JP6248171B1 - ベーパーチャンバ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、薄型の筐体に搭載されている発熱体の冷却性能及び発熱体からの熱拡散性能に優れる放熱部材を提供することを目的とする。【解決手段】筐体内に取り付けられるベーパーチャンバであって、空洞部を有する平板状のコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記コンテナに設けられた、前記筐体内への樹脂製の取り付け部材と、を有するベーパーチャンバ。【選択図】図1
Description
本発明は、薄型の筐体に搭載することができるベーパーチャンバに関するものである。
電気・電子機器は、近年、薄型化がより重要となっている。一方で、薄型の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化に伴って発熱量が増大しているので、その冷却がより重要となっている。また、電子部品の発熱量の増大に伴い、電気・電子機器を取り扱う際に、作業者が電子部品から発せられる熱に接触することを防止するために、電子部品から発せられる熱を電子部品からその周辺部へ拡散させることもより重要となっている。
薄型の筐体に搭載される電子部品等の発熱体の冷却方法や、発熱体からの熱拡散方法として、放熱板が使用されることがある。そこで、薄型のタブレット端末について、一端が発熱体と熱的に接続された線状ヒートパイプが熱的に接続されている放熱板を設けることが提案されている(特許文献1)。特許文献1では、前記放熱板は、バッテリユニットの面に沿って延在されており、線状ヒートパイプを介して発熱体からバッテリセルへ熱を伝達する。また、特許文献1では、放熱板の外周部には、平板状の固定部が形成され、放熱板は固定部において、カバーにネジ止め固定されている。
しかし、特許文献1では、放熱板は板材であり、ヒートパイプの形状は線状なので、放熱板の有する熱伝導性と線状ヒートパイプの熱輸送性では、放熱板の表面全体渡って、十分には熱を拡散させることができない場合があった。従って、特許文献1では、放熱板に熱拡散シートを貼り付けることにより、バッテリセルへ均等に熱を伝達することも提案されている。
上記から、特許文献1では、放熱板の冷却性能や、放熱板の熱拡散特性が十分ではない場合があるという問題、ひいては、発熱体の冷却性能や、発熱体からの熱拡散性能が十分ではない場合があるという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、薄型の筐体に搭載されている発熱体の冷却性能及び発熱体からの熱拡散性能に優れる放熱部材を提供することを目的とする。
本発明の態様は、筐体内に搭載されるベーパーチャンバであって、空洞部を有する平板状のコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記コンテナに設けられた、前記筐体内への樹脂製の取り付け部材と、を有するベーパーチャンバである。
上記態様では、ベーパーチャンバに形成された樹脂製の取り付け部材によって、ベーパーチャンバは、薄型の筐体内部に取り付け、固定される。ベーパーチャンバのコンテナは金属製なので、コンテナと取り付け部材とは、別種の部材から形成されている。また、平板状のコンテナのうち、空洞部に対応する位置に発熱体が熱的に接続されることで、ベーパーチャンバに発熱体が熱的に接続される。
ベーパーチャンバの空洞部は、コンテナの平面方向に沿って延在しており、発熱体と熱的に接続された部位が受熱部として機能し、受熱部から離れた部位が放熱部として機能する。前記ベーパーチャンバの空洞部は、脱気処理により減圧された状態となっている。従って、空洞部に封入された作動流体は、受熱部にて発熱体から受熱して液相から気相へ相変化し、空洞部内を受熱部から放熱部へ流れる。受熱部から放熱部へ流れた気相の作動流体は、放熱部にて発熱体から受けた熱を放出して気相から液相へ相変化し、液相の作動流体は、空洞部に格納された、毛細管力の作用により、放熱部から受熱部へ還流する。従って、ベーパーチャンバに熱的に接続された発熱体からの熱は、ベーパーチャンバ平面全体に渡って円滑に拡散される。
