JP2020193715A - ベーパーチャンバー - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器への組み込みを容易に行うことが可能なベーパーチャンバーを提供することを目的とする。【解決手段】筐体と、前記筐体の内部空間に封入された作動液と、前記筐体の内部空間に配置されたウィックと、前記筐体の外縁部の少なくとも一部に固定された支持体１０ａとを有し、前記支持体の少なくとも一部が前記筐体の外縁部よりも外側に位置し、前記筐体の両主面が、内部空間が存在する領域の少なくとも一部において露出している、ベーパーチャンバー１ａ。【選択図】図１

Description

本発明は、ベーパーチャンバーに関する。

近年、素子の高集積化、高性能化により発熱量が増加している。また、製品の小型化が進むことで、発熱密度が増加するため、放熱対策が重要となってきた。この状況はスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末の分野において特に顕著である。近年、熱対策部材としては、グラファイトシートなどが用いられることが多いが、その熱輸送量は十分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。なかでも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能であるとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。

ベーパーチャンバーとは、平板状の密閉容器内に揮発しやすい適量の作動流体を封入したものである。作動流体は熱源からの熱で気化し、内部空間内を移動した後、外部に熱を放出して液体に戻る。液体に戻った作動流体はウィックと呼ばれる毛細管構造により再び熱源付近へ運ばれて、再び気化する。これを繰り返すことにより、ベーパーチャンバーは外部動力を有することなく自立的に作動し、作動流体の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。

特許文献１では、第１金属シートと第２金属シートとから構成されるシート状コンテナを密閉容器として有するベーパーチャンバーが提案されている。このシート状コンテナの厚みは０．５ｍｍ以下であることが好ましいとされている。このように、ベーパーチャンバーの厚みを小さくすることにより、小型化、特に薄型化が要求される電子機器、例えばスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末におけるベーパーチャンバーの好適な利用を実現している。

国際公開第２０１６／１５１９１６号

特許文献１のベーパーチャンバーを直接電子部品に搭載する場合には、ベーパーチャンバーを設置場所に応じた形状に加工する必要がある。しかしながら、特許文献１のベーパーチャンバーは、２枚の金属シートを貼り合わせた構造を有し、その厚みは０．５ｍｍ以下と非常に薄いことから、複雑な形状への加工が難しいという問題がある。また、特許文献１には、図７〜１７に示されるように、ベーパーチャンバーを金属板の凹部にはめ込んで放熱板として使用することが記載されている。しかしながら、ベーパーチャンバーを金属板にはめ込むには、ベーパーチャンバーの筐体を予め金属板の凹部に合わせた形状に形成する必要がある。この場合も、上記と同様にベーパーチャンバーの形状の加工の困難性に関する問題が生じる。また、金属板の凹部をベーパーチャンバーの形状に合わせて形成することも考えられるが、金属板に凹部を形成する加工も容易ではなく、同様の問題が生じる。さらに、特許文献１の放熱板は、厚み方向にベーパーチャンバーと金属板の両方が存在するので、厚みが大きくなり、小型化の観点から不利である。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、任意の形状への加工が容易で、電子機器への組み込みを容易に行うことが可能なベーパーチャンバーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るベーパーチャンバーは、筐体と、前記筐体の内部空間に封入された作動液と、前記筐体の内部空間に配置されたウィックと、前記筐体の外縁部の少なくとも一部に固定された支持体とを有し、前記支持体の少なくとも一部が前記筐体の外縁部よりも外側に位置し、前記筐体の両主面が、内部空間が存在する領域の少なくとも一部において露出している。

また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記支持体が、前記筐体の外縁部の全周にわたって設けられる。

また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記筐体が、前記支持体の上面を含む面よりも下方に位置する。

また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記支持体が、前記筐体の剛性よりも高い剛性を有する。

また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記筐体が、外縁部が封止された対向する２つのシートから成る。

また、一実施形態のベーパーチャンバーは、前記２つのシートのうち、一方のシートの内部空間に露出する面に柱が形成され、他方のシートの内部空間に露出する面に凸部が形成されており、前記ウィックが、柱と凸部によって挟持されている。

また、一実施形態のベーパーチャンバーは、前記支持体を前記筐体の外縁部に固定する接合層をさらに含む。

さらに、本発明の他の局面によれば、本発明のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスが提供される。

