JP2016061538A - 熱輸送デバイス、熱輸送デバイスの製造方法、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱輸送デバイス、熱輸送デバイスの製造方法、及び電子機器において、製造工程を簡略化すること。
【解決手段】少なくとも一方が透明な二枚の樹脂シート２１の各々の表面に金属層２２を形成する工程と、二枚の樹脂シート２１の各々の金属層２２同士を密着させながら、流路２５を形成する予定領域Rの縁における金属層２２に透明な樹脂シート２１を介してレーザLを照射することにより、樹脂シート２１の各々の金属層２２同士を溶着する工程と、金属層２２同士を溶着した後、二枚の樹脂シート２１に横から力Fを加えて未溶着の部分における各々の樹脂シート２１を上下に離し、当該部分を流路２５にする工程と、流路２５に作動液Cを封入する工程とを有する熱輸送デバイスの製造方法による。
【選択図】図６

Description

本発明は、熱輸送デバイス、熱輸送デバイスの製造方法、及び電子機器に関する。

CPU(Central Processing Unit)等の電子部品を冷却する熱輸送デバイスとしてヒートパイプがある。ヒートパイプにはループヒートパイプや自励振動ヒートパイプ等の様々なタイプのものがある。

これらのうち、自励振動ヒートパイプは、作動液の流路を加熱部と冷却部との間で何度も往復させた構造を有する。この構造によれば、加熱部では作動液が気化して流路の圧力が増大するのに対し、冷却部では作動液が液化して流路の圧力が減り、加熱部と冷却部との間に圧力差が生じる。その圧力差によって作動液が流路を自律的に往復するようになり、作動液で加熱部の熱を冷却部に輸送することができる。

自励振動ヒートパイプは、このように加熱部と冷却部との間で流路を往復させるだけでよく、構造が簡単で軽量化と薄型化に有利である。

但し、自励振動ヒートパイプには、その製造工程を簡略化するという点で改善の余地がある。

特開２０００−３９２７４号公報 特開２００１−３３４３３３号公報

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、熱輸送デバイス、熱輸送デバイスの製造方法、及び電子機器において、製造工程を簡略化することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、少なくとも一方が透明な二枚の樹脂シートの各々の表面に金属層を形成する工程と、二枚の前記樹脂シートの各々の金属層同士を密着させながら、流路を形成する予定領域の縁における前記金属層に透明な前記樹脂シートを介してレーザを照射することにより、前記樹脂シートの各々の前記金属層同士を溶着する工程と、前記金属層同士を溶着した後、二枚の前記樹脂シートに横から力を加えて未溶着の部分における各々の前記樹脂シートを上下に離し、当該部分を前記流路にする工程と、前記流路に作動液を封入する工程とを有する熱輸送デバイスの製造方法が提供される。

また、その開示の他の観点によれば、少なくとも一方が透明であって、熱膨張率が異なる二枚の樹脂シートの各々の表面に金属層を形成する工程と、二枚の前記樹脂シートを加熱しながら、前記樹脂シートの各々の金属層同士を密着させて、流路を形成する予定領域の縁における前記金属層に透明な前記樹脂シートを介してレーザを照射することにより、前記樹脂シートの各々の前記金属層同士を溶着する工程と、前記金属層同士を溶着した後、二枚の前記樹脂シートを冷ますことにより、該樹脂シートの各々を異なる収縮量で収縮させて未溶着の部分における各々の前記樹脂シートを上下に離し、当該部分を前記流路にする工程と、前記流路に作動液を封入する工程とを有する熱輸送デバイスの製造方法が提供される。

そして、その開示の別の観点によれば、少なくとも一方が透明であり、各々の表面に形成された金属層同士が流路の縁において溶着されて、未溶着の部分が上下に離間して前記流路とされた二枚の樹脂シートと、前記流路に封入された作動液とを有する熱輸送デバイスが提供される。

更に、その開示の更に別の観点によれば、電子部品と、前記電子部品に固着された熱輸送デバイスとを有し、前記熱輸送デバイスが、少なくとも一方が透明であり、各々の表面に形成された金属層同士が流路の縁において溶着されて、未溶着の部分が上下に離間して前記流路とされた二枚の樹脂シートと、前記流路に封入された作動液とを有する電子機器が提供される。

以下の開示によれば、二枚の樹脂シートの金属層同士を密着させながら、流路の縁の金属層同士をレーザで溶着し、更に各樹脂シートに横から力を加える。これにより、未溶着の部分の各樹脂シートが上下に離れて当該部分が流路となる。

