(57)【要約】【課題】  連続的に蒸発熱を利用して大量の熱を輸送でき、簡単な構造で大きな発熱量の冷却に適用でき、製作費を低減したヒートシンクおよびそれを用いた電子装置を提供する。【解決手段】  発熱体からの熱を放熱するための複数の冷却フィンを立設したヒートシンク４において、ヒートシンクのフィン取付け部４Ｂには、高熱伝導性の金属材料からなる伝熱基板部が設けられ、伝熱基板部は、発熱体５を取り付ける伝熱基板１と作動液槽３を形成する中間板２からなる。伝熱基板１の発熱体取り付け面の裏側に設けた凹面部１０には、毛細管力が主に上下方向に発生するように成形された平面状のウィック６を設ける。また、伝熱基板１の凹面部１０に対向して中間板２を覆うことで作動液の蒸発部７を形成する。さらに、中間板２は伝熱基板１との接触面側の反対面に凹面部１１を有しており、この凹面部１１をフィン取付け部４Ｂで覆うことにより作動液槽３を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体からの熱を放熱するための複数の冷却フィンを立設してなるヒートシンクにおいて、
前記ヒートシンクのフィン取付け部には、高熱伝導性の金属材料からなり、内部に作動流体が封入されてなる伝熱基板部が設けられ、
前記伝熱基板部は、平面状のウィックと作動液槽を有してなるループ式ヒートパイプを構成しており、
前記伝熱基板部を前記フィン取付け部で覆うと共に、ロー付けにより一体化することで気密性を保つようにしたことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記伝熱基板部は、
前記発熱体を取り付ける伝熱基板と、
前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側に形成してなる凹面部に設けられた平面状のウィックと、
前記伝熱基板の該凹面部に対向して覆うように設けた中間板と、
前記中間板の伝熱基板との接触面側と反対面に形成してなる凹面部に前記フィン取付け部で覆うことにより形成された作動液槽と、
を備えており、
前記中間板の上下に設けた穴により前記ウィック部と前記作動液槽が連通しループ式ヒートパイプとなることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記伝熱基板部は、
前記発熱体を取り付ける伝熱基板と、
前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側の凹面部に設置されたウィック組と、
を備えており、
前記ウィック組の厚みよりも大きい前記凹面部に設置された該ウィック組の壁面と前記フィン取り付け部との間に位置する作動液槽が、該ウィック組の上下に設けた穴により該ウィック部と連通しループ式ヒートパイプとなることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記ウィック組は平板状の高熱伝導性の金属材料よりなるウィックベースに上下方向に溝を複数本設けると共に、該溝のなかに細長いウィックを配設し、前記ウィックベースのウィック間のすきまの上下に穴をあけ、作動液、蒸気の通路としループ式ヒートパイプの構成部品となることを特徴とする請求項３記載のヒートシンク。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のヒートシンクを備えたことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーデバイスなどの発熱体を有する電子装置に関し、冷却能力に優れたヒートパイプを内部に形成してなるヒートシンクおよびそれを用いた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子装置に用いられる、例えばパワーデバイス（ＩＧＢＴ、ダイオードモジュールなどの発熱体）で発生する熱を冷却するための、ヒートパイプを内蔵したヒートシンクは図８、９に示すようになっている。なお、図８は従来の電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの全体斜視図、図９は図８の側断面図であり、これらの冷却装置は本出願人より既に出願されている（例えば、特許文献１参照）。
図８、９において、１は伝熱基板、３０はパイプ装着溝、３１は円形パイプ、３は作動液槽、４はヒートシンク、４Ａは冷却フィン、４Ｂはフィン取付け部、５は発熱体である。
