JP2007266153A - プレート型熱輸送装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】面状に発生する熱を、その面内で均一に放熱することができるプレート型熱輸送装置及びこれを搭載した電子機器を提供すること。
【解決手段】吸熱面５ａ側で蒸発した作動流体が、吸熱面５ａ及び放熱面６ａに並ぶように吸熱面５ａ及び放熱面６ａの間で、Ｚ−Ｙ平面内で面状に設けられた流路を流通し、作動流体が相変化することにより熱が輸送される。液相の作動流体の多くが、少なくとも溝７の毛細管力によって、少なくとも第１の板材５側に集められる。溝７は、第１の板材５に面状に配置されているので、液相の作動流体は毛細管力によって第１の板材５にまんべんなく拡散する。
【選択図】図２

Description

本発明は、毛細管力を作動流体の推進力とし、作動流体が相変化することによる潜熱を利用して熱を輸送するプレート型の熱輸送装置及びこれを搭載したディスプレイ装置に関する。

作動流体の相変化による潜熱を利用した熱輸送装置のうち、例えば作動流体が流通する溝等が形成された複数の基板が貼り合わされて構成された薄型の熱輸送装置が従来からある（例えば、特許文献１、２参照。）。この特許文献１に記載の熱輸送装置では、作動流体の蒸発部と凝縮部とが基板に形成され、さらに蒸発部と凝縮部とを連通させる気相路及び液相路が基板に形成されている。また、それらの基板には、作動流体のポンプ力として毛細管力を発生させる微細な溝が形成されている。
特開２００４−１０８７６０号公報（段落[００３８]、図１等） 特開２００４−１９０９８５号公報（段落[００２０]、図１等）

ところで、近年ではＦＰＤ（Flat Panel Display）を用いた薄型テレビが製品化されており、そのディスプレイパネルから発生する熱が問題となっている。例えば液晶ディスプレイの場合、バックライトとしてＬＥＤ（Light Emitting Diode）バックライトが用いられる場合、ディスプレイパネルの全面から大量の熱が発生する。また、プラズマディスプレイのパネルや、ＯＬＥＤ（Organic LED）を利用したディスプレイパネルも同様に大量の熱を発生する。

そこで、ディスプレイパネルの全面にソリッドな金属でなる放熱板が取り付けられることも考えられる。しかしながら、一般的な放熱板の熱拡散は、金属の熱伝導に依存するため、その応答性に問題がある。また、このような放熱板は、それ自身の剛性が必要となるので、ある程度の厚さや重量が必要となるという欠点がある。また、ディスプレイパネルが大型化すると、均一に冷却することは困難となり、パネルに温度ムラが生じ、その結果、表示映像の輝度や色にムラが生じるおそれがある。

一方、上述した熱輸送装置を用いてディスプレイパネルを冷却しようとした場合にも問題がある。例えば、特許文献１の熱輸送装置の蒸発部をディスプレイパネルに取り付けても、ディスプレイパネル面内で均一な冷却をすることは困難である。また、熱輸送装置が用いられる場合であって、例えば、ディスプレイパネルの面内の、特に上部に熱源がある場合、作動流体に働く重力等により、毛細管力だけではその上部へ作動流体を供給することができない場合がある。この場合も、均一な冷却は期待できない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、面状に発生する熱を、その面内で均一に放熱することができるプレート型熱輸送装置及びこれを搭載した電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るプレート型熱輸送装置は、作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱面と、前記吸熱面と対向するように設けられ、前記作動流体が凝縮することで熱を放出する放熱面と、前記吸熱面及び前記放熱面に並ぶように該吸熱面及び放熱面の間で面状に設けられ、前記作動流体を相変化させるために流通させ、凝縮した前記作動流体に毛細管力を前記発生させて該作動流体を前記面状に拡散させることが可能な流路とを具備する。

本発明では、吸熱面側で蒸発した作動流体が、吸熱面及び放熱面に並ぶように吸熱面及び放熱面の間で面状に設けられた流路を流通して作動流体が相変化し、放熱面から放熱する。放熱により凝縮した作動流体は、毛細管力により吸熱面側で面状に広がりながら戻る。これにより、面状に発生する熱を、吸熱面全体から均一に吸熱することができ、放熱面全体から均一に放熱することができる。これにより、面状に発生する熱を温度ムラなく冷却することができる。

また、本発明では、面状の流路の全体で毛細管力を発生させることが可能である。したがって、プレート型熱輸送装置の姿勢が、例えば吸熱面または放熱面が重力の働く方向に平行な姿勢（以下、これを垂直姿勢という。）となっている場合であっても、面状に液相の作動流体を拡散させることができる。すなわち、プレート型熱輸送装置の姿勢を問わず、作動流体を吸熱面側へ復帰させることができる。

本発明において、前記流路は、前記吸熱面側で面状に配置されるとともにそれぞれ平行に配列された直線状の複数の第１の領域と、前記放熱面側で前記各第１の領域と対面するように面状に配置されるとともに、前記各第１の領域に直行するようにそれぞれ平行に配列された直線状の複数の第２の領域とを有する。本発明における「平行」とは、実質的な平行を意味し、平行でない構造が積極的に設計された場合を含まない意味である。以下、同様である。

本発明において、前記第１の領域は、第１の幅でなり、前記第２の領域は、前記第１の幅より大きい第２の幅でなる。これにより、液相の作動流体を吸熱面側へ戻すような毛細管力を確実に発生させることが可能となる。

