(57)【要約】【課題】冷却効率の高く小型化が可能なヒートシンクを提供する。【解決手段】発熱体と接触して冷却するヒートシンクが、複数の孔部を含む発泡金属からなる本体部と、本体部に設けられた第１流路と第２流路とを含み、第１流路から導入された冷却媒体が、孔部を通って第２流路から排出される。好適には本体部のそれぞれの面を覆うように平板が設けられ、かつ、平板は、第１流路に冷却媒体を導入する導入開口部と、第２流路から冷却媒体を排出する排出開口部とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と接触して冷却するヒートシンクであって、
複数の孔部を含む発泡金属からなる本体部と、該本体部に設けられた第１流路と第２流路とを含み、
該第１流路から導入された冷却媒体が、該孔部を通って該第２流路から排出されることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
上記本体部が直方体の発泡金属からなり、
該本体部のそれぞれの面を覆うように平板が設けられ、かつ、該平板が、上記第１流路に冷却媒体を導入する導入開口部と、上記第２流路から冷却媒体を排出する排出開口部とを有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
上記第１流路と上記第２流路が、上記本体部中に略平行に設けられた管状孔であ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。
【請求項４】
上記第１流路と上記第２流路が、上記本体部中の表面に形成された溝部と、該溝部を覆う上記平板との間に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項５】
上記本体部が、上記第１流路と上記第２流路との間に平面状の切込み部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートシンクに関し、特に、発泡金属を用いたヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートシンクとしては、例えば、セラミック焼結体に溝切り加工を施して複数のフィンを形成したヒートシンクが提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平２−１１３５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のヒートシンクでは、空気等の冷媒への熱伝達は、主に、溝切り加工で形成されたフィンの加工面で行われる。このため、熱伝達量を増加させるには、小さなピッチで溝切り加工を行いフィンの数を増やす必要があり、フィンのピッチを小さくするには限界があった。また、ヒートシンクがコンピュータのＣＰＵの冷却用等に使用される場合、ヒートシンクの小型化、軽量化が必要となり、これに伴い、フィンの数を減らさなければならないという問題もあった。
【０００４】
そこで、本発明は、冷却効率が高く、小型化が可能なヒートシンクの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、発熱体と接触して冷却するヒートシンクであって、複数の孔部を含む発泡金属からなる本体部と、本体部に設けられた第１流路（ヘッダ）と第２流路（ヘッダ）とを含み、第１流路から導入された冷却媒体が、孔部を通って第２流路から排出されることを特徴とするヒートシンクである。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように、本発明にかかるヒートシンクでは、発泡金属を用いることにより、冷却媒体への熱の伝達面積が大きくなり冷却効率を高くできるとともに、ヒートシンクの小型化、軽量化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される本実施の形態１にかかるヒートシンクであり、分解した場合の斜視図を示す。また、図２（ａ）は、ＣＰＵ等の発熱体を搭載したヒートシンクの斜視図であり、図２（ｂ）は、ｙ軸方向に見た場合の側面図である。
【０００８】
本実施の形態１にかかるヒートシンク１００では、本体部２０は、例えばスポンジのような樹脂発泡体と同様の構造を有する、金属中に孔部（気孔）１２が３次元状に分布した発泡金属からなる。殆どの孔部１２は互いに繋がっており、気孔率（空隙率）は高いものでは９０％を超える。
【０００９】
このような発泡金属は、溶融した金属中にガスを吹き込みながら凝固させる方法や、溶融した金属中に発泡剤を添加して発泡させて凝固させる方法等の一般的な製造方法により製造する。
【００１０】
発泡金属の材料には、一般的には、銅、アルミニウム、鉄、シリコン等を用いることが好ましい。
【００１１】
このような発泡金属から形成されるヒートシンク１００の本体部２０は、例えば図１に示すように、３次元方向に分布した複数の孔部（気孔）１２を含む。孔部１２の形状は、略球状（断面は略円形）である。
【００１２】
図１（及び以下の図２〜７）では、明確になるように、略球状の孔部１２が本体部２０中に点在するように記載したが、実際の発泡金属中には、もっと多くの孔部１２が互いに繋がった状態で含まれている。気孔率は、発泡金属の製造条件により制御できるが、例えば９０％を超えるような場合もある。
【００１３】
本体部２０には、一定の方向（ここではｘ軸方向）に、ヘッダ（マニフォールド又は流路）１３ａ、１３ｂが設けられている。ヘッダ１３ａ、１３ｂは、例えば、本体部２０をドリルで穿孔することにより形成される。
ここでは、ヘッダ１３ａ、１３ｂは、右側面には貫通しているが対向する左側面には貫通しない構造となっているが、両側面に貫通した構造とすることもできる。
【００１４】
本体部２０は、直方体形状からなり、その６つの側面は、平板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆにより覆われている。本体部２０と平板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆとは、例えば、ろう材により接合される。平板３１ｄには、２つのヘッダ１３ａ、１３ｂの端部に対応する位置に、それぞれ開口部３２が設けられている。
【００１５】
ヒートシンク１００では、ヘッダ１３ａに導入された冷却媒体４２は、複数の孔部１２を経てヘッダ１３ｂに流れ込み、ここから排出される。図２に示すように、ヒートシンク１００の上には、ＣＰＵ等の半導体装置のような発熱体５１が載置されている。発熱体５１で生成された熱は本体部２１に伝わり、冷却媒体４２との間で熱交換される。これにより、発熱体５１が冷却される。なお、このヒートシンク１００は、パソコンや大型コンピュータのＣＰＵやＭＰＵ等を冷却することを目的としている。
