(57)【要約】【課題】簡便な構造で、循環流が発生しやすく、伝熱性能の高い薄型自励振動ヒートパイプを提供する。【解決手段】複数の直線部２Ｓ、複数の直線部２Ｓを順次連結して流路を連続させるターン部２Ｔ及び連結された直線部２Ｓの両端部を接続する連絡部２Ｃを備える流路２を持つループ型自励振動ヒートパイプ１１において、複数本の直線部２Ｓに、１つ置きに折り曲げを繰り返した蛇行部４を形成し、蛇行部４は、直線部２Ｓの全長に対して一部分に形成した自励振動ヒートパイプであり、蛇行部４はループ型自励振動ヒートパイプ１１の加熱部Ｈの近傍に配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直線部、隣接する２本の前記直線部の端部を順次連結するターン部及び連結された前記直線部の両端部を接続する連絡部を備えるループ状の流路を持つ自励振動ヒートパイプにおいて、
複数本の前記直線部に、１つ置きに折り曲げを繰り返した蛇行部を形成し、
前記蛇行部は、前記直線部の全長に対して一部分に形成した自励振動ヒートパイプ。
【請求項２】
前記蛇行部は、前記直線部の同じ位置に形成した請求項１に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項３】
前記自励振動ヒートパイプは、一方の側にある前記ターン部の近傍が加熱部であり、他方の側にある前記ターン部の近傍が冷却部である場合に、
前記蛇行部の少なくとも一部は、前記加熱部に位置している請求項１又は２に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項４】
前記蛇行部を備える前記直線部の別の一部分に、増設蛇行部を形成した請求項１から３の何れか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項５】
前記増設蛇行部の少なくとも一部は、前記自励振動ヒートパイプの冷却部に位置している請求項４に記載の自励振動ヒートパイプ。
【請求項６】
複数の直線部、隣接する２本の前記直線部の端部を順次連結するターン部及び連結された前記直線部の両端部を接続する連絡部を備えるループ状の流路を持つ自励振動ヒートパイプを備える電子機器において、
複数本の前記直線部に、１つ置きに折り曲げを繰り返した蛇行部を形成し、
前記蛇行部は、前記直線部の全長に対して一部分に形成した自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は自励振動ヒートパイプおよび該ヒートパイプを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォン、タブレットなどのモバイル機器やウェアラブル端末のような電子機器では、多機能化や高速化が進み、部品からの発熱が大きくなることで、機器が局所的に高温化することが問題になっている。機器の局所的な高温化を防止するためには、熱輸送により高温部の熱を分散させる必要がある。効率的な熱輸送技術としては冷媒の相変化を利用したヒートパイプが知られており、その中でも構造が簡便な自励振動ヒートパイプが筐体の薄型化に有効である。一方、電子機器は小型化、薄型化しているので、ヒートパイプも薄型化が必要である。このため、厚さが１ｍｍ以下と非常に薄く、かつ数ｃｍオーダの表面に効率的に熱を分散できる薄型熱輸送技術が求められている。
【０００３】
自励振動ヒートパイプ１は、図１に示すように、加熱部Ｈと冷却部Ｃとの間に流路２を往復するように配置し、流路２の中に冷媒３の蒸気と液が分布するように冷媒３を封入した熱輸送装置である。従って、自励振動ヒートパイプ１には、直線部２Ｓとターン部２Ｔがある。自励振動ヒートパイプ１では、冷媒３の気液相変化に伴う圧力差によって冷媒移動が引き起こされ、この冷媒移動により加熱部Ｈから冷却部Ｃに熱が輸送される。
【０００４】
また、自励振動ヒートパイプ１では、流路２を連絡部２Ｃによってループ状にすることにより、冷媒３の振動様の流れ（振動流）に加えて、循環流が発生し、熱輸送性能が向上する。ループ状に形成された自励振動ヒートパイプ１では、振動流に加えて循環流を発生させることにより、冷媒移動を促進させることが可能である。このような循環流を生み出す構造として、（ａ）逆止弁を配置すること、（ｂ）流路断面積を変更することなどが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３１８４９３号公報
【０００６】
【特許文献２】特開平７−３３２８８１号公報
【０００７】
