JP2000018852A - ヒートパイプ付きヒートシンクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベースプレートとヒートパイプとの間の熱伝
達性能を向上させることの可能なヒートパイプ付きヒー
トシンクを提供する。 【解決手段】 演算処理装置１０に接続され、かつ、放
熱フィン３を有するベースプレート２と、ベースプレー
ト２に対して放熱フィン３の配置された表面４に沿って
形成されたヒートパイプ取付孔１１と、ヒートパイプ取
付孔１１に配置されたヒートパイプ１４とを有するヒー
トパイプ付きヒートシンクにおいて、ヒートパイプ取付
孔１１の内面およびヒートパイプ１４の外面に、相互に
嵌合する凹部１２，１５および凸部１３，１６が形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気機器の電子
部品や電子素子などの発熱体を冷却するために用いられ
るヒートシンクに関し、特に、ベースプレートにヒート
パイプが埋め込まれたヒートパイプ付きヒートシンクに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気機器、例えばパソコンには、多機能
化や処理速度の向上を目的として演算処理装置（ＣＰ
Ｕ，ＭＰＵ）などの電子部品や電子素子、つまり発熱体
が搭載されている。これらの電子部品や電子素子は通電
抵抗によって発熱するため、過熱状態になれば本来の機
能が損なわれる可能性がある。

【０００３】そこで、従来はこれらの電子部品や電子素
子の熱を空気中に放散させるためにヒートシンクが使用
されている。このようなヒートシンクの一例として、板
状のベースプレートの表面に、板状の放熱フィンを複数
立設したものがある。ヒートシンクの構成材料として
は、熱伝導性に優れたアルミニウムや銅などの金属材料
が用いられている。

【０００４】上記構成のヒートシンクは、発熱体の表面
にベースプレートを面接触させた状態で使用される。す
ると、発熱体の熱がベースプレートに伝達されるととも
に、放熱フィンの表面と空気との温度差により、放熱フ
ィンの表面から空気中に熱伝達がおこなわれ、発熱体の
過熱が防止される。したがって、放熱フィンの放熱面積
を増大するほど、放熱性能が高められる。

【０００５】そこで、ベースプレートにヒートパイプ取
付孔を形成し、このヒートパイプ取付孔にヒートパイプ
を配置したヒートパイプ付きヒートシンクが提案されて
いる。このヒートパイプは、密閉された金属パイプ等の
容器の内部に、真空脱気した状態で水やアルコールなど
の凝縮性の流体を作動流体として封入したものである。
そして、ヒートパイプは、その内部に温度差が生じるこ
とにより動作し、高温部で蒸発した作動流体が低温部に
流動して放熱・凝縮することにより、作動流体の潜熱と
して熱輸送をおこなう機能を備えている。

【０００６】つまり、ヒートパイプ付きヒートシンクに
よれば、ベースプレートの熱がヒートパイプに伝達され
るとともに、この熱がヒートパイプによりベースプレー
トの面方向に伝達される。したがって、放熱に寄与する
放熱フィンの放熱面積が可及的に増大し、ヒートシンク
の放熱性能が向上するとされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、従来のヒート
パイプ付きヒートシンクの製造方法を簡単に説明する。
まず、放熱フィン取付面を有するベースプレートに対し
て、半径方向の断面形状がほぼ円形のヒートパイプ取付
孔が形成される。ついで、半径方向の断面形状がほぼ円
形に構成されたヒートパイプがヒートパイプ取付孔に長
手方向に挿入され、ベースプレートとヒートパイプとが
一体的に組み付けられる。

【０００８】このように、ヒートパイプ付きヒートシン
クの製造工程においては、ヒートパイプ取付孔にヒート
パイプを挿入する過程で、ヒートパイプ取付孔の内面
と、ヒートパイプの外面とが接触する可能性がある。そ
こで、ヒートパイプ取付孔の内面とヒートパイプの外面
との接触による摩擦抵抗を抑制するために、予め、ヒー
トパイプ取付孔の外径の方が、ヒートパイプの外径より
も若干大きく設定されている。