本発明において、前記流路は、前記各第１の領域と前記各第２の領域との間で面状に散在し、該第１の領域及び第２の領域を連通する複数の連通路を有する。これにより、第１の領域と第２の領域との断熱効果を高めることができ、作動流体の相変化を起こしやすくすることができる。

本発明において、前記各連通路のうち少なくとも１つは、前記第１の領域側から前記第２の領域側に向かうにしたがって徐々に広がるように形成されている。すなわち、本発明は、連通路は、第１の領域側から第２の領域側に向かうにしたがって徐々に流路抵抗が小さくなるように構成されている。これにより、第１の領域で蒸発して体積が大きくなった作動流体を第２の領域に流通させやすくすることができる。「徐々に」とは、連続的、段階的、またはこれらの組み合わせを含む意味である。

本発明において、前記流路は、前記吸熱面側に面状に配置された複数の溝と、前記各溝に対面するように前記放熱面側に設けられた凹状の領域とを有する。これにより、凹状の領域にて気相の作動流体の体積が広がりやすくなり、凝縮作用を促進させることができる。また、第１の板材には複数の溝が形成されることにより毛細管力を発生させることができる。

本発明において、前記流路は、前記各溝と前記凹状領域との間で面状に散在し、該各溝のうち所定の溝及び凹状領域を連通する複数の連通路を有する。

本発明において、プレート型熱輸送装置は、前記凹状領域を複数に分割する複数のリブをさらに具備し、前記リブは、隣り合う前記領域同士を連通するスリットを有する。本発明は、例えば、プレート型熱輸送装置が垂直姿勢で用いられる場合に有効である。すなわち、その場合、気相の作動流体は上部へ向かう場合も考えられるので、その気相の作動流体が凹状領域内で偏ることを防止することができ、均一な冷却に寄与する。また、スリットが設けられることにより、凹状領域の全体の圧力を同じにすることができる。

本発明において、前記流路は、面状に散在する複数の凹部でなる凹部群と、面状に散在する複数の凸部でなり、前記凹部群に対面する凸部群とを有する。

本発明において、前記各凹部と前記各凸部とが相対的にずれて対面するように配置されている。これにより、例えば各凹部及び各凸部が規則的に配列されていれば、凹部及び凸部により構成されるとともに面状に形成された流路（空間）を、その面内すべてで連通させることができる。この場合、凹部の長さと凸部の長さとは同じであってもよいし、異なっていてもよい。さらに、本発明では、上記発明のように凹部と凸部の相対的な位置を積極的にずらして配置させなくても、必然的にずれて配置されるので、その面内すべてで流路が連通させることができる。したがって、例えば凹部が形成された第１の板材と、凸部が形成された第２の板材とが貼り合わされてプレート型熱輸送装置が作製される場合、その貼り合わせの工程における第１及び第２の板材の相対的な位置精度が低くてもよく、製造が容易になる。

本発明において、前記各凹部は、第１の長さでなり、縦横に並ぶように配置され、前記各凸部は、斜めに並ぶように配置され、前記各凹部のうち少なくとも２つの凹部が、前記各凸部のうちの１つの凸部に対面するように、前記第１の長さより長い第２の長さでなる。これにより、凹部及び凸部により構成されるとともに面状に形成された流路（空間）を、その面内すべてで連通させることができる。この場合、凹部の長さと凸部の長さとは同じであってもよいし、異なっていてもよい。

あるいは、前記各凸部は、第１の長さでなり、縦横に並ぶように配置され、前記各凹部は、斜めに並ぶように配置され、前記各凸部のうち少なくとも２つの凸部が、前記各凹部のうちの１つの凹部に対面するように、前記第１の長さより長い第２の長さでなる。

本発明において、前記流路は、面状に散在する複数の凹部でなる凹部群と、面状に散在する複数の凸部でなり、前記凹部群に対面する凸部群と、前記放熱面側に、該吸熱面及び放熱面に並ぶように面状に設けられた凹状の領域と、前記凹部群と前記凹状の領域とを連通する複数の連通路とを有する。これにより、連通路が断熱効果の機能を有し、さらに凹状の領域で作動流体の体積が広げられるので、作動流体の相変化を起こしやすくすることができる。

本発明において、前記各連通路のうち少なくとも１つは、前記各凹部側から前記凹状の領域側に向かうにしたがって徐々に広がるように形成されている。これにより、主に凹部で蒸発した作動流体が凹状の領域へ広がりやすくなる。

本発明において、プレート型熱輸送装置は、前記吸熱面及び前記放熱面のうち少なくとも一方に接合されたクラッド材をさらに具備する。これにより、クラッド材を構成する複数の材料が適宜選択されることにより、前記吸熱面での吸熱効率、または放熱面での放熱効率を高めることができる。

本発明の他の観点に係るプレート型熱輸送装置は、作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱面を有する第１の板材と、前記吸熱面と対向し前記作動流体が凝縮することで熱を放出する放熱面を有し、前記第１の板材に対向するように設けられた第２の板材と、前記吸熱面及び前記放熱面に並ぶように該第１及び第２の板材の間で面状に設けられ、前記作動流体を相変化させるために流通させ、凝縮した前記作動流体に毛細管力を前記発生させて該作動流体を前記面状に拡散させることが可能な流路とを具備する。

