(57)【要約】【課題】可撓性を有するとともに、熱輸送能力の低下を防止することができる振動流式ヒートパイプを提供するとともに、このヒートパイプを用いて、半導体等を効率的に冷却する機器を提供する。【解決手段】流路５が隣り合うように蛇行する閉流路を有するヒートパイプ本体１０内に動作液が封入され、この動作液を強制振動させることにより受熱部と放熱部との間で熱を伝導させる振動流式ヒートパイプ１において、ヒートパイプ本体１０を、受熱側金属コンテナ３と、放熱側金属コンテナ４と、これらの金属コンテナ３，４を接続する可撓性コンテナ２と、から構成し、可撓性コンテナ２の各流路５に、該流路５内の動作液に接するように、所定の間隔をおいて複数の金属部材を埋設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が隣り合うように蛇行する閉流路を有するヒートパイプ本体内に動作液が封入され、この動作液を強制振動させることにより受熱部と放熱部との間で熱を伝導させる振動流式ヒートパイプにおいて、
ヒートパイプ本体は、受熱側金属コンテナと、放熱側金属コンテナと、これらの金属コンテナを接続する可撓性コンテナと、から構成され、また、可撓性コンテナの各流路に、該流路内の動作液に接するように、所定の間隔をおいて複数の金属部材が埋設されていることを特徴とする振動流式ヒートパイプ。
【請求項２】
前記金属部材が、可撓性コンテナ内の隣り合う流路において、相互に連結されたことを特徴とする請求項１記載の振動流式ヒートパイプ。
【請求項３】
前記可撓性コンテナが、可撓性材料に金属粉を混入して形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の振動流式ヒートパイプ。
【請求項４】
流路が隣り合うように蛇行する閉流路を有するヒートパイプ本体内に動作液が封入され、この動作液を強制振動させることにより受熱部と放熱部との間で熱を伝導させる振動流式ヒートパイプにおいて、
ヒートパイプ本体は、受熱側金属コンテナと、放熱側金属コンテナと、これらの金属コンテナを接続する可撓性外管体と、受熱側金属コンテナの各流路および受熱側金属コンテナの各流路と対向する放熱側金属コンテナの各流路をそれぞれ接続する可撓性内管体と、から構成され、可撓性外管体の内面と各可撓性内管体の外面との空間に熱伝導性液体が封入されていることを特徴とする振動流式ヒートパイプ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の振動流式ヒートパイプの受熱側金属コンテナに、半導体等の発熱部品を接触させたことを特徴とする振動流式ヒートパイプを用いた機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動流式ヒートパイプおよび振動流式ヒートパイプを用いた機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子機器における筐体内部の温度上昇は、機器の性能及び寿命に悪影響を及ぼし、筐体表面の温度上昇は、ユーザーの使用感に悪影響を及ぼす。このため、電子機器の冷却は、重要な意味を持っている。
【０００３】
また、近年の電子機器の高性能化に伴い、筐体内部の半導体等の発熱部品の発熱量は年々増加傾向にある。一方、ユーザーは、より薄く、小さな電子機器を求める傾向にあり、発熱量が年々増加するにもかかわらず、その熱を放出すべき場所が少なくなりつつある。
【０００４】
このような問題に対応して、例えば、ノートパソコンのように、本体筐体と表示部とが開閉自在に構成された電子機器においては、伝熱構造を持つヒンジとヒートパイプを組み合わせて、本体筐体内部の半導体の熱を表示部の筐体に伝える方式が、一般的に採用されている。しかしながら、このような方式では、ヒートパイプと比較して熱伝導率の劣る部材をヒンジ部に使用する必要があるため、ヒンジ部がボトルネックとなり、本体筐体内部の半導体の熱を、充分に表示部の筐体に伝えることができない。
【０００５】
このために、ヒートパイプのコンテナをプラスチックやゴム等の可撓性材料から形成して弾性を持たせ、本体筐体内部で発生した熱を、表示部の筐体側へ伝導する技術が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照。）。
【０００６】
