(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の容器をなすコンテナと、前記コンテナ内に封入された作動流体と、この作動流体とともに前記コンテナ内に収容された流路形成部材と、を有し、
前記流路形成部材は、
蒸発した前記作動流体の流路となる気相流路と、
凝縮した前記作動流体の流路となる液相流路と、を有し、
前記液相流路は、前記作動流体をその毛細管力により流動させるウィックからなり、
前記気相流路は、渦巻き状に巻回した複数の主流路パターンからなり、
この各主流路パターンは、渦巻きの中心と反対の端部を予め定められた受熱部の位置に設け、前記各主流路パターンは、前記端部においてそれぞれの主流路が相互に連通し、
前記主流路は、前記ウィックにより仕切られていることを特徴とする薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項２】
前記気相流路は、前記コンテナの面のほぼ全域に渡って設けられたことを特徴とする請求項１記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項３】
前記気相流路は、前記主流路から分岐した少なくとも１本の副流路を備え、
前記副流路は、前記主流路とウィックにより仕切られていることを特徴とする請求項１又は２記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項４】
前記気相流路は、受熱部側の流路の幅を相対的に狭く、冷却部側の流路の幅を相対的に広く構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項５】
前記コンテナは、方形状であり、
前記気相流路は、前記コンテナの外周形状に沿って、各辺と平行に渦巻き状の気相流路を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項６】
前記気相流路は、予め設定された受熱部の領域に相当する位置に設けられる基準気相流路と、その他の気相流路とからなり、これらが連通することで渦巻き状の主流路を形成するものであり、
前記基準気相流路は、受熱部の領域を複数に分割し、前記気相流路が複数回に渡って受熱部を通過するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項７】
前記流路形成部材の周縁部全周に亘って前記ウィックが存在していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項８】
前記主流路は、主流路１つあたり１本の紐状ウィックが折り曲げられて形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の高発熱電子部品を効率良く冷却するシート状のヒートパイプの改良に係り、特に、加熱源が小さな部品でも、効率的に冷却する薄型シート状ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は、高出力かつ高集積の電子部品を内蔵しており、例えば、ＣＰＵは高速で情報の演算および制御等の処理を行うため、多量の熱を放出する。このように多量の熱を放出する電子部品を冷却するために、各種の冷却手段が提案されており、その代表的な冷却手段の１つとして、ヒートパイプがある。
【０００３】
一般的に、ヒートパイプは、パイプ中の一方を加熱し、もう一方を冷却することで、作動流体の蒸発（潜熱の吸収）と凝縮（潜熱の放出）のサイクルを発生させ、熱を移動させるものである。通常は、冷却部分を加熱部分より高い位置に配置することにより、凝縮後の作動流体を加熱部分に戻すようにしているが、ウィックによる毛細管現象を利用することで高低差を設けることなく冷却性能を発揮させることができる。
【０００４】
ヒートパイプには、パイプ形状のものと、平面シート状のものとがある。ＣＰＵ等の電子部品の冷却用には、取り付けが容易であることや広い接触面が得られることから、シート状のヒートパイプを用いるのが一般的である。
【０００５】
このようなシート状のヒートパイプでは、近年の電子機器の小型化や薄型化の傾向に伴って、さらなる薄型化が要請される。従来のシート状のヒートパイプは、図１３（ａ）に示すように、気相流路の上下に、液相流路となるウィックと、コンテナとを積層して構成していたが、この構成では、気相流路とウィックの厚さが積算されるため、薄型化には限界があった。そこで、図１３（ｂ）に示すように、液相流路となるウィックと気相流路とをコンテナの間の同じ層に構成することで薄型化に有利な配置を実現した技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、シート状のヒートパイプにおいては、熱拡散能力をあげるため、気相流路（作動流体通路）の配置構成に工夫を施した技術が開示されている（特許文献２参照）。例えば、図１４に示すように、気相流路を渦巻き状に形成したものがある。これは、(1) ウィックを有する平シート状ヒートパイプは、熱拡散は期待できるものの構造が複雑となりコスト高となること、(2)複数の作動流体通路が平行である場合、作動流体による熱移動は指向性を有さざるを得ず、適用範囲に制限が生じること、などの課題に対して提案されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−８２６９８号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献２における渦巻き状流路では、中央に熱源が配置され、この熱源において蒸発した作動流体は、中央から渦巻き状の流路に沿って外周方向に移動した後、外周部分において放熱することで凝縮される。しかしながら、熱源から渦巻きの外周部までの距離が長く、その分、輸送できる熱量が低下してしまっていた。また、凝縮した作動流体は、熱源に環流することなく外周部分において移動が停止してしまい円滑な伝熱ができなかった。
