(57)【要約】【課題】外部動力を用いることなく確実に動作を開始し、高発熱流束の場合でも熱を安定して輸送することができるヒートパイプを用いた伝熱装置を提供する。【解決手段】密閉された流路内に水などの作動流体を収容した伝熱装置において、上記作動流体５が往復移動し得るように形成された少なくとも一つの流体往復流路２と、この流体往復流路の一端部２ａ及び他端部２ｂ近傍に配設された受熱部３０と、これら一端部及び他端部近傍に配設された受熱部相互間の領域の少なくとも一部に配設された放熱部４０とを備えるように構成したものである。【選択図】図１
2005308358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された流路内に作動流体を収容した伝熱装置において、上記作動流体が往復移動し得るように形成された少なくとも一つの流体往復流路と、この流体往復流路の一端部及び他端部近傍に配設された受熱部と、これら一端部及び他端部近傍に配設された受熱部相互間の領域の少なくとも一部に配設された放熱部とを備えてなることを特徴とする伝熱装置。
【請求項２】
上記流体往復流路の一端部及び他端部は互いに近接して設けられてなることを特徴とする請求項１に記載の伝熱装置。
【請求項３】
上記流体往復流路は、基体の内部に略Ｕ字状に形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項４】
上記流体往復流路は、基体の内部に第１の層と第２の層に跨って重層構造に形成され、一端部が第１の層の受熱部に配設され、他端部が第２の層における上記第１の層の受熱部の背面部近傍に配設されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項５】
上記流体往復流路は、流路断面が扁平に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項６】
上記流体往復流路の一端部及び他端部の少なくとも一方の端部に連通して設けられ、断面積が該流体往復流路よりも小さく、毛細管力により略常時液体を保持する少なくとも一つの液体保持部を備えてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項７】
上記流体往復流路が複数個設けられ、隣接する流体往復流路に連通して設けられ、断面積が該流体往復流路よりも小さく、毛細管力により略常時液体を保持する少なくとも一つの連結流路を備えてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項８】
上記流体往復流路に連通して設けられ、作動流体を収容するリザーバと、このリザーバの温度を制御する温度調節器を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項９】
上記流体往復流路の一端部及び他端部に形成された複数の受熱部を一つの発熱体に対する受熱部として形成してなることを特徴とする請求項１ないし請求項８の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項１０】
上記流体往復流路の一端部及び他端部に形成された複数の受熱部を複数の発熱体に対する複数の受熱部として形成してなることを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項１１】
上記放熱部は、多数の放熱フィンを備えてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項１２】
上記流体往復流路の端部を形成する壁部に気泡の生成を助けるキャビティを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項１１の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項１３】
上記流体往復流路の端部は、平面方向の断面形状が端部に向けて曲面に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１２の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項１４】
上記流体往復流路を板状の基体の内部にＵ字状に複数個並設すると共に、該基体を受熱部材に対して複数個立設し、隣接する基体相互の間に放熱フィンを設けてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１３の何れかに記載の伝熱装置。
【請求項１５】
上記流体往復流路を断面略ロ字状の基体の内部に沿ってＵ字状に複数個並設すると共に、該基体の中心部に放熱フィンを設けてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１３の何れかに記載の伝熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば半導体装置などの冷却、あるいは放熱、加熱、及び熱交換などに用いることができるヒートパイプの原理を応用した伝熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートパイプの原理を応用した伝熱装置としては各種方式のものが提案されている。例えばループ型ヒートパイプにおいて、往路ヒートパイプの流路抵抗を復路ヒートパイプの流路抵抗よりも小とするため、復路ヒートパイプの一部を押圧して断面を長円形にしたり、復路ヒートパイプの一部に内径の小なるパイプを接続し、受熱部で気化した冷媒のガスを流路抵抗の小なる往路ヒートパイプに流入させることにより、流路抵抗となる弁を使用せずに冷媒の流れを規制すると共に、起動時間を短縮させたヒートパイプなどが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２８０４７３号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、開発改良が急ピッチで進行している各種電子素子、パーツ類は、よりコンパクトになると共に高出力化されており、その発熱流束は数十から数百Ｗ／ｃｍ２程度、中には数千Ｗ／ｃｍ２程度のレベルにまで増大している。このように、より優れた電子機器が開発されている中で、現状ではそれらに対応できる高性能な放熱素子がなく、実用化できない状況であり、高性能放熱素子の開発が強く熱望されている。
【０００５】
上記のような従来の放熱素子の内、毛細管力式ヒートパイプでは、毛細管力という小さな駆動源により液を循環していることから高発熱流束での使用は難しく、また重力式ヒートパイプでは姿勢の影響が大きくその設置が難しい。また、数百Ｗ／ｃｍ２レベルの高発熱流束条件の場合、熱を輸送できるものがなかった。さらに、自励振動式ヒートパイプは姿勢の影響は小さいものの、動作が不安定であり、また高発熱流束条件では熱を輸送することができないという問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、外部動力を用いることなく確実に動作を開始し、高発熱流束の場合でも熱を安定して輸送することができる伝熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による伝熱装置は、密閉された流路内に作動流体を収容した伝熱装置において、上記作動流体が往復移動し得るように形成された少なくとも一つの流体往復流路と、この流体往復流路の一端部及び他端部近傍に配設された受熱部と、これら一端部及び他端部近傍に配設された受熱部相互間の領域の少なくとも一部に配設された放熱部とを備えてなるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、作動流体が密封収容される流体往復流路の両端部を、同一の発熱体または略同一の温度である異なる発熱体に対する受熱部とすると共に、該受熱部以外の流体往復流路の全部またはその一部を放熱部として用いるようにしたことにより、外部動力を用いることなく確実に動作を開始し、高発熱流束の場合でも熱を輸送することができる伝熱装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１及び図２はこの発明の実施の形態１による伝熱装置を説明するものであり、図１は伝熱装置の流路構成を模式的に示す断面図で、図１（ａ）は流路構成を示す平面断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する矢視断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線に相当する矢視断面図である。なお、上記図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線における矢視断面図に相当する。また、図２はその動作を説明するための流路断面図である。なお、他の実施の形態を含め、各図を通じて同一符合は同一もしくは相当部分を示すものとする。
