(57)【要約】【課題】本発明は、薄く柔軟性を有し、安定した冷却性能を有するシート状ヒートパイプを提供する。【解決手段】シート１，４を対向させ周辺部を接着フィルム２で貼り合わせ密閉したシート状コンテナと、前記コンテナ内壁面上に形成された毛細管力を発揮する溝５が形成されたウィック層としての金属層７，８と、金属線材をカットした略円柱状小片の切断面がコンテナ内壁面と垂直になるように、シート４の金属層８の所定の位置に固定配置された複数のスペーサー３と、前記シート状コンテナ内部に密封された作動流体と、を備えたシート状ヒートパイプ。【選択図】図１
2007183021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状部材を対向させ周辺部を貼り合わせて密閉したシート状コンテナと、前記コンテナ内壁面上に形成された毛細管力を発揮するウィック層と、金属線材をカットした略円柱状小片の切断面がコンテナ内壁面と垂直になるように前記ウィック層上の所定の位置に固定配置された複数のスペーサーと、前記コンテナ内部に密封された作動流体と、を備えたことを特徴とするシート状ヒートパイプ。
【請求項２】
前記シート状部材が軟質金属部材かもしくは少なくとも金属層を有する複合材であることを特徴とする請求項１記載のシート状ヒートパイプ。
【請求項３】
前記金属線材が金属細線の撚り線材であることを特徴とする請求項１または２記載のシート状ヒートパイプ。
【請求項４】
前記略円柱状小片の径が軸長より小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載のシート状ヒートパイプ。
【請求項５】
前記金属線材表面が半田合金により被覆されており、半田接合にて前記ウィック層上に固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載のシート状ヒートパイプ。
【請求項６】
前記ウィック層が前記内壁面に形成された溝形状を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載のシート状ヒートパイプ。
【請求項７】
前記ウィック層が前記内壁面に粗化し形成された粗化面層であることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載のシート状ヒートパイプ。
【請求項８】
前記ウィック層が前記内壁面に形成された網目形状を有していることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載のシート状ヒートパイプ。
【請求項９】
前記ウィック層が前記内壁面に形成された金属メッシュ層であることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載のシート状ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱量の大きい電子部品を冷却するシート状ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話、ビデオカメラ、その他、小型化、薄型化、軽量化や高密度実装が顕著である電子機器は、発熱量の大きい電子部品や駆動部からの発熱が、誤動作や製品寿命を縮める原因の一つとなっており、冷却を行う必要があった。しかし、小型化、薄型化された筐体内の発熱部に放熱板や放熱ファンを設置するスペースを確保できない場合も多く、このような場合には、シート状ヒートパイプにより発熱部の熱を筐体や筐体に設けられた放熱板、放熱ファン部に移動させて放熱する方法が採用されるようになってきている。
【０００３】
例えば、（特許文献１）には、真空封止されたフィルム製シート状のコンテナ内に作動液が封入され、コンテナ内部に蒸気流路と作動液を還流させるためのウィックが形成されたシート状ヒートパイプが提案されている。
【０００４】
また、（特許文献２）には、箔状のコンテナ内に、毛細管力を発揮し、かつ流路を備えた可動状態で収納されたスペーサーと作動流体を備えたシート状ヒートパイプが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１６５５８４号公報
【特許文献２】特開２００４−２８５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、（特許文献１）のシート状ヒートパイプでは、スペーサーとなる金属製芯線が複数本間隔をあけて整列配置される構造のため、製品全長が長くなるにつれてスペーサー間距離を一定に維持しながら貼り付けることが困難になり、ヒートパイプの冷却性能が不安定になるおそれがあった。
【０００６】
また、（特許文献２）のシート状ヒートパイプでは、スペーサーに設けられたスリットが作動流体の流れる流路と蒸気流路を兼用する構造のため、作動流体により蒸気流路の一部が狭くなり、閉塞し易く、ヒートパイプの冷却性能が低下する可能性があった。また、スリットを設けたスペーサーがシート状であるため、蒸気流路の高さが大きくなるにつれてスペーサーが厚くなり、柔軟性が低下するという課題があった。
【０００７】
