(57)【要約】【課題】熱運搬効率の向上を図る。【解決手段】外部から熱を受ける加熱端部２１と外部から冷却されることにより放熱を行う冷却端部２２とを備え，その中空内部が密閉可能なコンテナ２０と、このコンテナ２０内に封入され、気化と凝縮とを行う作動液と、コンテナ２０の内部壁面に沿って設けられ，冷却端部２２から加熱端部２１へ作動液を移動させるウイック３０と、を備え、ウイック３０が、コンテナ２０の内部壁面に沿って近接又は当接して配置される面状の部分３３，３４を有し、当該面状の部分３３，３４の少なくとも当該コンテナ２０の内部壁面に対向する面側に冷却端部２２から加熱端部２１へ向かう方向に沿った無数の溝状通路が形成されている。【選択図】　　　　図１
2004028406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体外部から熱を受ける加熱端部と、他方本体外部から冷却されることにより熱の放熱を行う冷却端部と、を備え、
かつ、その本体内部が中空で密閉可能なコンテナと、このコンテナ内に封入され、気化と凝縮とを繰り返す作動液と、前記コンテナの内部壁面に沿って設けられ、前記冷却端部から加熱端部へ前記作動液を移動させる薄い板状ウィックと、を備え、
前記ウィックが、前記コンテナの内部壁面に沿って近接又は当接して配置され、少なくとも当該コンテナの内部壁面に対向する面側に、前記冷却端部から加熱端部へ向かう方向に沿った無数の溝状通路が形成されていることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記ウィックの面状の部分であって、前記コンテナの加熱端部又はその近傍となる位置に、その表裏を貫通する開口部を設けたことを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記ウィックの面状の部分であって、前記コンテナの冷却端部又はその近傍となる位置に、その表裏を貫通する開口部を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記薄い板状ウィックを、隙間なく整列巻きした巻線コイルにより形成し、
当該巻線コイルの整列巻きした線材により形成される面のほぼ全体を前記コンテナの内部壁面に沿わせると共に、前記巻線コイルの線材の巻き方向を、前記コンテナの冷却端部から加熱端部へ向かう方向に沿うように、前記巻線コイルを前記コンテナ内に配置したことを特徴とする請求項１及び２、又は３記載のヒートパイプ。
【請求項５】
前記薄い板状ウイックの外面側に、間隔を設けて巻回装備したもう一層の線材を配置し、両線材間に液体の流通路を確保すると共に、前記コンテナ内壁面と前記線材間の表面張力で作動液を流動させることを特徴とする請求項１，２及び３、又は４記載のヒートパイプ。
【請求項６】
前記コンテナの冷却端部を、他の部位と比較してその幅方向について張り出させた形状としたことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のウイックを使用したヒートスプレッダ。
【請求項７】
前記コンテナをＴ字形の平板状に形成し、
前記請求項５記載のウィックを前記コンテナのＴ字形の縦棒に相当する部位の内部壁面に配設し、
前記コンテナのＴ字形の横棒に相当する部位の内部壁面にもう一つのウィックを配設し、前記縦棒に相当する部位に配設したウィックと前記横棒に相当する部位に配設したウィックとを、前記縦棒と横棒とが交差する位置にて互いに重合して配設すると共に、前記縦棒に相当する部位に配設したウィックと前記コンテナの内部壁面との間に前記横棒に相当する部位に配設したウィックを介挿させたことを特徴とする請求項６記載のヒートスプレッダ。
【請求項８】
前記コンテナの内部壁面に前記冷却端部から加熱端部へ向かう方向に沿った複数の溝状通路を設けたことを特徴する請求項１，２，３，４，５記載のウイックを使用したヒートパイプ、及び請求項６又は７記載のヒートスプレッダ。
【請求項９】
前記コンテナを絞り加工により形成したことを特徴とする請求項８記載のヒートスプレッダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱の移動を行うためのヒートパイプと、ウイックを組み合わせて均一に熱を拡散させるヒートスプレッダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のヒートパイプ１００を用いて発熱源の半導体Ｈの排熱を行う場合の一例を示している。このヒートパイプ１００は、外部から熱を受ける加熱端部１１１と外部から冷却されて放熱を行う冷却端部１１２とを筒の両端に備え、その中空内部が密閉可能なコンテナ１１０と、このコンテナ１１０内に封入され、気化と凝縮とを繰り返す作動液（動作方向を矢印で図示）と、コンテナ１１０の内部壁面に設けられ、冷却端部１１２から加熱端部１１１へ作動液を移動させるウィック１２０とを備えている。
【０００３】
上記コンテナ１１０の加熱端部１１１は、発熱した半導体Ｈに対して熱伝達が可能となるようにコンテナ本体に接触させて配設されている。また、冷却端部１１２には、当該冷却端部１１２を冷却するためのヒートシンクや冷却ファン等の冷却手段Ｃが設けられている。
【０００４】
また上記コンテナ１１０は筒状であって、その冷却端部１１２側が端板１１３にて閉塞され、加熱端部１１１側には作動液を注入する注入管１１４が設けられている。また、かかる注入管１１４は、コンテナ１１０の内部の空気を排気し（減圧状態にし）、作動流体（作動液）が入れられた状態で塞がれる。
【０００５】
