(57)【要約】【課題】熱伝導シートからなる筒状部を備える伝熱部材を提供する。【解決手段】熱伝導シート（１２）を筒状にした筒状部分を有し、該筒状部分が一定間隔をあけて設けられている発熱エレメント（Ａ）と放熱体（Ｂ）との間に筒状の横断面形状が変形するようにして挟着設定されたときに、元の横断面形状に戻ろうとする弾性力により発熱エレメントと放熱体とに押圧係合するようにする。【選択図】  図５
2016197709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導シートを筒状にした筒状部分を有し、該筒状部分が一定間隔をあけて設けられている発熱エレメントと放熱体との間に該筒状の横断面形状が変形するようにして挟着設定されたときに、元の横断面形状に戻ろうとする弾性力により該発熱エレメントと該放熱体とに押圧係合するようにされている熱伝導部材。
【請求項２】
該筒状部分から延びるように形成された熱伝導シートからなる延長部を更に有する請求項１に記載の熱伝導部材。
【請求項３】
該筒状部分は、該発熱エレメントと放熱体との間に挟着されていない状態の横断面で見て、発熱エレメントに面するように設定される平坦部と、該放熱体に向けて凸状になるよう設定される円弧状に湾曲する湾曲部とを有する全体としてＤ形とされている請求項１又は２に記載の熱伝導部材。
【請求項４】
該延長部が該平坦部の延長部分として形成されている請求項２に記載の熱伝導部材。
【請求項５】
該筒状部分及び該延長部が一枚の熱伝導シートから形成されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱伝導部材。
【請求項６】
該筒状部分を構成する熱伝導シートが、
筒状にされた熱伝導層と、
該筒状にされた熱伝導層の外側面及び内側面の少なくとも一方の面上に設けられて、該該筒状部分に該弾性力を付与する付加層とからなる請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱伝導部材。
【請求項７】
該筒状にされた熱伝導層の外側面及び内側面上にそれぞれ設けられた内側及び外側の付加層を有し、該内側の付加層が該弾性力を付与し、該外側の付加層は当該熱伝導層の電気絶縁層として機能するようにされている請求項６に記載の熱伝導部材。
【請求項８】
該外側の付加層と該内側の付加層とは同じ合成樹脂により形成され、該外側の付加層が該内側の付加層よりも薄くされている請求項７に記載の熱伝導部材。
【請求項９】
該熱伝導層が、グラファイト及び金属から選択された一方からなる請求項６乃至８のいずれか一項に記載の熱伝導部材。
【請求項１０】
該熱伝導シートは、一定幅で一定長さを有し、一端縁側から筒状にして折り返し、該一端側を当該熱伝導シートに重ね合わせ、重ね合わせ部分を粘着材にて粘着固定してある請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱伝導部材。
【請求項１１】
柔軟性を有する弾性体と、
該弾性体の少なくとも上下面及び一側面を囲むようにされ、一定間隔をあけて設けられている発熱エレメントと放熱体との間に該弾性体と共に挟着設定されたときに該発熱エレメントに係合される受熱部と、該放熱体に係合する放熱部と、該受熱部と該放熱部とを連結し熱伝導を行う連結部とを有する弾性係合部、および該発熱エレメントから離れる方向に該受熱部から延在する延長部を有する熱伝導シートと、
を有する熱伝導部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はノートＰＣ、スマートフォン、ＬＥＤ照明などにおける放熱のために用いられる熱伝導部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノートＰＣのＣＰＵなどのような発熱するエレメントを有する電子電気機器においては、ヒートシンクや当該機器の筐体（ケーシング）などの放熱体を介して放熱することが必要となる。そのような発熱エレメントと放熱体との間に空間がある場合、空気は高い断熱性を有するために当該発熱体から放熱体に熱伝導を行うための熱伝導部材が種々開発されている（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