【０００９】
特許文献１では、コンテナを構成する箔状のシートの間に、ウィックとなるスペーサを間挿し、このスペーサに、縦長の気相流路をスリットとして設けることで構成している。しかしながら、気相流路の設けられた位置はコンテナ内部が空洞となるため、箔状のシートを薄く構成した場合、ヒートパイプの厚さ方向に対する強度が十分ではない。そのため、大気圧によるヒートパイプの潰れや、箔状のシートの破れが発生する可能性があった。そこで、特許文献１においても、ウィックを形成するスペーサとコンテナを形成するシートとの間に、さらに第２、第３のスペーサを介在させることで、ヒートパイプの厚さ方向に対する強度を高めていた。
【００１０】
また、加熱源が、ヒートパイプの面の一部を占めるに過ぎないような小さなものである場合、ウィックや気相流路をコンテナ全体に分布させることが放熱効率を考慮した場合には重要である。しかしながら、特許文献１は加熱源が小さな場合を想定したものではなかった。また、特許文献２は作動流体通路を全体に配置したのみで、ウィックの配置については、構造が複雑になるという課題からこれを否定するものであった。すなわち、いずれも先行技術文献に開示された技術とも、加熱源が小さい部品に用いた場合に、十分な放熱効率を期待できるものではなかった。
【００１１】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、薄型かつ高強度で、小さい熱源に対しても高い放熱効率を実現する薄型シート状ヒートパイプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シート状の容器をなすコンテナと、前記コンテナ内に封入された作動流体と、この作動流体とともに前記コンテナ内に収容された流路形成部材と、を有し、前記流路形成部材は、蒸発した前記作動流体の流路となる気相流路と、凝縮した前記作動流体の流路となる液相流路と、を有し、前記液相流路は、前記作動流体をその毛細管力により流動させるウィックからなり、前記気相流路は、渦巻き状に巻回した複数の主流路パターンからなり、この各主流路パターンは、渦巻きの中心と反対の端部を予め定められた受熱部の位置に設け、前記各主流路パターンは、前記端部においてそれぞれの主流路が相互に連通し、前記主流路は、前記ウィックにより仕切られていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記気相流路は、前記コンテナの面のほぼ全域に渡って設けられたことを特徴とする。
【００１４】
以上の態様では、液相流路となるウィックを渦巻き状に配置して気相流路の仕切りを形成することで、受熱部において蒸発した作動流体を、冷却部において凝縮し毛細管現象により加熱部側に円滑に移動させることができる。特に、渦巻き状に気相流路の仕切りを形成する冷却部分から受熱部分まで、連続的に間断なく繋げることで、凝縮した作動流体を加熱部へ円滑に循環させることができる。また、気相流路を、渦巻き状に巻回した複数のパターンに分けて構成したので、加熱源と接する受熱部分から、作動流体が凝縮する冷却部分までの距離が短くなる。このように、熱を運ぶ距離が短いことで、熱の運べる量が多くなり、放熱効率を高めることができる。
【００１５】
また、ウィックが、コンテナの面を直接的に支持するとともに、気相流路の仕切りを形成することで、コンテナの面上にウィックの柱を高密度に配置することができる。これにより、ヒートパイプの厚さ方向に対する強度を高くすることができる。したがって、従来、ヒートパイプの厚さ方向の高強度化のために用いていたスペーサを用いる必要がなく、コンテナを形成する素材自体の薄型化やヒートパイプ全体のさらなる薄型化が可能となる。
【００１６】
さらに、ウィックが、コンテナの間隙で、コンテナの厚さ方向に対してコンテナを支持し、ウィックをコンテナに対する柱として構成することで、ウィックとコンテナとの接触している箇所においても放熱機能が働くこととなる。そのため、ヒートパイプの放熱効果をさらに高めることができる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記気相流路は、前記主流路から分岐した少なくとも１本の副流路を備え、前記副流路は、前記主流路とウィックにより仕切られていることを特徴とする。
【００１８】
以上の態様では、より製造を容易にするため、渦巻き状の気相流路の巻回数を少なくした場合であっても、主流路から分岐する副流路を設けることで、コンテナの面全体に渡って気相流路と、液相流路となるウィックを配置することができる。これにより、より放熱効率の高い薄型シート状ヒートパイプを提供することが可能となる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記気相流路は、受熱部側の流路の幅を相対的に狭く、冷却部側の流路の幅を相対的に広く構成したことを特徴とする。
【００２０】
以上の態様では、ウィックが仕切りとなって形成される気相流路の幅を、受熱部の領域部分において狭く構成し、その他の領域において広く構成することで、作動流体の凝縮効率を高め、伝熱能力を高めることができる。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記コンテナは、方形状であり、前記気相流路は、前記コンテナの外周形状に沿って、各辺と平行に渦巻き状の気相流路を形成することを特徴とする。
