(57)【要約】【課題】従来の薄型シート状ヒートパイプよりも更に薄厚で、高い熱輸送・拡散性能を有する薄型シート状ヒートパイプを提供する。【解決手段】薄型シート状ヒートパイプ１は、薄い金属箔２ａ、２ｂを接合して形成した封筒状のコンテナ３内に、流路形成シート４を少量の作動流体とともに封入し、空気を抜いた後、コンテナ３を密閉封止してなる。流路形成シート４は、蒸発した作動流体の流路となる気相流路５と、凝縮した作動流体の流路となる液相流路６と、を有している。液相流路６は、作動流体をその毛細管力により流動させるウィック７からなる。気相流路５は、受熱部Ｈと重なる位置から放射状に延びる直線状の複数の主流路８からなる。隣り合う主流路８同士はウィック７により仕切られており、主流路８が集合する部分にもウィック７が存在している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉されたシート状のコンテナと、
前記コンテナ内に作動流体と共に収容された流路形成シートとを有し、
前記流路形成シートは、
蒸発した前記作動流体の流路となる気相流路と、
凝縮した前記作動流体の流路となる液相流路と、を有し、
前記液相流路は、前記作動流体をその毛細管力により流動させるウィックからなり、
前記気相流路は、
受熱部と重なる位置から放射状に延びる複数の主流路を有し、
前記主流路同士が前記ウィックにより仕切られており、
前記複数の主流路が集合する部分に前記ウィックが存在していることを特徴とする、薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項２】
前記複数の主流路が集合する部分において、前記複数の主流路のうち少なくとも１本の主流路の幅がその先端にかけて漸次細くなっていることを特徴とする請求項１に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項３】
前記複数の主流路が集合する部分において、前記複数の主流路のうちの２本が直線状に連通していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項４】
前記複数の主流路が集合する部分において、前記複数の主流路のうち４本が十字状に連通していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項５】
前記気相流路は、
前記流路形成シートの周縁側の端部から当該周縁に沿って延びる延長部を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項６】
前記延長部が他の主流路または他の主流路の延長部と連通していることを特徴とする請求項５に記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項７】
前記気相流路は、
それぞれの前記主流路が自身からその隣の前記主流路に向かって分岐した少なくとも１本の副流路を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項８】
前記気相流路は、
それぞれの前記主流路からその両隣の前記主流路に向かって分岐した複数の副流路からなる櫛歯状流路を有し、
互いに隣接する前記主流路から延びる前記櫛歯状流路同士が噛み合うように配置され、且つ、前記櫛歯状流路同士が前記ウィックにより仕切られていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項９】
前記流路形成シートの周縁部全周に亘って前記ウィックが存在している、請求項１乃至８のいずれかに記載の薄型シート状ヒートパイプ。
【請求項１０】
前記流路形成シートは、紐状のウィックが折り曲げられて形成されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の薄型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、電子機器内の高温部から熱を吸収し低温部に輸送・拡散する熱輸送デバイスに関し、特に、電子機器内の極狭いスペースに設置されるシート状ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
シート状ヒートパイプとして、図１９に示す構造のものが知られている。このシート状ヒートパイプ２１は、薄い金属箔２２ａ、２２ｂを接合して形成した封筒状或いは帯状のコンテナ２３内に、毛細管力を発揮するウィックからなる流路形成シート２４と、これを挟む二枚の耐圧シート２５ａ、２５ｂとを、少量の水とともに封入し、空気を抜いた後、コンテナ２３を密閉封止してなる。流路形成シート２４には、直線状の複数の気相流路２６が互いに平行に並べて形成されており、各気相流路２６が蒸発した作動流体の流路となる。作動流体は、熱源と接している受熱部で気化して気相流路２６内に拡散し、低温部（凝縮部）で凝縮する際、潜熱を放出する。凝縮した作動流体はウィックに吸収され、重力や毛細管力によって受熱部に還流する（図１８参照）。
