JPH07243782A

JPH07243782A - ヒートパイプ式放熱器

Info

Publication number: JPH07243782A
Application number: JP3246594A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Tanaka; 哲也田中; Takayuki Shin; 隆之新; Yasuo Osone; 靖夫大曽根; Toshio Hatada; 敏夫畑田; Takahiro Oguro; 崇弘大黒; Tamotsu Tsukaguchi; 保塚口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-03-02
Filing date: 1994-03-02
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】発熱半導体部品が、放熱面を稼働状態で鉛直
になるように実装されている場合に、効率の良い冷却を
行う。【構成】鉛直に実装された発熱体１上に吸熱面を鉛直
にして搭載されたベース部２と、ベース部２に突出して
設けられた複数の平板状の放熱部３と、ベース部２から
放熱部３の先端に延びる方向に放熱部３の内部に設置さ
れた複数のヒートパイプ４と、ヒートパイプ４の内部に
封入された作動液５により構成される放熱器１０であっ
て、ヒートパイプ４はベース部２に対して垂直な方向か
ら傾けて設置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子等の発熱体の
冷却に用いられる放熱器に係り、特にヒートパイプを利
用したヒートパイプ式放熱器に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等の発熱体はその電子的性能
を維持するために放熱器により冷却する必要がある。従
来、半導体部品上にアルミニウム、銅などの熱伝導性材
料を使用した放熱フィンを搭載するなどしてその冷却が
行われてきた。ところが近年、コンピュータの処理速度
向上にともない素子の発熱量が増加し、発熱密度はさら
に増大する傾向にある。発熱密度が大きくなると、放熱
部であるフィンを大きくする、あるいは薄くするなどし
て放熱面積をさらに拡大する必要があるが、放熱面積を
拡大すると、フィン内部の熱伝導の制限によりフィン先
端側にいくにつれて表面温度の低下が大きくなり、フィ
ン効率が低下するため、十分な冷却性能の向上が得られ
ない。そこで特開平４−１９８６９０号公報、あるいは
特開平４−３１３６８７号公報等にみられるようなヒー
トパイプを内蔵した放熱器が考案されている。図１４、
図１５にその例を示す。

【０００３】図１４において放熱器１４０は、一方の面
（ベース面＝吸熱面）が半導体部品などの発熱体１の放
熱面に熱的に接続された平板状のベース部２と、ベース
部２の前記吸熱面に対向する他方の面に前記吸熱面（ベ
ース面）に対して垂直に突出して並べて設けられた複数
の平板状の放熱部３とを含んで構成されている。ベース
部２は中が全面に亘って中空になっており、放熱部３の
内部には多数の細長い孔がベース部２に垂直をなして形
成されている。この多数の細長い孔は、放熱部３の根本
側、つまりベース部２側から放熱部３の先端に向かう方
向を軸線として形成されている。また、各孔はベース部
２の中空部と連通して形成されており、１つの連通した
ヒートパイプ４を構成している。また、ヒートパイプ４
の中には純水などの作動液５が封入されている。

【０００４】発熱体１はその使用状態でベース部２との
接合面がほぼ水平になるように配置されており、発熱体
１で発生した熱はベース部２との接合面を介してベース
部２に伝えられる。この熱によってヒートパイプ４の中
に封入された作動液５は、ベース部２で蒸発し、蒸気の
状態で放熱部３の先端側に移動する。蒸気はヒートパイ
プ４の内部を放熱部３の先端側に移動するに従い、放熱
部３の表面と空気などの外部熱交換媒体が熱交換するこ
とにより、熱が奪われて再び凝縮する。凝縮した作動液
５は重力によってヒートパイプ内壁（前記多数の細孔の
内壁）を伝って再び沸騰部であるヒートパイプのベース
部２側に戻っていく。ヒートパイプ４の内部で作動液５
が以上のような循環動作をすることによって、放熱部３
の内部での熱伝導は固体による熱伝導と比較して飛躍的
に熱伝導量が増大し、フィン効率が向上するので、十分
な冷却性能を得ることが可能になる。

【０００５】図１５では、放熱器１５０はベース部２に
散点状に突出して設けられた複数の平板状の放熱部３の
内部に、各々独立に純水などの作動液が封入された複数
のヒートパイプ４がベース部２に接続された放熱部３の
根本側から放熱部３の先端に向かってベース部２に対し
て垂直な方向に設置されている。やはり、図１４におけ
る放熱器１４０と同様に、フィン効率が増大して十分な
冷却性能を得ることが可能になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】コンピュータのような
電子装置では、その筐体床面積をできるだけコンパクト
にするために、半導体部品を搭載した基板を筐体内に稼
働状態で鉛直になるように実装している場合が多い。

