JP7111266B2 - ベーパーチャンバー - Google Patents

Description

本発明は、ベーパーチャンバーに関する。

近年、素子の高集積化、高性能化による発熱量が増加している。また、製品の小型化が進むことで、発熱密度が増加するため、放熱対策が重要となってきた。この状況はスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末の分野において特に顕著である。熱対策部材としては、グラファイトシートなどが用いられることが多いが、その熱輸送量は十分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。中でも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能であるとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。

ベーパーチャンバーは、筐体の内部に、作動媒体と、毛細管力によって作動媒体を輸送するウィックとが封入された構造を有する。上記作動媒体は、発熱素子からの熱を吸収する蒸発部において発熱素子からの熱を吸収してベーパーチャンバー内で蒸発した後、凝縮部に移動し、冷却されて液相に戻る。液相に戻った作動媒体は、ウィックの毛細管力によって再び発熱素子側の蒸発部に移動し、発熱素子を冷却する。これを繰り返すことにより、ベーパーチャンバーは外部動力を有することなく自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。

例えば、特許文献１には、筺体と、上記筐体を内側から支持するように上記筐体の内部空間に配置された第１ピラーと、上記筺体の内部空間に封入された作動媒体と、上記筺体の内部空間に配置されたウィックと、を有し、上記ウィックの一方主面は、上記第１ピラーに支持されて上記筺体から離れた部分を有し、上記ウィックの厚みが部分的に異なるベーパーチャンバーが開示されている。さらに、特許文献１には、上記ベーパーチャンバーが、上記ウィックの他方主面を支持する第２ピラーをさらに含んでもよいことが記載されている。上記第２ピラーは、上記ウィックの他方主面を支持し、上記第２ピラーの高さは、上記第１ピラーの高さよりも低い。

国際公開第２０１９／０６５７２８号

特許文献１に記載のベーパーチャンバーでは、第１ピラーが設けられることにより、気体の作動媒体が移動する蒸気流路を確保することができる。また、第２ピラーが設けられることにより、第２ピラー間に液体の作動媒体を保持することができる。その結果、気体および液体の作動媒体のいずれもの輸送能が大きくなるため、ベーパーチャンバーの熱輸送能が向上する。

このような第１ピラーおよび第２ピラーは、例えば、エッチングや印刷などの方法により筐体の内壁面に形成することができる。ここで、第１ピラーおよび第２ピラーは筐体またはウィックとの接触面積が大きいほどベーパーチャンバーの構造強度を保ちやすくなるが、その一方で、筐体またはウィックとの接触面積を大きくしようとすると透過流路面積が小さくなるため、高い熱輸送能が得られにくくなる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、高い熱輸送能を有するベーパーチャンバーを提供することを目的とする。本発明はまた、上記ベーパーチャンバーを備える電子機器を提供することを目的とする。

本発明のベーパーチャンバーは、筐体と、上記筐体の内部空間に封入された作動媒体と、上記筐体の内部空間に配置されたウィックと、上記筐体の内部空間に配置されたピラーと、を備え、上記ピラーは、両端部よりも細いくびれ部を有する。

本発明の電子機器は、本発明のベーパーチャンバーを備える。

本発明によれば、高い熱輸送能を有するベーパーチャンバーを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。 図２は、図１に示すベーパーチャンバーの一部を拡大した断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの別の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。 図６は、本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。 図７は、本発明の第５実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明のベーパーチャンバーについて説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では、第１実施形態と共通の事項についての記述は省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。

以下の説明において、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明のベーパーチャンバー」という。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーでは、ピラーが第１ピラーおよび第２ピラーを含み、上記第１ピラーおよび上記第２ピラーの両方がくびれ部を有する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示すベーパーチャンバーの一部を拡大した断面図である。
図１および図２に示すベーパーチャンバー１は、筐体１０と、作動媒体２０と、ウィック３０と、ピラーとして第１ピラー４１および第２ピラー４２とを備える。

筐体１０は、図１に示すように、厚さ方向（図１では上下方向）に対向する一対の内壁面を有する。図１において、筐体１０は、外縁部が接合された対向する第１シート１１および第２シート１２から構成されている。第１シート１１および第２シート１２は、外縁部に向かって互いに接近し、外縁部において接触し、接合され、封止されている。