【００２４】
以上の態様では、例えば、ファンによる強制放熱方式を採用したヒートパイプにおいて、ファンの風向きを、コンテナの長辺方向に設定しファンの風向きに気相流路を沿うようにすることで、風上と風下の温度差を低減し放熱効率を高くすることができる。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記気相流路は、予め設定された受熱部の領域に相当する位置に設けられる基準気相流路と、その他の気相流路とからなり、これらが連通することで渦巻き状の主流路を形成するものであり、前記基準気相流路は、受熱部の領域を複数に分割し、前記気相流路が複数回に渡って受熱部を通過するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
以上の態様では、被冷却対象部品の加熱源に当たる受熱部の領域の相当する位置に、基準気相流路の領域を定め、これに基づいて流路形成することで、渦巻き状の気相流路の形成が容易となる。また、加熱源が小さい場合でも、この加熱源の領域に対して基準気相流路を定め、基準気相流路を、受熱部の領域を複数等分し、気相流路が複数回受熱部を通過するようにしたことで、作動流体と熱源との熱接触の機会を多く取ることができ、熱輸送量を増加させることができる。
【００２７】
また、小さい加熱源がコンテナの面のいずれかの場所に当たる場合でも、まず加熱源に基準気相流路を定めた上で、これに基づいて渦巻き状の流路形成を行う。これにより、加熱源の配置に関わらず、渦巻き状のウィックの配置並びに気相流路の配置が容易となる。
【００２８】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記流路形成部材の周縁部全周に亘って前記ウィックが存在していることを特徴とする。
【００２９】
以上の態様では、ウィックを流路形成部材の周縁部全周に亘って配置することで、放熱効率をさらに高めることが可能となる。
【００３０】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記主流路は、主流路１つあたり１本の紐状ウィックが折り曲げられて形成されていることを特徴とする。
【００３１】
以上の態様では、コンテナの面上に、比較的容易に気相流路を形成することが可能で、容易に薄型シート状ヒートパイプを作製することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上のような本発明によれば、薄型かつ高強度で、小さい熱源に対しても高い放熱効率を実現する薄型シート状ヒートパイプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの構成を示す斜視図（ａ）及び（ｂ）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの気相流路の形成過程を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの他の構成を示す模式図（ａ）〜（ｃ）である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの気相流路の形成過程を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの他の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの気相流路の形成過程を示す模式図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの他の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの構成を示す模式図（ａ）及び（ｂ）である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプの構成を示す模式図である。
【図１３】従来のシート状のヒートパイプの構成を示す断面模式図である。
【図１４】従来のシート状のヒートパイプの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同様の構成については、適宜説明を省略する。
【００３５】
［１．第１の実施の形態］
［１−１．構成］
第１の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプ１０（以下、単に「ヒートパイプ１０」という。）は、図１（ａ）に示すように、容器となるコンテナ１１と、コンテナ１１内に封入された作動流体（図示せず）と、この作動流体とともにコンテナ１１内に収容された流路形成部材１２と、この作動流体を注入する注液口（図示せず）とからなる。なお、作動流体と注液口については、本発明に特有なものではなく、従来と同様であるので具体的な説明は省略する。
【００３６】
コンテナ１１は、薄シート状に形成されるものであり、従来同様、銅あるいはその合金、またはステンレス鋼、アルミニウムおよびその合金等の熱伝導性の高い素材からなる。
【００３７】
