JP2009302417A - ヒートパイプの固定方法およびヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】厚さが薄く、且つ放熱効率に優れたヒートシンク、および、放熱効率に優れた状態でヒートパイプを金属板材に簡単に固定することができるヒートパイプの固定方法を提供する。
【解決手段】平らな金属板材の一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成し、傾斜面に側面部の一部が接するように矩形の開口部にヒートパイプを嵌め込み、押圧してヒートパイプ自体を変形させて、金属板材に固定する、ヒートパイプの固定方法。一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成した平らな金属板材と、傾斜面に側面部の一部が接するように矩形の開口部に嵌め込み、押圧され、金属板材に固定されたヒートパイプを備えたヒートシンク。
【選択図】図３

Description

本発明は、金属板材へのヒートパイプの固定方法およびヒートパイプを備えたヒートシンクに関する。

基板等に搭載されたＣＰＵ、素子等の発熱部品の発熱量、発熱密度が増大し、これらを効率的に放熱するために、各種のヒートシンクが提案されている。金属板材とヒートパイプを組み合わせたヒートシンクとして、例えば、発熱部品の熱を金属板材に移動させ、更に、ヒートパイプによって金属板材の全体にわたって熱拡散して均熱化したり、発熱部品の熱をヒートパイプによって所定の位置に移動して放熱フィン等によって放散することが行われている。

金属板へのヒートパイプの固定方法が、特開平９−１５９３８１号公報に開示されている。
従来の金属板へのヒートパイプの固定方法を図８から図１０に示す。図８に示すように、平らな金属板１０１上に、概ね円形断面のヒートパイプ１０２がその金属板上の加熱箇所から冷却箇所に至るように這わされて配置されている。この円形断面のヒートパイプの両先端部は、図９のように、概ね円形断面のヒートパイプの外周の形状に合わせて概ね円形状に湾曲されて形成されたホールド部１１９と、平面状の固定部１２０とを備えた両側支持金具１０３により、金属板１０１上に押さえ付けられて固定されている。

そして、両側支持金具１０３のヒートパイプ１０２を挟んだ両側において、両側支持金具１０３の固定部１２０を貫通したネジ１０４が備えられ、このネジ１０４を締め付けることにより、金属板１０１上に円形断面のヒートパイプの両端部が固定されている。なお、金属板１０１と円形断面のヒートパイプ１０２との間隙には熱伝達面積を増大するためにサーマルグリス１０６が注入されている。また、円形断面のヒートパイプ１０２を固定する金具には、図１０に示すようにホールド部１２１および片側のみをネジ１０７により支持する固定部１２２を備えた片側支持金具１０５が用いられることもあるが、この種の金具では、ホールド部１２１のホールド力が弱く、円形断面のヒートパイプ１０２と片側支持金具１０５とが接する部分との間に隙間１０８を生じることがあるので、サーマルグリス１０６が注入されている。

その他、最近では、大型液晶表示装置が実用化されてきた。大型液晶表示装置に光源として使用される蛍光管を使用して白色光を発光する冷陰極蛍光管や発光ダイオード等の発熱素子の発生する熱の処理が問題になってきている。大型液晶表示装置においては、バックシャーシ、伝熱シート等が使用され、これらを利用した放熱処理が求められている。
特開平９−１５９３８１号公報

特許文献１に開示された従来の方法では、ヒートパイプの両端部を、ホールド部１１９と、平面状の固定部１２０とを備えた両側支持金具１０３により、平らな金属板に取り付けるため、金属板、ヒートパイプおよび支持金具を含む全体の厚さが大きくなり、薄型化された電子機器に使用することができなくなるという問題点がある。
更に、ヒートパイプが金属板を介して発熱部品に熱的に接続されるので、発熱密度が高くなると放熱効率に劣るという問題点がある。

また、透過型カラー液晶表示装置としての薄型ディスプレイにおいては、ディスプレイが大型になり、その性能が高まるにつれて、発熱素子（ＬＥＤ）の発生する熱を、広い範囲において効果的に処理することが必要である。使用されるバックシャーシ、伝熱シート等にヒートパイプを接続する場合に、全体の厚さが制限されるという問題点がある。

したがって、本発明の目的は、厚さが薄く、且つ放熱効率に優れたヒートシンク、および、放熱効率に優れた状態でヒートパイプを金属板材に簡単に固定することができるヒートパイプの固定方法を提供することにある。

