JP2018112358A - 自励振動ヒートパイプ及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】トップヒート状態で使用された場合でも熱輸送動作を継続可能とすること。
【解決手段】作動液が封入される流路を備える自励振動ヒートパイプであって、第１方向で離れた第１領域内と第２領域内との間で複数回往復する第１流路を有する第１ヒートパイプ部と、前記第１流路と連通する第２流路であって、前記第１方向で前記第１領域内と第３領域内との間で複数回往復する第２流路を有し、前記第２流路の内容積が液相状態の作動液の体積よりも小さい第２ヒートパイプ部とを含み、前記第１領域は、前記第１方向で前記第２領域及び前記第３領域の間に位置する。
【選択図】図１

Description

本開示は、自励振動ヒートパイプ及び電子機器に関する。

自励振動ヒートパイプが知られている。自励振動ヒートパイプは、作動液の流路を受熱部と放熱部との間で複数回往復させた構造を有する。この構造によれば、受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、放熱部では作動液が液化して流路の圧力が減り、受熱部と放熱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、作動液を介して受熱部で受けた熱を放熱部に輸送できる。

国際公開第2016/035436号パンフレット 特開2008-275292号公報 特開2001-272188号公報

しかしながら、上記のような従来の自励振動ヒートパイプでは、受熱部が重力方向で放熱部よりも上側に位置するトップヒート状態で比較的長い時間使用されると、受熱部において作動液が枯渇する現象（いわゆるドライアウト）を防止することが難しい。ドライアウトが生じると、自励振動ヒートパイプは熱輸送動作を継続できなくなる。

そこで、１つの側面では、本発明は、トップヒート状態で使用された場合でも熱輸送動作を継続可能とすることを目的とする。

１つの側面では、作動液が封入される流路を備える自励振動ヒートパイプであって、
第１方向で離れた第１領域内と第２領域内との間で複数回往復する第１流路を有する第１ヒートパイプ部と、
前記第１流路と連通する第２流路であって、前記第１方向で前記第１領域内と第３領域内との間で複数回往復する第２流路を有し、前記第２流路の内容積が液相状態の作動液の体積よりも小さい第２ヒートパイプ部とを含み、
前記第１領域は、前記第１方向で前記第２領域及び前記第３領域の間に位置する、自励振動ヒートパイプが提供される。

１つの側面では、本発明によれば、トップヒート状態で使用された場合でも熱輸送動作を継続可能となる。

本実施例による自励振動ヒートパイプを示す平面図である。 比較例による自励振動ヒートパイプにおいて生じるドライアウトの説明図である。 比較例による自励振動ヒートパイプにおいて生じるドライアウトの説明図である。 比較例による自励振動ヒートパイプにおいて生じるドライアウトの説明図である。 本実施例による自励振動ヒートパイプによってドライアウトの発生確率を低減できる原理の説明図である。 本実施例による自励振動ヒートパイプによってドライアウトの発生確率を低減できる原理の説明図である。 本実施例による自励振動ヒートパイプによってドライアウトの発生確率を低減できる原理の説明図である。 ドライアウトの発生確率を低減できる原理の説明図である。 ドライアウトの発生確率を低減できる原理の説明図である。 本実施例による自励振動ヒートパイプの効果の説明図である。 自励振動ヒートパイプの製造方法の説明図である。 自励振動ヒートパイプの製造方法の説明図である。 自励振動ヒートパイプの製造方法の説明図である。 自励振動ヒートパイプの製造方法の説明図である。 自励振動ヒートパイプを内蔵する電子機器の説明図である。 自励振動ヒートパイプを内蔵する電子機器の説明図である。 自励振動ヒートパイプを内蔵する電子機器の説明図である。 自励振動ヒートパイプを内蔵する電子機器の説明図である。 自励振動ヒートパイプを内蔵する電子機器の説明図である。 第１変形例による自励振動ヒートパイプを示す平面図である。 第２変形例による自励振動ヒートパイプを示す平面図である。 逆止弁を有する構造の説明図である。 作動液の流れ方向に沿って断面積が変化する構造の説明図である。 流体ダイオードを有する構造の説明図である。 流体ダイオードを有する構造の説明図である。 第３変形例による自励振動ヒートパイプを示す平面図である。 第４変形例による自励振動ヒートパイプを示す平面図である。 第５変形例による自励振動ヒートパイプを示す平面図である。 第６変形例による自励振動ヒートパイプを示す平面図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、一実施例による自励振動ヒートパイプ１を示す平面図である。図１には、Ｘ方向及びＹ方向が定義されている。図１においては、模式的に、作動液の液相部分が“なし地”でハッチングされた部位で示され、作動液の気相部分が白抜き部位で示される。また、図１においては、模式的に、作動液の動きが流路内の矢印で示される。

自励振動ヒートパイプ１は、第１ヒートパイプ部１００と、第２ヒートパイプ部２００とを含む。

第１ヒートパイプ部１００は、Ｘ方向で離れた第１領域Ｓ１内と第２領域Ｓ２内との間で複数回往復する第１流路１０１を有する。図１に示す例では、第１流路１０１は、Ｘ方向に延在する６本の細管がＹ方向に並ぶが、細管の本数は任意である。尚、第１流路１０１に係る６本の細管のそれぞれは、Ｙ方向両側の細管１０３，１０４を除き、Ｘ方向の両側でそれぞれＵ字管を介して、隣接する細管に連通する。

