(57)【要約】【課題】極めて薄型の筐体内に搭載された、ＣＰＵ等の発熱電子部品を効率的に冷却するために使用することができる、薄型ヒートパイプを提供する。【解決手段】重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、前記コンテナ内に可動状態で収容されている、所定方向の毛管力を高めるように異なる径の縦線と横線とによって形成されたメッシュと、前記コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプ。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、前記コンテナ内に可動状態で収容されている、所定方向の毛管力を高めるように異なる径の縦線と横線とによって形成されたメッシュと、前記コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記メッシュが、縦線の径が横線の径よりも大きい平織メッシュからなっている、請求項１に記載の薄型ヒートパイプ。
【請求項３】
重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、前記コンテナ内に可動状態で収容されている、複数本の素線によって形成された撚線からなる異なる径の縦線と横線とからなるメッシュと、前記コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプ。
【請求項４】
前記メッシュが、縦線の径が横線の径よりも大きい筵織メッシュからなっており、縦線の素線数が横線の素線数よりも多い、請求項３に記載の薄型ヒートパイプ。
【請求項５】
重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、前記コンテナ内に可動状態で収容されている、異なる径の縦線と横線からなり径の小さい線の密度が高いメッシュと、前記コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプ。
【請求項６】
前記メッシュが縦線の径が横線の径よりも大きく横線の密度が縦線の密度よりも高い畳織メッシュからなっている、請求項５に記載の薄型ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の高発熱部品を効率良く冷却する、特に極めて薄い筐体内に搭載された半導体等を効率良く冷却するためのシート型ヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エレクトロニクス機器は、マイクロプロセッサ等の高出力、高集積の部品を内蔵している。マイクロプロセッサは、集積度が極めて高くなり、高速で情報の演算、制御等の処理を行うので、多量の熱を放出する。高出力かつ高集積の部品であるチップ等を冷却するために、各種の冷却システムが提案されてきた。その代表的な冷却システムの１つとして、ヒートパイプがある。
ヒートパイプには、その形状において、丸パイプ形状のヒートパイプ、平面形状のヒートパイプがある。ＣＰＵ等の電子機器の被冷却部品の冷却用としては、被冷却部品への取り付けが容易であること、広い接触面が得られることから、平面型ヒートパイプが好んで用いられる。
【０００３】
更に、ヒートパイプは、被冷却部品の取り付け位置において、被冷却部品が上部に位置するトップヒートモードと被冷却部品が下部に位置するボトムヒートモードに区分される。ボトムヒートモードの場合、重力により液が還流するが、トップヒートモードの場合、重力に逆らって液を還流させなければならず、通常はウイックによる毛管現象を利用する。
ヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。
【０００４】
密封された空洞部を備え、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の移動が行われるヒートパイプの詳細は次の通りである。
ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱を潜熱として吸収して、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は凝縮して潜熱を放出するとともに、再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって熱の移動が行われる。
重力式のヒートパイプにおいては、相変態によって液相状態になった作動流体は、重力によって、吸熱側に移動（還流）する。
【０００５】
近年、上述したチップ等を搭載する筐体が次第に薄型化し、それに対応してヒートパイプも次第に薄型化してきている。