図８、９に示すように、発熱体５からの熱を放熱するための複数の冷却フィン４Ａを立設してなるヒートシンク４において、ヒートシンク４のフィン取付け部４Ｂには、高熱伝導性の金属材料からなり、内部に作動流体が封入されてなる伝熱基板１が設けられている。伝熱基板１は、該基板１の発熱体搭載面側に埋設されると共に作動流体の蒸発部を構成するウィックを有した円形パイプ３１と、円形パイプ３１の背面側に該パイプの先端部と連通して設けられると共に、フィン取付け部４Ｂに露出するように該基板１を凹溝状に形成されてなる作動液の凝縮部を構成する作動液槽３と、を備えており、伝熱基板１をフィン取付け部４Ｂで覆うと共に、ロー付けにより一体化することで気密性を保つように構成している。
冷却装置の組立てについては、まず、伝熱基板１上の発熱体５を実装する面に形成されたパイプ装着溝３０に円形パイプ３１を埋め込み、伝熱基板１の発熱体実装面と反対側の面に作動液槽３となる穴を凹溝状に加工する。円形パイプ３１は内部にウィックを持ち図９に示すように両端の先端部が湾曲しており、円形パイプ３１の湾曲した部分を除く直線０部分は伝熱基板１表面と同一面になるように設置される。続いて、作動液槽３の凹溝状の露出部分をヒートシンクのフィン取付部４Ｂで覆うと共に、伝熱基板１とヒートシンクのフィン取付部４Ｂの合わせ面をロー付けして一体とするようになっている。
次に動作について説明する。
上記のような構造をもつ冷却装置が図８のように設置された状態において、発熱体５からの熱は伝熱基板１に伝わり、伝熱基板１に伝わった熱は円形パイプ３１を加熱し、円形パイプ３１のウィックに保持されている作動液が蒸発し、蒸気は圧力差により作動液槽３側へ移動する。この蒸気は作動液槽３を覆っているヒートシンク４に熱を放出し液体にもどる。ヒートシンク４の熱は冷却フィン４Ａに伝わり大気へ放出される。作動液はウィックの毛細管力により再び円形パイプ３１の内部に還流し蒸気となる。
このように本冷却装置は、円形パイプ３１と作動液槽３を連通させて伝熱基板１全体としてヒートパイプを構成したため、作動液が伝熱基板１表面の円形パイプ３１から背面の作動液槽３に流れて循環することにより、発熱体に接触した伝熱基板と外気に接するヒートシンクとの温度差により連続的に蒸発熱を利用して、大量の熱を運ぶことができる。
【特許文献１】特願２００６-１４４９５７（明細書第２頁〜３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来技術では、冷却は線状のヒートパイプによりなされるが、発熱量に対してヒートパイプ本数が少ないと十分な冷却が期待できない。逆に、多数のヒートパイプを設置すれば十分な冷却が期待できるが、コストアップの要因になる。
特に電子装置が大きく発熱量も多い場合は、ヒートパイプのサイズも大きくなり、使用本数も増えるので構造的に複雑になり、その製作費に問題が出てくる。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、発熱体に接触したヒートシンクの伝熱基板の内部に平面状に設置されたウィックを使用してループ型ヒートパイプを構成することにより、連続的に蒸発熱を利用して大量の熱を輸送することができると共に、簡単な構造で大きな発熱量の冷却に適用でき、しかも製作費の低減を可能にしたヒートシンクおよびそれを用いた電子装置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】
【０００４】
上記問題を解決するために、本発明のヒートシンクは以下のように構成したものである。
請求項１の発明は、発熱体からの熱を放熱するための複数の冷却フィンを立設してなるヒートシンクにおいて、前記ヒートシンクのフィン取付け部には、高熱伝導性の金属材料からなり、内部に作動流体が封入されてなる伝熱基板部が設けられ、前記伝熱基板部は、平面状のウィックと作動液槽を有してなるループ式ヒートパイプを構成しており、前記伝熱基板部を前記フィン取付け部で覆うと共に、ロー付けにより一体化することで気密性を保つようにしたことを特徴している。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１記載のヒートシンクにおいて、前記伝熱基板部は、前記発熱体を取り付ける伝熱基板と、前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側に形成してなる凹面部に設けられた平面状のウィックと、前記伝熱基板の該凹面部に対向して覆うように設けた中間板と、前記中間板の伝熱基板との接触面側と反対面に形成してなる凹面部に前記フィン取付け部で覆うことにより形成された作動液槽と、を備えており、前記中間板の上下に設けた穴により前記ウィック部と前記作動液槽が連通しループ式ヒートパイプとなることを特徴としている。
【０００６】