第２ヒートパイプ部２００は、Ｘ方向で離れた第１領域Ｓ１内と第３領域Ｓ３内との間で複数回往復する第２流路２０１を有する。図１に示す例では、第２流路２０１は、第１流路１０１と同様に、Ｘ方向に延在する６本の細管がＹ方向に並ぶが、細管の本数は任意である。また、第２流路２０１の細管の本数は、第１流路１０１の細管の本数と異なってもよい。尚、第２流路２０１に係る６本の細管のそれぞれは、Ｙ方向両側の細管２０３，２０４を除き、Ｘ方向の両側でそれぞれＵ字管を介して、隣接する細管に連通する。

第２流路２０１は、第１流路１０１と連通する。具体的には、図１に示すように、第２流路２０１のＹ方向両側の各細管２０３，２０４は、Ｘ２側の端部にて、第１流路１０１のＹ方向両側の各細管１０３，１０４とそれぞれつながる。

以下では、第１ヒートパイプ部１００（第１流路１０１）と第２ヒートパイプ部２００（第２流路２０１）との間の境界は、細管１０３と細管２０３との間の基準線Lrefの位置、及び、細管１０４と細管２０４との間の基準線Lrefの位置であるとする。基準線Lrefは、図１に示すように、Ｙ方向に平行な線であって、第１ヒートパイプ部１００のＸ１側のＵ字管のおける最もＸ１側の位置を通る線である。

第２ヒートパイプ部２００は、第２流路２０１の内容積が作動液の体積（液相状態の作動液の体積）よりも小さい。即ち、第１ヒートパイプ部１００の第１流路１０１の内容積をＶ_１とし、第２ヒートパイプ部２００の第２流路２０１の内容積をＶ_２とし、作動液の充填率をαとしたとき、以下の関係式を満たす。

数１の式の物理的な意味は、液相状態の作動液の体積（作動液が全て液相であるときの総体積）α（Ｖ_１＋Ｖ_２）が、第２流路２０１の内容積Ｖ_２よりも大きいことを表す。

第２流路２０１は、図５Ａ乃至図５Ｃに関連して後述するように、第１ヒートパイプ部１００に係るトップヒート状態（後述）でのドライアウトの発生確率を低減する機能を有する。数１の式の技術的な意義としては、図５Ａ乃至図５Ｃに関連して後述するが、第２ヒートパイプ部２００に係るトップヒート状態（後述）でドライアウトを実質的に発生させない条件である。

尚、図１に示す例では、第２流路２０１は、Ｘ方向の長さが第１流路１０１よりも短い。即ち、第２流路２０１のＸ方向の長さＬ２と、第１流路１０１のＸ方向の長さＬ１との関係は、Ｌ１＞Ｌ２である。Ｘ方向の長さＬ１＋Ｌ２は、電子機器のＸ方向の長さに応じて決まり、Ｘ方向の長さＬ１は、電子機器の熱源の位置等に応じて決まる。自励振動ヒートパイプ１が搭載される電子機器において、例えば熱源の位置よりもＸ１側でのＸ方向の長さが短い場合でも、第２流路２０１を成立させることが容易となる。

第１領域Ｓ１は、Ｘ方向で第２領域Ｓ２及び第３領域Ｓ３の間に位置する。即ち、第２ヒートパイプ部２００は、Ｘ方向で第１ヒートパイプ部１００に隣接する。図１に示す例では、第２ヒートパイプ部２００及び第１ヒートパイプ部１００は、それぞれ、Ｘ方向で他方に近い側のＵ字管同士が、Ｘ方向で僅かに離間して対向する態様で設けられる。従って、第１領域Ｓ１は、第１流路１０１が設けられる領域部Ｓ１１と、第２流路２０１が設けられる領域部Ｓ１２とを含むが、領域部Ｓ１１と領域部Ｓ１２とはＸ方向でオーバーラップしない。但し、変形例では、領域部Ｓ１１と領域部Ｓ１２とはＸ方向でオーバーラップしてもよい。

第１流路１０１及び第２流路２０１には、作動液が封入される。作動液は、凝縮性の任意の液体であり、例えば、水、エタノールなどのアルコール類、およびハイドロフルオロエーテルなどのフッ素系の冷媒などが挙げられる。作動液は、図示しない注入部から注入される。作動液の注入時、第１流路１０１及び第２流路２０１の内部は減圧され、第１流路１０１及び第２流路２０１の容積の約半分の体積に相当する作動液が封入される。このように減圧下の第１流路１０１及び第２流路２０１に作動液を封入することで、作動液の沸点が低下し、受熱部（後述）の温度が低い場合でも受熱部において作動液を気化させることができる。

自励振動ヒートパイプ１は、熱輸送デバイスであり、熱源に接触する受熱部と、熱源に接触しない放熱部とを有する。熱源は、任意であるが、例えば電子機器の電子部品などの発熱体である。「熱源に接触する」とは、熱源に直接又は伝熱体を介して接触する態様を意味する。

本実施例では、一例として、熱源は、第１領域Ｓ１内で自励振動ヒートパイプ１に接触する。本実施例では、受熱部は、第１流路１０１における第１領域Ｓ１内の部位と、第２流路２０１における第１領域Ｓ１内の部位とにより形成される。以下、第１流路１０１における第１領域Ｓ１内の部位を、第１受熱部１１０と称し、第２流路２０１における第１領域Ｓ１内の部位を、第２受熱部２１０と称し、第１及び第２受熱部１１０、２１０を区別しないときは、「受熱部」と称する。放熱部は、第１流路１０１における第２領域Ｓ２内の部位により形成される。以下、第１流路１０１における第２領域Ｓ２内の部位を、放熱部１１２と称する。換言すると、本実施例では、一例として、自励振動ヒートパイプ１は、第１ヒートパイプ部１００及び第２ヒートパイプ部２００が受熱部を有しかつ第１ヒートパイプ部１００が放熱部を有するように、熱源に対して設けられる。尚、放熱部１１２における放熱は、自然放熱であってもよいし、ファン（図示せず）などを用いた強制空冷や水冷等により実現されてもよい。