平板状の薄型ヒートパイプでは、主に伝熱させたい方向、例えば長手方向に沿って直線的に蒸気の流路を確保することが望ましい。しかし、容易に変形するほど薄い金属箔を使用してコンテナを形成した場合、大気圧によって外から押しつぶされるような状態になる。図５は、従来のメッシュを示す図である。このメッシュは縦線１０６と横線１０７の径および張力が等しく、メッシュ面に対して法線方向からみた開孔率が一般的に大きい。容易に変形するほど薄い金属箔等から形成されたコンテナ内に、このように形成されたメッシュを単に挿入しただけでは、大気圧によって押しつぶされ、その結果、極僅かな間隙しか残らず、十分な蒸気流路が確保されない。更に、残された間隙も縦線と横線が交互にコンテナの内壁と接触するので、線に沿って真っ直ぐな間隙が確保されず、蒸気の流動抵抗が大きい。
【０００６】
そのため薄い金属箔をコンテナとして用いる場合には、形状を保つための支持としてスペーサが必要になる。従来技術のスペーサとして、例えばスポット溶接やエンボス加工などが挙げられているが、これらの技術ではコンテナそのものの剛性が必要であるため、薄く柔らかい金属箔等で構成されるコンテナの場合には適さなかった。また、スペーサとしてある程度の剛性を有するものを別途コンテナ内に挿入した場合、コンテナを屈曲させる際に、スペーサが挫屈したり蒸気流路が閉塞する可能性があったため、薄型ヒートパイプに可撓性を求めることができなかった。
特開２００１−１６５５８４号に、シート状ヒートパイプが開示されている（以下、「先行技術」という）。先行技術においては、コンテナに接合された複数個の柱状のスペーサが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先行技術のシート状ヒートパイプには下記の問題点がある。
即ち、柱状スペーサの間隔が不均一で、性能にバラツキが生じる可能性があり、信頼性に欠ける。更に、柱状スペーサが接着剤等によってコンテナに接合されているので、コンテナ内部で非凝縮性ガスを発生させ、長期信頼性を損ねるおそれがある。更に、コンテナ本体を曲げると、接合した柱状スペーサがコンテナから剥がれ、性能が劣化するおそれがある。更に、製品ごとの個体差が大きくなる可能性がある。更に、部材数および工程数が多くなるという問題点がある。
【０００８】
従って、この発明の目的は、極めて薄型の筐体内に搭載された、ＣＰＵ等の発熱電子部品を効率的に冷却するために使用することができる、薄型ヒートパイプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、２枚の箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナの中に、所定方向の毛管力を高めるように異なる径の縦線と横線とによって形成されたメッシュを可動状態で収容することによって、屈曲が可能で、大気に押しつぶされることなく所定方向の蒸気流路を確保することができ、メッシュがスペーサとウイックの両方の機能を果すことができることが判明した。
【００１０】
更に、２枚の箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナの中に、複数本の素線によって形成された撚線からなる異なる径の縦線と横線とからなるメッシュを可動状態で収容することによって、屈曲が可能で、大気に押しつぶされることなく伝熱方向に沿った蒸気流路を容易に確保することができ、更に、縦線内部における毛管力を得ることができ、メッシュがスペーサとウイックの両方の機能を果すことができることが判明した。
【００１１】
更に、２枚の箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナの中に、異なる径の縦線と横線からなり径の小さい線の密度が高いメッシュを可動状態で収容することによって、屈曲が可能で、大気に押しつぶされることなく伝熱方向に沿った蒸気流路を容易に確保することができ、更に、コンテナ壁面とメッシュの接触面積を増加させて毛管力を高めることができることが判明した。
【００１２】
この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の薄型ヒートパイプの第１の態様は、重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、前記コンテナ内に可動状態で収容されている、所定方向の毛管力を高めるように異なる径の縦線と横線とによって形成されたメッシュと、前記コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプである。