上記の問題に鑑み、本発明は、薄く、柔軟性を有し、安定した冷却性能を有するシート状ヒートパイプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、シートを対向させ周辺部を貼り合わせて密閉し作製されたコンテナにおいて、コンテナ内部に複数の金属線材をカットした略円柱状小片が所定の位置に固定配置されて形成されたスペーサー層と作動流体、毛細管力を発揮するウィック層を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この構成により、コンテナ内部には折り曲げてもスペーサー部周辺に一定の蒸気流路が安定的に確保され、各スペーサーは略円柱状のカットワイヤー片が分散配置されているため、スペーサーの高さが大きくなっても柔軟性が保たれる。また、スペーサーをコンテナ内壁表面に半田接合により固定することで、接合部よりアウトガスの発生がなく、更にスペーサーが金属線材をカットした略円柱状小片であるため、線径のバラツキが小さく、スペーサー周辺の蒸気流路の高さを均一に保つことができ、安定した冷却性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の請求項１に記載のシート状ヒートパイプは、シート状部材を対向させ周辺部を貼り合わせて密閉したシート状コンテナと、コンテナ内壁面上に形成された毛細管力を発揮するウィック層と、金属線材をカットした略円柱状小片の切断面がコンテナ内壁面と垂直になるようにウィック層上の所定の位置に固定配置された複数のスペーサーと、コンテナ内部に密封された作動流体と、を備えたものである。この構成により高い柔軟性を有し、安定した熱輸送量が確保できる蒸気流路が形成できるという作用を有する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載のシート状ヒートパイプによれば、金属線材をカットした略円柱状小片をスペーサーとして切断面がコンテナ内壁面と垂直になるように分散配置することで、柔軟性があり、熱輸送量が多く、外形形状の設計自由度の高いシート状ヒートパイプを提供できるという効果が得られる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載のシート状ヒートパイプは、シート部材が軟質金属部材かもしくは少なくとも金属層を有する複合材である。これによりコンテナ内壁面が金属層となるため、容易に毛細管力を発揮するウィック層が形成できるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項２に記載のシート状ヒートパイプによれば、シート状部材が軟質金属部材かもしくは少なくとも金属層を有する複合材であることで、コンテナ内壁面が金属層となり、ウィック層及びスペーサーを強固に半田結合できるという効果がある。
【００１４】
本発明の請求項３に記載のシート状ヒートパイプは、金属線材が金属細線の撚り線材である。これにより複数本の金属細線を撚り合わせたスペーサーを用いることで、スペーサー自体が毛細管力を発揮するという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載のシート状ヒートパイプによれば、金属線材が金属細線の撚り線材であることから、スペーサー自体が毛細管力を有するため高い熱輸送量が得られるという効果がある。
【００１６】
本発明の請求項４に記載のシート状ヒートパイプは、金属線材をカットした略円柱状小片からなるスペーサーの線径がスペーサー長さより小さい。これにより全てのスペーサーの中心軸をシートに対して平行にした配置が容易になり、コンテナ内の隙間量をスペーサー線径に統一することができるため、性能のバラツキが小さくなるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項４に記載のシート状ヒートパイプによれば、スペーサー線径がスペーサー長さより小さいことで、テンプレートなどを用いて、容易に安定して所定配列ができ、安定した冷却性能が得られるという効果がある。
【００１８】
本発明の請求項５に記載のシート状ヒートパイプは、金属線材表面が半田合金により被覆されており、半田接合にてウィック層上に固定されている。これにより高い接合強度に加え接合部よりアウトガスが発生しないため、コンテナ内の状態を長期間安定維持できるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項５に記載のシート状ヒートパイプによれば、スペーサーを半田接合にてウィック層上に固定するため、安定した冷却性能が得られるという効果がある。
【００２０】
本発明の請求項６に記載のシート状ヒートパイプは、ウィック層が内壁面に形成された溝形状を有している。これにより溝に沿って毛細管力が発揮され、放熱部から受熱部までの作動流体の移動を効率よく行えるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項６に記載のシート状ヒートパイプによれば、ウィック層がシート内壁面をパターンエッチングして形成された溝であることから、新たにウィック層が不要なため柔軟性に優れるという効果がある。
【００２２】
本発明の請求項７に記載のシート状ヒートパイプは、ウィック層が内壁面を粗化し形成された粗化面層である。これにより粗化面に沿って毛細管力が発揮され、放熱部から受熱部までの作動流体の移動を効率よく行えるという作用を有する。
【００２３】
本発明の請求項７に記載のシート状ヒートパイプによれば、ウィック層がシート内壁面を粗化した粗化面であることから、新たにウィック層が不要なため柔軟性に優れるという効果がある。
