JP2007183021A - Sheet-shaped heat pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱量の大きい電子部品を冷却するシート状ヒートパイプに関する。 The present invention relates to a sheet-like heat pipe that cools an electronic component that generates a large amount of heat.
従来、ノートパソコン、PDA、携帯電話、ビデオカメラ、その他、小型化、薄型化、軽量化や高密度実装が顕著である電子機器は、発熱量の大きい電子部品や駆動部からの発熱が、誤動作や製品寿命を縮める原因の一つとなっており、冷却を行う必要があった。しかし、小型化、薄型化された筐体内の発熱部に放熱板や放熱ファンを設置するスペースを確保できない場合も多く、このような場合には、シート状ヒートパイプにより発熱部の熱を筐体や筐体に設けられた放熱板、放熱ファン部に移動させて放熱する方法が採用されるようになってきている。 Conventionally, notebook computers, PDAs, mobile phones, video cameras, and other electronic devices that have been noticeably smaller, thinner, lighter, and densely packed, have a large amount of heat generated from heat generation from electronic components and drive units. This is one of the causes of shortening the product life and requires cooling. However, there are many cases where it is not possible to secure a space for installing a heat sink or a heat fan in the heat generating part in a small and thin case. In such a case, the heat of the heat generating part is transferred to the case by a sheet heat pipe. Further, a method of dissipating heat by moving to a heat dissipating plate or a heat dissipating fan provided in a housing has been adopted.
例えば、(特許文献1)には、真空封止されたフィルム製シート状のコンテナ内に作動液が封入され、コンテナ内部に蒸気流路と作動液を還流させるためのウィックが形成されたシート状ヒートパイプが提案されている。 For example, in (Patent Document 1), a working liquid is sealed in a vacuum-sealed film-like container, and a steam channel and a wick for refluxing the working liquid are formed inside the container. Heat pipes have been proposed.
また、(特許文献2)には、箔状のコンテナ内に、毛細管力を発揮し、かつ流路を備えた可動状態で収納されたスペーサーと作動流体を備えたシート状ヒートパイプが提案されている。
以上のように、(特許文献1)のシート状ヒートパイプでは、スペーサーとなる金属製芯線が複数本間隔をあけて整列配置される構造のため、製品全長が長くなるにつれてスペーサー間距離を一定に維持しながら貼り付けることが困難になり、ヒートパイプの冷却性能が不安定になるおそれがあった。 As described above, the sheet-shaped heat pipe of (Patent Document 1) has a structure in which a plurality of metal core wires serving as spacers are arranged at intervals, so that the distance between the spacers is made constant as the total product length increases. It was difficult to stick while maintaining, and the cooling performance of the heat pipe might become unstable.
また、(特許文献2)のシート状ヒートパイプでは、スペーサーに設けられたスリットが作動流体の流れる流路と蒸気流路を兼用する構造のため、作動流体により蒸気流路の一部が狭くなり、閉塞し易く、ヒートパイプの冷却性能が低下する可能性があった。また、スリットを設けたスペーサーがシート状であるため、蒸気流路の高さが大きくなるにつれてスペーサーが厚くなり、柔軟性が低下するという課題があった。 Moreover, in the sheet-like heat pipe of (Patent Document 2), the slit provided in the spacer serves as a flow path for the working fluid and the steam flow path, so that a part of the steam flow path is narrowed by the working fluid. It is easy to block, and the cooling performance of the heat pipe may be lowered. Moreover, since the spacer provided with the slit is in the form of a sheet, there is a problem that the spacer becomes thicker as the height of the steam flow path increases, and the flexibility decreases.
上記の問題に鑑み、本発明は、薄く、柔軟性を有し、安定した冷却性能を有するシート状ヒートパイプを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sheet-like heat pipe that is thin, flexible, and has stable cooling performance.
上記課題を解決するために本発明は、シートを対向させ周辺部を貼り合わせて密閉し作製されたコンテナにおいて、コンテナ内部に複数の金属線材をカットした略円柱状小片が所定の位置に固定配置されて形成されたスペーサー層と作動流体、毛細管力を発揮するウィック層を備えたことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a container in which a plurality of metal wires are cut into a fixed position in a predetermined position in a container that is manufactured by sealing sheets with the sheets facing each other and sealing the periphery. The spacer layer, the working fluid, and the wick layer that exerts capillary force are provided.