コンテナ１１は、図１（ａ）に示すように、２枚のシート状の素材を重ね合わせて周辺部を接合することにより形成することができる。また、図１（ｂ）に示すように、コンテナ１１は、板材を丸めて、例えばＴＩＧ溶接により形成した管状部材を、半径方向に圧潰して平シート状とし、両端部を接合して形成することもできる。後者の製法は、前者の製法に比べて一体成型のパイプにより薄肉の管が得られ、結果としてシート状のコンテナ１１を形成できるとともに、２枚のシートを接合する場合に４箇所必要な溶接部を３箇所に減らせるというメリットがある。
【００３８】
流路形成部材１２は、蒸発した作動流体の流路となる気相流路１３と、凝縮した作動流体をその毛細管力により流動させるウィック１４により形成される液相流路と、を有する。
【００３９】
気相流路１３は、渦巻き状に巻回してなり、ウィック１４により仕切られて構成される。気相流路１３は、放熱対象の電子部品の熱源位置を受熱部とした場合に、この受熱部の位置に、渦巻きの中心が設定される。そして、この中心から、コンテナ１１の四辺の方向に沿って、外周方向に渦巻き状に巻回されたものである。
【００４０】
ここで、図１（ａ）において、渦巻きの巻回数は、その中心から６回である。また、受熱部の位置は、同図に示すように、コンテナ１１の面の中心に位置する領域Ｚに定めた場合、渦巻き状に形成される気相流路１３は、この受熱部を複数回（ここでは７回）通過するように構成されている。
【００４１】
また、気相流路１３は、受熱部として設定された領域Ｚでは、流路が閉塞しない限りにおいて流路を密に構成するべく流路幅が狭く設定され、領域Ｚ以外の領域Ｚよりも外周側においては、放熱効率を上げるため流路幅が広く設定されている。
【００４２】
ウィック１４は、従来同様、メッシュ、ワイヤや焼結などによる多孔質金属など従来用いられている素材を加工して構成したものであり、本実施の形態においてはウィック１４のコンテナ１１内における配置構成に特徴を有する。すなわち、ウィック１４は、コンテナ１１の間隙で、コンテナ１１の厚さ方向に対してコンテナ１１を支持するように柱となるとともに、作動流体の気相流路１３の仕切りをなし、気相流路１３を渦巻き状に巻回するように配置されたものである。なお、このウィック１４の断面形状は、従来技術の項において、図１３（ｂ）として示した例と同様である。
【００４３】
［１−２．ウィックによる流路形成部材の設計手順］
次に、上記のような構成を備える本実施の形態におけるヒートパイプ１０の流路形成部材１２の設計手順の例について、図２を用いて説明する。なお、ここで説明する設計手順とは、例えば、メッシュウィックやワイヤウィックにより予め流路パターンを形成した流路形成部材１２を作製し、これをコンテナ内に挿入する場合のように、パターン構成を設計するための手順のことをいう場合と、ワイヤウィックによりコンテナ上に流路を形成していくような実際の製造工程のことをいう場合の両方を含む。
【００４４】
まず、ヒートパイプ１０における受熱部分、言い換えれば、冷却対象となる部品の熱源位置を決定する。本実施の形態においては、説明の便宜上、熱源位置をコンテナ１１の面の中心に位置する領域Ｚであるとする。具体的には、領域Ｚの位置は、コンテナ１１の面の長尺方向に４分の１程度、短尺方向に３分の１程度の正方形状の領域を占めるものである（図２（ａ）参照）。
【００４５】
次に、この正方形状の熱源位置たる領域Ｚにあわせて、この領域Ｚの一辺の長さと同程度の長さの直線状のウィック１４を等間隔に８本配置し、７本の気相流路１３の基準位置を形成する。これにより、７本の基準となる部分流路１３ａ〜１３ｇ（以下、まとめて「基準気相流路１３Ｘ」ともいう。）が形成された状態となる（図２（ｂ）参照）。
【００４６】
続いて、７本の基準気相流路１３Ｘのうち、真ん中の１本である部分流路１３ｄの図中下端部にウィック１４を形成して閉じ、図中上方の端部から左隣の部分流路１３ｃの上方の端部へウィック１４を形成し接続する。続いて、部分流路１３ｃの下方の端部から、図中右２つ隣の部分流路１３ｅの下方の端部へ接続する。このように、基準気相流路１３Ｘの部分流路１３ａ〜１３ｇの端部同士を、ウィック１４により順に接続していくことで、渦巻き状流路を形成していく。図２（ｃ）に示すように、基準気相流路１３Ｘをすべて接続した後は、図２（ｄ）に示すように、流路の幅を拡げながら、コンテナ１１の外周位置に至るコンテナ１１の面上全域に対して、ウィック１４を用いて流路を設けるようにする。
【００４７】
［１−３．作用効果］
以上のように構成される本実施の形態のヒートパイプ１０では、流路形成部材１２をなすウィック１４を、コンテナ１１の間隙で、コンテナ１１の厚さ方向に対してコンテナ１１を支持するようにし、ウィック１４をいわばコンテナ１１の支持柱として用いた。また、ウィック１４を仕切りとして、作動流体の気相流路１３をコンテナ１１の面上全体に渡って渦巻き状に巻回するように配置した。
【００４８】
このように、ウィック１４を渦巻き状に配置して気相流路１３を形成することで、受熱部において蒸発した作動流体を、冷却部において凝縮し毛細管現象により加熱部側に円滑に移動させることができる。特に、渦巻き状に気相流路１３の仕切りを形成する冷却部分から受熱部分まで、連続的に間断なく繋げることで、凝縮した作動流体を加熱部へ円滑に循環させることができる。
【００４９】
また、ウィック１４が、コンテナ１１の面を直接的に支持し、かつウィック１４が気相流路１３の仕切りを構成してコンテナ１１の面全体に渡って配置されることで、コンテナ１１の面上にウィック１４による柱を高密度に配置することができる。これにより、ヒートパイプ１０の厚さ方向に対する強度を高くすることができる。したがって、ヒートパイプの厚さ方向の高強度化のために用いていたスペーサを用いる必要がなく、コンテナ１１を形成する素材自体の薄型化やヒートパイプ１０全体のさらなる薄型化が可能となる。