【０００７】図１４において示されたような構造の放熱
器１４０では、発熱半導体部品がその放熱面を水平にし
て実装されている場合には、放熱部の内部に設置された
ヒートパイプが良好に動作して高い冷却性能を得ること
が出来る。ところが、発熱半導体部品が放熱面を鉛直に
して実装されている場合には、図１４に示されたような
構造の放熱器１４０を設けると、放熱部の内部に設置さ
れたヒートパイプを形成する多数の細孔が、ベース部２
の中空部を介して互いに連通しているために、沸騰部で
あるベース部に均一に溜るべき作動液が、重力により下
の方に溜ってしまうことになる。そのため、ヒートパイ
プは十分な沸騰部面積を確保することができず、正常に
動作することができない。また、放熱器１４０は搭載さ
れる姿勢に関わらず、万一、放熱部あるいはベース部が
破損するなどして作動液の漏れが生じた場合、ヒートパ
イプが中で連通しているため、作動液は全て蒸発して外
部に漏れてしまうので、ヒートパイプとして完全に機能
しなくなってしまう。

【０００８】また、図１５に示されたような構造の放熱
器１５０では、発熱半導体部品が放熱面を鉛直にして実
装されている場合には、この鉛直な放熱面に吸熱面を接
合させた放熱部の内部に設置されたヒートパイプが水平
に設置されることになる。このため、放熱部先端側で凝
縮した作動液が再びベース側に戻っていく方向と重力の
作用する方向が直交するようになり、作動液の循環が円
滑にできなくなって熱輸送能力が極端に低下する。

【０００９】また、図１４、図１５で示されたような構
造の放熱器を用い、外部熱交換媒体に空気を用いて冷却
空気の強制対流で冷却を行った場合、冷却空気が隣合う
平板状放熱部の間を流れるに従い、空気温度が上昇して
熱交換の効率が悪化するので、発熱体温度も冷却空気の
流れに対し、上流から下流に行くに従い高くなり、発熱
体を均一に冷却することができない。

【００１０】本発明の目的は、発熱半導体部品がその放
熱面を稼働状態で鉛直になるようにして実装されている
場合に、効率の良い冷却を行い、また、強制対流により
発熱半導体部品の冷却を行う場合に、発熱体を冷却流体
の上流から下流に亘って均一に冷却することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するための手段として、一方の面を吸熱面とする平板
状のベース部と、該ベース部の前記吸熱面に対向する面
に互いに平行するように植立された複数の板状の放熱部
とを含んでなり、該複数の放熱部のうちの少なくとも一
つの中に互いに平行するように形成され前記ベース部の
熱を該放熱部のベース部から遠い側に移送するヒートパ
イプを備えてなるヒートパイプ式放熱器において、前記
複数のヒートパイプにはそれぞれ独立に作動液を封入
し、前記各ヒートパイプを、その両端を結ぶ軸線が該ヒ
ートパイプのベース部側の端部を通る前記吸熱面の法線
と所定の角度をなすように形成したことを特徴とする。

【００１２】上記手段において、ヒートパイプはそのベ
ース部側端部に、ベース部内に吸熱面に平行に形成され
た部分を有するものとしてもよい。

【００１３】また前記板状の放熱部表面に放熱フィンを
設けたものとしてもよい。

【００１４】上記の目的はまた、一方の面が半導体部品
等の発熱体と熱的に接続される吸熱面である板状のベー
ス部と、前記ベース部の他方の面に該他方の面から突出
するように、かつ互いにほぼ平行に配置された複数の平
板状の放熱部と、前記複数の放熱部のうち少なくとも１
つの内部に形成され各々独立に作動液が封入された複数
のヒートパイプと、を含んで構成されるヒートパイプ式
放熱器において、前記ベース部が作動状態において吸熱
面がほぼ鉛直になる姿勢で半導体部品等の発熱体に接合
されたとき、前記平板状の放熱部をその主要な面がほぼ
鉛直をなすような姿勢、あるいは前記ベース部との交線
がほぼ水平をなしかつベース部との接続部より反対側の
端部が高くなるような姿勢で前記ベース部から突出さ
せ、前記ヒートパイプを、前記ベース部に近い一端側
（沸騰部）から、前記放熱部の先端側のもう一方の端
（凝縮部）に近づくに従って高い位置にあるように前記
放熱部の内部に設置することによっても達成される。

【００１５】上記各ヒートパイプ式放熱器において、放
熱部をベース部との接続部が直線をなすようにし、前記
ヒートパイプそれぞれの両端を結ぶ各軸線を、前記直線
に直交する平面と放熱部の面との交線に対して同一方向
に傾斜させるようにしてもよい。