この構成により、コンテナ内部には折り曲げてもスペーサー部周辺に一定の蒸気流路が安定的に確保され、各スペーサーは略円柱状のカットワイヤー片が分散配置されているため、スペーサーの高さが大きくなっても柔軟性が保たれる。また、スペーサーをコンテナ内壁表面に半田接合により固定することで、接合部よりアウトガスの発生がなく、更にスペーサーが金属線材をカットした略円柱状小片であるため、線径のバラツキが小さく、スペーサー周辺の蒸気流路の高さを均一に保つことができ、安定した冷却性能が得られる。 With this configuration, a constant steam flow path is stably secured around the spacer portion even if it is bent inside the container, and each spacer has a substantially cylindrical cut wire piece dispersedly arranged. Flexibility is maintained even when it grows larger. Also, by fixing the spacer to the inner wall surface of the container by soldering, there is no outgassing from the joint, and since the spacer is a substantially cylindrical small piece cut from a metal wire, the variation in wire diameter is small and the periphery of the spacer Thus, the height of the steam flow path can be kept uniform, and stable cooling performance can be obtained.
本発明の請求項1に記載のシート状ヒートパイプは、シート状部材を対向させ周辺部を貼り合わせて密閉したシート状コンテナと、コンテナ内壁面上に形成された毛細管力を発揮するウィック層と、金属線材をカットした略円柱状小片の切断面がコンテナ内壁面と垂直になるようにウィック層上の所定の位置に固定配置された複数のスペーサーと、コンテナ内部に密封された作動流体と、を備えたものである。この構成により高い柔軟性を有し、安定した熱輸送量が確保できる蒸気流路が形成できるという作用を有する。
The sheet-like heat pipe according to
本発明の請求項1に記載のシート状ヒートパイプによれば、金属線材をカットした略円柱状小片をスペーサーとして切断面がコンテナ内壁面と垂直になるように分散配置することで、柔軟性があり、熱輸送量が多く、外形形状の設計自由度の高いシート状ヒートパイプを提供できるという効果が得られる。 According to the sheet-shaped heat pipe of the first aspect of the present invention, the substantially cylindrical small pieces obtained by cutting the metal wire are used as spacers so that the cut surfaces are perpendicular to the inner wall surface of the container. In addition, it is possible to provide a sheet heat pipe having a large amount of heat transport and a high degree of freedom in designing the outer shape.
本発明の請求項2に記載のシート状ヒートパイプは、シート部材が軟質金属部材かもしくは少なくとも金属層を有する複合材である。これによりコンテナ内壁面が金属層となるため、容易に毛細管力を発揮するウィック層が形成できるという作用を有する。
The sheet-like heat pipe according to
本発明の請求項2に記載のシート状ヒートパイプによれば、シート状部材が軟質金属部材かもしくは少なくとも金属層を有する複合材であることで、コンテナ内壁面が金属層となり、ウィック層及びスペーサーを強固に半田結合できるという効果がある。
According to the sheet-like heat pipe of
本発明の請求項3に記載のシート状ヒートパイプは、金属線材が金属細線の撚り線材である。これにより複数本の金属細線を撚り合わせたスペーサーを用いることで、スペーサー自体が毛細管力を発揮するという作用を有する。
The sheet-like heat pipe according to
本発明の請求項3に記載のシート状ヒートパイプによれば、金属線材が金属細線の撚り線材であることから、スペーサー自体が毛細管力を有するため高い熱輸送量が得られるという効果がある。 According to the sheet-like heat pipe of the third aspect of the present invention, since the metal wire is a stranded wire made of a fine metal wire, the spacer itself has a capillary force, so that there is an effect that a high heat transport amount can be obtained.
本発明の請求項4に記載のシート状ヒートパイプは、金属線材をカットした略円柱状小片からなるスペーサーの線径がスペーサー長さより小さい。これにより全てのスペーサーの中心軸をシートに対して平行にした配置が容易になり、コンテナ内の隙間量をスペーサー線径に統一することができるため、性能のバラツキが小さくなるという作用を有する。 In the sheet-like heat pipe according to claim 4 of the present invention, the wire diameter of the spacer made of a substantially cylindrical piece obtained by cutting a metal wire is smaller than the spacer length. As a result, the arrangement in which the central axes of all the spacers are made parallel to the sheet is facilitated, and the gap amount in the container can be unified with the spacer wire diameter, so that the variation in performance is reduced.
