JP6062516B1

JP6062516B1 - ヒートシンク

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Publication number: JP6062516B1
Application number: JP2015185647A
Authority: JP
Inventors: 川畑　賢也; 賢也川畑; 正大目黒; 光裕朱; 宏偉曾
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2035-09-18
Also published as: CN209527029U; TW202028685A; TWI692613B; WO2017047756A1; TWI748393B; US20190323779A1; JP2017059768A; TW201719103A; US10598441B2; US20180080717A1; CN208970501U

Abstract

【課題】放熱フィンの表面における境界層の形成を抑制し、優れた放熱効率を有するヒートシンクを提供することにある。【解決手段】発熱体と熱的に接続される平板状のベースプレートと、該ベースプレートと熱的に接続された第１の放熱フィンと、該第１の放熱フィンの側端部と隣接した、該ベースプレートと熱的に接続された第２の放熱フィンと、を有するヒートシンクであって、前記第１の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではないヒートシンク。【選択図】図１

Description

本発明は、発熱体を冷却するヒートシンクに関し、より具体的には、鉄道車両、航空機、自動車等の移動体や電子機器に搭載された電子部品を冷却するヒートシンクに関するものである。

従来のヒートシンクとして、第１端部と、前記第１端部に続く直線状のパイプである第１直線部と、前記第１直線部に続く曲線状のパイプである湾曲部と、前記湾曲部に続き、且つ前記第１直線部に平行な直線状のパイプである第２直線部と、前記第２直線部に続く第２端部と、を有する第１ヒートパイプと、回路に接し、且つ前記回路の反対側の第１面が前記第１直線部に接合される、第１ベースと、前記第１直線部に垂直な平板であり、且つ前記第２直線部と交差し、且つ前記第１面上に設けられる、複数の第１フィンと、前記第１ベース及び前記第１直線部に垂直な第２面を有し、且つ前記第１ヒートパイプに接合される、第２ベースと、前記第２面に垂直で、且つ前記第２面上に設けられる、複数の第２フィンと、を備える放熱装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１では、複数の第１フィンを備えた第１ヒートシンクの他に、第１ヒートシンクに対して垂直に配置された、複数の第２フィンを備えた第２ヒートシンクも設けることで放熱効率を向上させるものである。

しかし、特許文献１では、平板状である第１フィンが所定間隔で並列配置されているので、第１フィンの表面に、冷却風の流れが滞る境界層が形成され、特に、第１フィン表面の風下側の部位において放熱特性が低下してしまうという問題があった。

また、側面視Ｕ字状のヒートパイプに平板状の放熱フィンを取り付け、冷却風に対してＵ字が平行となるようにヒートパイプを設置する場合、Ｕ字の直線部間に位置する放熱フィンの部位のうち、その中央部付近は、ヒートパイプの直線部からの距離が離れているので、放熱フィンの放熱効率が低下してしまうという問題があった。

特開２０１１−９４８８８号公報

上記事情に鑑み、本発明の目的は、放熱フィンの表面における境界層の形成を抑制し、優れた放熱効率を有するヒートシンクを提供することにある。

本発明の態様は、発熱体と熱的に接続される平板状のベースプレートと、側面視Ｕ字状、側面視Ｌ字状または側面視コ字状である熱伝導部材を介して該ベースプレートと熱的に接続された第１の放熱フィンと、該第１の放熱フィンの側端部と隣接した、端部が該ベースプレートに取り付けられていることで該ベースプレートと熱的に接続された第２の放熱フィンと、該第２の放熱フィンの側端部と隣接した、前記熱伝導部材を介して該ベースプレートと熱的に接続された第３の放熱フィンと、を有し、前記第１の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではなく、前記第３の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではないヒートシンクであって、前記第２の放熱フィンの端部が取り付けられた前記ベースプレートの領域に、前記熱伝導部材が、前記ベースプレートに取り付けられており、前記第２の放熱フィンの端部が取り付けられた前記ベースプレートの領域に、前記発熱体が熱的に接続されるヒートシンクである。

上記態様では、第１の放熱フィンの表面と第２の放熱フィンの表面は、相互に平行ではない状態で配置されている、すなわち、第２の放熱フィンの表面は、第１の放熱フィンの表面に対して、０°超９０°以下の角度に配置されている。従って、第１の放熱フィン側または第２の放熱フィン側から冷却風が供給されると、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間で冷却風の流れに乱れが生じる。

