JP2018096613A - 放熱構造及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱デバイスから離れて実装された放熱板にヒートパイプを用いて発熱デバイスの熱を輸送して放熱する放熱構造において、構成の制約が少なく電子機器の完成品にヒートパイプを追加したり、ヒートパイプ付で製造された電子機器からヒートパイプを削減したりすることが容易な放熱構造を提供する。【解決手段】放熱構造１は、発熱デバイス２から受熱する受熱部１１と、受熱部１１に挿入されるヒートパイプ１２と、ヒートパイプ１２の回転により受熱部１１にヒートパイプ１２を圧接し、ヒートパイプ１２の逆回転により受熱部１１への圧接を解除する圧接部１３と、を有している。【選択図】 図１

Description

本発明は、放熱構造に関し、特にヒートパイプを用いた放熱構造に関する。

電子機器の発熱デバイスの放熱構造において、電子機器の外部にヒートシンクなどの放熱板が実装され、発熱デバイスの熱が電子機器内から電子機器外にヒートパイプを用いて輸送されて放熱される放熱構造が利用される。このような放熱構造が、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示されている放熱構造では、発熱するＣＰＵ等の電子素子が第一の平板状ブロックに密着した状態で取付けられる。また、雌ネジ部が第一の平状板ブロックに形成され、雌ネジ部を螺合させる雄ネジ部が第二の平板状ブロックに一体に形成される。また第一の平板状ブロックあるいは第二の平板状ブロックには、雌ネジ部と雄ネジ部とを螺合させて２つの平板状ブロックを組み付けた状態での接合面に、保持溝が形成される。そして第一の平板状ブロックあるいは第二の平板状ブロックにおける保持溝と対向した箇所に対してヒートパイプの一端部がそれぞれ密着している。

特開２００１−５０６７４号公報

例えば、形状は同じであるが発熱量の異なるデバイスを使用する電子機器のシリーズ品の製造工程において、電子機器の完成品にヒートパイプを追加したり、ヒートパイプ付で製造された電子機器からヒートパイプを削減したりすることが必要となる場合がある。

特許文献１に開示されている構造では、ヒートパイプの追加や削減を行う場合には、ネジを緩めるために第一の平状板ブロックと第二の平板状ブロックを回転させる必要がある。このため電子素子が実装されているプリント基板が電子機器のカバーの直下に搭載された構成か、または作業者がヒートパイプを取付けた状態でプリント基板をスライドさせて取り外しや組み付け可能な構成に制約される。またこのような構造ではヒートパイプの追加や削減にともなう作業者の負担が大きい。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、構成上の制約が少なく電子機器の完成品にヒートパイプを追加したり、ヒートパイプ付で製造された電子機器からヒートパイプを削減したりすることが容易な放熱構造を提供することを主な目的とする。

本発明の１側面による放熱構造は、発熱デバイスから受熱する受熱部と、前記受熱部に挿入されるヒートパイプと、前記ヒートパイプの回転により前記受熱部に前記ヒートパイプを圧接し、前記ヒートパイプの逆回転により前記受熱部への圧接を解除する圧接部とを有する。

本発明によれば、構成上の制約が少なくヒートパイプの追加や削減が容易な放熱構造を提供することができる。

図１は、第１の実施形態の構成を示す正面図である。 図２は、第２の実施形態の構成を示す分解斜視図である。 図３は、図２の放熱ユニットの構成を示す正面図である。 図４は、図２の受熱部の構成を示す斜視図である。 図５は、図２の組み立ての第１の手順を示す図である。 図６は、図２の組み立ての第２の手順を示す図である。 図７は、図３の放熱ユニットを電子機器に実装した例を示す斜視図である。 図８は、図３の放熱ユニットの変形例を電子機器に実装した例を示す斜視図である。 図９は、第３の実施形態の構成を示す図である。 図１０は、第４の実施形態の構成を示す図である。 図１１は、第５の実施形態の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１に示すように本実施形態の放熱構造１は、発熱デバイス２から受熱する受熱部１１と、ヒートパイプ１２を備えている。なお図示しないが、発熱デバイス２は、電子機器のケースの内部に配置され、ヒートシンクなどの放熱板がその電子機器の外部に実装されている。