【００１０】
図に示すように、板状材料からなる基体１内には、略Ｕ字状の扁平な流体往復流路２が気密に形成され、その内部に作動流体５が密封収容されている。流体往復流路２の一端部２ａ及び他端部２ｂは互いに近接して設けられており、その上面部における図１（ａ）下方の大略一点鎖線で囲った部分は、発熱体３が密着される受熱部３０として用いられ、一方、流体往復流路２の下面部の全面もしくは受熱部３０の背面部を除く部分はヒートシンクあるいは放熱用の熱交換器などの放熱体４が熱的に結合される放熱部４０として用いられる。なお、６は作動流体５の液相部分（以下、単に液体と言う）、７は作動流体５の気相部分（以下、単に気体と言う）、７ａは液体６が沸騰して生ずる蒸気泡を示す。なお、流体往復流路２内に示す矢印は作動流体５の一時的な、ないしは、ある瞬間における移動方向を示す。
【００１１】
上記基体１は、流体往復流路２を形成すると共に作動流体５を収容し、また液体６及び気体７が周囲へ透過することを遮断する役割を有し、さらに発熱体３から受熱部３０を構成する流体往復流路２壁へ熱伝導により熱を伝え、同様に放熱部４０を構成する流体往復流路２壁から放熱体４へ熱伝導により熱を伝える役割を有している。従って、基体１を構成する材料としては、例えばアルミニウム、無酸素銅などを含む銅、これら金属の合金類、あるいは金属を含む複合材料など伝熱性の良好な金属材料は特に好ましく用いることができる。また、形状としては特に板状材料に限定されず、例えばパイプ、ブロック材、その他伝熱を必要とする部分や周囲の寸法、形状、環境等に応じて任意の形状に形成されたものなどであっても良い。なお、作動流体と該壁が化学反応し、動作温度における不凝縮ガス（例えば水素など）が発生し続けない材料を選択する必要がある。
【００１２】
上記流体往復流路２は、作動流体５が往復運動または往復移動する通路の役割を有しており、該流体往復流路２の一端部２ａ、及び他端部２ｂにおける上面部側及び背面部側の少なくとも一方の面（この例では図１（ｃ）の左側の面）は、受熱部３０として用いられ、該受熱部３０に熱的に結合されて設けられた発熱体３による作動流体５（液体６及び気体７）の加熱（または過熱）、蒸気泡７ａの生成、作動流体５の送出などとしての役割を有している。一方、上記流体往復流路２の中央部２ｃ（上記流体往復流路２の端部２ａ、２ｂ以外の部分）は、放熱部４０として用いられ、液体６の冷却及び気体７の凝縮、さらにこの凝縮を利用した液体６の吸引の役割も有している。なお、この例では、放熱体４は、基体１の発熱体３を設けた側とは反対側（図１（ｃ）の右側の面）の全面に設けられており、流体往復流路２の一端部２ａ、及び他端部２ｂにおける受熱部３０の背面部側も放熱部として用いられている。なお、発熱体３より熱流束の小さい、または高発熱流束であるが一時的な発熱が生じる別の発熱体が少なくとも一つ流体往復流路中央部２ｃに設けられても良い。
【００１３】
なお、上記受熱部３０を構成する領域は、図示した流体往復流路２の一端部２ａ、及び他端部２ｂに厳密に限定されるものではなく、寸法的に若干の余裕幅を持っている。さらに、上記発熱体３は、図では模式的に示しており、該発熱体３としては例えば加熱ヒータ、電子機器、ＣＰＵやＩＧＢＴなどの電子部品等の発熱源、またそれらの発熱源から熱輸送する機器の放熱部、熱交換器等であり、さらに、該発熱体３を設ける基体１壁を、発熱源となる炎、エネルギ線照射（例えば、太陽光、レーザー光、赤外線）、高温流体等と熱的に結合する受熱部として構成しても良い。すなわち、発熱体３は限定されるものではなく、受熱部３０に熱を印加できるものであればどのようなものでも良い。
【００１４】
一方、上記放熱体４も同様に模式的に示しており、例えば空冷または水冷用のヒートシンク、また、冷凍サイクル、熱交換器やヒートパイプなどの受熱部等であり、さらに、該放熱体４を設ける基体１の外壁部自体を放熱体４として一体に構成し、該外壁部を自然対流、または強制対流熱伝達や輻射を利用する熱交換器の放熱壁（例えば、低温空間と接する壁や空冷または水冷用ヒートシンクなど）として構成することもできる。例えば、該放熱壁を、空気中、水中、宇宙空間などの外部空間に直接剥き出しに設置し、直接、自然・強制対流熱伝達（走行風利用も含む）や輻射を利用しても良い。また、放熱効果を上げるために放熱体４、あるいは基体１の外壁部に例えば放熱フィン等の放熱手段をその放熱壁表面に設け、さらに電動ファンと組み合わせても良い。また、本発明の伝熱装置を複数積層して用いても良い。すなわち、放熱体４も限定されるものではなく、放熱部４０から熱を吸収できるものであればどのようなものでも良い。
【００１５】
また、作動流体５としては、特に限定されるものではなく、例えば従来知られている蒸留水、エタノール、アンモニアなどの単一成分の液体、またはそれらを組み合わせた混合液体のような相変化を生じる流体、冷凍サイクルに用いられるその他の冷媒類などを用いることができる。なお、気体７は、液体６の蒸気であり、該蒸気以外の気体が若干量混入されていても良い。
【００１６】
次に、上記のように構成された実施の形態１の動作を、図２を参照して説明する。発熱体３に配設された流体往復流路２の一端部２ａ内の液体６は、受熱により温度上昇し、高温流体となり（図２（ａ））、沸騰が生じ蒸気泡７ａが発生する（図２（ｂ））。この蒸気泡７ａの単独成長または複数の蒸気泡（図示省略）の合体により、流体往復流路２の一端部２ａ内は気体７により覆われ、大きな蒸気泡７ａを形成し、同時に液体６は該蒸気泡７ａを介して流体往復流路２の一端部２ａから切り離される（図２（ｃ））。
【００１７】
この時、流体往復流路２の一端部２ａ内では、液体６の一部が残留するため、気体７の生成が継続し、蒸気泡７ａ内圧力は増大し続ける。一方、流体往復流路２の他端部２ｂに至る中央部２ｃ内の空間では、該流体往復流路２壁を介した図１に示す放熱体４への放熱により、収容される気体７が凝縮し、中央部２ｃ内空間の圧力は急激に減少する。従って、液体６により隔てられた流体往復流路２の一端部２ａ側の圧力が他端部２ｂ側の圧力より大きくなり、この圧力差を駆動力として液体６は、流体往復流路２の中央部２ｃを経由して他端部２ｂへ移動する。即ち、液体６は、他端部２ｂへ吸引される（図２（ｄ）→図２（ｅ））。
【００１８】
なお、流体往復流路２の一端部２ａに残留する液体６の全て、またはそのほとんどが気体７へ相変化すると、この残留する液体６の量（つまり、液体６が受熱部３０の流路壁と接する面積）が減少することから、気体７の生成量が低下し、一方、流体往復流路２の一端部２ａ内の気体７が占める体積が増大することから、圧力増大割合が低下し（気体７の生成量に対する上記体積の割合が増大すると、圧力上昇率が低下する）、また、気体７が放熱部４０流路壁と接する面積が増大することから凝縮による減圧効果が増大し、流体往復流路２の一端部２ａ内の圧力は増大傾向から減少傾向へ変化する。