【００１６】また、上記各ヒートパイプ式放熱器におい
て、板状の放熱部を、複数の棒状のヒートパイプをほぼ
平行に隣接して接合し、一体化して構成したものとして
もよく、複数の棒状のヒートパイプをほぼ平行に１平面
上に配置し、その両面あるいは片面を波状の金属板で接
合し、一体化して構成したものとしてもよい。

【００１７】上記各手段におけるヒートパイプは、その
内壁に溝およびまたはメッシュ状のウイックを有するも
のとすることが効果的である。

【００１８】上記の目的はまた、基板に搭載された発熱
半導体部品と、該発熱半導体部品の放熱面に吸熱面を接
合して配置され発熱半導体部品の熱を取りだして放出す
る放熱器と、を含んでなる電子装置において、前記放熱
器を請求項１乃至９のうちのいずれかに記載のヒートパ
イプ式放熱器とすることによっても達成される。

【００１９】

【作用】発熱半導体部品がその放熱面をほぼ鉛直にして
実装されている場合、該放熱面に接合される吸熱面もほ
ぼ鉛直になり、該吸熱面の法線はほぼ水平となる。本発
明によれば、放熱部内部のヒートパイプは、ヒートパイ
プの両端、つまり蒸発部（沸騰部ともいう）と凝縮部を
結ぶ軸線が、該ヒートパイプの蒸発部を通る吸熱面の法
線に対して所定の角度をなすように形成されているか
ら、放熱器ベース部の吸熱面を前記発熱半導体部品の放
熱面に熱的に接合する際、ヒートパイプの軸線が前記法
線の上側になるように放熱部の姿勢を定める。放熱部の
姿勢をこのように定めることにより、各ヒートパイプの
凝縮部は蒸発部より上方になり、作動液の蒸気の凝縮部
への上昇、凝縮部で凝縮した作動液の蒸発部への下降
が、重力により円滑に行われる。また、ヒートパイプが
放熱部に各々独立に設置されていることによって、放熱
器の搭載される姿勢に関わらず作動液は各ヒートパイプ
中に均一に留まるので、高い熱輸送能力を維持すること
ができ、作動液の漏れが発生して１つのヒートパイプが
動作不能になっても他のヒートパイプは正常に動作する
ので、熱輸送能力の急激な低下を抑制することができ
る。

【００２０】また、ヒートパイプのベース部側端部、つ
まり蒸発部に、吸熱面と平行に形成された部分を設ける
ことにより、吸熱面から作動液への熱伝達面積が大きく
なり、作動液による時間当りの熱の輸送量が増大する。

【００２１】また、板状の放熱部表面にさらに放熱フィ
ンを二次的に設けることにより、放熱部からの熱の放出
量が増大し、冷却が効果的になる。

【００２２】また、本発明によれば、発熱半導体部品が
その放熱面をほぼ鉛直にして実装されている場合に、内
部に各々独立に作動液が封入された複数のヒートパイプ
が設置された平板状の放熱部を、ベース部に対して垂直
な方向から傾けて、あるいは、曲げられて設置すること
によって、上記作用と同様に、ヒートパイプ両端の位置
関係は、作動液が凝縮する放熱部先端側を作動液が蒸発
するベース部側より高くすることができるので、重力に
よる作動液の戻りが良好になり、ヒートパイプの高い熱
輸送能力を維持することができる。また、上記作用と同
様に、ヒートパイプが放熱部に各々独立に設置されてい
ることによって、放熱器の搭載される姿勢に関わらず各
ヒートパイプは高い熱輸送能力を維持することができ、
作動液の漏れが発生しても熱輸送能力の急激な低下を抑
制することができる。

【００２３】また、放熱部とベース部の接続部が直線を
なしており、ヒートパイプそれぞれの両端（蒸発部と凝
縮部）を結ぶ各軸線が、前記直線と直交する平面と放熱
部の面との交線に対して同一方向に傾斜するようにすれ
ば、ベース部に並べて設置された隣合う平板状放熱部の
間の流路に、送風機などの媒体供給装置によって空気な
どの外部熱交換媒体を供給して強制対流による冷却を行
う場合に、前記軸線の傾斜を、軸線の凝縮部側の方が外
部熱交換媒体の流れの上流側にくるようにすることによ
り、平板状の放熱部の内部に設置された各々独立に作動
液が封入された複数のヒートパイプを、各々のヒートパ
イプ両端の位置が、ベース部に近い沸騰部より放熱部先
端に近い凝縮部の方が、冷却空気の流れに対し上流側に
位置するように、ベース部に対して垂直な方向から傾け
て、あるいは、曲げられて設置されることになり、放熱
部の下流側から上流側への熱輸送能力が向上し、冷却空
気の温度上昇による発熱体下流側の温度上昇を緩和し、
発熱体を均一に冷却することができる。