受熱部１１は、図１に示すように発熱デバイス２に接触するよう固定される。また受熱部１１は、ヒートパイプ１２を挿入できる取付け穴を備え、ヒートパイプ１２は、その取付け穴に挿入され、受熱部１１から熱を受ける。受熱部１１の取付け穴は、例えば雌ネジ部を具備し、発熱デバイス２と受熱部１１の接触する箇所の近傍に設置されてよい。またヒートパイプ１２は、先端部にその雌ネジと係合する雄ネジを具備し、上記の雌ネジと雄ネジが圧接されてヒートパイプ１２は、受熱部１１から受熱する。ヒートパイプ１２は、受けた熱を輸送し、電子機器の外部に実装されている放熱板に伝える。放熱板に伝えられた熱は電子機器の外部の放熱板で放熱される。

また本実施形態では、受熱部１１に挿入されたヒートパイプ１２の回転により受熱部１１にヒートパイプ１２が圧接され、圧接されるときと逆方向への回転により受熱部１１への圧接を解除する圧接部１３を備えている。なおこの圧接部１３の構成は様々なものを適用することができる。

例えば、図１に示すように、圧接部１３は、ヒートパイプ１２に具備された弾性部材であり、ヒートパイプ１２の先端部が、発熱デバイス２と受熱部１１の接触する箇所の近傍に達するまで挿入された位置で、受熱部１１に接触するよう配置される。したがってヒートパイプ１２をねじ込むよう回転すれば圧接部１３が変形してヒートパイプ１２には挿入方向と反対方向に力が加わり、ヒートパイプ１２の先端部の雄ネジと取付け穴の雌ネジとが圧接される。また、ヒートパイプ１２をねじ込む回転と逆方向への回転により弾性部材が受熱部１１から離れればヒートパイプ１２に力が加わらなくなり受熱部１１への圧接が解除される。

このように本実施形態の構成により、ヒートパイプが取り外し可能な機構を有しているため、容易に発熱デバイスの追加、削除ができる。例えば作業者は電子機器のカバーを開けることなくヒートパイプ１２を電子機器内の受熱部に挿入し回転させる作業で電子機器の完成品にヒートパイプを追加することができる。また作業者がヒートパイプ付で製造された電子機器からヒートパイプを回転して引き抜くことで電子機器のカバーを開けることなくヒートパイプを削減することができる。したがって電子機器の製造工程において、完成品にヒートパイプを追加したり、ヒートパイプ付で製造された電子機器からヒートパイプを削減したりする作業を容易にすることが可能となる。

また本実施形態の構成により、放熱板を有するヒートパイプを筐体外から直接冷却箇所に固定できるため、冷却効果を損なうことなく、ヒートパイプの本数を削減することが出来る。

図２は、本発明の第２の実施形態の放熱構造の構成を示す分解斜視図である。本実施形態は、図２に示すように、ヒートパイプ２１１を有する放熱ユニット２１と、受熱部２２と、電子機器のカバー２３と、ケース２４を備えている。

受熱部２２は、電子機器のケース２４の内部に配置される発熱デバイス２に接触するよう固定される。

また電子機器は、発熱デバイス２に対して位置が固定されるカバー２３を備える。またカバー２３には、ヒートパイプ２１１が貫通する貫通穴２３１が設けられている。放熱ユニット２１のヒートパイプ２１１の先端が、貫通穴２３１を貫通し受熱部２２に取り付け可能に構成されている。

図３は、図２の放熱ユニットの構成を示す斜視図である。放熱ユニット２１は、熱伝導性の高い金属材料などにより形成されたＮ個（Ｎは１以上の整数）の放熱板２１４と、ヒートパイプ２１１と、雄ネジ部２１２と、弾性部材２１３とを備えている。弾性部材２１３は貫通穴２３１を塞ぎ、電子機器の内部に水などが浸入しないよう防水の機能を備えていてもよい。