ウィック１２０は、コンテナ１１０の内部壁面上に敷き詰められた金網，繊維物，多孔質素材と、内部壁面上においてコンテナ１１０の長手方向に沿って設けられた無数の溝等により構成されている。
【０００６】
そして、ヒートパイプ１００は上記構成により、加熱端部１１１が半導体Ｈにより加熱されると、内部の液体が気化して蒸気となり、その際の気化熱を半導体Ｈから奪うことにより半導体Ｈ側を冷却する。さらに発生した蒸気は冷却端部１１２まで移動して冷却され、蒸気は凝縮して液体に戻される。
【０００７】
その際、蒸気の有する潜熱が冷却端部１１２を介して外部に排熱されることとなる。さらに、凝縮により生じた液体（作動液）は、前記ウィック１２０による毛細管現象により、冷却端部１１２から加熱端部１１１まで再び戻される。
【０００８】
このように、コンテナ１１０内において作動液が気化と凝縮を繰り返すと共に、加熱端部１１１と冷却端部１１２とを循環することにより、半導体Ｈに生じる熱を絶えず冷却手段Ｃまで送り、排熱するようになっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例は、図５に示すように、コンテナ１１０内の冷却端部１１２側で蒸気が凝縮して液体となることから、部分的に低圧となり、蒸気は絶えず加熱端部１１１側から冷却端部１１２側への流動を生じるようになる。そして、加熱端部１１１における加熱量（半導体Ｈの発熱量）が高くなると、蒸気の流動速度が速くなり、ウィック１２０内を移動する液体が、ウイック１２０表面においてその移動方向と逆方向に流動する蒸気にあおられて飛散し、加熱端部１１１まで辿り着く作動液量が少なくなる結果、ヒートパイプ１００全体による熱運搬効率が悪化する、という不都合を生じていた。
【００１０】
さらに、ウィック１２０を、金網，繊維物，多孔質素材とした場合には、コンテナ１１０内でシワが生じたり位置ズレが生じたりしないように取り付けることが難しく、組立には工数と手間がかかる作業となっていた。また、コンテナ１１０内部壁面上に無数の溝を形成する場合であっても、加工の手間及びコストがかかるという不都合があった。
【００１１】
また、ヒートパイプ１００を排熱に使用する場合、加熱端部における作動液の気化速度と冷却端部における凝縮速度とが等しいところまでしか温度上昇を抑えることができず、排熱を行う対象物が高温となる場合には、これに応じて高い冷却能力が要求されていた。しかし、単位面積に対する冷却能力には限界があるため、従来のヒートパイプ１００により排熱能力に限界を生じるという不都合があった。
【００１２】
本発明は、上記不都合を改善し、熱運搬効率の良い新規なヒートパイプを提供することをその目的とする。また、本発明は、組み立てにおける作業性の向上を図ることを他の目的とする。さらに、本発明は、排熱目的での使用において、加熱部面積より冷却部面積を大きくして、より効果的に冷却を図ることをさらに他の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、本体外部から熱を受ける加熱端部と、他方本体外部から冷却されることにより熱の放熱を行う冷却端部と、を備え、かつ、その本体内部が中空で密閉可能なコンテナと、このコンテナ内に封入され、気化と凝縮とを繰り返す作動液と、前記コンテナの内部壁面に沿って設けられ、前記冷却端部から加熱端部へ前記作動液を移動させる薄い板状ウィックと、を備え、前記ウィックが、前記コンテナの内部壁面に沿って近接又は当接して配置され、少なくとも当該コンテナの内部壁面に対向する面側に、前記冷却端部から加熱端部へ向かう方向に沿った無数の溝状通路が形成されている、という構成を採っている。
【００１４】
上記構成では、ウィックが面状の部分を備え、当該面状部分がコンテナの内部壁面に近接又は当接した状態で当該コンテナ内に配設されている。このような場合、コンテナの加熱端部が加熱され、冷却端部が冷却されると、作動液がコンテナ内の加熱端部側において気化し、かかる蒸気がコンテナ内で冷却端部側まで広がり、冷却端部側で冷却されて凝縮し再び液化する。
【００１５】
液化した作動液は、表面張力により、面状のウィックとコンテナ内部壁面との間において、ウィックの無数の溝状通路に導かれて溝方向に沿って移動し、ついには、加熱端部まで到達する。このように、作動液は、蒸気となって加熱端部から冷却端部へ移動し、液化して冷却端部から加熱端部へ移動することで、コンテナ内で循環を繰り返し行い、かかる循環の過程で、加熱端部側から吸熱し、冷却端部から排熱を行う。そして、作動液は、面状のウィックとコンテナ内部壁面との間の溝空間内を移動するので、逆方向に移動する蒸気に全く曝されず、円滑に加熱端部まで移動する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、ウィックの面状の部分であって、前記コンテナの加熱端部、又は近傍となる位置に、その表裏を貫通する開口部を設けた、という構成を採っている。
【００１７】
上記構成では、請求項１記載の発明と同様の動作が行われると共に、作動液はコンテナの加熱端部において加熱され、コンテナの内部壁面上からウィックの開口部との間で気化する。そして、気化により生じた蒸気は、ウィックの開口部を通ってコンテナの中央側に移動し、コンテナの長手方向に沿って冷却端部まで移動する。なお、上述の場合も含めて以下に「コンテナの中央側」という場合には、コンテナの長手方向に垂直な平面に沿った断面におけるコンテナの中央部をいうものとする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、ウィックの面状の部分であって、前記コンテナの冷却端部、又はその近傍となる位置に、その表裏を貫通する開口部を設けた、という構成を採っている。
