JP7163725B2 - ベーパーチャンバ、電子機器、ベーパーチャンバ用シート、並びに、ベーパーチャンバシート及びベーパーチャンバの製造方法 - Google Patents
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Description
熱源からの熱を輸送した気体状態の作動流体は熱源から離れた位置にまで移動し、周囲に熱を吸収されることで冷却されて凝縮し、液体状態に相変化する。相変化した液体状態の作動流体は凝縮液用流路を通り、熱源の位置にまで戻ってまた熱源からの熱を受けて蒸発して気体状態に変化する。
以上のような循環により熱源から発生した熱が熱源から離れた位置に輸送され熱源が冷却される。
第一シート10は、内面10a、該内面10aとは反対側となる外面10b及び内面10aと外面10bとを連結して厚さを形成する側面10cを備え、内面10a側に作動流体が還流する流路のためのパターンが形成されている。後述するようにこの第一シート10の内面10aと第二シート20の内面20aとが対向するようにして重ね合わされることで中空部が形成され、ここに作動流体が封入されることで密閉空間2となる。
ただし、第一シート10の本体11は本形態のように四角形である他、円形、楕円形、三角形、その他の多角形、並びに、屈曲部を有する形である例えばL字型、T字型、クランク型等であってもよい。また、これらの少なくとも2つを組み合わせた形状とすることもできる。
これにより薄型のベーパーチャンバとして適用できる場面を多くすることができる。
ただし、必ずしも金属材料である必要はなく、例えばAlN、Si3N4、又はAl2O3などセラミックスや、ポリイミドやエポキシなど樹脂も可能である。
また、1つシート内で2種類以上の材料を積層したものを用いてもよいし、部位によって材料が異なってもよい。
図4、図5にAで示した外周接合部13の幅(外周接合部13が延びる方向に直交する方向の大きさで、第二シート20との接合面における幅)は必要に応じて適宜設定することができるが、この幅Aは、3mm以下であることが好ましく、2.5mm以下であってもよく、2.0mm以下であってもよい。幅Aが3mmより大きくなると、密閉空間の内容積が小さくなり蒸気流路や凝縮液流路が十分確保できなくなる虞がある。一方、幅Aは0.2mm以上であることが好ましく、0.6mm以上であってもよく、0.8mm以上であってもよい。幅Aが0.2mmより小さくなると第一シートと第二シートとの接合時における位置ずれが生じた際に接合面積が不足する虞がある。幅Aの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、幅Aの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
ここで液流路溝14aは溝であることから、その断面形状において、外面10b側に底部、及び、底部とは向かい合わせとなる反対側の内面10a側に開口を備えている。
本形態では図8で示したように1つの液流路溝14aの該溝を挟んで液流路溝14aが延びる方向の同じ位置に対向するように連通開口部14cが配置されている。ただしこれに限定されることはなく、例えば図9に示したように、1つの液流路溝14aの該溝を挟んで液流路溝14aが延びる方向で異なる位置に連通開口部14cが配置されてもよい。すなわち、液流路溝14aが延びる方向と直交する方向に沿って凸部14bと連通開口部14cとが交互に配置されてもよい。
すなわち、図8に示した凸部14bでは、連通開口部14cが形成される端部においてもその幅が他の部位と同じであり一定である。これに対して図10~図12に示した形状の凸部14bでは、連通開口部14cが形成される端部においてその幅が、凸部14bの最大幅よりも小さくなるように形成されている。より具体的には、図10の例では当該端部において角が円弧状となり角にRが形成されることにより端部の幅が小さくなる例、図11は端部が半円状とされることにより端部の幅が小さくなる例、図12は端部が尖るように先細りとなる例である。
図4~図7にBで示した外周液流路部14の幅(液流路部14aが配列される方向の大きさで、第二シート20との接合面における幅)は、ベーパーチャンバ全体の大きさ等から適宜設定することができるが、幅Bは、3.0mm以下であることが好ましく、1.5mm以下であってもよく、1.0mm以下であってもよい。幅Bが3.0mmを超えると内側の凝縮液流路や蒸気流路のための空間が十分にとれなくなる虞がある。一方、幅Bは0.1mm以上であることが好ましく、0.2mm以上であってもよく、0.4mm以上であってもよい。幅Bが0.1mmより小さいと外側を還流する凝縮液の量が十分得られない虞がある。幅Bの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、幅Bの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
