JP2016142416A - ループヒートパイプ及びループヒートパイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動作開始直後に蒸発器内に圧力分布が生じることが無く、蒸気の排出、移動を均一に行える簡素なループヒートパイプを提供する。【解決手段】作動流体を気化させる蒸発器４３、作動流体を液化する凝縮器４４、気化した作動流体を凝縮器４４に流入させる蒸気管４５及び液化した作動流体を蒸発器４３に流入させる液管４６を備えるループヒートパイプ４０であり、ループヒートパイプ４０が、流路を備えた少なくとも２枚の薄板４１，４２が積層されることによって形成され、蒸発器４３の内部には、毛細管力を発生する櫛歯状のウィック４９が、その歯が蒸気管４５側に延伸するように設けられ、ウィック４９の、隣接する歯の間の空間の各個は、歯を横切る溝によって連通されている。【選択図】図９

Description

本出願はループヒートパイプ及びループヒートパイプの製造方法に関する。

近年、携帯型通信端末としてスマートフォンやタブレットなどの小型、薄型のモバイル機器が普及している。携帯型通信端末には多くの集積回路が使用されており、これらの集積回路は動作時に発熱する発熱部品である。このような携帯型通信端末では、シート状の板部材（シート材）によって、発熱部品が発生した熱を移動することにより、発熱部品による熱で装置温度が局部的に上昇するのを防止している。本用途のシート材は主に金属板と熱拡散シートがある。金属板には銅、アルミ、マグネシウム合金などの熱伝導率が比較的大きな材料、およびそれらを積層した薄板が使用されているが、それらの熱移動の能力は材料の物性値（熱伝導率）によって決まる。例えば、熱拡散シートに使用されるグラファイトシートは、熱伝導率が５００〜１５００Ｗ/ｍＫが一般的であり、このような熱伝導を利用した熱拡散技術は、材料の熱伝導率の制約を受けるため、将来のモバイル機器の高発熱化に対応できなくなる虞がある。

電子機器において、一層大きな熱量を効率的に移動させたり、拡散させるために、気液二相流による潜熱輸送を用いた熱移動デバイスであるヒートパイプが使用される。ヒートパイプの構造は、特許文献１や特許文献２に示されている。直径３〜４ｍｍのヒートパイプでは、熱伝導率に換算すると１５００〜２５００Ｗ/ｍＫに相当する熱移動の能力を持ち、シート状の熱伝導材料を凌駕できるが、厚み（パイプ直径）が必要であることが実装上の課題となり、モバイル機器への適用は進んでいない。そこで、従来のヒートパイプを偏平に潰すことが提案されているが、偏平にすることでパイプ（熱輸送管）内での流体の流動が阻害され、熱移動の能力が低下し、その実効的な熱伝導率は５００〜１０００Ｗ/ｍＫ程度にまで低下する。

このため、一般のヒートパイプと比較して、効率的な熱輸送が可能であるループ型のヒートパイプ（以後単にループヒートパイプと言う）を、電子機器における熱移動に使用することが提案されている。ループヒートパイプは、気相と液相の流路が独立して一方通行になるため流動抵抗を小さくすることができる。

図１はループヒートパイプ１０の構造の一例を示すものである。ループヒートパイプ１０には、蒸発器１、凝縮器２、蒸気管３及び液管４がある。蒸気管３と液管４はそれぞれ蒸発器１と凝縮器２とをループ状に連結するように、蒸発器１と凝縮器２の間に配置される。ループヒートパイプ１０の内部には作動流体が一定圧力で封入されていて、蒸発器１は電子機器内の発熱部品５に取り付けられる。作動流体は、発熱部品５から蒸発器１に供給される熱で液相から気相へと変化して蒸気になり、熱を伴って蒸気管３を通って凝縮器２に移動する。凝縮器２に入った作動流体の蒸気は、凝縮器２における放熱によって冷却され、気相から液相へ変化して液体となり、液管４を通って蒸発器１に戻る。

蒸発器１の内部には、微細孔をもつウィックと呼ばれる部材が収納されており、ウィックに作動流体が浸透する際に、微細孔において毛細管力が発生し、これがポンピング力となって作動流体が移動する。以後、蒸発器１において、作動流体を移動させるポンピング力を備えるものをウィックという。蒸発器１が発熱部品５の熱によって加熱されると、ウィック内に浸透した液相の作動流体が、ウィック表面で蒸発して気相の作動流体が発生する。この蒸発器１内における相変化に素子の熱が使われるので、発熱部品５の熱が奪われることになる。蒸発器１で発生した気相の作動流体（蒸気）は蒸気管３を通り凝縮器２へ移動し、凝縮器２で液相の作動流体に変化する。このように作動流体の循環が繰り返されることで、発熱部品５の熱移動が連続して行われる。