一方、前述したヒートパイプは、コンテナ内を真空状態に保って、内部液体の相変化により熱移動を行うものであるが、このようなヒートパイプとは異なる動作原理を用いた振動流式ヒートパイプの研究も進められている。
【０００７】
例えば、非特許文献１に示す東京大学生産技術研究所にて提案された振動流式ヒートパイプは、コンテナ内部を動作液で満たし、その動作液を振動させることにより熱を伝えるものである。
【０００８】
すなわち、振動流式ヒートパイプは、図９に示すように、受熱部Ｈと放熱部Ｃとの間で蛇行する閉流路が形成されたヒートパイプ本体内に動作液が封入され、動作液を振動子Ａによって強制振動させることにより熱を伝導するものであり、振動流による拡散促進効果を利用して、熱を持った動作液とコンテナ壁との熱の授受、及び動作液の振動作用により、効率の高い伝熱を実現している。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−４２９８３号公報
【特許文献２】
特開平１０−３０８９２号公報
【特許文献３】
特開平１０−７８２９３号公報
【非特許文献１】
西尾  茂文、他２名、「振動制御形熱輸送管に関する研究」，日本機械学  会論文集（Ｂ編），１９９４年１０月，６０巻，５７８号，ｐ２７６−２８１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した特許文献記載のヒートパイプは、可撓性を付加するため、コンテナをゴム等の可撓性材料から形成しており、この結果、ヒートパイプの動作特性上、コンテナ内を真空に保つ必要があるにもかかわらず、ゴム等の経年変化により、コンテナ内を真空状態に保つことが困難である。
【００１１】
一方、相変化を利用しない振動流式ヒートパイプは、コンテナ内を真空状態に保つ必要はないが、動作液とコンテナの間で熱の授受が行われる必要があるため、コンテナには熱伝導性の優れたアルミ等の金属を用いるのが望ましい。
【００１２】
しかし、ノートパソコン等の電子機器に振動流式ヒートパイプを搭載した場合、すなわち、受熱部分を本体筐体側に配置するとともに、放熱部分を表示部の筐体に配置した場合、表示部の筐体の開閉作業に応じてヒートパイプは可撓性を有する必要がある。このとき、コンテナ部分に可撓性材料、例えば、ゴム等の熱伝導性の低い材質を使用すると、コンテナ壁と動作液との熱の授受が不充分となり、熱輸送能力が低下するといった問題が生じる。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み創作されたものであって、可撓性を有するとともに、熱輸送能力の低下を防止することができる振動流式ヒートパイプ、およびこのヒートパイプを用いて、半導体等を効率的に冷却する機器を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流路が隣り合うように蛇行する閉流路を有するヒートパイプ本体内に動作液が封入され、この動作液を強制振動させることにより受熱部と放熱部との間で熱を伝導させる振動流式ヒートパイプにおいて、ヒートパイプ本体は、受熱側金属コンテナと、放熱側金属コンテナと、これらの金属コンテナを接続する可撓性コンテナと、から構成され、また、可撓性コンテナの各流路に、該流路内の動作液に接するように、所定の間隔をおいて複数の金属部材が埋設されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、ヒートパイプ本体の受熱側金属コンテナと、放熱側金属コンテナとが、可撓性コンテナで接続されているので、可撓性コンテナ部分においてヒートパイプ本体を屈曲させることができる。
【００１６】
また、可撓性コンテナに、金属部材が各流路内の動作液に接するように埋設されているので、可撓性コンテナを熱伝導性の低い材質で形成した場合であっても、金属部材により熱が伝導され、可撓部分においても動作液とコンテナ間で熱の授受を行なうことができ、伝熱性能の低下を最小限に抑えることができる。
【００１７】
さらに、複数の金属部材が所定の間隔をおいて埋設されているので、ヒートパイプの屈曲時においても可撓性コンテナが潰されることがなく、動作液が流通する流路の空間を確保することができ、動作液の振動を妨げることがない。
【００１８】
この結果、ノートパソコン等の電子機器に可動部があっても、搭載の自由度を確保することができるとともに、受熱側金属コンテナで受熱した熱を、放熱側コンテナへ効率よく伝熱して、放熱部で放熱することができる。