【特許文献３】特開２０１０−１５６５３３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】長崎孝夫「自励振動式ヒートパイプの研究」、［online］、［平成２６年１２月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：//ｗｗｗ２.ｅｓ.ｔｉｔｅｃｈ.ａｃ.ｊｐ/ｎａｇａｓａｋｉ/ｎｐｉｃｔｕｒｅ/ｓｔｕｄｙ/ＯＨＰ.ｈｔｍｌ＞、“不当断面流路による自励振動ヒートパイプの性能向上”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、（ａ）の方法では流路中に逆止弁構造を設けるため、構造が複雑になり、自励振動ヒートパイプの薄型化には不向きである。一方、（ｂ）の流路断面積変更については、２種類の流路構造が提案されており、断面積の拡大と縮小を繰り返すように流路を構成することで圧力差を発生させて流れの方向性を定めるものがある。
【００１０】
ところが、この方法では、拡大縮小部分が多すぎるため、流動抵抗が大きくなり、性能が低下する。また、断面積比が２：１の大径流路と小径流路とを交互に配置することにより、毛細管力の違いで液供給を促進する方法も提案されている。しかしこの方法では、冷媒供給には直接関係がない冷却部の流路も狭めることになり、放熱の伝熱性能が制限され、また、流路サイズや冷媒種によっては、断面積比が２：１では冷媒振動が発生しない場合がある。
【００１１】
１つの側面では、本出願は、簡便な構造で、循環流が発生しやすく、伝熱性能の高い薄型自励振動ヒートパイプおよび該ヒートパイプを備える電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１つの形態によれば、複数の直線部、隣接する２本の直線部の端部を順次連結するターン部及び連結された直線部の両端部を接続する連絡部を備えるループ状の流路を持つ自励振動ヒートパイプにおいて、複数本の直線部に、１つ置きに折り曲げを繰り返した蛇行部を形成し、蛇行部は、直線部の全長に対して一部分に形成した自励振動ヒートパイプが提供される。
【００１３】
他の形態によれば、複数の直線部、隣接する２本の直線部の端部を順次連結するターン部及び連結された直線部の両端部を接続する連絡部を備えるループ状の流路を持つ自励振動ヒートパイプを備える電子機器において、複数本の直線部に、１つ置きに折り曲げを繰り返した蛇行部を形成し、蛇行部は、直線部の全長に対して一部分に形成した自励振動ヒートパイプを備える電子機器が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
開示の自励振動ヒートパイプおよび該ヒートパイプを備える電子機器によれば、簡便な構造で、循環流が発生しやすく、伝熱性能の高い薄型自励振動ヒートパイプおよびヒートパイプを備える電子機器を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】自励振動ヒートパイプの構造を示す図である。
【図２】（ａ）は開示する第１の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプの構造を示す図、（ｂ）は開示する第１の実施形態の第２実施例の自励振動ヒートパイプの構造を示す図である。
【図３】（ａ）は開示する第１の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプの製造方法を示す組立斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ‐Ｂ線における断面図である。
【図４】開示する自励振動ヒートパイプの動作を説明する説明図である。
【図５】（ａ）は蛇行部の寸法を規定する図、（ｂ）は蛇行部寸法と圧力差範囲を示すグラフ、（ｃ）は蛇行部の曲率半径と伝熱面積比を示すグラフである。
【図６】開示する第２の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプの構造を示す図である。
【図７】開示する第１の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプが組み込まれた電子機器の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、開示の自励振動ヒートパイプでは、図１を用いて説明した比較技術の自励振動ヒートパイプと同じ構成部材については同じ符号を付して説明する。
【００１７】