本発明の態様は、前記第１の放熱フィンが、熱伝導部材を介して前記ベースプレートと熱的に接続されているヒートシンクである。

「熱伝導部材」とは、熱伝導性に優れた部材であり、ヒートパイプ、２５℃の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属（例えば、アルミニウム、銅等）が挙げられる。

本発明の態様は、前記第２の放熱フィンの側端部と隣接した、前記ベースプレートと熱的に接続された第３の放熱フィンをさらに有し、前記第３の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではないヒートシンクである。

上記態様では、第２の放熱フィンの表面と第３の放熱フィンの表面は、相互に平行ではない状態で配置されている、すなわち、第３の放熱フィンの表面は、第２の放熱フィンの表面に対して、０°超９０°以下の角度に配置されている。従って、第３の放熱フィン側または第１の放熱フィン側から冷却風が供給されると、第２の放熱フィンと第３の放熱フィンとの間で冷却風の流れに乱れが生じる。

本発明の態様は、前記第３の放熱フィンが、前記熱伝導部材を介して前記ベースプレートと熱的に接続されているヒートシンクである。本発明の態様は、複数枚の前記第１の放熱フィン及び複数枚の前記第３の放熱フィンが、前記ベースプレートの表面に対して鉛直方向に並べられ、複数枚の前記第２の放熱フィンが、前記ベースプレートの表面に対して平行方向に並べられているヒートシンクである。

本発明の態様は、前記熱伝導部材が、ヒートパイプであるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記ヒートパイプの形状が、側面視Ｕ字状、側面視Ｌ字状または側面視コ字状であるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記第２の放熱フィンが、端部において前記ベースプレートと直接接することで熱的に接続されているヒートシンクである。

本発明の態様は、前記第２の放熱フィンの、前記ベースプレートに取り付けられた端部と対向する端部が、ヒートパイプを介して、前記ベースプレートと熱的に接続されているヒートシンクである。本発明の態様は、上記ヒートシンクが２基設置されたヒートシンクであって、冷却風の風上側に配置された前記ヒートシンクの、第２の放熱フィンの高さが、冷却風の風下側に配置された前記ヒートシンクの第２の放熱フィンの高さよりも低いヒートシンクである。

本発明の態様によれば、第１の放熱フィンの表面と第２の放熱フィンの表面は、相互に、平行ではない状態で配置されていることから、第１の放熱フィン側または第２の放熱フィン側から冷却風が供給されるにあたり、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間で境界層の形成が抑制されるので、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。さらに、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間で冷却風の流れに乱れ、すなわち、冷却風の撹拌が生じることにより、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることができる。

本発明の態様によれば、第１の放熱フィンが、ヒートパイプ等の熱伝導部材を介してベースプレートと熱的に接続されているので、ベースプレートから第１の放熱フィンへ、円滑に熱を輸送できる。

本発明の態様によれば、さらに、第２の放熱フィンの側端部側と隣接した第３の放熱フィンを有し、第２の放熱フィンの表面と第３の放熱フィンの表面は、相互に、平行ではない状態で配置されていることから、第１の放熱フィン側または第３の放熱フィン側から冷却風を供給するにあたり、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間だけでなく、第２の放熱フィンと第３の放熱フィンとの間でも境界層の形成が抑制されるので、放熱フィンの放熱効率の低下をさらに防止できる。さらに、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンとの間だけでなく、第２の放熱フィンと第３の放熱フィンとの間でも冷却風の流れに乱れが生じるので、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率をさらに向上させることができる。

本発明の態様によれば、第３の放熱フィンが、ヒートパイプ等の熱伝導部材を介してベースプレートと熱的に接続されているので、ベースプレートから第３の放熱フィンへ、円滑に熱を輸送できる。

本発明の態様によれば、第２の放熱フィンの端部が、ベースプレートと直接接することにより、第２の放熱フィンが直接接するベースプレート領域の裏面側に発熱体が熱的に接続された場合に、第２の放熱フィンのベースプレート側からベースプレートの反対側への熱伝達がより円滑化できる。従って、第２の放熱フィンの放熱効率をさらに向上させることができる。