本発明の請求項4に記載のシート状ヒートパイプによれば、スペーサー線径がスペーサー長さより小さいことで、テンプレートなどを用いて、容易に安定して所定配列ができ、安定した冷却性能が得られるという効果がある。 According to the sheet-shaped heat pipe of claim 4 of the present invention, the spacer wire diameter is smaller than the spacer length, so that a predetermined arrangement can be easily and stably performed using a template or the like, and stable cooling performance is obtained. There is an effect that it is.
本発明の請求項5に記載のシート状ヒートパイプは、金属線材表面が半田合金により被覆されており、半田接合にてウィック層上に固定されている。これにより高い接合強度に加え接合部よりアウトガスが発生しないため、コンテナ内の状態を長期間安定維持できるという作用を有する。
In the sheet-like heat pipe according to
本発明の請求項5に記載のシート状ヒートパイプによれば、スペーサーを半田接合にてウィック層上に固定するため、安定した冷却性能が得られるという効果がある。 According to the sheet-like heat pipe of the fifth aspect of the present invention, since the spacer is fixed on the wick layer by solder bonding, there is an effect that stable cooling performance can be obtained.
本発明の請求項6に記載のシート状ヒートパイプは、ウィック層が内壁面に形成された溝形状を有している。これにより溝に沿って毛細管力が発揮され、放熱部から受熱部までの作動流体の移動を効率よく行えるという作用を有する。
The sheet-like heat pipe according to
本発明の請求項6に記載のシート状ヒートパイプによれば、ウィック層がシート内壁面をパターンエッチングして形成された溝であることから、新たにウィック層が不要なため柔軟性に優れるという効果がある。
According to the sheet-like heat pipe of
本発明の請求項7に記載のシート状ヒートパイプは、ウィック層が内壁面を粗化し形成された粗化面層である。これにより粗化面に沿って毛細管力が発揮され、放熱部から受熱部までの作動流体の移動を効率よく行えるという作用を有する。
The sheet-like heat pipe according to
本発明の請求項7に記載のシート状ヒートパイプによれば、ウィック層がシート内壁面を粗化した粗化面であることから、新たにウィック層が不要なため柔軟性に優れるという効果がある。
According to the sheet-like heat pipe of
本発明の請求項8に記載のシート状ヒートパイプは、ウィック層が内壁面に形成された網目形状を有している。これにより網目に沿って毛細管力が発揮され、放熱部から受熱部までの作動流体の移動を効率よく行えるという作用を有する。
The sheet-like heat pipe according to
本発明の請求項8に記載のシート状ヒートパイプによれば、ウィック層がシート内壁面に形成された網目材であることから、安定した冷却性能が得られるという効果がある。
According to the sheet-like heat pipe of
本発明の請求項9に記載のシート状ヒートパイプは、ウィック層が内壁面に形成された金属メッシュ層である。これにより金属メッシュ層に沿って毛細管力が発揮され、放熱部から受熱部までの作動流体の移動を効率よく行えるという作用を有する。 The sheet-like heat pipe according to claim 9 of the present invention is a metal mesh layer in which a wick layer is formed on the inner wall surface. Thereby, a capillary force is exhibited along the metal mesh layer, and the working fluid can be efficiently moved from the heat radiating portion to the heat receiving portion.
本発明の請求項9に記載のシート状ヒートパイプによれば、ウィック層がシート内壁面に形成された金属メッシュ層であることから、安定した冷却性能が得られるという効果がある。 According to the sheet-like heat pipe of claim 9 of the present invention, since the wick layer is a metal mesh layer formed on the inner wall surface of the sheet, there is an effect that stable cooling performance can be obtained.