【００１９】
本発明は、前記金属部材が、可撓性コンテナ内の隣り合う流路において、相互に連結されたことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、一つの流路において、動作液に熱が伝導される際、この動作液から金属部材に伝えられた熱が、この金属部材と連結している隣り合う流路の金属部材にも伝えられるので、隣り合う流路間で熱の授受を行なうことができ、さらに伝熱性能の向上を図ることができる。
【００２１】
本発明は、前記可撓性コンテナが、可撓性材料に金属粉を混入して形成されたことを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、可撓性コンテナに金属粉が混入されているので、金属部材を介して動作液と可撓性コンテナとの間で、一層効率よく熱の授受を行なうことができ、伝熱性能の向上を図ることができる。
【００２３】
本発明は、流路が隣り合うように蛇行する閉流路を有するヒートパイプ本体内に動作液が封入され、この動作液を強制振動させることにより受熱部と放熱部との間で熱を伝導させる振動流式ヒートパイプにおいて、ヒートパイプ本体は、受熱側金属コンテナと、放熱側金属コンテナと、これらの金属コンテナを接続する可撓性外管体と、受熱側金属コンテナの各流路および受熱側金属コンテナの各流路と対向する放熱側金属コンテナの各流路をそれぞれ接続する可撓性内管体と、から構成され、可撓性外管体の内面と各可撓性内管体の外面との空間に熱伝導性液体が封入されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、ヒートパイプ本体の受熱側金属コンテナと、放熱側金属コンテナとが、可撓性外管体で接続されているとともに、可撓性外管体の内部に可撓性内管体が位置しているので、可撓性外管体および可撓性内管体からなる可撓部分においてヒートパイプ本体を屈曲させることができる。
【００２５】
また、可撓性外管体の内面と可撓性内管体の外面との空間に熱伝導性液体が封入されているので、可撓部分においても、熱伝導性液体を介して、動作液と可撓性外管体、可撓性内管体間で熱の授受を行なうことができる。
【００２６】
この結果、ノートパソコン等の電子機器に可動部があっても、搭載の自由度を確保することができるとともに、受熱側金属コンテナで受熱した熱を、放熱側コンテナへ効率よく伝熱して、放熱部で放熱することができる。
【００２７】
本発明は、上記記載の振動流式ヒートパイプの受熱側金属コンテナに、半導体等の発熱部品を接触させたことを特徴とする振動流式ヒートパイプを用いた機器である。
【００２８】
この発明によれば、半導体等の熱を受熱側金属コンテナ、可撓性コンテナ若しくは可撓性管体を経て、放熱側金属コンテナへと伝熱させることができるので、可動部を有する電子機器においても、可動部に可撓性コンテナ若しくは可撓性管体を位置させることで、振動流式ヒートパイプを搭載することが可能となり、半導体等を効率的に冷却することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１ないし図３には、本発明の振動流式ヒートパイプ１の第１実施形態が示されている。
【００３１】
この振動流式ヒートパイプ１は、流路５が隣り合うように蛇行する閉流路を有するヒートパイプ本体１０内に動作液６が封入され、この動作液６を強制振動させることにより受熱部Ｈと放熱部Ｃとの間で熱を伝導させるものである（図１、図２参照）。
【００３２】
ヒートパイプ本体１０は、受熱側金属コンテナ３と、放熱側金属コンテナ４と、これらの金属コンテナ３，４を接続する可撓性コンテナ２と、から構成されている。
【００３３】
各金属コンテナ３，４は、熱伝導性の高いアルミ等の金属で形成されており、可撓性コンテナ２は、ゴム等の可撓性材料で形成されている。
【００３４】
金属コンテナ３，４の流路５と可撓性コンテナ２の流路５とは、接合されており、１つの振動子（図示せず）が起こす振動により、ヒートパイプ本体１０の流路５内の動作液６を振動させることができる。
【００３５】
なお、可撓性コンテナ２はゴム等で形成されているため、ヒートパイプ本体１０は、図１に示すように金属コンテナ３，４及び可撓性コンテナ２を直線状に配置する形態に限られるものではなく、任意に屈曲させることができる。また、図１では２つの金属コンテナ３，４と、１つの可撓性コンテナ２を示しているが、可撓性コンテナ２の数は２つ以上であってもよい。この場合、振動流式ヒートパイプ１を搭載する電子機器等の部位に関して、搭載の自由度を高めることができる。
