JP2011086753A - 熱輸送デバイス及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減して製造を容易にし、製造コストを抑えることができる熱輸送デバイス及びこれを搭載した電子機器を提供すること。
【解決手段】熱輸送デバイス１００は、ハウジング１と、ハウジング１内に封入された作動流体と、ハウジング１内に設けられ、作動流体の流路を形成する、エキスパンドメタル２及び毛細管構造体３を備えている。エキスパンドメタル２は一平面に広い形状でありながら、その厚さ方向に適度の厚さを有する。したがって、特にその厚さ方向で、ハウジング１を補強することができる。また、少なくともその厚さ方向に気相の作動流体が流通するための適度な空間が、エキスパンドメタル２に開口２ａとして形成される。すなわち、エキスパンドメタル２は、補強部材及び気相流路の両方の機能を兼ね備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、毛細管力を作動流体の主な推進力とし、作動流体が相変化することによる潜熱の移動により熱を輸送する熱輸送デバイス及びこれを搭載した電子機器に関する。

従来からＣＰＵ（Central Processing Unit）等の熱源を冷却するデバイスとして、平面型のヒートパイプが広く用いられている。平面型ヒートパイプは、近年の薄型ＴＶに搭載されたＣＰＵの冷却デバイスとしても用いられる。このような平面型のヒートパイプでは、作動流体の相変化を利用して熱源を冷却するため、平面型ヒートパイプ内部には、作動流体が封入される。

例えば特許文献１には、ヒートパイプの動作原理を用いたヒートスプレッダーが開示されている。このヒートスプレッダーは、金属メッシュによって形成される毛細管構造体と、金属ハウジングの内側に接合された複数の柱状の補強部材とを備えている（特許文献１参照の図３参照。）。補強部材は、ヒートスプレッダーが熱吸収のとき、作動流体が蒸発することによりハウジング内部からの圧力増加により、ハウジングが変形することを防止する機能を有する。

なお、特許文献２には、相変化型の熱輸送デバイスではないが、毛細管力を持つウィックを利用したマイクロミキサが開示されている。このマイクロミキサは、ウィック内で液体とその他の流体（主に気体）とを混合するものであり、熱伝達（気体から液体への）あるいは熱交換の目的で使用される場合もある（特許文献２の明細書段落[００４７]参照）。また、このマイクロミキサでは、層状ウィックを構成する部材のうちの１つであって多孔質材料でなるシートの例として、エキスパンドメタルスクリーンが挙げられている（特許文献２の段落[００２１]参照）。

特開２００６−１４０４３５号公報 特表２００９−５０９１１９号公報（国際公開２００７／０３５３０３号パンフレット）

上記特許文献１のヒートスプレッダーでは、複数のアルミニウム製の柱状部材等が補強部材として用いられている。したがって、複数の柱状部材等が必要になり、部品点数が多くなる。また、このヒートスプレッダーでは、柱状部材を用いるために金属メッシュをハウジングの形状に合わせて立体的に加工する工程、及び、金属メッシュにその柱状部材を通すための穴を形成する工程等が必要になる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、部品点数を削減して製造を容易にし、製造コストを抑えることができる熱輸送デバイス及びこれを搭載した電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱輸送デバイスは、ハウジングと、作動流体と、エキスパンドメタルとを具備する。
前記作動流体は、相変化により熱を輸送する。
前記エキスパンドメタルは、前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングを補強し、前記作動流体の流路を形成する。

エキスパンドメタルは一平面に広い形状でありながら、その厚さ方向に適度の厚さを有する。したがって、エキスパンドメタルにより特にその厚さ方向で、ハウジングを補強することができる。また、エキスパンドメタルの開口が、少なくともその厚さ方向に作動流体が流通するための空間として形成される。すなわち、エキスパンドメタルは、補強部材及び流路の両方の機能を兼ね備える。したがって、従来に比べ部品点数を減らすことができ、例えばハウジング内の形状に合わせて、任意の形状のエキスパンドメタルを製造できるので、製造も容易になる。その結果、製造コストを抑えることができる。

前記エキスパンドメタルは、気相の前記作動流体の流路を形成してもよい。エキスパンドメタルは、気相領域として機能するために、その開口が比較的大きく形成されてもその補強部材としての機能を低下させることがない。