このシート状ヒートパイプ２１は、ペラフレックス（登録商標）という商品名で製品化されており、従来のヒートパイプの持つ高い熱輸送・拡散性能に加えて、極狭いスペースに実装可能、軽量、曲げ加工が容易、平面的な形状の自由度が大きい、トップヒート作動が可能、等、従来のヒートパイプには無い特長を数多く有している。これらの特長を生かすことによって、従来困難とされてきたモバイル電子機器の熱輸送デバイスとしてのヒートパイプの使用が可能となった。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８２６９８号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モバイル電子機器は高機能化に加えて薄型化する傾向にあり、モバイル電子機器内における熱輸送デバイスの設置スペースは、新型の機器が開発される度により厳しく制限される。このため、シート状ヒートパイプの更なる薄型化の実現が課題となっている。
この課題を解決し得るヒートパイプ構造として、従来のシート状ヒートパイプ２１から流路形成シート２４を挟んでいる二枚の耐圧シート２５ａ、２５ｂを省いた構造が考えられる。耐圧シート２５ａ、２５ｂは作動流体の流路形成には直接関与していないため、この構造が実現できれば、熱輸送・拡散性能を損なうことなく、耐圧シート２５ａ、２５ｂ二枚分の厚さだけシート状ヒートパイプを薄くすることが可能になる。
【０００５】
しかし、従来のシート状ヒートパイプ２１は、流路形成シート２４に直線状の複数の気相流路２６が互いに平行に並べて設けられており、気相流路２６同士が分離した構造になっているため、実装スペース上の制約や熱源のサイズが小さいといった事情で熱源との接触面積を大きく確保することができない場合、図２０に示すように、受熱部Ｈと全く重ならない気相流路２６が存在する。すなわち、図２０の例では、受熱部Ｈよりも左側と右側に位置する４本の気相流路２６が受熱部Ｈと全く重なっていない。このような場合、受熱部Ｈと重っている部分を有する一部の気相流路２６による熱輸送・拡散性能しか発揮し得ないため、冷却効率が大幅に低下することになる。気相流路２６の幅を大きくすれば、熱輸送・拡散の向上により冷却効率を高くすることができるが、コンテナ２３の内部は常温では大気圧よりも低圧であり、コンテナ２３を構成している金属泊２２ａ、２２ｂは変形しやすいため、耐圧シート２５ａ、２５ｂを省いた構造では、コンテナ２３の表面の気相流路２６に沿った部分が大気圧に屈して凹むおそれがある。この凹みの度合いによっては、気相流路２６内に液溜まりが生じ、気相流路２６が完全に閉塞されてしまう事態も生じ得る。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、従来のシート状ヒートパイプよりも更に薄厚で、高い熱輸送・拡散性能を有する薄型シート状ヒートパイプを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の薄型シート状ヒートパイプは、密閉されたシート状のコンテナと、前記コンテナ内に作動流体と共に収容された流路形成シートとを有し、前記流路形成シートは、蒸発した前記作動流体の流路となる気相流路と、凝縮した前記作動流体の流路となる液相流路と、を有し、前記液相流路は、前記作動流体をその毛細管力により流動させるウィックからなり、前記気相流路は、受熱部と重なる位置から放射状に延びる複数の主流路を有し、前記主流路同士が前記ウィックにより仕切られており、前記複数の主流路が集合する部分に前記ウィックが存在していることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、コンテナ表面の凹み防止のために従来コンテナ内に設けられていた耐圧シートを省略することにより、従来のものよりも厚さが更に小さいシート状ヒートパイプを実現することができる。コンテナ内に流路形成シートと共に耐圧シートを配置する必要がないので製造が容易である。また、気相流路を構成する主流路が受熱部と重なる位置から放射状に延びているので、熱源との接触面積を大きく確保することができない場合でも、必ず全ての主流路が受熱部と重なり、受熱部と全く重ならない孤立した気相流路が発生することはない。したがって、主流路の幅を小さくしても高い熱輸送・拡散性能を発揮することができ、耐圧シートを省略した構造でありながら、コンテナ表面に大気圧による凹みが発生することもない。また、ウィックが任意の位置から受熱部まで分断されることなく連続して存在するため、凝縮した作動流体の受熱部への還流も円滑になされる。また、主流路が集合する部分にウィックが存在することにより、コンテナ内に主流路の集合による大きな空間が形成されるのを防止して、コンテナ表面における大気圧による凹みの発生を防止することができる。
【０００９】
また、前記複数の主流路が集合する部分において、前記複数の主流路のうち少なくとも１本の主流路の幅がその先端にかけて漸次細くなっていることが望ましい。
この構成によれば、主流路が集合する部分にウィックをできるだけ多く存在させて、そこに形成される空間を限りなく小さくできる。全長に亘って幅が一定の複数の主流路を放射状に配置して一箇所に集めると、集まった箇所に大きな空間ができる。この空間が大きいとコンテナがつぶれやすくなるが、この構成によりそれを極めて有効に防ぐことができる。
【００１０】
