JP6509680B2 - シート状ヒートパイプ - Google Patents

Description

本発明は、スマートフォンやタブレット端末などの携帯情報端末に搭載可能であり、小型でありながら十分な熱輸送量が得られるシート状ヒートパイプに関する。

従来、タブレット端末などの携帯機器に搭載されるＣＰＵの発熱を拡散させるために、例えば特許文献１，２に示すような、シート状ヒートパイプを組み込んだ放熱構造が提案されている。こうしたシート状ヒートパイプは、２枚のシート体を重ね合わせた本体の内部に、水などの作動流体を収容するための密閉した容器を形成し、容器の内壁面上に形成したウィックによる毛細管力を利用して、本体の受熱部と放熱部との間で作動流体を還流させ、受熱部に熱接続したＣＰＵからの熱を放熱部に輸送して外部に放散させる、というものである。

特開２００７−１５００１３号公報 特開２００７−１８３０２１号公報

しかし、ＣＰＵなどの発熱源を搭載した携帯情報機器は、使用状況に応じて様々な姿勢を取り得る。そのため、例えば低温下でシート状ヒートパイプを直立したいわゆるトップヒート姿勢のままにすると、重力で特定の箇所に偏った作動流体が膨張（水の場合は、４℃以下で膨張）して、本体が局部的に変形してしまい、十分な熱輸送能力が発揮されない懸念を生じていた。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、どのような姿勢に置かれた場合でも、低温下で本体が膨張変形せず、十分な熱輸送能力を発揮することが可能なシート状ヒートパイプを提供することを目的とする。

本発明は、第１シート体と第２シート体とを重ね合わせた本体の内部に、作動流体を収容する密閉した容器を形成してなるシート状ヒートパイプであって、前記容器には毛細管構造が配設され、前記第１シート体の内面には、複数の蒸気通路および毛細管通路が形成され、前記第２シート体の内面には、前記毛細管構造を収容する凹部が形成され、前記第２シート体の外面には、熱源と熱接続する受熱部が配設され、前記凹部には、前記毛細管構造を保持する支持柱が、前記受熱部を除く部位に突設され、前記毛細管通路は、帯状に形成される第１グルーブと、前記第１グルーブの右側と左側に互い違いに連通して形成される第３グルーブと、を備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、作動流体を充填した容器の片側は、第１シート体の内面に蒸気通路や毛細管通路が形成される一方で、容器の別な片側は、第２シート体の内面に形成した凹部を利用して、本体とは別体の毛細管構造が配設される。したがって、仮に本体をどのような姿勢で置いたとしても、毛細管構造が作動流体を特定の箇所に集中させずに容器の別な片側で万遍なく分散させて、低温下で作動流体の膨張に伴う本体の局部的な変形を防止できる。

また、容器の内部に拡がる毛細管構造を、支持柱により決められた位置に保持するので、本体をどのような姿勢で置いたとしても、毛細管構造が特定の箇所に偏るのを防止できる。しかも、受熱部には支持柱を設けない構造としているので、支持柱に邪魔されることなく、毛細管構造により液相の作動流体を受熱部全体に運ぶことができ、シート状ヒートパイプとして十分な熱輸送能力を発揮できる。

請求項２の構成によれば、第３グルーブと繋がる第１グルーブの他に、第３グルーブとは繋がらずに連続して延びる第２グルーブを配置することで、第１グルーブは第３グルーブから液相の作動流体を途中で取り込みながら、その一端から他端に液相の作動流体を運ぶ一方で、第２グルーブは一端から取り込んだ液相の作動流体を、そのまま速やかに他端に運ぶことができる。そのため、シート状ヒートパイプとしてさらに十分な熱輸送能力を発揮できる。

請求項２の構成によれば、第３グルーブとは繋がらない第２グルーブを、容器の外周部に設けることで、容器の周辺に達した液相の作動流体を容器全体に速やかに運ぶことが可能になる。

請求項１の構成によれば、第１グルーブの一側に連通する第３グルーブから入り込んだ液相の作動流体と、第１グルーブの他側に連通する別な第３グルーブから入り込んだ液相の作動流体は、お互いに干渉することなく第１グルーブに取り込まれ、第１グルーブの一端から他端に液相の作動流体を円滑に運ぶことができる。そのため、シート状ヒートパイプとしてさらに十分な熱輸送能力を発揮できる。

請求項３の構成によれば、毛細管構造が被らない第１シート体の内面領域に毛細管通路を設けなければ、その領域に液相の作動流体が入り込むことがなく、低温下で本体が局部的に変形する要因を効果的に排除できる。

請求項４の構成によれば、凹部と前記毛細管構造との間に形成される液溜りの幅を、毛細管通路の幅の２倍以下にすることで、容器内における液溜りの解消と脱気の真空度向上を図って、シート状ヒートパイプの熱輸送能力をさらに高めることが可能になる。

請求項５の構成によれば、第２通路部に突起を設けることで、容器内部を真空引きする際に、本体が凹んで蒸気通路が潰れる恐れを回避すると共に、第１通路部よりも幅広に第２通路部を形成することで、第２通路部に突起を設けていても、第１通路部との間で円滑に気相の作動流体を輸送できる。

