(57)【要約】  放熱モジュールは、作動流体を内部に封入し、該封入した作動流体を蒸発させる蒸発部と、該蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部と、を有するコンテナと、  前記コンテナの内部に配置され、毛細管力によって前記凝縮した作動流体を前記凝縮部から前記蒸発部に移動させるウィックと、を備え、前記ウィックは、前記凝縮部から前記蒸発部に至る複数の液体流路を形成する複数のウィック部を有し、前記複数のウィック部は、前記作動流体の蒸気流路を挟んで互いに対向する対向部を有し、前記対向部の少なくともいずれか一方に、凹凸部が形成されている。
2018116951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を内部に封入し、該封入した作動流体を蒸発させる蒸発部と、該蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部と、を有するコンテナと、  前記コンテナの内部に配置され、毛細管力によって前記凝縮した作動流体を前記凝縮部から前記蒸発部に移動させるウィックと、を備え、
前記ウィックは、前記凝縮部から前記蒸発部に至る複数の液体流路を形成する複数のウィック部を有し、
前記複数のウィック部は、前記作動流体の蒸気流路を挟んで互いに対向する対向部を有し、
前記対向部の少なくともいずれか一方に、凹凸部が形成されている放熱モジュール。
【請求項２】
前記対向部は、前記蒸発部のみに設けられている請求項１に記載の放熱モジュール。
【請求項３】
前記対向部の両方に、前記凹凸部が形成され、前記対向部の両方に形成された前記凹凸部において、前記対向部の一方に形成された凸部が、前記対向部の他方に形成された凹部に対向するように設けられている請求項１または２に記載の放熱モジュール。
【請求項４】
前記蒸発部において全ての蒸気流路は繋がっている請求項１〜３のいずれか一項に記載の放熱モジュール。
【請求項５】
前記凹凸部の凸部の先端に、第２の凹凸部が形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の放熱モジュール。
【請求項６】
前記複数のウィック部の間に柱部を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の放熱モジュール。
【請求項７】
前記柱部の側面が平坦であり、前記ウィックの前記柱部の側面に対向する面に前記凹凸部が形成されている請求項６に記載の放熱モジュール。
【請求項８】
前記凹凸部は、前記対向部および前記対向部以外で前記蒸気流路に面する前記ウィックの側面の全体に形成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の放熱モジュール。
【請求項９】
前記対向部は、前記凝縮部に設けられていない請求項１〜８のいずれか一項に記載の放熱モジュール。
【請求項１０】
前記凹凸部の凸部と凹部は、それぞれ平面視で三角形状に形成されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の放熱モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱モジュールに関する。
本願は、２０１６年１２月２０日に、日本に出願された特願２０１６−２４７０７５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、放熱モジュールの一形態として、ヒートパイプが開示されている。ヒートパイプは、基本的には空気等の非凝縮性の気体を脱気したコンテナ（容器）の内部に、目的とする温度範囲で蒸発および凝縮する水やアルコール等の流体を作動流体として封入し、さらに液相の作動流体を還流させるための毛細管力を発生するウィックをコンテナの内部に設けた構成を有する。【０００３】
コンテナに温度差が生じたとき、高温の蒸発部では作動流体が加熱されて蒸発し、コンテナの内部圧力も上昇する。蒸発部で生じた作動流体の蒸気は、温度及び圧力の低い凝縮部に向けて移動し、蒸発部で受けた熱を、蒸気の潜熱として、凝縮部に輸送する。凝縮部において、作動流体の蒸気は、放熱により凝縮する。そして、凝縮した作動流体は、ウィックに浸透し、ウィックの毛細管力により蒸発部に向けて還流する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開平１１−１８３０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような放熱モジュールの作動条件は、毛細管力ΔＰＣに、蒸気の圧力損失をΔＰＶ、液体の圧力損失をΔＰＬとして、以下の計算式（ａ）で表される。