請求項３の発明は、請求項１記載のヒートシンクにおいて、前記伝熱基板部は、前記発熱体を取り付ける伝熱基板と、  前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側の凹面部に設置されたウィック組と、を備えており、前記ウィック組の厚みよりも大きい前記凹面部に設置された該ウィック組の壁面と前記フィン取り付け部との間に位置する作動液槽が、該ウィック組の上下に設けた穴により該ウィック部と連通しループ式ヒートパイプとなることを特徴としている。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項3記載のヒートシンクにおいて、前記ウィック組は平板状の高熱伝導性の金属材料よりなるウィックベースに上下方向に溝を複数本設け溝のなかに細長いウィックを配設し、ウィックベースのウィック間のすきまの上下に穴をあけ作動液、蒸気の通路としループ式ヒートパイプの構成部品となるようにしたものである。
【０００８】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のヒートシンクを備えた電子装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように本発明の実施例によれば以下の効果がある。
請求項１の発明によれば、発熱体からの熱を放熱するための複数の冷却フィンを立設してなるヒートシンクにおいて、前記ヒートシンクのフィン取付け部には、高熱伝導性の金属材料からなり、内部に作動流体が封入されてなる伝熱基板部が設けられ、平面状のウィックと作動液槽を有して全体としてループ式ヒートパイプを構成しており、前記伝熱基板部を前記フィン取付け部で覆うと共に、ロー付けにより一体化することで気密性を保つようにしたので、伝熱基板部内の作動液が発熱体の熱で蒸発し、その蒸気は伝熱基板部を覆っているヒートシンクで冷却されて凝縮した後、再び発熱体の熱で蒸発する。このように、伝熱基板部内で平面状にウィックを設けているので、伝熱基板の全面で均一に冷却することができる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、請求項１記載のヒートシンクにおいて、前記伝熱基板部は、発熱体を取り付ける伝熱基板と作動液槽を形成する中間板からなり、前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側は凹面になっており平面状のウィックが設けられ、中間板は伝熱基板との接触面側の反対面が凹面加工されフィン取付け部で覆うことにより作動液槽となり、中間板の上下に設けた穴によりウィック部と作動液層が連通し、蒸発部と凝縮部が分離したループ式ヒートパイプを構成しており、蒸発熱を利用して連続的に大量の熱を運ぶことができる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、前記伝熱基板部は、発熱体を取り付ける伝熱基板と、前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側の凹面部に設置されたウィック組からなっており、ウィック組の厚みより深い凹面部に設置されたウィック組の壁面とフィン取り付け部よりなる作動液槽が、ウィック組の上下に設けた穴によりウィック部と連通し、蒸発部と凝縮部が分離したループ式ヒートパイプを構成しており、蒸発熱を利用して連続的に大量の熱を運ぶことができる。
【００１２】
請求項４の発明によれば、前記ウィック組は平板状の高熱伝導性の金属材料よりなるウィックベースに上下方向に溝を複数本設け溝のなかに細長いウィックを配設し、ウィックベースのウィック間のすきまの上下に穴をあけ作動液、蒸気の通路としループ式ヒートパイプの構成部品となるようにしたので、ウイックの厚みにより作動液の輸送量を変えることができるので最適な冷却能力の冷却器を得ることができる。
【００１３】
請求項５記載の発明によれば、発熱体を有する電子装置が、請求項１〜４のような最良の冷却能力を持ったヒートパイプ付のヒートシンクを備えることになるので、例えば電子装置に搭載されるパワーデバイス（ＩＧＢＴ、ダイオードモジュールなど）の発熱体の発熱量の増大に応じて、大量の熱を運び放熱することができ、常に正確に動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の第１実施例を示す電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの側断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１の分解斜視図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じ点についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１〜３において、１は伝熱基板、２は中間板、３は作動液槽、４はヒートシンク、４Ａは冷却フィン、４Ｂはフィン取付け部、５は発熱体、６は平面状ウィック、７は蒸発部、８は中間板に設けられた上部穴、９は中間板に設けられた下部穴、１０は伝熱基板１の裏側の凹面部、１１は中間板２の裏側の凹面部である。