本発明では、吸熱面側で蒸発した作動流体が、第１及び第２の板材の間で面状に設けられた流路を流通して作動流体が相変化し、放熱面から放熱する。放熱により凝縮した作動流体は、毛細管力により第１の板材側で面状に広がりながら戻る。これにより、面状に発生する熱を、吸熱面全体から均一に吸熱することができ、放熱面全体から均一に放熱することができる。これにより、面状に発生する熱を温度ムラなく冷却することができる。

本発明に係る電子機器は、面状の熱を発生する熱源と、前記熱源に熱的に接続され作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱面と、前記吸熱面と対向するように設けられ、前記作動流体が凝縮することで熱を放出する放熱面と、前記吸熱面及び前記放熱面に並ぶように該吸熱面及び放熱面の間で面状に設けられ、前記作動流体を相変化させるために流通させ、凝縮した前記作動流体に毛細管力を前記発生させて該作動流体を前記面状に拡散させることが可能な流路とを有するプレート型熱輸送デバイスとを具備する。

「熱的に接続され」とは、直接的に接しているか、または、熱伝導性の材料を介して接続されていることを意味する。

「面状の熱を発生する」とは、一面全体から熱が発生する形態、または、面状（２次元的）に散在する発熱体から熱が発生する形態がある。

以上のように、本発明によれば、面状に発生する熱を、その面内で均一に放熱することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプレート型熱輸送装置（以下、単に熱輸送装置という。）を示す斜視図である。図２は、図１に示す熱輸送装置の分解斜視図である。図３は、その熱輸送装置の平面図であり、図４は、図３におけるＡ−Ａ線断面図である。

熱輸送装置１０は、例えば、第１の板材５と第２の板材６とが貼り合わされて構成されている。第１の板材５は、図示しない熱源が熱的に接続される吸熱面５ａと、第２の板材６と接合する接合面５ｂとを有している。第２の板材６は、吸熱面５ａに対向する放熱面６ａと、第１の板材５と接合する接合面６ｂとを有している。第１の板材５及び第２の板材６の間には、図４に示すように、冷媒となる作動流体が流通する流路４が設けられている。流路４は減圧状態で密閉されている。作動流体としては、例えば純水、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、代替フロン、アンモニア等が用いられるが、これらに限られない。

吸熱面５ａは、第１の板材５の外側の一面のうちほぼ全面であり、後述するようにほぼ全面から吸熱が可能である。第２の板材の放熱面６ａについても、同様にほぼ外側一面のほぼ全面である。

第１の板材５の接合面５ｂには、流路４を構成する直線状の溝（第１の領域）７が複数形成され、これらの溝７は互い平行に配列されている。第２の板材６の接合面６ｂには、同じく流路４を構成する直線状の複数の溝８（第２の領域）が形成されている。第２の板材６の各溝８は、上記第１の板材５の溝７の長手方向（ｚ方向）に直交するように（ｙ方向）、それぞれ平行に配列されている。

第１の板材５の溝７（または第２の板材６の溝８）の幅、つまり、図１及び図４に示す長さｕは、数十μｍ〜数百μｍ、具体的には１０μｍ〜２００μｍでなるが、この範囲に限られない。溝７または溝８の深さは、数μｍ〜数十μｍであり、具体的には、１０〜２０μｍであるが、この範囲に限られない。図１〜図４において、溝７または溝８は模式的に示しており、実際にはもっと微細な溝である。第１及び第２の板材５及び６の大きさは、ほぼ同じ大きさに形成されているが、流路４を密閉することができるように貼り合わせられれば、大きさに違いがあってもよい。溝７及び溝８の幅は、同じ幅であってもよい。同じ幅の場合、流路４全体でまんべんなく作動流体に毛細管力が働き、流路４全体で液相の作動流体が保持される。

第２の板材６の溝８の幅が、第１の板材５の溝７より大きい場合、第１の板材５の溝７において作動流体に発生する毛細管力が、第２の板材６の溝８より大きくなり、主に溝７で液相の作動流体が保持される。

これらの溝７及び溝８は、フォトリソグラフィやブラストによるエッチングで形成されるが、そのほか、薄板材の貼り合わせ接合、またはリフトアッププロセス（メッキ、ＣＶＤ、または、蒸着等）によって形成されてもかまわない。第１の板材５と第２の板材６とは、レーザビーム溶接、電子ビーム溶接等により接合されるが、そのほか、拡散接合、陽極接合、熱圧着、接着剤、ろう付け等により接合されてもよい。

第１の板材５または第２の板材６の、例えば縦の長さｓは、数十ｍｍ〜数百ｍｍ、あるいは１０００ｍｍを超える場合もある。この寸法は、適宜設定可能である。後述するように、ディスプレイ装置に搭載されるディスプレイ用のパネルに取り付けられる場合、そのディスプレイパネルの大きさに応じて適宜設定される。横の長さｔは、ディスプレイパネルの横の寸法に応じて設定され、例えばｓ：ｔ＝３：４、または９：１６等が考えられる。しかし、これらの比に限られないことは言うまでもない。

第１の板材５は、例えば金属、半導体、樹脂等が用いられる。金属としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等が挙げられる。半導体としては、シリコンが挙げられる。樹脂としては、ガラス、プラスチック等があるが、カーボン等の熱伝導性のよい樹脂でもよい。しかし、これらの材料に限られず、適宜変更可能である。第２の板材６も第１の板材５と同様の材料が用いられる。第１の板材５の材料と、第２の板材６の材料とは、同じ材料の金属が用いられる場合もあるし、異なる金属材料が用いられる場合もある。あるいは、例えば第１の板材５がシリコン、または金属で、第２の板材６がガラス材料が用いられる場合もある。しかしながら、これらの組み合わせに限られず、さまざまな組み合わせが考えられる。