ループヒートパイプ１０においては、蒸発器１における受熱によって発生した気相の作動流体（蒸気）が、蒸気管３を通過して凝縮管２へと至る。このとき、液管４側から蒸発器１にかけては、理想的には液相の作動流体（作動液と記すこともある）が存在し、蒸発器１内のウィックには作動液が浸透している状態である。ウィックの細孔内に毛細管力が働くことで、蒸発器１から液管４の方向への蒸気の逆流を防いでおり、ウィックは逆止弁として作用している。

図２（ａ）は、モバイル機器５０に内蔵される回路基板７に集積回路のような発熱部品５が実装されている場合に、モバイル機器５０に内蔵されるループヒートパイプ１０の構造を示すものである。また、図２（ｂ）は回路基板７に実装された発熱部品５の上に取り付けられたループヒートパイプ１０を備えるモバイル機器５０を平面視したものである。ループヒートパイプ１０は、図１でも説明したように、発熱部品５の上に置かれる蒸発器１、凝縮器２、蒸気管３、液管４及び凝縮器２の部分に設けられた熱拡散プレート６を備えている。発熱部品５で発生した熱は、モバイル機器５０内の比較的低温の領域にループヒートパイプ１０を用いて輸送し、凝縮器２に設けられた熱拡散プレート６によって熱拡散される。

モバイル機器５０にループヒートパイプ１０を導入する場合は、ループヒートパイプ１０の薄型化が必須である。これまでのように、蒸発器１、凝縮器２、蒸気管３及び液管４を個別に製造し、それらを溶接などで接続すると薄型化を実現することが難しくなる。そこで、比較技術として図３に示されるような、蒸発器１、凝縮器２、蒸気管３及び液管４を、薄板３４Ａ〜３４Ｆを積層することにより形成した薄型のループヒートパイプ２０が考えられる。

薄板３４Ａ〜３４Ｆは、薄板３４Ａ，３４Ｆが図４（ａ）に示すように流路のない平板であり、薄板３４Ｂ〜３４Ｅが図４（ｂ）に示すように、開口３４ｚが設けられた孔開き板である。開口３４ｚは重ね合わされると流路になる。また、薄板３４Ａ〜３４Ｆを重ね合わせた時の、図４のＡ−Ａ線における断面が図５（ａ）に示され、図４のＢ−Ｂ線における断面が図５（ｂ）に示されている。図４、図５において、３４ａは孔、３４ｃは注入口、３４ｖは天井面、３４ｗは底面、３４ｘは管壁、３４ｙはブリッジを示している。孔３４ａはウエットエッチングによって開けることができ、薄板３４Ａ〜３４Ｆの孔３４ａの上下方向の位置は、図６に示すように一致していない。

薄板３４Ａ〜３４Ｆを重ね合わせてループヒートパイプ２０を形成すると、図４に符号２３で示す部分が蒸発器、符号２４で示す部分が凝縮器、符号２５で示す部分が蒸気管、符号２６で示す部分が液管となる。そして、薄板３４Ｂ〜３４Ｅの蒸気管２５の部分には中央部に柱部３５が設けられており、液管２６の部分と蒸発器２３の部分には多孔質体３６が設けられており、多孔質体３６の部分に孔３４ａが形成されている。薄板３４Ｂ〜３４Ｅの上下方向における孔３４ａの位置は異なっており、孔３４ａによって多孔質体３６に３次元マイクロチャネル構造が形成され、孔３４ａにより流体駆動のための毛細管力が発生する。

マイクロチャネル構造には、作動流体の蒸発面積を拡大する機能がある。そして、蒸発器２３の部分で蒸気となった作動液を蒸気管２５側に排出するために、蒸発器２３の部分には図７（ａ）に示すように、多孔質体３６に溝形状の通路（グルーブ）Ｇ１〜Ｇ６が設けられている。多孔質体３６にグルーブＧ１〜Ｇ６が設けられた蒸発器２３では、図７（ｂ）に示すように、液管側から流入する作動液は、グルーブＧ１〜Ｇ６を有する3次元マイクロチャネル構造の多孔質体３６に内部に染み込む。多孔質体３６に染み込んだ作動液は、蒸発器２３に隣接配置された図示を省略した熱源からの熱により蒸発して気体になり、グルーブＧ１〜Ｇ６を通って蒸気管へと流れる。

