(57)【要約】【課題】本発明は、ヒートシンクの設置姿勢に関わらず、放熱フィンの冷却効率が向上して、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮でき、また、狭い空間でも設置可能な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、第１のウィック構造体を備えた熱輸送部材と、該熱輸送部材の断熱部または放熱部にて接続された、第２のウィック構造体を備えた管体と、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、前記第１のウィック構造体が、前記熱輸送部材の厚さ方向に分岐した分岐部と該分岐部から所定方向へ伸延する多段の枝部を有するヒートシンク。【選択図】図１
2020085430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と熱的に接続される受熱部を有する、第１のウィック構造体を備えた熱輸送部材と、該熱輸送部材の断熱部または放熱部にて接続された、第２のウィック構造体を備えた管体と、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、
前記第１のウィック構造体が、前記熱輸送部材の厚さ方向に分岐した分岐部と該分岐部から所定方向へ伸延する多段の枝部を有するヒートシンク。
【請求項２】
前記管体が、前記熱輸送部材の厚さ方向に複数配置されている請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記枝部が、前記熱輸送部材の熱輸送方向に伸延する部位を有する請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記枝部が、前記第２のウィック構造体と接続部材を介して接続されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記接続部材が、毛細管力を有するウィック部材である請求項４に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記接続部材が、支持部材により支持されている請求項４または５に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記受熱部の内面に、受熱部表面積増大部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。
【請求項８】
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乃至７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項９】
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乃至８のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
前記管体が、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９のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
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１０のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、電気・電子部品等の発熱量が増大しても確実に冷却できるヒートシンクに関する。
【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。
【０００３】
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ように構成された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、多数の部品がますます高密度に搭載されているので、ヒートシンクをさらに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特性をさらに向上させることも要求されている。
【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、ヒートシンクのさらなる省スペース化に改善の余地があった。さらに、ヒートパイプ式ヒートシンクでは、ヒートパイプ中における液相の作動流体の還流特性が十分ではない場合があった。
【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、ヒートパイプ群の蒸発部の体積及び凝縮部の体積が十分に得られず、やはり、十分な冷却特性が得られない場合があった。
【０００７】
また、電子機器内部には、多数の部品がますます高密度に搭載されているので、ヒートシンクの受熱部が放熱部よりも重力方向上方となる姿勢にて、ヒートシンクが設置されることがある。ヒートパイプ式ヒートシンクでは、ヒートシンクの受熱部が放熱部よりも重力方向上方に設置されると、ヒートパイプ中における液相の作動流体の還流特性が十分ではなく、ヒートパイプ群の蒸発部の体積及び凝縮部の体積が十分に得られないことがあるので、ヒートパイプ群の熱輸送特性が低下してしまうことがある。そこで、ヒートシンクの省スペース化を図りながらヒートパイプ群の熱輸送特性の低下を防止するために、ヒートパイプを水平に設置して、放熱フィンの重力方向上方にヒートパイプを接続すると、放熱フィンの冷却効率が低下してしまうので、ヒートシンクの冷却特性に改善の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１１００７２号公報
【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姿勢に関わらず、放熱フィンの冷却効率が向上して、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮でき、また、狭い空間でも設置可能な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、第１のウィック構造体を備えた熱輸送部材と、該熱輸送部材の断熱部または放熱部にて接続された、第２のウィック構造体を備えた管体と、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、
前記第１のウィック構造体が、前記熱輸送部材の厚さ方向に分岐した分岐部と該分岐部から所定方向へ伸延する多段の枝部を有するヒートシンク。
［２］前記管体が、前記熱輸送部材の厚さ方向に複数配置されている［１］に記載のヒートシンク。
［３］前記枝部が、前記熱輸送部材の熱輸送方向に伸延する部位を有する［１］または［２］に記載のヒートシンク。