ΔＰＣ  ≧  ΔＰＶ＋ΔＰＬ  …（ａ）
この計算式（ａ）から分かるように、放熱モジュールの最大熱輸送量を大きくするためには、毛細管力を大きくし、蒸気と液体の圧力損失を小さくする必要がある。【０００６】
近年、スマートフォン、タブレットＰＣ等の携帯機器の薄型化は著しく、その携帯機器に搭載されているＣＰＵ等の熱を放熱するために、薄型の放熱モジュールが求められている。このような薄型の放熱モジュールでは、最大熱輸送量の低下の抑制と、その機械的強度を維持する工夫が必要となる。すなわち、比較的大きな放熱モジュールに関しては、広い蒸気流路と液体流路を確保できるため、蒸気と液体の圧力損失を小さくすることができる。しかしながら、薄型の放熱モジュールにおいては、これらを広く確保することが難しい。また、薄型の放熱モジュールにおいては、コンテナの肉厚も薄くなり、その機械的強度を確保することが困難になる。【０００７】
一方で、薄型の放熱モジュールでは、蒸発部の周辺に十分な作動流体を運ばなければならないため、ウィックを複数設け、あるいはウィックを複数に分岐させて、複数の液体流路を形成する場合がある。このような場合、複数のウィックの先端が蒸発部に密集することとなるため、この部分においてウィックの間に形成される蒸気流路が狭くなり、局所的に蒸気の圧力損失が大きくなるという可能性がある。また、単純に蒸気流路の幅を広げようとすると、コンテナの内部の空洞が広がることとなるため、機械的強度が弱くなり、コンテナの変形等の原因になる可能性がある。【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、作動流体の蒸気の圧力損失を低減させると共に、コンテナの機械的強度を確保することができる放熱モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る放熱モジュールは、作動流体を内部に封入し、該封入した作動流体を蒸発させる蒸発部と、該蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部と、を有するコンテナと、前記コンテナの内部に配置され、毛細管力によって前記凝縮した作動流体を前記凝縮部から前記蒸発部に移動させるウィックと、を備え、前記ウィックは、前記凝縮部から前記蒸発部に至る複数の液体流路を形成する複数のウィック部を有し、前記複数のウィック部は、前記作動流体の蒸気流路を挟んで互いに対向する対向部を有し、前記対向部の少なくともいずれか一方に、凹凸部が形成されている。【００１０】
上記一態様において、前記対向部は、前記蒸発部のみに設けられていてもよい。
上記一態様において、前記対向部の両方に、前記凹凸部が形成され、前記対向部の両方に形成された前記凹凸部において、前記対向部の一方に形成された凸部が、前記対向部の他方に形成された凹部に対向するように設けられていてもよい。
上記一態様において、前記蒸発部において全ての蒸気流路は繋がっていてもよい。
上記一態様において、前記凹凸部の凸部の先端に、第２の凹凸部が形成されていてもよい。
上記一態様において、前記複数のウィック部の間に柱部を有してもよい。
上記一態様において、前記柱部の側面が平坦であり、前記ウィックの前記柱部の側面に対向する面に前記凹凸部が形成されていてもよい。
上記一態様において、前記凹凸部は、前記対向部および前記対向部以外で前記蒸気流路に面する前記ウィックの側面の全体に形成されていてもよい。
上記一態様において、前記対向部は、前記凝縮部に設けられていなくてもよい。
上記一態様において、前記凹凸部の凸部と凹部は、それぞれ平面視で三角形状に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明の上記一態様によれば、作動流体の蒸気の圧力損失を低減させると共に、コンテナの機械的強度を確保することができる放熱モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るベーパーチャンバーの平断面図である。
【図２】図１に示すベーパーチャンバーのＡ−Ａ線での矢視断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る対向部の拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る対向部の変形例の拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るベーパーチャンバーの性能を評価する試験装置の平断面図である。