前記エキスパンドメタルは、液相の前記作動流体に毛細管力を発生させるための流路を形成してもよい。

本発明の他の形態に係る熱輸送デバイスは、ハウジングと、相変化により熱を輸送する作動流体と、第１のエキスパンドメタルとを具備する。
前記第１のエキスパンドメタルは、第１のサイズの開口を有し、前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングを補強し、気相の前記作動流体の流路を形成する。

エキスパンドメタルは一平面に広い形状でありながら、その厚さ方向に適度の厚さを有する。したがって、エキスパンドメタルにより特にその厚さ方向で、ハウジングを補強することができる。また、エキスパンドメタルの開口が、少なくともその厚さ方向に気相の作動流体が流通するための空間として形成される。すなわち、エキスパンドメタルは、補強部材及び気相流路の両方の機能を兼ね備える。

前記熱輸送デバイスは、毛細管構造体をさらに具備してもよい。前記毛細管構造体は、第１のサイズより小さい第２のサイズの開口を有し、前記第１のエキスパンドメタルに積層するように設けられ、液相の前記作動流体に毛細管力を発生させる。

毛細管構造体が第１のエキスパンドメタルに積層するように設けられているので、第１のエキスパンドメタルは、毛細管構造体に接触しながらハウジングを補強することができる。

前記毛細管構造体は、前記第２のサイズの開口を有する第２のエキスパンドメタルを含んでもよい。

あるいは、前記毛細管構造体は、前記第２のサイズの開口を有するメッシュ部材を含んでもよい。

前記毛細管構造体は、前記第２のサイズの開口を有する第１の毛細管部材と、前記第１のサイズより小さく前記第２のサイズより大きく第３のサイズの開口を有する第２の毛細管部材とを有してもよい。第１の毛細管部材は、メッシュ部材、エキスパンドメタル及びこれら以外の毛細管部材のうちいずれか１つである。また、第２の毛細管部材も同様に、メッシュ部材、エキスパンドメタル及びこれら以外の毛細管部材のうちいずれか１つである。第１の毛細管部材及び第２の毛細管部材の具体的な組合せは任意である。

本発明の他の形態に係る熱輸送デバイスは、ハウジングと、相変化により熱を輸送する作動流体と、複数のエキスパンドメタルとを具備する。
前記複数のエキスパンドメタルは、異なるサイズの開口をそれぞれ有し、積層されて設けられ、前記ハウジングを補強し、前記作動流体の流路を形成する。

複数のエキスパンドメタルのうち、実質的に作動流体に毛細管力を発生させる程度のサイズの開口を有するエキスパンドメタルは、液相の作動流体をその毛細管力により保持することができる。また、実質的に作動流体に毛細管力を発生させない程度のサイズの開口を有するエキスパンドメタルは、気相の作動流体を流通させる機能を有する。また、複数のエキスパンドメタルは、補強部材としての機能もさらに備える。したがって、従来に比べ部品点数を減らすことができ、製造も容易になる。その結果、製造コストを抑えることができる。

本発明の一形態に係る電子機器は、上記各熱輸送デバイスのうち、いずれか１つの熱輸送デバイスを搭載する。

以上、本発明によれば、熱輸送デバイスの部品点数を削減して製造を容易にし、製造コストを抑えることができる。

本発明の第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な断面図である。 熱輸送デバイスのエキスパンドメタルの一部を示す平面図である。 図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 毛細管力を作動流体の主な推進力として潜熱の移動により熱を輸送するデバイスにおける熱輸送原理を示すモデル図である。 気相流路を形成する部材として、通常のメッシュ部材が用いられた場合と、エキスパンドメタルが用いられた場合とで、その流路抵抗の違いを示したグラフである。 気相流路として、メッシュ部材が用いられた場合とエキスパンドメタルが用いられた場合とで、最大熱輸送量を比較した結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す断面図である。 上記第１〜５の実施形態に係る熱輸送デバイスにおいて、気相の作動流体が流れる方向と、エキスパンドメタル等の開口の配置との関係を説明するための図である。 本発明者が、エキスパンドメタルの開口のＸ軸方向でのピッチを変更した場合において、その変更前後での、エキスパンドメタルを流れる気相の作動流体の流路抵抗を示すグラフである。 図１２における変更前後での、最大熱輸送量を示すグラフである。 熱輸送デバイスのハウジングの別の実施形態を示す分解斜視図である。 上記第各実施形態のうち１つの実施形態に係る熱輸送デバイスを搭載した電子機器として、ラップトップ型のＰＣを示している。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

