(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱部となる複数のフィンが取付部となるベース部に立設されたヒートシンクにおいて、
前記フィンとベース部とが一体にダイカスト鋳造されるとともに、そのベース部に平板状ヒートパイプの上板および側板の全域、ならびに底板の縁部が一体に鋳包まれていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
放熱部となる複数のフィンが取付部となるベース部に立設され、かつそのベース部と前記フィンとが一体にダイカスト鋳造されるヒートシンクの製造方法において、
平板状ヒートパイプ用のコンテナを、前記フィンの形状に倣う複数のスリットを備えたダイカスト鋳型のキャビティの内部に挿入し、つぎに、そのキャビティの内部に溶融金属を高速かつ高圧で射出し、かつ凝固させて前記フィンおよび前記ベース部をダイカスト鋳造すると同時に前記コンテナとベース部とを一体化し、その後凝縮性流体を封入してヒートパイプ化することにより前記ベース部に前記平板状ヒートパイプの上板および側板の全域、ならびに底板の縁部が一体に鋳包まれたヒートシンクを形成することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の熱交換器あるいは熱伝達装置などにおいて熱交換面積を増大させるためのヒートシンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートパイプなどの熱関連機器において、放熱面積あるいは吸熱面積を拡大して熱交換能力を向上させるためにヒートシンクを用いることが、従来、広く行われている。その一例を図６に示してある。図６に示すヒートシンク１は、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと記す。）に搭載されるＣＰＵを冷却するためのものであり、平板状ヒートパイプ２を備えている。
【０００３】
より具体的には、平板状ヒートパイプ２のコンテナのうち図６での側面の全域ならびに下面の縁部が、例えばアルミニウムを鋳造して形成されるヒートパイプ用のフレーム４によって鋳包まれている。すなわち、平板状ヒートパイプ２は、上面の全域および下面の縁部から外れた部分がフレーム４から露出している。そのコンテナの下面側の露出部分とフレーム４の境界部分とによって形成される窪み部には、ＣＰＵ５が嵌め込まれた状態に取り付けられている。
【０００４】
これに対して、平板状ヒートパイプ２の図６での上面には、アルミニウム製のベース６が設けられている。このベース６は、フレーム４と平面図上で合致する平板状ものであり、例えば接着剤を用いた接着により平板状ヒートパイプ２のコンテナならびにフレーム４に連結されている。また、ベース６のうち図６での上面には、複数枚の平板四角形状のフィン３が互いに平行な配列で立設されている。これらのフィン３は、ベース６と同じアルミニウムによって鋳造したものであり、ダイカスト鋳造によってベース６と一体に形成される。更に、ベース６には、各フィン３の図６での左右の側方および上方を間隔をあけて覆う構成のフィンカバー５０が設けられている。
【０００５】
したがって、上記構成のヒートシンク１によれば、パソコンの使用に伴う通電によってＣＰＵ５が発熱すると、その熱は平板状ヒートパイプ２の下面に伝達され、作動流体が加熱されて蒸発する。その蒸気は、コンテナのうちの内部圧力の低い箇所に向けて流動し、その内面で熱を奪われて凝縮する。その熱は、平板状ヒートパイプ１およびフレーム４からベース６の下面に伝達されるとともに、各フィン３ならびにフィンカバー５０に伝えられ、それらの外面から外部に向けて放散される。その結果、ＣＰＵ５が冷却されて、その過熱が防止される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のヒートシンク１では、ベース６と平板状ヒートパイプ２との間およびベース６とフレーム４との間に接着剤あるいは微細な空隙が介在していて、これらの間での熱抵抗が大きいことから、ＣＰＵ５に対する所期の冷却能力を得るためには、フィン３自体の面積を可及的に大きくするか、あるいはフィン３の配列を密接させるなどの手段を講じる必要がある。しかしながら、成形型の強度上の要求などからそれらにも限度があり、そのため、上記従来のヒートシンク１では、熱交換能力が必ずしも充分高くならないおそれがあった。