【０００９】ところが、ヒートパイプ取付孔の外径の方
を、ヒートパイプの外径よりも若干大きく設定した場合
は、ベースプレートにヒートパイプを組み付けた状態に
おいて、ヒートパイプ取付孔の内面とヒートパイプの外
面との間に隙間が生じる。その結果、使用状態において
は、ヒートパイプ取付孔の内面とヒートパイプの外面と
が円周方向に点接触（長手方向においては線接触）する
ことになり、その接触面積が狭くなって熱伝達性能が低
下する可能性があった。

【００１０】この発明は、上記事情を背景としてなされ
たもので、ベースプレートとヒートパイプとの間の熱伝
達性能を向上させることの可能なヒートパイプ付きヒー
トシンクを提供することを目的としている。

【００１１】

【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、請求項１の発明は、発熱体に接続さ
れ、かつ、放熱フィン配置面を有するベースプレート
と、このベースプレートに対して、前記放熱フィン配置
面に沿って形成されたヒートパイプ取付孔と、このヒー
トパイプ取付孔に配置されたヒートパイプとを有するヒ
ートパイプ付きヒートシンクにおいて、前記ヒートパイ
プ取付孔の内面および前記ヒートパイプの外面に、半径
方向の高さが異なり、かつ、相互に噛み合わされた凹凸
部が形成されていることを特徴とするものである。

【００１２】請求項１の発明によれば、凹凸部が相互に
噛み合わされることにより、ヒートパイプ取付孔の内面
とヒートパイプの外面との接触面積が拡大される。

【００１３】請求項２の発明は、発熱体に接続され、か
つ、放熱フィン配置面を有するベースプレートに対し
て、前記放熱フィンの配置面に沿ってヒートパイプ取付
孔を形成した後、このヒートパイプ取付孔にヒートパイ
プを長手方向に挿入するヒートパイプ付きヒートシンク
の製造方法において、前記ヒートパイプを前記ヒートパ
イプ取付孔に挿入する前に、前記ヒートパイプの外面に
半径方向の高さを異ならせた凹凸部を形成した後、この
ヒートパイプを前記ヒートパイプ取付孔に挿入する過程
で前記凹凸部を前記ヒートパイプ取付孔の内面に食い込
ませることにより、前記ヒートパイプの外面と前記ヒー
トパイプ取付孔の内面とを密着させることを特徴とする
ものである。

【００１４】請求項２の発明によれば、ヒートパイプを
ヒートパイプ取付孔に挿入する工程で、ヒートパイプの
外面の凹凸部がヒートパイプ取付孔の内面に食い込んで
ヒートパイプの外面とヒートパイプ取付孔の内面とが密
着し、相互の接触面積が拡大される。

【００１５】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明のヒートパイプ
付きヒートシンクおよびその製造方法の一実施例を添付
図面に基づいて説明する。ヒートパイプ付きヒートシン
クは、事務機器、例えば、パソコンの筐体の内部に配置
される演算処理装置（ＣＰＵ，ＭＰＵ）の冷却に用いら
れる。

【００１６】図１（Ａ）は、この発明のヒートパイプ付
きヒートシンク（以下、単にヒートシンクと略記する）
１の正面図、図１（Ｂ）は、ヒートシンク１の側面断面
図である。ヒートシンク１は、直方体形状のベースプレ
ート２と、ベースプレート２の一つの表面４に立設され
た複数の放熱フィン３とを備えている。つまり、表面４
がこの発明の放熱フィン配置面に相当する。ベースプレ
ート２および各放熱フィン３は、熱伝導性に優れた金属
材料、例えばアルミニウム、銅などにより構成されてい
る。このベースプレート２および各放熱フィン３はその
製造過程において、一体成形される場合と、別々に成形
された後に接合される場合とがある。ベースプレート２
には、表面４と平行な他の表面５が形成され、表面５
と、発熱体としての演算処理装置６とが面接触（密着）
している。