放熱板２１４の数量Ｎは、装置発熱量や筐体サイズ等より適宜選定する。なお放熱ユニット２１は、放熱板がない構成としてもよい。放熱板２１４の形状は、多角形、円形など任意の形状としてよい。放熱板２１４には、ヒートパイプ２１１が貫通する貫通穴が設けられ、放熱板２１４とヒートパイプ２１１とが固定されている。放熱板２１４に貫通穴を設ける位置は任意でよいが、放熱板２１４のそれぞれの中央付近に貫通穴を設けることで、放熱板に十分に熱が拡がり、放熱効果の向上となる。

またヒートパイプ２１１の例えば先端部には、受熱部２２にヒートパイプ２１１を取付けるための雄ネジ部２１２が設けられている。

図４は、図２の受熱部の構成を示す断面図である。受熱部２２は、図４に示すように、雌ネジ部２２２を有する取付け穴２２１を具備する。受熱部２２は、第１の実施形態と同様、例えば金属板により構成される。受熱部２２は、発熱デバイス２に接触するよう固定される。取付け穴２２１には、ヒートパイプ２１１の先端部が挿入される。雌ネジ部２２２は、発熱デバイス２と受熱部１１の接触する箇所の近傍に設置される。ヒートパイプ２１１の先端部の雄ネジ部２１２が受熱部２２の取付け穴２２１に挿入され、ヒートパイプ２１１が取付け穴２２１の雌ネジ部２２２にほぼ全体的に係合するまで回転される。雌ネジ部２２２がヒートパイプ２１１の雄ネジ部２１２にほぼ全体的に係合した状態で、雌ネジ部２２２と雄ネジ部２１２が圧接されて受熱部２２は、ヒートパイプ２１１に熱を伝える。

ヒートパイプ２１１は、受けた熱を輸送し、放熱板２１４に伝える。放熱板２１４は、伝えられた熱を電子機器の外部で放熱する。

放熱ユニット２１は、第１の実施形態と同様、受熱部２２に挿入されたヒートパイプ２１１の回転により受熱部２２にヒートパイプ２１１が圧接され、圧接されるときと逆方向への回転により受熱部２２への圧接を解除する弾性部材２１３を備えている。弾性部材２１３は、雄ネジ部２１２と雌ネジ部２２２がほぼ全体的に係合しているときカバー２３の貫通穴２３１の周囲に接触するようヒートパイプ２１１に取付けられる。したがってヒートパイプ２１１をねじ込むよう回転すれば圧接部１３が変形してヒートパイプ１２には挿入方向と反対方向に力が加わり、ヒートパイプ１２の先端部の雄ネジと取付け穴の雌ネジとが圧接される。また、ヒートパイプ１２をねじ込む回転と逆方向への回転により弾性部材が受熱部１１から離れればヒートパイプ１２に力が加わらなくなり受熱部１１への圧接が解除される。

図５及び図６は、図２の放熱構造の組み立ての第１手順及び第２手順を示す図である。まず第１手順の前に、図５に示すように発熱デバイス２が例えばプリント基板２５に実装されている。また発熱デバイス２からの熱が効率よく受熱部２２に伝わるよう発熱デバイス２に受熱部２２が取付けられている。

プリント基板２５は、プリント基板固定部２６により電子機器のケース２４に固定されている。カバー２３は、貫通穴２３１がプリント基板２５に実装された発熱デバイス２に取付けられた受熱部２２の取付け穴２２１に対向するようにケース２４に固定されている。

そして第１手順として、図５に示すように、作業者が放熱ユニット２１のヒートパイプ２１１の雄ネジ部２１２を、カバー２３の貫通穴２３１、受熱部２２の取付け穴２２１の順に差し込む。

その後、第２手順として、図６に示すように放熱ユニット２１を回転させることでヒートパイプ２１１の雄ネジ部２１２と受熱部２２の雌ネジ部２２２が係合する。このねじ込みを行うことで、放熱ユニット２１がさらに奥まで入り、弾性部材２１３がカバー２３に接触する。弾性部材２１３とカバー２３が接触することで、貫通穴２３１とヒートパイプ２１１の隙間を埋め、防水機能を実現する。またヒートパイプ２１１が受熱部２２に接触した状態で固定される。

ヒートパイプ２１１が受熱部２２に接触した状態で固定されると、発熱デバイス２から発生した熱は、受熱部２２、受熱部２２の雌ネジ部２２２、ヒートパイプ２１１の雄ネジ部２１２、ヒートパイプ２１１の順に熱伝導する。ヒートパイプ２１１が動作することで、放熱板２１４に熱伝導し、外気に熱伝達することで冷却効果を得られる。