特開２００３−１８５３６９号公報 特開平１０−３０６９８９号公報

ところが、以上のような構造を備える比較技術のループヒートパイプ２０では、ループヒートパイプ２０の動作開始直後に、図８（ａ）から（ｃ）に示す蒸発器２３の赤外線サーモグラフィ画像のように、蒸発器２３内に温度分布が生じてしまう。図８（ａ）から（ｃ）における白い部分が高温を示し、黒い部分がそれよりも低温であることを示している。そして、生じた温度分布によって蒸発器２３に圧力分布が生じ、蒸発器２３からの蒸気の排出、移動が不均一になると共に、不均一な温度分布によって発熱体（ＬＳＩ素子）にホットスポットが発生する問題がある。

このように、ループヒートパイプ２０の動作開始直後に上記構造の蒸発器２３の内部に温度分布ができる理由について検討した結果を以下に記す。発熱源から蒸発器２３への熱入力の直後には、薄板３４（銅製）の熱伝導によって、蒸発器２３全体が暖められ、蒸発器２３内の作動液が蒸発を始め、グルーブＧ１〜Ｇ６に流出する。蒸気がグルーブＧ１〜Ｇ６を蒸気管に向かって流れると熱が奪われ、周囲よりも低温に(黒く)なる。ところが、前述のマイクロチャネル構造では、蒸発を始めた作動液は、グルーブＧ１〜Ｇ６に対して均一に流出せずに、グルーブＧ１、グルーブＧ３、グルーブＧ２、グルーブＧ５、グルーブＧ４及びグルーブＧ６の順に流出することが分かった。そして、マイクロチャネル構造におけるグルーブＧ１〜Ｇ６への蒸気流出の時間差（順番）は、蒸発器２３内での作動液の蒸発に伴う圧力変動に起因していることが判明した。

１つの側面では、本出願は、構造が簡素で、且つループヒートパイプの動作開始直後に蒸発器内に圧力分布が生じることが無く、蒸気の排出、移動を均一に行えるループヒートパイプを提供することを目的とする。他の側面では、構造が簡素で、且つループヒートパイプの動作開始直後に蒸発器内に圧力分布が生じることが無く、蒸気の排出、移動を均一に行えるループヒートパイプの製造方法を提供することを目的とする。

１つの形態によれば、作動流体を気化させる蒸発器、作動流体を液化する凝縮器、気化した作動流体を凝縮器に流入させる蒸気管及び液化した作動流体を蒸発器に流入させる液管を備えるループヒートパイプであって、ループヒートパイプが、流路を備えた少なくとも２枚の薄板が積層されることによって形成され、蒸発器の内部には、毛細管力を発生する櫛歯状のウィックが、その歯が蒸気管側に延伸するように設けられ、ウィックの、隣接する歯の間の空間の各個は、歯を横切る溝によって連通されているループヒートパイプが提供される。

他の形態によれば、作動流体を気化させる蒸発器、作動流体を液化する凝縮器、気化した作動流体を凝縮器に流入させる蒸気管及び液化した作動流体を蒸発器に流入させる液管を備えるループヒートパイプの製造方法であって、蒸発器部、凝縮器部、蒸発管部及び液管部が形成されたループ状の薄板を作成し、２枚の薄板の一方の面に作動流体の流路を形成し、蒸発器の内部には、毛細管力を発生する櫛歯状のウィックを、その歯が蒸気管側に延伸するように設け、ウィックの歯には、隣接する歯の間の空間の各個を連通する溝を、歯を横切らせて設け、２枚の薄板を流路を合わせて接合してループヒートパイプを製造するループヒートパイプの製造方法が提供される。

開示のループヒートパイプによれば、構造が簡素で、且つループヒートパイプの動作開始直後に蒸発器内に圧力分布が生じることが無く、蒸気の排出、移動を均一に行えるという効果がある。また、開示のループヒートパイプの製造方法によれば、ループヒートパイプの動作開始直後に蒸発器内に圧力分布が生じることが無く、蒸気の排出、移動を均一に行えるループヒートパイプを簡素に形成できるという効果がある。

