JP2022011551A - ベーパーチャンバおよびベーパーチャンバの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】機械的強度および熱輸送特性に優れるベーパーチャンバおよびベーパーチャンバの製造方法を提供する。
【解決手段】ベーパーチャンバは、第１金属シートと第２金属シートとの間に形成される内部空間に作動流体を有するベーパーチャンバであって、前記第１金属シートは、凹部流路と少なくとも１つ以上の突出部とを備え、前記凹部流路は、前記第１金属シートの内面に設けられ、前記突出部は、前記第１金属シートの内面から前記第２金属シートに向かって突出し、かつ前記突出部の頂面が前記第２金属シートに当接し、前記ベーパーチャンバは、少なくとも１つ以上の頂面接合部と隙間流路部とを備え、前記頂面接合部は、前記突出部の前記頂面の一部と前記第２金属シートとを接合し、前記隙間流路部は、前記頂面と前記第２金属シートが離間している。
【選択図】図１
【解決手段】ベーパーチャンバは、第１金属シートと第２金属シートとの間に形成される内部空間に作動流体を有するベーパーチャンバであって、前記第１金属シートは、凹部流路と少なくとも１つ以上の突出部とを備え、前記凹部流路は、前記第１金属シートの内面に設けられ、前記突出部は、前記第１金属シートの内面から前記第２金属シートに向かって突出し、かつ前記突出部の頂面が前記第２金属シートに当接し、前記ベーパーチャンバは、少なくとも１つ以上の頂面接合部と隙間流路部とを備え、前記頂面接合部は、前記突出部の前記頂面の一部と前記第２金属シートとを接合し、前記隙間流路部は、前記頂面と前記第２金属シートが離間している。
【選択図】図１
Description
本開示は、ベーパーチャンバおよびベーパーチャンバの製造方法に関する。
ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話などの電気・電子機器に搭載されている半導体素子などの電子部品は、高性能化に伴う高密度搭載などによって、発熱量が増大する傾向にある。電気・電子機器を長時間にわたって正常に駆動するためには、電子部品を効率よく冷却する必要がある。
例えば、特許文献１には、第１金属シートと第２金属シートとを有し、第１金属シートと第２金属シートとの間に設けられる密封空間に液流路部を備えるベーパーチャンバが記載されている。特許文献１のベーパーチャンバでは、液流路部を構成する各溝について、第１連絡溝の幅は、第１主流溝の幅および第２主流溝の幅よりも大きく、第２連絡溝の幅は、第２主流溝の幅および第３主流溝の幅よりも大きく、第１連絡溝の深さは、第１主流溝の深さおよび第２主流溝の深さよりも深く、第２連絡溝の深さは、第２主流溝の深さおよび第３主流溝の深さよりも深い。
特許文献１のベーパーチャンバでは、第１金属シートおよび第２金属シートは拡散接合やろう付けなどによって接合されている。拡散接合やろう付けを行うときには、第１金属シートおよび第２金属シートは、全体的に、熱処理されて、熱でなまされる。このように、ベーパーチャンバの全体が熱でなまされるため、ベーパーチャンパの機械的強度が低下する。また、引用文献１のベーパーチャンバでは、液流路部を構成する各溝が所定の関係を満たすことによって、熱輸送効率の向上を図っている。しかしながら、近年増大している電気・電子機器における冷却性能の要求に対しては不十分である。
本開示の目的は、機械的強度および熱輸送特性に優れるベーパーチャンバおよびベーパーチャンバの製造方法を提供することである。
［１］ 第１金属シートと第２金属シートとの間に形成される内部空間に作動流体を有するベーパーチャンバであって、前記第１金属シートは、凹部流路と少なくとも１つ以上の突出部とを備え、前記凹部流路は、前記第１金属シートの内面に設けられ、前記突出部は、前記第１金属シートの内面から前記第２金属シートに向かって突出し、かつ前記突出部の頂面が前記第２金属シートに当接し、前記ベーパーチャンバは、少なくとも１つ以上の頂面接合部と隙間流路部とを備え、前記頂面接合部は、前記突出部の前記頂面の一部と前記第２金属シートとを接合し、前記隙間流路部は、前記頂面と前記第２金属シートが離間していることを特徴とするベーパーチャンバ。
［２］ 前記隙間流路部は、前記第１金属シートの前記頂面のうち、前記第２金属シートに接合しない頂面当接部と、前記第２金属シートにおける、前記頂面当接部に当接する内面当接部と、の間に設けられ、前記頂面当接部の前記頂面接合部側に閉塞部を有し、前記頂面当接部の突出部側面側に開口部を有する、上記［１］に記載のベーパーチャンバ。
［３］ 前記隙間流路部は、前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅より、前記閉塞部から前記開口部までの隙間長さが長い、上記［２］に記載のベーパーチャンバ。
［４］ 前記隙間流路部は、前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅の平均値が１．０μｍ以上１００．０μｍ以下である、上記［２］または［３］に記載のベーパーチャンバ。