作動媒体２０は、筐体１０の内部空間５０に封入されている。

ウィック３０は、筐体１０の内部空間５０に配置されている。図１において、ウィック３０の一方主面および他方主面は、いずれも筐体１０に接していない。すなわち、ウィック３０は、筐体１０から離れて配置されている。

第１ピラー４１は、筐体１０の内部空間５０に配置されており、ウィック３０の一方主面を支持するようにウィック３０と筐体１０との間に設けられている。第１ピラー４１は、筐体１０に接していることが好ましい。図１において、第１ピラー４１は、第１シート１１とウィック３０との間に設けられている。第１シート１１とウィック３０との間の空間は、気体の作動媒体が移動する蒸気流路として機能する。

第１ピラー４１は、ウィック３０側の端部と筐体１０側の端部との間に、両端部よりも細いくびれ部４１Ａを有する。くびれ部４１Ａにより、筐体１０またはウィック３０との接触面積を維持したまま、気体（蒸気）の透過流路面積を維持することができる。さらに、くびれ部４１Ａにより、ベーパーチャンバー１に外力が加わった場合であっても、ウィック３０の撓みや凹みを防ぐことができる。その結果、熱輸送能を高くすることができる。

第２ピラー４２は、筐体１０の内部空間５０に配置されており、ウィック３０の他方主面を支持するようにウィック３０と筐体１０との間に設けられている。第２ピラー４２の高さは、第１ピラー４１の高さよりも低い。第２ピラー４２は、筐体１０に接していることが好ましい。図１において、第２ピラー４２は、第２シート１２とウィック３０との間に設けられている。第２ピラー４２間の空間は、液体の作動媒体が移動する液体流路として機能する。さらに、第２ピラー４２間には液体の作動媒体を保持することができるため、ベーパーチャンバーの作動媒体の量を多くすることが容易になる。ここで、第２ピラーとは、周囲よりも相対的に高さが高い部分を言い、主面から突出した部分、例えば柱状部等に加え、主面に形成された凹部、例えば溝などにより相対的に高さが高くなっている部分も含む。

第２ピラー４２は、ウィック３０側の端部と筐体１０側の端部との間に、両端部よりも細いくびれ部４２Ａを有する。くびれ部４２Ａにより、筐体１０またはウィック３０との接触面積を維持したまま、液体の透過流路面積を維持することができる。さらに、くびれ部４２Ａにより、ベーパーチャンバー１に外力が加わった場合であっても、ウィック３０の撓みや凹みを防ぐことができる。その結果、熱輸送能を高くすることができる。

第１ピラー４１および第２ピラー４２を形成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、またはそれらの混合物、積層物等が挙げられる。第１ピラー４１を形成する材料は、第２ピラー４２を形成する材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第１ピラー４１を形成する材料は、筐体１０およびウィック３０のいずれか一方または両方と同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、第２ピラー４２を形成する材料は、筐体１０およびウィック３０のいずれか一方または両方と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

第１ピラー４１のウィック３０側の端部の太さ（図２中、Ｄ_１１で示す長さ）および第１ピラー４１の筐体１０側の端部の太さ（図２中、Ｄ_１２で示す長さ）は、いずれも、第１ピラー４１のくびれ部４１Ａの太さ（図２中、Ｄ_１３で示す長さ）よりも太い。

第１ピラー４１のウィック３０側の端部の太さＤ_１１は、図２に示すように、第１ピラー４１の筐体１０側の端部の太さＤ_１２よりも太いことが好ましい。これにより、ウィック３０との接触面積を大きくすることができる。なお、第１ピラー４１のウィック３０側の端部の太さＤ_１１は、第１ピラー４１の筐体１０側の端部の太さＤ_１２よりも細くてもよいし、第１ピラー４１の筐体１０側の端部の太さＤ_１２と同じであってもよい。

第２ピラー４２のウィック３０側の端部の太さ（図２中、Ｄ_２１で示す長さ）および第２ピラー４２の筐体１０側の端部の太さ（図２中、Ｄ_２２で示す長さ）は、いずれも、第２ピラー４２のくびれ部４２Ａの太さ（図２中、Ｄ_２３で示す長さ）よりも太い。

