JP6688936B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、発熱体を冷却するヒートシンクに関するものである。

電子機器の高機能化に伴い、電子機器内部には、電子部品等の発熱体が高密度に搭載されている。電子部品等の発熱体を冷却する手段としてヒートシンクが使用される場合がある。上記ヒートシンクとしては、例えば、ベース板と、前記ベース板の一方の面に形成された放熱フィン取り付け部に位置決めされ、機械的にかしめられた複数の放熱フィンと、前記ベース板の他方の面に形成されたヒートパイプ取り付け部に位置決めされ、周辺部をかしめられた少なくとも１つのヒートパイプとを備えた、フィン一体型ヒートシンクがある（特許文献１）。

ヒートシンクがサーバ等の内部で基板に設置される場合、一般的には、ファンを用いた強制空冷で冷却をする。このとき、当該ヒートシンクで冷却しようとする基板上の発熱体（被冷却体）の他にも、被冷却体に対して冷却風の上流側における基板上には、多数の電子部品等、他の発熱体が存在することがある。当該ヒートシンクの冷却対象の発熱体以外の電子部品等も、当該ヒートシンクの冷却対象の発熱体と同じく基板上に搭載されているので、基板に近い部分の空気は、基板から遠い部分の空気と比較して、当該ヒートシンクの被冷却体に対して冷却風の上流側に位置する他の発熱体と熱交換することで、温度が上昇する。

従って、ファンを用いた強制空冷で発熱体を冷却する場合、冷却風の温度は、基板から遠い部分では低いものの、基板に近い部分では高くなるので、冷却風の高さ方向（冷却風の流れ方向に対して略直交方向）において温度ムラが生じてしまう。特許文献１のように、放熱フィンが立設されているベース板に、ヒートパイプがベース板の延在方向に伸延しているヒートシンクの場合には、冷却風の高さ方向において上記温度ムラが生じてしまうと、ベース板から近い部分は、ベース板から遠い部分と比較して放熱性が低下してしまい、結果、ヒートシンクの放熱特性が低下してしまう場合があるという問題があった。

特開２００４−９６０７４号公報

上記事情に鑑み、本発明は、冷却風の温度が、基板から遠い部分よりも基板に近い部分で高くなってしまっても、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できるヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明では、複数の放熱フィンを有する放熱フィン群を備えた放熱部と、発熱体と一方の端部が熱的に接続され、前記放熱部と他方の端部が熱的に接続されたヒートパイプと、を備え、前記ヒートパイプの他方の端部が、前記放熱フィン群の高さ方向において、前記発熱体の設置面よりも高い位置にて前記放熱部と熱的に接続され、前記放熱フィン群が、前記放熱フィン群の高さ方向において、前記発熱体の設置面よりも高い位置に設けられているヒートシンクである。

上記態様では、他の発熱体による昇温の影響が小さい冷却風が供給される放熱フィン群の高さ方向における高い位置に、放熱フィン群が位置し、且つヒートパイプの他方の端部が配置される。なお、本明細書中、「放熱フィン群の高さ方向」とは、放熱フィンの主表面の立設方向を意味する。

本発明では、複数の前記放熱フィン群が、前記放熱フィン群の高さ方向において異なる位置に設けられ、複数の前記ヒートパイプのうち、少なくとも１つの所定のヒートパイプの他方の端部が、前記放熱フィン群の高さ方向において最も高い位置に形成された前記放熱フィン群と熱的に接続され、複数の前記ヒートパイプのうち、前記所定のヒートパイプ以外の他のヒートパイプの他方の端部が、前記所定のヒートパイプの他方の端部が熱的に接続された放熱フィン群よりも、前記放熱フィン群の高さ方向において低い位置に形成された前記放熱フィン群に熱的に接続されたヒートシンクである。

本発明の態様は、複数の放熱フィンを有する放熱フィン群を複数備え、複数の前記放熱フィン群が積層構造を形成した放熱部と、発熱体と一方の端部が熱的に接続され、積層構造を形成した複数の前記放熱フィン群の間に設けられた空間に他方の端部が挿入されて前記放熱部と熱的に接続された、複数のヒートパイプと、を備え、複数の前記ヒートパイプのうち、少なくとも１つの所定のヒートパイプの他方の端部が、前記放熱部の高さ方向において最も高い位置に形成された前記空間に挿入され、複数の前記ヒートパイプのうち、前記所定のヒートパイプ以外の他のヒートパイプの他方の端部が、前記所定のヒートパイプの他方の端部が挿入された前記空間よりも、前記放熱部の高さ方向において低い位置に形成された前記空間に挿入されたヒートシンクである。

上記態様では、放熱部のうち、ヒートシンクの冷却対象以外の他の発熱体によって昇温した冷却風が供給される放熱部の高さ方向における低い位置に、他のヒートパイプが配置され、他の発熱体による昇温の影響が小さい冷却風が供給される放熱部の高さ方向における高い位置に、所定のヒートパイプが配置される。なお、本明細書中、「放熱部の高さ方向」とは、放熱フィン群の積層方向を意味し、「放熱部の高さ方向において高い位置」とは、冷却対象である発熱体から遠い位置を意味し、「放熱部の高さ方向において低い位置」とは、冷却対象である発熱体から近い位置を意味する。

