JP2005136117A - 固着機能を有する電子部品の熱保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱する電子部品に簡素で、強固に取り付けを可能とする固着手段を有して、ヒートパイプ、ヒートシンクで冷却する。
【解決手段】アルミニウム合金をプレスにより熱媒体流路２と接合面４を有する第１熱交換部材１ａを成形する。この第１熱交換部材１ａに第２熱交換部材１ｂを樹脂で射出接合、又は溶接等の固着手段で固着して、ヒートパイプ、ヒートシンクを製造する。内部に熱媒体還流のための管路を確保されている。第１熱交換部材１ａ又は第２熱交換部材１ｂに電子機器９との固着を可能とする取付部８を有している。電子機器９との固着は、かしめ又は弾性変形固着による。
【選択図】 図６

Description

本発明は、電子部品の熱保護装置の固着技術に関する。更に詳しくは、アルミニウム合金で構成される電子部品の熱保護装置を電子機器等の被固着部材に取り付けるための固着機能を有する電子部品の熱保護装置に関する。

パソコンや空調機器等には多くの発熱デバイスが組み込まれ、熱源となっている。これらの装置を冷却するために種々の熱交換器が使用されている。これら熱交換器は多岐にわたり、対象の機器に応じて最適なタイプのものが使用されているが、その構成や製造方法は種々である。

ヒートシンクは、熱を吸収する保護装置の一種であり、余剰の熱エネルギーを吸収するように設計された熱力学的装置として知られている。また、ヒートパイプは、内部に毛細管物質をライニングし、部分真空中に少量の液体を入れた金属封管よりなる熱輸送装置、熱は液体の蒸発によって一端から吸収され、蒸気の凝縮によって他端で放出される。

一方、熱交換器の製造は、一般的には常温で液体の熱媒体を通すチューブ材をロウ付けして熱交換器の構造体を製造しているものが多い。特にアルミニウム製の熱交換器は、ロウ付けによる場合が一般的である。このロウ付けは、組み立てられたアルミニウム合金の構造体を加熱炉内に入れ、全体をロウ材の融解温度以上に加熱して接合する方法である。又最近はロウ付け以外に他の方法でチューブ等を接合、形成する方法も提案されている。

例えば、アルミニウム合金の板を２枚張り合わせ圧着させ、非圧着部分の開口部から圧力を加えて非圧着部分を膨らませ流体通路を形成し、開口部を溶接等で閉じ熱交換器を製造する方法、あるいはアルミニウム合金の板を予め流体通路を成形して張り合わせ圧着させる方法、更に圧着以外に接着剤を使用して接合する方法等が知られている。（例えば特許文献１，２，３参照）又、情報、移動体通信機器等には、多数の半導体素子が集積されており、これらは熱源であるので効率的に放熱されることが必要である。これに対応した技術でヒートパイプを使用するものでは、ヒートパイプの一端を挿入する構造にしてヒートシンクのベースの一部にするもの、フィンをヒートパイプにロウ付け等で取り付けた構成のもの、薄型ヒートパイプに関わりグリーンシートを利用したもの等の熱交換器が提案されている。（例えば特許文献４，５，６参照）又、ヒートパイプ又はヒートシンクを冷却される対象の電子機器に取り付ける場合は、通常ボルト等のねじ締め付けにより固定している。
特開平７−９８１９３号公報 特開２００１−５０６８２号公報 特開２００２−２６７３８２号公報 特開２００３−１１５６８５号公報 特開２００３−１１００７２号公報 特開２００２−３２７９９３号公報

前述のように、熱交換器を製造する方法は種々提案されているが、いずれも前述のように相手部品に固定する場合は、その電子部品の熱保護装置である熱交換器をボルトにより電子機器等に固定している。しかし、電子機器等のように数が多い場合、その取り付けは他の工程に比し相対的に工数のかかる工程になっていて能率的でない。又相手部品の形状によっては取り付け難い場合もあり、熱交換器に合わせて相手部品に取り付けのためのねじ穴を設けなくてはならないこと等、その使用条件が限定される。

本発明に適用される熱交換器は、アルミニウム合金を使用したもので、このアルミニウム合金の電子部品の熱保護装置は、２つの熱交換部材を対向して接合するもので、接合前に前記２つの熱交換部材をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行って、射出成形金型にインサートされた後ポリブチレンテレフタート樹脂及び／又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分とする熱可塑性樹脂組成物を射出して成形されたものである。

