JP7173402B2 - ベーパーチャンバー - Google Patents

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Description

本発明は、ベーパーチャンバーに関する。
近年、素子の高集積化および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いる。この状況はスマートフォンおよび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。
スマートフォンおよびタブレットなどのモバイル端末の薄型化に対応するため、ベーパーチャンバーにも薄型化が求められている。このような薄型のベーパーチャンバーでは、機械的強度および熱輸送効率の確保を両立することが要求される。
特許文献1には、2枚のシートの間に柱を設けた筐体を使用したベーパーチャンバーが開示されている。
この筐体には、凸部、ウィック及び柱が重ねられており、これらは拡散接合等によりその接点が緩く接合されている。このような構造であると薄型構造において最大熱輸送量を大きくすることができる。
国際公開第2018/199218号
ベーパーチャンバーを作動液の沸点以上の温度で使用した場合、作動液の気化が生じてベーパーチャンバーの筐体内の内圧が高くなりやすい。そして、ベーパーチャンバーの筐体内の内圧が高くなると、凸部とウィックの間の接合が剥がれて、ベーパーチャンバーが膨らむことがある。
この影響は、ベーパーチャンバーの性能をさらに向上させるために沸点の低い作動液を使用する場合に顕著になる。
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、筐体内の内圧が高くなった場合にベーパーチャンバーが膨らむことを防止でき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、外縁が接合された対向する第1シート及び第2シートから構成され、上記第1シートの内壁面と上記第2シートの内壁面との間に内部空間を有する筐体と、上記筐体の内部空間に封入された作動液と、上記第1シートの内壁面に間隔を空けて配置された複数の凸部と、上記第2シートの内壁面に間隔を空けて配置された複数の支柱と、上記支柱と上記凸部との間に配置されたウィックと、を備え、上記凸部は、複数の第1凸部と、高さ方向に垂直な断面の面積が上記第1凸部よりも大きい複数の第2凸部と、を含み、上記第1シート及び上記第2シートが対向する方向からの平面視において、上記支柱が上記第2凸部と重なる位置に配置されており、上記支柱と上記ウィックが接合され、かつ、上記ウィックと上記第2凸部が接合されていることを特徴とする。
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ことを特徴とする。
本発明によれば、筐体内の内圧が高くなった場合にベーパーチャンバーが膨らむことを防止できるベーパーチャンバーを提供することができる。
図1は、ベーパーチャンバーの構造の一例を模式的に示す断面図である。 図2は、ベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面上面図である。 図3は、支柱と第2凸部の位置の重なりの一例を模式的に示す上面図である。 図4は、支柱と第2凸部の位置の重なりの別の一例を模式的に示す上面図である。 図5は、ベーパーチャンバーの他の構造の一例を模式的に示す断面上面図である。 図6は、図5のB-B線断面図である。 図7は、比較例1の剥離面の外観を示す写真である。 図8は、実施例1の剥離面の外観を示す写真である。
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。
以下に示す図面は模式的なものであり、その寸法や縦横比の縮尺などは実際の製品とは異なる場合がある。
図1は、ベーパーチャンバーの構造の一例を模式的に示す断面図である。
図1に示すベーパーチャンバー1は、対向する第1シート11及び第2シート12から構成され、第1シート11の内壁面11aと第2シート12の内壁面12aとの間に内部空間13を有する筐体10と、筐体10の内部空間13に封入された作動液20と、第1シート11の内壁面11aに間隔を空けて配置された複数の凸部60と、第2シート12の内壁面12aに間隔を空けて配置された複数の支柱40と、支柱40と凸部60との間に設けられたウィック30とを備えている。ウィック30は、第1シート11の内壁面11a及び第2シート12の内壁面12aの方向に沿って配置されている。
第1シート11及び第2シート12は、外縁において封止部50で互いに接合され、封止されている。