【００１３】
この発明の薄型ヒートパイプの第２の態様は、前記メッシュが、縦線の径が横線の径よりも大きい平織メッシュからなっている、薄型ヒートパイプである。
【００１４】
この発明の薄型ヒートパイプの第３の態様は、重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、前記コンテナ内に可動状態で収容されている、複数本の素線によって形成された撚線からなる異なる径の縦線と横線とからなるメッシュと、前記コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプである。
【００１５】
この発明の薄型ヒートパイプの第４の態様は、前記メッシュが、縦線の径が横線の径よりも大きい筵織メッシュからなっており、縦線の素線数が横線の素線数よりも多い、薄型ヒートパイプである。
【００１６】
この発明の薄型ヒートパイプの第５の態様は、重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、前記コンテナ内に可動状態で収容されている、異なる径の縦線と横線からなり径の小さい線の密度が高いメッシュと、前記コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプである。
【００１７】
この発明の薄型ヒートパイプの第６の態様は、前記メッシュが縦線の径が横線の径よりも大きく横線の密度が縦線の密度よりも高い畳織メッシュからなっている、薄型ヒートパイプである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の薄型ヒートパイプの態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の薄型ヒートパイプは、重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、コンテナ内に可動状態で収容されている、所定方向の毛管力を高めるように異なる径の縦線と横線とによって形成されたメッシュと、コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプである。上述したメッシュが、縦線の径が横線の径よりも大きい平織メッシュからなっている。
【００１９】
この発明の薄型ヒートパイプにおいて、２枚の箔状のシートを重ね合わせて、周辺部をシーム溶接、ロウ接等の方法によって接合して、コンテナを形成する。コンテナの中には、所定方向の毛管力を高めるように異なる径の縦線と横線とによって形成されたメッシュが可動状態で収容されている。
【００２０】
図１は、この発明の薄型ヒートパイプに用いられるメッシュを説明する図である。図１に示すように、この発明のメッシュ５は、異なる径の縦線６と横線７とを使用した平織メッシュである。即ち、縦線の径は横線の径よりも大きい。なお、縦線および横線はそれぞれ１本のワイヤからなっている。平行に配置された所定の大きさの径を有する複数のワイヤからなる縦線の回りを、縦線の径よりもかなり小さい径の横線によって波状に巻き付けるように編み込んでメッシュを形成している。縦線６の径と横線７の径の差を大きくすることによって、縦線６は、折り曲げられることなく、もとの直線状の形態を維持し、径の小さい横線７が複数の平行な縦線の回りを波状に巻き付けている。その結果、図中に矢印で示すように、縦線の軸方向に沿った方向の蒸気流路を確保することができる。
【００２１】
このように形成されたメッシュを、上述したコンテナの中に可動状態で収容すると、容易に変形するほど薄い金属箔のシートによって、コンテナを形成しても、
大気圧によって蒸気流路は閉塞されることなく、コンテナの長手方向に配置される径の大きな複数の平行に配置された縦線によって、蒸気流路が容易に確保される。更に、上述したメッシュは、可動状態でコンテナ内に収容されているので、コンテナを屈曲させても、挫屈が生じることはなく、ヒートパイプは可撓性を備えている。
【００２２】
なお、平行に配置された縦線の間隔を適切に調節することによって、薄くて柔らかい箔状シートによって形成されたコンテナであっても、大気圧によって潰されずに縦線に沿って直線状に間隙を確保することができる。
上述したように、径の異なる２種類のワイヤを組合わせて形成されたメッシュを用いることによって、蒸気流路を確保し、極めて薄型のヒートパイプとして優れた熱輸送特性を得ることができる。
【００２３】
上述したように、コンテナは、可撓性を得るため、屈曲可能なほど十分に薄い金属箔等によって形成されている。金属箔同士をシーム溶接またはロウ接等の方法で接合したコンテナは、長期信頼性が高い。一般的に樹脂は、透過性、ガス発生等の点に関して、信頼性が低いと信じられてきたが、ナノコンポジットレベルでの樹脂／クレー、または、樹脂／金属等の複合材料は、従来の樹脂と比べて特性が飛躍的に向上する例があり、これら複合材料を利用することもできる。