さらに、本発明の他の局面によれば、本発明のベーパーチャンバーまたは本発明の放熱デバイスを有して成る電子機器が提供される。

本発明によれば、任意の形状への加工が容易で、電子機器への組み込みを容易に行うことが可能なベーパーチャンバーが提供される。

本発明の第一実施形態のベーパーチャンバー１ａの上方から見た斜視図である。 図１のベーパーチャンバー１ａのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第二実施形態のベーパーチャンバー１ｂの上方から見た斜視図である。 本発明の第三実施形態のベーパーチャンバー１ｃの上方から見た斜視図である。 本発明の第四実施形態のベーパーチャンバー１ｄの上方から見た斜視図である。 本発明の第一実施形態のベーパーチャンバー１ａが内蔵された電子機器の上方から見た斜視図である。 図６の電子機器のＸ−Ｘ断面図である。

以下、本発明について図面を参照してより詳細に説明する。

図１は、本発明の第一実施形態のベーパーチャンバー１ａの上方から見た斜視図である。図２は、図１のベーパーチャンバー１ａのＡ−Ａ断面図である。

本実施形態のベーパーチャンバー１ａは、図１および図２に示されるように、筐体２と、筐体２の内部空間に配置されたウィック４と、筐体２の外縁部９の少なくとも一部に固定された支持体１０ａとを有し、支持体１０ａの外周縁１１が筐体２よりも外側に位置している。即ち、支持体１０ａの一部が筐体２の外縁部９よりも外側に位置している。さらに筐体２の内部空間が存在する領域において、筐体の両主面は露出している。即ち、筐体２の内部空間が存在する領域において、筐体２の両主面上に支持体１０ａは存在しない。また、図示されていないが、本実施形態のベーパーチャンバー１ａはさらに、筐体２の内部空間に封入された作動液を有する。

本実施形態のベーパーチャンバー１ａにおいて、支持体１０ａの外周縁１１が筐体２よりも外側に位置しているため、ベーパーチャンバー１ａの外周が支持体１０ａの外周縁１１により規定される。そのため、支持体１０ａの筐体２の外側に位置する部分の形状を変更することにより、筐体２や、密閉空間内に配置される毛細管構造等の寸法を変更することなく、ベーパーチャンバー１ａの形状を電子機器への組み込みに適した形に変更することができる。これにより、本発明のベーパーチャンバーによれば、ベーパーチャンバーの電子機器への組み込みを容易かつ低コストで行うことが可能となる。また、本発明のベーパーチャンバーは、筐体２に固定具を設けることなく、支持体１０ａの部分を用いて電子機器に固定することができるため、電子機器へ固定した後も十分な強度を維持することができる。

本実施形態のベーパーチャンバー１ａは、電子機器または放熱デバイスの設置箇所に適した形状の支持体１０ａを用いるため、動作部である筐体２を、設置箇所の形状によらず、長方形など単純な形状とすることができる。そのため、本実施形態のベーパーチャンバー１ａは非常に容易に製造することができる。本実施形態のベーパーチャンバー１ａは、支持体１０ａの形状を変えることで、設置箇所の形状の異なる様々な電子機器または放熱デバイスにも用いることができるため、高い汎用性を有しているといえる。

以下において、本発明のベーパーチャンバーの各構成について詳細に説明する。

本発明のベーパーチャンバーは、作動液が封入された内部空間を有している作動領域と、該作動領域の周囲に形成された準作動領域とを有して成る。本発明のベーパーチャンバーにおいて、内部空間を有する筐体２は、対向する２つのシートの外縁部９を封止することにより形成されてもよく、２つ以上の板状部材を封止することにより形成されてもよい。本明細書において、筐体２、筐体シート６，７およびベーパーチャンバーにおける外縁部９とは、筐体２または筐体シート６，７またはベーパーチャンバーの端部から内側に所定距離の領域をいう。

本発明のベーパーチャンバーの筐体２が、図１および図２に示されるように外縁部９が封止された対向する２つのシートから成るとき、準作動領域は、２つのシートが接合される外縁部９に相当する。本発明のベーパーチャンバーにおいて、作動領域は、ベーパーチャンバーとしての機能を発揮する領域であるので、非常に高い熱輸送能を有する。従って、作動領域は、可能な限り広範囲に設置することが好ましい。一方、準作動領域は、ベーパーチャンバーとしての機能を発揮する領域ではないが、金属により形成されているので熱伝導性が高く、ある程度の熱輸送能を有する。また、準作動領域は、金属製シートであるので、耐久性、可撓性、加工性に優れる。

図１および図２に示されるベーパーチャンバー１ａにおいて、上部筐体シート６は筐体２の内部空間の上側の主内面を、下部筐体シート７は筐体２の内部空間の下側の主内面を形成している。本明細書において主内面とは、筐体２の内部空間を規定する面のうち、最も面積の大きい面と、その面に対向する面とをいう。筐体２において、上部筐体シート６と下部筐体シート７とは、それぞれの外縁部９で互いに封止されている。