ループヒートパイプの一般構成を示す説明図である。 （ａ）はループヒートパイプが内蔵されたモバイル機器の分解斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したループヒートパイプの構成を示す平面図である。 複数枚の薄板で形成されたループヒートパイプの分解斜視図である。 （ａ）は図３に示したループヒートパイプの最上部と最下部に位置する薄板の平面図、（ｂ）は図３に示したループヒートパイプの上から２番目から５番目に位置する薄板の平面図である。 （ａ）は図３に示した５枚の薄板が重ね合わされた時の、図４（ｂ）にＡ−Ａ線で示す部位の断面図、（ｂ）は図３に示した５枚の薄板が重ね合わされた時の、図４（ｂ）にＢ−Ｂ線で示す部位の断面図である。 図３に示したループヒートパイプの上から２番目から５番目に位置する薄板の、微細孔が設けられた部分拡大分解斜視図である。 （ａ）は図４（ｂ）に示した蒸発器の部分の拡大図、（ｂ）は（ａ）に示した蒸発器のＣ−Ｃ線における断面図、（ｃ）は（ａ）に示した蒸発器に作動液が流入して蒸気になる様子を示す断面図である。 （ａ）から（ｃ）は、図２（ｂ）に示したループヒートパイプの動作開始後の蒸発器の温度変化を示す温度分布図である。 第1の薄板と第２の薄板とを重ね合わせて第1の実施例のヒートパイプを製造する工程を示す工程図である。 （ａ）は図９に示した第１の薄板における蒸発器を拡大して示す平面図、（ｂ）は図９に示した第２の薄板における蒸発器を拡大して示す平面図である。 図１０に示した第１の薄板と第２の薄板を重ね合わせる工程を示す分解斜視図である。 （ａ）は図１０（ａ）に示した蒸発器の一方の薄板と図１０（ｂ）に示した蒸発器の他方の薄板を重ね合わせた時のＤ−Ｄ線における部分拡大断面図、（ｂ）は図１０（ａ）に示した蒸発器の一方の薄板と図１０（ｂ）に示した蒸発器の他方の薄板を重ね合わせた時のＥ−Ｅ線における部分拡大断面図である。 （ａ）は薄板におけるハーフエッチングを説明する断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 第１の実施例のループヒートパイプの動作開始後の蒸発器の温度変化を示す温度分布図である。 （ａ）は図１０（ａ）に示した構造の蒸発器とハーフエッチング部を有する液管を備えてループヒートパイプを形成する第1の薄板と、図１０（ｂ）に示した構造の蒸発器とハーフエッチング部を有する液管を備えてループヒートパイプを形成する第２の薄板とを重ね合わせて、第２の実施例のヒートパイプを製造する工程を示す工程図、（ｂ）は（ａ）に示した第１と第２の薄板を重ね合わせた時のＦ−Ｆ線における部分拡大断面図である。 本出願の第３実施例のループヒートパイプに使用する２枚の薄板で形成される蒸発器の構造を示す部分拡大分解斜視図である。 （ａ）は図１６に示した第１と第２の薄板を重ね合わせた時のＧ−Ｇ線における部分拡大断面図、（ｂ）は図１６に示した第１と第２の薄板を重ね合わせた時のＨ−Ｈ線における部分拡大断面図である。 本出願の第４実施例のループヒートパイプに使用する２枚の薄板で形成される蒸発器の構造を示す部分拡大分解斜視図である。 図１８に示した第１と第２の薄板を重ね合わせた時のＪ−Ｊ線における部分拡大断面図である。 図３に示した複数枚の薄板で形成されたループヒートパイプの蒸発器に本出願の第３実施例のウィック構造を適用した第５実施例を示す分解斜視図である。

以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。

図９は、第１の実施例のループヒートパイプ４０を、第１の薄板４１と第２の薄板４２の２枚の薄板に分解した状態を示している。第１の実施例のループヒートパイプ４０は、第１の薄板４１と第２の薄板４２を一点鎖線で示すように重ね合わせて製造される。第１の薄板４１と第２の薄板４２の重ね合わせ面には、ループヒートパイプ４０の内部を流れる作動流体用の流路４７が重ね合わせ面を窪ませることによって形成されている。流路４７は第１の薄板４１と第２の薄板４２に面対称に形成されている。第１の薄板４１と第２の薄板４２で形成されるループヒートパイプ４０には、流路４７の形状により、蒸発器４３、凝縮器４４、蒸気管４５及び液管４６が形成される。流路４７が形成された第１の薄板４１と第２の薄板４２は拡散接合によって重ね合わされる。

第１の薄板４１と第２の薄板４２は、例えば銅板で形成され、板厚は０．５ｍｍ程度である。蒸発器４３は一辺が２０ｍｍ程度の矩形状であり、蒸気管４５の幅は８ｍｍ程度、液管４６の幅は６ｍｍ程度、凝縮器４４内の作動流体の流路幅は６ｍｍである。また、凝縮器４４には放熱用に面積を大きくした放熱プレート４８が形成されている。

