JP2023006706A - 熱伝導部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱輸送効率を維持しつつ、構成部材を減らすことができる熱伝導部材を提供する。【解決手段】内部空間に作動媒体が配置された筐体を有する熱伝導部材である。筐体は、第1板部と、第1板部の上部に配置される第2板部と、を有する。第1板部の上面及び第2板部の下面の少なくとも一方は、線状に形成される複数の線状凹部51を有する。線状凹部51は、内周面50から幅方向内側に対をなして突出する複数の突出部501を有する。【選択図】図5
Description
本発明は、熱伝導部材に関する。
従来の平板状のヒートパイプは、平板状密閉容器を有する。平板状密閉容器は、底壁部と、上壁部と、底壁部と上壁部とを連結している支柱と、が設けられる。そして、平板状密閉容器の内部には、作動流体が封入されるとともに、支柱を貫通させた多孔質焼結シートが、底壁部の内面及び上壁部の内面に密着して配置されている。
平板状密閉容器は、発熱体と接触して配置される。作動流体は、発熱体によって加熱されて多孔質焼結シートから気化する。気化した作動流体は、平板状密閉容器の内部を上壁部側に移動する。上壁部側では、放熱によって作動流体が冷却され、凝縮する。液体の作動流体は、毛細管現象によって多孔質焼結シート中を発熱体側に移動する。これにより、熱が輸送される(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記のような平板状密閉容器は、底壁部の内面及び上壁部の内面に密着する多孔質焼結シートが必要であり、構成部材の部品点数が多くなる。
本発明は、熱輸送効率を維持しつつ、構成部材を減らすことができる熱伝導部材を提供することを目的とする。
本発明の例示的な熱伝導部材は、内部空間に作動媒体が配置された筐体を有する熱伝導部材である。筐体は、第1板部と、第1板部の上部に配置される第2板部と、を有する。第1板部の上面及び第2板部の下面の少なくとも一方は、線状に形成される複数の線状凹部を有する。線状凹部は、内周面から幅方向内側に対をなして突出する複数の突出部を有する。
本発明によると、熱輸送効率を維持しつつ、構成部材を減らすことができる熱伝導部材を提供することができる。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。熱伝導部材100は、平面視長方形状であり、第1板部1と第2板部2とが重力方向に重なる。なお、図面においては、適宜、3次元直交座標系、すなわち、XYZ座標系を用いて示す。XYZ座標系において、Z方向は、鉛直方向(すなわち重力方向)を示す。
また、熱伝導部材100をZ方向から見たときの熱伝導部材100の短手方向をX方向、長手方向をY方向とする。つまり、X方向は、熱伝導部材100の短手方向を指し、Z方向と直交する方向である。Y方向は熱伝導部材100の長手方向を指し、Z方向と直交する方向である。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために方向を定義したものであり、本発明にかかる熱伝導部材100の製造時及び使用時の向きを限定するものではない。また、本明細書において平行、と表現する場合、数学的に厳密に平行である場合のみを指すものではなく、例えば本発明における効果を奏する程度に平行である場合を含む。また、以下の説明において、作動媒体20を、液体の作動媒体20L又は気体の作動媒体20Gと称する場合がある。
<熱伝導部材100>
図1は、本発明の例示的な実施形態に係る熱伝導部材100の斜視図である。図2は、図1に示す熱伝導部材100のII-II線で切断した概略断面図である。図3は、図1に示す熱伝導部材100をIII-III線で切断した概略断面図である。なお、図2において、黒矢印は、作動媒体20が気化して生成される気体の作動媒体20Gの流れを示し、白抜き矢印は、液状の作動媒体20Lの流れを示す。
図1は、本発明の例示的な実施形態に係る熱伝導部材100の斜視図である。図2は、図1に示す熱伝導部材100のII-II線で切断した概略断面図である。図3は、図1に示す熱伝導部材100をIII-III線で切断した概略断面図である。なお、図2において、黒矢印は、作動媒体20が気化して生成される気体の作動媒体20Gの流れを示し、白抜き矢印は、液状の作動媒体20Lの流れを示す。