［５］ 前記隙間流路部は、前記閉塞部から前記開口部までの隙間長さの平均値が４０．０μｍ以上である、上記［２］～［４］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［６］ 前記隙間流路部は、隙間拡大部を前記閉塞部側に備え、前記隙間拡大部における前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅の平均値は、前記隙間拡大部以外の前記隙間流路部における前記隙間幅の平均値よりも長い、上記［２］～［５］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［７］ 前記第１金属シートの前記凹部流路におけるシート厚みｔ１に対する、前記第１金属シートの前記突出部におけるシート厚みｔ２の比（ｔ２／ｔ１）は、０．１以上１０．０以下である、上記［１］～［６］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［８］ 前記突出部は、前記ベーパーチャンバの長手方向に沿って延在する、上記［１］～［７］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［９］ 前記ベーパーチャンバは、前記突出部の１つに前記頂面接合部を複数備える、上記［１］～［８］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１０］ 前記第２金属シートは、少なくとも１つ以上の突出部を内面に備え、前記第２金属シートの前記突出部は、前記第２金属シートの前記内面から前記第１金属シートに向かって突出し、かつ前記突出部の頂面が前記第１金属シートの前記凹部流路に当接する、上記［１］～［９］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１１］ 上記［１］～［１０］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバの製造方法であって、前記頂面接合部をレーザーで形成するレーザー接合工程を有することを特徴とするベーパーチャンバの製造方法。
［１２］ 前記レーザー接合工程の前または後に、前記第１金属シートの外縁と前記第２金属シートの外縁とをレーザーで溶接するレーザー溶接工程をさらに有する、上記［１１］に記載のベーパーチャンバの製造方法。
［１３］ 前記レーザー接合工程およびレーザー溶接工程の前に、前記第１金属シートの前記凹部流路および前記突出部をプレス成形で形成するプレス加工工程をさらに有する、上記［１１］または［１２］に記載のベーパーチャンバの製造方法。
［２］ 前記隙間流路部は、前記第１金属シートの前記頂面のうち、前記第２金属シートに接合しない頂面当接部と、前記第２金属シートにおける、前記頂面当接部に当接する内面当接部と、の間に設けられ、前記頂面当接部の前記頂面接合部側に閉塞部を有し、前記頂面当接部の突出部側面側に開口部を有する、上記［１］に記載のベーパーチャンバ。
［３］ 前記隙間流路部は、前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅より、前記閉塞部から前記開口部までの隙間長さが長い、上記［２］に記載のベーパーチャンバ。
［４］ 前記隙間流路部は、前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅の平均値が１．０μｍ以上１００．０μｍ以下である、上記［２］または［３］に記載のベーパーチャンバ。
［５］ 前記隙間流路部は、前記閉塞部から前記開口部までの隙間長さの平均値が４０．０μｍ以上である、上記［２］～［４］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［６］ 前記隙間流路部は、隙間拡大部を前記閉塞部側に備え、前記隙間拡大部における前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅の平均値は、前記隙間拡大部以外の前記隙間流路部における前記隙間幅の平均値よりも長い、上記［２］～［５］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［７］ 前記第１金属シートの前記凹部流路におけるシート厚みｔ１に対する、前記第１金属シートの前記突出部におけるシート厚みｔ２の比（ｔ２／ｔ１）は、０．１以上１０．０以下である、上記［１］～［６］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［８］ 前記突出部は、前記ベーパーチャンバの長手方向に沿って延在する、上記［１］～［７］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［９］ 前記ベーパーチャンバは、前記突出部の１つに前記頂面接合部を複数備える、上記［１］～［８］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１０］ 前記第２金属シートは、少なくとも１つ以上の突出部を内面に備え、前記第２金属シートの前記突出部は、前記第２金属シートの前記内面から前記第１金属シートに向かって突出し、かつ前記突出部の頂面が前記第１金属シートの前記凹部流路に当接する、上記［１］～［９］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１１］ 上記［１］～［１０］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバの製造方法であって、前記頂面接合部をレーザーで形成するレーザー接合工程を有することを特徴とするベーパーチャンバの製造方法。
［１２］ 前記レーザー接合工程の前または後に、前記第１金属シートの外縁と前記第２金属シートの外縁とをレーザーで溶接するレーザー溶接工程をさらに有する、上記［１１］に記載のベーパーチャンバの製造方法。
［１３］ 前記レーザー接合工程およびレーザー溶接工程の前に、前記第１金属シートの前記凹部流路および前記突出部をプレス成形で形成するプレス加工工程をさらに有する、上記［１１］または［１２］に記載のベーパーチャンバの製造方法。
