(57)【要約】【課題】ヒートパイプ等の冷却装置において、作動液を確実に蒸発部まで戻すことを可能とする。【解決手段】 断面扁平形状のコンテナの内部の長手方向にわたって、毛細管現象により作動液を移動させるための通路となるウィック１０７を備える冷却装置であって、前記コンテナは長径方向に分割された上層１０１と下層１０３とで構成され、前記コンテナの長手方向にわたって直線状にウィック１０７の通路が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面扁平形状のコンテナの内部の長手方向にわたって、毛細管現象により作動液を移動させるための通路となるウィックを備える冷却装置であって、
前記コンテナは長径方向に分割された第１の層板と第２の層板とで構成され、前記コンテナの長手方向にわたって直線状に前記ウィックの通路が形成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記ウィックが複数の線材で構成されており、各線材の両端がそれぞれ前記第１及び第２の層板の少なくとも一方の長手方向の両端にボンディングにより結合されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記ウィックは、前記第１及び第２の層の少なくとも一方の長手方向にわたって形成された複数の突起と、各突起間に形成される溝に配設される線材とで形成されることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項４】
前記ウィックはコイル状に形成した線材で構成されており、該コイル状の線材が前記第１及び第２の層で挟持されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項５】
前記ウィックは、前記第１及び第２の少なくとも一方に形成された複数の凸状突起と、前記凸状突起を被覆する金属材料とで形成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項６】
前記ウィックは、前記第１及び第２の少なくとも一方に形成された複数の凸状突起と、前記凸状突起の間に配置される線材とで形成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の冷却に使用する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の発達は目覚ましく、これに伴い電子機器に搭載されるCPU等のデバイスの多機能化及び処理の高速化が望まれている。デバイスの多機能化等に伴いデバイスから発生する熱量も多くなるが、適切な熱対策を行わないと熱暴走によりシステムが正常に機能しなくなる恐れがある。また、電子機器の小型化に伴い電子機器に搭載されるデバイスもより小型化が求められている。デバイスからの発熱はデバイス表面から放熱されるが、デバイスの小型化によりデバイスの表面積が小さくなるため、十分な放熱が期待できないおそれがある。
【０００３】
上述のような事情から、電子機器の熱管理設計がより重要となる。電子機器の冷却装置として、ヒートパイプは小型化が容易で、かつ高い冷却効率を有することから、今後多くの電子機器に搭載されることが期待される。
【０００４】
ヒートパイプはデバイスから発生する熱を放熱装置まで移動させるための装置である。典型的な構成は、熱伝導性が高い材質からなるパイプ中に揮発性の液体（作動液）を封入して構成したものであり、パイプの一端を加熱して作動液を蒸発させ、その蒸気をパイプの他端に移動させる。パイプの他端に移動した蒸気は冷却された凝縮し、このときに熱を放出する。作動液の蒸発・凝縮を繰り返すために、凝縮した作動液を再びパイプの一端に戻す必要がある。作動液の移動は、毛細管現象を呈するウィックにより行うことができる。
【０００５】
ヒートパイプの形状としては、断面円形状のものが一般的であるが、電子機器の限られた空間に搭載するために、開口断面を小さくして、断面扁平形状のヒートパイプも知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３０９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような断面扁平形状のヒートパイプは、内部の空洞部分が狭いため、内部にウィックを設けることが難しくなる。このような狭い空間にウィックを設けるためには、断面円形のヒートパイプの内部に予めウィックを設け、その後プレスにより断面扁平形状に変形させたり、断面扁平形状のヒートパイプに挿入し易いメッシュ構造のウィックが利用される。
【０００８】
しかし、予めウィックを設けた状態でヒートパイプをプレスすると、ウィックにも上下左右方向の力が加わるため、ウィックが蛇行してしまう。また、断面扁平形状のヒートパイプにメッシュ構造のウィックを挿入する場合でも、挿入時にウィックがヒートパイプの内壁と干渉し合い、やはりウィックが蛇行してしまう。
【０００９】
