WO2016013072A1

WO2016013072A1 - 放熱器

Info

Publication number: WO2016013072A1
Application number: PCT/JP2014/069462
Authority: WO
Inventors: 拓海中村; 樋野　治道; 哲伸奥野; 耀▲恵▼ ▲頼▼
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Tai Sol Electronics Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Tai Sol Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: TW201616079A

Abstract

　伝熱板の厚さの増大と設置スペースの増大を抑制できる放熱器を提供する。ヒートパイプ（１０）と、ヒートパイプ（１０）の一端部に設けられる伝熱板（２０）と、ヒートパイプ（１０）の他端部に設けられる放熱フィン（３０）とを備えており、ヒートパイプ（１０）は、直線部（１１）と、直線部（１１）の一端に設けられた膨出部（１２）とを備え、膨出部（１２）は、伝熱板（２０）の内部に埋設されていることを特徴とする。

Description

放熱器

　本発明は、ヒートパイプを用いた放熱器に関する。

　近年、電子機器の高性能化に伴い、電子機器から発せられる熱量が増大している。電子機器の温度が高くなると十分な性能を発揮できなくなるため、電子機器の温度上昇を防止できる放熱器が要求されている。このような放熱器の一種として、ヒートパイプの一端を伝熱板に埋設し、ヒートパイプの他端部近傍に放熱フィンを設けた放熱器が知られている（たとえば特許文献１参照）。この放熱器では、十分な放熱性能を得るために、伝熱板とヒートパイプ間の伝熱効率を上げる必要がある。伝熱効率を上げるには、伝熱板とヒートパイプとの接触面積を大きくしなければならない。

　特許文献１には、ヒートパイプの一端に扁平加工を施して、伝熱板とヒートパイプとの接触面積を大きくした技術が開示されている。また、ヒートパイプの長さを大きくして伝熱板への埋設長さを大きくする構成や、ヒートパイプをＬ字状やＵ字状に曲げて伝熱板に埋設する構成もあった。

特許５３２３６１４号公報

　特許文献１の構成やヒートパイプの長さを大きくする構成では、接触面積の増大に比例して伝熱板の厚さが大きくなってしまうため、放熱器の重量が大きくなり、また設置スペースが増大してしまう問題があった。ヒートパイプを曲げて伝熱板に埋設する構成では、伝熱板の厚さの増大は抑制できるものの、伝熱板の横寸法が大きくなってしまうため、前記と同様に、放熱器の重量が大きくなり、また設置スペースが増大してしまう問題があった。

　本発明は、かかる問題に鑑みて、伝熱板の厚さの増大と設置スペースの増大を抑制できる放熱器を提供することを課題とする。

　前記課題を解決するための請求の範囲第１項に係る発明は、ヒートパイプと、前記ヒートパイプの一端部に設けられる伝熱板と、前記ヒートパイプの他端部に設けられる放熱フィンとを備えており、前記ヒートパイプは、直線部と、前記直線部の一端に設けられた膨出部とを備え、前記膨出部は、前記伝熱板の内部に埋設されていることを特徴とする放熱器である。

　このような構成の放熱器によれば、ヒートパイプの一端部に、膨出部を形成したので、伝熱板の厚さ寸法を増大させずとも、ヒートパイプと伝熱板との接触面積を増大させることができる。つまり、本発明の放熱器によれば、伝熱板の厚さの増大と設置スペースの増大を抑制しつつ、放熱性能を向上させることができる。

　前記膨出部は、前記直線部の軸方向に交差する平面に沿って広がる円板形状を呈していることが好ましい。このような構成によれば、伝熱板の厚さ寸法の増大を抑制できる。

　前記伝熱板は、前記膨出部を収容する凹部を備えた基板部と、前記膨出部を覆う蓋部とを備えており、前記凹部の底面には、貫通孔が形成されており、前記貫通孔に前記直線部が挿通されていることが好ましい。このような構成によれば、容易な工程で、ヒートパイプの膨出部を伝熱板に埋め込むことができる。

　前記蓋部は、摩擦攪拌接合によって前記基板部に固定されていることが好ましい。このような構成によれば、接合時に発生する熱量が小さいので、伝熱板やヒートパイプの変形を抑制できる。