熱伝導部材100は、内部空間101に作動媒体20が配置される筐体10を有する。熱伝導部材100は、発熱体Htと接触して配置され、発熱体Htから熱が伝達される。熱伝導部材100では、発熱体Htから伝達された熱によって、内部空間101内の作動媒体20が状態変化される。作動媒体20は、内部空間101内を移動し、移動に伴って熱伝導部材100の外部に熱を放出する。その結果として、発熱体Htの温度上昇が抑制される。つまり、熱伝導部材100は、作動媒体20が状態変化するときの潜熱を利用して、熱を運搬するとともに外部に放出する。
<筐体10>
筐体10は、第1板部1と、第1板部1の上方に配置される第2板部2とを有する。
筐体10は、第1板部1と、第1板部1の上方に配置される第2板部2とを有する。
<第1板部1及び第2板部2>
第1板部1及び第2板部2は、例えば、銅等の熱伝導性の高い金属又はこれらの合金で形成された板材である。例えば、銅よりも弾性係数(例えば、ヤング率)が高い金属の表面に銅メッキを施して第1板部1及び第2板部2を形成してもよい。このようにすることで、熱伝導率を保ちつつ、筐体10の剛性を高めることができる。
第1板部1及び第2板部2は、例えば、銅等の熱伝導性の高い金属又はこれらの合金で形成された板材である。例えば、銅よりも弾性係数(例えば、ヤング率)が高い金属の表面に銅メッキを施して第1板部1及び第2板部2を形成してもよい。このようにすることで、熱伝導率を保ちつつ、筐体10の剛性を高めることができる。
また、銅以外の一定以上の熱伝導度を有する金属を用いてもよい。銅以外の金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、亜鉛、銀、金、マグネシウム、マンガン、及びチタンなどのいずれかの金属、又は、上述のいずれかの金属を含む合金(真鍮、ジェラルミン、ステンレス鋼など)を挙げることができるが、これに限定されない。銅よりも弾性係数(例えば、ヤング率)が高い金属を採用するで、筐体10の剛性を高めることができる。
第1板部1は、Z方向から見て、長方形の板材である。第1板部1の長手方向は、Y方向である。本実施形態の第1板部1は、長方形状であるが、この形状に限定されず、例えば、平面視において多角形、円形、楕円形等であってもよい。
図4は、本実施形態にかかる第1板部1の平面図である。図3、図4に示すとおり、第1板部1の上面11の外周部には、第1側壁部12が接続される。第1側壁部12は、XY平面と平行な断面が長方形状でZ方向上方に延びる筒体である。第1板部1と第1側壁部12とは、単一の部材として形成されてもよく、別部材により形成されてもよい。図3、図4に示すとおり、第1板部1の上面11は、複数の溝部4及び複数の線状凹部51を有する。溝部4及び線状凹部51の詳細については、後述する。図3に示す第1板部1の上面11は、5つの溝部4と、8つの線状凹部51を有するが溝部4及び線状凹部51の個数はこの個数に限定されない。
第2板部2は、第1板部1の上部に配置される。第2板部2は、Z方向から見て、長方形の板材である。第2板部2の長手方向は、Y方向である。本実施形態の第2板部2は、長方形状であるが、この形状に限定されず、例えば、平面視において多角形、円形、楕円形等であってもよい。第2板部2の下面21の外周部には、第2側壁部22が接続される。第2側壁部22は、XY平面と平行な断面が長方形状でZ方向下方に延びる筒体である。第2板部2と第2側壁部22とを単一の部材として形成してもよく、別部材により形成してもよい。
筐体10において、第1側壁部12の上面121と第2側壁部22の下面221とが接合される。これにより、第1板部1の上面11、第1側壁部12、第2板部2の下面21及び第2側壁部22で囲まれた内部空間101が形成される。例えば、一定以上の容積を有する内部空間101を形成できる場合、第2側壁部22を省いて、第1側壁部12の上面121と第2板部2の下面21とを接合してもよい。また、第1側壁部12を省いて、第2側壁部22の下面221と第1板部1の上面11とを接合してもよい。