【００５０】
さらに、ウィック１４が、コンテナ１１の間隙で、コンテナ１１の厚さ方向に対してコンテナ１１を支持することで、ウィック１４とコンテナ１１との接触している箇所でも放熱機能が働くので、ヒートパイプ１０の放熱効果をさらに高めることができる。
【００５１】
また、流路形成部材１２を形成するウィック１４の配置手順として、まず、基準気相流路１３Ｘを定め、これに基づいて流路を形成することで、渦巻き状の気相流路１３の形成が容易となる。また、加熱源が小さい場合でも、この加熱源の領域に対して基準気相流路１３Ｘを定めることで、気相流路１３を加熱源に複数回通過させることができる。そのため、作動流体と熱源との熱接触の機会を多く取ることができ、熱輸送量を増加させることができる。
【００５２】
例えば、冷却対象の電子部品の加熱源が、コンテナ１１の面積の一部に相当するに過ぎないような小さなものであり、この加熱源を受けるヒートパイプの受熱部が、コンテナ１１の面の中心領域に限らず、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、他のいずれかの場所に設けられる場合、まずそこに基準気相流路１３Ｘを定めた上で、これに基づいて渦巻き状の流路形成を行う。これにより、加熱源の配置に関わらず、渦巻き状のウィック１４の配置並びに気相流路１３の配置が可能となる。なお、この場合、図３（ａ）のように、加熱源の位置に気相流路１３の渦巻きの中心を合わせて構成することもできるし、同図（ｂ）や（ｃ）に示すように、巻回される渦巻きの中途に熱源位置が来るように気相流路１３を形成することも可能である。いずれの気相流路も、基準気相流路１３Ｘを定めた上で渦巻き状の流路を形成することで、設計可能である。
【００５３】
ウィック１４を仕切りとして形成する気相流路１３の幅を、基準気相流路１３Ｘの領域部分において狭く構成し、その他の外周領域において広く構成することで、作動流体の凝縮効率を高め、伝熱能力を高めることができる。
【００５４】
また、例えば、ヒートパイプ１０が、ファンによる強制放熱方式を採用したものである場合、渦巻き状の気相流路２３を、コンテナ１１の外周を形成する辺と平行に進行するように形成する。このように、このファンの風向きを、コンテナ１１の長辺方向に設定することで、ファンの風向きに気相流路１３が沿うこととなり、放熱効率を高くすることができる。
【００５５】
［２．第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプ２０（以下、単に「ヒートパイプ２０」という。）は、第１の実施の形態におけるヒートパイプ１０の渦巻き状の気相流路の配置構成に改良を施したものである。なお、図４において、２１はコンテナを、２２はウィックを、２３は気相流路を、２４は流路形成部材を表す。また、これらの構成要素に関して、本実施の形態において特に説明する場合を除き、第１の実施の形態における説明を援用するものとする。
【００５６】
［２−１．構成］
本実施の形態のヒートパイプ２０は、渦巻き状の気相流路２３を、図４に示すように、コンテナ２１の面の中心を対称点とし、点対称に左右２パターン、気相流路２３Ａと気相流路２３Ｂとを設けて、流路形成部材２４を構成したものである。気相流路２３Ａは右回りの渦巻きを形成し、気相流路２３Ｂは左回りの渦巻きを形成している。
【００５７】
ここで、第１の実施の形態における気相流路１３は、受熱部分を渦巻きの中心側の端部に形成しているが、第２の実施の形態における気相流路２３では、受熱部分を渦巻きの中心とは反対の端部に形成し、冷却部分を渦巻きの中心となる端部に向かって形成している。
【００５８】
［２−２．ウィックによる流路形成部材の設計手順］
次に、本実施の形態におけるヒートパイプ２０の流路形成部材２４の設計手順の例を、図５を用いて説明する。なお、ここで説明する設計手順とは、第１の実施の形態と同様、例えば、メッシュウィックやワイヤウィックにより予め流路パターンを形成した流路形成部材２４を作製し、これをコンテナ内に挿入する場合のようにメッシュ等のパターン構成を設計するための手順のことをいう場合と、ワイヤウィックによりコンテナ上に流路を形成していくような実際の製造工程のことをいう場合の両方を含む。
【００５９】
まず、ヒートパイプ２０における被冷却部品の熱源位置が当接する受熱部を決定する。ここで、本実施の形態における受熱部分は、第１の実施の形態と同様、コンテナ２１の面の中心に位置する領域Ｚとする。具体的にはコンテナ２１の面の長尺方向に４分の１程度、短尺方向に３分の１程度の正方形状の領域とする（図５（ａ）参照）。
【００６０】
この正方形状の熱源位置にあわせて、正方形状の熱源の一辺の長さと同程度の長さの直線状のウィック２２を等間隔に８本配置し、気相流路２３の基準位置を形成する（図５（ｂ）参照）。これにより、７本の基準となる部分流路２３ａ〜２３ｇ（この７本をまとめて「基準気相流路２３Ｘ」という。）が形成された状態となる。ここまでの手順は、第１の実施の形態と同様である。
【００６１】
次に、７本の基準気相流路２３Ｘのうち、真ん中の１本である部分流路２３ｄを中心流路として、この中心流路から図中上方に気相流路２３Ａを、図中下方に気相流路２３Ｂを、ウィックの配置により構成していく。
【００６２】
具体的には、図５（ｃ）に示すように、気相流路２３Ａは、部分流路２３ｄから図中上方に向かってコンテナ２１の上の辺に至るまで延ばし、その後、コンテナ２１の面の最外周に沿って右回りに巻回し、部分流路２３ｅの図中下端部に接続する。他方、気相流路２３Ｂは、部分流路２３ｄから下方に向かってコンテナ２１の下の辺に至るまで延ばし、その後、コンテナ２１の面の最外周に沿って左回りに巻回し、部分流路２３ｃの図中上端部に接続する。
