(57)【要約】【課題】熱輸送デバイス及び電子機器において、簡便な構造で作動液の循環流を生成すること。【解決手段】加熱部（２３）と、冷却部（２４）と、加熱部（２３）と冷却部（２４）との間を往復する閉ループ状の流路（２２）と、加熱部（２３）における流路（２２）を断面積S1 が大きい第１の部分P1 と断面積S2 が第１の部分P1 の断面積S1 よりも小さい第２の部分P2 とに分ける段差（２２ｘ）と、流路（２２）に封入された作動液C とを有する熱輸送デバイス（２０）による。
2016035436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部と、  冷却部と、  前記加熱部と前記冷却部との間を往復する閉ループ状の流路と、  前記加熱部における前記流路を断面積が大きい第１の部分と断面積が前記第１の部分の前記断面積よりも小さい第２の部分とに分ける段差と、  前記流路に封入された作動液と、  を有することを特徴とする熱輸送デバイス。
【請求項２】
前記加熱部における前記第１の部分の長さは、前記加熱部における前記第２の部分の長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の熱輸送デバイス。
【請求項３】
前記加熱部における前記流路は、U字型に曲げられた屈曲部を有し、  前記屈曲部の頂点から外れた部分に前記段差が位置することを特徴とする請求項２に記載の熱輸送デバイス。
【請求項４】
前記第２の部分の断面積は、前記第１の部分の断面積の０．６倍以上１倍未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送デバイス。
【請求項５】
前記第１の部分における前記流路の高さは、前記第２の部分における前記流路の高さよりも高いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱輸送デバイス。
【請求項６】
前記冷却部における前記流路の全てが前記第１の部分で占められることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱輸送デバイス。
【請求項７】
前記流路の内側表面に、前記第１の部分から前記第２の部分に向かって傾斜する傾斜部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱輸送デバイス。
【請求項８】
前記流路が表面に形成されたシートを更に有し、  前記流路の下の前記シートは、前記段差の低位側に位置して第１の厚さを有する薄厚部と、前記段差の高位側に位置して前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有する厚肉部と有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の熱輸送デバイス。
【請求項９】
加熱部と冷却部とが設けられた熱輸送デバイスと、  前記熱輸送デバイスの前記加熱部に熱的に接続された電子部品とを有し、  前記熱輸送デバイスは、  前記加熱部と前記冷却部との間を往復する閉ループ状の流路と、  前記加熱部における前記流路を断面積が大きい第１の部分と断面積が前記第１の部分の前記断面積よりも小さい第２の部分とに分ける段差と、  前記流路に封入された作動液とを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
前記熱輸送デバイスは、前記電子部品を収容する筐体を兼ねることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、熱輸送デバイス及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年の情報処理技術の発展に伴い、モバイル機器やウェアラブル端末等の小型の電子機器が普及しつつある。これらの電子機器にはCPU(Central Processing Unit)等の発熱部品が内蔵されるが、電子機器の小型化を実現するためにはその発熱部品を冷却する熱輸送デバイスを薄型化するのが有効である。【０００３】  薄型化に有効な熱輸送デバイスの一つに自励振動ヒートパイプがある。自励振動ヒートパイプは、作動液の流路を加熱部と冷却部との間で何度も往復させた構造を有する。【０００４】  この構造によれば、加熱部では作動液が気化して流路の圧力が増大するのに対し、冷却部では作動液が液化して流路の圧力が減り、加熱領域と冷却領域との間に圧力差が生じる。その圧力差によって作動液が流路を自律的に往復するようになり、作動液で加熱部の熱を冷却部に輸送することができる。なお、流路を往復する作動液の流れを振動流と呼ぶこともある。【０００５】  自励振動ヒートパイプは、このように加熱部と冷却部との間で流路を往復させるだけでよく、構造が簡単で小型化に有利である。【０００６】  但し、発熱部品の温度が上昇して加熱部が高温になった場合には、加熱部において作動液の気化が必要以上に促進されて加熱部の流路内の圧力が高まることがある。