iPhone 17 Proの革新的冷却システム「ベイパーチャンバー」の仕組みと「UniBody構造」を徹底解剖

iPhone 17 Proに採用されたベイパーチャンバーとはなにか

iPhone 17 Pro／Pro Maxには、iPhoneで初めて熱拡散システム「ベイパーチャンバー」が採用された。ベイパーチャンバーは2020年以降にリリースされたAndroidスマートフォンのうち、主にハイエンドモデルを中心に普及が進んだが、今回ようやくiPhoneにも採用された。

ベイパーチャンバーは銅製のプレートの内部を中空にした構造になっており、そこに脱イオン水などの作動液が封入されている。ベイパーチャンバーの一部がAppleシリコンなどから発生した熱によって温められると、作動液が気化して蒸気となる。その気化時に作動液は熱源の熱を奪い、熱を持ったままベイパーチャンバー内に拡散する。そして熱源から離れた場所で冷やされると液体に戻り、その場所で連れてきた熱を放出する。液体に戻った作動液はベイパーチャンバー壁面に設けられたウィック（多孔質）の毛細管現象によって、再び高温部に吸い上げられる。この流れが循環することで、ベイパーチャンバーは熱源から発生した熱を高速に周辺に拡散し続ける能力を持っている。

これはMacに搭載されているヒートパイプと同じ原理だが、ヒートパイプが点から点へと熱を移動するのに対して、ベイパーチャンバーは点から面へと熱を移動する。さらにその薄さはコンマ数ミリと極薄のため、iPhoneのようなスマートフォンには最適な熱拡散システムとなっている。

作動液に純度の高い脱イオン水が使われているのは、ベイパーチャンバーを構成している銅の反応による腐食を防ぎ、気化および液化のサイクルを阻害しないようにするためだ。またベイパーチャンバー自体は銅製だが、銅は空気と反応して酸化しやすいため、表面にはニッケルなどによるメッキ処理が施されている。iPhoneのベイパーチャンバーが銀色なのは、このメッキによるものと考えられる。

放熱に欠かせないアルミニウム製UniBody構造

ベイパーチャンバーは高速に熱を拡散させるシステムだが、それだけではiPhone内部の熱を外部に排出することはできない。Appleシリコンなどから発生した熱は、ベイパーチャンバーによって拡散した上でiPhoneの表面から効率よく空気中に放出しなければならない。

従来のiPhoneでは、金属製のサイドフレームをフロント・リアの強化ガラスパネルでサンドイッチする構造となっていた。両面に強化ガラスが採用されているのは、フロントパネルにはタッチパネルと有機ELパネルを備えたSuper Retina XDRディスプレイ、リアパネルにはワイヤレス給電（MagSafe）の受電コイルとUWBなどの無線アンテナを備えていることから、光や電磁波を遮断する金属が使えないためだ。

しかしサイドフレームだけでは内部の部品を保持できないことから、アルミニウム製のインナーフレームが採用されていた。ロジックボード上のAppleシリコンはまずこのインナーフレームに放熱し、その熱がインナーフレームに取り付けられたサイドフレームから外部に放出される仕組みになっている。

従来の熱設計では、両面を覆うガラスパネルの熱伝導率が極めて低いことから、iPhone外部への放熱はほぼサイドフレームに依存する。従来モデルのiPhone／iPhone Plusのサイドフレームはアルミニウム製だが、iPhone Pro／Pro Maxのサイドフレームは熱伝導率がアルミニウムより低いステンレスやチタン合金のため、さらに放熱面では不利な条件となっていた。

Appleシリコンで発生した熱が速やかに大気中に排出できなかった場合、その熱はiPhone内に蓄積されてシリコンの温度を押し上げる。Appleシリコンの温度が一定以上に達すると、内部回路の保護機能が働き性能や機能を制限することでさらなる温度上昇を抑制する。これが一般的に「サーマルスロットリング」と呼ばれる状況だ。実際にはOSやアプリの動作が重くなってレスポンスが低下し、ゲームプレイや動画再生ではコマ落ちやちらつきなどが発生する。また高画質フォーマット（ProRes 4Kなど）でのビデオ撮影時にはドロップが発生する。

熱設計の抜本的な見直しとボディ材質の変更

このような高負荷時の発熱に対処するため、iPhone 17 Proではボディの熱設計を抜本的に見直している。リアパネルとサイドフレームを一体化し、単一のアルミブロックから成型する「UniBody」構造とした。2025年9月9日（現地時間）に開催されたApple Eventで、iPhone 17 Proは「iPhone初のUniBody」と表現されていたが、実はiPhoneにUniBodyが採用されたのは17 Proが初めてではない。「September Event 2016」では、iPhone 7のボディが単一のアルミニウムのブロックから削り出されるシーンが紹介されていた。

しかしiPhone 17 ProのUniBodyは、これとは少し異なる製法が用いられている。新しいUniBodyの製造工程では、形状を削り出すプロセスの前に「熱間鍛造」と呼ばれるプロセスが追加された。これは高温に熱したアルミニウムブロックをプレスで鍛造することで目的の形状に近づける方法で、同時に金属の強度や靭性を大きく向上させることができる。つまり、アルミニウムがより強くしなやかに生まれ変わる（ちなみに熱間鍛造は古くから日本刀を鍛え上げる工程でも用いられている）。強度と薄型化の両立が要求されるiPhoneにとって、熱間鍛造の効果は絶大といえるだろう。

ただしリアパネル全体をUniBodyで覆ってしまうと、ワイヤレス充電やUWBなどの無線通信ができなくなる。そこで受電コイルやアンテナ部分をくり抜いて、そこに強化ガラスパネルをはめ込む構造としている。とはいえ、リアパネルの大半の面積が放熱性に優れたアルミニウムに置き換わったことで、iPhone 17 Proの放熱性能は大幅に改善している。

さらにiPhone 17 Proではロジックボードの配置を変更し、バッテリ上部のカメラブロック下に移動した。これによって表面積が大きいカメラハウジング（カメラバンプ）部を放熱に有効利用できると同時に、放熱場所を本体上部に持っていくことで、ユーザがiPhoneを手にしたときに熱を感じにくいよう配慮されている。

UniBody化によるメンテナンス性の低下も

放熱性では圧倒的な効果を発揮するUniBodyの採用だが、一方で失われたメンテナンス性についても触れておきたい。

iPhone 16 Proでは前にも述べたようにサイドパネルとインナーフレームをベースとした構造に、両面からガラスパネルでサンドイッチした構造になっていた。これはつまりフロント・リアのいずれからも、iPhoneの内部にアクセスできることを意味している。この点はバッテリなどの部品交換時におけるメンテナンス性に優れていたことを意味しており、修理コストの抑制にも役立っていた。

しかしUniBody構造となった今、バッテリをはじめとする内部部品にアクセスするには、高価で精巧なディスプレイを備えたフロントパネルを外さなければならない。さらに各部品を個別に交換する場合も、UniBody上に取り付けられたさまざまな部品を順番に取り外していかなければならず、両面からアクセスできた従来のiPhoneに比べてメンテナンス性は明らかに低下している。

メンテナンス性の低下は修理コストの上昇につながるが、それでもUniBodyの採用は日常使いにおいてメリットが大きく勝る。今後登場するモデルでは、さらに放熱性とメンテナンス性を両立するような技術が採用されることを期待したいところだ。

著者プロフィール

今井隆

IT機器の設計歴30年を越えるハードウェアエンジニア。1983年にリリースされたLisaの虜になり、ハードウェア解析にのめり込む。

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