貫通孔９にノズル１０が設けられている。
【００２６】
また、コンテナ２および外枠８には、平板型ヒートパイプ３の外側まで貫通されている貫通孔９が設けられている。この貫通孔９にノズル１０が設けられている。
【００２７】
また、コンテナ２および外枠８の周縁部分には、コンテナ２の平板部分に直角方向に、複数の切り欠き１１が設けられている。この切り欠き１１によって、ヒートシンク１を予め定められた所定の場所に固定する際に、工具の先端が入り易くなり容易に固定される。
【００２８】
各放熱フィン４の一端部には、ほぼ直角に折り曲げた屈曲片４Ａが形成されている。この屈曲片４Ａは、放熱フィン４の一端部にその幅の全体に亘って形成してもよいが、図１に示す例では、左右両端部側に屈曲片４Ａが形成されている。なお、この発明のフィンの接続には、適宜の方法を用いることができる。したがって、放熱フィン４に前記屈曲片の構成がなくてもよい。
【００２９】
また、各屈曲片４Ａの先端中央部には突起部が形成されている。この突起部に対応する形状の貫通孔が、各屈曲片４Ａの基端部で、かつ各突起部に対応する箇所に形成されている。この貫通孔は、隣接する突起部を嵌合させて隣接する放熱フィン４の一端部同士を連結するためのものである。
【００３０】
具体的には、上記の屈曲片４Ａの突出長さとほぼ等しい間隔を空けて放熱フィン４を相互に平行に配列することにより、屈曲片４Ａの先端部が隣接する放熱フィン４の一端部の背面側に当接し、放熱フィン４の一端部の間隔が一定間隔に保たれる。その状態で、前記突起部が隣接する放熱フィンにおける貫通孔に嵌合する。その状態で突起部を貫通孔の内部に押し込む方向に押圧力あるいは打撃力を突起部に加えると、突起部の先端側の部分が、貫通孔の内部に沈み込み、貫通孔の内部に現れている放熱フィン４の一端エッジ部に噛み合った状態、すなわち係合した状態となる。
【００３１】
こうして連結された放熱フィン４の一端部の左右両端側には、各屈曲片４Ａが連続して並ぶことによりそれらの屈曲片４Ａで平板部４Ｂが形成され、その平板部４Ｂに挟まれた開口部４Ｃが、幅方向での中央部に形成される。そして、各フィン４同士の間の隙間が、この開口部４Ｃによって上方向に開口している。
【００３２】
つぎに、上記のヒートシンク１の作用を説明する。コンテナ２内部に作動流体が封入されている平板型ヒートパイプ３によってヒートシンク１が形成されている。このコンテナ２の外周縁に外枠８が取り付けられている。そのため、コンテナ２の剛性が向上する。
【００３３】
また、平板型ヒートパイプ３に放熱フィン４が取り付けられて前記ヒートシンク１が形成されている。この平板型ヒートパイプ３におけるコンテナ２の外周縁に、外枠８が取り付けられている。そのため、平板型ヒートパイプ３の剛性が向上する。
【００３４】
また、前記コンテナ２が、プレス加工により成形されているプレス加工成形本体２Ａと、蓋板２Ｂとから形成されている。そのため、コンテナ２の本体部分が、プレス加工によって一部品として形成されるので剛性が向上される。また、蓋板２Ｂが前記外枠８を覆うように形成されている。その結果、コンテナ２の側面部分が、プレス加工成形本体２Ａと外枠８とによって二重とされるとともに、その側面部分の端部を蓋板２Ｂが外枠８を覆うように形成される。したがって、さらに前記平板型ヒートパイプ３の剛性が向上する。
【００３５】
また、コンテナ２の中空部分に、孔あき焼結板ウイック６と柱状の焼結ウイック７とが設けられているので、前記コンテナ内部における作動流体の還流性が向上する。
【００３６】
また、放熱フィン４が平板状とされ、平板型ヒートパイプ３の対向する両面に設けられているので、前記ヒートシンク１の放熱面積が増加する。
【００３７】
また、前記ヒートシンク１に設けられた取り付け部５に図示しない発熱部材が取り付けられて、前記発熱部材の冷却が行われる。
【００３８】
上述の具体例によれば、ヒートパイプ１のコンテナ２に外枠が設けられることによって、前記コンテナ２の剛性を向上することができる。そのため、前記コンテナ２を薄く形成することができる。その結果、熱伝導性を担保しつつ、ヒートパイプ３を小型化することができる。
【００３９】
また、前記ヒートパイプが平板型ヒートパイプ３とされ、この平板型ヒートパイプにおけるコンテナの外周縁に外枠８が取り付けられているので、コンテナ２の剛性を向上することができる。その結果、平板型ヒートパイプ３を薄く形成することができるので、ヒートシンク１を小型化することができる。
【００４０】
また、前記コンテナ２が、プレス加工により成形されているプレス加工成形本体２Ａと、蓋板２Ｂとから形成されている。そのため、前記コンテナ２の本体部分が、プレス加工によって一部品として形成されるので剛性を向上することができる。また、蓋板２Ｂが外枠８を覆うように形成されているので、コンテナ２の側面部分が、プレス加工成形本体２Ａと外枠８とによって二重とされるとともに、その側面部分の端部を蓋板２Ｂが外枠８を覆うように形成される。したがって、さらに平板型ヒートパイプ３の剛性を向上することができる。
