JP2022133173A - 熱伝導部材 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して発熱体に接触させた状態で装置に固定できる熱伝導部材を提供する。【解決手段】内部に作動媒体が封入された筐体１０１を有する熱伝導部材１００である。筐体１０１は、上下に重ねて配置された第１板部１及び第２板部２と、第１板部１の外縁部１３と第２板部２の外縁部２１との接合にて形成された接合部４と、を有する。第１板部１は、第２板部２よりも厚い。第１板部１は、接合部４よりも外側に配置されて接合部と交差する方向に延びる脚部５１を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、熱伝導部材に関する。

従来から、熱伝導部材として平板状の蒸気チャンバーが提案されている（例えば、特開２０２０－１７６８２１号公報参照）。

特開２０２０－１７６８２１号公報

蒸気チャンバーは、スマートフォン等のフレームに設けられた凹部に装着されて配置されている。しかしながら、フレームに蒸気チャンバーを固定するための構造を形成しなくてはならない。

そこで、安定して発熱体に接触させた状態で装置に固定できる熱伝導部材を提供することを目的とする。

本発明の例示的な熱伝導部材は、内部に作動媒体が封入された筐体を有する。前記筐体は、上下に重ねて配置された第１板部及び第２板部と、前記第１板部の外縁部と前記第２板部の外縁部との接合にて形成された接合部と、を有し、前記第１板部は、前記第２板部よりも厚く、前記第１板部は、前記接合部よりも外側に配置されて前記接合部と交差する方向に延びる脚部を有する。

本発明の例示的な熱伝導部材によれば、安定して発熱体に接触させた状態で装置に固定可能である。

図１は、本発明にかかる実施形態の熱伝導部材の斜視図である。 図２は、図１に示す熱伝導部材の平面図である。 図３は、図２に示す熱伝導部材のＩＩＩ－ＩＩＩ線で切断した断面図である。 図４は、第１変形例の熱伝導部材の断面図である。 図５は、第２変形例の熱伝導部材の断面図である。 図６は、第３変形例の熱伝導部材の断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書において、熱伝導部材１００は、平面視長方形状であり、第１板部１と第２板部２とが重力方向に重なる。そこで、第１板部１および第２板部２が重なる方向、すなわち、上下方向をＺ方向とする。また、熱伝導部材１００をＺ方向から見たときの熱伝導部材１００の短手方向をＸ方向、長手方向をＹ方向とする。なお、図中の寸法、形状および構成要素間の大小関係は、一例であり、実際の寸法、形状および構成要素間の大小関係と必ずしも同一ではない。

＜熱伝導部材１００＞
図１は、本発明にかかる実施形態の熱伝導部材１００の斜視図である。図２は、熱伝導部材１００の平面図である。図３は、図２に示す熱伝導部材１００をIII-III線に沿って切断した断面図である。

図１～図３に示すように、熱伝導部材１００は筐体１０１を有する。図２、図３に示すように、筐体１０１は内部に空間１０２を有する。熱伝導部材１００において、空間１０２の内部には、ウィック構造体３が配置される。そして、空間１０２は、密閉されており、空間１０２の内部に作動媒体Ｍｄが封入される。すなわち、熱伝導部材１００は、内部に作動媒体Ｍｄが封入された筐体１０１を有する。

熱伝導部材１００は、筐体１０１の空間１０２に封入された作動媒体Ｍｄの状態変化、つまり、加熱による蒸発および冷却による凝縮を利用して、熱を運搬する、いわゆる、ベーパーチャンバーである。

本実施形態の熱伝導部材１００では、作動媒体Ｍｄとして、水を用いるが、これに限定されない。例えば、アルコール化合物、代替フロン、炭化水素化合物、フッ素化炭化水素化合物およびグリコール化合物等を挙げることができる。作動媒体Ｍｄとしては、被加熱領域１０３で発熱体Ｈｔからの熱で蒸発（気化）し、放熱領域１０４で筐体１０１に熱を伝達することで凝縮（液化）される物質を広く採用することができる。