このような自励振動ヒートパイプ１によれば、以下で説明すように、受熱部において作動液が枯渇する現象（いわゆるドライアウト）の発生確率を低減できる。

図２乃至図４は、比較例による自励振動ヒートパイプにおいて生じるドライアウトの説明図である。図２及び図３は、比較例による自励振動ヒートパイプの構造を示す平面図である。図２及び図３においては、模式的に、作動液の液相部分が“なし地”でハッチングされた部位で示され、作動液の気相部分が白抜き部位で示される。

比較例による自励振動ヒートパイプの構造は、図２及び図３に示すように、本実施例における第２ヒートパイプ部２００（及びそれに伴い第２流路２０１）が存在しない。従って、比較例による自励振動ヒートパイプの構造は、図２及び図３に示すように、Ｙ方向両側の細管３０１，３０２は、Ｘ１側の端部で、Ｙ方向に延在する細管３００で互いに接続される。

図２は、正常動作時の状態を示し、図３は、ドライアウト時の状態を示す。正常動作時には、自励振動ヒートパイプの流路中には、作動液の気相部分と液相部分が分散しており、熱源からの熱を受けて、作動液が蒸発して隣接する液相部分を押すことにより、作動液が流路中を移動し、熱を運ぶ。この際、作動液は、矢印Ｒ１で模式的に示すように、Ｘ方向に振動（自励振動）することで、作動液が受熱部と放熱部とを行き来する。

ドライアウト時には、作動液が全て液相となって、受熱部以外の部位（放熱部を含む）に位置する。この場合、矢印Ｒ２で模式的に示すような振動が生じず、作動液が受熱部と放熱部とを行き来しない。即ち、ドライアウトが生じると、自励振動ヒートパイプの熱輸送機能が実質的に機能せず、図４に示すように、受熱部の温度が望ましくない態様で上昇してしまう。図４には、横軸に時間を取り、縦軸に温度を取り、受熱部の温度の時間変化が示される。図４に示す例では、時刻ｔ１までは正常動作をしていたが、時刻ｔ１にてドライアウトが生じ、時刻t１を境に温度が上昇していく様子が示される。

図５Ａ乃至図５Ｃは、本実施例による自励振動ヒートパイプ１によってドライアウトの発生確率を低減できる原理の説明図であり、すべて自励振動ヒートパイプ１の平面図である。図５Ａ乃至図５Ｃ（後出の図６Ａ及び図６Ｂについても同様）においては、模式的に、作動液の液相部分が“なし地”でハッチングされた部位で示され、作動液の気相部分が白抜き部位で示される。また、図５Ａ乃至図５Ｃ（後出の図６Ａ及び図６Ｂについても同様）においては、模式的に、作動液の動きが流路内の矢印で示される。

ここで、いわゆるトップヒート状態では、作動液の重力成分に起因して、ドライアウトが生じやすい。トップヒート状態とは、重力方向で放熱部よりも下側に受熱部が実質的に存在しない状態である。自励振動ヒートパイプ１に関して、ドライアウトが生じやすいトップヒート状態は、Ｘ方向が有意な重力成分を有し（即ち水平方向に対して有意に傾斜し）、第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０が放熱部１１２よりも上側にある状態である。即ち、自励振動ヒートパイプ１に関して、ドライアウトが生じやすいトップヒート状態は、第１ヒートパイプ部１００に係るトップヒート状態であり、Ｘ１側がＸ２側よりも重力方向で上側にあるときのトップヒート状態である。

本実施例では、上述のように、第２流路２０１における第３領域Ｓ３内の部位は、放熱部位としても機能しうる。従って、自励振動ヒートパイプ１に関しては、Ｘ２側がＸ１側よりも重力方向で上側にある状態も、重力方向で放熱部よりも下側に受熱部が実質的に存在しない状態となりえ、定義上、“トップヒート状態”となりうる。Ｘ２側がＸ１側よりも重力方向で上側にあるときのトップヒート状態（「第２ヒートパイプ部２００に係るトップヒート状態」とも称する）は、Ｘ１側がＸ２側よりも重力方向で上側にあるときのトップヒート状態とは異なり、ドライアウトが実質的に生じない。これは、上述した数１の関係を満たすことに起因する。即ち、第２ヒートパイプ部２００に係るトップヒート状態では、上述した数１の関係を満たすと、第１受熱部１１０に作動液が存在することになるためである。

ここで、第２ヒートパイプ部２００に係るトップヒート状態でドライアウトをより確実に発生させない条件は、上述した数１の関係を更に進展させた以下の関係式で与えられる。

ここで、Ｖ_１ｈは、第１受熱部１１０内の第１流路１０１の内容積である。即ち、Ｖ_１ｈは、第１流路１０１における第１受熱部１１０内の部分の内容積である。ｋは、０よりも大きい適当な定数であり、例えば０．５である。数２の式の物理的な意味は、液相状態の作動液の体積α（Ｖ_１＋Ｖ_２）が、第２流路２０１の内容積Ｖ_２と内容積Ｖ_１ｈのｋ倍との合計よりも、大きいことを表す。これにより、第２ヒートパイプ部２００に係るトップヒート状態では、少なくとも体積がｋ×Ｖ_１ｈ分の作動液が第１受熱部１１０に存在することになり、第２ヒートパイプ部２００に係るトップヒート状態でドライアウトをより確実に防止できる。