[第１の実施形態]
図１は、本発明の一実施形態に係る熱輸送デバイスを示す断面図である。

熱輸送デバイス１００は、ハウジング１と、ハウジング１内に封入された作動流体（図示せず）と、ハウジング１内に設けられ、作動流体の流路を形成する、エキスパンドメタル２及び毛細管構造体３を備えている。エキスパンドメタル２及び毛細管構造体３は、積層されるように設けられている。

ハウジング１は、例えば上板部材１１及び下板部材１２を有し、これらが接合されてハウジング１が形成されている。なお、「上板部材」及び「下板部材」について、説明の便宜上のために「上下」と表現しており、この熱輸送デバイス１００の使用時には特に上下を区別する必要はない。

ハウジング１は、典型的には、無酸素銅、タフピッチ銅、あるいは銅合金で構成される。しかしこれに限られず、ハウジング１は、銅以外の金属で構成されてもよく、その他、樹脂などが用いられてもよい。

上板部材１１及び下板部材１２の接合方法としては、拡散接合、超音波接合、ロウ付け、溶接などの方法が挙げられる。

ハウジング１は、上記のように上板部材１１及び下板部材１２で構成される場合に限られず、例えば、図１４の分解斜視図に示すように、上板１２１、フレーム体１２３及び下板１２２を有し、これらが接合されて１つのハウジングが構成されていてもよい。

ハウジング１の形状は、典型的には、平面で見て実質的に矩形であり、例えば図１中Ｙ軸方向に長い長方形である。

ハウジング１には、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の直径を有する注入口（図示せず）が設けられており、この注入口を介してハウジング１内に作動流体が注入される。作動流体は、典型的には、ハウジング１内が大気圧から減圧された状態で注入される。

作動流体としては、純水、エタノールなどのアルコール、フロリナートＦＣ７２などのフッ素系の液体、あるいは、純水とアルコールの混合液などが挙げられる。

図２は、熱輸送デバイス１００のエキスパンドメタル２の一部を示す平面図であり、図３は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。

エキスパンドメタル２は、実質的にひし形（あるいは平行四辺形）の開口２ａを有する。この開口２ａのサイズ、例えばひし形の一辺の長さは、典型的には、２ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。エキスパンドメタル２として加工される前の板材の厚さは、典型的には０．３〜０．８ｍｍ、例えば０．４ｍｍである。しかし、これらの値は、作動流体の材料、ハウジング１の大きさ、ハウジング１の材料、エキスパンドメタル２の材料、あるいは、この熱輸送デバイス１００により輸送される最大熱輸送量等に応じて、適宜変更可能である。

「開口のサイズ」とは、例えば、開口面積、開口の一辺の長さ、あるいは、開口の対角線の長さ等の意味を含む。

市場では、種々の厚さ及び種々のサイズの開口２ａを有するエキスパンドメタル２が流通している。一般に、１枚の板材に複数の開口２ａが形成されることによりエキスパンドメタル２が形成される。複数の開口２ａは、その開口２ａのサイズに対応する複数の歯を有するカッターにより形成される。開口２ａの形成のためにカッターにより板材が切削された後、開口２ａのサイズが所望のサイズになるように、板材を延伸させる処理が行われる。あるいは、開口２ａの形成のためにカッターにより板材が切削される途中で、カッターの押圧力により板材が徐々に伸びることで、開口２ａの縦横比が定められる場合もある。

図３に示すように、エキスパンドメタル２では、開口面が斜めに形成された状態にあるので、エキスパンドメタル２は、一平面に広い形状でありながら、その厚さ方向に適度の厚さを有する。

エキスパンドメタル２は、銅、リン青銅、アルミニウム、銀、ステンレス、モリブデン、あるいはこれらのうち少なくとも２種類の合金により構成されるが、これらの材料に限られない。

毛細管構造体３としては、メッシュ部材３１が用いられている。メッシュ部材３１は、典型的には、金属線で織り込まれたメッシュが任意の大きさに切り取られて形成される。

メッシュ部材３１の織り方としては、平織、綾織などが挙げられるが、これらに限られない。例えば、ロッククリンプ織、フラットトップ織などであってもよく、その他の織り方であってもよい。メッシュ部材３１の材料も、上記エキスパンドメタル２と同様のものが用いられればよい。メッシュ部材３１の網目（開口）のサイズは、上記エキスパンドメタル２の開口２ａのサイズより小さくなるように設定されている。