第２ピラー４２のウィック３０側の端部の太さＤ_２１は、図２に示すように、第２ピラー４２の筐体１０側の端部の太さＤ_２２よりも太いことが好ましい。これにより、ウィック３０との接触面積を大きくすることができる。なお、第２ピラー４２のウィック３０側の端部の太さＤ_２１は、第２ピラー４２の筐体１０側の端部の太さＤ_２２よりも細くてもよいし、第２ピラー４２の筐体１０側の端部の太さＤ_２２と同じであってもよい。

本明細書において、第１ピラーおよび第２ピラーの太さとは、第１ピラーおよび第２ピラーの高さ方向に垂直な断面の円相当径を意味する。

第１ピラー４１のくびれ部４１Ａは、図２に示すように、ウィック３０側の端部と筐体１０側の端部との間の中央よりも筐体１０側に位置していることが好ましい。この場合、少なくとも１つの第１ピラー４１のくびれ部４１Ａが、ウィック３０側の端部と筐体１０側の端部との間の中央よりも筐体１０側に位置していればよいが、全ての第１ピラー４１のくびれ部４１Ａが、ウィック３０側の端部と筐体１０側の端部との間の中央よりも筐体１０側に位置していることが好ましい。

第２ピラー４２のくびれ部４２Ａは、ウィック３０側の端部と筐体１０側の端部との間の中央寄りに位置していることが好ましい。この場合、少なくとも１つの第２ピラー４２のくびれ部４２Ａが、ウィック３０側の端部と筐体１０側の端部との間の中央寄りに位置していればよいが、全ての第２ピラー４２のくびれ部４２Ａが、ウィック３０側の端部と筐体１０側の端部との間の中央寄りに位置していることが好ましい。

したがって、図２に示すように、第１ピラー４１および第２ピラー４２の高さ方向において、第１ピラー４１のくびれ部４１Ａからウィック３０側の端部までの距離をＬ_Ａ１、第１ピラー４１のくびれ部４１Ａから筐体１０側の端部までの距離をＬ_Ｂ１、第２ピラー４２のくびれ部４２Ａからウィック３０側の端部までの距離をＬ_Ａ２、第２ピラー４２のくびれ部４２Ａから筐体１０側の端部までの距離をＬ_Ｂ２としたとき、Ｌ_Ｂ１／（Ｌ_Ａ１＋Ｌ_Ｂ１）＜Ｌ_Ｂ２／（Ｌ_Ａ２＋Ｌ_Ｂ２）が成り立つことが好ましい。

図１および図２には示されていないが、筐体１０の内壁面が、筐体１０の外壁面よりも粗いことが好ましい。筐体１０の内壁面を粗くすることで、アンカー効果により機械的強度がさらに高くなる。

また、第１ピラー４１が設けられる筐体１０の内壁面が、第２ピラー４２が設けられる筐体１０の内壁面よりも粗いことが好ましい。一般に、第１ピラー４１間の間隔は第２ピラー４２間の間隔に比べて大きいため、第１ピラー４１が設けられる筐体１０の内壁面を粗くすることにより、第１ピラー４１が剥がれにくくなる。

図３は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの別の一例を模式的に示す断面図である。

図３に示すように、第１ピラー４１の一部が、ウィック３０内の空隙３１Ａおよび３１Ｂに入り込んでいてもよい。同様に、第２ピラー４２の一部が、ウィック３０内の空隙３１Ａおよび３１Ｂに入り込んでいてもよい。

図３においては、説明の便宜上、２種類の空隙３１Ａおよび３１Ｂを示しているが、ウィック３０内の空隙の種類や形状、深さなどは特に限定されるものではない。

第１ピラー４１または第２ピラー４２の一部がウィック３０内の空隙に入り込んでいると、アンカー効果により高い接着強度が得られる。

第１ピラー４１または第２ピラー４２の一部がウィック３０内の空隙に入り込んでいる場合、ウィック３０内の全ての空隙に入り込んでいてもよいし、一部の空隙に入り込んでいてもよい。

図３では、第１ピラー４１および第２ピラー４２の両方がウィック３０内の空隙に入り込んでいるが、第１ピラー４１および第２ピラー４２のいずれか一方がウィック３０内の空隙に入り込んでいてもよい。

第１ピラー４１の一部がウィック３０内の空隙に入り込んでいる場合、空隙に入り込んでいる第１ピラー４１の深さ（図３中、ｄ_４１Ａで示す長さ）が、その空隙の深さ（図３中、ｄ_３１で示す長さ）の１％以上、２０％以下であることが好ましい。第１ピラー４１が複数の空隙に入り込んでいる場合、少なくとも１つの空隙に入り込んでいる第１ピラー４１の深さの割合が上記の範囲を満たしていればよい。

