(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁皮膜が施された直線状で金属製の線材を面方向に複数配列すると共に厚み方向に複数積層した状態で樹脂材料で固めて板状に成形することにより、厚み方向の熱伝導率に対し線材に沿った面方向の熱伝導率が高い異方性熱伝導構造とし、筐体外装板として使用することを特徴とする板状部材。
【請求項２】
請求項１記載の板状部材に於いて、前記線材は絶縁皮膜が施された単芯の銅線であることを特徴とする板状部材。
【請求項３】
請求項１記載の板状部材に於いて、前記線材は絶縁皮膜が施された銅線を複数撚り合せた撚り線であることを特徴とする板状部材。
【請求項４】
絶縁皮膜が施された直線状で金属製の線材を面方向に複数並べると共に厚み方向に複数積層した状態で樹脂材料で固めて板状に成形することにより、厚み方向の熱伝導率に対し線材に沿った面方向の熱伝導率が高い異方性熱伝導構造を備えた板状部材を筐体外装板として使用し、前記板状部材に発熱体を固定したことを特徴とする電子機器放熱構造。
【請求項５】
請求項４記載の電子機器放熱構造に於いて、前記板状部材の金属性の線材露出端面に接触した状態で放熱板を配置固定したことを特徴とする電子機器放熱構造。
【請求項６】
所定の長さに切断され、絶縁皮膜が施された直線状で金属製の線材を、コの字型容器内に入れ、バインダー樹脂の注入作業性がよい程度に隙間を設けてコの字型容器内に敷き詰め、
前記コの字型容器の上方から押し当て板を当てながら、バインダー樹脂となる硬化前の液状樹脂を注入し、
前記バインダー樹脂の注入が完了した後、
所望の熱伝導率が得られる積層密度となるように調整して決められた押し当て圧力となるように前記押し当て板を押し下げることで、前記線材の間の隙間をなくすと同時に余分なバインダー樹脂を押し出し、
前記バインダー樹脂の硬化後、前記コの字型容器及び前記押し当て板を取り外し、前記線材両端部を揃えるように切断し、
両端を切断して板状ブロックとし、前記板状ブロックから厚み方向の熱伝導率に対し前記線材に沿った面方向の熱伝導率が高い異方性熱伝導構造を備えた板状部材を切りだすこと、
を特徴とする筐体外装板用の板状部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の発熱体からの熱を放熱させる筐体外装板等に使用する板状部材、電子機器放熱構造及び板状部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器の発熱量は、民生品ではパソコンを始めとして、また産業機器においても各種の製品で増大の傾向にある。このような電子機器の増大する発熱をより効率的に放熱し、内部部品の温度上昇を規定の温度以下にするための放熱性向上の方策の一つとして、筐体材料に熱伝導率の高い材料を用いて筐体表面からの放熱効果を上げる手段が採用されている。
【０００３】
しかし、筐体表面は手で触れても危険でない温度以下にし、さらにできる限り均一な温度分布とする必要があるが、内部部品の温度低減のために熱伝導率の高い材料を筐体に用いた場合、筐体近傍に発熱体がある場合には、その近傍の筐体温度が他の部分に対し高温になるという問題がある。
【０００４】
従来、この問題に対して、筐体表面温度を均一にするため、例えば図６に示す筐体構造をとる場合がある。図４の筐体構造は、発熱体１００を熱伝導率が高い材料で製作されたヒートスプレッダ１０２によって拡散し、ヒートスプレッダ１０２と筐体外装板１０４との間に比較的熱伝導率が低い材料で製作された放熱シート１０６を挿入して筐体外装板１０４へ発熱体１００からの放熱を行う。この構造をとることにより、筐体表面を均一な温度分布とすることができる(特許文献１)。
【０００５】