［４］前記枝部が、前記第２のウィック構造体と接続部材を介して接続されている［１］乃至［３］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［５］前記接続部材が、毛細管力を有するウィック部材である［４］に記載のヒートシンク。
［６］前記接続部材が、支持部材により支持されている［４］または［５］に記載のヒートシンク。
［７］前記受熱部の内面に、受熱部表面積増大部が設けられている［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［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［９］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［１］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、前記熱輸送部材から複数の方向に延在している［１］乃至［９］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［１１］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［１０］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
【００１１】
上記［１］の態様では、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。また、上記［１］の態様では、熱輸送部際に収容されている第１のウィック構造体は、熱輸送部材の厚さ方向に分岐した分岐部を有するので、分岐部から所定方向へ伸延する枝部は、複数形成されて、多段構造となっている。なお、上記［１］の態様における熱輸送部材の厚さ方向は、熱輸送部材の熱輸送方法に対して直交方向である。
【発明の効果】
【００１２】
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、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化でき、受熱部における熱抵抗を低減できる。従って、ヒートシンクの受熱部が放熱部よりも重力方向上方となる姿勢等のヒートシンクの設置姿勢であっても、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、第１のウィック構造体が多段構造であることにより、熱輸送部材から管体へ円滑に気相の作動流体が流入できる。また、本発明のヒートシンクの態様によれば、管体が熱輸送部材の厚さ方向に複数配置され、熱輸送部材に収容された第１のウィック構造体が熱輸送部材の厚さ方向に分岐した分岐部と該分岐部から伸延する多段の枝部を有することにより、管体と熱的に接続された放熱フィンの冷却効率が向上して、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。
【００１３】
また、本発明のヒートシンクの態様によれば、受熱部を有する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、冷却性能を損なうことなく、熱輸送部材の幅方向の寸法（熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向の寸法）を低減でき、結果として、狭い空間でも設置することができ、高密度に搭載された冷却対象に対しても設置することができる。
【００１４】
本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材に収容された第１のウィック構造体の分岐した枝部が管体に設けられた第２の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、管体が熱輸送部材の厚さ方向に複数配置されていても、また、１つ配置されていても、管体内部にて液相に相変化した作動流体は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。
【００１５】
本発明のヒートシンクの態様によれば、接続部材が支持部材によって支持されていることにより、気相の作動流体の流れによって、接続部材を還流する液相の作動流体の流れ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、放熱フィン群の冷却効率が向上して、ヒートシンクがより優れた冷却性能を発揮できる。
【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、熱輸送部材の熱輸送方向の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、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、熱輸送部材の熱輸送方向において、ヒートシンクの省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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外観斜視図である。
【図２】本発明の実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する正面断面図である。
【図３】本発明の実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する斜視図である。
【図４】本発明の実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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外観斜視図である。図２は、本発明の実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する正面断面図である。図３は、本発明の実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する斜視図である。図４は、本発明の実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する平面断面図である。
【００２１】
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の放熱部４２にて接続されている管体３１と、熱輸送部材１０及び管体３１と熱的に接続された、複数の放熱フィン２１、２２が配置された放熱フィン群２０と、を備えている。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。
【００２２】
図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には、毛細管力を有する第１のウィック構造体１４が収容されている。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。