【００３６】
可撓性コンテナ２の各流路５には、各流路５内の動作液６に接するように、金属部材として、複数の金属リング７が、所定の間隔をおいて埋設されている（図２参照）。
【００３７】
図３に、本実施形態における振動流式ヒートパイプ１の屈曲時の断面図を示す。この場合、可撓性コンテナ２に金属リング７が埋設されているため、屈曲時においても可撓性コンテナ２が潰されることがない。したがって、各流路５の空間を確保することができ、動作液６の振動を妨げることはない。
【００３８】
次に、本実施形態に係る振動流式ヒートパイプ１によって熱が伝導される動作について、図２を参照しながら説明する。
【００３９】
なお、動作液６はヒートパイプ本体１０内を満たしているが、説明の便宜上、動作液６の一部を６１、６２とする。
【００４０】
発熱体（図示せず）により高温になった流路５内の動作液６１は振動子（図示せず）により位置ｈ１から位置ｈ２へ移動し、動作液６１の熱は位置ｈ２の可撓性コンテナ２の壁面に伝えられる。このとき、可撓性コンテナ２には、位置ｈ２において熱伝導性の高い金属リング７１があるので、ｈ２に移動した動作液６１の熱は金属リング７１へ伝えられる。金属リング７１に伝わった熱は、次の半周期後の振動で位置ｈ２に移動してくる動作液６２に伝わり、さらに半周期後には、動作液６１からの熱が金属リング７１に伝わるとともに、動作液６２からの熱が金属リング７２に伝わる。
【００４１】
ここで、動作液６の振幅と、同一流路５内の隣合う金属リング７１と７２間の距離とを等しくすると、伝熱効率が高いので望ましい。
【００４２】
また、各流路５は、隣り合うように蛇行する閉流路を形成しているので、隣り合う流路５では、動作液６の振動流の方向は逆向きとなる。
【００４３】
このようにして、動作液６の振動により、受熱部Ｈの熱は、受熱側金属コンテナ３、可撓性コンテナ２の金属リング７、放熱側金属コンテナ４を経て、放熱部Ｃへと伝導させることができる。
【００４４】
なお、流路５は方形に限らず円形であってもよく、その際、金属部材としての金属リング７は、円形の流路に対応して円環状となる。この際、図４に示すように、隣り合う流路５，５にわたるように、金属リング７を相互に連結してもよい。
【００４５】
このように、隣り合う流路５，５内の金属リング７、７を連結することにより、上記説明した一の流路５での動作液６の移動による伝熱動作に加えて、隣の流路５での動作液６による伝熱動作に寄与することとなる。例えば、図２において、動作液６１から金属リング７１へ伝わった熱は、上記説明した伝熱動作により金属リング７２へ伝導する他に、連結している金属リング７３にも伝導する。この金属リング７３へ伝導された熱は、上記と同様の伝熱作用により、隣りの流路５においても同様の伝熱が行われるため、伝熱効率を高めることができる。
【００４６】
また、上記構成の振動流式ヒートパイプ１において、可撓性コンテナ２をゴム等の材質にアルミ等の熱伝導性の高い金属粉等を混入して形成してもよい。
【００４７】
この場合、動作液６と可撓性コンテナ２との間で、一層効率よく熱の授受を行なうことができるので、伝熱効率の向上を図ることができる。
【００４８】
次に本発明の振動流式ヒートパイプ１の第２実施形態について、図５ないし図７を参照しながら説明する。
【００４９】
本実施形態に係る振動流式ヒートパイプ１のヒートパイプ本体１０は、受熱側金属コンテナ３と、放熱側金属コンテナ４と、これらの金属コンテナ３，４を接続する可撓性外管体８ａと、受熱側金属コンテナ３の流路５および受熱側金属コンテナ３の流路５と対向する放熱側金属コンテナ４の流路５を接続する可撓性内管体８ｂと、から構成されている。
【００５０】
可撓性外管体８ａおよび可撓性内管体８ｂは、例えば、蛇腹状のコルゲート管のように屈曲時に内部流路が確保できるものが好適に用いられる。また、可撓性外管体８ａの内面と可撓性内管体８ｂの外面との空間には、熱伝導性及び粘性の高い熱伝導性液体９が封入されている。
【００５１】
熱伝導性液体９は、例えばシリコンオイルに熱伝導性の高い金属粉末を混入させた液体である。
【００５２】
