(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒートパイプを極限まで薄くすることで、薄型化しつつ冷却特性の高いヒートモジュールを提供。【解決手段】ヒートモジュール１００は、ファン１と、一端が熱源に熱的に接触し、他端がファンに熱的に接触する凹部５２を含む断面扁平型のヒートパイプ５とを有する。ファンは、インペラとモータとハウジング３とを有する。ハウジングは、ヒートシンク３４と、側壁部３３と、ヒートパイプが熱的に接触するファン接触部３７とを有する。熱源６とヒートパイプとの間に介在する受熱部７は、ヒートパイプと熱的に接触する熱源接触部７１を有し、ヒートパイプのファン接触部と熱的に接触する箇所から熱源接触部と熱的に接触する箇所の間の少なくとも一部において、ヒートパイプの軸方向最大高さと凹部が位置するヒートパイプの軸方向高さとの差が、凹部の肉厚よりも小さい。【選択図】図２
2016004839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートモジュールは、
ファンと、
一端が熱源に熱的に接触し、他端が前記ファンに熱的に接触する断面扁平型のヒートパイプと、
を有し、
前記ファンは、
上下方向に延びる中心軸周りに周方向に配置される複数の翼を有するインペラと、
前記インペラを回転させるモータと、
前記インペラおよび前記モータを収納するハウジングと、
を有し、
前記ハウジングは、径方向外方に向けて貫通する排気口と、前記排気口に沿って配列される複数のフィンを有するヒートシンクと、前記インペラの外周を覆う側壁部と、前記ヒートパイプが熱的に接触するファン接触部と、を有し、
前記ヒートパイプは、
幅方向両端を除く扁平部を有し、
前記扁平部は、前記ヒートパイプの延伸方向に垂直な断面において、中央に向かって窪む凹部を有し、
前記ファン接触部は、少なくとも一部が金属製であり、前記複数のフィンの配列方向に沿って延び、平面視において前記ヒートシンクの一部と重なり、
前記熱源と前記ヒートパイプとの間に介在する受熱部は、前記ヒートパイプと熱的に接触する熱源接触部と、を有し、
前記ヒートパイプの前記ファン接触部と熱的に接触する箇所から熱源接触部と熱的に接触する箇所の間の少なくとも一部において、前記ヒートパイプの軸方向最大高さと前記凹部が位置する前記ヒートパイプの軸方向高さとの差が、前記凹部の肉厚よりも小さいヒートモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートモジュールであって、
前記凹部は、前記ヒートパイプの延伸方向に伸びる、ヒートモジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載のヒートモジュールであって、
前記ヒートパイプと前記ファン接触部との間および前記ヒートパイプと前記熱源接触部との間には、熱伝導性部材が介在する、ヒートモジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のヒートモジュールであって、
前記凹部は、前記熱伝導性部材と接する、ヒートモジュール。
【請求項５】
請求項３または４に記載のヒートモジュールであって、
前記ヒートパイプの前記扁平部は、前記ファン接触部もしくは熱源接触部と接触する接触面と、軸方向反対側に位置する非接触面と、を有し、
前記非接触面における前記凹部の凹み高さは、前記接触面における前記凹部の凹み高さよりも大きい、ヒートモジュール。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のヒートモジュールであって、
前記ヒートパイプの延伸方向に垂直な断面において、前記ヒートパイプの内部空間の軸方向最大高さが、前記ヒートパイプの肉厚の３倍以上５倍以下である、ヒートモジュール。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のヒートモジュールであって、
前記ヒートパイプの延伸方向に垂直な断面において、前記ヒートパイプの内部空間の軸方向最小高さが、前記ヒートパイプの肉厚と前記凹部の凹み高さとの和よりも大きい、ヒートモジュール。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のヒートモジュールであって、
前記熱源接触部と熱的に接触するヒートパイプにおける前記凹部の凹み高さは、前記ファン接触部と熱的に接触するヒートパイプにおける前記凹部の凹み高さよりも大きい、ヒートモジュール。  
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のヒートモジュールであって、