本開示によれば、機械的強度および熱輸送特性に優れるベーパーチャンバおよびベーパーチャンバの製造方法を提供することができる。
以下、実施形態に基づき詳細に説明する。
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、第１金属シートと第２金属シートとを接合する接合部の構成に着目することによって、機械的強度および熱輸送特性の向上を図った。
実施形態のベーパーチャンバは、第１金属シートと第２金属シートとの間に形成される内部空間に作動流体を有するベーパーチャンバであって、前記第１金属シートは、凹部流路と少なくとも１つ以上の突出部とを備え、前記凹部流路は、前記第１金属シートの内面に設けられ、前記突出部は、前記第１金属シートの内面から前記第２金属シートに向かって突出し、かつ前記突出部の頂面が前記第２金属シートに当接し、前記ベーパーチャンバは、少なくとも１つ以上の頂面接合部と隙間流路部とを備え、前記頂面接合部は、前記突出部の前記頂面の一部と前記第２金属シートとを接合し、前記隙間流路部は、前記頂面と前記第２金属シートが離間している。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のベーパーチャンバの一例を示す斜視図である。図２は、図１のＡ面の拡大断面図である。図１では、便宜上、ベーパーチャンバの内部構造がわかるように部分的に透過した状態を示している。また、図１および２では、気相の作動流体Ｆ（Ｇ）の流れる方向を黒塗り矢印で示し、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）の流れる方向を白抜き矢印で示している。
図１は、第１実施形態のベーパーチャンバの一例を示す斜視図である。図２は、図１のＡ面の拡大断面図である。図１では、便宜上、ベーパーチャンバの内部構造がわかるように部分的に透過した状態を示している。また、図１および２では、気相の作動流体Ｆ（Ｇ）の流れる方向を黒塗り矢印で示し、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）の流れる方向を白抜き矢印で示している。
図１～２に示すように、第１実施形態のベーパーチャンバ１は、第１金属シート１０および第２金属シート２０を有する。第１金属シート１０の内面１０ａおよび第２金属シート２０の内面２０ａが対向するように、第１金属シート１０および第２金属シート２０が接合される。すなわち、第１金属シート１０および第２金属シート２０は内部が閉じられている。また、ベーパーチャンバ１は、第１金属シート１０および第２金属シート２０の間に形成される内部空間Ｓに作動流体を有する。内部空間Ｓは、第１金属シート１０および第２金属シート２０によって密閉されている。ベーパーチャンバ１の内部に設けられる内部空間Ｓには、作動流体が封入されている。
内部空間Ｓに封入されている作動流体は、ベーパーチャンバ１の冷却性能の観点から、純水、エタノール、メタノール、アセトンなどが挙げられる。
ベーパーチャンバ１を構成する第１金属シート１０は、凹部流路１１と少なくとも１つ以上の突出部１２とを備える。
図１に示すように、凹部流路１１は、第１金属シート１０の内面１０ａに設けられている。内面１０ａ側に設けられる凹部流路１１は、第１金属シート１０の外縁１０ｃから内面１０ａの中央に亘って凹んでいる。例えば、凹部流路は、内部空間Ｓから突出部１２および隙間流路部１４を除く空間である。凹部流路１１には、主に気相の作動流体が流れる。
突出部１２は、第１金属シート１０の内面１０ａから第２金属シート２０の内面２０ａに向かって突出する。突出部１２の頂面１３は、第２金属シート２０の内面２０ａに当接する。例えば、突出部１２は四角柱形である。
図２に示すように、ベーパーチャンバ１は、少なくとも１つ以上の頂面接合部１３ａと隙間流路部１４とを備える。
頂面接合部１３ａは、突出部１２の頂面１３の一部と第２金属シート２０とを接合する。このように、突出部１２の頂面１３と第２金属シート２０の内面２０ａとの間の当接面において、頂面接合部１３ａは、突出部１２の頂面１３の一部と第２金属シート２０の内面２０ａの一部とを接合する。
ベーパーチャンバ１は、第１金属シート１０および第２金属シート２０を接合する頂面接合部１３ａを形成するときの熱によって生じる熱なまし部５０について、ベーパーチャンバ１の全体に亘って具備せず、頂面接合部１３ａと隣接する部分に局所的に具備する。例えば、ベーパーチャンバ１は、図２に示すように、頂面接合部１３ａと隣接する第２金属シート２０に形成される熱なまし部５０を備える。熱なまし部５０の金属組織および熱なまし部５０以外の部分の金属組織は、ＳＥＭで観察すると、明確に異なる。
第１金属シート１０および第２金属シート２０は頂面接合部１３ａを介して接合される。頂面１３の一部と内面２０ａの一部とを接合する頂面接合部１３ａの長さ１３ａｘは、突出部１２の長さ１２ｘよりも小さい。ベーパーチャンバ１の機械的強度の低下を抑制する観点から、突出部１２の長さ１２ｘに対する頂面接合部１３ａの長さ１３ａｘの比（１３ａｘ／１２ｘ）は、好ましくは０．５より小さい。頂面接合部１３ａの長さ１３ａｘおよび突出部１２の長さ１２ｘは、図２のような頂面接合部１３ａを含むベーパーチャンバ１の断面において、ベーパーチャンバ１の厚み方向に垂直な方向の距離である。
隙間流路部１４は、第１金属シート１０の頂面１３と第２金属シート２０が離間している。隙間流路部１４には、液相の作動流体が流れる。
このような隙間流路部１４は、突出部１２の頂面１３の頂面当接部１３ｂと第２金属シート２０の内面当接部２１との間に設けられる。第１金属シート１０の頂面当接部１３ｂは、第１金属シート１０の頂面１３のうち、第２金属シート２０の内面２０ａに接合しない部分である。第２金属シート２０の内面当接部２１は、第２金属シート２０の内面２０ａにおける、頂面当接部１３ｂに当接する部分である。