【００２３】
一方の板状体１１と他方の板状体１２は、いずれも凸部を有している。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。コンテナ１９の空洞部１３は、一体の内部空間を形成している。また、コンテナ１９の形状は平面型である。コンテナ１９の平面視の形状（熱輸送部材１０の平面部に対して鉛直方向から視認した形状）は、特に限定されないが、熱輸送部材１０では、平面視において熱輸送方向Ｘに沿って幅が略同じ形状、すなわち、平面視略矩形状となっている。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。
【００２４】
図１に示すように、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熱輸送部材１０の受熱部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がヒートシンク１によって冷却される。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。
【００２５】
図３、４に示すように、コンテナ１９の内面のうち、受熱部４１に受熱部表面積増大部４５が設けられている。従って、受熱部表面積増大部４５は、コンテナ１９の空洞部１３に設けられている。ヒートシンク１では、受熱部表面積増大部４５は、複数の凹凸部を有することで、受熱部４１の内表面積を増大させている。ヒートシンク１では、受熱部表面積増大部４５は、複数のフィン部材で形成されている。受熱部表面積増大部４５は、フィン部材が、所定間隔にて、複数、並列配列された形態となっている。フィン部材の形状は、平板状、柱状（ピン状）等、特に限定されないが、受熱部表面積増大部４５では、平板状のフィン部材が用いられている。受熱部表面積増大部４５は、金属（例えば、銅、銅合金）等の熱伝導性優れた材料にて形成された部材であり、発熱体１００からの受熱面積と液相の作動流体が気相に相変化する際の蒸発面積を増大させることに寄与する。
【００２６】
また、受熱部表面積増大部４５の表面には、必要に応じて、毛細管力を有するウィック部（図示せず）が設けられてもよい。受熱部表面積増大部４５の表面にウィック部が設けられることで、液相の作動流体が気相に相変化する際の蒸発面積をさらに増大させることができ、また、第１のウィック構造体１４を放熱部４２から受熱部４１方向へ還流する液相の作動流体が、受熱部表面積増大部４５が設けられた受熱部４１まで円滑に到達することができる。ウィック部としては、例えば、金属粉（例えば、銅粉、銅合金粉）の焼結体を挙げることができる。
【００２７】
図１に示すように、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、受熱部４１である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と放熱部４２との間が、熱輸送部材１０の断熱部４３であり、コンテナ１９の長手方向中央部に形成されている。
【００２８】
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の幅方向の寸法と略同じとなっている。このように、受熱部４１における熱輸送部材１０の幅方向の寸法増大が防止されているので、高密度に搭載された発熱体１００に対してもヒートシンク１を設置することができる。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。
【００２９】
なお、ヒートシンク１の設置スペースに応じて、受熱部４１における熱輸送部材１０の幅方向の寸法は、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してもよく、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小さい態様としてもよい。
【００３０】
図３、４に示すように、第１のウィック構造体１４は、コンテナ１９の一方端近傍からコンテナ１９の他方端まで熱輸送方向Ｘに沿って延在している。第１のウィック構造体１４は、コンテナ１９の一方端近傍からコンテナ１９の他方端までの間に、分岐部５０を有している。第１のウィック構造体１４は、分岐部５０にて熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙに分岐している。また、第１のウィック構造体１４は、分岐部５０から所定方向（図３、４では、放熱部４２方向）へ伸延する複数の枝部５１を有した多段の枝部５１となっている。第１のウィック構造体１４が熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙに分岐していることに応じて、複数の枝部５１は厚さ方向Ｙにおいて所定の間隔にて伸延している。第１のウィック構造体１４は、コンテナ１９の一方端近傍から分岐部５０まで一体に形成された幹部５２と、分岐部５０からコンテナ１９の他方端まで形成された枝部５１とを有している。
【００３１】
ヒートシンク１では、第１のウィック構造体１４は、分岐部５０にて２つに分岐された多段構造（ヒートシンク１では、２段構造）となっている。従って、２つの枝部５１である枝部５１−１と枝部５１−２が、厚さ方向Ｙにおいて所定の間隔にて熱輸送部材１０の熱輸送方向Ｘに沿って放熱部４２方向へ伸延している。また、分岐部５０は、断熱部４３に対応する位置に設けられている。上記から、第１のウィック構造体１４の枝部５１は、断熱部４３から放熱部４２へ伸延し、第１のウィック構造体１４の幹部５２は、断熱部４３から受熱部４１近傍へ伸延している。また、断熱部４３から受熱部４１近傍へ伸延している幹部５２の先端５３は、受熱部表面積増大部４５と接している。
【００３２】
第１のウィック構造体１４の材料としては、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、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、第１のウィック構造体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、第１のウィック構造体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、第１のウィック構造体１４がコンテナ１９の一方端近傍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。
【００３３】
図１〜４に示すように、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、複数、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。