そして当該幅Bは第二シートの外周液流路部24の幅S(図19参照)と異なることが好ましい。すなわち、第一シート10と第二シート20とを組み合わせたときに、第1流路である蒸気流路4には、その内面のうち、ベーパーチャンバの厚さ方向で第2流路である凝縮液流路が配置された位置に段差を有するものとなる。
これにより、第一シート10と第二シート20とが接合の際に若干のずれが生じても許容され、接合精度を緩やかにすることができる。従って生産時において精度管理を緩やかにすることができ、歩留まりの向上等、生産性を高めることができる。
また、本形態のように幅Bを幅Sよりも大きくした場合には、後述するように、外周液流路部14のうち少なくとも一部において、液流路溝14aの開口が蒸気流路4の一部を形成するように含まれて配置され、ここから凝縮液が入りやすくなるため、より円滑に凝縮液を還流させることができる。
また、図6、図7にDで示した溝の深さは、200μm以下であることが好ましく、150μm以下であってもよく、100μm以下であってもよい。一方、深さDは5μm以上であることが好ましく、10μm以上であってもよく、20μm以上であってもよい。深さDの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、深さDの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
以上のように構成することにより、還流に必要な凝縮液流路の毛細管力をより強く発揮することができる。
その中でも製造の観点からCはDより大きいことが好ましく、かかる観点からアスペクト比は1.3より大きいことが好ましい。
このなかでも、入隅による角部があることにより表面張力が働きやすく、毛管力によって液の還流が円滑に行われる傾向にあることから、四角形であることが好ましい。
これにより、凝縮液流路の密度を上げつつ、接合時や組み立て時に変形して流路が潰れることを抑制することができる。
各内側液流路部15には、内側液流路部15が延びる方向に平行な溝である液流路溝15aが具備され、複数の液流路溝15aが、該液流路溝15aが延びる方向とは異なる方向に所定の間隔で配置されている。従って、図5、図14からわかるように内側液流路部15ではその断面において内面10a側に、凹部である液流路溝15aと液流路溝15aの間である凸部15bとが凹凸を繰り返されている。
ここで液流路溝15aは溝であることから、その断面形状において、外面10b側となる底部、及び、底部とは向かい合わせとなる反対側で内面10a側となる開口を備えている。
この連通開口部15cについても、連通開口部14cと同様に、図9に示した例に倣って、液流路溝15aが延びる方向と直交する方向に沿って凸部15bと連通開口部15cとが交互に配置されてもよい。
また、図10~図12の例に倣って連通開口部15c及び壁15bの形状としてもよい。
図4、図5、図14にGで示した内側液流路部15の幅(内側液流路部15と蒸気流路溝16が配列される方向の大きさで、第二シート20との接合面における幅)は、3000μm以下であることが好ましく1500μm以下であってもよく、1000μm以下であってもよい。一方、この幅Gは100μm以上であることが好ましく、200μm以上であってもよく、400μm以上であってもよい。この幅Gの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、幅Gの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
そして当該幅Gは第二シートの内側液流路部25の幅T(図19参照)とは異なっていることが好ましい。これにより、第一シート10と第二シート20とが接合の際に若干のずれが生じても許容され、接合精度を緩やかにすることができる。従って生産時において精度管理を緩やかにすることができ、歩留まりの向上等、生産性を高めることができる。
また、本形態では幅Gを幅Tよりも大きくしており、これによれば後述するように、内側液流路部15のうち少なくとも一部において、液流路溝15aの開口を蒸気流路4の一部を形成するように含ませて配置させることができ、ここから凝縮液が入りやすいため、より円滑な凝縮液の還流をさせることができる。