【００２４】また、板状の放熱部を、複数の棒状のヒー
トパイプをほぼ平行に隣接して接合し、それらを一体化
して構成すると、放熱部に含まれるヒートパイプの個数
を多くすることができ、冷却の能力を増大することがで
きる。複数の棒状のヒートパイプをほぼ平行に配置し、
それらを一体化して構成する際に、ヒートパイプの両面
あるいは片面を波状の板、つまり熱伝導性のよい金属
板、に接合して構成するようにすれば、棒状のヒートパ
イプ自体を相互に接合するよりも、作業が容易である
し、できた放熱部の平面度もよくなる。

【００２５】ヒートパイプの内壁に、溝およびまたはメ
ッシュ状のウイックを設けることにより、濡れ性が良く
なるとともに熱伝達面積が増大され、熱輸送量が増加す
る。

【００２６】上述のようなヒートパイプ式放熱器を電子
装置を構成する発熱半導体部品の放熱面に接合すること
により、発熱半導体部品がその放熱面を該電子装置の稼
働状態においてほぼ鉛直になるように実装される場合
も、十分な冷却性能を発揮させることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図１に
より詳細に説明する。図１は、本発明を適用したヒート
パイプ式放熱器の、稼働状態の姿勢での一部断面の斜視
図である。半導体素子等の平板状の発熱体１は筐体内に
設置された基板１１にその放熱面８をほぼ鉛直にして搭
載されており、ヒートパイプ式放熱器１０は発熱体１の
ほぼ鉛直面をなす放熱面８に一方の面（吸熱面＝ベース
面）を熱的に接続された平板状のベース部２と、該ベー
ス部２の前記吸熱面に対向する他方の面に同じく熱的に
接続された複数の平板状の放熱部３から構成されてい
る。放熱部３は、その主要な面３Ａがベース部２に対し
て垂直で、かつ、鉛直な方向に拡がりをもって該ベース
部２に植立されている。放熱部３は互いにその主要な面
３Ａが平行になるように配置されている。放熱部３の内
部には、各々独立に純水などの作動液が封入された複数
のヒートパイプ４が、互いに平行に組み込まれている。

【００２８】ヒートパイプ４となる各細孔は、放熱部３
の先端側（発熱体から遠い側）の凝縮部１２がベース部
２に接続された側の沸騰部（蒸発部ともいう）１３より
も高い位置に来るように、ベース部２に対して垂直な方
向から傾けて形成されており、各細孔の沸騰部１３側端
部はベース部２にできるだけ近い位置に、凝縮部１２側
端部はできるだけ放熱部３の先端に近い位置に、それぞ
れ配置されている。図からもわかるように、各ヒートパ
イプ４は、その両端（蒸発部１３及び凝縮部１２）を結
ぶ軸線が蒸発部１２を通る吸熱面の法線に対し、角αを
なしている。ヒートパイプ４はそれぞれ独立しており、
作動液（本実施例では純水）が各独立に封入されてい
る。

【００２９】ベース部２及び放熱部３は、熱伝導性のよ
い銅で作られているが、他の金属材料でもよい。ヒート
パイプ４の径は、本実施例では５mmとしたが、通常２〜
１０mmの範囲である。ヒートパイプをなす細孔を作る方
法には、放熱部となる板にドリルで穿孔する方法や、２
枚の板面に対称に溝を作り、この２枚の板を向い合わせ
に接合する方法などがある。

【００３０】発熱体１で発生した熱は、発熱体の放熱面
８，放熱器の吸熱面７を介してベース部２に伝わり、ベ
ース部２から放熱部３に伝わり、放熱部３の表面から空
気などの外部熱交換媒体と熱交換して放熱される。放熱
部３の内部は放熱部３のベース部２に接続された側から
放熱部３の先端側に向かってヒートパイプ化されている
ので、放熱部３の先端側温度の低下をおさえてフィン効
率が高くなり、冷却性能を向上することができる。ま
た、各々のヒートパイプ４は独立に作動液５が封入され
ているので、作動液が放熱部３の下部に滞ることなく良
好に動作するし、１つのヒートパイプで作動液の漏れが
発生したとしても、各ヒートパイプは独立しているの
で、他のヒートパイプは正常に動作して熱輸送能力の急
激な低下を回避することができる。さらに、ヒートパイ
プ４となる各細孔は放熱部３の先端側の凝縮部１２がベ
ース部２に接続された側の沸騰部１３よりも高い位置に
来るようにベース部２に対して垂直な方向から傾けて形
成されているので、蒸発部で蒸発した作動液の蒸気は放
熱部３の先端部の高いほうに自然に上昇し、凝縮部１２
で再凝縮した作動液５は重力によって沸騰部１３へ円滑
に流下し、ヒートパイプ４は正常にその熱輸送能力を発
揮する。