凸部60は、第1シート11と一体であってもよく、例えば、第1シート11の内壁面11aをエッチング加工すること等により形成されていてもよい。同様に、支柱40は、第2シート12と一体であってもよく、例えば、第2シート12の内壁面12aをエッチング加工すること等により形成されていてもよい。本実施形態では、凸部60(第1凸部61及び第2凸部62)及び支柱40はともに柱状である。
作動液20は、ウィック30の中及び凸部60の間の内部空間13に液相として存在している。また、作動液20は、支柱40の間の内部空間13内においては主に気相(作動液が水の場合は水蒸気)として存在している。
例えば、第1シート11の第2シート12に対向しない主面(外壁面)には発熱部材70が配置される。発熱部材としては、電子機器の電子部品、例えば中央処理装置(CPU)等が挙げられる。
発熱部材70の熱により、発熱部材70の直上において液相の作動液20が気化し、発熱部材70の熱を奪うとともに気化した作動液はウィック30から支柱40の間の内部空間13に移動する。
気化した作動液20は筐体10内を移動して、筐体10の外縁付近で凝縮して液相となる。
液相となった作動液20はウィック30の有する毛細管力によりウィック30に吸収され、ウィック30内を再度発熱部材70の方に移動して、発熱部材70の熱を奪うように働く。
作動液が筐体内をこのように循環して移動することにより、ベーパーチャンバーによる発熱部材の冷却が行われる。
なお、発熱部材70は、第2シート12の第1シート11に対向しない主面(外壁面)に配置されてもよい。
図2は、ベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面上面図である。
図2には、ベーパーチャンバー1を構成する第2シート12側からの上面図を示しており、第2シート12及びウィック30を透過させて凸部60の配置を示している。
なお、図1は、図2に示すA-A断面でベーパーチャンバー1を切断して示した断面図であるともいえる。
凸部60は、複数の第1凸部61と、第1凸部61よりも大きい、複数の第2凸部62とを有する。本明細書において、凸部とは、周囲よりも相対的に高さが高い部分をいい、第1シートの内壁面から突出した部分に加え、内壁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。また、凸部の大きさは、高さ方向に垂直な断面の面積の大きさによって定める。
本発明のベーパーチャンバーでは、第1シート及び第2シートが対向する方向からの平面視において、支柱が第2凸部と重なる位置に配置されている。
支柱が、その面積が大きい第2凸部と重なる位置に配置されることによって、支柱、ウィック及び第2凸部が強く接合される。そのため、凸部(第2凸部)とウィックの間の接合強度が強くなるため、筐体内の内圧が高くなった場合にベーパーチャンバーが膨らむことを防止することができる。
具体的には、作動液の沸点を超えた温度でベーパーチャンバーを使用した場合においても、ベーパーチャンバーが膨らむことを防止することができる。従って、沸点の低い作動液を使用する場合にも好適である。
また、本発明のベーパーチャンバーでは、支柱とウィックが接合され、かつ、ウィックと第2凸部が接合されている。これらの接合方式は特に限定されるものではないが、レーザー溶接、抵抗溶接、拡散接合、はんだ接合、ろう接等が挙げられる。これらの中では、拡散接合によって接合されていることが好ましい。拡散接合によりこれらの部位感を強固に接合させることができるので、筐体内の内圧が高くなった場合にベーパーチャンバーが膨らむことをより確実に防止することができる。
支柱と第2凸部の好ましい形態について説明する。
図3は、支柱と第2凸部の位置の重なりの一例を模式的に示す上面図である。
この上面図は、第1シート及び第2シートが対向する方向から平面視した図面である。
当該平面視において、支柱40は第2凸部62と重なる位置に配置される。すなわち、支柱40が断面形状の大きい第2凸部62と重なる。
図3には、支柱40の全てが第2凸部62と重なっている形態を示している。すなわち、支柱の面積の100%が第2凸部62と重なっている。
ベーパーチャンバーにおいて、支柱が第2凸部と重なる面積の割合は特に限定されるものではないが、支柱の面積の75%以上が第2凸部と重なることが好ましい。
支柱の面積の75%を第2凸部と重ねることにより、支柱の大部分が第2凸部と強く接合され、凸部とウィックの間の接合強度がより強くなる。
図4は、支柱と第2凸部の位置の重なりの別の一例を模式的に示す上面図である。
図3には支柱40の全てが第2凸部62と重なっている例を示したが、図4には、支柱40の一部が第2凸部62と重なっている例を示している。