図１〜３のヒートシンクにおいて、伝熱基板部は、発熱体５を取り付ける伝熱基板１と作動液槽３を形成する中間板２からなる。伝熱基板１の発熱体取り付け面の裏側は凹面に加工された凹面部１０を有しており、該凹面部１０に平面状のウィック６が設けられており、このウィック６は金属細線を撚り合わせて、毛細管力が主に上下方向に発生するようになっている。また、伝熱基板１の凹面部１０に対向するように中間板２で覆うことにより作動液の蒸発部７を形成するようになっている。さらに、中間板２は伝熱基板１との接触面側の反対面が凹面加工された凹面部１１を有しており、この凹面部１１をフィン取付け部４Ｂで覆うことにより作動液槽３を形成するようになっている。この作動液槽３に作動液を封入することにより中間板２の上下に設けた穴８、９により蒸発部７と作動液槽３が連通し、ループ式ヒートパイプとなるように構成したものとなっている。
【００１６】
次に図１、２に基づき本冷却装置の動作について説明する。
上記のような構造をもち適量の作動流体の封入された冷却装置において、発熱体５からの熱は伝熱基板部の伝熱基板１に伝わり、伝熱基板１に伝わった熱はウィック６を加熱し、ウィック６に保持されている作動液が蒸発し、蒸気は中間板２の上方にあけられた穴８を通って作動液槽３側へ移動する。
この蒸気は作動液槽３を覆っているヒートシンク４に熱を放出し液体にもどる。ヒートシンク４の熱は冷却フィン４Ａに伝わり大気へ放出される。作動液は中間板２の下方にあけられた穴９を通って、ウィック６の毛細管力により還流し、再びウィック６に蓄えられて熱により蒸気となる。
本発明の第１実施例に係る冷却装置は、平面状ウィックを設けた蒸発部７と作動液槽３を中間版２に設けた上下の穴８、９で連通させて伝熱基板部全体としてループ型ヒートパイプを構成したので、作動液が伝熱基板部の伝熱基板１の裏面から作動液槽３に流れることにより、発熱体５に接触した伝熱基板部と外気に接するヒートシンク４との温度差により連続的に蒸発熱を利用して、大量の熱を運ぶことができる。
また、本冷却装置に用いられるウィックは、金属細線を撚り合わせて毛細管力が主に上下方向に発生するように平面状に成形され、伝熱基板のほぼ全幅に配置されているため、伝熱基板の全面で均一に冷却することができ、また、発熱体の大きさにより伝熱基板のサイズが変わっても平面状のウィックの大きさを変えればすむので、従来例のようにパイプをヒートシンクに埋設するような面倒さが無く、構造が簡単で容易に最適な冷却器を提供することができる。
また、本冷却装置は、従来のように、線状のヒートパイプを複数本、ヒートシンクに埋め込むような構造を採る必要がなく、平板状のウィックを伝熱基板内に設置する簡単な構成ですむので、製作費を低減することができる。
【実施例２】
【００１７】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
図４は、本発明の第２実施例を示す電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの側断面図、図５は図４のＡ‐Ａ線に沿う断面図、図６は図４の分解斜視図、図７は本実施例で使用されるウィック組の斜視図である。
図４〜７において、１は伝熱基板、３は作動液槽、４はヒートシンク、４Ａは冷却フィン、４Ｂはフィン取付け部、５は発熱体、２０はウィック組、２１はウィックベース、２２はウィック、２３はウィックベースに設けられた上部穴、２４はウィックベースに設けられた下部穴である。
図４〜６のヒートシンクにおいて、伝熱基板１の発熱体取り付け面の裏側は凹面に加工されており、ウィック組２０がウィック面が伝熱基板１の凹面に接触するようにロー付けなどで設置される。伝熱基板１の凹面部はウィック組２０の厚みよりも深く、ウィック組２０を内包した伝熱基板１をヒートシンク４で覆うことにより、ウィック組２０とヒートシンクのフィン取付け部４Ｂの間に空間が形成され、該空間は作動液が溜まる作動液槽３となる。
作動液槽３において、作動液を封入することによりウィックベース２１の上下に設けた穴２３、２４により蒸発部７と作動液槽３が連通しループ式ヒートパイプとなるようにしたものである。
【００１８】
次にウィック組２０について説明する。
図７は第２実施例で使用されるウィック組の斜視図である。ウィック組２０は高熱伝導性の金属材料からなるウィックベース２１の複数の溝にウィック２２を配設しロー付けなどの方法で一体としている。ウィック２２は金属細線を横断面形状が角形や丸形になるように撚り合わせて、毛細管力が主に長手方向に発生するように成形されたものである。