図５は、上記熱輸送装置１０に、熱源としてディスプレイパネルが接触するように取り付けられる様子を示す斜視図である。具体的には、熱輸送装置１０を構成する第１の板材５の吸熱面５ａに、ディスプレイパネル３が対面するように熱的に接続される。

ここでいうディスプレイパネルとは、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ（Electro-Luminescence）（有機または無機を問わない。）、ＬＥＤディスプレイ（有機または無機を問わない。）、プラズマディスプレイ、プラズマアドレス液晶ディスプレイ、電界放出型ディスプレイ等が挙げられる。電界放出型ディスプレイとは、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display等である。上記液晶ディスプレイの場合、ディスプレイパネルは、バックライト、特にＬＥＤバックライトを含み、ＬＥＤバックライトが熱源となる。ＬＥＤバックライトは、複数のＬＥＤが２次元的に配置されるものである。

以上のように構成された熱輸送装置１０の動作を説明する。ディスプレイパネル３が発熱することにより、吸熱面５ａを介して面状に第１の板材５に熱伝導される。これにより、少なくとも第１の板材５の溝７に毛細管力で保持されている作動流体が蒸発する。蒸発した気相の作動流体は、流路４内を動くことにより、放熱面６ａを介して面状に熱が放出される。放熱面６ａには、例えば図示しないヒートシンクが熱的に接続されたり、ファンによって風が吹き付けられたりすることが多く、これにより放熱が促進される。ファンの代わりにペルチェ素子が用いられてもよい。放熱面６ａから放熱されると、作動流体は凝縮する。

このように、吸熱面５ａ側で蒸発した作動流体が、吸熱面５ａ及び放熱面６ａに並ぶように吸熱面５ａ及び放熱面６ａの間で面状に設けられた流路を流通し、作動流体が相変化することにより熱が輸送される。液相の作動流体の多くが、少なくとも溝７の毛細管力によって、少なくとも第１の板材５側に集められる。溝７は、第１の板材５に面状に配置されているので、液相の作動流体は毛細管力によって少なくとも第１の板材５にまんべんなく拡散する。

このように動作が繰り返されて作動流体が循環することで、ディスプレイパネル３が冷却される。特に、本実施の形態に係る熱輸送装置１０は、ディスプレイパネル３から面状に発生する熱を、吸熱面５ａ全体から均一に吸熱することができ、放熱面６ａ全体から均一に放熱することができる。これにより、面状に発生する熱を温度ムラなく冷却することができる。

また、本実施の形態では、上記したように面状に配置された溝７及び溝８の全体において毛細管力を発生させることが可能である。したがって、熱輸送装置１０の姿勢が、例えば吸熱面５ａまたは放熱面６ａが重力の働く方向に平行な姿勢、すなわち地面に垂直な姿勢となっている場合であっても、面状に液相の作動流体を拡散させることができる。すなわち、熱輸送装置１０の姿勢を問わず、作動流体を第１の板材５の溝７へ復帰させることができる。発明者による実験では、熱輸送装置１０が垂直姿勢にある場合に、１ｍ以上、具体的には１．８ｍ程度、重力に逆らって作動流体が上昇した。

また、熱源から入力される熱量が大きすぎてオーバーヒートする、いわゆるドライアウトが起こっても、その後、熱源の入力がなくなれば、毛細管力により熱輸送装置１０の姿勢によらず、作動流体の自己復帰が可能となる。

本実施の形態では、非常に薄型及び軽量の熱輸送装置を実現することができる。

なお、熱輸送装置１０に封入される作動流体の量によっては、熱輸送装置に熱負荷がかかっていない非動作時において、第１の板材５の溝７内だけでなく、第２の板材６の溝８内にも存在する場合もある。熱源の熱量に応じて、作動流体の量、また作動流体の種類等は適宜設定される。

図６は、電子機器に内蔵される回路配線基板１３が熱源である場合を説明するための斜視図である。回路配線基板１３には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のＩＣや電源等の発熱体１２が搭載されている。これらの発熱体１２からの熱によって、回路配線基板１３にその熱が伝達される。熱輸送装置１０の吸熱面５ａに回路配線基板１３が熱的に接続される。これにより、回路配線基板１３及びこれに搭載された発熱体１２を冷却することができる。

図７は、本発明の他の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解斜視図である。図８は、図７に示す熱輸送装置の断面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施の形態に係る熱輸送装置１０の部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。

この熱輸送装置２０の、吸熱面１５ａを有する第１の板材１５は、作動流体の流路１４を構成する縦横に複数の溝１７を有する。一方、放熱面１６ａを有する第２の板材１６は、その縦横の複数の溝１７と対面する凹状の領域１８を有する。図示しない熱源により、溝１７で作動流体が蒸発し、蒸発した作動流体は凹状領域１８で熱を奪われ凝縮する。溝１７は毛細管力を発生させて作動流体を当該溝１７内で拡散させる。本実施の形態の場合、溝１７が縦横に形成されているので、上記熱輸送装置１０の第１の板材５の溝７より均一に面状に広がりやすくなる。また、凹状領域１８にて気相の作動流体の体積が広がりやすくなり、凝縮作用を促進させることができる。

なお、図７では、縦横の溝１７を図２に示した溝７等に比べ細かく描かれているが、図７も模式的な図であり、溝１７の幅等は、上記溝７や溝８と同様でもよいし、異なっていてもよい。