本発明の薄型シート状ヒートパイプには、前記複数の主流路が集合する部分において、前記複数の主流路のうちの２本が直線状に連通しているもの、及び前記複数の主流路のうち４本が十字状に連通しているものが含まれる。
【００１１】
また、前記気相流路は、前記流路形成シートの周縁側の端部から当該周縁に沿って延びる延長部を有することが望ましい。
【００１２】
また、前記延長部が他の主流路または他の主流路の延長部と連通していることが望ましい。
また、前記気相流路は、それぞれの前記主流路が自身からその隣の前記主流路に向かって分岐した少なくとも１本の副流路を有することが望ましい。
【００１３】
また、本発明の薄型シート状ヒートパイプにおいて、前記気相流路は、それぞれの前記主流路からその両隣の前記主流路に向かって分岐した複数の副流路からなる櫛歯状流路を有し、互いに隣接する前記主流路から延びる前記櫛歯状流路同士が噛み合うように配置され、且つ、前記櫛歯状流路同士が前記ウィックにより仕切られていることが望ましい。
この構成によれば、熱源からの熱により蒸発した作動流体を気相流路を構成する主流路及び櫛歯状流路を通して流路形成シート全体に効率良く拡散させ、凝縮した作動流体をウィックからなる液相流路を通して受熱部へ円滑に還流させることができる。
【００１４】
また、本発明の薄型シート状ヒートパイプにおいて、前記流路形成シートの周縁部全周に亘って前記ウィックが存在していることが望ましい。この構成によれば、流路形成シートの周縁部から受熱部への作動流体の還流が円滑になされる。
また、前記流路形成シートは前記コンテナ内で可動であることが望ましい。流路形成シートがコンテナに対して可動であることにより、このヒートパイプの屈曲時にひずみを吸収して、座屈による空間の閉塞を防止できる。
また、前記流路形成シートは、紐状のウィックが折り曲げられて形成されているものでもよい。
また、前記作動流体は水であることが望ましい。水は潜熱が大きいので、作動流体として水を使用することにより、良好な熱輸送・拡散性能が得られる。また、安価であり、安全であり、環境負荷が小さいという利点もある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は以下の優れた効果を奏する。
（１）コンテナ表面の凹み防止のための耐圧シートを備えた従来のシート状ヒートパイプよりも厚さが小さい薄型シート状ヒートパイプを実現することができる。
（２）耐圧シートを省略した構造でありながら、コンテナ表面に大気圧による凹みが発生し難い薄型シート状ヒートパイプを実現することができる。
（３）熱源との接触面積を大きく確保することができない場合でも高い熱輸送・拡散性能を発揮し得る、冷却効率が極めて高い薄型シート状ヒートパイプを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の薄型シート状ヒートパイプの形態例を示す分解斜視図
【図２】図１に示す薄型シート状ヒートパイプの流路形成シートの平面図
【図３】流路形成シートの別の形態例を示す平面図
【図４】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図５】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図６】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図７】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図８】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図９】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図１０】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図１１】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図１２】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図１３】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図１４】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図１５】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図１６】流路形成シートの更に別の形態例を示す平面図
【図１７】本発明の薄型シート状ヒートパイプの別の形態例を示す製造工程図
【図１８】ヒートパイプの動作説明図
【図１９】従来のシート状ヒートパイプの分解斜視図
【図２０】図１８に示すシート状ヒートパイプの流路形成シートの平面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本発明の薄型シート状ヒートパイプの形態例を示す分解斜視図である。