【００１９】
上記構成では、請求項１記載の発明と同様の動作が行われると共に、コンテナの内部壁面に沿ってウィックが配設されていることから、コンテナの冷却端部に作動液の蒸気が到達すると、当該蒸気は、コンテナの壁面、又はウィックを介して冷却されることとなる。また、コンテナの冷却端部に開口部を設けられている場合には、当該開口部にあっては、蒸気はコンテナの壁面のみを介して冷却されるので、他の部分と比較して効果的に蒸気の冷却が行われる。さらに冷却により凝縮し液化した作動液は、開口部周囲のウィックを通して加熱端部側に移動する。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、ウィックを隙間なく整列巻きした巻線コイルにより形成し、当該巻線コイルの整列巻きした線材により形成される面のほぼ全体をコンテナの内部壁面に沿わせると共に、巻線コイルの線材の巻き方向をコンテナの冷却端部から加熱端部へ向かう方向に沿うように巻線コイルをコンテナ内に配置した、という構成を採っている。
【００２１】
上記ウィックを構成する巻線コイルは、コンテナの長手方向に沿った断面の形状にあわせて、線材を巻回し形成される。即ち、コンテナの断面形状が長方形状であれば、長方形状に巻かれた巻線コイルを形成する。これにより、巻線コイルの線材はコンテナの長手方向に沿った状態で隙間なく面状に整列することとなる。そして、巻線コイルの線材を隙間なく面状に整列させた場合、その全体的な断面形状は、線材個々の断面形状が連続して並ぶことにより略波状となる。
【００２２】
従って、巻線コイルの線材が隙間なく面状に整列した場合、その面状表面にはコンテナの長手方向に沿った無数の溝状通路が形成される。かかる巻線コイルをコンテナ内に挿入すると、巻線コイルの面状部分がコンテナの内部壁面と当接又は近接し、巻線コイルの面状部分に形成された無数の溝状通路が表面張力により液化した作動液を加熱端部側に導く機能を発揮する。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項１，２，３，４記載の発明と同様の構成を備える薄い板状ウイックの外面側に、間隔を設けて巻回装備したもう一層の線材を有する、という構成を採っている。上記「間隔を設けて巻回装備した」、とは、新たなもう一層の線材が隙間を空けて螺旋を描くように巻かれていることをいうものとする。また、この新たな線材は巻線コイルを構成する線材と同一のものでも良いし、太さの異なるものを使用しても良い。
【００２４】
上記構成では、請求項１，２及び３、又は４記載の発明と同様の動作が行われると共に、巻線コイルからなるウィックをコンテナ内に装備した状態において、整列巻きした線材により構成される面が、新たに巻かれた線材の太さ分だけ、コンテナの内部壁面からの離間距離を確保することが可能となる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項１，２，３，４又は５記載の発明のウイックを使用し、コンテナの冷却端部を他の部位と比較してその幅方向について張り出された形状とする、という構成を採っている。
上記幅方向とは、コンテナの長手方向と直交する方向をいうものとする。
【００２６】
コンテナの冷却端部は、自然放冷、熱放射、熱伝導によるか、外部から何らかの手段により冷却しなければならない。この冷却手段としては、一例として、ヒートシンク、冷却ファン或いはこれらの組み合わせ等が挙げられる。いずれにしても、その表面積が大きい方が放熱に好適である。そして、上記構成では、コンテナの冷却端部の幅を大きくすることで、その表面積の拡大を図っている。これにより、外部からの冷却作用により効果的に放熱が行われる。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明と同様の構成を備えると共に、コンテナをＴ字形の平板状に形成し、ウィックをコンテナのＴ字形の縦棒に相当する部位の内部壁面に配設し、コンテナのＴ字形の横棒に相当する部位の内部壁面にもう一つのウィックを配設すると共に、当該ウィックの内部壁面に対向する面の裏面に横棒に相当する部位の長手方向に沿った無数の溝状通路を形成し、縦棒に相当する部位に配設したウィックと横棒に相当する部位に配設したウィックとを、縦棒と横棒とが交差する位置にて互いに重合して配設すると共に、縦棒に相当する部位に配設したウィックとコンテナの内部壁面との間に横棒に相当する部位に配設したウィックを介挿させた、という構成を採っている。
【００２８】
上記構成では、請求項６記載の発明と同様の動作が行われると共に、コンテナをＴ字形の平板状に形成している。この場合、Ｔ字形の横棒及び縦棒における横棒と交差する側の端部に相当する部位がコンテナの冷却端部に該当し、Ｔ字形の縦棒における他方の端部に相当する部位がコンテナの加熱端部に該当する。
そして、コンテナのＴ字形の縦棒に相当する部位の内側と横棒に相当する部位の内側とにそれぞれウィックが配設される。なお、便宜上、縦棒に相当する部位に配設されるウィックを第一のウィックとし、横棒に相当する部位に配設されるウィックを第二のウィックと称して以下の説明を行う。
【００２９】
第一のウィックは前述した他の請求項の構成におけるウィックと同じ機能を有している。即ち、冷却端部で凝縮された作動液を無数の溝状通路における表面張力により加熱端部まで供給する。
【００３０】
