JP5255334B2 - ヒートパイプの固定方法およびヒートパイプ保持構造体 - Google Patents

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金属板材に保持するヒートパイプ保持構造体に関する。

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９から図１１に示す。図９に示すように、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１０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１１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、金属板に取り付けるため、部品点数が増加して、コストが高くなるという問題点がある。
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、コストを高めることなくヒートパイプが固定される方法が要望されている。

したがって、本発明の目的は、放熱効率に優れ、部品点数を増加させることなく、簡単にヒートパイプを金属板材に固定することができるヒートパイプの固定方法およびヒートパイプ支持構造体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、金属板材の一部に略Ｈ字形の貫通部を設け、貫通部により形成された１対の舌片部を金属板材の一方の面側に起こすと、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に舌片部を金属板材側に押し戻すだけで、ヒートパイプを金属板材に熱的に接続された状態で、簡単に固定することができることが判明した。

更に、１対の舌片部の断面が概ねハの字形になるように、舌片部を起こすと、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に舌片部を金属板材側に押し戻すことができるので、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ことが判明した。

この発明のヒートパイプの固定方法の第１の態様は、金属板材の一部に略Ｈ字形の貫通部を設け、前記貫通部に形成された１対の舌片部を前記金属板材の一方の面側に起こして、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に前記舌片部を前記金属板材側に押し戻すことによって、前記ヒートパイプを前記金属板材に固定するヒートパイプの固定方法であって、前記起こした１対の舌片部の先端部の内側角部を一部削り取った後に、ヒートパイプを固定する、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、１対の前記舌片部の断面が概ねハの字形になるように、前記舌片部を起こして、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に前記舌片部を前記金属板材側に押し戻すことによって、前記ヒートパイプを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３の態様は、前記舌片部の先端部内側面が概ね平行になるように、１対の前記舌片部の先端部の内側角部を一部削り取る、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、前記ヒートパイプが所定間隔を備えて並列に配置された複数本のヒートパイプからなり、前記１対の舌片部がそれぞれのヒートパイプの位置に等間隔で設けられている、ヒートパイプの固定方法である。

この発明のヒートパイプ保持構造体の第１の態様は、金属板材とヒートパイプを有し、前記金属板材の一部に設けられた略Ｈ字形の貫通部により形成された１対の舌片部を起こして、該１対の舌片部の先端部同士の間に前記ヒートパイプが押圧挟持され、前記起こした１対の舌片部の先端部の内側角部が一部削り取られているヒートパイプ保持構造体である。

この発明のヒートパイプ保持構造体の第２の態様は、前記舌片部の先端部内側面が概ね平行になるように、１対の前記舌片部の先端部の内側角部が一部削り取られている、ヒートパイプ保持構造体である。

この発明のヒートパイプ保持構造体の第３の態様は、前記ヒートパイプが所定間隔を備えて並列に配置された複数本のヒートパイプからなり、前記１対の舌片部がそれぞれのヒートパイプの位置に等間隔で設けられている、ヒートパイプ保持構造体である。

この発明によると、金属板材の一部を加工するだけで、簡単にヒートパイプを金属板材に固定することができる。即ち、金属板材の一部に略Ｈ字形の貫通部を設け、貫通部により形成された１対の舌片部を金属板材の一方の面側に起こすと、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に舌片部を金属板材側に押し戻すだけで、ヒートパイプを金属板材に熱的に接続された状態で、簡単に固定することができる。なお、舌片部が金属板材側に戻る弾性力が残っている場合、この弾性力によりヒートパイプを金属板材に固定することも可能である。

更に、１対の舌片部の断面が概ねハの字形になるように、舌片部を起こし、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に舌片部を金属板材側に押し戻すだけで、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。

更に、金属板材に複数のヒートパイプを並列配置して、上述した略Ｈ字形の貫通部を使用して固定すると、部品数を増やすことなく、大型ディスプレイのバックシャーシ、伝熱板材として効果的に発熱部品を放熱することができる。