【図６】図５に示す試験装置による試験結果を示す表である。
【図７】本発明の一実施形態に係るベーパーチャンバーの変形例の平断面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る対向部の他の変形例の拡大図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に係る対向部の他の変形例の拡大図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態に係る凹凸部の変形例の平断面図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態に係る凹凸部の変形例の平断面図である。
【図９Ｃ】本発明の一実施形態に係る凹凸部の変形例の平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る放熱モジュール及びその製造方法を、図面を参照しながら説明する。図面において、説明の便宜上、いくつかの部分が拡大されまたは省略されており、図面に表されている各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
以下の説明では、放熱モジュールの一実施形態として薄型のベーパーチャンバーを例示する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るベーパーチャンバー１の平断面図である。図２は、図１に示すベーパーチャンバー１のＡ−Ａ線での矢視断面図である。
ベーパーチャンバー１は、作動流体の潜熱を利用する熱輸送素子である。このベーパーチャンバー１は、図１に示すように、作動流体を内部に封入したコンテナ２と、コンテナ２の内部に配置されたウィック３と、を有する。
【００１５】
作動流体は、周知の相変化物質から構成される熱輸送媒体であって、コンテナ２内で液相と気相とに相変化する。例えば、作動流体として、水（純水）、アルコール、アンモニア等を採用できる。なお、作動流体について、液相の場合を「作動液」、気相の場合を「蒸気」と記載して説明することがある。また、液相と気相とを特に区別しない場合には作動流体と記載して説明することがある。また、作動流体は図示されていない。
【００１６】
コンテナ２は、密閉された中空容器であり、平面方向（図１における紙面上下左右方向）の寸法が、厚み方向（図１における紙面垂直方向、図２における上下方向）よりも大きい扁平形状に形成されている。コンテナ２の厚みは、例えば、コンマ数ｍｍ〜３ｍｍ程である。また、コンテナ２は、厚み方向から見た平面視で略長方形状を有している。このコンテナ２には、封入した作動流体を蒸発させる蒸発部４と、該蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部５とが形成されている。本実施形態では、蒸発部４が、図１において紙面上方の中央に形成されている。
【００１７】
蒸発部４とは、熱源１００から熱を受ける領域である。なお、蒸発部４は、熱源１００の外形（実装面積）と同じ領域からだけでなく、その外形よりも一回り大きな領域からも熱を受けることがある。一方、凝縮部５とは、蒸発部４の周囲に形成された領域であって、蒸発部４以外の領域である。なお、熱源１００としては、電子機器の電子部品、例えば、ＣＰＵ等が挙げられる。
【００１８】
コンテナ２は、図２に示すように、コンテナボディ１０と、トッププレート１１と、ボトムプレート１２と、を有する。コンテナボディ１０は、例えば、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金等から形成することができる。また、トッププレート１１及びボトムプレート１２は、例えば、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金、鉄、ステンレス、銅とステンレスとの複合材（Cu-SUS）、銅でステンレスを挟み込んだ複合材（Cu-SUS-Cu）、ニッケルとステンレスとの複合材（Ni-SUS）、ニッケルでステンレスを挟み込んだ複合材（Ni-SUS-Ni）等から形成することができる。
【００１９】
