JP2018096669A - ヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性を向上したヒートパイプを提供する。【解決手段】本ヒートパイプは、作動流体が気化した蒸気を移動させる蒸気層と、前記蒸気が液化した前記作動流体を移動させる液層と、を備えたヒートパイプであって、前記液層は、一方の面側から窪み、互いに離間して配置された複数の第１の有底孔と、他方の面側から窪む複数の第２の有底孔と、前記第１の有底孔と前記第２の有底孔とが部分的に連通して形成された第１の細孔と、隣接する前記第２の有底孔の側面が部分的に連通して形成された第２の細孔と、を備えた第１金属層からなり、前記蒸気層は、前記第１金属層の一方の面上に、前記複数の第１の有底孔を露出するように枠状に形成された第２金属層からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートパイプ及びその製造方法に関する。

電子機器に搭載されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱部品を冷却するデバイスとして、ヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、作動流体の相変化を利用して熱を輸送するデバイスである。

一例として、片面に蛇行した溝を形成したプレートが交差角９０度で相互に格子状に配置され、蛇行した溝のトンネルに作動流体が封入されたヒートパイプが提案されている。このヒートパイプは、蒸気管と液管が分かれていない構造である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１６５５８２号公報

しかしながら、上記のヒートパイプでは、蒸発部からの蒸気拡散と凝縮した作動流体の戻りが同じトンネルを通る。そのため、発熱部付近で作動流体が蒸発して溝のトンネルに沿って広がるが、トンネルには作動流体が存在しているため蒸気の広がりを妨げる。又、蒸気が広がった後に冷却・凝縮して液化した作動流体が蒸発部に戻る際も、蒸発部からの蒸気とぶつかる。このように蒸発と凝縮がサイクルとして作動しないため、放熱性がよくない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、放熱性を向上したヒートパイプを提供することを課題とする。

本ヒートパイプは、作動流体が気化した蒸気を移動させる蒸気層と、前記蒸気が液化した前記作動流体を移動させる液層と、を備えたヒートパイプであって、前記液層は、一方の面側から窪み、互いに離間して配置された複数の第１の有底孔と、他方の面側から窪む複数の第２の有底孔と、前記第１の有底孔と前記第２の有底孔とが部分的に連通して形成された第１の細孔と、隣接する前記第２の有底孔の側面が部分的に連通して形成された第２の細孔と、を備えた第１金属層からなり、前記蒸気層は、前記第１金属層の一方の面上に、前記複数の第１の有底孔を露出するように枠状に形成された第２金属層からなることを要件とする。

開示の技術によれば、放熱性を向上したヒートパイプを提供できる。

第１の実施の形態に係るヒートパイプを例示する図である。 第１の実施の形態に係るヒートパイプの各部の機能を説明する図（その１）である。 第１の実施の形態に係るヒートパイプの各部の機能を説明する図（その２）である。 第１の実施の形態に係るヒートパイプの製造工程を例示する図である。 第１の実施の形態の変形例１に係るヒートパイプを例示する図である。 第１の実施の形態の変形例２に係るヒートパイプを例示する図である。 第１の実施の形態の変形例３に係るヒートパイプを例示する図である。 第１の実施の形態の変形例４に係るヒートパイプを例示する図である。 第２の実施の形態に係るヒートパイプを例示する図である。 第２の実施の形態に係るヒートパイプの製造工程を例示する図である。 第２の実施の形態の変形例１に係るヒートパイプを例示する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係るヒートパイプの構造］
まず、第１の実施の形態に係るヒートパイプの構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係るヒートパイプを例示する図であり、図１（ｂ）は平面図、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１を参照するに、ヒートパイプ１は、金属層１１〜１４の４層が積層された構造を有する全方位型のヒートパイプである。金属層１１〜１４は、例えば、熱伝導性に優れた銅からなり、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層１１〜１４の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。なお、金属層１１〜１４の材料は銅に限定されず、ステンレスやアルミニウム、マグネシウム合金等の熱伝導性が高い材料から形成してもよい。ヒートパイプ１の平面形状（金属層１４の上面１４ａの法線方向から視た形状）は、ここでは一例として矩形状とする。

なお、図１において、金属層１１〜１４の積層方向（厚さ方向）をＺ方向、金属層１４の上面１４ａの一辺に平行な方向をＸ方向、金属層１４の上面１４ａ内においてＸ方向と直交する方向をＹ方向としている（以降の図も同様）。又、本実施の形態では、便宜上、ヒートパイプ１の金属層１４側を上側又は一方の側、金属層１１側を下側又は他方の側とする。また、各部位の金属層１４側の面を上面又は一方の面、金属層１１側の面を下面又は他方の面とする。