頂面当接部１３ｂおよび内面当接部２１は、接合されずに、互いに離間可能に当接する。隙間流路部１４は、頂面当接部１３ｂおよび内面当接部２１の当接で生じる隙間である。なお、ここでは便宜上、隙間流路部１４を理解しやすいように、頂面当接部１３ｂおよび内面当接部２１が明確に離れている状態を示している。
また、隙間流路部１４は、頂面当接部１３ｂの頂面接合部１３ａ側に閉塞部１４ａを有する。閉塞部１４ａは、頂面当接部１３ｂおよび頂面接合部１３ａが接続している部分であり、頂面接合部１３ａによって閉塞される。また、隙間流路部１４は、頂面当接部１３ｂの突出部側面側に開口部１４ｂを有する。突出部側面側とは、突出部１２の側面１２ａ側であり、凹部流路１１側である。このように、隙間流路部１４は、頂面当接部１３ｂの頂面接合部１３ａ側が閉塞し、頂面当接部１３ｂの突出部側面側が開口する。
隙間流路部１４は、突出部１２の頂面１３側で、凹部流路１１と頂面接合部１３ａとの間に設けられる。突出部１２の頂面１３側で、頂面接合部１３ａの周囲に設けられる隙間流路部１４は、ベーパーチャンバ１の厚み方向に垂直な方向に延在する。隙間流路部１４は、開口部１４ｂを介して、凹部流路１１と連結する。具体的には、隙間流路部１４は、凹部流路１１と第２金属シート２０側で連結する。
隙間流路部１４の隙間幅１４ｗは、凹部流路１１の溝間隔ｐに比べて非常に小さい。隙間流路部１４の隙間幅１４ｗは、頂面当接部１３ｂと内面当接部２１との間の距離である。凹部流路１１の溝間隔ｐは、隣り合う突出部１２の間の距離または突出部１２と外縁１０ｃとの間の距離である。上記のように、隙間流路部１４は頂面当接部１３ｂおよび内面当接部２１の当接で生じる隙間であり、隙間流路部１４の隙間幅１４ｗは非常に小さい。そのため、隙間流路部１４は、液相の作動流体に対する毛細管現象を発揮する。
ベーパーチャンバ１は、主に以下の冷却経路によって発熱体３０を冷却する。
第２金属シート２０の外面２０ｂと熱的に接続される発熱体３０で発生した熱は、第２金属シート２０の内面２０ａに位置する蒸発部４１に伝達される。蒸発部４１は、発熱体３０から伝達された熱によって、図２に示すように、隙間流路部１４を流れる液相の作動流体を蒸発させて、矢印Ｆ（Ｇ）で示すように気相の作動流体に相変化させる。蒸発によって加熱された気相の作動流体は、図１の矢印Ｆ（Ｇ）で示すように、蒸発部４１から離れた位置の凝縮部４２に流れる。気相の作動流体が凝縮部４２に向かって流れる過程で、作動流体の温度が低下する。凝縮部４２では、温度の低下した気相の作動流体が凝縮されて液相の作動流体に相変化する。相変化で生じる潜熱は、第１金属シート１０や第２金属シート２０に伝達されて、ベーパーチャンバ１の外部に放出される。凝縮された液相の作動流体は、図２の矢印Ｆ（Ｌ）で示すように、毛細管現象によって隙間流路部１４内に容易に浸入する。液相の作動流体は隙間流路部１４内を移動して、再び蒸発部４１に戻る。このような液相および気相の作動流体の良好な循環によって、ベーパーチャンバ１は発熱体３０を効率的に冷却できる。
ベーパーチャンバ１が突出部１２の頂面１３側に隙間流路部１４を備えると、液相の作動流体に対する隙間流路部１４の毛細管現象によって、液相の作動流体は凹部流路１１から隙間流路部１４に容易に浸入すると共に、隙間流路部１４内の液相の作動流体は隙間流路部１４の外部に漏出しにくい。一方で、隙間流路部１４を備えない従来のベーパーチャンバでは、ベーパーチャンバ１の隙間流路部１４に相当する構成が設けられていないため、液相の作動流体は凹部流路内を流れる。このように、従来に比べて、隙間流路部１４を備えるベーパーチャンバ１は、液相の作動流体の保持量が増加し、作動流体の還流量が増加する。そのため、内部空間Ｓ内での熱輸送量が向上する。さらに、ベーパーチャンバ１の内部空間Ｓでは、液相の作動流体が蒸発部に存在しない状態、いわゆるドライアウトを抑制でき、液相および気相の作動流体の循環の流れが良好になり、熱輸送が向上する。このようなことから、ベーパーチャンバ１は優れた熱輸送特性を有することができる。
さらに、隙間流路部１４は、毛細管現象によって、液相の作動流体を内部に容易に取り込むと共に、内部に取り入れた液相の作動流体を隙間流路部１４の外部に漏出しにくい。例えば、図１に示すベーパーチャンバ１が紙面上で９０度傾く状態や上下反対になる状態など、ベーパーチャンバ１がどのような姿勢であっても、液相の作動流体は、隙間流路部１４に容易に進入すると共に隙間流路部１４から外部に漏出しにくい。このように、ベーパーチャンバ１の配置状態に依存せずに、液相および気相の作動流体の循環の流れが良好であるため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性は優れている。
さらに、ベーパーチャンバ１は、頂面接合部１３ａを形成するときの熱によって生じる熱なまし部５０を、ベーパーチャンバ１の全体ではなく、頂面接合部１３ａと隣接する部分に局所的に備える。熱処理によってなまされる熱なまし部５０は、材料の機械的強度を低下させる。従来のベーパーチャンバは、熱なまし部について、ベーパーチャンバ１の頂面接合部１３ａと隣接する部分に局所的に具備するのではなく、第１金属シートや第２金属シートの広域に亘って具備する。このように、従来に比べて、ベーパーチャンバ１では、熱なまし部５０の領域が小さく、熱でなまされることによる機械的強度の低下を抑制できる。そのため、ベーパーチャンバ１は優れた機械的強度を有することができる。