【００４１】
また、前記コンテナ２の中空部分に、孔あき焼結板ウイック６と柱状の焼結ウイック７とが設けられているので、コンテナ２内部における作動流体の還流性を向上することができる。そのため、ヒートパイプの熱伝導性を向上することができる。その結果、ヒートシンク１の冷却性能を向上することができる。
【００４２】
また、前記放熱フィン４が平板状とされ、前記平板型ヒートパイプ３の対向する両面に設けられているので、前記ヒートシンクの放熱面積を増加することができる。その結果、前記ヒートシンク１の放熱性を向上することができる。
【００４３】
また、前記ヒートシンク１に設けられた取り付け部５に、発熱部材が取り付けられて、冷却を行うことができる。
【００４４】
また、前記ヒートシンク１に設けられたノズル１０から、コンテナ２内部の非凝縮性ガスを脱気することができる。また、作動流体をに注入することができる。その結果、ヒートパイプ３の製造性が向上し、さらに、ヒートシンク１の製造性も向上することができる。
【００４５】
また、前記ヒートシンク１に切り欠き１１が設けられていることにより、所定の箇所に簡単に取り付けることができる。
【００４６】
つぎにこの発明の他の具体例を説明する。図２に示すヒートシンク１２は、発熱部材を冷却するように構成した例であり、上述した平板型ヒートパイプ３の面３Ａおよび３Ｂに、一枚の金属板を九十九折りして形成されているフォールデッドフィン１３を取り付けた構造とされている。図２はその全体的な構成を示す斜視図である。このヒートシンク１２が、平板型ヒートパイプ３と、フォールデッドフィン１３とから形成されている。面３Ｂには、この放熱フィン４の他に、発熱部材が取り付けられる取り付け部５が設けられている。
【００４７】
また、平板型ヒートパイプ３のコンテナ２の周縁部には、アルミニウムなどの金属で形成されている外枠８が設けられている。詳細には、外枠８が、プレス加工本体２Ａの外周縁に取り付けられているとともに、蓋板２Ｂがプレス加工本体２Ａおよび外枠８を覆うように形成されている。
【００４８】
また、コンテナ２および外枠８の周縁部分には、コンテナ２の平板部分に直角方向に、複数の穴１４および切り欠き１１が設けられている。この複数の穴１４および切り欠き１１によって、ヒートシンク１２を予め定められた所定の場所に固定する際に、工具の先端が入り易くなり容易に固定される。
【００４９】
上記のヒートシンク１２によると、放熱フィンが、一枚の板を九十九折りにして形成されるフォールデッドフィン１３とされている。このフォールデッドフィン１３が、前記平板型ヒートパイプ３の対向する面３Ａおよび３Ｂに設けられているので、前記ヒートシンク１２の放熱面積が増加する。また、ヒートシンク１２の部品点数が減少する。
【００５０】
上述の他の具体例によると、前記放熱フィンが、一枚の板を九十九折りにして形成されるフォールデッドフィン１３とされている。このフォールデッドフィン１３が、平板型ヒートパイプ３の対向する両面に設けられているので、ヒートシンク１２の放熱面積を増加することができる。そのため、ヒートシンク１２の放熱性を向上することができる。
【００５１】
また、コンテナ２の周縁部には、アルミニウムで形成されている外枠８が設けられているので、剛性を向上することができる。その結果、熱伝導性を担保しつつ、ヒートパイプ３を小型化することができるので、ヒートシンク１２全体を小型化することができる。
【００５２】
また、放熱フィンがフォールデッドフィン１３とされることにより、部品点数を減少させることができる。その結果、ヒートシンク１２の製造性を向上することができる。
【００５３】
また、前記ヒートシンク１２に、切り欠き１１および穴１４が設けられていることにより、所定の箇所に簡単に取り付けることができる。
【００５４】
なお、上記の具体例では、枠８がアルミニウムで形成されたが、この発明の枠の材料は、このアルミニウムに限定されない。例えば、枠８が銅で形成されていてもよい。要は、コンテナ２を補強できるものであればよい。したがって、枠の材料は、適宜のものとすることができる。
【００５５】
また、上記の具体例では、コンテナ２が銅で形成されたが、この発明のヒートパイプにおけるコンテナの材料は、この銅に限定されない。例えば、コンテナ２がアルミニウムで形成されていてもよい。要は、熱伝導性の高い部材でコンテナ２が形成されていればよい。したがって、コンテナの材料は、適宜のものとすることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、平板型ヒートパイプの薄板状のコンテナに外枠が設けられることによって、前記コンテナの剛性を向上することができる。そのため、前記コンテナを薄く形成することができる。その結果、熱伝導性を担保しながら、平板型ヒートパイプを小型化することができるので、ヒートシンクを小型化することができる。