本発明の態様は、前記樹脂製の取り付け部材が、前記コンテナと一体成形されているベーパーチャンバである。
上記態様では、樹脂製の取り付け部材は、コンテナと別体ではなく、一体となっている。
本発明の態様は、前記樹脂製の取り付け部材が、前記コンテナの周縁部に設けられているベーパーチャンバである。
本発明の態様は、前記樹脂製の取り付け部材が、前記筐体内の嵌合部に着脱可能に取り付けられる嵌合部材であるベーパーチャンバである。
上記態様では、ベーパーチャンバは嵌合手段を用いて筐体内に取り付けられているので、ネジを用いてネジ止め固定する必要はない。
本発明の態様は、スマートフォン、タブレット端末またはノート型パーソナルコンピュータに搭載された発熱体の冷却用であるベーパーチャンバである。
本発明の態様によれば、樹脂製の取り付け部材によって筐体内に取り付けられることで発熱体に熱的に接続されるベーパーチャンバは、発熱体から受けた熱をベーパーチャンバ平面全体に渡って円滑に拡散できるので、薄型の筐体内に搭載されている発熱体に対しても、優れた冷却性能と熱拡散性能を発揮できる。
薄型の筐体内に搭載されるベーパーチャンバの作製にあたっては、特に厚さ方向の高い寸法精度が要求されることから、最終工程として圧延機等を用いたベーパーチャンバの平面化工程が必要である。本発明の態様によれば、上記技術的事情があっても、コンテナと取り付け部材とは別種の部材から形成されているので、コンテナの平面化工程後にコンテナに取り付け部材を設けることで、取り付け部材が設けられているベーパーチャンバであっても、精度良い平面度を得ることができる。また、コンテナの平面化工程後にコンテナに取り付け部材を設けることで、平面化工程、ひいては、ベーパーチャンバの生産性の効率を向上させることができる。
また、本発明の態様によれば、樹脂製の取り付け部材をコンテナに設けることにより、平板状のコンテナであっても、取り付け部材を構成する樹脂の厚さを肉厚化すること等により、取り付け部材の強度を向上させることができる。また、樹脂製の取り付け部材とすることにより、取り付け部材に応力が加わっても、金属製の取り付け部材と比較して、変形をより確実に防止できる。
本発明の態様によれば、樹脂製の取り付け部材がコンテナと一体成形されていることにより、筐体内へのベーパーチャンバの取り付け作業が容易化できる。また、ベーパーチャンバの取り付け領域の平面視(コンテナ平面に対して鉛直方向から視た態様)における寸法、形状が異なっても、コンテナの寸法、形状を変更させることなく、樹脂製の取り付け部材の平面視における寸法、形状を変更することで、ベーパーチャンバを筐体内に取り付けることができるので、ベーパーチャンバ及び発熱体の設計の自由度が向上する。
本発明の態様によれば、樹脂製の取り付け部材が嵌合部材であることにより、ネジを用いてネジ止め固定する必要はないので、筐体内へのベーパーチャンバの取り付けが容易化できる。また、樹脂製の取り付け部材が嵌合部材であることにより、ネジを螺合するためのネジ穴部を筐体面や筐体内部に搭載された部材等に凸設する必要がなく、さらにネジの頭部がネジ止め部から突出することもないので、筐体の厚さ方向の寸法を増大させることなく、ベーパーチャンバを筐体内に取り付けることができる。
以下に、本発明の第1実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。図1に示すように、第1実施形態例に係るベーパーチャンバ1は、平板状のコンテナ10と、コンテナ10に設けられた樹脂製の取り付け部材11と、を備えている。コンテナ10は、樹脂製の取り付け部材11によって筐体(図示せず)の内部に取り付けられる。コンテナ10が筐体の内部に取り付けられることで、ベーパーチャンバ1が筐体内部に搭載された発熱体(図示せず)と熱的に接続される。
コンテナ10は、一方の板状体と一方の板状体と対向する他方の板状体とを重ねることによって形成されている。一方の板状体は、その中央部が、凸状に塑性変形されている。一方の板状体の、外側に向かって突出し、凸状に塑性変形された部位が、コンテナ10の凸部であり、凸部の内部が空洞部となっている。空洞部の内部空間は、脱気処理によって減圧されており、作動流体が封入されている。さらに、減圧された空洞部内部には、毛細管力を有するウィック構造体が設けられている。