従って、構成がコンパクトになっていて、この形状の特徴を生かした取り付けが望ましい。前述の本発明に適用される熱交換器は、本発明者らが鋭意研究開発を進めて確立したもので、前述の形成方法により接着面に熱可塑性樹脂組成物を射出することで、特異的に接着力が上がる構成のものである。

一方、金属製品として、熱交換器は前述のような製造方法によっているが、相手部材に対しての取り付け方法については確立されていない。特に、モバイル等電子製品は、数も多く、熱交換部品といえどもこれに答えるものでなければならず、前述のように、機能面でも向上されたものが求められており、より薄く、更に組み立て工数も少なく、低コスト化が求められている。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。

本発明の目的は、アルミニウム合金の電子部品の熱保護装置にかしめ固着又は弾性力固着を可能とする張り出し部を設けて固着機能を持たせた電子部品の熱保護装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、組み立て工数を少なくして短時間で作業ができ、低コストを可能とする電子部品の熱保護装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するため次の手段を採る。
本発明１の固着機能を有する電子部品の熱保護装置は、
熱を吸収して熱移動させるための熱媒体の熱媒体流路を有して成形されるアルミニウム合金の電子部品の熱保護装置において、
前記電子部品の熱保護装置の一部に前記電子部品に取り付けるため固着機能を有する取付部を設けたことを特徴とする。

本発明２の固着機能を有する電子部品の熱保護装置は、本発明１において、
前記取付部は、発熱する電子部品に接して前記電子部品を把持して固定するためのものであることを特徴とする。

本発明３の固着機能を有する電子部品の熱保護装置は、本発明１又は２において、
前記取付部は、前記取付部の弾性変形により前記電子部品を固定することを特徴とする固着機能を有する。

本発明４の固着機能を有する電子部品の熱保護装置は、本発明１又は２において、
前記電子部品には、前記取付部を固定するための係合部が形成されていることを特徴とする。

本発明５の固着機能を有する電子部品の熱保護装置は、本発明１又は２において、
前記アルミニウム合金の電子部品の熱保護装置は、２つの熱交換部材を対向して接合部を接合するものであり、接合前に前記２つの熱交換部材の前記接合部をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行って、射出成形金型にインサートされた後、前記接合部にポリブチレンテレフタート樹脂及び／又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分とする熱可塑性樹脂組成物を射出して成形されたものであることを特徴とする固着機能を有する。

以下、前述した本発明を詳細に説明する。本発明はアルミニウム合金の電子部品の熱保護装置の固着に関わるものであるが、理解を容易にするため、電子部品の熱保護装置について、製造を含め概略説明する。ヒートパイプは、パイプ状の熱交換器で、パイプ内の熱媒体が還流して入熱側から潜熱吸収されてパイプ端側に移動し潜熱放出される構造になっているものである。ヒートシンクは、ヒートパイプをベースに熱放散をよくするためにフィン等を備え、又、半導体素子等の熱源から熱を吸熱しやすいように、あるいは熱伝達しやすいようにヒートパイプに平板体あるいはタンク形状のブロックが付設されているものである。

ヒートパイプの作動原理は次のようになっている。半導体素子等の熱源で入熱されると、熱媒体が潜熱吸収され蒸発してその蒸気が低温側、即ち熱源から離れたヒートパイプの端部に移動する。低温側に移動すると熱媒体は凝縮する。このとき潜熱放散が行われヒートパイプのパイプ壁から放熱される。放熱されると熱媒体は蒸発側に戻る。この動作が連続的に行われ熱が熱源から移動して熱放散し半導体素子等の熱源を冷却する。ヒートパイプにフィン等を設けるのは、熱放散を促進させるためのものである。

熱交換器のアルミニウム合金電子部品の熱保護装置の素材として使用されるアルミニウム合金は、主に日本工業規格（ＪＩＳ）で規格化されている１０００〜７０００番系のもの、またダイキャスト用の各種のアルミニウム合金のものである。ヒートパイプの母体は、プレス成形によって製造されるが、本発明の場合は分割された片側の部分、即ち熱交換部材を別々に成形する。ヒートパイプとしては、この成形されたものと板状のもの、又は、勝手違いで内部に流路を形成して成型されたものとを合わせ密閉して構成される。この合わせ目に樹脂を流し接着を行う。