内部空間101の内部には、作動媒体20が配置される。作動媒体20は、温度によって、液体又は気体に状態変化する。このとき、内部空間101は、液体又は気体の作動媒体20が外部に漏れない程度及び外部の異物が内部に侵入しない程度の密閉度で形成される。さらに説明すると、第1側壁部12の上面121と第2側壁部22の下面221とは、上述した程度の密閉度を確保できる接合方法で、接合される。第1側壁部12の上面121と第2側壁部22の下面221との接合方法は、加熱及び加圧することで接合する接合方法、拡散接合、ロウ材を用いた接合等を挙げることができるが、これに限定されない。
本実施形態にかかる熱伝導部材100の内部空間101の内部は、例えば大気圧よりも気圧が低い減圧状態に維持される。内部空間101が減圧状態であることにより、内部空間101に収容される作動媒体20の沸点が降下し、作動媒体20の状態変化が発生しやすくなる。作動媒体20の状態変化による熱の輸送の詳細については、後述する。
<柱部3>
図2、図3に示すとおり、柱部3は、内部空間101に配置される。柱部3は、Z方向に延びる円柱状である。これに限定されず、XY面と平行な面で切断した断面が多角形、楕円等であってもよい。柱部3は、例えば、XY面内において2次元的に、かつ、規則的に並んで配置される。
図2、図3に示すとおり、柱部3は、内部空間101に配置される。柱部3は、Z方向に延びる円柱状である。これに限定されず、XY面と平行な面で切断した断面が多角形、楕円等であってもよい。柱部3は、例えば、XY面内において2次元的に、かつ、規則的に並んで配置される。
柱部3は、第1板部1及び第2板部2とは別部材であり、銅等の熱伝導性の高い金属で形成される。柱部3の下端部及び上端部は、第1板部1の上面11及び第2板部2の下面21にそれぞれろう材を用いて接合される。なお、柱部3は、ろう材による接合以外にも溶接等により第1板部1及び第2板部2と接合されてもよい。また、柱部3は、第1板部1及び第2板部2の一方と一体であってもよい。このとき、柱部3は、第1板部1又は第2板部2をエッチング又は切削することにより形成される。
柱部3は、第1板部1及び第2板部2を支持する。柱部3が、第1板部1及び第2板部2を支持することにより、第1板部1の上面11と第2板部2の下面21とのZ方向の距離が、一定に保たれる。また、作動媒体20の状態変化により、内部空間101内の圧力が変化した場合、外部からの力が付与された場合等であっても、筐体10の内部空間101の変形が抑制される。
<作動媒体20>
ここで、作動媒体20に付いて説明する。作動媒体20は、筐体10の内部空間101に配置される。発熱体Htから熱伝導部材100に伝達された熱によって加熱され、一定の温度(沸点)以上に昇温されると、液体から気体に状態変化する。本実施形態にかかる熱伝導部材100では、作動媒体20として、水を用いるが、これに限定されない。例えば、アルコール化合物、代替フロン、炭化水素化合物、フッ素化炭化水素化合物およびグリコール化合物等を挙げることができる。作動媒体20は、発熱体Htからの熱が伝達されていないときに液体であり、加熱により蒸発(気化)する材料を広く採用することができる。
ここで、作動媒体20に付いて説明する。作動媒体20は、筐体10の内部空間101に配置される。発熱体Htから熱伝導部材100に伝達された熱によって加熱され、一定の温度(沸点)以上に昇温されると、液体から気体に状態変化する。本実施形態にかかる熱伝導部材100では、作動媒体20として、水を用いるが、これに限定されない。例えば、アルコール化合物、代替フロン、炭化水素化合物、フッ素化炭化水素化合物およびグリコール化合物等を挙げることができる。作動媒体20は、発熱体Htからの熱が伝達されていないときに液体であり、加熱により蒸発(気化)する材料を広く採用することができる。
<ウィック構造体13>
図2、図3に示すとおり、筐体10の内部空間101には、ウィック構造体13が配置される。ウィック構造体13は、多孔質の焼結体である。ウィック構造体13を多孔質の焼結体とすることで、作動媒体20が流動する空隙(不図示)が形成されるため、作動媒体20が流動しやすくなる。これにより、熱輸送効率が高くなる。なお、ウィック構造体13は、多孔質体に限定されず、メッシュで形成してもよい。ウィック構造体13としては、液体の作動媒体20Lに対して、毛細管力を作用させることができる隙間を有する構造を広く採用することができる。