図９は、本発明のさらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解斜視図である。図１０は、図９に示す熱輸送装置３０の断面図である。

この熱輸送装置３０では、第１の板材２５と第２の板材２６との間に第３の板材２３が配置され、これら３つの板材２５、２６、２３が貼り合わされて構成されている。第３の板材２３には、第１の板材２５側から第２の板材２６にかけて貫通する穴２１が複数設けられている。第１の板材２５の溝２７と、第２の板材の溝２８はこれらの穴（連通路）を介して連通しており、溝２７、溝２８、連通路２１により、作動流体の流路２４が構成される。第３の板材２３の材料としては、上記した第１及び第２の板材５及び６と同様の材料、すなわち、金属、樹脂、半導体等が用いられる。あるいは、第３の板材２３は、第１及び第２の板材２５及び２６より、熱伝導率が低い材料を用いることもできる。

このような構成の熱輸送装置３０では、吸熱面２５ａに接触した熱源からの熱によって、溝２７内で蒸発した作動流体は、第３の板材２３の連通路２１を介して溝２８に流入し、放熱面２６ａから放熱することで凝縮される。連通路２１があることにより、第１の板材２５と第２の板材２６との間の断熱効果を高めることができるので、作動流体は相変化を起こしやすくなり、熱輸送効率が高まる。特に、第３の板材２３が熱伝導の低い材料、例えばガラスやその他の樹脂等が用いられれば、さらに断熱効果が高められる。

図１１は、本発明のさらに別の実施の形態に係る熱輸送装置の一部を拡大して示した分解斜視図である。

本実施の形態に係る熱輸送装置４０では、吸熱面３５ａを有する第１の板材３５は、その接合面３５ｂに、面状に散在する複数の凹部３７を有する。この凹部３７の幅ｕ１や深さは、適宜設定することができ、図１等に示した溝７、８の幅や深さと同じでもよい。凹部３７の長さｍ１も適宜設定でき、凹部３７の形状は、ｍ１>ｕ１で長方形になっている。凹部３７は、例えば、縦横に並ぶように配置され、すなわち、ｚ方向及びｙ方向に配列されている。

一方、第２の板材３６は、第１の板材３５との接合面に、面状に散在するブロック状の複数の凸部３８を有する。図１２は、凹部３７と凸部３８との位置関係を示す平面図である。図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図１２におけるＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図をそれぞれ表している。凸部３８は、凹部３７のように縦横には配置されず、斜めに並ぶように千鳥状に配置され、各凹部３７と各凸部３８とは相対的にずれて対面するように配置されている。凸部３８の幅ｕ２については、例えばｕ１>ｕ２に設定されている。しかし、ｕ１＝ｕ２またはｕ１<ｕ２であってもよい。

このように、凹部３７及び凸部３８が相対的にずれて対面するように配置されることにより、面状に形成された流路（空間）３４をその面内すべてで連通させることができる。換言すれば、凹部３７と凸部３８の相対的な位置を積極的にずらして配置させなくても、必然的にずれて配置されるので、その面内すべてで流路３４を連通させることができる。したがって、例えば凹部３７が形成された第１の板材３５と、凸部３８が形成された第２の板材３６とが貼り合わされて熱輸送装置４０が製造される過程において、その貼り合わせの工程における第１及び第２の板材３５及び３６の相対的な位置精度が低くてもよく、製造が容易になる。

凸部３８の長さｍ２については、ｍ１<ｍ２となっている。具体的には、各凹部３７のうち少なくとも２つの凹部３７が、各凸部３８のうち１つの凸部３８に対面している。これにより、上記同様に、面状に形成された流路（空間）３４をその面内すべてで連通させることができる。ただしこの場合、図１４のように、図１２に比べ、第１の板材３５と第２の板材３６の相対的な位置をずらして貼り合わされたときには、面内で流路３４がつながるために、ｕ１とｕ２とが異なる必要がある。あるいは、ｕ１とｕ２とが同じであっても、１つの凹部３７の端部から長さ方向で隣り合う凹部の反対側の端部までの距離ｎとすると、ｍ２とｎとが異なれば、面内で流路３４がつながる。

なお、第１の板材３５に凸部３８が形成され、第２の板材３６に凹部３７が形成されていてもよい。凹部３７の長さｍ１が、凸部３８の長さｍ２より長く形成されていてもよい。あるいは、ｍ１＝ｍ２であってもよい。ｍ１＝ｍ２の場合、凹部３７と凸部３８が相対的にずれるように、凸部３８の配列角度が設計されるか、または、第１及び第２の板材３５及び３６の貼り合わせ工程において、凹部３７と凸部３８が相対的にずれるように貼り合わせる必要がある。

図１５（Ａ）は、熱輸送装置が複数用意され、それらの熱輸送装置ごとに熱量７Ｗの熱が投入されたときの、熱源近傍の温度変化を示したグラフである。図１５（Ｂ）は、そのグラフを表で表している。「Ｓｉ／Ｇ」は、シリコン板とガラス板とが貼り合わされて構成されたソリッドな放熱板を示している。「Ａｌ／Ｇ」は、アルミニウム板とガラス板とが貼り合わされて構成されたソリッドな放熱板を示している。「Ｃｕ／Ｇ」は、銅板とガラス板とが貼り合わされて構成されたソリッドな放熱板を示している。