前記ヒートパイプは、第１ヒートパイプと、第２ヒートパイプを有し、
前記第１ヒートパイプと前記第２ヒートパイプは、前記受熱部にて、隣接する、ヒートモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートモジュールに関し、ヒートモジュールは、好ましくは、PC（パーソナルコンピュータ）等の電子機器に搭載される。
【背景技術】
【０００２】
ノート型ＰＣ等の小型かつ高性能な電子機器では、筐体内部のＣＰＵ等における発熱量が多い。したがって、発熱対策が重要となる。発熱対策の一手法として、送風ファンを筐体内部に設け、熱の排出が行われる。一般的に、熱源とヒートシンクとを離して配置するヒートモジュールにおいては、熱源とヒートシンクとをヒートパイプによって接続する。一方、ノート型ＰＣ等の電子機器は、近年では、薄型化が顕著であり、ヒートモジュールにおいても薄型化が求められる。ヒートモジュールでは、熱源とヒートパイプとの間に受熱板が配置され、当該受熱板は、ヒートパイプと軸方向に重ねて配置される。また、ヒートシンクは、ヒートシンクを有するファンと軸方向に重ねて配置される。つまり、ヒートモジュールを薄型化するためには、ヒートパイプを薄型化することが不可欠である。ヒートパイプは、内部に空洞部を有しており、空洞部の中には、作動液が充填されている。当該作動液は、ヒートパイプの一端側において熱源から受熱することで気化する。気化した作動液は、ヒートパイプの他端側に移動しつつヒートパイプ内に充満し、圧力が高まることで凝縮され、放熱される。更に、他端側にヒートシンクを配置することで気化された作動液の熱が放熱されやすくなる。ヒートシンク付近で放熱された作動液は、熱源側に戻らなければ、継続して放熱することができない。そこで、ヒートパイプ内には、作動液が毛細管力で移動できる毛細管構造体が配置されている。毛細管構造体は、ヒートパイプを薄型にすることにより、構造が潰れ、作動液の移動を妨げる要因となっている。
【０００３】
そこで、毛細管構造体の潰れによる作動液の流れを妨げないヒートパイプとして種々の技術が知られている。例えば、特開２０００−０７４５７９号公報には、空洞部の横断面形状が扁平であるコンテナと、コンテナ内に挿入された凹みを有する板材と、当該板材の凹み部に挿入されたウィックとを有するヒートパイプが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−０７４５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２０００−０７４５７９号公報に開示されるようなヒートパイプでは、ヒートパイプのコンテナを扁平化できる一方で、コンテナ内部に板材を配置するため、極端な薄型は困難である。板材は、コンテナ内でウィックの配置位置を維持することを目的としており、板材を変形させることを視野に入れた扁平率までコンテナを扁平化することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ヒートモジュールは、ファンと、一端が熱源に熱的に接触し、他端がファンに熱的に接触する断面扁平型のヒートパイプとを有し、ファンは、上下方向に延びる中心軸周りに周方向に配置される複数の翼を有するインペラと、インペラを回転させるモータと、インペラおよびモータを収納するハウジングと、を有し、ハウジングは、径方向外方に向けて貫通する排気口と、排気口に沿って配列される複数のフィンを有するヒートシンクと、インペラの外周を覆う側壁部と、ヒートパイプが熱的に接触するファン接触部と、を有し、ヒートパイプは、幅方向両端を除く扁平部を有し、扁平部は、ヒートパイプの延伸方向に垂直な断面において、中央に向かって窪む凹部を有し、ファン接触部は、少なくとも一部が金属製であり、複数のフィンの配列方向に沿って延び、平面視においてヒートシンクの一部と重なり、熱源とヒートパイプとの間に介在する受熱部は、ヒートパイプと熱的に接触する熱源接触部と、を有し、ヒートパイプのファン接触部と熱的に接触する箇所から熱源接触部と熱的に接触する箇所の間の少なくとも一部において、ヒートパイプの軸方向最大高さと凹部が位置するヒートパイプの軸方向高さとの差が、凹部の肉厚よりも小さい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、ヒートパイプを極限まで薄くすることで、薄型化しつつ冷却特性の高いヒートモジュールを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態に係るヒートモジュールの断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るヒートモジュールの上面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るヒートパイプの延伸方向に垂直な方向における断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態にかかるヒートシンク近傍の拡大図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係るヒートモジュールの下面図である。
