JPWO2008126444A1 - 放熱構造、及び携帯機器 - Google Patents

Abstract

ユーザが不快感を覚えること無く、発熱部品からの放熱を行う事のできる放熱構造、及び携帯機器を提供する。発熱体が発生させた熱を伝熱する伝熱部材と、前記伝熱部材に対して熱的に接続された畜熱部とを具備し、前記畜熱部は、伸縮性のあるパックと、前記パック内に充填され温度変化により体積変化する畜熱材とを備え、前記パックは、平熱時に第１放熱部との間に隙間を生じ、前記畜熱材が温度変化で膨張した時に前記第１放熱部に接触するように設けられている。

Description

本発明は、発熱部品が発した熱を放熱するための放熱構造に関し、特に、携帯機器の筐体内に設けられた発熱部品が発した熱を放熱するための放熱構造に関する。本出願は、日本国特許出願２００７−０９０８１５に基づいており、優先権の利益を主張する。当該特許出願の開示内容は全て、参照することによりここに組み込まれる。

近年、携帯電話に代表される携帯機器は、多機能化と共に小型化が進んでいる。小型化された携帯機器の筐体内には、半導体チップが高密度に配置される。また、筐体と半導体チップ間の間隙も極めて少なくなりつつある。その結果、半導体チップ等から発生した熱が直ちに筐体に伝達され易くなっている。

半導体チップで発生した熱が筐体に伝わると、筐体の温度が上昇してしまいやすくなる。そのため、筐体の高温化を防ぐための放熱構造が提案されている。

こうした放熱構造として、発熱体に形状記憶合金などを接続しておき、発熱時に形状記憶合金が変形して放熱材に接するようにすることで、急激な温度上昇を抑制する技術が知られている（例えば、実開平２−７３７８８号公報、実開平４−２５２９０号公報、実開昭６２−７３５９５号公報、実開平４−３４７４３号公報、特開２００２−１２４２２４号公報）。

また、別の放熱構造として、固体から液体に相変化する畜熱材を用いた技術が記載されている（特開２００４−１５２８９５号公報、特開２００６−１００５６４号公報、特開２００１−２７４５８０号公報、特開平１１−２０２９７９号公報、特開２００３−１４２８６４号公報）。また、実用新案登録 第３１２５５６５号公報には、このような畜熱材の材質に関する記載がある。

このうち、特開２００４−１５２８９５号公報、特開２００６−１００５６４号公報に記載された内容を以下に説明する。

図１は、特開２００４−１５２８９５号公報に示されている放熱構造を示す図である。この放熱構造は、基板１０１に搭載された複数の発熱体１０２と、複数の半導体チップ１０２の表面に対して密着して配置されるシート状の熱伝達部材１０４と、熱伝達部材１０４の表面に対して密着して配置され、固体から液体に相変化することで発熱体１０２からシート状の熱伝達部材に伝達された熱を吸熱する吸熱部材１０３と、を備えている。この放熱構造は、例えば図２に示されるように携帯電話に適用される事が記載されている。この放熱構造によれば、シート状の熱伝達部材１０４が複数の発熱体１０２の熱を平準化し、その熱を吸熱部材側に吸熱させる事ができる、とある。
但し、この構造では、発熱体の熱の大部分が吸熱部材により吸熱されるので、吸熱部材の吸熱量が飽和に達し易い。また、吸熱部材の吸熱量が飽和に達すると、発熱体の発熱が終了していたとしても、吸熱部材の熱が長時間にわたり筐体などの放熱部分から放熱されることとなり、ユーザに不快感を与えてしまう。

図３は、特開２００６−１００５６４号公報に示されている放熱構造を示す図である。図３には、筐体１０６と、基板１０７と、基板１０７に搭載された電子部品１０８と、筐体１０６の内面に塗工された畜熱材１０９が描かれている。この放熱構造によれば、畜熱材１０９によって筐体１０６表面に短時間で熱が伝わることが防止される、とある。
但し、この放熱構造を用いても、畜熱材がすぐに熱的に飽和し、蓄熱した熱が長時間にわたり筐体表面から放熱され、ユーザに不快感を与えてしまう。