図１は、本願発明者が検討した自励振動ヒートパイプの平面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、本願発明者が検討した自励振動ヒートパイプの製造途中の断面図（その１）である。 図３（ａ）、（ｂ）は、本願発明者が検討した自励振動ヒートパイプの製造途中の断面図（その２）である。 図４は、本願発明者が検討した自励振動ヒートパイプの製造途中の断面図（その３）である。 図５（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図（その１）である。 図６（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図（その２）である。 図７は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図（その３）である。 図８（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図（その４）である。 図９は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の平面図（その１）である。 図１０は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の平面図（その２）である。 図１１は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の平面図（その３）である。 図１２は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の平面図（その４）である。 図１３は、第１実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の平面図（その５）である。 図１４は、第２実施形態に係る熱輸送デバイスの平面図である。 図１５は、図１４のVI−VI線に沿う断面図である。 図１６（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図（その１）である。 図１７は、第３実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図（その２）である。 図１８は、第４実施形態に係る熱輸送デバイスの断面図である。 図１９は、二元共晶合金の主成分金属と添加金属の組み合わせと、その組み合わせで得られた二元共晶合金の融点の一例を示す図である。 図２０は、第５実施形態に係る電子機器の平面図である。

本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。

図１は、本願発明者が検討した自励振動ヒートパイプの平面図である。

この自励振動ヒートパイプ１は、加熱部４と冷却部５とを備えた樹脂シート２を有し、その樹脂シート２の内部に作動液用の流路３が形成される。

流路３は、加熱部４と冷却部５との間を何度も往復するように蛇行すると共に、加熱部４と冷却部５との間の領域では直線状に延びる。なお、加熱部４はCPU等の電子部品で加熱されるのに対し、冷却部５は大気に曝されて自然冷却される。

更に、流路３の内部は減圧されており、その約半分の容積に相当する不図示の作動液が流路３に封入される。その作動液としては例えばHFE(Hydro Fluoro Ethers)を使用し得る。

そして、このように減圧下の流路３に作動液を封入することでその作動液の沸点が低下し、CPU等の電子部品の温度が低い場合でも加熱部４において作動液を気化することができる。

なお、加熱部４側の流路３の端部には、製造時に流路３に作動液を注入するための第１の注入孔３ａと第２の注入孔３ｂとが設けられる。

このような構造によれば、加熱部４においては作動液が気化することで流路３内の圧力が上昇するのに対し、冷却部５においては作動液が液化することで流路３内の圧力が低下する。そして、このような圧力差によって加熱部４と冷却部５の間を作動液が自律的に往復するようになり、この作動液の動きによって加熱部４から冷却部５に熱を輸送することができる。

次に、この自励振動ヒートパイプの製造方法について説明する。

図２〜図４は、本願発明者が検討した自励振動ヒートパイプの製造途中の断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、PET（ポリエチレンテレフタレート）等を材料とする透明な第１の樹脂シート１１を用意し、その上に樹脂を材料とする第１のプライマ１２を塗布する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、プライマ１２の上に紫外線硬化樹脂の第１の塗膜１３を形成した後、金型１４の凹凸面１４ａを第１の塗膜１３に埋め込む。そして、この状態で第１の樹脂シート１１と第１のプライマ１２とを介して第１の塗膜１３に紫外線UVを照射することにより、第１の塗膜１３を硬化させる。

なお、その第１の塗膜１３と第１の樹脂シート１１との密着力は、前述の第１のプライマ１２によって高められる。

その後に、図３（ａ）に示すように、塗膜１３から金型１４を外すことにより、第１の塗膜１３に流路３の一部を形成する。

次に、図３（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。

まず、第２の樹脂シート１７、第２のプライマ１８、及び紫外線硬化樹脂の第２の塗膜１９をこの順に積層してなる積層体を用意し、その第２の塗膜１９を第１の塗膜１３に重ねる。

なお、第２の樹脂シート１７の材料としては、第１の樹脂シート１１と同様にPET等の透明な樹脂を使用し得る。また、第２のプライマ１８は、第２の樹脂シート１７と第２の塗膜１９との密着力を高める機能を有する。

そして、図４に示すように、第２の樹脂シート１７と第２のプライマ１８とを介して第２の塗膜１９に紫外線UVを照射して、第２の塗膜１９を硬化させる。これにより、第２の塗膜１９が第１の塗膜１３に固着されると共に、これらの塗膜１３、１９を含む樹脂シート２内に前述の流路３が確定される。

この後は、流路３内を減圧しながら、その流路３の容積の半分程度の作動液を流路に注入する。作動液の注入や流路３の減圧は、前述の第１の注入孔３ａ（図１参照）や第２の注入孔３ｂから行われ、注入後にこれらの注入孔３ａ、３ｂは紫外線硬化樹脂で塞がれる。

以上により、この熱輸送デバイス１の基本構造が完成する。

このような熱輸送デバイスの製造方法によれば、流路３の下側と上側を画定するのに紫外線硬化樹脂の塗膜１３、１９を使用しており、これらの塗膜１３、１９を形成したり硬化させたりする工程が必要であり、これにより工程数の増大を招いてしまう。

また、紫外線硬化樹脂で注入孔３ａ、３ｂを塞ぐ際に、未硬化の紫外線硬化樹脂が作動液に溶け出し、作動液が変質してしまうという問題もある。

更に、各注入孔３ａ、３ｂは、流路３（図４参照）と同様に断面視で矩形状であるため、紫外線硬化樹脂で塞ごうとしても矩形状の四隅から空気が入ってしまい、これにより流路３内の圧力が上昇して熱輸送性能が低下してしまう。