ベーパーチャンバーにおいて、第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は、支柱の高さ方向に垂直な断面の面積よりも大きいことが好ましい。図3に示す例、図4に示す例のいずれも、第2凸部62の高さ方向に垂直な断面の面積は、支柱40の高さ方向に垂直な断面の面積よりも大きくなっている。
第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積を支柱の高さ方向に垂直な断面の面積より大きくすることにより、第2凸部と支柱の位置の位置ずれが生じたとしてもその位置ずれが許容されやすくなる。
また、支柱の高さ方向に垂直な断面の面積に対する、第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積の割合は、100%以上、130%以下であることが好ましい。
支柱の、高さ方向に垂直な断面の形状は特に限定されるものではなく、円形、多角形(三角形、四角形(長方形、正方形)、五角形、六角形)であってもよい。
支柱と第2凸部の断面形状は同じであっても異なってもよいが、支柱と第2凸部の断面形状が相似形であることが好ましい。また、支柱と第2凸部の断面形状が同一(合同)であってもよい。
図3及び図4には、支柱と第2凸部の形状が共に円形であることを示している。
支柱は、第1シート及び第2シートを内側から支持している。支柱を筐体の内部に配置することにより、筐体の内部が減圧された場合、筐体外部からの外圧が加えられた場合などに筐体が変形することを抑制することができる。
支柱の配置は、特に限定されないが、均等に配置することが好ましい。例えば隣接する支柱同士の間隔が一定となるように格子点状、又は、千鳥状に配置される。支柱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。
また、隣接する支柱同士の間隔は、1mm以上、5mm以下であることが好ましい。隣接する支柱同士の間隔は、隣り合う支柱同士の間隔である。隣接する支柱同士の間隔の定め方は、後述する第2凸部同士の間隔の定め方と同様にすることができる。
また、支柱同士の間隔は、第2凸部同士の間隔と同じであることが好ましい。
また、支柱の配置のパターンは第2凸部の配置のパターンと同じであることが好ましい。
また、第1シート及び第2シートが対向する方向からの平面視において、支柱を構成する図形及び第2凸部を構成する図形のうちの一方の図形の中心が、他方の図形と重なることが好ましい。 また、第1シート及び第2シートが対向する方向からの平面視において、支柱を構成する図形の中心が第2凸部と重なる位置に配置されることが好ましく、第2凸部を構成する図形の中心が支柱と重なる位置に配置されることが好ましい。さらに、支柱を構成する図形の中心と第2凸部を構成する図形の中心が一致することが好ましい。
図3では、支柱40を構成する図形の中心Cと第2凸部62を構成する図形の中心Cが一致している。図4では、支柱40を構成する図形の中心Cと第2凸部62を構成する図形の中心Cが一致していないが、支柱40を構成する図形の中心Cは第2凸部62と重なっており、第2凸部62を構成する図形の中心Cは支柱40と重なっている。
支柱及び第2凸部を構成する図形の中心としては、各図形の重心を利用することができる。
第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は、0.2mm以上、4mm以下であることが好ましい。また、支柱の高さ方向に垂直な断面の面積は、0.15mm以上、4mm以下であることが好ましい。
また、第1シート及び第2シートが対向する方向からの平面視において、支柱は第1凸部とは重ならないことが好ましい。
次に、第1凸部と第2凸部の好ましい形態について説明する。
第1凸部と第2凸部は同じ高さであることが好ましい。本明細書において凸部の高さは、第1シート11の内壁面の、凸部が設けられていない地点を起点とした高さである。
第1凸部と第2凸部の、高さ方向に垂直な断面の形状は特に限定されるものではなく、円形、多角形(三角形、四角形(長方形、正方形)、五角形、六角形)であってもよい。
第1凸部と第2凸部の断面形状は同じであっても異なってもよい。図2には、第1凸部61の断面形状が正方形、第2凸部62の断面形状が円形で、第2凸部62が第1凸部61より大きいことを示している。
第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は、第1凸部の高さ方向に垂直な断面の面積よりも大きい。そして、第1凸部の高さ方向に垂直な断面の面積に対する、第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積の割合は、20倍以上、200倍以下であることが好ましい。
