JP2019120445A - ループ型ヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

ループ型ヒートパイプ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ループ型ヒートパイプにおいて、蒸発器と凝縮器とを接続する管を曲げ加工しても管が閉塞しない新規な構造を提供する。【解決手段】複数の金属層（５１〜５６）を積層した構造からなり、作動流体を気化させる蒸発器１０と、気化した作動流体を液化する凝縮器２０と、蒸発器１０と凝縮器２０とを接続する蒸気管３０と、蒸発器１０と凝縮器２０とを接続する液管４０とを有するループ型ヒートパイプ１であり、ループ型ヒートパイプ１の最外層に配置された第１金属層５６の外側表面に第１の溝部Ｇ１が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ループ型ヒートパイプ及びその製造方法に関する。
近年、スマートホン、タブレット、又はノートＰＣなどのモバイル機器は、性能向上と小型／薄型化が進み、単位面積当たりの発熱量が増加している。
このようなモバイル機器では、送風用ファンや水冷用ポンプを組み込むことができないため、熱伝導率の高い金属シートを用いて冷却を行っている。
しかし、発熱量がさらに増えると金属シートだけでは十分な放熱を行うことができない。そこで、発熱部品の熱を吸収する蒸発器と、熱を放熱する凝縮器とを管でループ状に接続し、内部に作動流体を封入したループ型ヒートパイプが開発されている。
特開平１１−２８７５７７号公報 ＷＯ２０１５／０８７４５１号公報 特開２０１６−９５１０８号公報
ループ型ヒートパイプを電子機器に収容する際に、蒸発器と凝縮器との間で高さ位置を変える必要がある場合は、蒸発器と凝縮器とを接続する管を曲げ加工する必要がある。
管の内部は小さな矩形状の空洞になっている。このため、管を曲げ加工すると、曲げ方向の内側の管壁に圧縮応力が発生し、内側の管壁が管内部に押されて移動する。また、曲げの外側の管壁に引張り応力が発生し、外側の管壁が管内部に引っ張られて移動する。これにより、管が閉塞してしまい、ループ型ヒートパイプとして機能しなくなる。
ループ型ヒートパイプ及びその製造方法において、蒸発器と凝縮器とを接続する管を曲げ加工しても管が閉塞しない新規な構造を提供することを目的とする。
以下の開示の一観点によれば、複数の金属層を積層した構造からなり、作動流体を気化させる蒸発器と、前記気化した作動流体を液化する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する蒸気管と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管とを有するループ型ヒートパイプであって、前記ループ型ヒートパイプの最外層に配置された第１金属層の外側表面に第１の溝部が形成されているループ型ヒートパイプが提供される。
また、その開示の他の観点によれば、複数の金属層を用意する工程と、前記複数の金属層を積層することにより、蒸発器、凝縮器、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する蒸気管、及び前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管を形成する工程と、前記複数の金属層のうち、前記複数の金属層を積層する工程において、最表面に配置される金属層の外側表面に第１の溝部を形成する工程とを有するループ型ヒートパイプの製造方法が提供される。
以下の開示によれば、ループ型ヒートパイプの蒸気管及び液管は曲げ加工される曲げ加工領域を有する。そして、曲げ加工領域における蒸気管及び液管の曲げ方向の内側になる各管壁の外面に、曲げ方向と交差する方向に溝部が形成されている。
このため、蒸気管及び液管を曲げ加工すると、曲げ方向の内側の管壁の外面に配置された溝部が曲げ応力で押されて閉口し、溝部の対向する側壁が接触又は接近して切込部となる。
これにより、曲げ加工領域の内側の管壁での圧縮応力による変形が緩和され、内側の管壁が管内部に曲げ応力で押されて移動する量が減少する。よって、蒸気管及び液管を曲げ加工しても管が閉塞することがなく、十分な断面積を有する流路を確保することができる。
図１（ａ）及び（ｂ）は本願発明者の検討で使用したループ型ヒートパイプの斜視図及び断面図である。 図２は第１実施形態のループ型ヒートパイプを示す平面図である。 図３（ａ）は図２のループ型ヒートパイプの蒸気管のＸ１−Ｘ１に沿った部分断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の蒸気管を曲げ加工した様子を示す部分断面図である。 図４は図２のループ型ヒートパイプの蒸気管のＸ２−Ｘ２に沿った部分断面図である。 図５は図２のループ型ヒートパイプの液管のＸ３−Ｘ３に沿った部分断面図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法を示す断面図及び側面図（その１）である。 図７（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法を示す断面図及び側面図（その２）である。 図８（ａ）は第２実施形態のループ型ヒートパイプの蒸気管の溝部を示す部分断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の蒸気管を曲げ加工した様子を示す部分断面図である。 図９は第２実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法を示す断面図である。 図１０（ａ）は第３実施形態のループ型ヒートパイプの蒸気管の溝部を示す部分断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の蒸気管を曲げ加工した様子を示す部分断面図である。 図１１は第３実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法を示す断面図である。 図１２は実施形態のループ型ヒートパイプの第１の適用例を示す断面図である。 図１３は実施形態のループ型ヒートパイプの第２の適用例を示す断面図である。 図１４は実施形態のループ型ヒートパイプの第３の適用例を示す断面図である。