本発明の目的は、ユーザが不快感を覚える事無く発熱部品からの放熱を行う事のできる放熱構造、及び携帯機器を提供することにある。

本発明の放熱構造は、発熱体と、発熱体に対して熱的に接続され、発熱体が発生させた熱を伝熱する伝熱部材と、伝熱部材と熱的に接続されることで、発熱体と熱的に接続される畜熱部とを具備する。畜熱部は、伸縮性のあるパックと、パック内に充填され温度変化により体積変化する畜熱材とを備える。パックは、平熱時に第１放熱部との間に隙間を生じ、畜熱材が温度変化で膨張した時に第１放熱部に接触するように設けられている。

本発明の携帯機器は、第１筐体と、第２筐体と、第１筐体及び第２筐体とを開閉自在に接続するヒンジ部と、を具備する。第１筐体には、基板と、基板上に配置された発熱体と、発熱体で発生した熱を放熱する上記の放熱構造と、が収納されている。

本発明によれば、ユーザが不快感を覚える事無く、発熱部品からの放熱を行う事のできる放熱構造、及び携帯機器が提供される。

図１は、放熱構造を示す断面図である。 図２は、放熱構造の説明図である。 図３は、放熱構造を示す断面図である。 図４Ａは、第１の実施形態の放熱構造を示す断面図である。 図４Ｂは、図４Ａの要部を拡大して示した説明図である。 図５は、第１の実施形態の放熱構造を示す断面図である。 図６は、第２の実施形態の放熱構造を示す断面図である。 図７は、第３の実施形態の放熱構造を示す断面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図４Ａは、本実施形態の携帯機器の内部構造を概略的に示した断面図であり、図４Ｂは図４Ａの主要部を拡大して示した図である。本実施形態の携帯機器は、第１筐体１と第２筐体２とがヒンジ部３により開閉自在に接続された携帯電話である。ユーザは、通常、この携帯電話を利用する際に、第１筐体１におけるヒンジ部３とは逆側を把持するものとする。また、以下の説明において、第１筐体１の厚さ方向を「厚み方向」、厚み方向に直交する平面の方向を「面方向」として記載することがある。

第１筐体１内には、基板４と、半導体チップ５と、伝熱部材６と、畜熱部７とが収納されている。

半導体チップ５は基板４に搭載されており、通話時等の携帯電話駆動時において発熱するものである。

伝熱部材６は、第１筐体１のヒンジ部３側において、筐体１の内壁に接する様に設けられている。第１筐体１と伝熱部材６との接触部分は、ユーザが把持する可能性の少ない部分に設定されている。伝熱部材６は、ヒンジ部３側の反対側端部で、第１筐体１の厚み方向に９０度折り曲げられている。伝熱部材６の一部は、半導体チップ５近傍で半導体チップ５に対向しており、この対向部分で半導体チップ５の熱が伝熱部材６側に伝わるようになっている。伝熱部材６の折り曲げ部分は、半導体チップ５から離れた位置に設けられている。

伝熱部材６としては、例えばグラファイトシートや、金属を用いたとした場合は銅やアルミニウムを用いることができる。また、絶縁性が必要な場合は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＥＮ（ポリエーテルニトリル）等でラミネートされていてもよい。

畜熱部７は、ケース１０と、パック８と、パック８内に充填された蓄熱材９とを備えている。蓄熱部７は、ケース１０の一部で、伝熱部材６の折り曲げ部分に接している。

図４Ｂに示されるように、ケース１０は第１筐体１の厚み方向にのみ延び、厚み方向の両面は開放されている。ケース１０の材質としては、高熱伝導率である材質が好ましく、例えばアルミニウム等の金属部材を好ましく用いる事ができる。