　本発明に係る放熱器によれば、放熱性能を向上させつつ、伝熱板の厚さの増大と設置スペースの増大を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る放熱器を示した断面図である。本発明の実施形態に係る放熱器を示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。本発明の実施形態に係る放熱器を示した斜視図である。本発明の実施形態に係る放熱器のヒートパイプを示した図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本発明の実施形態に係る放熱器のヒートパイプと伝熱板を示した要部拡大図である。

　本発明の実施形態に係る放熱器を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。図１乃至図３に示すように、放熱器１は、ヒートパイプ１０と伝熱板２０と放熱フィン３０とを備えている。

　ヒートパイプ１０は、内部の密閉空間に封入された作動液体の蒸発・凝縮の相変化で熱を輸送するものである。ヒートパイプ１０は、銅などの熱伝導率が高い金属からなる。図４にも示すように、ヒートパイプ１０は、直線部１１と、直線部１１の一端に設けられた膨出部１２とを備えている。

　直線部１１は、蒸発した作動液体が凝縮する凝縮部を構成している。つまり、直線部１１は、熱出力を行う部分である。直線部１１は、膨出部１２の上部に接続されており、膨出部１２から上方に延出している。直線部１１は、上端が閉じられた円筒形状を呈している。直線部１１の下端は開口しており、膨出部１２の内部空間に繋がっている。ヒートパイプ１０は、膨出部１２を下側にして直線部１１を上側にした状態で使用するが、パイプの内壁に金網（ウィック）または細かい溝（グルーブ）を設けて、内部を毛細管構造とすれば、ヒートパイプ１０を横向きの状態で使用することもできる。なお、本実施形態の直線部１１は、下端から上端まで同一径の円筒形状となっているが、これに限定されるものではなく、上端部が絞られて縮径した二段円筒形状となる場合もある。このような場合は、上端部にキャップ部材を被せて段差部分を隠すことがある。

　膨出部１２は、ヒートパイプ１０の下端部に位置しており、伝熱板２０に埋設されている。膨出部１２は、作動液体が蒸発する蒸発部を構成している。つまり、膨出部１２は、熱入力を行う部分である。膨出部１２は、直線部１１の軸方向に交差する平面（本実施形態では、直線部１１の軸方向を法線方向とする平面）に沿って平板状に広がっている。なお、膨出部１２と直線部１１との交差角度は、直角に限定されるものではない。直線部１１が膨出部１２に対して傾斜して起立していてもよい。膨出部１２は、内部に空洞を備えている。膨出部１２の外形は円板形状を呈している。膨出部１２は、本体部１３と底板部１４とを備えている。

　図１および図５に示すように、本体部１３は、天板１５を備えた円筒形状を呈しており、下方に向かって開口している。本体部１３の上端の外周縁部には、面取り加工が施されている。つまり、天板１５の上面と外周側面の交差部分には、テーパ部１９ａが形成されている（図５参照）。一方、膨出部１２の内部空洞の上端の周縁部（天板１５の下面と内周側面の交差部分）には、上側に向かって縮径する傾斜面１９ｂが形成されている（図５参照）。

　図５に示すように、天板１５の中心部には、貫通孔１６が形成されている。天板１５の上面には、上方に立ち上がる円筒状の立上部１７が形成されている。立上部１７の内周面は、貫通孔１６に連続して繋がっており、立上部１７の内空部は、貫通孔１６を介して膨出部１２の内部空間に連通している。立上部１７の内径寸法は、直線部１１の外径寸法と同等になっている。立上部１７には、直線部１１の下端部が嵌合されている。直線部１１は、たとえば溶接またはろう付けなどによって、本体部１３の内部と外部が気密状態となるように本体部１３に固定されている。貫通孔１６の下端部には、下方に向かって漸次拡径する傾斜部１６ａが形成されている。これによって、作動液体の蒸気が直線部１１に流れやすくなっている。