【００２４】
更に、この発明の薄型ヒートパイプは、重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、前記コンテナ内に可動状態で収容されている、複数本の素線によって形成された撚線からなる異なる径の縦線と横線とからなるメッシュと、前記コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプである。
【００２５】
この発明の薄型ヒートパイプにおいて、２枚の箔状のシートを重ね合わせて、周辺部をシーム溶接、ロウ接等の方法によって接合して、コンテナを形成する。コンテナの中には、複数本の素線によって形成された撚線からなる異なる径の縦線と横線とからなるメッシュが可動状態で収容されている。即ち、上述したメッシュが、縦線の径が横線の径よりも大きい筵織メッシュからなっており、縦線の素線数が横線の素線数よりも多い。
【００２６】
図２は、この発明の薄型ヒートパイプに用いられる他の態様のメッシュを説明する図である。図２に示すように、この発明のメッシュ１５は、複数本の素線によって形成された撚線からなる異なる径の縦線１６と横線１７とからなるメッシュである。即ち、縦線１６の径は横線１７の径よりも大きい。なお、縦線および横線は同一素線を使用し、素線数の多少によって径の大きさが異なる。複数本の素線によって形成された撚線が平行に配置された縦線の回りを、縦線の径よりもかなり小さい径の横線によって波状に巻き付けるように編み込んでメッシュを形成している。例えば、図２（ｂ）に示すように、縦線１６は４本の素線１８によって形成された撚線からなっており、横線は２本の素線によって形成された撚線からなっている。縦線１６の径と横線１７の径の差を大きくすることによって、縦線１６は、折り曲げられることなく、もとの直線状の形態を維持し、径の小さい横線１７が複数の平行な縦線の回りを波状に巻き付けている。その結果、図中に矢印で示すように、縦線の軸方向に沿った方向の蒸気流路を確保することができる。
なお、この態様によると、図２（ｂ）に示すように、複数の素線からなる撚線によって、縦線内部においても毛管力を得ることができる。
【００２７】
このように形成されたメッシュを、上述したコンテナの中に可動状態で収容すると、容易に変形するほど薄い金属箔のシートによって、コンテナを形成しても、
大気圧によって蒸気流路は閉塞されることなく、コンテナの長手方向に配置される径の大きな複数の平行に配置された縦線（複数の素線からなる撚線）によって、蒸気流路が容易に確保される。更に、複数の素線からなる撚線によって、縦線内部においても毛管力を得ることができる。更に、上述したメッシュは、可動状態でコンテナ内に収容されているので、コンテナを屈曲させても、挫屈が生じることはなく、ヒートパイプは可撓性を備えている。
【００２８】
なお、平行に配置された縦線の間隔を適切に調節することによって、薄くて柔らかい箔状シートによって形成されたコンテナであっても、大気圧によって潰されずに縦線（複数の素線からなる撚線）に沿って直線状に間隙を確保することができる。
上述したように、複数本の素線によって形成された撚線からなる異なる径の縦線１６と横線１７とからなるメッシュを用いることによって、蒸気流路を確保し、極めて薄型のヒートパイプとして優れた熱輸送特性を得ることができる。
【００２９】
更に、この発明の薄型ヒートパイプは、重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナと、コンテナ内に可動状態で収容されている、異なる径の縦線と横線からなり径の小さい線の密度が高いメッシュと、コンテナ内に封入された作動流体とを備えた薄型ヒートパイプである。上述したメッシュが畳織メッシュからなっている。
【００３０】
図３は、この発明の薄型ヒートパイプに用いられる他の態様のメッシュを説明する図である。図３に示すように、この発明のメッシュ２５は、異なる径の縦線２６と横線２７とを使用した畳織メッシュである。即ち、縦線および横線の径の差が小さく、縦線の径は横線の径よりも僅かに大きい。なお、縦線および横線はそれぞれ１本のワイヤからなっている。平行に配置された所定の大きさの径を有する複数のワイヤからなる縦線の回りを、縦線の径よりも僅かに小さい径の横線によって波状に巻き付けるように編み込んでメッシュを形成している。この態様においては、横線の密度が高くなっており、横方向の蒸気の流れも強くなっている。従って、縦線の方向および横線の方向に沿って、蒸気流路を確保することができる。