本発明の態様は、前記所定のヒートパイプの一方の端部が、前記他のヒートパイプの一方の端部よりも、前記発熱体の熱密度の高い領域に熱的に接続されるヒートシンクである。なお、本明細書中、「発熱体の熱密度の高い領域」とは、発熱体の外表面のうち、外表面全体の平均温度よりも高い温度の領域を意味する。

本発明の態様は、前記放熱部が、少なくとも、複数の第１の放熱フィンを有する第１の放熱フィン群と、複数の第２の放熱フィンを有する第２の放熱フィン群と、複数の第３の放熱フィンを有する第３の放熱フィン群と、を有し、前記第２の放熱フィン群は、前記所定のヒートパイプを介して前記第１の放熱フィン群と対向し、前記第２の放熱フィン群は、前記他のヒートパイプを介して前記第３の放熱フィン群と対向することにより、前記第１の放熱フィン群、前記第２の放熱フィン群及び前記第３の放熱フィン群が積層構造を形成したヒートシンクである。

本発明の態様は、複数の前記ヒートパイプが、複数の前記放熱フィン間に形成された開口部側から導入されているヒートシンクである。

本発明の態様は、前記所定のヒートパイプが、前記第１の放熱フィン間に形成された開口部側から導入されているヒートシンクである。

本発明の態様は、前記他のヒートパイプが、前記第２の放熱フィン間に形成された開口部側から導入されているヒートシンクである。

本発明の態様は、複数の前記ヒートパイプの、前記放熱部と熱的に接続された部分に、曲げ部が形成されているヒートシンクである。

本発明の態様は、複数の前記ヒートパイプの、前記放熱部と熱的に接続された部分が、扁平加工されているヒートシンクである。

本発明の態様は、前記所定のヒートパイプの一方の端部と前記他のヒートパイプの一方の端部が、並列配置されることにより、複数の前記ヒートパイプがヒートパイプ群を形成しているヒートシンクである。

本発明の態様は、１つの前記ヒートパイプ群が、１つの前記発熱体と熱的に接続されるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記ヒートパイプ群が、１つまたは２つ設けられているヒートシンクである。

本発明では、ヒートパイプの他方の端部が、放熱フィン群の高さ方向において、発熱体の設置面よりも高い位置にて放熱部と熱的に接続され、放熱フィン群が、放熱フィン群の高さ方向において、発熱体の設置面よりも高い位置に設けられていることにより、放熱部に供給される冷却風が、放熱部の高さ方向において高い位置よりも低い位置の方が高温となってしまっても、ヒートパイプは低温の冷却風が供給される放熱部の部位と熱的に接続されていることとなる。従って、ヒートパイプは大きな熱輸送能力を発揮できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。

本発明では、複数の放熱フィン群が放熱フィン群の高さ方向において異なる位置に設けられた放熱部のうち、少なくとも１つの所定のヒートパイプが高い位置に配置され、他のヒートパイプが該所定のヒートパイプよりも低い位置に配置されることにより、放熱部に供給される冷却風が、放熱部の高さ方向において高い位置よりも低い位置の方が高温となってしまっても、所定のヒートパイプは低温の冷却風が供給される放熱部の部位と熱的に接続されていることとなる。従って、所定のヒートパイプは大きな熱輸送能力を発揮できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。

本発明の態様によれば、複数のヒートパイプのうち、少なくとも１つの所定のヒートパイプが、放熱フィン群が積層構造を形成した放熱部のうち、高い位置に配置され、他のヒートパイプが、該所定のヒートパイプよりも低い位置に配置されることにより、放熱部に供給される冷却風が、放熱部の高さ方向において高い位置よりも低い位置の方が高温となってしまっても、所定のヒートパイプは低温の冷却風が供給される放熱部の部位と熱的に接続されていることとなる。従って、所定のヒートパイプは大きな熱輸送能力を発揮できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。

本発明の態様によれば、所定のヒートパイプの一方の端部が、他のヒートパイプの一方の端部よりも、発熱体の熱密度の高い領域に熱的に接続されることにより、所定のヒートパイプがより確実に大きな熱輸送能力を発揮できるので、冷却対象に対してより確実に冷却性能を発揮できる。

本発明の態様によれば、第２の放熱フィン群は所定のヒートパイプを介して第１の放熱フィン群と対向し、第２の放熱フィン群は他のヒートパイプを介して第３の放熱フィン群と対向することにより、第１の放熱フィン群の熱的負荷と第３の放熱フィン群の熱的負荷とが相違しても、第２の放熱フィン群が、第１の放熱フィン群と第３の放熱フィン群のうち相対的に大きな熱的負荷を与えられた放熱フィン群と熱的に接続されたヒートパイプから受熱できる。よって、第１の放熱フィン群と第３の放熱フィン群の熱的負荷を均一化できる。従って、第２の放熱フィン群が、相対的に大きな熱的負荷を与えられた放熱フィン群と熱的に接続されたヒートパイプからの熱を、より多く放出することができる。また、本発明の態様によれば、相対的に大きな熱的負荷を与えられた放熱フィン群と熱的に接続されたヒートパイプからの熱を、第２の放熱フィン群がより多く放出でき、結果、発熱体の冷却を円滑化できるので、発熱体の信頼性を長期化できる。

