(57)【要約】【課題】作動流体を容易に注入すること。【解決手段】ヒートパイプ１１は、作動流体Ｃを注入する注入部２５を有している。注入部２５は、作動流体Ｃを内部へ注入するための注入口４０と、注入口４０の内部に配置された多孔質体５０とを有している。多孔質体５０は、微細な孔を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を注入する注入部を有するヒートパイプであって、
前記注入部は、未封止部と、前記未封止部に連結する封止部と、を備え、
前記未封止部及び前記封止部は、両外側に位置する最外金属層と、前記最外金属層の間に積層された複数の中間金属層と、を備え、
前記注入部に多孔質体が配設されていること、
を特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記多孔質体は、前記最外金属層のうちの一方から離間して配設されることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記多孔質体は、前記注入部に沿って移動可能であり、先端部が前記注入部の開口部から外部へ突出すること、を特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記多孔質体は、前記注入部の開口部と反対方向に前記注入部を移動したとき、前記先端部が前記開口部より内側に位置すること、を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のヒートパイプ。
【請求項５】
前記多孔質体は、前記注入部の幅方向に沿って延びる支持部と、前記支持部から前記注入部の開口部に向かって延びる導入部とを有し、
前記導入部の少なくとも一部は、前記複数の中間金属層の壁部から離間していること、
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートパイプ。
【請求項６】
前記複数の中間金属層の壁部には、前記多孔質体の前記導入部に向かって突出する突出部を有すること、を特徴とする請求項５に記載のヒートパイプ。
【請求項７】
作動流体を注入する注入部が気密封止されたヒートパイプであって、
前記注入部は、未封止部と、前記未封止部に連結する封止部と、を備え、
前記未封止部及び前記封止部は、両外側に位置する最外金属層と、前記最外金属層の間に積層された複数の中間金属層と、を備え、
前記封止部は、前記最外金属層に挟まれた多孔質体を有すること、
を特徴とするヒートパイプ。
【請求項８】
作動流体を注入する注入部を有するヒートパイプの製造方法であって、
前記注入部を、両外側に位置する最外金属層と、前記最外金属層の間の複数の中間金属層とを積層して形成し、
前記注入部に多孔質体を配設し、
前記多孔質体を介して前記作動流体を注入した後、前記最外金属層と前記複数の中間金属層とを積層方向に加圧して扁平化して封止部を形成し、前記注入部を気密封止すること、
を特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項９】
前記最外金属層により前記多孔質体を挟む位置において前記最外金属層と前記複数の中間金属層と前記多孔質体とを前記積層方向に加圧して扁平化すること、を特徴とする請求項８に記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項１０】
前記最外金属層により前記多孔質体を挟まない位置において前記最外金属層と前記複数の中間金属層とを前記積層方向に加圧して扁平化すること、を特徴とする請求項８に記載のヒートパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプ、ヒートパイプの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子機器に搭載される半導体デバイス（例えば、ＣＰＵ）等の発熱部品を冷却するデバイスとして、作動流体の相変化を利用したヒートパイプが提案されている。作動流体は、ヒートパイプに設けられた注入口を介して管内に注入され、その後、注入口の端部は封止される。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６１４６４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、携帯機器等の電子機器は、薄型化が進められ、上述のヒートパイプについても薄型化が求められる。ヒートパイプを薄型化すると、注入口が小さくなって作動流体を注入し難くなる。このため、作動流体の注入性の向上が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、作動流体を注入する注入部を有するヒートパイプであって、前記注入部は、未封止部と、前記未封止部に連結する封止部と、を備え、前記未封止部及び前記封止部は、両外側に位置する最外金属層と、前記最外金属層の間に積層された複数の中間金属層と、を備え、前記注入部に多孔質体が配設されている。
【０００６】