【図６】図６は、第３実施形態に係るヒートモジュールの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書では、図１中におけるヒートモジュール１００のファン１の中心軸に平行な軸方向の上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。本明細書における上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの上下方向を示すものではない。また、中心軸を中心とする周方向を、単に「周方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を、単に「径方向」と呼ぶ。
【０００９】
図１は、本発明の例示的な第１実施形態に係るヒートモジュール１００の断面図である。ヒートモジュール１００は、所定の方向に送風するファン１と、図２に示すように、一端が熱源６に熱的に接触し、他端がファン１に熱的に接触するヒートパイプ５を有する。ファン１は、遠心ファンである。ヒートモジュール１００は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、「ノート型ＰＣ」という。）に搭載され、ノート型ＰＣの筐体内部の機器の冷却に利用される。
【００１０】
ファン１は、モータ２と、ハウジング３と、インペラ４と、を含む。ファン１は、モータ２と、ハウジング３と、インペラ４と、を含む。インペラ４は、上下方向に延びる中心軸Ｊ１周りに周方向に配置される複数の翼４１を有する。モータ２は、インペラ４を中心軸Ｊ１回りに回転する。ハウジング３は、モータ２およびインペラ４を収納する。
【００１１】
モータ２は、アウターロータ型である。モータ２は、固定組立体である静止部２１と、回転組立体である回転部２２と、軸受であるスリーブ２３と、を含む。スリーブ２３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状である。回転部２２は、スリーブ２３により、中心軸Ｊ１を中心として静止部２１に対して回転可能に支持される。
【００１２】
静止部２１は、ステータ２１０と、軸受保持部２４と、を含む。軸受保持部２４は、スリーブ２３を収容する。軸受保持部２４は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であり、樹脂により形成される。軸受保持部２４は、後述する下プレート部３２のおよそ中央から上向きに突出する。軸受保持部２４は、下プレート部３２に設けられた孔部（図示省略）に固定される。軸受保持部２４の下端部と、孔部（図示省略）の周囲の部位とは、インサート成型により締結される。
【００１３】
ステータ２１０は、中心軸Ｊ１を中心とする環状であり、軸受保持部２４の外側面に取り付けられる。ステータ２１０は、ステータコア（図示省略）と、複数のコイル（図示省略）と、を含む。
【００１４】
回転部２２は、シャフト２２１と、ロータマグネット２２２と、カップ２２３と、を含む。カップ２２３は、中心軸Ｊ１を中心とする有蓋略円筒状であり、下側に向かって開口する。シャフト２２１は、中心軸Ｊ１を中心として配置され、上端部がカップ２２３に固定される。ロータマグネット２２２は、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状であり、ヨーク（図示省略）の内側面に固定される。
【００１５】
シャフト２２１は、スリーブ２３に挿入される。スリーブ２３は、含油性の多孔質金属体により形成され、軸受保持部２４に挿入されて固定される。なお、軸受機構として、例えば、ボール軸受が利用されてもよい。
【００１６】
ハウジング３は、上プレート部３１と、下プレート部３２と、側壁部３３と、ヒートシンク３４とを含む。上プレート部３１は、インペラ４の上側を覆う。下プレート部３２は、インペラ４の下側を覆う。下プレート部３２は、モータ部２が支持する。側壁部３３は、インペラ４の側方を覆う。上プレート部３１、側壁部３３および下プレート部３２により、インペラ４を囲む風洞部（図示省略）が構成される。
【００１７】