第１ピラー４１が大きさの異なる空隙に入り込んでいる場合、それぞれの空隙に入り込んでいる第１ピラー４１の深さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。空隙に入り込んでいる第１ピラー４１の深さが異なる場合、相対的に大きい空隙に入り込んでいる第１ピラー４１の深さが、相対的に小さい空隙に入り込んでいる第１ピラー４１の深さよりも深くてもよいし、浅くてもよい。

第２ピラー４２の一部がウィック３０内の空隙に入り込んでいる場合、空隙に入り込んでいる第２ピラー４２の深さ（図３中、ｄ_４２Ａで示す長さ）が、その空隙の深さ（図３中、ｄ_３１で示す長さ）の１％以上、１０％以下であることが好ましい。第２ピラー４２が複数の空隙に入り込んでいる場合、少なくとも１つの空隙に入り込んでいる第２ピラー４２の深さの割合が上記の範囲を満たしていればよい。

第２ピラー４２が大きさの異なる空隙に入り込んでいる場合、それぞれの空隙に入り込んでいる第２ピラー４２の深さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。空隙に入り込んでいる第２ピラー４２の深さが異なる場合、相対的に大きい空隙に入り込んでいる第２ピラー４２の深さが、相対的に小さい空隙に入り込んでいる第２ピラー４２の深さよりも深くてもよいし、浅くてもよい。

第１ピラー４１の形状は、筐体１０（すなわち第１シート１１および第２シート１２）を支持できる形状であれば特に限定されないが、柱状であることが好ましい。第１ピラー４１の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。

第１ピラー４１の高さは、第２ピラー４２の高さよりも高い。第１ピラー４１の高さは、第２ピラー４２の高さの、好ましくは１．１倍以上５０倍以下、より好ましくは１．３倍以上１０倍以下、さらに好ましくは１．５倍以上５倍以下である。

第１ピラー４１の高さは、ベーパーチャンバーの厚さに応じて適宜設定することができ、好ましくは２０μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下である。ここで、第１ピラー４１の高さとは、ベーパーチャンバーの厚さ方向の高さをいう。

なお、第１ピラー４１の高さは、一のベーパーチャンバーにおいて、同じであっても、異なっていてもよい。例えば、ある領域における第１ピラー４１の高さと、別の領域における第１ピラー４１の高さが異なっていてもよい。一部の第１ピラーの高さを変更することにより、ベーパーチャンバーの厚さを部分的に変更することができる。

第１ピラー４１の太さは、ベーパーチャンバーの筐体の変形を抑制できる強度を与えるものであれば特に限定されないが、第１ピラー４１のウィック３０側の端部の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、例えば１００μｍ以上２０００μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下である。第１ピラーの円相当径を大きくすることにより、ベーパーチャンバーの筐体の変形をより抑制することができる。また、第１ピラーの円相当径を小さくすることにより、作動媒体の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。

第１ピラー４１の配置は、特に限定されないが、好ましくは所定の領域において均等に、より好ましくは全体にわたって均等に、例えば第１ピラー４１間の距離が一定となるように格子点状に配置される。第１ピラーを均等に配置することにより、ベーパーチャンバー全体にわたって均一な強度を確保することができる。

第１ピラー４１の数および間隔は、特に限定されないが、ベーパーチャンバーの内部空間を規定する一のシートの主面の面積１ｍｍ^２あたり、好ましくは０．１２５本以上０．５本以下、より好ましくは０．２本以上０．３本以下である。第１ピラーの数を多くすることにより、ベーパーチャンバーまたは筐体の変形をより抑制することができる。また、第１ピラーの数をより少なくすることにより、作動媒体の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。

第２ピラー４２の形状は、特に限定されないが、例えば柱状である。この場合、第２ピラー４２の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。また、第２ピラー４２の形状は、壁状であってもよく、すなわち、隣接する第２ピラー４２の間に溝が形成されるような形状であってもよい。