また、別の一観点によれば、作動流体を注入する注入部が気密封止されたヒートパイプであって、前記注入部は、未封止部と、前記未封止部に連結する封止部と、を備え、前記未封止部及び前記封止部は、両外側に位置する最外金属層と、前記最外金属層の間に積層された複数の中間金属層と、を備え、前記封止部は、前記最外金属層に挟まれた多孔質体を有する。
【０００７】
また、本発明の一観点によれば、作動流体を注入する注入部を有するヒートパイプの製造方法であって、前記注入部を、両外側に位置する最外金属層と、前記最外金属層の間の複数の中間金属層とを積層して形成し、前記注入部に多孔質体を配設し、前記多孔質体を介して前記作動流体を注入した後、前記最外金属層と前記複数の中間金属層とを積層方向に加圧して扁平化して封止部を形成し、前記注入部を気密封止する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一観点によれば、作動流体を容易に注入できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ループ型ヒートパイプの概略平面図。
【図２】（ａ）は、注入部の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図３】封止された注入部の概略断面図。
【図４】変形例の注入部を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は作用を示す概略平面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、作動流体の注入を示す概略平面図。
【図６】（ａ）は注入部における封止位置を示す概略平面図、（ｂ）は第１の封止位置における概略断面図、（ｃ）は第２の封止位置における概略断面図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、変形例の注入部を示す概略平面図。
【図８】（ａ）は変形例の注入部を示す概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図９】（ａ）は変形例の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図。
【図１０】（ａ）は変形例の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して各実施形態を説明する。
なお、添付図面は、便宜上、特徴を分かりやすくするために特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、一部の部材のハッチングを梨地模様に代えて示し、一部の部材のハッチングを省略している。
【００１１】
図１に示すように、ループ型ヒートパイプ１１は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器１２に収容される。
ループ型ヒートパイプ１１は、蒸発器２１と、蒸気管２２と、凝縮器２３と、液管２４と、注入部２５とを有している。蒸発器２１と凝縮器２３は、蒸気管２２と液管２４とにより接続されている。
【００１２】
蒸発器２１は、作動流体Ｃを気化させて蒸気Ｃｖを生成する機能を有している。凝縮器２３は、作動流体Ｃの蒸気を液化する機能を有している。液化した作動流体Ｃは、液管２４を介して蒸発器２１に送られる。蒸気管２２及び液管２４は、作動流体Ｃ又は蒸気Ｃｖを流すループである流路２６を形成する。
【００１３】
蒸発器２１は、図示しない発熱部品に密着して固定される。本実施形態において、蒸発器２１は、４つの貫通孔２１Ｘを有している。蒸発器２１は、これら貫通孔２１Ｘに挿通されるボルト等によって、発熱部品が搭載された回路基板等に固定される。
【００１４】
蒸発器２１内の作動流体Ｃは、発熱部品にて発生した熱により気化し、蒸気Ｃｖが生成される。蒸発器２１にて発生した蒸気Ｃｖは、蒸気管２２を介して凝縮器２３へと導かれ、凝縮器２３において液化する。これにより、発熱部品の熱が凝縮器２３に移動し、発熱部品の温度上昇が抑制される。凝縮器２３で液化した作動流体Ｃは、液管２４を介して蒸発器２１へと導かれる。
【００１５】
作動流体Ｃとしては、蒸気圧が高く、蒸発潜熱が大きい流体を使用するのが好ましい。このような作動流体Ｃを用いることで、蒸発潜熱によって発熱部品を効率的に冷却できる。作動流体Ｃとしては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、アセトン、等を用いることができる。
【００１６】
注入部２５は、作動流体Ｃをヒートパイプ１１の内部へと注入するための入口である。本実施形態において、注入部２５は液管２４に接続されている。注入部２５は、作動流体Ｃを注入後に気密封止される。なお、注入部２５は、凝縮器２３や蒸気管２２や蒸発器２１に接続されてもよい。この場合、注入された作動流体Ｃは、注入箇所から液管２４内に移動する。
【００１７】
本実施形態において、注入部２５は、液管２４に連結する未封止部３１と、未封止部３１に連結する封止部３２とを有している。未封止部３１は、封止前の形状、つまり作動流体Ｃを液管２４内に注入する際の形状がおおよそ保たれている。封止部３２は、作動流体Ｃを液管２４内に注入する際には未封止部３１と同様の形状であり、作動流体Ｃを液管２４内に注入した後、潰されて扁平化されている。封止部３２の扁平化により、液管２４内に注入した作動流体Ｃが外部に漏れないように気密封止することができる。