こうなると、冷却部から加熱部に作動液が還流できなくなり、加熱部において作動液が枯渇してしまう。このような現象はドライアウトと呼ばれる。【０００７】  ドライアウトが発生すると、加熱部において気化する作動液の量が減ってしまうため、作動液の振動流が殆ど発生しなくなり、自励振動ヒートパイプの熱輸送能力が著しく低下してしまう。【０００８】  ドライアウトを防止する方法として、作動液の振動流に加えて、作動液が流路を一方向に流れる循環流を生成する方法がある。この方法によれば、循環流によって加熱部における流路に作動液が絶えず供給されるため、前述のドライアウトを防止できる。【０００９】  循環流を発生させるための構造として様々なものが提案されているが、いずれも改善の余地がある。【００１０】  例えば、流路の途中に逆止弁を設けることで、作動液が流路を一方向のみに流れるようにする方法が提案されているが、これでは逆止弁によって自励振動ヒートパイプの構造が複雑になり、小型の自励振動ヒートパイプを提供できなくなってしまう。【００１１】  また、流路の途中に複数段のノズルを設けることで循環流を発生させる構造も提案されている。但し、この構造では、作動液がノズルから受ける抵抗が大きくなり、流路内を作動液が循環し難くなる。【００１２】  更に、幅が広い流路と狭い流路とを交互に並べ、各流路の毛細管力の違いによって循環流を生成する方法も提案されている。しかし、流路の幅を狭くすると、流路内の作動液が放熱し難くなるため、冷却部において作動液を冷却するのが難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭６３−３１８４９３号公報
【特許文献２】特開平７−３３２８８１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５６５３３号公報
【特許文献４】特開平１−１２７８９５号公報
【特許文献５】特開平６−８８６８５号公報
【非特許文献１】福田俊大、他２名、「不等断面自励振動ヒートパイプの熱輸送特性」、第４５回日本伝熱シンポジウム講演論文集、Vol. I、p. 347-348
【非特許文献２】加藤泰、他２名、「不等断面ループ型ヒートパイプの研究（第２報  流路サイズの影響）」、第４０回日本伝熱シンポジウム講演論文集、Vol. I、p. 313-314
【非特許文献３】北島仁、他２名、「不等断面ループ型ヒートパイプの研究」、第３９回日本伝熱シンポジウム講演論文集、Vol. I、p. 147-148
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、熱輸送デバイス及び電子機器において、簡便な構造で作動液の循環流を生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  以下の開示の一観点によれば、加熱部と、冷却部と、前記加熱部と前記冷却部との間を往復する閉ループ状の流路と、前記加熱部における前記流路を断面積が大きい第１の部分と断面積が前記第１の部分の前記断面積よりも小さい第２の部分とに分ける段差と、前記流路に封入された作動液とを有する熱輸送デバイスが提供される。【００１６】  また、その開示の別の観点によれば、加熱部と冷却部とが設けられた熱輸送デバイスと、前記熱輸送デバイスの前記加熱部に熱的に接続された電子部品とを有し、前記熱輸送デバイスは、前記加熱部と前記冷却部との間を往復する閉ループ状の流路と、前記加熱部における前記流路を断面積が大きい第１の部分と断面積が前記第１の部分の前記断面積よりも小さい第２の部分とに分ける段差と、前記流路に封入された作動液とを備える電子機器が提供される。
【発明の効果】
【００１７】  以下の開示によれば、加熱部における流路に段差を設けることで、加熱により発生した作動液の気泡が段差に引っ掛かるため、段差から離れる方向に気泡が成長する。そして、その気泡の成長によって作動液の流れる方向が規定されて作動液の循環流が生成されるので、加熱部における流路に絶えず作動液を供給でき、加熱部において作動液が枯渇するのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、自励振動ヒートパイプの模式図である。
【図２】図２は、自励振動ヒートパイプにおいてドライアウトが発生した場合の模式図である。
【図３】図３は、ドライアウトにより生じる問題について模式的に示すグラフである。