樹脂の接着を行う場合、前述のように所望の流路を成形されたアルミニウム合金の合わせ部分に射出成形によって、樹脂、即ち、ポリブチレンテレフタート樹脂又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分として含む熱可塑性樹脂組成物を抽出させる。このアルミニウム合金は、接着される表面が酸化や水酸化された錆等の厚い被膜がないことが必要であり、長期間の自然放置で表面に錆の存在が明らかなものは研磨して取り除くことが必要である。

このアルミニウム合金の熱交換部材は、接着させる前に洗浄され、次にアルミニウム合金を塩基性水溶液に浸漬し、その後にこのアルミニウム合金の熱交換部材を水洗する。次にこの処理の行われたアルミニウム合金をアンモニア、ヒドラジン及び／又は水溶性アミン化合物の水溶液に浸漬する。次にこの処理の行われたアルミニウム合金を射出成形金型にインサートし、接着部に熱可塑性樹脂組成物を射出させ２つの熱交換部材を射出接着させる。

ここで使用する熱可塑性樹脂組成物は、ポリブチレンテレフタレート樹脂（以下「ＰＢＴ」という。）、又はポリフェニレンスフィド樹脂（以下［ＰＰＳ］という。）を主成分として含むものである。又、フィラーを加えることが好ましく、フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、その他これらに類する高強度繊維である。ただし繊維性フィラーのみでは射出成形時に方向性が強く出て形状によってはうまくいかない。それ故、炭酸カルシューム、炭酸マグネシューム、シリカ、タルク、ガラス、粘土、炭素繊維やアラミド繊維の粉砕物、その他類する樹脂充填用無機フィラーを含有させたものが好ましい。

本発明の固着機能を有する電子部品の熱保護装置の母体は、以上のような手段により製造される。このように電子部品の熱保護装置は、接着が強固になる点で大きな特徴がある。従って、この状態で直ちに相手部品である電子機器に直接取り付けられることが望ましく、このため本発明においては、固着機能を有する取付部を設けている。

本発明では、接着性の樹脂により固着する方法を説明したが、従来のかしめの後に、ロウ付け、抵抗溶接等の公知の溶接方法であっても良い。

以上、詳記したように、アルミニウム合金の熱交換部材で構成された固着機能を有する電子部品の熱保護装置は、ボルトによるねじ締めの必要がなく、熱交換部材に張り出し部を設けた構成にした。これにより、ワンタッチに近い状態で、短時間に相手電子機器９に取り付けが可能であり、組み立て工数の削減となった。又構成も簡素なので、低コストで電子部品の熱保護装置を形成することができた。

［実施の形態１］
本発明に関わる電子部品の熱保護装置とその製造方法の実施の形態について、図を参照し詳細に説明する。図１から図４は、本発明に関わる電子部品の熱保護装置の例を示した図である。本発明は、この母体となる電子部品の熱保護装置に固着機能を有する取付部を設けたものである。本発明の理解を容易にするため電子部品の熱保護装置の構成について概略説明する。

図１は、本発明に関わる電子部品の熱保護装置の部品である熱交換部材１を示した平面図で、内部側からみた図である。図１の場合は、ヒートパイプ部分２とブロックに相当するタンク部分３の一体化した部品構成のもので、１枚のアルミニウム合金板からプレス成形により製作されている。タンク部分３は、ブロックとして説明したが、ヒートパイプの一部とみてもよい。周囲の縁部が接合部４となっていて、２つの熱交換部材１ａ，１ｂが図２の矢印に示すように合わせ接合すると、図３に示す仮製品５となる。

接合部４は、フラット状態でもよいが、凹部を設けると接合の確実性が増す。接合に当たっては、前述のように接合部４をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する付着促進処理を行っておく。熱交換部材１のヒートパイプ部分２とタンク部分３はともに凹んだ状態になっていて、２つの熱交換部材１ａ，１ｂが図２に示すように接合され図３の仮製品５になると、内部が熱媒体還流のための密閉された空間を構成し、管路とタンクになる。タンクには場合によっては、予め銅繊維等を入れておく。