【００２４】
本発明の請求項８に記載のシート状ヒートパイプは、ウィック層が内壁面に形成された網目形状を有している。これにより網目に沿って毛細管力が発揮され、放熱部から受熱部までの作動流体の移動を効率よく行えるという作用を有する。
【００２５】
本発明の請求項８に記載のシート状ヒートパイプによれば、ウィック層がシート内壁面に形成された網目材であることから、安定した冷却性能が得られるという効果がある。
【００２６】
本発明の請求項９に記載のシート状ヒートパイプは、ウィック層が内壁面に形成された金属メッシュ層である。これにより金属メッシュ層に沿って毛細管力が発揮され、放熱部から受熱部までの作動流体の移動を効率よく行えるという作用を有する。
【００２７】
本発明の請求項９に記載のシート状ヒートパイプによれば、ウィック層がシート内壁面に形成された金属メッシュ層であることから、安定した冷却性能が得られるという効果がある。
【００２８】
（実施の形態１）
先ず、実施の形態１，２において、シート状ヒートパイプ構造について説明し、シート状ヒートパイプのコンテナ内の構造例については、実施の形態３〜６で説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の形態１におけるシート状ヒートパイプを示す図である。図１（ａ）、図１（ｂ）は分解斜視図であり、シート１、接着フィルム２、スペーサー３、シート４、溝５から構成されている。図１（ｃ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であり、シート１は樹脂層６と金属層７、またシート４は金属層８と樹脂層９から構成され、スペーサー３による金属層７，８間の隙間により蒸気流路１１が形成されている。
【００３０】
図１（ａ）、図１（ｂ）で示すように、シート４の溝５面側に金属線材をカットした略円柱状小片からなるスペーサー３が固定され、シート４の溝５とシート１の溝５を対向させ、接着フィルム２で貼り合わせてシート状コンテナを形成する。シート状コンテナ内には適量の作動流体が封入されている。貼り合わせに使用される接着フィルム２はアウトガスを発生しないものが好ましく、また接着フィルム以外に、半田接合、銀ロウ接合、超音波接合など、シート１とシート４の周辺を貼り合わせて密閉可能な方法であれば他の方法を用いてもよい。
【００３１】
作動流体が移動する溝５は、複数本配置されるものとし、溝５のパターン形状については、毛細管力を効率良く発揮できるパターン形状であればどのようなパターン形状でもよい。金属線材をカットした略円柱状小片からなるスペーサー３がシート４上に分散配置されており、各スペーサー３間に空間が生じるため、シート１とシート４の柔軟性の低下を最小限に抑えつつ、蒸気流路１１を確保できる。
【００３２】
図１（ｃ）に示すように、金属層８の表面とスペーサー３との間に接合部１０が設けられている。この接合部１０は半田接合であり、接合方法しては、表面が半田合金で被覆されたスペーサー３を金属層８上の所定の位置に配置し、金属層８とスペーサー３を半田合金溶融温度まで加熱して溶融させ、冷却することにより金属層８上にスペーサー３を半田接合する。あるいは、半田ペーストを金属層８の所定の位置にスクリーン印刷し、この半田ペースト上にスペーサー３を配置し、半田ペーストを溶融、冷却して接合してもよい。また、半田接合以外の方法として、低アウトガスの接着剤、超音波接合などの方法を用いてもよい。
【００３３】
金属層７，８のそれぞれのシート状コンテナ内側となる面側には、溝５がパターンエッチングなどの方法により形成されており、ウィック層としての機能を有している。コンテナ内気圧は大気圧以下にしてある為、金属層７，８が薄くなりすぎると金属層７，８が大きく変形し、蒸気流路１１の空間を確保できなくなってしまう。このためシート１とシート４には、剛性を高めるためにそれぞれ樹脂層６，９を設けているが、金属層７，８の剛性で蒸気流路１１の空間を十分維持できる場合は、シート１とシート４の樹脂層６，９を無くしてもよい。
【００３４】
溝５の断面形状は、深さが１５μｍ以上、幅１００μｍ以上が望ましい。また、スペーサー３は線径が０．４ｍｍ以上、長さは５ｍｍ以下のものが望ましい。これにより、シート１とシート４の柔軟性を低下させることなく、受熱部で気化した作動流体を、蒸気流路１１を通して放熱部（図示せず）まで移動させ、放熱部で液化した作動流体を溝５により受熱部（図示せず）まで移動させることを効率よく安定的に行うことができる。
【００３５】
本実施の形態１では、スペーサー３を所定位置に規則的に配列する必要があるが、スペーサー３の線径よりスペーサー３の軸方向長さを大きくすることで、テンプレートなどを用いて一括配列が可能である。また、スペーサー３の個数は筐体の大きさにもより、限定するものではないが、スペーサー３を等間隔に配置するとして、数十から数百程度になる。結果として柔軟性を損なうことなく、熱輸送能力が高く、安定した冷却性能を有するシート状ヒートパイプを提供できる。
