(57)【要約】【課題】冷却ファンを実装困難な狭小空間であっても、冷却能力の高い自然空冷を行えるヒートシンクを提供する。【解決手段】自然空冷によるヒートシンク１０であって、略鉛直方向に形成される基体１１と、基体１１の表面および裏面の少なくとも一方において、略鉛直方向に沿って立設する複数のフィン１２と、を備え複数のフィン１２のそれぞれは板部材で形成され、複数のフィン１２の内、第１フィンとこれに隣接する第２フィンとは、第１フィンと第２フィンとに挟まれる熱対流空間１３を形成し、熱対流空間１３は、鉛直方向に沿って形成され、フィン１２が基体１１に接する側における熱対流空間１３の幅１６より、フィン１２の先端における熱対流空間１３の幅１７が広い。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然空冷によるヒートシンクであって、
略鉛直方向に形成される基体と、
前記基体の表面および裏面の少なくとも一方において、略鉛直方向に沿って立設する複数のフィンと、を備え
前記複数のフィンのそれぞれは板部材で形成され、
前記複数のフィンの内、第１フィンとこれに隣接する第２フィンとは、前記第１フィンと前記第２フィンとに挟まれる熱対流空間を形成し、
前記熱対流空間は、鉛直方向に沿って形成され、
前記フィンが前記基体に接する側（以下、「根元側」と呼ぶ）における前記熱対流空間の幅より、前記フィンの先端（以下、「先端側」と呼ぶ）における前記熱対流空間の幅が広いヒートシンク。
【請求項２】
前記熱対流空間は、左右において前記第１フィンと前記第２フィンとによって閉鎖され、前記根元側において前記基体によって閉鎖され、前記先端側において開放される請求項１記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記フィンは、前記基体の下端部より上端部にかけて一枚の板部材として立設し、前記熱対流空間は、隣接する他の前記熱対流空間と、前記板部材で区切られている請求項１又は２記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記基体は、発熱体からの熱を受熱し、
前記基体が受熱した熱は、前記熱対流空間において、鉛直方向に熱対流を生じさせる請求項１から３のいずれか記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記複数のフィンのそれぞれが、前記根元側から前記先端側に向けて末広がりに突出することで、前記根元側の前記熱対流空間の幅より前記先端側の前記熱対流空間の幅が広い請求項１から４のいずれか記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記複数のフィンのそれぞれが、前記根元側の厚みより前記先端側の厚みが小さい略台形形状を有することで、前記根元側の前記熱対流空間の幅より前記先端側の前記熱対流空間の幅が広い請求項１から５のいずれか記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記基体の中央部における前記先端側の前記熱対流空間の幅は、前記基体の両端部における前記先端側の前記熱対流空間の幅よりも広い請求項１から６のいずれか記載のヒートシンク。
【請求項８】
前記基体の中央部に立設する前記フィンにおける前記基体から前記フィンの先端までの直線距離は、前記基体の両端部に立設する前記フィンにおける前記基体から前記フィンの先端までの直線距離より大きい請求項１から７のいずれか記載のヒートシンク。
【請求項９】
前記複数のフィンのそれぞれは、前記基体の表面および裏面のそれぞれにおいて立設する請求項１から８のいずれか記載のヒートシンク。
【請求項１０】
前記ヒートシンクは、自然空冷の冷却部材として用いられる請求項１から９のいずれか記載のヒートシンク。
【請求項１１】
前記ヒートシンクは、冷却ファンを格納不能な筐体に実装される請求項１０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、半導体集積回路、ＬＥＤ素子、パワーデバイスなどの発熱体を冷却するヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、産業機器および自動車などには、半導体集積回路、ＬＥＤ素子、パワーデバイスなどの発熱性の高い素子や電子部品が使用されている。
【０００３】
素子や電子部品は、その発熱が一定温度以上となると、動作保証ができなくなる問題もあり、他の部品や筐体へ悪影響を及ぼし、結果として電子機器や産業機器そのものの性能劣化を引き起こす可能性がある。
【０００４】
このような発熱体の冷却のために、複数のフィンを有するヒートシンクを用いることが行われ、種々の形状や工夫を有するヒートシンクが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
ヒートシンクは、発熱体と接する（あるいは発熱体からの熱が到達する）基体が発熱体からの熱を受熱し、基体は受熱した熱をフィンに伝導する。熱は、フィン内部を伝導しつつ外界に放散される。このようにヒートシンクは、熱伝導と放散の組み合わせによって発熱体からの熱を捨てている。このヒートシンクの排熱を向上させるために、ヒートシンクは冷却ファンと一緒に用いられることが多い。従来から提案されているヒートシンクは、フィンに対して冷却ファンからの風を受けて、この風によってフィン自身の持つ熱が捨てられる。