上プレート部３１および下プレート部３２は、アルミニウム合金もしくはステンレス鋼等の金属により、薄板状に形成される。側壁部３３は、アルミニウム合金のダイカストまたは樹脂により成型される。側壁部３３の下端部と下プレート部３２の周縁部とは、ねじ留め等により締結される。上プレート部３１は、側壁部３３の上端部にかしめ等により固定される。上プレート部３１は吸気口３５を含む。吸気口３５は、インペラ４の上方に位置する。上プレート部３１、側壁部３３および下プレート部３２により、インペラ４の側方に排気口３６が構成される。排気口３６は、ハウジング３を径方向外方に向けて貫通する。ハウジング３の上プレート部３１の上面には、後述するヒートパイプ５が取り付けられており、当該取付箇所はヒートパイプ５と熱的に接触するファン接触部３７である。ファン接触部３７は、少なくとも一部が金属で形成されている。ファン接触部３７は、平面視においてヒートシンク３４と重なっている。
【００１８】
ヒートシンク３４は、複数のフィン３４１から構成される。複数のフィン３４１は、例えば、上面部、垂直面部および底面部からなる概ねコの字形の放熱フィンを複数並列配置して形成され、排気口３６に沿って配列される。並列配置されて形成された放熱フィンによって、上面部、底面部、垂直面部および隣接する垂直面部から断面矩形の通路が形成される。ファン１によって生じた風は、上述した通路を通過する。複数のフィン３４１の径方向外端、上プレート部３１および下プレート部３２によって、排気口３６が構成される。また、ハウジング３のファン接触部３７は、複数のフィン３４１の配列方向に沿って延びている。
【００１９】
インペラ４は、複数の翼４１を含む。複数の翼４１は、カップ２２４の外側にて、中心軸Ｊ１を中心として環状に配列される。各翼４１の径方向内側の端部は、カップ２２４の外側面に固定される。静止部２１に電流が供給されることにより、ロータマグネット２２２とステータ２１０との間に、中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生する。これにより、インペラ４が、中心軸Ｊ１を中心として回転部２２と共に回転する。インペラ４の回転により、吸気口３５からハウジング３内へと空気が吸引され、排気口３６から送出される。
【００２０】
図２は、本発明の例示的な第１実施形態に係るヒートモジュール１００の上面図である。ファン１の回転方向は図中に矢印で示している。ヒートパイプ５は、その一端が熱源６に熱的に接触し、他端がファン１に熱的に接触している。熱源６とヒートパイプ５との間には受熱部７が介在する。受熱部７は、ヒートパイプ５と熱的に接触する熱源接触部７１を有している。本実施形態において、受熱部７は、ファン１とは別部材により構成される。前述のとおり、ハウジング３は、ヒートパイプ５と熱的に接触するファン接触部３７を有している。
【００２１】
図３は、ヒートパイプ５の延伸方向に垂直な方向における断面図である。ヒートパイプ５は、断面が扁平形状である。ヒートパイプ５は、パイプ部５０１と、パイプ部５０１内に充填される作動液５０２と、パイプ部５０１内に配される毛細管構造体５０３とを有する。ヒートパイプ５の他端は、ハウジング３の上プレート部３１の上面において、排気口３６に沿って取り付けられている。ヒートパイプ５の他端は、上プレート部３１を介して、ヒートシンク３４と熱的に接触している。換言すると、平面視において、ヒートパイプ５のファン接触部３７は、ヒートシンク３４の一部と重なっている。ヒートパイプ５の扁平部５１は、接触面５３と非接触面５４とを有している。接触面５３は、ファン接触部３７もしくは熱源接触部７１と接触する。非接触面５４は、接触面５３の軸方向反対側（図示上側）に位置する。
【００２２】
ヒートパイプ５は延伸方向に垂直な方向における断面において、中空扁平形状に形成された、扁平部５１を有する。扁平部５１は、ヒートパイプ５の幅方向両端を除く領域である。扁平部５１は、ヒートパイプ５の延伸方向に垂直な断面において中央に向かって窪む凹部５２を有する。ヒートパイプ５は、円形の中空パイプが軸方向に押圧されることにより、拘束力のない幅方向に向かって変形し、扁平形状に形成される。凹部５２は、中空パイプが軸方向に押圧され、変形することにより生じる内部応力がヒートパイプ５の中央に集中することにより形成される。
【００２３】
図２および図３に示すように、受熱部７がヒートパイプ５のファン接触部３７と熱的に接触する箇所から、受熱部７が、熱源接触部７１と熱的に接触する箇所の間の少なくとも一部において、ヒートパイプ５の軸方向最大高さＡと凹部５２が位置するヒートパイプ５の軸方向高さＢとの差が、凹部５２の肉厚Ｃよりも小さい。
【００２４】