コンテナボディ１０をトッププレート１１及びボトムプレート１２よりも熱伝導率の高い材料から形成した場合、トッププレート１１及びボトムプレート１２は、コンテナ２の変形を防止するため硬度の高い材料から形成されることが好ましい。例えば、コンテナボディ１０を、熱伝導率の高い銅から形成した場合、トッププレート１１及びボトムプレート１２は、銅とステンレスとの複合材（Cu-SUS）、銅でステンレスを挟み込んだ複合材（Cu-SUS-Cu）、ニッケルとステンレスとの複合材（Ni-SUS）、ニッケルでステンレスを挟み込んだ複合材（Ni-SUS-Ni）等から形成することが好ましい。
【００２０】
なお、トッププレート１１及びボトムプレート１２は、同一の材料から形成しても、異なる材料から形成してもよい。また、トッププレート１１及びボトムプレート１２は、同一の厚みであっても、異なる厚みであってもよい。また、トッププレート１１及びボトムプレート１２のいずれか一方は、コンテナボディ１０と一体で形成されていてもよい。例えば、トッププレート１１及びボトムプレート１２のいずれか一方をプレス成型で溝付き加工等することで、コンテナボディ１０の後述する枠部１０ａ及び柱部１０ｂを兼ねる部材を形成し、それに他方を接合することでコンテナ２を形成する構成であってもよい。
【００２１】
コンテナボディ１０は、図１に示すように、コンテナ２の外形を形成する枠部１０ａと、枠部１０ａによって囲まれた領域に配置された複数の柱部１０ｂと、を有する。複数の柱部１０ｂは、コンテナ２の短手方向において一定の間隔をあけて配置され、コンテナ２の長手方向に平行に延在している。複数の柱部１０ｂは、コンテナ２の厚み方向における膨張や凹みを防ぐために設けられる。複数の柱部１０ｂは、コンテナ２を支える柱（補強部材）となり、薄型のベーパーチャンバー１の機械的強度を確保する。枠部１０ａと柱部１０ｂとの間、及び、隣り合う柱部１０ｂ同士の間には、隙間が形成されており、この隙間に作動流体流路１３が形成される。本実施形態の作動流体流路１３は、複数（本実施形態では４つ）のチャンネル１３ａから構成される。長手方向とは、図１における上下方向である。
【００２２】
作動流体流路１３は、図２に示すように、コンテナボディ１０にトッププレート１１及びボトムプレート１２を接合することで密閉される。作動流体流路１３は、熱源１００から熱を受ける第一面１４と、第一面１４とは反対側の第二面１５と、第一面１４と第二面１５との間を接続する接続面１６と、によって囲まれている。本実施形態のコンテナ２は、例えば、ボトムプレート１２側から熱源１００の熱を受ける構成となっており、ボトムプレート１２の上面が第一面１４となり、トッププレート１１の下面が第二面１５となり、柱部１０ｂの側面（または図１に示す枠部１０ａの内側面１０ａ１）が接続面１６となるように構成されている。柱部１０ｂの側面は、蒸気流路１７に対向している。柱部１０ｂの接続面１６は、平坦であり（すなわち、凹凸部は設けられておらず）、柱部１０ｂだけでは毛細管力を生じるようには構成されていない。
【００２３】
この作動流体流路１３には、図１に示すように、ウィック３が配置されている。ウィック３は、蒸発部４内において作動液が蒸発して蒸気となり、凝縮部５内において当該蒸気が凝縮して作動液になったものを、毛細管力によって凝縮部５から蒸発部４に移動（還流）させる。本実施形態のウィック３は、作動流体流路１３の各チャンネル１３ａに配置される複数のウィック枝部２０（ウィック部）と、複数のウィック枝部２０の根元部を互いに接続するウィック幹部２１と、を備える。なお、各ウィック枝部２０と、ウィック幹部２１の幅とは同一に形成されている。
【００２４】
ウィック３は、複数の細線を格子状に編み込んだメッシュから形成されている。ウィック３を形成する細線としては、例えば、熱伝導率が高い銅材を好適に用いることができる。この細線は、例えば、直径が数十μｍ〜百数十数μｍの大きさに形成されている。ウィック３は、図２に示すように、作動流体流路１３において、第一面１４及び第二面１５に接触している。なお、ウィック３の側面３ａと、この側面３ａに対して空間をあけて配置された接続面１６との間には、作動流体の蒸気流路１７が形成される。
【００２５】
ウィック３と第一面１４及び第二面１５との界面に形成される隙間１８ａは、作動液を流動させる液体流路１８となり、作動液を凝縮部５から蒸発部４へ還流させる。また、ウィック３の内部の細線の隙間１８ｂも、作動液を流動させる液体流路１８となり、作動液を凝縮部５から蒸発部４へ還流させる。なお、細線の隙間１８ｂは、ウィック３と第一面１４及び第二面１５との界面に形成される隙間１８ａよりも空間が小さいため、隙間１８ａの液体流路１８の方が、隙間１８ｂの液体流路１８よりも作動液の搬送能力は大きい。