以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
実施形態の説明の前に、本願発明者が行った検討結果について説明する。
図１（ａ）に示すように、ループ型ヒートパイプは、電子機器に収容されるものであり、蒸発器１００と凝縮器２００とを備えている。蒸発器１００及び凝縮器２００には蒸気管３００と液管４００とが接続されており、これにより、作動流体が流れる流路が形成されている。
発熱部品の上に蒸発器１００が固定され、発熱部品の熱により作動流体の蒸気が生成される。蒸気は、蒸気管３００を通って凝縮器２００に導かれ、凝縮器２００で液化する。また、液体が液管４００を通って蒸発器１００に戻される。このようにして、発熱部品の熱が凝縮器２００に移動して外部に放熱される。
ループ型ヒートパイプは、複数の平らな銅層をエッチング加工し、それらの銅層を積層して接合することにより製造されるため、同一平面構造を有する。
このため、電子機器内の発熱部品の上にループ型ヒートパイプの蒸発器１００を固定すると、蒸発器１００と凝縮器２００とは同じ高さ位置に配置される。
しかし、ループ型ヒートパイプの凝縮器２００を電子機器の筐体の側板や天板の開口部に配置して外部に熱を放熱する必要がある場合は、蒸発器１００と凝縮器２００とを接続する蒸気管３００及び液管４００を曲げ加工する必要がある。
ループ型ヒートパイプの蒸気管３００及び液管４００の内部の流路は、断面視において小さな矩形状の空洞になっている。このため、図１（ｂ）に示すように、蒸気管３００及び液管４００を曲げ加工すると、曲げ方向の内側の管壁Ｐ１で圧縮応力が発生し、曲げ方向の外側の管壁Ｐ２で引張り応力が発生する。
これにより、蒸気管３００及び液管４００の曲げ加工された管壁Ｐ１と管壁Ｐ２とが管内部に曲げ応力で押されて移動して接触するため、蒸気管３００及び液管４００が閉塞してしまい、ループ型ヒートパイプとして機能しなくなる。
以下に説明する実施形態のループ型ヒートパイプ及びその製造方法では、前述した課題を解消することができる。
（第１実施形態）
図２は第１実施形態のループ型ヒートパイプの全体の様子を模式的に示す平面図である。図３〜図５は図２のループ型ヒートパイプの蒸気管及び液管を説明するための図である。図６及び図７は第１実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法を説明するための図である。
図２に示すように、実施形態のループ型ヒートパイプ１は、発熱部品が発する熱によって作動流体を気化させる蒸発器１０と、気化した作動流体を液化させる凝縮器２０とを備えている。さらに、ループ型ヒートパイプ１は、蒸発器１０と凝縮器２０とを接続する蒸気管３０と、蒸発器１０と凝縮器２０とを接続する液管４０とを備えている。
このようにして、蒸気管３０及び液管４０によって作動流体が流れるループ状の流路が形成される。凝縮器２０には紆曲状の流路Ｆが配置されており、その流路Ｆが蒸気管３０及び液管４０にそれぞれ繋がっている。
発熱部品の上にループ型ヒートパイプ１の蒸発器１０に固定され、発熱部品から発する熱により作動流体の蒸気が生成される。発熱部品は、例えば、ＣＰＵチップなどの半導体チップである。
作動流体が蒸発するときの気化熱により発熱部品の温度を下げる。そして、蒸気は蒸気管３０を通って凝縮器２０に導かれ、蒸発器１０で得た熱を凝縮器２０で放熱することによって液化する。
このようにして、発熱部品が発した熱が凝縮器２０に移動され、外部に放熱される。凝縮器２０で液化した作動流体は、液管４０を通って蒸発器１０に戻される。作動流体としては、例えば、アンモニア、水、フロン又はアルコールなどの蒸気圧の高い流体が使用される。
前述したように、図２のループ型ヒートパイプ１の凝縮器２０を電子機器の筐体の側板や天板の開口部に配置して外部に熱を放熱する必要がある場合は、蒸発器１０と凝縮器２０とを接続する蒸気管３０及び液管４０を曲げ加工する必要がある。
図２のループ型ヒートパイプ１は曲げ加工される前の状態であり、後に曲げ加工される曲げ加工領域Ｒを有する。
そして、図２に示すように、第１実施形態のループ型ヒートパイプ１では、蒸気管３０及び液管４０を曲げ加工する際に管が閉塞しないように、曲げ加工領域Ｒの蒸気管３０及び液管４０の各外面に複数の第１の溝部Ｇ１が並んで形成されている。第１の溝部Ｇ１は蒸気管３０及び液管４０の幅方向に線状に延びて形成される。
図３（ａ）は、図２のループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０のＸ１−Ｘ１に沿った部分断面図である。蒸気管３０の内部は、幅方向の断面視において小さな矩形状の空洞となっている。図３（ａ）には、図２の蒸気管３０の上面側の管壁Ｐ１と下面側の管壁Ｐ２とが示されている。