【００１８】
ヒートパイプ１１は、例えば、複数の金属層を積層した構造とすることができる。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。なお、金属層は、銅層に限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。又、金属層の積層数は特に限定されない。なお、積層した金属層のうちの一部の金属層について、他の金属層と異なる材料が用いられてもよい。
【００１９】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、未封止状態における注入部２５を示す。図２（ａ）は、注入部２５の一例を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、図２（ａ）には、一部の金属層（例えば、図２（ｂ）に示す金属層６１〜６６のうちの最上の金属層６６）を除いたものが示されている。
【００２０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、注入部２５は、注入口４０と、注入口４０の内部に配設された多孔質体５０とを有している。
図２（ｂ）に示すように、注入口４０は、例えば、最外金属層６１、中間金属層６２〜６５、最外金属層６６が順次積層された構造とすることができる。なお、最外金属層と中間金属層とを区別する必要がない場合には、両者の総称として単に金属層と称する場合がある。つまり、注入口４０は、液管２４等と一体に形成することができる。なお、図２（ｂ）では、各金属層６１〜６６を判り易くするため、実線にて区別するとともに、異なるハッチングを付している。例えば金属層６１〜６６を拡散接合により一体化した場合、各金属層６１〜６６の界面は消失していることがあり、境界は明確ではないことがある。なお、界面及び境界は、封止後や後述する変形例についても同様である。
【００２１】
最外金属層６１，６６は、注入口４０を構成する金属層の積層構造の両外側（上下方向両外側）に位置し、中間金属層６２〜６５は、最外金属層６１と最外金属層６６とに挟まれている。最外金属層６１，６６は、孔や溝が形成されていないべた状とされている。最外金属層６１，６６は、注入口４０の外壁の一部を構成する。
【００２２】
中間金属層６２は、幅方向（図２（ｂ）の左右方向）において、所定の距離で略平行に離間して形成された壁部６２ａ，６２ｂを有している。中間金属層６３、６４，６５は、中間金属層６２と同様に、所定の距離で略平行に離間して形成された壁部６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ，６５ａ，６５ｂを有している。中間金属層６２〜６５の壁部６２ａ〜６５ａ，６２ｂ〜６５ｂは、注入口４０の外壁の一部を構成する。
【００２３】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、液管２４の側壁２４ａには、開口部２４ｘが形成されている。本実施形態において、注入路４１の幅Ｘ（図２（ｂ）に示す各中間金属層６２〜６５の壁部６２ａ〜６５ａと壁部６２ｂ〜６５ｂとの間の距離）は、開口部２４ｘの幅Ｙよりも大きい。注入口４０近傍の液管２４の側壁２４ａの端部２４ｐは、注入口４０の各中間金属層６２〜６４の壁部６２ａ〜６５ａや壁部６２ｂ〜６５ｂよりも内側（注入路４１側）に突出している。液管２４の側壁２４ａの端部２４ｐが突出していることで、後述する多孔質体５０が必要以上に液管２４の流路内に侵入することを防止できる。後述において、端部２４ｐを突起部と称する場合がある。
【００２４】
注入口４０は、金属層６１〜６６により形成される注入路４１を有している。注入路４１は、最外金属層６１，６６及び中間金属層６２〜６５の壁部６２ａ〜６５ａ，６２ｂ〜６５ｂにより画定される。この注入路４１を介して作動流体Ｃが液管２４に注入される。
【００２５】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、注入口４０には、多孔質体５０が配設されている。本実施形態において、多孔質体５０は、注入口４０の内部、つまり注入路４１を充填して配設されている。多孔質体５０は、微細な孔を有する構造体である。多孔質体５０としては、例えば金属繊維シート（繊維状の金属を、不織布のようにまとめたもの）を用いることができる。多孔質体５０に用いる金属としては、例えば銅、銅合金、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等を用いることができる。
【００２６】