図１および図２に示されるベーパーチャンバー１ａにおいて、上部筐体シート６の外縁部９と下部筐体シート７の外縁部９とは、レーザー溶接することにより封止することができるが、外縁部９を封止する方法はこれに限定されず、例えば抵抗溶接、拡散接合、ロウ接、ＴＩＧ溶接、樹脂封止等により封止することもできる。

上部筐体シート６の外縁部９と下部筐体シート７の外縁部９との封止は、接合材を用いて行われてもよい。接合材には、後述するような材料から形成される筐体シート同士を接合することが可能な任意の材料を使用することができ、例えばＮｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｄ、およびこれらを主成分とする合金等を使用することができる。ここで、接合材に使用される材料の熱伝導率が、筐体シートを形成する材料の熱伝導率よりも低いことが好ましい。上部筐体シート６と下部筐体シート７との外縁部間が、筐体シートを形成する材料よりも熱伝導率の低い材料から成る接合材によって接合される場合、２つの筐体シートを溶接する際に外縁部９に与えられる熱の一部を、拡散させることなく外縁部９の接合材に効果的に留めることができるため、溶接工程の効率を向上させることができる。例えば、上部筐体シート６と下部筐体シート７とがＣｕから形成される場合、Ｃｕより熱伝導率の低いＮｉ等を、接合材として使用し得る。

さらに、接合材に使用される材料の融点が、筐体シートを形成する材料の融点よりも低いことが好ましい。上部筐体シート６と下部筐体シート７との外縁部間に、筐体シートを形成する材料よりも融点の低い接合材が位置することにより、より低い温度で外縁部９を溶接することができるようになるため、溶接工程の効率を向上させることができる。例えば、上部筐体シート６と下部筐体シート７とがＣｕから形成される場合、Ｃｕより融点の低いバルク状のＳｎ合金等を、接合層８を形成する材料として使用し得る。

上部筐体シート６および下部筐体シート７を形成する材料は、特に限定されず、例えば銅、ニッケル、アルミ、マグネシウム、チタン、鉄、およびそれらを主成分とする合金等を用いることができ、好ましくは銅が用いられる。上部筐体シート６と下部筐体シート７とは、いずれも同一の材料から形成されてもよく、異なる二つの材料からそれぞれ形成されてもよい。

上部筐体シート６および下部筐体シート７の厚さは、例えば１０μｍ以上２００μｍ以下であってよく、好ましくは３０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、さらに好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下の範囲にある。上述した厚さは筐体２のいかなる箇所においても一様であってよく、異なっていてもよい。例えば、上部筐体シート６の厚さと、下部筐体シート７の厚さとが異なっていてもよく、上部筐体シート６において、厚さが異なる部分が複数存在していてもよい。上部筐体シートの厚さに対する下部筐体シートの厚さの比を適切に設定することにより、大きい厚さを有する筐体シート側から筐体２に圧力が掛かった場合の、小さい厚さを有する筐体シートの変形を効果的に低減することができる。

図２に示されるように、下部筐体シート７は凹凸のない板状に形成されることが好ましい。さらに、下部筐体シート７は凹凸のない板状に形成され、上部筐体シート６は、内部空間が設けられるように上側に凸部を有する板状に形成されることが好ましい。筐体２が、このような上部筐体シート６および下部筐体シート７から構成されることにより、下部筐体シート７が発熱部に接するようにベーパーチャンバー１ａを配置した場合に、外縁部９も含めた下部筐体シート７の全面を発熱部に接するように配置することが可能になり、より効率的に発熱部の熱を吸収することができる。また、外縁部９が下部筐体シートと発熱部との接触面と同一平面上に位置するようになるため、外縁部９における筐体２の曲がりや折れを効果的に抑制することができる。

図２に示されるように、本発明のベーパーチャンバー１ａの筐体２の内部空間にはウィック４が配置されている。ウィック４は、筐体２の内部空間に配置され、作動液を還流させる役割を果たす。ウィック４の配置の態様は、特に限定されず、例えば、図２に示されるように、上部筐体シート６の主内面に形成された柱３と、下部筐体シートの主内面に形成された凸部５との間に挟持されるように配置されてもよい。ウィック４が、上部筐体シート６の柱３と、下部筐体シートの凸部５との間に挟持されるようにベーパーチャンバー１ａを構成することにより、ウィック４をつぶさずに、ベーパーチャンバー１ａの内部空間におけるウィック４のずれを抑制することができる。