図３（ａ）に示すように、第１実施形態では、曲げ加工領域Ｒにおける蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側になる管壁Ｐ１の外面に、複数の第１の溝部Ｇ１が並んで形成されている。第１の溝部Ｇ１は、曲げ方向Ｗと交差する方向に線状に延びて形成される。曲げ方向Ｗと交差する方向は、蒸気管３０の幅方向（図２）と同じ方向である。
好適には、第１の溝部Ｇ１は曲げ方向Ｗと直交する方向に配置されるが、交差角度は直角から多少ずれていていてもよく、曲げ方向Ｗと交差していればよい。
蒸気管３０の管壁Ｐ１の厚さＴは例えば０．１ｍｍ程度であり、第１の溝部Ｇ１の深さＤは例えば５０μｍ程度に設定される。また、複数の第１の溝部Ｇ１が並んで配置される曲げ加工領域Ｒの長さＬは１ｍｍ程度である。
特に図示しないが、図２の液管４０においても、図３（ａ）の蒸気管３０と同様に、曲げ加工領域Ｒにおける曲げ方向の内側になる管壁の外面に、複数の第１の溝部Ｇ１が並んで形成されている。
蒸気管３０及び液管４０に形成される第１の溝部Ｇ１は、蒸気管３０及び液管４０を曲げ加工する際に曲げ応力による管壁Ｐ１の管内部への変形を緩和させるために設けられる。蒸気管３０及び液管４０の曲げ加工の角度に応じて、第１の溝部Ｇ１の深さ、本数、配置ピッチなどが調整される。
このようにして、曲げ加工領域Ｒにおける蒸気管３０及び液管４０の曲げ方向Ｗの内側になる各管壁Ｐ１の外面に、曲げ方向Ｗと交差する方向に第１の溝部Ｇ１が形成されている。
図４は、図２のループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０のＸ２−Ｘ２に沿った部分断面図である。図４に示すように、図２のループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０は、６層の金属層５１〜５６が積層されて形成される。６層の金属層５１〜５６を積層することにより、蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０及び液管４０が同時に構築される。
６層の金属層５１〜５６は、例えば、熱伝導性に優れた銅層から形成され、拡散接合により相互に接合される。
１層目の金属層５１は、図２のループ型ヒートパイプ１の平面形状で形成される。また、２層目〜５層目の金属層５２〜５５は、開口部（５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ）が形成された状態で積層される。
蒸気管３０では、２層目〜５層目の金属層５２〜５５の開口部５２ａ〜５５ａが重なって連通することで作動流体の流路Ｆが構築される。蒸気管３０の流路Ｆは断面視において矩形状で形成される。例えば、流路Ｆの幅は４ｍｍ程度であり、高さは０．４ｍｍ程度である。
また、６層目の金属層５６はループ型ヒートパイプ１の平面形状で形成される。６層目の金属層５６の上面に前述した第１の溝部Ｇ１が形成されている。
このように、最上の６層目の金属層５６の外側表面に第１の溝部Ｇ１が形成されている。ループ型ヒートパイプの最外層に配置された６層目の金属層５６が第１の金属層の一例である。
最上の６層目の金属層５６は、ループ型ヒートパイプ１の内部に形成された流路の管壁の一部を構成し、流路と接する金属層５６の内側表面において、第１の溝部Ｇ１が形成された領域に対応する面は平滑な面である。
図５は、図２のループ型ヒートパイプ１の液管４０のＸ３−Ｘ３に沿った断面図である。図５に示すように、ループ型ヒートパイプ１の液管４０内には多孔質体４２が構築されている。多孔質体４２は、液管４０に沿って蒸発器１０まで延びており、多孔質体４２に生じる毛細管力によって液管４０内の液相の作動流体が蒸発器１０まで誘導される。
図５に示すように、第２層目の金属層５２から第５層目の金属層５５には、厚み方向に貫通する複数の孔（５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ）がそれぞれ形成されている。これらの孔５２ｂ〜５５ｂは平面視で互いにずれて重なって連通しており、これによって多孔質体４２の微細な気孔流路が構築される。
多孔質体４２の気孔流路は多孔質体４２内に３次元的に延びており、作動流体が毛細管力でその気孔流路内で３次元的に浸透していく。
このように、作動液体を蒸発器１０に戻す液管４０に毛細管力を発生させる構造を採用することにより、ループ型ヒートパイプ１が装着される電子機器が傾いたりしても、安定して熱輸送を行うことができる。
また、蒸発器１０から液管４０に蒸気が逆流しようとしても、多孔質体４２によって作動液体に作用する毛細管力によって蒸気を押し戻すことができ、蒸気の逆流を防止することができる。
図２に戻って説明すると、この多孔質体４２は、蒸発器１０内にも設けられており、蒸発器１０内の多孔質体４２の気孔流路が蒸気管３０に連通して繋がっている。
このように、ループ型ヒートパイプ１は、複数の金属層を積層した構造からなる。
次に、前述した図２のループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０及び液管４０を曲げ加工する態様について説明する。
図３（ｂ）には、図３（ａ）のループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０が曲げ加工領域Ｒで曲げ加工された様子が示されている。前述したように、図３（ａ）の曲げ加工前の蒸気管３０では、曲げ方向Ｗの内側の蒸気管３０の管壁Ｐ１の外面に複数の第１の溝部Ｇ１が形成されている。