また、隙間流路部１４は、頂面当接部１３ｂと内面当接部２１との間の隙間幅１４ｗより、閉塞部１４ａから開口部１４ｂまでの隙間長さ１４ｘが長いことが好ましい。隙間流路部１４について、隙間長さ１４ｘが隙間幅１４ｗより長いと、隙間流路部１４における液相の作動流体の保持量が増加し、隙間流路部１４の毛細管現象が向上する。そのため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。
ベーパーチャンバ１の熱輸送特性を向上する観点から、隙間幅１４ｗに対する隙間長さ１４ｘの比（１４ｘ／１４ｗ）は、好ましくは１．０以上３０．０以下、より好ましくは２．０以上１０．０以下である。
また、隙間流路部１４の隙間幅１４ｗの平均値は、好ましくは１．０μｍ以上１００．０μｍ以下、より好ましくは３．０μｍ以上５０．０μｍ以下、さらに好ましくは５．０μｍ以上２０．０μｍ以下である。隙間幅１４ｗの平均値が１．０μｍ以上であると、隙間流路部１４を容易に形成できる。隙間幅１４ｗの平均値が１００．０μｍ以下であると、隙間流路部１４の毛細管現象が向上するため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。
また、隙間流路部１４の隙間長さ１４ｘの平均値は、好ましくは４０．０μｍ以上、より好ましくは８０．０μｍ以上、さらに好ましくは１５０．０μｍ以上である。また、隙間長さ１４ｘの平均値は、好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは５００．０μｍ以下、さらに好ましくは２００．０μｍ以下である。隙間長さ１４ｘの平均値が４０．０μｍ以上であると、隙間流路部１４における液相の作動流体の保持量が増加し、隙間流路部１４の毛細管現象が向上するため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。隙間長さ１４ｘの平均値が１．０ｍｍ以下であると、隙間流路部１４を容易に形成できる。
また、図２に示すように、隙間流路部１４は、隙間拡大部１５を閉塞部１４ａ側に備え、隙間拡大部１５における頂面当接部１３ｂと内面当接部２１との間の隙間幅１５ｗの平均値は、隙間拡大部１５以外の隙間流路部１４における頂面当接部１３ｂと内面当接部２１との間の隙間幅１４ｗの平均値よりも長いことが好ましい。隙間拡大部１５の隙間幅１５ｗの平均値が隙間拡大部１５以外の隙間流路部１４における頂面当接部１３ｂと内面当接部２１との間の隙間幅１４ｗの平均値よりも長いと、隙間流路部１４および隙間拡大部１５における液相の作動流体の保持量が増加し、隙間流路部１４の毛細管現象が向上する。そのため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。
ベーパーチャンバ１の熱輸送特性を向上する観点から、隙間幅１４ｗに対する隙間幅１５ｗの比（１５ｗ／１４ｗ）は、好ましくは１．１以上２．０以下である。比（１５ｗ／１４ｗ）が１．１以上であると、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性が向上する。比（１５ｗ／１４ｗ）が２．０以下であると、隙間拡大部１５を容易に形成できる。
また、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性を向上する観点から、隙間拡大部１５は、図２に示すように、頂面当接部１３ｂにおける頂面接合部１３ａに最も近い部分、換言すると、閉塞部１４ａに設けられることが好ましい。同様に、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性を向上する観点から、隙間拡大部１５の形状は、図２に示すように球状であることが好ましい。
また、図１に示すように、突出部１２はベーパーチャンバ１の長手方向Ｌ１に沿って延在することが好ましい。突出部１２がベーパーチャンバ１の長手方向Ｌ１に沿って延在すると、蒸発部４１から凝縮部４２に向かう距離が長くなり、作動流体の還流量が増加する。そのため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。
また、ベーパーチャンバ１は、突出部１２の１つに頂面接合部１３ａを複数備えることが好ましい。１つの突出部１２に複数の頂面接合部１３ａが設けられると、第１金属シート１０および第２金属シート２０の結合力が向上する。各突出部１２に複数の頂面接合部１３ａが設けられると、第１金属シート１０および第２金属シート２０の結合力はさらに向上する。
図３は、ベーパーチャンバ１を構成する第２金属シート２０の他の例を示す拡大断面図である。図３に示すように、第２金属シート２０は、少なくとも１つ以上の突出部２２を内面２０ａに備え、第２金属シート２０の突出部２２は、第２金属シート２０の内面２０ａから第１金属シート１０に向かって突出し、かつ突出部２２の頂面２３が第１金属シート１０の凹部流路１１に当接することが好ましい。
第２金属シート２０の突出部２２の頂面２３は、凹部流路１１、すなわち第１金属シート１０の内面１０ａに当接する。そのため、ベーパーチャンバ１の厚み方向に対する機械的強度はさらに向上する。また、突出部２２の頂面２３と第１金属シート１０の内面１０ａとの間には、当接による隙間が設けられる。この隙間は、隙間流路部１４と同様に、液相の作動流体に対する毛細管現象を発揮するため、液相の作動流体を容易に取り込める。そのため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。
また、第１金属シート１０の内面１０ａや第２金属シート２０の内面２０ａは、粗化構造や溝構造を有することが好ましい。粗化構造は、内面１０ａや内面２０ａに対する粗化処理によって形成される。内面１０ａや内面２０ａが粗化構造や溝構造を有すると、液相の作動流体がこれら構造に沿って流れやすくなり、液相および気相の作動流体の循環が良好になる。そのため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。