【００３４】
管体３１は、熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙについて、所定の間隔にて複数配置されている。ヒートシンク１では、熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙについて、２つの管体３１である管体３１−１と管体３１−２が、所定の間隔にて配置されている。ヒートシンク１の管体３１は、熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙにおいて、管体３１−１が１段目の管体３１を形成し、管体３１−２が２段目の管体３１を形成する多段構造（ヒートシンク１では、２段構造）となっている。また、熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙにおいて、管体３１−１が枝部５１−１に対応する高さに位置し、管体３１−２が枝部５１−２に対応する高さに位置している。
【００３５】
管体３１−１と管体３１−２は、いずれも、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Ｘ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Ｘ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の熱輸送方向Ｘ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、熱輸送部材１０の熱輸送方向Ｘの省スペース化を図ることができる。
【００３６】
また、管体３１−１と管体３１−２は、いずれも、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３１−１と管体３１−２は、いずれも、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３１−１と管体３１−２は、いずれも、熱輸送部材１０を中心にして左右両方向に同じ本数ずつ設けられている。ヒートシンク１では、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の熱輸送方向Ｘにおいて、ヒートシンク１の省スペース化を図ることができる。
【００３７】
また、図３、４に示すように、管体３１−１と管体３１−２は、いずれも、空洞部１３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。管体３１−１と管体３１−２は、いずれも、その内部空間は、コンテナ１９の空洞部１３と連通しており、管体３１−１と管体３１−２は、いずれも、その内部空間は、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。前記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、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の設計の自由度が向上する。また、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、ヒートシンク１の組み立てが容易である。
【００４０】
図４に示すように、管体３１−１と管体３１−２の内面には、コンテナ１９に収容された第１のウィック構造体１４とは異なる、毛細管力を生じる第２のウィック構造体３４が設けられている。第２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３１−１と管体３１−２では、第２のウィック構造体３４として、管体３１−１と管体３１−２の内面全体を覆うように形成された複数の細溝が用いられている。細溝は、管体３１−１と管体３１−２の長手方向に沿って延在している。
【００４１】
また、図２、４に示すように、熱輸送部材１０に設けられた第１のウィック構造体１４は、管体３１に設けられた第２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。第１のウィック構造体１４の枝部５１−１が、管体３１−１に設けられた第２のウィック構造体３４と接続部材３５−１を介して接続され、第１のウィック構造体１４の枝部５１−２が、管体３１−２に設けられた第２のウィック構造体３４と接続部材３５−２を介して接続されている。従って、管体３１−１の内部で気相から液相へ相変化した作動流体は、管体３１−１の第２のウィック構造体３４の毛細管力によって、第２のウィック構造体３４内を管体３１−１の先端部から基部方向へ還流し、管体３１−１の基部まで還流した液相の作動流体は、第２のウィック構造体３４から接続部材３５−１の一端へ流通する。第２のウィック構造体３４から接続部材３５−１の一端へ流通した液相の作動流体は、接続部材３５−１を一端から他端へ流通し、接続部材３５−１の他端から第１のウィック構造体１４の枝部５１−１へ還流することができる。また、管体３１−２の内部で気相から液相へ相変化した作動流体は、管体３１−２の第２のウィック構造体３４の毛細管力によって、第２のウィック構造体３４内を管体３１−２の先端部から基部方向へ還流し、管体３１−２の基部まで還流した液相の作動流体は、第２のウィック構造体３４から接続部材３５−２の一端へ流通する。第２のウィック構造体３４から接続部材３５−２の一端へ流通した液相の作動流体は、接続部材３５−２を一端から他端へ流通し、接続部材３５−２の他端から第１のウィック構造体１４の枝部５１−２へ還流することができる。
【００４２】
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。
【００４３】
また、接続部材３５が、支持部材（図示せず）により支持されていてもよい。特に、接続部材３５−１は、空洞部１３中に架け渡されている状態となっているので、気相の作動流体の流れによって、接続部材３５−１を還流する液相の作動流体の流れが阻害されることがある。これに対し、重力方向下方側から接続部材３５−１を支持部材にて支持することで、気相の作動流体の流れによって、接続部材３５−１を還流する液相の作動流体の流れが阻害されることを防止できる。支持部材としては、例えば、板状の部材を挙げることができる。
【００４４】
コンテナ１９及び管体３１（管体３１−１、管体３１−２）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。なお、コンテナ１９の内底面には、必要に応じて、液相の作動流体の還流をさらに円滑化するために、金属粉（例えば、銅粉、銅合金粉）の焼結体層（図示せず）を設けてもよい。
【００４５】