図2、図3に示すとおり、筐体10の内部空間101には、ウィック構造体13が配置される。ウィック構造体13は、多孔質の焼結体である。ウィック構造体13を多孔質の焼結体とすることで、作動媒体20が流動する空隙(不図示)が形成されるため、作動媒体20が流動しやすくなる。これにより、熱輸送効率が高くなる。なお、ウィック構造体13は、多孔質体に限定されず、メッシュで形成してもよい。ウィック構造体13としては、液体の作動媒体20Lに対して、毛細管力を作用させることができる隙間を有する構造を広く採用することができる。
ウィック構造体13は、第2板部2の下面に接触して配置され、内部空間101に臨む。なお、本明細書において、内部空間101に「臨む」とは、内部空間101と「向かい合う」ことを指す。つまり、ウィック構造体13は、第2板部2側に近接して配置される。
図1、図2等に示すとおり、第1板部1の下面側に発熱体Htが配置される。なお、発熱体Htは、第1板部1と直接接触してもよいし、伝熱グリス等の伝熱体を介して配置されてもよい。発熱体Htからの熱は、第1板部1に伝達される。内部空間101の内部に配置された作動媒体20は、第1板部1に伝達された発熱体からの熱で液体から気体(蒸気)に状態変化する。つまり、作動媒体20は、内部空間101の減圧度合、発熱体Htの発熱量、外部に放出可能な熱量等の条件に基づいて決定される。なお、発熱体Htの熱伝導部材100に対する配置は、第1板部1の下面側に限定されず、第2板部2の上面側に配置されてもよい。また、両側に配置されてもよい。
以下に、第1板部1の溝部4及び線状凹部51の詳細について説明する。図3、図4に示すとおり、第1板部1の上面11は、並んで配置される複数の溝部4を有する。溝部4は、第1板部1の上面11から下方に凹む凹部である。溝部4は、Y方向に延びるとともにX方向に平行に並んで配置される。また、本実施形態では溝部4はX方向に隣り合う柱部3の間に各1本設けられる。
熱伝導部材100は、使用時の姿勢、例えば、上下方向が固定しない場合がある。このような場合、液体の作動媒体20Lは、第2板部2の下面21に付着する場合もある。このような場合に備えて、溝部4は第2板部2の下面21に形成されてもよい。また、溝部4を第1板部1の上面11及び第2板部2の下面21の両方に形成してもよい。すなわち、第1板部1の上面11及び第2板部2の下面21の少なくとも線状凹部51が形成される面11は、並んで配置される複数の溝部4をさらに有する。
溝部4は、第1板部1の製造時に、エッチング、切削加工等の加工方法で加工してもよい。また、これら以外を用いて、溝部4を形成する加工方法を採用することもできる。
筐体10の内部空間101において、第1板部1の上面11の溝部4によって、液体の作動媒体20Lに対して毛細管力が作用する。溝部4による毛細管力によって、液体の作動媒体20Lの移動が促進される。
図3、図4に示すとおり、線状凹部51は、第1板部1の上面11にあらかじめ決められた線に沿って形成される。なお、線状凹部51の「線状」には、「直線状」及び「曲線状」を含む。
ここで、線状凹部51の詳細について図面を参照して説明する。図5は、線状凹部51を拡大した平面図である。図5に示す線状凹部51において、リング状部500の交差している部分を破線で示す。
図5に示すように、線状凹部51は、平面視円形のリング状部500を予め決められた線L1に沿って並べた構成を有する。そして、線状凹部51の内側面50は、線L1を挟んで幅方向に対をなすとともに幅方向内側に向かって突出する突出部501を有する。突出部501は、線L1に沿う方向の前後から内側に向かうにつれて互いに線L1に沿う方向に接近する。
内周面50が傾斜面502を有する突出部501を有することで、内周面50と液体の作動媒体20Lが接触する面積が大きくなる。そして、幅方向に対をなす突出部501が互いに接近する構成であることで、対向する突出部501間で線状凹部51の幅が狭くなる。液体の作動媒体20Lの接触面積を大きくするとともに、線状凹部51の幅が狭くなることで、線状凹部51によって液体の作動媒体20Lに作用する毛細管力を大きくすることが可能である。これにより、線状凹部51の液体の作動媒体20Lを流動させる効果を高めることが可能である。