以下に、この例よりも製造工程を簡略化し得る各実施形態について説明する。

（第１実施形態）
本実施形態では、以下のように熱輸送デバイスとして自励振動ヒートパイプを製造する。

図５〜図８は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図であり、図９〜図１３はその平面図である。

まず、図５（ａ）に示すように、樹脂シート２１として厚さが約０．０５mmのPETシートを用意し、その上に金属層２２としてスズ層を低温蒸着法で２μm〜３μm程度の厚さに形成する。その低温蒸着法においては、樹脂シート２１の温度は２４０℃以下の低温とする。

蒸着時に樹脂シート２１が受ける熱ダメージを抑制するために、金属層２２の材料としては低融点金属を使用するのが好ましい。なお、本明細書における低融点金属は、融点が約３５０℃以下の金属を指す。

そのような低融点金属としては、前述のスズの他に、鉛、カドミウム、タリウム、ビスマス、インジウム、ナトリウム、及びカリウムがある。

なお、低温蒸着法に代えてめっき法により金属層２２を形成してもよい。

また、樹脂シート２１の材料は、非晶性樹脂や結晶性樹脂等の光学的に透明な材料であるのが好ましい。

このうち、非晶性樹脂としては、例えばPS（ポリスチレン）、LDPE（低密度ポリエチレン）、PC（ポリカーボネイト）、PMMA（ポリメタルリル酸メチル）、PAR（ポリアリレート）、PSF（ポリサルフォン）、PES（ポリエーテルサルフォン）等がある。

また、結晶性樹脂としては、例えば、PP・PE（ポリポロピレン・ポリエチレン）、PBT（ポリブチレンテレフタレート）、PET（ポリエチレンテレフタレート）、PA（ポリアミド）、POM（ポリアセタール）、PPS（ポリファニルサルファイド）等がある。

図９は、本工程を終了した後の樹脂シート２１の平面図である。

図９に示すように、樹脂シート２１は概略矩形状であって、後で流路が形成される予定領域Rを有する。

予定領域Rの幅W₁や、隣接する予定領域R同士の間隔W₂は特に限定されない。この例では幅W₁と間隔W₂の双方を約１mmとする。

また、樹脂シート２１の平面形状は概略矩形状であって、その端部には二つの突起片２１ａが設けられており、当該突起２１ａに予定領域Rが延在する。

樹脂シート２１の大きさは特に限定されず、この例では樹脂シート２１の長辺の長さを約１００mmとし、短辺の長さを約５０mmとする。

次に、図５（ｂ）に示す工程について説明する。

まず、上記のようにして金属層２２が形成された二枚の樹脂シート２１を積層し、それらの金属層２２同士が密着した状態で下側の樹脂シート２１をステージ１０１の上に載せる。

そして、上側の樹脂シート２１を透明な石英板１０２で押圧しながら、石英板１０２と上側の樹脂シート２１とを介して金属層２２にレーザLを照射する。本実施形態では、各樹脂シート２１の温度を室温（２５℃）に維持しつつ、大気中でレーザLの照射を行う。

前述のように樹脂シート２１は透明であるため、レーザLは樹脂シート２１において顕著に減衰することなしに金属層２２に到達する。なお、レーザLは上側の樹脂シート２１から照射するので、下側の樹脂シート２１は透明でなくてもよい。

また、レーザLを照射する部分は、流路を形成する予定領域Rの縁とする。更に、使用するレーザとしては例えばYEGレーザがある。

これにより、レーザLが照射された部分においては、上下の金属層２２同士が溶着してなる溶着部２２ｘが形成される。

特に、本実施形態では金属層２２の材料として低融点金属を採用するため、レーザLで金属層２２を溶融させるのに要する温度を低くでき、樹脂シート２１が受ける熱ダメージを低減できる。

なお、レーザLによって金属層２２を効率的に加熱するには、透明な樹脂シート２１においてレーザLが減衰するのを防止するのが好ましく、そのためには樹脂シート２１の材料としてその全光線透過率がなるべく高いものを使用するのが好ましい。例えば、PETのように全光線透過率が８６％〜８９％程度の材料で樹脂シート２１を形成すれば、金属層２２に到達するまでの間にレーザLが樹脂シート２１内で大きく減衰することはない。

更に、金属層２２の反射率が高いと、レーザLが金属層２２に吸収され難くなるため金属層２２を加熱するのが難しくなる。レーザLで金属層２２を効率的に加熱するには、レーザLの吸収率が４０％以上となるような低融点金属で金属層２２を形成するのが好ましい。

なお、金属層２２の吸収率はその表面状態にも依存する。次の表１は、波長が約１μmのYAGレーザの吸収率が４０％以上となるような表面状態の低融点金属の一例である。

また、金属層２２がレーザLを吸収し易くするために、樹脂シート２１との界面における金属層２２の表面を粗化してもよい。粗化に代えて、金属層２２の表面を着色したり酸化したりしても、レーザLが金属層２２に吸収され易くなる。