特許文献１は、伸縮性のある薄い板状の弾性体の下面から一方の側面に沿って上面に延びるコ字状のフィルム状熱伝導体（フレキシブルヒートパイプ）を張り付け、高伸縮性と高熱伝導性を可能とする熱伝導部材を開示している。
【０００４】
特許文献２は、特許文献２と同様の構造の熱伝導部材を開示しており、コ字状のフィルム状熱伝導体としてグラファイトシートを使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５-２２８９５４号
【特許文献２】特開２００７-１８４３９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献の熱伝導部材はいずれもシリコーンゴムなどの板状の弾性体を用いて、これらが圧縮されることにより、当該熱伝導部材の発熱エレメントと放熱体とへの押圧力が生じるようにしている。板状の弾性体は、当該熱伝導部材が発熱エレメントと放熱体との間に設定されることにより、その上下面から当該弾性体全体として押圧され弾性変形されるものであり、上下方向での僅かな変形で大きな弾性力を生じる。すなわち、弾性率が比較的大きなものとなる。しかるに、発熱エレメントと放熱体と間の隙間の大きさは発熱体の大きさ（高さ）などによりさまざまである。従って、発熱エレメントと放熱体との間に設定された熱伝導部材の弾性体は、設定される隙間の大きさの僅かな違いで、そこに生じる弾性力（従って、発熱エレメントと放熱体への押圧力）に大きな差が生じることになる。このことは、例えば発熱エレメントがＢＧＡのように圧力に弱いものの場合、該発熱エレメントに対して適正な押圧力で係合するようにすることが難しくなる可能性がある。
【０００７】
また、従来のこの種の熱伝導部材は、例えば積極的放熱の求められるＩＣパッケージなどの発熱エレメントを複数備える回路基板では、当該回路基板を収納している筐体などの放熱体と個々の発熱エレメントとの間に個別に熱伝導部材を設けるようになっており、その取付作業は繁雑となっていた。
【０００８】
本発明は、従来技術のこのような点を考慮し、板状の弾性体を用いることなく、発熱エレメントと放熱体との間に設定されたときのそれらとの間での所要の押圧力を生じることができる構造とした熱伝導部材を提供することを目的としている。また、複数の発熱エレメントがある場合、個々の発熱エレメントに対して個別に熱伝導部材を設ける必要が無く、それら複数の発熱体の放熱を可能とする熱伝導部材を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
熱伝導シートを筒状にした筒状部分を有し、該筒状部分が一定間隔をあけて設けられている発熱エレメントと放熱体との間に該筒状の横断面形状が変形するようにして挟着設定されたときに、元の横断面形状に戻ろうとする弾性力により該発熱エレメントと該放熱体とに押圧係合するようにされている熱伝導部材を提供する。
【００１０】
すなわち、本発明は、熱伝導シートを筒状にした筒状部分が発熱エレメントと放熱体との間に挟着されたときに復元力を生じ、発熱エレメントと放熱体に対する押圧係合を可能としたものであり、従来の板状の弾性体を用いたものとは全く異なる新規な構造の熱伝導部材を提供するものである。尚、本明細書において「発熱エレメント」は、例えばＣＰＵなどのそれ自体が発熱するものは勿論、該ＣＰＵ等を支持する基盤など、放熱が必要とされるものを含むものとする。
【００１１】
この熱伝導部材は更に、該筒状部分から延びるように形成された熱伝導シートからなる延長部を有するようにすることができる。