本発明の態様によれば、ヒートパイプが複数の放熱フィン間に形成された開口部側から導入されていることにより、放熱フィンの表面に対して略平行方向に送られた冷却風によって、放熱部と熱的に接続されたヒートパイプの他方の端部及び放熱部だけでなく、ヒートパイプの中央部も、冷却することができる。従って、ヒートシンクの冷却性能がさらに向上する。

本発明の態様によれば、ヒートパイプの、放熱部と熱的に接続された部分に、曲げ部が形成されていることにより、ヒートパイプの長軸方向の寸法を低減しつつ、放熱フィン群を形成する複数の放熱フィンのそれぞれに対して、ヒートパイプを熱的に接続することができる。

本発明の態様によれば、ヒートパイプの、放熱部と熱的に接続された部分が、扁平加工されていることにより、放熱部に対するヒートパイプの接触面積が増大して、冷却効率を向上させることができる。また、上記扁平加工により、放熱部内における冷却風の圧力損失を低減できる。

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の説明図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの放熱部内部の説明図である。 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。

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に示すように、第１実施形態例に係るヒートシンク１は、第１の発熱体（図示せず）と第１の受熱板３１を介して熱的に接続されている第１のヒートパイプ１１と、第２の発熱体（図示せず）と第２の受熱板３２を介して熱的に接続されている第２のヒートパイプ１３と、を備えている。第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ１３は、いずれも、ヒートシンク１の共通の放熱部２０と熱的に接続されている。放熱部２０は、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６とを備えている。

図１では、第１の放熱フィン群２２、第２の放熱フィン群２４、第３の放熱フィン群２６は、放熱部２０の高さ方向に積層されている。すなわち、放熱部２０は、複数の放熱フィン群の積層構造となっている。第１の放熱フィン群２２、第２の放熱フィン群２４、第３の放熱フィン群２６のうち、第１の放熱フィン群２２は、発熱体の設置面に対して上方に最も遠い位置、すなわち、放熱部２０の高さ方向において最も高い位置にある。一方で、第３の放熱フィン群２６は、発熱体の設置面に対して最も近い位置、すなわち、放熱部２０の高さ方向において最も低い位置にある。

第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４との間には第１の空間６１が設けられている。第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６との間には第２の空間６２が設けられている。従って、第１の空間６１は、第２の空間６２よりも放熱部２０の高さ方向において高い位置に設けられている。

図１に示すように、第１のヒートパイプ１１は複数（図１では５本）、長軸方向に対して略直交方向に並列に配置されて第１のヒートパイプ群１２を形成している。複数の第１のヒートパイプ１１は、いずれも、隣接する別の第１のヒートパイプ１１と側部にて対向した状態となっている。また、複数の第１のヒートパイプ１１は、いずれも、その一方の端部が第１の発熱体と熱的に接続されていることで、第１のヒートパイプ群１２の一方の端部が、第１の発熱体と熱的に接続されている。ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ群１２の一方の端部を第１の発熱体表面と第１の受熱板３１を介して間接的に接触させることにより、第１のヒートパイプ群１２の一方の端部と第１の発熱体とを熱的に接続させている。

複数の第１のヒートパイプ１１のうち、所定の第１のヒートパイプ１１−１（図１では２本）の他方の端部が、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４に熱的に接続されている。ヒートシンク１では、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４との間に設けられた第１の空間６１に、所定の第１のヒートパイプ１１−１の他方の端部が挿入されることで、所定の第１のヒートパイプ１１−１の他方の端部が、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４に熱的に接続されている。また、複数の第１のヒートパイプ１１のうち、所定の第１のヒートパイプ１１−１ではない他の第１のヒートパイプ１１−２（図１では３本）の他方の端部が、第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６に熱的に接続されている。ヒートシンク１では、第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６との間に設けられた第２の空間６２に、他の第１のヒートパイプ１１−２の他方の端部が挿入されることで、他の第１のヒートパイプ１１−２の他方の端部が、第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６に熱的に接続されている。

すなわち、図１、２に示すように、複数の第１のヒートパイプ１１のうち、一部の第１のヒートパイプ（所定の第１のヒートパイプ１１−１）は、放熱部２０の高さ方向において高い側の位置にて放熱部２０と熱的に接続され、別の第１のヒートパイプ（他の第１のヒートパイプ１１−２）は、放熱部２０の高さ方向において低い側の位置にて放熱部２０と熱的に接続されている。ヒートシンク１では、所定の第１のヒートパイプ１１−１と他の第１のヒートパイプ１１−２は交互に配置されている。

図１に示すように、第２のヒートパイプ１３は複数（図１では５本）、長軸方向に対して略直交方向に並列に配置されて第２のヒートパイプ群１４を形成している。複数の第２のヒートパイプ１３は、いずれも、隣接する別の第２のヒートパイプ１３と側部にて対向した状態となっている。また、複数の第２のヒートパイプ１３は、いずれも、その一方の端部が第２の発熱体と熱的に接続されていることで、第２のヒートパイプ群１４の一方の端部が、第２の発熱体と熱的に接続されている。ヒートシンク１では、第２のヒートパイプ群１４の一方の端部を第２の発熱体表面と第２の受熱板３２を介して間接的に接触させることにより、第２のヒートパイプ群１４の一方の端部と第２の発熱体とを熱的に接続させている。