図１０は、本工程を終了した後の樹脂シート２１の平面図であり、前述の図５（ｂ）は図１０のI−I線に沿う断面図に相当する。

図１０に示すように、本実施形態では、予定領域Rの縁に沿ってレーザLを走査することにより、当該領域Rの縁に沿って溶着部２２ｘを線状に形成する。

次に、図６（ａ）に示す工程について説明する。

まず、上下の樹脂シート２１の上下に治具１０３を配し、予定領域Rの横における各樹脂シート２１をその治具１０３で押さえる。治具１０３の材料は特に限定されず、樹脂や金属で治具１０３を形成し得る。

そして、この状態で各樹脂シート２１に横から力Fを加えて未溶着の部分におけるそれぞれの樹脂シート２１を上下に離し、当該部分を流路２５とする。なお、力Fを加えるには、例えば専用の治具で樹脂シート２１を横から押せばよい。

このとき、治具１０３で各樹脂シート２１を押さえているため、力Fによって樹脂シート２１の全体が撓むのが防止され、作業性が向上する。

なお、作業性が問題にならない場合には治具１０３を用いなくてもよい。

また、力Fの大きさは特に限定されないが、各樹脂シート２１が座屈して確実に流路２５が形成される程度の大きさの力Fを加えるのが好ましい。そのような力Fの大きさは、次の式（１）から算出し得る。

式（１）は、１枚の樹脂シート２１を座屈させるのに要する最低限の応力σを求める式である。以下ではその応力σを座屈応力と呼ぶ。

式（１）において、Eは樹脂シート２１のヤング率であり、tは樹脂シート２１の厚さである。また、vは樹脂シート２１のポアソン比であり、ａは予定領域Rの幅である。

例えば、ポリカーボネイトについての上記の各物性値はそれぞれE=２４．５Pa、v=０．３９である。厚さtを０．０５mm、幅aを１mmとした場合、ポリカーボネイト性の樹脂シート２１の座屈応力は５．９×１０⁴Paとなり、これに対応する力Fの大きさは０．６０kg重となる。

図１１は、本工程で形成された流路２５の平面図であり、前述の図６（ａ）の流路の２５断面図は図１１のII−II線に沿う断面図に相当する。

図１１に示すように、流路２５は、互いに平行な複数の直線部２５ａと、各直線部２５ａの端部に設けられたU字形状のターン部２５ｂとを有する。

前述の力Fは、直線部２５ａにおいて二枚の樹脂シート２１を上下に離し易くするために、直線部２５ａの延在方向D₁に垂直な方向D₂から加えるのが好ましい。

なお、ターン部２５ｂにおいては力Fが作用し難く樹脂シート２１同士が離れにくくなるおそれがある。よって、ターン部２５ｂにおける流路２５の幅bを、直線部２５ａにおける流路２５の幅aよりも広くすることで、ターン部２５ｂにおいて上下の樹脂シート２１同士を離れ易くするのが好ましい。

次に、図６（ｂ）に示すように、治具１０３で各樹脂シート２１を押さえつつ、炉の中で各樹脂シート２１を１３０℃〜１４０℃程度にアニールする。これにより、各樹脂シート２１が加熱により軟化するため、樹脂シート２１が元のフラットな形状に戻り難くなり、流路２５が潰れるのを防止できる。

なお、樹脂シート２１の形が元に戻らないようにするには、本工程における加熱温度を樹脂シート２１の熱変形温度以上とするのが好ましい。その熱変形温度を定める標準的な試験法としてはASTM D648やJIS 7191がある。

そして、１０４分〜１１６分程度の時間だけ樹脂シート２１を加熱した後、室温（約２５℃）にまで樹脂シート２１を冷ます。なお、樹脂シート２１の加熱時間はこれに限定されず、加熱の昇温速度に応じて適宜設定し得る。

その後に、図７に示すように、各樹脂シート２１から治具１０３を外す。

このとき、上記のように樹脂シート２１をアニールしたため、治具１０３を外しても樹脂シート２１は元の形状に戻り難くなり、流路２５が潰れるのを防止できる。

更に、樹脂シート２１の外表面２１ｂは、流路２５に対応して畝状に盛り上がった状態となる。

図１２は、本工程を終了した後の樹脂シート２１の平面図であり、前述の図７は図１２のIII−III線に沿う断面図に相当する。

図１２に示すように、流路２５の端部２５ｚは前述の突起片２１ａに位置しており、その端部２５ｚにおいて流路２２は大気に解放された状態となっている。

この後は、その端部２５ｚから流路２５に作動液を封入する工程に移る。

その工程において、図８（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

なお、図８（ａ）、（ｂ）においては、図１２のIV-IV線に沿う第１断面Aと、図１２のV-V線に沿う第２断面Bとを併記する。

まず、図８（ａ）に示すように、不図示の真空ポンプを端部２５ｚに接続し、その真空ポンプで流路２５内を減圧する。

次いで、不図示の注射器等を用いて端部２５ｚから流路２５内に作動液Cを注入する。作動液Cの種類は特に限定されないが、オゾン破壊係数がゼロで地球温暖化係数も低いHFE等の環境に優しい液を作動液Cとして使用するのが好ましい。

