JP2019082264A - ベーパーチャンバ - Google Patents

Abstract

【課題】ウィック構造体の毛細管力が向上することで、液相の作動流体の流通性が円滑化され、さらに、軽量化されたベーパーチャンバを提供する。【解決手段】一方の板状体と該一方の板状体と対向する他方の板状体とにより空洞部が形成されたコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に収容された、ガラスファイバを備えるウィック構造体と、を備えるベーパーチャンバ。【選択図】図１

Description

本発明は、ウィック構造体の毛細管力が向上することで、作動流体の流通性が円滑化され、さらに、軽量化されたベーパーチャンバに関するものである。

電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、近年、その冷却がより重要となっている。また、電子部品等の発熱体は、電子機器の小型化から、狭小空間に配置されることがある。狭小空間に配置された電子部品等の発熱体の冷却方法として、ベーパーチャンバ、平面型ヒートパイプ、扁平型ヒートパイプ等が使用されることがある。また、電子機器の高機能化から、冷却を要する部位の面積が増大化する場合があり、これに応じて、ベーパーチャンバ、平面型ヒートパイプ、扁平型ヒートパイプ等の面積の増大化が要求される場合がある。

狭小空間に配置されるヒートパイプとしては、例えば、密閉容器であるコンテナの長手方向に沿って延びるように形成され、凝縮部で凝縮された作動液を毛細管力によって蒸発部へ還流させる還流用ウィックと、還流用ウィックによって蒸発部に還流された作動液を、毛細管力によって蒸発部内に拡散させる液拡散用ウィックとを含む扁平型のヒートパイプが提案されている（特許文献１）。特許文献１では、還流用ウィックとしては、複数本の金属細線からなる金属製の細線束によって形成されている。

しかし、特許文献１のように、複数本の金属細線からなるウィック構造体をヒートパイプに収容すると、ヒートパイプの面積が増大化した場合に、ヒートパイプの重量が増してしまい、結果として、ヒートパイプが搭載される電子器機等を十分には軽量化できないという問題があった。

また、毛細管力を向上させるために、例えば、金属細線の極細線化が図られるが、複数本の金属細線からなるウィック構造体では極細線化が困難であり、毛細管力をさらに改善させることが難しいという問題があった。従って、複数本の金属細線からなるウィック構造体では、放熱部から受熱部への作動流体の還流特性をさらに向上させることは難しいという問題があった。

特開２０１６−２３８２１号公報

上記事情に鑑み、本発明は、ウィック構造体の毛細管力が向上することで、液相の作動流体の流通性が円滑化され、さらに、軽量化されたベーパーチャンバを提供することを目的とする。

本発明の態様は、一方の板状体と該一方の板状体と対向する他方の板状体とにより空洞部が形成されたコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、前記空洞部に収容された、ガラスファイバを備えるウィック構造体と、を備えるベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記コンテナの材料が、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銅合金、アルミニウム合金及びチタン合金からなる群から選択された少なくとも１種であるベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記ウィック構造体が、前記ガラスファイバからなるベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記ウィック構造体が、前記ガラスファイバを束ねて形成されたガラス糸を織ったガラスクロスを備えるベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記ガラスクロスが、重ねられているベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記ガラス糸が、毛細管力を生じる凹凸構造を有する多孔質体であるベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記一方の板状体及び／または前記他方の板状体に、空洞部方向へ窪んだ凹部が形成されているベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記一方の板状体及び／または前記他方の板状体に、空洞部方向へ突出した突起部が形成されているベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記コンテナの周縁が、レーザ溶接で封止されているベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記コンテナの内面に、酸化被膜が形成されているベーパーチャンバである。

本発明の態様は、前記酸化被膜が、非晶質体であるベーパーチャンバである。

本発明の態様によれば、ウィック構造体としてガラスファイバを備える部材を用いることにより、ウィック構造体の極細線化が可能となってウィック構造体の毛細管力が向上する。よって、ウィック構造体中における液相の作動流体の流通性が円滑化される。さらに、ウィック構造体としてガラスファイバを備える部材を用いることにより、ベーパーチャンバを軽量化することができる。