エキスパンドメタル２及びメッシュ部材３１の各材料は、同じでもよいし、異なっていてもよい。

エキスパンドメタル２により、気相の作動流体を流通させる気相流路が形成される。また、毛細管構造体３により、液相の作動流体を流通させる液相流路が形成され、毛細管構造体３は、液相の作動流体に毛細管力を発生させる。

図４は、毛細管力を作動流体の主な推進力として潜熱の移動により熱を輸送するデバイスにおける熱輸送原理を示すモデル図である。

液相の作動流体は、蒸発領域Ｅにおいて、熱源からの熱を受け、蒸気圧差ΔＰｅで蒸発し、気相の作動流体となる。この気相の作動流体は、気相流路を通り、蒸発領域Ｅから凝縮領域Ｃへと移動する。このとき、気相の作動流体は、気相流路の抵抗による圧力損失ΔＰｖを受けながら凝縮領域Ｃへと移動する。

凝縮領域Ｃへと移動した気相の作動流体は、熱Ｗを放出して凝縮し、気相から液相へと相変化する。このときの蒸気圧差をΔＰｃとする。液体の作動流体は毛細管構造体（図１に示す毛細管構造体３に相当）の毛細管力ΔＰｃａｐをポンプ力として液相流路を流れ、凝縮領域Ｃから蒸発領域Ｅへと移動する。このとき、液相の作動流体は、液相流路の抵抗ΔＰｌを受けながら凝縮領域Ｃへと移動する。

蒸発領域Ｅへと戻った液相の作動流体は、再び熱源からの熱を受け、蒸発する。上記動作を繰り返すことで、熱源からの熱が輸送される。

熱輸送デバイスの内部の全圧力損失が毛細管構造体の毛細管力ΔＰｃａｐより小さい場合、熱輸送デバイスは適正に作動する。逆に、全圧力損失が毛細管力ΔＰｃａｐより大きくなると、熱輸送デバイスは作動せず熱が輸送されない。全圧力損失と、毛細管力ΔＰｃａｐとが釣り合ったときが、熱輸送デバイスの最大熱輸送量Ｑｍａｘとなる。

従って、最大熱輸送量ＱｍａｘとなるΔＰｃａｐは、以下の式（１）により表される。
ΔＰｃａｐ＝ΔＰｖ＋ΔＰｌ＋ΔＰｅ＋ΔＰｃ＋ΔＰｈ・・・（１）
ΔＰｖ…気相作動流体の圧力損失
ΔＰｌ…液相作動流体の圧力損失
ΔＰｅ…蒸発による圧力差
ΔＰｃ…凝縮による圧力差
ΔＰｈ…体積力による圧力差。

ここで、単位熱量あたりの流路抵抗をＲｑとすると、最大熱輸送量Ｑｍａｘは、以下の式（２）により表される。
Ｑｍａｘ＝ΔＰｃａｐ／Ｒｑ・・・（２）。

また、最大熱輸送量Ｑｍａｘは、潜熱をＨ、全流路抵抗をＲｔｏｔａｌとすると、以下の式（３）により表される。
Ｑｍａｘ＝ΔＰｃａｐ×Ｈ／Ｒｔｏｔａｌ・・・（３）。

全流路抵抗Ｒｔｏｔａｌは、気相流路の抵抗Ｒｖ、液相流路の抵抗Ｒｌ、沸騰抵抗Ｒｅ、凝縮抵抗Ｒｃ、及び体積力Ｒｂによる抵抗の和である。従って（３）の式より、最大熱輸送量Ｑｍａｘは、一般的に、毛細管力ΔＰｃａｐが大きくなれば増大し、液相流路の抵抗Ｒｌが大きくなれば減少する。

気相の作動流体の圧力損失ΔＰｖ、液相の作動流体の圧力損失ΔＰｌ、蒸発による圧力差ΔＰｅ、凝縮による圧力差ΔＰｃ、体積力Ｒｂによる圧力差ΔＰｈは、それぞれ以下の式（４）〜（８）で表される。