一方、筐体構造ではないが、電子機器の放熱に使用する放熱シートや熱拡散デバイスとして、熱伝導率が面方向と厚み方向でが異なる異方性熱伝導材料としては、従来、多くの提案がされている（特許文献２，３）。
【特許文献１】特開平１０−２２９２８７公報
【特許文献２】特開２００１−０２４１１７公報
【特許文献３】特開２００３−１７４１２７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の筐体表面温度分布を均一にするための筐体構造では、ヒートスプレッダ、放熱シート及び筐体外郭といった３部材を配置しているため構造が複雑となり、製造作業工賃や部材費用のアップといった問題や、形状が大きく、なってしまうなどの問題がある。
【０００７】
また従来の異方性熱伝導材料は、放熱シートや熱拡散デバイスとして用いることを想定している場合が多く、筐体外装板に必要とされる機械的強度を得ることができない問題がある。
【０００８】
本発明は、複雑な構造をとらずに筐体表面の局部的な温度上昇を抑えて筐体表面温度の均一化を可能とする板状部材、電子機器放熱構造及び板状部材の製造方法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】
【０００９】
本発明は板状部材を提供する。即ち、本発明の板状部材は、絶縁皮膜が施された直線状で金属製の線材を面方向に複数配列すると共に厚み方向に複数積層した状態で樹脂 材料で固めて板状に成形することによって、厚み方向の熱伝導率に対し線材に沿った面方向の熱伝導率が高い異方性熱伝導構造とし、筐体外装板として使用することを特徴とする。
【００１０】
ここで、板状部材の線材は絶縁皮膜が施された単芯の銅線である。また板状部材の線材は、絶縁皮膜が施された銅線を複数撚り合せた撚り線であっても良い。
【００１１】
また本発明は電子機器放熱構造を提供する。本発明の電子機器放熱構造は、絶縁皮膜が施された直線状で金属製の線材を面方向に複数並べると共に厚み方向に複数積層した状態で樹脂材料で固めて板状に成形することにより、厚み方向の熱伝導率に対し線材に沿った面方向の熱伝導率が高い異方性熱伝導構造を備えた板状部材を筐体外装板として使用し、この板状部材に発熱体を固定したことを特徴とする。
【００１２】
ここで、板状部材は電子機器の筐体外装板である。また、板状部材の金属性の線材露出端面の接触した状態で放熱板を配置固定する。
【００１３】
本発明は板状部材の製造方法を提供する。本発明による板状部材の製造方法は、
所定の長さに切断され、絶縁皮膜が施された直線状で金属製の線材を、コの字型容器内に入れ、バインダー樹脂の注入作業性がよい程度に隙間を設けてコの字型容器内に敷き詰め、
コの字型容器の上方から押し当て板を当てながら、バインダー樹脂となる硬化前の液状樹脂を注入し、
バインダー樹脂の注入が完了した後、
所望の熱伝導率が得られる積層密度となるように調整して決められた押し当て圧力となるように押し当て板を押し下げることで、線材の間の隙間をなくすと同時に余分なバインダー樹脂を押し出し、
バインダー樹脂の硬化後、コの字型容器及び前記押し当て板を取り外し、線材両端部を揃えるように切断し、
両端を切断して板状ブロックとし、板状ブロックから厚み方向の熱伝導率に対し線材に沿った面方向の熱伝導率が高い異方性熱伝導構造を備えた板状部材を切りだすこと、
を特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、線材に沿った面方向に高い熱伝導率をもち、厚み方向には面方向と比較して低い熱伝導率をもつ熱伝導構造を備えた板状部材を提供することで、複雑な構造をとらずに単一の材料部材により部材表面の局部的な温度上昇を抑えることができ、構造が単純であることから低コストで容易に製造することができる。
【００１５】
また本発明の異方性熱伝導構造をもつ板状部材を電子機器の筐体外装板に用いることで、電子機器の外装板表面をより均一な温度分布にすることができる。