この延長部を、筒状部分が係合している発熱エレメントとは異なる発熱エレメントに係合させることにより、１つの熱伝導部材で複数の発熱エレメントの放熱を可能となる。また、延長部を当該熱伝導部材が組み込まれる電子機器の筐体壁などに係合するようにすれば、より高い放熱効率を得ることが可能となる。
【００１２】
具体的には、該筒状部分は、該発熱エレメントと放熱体との間に挟着されていない状態の横断面で見て、発熱エレメントに面するように設定される平坦部と、該放熱体に向けて凸状になるよう設定される円弧状に湾曲する湾曲部とを有する全体としてＤ形とすることができる。この場合、該延長部が該平坦部の延長部分として形成されるようにすることができる。
【００１３】
以上のような熱伝導部材における該筒状部分及び該延長部は一枚の熱伝導シートから形成することができる。
【００１４】
より具体的には、
該筒状部分を構成する熱伝導シートが、
筒状にされた熱伝導層と、
該筒状にされた熱伝導層の外側面及び内側面の少なくとも一方の面上に設けられて、該該筒状部分に該弾性力を付与する付加層とからなるようにすることができる。
【００１５】
更に具体的には、該筒状にされた熱伝導層の外側面及び内側面上にそれぞれ設けられた内側及び外側の付加層を有し、該内側の付加層が該弾性力を付与し、該外側の付加層は当該熱伝導部材の電気絶縁層として機能するようにすることができる。
【００１６】
この場合、該外側の付加層と該内側の付加層とは同じ合成樹脂により形成され、該外側の付加層が該内側の付加層よりも薄くして形成することが出来る。該内側の付加層を薄くするのは熱伝導層と発熱エレメント及び放熱体との間の熱伝導性を良くするためである。
【００１７】
該熱伝導層はグラファイト及び金属から選択された一方から作ることができる。
【００１８】
また、以上の熱伝達部材において、該熱伝導シートは、一定幅で一定長さを有し、一端縁側から筒状にして折り返し、該一端側を当該熱伝導シートに重ね合わせ、重ね合わせた部分を粘着材にて粘着固定するようにすることができる。ここで粘着材とは、物と物とを繋ぐために使われるものをいい、いわゆる粘着材の他に両面粘着テープなどをも含む。
【００１９】
本発明はまた、
柔軟性を有する弾性体と、
該弾性体の少なくとも上下面及び一側面を囲むようにされ、一定間隔をあけて設けられている発熱エレメントと放熱体との間に該弾性体と共に挟着設定されたときに該発熱エレメントに係合される受熱部と、該放熱体に係合する放熱部と、該受熱部と該放熱部とを連結し熱伝導を行う連結部とを有する弾性係合部、および該発熱エレメントから離れる方向に該受熱部から延在する延長部を有する熱伝導シートと、
を有する熱伝導部材を提供する。
該延長部は前述の延長部と同様の効果を奏することを可能とする。
【００２０】
以下、本発明を添付図面に基づき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱伝導部材の端面図である。
【図２】図２は、図１の熱伝導部材が発熱エレメントと放熱体との間に挟着設定されたときの状態を示す図である。
【図３】図３は、図１の熱伝導部材で用いられる熱伝導シートが筒状にされる前の状態の拡大断面図である。
【図４】図４は、図１の熱伝導部材の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る熱伝導部材の端面図である。
【図６】図６は、図５の熱伝導部材の斜視図である。
【図７】図７は、図５の熱伝導部材が発熱エレメントと放熱体との間に挟着設定されたときの状態を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に係る熱伝導部材の手前上方から見た斜視図である。