近年、電子機器の薄型化に伴い、ヒートモジュール１００の薄型化が求められている。ヒートモジュール１００において、ヒートパイプ５は熱源６からヒートシンク３４まで熱伝達を行う構造として利用される。図２に示すように、ヒートモジュール１００は、ヒートシンク３４と軸方向に重なって配置されることで、ヒートシンク３４に熱伝達効率の悪化を最小限に抑えることができる。ヒートパイプ５は、円形に近ければ近いほど、熱伝達効率は高く、扁平型で薄型にすればするほど、熱伝達効率は悪化する。一方で、ヒートパイプ５は円形に近ければ近いほど、軸方向の厚みが大きくなり、ヒートシンク３４の軸方向の寸法が小さくなる。
【００２５】
ヒートシンク３４は、径方向に貫通する流路を有しており、ヒートシンク３４の軸方向の寸法が小さくなると流路面積が小さくなり、流路抵抗が大きくなる。つまり、ファン１による空気流が少なくなるため、強制冷却しにくい状況となる。よって、ヒートパイプ５の薄型化を行うことで、ヒートシンク３４の軸方向の高さを確保し、流路面積を確保することが可能となる。つまり、ヒートパイプ５は、可能な限り扁平率を大きくすることが好ましい。ヒートパイプ５の扁平率を大きくしていくと、ヒートパイプ５の幅方向の中心が、ファン接触部３７もしくは熱源接触部７１（以下、総称して接触部３７，７１という）に向かって凹みはじめる。尚、ここで言う扁平率とは、ヒートパイプ５の幅Ｄから軸方向最大高さＡを引いた数値を幅Ｄで割った数値である。ヒートパイプ５の幅方向の中心が、凹む前の状態は、押圧方向に反してスプリングバックによって、接触部３７，７１から反対側に軸方向位置が戻る状態である。つまり、ヒートパイプ５を加工する上で、寸法管理が難しい状態である。そこで、ヒートパイプ５の幅方向の中心が凹む程度に押圧すると、ヒートパイプ５の幅方向の両端のパイプの内側Ｒが曲率を大きくしながら塑性変形し、スプリングバックが小さい状態となる。よって、ヒートパイプ５の幅方向の両端付近が軸方向において最も接触部３７，７１から離れた状態となる。
【００２６】
ただし、図３に示すように、当該凹み高さがヒートパイプ５の幅方向の中心部の肉厚よりも大きくなると、ヒートパイプ５の内部空間５５の軸方向高さが小さくなり、ヒートパイプ５の熱伝導率を急激に小さくすることになる。具体的には、ヒートパイプ５の肉厚Ｃが０．１５ｍｍで、接触部３７，７１からヒートパイプ５の非接触部までの軸方向寸法を０．７ｍｍとした時、ヒートパイプ５の凹部５２の軸方向高さは、０．１５ｍｍ以上となる。一方で、ヒートパイプ５の肉厚Ｃが０．１５ｍｍで、接触部３７，７１からヒートパイプ５の非接触部までの軸方向寸法を０．８ｍｍとした時、ヒートパイプ５の凹部５２の軸方向高さは、０．１５ｍｍ以下となる。この際の、熱源６の温度は、前者が８５℃であるのに対して、後者は７６．１℃となる。接触部３７，７１からヒートパイプ５の非接触部までの軸方向寸法を０．９ｍｍとした時の熱源６の温度が、７５．４℃であるため、ヒートパイプ５の凹部５２の軸方向高さが肉厚以上と肉厚以下となることによる熱源６の温度に大きな差があることが分かる。
【００２７】
ヒートパイプ５の扁平率は、９０〜９４％が好ましい。ヒートパイプ５の非接触面５４は、幅方向の中心に向かって緩やかに傾斜し、凹部５２が形成さる。この際に、凹部５２の凹み高さがヒートパイプ５のパイプ部５０１の肉厚Ｃ以下である。つまり、扁平率が大きければ大きいほど、凹部５２に向かう傾斜角は小さくなる。つまり、扁平率が大きければ大きいほど、ヒートパイプ５の延伸方向に垂直な断面における内部空間５５の占める面積の比率が大きくなる。一方で、ヒートパイプ５の扁平率が大きければ大きいほど、ヒートパイプ５の延伸方向に垂直な内部空間５５の面積は小さくなる。９４％を上回ると、凹部５２の最底部と軸方向に重なる位置の内部空間５５の軸方向高さは極めて小さくなり、作動液５０２が移動することが困難となる。またヒートパイプ５の扁平率が９０％を下回ると、凹部５２そのものが存在しなくなる。
【００２８】
つまり、ヒートパイプ５を極限まで薄くし、且つヒートパイプ５としての熱伝達効率を極端に低下することを抑制することは、ヒートパイプ５の幅方向の中心の凹み高さ（Ｌ１＋Ｌ２）をヒートパイプ５の幅方向の中心の肉厚Ｃよりも小さくすることで達成することができる。
【００２９】
本実施形態では、図２に示されるようにヒートパイプ５の非接触面５４が露出している。図示は省略しているが、非接触面５４は、実機内の別の部品もしくは筐体と対向しており、非接触面５４と筐体とが対向している間隙は非常に小さい。つまり、ヒートモジュール１００は、実機内において、極めて狭いスペースに配置されている。ヒートパイプ５の軸方向高さを高くした場合には、実機と接触してしまうため、ヒートシンク３４もしくは、受熱部７の軸方向寸法を小さくしなければならない。ヒートシンク３の軸方向寸法を小さくした場合には、流路面積が小さくなるため、ファン１の風量が低下する。