【００６３】
同様にして、今度は、気相流路２３Ａにおいて、部分流路２３ｅを、図中上方に向かって、すでに形成した気相流路２３Ａの最外周に形成された部分流路２３ｄからの流路の内側まで延ばす。その後、部分流路２３ｄから形成された流路の内側に沿って右回りに巻回し、部分流路２３ｆの図中下端部に接続する。他方、気相流路２３Ｂでは、部分流路２３ｃから下方に向かってすでに形成した部分流路２３ｂの最外周に形成された部分流路２３ｄからの流路の内側まで延ばす。その後、部分流路２３ｄから形成された流路の内側に沿って左回りに巻回し、部分流路２３ｂの図中上端部に接続する。
【００６４】
このように、基準気相流路２３Ｘの部分流路２３ａ〜２３ｇの端部同士を順に接続していくことで、渦巻き状流路を形成し、最終的には、図５（ｄ）に示すようにコンテナ２１の面上全域に渡って、渦巻き状の気相流路２３Ａ及び２３Ｂからなる流路形成部材２４が形成される。
【００６５】
なお、第１の実施の形態において説明したのと同様、本実施の形態のヒートパイプ２０においても、受熱部分、すなわち、基準気相流路２３Ｘの領域における気相流路幅は狭く、冷却部分である基準気相流路２３Ｘの領域以外の部分の気相流路幅は広く形成する。したがって、本実施の形態では、図４又は図５（ｄ）に示すように、基準気相流路２３Ｘから図中上下に延びた気相流路部分は細幅のまま維持されているが、そこから右又は左に渦を巻き始める（正確には、直角に折れて渦を形成していく構成である。）箇所からは、流路幅を広く形成している。
【００６６】
［２−３．作用効果］
以上のような本実施の形態のヒートパイプ２０によれば、第１の実施の形態において示したものに加え、以下のような作用効果を奏する。すなわち、流路形成部材２４を、気相流路２３Ａと気相流路２３Ｂとの２パターンに分けて構成したので、加熱源と接する受熱部分から、作動流体が凝縮する冷却部分までの距離が短くなる。
【００６７】
このように、熱を運ぶ距離が短いことで、熱を運べる量が多くなり、放熱効率を高めることができる。他方、第１の実施の形態と同様に、ウィック２２が仕切りとなる気相流路２３を、コンテナ２１の面上全体に渡って渦巻き状に巻回できる。これにより、コンテナ２１の面上にウィック２２による柱を高密度に配置することができ、ヒートパイプ２０の厚さ方向に対する強度を高くすることが可能である。
【００６８】
［２−４．他の実施態様］
なお、本実施の形態のヒートパイプ２０としては、図４又は図５において示したものに加え、図６に示す態様においても実施可能である。
【００６９】
すなわち、図４又は図５においては、基準気相流路２３Ｘを部分流路２３ａ〜２３ｇとして７本で形成していたが、より製造し易さを狙って、図６に示すように、基準気相流路２３Ｘにおける部分流路を３本で形成し、渦巻き状の気相流路２３Ａ及び２３Ｂをそれぞれ２回の巻回によって構成することも可能である。このような構成においても、本実施の形態の上述した作用効果は奏し得る。
【００７０】
［３．第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係る薄型シート状ヒートパイプ３０（以下、単に「ヒートパイプ３０」という。）は、第１及び第２の実施の形態におけるヒートパイプの渦巻き状に形成された気相流路に改良を施したものである。具体的には、渦巻き状の気相流路を、図７に示すように、上下左右に、４パターン設けたものである。なお、図７において、３１はコンテナを、３２はウィックを、３３は気相流路を、３４は流路形成部材を表す。また、これらの構成要素に関して、本実施の形態において特に説明する場合を除き、第１又は第２の実施の形態における説明を援用する。
【００７１】
［３−１．構成］
上述のとおり、本実施の形態のヒートパイプ３０は、渦巻き状の気相流路３３を、図７に示すように、上下左右４パターン、気相流路３３Ａ〜３３Ｄを設けて流路形成部材３４を構成したものである。気相流路３３Ａと３３Ｃは右回りの渦巻きを形成し、気相流路３３Ｂと３３Ｄは左回りの渦巻きを形成する。また、気相流路３３Ａと３３Ｃ並びに気相流路３３Ｂと３３Ｄは、それぞれコンテナ３１の中心を対称点とし、点対称に形成される。
【００７２】
この場合、第２の実施の形態と同様、本実施の形態の気相流路３３は、受熱部分を渦巻きの中心とは反対の端部に設定し、渦巻きの中心となる端部は冷却部分に形成している。
【００７３】
［３−２．ウィックによる流路形成部材の設計手順］
次に、本実施の形態におけるヒートパイプ３０の流路形成部材３４を形成する手順の例を、図８を用いて説明する。なお、ここで説明する設計手順とは、第１の実施の形態と同様、例えば、メッシュウィックやワイヤウィックにより予め流路パターンを形成して流路形成部材を作製し、これをコンテナ内に挿入する場合のようにメッシュ等のパターン構成を設計するための手順のことをいう場合と、ワイヤウィックによりコンテナ上に流路を形成していくような実際の製造工程のことをいう場合の両方を含む。
【００７４】
まず、ヒートパイプ３０の熱源位置を決定する。本実施の形態における熱源位置は、第１及び第２の実施の形態と同様、コンテナ３１の面の中心に位置する領域Ｚとする。この位置は、詳しくはコンテナ３１の面の長尺方向に４分の１程度、短尺方向に３分の１程度の正方形状の領域である（図８（ａ）参照）。
【００７５】