このため、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の蒸気管３０を曲げ方向Ｗに曲げ加工すると、曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１の外面に配置された複数の第１の溝部Ｇ１が曲げ応力で押されて閉口し、第１の溝部Ｇ１の対向する側壁が接触又は接近した状態となる。
このとき、曲げ加工された蒸気管３０は、曲げ加工領域Ｒの内側の管壁Ｐ１の外面に第１の溝部Ｇ１が閉口した切込部Ｃ１が配置された状態となる。切込部Ｃ１は、第１の溝部Ｇ１の対向する側壁が接触又は接近して形成される。
図３（ｂ）の例では、切込部Ｃ１は、第１の溝部Ｇ１の頂点（開口端）同士が接触し、内部に空洞が残されるように形成される。
これにより、蒸気管３０の曲げ加工領域Ｒの内側の管壁Ｐ１での圧縮応力による管内部への変形が緩和され、蒸気管３０の管壁Ｐ１が管内部に曲げ応力で押されて移動する量が減少する。よって、蒸気管３０を曲げ加工しても蒸気管３０が閉塞することがなく、十分な断面積を有する流路を確保することができる。
また、蒸気管３０が曲げ加工されても、曲げ加工領域Ｒの蒸気管３０の内面は凹凸のなない平滑な曲面となるため、流路での作動液体の流体抵抗が増加することもない。
蒸気管３０を曲げ加工する際に、液管４０も同時に曲げ加工される。液管４０においても同様な第１の溝部Ｇ１が形成されているため、液管４０が閉塞することなく、十分な断面積を有する流路を確保することができる。
次に、第１実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法について説明する。
まず、複数の金属層を用意する。好適には、図６（ａ）に示すように、1層目から６層目までの６枚の金属層５１〜５６を用意する。
金属層５１〜５６として、例えば、厚みが０．１ｍｍ程度の銅層が使用される。最下の第１層目の金属層５１と、最上の６層目の金属層５６とは、前述した図２のループ型ヒートパイプ１の平面形状で形成される。
２層目から５層目の金属層５２〜５５には、開口部（５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ）が形成される。金属層５２〜５５の開口部５２ａ〜５５ａは、前述したループ型ヒートパイプ１の蒸発部１０、凝縮器２０、蒸気管３０及び液管４０を構築するようにそれらに対応して形成される。
また、前述した図５で説明したように、液管４０に対応する部分の２層目から５層目の金属層５２〜５５には、多孔質体４２を構築するための孔（５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ）がそれぞれ形成されている。
さらに、６層目の金属層５６の上面には、前述した図２及び図３（ａ）の蒸気管３０及び液管４０の第１の溝部Ｇ１が予め形成されている。このように、曲げ加工領域Ｒに対応する最上の金属層５６の上面に、曲げ方向Ｗと交差する方向に第１の溝部Ｇ１が形成される。
複数の金属層のうち、複数の金属層を積層する工程において最表面に配置される金属層の外側表面に第１の溝部Ｇ１を形成する。
１層目の金属層５１と６層目の金属層５６は、図２のループ型ヒートパイプ１の平面形状になるように金属層がパターニングされて形成される。
また、第２層目から第５層目の金属層５２〜５５の各開口部５２ａ〜５５ａ、及び各孔５２ｂ〜５５ｂ（図５）においても、金属層がパターニングされて形成される。
金属層の上にフォトリソグラフィによりレジストパターン層を形成し、レジストパターン層をマスクにして金属層がウェットエッチングにより貫通加工される。金属層の両面側からウェットエッチングして貫通加工してもよい。
また、最上の金属層５６の上面の第１の溝部Ｇ１は、レジストパターン層をマスクにして金属層の上面から厚みの途中までウェットエッチングすることにより形成される。
金属層５１〜５６が銅層である場合は、エッチング液として、塩化第二銅水溶液、又は塩化第二鉄水溶液などが使用される。
あるいは、最上の金属層５６の上面をレーザ加工することにより第１の溝部Ｇ１を形成してもよい。レーザとして、例えば、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザが使用される。
そして、上記した１層目〜６層目の金属層５１〜５６を積層し、９００℃の温度で加熱しながらプレスすることによって、接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する拡散接合により金属層５１〜５６を相互に接合する。
これにより、前述した図２の蒸発器１０、凝縮器２０、蒸発器１０と凝縮器２０とを接続する蒸気管３０、及び蒸発器１０と凝縮器２０とを接続する液管４０を形成する。
以上により、図６（ｂ）に示すように、同一平面構造のループ型ヒートパイプ１が製造される。図６（ｂ）のループ型ヒートパイプ１は前述した図２の平面図のループ型ヒートパイプ１を蒸気管３０側の横方向からみた側面図に相当する。
次いで、図７（ａ）に示すように、金型として、押え部材６０と、ポンチ６２とを用意する。そして、図６（ｂ）のループ型ヒートパイプ１を上下反転させ、第１の溝部Ｇ１（不図示）が形成された面を下側に向けた状態で、押え部材６０の上にループ型ヒートパイプ１を配置する。
このとき、ループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０及び液管４０の第１の溝部Ｇ１が配置された曲げ加工領域Ｒが押え部材６０の端部に配置される。
さらに、ポンチ６２によって、押え部材６０からはみ出した領域のループ型ヒートパイプ１を下側に押圧して、蒸気管３０及び液管４０の曲げ加工領域Ｒで曲げ加工する。