第２ピラー４２の高さは、特に限定されないが、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以上４０μｍ以下である。第２ピラーの高さをより高くすることにより、作動媒体の保持量をより多くすることができる。また、第２ピラーの高さをより低くすることにより、作動媒体の蒸気が移動するための空間（第１ピラー側の空間）をより広く確保することができる。したがって、第２ピラーの高さを調整することにより、ベーパーチャンバーの熱輸送機能および熱伝導率（もしくは熱拡散性能）を調整することができる。なお、第２ピラー４２の高さは、一のベーパーチャンバーにおいて、同じであっても、異なっていてもよい。

第２ピラー４２間の距離は、特に限定されないが、好ましくは１μｍ以上１０００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上３００μｍ以下である。第２ピラー間の距離を小さくすることにより、より毛細管力を大きくすることができる。また、第２ピラー間の距離を大きくすることにより、透過率をより高くすることができる。

ベーパーチャンバー１は、全体として面状である。すなわち、筐体１０は、全体として面状である。ここで、「面状」とは、板状およびシート状を包含し、高さ（厚さ）に対して長さおよび幅が相当に大きい形状、例えば長さおよび幅が、厚さの１０倍以上、好ましくは１００倍以上である形状を意味する。

ベーパーチャンバー１の大きさ、すなわち、筐体１０の大きさは、特に限定されない。ベーパーチャンバー１の長さおよび幅は、用いる用途に応じて適宜設定することができ、例えば、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下または５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。

筐体１０は、外縁部が接合された対向する第１シート１１および第２シート１２から構成されることが好ましい。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、ベーパーチャンバーとして用いるのに適した特性、例えば熱伝導性、強度、柔軟性、可撓性等を有するものであれば、特に限定されない。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、好ましくは金属であり、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、またはそれらを主成分とする合金等であり、特に好ましくは銅である。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、同じであっても、異なっていてもよいが、好ましくは同じである。

第１シート１１および第２シート１２の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下、例えば好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下である。第１シート１１および第２シート１２の厚さは、同じであっても、異なっていてもよい。また、第１シート１１および第２シート１２の各シートの厚さは、全体にわたって同じであってもよく、一部が薄くてもよい。

第１シート１１および第２シート１２は、これらの外縁部において互いに接合されている。かかる接合の方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー溶接、抵抗溶接、拡散接合、ロウ接、ＴＩＧ溶接（タングステン－不活性ガス溶接）、超音波接合または樹脂封止を用いることができ、好ましくはレーザー溶接、抵抗溶接またはロウ接を用いることができる。

ウィック３０は、毛細管力により作動媒体を移動させることができる毛細管構造を有するものであれば特に限定されない。ウィック３０の毛細管構造は、従来のベーパーチャンバーにおいて用いられている公知の構造であってもよい。毛細管構造としては、細孔、溝、突起などの凹凸を有する微細構造、例えば、多孔構造、繊維構造、溝構造、網目構造などが挙げられる。

ウィック３０の材料は特に限定されず、例えば、エッチング加工または金属加工により形成される金属多孔膜、メッシュ、不織布、焼結体、多孔体などが用いられる。ウィック３０の材料となるメッシュは、例えば、金属メッシュ、樹脂メッシュ、もしくは表面コートしたそれらのメッシュから構成されるものであってよく、好ましくは銅メッシュ、ステンレス（ＳＵＳ）メッシュまたはポリエステルメッシュから構成される。ウィック３０の材料となる焼結体は、例えば、金属多孔質焼結体、セラミックス多孔質焼結体から構成されるものであってよく、好ましくは銅またはニッケルの多孔質焼結体から構成される。ウィック３０の材料となる多孔体は、例えば、金属多孔体、セラミックス多孔体、樹脂多孔体から構成されるもの等であってもよい。

ウィック３０は、多孔体から構成されることが好ましい。多孔体の孔径は、１０μｍ以下であることが好ましい。なお、孔の形状は特に限定されない。

ウィック３０の大きさおよび形状は、特に限定されないが、例えば、筐体１０の内部において蒸発部から凝縮部まで連続して設置できる大きさおよび形状を有することが好ましい。

ウィック３０の厚さは、特に限定されないが、例えば２μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上４０μｍ以下である。ウィック３０の厚さは、部分的に異なっていてもよい。

作動媒体２０は、筐体１０内の環境下において気－液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば水、アルコール類、代替フロン等を用いることができる。例えば、作動媒体は水性化合物であり、好ましくは水である。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーでは、ピラーが第１ピラーおよび第２ピラーを含み、上記第１ピラーのみがくびれ部を有する。