ウィック４の厚さは、例えば５μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあってよく、好ましくは１０μｍ以上８０μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下である。ウィック４の厚さは、ウィック４のいかなる箇所においても一様であってよく、異なっていてもよい。また、ウィック４は必ずしも、ベーパーチャンバーの筐体２の主内面全体に亘って形成される必要はなく、部分的に形成されていてもよい。

ウィック４の材料は特に限定されず、例えば、多孔体、メッシュ、焼結体、不織布、ワイヤー等を用いることができ、好ましくはメッシュ、不織布が用いられる。

図２において柱３は、筐体２を内側から支持するように上部筐体シート６の主内面に形成されている。柱３は、２つの底面を有する柱状の形状に形成することができる。柱３の形状として、例えば円柱形状、角柱形状、錐台形状等の任意の形状を用いることができる。

柱３の太さは、ベーパーチャンバーの筐体の変形を抑制できる強度を与えるものであれば特に限定されないが、例えば柱の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、１００μｍ以上２０００μｍ以下であってよく、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは５００μｍ以上８００μｍ以下の範囲にある。上記柱の円相当径を大きくすることにより、ベーパーチャンバーの筐体の変形をより効果的に抑制することができる。また、上記柱の円相当径を小さくすることにより、作動液の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。

柱３は、筐体２を有し支持体１０ａを有しない部分の厚みＨ１の０．０８倍以上０．９倍以下の高さを有することが好ましく、例えば５０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上４００μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下の範囲にある高さを有し得る。

柱３を形成する材料は、特に限定されず、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅなどの金属部材、およびそれらを主成分とした合金金属部材等を用いることができ、好ましくはＣｕ、Ｃｕ合金が用いられる。好ましい態様において、柱を形成する材料は、上部筐体シート６および下部筐体シート７のいずれかまたは両方と同じ材料である。

筐体２の内部空間に配置された柱３の本数は、例えば１ｍｍ^２あたりに０．１２５本以上０．５本以下であってよく、好ましくは１ｍｍ^２あたりに０．１５本以上０．３５本以下の範囲にある。柱３の本数がこのような範囲にあることにより、筐体をより効果的に支持することができ、筐体のつぶれにくさを向上させることができる。

柱３は、図２に示されるように等間隔で、例えば柱間の距離が一定となるように格子点状に配置されていてもよく、非等間隔で配置されていてもよい。柱３を均等に配置することにより、ベーパーチャンバー全体にわたって均一な強度を確保することができる。柱３は、筐体２と一体に形成されていてもよく、また、筐体２と別個に製造し、その後、筐体２の所定の箇所に固定してもよい。

下部筐体シート７の主内面に複数の凸部５が形成されていることにより、凸部５と凸部５との間の空間により作動液の還流が促進される。このため、図２において、作動液の還流がウィック４と凸部５間の空間の両方によって促進され、凸部５を有しないベーパーチャンバーと比較して効率的な熱拡散が生じ得る。

凸部５は、中空であってもよく、中実であってもよい。また、凸部５は、下部筐体シート７全体に亘って形成されていてもよく、下部筐体シート７に部分的に形成されていてもよい。凸部５には、２つの底面を有する柱状の形状を用いることができる。凸部５の形状として、例えば円柱形状、角柱形状、錐台形状等の任意の形状を用いることができる。

凸部５の上面の円相当直径は、１μｍ以上５００μｍ以下であってよく、好ましくは５μｍ以上３００μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは１５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にある。凸部５の上面がこのような円相当直径を有することにより、ウィックを凸部５により確実に支持することができる。

凸部５の高さは、１μｍ以上１００μｍ以下であってよく、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあり、好ましくは１５μｍ以上３０μｍ以下の範囲にある。凸部５がこのような高さを有することにより、毛細管力が高く、透過率が低くなるため、作動流体を還流させるウィックの機能の補助効果を高めることができる。

下部筐体シート７に形成された凸部５のうち隣接するもの同士の距離は、１μｍ以上５００μｍ以下であってよく、好ましくは５μｍ以上３００μｍ以下の範囲にあり、好ましくは１５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にある。凸部５のうち隣接するもの同士の距離が上記範囲にあることにより、毛細管力が高く、透過率が低くなるため、作動流体を還流させるウィックの機能の補助効果を高めることができる。本発明において、凸部５同士が隣接しているとは、間に他の凸部５を介さずに隣り合っていることをいう。