図１〜４に示すように、放熱フィン群２０は、複数の放熱フィン２１、２１、２１・・・と、複数の放熱フィン２２、２２、２２・・・が並列配置されて形成されている。放熱フィン２１、２２は、いずれも、薄い平板状の部材である。このうち、複数の放熱フィン２１、２１、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。また、複数の放熱フィン２１、２１、２１・・・は、それぞれ、管体３１−１と管体３１−２に取り付けられている。すなわち、管体３１−１と管体３１−２は、共通の放熱フィン２１に取り付けられている。従って、管体３１−１と管体３１−２は、いずれも、放熱フィン２１の配置方向に沿って延在している。
【００４６】
また、放熱フィン群２０には、管体３１−１及び管体３１−２の位置に取り付け、固定されて、管体３１−１及び管体３１−２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３１−１及び管体３１−２の位置に取り付け、固定されて、管体３１−１及び管体３１−２と熱的に接続されている。管体３１−１及び管体３１−２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。
【００４７】
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３１−１及び管体３１−２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３１−１及び管体３１−２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に管体３１−１の位置に対応した貫通孔と管体３１−２の位置に対応した貫通孔を形成し、管体３１−１の位置に対応した貫通孔に管体３１−１を嵌挿し、管体３１−２の位置に対応した貫通孔に管体３１−２を嵌挿する方法や、管体３１に放熱フィン２１をはんだにより接合する方法等が挙げられる。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。
【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。送風ファンからの冷却風Ｆが、放熱フィン２１、２２の主表面に沿って供給されて、放熱フィン群２０が冷却される。
【００４９】
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材料、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の位置に取り付けられて熱輸送部材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から放熱フィン２２へ伝達された熱は、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に設けられた第１のウィック構造体１４の毛細管力により、第１のウィック構造体１４の枝部５１と幹部５２を流通することで、コンテナ１９の他方端から一方端へ還流する。
【００５１】
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３１−１及び管体３１−２の内部空間とは連通しているので、液相から気相へ相変化した作動流体のうち、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３１−１と管体３１−２の内部空間へ流入する。管体３１−１と管体３１−２の内部空間へ流入した気相の作動流体は、管体３１−１内部と管体３１−２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３１−１内部と管体３１−２内部にて放出された潜熱は、管体３１−１と管体３１−２に取り付けられて管体３１−１と管体３１−２に熱的に接続されている放熱フィン２１へ伝達される。管体３１−１と管体３１−２に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３１−１内部にて気相から液相に相変化した作動流体は、管体３１−１内面の第２のウィック構造体３４の毛細管力によって、管体３１−１の中央部及び先端部から、管体３１−１の基部へ還流する。管体３１−１の基部へ還流した液相の作動流体は、接続部材３５−１を介して熱輸送部材１０に設けられた第１のウィック構造体１４の枝部５１−１へ還流する。第１のウィック構造体１４の枝部５１−１へ還流した液相の作動流体は、第１のウィック構造体１４の毛細管力により、第１のウィック構造体１４の幹部５２を介してコンテナ１９の一方端へ還流する。また、管体３１−２内部にて気相から液相に相変化した作動流体は、管体３１−２内面の第２のウィック構造体３４の毛細管力によって、管体３１−２の中央部及び先端部から、管体３１−２の基部へ還流する。管体３１−２の基部へ還流した液相の作動流体は、接続部材３５−２を介して熱輸送部材１０に設けられた第１のウィック構造体１４の枝部５１−２へ還流する。第１のウィック構造体１４の枝部５１−２へ還流した液相の作動流体は、第１のウィック構造体１４の毛細管力により、第１のウィック構造体１４の幹部５２を介してコンテナ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。上記から、ヒートシンク１では、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、すなわち、受熱部４１における受熱量が増大しても、受熱部４１における入熱の均一化と受熱部４１の体積を増大化でき、受熱部４１における熱抵抗を低減できる。従って、熱輸送部材１０の受熱部４１が放熱部４２よりも重力方向上方となるヒートシンク１の設置姿勢であっても、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。また、ヒートシンク１では、第１のウィック構造体１４が多段構造であることにより、熱輸送部材１０から管体３１へ円滑に気相の作動流体が流入できる。また、ヒートシンク１では、管体３１は、熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙに複数配置、すなわち、管体３１−１と管体３１−２からなる多段構造を有し、熱輸送部材１０に収容された第１のウィック構造体１４が熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙに分岐した分岐部５０と分岐部５０から伸延する枝部５１−１と枝部５１−２を有する。また、それぞれの放熱フィン２１、２１、２１・・・は、管体３１−１と管体３１−２の両方と熱的に接続されている。従って、それぞれの放熱フィン２１、２１、２１・・・について、その主表面全体が放熱に有効に寄与できるので、放熱フィン２１の冷却効率が向上して、発熱体１００に対して優れた冷却性能を発揮できる。
【００５３】
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、冷却性能を損なうことなく、熱輸送部材１０の幅方向の寸法を低減でき、結果として、ヒートシンク１を、狭い空間でも設置することができ、また、高密度に搭載された発熱体１００に対しても設置することができる。