また、作動液Cの注入量は、流路２５の全体積の約半分程度とする。

次に、図８（ｂ）に示すように、治具１０７を用いて端部２５ｚを上下から潰し、上下の金属層２２同士を密着させる。

そして、この状態を維持しつつ、端部２５ｚにおける金属層２２に樹脂シート２１を介してレーザLを照射することにより、端部２５ｚにおける上下の金属層２２同士を溶着する。

なお、本工程で使用するレーザLとしては、図５（ｂ）の工程と同様にYAGレーザがある。

これにより、レーザLが照射された部分においては、上下の金属層２２同士が溶着してなる溶着部２２ｘが形成される。

また、各樹脂シート２１は元々はフラットな形状であったため、このように端部２５ｚを潰すと、各金属層２２が元のフラットな状態に戻って互いに良好に密着する。これにより、各金属層２２同士を隙間なく溶着することができると共に、溶着時に外部から流路２５に空気が入り難くなり、空気に起因して流路２５の内部の圧力が上昇するのを防止できる。

更に、紫外線硬化樹脂等の樹脂で端部２５ｚを塞ぐ場合には未硬化の樹脂との接触で作動液Cが変質してしまうが、本実施形態では樹脂を使用せずに端部２５ｚを塞ぐので、作動液Cが変質するおそれもない。

図１３は、本工程を終了した後の樹脂シート２１の平面図である。

図１３の点線円内に示すように、本実施形態では端部２５ｚの全幅にわたって溶着部２２ｘが形成され、これにより流路２５内が気密にされる。

なお、上記のようにして作動液Cを注入する際は、二つの端部２５ｚのうちの一方を空気穴として使用しながら他方の端部２５ｚから作動液Cを注入すればよく、注入後に二つの端部２５ｚは上記のように塞がれる。

以上により、本実施形態に係る熱輸送デバイス２０の基本構造が完成する。

その熱輸送デバイス２０の両端にはそれぞれ加熱部２８と冷却部２９とが設けられる。これらのうち、加熱部２８にはCPU等の電子部品が熱的に接続され、冷却部２９は大気に曝されて自然冷却される。

そして、加熱部２８と冷却部２９との間を何度も往復するように流路２５が設けられており、その流路２５内の作動液によって加熱部２８から冷却部２９に熱を移動することができる。

更に、その熱輸送デバイス２０は、各樹脂シート２１の厚さが約０．０５mmと薄いために可撓性を有しており、スマートフォン等の電子機器の狭い空間内に熱輸送デバイス２０を折り曲げて収納することができる。

上記した本実施形態によれば、レーザで各樹脂シート２１を溶着した後に、樹脂シート２１に横から力を加えて未溶着部分の各樹脂シート２１を上下に離すことで簡単に流路２５を形成できる。そのため、図２〜図４の例のように紫外線硬化樹脂の塗布や紫外線の照射を行う必要がなく、熱輸送デバイスの製造工程を簡略化することができる。

しかも、流路２５の内部が上下の金属層２２により気密にされるので、流路２５に大気が浸入し難くなり、流路２５内の大気が原因で作動液Cの気化が阻害されるのを防止できる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、図６（ｂ）の工程で樹脂シート２１をアニールすることにより、樹脂シート２１が元のフラットな状態に戻るのを防止した。本実施形態では、これとは別の方法を用いて樹脂シート２１の形状が元に戻るのを防止する。

図１４は、本実施形態に係る熱輸送デバイス４０の平面図である。

なお、図１４において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１４に示すように、本実施形態では、樹脂シート２１の外周に弾性体リング４１を嵌め、その弾性体リング４１の収縮力Fを樹脂シート２１に横から加える。弾性体リング４１の材料は、収縮力Fを発揮する弾性体であれば特に限定されず、例えば合成ゴム等を弾性体リング４１の材料として使用し得る。

図１５は、図１４のVI−VI線に沿う断面図である。

上記のように収縮力Fが樹脂シート２１の横から加わることで、溶着部２２ｘが形成されていない部分の各樹脂シート２１が上下に離れ、当該部分に流路２５を形成することができる。

上記した本実施形態によれば、弾性体リング４１を嵌めている限り収縮力Fが樹脂シート２１に作用し続けるため、樹脂シート２１が元のフラットな形状に戻らず、流路２５が潰れない。そのため、樹脂シート２１が元のフラットな状態に戻るのを防止する目的で樹脂シート２１をアニールする必要がなくなり、熱輸送デバイス４０の製造工程を簡略化することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態や第２実施形態では流路２５を形成するために各樹脂シート２１に力Fを加えたが、本実施形態では以下のようにして力Fを不要とする。