図３に示すように、封止部３２は、作動流体Ｃを液管２４内に注入した後、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す最外金属層６１，６６と中間金属層６２〜６５と多孔質体５０とを潰して扁平化（図３の上下方向）して形成される。封止部３２の形成には、例えば超音波接合を用いることができる。超音波接合は、超音波を印加しながら対象物を加圧することで、対象物を接合する。なお、接合の促進のため、対象物を加熱してもよい。この封止部３２では、最外金属層６１と最外金属層６６の間に、潰された多孔質体５０が挟まれている。なお、多孔質体５０の内部、多孔質体５０と各金属層６１〜６６との間、等において部分的に隙間が生じていても、それらの隙間が流路２６とヒートパイプ１１の外部と繋ぐものでなければ、気密封止は成立する。
【００２７】
（作用）
上述のヒートパイプ１１の作用を説明する。
ヒートパイプ１１は、作動流体Ｃを注入する注入部２５を有している。注入部２５は、作動流体Ｃを内部へ注入するための注入口４０と、注入口４０の内部に配置された多孔質体５０とを有している。
【００２８】
多孔質体５０は、微細な孔を有している。この微細な孔は、作動流体Ｃに毛細管力を生じさせる。これにより、作動流体Ｃは、多孔質体５０によってヒートパイプ１１の外部から注入口４０の内部へと容易に導かれる。そして、作動流体Ｃは、多孔質体５０によって注入口４０内を移動し、液管２４の開口部２４ｘから液管２４へと注入される。
【００２９】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ヒートパイプ１１は、作動流体Ｃを注入する注入部２５を有している。注入部２５は、作動流体Ｃを内部へ注入するための注入口４０と、注入口４０の内部に配置された多孔質体５０とを有している。多孔質体５０は、微細な孔を有している。この微細な孔は、作動流体Ｃに毛細管力を生じさせる。これにより、作動流体Ｃは、多孔質体５０によってヒートパイプ１１の外部から注入口４０の内部へと容易に導かれる。そして、作動流体Ｃは、多孔質体５０によって注入口４０内を移動し、液管２４の開口部２４ｘから液管２４へと注入される。このように、注入口４０内に多孔質体５０を設けることで、作動流体Ｃを容易にヒートパイプ１１の内部に注入することができる。
【００３０】
（変形例）
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態の注入部２５（注入口４０及び多孔質体５０）を適宜変更してもよい。
【００３１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、注入部１００は、注入口１１０と多孔質体１２０を有している。多孔質体１２０は、支持部１２１と導入部１２２とを有している。支持部１２１は、図４（ａ）及び図４（ｃ）に示すように、注入口１１０の注入路１１１の幅方向（図４（ａ）及び図４（ｃ）の左右方向）に沿って延びる棒状に形成されている。
【００３２】
導入部１２２は、支持部１２１から注入口１１０の開口部１１０Ｘに向かって延びている。これにより、支持部１２１と導入部１２２とからなる多孔質体１２０は、Ｔ字状に形成されている。導入部１２２の幅は、注入路１１１の幅（開口部１１０Ｘの開口幅）よりも狭く設定されている。
【００３３】
図４（ｂ）に示すように、導入部１２２の厚さは、注入路１１１の高さよりも低い。図４（ｃ）に示すように、支持部１２１の厚さは、注入路１１１の高さよりも低い。このため、支持部１２１及び導入部１２２は、その自重によって、注入口１１０の外壁を形成する最外金属層６６から離間している。また、支持部１２１及び導入部１２２は、中間金属層６２〜６５の壁部６２ａ〜６５ａ，６２ｂ〜６５ｂから離間している。多孔質体１２０（支持部１２１及び導入部１２２）は、注入口１１０に沿って移動可能である。
【００３４】
注入口１１０は、支持部１２１よりも開口部１１０Ｘ側に位置する突出部１１２を有している。突出部１１２は、注入口１１０の両壁部から導入部１２２に向かって突出するように形成されている。注入部１００の幅方向（図４（ａ）の左右方向）において、両側の突出部１１２の間の幅Ｚは、注入口１１０の幅Ｘよりも小さい。この突出部１１２は、注入口１１０に沿って移動する多孔質体１２０の支持部１２１と係合し、多孔質体１２０の移動を制限する。この突出部１１２により、多孔質体１２０が注入口１１０から抜け出すことが防止される。
【００３５】
図４（ｄ）に示すように、突出部１１２は、多孔質体１２０の先端、つまり導入部１２２の先端１２２ａが注入口１１０の開口部１１０Ｘから突出する位置に形成されている。このように導入部１２２の先端１２２ａが注入口１１０の開口部１１０Ｘから突出することにより、作動流体Ｃの注入が容易となる。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、導入部１２２の先端１２２ａは、開口部１１０Ｘから突出する。作動流体Ｃを注入する場合、図５（ｂ）に示すように、開口部１１０Ｘから突出する導入部１２２の先端１２２ａに作動流体Ｃが容易に付着する。その作動流体Ｃは、多孔質体１２０の微細な孔によって生じる毛細管力によって注入口１１０の注入路１１１へと導かれる。従って、図５（ｃ）に示すように、作動流体Ｃが注入路１１１に満たされ、その注入路１１１から液管２４へと注入される。このように、作動流体Ｃの注入が容易となる。
【００３７】
多孔質体１２０は、注入口１１０に沿って移動可能である。このため、多孔質体１２０の位置によって、封止部に多孔質体１２０が含まれるようにすることも、封止部に多孔質体１２０が含まれないようにすることもできる。