【０００６】
このように、従来技術のヒートシンクは、冷却ファンなどの風によって排熱される強制空冷を前提としている。このため、特許文献１、特許文献２のそれぞれは、冷却ファンによって排熱されるために必要となる技術的工夫を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−２１２８３号公報
【特許文献２】実開昭５３−１０３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、近年の電子機器や産業機器は、小型化および高密度化が進み、発熱体である電子部品にヒートシンクを実装できても、冷却ファンを実装する空間的な余裕度が少ない。特に、フィンを伝導し外界に放散される熱を効率的に冷却するには、冷却ファンは、ヒートシンクと対向して実装されることが適当であるが、電子機器や産業機器の小型化によって、このような冷却ファンの実装は困難となっている。
【０００９】
このため、冷却ファンを用いない自然空冷を行うヒートシンクが求められている。従来技術におけるヒートシンクは、いずれも冷却ファンを用いた強制空冷を前提としており、狭小空間でも利用できる自然空冷を前提としたヒートシンクの技術は十分に提案されていなかった。
【００１０】
自然空冷を行うヒートシンクは、フィンから放散される熱によって生じる熱対流によって、排熱する。基体からフィンに伝導した熱は、フィンの周囲に放散される。この熱は、ヒートシンクの上下で温度差を生じさせて鉛直方向の熱対流を生じさせる。この熱対流が十分に行われることで、ヒートシンクは受熱した熱を効率よく捨てることができ、自然空冷を行うヒートシンクの冷却能力が高まる。
【００１１】
特許文献１、２のヒートシンクは、強制空冷を前提としているので、地平面に対して略水平に設置される基体から上方に向かってフィンを突出させる。この構造は、冷却ファンからの風を受けやすくするためである。
【００１２】
しかしながら、特許文献１、２のヒートシンクを自然空冷に適用すると、発熱体の上に基体が設置されるので、鉛直方向に生じる熱対流（熱対流は物理現象であって、重力に基づく鉛直方向に発生する）を、基体が阻害する。また、水平に設置された基体から上方に向けてフィンが突出するので、鉛直方向の物理距離が短く、鉛直方向の熱対流空間が小さくなる。このため、鉛直方向の熱対流が阻害される。
【００１３】
あるいは、特許文献１、２に開示されるヒートシンクの基体を、鉛直方向に沿って設置しても、フィンが棒状であるので、フィン同士によって形成される熱対流空間が相互につながってしまって、鉛直方向の熱対流が阻害される。
【００１４】
以上のように、従来技術のヒートシンクは、自然空冷に適用されても、十分な冷却能力を有さない。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑み、冷却ファンを実装困難な狭小空間であっても、冷却能力の高い自然空冷を行え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】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明のヒートシンクは、自然空冷によるヒートシンクであって、略鉛直方向に形成される基体と、基体の表面および裏面の少なくとも一方において、略鉛直方向に沿って立設する複数のフィンと、を備え複数のフィンのそれぞれは板部材で形成され、複数のフィンの内、第１フィンとこれに隣接する第２フィンとは、第１フィンと第２フィンとに挟まれる熱対流空間を形成し、熱対流空間は、鉛直方向に沿って形成され、フィンが基体に接する側（以下、「根元側」と呼ぶ）における熱対流空間の幅より、フィンの先端（以下、「先端側」と呼ぶ）における熱対流空間の幅が広い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、鉛直方向に形成される基体と鉛直方向に立設されるフィンとによって、鉛直方向につながる熱対流空間が形成される。この熱対流空間によって鉛直方向の熱対流が促進され、ヒートシンクの冷却能力が向上する。
【００１８】
更に、フィンが基体に接する側（以下、「根元側」と呼ぶ）での熱対流空間の幅より、フィンの先端（以下、「先端側」と呼ぶ）における熱対流空間の幅が広いことで、フィンによって生じる粘性抵抗が減少し、熱対流量が大きくなって、ヒートシンクの冷却能力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】自然空冷のヒートシンクの一例を示す斜視図である。
【図２】自然空冷によるヒートシンクにおける熱対流を示す模式図である。
【図３】自然空冷によるヒートシンクにおける熱対流を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるヒートシンクが生じさせる熱対流を説明する模式図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの熱対流を表す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における比較例のヒートシンクの正面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における実施例のヒートシンクの正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の第１の発明に係るヒートシンクは、自然空冷によるヒートシンクであって、略鉛直方向に形成される基体と、基体の表面および裏面の少なくとも一方において、略鉛直方向に沿って立設する複数のフィンと、を備え複数のフィンのそれぞれは板部材で形成され、複数のフィンの内、第１フィンとこれに隣接する第２フィンとは、第１フィンと第２フィンとに挟まれる熱対流空間を形成し、熱対流空間は、鉛直方向に沿って形成され、フィンが基体に接する側（以下、「根元側」と呼ぶ）における熱対流空間の幅より、フィンの先端（以下、「先端側」と呼ぶ）における熱対流空間の幅が広い。