図４は、本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。
図４に示すベーパーチャンバー２は、第２ピラー４２にくびれ部４２Ａが存在しないこと以外は、図１に示すベーパーチャンバー１と同様の構成を有する。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーでは、ピラーが第１ピラーを含み、上記第１ピラーがくびれ部を有する。

図５は、本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。
図５に示すベーパーチャンバー３は、第２ピラー４２が存在しないこと以外は、図１に示すベーパーチャンバー１と同様の構成を有する。図５において、ウィック３０の一方主面は筐体１０に接しておらず、ウィック３０の他方主面は筐体１０に接している。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーでは、ピラーが第１ピラーおよび第２ピラーを含み、上記第２ピラーのみがくびれ部を有する。

図６は、本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。
図６に示すベーパーチャンバー４は、第１ピラー４１にくびれ部４１Ａが存在しないこと以外は、図１に示すベーパーチャンバー１と同様の構成を有する。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態に係るベーパーチャンバーでは、筐体の内壁面を支持するようにウィックが設けられている。

図７は、本発明の第５実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。
図７に示すベーパーチャンバー５は、筐体１０と、作動媒体２０と、ウィック３０と、ピラーとして第１ピラー４１とを備える。図７に示すベーパーチャンバー５は、ウィック３０の形状および配置が異なること以外は、図１に示すベーパーチャンバー１と同様の構成を有する。

ウィック３０は、筐体１０の内壁面を支持するように設けられている。ウィック３０は、図７の奥手前方向に沿って延びている。筐体１０の内壁面を支持するウィック３０を筐体１０の内部空間に配置することにより、筐体１０の機械的強度を確保しつつ、筐体１０外部からの衝撃を吸収することができる。

図７に示す例では、ウィック３０は、第１シート１１の内壁面および第２シート１２の内壁面に接している。すなわち、ウィック３０は、筐体１０の両方の内壁面に接している。ウィック３０は、筐体１０のいずれか一方の内壁面のみに接していてもよく、筐体１０の両方の内壁面に接していなくてもよい。

図７に示すように、ウィック３０が延びる方向に垂直な方向に間隔を空けて、複数のウィック３０が配置されていることが好ましい。この場合、隣り合うウィック３０の間には、気体の作動媒体が流通する蒸気流路が形成される。

図７には示されていないが、ウィック３０の内部には、ウィック３０が延びる方向に沿って隙間が設けられていてもよい。ウィック３０の内部に設けられる隙間は、液体の作動媒体が流通する液体流路として利用することができる。特に、隣り合うウィック３０を挟んで液体流路と蒸気流路とを交互に配置することにより、熱輸送効率を向上させることができる。

第１ピラー４１は、筐体１０の内壁面を支持するように設けられている。第１ピラー４１は蒸気流路内に配置されており、第１ピラー４１間は蒸気流路が分断されている。

図７に示す例では、第１ピラー４１は、第１シート１１の内壁面および第２シート１２の内壁面に接している。すなわち、第１ピラー４１は、筐体１０の両方の内壁面に接している。ウィック３０は、筐体１０のいずれか一方の内壁面のみに接していてもよく、筐体１０の両方の内壁面に接していなくてもよい。

隣り合うウィック３０の間に形成される蒸気流路のうち、全ての蒸気流路内に第１ピラー４１が配置されていることが好ましいが、第１ピラー４１が配置されていない蒸気流路が存在してもよい。

第１ピラー４１は、筐体１０の一方の内壁面側の端部と筐体１０の他方の内壁面側の端部との間に、両端部よりも細いくびれ部４１Ａを有する。

第１ピラー４１の筐体１０の一方の内壁面側の端部の太さは、第１ピラー４１の筐体１０の他方の内壁面側の端部の太さよりも太くてもよいし、第１ピラー４１の筐体１０の他方の内壁面側の端部の太さよりも細くてもよいし、第１ピラー４１の筐体１０の他方の内壁面側の端部の太さと同じであってもよい。

第１ピラー４１のくびれ部４１Ａは、第１ピラー４１のいずれか一方の端部側に位置してもよいし、両端部の間の中央寄りに位置してもよい。

図７には示されていないが、筐体１０の内壁面が、筐体１０の外壁面よりも粗いことが好ましい。筐体１０の内壁面を粗くすることで、アンカー効果により機械的強度がさらに高くなる。