(実施の形態1)
先ず、実施の形態1,2において、シート状ヒートパイプ構造について説明し、シート状ヒートパイプのコンテナ内の構造例については、実施の形態3〜6で説明する。
(Embodiment 1)
First, in
図1は本発明の実施の形態1におけるシート状ヒートパイプを示す図である。図1(a)、図1(b)は分解斜視図であり、シート1、接着フィルム2、スペーサー3、シート4、溝5から構成されている。図1(c)は同図(a)のA−A’線断面図であり、シート1は樹脂層6と金属層7、またシート4は金属層8と樹脂層9から構成され、スペーサー3による金属層7,8間の隙間により蒸気流路11が形成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a sheet-like heat pipe according to
図1(a)、図1(b)で示すように、シート4の溝5面側に金属線材をカットした略円柱状小片からなるスペーサー3が固定され、シート4の溝5とシート1の溝5を対向させ、接着フィルム2で貼り合わせてシート状コンテナを形成する。シート状コンテナ内には適量の作動流体が封入されている。貼り合わせに使用される接着フィルム2はアウトガスを発生しないものが好ましく、また接着フィルム以外に、半田接合、銀ロウ接合、超音波接合など、シート1とシート4の周辺を貼り合わせて密閉可能な方法であれば他の方法を用いてもよい。
As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, a
作動流体が移動する溝5は、複数本配置されるものとし、溝5のパターン形状については、毛細管力を効率良く発揮できるパターン形状であればどのようなパターン形状でもよい。金属線材をカットした略円柱状小片からなるスペーサー3がシート4上に分散配置されており、各スペーサー3間に空間が生じるため、シート1とシート4の柔軟性の低下を最小限に抑えつつ、蒸気流路11を確保できる。
A plurality of
図1(c)に示すように、金属層8の表面とスペーサー3との間に接合部10が設けられている。この接合部10は半田接合であり、接合方法しては、表面が半田合金で被覆されたスペーサー3を金属層8上の所定の位置に配置し、金属層8とスペーサー3を半田合金溶融温度まで加熱して溶融させ、冷却することにより金属層8上にスペーサー3を半田接合する。あるいは、半田ペーストを金属層8の所定の位置にスクリーン印刷し、この半田ペースト上にスペーサー3を配置し、半田ペーストを溶融、冷却して接合してもよい。また、半田接合以外の方法として、低アウトガスの接着剤、超音波接合などの方法を用いてもよい。
As shown in FIG. 1C, a joint 10 is provided between the surface of the
金属層7,8のそれぞれのシート状コンテナ内側となる面側には、溝5がパターンエッチングなどの方法により形成されており、ウィック層としての機能を有している。コンテナ内気圧は大気圧以下にしてある為、金属層7,8が薄くなりすぎると金属層7,8が大きく変形し、蒸気流路11の空間を確保できなくなってしまう。このためシート1とシート4には、剛性を高めるためにそれぞれ樹脂層6,9を設けているが、金属層7,8の剛性で蒸気流路11の空間を十分維持できる場合は、シート1とシート4の樹脂層6,9を無くしてもよい。
A
溝5の断面形状は、深さが15μm以上、幅100μm以上が望ましい。また、スペーサー3は線径が0.4mm以上、長さは5mm以下のものが望ましい。これにより、シート1とシート4の柔軟性を低下させることなく、受熱部で気化した作動流体を、蒸気流路11を通して放熱部(図示せず)まで移動させ、放熱部で液化した作動流体を溝5により受熱部(図示せず)まで移動させることを効率よく安定的に行うことができる。
The cross-sectional shape of the
本実施の形態1では、スペーサー3を所定位置に規則的に配列する必要があるが、スペーサー3の線径よりスペーサー3の軸方向長さを大きくすることで、テンプレートなどを用いて一括配列が可能である。また、スペーサー3の個数は筐体の大きさにもより、限定するものではないが、スペーサー3を等間隔に配置するとして、数十から数百程度になる。結果として柔軟性を損なうことなく、熱輸送能力が高く、安定した冷却性能を有するシート状ヒートパイプを提供できる。
In the first embodiment, it is necessary to regularly arrange the
(実施の形態2)
図2は本発明の実施の形態2におけるシート状ヒートパイプを示す図である。図2(a)、図2(b)は分解斜視図であり、シート1、接着フィルム2、スペーサー3、シート4、溝5から構成されている。図2(c)は同図(a)のB−B’線断面図であり、シート1は樹脂層6、金属層7、またシート4は金属層8、樹脂層9から構成されている。実施の形態2と実施の形態1との違いは、スペーサー3の配置位置、配置数であり、シート状ヒートパイプの外形、厚みと熱輸送能力に応じてスペーサー3の配置位置、配置数は自由に設定できる。但しスペーサー3の配置数が多すぎたり配置位置が不規則になったりすると、シート1とシート4の柔軟性の低下、蒸気流路11の閉塞が発生する場合もあるため、シート状ヒートパイプの仕様に応じた配置を行う必要がある。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a diagram showing a sheet-like heat pipe according to