本発明の態様によれば、第２の放熱フィンの、ベースプレートと直接接した端部と対向する端部が、ヒートパイプを介してベースプレートと熱的に接続されていることにより、発熱体からベースプレートへ伝達された熱が、ベースプレートから第２の放熱フィンのベースプレート側へ伝達されるだけでなく、第２の放熱フィンのベースプレートの反対側へも輸送されるので、第２の放熱フィンの放熱効率がさらに向上する。

本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの正面図である。本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。本発明の第５実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。図１、２に示すように、第１実施形態例に係るヒートシンク１は、裏面側で発熱体（図示せず）と熱的に接続される平板状のベースプレート１０と、ベースプレート１０表面側方向へ立設されたヒートパイプ１４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている第１の放熱フィン１１と、第１の放熱フィン１１の側端部と第１の空隙部１５を介して隣接した、ベースプレート１０表面側と直接接することでベースプレート１０と熱的に接続されている第２の放熱フィン１２と、第２の放熱フィン１２の側端部と第２の空隙部１６を介して隣接した、ベースプレート１０表面側方向へ立設されたヒートパイプ１４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている第３の放熱フィン１３と、を備えている。

複数枚の第１の放熱フィン１１から第１の放熱フィン群１７が形成され、複数枚の第２の放熱フィン１２から第２の放熱フィン群１８が形成され、複数枚の第３の放熱フィン１３から第３の放熱フィン群１７が形成されている。また、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群１８と第３の放熱フィン群１９は、相互に、ベースプレート１０上を直線状に配列されている。

ヒートシンク１では、第１の放熱フィン１１は平板状であり、複数枚の第１の放熱フィン１１が、それぞれベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第１の放熱フィン１１も、その表面が、ベースプレート１０表面に対して平行となるように配置されて、一つの第１の放熱フィン群１７を形成している。つまり、第１の放熱フィン群１７のフィンピッチは等間隔となっている。従って、それぞれの第１の放熱フィン１１間には、一定幅の第１の空間１１’がベースプレート１０表面に対して平行に延びている。

ヒートシンク１では、複数（図では２つ）のヒートパイプ１４が、平行かつ並列に、ベースプレート１０表面側方向に立設されている。ヒートパイプ１４の形状は、側面視Ｕ字状である。従って、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４は、相互に対向する２つの直線部、すなわち、一方の直線部１４ａと他方の直線部１４ｂを有し、さらに一方の直線部１４ａと他方の直線部１４ｂとの間に底部１４ｃを有している。

側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃがベースプレート１０と直接接することで、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４がベースプレート１０と熱的に接続されている。ヒートシンク１では、ベースプレート１０の裏面側に形成された凹溝に側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃが嵌合されることで、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４がベースプレート１０と熱的に接続されている。

また、第１の放熱フィン１１は、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の一方の直線部１４ａに取り付けられている。第１の放熱フィン１１が、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の一方の直線部１４ａと直接接することで、第１の放熱フィン１１は側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４と熱的に接続され、ひいては、第１の放熱フィン１１は側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている。従って、第１の放熱フィン群１７は、ヒートシンク１の一方の端部側に配置されている。

ベースプレート１０の表面側のうち、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃが取り付けられた領域、すなわち、ヒートシンク１の中央部に、第２の放熱フィン１２が配置されている。第２の放熱フィン１２は平板状であり、その端部がベースプレート１０表面側に取り付けられている。第２の放熱フィン１２の端部が、ベースプレート１０と直接接することで、第２の放熱フィン１２はベースプレート１０と熱的に接続されている。第２の放熱フィン１２のベースプレート１０表面側への取り付け方法は特に限定されず、例えば、第２の放熱フィン１２の端部をベースプレート１０の表面側にはんだ付け等で接合する方法、ベースプレート１０の表面側に形成された凹溝に嵌合する方法等が挙げられる。