【００１６】
更に本発明の板状材料は、銅線及びエポキシ系などの樹脂を構成材料としているため、外装板筐体に必要な十分な強度を備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明による板状部材の実施形態を示した説明図である。図１（Ａ）において、板状部材１０は、絶縁皮膜が施された直線状の線材である例えば銅線１２を所定の長さに切断した状態で面方向に複数配列すると共に、厚み方向に複数積層した状態で樹脂材料で固めて板状に形成し、厚み方向Ｚの熱伝導率λｚに対し銅線１２に沿った面方向Ｙの熱伝導率λｙが高くなる異方性熱伝導構造としている。
【００１８】
図１（Ｂ）は図１（Ａ）のａ部の拡大図であり、積層する銅線１２の線形は図１（Ａ）のように板状部材１０とした状態での厚さに応じて適宜に選択されるが、直径０．０５ｍｍ〜２ｍｍ程度の線形が好ましい。
【００１９】
銅線１２は芯線となる素線１４の外側に絶縁皮膜１６を施しており、絶縁皮膜１６の厚みは素線１４の径に応じて決まる作業性及び生産性に適した厚みで良く、一般的な電気機器用または電子機器用電線において採用されている範囲の厚みと同等の厚みでよい。また絶縁皮膜１６に用いる材料も特別な材料は必要なく、一般的な電気機器や電子機器用の電線に用いられるポリウレタンコーティングなどがその一例である。
【００２０】
板状部材１０における銅線１２の方向に沿った面方向Ｙの熱伝導率λｙは、銅線１２の積層密度即ち単位断面積当たりの本数によって決定されるため、銅線１２の積層密度は必要とする面方向の熱伝導率λｙに応じて調整される。
【００２１】
また積層された銅線１２の隙間には各銅線１２を固着させるための樹脂材料としてバインダー樹脂１８が注入硬化されており、このバインダー樹脂１８としては例えばエポキシ系樹脂などを用いる。
【００２２】
図２及び図３は図１の板状部材の製造方法の実施形態を示した説明図である。本実施形態の板状部材製造方法は、図２（Ａ）のように、板状部材の主構成材料となる所定の長さに切断された直線状の銅線１２をコの字型容器２０内に入れる。この際、銅線１２は粗密なく整列して容器内に配置させるといった特別な作業は必要なく、図２（Ｂ）の次工程において注入するバインダー樹脂の注入作業性がよい程度に隙間を設けて銅線１２をコの字型容器２０内に敷き詰める。
【００２３】
次に図２（Ｂ）に示すように、コの字型容器２０の上方から押し当て板２２を当てながら、バインダー樹脂となる硬化前の液状樹脂を注入方向２４から注入する。バインダー樹脂の注入が完了した後、図３（Ｃ）に示すように、押し当て板２２を押し下げることで、銅線１２の間の隙間をなくすると同時に余分なバインダー樹脂を押し出す。
【００２４】
このとき成形された板状部材において、銅線１２に沿った面方向について所望の熱伝導率λｙが得られるように押し当て圧力を調整して積層密度を決める。そしてこの状態で、注入したバインダー樹脂を硬化させる。
【００２５】
次に図３（Ｄ）に示すように、バインダー樹脂の硬化後、コの字型容器２０及び押し当て板２２を取り外し、切断線２６に示すように銅線両端部を揃えるように切断する。
【００２６】
更に図３（Ｅ）に示すように、両端を切断して得た板状ブロック３０について、所望の板形状及び板厚となるようにカッター３２により切断して板状部材１０を生成する。
【００２７】
図４は本発明による電子機器放熱構造の実施形態を示した説明図である。図４において、筐体外装板３４は、図１（Ａ）に示した厚み方向Ｚの熱伝導率λｚに対し銅線１２に沿った面方向Ｙの熱伝導率λｙが高い異方性熱伝導構造を備えた板状部材１０を使用した場合の実施形態である。
【００２８】
本実施形態の筐体外装板３４の内側となる位置には、トランジスタやダイオードなどの発熱体３６を取り付けて放熱構造を構築している。この場合、発熱体３６からの熱を拡散させるための従来構造におけるようなヒートスプレッダや放熱シートは必要なく、直接、発熱体３６を筐体外装板３４に取り付けることができる。
