【手続補正書】
【提出日】平成16年12月24日(2004.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  板状熱交換器およびその製造方法、電子機器、ならびにノートブック型パーソナルコンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】  金属基板と、作動液注入口形成用水平開放部分を有する所定平面形状の上方凸状部が成形せられかつ上方凸状部の周縁に前記開放部分を除いて鍔部が設けられている金属成形体とよりなり、金属基板に金属成形体の鍔部が接合されて、作動液注入口を有する作動液封入用中空部が形成され、この中空部内に作動液が注入されて作動液注入口が閉鎖されることにより、ヒートパイプ部が形成されている、板状熱交換器。
【請求項２】  ヒートパイプ部が、これの内部の凝縮部で凝縮した作動液が蒸発部に向かって毛細管現象により流れるような横断面形状を有している、請求項１記載の板状熱交換器。
【請求項３】  ヒートパイプ部の横断面形状が、金属成形体における上方凸状部の幅両端部分下面とこれらの下方に位置する金属基板上面部分とがなす角度が４５度よりも小さくなるような左右対称のゆるやかな山形となされている、請求項２記載の板状熱交換器。
【請求項４】  金属基板の厚みが０．１５〜０．９ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１つに記載の板状熱交換器。
【請求項５】  金属成形体の鍔部の幅が２〜５ｍｍである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の板状熱交換器。
【請求項６】  上方凸状部の平面形状が略長方形である、請求項１〜５のいずれか１つに記載の板状熱交換器。
【請求項７】  上方凸状部の平面形状が十字形である、請求項１〜５のいずれか１つに記載の板状熱交換器。
【請求項８】  発熱性電子部品と、請求項１〜７のいずれか１つに記載の板状熱交換器よりなりかつ前記電子部品から発せられる熱を放熱する放熱器とを備えている、電子機器。
【請求項９】  請求項１〜７のいずれか１つに記載の板状熱交換器よりなる放熱器が、その下面中央がマイクロプロセッサと接触するように組み込まれている、ノートブック型パーソナルコンピュータ。
【請求項１０】  成形体用金属板材をプレス成形することにより、作動液注入口形成用水平開放部分を有する所定平面形状の上方凸状部が成形せられかつ上方凸状部の周縁に前記開放部分を除いて鍔部が設けられている金属成形体を形成する工程と、
金属基板に金属成形体の鍔部を接合して、作動液注入口を有する作動液封入用中空部を形成する工程と、
前記中空部に作動液を注入した後、作動液注入口を閉鎖して、ヒートパイプ部を形成する工程とを含んでいる、板状熱交換器の製造方法。
【請求項１１】  成形体用金属ロールを巻き戻してこれにロールフォーミングを施すことにより、両端が水平方向に開放した上方凸状部と上方凸状部の両縁に設けられた鍔部とを有する金属１次成形体を形成する工程と、
金属１次成形体の下方に配置された基板用金属ロールを巻き戻して、これの上面に金属１次成形体の鍔部を接合する工程と、
巻き戻された基板用金属ロールをこれに接合された金属１次成形体とともに所定長さに切断して金属基板を形成する工程と、
金属１次成形体の上方凸状部のいずれか一方の端部をプレスにより圧潰して金属基板の上面に接合することにより、作動液注入口形成用水平開放部分を一端部に有する平面よりみて略長方形の上方凸状部が成形せられかつ上方凸状部の周縁に前記開放部分を除いて鍔部が設けられている金属成形体を形成するとともに、金属基板に金属成形体の鍔部が接合されて、作動液注入口を有する作動液封入用中空部を形成する工程と、
前記中空部に作動液を注入した後、作動液注入口を閉鎖して、ヒートパイプ部を形成する工程とを含んでいる、板状熱交換器の製造方法。
【請求項１２】  金属基板への金属成形体の鍔部の接合が、超音波接合によって行われる、請求項１０または１１記載の板状熱交換器の製造方法。
