(57)【要約】【課題】安価で放熱性に優れた放熱筒状体および放熱構造を提供すること。【解決手段】放熱筒状体１は、外筒体２と、外筒体２内に配置され外筒体２に内接可能な複数の内筒体３１〜３３とを備える。外筒体２は熱伝導層７と絶縁性の樹脂層８とからなる積層シート４を筒状に形成してなる。内筒体３１〜３３は熱伝導層１４と絶縁性の樹脂層１５とからなる積層シート１０を筒状に形成してなる。外筒体２及び内筒体３１〜３３は径方向の弾性を有する。発熱体２１と筐体２２との間に挟持された放熱筒状体１は、接続する熱伝導経路として、外筒体２による２つの熱伝導経路Ｐ１，Ｐ２と、３つの内筒体３１，３２，３３による６つの熱伝導経路Ｑ１，Ｑ２とを並列に持つ。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒体と、外筒体と同方向に延びて横並びの１列に配列され、外筒体に内接可能な複数の内筒体とを備え、
外筒体および内筒体は、熱伝導性を有する熱伝導層と絶縁性の樹脂層とからなる積層シートを筒状に形成してなり、径方向の弾性を有していることを特徴とする放熱筒状体。
【請求項２】
請求項１において、上記複数の内筒体が、１枚の長尺の積層シートを用いて形成されていることを特徴とする放熱筒状体。
【請求項３】
請求項１において、上記外筒体および複数の内筒体が、１枚の長尺の積層シートを用いて形成されていることを特徴とする放熱筒状体。
【請求項４】
請求項２または３において、上記１枚の積層シートの長手方向に沿う一対の縁部の一方に形成された切り込みと他方に形成された切り込みとを交差状に嵌め合わせることにより、積層シートが巻かれて各内筒体が形成されており、
上記積層シートは、互いに隣接する内筒体間を接続する接続部を含んでいることを特徴とする放熱筒状体。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１項において、上記外筒体の周長が、複数の内筒体の周長の総和よりも短くされていることを特徴とする放熱筒状体。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項において、上記外筒体の外周面の一部に、熱伝導性接着剤からなる接着層を形成したことを特徴とする放熱筒状体。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載の放熱筒状体を用いて、発熱体と、発熱体を収納した筐体との間を接続したことを特徴とする放熱構造。
【請求項８】
請求項７において、上記放熱筒状体が、発熱体および筐体の少なくとも一方に接着されていることを特徴とする放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光部品やパワー半導体等の各種電子部品や電子・電気製品の冷却に用いる放熱筒状体およびこれを用いた放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、以下の放熱筒状体および放熱構造が提案されている。
すなわち、熱伝導性を有する可撓性の熱伝導層の両面に、熱放射効果を有する可撓性の熱放射層を形成した３層の積層シートを設け、その積層シートの端部を接合して環状の放熱筒状体を形成する。その放熱筒状体を可撓性を利用して押し潰しながら、発熱体と筐体との間に介在させ、放熱筒状体を、熱伝導性の接着層を介して、発熱体および筐体に接着し、放熱筒状体を介して発熱体と筐体とを接続する放熱構造が提案されている（例えば特許文献１の図６を参照）。
【０００３】
また、熱伝導層および熱放射層の２層からなる積層シートを設け、その積層シートの端部を接合し、熱伝導層が外周面となるように環状の放熱筒状体を形成する。その放熱筒状体を可撓性を利用して押し潰しながら、発熱体と筐体との間に介在させ、放熱筒状体の外周の熱伝導層を、熱伝導性の接着層を介して、発熱体および筐体に接着し、放熱筒状体を介して発熱体と筐体とを接続する放熱構造が提案さている（例えば特許文献１の図１３を参照）。
【特許文献１】特開２００６−９３５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１の図６や図１３の例では、単筒からなる放熱筒状体を用いるので、この放熱筒状体を、発熱体と筐体との間に介在させた場合、発熱体と筐体との間の熱伝導経路としては、２つの熱伝導経路のみであり、熱伝導により放熱できる熱量が少ない。すなわち放熱性が悪いという問題がある。
一方、熱伝導経路を増やすためには、単筒からなる放熱筒状体を、多数用いた場合、これらを個別に、発熱体と筐体との間に介在させて取り付ける煩雑な作業が必要となり、放熱性を確保するための実質的な製造コストが高くなる。