【００２６】
図１に戻り、複数のウィック枝部２０は、上述した液体流路１８を複数形成する。複数のウィック枝部２０は、ウィック幹部２１から各チャンネル１３ａに挿入され、各チャンネル１３ａから熱源１００の実装領域まで延在し、それぞれの先端部が蒸発部４に独立して挿入されている。第１ウィック枝部２０ａ及び第４ウィック枝部２０ｄは、凝縮部５から枠部１０ａの内側面１０ａ１に沿って延在し、蒸発部４に挿入されている。また、第２ウィック枝部２０ｂ及び第３ウィック枝部２０ｃは、凝縮部５から隣り合う柱部１０ｂの間を延在し、蒸発部４に挿入されている。第１ウィック枝部２０ａと第２ウィック枝部２０ｂとの間、第２ウィック枝部２０ｂと第３ウィック枝部２０ｃとの間、第３ウィック枝部２０ｃと第４ウィック枝部２０ｄとの間には、それぞれ柱部２０が形成されている。
【００２７】
蒸発部４においては、複数のウィック枝部２０の先端部が密集する。このため、蒸発部４において、全ての蒸気流路１７が繋がっている。
複数のウィック枝部２０は、蒸発部４において、蒸気流路１７（空間）を挟んで互いに対向する対向部２３を有する。具体的に、蒸発部４には、第１ウィック枝部２０ａと第２ウィック枝部２０ｂとが対向する対向部２３ａｂと、第２ウィック枝部２０ｂと第３ウィック枝部２０ｃとが対向する対向部２３ｂｃと、第３ウィック枝部２０ｃと第４ウィック枝部２０ｄとが対向する対向部２３ｃｄと、第４ウィック枝部２０ｄと第１ウィック枝部２０ａとが対向する対向部２３ｄａと、が設けられている。これらの対向部２３には、凹凸部３０が形成されている。
【００２８】
図３は、本実施形態に係る対向部２３の拡大図である。なお、図３は、第１ウィック枝部２０ａと第２ウィック枝部２０ｂとの対向部２３ａｂの模式図であるが、他の対向部２３においても同様の構成となっている。
図３に示すように、対向部２３ａｂには、凹凸部３０が形成されている。本実施形態の凹凸部３０は、第２ウィック枝部２０ｂに対向する第１ウィック枝部２０ａの対向部２３ａと、第１ウィック枝部２０ａに対向する第２ウィック枝部２０ｂの対向部２３ｂの両方に形成されている。
【００２９】
凹凸部３０は、凸部３１と凹部３２とを複数有し、凸部３１と凹部３２とは、蒸気流路１７に沿って交互に配置されている。凹凸部３０の凸部３１と凹部３２は、それぞれ図３に示す平面視で矩形状に形成されている。すなわち、凸部３１の角部と、凹部３２の角部は、それぞれ直角に形成されている。このような凹凸部３０は、プレス機による型抜き加工によって形成することができる。凸部３１と凹部３２の蒸気流路１７に沿う方向の長さは、いずれも同じである。なお、凸部３１と凹部３２の蒸気流路１７に沿う方向の長さは、互いに異なっていてもよい。
【００３０】
また、対向部２３ａｂの一方（例えば、対向部２３ａ）に形成された凹凸部３０の凸部３１は、対向部２３ａｂの他方（例えば、対向部２３ｂ）に形成された凹凸部３０の凹部３２に対向するように設けられている。すなわち、対向部２３ａに形成された凹凸部３０と、対向部２３ｂに形成された凹凸部３０とにおいて、凸部３１（または凹部３２）が互い違いになるように配置されている。
【００３１】
図３に示す符号ａは、蒸気流路１７の主要な流路幅を示す。蒸気流路１７の主要な流路幅とは、凹凸部３０が無い場合の互いに対向するウィック３の側面３ａ間の空間幅を指す。また、図３に示す符号ｂは、凹凸部３０の凸部３１の先端から凹部３２の底までの長さ（深さ）を示す。凸部３１の先端は、ウィック３の側面３ａであって、凹部３２は、側面３ａに対し深さｂで形成された溝である。深さｂは、図１に示すウィック枝部２０の幅が５ｍｍに形成されたときに、例えば２ｍｍ程度の大きさに形成されている。
【００３２】
図３に示す符号ｃは、対向部２３ａに形成された凸部３１の先端から、この凸部３１に対向する対向部２３ｂの凹部３２の底までの蒸気流路１７の最大幅を示す。蒸気流路１７の最大幅ｃは、主要幅ａよりも大きく形成されており、例えば、主要幅ａが２ｍｍに形成されたときにその２倍の４ｍｍ程度の大きさに形成されている。本実施形態では、対向部２３ａに形成された凹凸部３０と、対向部２３ｂに形成された凹凸部３０とにおいて、凸部３１（または凹部３２）が互い違いになるように配置されているため、蒸気流路１７の最大幅ｃは一定である。
【００３３】
続いて、上記構成のベーパーチャンバー１による熱輸送サイクルについて説明する。