このようなベーパーチャンバ１の熱輸送特性を向上する頂面接合部１３ａおよび隙間流路部１４の形成、ならびに熱なまし部５０の局所的な形成には、レーザーを用いた加工が好ましく、その中でもファイバレーザーを用いた加工がより好ましい。レーザーによる加工では、熱なまし部５０の形成拡大を抑制して、頂面接合部１３ａおよび隙間流路部１４を所望の形状に短時間で形成することができる。その結果、熱なまし部５０は、ベーパーチャンバ１に広域に形成されずに、局所的に形成される。一方で、従来のベーパーチャンバで採用されている拡散結合を用いた第１金属シートおよび第２金属シートの結合では、頂面接合部１３ａおよび隙間流路部１４の形成、特に隙間流路部１４の形成が困難である、熱なまし部がベーパーチャンバの全体に形成されるなど、レーザー加工に比べて加工性が非常に低い。
また、第１金属シート１０および第２金属シート２０を構成する材料は、高い熱伝導率やレーザーによる加工容易性などの観点から、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が好ましい。その中でも、軽量化を図る目的のためには、アルミニウム、アルミニウム合金がより好ましく、機械的強度を高める目的のためには、ステンレス鋼がより好ましい。また、使用環境に応じて、第１金属シート１０および第２金属シート２０には、スズ、スズ合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金などを使用してもよい。
ベーパーチャンバ１に装着される発熱体３０は、例えば半導体素子など、稼動中に熱を発生する電子部品のような部材である。
次に、上記のベーパーチャンバ１の製造方法について説明する。
ベーパーチャンバ１の製造方法は、頂面接合部１３ａをレーザーで形成するレーザー接合工程を有する。レーザー接合工程では、ファイバレーザーで第１金属シート１０および第２金属シート２０を接合する頂面接合部１３ａを形成することが好ましい。レーザー加工では、頂面接合部１３ａを所望の形状に加工制御しやすく、頂面接合部１３ａを短時間で形成できる。さらに、レーザー加工では、接合したい部分を局所的に加熱できるため、加熱によって生じる熱なまし部５０は、ベーパーチャンバ１に広域に形成されずに、頂面接合部１３ａと隣接する部分に局所的に形成される。レーザーの中でも、ファイバレーザーは、加工制御および短時間加工がさらに優れている。頂面接合部１３ａが形成されると、結果的に隙間流路部１４も形成される。従来のような毛細管構造（ウィック構造）を別途装着する工程が不要であるため、製造コストおよび製造時間の削減、製造の容易化を達成できる。
具体的には、凹部流路１１や突出部１２を備える第１金属シート１０の内面１０ａと第２金属シート２０の内面２０ａとが互いに対向し、第１金属シート１０の突出部１２の頂面１３が金属シート２０の内面２０ａに当接している状態で、頂面１３の一部に対してレーザーを照射する。例えば、第１金属シート１０側から頂面１３の一部にレーザーを照射してもよいし、第２金属シート２０側から頂面１３の一部にレーザーを照射してもよいし、これらレーザーの照射を組み合わせてもよい。
一方で、従来のベーパーチャンバで採用されている拡散接合などによる接合では、第１金属シートおよび第２金属シートを全体的に熱処理する。このような熱処理では、突出部１２における頂面１３の全面が第２金属シート２０の内面に接合されるので、頂面接合部１３ａおよび隙間流路部１４の形成自体が困難である。そのため、第１金属シートおよび第２金属シートを接合する工程に加えて、毛細管構造を設置する工程を別途行う必要がある。さらに、第１金属シートおよび第２金属シートが全体的に熱処理されて熱でなまされるため、ベーパーチャンバの機械的強度が低下する。
また、ベーパーチャンバ１の製造方法は、レーザー接合工程の前または後に、第１金属シート１０の外縁１０ｃと第２金属シート２０の外縁２０ｃとをレーザーで溶接するレーザー溶接工程をさらに有することが好ましい。第１金属シート１０の外縁１０ｃおよび第２金属シート２０の外縁２０ｃをレーザーで溶接することによって、溶接部５１が形成され、内部空間Ｓを内部に備えるベーパーチャンバ１を容易に製造できる。レーザー接合工程で用いるレーザーとレーザー溶接工程で用いるレーザーとが同じであると、ベーパーチャンバをさらに短時間で容易に製造できる。
具体的には、第１金属シート１０の内面１０ａと第２金属シート２０の内面２０ａとが互いに対向し、第１金属シート１０の外縁１０ｃと金属シート２０の外縁２０ｃとが接触している状態の第１金属シート１０および第２金属シート２０に対して、レーザーを照射する。例えば、第１金属シート１０側から外縁１０ｃおよび外縁２０ｃの接触部分にレーザーを照射してもよいし、第２金属シート２０側から外縁１０ｃおよび外縁２０ｃの接触部分にレーザーを照射してもよいし、ベーパーチャンバ１の面内方向から外縁１０ｃおよび外縁２０ｃの接触部分にレーザーを照射してもよし、これらレーザーの照射を組み合わせてもよい。
こうして製造したベーパーチャンバ１は、様々な姿勢であっても良好な熱輸送特性を求められている、携帯電話などの電子機器に好適に用いられる。ベーパーチャンバ１を備える電子機器は、様々な使用状態であっても、ベーパーチャンバ１の高い熱輸送特性を有する。
以上説明した実施形態によれば、液相の作動流体は隙間流路部に容易に浸入して流れるので、液相および気相の作動流体の循環の流れが向上し、ベーパーチャンバの内部空間内での熱輸送が増加する。そのため、ベーパーチャンバは優れた熱輸送特性を有することができる。また、ベーパーチャンバは、熱なまし部について、全体に亘って広域に具備せずに、局所的に具備する。そのため、熱なまし部によるベーパーチャンバの機械的強度の低下を抑制できる。