【０００５】
また、特許文献１では、シリコーン樹脂等のバインダに熱放射効果を有する粉体を含有させて熱放射層を形成している。本願発明者は、実際の使用状態において、熱伝導および熱放射を含めた熱伝達の全体量に対して、熱放射による熱伝達量が、僅か１％程度に過ぎないという知見を得た。
その一方で、熱放射層自体の熱伝導性が低い。したがって、特許文献１の図６の例のように、熱伝導経路に、熱伝導性の悪い熱放射層が２層も介在する場合には、全体としての熱伝導性が格段に低下し、放熱性がかなり悪くなっている。
【０００６】
また、特許文献１では、単に可撓性を有する単筒からなる放熱筒状体を用いているので、当該放熱筒状体が発熱体および筐体間に挟み込まれたときに、相手方の発熱体や筐体に対して、十分な接触圧力を与えられない。相手方に対する接触が弱くなるので、熱伝導性が悪くなるおそれがある。特に、相手方の発熱体や筐体に凹凸がある場合、相手方に対する接触が希薄となり、熱伝導性が格段に悪くなる。
【０００７】
そこで、本発明は、安価で放熱性に優れた放熱筒状体および放熱構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、外筒体と、外筒体と同方向に延びて横並びの１列に配列され、外筒体に内接可能な複数の内筒体とを備え、外筒体および内筒体は、熱伝導性を有する熱伝導層と絶縁性の樹脂層とからなる積層シートを筒状に形成してなり、径方向の弾性を有していることを特徴とする放熱筒状体を提供する。
本発明の放熱筒状体が、発熱体とその発熱体を収納する筐体との間に挟み込まれたときに、発熱体と筐体との間を接続する熱伝導経路として、外筒体が２つの熱伝導経路を有することになり、また、その外筒体に内接する複数の内筒体のそれぞれが、２つの並列な熱伝導経路を持つことになる。例えば、外筒体内に３つの内筒体を配列した場合、計８つの熱伝導経路を得ることができ、従来の単筒からなる放熱筒状体を用いる場合と比較して、熱伝導性能を、格段に向上することができ、非常に高い放熱性を達成することができる。
【０００９】
また、従来の単筒からなる放熱筒状体を複数、例えば４つを個別に、発熱体と筐体との間に介在させて装着する作業をする場合と比較した場合、本発明では、外筒体と複数の、例えば３つの内筒体を１つのユニットとして取り扱えるので、発熱体と筐体との間に介在させて装着するときの作業性が格段に優れている。したがって、放熱構造として利用するときの実質的な製造コストを格段に低減することができる。
【００１０】
しかも、外筒体内に横並び１列に内筒体が並んでいるので、当該放熱筒状体が発熱体や筐体間で弾性圧縮されるときに、偏りのない均一な弾性反発力を得ることができる。したがって、発熱体や筐体の一部に多少の凹凸が存在しても、何れかの内筒体が適宜に弾性変形することにより、当該放熱筒状体が相手方（発熱体や筐体）を加圧しながら相手方の形状に沿う形状に変形し、その結果、相手方に対する接触を確実にして、高い放熱性を確保することができる。
【００１１】
さらに、本発明では、特許文献１のように熱放射層（具体的には、シリコーン樹脂等のバインダに熱放射効果を有する粉体を含有させた熱放射層）を設けていないので、熱伝導性に特に優れている。というのは、特許文献１の図６のように環状の放熱筒状体において、積層シート中に熱放射層があると、その熱放射層の熱伝導効率が非常に悪いことに起因して、熱伝導量が低くなってしまうからであり、また、その熱放射層による熱放射量は、熱伝達全体の約１％程度に過ぎないので、むしろ、熱放射層を廃止することが、熱伝導効率を向上して、全体の放熱量を格段に向上することに繋がるからである。
【００１２】
上記複数の内筒体が１枚の長尺の積層シートを用いて形成されている場合（請求項２）や、上記外筒体および複数の内筒体が、１枚の長尺の積層シートを用いて形成されている場合（請求項３）には、製造コストを安くすることができる。
特に、上記１枚の積層シートの長手方向に沿う一対の縁部の一方に形成された切り込みと他方に形成された切り込みとを交差状に嵌め合わせることにより、積層シートが巻かれて各内筒体が形成されており、上記積層シートは、互いに隣接する内筒体間を接続する接続部を含んでいる場合には（請求項４）、何れかの内筒体が弾性変形するときに、隣接する内筒体も対応する接続部を介して弾性変形を強要されることになり、その結果、当該放熱筒状体が発熱体や筐体間で弾性圧縮されるときに、放熱筒状体が、十分な大きさの弾性反発力を、より均一に発揮することになる。
【００１３】
また、上記外筒体の周長が、複数の内筒体の周長の総和よりも短くされている場合には（請求項５）、当該放熱筒状体が所定以上の偏平状態になることが規制される。というのは、複数の内筒体が横方向へ所定量拡がり変形すると、それ以上の拡がり変形が、張力を発生する外筒によって拘束されるからである。したがって、多少手荒な扱いをされても、放熱筒状体が完全にへしゃげて使用不能になってしまうようなことがない。
