JP2016021474A - 内部に連通空間を備える積層構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部に連通空間を備える積層構造体の外周部をプレスで折り曲げると、内部の連通空間が変形して空間断面積が縮小してしまう。【解決手段】中央部に同形状の長孔１７が開いた複数の薄板１２〜１５を長孔の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板の上下を平坦な薄板１１、１６で挟んで拡散接合し、内部に連通空間１８を備える積層構造体１０Ｂであり、外周部には薄板の積層数が少ない部分１３ＨＢと縁部１３ＨＡ、１４Ｈ、１５Ｈ、１６Ｈを積層した部分を形成して、外周部を薄板数の少ない部分で折り曲げて取付部を少なくとも２箇所形成し、一方を発熱体に被せ、他方には放熱部材を取り付け、連通空間１８内に冷媒を封入してヒートパイプを形成可能とした積層構造体である。【選択図】図６

Description

本出願は内部に連通空間を備える積層構造体及びその製造方法に関する。

スマートフォンやタブレット端末といった、近年のモバイル端末のＣＰＵはマルチコア化、高クロック化が進んでいる。今後もモバイル端末で処理するタスクの要求は増えると考えられ、また、グラフィック性能等も求められることから、ＣＰＵ性能は高くなると予想されている。よってＣＰＵの消費電力は上昇傾向にあり、発熱量は大きくなる傾向にある。また、ＣＰＵだけでなく、充放電などの電源管理用のＩＣの発熱密度も上昇傾向にあることから、端末内部の熱についてのデザインやマネジメントは非常に重要である。

モバイル端末は、ファンを使った強制空冷が困難なことから、熱設計をする場合は、熱源であるチップの熱を如何に熱伝導で広げて放熱するかが重要視されている。モバイル端末に搭載される小部品は、主に基板側への熱伝導が支配的になるため、基板の銅層を強化することが重要になってくるが、コストや重量の観点で制限がある。そこで、チップ上面への放熱を検討し、チップの上面に熱拡散板を取り付ける提案が特許文献１に示されている。特許文献１には広い範囲に熱を均等に拡散させることができる熱拡散板の構造が開示されている。

また、チップ上面への放熱を行うに際して、軽量かつ熱伝導の良い対策として、グラファイトシートを用いた方法がある。グラファイトシートは熱伝導率１０００Ｗ／ｍＫと、銅の3倍の熱伝導率を持ちながら、比重が1付近とアルミニウムの１／３であり、現状コストも下がっているので、こちらが主流になっている。

その他の熱輸送性能を持った放熱手段としては、ヒートパイプがある。ヒートパイプは、内部が空洞の配管内に作動流体（冷媒）を封入し、相変化を利用して熱輸送するものである。凝縮した液はウィックという多孔体の働きで循環させる。ポンプなどの動力を使わないためモバイル端末への適用が可能であり、相変化は熱伝達率が非常に高いことから、グラファイトシート以上の熱輸送が期待できる。

ヒートパイプが直線状であるのに対して、更なる熱輸送性能を持った構造として、ループヒートパイプがある。ループヒートパイプは蒸発部と、凝縮部を分離し、内部の流動抵抗を減らし、それらを蒸気管と液管でつなぐことで循環系を作った構造である。ウィックは蒸発部直上に配置している。ループヒートパイプについては、例えば、特許文献２に開示がある。また、ループヒートパイプの中には、薄板を重ね合わせて拡散接合し、前述の各要素を作り込んだループヒートパイプがある。このループヒートパイプによれば、薄型かつ熱輸送性能が高い冷却デバイスが作成できる。

スマートフォンなどのモバイル端末基板上に実装された発熱部材に、熱対策部材としてヒートパイプを使用する場合、ヒートパイプには、電磁波シールドを兼ねたＳＭＴ板金（ＳＭＴ：Surface Mount Technology）が使用される。ＳＭＴ板金も薄板を重ね合わせて拡散接合したものである。この例を図１及び図２を用いて説明する。

図１（ａ）は回路基板１の上に実装された発熱部材２の放熱構造を示すものである。発熱部材２は、例えば集積回路である。発熱部材２の頂面には熱伝導部材３が貼付されており、この熱伝導部材３の上にシールドを兼ねた放熱用の板金４が取り付けられる。板金４の両端部４Ｅは回路基板１側に折り曲げられており、その先端部には係止孔４Ａが設けられている。係止孔４Ａは凹部でも良い。

一方、発熱部材２の周囲の回路基板１の上には板金４の固定具5が実装されている。固定具5の外形は、板金４と同じとほぼ同じサイズの外形であり、外周枠だけが残された形状をしている。板金４の外側の側面には係止突起５Ａが突設されており、この係止突起５Ａは板金４の両端部４Ｅに設けられた係止孔４Ａに嵌合するようになっている。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した板金４の係止孔４Ａが係止突起５Ａに嵌合され、板金４が発熱部材２の上に取り付けられた状態を示している。板金４の係止孔４Ａが係止突起５Ａに嵌合された状態では、板金４の内面が発熱部材２の頂面に貼付された熱伝導部材３に密着する。この結果、発熱部材２で発生した熱が熱伝導部材３を通じて板金４に伝わり、板金４から放熱される。板金４は複数の薄板を拡散接合して形成することができる。また、板金４がヒートパイプの場合には、板金４の内部には連通空間を設け、この連通空間に冷媒を流して熱を冷却部側に移送することにより、板金４からの放熱効率を上昇させることができる。