【００３８】
図６（ａ）には、２つの封止位置１３１，１３２を一点鎖線にて示している。封止位置１３１には、多孔質体１２０が存在する。この封止位置１３１において注入部１００を封止した場合、図６（ｂ）に示すように、扁平化された注入部１００において、最外金属層６１，６６の間に多孔質体１２０が挟まれている。一方、図６（ａ）に示す封止位置１３２において注入部１００を封止した場合、図６（ｃ）に示すように、扁平化された注入部１００において、最外金属層６１，６６が互いに直接接合され、多孔質体１２０は挟まれていない。
【００３９】
上記実施形態のように、注入部１００の気密封止に超音波接合等の固相接合を用いることができる。固相接合では、対象物の材料が同じであることが好ましい。従って、注入口１１０と多孔質体１２０とを同じ材料とした場合、図６（ａ）に示す封止位置１３１，１３２において注入部１００を気密封止できる。なお、多孔質体１２０の導入部１２２を潰す位置にて封止するようにしてもよい。一方、注入口１１０と多孔質体１２０とを異なる材料とした場合、図６（ａ）に示す封止位置１３２において注入部１００を気密封止できる。
【００４０】
図７（ａ）に示すように、注入部２００は、注入口２１０と多孔質体２２０とを有している。多孔質体２２０は支持部２２１と導入部２２２を有している。多孔質体２２０の長さを注入口２１０（注入路２１１）の長さより短くしてもよい。この場合、導入部２２２の先端２２２ａが注入口２１０の開口部２１０Ｘよりも注入口２１０の内部に位置するように多孔質体２２０を配置することができる。そして、図７（ｂ）に示すように、注入口２１０の突出部２１２を、導入部２２２の先端２２２ａが注入口２１０の開口部２１０Ｘから突出するように形成する。導入部２２２の先端２２２ａを注入口２１０の開口部２１０Ｘから突出させることで、作動流体を容易に注入できる。
【００４１】
そして、導入部２２２の先端２２２ａを注入口２１０の開口部２１０Ｘから突出させた状態で、封止位置２３１にて注入部２００を封止できる。また、図７（ｃ）に示すように、導入部２２２の先端２２２ａが開口部２１０Ｘより注入口２１０の内部側に配置した状態で、封止位置２３２にて注入部２００を封止できる。このため、多孔質体２２０に注入口２１０の材料と異なる材料を用いる、つまり多孔質体２２０を任意の材料により形成することができる。
【００４２】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、注入部３００は、注入口３１０と多孔質体３２０を有している。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。この多孔質体３２０は、支持部３２１と導入部３２２を有している。注入口３１０は、注入口３１０を形成する最外金属層６６に開口部６６Ｘを有している。開口部６６Ｘから作動流体Ｃが注入される。
【００４３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、注入部４００は、注入口１１０と多孔質体４２０を有している。図９（ｂ）は図９（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。この多孔質体４２０は、支持部４２１と導入部４２２を有し、導入部４２２は２つの先端部４２２ａ，４２２ｂを有している。先端部４２２ａ，４２２ｂは、注入口１１０の注入路１１１の両端部に配置されている。先端部４２２ａ，４２２ｂが注入口１１０の開口部１１０Ｘから突出することで、作動流体Ｃを多孔質体４２０に取込易くなる、つまり作動流体Ｃを注入し易くする。
【００４４】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、注入部５００は、注入口１１０と多孔質体５２０を有している。図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。この多孔質体５２０は、支持部５２１と導入部５２２を有し、導入部５２２は、３つの先端部５２２ａ，５２２ｂ，５２２ｃを有している。先端部５２２ａ，５２２ｃは、注入口１１０の注入路１１１の両端部に配置されている。先端部５２２ａ〜５２２ｃが注入口１１０の開口部１１０Ｘから突出することで、作動流体Ｃを多孔質体５２０に取込易くなる、つまり作動流体Ｃを注入し易くする。
【００４５】
・上記各形態の注入部２５，１００，２００，３００，４００，５００を、ループ型以外の形状のヒートパイプに適用してもよい。例えば、扁平型のヒートパイプに適用してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１１  ヒートパイプ
２５，１００  注入部
３１  未封止部
３２  封止部
４０  注入口
５０  多孔質体
６１，６６  最外金属層（金属層）
６２〜６５  中間金属層（金属層）
Ｃ  作動流体
【図１】
2019078507.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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