ウィックが蛇行しウィックが整列しないと、毛細管現象が十分に発揮できない。また作動液はウィックに沿って移動するため、ウィックが蛇行すると、作動液の移動距離も長くなる。また蒸発部で蒸発した蒸気を凝縮部で凝縮させるためには、作動液の移動中に作動液の温度を低下させる必要があることから、蒸発部と凝縮部との距離をある程度、長くしておく必要がある。ウィックが蛇行すると、蒸発部と凝縮部との間の距離が必要以上に長くなり、作動液の移動距離が長くなる。
【００１０】
凝縮部の作動液を再び蒸発部に戻す必要があるが、ウィックが蛇行して蒸発部と凝縮部との間の距離が必要以上に長くなると、作動液がパイプの一端の蒸発部に到達するまでの時間が長くなり、蒸発部で作動液が不足する原因となる。
【００１１】
また凝縮部の作動液を素早く蒸発部に戻すためには、作動液の移動速度を早くすればよいが、高速で移動する作動液がウィックの蛇行に追従できず、作動液の飛散を招く場合がある。作動液が蒸発部に戻るまでの間に飛散してしまうと、十分な作動液を蒸発部に戻すことができす、やはり蒸発部で作動液が不足する原因となる。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ヒートパイプ等の冷却装置において、作動液を確実に蒸発部まで戻すことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、断面扁平形状のコンテナの内部の長手方向にわたって、毛細管現象により作動液を移動させるための通路となるウィックを備える冷却装置であって、前記コンテナは長径方向に分割された第１の層板と第２の層板とで構成され、前記コンテナの長手方向にわたって直線状に前記ウィックの通路が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、作動液を移動させるための通路となるウィックがコンテナの長手方向にわたって直線状に形成されているため、コンテナの長手方向に対して作動液を最短距離で移動させることができる。またコンテナの内部において作動液を直進させることができる。このため作動液を確実に蒸発部まで戻すことができる。なお本発明において、「直線状」とは厳密に直線を意味するものではない。
【００１５】
上記構成において、前記ウィックが複数の線材で構成されており、各線材の両端がそれぞれ前記第１及び第２の層板の少なくとも一方の長手方向の両端にボンディングにより結合されていることを特徴とする。上記構成によれば、ウィックを構成する線材をボンディングにより結合することで、線材の両端を下層板に固定させることができ、線材が移動して蛇行するようなことがなくなる。
【００１６】
また、上記構成において、前記ウィックは、前記第１及び第２の層の少なくとも一方の長手方向にわたって形成された複数の突起と、各突起間に形成される溝に配設される線材とで形成されることを特徴とする。突起間の溝に線材を配置することにより、線材を溝内で固定させることができる。
【００１７】
また、上記構成において、前記ウィックはコイル状に形成した線材で構成されており、該コイル状の線材が前記第１及び第２の層で挟持されていることを特徴とする。線材をコイル状に形成することにより、直線状に整列した線材の端部が層板に対して固定させた状態を形成することができる。
【００１８】
また、上記構成において、前記ウィックは、前記第１及び第２の少なくとも一方に形成された複数の凸状突起と、前記凸状突起を被覆する金属材料とで形成されていることを特徴とする。この構成によれば、断面円形の線材と同様の表面形状の金属材料を溶融させて形成することができる。金属材料で凸状突起の頂部を被覆しているため、少量の金属材料で線材と同様の曲線表面を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、作動液を移動させるための通路となるウィックがコンテナの長手方向にわたって直線状に形成されているため、
コンテナの長手方向に対して作動液を最短距離で移動させることができる。またコンテナの内部において作動液を略直進させることができる。このため作動液を確実に蒸発部まで戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の一実施の形態の冷却装置を示す分解者斜視図である。
【図２】図２は図１で示したウィックの構造を示す図であり、（１）はＡ-Ａ｀線断面図、（２）はＢ-Ｂ｀線断面図である。
【図３】図３はウィックの他の実施形態を示す図である。
【図４】図４はウィックのさらに他の実施形態を示す図である。
【図５】図４はウィックのさらに他の実施形態を示す図である。
【図６】図６はウィックのさらに他の実施形態を示す図である。
【図７】図７はウィックのさらに他の実施形態を示す図である。
【図８】図８は冷却装置の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態である冷却装置を示す分解斜視図である。冷却装置１００は、断面扁平形状のコンテナを長径方向に分割した上層板１０１と下層板１０３とで構成され、上層板１０１には作動液を注入するための注入孔１０５が封止可能に形成され、下層板１０３にはコンテナの長手方向にわたって毛細管現象により作動液を移動させるための通路となるウィック１０７が形成されている。なお上層板１０１と下層板１０３とを接合させたときにウィック１０７を収容するとともに、蒸発した作動液が移動するための流路を確保するために上層板１０１には図示しない空間が形成されている。