ベーパーチャンバー１は、熱源１００で生じた熱を受け取ることによって、蒸発部４内の作動液が蒸発する。蒸発部４では、ウィック３に浸透している作動液が蒸発する。蒸発部４で生じた蒸気は、蒸発部４よりも圧力および温度が低い凝縮部５へ向けて蒸気流路１７内を流動する。ウィック３は、図２に示すように、接続面１６と隙間をあけて配置されていているため、蒸気はウィック３の側面３ａに沿って流動することができる。
【００３４】
凝縮部５では、凝縮部５に到達した蒸気が冷却されて凝縮する。凝縮部５で生じた作動液は、ウィック３に浸透し、凝縮部５から蒸発部４へ還流される。ウィック３は、凝縮部５から蒸発部４に至る複数のウィック枝部２０を有し、各ウィック枝部２０が形成する液体流路１８によって、作動液を凝縮部５から蒸発部４へ還流させる。ウィック枝部２０は、凝縮部５から蒸発部４にかけて、図２に示すように、作動流体流路１３の第一面１４及び第二面１５と接触しているため、コンテナ２を支える柱（補強部材）となり、薄型のベーパーチャンバー１の機械的強度を確保する。
【００３５】
ところで、蒸発部４では、各ウィック枝部２０の先端部が密集することとなるため、これらウィック枝部２０の対向部２３に形成される蒸気流路１７において、蒸気の圧力損失が大きくなり易い。このため、本実施形態では、これらの対向部２３に、凹凸部３０を形成している。圧力損失とは、管内流れにおいて層流の場合に、管に働くせん断応力が流体に対して摩擦として働くことによる流れ方向へのエネルギー損失である。このせん断応力は、流路を形成する壁面で最も大きくなる。凹凸部３０の無い従来のウィック構造では、蒸気流路１７に対して一様にウィック３の側面３ａが配置されるのに対し、本実施形態のウィック構造では、図３に示すように蒸気流路１７の主要幅ａは従来構造と同様であるものの、凹部３２があることによって、壁面を蒸気流路１７から遠ざけることができる。このため、従来の構造と比較して圧力損失を低減することができる。このため、本実施形態では、蒸発部４を介してすべての蒸気流路１７が繋がっていても、圧力損失を低減しつつ、すべての蒸気流路１７における蒸気圧を均一にすることができる。
なお、本実施形態では、蒸発部４のみに対向部２３が設けられている。なお、対向部２３の位置は蒸発部４のみに限定されない。
【００３６】
また、薄型のベーパーチャンバー１においてコンテナ２の材料は、内部空間を可能な限り確保するために薄いものが用いられる。このため、内部が負圧になるベーパーチャンバー１において、蒸気の圧力損失を低減させるべく、単に蒸気流路１７の幅を大きくした場合には、容易に変形してしまう虞がある。このため、本実施形態のウィック構造では、凹部３２だけでなく凸部３１を形成することで、コンテナ２を支える柱を部分的に残し、コンテナ２を補強している。すなわち、本実施形態のウィック構造によれば、対向部２３に凹凸部３０を形成することによって、蒸気流路１７の流路幅を広げつつ、コンテナ２を補強することができる。このため、本実施形態のウィック構造によれば、蒸気の圧力損失を低減させると共に、コンテナ２の機械的強度を確保することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、図２に示すように、一方の対向部２３に形成された凸部３１が、他方の対向部２３の凹部３２に対向するように設けられている。この構成によれば、ウィック枝部２０に凹部３２が形成されたとしても、そのウィック枝部２０に対向するウィック枝部２０からこの凹部３２に向かって凸部３１が張り出しているため、蒸気流路１７の幅はｃよりも大きくなることはない。また、対向部２３における蒸気流路１７の幅は、ｃで一定に維持されるため、局所的に蒸気流路１７の幅が狭くなることがなく、蒸気の圧力損失を好適に低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、図１に示すように、複数のウィック枝部２０の対向部２３は、蒸発部４に設けられている。これら対向部２３には、凹凸部３０が形成されているため、蒸発部４の熱抵抗を低減させることができる。すなわち、図２に示すように、ウィック枝部２０が作動流体流路１３の第一面１４及び第二面１５と接触している場合、蒸発は側面３ａ（蒸気流路１７と接する部分）で生じる。このため、ウィック枝部２０の蒸気流路１７に接する部分に凹凸部３０が形成されることで、凹凸部３０が無い従来のウィック構造に比べて、作動流体の蒸発面積を大きく確保することができ、蒸発部４の熱抵抗を低減することが可能となる。また、本実施形態では、蒸発部４を介してすべての蒸気流路１７が繋がっている。このため、すべての蒸気流路１７における蒸気圧を均一にすることができる。
【００３９】