なお、図5に示す線状凹部51では、線L1として直線としているが、これに限定されず、曲線であってもよい。
線状凹部51の加工方法は、例えば、エッチング等の方法を利用することが可能である。また、リング状部500と同径のレーザ光を照射して、形成してもよい。詳しく説明すると、例えば、照射面が円形のレーザ光を照射して、第1板部1の上面11に凹部を形成した後、レーザ光の照射を停止して、照射範囲をレーザ光の照射面の外径よりも短い距離又は照射面の外径と同じ距離移動させ、再度レーザ光を照射する。このレーザ光の照射を繰り返して形成することができる。また、これら以外にも、幅方向の内側面から、中心に向かって線L1が延びる方向に互いに接近する凸部を形成できる加工方法を広く採用することができる。
以下の説明において、線状凹部は、いずれも図5に示す線状凹部51と同様の構成を有する。すなわち、線状凹部は、予め決められた線L1に沿って延び、幅方向に対をなして内側面50から突出する突出部501を有する。そして、突出部501は、線L1の延びる方向の前後から線L1が延びる方向に接近する傾斜面502を有する。
図4に示すとおり、第1板部1では、Z方向から見たとき、複数の線状凹部51は直線に沿う形状であり、Y方向に延びる溝部4と平行に配置される。そして、線状凹部51は、溝部4とは接続しない。すなわち、線状凹部51の少なくとも1つは、溝部4と接続しない。ここで、「接続しない」とは、線状凹部51と溝部4との間で、作動媒体20が直接移動しない構成であることを示す。以下、同様である。なお、線状凹部51の「線状」には、「直線状」及び「曲線状」を含む。
なお、図3、図4に示すとおり、第1板部1の上面11に柱部3とZ方向に重なる位置に形成される線状凹部510を有してもよい。このように構成することで、線状凹部510の底面と、底面と対向する柱部3の端面とによる毛細管力を液体の作動媒体20Lに作用させることができる。これにより、液体の作動媒体20Lの流動を促進することが可能である。
さらに詳しく説明すると、線状凹部51の少なくとも一部は、溝部4に沿って延びる。線状凹部51の少なくとも一部は直線状であり、平行に配置される。つまり、線状凹部51は、それぞれ、他の線状凹部51と接続しない。
図4に示すとおり、Z方向から見たとき、線状凹部51の幅W2は、溝部4の幅W1よりも狭い。また、図2、図3に示すとおり、線状凹部51の深さD2は、溝部4の深さD1よりも浅い。線状凹部51の内部において、液体の作動媒体20Lには線状凹部51による毛細管力が作用する。線状凹部51による毛細管力によって、液体の作動媒体20Lの移動が促進される。
以上のことより、溝部4及び線状凹部51を有する第1板部1の上面11は、ウィック構造体と同様の効果を有する。つまり、第1板部1の上面11は、筐体10のウィック構造部104である。なお、「ウィック構造部104」とは、筐体10の一部であって、メッシュ、多孔質体等で形成されたウィック構造体と同様、毛細管力で液体の作動媒体20Lの移動を促進できる構造を有する部分である。
このことから、本実施形態の熱伝導部材100では、第1板部1の上面11に配置されるメッシュ、多孔質体等で構成されるウィック構造体を減らすことが可能である。これにより、熱伝導部材100の構成部材を減らすことができる。熱伝導部材100は、以上示した構造を有する。
<熱伝導部材100の動作>
図1、図2に示すとおり、熱伝導部材100は、被加熱領域102と、放熱領域103とを有する。被加熱領域102の下方に、発熱体Htが配置される。放熱領域103は、被加熱領域102とY方向に隣接する。
図1、図2に示すとおり、熱伝導部材100は、被加熱領域102と、放熱領域103とを有する。被加熱領域102の下方に、発熱体Htが配置される。放熱領域103は、被加熱領域102とY方向に隣接する。
熱伝導部材100において、発熱体Htからの熱が伝達される領域が、被加熱領域102であり、被加熱領域102に隣接する領域が放熱領域103である。そのため、被加熱領域102と放熱領域103との位置は、図1、図2等に限定されない。
以下に、熱伝導部材100の動作の詳細について説明する。