図２（ａ）は、複数枚の薄板を拡散接合して形成した積層構造体であるＳＭＴ板金８（以後単に板金８と記す）の例を示すものであり、板金８の構造を分かり易くするために、板金８の縦横方向の縮尺を変更したものである。この例の板金８では、５枚の薄板が拡散接合されている。最も上側の薄板と最も下側の薄板には孔が無いが、真ん中の３枚の薄板には同じ位置に孔があり、３枚の薄板を重ね合わせて拡散接合すると、孔によって内部空間６が形成される。内部空間６が形成された部分が板金８の流路領域８Ｓであり、図１（ａ）に示した発熱部材２に重なる部分が曲げ禁止領域８Ｆである。曲げ禁止領域８Ｆの両側には、部材を取り付けるための壁部が形成されている。

そして、板金８をヒートパイプの筐体とする場合には、内部空間６には冷媒が充填され、壁部を備えた板金８の一端が発熱部材（集積回路）２に取り付けられ、壁部を備えた他端が放熱部材に取り付けられる。また、板金８をループヒートパイプの筐体とする場合には、内部空間６には冷媒が充填され、壁部を備えた板金８の一部が発熱部材２に取り付けられ、壁部を備えた別の部位が凝縮器に取り付けられる。

なお、前述のグラファイトシートは、自立した構造にするには非常に高コストであるため、粘着層を形成して板金と貼り合わせることしかできない。

特開２００２−１３０９６４号公報

特開２０１３−０４０７１８号公報

図２（ａ）に示した複数の薄板を拡散接合した板金８を形成するために、板金８の曲げ禁止領域８Ｆの両端部を曲げて壁部を形成する場合には、図２（ｂ）に示すように雌型７Ｆと雄型７Ｍの金型７内に板金８を挿入し、プレスによって壁部を形成している。ところが、複数の薄板を拡散接合した板金８を金型７を用いてプレスすると、板金８の厚みにより内部空間６が変形してしまい、冷媒流路が塞がってしまうため、ヒートパイプとして利用が困難になるという課題がある。

この課題を回避するために、流路部分を減らして外周に強度を持たせて曲げる構造とすると、板金の断面積における流路面積が小さくなり、流れる冷媒量が減って十分な熱性能を得られないという課題が新たに生じる。

１つの側面では、本出願は、複数の薄板を拡散接合して形成される内部に連通空間を備える積層構造体において、部材取付部の壁構造を、金型を使用したプレス成型によらずに形成した積層構造体を提供することを目的とする。

他の側面では、本出願は、複数の薄板を拡散接合して形成される内部に連通空間を備える積層構造体の、部材取付部の壁構造を、積層構造体の外周部自体を容易に折り曲げ可能な構造とすることによって実現した積層構造体の製造方法を提供することを目的とする。

１つの形態によれば、中央部に同形状の長孔が開いた複数の薄板を、長孔の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板の上下を平坦な薄板で挟んで拡散接合し、内部に連通空間を備える積層構造体であって、複数の薄板の外周部には、少なくとも１枚の薄板を除いて隙間部を隔てて外周部に沿った縁部が形成され、接合された複数の縁部は、隙間部の無い縁部の部分で積層構造体に対して折り曲げられた後に積層構造体に接合され、接合された縁部の内側に、部材を取り付け可能な部材取付部が形成されている積層構造体が提供される。

他の形態によれば、内部に連通空間を備え、部材を取り付け可能な部材取付部が形成されている積層構造体の製造方法であって、２枚の平坦な第１の薄板と、中央部に長孔が設けられて外周部に隙間部を隔てて前記外周部に平行な縁部を備える複数の第２の薄板、及び中央部に長孔と同じ長孔が設けられて縁部と同じ位置にある縁部は薄板で外周部と連続している少なくとも１枚の第３の薄板を用意し、複数の第２の薄板の間に第３の薄板を１枚挿入して長孔と縁部の位置を合わせて重ね合わせた積層体の上下を第１の薄板で挟んで拡散接合し、拡散接合により積層された縁部を、第３の薄板の隙間部に対応する部分を中心にして折り曲げ、折り曲げた後に縁部の隙間部側の積層面を積層構造体の一面に接合し、接合された縁部の内側に、部材を取り付け可能な部材取付部が設けられた積層構造体を製造する方法が提供される。

開示の内部に連通空間を備える積層構造体によれば、積層構造体の折り曲げ部分を、積層構造体の外周部分に薄板の積層数の少ない部分を形成して折り曲げて形成したので、曲げＲが小さく、内部の連通空間を十分確保した放熱構造を実現できる効果がある。また、開示の内部に連通空間を備える積層構造体の製造方法によれば、積層構造体の折り曲げを、積層構造体の外周部分に薄板の積層数の少ない部分を形成して折り曲げたので、内部の連通空間が変形せず、また積層構造体の軽量化が図れる効果がある。