これにより蒸気流路の流路抵抗を下げ、蒸気の移動と、凝縮液の還流とをバランスよく行うことができる。
また、図14にJで示した溝の深さは、200μm以下であることが好ましく150μm以下であってもよく、100μm以下であってもよい。一方、この深さJは5μm以上であることが好ましく、10μm以上であってもよく、20μm以上であってもよい。この深さJの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、深さJの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
これにより還流に必要な凝縮液流路の毛細管力を強く発揮することができる。
その中でも製造の観点から幅Hは深さJよりも大きいことが好ましく、かかる観点からアスペクト比は1.3より大きいことが好ましい。
この中でも入隅による角部があることにより表面張力が働きやすく、毛管力で液の還流が円滑に行われる傾向にあることから、四角形であることが好ましい。
これにより凝縮液流路の密度を上げつつ、接合時や組み立て時に変形して流路が潰れることを防止することができる。
また、図15にLで示した、液流路溝15aが延びる方向における隣り合う連通開口部15cのピッチは、2700μm以下であることが好ましく、1800μm以下であってもよく、900μm以下であってもよい。一方、このピッチは60μm以上であることが好ましく、110μm以上であってもよく、140μm以上であってもよい。このピッチの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、このピッチの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
これら図からもわかるように、蒸気流路溝16は本体11の内面10aのうち、外周液流路部14の環状である環の内側に形成された溝により構成されている。詳しくは本形態の蒸気流路溝16は、隣り合う内側液流路部15の間、及び、外周液流路部14と内側液流路部15との間に形成され、本体11の平面視長方形で長辺に平行な方向(x方向)に延びた溝である。そして、複数(本形態では4つ)の蒸気流路溝16が同短辺に平行な方向(y方向)に配列されている。従って、図5からわかるように第一シート10は、y方向において、外周液流路部14及び内側液流路部15である壁を凸とし、蒸気流路溝16を凹とした凹凸が繰り返された形状を備えている。
ここで蒸気流路溝16は溝であることから、その断面形状において、外面10b側となる底部、及び、底部とは向かい合わせとなる反対側で内面10a側に開口を備えている。
図4、図5にMで示した蒸気流路溝16の幅(内側液流路部15と蒸気流路16が配列される方向の大きさで、溝の開口面における幅)は、少なくとも上記した液流路溝14a、液流路溝15aの幅C、幅Hより大きく形成され、2000μm以下であることが好ましく、1500μm以下であってもよく、1000μm以下であってもよい。一方、この幅Mは100μm以上であることが好ましく、200μm以上であってもよく、400μm以上であってもよい。この幅Mの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、幅Mの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
蒸気流路溝16のピッチは、内側液流路部15のピッチにより決まるのが通常である。
このように、蒸気流路溝の流路断面積を液流路溝よりも大きくすることにより、作動流体の性質上、凝縮液よりも体積が大きくなる蒸気を円滑に還流することができる。
蒸気流路は蒸気の流動抵抗を小さくすることにより、作動流体を円滑に還流させることができるので、かかる観点から流路断面の形状を決定することもできる。
また、第二シート20に蒸気流路溝が形成されていれば、第一シート10の一部または全部に蒸気流路溝が形成されない形態であってもよい。
図4、図7にPで示した蒸気流路連通溝17の幅(連通方向に直交する方向の大きさで、溝の開口面における幅)は、1000μm以下であることが好ましく750μm以下であってもよく、500μm以下であってもよい。一方、この幅Pは100μm以上であることが好ましく、150μm以上であってもよく、200μm以上であってもよい。この幅Pの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、幅Pの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