ヒートパイプ１において、１層目（他方の最外層）の金属層１１及び４層目（一方の最外層）の金属層１４は、孔や溝は形成されていないベタ状の金属層である。

金属層１２は、金属層１１の上面の上に積層されている。２層目の金属層１２には、金属層１３側（金属層１２の上面側）からＺ方向の略中央部に向かって窪む有底孔１２１と金属層１１側（金属層１２の下面側）からＺ方向の略中央部に向かって窪む有底孔１２２とがそれぞれ複数個配置されている。又、有底孔１２１と有底孔１２２が部分的に連通した細孔１２３が配置されている。

金属層１２は、有底孔１２１及び有底孔１２２、細孔１２３により構成される、Ｚ方向に貫通した貫通孔１２ｘを有している。

複数個の有底孔１２１は、行列状に配置されている。複数個の有底孔１２１は、例えば、Ｘ方向に所定間隔で配置された行と、Ｙ方向に所定間隔で配置された列とを備えている。但し、行は必ずしもＸ方向に沿っている必要はなく、列は必ずしもＹ方向に沿っている必要はない。

又、行と列は必ずしも直交している必要はなく、例えば、行に対して列が斜めに設けられ、複数個の有底孔１２１が配置された領域の平面形状が全体として平行四辺形状であってもよい。又、各行及び各列に含まれる有底孔１２１の個数は同一でなくてもよく、例えば、複数個の有底孔１２１が配置された領域の平面形状が全体として台形状であってもよい。又、複数個の有底孔１２１は、千鳥状に配置されてもよい。

有底孔１２２は、各々の有底孔１２１に対応して１つずつ設けられている。対応する有底孔１２１と有底孔１２２とは平面視において重複するように配置され、底面同士が部分的に連通して、細孔１２３が形成されている。すなわち、複数個の有底孔１２２は、複数個の有底孔１２１に対応して行列状に配置されており、平面視において重複する有底孔１２１と有底孔１２２とは底面同士が接してＺ方向に連通している。但し、有底孔１２１と有底孔１２２とは、底面同士が細孔１２３を介して連通できるように配置されていれば、必ずしも平面視において完全に重複するように配置されていなくても構わない。

各々の有底孔１２１は、互いに離間して配置されている。つまり、Ｘ方向及びＹ方向に隣接する有底孔１２１同士は、連通していない。一方、Ｘ方向及びＹ方向に隣接する有底孔１２２は、側面同士が細孔１２５を介してＸ方向及びＹ方向に部分的に連通している。つまり、行列状に配置された全ての有底孔１２２が細孔１２５を介して連通している。

有底孔１２１の金属層１２の上面側に開口する部分の面積は、有底孔１２２の金属層１２の下面側に開口する部分の面積よりも小さい。有底孔１２１は、例えば、略半球状に形成されており、平面形状が円形である。この場合、有底孔１２１の金属層１３側に開口する部分の直径φ_１は、例えば、２５μｍ程度とすることができる。

有底孔１２２は、例えば、略半球状に形成されており、平面形状が円形である。この場合、有底孔１２２の金属層１２の下面側に開口する部分の直径φ_２は、有底孔１２１の金属層１２の上面側に開口する部分の直径φ_１よりも大きく、例えば、５０μｍ程度とすることができる。

有底孔１２１と有底孔１２２とが連通する位置（細孔１２３の位置）は、金属層１２の厚さ方向の中央よりも金属層１２の上面側であり、例えば、Ｄ_１：Ｄ_２を３：７程度とすることができる。細孔１２３の直径φ_３は、有底孔１２１の直径φ_１及び有底孔１２２の直径φ_２よりも小さく、例えば、１５μｍ程度とすることができる。

但し、有底孔１２１及び１２２の平面形状は円形には限定されず、楕円形や多角形等の任意の形状として構わない。又、有底孔１２１は略半球状には限定されず、細孔１２３側から金属層１２の上面側に向かって内壁が拡幅する任意のテーパ形状として構わない。同様に、有底孔１２２は略半球状には限定されず、細孔１２３側から金属層１２の下面側に向かって内壁が拡幅する任意のテーパ形状として構わない。

細孔１２５のＸ方向の幅Ｗ_１、Ｙ方向の幅Ｗ_２、及びＺ方向の高さＨ_１は、各々有底孔１２２の直径φ_２よりも小さい。細孔１２５のＸ方向の幅Ｗ_１は、例えば、２０μｍ程度とすることができる。細孔１２５のＹ方向の幅Ｗ_２は、例えば、２０μｍ程度とすることができる。細孔１２５のＺ方向の高さＨ_１は、例えば、１０μｍ程度とすることができる。

金属層１３は、金属層１２の上面上に積層されている。３層目の金属層１３は、行列状に配置された貫通孔１２ｘを露出する貫通孔１３ｘを有し、枠状に形成されている。金属層１４は、金属層１３により形成された枠部に蓋をするように、金属層１３上に積層されている。