【００２１】
この構成により、熱対流空間において発生する上昇流の速度ピーク位置が、根元側より先端側に近づくようになり、熱対流の回転半径が大きくなる。熱対流の回転半径が大きいことで、熱対流量が大きくなる。
【００２２】
本発明の第２の発明に係るヒートシンクでは、第１の発明に加えて、熱対流空間は、左右において第１フィンと第２フィンとによって閉鎖され、根元側において基体によって閉鎖され、先端側において開放される。
【００２３】
この構成により、熱対流空間が鉛直方向に沿って形成される。
【００２４】
本発明の第３の発明に係るヒートシンクでは、第１又は第２の発明に加えて、フィンは、基体の下端部より上端部にかけて一枚の板部材として立設し、熱対流空間は、隣接する他の熱対流空間と、板部材で区切られている。
【００２５】
この構成により、個々の熱対流空間同士が、つながりにくくなるので、熱対流空間での熱対流の集中度が向上する。
【００２６】
本発明の第４の発明に係るヒートシンクでは、第１から第３のいずれかの発明に加えて、基体は、発熱体からの熱を受熱し、基体が受熱した熱は、熱対流空間において、鉛直方向に熱対流を生じさせる。
【００２７】
この構成により、自然空冷を促進させる鉛直方向の熱対流が生じる。
【００２８】
本発明の第５の発明に係るヒートシンクでは、第１から第４のいずれかの発明に加えて、複数のフィンのそれぞれが、根元側から先端側に向けて末広がりに突出することで、根元側の熱対流空間の幅より先端側の熱対流空間の幅が広い。
【００２９】
本発明の第６の発明に係るヒートシンクでは、第１から第５のいずれかの発明に加えて、複数のフィンのそれぞれが、根元側の厚みより先端側の厚みが小さい略台形形状を有することで、根元側の熱対流空間の幅より先端側の熱対流空間の幅が広い。
【００３０】
これらの構成により、熱対流空間における熱対流のピーク位置が、根元側から先端側に近づく。結果として、熱対流量が大きくなり、ヒートシンクの冷却能力が向上する。
【００３１】
本発明の第７の発明に係るヒートシンクでは、第１から第６のいずれかの発明に加えて、基体の中央部における先端側の熱対流空間の幅は、基体の両端部における先端側の熱対流空間の幅よりも広い。
【００３２】
この構成により、発熱体に近い位置にある熱対流空間での熱対流量が大きくなる。結果として、ヒートシンクの冷却効率が向上する。
【００３３】
本発明の第８の発明に係るヒートシンクでは、第１から第７のいずれかの発明に加えて、基体の中央部に立設するフィンにおける基体からフィンの先端までの直線距離は、基体の両端部に立設するフィンにおける基体からフィンの先端までの直線距離より大きい。
【００３４】
この構成により、発熱体に近い位置にある熱対流空間での熱対流量が大きくなる。結果として、ヒートシンクの冷却効率が向上する。
【００３５】
本発明の第９の発明に係るヒートシンクでは、第１から第８のいずれかの発明に加えて、複数のフィンのそれぞれは、基体の表面および裏面のそれぞれにおいて立設する。
【００３６】
この構成により、ヒートシンクの冷却能力が更に向上する。
【００３７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００３８】
各実施の形態の説明の前に、自然空冷のヒートシンクの技術概念について説明する。
【００３９】
（自然空冷のヒートシンクの技術概念）
まず、自然空冷によるヒートシンクの技術概念を図１〜図３を用いて説明する。
【００４０】
図１は、自然空冷のヒートシンクの一例を示す斜視図であり、図２、図３は、自然空冷によるヒートシンクにおける熱対流を示す模式図である。なお、図１〜図３は、いずれも自然空冷によるヒートシンクを説明するための参考図であり従来技術を示す図ではない。
【００４１】
図１に示されるように、ヒートシンク１は、鉛直方向に形成される基体２と、基体の表面に鉛直方向に沿って立設する複数のフィン３を備える。フィン３は、板部材であって、複数の板部材が並列して並んでいる。複数のフィン３のうち、あるフィンとこのフィンに隣接するフィンとによって挟まれる空間は、熱対流を生じさせる熱対流空間４を形成する。３個以上のフィン２は、複数の熱対流空間４を形成する。熱対流は、地球の重力に従い、鉛直方向に生じるので、自然空冷によるヒートシンクは、鉛直方向に沿った熱対流空間４を形成するため、図１に示されるように、鉛直方向に形成される基体２と鉛直方向に沿って立設する板部材であるフィン２を備える必要がある。
【００４２】
図２に示されるように、発熱体５が基体２の裏面に配置されると、基体２は、発熱体５から熱を奪う。基体２は、奪った熱を表面（フィン２が立設されている面）に伝導する。伝導された熱は、フィン２の根元側と先端側とで温度差を生じさせる。この温度差によって、熱対流空間４において熱対流が発生する。なお、熱対流は物理現象であるので、地球の重力での上下において発生するので、熱対流は、鉛直方向に生じる。熱対流が生じると、基体２からの熱が外気中に放散されることになり、冷却ファンによる送風などがなくても、ヒートシンク１は、発熱体５から奪った熱を冷却できる。
