JP2022133174A - 熱伝導部材 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体に密着して取付可能な熱伝導部材を提供する。【解決手段】熱伝導部材１は、内部空間１０ａを有する筐体１０と、内部空間１０ａに収容されるウィック構造体３０及び作動媒体２０と、を備える。筐体１０は、上下方向に対向して配置される第１金属板１１及び第２金属板１２を有する。第１金属板１１及び第２金属板１２は、内部空間１０ａを囲む周縁に配置された接合部１４を介して接合される。筐体１０は、上下方向に貫通する間隙部を有する。第１金属板１１及び第２金属板１２の一方は、第１屈曲部及び第２屈曲部と、連結部１１３と、を有する。第１屈曲部及び第２屈曲部は、接合部１４の外側から上下方向の一方に屈曲して間隙部を介して並ぶ。連結部１１３は、第１屈曲部の先端部と第２屈曲部の先端部とを連結する。上下方向に垂直な面内で前記第１屈曲部の延びる方向と、前記第２屈曲部の延びる方向と、が交差する。【選択図】図３

Description

本発明は、熱伝導部材に関する。

従来の熱伝導部材は、内部空間を有する筐体と、内部空間に収容されるウィック構造体及び作動媒体と、を有する。筐体は、発熱体に接触して配置される（例えば、特許文献１）。

特開２０１９－８２２６４号公報

しかしながら、上記のような熱伝導部材は、発熱体との間に隙間が発生した場合に、熱輸送効率が低下する可能性があった。

本発明は、発熱体に密着して取付可能な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、内部空間を有する筐体と、内部空間に収容されるウィック構造体及び作動媒体と、を備える。筐体は、上下方向に対向して配置される第１金属板及び第２金属板を有する。第１金属板及び第２金属板は、内部空間を囲む周縁に配置された接合部を介して接合される。筐体は、上下方向に貫通する間隙部を有する。第１金属板及び第２金属板の一方は、第１屈曲部及び第２屈曲部と、連結部と、を有する。第１屈曲部及び第２屈曲部は、接合部の外側から上下方向の一方に屈曲して間隙部を介して並ぶ。連結部は、第１屈曲部の先端部と第２屈曲部の先端部とを連結する。上下方向に垂直な面内で前記第１屈曲部の延びる方向と、前記第２屈曲部の延びる方向と、が交差する。

本発明によると、発熱体に密着して取付可能な熱伝導部材を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る熱伝導部材の斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る熱伝導部材のネジ孔の周辺を拡大して示す上面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る熱伝導部材の模式的な側面断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面においては、適宜、３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、鉛直方向（すなわち上下方向）を示し、＋Ｚ方向が上側（重力方向の反対側）であり、－Ｚ方向が下側（重力方向）である。Ｚ軸方向は、後述する第１金属板１１と第２金属板１２との対向方向でもある。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向を指し、その一方向および逆方向を、それぞれ＋Ｘ方向および－Ｘ方向とする。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の両方向と直交する方向を指し、その一方向および逆方向を、それぞれ＋Ｙ方向および－Ｙ方向とする。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために方向を定義したものであって、本発明に係る熱伝導部材１の製造時および使用時の向きを限定するものではない。また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。

また、本明細書において、「焼結」とは、金属の粉末または金属の粉体を含むペーストを、金属の融点よりも低い温度まで加熱して、金属の粒子を焼き固める技術を指す。また、「焼結体」とは、焼結によって得られる物体を指す。

＜１．熱伝導部材の構成＞
図１は、本発明の例示的な実施形態に係る熱伝導部材１の斜視図であり、図２は、ネジ孔１１３ａの周辺を拡大して示す上面図であり、第１金属板１１を折り曲げる前の状態を示す。図３は、熱伝導部材１の模式的な側面断面図である。

熱伝導部材１は、ベーパーチャンバーとも呼ばれ、発熱体Ｈの熱を輸送する。発熱体Ｈとしては、例えば、熱を発する電子部品またはその電子部品を搭載する基板が考えられる。発熱体Ｈは、熱伝導部材１による熱の輸送によって冷却される。このような熱伝導部材１は、例えば、スマートフォン、ノート型パーソナルコンピュータなどの、発熱体Ｈを有する電子機器に搭載される。

熱伝導部材１は、被加熱部１０１と、放熱部１０２と、を備える（図２参照）。被加熱部１０１は、例えば発熱体Ｈと接触して配置され、発熱体Ｈが発する熱によって加熱される。放熱部１０２は、被加熱部１０１で加熱された後述の作動媒体２０が有する熱を外部に放出する。また、放熱部１０２には放熱性を向上させるために、放熱フィンやヒートシンク等の熱交換手段（図示せず）が熱的に接続してもよい。