コンテナ10の形状は、特に限定されないが、ベーパーチャンバ1では、平面視(ベーパーチャンバ1の平面に対して鉛直方向からの視た態様)が矩形状となっている。コンテナ10の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、0.3〜0.6mmを挙げることができ、一方の板状体と他方の板状体の厚さは、特に限定されないが、例えば、それぞれ、0.05〜0.3mmを挙げることができる。
コンテナ10の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス、チタン、マグネシウム合金等を挙げることができる。また、必要に応じて、コンテナ10の表面に、腐食防止用コーティング、例えば、メッキ処理した金属を設けてもよい。空洞部の内部空間に封入される作動流体としては、コンテナ10の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水を挙げることができ、その他に、代替フロン、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコール、これらと水との混合物等を挙げることができる。また、ウィック構造体としては、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、金属線からなる金属メッシュ、グルーブ、不織布等を挙げることができる。
図1に示すように、ベーパーチャンバ1では、コンテナ10に樹脂製の取り付け部材11が設けられている。ベーパーチャンバ1では、取り付け部材11は、コンテナ10の周縁部に設けられている。つまり、コンテナ10の外周部に沿ってコンテナ10を囲むように、取り付け部材11が設けられている。取り付け部材11は、コンテナ10の外周部に沿って形成された、平面視枠形状の基部13と、基部13に形成された取り付け手段と、を有している。図1では、取り付け手段として一方の嵌合部12を用いている。基部13とコンテナ10は、相互に、同一平面上または略同一平面上に位置している。
上記から、取り付け手段である一方の嵌合部12は、ベーパーチャンバ1(コンテナ10)の外周部に位置している。一方の嵌合部12の基部13における位置及び設置数は、使用状況に応じて、適宜選択可能であり、ベーパーチャンバ1では、一方の嵌合部12は、基部13上に略等間隔に、複数(図1では6個)設けられている。
また、ベーパーチャンバ1を取り付ける筐体または筐体に搭載される部材の所定部位には、他方の嵌合部を形成しておく。一方の嵌合部12を他方の嵌合部に嵌めることで、ベーパーチャンバ1が筐体内に取り付けられる。
一方の嵌合部12と他方の嵌合部の態様は、特に限定されないが、例えば、図1に示すように、一方の嵌合部12をコンテナ10の平面に対して突起した、爪を有する突部とすることができる。この場合、他方の嵌合部を前記突部を受ける受け部とし、突部は該受け部に嵌脱自在とすることができる。また、これに代えて、他方の嵌合部を爪を有する突部、一方の嵌合部12を前記突部を受ける受け部とすることもできる。
上記のように、樹脂製の取り付け部材11が嵌合部材であることにより、ネジを用いてネジ止め固定する必要はなく、筐体内へのベーパーチャンバ1の取り付け作業が容易化できる。また、樹脂製の取り付け部材11が嵌合部材であることにより、ネジを螺合するためのネジ穴部を筐体面や筐体内部に搭載される部材に凸設する必要がなく、さらにネジの頭部がネジ止め部から突出することもないので、筐体の厚さ方向の寸法を増大させることなく、ベーパーチャンバ1を筐体内に取り付けることができる。
コンテナ10に樹脂製の取り付け部材11を形成する方法は、特に限定されず、例えば、金型内にインサート品(ウィック構造体と作動流体が設けられたコンテナ10)を予め装入した後、金型を閉じて樹脂を注入するインサート成形によって、コンテナ10と樹脂製の取り付け部材11を一体的なユニットとして構成することができる。樹脂製の取り付け部材11がコンテナ10と一体成形されていることにより、筐体内へのベーパーチャンバ1の取り付け作業が容易化される。