請求項６の構成によれば、第２通路部に設けた突起を毛細管通路のために形成することで、毛細管通路による毛細管力をさらに高めることができる。

本発明のシート状ヒートパイプについて、第１実施形態〜第３実施形態に共通する第２シート体の平面図である。 同上、第１実施形態〜第３実施形態に共通する毛細管構造の平面図である。 本発明の第１実施形態における第１シート体の平面図である。 同上、完成状態のシート状ヒートパイプの内部平面図である。 同上、図４の要部拡大平面図である。 本発明の第２実施形態における第１シート体の平面図である。 同上、完成状態のシート状ヒートパイプの内部平面図である。 同上、図７の要部拡大平面図である。 本発明の第３実施形態における第１シート体の平面図である。 同上、図９の要部拡大平面図である。 従来のシート状ヒートパイプの要部断面図である。 本発明の第１実施形態〜第３実施形態に共通するシート状ヒートパイプの要部断面図である。 従来のシート状ヒートパイプにおけるウィックのパターン形状を示す要部平面図である。 本発明の第１実施形態〜第３実施形態におけるウィックのパターン形状を示す要部平面図である。 従来のシート状ヒートパイプと、本発明の第１実施形態〜第３実施形態におけるシート状ヒートパイプとの間で、作動液の液量と熱源の温度との関係を示すグラフである。 従来のシート状ヒートパイプと、本発明の第１実施形態〜第３実施形態におけるシート状ヒートパイプとの間で、作動液の液量と熱源の温度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい幾つかの実施形態について、タブレット端末などの携帯機器に搭載されるシート状ヒートパイプ（以下、ＳＨＰという）を例にして説明する。各実施形態の説明で、共通する箇所には共通する符号を付し、共通する部分の説明は重複を避けるため極力省略する。

図１〜図５は、好ましい第１実施形態のＳＨＰ１を示している。完成状態のＳＨＰ１は、図４や図５に示すように、少なくとも２枚の銅箔シートである第１シート体１１と第２シート体１２を拡散接合した本体２を有し、その内部に中空状の密閉した容器１５が構成される。これらのシート体１１，１２は、例えばアルミニウムのように、熱伝導性が良好でエッチング加工またはプレス加工が可能な他の金属シートを利用してもよい。完成したＳＨＰ１は平板状で、スマートフォンやタブレットなどの携帯情報端末の筐体内部形状に合せた外形を有している。また、容器１５の内部に真空状態で純水などの作動流体（図示せず）を封入するために、容器１５には溶接可能な筒状の注液ノズル１７が形成される。

次に、ＳＨＰ１の各部の構成について詳しく説明する。図１は、第２シート体１２単体を内面側から見た平面図であり、図２は、後述する不織布４０単体の平面図であり、図３は、第１シート体１１単体を内面側から見た平面図である。前述の図４や図５は、図１に示す第２シート体１２と図２に示す不織布４０を裏返しにして、図３に示す第１シート体１１に重ね合わせた完成状態のＳＨＰ１の内部平面図である。

先ず、図３に示す第１シート体１１の構成から説明すると、第１シート体１１は、容器１５の内面となる片側面にのみ、ハーフエッチング加工によりその厚みの途中までエッチングが施されて、受熱部で作動流体が蒸発した蒸気を放熱部に輸送する蒸気通路２０と、放熱部で凝縮した作動流体を受熱部に戻すウィック２２と、をそれぞれ形成している。また、第１シート体１１の内面には、蒸気通路２０やウィック２２の他に、第１シート体１１の外周に沿って、容器１５との境界をなす凸状の接合部３０が形成される。このように、第１シート体１１の内面には、接合部３０で囲まれた容器１５の内部領域に、複数の蒸気通路２０と複数のウィック２２が互い違いに形成される。

蒸気通路２０は、密閉された容器１５の内部において、平面視でＩ字形の細帯形状に複数並んで配置された第１通路部２１Ａと、第１通路部２１Ａよりも幅広で、Ｉ字形の細帯形状に複数並んで配置された第２通路部２１Ｂと、これらの第１通路部２１Ａや第２通路部２１Ｂの一端に全て連通して形成された一続きの第３通路部２１Ｃと、により構成される。

特に本実施形態では、容器１５の長手方向に沿って第１通路部２１Ａが並んで形成され、この第１通路部２１Ａに対して斜めの方向に第２通路部２１Ｂが並んで形成される。また、全ての第２通路部２１Ｂは、少なくとも何れか一つの第１通路部２１Ａと連通し、第１通路部２１Ａと第２通路部２１Ｂとの間で、気相の作動流体となる蒸気の流通を直接的に可能にしている。第３通路部２１Ｃは容器１５の外周部に沿って周回形成され、第３通路部２１Ｃの内側で、第１通路部２１Ａや第２通路部２１Ｂが第３通路部２１Ｃと連通して配置される。なお、こうした蒸気通路２０の各通路部２１Ａ〜２１Ｃをどのような形状で、どの位置に連通させても構わない。

第２通路部２１Ｂには、容器１５内部を真空引きする際に、本体２の変形を防止するための突起３２が形成される。各々の第２通路部２１Ｂにおいて、突起３２は第２通路部２１Ｂにおける蒸気の流れを極力妨げないように、その流れの方向に沿って、所定の間隔を置いて一列に並んで形成される。こうした突起３２は、前述のエッチング加工でエッチングされていない部位の一部として、第１シート体１１の内面に細片凸状に形成される。なお、突起３２の形状や配置などは、本実施形態で示したものに限定されない。

ウィック２２は、容器１５の内部において、蒸気通路２０を除く部位に形成される。より詳しくは、容器１５の内部において、平面視で例えばＩ字形の細帯形状に複数並んで配置された第１ウィック２２Ａと、第１ウィック２２Ａに対して斜めの方向に形成され、Ｉ字形の細帯形状に複数並んで配置された第２ウィック２２Ｂと、蒸気通路２０に連通する注液ノズル１７の注液通路１７Ａの部位を除いて、容器１５の外周部の略全周に形成された一続きの第３ウィック２２Ｃと、により、ウィック２２の全てを構成している。