　底板部１４は、本体部１３の下端の開口部を覆っている。底板部１４は円板形状を呈している。底板部１４の下端の周縁部には、面取り加工が施されている。つまり、底板部１４の底面と外周側面の交差部分は、テーパ形状を呈している。底板部１４の外径寸法は、伝熱板２０の内空部の内径寸法より大きい。本体部１３の下端部には、底板部１４の外径寸法と同等の内径寸法を備えた拡径部１８が形成されている。底板部１４の厚さ寸法は、拡径部１８の高さ寸法より若干大きい。底板部１４は、テーパ部が僅かに下方に突出した状態で拡径部１８に嵌合されている。底板部１４は、たとえば溶接またはろう付けなどによって、本体部１３の内部と外部が気密状態となるように本体部１３に固定されている。本体部１３の下端から底板部１４のテーパ部分が僅かに突出しているので、溶接またはろう付け作業が行い易い。

　なお、本実施形態では、膨出部１２が円板形状を呈しているが、たとえば平面視で矩形や多角形の板状形状など、他の形状であってもよい。

　図１乃至図３に示すように、伝熱板２０は、冷却対象である熱源（図示せず）に接触して、熱源から吸熱する部材である。伝熱板２０の下面に熱源が当接する。伝熱板２０は、アルミニウム合金などの軽量且つ熱伝導性の高い金属にて構成されている。伝熱板２０は、平面視矩形形状を呈している。本実施形態の伝熱板２０は、基板部２１と蓋部２２とを備えている。

　図１および図５に示すように、基板部２１は、膨出部１２を収容する凹部２３を備えている。凹部２３は、下方に向かって開口している。凹部２３は、断面円形を呈しており、凹部２３の内径寸法は、膨出部１２の外径寸法と同等である。凹部２３の深さ寸法は、膨出部１２の厚さ寸法と同等である。凹部２３の内周縁部上端には、膨出部１２のテーパ部１９ａに当接する傾斜部２７が形成されている。凹部２３の底面（上面）に膨出部１２の上面が密着し、凹部２３の側面に膨出部１２の外周面が密着している。また、凹部２３の内周上端では、凹部２３の傾斜部２７に膨出部１２のテーパ部１９ａが密着している。これによって、凹部２３と膨出部１２の密着性が高められている。

　凹部２３の底面（上面）には、伝熱板２０の上面に至る貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４には、直線部１１が挿通されている。貫通孔２４は、膨出部１２の立上部１７の外径寸法と同等の内径寸法を備えている。なお、貫通孔２４には、立上部１７も挿通されている。

　図５に示すように、凹部２３の下側には、蓋部２２が嵌まる拡径凹部２５が形成されている。拡径凹部２５の内径寸法は、蓋部２２の外径寸法と同等であり、拡径凹部２５の深さ寸法は、蓋部２２の厚さ寸法と同等である。

　図１および図２の（ｃ）に示すように、蓋部２２は、摩擦攪拌接合によって基板部２１に固定されている。具体的には、図示しない回転ツールを回転させながら、蓋部２２の外周面と拡径凹部２５の内周面との突合部に沿って移動させ、回転ツールと金属部材との摩擦熱により突合部の金属を塑性流動させることで、金属部材同士を固相接合している。これによって、蓋部２２の外周面と拡径凹部２５の内周面との突合部に沿って、塑性化領域２６が形成される。塑性化領域２６は、蓋部２２の外周部の全周に亘って形成されており、少なくとも始端と終端とが重複している（図２の（ｃ）参照）。

　図２および図３に示すように、本実施形態では、一の伝熱板２０に４つのヒートパイプ１０，１０・・が取り付けられている。４つのヒートパイプ１０の中心は、伝熱板２０の対角線上に位置しており、且つ長方形の頂点を構成するように配置されている。なお、ヒートパイプ１０の個数は４つに限定されるものではなく、４つより少数であってもよいし、４つより多数であってもよい。また、ヒートパイプ１０の配置位置も前記構成に限定されるものではない。

　図１にも示すように、放熱フィン３０は、ヒートパイプ１０の直線部１１に取り付けられている。放熱フィン３０は、直線部１１の軸方向を法線方向とする平面に沿って配置されている。放熱フィン３０は、直線部１１の軸方向に間隔をあけて複数形成されている。放熱フィン３０には、直線部１１が貫通する取付孔３１（図１参照）が形成されている。取付孔３１の内径寸法は、直線部１１の外径寸法と同等であり、直線部１１の外周部全周に亘って放熱フィン３０が周接している。放熱フィン３０は、たとえば溶接またはろう付けなどによって、直線部１１に固定されている。一枚の放熱フィン３０には、４つの取付孔３１，３１・・が形成されており、４つのヒートパイプ１０，１０・・が固定されている。