複数の第２のヒートパイプ１３のうち、所定の第２のヒートパイプ１３−１（図１では３本）の他方の端部が、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４に熱的に接続されている。ヒートシンク１では、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４との間に設けられた第１の空間６１に、所定の第２のヒートパイプ１３−１の他方の端部が挿入されることで、所定の第２のヒートパイプ１３−１の他方の端部が、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４に熱的に接続されている。また、複数の第２のヒートパイプ１３のうち、所定の第２のヒートパイプ１３−１ではない他の第２のヒートパイプ１３−２（図１では２本）の他方の端部が、第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６に熱的に接続されている。ヒートシンク１では、第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６との間に設けられた第２の空間６２に、他の第２のヒートパイプ１３−２の他方の端部が挿入されることで、他の第２のヒートパイプ１３−２の他方の端部が、第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６に熱的に接続されている。

すなわち、図１、２に示すように、複数の第２のヒートパイプ１３のうち、一部の第２のヒートパイプ（所定の第２のヒートパイプ１３−１）は、放熱部２０の高さ方向において高い側の位置にて放熱部２０と熱的に接続され、別の第２のヒートパイプ（他の第２のヒートパイプ１３−２）は、放熱部２０の高さ方向において低い側の位置にて放熱部２０と熱的に接続されている。ヒートシンク１では、所定の第２のヒートパイプ１３−１と他の第２のヒートパイプ１３−２は交互に配置されている。

第１のヒートパイプ１１のうち、所定の第１のヒートパイプ１１−１は、第１の発熱体から放出された熱を第１の受熱板３１を介して一方の端部にて受熱し、該一方の端部から所定の第１のヒートパイプ１１−１の他方の端部へ熱を輸送する。所定の第１のヒートパイプ１１−１の他方の端部へ輸送された熱は、該他方の端部から該他方の端部と熱的に接続された第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４へ伝達される。他の第１のヒートパイプ１１−２は、第１の発熱体から放出された熱を第１の受熱板３１を介して一方の端部にて受熱し、該一方の端部から他の第１のヒートパイプ１１−２の他方の端部へ熱を輸送する。他の第１のヒートパイプ１１−２の他方の端部へ輸送された熱は、該他方の端部から該他方の端部と熱的に接続された第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６へ伝達される。第１の発熱体から第１のヒートパイプ１１を介して放熱部２０へ輸送された熱は、放熱部２０から外部へ放出される。

第２のヒートパイプ１３のうち、所定の第２のヒートパイプ１３−１は、第２の発熱体から放出された熱を第２の受熱板３２を介して一方の端部にて受熱し、該一方の端部から所定の第２のヒートパイプ１３−１の他方の端部へ熱を輸送する。所定の第２のヒートパイプ１３−１の他方の端部へ輸送された熱は、該他方の端部から該他方の端部と熱的に接続された第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４へ伝達される。他の第２のヒートパイプ１３−２は、第２の発熱体から放出された熱を第２の受熱板３２を介して一方の端部にて受熱し、該一方の端部から他の第２のヒートパイプ１３−２の他方の端部へ熱を輸送する。他の第２のヒートパイプ１３−２の他方の端部へ輸送された熱は、該他方の端部から該他方の端部と熱的に接続された第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６へ伝達される。第２の発熱体から第２のヒートパイプ１３を介して放熱部２０へ輸送された熱は、放熱部２０から外部へ放出される。

図１に示すように、ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１のコンテナと第２のヒートパイプ１３のコンテナは、径方向の断面形状が略丸形の管材である。第１のヒートパイプ１１の受熱部における熱的接続性を向上させるために、第１のヒートパイプ群１２と第１の発熱体との間に第１の受熱板３１が設けられている。また、第２のヒートパイプ１３の受熱部における熱的接続性を向上させるために、第２のヒートパイプ群１４と第２の発熱体との間に第２の受熱板３２が設けられている。

第１の発熱体と第２の発熱体が略同一面上に配置されていることに対応して、ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ群１２の受熱部と第２のヒートパイプ群１４の受熱部は、略同一面上に配置されている。

上記の通り、各第１のヒートパイプ１１の他方の端部が、放熱部２０に熱的に接続されていることで、第１のヒートパイプ群１２の他方の端部が、放熱部２０に熱的に接続されている。また、各第２のヒートパイプ１３の他方の端部が、放熱部２０に熱的に接続されていることで、第２のヒートパイプ群１４の他方の端部が、放熱部２０に熱的に接続されている。また、第１のヒートパイプ群１２及び第２のヒートパイプ群１４は、いずれも、一方の端部と他方の端部の間の部位（中央部）は、平面視略直線状となっている。

図１に示すように、外観形状が略直方体である放熱部２０は、外観形状が略直方体である第１の放熱フィン群２２と、第１の放熱フィン群２２に隣接した外観形状が略直方体である第２の放熱フィン群２４と、第２の放熱フィン群２４に隣接した外観形状が略直方体である第３の放熱フィン群２６とを備えている。さらに、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６とが、積層された配置となっている。すなわち、ヒートシンク１では、放熱部２０は、複数の放熱フィン群が積層された多層構造であり、ヒートシンク１の放熱部２０では、３つの放熱フィン群を有するので３層の積層構造となっている。