さらに、図４に示すような構成を採用することで、蒸発部４の熱抵抗をより低減することができる。
図４は、本実施形態に係る対向部２３の変形例の拡大図である。
図４に示すウィック３Ａには、凹凸部３０の凸部３１の先端に、第２の凹凸部３０ａが形成されている。第２の凹凸部３０ａは、凹凸部３０の凸部３１の先端に、カッター等によって複数の切れ込みを入れることで形成されている。第２の凹凸部３０ａは、凸部３１ａ及び凹部３２ａを有し、凸部３１ａはブラシの毛のように蒸気流路１７に向かって広がっている。
【００４０】
図４に示す符号ｄは、第２の凹凸部３０ａの凸部３１ａの先端から凹部３２ａの底までの長さ（深さ）を示す。凸部３１ａの先端は、ウィック３の側面３ａであって、凹部３２ａは、側面３ａに対し深さｄで形成された溝である。深さｄは、深さｂが２ｍｍに形成されたときに、例えばその１／４程度の大きさ、すなわち、０．５ｍｍ程度の大きさに形成されている。この構成によれば、第２の凹凸部３０ａによって、図３に示すウィック構造よりも蒸発面積を大きく確保することができ、蒸発部４の熱抵抗をより低減することが可能となる。
【００４１】
図５は、本実施形態に係るベーパーチャンバー１の性能を評価する試験装置の平断面図である。図６は、図５に示す試験装置による試験結果を示す表である。
ベーパーチャンバー１の性能を評価するため、図５に示すような試験装置を作成した。
この試験装置では、ベーパーチャンバー１の一方の板面（例えば裏面）に熱源１００（ヒーターセンサー）を取り付け、ベーパーチャンバー１の他方の板面（例えば表面）に複数の温度センサーＴ１〜７を取り付けた構成になっている。蒸発部４の温度は、熱源１００であるヒーターセンサーで測定し、凝縮部５の温度は、複数の温度センサーＴ１〜７で測定し、ベーパーチャンバー１の性能を熱抵抗によって評価した。
【００４２】
熱抵抗は、下式（１）により求められる。Ｑ［Ｗ］は、熱源１００によって単位時間に加えられる熱量（いわゆる入熱量）である。Ｔｈ［℃］は、熱源１００（蒸発部４）の温度である。Ｔ１〜７［℃］は、温度センサーＴ１〜７が検出した凝縮部５の温度である。
入熱量は、熱源１００が電気ヒーターの場合、電力量である。温度Ｔｈは、熱源１００からの入熱量が、ベーパーチャンバー１を通じた放熱量と釣り合い、平衡に達した状態において測定する。なお、ベーパーチャンバー１の熱輸送能力が高いほど、熱抵抗は小さくなる。
【００４３】
【数１】
2018116951.tif 000003
【００４４】
図６は、比較例として、対向部２３に凹凸部３０がない通常のウィック構造と、対向部２３に凹凸部３０が形成された本実施形態のウィック構造と、さらに凸部３１の先端に第２の凹凸部３０ａ（切れ込み）が形成された変形例のウィック構造との試験結果を示している。なお、各ウィック構造を備えるベーパーチャンバー１の試験装置のトータルの厚みは同一である。図６に示す試験結果を比較すると、凹凸部３０が形成された本実施形態のウィック構造の方が、通常のウィック構造よりも、熱抵抗が２０％程度小さくなった（熱輸送能力が２０％程度高くなった）。また、さらに第２の凹凸部３０ａが形成された変形例のウィック構造の方が、通常のウィック構造よりも、熱抵抗が４０％程度小さくなった（熱輸送能力が４０％程度高くなった）。このように、図３及び図４に示すウィック構造によれば、蒸発部４において蒸発面積を広げることができ、熱抵抗を低減できることが分かる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、作動流体を内部に封入し、該封入した作動流体を蒸発させる蒸発部４と、該蒸発した作動流体を凝縮させる凝縮部５と、を有するコンテナ２と、コンテナ２の内部に配置され、凝縮した作動流体を毛細管力によって凝縮部５から蒸発部４に移動させるウィック３と、を備え、ウィック３は、凝縮部５から蒸発部４に至る複数の液体流路１８を形成する複数のウィック枝部２０を有し、複数のウィック枝部２０は、作動流体の蒸気流路１７を挟んで互いに対向する対向部２３を有し、対向部２３に、凹凸部３０が形成されている、という構成を採用することによって、作動流体の蒸気の圧力損失を低減させると共に、コンテナ２の機械的強度を確保することができるベーパーチャンバー１が得られる。また、この構成によれば、蒸発部４において作動流体の蒸発面積を広げ、熱抵抗を低減し、熱輸送能力を高めることができる。
【００４６】
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
【００４７】