第１の薄板４１と第２の薄板４２に設けられた流路４７のうち、凝縮器４４、蒸気管４５及び液管４６を形成する流路４７は薄板を窪ませた形状に過ぎないが、蒸発器４３を形成する流路４７には、毛細管力を発生するウィック４９が形成されている。毛細管力を発生するウィック４９の微細な凹凸構造は、金属薄板に対するハーフエッチングにより形成することが可能である。

図１０（ａ）は、図９に示した第１の薄板４１における蒸発器４３を拡大して示すものであり、図１０（ｂ）は図９に示した第２の薄板４２における蒸発器４３を拡大して示すものである。第１の薄板４１と第２の薄板４２の蒸発器４３には、薄板を単に窪ませた流路４７と、薄板をハーフエッチングすることによって微細な凹凸構造にしたウィック４９がある。

ここで、薄板におけるハーフエッチングについて、図１３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。ハーフエッチングは、例えば、板厚が０．５ｍｍ程度の銅板Ｃに対して、直径０．０３ｍｍの円形パターンを残して、深さ０．２５ｍｍのエッチングを行なうものである。ハーフエッチングを行うと、銅板Ｃの表面には直径０．０３ｍｍの円柱状、円錐状或いは円錐台状のピンＰが、０．１ｍｍのピッチで、規則正しく形成される。銅板Ｃの幅Ｗ方向に規則正しく並んだピンＰの列は、隣接する列同士でハーフピッチ０．０５ｍｍだけずらして形成することができる。

前述のように、本実施例では蒸発器４３は矩形状であり、液管に対して幅が拡大された流路４７Ｗを備える。そして幅が拡大された流路４７Ｗ内に、図７（ａ）で説明した比較技術の３次元マイクロチャネル構造を備える多孔質体３６と同様の形状を備える櫛歯状のウィック４９がハーフエッチングによって形成されている。第１の実施例では、第１の薄板４１側の櫛歯状のウィック４９は、平行な７本の歯８１〜８７を備えており、隣接する歯と歯の間には６本の溝７１〜７６が設けられている。以後の説明を分かり易くするために、ここでは溝７１〜７６を縦溝とする。歯８１〜８７には図１３で説明したピンＰがある。

一方、第２の薄板４２側の櫛歯状のウィック４９は、第１の薄板４１側の櫛歯状のウィック４９と同じ形状であるが、平行な５本の歯８２〜８６の途中の３箇所に、６本の溝７１〜７６を連通する横溝９０が設けられている。第１の実施例では、横溝９０は５本の歯８２〜８６の延伸方向に対して垂直方向に形成されており、溝７１〜７６に対して直交している。また、本実施例では歯８２〜８６の３箇所に設けられた横溝９０は、それぞれ一直線上に並んでいるが、隣り合う横溝９０は一直線上に並んでいなくても良い。更に、１本の歯に設ける横溝９０の数も限定されない。

図１０（ａ）に示した第１の薄板４１と、図１０（ｂ）に示した第２の薄板４２は、図１１に示すように重ね合わせされてループヒートパイプ４０が形成される。なお、図１１には、溝７１〜７６は代表符号７０で示してあり、歯８１〜８７も代表符号８０で示してある。

図１２（ａ）は、図１０（ａ）に示した第１の薄板４１と、図１０（ｂ）に示した第２の薄板４２を重ね合わせて形成されたループヒートパイプ４０の、図１０（ａ）、（ｂ）に示すＤ−Ｄ線における断面を示している。また、図１２（ｂ）は、図１０（ａ）に示した第１の薄板４１と、図１０（ｂ）に示した第２の薄板４２を重ね合わせて形成されたループヒートパイプ４０の、図１０（ａ）、（ｂ）に示すＥ−Ｅ線における断面を示している。図１２（ａ）、（ｂ）には、歯８１〜８３、溝７１、７２及び横溝９０が示されており、歯８１〜８３が複数のピンＰで形成されていることが分る。

以上のような構造の蒸発器４３を備えるループヒートパイプ４０が、図２（ａ）に示したようにモバイル機器５０に内蔵され、モバイル機器５０が動作を開始（始動）すると、発熱部品５の熱により、蒸発器４３が加熱される。蒸発器４３が加熱されると、第１の薄板４１にあるウィック４９では、液管側から流入する作動液が、微細な凹凸構造で発生する毛細管力により、比較技術で説明した図７（ｂ）のように、蒸気となって歯８１〜８７から溝７１〜７６に流出する。第１の薄板４１にあるウィック４９では、溝７１〜７６に流出した作動液の蒸気は溝７１〜７６を流れて蒸気管へ移動する。