熱輸送装置ａは、上記した図１１で示した熱輸送装置４０を用い、作動流体としてエタノールを用いた場合を示す。また、熱輸送装置ａ、ｂは両方とも、第１の板材がシリコン、第２の板材がガラスでなる。熱輸送装置ｂ、ｃは、同じく熱輸送装置４０に純水を用いて再度実験した場合を示す。また、熱輸送装置ｂ、ｃも第１の板材３５がシリコン、第２の板材３６がガラスでなる。熱輸送装置ａ，ｂ，ｃは、従来のソリッドな放熱板に比べ、熱源の温度を低下させることができていることがわかる。エタノールと純水とでは、動作温度が異なるので実験結果に差が表れているが、熱源の熱量に応じた冷媒が用いられればよい。

図１６は、この実験で用いられた熱源装置を示す正面図であり、図１７は図１６におけるＤ−Ｄ線断面図である。この熱源装置１００は、例えばピーク材でなる円板状のベースプレート９１に、複数の点熱源９３が面状に配置されるように取り付けられて構成されている。点熱源９３は、例えば上段に５個、下段に５個、合計１０個取り付けられている。図１８は、図１７で破線Ｈで囲まれた部分を示す拡大図である。図１８に示すように、具体的には、点熱源９３は、例えば銅プラグ９４と、銅プラグ９４の直径１０ｍｍでなる頭部９４ａに接続された、直径ｐ＝１０ｍｍのセラミックヒータ９８とで構成される。銅プラグ９４の先端部９４ｂには熱伝導性シートまたはグリス９５が取り付けられている。先端部９４ｂが、その熱伝導シート９５等を介して各種の熱輸送装置４０等の吸熱面３５ａ等に接触するようにして実験が行われた。

なお、熱輸送装置はネジ９２によって固定可能とされている。また、銅プラグ９４の先端部９４ｂ付近には熱電対を使用した温度センサ９６が埋め込まれている。温度計測がなされ、図１５（Ａ）及び（Ｂ）で示す「Max」は、１０個の銅プラグ９４にそれぞれ埋め込まれた温度センサ９６のうち最高値である。「Min」はその最小値、「Ave」平均値である。

銅プラグ９４の先端の直径ｑは１ｍｍでなる。この１ｍｍという値は、例えば液晶ディスプレイパネルのＬＥＤバックライトに用いられる１つのＬＥＤ素子によって発熱する領域にほぼ等しい。すなわち、この熱源装置１００は、そのＬＥＤバックライトの一部を想定したものである。実際のＬＥＤバックライトは、数百〜数千個のＬＥＤが用いられるが、ディスプレイの大きさ等にもよる。

図１９は、本発明のさらに別の実施の形態に係る熱輸送装置の一部を示す断面図である。図２０は、その平面図である。この熱輸送装置５０は、吸熱面４５ａを有する第１の板材４５と、放熱面４６ａを有する第２の板材４６と、これら第１及び第２の板材４５及び４６の間に配置された第３の板材４３とを備えている。第１の板材４５及び第３の板材４３のそれぞれの接合面には、複数の凹部４７及び複数の凸部４２がそれぞれ形成されている。これら凹部４７及び凸部４２の形態は、図１１〜図１４で示した熱輸送装置４０の凹部３７及び凸部３８と同様の形態でよい。第２の板材４６には、その第３の板材４３との接合面に凹状の領域４８が形成されており、この凹状の領域４８は、図７及び図８で示した熱輸送装置２０の第２の板材１６に設けられた凹状の領域１８と同様の形態でよい。さらに第３の板材４３には、第１の板材４５側から第２の板材４６側へ貫通する複数の連通路４１を有し、これにより、凹部４７と凹状の領域４８とが連通路４１を介して連通する。

例えば、第１の板材４５がシリコン、第２の板材４６及び第３の板材４３がガラス等でなる。その場合、ガラス材同士が接合される場合、どちらかの接合面に金属膜が形成されていれば、陽極接合により接合可能である。上記金属膜としては、例えば、銀、銅、アルミニウム、タンタル、またはその他の金属材料でなる。そのほか、第１、第２及び第３の板材４５、４６及び４３すべてが金属でもよいし、第１の板材４５及び第３の板材４３が金属で、第２の板材４６がガラスでなる形態も考えられる。また、これらの材料に限られず、適宜選択可能である。

なお、図２０中、Ａ１で示される領域は、例えば上記実験で用いられた熱源装置１００の点熱源９３の先端部９４ｂが接触する部分であり、上記直径ｑ程度である。領域Ａ２は、作動流体が蒸発すると仮定される領域であり、直径２ｑ程度である。これらの領域Ａ１及びＡ２は、例えば、熱輸送装置５０の、第１の板材４５がシリコン、第２の板材４６及び第３の板材がガラスでなる場合に、上記熱源装置１００による１つの点熱源９３からの０．７Ｗの熱量の投入が想定されたものである。

このような流路４４を備えた熱輸送装置５０では、熱源の熱により、主に凹部４７（または、凹部４７及び凸部４２の周囲に形成される第３の板材４３の溝４９）で蒸発した作動流体が、連通路４１を介して凹状の領域４８に流入し、放熱することで凝縮する。凝縮した作動流体は、毛細管力により連通路４１を介して主に凹部４７（または、凹部４７及び凸部４２の周囲に形成される第３の板材の溝４９）に戻る。本実施の形態では、第３の板材４３が断熱効果の機能を有し、さらに凹状の領域４８で作動流体の体積が広げられるので、作動流体の相変化を起こしやすくすることができ、熱輸送効率が向上する。