第１の放熱フィン群２２は、複数の第１の放熱フィン２１を備えている。また、第１の放熱フィン２１は、それぞれ、放熱部２０の長手方向に対して略平行方向に並列配列されている。さらに、各第１の放熱フィン２１は、その主表面が、平面視直線状である、第１のヒートパイプ群１２及び第２のヒートパイプ群１４の中央部に対して、略平行方向となるように配置されている。従って、各第１の放熱フィン２１の主表面が、放熱部２０及び第１の放熱フィン群２２の短手方向を形成している。第１の放熱フィン２１は、例えば、主表面の上下両端から延出部（図示せず）が伸延した断面コ字状部材であり、延出部先端の係止片を隣接する他の第１の放熱フィン２１の受け部（図示せず）と連結（例えば、カシメ等で連結）したり、延出部先端を隣接する他の第１の放熱フィン２１と接合（例えば、はんだ付け等による接合）することで、第１の放熱フィン群２２を形成することができる。

第２の放熱フィン群２４は、複数の第２の放熱フィン２３を備えている。また、第２の放熱フィン２３は、それぞれ、放熱部２０の長手方向に対して略平行方向に並列配列されている。さらに、各第２の放熱フィン２３は、その主表面が、平面視直線状である、第１のヒートパイプ群１２及び第２のヒートパイプ群１４の中央部に対して、略平行方向となるように配置されている。従って、各第２の放熱フィン２３の主表面が、放熱部２０及び第２の放熱フィン群２４の短手方向を形成している。第２の放熱フィン２３は、例えば、主表面の上下両端から延出部（図示せず）が伸延した断面コ字状部材であり、延出部先端の係止片を隣接する他の第２の放熱フィン２３の受け部（図示せず）と連結（例えば、カシメ等で連結）したり、延出部先端を隣接する他の第２の放熱フィン２３と接合（例えば、はんだ付け等による接合）することで、第２の放熱フィン群２４を形成することができる。

第１の放熱フィン群２２には、第１の放熱フィン２１と隣接する他の第１の放熱フィン２１との間に、第１の開口部５１が形成されており、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１が、第１の開口部５１側から放熱部２０内へ、すなわち、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４との間へ導入されている。第２の放熱フィン群２４には、第２の放熱フィン２３と隣接する他の第２の放熱フィン２３との間に、第２の開口部５２が形成されており、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１が、第２の開口部５２側から放熱部２０内へ、すなわち、第１の放熱フィン群２２と第２の放熱フィン群２４との間へ導入されている。

各第１の放熱フィン２１の主表面及び各第２の放熱フィン２３の主表面は、平面視直線状である、第１のヒートパイプ群１２及び第２のヒートパイプ群１４の中央部に対して、平行方向に配置されている。よって、第１の開口部５１及び第２の開口部５２ともに、第１のヒートパイプ群１２及び第２のヒートパイプ群１４の中央部に対して、平行方向に開口している。

従って、ヒートシンク１では、第１の開口部５１の開口及び第２の開口部５２の開口に対して平行方向から、すなわち、放熱部２０の長手方向に対して直交方向から、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１が放熱部２０内へ導入されている。

第３の放熱フィン群２６は、複数の第３の放熱フィン２５を備えている。また、第３の放熱フィン２５は、それぞれ、放熱部２０の長手方向に対して略平行方向に並列配列されている。さらに、各第３の放熱フィン２５は、その主表面が、平面視直線状である、第１のヒートパイプ群１２及び第２のヒートパイプ群１４の中央部に対して、略平行方向となるように配置されている。従って、各第３の放熱フィン２５の主表面が、放熱部２０及び第３の放熱フィン群２６の短手方向を形成している。第３の放熱フィン２５は、例えば、主表面の上下両端から延出部（図示せず）が伸延した断面コ字状部材であり、延出部先端の係止片を隣接する他の第３の放熱フィン２５の受け部（図示せず）と連結（例えば、カシメ等で連結）したり、延出部先端を隣接する他の第３の放熱フィン２５と接合（例えば、はんだ付け等による接合）することで、第３の放熱フィン群２６を形成することができる。

また、第３の放熱フィン群２６には、第３の放熱フィン２５と隣接する他の第３の放熱フィン２５との間に、第３の開口部５３が形成されており、他の第１のヒートパイプ１１−２と他の第２のヒートパイプ１３−２が、第３の開口部５３側から放熱部２０内へ、すなわち、第２の放熱フィン群２４と第３の放熱フィン群２６との間へ導入されている。

各第３の放熱フィン２５の主表面は、平面視直線状である、第１のヒートパイプ群１２及び第２のヒートパイプ群１４の中央部に対して、平行方向に配置されている。よって、第３の開口部５３も、第１のヒートパイプ群１２及び第２のヒートパイプ群１４の中央部に対して、平行方向に開口している。

従って、ヒートシンク１では、第２の開口部５２の開口及び第３の開口部５３の開口に対して平行方向から、すなわち、放熱部２０の長手方向に対して直交方向から、他の第１のヒートパイプ１１−２と他の第２のヒートパイプ１３−２が放熱部２０内へ導入されている。