【００５４】
また、ヒートシンク１では、第１のウィック構造体１４の分岐した枝部５１−１、枝部５１−２が、それぞれ、接続部材３５−１を介して管体３１−１に設けられた第２のウィック構造体３４、接続部材３５−２を介して管体３１−２に設けられた第２のウィック構造体３４と接続されているので、管体３１が熱輸送部材１０の厚さ方向Ｙに複数配置されていても、管体３１内部にて液相に相変化した作動流体は管体３１から熱輸送部材１０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１の冷却性能が向上する。
【００５５】
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ことにより、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の冷却効率が向上して、ヒートシンク１がより優れた冷却性能を発揮できる。
【００５６】
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。上記実施形態例のヒートシンクでは、第１のウィック構造体は熱輸送部材の厚さ方向に２つの枝部に分岐され、管体は２段構造となっていたが、熱輸送部材の厚さ方向における枝部の分岐数及び管体の段数は、ヒートシンクの使用条件や設置環境等により、適宜選択可能であり、第１のウィック構造体は熱輸送部材の厚さ方向に３つ以上の枝部に分岐され、管体は３段構造以上の多段構造としてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態例のヒートシンクでは、管体は、熱輸送部材の厚さ方向に２つ設けられた２段構造となっていたが、これに代えて、熱輸送部材の厚さ方向に１つ設けられた１段構造としてもよい。管体が熱輸送部材の厚さ方向に１つ設けられている場合、管体の第２のウィック構造体と接続されている接続部材は、熱輸送部材の厚さ方向に分岐されているそれぞれの枝部に接続されるように設けることができる。
【００５８】
また、上記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、上記実施形態例のヒートシンクでは、コンテナの形状は平面型であったが、これに代えて、ヒートシンクの設置環境等により、熱輸送部材の厚さ方向について、コンテナに段差部を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のヒートシンクは、ヒートシンクの設置姿勢に関わらず、放熱フィンの冷却効率が向上して、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮でき、また、狭い空間でも設置可能である。上記から、例えば、データセンターで設置される電子機器に搭載される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。
【符号の説明】
【００６０】
１                              ヒートシンク
１０                            熱輸送部材
１４                            第１のウィック構造体
２０                            放熱フィン群
２１、２２                      放熱フィン
３１                            管体
３４                            第２のウィック構造体
５０                            分岐部
５１                            枝部
【図１】
2020085430.tif 000003
【図２】
2020085430.tif 000004
【図３】
2020085430.tif 000005
【図４】
2020085430.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月27日(2019.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と熱的に接続される受熱部を有する、第１のウィック構造体を備えた熱輸送部材と、該熱輸送部材の断熱部または放熱部にて接続された、第２のウィック構造体を備えた管体と、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、
前記第１のウィック構造体が、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向に分岐した分岐部と該分岐部から所定方向へ伸延する多段の枝部を有するヒートシンク。
【請求項２】
前記管体が、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向に複数配置されている請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記枝部が、前記熱輸送部材の熱輸送方向に伸延する部位を有する請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記枝部が、前記第２のウィック構造体と接続部材を介して接続されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記接続部材が、毛細管力を有するウィック部材である請求項４に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記接続部材が、支持部材により支持されている請求項４または５に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記受熱部の内面に、受熱部表面積増大部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。
【請求項８】
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乃至７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項９】
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乃至８のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
前記管体が、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９のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
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１０のいずれか１項に記載のヒートシンク。