ヒートシンク１では、複数枚の第２の放熱フィン１２が、それぞれベースプレート１０表面に対して平行方向に等間隔に並べられており、さらに、いずれの第２の放熱フィン１２も、その表面が、ベースプレート１０表面に対して鉛直となるように、また、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群１８と第３の放熱フィン群１９の配列方向に対して平行方向となるように配置されて、一つの第２の放熱フィン群１８を形成している。第２の放熱フィン群１８のフィンピッチは等間隔となっている。従って、それぞれの第２の放熱フィン１２間には、一定幅の第２の空間１２’がベースプレート１０表面に対して鉛直に延びている。

側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃが取り付けられた領域に、第２の放熱フィン１２が配置されているので、第２の放熱フィン群１８は、ヒートシンク１の中央部に配置されている。また、第２の放熱フィン１２は、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’が、第１の放熱フィン１１間に形成された第１の空間１１’と対向するように配置されている。第１の放熱フィン１１の第２の放熱フィン群１８側の側端部と第２の放熱フィン１２の第１の放熱フィン群１７側の側端部は、第１の空隙部１５を介して対向している。

第２の放熱フィン１２の端部が、ベースプレート１０の表面側と直接接することにより、ベースプレート１０中央部の裏面側に発熱体が熱的に接続された場合に、第２の放熱フィン１２のベースプレート１０側、すなわち、第２の放熱フィン１２の底部側からベースプレート１０の反対側、すなわち、第２の放熱フィン１２の頂部側へ、円滑に熱伝達され、従って、第２の放熱フィン１２は優れた放熱効果を発揮する。

図２に示すように、第２の放熱フィン１２表面は第１の放熱フィン１１表面に対して直交方向に設けられているので、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２は、正面視にて格子状に配置されている。また、第１の放熱フィン１１間に形成された第１の空間１１’の延びる方向は、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’の延びる方向に対して、直交方向となっている。なお、図２では、ベースプレート１０の中央部に設置された発熱体と側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４との熱的接続性を向上させるために、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃは、ベースプレート１０の中央部方向へ湾曲した態様となっている。

図１に示すように、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の他方の直線部１４ｂには、平板状の放熱フィンである第３の放熱フィン１３が取り付けられている。従って、ヒートシンク１の他方の端部側に、第３の放熱フィン１３が配置されている。第３の放熱フィン１３が、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の他方の直線部１４ｂと直接接することで、第３の放熱フィン１３は側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４と熱的に接続され、ひいては、第３の放熱フィン１３は側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている。

ヒートシンク１では、複数枚の第３の放熱フィン１３が、それぞれベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられ、さらに、いずれの第３の放熱フィン１３も、その表面が、ベースプレート１０表面に対して平行となるように配置されて、一つの第３の放熱フィン群１９を形成している。つまり、第３の放熱フィン群１９のフィンピッチは等間隔となっている。従って、それぞれの第３の放熱フィン１３間には、一定幅の第３の空間１３’がベースプレート１０表面に対して平行に延びている。

ヒートシンク１の他方の端部側に、第３の放熱フィン１３が設けられているので、第３の放熱フィン群１９は、ヒートシンク１の他方の端部側に配置されている。また、第３の放熱フィン１３は、第３の放熱フィン１３間に形成された第３の空間１３’が、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’と対向するように配置されている。第２の放熱フィン１２の第３の放熱フィン群１９側の側端部と第３の放熱フィン１３の第２の放熱フィン群１８側の側端部は、第２の空隙部１６を介して対向している。

第３の放熱フィン１３表面は第２の放熱フィン１２表面に対して直交方向に設けられているので、第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３は、背面視にて格子状に配置されている。また、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’の延びる方向は、第３の放熱フィン１３間に形成された第３の空間１３’の延びる方向に対して、直交方向となっている。

さらに、第３の放熱フィン１３表面は第１の放熱フィン１１表面に対して平行方向に設けられている。また、第３の放熱フィン１３間に形成された第３の空間１３’の延びる方向と第１の放熱フィン１１間に形成された第１の空間１１’の延びる方向とは、平行となっている。

第１の放熱フィン１１、第２の放熱フィン１２、第３の放熱フィン１３及びベースプレート１０は、いずれも熱伝導性のよい金属材料の平板であり、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで製造されている。側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４のコンテナ材料も、第１の放熱フィン１１、第２の放熱フィン１２、第３の放熱フィン１３及びベースプレート１０と同様の金属材料で製造されている。側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の作動流体としては、コンテナ材料への適合性を有する作動流体が減圧状態で封入される。作動流体としては、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。