第二のウィックはコンテナのＴ字横棒に相当する部位の長手方向に沿った無数の溝状通路により、その長手方向に渡って均等に凝縮により液化した作動液を行き渡らせる。そして、この第二のウィックは、コンテナの内部壁面と対向する面の反対の面に溝状通路が形成されると共に、その溝形成面が第一のウィックとの重合部において当該第一のウィックの溝形成面と互いに対応するようにコンテナ内に配設される。従って、第二のウィックの溝全体に行き渡っていた液化した作動液は、第一のウィックの無数の溝状通路にも移動して広がり、結果的に第二のウィック内の作動液も第一のウィックを介して加熱端部まで供給されることとなる。
【００３１】
請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載の発明と同様の構成を備えると共に、コンテナの内部壁面に冷却端部から加熱端部へ向かう方向に沿った複数の溝状通路を設ける、という構成を採っている。
上記構成では、請求項１，２，３，４，５記載のウイックを使用し、６又は７記載の発明と同様の動作が行われると共に、冷却端部で凝縮し液化した作動液は、ウィックとコンテナの内壁に設けられた無数の溝状通路との双方により加熱端部まで供給される。
【００３２】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明と同様の構成を備えると共に、コンテナを絞り加工により形成した、という構成を採っている。
上記構成では、請求項８記載の発明と同様の動作が行われると共に、そのコンテナが加熱端部側を底部として絞り加工により板状材料が絞られ、最終的に冷却端部で断面積を拡大させつつさらに絞り出される。かかる絞り出しの過程において、絞り出す方向と内部壁面に設けられる溝の方向とが一致するので、内部溝も同時に絞り加工により形成される。冷却端部の端面は、絞り加工では塞ぐことができないので、別体で端板となる部材を用意し、それにより塞ぐ。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［第一の実施形態］
＜全体構成＞
本発明の第一の実施形態について図１〜３に基づいて説明する。図１（Ａ）は本実施形態たるヒートパイプを正面方向から見た断面図であり、図１（Ｂ）は平面方向から見た断面図（Ｘ−Ｘ線断面）である。
【００３４】
図のようにヒートパイプ１０は、本体外部から熱を受ける一端側の加熱端部２１側と、他方本体外部から冷却されることにより放熱を行う冷却端部２２側と、をその両端に備え、そのコンテナ２０は内部が中空で密閉可能な形状となる。またコンテナ２０内には、このコンテナ２０中空内に封入され、気化と凝縮とを繰り返す作動液と、コンテナ２０の内部壁面に沿って設けられ、冷却端部２２から加熱端部２１へ作動液を移動させる図に示す形状の略箱形のウィック３０とを備えている。
【００３５】
このヒートパイプ１０は、コンテナ２０の加熱端部２１から冷却端部２２への熱運搬を行うためのものであり、発熱する冷却対象物の冷却を行うために当該冷却対象物から隔てた所定の場所まで熱運搬を行う場合の態様を、ヒートパイプ１０の用途の一例として説明する。
図１（Ａ）に示す符号Ｈは、例えば冷却対象物としてパーソナルコンピュータに内蔵されたＣＰＵ等の半導体を示し、符号Ｃは同パーソナルコンピュータに内蔵されたヒートシンク及び冷却ファン等からなる冷却手段を示すものとする。
以下、各部を詳説する。
【００３６】
＜コンテナ＞
上記コンテナ２０は、その全体がほぼ均等な厚さの壁板で構成された内部空間が密閉可能な筐体であり、その外部形状は、冷却端部２２から加熱端部２１に向かう方向（以下、長手方向とする）に垂直な平面に沿った断面形状が、その長手方向全体に渡って均等な長方形となる角柱形状に形成されている。
【００３７】
さらに、コンテナ２０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材としており、加熱端部２１を開始位置とする深絞り加工により形成される場合もある。その場合、深絞り加工の終端となる冷却端部２２側の開口端部は、ウイック３０及び作動液をコンテナ２０の内部に封入し、減圧化、もしくは端板２３により内部の密閉状態の維持を可能とした状態で閉塞される。
【００３８】
＜作動液＞
作動液は、一般的には純水又は水を主成分とする混合液体が使用される。この作動液は、コンテナ２０の容積や使用環境温度を考慮した上で、コンテナ２０内に封入された場合に、当該コンテナ２０内で気化した状態にある水蒸気と、液化した状態の水とが併存可能である。
【００３９】
＜ウィック＞
上記ウイック３０は、コンテナ２０の長手方向に沿った断面形状（図１（Ａ）におけるコンテナ２０の内部壁面の断面形状である長方形）に従って、例えば電動機モータの巻線コイル線材としての被覆金属線材を、一層巻で隙間なく整列巻きした巻線コイル３６を備えている。図２は前記巻線コイル３６の基本となる一例を示す斜視図である。かかる巻線コイル３６は、コンテナ２０の内部に格納された状態において、コンテナ２０の両端の内部壁面にそれぞれ対向する平面部３１，３２と、コンテナ２０の長手方向に沿った上下の内部壁面にそれぞれ対向する面状の部分としての二つの平面部３３，３４とを有している。
【００４０】
そしてこの巻線コイル３６は、整列巻きにより隣接する前記金属線材間の被覆樹脂で加熱による熱融着固定、あるいは樹脂接着剤が別途塗布され、その樹脂の硬質化により、コンテナ２０の内部空間に応じた寸法形状を維持している。
さらに、巻線コイル３６の各平面部３１〜３４には、その表裏の両面に、金属線の隣接により各金属線材間に溝状通路が形成される。特に、平面部３３，３４には、金属線の巻き方向に従ってコンテナ２０冷却端部２２から加熱端部２１に向かう方向の溝が無数に形成されることとなる。