特に本実施形態では、全ての第２ウィック２２Ｂが、少なくとも何れか一つの第１ウィック２２Ａと連続して形成され、第１ウィック２２Ａと第２ウィック２２Ｂとの間で、液相の作動流体の流通を直接的に可能にしている。また、第１通路部２１Ａや第２通路部２１Ｂの全ては第３通路部２１Ｃと繋がっているが、第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂは、どれも第３ウィック２２Ｃとは繋がっていない。

図５に基づいて、ウィック２２の構造を詳しく説明すると、ウィック２２を構成する第１ウィック２２Ａと第２ウィック２２Ｂは何れも、エッチング加工でエッチングされた凹状の溝２６と、エッチングされていない凸状の壁２７とにより構成され、ウィック２２の領域内には、液相の作動流体の毛細管通路となる多数の溝２６が、壁２７により所望の形状に形成されている。こうした微細な溝２６と壁２７とを組み合わせた構造は、ウィック２２のどの位置にあっても共通している。

ウィック２２として毛細管力を得るためのグルーブである溝２６は、蒸気通路２０を構成する第１通路部２１Ａや第２通路部２１Ｂや第３通路部２１Ｃと同一面上に形成される。そして、どの溝２６も蒸気通路２０と連通するように、本実施形態では、ウィック２２を延設した長手方向に沿って細帯状に配置される複数の第１溝２６Ａと、第１溝２６Ａよりも短く、第１溝２６Ａと直交して一定間隔毎に配置される複数の第３溝２６Ｃとを組み合わせて構成される。これらの第１溝２６Ａや第３溝２６Ｃは、第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂや第３ウィック２２Ｃの全てに存在するが、その長さや配置間隔や数は、壁２７の形状に応じてそれぞれ独自に決定される。一方、溝２６を形成するための壁２７は、平面視で例えば矩形状や、くの字形状などに形成される。図示した溝２６や壁２７の形状などはあくまでも一例で、所望の毛細管力が得られるように適宜変更しても構わない。

本実施形態では、各々の第１溝２６Ａが、少なくとも一つ以上の第３溝２６Ｃと連通している。特に第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂに着目すると、これらは平面視で第１溝２６Ａの右側に並ぶ複数の第３溝２６Ｃと、第１溝２６Ａの左側に並ぶ複数の第３溝２６Ｃが、その第１溝２６Ａに異なる位置で互い違いに連通している。これにより、第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂでは、第１溝２６Ａの右側に連通する第３溝２６Ｃから入り込んだ液相の作動流体と、第１溝２６Ａの左側に連通する別な第３溝２６Ｃから入り込んだ液相の作動流体が、お互いに干渉することなく第１溝２６Ａに取り込まれ、帯状をなす第１溝２６Ａの一端から他端にかけて、液相の作動流体を円滑に運ぶことができる。

それに対して、第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂの全てを取り囲む第３ウィック２２Ｃは、平面視で第１溝２６Ａの右側に並ぶ複数の第３溝２６Ｃと、第１溝２６Ａの左側に並ぶ複数の第３溝２６Ｃが、その第１溝２６Ａに同じ位置で連通している。これにより第３ウィック２２Ｃでは、第１溝２６Ａの右側と左側で略直線状に繋がった第３溝２６Ｃを利用して、液相の作動流体を容器１５の外周部である周囲領域全体へ隅々に行き渡らせることが可能になる。

つまり本実施形態では、第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂにおける第３溝２６Ｃの配置と、第３ウィック２２Ｃにおける第３溝２６Ｃの配置を、上述のように異なるものとすることで、容器１５内の各部で最適な毛細管作用を実現し、ＳＨＰ１として満足な熱輸送能力を発揮できる。

続いて、図１に示す第２シート体１２の構成を説明すると、第２シート体１２も容器１５の内面となる片側面にのみ、ハーフエッチング加工により第２シート体１２の厚みの途中までエッチングが施されるが、第１シート体１１のような接合部３０が形成されるものの、蒸気通路２０は全く形成されない。代わりに、接合部３０で囲まれた容器１５の内部領域には、この内部領域をほぼ占有するように、図２に示すシート状の不織布４０を容器１５の内部に収容するための広い凹部５０が形成される。また、第２シート体１２の凹部５０を形成していない外面には、携帯情報端末の熱源ＸとなるＣＰＵなどを取付けるための受熱部５１が設けられる。熱源Ｘは受熱部５１に直接接していなくてもよく、少なくとも熱源Ｘからの熱が受熱部５１に伝達するような、いわゆる熱接続する構成であればよい。例えば、熱源Ｘと第２シート体１２との熱抵抗を少なくするために、双方の間に所望の熱伝導率を有するサーマルグリスを介在させてもよい。

凹部５０の内部領域には、所定の間隔で複数の支持柱５２が千鳥状に配置される。支持柱５２は、シート状の不織布４０が容器１５の内部で移動しないように保持するためのものであり、前述した受熱部５１を除く部位で、凹部５０の全面にわたりほぼ均一に突設して配置される。ここでも、第２シート体１２の内面にエッチング加工でエッチングをするか否かによって、凹部５０と支持柱５２がそれぞれ形成される。

図２は、凹部５０に収容される不織布４０の外観を示している。不織布４０は、本体２と同じ材質である例えば無酸素銅の繊維を、各々織らずに無秩序に絡み合わせて、全体で凹部５０の外形形状に合わせたシート状に形成される。また不織布４０には、前述の支持柱５２に対応する位置に、貫通孔４２がそれぞれ間隔を置いて配置される。これにより個々の貫通孔４２に、対応する支持柱５２を貫通させることで、不織布４０を凹部５０にずれなく収容することが可能になる。