図２（ａ）は開示する第１の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプ１１の構造を示すものである。本実施例の自励振動ヒートパイプ１１は、板状のベース１０の上に断面が半円形状の流路２が形成され、カバー２０で封止されて形成されるが、図２（ａ）にはカバー２０を除去した状態を示してある。
【００１８】
図１に示した比較技術の自励振動ヒートパイプ１は、加熱部Ｈと冷却部Ｃとの間に、直線部２Ｓとターン部２Ｔを備える流路２を往復させて配置し、流路２を連絡部２Ｃによってループ状に形成したものである。これに対して、第１の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプ１１の構造は、図１に示した比較技術の自励振動ヒートパイプ１の流路２の構造と比較して、加熱部Ｈ側の構造が異なる。自励振動ヒートパイプ１１の冷却部Ｃ側の構造は、図１に示した比較技術の自励振動ヒートパイプ１と同じである。
【００１９】
自励振動ヒートパイプ１１では、加熱部Ｈ側の構造が、ターン部２Ｔを中心とした直線部２Ｓの一方だけに複数の折り曲げ構造を備える蛇行部４が存在し、他方の直線部２Ｓには蛇行部４が存在しない構造になっている。即ち、自励振動ヒートパイプ１１は、複数本の直線部２Ｓの加熱部Ｈ側に、折り曲げを繰り返した蛇行部４を形成したものである。蛇行部４は、直線部４Ｓの全長に対して加熱部Ｈ側の一部分に形成したものであり、蛇行部４はその大部分が自励振動ヒートパイプ１１の加熱部Ｈに重なっている。
【００２０】
図３（ａ）は、図２（ａ）に示した自励振動ヒートパイプ１１を、斜め上方から見た状態を示している。流路２に蛇行部４が形成されたべース１０の上面にはカバー２０が取り付けられて流路２が封止され、流路２の中に冷媒が封入される。図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ‐Ｂ線における断面を示すものであり、本実施例では流路２の断面形状が半円状であるが、流路２の断面形状は半円状に限定されるものではなく、矩形や円形に近い形であっても良い。また、ベース１０に形成した溝にパイプを嵌め込む形態でも良い。また、流路２の端部に形成された符号２Ｅで示す部分は、流路２に冷媒を注入するための冷媒注入口であり、ベース１０にカバー２０が取り付けられて冷媒が注入された後は、封止部材によって封止される。
【００２１】
図２（ｂ）は開示する第１の実施形態の第２実施例の自励振動ヒートパイプ１２の構造を示すものである。第１の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプ１１は、図２（ａ）で説明したように、板状のベース１０の上に断面が半円状の流路２が形成され、カバー２０で封止されて形成されている。一方、第１の実施形態の第２実施例の自励振動ヒートパイプ１２は、全ての流路２がパイプで形成されている点が第１の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプ１１と異なる。自励振動ヒートパイプ１２にも、流路２の端部に、流路２に冷媒を注入するための冷媒注入口２Ｅが設けられている。
【００２２】
ここで、図４と図５を用いて自励振動ヒートパイプ１１、１２における循環流発現のメカニズムについて説明する。図４に示すように、流路２のターン部２Ｔの両側にある直線部２Ｓの一方側の一部分に蛇行部４を形成すると、一方側の蛇行部４の折り曲げ部分と、他方側の直線部２Ｓとの間では流路長に差が生じ、冷媒３が流れるときの流動抵抗が蛇行部４で大きくなる。そして、冷媒３の流動抵抗の差により、蛇行部４と直線部２Ｓにおいて圧力損失差が生じ、この圧力損失差により、冷媒３の気泡成長や、冷媒３の流れに方向性が生まれる（整流効果）。更に、蛇行部４では折り曲げ構造が繰り返されているため、整流効果が増幅されることになり、一層循環流を生成しやすくなる。
【００２３】
図５（ａ）に示すように、蛇行部４の長さをＬ，蛇行部４における折り曲げ部の曲率半径をＲとすると、長さＬと曲率半径Ｒをパラメータとしたときの蛇行部４と同じ長さＬの直線部２Ｓとの圧力損失比を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示す点線は圧損比が１．５の場合を示しており、曲率半径が０．３ｍｍでは蛇行部４の長さＬが２０ｍｍの時にこの値となり、曲率半径が０．４ｍｍでは蛇行部４の長さＬが３０ｍｍの時にこの値となることが分る。循環流を効果的に生み出すためには、圧損比が１．５以上であることが望ましく、また流動抵抗を抑えるためには５以下とするのが望ましい。
