(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部の横断面形状が扁平であるコンテナと、そのコンテナ内に挿入されたシート状ウィックとを有し、前記シート状ウィックは前記空洞部の横断面のほぼ中央部分または端部分に略Ω形状が１つ形成されており、前記シート状ウィックにより、前記空洞部内が作動流体の還流経路と蒸気流路とに区分されている薄型の扁平ヒートパイプ。
【請求項２】
空洞部の横断面形状が扁平であるコンテナと、そのコンテナ内に挿入されたシート状ウィックとを有し、前記シート状ウィックは前記空洞部の横断面のほぼ中央部分または端部分に略Ｓ形状が１つ形成されており、前記シート状ウィックにより、前記空洞部内が作動流体の還流経路と蒸気流路とに区分されている薄型の扁平ヒートパイプ。
【請求項３】
空洞部の横断面形状が扁平であるコンテナと、そのコンテナ内に挿入されたシート状ウィックとを有し、前記シート状ウィックは前記空洞部の横断面のほぼ中央部分または端部分に略Ｕ形状が１つ形成されており、前記シート状ウィックにより、前記空洞部内が作動流体の還流経路と蒸気流路とに区分されている薄型の扁平ヒートパイプ。
【請求項４】
前記横断面の長径方向において、前記シート状ウィックと当該空洞部の内壁との間にギャップが設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の薄型の扁平ヒートパイプ。
【請求項５】
シート状ウィックを略円筒形状を有するコンテナ素管内に挿入する工程と、前記シート状ウィックのほぼ主面方向に潰す扁平加工を前記コンテナ素管に施す工程と、前記コンテナ素管をヒートパイプ化する工程とを有し、前記シート状ウィックには予めそのほぼ中央部分または端部分に長手方向に沿った略Ω形状、略Ｓ字形状または略Ｕ字形状を１つ成形しておく、請求項１〜４のいずれに記載の扁平ヒートパイプを製造する薄型の扁平ヒートパイプの製造方法。
【請求項６】
前記扁平加工において、前記コンテナ素管の変形により前記シート状ウィックもその主面方向に潰される、請求項５に記載の薄型の扁平ヒートパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウィックが空洞部内に配置された扁平ヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン等の電気機器に搭載されている半導体素子等の発熱部品の冷却技術が注目されている。その一つの方法としてヒートパイプを応用した冷却技術がある。ヒートパイプを用いた冷却方法として、ヒートパイプを発熱部品に取り付け、そのヒートパイプを経路として発熱部品の熱を放熱用のフィン等まで運んで放散させる形態が代表的である。またそのフィン等に強制的に送風する小型ファンを設置した電気機器もある。
【０００３】
ヒートパイプについて簡単に説明すると、ヒートパイプは内部に密封された空洞部を備えており、その空洞部に水、代替フロン等の作動流体（作動液ともいう）が一定量収容されているものである。空洞部内は真空引きされており、作動流体の蒸発が起きやすくなっている。作動流体は空洞部内で液相と気相（蒸気）の混在状態となって存在している。
【０００４】
ヒートパイプは空洞部内の作動流体が蒸発し、その蒸気が移動することで熱移動機能が作動する。例えば直状タイプのヒートパイプの場合、その一端部側から熱を与えると（その部分をヒートパイプの吸熱部と呼ぶ）、その吸熱部において液相状態であった作動流体が蒸発し、その蒸気は他方端側に移動し、そこで蒸気が凝縮して放熱する（その部分をヒートパイプの放熱部と呼ぶ）。ヒートパイプの放熱部にはフィン等を取り付けておけば、作動流体の蒸気が有していた熱が外部に放散されやすくなる。
【０００５】
ところで放熱部で凝縮した作動流体が吸熱部へ戻らなければ、上述の作動は継続しない。そこで放熱部で凝縮した作動流体（の液相）を吸熱部に帰還（還流）させる必要がある。通常は、吸熱部を放熱部より下方に位置させることで、放熱部で凝縮した作動流体の液相を重力によって下降させている。尚、このような状態をボトムヒートモードと呼ぶこともある。
【０００６】
放熱部を吸熱部より上方に配置できない場合は、重力作用による作動流体の還流が期待できない。そこでヒートパイプの空洞部内に毛細管作用を発現するウィック（シート状ウィックやワイヤー等）を配置したり、空洞部内壁に微細な溝を形成したりする方法が知られている。尚、放熱部が吸熱部より下方に位置している場合をトップヒートモードと呼ぶ場合がある。放熱部が吸熱部とほぼ水平に位置している場合も重力作用による作動流体の還流が期待されにくいため、このような場合も、ウィックを配置したりすることが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、パソコン等の電気機器の小型化、高性能化が著しく、それに搭載されるＣＰＵ、ＭＰＵ等の発熱部品を冷却するための冷却機構の小型化、省スペース化が強く望まれている。従ってヒートパイプを用いた冷却機構の場合、そのヒートパイプの細径化も要求されることになる。
