JP2005051232A - ヒートシンクおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 製造が簡単で、しかも放熱性能の向上したヒートシンクおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 放熱フィン取付面2aおよび受熱面2bを有する放熱ベース2と、放熱フィン取付面2aに接合された放熱フィン3とを備えたヒートシンク1である。放熱フィン3は、前後方向に間隔をおいて複数配置されるとともに、左右方向に伸びる並列状のフィン本体部4と、すべてのフィン本体部4を、左右両端部の上縁部および下縁部において交互に一体に連結する連結部5とよりなる。フィン本体部4を、前方突出屈曲部6aと後方突出屈曲部6bとが上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部6を左右方向に並べて相互に一体に連結することにより形成する。左右方向に隣接する前方突出屈曲部6aどうしおよび後方突出屈曲部6bどうしはそれぞれ上下方向にずれている。
【選択図】 図1

Description

この発明は、たとえばサーバや大型コンピュータなどの電子機器に用いられ、電子機器の構成要素である電子部品から発せられる熱を放熱するヒートシンクおよびその製造方法に関する。
この明細書および特許請求の範囲において、図1の矢印Aで示す方向(図2の右側)を前、これと反対側を後といい、同じく矢印Bで示す方向を左、これと反対側を右というものとする。また、各図面の上下を上下というものとする。さらに、この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
たとえば複数のパーソナルコンピュータからなるネットワークに用いられるサーバや、大型コンピュータは、多機能化や処理速度の高速化が求められるためにCPUの出力が増大し、CPUからの発熱量も著しく増大している。そして、これらのCPUの冷却のためには冷却風が通過するさいの圧損を多少犠牲にしても、放熱性能の高いヒートシンクが要求される。
従来、この種のヒートシンクとしては、ピンフィン型と称せられるものが用いられていた。ピンフィン型ヒートシンクの一例として、放熱基板に貫通穴が形成され、この貫通穴に放熱基板の片面側からピンフィンが通されるとともにピンフィンの先端部が放熱基板の他面側から突出させられ、ピンフィンの基端部に設けられた係止部が放熱基板の上記片面に係合させられ、放熱基板の上記片面に平板が接合されてピンフィンの脱落が防止されているものが知られている(特許文献1参照)。
また、ピンフィン型ヒートシンクの他の例として、放熱基板と、放熱基板の上面に接合された熱交換器ユニットとを備えており、熱交換器ユニットが幅方向を上下方向に向けかつ蛇行状に曲げられた帯板からなり、帯板の上下両縁に、帯板と直角をなしかつ互いに異なる方向に突出した所定幅の屈曲部が一体に設けられ、蛇行状帯板の隣り合う直線部分の屈曲部どうしが互いに当接させられ、帯板に、その幅方向に伸びる多数の細長い貫通穴を帯板の長さ方向に間隔をおいてあけることにより、隣接する貫通穴どうしの間にピンフィンが形成されたものも知られている(特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献1に記載されているヒートシンクでは、放熱基板に貫通穴をあけたり、ピンフィンを貫通穴に通す作業が面倒である。
また、特許文献2に記載されているヒートシンクでは、帯板の上縁に屈曲部が存在するので、空気が上方に抜けにくく、放熱性能向上効果が十分ではない。
特開平5−243435号公報 特開平6−281374号公報
この発明の目的は、上記問題を解決し、製造が簡単で、しかも放熱性能の向上したヒートシンクおよびその製造方法を提供することにある。
1)放熱フィン取付面および受熱面を有する放熱ベースと、放熱フィン取付面に接合された放熱フィンとを備えており、放熱フィンが、前後方向に間隔をおいて複数配置されるとともに、左右方向に伸びる並列状のフィン本体部と、すべてのフィン本体部を、左右両端部の上縁部および下縁部において交互に一体に連結する連結部とよりなるヒートシンク。
