(57)【要約】      （修正有）【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１００が、複数の孔部１２を含むポーラス部材からなる本体部２０と、本体部に設けられた第１流路１３ａと第２流路１３ｂ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３１が設けられ、かつ、平板３１ｄは、第１流路に冷却媒体を導入する導入開口部３２と、第２流路から冷却媒体を排出する排出開口部３２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、
複数の孔部を含むポーラス部材からなる本体部と、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ポーラス部材からなり、
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】
上記ポーラス部材が、一定方向に並んだ複数の管状の孔部を含む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。
【請求項６】
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１〜５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、ロータス型ポーラス部材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、複数の孔部を含むポーラス部材からなる本体部と、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、ロータス型ポーラス部材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、一定方向（ここでは、ｙ軸方向）に並んだ複数の管状の孔部を含むロータス型のポーラス部材からなる。ロータス型ポーラス部材は、以下に示す公知の方法（本願では、金属凝固法といい、詳細は例えば特開２０００−１０４１３０号公報に開示されている。）を用いて形成することができる。
【０００９】
図３には、加熱手段の誘導加熱コイル１０７、るつぼ１０４及びストッパーロッド１０８を有する加熱室１０１とその下部に冷却手段の冷却部１０６及び鋳型１０５を有する凝固室１０２を取り付けて、竪型に組み立てられた構造の好ましい実施の形態を示している。全体の構造は、母材である金属材料１０３ａを所定の温度で溶融し、所定の圧力下でガス１０３ｂを溶解して、溶解圧力を保ち、更に所定の凝固温度と凝固圧力下で冷却して、凝固させるために、加熱室１０１及び凝固室１０２は、各々内部の機密性を保つようになっている。
【００１０】
るつぼ１０４に搬入された金属材料１０３ａが加熱器１０７によって溶融する時、加熱室１０１の内部はガス排出パイプ１１０を用いて、真空状態にある。そして、所定のガス溶解温度に達した時、ガス注入パイプ１０９を用いて、所定のガス１０３ｂが注入され、所定の溶解圧力と所定の温度を一定時間保持する状態下でガス１０３ｂが溶融された金属材料１０３ａに溶解して、飽和濃度に到達する。上記のように、金属材料１０３ａとガス１０３ｂが飽和濃度に達した状態下でストッパーロッド１０８が上方へ移動して、導入ファンネル１１１を開き、ガス１０３ｂと溶解した金属材料１０３ａが下方の凝固室１０２の内部に位置する鋳型１０５に導入される。
【００１１】
凝固室１０２の内部は、ガス注入パイプ１１２及びガス排出パイプ１１３を用いて、所定の凝固圧力下に保たれ、冷却手段である冷却部１０６は、冷却水流入パイプ１１４及び冷却水流出パイプ１１５を用いて、鋳型１０５の底面を冷却する。したがって溶解した金属材料１０３ａ及びガス１０３ｂは、鋳型１０５の底面に接触した面から凝固を始めて、溶解した過飽和のガス１０３ｂが固相内に気泡として析出し、同時に上方に向かって、凝固フロントに継続的に存在しながら多数の一方向性ポアを形成する。上記の鋳型１０５は、図４（ａ）に示す冷却様式に対応するものであり、図４（ｂ）に示す形態の一方向性の多芯状ポアを形成するものである。
【００１２】
このようなロータス型ポーラス部材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に示すような略一定方向（ここでは、ｙ軸方向）に並んだ複数の管状の孔部１２を含む。孔部１２の断面（ここでは、ｘｚ平面）は、略円形である。
【００１３】
本体部２０には、孔部１２と直交する方向（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、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２０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、ポーラス部材からなる本体部２０に機械加工でヘッダ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。また、例えば、孔部１２の直径が数１０μｍ程度の小型のヒートシンクでも、比較的簡単に作製することができる。
【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。
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の材料にロータス型ポーラス部材を用いることにより、孔部１２の数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。
【００１８】
なお、ロータス型ポーラス部材では、全ての孔部１２は、略同一方向（ここではｙ軸方向）に略平行に形成されているため、隣り合った孔部１２間で、冷却媒体４２が混じり合うことはない。従って、隣り合う孔部１２を流れる冷却媒体４２が合流することにより発生する圧力損失を防止できる。
【００１９】
図５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５（ａ）に、斜視図、図５（ｂ）に、上面図を示す。図５中、図１と同一符号は、同一または相当箇所を示す。また、図５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６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６中、図１と同一符号は、同一または相当箇所を示す。また、図６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（ｘｚ面での断面形状）が、円形、矩形等、様々な形状となっている。孔部１２の軸方向は、一定方向（ここではｙ軸方向）に略平行となっている。
【００２４】
このように、孔部の断面形状が、円形以外のロータス型ポーラス材料を使用することにより、これまでであれば破棄していたロータス型ポーラス部材も使用可能となり、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７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７（ａ）に、分解した場合の斜視図、図７（ｂ）に、組み立てた場合の斜視図を示す。また、図８は、ヒートシンクに含まれる本体部２０を示す。図７、８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９は、本実施の形態にかかるヒートシンク３００であり、図９（ａ）は、その斜視図であり、図９（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９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、管状の孔部１２の軸方向（ここではｙ軸方向）に対して垂直な方向に、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９（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、ロータス型ポーラス部材の孔部１２は全てが貫通し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、貫通している孔部１２の割合を増加させることができ、この結果、孔部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】多孔質金属を形成するための鋳造装置である。
【図４】多孔質金属の製造工程の概略図である。
【図５】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６】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７】本発明の実施の形態２にかかるヒートシンクである。
【図８】本発明の実施の形態２にかかるヒートシンクである。
【図９】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】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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