【００２２】
ウィック１０７はワイヤボンディング方式により複数の線材を下層板１０３の両端に結合して形成したものである。ウィック１０７を形成する複数の線材の端部は下層板１０３にボンディング結合され、多少の立ち上がりを設けた状態で下層板１０３の長手方向に折曲させている。
【００２３】
図２はウィック１０７の構造を説明するための図であり、同図（１）はＡ−Ａ｀線断面図、同図（２）はＢ−Ｂ｀線断面図を示している。ウィック１０７は金、銅又はアルミニウムなどの細い線材１０７ａを互いに接触する程度に配置し、下層板１０３の長手方向にわたって直線状に複数配設して構成されている。また下層板１０３と線材１０７ａとの間に空隙を形成するように線材１０７ａの両端を多少立ち上げた後、折曲させて構成している。
【００２４】
線材１０７ａの太さはヒートパイプの性能を左右する要素の一つである。ヒートパイプでは作動液を毛細管力を利用するが、毛細管力は線材の太さに反比例し、線材が細いほど毛細管力は大きくなる。一方、線材を細くすると浸透性が低下し、熱抵抗が大きくなってしまう。また、線材間のピッチもヒートパイプの性能を左右する要素の一つである。線材間のピッチは作動液の密度と線材の表面張力によって決まる。例えば、作動液の密度が小さく、細線の表面張力が大きい場合は、線材のピッチを広くしても毛細管現象を呈することができる。一方、作動液の密度が大きく、線材の表面張力が小さい場合は、各線材を密着させる程度の距離が必要である。
【００２５】
以下、上記実施の形態の冷却装置の作用について説明する。冷却装置１００の一端を電子機器の熱源となるＣＰＵの近傍に配置すると、ＣＰＵから発生した熱が冷却装置に伝達する。ＣＰＵの近傍に配置されている冷却装置１００の一端で蒸発した作動液は、上層板１０１と下層板１０３とで形成される内部空間を移動して冷却装置１００の他端に移動する。冷却装置１００の他端では作動液が凝縮して放熱が発生する。冷却装置の他端で凝縮した作動液は、ウィック１０７の毛細管現象により冷却装置の一端に戻る。
【００２６】
ウィック１０７を構成する複数の線材１０７ａは、それぞれ下層板１０３の長手方向にわたって直線状に整列して配置されている。このため凝縮部と蒸発部とが線材１０７ａにより最短距離で結ばれることになる。凝縮部の作動液は蒸発部まで最短距離で戻ることができるため、短い時間で蒸発部に作動液を供給し続けることができる。また、線材１０７ａの両端がボンディング結合されて下層板１０３に固定されているので、線材１０７が浮動することがない。このため経時的に線材１０７ａが蛇行することもない。
【００２７】
なお、図１及び図２に示した実施形態は、ウィック１０７を下層板１０３に形成した場合を示している。しかし上層板１０１にウィック１０７を形成してもよく、さらに、上層１０１板及び上層板１０３の両方にウィック１０７を形成し、ウィック１０７同士を対向させるようにしてもよい。
【００２８】
以下、図３を参照してウィックの他の実施形態について説明する。図３に示すウィック２０７は、下層板１０３の長手方向にわたって直線状に断面三角形状の突起３０９を設け、突起３０９間の溝にそれぞれ線材２１１を配置したものである。
【００２９】
下層板１０３に形成する断面三角形状の突起３０９は、例えば、下層板１０３の表面を公知のエッチング技術により形成することができる。また、蛇腹状に折り曲げた箔を下層板１０３に設けて形成することもできる。各突起の間の溝の深さは、溝間に配置される線材の径によって適宜変更可能であるが、突起３０９の斜面３０９ａ、３０９ｂにおいて毛細管現象が発現する程度の深さに形成する。
【００３０】
図３に示した実施形態では、突起３０９に形成される斜面３０９ａ、３０９ｂにおいて毛細管現象を呈するが、さらに線材３１１の表面と溝の斜面３０９ｂ、３０９ｃとで画成される部分でも毛細管現象を発現させることができる。毛細管現象を発現させる線材３１１は、斜面３０９ｂ、３０９ｃで挟持されて固定されるので、線材３１１が浮動することがない。このため経時的に線材３１１が蛇行することもない。なお、図１及び図２に示した実施形態と同様、ウィック３０７を上層板に形成してもよく、さらに、上層板及び下層板の両方にウィックを形成し、ウィック同士を対向させるようにしてもよい。
【００３１】
図３に示した実施形態では、下層板１０３の突起３０９間の溝と線材との２系統で毛細管現象を発現させることができるため、作動液の移動効率を向上させることができる。さらに、下層板１０３に対して高さ方向に２系統の毛細管現象を発現させているため、少ないスペースで効率良く作動液を移動させることができる。なお、下層板１０３に形成する溝は、微細加工技術を利用して形成することができるため、より狭ピッチで溝を形成することができる。
【００３２】
以下、図４及び図５を参照してウィックのさらに他の実施形態について説明する。図４に示すウィック４０７は、下層板１０３に断面凸状の突起４０９を複数設け、各突起を金属材料で被覆したものである。突起４０９を覆う金属表面４１１が互いに接触する程度に金属材料を被覆する。金属材料を被覆する方法は、メッキ処理やスパッタ処理を利用することができる。