【００３０】
受熱部７は、そもそも薄く構成されており、更に薄くすることが困難である。受熱部７の直下には熱源６が配置される。また、熱源６の軸方向位置は、ヒートモジュール１００のファン１と同等の高さに位置している。つまり、ヒートパイプ５の軸方向高さを高くするということは、熱源６の軸方向高さを小さくするということである。熱源６は、例えばＣＰＵ等が挙げられる。ＣＰＵの軸方向高さを小さくすると、ＣＰＵのスペックを低下させる虞がある。ヒートパイプの伝熱特性や放熱特性を活かすために、ヒートパイプの軸方向上下左右が、熱伝導性に優れた融着部材によって融着されているヒートモジュールが存在する。しかしながら、このような、ヒートモジュールは、軸方向の高さが高くなるため、本実施形態に開示されるヒートモジュール１００のように、極限の薄さを実現しつつ、高い冷却特性を発揮することができない。
【００３１】
凹部５２は、ヒートパイプ５の延伸方向に伸びている。凹部５２が延伸方向に延びることにより、ヒートパイプ５の延伸方向のいずれの箇所においても断面形状が安定した形状となっており、作動液５０２の移動が円滑になる。これにより、ヒートパイプ５の熱伝達効率を低下させることを抑制できる。
【００３２】
熱源接触部７１と熱的に接触するヒートパイプ５における凹部５２の凹み高さは、ファン接触部３７と熱的に接触するヒートパイプ５における凹部５２の凹み高さよりも大きい。ヒートパイプ５は、ファン１に固定する際にファン１側に押し付けられる。このことで、ファン１およびヒートパイプ５の面接触圧を高くすることで熱抵抗値ができ、ヒートパイプ５とファン１との熱伝達率の低減を抑制している。ヒートパイプ５は、パイプ部が銅製であることが多く、ヒートパイプ５自体が外部に放熱している作用を有している。ヒートパイプ５は、受熱部７から効率よく受熱することができれば、ヒートパイプ５自体が放熱し、他端側においてファン１による強制冷却をおこなうことができる。つまり、ヒートパイプ５とファン１との接触は、受熱部７側において、接触圧を高くすることが求められる。一方、ヒートパイプ５は、ファン１側に押し付けられる際に、押圧力が高ければヒートパイプ５の軸方向の高さが小さくなり、凹み部の凹み高さが大きくなる。しかしながら、受熱部７においては、ヒートパイプ５が受熱部７から受熱することで、作動液５０２が気化できる。ヒートパイプ５内における凝縮された作動液５０２の移動は、ヒートパイプ５の受熱部７よりも端部側において主たる移動が行われるため、ヒートモジュール１００の全体最適を考慮すると本構成を採用することで、ヒートモジュール１００の薄型を達成しつつ、熱源６の冷却を効率よく行うことができる。
【００３３】
図３に示すように、ヒートパイプ５とファン接触部３７との間およびヒートパイプ５と熱源接触部７１との間には、熱伝導性部材８が介在する。ヒートパイプ５とファン接触部３７および熱源接触部７１との間を熱伝導性部材８で熱的に接触させることで、接触する面の面積を確保することができ、熱伝達特性の低減を抑制させることが可能となる。なお、熱伝導性部材８は例えば、はんだ、サーマルシートまたは熱拡散性グラファイトシートである。
【００３４】
扁平部５１の凹部５２が熱伝導性部材８と接する。より詳細には、接触面５３が熱伝導性部材８と接する。第１実施形態の場合、接触面５３は扁平部５１の下面となる。つまり、扁平部５１の下面とハウジング３のファン接触部３７が接する。また、扁平部５１の下面と受熱部７の熱源接触部７１が接する。ヒートパイプ５の凹部５２と接触する接触部３７，７１との間を熱伝導性部材８で熱的に接触することで、熱伝達特性の低減を抑制させることが可能となる。
【００３５】
非接触面５４における凹部５２の凹み高さＬ１は、接触面５３における凹部５２の凹み高さＬ２よりも大きい。非接触面５４における幅方向の中央における凹み高さＬ２が、接触面５３における幅方向の中央における凹み高さＬ１よりも大きいことにより、接触面５３とヒートパイプ５との距離を小さくすることができる。一般的には、熱伝導性部材８は、ヒートパイプ５と比較して熱伝導性が低い。よって、接触面５３とヒートパイプ５との距離を小さくすることで、熱伝達効率の悪化を最小限とすることができる。
【００３６】
ヒートパイプ５の延伸方向に垂直な断面において、ヒートパイプ５の内部空間５５の軸方向最大高さＨ２が、ヒートパイプ５の肉厚Ｃの３倍以上５倍以下である。
【００３７】
ヒートパイプ５は、前述のとおり円形の中空パイプが扁平形状となるように上下から挟んで押圧し、潰されることで最終形状に加工される。このプロセスにより、ヒートパイプ５が潰されると、幅方向の両端の曲率半径が徐々に小さくなっていき、上下端は、曲率半径が大きくなり平坦面に近づいていく。ヒートパイプ５は、幅方向が広がり、高さ方向が小さくなる、つまり扁平状態に変化していく。この時、ヒートパイプ５の幅方向の両端は、外側のＲ部Ｒ２において引張強度が高くなり、破断する恐れがある。これを破断することを防止するためには、内側のＲ部Ｒ１の曲率半径をヒートパイプ５の肉厚Ｃの１．５倍以上に設定する必要がある。