熱伝導部材１００において、空間１０２の内部は、外部に比べて圧力が低い。これにより、作動媒体Ｍｄを低い温度で蒸発させることができる。

＜筐体１０１＞
図１～図３に示すように、熱伝導部材１００において、筐体１０１は、上下に重ねて配置された第１板部１及び第２板部２を有する。筐体１０１は、第１板部１の第１外縁部１３と第２板部２の第２外縁部２１とを接合することで、接合部４が形成される。すなわち、筐体１０１は、第１板部１の外縁部１３と第２板部２の外縁部２１との接合にて形成された接合部４を有する。接合部４は、液体の作動媒体Ｍｄおよび蒸気Ｖｐの透過を抑制できる密閉性を有する。

接合部４における、第１外縁部１３と第２外縁部２１との接合は、例えば、加熱、加圧による行われる。具体的には、第１外縁部１３及び第２外縁部２１を所定の温度に昇温する。そして、第２外縁部２１の上面と第１外縁部１３の下面とを接触させ、接触面の圧力を所定の圧力以上とする接合処理を行う。接合処理を行うことで、第１外縁部１３と第２外縁部２１との接触面において、一部の粒子が第１外縁部１３と第２外縁部２１の両方に跨って配置される。これにより、第１外縁部１３と第２外縁部２１が接合された接合部４が形成される。

なお、第１外縁部１３と第２外縁部２１との接合方法は、これに限定されない。例えば、第１外縁部１３と第２外縁部２１との間に、ロウ材を配置し、加熱および加圧してロウ材で接合する、いわゆる、ロウ付けにて接合してもよい。ロウ付けを行う場合、第１外縁部１３の下面および第２外縁部２１の上面の少なくとも一方に凹溝を形成して、ロウ材を配置してもよい。

＜第１板部１＞
第１板部１は、Ｚ方向から見て、角部が曲線で形成された長方形状である。第１板部１は、厚みｄ１の板部材である。図１、図３に示すように、第１板部１は、平板部１１と、傾斜部１２と、第１外縁部１３とを有する。

Ｚ方向から見て、平板部１１は、中央に配置される長方形板状である。傾斜部１２は、平板部１１の外縁に接続する。傾斜部１２は、平板部１１から離れるにつれて下方に向かう傾斜を有する。第１外縁部１３は、傾斜部１２の外側に配置される。第１外縁部１３は、平板部１１と平行な板状である。第１板部１は下面に、上部を平板部１１で覆われ、側部を傾斜部１２で囲まれた凹部１０を有する。すなわち、第１板部１は、第２板部２と対向する面の接合部４よりも内側に、第２板部２と反対側に凹んだ凹部を有する。

筐体１０１の空間１０２は、第１板部１に凹部１０を第２板部２で覆うことで形成される。第１板部１に凹部１０を形成することで、筐体１０１の内部に作動媒体Ｍｄが封入される空間１０２を簡単に形成することが可能である。

第１板部１は、例えば、銅合金を含む材料で形成される。第１板部１を構成する材料としては、銅合金に限定されず、一定以上の強度（弾性係数）および一定以上の熱伝導率を有する金属等の材料を採用することができる。なお、第１板部１は、プレス等の機械的な加工方法で形成されてもよいし、エッチング等の化学的な加工方法で形成されてもよい。

第１板部１は、２個の脚部５１を有する。脚部５１は、第１板部１と単一の部材で形成される。脚部５１は、第１板部１のＹ方向の両端部に設けられる。脚部５１は、第１板部１の外端から、外側に向かうにつれて下方に向かって傾斜している。換言すると、脚部５１は、第１板部１から下方に屈曲している。すなわち、第１板部１は、接合部４よりも外側に配置されて接合部４と交差する方向に延びる脚部５１を有する。また、脚部５１は、第２板部２に対して内部空間１０２の反対側に延びる。