図１および図２には示されていないが、本発明のベーパーチャンバーの筐体２内にはさらに作動液が封入されている。作動液は、発熱体からの熱により気化し、蒸気となる。その後、蒸気となった作動液は筐体２内を移動し、熱を放出して液体に戻る。液体に戻った作動液は、ウィック４による毛細管現象により再び熱源へ運ばれる。そして再び熱源からの熱により気化し、蒸気となる。これを繰り返すことにより、本発明のベーパーチャンバーは、外部動力を要することなく自立的に作動し、作動液の蒸発・凝縮潜熱を利用して、二次元的に迅速に熱を拡散させることができる。

作動液の種類は特に限定されず、例えば、水、アルコール類、代替フロン類等を用いることができ、好ましくは水が用いられる。

図２において、ベーパーチャンバー１ａの、筐体２を有し支持体１０ａを有しない部分の厚みＨ１（すなわち筐体２の高さ）は、例えば１００μｍ以上６００μｍ以下であってよく、好ましくは２００μｍ以上５００μｍ以下の範囲にある。また、図２においてＨ２で示される、支持体１０ａと筐体２の外縁部９とを有する部分の厚みは、例えば１００μｍ以上６００μｍ以下であってよく、好ましくは２００μｍ以上５００μｍ以下の範囲にある。

図２に示されるように、支持体１０ａと筐体２の外縁部９とを有する部分の厚みＨ２は、筐体２を有し支持体１０ａを有しない部分の厚みＨ１よりも大きいことが好ましい。これにより、下部筐体シート７が放熱部に接するようにベーパーチャンバー１ａを設置する際に、ベーパーチャンバー１ａの上部筐体シート６側に搭載されるデバイス（例えばディスプレイ）と支持体１０ａとが接触したとしても、上部筐体シート６とデバイスとは接触しない。このとき、上部筐体シート６とデバイスとの間には、おおよそＨ１とＨ２との差に相当する高さの間隙が設けられる。この間隙により、上部筐体シート６側からの放熱の効率を維持することができ、また上部筐体シート６側に搭載されるデバイスに対するベーパーチャンバーからの熱の影響を抑制することができる。

尚、本実施形態では、Ｈ２をＨ１よりも大きくすることにより、上記の効果を得ているが、本発明はこの態様に限定されない。例えば、Ｈ２がＨ１以下であったとしても、筐体２（詳細には上部筐体シート６）が、支持体１０ａの上面を含む面よりも下方に位置すれば、上記の間隙を確保することができ、上記の効果を得ることができる。

図１および図２においてＷ１で示されるベーパーチャンバー１ａの幅は、例えば５ｍｍ以上５００ｍｍ以下であってよく、好ましくは２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲にある。また、図１においてＬで示される筐体２の長さは、例えば５ｍｍ以上５００ｍｍ以下であってよく、好ましくは２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲にある。上述した厚みＨ１、Ｈ２、幅Ｗ１および奥行きＬは筐体２のいかなる箇所においても一様であってもよく、異なっていてもよい。

図１のベーパーチャンバー１ａにおいて、支持体１０ａは枠型に形成されている。本明細書において、支持体１０ａの内側の縁を内周縁１２といい、支持体１０ａの外側の縁を外周縁１１という。図１のベーパーチャンバー１ａの支持体１０ａの寸法は、支持体１０ａの内周縁１２全体が筐体２の外縁部９上に位置し、かつ、支持体１０ａの外周縁１１が筐体２の外縁部９よりも外側に位置するように決定されている。図１のベーパーチャンバー１ａの支持体１０ａの寸法がこのように決定されることにより、支持体１０ａを、作動領域ではなく、準作動領域において支持体１０ａに固定することが可能となる。ベーパーチャンバーが、作動領域ではなく、準作動領域において支持体１０ａに固定されることにより、作動領域上に支持体１０ａが存在しなくなるため、ベーパーチャンバーを支持体１０ａに固定した後も、作動領域の高い熱輸送能を効果的に維持することができる。

支持体１０ａを形成する材料は、特に限定されず、例えば銅、ニッケル、アルミ、マグネシウム、チタン、鉄、およびそれらを主成分とする合金等を用いることができる。支持体１０ａを形成する合金としては、例えば、チタンを含む合金であるＳＵＳ４４４（２６．０Ｗ／（ｍ・ｋ））、ニッケルを含む合金であるＳＵＳ３０４（１６．７Ｗ／（ｍ・ｋ））および、ニッケルを含む合金であるＳＵＳ３１６（１６．７Ｗ／（ｍ・ｋ））等を使用することができる。