2)フィン本体部が、前方突出屈曲部と後方突出屈曲部とが上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部が左右方向に並べられて相互に一体に連結されることにより形成され、かつ左右方向に隣接する前方突出屈曲部どうしおよび後方突出屈曲部どうしがそれぞれ上下方向にずれている上記1)記載のヒートシンク。
3)前後方向に隣接する2つのフィン本体部において、前側のフィン本体部の後方突出屈曲部と、後側のフィン本体部の前方突出屈曲部とが当接させられている上記2)記載のヒートシンク。
4)フィン本体部が平板状である上記1)記載のヒートシンク。
5)フィン本体部に、上下方向に伸びる複数の貫通穴が、前後方向に間隔をおいて形成されている上記4)記載のヒートシンク。
6)放熱フィンが、放熱ベースの放熱フィン取付面にろう付されている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載のヒートシンク。
7)放熱ベースおよび放熱フィンがそれぞれ展伸材により形成されている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載のヒートシンク。
8)放熱フィン取付面および受熱面を有する放熱ベース、ならびに前後方向に間隔をおいて複数配置されるとともに左右方向に伸びる並列状のフィン本体部と、すべてのフィン本体部を左右両端部の上縁部および下縁部において交互に一体に連結する連結部とよりなる放熱フィンを使用し、放熱フィンを、放熱ベースの放熱フィン取付面上に、フィン本体部の下縁部が放熱フィン取付面に当接するように載せ、その後放熱ベースと放熱フィンとをろう付することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
9)長尺の板材に、板材の一方の側縁近傍から他方の側縁近傍に伸びる直線状の第1部分と第1部分の両端から分岐して板材の長さ方向に伸びる短尺の第2部分とよりなる略H形の屈曲用スリットを、板材の長さ方向に間隔をおいて複数形成し、この板材を、屈曲用スリットと対応する位置において第2部分よりも外側で蛇行状に曲げることにより、放熱フィンを製造することを含む上記8)記載のヒートシンクの製造方法。
10)板材における隣り合う屈曲用スリット間の部分に、板材の長さ方向に伸びる短尺の切れ目が板材の長さ方向に間隔をおいて形成されてなる切れ目列を、板材の幅方向に間隔をおいて複数列形成するとともに、すべての切れ目列の切れ目の両端を板材の長さ方向に関して同一位置に来るようにしておき、板材の長さ方向に関して同一位置にある板材幅方向に並んだ3つの切れ目のうち中央部の切れ目と一方の切れ目との間の部分において板材を前方に屈曲させることにより前方突出屈曲部を形成し、同じく中央部の切れ目と他方の切れ目との間の部分において板材を後方に屈曲させることにより後方突出屈曲部を形成すること含む上記9)記載のヒートシンクの製造方法。
11)屈曲用スリットの形成と、切れ目列、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部の形成とを、プレス加工により同時に行う上記10)記載のヒートシンクの製造方法。
12)板材における隣り合う屈曲用スリット間の部分に、板材の長さ方向に伸びる複数の貫通穴を、板材の幅方向に間隔をおいて形成することを含む上記9)記載のヒートシンクの製造方法。
13)屈曲用スリットの形成と、複数の貫通穴の形成とを、プレス加工により同時に行う上記12)記載のヒートシンクの製造方法。
14)上記1)〜7)のうちのいずれかに記載されたヒートシンクと、発熱する電子部品とを備えており、電子部品がヒートシンクの受熱面に熱的に接触させられている発熱部材。
15)放熱フィンの上方に吸引用送風機が配置されている上記14)記載の発熱部材。
上記1)のヒートシンクによれば、放熱フィンが、前後方向に間隔をおいて複数配置されるとともに、左右方向に伸びる並列状のフィン本体部と、すべてのフィン本体部を、左右両端部の上縁部および下縁部において交互に一体に連結する連結部とよりなり、全体に一体化されているので、放熱フィンの取り扱いが容易になって放熱フィンのセット作業時間を短縮することが可能となり、その結果ヒートシンクを簡単に製造することができる。また、放熱フィンのフィン本体部は、連結部によって、その左右両端部の上縁部および下縁部において交互に連結されているだけであるので、放熱フィンのフィン本体部間に入り込んだ空気は放熱フィンの上方にも抜けることになり、放熱性能が向上する。