【０００７】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、熱交換能力に優れるヒートシンクと、そのヒートシンクを簡単に製造することのできる製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、放熱部となる複数のフィンが取付部となるベース部に立設されたヒートシンクにおいて、前記フィンとベース部とが一体にダイカスト鋳造されるとともに、そのベース部に平板状ヒートパイプの上板および側板の全域、ならびに底板の縁部が一体に鋳包まれていることを特徴とするものである。
【０００９】
したがって、請求項１の発明によれば、ヒートパイプが金属製のベース部によって鋳包まれているから、これらの両者が互い密着した状態で強固に連結している。また、複数のフィンがベース部と一体に構成されているから、フィンとコンテナとの間の熱抵抗が実質的にない。更に、ベース部と各フィンとが、同じ材料からなる一体構成であって、両者の間に接着剤あるいは空隙が介在していないから、これら両者の間での熱伝導が良好になる。したがって、ヒートシンクとしての熱交換能力が高い。また、ダイカスト鋳造によって、フィンが形成されると同時にコンテナとベース部とが組み付けられるから、生産性が高い。
【００１０】
また、請求項２に記載した発明は、放熱部となる複数のフィンが取付部となるベース部に立設され、かつそのベース部と前記フィンとが一体にダイカスト鋳造されるヒートシンクの製造方法において、平板状ヒートパイプ用のコンテナを、前記フィンの形状に倣う複数のスリットを備えたダイカスト鋳型のキャビティの内部に挿入し、つぎに、そのキャビティの内部に溶融金属を高速かつ高圧で射出し、かつ凝固させて前記フィンおよび前記ベース部をダイカスト鋳造すると同時に前記コンテナとベース部とを一体化し、その後凝縮性流体を封入してヒートパイプ化することにより前記ベース部に前記平板状ヒートパイプの上板および側板の全域、ならびに底板の縁部が一体に鋳包まれたヒートシンクを形成することを特徴とするものである。
【００１１】
したがって、請求項２の製造方法によれば、溶融金属を高圧・高速で射出するから、複数のスリットを含むキャビティ内の全体に溶融金属が短時間で充満し、その結果、ヒートシンクが迅速に製造される。すなわち、フィンを備えたベース部がダイカスト鋳造されるから、金属組織が緻密で欠陥のないベース部およびフィンを備え、かつコンテナと強固に連結したヒートシンクを効率よく製造することができる。なお、ダイカスト鋳造を行う時点ではコンテナが密封されておらず、その内圧が溶湯の熱によって上昇することがないために、コンテナには変形あるいは破損が生じない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の一具体的を図１ないし図５を参照して説明する。図１に示すヒートシンク４０では、平板状ヒートパイプ６および平板状のフィン１５が採用されている。平板状ヒートパイプ６は、図２に示すように、上板７と本体部８とからなる中空平板状の密閉金属容器によってコンテナ９が構成されている。そして、コンテナ９の内部には、非凝縮性ガスを脱気した状態で図示しない作動流体が封入されている。
【００１３】
具体的には、上板７は方形状の銅製の平板材である。これに対して、本体部４は、上板７と同じ大きさで同じ形状の銅製の平板からなる底板１０と、その底板１０の４つの縁部からそれぞれ図１での上側に延びる側板１１とによって構成されたカップ状の部材である。また、底板１０の図１での下面は、冷却対象となるＣＰＵ３０の表面形状に倣う凹凸部３１が形成されている。そして、本体部４と上板７とは、４枚の側板１１によって形成される開口部分を上板７で塞いだ状態に組み付けられている。その上板７と側板１１の縁部との接合面は、例えばロウ付けによって密閉されている。
【００１４】
また、コンテナ９には、その内部に連通する注入ノズル１２が側板１１と上板７との接合面に挟まれた状態で取り付けられている。なお、注入ノズル１２としては、コンテナ９と同じ材料からなる円形断面の小径管が採用されおり、コンテナ９から突出した端部は、半径方向に潰されるとともに、溶接によって密閉されている。更に、特には図示しないが、コンテナ９の内面の全域には、ウィックとしての溶射皮膜が設けられている。この溶射皮膜は、互いに結合する溶射粒子同士の間に機構を備えた多孔構造となっており、大きい毛細管圧力を生じさせるようになっている。
【００１５】
図２に示すように、コンテナ９の外面のうち上板７および側板１１の全域、ならびに底板１０の縁部が、例えばアルミニウムの溶湯を凝固させて形成されるベース１３によって鋳包まれている。このベース１３は、ダイカスト鋳造によって形成されるほぼ正方形の平板状のものであり、ヒートパイプ用のフレームを兼ねた構成となっている。すなわち、コンテナ９の外面は、底板１０の縁部から外れた部分のみがベース１３から露出している。なお、その露出した部分は、冷却対象であるＣＰＵ３０の形状ならびに大きさに合致しており、ＣＰＵ３０が密着した状態に取り付けられている。
