JP6988681B2 - ヒートパイプ及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートパイプ及び電子機器に関する。

発熱部品を冷却するために，ヒートパイプによる熱輸送を用いた技術が知られている。例えば、気相の作動流体が流れる気相流路と液相の作動流体が流れる液相流路が設けられた第１基板、気相流路と液相流路の間に相当する位置に空洞部を有する第２基板、及び蓋となる第３基板が積層されて、発熱部品の熱を移動させるループ型のヒートパイプが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−１０８７６０号公報

しかしながら、特許文献１では、気相流路と液相流路が設けられた第１基板とは異なる第２基板に断熱部として機能する空洞部が設けられているため、第１基板に設けられた気相流路と液相流路の間で熱交換が行われる。このとき、気相の作動流体が凝縮部に到達する前に凝縮すること及び液相の作動流体が蒸発部に到達する前に気化することが起こり易くなる。これにより、気相流路を流れる気相の作動流体及び液相流路を流れる液相の作動流体の移動が阻害され、熱輸送効率が低下してしまう。

１つの側面では、熱輸送効率の低下を抑制することを目的とする。

１つの態様では、作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第１板状部材、第２板状部材、第３板状部材、及び第４板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、前記積層体は、前記第１板状部材と前記第２板状部材の間に前記気相流路を含む第１空洞部、前記第３板状部材と前記第４板状部材の間に前記液相流路を含む第２空洞部、及び前記第２板状部材と前記第３板状部材の間に前記第１空洞部及び前記第２空洞部に挟まれた第３空洞部を有し、前記第２板状部材及び前記第３板状部材は、前記蒸発部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第１貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第２貫通孔を有する、ヒートパイプである。

１つの態様では、発熱部品と、前記発熱部品の熱を移動するヒートパイプと、を備え、前記ヒートパイプは、作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第１板状部材、第２板状部材、第３板状部材、及び第４板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、前記積層体は、前記第１板状部材と前記第２板状部材の間に前記気相流路を含む第１空洞部、前記第３板状部材と前記第４板状部材の間に前記液相流路を含む第２空洞部、及び前記第２板状部材と前記第３板状部材の間に前記第１空洞部及び前記第２空洞部に挟まれた第３空洞部を有し、前記第２板状部材及び前記第３板状部材は、前記蒸発部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第１貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第２貫通孔を有する、電子機器である。

１つの側面として、熱輸送効率の低下を抑制することができる。

図１は、実施例１に係るヒートパイプの斜視図である。 図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。 図３（ａ）から図３（ｄ）は、図２（ａ）から図２（ｄ）における蒸発部の拡大図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係るヒートパイプの断面図である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１の変形例１に係るヒートパイプを形成する板状部材の蒸発部の平面図である。 図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１の変形例２に係るヒートパイプを形成する板状部材の蒸発部の平面図である。 図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例２に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係るヒートパイプの断面図である。 図９（ａ）から図９（ｄ）は、実施例３に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。 図１０は、実施例３に係るヒートパイプの断面図である。 図１１（ａ）は、実施例４に係るヒートパイプの斜視図、図１１（ｂ）は、実施例４の変形例１に係るヒートパイプの斜視図である。 図１２は、実施例５に係る電子機器の分解斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係るヒートパイプの斜視図である。図１のように、実施例１のヒートパイプ１００は、蒸発部５０、凝縮部５２、及び流路部５４を有する。蒸発部５０は、発熱部品の熱によって液相の作動流体を気化する。凝縮部５２は、気相の作動流体を液化する。流路部５４は、蒸発部５０と凝縮部５２の間に接続され、蒸発部５０で気化した作動流体が流れる気相流路及び凝縮部５２で液化した作動流体が流れる液相流路を有する。蒸発部５０は、例えば平面視で一辺が１５ｍｍ〜２５ｍｍ程度の矩形形状をしている。凝縮部５２は、例えば平面視で一辺が２５ｍｍ〜３５ｍｍ程度の矩形形状をしている。流路部５４は、蒸発部５０及び凝縮部５２よりも狭い幅で、蒸発部５０と凝縮部５２の間を延在している。

蒸発部５０、凝縮部５２、及び流路部５４は、板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０がこの順に積層された積層体５６によって形成されている。板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０は、例えば銅又はステンレス鋼などの金属材料で形成されている。板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０は、例えば拡散接合（熱圧着）に代表される固相接合よって接合されているが、接着剤などによって接合されていてもよい。