なお、上記では、図１に示すように第２金属シート２０の外面２０ｂに発熱体３０を装着する例について示したが、発熱体３０は第１金属シート１０の外面１０ｂに装着してもよい。
また、重力方向側に第２金属シート２０が配置される、すなわち重力方向に沿って、下方に第２金属シート２０および上方に第１金属シート１０が配置されるように、ベーパーチャンバ１を設置することが好ましい。重力方向側に第２金属シート２０を配置するようにベーパーチャンバ１が設置されると、内部空間Ｓ内では、隙間流路部１４が重力方向側に配置される。液相の作動流体は、隙間流路部１４の毛細管現象に加えて、重力によって、隙間流路部１４に進入しやすくなる。その結果、ベーパーチャンバの熱輸送特性はさらに向上する。このようなベーパーチャンバの設置状態では、第２金属シート２０の外面２０ｂ、すなわちベーパーチャンバ１の下部に発熱体３０を装着すると、発熱体３０を効率よく冷却できる。
また、上記では、図１に示すように突出部１２が四角柱形である例について示したが、突出部１２の形状は、頂面１３が第２金属シート２０の内面２０ａに当接できればよい。例えば、突出部１２の形状は、図４に示すように円柱形でもよい。また、第１金属シート１０が複数の突出部１２を備える場合、突出部１２の形状は、全て同じでもよいし、少なくとも一部が異なってもよい。
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態のベーパーチャンバの一例を示す斜視図である。図６は、図５のＢ面の拡大断面図である。
図５は、第２実施形態のベーパーチャンバの一例を示す斜視図である。図６は、図５のＢ面の拡大断面図である。
なお、以下に示す実施形態では、第１実施形態のベーパーチャンバの構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
第２実施形態のベーパーチャンバ２において、第１金属シート１０の構成が異なること以外は、第１実施形態のベーパーチャンバ１の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。
図５～６に示すように、ベーパーチャンバ２の第１金属シート１０は、第１実施形態のベーパーチャンバ１の第１金属シート１０に比べて、シート厚みの均一性が高い。ベーパーチャンバ１の第１金属シート１０では、図２に示すように、突出部１２におけるシート厚みが凹部流路１１におけるシート厚みよりも明確に大きい。
図６に示すように、ベーパーチャンバ２において、第１金属シート１０の凹部流路１１におけるシート厚みｔ１に対する、第１金属シート１０の突出部１２におけるシート厚みｔ２の比（ｔ２／ｔ１）は、好ましくは０．１以上１０．０以下、より好ましくは０．２以上５．０以下、さらに好ましくは０．５以上２．０以下、最も好ましくは１．０、すなわち凹部流路１１におけるシート厚みｔ１と突出部１２におけるシート厚みｔ２とが同じである。
比（ｔ２／ｔ１）が上記範囲内であると、第１金属シート１０のシート厚みのばらつきが抑制されるため、ベーパーチャンバ２を軽量化することができる。このような所定の比（ｔ２／ｔ１）を有する第１金属シート１０の形成には、プレス成形による加工が好適である。
図７は、ベーパーチャンバ２を構成する突出部１２の他の例を示す拡大断面図である。図７に示すように、第１金属シート１０は、頂面１３の一部から第２金属シート２０の内面２０ａに向かって突出する凸部１６をさらに有してもよい。突出部１２の頂面１３の一部に設けられる凸部１６の頂面は、第２金属シート２０の内面２０ａに接合する。この場合、凸部１６の頂面の一部が第２金属シート２０の内面２０ａに接合してもよいし、凸部１６の頂面の全面が第２金属シート２０の内面２０ａに接合してもよい。凸部１６の形成には、プレス成形による加工が好適である。
ベーパーチャンバ２が凸部１６を備えると、隙間流路部１４の形状を容易に制御できるので、液相の作動流体を隙間流路部１４に容易に取り込むことができる。そのため、ベーパーチャンバの熱輸送特性を向上できる。また、凸部１６を備えないベーパーチャンバにおける頂面接合部１３ａと第２金属シート２０の内面２０ａとの当接面積に比べて、凸部１６の頂面と第２金属シート２０の内面２０ａとの当接面積を容易に小さくでき、熱なまし部５０をさらに局所化できる。そのため、熱なまし部によるベーパーチャンバの機械的強度の低下をさらに抑制できる。
次に、上記のベーパーチャンバ２の製造方法について説明する。
ベーパーチャンバ２の製造方法は、上記レーザー接合工程および上記レーザー溶接工程の前に、第１金属シート１０の凹部流路１１および突出部１２をプレス成形で形成するプレス加工工程をさらに有することが好ましい。第１金属シート１０をプレス成形することによって、凹部流路１１および突出部１２を容易に形成できる。プレス加工工程では、凹部流路１１および突出部１２に加えて、凸部１６も第１金属シート１０に形成することがより好ましい。
プレス加工工程の後、レーザー接合工程に続いてレーザー溶接工程を行う、またはレーザー溶接工程に続いてレーザー接合工程を行うことによって、ベーパーチャンバ２を製造できる。
以上説明した実施形態によれば、第１金属シートのシート厚みのばらつきを小さくすることによって、ベーパーチャンバが軽量化できる。このような第１金属シートの凹部流路および突出部は、プレス成形によって短時間に容易に形成できる。そのため、ベーパーチャンバをさらに簡便に製造できる。