【００４３】
自然空冷によるヒートシンク１は、このように基体２から伝導される熱によって生じる温度差により熱対流が励起され、発熱体５を冷却する。
【００４４】
ここで、比熱をＣｐ［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］とする。
【００４５】
また、熱対流における熱対流空間４の入り口（熱対流空間４の下端部）での温度Ｔｉｎと熱対流空間４の出口（熱対流空間４の上端部）での温度Ｔｏｕｔとの温度差をΔＴ［Ｋ］とする。
【００４６】
更に、熱対流量をＷ［ｍ３／ｓ］とする。
【００４７】
以上の、Ｃｐ、ΔＴ、Ｗを用いると、ヒートシンク１の排熱速度（熱を捨てる速度）Ｑ［Ｗ］は、次式であらわされる。
【００４８】
Ｑ  ＝  Ｃｐ・ΔＴ・Ｗ  
排熱速度Ｑの値が大きくなれば、ヒートシンク１の冷却能力は高まる。式より明らかな通り、排熱速度Ｑを大きくするには、右辺の各パラメータであるＣｐ，ΔＴ，Ｗのいずれかを大きくする必要がある。
【００４９】
（Ｃｐの増加）
ここで、比熱Ｃｐは空気の比熱であるため、比熱Ｃｐを大きくする余地は少ない。
【００５０】
（ΔＴの増加）
温度差ΔＴは、図２に示されるように、ヒートシンク１の下端部での温度Ｔｉｎとヒートシンク１の上端部での温度Ｔｏｕｔとの温度差である。Ｔｏｕｔは、一般的な室温で定まり、Ｔｉｎは、基体２が発熱体５から奪った温度で定まるが、いずれも大きく変化するものではない。
【００５１】
このため、ΔＴを大きくする余地も少ない。
【００５２】
（Ｗの増加）
熱対流量Ｗは、熱対流空間４において対流する空気の量によって定まるので、熱対流量Ｗは、他の２つのパラメータよりも増加させる余地を有している。
【００５３】
熱対流は、隣接する２つのフィン２によって挟まれる熱対流空間４において、基体２から伝わる熱によって生じる。このため、熱対流空間４を形成するために、ヒートシンク１は、フィン２を必要とする。
【００５４】
しかし、フィン２は、熱対流に対して粘性抵抗を生じさせる。フィン２表面において粘性抵抗が発生し、粘性抵抗は熱対流空間４における熱対流の対流強度を減少させる要因となっている。
【００５５】
ヒートシンク１においては基体２の温度がもっとも高くなりやすいので、熱対流はまず基体２の近傍から発生する。この発生した熱対流は、フィン２による抵抗によってフィン先端に行くほど減衰し、結果的に対流強度が大きい領域は、基体２に近接するフィン２の根元側に限定される。
【００５６】
図２は、熱対流がフィン２の根元側に留まっている状態を示す。破線６は、熱対流のピーク位置８を示す曲線である。図２においては、ピーク位置８が根元側に近く、基体２の表面からピーク位置８までの距離７は短い。距離７が短いことは、熱対流の体積が小さいことを示しており、熱対流量Ｗが小さいことを示している。熱対流量Ｗは、熱対流の体積で算出され、熱対流量の体積は、ヒートシンク１の高さが同じであれば、対流する際の回転短径に比例して大きくなるからである。ここで、回転短径は、距離７によって定まる。
【００５７】
このように、ピーク位置８が根元側に近い場合には、熱対流量Ｗが小さい。
【００５８】
一方、図３に示されるように、ピーク位置８がフィン２の根元側より遠くなり（フィン２の先端側に近くなり）、距離７が長くなると、強い対流が発生する領域の水平面内断面積が増加し、熱対流の体積が大きくなる。すなわち、ピーク位置８がフィン２の先端側に近づくと、熱対流量Ｗが大きくなる。
【００５９】
すなわち、図２に示される熱対流を行うヒートシンクではなく、図３に示される熱対流を行うヒートシンクを実現することが、ヒートシンクの冷却能力を高めることになる。図３に示されるヒートシンク１では、ピーク位置８がフィンの根元側より遠ざかり、距離７（これが回転短径を示す）が大きいからである。
【００６０】
発明者は、種々の実験や検討の結果、自然空冷によるヒートシンクの冷却能力を上げるには、（１）ヒートシンクの排熱速度Ｑを増加させる、（２）排熱速度Ｑを増加させるには、熱対流量Ｗを増加させる必要がある、（３）熱対流量Ｗを増加させるには、熱対流のピーク位置を、フィンの根元側からフィンの先端側に近づける必要がある、との論理解析に至った。
【００６１】
加えて、複数のフィン２が、相互に並行に立設して根元側における熱対流空間４の幅と先端側における熱対流空間４の幅が略同一であると、熱対流のピーク位置８が根元側に近くなり、上記（３）を実現できないことを、発明者は見出した。
【００６２】
このように、自然空冷によるヒートシンクの冷却能力を向上させるために、発明者は、上記（１）〜（３）を解決するヒートシンクを検討した。
【００６３】
（実施の形態）
実施の形態について説明する。
【００６４】
実施の形態におけるヒートシンクは、冷却ファンを格納不能な筐体に実装される自然空冷を前提としている。
【００６５】
図４は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。図４は、ヒートシンクを上端から見た状態を示している。
【００６６】
（全体概要）
まず、ヒートシンク１０の全体概要について説明する。
【００６７】
ヒートシンク１０は、鉛直方向に形成される基体１１と、基体１１の表面および裏面の少なくとも一方において、鉛直方向に沿って立設する複数のフィン１２を備える。図４では、基体１１の表面にのみフィン１２が立設する。