第2凸部はウィック及び支柱との接合強度を確保するためにある程度大きいほうが好ましいが、第1凸部も大きいと作動液が流れるスペースが不足するため、第1凸部がある程度小さいほうが好ましい。そのような観点から第1凸部の面積に対する第2凸部の面積の割合を定めればよい。
第1凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は、0.0025mm以上、0.04mm以下であることが好ましい。
第2凸部同士の間隔は、第1凸部同士の間隔よりも大きいことが好ましい。第2凸部同士の間隔は、隣り合う第2凸部同士の間隔であり、第1凸部同士の間隔は、隣り合う第1凸部同士の間隔である。
図2には、第1凸部61同士の間隔Wと第2凸部62同士の間隔Wをそれぞれ両矢印で示している。隣り合う第1凸部同士の間隔は、第1凸部を構成する図形の中心の間の距離として定める。隣り合う第2凸部同士の間隔も、同様に、第2凸部を構成する図形の中心の間の距離として定める。
第1凸部同士の間隔に対する、第2凸部同士の間隔の割合は、第1凸部同士の間隔の5倍以上、50倍以下であることが好ましい。
また、第2凸部同士の間隔は、1mm以上、5mm以下であることが好ましい。第1凸部同士の間隔は、0.05mm以上、0.3mm以下であることが好ましい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、筐体の形状は、特に限定されない。例えば、筐体の上面視形状は、三角形または長方形などの多角形、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において、筐体を構成する第1シートと第2シートとは、端部が一致するように重なっていてもよいし、端部がずれて重なっていてもよい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、第1シート及び第2シートを構成する材料は、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、柔軟性などを有するものであれば、特に限定されない。第1シート及び第2シートを構成する材料は、好ましくは金属材料であり、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄など、またはそれらを主成分とする合金などが挙げられる。第1シート及び第2シートを構成する材料は、銅であることが特に好ましい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、第1シートを構成する材料と、第2シートを構成する材料は異なっていてもよい。例えば、強度の高い材料を第1シートに用いることにより、筐体にかかる応力を分散させることができる。また、両者の材料を異なるものとすることにより、一方のシートで一の機能を得、他方のシートで他の機能を得ることができる。上記の機能としては、特に限定されないが、例えば、熱伝導機能、電磁波シールド機能等が挙げられる。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、第1シート及び第2シートの厚みは特に限定されないが、第1シート及び第2シートが薄すぎると、筐体の強度が低下して変形が起こりやすくなる。そのため、第1シート及び第2シートの厚みは、それぞれ20μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがより好ましい。一方、第1シート及び第2シートが厚すぎると、ベーパーチャンバー全体の薄型化が困難になる。そのため、第1シート及び第2シートの厚みは、それぞれ150μm以下であることが好ましく、100μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることがさらに好ましい。第1シート及び第2シートの厚みは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
なお、凸部が第1シートと一体である場合、第1シートの厚みは、凸部に接していない部分の厚みとする。また、支柱が第2シートと一体である場合、第2シートの厚みは、支柱に接していない部分の厚みとする。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、第1シートの厚みは、一定であってもよいし、厚い部分と薄い部分が存在していてもよい。同様に、第2シートの厚みは、一定であってもよいし、厚い部分と薄い部分が存在していてもよい。また、支柱に接していない部分の第2シートは、筐体の内側に凹んでいてもよい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、作動液は、筐体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。作動液は、水であってもよい。