ΔＰｖ＝８×μｖ×Ｑ×Ｌ／（π×ρｖ×ｒｖ＾４×Ｈ）・・・（４）
ΔＰｌ＝μｌ×Ｑ×Ｌ／（Ｋ×Ａｗ×ρｌ×Ｈ）・・・（５）
ΔＰｅ＝（ＲＴ／２π）＾（１／２）×Ｑ／［αｃ（Ｈ−１／２×ＲＴ）×ｒｖ×ｌｅ］・・・（６）
ΔＰｃ＝（ＲＴ／２π）＾（１／２）×Ｑ／［αｃ（Ｈ−１／２×ＲＴ）×ｒｖ×ｌｃ］・・・（７）
ΔＰｈ＝（ρｌ−ρｖ）×ｇ×Ｌ×ｓｉｎφ・・・（８）
μｖ…気相の作動流体の粘度係数
μｌ…液相の作動流体の粘度係数
ρｖ…気相の作動流体の密度
ρｌ…液相の作動流体の密度
Ｑ…熱輸送量
Ｌ…熱輸送デバイスの長手方向の大きさ
ｌｅ…蒸発領域Ｅの長手方向の大きさ
ｌｃ…凝縮領域Ｃの長手方向の大きさ
Ａｗ…毛細管構造体の断面積
ｒｖ…気相流路の毛細管半径
Ｋ…浸透係数
Ｒ…気体定数
ｇ…重力加速度
φ…熱輸送デバイスの水平に対する傾き（体積力Ｒｂは、熱輸送デバイスを水平に使用する場合には、ゼロとなる）。

上記式（４）〜（８）のうち、式（４）、（６）、（７）に着目すると、気相の作動流体の圧力損失ΔＰｖ、蒸発による圧力差ΔＰｅ、及び凝縮による圧力差ΔＰｃは、気相流路 の毛細管半径ｒｖの関数であることが分かる。この気相流路の毛細管半径ｒｖは、式（４）、（６）、（７）において、いずれも分母に配置されている。したがって、気相流路 の毛細管半径ｒｖを大きくすれば、３つの圧力損失ΔＰｖ、ΔＰｅ、ΔＰｃを小さくすることができ、最大熱輸送量Ｑｍａｘを大きくすることができる。

ここで、気相又は液相の作動流体が移動する流路の毛細管半径ｒについて説明する。作動流体の流路として、ワイヤが編み込まれてなる毛細管構造体（例えば図１に示したメッシュ部材３１）が用いられる場合、毛細管半径ｒは、以下の式（９）により表される。
ｒ＝（Ｗ＋Ｄ）／２・・・（９）
Ｗ…毛細管構造体の開口の大きさ
Ｄ…ワイヤの径。

一方、例えば熱輸送デバイスの気相流路のように、作動流体の流路として毛細管構造体等が用いられず、矩形状の空洞が流路となる場合、毛細管半径ｒは、以下の式（１０）により表される。
ｒ＝ａｂ／（ａ＋ｂ）・・・（１０）。

ａ…流路の幅（短手方向での大きさ）
ｂ…流路の深さ（流路の厚さ）。

次に、本実施形態に係る熱輸送デバイス１００の動作を説明する。

図１に示すように、熱源１０が例えばハウジング１の下板部材１２に接触しているとする。熱源１０から発せられる熱により、毛細管力により保持された液相の作動流体が蒸発して気相の作動流体になる。気相の作動流体は、毛細管構造体３が配置されている液相領域に比べ、流路抵抗の小さい領域である、主にエキスパンドメタル２が配置されている気相領域へ移動し、拡散する。後述するように、エキスパンドメタル２が気相流路を形成することにより、流路抵抗（気相の流路抵抗であるΔＰｖ）を小さく維持しながら、ハウジング１を補強することができる。

気相の作動流体は、主に気相領域においてハウジング１自体及びハウジング１の外側へ熱を放出し、凝縮する。作動流体は熱源１０から離れるほど凝縮しやすい。気相の作動流体は、エキスパンドメタル２の開口２ａを流通することにより、低い凝縮抵抗で凝縮することができる。液相となった作動流体は、再び毛細管構造体３の毛細管力により液相領域に戻る。作動流体は以上のような相変化を繰り返して潜熱を移動させることにより、熱を輸送する。その結果、熱源が冷却される。

なお、熱源は、ハウジング１に熱的に接続していればよい。熱的に接続とは、例えば熱源とハウジング１とが直接接触している形態、あるいは、熱源が熱拡散シート等の部材を介して効率的な熱伝導が可能な状態で熱源とハウジング１とが接続されている形態を含む。熱源は、ハウジング１の上板部材１１に接触していてもよい。