以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本開示の範囲内で種々に改変することができる。
１、２ ベーパーチャンバ
１０ 第１金属シート
１０ａ 第１金属シートの内面
１０ｂ 第１金属シートの外面
１０ｃ 第１金属シートの外縁
１１ 凹部流路
１２ 突出部
１２ａ 突出部の側面
１３ 突出部の頂面
１３ａ 頂面接合部
１３ｂ 頂面当接部
１４ 隙間流路部
１４ａ 隙間流路部の閉塞部
１４ｂ 隙間流路部の開口部
１５ 隙間拡大部
１６ 凸部
２０ 第２金属シート
２０ａ 第２金属シートの内面
２０ｂ 第２金属シートの外面
２０ｃ 第２金属シートの外縁
２１ 内面当接部
２２ 突出部
２３ 突出部の頂面
３０ 発熱体
４１ 蒸発部
４２ 凝縮部
５０ 熱なまし部
５１ 溶接部
Ｓ 内部空間
Ｆ（Ｌ） 液相の作動流体の流れ
Ｆ（Ｇ） 気相の作動流体の流れ
１０ 第１金属シート
１０ａ 第１金属シートの内面
１０ｂ 第１金属シートの外面
１０ｃ 第１金属シートの外縁
１１ 凹部流路
１２ 突出部
１２ａ 突出部の側面
１３ 突出部の頂面
１３ａ 頂面接合部
１３ｂ 頂面当接部
１４ 隙間流路部
１４ａ 隙間流路部の閉塞部
１４ｂ 隙間流路部の開口部
１５ 隙間拡大部
１６ 凸部
２０ 第２金属シート
２０ａ 第２金属シートの内面
２０ｂ 第２金属シートの外面
２０ｃ 第２金属シートの外縁
２１ 内面当接部
２２ 突出部
２３ 突出部の頂面
３０ 発熱体
４１ 蒸発部
４２ 凝縮部
５０ 熱なまし部
５１ 溶接部
Ｓ 内部空間
Ｆ（Ｌ） 液相の作動流体の流れ
Ｆ（Ｇ） 気相の作動流体の流れ
Claims (13)
- 第１金属シートと第２金属シートとの間に形成される内部空間に作動流体を有するベーパーチャンバであって、
前記第１金属シートは、凹部流路と少なくとも１つ以上の突出部とを備え、
前記凹部流路は、前記第１金属シートの内面に設けられ、
前記突出部は、前記第１金属シートの内面から前記第２金属シートに向かって突出し、かつ前記突出部の頂面が前記第２金属シートに当接し、
前記ベーパーチャンバは、少なくとも１つ以上の頂面接合部と隙間流路部とを備え、
前記頂面接合部は、前記突出部の前記頂面の一部と前記第２金属シートとを接合し、
前記隙間流路部は、前記頂面と前記第２金属シートが離間していることを特徴とするベーパーチャンバ。 - 前記隙間流路部は、前記第１金属シートの前記頂面のうち、前記第２金属シートに接合しない頂面当接部と、前記第２金属シートにおける、前記頂面当接部に当接する内面当接部と、の間に設けられ、前記頂面当接部の前記頂面接合部側に閉塞部を有し、前記頂面当接部の突出部側面側に開口部を有する、請求項１に記載のベーパーチャンバ。
- 前記隙間流路部は、前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅より、前記閉塞部から前記開口部までの隙間長さが長い、請求項２に記載のベーパーチャンバ。
- 前記隙間流路部は、前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅の平均値が１．０μｍ以上１００．０μｍ以下である、請求項２または３に記載のベーパーチャンバ。
- 前記隙間流路部は、前記閉塞部から前記開口部までの隙間長さの平均値が４０．０μｍ以上である、請求項２～４のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記隙間流路部は、隙間拡大部を前記閉塞部側に備え、
前記隙間拡大部における前記頂面当接部と前記内面当接部との間の隙間幅の平均値は、前記隙間拡大部以外の前記隙間流路部における前記隙間幅の平均値よりも長い、請求項２～５のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。 - 前記第１金属シートの前記凹部流路におけるシート厚みｔ１に対する、前記第１金属シートの前記突出部におけるシート厚みｔ２の比（ｔ２／ｔ１）は、０．１以上１０．０以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記突出部は、前記ベーパーチャンバの長手方向に沿って延在する、請求項１～７のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記ベーパーチャンバは、前記突出部の１つに前記頂面接合部を複数備える、請求項１～８のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
- 前記第２金属シートは、少なくとも１つ以上の突出部を内面に備え、
前記第２金属シートの前記突出部は、前記第２金属シートの前記内面から前記第１金属シートに向かって突出し、かつ前記突出部の頂面が前記第１金属シートの前記凹部流路に当接する、請求項１～９のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。 - 請求項１～１０のいずれか１項に記載のベーパーチャンバの製造方法であって、
前記頂面接合部をレーザーで形成するレーザー接合工程を有することを特徴とするベーパーチャンバの製造方法。 - 前記レーザー接合工程の前または後に、前記第１金属シートの外縁と前記第２金属シートの外縁とをレーザーで溶接するレーザー溶接工程をさらに有する、請求項１１に記載のベーパーチャンバの製造方法。
- 前記レーザー接合工程およびレーザー溶接工程の前に、前記第１金属シートの前記凹部流路および前記突出部をプレス成形で形成するプレス加工工程をさらに有する、請求項１１または１２に記載のベーパーチャンバの製造方法。
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