図２は、第１の実施の形態に係るヒートパイプの各部の機能を説明する図（その１）であり、図１（ａ）に対応する断面を示している。

図２に示すように、ヒートパイプ１において、金属層１１及び金属層１４は、外壁となる層になる。又、ヒートパイプ１において、枠状に形成された金属層１３は、蒸気層になる。具体的には、金属層１３（蒸気層）は、金属層１３の貫通孔１３ｘ内において、金属層１２の上面及び金属層１４の下面で囲まれた気相部２１を有している。気相部２１は、作動流体Ｃが気化した蒸気Ｃｖを高温側から低温側に移動させる領域である。

又、ヒートパイプ１において、金属層１２は、液層になる。具体的には、金属層１２（液層）は、液体流路部２２と通気部２３を有している。液体流路部２２は、金属層１２において、Ｘ方向及びＹ方向に連通する有底孔１２２から構成されている。液体流路部２２（有底孔１２２）は、低温側で液化した作動流体Ｃを高温側に移動させる領域である。

又、通気部２３は、金属層１２において、有底孔１２２と連通する各々の有底孔１２１及び細孔１２３から構成されている。通気部２３は、気相部２１と液体流路部２２を仕切ると共に、気相部２１で発生した作動流体Ｃを液体流路部２２へ移動させる領域である。

液体流路部２２は、初期状態において（ヒートパイプ１が発熱部品と接していない状態）作動流体Ｃで満たされている。作動流体Ｃの種類は特に限定されないが、蒸発潜熱によって発熱部品を効率的に冷却するために、蒸気圧が高く、かつ蒸発潜熱が大きい流体を使用することが好ましい。そのような流体としては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、及びアセトンを挙げることができる。

図３は、第１の実施の形態に係るヒートパイプの各部の機能を説明する図（その２）であり、図３（ｂ）は平面図、図３（ａ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図３に示すように、ヒートパイプ１では、金属層１４の上面１４ａの法線方向から視て貫通孔１２ｘ（有底孔１２１及び１２２、細孔１２３）が均等に配置されている。そのため、金属層１１の外面の任意の位置に半導体装置等の発熱部品を配置することができ、発熱部品を配置した位置が発熱部となる。図３では、一例として、金属層１１の左下を発熱部Ｈ（蒸発部）としている。

図３において、発熱部Ｈ近傍の金属層１１及び１２の温度が上昇すると、発熱部Ｈ近傍の液体流路部２２内の作動流体Ｃが気化（蒸発）して蒸気Ｃｖが生成される。生成された蒸気Ｃｖは、通気部２３を介して気相部２１に移動して気相部２１の全体に広がる。発熱部Ｈから離れた個所が凝縮部Ｇとなり、蒸気Ｃｖは凝縮部Ｇにおいて液化する。

これにより、発熱部Ｈで発生した熱が凝縮部Ｇに移動して放熱される。凝縮部Ｇで液化した作動流体Ｃは、細孔１２３の毛細管力により通気部２３を通って液体流路部２２に吸い込まれる。液体流路部２２に吸い込まれた作動流体Ｃは、細孔１２５の毛細管力により液体流路部２２を通って作動流体Ｃの不足している個所、すなわち発熱部Ｈに移動する。以降、同様に蒸発と凝縮のサイクルを繰り返すことにより、発熱部Ｈの温度上昇が抑制される。

［第１の実施の形態に係るヒートパイプの製造方法］
次に、第１の実施の形態に係るヒートパイプの製造方法について説明する。図４は、第１の実施の形態に係るヒートパイプの製造工程を例示する図であり、図１（ａ）に対応する断面を示している。

まず、図４（ａ）に示す工程では、金属シート１２０を準備し、金属シート１２０の上面に開口部３１０ｘを備えたレジスト層３１０を形成し、金属シート１２０の下面に開口部３２０ｘを備えたレジスト層３２０を形成する。開口部３１０ｘは、図１（ｂ）に示す有底孔１２１に対応する位置の金属シート１２０の上面を露出するように形成する。又、開口部３２０ｘは、図１（ｂ）に示す有底孔１２２に対応する位置の金属シート１２０の下面を露出するように形成する。

金属シート１２０は、最終的に金属層１２となる部材であり、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等から形成することができる。金属シート１２０の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。レジスト層３１０及び３２０としては、例えば、感光性のドライフィルムレジスト等を用いることができる。開口部３１０ｘ及び３２０ｘは、例えば、レジスト層３１０及び３２０を露光及び現像して形成することができる。