支持体１０ａの外縁は平面視で凹凸を有する形状を有している。この凹凸の形状により、支持体１０ａを電子機器に強固に固定することができるようになる。また、支持体１０ａの外縁は１つ以上の貫通口１３を有するように形成され得る。特に支持体１０ａの外縁のうち凸部は、貫通口１３を有するように形成され得る。支持体１０ａが貫通口１３を有することにより、例えばボルト等である固定具を用いて、支持体１０ａを電子機器に強固に固定することができるようになる。

支持体１０ａの剛性は、筐体２の剛性よりも大きいことが好ましい。一の態様において、支持体１０ａの剛性は、上部筐体シート６および下部筐体シート７の剛性よりも大きいことが好ましい。支持体１０ａの剛性が、筐体２の剛性よりも大きいことにより、筐体２に生じ得る変形を効果的に抑制することができる。また、筐体２が、筐体２の剛性よりも大きい剛性を有する支持体１０ａを有していることにより、筐体２における反りの発生や平坦度の低下を効果的に低減することができる。ここに、「剛性」とは、曲げなどの力に対する変形のしにくさをいい、「剛性が大きい」とは、ヤング率が高いことを意味する。

支持体１０ａの厚さは例えば１００μｍ以上６００μｍ以下であってよく、好ましくは２００μｍ以上５００μｍ以下の範囲にある。支持体１０ａの厚さは、筐体２を有し支持体１０ａを有しない部分の厚みＨ１よりも大きいことが好ましい。支持体１０ａの厚さを厚みＨ１よりも大きくすることにより、支持体１０ａの上面が、上部筐体シート６よりも上方に存在するようになる。これにより、下部筐体シート７が放熱部に接するようにベーパーチャンバー１ａを設置する際に、ベーパーチャンバー１ａの上部筐体シート６側に搭載されるデバイス（例えばディスプレイ）と支持体１０ａとが接触したとしても、上部筐体シート６とデバイスとの接触を防止することができる。これにより、上部筐体シート６側からの放熱の効率を維持することができ、また上部筐体シート６側に対するベーパーチャンバーからの熱の影響を効果的に抑制することができる。

図２においてＷ２およびＷ３で示される支持体１０ａの幅は、特に限定されないが、例えば、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってよく、好ましくは３ｍｍ以上７ｍｍ以下の範囲にあり、より好ましくは５ｍｍ以上７ｍｍ以下の範囲にある。支持体１０ａの幅は支持体１０ａのどの部分においても一様であってもよく、異なっていてもよい。すなわち幅Ｗ２と幅Ｗ３とが同じであってもよく、異なっていてもよい。

一の態様において、本発明のベーパーチャンバーは、筐体２の外側に支持体１０ａが存在することから、支持体の形状を変更することにより、筐体に影響を与えることなく、ベーパーチャンバーの外形を任意の形状とすることができる。例えば、本発明のベーパーチャンバーを搭載する電子機器の形状に合わせて、幅が狭い部分および広い部分を任意に形成することができ、また、固定用の穴、突起等を形成することができる。

支持体１０ａの、筐体２の外縁部９と重なっている部分の幅Ｗ４は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、好ましくは２ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲にあり、より好ましくは３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲にある。支持体１０ａの、筐体２の外縁部９と重なっている部分の幅Ｗ４が１ｍｍ以上であることにより、支持体１０ａと筐体２とを十分な強度で接合することができる。支持体１０ａの、筐体２の外縁部９と重なっている部分の幅Ｗ４が１０ｍｍ以下であることにより、支持体１０ａの外周縁１１の加工の際の、外縁部９の変形等を効果的に低減することができる。

ベーパーチャンバー１ａにおいて、支持体１０ａは、図２に示されるように、接合層８により筐体２の外縁部９に固定されている。接合層８が設けられることにより、支持体１０ａを筐体２の外縁部９により強固に固定することができるようになる。接合層８には、上述したような材料から形成される上部筐体シート６と支持体１０ａとを接合することが可能な任意の材料を使用することができ、例えば、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｄおよびこれらを主成分とする合金等を使用することができる。また、上述したような材料から形成される上部筐体シート６と支持体１０ａとを接着可能な接着剤を用いて、接合層８を形成してもよい。

一の態様において、接合層８に使用される材料の熱伝導率は、上部筐体シート６を形成する材料の熱伝導率および支持体１０ａを形成する材料の熱伝導率よりも低い。接合層８に使用される材料がこのような熱伝導率を有することにより、上部筐体シート６と支持体１０ａとを接合する際に外縁部９に与えられる熱の一部を、拡散させることなく外縁部９の接合層８に効果的に留めることができるため、溶接工程の効率を向上させることができる。例えば、上部筐体シート６がＣｕから形成され、支持体１０ａがＦｅから形成される場合、ＣｕおよびＦｅよりも熱伝導率の低いＮｉ等を、接合層８を形成する材料として使用し得る。