(実施の形態3)
図3は本発明の実施の形態3におけるシート状ヒートパイプの断面図であり、実施の形態1,2の溝5の代わりに金属層7,8の表面が粗化されて粗化面12となっている。この粗化により金属層7,8表面に毛細管力が発揮され、作動流体を放熱部から受熱部へ移動させることが可能となる。表面粗化はサンドブラスト処理などの物理的処理や化学研磨などの化学的処理で行われ、表面粗さRa値は、Ra=0.2〜1μmが望ましい。また樹脂層6,9を無くし、金属層7,8のみでもよい。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a cross-sectional view of the sheet-like heat pipe according to the third embodiment of the present invention, in which the surfaces of the
(実施の形態4)
図4は本発明の実施の形態4におけるシート状ヒートパイプの断面図であり、実施の形態1,2の溝5の代わりに、ウィック層としてシート状の金属メッシュ層14が毛細管力を発揮させるために設けられている。この金属メッシュ層14は金属層7とスペーサー3との間に設けられ、半田接合などを用いて金属層7に固定されている。この金属メッシュ層14に毛細管力が発揮されることで作動流体を放熱部から受熱部へ移動させることが可能となる。また、樹脂層6,9を無くし、金属層7,8のみでもよい。このシート状ヒートパイプを取付ける場合は、受熱部と放熱部に樹脂層6あるいは金属層7が接するように設置する。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the sheet-like heat pipe according to Embodiment 4 of the present invention. Instead of the
(実施の形態5)
図5は本発明の実施の形態5におけるシート状ヒートパイプの断面図であり、実施の形態1,2の溝5の代わりに、ウィック層としてシート状の金属メッシュ層13が毛細管力を発揮させるために設けられている。スペーサー3は金属メッシュ層13の片面に配置固定されている。この金属メッシュ層13に毛細管力が発揮されることで作動流体を放熱部から受熱部へ移動させることが可能となる。また樹脂層6,9を無くし、金属層7,8のみでもよい。このシート状ヒートパイプを取付ける場合は、受熱部と放熱部に樹脂層9あるいは金属層8が接するように設置する。
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the sheet-like heat pipe according to the fifth embodiment of the present invention, and the sheet-like
(実施の形態6)
図6は本発明の実施の形態6におけるシート状ヒートパイプの断面図であり、実施の形態1,2の溝5の代わりに、ウィック層としてシート状の金属メッシュ層13,14が毛細管力を発揮させるために金属層8,7の表面にそれぞれ設けられている。スペーサー3はシート状の金属メッシュ層13の片面に配置固定され、スペーサー3を挟んでシート状の金属メッシュ層14が設けられている。この金属メッシュ層13,14に毛細管力が発揮されることで作動流体を放熱部から受熱部へ移動させることが可能となる。また樹脂層6,9を無くし、金属層7,8のみでもよい。このシート状ヒートパイプを取付ける場合は、スペーサー3を挟んで対向して金属メッシュ層13,14が設けられている為、貼り付ける面はどちらでもよい。
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the sheet-like heat pipe according to the sixth embodiment of the present invention. Instead of the
本発明のシート状ヒートパイプは、柔軟性を損なうことなく、安定した高い冷却性能を提供できることから、発熱部に放熱板や放熱ファンを設置するスペースを確保できない電子機器の冷却用途に利用できる。 Since the sheet-like heat pipe of the present invention can provide stable and high cooling performance without impairing flexibility, the sheet-like heat pipe can be used for cooling electronic devices in which a space for installing a heat radiating plate or a heat radiating fan cannot be secured in the heat generating portion.
1 シート
2 接着フィルム
3 スペーサー
4 シート
5 溝
6 樹脂層
7 金属層
8 金属層
9 樹脂層
10 接合部
11 蒸気流路
12 粗化面
13 金属メッシュ層
14 金属メッシュ層
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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