（ａ）は回路基板の上に実装された発熱部材の、比較技術の放熱構造における板金の取り付け前の断面図、（ｂ）は（ａ）に示した板金が回路基板上にある発熱部材に取り付けられた状態を示す断面図である。 （ａ）は複数枚の薄板を拡散接合して形成した積層構造体の断面図、（ｂ）は（ａ）に示した積層構造体の両端部の壁部をプレスによって形成する例を示す断面図である。 （ａ）は内部に連通空間を備える積層構造体をヒートパイプに適用した場合のヒートパイプの平面図、（ｂ）は（ａ）に示したヒートパイプの中心線における断面図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）に示したヒートパイプの使用例を示す側断面図、（ｄ）は（ｃ）に示したＸ部の部分拡大断面図、（ｅ）は（ｃ）に示したＹ部の部分拡大断面図である。 図３（ａ）に示したヒートパイプを６枚の薄板で形成した場合の、６枚の薄板の接合前の状態を、最上部の薄板を１枚目として６枚目まで示す平面図である。 図４に示した６枚の薄板の、接合前の状態を示す部分拡大組立斜視図である。 （ａ）は図４及び図５に示した６枚の薄板を、位置を合わせて拡散接合した状態の積層構造体を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における部分拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）に示した積層構造体の外周部を折り曲げる状態を示す説明図、（ｄ）は（ｃ）に示した積層構造体の外周部の折り曲げが完了した状態を示す部分拡大断面図である。 （ａ）は図６（ａ）に示した積層構造体の左端にある３辺の外周部を下側側に折り曲げた状態を示す部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した状態で積層構造体の側面に張り出す張出部を更に折り曲げて既に折り曲げられた部分に重ね合わせた状態を示す部分拡大斜視図である。 （ａ）は、図６（ａ）に示した積層構造体の、左側の端部の外周部を下側に折り曲げ、右側の端部の外周部を上側に折り曲げた状態を示す積層構造体の斜視図、（ｂ）は、図６（ａ）に示した積層構造体の、左側の端部の外周部と右側の端部の外周部を共に上側に折り曲げた状態を示す積層構造体の斜視図、（ｃ）は（ｂ）に示した積層構造体をヒートパイプとして使用する使用例を示す部分断面図である。 （ａ）は図４の５枚目の薄板がランナーにゲートで支持された状態を示す平面図、（ｂ）図４の６枚目の薄板がランナーにゲートで支持された状態を示す平面図である。 （ａ）は、図４に示した６枚の薄板がランナーにゲートで支持された状態における、Ｚ部の形状を異ならせた第２の実施例を示す部分拡大平面図、（ｂ）は（ａ）に示した６枚の薄板を拡散接合した積層構造体を形成した時の部分拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）に示した積層構造体からゲートを切断してランナーを除去した状態を示す部分拡大平面図である。 （ａ）は図１０（ｃ）に示した部分の外周部を下側に折り曲げた状態を示す部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した状態で積層構造体の側面に突出する部分を更に折り曲げて既に折り曲げられた部分に設けられた突起に嵌合させた状態を示す部分拡大斜視図である。 （ａ）は図６（ａ）に示した積層構造体の上から５枚目と６枚目の薄板の構造を変形させた第３の実施例を示すものであり、図６（ａ）のＢ−Ｂ’線における部分拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）に示した外周部を折り曲げた状態を示す部分拡大断面図である。 （ａ）は第１または第２の実施例のヒートパイプを、回路基板に実装された発熱部材の周辺に、固定具を介して取り付ける状態を示す部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の状態から積層構造体が回路基板の上に取り付けられた状態を示す部分拡大断面図である。 （ａ）は積層構造体がループヒートパイプに適用された実施例を示す、ループヒートパイプの平面図、（ｂ）は（ａ）に示したループヒートパイプの凝縮器の部分拡大断面図である。 図１４（ａ）に示したループヒートパイプを６枚の薄板で形成した場合の、６枚の薄板の接合前の状態を、最上部の薄板を１枚目として１枚目から３枚目まで示す平面図である。 図１４（ａ）に示したループヒートパイプを６枚の薄板で形成した場合の、６枚の薄板の接合前の状態を、最上部の薄板を１枚目として４枚目から６枚目まで示す平面図である。

以下、添付図面を用いて本出願に係る内部に連通空間を備える積層構造体の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例の積層構造体は、薄板６枚を拡散接合して形成したものを説明するが、積層構造体を形成する薄板の数は６枚に限定されるものではない。また、積層構造体を形成する薄板は、拡散接合した例を説明しているが、薄板は圧着や接着等、他の接合方法によって積層しても良い。

図３（ａ）は、本出願に係る内部に連通空間を備える積層構造体の連通空間に、揮発性の作動流体（冷媒）を封入して、ヒートパイプ１０に適用した第１の実施例を示す平面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したヒートパイプ１０の中心線ＣＬにおける断面図である。なお、図３（ｂ）にはヒートパイプ１０の断面が１枚の板のように図示されているが、実際には６枚の薄板が重ね合わされた（積層された）構造であり、６枚の薄板の構造については図４を用いて後述する。

第１の実施例のヒートパイプ１０には、両端部に部材の取付部１０Ｈ、１０Ｌがあり、例えば、一方が高温の発熱部材を取り付ける発熱部材取付部１０Ｈであり、他方が冷媒を冷却する放熱部材を取り付ける放熱部材取付部１０Ｌとなっている。発熱部材取付部１０Ｈと放熱部材取付部１０Ｌには、発熱部材や放熱部材を受け入れるために、壁部１０Ｗが形成されている。また、ヒートパイプ１０の発熱部材取付部１０Ｈと放熱部材取付部１０Ｌの間の部分も両端部が折り曲げられて補強壁１０Ｒが形成されている。ヒートパイプ１０はごく薄い構造をしているので、両端の熱交換部分以外においても同じ曲げ構造を適用して、折り曲げて形成した補強壁１０Ｒにより、ヒートパイプ１０自体にかかる曲げ応力に対して補強することが可能である。

図３（ｃ）は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したヒートパイプ１０の使用例を示すものである。回路基板１の上には、発熱部材（例えば集積回路）２が実装されていると共に、ヒートパイプ１０を取り付けるための固定具５が設けられている。固定具５には、図３（ｄ）に示すように係止突起５Ａが設けられており、ヒートパイプ１０の壁部１０Ｗに設けられた溝（または孔）１０Ｍに係合するようになっている。発熱部材取付部１０Ｈでは、発熱部材２は熱伝導部材３を介してヒートパイプ１０の発熱部材取付部１０Ｈに取り付けられる。