上記2)のヒートシンクによれば、フィン本体部が、前方突出屈曲部と後方突出屈曲部とが上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部が左右方向に並べられて相互に一体に連結されることにより形成され、かつ左右方向に隣接する前方突出屈曲部どうしおよび後方突出屈曲部どうしがそれぞれ上下方向にずれているので、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部が、上述した従来の2つのヒートシンクにおけるピンフィンと同じ働き、すなわち境界膜の増大を防止する働きをし、かつ放熱面積は上述した従来の2つのヒートシンクに比べて著しく大きくなるので、放熱性能が向上する。
上記3)のヒートシンクによれば、前後方向に隣接する2つのフィン本体部において、前側の放熱フィンの後方突出屈曲部と後側の放熱フィンの前方突出屈曲部とが当接させられているので、これらの屈曲部の突出高さを変更することにより、通風間隙の大きさを簡単に調節することができる。
上記4)のヒートシンクによれば、上記1)と同様な効果を奏する。
上記5)のヒートシンクによれば、貫通穴が境界膜の増大を防止する働きをするので、放熱性能が向上する。
上記6)および7)のヒートシンクによれば、放熱ベースから放熱フィンへの伝熱性が優れたものとなり、その結果放熱ベースの受熱面に接触させられる発熱部品からの熱がスムーズに放熱フィンに伝わって、放熱フィンから放熱される。したがって、ヒートシンクの放熱性能が向上する。
上記8)のヒートシンクの製造方法によれば、放熱フィンが、前後方向に間隔をおいて複数配置されるとともに、左右方向に伸びる並列状のフィン本体部と、すべてのフィン本体部を、左右両端部の上縁部および下縁部において交互に一体に連結する連結部とよりなり、全体に一体化されているので、放熱フィンの取り扱いが容易になって放熱フィンのセット作業時間を短縮することが可能となり、その結果ヒートシンクを簡単に製造することができる。
上記9)のヒートシンクの製造方法によれば、放熱フィンを簡単に製造することができる。
上記10)のヒートシンクの製造方法によれば、板材における隣り合う屈曲用スリット間の部分に、板材の長さ方向に伸びる短尺の切れ目が板材の長さ方向に間隔をおいて形成されてなる切れ目列を、板材の幅方向に間隔をおいて複数列形成するとともに、すべての切れ目列の切れ目の両端を板材の長さ方向に関して同一位置に来るようにしておき、板材の長さ方向に関して同一位置にある板材幅方向に並んだ3つの切れ目のうち中央部の切れ目と一方の切れ目との間の部分において板材を前方に屈曲させることにより前方突出屈曲部を形成し、同じく中央部の切れ目と他方の切れ目との間の部分において板材を後方に屈曲させることにより後方突出屈曲部を形成するので、放熱フィンの製造のさいに屑が発生することはなく、材料を無駄なく利用することができる。
上記11)のヒートシンクの製造方法によれば、屈曲用スリットと、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部とを同時に製造した後、板材を蛇行状に曲げるだけで放熱フィンを製造することができるので、放熱フィンの製造工数が削減され、ひいてはヒートシンクの製造作業が簡単になる。
上記13)のヒートシンクの製造方法によれば、屈曲用スリットと貫通穴とを同時に製造した後、板材を蛇行状に曲げるだけで放熱フィンを製造することができるので、放熱フィンの製造工数が削減され、ひいてはヒートシンクの製造作業が簡単になる。
上記15)の発熱部材によれば、送風機によって、空気がヒートシンクのフィン本体部間に流入した後、フィン本体部間を上方に抜けるので、ヒートシンクの放熱性能が向上し、電子部品が効率よく冷却される。
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図1はこの発明によるヒートシンクの全体構成を示し、図2はヒートシンクの一部分を拡大して示す。図3〜図5はヒートシンクの製造方法を示す。