【００４１】
これら平面部３３，３４の外側となる面に形成される無数の溝状通路は表面張力により作動液を冷却端部２２から加熱端部２１に供給するためのものである。従って、かかる機能を損なわないように、前述したウイック３０の形状を維持するための前記樹脂は、溝状通路を埋めてしまわない程度の厚さで塗布されるか或いはウイック３０の内側にのみ樹脂が塗布されるとよい。また、各溝内の作動液の移動を円滑に行うために、各平面部３３，３４の外側面は親水処理がされている。
【００４２】
さらに、ウイック３０は、図１（Ｂ）に示すように、巻線コイル３６の外面上にさらにもう一層巻回された、より太い径の金属線材を備えている。この太い金属線３５は、巻線コイル３６の巻き方向と同じ方向で，金属線３５同士の間に隙間を設けた状態で一層で巻回されている（図２では図示略）。
【００４３】
この金属線３５もまた、各平面部３３，３４上において、コンテナ２０の長手方向に平行となるように巻線コイル３６上に巻回されると共に、巻線コイル３６の外側面上に樹脂にて固着されている。ウイック３０は、整列巻きされた巻線コイル３６に金属線３５が巻回された状態でその四つの平面部３１〜３４が金属線３５を介してコンテナ２０内部の対応する各内部壁面に沿って接するようになっている。
【００４４】
前述の如く各平面部３３，３４の外側面には、コンテナ２０の冷却端部２２から加熱端部２１へ作動液を供給する無数の溝状通路が形成されているが、かかる平面部３３，３４上に太い径の金属線３５が配置されることにより、これら平面部３３，３４とコンテナ２０の内部壁面との間に適度な隔たりが形成され、作動液の通路になる。
【００４５】
また、ウイック３０には、巻線コイル３６の平面部３３，３４であって、コンテナ２０の冷却端部２２に相当する位置に、その表裏を貫通する開口部３７ａ，３７ｂが設けられ、平面部３４であってコンテナ２０の加熱端部２１に相当する位置に、その表裏を貫通する開口部３８が設けられている。
【００４６】
このようにヒートパイプ１０は、その使用時において、コンテナ２０の加熱端部２１側の本体外部から加熱されることにより、作動液が気化して蒸気になり、冷却端部２２側の本体外部から冷却されて、蒸気が凝縮し液化した作動液がウイック３０の各溝状通路により加熱端部２１に戻される、という作動液の循環作用により熱運搬を行う。そして、その際に、ヒートパイプ１０内部において、巻線コイル３６の内側が気化した蒸気の通路となり、巻線コイル３６の外側であって各線材平面部とコンテナ２０の内部壁面との隙間が、凝縮して液化した作動液の通路となる。
【００４７】
従って、巻線コイル３６の各面を貫通する開口部３７ａ，３７ｂにより、蒸気が凝縮し液化する場合に、円滑に巻線コイル３６の内部から外部への移動が行われる。また、開口部３７ａ，３７ｂにより、巻線コイル３６に遮られることなく蒸気が円滑に冷却される。また、他方開口部３８により、作動液が気化した場合に、円滑に巻線コイル３６の外部側から内部側への移動が行われる。
【００４８】
＜ヒートパイプの作用＞
図３はヒートパイプ１０における作動液の状態及び循環経路を示す説明図である。かかる図３及び図１に基づいてヒートパイプ１０の作用の説明を行う。
コンテナ２０の加熱端部２１が、発熱状態にある半導体Ｈにより加熱されると、作動液は活発に気化し、前記コンテナ２０内部の表面で蒸気が発生する。蒸気は開口部３８から巻線コイル３６の枠内側に侵入し、白抜き矢印の方向に冷却端部２２側まで拡散されてゆく。
【００４９】
冷却端部２２では、コンテナ２０の外部から冷却手段により放熱が行われ、蒸気は冷却されて凝縮により液化し、水滴となった作動液が開口部３７ａ，３７ｂから巻線コイル３６の外側に回り、巻線コイル３６の各平面部３３，３４の外側面の無数の溝状通路に侵入する。つまり、図３におけるハッチング矢印方向（水流方向）に流動する。
【００５０】
巻線コイル３６はコンテナ２０内において、これら無数の溝状通路が冷却端部２２から加熱端部２１に向かう方向に沿うように格納されているので、当該無数の溝状通路に侵入した作動液は、表面張力により溝状通路の全長に広がることで加熱端部２１側まで行き渡ることになる。そして加熱端部２１側では、随時加熱により作動液が気化するので、絶えず、作動液が前記溝に沿って常に供給されることとなり、実質的には作動液が加熱端部２１側に導かれて流動している状態となる。
【００５１】
このようにして、作動液は気化と凝縮により絶えず加熱端部２１と冷却端部２２との間を循環することとなり、当該循環作用に伴い、半導体Ｈから吸熱が行われ、冷却手段Ｃにより放熱が行われる。
【００５２】
＜ヒートパイプの効果＞
またヒートパイプ１０は、ウイック３０の巻線コイル３６の各平面部３３，３４の外側面に溝状通路が形成されているので、作動液の循環過程において、巻線コイル３６の内側領域のみが蒸気の流路となり、巻線コイル３６の各平面部３３，３４の外側のみが液化した作動液の流路となる。
【００５３】
つまり、互いに逆方向に移動する蒸気と液化した作動液とは、巻線コイル３６の平面部３３，３４を隔てて各々の流路が完全に分離された状態となるので、流動する蒸気による液化した作動液の飛散の発生が有効に回避され、円滑に作動液の循環が行われることとなる。従って、これにより、ヒートパイプ１０の熱運搬が効果的に行われ、熱運搬効率の向上が図られる。
【００５４】
また、前記ウイック３０を金属線３５を含む巻線コイル３６により一体的に形成することにより、コンテナ２０の内部に対応する形状に予め形づくり、コンテナ２０の一端部から挿入することでウイック３０の配置が容易に完了する。このため、従来のようにウィックの装着の際の変形や位置ズレが生じにくく、また、狭いコンテナ内へのウィックの加工の手間やコストを生じないので、ヒートパイプの生産性の向上を図ることが可能である。