図１に示すように、凹部５０の側壁面は平面視で多角形状をなし、少なくとも３つ以上の角部５４を有するが、それらの角部５４は全てＲ状に形成される。また不織布４０は、容器５０の平面視形状に合わせた外形に形成される。このとき、凹部５０の角部５４を突起状にせずＲ状に形成していると、その角部５４に対向する不織布４０の角部分で、繊維の解れが有った場合でも、不織布４０と凹部５０との間の隙間を極力埋めることができる。

図１に示す第２シート体１２と、図２に示す不織布４０は、本実施形態に限らず、後述する第２実施形態や第３実施形態に共通するものである。これらの各実施形態において、上述した無酸素銅による不織布４０に代わり、別な金属製の織布や不織布などによるメッシュ成形体や、金属製の多孔質体などを用いた毛細管構造としてもよい。また、各々の支持柱５２を、前述したウィック２２のように溝２６と壁２７の組み合わせで構成し、支持柱５２に毛細管作用を持たせた毛細管部としてもよい。

上述のＳＨＰ１を製造するには、第２シート体１２の凹部５０に不織布４０を収容した状態で、同形状の２枚のシート体１１，１２を、それぞれの内面を内側にして重ね合わせ、作動流体を収容する容器１５が構成されるように、少なくとも双方の接合部３０どうしを接合する。次に注液ノズル１７を利用して作動流体の注入と脱気を行なった後、この注液ノズル１７を閉塞してＳＨＰ１の内部を密閉することで、容器１５としての機能が得られるようになっている。

また、第２シート体１２の凹部５０に不織布４０を収容した状態で、シート体１１，１２のエッチングが施された片側面を向い合せて双方の接合部３０どうしを接合すると、袋状に形成された容器１５の内部で、第１通路部２１Ａの開口面を不織布４０が塞ぐことで、中空筒状の第１蒸気通路２０Ａが形成され、同様に第２通路部２１Ｂの開口面を不織布４０が塞ぐことで、中空筒状の第２蒸気通路２０Ｂが形成され、第２通路部２１Ｂの開口面を不織布４０が塞ぐことで、中空筒状の第３蒸気通路２０Ｃが形成される。このとき容器１５の内部では、第１蒸気通路２０Ａと第２蒸気通路２０Ｂと第３蒸気通路２０Ｃとによる蒸気通路２０が配設され、容器１５の外形形状に沿って複数形成された第１蒸気通路２０Ａや第２蒸気通路２０Ｂが、第３蒸気通路２０Ｃと連通する。接合部３０は、シート体１１，１２の内面どうしを向い合せたときに重なる位置にあり、最終的に拡散接合により本体１の外周部を封止する。

本実施形態では、受熱部５１を除く部位で、第１シート体１１に形成した第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂと、第２シート体１２に形成した支持柱５２が向かい合って配置される。そのため、容器１５内部を脱気により真空引きする際には、第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂを構成する壁２７と、第２シート体１２の支持柱５２が当接して、本体２の変形による凹みを防止できる。さらに本実施形態では、第２通路部２１Ｂにおいて第１シート体１１に複数の突起３２が配設されているので、この突起３２が蒸気通路２０の開口面を塞ぐ不織布４０に当接することで、本体２が凹んで蒸気通路２０Ｂが潰れる恐れも回避できる。しかも、第２通路部２０Ｂは第１通路部２０Ａよりも幅広であるため、第２通路部２０Ｂに突起３２を設けていても、第１通路部２０Ａとの間で円滑に気相の作動流体を輸送できる効果もある。

また前述のように、支持柱５２に毛細管部を備えた構成とすれば、溝２６と壁２７との組み合わせで同様に毛細管力を発揮させる第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂを支持柱５２に対向させることで、これらの間で作動流体の円滑な輸送を行なうことが可能になる。また、少なくとも支持柱５２と第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂの壁２７が熱的に接続されていれば（この場合、双方が完全に接していなくても、熱伝導が可能な状態であればよい。）、これらの間で熱の移動を円滑に促進でき、第１シート体１１と第２シート体１２との間で均温化を図ることができる。

本実施形態のＳＨＰ１は、第２シート体１２の外面のどの部位で熱源Ｘと熱接続されるのかによって、その受熱部５１と放熱部の各位置が変わってくるが、容器１５の内部に複数形成された第１蒸気通路２０Ａや第２蒸気通路２０Ｂが、一続きに形成された第３蒸気通路２０Ｃと連通しているので、受熱部５１や放熱部の位置に拘らず、それぞれの蒸気通路２０Ａ，２０Ｂが第３蒸気通路２０Ｃを介して互いに連通することで、ＳＨＰ１の全面を均熱化できる。

図４や図５に示す完成状態のＳＨＰ１は、ＣＰＵなどの熱源Ｘを備えた薄型の情報携帯端末に実装される。この情報携帯端末の内部で熱源Ｘが発熱して温度が上昇すると、熱源Ｘからの熱がＳＨＰ１の受熱部５１に伝わり、当該受熱部５１では作動流体が蒸発して、蒸気通路２０を通して受熱部５１から温度の低い放熱部に向かって蒸気が流れ、ＳＨＰ１の内部で熱輸送が行われる。この放熱部に輸送された熱はＳＨＰ１の広い平面状の領域に熱拡散され、ＳＨＰ１の裏表すなわち一側平面と他側平面の両面からそれぞれ放熱される。これにより携帯情報端末は、熱源Ｘに発生する熱を広い領域に熱拡散して均温化することができるため、携帯情報端末の外郭表面に生ずるヒートスポットが緩和され、熱源Ｘの温度上昇も抑制することができる。