図1および図2において、ヒートシンク(1)は、上面が放熱フィン取付面(2a)となされるとともに、下面が受熱面(2b)となされた方形板状のアルミニウム展伸材製放熱ベース(2)と、放熱ベース(2)の放熱フィン取付面(2a)上にろう付されたアルミニウム展伸材製放熱フィン(3)とを備えている。
放熱フィン(3)は、前後方向に間隔をおいて複数配置されるとともに左右方向に伸びる並列状のフィン本体部(4)と、すべてのフィン本体部(4)を、左右両端部の上縁部および下縁部において交互に一体に連結する円弧状の連結部(5)とよりなる。フィン本体部(4)の左右両端部と連結部(5)とは、それぞれ全体として蛇行状となっている。
フィン本体部(4)は、前方突出屈曲部(6a)と後方突出屈曲部(6b)とが、垂直部(6c)を介して上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部(6)が、左右方向に複数並べられかつ垂直部(6c)において相互に一体に連結されることにより形成されたものである。また、各フィン本体部(4)において、左右方向に隣接する波状帯板部(6)の前方突出屈曲部(6a)どうしおよび後方突出屈曲部(6b)どうしはそれぞれ上下方向にずれて形成されている。
前後方向に隣接する2つのフィン本体部(4)において、前側のフィン本体部(4)の各後方突出屈曲部(6b)と後側のフィン本体部(4)の各前方突出屈曲部(6a)とは上下方向に関して同一位置にあり、相互に当接させられている。したがって、各フィン本体部(4)において、上下方向に関して同一位置にある前方突出屈曲部(6a)と後方突出屈曲部(6b)とにより通風間隙(7)が形成され、同じく隣接する2つのフィン本体部(4)において、前側フィン本体部(4)の上下に隣接する2つの後方突出屈曲部(6b)および両後方突出屈曲部(6b)間の垂直部(6c)と、これらと上下方向に関して同一位置にある後側フィン本体部(4)の上下に隣接する2つの前方突出屈曲部(6a)および両前方突出屈曲部間の垂直部(6c)とにより通風間隙(8)が形成されている。
ヒートシンク(1)は、冷却が必要とされる発熱電子部品を具備した発熱部材に、電子部品がヒートシンク(1)の放熱ベース(2)の受熱面(2b)に熱的に接触するようにして用いられる。発熱部材としては、大型コンピュータやサーバなどが挙げられる。このとき、図1に示すように、放熱フィン(3)の上方に吸引用の送風機(9)が配置される。送風機(9)を作動させると、空気は矢印で示すように、左右両側から放熱フィン(3)の通風間隙(7)(8)に流入するとともに前後両側からも流入し、上方に抜ける。したがって、ヒートシンク(1)の放熱性能が優れたものになり、発熱電子部品が効率よく冷却される。
上記実施形態においては、フィン本体部(4)の各波状帯板部(6)における上下方向に隣接する前方突出屈曲部(6a)と後方突出屈曲部(6b)との間には垂直部(6c)が存在し、左右方向に隣接する波状帯板部(6)どうしは垂直部(6c)において相互に一体に連結されているが、垂直部(6c)は必ずしも必要としない。この場合、隣接する波状帯板部(6)における前方突出屈曲部(6a)から後方突出屈曲部(6b)に切り替わる部分が交差することになるので、この部分において相互に一体に連結される。
ヒートシンク(1)の製造方法は次のとおりである。
まず、アルミニウム展伸材からなる板材を所定の寸法に切断して放熱ベース(2)を製造するとともに、次のようにして放熱フィン(3)を製造する。すなわち、図3に示すように、アルミニウム展伸材から形成された長尺の板材(11)に、板材(11)の一方の側縁近傍から他方の側縁近傍に伸びる直線状の第1部分(12a)と第1部分(12a)の両端から分岐して板材(11)の長さ方向に伸びる短尺の第2部分(12b)とよりなる略H形の屈曲用スリット(12)を、板材(11)の長さ方向に間隔をおいて複数形成する。なお、板材(11)の両端部における幅方向に関して第2部分(12b)と対応する位置に、それぞれ切り欠き(14)が形成されている。