また、本発明のベーパーチャンバーの構成であると、作動液として水よりも沸点が低い化合物を使用することができる。沸点が100℃未満の化合物を作動液として使用することができ、好ましくは沸点が50℃以上、80℃以下の化合物を作動液として使用することができる。具体的な化合物としては、例えばアルコール類、代替フロン等を使用することができる。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、ウィックは、毛細管力により作動液を移動させることができる毛細管構造を有する限り、特に限定されない。ウィックの毛細管構造は、従来のベーパーチャンバーに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。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、ウィック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。
また、ウィックは、第2凸部及び支柱と拡散接合により接合可能な材料であることが好ましい。好ましくは金属材料であり、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄など、またはそれらを主成分とする合金、多孔質焼結体などが挙げられる。ウィックは、第2凸部及び支柱と同じ材料であってもよい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、ウィックは、筐体の内部に、蒸発部から凝縮部まで連続して設けられることが好ましい。ウィックの少なくとも一部は、筐体と一体であってもよい。
本発明のベーパーチャンバーは、ウィックの一部が切り欠かれている切り欠き部を有していてもよい。ウィックの一部が切り欠かれた切り欠き部を有することによって、内部空間の体積(内部空間のうち気相が存在できる部分の体積)を大きくすることができるので、ベーパーチャンバーの熱輸送量を大きくすることができる。
ウィックの一部が切り欠かれていると、筐体内の内圧が高くなったときに、切り欠き部の近傍でベーパーチャンバーが膨れやすくなる。ここで、切り欠き部に接する部位に、支柱と第2凸部とを設けることが好ましい。切り欠き部に接する部位に支柱と第2凸部を設けることによって、切り欠き部の近傍でベーパーチャンバーが膨れることを防止することができる。
図5は、ベーパーチャンバーの他の構造の一例を模式的に示す断面上面図であり、図6は、図5のB-B線断面図である。
図5には、ベーパーチャンバー2を構成する第2シート12側からの上面図を示しており、第2シート12を透過させて、支柱40、ウィック30及び凸部60(第1凸部61及び第2凸部62)の配置を示している。
図5及び図6に示すベーパーチャンバー2では、ウィック30の一部が切り欠かれた切り欠き部31が存在する。
切り欠き部31に接する部位には支柱40と第2凸部62が設けられる。切り欠き部31には第2凸部62、第1凸部61及び支柱40はいずれも設けられていない。
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、作動液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、第1凸部及び第2凸部を配置した第1シートを準備し、第1凸部及び第2凸部上にウィックを配置して、支柱を配置した第2シートと重ね合わせる。作動液を注入し、第1シートと第2シートを接合することによりベーパーチャンバーを得ることができる。
第1シート及び第2シートの接合方法は、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、樹脂封止などが挙げられる。これらのなかでは、レーザー溶接、ロウ接又は拡散接合が好ましい。
第1シート及び第2シートの接合の際に、第1シート及び第2シートは、外縁において封止部で互いに接合されることにより封止される。
また、第1シート及び第2シートの接合の際に生じる熱によって、第2凸部とウィックが接合され、ウィックと支柱が接合される。
さらに、第1シートの第2凸部の裏側にあたる部位、及び、第2シートの支柱の裏側にあたる部位に、拡散接合を進行させるための加圧治具及び加熱治具を接触させて加圧及び加熱を行うことが好ましい。このようにして、第2凸部とウィックの間に拡散接合を生じさせ、かつ、ウィックと支柱の間に拡散接合を生じさせることが好ましい。
第2凸部と支柱の位置が重なるように、第1シートと第2シートの位置を合わせて第1シートと第2シートの接合を行う。位置合わせをするための基準となる位置合わせ用マークを第1シートと第2シートに設けておき、当該マークの位置を合わせて接合すれば第2凸部と支柱の位置が重なるようにすればよい。