【００２４】
また、蛇行部４は同じ長さＬの直線部２Ｓに比べ流路長が長いので、受熱面積が大きくなって、受熱効率が向上する。流動抵抗が大きくなりすぎない範囲においては、受熱面積は大きい方が望ましい。長さＬの直線部２Ｓに対して、同じ長さの蛇行部４において曲率半径Ｒの値を変えた時の、蛇行部４と直線部２Ｓの伝熱面積比を図５（ｃ）に示す。ここで伝熱面積比の値が１の状態は、蛇行部４と直線部２Ｓの面積が同じであることを示している。図５（ｃ）から、曲率半径を０．２５〜０．４ｍｍの範囲にすることにより、伝熱面積を３〜５倍に拡大できることが分る。
【００２５】
以上のように、自励振動ヒートパイプ１１、１２におけるターン部２Ｔの片側に位置する直線部２Ｓを所定長さだけ蛇行部４にすることにより、循環流生成に効果的な圧力損失差を生み出し、同時に流路面積を拡大して伝熱効率を高めることが可能になる。なお、本実施例では、蛇行部４の折り曲げ構造を円弧状と曲率半径で指定したが、上記範囲の圧損比と伝熱面積比を実現できれば特に円弧状に限定するものではない。また、本実施例の構造によると、循環流生成において逆止弁のような可動部を含まないので故障しにくく、流路径が１ｍｍ以下のような細い流路も容易に製造可能である。
【００２６】
図６は、開示する第２の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプ２１の構造を示すものであり、ベース１０からカバー２０を取り外した状態を示すものである。第１の実施形態の自励振動ヒートパイプ１１、１２では、蛇行部４が加熱部Ｈに設けられていた。一方、第２の実施形態の自励振動ヒートパイプ２１では、蛇行部４が加熱部Ｈに加えて、冷却部Ｃにも増設蛇行部５として設けられている。
【００２７】
冷媒の蒸発に関わる加熱部Ｈに設けた蛇行部４に加えて、凝縮に関わる冷却部Ｃに増設蛇行部５を設けることにより、整流効果と伝熱面積拡大効果が一層高まる。ここで、加熱部Ｈに蛇行部４を配置し、冷却部Ｃに増設蛇行部５を配置する場合には、増設蛇行部５は蛇行部４が配置された直線部２Ｓと同一の直線部２Ｓに配置する。これは、蛇行部４と増設蛇行部５を異なる直線部２Ｓに配置すると、隣接する直線部２Ｓの圧力損失比が小さくなるからである。
【００２８】
第２の実施形態においても、図２（ｂ）に示した第１の実施形態の第２実施例の自励振動ヒートパイプ１２のように、流路をパイプで形成した第２実施例が可能であるが、ここではその図示を省略する。
【００２９】
また、第２の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプ２１の循環流発現のメカニズムは、前述の自励振動ヒートパイプ１１、１２における循環流発現のメカニズムと同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３０】
図７は、開示する第２の実施形態の第１実施例の自励振動ヒートパイプ１１が組み込まれた電子機器３０を分解して示すものであり、電子機器３０がスマートフォンである場合を示している。電子機器３０の上側筐体３１には画像を表示するディスプレイ３３があり、下側筐体３２には、回路基板３４及びバッテリ３８が内蔵されている。回路基板３４の上には発熱部品３５があり、この場合には、自励振動ヒートパイプ１１は、蛇行部４を備えた加熱部Ｈが発熱部品３５に重なるように回路基板３４の上に載置される。
【００３１】
このように、電子機器３０に自励振動ヒートパイプ１１を内蔵させることにより、大きな熱量を輸送することが可能になり、ＣＰＵ等の部品の低温動作を実現すると共に、電子機器３０内での局所的な熱の集中を防止することができる。そして、自励振動ヒートパイプ１１は、外部動力によらずに熱そのものを駆動源にする熱輸送デバイスであるため、電子機器３０を消費電力を増やすことなく均熱化でき、使い勝手や使い心地の良い電子機器３０を提供できる。
【００３２】
以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本出願の容易な理解のために、本出願の具体的な形態を以下に付記する。
【００３３】
（付記１）  複数の直線部、隣接する２本の前記直線部の端部を順次連結するターン部及び連結された前記直線部の両端部を接続する連絡部を備えるループ状の流路を持つ自励振動ヒートパイプにおいて、
複数本の前記直線部に、１つ置きに折り曲げを繰り返した蛇行部を形成し、