なお放熱ユニット２１は１本にかぎらず、複数本の放熱ユニット２１が電子機器に放熱構造として実装されてもよい。図７は、図３の放熱ユニットを電子機器に実装した放熱構造の例を示す図である。発熱デバイス２が複数ある場合、図７に示すように放熱ユニット２１を電子機器１００に複数実装することで、対応する発熱デバイス２をそれぞれ冷却することができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様、ヒートパイプが取り外し可能な機構を有しているため、容易に発熱デバイスの追加、削除ができる。また、放熱板を有するヒートパイプを筐体外から直接冷却箇所に固定できるため、冷却効果を損なうことなく、ヒートパイプの本数を削減することが出来る。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、ヒートパイプ２１１は、弾性部材２１３から放熱板２１４の区間において湾曲した構成としてもよい。図８は、図３の放熱ユニットの変形例を電子機器に実装した例を示す斜視図である。本実施形態では、図８に示すように電子機器１１０に実装されたヒートパイプ２１１は弾性部材２１３から放熱板２１４の区間において曲がった構成となっている。本変形例によれば、図７の構成と同様の効果が得られるとともに、ヒートパイプ２１１の放熱板２１４を電子機器１１０のカバー２３に沿って実装でき、カバー２３から垂直方向に大きく突出しないように実装することができる。

また第２の実施形態では、ヒートパイプ２１１の雄ネジ部２１２と受熱部２２の雌ネジ部２２２が係合するとき、弾性部材２１３がカバー２３に接触する例を説明したが圧接部の構成はこれに限られない。

図９は、第３の実施形態の構成を示す図である。図９に示すように、例えば、ヒートパイプ３１１の雄ネジ部２１２と受熱部２２の雌ネジ部２２２が係合するとき、第２の弾性部材３１２が受熱部２２に接触するよう取付けられていてもよい。

本実施形態においては、ヒートパイプ３１１をねじ込むよう回転すれば弾性部材３１２が変形してヒートパイプ３１１に挿入方向と反対方向に力が加わる。この力によりヒートパイプ３１１の先端部の雄ネジ部２１２と受熱部２２の取付け穴２２１の雌ネジ部２２２とが圧接される。また、ヒートパイプ３１１をねじ込む回転と逆方向への回転により弾性部材３１２が受熱部２２から離れればヒートパイプ３１１に力が加わらなくなり雄ネジ部２１２と雌ネジ部２２２との圧接が解除される。

このような構成でも第１、第２の実施形態と同様、ヒートパイプが取り外し可能な機構を有しているため、容易に発熱デバイスの追加、削除ができる。また、放熱板を有するヒートパイプを筐体外から直接冷却箇所に固定できるため、冷却効果を損なうことなく、ヒートパイプの本数を削減することが出来る。なお第２の実施形態と本実施形態を組合わせ、図９に示すようにヒートパイプ３１１の雄ネジ部２１２と受熱部２２の雌ネジ部２２２が係合するとき、弾性材料で構成される防水部材３１３がカバー２３に接触するよう取付けられてもよい。

圧接部の構成としてさらに他の例も考えられる。図１０は、第４の実施形態の構成を示す図である。図１０に示すように、ヒートパイプ４１１は、例えば先端部に、ヒートパイプ４１１の先端に近くなるほど細くなる第１のテーパー部４１２を具備する。また、受熱部４２の取付け穴２２１は、例えば最も奥部に取付け穴２２１の奥に近くなるほど細くなる第２のテーパー部４２１を具備する。

本実施形態においては、ヒートパイプ４１１のテーパー部４１２と受熱部４２のテーパー部４２１が接触してからさらにヒートパイプ４１１をねじ込むよう回転すればヒートパイプ４１１には挿入方向と反対方向に力が加わる。この力によりヒートパイプ４１１の雄ネジ部２１２と受熱部４２の雌ネジ部２２２とが圧接される。また、ヒートパイプ４１１をねじ込む回転と逆方向への回転によりヒートパイプ４１１のテーパー部４１２が受熱部４２のテーパー部４２１から離れればヒートパイプ４１１に力が加わらなくなり雄ネジ部２１２と雌ネジ部２２２との圧接が解除される。