この発明のヒートパイプの固定方法およびヒートパイプ保持構造体について図面を参照しながら説明する。
この発明のヒートパイプの固定方法の１つの態様は、金属板材の一部に略Ｈ字形の貫通部を設け、前記貫通部により形成された１対の舌片部を前記金属板材の一方の面側に起こして、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に前記舌片部を前記金属板材側に押し戻すことによって、前記ヒートパイプを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保持構造体の第１の態様は、金属板材とヒートパイプを有し、前記金属板材の一部に設けられた略Ｈ字形の貫通部により形成された１対の舌片部の先端部同士の間に前記ヒートパイプが押圧挟持されているヒートパイプ保持構造体である。

図１は、この発明のヒートパイプ保持構造体の１つの態様を説明する図である。図１に示すように、ヒートパイプ保持構造体１は、金属板材５とヒートパイプ２を有している。金属板材５の一部には、略Ｈ字形の貫通部３が設けられ、貫通部３によって形成された１対の舌片部４、４の先端部６同士の間にヒートパイプ２が押圧挟持されている。

即ち、金属板材５の一部に略Ｈ字形の貫通部３を設け、貫通部３により形成された１対の舌片部４、４を金属板材５の一方の面側７に起こして、その１対の舌片部４、４の間にヒートパイプ（例えば、扁平型ヒートパイプ）２を挟み、更に舌片部４を金属板材５側に押し戻すことによって、ヒートパイプ２を金属板材５に固定している。

金属板材は、発熱部品と一部（例えば、図に示す裏面）で熱的に接続され、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（ステンレス材、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、後述する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。

図２は、金属板材の一部に形成された略Ｈ字形の貫通部を説明する図である。図２に示すように、金属板材の一部に、略Ｈ字形の貫通部３が形成されている。貫通部は平行な２つの縦線部８、８と縦線部の中央部を連絡する横線部９からなっている。貫通部はこのように金属板材の一部に略Ｈ字形に形成される。２つの縦線部および１つの横線部によって、１対の舌片部４、４が形成される。

図３は、図２を参照して説明した略Ｈ字形の貫通部の１対の舌片部を付け根側に起こした状態を説明する平面図である。図３に示すように、金属板材に形成された略Ｈ字形の貫通部３の１対の舌片部４、４を金属板材５の一方の面側（即ち、付け根側）７に起こす。舌片部４はそれぞれ所定角度で立ち上がり、斜面を形成する。舌片部４、４の先端部６、６の間に、ヒートパイプが挟まれる所定の間隙が形成される。上述した舌片部の寸法および舌片部の先端部同士の間の距離は、ヒートパイプの幅の大きさによって適宜設定することができる。

図４は、舌片部を付け根部分から起こした状態を説明する部分断面図である。図４は、図３に示された略Ｈ字形の貫通部３の舌片部４、４がそれぞれ起こされた状態を、Ａ−Ａ線に沿った断面で示している。図４に示すように、金属板材５に形成された略Ｈ字形の貫通部３の１対の舌片部４、４をそれぞれ付け根側７に起こしている。

このように起こされてハの字形に傾斜面を形成している１対の舌片部の先端部６の間に、ヒートパイプが挟まれる所定の間隙が形成されている。即ち、このように、金属板材５に形成された略Ｈ字形の貫通部３の１対の舌片部４、４を、それぞれ付け根側７に起こし、所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部の先端部の間に形成された間隙にヒートパイプの幅方向の部分が挟み込まれる。

図５は図４を参照して説明した所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部の先端部の間にヒートパイプが挟持された状態を説明する断面図である。図４を参照して説明したように、金属板材５に形成された略Ｈ字形の貫通部３の１対の舌片部４、４を、それぞれ付け根側７に起こし、所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部の先端部の間に形成された間隙にヒートパイプの幅方向の部分が挟み込まれる。

次いで、矢印に示すように、ヒートパイプが金属板材の方向に向かって押圧される。即ち、ヒートパイプ２の幅方向の部分が、所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部４の先端部６の間に挟み込まれた状態から、矢印の方向にヒートパイプによって舌片部を金属板材側に押し戻すと、ヒートパイプの一方の面が金属板材に押し付けられて熱的に接続され、その状態で舌片部によって固定される。ヒートパイプは例えば純銅製のコンテナとして作製されており、舌片部の先端部に挟まれた状態で金属板材側に押し戻すと、ヒートパイプの一部が変形して、舌片部の先端部がヒートパイプのコンテナに食い込み、金属板材にヒートパイプが堅固に固定される。