また、板材(11)における隣り合う屈曲用スリット(12)間の部分に、板材(11)の長さ方向に伸びる短尺の切れ目(13a)が板材(11)の長さ方向に間隔をおいて形成されてなる切れ目列(13)を、板材(11)の幅方向に間隔をおいて複数列形成する。すべての切れ目列(13)の切れ目(13a)の両端は、板材(11)の長さ方向に関して同一位置にある(図3参照)。ついで、板材(11)の長さ方向に関して同一位置にある板材(11)の幅方向に並んだ3つの切れ目(13a)のうち中央部の切れ目(13a)と一方の切れ目(13a)との間の部分において板材(11)を前方に屈曲させることにより前方突出屈曲部(6a)を形成し、同じく中央部の切れ目(13a)と他方の切れ目(13a)との間の部分において板材(11)を後方に屈曲させることにより後方突出屈曲部(6b)を形成する(図3鎖線参照)。そして、隣接する切れ目列(13)間において、前方突出屈曲部(6a)と後方突出屈曲部(6b)とを上下方向に交互に形成し、上下方向に隣接する前方突出屈曲部(6a)と後方突出屈曲部(6b)との間の部分を垂直部(6c)とする(図4参照)。
屈曲用スリット(12)の形成と、切れ目列(13)、前方突出屈曲部(6a)および後方突出屈曲部(6b)の形成とは、板材(11)にプレス加工を施すことにより同時に行う。
ついで、板材(11)を、屈曲用スリット(12)と対応する位置に置いて第2部分(12b)よりも外側の部分で蛇行状に曲げることにより、放熱フィン(3)を製造する。
放熱ベース(2)および放熱フィン(3)を製造した後、図5に示すように、放熱ベース(2)の放熱フィン取付面(2a)上に、両面にろう材層がクラッドされたアルミニウムブレージングシート(15)またはアルミニウムろう材シートを介して、放熱フィン(3)を載せる。
ついで、図示しない治具および結束具を用いて、放熱ベース(2)および放熱フィン(3)を、上下方向から押圧した状態で仮止めする。
その後、これらを所定温度に加熱し、アルミニウムブレージングシート(15)またはアルミニウムろう材シートを利用して、放熱フィン(3)の下端部を放熱ベース(2)にろう付する。こうして、ヒートシンク(1)が製造される。
図6はこの発明によるヒートシンクの第2の実施形態を示す。
第2の実施形態の場合、ヒートシンク(20)の放熱フィン(21)のフィン本体部(22)は、垂直状の平板からなる。その他の構成は、第1の実施形態のヒートシンクを同じである。
そして、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部を形成することを除いては、第1の実施形態のヒートシンク(1)と同様にして製造される。
図7はこの発明によるヒートシンクの第3の実施形態を示す。
第3の実施形態の場合、ヒートシンク(30)の放熱フィン(31)のフィン本体部(32)は、垂直状の平板からなり、このフィン本体部(32)に、上下方向に伸びる細長い貫通穴(33)が、左右方向に間隔をおいて複数形成されている。その他の構成は、第1の実施形態のヒートシンクを同じである。
そして、切れ目列、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部を屈曲用スリットと同時に形成する代わりに、貫通穴(33)と屈曲用スリット(12)とを同時に形成することを除いては、第1の実施形態のヒートシンク(1)と同様にして製造される。
この発明によるヒートシンクの全体構成を示す斜視図である。 ヒートシンクの一部分を拡大して示す一部切り欠き側面図である。 ヒートシンクの放熱フィンを製造するにあたり、板材に屈曲用スリットおよび切れ目列を形成した状態の部分斜視図である。 ヒートシンクの放熱フィンを製造するにあたり、板材に屈曲用スリット、前方屈曲部および後方屈曲部を形成した状態の一部切り欠き斜視図である。 放熱ベースと放熱フィンとをセットする方法を示す斜視図である。 この発明によるヒートシンクの第2の実施形態を示す斜視図である。 この発明によるヒートシンクの第3の実施形態を示す斜視図である。
符号の説明
(1)(20)(30):ヒートシンク
(2):放熱ベース
(2a):放熱フィン取付面
(2b):受熱面
(3)(21)(31):放熱フィン
(4)(22)(32):フィン本体部
(5):連結部
(6):波状帯板部
(6a):前方突出屈曲部
(6b):後方突出屈曲部
(6c):垂直部
(9):送風機
(11):板材
(12):屈曲用スリット
(12a):第1部分
(12b):第2部分
(13):切れ目列
(13a):切れ目