【請求項１３】  作動液注入口の閉鎖が、金属成形体における上方凸状部の水平開放部分をプレスにより圧潰して超音波接合により金属基板に接合することによって行われる、請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の板状熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、パーナルコンピュータなどの電子機器におけるマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）などの電子部品から発せられる熱を放熱する放熱器として用いられる、板状熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばノートブック型パーソナルコンピュータ（以下、「ノートパソコン」という。）にあっては、これに組み込まれたマイクロプロセッサユニット（以下、「ＭＰＵ」という。）から発せられる熱を放熱する必要があるが、そのための放熱器としては、ノートパソコンの携帯性を考慮して、薄くてスペースを多くとらず、しかも軽量であることが要求される。最近、このようなノートパソコン用の放熱器として、いわゆるロールボンドパネルを利用した板状熱交換器が多く採用されるようになってきた。この板状熱交換器は、同じ大きさの２枚の金属板の合わせ面のうち少なくとも一方の面に例えばグラファイト等を主成分とする圧着防止剤を所定パターンに印刷した状態で両金属板を熱間圧延、冷間圧延および焼鈍することにより形成された合わせ板からなる基板に、これの非圧着部に流体圧を導入して同部分を上面側に膨出させることにより作動液封入用中空部が形成され、この中空部内に作動液が封入されることにより、ヒートパイプ部が形成されているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ノートパソコンの携帯性をさらに向上させるために、これに組み込まれる放熱器についてもさらに薄形軽量化を図ることが要求されているが、上記のいわゆるロールボンドパネルを利用した放熱器の場合、次のような問題点があった。すなわち、まず、基板を形成する合わせ板の非圧着部に流体圧を導入して同部分を上面側に膨出させることにより中空部を形成していたが、そのさい流体圧によって合わせ板に割れが生じるおそれがあった。したがって、合わせ板を構成する２枚の金属板の厚みをあまり薄くすることができず、放熱器全体の薄形軽量化に限界があった。
【０００４】
また、合わせ板に非圧着部を形成するために圧着防止剤を使用していたが、この圧着防止剤によって、得られた板状熱交換器の熱交換効率が低下してしまうという問題があった。しかも、合わせ板がアルミニウムの場合、作動液として純水を使用すると、圧着防止剤が、アルミニウムと水との化学反応を起こして、水素ガスを発生させてしまうため、作動液として純水を使用することができないという問題があった。
【０００５】
さらに、上記のようなロールボンドパネルを利用した板状熱交換器を製造するには、非常に多くの工程を必要とするため、手間がかかり、これがコストアップにもつながっていた。
【０００６】
この発明の目的は、従来のものと比べてより薄形軽量化することができるうえ、優れた熱交換効率を有し、かつ安価な板状熱交換器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段および効果】
この発明の板状熱交換器は、金属基板と、作動液注入口形成用水平開放部分を有する所定平面形状の上方凸状部が成形せられかつ上方凸状部の周縁に前記開放部分を除いて鍔部が設けられている金属成形体とよりなり、金属基板に金属成形体の鍔部が接合されて、作動液注入口を有する作動液封入用中空部が形成され、この中空部内に作動液が注入されて作動液注入口が閉鎖されることにより、ヒートパイプ部が形成されているものである。
【０００８】
上記のように、板状熱交換器を、金属基板と、作動液注入口形成用水平開放部分を有する所定平面形状の上方凸状部が成形せられかつ上方凸状部の周縁に前記開放部分を除いて鍔部が設けられている金属成形体とで構成すれば、従来のように同じ大きさの２枚の金属板を素材とする合わせ板からなるいわゆるロールボンドパネル製のものと比べて、使用する材料が大幅に少なくてすむ。これにより、軽量化を図ることができるうえ、コストダウンの効果も得られる。
【０００９】