続いて、第１の実施の形態及び第２の実施の形態において示したのと同様に、この正方形状の熱源位置にあわせて基準気相流路３３Ｘを設定する。この基準気相流路３３Ｘの具体的な構成は、図８（ｂ）に示すように、第１又は第２の実施形態とは異なる。すなわち、まず、気相流路３３Ａ〜３３Ｄが中心位置で連通する十字状のウィック３２により中心の部分流路３３ａを形成する。次に、その外側に、それぞれ複数（区画ごとに２つずつ）のＬ字状のウィック３２によって、Ｌ字の部分流路３３ｂ〜Ｌ字の部分流路３３ｉを形成する。これにより、中心に設けられた十字の部分流路３３ａからＬ字の部分流路３３ｂ〜Ｌ字の部分流路３３ｉまで、全１０本のウィック３２によりなる基準気相流路３３Ｘが形成される。
【００７６】
続いて、１０本の基準気相流路３３Ｘのうち、中心の十字状の部分流路３３ａから、図中上下左右の４区画に対して、各々渦巻き状流路を形成していく。具体的には、部分流路３３ａの上部の流路から右上の部分流路３３ｂに向かって渦巻きを形成し、中心の部分流路３３ａの右側の流路から右下の部分流路３３ｃに向かって渦巻きを形成する。また、中心の部分流路３３ａの下部の流路から左下の部分流路３３ｄに向かって渦巻きを形成し、さらに、中心の部分流路３３ａの左側の流路から左上の部分流路３３ｅに向かって渦巻きを形成する。
【００７７】
それぞれの区画において、まず、中心の部分流路３３ａからコンテナ３１の外周まで延伸し、その後、直角に折れて他の区画に当たる位置までさらに延ばし、順に渦巻きを形成していく。
【００７８】
このように、基準気相流路３３Ｘを確定させた後、各区画において渦巻き状に流路を形成していくことで、図８（ｄ）に示すように、コンテナ３１の面上全域に渡って、渦巻き状流路が形成され、流路形成部材３４が作製される。
【００７９】
なお、第１又は第２の実施の形態と同様、本実施の形態のヒートパイプ３０においても、受熱部分、すなわち、基準気相流路３３Ｘの領域における気相流路幅は狭く、冷却部分である基準気相流路３３Ｘの領域以外の部分の気相流路幅は広く形成する。そのため、本実施の形態では、図８（ｄ）に示すように、基準気相流路３３Ｘから図中上下に延びた気相流路部分は細幅のまま維持されているが、そこから右又は左に渦を巻き始める（正確には、直角に折れて渦を形成していく構成である。）箇所以降の流路については、流路幅を相対的に広く構成している。
【００８０】
［３−３．作用効果］
以上のような本実施の形態のヒートパイプ３０によれば、第１又は第２の実施の形態において示したものに加え、以下のような作用効果を奏する。すなわち、流路形成部材３４を、気相流路３３Ａ〜３３Ｄの４パターンに分けて構成したので、加熱源と接する受熱部分から、作動流体が凝縮する冷却部分までの距離が、第２の実施の形態より更に短くなる。
【００８１】
これにより、さらに熱を運ぶ距離が短い方が熱の運べる量が多くなり、放熱効率を高めることができる。他方、第１の実施の形態と同様、ウィック３２を仕切りとした気相流路３３を、コンテナ３１の面上全体に渡って渦巻き状に巻回できる。これにより、コンテナ３１の面上にウィック３２による柱を高密度に配置することができ、ヒートパイプ３０の厚さ方向に対する強度を高くすることができる。
【００８２】
以上より、ヒートパイプの厚さ方向の高強度化のために用いていたスペーサの必要がなく、コンテナ３１を形成する素材自体の薄型化やヒートパイプ３０全体のさらなる薄型化が可能となる。
【００８３】
［３−４．他の実施態様］
なお、本実施の形態のヒートパイプ３０としては、図７又は図８において示したものに加え、図９に示す態様においても実施可能である。
【００８４】
すなわち、図７又は図８においては、基準気相流路３３Ｘを部分流路３３ａ〜３３ｉとして９つのパーツで形成していたが、より製造し易さを狙って、図９に示す構成としてもよい。図９に示すように、基準気相流路２３Ｘにおける部分流路を、十字状の流路１本と、領域Ｚにおける４隅に設けた４つの部分流路で形成し、渦巻き状の気相流路３３Ａ〜３３Ｄをそれぞれ２回の巻回によって構成する態様である。このような構成においても、本実施の形態の上述した作用効果は奏し得る。
【００８５】
［４．他の実施の形態］
（全体形状について）
本発明は、上記実施の形態に示した態様に限定されるものではなく、例えば、次に示すような態様も包含する。上記実施の形態において、ヒートパイプ全体の形状として、矩形状のものを示しているが、これは最適な実施態様を示すに過ぎず、本発明はこのような態様に限られない。例えば、ヒートパイプ全体が円形、楕円形や多角形で構成しても構わないし、Ｌ字状に構成されるものも含まれる。
【００８６】
（副流路の形成）
第１の実施の形態における図３（ａ）やその他の例において、受熱部となる領域Ｚの部分では、気相流路の幅を狭構成し、冷却部となる熱源から離れる部分の気相流路の広く構成することで、冷却効率を高める工夫をしていたが、本発明は、このような態様に限られず、例えば、図１０（ａ）のヒートパイプ４０又は図１０（ｂ）のヒートパイプ５０に示すような態様を包含する。すなわち、ヒートパイプ４０又はヒートパイプ５０において、気相流路４３又は５３を、渦巻き状に巻回した主流路４３ａ又は５３ａと、この主流路から分岐して設けた副流路４３ｂ又は５３ｂとに分けて構成する。主流路４３ａ又は５３ａは、巻回中心から巻回端部まで流路幅に特に変更を施さず、一方で、熱源位置から離れた冷却部分において、余剰の領域に主流路４３ａ又は５３ａから分岐した副流路４３ｂ又は５３ｂを設ける。
【００８７】
なお、図１０（ａ）において、４２はウィックを、４３，４３Ａ又は４３Ｂは気相流路を、４３Ｘは基準気相流路を示す。また、図１０（ｂ）において、５２はウィックを、５３，５３Ａ又は５３Ｂは気相流路を、５３Ｘは基準気相流路を示す。