図２１は、第３の板材に設けられる連通路の変形例を示す。この第３の板材５３に設けられた連通路５１は、吸熱側から放熱側に向かうにしたがって徐々に広がるようにテーパ状に形成されている。これにより、主に凹部４７で蒸発した作動流体が凹状の領域４８へ広がりやすくなる。図９及び図１０に示した熱輸送装置３０の第３の板材２３に設けられる連通路２１も、図２１に示すようなテーパ状になっていてもよい。

図２２は、本発明のさらに別の実施の形態に係る放熱側の板材の一部を示す斜視図である。この形態では、この放熱側の板材５６の、図示しない吸熱側の板材との接合面には、横に延びた複数のリブ５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、・・・が設けられている。すなわち、複数のリブ５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、・・・が設けられることにより、凹状の領域が複数に分割されるように構成される。本実施の形態では、熱輸送装置６０が、ｚ方向を上下方向として垂直姿勢で用いられる場合に有効である。すなわち、蒸発した気相の作動流体は上部へ向かう場合も考えられるので、その気相の作動流体が凹状の領域内で上部に偏ることを防止することができ、均一な冷却に寄与する。また、各リブ５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、・・・には、微細な幅のスリット５７が設けられており、これにより分割された各領域５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、・・・の圧力が短絡し、全体の圧力を同じにすることが可能となる。

図２３は、さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す側面図である。この熱輸送装置７０には、第１の板材６５の吸熱面６５ａ及び第２の板材６６の放熱面６６ａにそれぞれクラッド材６１及び６２が接合されている。クラッド材６１及び６２が接合されることにより、熱伝達効率が高められる。クラッド材６１及び６２は、例えば銅とステンレスとで構成される。銅とステンレスでなるクラッド材が用いられる場合、熱輸送装置７０の第１の板材６５及び第２の板材６６がステンレスでなり、クラッド材６１及び６２の、吸熱面６５ａに接する部分及び放熱面６６ａに接する部分は、ステンレスでなり、外側の部分が銅でなる。しかしながらクラッド材６１及び６２の材料は、これらに限られない。なお、吸熱面６５ａ及び放熱面６６ａのうちいずれか一方にクラッド材が設けられる構成であってもよい。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

図９等では、連通路２１を形成するために第３の板材２３が別途設けられていた。しかし、第１の板材２５に溝２７及び連通路２１が形成されてもよい。あるいは、第２の板材２６に溝２８及び連通路２１が形成されてもよい。

例えば図７等、または図１１等に示した熱輸送装置２０、４０等に、連通路を有する第３の板材が設けられていてもよい。

上記実施の形態では、電子機器の例としてディスプレイ装置やコンピュータ等挙げられた。しかし、そのほか、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、カメラ、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、携帯電話、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、ロボット機器、その他の電化製品等が挙げられる。

本発明の一実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。 図１に示す熱輸送装置の分解斜視図である。 図１に示す熱輸送装置の平面図であり、 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 熱輸送装置に、熱源としてディスプレイパネルが接触するように取り付けられる様子を示す斜視図である。 電子機器に内蔵される回路配線基板が熱源である場合を説明するための斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解斜視図である。 図７に示す熱輸送装置の断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す分解斜視図である。 図９に示す熱輸送装置の断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る熱輸送装置の一部を拡大して示した分解斜視図である。 図１１に示す熱輸送装置の凹部と凸部との位置関係を説明するための平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ図１２におけるＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図である。 図１２に比べ、第１の板材と第２の板材の相対的な位置をずらして貼り合わされたときの図である。 図１５（Ａ）は、熱輸送装置が複数用意され、それらの熱輸送装置ごとに熱量７Ｗの熱が投入されたときの、熱源の温度変化を示したグラフであり、図１５（Ｂ）は、そのグラフを表す表である。 実験で用いられた２次元の熱源装置を示す正面図である。 図１６におけるＤ−Ｄ線断面図である。 図１７で破線で囲まれた部分を示す拡大図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る熱輸送装置の一部を示す断面図である。 図１９に示す熱輸送装置の平面図である。 第３の板材に設けられる連通路の変形例を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態に係る放熱側の板材の一部を示す斜視図である。 さらに別の実施の形態に係る熱輸送装置を示す側面図である。

符号の説明

３…ディスプレイパネル
４、２４、３４、４４…流路
５、１５、２５、３５、４５…第１の板材
５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａ、４５ａ、６５ａ…吸熱面
６、１６、２６、３６、４６、５６…第２の板材
６ａ、１６ａ、２６ａ、３６ａ、４６ａ、６６ａ…放熱面
７、８、２７、２８、…溝
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０…熱輸送装置
１２…発熱体
１３…回路配線基板
１８、４８…凹状領域
２１、４１、５１…連通路
２３、５３…第３の板材
３７、４７…凹部
３８…凸部
５６…板材
５６ａ．５６ｂ…リブ
５７…スリット
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ…領域
６１、６２…クラッド材

Claims (19)