【図４】図４は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの平面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの加熱部における流路の拡大平面断面図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの冷却部における流路の拡大平面断面図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの加熱部と冷却部との間における流路の拡大平面断面図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る熱輸送デバイスが備える流路をその延在方向に沿って切断した断面図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る熱輸送デバイスが備える流路の断面積について説明するための模式断面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの動作について説明するための拡大断面図である。
【図１１】図１１は、本実施形態の第１例に係る熱輸送デバイスの加熱部付近の流路の拡大平面断面図である。
【図１２】図１２は、本実施形態の第１例に係る熱輸送デバイスが備える流路の延在方向に沿った断面図である。
【図１３】図１３は、本実施形態の第２例に係る熱輸送デバイスの冷却部付近の流路の拡大平面断面図である。
【図１４】図１４は、本実施形態の第２例に係る熱輸送デバイスが備える流路の延在方向に沿った断面図である。
【図１５】図１５は、本実施形態の第３例に係る熱伝導デバイスが備える流路の延在方向に沿った断面図（その１）である。
【図１６】図１６は、本実施形態の第３例に係る熱伝導デバイスが備える流路の延在方向に沿った断面図（その２）である。
【図１７】図１７は、本実施形態の第３例に係る熱伝導デバイスが備える流路の延在方向に沿った断面図（その３）である。
【図１８】図１８は、本実施形態の第３例に係る熱伝導デバイスが備える流路の延在方向に沿った断面図（その４）である。
【図１９】図１９は、本実施形態により得られる効果を確かめるための調査により得られたグラフである。
【図２０】図２０（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図（その１）である。
【図２１】図２１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図（その２）である。
【図２２】図２２（ａ）は、本実施形態の第１例に係る電子機器の正面図であり、図２２（ｂ）は、本実施形態の第１例に係る電子機器の背面図である。
【図２３】図２３は、本実施形態の第１例に係る電子機器の分解斜視図である。
【図２４】図２４は、本実施形態の第２例に係る電子機器の分解斜視図である。
【図２５】図２５は、図２４のI−I線に沿う断面図である。
【図２６】図２６は、本実施形態の第３例において電子機器の使用時の姿勢について示す斜視図（その１）である。
【図２７】図２７（ａ）は、本実施形態の第３例において電子機器の使用時の姿勢について示す斜視図（その２）であり、図２７（ｂ）は、本実施形態の第３例において電子機器の使用時の姿勢について示す斜視図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  本実施形態の説明に先立ち、自励振動ヒートパイプで発生するドライアウトについて詳述する。
【００２０】  図１は、自励振動ヒートパイプの模式図である。
【００２１】  この自励振動ヒートパイプ１は、例えばスマートフォン等の電子機器に内蔵されるものであって、加熱部３と、冷却部４と、これらの間を複数回往復する閉ループ状の流路２とを有する。
【００２２】  流路２内には水やアルコール等の作動液Cが封入される。この例では流路２の容積の約半分を液相の作動液Cで満たす。また、流路２内において作動液Cがない部分には作動液Cの蒸気泡Vが形成される。
【００２３】  加熱部３は、CPU等の不図示の電子部品が熱的に接続される部分であり、その電子部品の熱によって作動液Cが気化して蒸気泡Vが生成される。一方、冷却部４は、蒸気泡Vを冷却して液相の作動液Cを生成する部分である。
【００２４】  このような蒸気泡Vの生成と液化が駆動力となって、加熱部３と冷却部４との間を作動液Cが矢印Aの方向に振動するようになり、作動液Cの振動流を得ることができる。
【００２５】  図２は、この自励振動ヒートパイプ１においてドライアウトが発生した場合の模式図である。
【００２６】  ドライアウトは、図２のように加熱部３を起点として蒸気泡Vが大きく成長し、加熱部３における作動液Cが枯渇する現象である。このような現象は、加熱部３に接続されているCPU等の電子部品の温度が上昇し、加熱部３に供給される熱量が増大したときに生じ得る。
【００２７】  図３は、ドライアウトにより生じる問題について模式的に示すグラフである。
【００２８】  図３の横軸は、加熱部３の加熱を開始してからの経過時間を示す。また、縦軸は加熱部３に入力される入力熱量を示す。更に、図３には、加熱部３の温度を示すグラフも併記する。
【００２９】  図３の時間t0より以前においては、入力熱量が増分ΔQだけ増加すると、これに相応した増分ΔTだけ加熱部３の温度も上昇する。