これにより、図７（ｂ）に示すように、ループ型ヒートパイプ１が曲げ加工領域Ｒで曲げ加工される。このとき、前述した図３（ｂ）のように、ループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０及び液管４０が閉塞することなく、曲げ加工される。
また、図７（ｂ）の部分拡大図に示すように、前述した図３（ｂ）と同様に、曲げ方向Ｗの内側の蒸気管３０の管壁Ｐ１の外面に配置された第１の溝部Ｇ１が曲げ加工によって閉口して切込部Ｃ１となる。
このように、第１の溝部Ｇ１が形成された領域において、第１の溝部Ｇ１が内側となり、かつ、曲げ線方向が第１の溝部Ｇ１に対して略平行となるように折り曲げられる。曲げ線方向は、蒸気管３０及び液管４０を曲げる際に外面に生じる曲げ線の方向であり、蒸気管３０及び液管４０の幅方向と同じ方向である。
あるいは、特に図示しないが、金型として、断面視で上面に所定角度のＶ字状の凹部が形成された下型と、下型のＶ字状の凹部に嵌るＶ字状の突出部を備えた上型を使用してもよい。
この場合は、下型と上型との間に第１の溝部Ｇ１を上側に向けてループ型ヒートパイプ１を配置し、上型で下型を押圧することにより、蒸気管３０及び液管４０がＶ字状の凹部に対応して曲げ加工される。
また、蒸発器１０と凝縮器２０とを水平方向に配置した状態で高さ位置を変える場合は、ループ型ヒートパイプ1の蒸気管３０及び液管４０の２箇所を曲げ加工する金型が使用される。
金型を使用するプレス加工により、ループ型ヒートパイプ１の蒸発器１０及び凝縮器２０が所要の位置に配置されるように蒸気管３０及び液管４０を曲げ加工することができる。
（第２実施形態）
図８は第２実施形態のループ型ヒートパイプの蒸気管に形成される溝の様子を説明するための図、図９は第２実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法を説明するための図である。
第２実施形態では、第１実施形態と同一要素及び製造方法の同一工程の詳しい説明は省略する。
第２実施形態のループ型ヒートパイプでは、図８（ａ）に示すように、第１実施形態の図３（ａ）の蒸気管３０において、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２の外面にも、曲げ方向Ｗと交差する方向に線状に延びる複数の第２の溝部Ｇ２が並んで形成されている。また、図２のループ型ヒートパイプ１の液管４０においても、同様に、第２の溝部Ｇ２が追加で形成される。
第１の溝部Ｇ１及び第２の溝部Ｇ２は、蒸気管３０及び液管４０の各幅方向に横断するように形成されている。
このように、第２実施形態では、曲げ加工領域Ｒにおける蒸気管３０及び液管４０の曲げ方向Ｗの外側になる各管壁Ｐ２の外面に、曲げ方向Ｗと交差する方向に第２の溝部Ｇ２が追加で形成されている。
前述した図４の最下の金属層５１の外側表面において、第１の溝部Ｇ１が形成された領域と重なる位置に第２の溝部Ｇ２が形成されている。図４の最下の金属層５１が第１金属層とは反対側の最外層に配置された第２金属層の一例である。
図４の最下の金属層５１は、ループ型ヒートパイプの内部に形成された流路の管壁の一部を構成し、流路と接する金属層５１の内側表面において、第２の溝部Ｇ２が形成された領域に対応する面は平滑な面である。
このため、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）の蒸気管３０を曲げ方向Ｗに曲げ加工すると、第１実施形態と同様に、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１の外面に配置された複数の第１の溝部Ｇ１が閉口する。そして、第１溝部Ｇ１の対向する側壁が接触又は接近して、切込部Ｃ１となる。
また同時に、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２の外面に配置された複数の第２の溝部Ｇ２が開口し、第２の溝部Ｇ２の幅方向に延びて広がって第１の凹部Ｈ１となる。第１の凹部Ｈ１の幅は第２の溝部Ｇ２の幅よりも広くなり、第１の凹部Ｈ１の深さは第２の溝部Ｇ２の深さよりも浅くなる。
これにより、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１での圧縮応力が緩和され、蒸気管３０の曲げ方向の内側の管壁Ｐ１が管内部に曲げ応力で押されて移動する量が減少する。
換言すれば、曲げ方向の外側の管壁Ｐ２が、第２の溝部Ｇ２が形成されていない場合に比べ少ない応力で引張方向に変形可能となるため、それに伴い曲げの内側の管壁Ｐ１にかかる応力が減少し、管壁Ｐ１の変形が緩和される。
さらに、第２実施形態では、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２での引張り応力による管内部への変形が緩和され、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２が管内部に曲げ応力で押されて移動する量が減少する。
これにより、蒸気管３０を曲げ加工しても、蒸気管３０が閉塞することがなく、十分な断面積を有する流路を確保することができる。
また、蒸気管３０が曲げ加工されても、曲げ加工領域Ｒの蒸気管３０の内面は凹凸のない平滑な曲面となるため、流路での作動流体の流体抵抗が増加することもない。
蒸気管３０を曲げ加工する際に、液管４０も同時に曲げ加工される。液管４０においても同様な第１の溝部Ｇ１及び第２の溝部Ｇ２が形成されているため、液管４０が閉塞することなく、十分な断面積を有する流路を確保することができる。
第２実施形態では、蒸気管３０及び液管４０の曲げ方向の内側及び外側の両方の管壁Ｐ１，Ｐ２において管内部に曲げ応力で押されて移動する量が減少するため、第１実施形態よりも曲げ加工領域Ｒでの流路の断面積を大きく確保することができる。