【００３８】
ヒートパイプ５の肉厚Ｃは、成型上の加工誤差を考慮すると均等にはならない。また、ヒートパイプ５の内側には、前述のとおり、作動液５０２や毛細管構造体５０３が収容されている。上記のことを考慮すると、ヒートパイプ５を潰し加工した際に、幅方向の両端の外側のＲ部Ｒ２および内側のＲ部Ｒ１は単一の曲率半径にはならない。ただし、ヒートパイプ５の幅方向の両端の外側のＲ部Ｒ２および内側のＲ部Ｒ１が単一の曲率半径になったと仮定すると、ヒートパイプ５の外側のＲ部Ｒ２が破断しない内側のＲ部Ｒ１は、ヒートパイプ５の肉厚Ｃの１．５倍が下限値となる。また、ヒートパイプ５を潰し加工し、内側のＲ部Ｒ１がヒートパイプ５の肉厚Ｃの１．５倍まで達する前に、外側Ｒ部Ｒ２における引張強度は極めて高い状態となり、ヒートパイプ５の幅方向の広がり度合が小さくなる。更にヒートパイプ５を潰して行くと、外側および内側のＲ部Ｒ１と平坦部との境界部分において平坦部が凹む方向にモーメントトルクが生じ、ヒートパイプ５の幅方向の中心が凹んでいく。よって、ヒートパイプ５のＲ部と扁平部５１との付け根付近において、ヒートパイプ５の内部空間５５の軸方向高さが最も大きくなる。つまり、上記を考慮すると、内側のＲ部Ｒ１の曲率半径がヒートパイプ５の肉厚の１．５倍以上であるため、ヒートパイプ５のＲ部と平坦部との付け根付近におけるヒートパイプ５の内部空間５５の軸方向高さは、ヒートパイプ５の肉厚Ｃの３倍以上となる。当該条件は、ヒートパイプ５の幅方向の中心における凹み高さＨ１が、ヒートパイプ５の肉厚以下になる条件である。
【００３９】
ヒートパイプ５の延伸方向に垂直な断面において、ヒートパイプ５の内部空間５５の軸方向最小高さＨ１が、ヒートパイプ５の肉厚Ｃと凹部５２の凹み高さ（Ｌ１＋Ｌ２）との和よりも大きい。ヒートパイプ５の熱伝達率は、ヒートパイプ５の内部空間５５内の作動液５０２および毛細管構造体５０３に依存している。つまり、作動液５０２が移動するスペースを確保することで熱伝達率が高くなる。ヒートパイプ５の内部空間５５は、凹部５２の最底部と軸方向に重なる位置において、凹部５２の凹み高さ分だけ軸方向高さが小さくなる。しかしながら、内部空間５５の延伸方向に直角の断面における断面積は、ヒートパイプ５のパイプ部が肉厚を有しているため、凹部５２の凹み高さのみに依存しない。つまり、ヒートパイプ５のパイプ部の肉厚Ｃが厚ければ厚いほど、凹部５２の凹み高さが高くなるにつれて、ヒートパイプ５の内部空間５５の断面積が小さくなる。ヒートパイプ５の内部空間５５の軸方向最小高さＨ１が、ヒートパイプ５の肉厚Ｃと凹部５２の凹み高さ（Ｌ１＋Ｌ２）との和よりも大きいことにより、ヒートパイプ５の内部空間５５の断面積を大きくすることができ、ヒートパイプ５の熱伝達率を高くすることができる。
【００４０】
ヒートパイプ５の内部空間５５の軸方向最大高さＨ２がヒートパイプ５のパイプ部５０１の肉厚の５倍だとすると、ヒートパイプ５のパイプ部５０１の肉厚をＣとすると７Ｃになる。肉厚Ｃが０．１５ｍｍだとすると、１．０５ｍｍとなる。ヒートモジュール１に薄型が要求されており、近年では、ヒートモジュール１の厚みは、５ｍｍが求められる。つまり、ヒートパイプ５の厚みを考慮すると、ヒートシンク３４の厚みは多くても４ｍｍ以下となる。図４に、第１実施形態にかかるヒートシンク３４近傍の拡大図を示す。一般的に、ファンをヒートモジュールに設ける場合には、４ｍｍ以上の厚みがなければ、風量が極端に小さくなってしまう。よって、ヒートシンク３４は、フィン３４１を固定する部位等を考慮すると、フィン３４１の高さＥが３ｍｍ程度になってしまう。ファン１が回転することで生ずる空気流は、フィン３４１を通過してヒートモジュール１００の外部に排出される。つまり、フィン３４１は、ファン１の排気口３６に位置する。当該フィン３４１の高さＥは、ファン１の寸法よりも小さく、風量を低下させる要因となる。よって、ファン１として機能する寸法ための寸法としてフィン３４１高さＥは４ｍｍ以上必要となる。よって、ヒートパイプ５の内部空間５５の軸方向最大高さＨ２が、ヒートパイプ５のパイプ部の肉厚Ｃの５倍以上だと、ファン１による強制冷却の効果が極めて低くなる。
【００４１】