以下では、自励振動ヒートパイプ１に関して、“トップヒート状態”とは、特に言及しない限り、第１ヒートパイプ部１００に係るトップヒート状態、即ち、Ｘ１側がＸ２側よりも重力方向で上側にあるときのトップヒート状態を表す。

例えば、自励振動ヒートパイプ１が搭載される電子機器がスマートフォン（図９Ａ参照）等の携帯型である場合、電子機器の向きに応じて（即ち電子機器の使用態様に応じて）、トップヒート状態となり得る。他方、自励振動ヒートパイプ１が搭載される電子機器が固定型である場合、搭載態様によっては常にトップヒート状態となり得る。トップヒート状態では、作動液は、重力成分に起因して、重力方向で下側の放熱部の側に溜まる傾向が強くなるため、ドライアウトが生じやすくなる。即ち、熱源が放熱部に比べて上方に位置するトップヒート状態で比較的長期間動作させた場合、作動液が徐々に放熱部に偏り、ドライアウトが発生する可能性が高くなる。

図５Ａは、トップヒート状態で、第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０に作動液が供給されていない状況（以下、「第１状況」と称する）を示す。

本実施例によれば、上述のように、第２ヒートパイプ部２００が第２受熱部２１０を備えるので、図５Ａの囲み部分５００内に示すように、第２受熱部２１０で作動液の気相部分が発生する。第２受熱部２１０で気相部分が生じると、図５Ｂ示すように、第２流路２０１の液相部分が押され、その結果、第１流路１０１内の作動液にも駆動力が生じる。即ち、本実施例によれば、第１状況においても、第２ヒートパイプ部２００が動作することで、第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０以外の部位に偏在した作動液を第１受熱部１１０に押し戻すことができる。図５Ｂには、第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０に押し戻された作動液が囲み部分５０２で示される。この結果、図５Ｃに示すように、自励振動ヒートパイプ１は熱輸送動作を継続することになる。このようにして本実施例によれば、トップヒート状態で使用された場合でも熱輸送動作が継続される可能性を高めることができる。

ここで、自励振動ヒートパイプ１は、好ましくは、以下の関係式を満たす。

尚、上述のように、Ｖ_１は、第１ヒートパイプ部１００の内容積、Ｖ_２は、第２ヒートパイプ部２００の内容積、Ｖ_１ｈは、第１受熱部１１０の内容積、αは、作動液の充填率である。数３の式の物理的な意味は、作動液が全て液相であるときの総容量α（Ｖ_１＋Ｖ_２）が、トップヒート状態で自励振動ヒートパイプ１における第１領域Ｓ１よりも下側となる部分の内容積（Ｖ_１−Ｖ_１ｈ）以上であることを表す。

図６Ａ及び図６Ｂは、数３の関係式を満たす場合にドライアウトの発生確率を更に低減できる原理の説明図であり、すべて自励振動ヒートパイプ１の平面図である。

図６Ａは、トップヒート状態で、第２ヒートパイプ部２００の第２受熱部２１０に作動液が供給されていない状況（以下、「第２状況」と称する）を示す。

数３の関係式を満たす場合、第２状況においても、図６Ａの囲み部分５０２内に示すように、第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０内に作動液が存在する。これは、数３の関係式を満たす場合、上述のように、作動液が全て液相であるときの総容量α（Ｖ_１＋Ｖ_２）が、トップヒート状態で自励振動ヒートパイプ１における第１領域Ｓ１よりも下側となる部分の内容積（Ｖ_１−Ｖ_１ｈ）以上であるためである。従って、トップヒート状態で作動液が第１ヒートパイプ部１００に偏在したとしても、作動液の上部が第１受熱部１１０と接するため、第１受熱部１１０で作動液の気相部分が発生する。第１受熱部１１０で気相部分が生じると、第１流路１０１内の作動液に駆動力が生じる。この結果、図６Ｂに示すように、自励振動ヒートパイプ１は熱輸送動作を継続することになる。このようにして数３の関係式を満たす構成においては、トップヒート状態で使用された場合でも熱輸送動作が継続される可能性を更に高めることができる。

ここで、本実施例では、上述のように、自励振動ヒートパイプ１は、第１ヒートパイプ部１００が放熱部１１２を備えることで、受熱部と放熱部との間で自励振動による熱輸送が実現される。従って、第１ヒートパイプ部１００で運ばれる熱量が大きいほど、熱輸送効率が良いといえる。第１ヒートパイプ部１００で運ばれる熱量を増やすためには、第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０の面積（熱源に接する面積）を増加させることが有用となる。

このため、自励振動ヒートパイプ１は、好ましくは、第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０の熱源に接触する面積が第２ヒートパイプ部２００の第２受熱部２１０の同面積よりも大きくなるように、熱源に対して配置される。第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０の熱源に接触する面積とは、平面視での第１受熱部１１０の面積（即ち、第１領域Ｓ１内の第１流路１０１の、ＸＹ平面への投影面積）である。同様に、第２ヒートパイプ部２００の第２受熱部２１０の熱源に接触する面積とは、平面視での第２受熱部２１０の面積（即ち、第１領域Ｓ１内の第２流路２０１の、ＸＹ平面への投影面積）である。これにより、熱輸送効率を高めることができる。