冷却風は、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群１８と第３の放熱フィン群１９の配列方向及びベースプレート１０表面に対して平行方向または略平行方向であって、第１の放熱フィン群１７側または第３の放熱フィン群１９側からヒートシンク１へ供給される、なお、図１では、冷却風は、第１の放熱フィン群１７側から第３の放熱フィン群１９側へ向かって、すなわち、ヒートシンク１の一方の端部側から他方の端部側へ向かって供給されている態様を示している。ヒートシンク１では、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２との間及び第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３との間で境界層の形成が抑制されるので、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。さらに、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン１２との間及び第２の放熱フィン１２と第３の放熱フィン１３との間で冷却風の撹拌が生じるので、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることができる。

また、図１、２に示すように、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４のうち、一方の直線部１４ａと底部１４ｃとの間の湾曲部には、第１の放熱フィン１１は取り付けられておらず、他方の直線部１４ｂと底部１４ｃとの間の湾曲部には、第３の放熱フィン１３は取り付けられていないので、第２の放熱フィン１２の底部側とその近傍へ冷却風が円滑に供給される。

さらに、ヒートシンク１では、境界層の形成が抑制され、一方の直線部１４ａと他方の直線部１４ｂとの間の放熱フィンの放熱効率の低下も防止できるので、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃの寸法を大きくすることが可能であり、結果、ベースプレート１０と側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４間の熱抵抗を低減できる。

次に、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

図３に示すように、第２実施形態例に係るヒートシンク２では、側面視Ｕ字状のヒートパイプに代えて、側面視コ字状のヒートパイプ２４が用いられている。側面視コ字状のヒートパイプ２４は、相互に対向する２つの直線部、すなわち、頂部側直線部２４ａと底部側直線部２４ｂを有し、さらに頂部側直線部２４ａと底部側直線部２４ｂとの間に直線状の側部２４ｃを有している。ヒートシンク２では、複数（図では４つ）の側面視コ字状のヒートパイプ２４が設けられている。また、２つの側面視コ字状のヒートパイプ２４が、平行かつ並列に、ベースプレート１０表面側方向に立設されたものが、相互に対向して配置されている。従って、側部２４ｃは、ヒートシンク２の中央部には立設されておらず、ヒートシンク２の一方の端部側と他方の端部側に立設された態様となっている。

側面視コ字状のヒートパイプ２４の底部側直線部２４ｂがベースプレート１０と直接接することで、側面視コ字状のヒートパイプ２４がベースプレート１０と熱的に接続されている。ヒートシンク２では、ベースプレート１０の裏面側に形成された凹溝に側面視コ字状のヒートパイプ２４の底部側直線部２４bが嵌合されることで、側面視コ字状のヒートパイプ２４がベースプレート１０と熱的に接続されている。

ヒートシンク２の一方の端部側に立設された側部２４ｃに第１の放熱フィン１１が複数取り付けられて、第１の放熱フィン群１７が形成されている。また、ヒートシンク２の他方の端部側に立設された側部２４ｃに第３の放熱フィン１３が複数取り付けられて、第３の放熱フィン群１９が形成されている。

また、第２の放熱フィン１２が複数取り付けられて形成された第２の放熱フィン群１８の頂部には、側面視コ字状のヒートパイプ２４の頂部側直線部２４ａが熱的に接続されている。従って、第２の放熱フィン群１８の、ベースプレート１０と直接接した側（すなわち、底部側）に対向する側（すなわち、頂部側）は、側面視コ字状のヒートパイプ２４を介してベースプレート１０と熱的に接続されている。

ヒートシンク２では、図示しない発熱体からベースプレート１０へ伝達された熱が、ベースプレート１０から第２の放熱フィン群１８の底部側へ伝達されるだけでなく、側面視コ字状のヒートパイプ２４によってベースプレート１０から第２の放熱フィン群１８の頂部側へも輸送されるので、第２の放熱フィン群１８の放熱効率がさらに向上する。