【００１６】
このように、本実施の形態１にかかるヒートシンク１００では、発泡金属からなる本体部２０に機械加工でヘッダ１３ａ、１３ｂを設けるだけでヒートシンク１００を容易に形成でき、生産性が向上する。
【００１７】
また、一般にヒートシンクでは、冷却媒体と、冷却媒体が通過する孔部との接触面積をＳｐ、孔部の表面から冷却媒体への対流熱伝達率をｈｐとした場合、これらの積Ｓｐ×ｈｐの値が大きいほど、冷却能力は高くなる。
【００１８】
これに対して、本実施の形態１にかかるヒートシンク１００では、本体部２０の材料に発泡金属を用いることにより、孔部１２の数（気孔率）を増やして冷却媒体４２との接触面積Ｓｐを大きくしている。また、孔部１２内を流れる冷却媒体の流速を大きくし、孔部１２の表面から冷却媒体４２への対流熱伝達率ｈｐも大きくしている。これにより、冷却効率の高いヒートシンク１００を得ることができる。
【００１９】
図３は、全体が１５０で表される、本実施の形態１にかかる他のヒートシンクであり、図３（ａ）に、斜視図、図３（ｂ）に、上面図を示す。図３中、図１と同一符号は、同一または相当箇所を示す。また、図３では、発熱体５１が上面に載置された状態が示され、本体部２０を覆う６つの平板は省略されている。
【００２０】
図１に示すヒートシンク１００では、ヘッダ１３ａの開口部とヘッダ１３ｂの開口部とは、同一側面に設けられているが、図５に示すヒートシンク１５０のように、それぞれのヘッド１３ａ、１３ｂの開口部が、対向する反対の側面に形成されても構わない。
【００２１】
なお、本実施の形態１で示したヘッダ１３ａ、１３ｂの構造は、以下の実施の形態においても適用可能である。
【００２２】
また、図４は、全体が１６０で表される、本実施の形態１にかかる他のヒートシンクであり、図４中、図１と同一符号は、同一または相当箇所を示す。また、図４では、本体部を覆う６つの平板は省略されている。
【００２３】
ヒートシンク１６０では、本体部２０に形成された孔部１２の断面形状が、図１に示したような円形だけではなく、矩形等、様々な形状となっている。
【００２４】
このように、孔部の断面形状が、円形以外の発泡金属を使用することにより、これまでであれば破棄していた発泡金属も使用可能となり、ヒートシンク１６０の製造コストの低減が可能となる
【００２５】
実施の形態２．
図５は、全体が２００で表される、本実施の形態２にかかるヒートシンクの斜視図であり、図５（ａ）に、分解した場合の斜視図、図５（ｂ）に、組み立てた場合の斜視図を示す。また、図６は、ヒートシンクに含まれる本体部２０を示す。図５、６中、図１と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【００２６】
ヒートシンク２００では、本体部２０の対向する２つの側面から、断面（ここでは、ｙｚ平面）が略矩形のスリットを形成し、スリットと平板３１ａ、３１ｃとの間にヘッダ１３ａ’、１３ｂ’を形成する。他の構造は、ヒートシンク１００と、略同一である。
【００２７】
スリットは、例えば機械加工や、放電加工により形成され、特に、ヘッダの断面積が小さい場合は、ドリルで穿孔して作製するヒートシンク１００の場合に比較して、加工工程が容易となる。
【００２８】
実施の形態３．
図７は、本実施の形態にかかるヒートシンク３００であり、図７（ａ）は、その斜視図であり、図７（ｂ）は、ｘ軸方向に見た場合の側面図である。図９中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。なお、図７では、それぞれの側面上に配置される平板は省略するとともに、発熱体５１が上面に載置された状態が記載されている。
【００２９】
本実施の形態３にかかるヒートシンク３００では、ヘッダ１３ａ、１３ｂの形成方向（ここではｘ軸方向）に平行に、底面から２つの溝部（切込み部）３５が設けられている。溝部３５は、２つのヘッダ１３ａ、１３ｂの間を横切るように形成される。溝部３５は、例えば、ワイヤカット、放電加工、機械加工等によって形成される。
なお、ここでは２つの溝部３５を設けたが、１または３以上としても構わない。
【００３０】
図７（ｂ）に示すように、本体部２０の高さをＺ１１、溝部３５の深さをＺ３５ｂとすると、以下の式（１）の関係が成立するように、溝部３５を形成することが好ましい。
【００３１】
Ｚ１１−Ｚ３５ｂ＞０  ......（１）
【００３２】
一般に、２つのヘッダ１３ａ、１３ｂの間で、金属材料の孔部１２の全てが繋がっているとは限らない。このため、このような溝部３５を設けることにより、本体部２０に含まれる孔部１２のうち、２つのヘッダ１３ａ、１３ｂの間で貫通している（繋がっている）孔部１２の割合を増加させることができる。この結果、孔部１２と流体の接触面積が増加し、熱交換能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるヒートシンクである。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるヒートシンクである。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる他のヒートシンクである。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる他のヒートシンクである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかるヒートシンクである。
【図６】本発明の実施の形態２にかかるヒートシンクである。
【図７】本発明の実施の形態３にかかるヒートシンクである。
【符号の説明】
【００３４】
１２  孔部、１３ａ、１３ｂ  ヘッダ、２０  本体部、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ  平板、３２  開口部、４２  冷却媒体、１００  ヒートシンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008251652.tif 000006
【図５】
2008251652.tif 000007
【図６】
2008251652.tif 000008
【図７】
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