図７は、本実施例による自励振動ヒートパイプ１の効果の説明図であり、試験結果を示す図である。図７には、横軸に時間を取り、縦軸に温度を取り、受熱部の温度の時間変化が示される。図７では、上述した比較例による受熱部の温度の時間変化が曲線５１０で示され、本実施例による受熱部の温度の時間変化が曲線５２０で示される。図７に示すように、比較例では1時間前後でドライアウトが発生して、受熱部の温度が急上昇するのに対し、本実施例では240分以上動作し続けており、動作時間の延長が確認された。

次に、図８Ａ乃至図８Ｄを参照して、自励振動ヒートパイプ１の製造方法について概説する。図８Ａ乃至図８Ｄは、製造工程中の各状態を概略的に示す断面図である。

自励振動ヒートパイプ１は、上述のように、第２ヒートパイプ部２００に係る第２流路２０１を追加的に形成することで容易に製造できる。

先ず、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、基材６００上に液状の成形用樹脂６０２を載せ、成形用樹脂６０２を平らに均してから、離型剤を施した金型６０４で押さえつける。金型６０４は、第１流路１０１及び第２流路２０１に対応する凸状パターン６０５を有する。基材６００は、例えば透明な樹脂シート等である。次いで、成形用樹脂６０２がＵＶ（ultraviolet）硬化性のある樹脂である場合、ＵＶが照射され、成形用樹脂６０２が硬化される。尚、成形用樹脂６０２の特性に応じて、ＵＶに代えて、加熱により成形用樹脂６０２が硬化されてもよい。次いで、図８Ｃに示すように、金型６０４を開き、第１流路１０１や第２流路２０１に対応する凹部６３０が形成された成形用樹脂６０２が、基材６００上に出来上がる。次いで、図８Ｄに示すように、蓋材６０８が第１流路１０１及び第２流路２０１を封止する態様で貼り付けられる。この貼付けは、例えば紫外線硬化性を有するＵＶ接着剤等を用いて実現されてよい。

尚、図８Ａ乃至図８Ｄに示す例は、あくまで一例を概略的に示すものであり、詳細は任意である。例えば、第１流路１０１及び第２流路２０１を取り囲む態様で金属膜を形成し、流路の気密性を高めることとしてもよい。また、第1流路１０１、第２流路２０１および蓋材６０８の材質としては、樹脂以外にも、ガラス、セラミックスや金属であってもよく、流路パターンの形成方法も上述の成形に限定するものではなく、材料に応じて、切削加工、エッチング加工、プレス加工を用いてもよく、蓋材との貼り合せにおいても接着剤を用いた接着のみならず、用いる材料によって、流路の気密性を維持できる種々の接合方法、例えば金属同士の拡散接合などを用いてもよい。

次に、図９Ａ乃至図９Ｅを参照して、自励振動ヒートパイプ１を組み込んだ電子機器の一例について説明する。

図９Ａ乃至図９Ｅは、電子機器７０を概略的に示す図であり、図９Ａは、フロント側の平面図であり、図９Ｂは、背面側の平面図であり、図９Ｃは、背面カバー及び自励振動ヒートパイプ１を外した状態の背面側の平面図である。図９Ｄは、背面カバーを透視して内部を示す背面側の平面図であり、図９Ｅは、側面カバーを透視して内部を示す側面図である。尚、電子機器７０の背面カバーや側面カバーは、筐体カバーとして一体的に形成されうる。

図９Ａ乃至図９Ｅに示す例では、電子機器７０は、一例としてスマートフォンの携帯である。電子機器７０は、例えば図９Ａ及び図９Ｃに示すように、基板７１と、電子部品７２と、表示部７６と、電池７８と、カメラ７９とを含む。

電子部品７２は、基板７１上に実装される発熱体である。発熱体は、任意であるが、CPU（Central Processing Unit）や、MPU(Micro Processing Unit)、LSI（Large-Scale Integration）等であってよい。表示部７６は、例えばタッチパネル付きの液晶ディスプレイにより形成される。

電子部品７２は、更に、上述した自励振動ヒートパイプ１を含む。尚、図９Ｄに示す例では、自励振動ヒートパイプ１は、第１流路１０１及び第２流路２０１に関してＹ方向に並ぶＸ方向の細管の本数が図１に示した構成と異なるが、かかる差異は上述の通り本質的でない。また、図９Ｄに示す例では、自励振動ヒートパイプ１は、カメラ７９の搭載用の開口部１１を有するとともに、第２流路２０１は、開口部１１を迂回する態様で形成されている。

自励振動ヒートパイプ１は、Ｘ１側が電子部品７２の上側（表示部７６の上側）に対応する向きで、電子部品７２の筐体内に設けられる。

図９Ｄでは、熱源は電子部品７２であり、自励振動ヒートパイプ１が熱源と接する範囲Ｓ９（「熱源範囲Ｓ９」と称する）が示される。尚、電子部品７２は、Ｙ方向に離間して複数設けられるが、熱源範囲Ｓ９は、Ｙ方向に連続した形態で示される。熱源範囲Ｓ９は、自励振動ヒートパイプ１の放熱部の範囲を画成する。熱源範囲Ｓ９は、図９Ｄに示すように、例えば平面視（図９Ｄのビュー）で各発熱素子を外接する多角形の範囲であってもよい。尚、電子部品７２は、自励振動ヒートパイプ１に接するヒートシンクを備えてもよい。この場合、ヒートシンクは電子部品７２の一部である。

また、図９Ｄでは、自励振動ヒートパイプ１が電池７８と接する範囲Ｓ１０が示される。自励振動ヒートパイプ１における範囲Ｓ１０内の部位は、放熱部を形成する。尚、自励振動ヒートパイプ１と電池７８との間には空間が設けられてもよい。