一方、ＳＨＰ１の放熱部では、蒸気が凝縮して液相の作動流体が溜まるが、シート状ヒートパイプ１の内部で、蒸気通路２０の両側に形成されたウィック２２と、さらには開口部を覆う不織布４０の強い毛細管力により、作動流体がこれらのウィック２２や不織布４０による液流路を伝わって放熱部から受熱部５１へと戻される。特に不織布４０は、多数の繊維が絡み合う構造により、液相の作動流体を１箇所に留めることなく速やかに容器全体に放散させるので、ウィック２２との毛細管力と相俟って、受熱部５１で作動流体が不足して無くなることはない。こうして、受熱部で再び液相から気相に変換された作動流体が蒸気通路２０を伝わり、放熱部に導かれることで熱輸送が継続するので、結果的に本体２の広い領域に良好な熱拡散を行なうことができ、ＳＨＰ１としての本来の性能である優れた毛細管力が発揮される。

また、容器１５内部にウィック２２のみならず、不織布４０を設けた効果は、低温下においても発揮される。つまり、携帯情報端末の使用者が、本体２をどのような姿勢で置いたとしても、不織布４０が作動流体を特定の箇所に集中させずに、凹部５０を設けた容器１５の片側全体に分散させることができ、低温下で作動流体の膨張に伴う本体２の局部的な変形を防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態におけるＳＨＰ１を、図６〜図８に基づき説明する。図６は、本実施形態の第１シート体１１単体を内面側から見た平面図であり、また図７および図８は、図１に示す第２シート体１２と図２に示す不織布４０を裏返しにして、図６に示す第１シート体１１に重ね合わせた完成状態のＳＨＰ１の内部平面図である。

本実施形態では、ウィック２２の溝２６として、第１実施形態で示した第３溝２６Ｃに繋がる第１溝２６Ａに加えて、第３溝２６Ｃとは繋がらずに連続して延びる第２溝２６Ｂを備えた点が注目される。具体的には、第１ウィック２２Ａの溝２６は、平面視でウィック２２を延設した長手方向に沿って細帯状に配置された第２溝２６Ｂだけで構成され、第２ウィック２２Ｂの溝２６は、その殆どが第２溝２６Ｂの他に、第２溝２６Ｂの左右の両側若しくは何れか片側に第１溝２６Ａと、その第１溝２６Ａの左右何れか片側に繋がる第３溝２６Ｃとを備えて構成される。また、第２ウィック２２Ｂの第２溝２６Ｂは、その殆どが第１ウィック２２Ａの第２溝２６Ｂと連通して延びている。

それに対して第３ウィック２２Ｃの溝２６は、第１実施形態と同様に、第１溝２６Ａの左右両側に第３溝２６Ｃを繋げて、第２溝２６Ｂを設けずに構成される。つまり、溝２６の一部をなす第３溝２６Ｃは、第１溝２６Ａには連通するものの、第２溝２６Ｂには連通せず、第２溝２６Ｂは、その一端と他端だけが蒸気通路２０に連通する。したがって、第２溝２６Ｂの左右両側に形成される壁２７も、途中で途切れることなく一端から他端にかけて連続して細帯状に形成される。

また、第２ウィック２２Ｂに着目すると、ここでは第１溝２６Ａと第３溝２６Ｃを形成する細片状の壁２７が、前述した本体２の変形を防止するための突起３２として、第２通路部２１Ｂ中に配置される。本実施形態の突起３２も、第２通路部２１Ｂにおける蒸気の流れを極力妨げないように、その流れの方向に沿って、所定の間隔を置いて一列に並んで形成される。

その他、ＳＨＰ１の構成および製造方法や、それに伴う作用効果は、第１実施形態と共通しているので、再度の説明は省略する。

本実施形態では、容器１５の内部において第１シート体１１に形成される溝２６として、第３溝２６Ｃと繋がる第１溝２６Ａの他に、第３溝２６Ｃとは繋がらずに連続して延びる第２溝２６Ｂを配置している。そのため第１溝２６Ａは、細長帯状の一端から他端に液相の作動流体を運ぶ際に、その途中で第３溝２６Ｃからも液相の作動流体を取り込むことができるのに対し、第２溝２６Ｂは、一端から取り込んだ液相の作動流体を、そのまま速やかに他端に運ぶことができる。こうした第１溝２６Ａと第３溝２６Ｃとの組み合わせによる相乗効果で、ＳＨＰ１として満足な熱輸送能力を発揮できる。

また特に、容器１５の周囲に配置される第３ウィック２２Ｃには、第２溝２６Ｂを形成せずに第１溝２６Ａと第３溝２６Ｃを形成し、その第３ウィック２２Ｃに囲まれた第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂには、少なくとも第２溝２６Ｂを形成することで、容器１５の中央領域では、液相の作動領域を第２溝２６Ｂにより速やかに輸送する一方で、容器１５の周囲領域では、第３溝２６Ｃからの液相の作動流体を第１溝２６Ａに取り込んで隅々まで輸送することができる。さらに、第１実施形態でも説明したように、第３ウィック２２Ｃでは、第１溝２６Ａの右側と左側で第３溝２６Ｃが略直線状に繋がっているので、液相の作動流体を容器１５の周囲領域全体へ隅々に行き渡らせることが可能となり、結果的にＳＨＰ１としての熱輸送能力がより高まる。

次に、本発明の第３実施形態におけるＳＨＰ１を、図９および図１０に基づき説明する。図９は、本実施形態の第１シート体１１単体を内面側から見た平面図であり、図１０は図９の要部拡大平面図である。なお本実施形態は、第２実施形態における第３ウィック２２Ｃの構成だけが異なるので、第１シート体１１、第２シート体１２および不織布４０を重ね合わせた内部平面図は省略する。