別の態様において、接合層８に使用される材料は、高熱伝導率の材料である。接合層８に使用される材料は、例えば、５０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上、好ましくは１００Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の熱伝導率を有する。接合層８に使用される材料として高熱伝導率の材料を用いることにより、筐体の熱を接合層８を介して効率的に支持体１０ａに拡散させることができる。

さらに、接合層８に使用される材料の融点が、上部筐体シート６を形成する材料の融点および支持体１０ａを形成する材料の融点よりも低いことが好ましい。このような融点を有する接合層８が、上部筐体シート６と支持体１０ａとの間に位置することにより、上部筐体シート６と支持体１０ａとをより低い温度で接合することができるようになるため、溶接工程の効率を向上させることができる。例えば、上部筐体シート６がＣｕから形成され、支持体１０ａがＦｅから形成される場合、ＣｕおよびＦｅより融点の低いバルク状のＳｎ合金等を、接合層８を形成する材料として使用し得る。

支持体１０ａを、接合層８を用いずに、溶接等により外縁部９に固定することもできる。例えば、上部筐体シート６の外縁部９と支持体１０ａとを、レーザー溶接することにより封止することができる。上部筐体シート６の外縁部９と支持体１０ａとを封止する方法はこれに限定されず、例えば抵抗溶接、拡散接合、ロウ接、ＴＩＧ溶接、樹脂封止等により封止することもできる。

以下、本発明の別の実施形態を示した図３〜５について説明する。図３〜５に示された各部分のうち、第一実施形態の部分と同一の符号が付された部分は、第一実施形態の部分の特徴と同一の特徴を有する。

図３は、本発明の第二実施形態のベーパーチャンバー１ｂの上方からみた斜視図である。図３のベーパーチャンバー１ｂにおいて、支持体１０ｂは、略コの字型に形成されている。該支持体１０ｂの一部は、筐体２の外縁部９よりも外側に位置している。支持体１０ｂの寸法は、支持体１０ｂの内周縁１２が筐体２の外縁部９上に位置するように決定されている。尚、図３に示されるように、ベーパーチャンバー１ｂの支持体１０ｂの内周縁１２の一部は筐体２の外縁部９上に位置していなくてもよい。支持体１０ｂがこのように、略コの字型に形成されていることにより、支持体１０ｂが設けられていない筐体２の外縁部９に隣接する、電子機器の内部空間を、より効果的に利用することができる。

図４は、本発明の第三実施形態のベーパーチャンバー１ｃの上方から見た斜視図である。図４のベーパーチャンバー１ｃは、２つの支持体１０ｃを有しており、２つの支持体１０ｃはいずれも直方体形状（板状）に形成されている。２つの支持体１０ｃは筐体２の対向する２辺に設けられている。支持体１０ｃの寸法は、支持体１０ｃの内周縁１２が筐体２の外縁部９上に位置するように決定されている。尚、図４に示されるように、ベーパーチャンバー１ｃの支持体１０ｃの内周縁１２の一部は筐体２の外縁部９上に位置していなくてもよい。支持体１０ｃがこのように、筐体２の対向する２辺に設けられていることにより、支持体１０ｃが設けられていない筐体２の２辺の外縁部９に隣接する、電子機器の内部空間をより効果的に利用することができる。

図５は、本発明の第四実施形態のベーパーチャンバー１ｄの上方からみた斜視図である。図５のベーパーチャンバー１ｄにおいて、支持体１０ａは、ベーパーチャンバー１ａと同様に枠型に形成されている。支持体１０ａの寸法は、支持体１０ａの内周縁１２の一部が筐体２の外縁部９上に位置するように決定されている。図３に示されるように、ベーパーチャンバー１ｂの支持体１０ａの内周縁１２の他の一部は筐体２の外縁部９上に位置しておらず、支持体１０ａの内側には、筐体２が設けられていない空間が存在している。支持体１０ａの枠内に筐体２が設けられていない空間が存在することにより、当該空間に任意のデバイスを配置する、配線を通すなど、支持体１０ａの枠内の空間を効果的に利用することができるようになる。

本発明のベーパーチャンバーは、熱源に近接させるように、放熱デバイスに搭載され得る。従って、本発明は、本発明のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスも提供する。本発明の放熱デバイスが本発明のベーパーチャンバーを備えることにより、発熱している電子部品およびかかる電子部品の周辺の温度上昇を効果的に抑制することができる。