【００８８】
このような態様においては、仮に巻回中心から巻回端部（又はその逆）に至るまで流路幅を徐々に変更し、受熱部分で幅狭に、冷却部分で幅広に構成した場合であっても、流路形成部材上の主流路以外の部分に余剰部分が存在すれば、副流路を形成することは可能である。
【００８９】
以上のような態様によれば、第１の実施の形態において図３（ｃ）で示したヒートパイプ１０の改良型や図６で示したヒートパイプ２０の改良型のように、基準気相流路を比較的幅広の流路で形成し、渦巻き状の気相流路の巻回数を少なくした場合であっても、主流路から分岐する副流路を設けることで、コンテナの面全体に渡って気相流路と、液相流路となるウィックを配置することができる。そのため、放熱効率が非常に高い薄型シート状ヒートパイプを提供することが可能となる。
【００９０】
なお、このような構成は、図１０（ａ）に示したような熱源位置がコンテナ面の中心領域でなく、左右又は上下にずれている場合であって、熱源位置以外の位置のスペースが余っている場合に、副流路の配置がより容易で、さらに副流路の配置に冷却効率の飛躍的な向上が期待し得る。
【００９１】
（熱源位置の移動と非対称配置）
第２又は第３の実施の形態において、複数ある渦巻き状のウィックの配置又は気相流路の構成について、上下左右方向に対称に構成される例を示したが、本発明はこのような例に限らず、複数の流路パターンが非対称に形成される態様も包含する。
【００９２】
特に、本発明は、小さい加熱源に対して使用され、小さい加熱源に対しても放熱効率を高めることを目的の一つとしているが、この小さい加熱源は、コンテナ面上の領域のみならず角部分など、他の位置に配置されることが想定される。
【００９３】
このような場合、本発明では、図１１の薄型シート状ヒートパイプ６０に示すように、加熱源の領域に相当する位置に、基準気相流路６３Ｘをまず定め、その上で、流路パターンが一つの場合や、二つの場合、またはそれ以上の場合に対応して、渦巻き状のウィック６２を配置し、気相流路６３をコンテナ６１の外周形状に合わせて形成する。これにより、複数の流路パターンにより気相流路を形成する場合でも、熱源位置に対応した基準流路をまず設定することで、コンテナの面全体に配置する気相流路の形成が容易となる。
【００９４】
（紐状ウィックによる構成の例）
第１〜第３の実施の形態に示した例は、いずれも、ウィックを、流路形成部材により構成した場合を前提としているが、本発明はこのような態様に限られない。すなわち、図１２に示すヒートパイプ７０のように、液相流路となるウィック７２を紐状部材で構成し、この紐状のウィック７２を渦巻き状に巻回して気相流路７３を形成することも可能である。
このような紐状ウィック７２の素材としては、銅製のワイヤや細切りした銅製のメッシュなどにより構成可能である。
【００９５】
このような態様の場合、気相流路７３Ａ又は７３Ｂをそれぞれ一本の紐状ウィック７２Ａ，７２Ｂにより構成し、領域Ｚを基準として、それぞれの紐状ウィック７２Ａ，７２Ｂの端部７４Ａ又は７４Ｂの位置決めを行い、渦巻き状の流路を形成する。
【００９６】
このような紐状のウィックによる構成によれば、比較的容易に薄型シート状ヒートパイプを作製することが可能になる。
【００９７】
（気相流路を円形配置した例）
また、第１〜第３の実施の形態に示した例は、いずれも、ウィックがコンテナの外周に沿うように、流路を直線で構成し角で直角に曲がるものであったが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、図１４において従来例として示した流路のように、弧を描く渦巻き形状によって構成することももちろん可能である。ただし、本発明は、コンテナの間隙でウィックをコンテナ全面に配しつつ高密度化することで、薄型シート状ヒートパイプの厚さ方向に対する強度を確保する目的を有することから、第１〜第３の実施の形態に示した態様がより好ましい。
【符号の説明】
【００９８】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０…薄型シート状ヒートパイプ
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１…コンテナ
１２，２４，３４…流路形成部材
１３，２３，２３Ａ，２３Ｂ，３３，３３Ａ〜３３Ｄ，４３，５３，５３Ａ，５３Ｂ，６３，７３，７３Ａ，７３Ｂ…気相流路
１３ａ〜１３ｇ，２３ａ〜２３ｇ，３３ａ〜３３ｉ…部分流路
１３Ｘ，２３Ｘ，３３Ｘ，４３Ｘ，５３Ｘ，６３Ｘ，７３Ｘ…基準気相流路
１４，２２，３２，４２，５２，６２，７２，７２Ａ，７２Ｂ…ウィック（液相流路）
４３ａ，５３ａ…主流路
４３ｂ，５３ｂ…副流路
７４Ａ，７４Ｂ…端部
Ｚ…領域
【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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【図９】
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【図１０】
0005666892.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005666892.tif 000013
【図１３】
0005666892.tif 000014
【図１４】
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