図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。図２（ａ）は、板状部材４０の下面図、図２（ｂ）は、板状部材３０の上面図、図２（ｃ）は、板状部材２０の上面図、図２（ｄ）は、板状部材１０の上面図である。図３（ａ）から図３（ｄ）は、図２（ａ）から図２（ｄ）における蒸発部５０の拡大図である。なお、以下の平面図において、板状部材のうちの凹部が形成されていない部分を大きなクロスハッチで図示し、凹部が形成されている部分を小さなクロスハッチで図示することとする。

図２（ａ）及び図３（ａ）のように、板状部材４０は、例えば厚さ０．２ｍｍ程度の銅板であり、蒸発部５０から流路部５４を経由して凝縮部５２まで延びた凹部４１が形成されている。凹部４１は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。凹部４１の深さは、例えば０．１５ｍｍ程度である。凹部４１は、例えば蒸発部５０においては蒸発部５０の平面形状と同じ平面形状で周辺に所定の幅の側壁を有して形成され、流路部５４においては周辺に所定の幅の側壁を有して延在して形成されている。なお、同じとは、製造誤差程度に異なる場合も含むものである（以下においても同じ）。また、凹部４１は、凝縮部５２においては流路部５４での幅のまま流路部５４から延在して形成されている。流路部５４での凹部４１の幅Ｗ１は、例えば３ｍｍから５ｍｍ程度である。また、板状部材４０は、凝縮部５２において、凹部４１の周りが凹部４１よりも大きな面積の放熱板４２となっている。

図２（ｂ）及び図３（ｂ）のように、板状部材３０は、例えば厚さ０．１ｍｍ程度の銅板であり、蒸発部５０に板状部材３０を貫通する貫通孔３１が設けられ、凝縮部５２に板状部材３０を貫通する貫通孔３２が設けられている。貫通孔３１及び３２は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。貫通孔３１は、例えば平面視で長方形形状をしていて、縦横に並んで複数設けられている。貫通孔３２は、例えば平面視で長方形形状をしていて、１つだけ設けられている。なお、貫通孔３１及び３２は、平面視で長方形形状をしている場合に限られず、正方形形状、円形形状、又は楕円形形状など、その他の形状をしていてもよい。板状部材３０は、凝縮部５２において、貫通孔３２の周りが貫通孔３２よりも大きな面積の放熱板３３となっている。

図２（ｃ）及び図３（ｃ）のように、板状部材２０は、例えば厚さ０．２ｍｍ程度の銅板であり、蒸発部５０に板状部材２０を貫通する貫通孔２１が設けられ、凝縮部５２に板状部材２０を貫通する貫通孔２２が設けられている。貫通孔２１及び２２は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。貫通孔２１は、例えば平面視で長方形形状をしていて、縦横に並んで複数設けられている。貫通孔２１は、例えば貫通孔３１と同じ大きさで且つ同じ形状をしている。貫通孔２２は、例えば平面視で長方形形状をしていて、１つだけ設けられている。貫通孔２２は、例えば貫通孔３２と同じ大きさで且つ同じ形状をしている。なお、貫通孔２１及び２２は、平面視で長方形形状をしている場合に限られず、正方形形状、円形形状、又は楕円形形状など、その他の形状をしていてもよい。板状部材２０は、凝縮部５２において、貫通孔２２の周りが貫通孔２２よりも大きな面積の放熱板２３となっている。

板状部材２０は、蒸発部５０及び流路部５４に凹部２４が形成されている。凹部２４は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。凹部２４の深さは、例えば０．１５ｍｍ程度である。凹部２４は、蒸発部５０の端から流路部５４を凝縮部５２に向かって延在して形成されているが、凝縮部５２に設けられた貫通孔２２には連通していない。凹部２４は、蒸発部５０の端で外部に開口していて、開口部２５が形成されている。流路部５４での凹部２４の幅Ｗ２は、例えば板状部材４０に形成された流路部５４での凹部４１の幅Ｗ１と同じ幅であり、３ｍｍから５ｍｍ程度である。蒸発部５０での凹部２４の幅は、流路部５４での凹部２４の幅よりも狭くなっていて、例えば２ｍｍ程度である。

板状部材２０は、凝縮部５２において、貫通孔２２を外部に連通させる溝２６が形成されている。すなわち、溝２６の一端は貫通孔２２に接続し、他端は凝縮部５２の端から外部に開口して開口部２７となっている。溝２６は、例えば板状部材２０を貫通しているが、板状部材２０を貫通していない場合でもよい。