一方、回路基板１の近傍には、この回路基板１を収容する電子機器の金属製のシャーシ９があり、ヒートパイプ１０の放熱部材取付部１０Ｌが、固定具５を介してシャーシ９に取り付けられている。固定具５には、図３（ｅ）に示すように係止突起５Ａが設けられており、ヒートパイプ１０の壁部１０Ｗに設けられた溝（または孔）１０Ｍに係合するようになっている。放熱部材取付部１０Ｌは、熱伝導部材３を介してシャーシ９に取り付けられる。

図４は、図３（ａ）に示したヒートパイプ１０を形成する６枚の薄板１１〜１６の、接合前の個々の形状を示すものである。薄板１１が最上部（１枚目）に位置する薄板であり、平坦な面で形成され、孔は無い。薄板１６が最下部（６枚目）に位置する薄板であり、薄板１１同様に平坦な面で形成され、孔は無い。薄板１２〜薄板１５が２枚目〜５枚目に位置する薄板であり、中央部に矩形の長孔１７を備える。長孔１７の形状は全て同じであり、長孔１７を取り囲む薄板１２〜１５の外周部の形状も全て同じである。また、薄板１１、１６の外周部の形状も薄板１２〜１５の外周部の形状と同じである。

図４に示す薄板１３〜１６の左側端部には、ヒートパイプ１０の壁部１０Ｗとなる縁部１３Ｈ〜１６Ｈが設けられ、薄板１１〜１４の右側端部には、ヒートパイプ１０の壁部１０Ｗとなる縁部１１Ｌ〜１６Ｌが設けられている。更に、薄板１３〜１６の縁部１３Ｈ〜１６Ｈ及び縁部１３Ｌ、１４Ｌを除く外周部には、図３（ａ）に示した補強壁１０Ｒとなる補強部１３Ｒ〜１６Ｒが設けられている。

なお、図４には薄板１１〜１６をランナーと呼ばれる枠から切り離した状態が示されている。実際には、薄板１１〜１６は、縁部１１Ｌ〜１４Ｌ、１３Ｈ〜１６Ｈ及び補強部１３Ｒ〜１６Ｒを含めて、ランナーにゲートと呼ばれる接続部を介して取り付けられている。ランナー及びゲートについては図９を用いて後述する。

薄板１３の縁部１３Ｈ及び補強部１３Ｒは薄板１３の外周部に連続して形成されており、薄板１４の縁部１４Ｌは薄板１４の外周部に連続して形成されている。また、縁部１３Ｈと１４Ｌには、延長部１３Ｅと１４Ｅがある。一方、その他の薄板の縁部１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌ、１４Ｈ、１５Ｈ及び１６Ｈは、薄板の外周部に対して、所定の隙間を隔てて設けられている。薄板１１〜１６に設けられた隙間の位置は全て同じである。また、薄板１１、１２、１３の外周部の縁部１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌが無い部分には島部１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐがあり、薄板１４、１５、１６の外周部の縁部１４Ｈ、１５Ｈ、１６Ｈが無い部分には島部１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐがある。

図５は、図４に示した６枚の薄板１１〜１６を上下方向に並べ、その左側端部を矢印Ｚ方向から見たものであり、拡散接合前の状態を示している。薄板１３〜１６の左側端部には、ヒートパイプ１０の壁部１０Ｗとなる縁部１３Ｈ〜１６Ｈが設けられている。また、薄板１６の縁部１６Ｈには、図３（ｄ）に示した溝１０Ｍとなる小孔１６Ｍが複数個設けられている。１３Ｅは縁部１３Ｈの延長部であり、１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐは島部である。図５にも前述のランナーとゲートは図示していない。

従って、図３（ａ）に示したヒートパイプ１０を形成する場合は、薄板１２〜１５を長孔１７の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板１２〜１５の上下を、平坦面を備える薄板１１、１６で挟んで拡散接合する。薄板１２〜１５を薄板１１、１６で挟んで拡散接合することにより、長孔１７によって内部に連通空間を備える積層構造体が出来上がり、ヒートパイプ１０が形成される。実際には、前述のランナーの位置を合わせて重ね合わせれば、薄板１１〜１６は正しく重ね合わされる。

図６（ａ）は、図４及び図５に示した６枚の薄板１１〜１６を、位置を合わせて拡散接合した状態の積層構造体１０Ｂを平面視したものである。積層構造体１０Ｂの左側端部には、縁部１３Ｈ〜１６Ｈが重なった部分があり、右側端部には縁部１１Ｌ〜１６Ｌが重なった部分があり、縁部１３Ｈ〜１６Ｈ及び縁部１３Ｌ、１４Ｌを除く外周部には補強部１３Ｒ〜１６Ｒが重なった部分がある。また、薄板１１の縁部１１Ｌには小孔穴１１Ｍがあり、薄板１６の縁部１６Ｈには小孔１６がある。更に、積層構造体１０Ｂの左側端部の角部には、縁部１３Ｈの延長部１３Ｅと島部１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐが重なった部分があり、積層構造体１０Ｂの右側端部の角部には、縁部１４Ｌの延長部１４Ｅと島部１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐが重なった部分がある。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した積層構造体１０ＢのＡ−Ａ’線における部分断面を拡大して示すものである。縁部１３Ｈ〜１６Ｈ以外の積層構造体１０Ｂの部分では、６枚の薄板１１〜１６が重ね合わされており、その内部に連通空間１８が形成されている。一方、３枚目の薄板１３の縁部１３Ｈは、４〜６ｍ枚目の薄板１４〜１６の縁部１４Ｈ〜１６Ｈに重なる重なり部１３ＨＡと、重ならない非重なり部１３ＨＢとを備える。