また、第１板部１は、脚部５１の下端から外方に拡がる板状の取付部５２を有する。換言すると、取付部５２は、脚部５１の下端から外側に屈曲する。すなわち、第１板部１は、脚部５１の先端から外側に延びる板状の取付部５２を有する。取付部５２には、Ｚ方向に貫通する貫通孔５３が形成されている。すなわち、取付部５２には、貫通孔５３が形成されている。貫通孔５３には、固定具であるねじＳｃが貫通する。脚部５１及び取付部５２は、単一の部材で形成されている。

＜第２板部２＞
第２板部２は、Ｚ方向から見て、角部が曲線で形成された長方形状である。第２板部２は、厚みｄ２の板部材である。第２板部２の厚みｄ２は、第１板部１の厚みｄ１よりも薄い。すなわち、第１板部１は、第２板部２よりも厚い。第２板部２は、第２外縁部２１を有する。第１板部１を第２板部２の上部に配置したとき、第２外縁部２１が、第１板部１の第１外縁部１３とＺ方向に重なる。

本実施形態において、第２板部２は、例えば、銅合金を含む材料で形成される。第２板部２を構成する材料としては、銅合金に限定されず、一定以上の強度（弾性係数）および一定以上の熱伝導率を有する金属等の材料を採用することができる。なお、第２板部２は、プレス等の機械的な加工方法で形成されてもよいし、エッチング等の化学的な加工方法で形成されてもよい。

なお、本実施形態では、第２板部２は、Ｚ方向から見て、第１板部１と同じ大きさの長方形状である。しかしながら、これに限定されず、第２板部２が第１板部１よりも大きくてもよい。また、Ｚ方向からみて、第１板部１および第２板部２は、同じ大きさの長方形状であるが、これに限定されない。例えば、第１板部１及び第２板部２の大きさは異なっていてもよい。また、第１板部１０及び第２板部２は、平面視正方形状であってもよいし、三角形、六角形等の多角形状であってもよいし、円形状であってもよい。また、これらの形状を組み合わせた形状であってもよい。

＜ウィック構造体３＞
ウィック構造体３は、例えば、ワイヤー、メッシュ、不織布、焼結体等の多孔質体を挙げることができる。ウィック構造体３の材質としては、第１板部１および第２板部２の材料と同じ銅合金とすることができるが、これに限定されない。例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタンおよびこれらの合金、炭素繊維およびセラミックを挙げることができる。

図１～図３に示すように、筐体１０１を発熱体ＨｔとケースＢｄの間に配置する。そして、筐体１０１の第１板部１の上面に、発熱体Ｈｔの下面を接触させる。すなわち、第１板部１の第２板部２と対向する面と反対側の面に、発熱体Ｈｔが接触する。このように配置することで、発熱体ＨｔとケースＢｄとの間に熱伝導部材１００を配置することができる。これにより、発熱体ＨｔからケースＢｄに伝達される熱を低く抑えることができる。

筐体１０１の第１板部１に設けられている取付部５２をケースＢｄに接触させる。その後、貫通孔５３にねじＳｃを貫通させて、ケースＢｄにねじＳｃをねじ込む。これにより、筐体１０１は、発熱体Ｈｔに接触した状態でケースＢｄに取り付けられる。

本実施形態における熱伝導部材１００のケースＢｄへの取付方法は、ねじＳｃを用いる。しかしながら、これに限定されず、熱伝導部材１００をケースＢｄに確実に固定できる取付方法を広く採用することができる。なお、ケースＢｄは、例えば、携帯端末のバッテリーを支持するケース、ＰＣの外装等を挙げることができる。

このように、脚部を設ける構成とすることで、熱伝導部材１００をケースＢｄに対して、位置を保って取り付けることが可能である。脚部５１を設ける構成とすることで、熱伝導部材１００をケースＢｄに対して、位置を保って取り付けることが可能である。例えば、発熱体Ｈｔに接触させて熱伝導部材１００をケースＢｄに対して隙間をあけて配置することが可能である。これにより、放熱性能を高めることが可能であり、作動媒体の蒸気Ｖｐの凝縮を促進し、熱伝導効率を高めることが可能である。また、ケースＢｄに伝達される熱伝導部材１００の熱を減らすことができ、使用者の不快感を低減することが可能である。