ヒートパイプ部分２は、５つの指状に分離し張り出した構成になっているが、ヒートパイプ部分２間が狭い場合は、図４に示すように、一体的に構成してもよい。この場合は、プレス構成と接合面が簡素化される。又、図示していないが、ヒートパイプ部分２間を開放された隙間でなく穴構成にしてもよい。図３に示す仮製品５は、折り曲げ屈曲形状をなしている。これは、相手取り付け対象であるコンピユータ等のＣＰＵ等の電子製品の形状に合わせている。

このヒートパイプ、ヒートシンクは、タンク部分３を冷却対象である相手部品、電子機器に直接的に接触して取り付ける。このための取付部８がタンク部分３に設けられている。この取付部８は、前述の熱交換部材１ａ，１ｂの一部を外方へ突き出す状態で設けられている。本発明の特徴は、２つの熱交換部材１ａ，１ｂを合わせて接合する製造にある。このため、ヒートパイプのみならずヒートシンク形状のものを一体化して製造ができる。

接合部４は、前述の付着促進処理を行い、熱可塑性樹脂で強固に接合する。熱可塑性樹脂は、ポリブチレンテレフタート樹脂（ＰＢＴ）又はポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）を成分として含む熱可塑性樹脂組成物である。難燃材を混入することで容易に難燃性にでき、高温に耐えられるものとなっている。又この熱可塑性樹脂組成物は、機械的性質の改善のための繊維フィラー及び／又は粉末型フィラーが加えられていればよい。更に、繊維フィラーは、ガラす繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される１種以上であり、粉末型フィラーは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラす、及び粘土から選択される１種以上であることが好ましい。

仮製品５ができると、注入口６を介して熱媒体を封入し密閉してヒートパイプ、ヒートシンクとなる。この注入口６は、熱可組成樹脂組成物で成形されており、注入後他の部品に対する結合部となる。本実施の形態１においては、フィンがないが、ヒートパイプ部分２又はタンク部分３にフィン７を設けてもよい。タンク部分３については、相手電子製品への取り付け面を避けた位置に設けることになる。

図５は、ヒートパイプ、ヒートシンクを熱の発生源である電子機器９の上部に取り付けた構成を示す説明図である。タンク部分３のフラット面を直接接触して電子機器９に接触させて取り付けられるので、電子機器９から発生する熱は直接タンク部分３に伝わる。熱交換部材１ａ，１ｂには、図５に示すように取付け用の取付部８が張り出して設けられている。この取付部８は、電子機器９に対応して部分的に設けられた構成となっている。従って、大量生産等を考慮した場合は、電子機器８に合わせ専用の形状になっている方が望ましい。この取付部８は、部分的な構成で示しているが、タンク部分３の全幅にわたっての構成であってもよい。

図６は図５のＡ−Ａ断面図であり、ヒートパイプ、ヒートシンクを電子機器９に取付ける場合の具体的構成例を示す部分断面図である（ただし、後述するフィン１０が追加されている。）。この構成は、取付部８の端部８ａを電子機器９の側面の凹み部９ａに、取付部８のバネ圧で取付けて固定したものである。この固定は、ヒートパイプ、ヒートシンクを電子機器９に実装すると同時に自動的に搭載できるように治具を作成して行うようにすればよい。取付部８は、９０度に折り曲げた状態で設置され予め曲げ加工により製造しているが、タンク部分３の取付け面と平行に構成し、電子機器に取り付ける際に治具によって折曲げて固定する方法であってもよい。しかし、手作業で取付部８を電子機器９の凹み部９ａに押し込み、固定するようにしても良いことはいうまでもない。
［実施の形態２〜３］

図６の場合は、タンク部分３の片側にフィン１０が設けられた構成の反対側の面で電子機器９に取り付けた実施の形態２を示している。この場合の取り付け面は、片側のみであるが、図７の場合は、タンク部分３の両側の面に電子機器９を取り付ける実施の形態３を示している。この場合のヒートパイプ、ヒートシンクの構成は、フィンがタンク部分３に設けられず、パイプ部分のみに設けられる構成に限定される。図８は、取付部８を電子機器９に対し弾性変形を利用して固着させる実施の形態４を示したものである。