そこで、縁部１３Ｈの重なり部１３ＨＡ及び縁部１４Ｈ〜１６Ｈを、図６（ｃ）に示すように、非重なり部１３ＨＢの部分で折り曲げ、折り曲げた重なり部１３ＨＡ及び縁部１４Ｈ〜１６Ｈの端面Ｔを、図６（ｄ）に示すように６枚目の薄板１６の外側の面に接合する。１枚の薄板１３は、容易に折り曲げることが可能である。同様に、図６（ａ）に示した残りの２箇所の縁部１３Ｈの重なり部１３ＨＡ及び縁部１４Ｈ〜１６Ｈも、矢印で示すように非重なり部１３ＨＢの部分で下に折り曲げると、図７（ａ）に示す状態となる。

図７（ａ）に示す状態では、積層構造体１０Ｂの端部にある縁部１３Ｈの重なり部１３ＨＡ及び縁部１４Ｈ〜１６Ｈの積層部の両端に、縁部１３Ｈの延長部１３Ｅと薄板１４〜１６の島部１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐの重なった部分である張出部Ｐが突出している。そこで、この張出部Ｐは、縁部１３Ｈの延長部１３Ｅの、薄板１４〜１６の島部１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐと重ならない部分で矢印で示すように折り曲げ、縁部１３Ｈの重なり部１３ＨＡの側面の二点鎖線で示す部分に接合する。図７（ｂ）に張出部Ｐが縁部１３Ｈの重なり部１３ＨＡに接合された状態を示す。図６（ａ）に示す積層構造体１０Ｂの他端側の縁部１１Ｌ〜１４Ｌについては、上側に同様の折り曲げを行う。図６（ａ）に示した積層構造体１０Ｂの縁部１３Ｈ〜１６Ｈ及び縁部１１Ｌ〜１４Ｌを、このように折り曲げることにより、図８（ａ）に示すような形状の積層構造体１０Ｂが出来上がり、図３（ｃ）に示したようにヒートパイプ１０として使用することができる。

なお、第１の実施例のヒートパイプ１０では、図３（ｃ）及び図８（ａ）に示すように、発熱部材取付部１０Ｈと放熱部材取付部１０Ｌがそれぞれヒートパイプ１０の反対側の面に形成されている。一方、第１の実施例の変形実施例として、発熱部材取付部１０Ｈと放熱部材取付部１０Ｌを、図８（ｂ）に示すように、共にヒートパイプ１０の同じ側の面に形成することが可能である。

図８（ｂ）に示した変形実施例のヒートパイプ１０は、例えば、図８（ｃ）に示すように使用することができる。図８（ｃ）では、回路基板１の上に発熱部材２が実装されていると共に、ヒートパイプ１０の一端を取り付けるための固定具５が設けられていて、ヒートパイプ１０の壁部１０Ｗに係合するようになっている。発熱部材取付部１０Ｈでは、発熱部材２は熱伝導部材３を介してヒートパイプ１０の発熱部材取付部１０Ｈに取り付けられる。

また、回路基板１を収容する電子機器の金属製のシャーシ９には折れ曲がり部９Ａがあり、ヒートパイプ１０の放熱部材取付部１０Ｌが、固定具５を介して折れ曲がり部９Ａに取り付けられている。固定具５がヒートパイプ１０の壁部１０Ｗに係合するようになっている点、及び放熱部材取付部１０Ｌが熱伝導部材３を介してシャーシ９に取り付けられる点は第１の実施例と同様である。

図９（ａ）は、図４に示した５枚目の薄板１５がランナー２０にゲート２１で支持された状態を示すものであり、図９（ｂ）は、図４の６枚目の薄板１６がランナー２０にゲート２１で支持された状態を示すものである。残りの薄板１１〜１４についても同様であり、薄板１１〜１４はランナー２０にゲート２１で支持されている。ランナー２０は薄板１１〜１６の外形よりも一回り大きい矩形状の枠体であり、全て同一寸法の枠体である。そしてランナー２０から延びる接続部材であるゲート２１が薄板１１〜１６をランナー２０の内部に支持している。ゲート２１の個数や形状は特に限定されるものではない。

図１０（ａ）は、図４に示した６枚の薄板１１〜１６がランナー２０にゲート２１で支持された状態における、Ｚ部の形状を異ならせたヒートパイプ１０の第２の実施例を示すものであり、同じ構成部材には同じ符号が付してある。第２の実施例の薄板１３〜１６が、第１の実施例の薄板１３〜１６と異なる点は、縁部１３Ｈの延長部１３Ｅ及び島部１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐに係合孔２３〜２６が設けられている点である。また、第２の実施例の薄板１１、１２が、第１の実施例の薄板１１、１２と異なる点は、ランナー２０にゲート２１を介して、突起取付片３１、３２が設けられており、この突起取付片３１、３２に、係合突起４１、４２が突設されている点である。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した６枚の薄板１１〜１６を、ランナー２０の位置を合わせて拡散接合した積層構造体１０Ｂを示している。縁部１３Ｈの延長部１３Ｅ及び島部１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐは接合されて張出部Ｐが形成されている。ランナー２０にゲート２１で接続されたまま拡散接合された積層構造体１０Ｂを、切断線ＨＬとＶＬの位置で切断すると、図１０（ｃ）に示すような積層構造体１０Ｂになる。積層構造体１０Ｂの第３枚目から第６枚目の縁部１３Ｈ〜１６Ｈの上には、突起取付片３１、３２と係合突起４１、４２が積層されている。

図１０（ｃ）にその一部を示す積層構造体１０Ｂの縁部１３Ｈ〜１６Ｈを、第１の実施例と同様に折り曲げると、図１１（ａ）に示す状態となり、積層構造体１０Ｂの角部に張出部Ｐが突出する。張出部Ｐは前述のように、縁部１３Ｈの延長部に薄板１４〜１６の島部１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐが重ね合わされて接合されたものであり、張出部Ｐには係合孔２３〜２６が重なった孔が開いている。また、壁部１０Ｗ（縁部１３ＨＡ）には突起取付片３１、３２と係合突起４１、４２が積層されている。