【００１６】
より詳細には、ベース１３の図２での下側に形成された窪み部に、ＣＰＵ３０が図２での上面ならびに側面の一部を嵌め込まれた状態で取り付けられている。換言すれば、ＣＰＵ３０に対してヒートシンク４０を被せた構造となっている。したがって、前述の窪み部がＣＰＵ３０を取り付けるための取り付け部１４となっている。なお、注入ノズル１２は、その先端部のみがベース１３の外側に突出している。つまり、基端部から中間部に亘ってベース１３に鋳包まれている。
【００１７】
また、ベース１３のうち図２での上面には、ほぼ垂直に立つ複数枚のフィン１５が設けられている。これらのフィン１５は、一例として平板四角形状を成していて互いに平行に配列されている。なお、各フィン１５は、アルミニウムを素材としてダイカスト鋳造によりベース１３と一体に形成される。更に、ベース１３の図２での上面には、各フィン１５の図２での左右の側方および上方を間隔をあけて覆うフィンカバー１６が設けられている。
【００１８】
具体的には、フィンカバー１６は、平板状の天板３５と、その天板３５の２つの縁部からそれぞれ図４での下側に折り曲げられるように繋がる平板状の側板３６とよって構成されている。なお、このフィンカバー１６は、外力によるフィン１５の折れ曲がりを防止するためのものであり、アルミニウムをダイカスト鋳造してベース１３およびフィン１５と一体に形成してもよく、あるいは、金属板をプレス成形するなどして形成したものを接着または溶接などの手段によって取り付けてもよい。
【００１９】
したがって、パソコンの使用に伴う通電によってＣＰＵ３０が発熱すると、その熱はベース１３から露出した底板１０に伝達され、コンテナ９の底部に溜まる作動流体が加熱されて蒸発する。前述の通り、取り付け部１４および底板１０の外面がＣＰＵ３０に合致した構成であるから、ＣＰＵ３０とヒートパイプ９との間での熱抵抗が小さい。
【００２０】
作動流体の蒸気は、内部圧力および温度の低い上方に向けて流動し、上板７の内面で熱を奪われて凝縮する。その熱は、上板７の外面からベース１３に伝達されるとともに、各フィン１５の表面から外部に向けて放散される。前述の通り、コンテナ９がベース１３によって鋳包まれていて、両者の間に空隙または接着剤などの異物が存在せず、実質的に熱抵抗がないことに加えて、ベース１３と各フィン１５との間での熱抵抗も実質的にないことから、ヒートシンク４０としての放熱能力が高い。その結果、ＣＰＵ３０の過熱を確実に防止することができる。また更に、ヒートパイプ６とフィン１５との連結強度が高い利点もある。
【００２１】
つぎに、上記構成のヒートシンク４０の製造方法を図５に基づいて説明する。注入ノズル１２を取り付けた状態のコンテナ９および予めプレス加工によって形成したフィンカバー１６を用意する。まず、コンテナ９にフィン１５およびベース１３を形成する。その手段としては、ダイカスト鋳造を採用する。すなわち、ベース１３に倣った形状のキャビティ２０にコンテナ９を配置する。そのキャビティ２０は、可動型２１を固定型２２に密着させるいわゆる型閉じを行うことにより、これら可動型２１と固定型２２とによって形成される。
【００２２】
その可動型２１には、フィン１５を成形するための複数のスリット２３がキャビティ２０に連通した状態に形成されている。これに対して、固定型２２には、ベース１３の素材であるアルミニウムの溶湯２４を射出するためのスリーブ２５が形成されている。更に、スリーブ２５の内部には、注入口２６の開口部を横切って前後動するプランジャ２７が配置されている。なお、このプランジャ２７は、図示しない油圧シリンダなどの流体圧で動作するシリンダに連結されている。
【００２３】
前述のコンテナ９は、凹凸部３１を固定型２２の内面に密着させるとともに、注入ノズル１２の先端部を大気中に開放した状態でキャビティ２０に収容されている。すなわち、キャビティ２０には、コンテナ９のうち取り付け部１４以外の部分が露出した状態となっている。
【００２４】
したがって、プランジャ２７を可動型２１に向けて矢印方向に移動させると、溶湯２４が高圧かつ高速でキャビティ２０の内部に射出される。そして、その溶湯２４によって取り付け部１４を除いたコンテナ９の外面および注入ノズル１２の中間部が覆われ、同時にその溶湯２４が各スリット２３の内部に入り込み、ここで凝固することによりフィン１５が形成される。この場合、アルミニウムに対して銅の融点が高いため、コンテナ９や注入ノズル１２は溶融しない。
【００２５】