熱伝導部材１は、筐体１０と、作動媒体２０と、ウィック構造体３０と、を備える。被加熱部１０１は、筐体１０の一部により形成される。放熱部１０２は、筐体１０の他の一部により形成される。

＜１－１．筐体の構成＞
筐体１０は、内部空間１０ａを有する。作動媒体２０及びウィック構造体３０は、内部空間１０ａに収容される（図２参照）。筐体１０は、対向して配置される第１金属板１１及び第２金属板１２と、リブ１５と、を有する。また、筐体１０は、上下方向に貫通する間隙部１１４を有する。

リブ１５は、内部空間１０ａに配置され、第１金属板１１及び第２金属板１２を支持する。リブ１５は、ＸＹ方向において２次元的に、かつ、規則的に並んで位置する。Ｚ軸方向において、リブ１５が、ウィック構造体３０と接触することにより、筐体１０のＺ軸方向の厚みが一定に保たれる。なお、第１金属板１１とリブ１５とは、一体であってもよいし、別体であってもよい。

第１金属板１１及び第２金属板１２は、上面視において水平方向に拡がる矩形の板状である。本実施形態では、第１金属板１１及び第２金属板１２は、銅である。なお、第１金属板１１及び第２金属板１２は、銅以外の金属の表面に銅メッキを施して形成されてもよい。銅以外の金属としては、例えばステンレス鋼が考えられる。

第２金属板１２の下面には発熱体Ｈが接触する。第２金属板１２の上面にはウィック構造体３０が接触する。第１金属板１１は、第２金属板１２の上面を覆い、４箇所の角部には、ネジ孔（孔）１１３ａが設けられている。熱伝導部材１は、ネジ孔１１３ａを介して電子機器にネジ止めされる。なお、ネジ孔１１３ａの周辺の構造については後で詳細に説明する。また、本実施形態の第１金属板１１及び第２金属板１２は、上面視において四角形であるがこの限りではない。例えば、上面視において複数の角を有する多角形、または円形であってもよい。

第２金属板１２は、周縁から上方に延びる側壁部１２ａを有する。第１金属板１１の下面と側壁部１２ａの上面とが接合部１４で接合される。すなわち、第１金属板１１及び第２金属板１２は、接合部１４を介して接合される。なお、第１金属板１１の周縁から下方に延びる側壁部を形成し、当該側壁部の下面と側壁部１２ａの上面とを接合してもよい。また、側壁部１２ａを省いて、第１金属板１１の周縁から下方に延びる側壁部の下面と第２金属板１２の上面とを接合してもよい。

内部空間１０ａは、第１金属板１１及び第２金属板１２で囲まれる空間に形成される。内部空間１０ａは、密閉空間であり、例えば大気圧よりも気圧が低い減圧状態に維持される。内部空間１０ａが減圧状態であることにより、内部空間１０ａに収容される作動媒体２０が蒸発しやすくなる。作動媒体２０は、例えば水であるが、アルコールなどの他の液体であってもよい。

接合部１４は、内部空間１０ａを囲む第１金属板１１及び第２金属板１２の周縁に配置され、上方視において、ウィック構造体３０の周囲に位置する。側壁部１２ａと第１金属板１１との接合方法は、特に限定されない。例えば、ホットプレス、拡散接合、ろう材を用いた接合、などのいずれの接合方法であってもよい。

なお、接合部１４は、封止部を含んでいてもよい。封止部は、例えば、熱伝導部材１の製造過程において、作動媒体２０を筐体１０内に注入するための注入口を溶接によって封止した箇所である。

ウィック構造体３０は、多孔質の焼結体であり、作動媒体２０の流路を形成する空隙部（不図示）を有する。

＜２．ネジ孔の周辺の構成＞
第１金属板１１は、４箇所の角部において、第１屈曲部１１１と、第２屈曲部１１２と、連結部１１３と、をそれぞれ有する（図３参照）。また、接合部１４は、各角部において、Ｚ方向から見てＸＹ面内で内部空間１０ａ側に窪んで形成される。

第１屈曲部１１１は、第１金属板１１の周部から第１折り線１１１ａを介して折り曲げられる。第１屈曲部１１１は、矩形の板状に形成され、例えば、第１金属板１１の短手方向（Ｙ方向）に延びる。第１折り線１１１ａは、接合部１４の外側に配置され、例えば、第１金属板１１の長手方向（Ｘ方向）に延びる。

第１屈曲部１１１は、第１折り線１１１ａに沿って谷折りすることにより、接合部１４の外側から上方に屈曲する。なお、谷折りでは、第１金属板１１を下面側に凸に折り曲げる。このとき、第１折り線１１１ａを接合部１４から所定距離離して配置される。これにより、第１屈曲部１１１を折り曲げる際に、接合部１４の一部が折り曲げられることによる内部空間１０ａの密封性の低下を防止できる。