　前記構成の放熱器１によれば、ヒートパイプ１０の一端部に、直線部１１の軸方向に直交する直交線を含む平面に沿って平板状に広がる膨出部１２を形成したことで、伝熱板２０の厚さ寸法（直線部１１の軸方向の長さ）の増大を抑制できる。さらに、ヒートパイプを単に曲げただけの従来のもの（以下「折曲形ヒートパイプ」という）と比較して、効率的に膨出部１２の表面積を増大できる。つまり、同じ表面積を得ようとした場合に、平面方向への長さ寸法の増加量は、本発明に係るヒートパイプ１０の方が折曲形ヒートパイプよりも小さくて済む。したがって、伝熱板３０の厚さの増大と設置スペースの増大を抑制しつつ、放熱性能を向上させることができる。

　また、膨出部１２は、円板形状を呈しており、さらに、膨出部１２の内部空洞の上端の周縁部に傾斜面１９ｂが形成されているので、膨出部１２内で発生した作用液体の蒸気が直線部１１へと流れやすくなっている。つまり、膨出部１２の内部空洞の周縁部は円環状なので行き止まることがなく、傾斜面１９ｂによって、蒸気が内側の直線部１１へと案内される。

　以上のように、本発明によれば、効率的に膨出部１２の表面積を増大することができるので、放熱性能を向上することができる。さらに、伝熱板２０の厚さ寸法の増大と平面方向の長さ寸法の増大を抑制できる。これによって、放熱器１全体の重量化を抑制できるとともに、放熱器１の設置スペースを小さくできる。

　また、伝熱板２０は、凹部２３を備えた基板部２１と、蓋部２２とを有しており、凹部２３の底面には、直線部１１が挿通する貫通孔２４が形成されているので、「ヒートパイプ１０を凹部２３に装着して、蓋部２２を基板部２１に固定する」といった容易な工程で、ヒートパイプ１０の膨出部１２を伝熱板２０に埋設することができる。

　さらに、蓋部２２が基板部２１に摩擦攪拌接合によって固定されているので、接合時に発生する熱量が小さい。したがって、伝熱板２０やヒートパイプ１０の熱変形を抑制できる。さらには、伝熱板２０とヒートパイプ１０の密着性を高めることができるので、高い放熱性能を得ることができる。

　以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。たとえば、前記実施形態では、直線部１１は膨出部１２の中心部に固定されているが、これに限定されるものではない。直線部が膨出部の中心から偏心した位置に固定されていてもよい。また、一の膨出部に複数の直線部を固定してもよい。

　また、前記実施形態では、膨出部１２が円板形状を呈しているが、これに限定されるものではない。直線部１１の外形よりも膨らんでいれば、たとえば球形状などの他の形状であってもよい。

　１　　　放熱器
　１０　　ヒートパイプ
　１１　　直線部
　１２　　膨出部
　２０　　伝熱板
　２１　　基板部
　２２　　蓋部
　２３　　凹部
　２４　　貫通孔
　３０　　放熱フィン

Claims

　ヒートパイプと、前記ヒートパイプの一端部に設けられる伝熱板と、前記ヒートパイプの他端部に設けられる放熱フィンとを備えており、
　前記ヒートパイプは、直線部と、前記直線部の一端に設けられた膨出部とを備え、
　前記膨出部は、前記伝熱板の内部に埋設されている
　ことを特徴とする放熱器。
　前記膨出部は、前記直線部の軸方向に交差する平面に沿って広がる円板形状を呈している
　ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放熱器。
　前記伝熱板は、前記膨出部を収容する凹部を備えた基板部と、前記膨出部を覆う蓋部とを備えており、
　前記凹部の底面には、貫通孔が形成されており、
　前記貫通孔に前記直線部が挿通されている
　ことを特徴とする請求の範囲第１項または請求の範囲第２項に記載の放熱器。
　前記蓋部は、摩擦攪拌接合によって前記基板部に固定されている
　ことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の放熱器。