次に、第２実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法について説明する。図９に示すように、前述した第１実施形態の製造方法の図６（ａ）において、第1層目の金属層５１の下面に前述した図８（ａ）の管壁Ｐ２の外面に配置された第２溝部Ｇ２が追加で形成される。
このように、曲げ加工領域Ｒに対応する最下の金属層５１の下面に、曲げ方向Ｗと交差する方向に第２の溝部Ｇ２が追加で形成される。
この状態で、第1層目から第６層目の金属層５１〜５６を積層して接合し、前述した図７（ａ）及び（ｂ）と同じ工程を遂行することにより、第２実施形態のループ型ヒートパイプが製造される。
（第３実施形態）
図１０は第３実施形態のループ型ヒートパイプの蒸気管に形成される溝の態様を説明するための図、図１１は第３実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法を説明するための図である。第３実施形態では、第１、第２実施形態と同一要素及び製造方法の同一工程の詳しい説明は省略する。
図１０（ａ）に示すように、第３実施形態のループ型ヒートパイプでは、前述した第２実施形態の図８（ａ）の蒸気管３０において、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１の内面に、曲げ方向Ｗと交差する方向に線状に延びる複数の第３の溝部Ｇ３が追加で形成される。
蒸気管３０の管壁Ｐ１の内面の第３の溝部Ｇ３は、管壁Ｐ１の外面の複数の第１の溝部Ｇ１の間の領域に対応する部分に配置され、第１の溝部Ｇ１と第３の溝部Ｇ３とが互い違いに配置される。
第１の溝部Ｇ１と第３の溝部Ｇ３とを互い違いに配置することにより、対応する同じ位置に配置する場合よりも管壁Ｐの残りの厚みを実質的に厚く確保できる。このため、蒸気管３０の曲げ加工した後に一定の強度を確保することができる。
このように、前述した図４の流路と接する最上の金属層５６（第１金属層）の内側表面において、第１の溝部Ｇ１が形成された領域に対応する面に、第１の溝部Ｇ１と平行かつ第１の溝部Ｇ１とは重ならない位置に第３の溝部Ｇ３が形成されている
また、図１０（ａ）に示すように、前述した第２実施形態の図８（ａ）の蒸気管３０において、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２の内面に、曲げ方向と交差する方向に線状に延びる複数の第４の溝部Ｇ４が追加で形成される。
蒸気管３０の管壁Ｐ２においても、外面の第２溝部Ｇ２と内面の第４の溝部Ｇ４とが互い違いになるように配置される。
また、図２のループ型ヒートパイプ１の液管４０においても、同様に、第３の溝部Ｇ３と第４の溝部Ｇ４とが追加で形成される。
このように、第３実施形態では、曲げ加工領域Ｒにおける蒸気管３０及び液管４０の曲げ方向Ｗの内側になる各管壁Ｐ１の内面に、曲げ方向Ｗと交差する方向に第３の溝部Ｇ３が追加で形成される。
さらに、曲げ加工領域Ｒにおける蒸気管３０及び液管４０の曲げ方向Ｗの外側になる各管壁Ｐ２の内面に、前記曲げ方向と交差する方向に第４の溝部Ｇ４が追加で形成される。
前述した図４の流路と接する最下の金属層５１（第２の金属層）の内側表面において、第２の溝部Ｇ２が形成された領域に対応する面に、第２の溝部Ｇ１と平行かつ第２の溝部Ｇ２とは重ならない第４の溝部Ｇ４が形成されている。
このため、図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）の蒸気管３０を曲げ方向Ｗに曲げ加工すると、第１実施形態と同様に、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１の外面に配置された複数の第１の溝部Ｇ１が閉口して、切込部Ｃ１となる。
また同時に、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１の内面に配置された複数の第３の溝部Ｇ３が幅方向に延びて広がって、第２の凹部Ｈ２となる。
これにより、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１での管内部への変形が緩和される。よって、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１が管内部に曲げ応力で押されて移動する量が第１、第２実施形態よりもさらに減少する。
また、同じく図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）の蒸気管３０を曲げ方向Ｗに曲げ加工すると、第２実施形態と同様に、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２の外面に配置された複数の第２の溝部Ｇ２が幅方向に広がって、第１の凹部Ｈ１となる。
さらに、第３実施形態では、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２の内面に配置された複数の第４の溝部Ｇ４が幅方向に広がって、第３の凹部Ｈ３となる
これにより、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２での引張り方向への変形がしやすくなる。よって、蒸気管３０の曲げ方向の外側の管壁Ｐ２が管内部に曲げ応力で押されて移動する量が第１、第２実施形態よりもさらに減少する。