【００１９】
その後、流体往復流路２の他端部２ｂ内に流入した液体６は、同様に受熱により温度上昇して高温流体となり、沸騰が生じ蒸気泡７ａが発生し（図２（ｆ））、成長する（図２（ｇ））。そして、液体６により隔てられた流体往復流路２の他端部２ｂ側の圧力が一端部２ａ側の圧力より大きくなるため、再び液体６は流体往復流路２の中央部２ｃを経由して一端部２ａ側へ移動する（図２（ｈ）→図２（ａ））。
【００２０】
これら一連の過程が短時間に反復され継続することにより、発熱体３から受熱部３０を介して作動流体５に伝えられた熱は、該作動流体５に、中央部２ｃに放熱部４０を設けた流体往復流路２の一端部２ａ及び他端部２ｂ間の大きな振幅を伴う往復運動を発生させ、その際に液体６と気体７の相変化が活発に繰り返されることにより、一端部２ａ及び他端部２ｂに配設された発熱体３の熱が放熱部４０を介して放熱体４へ伝熱（輸送）される。
【００２１】
従来の毛細管式ヒートパイプでは、毛細管力という非常に小さな駆動力を利用しているため、液体を受熱部（発熱体が配設された部分）へ輸送する能力が小さかった。重力式ヒートパイプでは、重力という作用方向が規定された駆動力を利用しているため、液体を受熱部へ輸送する方向が制限されると共に、気液二相部の重力方向長さが短い場合、その駆動力は比較的小さく、液体を受熱部へ輸送する能力が小さかった。自励振動型ヒートパイプは、受熱部に接する複数箇所の細管内で生じる核沸騰を利用したものであり、沸騰の際の蒸気泡膨張に伴う液体の移動が互いに干渉し生じる自励振動により、液体を受熱部へ輸送するものであり、液体を輸送する能力が小さかった。
【００２２】
これに対し、本発明では、放熱体４と接する流体往復流路２内における凝縮に伴う減圧効果（一般に、サブクール沸騰に伴う衝撃音、圧力波または振動、壁面の腐食などは、蒸気生成及び膨張によって生じるものではなく、主に凝縮に伴う蒸気泡の消滅によって発生するものであり、沸騰による昇圧より凝縮による減圧の方がより大きな力を有している）、つまり凝縮に伴う吸引効果を利用したものであり、液体６を受熱部３０方向に輸送する能力が非常に高い。また、この減圧により、その反対側の流体往復流路２端部で生じる沸騰がより活発になることから、減圧効果と昇圧効果の相乗効果が得られ、液体６を輸送する能力がさらに高くなる。例えば、作動流体５として蒸留水を用いた場合、飽和温度が１００℃の時の飽和圧力は１気圧であり、一方、飽和温度が１１０℃の時の飽和圧力は１．４３気圧であることから、受熱部３０の温度が１１０℃で放熱部４０の温度が１００℃の場合、０．４３気圧の駆動圧力が得られる（重力式ヒートパイプの場合、同等の駆動力を得るためには、受熱部と放熱部間に最低でも４．３ｍの高低差が必要になる）。
【００２３】
本発明の課題である、高発熱流束電子素子などの発熱体から発生する熱を放熱する場合、効率良く熱を輸送するために潜熱輸送（液体と気体の相変化）を利用した方が良いが、この時に問題となることは受熱部流路壁が乾いてしまい熱輸送できなることであり、従って、この受熱部へのより高い液体輸送能力が必要となる。上記のように、本発明の伝熱装置の液体輸送能力は従来例と異なり、非常に大きく、それゆえ、例えばＩＧＢＴ、ＣＰＵなどの高発熱流束電子素子の冷却あるいは放熱等にも好ましく用いることができる。さらに、これらの減圧効果と昇圧効果は、体積力（重力など）に影響されないことから、熱輸送方向の制限がなく、設置姿勢の自由度が向上する。また、比較的スケール（伝熱装置の大きさ）の小さなものでも、この効果は発生する。
【００２４】
上記説明したように、この実施の形態１によれば、上記減圧効果と昇圧効果の相乗効果が生じることにより、外部動力を用いることなく流体往復流路２の中央部２ｃを介して該流体往復流路２の一端部２ａ、及び他端部２ｂの間で液体６が往復運動（振幅の大きな振動）し、該流体往復流路２に沿った作動流体５（液体６及び気体７）の移動、該流体往復流路２壁近傍作動流体５の攪拌、作動流体の相変化（沸騰・蒸発または凝縮）及び顕熱変化を利用して、発熱体３から放熱体４へ熱を効率良く輸送または拡散することができる。
【００２５】
また、ポンプ等の可動部を必要としないので、耐久性・信頼性に富み、コンパクトで軽量であり、特に薄型化が容易である。さらに、重力を利用しない熱輸送機器であり、また重力の影響を受け難い構造であるため、微小重力及び無重力空間、逆に高重力環境においても使用することができる。さらに、高発熱流束の発熱体からの熱輸送及び熱拡散が容易であり、熱特性が非常に良い。
【００２６】
なお、上記流体往復流路２は、この実施の形態１ではＵ字状で断面が扁平な矩形通路で構成したが、該流体往復流路２の断面形状は特に矩形に限定されず、例えば正方形、円形、楕円形、及び三角形、五角形などその他の多角形、あるいはそれらを組み合わせた任意の形状でも良く、また曲がり、エルボを伴った通路でも良く、蛇行、コルゲート管状の通路でも良い。また、通路の方向に断面形状を変えても良い。
また、流体往復流路２内体積に対し、放熱体４と接する該流体往復流路２壁面積が大きいほど、より大きな凝縮による減圧効果が得られることから、扁平通路（幅＞深さ）である方が望ましい。さらに、通路途中に液だまりが存在すると、凝縮が阻害されることから、通路は滑らかでかつ毛細管力により液体６を保持しないようにコーナー部を有さない円形または楕円形断面通路であることは望ましい。
【００２７】
また、本発明では流体往復流路２内に、二つの気体７空間を形成するように液体６が該流体往復流路２を塞ぐこと、及び気体７と液体６の入れ替わりが生じないことが重要であることから、該流体往復流路２は細管状である方が望ましい。この観点より、流体往復流路２の寸法は、液体の種類、動作温度及び体積力による影響などに依存し、その最適値を限定することは必ずしも容易ではないが、例えば気泡離脱直径（加熱壁から離脱する蒸気泡の直径、例えば大気圧基準の蒸留水では約２．７ｍｍ、フロリナートでは約１ｍｍなど）をＤとしたときに、好ましい動作を得るためには、流体往復流路２の深さに関しては、２Ｄ以下、さらに好ましくはＤ以下であることが望ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。なお、無重力を含む微小重力の場合、上記「気体と液体の入替りが生じない」ことは寸法によらず入れ替わりが発生し難くなることから、上記寸法を外れても良い。
【００２８】
一方、流体往復流路２の幅の寸法が大き過ぎると耐圧設計が難しくなり、基体１壁の厚さを大きくしなければならず、コスト・重量・容積増大のために製作が不利になる。また、気体７と液体６の入替りが生じないように該流体往復流路２の幅は大き過ぎないことが望ましい。例えば、該流路２の幅は１０Ｄ以下、さらに好ましくは５Ｄ以下とすることは望ましい。
【００２９】
実施の形態２．
図３〜図８はこの発明の実施の形態２による伝熱装置を説明するもので、図３は流路構成を模式的に示す断面図であり、（ａ）〜（ｃ）の関係は図１と同様である。図４は図３に示されたキャビティの他の例を詳細に示す断面図であり、（ａ）は略Ｖ字状に形成された例、（ｂ）は多角形状に形成された例を示す。図５はキャビティの更に他の例を示すものであり、（ａ）は円形のキャビティとした例の組立図、（ｂ）は焼結金属粒子によって形成した例を模式的に示す断面図である。図６、及び図７は上記図３の変形例、及び他の変形例を模式的に示す断面図、図８は上記図３の更に他の変形例を模式的に示す断面図であり、各図とも（ａ）〜（ｃ）の関係は図１と同様である。
【００３０】