次に、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

図４に示すように、第３実施形態例に係るヒートシンク３では、第３の放熱フィンの表面がベースプレート表面に対して平行となるように配置されているのに代えて、第３の放熱フィン３３間に形成された第３の空間３３’が、第２の放熱フィン１２間に形成された第２の空間１２’と対向しつつ、第３の放熱フィン３３の表面がベースプレート１０表面に対して平行ではないように配置されている。ヒートシンク３の第３の放熱フィン３３では、第２の放熱フィン群１８と対向する側の側端部３３−１が、側端部３３−１とは反対側の側端部３３−２よりも高い位置、すなわち、第３の放熱フィン３３の側端部３３−２が、側端部３３−１よりもベースプレート１０側の位置となっている。

第３の放熱フィン３３表面の、ベースプレート１０表面に対する角度は特に限定されないが、第２の空間１２’と第３の空間３３’との間の冷却風の流通を円滑化する点から、図４では、約３０°となっている。

ヒートシンク３では、複数枚の第３の放熱フィン３３が、それぞれベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等間隔に並べられて、一つの第３の放熱フィン群３９を形成している。第３の放熱フィン群３９のフィンピッチは等間隔となっている。従って、それぞれの第３の放熱フィン３３間に形成された一定幅の第３の空間３３’は、第２の放熱フィン群１８から離れるのに応じてベースプレート１０表面側へ向かうように延びている。なお、ヒートシンク３では、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４は５つ設けられている。また、側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４には、底部１４ｃの長い側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４−１と、底部１４ｃの短い側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４−２の２種があり、底部１４ｃの長い側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４−１と底部１４ｃの短い側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４−２とが、相互に隣接するように、平行かつ並列に立設されている。従って、一方の直線部１４ａは千鳥配置となり、他方の直線部１４ｂも千鳥配置となっている。

第３の空間３３’は、第２の放熱フィン群１８から離れるのに応じてベースプレート１０表面側へ向かうように延びているので、ヒートシンク３の第１の放熱フィン群１７側から第３の放熱フィン群３９の方向へ冷却風が供給され、ヒートシンク３の風下側に背の低い被冷却部材が配置されている場合、ヒートシンク３のベースプレート１０に熱的に接続された発熱体（図示せず）だけではく、ヒートシンク３の風下側に配置された背の低い被冷却部材も、冷却風により冷却することができる。

次に、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

図５に示すように、第４実施形態例に係るヒートシンク４では、側面視Ｕ字状のヒートパイプに代えて、側面視L字状のヒートパイプ４４が用いられている。従って、ヒートシンク４では、第３の放熱フィン群は設けられていない。また、ヒートシンク４では、第１実施形態例に係るヒートシンクの第２の放熱フィンの表面が、第１の放熱フィン群と第２の放熱フィン群と第３の放熱フィン群の配列方向に対して平行方向となるように配置されているのに代えて、第２の放熱フィン４２間に形成された第２の空間４２’が、第１の放熱フィン１１間に形成された第１の空間１１’と対向しつつ、第２の放熱フィン４２の表面が、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群４８の配列方向に対して平行ではない方向に配置されている。

第２の放熱フィン４２表面の、上記配列方向に対する角度は特に限定されないが、第１の空間１１’と第２の空間４２’との間の冷却風の流通を円滑化する点から、図５では、約３０°となっている。

ヒートシンク４では、複数（図では２つ）の側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４が、平行かつ並列に、ベースプレート１０表面側方向に立設されている。側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４は、１つの直線部４４ａと１つの底部４４ｃを有している。

側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４の底部４４ｃがベースプレート１０と直接接することで、側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４がベースプレート１０と熱的に接続されている。ヒートシンク４では、ベースプレート１０の裏面側に形成された凹溝に側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４の底部４４ｃが嵌合されることで、側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４がベースプレート１０と熱的に接続されている。

第１の放熱フィン１１は、側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４の直線部４４ａに取り付けられている。第１の放熱フィン１１が、複数、側面視Ｌ字状のヒートパイプ４４の直線部４４ａに取り付けられることで、第１の放熱フィン群１７が形成されている。ヒートシンク４では、第１の放熱フィン群１７は、ヒートシンク４の中央部から一方の端部側にかけての部位に配置されている。

また、ヒートシンク４では、いずれの第２の放熱フィン４２もその表面が、ベースプレート１０表面に対して鉛直となるように設けられている。第２の放熱フィン群４８は、ヒートシンク４の中央部から他方の端部側にかけての部位に、配置されている。