図１６〜図１７は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの製造途中の断面図である。

なお、図１６〜図１７において、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

まず、第１実施形態の図５（ａ）と同じ工程を行うことにより、図１６（ａ）に示すように二枚の樹脂シート２１の各々の表面に金属層２２としてスズ層を形成する。

但し、本実施形態では二枚の樹脂シート２１の各々を熱膨張率が異なる材料から形成する。以下では熱膨張率として線膨張係数を採用する。

例えば、二枚の樹脂シート２１のうち上側の樹脂シート２１として厚さが約０．０５mmで線膨張係数が６６ppm℃^-1のPCシートを使用し、下側の樹脂シート２１として厚さが約０．０５mmで線膨張係数が２０ppm℃^-1のPETシートを使用する。

なお、上側のPCシートのヤング率は２４．５MPaであり、ポアソン比は０．３９である。一方、下側のPETシートのヤング率は３０．０MPaであり、ポアソン比は０．４０である。

次に、図１６（ｂ）に示すように、金属層２２同士が密着した状態で下側の樹脂シート２１をステージ１０１の上に載せ、更に上側の樹脂シート２１を透明な石英板１０２で押圧する。

そして、この状態で各樹脂シート２１を不図示の恒温槽の中に入れることにより、各樹脂シート２１を室温（２５℃）よりもΔTだけ高い温度に加熱する。

このように加熱することで各樹脂シート２１は熱膨張することになるが、その熱膨張により各樹脂シート２１が伸長しきるまで加熱を続ける。

その後、石英板１０２と上側の樹脂シート２１とを介して金属層２２にレーザLを照射することにより、上下の金属層２２同士を溶着させて溶着部２２ｘを形成する。

なお、第１実施形態と同様に、レーザLを照射する部分は流路を形成する予定領域Rの縁であり、使用するレーザは例えばYEGレーザである。

続いて、図１７に示すように、二枚の樹脂シート２１を炉から取り出し、それらを室温（２５℃）にまで冷ます。冷まし方は特に限定されず、例えば各樹脂シート２１を大気中で自然冷却してもよいし、冷風等により各樹脂シート２１を強制的に冷却してもよい。

ここで、各樹脂シート２１の熱膨張率は前述のように異なるため、本工程では各樹脂シート２１が異なる収縮量Δk₁、Δk₂で収縮する。

この例では上側の樹脂シート２１の熱膨張率が下側の樹脂シート２１のそれよりも大きいため、上側の樹脂シート２１の収縮量Δk₁は下側の樹脂シート２１の収縮量Δk₂よりも大きくなる。

各樹脂シート２１は溶着部２２ｘにおいて互いに留められているため、各収縮量Δk₁、Δk₂の相違を吸収するために上側の樹脂シート２１には引っ張り応力が加わるのに対し、下側の樹脂シート２１には圧縮応力が加わる。そして、これらの応力の違いに起因して下側の樹脂シート２１に弛みができ、それにより未溶着の部分における各樹脂シート２１が上下に離れて当該部分に流路２５ができる。

なお、樹脂シート２１の弛みは、加熱状態にあった樹脂シート２１が室温にまで冷却されるときの温度差ΔTが大きいほど大きくなる。

特に、冷却途中で下側の樹脂シート２１にその座屈応力を超えた圧縮応力が加わる程度に温度差ΔTを大きくすると、冷却の際に下側の樹脂シート２１が座屈して大きな流路２５を形成することができる。以下にそのような温度差ΔTについて試算する。試算に際しては、以下の各樹脂シート２１のヤング率の差ΔE、線膨張係数の差Δα、下側の樹脂シート２１の座屈応力σを使用する。
・ΔE＝３０．０MPa−２４．５Mpa＝５．５×１０⁶Pa
・Δα＝６６ppm−２０ppm・℃^-1＝４６×１０^-16℃^-1
・σ＝５．２×１０⁴Pa
下側の樹脂シート２１が座屈する場合にはΔT×ΔE×Δα＝σという式が成り立ち、この式に上記の各パラメータを代入すると、ΔT＝２．１℃となる。

この後は、第１実施形態の図８（ａ）、（ｂ）と同じ工程を行うことにより流路２５に作動液を封入し、本実施形態に係る熱輸送デバイス５０の基本構造を完成させる。

以上説明した本実施形態によれば、各樹脂シート２１の熱膨張率が異なるため、各樹脂シート２１を冷ますことで図１７のように各樹脂シート２１が異なる収縮量Δk₁、Δk₂で収縮して、流路２５が自然に出来上がる。そのため、第１実施形態とは異なり、流路２５を形成するために各樹脂シート２１に横から力を加える必要がなく、工程数の簡略化が図られる。

（第４実施形態）
図１８は、本実施形態に係る熱輸送デバイス６０の断面図である。なお、図１８において、第１〜第３実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

この熱輸送デバイス６０は、第１〜第３実施形態と同様に樹脂シート２１を積層してなる自励振動ヒートパイプである。

但し、本実施形態では、第１〜第３実施形態とは異なり、上下の樹脂シート２１の各々の金属層２２の材料として異なるものを使用する。

金属層２２の材料は、スズ、鉛、カドミウム、タリウム、ビスマス、インジウム、ナトリウム、及びカリウム等の低融点金属であって、これらから任意に選択した二つの金属のうちの一方を上側の金属層２２の材料とし、他方を下側の金属層２２の材料とし得る。