上述したとおり、脚部５１は、第１板部１の外端から外側に向かうにつれて、第２板部２から離れる傾斜を有する。例えば、筐体１０１にＺ方向の力が作用したとき、脚部５１の傾斜角度が弾性的に変形可能である。つまり、脚部５１は、弾性変形可能である。脚部５１を介してケースＢｄに取り付けられることで、筐体１０１は、脚部５１の弾性力で発熱体Ｈｔに向かって付勢することができる。これにより、筐体１０１の第１板部１を発熱体Ｈｔにより確実に接触させることができる。さらに、脚部５１が第１板部１と単一の部材で形成されることで、第１板部１を安定して、ケースＢｄに取り付けることができる。

また、脚部５１として、第２板部２よりも厚い第１板部１と単一の部材で形成されることで、脚部５１の剛性を高めることが可能である。これにより、熱伝導部材１００のケースＢｄへの取り付け強度を高めることができる。

さらに、脚部５１の端部に取付部５２を有することで、熱伝導部材１００の筐体１０１を筐体１０１と平行なケースＢｄの内面に容易に取り付けることができる。そして、取付部５２に貫通孔５３が設けられていることで、取付部５２にねじＳｃ等の固定具を取り付けやすい。そのため、筐体１０１をケースＢｄ等の構造体に容易に取り付けることができる。

なお、脚部５１及び取付部５２は、第２板部２を形成するときに、第２板部２の端部よりも外側に突出する突出部分を形成しておく。そして、第１板部１と第２板部２とを接合した後、突出部分を折り曲げることで形成することが可能である。これ以外の方法で、形成してもよい。

＜熱伝導部材１００の動作＞
熱伝導部材１００は、発熱体Ｈｔと接触し、熱伝導部材１００には発熱体Ｈｔからの熱が伝達される。図３に示すように、熱伝導部材１００において、筐体１０１のＹ方向の一方側が被加熱領域１０３であり、他方側が放熱領域１０４である。発熱体Ｈｔは、被加熱領域１０３における第１板部１と接触する。発熱体Ｈｔの熱は、熱伝導部材１００の被加熱領域１０３に伝達される。

空間１０２の内部に封入された液体の作動媒体Ｍｄは発熱体Ｈｔからの熱で昇温され、蒸発して、作動媒体の蒸気Ｖｐ（以下、単に蒸気Ｖｐと称する）に状態変化する。蒸気Ｖｐは、放熱領域１０４に流れる。蒸気Ｖｐは、放熱領域１０４に到達するまでに、又は、放熱領域１０４において冷却される。これにより、蒸気Ｖｐは凝縮されて作動媒体Ｍｄに戻る。

液体の作動媒体Ｍｄは、ウィック構造体３を伝って、被加熱領域１０３に流れる。液体の作動媒体Ｍｄは、被加熱領域１０３で再度、加熱されて蒸発して、蒸気Ｖｐに状態変化する。以上の動作を繰り返して、熱伝導部材１００は、発熱体Ｈｔからの熱を運搬して、発熱体Ｈｔの温度を下げる。つまり、熱伝導部材１００は、発熱体Ｈｔの放熱部材として用いられる。

なお、本実施形態の熱交換部材１００の筐体１０１では、長手方向の両端に脚部５１及び取付部５２を有する構成であるがこれに限定されない。すなわち、第１板部１は、複数の脚部５１を有する。例えば、長辺の端部に設けられてもよい。脚部５１１及び取付部５２の個数は、２個に限定されない。安定して支持するため、３個以上であることが好ましいが、ケースＢｄに強固に固定できる構成であれば、１個であってもよい。