また、図7にQで示した蒸気流路連通溝17の深さは、300μm以下であることが好ましく225μm以下であってもよく、150μm以下であってもよい。一方、この深さQは10μm以上であることが好ましく、25μm以上であってもよく、50μm以上であってもよい。この深さQの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、深さQの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。その中でも蒸気流路溝16の深さNと同じであることが好ましい。これにより製造が容易になる。
蒸気流路連通溝は蒸気の流動抵抗を小さくすることにより作動流体の円滑な還流をさせることができるので、かかる観点から流路断面の形状を決定することもできる。
第二シート20は、内面20a、該内面20aとは反対側となる外面20b及び内面20aと外面20bとを連結し厚さを形成する側面20cを備え、内面20a側に作動流体が還流するパターンが形成されている。後述するようにこの第二シート20の内面20aと上記した第一シート10の内面10aとが対向するようにして重ね合わされることで中空部が形成され、ここに作動流体を封入することで密閉空間2となる。
ただし、第二シート20は本形態のように四角形である他、円形、楕円形、三角形、その他の多角形、並びに、屈曲部を有する形である例えばL字型、T字型、クランク型等であってもよい。また、これらの少なくとも2つを組み合わせた形状とすることもできる。
このような第二シート20の厚さ及び構成する材料は第一シート10と同様に考えることができる。ただし、第一シート10と第二シート20とは必ずしも同じ厚さ及び材料である必要はない。
図18~図20にRで示した外周接合部23の幅(外周接合部23が延びる方向に直交する方向の大きさで、第一シート10との接合面における幅)は上記した本体11の外周接合部13の幅Aと同じであることが好ましい。ただし必ずしも同じである必要はなく、大きくても小さくてもよい。
なお、このように第二シート20では外周接合部23と外周液流路部24とが面一であるため、構造的には両者を区別する境界線は存在しない。しかし、わかり易さのため、図18では点線により両者の境界を表している。
図18~図20にSで示した外周液流路部24の幅(外周液流路部24が延びる方向に直交する方向の大きさで、第一シート10との接合面における幅)は、第一シート10の外周流路部14の幅Bとは異なることが好ましい。すなわち、第一シート10と第二シート20とを組み合わせたときに、第1流路である蒸気流路4には、その内面のうち、ベーパーチャンバの厚さ方向で第2流路である凝縮液流路が配置された位置に段差を有するものとなる。
これにより、第一シート10と第二シート20とが接合の際に若干のずれが生じても外周液流路部14と外周液流路部24との重ね合せがより容易になる。従って生産時において精度管理を緩やかにすることができ、歩留まりの向上等、生産性を高めることができる。
また、本形態では、幅Sを幅Bよりも小さくすることで、後述するように、外周液流路部14のうち少なくとも一部において、液流路溝14aが蒸気流路4の一部に含まれるようになり、この部分において液流路溝14aの開口が外周液流路部24により閉鎖されずに開口し、ここから凝縮液が入りやすいため、より円滑な凝縮液の還流をさせることができる。
かかる観点から、幅Sの大きさは、図6に示した、第一シート10の外周液流路部14の幅Bとの関係で、Bの半分以上であることが好ましい。幅SがBの半分より小さいと開口の閉鎖をすることができる液流路溝14aが少なくなるため、凝縮液流路3における毛細管力が不足する虞がある。一方、幅SはB1以下であることが好ましい。ここでB1は、外周液流路部14に配置された液流路溝14aのうち、最も蒸気流路溝16側の液流路溝14aの幅の半分である位置と、外周液流路部14の外周接合部13側端部と、の距離を意味する。幅SがB1より大きくなると本形態の観点からは、蒸気流路4に露出される液流路溝14aの開口が少なくなり、凝縮液の液流路溝14aへの流入が少なくなってしまう虞がある。
内側液流路部25は、図17~図20よりわかるように、本体21の内面20aのうち、外周液流路部24の環状である環の内側に形成されている。本形態の内側液流路部25は、本体21の平面視長方形で長辺に平行な方向(x方向)に延びる壁であり、複数(本形態では3つ)の内側液流路部25が同短辺に平行な方向(y方向)に所定の間隔で配列されている。