一方、蒸発器４３が加熱されると、第２の薄板４２にあるウィック４９では、液管側から流入する作動液が、微細な凹凸構造で発生する毛細管力により蒸気となって歯８１〜８７から溝７１〜７６に流出する。第２の薄板４２にあるウィック４９では、溝７１〜７６に流出した作動液の蒸気は、横溝９０によって隣接する溝７１〜７６に移動できる。この結果、溝７１〜７６に流出した作動液の蒸気によって溝７１〜７６に圧力差が生じても、横溝９０によって圧力の高い溝から圧力の低い溝に蒸気が移動し、蒸発器４３内の圧力は均等に増加する。

前述のように、図７に示す構造を備える比較技術のループヒートパイプ２０では、ループヒートパイプ２０の動作開始直後に、図８（ａ）から（ｃ）に示す蒸発器２３の赤外線サーモグラフィ画像のように、蒸発器２３内に温度分布が生じていた。一方、第１実施例の構造を備えるループヒートパイプ４０では、ループヒートパイプ４０の動作開始直後の蒸発器４３内には、横溝９０の存在により、図１４に示す蒸発器４３の赤外線サーモグラフィ画像のように、温度分布が生じない。この結果、発熱体（ＬＳＩ素子）にホットスポットが発生する虞がない。

図１５（ａ）は第２の実施例のループヒートパイプ４０Ａを形成する第１の薄板４１と第２の薄板４２の構造を示すものである。第２の実施例のループヒートパイプ４０Ａが第１の実施例のループヒートパイプ４０と異なる点は、蒸発器４３に設けられたウィック４９と同じ微細な凹凸構造５９を液管４６に設けた点である。第２の実施例のループヒートパイプ４０Ａのその他の部位の構造は第１の実施例のループヒートパイプ４０の構造と同じであるので、同じ構造の部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

第２の実施例のループヒートパイプ４０Ａでは、第１の薄板４１と第２の薄板４２の液管４６の流路４７に、ハーフエッチングによる微細な凹凸構造５９は、図１５（ｂ）に示すように、液管４６の流路４７の半分に設けられている。このように、液管４６の流路４７にハーフエッチングによる微細な凹凸構造５９を設けると、作動流体の移動がスムーズに行われる。

図１６は、第３の実施例のループヒートパイプ４０Ｂを示すものである。第３の実施例のループヒートパイプ４０Ｂは、第１の実施例のループヒートパイプ４０及び第２の実施例のループヒートパイプ４０Ａに対して、蒸発器４３Ａの構造だけが異なる。よって、第３の実施例のループヒートパイプ４０Ｂについては、蒸発器４３Ａの構造だけを説明する。第３の実施例の蒸発器４３Ａでは、第１の薄板４１と第２の薄板４２の両方にある微細な凹凸構造を備えるウィック４９Ａの歯８０（歯８２〜歯８６）の同じ３箇所に、深さが浅い横溝９１を設けている。横溝９１の深さは第１実施例の横溝９０の半分程度である。

図１７（ａ）は図１６に示した第１と第２の薄板４１，４２を重ね合わせて形成される蒸発器４３ＡのＧ−Ｇ線における断面を示しており、図１７（ｂ）は図１６に示した蒸発器４３ＡのＨ−Ｈ線における断面を示している。第１と第２の薄板４１，４２が重ね合わされると、横溝９１が重なり、その深さが第１実施例の横溝９０と同程度となる。板厚が０．５ｍｍの第１と第２の薄板４１，４２に横溝９１を形成する場合、横溝９１の部分を予め０．２５ｍｍ程度、レーザ加工などで削っておき、その後にハーフエッチングを行えば良い。

図１８は、第４の実施例のループヒートパイプ４０Ｃを示すものである。第４の実施例のループヒートパイプ４０Ｃは、第１の実施例のループヒートパイプ４０及び第２の実施例のループヒートパイプ４０Ａに対して、蒸発器４３Ｂの構造だけが異なる。よって、第４の実施例のループヒートパイプ４０Ｃについては、蒸発器４３Ｂの構造だけを説明する。第４の実施例の蒸発器４３Ｂでは、第１の薄板４１と第２の薄板４２の両方にある微細な凹凸構造を備えるウィック４９Ｂの歯８０（歯８２〜歯８６）に波状に窪ませた横溝９２を複数設けている。横溝９２の深さは第１実施例の横溝９０の半分程度である。