以下、本発明のベーパーチャンバーをより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
(実施例1)
平面視寸法が幅60mm×長さ100mm、厚さ0.08mmの銅箔を第1シートとして準備した。第1シートを過硫酸ソーダでエッチングすることにより、四角柱形状の第1凸部及び円柱形状の第2凸部を第1シートの内壁面に形成した。
第1凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は0.01mmとした。また、隣接する第1凸部同士の間隔は、0.1mmとした。
第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は0.3mmとした。また、隣接する第2凸部同士の間隔は、3mmとした。
第1シートの内壁面からの第1凸部と第2凸部の高さは同じとした。
別途、平面視寸法が幅60mm×長さ100mm、厚さ0.2mmの銅箔を第2シートとして準備した。第2シートを過硫酸ソーダでエッチングすることにより、円柱形状の支柱を内壁面に形成した。
支柱の高さ方向に垂直な断面の面積は0.3mmとした。また、隣接する支柱同士の間隔は、3mmとした。
凸部が形成された第1シートと支柱が形成された第2シートとで挟持されるようにウィックを配置し、第1シートの外縁部と第2シートの外縁部とをレーザー溶接することにより封止した。ウィックとして、金属多孔質体を用いた。
第1シートと第2シートを重ねる際に、第2凸部の位置と支柱の位置が重なるように、具体的には、第1シート及び第2シートが対向する方向からの平面視において、支柱の面積の90%以上が第2凸部と重なるように、位置合わせを行った。
溶接後、パイプにより作動液として、沸点が65℃のメタノールを注入した。以上により、実施例1のベーパーチャンバーを得た。
(実施例2~4)
第1シートと第2シートを重ねる際の位置合わせを調整して、第1シート及び第2シートが対向する方向からの平面視において、支柱の面積が第2凸部と重なる割合をそれぞれ表1に示すように変化させた。その他は実施例1と同様にしてベーパーチャンバーを得た。
(比較例1)
第1シートをエッチングする際のパターンを変更して、凸部として実施例1における第1凸部と同じ大きさの凸部のみを形成した。すなわち、第2凸部を設けなかった。
第1シートと第2シートを重ねる際には、特に位置合わせを意識して行わず、第1シート及び第2シートが対向する方向からの平面視において、支柱が第1凸部のいくつかと重なるようにした。その他は実施例1と同様にしてベーパーチャンバーを得た。
各実施例及び比較例で得たベーパーチャンバーを恒温槽に載置し、恒温槽の温度を5℃/分の昇温速度で上昇させながらベーパーチャンバーの外観を観察した。ベーパーチャンバーに膨らみが生じた際の熱源の温度を膨らみ開始温度として記録した。膨らみ開始温度が高いほど、膨らみが生じにくいベーパーチャンバーであるといえる。
Figure 0007173402000001
表1より、第1シートに第2凸部を設け、第2シートに支柱を設けて、支柱と第2凸部を重なる位置に配置することによりベーパーチャンバーが膨らむことを防止できることが分かった。
また、支柱と第2凸部の重なりの面積を大きくすることにより膨らみをより効果的に防止できることが分かった。
膨らみが生じた後の凸部、ウィック及び支柱の外観を観察した。
図7は、比較例1の剥離面の外観を示す写真である。上の写真は剥離面を凸部側に向かって見た写真であり、剥離したウィックの下に存在していた凸部が見えている。下の写真は剥離面を支柱側に向かって見た写真であり、剥離したウィックとウィックの背後の支柱が見えている。
第2凸部を設けていない比較例1では、ウィックの一部が支柱の断面形状に沿った形状で付着して、凸部とウィックの間で剥離する破壊モードが生じていた。
これは、隣接する支柱同士の間隔が、隣接する凸部同士の間隔より大きいために、第2シート側での変形が生じやすいこと、及び、凸部の面積が支柱よりも小さいことに起因して、ウィックのうち支柱と接合された部分が凸部から引き剥がされていることを意味する。
図8は、実施例1の剥離面の外観を示す写真である。上の写真は剥離面を凸部側に向かって見た写真であり、第2凸部とウィックが見えている。下の写真は剥離面を支柱側に向かって見た写真であり、剥離したウィックと支柱が見えている。
一方、第2凸部を設けている各実施例では、ウィックの大部分が第2凸部に付着したままとなっており、ウィックと支柱の間で剥離する破壊モードが生じていた。
第2凸部は面積が大きいためにウィックと強く接合する。そのため、ウィックが凸部から引き剥がされにくく、比較例1のような破壊モードが生じにくくなることを意味する。