蒸気管３０を曲げ加工する際に、液管４０も同時に曲げ加工される。液管４０においても、同様な第１〜第４の溝部Ｇ１、Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４が形成されているため、液管４０が閉塞することなく、十分な断面積を有する流路を確保することができる。
以上のように、第３実施形態では、蒸気管３０の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１の外面及び内面に第１の溝部Ｇ１及び第３の溝部Ｇ３をそれぞれ形成している。また、曲げ方向Ｗの外側の管壁Ｐ２の外面及び内面に第２の溝部Ｇ２及び第４の溝部Ｇ４をそれぞれ形成している。そして、液管４０の曲げ加工領域Ｒの管壁にも同様な第１〜第４の溝部Ｇ１〜Ｇ４）が形成される。
これにより、蒸気管３０及び液管４０を曲げ加工する際に、蒸気管３０及び液管４０の曲げ方向の内側及び外側の両者の管壁Ｐ１，Ｐ２において、管内部に曲げ応力で押されて移動する量が減少する。
よって、第１、第２実施形態よりも、蒸気管３０及び液管４０の曲げ加工領域Ｒでの流路の断面積を大きく確保することができる。
第３実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、蒸気管３０を曲げ加工すると、蒸気管３０の管壁Ｐ１の内面に第３の溝部Ｇ３の幅が広くなった第２の凹部Ｈ２が残るため、曲げ加工領域Ｒの管壁Ｐ１の内面は凹凸状の曲面となる。
また、曲げ加工領域Ｒの管壁Ｐ２の内面においても、同様に、第３の凹部Ｈ３が残るため、凹凸状の曲面となる。
このため、第１、第２実施形態よりも蒸気管３０の曲げ加工領域Ｒでの作動流体の流体抵抗が多少大きくなる。
しかし、本実施形態では、蒸気管３０の管壁Ｐ１の内面から厚み方向に第２の凹部Ｈ２が形成されて凹凸状となっている。また、蒸気管３０の管壁Ｐ２においても、同様に、内面から厚み方向に第３の凹部３が形成されて凹状となっている。
このため、管壁の内面から内部に突出する突出部を形成する構造に比べて作動流体の障壁が滑らかになるため、流体抵抗の上昇は少ない。
次に、第３実施形態のループ型ヒートパイプの製造方法について説明する。図１１に示すように、前述した第２実施形態の製造方法の図９において、第６層目の金属層５６の下面に図１０（ａ）の曲げ方向Ｗの内側の管壁Ｐ１の内面に配置される第３の溝部Ｇ３が追加で形成される。
また、前述した図９において、第１層目の金属層５１の上面に図１０の曲げ方向の外側の管壁Ｐ２の内面に配置される第４の溝部Ｇ４が追加で形成される。
このように、曲げ加工領域Ｒに対応する最上の金属層５６の下面に、曲げ方向Ｗと交差する方向に第３の溝部Ｇ３が追加で形成される。
さらに、曲げ加工領域Ｒに対応する最下の金属層５１の上面に、曲げ方向Ｗと交差する方向に第４の溝部Ｇ４が追加で形成される。
図１１の金属層５６の内面の第３の溝部Ｇ３及び金属層５１の内面の第４の溝部Ｇ４は、金属層５１〜５６の接合部よりも内側にのみ形成されているため、管内部を流れる作動流体の密封性が保たれ、液漏れが発生することがない。
この状態で、第1層目から第６層目の金属層５１〜５６を積層して接合し、前述した図７（ａ）及び（ｂ）と同じ工程を遂行することにより、第３実施形態のループ型ヒートパイプが製造される。
（実施形態のループ型ヒートパイプの適用例）
次に、曲げ加工されたループ型ヒートパイプを電子機器に適用する例について説明する。図１２には、実施形態のループ型ヒートパイプの第１の適用例が示されている。図１２に示すように、電子機器の基板５の上に、発熱部品の一例である半導体チップ７０が搭載されている。
また、半導体チップ７０の横方向の基板５の上に電子部品７２が搭載されている。電子部品７２の高さは半導体チップ７０の高さよりも高くなっている。
このため、半導体チップ７０の上にループ型ヒートパイプ１の蒸発器１０を固定し、電子部品７２側に凝縮器２０を傾けずに水平に配置するには、蒸気管３０及び液管４０を上側に曲げ加工する必要がある。
第１の適用例では、蒸発器１０と凝縮器２０とが水平方向に配置された状態で高さ位置を変えるため、蒸気管３０及び液管４０が２箇所で曲げ加工される。
そして、半導体チップ７０から発する熱が蒸発器１０及び蒸気管３０を通って凝縮器２０から外部に放熱される。
本実施形態のループ型ヒートパイプ１では、液管４０及び蒸発器１０に多孔質体４２が配置されているため、蒸発器１０と凝縮器２０との間で高さ位置が異なっても、毛細管力によって作動流体を安定して輸送することができる。
図１３には、実施形態のループ型ヒートパイプの第２の適用例が示されている。図１３に示すように、第２の適用例では、電子機器の筐体６の側板６ａの開口部６ｘの横に凝縮器２０が配置される。
このため、ループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０及び液管４０が垂直方向に曲げ加工され、凝縮器２０が垂直方向に立設して配置される。そして、ループ型ヒートパイプ１の蒸発器１０が半導体チップ７０の上に固定され、凝縮器２０が筐体６の側板６ａの開口部６ｘの内側近傍に配置される。
第２の適用例では、半導体チップ７０から発する熱が蒸発器１０及び蒸気管３０を通って凝縮器２０に移動し、筐体６の側板６ａの開口部６ｘから外部に放熱される。
図１４には、実施形態のループ型ヒートパイプの第３の適用例が示されている。図１４に示すように、第３の適用例では、電子機器の筐体６の天板６ｂの開口部６ｘの下に凝縮器２０が配置される。
このため、ループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０及び液管４０が横Ｕ字状に曲げ加工され、凝縮器２０が蒸発器１０の上側に所定の間隔を空けて配置される。そして、ループ型ヒートパイプの蒸発器１０が半導体チップ７０の上に固定され、凝縮器２０が筐体６の天板６ｂの開口部６ｘの下側近傍に配置される。