図2に示すとおり、熱伝導部材100の被加熱領域102に発熱体Htからの熱が伝達される。被加熱領域102に伝達された熱によって、内部空間101内の液体の作動媒体20Lは加熱されて蒸発(気化)し、気体の作動媒体20Gに状態変化する。
気体の作動媒体20Gは、内部空間101を放熱領域103側に移動する。このとき、気体の作動媒体20Gは、ウィック構造体13側に移動し、ウィック構造体13内部で放熱領域103に移動する。このとき、気体の作動媒体20Gの潜熱が、ウィック構造体13に伝達され、気体の作動媒体20Gは冷却される。これにより、ウィック構造体13の内部で、気体の作動媒体20Gは、液体の作動媒体20Lに状態変化する。
ウィック構造体13の内部では、ウィック構造体13と気体の作動媒体20Gとの接触面積が大きい。そのため、気体の作動媒体20Gからウィック構造体13への熱の伝達効率が高くなる。ウィック構造体13を有することで、気体の作動媒体20Gが凝縮されやすい。
ウィック構造体13で凝縮した液体の作動媒体20Lの一部は、滴下して、第1板部1の上面11のウィック構造部104に流れる。また、ウィック構造体13で凝縮した液体の作動媒体20Lの一部は、柱部3の外面に沿って移動し、第1板部1の上面11のウィック構造部104に流れる。
気体の作動媒体20Gからウィック構造体13に伝達された熱は、放熱領域103において、筐体10に伝達される。これにより、気体の作動媒体20Gは、冷却されて凝縮(液化)し、液体の作動媒体20Lに戻る。なお、気体の作動媒体20Gから筐体10に伝達された熱は、筐体10の外部に放熱される。つまり、熱伝導部材100の筐体10の内部空間101では、気体の作動媒体20Gによって熱が運搬される。そして、運搬された熱は、熱伝導部材100の外部に排出される。
上述のとおり、第1板部1の上面11には、ウィック構造部104が形成されている。熱伝導部材100の筐体10において、ウィック構造部104の溝部4及び線状凹部51は、被加熱領域102と放熱領域103とをつなぐ方向に延びる。そのため、第1板部1の上面11に付着した液体の作動媒体20Lは、ウィック構造部104の溝部4及び線状凹部51による毛細管力によって内部空間101内を放熱領域103から被加熱領域102に還流される。そして、液体の作動媒体20Lは、被加熱領域102で再度加熱されて蒸発する。
以上の動作を繰り返すことで、熱伝導部材100は、被加熱領域102から放熱領域103に熱を運搬する。なお、熱伝導部材100において、筐体10の放熱領域103を被加熱領域102よりも大きくすることで、より多くの熱を運搬できる。これにより、発熱体Htからの熱を効率よく取り除くことができる。
熱伝導部材100において、ウィック構造部104を有することで、放熱領域103で凝縮した作動媒体20Lが毛細管力を利用して、素早く被加熱領域102に流すことができる。これにより、熱伝導部材100の熱伝導効率を高めることができる。
さらに詳細に説明すると、第1板部1の上面11に付着した液体の作動媒体20Lには、溝部4による毛細管力が作用する。液体の作動媒体20Lは、溝部4の毛細管力によって放熱領域103から被加熱領域102に引っ張られる。その結果、第1板部1の上面11と接触している液体の作動媒体20Lは放熱領域103から被加熱領域102に移動する。
上述したとおり、熱伝導部材100は発熱体Htで発生した熱を運搬して、発熱体Htの熱を放熱する。なお、放熱領域103には放熱性を向上させるために、放熱フィン、ヒートシンク等の熱交換手段(図示せず)が熱的に接続して配置されてもよい。その場合、熱交換手段に冷却媒体を流してもよい。冷却媒体は、例えば水であってもよいし、油であってもよく、空気でもよい。熱伝導部材100は、例えば、スマートフォン、タブレットPC、ノートパソコン等の機器に配置される。この場合、発熱体Htとして、例えば、CPU、カメラユニット、バッテリー、ディスプレイパネル等を挙げることができる。
以上のように、第1板部1の上面11を、溝部4及び線状凹部51有するウィック構造部104とすることで、ウィック構造部104を内部空間101に確実に配置することができる。これにより、熱伝導部材100の作動媒体20の流動を促進しつつ、熱伝導部材100の構成部材を減らすことができる。本実施形態にかかる熱伝導部材100では、熱伝導効率を維持しつつ、構成部材を減らすことができる。