このようにして図９Ａ乃至図９Ｅに示す例によれば、電子機器７０は、自励振動ヒートパイプ１を内蔵することで、電子部品７２の冷却性能を高めることができる。ここで、図９Ａ乃至図９Ｅに示す例によれば、電子機器７０は、上側に電子部品７２を有するので、ユーザによる手持ち状態や壁に立てかけた状態において、トップヒート状態が比較的長時間継続し易くなる。この点、図９Ａ乃至図９Ｅに示す例によれば、電子機器７０は、自励振動ヒートパイプ１を内蔵することで、上述のようにトップヒート状態においても冷却性能を維持できる。

尚、図９Ａ乃至図９Ｅに示す例では、電子機器７０は、スマートフォンであったが、これに限られない。自励振動ヒートパイプ１は、他の携帯型の電子機器や、ラップトップのような固定型の電子機器、サーバのような、大型の電子機器等に内蔵されてもよい。尚、他の携帯型の電子機器としては、スマートフォンでない携帯電話、ＰＤＡ(personal digital assistant)、タブレットのような携帯型情報端末、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤ等であってよい。

次に、図１０以降を参照して、上述した実施例に対する各種の変形例について説明する。以下の説明において、特に言及しない限り、上述した実施例と同一の構成要素については、同一の参照符号が付与される。また、各種の用語の定義は、上述した実施例と同じである。

図１０は、第１変形例による自励振動ヒートパイプ１Ａを示す平面図である。図１０（以下の図１１以降も同様）においては、模式的に、作動液の液相部分が“なし地”でハッチングされた部位で示され、作動液の気相部分が白抜き部位で示される。また、図１０（以下の図１１以降も同様）においては、模式的に、作動液の動きが流路内の矢印で示される。

自励振動ヒートパイプ１Ａは、上述した実施例による自励振動ヒートパイプ１に対して、図１０に示すように、第２ヒートパイプ部２００が第２ヒートパイプ部２００Ａで置換された点が異なる。

第２ヒートパイプ部２００Ａの第２流路２０１Ａは、分断される個所２４０を有することで、非ループ型の流路構造を形成する。自励振動ヒートパイプ１Ａは、第２流路２０１Ａが分断される個所２４０を有することで、非ループ型の流路構造を形成する。尚、上述した実施例による自励振動ヒートパイプ１は、第１流路１０１及び第２流路２０１のいずれも分断される個所を有さないループ型の流路構造を形成する（図１参照）。

第１変形例によっても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。尚、非ループ型の流路構造では、作動液の循環流が形成されない分、ドライアウトが生じやすくなる。しかしながら、第１変形例によれば、第２ヒートパイプ部２００Ａを備えることで、上述した実施例１と同様の効果、即ちドライアウトの発生確率を低減できる。

図１１は、第２変形例による自励振動ヒートパイプ１Ｂを示す平面図である。

自励振動ヒートパイプ１Ｂは、上述した実施例による自励振動ヒートパイプ１に対して、図１１に示すように、第１ヒートパイプ部１００が第１ヒートパイプ部１００Ｂで置換された点が異なる。第１ヒートパイプ部１００Ｂの第１流路１０１Ｂは、図１１に模式的に示すように、作動液の流れ方向を整える整流構造５０を備える。図１１に示す例では、整流構造５０は、図１１に示す矢印の方向の循環流を形成できる。整流構造５０は、例えば図１２に模式的に断面図で示すように、逆止弁を有する構造５０Ａであってもよいし、図１３に模式的に断面図で示すように、作動液の流れ方向に沿って断面積が変化する構造５０Ｂであってもよい。例えば構造５０Ｂは、特許文献１に開示されるような構造により実現されてもよい。また、整流構造５０は、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、流体ダイオードを有する構造５０Ｃにより実現されてもよい。図１４Ａ及び図１４Ｂには、作動液の流れが矢印で模式的に示される。流体ダイオードを有する構造５０Ｃは、図１４Ａに示す方向の作動液の流れを促進させることができる。これは、図１４Ａに示すように、分岐路７０１を通る作動液が、本線の流路７０２を通る作動液に対して同じ方向で合流するためである。他方、流体ダイオードを有する構造５０Ｃは、図１４Ｂに示す方向の作動液の流れを抑止できる。これは、図１４Ｂに示すように、分岐路７０１を通る作動液が、本線の流路７０２を通る作動液に対して対向する方向で合流するためである。

第２変形例によっても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。第２変形例では、作動液の循環流が積極的に形成されるため、ドライアウトの発生確率を更に低減できる。尚、第２変形例は、上述した第１変形例と組み合わせて実現されてもよい。

図１５は、第３変形例による自励振動ヒートパイプ１Ｃを示す平面図である。

自励振動ヒートパイプ１Ｃは、上述した実施例による自励振動ヒートパイプ１に対して、図１５に示すように、第２ヒートパイプ部２００が第２ヒートパイプ部２００Ｃで置換された点が異なる。

第２ヒートパイプ部２００Ｃの第２流路２０１Ｃは、断面積（主要な流れ方向に対して垂直な面で切断した際の断面積）が第１流路１０１よりも小さい。このようにして第２流路２０１Ｃの断面積は、例えば、上述した数１等に示す関係式を満たすために、適宜、調整されてもよい。

第３変形例によっても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。尚、第３変形例は、上述した第１変形例や第２変形例と組み合わせて実現されてもよい。

尚、第３変形例では、第２流路２０１Ｃは、全体の区間にわたって断面積が第１流路１０１よりも小さいが、一部の区間にわたって断面積が第１流路１０１よりも小さくてもよい。また、断面積の変化部分は、図１５に示すような段差ではなく、断面積が徐々に変化する態様で実現されてもよい。