上記実施の形態１では、流体往復流路２の末端部形状を矩形端で構成した場合を示したが、該流体往復流路２の端部形状は特に矩形端に限定されず、例えば図３に例示するような、球面の一部を用いたような曲面形状、あるいは半円（半円筒）形状、蒲鉾型形状、多角面形状、及びそれらを組み合わせた形状など、任意の形状でも良い。なお、該流体往復流路２端部に液体６が残留し過ぎると、該流体往復流路２両端部で蒸発が生じる時間（作動流体５の停滞時間）が長くなり、熱特性が悪化するので、該流体往復流路２端部は毛細管作用が働き難い滑らかな球面形状または蒲鉾型形状などの曲面である方が望ましい。また、このようにすることにより、液体６の流入の際、毛細管作用による流入阻害が発生し難く、さらに、高発熱流束条件における液体６により該流体往復流路２内壁が濡らされ難くする現象（例えばライデンフロスト）においても、該内壁を液体６で濡らし易くなり（ドライスポットが生じ難い）、より高発熱流束条件下においても熱を輸送することができる。
【００３１】
なお、上記図３に示す８は、流体往復流路２の端部壁面部９に設けられ、気泡核の残留あるいは蒸気泡の生成を助けるキャビティである。このキャビティ８は、上記図３では小球状の凹部として形成したが、例えば図４、図５に示すような構造であっても良い。なお、図４（ａ）はＶ字状に形成された引っかき傷からなるキャビティの例を示す要部断面図、図４（ｂ）は狭く形成された入口部８ａを有し、内部が５角形状に形成されたキャビティの例を示す要部断面図、図５（ａ）は図４（ｂ）と同様の狭く形成された入口部８ａを有し、内部が円形状に形成されたキャビティ部分の詳細を示す組立図、図５（ｂ）は焼結金属粒子１０相互の空間をキャビティ８として構成した例を示す断面図である。なお、キャビティ８は蒸気泡７ａが停滞しやすい窪み形状であれば良く、どのような形状、寸法であっても良い。
【００３２】
上記のように、流体往復流路２の端部壁面部９に設けられたキャビティ８は、図４（ａ）に示すような端部壁面部９上の引っかき傷や、図４（ｂ）に示すような小さな入口部８ａにより流体往復流路２と連通された空間（リエントラント型キャビティ）であり、作動流体５の流動・攪拌、また作動流体５及び端部壁面部９の温度変化によらず安定して端部壁面部９上またはキャビティ８の中に気体７を残留させ、蒸気泡７ａを発生する役割を有している。なお、このようなキャビティ８は、図５に例示するように、基体１の一部を構成する板状の流路形成部材１ａに予め流体往復流路２とキャビティ８を所望の形状、大きさに穿設しておき、その上面に基体１の残部を構成する板状の覆蓋体１ｂを重合、密着させ接合することにより、容易に形成することができる。
【００３３】
なお、作動流体５は、図示を省略している別途設けられた注入口より基体１の内部に形成された流体往復流路２内に、真空排気後に注入され、該注入口を密封して伝熱装置が形成される。なお、上記説明ではキャビィティ８を流体往復流路２の端部壁面部９の側壁部に設けた例を示したが、流体往復流路２の上面部または下面部でも良い。即ち、図３（ｃ）に示す流体往復流路２の左右方向の基体１内壁部にキャビィティを設けてもよい。
【００３４】
図６、図７は実施の形態２の変形例及び他の変形例になる伝熱装置を模式的に示す断面図である。この変形例になる伝熱装置は、基体１の流体往復流路２の構成は図３に示す例と同様であるが、図６に示す変形例では放熱体４が、流体往復流路２の端部に配設された発熱体３の背面部に対応する位置を避けた図の上方部分に設けられ、また図７に示す他の変形例では基体１の流体往復流路２端部が形成されている部分の両面に跨って発熱体３が設けられ、さらに該部分以外の両面に放熱体４が設けられている。上記のように受熱部３０、及び放熱部４０は基体１の両面に跨って設けることもできるので、利用形態の自由度が大きい。なお図６の場合、基体１における発熱体３の反対側の面（図６（ｃ）の右側）が剥き出しとなっているが、図３のように、発熱体３の反対側の面に放熱体４を設けた方が流体往復流路２端部においても凝縮が生じるので望ましい。また、発熱体３よりも熱流束の小さな別の発熱体を一つまたは複数個、流体往復流路２の中央部に配設しても良い。
【００３５】
図８は実施の形態２のさらに他の変形例になる伝熱装置を模式的に示す断面図である。このさらに他の変形例では、上記流体往復流路２が扁平直管から構成されており、該流体往復流路２両端部にはほぼ同一温度である異なる二つの発熱体３Ａ、３Ｂが設けられ、その途中路に放熱体４が設けられている。このようにすることにより、本発明の配設に関する自由度がさらに向上する。
【００３６】
上記説明したように実施の形態２によれば、流体往復流路２の末端部形状を毛細管作用が働き難い曲面状にしたことにより、液体６の流入の際、毛細管作用による流入阻害が発生し難く、より高発熱流束条件下においても熱を輸送することができる。また、流体往復流路２の端部にキャビティ８を設けたことにより、例えば低温度で内部圧力が低い場合においても、キャビティ８内に存在する残留気体が蒸気泡７ａ発生の起点となり、蒸気泡７ａを容易に発生することができ、起動及び熱特性が向上する。また、流体往復流路２の端部２ａ、２ｂより蒸気泡７ａが発生するようにすることができ、より大きな容積の液体６を送出し、同時に流体往復流路２端部に残留する液体６が少なくなるため、液体６を送出した後の凝縮による減圧効果を早期に得ることができ、熱特性が向上する。さらに、流体往復流路２端部へ低温の液体６が流入することにより、流体往復流路２の壁面温度が低下し、沸騰し難くなり、動作が不安定（往復運動が不連続に生じる状態）になることが考えられるが、キャビィティ８を設けたことにより、確実に蒸気泡７ａを発生させることができ、液体６の往復運動つまり熱輸送が持続し、熱特性が向上する。
【００３７】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３による伝熱装置を模式的に示す流路断面図であり、（ａ）〜（ｆ）は以下に説明する液体保持部の構成がそれぞれ互いに異なるバリエーションを示している。図に示すように、この実施の形態３では、流体往復流路２の一端部２ａ及び他端部２ｂにそれぞれ連通する一つまたは複数の液体保持部１１が設けられている。液体保持部１１は断面積が流体往復流路２よりも小さく、毛細管力により略常時液体を保持するものである。その他の符号は上記実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００３８】
この実施の形態３による伝熱装置は、上記実施の形態１の起動特性をさらに良好にしたものである。上記実施の形態１において、仮に液体６が流体往復流路２中央部２ｃのみに存在する状態から、発熱体３より熱が供給された場合、流体往復流路２端部では液体６が不足することが考えられるが、本実施の形態３では、流体往復流路２の両端部に液体保持部１１を連結して設けたことから、液体６が発熱体３と熱的に結合し、それゆえ、確実に蒸発が生じ、液体６によって隔てられた二つの気体７空間の間に圧力差が生じる（両空間において、全く同一の凝縮と蒸発が生じることは確率的にまず有り得ない）。従って、液体６が流体往復流路２内を移動し、往復運動を始める。
【００３９】
上記の液体保持部１１は、主に毛細管作用を利用して液体６を収容または保持する役割を有しており、つまり、液体保持部１１への気体７の侵入を防止する必要があり、該液体保持部１１の水力相当直径（または断面積）は、流体往復流路２の水力相当直径（または断面積）より小さくなければならない。なお、液体保持部１１の形状は、図に示されるような等断面積容器に特に限定されず、流体往復流路２より該流路２と結合される部分のみ、断面積が小さければ良い。一方、液体６の保持力が向上するように液体保持部１１の断面形状は多角形状の方が望ましい。さらに、液体保持部１１を熱的に発熱体３とのみ接するように配設すると、液体保持部１１内部に収容する液体６が蒸発または送出されてしまい、液体６を保持することができなくなることから、液体保持部１１の一部は熱的に放熱体４と結合するように設けることが必要である。
【００４０】