また、この発明の板状熱交換器は、金属基板に金属成形体の鍔部が接合されて、作動液注入口を有する作動液封入用中空部が形成され、この中空部内に作動液が注入されて作動液注入口が閉鎖されることにより、ヒートパイプ部が形成されており、従来のように合わせ板の非圧着部に流体圧を導入して膨出させる必要がないので、その分だけ金属基板の厚みを薄くすることがでる。これによって、板状熱交換器全体の薄形軽量化およびコストダウンを図ることができる。しかも、従来のように圧着防止剤を用いる必要がないので、熱交換効率が低下せず、作動液として純水を使用することも可能であリ、コストダウンにもつながる。さらに、従来のように多くの工程を必要としないので、製造が容易であり、コストダウンの効果が得られる。
【００１０】
この発明の板状熱交換器において、ヒートパイプ部が、これの内部の凝縮部で凝縮した作動液が蒸発部に向かって毛細管現象により流れるような横断面形状を有しているのが好ましい。
【００１１】
ヒートパイプ部が上記のような横断面形状を有していれば、ヒートパイプ部内における凝縮部から蒸発部への作動液の流れがスムーズとなり、それによって熱交換効率を向上させることができる。
【００１２】
この発明の板状熱交換器において、ヒートパイプ部の横断面形状が、金属成形体における上方凸状部の幅両端部分下面とこれらの下方に位置する金属基板上面部分とがなす角度が４５度よりも小さくなるような左右対称のゆるやかな山形となされる場合がある。
【００１３】
また、この発明の板状熱交換器において、金属基板の厚みが０．１５〜０．９ｍｍであるのが好ましい。
【００１４】
金属基板の厚みが０．１５ｍｍ未満であると、保形性が不十分となる一方、基板の厚みが０．９ｍｍを越えると、軽量化が不十分となる。
【００１５】
なお、金属成形体の鍔部の幅は、好ましくは２〜５ｍｍである。鍔部の幅が２ｍｍ未満であるとヒートパイプ部の気密性が保持できないおそれがあり、５ｍｍを越えると軽量化が不十分となる。
【００１６】
金属成形体は、プレス成形により成形される他、ロールフォーミングとプレス成形との組合わせにより成形される場合がある。
【００１７】
金属基板と金属成形体の鍔部とは、例えば超音波接合、拡散接合、ろう付等によって接合される。
【００１８】
この発明の板状熱交換器において、上方凸状部の平面形状が略長方形である場合がある。
【００１９】
この発明の板状熱交換器において、上方凸状部の平面形状が十字形である場合もある。
【００２０】
次に、この発明には、発熱性電子部品と、上述したこの発明による板状熱交換器よりなりかつ前記電子部品から発せられる熱を放熱する放熱器とを備えている、電子機器が含まれる。
【００２１】
また、この発明には、上述したこの発明による板状熱交換器よりなる放熱器が、その下面中央がマイクロプロセッサと接触するように組み込まれている、ノートブック型パーソナルコンピュータも含まれる。
【００２２】
さらに、この発明には、以下のような板状熱交換器の製造方法が含まれる。即ち、この発明による板状熱交換器の製造方法は、成形体用金属板材をプレス成形することにより、作動液注入口形成用水平開放部分を有する所定平面形状の上方凸状部が成形せられかつ上方凸状部の周縁に前記開放部分を除いて鍔部が設けられている金属成形体を形成する工程と、金属基板に金属成形体の鍔部を接合して、作動液注入口を有する作動液封入用中空部を形成する工程と、前記中空部に作動液を注入した後、作動液注入口を閉鎖して、ヒートパイプ部を形成する工程とを含んでいるものである。
【００２３】
この発明によるもう１つの板状熱交換器の製造方法は、成形体用金属ロールを巻き戻してこれにロールフォーミングを施すことにより、両端が水平方向に開放した上方凸状部と上方凸状部の両縁に設けられた鍔部とを有する金属１次成形体を形成する工程と、金属１次成形体の下方に配置された基板用金属ロールを巻き戻して、これの上面に金属１次成形体の鍔部を接合する工程と、巻き戻された基板用金属ロールをこれに接合された金属１次成形体とともに所定長さに切断して金属基板を形成する工程と、金属１次成形体の上方凸状部のいずれか一方の端部をプレスにより圧潰して金属基板の上面に接合することにより、作動液注入口形成用水平開放部分を一端部に有する平面よりみて略長方形の上方凸状部が成形せられかつ上方凸状部の周縁に前記開放部分を除いて鍔部が設けられている金属成形体を形成するとともに、金属基板に金属成形体の鍔部が接合されて、作動液注入口を有する作動液封入用中空部を形成する工程と、前記中空部に作動液を注入した後、作動液注入口を閉鎖して、ヒートパイプ部を形成する工程とを含んでいるものである。