【００３６】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２におけるシート状ヒートパイプを示す図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は分解斜視図であり、シート１、接着フィルム２、スペーサー３、シート４、溝５から構成されている。図２（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図であり、シート１は樹脂層６、金属層７、またシート４は金属層８、樹脂層９から構成されている。実施の形態２と実施の形態１との違いは、スペーサー３の配置位置、配置数であり、シート状ヒートパイプの外形、厚みと熱輸送能力に応じてスペーサー３の配置位置、配置数は自由に設定できる。但しスペーサー３の配置数が多すぎたり配置位置が不規則になったりすると、シート１とシート４の柔軟性の低下、蒸気流路１１の閉塞が発生する場合もあるため、シート状ヒートパイプの仕様に応じた配置を行う必要がある。
【００３７】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３におけるシート状ヒートパイプの断面図であり、実施の形態１，２の溝５の代わりに金属層７，８の表面が粗化されて粗化面１２となっている。この粗化により金属層７，８表面に毛細管力が発揮され、作動流体を放熱部から受熱部へ移動させることが可能となる。表面粗化はサンドブラスト処理などの物理的処理や化学研磨などの化学的処理で行われ、表面粗さＲａ値は、Ｒａ＝０．２〜１μｍが望ましい。また樹脂層６，９を無くし、金属層７，８のみでもよい。
【００３８】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４におけるシート状ヒートパイプの断面図であり、実施の形態１，２の溝５の代わりに、ウィック層としてシート状の金属メッシュ層１４が毛細管力を発揮させるために設けられている。この金属メッシュ層１４は金属層７とスペーサー３との間に設けられ、半田接合などを用いて金属層７に固定されている。この金属メッシュ層１４に毛細管力が発揮されることで作動流体を放熱部から受熱部へ移動させることが可能となる。また、樹脂層６，９を無くし、金属層７，８のみでもよい。このシート状ヒートパイプを取付ける場合は、受熱部と放熱部に樹脂層６あるいは金属層７が接するように設置する。
【００３９】
（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５におけるシート状ヒートパイプの断面図であり、実施の形態１，２の溝５の代わりに、ウィック層としてシート状の金属メッシュ層１３が毛細管力を発揮させるために設けられている。スペーサー３は金属メッシュ層１３の片面に配置固定されている。この金属メッシュ層１３に毛細管力が発揮されることで作動流体を放熱部から受熱部へ移動させることが可能となる。また樹脂層６，９を無くし、金属層７，８のみでもよい。このシート状ヒートパイプを取付ける場合は、受熱部と放熱部に樹脂層９あるいは金属層８が接するように設置する。
【００４０】
（実施の形態６）
図６は本発明の実施の形態６におけるシート状ヒートパイプの断面図であり、実施の形態１，２の溝５の代わりに、ウィック層としてシート状の金属メッシュ層１３，１４が毛細管力を発揮させるために金属層８，７の表面にそれぞれ設けられている。スペーサー３はシート状の金属メッシュ層１３の片面に配置固定され、スペーサー３を挟んでシート状の金属メッシュ層１４が設けられている。この金属メッシュ層１３，１４に毛細管力が発揮されることで作動流体を放熱部から受熱部へ移動させることが可能となる。また樹脂層６，９を無くし、金属層７，８のみでもよい。このシート状ヒートパイプを取付ける場合は、スペーサー３を挟んで対向して金属メッシュ層１３，１４が設けられている為、貼り付ける面はどちらでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のシート状ヒートパイプは、柔軟性を損なうことなく、安定した高い冷却性能を提供できることから、発熱部に放熱板や放熱ファンを設置するスペースを確保できない電子機器の冷却用途に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるシート状ヒートパイプを示す図であり、（ａ），（ｂ）分解斜視図、（ｃ）（ａ）のＡ−Ａ’線断面図
【図２】本発明の実施の形態２におけるシート状ヒートパイプを示す図であり、（ａ），（ｂ）分解斜視図、（ｃ）（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図
【図３】本発明の実施の形態３におけるシート状ヒートパイプの断面図
【図４】本発明の実施の形態４におけるシート状ヒートパイプの断面図
【図５】本発明の実施の形態５におけるシート状ヒートパイプの断面図
【図６】本発明の実施の形態６におけるシート状ヒートパイプの断面図
【符号の説明】
【００４３】
１    シート
２    接着フィルム
３    スペーサー
４    シート
５    溝
６    樹脂層
７    金属層
８    金属層
９    樹脂層
１０    接合部
１１    蒸気流路
１２    粗化面
１３    金属メッシュ層
１４    金属メッシュ層
【図１】
2007183021.tif 000003
【図２】
2007183021.tif 000004
【図３】
2007183021.tif 000005
【図４】
2007183021.tif 000006
【図５】
2007183021.tif 000007
【図６】
2007183021.tif 000008