この形態例の薄型シート状ヒートパイプ１は、薄い金属箔２ａ、２ｂを接合して形成した封筒状のコンテナ３内に、流路形成シート４を少量の作動流体とともに封入し、空気を抜いた後、コンテナ３を密閉封止してなる。流路形成シート４はコンテナ３内で可動である。また、作動流体には水を使用している。
【００１８】
流路形成シート４は、蒸発した作動流体の流路となる気相流路５と、凝縮した作動流体の流路となる液相流路６と、を有している。液相流路６は、作動流体をその毛細管力により流動させるウィック７からなる。気相流路５は、図２に示すように、熱源と接する受熱部Ｈと重なる位置から放射状に延びる直線状の複数の主流路８からなる。各主流路８の受熱部Ｈ側の端部は先端にかけて漸次細くなっており、鋭角状に尖った形状になっている。隣り合う主流路８同士はウィック７により仕切られており、主流路８が集合する部分すなわち受熱部Ｈの中央部にもウィック７が存在している。
【００１９】
コンテナ３の内圧はその温度における作動流体の飽和蒸気圧と等しくなるため，常温では大気圧よりも低い。流路形成シート４は大気圧で押し付けられてコンテナ３に固定される。そして、コンテナ３内には気相流路５を成す空間が形成される。
【００２０】
この薄型シート状ヒートパイプ１の動作について図６を参照して説明する。熱源により受熱部Ｈが加熱されると、受熱部Ｈにおける作動流体の飽和蒸気圧が高まり、作動流体が蒸発する。このとき入力された熱は作動流体の蒸発潜熱として吸収されるため、受熱部Ｈの温度上昇は極めて小さく抑えられる。蒸発した作動流体は放射状に設けられた複数の主流路８からなる気相流路５内を隅々まで拡散して、凝縮部Ｌ（相対的に温度の低い部位）において凝縮し、潜熱を放出する。凝縮した作動流体は液相流路６を構成するウィック７に吸収され、重力や毛細管力によって受熱部Ｈに還流する。この薄型シート状ヒートパイプ１の内部ではこのように相変化を利用した作動流体の循環が起こるため、極めて小さい温度差間での熱輸送が可能となる。
【００２１】
この薄型シート状ヒートパイプ１は、コンテナ３の表面の大気圧による凹み防止のために従来コンテナ３内に設けられていた耐圧シートを省略したことにより、図７に示した従来のシート状ヒートパイプよりも更に薄型になっている。また、コンテナ３内に流路形成シート４と共に耐圧シートを配置する必要がないので製造が容易である。また、気相流路５を構成する主流路８が受熱部Ｈと重なる位置から放射状に延びているので、熱源との接触面積を大きく確保することができない場合でも、必ず全ての主流路８が受熱部Ｈと重なり（図２参照）、受熱部Ｈと全く重ならない孤立した気相流路８が発生することはない。したがって、主流路８の幅を小さくしても高い熱輸送・拡散性能を発揮することができ、耐圧シートを省略した構造でありながら、コンテナ３の表面に大気圧による凹みが発生することもない。また、ウィック７が任意の位置から受熱部Ｈまで分断されることなく連続して存在するため、凝縮した作動流体の受熱部Ｈへの還流も円滑になされる。また、主流路８が集合する部分にウィック７が存在することにより、コンテナ３内に主流路８の集合による大きな空間が形成されるのを防止して、コンテナ３の表面における大気圧による凹みの発生を防止することができる。
【００２２】
また、流路形成シート４の周縁部全周に亘ってウィック８が存在しているので、流路形成シート４の周縁部から受熱部Ｈへの凝縮した作動流体の還流が円滑になされる。
また、流路形成シート４がコンテナ３に対して可動であることにより、屈曲時にひずみを吸収して、座屈による気相流路５の閉塞を防止できるフレキシブルなヒートパイプ構造が実現されている。この優れたフレキシブル性により、薄型化が進むモバイル電子機器内の極めて制約の多い設置スペースへのヒートパイプの設置が容易となる。
また、作動流体に潜熱の大きい水を使用していることにより、良好な熱輸送・拡散性能が得られる。また、安価であり、安全であり、環境負荷が小さいという利点もある。
【００２３】
なお、上記の例では、薄型シート状ヒートパイプ１の中央部に受熱部Ｈが設けられているが、受熱部Ｈの位置は薄型シート状ヒートパイプ１と熱源との位置関係によって異なる。図３に例示するように、薄型シート状ヒートパイプ１の端部に受熱部Ｈが設けられる場合もある。いずれの場合でも、その受熱部Ｈと重なる位置から主流路８を放射状に延ばして設けることにより、高い熱輸送・拡散性能を実現できる。
【００２４】
図４は流路形成シート４の別の形態例を示している。この例の流路形成シート４は、受熱部Ｈと重なる位置から放射状に延びる複数の主流路８に加えて、それぞれの主流路８からその両隣の主流路８に向かって分岐した複数の副流路９からなる櫛歯状流路１０を有しており、互いに隣接する主流路８から延びる櫛歯状流路１０同士が噛み合うように配置され且つ液相流路６を構成するウィック７により仕切られている。
この構成によれば、熱源からの熱により蒸発した作動流体を気相流路５を構成する主流路８及び櫛歯状流路１０を通して流路形成シート４全体に効率良く拡散させ、凝縮した作動流体をウィック７からなる液相流路６を通して受熱部Ｈへ円滑に還流させることができる。
なお、図４の例では、薄型シート状ヒートパイプ１の中央部に受熱部Ｈが設けられているが、熱源がヒートパイプ１の中央部以外の位置に接する場合には、図３の例と同様、その熱源と接する部分を受熱部Ｈとして、その受熱部Ｈと重なる位置から主流路８を放射状に延ばして設ければよい。