【００３０】  しかし、時間t0を経過すると、入力熱量が増加していない場合でも加熱部３の温度が上昇するようになる。これは、前述のドライアウトによって加熱部３における作動液Cが枯渇し、加熱部３から冷却部４に熱を輸送することができなくなったためと考えられる。
【００３１】  このようにドライアウトが発生すると、加熱部３に接続されているCPU等の電子部品を適切に冷却することができなくなってしまう。
【００３２】  ドライアウトを防止するには、閉ループ状の流路２内において作動液Cが一方向にのみ循環する循環流を発生させ、加熱部３に絶えず作動液Cが供給されるようにすればよい。
【００３３】  以下に、簡便な構造で循環流を生成することができる本実施形態について説明する。
【００３４】  （本実施形態）  図４は、本実施形態に係る熱輸送デバイス２０の平面図である。
【００３５】  この熱輸送デバイス２０は、自励振動ヒートパイプであって、樹脂シート等のシート２１と、その内部に形成された流路２２とを有する。
【００３６】  流路２２は、シート２１の各端部に設けられた加熱部２３と冷却部２４との間を複数回往復するように形成され、その内部には水やエタノール等の作動液が封入される。この例では流路２２の容積の約半分を液相の作動液で満たす。また、水やエタノールに代えて、フロンやハイドロフルオロカーボン等のフッ素系の化合物を作動液として用いてもよい。
【００３７】  流路２２の端部には、製造時に作動液を注入するための第１の注入孔２２ｃと第２の注入孔２２ｄとが設けられる。更に、これらの注入孔２２ｃ、２２ｄ同士は直線状の接続流路２２ｅで接続され、これにより流路２２は閉ループをなす。
【００３８】  なお、これらの注入孔２２ｃ、２２ｄは、流路２２に作動液を注入した後に封止される。
【００３９】  加熱部２３は、CPU等の不図示の電子部品が熱的に接続される部分であり、その電子部品の熱によって作動液が気化する。一方、冷却部２４は、気化した作動液を冷却して液化する部分である。
【００４０】  冷却部２４において作動液を冷却する方法としては、空冷方式や水冷方式がある。
【００４１】  熱輸送デバイス２０の平面サイズは特に限定されないが、この例では熱輸送デバイス２０を長辺が約１００mmで短辺が約５０mmの概略矩形状とする。
【００４２】  図５は、加熱部２３における流路２２の拡大平面断面図である。
【００４３】  図５に示すように、流路２２は、加熱部２３においてU字型に曲げられた第１の屈曲部２２ａを有しており、その第１の屈曲部２２ａにおける流路２２の内壁に段差２２ｘが設けられる。
【００４４】  一方、図６は、冷却部２４における流路２２の拡大平面断面図である。
【００４５】  図６に示すように、冷却部２４における流路２２にはU字型に曲げられた第２の屈曲部２２ｂを有する。但し、第１の屈曲部２２ａとは異なり、第２の屈曲部２２ｂには段差は設けられない。
【００４６】  図７は、加熱部２３と冷却部２４との間における流路２２の拡大平面断面図である。
【００４７】  図７に示すように、加熱部２３と冷却部２４との間においては、流路２２は直線状に延在しており、その内壁には後述の傾斜部２２ｙが設けられる。
【００４８】  図８は、流路２２をその延在方向に沿って切断した断面図である。
【００４９】  図８に示すように、流路２２は、加熱部２３と冷却部２４との間を繰り返し通り、その加熱部２３に前述の段差２２ｘが設けられる。
【００５０】  また、シート２１は、第１のシート２８と第２のシート２９とを有しており、これらのシート２８、２８の内側表面によって流路２２の天井面２２ｗや底面２２ｚが確定される。
【００５１】  その内側表面のうち、天井面２２ｗは平坦面であるのに対し、底面２２ｚには前述の段差２２ｘが設けられており、これにより流路２２の断面積は作動液の流れに沿って変化することになる。
【００５２】  以下では、流路２２において段差２２ｘの低位側で流路の高さが高い部分を第１の部分P1と呼び、流路２２において段差２２ｘの高位側で流路の高さが低い部分を第２の部分P2と呼ぶ。
【００５３】  なお、第１の部分P1は、段差２２ｘを境として流路２２の断面積が大きい部分に相当する。また、第２の部分P2は、段差２２ｘを境として流路２２の断面積が小さい部分に相当する。
【００５４】  そして、流路２２の底面２２ｚには、第１の部分P1から第２の部分P2に向かって上に傾斜するように前述の傾斜部２２ｙが設けられる。
【００５５】  また、第１のシート２８は、これらの段差２２ｘと傾斜部２２ｙとによって厚肉部２８ｓと薄厚部２８ｔとに分けられる。
【００５６】  このうち、厚肉部２８ｓは、第１のシート２８において流路２２の第２の部分P2の下に位置する部分である。一方、薄厚部２８ｔは、第１のシート２８において流路２２の第１の部分P1の下に位置する部分であり、肉厚部２８ｓの厚さよりも薄い。
【００５７】  なお、熱輸送デバイス２０の全体の厚さDは特に限定されない。この例では、厚さDを０．５mm以下とすることにより、熱輸送デバイス２０が収容される電子機器の薄型化を図る。