また、図９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、流体往復流路２の両端部を連結する一つ（ｂ）または複数（ｃ）の液体保持部１１を設けても、同様の効果が得られる。さらに、液体保持部１１は図９（ｄ）に示すように、該流体往復流路２中央部に設けた連結口１２と該流体往復流路２端部とにより該流体往復流路２をバイパスするように設けても良い。また、図９（ｅ）に示すように液体保持部１１と流体往復流路２が複数の連結口１２により連結されても良い。このようにすることにより、流体往復流路２の中央部２ｃで凝縮した液体６または該流体往復流路２中央部を通過する液体６が連結口１２から液体保持部１１内に流入し、液体保持部１１内に液体６がより保持され易くなる。なお、図９（ｆ）に示すように、液体保持部１１と流体往復流路２端部を結合する部分の近傍にキャビティ８を設けることも望ましい。
【００４１】
実施の形態４．
図１０Ａ〜図１０Ｃは、この発明の実施の形態４による伝熱装置の流路構成を模式的に示す断面図であり、（ａ）〜（ｇ）は後述する連結流路、及び上記液体保持部の構成が互いに異なるバリエーションを示している。図１１〜図１３は、この実施の形態４の変形例、他の変形例、および更に他の変形例を模式的に示す流路断面図である。図に示すように、この実施の形態４においては、板状の基体１に、連結流路２０を介して順次連結された複数のＵ字状の流体往復流路２が設けられている。その他の構成は上記実施の形態３と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
この実施の形態４による伝熱装置は、例えば冷却を必要とする発熱素子が大きい場合、回路基板上に複数集中して配設された場合、逆に発熱素子が分散しているような場合などに好ましく用いることができるものである。その構成は、図１０Ａ（ａ）に示すように、一連のＵ字状の両端部を閉じた、隣接する二つの流体往復流路２の略中央部２ｃ間を連結流路２０で連結した構成でも良く、また図１０Ａ（ｂ）に示すように、流体往復流路２の中央部２ｃと隣接する流体往復流路２の端部２ａ（または２ｂ）を連結流路２０で連結した構成でも良く、さらに図１０Ａ（ｃ）に示すように、隣接する二つの流体往復流路２端部２ａおよび２ｂ間を連結流路２０で連結した構成でも良い。
【００４３】
上記連結流路２０は、各流体往復流路２が保有する液体６の量を均一化または分散させるための通路の役割、また毛細管作用を利用して液体６を収容または保持し、発生する毛細管作用および該通路内流動抵抗により、隣接する流体往復流路２間の圧力差をダンピングする役割、つまり該連結流路２０内をすばやく大量に液体６または気体７が通過しないようにする役割を有する。したがって、液体保持部１１同様の形状であり、該連結流路２０の水力相当直径（または断面積）は、流体往復流路２の水力相当直径（または断面積）より小さくなければならない。また、上記図１０Ａ（ｂ）および図１０Ａ（ｃ）において、連結流路２０の流体往復流路２端部２ａまたは２ｂに接続された部分は、液体保持部１１と同様の効果を有する。
【００４４】
従って、図１０Ｂ（ｄ）に示すように、隣接する二つの流体往復流路２中央部２ｃ間を連結流路２０で連結し、かつ流体往復流路２端部に液体保持部１１を設けた構成でも良く、また、図１０Ｂ（ｅ）に示すように、隣接する二つの流体往復流路２間に複数の連結流路２０を設けても良い。さらに、図１０Ｃ（ｆ）に示すような一連のループ状に連結された構成でも良く、また図１０Ｃ（ｇ）に示すように、流体往復流路２が連結流路２０により並列に連結された構成でも良い。
【００４５】
また、上記図１０Ａ〜図１０Ｃでは流体往復流路２の両端部を基体１の図の下側部に揃えて規則的に配置した例で示しているが、これに限定されるものではなく、例えば図１１（ａ）に示すように発熱体３の位置に合わせて流体往復流路２の向きを変えて配設したり、図１１（ｂ）に示すように流体往復流路２の位置をずらして配設しても良い。さらに、図示していないが、任意の伝熱特性の良い基体１中に周回するループ状もしくは非ループ状の通路を形成しても良い。
【００４６】
さらに、図１２及び図１３に示すように、発熱体３を取り囲むように、流体往復流路２端部２ａ、２ｂが向き合うように配設されても良い。このようにすることにより、基体１の面内の全方向へ熱拡散することができ、放熱特性が更に向上する。また、図１２に示す発熱体３が接する部分の流体往復流路端からの距離Ｘが長過ぎると、液体６が流入する際、流入途中で沸騰が始まり、該流路２端部に液体６を供給できなくなることがあり、熱特性が悪化する。しかし、図１２のような複数の流体往復流路端が向き合うように対称的に配置した構成であれば、距離Ｘを少なくとも半分にすることができるため、このような問題が起こり難くなる。また、図１３のように円板状の基体１を用い、発熱体３が配設される中央部には流体往復流路２を形成せず、発熱体３の端の部分のみに該流体往復流路２の端部２ａ、２ｂが接するような構成にしても良い。
【００４７】
また、図１２及び図１３の場合、流体往復流路２及び連結流路２０の内容積の５０％以上の液体６を封入すると、どのような設置姿勢であってさえも、熱的に発熱体３と液体６が該流路２壁を介して必ず接する構成であるので、どのような姿勢であっても確実に起動し、動作させることができる。このように、被冷却対象の形状・配置などに合わせて適宜流路形状及び配置を変更しても差し支えない。また、連結流路２０は基体１に形成された溝でなくても良く、例えば複数の基体１に形成された流体往復流路２を連結するパイプでも良い。
【００４８】
上記のように、この実施の形態４では、実施の形態１ないし３の効果に加えて、伝熱装置を適用する用途の形態に応じてフレキシブルに対応できる効果がある。また、各流体往復流路２を連結する連結流路２０を介して各流体往復流路２内で生じる圧力変化が若干伝搬されることから、伝熱装置の起動特性が向上すると共に、各流体往復流路内の圧力変化が干渉して生じる共振により、より活発な往復運動が発生し、熱伝達特性が向上する。さらに、各流体往復流路２が連結されていることから、真空排気及び作動流体の封入を行う注入口を共有化することができ（一つの注入口だけで良い）、気密性の向上、真空排気及び作動流体の封入に関する作業性の向上、均熱性の向上（各流体往復流路２内の飽和温度が同一になる）、また大型化が容易である。
【００４９】
実施の形態５．
図１４は、実施の形態５による伝熱装置を模式的に示す断面図である。この図１４に示す例は、流体往復流路２を、その中央部分（図１４（ｃ）の右端部）で折り返して上下二層構造に形成したものであり、（ａ）は上層流路を示す流路断面図、（ｂ）は下層流路を示す流路断面図、（ｃ）は図１４（ｂ）のＣ−Ｃ線における矢視断面図、（ｄ）は図１４（ｂ）のＤ−Ｄ線における矢視断面図を示す。なお、２ｄは流体往復流路２の上層と下層を繋ぐ連通部であり、流体往復流路２の略中央部によって形成されている。１１ｄは同様に折り返すように２層に形成された液体保持部１１の上層と下層を繋ぐ連通部である。
【００５０】
また、図１５〜図１７はその変形例、他の変形例、及び更に他の変形例を示し、図１８Ａ〜図１８Ｃは更にまた他の変形例を模式的に示す同様の断面図であり、何れも略中央部分で折り返して上下二層構造に形成した流体往復流路２が連結流路２０を介して順次接続され、全体として１つのループ状に形成されている。さらに基体１の中央部で、上層では流体往復流路２の一端部２ａ相互が向き合うように、下層では流体往復流路２の他端部２ｂ相互が向き合うように、それぞれ左右点対称的に配設されている。なお、各図の（ａ）〜（ｄ）の関係は、上記図１４について説明したものと同様であるので説明を省略する。その他の構成は、上記実施の形態４と同様であるので説明を省略する。
【００５１】
なお、図１５に示す例では、基体１の中央部を横断（または縦断）するように配設された発熱体３の直下で流体往復流路２の一端部２ａと連結流路２０とが連結される部分が図１５（ａ）に示すように全てＵターン形状の構成とされているが、必ずしも全てをＵターン形状の流路構成とする必要は無く、例えば一部が横断し、または図１７（ａ）に示すように全ての該連結部が発熱体３直下を横断する構成でも良い。