【００１７】また、ベースプレート２には、表面４，５
に対して直角な表面７，８が形成されている。さらに、
表面７から表面８に向かう方向における演算処理装置６
の長さが、表面７から表面８に向かう方向における表面
５の長さよりも短く設定されている。そして、演算処理
装置６と表面５との密着領域が、表面５の部分的な領
域、具体的には一方の表面８側に偏った領域に設定され
ている。

【００１８】一方、表面４に設けられた各放熱フィン３
の側面形状はほぼ方形に構成され、各放熱フィン３の寸
法は同一に設定されている。また、前記ベースプレート
２には、表面４，５および表面７，８に対して直角であ
り、かつ相互に平行な他の表面９，１０が形成されてい
る。そして、各放熱フィン３は相互に平行に、かつ、一
定の間隔で配置され、各放熱フィン３が表面９，１０と
平行になるように配置されている。

【００１９】前記ベースプレート３には、表面７および
表面８に開口する複数のヒートパイプ取付孔１１が貫通
形成されている。各ヒートパイプ取付孔１１は、表面４
と表面５とのほぼ中間に配置され、各ヒートパイプ取付
孔１１の半径方向の中心線（図示せず）と表面４，５と
が平行に設定されている。つまり、各放熱フィン３と各
ヒートパイプ取付孔１１とが、平行に配置されている。
また、各ヒートパイプ取付孔１１の中心線同士の間隔
は、同一に設定されている。

【００２０】さらに、各ヒートパイプ取付孔１１の内面
には、正面形状が角形の凹部１２と、正面形状が角形の
凸部１３とが、円周方向に交互に形成されている。つま
り、各ヒートパイプ取付孔１１の内面に、凹部１２およ
び凸部１３による内歯が形成されている。この凹部１２
および凸部１３は、各ヒートパイプ取付孔１１の長さ方
向の全長に亘って形成されている。このように、ヒート
パイプ１４の正面形状と、ヒートパイプ取付孔１１の正
面形状がほぼ同一もしくは近似する形状に構成されてい
る。

【００２１】上記ヒートパイプ取付孔１１にはヒートパ
イプ１４が配置されている。このヒートパイプ１４は、
密閉された金属パイプ等の容器（コンテナ）の内部に、
真空脱気した状態で、水、アルコール、メタノール、ア
セトン、アンモニア、ヘリウム、ナトリウム、窒素など
の凝縮性の流体を作動流体として封入したものである。
ヒートパイプ１４を構成する容器の材料としては、銅、
アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、
インコネルなどが例示される。なお、ヒートパイプ１４
の容器の内部には、作動流体の還流を促進するウィック
を設けることも可能である。

【００２２】また、ヒートパイプ１４の半径方向の断面
形状はほぼ円形に構成されている。さらに、ヒートパイ
プ１４の外周には、正面形状が角形の凹部１５と、正面
形状が角形の凸部１６とが、円周方向に交互に形成され
ている。つまり、ヒートパイプ１４の外面に、凹部１５
および凸部１６による外歯が形成されている。この凹部
１５および凸部１６は、各ヒートパイプ１４の全長に亘
って形成されている。そして、ヒートパイプ取付孔１１
の内面に形成された内歯と、ヒートパイプ１４の外面に
形成された外歯とが相互に噛み合わされている。

【００２３】つぎに、ヒートシンク１の製造方法を説明
する。ヒートシンク１の製造方法としては２種類の製造
方法が例示される。第１の製造方法は、ヒートパイプ取
付孔１１の内面に予め凹部１２および凸部１３を形成す
る製造方法である。第２の製造方法は、ヒートパイプ取
付孔１１にヒートパイプ１４を挿入する過程で、ヒート
パイプ取付孔１１の内面に凹部１２および凸部１３を形
成する方法である。