【００３１】なお、前記角度αは、約１０度以上であれ
ばよいが、４５〜６０度とするのが望ましい。また、図
示の例ではヒートパイプは直線状をなしているが、曲線
状、例えば下方に凸な曲線をなしていても差し支えな
い。

【００３２】さらに、図１に示した実施例では、放熱部
３は平板状に形成されているが、水平な平面での断面が
曲線あるいは折線となるように曲げることも可能であ
る。放熱器を設置するスペースが狭い場合、放熱部３を
曲げることにより、放熱面積を広げることができる。

【００３３】図２は第１の実施例を適用した大型コンピ
ュータの稼働状態における側面断面図で、図の上下の方
向は実際の設置状態での上下方向に対応している。大型
コンピュータ２０では、筐体２５内に部品搭載面をほぼ
鉛直にして実装された基板１１上に発熱ＬＳＩ部品２６
が多数搭載されている。各々の発熱ＬＳＩ部品２６のほ
ぼ鉛直の発熱面上には図１で示されたような放熱器１０
がベース面をほぼ鉛直にして設置されている。図２に示
された装置では、高い冷却性能を得るために、送風機２
３により冷却空気を放熱器１０に供給して強制対流によ
り放熱部３の冷却を行っている。冷却空気は矢印２１の
方向から供給され、通風ダクト２４を通って放熱器１０
と熱交換した後に矢印２２の方向に排出される。

【００３４】また、放熱器１０は図３で示すように、ベ
ース面が水平になるように置いて使用しても、やはり凝
縮部が沸騰部よりも高い位置にくるので、ヒートパイプ
による高い冷却性能を得ることができる。

【００３５】また、本実施例においてヒートパイプ４は
湾曲させるなどして沸騰部の高さを調節してもよい。

【００３６】次に本発明の第２の実施例について図４に
より詳細に説明する。なお、各図において同一の部分に
は、符号を統一して付けてあり、重複する説明は省略す
る。図４は、本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の
側面図である。放熱器４０の構成は、第１の実施例と異
なり、平板状の放熱部３が水平な方向に拡がりをもつ向
きに設置されている。他の構成は第１の実施例において
図１により示された放熱器１０と同様である。また、放
熱部３は先端側がベース部２との接続側よりも高い位置
に来るように、ベース部２に対して垂直な方向から傾け
て設置してある。本実施例によれば、放熱部３の内部に
設置されたヒートパイプ４は、第１の実施例と同様に、
凝縮部が沸騰部よりも高く位置することになり、正常に
その熱輸送能力を維持することができるし、冷却空気の
流れが水平方向の場合に効率良く冷却することができ
る。なお、図示の例では、放熱部３に形成されたヒート
パイプ４の軸線は、放熱部３と吸熱面７に垂直な鉛直面
の交線に平行になっているが、前記軸線が該交線とある
角度で交差する方向に形成したヒートパイプでもよい。
このようにすれば、発熱体１がある程度傾斜した場合で
も、ヒートパイプの性能低下を防ぐことができる。

【００３７】また、本実施例において放熱部３は湾曲さ
せるなどして沸騰部から蒸発部までの高さを調節しても
よい。

【００３８】また、本実施例のように平板状の放熱部３
が水平な向き（ベース部２と放熱部３の交線が水平にな
るよう）に設置される場合には、作動液がヒートパイプ
内で偏ってしまう恐れがないので、内部のヒートパイプ
４は、複数の細孔がベース部２のなかで互いに連通して
１つまたは複数の平板型のヒートパイプとなったもので
もよい。

【００３９】次に、本発明の第３の実施例について図５
により詳細に説明する。図５は、本発明を適用したヒー
トパイプ式放熱器の正面図である。放熱器５０の構成は
第１の実施例において図１により示された放熱器１０と
同様である。本実施例では、空気などの外部熱交換媒体
を送風機により隣合う放熱部３の間の流路に供給して、
強制対流によってさらに冷却性能を高めている。図５に
おいて冷却空気は矢印２１の方向に供給され、放熱部３
の間を通りぬけながら放熱部３と熱交換して、矢印２２
の方向に排出される。また、本実施例では、放熱部３と
ベース部２の接続部が直線をなしており、ヒートパイプ
４それぞれの両端を結ぶ各軸線４Ａが前記直線に直交す
る平面と放熱部の主要な面３Ａとの交線３Ｂに対して同
一方向に傾斜している。つまり、ヒートパイプ４は、ベ
ース部２付近の蒸発部から放熱部３の先端側凝縮部に近
づくに従い、冷却空気の流れの上流側に近づくように、
軸線を冷却空気の流れの上流側に傾けて放熱部３の内部
に設置されている。

