(57)【要約】【課題】  熱輸送装置の所望の性能を維持することができる熱輸送装置及びこれを搭載した電子機器を提供する。【解決手段】  熱輸送装置１は、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力の増加を抑制するためのべローズ６を具備している。このため、例えば、熱輸送装置１を長期間使用し流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力が増加するときに、ベローズ６を作動させて流路Ｐ１〜Ｐ４を減圧することにより、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力の増加を抑制することができる。従って、熱輸送装置１を長期間安定して動作させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の蒸発作用及び凝縮作用により熱を輸送するための前記作動流体の流路と、
前記流路の圧力の増加を抑制するための圧力制御手段と
を具備することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
外部に面する表面から内部にかけて貫通する貫通孔を有し、前記流路の一部又は全部を形成するコンテナを更に具備し、
前記圧力制御手段は、前記貫通孔を覆って前記コンテナの内部を密閉するように前記表面上に設けられたベローズを有することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱輸送装置であって、
前記コンテナにより、前記作動流体を蒸発または凝縮させるための蒸発部または凝縮部が形成されることを特徴とする熱輸送装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記圧力制御手段は、
前記流路の圧力を検出する手段と、
検出手段による検出結果に基づき前記流路の圧力を制御する手段と
を有することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項５】
発熱体と、
作動流体の蒸発作用及び凝縮作用により前記発熱体の熱を輸送するための前記作動流体の流路と、
前記流路の圧力の増加を抑制するための圧力制御手段と
を具備することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体の熱を輸送する熱輸送装置及びこの熱輸送装置が搭載された電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パーソナルコンピュータやデジタルカメラ等の電子機器の高性能化に伴いＩＣ（Integrated Circuit）等の発熱体からの発熱量の増大が問題となっている。例えば、近年では、これらの電子機器には、記憶容量が大きくかつ小型、薄型であるスティック状の記憶媒体が汎用されるようになってきている。これらの記憶媒体は、フラッシュメモリとドライバ（ＩＣ）を一体的に有するものや、ドライバ（ＩＣ）が装置本体等に搭載されているものがある。記憶媒体の記憶容量の大容量化に伴い、電子機器の使用時にドライバ（ＩＣ）からは多量の熱が発生し、動作不良等の問題を生じている。
【０００３】
このような装置内部の発熱の問題を解決すると共に電子機器を小型化するために、ループ状の流路を有する熱輸送装置（ループヒートパイプ（ＬＨＰ））が提案されている。ループ状の流路は、例えば、シリコン基板とガラス基板とに溝を形成し、これらの基板を接合することによって形成されている。流路内には、水または代替フロン等の作動流体が封入されている。
【０００４】
このような熱輸送装置では、作動流体を蒸発させる蒸発部内の作動流体は、蒸発部で外部からの熱を吸収し気化する。気化した作動流体は、気相路を凝縮部に向けて移動し、凝縮部で熱を外部に放出する。凝縮した作動流体は、液相路を蒸発部に向けて流動する。これらの一連の熱輸送が、熱輸送装置内で繰り返し行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、別の技術として、停電等の緊急用のベローズ容器を設ける技術が例示されている。この技術では、緊急時に、ベローズ容器のポンプ作用を利用して、ベローズ容器内の冷媒を、集積回路冷却用のジャケットに供給して集積回路を冷却している。  
【特許文献１】特開２００３−３５４７０号公報（段落[００１７]、図３、図７等）
【特許文献２】特開平５−３１５４８８号公報（段落[００１０]、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、熱輸送装置の内部に封入されている冷媒が、熱輸送装置の内面を構成する材料と化学変化を起こすことにより気体が発生したり、熱輸送装置の外部から内部に空気が侵入したりすることで、熱輸送装置の内圧が増加し、結果として性能が劣化したり、場合によっては動作不能に陥ってしまうという問題があった。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、熱輸送装置の所望の性能を維持することができる熱輸送装置及びこれを搭載した電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る熱輸送装置は、作動流体の蒸発作用及び凝縮作用により熱を輸送するための前記作動流体の流路と、前記流路の圧力の増加を抑制するための圧力制御手段とを具備する。