図１６は、第４変形例による自励振動ヒートパイプ１Ｄを示す平面図である。

自励振動ヒートパイプ１Ｄは、上述した実施例による自励振動ヒートパイプ１に対して、図１６に示すように、第２ヒートパイプ部２００が第２ヒートパイプ部２００Ｄで置換された点が異なる。

第２ヒートパイプ部２００Ｄの第２流路２０１Ｄは、断面積（主要な流れ方向に対して垂直な面で切断した際の断面積）が第１流路１０１よりも大きい。このようにして第２流路２０１Ｄの断面積は、例えば、上述した数１等に示す関係式を満たすために、適宜、調整されてもよい。

第４変形例によっても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。尚、第４変形例は、上述した第１変形例や第２変形例と組み合わせて実現されてもよい。

尚、第４変形例では、第２流路２０１Ｄは、全体の区間にわたって断面積が第１流路１０１よりも小さいが、一部の区間にわたって断面積が第１流路１０１よりも小さくてもよい。また、断面積の変化部分は、図１６に示すような段差ではなく、断面積が徐々に変化する態様で実現されてもよい。

図１７は、第５変形例による自励振動ヒートパイプ１Ｅを示す平面図である。

自励振動ヒートパイプ１Ｅは、上述した実施例による自励振動ヒートパイプ１に対して、熱源との関係が異なる。図１７には、熱源範囲Ｓ１７が示される。熱源範囲Ｓ１７は、第１領域Ｓ１及び第３領域Ｓ３を包含する。従って、第４変形例では、自励振動ヒートパイプ１Ｅの受熱部は、第１流路１０１における第１領域Ｓ１内の部位と、第２流路２０１における第１領域Ｓ１内の部位と、第２流路２０１における第３領域Ｓ３内の部位とを含む。また、自励振動ヒートパイプ１Ｅの受熱部は、第２流路２０１におけるＸ方向で第１領域Ｓ１と第３領域Ｓ３との間の部位も含む。即ち、自励振動ヒートパイプ１Ｅの受熱部は、第１流路１０１における第１領域Ｓ１内の部位と、第２流路２０１全体とにより形成される。

第５変形例によっても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。第５変形例によれば、上述した第１状況（図５Ａ参照）において、第２ヒートパイプ部２００の細管２０３，２０４で気相部分が生じ、第１ヒートパイプ部１００の第１受熱部１１０以外の部位に偏在した作動液を第１受熱部１１０に押し戻すことができる。尚、第５変形例は、上述した第１変形例乃至第４変形例のいずれか１つ又は複数と組み合わせて実現されてもよい。

図１８は、第６変形例による自励振動ヒートパイプ１Ｆを示す平面図である。

自励振動ヒートパイプ１Ｆは、上述した実施例による自励振動ヒートパイプ１に対して、図１８に示すように、第１ヒートパイプ部１００及び第２ヒートパイプ部２００がそれぞれ第１ヒートパイプ部１００Ｆ及び第２ヒートパイプ部２００Ｆで置換された点が異なる。

第１ヒートパイプ部１００Ｆの第１流路１０１Ｆは、上述した実施例による第１流路１０１に対して、Ｙ方向両側の細管１０３，１０４が細管１０３Ｆ，１０４Ｆで置換された点が異なる。また、第２ヒートパイプ部２００Ｆの第２流路２０１Ｆは、上述した実施例による第２流路２０１に対して、Ｙ方向両側の細管２０３，２０４が細管２０３Ｆ，２０４Ｆで置換された点が異なる。細管１０３Ｆ及び細管２０３Ｆは、図１８に示すように、協動して、Ｙ方向外側且つ斜め方向に延出するＵ字管の形態をなす。細管１０４Ｆ及び細管２０４Ｆは、図１８に示すように、協動して、Ｙ方向外側に延出するＵ字管の形態をなす。このようにして、Ｘ方向に平行でない流路を備えてもよい。

第６変形例によっても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。
［付記１］
作動液が封入される流路を備える自励振動ヒートパイプであって、
第１方向で離れた第１領域内と第２領域内との間で複数回往復する第１流路を有する第１ヒートパイプ部と、
前記第１流路と連通する第２流路であって、前記第１方向で前記第１領域内と第３領域内との間で複数回往復する第２流路を有し、前記第２流路の内容積が液相状態の作動液の体積よりも小さい第２ヒートパイプ部とを含み、
前記第１領域は、前記第１方向で前記第２領域及び前記第３領域の間に位置する、自励振動ヒートパイプ。
［付記２］
前記第１流路における前記第１領域内の部位、及び、前記第２流路における前記第１領域内の部位は、熱源に接触する受熱部を形成し、
前記第１流路における前記第２領域内の部位は、熱源に接触しない放熱部を形成する、付記１に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記３］
前記第１流路における前記第１領域内の部位は、前記第２流路における前記第１領域内の部位よりも前記熱源に接触する面積が大きい、付記２に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記４］
前記第１流路の内容積をＶ_１とし、前記第１流路における前記第１領域内の部分の内容積をＶ_１ｈとし、前記第２流路の内容積をＶ_２とし、作動液の充填率をαとした場合、以下の関係式が成立する、

付記２又は３に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記５］
前記第１流路の内容積をＶ_１とし、前記第１流路における前記第１領域内の部分の内容積をＶ_１ｈとし、前記第２流路の内容積をＶ_２とし、作動液の充填率をαとし、ｋを０よりも大きい定数とした場合、以下の関係式が成立する、