そこで、張出部Ｐにある係合孔２３〜２６が、係合突起４１、４２に嵌め込まれるように、張出部Ｐを縁部１３Ｈの延長部１３Ｅの島部１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐに重ならない位置で折り曲げ、係合孔２３〜２６を係合突起４１、４２に嵌め込む。係合孔２３〜２６を係合突起４１、４２に嵌め込んだ状態を図１１（ｂ）に示す。第２の実施例では、張出部Ｐを係合孔２３〜２６が係合突起４１、４２に嵌め込まれた状態で接合できるので、張出部Ｐを正確に折り曲げることができ、接合部の強度も向上する。

図１２（ａ）は、図６（ａ）に示した積層構造体１０Ｂの上から５枚目の薄板１５と６枚目の薄板１６の構造を変形させた第３の実施例を示すものであり、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ’線の部分拡大断面を示している。第３の実施例では、５枚目の薄板１５と６枚目の薄板１６の外周部の同じ位置に溝１５Ｚ、１６Ｚを設けると共に、５枚目の薄板１５の縁部１５Ｈの内周側に、溝１５Ｚ、１６Ｚに嵌まる突起１５Ｙを設ける。

第３の実施例では、積層構造体１０Ｂの縁部１３ＨＡ及び１４Ｈ〜１６Ｈを、図１２（ｂ）に示すように、非重なり部１３ＨＢの部分で折り曲げて、突起１５Ｙを溝１５Ｚ、１６Ｚに差し込み、６枚目の薄板１６の外側の面に接合する。この構造により、折り曲げ部の位置精度が向上し、接合部の強度も向上させることができる。

図１３（ａ）は、第１または第２の実施例のヒートパイプ１０を、回路基板１に実装された発熱部材２の周辺に、固定具５を介して取り付ける状態を示すものである。発熱部材２の頂面には熱伝導部材３が貼付され、ヒートパイプ１０は、図１３（ｂ）に示すように、熱伝導部材３の上に取り付けられる。ヒートパイプ１０の連通空間１８には冷媒が充填されており、冷媒が充填された領域が流路領域である。発熱部材２で発生した熱は熱伝導部材３を伝わって冷媒に伝わり、放熱される。

図１４（ａ）は、積層構造体がループヒートパイプ５０に適用された第４の実施例を示すものである。ループヒートパイプ５０は、発熱体に取り付ける蒸発器５１、蒸発器５１と凝縮器５２を接続する蒸気管５３、及び凝縮器５２と蒸発器５１とを接続する液管５４を備え、内部を冷媒が循環する。蒸発器５１で熱を吸収した冷媒は蒸気となり、蒸気管５３を流れて凝縮器５２に達し、凝縮器５２で冷却され、液体となった冷媒は液管５４を流れて蒸発器５１に達する。

第４の実施例のループヒートパイプ５０も６枚の薄板６１〜６６を積層して形成されている。図１４（ｂ）は６枚の薄板６１〜６６で形成された凝縮器５２の断面を示すものであり、冷媒が流れる流路空間５６が６枚の薄板６１〜６６で形成されていることが分る。

図１５（ａ）から（ｃ）は、図１４（ａ）に示したループヒートパイプ５０を形成する６枚の薄板６１〜６６のうちの、１枚目（最上部）の薄板６１、２枚目の薄板６２及び３枚目の薄板６３の接合前の形状を示すものである。また、図１６（ａ）から（ｃ）は、図１４（ａ）に示したループヒートパイプ５０を形成する６枚の薄板６１〜６６のうちの、４枚目の薄板６４、５枚目の薄板６５及び６枚目（最下部）の薄板６６の接合前の形状を示すものである。図１５（ａ）〜（ｃ）及び図１６（ａ）〜（ｃ）にも、薄板６１〜６６を支持するランナーの図示は省略してある。

１枚目の薄板６１と６枚目の薄板６６は平坦なループ状の面で形成され、図１４（ａ）に示した蒸発器５１と凝縮器５２の部分が幅広になっており、孔は無い。薄板６２〜薄板６５が２枚目〜５枚目に位置する薄板であり、蒸発器５１と凝縮器５２の部分及び蒸気管５３と液管５４に対応する部分の中央部に孔６７を備える。孔６７の形状は全て同じであり、孔６７を取り囲む２〜５枚目の薄板６２〜６５の外周部の形状も全て同じである。また、１枚目と６枚目の薄板６１、６６の外周部の形状も２〜５枚目の薄板６２〜６５の外周部の形状と同じである。

蒸発器５１の部分の周囲には、蒸発器５１の壁部５１Ｗとなる縁部６１Ｈ〜６６Ｈが設けられ、凝縮器５２の部分の周囲には、凝縮器５２の壁部５２Ｗとなる縁部６１Ｌ〜６６Ｌが設けられている。また、蒸気管５３と液管５４の途中には、補強用のリブを形成する補強部６３Ｒ〜６６Ｒが設けられている。６枚の薄板６１〜６６はこの順に重ね合わされて拡散接合した後に、図１４（ａ）に示すように、蒸発器５１の壁部５１Ｗとなる縁部６１Ｈ〜６６Ｈと補強部６１Ｒ〜６６Ｒを下側に折り曲げる。また、凝縮器５２の壁部５２Ｗとなる縁部６１Ｌ〜６６Ｌは、上側に折り曲げる。

縁部６１Ｈ〜６６Ｈの折り曲げ方、縁部６１Ｌ〜６６Ｌの折り曲げ方及び補強部６３Ｒ〜６６Ｒの折り曲げ方は、前述のヒートパイプにおける縁部と補強部の折り曲げ方と同じで良いので、詳しい説明は省略する。以上の工程により、ループヒートパイプ５０を形成することができる。