【００５５】
＜その他＞
上記コンテナ２０は、内部壁面が平滑に形成されているが、その内部壁面上にコンテナ２０の長手方向に沿って無数の溝を形成しても良い。前述したように、コンテナ２０はその加熱端部２１を開始位置として絞り加工により形成されるが、上述の内部溝は絞り加工が進行する方向と同じ方向に沿って形成されるので、コンテナ２０を形成する絞り加工の工程において、同時に内部溝を形成することが可能であり、内部溝の加工により工数を増加させることなく、内部溝を形成することが可能である。
【００５６】
そして、上記加工溝を設けた場合、当該加工溝はコンテナ２０の内部壁面とウイック３０との間に位置することから、流動する蒸気の影響を回避しつつ、当該ウイック３０の溝による作動液の供給と共に、円滑に充分量の液化した作動液を加熱端部２１まで供給することが可能である。
【００５７】
［第二の実施形態］
＜全体構成＞
本発明の第二の実施形態について、図４に基づいて説明する。図４（Ａ）は本実施形態の応用例であるヒートスプレッダ１０Ａを正面方向から見た断面図であり、図４（Ｂ）は前記図４（Ａ）に示すＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【００５８】
ここで、ヒートスプレッダ１０Ａについて、前述したヒートパイプ１０と同一の構成については、同符号を付して重複する説明は省略するものとする。
【００５９】
ヒートスプレッダ１０Ａは、外部から熱を受ける加熱端部２１と、外部から冷却されることにより放熱を行う冷却端部２２ａと、を備え、全体的な形状が略Ｔ字形であると共に、その中空内部が密閉可能なコンテナ２０ａと、このコンテナ２０ａ内に封入され、気化と凝縮とを行う作動液と、コンテナ２０ａのＴ字形の縦棒に相当する部位（縦棒部２４ａとする）の内側領域に配設される第一のウイック３０と、コンテナ２０ａのＴ字形の横棒に相当する部位（横棒部２５ａとする）の内側領域に配設される第二のウィック４０ａと、を備えている。
【００６０】
なお、ヒートスプレッダ１０Ａの第一のウイック３０は、前述したヒートパイプ１０のウイック３０と全く同一のものであるが、本実施形態では、第二のウィック４０ａと区別するために「第一のウイック３０」と記すこととする。
【００６１】
このヒートスプレッダ１０Ａは、ヒートパイプ１０と同様に熱運搬を行い、更に拡大した部分で熱拡散を行うためのものであり、コンテナ２０ａの冷却端部２２ａ側の構造及び第二のウィック４０ａを備える点で、前記ヒートパイプ１０と異なっている。従って、もっぱらこれらの点についてのみ詳説することとする。
なお、このヒートスプレッタ１０Ａでも、冷却対象物をＣＰＵ等の半導体Ｈとし、ヒートシンク及び冷却ファンを冷却手段Ｃとして説明する。
【００６２】
＜コンテナ＞
上記コンテナ２０ａは、前述の如く、全体形状がＴ字形に形成され、当該Ｔ字形の縦棒部２４ａにおける横棒部２５ａと連結される端部側を冷却端部２２ａとし、他端部側を加熱端部２１とする。ここで、コンテナ２０ａのＴ字形の縦棒部２４ａの長手方向に沿った方向をコンテナ２０ａの長手方向とし、横棒部２５ａの長手方向に沿った方向をコンテナ２０ａの幅方向とする。
【００６３】
コンテナ２０ａは、その縦棒部２４ａについては、長手方向に垂直な平面に沿った断面形状がその長手方向全体に渡って均等な長方形となる角柱形状に形成されており、前述したコンテナ２０の冷却端部２２の構造を除いて全く同一の構造となっている。
他方、コンテナ２０ａの冷却端部２２ａに位置する横棒部２５ａは、図４（Ｂ）に示すように、その幅方向について縦棒部２４ａよりもその幅が広く設定されている。このように幅を広くすることで冷却端部２２ａの表面積の拡大を図り、外部からの冷却に対して放熱効率の向上を図っている。また、横棒部２５ａも、コンテナ２０ａの長手方向に垂直な平面に沿った断面形状が当該長手方向全体に渡って均等な幅の広い長方形となる角柱形状に形成されている。
【００６４】
さらに、コンテナ２０ａは、アルミニウムまたはアルミニウム合金を素材としており、幅の狭い加熱端部２１を開始位置とする深絞り加工により形成される。その場合、深絞り加工の終端となる冷却端部２２ａ側の開口端部は、第一及び第二のウイック３０，４０ａ及び作動液をコンテナ２０ａの内部に格納し、端板２３ａにより内部の密閉状態の維持を可能とした状態で閉塞される。
【００６５】
＜第二のウィック＞
上記第二のウィック４０ａは、コンテナ２０ａの幅方向に沿った断面の内部形状である長方形にほぼ等しい大きさの長方形形状に従って、前記同様に線材としての金属線を一層で隙間なく整列巻きした巻線コイル４０ａにより構成されている。
かかる巻線コイル４０ａは、コンテナ２０ａの横棒部２５ａの内部に格納された状態において、コンテナ２０ａの横棒部２５ａの長手方向両端の内部壁面にそれぞれ対向する二つの平面部と、横棒部２５ａの長手方向に沿った上下の内部壁面にそれぞれ対向する面状の部分としての二つの平面部４２ａ，４３ａとを有している。
【００６６】
そして、この巻線コイル４０ａは、整列巻きにより隣接する金属線間に例えば樹脂が塗布され、当該の樹脂の硬質化により横棒部２５ａの内部空間に応じた枠体形状を維持している。これにより、巻線コイル４０ａの各平面部４２ａ，４３ａにはその表裏の両面に、金属線の隣接により各金属線間に溝状通路が形成される。これらの溝状通路は、巻線コイル４０ａが横棒部２５ａに格納された状態において、当該横棒部２５ａの長手方向に平行となる。従って、横棒部２５ａの全長に渡って凝縮により液化した作動液を表面張力により溝内に収容することが可能である。