次に、図４（ｂ）に示す工程では、開口部３１０ｘ内に露出する金属シート１２０を金属シート１２０の上面側からハーフエッチングすると共に、開口部３２０ｘ内に露出する金属シート１２０を金属シート１２０の下面側からハーフエッチングする。これにより、金属シート１２０の上面側に有底孔１２１が形成され、下面側に有底孔１２２が形成される。又、有底孔１２１及び有底孔１２２の底面同士がＺ方向に部分的に連通し細孔１２３が形成され、有底孔１２１及び有底孔１２２、細孔１２３からなる貫通孔１２ｘが形成される。又、Ｘ方向及びＹ方向に隣接する有底孔１２２は、側面同士がＸ方向及びＹ方向に部分的に連通し、細孔１２５が形成される。金属シート１２０のハーフエッチングには、例えば、塩化第二鉄溶液を用いることができる。その後、レジスト層３１０及び３２０を剥離液により剥離することで、貫通孔１２ｘが行列状に配置された金属層１２が完成する。

次に、図４（ｃ）に示す工程では、貫通孔１３ｘを有する枠状の金属層１３を形成する。金属層１３は、金属シートを準備し、金属シートの不要部をエッチングで除去することで形成できる。或いは、金属層１３は、金属シートを準備し、金属シートの不要部をプレス加工やレーザ加工により除去することで形成してもよい。

次に、図４（ｄ）に示す工程では、孔や溝が形成されていないベタ状の金属層１１及び１４を準備する。そして、金属層１１、１２、１３、及び１４を順次積層し、加圧及び加熱により固相接合を行う。これにより、隣接する金属層同士が直接接合され、気相部２１、液体流路部２２、及び通気部２３を備えたヒートパイプ１が完成する。その後、真空ポンプ等を用いて液体流路部２２内を排気した後、図示しない注入口から液体流路部２２内に作動流体Ｃを注入し、その後注入口を封止する。

ここで、固相接合とは、接合対象物同士を溶融させることなく固相（固体）状態のまま加熱して軟化させ、更に加圧して塑性変形を与えて接合する方法である。なお、固相接合によって隣接する金属層同士を良好に接合できるように、金属層１１〜１４の全ての材料を同一にすることが好ましい。

このように、ヒートパイプ１では、蒸発が通る気相部２１と作動流体が通る液体流路部２２とが分かれている。そのため、発熱部Ｈ（蒸発部）側からの蒸気Ｃｖの拡散と、凝縮部Ｇ側で凝縮した作動流体Ｃの戻りが別の層となり、互いにぶつかることがない。その結果、蒸発と凝縮がサイクルとして作動し、放熱性を向上することができる。

又、ヒートパイプ１では、金属層１４の上面１４ａの法線方向から視て貫通孔１２ｘ（有底孔１２１及び１２２、細孔１２３）が均等に配置されている。そのため、発熱部Ｈ（蒸発部）と凝縮部Ｇの区分けがなく、金属層１１の外面の任意の位置に半導体装置等の発熱部品を配置して発熱部Ｈとすることができる。そして、発熱部Ｈ付近で蒸発した蒸気Ｃｖは全方位へ広がり、温度の低い部分が凝縮部Ｇとなって蒸気が凝縮する。このような構造により、全方位に均等な熱拡散性能を有し、姿勢依存性がないヒートパイプを実現できる。

又、ヒートパイプ１では、１つの金属層に液体流路部２２及び通気部２３を形成している。そのため、ヒートパイプ１を薄型化することが可能となる。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、支柱を設ける例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、第１の実施の形態の変形例１に係るヒートパイプを例示する図であり、図５（ｂ）は平面図、図５（ａ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図５を参照するに、ヒートパイプ１Ａは、枠状に形成された金属層１３の内側に支柱１５が設けられている。図５の例では、支柱１５が４本設けられているが、支柱１５は１〜３本又は５本以上設けても構わない。

このように、枠状に形成された金属層１３の内側に支柱１５を設けることで、ヒートパイプ１Ａを製造する際に、図４（ｄ）の工程で金属層１１、１２、１３、及び１４を順次積層して加圧するときに金属層１４が潰れることを防止できる。又、ヒートパイプ１Ａが動作している際に、金属層１４が変形して気相部２１が潰れることを防止できる。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、１つの有底孔１２２に対して金属層１２の上面側に複数の有底孔を設ける例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図６は、第１の実施の形態の変形例２に係るヒートパイプを例示する図であり、図６（ｂ）は部分平面図、図６（ａ）は図６（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿う部分断面図である。

図６に示すヒートパイプ１Ｂにおいて、２層目の金属層１２には、金属層１２の上面側からＺ方向の略中央部に向かって窪む有底孔１２１ａ及び１２１ｂと金属層１２の下面側からＺ方向の略中央部に向かって窪む有底孔１２２が形成されている。また、有底孔１２１ａ及び１２１ｂと有底孔１２２が部分的に連通した細孔１２３ａ及び１２３ｂが配置されている。