図２（ｄ）及び図３（ｄ）のように、板状部材１０は、例えば厚さ０．２ｍｍ程度の銅板であり、蒸発部５０から流路部５４を経由して凝縮部５２まで延びた凹部１１が形成されている。凹部１１は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。凹部１１の深さは、例えば０．１５ｍｍ程度である。凹部１１は、蒸発部５０においては蒸発部５０の平面形状と同じ平面形状で周辺に所定の幅の側壁を有して形成され、流路部５４においては周辺に所定の幅の側壁を有して延在して形成されている。また、凹部１１は、凝縮部５２においては流路部５４での幅のまま流路部５４から延在して形成されている。流路部５４での凹部１１の幅Ｗ３は、例えば板状部材４０に形成された流路部５４での凹部４１の幅Ｗ１及び板状部材２０に形成された流路部５４での凹部２４の幅Ｗ２と同じ幅であり、３ｍｍから５ｍｍ程度である。板状部材１０は、凝縮部５２において、凹部１１の周りが凹部１１よりも大きな面積の放熱板１２となっている。板状部材１０は、蒸発部５０における凹部１１内に凹凸部１３を有する。凹凸部１３の側壁は、流路部５４が蒸発部５０から延びる第１方向に延在している。

図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係るヒートパイプの断面図である。図４（ａ）は、図１のＡ−Ａ間の断面図、図４（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ間の断面図、図４（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ間の断面図である。図４（ａ）から図４（ｃ）のように、板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０が積層された積層体５６には、板状部材１０と板状部材２０の間に板状部材１０に形成された凹部１１によって空洞部６０が形成されている。板状部材２０と板状部材３０の間には、板状部材２０に形成された凹部２４によって空洞部６２が形成され、板状部材３０と板状部材４０の間には、板状部材４０に形成された凹部４１によって空洞部６４が形成されている。

蒸発部５０に形成された空洞部６０と空洞部６４は、板状部材２０に形成された貫通孔２１及び板状部材３０に形成された貫通孔３１を介して連通している。このように、蒸発部５０において空洞部６０と空洞部６４を連通させるために、貫通孔２１と貫通孔３１は、積層体５６の積層方向で重なる位置に形成されていることが好ましい。貫通孔２１と貫通孔３１は、完全に重なる場合が好ましいが、それぞれの面積の２／３以上が重なっている場合でもよいし、３／４以上が重なっている場合でもよいし、４／５以上が重なっている場合でもよい。

凝縮部５２に形成された空洞部６０と空洞部６４は、板状部材２０に形成された貫通孔２２及び板状部材３０に形成された貫通孔３２を介して連通している。このように、凝縮部５２において空洞部６０と空洞部６４を連通させるために、貫通孔２２と貫通孔３２は、積層体５６の積層方向で重なる位置に形成されていることが好ましい。貫通孔２２と貫通孔３２は、完全に重なる場合が好ましいが、それぞれの面積の２／３以上が重なっている場合でもよいし、３／４以上が重なっている場合でもよいし、４／５以上が重なっている場合でもよい。

流路部５４では、空洞部６０と空洞部６４の間に空洞部６２が形成されている。例えば、流路部５４における空洞部６０、空洞部６２、及び空洞部６４は、積層体５６の積層方向で重なり合って同じ方向に延在している。すなわち、流路部５４における空洞部６０、空洞部６２、及び空洞部６４は、重なり合ったまま、重なり合った状態を維持して延在している。流路部５４の幅方向における空洞部６２の長さは空洞部６０及び空洞部６４の長さ以上である場合が好ましい。流路部５４の幅方向において、空洞部６２は空洞部６０及び空洞部６４と完全に重なっている場合が好ましいが、空洞部６２は空洞部６０及び空洞部６４の２／３以上と重なっている場合でもよい。３／４以上と重なっている場合でもよい。４／５以上と重なっている場合でもよい。

実施例１のヒートパイプ１００は、例えば以下の方法によって形成される。まず、図２（ａ）から図２（ｄ）で説明した板状部材１０から４０を準備する。次いで、板状部材１０から４０を、例えば拡散接合によって接合して積層体５６を形成する。次いで、板状部材２０に形成した凹部２４の開口部２５から空洞部６２内を真空排気して大気圧よりも低い圧力に減圧した後、開口部２５を半田などによって封止する。また、板状部材２０に形成した溝２６の開口部２７から空洞部６０及び６４内を真空排気して大気圧よりも低い圧力に減圧した後、開口部２７から空洞部６０及び６４内に作動流体（水又はエタノールなど）を注入する。その後、開口部２７をロウ材又は半田などによって封止する。このような方法によって、実施例１のヒートパイプ１００が形成される。