【００５８】  図９（ａ）、（ｂ）は、流路２２の断面積について説明するための模式断面図である。
【００５９】  このうち、図９（ａ）は流路２２の第１の部分P1の断面図であり、図９（ｂ）は流路２２の第２の部分P2の断面図である。なお、図９（ａ）と図９（ｂ）のいずれにおいても切断面は流路２２の延在方向に垂直な面である。
【００６０】  以下では、段差２２ｘの低位側にある第１の部分P1（図９（ａ））の断面積をS1で表し、段差２２ｘの高位側にある第２の部分P2（図９（ｂ））の断面積をS2で表す。
【００６１】  流路２２の幅Wは、第１の部分P1と第２の部分P2の各々において同一であり、この例ではその幅Wを約０．４mm程度とする。
【００６２】  一方、段差２２ｘを設けたことで第１の部分P1の高さh1は第２の部分P2の高さh2よりも高くなり、それにより断面積S1は断面積S2よりも大きくなる。
【００６３】  なお、各断面積S1、S2の好適な比については後述する。
【００６４】  また、この例では高さh1、h2を変えることにより断面積S1、S2を変えたが、断面積の変え方はこれに限定されない。例えば、第１の部分P1における流路２２の幅Wを第２の部分P2における流路２２の幅Wよりも広くすることにより、断面積S1を断面積S2よりも大きくしてもよい。
【００６５】  次に、本実施形態に係る熱輸送デバイス２０の動作について説明する。
【００６６】  図１０は、熱輸送デバイス２０の動作について説明するための拡大断面図である。なお、図１０において、図８で説明したのと同じ要素には図８におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００６７】  図１０に示すように、加熱部２３における第１のシート２８にはCPU等の電子部品３０が熱的に接続され、その電子部品３０により流路２２内の作動液Cが加熱される。
【００６８】  これにより、加熱部２３においては作動液Cが気化してその蒸気泡Vが形成されることになるが、前述の段差２２ｘに蒸気泡Vが引っ掛かる。そのため、段差２２ｘから離れる方向Dに蒸気泡Vが成長するようになり、その蒸気泡Vで作動液Cが押し出される。
【００６９】  作動液Cが押し出される方向は、前述のように段差２２ｘから離れる方向Dに限定される。これにより、作動液Cが流路２２を流れる方向が規定されて循環流が得られるため、加熱部２３における流路２２に常に作動液Cを供給でき、前述のドライアウトを防止できる。
【００７０】  なお、段差２２ｘが加熱部２３から外れた位置にあると、加熱部２３で発生した直後の蒸気泡Vが段差２２ｘに引っ掛からずに等方的に成長するため、蒸気泡Vが方向Dとは逆の方向にも動いてしまう。よって、蒸気泡Vの成長の向きを定めて方向Dに確実に作動液Cを押し出すには、本実施形態のように加熱部２３における流路２２に段差２２ｘを設けるのが好ましい。
【００７１】  また、この例では段差２２ｘの段差面と底面２２ｚとの間の角度αを９０°としているが、上記のように蒸気泡Vの成長の方向が方向Dに定められるのであれば角度αは９０°に限定されず、９０°から多少ずれるように角度αを設定してもよい。
【００７２】  なお、このように蒸気泡Vが引っ掛かるようにするには、第２の部分P2の断面積S2が第１の部分P1の断面積S1よりも小さければよい。よって、この例のように流路２２の幅を一定にするのではなく、段差２２ｘを境にして第２の部分P2の幅を第１の部分P1の幅よりも狭くすることで、断面積S2を断面積S1よりも小さくしてもよい。
【００７３】  更に、本例では流路２２の途中に傾斜部２２ｙを設けたため、作動液Cが傾斜部２２ｙを這い上がるように滑らかに流れ、作動液Cが流路２２から受ける抵抗を緩和できる。
【００７４】  底面２２ｚを基準にした傾斜部２２ｙの傾斜角度βも特に限定されない。この例では傾斜角度を１°〜５°程度とする。
【００７５】  なお、段差２２ｘは、前述のように蒸気泡Vを引っ掛ける役割を担うものであるため、蒸気泡Vが生成される加熱部２３に位置している限り、段差２２ｘの位置は特に限定されない。
【００７６】  また、傾斜部２２ｙは、作動液Cが流路２２から受ける抵抗を押さえつつ流路２２の断面積を変化させる役割を担うものであるため、蒸気泡Vが生成される加熱部２３以外に位置している限り、傾斜部２２ｙの位置も特に限定されない。
【００７７】  以下に、段差２２ｘ、傾斜部２２ｙ、及び電子部品３０の位置の例について説明する。
【００７８】  （第１例）  本例では、段差２２ｘの好適な位置について説明する。
【００７９】  図１１は、本例に係る加熱部２３付近の流路２２の拡大平面断面図であり、図１２はその流路２２の延在方向Eに沿った断面図である。
【００８０】  図１１に示すように、本例においては、第１の屈曲部２２ａの頂点２２ｇから外れた部分に段差２２ｘを設けることにより、段差２２ｘを冷却部２４側に寄せる。