【００２４】
この発明による板状熱交換器の製造方法において、金属基板への金属成形体の鍔部の接合が、超音波接合によって行われる場合がある。
【００２５】
また、この発明による板状熱交換器の製造方法において、作動液注入口の閉鎖が、金属成形体における上方凸状部の水平開放部分をプレスにより圧潰して超音波接合により金属基板に接合することによって行われる場合がある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、この発明の第１実施形態を示している。この実施形態は、この発明を、ノートパソコンのＭＰＵから発せられる熱を放熱するための板状放熱器に適用したものである。
【００２７】
なお、以下の説明において、「アルミニウム」にはアルミニウム合金が含まれるものとする。
【００２８】
第１実施形態の板状放熱器(1) は、アルミニウム基板(2) と、作動液注入口形成用水平開放部分(31a) を一端部に有する平面よりみて略長方形の上方凸状部(31)が成形せられかつ上方凸状部(31)の周縁に前記開放部分(31a) を除いて鍔部(32)が設けられているアルミニウム成形体(3) とよりなり（図３参照）、アルミニウム基板(2) にアルミニウム成形体(3) の鍔部(32)が接合されて、一端部に作動液注入口(4a)を有する作動液封入用中空部(4) が形成され（図４参照）、この中空部(4) 内に作動液が注入されて作動液注入口(4a)が閉鎖されることにより（図４参照）、ヒートパイプ部(5) が形成されているものである（図１および図２参照）。
【００２９】
アルミニウム基板(2) は縦長方形であって、その厚みは０．１５〜０．４ｍｍである。
【００３０】
アルミニウム成形体(3) は、アルミニウム板材をプレス成形してなり、その長さはアルミニウム基板(2) の長さよりもやや短く、その幅はアルミニウム基板(2) の約３分の１であり、その厚みは０．１５〜０．２ｍｍである。アルミニウム成形体(3) の上方凸状部(31)は、その幅中央部が低く盛り上がるとともに、幅両端部がゆるやかに下方凸状に傾斜した左右対称の横断面を有している（図２参照）。鍔部(32)の幅は、３〜４ｍｍである。
【００３１】
アルミニウム基板(2) とアルミニウム成形体(3) の鍔部(32)とは、超音波接合されている。
【００３２】
作動液としては、純水が用いられる他、ＰＦＣ、ＨＦＣ１３４ａ、ＣＦＣ１１３、ＨＣＦＣ１２３なども用いられる。
【００３３】
作動液注入口(4a)は、アルミニウム成形体(3) の一端部をプレスにより圧潰して、その部分の下面を超音波接合によりアルミニウム基板(2) の上面部分に接合することによって、閉鎖されている。
【００３４】
ヒートパイプ部(5) は、基板(2) の上面側に隆起した直管状をなし、その横断面は左右対称のゆるやかな山形である（図１および図２参照）。図２に示すように、アルミニウム成形体(3) の上方凸状部(31)の幅両端部分下面とこれらの下方に位置するアルミニウム基板(2) 上面部分とがなす角度は、４５度よりも小さいのとなされている。これにより、ヒートパイプ(5) 内の液状作動液が、毛細管現象により長さ方向に流れるようになっている。
【００３５】
上記の板状放熱器(1) は、ノートパソコン（図示略）に、例えばその下面中央部がＭＰＵ（図示略）と接触するように組み込まれる。そして、ＭＰＵから発せられる熱が、ヒートパイプ部(5) の長さ中央部に位置する蒸発部(5a)において、作動液に伝わる。この熱により加熱された作動液は、ここで蒸発し、ガス状作動液となる。ガス状作動液は、ヒートパイプ部(5) の両端部に位置する凝縮部(5b)に向かって流れ、その間にアルミニウム基板(2) およびアルミニム成形体(3) を介して放熱し、再液化する。再液化した作動液は、凝縮部(5b)から、ヒートパイプ部(5) 内における幅方向両端部分を毛細管現象により流れて、蒸発部(5a)に戻る。このような動作を繰り返すことにより、ＭＰＵから発せられる熱が放熱される。
【００３６】