【００２５】
本発明は上記実施形態に限定されない。特に流路形成シート４の構成は多様である。
例えば、図５のように、受熱部Ｈと重なる位置から放射状に延びる略三角形状の複数の主流路８からなる気相流路５を有する流路形成シート４も高い熱輸送・拡散性能を実現する上で有効である。
また、図２の例では１６本の主流路８により気相流路５が構成されているが、図６のようにより少数（この例では６本）の主流路８で気相流路５を構成することも可能である。主流路８の本数が少ないほど流路形成シート４の製造が容易となるが、熱拡散効率は低下する。この場合、コンテナ３に凹みが発生しない限度において、熱拡散効率を向上させるべく主流路８の幅を大きく（例えば２ｍｍに）選定することが望ましい。
また、図６の例よりも受熱部Ｈが小さい場合、図７のように、気相流路５を構成する主流路８のうちいくつかの主流路８の先端部を、受熱部Ｈと重なる部分から湾曲させてもよい。この構造により、受熱部Ｈが小さい場合でも、主流路８を放射状に配置することができる。
また、図８に示すように、２本の主流路８を連通させて、主流路８をＵ字状又はＶ字状に形成するとともに、そのＵ字状又はＶ字状に湾曲した部分を受熱部Ｈと重なるように配置してなる気相流路５の構成も有効である。
【００２６】
また、図４に示した例では、各主流路８ごとに複数の副流路９からなる櫛歯状流路１０が設けられているが、図９のように、副流路９が各主流路８当たり１本だけ設けられている構成も本発明に含まれる。
また、図１０のように、気相流路５に、流路形成シート４の周縁側の端部から当該周縁に沿って延びる延長部８１を形成してもよい。また、図１１のように、延長部８１を渦巻き状に形成してもよい。
また、受熱部Ｈと重なる位置から放射状に延びる複数の主流路８のうち、図１２のように、２本の主流路８が受熱部Ｈ上で直線状に連通している構成も本発明に含まれる。また、図１３のように、４本の主流路８が受熱部Ｈ上で十字状に連通している構成も有効である。
また、図１４のように、隣り合う主流路８同士を延長部８１で連結してなる気相流路５の構成も有効である。
【００２７】
さらに、図１５のように、２本の紐状ウィック７２Ａ、７２Ｂを蛇行させるように折り曲げて気相流路５及び液相流路６を形成することにより流路形成シート４を実現することも可能である。図１５の流路形成シート４は、受熱部Ｈの中央から右上側を通って受熱部Ｈに戻る第１ウィック７２Ａと、受熱部Ｈの中央から左下側を通って受熱部Ｈに戻る第２ウィック７２Ｂとを有している。各紐状ウィック７２Ａ、７２Ｂで仕切られた空間により主流路８及び櫛歯状流路１０が構成されている。紐状ウィック７２Ａ、７２Ｂの材料として、銅ワイヤ、或いは細切りにした銅製メッシュなどを挙げることができる。銅製メッシュよりも銅ワイヤの方が望ましく、その表面を粗面化し濡れ性を高めたものが更に望ましい。
また、図１６のように、１本の紐状ウィック７２を蛇行させるように折り曲げて気相流路５及び液相流路６を形成することにより流路形成シート４を実現してもよい。この場合、１本の紐状ウィック７２で仕切られた空間により主流路８及び櫛歯状流路１０が構成されている。
【００２８】
また、上記実施形態では、作動流体としては水を使用しているが、その他の作動流体を使用することも可能である。
【００２９】
また、上記実施の形態では、薄い金属箔２ａ、２ｂを接合して形成したコンテナ３を有する形態例について説明したが。薄厚の金属管を平らに潰してその両開口部を密閉してなるコンテナを有する薄型シート状ヒートパイプも本発明の技術的範囲に含まれる。このタイプの薄型シート状ヒートパイプは、図１７に示すように、（Ａ）コンテナ３となる金属管１１内に流路形成シート４を挿入し、金属管１１の開口部に掛からないように水平に配置した状態で、（Ｂ）金属管１１を上下からプレスしてシート状のコンテナ３に成型し、その中に少量の作動流体を注入し、空気を抜いた後、（Ｃ）金属管１１の開口縁部１１ａを溶接などの方法で封止することにより製造される。耐圧シートを使用しないため製造が容易である。
【符号の説明】
【００３０】
１  薄型シート状ヒートパイプ
２ａ、２ｂ  金属箔
３  コンテナ
４  流路形成シート
５  気相流路
６  液相流路
７  ウィック
８  主流路
９  副流路
１０  櫛歯状流路
１１  金属管（コンテナ）
７２、７２Ａ、７２Ｂ  ウィック
８１  延長部
Ｈ  受熱部
【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１０】
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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】
2012132582.tif 000017
【図１６】
2012132582.tif 000018
【図１７】
2012132582.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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