【００３３】
隣接する金属表面４１１で画成される領域は毛細管現象を発現する領域となるため、突起４０９を被覆する金属材料の量を調整して、隣接する金属表面４１１を互いに接触させる。金属表面４１１の形状は線材の断面形状と同じ断面円形に形成する場合の他、突起４０９の断面形状と同じ断面矩形に形成するようにしてもよい。
【００３４】
また図５に示すウィック５０７は、下層板１０３に断面凸状の突起５０９を複数設け、各突起の間に線材５１１を配置したものである。図５に示した実施形態では、突起５０９と線材５１１の表面とで画成される領域が毛細管現象を発現させる領域となる。
【００３５】
以下、図６を参照してウィックのさらに他の実施形態について説明する。上述の実施形態では下層板若しくは上層板又は上層板と下層板１０３にウィックを形成する場合について説明した。図６に示すウィック６０７は、上層板及び下層板に挟持される中間層板６０１に対して、その長手方向にわたって直線状に線材６１１を巻回して構成したものである。
【００３６】
図６は説明のために線材６１１を部分的に除去して内部の状態を示したものである。図示のように、ウィック６０７は中間層板６０１の長手方向にわたって線材６１１を巻回して構成される。隣接する線材間で画成される領域が毛細管現象を発現させる領域となることから、線材６１１を互いに接触させた状態で巻回する。
【００３７】
なお、図７に示すように、ウィック７０７を線材７１１のみで構成するようにしてもよい。線材７１１自体でコイル形状を保持させなければならないため、線材自体にある程度の強度が必要であるが、中間層板を用いないため、ウィックの軽量化が可能となる。
【００３８】
上記実施形態によれば、コンテナを構成する第１及び第２の層と、ウィックとを別工程で作成することができるため、製造時間の短縮が可能となる。
【００３９】
以下、図８を参照して本発明の冷却装置の他の実施形態について説明する。図８に示す冷却装置８００は、上層板８０１と下層板８０３と、上層板８０１と下層板８０３との間に設けられる、ウィック部材８０５とを備える。ウィック部材８０５は断面Ｈ字状の枠８５１に線材８６１ａを巻回してウィック８６１を形成したものである。図８は説明のために線材を部分的に除去した状態を示している。枠８５１の両端には長手方向に延びる鍔部８５３が形成されている。鍔部８５３は上層板８０１と下層板８０３とに当接してウィック部材８０５を冷却装置８００内部で固定させている。鍔部８５３の高さは、線材８６１ａと上層板８０１又は下層板８０３との間に蒸気流路となる空間を形成できる程度に調整される。
【００４０】
次に冷却装置の製造方法について説明する。ここでは図１に示した実施形態の場合を例に説明する。まず、接着性及び濡れ性を向上させるために表面処理を施した上層板１０１及び下層板１０３を形成する。下層板又は上下層板に、その長手方向にわたって直線状に線材１０７ａをボンディング結合により配置してウィックを形成する。その後、上下層板の周縁に熱及び圧力を加えて状態で接合する。その後、上層板に設けた注入孔１０５にチューブを接続し、作動液を注入する。作動液を注入した後、注入孔１０５からチューブを外し、注入孔を封止する。
【００４１】
上下層板を接合するときに加える圧力は、上下層板の周縁部に限定し、上下層板全体に圧力を加えないようにする。これは上下層板の全体に圧力が加わり、下層板又は上下層板に形成した線材が圧力により変形することを防ぐためである。本発明の冷却装置の製造工程において、上下層板に加える圧力は、上下層を接合するときのみであり、しかも上下層板の周縁部に限定して圧力を加えるのみである。従って、製造時に加える圧力によりウィックが蛇行するようなことはない。
【００４２】
以下、本発明の冷却装置の他の実施形態について説明する。上記実施形態では、冷却装置の内部で作動液を循環させる構成について説明した。しかし、蒸発部で蒸発した作動液を一端外部へ排出し、ポンプの加圧により凝縮部へ移動させるように構成してもよい。冷却装置の外部を通って凝縮部へ移動した作動液は、ウィックを通って再び蒸発部へ戻る。この構成によれば、蒸発部で発生した蒸気がコンテナの外部に排出されるため、コンテナの外部で作動液を冷却させることができるため、作動液がコンテナの内部を移動する場合に比べて冷却効率が良くなる。このため蒸発部で発生した蒸気を冷却するために、蒸発部と凝縮部との間の距離をある程度、長くする必要がなくなり、冷却装置を小型化することができる。それに伴い、凝縮部から蒸発部へ作動液を短時間で戻すことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００、８００  冷却装置
１０１、８０１  上層板
１０３、８０３  下層板
１０５  注入孔
１０７、３０７、４０７、５０７、６０７、７０７  ウィック
６０１  中間層板
８０５  ウィック部材
【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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