【００５７】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果に加えて、前記コンテナが、プレス加工により成形されているプレス加工成形本体と、蓋板とから形成されている。そのため、前記コンテナの本体部分が、プレス加工によって一部品として形成されるので剛性を向上することができる。また、蓋板が前記外枠を覆うように形成されているので、前記コンテナの側面部分が、前記プレス加工成形本体と前記外枠とによって二重とされるとともに、その側面部分の端部を前記蓋板が前記外枠を覆うように形成される。したがって、さらに前記平板型ヒートパイプの剛性を向上することができる。
【００５８】
また、請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明による効果に加えて、前記コンテナの中空部分に、孔あき焼結板ウイックと柱状の焼結ウイックとが設けられているので、前記コンテナ内部における作動流体の還流性を向上することができる。そのため、ヒートパイプの熱伝導性を向上することができる。その結果、ヒートシンクの冷却性能を向上することができる。
【００５９】
また、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明による効果に加えて、前記放熱フィンが、一枚の板を九十九折りにして形成されるフォールデッドフィンとされている。このフォールデッドフィンが、前記平板型ヒートパイプの対向する両面に設けられているので、前記ヒートシンクの放熱面積を増加することができる。その結果、前記ヒートシンクの放熱性を向上することができる。また、前記放熱フィンがフォールデッドフィンとされることにより、部品点数を減少させることができる。その結果、前記ヒートシンクの製造性を向上することができる。
【００６０】
また、請求項５の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明による効果に加えて、前記放熱フィンが平板状とされ、前記平板型ヒートパイプの対向する両面に設けられているので、前記ヒートシンクの放熱面積を増加することができる。その結果、前記ヒートシンクの放熱性を向上することができる。
【００６１】
また、請求項６の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかの発明による効果に加えて、前記ヒートシンクに設けられた取り付け部に発熱部材が取り付けられて、前記発熱部材の冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のヒートシンクの一例を示す斜視図である。
【図２】この発明のヒートシンクの他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１２…ヒートシンク、　２…コンテナ、　２Ａ…プレス加工本体、　２Ｂ…蓋板、　３…平板型ヒートパイプ、　４…放熱フィン、　５…取り付け部、　６…孔あき焼結板ウイック、　７…柱状焼結ウイック、　８…外枠、　９…フォールデッドフィン、　１０…ノズル、　１３…フォールデッドフィン。

Claims

薄板状のコンテナに作動流体が封入されたヒートパイプに、放熱フィンが取り付けられているヒートシンクにおいて、
前記ヒートパイプが平板型ヒートパイプとされるとともに、前記コンテナの外周縁に外枠が設けられていることを特徴とするヒートシンク。
前記コンテナが、プレス加工によって形成されているプレス加工成形体と蓋板とから形成され、この蓋板が前記外枠を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
前記コンテナの中空部分に孔あき焼結板ウイックと柱状の焼結ウイックとが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートシンク。
前記放熱フィンが、一枚の板を九十九折りにされて形成されるフォールデッドフィンとされ、前記平板型ヒートパイプの少なくとも二つの面に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートシンク。
前記放熱フィンが薄板状とされ、前記平板型ヒートパイプの少なくとも二つの面に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートシンク。
前記ヒートパイプに発熱部材の取り付け部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のヒートシンク。