この状態で所定の時間だけ放置して、溶湯２４を凝固させる。その結果、複数枚のフィン１５と一体に構成されたベース１３にコンテナ９が一体に鋳包まれる。すなわち、各フィン１５とコンテナ９とが、互いに連結された状態となる。また当然、ベース１３にはＣＰＵ３０と合致する形状の取り付け部１４が形成される。なお、上記のダイカスト鋳造が行われる時点では、注入ノズル１２が封止されていないから、溶湯１５の熱によってコンテナ９の内圧が上昇することがなく、コンテナ６に変形あるいは破損が生じない。
【００２６】
つぎに、フィンカバー１６をコンテナ９に取り付ける。この取り付け手段としては、従来知られたロウ付けあるいは接着剤による接着などを採用することができる。更に、コンテナ９をヒートパイプ化する。まず、注入ノズル１２を介して作動流体としての純水（図示せず）を規定量より若干多めにコンテナ９の内部に注入する。これは、コンテナ９内から非凝縮性ガスの追い出しを行うためである。
【００２７】
この加熱追い出し工程の一例として、注入ノズル１２を上方に向けた状態にコンテナ９を加熱炉あるいはオイルバス（共に図示せず）に設置し、１２０℃程度で加熱する。すると、作動流体中に溶在している非凝縮性ガスが作動流体の蒸気と共に注入ノズル１２の開口端からコンテナ９の外部に放出される。つまり、先にコンテナ９の内部に注入された作動流体の全量から蒸気として追い出された量を差し引いた量が、作動流体の実質的な封入量とされる。
【００２８】
そして、所定量の蒸気を追い出した後、注入ノズル１２の先端を潰し、かつ溶接して封止する。その結果、コンテナ９自体が充分に脱気されたヒートパイプ６となる。なお、加熱追い出し工程では、予め注入ノズル１２を仮締めしておいた状態でコンテナ９の内部圧力を高め、その後に仮締め部分を開放して作動流体をフラッシュさせる方法を採ることもできる。その後、通例に倣う洗浄や点検等の工程を行う。以上の手順によって、フィン１５とコンテナ９とが強固に連結したヒートシンク４０を得ることができる。なお、ヒートパイプ化工程の後にフィンカバー１６を取り付けてもよい。
【００２９】
このように、上記の具体例によれば、ダイカスト鋳造してフィン１５およびベース１３をコンテナ９に形成し、同時にＣＰＵ３０の取り付け部１４を形成するから、ＣＰＵ３０の冷却に適したヒートシンク４０を簡単かつ確実に製造することができる。また、従来に比べて単位時間あたりのショット数を多くして、ヒートシンク４０の生産性を向上させることができる。
【００３０】
なお、上記具体例では、ヒートパイプとしてほぼ正方形の平板状ヒートパイプを例示したが、この発明は、上記の具体例に限定されるものではなく、ヒートパイプとしては例えばコンテナが円形断面のものでもよい。また、フィンとしては例示した平板状に替えて例えば円柱状のものを採用することができる。更に、フィンカバーは、ベースおよびフィンと同時にダイカスト鋳造して形成してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、フィンとベース部とを一体にダイカスト鋳造するとともに、そのベース部にヒートパイプの少なくとも一部を一体に鋳包んでいて、ヒートパイプとベース部との間の熱抵抗ならびにベース部とフィンとの間の熱抵抗が実質的にないことから、ヒートシンクの熱交換能力を従来に比べて向上させることができる。
【００３２】
また、請求項２の発明によれば、ヒートパイプ用のコンテナを挿入したキャビティの内部に溶融金属を高速かつ高圧で射出し、かつ凝固させてフィンおよびベース部をダイカスト鋳造すると同時にコンテナとベース部とを一体化し、その後ヒートパイプ化するから、熱交換能力の高いヒートシンクを迅速かつ効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のヒートシンクの一具体例を示す概略的な断面図である。
【図２】  この発明で使用する平板状ヒートパイプのコンテナを一部切欠いて示す概略図である。
【図３】  そのヒートシンクの平面図である。
【図４】  フィンカバーを示す概略図である。
【図５】  コンテナをキャビティに収容した状態を示す概略図である。
【図６】  ヒートシンクの従来の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
６…ヒートパイプ、  ９…コンテナ、  １３…ベース、  １４…取り付け部、１５…フィン、  １６…フィンカバー、  ２１…可動型、  ２２…固定型、  ２４…溶湯、  ３０…ＣＰＵ、  ４０…ヒートシンク。
【図１】
0003920977.tif 000002
【図２】
0003920977.tif 000003
【図３】
0003920977.tif 000004
【図４】
0003920977.tif 000005
【図５】
0003920977.tif 000006
【図６】
0003920977.tif 000007