パック８は、伸縮性のある薄いゴム状の材質から形成されている。パック８は、ケース１０の厚み方向中央部付近で、ケース１０の内壁に接着されている。

パック８内に充填された畜熱材９は、固液相転移により蓄熱が可能な材料である。また、相転移の際に体積変化が生じる材料である。畜熱材９は、パック８に隙間無く密閉された状態で充填されている。これにより、畜熱材９の体積変化に伴い、パック８が伸縮する。

パック８は、平熱時において、ケース１０の開放面（すなわち第１筐体１の内壁）とパック８との間に隙間が生じるように設けられている。また、パック８は、畜熱材９が相転移して膨張したときに、第１筐体１の内壁に接触する様に設けられている。第１筐体１の内壁とパック８との間の隙間の大きさは、例えば、パック８に充填する畜熱材９の容量を調整する事で所望のものとする事ができる。

パック８の材質としては、テフロン（登録商標）やシリコン等の伸縮性、耐熱性がある部材が好ましい。また、パック８の厚みは、伸縮性を確保するために０．１ｍｍ以下が好ましい。

蓄熱材９としては、例えばパラフィン系の材料を用いることができる。より具体的には、相転移温度が３３℃程度であり、融解潜熱が１７０Ｊ／ｇであり、相転移の体積変化量が１０％程度である、ノナデカン（ｎ−ｎｏｎａｄｅｃａｎｅ）が例示される。

続いて、この携帯電話の動作について説明する。

ユーザは通常、通話時や通信時に、図４Ａに示される第１筐体１のうちの、ヒンジ部３とは反対側部分を把持する。通話時や通信時には、半導体チップ５が駆動され、発熱する。半導体チップ５の熱は、伝熱部材６に伝わり熱拡散する。伝熱部材６に伝わった熱は、第１筐体１と伝熱部材６とが接した部分（第２放熱部１２；図４Ｂ参照）において、第１筐体１側に伝わり、第２放熱部１２の外表面から放熱される。これにより、筐体の表面温度が局所的に高まることが抑制される。この際、第２放熱部１２はヒンジ部３側に設けられているので、放熱部分をユーザが把持する事も少なく、ユーザは不快感を覚えない。

伝熱部材６において、第２放熱部１２から放熱しきれなかった熱は、折り曲げ部分からケース１０を介してパック８に伝わり、畜熱材９によって畜熱される。携帯電話の使用を続け、畜熱材９の温度が相転移温度まで達すると、畜熱材９の相転移によりエネルギーが消費され、一定時間の間、温度一定のままで畜熱が行われる。仮に、パック８内に内包される蓄熱剤９の量を２ｇとし、半導体チップ５の発熱量を０．５Ｗとし、伝熱部材６が第２放熱部１２で放熱しきれずに畜熱材９により畜熱されていく熱量を０．１Ｗとする。この場合、およそ１時間、相転移による畜熱により、筐体の温度上昇を抑制することができることになる。

更に連続して携帯電話が使用された場合、図５に示す様に、畜熱材９の相転移と共に、畜熱材９が膨張する。これにより、パック８が第１筐体１内壁と接触する。その結果、畜熱材９の熱は、パック８と第１筐体１内壁との接触部分（第１放熱部１１）を介して第１筐体１側に伝熱し、第１放熱部１１の外表面から放熱される。すなわち、半導体チップ５により発生した熱は、第２放熱部１２に加え、第１放熱部１１でも放熱される事となり、放熱速度が増大する。これにより、長時間使用したとしても、筐体の表面が局所的に高温になることが抑制される。尚、畜熱材９が膨張する際には、ケース１０の存在により、面方向に対する膨張が制限される。その結果、畜熱材９の相変化による体積膨張が僅かであったとしても、確実にパック８を第１放熱部１１に接触させることができる。

長時間の通話もしくは通信が終了した後は、蓄熱材９に蓄えられた熱が放熱され、畜熱材９の温度が低下していく。蓄熱材９が冷めて液層から固層への相転移温度に達すると、畜熱材９が収縮し、パック８が第１筐体１内壁から離れる。これにより、第１放熱部１１からの放熱が終了する。よって、第１放熱部１２からの放熱は、半導体チップ８の発熱終了後から長時間続くことはない。パック８が第１放熱部１１から離れた後の放熱は、ユーザが把持する事の少ない第２放熱部１２からのみとする事ができ、ユーザは不快感を覚えない。