本形態で各内側液流路部25は、その内面20a側の表面が第一シート10との接合前において平坦面により形成されている。これにより上記した第一シート10の複数の液流路溝15aのうち少なくとも一部の液流路溝15aの開口を閉鎖して凝縮液流路3を形成する。
これにより、第一シート10と第二シート20とが接合の際に若干のずれが生じても内側液流路部15と内側液流路部25との重ね合せが容易になる。従って生産時において精度管理を緩やかにすることができ、歩留まりの向上等、生産性を高めることができる。
また、本形態では、幅Tを幅Gより小さくすることで後述するように、内側液流路部15のうち少なくとも一部において、液流路溝15aが蒸気流路4の一部に含まれることになり、この部位において液流路溝15aの開口が内側液流路部25により閉鎖されず、ここから凝縮液が入りやすいため、より円滑に凝縮液の還流をさせることができる。
本形態ではかかる観点から、幅Tの大きさは、図14に示した、第一シート10の内側液流路部15の幅Gとの関係で、G2以上であることが好ましい。G2は、図14に示したように、複数の液流路溝15aのうち、蒸気流路溝16側から2つ目の液流路溝15aの蒸気流路溝16側端部間の距離である。幅TがG2より小さいと開口の閉鎖をすることができる液流路溝15aが少なくなるため、凝縮液流路3における毛細管力が不足する虞がある。
一方、本形態の観点からは幅TはG1以下であることが好ましい。G1は、図14に示したように、複数の液流路溝15aのうち、蒸気流路溝16側から1つ目の液流路溝15aの幅の半分となる位置間の距離である。本形態の観点からは、幅TがG1より大きくなると蒸気流路4に露出される液流路溝15aの開口が少なくなり、凝縮液の液流路溝15aへの流入が少なくなる虞がある。
これら図からもわかるように、蒸気流路溝26は本体21の内面20aのうち、外周液流路部24の環状である環の内側に形成された溝により構成されている。詳しくは本形態の蒸気流路溝26は、隣り合う内側液流路部25の間、及び、外周液流路部24と内側液流路部25との間に形成され、本体21の平面視長方形で長辺に平行な方向(x方向)に延びた溝である。そして、複数(本形態では4つ)の蒸気流路溝26が同短辺に平行な方向(y方向)に配列されている。従って、図19からわかるように第二シート20は、y方向において、外周液流路部24及び内側液流路部25である壁による凸と、蒸気流路溝26である溝による凹とにより、これらの凹凸が繰り返された形状を備えている。
ここで蒸気流路溝26は溝であることから、その断面形状において、外面20b側である底部、及び、底部とは向かい合わせとなる反対側の部位で内面20a側となる開口を備えている。
その中でも本形態では、幅Uが幅Mより大きくされているため、後述するように、第一シート10の内側液流路部15のうち少なくとも一部において、液流路溝15aが蒸気流路4の一部に含まれることなり、この部位において液流路溝15aの開口が蒸気流路4に露出されるため凝縮液が入りやすくなり、より円滑に凝縮液の還流をさせることができる。
一方、図19にVで示した蒸気流路溝26の深さは、300μm以下であることが好ましく225μm以下であってもよく、150μm以下であってもよい。一方、この深さVは10μm以上であることが好ましく、25μm以上であってもよく、50μm以上であってもよい。この深さVの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、深さVの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
また第一シート10の蒸気流路溝16と第二シート20の蒸気流路溝26の深さは同じであってもよく、大きくても小さくてもよい。
蒸気流路は蒸気の流動抵抗を小さくすることにより作動流体を円滑に還流させることができるので、かかる観点から流路断面の形状を決定することもできる。
また、第一シート10に蒸気流路溝が形成されていれば、第二シート20の一部または全部に蒸気流路溝が形成されない形態であってもよい。
また第一シート10の蒸気流路連通溝17と第二シート20の蒸気流路連通溝27の深さは同じでもよく、大きくても小さくてもよい。
蒸気流路は蒸気の流動抵抗を小さくすることにより円滑な還流させることができるので、かかる観点から流路断面の形状を決定することもできる。
図21には、図1にXVIII-XVIIIで示したy方向に沿ってベーパーチャンバ1を厚さ方向に切断した切断面を表した。この図は第一シート10における図5に表した図と、第二シート20における図19に表した図とが組み合わされてこの部位におけるベーパーチャンバ1の切断面が表されたものである。