【００６８】
基体１１は、平板形状を有する基材であり、発熱体からの熱を奪う。
【００６９】
複数のフィン１２のそれぞれは、板部材で形成されており、棒状部材や針状部材ではない。複数のフィン１２のうち、隣接するフィン１２同士によって挟まれる熱対流空間１３を形成する。複数のフィン１２のうち、あるフィン１２を第１フィンとし、これと隣接するフィン１２を第２フィンとすると、第１フィンと第２フィンとが、その間に熱対流空間１３を形成する。ここで、フィン１２が３個以上の場合には、複数の熱対流空間１３が形成される。図４では、複数の熱対流空間１３が形成されている。
【００７０】
熱対流空間１３は、鉛直方向に立設するフィン１２の構造によって、鉛直方向に沿って形成される。すなわち、熱対流空間１３では、鉛直方向に熱対流が生じる。
【００７１】
また、複数のフィン１２のそれぞれが基体１１から末広がりに突出することで、複数の熱対流空間１３のそれぞれも末広がりに拡がる。すなわち、根元側１４における熱対流空間１３の幅１６よりも、先端側１５における熱対流空間１３の幅１７は、広くなっている。図４では、幅１６と幅１７とを、それぞれ破線矢印で示しており、破線矢印の幅の比較からも明らかな通り、幅１６よりも幅１７が広い。
【００７２】
すなわち、熱対流空間１３は、根元側１４から先端側１５に近づくにつれて、その幅を拡げる。なお、順次拡がっている必要はなく、根元側１４から先端側１５に近づくにつれて、熱対流空間１３の幅の増減があってもよい。要は、根元側１４での熱対流空間１３の幅１６よりも、先端側１５での熱対流空間１３の幅１７が広ければよい。
【００７３】
図４に示されるように、根元側１４における熱対流空間１３の幅１６よりも先端側１５における熱対流空間１３の幅１６が広いヒートシンク１０は、熱対流量Ｗを大きくできる。図５を用いて説明する。
【００７４】
図５は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクが生じさせる熱対流を説明する模式図である。図５に示されるヒートシンク１０は、図４で示されるヒートシンク１０と同様の構成を有する。
【００７５】
基体１１は、発熱体２０と熱的に接する。このとき基体１１は、熱的接合材を介して発熱体２０と接してもよい。基体１１は、発熱体２０からの熱を奪って、基体１１の表面（フィン１２が立設する面）に熱を伝導する。基体１１が発熱体２０から奪った熱を基体１１の表面に伝導すると、根元側１４と先端側１５とで温度差が発生し、熱対流が生じる。「自然空冷のヒートシンクの技術概念」において説明したように、フィン１２は、熱対流の抵抗となるので、この抵抗に阻まれて、熱対流は、根元側１４に近い部分のみで生じやすい。しかし、実施の形態におけるヒートシンク１０では、根元側１４における熱対流空間１３の幅１６より先端側１５における熱対流空間１３の幅１７が広い。このため、フィン１２による抵抗が減少し、熱対流のピーク位置２２が先端側１５に近づく。すなわち、基体１１とピーク位置２２との距離２３が大きくなり、熱対流曲線２１の回転半径が大きくなる。この結果、熱対流量Ｗが大きくなり、ヒートシンク１０の冷却能力が向上する。
【００７６】
このように実施の形態におけるヒートシンク１０は、高い冷却能力を有する。
【００７７】
次に各部の詳細について説明する。
【００７８】
（基体）
まず、基体１１について説明する。基体１１は、ヒートシンク１０の基材となり、発熱体２０から熱を奪ってフィン１２に熱を伝導する。
【００７９】
基体１１は、鉛直方向に形成される。鉛直方向に熱対流空間１３を形成するためである。また、基体１１は、平板形状を有していることが好適である。なお、その大きさ、厚み、重量は、仕様や実装される機器に応じて、適宜定められればよい。基体１１は、方形を有しているのが適当であるが、方形以外でも、多角形、円形、楕円形などさまざまな形状を有していてもよい。
【００８０】
また、基体１１は、銅、アルミニウム、タングステン、チタンなどの熱伝導性の高い金属や耐熱性に優れた樹脂が用いられることが好適である。
【００８１】
基体１１は、発熱体２０から熱を奪うために、発熱体２０と熱的に接触する。この際に、熱的接合材を介して発熱体２０と接触することもよい。
【００８２】
（フィン）
次にフィン１２について図６も用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクの斜視図である。図６は、図４に示されるヒートシンクを斜めから見た状態を示している。
【００８３】
複数のフィン１２は、基体１１の表面および裏面の少なくとも一方において、略鉛直方向に沿って立設する。複数のフィン１２のそれぞれは、板部材で形成される。熱対流空間１３を形成するために、複数のフィン１２のそれぞれは、棒状部材や針状部材を用いない。
【００８４】
複数のフィン１２のそれぞれは、基体１１に溶接や接着により立設されてもよく、基体１１とフィン１２とが金型で一体整形されてもよい。フィン１２は、平板形状を有しており、基体１１の下端部より上端部にかけて一枚の板部材として立設する。なお、基体１１の下端面から上端面にかけてフィン１２が立設している必要はなく、フィン１２の上端および下端において基体１１に対するのりしろが残っていてもよい。フィン１２は、方形を有しているのが好適であるが、円形、楕円形、多角形などを有していてもよい。また、角部が面取りされていたり、角部にＲが設けられたりしていてもよい。