前記蛇行部は、前記直線部の全長に対して一部分に形成した自励振動ヒートパイプ。
（付記２）  前記蛇行部は、前記直線部の同じ位置に形成した付記１に記載の自励振動ヒートパイプ。
（付記３）  前記自励振動ヒートパイプは、一方の側にある前記ターン部の近傍が加熱部であり、他方の側にある前記ターン部の近傍が冷却部である場合に、
前記蛇行部の少なくとも一部は、前記加熱部に位置している付記１又は２に記載の自励振動ヒートパイプ。
（付記４）  前記蛇行部を備える前記直線部の別の一部分に、増設蛇行部を形成した付記１から３の何れかに記載の自励振動ヒートパイプ。
（付記５）  前記増設蛇行部の少なくとも一部は、前記冷却部に位置している付記４に記載の自励振動ヒートパイプ。
【００３４】
（付記６）  前記蛇行部及び前記増設蛇行部と、これらに対向する直線部との圧力損失比が１．５から５の範囲内である付記４または５に記載の自励振動ヒートパイプ。
（付記７）  前記流路は、金属パイプを折り曲げて形成されている付記１から６の何れか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
（付記８）  前記流路は、掘削して形成された溝を流路として備える金属製プレートの上面を、薄板でシールして形成されている付記１から６の何れか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
（付記９）  複数の直線部、隣接する２本の前記直線部の端部を順次連結するターン部及び連結された前記直線部の両端部を接続する連絡部を備えるループ状の流路を持つ自励振動ヒートパイプを備える電子機器において、
複数本の前記直線部に、１つ置きに折り曲げを繰り返した蛇行部を形成し、
前記蛇行部は、前記直線部の全長に対して一部分のみに形成した自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
（付記１０）  前記蛇行部は、前記直線部の同じ位置に形成した付記９に記載の自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
【００３５】
（付記１１）  前記自励振動ヒートパイプは、一方の側にある前記ターン部が前記電子機器の発熱部に載置される加熱部であり、他方の側にある前記ターン部が前記電子機器の放熱部に載置される冷却部である場合に、
前記蛇行部の少なくとも一部は、前記加熱部に位置している付記９又は１０に記載の自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
（付記１２）  前記蛇行部を備える前記直線部の別の一部分に、増設蛇行部を形成した付記９から１１の何れかに記載の自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
【００３６】
（付記１３）  前記増設蛇行部の少なくとも一部は、前記冷却部に位置している付記１２に記載の自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
（付記１４）  前記蛇行部及び前記増設蛇行部と、これらに対向する直線部との圧力損失比が１．５から５の範囲内である付記１２または１３に記載の自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
（付記１５）  前記流路は、金属パイプを折り曲げて形成されている付記９から１４の何れか１項に記載の自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
（付記１６）  前記流路は、掘削して形成された溝を流路として備える金属製プレートの上面を、薄板でシールして形成されている付記９から１４の何れか１項に記載の自励振動ヒートパイプを備える電子機器。
【符号の説明】
【００３７】
１    自励振動ヒートパイプ
２    流路
２Ｃ    連絡部
２Ｓ    直線部
２Ｔ    ターン部
３    冷媒
４    蛇行部
５    増設蛇行部
１０    ベース
１１，１２、２１    自励振動ヒートパイプ
３０    電子機器
【図１】
2017040384.tif 000003
【図２】
2017040384.tif 000004
【図３】
2017040384.tif 000005
【図４】
2017040384.tif 000006
【図５】
2017040384.tif 000007
【図６】
2017040384.tif 000008
【図７】
2017040384.tif 000009