図22には図21にXIXで示した部位を拡大した図、図23には図22のうち内側液流路部15と内側液流路部25とが重なった部分をさらに拡大した図、図24には図22のうち外周液流路部14と外周液流路部24とが重なった部分をさらに拡大した図をそれぞれ表した。
図25には、図1にXXII-XXIIで示したx方向に沿ってベーパーチャンバ1の厚さ方向に切断した切断面を表した。この図は、第一シート10における図7に表した図と、第二シート20における図20に表した図とが組み合わされてこの部位におけるベーパーチャンバ1の切断面が表されたものである。
これにより、第一シート10と第二シート20とが接合の際に若干のずれが生じても許容され、接合精度を緩やかにすることができる。従って生産時において精度管理を緩やかにすることができ、歩留まりの向上等、生産性を高めることができる。
このように凝縮液流路の少なくとも一部が蒸気流路内に配置されることにより、凝縮液が凝縮液流路3である液流路溝14a内に流入し易くなり作動流体の還流がより円滑になる。
一方、液流路溝14aのうちその開口が外周液流路部24により塞がれた溝については、断面においてその四方が壁となるため毛細管力が強く働き、円滑な液の流動が行われる。
この凝縮液流路3は蒸気流路4とは分離されて形成されているため、作動流体の循環を円滑にさせることができる。
さらには内側液流路部15と内側液流路部25とが重なることにより密閉空間2の内部における支柱として機能するため、製造時においてつぶれ等の不具合を抑制することができる。
これにより、第一シート10と第二シート20とが接合の際に若干のずれが生じても許容され、接合精度を緩やかにすることができる。従って生産時において精度管理を緩やかにすることができ、歩留まりの向上等、生産性を高めることができる。
さらに、この緩やかになった許容範囲内であれば、蒸気流路溝16及び蒸気流路溝26のうちの狭い方(本形態では蒸気流路溝16)の幅の蒸気流路4を確保することができる。従って蒸気流路4の流路抵抗の観点からも該抵抗を一定に保つことができる範囲を広くすることができ、個々の製品の熱輸送能力のばらつきを抑えることができ、所望の性能の製品を安定して供給することができる。
このように凝縮液流路の少なくとも一部が蒸気流路内に配置されることにより、凝縮液が凝縮液流路である液流路溝15a内に流入し易くなり作動流体の還流がより円滑になる。
その中でも製造の観点から流路幅が流路高さより大きいことが好ましく、かかる観点からアスペクト比は1.3より大きいことが好ましい。
上記した第2流路である凝縮液流路3の流路断面積は、当該第1流路である蒸気流路4の流路断面積より小さくされている。より具体的には、隣り合う2つの蒸気流路4(本形態では1つの蒸気流路溝16及び1つの蒸気流路溝26により形成される流路)の平均の流路断面積をAgとし、隣り合う2つの蒸気流路4の間に配置される複数の凝縮液流路3(本形態では1つの内側液流路部15、及び、1つの内側液流路溝25により形成される複数の凝縮液流路3)の平均の流路断面積をAlとしたとき、凝縮液流路3と蒸気流路4とは、AlがAgの0.5倍以下の関係にあるものとし、好ましくは0.25倍以下である。これにより作動流体はその相態様(気相、液相)によって第1流路と第2流路とを選択的に通り易くなる。
この関係はベーパーチャンバ全体のうち少なくとも一部において満たせばよく、ベーパーチャンバの全部でこれを満たせばさらに好ましい。
ただし、注入流路5から中空部に対して作動流体を注入して密封し、密閉空間2とした後は、注入流路5は閉鎖されるので、最終的な形態のベーパーチャンバ1では外部と密閉空間2とは連通していない。
続いて、この金属シートがハーフエッチングされて、密閉空間2の一部を構成する蒸気流路溝16が形成される。より詳しくは、金属シートのうちハーフエッチングをする側の面にレジスト膜を積層し、フォトリソグラフィー技術によりレジスト膜の一部を蒸気流路溝のパターン状に除去する。そして当該レジスト膜が除去された部分に対してハーフエッチングがなされることにより蒸気流路溝16が形成される。これにより蒸気流路溝が形成されなかった部位において、液流路溝を備えていない内側液流路部、及び外周液流路部、並びに外周接合部が形成される。
ここでハーフエッチングとは、金属シートを貫通することなくその厚さ方向の途中までエッチングを行うことである。