【００８５】
また、フィン１２は、銅、アルミニウム、タングステン、チタンなどの熱伝導性の高い金属や耐熱性に優れた樹脂が用いられることが好適である。フィン１２は、基体１１と同じ素材や材料で形成されてもよいが、異なる素材や材料で形成されてもよい。
【００８６】
フィン１２の大きさは、仕様や実装される空間に応じて適宜定められればよい。
【００８７】
フィン１２は、基体１１からの熱伝導を受け、根元側１４と先端側１５とでの温度差を発生させる。この温度差が、熱対流空間１３における熱対流を生じさせる。
【００８８】
複数のフィン１２のそれぞれは、図４、図６に示されるように、板部材であって、根元側１４から先端側１５に向けて末広がりに突出する。このように末広がりに突出することで、隣接するフィン１２同士の間隔は、根元側よりも先端側で広くなる。すなわち、根元側１４における熱対流空間１３の幅１６よりも先端側１５における熱対流空間１３の幅１７が広い。
【００８９】
（フィンの変形例）
またフィンは、図７に示されるように、根元側１４の厚みより先端側１５の厚みが小さい略台形形状を有することも好適である。図７は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。図７は、ヒートシンク３０を上から見た状態を示している。
【００９０】
ヒートシンク３０は、鉛直方向に形成される基体１１と、基体１１の表面において、鉛直方向に沿って立設する複数のフィン３１を備えている。
【００９１】
複数のフィン３１のそれぞれは、図７に示されるとおり、根元側１４の厚みより先端側１５の厚みが小さい略台形形状を有している。複数のフィン３１のそれぞれが、このような略台形形状を有することで、複数のフィン３１のそれぞれが、基体１１に対して垂直に立設している場合でも、根元側１４における熱対流空間１３の幅１６よりも先端側１５における熱対流空間１３の幅１７が広くなる。すなわち、熱対流空間１３は、根元側１４から先端側１５に向けて末広がりを有する。
【００９２】
フィン３１がこのような形状を有することで、熱対流空間１３におけるフィン３１が生じさせる抵抗が減少し、熱対流のピーク位置が先端側１５に近づく。結果として、図５を用いて説明したように、熱対流量Ｗが大きくなる。熱対流量Ｗが大きくなることで、ヒートシンク３０の冷却能力が向上する。
【００９３】
以上のように、フィン３１が略台形形状を有することで、ヒートシンク３０の冷却能力が向上する。
【００９４】
なお、図７においては、フィン３１は、基体１１に対して略垂直に立設しているが、図５に示されるフィン１２と同様に、基体１１に対して中央から左右に向けて広がるように立設してもよい。この場合には、先端側１５における熱対流空間１３の幅が更に拡がる。
【００９５】
（熱対流空間）
次に、熱対流空間１３について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。
【００９６】
熱対流空間１３は、隣接するフィン１２によって挟まれる領域に形成される。更に、熱対流空間１３は、隣接するフィン１２に加えて基体１１によっても形成される閉鎖空間である。熱対流空間１３は、左右において（鉛直方向を基準とした場合の左右）隣接するフィン１２の組によって閉鎖され、根元側１４において基体１１によって閉鎖され、先端側１５において開放されている。また、基体１１の下端部および上端部においても開放されている。このように、熱対流空間１３は、先端部１５、上端部、下端部のそれぞれのみで開放されることで、鉛直方向に沿った熱対流が、熱対流空間１３において生じる。熱対流空間１３が鉛直方向に沿って形成されるからである。
【００９７】
基体１１は、発熱体２０から熱を奪う。基体１１は、奪った熱を基体１１の表面（フィン１２が立設している面）に伝導し、根元側１４の温度を上昇させる。先端側１５は外気にさらされているので、温度は低い。このため、根元側１４と先端側１５とで温度差が生じ、熱対流空間１３内部で熱対流が発生する。このとき、熱対流そのものは重力に従い鉛直方向に回転しやすく、熱対流空間１３が鉛直方向に形成されていることで、熱対流は、鉛直方向に沿って継続する。
【００９８】
図８に示されるとおり、フィン１２が基体１１の根元側１４から先端側１５にかけて末広がりに突出することで、根元側１４における熱対流空間１３の幅１６よりも先端側１５における熱対流空間１３の幅１７が広くなる。これは、図７に示される略台形のフィン３１が用いられる場合も同様である。
【００９９】
根元側１４における熱対流空間１３の幅１６よりも先端側１５における熱対流空間１３の幅１７が広いことで、フィン１２による抵抗が減少する。抵抗の減少によって、熱対流は根元側１４から先端側１５にまで到達しやすくなる。すなわち、図９に示されるように、熱対流のピーク位置２２が先端側１５に近づく。結果として、基体１１からピーク位置２２までの距離２３が大きくなり、熱対流の回転半径が大きくなる。回転半径が大きいということは、熱対流が生じている体積が大きいことになり、熱対流量Ｗが大きいということである。図９は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクの熱対流を表す模式図である。
【０１００】
このように、根元側１４における熱対流空間１３の幅１６よりも先端側１５における熱対流空間１３の幅１７が広いことで、ヒートシンク１０は、熱対流量Ｗを大きくできる。結果として、ヒートシンク１０の冷却能力が向上する。