Claims (15)

  1. 放熱フィン取付面および受熱面を有する放熱ベースと、放熱フィン取付面に接合された放熱フィンとを備えており、放熱フィンが、前後方向に間隔をおいて複数配置されるとともに、左右方向に伸びる並列状のフィン本体部と、すべてのフィン本体部を、左右両端部の上縁部および下縁部において交互に一体に連結する連結部とよりなるヒートシンク。
  2. フィン本体部が、前方突出屈曲部と後方突出屈曲部とが上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部が左右方向に並べられて相互に一体に連結されることにより形成され、かつ左右方向に隣接する前方突出屈曲部どうしおよび後方突出屈曲部どうしがそれぞれ上下方向にずれている請求項1記載のヒートシンク。
  3. 前後方向に隣接する2つのフィン本体部において、前側のフィン本体部の後方突出屈曲部と、後側のフィン本体部の前方突出屈曲部とが当接させられている請求項2記載のヒートシンク。
  4. フィン本体部が平板状である請求項1記載のヒートシンク。
  5. フィン本体部に、上下方向に伸びる複数の貫通穴が、左右方向に間隔をおいて形成されている請求項4記載のヒートシンク。
  6. 放熱フィンが、放熱ベースの放熱フィン取付面にろう付されている請求項1〜5のうちのいずれかに記載のヒートシンク。
  7. 放熱ベースおよび放熱フィンがそれぞれ展伸材により形成されている請求項1〜6のうちのいずれかに記載のヒートシンク。
  8. 放熱フィン取付面および受熱面を有する放熱ベース、ならびに前後方向に間隔をおいて複数配置されるとともに左右方向に伸びる並列状のフィン本体部と、すべてのフィン本体部を左右両端部の上縁部および下縁部において交互に一体に連結する連結部とよりなる放熱フィンを使用し、放熱フィンを、放熱ベースの放熱フィン取付面上に、フィン本体部の下縁部が放熱フィン取付面に当接するように載せ、その後放熱ベースと放熱フィンとをろう付することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
  9. 長尺の板材に、板材の一方の側縁近傍から他方の側縁近傍に伸びる直線状の第1部分と第1部分の両端から分岐して板材の長さ方向に伸びる短尺の第2部分とよりなる略H形の屈曲用スリットを、板材の長さ方向に間隔をおいて複数形成し、この板材を、屈曲用スリットと対応する位置において第2部分よりも外側で蛇行状に曲げることにより、放熱フィンを製造することを含む請求項8記載のヒートシンクの製造方法。
  10. 板材における隣り合う屈曲用スリット間の部分に、板材の長さ方向に伸びる短尺の切れ目が板材の長さ方向に間隔をおいて形成されてなる切れ目列を、板材の幅方向に間隔をおいて複数列形成するとともに、すべての切れ目列の切れ目の両端を板材の長さ方向に関して同一位置に来るようにしておき、板材の長さ方向に関して同一位置にある板材幅方向に並んだ3つの切れ目のうち中央部の切れ目と一方の切れ目との間の部分において板材を前方に屈曲させることにより前方突出屈曲部を形成し、同じく中央部の切れ目と他方の切れ目との間の部分において板材を後方に屈曲させることにより後方突出屈曲部を形成すること含む請求項9記載のヒートシンクの製造方法。
  11. 屈曲用スリットの形成と、切れ目列、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部の形成とを、プレス加工により同時に行う請求項10記載のヒートシンクの製造方法。
  12. 板材における隣り合う屈曲用スリット間の部分に、板材の長さ方向に伸びる複数の貫通穴を、板材の幅方向に間隔をおいて形成することを含む請求項9記載のヒートシンクの製造方法。
  13. 屈曲用スリットの形成と、複数の貫通穴の形成とを、プレス加工により同時に行う請求項12記載のヒートシンクの製造方法。
  14. 請求項1〜7のうちのいずれかに記載されたヒートシンクと、発熱する電子部品とを備えており、電子部品がヒートシンクの受熱面に熱的に接触させられている発熱部材。
  15. 放熱フィンの上方に吸引用送風機が配置されている請求項14記載の発熱部材。
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