本実施形態では、第３溝２６Ｃとは繋がらない第２溝２６Ｂが、容器１５の中央部に位置する第１ウィック２２Ａや第２ウィック２２Ｂだけでなく、容器１５の外周部に位置する第３ウィック２２Ｃにも設けられている。ここでの第３ウィック２２Ｃは、平面視で容器１５の外周壁面に沿って細帯状に周回して配置された第２溝２６Ｂと、この第２溝２６Ｂと並んで、第２溝２６Ｂの内側で同じく細帯状に周回して配置された第１溝２６Ａと、第３蒸気通路２０Ｃと連通しつつ、第１溝２６Ａの内側にも繋がる第３溝２６Ｃとにより、液体の作動流体の通路となる溝２６を構成している。また、これらの周回する第１溝２６Ａと第２溝２６Ｂの一端と他端は、何れも注液通路１７Ａに連通する部位に向かい合って設けられる。

その他、ＳＨＰ１の構成および製造方法や、それに伴う作用効果は、第１実施形態や第２実施形態と共通しているので、再度の説明は省略する。

本実施形態では、容器１５の周囲領域において、複数の第３溝２６Ｃに繋がる第１溝２６Ａの他に、第３溝２６Ｃとは繋がらない第２溝２６Ｂを配置しているので、容器１５の周辺に達した液相の作動流体を、第３溝２６Ｃから第１溝２６Ａに取り込んで隅々まで輸送するだけでなく、第２溝２６Ｂに取り込んで速やかに周回させ、容器１５全体に運ぶことも可能になる。なお、これらの第１溝２６Ａ、第２溝２６Ｂおよび第３溝２６Ｃの数や配置間隔などは、図示したものに限定されない。

次に、上記第１実施形態〜第３実施形態に共通するＳＨＰ１の特徴を、図１１〜図１４の各図に基づき詳しく説明する。図１１は、従来のＳＨＰ１の要部断面図を示し、図１２は上記各実施形態におけるＳＨＰ１の要部断面図を示している。また、図１３は従来のウィック２２（第１ウィック２２Ａ）の平面視パターン形状を示し、図１４は上記各実施形態におけるウィック２２（第１ウィック２２Ａ）の平面視パターン形状を示している。これらの各図において、対応する構成には同一の符号を付す。

先ず、図１１と図１２とを比較すると、図１１に示す従来のＳＨＰ１は、第１シート体１１に形成したウィック２２の中で、開口面が不織布４０で覆われていない一部の溝２６’が存在する。こうした溝２６’は、凹部５０内の不織布４０が存在しない液溜りの隙間４５と連通するので、図示した部分が下になるようにＳＨＰ１をトップヒート姿勢のまま低温下で放置すると、隙間４５から溝２６’に入り込んだ液相の作動流体が、不織布４０で拡散されずにそのまま滞留して凍結膨張し、本体２が局部的に変形する。また、この溝２６’の部分では良好な毛細管力が得られず、ＳＨＰ１としての冷却性能が低下する。

一方、図１２に示す上記各実施形態のＳＨＰ１では、第１シート体１１に形成された全ての溝２６の開口面を、不織布４０で確実に被せており、どの溝２６も不織布４０との間で良好な毛細管力が得られるように工夫されている。また、不織布４０の被らない第１シート体１１の領域Ｓでは、溝２６を設けないようにする。これにより液相の作動流体は、容器１５内で液溜りの隙間４５から領域Ｓに入り込むことがなく、図示した部分が下になるようにＳＨＰ１をトップヒート姿勢のまま低温下で放置しても、本体２は変形しない。

さらに、こうしたトップヒート姿勢での冷却性能を向上させるために、凹部５０の内側壁と不織布４０の外周面との間に形成される液溜りの隙間４５の幅ｄ１は、不織布４０で覆われた溝２６の幅ｄ２の２倍以下に形成する。これにより、容器１５内における液溜りの解消と脱気の真空度向上を図ることができ、ＳＨＰ１としての熱輸送能力を向上させることが可能になる。

さらに前述したように、角部５４をＲ状に形成することで、不織布４０と凹部５０との間の液溜りとなる隙間を極力埋めることができるので、ここでも液溜りの解消と脱気の真空度向上が図られ、ＳＨＰ１としての熱輸送能力が向上する。

次に、図１３と図１４とを比較すると、図１３に示す従来のＳＨＰ１では、細帯状に延びる第１溝２６Ａの一側に一定間隔で並ぶ複数の第３溝２６Ｃと、第１溝２６Ａの他側に一定間隔で並ぶ複数の第３溝２６Ｃが、その第１溝２６Ａに同じ位置で連通するだけのパターン形状で、ウィック２２の溝２６を形成している。

一方、上記各実施形態のＳＨＰ１では、図１４（Ａ）に示すように、第３溝２６Ｃと連通する第１溝２６Ａの他に、第３溝２６Ｃと連通しない細帯状の第２溝２６Ｂを組み合わせたパターン形状で、ウィック２６の溝を形成している。或いは、図１４（Ｂ）に示すように、第１溝２６Ａの一側に並ぶ複数の第３溝２６Ｃと、第１溝２６Ａの他側に並ぶ複数の第３溝２６Ｃが、その第１溝２６Ａに異なる位置で互い違いに連通するようなパターン形状で、ウィック２６の溝を形成している。図１４（Ａ）のパターン形状は、第２実施形態や第３実施形態のＳＨＰ１に採用されており、図１４（Ｂ）のパターン形状は、第１実施形態のＳＨＰ１に採用されている。これらの改良したパターン形状では、従来のパターン形状に比べて、第１溝２６Ａや第２溝２６Ｂに沿った方向の毛細管力を高めることができる。