また、樹脂製の取り付け部材11の樹脂種は、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。また、上記樹脂に、カーボン粒子、カーボン繊維等、熱伝導性に優れた材料をさらに配合したものを使用してもよい。
ベーパーチャンバ1を筐体内に取り付けることで筐体内の発熱体(図示せず)と熱的に接続できるので、発熱体から受けた熱をベーパーチャンバ1の熱輸送特性によってコンテナ10の平面全体に渡って円滑に拡散でき、優れた冷却性能と熱拡散性能を発揮する。また、樹脂製の取り付け部材11の基部13とコンテナ10が同一平面上または略同一平面上に位置しているので、薄型の筐体内部に搭載されている発熱体に対しても、円滑に熱的に接続でき、優れた冷却性能と熱拡散性能を発揮できる。
ベーパーチャンバ1では、コンテナ10と取り付け部材11とは別部材から形成されているので、コンテナ10の平面化工程後にコンテナ10に取り付け部材11を形成することができる。よって、取り付け部材11が設けられているベーパーチャンバ1であっても、精度良いコンテナ10の平面度を得ることができる。また、コンテナ10の平面化工程後にコンテナ10に取り付け部材11を設けることで、取り付け部材11がコンテナ10の平面化工程を阻害することを防止できるので、コンテナ10の平面化工程、ひいては、ベーパーチャンバ1の生産性の効率を向上させることができる。
また、ベーパーチャンバ1では、樹脂製の取り付け部材11を平板状のコンテナ10に設けることにより、コンテナ10が薄い平板状であっても、取り付け部材11を構成する樹脂の厚さ、例えば、一方の嵌合部12の厚さを肉厚化すること等により、取り付け部材11の強度を向上させることができる。また、樹脂製の取り付け部材11とすることにより、取り付け部材11に外部から応力が加わっても、金属製の取り付け部材と比較して、変形をより確実に防止できる。
また、ベーパーチャンバ1の取り付け領域の平面視における寸法、形状が異なっても、コンテナ10の寸法、形状を変更させることなく、樹脂製の取り付け部材11の平面視における寸法、形状を変更することで、ベーパーチャンバ1を筐体内に取り付けることができる。すなわち、コンテナ10を構成する一方の板状体と他方の板状体の金型や、ウィック構造体を変更することなく、取り付け部材11の金型の変更のみで、ベーパーチャンバ1を筐体内に取り付けることができる。よって、ベーパーチャンバ1及び発熱体の設計の自由度が向上する。
次に、第1実施形態例に係るベーパーチャンバ1の第1の使用方法例について、図面を用いながら説明する。図2に示すように、ベーパーチャンバ1は、スマートフォン100に搭載することができる。
図2では、スマートフォン100の筐体を構成する裏面カバー101の内面側周縁部に他方の嵌合部102が形成されている。ベーパーチャンバ1の平面視の形状・寸法は、裏面カバー101の平面視の形状・寸法と近似または略同一となっている。また、裏面カバー101の内面には、発熱体である中央演算処理装置(CPU)等の電子部品が実装された回路基板(図示せず)が装入されている。ベーパーチャンバ1の取り付け部材11の一方の嵌合部12を、回路基板が装入された裏面カバー101の内面側周縁部に形成された他方の嵌合部102に嵌め、さらに、表示パネル103をベーパーチャンバ1側から裏面カバー101に取り付ける。これにより、スマートフォン100の筐体内にベーパーチャンバ1を取り付けることができ、また、回路基板に実装されている発熱体であるCPU等の電子部品に、ベーパーチャンバ1のコンテナ10を熱的に接続できる。
ベーパーチャンバ1の一方の嵌合部12を裏面カバー101の他方の嵌合部102に嵌めることで、筐体内にベーパーチャンバ1を取り付けることができるので、ベーパーチャンバ1と裏面カバー101の歪みの発生をより確実に防止できる。