【００６７】
また、巻線コイル４０ａは、その中央部におけるその内側に、第一のウイック３０の巻線コイル３６の冷却端部２２ａ側の端部が挿入される。従って、巻線コイル４０ａは巻線コイル３６を挿入可能な範囲でその厚さが当該巻線コイル３６よりも厚み方向に厚く設定されている。
【００６８】
上述のように巻線コイル４０ａと巻線コイル３６とが互いのその一部を重合させた状態でコンテナ２０ａ内に配設されるので、当該重合部において、巻線コイル４０ａの各平面部４２ａ，４３ａの内側面と、巻線コイル３６の平面部３３，３４の外側面とはそれぞれ密に近接対向した状態となる。
【００６９】
なお、巻線コイル３６の平面部３３，３４の冷却端部２２ａ側には開口部３７ａ，３７ｂが設けられているが、当該開口部３７ａ，３７ｂの周囲の部分が対向状態となる。従って、巻線コイル４０ａの平面部４２ａ，４３ａの内側面の無数の溝状通路に収容された作動液は、巻線コイル３６の各平面部３３，３４の外側面の無数の溝状通路内に移動する。その結果、巻線コイル４０ａの平面部４２ａ，４３ａの内側面の無数の溝状通路の全長に渡って収容されている作動液は、巻線コイル３６側に全体的に移動を生じることとなる。これにより、コンテナ２０ａの横棒部２５ａ内で凝縮した作動液は全て、加熱端部２１に供給される。
【００７０】
かかる巻線コイル４０ａについても、上記機能を確保するために、前述したウイック３０の巻線コイル３６と同様に、溝状通路を埋めてしまわない程度の厚さで樹脂を塗布し、又は巻線コイル４０ａの外側にのみ樹脂を塗布する。さらに、各平面部４２ａ，４３ａの内側面を親水性にしておくとよい。
【００７１】
＜ヒートスプレッダの作用＞
ヒートスプレッダ１０Ａの作用の説明を行う。
コンテナ２０ａの加熱端部２１が発熱状態にある半導体Ｈにより加熱されると、作動液は活発に気化し、蒸気が発生する。蒸気は開口部３８から巻線コイル３６の内側に侵入し、冷却端部２２ａ側まで拡散されてゆく。冷却端部２２ａでは、コンテナ２０ａの外部から冷却手段により放熱が行われ、蒸気は冷却されて凝縮により液化し、液化した作動液が第二のウィックの巻線コイル４０ａの無数の溝状通路に導かれて侵入する。
【００７２】
そして、この巻線コイル４０ａの内側面の溝状通路から巻線コイル３６の各平板部３３，３４の外側面の溝状通路に作動液が移動し、さらには加熱端部２１側まで行き渡ることになる。
このようにして、作動液は気化と凝縮により絶えず加熱端部２１と冷却端部２２ａとの間を循環することとなり、当該循環作用に伴い、半導体Ｈから吸熱が行われ、冷却手段Ｃにより放熱が行われる。
【００７３】
＜ヒートスプレッダの効果＞
ヒートスプレッダ１０Ａは、ヒートパイプ１０と同様の効果を有すると共に、コンテナ２０ａの全体形状をＴ字形とし、その冷却端部２２ａの幅を広くしたことにより、熱を冷却端部２２ａで均一に拡散する機能も合わせ持つ。従って、当該冷却端部２２ａを外部から冷却する場合に、放熱効率の向上を図ることが出来、加熱端部２１側の半導体Ｈの熱量が大きい場合でも、熱運搬量を十分に確保することが可能である。このため、冷却手段Ｃの単位面積あたりの冷却能力を維持したままであってもより効果的に排熱を行うことが可能となる。
【００７４】
さらに、コンテナ２０ａの縦棒部２４ａと横棒部２５ａのそれぞれに第１，第２のウイック３０，４０ａを設け、互いにその一部を重合させて配設している。従って、横棒部２５ａの長手方向全体に渡って効果的に作動液を縦棒側の第一のウイック３０に移動させると共に、当該ウイック３０により加熱端部２１に供給することができ、熱運搬効率の向上を図ることが可能である。
【００７５】
＜その他＞
上記コンテナ２０ａにあっても、コンテナ２０の場合と同様に、縦棒部２４ａについてその長手方向に沿った無数の溝状通路をその内部壁面上に形成しても良い。
この場合も、溝状通路は絞り加工が進行する方向と同じ方向に沿って形成されるので、コンテナ２０ａを形成する絞り加工の工程において、同時に内部溝状通路を形成することが可能である。この溝状通路もまた、コンテナ２０ａの内部壁面と第一のウイック３０との間に位置することから、前記同様に蒸気の影響を回避しつつ、円滑に充分量の液化した作動液を加熱端部２１まで供給することが可能である。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、ウィックを薄い板状とすると共に、コンテナの内部壁面との対向面との間に溝状通路を設けたので、ウィックとコンテナの内部壁面との間隙で液化した作動液の移動が行われ、その結果、逆方向に移動する気化した蒸気に液体の作動液が曝されず、当該液体の飛散を効果的に防止し、循環する加熱端部への移動を円滑に行うことができる。従って、蒸気の移動が活発化しても、有効に熱運搬を行うことが可能となる。
【００７７】
また請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明と同様の効果を有すると共に、ウィックに蒸気が通過する開口部を設けたので、コンテナの内部壁面とウィックとの間で作動液が加熱されて生じた蒸気は、かかる開口部を通って円滑にコンテナの中央側に移動することができ、作動液の気化を活性化して、熱運搬効率の向上を図ることが可能である。
【００７８】