【００２４】図１のヒートシンク１を第１の製造方法に
より製造する工程を説明すると、まずベースプレート２
を機械加工して、ヒートパイプ取付孔１１を貫通形成す
る。つぎに、ヒートパイプ取付孔１１の内面を機械加工
して、凹部１２および凸部１３を形成する。一方、ヒー
トパイプ１４を別途製造し、ヒートパイプ１４の外面に
凹部１５および凸部１６を形成する。ここで、ヒートパ
イプ取付孔１１の凹部１２の外接円の直径は、ヒートパ
イプ１４の凸部１６の外接円の直径よりも大きく設定さ
れている。また、ヒートパイプ取付孔１１の凸部１３の
内接円の直径は、ヒートパイプ１４の凹部１５の内接円
の直径よりも大きく設定されている。

【００２５】その後、ヒートパイプ取付孔１１にヒート
パイプ１４を挿入すると、上記寸法設定に基づいて、ヒ
ートパイプ取付孔１１の内面と、ヒートパイプ１４の外
面との間に隙間が形成される。このため、ヒートパイプ
取付孔１１の内面とヒートパイプ１４の外面との摩擦抵
抗が抑制され、組み付け作業性が向上する。また、第１
の製造方法により製造されたヒートシンク１の組立状態
においては、ヒートパイプ４の外面の凹部１５および凸
部１６と、ヒートパイプ取付孔１１の内面の凹部１２お
よび凸部１３とが相互に噛み合わされているために、円
周方向における接触部分が複数箇所になる。

【００２６】なお、第１の製造方法によりヒートシンク
１を製造した場合は、ヒートパイプ１４の外面とヒート
パイプ取付孔１１の内面との間に隙間が形成される。つ
まり、ヒートパイプ１４とヒートパイプ取付孔１１とが
軸線方向に相対移動可能な状態で嵌合されている、いわ
ゆるスプライン嵌合状態になる。

【００２７】つぎに、図１のヒートシンク１を第２の製
造方法により製造する工程を説明する。まずベースプレ
ート２を機械加工して、ヒートパイプ取付孔１１を貫通
形成する。一方、ヒートパイプ１４を別途製造し、ヒー
トパイプ１４の外面に凹部１５および凸部１６を形成す
る。ここで、凸部１６の外接円の直径は、ヒートパイプ
取付孔１１の内径よりも大きく設定されている。

【００２８】その後、ヒートパイプ取付孔１１に対し
て、ヒートパイプ１４を長手方向に挿入（圧入）する
と、この圧入荷重により凸部１６がヒートパイプ取付孔
１１の内面に食い込む。このため、ヒートパイプ取付孔
１１の内面が変形して凹部１２および凸部１３が形成さ
れ、ヒートパイプ取付孔１１の内面とヒートパイプ１４
の外面とが密着する。すなわち、第２の製造方法により
ヒートシンク１を製造した場合は、ヒートパイプ取付孔
１１の内面とヒートパイプ１４の外面との間に隙間が形
成されない。

【００２９】なお、この第２の製造方法によりヒートシ
ンク１を製造した場合は、ヒートパイプ１４の外面とヒ
ートパイプ取付孔１１の内面との間に隙間がない。つま
り、ヒートパイプ１４とヒートパイプ取付孔１１とが軸
線方向に相対移動不可能な状態で嵌合されている、いわ
ゆるセレーション嵌合状態になる。

【００３０】そして、図１のヒートシンク１をパソコン
の筐体の内部に配置し、かつ、ベースプレート２を演算
処理装置６に密着させた使用状態においては、演算処理
装置６の熱がベースプレート２に伝達される。具体的に
は、図１（Ｂ）の表面５の右側領域に伝達される。ベー
スプレート２に伝達された熱の一部は、放熱フィン３の
主として右側領域に伝達され、放熱フィン３の表面の温
度と空気の温度との温度差により、空気中に熱伝達され
る。