【００８１】  これにより、図１２に示すように、加熱部２３に位置する流路２２のうち、第１の部分P1の長さL1が第２の部分P2の長さL2よりも大きくなり、加熱部２３において第１の部分P1が占める割合が第２の部分P2のそれよりも大きくなる。
【００８２】  第１の部分P1の下の薄厚部２８ｔは、その厚さD1が厚肉部２８ｓの厚さD2よりも薄いため、厚肉部２８ｓと比較して電子部品３０の熱を作動液Cに伝え易い。
【００８３】  そのため、本例のように長さL1を長さL2以上とすることで、第１の部分P1に蒸気泡Vが生成され易くなり、その蒸気泡Vにより前述のように循環流を生成するのが容易となる。
【００８４】  （第２例）  本例では、傾斜部２２ｙの好適な位置について説明する。
【００８５】  図１３は、本例に係る冷却部２４付近の流路２２の拡大平面断面図であり、図１４はその流路２２の延在方向Eに沿った断面図である。
【００８６】  図１３及び図１４に示すように、本例では、冷却部２４から傾斜部２２ｙを外すことにより、冷却部２４における流路２２の全てが第１の部分P1で占められるようにする。これにより、図１４のように第１の部分P1の下の薄厚部２８ｔのみが冷却部２４に位置するため、冷却部２４における作動液Cの熱が薄い薄厚部２８ｔを伝って速やかに外部に放熱され、冷却部２４における作動液Cの冷却効率が増す。
【００８７】  （第３例）  本例では、電子部品３０の位置の例について説明する。
【００８８】  図１５〜図１８は、本例に係る流路２２の延在方向に沿った断面図である。
【００８９】  図１５の例では、加熱部２３における第１のシート２８に電子部品３０を熱的に接続する。
【００９０】  図１６の例では、加熱部２３における第２のシート２９に電子部品３０を熱的に接続する。
【００９１】  そして、図１７の例では、電子部品２０の個数を２個にすると共に、加熱部２３における第１のシート２８と第２のシート２９のそれぞれに各電子部品３０を熱的に接続する。
【００９２】  また、図１８の例では、加熱部２３における第１のシート２８と第２のシート２９のそれぞれに金属を材料とする伝熱部材２６を接続する。そして、その伝熱部材２６に電子部品３０を接続することで、電子部品３０の熱を伝熱部材２６を介して流路２２に伝える。
【００９３】  上記した図１５〜図１８のいずれの例においても、電子部品３０の熱で加熱部２３における作動液Cを気化させることができる。
【００９４】  （実験例）  次に、本実施形態により得られる効果を確かめるために本願発明者が行った調査について説明する。
【００９５】  図１９は、その調査により得られたグラフである。
【００９６】  その調査では、流路２２内の作動液によって加熱部２３から冷却部２４に輸送される熱量Qと、熱輸送デバイス２０の熱抵抗Rthとの関係を調べた。
【００９７】  なお、図９（ａ）、（ｂ）に示した流路２２の第２の部分P2の断面積S2と、流路２２の第１の部分P1の断面積S1との比S2／S1は０．７とした。
【００９８】  また、本実施形態に係る熱輸送デバイス２０から接続流路２２ｅ（図４参照）を省いた熱輸送デバイスを比較例として用い、その比較例に係る熱輸送デバイスについても同じ調査を行った。その比較例では、接続流路２２ｅを省いたため作動液の循環流は生じず、作動液に振動流のみが生じることになる。
【００９９】  図１９に示すように、振動流のみが発生する比較例においては、熱量Qが６Wになると熱抵抗Rthが急激に増大する。これは、ドライアウトが発生したことで熱輸送デバイスの熱輸送能力が著しく低下したためである。
【０１００】  一方、本実施形態においては、熱量Qが８Wになっても熱抵抗Rthは上昇しておらず、ドライアウトが発生しないことが明らかとなった。
【０１０１】  更に、比較例と本実施形態の各々の熱抵抗Rthの最低値同士を比較すると、本実施形態は比較例よりも３０％程度減少することも明らかとなった。熱伝導率は熱抵抗Rthに反比例するため、本実施形態に係る熱輸送デバイス２０の熱伝導率は、比較例のそれの約１．４倍となる。
【０１０２】  このことから、本実施形態のように加熱部２３における流路２２に段差２２ｘを設けることが、熱輸送デバイス２０の熱伝導性能を向上させるのに有効であることが確認できた。
【０１０３】  なお、この調査は前述のように段差２２ｘの前後での流路２２の断面積の比S2／S1を０．７として行われたが、比S2／S1を０．５としてこれと同じ調査をしたところ、作動液の循環流と振動流のいずれも発生しなかった。
【０１０４】  よって、循環流と振動流とを発生させて熱輸送デバイス２０で熱輸送が行われるようにするには、比S2／S1の最小値は０．６とするのが好ましい。
【０１０５】  以上説明したように、本実施形態に係る熱輸送デバイス２０によれば、加熱部２３における流路２２に段差２２ｘを設けることで作動液Cの循環流が得られ、これにより加熱部２３でドライアウトが発生するのを防止できる。
【０１０６】  その結果、熱輸送デバイスの熱抵抗が低下してその伝熱性能を向上させることが可能となる。