図５は、本発明の例示的な第２実施形態に係るヒートモジュール１００Ａの下面図である。第２実施形態の基本的な構成は、第１実施形態のヒートモジュール１００と同じである。第２実施形態に関する説明は、第１実施形態と異なる箇所のみとする。第１実施形態では、ハウジング３の上プレート部３１が、ヒートパイプ５の他端と接触するファン接触部３７を有している。換言すると、ヒートパイプ５の下面が接触面５３を有している。一方、第２実施形態では、ハウジング３Ａの下プレート部３２Ａの下面がヒートパイプ５Ａの他端と、排気口３６Ａに沿って接触するファン接触部３７Ａを有している。換言すると、ヒートパイプ５の上面が接触面５３Ａを有している。つまり、ヒートパイプ５Ａの他端は、下プレート部３２Ａを介して、ヒートシンク３４Ａと熱的に接触している。
【００４２】
さらに、第１実施形態では、ヒートパイプ５の一端は、軸方向下側から熱源６、受熱部７、ヒートパイプ５の順に熱的に接触し、ヒートパイプ５の一端においては、扁平部５１の下面が接触面５３を有しているのに対し、第２実施形態では、ヒートパイプ５の一端は、軸方向下側からヒートパイプ５Ａ、受熱部７Ａ、熱源６Ａ、の順に熱的に接触し、扁平部５１の上面が接触面５３を有している。なお、接触部３７Ａ、７１Ａを設ける箇所は、電子機器とヒートモジュール１００Ａとの取り付け関係や、熱源６Ａの配置によるものであり、本実施形態による作用効果は、第１実施形態と同様である。
【００４３】
第１実施形態では、受熱部７は、ファン１とは別部材により構成されるのに対して、受熱部７Ａはファン１のハウジング３Ａと一体的に形成される。つまり、ハウジング３は、ファン接触部３７Ａおよび熱源接触部７１Ａを有する。
【００４４】
図６は、本発明の例示的な第３実施形態に係るヒートモジュール１００Ｂの平面図である。第３実施形態の基本的な構成は、第１実施形態のヒートモジュール１００と同じである。第３実施形態に関する説明は、第１実施形態と異なる箇所のみとする。第１実施形態では、１本のヒートパイプ５が熱的に接続されているが、第３実施形態ではヒートモジュール１００Ｂは、ヒートパイプ５ａおよびヒートパイプ５ｂを有している。ヒートパイプ５ａおよびヒートパイプ５ｂは、平面視において受熱部７Ａにて、隣接する。
【００４５】
毛細管構造体５０３は、図３に示すように第１、第２ヒートパイプ５ａ、５ｂの幅方向の中心から両端のいずれかに偏って配置されている。気化された作動液５０２は、凝縮して毛細管構造体５０３を伝って熱源側に戻ってくる。つまり、凝縮された作動液５０２は、第１、第２ヒートパイプ５ａ、５ｂの幅方向の中心から両端のいずれかに偏った位置を伝って熱源側に戻ってくる。また、第１、第２ヒートパイプ５ａ、５ｂが隣接することで、一方のヒートパイプ５から受熱された熱が他方のヒートパイプ５に伝達される。ヒートパイプ５において、作動液５０２は、毛細管構造体５０３付近に集中して存在しているため、一方のヒートパイプ５から受熱した熱は、最も近い位置に位置する毛細管構造体に伝達されることで熱伝達率が向上する。つまり、第１ヒートパイプ５ａと、第２ヒートパイプ５ｂと、が隣接して配置されることで熱伝達効率が向上する。なお、平面視において、一方のヒートパイプがヒートシンク３４Ｂと重なって熱的に接触し、他方のヒートパイプは上プレート部３Ｂと重なって熱的に接触されていてもよい。また、第１、第２ヒートパイプ５ａ、５ｂは、少なくとも受熱部７Ａで隣接されていれればよく、受熱部７Ａ以外の領域では接していなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る遠心ファンは、ノート型ＰＣやデスクトップ型ＰＣの筐体内部における機器の冷却、その他の機器の冷却、様々な対象物に対する空気の供給等に利用可能である。さらに、他の用途として利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
Ｊ１  中心軸
１    ファン
２    モータ部
２１  静止部
２１０  ステータ
２２  回転部
２２１  シャフト
２２２  ロータマグネット
２２３  カップ
２３  スリーブ
２４  軸受保持部
３    ハウジング
３１  上プレート部
３２  下プレート部
３３  側壁部
３４  ヒートシンク
３４１  複数のフィン
３５  吸気口
３６  排気口
３７  ファン接触部
４    インペラ
４１  翼
５  ヒートパイプ
５０１  パイプ部
５０２  作動液
５０３  毛細管構造体
５１  扁平部
５２  凹部
５３  接触面
５４  非接触面
５５  内部空間
６    熱源
７    受熱部
７１  熱源接触部
８    熱伝導性部材
【図１】
2016004839.tif 000003
【図２】
2016004839.tif 000004
【図３】
2016004839.tif 000005
【図４】
2016004839.tif 000006
【図５】
2016004839.tif 000007
【図６】
2016004839.tif 000008