以上説明した実施例では、ヒートパイプ及びループヒートパイプを、６枚の薄板を用いて形成する方法並びに形成されたヒートパイプ及びループヒートパイプについて説明し、冷媒を内部に注入する構造や方法については説明を省略した。また、以上説明した実施例では、６枚の薄板のうち、上から３枚目の縁部を折り曲げるようにしているが、上から４枚目の縁部を折り曲げても良く、縁部を折り曲げる薄板の位置は限定されない。

本出願に係る積層構造体によれば、薄板の形状により、拡散接合を利用して形成した積層構造体を、任意の位置で折り曲げ可能であり、折り曲げ時の曲げＲを最小化して、内部の冷却流路を十分確保した放熱構造を実現でき、ヒートパイプに適用できる。また、折り曲げ部は複数積層した部分を使うため、締結部分の強度が高く、折り曲げ部と積層構造を嵌合させることで、部材精度を高めることができる。更に、部材取付部以外の複数箇所を折り曲げることで、放熱構造自体を構造強化できる。これに加えて、本出願に係る積層構造体は、プレスによらず、エッチングで曲げ構造を作るので、ヒートパイプに適用した場合、１０％程度の軽量化に貢献できる。

以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本出願の容易な理解のために、本出願の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） 中央部に孔が開いた複数の薄板を、前記孔の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板の上下を薄板で挟んで接合し、内部に連通空間を備える積層構造体であって、
前記複数の薄板の外周部には、少なくとも１枚の薄板を除いて隙間部を隔てて前記外周部に沿った縁部が形成され、
前記縁部の内側に、部材を取り付け可能な部材取付部が形成されている積層構造体。
（付記２） 前記複数の縁部は、隙間部の無い前記縁部の部分で前記積層構造体に対して折り曲げられた後に前記積層構造体に接合される付記１に記載の積層構造体。
（付記３） 前記部材取付部は、所定距離を隔てて前記積層構造体の少なくとも２箇所に設けられている付記２に記載の積層構造体。
（付記４） 前記部材取付部は、前記積層構造体の同じ面の少なくとも２箇所に設けられている付記３に記載の積層構造体。
（付記５） 前記部材取付部は、前記積層構造体の異なる面に少なくとも１箇所ずつ設けられている付記３に記載の積層構造体。

（付記６） 前記積層構造体は回路基板の上に取り付けられ、前記積層構造体の前記回路基板側にある前記部材取付部は、前記回路基板に実装された発熱部材の上に取り付けられている付記１から５の何れかに記載の積層構造体。
（付記７） 前記回路基板の前記発熱部材の近傍には、前記部材取付部を固定するための突起を備えた固定具が実装されており、
前記部材取付部の内周面には前記突起に係合する凹部又は孔が形成されていて、
前記部材取付部は前記固定具によって前記発熱部材の上に取り付けられている付記６に記載の積層構造体。
（付記８） 前記連通空間には前記発熱部材の熱を移送する揮発性の作動流体が封入されている付記５または６に記載の積層構造体。
（付記９） 前記部材取付部の他の１つには、前記冷媒の熱を奪う放熱部材が取り付けられている付記８に記載の積層構造体。
（付記１０） 前記積層構造体が、前記発熱部材に取り付けられる部材取付部を一端に備え、前記放熱部材に取り付けられる部材取付部を他端に備える直線状のヒートパイプである付記９に記載の積層構造体。

（付記１１） 前記薄板の全てが円環状をした薄板であり、前記積層構造体に設けられる前記発熱部材に取り付けられる部材取付部と、前記放熱部材に取り付けられる部材取付部とが離れた位置にあり、前記積層構造体がループヒートパイプである付記９に記載の積層構造体。
（付記１２） 中央部に孔が開いた複数の薄板を、前記孔の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板の上下を薄板で挟んで接合して形成した積層構造体の、内部の連通空間に冷媒を充填したヒートパイプであって、
前記複数の薄板の外周部には、少なくとも１枚の薄板を除いて隙間部を隔てて前記外周部に沿った縁部が形成され、
前記縁部の内側の２箇所に、部材を取り付け可能な部材取付部が形成され、
前記部材取付部の一方は発熱部材に取付可能に形成され、他方は放熱部材に取付可能に形成されているヒートパイプ。
（付記１３） 中央部に孔が開いた複数の薄板を、前記孔の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板の上下を薄板で挟んで接合して形成した積層構造体の、内部の連通空間に冷媒を充填したヒートパイプを発熱部材と放熱部材の間に取り付けた電子機器であって、
前記複数の薄板の外周部には、少なくとも１枚の薄板を除いて隙間部を隔てて前記外周部に沿った縁部が形成され、
前記縁部の内側の２箇所に、部材を取り付け可能な部材取付部が形成され、
前記部材取付部の一方は、前記電子機器の回路基板上にある発熱部材に取付可能に形成され、他方は前記回路基板の外に設けられた放熱部材に取付可能に形成されているヒートパイプを備える電子機器。
（付記１４） 内部に連通空間を備え、部材を取り付け可能な部材取付部が形成されている積層構造体の製造方法であって、
２枚の第１の薄板と、中央部に孔が設けられて外周部に隙間部を隔てて前記外周部に縁部を備える複数の第２の薄板、及び中央部に孔が設けられて前記縁部と同じ位置にある縁部は薄板で前記外周部と連続している少なくとも１枚の第３の薄板を用意し、
前記複数の第２の薄板の間に前記第３の薄板を１枚挿入して前記孔と前記縁部の位置を合わせて重ね合わせた積層体の上下を前記第１の薄板で挟んで接合し、
接合により積層された前記縁部を、前記第３の薄板の前記隙間部に対応する部分を中心にして折り曲げ、
前記縁部の内側に、部材を取り付け可能な部材取付部が設けられた積層構造体を製造する方法。
（付記１５） 前記第１から第３の薄板は、ガードを用いてランナーに支持させ、前記ランナーを重ね合わせることによって、前記長孔の位置を合わせると共に、前記縁部を重ね合せる付記１４に記載の積層構造体を製造する方法。