【００３１】また、ベースプレート２に伝達された熱の
一部がヒートパイプ１４に伝達されると、ヒートパイプ
１４はその内部に温度差が生じることにより動作する。
具体的には、図１（Ｂ）において、ヒートパイプ１４の
長手方向の右側領域（蒸発部）で作動流体が蒸発すると
ともに、ほぼ中央の断熱部を経て、ヒートパイプ１４長
手方向の左側の凝縮部に流動して放熱・凝縮することに
より、作動流体の潜熱として熱輸送がおこなわれる。ヒ
ートパイプ１４の見かけ上の熱伝導率は、銅やアルミ等
の金属と比較して数十倍ないし数百倍程度優れている。

【００３２】このようにして、ベースプレート２の表面
５の一部に伝達された熱が、ヒートパイプ１４の熱輸送
機能により、ベースプレート２の表面４の平面方向に分
散される。このため、拡放熱フィン３の長手方向の全域
に亘って放熱がおこなわれ、各放熱フィン３の有効放熱
面積が拡大する。したがって、演算処理装置６に対する
冷却性能が向上する。

【００３３】そして、第１の製造方法により製造したヒ
ートシンク１においては、ヒートパイプ１４の凹部１５
および凸部１６と、ヒートパイプ取付孔１１の凹部１２
と凸部１３とが、相互に噛み合わされている。また、第
２の製造方法により製造したヒートシンク１において
は、ヒートパイプ１４の凹部１５および凸部１６と、ヒ
ートパイプ取付孔１１の凹部１２と凸部１３とが、円周
方向の全域に亘って密着している。このため、第１また
は第２のいずれの製造方法によりヒートシンク１を製造
した場合においても、ヒートパイプ１４とベースプレー
ト２との接触面積が拡大され、その熱伝達性能が向上す
る。したがって、演算処理装置６に対する冷却性能が一
層向上する。

【００３４】なお、図１の実施例において、凹部および
凸部の正面形状は、山形、インボリュート形などであっ
てもよい。

【００３５】図２は、この発明のヒートシンク１の他の
実施例を示す側面断面図である。図２の実施例において
は、ヒートパイプ１４の外面に雄ねじ部１７が形成され
ている。また、ヒートパイプ取付孔１１の内面には雌ね
じ部１８が形成されている。そして、雄ねじ部１７が雌
ねじ部１８にねじ込まれている。この雄ねじ部１７およ
び雌ねじ部１８が、この発明の凹凸部に相当する。この
雄ねじ部１７および雌ねじ部１８は、円周方向の全域に
亘って形成され、ヒートパイプ１４とベースプレート２
とがねじ結合されている。

【００３６】この図２のヒートシンク１を、前述した第
１の製造方法により製造する工程を説明する。予めヒー
トパイプ１４の外面に雄ねじ部１７を形成し、ヒートパ
イプ取付孔１１の内面に雌ねじ部１８を形成する。そし
て、ヒートパイプ取付孔１１に対して、ヒートパイプ１
４を回転させながら挿入することにより、ヒートパイプ
１４とベースプレート２とが一体的に組み付けられる。

【００３７】したがって、雄ねじ部１７と雌ねじ部１８
との間には、ヒートパイプ１４とベースプレート２とを
相対回転させることの可能な隙間が形成されている。図
２の実施例においても、雄ねじ部１７と雌ねじ部１８と
が相互に噛み合わされているため、ヒートパイプ１４の
外面とヒートパイプ取付孔１１の内面との接触面積が拡
大され、ヒートパイプ１４とベースプレート２との間の
熱伝達性能が向上する。

【００３８】なお、ヒートパイプ１４とベースプレート
２とをねじ結合する場合に、ヒートパイプ１４の外面に
タッピンねじ形状の雄ねじ部を形成することも可能であ
る。この構成を採用した場合は、前述した第２の製造方
法によりヒートシンクが製造される。すなわち、ヒート
パイプの外面にタッピンネジ形状の雄ねじ部を形成する
とともに、ベースプレートには断面形状がほぼ円形のヒ
ートパイプ取付孔を形成する。そして、ベースプレート
とヒートパイプとを相対回転させながらヒートパイプを
ヒートパイプ取付孔に挿入する過程において、ヒートパ
イプ取付孔の内面にタッピンネジが食い込んで雌ねじが
形成される。