本発明のベーパーチャンバーまたは本発明のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスは、様々な電子機器に内蔵し、内部空間の熱マネジメントのために用いることができる。本発明のベーパーチャンバーは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動液の蒸発および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。そのため、本発明のベーパーチャンバーまたは放熱デバイスは、電子機器内部の限られたスペースであっても設置することができ、効果的な熱マネジメント実現することができる。本発明の電子機器としては、例えばスマートフォン、タブレット、ノートＰＣ等が挙げられる。例えば、図６に示されるような、情報通信端末１００に内蔵することができる。

図７は図６に示される情報通信端末１００のＸ−Ｘ断面図である。情報通信端末１００において、本発明のベーパーチャンバー１ａは、基板１５０に設けられた半導体素子１６０およびバッテリー１４０から発生する熱の放散のために、半導体素子１６０およびバッテリー１４０の上部に下部筐体シート７が位置するように配置されている。本発明のベーパーチャンバー１ａの支持体１０ａは、ボルト等の固定具１３０により、情報通信端末１００の筐体１２０に固定されている。

例えば、固定具１３０がボルトである場合には、支持体１０ａはボルトが通る貫通口１３を有し得る。本発明のベーパーチャンバー１ａにおいては、上記貫通口１３を筐体部分ではなく支持体に設けることができる。そのため、本発明のベーパーチャンバー１ａは、筐体２の機能および強度を損なうことなく、電子機器に搭載することができる。

また、情報通信端末１００に内蔵されたベーパーチャンバー１ａでは、支持体１０ａが固定されている部分の厚みが、前記支持体１０ａが固定されていない部分の厚みよりも大きい。このため、情報通信端末１００のディスプレイ１１０と筐体２の間に間隙を確保することができる。このような間隙が存在することにより、ディスプレイ１１０と筐体２との接触が抑制される。また、筐体２とディスプレイ１１０との間に間隙が存在することにより、上部筐体シート６側からの放熱の効率を維持することができ、また上部筐体シート６側に搭載されるデバイスに対するベーパーチャンバーからの熱の影響を効果的に抑制することができる。

本発明のベーパーチャンバー、放熱デバイスおよび電子機器は携帯情報端末等の分野において、広範な用途に使用できる。例えば、ＣＰＵ等の熱源の温度を下げ、電子機器の使用時間を延ばすために使用することができ、スマートフォン、タブレット、ノートＰＣ等に使用することができる。

１ａ ベーパーチャンバー
１ｂ ベーパーチャンバー
１ｃ ベーパーチャンバー
１ｄ ベーパーチャンバー
２ 筐体
３ 柱
４ ウィック
５ 凸部
６ 上部筐体シート
７ 下部筐体シート
８ 接合層
９ 外縁部
１０ａ 支持体
１０ｂ 支持体
１０ｃ 支持体
１１ 外周縁
１２ 内周縁
１３ 貫通口
１００ 情報通信端末
１１０ ディスプレイ
１２０ 筐体
１３０ 固定具
１４０ バッテリー
１５０ 基板
１６０ 半導体素子

Claims (9)

1. 筐体と、
   前記筐体の内部空間に封入された作動液と、
   前記筐体の内部空間に配置されたウィックと、
   前記筐体の外縁部の少なくとも一部に固定された支持体とを有し、
   前記支持体の少なくとも一部が前記筐体の外縁部よりも外側に位置し、
   前記筐体の両主面が、内部空間が存在する領域の少なくとも一部において露出している、ベーパーチャンバー。
2. 前記支持体が、前記筐体の外縁部の全周にわたって設けられる、請求項１に記載のベーパーチャンバー。
3. 前記筐体が、前記支持体の上面を含む面よりも下方に位置する、請求項１または２に記載のベーパーチャンバー。
4. 前記支持体が、前記筐体の剛性よりも高い剛性を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
5. 前記筐体が、外縁部が封止された対向する２つのシートから成る、請求項１〜４のいずれか一項に記載のベーパーチャンバー。
6. 前記２つのシートのうち、一方のシートの内部空間に露出する面に柱が形成され、他方のシートの内部空間に露出する面に凸部が形成されており、前記ウィックが、柱と凸部によって挟持されている、請求項５に記載のベーパーチャンバー。
7. 前記支持体を前記筐体の外縁部に固定する接合層をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のベーパーチャンバー。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイス。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のベーパーチャンバーまたは請求項８に記載の放熱デバイスを有して成る電子機器。

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