［その他の実施形態］
本発明のベーパーチャンバーは、上記実施形態に限定されるものではなく、ベーパーチャンバーの構成、製造条件等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

本発明のベーパーチャンバーにおいて、各ピラーは、１つのくびれ部を有してもよいし、２つ以上のくびれ部を有してもよい。ピラーが２つ以上のくびれ部を有する場合、くびれ部の太さは、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。一のベーパーチャンバーにおいて、ピラーのくびれ部の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本発明のベーパーチャンバーにおいて、ピラーが第１ピラーを含む場合、各第１ピラーは、１つのくびれ部を有してもよいし、２つ以上のくびれ部を有してもよい。第１ピラーが２つ以上のくびれ部を有する場合、くびれ部の太さは、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。一のベーパーチャンバーにおいて、第１ピラーのくびれ部の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本発明のベーパーチャンバーにおいて、ピラーが第２ピラーを含む場合、各第２ピラーは、１つのくびれ部を有してもよいし、２つ以上のくびれ部を有してもよい。第２ピラーが２つ以上のくびれ部を有する場合、くびれ部の太さは、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。一のベーパーチャンバーにおいて、第２ピラーのくびれ部の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本発明のベーパーチャンバーの平面形状、すなわち、筐体の平面形状は、矩形に限定されず、例えば、三角形または矩形等の多角形、円形、楕円形、これらを組み合わせた形状などが挙げられる。本発明のベーパーチャンバーの平面形状は、Ｌ字型、Ｃ字型（コの字型）などであってもよい。また、本発明のベーパーチャンバーの平面形状は、内部に貫通口を有していてもよい。本発明のベーパーチャンバーの平面形状は、目的の用途、ベーパーチャンバーの組み入れ箇所の形状、近傍に存在する他の部品に応じた形状であってもよい。

本発明のベーパーチャンバーを製造する方法は、上記の構成を得られる方法であれば特に限定されない。例えば、本発明の第１実施形態～第４実施形態に係るベーパーチャンバーは、ウィックに第１ピラーおよび必要に応じて第２ピラーを予め形成しておき、このウィックを配置した第１シートと第２シートとを重ね合わせ、作動媒体を封入するための開口部を残して接合し、開口部から作動媒体を筐体内に入れ、次いで、開口部を封止することにより得ることができる。

本発明の第１実施形態～第４実施形態において、第１ピラーおよび第２ピラーは、例えば、印刷などの方法によりウィックに形成することができる。この際、ウィックを第１シートおよび第２シートに熱圧着することで、第１ピラーおよび第２ピラーにくびれ部を形成することができる。熱圧着の条件により、第１ピラーおよび第２ピラーに形成されるくびれ部の形状や、ウィック内の空隙に入り込む第１ピラーおよび第２ピラーの深さ等を調整することができる。

本発明のベーパーチャンバーは、放熱を目的として電子機器に搭載され得る。したがって、本発明のベーパーチャンバーを備える電子機器も本発明の１つである。本発明の電子機器としては、例えばスマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン、ゲーム機器、ウェアラブルデバイス等が挙げられる。本発明のベーパーチャンバーは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。そのため、本発明のベーパーチャンバーを備える電子機器により、電子機器内部の限られたスペースにおいて、放熱を効果的に実現することができる。

本発明のベーパーチャンバーは、携帯情報端末等の分野において、広範な用途に使用できる。例えば、ＣＰＵ等の熱源の温度を下げ、電子機器の使用時間を延ばすために使用することができ、スマートフォン、タブレット、ノートＰＣ等に使用することができる。