図６は、別の態様の舌片部を説明する部分断面図である。図２から図５を参照して説明した態様では、上述したように、金属板材５に形成された略Ｈ字形の貫通部３の１対の舌片部４、４を、それぞれ付け根側７に起こし、所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部の先端部の間に形成された間隙にヒートパイプの幅方向の部分が挟み込まれる。その際、舌片部の先端部は、略Ｈ字形の貫通部３として形成された舌片部そのままの状態である。即ち、先端部は金属板材の板厚方向に平行で概ね直角である。

これに対して、図６に示す態様では、金属板材５に形成された略Ｈ字形の貫通部３の１対の舌片部４、４を、それぞれ付け根側７に起こし、所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部の先端部の内側角部１０（斜線を付した部分）を一部削り取っている。図６に示す態様では、金属板材と垂直になるように舌片部の先端部の内側角部１０が削り取られている。従って、相対する１対の舌片部の先端部の内側が概ね平行になっている。このように、舌片部の先端部の内側が概ね平行になることによって、ヒートパイプが舌片部の先端部の間に容易に挟み込まれる。

図５を参照して説明したように、ヒートパイプ２の幅方向の部分が、所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部４の先端部６の間に挟み込まれた状態から、矢印の方向にヒートパイプによって舌片部を金属板材側に押し戻すと、ヒートパイプの一方の面が金属板材に押し付けられて熱的に接続され、その状態で舌片部によって固定される。このように、舌片部の先端部の内側角部１０が、概ね平行になるように削り取られていると、ヒートパイプを舌片部の先端部の間に挟みこみ、ヒートパイプを金属板材の側に押し戻す際に、ヒートパイプまたは舌片部の先端部の変形を小さくすることができる。

図７は、複数のヒートパイプが金属板材に固定された状態を説明する図である。図７に示す態様では、一枚の大きな金属板材５の上に、３本の扁平型ヒートパイプ２−１、２−２、２−３が概ね等間隔で並列配置されて、金属板材の一部４−１、４−２、４−３によって固定されている。即ち、図２から図６を参照して説明したような略Ｈ字形の貫通部３を複数個等間隔で配置した列を３つ形成した。

即ち、金属材料に形成された個々の略Ｈ字形の貫通部３の１対の舌片部４、４を、それぞれ付け根側７に起こし、所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部の先端部の間に形成された間隙にヒートパイプの幅方向の部分を挟み込んだ。次いで、ヒートパイプを金属板材の方向に向かって押圧した。即ち、ヒートパイプ２の幅方向の部分が、所定の角度でハの字形に傾斜した複数個の舌片部４のそれぞれの先端部６の間に挟み込まれた状態から、ヒートパイプによって舌片部を金属板材側に押し戻すと、ヒートパイプの一方の面が金属板材に押し付けられて熱的に接続され、その状態で舌片部によって固定される。

上述したように、広い一枚板に、複数のヒートパイプが、略Ｈ字形の貫通部３の１対の舌片部によって、金属板材に熱的に接続されて固定される。図７に示すようなヒートパイプ保持構造体は、例えば、薄型ディスプレイのバックライト装置に使用されているバックシャーシに適用することができる。バックシャーシは、薄型ディスプレイのバックライト装置に使用されて、各種基板等の変形を抑制し、これらを保護する。バックシャーシの液晶表示パネル側の面には、光源として複数の発光素子が取り付けられている。

その他、この発明のヒートシンク保持構造体は、バックシャーシに重ねるように配置されて熱的に接続される伝熱シートに適用することができる。
図８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保持構造体１のヒートパイプ２の所定に部位に放熱フィン１１を熱的に接続している。ヒートパイプ２によって移動された熱が放熱フィン１１を通って放熱される。

ヒートパイプ２−１、２−２、２−３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２−１、２−２、２−３の吸熱部において、ヒートパイプ２−１、２−２、２−３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２−１、２−２、２−３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。