本発明の態様によれば、前記ガラス糸が毛細管力を生じる凹凸構造を有する多孔質体であることにより、多孔質体ではないガラス糸からなるガラスクロスと比較して、優れた毛細管力を有しつつ、軽量化、例えば、１〜５０質量％の軽量化も達成することができる。

本発明の態様によれば、一方の板状体及び／または他方の板状体に、空洞部方向へ窪んだ凹部が形成されていることにより、空洞部が減圧されていてもコンテナの変形が防止されて、空洞部を確実に確保することができる。

本発明の態様によれば、一方の板状体及び／または他方の板状体に、空洞部方向へ突出した突起部が形成されていることにより、空洞部が減圧されていてもコンテナの変形が防止されて、空洞部を確実に確保することができる。

本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。 本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。 本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。図１に示すように、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１は、対向する２枚の板状体、すなわち、一方の板状体１１と一方の板状体１１と対向する他方の板状体１２とを重ねることにより空洞部１３が形成された平面視（ベーパーチャンバ１の平面に対して鉛直方向からの視認）矩形状の平面型であるコンテナ１０と、空洞部１３内に封入された作動流体（図示せず）とを有している。また、空洞部１３の内部空間には、毛細管構造を有するウィック構造体１５が収容されている。また、他方の板状体１２の内面とウィック構造体１５との間の空間部が、気相の作動流体が流通する蒸気流路１８となっている。

一方の板状体１１は平板状である。他方の板状体１２も平板状であるが、中央部が凸状に塑性変形されている。他方の板状体１２の、外側に向かって突出し、凸状に塑性変形された部位が、コンテナ１０の凸部１４であり、凸部１４の内部が空洞部１３となっている。空洞部１３は、脱気処理により減圧されている。

ウィック構造体１５は、平面型であるコンテナ１０の平面に沿って、平面状に延在している。ウィック構造体１５は、ガラスファイバを備える部材である。すなわち、ウィック構造体１５は、ガラスファイバを含む部材であれば、ガラスファイバに加えてガラスファイバ以外の部材、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金等の金属からなる細線や前記金属粉の焼結体等の金属部材も含まれていてもよい。なお、ベーパーチャンバ１では、ウィック構造体１５は、ガラスファイバからなる部材であり、より具体的には、ガラスファイバを束ねて形成されたガラス糸を織ったガラスクロスである。従って、ウィック構造体１５には、ガラス以外の部材は用いられていない。

ウィック構造体１５の厚さは、ベーパーチャンバ１の使用状況に応じて適宜選択可能であるが、例えば、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍを挙げることができる。ウィック構造体１５の厚さは、例えば、複数のガラスクロスを積み重ねたり、１枚のガラスクロスを折り曲げたりして、ガラスクロスを厚さ方向に重ねることで調整することができる。

ガラスクロスを構成するガラス糸の性状は、特に限定されないが、ベーパーチャンバ１では、ガラス糸の表面部等に、毛細管力を生じる微細な凹凸を有する多孔質体構造のガラス糸が使用されている。該ガラス糸であることにより、多孔質体構造ではないガラス糸からなるガラスクロスと比較して、優れた毛細管力を有しつつ、軽量化、例えば、１〜５０質量％の軽量化も達成することができる。

ベーパーチャンバ１では、ウィック構造体１５は、一方の板状体１１の内面に接した状態で空洞部１３に収容されている。また、他方の板状体１２の内面と第１のウィック構造体１５表面との間の空間部が、主に気相の作動流体が流通する蒸気流路１８となっている。

図１に示すように、空洞部１３側に相当する他方の板状体１２の内面には、支柱部１７（図１では、複数の支柱部１７）が凸設されている。ベーパーチャンバ１では、他方の板状体１２外面に複数の凹部を設けることで、支柱部１７が形成されている。支柱部１７は、減圧されている空洞部１３の内部空間を維持する機能を有する。支柱部１７は、他方の板状体１２の内面から一方の板状体１１方向へ延在している。また、支柱部１７の先端部は、ウィック構造体１５と接している。支柱部１７の平面視の形状（ベーパーチャンバ１の平面に対して鉛直方向から視認した形状）は、特に限定されず、例えば、丸形、矩形等が挙げられる。また、支柱部１７の側面視の形状は、特に限定されないが、例えば、図１に示すように、矩形状となっている。支柱部１７と支柱部１７の間の空間部が、蒸気流路１８となる。支柱部１７の高さは、ベーパーチャンバ１の厚さ、一方の板状体１１と他方の板状体１２の厚さ、ウィック構造体１５の厚さに応じて適宜選択され、例えば、０．１〜０．８ｍｍを挙げることができる。