【００４０】第３の実施例では、冷却空気は隣合う放熱
部３の間の流路を流れるに従い、温度が上昇するため、
発熱体１の温度も下流側が高くなる傾向にあるが、放熱
部３の内部に設置された個々のヒートパイプ４は、その
軸線が上流側へ傾斜していることから、全体として冷却
空気上流側へ熱輸送する能力をもっている。このため、
発熱体１の冷却空気下流側の温度上昇を緩和して発熱体
１を均一に冷却することができる。

【００４１】次に、本発明の第４の実施例について図６
により詳細に説明する。図６は、本発明を適用したヒー
トパイプ式放熱器の正面図である。本実施例は第３の実
施例の一部変形例であり、第３の実施例において図５に
より示された放熱器５０と同様の構成をもつ放熱器６０
と、冷却空気の供給路となるノズル６１と、風漏れを防
止する塞ぎ板６２で構成されている。ノズル６１は、平
板状の放熱部３のヒートパイプ凝縮部側端面に直交する
ように該端面に当接して配置された１枚の平板６１Ａ
と、放熱部３のヒートパイプの凝縮部が傾斜して近づい
ている側の放熱部３の端部に前記平板６１Ａに平行に配
置された平板６１Ｂと、該２枚の平板の間に形成される
図上手前側と奥側の端部を塞ぐ方向に配置されたもう２
枚の平板（図示せず）とから構成されている。また塞ぎ
板６２は、前記平板６１Ｂの下端と発熱体１の間を、複
数の平板状の放熱部３の間に亘って塞ぐように配置され
ている。

【００４２】本実施例においては、冷却空気は、矢印２
１のように放熱器上方からノズル６１を通過して、隣合
う放熱部３の間の流路に供給されて、放熱部３と熱交換
した後、矢印２２の方向に排出される。本実施例でも、
ヒートパイプ４は、ベース部２付近の蒸発部から放熱部
３の先端側凝縮部に近づくに従い、冷却空気の流れの上
流側に近づくように、その軸線を傾けて放熱部３の内部
に設置されているので、第３の実施例と同様に、発熱体
１を均一に冷却することができる。

【００４３】次に、本発明の第５の実施例について図７
により詳細に説明する。図７は、本発明を適用したヒー
トパイプ式放熱器の正面図である。本実施例は第４の実
施例の一部変形例であり、第４の実施例において図６に
より示された放熱器６０とほぼ同様の構成をもつ放熱器
７０と、冷却空気の供給路を規定するノズル６１で構成
されている。第４の実施例と異なり、ノズル６１は放熱
器の上方中央に設置されている。冷却空気は矢印２１の
方向から供給されて、矢印２２で示すように左右に分か
れて排出される。ここでも、ヒートパイプ４は、ベース
部２付近の蒸発部から放熱部３の先端側凝縮部に近づく
に従い、冷却空気の流れの上流側に近づくように左右対
称に傾けて設置されているので、第３の実施例と同様
に、発熱体１を均一に冷却することができる。

【００４４】次に、本発明の第６の実施例について図８
により詳細に説明する。図８は、本発明を適用したヒー
トパイプ式放熱器の正面図である。本実施例では、放熱
部３の内部に設置された複数のヒートパイプ４のベース
部２に含まれる部分がベース面に沿ってＬ字型に曲げら
れている。こうすることで、ヒートパイプ４の沸騰部
（蒸発部）面積が大きくとれるので、熱輸送能力がさら
に向上する。また、ヒートパイプ４の軸線が放熱部３の
面内でベース面の法線６に対してある角度θをなすよう
にヒートパイプ４が形成されているため、発熱体１がそ
の放熱面７をほぼ鉛直にして（図の左側を上にして）実
装された場合でも、第１、第２の実施例と同様に凝縮部
を沸騰部よりも高い位置にすることができ、ヒートパイ
プ４の熱輸送能力を維持することができる。なお、本実
施例では、ヒートパイプのＬ字の水平部分が放熱部３の
面内にあるが、この水平部分を放熱部３の間のベース部
２内に、放熱部３の面に垂直の方向に延在させてもよ
い。このようにすると、ヒートパイプ４の放熱部３内で
の間隔を、Ｌ字の水平部分を設けるために広げる必要が
なく、ヒートパイプ４の本数をふやすことができる。

【００４５】次に、本発明による第７の実施例について
図９および図１０により詳細に説明する。図９は放熱器
９０の正面図、図１０は図９におけるＡ−Ａ矢視断面図
である。放熱部３は、多数の棒状のヒートパイプ４を平
行に隣接して設置し、はんだ付け等の手段を用いて接
合、一体化して、平板状に成形されたもので、この平板
状の放熱部３が複数枚、互いに平行にベース部２にはん
だ付け等で接合してある。各ヒートパイプ４は、前記図
８の実施例と同様、ベース面７の法線に対し、ある角度
で傾斜させてある。これにより放熱部３は全体にわたり
ヒートパイプ化されるので、高い熱輸送能力を得ること
ができる。また、平板状の放熱部３の表面が平らではな
いので、強制対流による冷却を行った場合、流れが乱さ
れて熱伝達率が向上する効果が得られる。