金属層１２は、有底孔１２１ａ及び１２１ｂと有底孔１２２、細孔１２３ａ及び１２３ｂにより構成される、Ｚ方向に貫通した貫通孔１２ｙを有している。

すなわち、各々の貫通孔１２ｙにおいて、１つの有底孔１２２に対して有底孔１２１ａ及び１２１ｂが設けられている。対応する有底孔１２１ａ及び１２１ｂと有底孔１２２とは平面視において重複するように配置されている。そして、有底孔１２１ａと有底孔１２２の底面同士が部分的に連通して細孔１２３ａが形成されている。又、有底孔１２１ｂと有底孔１２２の底面同士が部分的に連通して細孔１２３ｂが形成されている。

Ｘ方向において隣接する有底孔１２１ａと有底孔１２１ｂとは、互いに離間して配置されている。又、Ｙ方向において隣接する有底孔１２１ａ同士、及びＹ方向において隣接する有底孔１２１ｂ同士は、互いに離間して配置されている。

有底孔１２１ａ及び１２１ｂの金属層１２の上面側に開口する部分の面積は、有底孔１２２の金属層１２の下面側に開口する部分の面積よりも小さい。有底孔１２１ａ及び１２１ｂは、例えば、略半球状に形成されており、平面形状が円形である。有底孔１２１ａ及び１２１ｂと有底孔１２２とが連通する位置（細孔１２３ａ及び１２３ｂの位置）は、金属層１２の厚さ方向の中央よりも金属層１２の上面側である。

但し、有底孔１２１ａ及び１２１ｂの平面形状は円形には限定されず、楕円形や多角形等の任意の形状として構わない。又、有底孔１２１ａ及び１２１ｂは略半球状には限定されず、細孔１２３ａ及び１２３ｂ側から金属層１２の上面側に向かって内壁が拡幅する任意のテーパ形状として構わない。

このように、各々の貫通孔１２ｙにおいて、１つの有底孔１２２に対して金属層１２の上面側に２つの有底孔１２１ａ及び１２１ｂを設けても構わない。この場合、細孔１２３ａ及び１２３ｂの大きさを第１の実施の形態の細孔１２３の大きさよりも小さくできるため、作動流体Ｃを気相部２１から液体流路部２２に吸い込む際の毛細管力を大きくすることができる。

なお、１つの有底孔１２２に対して金属層１２の上面側に３つ以上の有底孔を設けても構わない。又、１つの有底孔１２２に対して金属層１２の上面側に設けられる複数の有底孔を各々異なる大きさ（例えば、異なる径）にしても構わない。

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、有底孔の密度を変える例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図７は、第１の実施の形態の変形例３に係るヒートパイプを例示する図であり、図１（ｂ）に対応する平面図である。但し、図７では、金属層１２において有底孔１２２に対して金属層１２の上面側に設けられる有底孔１２１のみを図示しており、有底孔１２２や細孔１２３の図示は省略している。

図７に示すヒートパイプ１Ｃでは、有底孔１２１が高密度に配置された高密度領域Ｈｄと、有底孔１２１が低密度に配置された低密度領域ＬｄとがＸ方向及びＹ方向に交互に配置されている。高密度領域Ｈｄでは、例えば、１つの有底孔１２２に対して複数の有底孔１２１を設けることができる。

ヒートパイプ１Ｃのように、有底孔１２１の密度は必ずしも均一とする必要はなく、高密度領域Ｈｄと低密度領域Ｌｄを有しても構わない。この場合は、発熱部からの熱拡散効率向上の効果が期待できる。又、作動流体の気化効率や、液化した作動流体を液層に戻す効率が向上する効果が期待できる。

なお、密度の異なる領域は２種類には限定されず、３種類以上の密度の異なる領域を有しても構わない。

〈第１の実施の形態の変形例４〉
第１の実施の形態の変形例４では、有底孔の大きさを変える例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例４において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図８は、第１の実施の形態の変形例４に係るヒートパイプを例示する図であり、図１（ｂ）に対応する平面図である。但し、図８では、金属層１２において有底孔１２２に対して金属層１３側に設けられる有底孔１２１ｃ及び１２１ｄのみを図示しており、有底孔１２２や細孔１２３の図示は省略している。

図８に示すヒートパイプ１Ｄでは、金属層１２の上面側に開口する部分の面積の大きい（例えば、大径の）有底孔１２１ｃと、金属層１２の上面側に開口する部分の面積の小さい（例えば、小径の）有底孔１２１ｄとがＸ方向及びＹ方向に交互に配置されている。有底孔１２１ｃ及び１２１ｄは、例えば、有底孔１２１と同様に、略半球状等に形成することができる。

ヒートパイプ１Ｄのように、金属層１２の上面側に開口する各々の有底孔の開口する部分の面積は必ずしも同一とする必要はなく、開口する部分の面積の大きい有底孔１２１ｃと開口する部分の面積の小さい有底孔１２１ｄを有しても構わない。この場合は、作動流体の気化効率や、液化した作動流体を液層に戻す効率が向上する効果が期待できる。