【００２９】
もちろん、発熱体３６と筐体外装板３４との間には接触熱抵抗の低減などを目的とした放熱シートの挿入やシリコングリースの塗布が行われても良い。また筐体外装板３４として用いるための穴加工や切断などの加工及び塗装などの表面処理は必要に応じて施される。
【００３０】
更に、本実施形態の筐体外装板３４として使用する図１の板状部材１０は、主構成材料として銅線１２をバインダー樹脂１８により硬化させていることから、筐体外装板３４に必要な十分な機械的強度を備えている。
【００３１】
次に上記実施形態における板状部材１０及び電子機器放熱構造の作用を説明する。図１（Ａ）のように積層された銅線１２における図１（Ｂ）の素線１４の熱伝導率λｃは、使用する銅線１２の不純物濃度にもよるが、おおよそλｃ＝２００〜４００Ｗ／ｍＫといった高い熱伝導率を有する。
【００３２】
これに対し素線１４の周囲にコーティングされている絶縁皮膜１６の熱伝導率λｒは低く、その値としてはλｒ＝数Ｗ／ｍＫ以下である。また銅線１２の間に充填されるバインダー樹脂１８の熱伝導率λｂも銅線１２に比較して低く、λｂ＝数Ｗ／ｍＫ以下である。
【００３３】
このような熱伝導率を持つ銅線１２を積層してバインダー樹脂１８により固めて板状部材１０を成形した場合、銅線１２に沿った面方向の熱伝導率λｙの値は断面積における銅線部分の面積率、銅線１２の絶縁皮膜１６及びバインダー樹脂１８の各熱伝導率で決まる。ここで銅線１２を隙間なく積層した場合、熱伝導率λｙはほぼ銅線の熱伝導率λｃに等しい値となる。
【００３４】
これに対し厚み方向の熱伝導率λｚは、絶縁皮膜１６の熱伝導率λｒ及びバインダー樹脂１８の熱伝導率λｂにほぼ等しい熱伝導率となる。これは、図４のように板状部材１０を筐体外装板３４として用いた場合、内部の発熱体３６から筐体外装板３４を通して外部空間に放熱される熱経路において、銅線１２の絶縁皮膜１６及びバインダー樹脂１８の層が積層された層数分だけ直列になるため、その直列経路に銅線１２の素線１４の部分の高い熱伝導率の部分が存在しても、より熱伝導率の低い絶縁皮膜１６及びバインダー樹脂１８による層でその熱伝導率が決定されるためである。
【００３５】
ここで銅線の熱伝導率を例えばλｃ＝３９０Ｗ／ｍＫ、絶縁皮膜１６及びバインダー樹脂１８の熱伝導率をλｒ＝λｂ＝０．５Ｗ／ｍＫとした場合、図１（Ａ）の板状部材１０における異方性熱伝導構造における銅線１２に沿った面方向Ｙの熱伝導率λｙとして、厚み方向Ｚの熱伝導率λｚの数百倍の伝導率を持つ構造とすることができる。
【００３６】
このように銅線１２に沿った方向の熱伝導率が強い異方性を持つ板状部材１０を筐体材料として使用した場合、図４のように筐体外装板３４に直接、発熱体３６を取り付けた場合のみならず、筐体外装板３４の近傍に発熱体がある場合でも、筐体外装板３４の板厚方向の熱伝導率が低いために筐体外側へは熱が伝わりにくく、一方、銅線に沿った面方向の熱伝導率が高いために面方向への熱が伝わり易いことで、近傍の発熱体からの熱を筐体面方向に拡散させ、筐体外装板３４の外部表面温度をより均一な温度分布とすることができる。
【００３７】
図５は本発明による電子機器放熱構造の他の実施形態を示した説明図である。図５において、本実施形態にあっては、図４と同様、図１（Ａ）の板状部材１０を所定寸法に切り出して筐体外装板３４としており、筐体外装板３４の内側には直接、発熱体３６を取り付けている。
【００３８】
更に本実施形態にあっては、筐体外装板３４の一方の側端に放熱板３８を取り付けている。放熱板３８は一般的な筐体材料として用いられる等方性の熱伝導率を有する高伝導率材料、例えばアルミニウム、銅、鉄などの板部材である。
【００３９】