また、例えばハウジング１の長手方向において、熱源が接続される側とは、反対側に図示しないヒートシンクが熱的に接続されていてもよい。

以上のように、本実施形態では、エキスパンドメタル２が用いられている。エキスパンドメタル２は一平面に広い形状でありながら、その厚さ方向に適度の厚さを有する。したがって、特にその厚さ方向で、ハウジング１を補強することができる。つまり、従来のように補強部材としての柱状部材が必要ない。また、少なくともその厚さ方向に気相の作動流体が流通するための適度な空間が、エキスパンドメタル２に開口２ａとして形成される。すなわち、エキスパンドメタル２は、補強部材及び気相流路の両方の機能を兼ね備える。したがって、従来に比べ部品点数を減らすことができ、例えばハウジング１内の形状に合わせて、任意の形状のエキスパンドメタル２を製造できるので、製造も容易になる。その結果、製造コストを抑えることができる。

また、エキスパンドメタル２が用いられることにより、高い熱輸送性能及び高い耐久性を有する熱輸送デバイス１００を実現することができる。

エキスパンドメタル２の開口２ａのサイズは、メッシュ部材３１では実現できないほど、いくらでも大きくすることができる、というメリットがある。したがって、例えばハウジング１のサイズに応じて、エキスパンドメタル２の開口２ａのサイズを適宜設定することができる。

図５は、気相流路を形成する部材として、比較例に係る通常のメッシュ部材が用いられた場合と、エキスパンドメタル２が用いられた場合とで、その流路抵抗の違いを示したグラフであり、実測値を示している。

このメッシュ部材３１とエキスパンドメタル２の各開口２ａのサイズは実質的に同じとされた。材料はメッシュ部材及びエキスパンドメタルがともに純銅、作動流体は水である。エキスパンドメタルとして、例えば後述の図１１に示した長さａ=ｂ=2mmのものが用いられた。比較例に係るメッシュ部材は♯１８のメッシュ、つまり、１インチ（25.4mm）角あたり、１８個の開口を有するメッシュである。

この実験から、メッシュ部材３１に比べエキスパンドメタル２の方が流路抵抗が小さいことが判明している。

図６は、メッシュ部材３１が用いられた場合と、エキスパンドメタル２が用いられた場合とで、最大熱輸送量を比較した結果を示すグラフである。この実験から明らかなように、エキスパンドメタル２が用いられた場合の方が、最大熱輸送量が多いことがわかる。

[第２の実施形態]
図７は、本発明の第２の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係る熱輸送デバイス１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。

熱輸送デバイス２００のハウジング１内には、気相を流通させるメッシュ部材２３と、毛細管構造体としての、また、補強部材としてのエキスパンドメタル２２が設けられている。エキスパンドメタル２２の構造は、上記第１の実施形態に係るエキスパンドメタル２の構造と実質的に同じであり、両者の開口のサイズが異なる。すなわち、エキスパンドメタル２２は、液相の作動流体に毛細管力を発生させる程度のサイズの開口を有する。メッシュ部材２３の開口のサイズは、エキスパンドメタル２２のそれより大きく形成されており、気相の作動流体の流路抵抗が小さくなるように設定されている。

[第３の実施形態]
図８は、本発明の第３の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す図である。

この熱輸送デバイス３００では、主に気相の作動流体を流通させるエキスパンドメタル２のほか、毛細管構造体としてもエキスパンドメタル１６が用いられている。すなわち、エキスパンドメタル１６は、エキスパンドメタル２の開口のサイズより小さいサイズの開口を有している。エキスパンドメタル１６の開口のサイズは、液相の作動流体に毛細管力を発生させることができる程度のサイズでよい。

このように、気相流路用のエキスパンドメタル２のほか、毛細管構造体としてもエキスパンドメタル１６が用いられることにより、上記第１の実施形態に係る熱輸送デバイス１００に比べ、ハウジング１の補強の機能を高めることができる。

[第４の実施形態]
図９は、本発明の第４の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す図である。

この実施形態に係る熱輸送デバイス４００は、気相流路を形成するエキスパンドメタル２及び液相流路として毛細管力を発生させる毛細管構造体３２を有する。毛細管構造体３２は、２層のエキスパンドメタル１７及び１８で構成される。これらのエキスパンドメタル１７及び１８は、それぞれ異なるサイズの開口を有する。例えばエキスパンドメタル１７の開口のサイズより、エキスパンドメタル１８の開口のサイズが小さい。エキスパンドメタル２の開口のサイズは最も大きく形成されている。

[第５の実施形態]
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す図である。

この実施形態に係る熱輸送デバイス５００は、エキスパンドメタル２及び毛細管構造体４２を有する。毛細管構造体４２は、エキスパンドメタル１９及びメッシュ部材３３で構成される。メッシュ部材３３の開口のサイズは、エキスパンドメタル１９の開口のサイズより小さい。