【０１０１】
以上のように、実施の形態におけるヒートシンクでは、根元側１４における熱対流空間１３の幅１６よりも先端側１５における熱対流空間１３の幅１７が広いことで、ヒートシンクの冷却能力を高めることができる。
【０１０２】
なお、フィン１２、３１が基体１１の下端から上端にかけて一枚の板部材であることで、複数の熱対流空間１３同士は、フィン１２、３１の立設している領域において区切られている。すなわち、複数の熱対流空間１３同士が、空気を伝え合うことをしない。このため、熱対流空間１３のそれぞれは、鉛直方向を優先する熱対流を生じさせることができ（ある熱対流空間１３の内部を熱対流している空気が、熱対流の途中で他の熱対流空間に漏れることがないので）、熱対流のピーク位置２２が根元側１４に近づきやすくなることもない。
【０１０３】
また、図９に示されるとおり、基体１１の中央部のフィン１２における基体１１からフィン１２の先端までの直線距離が、基体１１の両端部のフィン１２における基体１１からフィン１２の先端までの直線距離よりも大きいことで、基体１１の中央部付近での熱対流空間１３の体積を、両端部での熱対流空間１３の体積よりも大きくできる。発熱体２０は、基体１１の中央部付近に配置されることが多く、基体１１の中央部付近ほど、発熱体２０からの熱量が大きい。この場合に、中央部付近の熱対流空間１３は、大きな熱量に基づく大きな熱対流を生じさせることができる。両端部の熱対流空間１３は、小さな熱量に基づく小さな熱対流を生じさせることができる。このように、ヒートシンク１０全体において、効率のよい熱対流を生じさせることができる。結果として、実装体積や製造コストとのバランスをとりつつ、ヒートシンクの冷却能力が向上できる。
【０１０４】
（熱対流空間の変形例１）
次に、図１０を用いて、熱対流空間の別形態について説明する。
【０１０５】
図１０は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。図１０は、基体１１中央部における熱対流空間１３ｃの幅が、基体１１の両端部における熱対流空間１３ａの幅よりも広いヒートシンク４０を示している。フィン１２は、中央部よりも両端部に行くにつれて幅を拡げるように、基体１１から突出する。この結果、中央部における熱対流空間１３ｃの幅は、両端部における熱対流空間１３ａ、１３ｂの幅よりも広い。
【０１０６】
なお図１０では、根元側１４において、熱対流空間の幅を比較しているが、先端側で比較してもよい。
【０１０７】
発熱体２０は、基体１１の中央部付近に配置されることが多い。このため、基体１１の中央部に多くの熱量が流入し、中央部における熱対流量が大きくなりやすい。これに対して、基体１１の両端部に流入する熱量は小さく、両端部における熱対流量は、中央部における熱対流量よりも小さくなりやすい。この場合に、基体１１の中央部における熱対流空間が有する体積と、基体１１の両端部における熱対流空間が有する体積とが同じであると、必要となる熱対流量に合致しなくなる。
【０１０８】
一方、図１０に示されるヒートシンク４０は、中央部の熱対流空間１３ｃの有する体積が、両端部の熱対流空間１３ａ、１３ｂの有する体積よりも大きいので、必要となる熱対流量にあわせることができる。
【０１０９】
このように、基体１１の中央部における熱対流空間１３ｃの幅が、基体１１の両端部における熱対流空間１３ａ、１３ｂよりも広いことで、ヒートシンク４０は、発熱体２０からの熱にあわせた熱対流を実現でき、高い冷却能力を実現できる。
【０１１０】
また、図１１に示されるとおり、フィンが基体１１の表面および裏面のそれぞれにおいて立設し、基体１１の表面および裏面のそれぞれにおいて熱対流空間が形成されることも好適である。この場合には発熱体は、基体１１の下端部に配置されたり、発熱体の熱を伝導させる別部材と接続されたりする。
【０１１１】
図１１は、本発明の実施の形態におけるヒートシンクの上面図である。図１１は、基体１１の表面および裏面のそれぞれにフィン１２、フィン５１が立設しているヒートシンク５０を示している。
【０１１２】
ヒートシンク５０は、基体１１の表面にフィン１２を立設させ、基体１１の裏面にフィン５１を立設させている。この結果、基体１１の表面には、複数の熱対流空間１３が形成され、基体１１の裏面には、複数の熱対流空間５２が形成される。
【０１１３】
基体１１の両面に熱対流空間１３、５２が形成されることで、熱対流量Ｗが増加する。この熱対流量Ｗの増加によって、ヒートシンク５０は、その冷却性能を向上できる。
【０１１４】
もちろん、基体１１の表面および裏面のそれぞれにフィン１２、５１が立設する場合には、一方の面におけるフィンの個数と他方の面におけるフィンの個数とが異なってもよい。
【０１１５】
以上のように、実施の形態におけるヒートシンクは、フィンの根元側における熱対流空間の幅より、フィンの先端側における熱対流空間の幅が広いことで、フィンによる抵抗を減少させ、熱対流量Ｗを増加させる。この熱対流量Ｗの増加によって、実施の形態におけるヒートシンクの冷却性能が向上する。
【０１１６】
（実験結果）
次に、実際の実験例について説明する。
【０１１７】
発明者は、比較例と実施例とを実際に作製し、発熱体からの熱を与えて、ヒートシンクの熱対流の状態を比較した。
【０１１８】
（比較例）