なお、金属層１３側に開口する各々の有底孔の開口する部分の面積は２種類には限定されず、３種類以上としても構わない。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、ヒートパイプを更に薄型化する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

［第２の実施の形態に係るヒートパイプの構造］
まず、第２の実施の形態に係るヒートパイプの構造について説明する。図９は、第２の実施の形態に係るヒートパイプを例示する図であり、図９（ｂ）は平面図、図９（ａ）は図９（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図９を参照するに、ヒートパイプ２は、金属層１３及び１４が１層の金属層２５に置換された点がヒートパイプ１（図１参照）と相違し、その他の点はヒートパイプ１と同様である。すなわち、ヒートパイプ２は、金属層１１、１２、及び２５の３層が積層された構造を有する全方位型のヒートパイプである。金属層１１、１２、及び２５は、例えば銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等からなり、固相接合等により互いに直接接合されている。

金属層２５は、上面２５ａ及び下面２５ｂを有する矩形状の平板部２５１と、平板部２５１の下面２５ｂの外周部から金属層１２側に突起する側壁部２５２とを備えている。金属層２５は、平板部２５１と側壁部２５２とが一体に形成され、凹型の形状からなる。側壁部２５２は、行列状に配置された貫通孔１２ｘを露出する開口部２５ｘを有し、平板部２５１の下面２５ｂの外周部に枠状に形成されている。金属層２５の側壁部２５２の下面は、金属層１２の上面の外周部と直接接合されている。

金属層２５の全体の厚さＴ_１は、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。金属層２５の全体の厚さＴ_１は、例えば、金属層１１及び１２の厚さと同一としてもよい。金属層２５の側壁部２５２の厚さＴ_２は、例えば、厚さＴ_１の半分程度とすることができる。

金属層２５の側壁部２５２は蒸気層となり、側壁部２５２の開口部２５ｘ内において、金属層１２の上面及び金属層２５の下面２５ｂで囲まれた気相部２１（図２参照）を有している。気相部２１は、作動流体Ｃが気化した蒸気Ｃｖを高温側から低温側に移動させる領域である。

［第２の実施の形態に係るヒートパイプの製造方法］
次に、第２の実施の形態に係るヒートパイプの製造方法について説明する。図１０は、第２の実施の形態に係るヒートパイプの製造工程を例示する図であり、図９（ａ）に対応する断面を示している。

まず、第１の実施の形態の図４（ａ）、及び図４（ｂ）の工程を実行し、金属層１２を作製する。

次に、図１０（ａ）に示す工程では、金属シート２５０を準備し、金属シート２５０の上面の全体にベタ状のレジスト層３３０を形成し、金属シート２５０の下面に矩形状の開口部３４０ｘを備えた枠状のレジスト層３４０を形成する。レジスト層３４０は、側壁部２５２を形成したい領域を被覆するように形成する。

金属シート２５０は、最終的に金属層２５となる部材であり、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等から形成することができる。金属シート２５０の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。レジスト層３３０及び３４０としては、例えば、感光性のドライフィルムレジスト等を用いることができる。開口部３４０ｘは、例えば、レジスト層３４０を露光及び現像して形成することができる。

次に、図１０（ｂ）に示す工程では、開口部３４０ｘ内に露出する金属シート２５０を金属シート２５０の下面側からハーフエッチングして、中央側に有底の開口部２５ｘを形成すると共に、外周側に開口部２５ｘを囲む側壁部２５２を形成する。金属シート２５０のハーフエッチングには、例えば、塩化第二鉄溶液を用いることができる。その後、レジスト層３３０及び３４０を剥離液により剥離することで、平板部２５１の下面２５ｂの外周部に開口部２５ｘを囲む枠状の側壁部２５２を備えた金属層２５が形成される。

なお、図１０（ａ）において、金属シート２５０の下面の全体にベタ状のレジスト層３３０を形成し、金属シート２５０の上面に矩形状の開口部３４０ｘを備えた枠状のレジスト層３４０を形成してもよい。この場合には、図１０（ｂ）において、開口部３４０ｘ内に露出する金属シート２５０を金属シート２５０の上面側からハーフエッチングして開口部２５ｘを形成する。

次に、孔や溝が形成されていないベタ状の金属層１１を準備し、図４（ｄ）の工程と同様にして、金属層１１、１２、及び２５を順次積層し、加圧及び加熱により固相接合を行う。これにより、隣接する金属層同士が直接接合され、気相部２１、液体流路部２２、及び通気部２３を備えたヒートパイプ２が完成する。その後、真空ポンプ等を用いて液体流路部２２内を排気した後、図示しない注入口から液体流路部２２内に作動流体Ｃを注入し、その後注入口を封止する。なお、固相接合によって隣接する金属層同士を良好に接合できるように、金属層１１、１２、及び２５の全ての材料を同一にすることが好ましい。