複数（ここでは、２つ）の脚部５１を有することで、熱伝導部材１００をケースＢｄ等の構造体に対して安定して配置することができる。

＜第１変形例＞
図４は、第１変形例の熱伝導部材１００ａの断面図である。図４に示す熱伝導部材１００ａは、筐体１０１ａの第１板部１ａ、脚部５４、取付部５５及び貫通孔５６の形状が、図３等に示す筐体１０１の第１板部１、脚部５１、取付部５２及び貫通孔６３と異なる。筐体１０１ａのこれ以外の構成については、筐体１０１と同じ構成を有する。そのため、実質上同じ部分には、同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明を省略する。

第１板部１ａは、２個の脚部５４を有する。脚部５４は、第１板部１と単一の部材で形成される。脚部５１は、第１板部１のＹ方向の両端部に設けられる。脚部５１は、第１板部１ａの外端から、外側に向かうにつれて上方に向かって傾斜している。すなわち、脚部５４は、第２板部２と反対側に延びる。

また、第１板部１ａは、脚部５４の上端から外方に拡がる取付部５５を有する。取付部５５は、板状である。取付部５５には、Ｚ方向に貫通する貫通孔５６が形成されている。貫通孔５６には、固定具であるねじＳｃが貫通する。脚部５４及び取付部５５は、単一の部材で形成されている。

熱伝導部材１００ａは、第１板部１ａ側に配置されたケースＢｄに、取付部５５を接触させ、ねじＳｃを貫通孔５６に挿入した後、ねじＳｃをケースＢｄにねじ込むことで固定される。このようにすることで、熱伝導部材１００ａの取り付けの自由度を高めることができる。これにより、熱伝導部材１００ａの取り付けが容易になる。

＜第２変形例＞
図５は、第２変形例の熱伝導部材１００ｂの断面図である。図５に示す熱伝導部材１００ｂは、筐体１０１ｂの第１板部１ｂ、脚部６１、取付部６２及び貫通孔６３の形状が、図３等に示す筐体１０１の第１板部１、脚部５１、取付部５２及び貫通孔６３と異なる。筐体１０１ｂのこれ以外の構成については、筐体１０１と同じ構成を有する。そのため、実質上同じ部分には、同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明を省略する。

図５に示すように、筐体１０１ｂの第１板部１ｂは、平板部１１の外縁に第１外縁部１４が設けられている。つまり、筐体１０１ｂは、傾斜部を省略している。そして、第１板部１ｂの厚みｄ３は、第２板部２の厚みｄ１よりも大きい。このような構成とすることで、第１外縁部１４と第２外縁部２１との接触面積が広くなる。これにより、第１外縁部１４と第２外縁部２１とを接合して形成した接合部４の接合強度が高まるとともに、密閉度が高くなる。空間１０２に充填された作動流体Ｍｄ及び蒸気Ｖｐがさらに外部に流出しにくくなり、熱伝導部材１００ｂの熱伝導効率を高めることが可能である。

そして、脚部６１は、第１外縁部１４の外縁から外側に向かうにつれて下方に向かって傾斜する。脚部６１の第１板部１ｂと反対側の先端には、外側に延びる取付部６２が形成される。そして、取付部６２には、Ｚ方向に貫通する貫通孔６３を有する。なお、脚部６１、取付部６２及び貫通孔６３は、脚部５１、取付部５２及び貫通孔５３と同じである。そのため、脚部６１、取付部６２及び貫通孔６３の詳細な説明は省略する。

また、傾斜部を有する構造に比べて、第１板部１ｂの構造が簡単になる。そのため、第１板部１ａの製造が容易になり、熱交換部材１００ｂの製造が容易になる。

＜第３変形例＞
図６は、第３変形例の熱伝導部材１００ｃの断面図である。図６に示す熱伝導部材１００ｃは、筐体１０１ｃの第１板部１ｃの一方の脚部６が、図３等に示す筐体１０１の脚部５１と異なる。筐体１０１ｃのこれ以外の構成については、筐体１０１と同じ構成を有する。そのため、実質上同じ部分には、同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明を省略する。