また、上下の金属層２２の一方を前述の低融点金属とし、他方を低融点金属以外の金属としてもよい。そのような低融点金属以外の金属としては、例えば、アンチモン、亜鉛、マグネシウム、及び金等がある。

このように異種の材料で各金属層２２を形成すると、これらの金属層２２の融点よりも低い温度で各金属層２２同士の合金化が進む。そのため、各金属層２２として同一の材料を用いる場合と比較して、レーザLによる金属層２２の加熱温度を低くしても各金属層２２に溶着部２２ｘを形成することができ、金属層２２の周囲の樹脂シート２１が受ける熱的なダメージを緩和できる。

なお、本実施形態において形成される溶着部２２ｘの材料は、各金属層２２の材料からなる二元共晶合金となる。

図１９は、二元共晶合金の主成分金属と添加金属の組み合わせと、その組み合わせで得られた二元共晶合金の融点の一例を示す図である。

以上説明した本実施形態によれば、上下の金属層２２を異なる材料から形成したため、各金属層２２の材料が同一の場合よりレーザによる加熱温度を低くしても各金属層２２を溶着できる。

（第５実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に係る熱輸送デバイス２０を備えた電子機器について説明する。

図２０は、本実施形態に係る電子機器７０の平面図である。

なお、図２０において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

この電子機器７０は、スマートフォン等のモバイル機器であって、筐体７１とその中に収容された熱輸送デバイス２０とを有する。

筐体７１の内部にはCPU等の電子部品７２が収容されており、その電子部品７２が熱輸送デバイス２０の加熱部２８に固着される。一方、熱輸送デバイス２０の冷却部２９は空冷方式により冷却される。

このような電子機器３０によれば、第１実施形態のように製造工程が簡略化された熱輸送デバイス７０によりコストダウンを図ることができる。

なお、上記では第１実施形態に係る熱輸送デバイス２０を備えた電子機器７０について説明したが、第２〜第４実施形態に係る熱輸送デバイスを電子機器７０に設けてもよい。

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１） 少なくとも一方が透明な二枚の樹脂シートの各々の表面に金属層を形成する工程と、
二枚の前記樹脂シートの各々の金属層同士を密着させながら、流路を形成する予定領域の縁における前記金属層に透明な前記樹脂シートを介してレーザを照射することにより、前記樹脂シートの各々の前記金属層同士を溶着する工程と、
前記金属層同士を溶着した後、二枚の前記樹脂シートに横から力を加えて未溶着の部分における各々の前記樹脂シートを上下に離し、当該部分を前記流路にする工程と、
前記流路に作動液を封入する工程と、
を有することを特徴とする熱輸送デバイスの製造方法。

（付記２） 前記未溶着の部分を前記流路にする工程の後、二枚の前記樹脂シートの各々を加熱する工程を更に有することを特徴とする付記１に記載の熱輸送デバイスの製造方法。

（付記３） 前記未溶着の部分を前記流路にする工程は、前記樹脂シートの外周に弾性体リングを嵌め、該弾性体リングの収縮力を二枚の前記樹脂シートに横から加えることにより行われることを特徴とする付記１に記載の熱輸送デバイスの製造方法。

（付記４） 前記未溶着の部分を前記流路にする工程は、前記流路の横における二枚の前記樹脂シートを上下から押さえながら行われることを特徴とする付記１に記載の熱輸送デバイスの製造方法。

（付記５） 少なくとも一方が透明であって、熱膨張率が異なる二枚の樹脂シートの各々の表面に金属層を形成する工程と、
二枚の前記樹脂シートを加熱しながら、前記樹脂シートの各々の金属層同士を密着させて、流路を形成する予定領域の縁における前記金属層に透明な前記樹脂シートを介してレーザを照射することにより、前記樹脂シートの各々の前記金属層同士を溶着する工程と、
前記金属層同士を溶着した後、二枚の前記樹脂シートを冷ますことにより、該樹脂シートの各々を異なる収縮量で収縮させて未溶着の部分における各々の前記樹脂シートを上下に離し、当該部分を前記流路にする工程と、
前記流路に作動液を封入する工程と、
を有することを特徴とする熱輸送デバイスの製造方法。

（付記６） 前記流路は、前記力の方向に垂直な方向に延びる直線部と、前記直線部の端部に設けられたターン部とを有し、
前記ターン部における前記流路の幅が、前記直線部における前記流路の幅よりも広いことを特徴とする付記１乃至付記５のいずれかに記載の熱輸送デバイスの製造方法。

（付記７） 前記流路に作動液を封入する工程は、
前記流路内を減圧する工程と、
前記流路の端部から前記流路内に前記作動液を注入する工程と、
前記作動液を注入する工程の後、前記端部を上下から潰しながら、前記端部における前記金属層に透明な前記樹脂シートを介してレーザを照射することにより、前記端部における前記金属層同士を溶着する工程とを有することを特徴とする付記１乃至付記６のいずれかに記載の熱輸送デバイスの製造方法。