【０１０７】  しかも、逆止弁を用いずにこのように循環流を得ることができるため、熱輸送デバイス２０の構造が簡単となり、熱輸送デバイス２０を薄型化するのが容易となる。
【０１０８】  また、循環流を得るために可動部品を使用する必要もないので、故障し難い熱輸送デバイス２０を提供することができる。
【０１０９】  （製造方法）  次に、本実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法について説明する。
【０１１０】  図２０〜図２１は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図である。
【０１１１】  なお、図２０〜図２１においては、流路２２の延在方向に垂直な面で切断した第１の断面Iと、流路２２の延在方向に平行な面で切断した第２の断面IIとを併記する。
【０１１２】  まず、図２０（ａ）に示すように、ベースフィルム３１の上に紫外線硬化樹脂の塗膜３２を形成し、ベースフィルム３１と塗膜３２とを第１のシート２８とする。ベースフィルム３１の材料は特に限定されないが、PET(polyethylene terephthalate)等を材料とする透明な樹脂フィルムをベースフィルム３１として使用し得る。
【０１１３】  次いで、図２０（ｂ）に示すように、流路２２に対応した凹凸を表面に備えた金型３５を用意し、その金型３５を塗膜３２に埋め込む。そして、この状態でベースフィルム３１を介して塗膜３２に紫外線UVを照射することにより塗膜３２を硬化させる。
【０１１４】  これにより、第１の断面Iには、金型３５の凹凸面３５ａに対応した流路２２の一部が形成される。
【０１１５】  一方、第２の断面IIにおいては、金型３５の凹凸面３５ａに設けられた段差と傾斜に対応して、前述の流路２２の段差２２ｘと傾斜部２２ｙとが形成される。
【０１１６】  その後、図２１（ａ）に示すように、塗膜３２から金型３５を外す。
【０１１７】  そして、図２１（ｂ）に示すように、不図示の接着剤を用いて第１のシート２８の上に第２のシート２９としてPETシートを貼付し、各シート２８、２９により流路２２を画定する。
【０１１８】  この後は、流路２２内を減圧しながら、その流路２２の容積の半分程度の作動液Cを流路２２に注入する。なお、作動液Cの注入や流路２２の減圧は、前述の第１の注入孔２２ｃ（図４参照）や第２の注入孔２２ｄから行われ、注入後にこれらの注入孔２２ｃ、２２ｄは接着剤で封止される。
【０１１９】  以上により、本実施形態に係る熱輸送デバイス２０の基本構造が完成する。
【０１２０】  なお、この例では紫外線硬化樹脂の塗膜３２を成型することで流路２２を形成したが、流路２２の形成方法はこれに限定されない。例えば、樹脂板、ガラス板、セラミック板、及び銅板等の金属板の表面に切削により流路２２を形成してもよい。
【０１２１】  （電子機器）  次に、本実施形態に係る熱輸送デバイス２０を備えた電子機器の例について説明する。
【０１２２】  （第１例）  図２２（ａ）は、本例に係る電子機器４０の正面図である。
【０１２３】  この電子機器４０は、スマートフォン等のモバイル機器であって、第１の筐体４１と表示部４２とを備える。表示部４２は、例えば液晶表示パネルであって、第１の筐体４１から表出する。
【０１２４】  また、第１の筐体４１の縁部には、音声通話用のスピーカ４３や、ビデオ通話用の第１のカメラ４４とが設けられる。
【０１２５】  図２２（ｂ）は、電子機器４０の背面図である。
【０１２６】  図２２（ｂ）に示すように、電子機器４０の背面側には、開口４５ａを備えた第２の筐体４５が設けられる。そして、静止画や動画を撮像するための第２のカメラ４６が開口４５ａから露出する。
【０１２７】  図２３は、この電子機器４０の分解斜視図である。
【０１２８】  なお、図２３において、図４で説明したのと同じ要素には図４におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１２９】  図２３に示すように、前述の第１の筐体４１には、バッテリ５１、回路基板５２、電子部品３０、及び第２のカメラ４６が収容される。
【０１３０】  このうち、電子部品３０と第２のカメラ４６は、回路基板５２を介してバッテリ５１から供給される電力により駆動する。
【０１３１】  そして、第１の筐体４１と第２の筐体４５との間には前述の熱輸送デバイス２０が配される。この例では、熱輸送デバイス２０の加熱部２３を電子部品３０と対向させると共に、熱輸送デバイス２０の冷却部２４を第２の筐体２５に密着させる。
【０１３２】  なお、冷却部２４と第２の筐体２５との間の熱抵抗を低減するために、これらの間に熱伝導シートや熱伝導グリス等を介在させてもよい。
【０１３３】  このような電子機器４０によれば、熱輸送デバイス２０によって電子部品３０を冷却できると共に、第２の筐体４５を介して熱輸送デバイス２０の冷却部２４を冷却することができる。
【０１３４】  また、前述のように熱輸送デバイス２０は薄型化が容易なため、電子機器４０の薄型化を阻害することなく、適切に電子部品３０を冷却することができる。