次に、従来のＳＨＰ１と、本発明における上記各実施形態のＳＨＰ１との間で、冷却性能を比較した結果を説明する。

図１５は、その冷却性能の比較結果として、容器１５内に封入した作動液の液量と、熱源Ｘの温度との関係を示している。ここでは、前述の図１１や図１３の構成を採用した従来のＳＨＰ１の測定結果を、黒塗り菱形でプロットし、図１２や図１４の構成を採用した上記各実施形態におけるＳＨＰ１の測定結果を、白抜き丸でプロットしている。

図１５からも明らかなように、本発明のＳＨＰ１において、最適な熱源温度範囲となる液量管理範囲Ｄ１は、従来のＳＨＰ１において、最適な熱源温度範囲となる液量管理範囲Ｄ２よりも少ない。つまり本発明のＳＨＰ１は、容器１５に封入する作動液の液量を従来のＳＨＰ１よりも少なくしても、冷却性能が安定することがわかる。これは、各実施形態において、受熱部５１に支持柱５２を設けない構成や、図１２や図１４で示したパターンの見直しに起因すると考えられる。

また図１６も、容器１５内に封入した作動液の液量と、熱源Ｘの温度との関係を示している。ここでは、従来のＳＨＰ１の測定結果を白抜き正方形でプロットし、上記各実施形態におけるＳＨＰ１の測定結果を白抜き菱形でプロットしている。

図１６からも明らかなように、発明のＳＨＰ１は従来のＳＨＰ１と比較して、容器１５に封入する作動液の液量変化に対して、熱源Ｘの温度差が少ないことがわかる。これも各実施形態において、受熱部５１に支持柱５２を設けない構成や、図１２や図１４で示したパターンの見直しに起因すると考えられ、作動液の液量に大きく作用されない安定した冷却性能を確保できる。

以上のように、本発明のＳＨＰ１は、第１実施形態〜第３実施形態に共通して、第１シート体１１と第２シート体１２とを重ね合わせた本体２の内部に、作動流体を収容する密閉した容器１５を形成して構成される。そして、容器１５には別部材の毛細管構造となる不織布４０が配設され、第１シート体１１の内面には、複数の蒸気通路２０と複数の毛細管通路となるウィック２２の溝２６が形成される一方で、第２シート体１２の内面には、不織布４０を収容できる形状の凹部５０が形成される。また、第２シート体１２の外面には、例えば携帯情報端末のＣＰＵなどの熱源Ｘと熱接続する受熱部５１が配設され、凹部５０には、不織布４０を保持する支持柱５２が、受熱部５１を除く部位に突設される。

このような構成により、作動流体を充填した容器１５の片側は、第１シート体１１の内面に蒸気通路２０や溝２６が形成される一方で、容器１５の別な片側は、第２シート体１２の内面に形成した凹部５０を利用して、本体２とは別体の不織布４０が配設される。したがって、仮に本体２をどのような姿勢で置いたとしても、不織布４０が作動流体を特定の箇所に集中させずに容器１５の別な片側で万遍なく分散させて、低温下で作動流体の膨張に伴う本体２の局部的な変形を防止できる。

また、容器１５の内部に拡がる不織布４０を、支持柱５２により決められた位置に保持するので、本体２をどのような姿勢で置いたとしても、不織布４０が特定の箇所に偏るのを防止できる。しかも、受熱部５１には支持柱５２を設けない構造としているので、支持柱５２に邪魔されることなく、不織布４０により液相の作動流体を受熱部５１の全体に運ぶことができ、ＳＨＰ１として十分な熱輸送能力を発揮できる。

また、本発明の第２実施形態と第３実施形態におけるＳＨＰ１では、毛細管通路となる溝２６が、何れも帯状に延びて形成される第１グルーブとしての第１溝２６Ａおよび第２グルーブとしての第２溝２６Ｂと、第１溝２６Ａには連通するものの、第２溝２６Ｂには連通せずに形成される第３グルーブとしての第３溝２６Ｃと、により構成される。

この場合、第３グルーブと繋がる第１溝２６Ａの他に、第３溝２６Ｃとは繋がらずに連続して延びる第２溝２６Ｂを配置することで、第１溝２６Ａは第３溝２６Ｃから液相の作動流体を途中で取り込みながら、その一端から他端に液相の作動流体を運ぶ一方で、第２溝２６Ｂは一端から取り込んだ液相の作動流体を、そのまま速やかに他端に運ぶことができる。そのため、ＳＨＰ１としてさらに十分な熱輸送能力を発揮できる。

また、本発明の第３実施形態におけるＳＨＰ１では、第２溝２６Ｂを平面視で容器１５の周囲領域である外周部に設けている。

この場合、第３溝２６Ｃとは繋がらない第２溝２６Ｂを、容器１５の外周部に設けることで、容器１５の周辺に達した液相の作動流体を容器１５全体に速やかに運ぶことが可能になる。

また、本発明の第１実施形態におけるＳＨＰ１では、毛細管通路となる溝２６が、帯状に延びて形成される第１溝２６Ａと、第１溝２６Ａの一側と他側に互い違いに連通して形成される複数の第３溝２６Ｃと、により構成される。

この場合、第１溝２６Ａの一側に連通する第３溝２６Ｃから入り込んだ液相の作動流体と、第１溝２６Ａの他側に連通する別な第３溝２６Ｃから入り込んだ液相の作動流体は、お互いに干渉することなく第１溝２６Ａに取り込まれ、第１溝２６Ａの一端から他端に液相の作動流体を円滑に運ぶことができる。そのため、ＳＨＰ１としてさらに十分な熱輸送能力を発揮できる。