そして仮止め後に拡散接合を行い恒久的に第一シート10と第二シート20とを接合する。なお、拡散接合の代わりにろう付けにより接合してもよい。ここで、「恒久的に接合」とは、厳密な意味に縛られることはなく、ベーパーチャンバ1の動作時に、密閉空間2の密閉性を維持可能な程度に、第一シート10の内面10aと第二シート20の内面20aとの接合を維持できる程度に接合されていることを意味する。
本形態では内部液流路部15と内側液流路部25とが上記のような関係を有しているので位置決め精度を緩やかに設定することができ、生産性を高めることが可能となる。
例えば3Dプリンタによりベーパーチャンバを製造する場合にはベーパーチャンバを複数のシートを接合して作製する必要がなく、接合部のないベーパーチャンバとすることが可能となる。
図27には作動流体の流れを説明する図を表した。説明のし易さのため、この図では第二シート20は省略し、第一シート10の内面10aが見えるように表示している。
蒸気流路4内の蒸気は熱源である電子部品30から離れ、比較的温度が低いベーパーチャンバ1の外周部に移動し、当該移動の際に順次第一シート10及び第二シート20に熱を奪われながら冷却される。蒸気から熱を奪った第一シート10及び第二シート20はその外面10b、外面20bに接触した携帯型端末40の筐体41等に熱を伝え、最終的に熱が外気に放出される。
本形態では凝縮液流路3と蒸気流路4とを分離して構成しているので作動流体が円滑に還流する。
特に、蒸気流路4内に配置されていない一部の凝縮液流路3については、第二シート20により液流路溝14a、液流路溝15aの開口が塞がれているので断面においてその四方が壁となり、毛細管力を高めることができる。これにより、さらに円滑な凝縮液の移動が可能とされている。
そして再度熱源である電子部品30からの熱により気化して上記を繰り返す。
この例では、上記形態と同様に、第一シート10の外周液流路部14が第二シート20の外周液流路部24より幅が広く、第一シート10の内側液流路部15が第二シート20の内側液流路部25より幅が広いため、第1流路である蒸気流路4には、その内面のうち、ベーパーチャンバの厚さ方向で第2流路である凝縮液流路が配置された位置に段差を有するものとなる。
しかしながら、この形態では全ての液流路溝14aの内面10a側の開口が外周液流路部24又は内側液流路部25によって塞がれている。
このような形態では、図28にZ4で示したように蒸気流路4に具備される段差の部位に凝縮液が移動しやすく、この凝縮液はここから連通開口部14c、連通開口部15cを通って第2流路である凝縮液流路3に移動する。従って、この形態においても蒸気流路から凝縮液流路への凝縮液の移動が円滑に行われ、安定した熱輸送能力を発揮することができる。
これにより、蒸気流路と凝縮液流路とが分離し、作動流体の還流がより円滑に行われる。また第一シート10と第二シート20との接合の際に位置決め精度を緩やかに設定することができ、生産性を高めることが可能となる。そして、内側液流路部15と内側液流路部25との重なりによりこれが支柱として機能するため、接合時及び減圧時に密閉空間がつぶれることを抑制することができる。
また、図29にZ5で示したように蒸気流路4に具備される段差の部位に凝縮液が移動しやすく、この凝縮液はここから連通開口部14c、連通開口部15cを通って第2流路である凝縮液流路3に移動するため、この形態においても蒸気流路から凝縮液流路への凝縮液の移動が円滑に行われ、安定した熱輸送能力を発揮することができる。
図30の例は液流路溝14aと液流路溝24、及び、液流路溝15aと液流路溝25がその幅方向(y方向)にて同じ位置となるように配置された例である。
図31の例は液流路溝14aと液流路溝24、及び、液流路溝15aと液流路溝25がその幅方向(y方向)にて異なる位置にずれるように配置された例である。
いずれの配置としても凝縮液流路における毛細管力は発揮することができるため、上記した効果を有するものとなる。
また、図30及び図31の例では、液流路溝14aと液流路溝24、及び、液流路溝15aと液流路溝25の溝幅、深さ、及び断面形状を同じとしたが、これにかぎらず、これらの少なくとも1つを異なるようにしてもよい。
第一シート10と第二シート20との間に挟まれるように第三シート50が配置され、第一シート10の内面10aが第三シート50の一方の面50aに接触し、第二シート20の内面20aが第三シート50の他方の面50bに接触し、それぞれ接合されている。接合の態様は上記した通りである。
同様に、第二シート20は、内面20a及び外面20bのいずれも平坦面である。