【００１４】
上記外筒体の外周面の一部に、熱伝導性接着剤からなる接着層を形成してあれば（請求項６）、発熱体および筐体の少なくとも一方に容易に接着して取り付けることができる（請求項８）。また、上記の放熱筒状体を用いて、発熱体と、発熱体を収納した筐体との間を接続した放熱構造であれば好ましい（請求項７）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好ましい態様を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の放熱筒状体の断面図である。図１を参照して、放熱筒状体１は、外筒体２と、外筒体２内に配置され外筒体２に内接可能な複数の内筒体３１，３２，３３とを備えている。複数の内筒体３１，３２，３３は、外筒体２と平行な方向に延びるとともに、横並びの１列に配列されている。複数の内筒体３１〜３３の少なくとも１つが、例えば熱伝導性接着剤からなる接着層３を介して、外筒体２の内周面に接着されている。
【００１６】
本実施の形態では、３つの内筒体３１，３２，３３を有する場合に則して説明するが、内筒体は２つ以上であればよい。
外筒体２は、図２に示すような積層シート４を筒状に巻き、その積層シート４の一対の端部４ａ，４ｂを互いに係止することにより形成されている。具体的には、図３に示すように、積層シート４の一方の端部４ａに形成された切り込み５と他方の端部４ｂに形成された切り込み６とを互いに嵌め込んで、端部４ａ，４ｂを互いに係止している。積層シート４は、図２に示すように、その長手方向Ａ１に沿って延びる一対の縁部４ｃ，４ｄを有しており、切り込み５と切り込み６とは、積層シート４の短手方向Ａ２に沿って、互いに逆向きに、短手方向Ａ２の途中部まで延びている。                      
【００１７】
図１に示すように、積層シート４は、熱伝導性を有する熱伝導層７と絶縁性の樹脂層８とからなっている。熱伝導層７は、アルミニウムまたはその合金、銅またはその合金等の熱伝導性の良好な金属材料の薄板または箔により構成されている。また、樹脂層８は、例えばポリイミド樹脂の薄板またはフィルムにより構成されている。
積層シート４を筒状に巻いて形成された外筒体２は、その径方向に弾性変形可能となっている。積層シート４は、外筒体２として構成されたときに、弾性を発揮することができるような厚みに形成されている。積層シート４に弾性を発揮させるための層は、熱伝導層７および樹脂層８の少なくとも一方であればよい。何れか一方の層をフィルムのように薄くし、可撓性のみを発揮する層として構成してもよい。
【００１８】
複数の内筒体３１，３２，３３は、図４に示すような１枚の長尺の積層シート１０を、一筆書き状に複数回交差状に巻いて形成されている。積層シート１０の長手方向Ｂ１に沿う一対の縁部１０ａ，１０ｂに、積層シート１０の短手方向Ｂ２に沿って交互の逆向きに延びる切り込み１１ａ，１１ｂ；１２ａ，１２ｂ；１３ａ，１３ｂが形成されている。
図５に示すように、積層シート１０自身が面交差するように切り込み１１ａと切り込み１１ｂが互いに嵌め合わされて、その間に巻かれる積層シート１０の一部分１０１（図４参照）によって、内筒体３１が形成されている。また、図５に示すように、積層シート１０自身が面交差するように切り込み１２ａと切り込み１２ｂが互いに嵌め合わされて、その間に巻かれる積層シート１０の一部分１０２（図４参照）によって、内筒体３２が形成されている。また、図５に示すように、積層シート１０自身が面交差するように切り込み１３ａと切り込み１３ｂが互いに嵌め合わされて、その間に巻かれる積層シート１０の一部分１０３（図４参照）によって、内筒体３３が形成されている。このようにして筒状に巻いて形成された各内筒体３１，３２，３３は、径方向に弾性変形可能となっている。
【００１９】
また、図４において、積層シート１０の切り込み１１ｂと切り込み１２ａとの間に介在する部分１０４が、図５において、隣接する内筒体３１と内筒体３２との間を接続する接続部３４を構成している。また、積層シート１０の切り込み１２ｂと切り込み１３ａとの間に介在する部分１０５が、図５において、内筒体３２と内筒体３３との間を接続する接続部３５を構成している。
【００２０】
各接続部３４，３５は、図１に示すように、内筒体３１〜３３の一側で外筒体２の対向する内周面に向かって湾曲状に膨らんでおり、各接続部３４，３５が偏平になるように外筒体２によって押圧されるときには、各接続部３４，３５に関連する内筒体３１〜３３が共同して弾力的に外力に抗することになる。