１、２、３、４、５ ベーパーチャンバー
１０ 筐体
１１ 第１シート
１２ 第２シート
２０ 作動媒体
３０ ウィック
３１Ａ、３１Ｂ ウィック内の空隙
４１ 第１ピラー
４１Ａ 第１ピラーのくびれ部
４２ 第２ピラー
４２Ａ 第２ピラーのくびれ部
５０ 内部空間
Ｄ_１１ 第１ピラーのウィック側の端部の太さ
Ｄ_１２ 第１ピラーの筐体側の端部の太さ
Ｄ_１３ 第１ピラーのくびれ部の太さ
Ｄ_２１ 第２ピラーのウィック側の端部の太さ
Ｄ_２２ 第２ピラーの筐体側の端部の太さ
Ｄ_２３ 第２ピラーのくびれ部の太さ
Ｌ_Ａ１ 第１ピラーのくびれ部からウィック側の端部までの距離
Ｌ_Ｂ１ 第１ピラーのくびれ部から筐体側の端部までの距離
Ｌ_Ａ２ 第２ピラーのくびれ部からウィック側の端部までの距離
Ｌ_Ｂ２ 第２ピラーのくびれ部から筐体側の端部までの距離
ｄ_３１ 空隙の深さ
ｄ_４１Ａ 空隙に入り込んでいる第１ピラーの深さ
ｄ_４２Ａ 空隙に入り込んでいる第２ピラーの深さ

Claims (11)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部空間に封入された作動媒体と、
   前記筐体の内部空間に配置されたウィックと、
   前記筐体の内部空間に配置されたピラーと、を備え、
   前記ピラーは、両端部よりも細いくびれ部を有し、
   前記ピラーは、前記ウィックの一方主面を支持するように前記ウィックと前記筐体との間に設けられている第１ピラーを含み、
   前記第１ピラーは、前記ウィック側の端部と前記筐体側の端部との間に、前記くびれ部を有し、
   前記第１ピラーの一部が、前記ウィック内の空隙に入り込んでいる、ベーパーチャンバー。
2. 前記空隙に入り込んでいる前記第１ピラーの深さが、その空隙の深さの１％以上、２０％以下である、請求項１に記載のベーパーチャンバー。
3. 前記第１ピラーのくびれ部は、前記ウィック側の端部と前記筐体側の端部との間の中央よりも前記筐体側に位置している、請求項１又は２に記載のベーパーチャンバー。
4. 前記ピラーは、前記ウィックの他方主面を支持するように前記ウィックと前記筐体との間に設けられている第２ピラーをさらに含み、
   前記第２ピラーの高さは、前記第１ピラーの高さよりも低く、
   前記第２ピラーは、前記ウィック側の端部と前記筐体側の端部との間に、前記くびれ部を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
5. 前記第１ピラーおよび前記第２ピラーの高さ方向において、前記第１ピラーのくびれ部から前記ウィック側の端部までの距離をＬ_Ａ１、前記第１ピラーのくびれ部から前記筐体側の端部までの距離をＬ_Ｂ１、前記第２ピラーのくびれ部から前記ウィック側の端部までの距離をＬ_Ａ２、前記第２ピラーのくびれ部から前記筐体側の端部までの距離をＬ_Ｂ２としたとき、Ｌ_Ｂ１／（Ｌ_Ａ１＋Ｌ_Ｂ１）＜Ｌ_Ｂ２／（Ｌ_Ａ２＋Ｌ_Ｂ２）が成り立つ、請求項４に記載のベーパーチャンバー。
6. 前記第２ピラーの一部が、前記ウィック内の空隙に入り込んでいる、請求項４又は５に記載のベーパーチャンバー。
7. 筐体と、
   前記筐体の内部空間に封入された作動媒体と、
   前記筐体の内部空間に配置されたウィックと、
   前記筐体の内部空間に配置されたピラーと、を備え、
   前記ピラーは、両端部よりも細いくびれ部を有し、
   前記ピラーは、前記ウィックの一方主面を支持するように前記ウィックと前記筐体との間に設けられている第１ピラーと、前記ウィックの他方主面を支持するように前記ウィックと前記筐体との間に設けられている第２ピラーと、を含み、
   前記第２ピラーの高さは、前記第１ピラーの高さよりも低く、
   前記第２ピラーは、前記ウィック側の端部と前記筐体側の端部との間に、前記くびれ部を有し、
   前記第２ピラーの一部が、前記ウィック内の空隙に入り込んでいる、ベーパーチャンバー。
8. 前記空隙に入り込んでいる前記第２ピラーの深さが、その空隙の深さの１％以上、１０％以下である、請求項６又は７に記載のベーパーチャンバー。
9. 前記第１ピラーが設けられる前記筐体の内壁面が、前記第２ピラーが設けられる前記筐体の内壁面よりも粗い、請求項４～８のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
10. 前記筐体の内壁面が、前記筐体の外壁面よりも粗い、請求項１～９のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のベーパーチャンバーを備える、電子機器。
    

Images