例えば、図７〜図９Ｃに示す変形例を採用することができる。以下の説明において、上述の実施形態と同一または同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００４８】
図７に示す変形例に係るウィック３Ｂは、凹凸部３０が、対向部２３だけでなく、対向部２３以外で蒸気流路１７に接する側面３ａの全体に形成されている。この構成によれば、蒸気流路１７の全体で圧力損失を低減させると共に、コンテナ２の機械的強度を確保することができる。つまり、柱部１０ｂの側面（接続面）が平坦である一方で、複数のウィック枝部２０のこの柱部１０ｂの側面に対向する面には凹凸部３０が形成されている。
【００４９】
図８Ａに示す変形例に係るウィック３Ｃ１は、対向部２３ａｂの一方（例えば、対向部２３ａ）に形成された凹凸部３０の凸部３１が、対向部２３ａｂの他方（例えば、対向部２３ｂ）に形成された凹凸部３０の凸部３１に対向するように設けられている。
また、図８Ｂに示す変形例に係るウィック３Ｃ１は、対向部２３ａｂの一方（例えば、対向部２３ａ）には凹凸部３０が形成されておらず、対向部２３ａｂの他方（例えば、対向部２３ｂ）には凹凸部３０が形成されている。
【００５０】
図８Ａ及び図８Ｂに示す構成であっても、上述した実施形態と同様に、蒸気流路１７から壁面を遠ざけることができるため、従来の構造と比較して圧力損失を低減すると共に、コンテナ２の機械的強度を確保することができる。なお、圧力損失の低減の観点からは、図８Ａに示すウィック構造よりも、凹部３２が多い図８Ｂに示すウィック構造の方が好ましく、また、図８Ａに示すウィック構造よりも、最大幅ｃが一定の図３及び図４に示すウィック構造の方が好ましい。
【００５１】
図９Ａに示す変形例に係るウィック３Ｄは、波状に形成された凹凸部３０ｄを有し、凸部３１ｄと凹部３２ｄが、それぞれ平面視で湾曲形状に形成されている。
図９Ｂに示す変形例に係るウィック３Ｅは、角部が丸まった凹凸部３０ｅを有し、凸部３１ｅと凹部３２ｅが、それぞれ平面視で略矩形状に形成されている。
図９Ｃに示す変形例に係るウィック３Ｆは、三角形状の凹凸部３０ｆを有し、凸部３１ｆと凹部３２ｆが、それぞれ平面視で三角形状に形成されている。
【００５２】
図９Ａ〜図９Ｃに示す構成であっても、上述した実施形態と同様に、蒸気流路１７から壁面を遠ざけることができるため、従来の構造と比較して圧力損失を低減すると共に、コンテナ２の機械的強度を確保することができる。図９Ａ〜図９Ｃに示す構成によれば、凹凸部３０ｄ〜３０ｆをプレス加工により形成する際に、図３に示す構成と比べて、直角部がないために型抜きが容易になる。なお、作動流体の蒸発面積を大きくする観点からは、側面３ａのエッジの輪郭を長く確保することができる、図３及び図４に示す矩形状のウィック構造の方が好ましい。
【００５３】
また、例えば、上記実施形態では、ウィック３を複数に分岐させて複数の液体流路１８を形成する構成について説明したが、ウィック３をコンテナ２の内部に複数配置して、複数の液体流路１８を形成する構成であってもよい。すなわち、複数のウィック部は、複数のウィック３から構成されていてもよい。
また、ウィック部の対向部は、蒸発部４以外の場所に設けられていてもよい。
【００５４】
また、例えば、上記実施形態では、ウィック３をメッシュから形成する構成について説明したが、ウィック３は、ファイバー、金属粉、フェルト、コンテナ２に形成されたグルーブ（溝）、もしくはそれらを組み合わせたものから形成されていてもよい。
【００５５】
また、例えば、上記実施形態では、放熱モジュールとして、ベーパーチャンバー１を例示したが、上記構成を放熱モジュールの別形態であるヒートパイプに適用してもよい。
【００５６】
また、本実施形態の放熱モジュールの用途は特に限定されないが、例示として、スマートフォン、タブレット型端末、携帯電話、パーソナルコンピュータ、サーバー、コピー機、ゲーム機、複合機、プロジェクター、電子機器、燃料電池、人工衛星等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５７】
１…ベーパーチャンバー、２…コンテナ、３…ウィック、３ａ…側面、４…蒸発部、５…凝縮部、１６…接続面、１７…蒸気流路、１８…液体流路、２０…ウィック枝部（ウィック部）、２３…対向部、３０…凹凸部、３１…凸部、３２…凹部
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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