図１、３に示すように、ヒートシンク１では、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１について、第１の放熱フィン群２２及び第２の放熱フィン群２４と熱的に接続された部分に、曲げ部１５が形成されている。従って、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１は、いずれも、平面視略Ｌ字状となっている。また、所定の第１のヒートパイプ１１−１は所定の第２のヒートパイプ１３−１の左側に位置しており、所定の第１のヒートパイプ１１−１の曲げ部１５は、いずれも右方向の曲げである。所定の第２のヒートパイプ１３−１の曲げ部１５は、左側２本は左方向の曲げであり、右側１本は右方向の曲げである。よって、図３に示すように、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１は、曲げ部１５により、放熱部２０の長手方向に対して略平行方向に他方の端部が延びる態様となっている。

また、図示しないが、他の第１のヒートパイプ１１−２と他の第２のヒートパイプ１３−２について、第２の放熱フィン群２４及び第３の放熱フィン群２６と熱的に接続された部分に、曲げ部が形成されている。従って、他の第１のヒートパイプ１１−２と他の第２のヒートパイプ１３−２は、いずれも、平面視略Ｌ字状となっている。また、他の第１のヒートパイプ１１−２は他の第２のヒートパイプ１３−２の左側に位置しており、他の第１のヒートパイプ１１−２の曲げ部は、いずれも右方向の曲げである。他の第２のヒートパイプ１３−２の曲げ部は、左側２本は左方向の曲げであり、右側１本は右方向の曲げである。よって、他の第１のヒートパイプ１１−２と他の第２のヒートパイプ１３−２は、曲げ部により、放熱部２０の長手方向に対して略平行方向に他方の端部が延びる態様となっている。従って、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３の長軸方向の寸法を低減しつつ、放熱部２０の複数の放熱フィンに対して、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３を熱的に接続することができる。

第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３の、放熱部２０と熱的に接続された他方の端部は、扁平加工されている。扁平加工により、放熱部２０に対する第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３の接触面積が増大して、冷却効率を向上させることができる。また、扁平加工により、放熱部２０内における冷却風Ｆの圧力損失を低減できる。

第１の放熱フィン２１、第２の放熱フィン２３、第３の放熱フィン２５の材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を挙げることができる。第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３のコンテナの材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属を挙げることができる。第１の放熱フィン２１、第２の放熱フィン２３及び第３の放熱フィン２５と第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３との熱的接続方法は、特に限定されず、例えば、はんだ付け等により、第１の放熱フィン２１、第２の放熱フィン２３及び第３の放熱フィン２５と第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３とを接合することで、熱的に接続することができる。また、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３に封入す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。

上記の通り、ヒートシンク１では、第１の発熱体と熱的に接続されている複数の第１のヒートパイプ１１のうち、所定の第１のヒートパイプ１１−１が、放熱部２０の高い側の位置に配置され、他の第１のヒートパイプ１１−２が、所定の第１のヒートパイプ１１−１よりも放熱部２０の低い側の位置に配置される。また、第２の発熱体と熱的に接続されている複数の第２のヒートパイプ１３のうち、所定の第２のヒートパイプ１３−１が、放熱部２０の高い側の位置に配置され、他の第２のヒートパイプ１３−２が、所定の第２のヒートパイプ１３−１よりも放熱部２０の低い側の位置に配置される。従って、冷却風Ｆの温度が、放熱部２０の高さ方向において低い位置の方が高い位置よりも高温となってしまっても、低温の冷却風Ｆが供給される放熱部２０の部位と熱的に接続された、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１が、大きな熱輸送能力を発揮できる。ヒートシンク１では、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１が大きな熱輸送能力を発揮することで、発熱体に対して優れた冷却性能を発揮できる。

また、冷却風Ｆが、放熱部２０の高さ方向において低い位置の方が高い位置よりも高温となってしまっても、所定の第１のヒートパイプ１１−１と所定の第２のヒートパイプ１３−１が大きな熱輸送能力を発揮することで、複数の発熱体がヒートシンク１に熱的に接続されても、各発熱体を均一に冷却することができる。

また、ヒートシンク１では、所定の第１のヒートパイプ１１−１と他の第１のヒートパイプ１１−２は交互に配置されていることで、第１の発熱体と熱的に接続される第１の受熱板３１全体から均一に第１のヒートパイプ群１２へ熱伝達される。よって、ヒートシンク１では、第１の発熱体に対する冷却効率がより向上する。また、ヒートシンク１では、所定の第２のヒートパイプ１３−１と他の第２のヒートパイプ１３−２は交互に配置されていることで、第２の発熱体と熱的に接続される第２の受熱板３２全体から均一に第２のヒートパイプ群１４へ熱伝達される。よって、ヒートシンク１では、第２の発熱体に対する冷却効率がより向上する。

また、ヒートシンク１では、複数の第１のヒートパイプ１１のうち、所定の第１のヒートパイプ１１−１と他の第１のヒートパイプ１１−２が、放熱部２０の異なる高さに熱的に接続されることにより、複数の第１のヒートパイプ１１全てが放熱部２０の同じ高さに熱的に接続される場合と比較して、第１のヒートパイプ１１の曲げ部をコンパクトに納めることができる。また、ヒートシンク１では、同じく、複数の第２のヒートパイプ１３全てが放熱部２０の同じ高さに熱的に接続される場合と比較して、第２のヒートパイプ１３の曲げ部をコンパクトに納めることができる。従って、ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１３の曲げ部を省スペース化することができるので、筐体内に電子部品等が高密度に搭載されていても、ヒートシンク１を筐体内に搭載することができる。