このように形成された畳織メッシュによると、コンテナの壁面とメッシュとの接触面積を増加させて毛管力を大きくすることができる。
【００３１】
このように形成されたメッシュを、上述したコンテナの中に可動状態で収容すると、容易に変形するほど薄い金属箔のシートによって、コンテナを形成しても、
大気圧によって蒸気流路は閉塞されることなく、コンテナの長手方向に配置される縦線およびコンテナの幅方向に配置された横線に沿って、蒸気流路が容易に確保される。更に、上述したメッシュは、可動状態でコンテナ内に収容されているので、コンテナを屈曲させても、挫屈が生じることはなく、ヒートパイプは可撓性を備えている。
【００３２】
上述したように、径の僅かに異なる縦線および横線を組合わせ、横線の密度を高くして形成されたメッシュを用いることによって、蒸気流路を確保し、極めて薄型のヒートパイプとして優れた熱輸送特性を得ることができる。
図４は、図１に示した態様のメッシュを、重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナに収容した状態を説明する図である。図４に示すように、重ね合わせた２枚の箔状のシート２、３の周辺部４をシーム溶接や超音波溶接等によって接合して形成された密閉されたコンテナ内に、コンテナの長手方向の毛管力を高めるように、大きな径の縦線６と小さな径の横線７とによって形成されたメッシュ５が可動状態で収容されている。
【００３３】
平面型ヒートパイプのコンテナの材料として、銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００）、アルミニウム（Ａ１０１０　Ａ１１００　Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）などの熱伝導の良好な金属を利用する。クラッド材を用いるときには、異種金属、例えば、アルミニウム／銅、銅／セラミックス（アルミナ、ベリリア、窒化アルミニウム、銅タングステン）を用いることができる。平面型ヒートパイプの形状は、断面が円形、楕円形、長方形等のいろいろの形状が可能である。
密閉された空洞部内に封入される作動液としては、容器材質との適合性に応じて、水、代替フロン、フロリーナ、シクロペンタン等を用いる。
【００３４】
上述したように、この発明の薄型ヒートパイプにおいては、所定方向の毛管力を高めるように異なる径の縦線と横線とによって形成された平織メッシュ、複数本の素線によって形成された撚線からなる異なる径の縦線と横線とからなる筵織メッシュ、縦線の径が横線の径よりも大きく横線の密度が縦線の密度よりも高い縦線と横線とによって形成された畳織メッシュをコンテナ内に挿入するだけで、他のスペーサを用いることなく伝熱方向に沿った蒸気流路を容易に確保することができる。更に、脱気後、コンテナは大気圧によってメッシュに押し付けられるので、メッシュはコンテナ内に固定され、メッシュとコンテナ内壁との密着性が良好であり、その結果、高い毛管力が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように、この発明によると、スペーサを用いることなく、大気圧による圧壊を防止し、良好な毛管力を備え、薄く、可撓性を有し、熱輸送量が大きく、高性能の薄型シート状ヒートパイプを提供することができる。
更に、極めて薄型の筐体内に搭載された、ＣＰＵ等の発熱電子部品を効率的に冷却するために使用することができる、薄型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】
【図１】図１は、この発明の薄型ヒートパイプに用いられるメッシュを説明する図である。
【図２】図２は、この発明の薄型ヒートパイプに用いられる他の態様のメッシュを説明する図である。
【図３】図３は、この発明の薄型ヒートパイプに用いられる他の態様のメッシュを説明する図である。
【図４】図４は、図１に示した態様のメッシュを、重ね合わせた箔状のシートの周辺部を接合して形成された密閉されたコンテナに収容した状態を説明する図である。
【図５】図５は、従来のメッシュを示す図である。
【符号の説明】
１．薄型ヒートパイプ
２．箔状のシート
３．箔状のシート
４．周辺部
５．メッシュ
６．平織の縦線
７．平織の横線
１５．メッシュ
１６．撚線からなる縦線
１７．撚線からなる横線
１８．素線
２５．メッシュ
２６．畳織の縦線
２７．畳織の横線
【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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