図１９は図１８に示した第１と第２の薄板４１，４２を重ね合わせて形成される蒸発器４３ＢのＪ−Ｊ線における断面を示している。第１と第２の薄板４１，４２が重ね合わされると、横溝９２が重なり、その深さが第１実施例の横溝９０と同程度となる。板厚が０．５ｍｍの第１と第２の薄板４１，４２に横溝９２を形成する場合、ハーフエッチングによる加工が困難な場合は他の方法、例えばレーザ加工により横溝９２を形成すれば良い。

図２０は、図３に示した複数枚の薄板３４Ａ〜３４Ｆで形成された比較技術のループヒートパイプ２０の蒸発器２３に、本出願の第３実施例のウィック４９Ａの構造を適用した蒸発器２３Ａを設けた第５実施例のループヒートパイプ２０Ａを示すものである。第５実施例のループヒートパイプ２０Ａの蒸発器２３Ａでは、４枚の薄板３４Ｂ〜３４Ｅのうち、１枚目と３枚目の薄板３４Ｂ、３４Ｄにはウィックの歯８０に下向きの横溝９１を設ける。また、２枚目と４枚目の薄板３４Ｃ、３４Ｅにはウィックの歯８０に上向きの横溝９１を設ける。

このように、比較技術のループヒートパイプ２０の蒸発器２３に、本出願の第３実施例のウィック４９Ａの構造を適用すれば、ループヒートパイプの動作開始直後に蒸発器内に圧力分布が生じることが無くなる。

なお、ループヒートパイプの形状、配管レイアウトは、以上説明した実施例の限りではない。また、本出願のループヒートパイプは、薄板の拡散接合による一括形成が特徴であり、薄板材料は銅に限らず、銅合金などのエッチングなどによるパターン形成および拡散接合に適するものであればよい。また、微細な凹凸構造を形成するためのハーフエッチングによるピンの直径及びピンの間隔も以上説明した実施例の限りではない。更に、本出願に係るループヒートパイプを構成する各寸法は、要求される熱輸送量と熱輸送距離、配管高さおよび配管幅によって、適宜、最適化される。

本出願の蒸発器の構造では、櫛歯状のウィックの歯と歯の間の空間が横溝によって連通しているため、蒸気発生に伴う蒸発器内の圧力分布が緩和され、熱源からの熱によって発生した気相の作動流体（蒸気）が一斉に排出され、蒸発器内の温度分布がなくなる。この結果、熱源のＬＳＩのホットスポットの発生を抑制することができる。また、本出願の蒸発器の構造を、２枚の金属薄板のみで実現できるので、ループヒートパイプの薄型化と低コスト化の両立が可能である。

以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本出願の容易な理解のために、本出願の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） 作動流体を気化させる蒸発器、作動流体を液化する凝縮器、気化した作動流体を前記凝縮器に流入させる蒸気管及び液化した作動流体を蒸発器に流入させる液管を備えるループヒートパイプであって、
前記ループヒートパイプが、流路を備えた少なくとも２枚の薄板が積層されることによって形成され、
前記蒸発器内の前記流路には、毛細管力を発生する櫛歯状のウィックが、その歯が前記蒸気管側に延伸するように設けられ、
前記ウィックの、隣接する前記歯の間の空間の各個は、前記歯を横切る横溝によって連通されているループヒートパイプ。
（付記２） 前記ループヒートパイプが、第１の薄板と第２の薄板の２枚の薄板を、前記流路を合せて重ね合わせて形成される付記１に記載のループヒートパイプ。
（付記３） 前記ウィックは、前記第１の薄板と前記第２の薄板に、その板厚未満の凹凸を形成することによって形成され、
前記横溝は、前記第１の薄板と前記第２の薄板の何れか一方の凹凸を前記歯の間の空間の底面まで削ることによって形成されている付記２に記載のループヒートパイプ。
（付記４） 前記ウィックは、前記薄板に前記薄板の板厚未満の凹凸を形成することによって形成され、
前記横溝は、前記第１の薄板と前記第２の薄板の少なくとも一方の凹凸の高さを低くすることによって形成されている付記２に記載のループヒートパイプ。
（付記５） 前記ウィックは、前記第１の薄板と前記第２の薄板の両方に設けられた凹凸が互いに接触することによって形成されている付記２又は３に記載のループヒートパイプ。