また、第2凸部と支柱が重なっていない部分では、ウィックの一部が支柱に付着して剥離する破壊モードが生じていた。第2凸部と支柱が重なっていない部分ではウィックが支柱に引っ張られるために、ウィックの一部が支柱に付着して剥離する破壊モードが生じることを意味する。
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、タブレット端末、ノートPC等に使用することができる。
1、2 ベーパーチャンバー
10 筐体
11 第1シート
11a 第1シートの内壁面
12 第2シート
12a 第2シートの内壁面
13 内部空間
20 作動液
30 ウィック
31 切り欠き部
40 支柱
50 封止部
60 凸部
61 第1凸部
62 第2凸部
70 発熱部材

Claims (13)

  1. 外縁が接合された対向する第1シート及び第2シートから構成され、前記第1シートの内壁面と前記第2シートの内壁面との間に内部空間を有する筐体と、
    前記筐体の内部空間に封入された作動液と、
    前記第1シートの内壁面に間隔を空けて配置された複数の凸部と、
    前記第2シートの内壁面に間隔を空けて配置された複数の支柱と、
    前記支柱と前記凸部との間に配置されたウィックと、を備え、
    前記凸部は、複数の第1凸部と、高さ方向に垂直な断面の面積が前記第1凸部よりも大きい複数の第2凸部と、を含み、
    前記第1凸部と前記第2凸部は同じ高さであり、
    前記第1シート及び前記第2シートが対向する方向からの平面視において、前記支柱が前記第2凸部と重なる位置に配置されており、
    前記支柱と前記ウィックが接合され、かつ、前記ウィックと前記第2凸部が接合されていることを特徴とするベーパーチャンバー。
  2. 前記第1シート及び前記第2シートが対向する方向からの平面視において、前記支柱の面積の75%以上が前記第2凸部と重なる請求項1に記載のベーパーチャンバー。
  3. 前記第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は、前記支柱の高さ方向に垂直な断面の面積よりも大きい請求項1又は2に記載のベーパーチャンバー。
  4. 前記支柱の高さ方向に垂直な断面の面積に対する、前記第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積の割合は、100%以上、130%以下である請求項1~3のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  5. 前記第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は、0.2mm以上、4mm以下である請求項1~4のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  6. 前記支柱の高さ方向に垂直な断面の面積は、0.15mm以上、4mm以下である請求項1~5のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  7. 前記第2凸部同士の間隔は、前記第1凸部同士の間隔よりも大きい請求項1~6のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  8. 前記第1凸部同士の間隔に対する、前記第2凸部同士の間隔の割合は、5倍以上、50倍以下である請求項1~7のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  9. 前記第2凸部同士の間隔は、1mm以上、5mm以下である請求項1~8のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  10. 前記第1凸部同士の間隔は、0.05mm以上、0.3mm以下である請求項1~9のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  11. 前記第1凸部の高さ方向に垂直な断面の面積に対する、前記第2凸部の高さ方向に垂直な断面の面積の割合は、20倍以上、200倍以下である請求項1~10のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  12. 前記第1凸部の高さ方向に垂直な断面の面積は、0.0025mm以上、0.04mm以下である請求項1~11のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  13. 請求項1~12のいずれかに記載のベーパーチャンバーを備えることを特徴とする電子機器。

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