【００５２】
なお、この実施の形態５において、特に基体１の片面にのみ放熱体４を設けた場合、例えば下面を放熱部として用いた場合、二層式流路のうち各図とも（ｂ）で示す下層流路の方が、各図とも（ａ）で示す上層の流路よりも冷却され、下層流路内の温度が低下することから、液体６が下層流路内に保有され易くなる。従って、各図（ｂ）で示す下層流路の側には液体６が主に収容され、各図（ａ）で示す上層流路には気体７が主に収容される。下層流路端部内の液体６は、発熱体３からの熱を受けて上記図１４の例と同様に昇温され、高温度の液体となり沸騰し、下層流路端から液体６を上層流路側に送出する。
【００５３】
一方、下層流路の発熱体３に隣接しない該流路内の液体６は、基体１壁を介して放熱体４と熱的に結合されることから、過冷却される。従って、上記送出方向の液体６先端部は低温であり、低温の液体が上層流路へ移動し、上層側流路壁と熱交換することにより、該流路壁は冷却され、一方、上層側の流体往復流路２の一端部２ａに達した液体６は再び高温に昇温され、上層側流路内で激しい沸騰が生じることから、再び下層側の流路へ送出される。このとき、下層側流路内は気体７でその多くが満たされており、また該流路が放熱体４と熱的に結合していることから、激しい凝縮が生じ、大きな吸引力により液体６を吸引する。
【００５４】
これらにより、液体６は上層流路から下層流路へ還流される。このように、上層流路は主に気体７を収容する役割、液体６が往復運動する通路の役割、及び激しい沸騰を生じさせ液体６を下層流路へ送出させる役割などを有し、上記実施の形態２ないし４に示されるように断面積の異なる流体往復流路２と連結流路２０から形成される必要は無く、例えば、図１８Ａ（ａ）に示されるように同断面積の通路から形成されても良い。具体的には、図１８Ａ（ａ）における流体往復流路２の内、２Ｘで示す部分は、下層側の連結流路２０との連通部２０ｄに至るまで流路幅が広く形成されているが、このような形状でも差し支えない。なお、２Ｘで示す部分が無くとも動作するが、当該部分を例えば閉塞すると、流体往復流路２がそれぞれ独立してしまい、それぞれの流体往復流路毎に作動流体注入口を設けなければならなくなるので、作動流体注入の観点から当該部分を設けた方が好ましい。一方、上記のような２Ｘで示す部分は不要部分であることから、この部分は任意の流体が停滞しても差し支えない。
【００５５】
例えば、本発明において不凝縮性ガス（初期作動流体封入時の残留空気、または動作・保管時に発生した水素など）が内在した場合、当該部分にトラップされることにより、不凝縮性ガス混入による熱特性の劣化を防止する作用がある。また、本発明では作動流体が大きなストロークで往復運動できるほど熱特性が向上し、往復運動する作動流体塊が小さいほど、放熱部と接する凝縮面積が増大し熱特性が向上する。従って、当該部分に作動流体の余剰部分がトラップされることにより、熱特性が向上する（リザーバのような作用を有する）。なお、放熱部と接する下層流路の温度の方が、上層流路内温度より低いことから、作動流体は下層流路内の方に移動し易いので、当該部分に液体が恒久的に保持される問題は無い。
【００５６】
一方、下層流路は、主に液体６を収容する役割、該流路端で沸騰を生じさせ液体６を上層流路へ送出させる役割、液体６が往復運動する通路の役割、激しい凝縮を生じさせ液体６を吸引する役割を有し、上記実施の形態２ないし４同様、液体６の送出方向を制限するため、及び受熱部３０に隣接する通路部分に確実に液体を存在させるために、流体往復流路２の端部及び連結流路２０から形成される必要がある。そして、流体往復流路２、連結流路２０及び上層流路を連結した流路を構成する必要がある。
【００５７】
このように、二層式流路でかつ基体１の一方の面に放熱体４を設けた場合、放熱体４が設けられていない流路（図１５では（ａ）に示す上層流路）は、主に気体７を収容する役割、液体６が往復運動する通路の役割、激しい沸騰を生じさせ液体６を放熱体４が設けられた流路（図１５では（ｂ）に示す下層流路）へ還流させる役割を有した通路であれば良く、流路幅、流路深さ、流路形状など特に限定されない。この通路を蒸気保持通路１３と呼ぶことにする。一方、放熱体４が設けられた側の通路は、上記実施の形態と同様の構成である必要がある。
一方、上記した説明においては流体往復流路２の一端部２ａと、これに隣接する流体往復流路２の他端部２ｂを連結流路２０によって直列的に連結した例で示したが、図１８Ｂに示すように、流体往復流路２の中央部とこれに隣接する流体往復流路２の一端部２ａまたは他端部２ｂを連結流路２０で連結するように構成しても良い。さらに、図１８Ｃ（ｂ）に示すように、隣接する流体往復流路２の中央部２ｃ（上層と下層の連通部２ｄ近傍）間を連結流路２０で連結させても良い。
【００５８】
上記のようにこの実施の形態５によれば、流体往復流路２を略その中央部２ｃで折り曲げるようにして２層構造とすると共に、一端部２ａに他端部２ｂが重ねられるように隣接して形成したことにより、伝熱装置をよりコンパクトにすることができ、また発熱体３と接している部分の基体１を介して、熱伝導により、二つの流路端部（上層と下層の流路端部）２ａ、２ｂに熱が伝えられ、結果として上下二つの流路を用いて熱を輸送することから、より熱輸送及び熱拡散能力が向上する効果が得られる。
【００５９】
実施の形態６．
流路構成の形状的には上記各実施の形態に例示した伝熱装置と同様であるが、この実施の形態６では通路を構成する基体１の全部またはその一部が電気絶縁材からなっている（図示省略）。この実施の形態６の電気絶縁材からなる基体は、上記各実施の形態と同様の役割を有しており、さらに電気を絶縁する役割を有しており、例えば樹脂やセラミック（例えば、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等）などの材料であり、気体７の透過性のある材料の場合、金属材料（例えばＡｌ箔など）との複合材料（例えばラミネートフィルム）でも良い。この構造によれば、例えばＩＧＢＴ、ＣＰＵ、ダイオードなどの通電される高発熱電子素子を直接本発明のヒートパイプに取付け、絶縁するために設けられる他の介在物（例えば、サーマルグリースなど）を介さずに、直接発生する熱を輸送または拡散することが可能であることから熱抵抗を小さくすることができる。
【００６０】
実施の形態７．
図１９は、この発明の実施の形態７になる伝熱装置を模式的に示す断面図であり、図１９（ａ）は流路断面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ線における矢視断面図、図１９（ｃ）は図１９（ａ）のＣ−Ｃ線における矢視断面図を示す。図に示すように、板状の基体１には、上記実施の形態２と同様に形成されたＵ字状の流体往復流路２に隣接して、該流体往復流路２の中央部に連結通路１５によって連通されたリザーバ１４と、このリザーバ１４の温度調節器１６（例えば、ヒータ、ペルチェ素子など。熱交換器からなる温度調節器でも良い。）が基体１内部またはリザーバ１４の外壁に設けられている。
【００６１】
上記リザーバ１４は、液体６及び気体７を収容する役割を有し、また温度調節器１６を用いて収容された液体６の蒸発または沸騰、気体７の凝縮を生じさせ、リザーバ１４内圧力を変化させることにより、連結通路１５を介して流体往復流路２へ液体６を送出または吸引する役割を有した容器であり、特にその形状は限定されない。なお、温度調節器１６による加熱によりリザーバ１４内壁にドライスポットが生じないように、リザーバ１４内壁に多孔質体（例えば、溝、焼結金属など）を装着させても良い。また、図１９では、リザーバ１４及び連結通路１５を流体往復流路２の基体１中に設けたが、特にこの構成に限定されず、例えば基体１とは別体にリザーバ１４を設け、連結用のパイプを用いて連結するようにしても良い。