この熱輸送デバイス５００の毛細管構造体４２に代えて、異なるサイズの開口をそれぞれ有する、少なくとも２つのメッシュ部材が用いられてもよい。

図１１は、上記第１〜５の実施形態に係る熱輸送デバイス１００等において、気相の作動流体が流れる方向と、エキスパンドメタル２等の開口の配置との関係を説明するための図である。エキスパンドメタル２のひし形の開口２ａの２つの対角線ａ、ｂのうち、長い方向の対角線ｂの方向（図１１中のＸ軸方向）が、気相の作動流体が流れる方向に沿うように、エキスパンドメタル２が配置されると効果的である。典型的には、ハウジング１の長手方向に熱が輸送される場合、その長手方向にＸ軸が実質的に一致するように、エキスパンドメタル２がハウジング１内に配置される。

エキスパンドメタル２の製造時において、エキスパンドメタル２が延伸されることにより、開口２ａのサイズが容易に変更されるので、熱輸送デバイス１００等の製造が容易となる。これに対し、メッシュ部材３１の開口の縦横比は、実質的に同じに値に固定される。

図１２及び１３は、本発明者が、図１１における対角線ｂの長さ（開口２ａのＸ軸方向でのピッチ）を変更した場合において、その変更前後での、エキスパンドメタル２を流れる気相の作動流体の流路抵抗及びその時の最大熱輸送量をそれぞれ示している。実験では、変更後における対角線ｂの長さが、変更前のそれより長くなるように設定された。これらの図から、ピッチが大きい方が効果的であることがわかった。変更前のエキスパンドメタルは、ａ=ｂ=2mmのもの、変更後のエキスパンドメタルはａ＝1.4mm、b=2.4mmのものである。

図１５は、上記各実施形態のうち１つの実施形態に係る熱輸送デバイスを搭載した電子機器として、ラップトップ型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を示している。

ＰＣ１５０は、第１の筐体１１１と、第２の筐体１１２と、第１の筐体１１１及び第２の筐体１１２を回動可能に支持するヒンジ部１１３とを備えている。

第１の筐体１１１は、表示部１０１と、表示部１０１に光を照射するエッジライト型のバックライト１０２とを有する。バックライト１０２は、第１の筐体１１１内部において、第１の筐体１１１の上下方向にそれぞれ配置される。バックライト１０２は、例えば、銅板上に複数の白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が配置されて形成される。

第２の筐体１１２は、複数の入力キー１０３と、タッチパッド１０４とを有する。また、第２の筐体１１２は、内部にＣＰＵ１０５などの電子回路部品が搭載された制御回路基板（図示せず）を有している。

熱輸送デバイス１０は、第２の筐体１１２の内部において、ＣＰＵ１０５に接するように配置される。図１５では、熱輸送デバイス１０は、第２の筐体１１２の平面外形よりも小さく表されているが、熱輸送デバイス１０は、第２の筐体１１２の平面外形と同等の大きさとされてもよい。

あるいは、熱輸送デバイス１０は、第１の筐体１１１内部において、バックライト１０２を形成する銅板と接するように配置されていてもよい。この場合、熱輸送デバイス１０は、第１の筐体１１１内に複数個配置される。

上述のように、熱輸送デバイス１０は、高い熱輸送性能を有しているため、ＣＰＵ１０５や、バックライト１０２などで発生した熱を速やかに輸送することができる。これにより、熱を速やかにＰＣ１５０の外部へ放出することができる。また、熱輸送デバイス１０により、第１の筐体１１１、あるいは、第２の筐体１１２の内部の温度を均一にすることができるため、低温火傷を防止することができる。

さらに、熱輸送デバイス１０は、高い熱輸送性能が、薄型で実現されているため、ＰＣ１５０の薄型化も実現される。

図１５では、電子機器の一例として、ＰＣを挙げて説明したが、電子機器は、これに限られない。電子機器の他の例として、オーディオ／ビジュアル機器、ディスプレイ装置、プロジェクタ、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、ロボット機器、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、カメラ、携帯電話その他の電化製品等が挙げられる。

本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態がある。

例えば、図９に示した熱輸送デバイス４００において、各エキスパンドメタル１７及び１８の配置が互いに逆とされてもよい。すなわち、必ずしもハウジング１の下面側に近い方に最も小さいサイズの開口を有するエキスパンドメタル１８が配置されていなくてもよく。