【０００８】
そこで例えば外径３ｍｍ程度の細いヒートパイプが実用化され、既にそれがパソコン等の冷却機構に適用されている。しかし、パソコン等の筐体内のスペースの都合等により、その細い径のヒートパイプを更に潰して、断面を略扁平形状にしたヒートパイプ（扁平ヒートパイプ）を用いる場合もある。
【０００９】
ところでヒートパイプを用いる利点の一つは、発熱部品の箇所と、その熱の放熱箇所（フィンを配置したりする箇所）との距離をある程度長くできる点にある。つまり、例えばＣＰＵやＭＰＵ等の発熱部品は、パソコン本体内部の外壁付近できなく、そこから離れた位置に配置される場合が多いが、このような場合において、ヒートパイプを経由させることで、発熱部品の熱をフィンやファンが配置されるパソコン本体の外壁付近に効率的に運ぶことができるのである。
【００１０】
一方、携帯型のパソコン等の場合、その小型化、軽量化が望まれるので、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の発熱部品が搭載される本体部も、その形状が薄型化される傾向にある。このため、発熱部品の冷却機構に用いられるヒートパイプは、その吸熱部と放熱部とが概ね水平に位置するようになる場合も多い。またパソコン等の使用形態によっては、ヒートパイプがトップヒートモードになる場合もあり得る。このような事情から、パソコン等の機器に用いられるヒートパイプにはウィックをを挿入したり、空洞部内壁に微細な溝を形成したりする場合が多い。
【００１１】
しかしヒートパイプがある程度長いと、作動流体の還流経路が長くなるため、上述した空洞部内壁に溝を形成したものでは、その毛細管作用が不足する場合がある。一方、空洞部内にウィックを配置したヒートパイプであっても、特に細径の扁平ヒートパイプの場合、その空洞部断面積が小さいため、作動流体の蒸気が高速化し、その蒸気と逆方向に移動すべき作動流体の液相の移動が妨げられやすくなる。特に厚さが１．５ｍｍ以下程度の薄型の扁平ヒートパイプの場合、この傾向が著しくなる傾向があった。
【００１２】
作動流体の還流が不十分であると、いわゆるドライアウト現象が起きたりして、そのヒートパイプによる熱移動が停止あるいは性能低下が起きるので問題である。このような事情から、細径の扁平ヒートパイプの場合であっても、作動流体の還流が十分に維持され優れた特性が発現する扁平ヒートパイプの開発が望まれていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述したような課題を踏まえ、作動流体の還流が十分に維持される優れた扁平ヒートパイプを提供すべくなされたものである。即ち本発明の扁平ヒートパイプは薄型であり、空洞部の横断面形状が扁平であるコンテナと、そのコンテナ内に挿入されたシート状ウィックとを有し、前記シート状ウィックは前記空洞部の横断面のほぼ中央部分または端部分に略Ω形状または略Ｓ形状または略Ｕ形状が１つ形成されており、前記シート状ウィックにより、前記空洞部内が作動流体の還流経路と蒸気流路とに区分されているというものである。
【００１５】
また、空洞部横断面の長径方向において、シート状ウィックと空洞部の内壁との間にギャップを設けておくとよい。
【００１６】
上述の本発明の扁平ヒートパイプ（薄型のもの）を製造する方法として本発明者らは次の方法を提案する。即ち、シート状ウィックを略円筒形状を有するコンテナ素管内に挿入する工程と、前記シート状ウィックのほぼ主面方向に潰す扁平加工を前記コンテナ素管に施す工程と、前記コンテナ素管をヒートパイプ化する工程とを有し、前記シート状ウィックには予めそのほぼ中央部分または端部分に長手方向に沿った略Ω形状、略Ｓ字形状または略Ｕ字形状を１つ成形しておく、という製造方法を提案する。
【００１７】
この扁平加工において、コンテナ素管の変形により前記シート状ウィックもその主面方向に潰されるようにすると良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
先ずヒートパイプのコンテナとなるべきコンテナ素管２００（例えば銅パイプ）を用意する。このコンテナ素管２００内に、ほぼ中央部分に湾曲部や曲げ重なり部を形成しておいたシート状ウィック１０（例えばメッシュ）を挿入する。シート状ウィックの形態例を幾つか図９に示しておく。図９（ア）は略Ω形状に形成したシート状ウィック、同（イ）はその略Ω形状が折れ曲がった形態の場合、同（ウ）は略Ｓ形状にした場合、同（エ）はそれが折れ曲がった形態の場合、を示している。
図１の例では、図２に示すような、湾曲部としてΩ形状部１００を形成したシート状ウィック１０を用いている。シート状ウィック１０は例えば銅その他の金属製のメッシュをを用いればよい。