【図９】図９は、図８のＡ−Ａ線に沿ってみた図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係る熱伝導部材の手前上方から見た斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０のＢ−Ｂ線に沿ってみた図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１乃至図４に示すように、本発明の第１の実施形態に係る熱伝導部材１０は、横断面が略Ｄ形の筒状にされた熱伝導シート１２からなる。具体的には、熱伝導シート１２は、筒状にされる前の状態では一定幅で一定長さを有するものとされ、図１及び図４に示すように、半円状に湾曲させると共に両端縁１２ａ、１２ｂに近い部分を折り曲げて相互に重ね合わせて粘着材１３にて粘着固定して筒状の熱伝導部材１０とされている。
【００２３】
この熱伝導部材１０は、図２に示すように、例えばスマートフォンの基板上のＣＰＵなどの発熱エレメントＡと、該発熱エレメントＡから一定間隔離れた筐体壁などの放熱体Ｂとの間に、当該熱伝導部材１０の平坦部１０Ａが発熱エレメントＡに面し、湾曲部１０Ｂが放熱体Ｂに面するようにして、当該熱伝導部材１０の筒状の横断面形状が弾性変形されるようにして設定される。この場合、通常は、平坦部１０Ａを粘着材Ｃにて発熱エレメントＡに粘着しておき、放熱体Ｂで湾曲部１０Ｂを押し潰すようにして設定される。筒状にされた熱伝導シート１２は、このような変形を受けるとその復元力より、発熱エレメントＡと放熱体Ｂとに押圧された状態となり、それらとの間の良好な熱伝導が得られるようにされている。
【００２４】
図３に示すように、熱伝導シート１２は、グラファイトや熱導電性の高いアルミニウムや銅などの金属からなる熱伝導層１２Ｄと、該熱伝導層の上下面に設けられた合成樹脂などからなる付加層１２Ｅ，１２Ｆの三層構造とされている。図示の例では、付加層１２Ｅが薄く付加層１２Ｆが厚くされ、当該熱伝達シート１２が筒状にされるときに、付加層１２Ｆが内側の層を形成し、付加層１２Ｅが外側の層を形成するようにされている。これは層の厚くされた内側の付加層１２Ｆが筒状にされた熱伝達シート１２に、その横断面が変形されたときの復元力を付加する機能を有するようにし、薄くされた外側の付加層１２Ｅは主に電気絶縁層として機能し、発熱エレメントＡから熱伝導層１２Ｄへの熱伝導性及び熱伝導層１２Ｃから放熱体Ｂへの熱伝導性を良いものとしている。付加層１２Ｅ，１２Ｆとして用いる合成樹脂としてはＰＥＴ，ＬＣＰが耐熱性及び弾性に優れ好ましく、その他ＰＣ,ＰＩ,ＰＥ,ＰＰ,ＰＭＭＡ等を用いることも出来る。
【００２５】
図示の熱伝導部材１０を発熱エレメントＡと放熱体Ｂとの間に設定するときは、発熱エレメントＡと放熱体Ｂとの間の間隔の大小によって主に湾曲部１０Ｂが柔軟に弾性変形して復元力を生じるようになるが、その変形の際の弾性率は前記内側の層とされる付加層１２Ｆの厚みを調整することにより適宜の大きさとすることができる。
【００２６】
図５乃至図７は、本発明の第２の実施形態に係る熱伝導部材１０を示しており、上述の第１の実施形態に係る熱伝導部材１０と同じ構成エレメントには同じ参照番号を付して示している。図示のように、この熱伝導部材１０は第１の実施形態と同様に熱伝導シート１２を湾曲し折り曲げて形成されたＤ形の筒状部分１０Ｃを有するが、熱伝導シート１２の端縁１２ｂを平坦部１２Ａから延ばした位置とし延長部１０Ｄを形成して、全体としての横断面をＰ形としたことを特徴としている。
【００２７】
図７は、図５及び図６に示されたＰ形の熱伝導部材１０の使用例を示している。この例では、筒状部分１０Ｃの湾曲部１０ＢをヒートシンクＢ１に係合し、平坦部１０Ａを図で左側にあるＩＣパッケージＡ１に接着材Ｃ１を介して固着し、延長部１０Ｄを左側のＩＣパッケージＡ２に接着材Ｃ２を介して固着し、端縁１２ｂ近くを上方に折り曲げて、筐体壁Ｂ２に係合するようにしている。すなわち、この例では１つの熱伝導部材１０によって発熱エレメントとしての２つのＩＣパッケージＡ１，Ａ２からの放熱が行われるようにしている。
【００２８】