このような構成でも他の実施形態と同様な効果を奏することができる。

また図１１は、第５の実施形態の構成を示す図である。図１１に示すように、ヒートパイプ５１１の、受熱部５２の取付け穴２２１に挿入される部分に例えば半球状の突起部５１２が形成されている。またヒートパイプ５１１の雄ネジ部２１２と受熱部５２の雌ネジ部２２２がほぼ全体的に係合するとき突起部５１２に接触する第３のテーパー部５２１が取付け穴２２１に形成されている。

本実施形態においては、突起部５１２がテーパー部５２１に接触してからさらにヒートパイプ５１１をねじ込むよう回転すればヒートパイプ５１１の突起部５１２にヒートパイプ５１１の挿入方向と反対方向に力が加わる。この挿入方向と反対方向の力によりヒートパイプ４１１の雄ネジ部２１２と受熱部４２の雌ネジ部２２２とが圧接される。また、圧接された状態からヒートパイプ４１１をねじ込む回転と逆方向へ回転すればヒートパイプ５１１の突起部５１２がテーパー部５２１から離れ、ヒートパイプ５１１に力が加わらなくなり雄ネジ部２１２と雌ネジ部２２２との圧接が解除される。

このような構成でも他の実施形態と同様な効果を奏することができる。以上説明したように圧接部の構成は種々考えられる。圧接部の構成は、各実施形態で説明した構成を単独で具備しても良いし、各実施形態の構成を任意の組合わせで具備してもよく、当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１ 放熱構造
２ 発熱デバイス
１１ 受熱部
１２ ヒートパイプ
１３ 圧接部
２１ 放熱ユニット
２１１、３１１、４１１、５１１ ヒートパイプ
２１２ 雄ネジ部
２１３、３１２ 弾性部材
２１４ 放熱板
３１３ 防水部材
２２、４２、５２ 受熱部
２２１ 取付け穴
２２２ 雌ネジ部
２３ カバー
２３１ 貫通穴
２４ ケース
２５ プリント基板
２６ プリント基板固定部
４１２、４２１ テーパー部
５１２ 突起部
５２１ テーパー部
１００、１１０ 電子機器

Claims (6)

1. 発熱デバイスから受熱する受熱部と、
   前記受熱部に挿入されるヒートパイプと、
   前記ヒートパイプの回転により前記受熱部に前記ヒートパイプを圧接し、前記ヒートパイプの逆回転により前記受熱部への圧接を解除する圧接部と、
   を有する放熱構造。
2. 前記ヒートパイプは、雄ネジ部を有し、
   前記受熱部は、前記ヒートパイプが挿入される取付け穴に前記雄ネジ部に係合する雌ネジ部を有し、
   前記圧接部は、前記回転により前記雌ネジ部に前記雄ネジ部を圧接し、前記逆回転により前記雌ネジ部への圧接を解除する、
   請求項１に記載の放熱構造。
3. 前記発熱デバイスに対して位置が固定されるカバーを有し、
   前記圧接部は、前記ヒートパイプに設けられ、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部が係合しているとき前記カバーに接触する第１の弾性部材を有する、
   請求項２に記載の放熱構造。
4. 前記圧接部は、前記ヒートパイプに設けられ、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部が係合するとき前記受熱部に接触する第２の弾性部材を有する、
   請求項２又は３に記載の放熱構造。
5. 前記圧接部は、
   前記ヒートパイプに設けられ前記ヒートパイプの先端に近くなるほど細くなる第１のテーパー部と、
   前記取付け穴に設けられ前記取付け穴の奥に近くなるほど細くなる第２のテーパー部と、を有する、
   請求項２から４のいずれかに記載の放熱構造。
6. 前記圧接部は、
   前記ヒートパイプに設けられた突起部と、
   前記取付け穴に設けられ、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部が係合するとき前記突起部に接触する、前記取付け穴の奥に近くなるほど細くなる第３のテーパー部と、を有する、
   請求項２から５のいずれかに記載の放熱構造。

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