４つ以上のエキスパンドメタル２が積層されてハウジング１内に配置されていてもよい。その場合の各エキスパンドメタルは、どのような順番で配置されていてもよい。例えば、ハウジング１内の厚さ方向で、中央に気相流路を形成するエキスパンドメタルが配置され、それを挟むように毛細管構造体を形成するエキスパンドメタルが配置されてもよい。

図１０に示した実施形態において、毛細管構造体４２として、エキスパンドメタル１９及びメッシュ部材３３が設けられた。しかし、毛細管構造体４２としては、エキスパンドメタル、メッシュ部材及びこれら以外の毛細管部材のうち少なくとも２つの組合せでよい。エキスパンドメタル及びメッシュ部材以外の毛細管部材としては、金属やセラミック等の多孔質の焼結体がある。

このような、エキスパンドメタル、メッシュ部材及びこれら以外の毛細管部材のうち少なくとも２つの組合せを有する毛細管構造体の、それら少なくとも２つの部材の各開口のサイズは同じであってもよい。

熱輸送デバイスのハウジング１の形状は、矩形に限られず、平面で見てＬ字状、Ｕ字状、円形、楕円形、多角形、リング形状等、何でもよい。

１００、２００、３００、４００、５００…熱輸送デバイス
２、１６〜１９、２２…エキスパンドメタル
２３、３１、３３…メッシュ部材
３１…メッシュ部材
３、３２、４２…毛細管構造体
１５０…ＰＣ

Claims (12)

1. ハウジングと、
   相変化により熱を輸送する作動流体と、
   前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングを補強し、前記作動流体の流路を形成するエキスパンドメタルと
   を具備する熱輸送デバイス。
2. 請求項１に記載の熱輸送デバイスであって、
   前記エキスパンドメタルは、気相の前記作動流体の流路を形成する熱輸送デバイス。
3. 請求項１に記載の熱輸送デバイスであって、
   前記エキスパンドメタルは、液相の前記作動流体に毛細管力を発生させるための流路を形成する熱輸送デバイス。
4. ハウジングと、
   相変化により熱を輸送する作動流体と、
   第１のサイズの開口を有し、前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングを補強し、気相の前記作動流体の流路を形成する第１のエキスパンドメタルと
   を具備する熱輸送デバイス。
5. 請求項４に記載の熱輸送デバイスであって、
   第１のサイズより小さい第２のサイズの開口を有し、前記第１のエキスパンドメタルに積層するように設けられ、液相の前記作動流体に毛細管力を発生させる毛細管構造体をさらに具備する熱輸送デバイス。
6. 請求項５に記載の熱輸送デバイスであって、
   前記毛細管構造体は、前記第２のサイズの開口を有する第２のエキスパンドメタルを含む熱輸送デバイス。
7. 請求項５に記載の熱輸送デバイスであって、
   前記毛細管構造体は、前記第２のサイズの開口を有するメッシュ部材を含む熱輸送デバイス。
8. 請求項５に記載の熱輸送デバイスであって、
   前記毛細管構造体は、
   前記第２のサイズの開口を有する第１の毛細管部材と、
   前記第１のサイズより小さく前記第２のサイズより大きく第３のサイズの開口を有する第２の毛細管部材と
   を有する熱輸送デバイス。
9. ハウジングと、
   相変化により熱を輸送する作動流体と、
   異なるサイズの開口をそれぞれ有し、積層されて設けられ、前記ハウジングを補強し、前記作動流体の流路を形成する複数のエキスパンドメタルと
   を具備する熱輸送デバイス。
10. 熱源と、
    前記熱源に接触するように設けられたハウジングと、相変化により熱を輸送する作動流体と、前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングを補強し、前記作動流体の流路を形成するエキスパンドメタルとを有する熱輸送デバイスと
    を具備する電子機器。
11. 熱源と、
    前記熱源に接触するように設けられたハウジングと、相変化により熱を輸送する作動流体と、第１のサイズの開口を有し、前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングを補強し、気相の前記作動流体の流路を形成する第１のエキスパンドメタルとを有する熱輸送デバイスと
    を具備する電子機器。
12. 熱源と、
    前記熱源に接触するように設けられたハウジングと、相変化により熱を輸送する作動流体と、異なるサイズの開口をそれぞれ有し、積層されて設けられ、前記ハウジングを補強し、前記作動流体の流路を形成する複数のエキスパンドメタルとを有する熱輸送デバイスと
    を具備する電子機器。

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