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。図６は、本実施形態の携帯電話の構造を示す断面図である。本実施形態では、第１の実施形態と比較して、伝熱部材６と畜熱部７の構造とが工夫されている。その他の点については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図６に示されるように、伝熱部材６は、ヒンジ部３側の逆側で、厚み方向側に９０度曲げられており、更にその先で９０度折り曲げられ、ヒンジ部３の反対側に延びている。これにより、ヒンジ部３の反対側では、伝熱部材６と第１筐体１の内壁とが接触していない。以下、伝熱部材６における、第１筐体１と非接触で面方向に延びた部分を、浮き上がり部分と記載する。

畜熱部７は、伝熱部材６の浮き上がり部分に、伝熱部材６と接して設けられている。畜熱部７は、ケース１０と、畜熱材９の充填されたパック８とを備えている。

ケース１０は、浮き上がり部分の上に配置されており、伝熱部材６側の面と第１筐体１の内壁側の面とが開放されている。

パック８は、ケース１０に接着されて固定されており、蓄熱剤９が固相の状態において第１筐体１の内壁との間に隙間ができる様に設置されている。尚、パック８は伝熱部材６の浮き上がり部分に接着されて固定されていてもよい。また、ケース１０の伝導部材６側の面は開放されておらず、ケース１０の底面が存在していてもよい。また、畜熱部７は、浮き上がり部分の内面側（携帯電話の開閉時の内側となる側）に設けられていてもよいし、外面側（携帯電話の開閉時に外側となる側）に設けられていてもよい。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、畜熱材９が相転移温度に達すると、畜熱材９の膨張によりパック８が第１筐体１の内壁（第１放熱部１１）に接し、放熱面積が拡大される。

畜熱部７が貯える事のできる熱量を増やすには、畜熱材９を大量に搭載すればよいと考えられる。しかしながら、蓄熱剤９の熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以下が一般的であるので、伝熱部材６と畜熱部７との接触面積が少ないと、伝熱部材６から畜熱部７へ伝えることのできる単位時間あたりの熱量が制限される。これに対して、本実施形態の構造によれば、伝熱部材６が第１筐体１の内壁から浮き上がってから延びているので、この浮き上がり部分において広面積で伝熱部材６と畜熱部７とを接触させる事ができる。その結果、伝熱部材６から畜熱部７へ伝わる単位時間あたりの熱量を増やす事ができる。

（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。図７は、本実施形態の携帯電話の構造を示す断面図である。本実施形態は、第１の実施形態と比較して、畜熱部７の構造が工夫されている。その他の点については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。

本実施形態において、畜熱部７は、複数（２つ）の畜熱要素（７ａ，７ｂ）からなっている。複数の畜熱要素７の各々は、ケース１０と、畜熱材の充填されたパック（８ａ，８ｂ）と
を備えている。

ケース１０は、一部で伝熱部材６の折り曲げ部分に接している。また、ケース１０は、他の一部で、蓄熱要素７ａと７ｂとを隔てるように設けられている。蓄熱要素７ａは、蓄熱部材７ｂよりも伝熱部材６側に設けられている。

ケース１０の厚み方向２面は開放されている。また、パック８ａ、８ｂは、ケース１０の厚み方向中央部付近に接着されて固定されている。パック８、８ｂは、畜熱材９が固相の場合に第１筐体１の内壁（第１放熱部１１）との間に隙間が存在し、畜熱材９が液相の場合に第１放熱部１１に接触する様に配置されている。

本実施形態では、既述の実施形態と同様に、畜熱部７に熱が貯えられると、各畜熱要素７ａ、７ｂにおいてパック８ａ、８ｂが膨張し、第１放熱部１１に接触する。これにより、熱が、第２放熱部１２に加えて第１放熱部１１からも放熱され、筐体の温度が局所的に上昇することが抑制される。