ウィックベース２１のウィックとウィックの間には上下に穴２３、２４が設けられている。これはウィック組２０が伝熱基板内に設置されたときに、蒸発部７と作動液槽３を連通させて伝熱基板部全体としてループ型ヒートパイプを構成するためのものである。
【００１９】
次に図４、５に基づき本冷却装置の動作について説明する。
上記のような構造をもち適量の作動流体の封入された冷却装置において、発熱体５からの熱は伝熱基板１に伝わり、伝熱基板１の凹面部に設置されたウィック組２０のウィック２２を加熱し、ウィック２２に保持されている作動液が蒸発し、蒸気はウィック２２間のすきまの蒸発部７を通ってウィックベース２１の上方にあけられた穴２３から作動液槽３側へ移動する。この蒸気は作動液槽３を覆っているヒートシンク４に熱を放出し液体にもどる。ヒートシンク４の熱は冷却フィン４Ａに伝わり大気へ放出される。作動液はウィックベースの下方にあけられた穴２４を通ってウィックの毛細管力により還流し、再びウィックに蓄えられて熱により蒸気となる。
【００２０】
本発明の第２実施例に係る冷却装置は、伝熱基板部内に平面状のウィックベース２１とウィック２２からなるウィック組２０を設け、ウィック組２０により分割された蒸発部７と作動液槽３を上下の穴で連通させて伝熱基板部全体としてループ型ヒートパイプを構成したので、作動液が伝熱基板１の裏２２面から作動液槽３に流れることにより、発熱体に接触した伝熱基板と外気に接するヒートシンクとの温度差により連続的に蒸発熱を利用して、大量の熱を運ぶことができる。
また、本冷却装置は、発熱体の大きさにより伝熱基板のサイズが変わっても平面状のウィックの大きさを変えればすむので従来例のようにパイプを埋設するような面倒さが無く容易に最適な冷却器を提供することができる。
また、本冷却装置は、従来のように、線状のヒートパイプを複数本、ヒートシンクに埋め込むような構造を採る必要がなく、平面状のウィックベースとウィックからなるウィック組を伝熱基板内に設置する簡単な構成ですむので、製作費を低減することができる。
なお、蒸発部と作動液槽の連通のためにウィックベースの上下に穴２３、２４を設けているが、さらに連通面積を増すために図４のようにウィックベースの上下に伝熱基板との隙間２５、２６を設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、伝熱基板部に平面状に設けたウィックと作動液槽を設け、作動液が還流できる構造にして全体としてループ型の平板状ヒートパイプを構成し、蒸発熱を利用して簡単な構造でありながら大きな発熱量の冷却ができ増大する発熱量に悩む電子装置の冷却に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例を示す電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの側断面図である。
【図２】図１のＡ‐Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１の分解斜視図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの側断面図である。
【図５】図４のＡ‐Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図４の分解斜視図である。
【図７】第２実施例で使用されるウィック組の斜視図である。
【図８】従来技術を示すヒートシンクの全体斜視図である。
【図９】従来技術を示すヒートシンクの側断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  伝熱基板
２  中間板
３  作動液槽
４  ヒートシンク
４Ａ  冷却フィン
４Ｂ  フィン取付け部
５  発熱体
６  平面状ウィック
７  蒸発部
８  中間板の上部穴
９  中間板の下部穴
１０  伝熱基板１の裏側の凹面部
１１  中間板２の裏側の凹面部
２０  ウィック組
２１  ウィックベース
２２  ウィック
２３  ウィックベースの上部穴
２４  ウィックベースの下部穴
２５  ウィックベースと伝熱基板とのすきま（上部）
２６  ウィックベースと伝熱基板とのすきま（下部）
３０  パイプ装着溝
３１  円形パイプ
【図１】
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【図２】
2009076622.tif 000004
【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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