【００１９】
さてシート状ウィック１０をコンテナ素管２００に挿入後、このコンテナ素管２００をヒートパイプ化する。ここでヒートパイプ化とは、管の両端の封止して内部に密封された空洞部を形成する工程、その密封作業に先立って空洞部内に水等の作動流体（図示せず）を適量注入する工程、その他、細かい説明は省くが、空洞部内の脱気作業や洗浄作業等を適宜施す工程等により、ヒートパイプを組み立てる一連の工程の意味である。
【００２０】
次いで図１（ア）に示す矢印方向の扁平加工（プレス加工等）を施す。図１（イ）はプレス後の状態を示す説明図であるが、こうして扁平形状に成形された扁平ヒートパイプ２０が得られる。
【００２１】
尚、上記扁平加工は、作動流体の注入、脱気、両端部の溶接封止等のヒートパイプ化工程を施してから行っても、ヒートパイプ化工程に先立ってコンテナ素管２００に施しても良い。
【００２２】
尚、図２に示すようにシート状ウィック１０のほぼ中央部分にΩ形状部１００を形成しておくことが望ましいが、場合によってはこのΩ形状部１００はシート状ウィック１０の端部分に設けても構わない。
【００２３】
上述した本発明の扁平ヒートパイプ２０は、シート状ウィック１０のΩ形状部１００がその全長に渡り、その空洞部のほぼ中央部分に配置されたものとなっている。この本発明の扁平ヒートパイプ２０の作動試験を行ってみると、例え吸熱部が放熱部の下方に位置しない場合（水平配置またはトップヒートモード）でも、作動流体の還流が高く維持され優れた熱輸送特性を実現していることが判った。
【００２４】
上述した本発明の扁平ヒートパイプ２０が、トップヒートモード或いは吸熱部と放熱部とが実質水平配置の場合でも、優れた熱移動特性が維持された理由を、本発明者らは次のように推察する。
図３は上述した扁平ヒートパイプ２０と同様の扁平ヒートパイプの断面を模式的に描いたものである。この図を参照しながら説明する。扁平ヒートパイプ２１の内部には横断面が扁平の空洞部が形成されており、その空洞部内にはシート状ウィック１１が配置され、更に作動流体（図示しない）が所定量収容されている。本発明の場合、この扁平ヒートパイプ２１のほぼ全長に渡り、シート状ウィック１１のΩ形状部１１０が空洞部のほぼ中央部分に位置している。
【００２５】
従って、作動流体の液相部分を毛細管作用によって移動させるウィック機能を主に奏するΩ形状部１１０の部分が主に作動流体の還流経路となり、その他の部分が主に蒸気の流路（蒸気流路３０）となる。この作動流体の還流経路と蒸気流路とが扁平ヒートパイプ２１のほぼ全長に渡り区分されている。このため作動流体の蒸気の流れに逆行する作動流体の液相の移動が、蒸気により妨げられにくくなる。このような事情が本発明において、トップヒートモード或いは吸熱部と放熱部とが実質水平配置の場合でも、優れた熱移動特性が維持されたメカニズムであると本発明者らは推察する。
【００２６】
ところで図７、８は、従来の扁平ヒートパイプの製造工程を示したものだが、この場合と本発明の場合とを比較してみる。
従来の扁平ヒートパイプの場合は、実用的には空洞部内に配置されたシート状ウィックや編素等のウィックが製造過程で乱れてやすく、このため作動流体の蒸気流路と作動流体の液相が毛細管作用で移動する経路の区分が乱れている場合が多い。
【００２７】
図７の例は、メッシュ４０をコンテナ素管４１の内壁に沿うように配置し、それを潰して扁平にしたものである。しかしこの方法の場合、前記扁平加工の際、メッシュ４０が図示するように乱れて乱雑になりやすい。また図８の例は、スパイラル状に巻いたスパイラルテープ４２０の弾性力によって、ワイヤーウィック４２１をコンテナ素管４３内の内壁に沿って配置し、そのコンテナ素管４３を潰して扁平した場合を示しているが、この場合でも、潰す工程において、ワイヤーウィック４２０が乱れてしまいやすい。
【００２８】
図７、８に示す従来の例のように、ウィックとなるメッシュ４０やワイヤーウィック４２０が乱れると、ウィック部分と蒸気流路の部分が入り乱れてしまう。特に細径の扁平ヒートパイプの場合、作動流体蒸気の移動が高速化しやすいので、作動流体蒸気によりウィック表面の作動流体液相が飛散させられる等の現象が起きやすいと思われる。このようなことが、作動流体の還流を不十分にさせていた原因と思われる。
【００２９】
翻って図３に示すような本発明の扁平ヒートパイプ２１の場合、主に作動流体の還流経路となるΩ形状部１１０と、蒸気の多くが通る経路となる蒸気流路３０とが扁平ヒートパイプ２１のほぼ全長に渡り区分されているので、作動流体の還流に対する蒸気移動の影響を受けにくく、従って十分な還流が維持され、優れた熱移動特性が発現するもの、と思われる。尚、蒸気はΩ形状部１１０の湾曲した内側も通る。
【００３０】