まず、実験に必要となる比較例のヒートシンクを作製した。比較例のヒートシンクは、図１に示されるように鉛直方向に形成される基体の表面に等間隔にフィンを立設させている。結果として、熱対流空間は、根元側から先端側に至るまで等幅を有する。また、比較例および実施例共に発熱体として１０Ｗの発熱量を有する発光素子（ＬＥＤ）を用いた。更に基体に熱拡散部材を装着して、熱拡散部材に発熱体であるＬＥＤを配置した。
【０１１９】
比較例のヒートシンクは、（表１）に示されるとおりの構成を有する。
【０１２０】
【表１】
2010251730.tif 000003
【０１２１】
（表１）の構成にしたがって作製された比較例のヒートシンクの形態を図１２に示す。図１２は、本発明の実施の形態２における比較例のヒートシンクの正面図である。
【０１２２】
比較例のヒートシンク８０は、鉛直方向に形成される基体８１と、基体８１の表面において鉛直方向に立設される複数のフィン８２と、基体８１に装着される熱拡散部材８３を備えている。フィン８２と基体８１とは、熱対流空間８４を形成する。
【０１２３】
熱拡散部材８３に発熱体である１０Ｗの熱量を有するＬＥＤが配置され、熱拡散部材８３は、この発熱体から受熱した熱を基体８１に伝える。この熱によって、熱対流空間８４において、熱対流が発生する。この場合には、熱対流のピーク位置８５は、根元側８７に近く、基体８１の根元からピーク位置８５までの距離８６が小さいことをシミュレーションによって確認した。距離８６が小さいことは、熱対流の回転半径が小さいことを示している。
【０１２４】
また、環境温度９０℃での発熱体であるＬＥＤの温度は、１２５℃となり、図１２に示される比較例に基づくヒートシンク８０は、小さな熱対流量Ｗしか生じさせていないことが分かる。
【０１２５】
（実施例）
次に、実験に必要となる実施例のヒートシンクを作製した。実施例のヒートシンクは、図６に示されるように鉛直方向に形成される基体の表面に末広がりにフィンを立設させている。結果として、根元側における熱対流空間の幅よりも先端側における熱対流空間の幅が広い。実施例においても、基体に熱拡散部材を装着し、熱拡散部材に発熱体である１０Ｗの熱量を有するＬＥＤを配置する。
【０１２６】
実施例のヒートシンクは、（表２）に示されるとおりの構成を有する。
【０１２７】
【表２】
2010251730.tif 000004
【０１２８】
（表２）の構成にしたがって作製された実施例のヒートシンクを、図１３に示す。図１３は、本発明の実施の形態２における実施例のヒートシンクの正面図である。
【０１２９】
実験例のヒートシンク９０は、鉛直方向に形成される基体９１と、基体９１の表面において鉛直方向に立設される複数のフィン９２と、基体９１に装着される熱拡散部材９３を備えている。また、複数のフィン９２は、基体９１に対して末広がりに立設される。フィン９２と基体９１とは、熱対流空間９４を形成する。
【０１３０】
熱拡散部材９３に発熱体が配置され、熱拡散部材９３は、この発熱体から受熱した熱を基体９１に伝える。この熱によって、熱対流空間９４において、熱対流が発生する。比較例のヒートシンク８０の場合よりも、熱対流のピーク位置９５は、先端側９８に近づいている（言い換えるとピーク位置９５は根元側９７より遠ざかっている）ことを、シミュレーションによって確認した。
【０１３１】
また、環境温度９０℃での発熱体であるＬＥＤの温度は、１１５℃であった。この結果、期待９１からピーク位置９５までの距離９６は、比較例での距離８６よりも大きくなり、実施例のヒートシンク９０が生じさせる熱対流量Ｗは、比較例のヒートシンク８０の場合よりも大きいことが分かる。
【０１３２】
このように、実施例のヒートシンク９０の冷却能力は、比較例のヒートシンク８０の冷却能力よりも向上していることが分かる。
【０１３３】
以上のように、実験結果からも、実施の形態２のヒートシンクは、熱対流量Ｗが大きくなって冷却能力が向上していることが分かる。実施例のヒートシンクは、本発明の実施の形態１、２によって説明されたヒートシンクを示しており、実験結果は、本発明の実施の形態１、２のヒートシンクの優位性を示すものである。
以上の実施の形態１〜５で説明した熱輸送ユニットおよび電子機器は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。
【符号の説明】
【０１３４】
１、１０、３０、４０、５０、８０、９０    ヒートシンク
２、１１    基体
３、１２、３１、５１、８２、９２    フィン
４、１３、５２、８４、９４    熱対流空間
５、２０    発熱体
７、２３、８６、９６    距離
８、２２、８５、９５    ピーク位置
１４、８７、９７    根元側
１５、８８、９８    先端側
１６、１７    幅
８３、９３    熱拡散部材
【図１】
2010251730.tif 000005
【図２】
2010251730.tif 000006
【図３】
2010251730.tif 000007
【図４】
2010251730.tif 000008
【図５】
2010251730.tif 000009
【図６】
2010251730.tif 000010
【図７】
2010251730.tif 000011
【図８】
2010251730.tif 000012
【図９】
2010251730.tif 000013
【図１０】
2010251730.tif 000014
【図１１】
2010251730.tif 000015
【図１２】
2010251730.tif 000016
【図１３】
2010251730.tif 000017