したがって、可撓性管体８ａ，８ｂ自体は、熱伝導性が低いゴムや樹脂等の可撓性材料から形成されているが、その間の空間には熱伝導性の高い熱伝導性液体９が封入されているので、動作液６および熱伝導性液体９との間で熱の授受を行うことによって熱輸送が可能になる。また、振動流式ヒートパイプ１の屈曲時はその曲げ方向により熱伝導性液体９の入っている空間の形状は変化するが、可撓性管体８ａ，８ｂと熱伝導性液体９の密着性は変らないため、熱抵抗は一定である。さらに、振動流式ヒートパイプ１の屈曲時において、可撓性管体８ａ，８ｂは可撓性コンテナ２と同様に屈曲するが、可撓性内管体８ｂの内部空間は確保されるので、流路５が潰れることはなく、動作液６の振動に支障はない。
【００５３】
次に、本実施形態における振動流式ヒートパイプ１の作成方法の一例について、図７を参照しながら説明する。
【００５４】
まず、受熱側金属コンテナ３と可撓性外管体８ａを接続するとともに、受熱側金属コンテナ３の各流路５内周面に、可撓性内管体８ｂの外周面を挿入して接続した後、可撓性内管体８ｂと対応する放熱側金属コンテナ４の各流路５とを接続するとともに可撓性外管体８ａを放熱側金属コンテナ４に接続する。
【００５５】
次に、受熱側金属コンテナ３の端部３ａから動作液６を注入するとともに、流路５に動作液６が満たされるまで、放熱側金属コンテナ４の端部４ａから内部空気の排気を行い、その後、各端部３ａ及び４ａをかしめる。
【００５６】
動作液６を満たした後に、熱伝導性液体注入口９１から熱伝導性液体９を注入するとともに、可撓性外管体８ａと可撓性内管体８ｂとの空間に熱伝導性液体９が満たされるまで、排出口９２から内部空気の排気を行い、その後注入口９１および排出口９２をかしめる。
【００５７】
次に、以上説明した本発明の振動流式ヒートパイプ１を、ノートパソコン等の電子機器に内蔵する形態の一例について、図８を参照しながら説明する。
【００５８】
例えば、振動流式ヒートパイプ１における受熱側金属コンテナ３を、本体筐体内に配置された半導体等の発熱部品Ｂに接触させるとともに、放熱側金属コンテナ４を表示部の筐体に接触させ、さらに可撓性コンテナ２を電子機器のヒンジに内蔵することにより、発熱部品Ｂの熱を表示部の筐体側に伝導させることができる。
【００５９】
したがって、電子機器に振動流式ヒートパイプを設けることにより、種々の電子機器における半導体等の発熱部品の冷却に広く使用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、可撓性を有するとともに、熱輸送能力の低下を防止することができる。また、可動部を有する場合でも、半導体の効率的な冷却を実現した機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動流式ヒートパイプの一例を示す斜視図である。
【図２】図１の断面形状を示す概略図である。
【図３】図１の振動流式ヒートパイプの屈曲時における断面を示す概略図である。
【図４】第１実施形態における可撓性コンテナに埋設された金属リングを示す概略図である。
【図５】本発明の振動流式ヒートパイプの他の例を示す斜視図である。
【図６】図５の断面形状を示す概略図である。
【図７】本発明の振動流式ヒートパイプの作成方法の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の振動流式ヒートパイプを内蔵したノートパソコンを示す概略図である。
【図９】東京大学生産技術研究所にて提案された振動流式ヒートパイプの概略図である。
【符号の説明】
１    振動流式ヒートパイプ
１０  ヒートパイプ本体
２    可撓性コンテナ
３    受熱側金属コンテナ
４    放熱側金属コンテナ
５    流路
６    動作液
７    金属リング
８ａ  可撓性外管体
８ｂ  可撓性内管体
９    熱伝導性液体
Ｈ    受熱部
Ｃ    放熱部
【図１】
2004251544.tif 000003
【図２】
2004251544.tif 000004
【図３】
2004251544.tif 000005
【図４】
2004251544.tif 000006
【図５】
2004251544.tif 000007
【図６】
2004251544.tif 000008
【図７】
2004251544.tif 000009
【図８】
2004251544.tif 000010
【図９】
2004251544.tif 000011