【０１３５】  （第２例）  図２４は、本例に係る電子機器６０の分解斜視図である。
【０１３６】  なお、図２４において、図２３で説明したのと同じ要素には図２３におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１３７】  図２４に示すように、本例に係る電子機器６０においては、熱輸送デバイス２０が電子部品３０を収容するための筐体を兼ねており、当該筐体に流路２２が形成される。
【０１３８】  これによれば、熱輸送デバイス２０が直接外気に曝されるので、熱輸送デバイス２０の冷却部２４を外気で速やかに冷却することができる。
【０１３９】  図２５は、図２４のI−I線に沿う断面図である。
【０１４０】  図２５に示すように、本例においては熱輸送デバイス２０の縁部が第１の筐体４１（図２４参照）の外形に合わせて曲げられる。これにより、熱輸送デバイス２０を第１の筐体４１に嵌めることができ、熱輸送デバイス２０と第１の筐体４１とを機械的に接続することができる。
【０１４１】  なお、本例に係る熱輸送デバイス２０は、図２０〜図２１で説明したのと同様に、第１のシート２８と第２のシート２９とを貼り合わせることで作製され得る。
【０１４２】  （第３例）  本例では、第１例や第２例で説明した電子機器４０、６０の使用時の姿勢について説明する。
【０１４３】  図２６〜図２７は、電子機器４０、６０の使用時の姿勢について示す斜視図である。なお、図２６〜図２７において、図２２〜図２５で説明したのと同じ要素にはこれらの図におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１４４】  また、図２６〜図２７においては鉛直下向き方向を矢印gで示している。
【０１４５】  図２６の例では、電子機器４０、６０を鉛直方向に立てて使用する。
【０１４６】  また、図２７（ａ）、（ｂ）の例では、電子機器４０、６０を水平面内に寝かせて使用する。
【０１４７】  図２６〜図２７のいずれの姿勢であっても、熱輸送デバイス２０の性能には影響が生じず、熱輸送デバイス２０で電子部品３０を冷却することができる。 
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月26日(2017.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部と、
冷却部と、
前記加熱部と前記冷却部との間を往復する閉ループ状の流路と、
前記加熱部における前記流路を断面積が大きい第１の部分と断面積が前記第１の部分の前記断面積よりも小さい第２の部分とに分ける段差と、
前記流路に封入された作動液と、
を有することを特徴とする熱輸送デバイス。
【請求項２】
前記加熱部における前記第１の部分の長さは、前記加熱部における前記第２の部分の長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の熱輸送デバイス。
【請求項３】
前記第２の部分の断面積は、前記第１の部分の断面積の０．６倍以上１倍未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱輸送デバイス。
【請求項４】
前記第１の部分における前記流路の高さは、前記第２の部分における前記流路の高さよりも高いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送デバイス。
【請求項５】
前記冷却部における前記流路の全てが前記第１の部分で占められることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱輸送デバイス。
【請求項６】
前記流路の内側表面に、前記第１の部分から前記第２の部分に向かって傾斜する傾斜部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱輸送デバイス。
【請求項７】
加熱部と冷却部とが設けられた熱輸送デバイスと、
前記熱輸送デバイスの前記加熱部に熱的に接続された電子部品とを有し、
前記熱輸送デバイスは、
前記加熱部と前記冷却部との間を往復する閉ループ状の流路と、
前記加熱部における前記流路を断面積が大きい第１の部分と断面積が前記第１の部分の前記断面積よりも小さい第２の部分とに分ける段差と、
前記流路に封入された作動液とを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
前記熱輸送デバイスは、前記電子部品を収容する筐体を兼ねることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【国際調査報告】
2016035436.tif 000030
2016035436.tif 000031
2016035436.tif 000032
2016035436.tif 000033