ここで、実施例１のヒートパイプ１００による発熱部品の冷却について説明する。蒸発部５０での板状部材１０の下面に配置された発熱部品によって、蒸発部５０における空洞部６０内に貯留する液相の作動流体が気化する。このときに、発熱部品から気化潜熱が奪われる。気化した気相の作動流体は、図１の矢印のように、蒸発部５０から流路部５４を経由して凝縮部５２へと流れる。このとき、流路部５４では、気相の作動流体は板状部材１０と板状部材２０の間に形成された空洞部６０を流れるようになる。すなわち、流路部５４における空洞部６０は、蒸発部５０で気化した気相の作動流体が蒸発部５０から凝縮部５２に向かって流れる気相流路６６となる。蒸発部５０で気化した気相の作動流体が空洞部６０を主に流れるのは以下のためである。すなわち、流路部５４での空洞部６０の幅方向の断面積は積層体５６の積層方向に交差する方向の貫通孔２１及び３１の断面積よりも大きいことから、空洞部６０側は貫通孔２１及び３１側に比べて圧力損失が小さくなるためである。

凝縮部５２に流れ込んだ気相の作動流体は、板状部材２０に形成された貫通孔２２及び板状部材３０に形成された貫通孔３２を介して、板状部材３０と板状部材４０の間に形成された空洞部６４へと流れる。このときに、図２（ａ）から図２（ｄ）で説明したように、凝縮部５２において、板状部材１０は凹部１１の周りに放熱板１２を有し、板状部材２０は貫通孔２２の周りに放熱板２３を有する。板状部材３０は貫通孔３２の周りに放熱板３３を有し、板状部材４０は凹部４１の周りに放熱板４２を有する。このため、気相の作動流体は、空洞部６０から貫通孔２２及び３２を介して空洞部６４へと流れるときに、熱が放熱板１２、２３、３３、及び４２へと放熱される。その結果、気相の作動流体は液化されて液相の作動流体が生成される。凝縮部５２で生成された液相の作動流体は、空洞部６４を経由して、図１の矢印のように、凝縮部５２から蒸発部５０へと流れるようになる。すなわち、流路部５４における空洞部６４は、凝縮部５２で液化した液相の作動流体が凝縮部５２から蒸発部５０に向かって流れる液相流路６８となる。

蒸発部５０に流れ込んだ液相の作動流体は、空洞部６４から板状部材３０に形成された貫通孔３１及び板状部材２０に形成された貫通孔２１を介して空洞部６０へと流れ落ちる。このとき、液相の作動流体が流れ込んだ蒸発部５０において，液相の作動流体が発熱部品の熱により蒸発することで気化潜熱が奪われ、蒸発部５０は冷却される。

ここで、図４（ｃ）のように、流路部５４において、気相流路６６となる空洞部６０と液相流路６８となる空洞部６４との間に空洞部６２が設けられている。空洞部６２は断熱部としての機能を発揮するため、気相流路６６となる空洞部６０と液相流路６８となる空洞部６４との間での熱交換を抑制することができる。したがって、気相流路６６を流れる気相の作動流体が凝縮部５２に到達する前に液化すること及び液相流路６８を流れる液相の作動流体が蒸発部５０に到達する前に気化することが抑制される。

このように、実施例１のヒートパイプ１００は、図１のように、板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０がこの順に積層された積層体５６で形成されている。積層体５６は、図４（ａ）から図４（ｃ）のように、板状部材１０と板状部材２０の間に気相流路６６を含む空洞部６０を有する。板状部材３０と板状部材４０の間に液相流路６８を含む空洞部６４を有する。板状部材２０と板状部材３０の間に空洞部６０と空洞部６４で挟まれた空洞部６２を有する。これにより、空洞部６０と空洞部６４の間での熱交換を抑制でき、気相流路６６を流れる気相の作動流体が凝縮部５２に到達する前に液化すること及び液相流路６８を流れる液相の作動流体が蒸発部５０に到達する前に気化することが抑制される。よって、気相流路６６を流れる気相の作動流体及び液相流路６８を流れる液相の作動流体の移動が阻害されることが抑制され、熱輸送効率の低下を抑制することができる。また、ヒートパイプ１００は、板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０が積層されることで形成されているため、薄型化を実現することができる。また、板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０の形状を自由に決定することができるため、蒸発部５０、凝縮部５２、及び流路部５４の形状を自在に設計できる。

流路部５４における空洞部６０、６２、及び６４は、積層体５６の積層方向で重なり合って同じ方向に延在している場合が好ましい。これにより、空洞部６０と空洞部６４の間での熱交換を効果的に抑制することができる。よって、気相流路６６を流れる気相の作動流体が凝縮部５２に到達する前に液化すること及び液相流路６８を流れる液相の作動流体が蒸発部５０に到達する前に気化することを効果的に抑制できる。

また、空洞部６０と空洞部６４の間での熱交換を効果的に抑制する点から、空洞部６２内の圧力は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている場合が好ましい。