図３において、シート状ウィック１１のΩ形状部１１０は必ずしも空洞部３０の中央部分に配置されなくても良い。例えば空洞部の端に寄せて配置しても良い。いずれにしても、扁平ヒートパイプ２１のほぼ全長に渡り、Ω形状部１１０と蒸気流路の部分とが区分されていることが大切である。
【００３１】
また図３に示すようにシート状ウィック１１の端部分と空洞部内壁との間を少し離しておくとよい。このようなギャップ３１も空洞部３０の一部の空間を構成することは当然であるが、シート状ウィック１１がないので、より蒸気流路が多く確保できる意味がある。その結果、扁平ヒートパイプの熱移動性能向上が期待できる。
【００３２】
図４はΩ形状部１２０を形成したシート状ウィック１２が、それが挿入されたコンテナ素管（図示せず）の扁平加工の際に変形する様子を模式的に描いた概念図である。この図ではシート状ウィック１２は簡明を期するため実線で描いている。さてコンテナ素管が潰れると、その内壁に押されるようにシート状ウィック１２もある程度潰される。この際、Ω形状部１２０のくびれ部分が図４（ア）に示すような矢印方向に更に変形する。図４（イ）はその変形した後の形状を示している。
【００３３】
このように変形すれば、図３におけるギャップ３１に相当する部分がより広く確保されることになる。このようなシート状ウィック１２の望ましい変形は、略Ｕ形状に成形した場合より、略Ω形状に成形したシート状ウィックを用いた場合の方がより起こりやすい。
【００３４】
図５は本発明の他の例として、図６に示すような略Ｓ形状に成形したシート状ウィック１３を用いた場合の製造工程の一部を説明する図である。略Ｓ形状に成形したシート状ウィック１３の他は、図１、２に示した例と同様である。コンテナ素管２２０内に挿入されたシート状ウィック１３は、ヒートパイプ化工程と扁平加工を経て、シート状ウィック１３のＳ字形状になった部分が製造された扁平ヒートパイプ２２のほぼ全長に渡り、ほぼ中央部分に配置されるようになっている。またシート状ウィック１３がその部分で曲げ重なった状態となるようにすれば、毛細管作用が一層向上することにもなる。
【００３５】
この本発明の他の例の作動試験を行ってみると、吸熱部が放熱部の下方に位置しない場合（水平配置またはトップヒートモード）でも、作動流体の還流が高く維持され優れた熱輸送特性を実現していることが判った。
【００３６】
【実施例】
本発明の実施の形態は上述した例に限られるものではないが、ここでは図１、２に示した例について実施例を説明しておく。
コンテナ素管２０として銅製で外径６ｍｍ、肉厚０．２５ｍｍ、シート状ウィック１０として素線径０．１ｍｍの金属線からなる網を用いた。扁平加工後の扁平ヒートパイプは厚さ１ｍｍで、その長さ２００ｍｍ程度である。
この扁平ヒートパイプを水平に置いて、その一方の端部から５０ｍｍ部分を加熱、他方側を冷却放熱させたところ、８Ｗまでは加熱部と放熱部の温度差が非常に小さく維持できた。同様の試験を従来のヒートパイプで試みた結果と比べても数倍の熱輸送特性が実現していることが判った。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明の扁平ヒートパイプとその製造方法は、作動流体の還流が十分に維持され、優れた熱移動特性が実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の用いるシート状ウィックの例を示す説明図である。
【図３】本発明の扁平ヒートパイプの断面を示す説明図である。
【図４】本発明の製造方法における、シート状ウィックの変形を示す説明図である。
【図５】本発明の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図７】従来の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図８】従来の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図９】本発明に用いるシート状ウィックの例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  シート状ウィック
２００  コンテナ素管
２０  扁平ヒートパイプ
１００  Ω形状部
１１  シート状ウィック
１１０  Ω形状部
２１  扁平ヒートパイプ
３０  蒸気流路
３１  ギャップ
１２  シート状ウィック
１２０  Ω形状部
１３  シート状ウィック
２２  扁平ヒートパイプ
２２０  コンテナ素管
４０  メッシュ
４１  コンテナ素管
４２０  ワイヤーウィック
４２１  スパイラルテープ
４３  コンテナ素管
【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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