【００３９】このようにして、ヒートパイプをヒートパ
イプ取付孔に挿入する動作が完了した時点においては、
ヒートパイプの外面とヒートパイプ取付孔の内面とが密
着した状態になる。したがって、この構成が採用された
場合においても、ヒートパイプの外面とヒートパイプ取
付孔の内面との接触面積が拡大され、ヒートパイプとベ
ースプレートとの間の熱伝達性能が向上する。

【００４０】なお、上記ヒートパイプ付きヒートシンク
は、パソコン以外の事務機器、例えば、複写機、ファク
シミリ、プリンタ、ワードプロセッサなどの電子部品、
電子素子の冷却に適用することも可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
凹凸部が相互に噛み合わされることにより、ヒートパイ
プ取付孔の内面とヒートパイプの外面との接触面積が拡
大される。したがって、ヒートパイプの外面とヒートパ
イプ取付孔の内面との接触面積が拡大され、ヒートパイ
プとベースプレートとの間の熱伝達性能が向上する。

【００４２】請求項２の発明によれば、ヒートパイプを
ヒートパイプ取付孔に挿入する過程で、ヒートパイプの
外面の凹凸部がヒートパイプ取付孔の内面に食い込んで
ヒートパイプの外面とヒートパイプ取付孔の内面とが密
着する。したがって、ヒートパイプの外面とヒートパイ
プ取付孔の内面との接触面積が拡大され、ヒートパイプ
とベースプレートとの間の熱伝達性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （Ａ）は、この発明のヒートパイプ付きヒー
トシンクの一実施例を示す正面図、（Ｂ）は、ヒートパ
イプ付きヒートシンクの側面断面図である。

【図２】 この発明のヒートパイプ付きヒートシンクの
他の実施例を示す側面断面図である。

【符号の説明】

１…ヒートシンク、 ２…ベースプレート、 ３…放熱
フィン、 ４…表面、１０…演算処理装置、 １１…ヒ
ートパイプ取付孔、 １２，１５…凹部、１３，１６…
凸部、 １４…ヒートパイプ、 １７…雄ねじ部、 １
８…雌ねじ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 江口 勝夫 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 タン ニューエン 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA08 BB05 BB60 BC31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体に接続され、かつ、放熱フィン配
   置面を有するベースプレートと、このベースプレートに
   対して、前記放熱フィン配置面に沿って形成されたヒー
   トパイプ取付孔と、このヒートパイプ取付孔に配置され
   たヒートパイプとを有するヒートパイプ付きヒートシン
   クにおいて、 前記ヒートパイプ取付孔の内面および前記ヒートパイプ
   の外面に、半径方向の高さが異なり、かつ、相互に噛み
   合わされた凹凸部が形成されていることを特徴とするヒ
   ートパイプ付きヒートシンク。
2. 【請求項２】 発熱体に接続され、かつ、放熱フィン配
   置面を有するベースプレートに対して、前記放熱フィン
   の配置面に沿ってヒートパイプ取付孔を形成した後、こ
   のヒートパイプ取付孔にヒートパイプを長手方向に挿入
   するヒートパイプ付きヒートシンクの製造方法におい
   て、 前記ヒートパイプを前記ヒートパイプ取付孔に挿入する
   前に、前記ヒートパイプの外面に半径方向の高さを異な
   らせた凹凸部を形成した後、このヒートパイプを前記ヒ
   ートパイプ取付孔に挿入する過程で前記凹凸部を前記ヒ
   ートパイプ取付孔の内面に食い込ませることにより、前
   記ヒートパイプの外面と前記ヒートパイプ取付孔の内面
   とを密着させることを特徴とするヒートパイプ付きヒー
   トシンクの製造方法。