蒸発部５０で気化した気相の作動流体の大部分が空洞部６０を介して凝縮部５２に流れるよう、空洞部６０の断面積は、貫通孔２１及び３１の断面積より大きい場合が好ましい。すなわち、貫通孔２１及び３１の断面積は、蒸発部５０で気化した気相の作動流体の大部分が空洞部６０に流れ込み、空洞部６４には流れ込み難い程度の大きさであることが好ましい。

図４（ａ）のように、積層体５６は、蒸発部５０での空洞部６０内に凹凸部１３を有することが好ましい。これにより、蒸発部５０内に貯留する液相の作動流体が積層体５６に接する表面積を増大させることができ、気化潜熱による発熱部品の冷却を効率的に行うことができる。

板状部材２０は、図２（ｃ）のように、貫通孔２２の周りが貫通孔２２よりも大きな面積を有する放熱板２３となっていることが好ましい。板状部材３０は、図２（ｂ）のように、貫通孔３２の周りが貫通孔３２よりも大きな面積を有する放熱板３３となっていることが好ましい。これにより、板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０が積層された薄型のヒートパイプ１００の場合でも、気相の作動流体を液化させることを効果的に行うことができる。なお、板状部材２０及び３０の両方に放熱板が形成されている場合に限られず、板状部材２０及び３０の少なくとも一方に放熱板が形成されている場合でもよい。

板状部材１０、板状部材２０、板状部材３０、及び板状部材４０は全て同じ金属材料で形成されていてもよいが、異なる材料で形成されていてもよい。例えば、板状部材２０及び板状部材３０は、板状部材１０及び板状部材４０よりも熱伝導率の低い金属材料で形成されていてもよい。例えば、板状部材１０及び板状部材４０は銅で形成され、板状部材２０及び板状部材３０はステンレス鋼で形成されていてもよい。板状部材２０及び板状部材３０の熱伝導率が板状部材１０及び板状部材４０よりも低いことで、空洞部６０と空洞部６４の間での熱交換を更に抑制することができる。

図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１の変形例１に係るヒートパイプを形成する板状部材の蒸発部の平面図である。図５（ａ）から図５（ｄ）のように、実施例１の変形例１では、板状部材２０及び３０に形成された貫通孔２１ａ及び３１ａは、流路部５４が蒸発部５０から延びる第１方向に延在した長方形形状をしている。板状部材１０の凹部１１内に形成された凹凸部１３ａの側壁は、第１方向に交差（例えば直交）する第２方向に延在している。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１の変形例２に係るヒートパイプを形成する板状部材の蒸発部の平面図である。図６（ａ）から図６（ｄ）のように、実施例１の変形例２では、板状部材１０の凹部１１内に形成された凹凸部１３ｂの側壁は、流路部５４が蒸発部５０から延びる第１方向に斜めに傾斜して延在している。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

図７（ａ）から図７（ｄ）は、実施例２に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。図７（ａ）は、板状部材４０の下面図、図７（ｂ）は、板状部材３０の上面図、図７（ｃ）は、板状部材２０の上面図、図７（ｄ）は、板状部材１０の上面図である。図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例２に係るヒートパイプの断面図である。図８（ａ）は、図１のＡ−Ａ間に相当する箇所の断面図、図８（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ間に相当する箇所の断面図、図８（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ間に相当する箇所の断面図である。

図７（ａ）から図８（ｃ）のように、実施例２のヒートパイプでは、板状部材３０と板状部材４０の間に形成された空洞部６４内に多孔質体７０が設けられている。多孔質体７０は、例えば空洞部６４内全体に設けられているが、空洞部６４内の一部に設けられている場合でもよい。例えば、多孔質体７０は、蒸発部５０、凝縮部５２、及び流路部５４のうちの流路部５４にのみ設けられている場合でもよいし、蒸発部５０と流路部５４とに設けられている場合でもよい。多孔質体７０の空孔の直径は、多孔質体７０に生じる毛細管力の点から、例えば１．０ｍｍ以下の場合が好ましく、０．７ｍｍ以下の場合がより好ましく、０．５ｍｍ以下の場合が更に好ましい。多孔質体７０は、例えば金網状の金属製メッシュが積層されていてもよいし、パンチングによりメッシュ状にした金属製シートが積層されていてもよいし、焼結金属又はセラミックスで形成されていてもよい。また、多孔質体７０は、３Ｄプリンタを使用して製造される金属製の多孔体であってもよいし、金属製の繊維質から製造される不織布であってもよい。一例として、繊維径が０．０３ｍｍのステンレス製の不織布で形成された多孔質体７０又は線径が０．０５ｍｍの銅線を金網状にしたメッシュ材料が３層積層され、平均開口径が０．１ｍｍ程度の多孔質体７０が挙げられる。