放熱フィン群を２つとし、第２の放熱フィン４２の表面が、第１の放熱フィン群１７と第２の放熱フィン群４８の配列方向に対して平行ではない方向としても、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン群４２との間で境界層の形成が抑制されるので、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。さらに、第１の放熱フィン１１と第２の放熱フィン４２との間で冷却風の流れに乱れが生じることにより、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることができる。

また、ヒートシンク４の第１の放熱フィン群１７側から第２の放熱フィン群４８の方向へ冷却風が供給され、ヒートシンク４の斜め風下側に被冷却部材が配置されている場合、ヒートシンク４のベースプレート１０に熱的に接続された発熱体（図示せず）だけではなく、ヒートシンク４の斜め風下側に配置された被冷却部材も、冷却風により冷却することができる。

次に、本発明の第５実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

図６に示すように、第５実施形態例に係るヒートシンク５では、ヒートパイプは設けられておらず、第１の放熱フィン５１と第３の放熱フィン５３が、ヒートパイプ等の熱伝導部材を介さずに、直接、ベースプレート１０と熱的に接続されている。

第１の放熱フィン５１は、平板状フィン部５１ａと該平板状フィン部５１ａの両端部に立設されている脚部５１ｂ、５１ｃとからなっている。第１の放熱フィン５１を複数積み重ねることにより、第１の放熱フィン群５７が形成されている。第１の放熱フィン群５７は、脚部５１ｂと脚部５１ｃとの間を冷却風が流通するように配置されている。平板状フィン部５１ａは、ベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等しい間隔（すなわち、脚部５１ｂ、５１ｃの長さの間隔）に並べられ、さらに、いずれの平板状フィン部５１ａもその表面がベースプレート１０表面に対して平行となるように配置されている。ヒートシンク５では、第１の放熱フィン５１の脚部５１ｂ、５１ｃがベースプレート１０と熱的に接続されている。

第３の放熱フィン５３は、平板状フィン部５３ａと該平板状フィン部５３ａの両端部に立設されている脚部５３ｂ、５３ｃとからなっている。第３の放熱フィン５３を複数積み重ねることにより、第３の放熱フィン群５９が形成されている。第３の放熱フィン群５９は、脚部５３ｂと脚部５３ｃとの間を冷却風が流通するように配置されている。平板状フィン部５３ａは、ベースプレート１０表面に対して鉛直方向に等しい間隔（すなわち、脚部５３ｂ、５３ｃの長さの間隔）に並べられ、さらに、いずれの平板状フィン部５３ａもその表面がベースプレート１０表面に対して平行となるように配置されている。ヒートシンク５では、第３の放熱フィン５３の脚部５３ｂ、５３ｃがベースプレート１０と熱的に接続されている。

次に、本発明のヒートシンクの使用方法例を説明する。ここでは、第１の実施形態例に係るヒートシンク１を用いて説明する。第１の放熱フィン群１７側からヒートシンク１へ冷却風を供給する場合、冷却風の流通方向が第１の放熱フィン１１の表面に対して平行方向または略平行方向となるように、ヒートシンク１を設置する。また、発熱体（図示せず）を熱的に接続するベースプレート１０の部位は特に限定されないが、例えば、ベースプレート１０の中央部、すなわち、第２の放熱フィン群１８の中央部及び側面視Ｕ字状のヒートパイプ１４の底部１４ｃの中央部に対応する位置を挙げることができる。

また、冷却風の流通方向に対して平行方向または略平行方向にヒートシンク１を２基設置する場合には、冷却風の風上側のヒートシンク１について、第２の放熱フィン１２の高さを、冷却風の風下側に配置されたヒートシンク１の第２の放熱フィン１２の高さよりも低くすることで、冷却風の風下側に配置されたヒートシンク１へも円滑に冷却風を供給できる。