放熱板３８を取り付ける筐体外装板３４の端面は、図１のようにバインダー樹脂１８で固定した銅線１２における素線１４の端部が露出しており、この素線露出端面に放熱板３８を接触した状態で取り付けることで、筐体外装板３４と放熱板３８との間の熱抵抗を最小としている。このような熱抵抗を最小とする放熱板３８と筐体外装板３４の取付けは、ねじ固定、カシメ、溶接などの適宜の連結構造を選択することができる。
【００４０】
また図５は筐体外装板３４の銅線端面が露出する片側端面に放熱板３８を取り付けた場合を例にとっているが、両側端面に放熱板３８を同様に取り付けても良い。
【００４１】
次に図５の実施形態の作用を説明する。図５の実施形態にあっては、高熱伝導率を持つ放熱板３８と本実施形態の筐体外装板３４を組み合わせた電子機器放熱構造としたことで、発熱体３６からの熱は筐体外装板３４における銅線に沿った高い熱伝導率を持つ面方向に低い熱抵抗で伝導し、放熱板３８の部分から外空間へ放熱される。
【００４２】
このような放熱構造とすることで、例えば人が触れることができる筐体面には本実施形態の筐体外装板３４を使用し、人が触れることができない部分に高熱伝導率の放熱板３８即ち放熱部分を設けることで、人が触れることができる筐体外装板３４の部分は低温且つ均一な温度分布としながらも、人が触れない放熱板３８からの放熱によって発熱体３６の温度を効果的に低減させることができる。
【００４３】
なお本発明の他の実施形態として、筐体外装板として湾曲や折れ曲がりを設ける場合には、図２及び図３に示したように板状部材１０の製造過程において銅線１２を予め必要な筐体の湾曲形状や折れ曲がり形状に成形しておくことで、適宜の筐体外装板の形状を実現することができる。
【００４４】
また本実施形態にあっては、絶縁皮膜が施された直線状の線材として銅線を使用しているが、これ以外に銅を主成分とする不純物を含む銅線の他、銀線、鉄線など、使用できる線材としては、その熱伝導率が数十〜数百Ｗ／ｍＫ程度のものであれば、本実施形態として有効である。
【００４５】
また図５の実施形態において、放熱板３８の部分にヒートシンクを設置したり、冷却用ファンなどによる強制冷却手段を設けるようにしても良い。
【００４６】
また上記の実施形態にあっては、絶縁皮膜が施された単芯の素線を用いた銅線を使用しているが、銅線が細い場合、例えば銅線に直径０．１ｍｍ以下の細線を用いる場合には、複数本の細線を撚り合せて１本の素線として予め製作し、この撚り線を用いて図２及び図３に示したと同じ製造工程によって本実施形態の板状部材１０を製造するようにしてもよい。
【００４７】
また本実施形態の板状部材は十分な機械的強度を持つことから、筐体外装板を兼ねた放熱構造に使用する場合を例に取るものであったが、これに限定されず、電子機器の筐体内に設けられる放熱板として使用しても良い。
【００４８】
また本実施形態はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による板状部材の実施形態を示した説明図
【図２】図１の板状部材の製造方法の実施形態を示した説明図
【図３】図２に続く製造方法の説明図
【図４】本発明による電子機器放熱構造の実施形態を示した説明図
【図５】本発明による電子機器放熱構造の他の実施形態を示した説明図
【図６】従来の筐体放熱構造の説明図
【符号の説明】
【００５０】
１０：板状部材
１２：銅線
１４：素線
１６：絶縁被覆
１８：バインダー樹脂
２０： コの字型容器
２２：押し当て板
２４：注入方向
２６：切断線
２８：カッター
３０：板状ブロック
３２：カッター
３４：筐体外装板
３６：発熱体
３８：放熱板
【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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