また、第１屈曲部１１１の先端部は、第３折り線１１１ｂを介して連結部１１３に連結される。第３折り線１１１ｂは、第１折り線１１１ａと平行に延びる。

第２屈曲部１１２は、第１金属板１１の周部から第２折り線１１２ａを介して折り曲げられる。第２屈曲部１１２は、矩形の板状に形成され、例えば、長手方向（Ｘ方向）に延びる。第２屈曲部１１２は、間隙部１１４を介して第１屈曲部１１１と並んで配置される。第２折り線１１２ａは、接合部１４の外側に配置され、例えば、短手方向（Ｙ方向）に延びる。

第２屈曲部１１２は、第２折り線１１２ａに沿って谷折りすることにより、接合部１４の外側から上方に屈曲する。このとき、第１折り線１１１ａを接合部１４から所定距離離して配置される。これにより、第１屈曲部１１１を折り曲げる際に、接合部１４の一部が折り曲げられることによる内部空間１０ａの密封性の低下を防止できる。

また、第２屈曲部１１２の先端部は、第４折り線１１２ｂを介して連結部１１３に連結される。第４折り線１１２ｂは、第２折り線１１２ａと平行に延びる。

連結部１１３は、第１屈曲部１１１の先端部と第２屈曲部１１２の先端部とを連結する。連結部１１３は、板状に形成され、上下方向に貫通するネジ孔１１３ａを有する。連結部１１３は、第３折り線１１１ｂ及び第４折り線１１２ｂを山折りすることにより、電子機器の取り付け面に対して平行に配置することができる。なお、山折りでは、第１金属板１１を上面側に凸に折り曲げる。これにより、熱伝導部材１の取り付け作業性が向上する。

このとき、第１屈曲部１１１及び第２屈曲部１１２を、弾性部材として機能させてもよい。この場合に、発熱体Ｈに熱伝導部材１を押圧した状態で取り付けることにより、発熱体Ｈに熱伝導部材１を密着して取り付けることができる。これにより、電子機器の振動などで発熱体Ｈと熱伝導部材１との間に隙間が発生することを防ぎ、熱伝導部材１の熱輸送効率が低下することを防止できる。

また、ＸＹ面内で第１屈曲部１１１の延びる方向（Ｙ方向）と、第２屈曲部１１２の延びる方向（Ｘ方向）と、が交差する。これにより、第１屈曲部１１１及び第２屈曲部１１２の強度が向上し、熱伝導部材１を発熱体Ｈにより安定して密着できる。

なお、第１折り線１１１ａ及び第２折り線１１２ａのなす角を９０°以上にすることにより、第１屈曲部１１１及び第２屈曲部１１２の強度がより向上し、熱伝導部材１を発熱体Ｈにより安定して密着できる。

第１屈曲部１１１と第２屈曲部１１２との間に配置される間隙部１１４は、第１金属板１１をプレス加工又はエッチング加工により形成される貫通孔である。間隙部１１４は、三角形状であり、第１切欠き部１１４ａと、第２切欠き部１１４ｂと、第３切欠き部１１４ｃと、を含む。第１切欠き部１１４ａと、第２切欠き部１１４ｂと、第３切欠き部１１４ｃと、は、間隙部１１４の角部にそれぞれ配置される。

第１切欠き部１１４ａは、第１折り線１１１ａの第２折り線１１２ａ側の端部から接合部１４側に切り欠いて形成される。これにより、第１折り線１１１ａに沿って第１屈曲部１１１を折り曲げた時に、皺が発生し難い。

第２切欠き部１１４ｂは、第２折り線１１２ａの第１折り線１１１ａ側の端部から接合部１４側に切り欠いて形成される。これにより、第２折り線１１２ａに沿って第２屈曲部１１２を折り曲げた時に、皺が発生し難い。

第３切欠き部１１４ｃは、第３折り線１１１ｂと第４折り線１１２ｂとの間から連結部１１３を切り欠いて形成される。これにより、第３折り線１１１ｂ及び第４折り線１１２ｂに沿って連結部１１３を折り曲げた時に、皺が発生し難い。また、第３切欠き部１１４ｃは、連結部１１３側に凸に湾曲して形成されている。これにより、第３切欠き部１１４ｃに掛かる応力を分散できる。

＜３．熱伝導部材の動作＞
図３において、作動媒体２０が気化して生成される蒸気の流れを熱伝導部材１内の黒矢印で示し、液状の作動媒体２０の流れを熱伝導部材１内の白抜き矢印で示す。