発明者は上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、平らな金属板材の一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成し、傾斜面に側面部の一部が接するように矩形の開口部にヒートパイプを嵌め込み、押圧してヒートパイプ自体を変形させて、金属板材に固定すると、ヒートパイプの一方の面が矩形の開口部を介して直接発熱部品に熱的に接続されるので、放熱効率に優れた状態で、金属板材にヒートパイプを簡単に固定することができることが判明した。

更に、ヒートパイプとして扁平型ヒートパイプを用いると、ヒートパイプの概ね全体が矩形の開口部に嵌め込まれるので、全体としての厚さが薄くなり、薄型ディスプレイ等の放熱に効果的に使用することができることが判明した。この発明は上述した研究結果に基づいてなされたものである。

この発明のヒートパイプの固定方法の第１の態様は、平らな金属板材の一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成し、前記傾斜面に側面部の一部が接するように前記矩形の開口部にヒートパイプを嵌め込み、押圧してヒートパイプ自体を変形させて、前記金属板材に固定する、ヒートパイプの固定方法である。

この発明のヒートパイプの固定方法の第２の態様は、前記傾斜面が、平らな面からなっている、ヒートパイプの固定方法である。

この発明のヒートパイプの固定方法の第３の態様は、前記傾斜面が、前記ヒートパイプの外周面に対応して、凹状の湾曲面からなっている、ヒートパイプの固定方法である。

この発明のヒートパイプの固定方法の第４の態様は、前記傾斜面が、凸状の湾曲面からなっている、ヒートパイプの固定方法である。

この発明のヒートパイプの固定方法の第５の態様は、前記ヒートパイプの上面が、前記金属板材の表面と概ね同じ高さになるように、前記ヒートパイプを前記矩形の開口部に押圧する、ヒートパイプの固定方法である。

この発明のヒートパイプの固定方法の第６の態様は、前記矩形の開口部に嵌め込み、押圧された前記ヒートパイプを、板状の固定部材によって固定する、ヒートパイプの固定方法である。

この発明のヒートパイプの固定方法の第７の態様は、前記板状の固定部材は、両端部と中央部からなり、前記中央部が上面方向に凸状に折り曲げられて形成されている、ヒートパイプの固定方法である。

この発明のヒートシンクの第１の態様は、一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成した平らな金属板材と、前記傾斜面に側面部の一部が接するように前記矩形の開口部に嵌め込み、押圧され、前記金属板材に固定されたヒートパイプを備えたヒートシンクである。

この発明のヒートパイプの固定方法の第２の態様は、前記矩形の開口部に嵌め込み、押圧された前記ヒートパイプを固定する板状の固定部材を備えたヒートシンクである。

この発明のヒートパイプの固定方法の第３の態様は、前記板状の固定部材は、両端部と中央部からなり、前記中央部が上面方向に凸状に折り曲げられて形成され、所定間隔で、両端部が前記金属板材に固定される、ヒートシンクである。

この発明によると、金属板材に簡単な加工を施すだけで、発熱部品を直接ヒートパイプに熱的に接続させることができる状態で、金属板材にヒートパイプを簡単に固定することができる。即ち、平らな金属板材の一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成し、傾斜面に側面部の一部が接するように矩形の開口部にヒートパイプを嵌め込み、押圧してヒートパイプ自体を変形させて、金属板材に固定するので、ヒートパイプの一方の面が矩形の開口部を介して直接発熱部品に熱的に接続されるので、放熱効率に優れた状態で、金属板材にヒートパイプを簡単に固定することができる。

更に、ヒートパイプとして扁平型ヒートパイプを用いると、ヒートパイプの概ね全体が矩形の開口部に嵌め込まれるので、全体としての厚さが薄くなり、薄型ディスプレイ等の放熱に効果的に使用することができる。

この発明のヒートパイプの固定方法およびヒートシンクについて図面を参照しながら説明する。この発明のヒートシンクの１つの態様は、一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成した平らな金属板材と、傾斜面に側面部の一部が接するように矩形の開口部に嵌め込み、押圧され、金属板材に固定されたヒートパイプを備えたヒートシンクである。即ち、平らな金属板材の一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成し、傾斜面に側面部の一部が接するように矩形の開口部にヒートパイプを嵌め込み、押圧してヒートパイプ自体を変形させて、金属板材に固定する。

図１は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する平面図である。図２は、この発明のヒートシンクの１つの態様の部分拡大図である。図３は、この発明のヒートシンクの１つの態様の分解図である。