（付記８） 前記金属層の材料は低融点金属であることを特徴とする付記１乃至付記７のいずれかに記載の熱輸送デバイスの製造方法。

（付記９） 二枚の前記樹脂シートのうち、一方の前記樹脂シートに形成された前記金属層と、他方の前記樹脂シートに形成された金属層とは材料が異なることを特徴とする付記１乃至付記８のいずれかに記載の熱輸送デバイスの製造方法。

（付記１０） 少なくとも一方が透明であり、各々の表面に形成された金属層同士が流路の縁において溶着されて、未溶着の部分が上下に離間して前記流路とされた二枚の樹脂シートと、
前記流路に封入された作動液と、
を有することを特徴とする熱輸送デバイス。

（付記１１） 前記樹脂シートの外表面が、前記流路に対応して畝状に盛り上がっていることを特徴とする付記１０に記載の熱輸送デバイス。

（付記１２） 電子部品と、
前記電子部品に固着された熱輸送デバイスとを有し、
前記熱輸送デバイスが、
少なくとも一方が透明であり、各々の表面に形成された金属層同士が流路の縁において溶着されて、未溶着の部分が上下に離間して前記流路とされた二枚の樹脂シートと、
前記流路に封入された作動液と、
を有することを特徴とする電子機器。

１…自励振動ヒートパイプ、２…樹脂シート、３…流路、３ａ、３ｂ…第１及び第２の注入孔、４、２８…加熱部、５、２９…冷却部、１１…第１の樹脂シート、１２…第１のプライマ、１３…第１の塗膜、１４…金型、１４ａ…凹凸面、１７…第２の樹脂シート、１８…第２のプライマ、１９…第２の塗膜、２０、４０、５０、６０…熱輸送デバイス、２１…樹脂シート、２１ａ…突起片、２１ｂ…外表面、２２…金属層、２２ｘ…溶着部、２５…流路、２５ａ…直線部、２５ｂ…ターン部、２５ｚ…端部、４１…弾性体リング、７０…電子機器、７１…筐体、７２…電子部品、１０１…ステージ、１０２…石英板、１０３…治具、L…レーザ。

Claims (7)

1. 少なくとも一方が透明な二枚の樹脂シートの各々の表面に金属層を形成する工程と、
   二枚の前記樹脂シートの各々の金属層同士を密着させながら、流路を形成する予定領域の縁における前記金属層に透明な前記樹脂シートを介してレーザを照射することにより、前記樹脂シートの各々の前記金属層同士を溶着する工程と、
   前記金属層同士を溶着した後、二枚の前記樹脂シートに横から力を加えて未溶着の部分における各々の前記樹脂シートを上下に離し、当該部分を前記流路にする工程と、
   前記流路に作動液を封入する工程と、
   を有することを特徴とする熱輸送デバイスの製造方法。
2. 前記未溶着の部分を前記流路にする工程の後、二枚の前記樹脂シートの各々を加熱する工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の熱輸送デバイスの製造方法。
3. 前記未溶着の部分を前記流路にする工程は、前記流路の横における二枚の前記樹脂シートを上下から押さえながら行われることを特徴とする請求項１に記載の熱輸送デバイスの製造方法。
4. 少なくとも一方が透明であって、熱膨張率が異なる二枚の樹脂シートの各々の表面に金属層を形成する工程と、
   二枚の前記樹脂シートを加熱しながら、前記樹脂シートの各々の金属層同士を密着させて、流路を形成する予定領域の縁における前記金属層に透明な前記樹脂シートを介してレーザを照射することにより、前記樹脂シートの各々の前記金属層同士を溶着する工程と、
   前記金属層同士を溶着した後、二枚の前記樹脂シートを冷ますことにより、該樹脂シートの各々を異なる収縮量で収縮させて未溶着の部分における各々の前記樹脂シートを上下に離し、当該部分を前記流路にする工程と、
   前記流路に作動液を封入する工程と、
   を有することを特徴とする熱輸送デバイスの製造方法。
5. 前記流路は、前記力の方向に垂直な方向に延びる直線部と、前記直線部の端部に設けられたターン部とを有し、
   前記ターン部における前記流路の幅が、前記直線部における前記流路の幅よりも広いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱輸送デバイスの製造方法。
6. 少なくとも一方が透明であり、各々の表面に形成された金属層同士が流路の縁において溶着されて、未溶着の部分が上下に離間して前記流路とされた二枚の樹脂シートと、
   前記流路に封入された作動液と、
   を有することを特徴とする熱輸送デバイス。
7. 電子部品と、
   前記電子部品に固着された熱輸送デバイスとを有し、
   前記熱輸送デバイスが、
   少なくとも一方が透明であり、各々の表面に形成された金属層同士が流路の縁において溶着されて、未溶着の部分が上下に離間して前記流路とされた二枚の樹脂シートと、
   前記流路に封入された作動液と、
   を有することを特徴とする電子機器。
   

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