【０００９】
本発明は、前記流路の圧力の増加を抑制するための圧力制御手段を備えているので、例えば、熱輸送装置を長期間使用することにより流路の圧力が増加するときに、流路の圧力の増加を抑えることができる。したがって、熱輸送装置の所望の性能を維持することができる。また、容易に熱輸送の能力の回復が図れるため、熱輸送装置のメンテナンスに要する時間を短縮することができる。
【００１０】
本発明の一の形態によれば、外部に面する表面から内部にかけて貫通する貫通孔を有し、前記流路の一部又は全部を形成するコンテナを更に具備し、前記圧力制御手段は、前記貫通孔を覆って前記コンテナの内部を密閉するように前記表面上に設けられたベローズを有する。このような構成によれば、流路の圧力が増加するときに、ベローズを伸長させてコンテナの貫通孔を介して効率的に減圧し、流路内の圧力の増加を抑制することができる。
【００１１】
本発明の一の形態によれば、前記コンテナにより、前記作動流体を蒸発または凝縮させるための蒸発部または凝縮部が形成される。このような構成によれば、例えば、凝縮部にベローズが設けられる場合は、例えば貫通孔を作動流体の注入孔とすることができる。この場合、ベローズが当該注入孔の蓋の機能を果たすことができる。
【００１２】
外部に面する表面から内部にかけて貫通する貫通孔を有し、前記コンテナで蒸発した作動流体を流通させるための前記流路を形成する管を更に具備し、前記圧力制御手段は、前記貫通孔を覆って前記コンテナの内部を密閉するように前記表面上に設けられたベローズを有するようにしてもよい。このようにしても、コンテナの内部圧力の増加を効率的に抑制することができる。
【００１３】
本発明の一の形態によれば、前記圧力制御手段は、前記流路の圧力を検出する手段と、検出手段による検出結果に基づき前記流路の圧力を制御する手段とを有する。このような構成によれば、流路の圧力を検出し、検出手段による検出結果が例えば所定値（例えば、大気圧）より大きい場合に圧力を減少させて流路の圧力の増加を正確かつ安定的に抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る電子機器は、発熱体と、作動流体の蒸発作用及び凝縮作用により前記発熱体の熱を輸送するための前記作動流体の流路と、前記流路の圧力の増加を抑制するための圧力制御手段とを具備する。
【００１５】
本発明では、前記流路の圧力の増加を抑制するための圧力制御手段を備えているので、例えば、電子機器を長期間使用することにより流路の圧力が増加するときに、流路の圧力の増加を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、流路の圧力が増加するときに圧力制御手段により流路の圧力の増加を抑制することにより、熱輸送装置の所望の性能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る熱輸送装置を示す平面図、図２は側面図である。熱輸送装置１は、作動流体としての冷媒が流通可能な流路Ｐ１を内部に有する蒸発部２を具備している。冷媒には、例えば、純水、エタノール等が用いられている。蒸発部２は、発熱体としてのＩＣチップ等が発する熱を冷媒により吸収して蒸発させるために用いられる。蒸発部２は、蒸発部２の上面に設けられた接続用の蒸発部コネクタ９を介して、パイプ３の一端部に接続されている。パイプ３は例えばステンレス等の金属製のものを用いることができる。パイプ３内には蒸発した冷媒の流路Ｐ２が設けられている。
【００１９】
パイプ３の他端部は、接続用の凝縮部コネクタ１０を介して凝縮部５に接続されている。凝縮部５は、凝縮部コネクタ１０の下方に設けられ、冷媒が流動可能な流路Ｐ３を内部に有している。凝縮部５は、パイプ３内を流通した冷媒を凝縮し外部に熱を放出するために用いられる。凝縮部５には、コネクタ１０を介してパイプ４の一端部が接続されている。パイプ４は、例えばステンレス等の金属製のものを用いることができる。パイプ４内には凝縮した冷媒の流路Ｐ４が設けられている。流路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４は連通しており、相変化循環型の熱輸送装置１が構成されている。
【００２０】
蒸発部２の表面１４Ａには、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力の増加を抑制するためのべローズ６が設けられている。このベローズ６を作動させることで流路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の圧力を制御できるようになっている。
【００２１】