ヒートパイプ、ヒートシンク側の取付部８には、穴８ｂが設けられている。これに対して電子機器９側には、側面から一部が突き出す状態でノッチ部９ｂが設けられている。図の矢印のように取付部８を電子機器９に差し込むようにして取り付ける。取付部８は、ノッチ部９ｂの傾斜面に沿って弾性変形しながら差し込まれる。差し込まれると、ノッチ部９ｂは取付部８の穴８ｂにはまり込み、取付部８は、電子機器９に固着されることになる。

この取付部８は固着後も常に電子機器９側に押し付けられた状態を維持する。この例の場合も図示していないが、図７の実施の形態３に準じた構成は可能である。このように本構成の固着方法は、ボルト等のねじ締めの必要がなく、ワンタッチの操作を行うことで固着することができる。このため、組み立て時間が大幅に短縮されることになり、能率的である。
［実施の形態５］

前述した実施の形態では、接着性の樹脂により固着する方法を説明したが、かしめ加工の後に、ロウ付け、抵抗溶接等の公知の溶接方法であっても良い。図９は、実施の形態５のタンク部分３の端部の断面図である。熱交換部材１ｂの端部を１８０度で折曲げて、熱交換部材１ａの端部を包むようにカバーする。この熱交換部材１ｂの端部の下面には、アルミニウム合金板を９０度に曲げて作られた取付部１８が配置されている。熱交換部材１ａ，１ｂの端部と取付部１８とは、スポット溶接等により固定される。

スポット溶接のみでは熱媒体液が漏れるときは、接合面にロウ付、接着剤、コーキング材等と併用しても良い。以上詳細に説明したが、具体的構成は、相手電子機器等の形状で種々変わる。実施の形態に限定されないことはいうまでもない。

図１は、熱交換部材の平面図である。 図２は、２つの熱交換部材を合わせ接合する構成を示す説明図である。 図３は、熱保護装置の仮製品を示す外観図である。 図４は、熱交換部材の他の実施例を示す部分平面図である。 図５は、熱保護装置を電子機器に取り付けた構成を示す断面図である。 図６は、熱保護装置を電子機器に把持により固着させる構成を示す部分断面図である。 図７は、２つの電子機器に挟持されて熱保護装置が固着された構成を示す部分断面図である。 図８は、熱保護装置を電子機器に弾性変形によりで固着させる構成を示す部分断面図である。 図９は、かしめ加工と溶接により製造された熱保護装置を電子機器に弾性変形によりで固着させる構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１…熱交換部材
２…ヒートパイプ部分
３…タンク部分
４…接合部
５…仮製品
８，１８…取付部
９…電子機器

Claims (5)

1. 熱を吸収して熱移動させるための熱媒体の熱媒体流路を有して成形されるアルミニウム合金の電子部品の熱保護装置において、
   前記電子部品の熱保護装置の一部に前記電子部品に取り付けるため固着機能を有する取付部を設けたことを特徴とする固着機能を有する電子部品の熱保護装置。
2. 請求項１に記載の固着機能を有する電子部品の熱保護装置において、
   前記取付部は、発熱する電子部品に接して前記電子部品を把持して固定するためのものである
   ことを特徴とする固着機能を有する電子部品の熱保護装置。
3. 請求項１又は２に記載の固着機能を有する電子部品の熱保護装置において、
   前記取付部は、前記取付部の弾性変形により前記電子部品を固定することを特徴とする固着機能を有する電子部品の熱保護装置。
4. 請求項１又は２に記載の固着機能を有する電子部品の熱保護装置において、
   前記電子部品には、前記取付部を固定するための係合部が形成されていることを特徴とする固着機能を有する電子部品の熱保護装置。
5. 請求項１又は２に記載の固着機能を有する電子部品の熱保護装置において、
   前記アルミニウム合金の電子部品の熱保護装置は、２つの熱交換部材を対向して接合部を接合するものであり、接合前に前記２つの熱交換部材の前記接合部をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行って、射出成形金型にインサートされた後、前記接合部にポリブチレンテレフタート樹脂及び／又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分とする熱可塑性樹脂組成物を射出して成形されたものであることを特徴とする固着機能を有する電子部品の熱保護装置。
   

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