複数の内筒体３１〜３３が１枚の積層シート１０から一体に形成されているので、図１に示すように、外筒体２と内筒体３１〜３３を接続するための接着層３としては、複数の内筒体３１〜３３の少なくとも１つ、例えば中央の内筒体３２を外筒体２の内周面に接着するだけでよい。
【００２１】
図１に示すように、積層シート１０は、熱伝導性を有する熱伝導層１４と絶縁性の樹脂層１５とからなっている。熱伝導層１４は、アルミニウムまたはその合金、銅またはその合金等の熱伝導性の良好な金属材料の薄板または箔により構成されている。また、樹脂層１５は、例えばポリイミド樹脂の薄板またはフィルムにより構成されている。
積層シート１０を筒状に巻いて形成された各内筒体３１，３２，３３は、その径方向に弾性変形可能となっている。積層シート１０は、内筒体３１，３２，３３として構成されたときに、弾性を発揮することができるような厚みに形成されている。積層シート１０に弾性を発揮させるための層は、熱伝導層１４および樹脂層１５の少なくとも一方であればよい。何れか一方の層をフィルムのように薄くし、可撓性のみを発揮する層として構成してもよい。
【００２２】
次いで、図６は上記の放熱筒状体１を、回路基板１８に取り付けられたパワー半導体等の発熱体２１と、この発熱体２１を収容する筐体２２との間に挟み込んで構成された放熱構造２０を示している。放熱筒状体１の外筒体２の外周面の一部に熱電導性接着剤からなる接着層２３が形成され、放熱筒状体１が接着層２３を介して、発熱体２１および筐体２２の何れか一方に、例えば筐体２２に接着されている。なお、一対の接着層を設け、放熱筒状体１をそれぞれ対応する接着層を介して発熱体２１および筐体２２に接続するようにしてもよい。
【００２３】
図６において、矢符は熱伝導経路を示している。発熱体２１と筐体２２との間を接続する熱伝導経路として、外筒体２が２つの熱伝導経路Ｐ１，Ｐ２を有し、外筒体２に内接する３つの内筒体３１，３２，３３のそれぞれが、２つの並列な熱伝導経路Ｑ１，Ｑ２を持つことになる。したがって、本実施の形態のように、外筒体２に３つの内筒体３１，３２，３３を配列した場合には、計８つの熱伝導経路を得ることができ、従来の単筒からなる放熱筒状体を用いる場合と比較して、熱伝導性能を、格段に向上することができ、非常に高い放熱性を達成することができる。
【００２４】
また、従来の単筒からなる放熱筒状体を複数、例えば４つを個別に、発熱体と筐体との間に介在させて装着する作業をする場合と比較すると、本実施の形態においては、外筒体２と複数の内筒体３１〜３３を１つのユニットとして取り扱えるので、発熱体２１と筐体２２との間に介在させて装着するときの作業性が格段に優れている。したがって、放熱構造２０として利用するときの実質的な製造コストを格段に低減することができる。
【００２５】
しかも、外筒体２内に横並び１列に複数の内筒体３１〜３３が並んでいるので、当該放熱筒状体１が発熱体２１および筐体２２間で弾性圧縮されるときに、偏りのない均一な弾性反発力を得ることができる。したがって、仮に、発熱体２１や筐体２２の一部に多少の凹凸が存在しても、何れかの内筒体３１〜３３が適宜に弾性変形することにより、当該放熱筒状体１が相手方（発熱体２１や筐体２２）を加圧しながら相手方の形状に沿う形状に変形し、その結果、相手方に対する接触を確実にして、高い放熱性を確保することができる。
【００２６】
さらに、本実施の形態では、特許文献１のように熱放射層（具体的には、シリコーン樹脂等のバインダに熱放射効果を有する粉体を含有させた熱放射層）を設けていないので、熱伝導性に特に優れている。というのは、特許文献１の図６のように環状の放熱筒状体において、積層シート中に熱放射層があると、その熱放射層の熱伝導効率が非常に悪いことに起因して、熱伝導量が低くなってしまうからであり、また、その熱放射層による熱放射量は、熱伝達全体の約１％程度に過ぎないので、むしろ、熱放射層を廃止することが、熱伝導効率を向上して、全体の放熱量を格段に向上することに繋がるからである。
【００２７】
また、外筒２内に内接する複数の内筒体３１〜３３が１枚の長尺の積層シート１０を用いて形成されているので、製造コストを安くすることができる。
特に、上記１枚の積層シート１０の対応する切り込み１１ａ，１１ｂ；１２ａ，１２ｂ；１３ａ，１３ｂを交差状に嵌め合わせることにより、積層シート１０が巻かれて各内筒体３１〜３３が形成されているので、何れかの内筒体３１〜３３が弾性変形するときに、これに隣接する内筒体３１〜３３も対応する接続部３４，３５を介して弾性変形を強要されることになり、その結果、当該放熱筒状体１が発熱体２１および筐体２２間で弾性圧縮されるときに、放熱筒状体１が、十分な大きさの弾性反発力を、より均一に発揮することになる。