【００６２】
上記のように構成された実施の形態７によれば、流体往復流路２の内部に必要に応じて液体６を供給できるので、動作の信頼性を向上させることができる。
【００６３】
実施の形態８．
図２０は、この発明の実施の形態８になるヒートシンク一体型の伝熱装置を示す要部断面図である。図に示すように、伝熱装置としての冷却装置１７を構成する基体１は、例えばアルミニウム、銅、真鍮などの金属からなり、多数の放熱フィン４ａを有する放熱体４と一体的に形成されている。そして図の上方部表面部内に、例えば上記実施の形態１ないし実施の形態７から選ばれた任意の伝熱装置を構成する流体往復流路２が設けられ、図示を省略している作動流体が密封収容され、さらにキャビティ、液体保持部なども同様に設けられている。
【００６４】
なお、図２０に例示された冷却装置１７の流体往復流路２は、その一端部２ａ及び他端部２ｂが、図の上面部中央部に対称的に対向して１層に配設されたものであり、例えば上記図１２などに示された流路構成のものに相当するが、これに限定されるものではなく、例えば、図１５〜図１８に例示された流体往復流路２を複数層に構成したものなどでも勿論差し支えない。そして、図の左右方向の中心部上面部には、受熱部３０が設けられ、該受熱部３０に例えばＣＰＵ、ＩＧＢＴなど冷却を必要とする所望の発熱体３を密着させて用いられる。
【００６５】
要するに、この実施の形態８では、ヒートシンクである放熱体４が上記実施の形態１〜７に示した基体１の機能を兼ねているものであり、該形状の冷却装置１７を構成するには、放熱体４を兼ねる基体１を流体往復流路２の例えば図の上縁部に沿って上下に分割し、分割された下方部分の表面部を所要の形状に、例えば穿設して流体往復流路を形成し、しかる後、分割された上方部分を覆蓋体として重合密着して接合し、図示を省略している注入口から真空排気した後作動流体を封入し、注入口を封止することにより、容易にヒートシンク一体型の冷却装置を得ることができる。
【００６６】
上記のように構成された実施の形態８によれば、発熱体３の発生する熱が中央部で向かい合う流体往復流路２の一端部２ａ及び他端部２ｂに伝わり、例えば上記実施の形態５と同様、作動流体５の相変化に伴う作動流体５の送出及び吸引を誘発し、放熱フィン４ａに直ちに伝熱され冷却されることにより、例えば数百Ｗ／ｃｍ２程度以上といった高い熱流束での冷却や伝熱なども可能になる。また、取付け姿勢の影響が小さいので、多用途の冷却に用いることができる。さらに、この発明の伝熱装置をヒートシンクに一体的に組み込み形成したことにより、装置をよりコンパクト化できると共に、低コスト化できるという効果が得られる。なお、流体往復流路２の形成方法などの製造方法は例示したものに限定されないことは言うまでもない。
【００６７】
実施の形態９．
図２１は、この発明の実施の形態９になるヒートシンク一体型の伝熱装置を示す要部断面図である。図に示すように、この実施の形態９では、冷却装置１７の基体１と一体に構成された放熱体４は、図の下方部分全体に多数の放熱フィン４ａが突設されている他に、上方中央部分に設けられた発熱体３を避けた部分にも放熱フィン４ａが多数突設されている。その他の構成は上記実施の形態８と同様であるので説明を省略する。
【００６８】
上記のように構成された実施の形態９では、発熱体３の周囲がフリーである場合などに好ましく用いられ、実施の形態７と同様の効果が得られる他、放熱フィン４ａの放熱面積の増大が容易であるため、より発熱量の大きい発熱体の冷却に適用することができる。
【００６９】
実施の形態１０．
図２２は、この発明の実施の形態１０になるヒートシンク一体型の伝熱装置を示す要部断面図、図２３は、その変形例を示す要部断面図である。この実施の形態１０では、例えば上記図１２、図１５〜図１８に示すような、発熱体３を設けるための受熱部３０が矩形平面の中央部を横断する如く設けられた板状の伝熱装置を、図２２、図２３に示すように発熱体３とは反対方向に断面略コ字状に屈曲形成し、図の上方に延びる流体往復流路２の両面（図２２）または互いに対抗する面（図２３）にそれぞれ放熱フィン４ａを突設させた放熱体４を配設した構造に形成されている。なお、発熱体３は図の下面部の受熱部３０に密着され、熱的に結合して用いられる。
【００７０】
上記のように構成された実施の形態１０では、上下方向を図示の方向で用いた場合に、より有効に熱を上方へ輸送でき、しかも上方に延びる２つの放熱部相互の対向する空間部に放熱フィン４ａを集中的に配設したので、上方空間を有効利用することができ、装置をよりコンパクトにできる。また、両放熱部にそれぞれ放熱フィン４ａを形成した後、成形することができるので、放熱フィン４ａ相互の隙間を小さくした、より高性能な冷却装置を提供することができる。なお、装置をさらに小型に形成する場合などにおいては、例えば上記実施の形態１ないし３に示す流体往復流路２が少ない伝熱装置をＬ字状に屈曲形成しても良い。
【００７１】
実施の形態１１．
図２４は、この発明の実施の形態１１になるヒートシンク一体型の伝熱装置の要部を示す図であり、図２４（ａ）は正面断面図、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＢ−Ｂ線における矢視断面図、図２４（ｃ）は図２４（ａ）のＣ−Ｃ線における矢視断面図である。図に示すように、この実施の形態１１では、下面部に発熱体３を密着させた基体１を構成するベース１ｃに対して、上下方向に伸びる基体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、及び１Ｄが立設され、隣接する基体相互には多数のコルゲート状の放熱フィン４ａが固着されている。そして、各基体１Ａ〜１Ｄの内部には、図２４（ｃ）に示される液体保持部１１を介して直列に連結された略Ｕ字状の液体往復流路２がそれぞれ設けられ、各基体１Ａ〜１Ｄの液体往復流路２は、上端部に設けられた接続通路１９によって順次直列に接続され、全体で１つの通路が形成されている。
【００７２】
上記のように構成された実施の形態１１においては、発熱体３の熱はベース１ｃを介して流体往復流路２端部に伝熱され、図示を省略している作動流体５に上記各実施の形態と同様の液体６の往復運動を生じさせ、多数の放熱フィン４ａに伝熱され、例えば空気中に放熱されることにより、発熱体３を効率的に冷却することができる。なお、基体１Ａ〜１Ｄは互いに独立した本発明の通路を形成した伝熱装置であっても良い。また、基体１Ａ〜１Ｄの流体往復流路２を接続通路１９により並列に接続しても良い。
【００７３】
実施の形態１２．
図２５は、この発明の実施の形態１２になるヒートシンク一体型の伝熱装置を示す要部断面図である。図に示すように、伝熱装置を構成する基体１は断面略ロ字型、即ち角筒型に形成され、その基体１に沿って流体往復流路２が形成され、図の上部中央部に発熱体３が設けられている。また、基体１の内周面の全面が放熱部４として利用されており、対向する上下の放熱部を連結するように多数の放熱フィン４ａが設けられている。
【００７４】
上記のように構成された実施の形態１２においては、上記実施の形態１０と同様の効果が得られるほか、冷却装置１７が角筒状に形成されているので、構造的に頑丈であり、取り扱いが容易であるという付随効果が得られる。また、放熱フィン４の両側から熱が伝えられるので、フィン効率の低下が抑制されることから、放熱能力が向上する。なお、図では発熱体３を上面部に設けたが。下面部側でもよいし、上面部と下面部の双方を放熱部として用いるように流体往復流路２を形成することもできる。
【００７５】
実施の形態１３．
図２６は、この発明の実施の形態１３になるヒートシンク一体型の伝熱装置を示す要部断面図である。図に示すように、伝熱装置を構成する基体１は上記実施の形態１２と同様に、断面略ロ字型、即ち角筒型に形成され、さらに内周面部の放熱部４０には放熱フィン４ａが格子状に一体的に形成されている。なお、上記放熱フィン４ａは、例えば押出成型、嵌め込みロー付け加工など、公知の従来技術を用いて容易に形成することができる。その他の構成は上記実施の形態１２と同様である。