図８及び図９は、図５乃至図８の第２の実施形態に係る熱伝導部材１０の変形例としての第３実施形態を示している。すなわち、この熱伝導部材１０では、第２の実施形態に係る熱伝導部材１０と同様にＤ形の筒状部分１０Ｃ及び該筒状部分１０Ｃの平坦部１０Ａから延びる延長部１０Ｄを有するが、この延長部１０Ｄが、図示しない基板上に配置が予定される複数の発熱エレメントＡ１〜Ａ６から受熱し放熱出来るようにしている。図中、延長部１０Ｄに設けられている穴１０Ｅは、基盤や筐体壁に当該延長部１０Ｄを固定するために使用するためのものである。
【００２９】
図１０及び図１１は、本発明の第４の実施形態に係る熱伝導部材１０を示す。第２及び第３の実施形態では、内部が空洞の筒状部分１０Ｃ及び延長部分１０Ｄを有する熱伝導部材１０を示したが、この第４の実施形態に係る熱伝導部材１０では、前述した特許文献１及び２にあるような伸縮性のある断面矩形状の弾性体１４を使用し、熱伝導シート１２を弾性体１４の上面１４ａ、下面１４ｂ及び一側面１４ｃに沿ってコ字状に配置することにより第２及び第３の実施形態における筒状部分１０Ｃに相当する弾性係合部分１０Ｆを形成したことを特徴とする。すなわち、弾性係合部分１０Ｆは、一定間隔をあけて設けられている発熱エレメントと放熱体との間に弾性体１４と共に挟着設定されたときに発熱エレメントに係合される受熱部１０Ｆａと、放熱体に係合する放熱部１０Ｆｂと、受熱部と放熱部とを連結し熱伝導を行う連結部１０Ｆｃとを有している。受熱部１０Ｆａからは、第３の実施形態に係る熱伝導部材１０の場合と同様の延長部１０Ｄが設けられており、１つの熱伝導部材で複数の発熱エレメントからの放熱を可能とする。
【００３０】
以上、本発明に係る熱伝導部材１０の実施形態につき述べたが本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、筒状部分や延長部などは一枚の熱伝導シートからなるものを示したが、筒状部分の湾曲部と平坦部や延長部とを別の熱伝導シートで作ることも可能である。また、熱伝導シートの筒状部分１０Ｃの断面形状は、Ｄ形ではなく円形や矩形状にすることも可能である。上述の筒状にした熱伝導部材１０は三層構造とされ、外側の付加層１２Ｅに電気絶縁機能を持たせたが、必ずしもこの外側の付加層１２Ｅを設ける必要は無く、例えば電子部品などの発熱エレメントＡと熱伝導部材１０とを粘着固定する粘着材Ｃを絶縁性のものとして発熱エレメントＡと熱伝導部材１０との間の電気絶縁性を与えることが可能である。逆に、外側の付加層１２Ｅで当該熱伝導部材１０の復元力を与えることが出来るならば、内側の付加層１２Ｆは必ずしも必要は無い。また、外側の付加層１２Ｅと内側の付加層１２Ｆは必ずしも同じ材料で作る必要はない。第４の実施形態では、弾性係合部１０Ｆがコ字状のものを示したが、弾性体１４の周囲全体を囲むロ字状とすることもできる。更に、熱伝導部材１０は電子機器における基板上の電子エレメントと筐体やヒートシンクの間だけでなく、例えばＬＥＤ照明装置の発熱部分とその筐体部分との間など放熱の必要とされるさまざまな部分に用いることができる。
【符号の説明】
【００３１】
熱伝導部材１０
平坦部１０Ａ
湾曲部１０Ｂ
筒状部分１０Ｃ
延長部１０Ｄ
穴１０Ｅ
弾性係合部分１０Ｆ
受熱部１０Ｆａ
放熱部１０Ｆｂ
連結部１０Ｆｃ
熱伝導シート１２
一方の縁１２ａ
他方の縁１２ｂ
熱伝導層１２Ｄ
付加層１２Ｅ，１２Ｆ
弾性体１４
発熱エレメントＡ
放熱体Ｂ
粘着材Ｃ
ヒートシンクＤ
【図１】
2016197709.tif 000003
【図２】
2016197709.tif 000004
【図３】
2016197709.tif 000005
【図４】
2016197709.tif 000006
【図５】
2016197709.tif 000007
【図６】
2016197709.tif 000008
【図７】
2016197709.tif 000009
【図８】
2016197709.tif 000010
【図９】
2016197709.tif 000011
【図１０】
2016197709.tif 000012
【図１１】
2016197709.tif 000013