ヒートシンク１では、第２の放熱フィン群２４は所定のヒートパイプを介して第１の放熱フィン群２２と対向し、第２の放熱フィン群２４は他のヒートパイプを介して第３の放熱フィン群２６と対向することにより、第１の放熱フィン群２２の熱的負荷と第３の放熱フィン群２６の熱的負荷とが相違しても、第２の放熱フィン群２４が、第１の放熱フィン群２２と第３の放熱フィン群２６のうち相対的に大きな熱的負荷を与えられた放熱フィン群と熱的に接続されたヒートパイプから受熱できる。よって、ヒートシンク１では、第１の放熱フィン群２２と第３の放熱フィン群２６の熱的負荷を均一化できる。上記から、第２の放熱フィン群２４が、相対的に大きな熱的負荷を与えられた放熱フィン群と熱的に接続されたヒートパイプからの熱を、より多く放出することができる。また、ヒートシンク１では、相対的に大きな熱的負荷を与えられた放熱フィン群と熱的に接続されたヒートパイプからの熱を、第２の放熱フィン群がより多く放出でき、結果、発熱体の冷却を円滑化できるので、発熱体の信頼性を長期化できる。

ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１２が、複数の放熱フィン間に形成された開口部側から導入されていることにより、放熱フィンの主表面に対して略平行方向に送られた冷却風Ｆによって、放熱部２０と熱的に接続された第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１２の他方の端部及び放熱部２０だけでなく、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ１２の中央部も、冷却することができる。従って、ヒートシンク１の冷却性能がさらに向上する。

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１と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係るヒートシンク１では、所定の第１のヒートパイプ１１−１と他の第１のヒートパイプ１１−２は交互に配置されていたが、これに代えて、図４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、所定の第１のヒートパイプ１１−１が中央部に並列配置され、他の第１のヒートパイプ１１−２は所定の第１のヒートパイプ１１−１の両側に位置されている。また、ヒートシンク２では、所定の第２のヒートパイプ１３−１が中央部に並列配置され、他の第２のヒートパイプ１３−２は所定の第２のヒートパイプ１３−１の両側に位置されている。

ヒートシンク２では、第１の受熱板３１の表面及び第２の受熱板３２の表面のうち、その中央部付近に熱密度の高い領域（例えば、ホットスポット）が形成されている場合に、発熱体に対してより確実に冷却性能を発揮できる。すなわち、ヒートシンク２では、大きな熱輸送能力を発揮する所定のヒートパイプの一方の端部が、他のヒートパイプの一方の端部よりも、受熱板の熱密度の高い領域と熱的に接続されることになる点で、発熱体に対してより確実に冷却性能を発揮できる。なお、「受熱板の熱密度の高い領域」とは、受熱板の表面のうち、表面全体の平均温度よりも高い温度の領域を意味する。

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１のヒートパイプ群及び第２のヒートパイプ群を構成するヒートパイプの本数は、５本であったが、各ヒートパイプ群におけるヒートパイプの本数は、複数であれば、発熱体の発熱量等に応じて適宜選択可能であり、２〜４本、６本以上でもよい。また、第１のヒートパイプ群を構成する第１のヒートパイプの本数及び第２のヒートパイプ群を構成する第２のヒートパイプの本数は、同じでも異なっていてもよい。

また、上記各実施形態例では、発熱体が２つであることに対応して、ヒートパイプ群は２つ設けられていたが、ヒートパイプ群と発熱体の数は、特に限定されず、例えば、１つでもよく、３つ以上でもよい。

また、上記各実施形態例では、放熱部の放熱フィン群は、３つの放熱フィン群からなる３層構造であったが、これに代えて、４つの放熱フィン群からなる４層構造でもよく、５つ以上の放熱フィン群からなる５層以上の構造でもよい。４層構造の放熱部では、隣接している放熱フィン群の間に設けられる空間は３つ、５層以上の構造の放熱部では、隣接している放熱フィン群の間に設けられる空間は４つ以上となる。放熱部の高さ方向において最も高い位置に形成された上記空間に、１つのヒートパイプ群から少なくとも１つのヒートパイプが挿入されていればよい。すなわち、１つのヒートパイプ群あたり、所定のヒートパイプは少なくとも１つでよく、最も高い位置以外の上記空間には、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの少なくとも一方が、少なくとも１つ挿入されていればよい。

また、上記各実施形態例では、放熱部は複数の放熱フィン群を備え、ヒートパイプを複数備えていたが、これに代えて、放熱フィン群は１つでもよく、放熱フィン群が１つの場合、ヒートパイプは１つでも複数でもよい。この場合、ヒートパイプの他方の端部が、放熱フィン群の高さ方向において、発熱体の設置面よりも高い位置にて放熱部（放熱フィン群）と熱的に接続され、放熱部（放熱フィン群）が、放熱フィン群の高さ方向において、発熱体の設置面よりも高い位置に設けられている。すなわち、放熱部（放熱フィン群）は、放熱フィン群の高さ方向において、発熱体の設置面よりも高い位置にのみ設けられている。

上記態様では、放熱部に供給される冷却風が、放熱部の高さ方向において高い位置よりも低い位置の方が高温となってしまっても、ヒートパイプは低温の冷却風が供給される放熱部の部位と熱的に接続されていることとなる。従って、ヒートパイプは大きな熱輸送能力を発揮できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。