板状部材２０と板状部材３０の間に形成された空洞部６２内に断熱部材７２が設けられている。断熱部材７２は、例えば流路部５４における空洞部６２内全体に設けられているが、流路部５４における空洞部６２内の一部に設けられている場合でもよい。また、断熱部材７２は、蒸発部５０における空洞部６２内に設けられていてもよい。断熱部材７２は、例えばグラスウール、ウレタンフォーム、又はポリスチレンフォームなどで形成されている。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例２によれば、液相の作動流体が流れる空洞部６４内に多孔質体７０が設けられている。これにより、凝縮部５２で液化された液相の作動流体が多孔質体７０の毛細管力によって蒸発部５０側に流れ易くなる。また、多孔質体７０には液相の作動流体が存在していることから、蒸発部５０で気化された作動流体は空洞部６４側に流れ込み難くなり、その結果、空洞部６０側に流れ込み易くなる。

また、実施例２によれば、空洞部６２内に断熱部材７２が設けられている。これにより、空洞部６０と空洞部６４の間での熱交換を効果的に抑制することができる。よって、気相流路６６を流れる気相の作動流体が凝縮部５２に到達する前に液化すること及び液相流路６８を流れる液相の作動流体が蒸発部５０に到達する前に気化することを効果的に抑制できる。

図９（ａ）から図９（ｄ）は、実施例３に係るヒートパイプを形成する板状部材の平面図である。図９（ａ）は、板状部材４０の下面図、図９（ｂ）は、板状部材３０の上面図、図９（ｃ）は、板状部材２０の上面図、図９（ｄ）は、板状部材１０の上面図である。図１０は、実施例３に係るヒートパイプの断面図である。図１０は、図１のＣ−Ｃ間に相当する箇所の断面図である。

図９（ａ）から図１０のように、実施例３のヒートパイプでは、板状部材３０と板状部材４０の間に形成された空洞部６４内に、直径が０．５ｍｍ程度の円柱形状の複数の支柱７４が設けられている。支柱７４の下面は板状部材３０に接し、上面は板状部材４０に接している。支柱７４は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて凹部４１を形成する際に同時に形成される。複数の支柱７４は、流路部５４において、例えば流路部５４の延在方向に等間隔に並んで点在しているが、等間隔に並ばずに点在している場合でもよい。また、複数の支柱７４は、蒸発部５０において、例えば格子状に等間隔に並んで設けられているが、千鳥状に並んで設けられていてもよいし、ランダムに設けられていてもよい。支柱７４は、円柱形状の場合に限られず、角柱形状などその他の形状をしていてもよいが、作動流体の流れが滞ることを抑制する点から、円柱形状である場合が好ましい。

板状部材１０と板状部材２０の間に形成された空洞部６０内に、幅が０．５ｍｍ程度で流路部５４の延在方向に沿って延在した支柱７６が設けられている。支柱７６の下面は板状部材１０に接し、上面は板状部材２０に接している。支柱７６は、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて凹部１１を形成する際に同時に形成される。支柱７６は、例えば流路部５４において空洞部６０の幅方向における中央部に位置して設けられている。支柱７６は、例えば流路部５４の一方の端部から他方の端部にかけて延在しているが、途中で分断して２つ又は３つなどの複数に分割されていてもよい。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。

実施例３によれば、空洞部６０内に積層体５６の高さ方向に延在した支柱７６が設けられている。これにより、空洞部６０が凹むことを抑制できる。例えば、板状部材１０から板状部材４０を接合して積層体５６を形成する際に空洞部６０が凹むことを抑制できる。また、空洞部６４内に積層体５６の高さ方向に延在した支柱７４が設けられている。これにより、空洞部６４が凹むことを抑制できる。例えば、板状部材１０から板状部材４０を接合して積層体５６を形成する際に空洞部６４が凹むことを抑制できる。空洞部６０及び空洞部６４が凹むと気相流路６６及び液相流路６８の流路断面積が小さくなり圧力損失が増大してしまうが、支柱７４及び７６を設けることで圧力損失の増大を抑制することができる。

なお、実施例３では、空洞部６０及び空洞部６４の両方に支柱が設けられている場合を例に示したが、どちらか一方に設けられている場合でもよい。また、空洞部６０に円柱形状又は角柱形状などをした複数の支柱が設けられ、空洞部６４に流路部５４の延在方向に沿って延在した支柱が設けられている場合でもよい。