（付記６） 前記第１の薄板と前記第２の薄板が同一の材料で形成され、
前記凹凸は前記第１の薄板と前記第２の薄板を形成する材料を削って設けられている付記２から５の何れかに記載のループヒートパイプ。
（付記７） 前記歯の各個に設けられた横溝は、前記空間の延伸方向に直交する方向に一直線上に並んでいる付記１から５の何れかに記載のループヒートパイプ。
（付記８） 前記蒸発器に設けられているウィックと同じ構造の別のウィックが、前記凝縮器から前記蒸発器に向かって、前記液管内に連続的に設けられている付記１から７の何れかに記載のループヒートパイプ。
（付記９） 前記液管内に設けられている前記別のウィックは、前記液管の流路の幅の半分の幅に渡って設けられている付記８に記載のループヒートパイプ。
（付記１０） 作動流体を気化させる蒸発器、作動流体を液化する凝縮器、気化した作動流体を前記凝縮器に流入させる蒸気管及び液化した作動流体を蒸発器に流入させる液管を備えるループヒートパイプの製造方法であって、
前記蒸発器部、前記凝縮器部、前記蒸発管及び液管の部分に対応する形状を備えるループ状の薄板を作成し、
前記２枚の薄板の対向する面に、前記２枚の薄板を重ね合わせると前記作動流体の流路となる凹部を形成し、
前記蒸発器に対応する部位の前記流路内には、毛細管力を発生する櫛歯状のウィックを、その歯が前記蒸気管側に延伸するように設け、
前記ウィックの歯には、隣接する前記歯の間の空間の各個を連通する横溝を、前記歯を横切らせて設け、
前記２枚の薄板を前記凹部を合わせて接合して前記ループヒートパイプを製造するループヒートパイプの製造方法。

（付記１１） 前記ウィックは、前記第１の薄板と前記第２の薄板に、その板厚未満の凹凸を形成することによって形成され、
前記歯を横切る溝は、前記第１の薄板と前記第２の薄板の何れか一方の凹凸を前記歯の間の空間の底面まで削ることによって形成されている付記１０に記載のループヒートパイプの製造方法。

４０ ループヒートパイプ
４１ 第１の薄板
４２ 第２の薄板
４３，４３Ａ，４３Ｂ 蒸発器
４４ 凝縮器
４５ 蒸気管
４６ 液管
４７ 流路
４９，４９Ａ，４９Ｂ ウィック
５９ 微細な凹凸構造
７０、７１〜７６ 溝
８０，８１〜８７ 歯
９０，９１，９２ 横溝

Claims (6)

1. 作動流体を気化させる蒸発器、作動流体を液化する凝縮器、気化した作動流体を前記凝縮器に流入させる蒸気管及び液化した作動流体を蒸発器に流入させる液管を備えるループヒートパイプであって、
   前記ループヒートパイプが、流路を備えた少なくとも２枚の薄板が積層されることによって形成され、
   前記蒸発器内の前記流路には、毛細管力を発生する櫛歯状のウィックが、その歯が前記蒸気管側に延伸するように設けられ、
   前記ウィックの、隣接する前記歯の間の空間の各個は、前記歯を横切る横溝によって連通されているループヒートパイプ。
2. 前記ループヒートパイプが、第１の薄板と第２の薄板の２枚の薄板を、前記流路を合せて重ね合わせて形成される請求項１に記載のループヒートパイプ。
3. 前記ウィックは、前記第１の薄板と前記第２の薄板に、その板厚未満の凹凸を形成することによって形成され、
   前記横溝は、前記第１の薄板と前記第２の薄板の何れか一方の凹凸を前記歯の間の空間の底面まで削ることによって形成されている請求項２に記載のループヒートパイプ。
4. 前記ウィックは、前記第１の薄板と前記第２の薄板の両方に設けられた凹凸が互いに接触することによって形成されている請求項２又は３に記載のループヒートパイプ。
5. 前記歯の各個に設けられた溝は、前記空間の延伸方向に直交する方向に一直線上に並んでいる請求項１から４の何れか一項に記載のループヒートパイプ。
6. 作動流体を気化させる蒸発器、作動流体を液化する凝縮器、気化した作動流体を前記凝縮器に流入させる蒸気管及び液化した作動流体を蒸発器に流入させる液管を備えるループヒートパイプの製造方法であって、
   前記蒸発器部、前記凝縮器部、前記蒸発管及び液管の部分に対応する形状を備えるループ状の薄板を作成し、
   前記２枚の薄板の対向する面に、前記２枚の薄板を重ね合わせると前記作動流体の流路となる凹部を形成し、
   前記蒸発器に対応する部位の前記流路内には、毛細管力を発生する櫛歯状のウィックを、その歯が前記蒸気管側に延伸するように設け、
   前記ウィックの歯には、隣接する前記歯の間の空間の各個を連通する横溝を、前記歯を横切らせて設け、
   前記２枚の薄板を前記凹部を合わせて接合して前記ループヒートパイプを製造するループヒートパイプの製造方法。

Images