図３は、図１に示す熱輸送装置１の蒸発部２を示すＩ−Ｉ線断面図である。蒸発部２は、矩形状のガラス基板１４と、矩形状のシリコン基板１５とが貼り合わされて構成されている。つまり、ガラス基板１４とシリコン基板１５とが貼り合わされて内部に流路Ｐ１を有するコンテナが形成される。ガラス基板１４とシリコン基板１５とは例えば陽極接合で接合される。ガラス基板１４には、例えばパイレックス（登録商標）ガラスが用いられている。ガラス基板１４の上壁には、表面１４Ａから内部にかけて貫通する貫通孔１４ａが形成されている。ベローズ６は、貫通孔１４ａを覆って蒸発部２の内部（流路Ｐ１）を密閉するようにＯリング３３等のシール部材を介して表面１４Ａ上に設けられている。なお、例えば陽極接合、ハンダ付け等により蒸発部２の内部を密閉するようにしてもよい。シリコン基板１５には、例えばＸ方向に沿う溝８やＹ方向に沿う図示を省略した毛細力を発生させる溝（ウィック）が設けられている（図１参照）。つまり、冷媒がＹ方向に沿う溝により毛細管力によって、冷媒がＹ方向に移動するように構成されている。これらの溝は、例えば半導体製造におけるリソグラフィ技術、または、切削加工等によって作製される。
【００２２】
シリコン基板１５の溝の形状については、これらに限定されず変更して設けるようにしてもよい。また、ガラス基板１４の下面にも必要に応じて溝を設けることにより、様々な形態の作動流体の流路を形成することができる。
【００２３】
凝縮部５は、その断面図は示さないが、蒸発部２と同様に矩形状のシリコン基板と矩形状のガラス基板とが貼り合わされて構成されている（図１参照）。凝縮部５を構成するガラス基板やシリコン基板には、溝が形成されている。例えば、ガラス基板には、凝縮部５の内部に冷媒を行き渡らせることができるように図１に示す溝１１が設けられている。溝１１は、例えば、冷媒をＸ方向に流通させた後、Ｙ方向の両端に流通させることができる形状を有している。溝１１は、ガラス基板側に形成されたパターンである。凝縮部５を構成するガラス基板の上壁には、冷媒を凝縮部５内に供給したりするための供給孔が設けられており、供給孔は封止部材１２によって封止されている。
【００２４】
次に、熱輸送装置１の動作について図面を参照しながら説明する。図３に示すように、シリコン基板１５の下面側に、例えば発熱体としてのＩＣチップ２５が接触して設けられている場合について説明する。
【００２５】
ＩＣチップ２５が発する熱により流路Ｐ１内の冷媒が蒸発する。蒸発した冷媒は、蒸発部コネクタ９を介してパイプ３内の流路Ｐ２を矢印方向に流通し、凝縮部コネクタ１０を介して凝縮部５内の流路Ｐ３に流入する。流路Ｐ３に流入した冷媒は、溝１１内をＸ方向、Ｙ方向に流通する等して熱をシリコン基板１５等に伝えて凝縮する。シリコン基板１５等に伝わった熱は凝縮部５の外部に放出される。凝縮した冷媒は、凝縮部コネクタ１０を介してパイプ４内の流路Ｐ４を矢印方向に流通し、蒸発部コネクタ９を介して蒸発部２内の溝８に流入し、Ｙ方向の図示しない溝に沿って毛細管力により移動する。以上のように、ＩＣチップ２５の発する熱が凝縮部５の外部に放出される。
【００２６】
以上のように、本実施形態の熱輸送装置１では、流路Ｐ１〜Ｐ４内での冷媒の蒸発、凝縮作用により、ＩＣチップ２５が発する熱を凝縮部５の外部に放出してＩＣチップ２５を冷却することができる。
【００２７】
熱輸送装置１の初期状態においては、ベローズ６は、例えば、図２に示すように、Ｚ方向に収縮した状態に設定されている。しかし、例えば、熱輸送装置１の内部の冷媒と、冷媒に接触するシリコン基板１５等の部材とが化学変化を起こすことで気体が発生したり、例えば製造時に熱輸送装置１の内面に付着している気体等が放出したり、熱輸送装置１の外部から内部に空気が侵入したりすることで、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力が増加することがある。この場合に、ベローズ６を伸長させて流路Ｐ１〜Ｐ４を減圧することで、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力の増加を抑制することができる。従って、熱輸送装置１を長期間安定して動作させることができる。
【００２８】
また、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力が増加し、熱輸送装置１の輸送能力が低下した場合であっても、蒸発部２等のコンテナを分解することなく熱輸送の能力の回復が図れ、メンテナンスに要する時間を短縮することができる。
【００２９】
図４は、他の実施の形態に係る熱輸送装置を示す図である。
【００３０】
本実施の形態に係る熱輸送装置２０は、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力を検出する圧力センサＳと、圧力センサＳによる検出結果に基づき流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力を制御する制御部Ｃとを有している。圧力センサＳは、例えば、ガラス基板１４の下面側に設けられている。圧力センサＳには、例えば、歪ゲージ等が用いられている。圧力センサＳを設置する位置はこれに限定されず、例えばガラス基板１４の流路に面する側に凹部を形成し、この凹部に圧力センサＳを埋設するようにしてもよい。制御部Ｃは、圧力センサＳの測定結果が所定値（例えば大気圧）以上か否かを判断するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ベローズ６を上下動させるためにＣＰＵにより駆動量が制御される駆動部Ｋとを有している。駆動部Ｋとしては、例えばエアまたは油圧によるシリンダ駆動、ボールネジ駆動、またはリニアモータ等の駆動機構によって駆動する手段を用いることができる。