また、上記各実施形態例では、放熱部は、複数の放熱フィン群の積層構造であったが、複数の放熱フィン群は積層構造を形成していることに限定はされず、複数の放熱フィン群が、放熱フィン群の高さ方向において異なる位置、すなわち、異なる高さに設けられていればよい。複数の放熱フィン群が積層構造を形成せずに異なる高さに設けられている態様としては、例えば、複数の放熱フィン群が階段状に配置されている態様を挙げることができる。

この場合、複数のヒートパイプのうち、少なくとも１つの所定のヒートパイプの他方の端部が、放熱フィン群の高さ方向において最も高い位置に形成された放熱フィン群と熱的に接続され、複数のヒートパイプのうち、所定のヒートパイプ以外の他のヒートパイプの他方の端部が、所定のヒートパイプの他方の端部が熱的に接続された放熱フィン群よりも、放熱フィン群の高さ方向において低い位置に形成された放熱フィン群に熱的に接続される。

上記態様でも、上記各実施形態例と同様に、放熱部に供給される冷却風が、放熱部の高さ方向において高い位置よりも低い位置の方が高温となってしまっても、所定のヒートパイプは低温の冷却風が供給される放熱部の部位と熱的に接続されていることとなる。従って、所定のヒートパイプは大きな熱輸送能力を発揮できるので、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。

本発明のヒートシンクは、広汎な分野で利用可能であるが、冷却風の温度に、放熱部の高さ方向においてムラが生じても、所定のヒートパイプが大きな熱輸送能力を発揮することで、冷却対象に対して優れた冷却性能を発揮できる。従って、本発明のヒートシンクは、例えば、サーバに搭載された演算素子等の電子部品を冷却する分野で、利用価値が高い。

１、２ ヒートシンク
１１ 第１のヒートパイプ
１１−１ 所定の第１のヒートパイプ
１１−２ 他の第１のヒートパイプ
１２ 第１のヒートパイプ群
１３ 第２のヒートパイプ
１３−１ 所定の第２のヒートパイプ
１３−２ 他の第２のヒートパイプ
１４ 第２のヒートパイプ群
２０ 放熱部
２１ 第１の放熱フィン
２２ 第１の放熱フィン群
２３ 第２の放熱フィン
２４ 第２の放熱フィン群
２５ 第３の放熱フィン
２６ 第３の放熱フィン群

Claims (10)

1. 複数の放熱フィンを有する放熱フィン群を複数備え、複数の前記放熱フィン群が積層構造を形成した放熱部と、
   発熱体と一方の端部が熱的に接続され、積層構造を形成した複数の前記放熱フィン群の間に設けられた空間に他方の端部が挿入されて前記放熱部と熱的に接続された、複数のヒートパイプと、を備え、
   複数の前記ヒートパイプのうち、少なくとも１つの所定のヒートパイプの他方の端部が、前記放熱部の高さ方向において最も高い位置に形成された前記空間に挿入され、
   複数の前記ヒートパイプのうち、前記所定のヒートパイプ以外の他のヒートパイプの他方の端部が、前記所定のヒートパイプの他方の端部が挿入された前記空間よりも、前記放熱部の高さ方向において低い位置に形成された前記空間に挿入され、
   少なくとも１つの前記所定のヒートパイプの一方の端部が、前記他のヒートパイプの一方の端部よりも、前記発熱体の熱密度の高い領域に熱的に接続されたヒートシンク。
2. 前記放熱部が、少なくとも、複数の第１の放熱フィンを有する第１の放熱フィン群と、複数の第２の放熱フィンを有する第２の放熱フィン群と、複数の第３の放熱フィンを有する第３の放熱フィン群と、を有し、
   前記第２の放熱フィン群は、前記所定のヒートパイプを介して前記第１の放熱フィン群と対向し、前記第２の放熱フィン群は、前記他のヒートパイプを介して前記第３の放熱フィン群と対向することにより、前記第１の放熱フィン群、前記第２の放熱フィン群及び前記第３の放熱フィン群が積層構造を形成した請求項１に記載のヒートシンク。
3. 複数の前記ヒートパイプが、複数の前記放熱フィン間に形成された開口部側から導入されている請求項１または２に記載のヒートシンク。
4. 前記所定のヒートパイプが、前記第１の放熱フィン間に形成された開口部側から導入されている請求項２に記載のヒートシンク。
5. 前記他のヒートパイプが、前記第２の放熱フィン間に形成された開口部側から導入されている請求項２または４に記載のヒートシンク。
6. 複数の前記ヒートパイプの、前記放熱部と熱的に接続された部分に、曲げ部が形成されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
7. 複数の前記ヒートパイプの、前記放熱部と熱的に接続された部分が、扁平加工されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートシンク。
8. 前記所定のヒートパイプの一方の端部と前記他のヒートパイプの一方の端部が、並列配置されることにより、複数の前記ヒートパイプがヒートパイプ群を形成している請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
9. １つの前記ヒートパイプ群が、１つの前記発熱体と熱的に接続される請求項８に記載のヒートシンク。
10. 前記ヒートパイプ群が、１つまたは２つ設けられている請求項９に記載のヒートシンク。

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