付記１〜４のうちのいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記６］
前記第１流路及び前記第２流路は、分断される個所を有さないループ型の流路構造を形成する、付記１〜５のうちのいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記７］
前記第１流路及び前記第２流路は、前記第２流路が分断される個所を有することで、非ループ型の流路構造を形成する、付記１〜５のうちのいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記８］
前記第１流路は、作動液の流れ方向を整える整流構造を備える、付記１〜７のうちのいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記９］
前記整流構造は、逆止弁を有する構造、作動液の流れ方向に沿って断面積が変化する構造、及び流体ダイオードを有する構造のうちの少なくともいずれか１つを含む、付記８に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記１０］
前記第２流路は、前記第１流路とは異なる断面積を有する、付記１〜９のうちのいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
［付記１１］
電子部品と、
前記電子部品に熱的に接続される受熱部を有し、作動液が封入される流路を備える自励振動ヒートパイプとを含み、
前記自励振動ヒートパイプは、
第１方向で離れた第１領域内と第２領域内との間で複数回往復する第１流路を有する第１ヒートパイプ部と、
前記第１流路と連通する第２流路であって、前記第１方向で前記第１領域内と第３領域内との間で複数回往復する第２流路を有し、前記第２流路の内容積が液相状態の前記作動液の体積よりも小さい第２ヒートパイプ部とを含み、
前記第１領域は、前記第１方向で前記第２領域及び前記第３領域の間に位置し、
前記受熱部は、前記第１流路における前記第１領域内の部位と、前記第２流路における前記第１領域内の部位とを含む、電子機器。

１、１Ａ〜１Ｆ 自励振動ヒートパイプ
１１ 開口部
５０ 整流構造
５０Ａ 構造
５０Ｂ 構造
５０Ｃ 構造
７０ 電子機器
７１ 基板
７２ 電子部品
７６ 表示部
７８ 電池
７９ カメラ
１００ 第１ヒートパイプ部
１００Ｂ 第１ヒートパイプ部
１００Ｆ 第１ヒートパイプ部
１０１ 第１流路
１０１Ｂ 第１流路
１０１Ｆ 第１流路
１０３ 細管
１０３Ｆ 細管
１０４ 細管
１０４Ｆ 細管
１１０ 第１受熱部
１１２ 放熱部
２００ 第２ヒートパイプ部
２００Ａ 第２ヒートパイプ部
２００Ｃ 第２ヒートパイプ部
２００Ｄ 第２ヒートパイプ部
２００Ｆ 第２ヒートパイプ部
２０１ 第２流路
２０１Ａ 第２流路
２０１Ｃ 第２流路
２０１Ｄ 第２流路
２０１Ｆ 第２流路
２０３ 細管
２０３Ｆ 細管
２０４ 細管
２０４Ｆ 細管
２１０ 第２受熱部
３００ 細管
３０１ 細管
３０２ 細管
６００ 基材
６０２ 成形用樹脂
６０４ 金型
６０５ 凸状パターン
６０８ 樹脂シート

Claims (6)

1. 作動液が封入される流路を備える自励振動ヒートパイプであって、
   第１方向で離れた第１領域内と第２領域内との間で複数回往復する第１流路を有する第１ヒートパイプ部と、
   前記第１流路と連通する第２流路であって、前記第１方向で前記第１領域内と第３領域内との間で複数回往復する第２流路を有し、前記第２流路の内容積が液相状態の作動液の体積よりも小さい第２ヒートパイプ部とを含み、
   前記第１領域は、前記第１方向で前記第２領域及び前記第３領域の間に位置する、自励振動ヒートパイプ。
2. 前記第１流路における前記第１領域内の部位、及び、前記第２流路における前記第１領域内の部位は、熱源に接触する受熱部を形成し、
   前記第１流路における前記第２領域内の部位は、熱源に接触しない放熱部を形成する、請求項１に記載の自励振動ヒートパイプ。
3. 前記第１流路における前記第１領域内の部位は、前記第２流路における前記第１領域内の部位よりも前記熱源に接触する面積が大きい、請求項２に記載の自励振動ヒートパイプ。
4. 前記第１流路の内容積をＶ_１とし、前記第１流路における前記第１領域内の部分の内容積をＶ_１ｈとし、前記第２流路の内容積をＶ_２とし、作動液の充填率をαとした場合、以下の関係式が成立する、
   

   

   請求項２又は３に記載の自励振動ヒートパイプ。
5. 前記第１流路の内容積をＶ_１とし、前記第１流路における前記第１領域内の部分の内容積をＶ_１ｈとし、前記第２流路の内容積をＶ_２とし、作動液の充填率をαとし、ｋを０よりも大きい定数とした場合、以下の関係式が成立する、
   

   

   請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の自励振動ヒートパイプ。
6. 電子部品と、
   前記電子部品に熱的に接続される受熱部を有し、作動液が封入される流路を備える自励振動ヒートパイプとを含み、
   前記自励振動ヒートパイプは、
   第１方向で離れた第１領域内と第２領域内との間で複数回往復する第１流路を有する第１ヒートパイプ部と、
   前記第１流路と連通する第２流路であって、前記第１方向で前記第１領域内と第３領域内との間で複数回往復する第２流路を有し、前記第２流路の内容積が液相状態の前記作動液の体積よりも小さい第２ヒートパイプ部とを含み、
   前記第１領域は、前記第１方向で前記第２領域及び前記第３領域の間に位置し、
   前記受熱部は、前記第１流路における前記第１領域内の部位と、前記第２流路における前記第１領域内の部位とを含む、電子機器。

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