図５に示すように、筐体１０１ｃの第１板部１ｃの脚部６は、第２板部２に対して直交する。筐体１０１ｃをケースＢｄに取り付けたとき、脚部６の先端は、ケースＢｄとも直交する。このように、脚部６が第２板部２及びケースＢｄと直交するため、脚部６が変形しにくい。例えば、熱伝導部材１００ｃにケースＢｄに向かう力が付与された場合であっても、第２板部２とケースＢｄとの距離を一定に保つことが可能である。これにより、ケースＢｄへの熱の伝達を抑制できる。

ケースＢｄとして、例えば、携帯端末の外装である場合、ケースＢｄへの熱の伝達が抑制されることで、携帯端末の外面の温度上昇を抑制できる。これにより、使用者が携帯端末に触れたときの不快感を抑制できる。

本変形例の熱伝導部材１００ｃでは、発熱体Ｈｔが第２板部２の下面に接触している。すなわち、発熱体Ｈｔは、第２板部２の第１板部１ｃと対向する面と反対側の面に、接触する。このようにしても、被加熱領域１０３の第２板部２に発熱体Ｈｔからの熱が伝達される。これにより、発熱体Ｈｔからの熱を効果的に伝達することができる。また、熱伝導部材１００ｂがケースＢｄに取り付けられているとき、発熱体Ｈｔは、筐体１０１ｃとケースＢｄとに挟まれる。これにより、メンテナンス等でケースＢｄを開いたときに、使用者の指等が発熱体Ｈｔに直接触れることを抑制できる。これにより、使用者の不快感を抑制することができる。

本変形例にて、発熱体Ｈｔが第２板部２に接触する構成を開示しているが、他の実施形態でも、発熱体Ｈｔが第２板部２に接触してもよい。また、本変形例の構成であっても、発熱体Ｈｔが第１板部１ｃと接触してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。

本発明の熱伝導部材は、例えば、スマートフォン、タブレットＰＣ、ノート型ＰＣ等、薄型の電子機器に用いられて動作により発熱する機器からの放熱に利用可能である。また、これら以外にも、発熱する機器の放熱に利用可能である。

１ 第１板部
１ａ 第１板部
２ 第２板部
２ｂ 第２板部
３ ウィック構造体
４ 接合部
６ 脚部
１０ 凹部
１１ 平板部
１２ 傾斜部
１３ 第１外縁部
１３ 外縁部
１４ 第１外縁部
２１ 外縁部
２１ 第２外縁部
５１ 脚部
５２ 取付部
５３ 貫通孔
１００ 熱伝導部材
１００ａ 熱伝導部材
１００ｂ 熱伝導部材
１０１ 筐体
１０１ａ 筐体
１０１ｂ 筐体
１０２ 空間
１０３ 被加熱領域
１０４ 放熱領域

Claims (9)

1. 内部空間に作動媒体が封入された筐体を有する熱伝導部材であって、
   前記筐体は、
   上下に重ねて配置された第１板部及び第２板部と、
   前記第１板部の外縁部と前記第２板部の外縁部との接合にて形成された接合部と、を有し、
   前記第１板部は、前記第２板部よりも厚く、
   前記第１板部は、前記接合部よりも外側に配置されて前記接合部と交差する方向に延びる板状の脚部を有する熱伝導部材。
2. 前記脚部は、前記第２板部に対して前記内部空間の反対側に延びる請求項１に記載の熱伝導部材。
3. 前記脚部は、前記第２板部と反対側に延びる請求項１に記載の熱伝導部材。
4. 前記脚部の先端から外側に延びる板状の取付部を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱伝導部材。
5. 前記取付部には、貫通孔が形成される請求項４に記載の熱伝導部材。
6. 前記第１板部は、複数の前記脚部を有する請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱伝導部材。
7. 前記第１板部は、前記第２板部と対向する面の前記接合部よりも内側に、前記第２板部と反対側に凹んだ凹部を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱伝導部材。
8. 前記第１板部の前記第２板部と対向する面と反対側の面に、発熱体が接触する請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱伝導部材。
9. 前記第２板部の前記第１板部と対向する面と反対側の面に、発熱体が接触する請求項１から請求項７のいずれかに記載の熱伝導部材。

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