【００３１】
本実施の形態に係る熱輸送装置２０では、圧力センサＳにより流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力を検出し、ＣＰＵにより検出結果が所定値以上か否かを判断し、肯定判断のときは流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力を減少させ、否定判断のときは増加させることができる。従って、正確かつ安定的に流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力を所定値（例えば、減圧状態）に保つことができる。特に、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力が減圧状態に設定されている場合には、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力が増加してもベローズ６が伸長し難いが、駆動部Ｋを制御することで、減圧状態においてもベローズ６の収縮力に抗して伸長させることができる。
【００３２】
本発明は以上説明した実施形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３３】
上記各実施形態では、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力の増加を抑制するためにベローズ６を例示した。しかし、これに限定されず、ベローズ６の代わりに、図５に示す絞りを有する厚さ１００μｍ程度のダイヤフラム２８を用いるようにしてもよい。このようにしても同様に熱輸送装置の性能を維持することができる。
【００３４】
上記各実施形態では、蒸発部２のガラス基板１４の表面１４Ａにベローズ６が設けられている例を示した。しかし、ベローズ６の位置についてはこれに限定されず、流路Ｐ１〜Ｐ４に連通するように設けられていればよい。例えばパイプ３に貫通孔を設け、この貫通孔を介してベローズの内部と流路Ｐ２とが連通するようにベローズを設けることが好ましい。
【００３５】
上記各実施形態では、パイプ３、４が用いられている例を示した。しかし、パイプ３、４を用いずに、２枚の基板を重ね合わせて１つのコンテナで熱輸送装置を構成するようにしてもよい。この場合、当該１つのコンテナ内で冷媒のループ型の流路が設けられるように溝等を形成すればよい。また、パイプ３、４を用いる場合にも、これらの本数は特に限定されず、例えばそれぞれ１本ずつ用いるようにしてもよい。パイプ３、４が金属製の例を示したが、パイプ４は例えばカーボンやグラファイト等の高熱伝導性を有する材料が含まれていてもよい。一方、パイプ３はできるだけ熱伝導率の低い材料（断熱材）が好ましい。
【００３６】
上記各実施形態では、凝縮部５に封止部材１２が設けられている例を示した。しかし、貫通孔１４ａを冷媒の供給口として利用すると共に、ベローズ６を貫通孔１４ａの封止のために利用してもよい。このようにすれば、ベローズ６と別に封止部材１２を設ける必要がないので、低コスト化を図ることができる。
【００３７】
上記各実施形態では、熱輸送装置１、２０を例示した。しかし、例えば、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、ビデオカメラ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等の電子機器に熱輸送装置１又は２０を用いるようにてもよい。この場合、凝縮部５の近傍には、例えばヒートシンク、ファン装置等を設けることが好ましい。これにより、凝縮部５で放出された熱を効率よく電子機器の外部に放出することが可能となる。また、この場合、例えば、熱輸送装置１を搭載する電子機器の起動時に、ベローズ６を上昇させ、ベローズ６の内部の体積を増加させて、流路Ｐ１〜Ｐ４の圧力を減少させることで、冷媒を蒸発しやすくし、動作開始温度を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る熱輸送装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す熱輸送装置を示す側面図である。
【図３】図１に示す熱輸送装置の蒸発部を示すＩ−Ｉ断面図である。
【図４】本発明に係る他の実施形態の熱輸送装置を示す縦断面図である。
【図５】熱輸送装置のべローズの変形例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、２０…熱輸送装置
２…蒸発部
３、４…パイプ
６…ベローズ
１４…ガラス基板
１４ａ…貫通孔
１４Ａ…表面
１５…シリコン基板
Ｃ…制御部
Ｓ…圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005259747.tif 000006
【図５】
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