図３に示すように、金属板材２の一部を切り取って、矩形の開口部５が形成されている。矩形の開口部５は、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面６を備えている。金属板材は概ね平らな板材である。矩形の開口部５の大きさは概ねヒートパイプに対応して設定される。

このように金属板材に形成された矩形の開口部５にヒートパイプの下側部が嵌め込まれる。上述したように、矩形の開口部５は、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面６を備えているので、ヒートパイプを容易に嵌め込むことができる。ヒートパイプは扁平型ヒートパイプを用いると、矩形の開口部に嵌め込んだ場合に、ヒートパイプの上面と金属板材の上面とを概ね同一面とすることができる。

上述したように、矩形の開口部の傾斜面に、ヒートパイプの下側の側面部の一部が接するように、扁平型ヒートパイプを嵌め込み、更に押圧してヒートパイプ自体を変形させて、金属板材にヒートパイプを固定することができる。この状態では、開口部に嵌め込まれて押圧されたヒートパイプの下面部は金属板材の下面部と概ね同一面になるように、矩形の開口部およびその周縁部の傾斜面の寸法、並びに扁平型ヒートパイプの寸法および形状を設定することが好ましい。

上述したように、金属板材に形成された矩形の開口部に、扁平型ヒートパイプを嵌め込み、押圧することによって金属板材にヒートパイプを固定すると、金属板材の下面側に配置される発熱部品とヒートパイプとを直接熱的に接続することができ、優れた放熱効果が得られる。

更に、図３に示すように、金属板材に形成された矩形の開口部に、扁平型ヒートパイプを嵌め込み、押圧することによって金属板材にヒートパイプを固定した状態で、板状の固定部材４によって固定してもよい。
板状の固定部材４は、平らな両端部と凸状に加工された中央部を備えた薄板状部材である。凸状に加工された中央部がヒートパイプを覆うように、板状の固定部材４が金属板材に取り付けられる。両端部はそれぞれネジ等によって固定してもよい。

図１および図２に、図３を参照して説明した、金属板材の矩形の開口部にヒートパイプが嵌め込まれ、押圧されて固定され、更に、板状の固定部材４によって固定された状態を示している。図１および図２に示すように、ヒートパイプが金属板材に簡単に固定することができる。更に、金属板材が薄い場合にも、扁平型ヒートパイプを用いることによって、金属板材にヒートパイプが固定された状態で、全体としての厚さが薄く、配置する場所の高さが限定されているような条件下でも、効果的に配置することができる。

なお、図１および図２に示す態様では、金属板材に一本のヒートパイプが配置されているが、広い金属板材に複数本のヒートパイプを所定間隔で並列に配置して、ここのヒートパイプを上述したように固定してもよい。何れの場合も、金属板材に固定されたヒートパイプが直接発熱部品と熱的に接続されるので、高い放熱効果を得ることができる。

図４から図６は、ヒートパイプの固定方法を説明する断面図である。図４から図６を参照して詳細に説明する。図３を参照して説明したように、金属板材２の一部を切り取って、矩形の開口部５が形成されている。矩形の開口部５は、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面６を備えている。このように形成された金属板材の矩形の開口部５に、ヒートパイプが矢印で示す方向に嵌め込まれる。開口部の大きさは、嵌め込まれたヒートパイプの下面７が、金属板材の下面側に十分露出する程度である。

図５に示すように、ヒートパイプを金属板材側に押圧すると、金属板材に形成された開口部の傾斜面から矢印の方向に力が加わり、傾斜面に沿ってヒートパイプ自体が変形する。ヒートパイプは例えば純銅で作製されているので、上述したように押圧によってそれ自体が変形して、金属板材にヒートパイプが固定される。

このままの状態でも、金属板材にヒートパイプを固定することができる。金属板材にヒートパイプを、より確実に固定するために、図６に示すように、更に板状の固定部材４によってヒートパイプを覆うように固定する。板状の固定部材４は、上述したように、平らな両端部と凸状に加工された中央部を備えた薄板状部材である。凸状に加工された中央部がヒートパイプを覆うように、板状の固定部材４が金属板材に取り付けられる。両端部はそれぞれネジ等によって固定してもよいし、溶接によって固定してもよい。

上述した傾斜面は、平らな面からなっている。傾斜面が、ヒートパイプの外周面に対応して、凹状の湾曲面からなっていてもよい。更に、傾斜面が、凸状の湾曲面からなっていてもよい。ヒートパイプの上面が、金属板材の表面と概ね同じ高さになるように、ヒートパイプを矩形の開口部に押圧する。