他方の板状体１２外面の凹部である支柱部１７の形成方法としては、例えば、他方の板状体１２をプレス加工して凹部を設ける方法が挙げられる。この場合、支柱部１７は、他方の板状体１２と一体成形されており、支柱部１７の材料は、他方の板状体１２の材料と同じとなる。

コンテナ１０の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金等を挙げることができる。これらは、単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。ベーパーチャンバ１の厚さとしては、例えば、０．３〜１．０ｍｍを挙げることができ、一方の板状体１１と他方の板状体１２の厚さは、例えば、それぞれ、０．１ｍｍを挙げることができる。

また、一方の板状体１１と他方の板状体１２の周縁部全周を接合することで、密閉容器であるコンテナ１０が形成される。接合方法としては、特に限定されず、例えば、拡散接合、ろう付け、レーザ溶接、超音波溶接、摩擦接合、圧接接合等を挙げることができる。このうち、優れた生産性と封止性の点からレーザ溶接が好ましい。また、接合幅としては、例えば、０．３超〜２．５ｍｍを挙げることができる。

また、空洞部１３に封入される作動流体としては、コンテナ１０の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水を挙げることができ、その他に、代替フロン、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコール、これらと水との混合物等を挙げることができる。

次に、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１の動作について、図１を用いながら説明する。ベーパーチャンバ１のうち、発熱体１００と熱的に接続された部位（発熱体１００と接触している部位）が受熱部として機能する。ベーパーチャンバ１が発熱体１００から受熱すると、空洞部１３に封入された液相の作動流体が、受熱部にて液相から気相へ相変化し、相変化した気相の作動流体が、蒸気流路１８を流通してベーパーチャンバ１の受熱部から放熱部へ移動する。受熱部から放熱部へ移動した気相の作動流体は、放熱部にて潜熱を放熱して、気相から液相へ相変化する。放熱部にて放出された潜熱は、さらにベーパーチャンバ１の外部環境へ放出される。放熱部にて気相から液相へ相変化した作動流体は、ガラスクロスにて形成されたウィック構造体１５の毛細管力にて、放熱部から受熱部へ還流される。

ベーパーチャンバ１は、ウィック構造体１５としてガラスファイバを備える部材を用いることにより、ウィック構造体１５の極細線化が可能となってウィック構造体１５の毛細管力が向上する。よって、ウィック構造体１５中における液相の作動流体の流通性が円滑化される。さらに、ウィック構造体１５としてガラスファイバを備える部材を用いることにより、ベーパーチャンバ１を軽量化することができる。

次に、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバついて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、他方の板状体１２外面に凹部を設けることで支柱部１７が形成されていたが、これに代えて、図２に示すように、第２実施形態例に係るベーパーチャンバ２では、他方の板状体１２内面に空洞部１３方向へ突出した突起部を設けることで支柱部２７が形成されている。従って、ベーパーチャンバ２の他方の板状体１２外面には、凹部は形成されていない。前記突起部である支柱部２７でも、減圧されている空洞部１３の内部空間を維持する機能を有する。

支柱部２７の形成方法としては、例えば、他方の板状体１２内面をエッチング処理して突起部を設ける方法が挙げられる。この場合、支柱部２７は、他方の板状体１２と一体成形されており、支柱部２７の材料は、他方の板状体１２の材料と同じとなる。

次に、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。なお、第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

図３に示すように、第３実施形態例に係るベーパーチャンバ３では、ガラスファイバを備えるウィック構造体１５上に、さらに、他のウィック構造体３５が設けられている。他のウィック構造体３５は、ウィック構造体１５と同様に、平面型であるコンテナ１０の平面に沿って、平面状に延在している。ベーパーチャンバ３では、ウィック構造体１５上に、他のウィック構造体３５が重ねられた態様となっている。他のウィック構造体３５の材料としては、ガラスファイバ以外の材料、例えば、金属メッシュ、銅粉等の金属粉を固めた焼結体等を挙げることができる。すなわち、ベーパーチャンバ３では、ガラスファイバを備えるウィック構造体１５と、ウィック構造体１５とは別部材であるガラスファイバを備えていないウィック構造体（他のウィック構造体３５）と、を有している。