図１１（ａ）は、実施例４に係るヒートパイプの斜視図、図１１（ｂ）は、実施例４の変形例１に係るヒートパイプの斜視図である。図１１（ａ）の実施例４のヒートパイプ４００のように、流路部５４は、直線状に延在している場合に限られず、屈曲していてもよい。図１１（ｂ）の実施例４の変形例１のヒートパイプ４１０のように、複数の蒸発部５０を有し、複数の蒸発部５０それぞれと凝縮部５２との間に流路部５４が設けられていてもよい。凝縮部５２は、複数の蒸発部５０それぞれとの流路部５４を介した距離が同じになるような位置に設けられていることが好ましい。

図１２は、実施例５に係る電子機器の分解斜視図である。実施例５では、電子機器がスマートフォンの場合を例に説明する。図１２のように、実施例５の電子機器５００は、フロントケース８０と、リアケース８２と、リアケース８２内に設置された電池８４、発熱部品８８を搭載した基板８６、及び実施例１のヒートパイプ１００と、を備える。電池８４、基板８６、及びヒートパイプ１００は、フロントケース８０とリアケース８２が組み合わされて形成される筐体内に収容される。発熱部品８８は、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）パッケージなどの半導体部品であるが、その他の電子部品であってもよい。

ヒートパイプ１００の蒸発部５０は発熱部品８８の上面に配置され、凝縮部５２は電池８４の上面に配置される。これにより、蒸発部５０に貯留する液相の作動流体が発熱部品８８との熱交換によって気化することで、発熱部品８８から気化潜熱が奪われて、発熱部品８８が冷却されるようになる。

実施例５の電子機器５００によれば、発熱部品８８と、発熱部品８８を冷却する実施例１のヒートパイプ１００と、を備える。実施例１のヒートパイプ１００は上述したように熱輸送効率に優れていることから、実施例５の電子機器５００によれば、発熱部品８８の冷却性能を向上させることができる。なお、実施例５では、電子機器がスマートフォンの場合を例に示したが、その他の電子機器の場合でもよい。例えば、タブレット型パソコン又はノート型パソコンなどの携帯可能な電子機器であってもよいし、デスクトップ型パソコンなどの据置型の電子機器であってもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第１板状部材、第２板状部材、第３板状部材、及び第４板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、前記積層体は、前記第１板状部材と前記第２板状部材の間に前記気相流路を含む第１空洞部、前記第３板状部材と前記第４板状部材の間に前記液相流路を含む第２空洞部、及び前記第２板状部材と前記第３板状部材の間に前記第１空洞部及び前記第２空洞部に挟まれた第３空洞部を有し、前記第２板状部材及び前記第３板状部材は、前記蒸発部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第１貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第２貫通孔を有する、ヒートパイプ。
（付記２）前記流路部における前記第１空洞部、前記第２空洞部、及び前記第３空洞部は、前記積層体の積層方向で重なり合って同じ方向に延在している、付記１記載のヒートパイプ。
（付記３）前記流路部における前記第１空洞部の断面積は、前記第１貫通孔の断面積よりも大きい、付記１または２記載のヒートパイプ。
（付記４）前記第２空洞部内に設けられた多孔質体を備える、付記１から３のいずれか一項記載のヒートパイプ。
（付記５）前記第３空洞部内の圧力は大気圧よりも低くなっている、付記１から４のいずれか一項記載のヒートパイプ。
（付記６）前記第３空洞部内に設けられた断熱部材を備える、付記１から５のいずれか一項記載のヒートパイプ。
（付記７）前記第１空洞部内及び前記第２空洞部内の少なくとも一方に、前記積層体の積層方向に延在した支柱を備える、付記１から６のいずれか一項記載のヒートパイプ。
（付記８）前記支柱は円柱形状をしている、付記７記載のヒートパイプ。
（付記９）前記積層体は、前記蒸発部での前記第１空洞部内に凹凸部を有する、付記１から８のいずれか一項記載のヒートパイプ。
（付記１０）前記凹凸部の側壁は、前記流路部が前記蒸発部から延びる方向に延在している、付記９記載のヒートパイプ。
（付記１１）前記凹凸部の側壁は、前記流路部が前記蒸発部から延びる方向と交差する方向に延在している、付記９記載のヒートパイプ。
（付記１２）前記第２板状部材及び前記第３板状部材の熱伝導率は、前記第１板状部材及び前記第４板状部材の熱伝導率よりも小さい、付記１から１１のいずれか一項記載のヒートパイプ。
（付記１３）前記第２板状部材及び前記第３板状部材の少なくとも一方は、前記第２貫通孔の周りが前記第２貫通孔よりも大きな面積を有する放熱板となっている、付記１から１２のいずれか一項記載のヒートパイプ。
（付記１４）前記流路部は屈曲して延在している、付記１から１３のいずれか一項記載のヒートパイプ。
（付記１５）発熱部品と、前記発熱部品の熱を移動するヒートパイプと、を備え、前記ヒートパイプは、作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第１板状部材、第２板状部材、第３板状部材、及び第４板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、前記積層体は、前記第１板状部材と前記第２板状部材の間に前記気相流路を含む第１空洞部、前記第３板状部材と前記第４板状部材の間に前記液相流路を含む第２空洞部、及び前記第２板状部材と前記第３板状部材の間に前記第１空洞部及び前記第２空洞部に挟まれた第３空洞部を有し、前記第２板状部材及び前記第３板状部材は、前記蒸発部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第１貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第２貫通孔を有する、電子機器。