図７は、ヒートパイプヒートシンクにフィンをつりつけた図である。図７に示すように、図１から図３を参照して説明したヒートシンク１のヒートパイプ３の所定に部位に放熱フィン８を熱的に接続している。ヒートパイプ３によって移動された熱が放熱フィン８を通って放熱される。

なお、金属板材は、それ自体が発熱部品と熱的に接続されると、発熱部品の熱を移動する。金属板材は、例えばディスプレイのバックシャーシとして使用され、この場合は鉄材（ステンレス、普通鋼等）、アルミニウム材等からなっている。また、金属板材は、例えば電気機器のシャーシとして使用される。更に、金属板材は、熱拡散板、放熱フィン等として広い範囲で使用することができる。従って、ある程度の加工性を備えた熱伝導が可能な金属板材であればどのような板材でもよい。

ヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。即ち、ヒートパイプの吸熱部において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって、大量の熱の移動が行われる。

上述したように、この発明によると、金属板材に簡単な加工を施すだけで、発熱部品を直接ヒートパイプに熱的に接続させることができる状態で、金属板材にヒートパイプを簡単に固定することができる。更に、ヒートパイプとして扁平型ヒートパイプを用いると、ヒートパイプの概ね全体が矩形の開口部に嵌め込まれるので、全体としての厚さが薄くなり、薄型ディスプレイ等の放熱に効果的に使用することができる。

図１は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する平面図である。 図２は、この発明のヒートシンクの１つの態様の部分拡大図である。 図３は、この発明のヒートシンクの１つの態様の分解図である。 図４は、ヒートパイプの固定方法を説明する断面図である。 図５は、ヒートパイプの固定方法を説明する断面図である。 図６は、ヒートパイプの固定方法を説明する断面図である。 図７は、ヒートパイプヒートシンクにフィンをつりつけた図である。 図８は、従来の金属板へのヒートパイプの固定方法を説明する図である。 図９は、従来の金属板へのヒートパイプの固定方法を説明する図である。 図１０は、従来の金属板へのヒートパイプの固定方法を説明する図である。

符号の説明

１ ヒートシンク
２ 金属板材
３ ヒートパイプ
４ 板状の固定部材
５ 矩形の開口部
６ 傾斜面
７ ヒートパイプの下面
８ 放熱フィン

Claims (10)

1. 金属板材の一部を切り取って、周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成し、前記傾斜面に側面部の一部が接するように前記矩形の開口部にヒートパイプを嵌め込み、押圧してヒートパイプ自体を変形させて、前記金属板材に固定する、ヒートパイプの固定方法。
2. 前記傾斜面が、平らな面からなっている、請求項１に記載のヒートパイプの固定方法。
3. 前記傾斜面が、前記ヒートパイプの外周面に対応して、凹状の湾曲面からなっている、請求項１に記載のヒートパイプの固定方法。
4. 前記傾斜面が、凸状の湾曲面からなっている、請求項１に記載のヒートパイプの固定方法。
5. 前記ヒートパイプの上面が、前記金属板材の表面と概ね同じ高さになるように、前記ヒートパイプを前記矩形の開口部に押圧する、請求項１から４の何れか１項に記載のヒートパイプの固定方法。
6. 前記矩形の開口部に嵌め込み、押圧された前記ヒートパイプを、板状の固定部材によって固定する、請求項１から５の何れか１項に記載のヒートパイプの固定方法。
7. 前記板状の固定部材は、両端部と中央部からなり、前記中央部が上面方向に凸状に折り曲げられて形成されている、請求項６に記載のヒートパイプの固定方法。
8. 周縁部に下面から上面に向かって広がる傾斜面を備えた矩形の開口部を形成した金属板材と、前記傾斜面に側面部の一部が接するように前記矩形の開口部に嵌め込み、押圧され、前記金属板材に固定されたヒートパイプを備えたヒートシンク。
9. 前記矩形の開口部に嵌め込み、押圧された前記ヒートパイプを固定する板状の固定部材を備えた請求項８に記載のヒートシンク。
10. 前記板状の固定部材は、両端部と中央部からなり、前記中央部が上面方向に凸状に折り曲げられて形成され、所定間隔で、両端部が前記金属板材に固定される、請求項９に記載のヒートシンク。

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