【００４６】次に、本発明による第８の実施例について
図１１および図１２により詳細に説明する。図１１は放
熱器１１０の正面図、図１２は図１１における分解Ｂ−
Ｂ矢視断面図である。本実施例では、多数のヒートパイ
プ４を平行に、適当な間隔を空けて平面上に配置し、そ
れら多数のヒートパイプ４を波状の放熱板１１１で両側
を挟んで接合、一体化して平板状の放熱部３を構成して
いる。各ヒートパイプ４が、ベース面７の法線に対しあ
る角度で傾斜させてあるのは前記図８の実施例と同様で
ある。本実施例によれば、第７の実施例と比較して、ヒ
ートパイプ４の本数が少ないので、低コストで容易に放
熱部を製作することができる。なお、放熱板１１１は片
側だけで構成してもよい。また、放熱板１１１は銅板で
形成したが、他の金属板としてもよい。

【００４７】次に、本発明による第９の実施例について
図１３により詳細に説明する。図１３は本発明を適用し
たヒートパイプ式放熱器の斜視図である。放熱器１３０
は、ヒートパイプを内蔵した平板状の放熱部３の表面
に、さらにアルミニウム、銅などの熱伝導性材料を用い
た平板状の２次放熱フィン１３１を熱的に接続して構成
されている。これにより、放熱面積がさらに拡大するの
で、放熱部３のみの場合に比べさらに冷却能力を向上す
ることが可能になる。また、２次放熱フィン１３１は波
状のコルゲートフィンとしても、また小突起状のフィン
としてもよい。また、強制対流による冷却を行う場合
は、２次放熱フィン１３１の取付け方向（フィンの面の
方向）を冷却流体の流れの方向に平行させれば効果的で
ある。なお、図示の例では、一つの２次放熱フィン１３
１が各放熱部３に結合されているが、放熱部３ごとに分
離した２次放熱フィン１３１としてもよい。放熱部３ご
とに分離した２次放熱フィン１３１とすれば、放熱部３
の組立てが容易である。

【００４８】なお、以上説明した全ての実施例におい
て、ヒートパイプの内壁に溝あるいはメッシュ状のウイ
ックを設けることにより伝熱面積が増大されるとともに
壁面の濡れ性がよくなり、作動液の蒸発及び凝縮を促進
することができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、半導体部品を含む板状
の発熱体が放熱面をほぼ鉛直にして実装されている場合
に、板状の放熱部の内部に設置され各々独立に作動液が
封入された複数のヒートパイプを、作動液が凝縮する放
熱部先端側を作動液が蒸発するベース部側より高くなる
ように配置することができるので、重力による作動液の
戻りが良好になり、ヒートパイプの高い熱輸送能力を維
持することができる。また、ヒートパイプが放熱部に各
々独立に設置されていることによって、放熱器の搭載さ
れる姿勢に関わらず作動液は各ヒートパイプ中に均一に
留まるので、高い熱輸送能力を維持することができ、作
動液の漏れが発生して１つのヒートパイプが動作不能に
なっても他のヒートパイプは正常に動作するので、熱輸
送能力の急激な低下を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第１
の実施例の一部断面斜視図である。

【図２】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器を搭載
した電子装置を説明する側面断面図である。

【図３】図１に示すヒートパイプ式放熱器の配置姿勢を
変えた場合の例を示す一部断面斜視図である。

【図４】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第２
の実施例の側面図である。

【図５】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第３
の実施例の正面図である。

【図６】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第４
の実施例の正面図である。

【図７】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第５
の実施例の正面図である。

【図８】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第６
の実施例の正面図である。

【図９】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第７
の実施例の正面図である。

【図１０】図９におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図１１】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第
８の実施例の正面図である。

【図１２】図１１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図１３】本発明を適用したヒートパイプ式放熱器の第
９の実施例の斜視図である。