１０ 板状部材
１１ 凹部
１２ 放熱板
１３〜１３ｂ 凹凸部
２０ 板状部材
２１、２１ａ 貫通孔
２２ 貫通孔
２３ 放熱板
２４ 凹部
３０ 板状部材
３１、３１ａ 貫通孔
３２ 貫通孔
３３ 放熱板
４０ 板状部材
４１ 凹部
４２ 放熱板
５０ 蒸発部
５２ 凝縮部
５４ 流路部
５６ 積層体
６０ 空洞部
６２ 空洞部
６４ 空洞部
６６ 気相流路
６８ 液相流路
７０ 多孔質体
７２ 断熱部材
７４ 支柱
７６ 支柱
８８ 発熱部品
１００、４００、４１０ ヒートパイプ
５００ 電子機器

Claims (10)

1. 作動流体を気化する蒸発部と、
   前記作動流体を液化する凝縮部と、
   前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、
   前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第１板状部材、第２板状部材、第３板状部材、及び第４板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、
   前記積層体は、前記第１板状部材と前記第２板状部材の間に前記気相流路を含む第１空洞部、前記第３板状部材と前記第４板状部材の間に前記液相流路を含む第２空洞部、及び前記第２板状部材と前記第３板状部材の間に前記第１空洞部及び前記第２空洞部に挟まれた第３空洞部を有し、
   前記第２板状部材及び前記第３板状部材は、前記蒸発部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第１貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第２貫通孔を有する、ヒートパイプ。
2. 前記流路部における前記第１空洞部、前記第２空洞部、及び前記第３空洞部は、前記積層体の積層方向で重なり合って同じ方向に延在している、請求項１記載のヒートパイプ。
3. 前記流路部における前記第１空洞部の断面積は、前記第１貫通孔の断面積よりも大きい、請求項１または２記載のヒートパイプ。
4. 前記第２空洞部内に設けられた多孔質体を備える、請求項１から３のいずれか一項記載のヒートパイプ。
5. 前記第３空洞部内の圧力は大気圧よりも低くなっている、請求項１から４のいずれか一項記載のヒートパイプ。
6. 前記第３空洞部内に設けられた断熱部材を備える、請求項１から５のいずれか一項記載のヒートパイプ。
7. 前記第１空洞部内及び前記第２空洞部内の少なくとも一方に、前記積層体の積層方向に延在した支柱を備える、請求項１から６のいずれか一項記載のヒートパイプ。
8. 前記積層体は、前記蒸発部での前記第１空洞部内に凹凸部を有する、請求項１から７のいずれか一項記載のヒートパイプ。
9. 前記第２板状部材及び前記第３板状部材の熱伝導率は、前記第１板状部材及び前記第４板状部材の熱伝導率よりも小さい、請求項１から８のいずれか一項記載のヒートパイプ。
10. 発熱部品と、
    前記発熱部品の熱を移動するヒートパイプと、を備え、
    前記ヒートパイプは、作動流体を気化する蒸発部と、前記作動流体を液化する凝縮部と、前記蒸発部で気化した気相の前記作動流体が前記凝縮部に向かって流れる気相流路及び前記凝縮部で液化した液相の前記作動流体が前記蒸発部に向かって流れる液相流路を含む流路部と、を備え、
    前記蒸発部、前記凝縮部、及び前記流路部は、第１板状部材、第２板状部材、第３板状部材、及び第４板状部材がこの順に積層された積層体で形成され、
    前記積層体は、前記第１板状部材と前記第２板状部材の間に前記気相流路を含む第１空洞部、前記第３板状部材と前記第４板状部材の間に前記液相流路を含む第２空洞部、及び前記第２板状部材と前記第３板状部材の間に前記第１空洞部及び前記第２空洞部に挟まれた第３空洞部を有し、
    前記第２板状部材及び前記第３板状部材は、前記蒸発部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第１貫通孔を有し、前記凝縮部において前記第１空洞部と前記第２空洞部を連通する第２貫通孔を有する、電子機器。

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