【００２８】
また、外筒体２の外周面の一部に、熱伝導性接着剤からなる接着層２３を形成してあるので、発熱体２１および筐体２２何れか一方に容易に接着して取り付けることができるという利点がある。
また、上記外筒体２の周長が、複数の内筒体３１〜３３の周長の総和よりも短くされている場合には、当該放熱筒状体１が所定以上の偏平状態になることが規制される点で好ましい。というのは、複数の内筒体３１〜３３が横方向へ所定量拡がり変形すると、それ以上の拡がり変形が、張力を発生する外筒２によって拘束されるからである。したがって、多少手荒な扱いをされても、放熱筒状体１がへしゃげて使用不能になるようなことがない。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、内筒体は２個であってもよいし、４個以上であってもよい。
また、上記の実施の形態では、複数の内筒体３１〜３３を単一の積層シート１０により一括して形成したが、これに代えて、図７に示すように、放熱筒状体１Ａの各内筒体３１Ａ，３２Ａ，３３Ａをそれぞれ別の積層シートにより形成するようにしてもよい。この場合、図７に示すように、各内筒体３１Ａ，３２Ａ，３３Ａをそれぞれ対応する接着層３を介して外筒体２に接続するようにしてもよい。また、図示していないが、隣接する内筒体３１Ａ，３２Ａ，３３Ａどうしを互いに接着層で接続して、複数の内筒体３１Ａ，３２Ａ，３３Ａを一体化し、複数の内筒体３１Ａ，３２Ａ，３３Ａの少なくとも１つを外筒体２に接着層３を介して接続するようにしてもよい。
【００３０】
また、図８に示すように、放熱筒状体１Ｂとして、複数の内筒体３１〜３３および外筒体２Ｂの全体を１枚の積層シート２００により形成するようにしてもよい。すなわち、図９に示すように、積層シート２００は、複数の内筒体３１〜３３を形成した後、これら複数の内筒体３１〜３３の周囲を取り囲むように巻き回されて、外筒体２Ｂを形成している。積層シート２００の一端に形成された切り込み１４ａが、対応する切り込み１４ｂに嵌め合わされて、外筒体２Ｂの形状が維持されるようになっている。
【００３１】
図８および図９において、図１の実施の形態と同じ構成には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。本実施の形態においても、図１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。しかも、放熱筒状体１Ｂの全体を１枚の積層シート２００により形成するので、製造コストをより安くすることができる。
なお、上記各実施の形態において、切り込み同士が嵌め合わされている部分を、補強のために接着テープで接着しておいてもよい。
【００３２】
その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態の放熱筒状体の模式的断面図である。
【図２】放熱筒状体の外筒体を形成するための積層シートの展開図である。
【図３】外筒体の分解斜視図である。
【図４】複数の内筒体を一体に形成するための積層シートの展開図である。
【図５】複数の内筒体の概略斜視図である。
【図６】上記の放熱筒状体を用いた放熱構造の模式的断面図である。
【図７】本発明の別の実施の形態の放熱筒状体の模式的断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施の形態の放熱筒状体の模式的側面図である。
【図９】図８の放熱筒状体を一部分解した斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，１Ａ，１Ｂ  放熱筒状体
２，２Ｂ  外筒体
３    接着層
４    積層シート
５，６  切り込み
７    熱伝導層
８    樹脂層
１０  積層シート
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ  切り込み
１４  熱伝導層
１５  樹脂層
１８  回路基板
２０  放熱構造
２１  発熱体
２２  筐体
２３  接着層
３１，３２，３３  内筒体
３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ  内筒体
５１  両面テープ
５２  剥離シート
２００  積層シート
Ａ１  長手方向
Ａ２  短手方向
Ｂ１  長手方向
Ｂ２  短手方向
Ｐ１，Ｐ２，Ｑ１，Ｑ２  熱伝導経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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