また、必要に応じて、ベーパーチャンバ1の側面部(取り付け部材11の側面部)が露出する態様にしたり、取り付け部材11の側面部が裏面カバー101の側面部を覆う態様にすることで、ベーパーチャンバ1の側面部(取り付け部材11の側面部)がスマートフォン100の筐体の一部、すなわち、筐体の側面部を構成する態様としてもよい。上記の通り、ベーパーチャンバ1と裏面カバー101の歪みの発生をより確実に防止できるので、上記態様とすることにより、スマートフォン100の防水性を向上させることができる。
次に、第1実施形態例に係るベーパーチャンバ1の第2の使用方法例について、図面を用いながら説明する。図3に示すように、ベーパーチャンバ1は、タブレット端末に搭載することができる。
図3では、タブレット端末の底部側筐体111内に、発熱体であるCPU等の電子部品(図示せず)が実装された回路基板112が装入されている。回路基板112上のうち、発熱体であるCPU等の電子部品周辺部に、他方の嵌合部113が形成されている。ベーパーチャンバ1の平面視の形状・寸法は、タブレット端末の底部側筐体111の平面視の形状・寸法よりも小さくなっている。また、ベーパーチャンバ1の取り付け部材11の一方の嵌合部12は、回路基板112上に設けられた他方の嵌合部113の位置に対応するように位置している。
従って、ベーパーチャンバ1の取り付け部材11の一方の嵌合部12を回路基板112上に形成された他方の嵌合部113に嵌めることで、タブレット端末の底部側筐体111内にベーパーチャンバ1を取り付けることができる。また、取り付け部材11の一方の嵌合部12を回路基板112の他方の嵌合部113に嵌めることで、回路基板112に実装されている発熱体に、ベーパーチャンバ1のコンテナ10を熱的に接続できる。
従来、回路基板上に実装された電子部品等の発熱体に板材である放熱板を熱的に接続する場合、発熱体上に放熱板を載置し、該放熱板の周縁部を回路基板にネジ止めする必要があった。すなわち、ネジを螺合するためのネジ穴部を回路基板上に凸設し、さらにネジの頭部がネジ止め部から突出してしまうので、タブレット端末の筐体の厚さ方向の寸法を十分には低減できなかった。これに対し、上記第2の使用方法例では、樹脂製の取り付け部材11が嵌合部材であることにより、ネジを螺合するためのネジ穴部を回路基板112に凸設する必要がなく、さらにネジの頭部がネジ止め部から突出することもないので、タブレット端末の筐体の厚さ方向の寸法を増大させることなく、ベーパーチャンバ1を底部側筐体111内に取り付けることができる。
次に、本発明の第2実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。第1実施形態例に係るベーパーチャンバ1では、取り付け部材11は、平面視枠形状の基部13を有していたが、これに代えて、図4に示すように、第2実施形態例に係るベーパーチャンバ2では、取り付け部材11の基部13は平面視平板状であって、平板状の基部13の所望の位置に、コンテナ10が設置された態様となっている。前記所望の位置として、例えば、回路基板(図示せず)に実装されているCPU等の電子部品に対応する位置を挙げることができる。また、ベーパーチャンバ1では、基部13に形成された取り付け手段である一方の嵌合部12として、コンテナ10の平面に対して突起した、爪を有する突部が形成されていたが、これに代えて、図4に示すように、ベーパーチャンバ2では、一方の嵌合部12として、コンテナ10の平面に対して突起した、円錐状の頭部を有する突部が形成されている。なお、ベーパーチャンバ2では、基部13の周縁部に、複数(図4では8個)の一方の嵌合部12が設けられている。
第2実施形態例に係るベーパーチャンバ2は、例えば、第1実施形態例に係るベーパーチャンバ1の製造に使用するインサート成形の金型を、平板状の基部13と円錐状の頭部を有する突部の仕様に変更することで製造することができる。