（付記１６） 前記部材取付部を前記積層構造体に２箇所形成し、前記連通空間には前記発熱部材の熱を移送する冷媒を封入して、前記積層構造体をヒートパイプとして利用できるようにした付記１４または１５に記載の積層構造体の製造方法。
（付記１７） 前記複数の薄板が直線状であり、前記部材取付部を前記積層構造体の両端部に形成した付記１６に記載の積層構造体の製造方法。
（付記１８） 前記複数の薄板が円環状であり、前記部材取付部をループヒートパイプの蒸発器と凝縮器の位置に形成した付記１６に記載の積層構造体の製造方法。

１０ ヒートパイプ
１０Ｈ 発熱部材取付部
１０Ｌ 放熱部材取付部
１１〜１６、６１〜６６ 薄板
１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｈ、１３Ｌ、１４Ｈ、１４Ｌ、１５Ｈ、１６Ｈ 縁部
１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐ、１４Ｐ、１５Ｐ、１６Ｐ 島部
１３Ｒ、１４Ｒ、１５Ｒ、１６Ｒ 補強部
１７ 長孔
１８ 連通空間
２０ ランナー
２１ ゲート
２３〜２６ 係合孔
４１、４２ 係合突起
５１ 蒸発器
５２ 凝縮器
５３ 蒸気管
５４ 液管
５５ 流路空間
６７ 孔
６１Ｈ、６１Ｌ、６２Ｈ、６２Ｌ、６３Ｈ、６３Ｌ、６４Ｈ、６４Ｌ、６５Ｌ、６５Ｈ、６６Ｈ、６６Ｌ 縁部
６３Ｒ、６４Ｒ、６５Ｒ、６６Ｒ 補強部
Ｐ 張出部

Claims (8)

1. 中央部に孔が開いた複数の薄板を、前記孔の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板の上下を薄板で挟んで接合し、内部に連通空間を備える積層構造体であって、
   前記複数の薄板の外周部には、少なくとも１枚の薄板を除いて隙間部を隔てて前記外周部に沿った縁部が形成され、
   前記縁部の内側に、部材を取り付け可能な部材取付部が形成されている積層構造体。
2. 前記複数の縁部は、隙間部の無い前記縁部の部分で前記積層構造体に対して折り曲げられた後に前記積層構造体に接合される請求項１に記載の積層構造体。
3. 前記外周部の前記薄板の積層数の少ない部分は少なくとも２箇所で折り曲げられており、前記積層構造体には少なくとも２つの部材取付部が形成されている請求項２に記載の積層構造体。
4. 前記外周部の前記薄板の積層数の少ない部分の少なくとも１箇所は、前記積層構造体に対して上方又は下方に折り曲げられており、前記外周部の前記薄板の積層数の少ない部分の他の箇所は反対側に折り曲げられており、前記部材取付部が前記積層構造体に対して両方の面に形成されている請求項３に記載の積層構造体。
5. 前記積層構造体は回路基板の上に取り付けられ、前記積層構造体の前記回路基板側にある前記部材取付部は、前記回路基板に実装された発熱部材の上に取り付けられている請求項３に記載の積層構造体。
6. 中央部に孔が開いた複数の薄板を、前記孔の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板の上下を薄板で挟んで接合して形成した積層構造体の、内部の連通空間に冷媒を充填したヒートパイプであって、
   前記複数の薄板の外周部には、少なくとも１枚の薄板を除いて隙間部を隔てて前記外周部に沿った縁部が形成され、
   前記縁部の内側の２箇所に、部材を取り付け可能な部材取付部が形成され、
   前記部材取付部の一方は発熱部材に取付可能に形成され、他方は放熱部材に取付可能に形成されているヒートパイプ。
7. 中央部に孔が開いた複数の薄板を、前記孔の位置を合わせて重ね合わせ、重ね合わせた薄板の上下を薄板で挟んで接合して形成した積層構造体の、内部の連通空間に冷媒を充填したヒートパイプを発熱部材と放熱部材の間に取り付けた電子機器であって、
   前記複数の薄板の外周部には、少なくとも１枚の薄板を除いて隙間部を隔てて前記外周部に沿った縁部が形成され、
   前記縁部の内側の２箇所に、部材を取り付け可能な部材取付部が形成され、
   前記部材取付部の一方は、前記電子機器の回路基板上にある発熱部材に取付可能に形成され、他方は前記回路基板の外に設けられた放熱部材に取付可能に形成されているヒートパイプを備える電子機器。
8. 内部に連通空間を備え、部材を取り付け可能な部材取付部が形成されている積層構造体の製造方法であって、
   ２枚の第１の薄板と、中央部に孔が設けられて外周部に隙間部を隔てて前記外周部に縁部を備える複数の第２の薄板、及び中央部に孔が設けられて前記縁部と同じ位置にある縁部は薄板で前記外周部と連続している少なくとも１枚の第３の薄板を用意し、
   前記複数の第２の薄板の間に前記第３の薄板を１枚挿入して前記孔と前記縁部の位置を合わせて重ね合わせた積層体の上下を前記第１の薄板で挟んで接合し、
   接合により積層された前記縁部を、前記第３の薄板の前記隙間部に対応する部分を中心にして折り曲げ、
   前記縁部の内側に、部材を取り付け可能な部材取付部が設けられた積層構造体を製造する方法。

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