1. 作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱面と、
   前記吸熱面と対向するように設けられ、前記作動流体が凝縮することで熱を放出する放熱面と、
   前記吸熱面及び前記放熱面に並ぶように該吸熱面及び放熱面の間で面状に設けられ、前記作動流体を相変化させるために流通させ、凝縮した前記作動流体に毛細管力を前記発生させて該作動流体を前記面状に拡散させることが可能な流路と
   を具備することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
2. 請求項１に記載のプレート型熱輸送装置であって、
   前記流路は、
   前記吸熱面側で面状に配置されるとともにそれぞれ平行に配列された直線状の複数の第１の領域と、
   前記放熱面側で前記各吸熱領域と対面するように面状に配置されるとともに、前記各第１の領域に直行するようにそれぞれ平行に配列された直線状の複数の第２の領域と
   を有することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
3. 請求項２に記載のプレート型熱輸送装置であって、
   前記第１の領域は、第１の幅でなり、
   前記第２の領域は、前記第１の幅より大きい第２の幅でなることを特徴とするプレート型熱輸送装置。
4. 請求項２に記載のプレート型熱輸送装置であって、
   前記流路は、
   前記各第１の領域と前記各第１の領域との間で面状に散在し、該第１の領域及び第２の領域を連通する複数の連通路を有することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
5. 請求項４に記載のプレート型熱輸送装置であって、
   前記各連通路のうち少なくとも１つは、前記第１の領域側から前記第２の領域側に向かうにしたがって徐々に広がるように形成されていることを特徴とするプレート型熱輸送装置。
6. 請求項１に記載のプレート型熱輸送装置であって、
   前記流路は、
   前記吸熱面側に面状に配置された複数の溝と、
   前記各溝に対面するように前記放熱面側に設けられた凹状の領域と
   を有することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
7. 請求項６に記載のプレート型熱輸送装置であって、
   前記流路は、
   前記各溝と前記凹状領域との間で面状に散在し、該溝及び凹状領域を連通する複数の連通路を有することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
8. 請求項６に記載のプレート型熱輸送装置であって、
   前記凹状領域を複数に分割する複数のリブをさらに具備し、
   前記リブは、隣り合う前記領域同士を連通するスリットを有することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
9. 請求項１に記載のプレート型熱輸送装置であって、
   前記流路は、
   面状に散在する複数の凹部でなる凹部群と、
   面状に散在する複数の凸部でなり、前記凹部群に対面する凸部群と、
   を有することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
10. 請求項９に記載のプレート型熱輸送装置であって、
    前記各凹部と前記各凸部とが相対的にずれて対面するように配置されていることを特徴とするプレート型熱輸送装置。
11. 請求項１０に記載のプレート型熱輸送装置であって、
    前記各凹部は、第１の長さでなり、縦横に並ぶように配置され、
    前記各凸部は、斜めに並ぶように配置され、前記各凹部のうち少なくとも２つの凹部が、前記各凸部のうちの１つの凸部に対面するように、前記第１の長さより長い第２の長さでなることを特徴とするプレート型熱輸送装置。
12. 請求項１０に記載のプレート型熱輸送装置であって、
    前記各凸部は、第１の長さでなり、縦横に並ぶように配置され、
    前記各凹部は、斜めに並ぶように配置され、前記各凸部のうち少なくとも２つの凸部が、前記各凹部のうちの１つの凹部に対面するように、前記第１の長さより長い第２の長さでなることを特徴とするプレート型熱輸送装置。
13. 請求項１に記載のプレート型熱輸送装置であって、
    前記流路は、
    面状に散在する複数の凹部でなる凹部群と、
    面状に散在する複数の凸部でなり、前記凹部群に対面する凸部群と、
    前記放熱面側に、該吸熱面及び放熱面に並ぶように面状に設けられた凹状の領域と、
    前記凹部群と前記凹状の領域とを連通する複数の連通路と
    を有することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
14. 請求項１３に記載のプレート型熱輸送装置であって、
    前記各連通路のうち少なくとも１つは、前記凹部群側から前記凹状の領域側に向かうにしたがって徐々に広がるように形成されていることを特徴とするプレート型熱輸送装置。
15. 請求項１に記載のプレート型熱輸送装置であって、
    前記吸熱面及び前記放熱面のうち少なくとも一方に接合されたクラッド材をさらに具備することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
16. 作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱面を有する第１の板材と、
    前記吸熱面と対向し前記作動流体が凝縮することで熱を放出する放熱面を有し、前記第１の板材に対向するように設けられた第２の板材と、
    前記吸熱面及び前記放熱面に並ぶように該第１及び第２の板材の間で面状に設けられ、前記作動流体を相変化させるために流通させ、凝縮した前記作動流体に毛細管力を前記発生させて該作動流体を前記面状に拡散させることが可能な流路と
    を具備することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
17. 請求項１６に記載のプレート型熱輸送装置であって、
    前記第１の板材側と前記第２の板材側との間で面状に配置された、前記作動流体を流通させる複数の連通路を有し、該第１及び第２の板材の間に設けられた第３の板材をさらに具備することを特徴とするプレート型熱輸送装置。
18. 面状の熱を発生する熱源と、
    前記熱源に熱的に接続され作動流体が蒸発することで熱を吸収する吸熱面と、前記吸熱面と対向するように設けられ、前記作動流体が凝縮することで熱を放出する放熱面と、前記吸熱面及び前記放熱面に並ぶように該吸熱面及び放熱面の間で面状に設けられ、前記作動流体を相変化させるために流通させ、凝縮した前記作動流体に毛細管力を前記発生させて該作動流体を前記面状に拡散させることが可能な流路とを有するプレート型熱輸送デバイスと
    を具備することを特徴とする電子機器。
19. 請求項１８に記載の電子機器であって、
    前記熱源は、ディスプレイパネルであることを特徴とする電子機器。

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