また、本発明の第１実施形態〜第３実施形態におけるＳＨＰ１では、第１シート１１に形成した溝２６の全てを覆うように不織布４０が配置される。

この場合、第１シート１１に形成した全ての溝２６を不織布４０で確実に被せることで、溝２６と不織布４０とによる良好な毛細管力が発揮され、ＳＨＰ１としてさらに十分な熱輸送能力を発揮できる。

また、本発明の第１実施形態〜第３実施形態におけるＳＨＰ１では、不織布４０で覆われていない領域で溝２６を設けないように、第１シート体１１の内面を構成している。

このように、溝２６が被らない第１シート体１１の内面領域に溝２６を設けなければ、その領域に液相の作動流体が入り込むことがなく、低温下で本体２が局部的に変形する要因を効果的に排除できる。

また、本発明の第１実施形態〜第３実施形態におけるＳＨＰ１では、凹部５０と不織布４０との間に、空間状の液溜りとなる隙間４５が形成され、その液溜りとなる隙間４５の幅ｄ１を、溝２６の幅ｄ２の２倍以下に形成している。

このように、凹部５０と不織布４０との間に形成される隙間４５の幅を、溝２６の幅ｄ２の２倍以下にすることで、容器１５内における液溜りの解消と脱気の真空度向上を図って、ＳＨＰ１の熱輸送能力をさらに高めることが可能になる。

また、本発明の第１実施形態〜第３実施形態におけるＳＨＰ１では、前記毛細管構造が複数の繊維によるメッシュ成形体としての不織布４０であり、凹部５０に形成される角部５４をＲ状に形成している。

この場合、不織布４０の角部分が特に繊維で解れ易い場合でも、それに対向する凹部５０の角部５４をＲ状にすることで、その角部５４周辺における不織布４０と凹部５０との間の隙間を極力埋めて、ＳＨＰ１の熱輸送能力をさらに高めることが可能になる。

また、本発明の第１実施形態〜第３実施形態におけるＳＨＰ１では、前記蒸気通路２０が、一方向に沿って帯状に配置される第１通路部２１Ａと、第１通路部２１Ａとは異なる方向に配置され、第１通路部２１Ａよりも幅広な第２通路部２１Ｂとを繋げて構成され、第２通路部２１Ｂに複数の突起３２を設けている。

この場合、第２通路部２１Ｂに突起を設けることで、容器１５の内部を真空引きする際に、本体２が凹んで蒸気通路２０が潰れる恐れを回避すると共に、第１通路部２１Ａよりも幅広に第２通路部２１Ｂを形成することで、第２通路部２１Ｂに突起３２を設けていても、第１通路部２１Ａとの間で円滑に気相の作動流体を輸送できる。

また、本発明の第１実施形態と第２実施形態におけるＳＨＰ１では、突起３２が毛細管通路となる溝２６を形成している。

この場合、第２通路部２１Ｂに設けた突起３２を溝２６のために形成することで、溝２６による毛細管力をさらに高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更可能である。例えば、上記実施例ではシート体１１，１２を拡散接合しているが、例えば超音波接合などの別な接合方式を採用してもよく、シート体１１，１２を３枚以上重ね合わせて接合してもよい。また、第１溝２６Ａに対して第３溝２６Ｃを直交して配置させる必要はなく、所定の角度で配置されても構わない。

１ シート状ヒートパイプ
２ 本体
１１ 第１シート体
１２ 第２シート体
１５ 容器
２０ 蒸気通路
２１Ａ 第１通路部
２１Ｂ 第２通路部
２６ 溝（毛細管通路、メッシュ成形体）
２６Ａ 第１溝（第１グルーブ）
２６Ｂ 第２溝（第２グルーブ）
２６Ｃ 第３溝（第３グルーブ）
３２ 突起
４０ 不織布（毛細管構造）
４５ 隙間（液溜り）
５０ 凹部
５１ 受熱部
５２ 支持柱
５４ 角部
Ｘ 熱源

Claims (6)

1. 第１シート体と第２シート体とを重ね合わせた本体の内部に、作動流体を収容する密閉した容器を形成してなるシート状ヒートパイプであって、
   前記容器には毛細管構造が配設され、
   前記第１シート体の内面には、複数の蒸気通路および毛細管通路が形成され、
   前記第２シート体の内面には、前記毛細管構造を収容する凹部が形成され、
   前記第２シート体の外面には、熱源と熱接続する受熱部が配設され、
   前記凹部には、前記毛細管構造を保持する支持柱が、前記受熱部を除く部位に突設され、
   前記毛細管通路は、帯状に形成される第１グルーブと、前記第１グルーブの右側と左側に互い違いに連通して形成される第３グルーブと、を備えることを特徴とするシート状ヒートパイプ。
2. 前記毛細管通路は、帯状に形成される第２グルーブをさらに備え、
   前記第２グルーブを前記容器の外周部に設けることを特徴とする請求項１記載のシート状ヒートパイプ。
3. 前記第１シート体の内面は、前記毛細管構造で覆われていない領域で前記毛細管通路を設けない構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシート状ヒートパイプ。
4. 前記凹部と前記毛細管構造との間には、空間状の液溜りが形成され、
   前記液溜りの幅を前記毛細管通路の幅の２倍以下に形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載のシート状ヒートパイプ。
5. 前記蒸気通路は、一方向に沿って帯状に配置される第１通路部と、前記第１通路部とは異なる方向に配置され、前記第１通路部よりも幅広な第２通路部とを繋げて構成され、前記第２通路部に突起を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のシート状ヒートパイプ。
6. 前記突起は前記毛細管通路を形成するものであることを特徴とする請求項５記載のシート状ヒートパイプ。

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