上記の構成の熱伝導部材では、発熱体Ｈで発生した熱により、被加熱部１０１が加熱される。被加熱部１０１の温度が上昇すると、ウィック構造体３０に含まれた液状の作動媒体２０が、気化する。

気化した作動媒体２０は、内部空間１０ａを放熱部１０２側に移動する。このとき、気化した作動媒体２０の一部は、冷却され、凝縮する。

凝縮した作動媒体２０の一部は、滴下してウィック構造体３０に吸収される。また、凝縮した作動媒体２０の一部は、リブ１５の外面に沿って移動してウィック構造体３０に吸収される。

放熱部１０２に移動した気化した作動媒体２０は、放熱部１０２で冷却されて凝縮する。凝縮した作動媒体２０は、毛細管現象によってウィック構造体３０中を被加熱部１０１に向かって移動する。

上記のように作動媒体２０が状態変化を伴いながら移動することにより、被加熱部１０１側から放熱部１０２側への熱輸送が連続的に行われる。

＜４．その他＞
以上、本発明の実施形態を説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

例えば、第１屈曲部１１１及び第２屈曲部１１２は、第１折り線１１１ａ及び第２折り線１１２ａに沿って山折りすることにより、接合部１４の外側から下方に屈曲させてもよい。また、発熱体Ｈが接触する第２金属板１２に第１屈曲部１１１と第２屈曲部１１２と連結部１１３とを設けてもよい。

また、本実施形態では、連結部１１３にネジ孔１１３ａを設けたが、ネジ孔１１３ａ以外の電子機器に対する取付手段を設けてもよい。

各種発熱体の冷却に利用することができる。

１ 熱伝導部材
１０ 筐体
１０ａ 内部空間
１１ 第１金属板
１２ 第２金属板
１２ａ 側壁部
１４ 接合部
１５ リブ
２０ 作動媒体
３０ ウィック構造体
１０１ 被加熱部
１０２ 放熱部
１１１ 第１屈曲部
１１１ａ 第１折り線
１１１ｂ 第３折り線
１１２ 第２屈曲部
１１２ａ 第２折り線
１１２ｂ 第４折り線
１１３ 連結部
１１３ａ ネジ孔（孔）
１１４ 間隙部
１１４ａ 第１切欠き部
１１４ｂ 第２切欠き部
１１４ｃ 第３切欠き部
Ｈ 発熱体

Claims (9)

1. 内部空間を有する筐体と、
   前記内部空間に収容されるウィック構造体及び作動媒体と、を備え、
   前記筐体は、上下方向に対向して配置される第１金属板及び第２金属板を有し、
   前記第１金属板及び前記第２金属板は、前記内部空間を囲む周縁に配置された接合部を介して接合され、
   前記筐体は、上下方向に貫通する間隙部を有し、
   前記第１金属板及び前記第２金属板の一方は、
   前記接合部の外側から上下方向の一方に屈曲して前記間隙部を介して並ぶ第１屈曲部及び第２屈曲部と、
   前記第１屈曲部の先端部と前記第２屈曲部の先端部とを連結する連結部と、を有し、
   上下方向に垂直な面内で前記第１屈曲部の延びる方向と、前記第２屈曲部の延びる方向と、が交差する、熱伝導部材。
2. 前記第１屈曲部は、前記第１金属板又は第２金属板の一方の周部から第１折り線を介して折り曲げられ、
   前記第２屈曲部は、前記第１金属板又は第２金属板の一方の周部から第２折り線を介して折り曲げられ、
   前記第１折り線の延びる方向と前記第２折り線の延びる方向とが交差する、請求項１に記載の熱伝導部材。
3. 前記第１折り線及び前記第２折り線のなす角が９０°以上である、請求項２に記載の熱導電部材。
4. 前記間隙部は、前記第１折り線の前記第２折り線側の端部から前記接合部側に切り欠いた第１切欠き部を含む、請求項２又は請求項３に記載の熱導電部材。
5. 前記間隙部は、前記第２折り線の前記第１折り線側の端部から前記接合部側に切り欠いた第２切欠き部を含む、請求項２～請求項４のいずれかに記載の熱導電部材。
6. 前記第１屈曲部は、前記第１折り線と平行な第３折り線を介して前記連結部に連設され、
   前記第２屈曲部は、前記第２折り線と平行な第４折り線を介して前記連結部に連設される、請求項２～請求項５のいずれかに記載の熱伝導部材。
7. 前記間隙部は、前記第３折り線と前記第４折り線との間から前記連結部を切り欠いた第３切欠き部を有する、請求項６に記載の熱導電部材。
8. 前記第３切欠き部は、前記連結部側に凸に湾曲して形成される、請求項７に記載の熱導電部材。
9. 前記連結部は、上下方向に貫通する孔を有する、請求項１～請求項８のいずれかに記載の熱伝導部材。

Images