この時の、第一シート10および第二シート20の厚さは、1.0mm以下であることが好ましく、0.5mm以下であってもよく、0.1mm以下であってもよい。一方、この厚さ0.005mm以上であること好ましく、0.015mm以上であってもよく、0.030mm以上であってもよい。この厚さの範囲は、上記複数の上限の候補値のうちの任意の1つと、複数の下限の候補値のうちの1つの組み合わせによって定められてもよい。また、この厚さの範囲は、複数の上限の候補値の任意の2つを組み合わせ、又は、複数の下限の候補値の任意の2つの組み合わせにより定められてもよい。
壁51は第一シート10と第二シート20とを渡すように配置された壁であり、上記した第一シート10の外周液流路部15と第二シート20の外周液流路部24とを重ねた位置、及び、上記した第一シート10の内側液流路部25と第二シート20の内側液流路部25とを重ねた位置と同様の位置に配置される。
蒸気流路溝52は、第三シート50を厚さ方向に貫通した溝であり、上述した第一シート10の蒸気流路溝16と第二シート20の蒸気流路溝26とを重ねた位置と同様の位置に配置される。
一方、隣り合う壁51、第一シート10及び第二シート20に囲まれる流路が第1流路である蒸気流路4となる。
このような形態でも本開示のベーパーチャンバとすることができる。
2 密閉空間
3 凝縮液流路
4 蒸気流路
10 第一シート
10a 内面
10b 外面
10c 側面
11 本体
12 注入部
13 外周接合部
14 外周液流路部
14a 液流路溝
14c 連通開口部
15 内側液流路部
15a 液流路溝
15c 連通開口部
16 蒸気流路溝
17 蒸気流路連通溝
20 第二シート
20a 内面
20b 外面
20c 側面
21 本体
22 注入部
23 外周接合部
24 外周液流路部
25 内側液流路部
26 蒸気流路溝
27 蒸気流路連通溝
30 電子部品
40 携帯型端末(電子機器)
41 筐体
Claims (10)
- 作動流体が封入された密閉空間を有するベーパーチャンバであって、
前記密閉空間には、
複数の第1流路と、隣り合う前記第1流路の間に設けられた第2流路と、を有し、
隣り合う2つの前記第1流路の平均の流路断面積をAgとし、隣り合う前記第1流路の間に配置された複数の前記第2流路の平均の流路断面積をAlとしたとき、少なくとも一部でAlはAgの0.5倍以下であり、
前記第1流路には、その内面のうち、前記ベーパーチャンバの厚さ方向で前記第2流路が配置された位置に段差を有する、ベーパーチャンバ。 - 作動流体が封入された密閉空間を有するベーパーチャンバであって、
前記密閉空間には、
気体状態の前記作動流体が流れる複数の第1流路と、
隣り合う前記第1流路間に設けられ液体状態の前記作動流体が流れる第2流路と、が備えられ、
前記第1流路には、その内面のうち、前記ベーパーチャンバの厚さ方向で前記第2流路が配置された位置に段差を有する、ベーパーチャンバ。 - 前記段差に、複数の前記第2流路の少なくとも1つが設けられている請求項1又は2に記載のベーパーチャンバ。
- 前記第2流路のうち、前記第1流路に隣接する流路には、前記第1流路に連通する開口部を備えている請求項1乃至3のいずれかに記載のベーパーチャンバ。
- 複数のシートの積層体である請求項1乃至4のいずれかに記載のベーパーチャンバ。
- 筐体と、
前記筐体の内側に配置された電子部品と、
前記電子部品に配置された請求項1乃至5のいずれかに記載されたベーパーチャンバと、を備える、電子機器。 - 別体である複数のシートを具備するベーパーチャンバ用の一組のシートであって、
前記複数のシートのうちの少なくとも2つのシートには、溝と壁とが交互に配列された部位を有し、
前記2つのシートの前記壁の接合面における幅が異なる、一組のベーパーチャンバ用シート。 - 別体である複数のシートを具備するベーパーチャンバ用の一組のシートであって、
前記複数のシートのうちの少なくとも2つのシートには、溝と壁とが交互に配列された部位を有し、
前記2つのシートの前記溝の開口面における幅が異なる、一組のベーパーチャンバ用シート。 - 請求項7又は8に記載のベーパーチャンバ用シートを製造する方法であって、
前記溝をハーフエッチングにより形成する工程を含む、ベーパーチャンバ用シートの製造方法。 - 複数のシートを重ね合わせてベーパーチャンバを製造する方法であって、
前記複数のシートに含まれるシートを請求項9に記載の方法により製造する工程と、
複数の前記シートを重ね合わせて接合する工程と、
前記接合により形成されたシート間に形成された中空部に作動流体を封入する工程と、を含む、ベーパーチャンバの製造方法。
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