また請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明と同様の効果を有すると共に、コンテナの冷却端部、又は、近傍においてウィックに蒸気が通過する開口部を設けたので、コンテナ外部から冷却された場合に、開口部以外の部分はコンテナ壁面とウィックとを介して作動液の蒸気の冷却が行われるが、開口部についてはコンテナ壁面のみを介して冷却されることとなる。従って、ウィックの熱伝導が妨げとならず、作動液の蒸気のより効果的な冷却を行うことができ、作動液の凝縮を活性化して、熱運搬効率の向上を図ることが可能である。
【００７９】
また請求項４記載の発明では、請求項１，２又は３記載の発明と同様の効果を有すると共に、無数の溝状通路を備えた面状部分を有する薄い板状ウィックを、一層巻きの巻線コイルにより形成しているので、当該ウィックと同一の効果を有すると共に、ヒートパイプの組み立てにおいて、コンテナ内にウィックを装備する作業を容易とし、組立生産性の向上を図ることが可能となる。
【００８０】
即ち、予め巻線コイルの線材が、コンテナ内部の形状に形作られた状態でコンテナ内に挿入すれば良いので、装着の際の組み込みによる変形やたわみ、位置ズレ等が生じにくく、簡易な作業でヒートパイプを組み立てることが可能となる。また、コンテナ内に直接溝状通路が設けられたヒートパイプの場合のように、溝状通路形成作業をすることにより必要となる手間やコストを排除し、かかる面からも生産性の向上を図ることが可能となる。
【００８１】
また請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明と同様の効果を有すると共に、薄い板状ウィックの外側に、さらに隙間を設けて巻回されたもう一層の線材を有するので、薄い板状面が、新たに巻かれた線材の太さ分だけコンテナの内部壁面との離間距離を確保することが可能となる。従って、薄い板状面がコンテナの内壁に密着し過ぎて、必要量の液化した作動液を、表面張力により加熱端部に導くことが困難となるような不都合を解消し、安定した作動液の加熱端部への移動を確保することが可能となり、熱運搬効率の安定化、及び向上を図ることが可能である。
【００８２】
また請求項６記載の発明では、請求項１，２，３，４又は５記載のウイックを使用し、コンテナの冷却端部の幅を広くしたことにより、その表面積の拡大を図っている。従って、当該冷却端部を外部から冷却する場合に、放熱効率の向上を図ることができ、加熱端部側の熱源の熱量が大きい場合でも、熱運搬量を十分に確保することが可能である。このため、本発明を排熱に使用した場合、冷却手段の単位面積あたりの冷却能力を維持したままであっても、より効果的に排熱を行うことが可能となる。
【００８３】
また請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明と同様の効果を有すると共に、コンテナのＴ字形の縦棒に相当する部位と横棒に相当する部位のそれぞれに別々のウィックを設け、相互の溝状通路形成面が対向するように双方のウィックの所定部分を重合させて配設している。従って、冷却端部となるコンテナのＴ字形の横棒に相当する部位の長手方向全体に渡って効果的に作動液を縦棒側のウィックに移動させると共に、当該ウィックにより加熱端部に供給することができ、熱運搬効率の向上を図ることが可能である。
【００８４】
また請求項８記載の発明では、請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の発明と同様の効果を有すると共に、ウィックの溝状通路とコンテナの内壁に設けられた無数の溝状通路との双方により作動液を加熱端部側に供給するので、作動液の供給量を増進し、加熱端部側の熱源の熱量が大きい場合でも、十分な熱運搬を行うことが可能となる。
【００８５】
また請求項９記載の発明では、請求項８記載の発明と同様の効果を有すると共に、コンテナを絞り加工により形成するため、コンテナを加熱端部からその長手方向に沿って絞り出す過程において、同時に内部溝状通路も形成することが可能であり、少ない工数でコンテナの製造が可能となり、生産性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、第一の実施形態たるヒートパイプを正面方向から見た断面図であり、図１（Ｂ）は平面方向から見たＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図２】図１に開示されたウィックの斜視図である。
【図３】ヒートパイプにおける作動液の状態及び循環経路を示す説明図である。
【図４】図４（Ａ）は第二の実施形態たるヒートパイプを正面方向から見た断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示すＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図５】従来のヒートパイプを用いて半導体の排熱を行う場合の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０　　ヒートパイプ
１０Ａ　ヒートスプレッダ
２０，２０ａ　コンテナ
２１　加熱端部
２２，２２ａ　冷却端部
２４ａ　縦棒部（Ｔ字型縦棒に相当する部位）
２５ａ　横棒部（Ｔ字型横棒に相当する部位）
３０　ウィック（第一のウィック）
３３，３４　面状部（面状の部分）
３５　金属線（間隔を設けて巻回したもう一層の線材）
３６　巻線コイル（板状ウイック）
３７ａ，３７ｂ，３８　開口部
４０ａ　巻線コイル（第二の板状ウィック）
【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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