上記板状放熱器(1) は、図５に示すように、上記とは別の方法によって製造することもできる。まず、成形体用アルミニウムロール(30)を巻き戻して、これにロールフォーミングを施すことによって、図２に示すような横断面の上方凸状部(31)および鍔部(32)よりなりかつ上方凸状部(31)の両端が水平方向に開放したアルミニウム１次成形体(30A) を形成する。一方、このアルミニウム１次成形体(30A) の下方に配置された基板用アルミニウムロール(20)を巻き戻して、これの上面にアルミニウム１次成形体(30A) の鍔部(32)下面を超音波接合により接合する。そして、接合されたアルミニウム１次成形体(30A) とともに基板用アルミニウムロール(20)を所定長さに切断して基板(2) を得る。次いで、基板(2) に接合されたアルミニウム１次成形体(30A) の一端部をプレス成形により圧潰して、その部分の下面を超音波接合によりアルミニウム基板(2) の上面部分に接合する。これにより、アルミニウム成形体(3) が形成されるとともに、アルミニウム基板(0) にアルミニウム成形体(3) の鍔部(32)が接合されて、作動液注入口(4a)を有する作動液封入用中空部(4) が形成される。その後の工程は、上記製造方法と同じである。
【００３７】
図６は、この発明の第２実施形態を示している。この実施形態は、以下の点を除いて第１実施形態とほぼ同じである。
【００３８】
すなわち、図６に示す板状放熱器(11)は、これのアルミニウム成形体(13)が、作動液注入口形成用水平開放部分（図示略）を一端部に有する平面よりみて十字形の上方凸状部(131) が成形せられかつ上方凸状部(131) の周縁に前記開放部分を除いて鍔部(132) が設けられているものである。アルミニウム成形体(13)は、アルミニウム板材をプレス成形してなる。そして、このアルミニウム成形体(13)の鍔部(132) がアルミニウム基板(12)に接合されて形成された中空部(14)内に、作動液が注入されて作動液注入口が閉鎖されることによってヒートパイプ部(15)が形成されている。ヒートパイプ部(15)は、アルミニウム基板(12)の上面側に隆起した十字形管状をなすものである。
【００３９】
上記の板状放熱器(11)は、ノートパソコン（図示略）に、例えばその下面中央部がＭＰＵ（図示略）と接触するように組み込まれる。そして、ＭＰＵから発せられる熱が、ヒートパイプ部(15)の交差部に位置する蒸発部(15a) において、作動液に伝わる。この熱により加熱された作動液は、ここで蒸発し、ガス状作動液となる。ガス状作動液は、ヒートパイプ部(15)の４つの端部に位置する凝縮部(15b) に向かって流れ、その間にアルミニウム基板(12)およびアルミニム成形体(13)を介して放熱し、再液化する。再液化した作動液は、凝縮部(15b) から、ヒートパイプ部(15)内における幅方向両端部分を毛細管現象により流れて、蒸発部(15a) に戻る。このような動作を繰り返すことにより、ＭＰＵから発せられる熱が放熱される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
この発明の第１実施形態を示す板状放熱器の斜視図である。
【図２】
図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】
第１実施形態の板状放熱器の製造工程を示す斜視図である。
【図４】
第１実施形態の板状放熱器の他の製造工程を示す斜視図である。
【図５】
第１実施形態の板状放熱器の別の製造方法の一部の工程を示す垂直断面図である。
【図６】
この発明の第２実施形態を示す板状放熱器の斜視図である。
【符号の説明】
(1) …板状放熱器（板状熱交換器）
(2) …アルミニウム基板（金属基板）
(3) …アルミニウム成形体（金属成形体）
(31)…上方凸状部
(31a) …作動液注入口形成用水平開放部分
(32)…鍔部
(4) …作動液封入用中空部
(4a)…作動液注入口
(5) …ヒートパイプ部
(5a)…蒸発部
(5b)…凝縮部
(11)…板状放熱器（板状熱交換器）
(12)…アルミニウム基板（金属基板）
(13)…アルミニウム成形体（金属成形体）
(131) …上方凸状部
(132) …鍔部
(14)…作動液封入用中空部
(15)…ヒートパイプ部
(15a) …蒸発部
(15b) …凝縮部