第２の実施形態で述べたのと同様に、畜熱部７が貯える事のできる熱量を増やすには、畜熱材９を大量に搭載すればよいと考えられる。しかしながら、蓄熱剤９の熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ以下が一般的であるので、伝熱部材６から畜熱部７へ伝えることのできる単位時間あたりの熱量は制限される。これに対して、本実施形態の構造によれば、各畜熱要素７ａ，７ｂ間が、熱伝導率の高いケース１０により連結されているので、畜熱部７における面方向への熱移動が促進される。伝熱部材６から畜熱部７へ伝わる単位時間あたりの熱量を増やす事ができ、畜熱部７で貯える事のできる熱量を実質的に増やす事ができる。

以上、第１〜３の実施形態について説明したが、これらは必要に応じて矛盾のない範囲で組み合わせてもよい。例えば、第２の実施形態の畜熱部７を、第３の実施形態で述べたように複数の畜熱要素を備えた構造としてもよい。

Claims (11)

1. 発熱体と、
   前記発熱体に対して熱的に接続され、前記発熱体が発生させた熱を伝熱する伝熱部材と、
   前記伝熱部材と熱的に接続される畜熱部と、
   を具備し、
   前記畜熱部は、伸縮性のあるパックと、前記パック内に充填され温度変化により体積変化する畜熱材とを備え、
   前記パックは、平熱時に第１放熱部との間に隙間を生じ、前記畜熱材が温度変化で膨張した時に前記第１放熱部に接触するように設けられている
   放熱構造。
2. 請求の範囲１に記載された放熱構造であって、
   前記伝熱部材は、前記第１放熱部とは別の場所に設けられた第２放熱部に接しており、
   前記第２放熱部を介して放熱する
   放熱構造。
3. 請求の範囲２に記載された放熱構造であって、
   前記伝熱部材及び前記畜熱部は、第１筐体と第２筐体とがヒンジ部を介して開閉自在に接続された携帯機器の前記第１筐体内に設けられ、
   前記第２放熱部は、前記第１筐体の前記ヒンジ部側に設けられている
   放熱構造。
4. 請求の範囲１乃至３のいずれかに記載された放熱構造であって、
   前記伝熱部材と前記パックとは、少なくとも一部で接合している
   放熱構造。
5. 請求の範囲１乃至４のいずれかに記載された放熱構造であって、
   前記畜熱部は、更に、前記パックの膨張方向が前記第１放熱部側となるように、前記パックの膨張方向を制限するケースを備えている
   放熱構造。
6. 請求の範囲５に記載された放熱構造であって、
   前記ケースは金属製である
   放熱構造。
7. 請求の範囲５又は６に記載された放熱構造であって、
   前記畜熱部は、複数の畜熱要素を備え、
   前記複数の畜熱要素の各々同士は、前記ケースにより隔てられている
   放熱構造。
8. 請求の範囲１乃至７のいずれかに記載された放熱構造であって、
   前記畜熱材は、固液相転移により体積変化を生じる材料である
   放熱構造。
9. 請求の範囲８に記載された放熱構造であって、
   前記畜熱材は、パラフィン系材料を含む
   放熱構造。
10. 請求の範囲１乃至９のいずれかに記載された放熱構造であって、
    前記畜熱部は、第１筐体と第２筐体とがヒンジ部を介して開閉自在に接続された携帯機器の前記第１筐体内に設けられ、
    前記第１放熱部は、前記第１筐体の内壁の一部である
    放熱構造。
11. 第１筐体と、
    第２筐体と、
    前記第１筐体及び前記第２筐体とを開閉自在に接続するヒンジ部と、
    を具備し、
    前記第１筐体には、
    基板と、
    前記基板上に配置された発熱体と、
    前記発熱体で発生した熱を放熱する、請求の範囲１乃至９のいずれかに記載された放熱構造と、が収納され、
    前記第１放熱部は、前記第１筐体における前記ヒンジ部とは反対側の一部である
    携帯機器。

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