このように、ヒートパイプ１における金属層１３及び１４を１層の金属層２５に置き換えてヒートパイプ２としてもよい。ヒートパイプ２では、曲げ加工や成型加工を用いずにハーフエッチングで有底孔や開口部を形成するため、薄型化が容易である。ヒートパイプ２において、例えば、金属層１１、１２、及び２５を何れも５０μｍの厚さで形成すれば、総厚が１５０μｍの薄型のヒートパイプを実現することができる。その他の効果については、第１の実施の形態に示した通りである。

〈第２の実施の形態の変形例１〉
第２の実施の形態の変形例１では、支柱を設ける例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１１は、第２の実施の形態の変形例１に係るヒートパイプを例示する図であり、図１１（ｂ）は平面図、図１１（ａ）は図１１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１１を参照するに、ヒートパイプ２Ａは、金属層２５が金属層２５Ａに置換された点がヒートパイプ２（図９参照）と相違し、その他の点はヒートパイプ２と同様である。すなわち、ヒートパイプ２Ａは、金属層１１、１２、及び２５Ａの３層が積層された構造を有する全方位型のヒートパイプである。金属層１１、１２、及び２５Ａは、例えば銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等からなり、固相接合等により互いに直接接合されている。

金属層２５Ａは、上面２５ａ及び下面２５ｂを有する矩形状の平板部２５１と、平板部２５１の下面２５ｂの外周部から金属層１２側に突起する側壁部２５２と、側壁部２５２の内側に設けられた支柱２５３とを備えている。平板部２５１と側壁部２５２と支柱２５３とは一体に形成されている。側壁部２５２は、行列状に配置された貫通孔１２ｘを露出する開口部２５ｘを有し、平板部２５１の下面２５ｂの外周部に枠状に形成されている。支柱２５３は、開口部２５ｘ内に露出する平板部２５１の下面２５ｂから金属層１２側に突起している。図１１の例では、支柱２５３が４本設けられているが、支柱２５３は１〜３本又は５本以上設けても構わない。金属層２５Ａの側壁部２５２の下面は、金属層１２の上面の外周部と直接接合されている。又、金属層２５Ａの各々の支柱２５３の下面は、金属層１２の上面の所定位置と直接接合されている。

金属層２５Ａを作製するには、例えば、金属シートを準備し、金属シートの上面の全体にベタ状の第１レジスト層を形成し、金属シートの下面の外周部（側壁部２５２となる部分）及び支柱２５３の形成部に第２レジスト層を選択的に形成する。そして、金属シートの下面側の第２レジスト層から露出する部分をハーフエッチングする。これにより、中央側に有底の開口部２５ｘが形成されると共に、外周側に開口部２５ｘを囲む側壁部２５２が形成され、開口部２５ｘ内に支柱２５３が形成される。金属層２５Ａのハーフエッチングには、例えば、塩化第二鉄溶液を用いることができる。その後、第１及び第２レジスト層を剥離液により剥離することで、平板部２５１と側壁部２５２と支柱２５３とが一体に形成された金属層２５Ａが完成する。

このように、金属層２５Ａの枠状に形成された側壁部２５２の内側に支柱２５３を設けることで、ヒートパイプ２Ａを製造する際に、図４（ｄ）と同様の工程で金属層１１、１２、及び２５Ａを順次積層して加圧するときに金属層２５Ａが潰れることを防止できる。又、ヒートパイプ２Ａが動作している際に、金属層２５Ａが変形して気相部２１が潰れることを防止できる。その他の効果については、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に示した通りである。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第１の実施の形態及び変形例１〜４は、適宜組み合わせて実施することができる。又、第２の実施の形態及び変形例１と、第１の実施の形態の変形例２〜４は、適宜組み合わせて実施することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ ヒートパイプ
１１、１２、１３、１４、２５、２５Ａ 金属層
１２ｘ、１２ｙ 貫通孔
１３ｘ 貫通孔
１４ａ 金属層１４の上面
１５ 支柱
２１ 気相部
２２ 液体流路部
２３ 通気部
２５ａ 金属層２５及び２５Ａの上面
２５ｂ 金属層２５及び２５Ａの下面
２５ｘ 開口部
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２２ 有底孔
１２３、１２３ａ、１２３ｂ、１２５ 細孔
２５１ 平板部
２５２ 側壁部
２５３ 支柱

Claims (13)