ベーパーチャンバ2は、筐体の一部、図4では、平面視矩形状の一方の筐体部分となっている。また、平面視矩形状の他方の筐体部分(図示せず)の周縁部には、一方の嵌合部12と嵌合する、前記突部を受ける受け部(窪んだ受け部)である他方の嵌合部を形成しておく。他方の筐体部分の内面には、例えば、CPU等の電子部品が実装されている回路基板が設置されている。一方の嵌合部12を他方の嵌合部に嵌めることで、ベーパーチャンバ2である一方の筐体部分と前記他方の筐体部分とが組み合わされ、コンテナ10が内部に配置された筐体が形成される。すなわち、ベーパーチャンバ2の一方の嵌合部12が、他方の筐体部分の他方の嵌合部に嵌められることで、所望の位置(例えば、回路基板に実装されたCPU等の電子部品に対向する位置)にコンテナ10が配置された筐体が形成される。
ベーパーチャンバ2では、一方の筐体部分にコンテナ10が設置された態様なので、CPU等の電子部品の部位に対応する筐体の位置について、局所的な温度上昇を防止することができる。前記筐体として、例えば、ノート型パーソナルコンピュータの筐体を挙げることができる。
次に、本発明のベーパーチャンバの他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、コンテナの周縁部全体が取り付け部材の基部で囲われていたが、これに代えて、コンテナの周縁部の一部に取り付け部材の基部を設けてもよい。また、上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、コンテナと取り付け部材は一体であったが、これに代えて、別体としてもよい。コンテナと取り付け部材を別体とする場合として、例えば、コンテナが成形された取り付け部材に嵌められる態様が挙げられる。
上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、取り付け部材の取り付け手段として一方の嵌合部が用いられていたが、これに代えて、係止部材等、他の取り付け手段を用いてもよい。また、取り付け部材の取り付け手段として、一方の嵌合部に代えて、または一方の嵌合部とともに、基部にネジ溝を有する貫通孔を形成し、該貫通孔にネジを挿入することで、ベーパーチャンバを筐体内に取り付けてもよい。この場合、ベーパーチャンバのネジ溝を有する貫通孔の位置に対応する筐体内の位置に、ネジ溝を有する穴部を形成しておくことで、ベーパーチャンバが筐体内にネジ止めされる。また、一方の嵌合部12として、第1実施形態例に係るベーパーチャンバでは爪を有する突部、第2実施形態例に係るベーパーチャンバでは円錐状の頭部を有する突部が、それぞれ、用いられていたが、これに代えて、爪を有する突部と錐状の頭部を有する突部の両方を併用する態様としてもよい。
本発明のベーパーチャンバは、薄型の筐体に搭載されている発熱体の冷却性能及び発熱体からの熱拡散性能に優れるので、例えば、スマートフォン、タブレット端末、ノート型パーソナルコンピュータ等の薄型化の要求される電気・電子機器の分野で、特に、利用価値が高い。
1、2 ベーパーチャンバ
10 コンテナ
11 取り付け部材
12 一方の嵌合部
10 コンテナ
11 取り付け部材
12 一方の嵌合部
Claims (4)
- 筐体内に取り付けられるベーパーチャンバであって、
空洞部を有する平板状のコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記コンテナに設けられた、前記筐体内への樹脂製の取り付け部材と、を有し、
前記樹脂製の取り付け部材が、前記コンテナと一体成形されているベーパーチャンバ。 - 筐体内に取り付けられるベーパーチャンバであって、
空洞部を有する平板状のコンテナと、前記空洞部に設けられたウィック構造体と、前記空洞部に封入された作動流体と、前記コンテナに設けられた、前記筐体内への樹脂製の取り付け部材と、を有し、
前記樹脂製の取り付け部材が、前記筐体内の嵌合部に着脱可能に取り付けられる嵌合部材であるベーパーチャンバ。 - 前記樹脂製の取り付け部材が、前記コンテナの周縁部に設けられている請求項1または2に記載のベーパーチャンバ。
- スマートフォン、タブレット端末またはノート型パーソナルコンピュータに搭載された発熱体の冷却用である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のベーパーチャンバ。
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