【００７６】
上記のように構成された実施の形態１３によれば、実施の形態１２と同様の効果が得られるほか、装置をよりコンパクト化できると共に低コスト化できる。また、流体への熱伝達を向上させるために、単位体積当たりの伝熱面積を大きくすることができ、伝熱特性をさらに向上させることができる。
【００７７】
なお、上記実施の形態１２、１３では、ヒートパイプを構成している流体往復流路２が延在する面を断面角筒型に屈曲させた形状に構成したが、これに限定されるものではなく、冷却対象の形状や、周囲の環境等に応じて所望の形状、寸法に構成することができる。例えば円管状に加工し、その内面または外周面にフィンを取付けたものなどでも同様の効果が期待できる。
【００７８】
なお、上記各実施の形態の説明において、流体往復流路２の一端部２ａ及び他端部２ｂを互いに近接させる場合の例として、該流体往復流路２を略Ｕ字型、または略Ｖ字型に略１８０度もしくはそれに近い角度に曲げて形成した場合を示したが、それらに限定されず、曲げの角度は任意に選ぶことができることは言うまでもない。また、基体１として板状の材料を用い、あるいはヒートシンク一体型の基体として用いたが、これら基体１の形状や材料などは上記実施の形態に例示したものに限定されるものではない。例えば流体往復流路２を板状の基体に形成する場合、板材は平面状に限定されず、曲面状のものでも差し支えないし、また、押出し成型材、金属ブロック、ダイカスト成型品、型鍛造成形品などを基体として用い、さらには筐体の一部、例えば電力機器、電子機器や（携帯）パソコンなどの筐体を構成する蓋や裏蓋などを基体１として構成しても良い。
【００７９】
さらに、基体１に流体往復流路２を設ける方法として、流路形成部材１ａに上記通路を形成し、その後該通路を覆うように流路形成部材１ａの上に覆蓋体１ｂを重合密着する例について説明したが、これに限定されるものではないことは勿論である。例えば、パイプ材を基体１とし、その内部に流体往復流路２を形成したヒートパイプを、例えば板材、あるいは放熱フィンを有する放熱体にロー付け等で固着したものなどでも同様の効果が期待できる。
【００８０】
さらに、この発明を主としてＣＰＵ、ＩＧＢＴ，ダイオードなどの電子部品の冷却に用いる場合について説明したが、冷却対象は上記例示したものに限定されず、さらに冷却以外に加熱、伝熱、ヒートスプレッダ、熱交換など他の用途にも広く用いることができることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施の形態１による伝熱装置の流路構成を模式的に示す断面図。
【図２】図１の伝熱装置の動作を説明するための流路断面図。
【図３】実施の形態２による伝熱装置の流路構成を模式的に示す断面図。
【図４】図３に示されたキャビティの他の例を詳細に示す断面図。
【図５】図３に示されたキャビティの更に他の例を示す図であり、（ａ）は円形のキャビティとした例の組立斜視図、（ｂ）は焼結金属粒子によって形成した例を模式的に示す断面図。
【図６】実施の形態２による伝熱装置の変形例を模式的に示す断面図。
【図７】実施の形態２による伝熱装置の他の変形例を模式的に示す断面図。
【図８】実施の形態２による伝熱装置の更に他の変形例を模式的に示す断面図。
【図９】実施の形態３による伝熱装置を模式的に示す要部断面図。なお、（ａ）〜（ｆ）は液体保持部の構成がそれぞれ互いに異なる類型を示す。
【図１０Ａ】実施の形態４による伝熱装置の流路構成を模式的に示す断面図。なお、（ａ）〜（ｃ）は連結流路の構成が互いに異なる類型を示す。
【図１０Ｂ】実施の形態４による伝熱装置の流路構成を模式的に示す断面図。なお、（ｄ）、（ｅ）は連結流路の構成が互いに異なる類型を示す。
【図１０Ｃ】実施の形態４による伝熱装置の流路構成を模式的に示す断面図。なお、（ｆ）、（ｇ）は連結流路の構成が互いに異なる類型を示す。
【図１１】実施の形態４による伝熱装置の変形例を模式的に示す流路断面図。
【図１２】実施の形態４による伝熱装置の他の変形例を模式的に示す流路断面図。
【図１３】実施の形態４による伝熱装置の更に他の変形例を模式的に示す流路断面図。
【図１４】実施の形態５による伝熱装置を模式的に示す断面図であり、（ａ）は上層流路を示す流路断面図、（ｂ）は下層流路を示す流路断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線における矢視断面図、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線における矢視断面図。
【図１５】実施の形態５による伝熱装置の変形例を模式的に示す断面図。
【図１６】実施の形態５による伝熱装置の他の変形例を模式的に示す断面図。
【図１７】実施の形態５による伝熱装置の更に他の変形例を模式的に示す断面図。
【図１８Ａ】実施の形態５による伝熱装置の更にまた他の変形例の第１の例を模式的に示す断面図。
【図１８Ｂ】実施の形態５による伝熱装置の更にまた他の変形例の第２の例を模式的に示す断面図。
【図１８Ｃ】実施の形態５による伝熱装置の更にまた他の変形例の第３の例を模式的に示す断面図。
【図１９】実施の形態７による伝熱装置を模式的に示す断面図。
【図２０】実施の形態８によるヒートシンク一体形の伝熱装置を示す要部断面図。
【図２１】実施の形態９によるヒートシンク一体形の伝熱装置を示す要部断面図。
【図２２】実施の形態１０によるヒートシンク一体形の伝熱装置を示す要部断面図。
【図２３】実施の形態１０によるヒートシンク一体形の伝熱装置の変形例を示す要部断面図。
【図２４】実施の形態１１によるヒートシンク一体形の伝熱装置の要部を示す図であり、図２４（ａ）は正面断面図、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＢ−Ｂ線における矢視断面図、図２４（ｃ）は図２４（ａ）のＣ−Ｃ線における矢視断面図。
【図２５】実施の形態１２によるヒートシンク一体形の伝熱装置を示す要部断面図。
【図２６】実施の形態１３によるヒートシンク一体形の伝熱装置を示す要部断面図。
【符号の説明】
【００８２】
１  基体、  １ａ  流路形成部材、  １ｂ  覆蓋体、  ２  流体往復流路、  ２ａ  一端部、  ２ｂ  他端部、  ２ｃ  中央部、  ２ｄ  連通部、  ３、３Ａ、３Ｂ  発熱体、  ３０  受熱部、  ４  放熱体、  ４ａ  放熱フィン、  ４０  放熱部、  ５  作動流体、  ６  液体、  ７  気体、  ７ａ  蒸気泡、  ８  キャビティ、  ８ａ  入口部、  ９  端部壁面部、  １０  焼結金属粒子、  １１  液体保持部、  １１ｄ  連通部、  １２  連結口、  １３  蒸気保持通路、  １４  リザーバ、  １５  連結通路、  １６  温度調節器、  １７  （ヒートシク一体型の）伝熱装置、  １８ｂ  ベース、  １９  接続通路、  ２０  連結流路、  ２０ｄ  連通部。
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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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１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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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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