1. 作動流体が気化した蒸気を移動させる蒸気層と、前記蒸気が液化した前記作動流体を移動させる液層と、を備えたヒートパイプであって、
   前記液層は、一方の面側から窪み、互いに離間して配置された複数の第１の有底孔と、他方の面側から窪む複数の第２の有底孔と、前記第１の有底孔と前記第２の有底孔とが部分的に連通して形成された第１の細孔と、隣接する前記第２の有底孔の側面が部分的に連通して形成された第２の細孔と、を備えた第１金属層からなり、
   前記蒸気層は、前記第１金属層の一方の面上に、前記複数の第１の有底孔を露出するように枠状に形成された第２金属層からなることを特徴とするヒートパイプ。
2. 作動流体が気化した蒸気を移動させる蒸気層と、前記蒸気が液化した前記作動流体を移動させる液層と、を備えたヒートパイプであって、
   前記液層は、一方の面側から窪み、互いに離間して配置された複数の第１の有底孔と、他方の面側から窪む複数の第２の有底孔と、前記第１の有底孔と前記第２の有底孔とが部分的に連通して形成された第１の細孔と、隣接する前記第２の有底孔の側面が部分的に連通して形成された第２の細孔と、を備えた第１金属層からなり、
   前記蒸気層は、前記第１金属層の一方の面上に形成された凹型の形状の第２金属層からなることを特徴とするヒートパイプ。
3. 前記第１の有底孔の前記一方の面側に開口する部分の面積は、前記第２の有底孔の前記他方の面側に開口する部分の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ。
4. 前記第１の有底孔は、前記第１の細孔側から前記一方の面側に向かって内壁が拡幅し、
   前記第２の有底孔は、前記第１の細孔側から前記他方の面側に向かって内壁が拡幅することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のヒートパイプ。
5. １つの前記第２の有底孔に対して、複数の前記第１の有底孔が連通していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のヒートパイプ。
6. 前記第１の有底孔が高密度に配置された領域と、前記第１の有底孔が低密度に配置された領域と、を有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のヒートパイプ。
7. 前記第１の有底孔は、前記一方の面側に開口する部分の面積が異なる有底孔を含んでいることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のヒートパイプ。
8. 前記凹型の形状の第２金属層は、平板部と、前記平板部の外周部から前記第１金属層側に突起する側壁部が一体的に形成されて構成されていることを特徴とする請求項２に記載のヒートパイプ。
9. 作動流体が気化した蒸気を移動させる蒸気層を構成する第２金属層を形成する工程と、前記蒸気が液化した前記作動流体を移動させる液層を構成する第１金属層を形成する工程と、前記第１金属層の一方の面の上に前記第２金属層を接合する工程と、を備えたヒートパイプの製造方法であって、
   前記第１金属層を形成する工程は、
   第１の金属シートを一方の面側からハーフエッチングして、第１の有底孔を複数形成し、前記第１の金属シートを他方の面側からハーフエッチングし、第２の有底孔を複数形成すると共に、前記第１の有底孔と部分的に連通する第１の細孔と、隣接する前記第２の有底孔の側面が部分的に連通して形成された第２の細孔を形成する工程を有し、
   前記第２金属層を形成する工程は、
   第２の金属シートを厚さ方向に貫通する貫通孔を形成する工程を有することを特徴とするヒートパイプの製造方法。
10. 作動流体が気化した蒸気を移動させる蒸気層を構成する側壁部が設けられた第２金属層を形成する工程と、前記蒸気が液化した前記作動流体を移動させる液層を構成する第１金属層を形成する工程と、前記第１金属層の一方の面の上に前記第２金属層を接合する工程と、を備えたヒートパイプの製造方法であって、
    前記第１金属層を形成する工程は、
    第１の金属シートを一方の面側からハーフエッチングして、第１の有底孔を複数形成し、前記第１の金属シートを他方の面側からハーフエッチングし、第２の有底孔を複数形成すると共に、前記第１の有底孔と部分的に連通する第１の細孔と、隣接する前記第２の有底孔の側面が部分的に連通して形成された第２の細孔を形成する工程を有し、
    前記第２金属層を形成する工程は、
    第２の金属シートを一方の面又は他方の面側からハーフエッチングして、中央側に有底の開口部を形成すると共に、外周側に前記開口部を囲む側壁部を形成する工程を有することを特徴とするヒートパイプの製造方法。
11. 前記第１の有底孔の前記一方の面側に開口する部分の面積は、前記第２の有底孔の前記他方の面側に開口する部分の面積よりも小さいことを特徴とする請求項９又は１０に記載のヒートパイプの製造方法。
12. 前記第１の有底孔は、前記第１の細孔側から前記一方の面側に向かって内壁が拡幅し、
    前記第２の有底孔は、前記第１の細孔側から前記他方の面側に向かって内壁が拡幅することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載のヒートパイプの製造方法。
13. １つの前記第２の有底孔に対して、複数の前記第１の有底孔が連通していることを特徴とする請求項９乃至１２の何れか一項に記載のヒートパイプの製造方法。

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