なお、薄型ディスプレイ装置の正面側に複数個のLED光源が配置されているので、LED光源の配列に沿ってヒートパイプ２−１、２−２、２−３が配置されていることが好ましい。このように配置すると、バックシャーシの液晶表示パネル側の面に取り付けられた、光源として複数の発光素子の熱が伝熱部材５の材質中を通って、ヒートパイプ２−１、２−２、２−３の受熱部に伝わり、ヒートパイプ２−１、２−２、２−３によって伝熱部材中に熱拡散される。図示しない放熱フィンを配置することによって、ヒートパイプから放熱フィンに熱が移動される。

上述したように、金属板材の一部を加工するだけで、簡単にヒートパイプを金属板材に固定することができる。即ち、金属板材の一部に略Ｈ字形の貫通部を設け、貫通部により形成された１対の舌片部を金属板材の一方の面側に起こすと、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に舌片部を金属板材側に押し戻すだけで、ヒートパイプを金属板材に熱的に接続された状態で、簡単に固定することができる。

図１は、この発明のヒートパイプ保持構造体の１つの態様を説明する図である。 図２は、金属板材の一部に形成された略Ｈ字形の貫通部を説明する図である。 図３は、図２を参照して説明した略Ｈ字形の貫通部の１対の舌片部を付け根側に起こした状態を説明する平面図である。 図４は、舌片部を付け根部分から起こした状態を説明する部分断面図である。 図５は図４を参照して説明した所定の角度でハの字形に傾斜した舌片部の先端部の間にヒートパイプが挟持された状態を説明する断面図である。 図６は、別の態様の舌片部を説明する部分断面図である。 図７は、複数のヒートパイプが金属板材に固定された状態を説明する図である。 図８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９は、金属板へヒートパイプを固定する従来の固定方法を説明する図である。 図１０は、金属板へヒートパイプを固定する従来の固定方法を説明する図である。 図１１は、金属板へヒートパイプを固定する従来の固定方法を説明する図である。

符号の説明

１ ヒートパイプ保持構造体
２ ヒートパイプ
３ 略Ｈ字形の貫通部
４ 舌片部
５ 金属板材
６ 舌片部の先端部
７ 付け根側
８ 貫通部の縦線部
９ 貫通部の横線部
１０ 舌片部の先端部の内側角部
１１ 放熱フィン

Claims (7)

1. 金属板材の一部に略Ｈ字形の貫通部を設け、前記貫通部に形成された１対の舌片部を前記金属板材の一方の面側に起こして、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に前記舌片部を前記金属板材側に押し戻すことによって、前記ヒートパイプを前記金属板材に固定するヒートパイプの固定方法であって、
   前記起こした１対の舌片部の先端部の内側角部を一部削り取った後に、ヒートパイプを固定する、
   ヒートパイプの固定方法。
2. １対の前記舌片部の断面が概ねハの字形になるように、前記舌片部を起こして、その１対の舌片部の間にヒートパイプを挟み、更に前記舌片部を前記金属板材側に押し戻すことによって、前記ヒートパイプを前記金属板材に固定する、請求項１に記載のヒートパイプの固定方法。
3. 前記舌片部の先端部内側面が概ね平行になるように、１対の前記舌片部の先端部の内側角部を一部削り取る、請求項１または２に記載のヒートパイプの固定方法。
4. 前記ヒートパイプが所定間隔を備えて並列に配置された複数本のヒートパイプからなり、前記１対の舌片部がそれぞれのヒートパイプの位置に等間隔で設けられている、請求項１から３の何れか１項に記載のヒートパイプの固定方法。
5. 金属板材とヒートパイプを有し、前記金属板材の一部に設けられた略Ｈ字形の貫通部により形成された１対の舌片部を起こして、該１対の舌片部の先端部同士の間に前記ヒートパイプが押圧挟持され、前記起こした１対の舌片部の先端部の内側角部が一部削り取られているヒートパイプ保持構造体。
6. 前記舌片部の先端部内側面が概ね平行になるように、１対の前記舌片部の先端部の内側角部が一部削り取られている、請求項５に記載のヒートパイプ保持構造体。
7. 前記ヒートパイプが所定間隔を備えて並列に配置された複数本のヒートパイプからなり、前記１対の舌片部がそれぞれのヒートパイプの位置に等間隔で設けられている、請求項５または６に記載のヒートパイプ
   保持構造体。

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