【図１４】従来のヒートパイプ式放熱器の例を示す一部
断面斜視図である。

【図１５】従来のヒートパイプ式放熱器の他の例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１発熱体２ベース部３放熱部３Ａ放熱部の主要な面３Ｂ放熱部とベース部の接続部に直交する平面と放熱
部の主要な面の交線４ヒートパイプ４Ａヒートパイプの軸線５作動液６法線７吸熱面８放熱面１０,４０,５０,６０,７０,８０,９０,１１０,１３０,
１４０,１５０放熱器１１基板２０大型コンピュータ２１入気流２２排気流２３送風機２４通風ダクト２５筐体２６発熱ＬＳＩ部品６１ノズル６２塞ぎ板１１１放熱板１３１２次放熱フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｒ (72)発明者畑田敏夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者大黒崇弘神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者塚口保神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面を吸熱面とする平板状のベース
部と、該ベース部の前記吸熱面に対向する面に互いに平
行するように植立された複数の板状の放熱部とを含んで
なり、該複数の放熱部のうちの少なくとも一つの中に互
いに平行するように形成され前記ベース部の熱を該放熱
部のベース部から遠い側に移送する複数のヒートパイプ
を備えてなるヒートパイプ式放熱器において、前記複数
のヒートパイプにはそれぞれ独立に作動液が封入されて
おり、各ヒートパイプはその両端を結ぶ軸線が該ヒート
パイプのベース部側の端部を通る前記吸熱面の法線と所
定の角度をなすように形成されていることを特徴とする
ヒートパイプ式放熱器。
【請求項２】ヒートパイプはそのベース部側端部に、
ベース部内に吸熱面に平行に形成された部分を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ式放熱
器。
【請求項３】前記板状の放熱部表面に放熱フィンが設
けられていることを特徴とする請求項１または２に記載
のヒートパイプ式放熱器。
【請求項４】一方の面が半導体部品等の発熱体と熱的
に接続される吸熱面である板状のベース部と、前記ベー
ス部の他方の面に該他方の面から突出するように、かつ
互いにほぼ平行に配置された複数の平板状の放熱部と、
前記複数の放熱部のうち少なくとも１つの内部に形成さ
れ各々独立に作動液が封入された複数のヒートパイプ
と、を含んで構成されるヒートパイプ式放熱器におい
て、前記ベース部が作動状態において吸熱面がほぼ鉛直にな
る姿勢で半導体部品等の発熱体に接合されたとき、前記
平板状の放熱部はその主要な面がほぼ鉛直をなすような
姿勢で前記ベース部から突出しており、前記ヒートパイ
プは、前記ベース部に近い一端側（沸騰部）から、前記
放熱部の先端側のもう一方の端（凝縮部）に近づくに従
って高い位置にあるように前記放熱部の内部に設置され
ていることを特徴とするヒートパイプ式放熱器。
【請求項５】一方の面が半導体部品等の発熱体と熱
的に接続される吸熱面である板状のベース部と、前記ベ
ース部の他方の面に該他方の面から突出するように、か
つ互いにほぼ平行に配置された複数の平板状の放熱部
と、前記複数の放熱部のうち少なくとも１つの内部に形
成され各々独立に作動液が封入された複数のヒートパイ
プと、を含んで構成されるヒートパイプ式放熱器におい
て、前記ベース部が作動状態において吸熱面がほぼ鉛直にな
る姿勢で半導体部品等の発熱体に接合されたとき、前記
平板状の放熱部は前記ベース部との交線がほぼ水平をな
しかつベース部との接続部より反対側の端部が高くなる
ような姿勢で前記ベース部から突出しており、前記ヒー
トパイプは、前記ベース部に近い一端側（沸騰部）か
ら、前記放熱部の先端側のもう一方の端（凝縮部）に近
づくに従って高い位置にあるように前記放熱部の内部に
設置されていることを特徴とするヒートパイプ式放熱
器。
【請求項６】放熱部とベース部の接続部が直線をなし
ており、前記ヒートパイプそれぞれの両端を結ぶ各軸線
が、前記直線に直交する平面と放熱部の面との交線に対
して同一方向に傾斜していることを特徴とする請求項１
乃至５のいずれかに記載のヒートパイプ式放熱器。
【請求項７】板状の放熱部が、複数の棒状のヒートパ
イプをほぼ平行に隣接して接合し、一体化して構成され
たものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
かに記載のヒートパイプ式放熱器。
【請求項８】板状の放熱部が、複数の棒状のヒートパ
イプをほぼ平行に１平面上に配置し、その両面あるいは
片面を波状の金属板で接合し、一体化して構成されたも
のであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに
記載のヒートパイプ式放熱器。
【請求項９】ヒートパイプの内壁に溝およびまたはメ
ッシュ状のウイックを有することを特徴とする請求項１
乃至８のいずれかに記載のヒートパイプ式放熱器。
【請求項１０】基板に搭載された発熱半導体部品と、
該発熱半導体部品の放熱面に吸熱面を接合して配置され
発熱半導体部品の熱を取りだして放出する放熱器と、を
含んでなる電子装置において、前記放熱器が請求項１乃
至９のうちのいずれかに記載のヒートパイプ式放熱器で
あることを特徴とする電子装置。