ベーパーチャンバ３では、他方の板状体１２の内面と他のウィック構造体３５表面との間の空間部が、主に気相の作動流体が流通する蒸気流路１８となっている。

また、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１及び第２実施形態例に係るベーパーチャンバ２では、他方の板状体１２と一体成形された支柱部１７、２７が設けられていたが、これに代えて、図３に示すように、第３実施形態例に係るベーパーチャンバ３では、他のウィック構造体３５に、他方の板状体１２の内面方向へ突起している支柱部３７が設けられている。ベーパーチャンバ３では、他方の板状体１２を有するコンテナ１０に支柱部は設けられていない。

ベーパーチャンバ３では、支柱部３７は、他のウィック構造体３５と一体であり、支柱部３７の材料は、他のウィック構造体３５の材料と同じとなっている。支柱部３７は、例えば、他のウィック構造体３５を、支柱部３７を有する形状に加工することで形成することができる。

支柱部３７の先端部は、他方の板状体１２の内面と接している。従って、他のウィック構造体３５に設けられた支柱部３７でも、減圧されている空洞部１３の内部空間を維持する機能を有する。

次に、本発明のベーパーチャンバの他の実施形態例について説明する。第１〜第３実施形態例に係るベーパーチャンバのコンテナの内面に、さらに、酸化被膜が形成されていてもよい。酸化被膜の組成としては、例えば、コンテナに用いられている金属の酸化物を挙げることができる。また、酸化被膜の構造としては、例えば、結晶体、非晶質体を挙げることができる。コンテナの内面に酸化被膜が形成されていることにより、コンテナ内面の腐食を防止することができ、コンテナの耐久性が向上する。

第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバでは、他方の板状体に支柱部が設けられていたが、これに代えて、ウィック構造体の配置を調整して一方の板状体に支柱部が設けられてもよく、一方の板状体と他方の板状体とに支柱部が設けられてもよい。また、第１〜第３実施形態例に係るベーパーチャンバでは、支柱部が設けられていたが、使用状況に応じて、支柱部は設けられていなくてもよい。

本発明のベーパーチャンバは、ウィック構造体の毛細管力が向上することで、液相の作動流体の流通性が円滑化され、さらに、軽量化できるので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、携帯用の情報端末や２in１タブレット等のパーソナルコンピュータなどの高機能化された電子機器の分野で利用価値が高い。

１、２、３ ベーパーチャンバ
１０ コンテナ
１１ 一方の板状体
１２ 他方の板状体
１３ 空洞部
１５ ウィック構造体
１７、２７、３７ 支柱部
１８ 蒸気流路

Claims (11)

1. 一方の板状体と該一方の板状体と対向する他方の板状体とにより空洞部が形成されたコンテナと、
   前記空洞部に封入された作動流体と、
   前記空洞部に収容された、ガラスファイバを備えるウィック構造体と、
   を備えるベーパーチャンバ。
2. 前記コンテナの材料が、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銅合金、アルミニウム合金及びチタン合金からなる群から選択された少なくとも１種である請求項１に記載のベーパーチャンバ。
3. 前記ウィック構造体が、前記ガラスファイバからなる請求項１または２に記載のベーパーチャンバ。
4. 前記ウィック構造体が、前記ガラスファイバを束ねて形成されたガラス糸を織ったガラスクロスを備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
5. 前記ガラスクロスが、重ねられている請求項４に記載のベーパーチャンバ。
6. 前記ガラス糸が、毛細管力を生じる凹凸構造を有する多孔質体である請求項４または５に記載のベーパーチャンバ。
7. 前記一方の板状体及び／または前記他方の板状体に、空洞部方向へ窪んだ凹部が形成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
8. 前記一方の板状体及び／または前記他方の板状体に、空洞部方向へ突出した突起部が形成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
9. 前記コンテナの周縁が、レーザ溶接で封止されている請求項１乃至８のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
10. 前記コンテナの内面に、酸化被膜が形成されている請求項１乃至９のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
11. 前記酸化被膜が、非晶質体である請求項１０に記載のベーパーチャンバ。

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