第３の適用例では、半導体チップ７０から発する熱が蒸発器１０及び蒸気管３０を通って凝縮器２０に移動し、筐体６の天板６ｂの開口部６ｘから外部に放熱される。
本実施形態では、前述したように、ループ型ヒートパイプ１の蒸気管３０及び液管４０を曲げ加工しても、蒸気管３０及び液管４０が閉塞しない。このため、電子機器内の異なる高さ位置にループ型ヒートパイプ１の蒸発器１０及び凝縮器２０を配置できるため、電子機器の設計の自由度を高めることができる。
また、本実施形態のループ型ヒートパイプ１では、蒸気管３０及び液管４０に曲げ加工用の溝部が形成されているが、曲げ加工する必要がない場合は、同一平面構造の状態で使用してもよい。
1…ループ型ヒートパイプ、５…基板、６…筐体、６ａ…側板、６ｂ…天板、６ｘ，５１ａ〜５６ａ…開口部、１０…蒸発器、２０…凝縮器、３０…蒸気管、４０…液管、４２…多孔質体、５１〜５６…金属層、５１ｂ〜５６ｂ…孔、６０…押え部材、６２…ポンチ、７０…半導体チップ、７２…電子部品、Ｃ１…切込部、Ｆ…流路、Ｇ１…第１の溝部、Ｇ２…第２の溝部、Ｇ３…第３の溝部、Ｇ４…第４の溝部、Ｈ１…第１の凹部、Ｈ２…第２の凹部、Ｈ３…第３の凹部、Ｒ…曲げ加工領域、Ｐ１，Ｐ２…管壁、Ｗ…曲げ方向。

Claims (10)

  1. 複数の金属層を積層した構造からなり、
    作動流体を気化させる蒸発器と、
    前記気化した作動流体を液化する凝縮器と、
    前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する蒸気管と、
    前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管と
    を有するループ型ヒートパイプであって、
    前記ループ型ヒートパイプの最外層に配置された第１金属層の外側表面に第１の溝部が形成されていることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
  2. 前記第１金属層は、前記ループ型ヒートパイプの内部に形成された流路の管壁の一部を構成し、
    前記流路と接する前記第１金属層の内側表面において、前記第１の溝部が形成された領域に対応する面は平滑な面であることを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
  3. 前記第１金属層は、前記ループ型ヒートパイプの内部に形成された流路の管壁の一部を構成し、
    前記流路と接する前記第１金属層の内側表面において、前記第１の溝部が形成された領域に対応する面には、前記第１の溝部と平行かつ第１の溝部とは重ならない位置に第３の溝部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
  4. 前記第１金属層とは反対側の最外層に配置された第２金属層の外側表面において、前記第１の溝部が形成された領域と重なる位置に第２の溝部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載のループ型ヒートパイプ。
  5. 前記第２金属層は、前記ループ型ヒートパイプの内部に形成された流路の管壁の一部を構成し、
    前記流路と接する前記第２金属層の内側表面において、前記第２の溝部が形成された領域に対応する面は平滑な面であることを特徴とする請求項４に記載のループ型ヒートパイプ。
  6. 前記第２金属層は、前記ループ型ヒートパイプの内部に形成された流路の管壁の一部を構成し、
    前記流路と接する前記第２金属層の内側表面において、前記第２の溝部が形成された領域に対応する面には、前記第２の溝部と平行かつ第２の溝部とは重ならない第４の溝部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のループ型ヒートパイプ。
  7. 前記第１の溝部は前記蒸気管または液管に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６に記載のループ型ヒートパイプ。
  8. 前記第１の溝部が形成された領域において、前記第１の溝部が内側となり、かつ、曲げ線方向が前記第１の溝部に対して略平行となるように折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至７に記載のループ型ヒートパイプ。
  9. 複数の金属層を用意する工程と、
    前記複数の金属層を積層することにより、蒸発器、凝縮器、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する蒸気管、及び前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管を形成する工程と、
    前記複数の金属層のうち、複数の金属層を積層する工程において、最表面に配置される金属層の外側表面に第１の溝部を形成する工程とを有することを特徴とするループ型ヒートパイプの製造方法。
  10. 前記第１の溝部が形成された領域において、前記第１の溝部が内側となり、かつ、曲げ線方向が前記第１の溝部に対して略平行となるように折り曲げる工程を有することを特徴とする請求項９に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。
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