次に、本発明のヒートシンクの他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例では、第２の放熱フィン表面は第１の放熱フィン表面に対して直交方向に設けられていたが、第２の放熱フィン表面と第１の放熱フィン表面とが、相互に平行でなければよく、例えば、第２の放熱フィンの表面が、ベースプレート表面に対して鉛直以外の角度、すなわち、０°超〜９０°未満の角度（例えば、７０°〜９０°未満）で、ベースプレート上に立設されてもよく、また、第１の放熱フィンの表面及び／または第３の放熱フィンの表面が、第２の放熱フィンの配列方向において、ベースプレート表面に対して平行ではない角度、すなわち、第２の放熱フィンの配列方向において、ベースプレート表面に対して０°超〜９０°未満の角度（例えば、ベースプレート表面に対して０°超〜３０°の角度）のように配置してもよい。

また、第１、第２、第４実施形態例に係るヒートシンクにおいては、同一形状及び同一寸法のヒートパイプについて、その直線部が、ベースプレート上に並列に立設されていたが、ヒートパイプを３つ以上設け、ヒートシンク内における冷却風の流れを円滑化するために、該ヒートパイプの直線部が千鳥配置となるように設置してもよい。

上記第１〜第４実施形態例では、ヒートパイプを用いたが、ヒートパイプに代えて、またはヒートパイプと共に、２５℃の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属（例えば、アルミニウム、銅等）を用いてもよい。また、上記各実施形態例では、各放熱フィン群のフィンピッチは、いずれも等間隔であったが、放熱フィン群の放熱フィンの配列は、等間隔でなくてもよく、等間隔に配列された複数の放熱フィンのうち、一部の放熱フィンを間引いた態様の放熱フィンの配置としてもよい。一部の放熱フィンを間引いた態様とすることで、風下側へより多くの冷却風を供給できる。

また、上記各実施形態例では、第２の放熱フィンの形状は平板状であったが、ベースプレートへの接合のために、必要に応じてＬ字状やコ字状としてもよい。

本発明のヒートシンクは、放熱フィン表面の境界層の形成を抑制し、放熱フィンと冷却風間の熱伝達率を向上させることで、優れた放熱効率を発揮するので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、鉄道車両、航空機、自動車等の移動体や電子機器に搭載された電子部品を冷却する分野で利用価値が高い。

１、２、３、４、５ヒートシンク
１０ベースプレート
１１、５１第１の放熱フィン
１２、４２第２の放熱フィン
１３、３３、５３第３の放熱フィン
１４、２４、４４ヒートパイプ
１７、５７第１の放熱フィン群
１８、４８第２の放熱フィン群
１９、３９、５９第３の放熱フィン群

Claims

発熱体と熱的に接続される平板状のベースプレートと、側面視Ｕ字状、側面視Ｌ字状または側面視コ字状である熱伝導部材を介して該ベースプレートと熱的に接続された第１の放熱フィンと、該第１の放熱フィンの側端部と隣接した、端部が該ベースプレートに取り付けられていることで該ベースプレートと熱的に接続された第２の放熱フィンと、該第２の放熱フィンの側端部と隣接した、前記熱伝導部材を介して該ベースプレートと熱的に接続された第３の放熱フィンと、を有し、前記第１の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではなく、前記第３の放熱フィンの表面が、前記第２の放熱フィンの表面に対して平行ではないヒートシンクであって、
前記第２の放熱フィンの端部が取り付けられた前記ベースプレートの領域に、前記熱伝導部材が、前記ベースプレートに取り付けられており、
前記第２の放熱フィンの端部が取り付けられた前記ベースプレートの領域に、前記発熱体が熱的に接続されるヒートシンク。
複数枚の前記第１の放熱フィン及び複数枚の前記第３の放熱フィンが、前記ベースプレートの表面に対して鉛直方向に並べられ、複数枚の前記第２の放熱フィンが、前記ベースプレートの表面に対して平行方向に並べられている請求項１に記載のヒートシンク。
前記熱伝導部材が、ヒートパイプである請求項１または２に記載のヒートシンク。
前記第２の放熱フィンが、端部において前記ベースプレートと直接接することで熱的に接続されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
前記第２の放熱フィンの、前記ベースプレートに取り付けられた端部と対向する端部が、ヒートパイプを介して、前記ベースプレートと熱的に接続されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートシンクが２基設置されたヒートシンクであって、冷却風の風上側に配置された前記ヒートシンクの、第２の放熱フィンの高さが、冷却風の風下側に配置された前記ヒートシンクの第２の放熱フィンの高さよりも低いヒートシンク。