線状凹部51を有することで、液体の作動媒体20Lの溝部4に沿う方向の流動が線状凹部51によって促進される。さらに詳しく説明すると、第1板部1の上面11と接触している液体の作動媒体20Lは、溝部4の毛細管力によって移動する。そのため、溝部4の近傍の液体の作動媒体20Lは、移動しやすい。一方、溝部4から離れた液体の作動媒体20Lには、溝部4による毛細管力が作用しにくいため、第1板部1の上面11に残る場合がある。このとき、残った液体の作動媒体20Lは、線状凹部51に流入する。線状凹部51による毛細管力によって、溝部4の間の部分に残った液体の作動媒体20も移動させることができる。これにより、より多くの液体の作動媒体20を移動させることができ、熱伝導部材100の熱伝導効率を高めることができる。
なお、本実施形態では、隣り合う溝部4の間の部分に線状凹部51が2つずつ配置されているが、これに限定されない。それぞれ、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。また、溝部4の間の部分によって線状凹部51の個数が異なってもよい。例えば、第1板部1のX方向、つまり、溝部4の並び方向の中央側の溝部4の間の部分が、端部側の溝部4の間の部分に比べて、多くの線状凹部51を有してもよい。また、その逆であってもよい。さらに、熱伝導部材100が動作するときの姿勢が固定の場合、第1板部1の上面11の液体の作動媒体20Lが残りやすい部分に、多くの線状凹部51を配置してもよい。
なお、本実施形態では、第2板部2の下面21に近接した部分に多孔質体のウィック構造体13を配置し、第1板部1の上面11が溝部4及び線状凹部51を有するウィック構造部104を有する構成としているが、これに限定されない。例えば、第1板部1の上面11に多孔質体のウィック構造体13を配置し、第2板部2の下面21がウィック構造部104を有してもよい。また、第1板部1の上面11及び第2板部2の下面21の両方がウィック構造部104を有する構成であってもよい。さらに、第2板部2の下面21において、第2板部2の下面21に接触することで、気体の作動媒体20Gが凝縮する場合、ウィック構造体13を省略してもよい。
<第1変形例>
図5は、第1変形例の第1板部1aの平面図である。図5に示す第1板部1aは、線状凹部51、511、512、513を有する。第1板部1aのこれ以外の点は、図4に示す第1板部1と同じである。そのため、第1板部1aの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図5は、第1変形例の第1板部1aの平面図である。図5に示す第1板部1aは、線状凹部51、511、512、513を有する。第1板部1aのこれ以外の点は、図4に示す第1板部1と同じである。そのため、第1板部1aの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図4に示すとおり、第1板部1aの上面11aは、線状凹部51、511、512、513をそれぞれ2本ずつ有する。第1板部1aの上面11aは、線状凹部51、511、512、513を有するウィック構造部104aを有する。線状凹部51、511、512、513は、線状凹部51の他の例である。以下に、線状凹部51、511、512、513について説明する。
2本の線状凹部511は、互いに平行であるが、溝部4に対して傾いている。2本の線状凹部512は、Y方向の一方側(図5において左側)に向かうにつれて互いに接近する。Z方向から見て2本の線状凹部512は、柱部3の中心を結ぶ線を挟んで線対称の位置に配置される。さらに、2本の線状凹部513は、曲線状であり、互いにY方向の中央部がX方向の外側に湾曲する。Z方向から見て2本の線状凹部513は、柱部3の中心を結ぶ線を挟んで線対称の位置に配置される。なお、2本の線状凹部513は、楕円弧に沿った形状であるが、これに限定されず、波線、放物線等の曲線に沿って形成されてもよい。
線状凹部51、511、512、513は、いずれも、溝部4に沿うとともに互いに接続せず及び溝部4とも接続しない。そのため、第1板部1aに形成されるウィック構造部104aは、第1板部1に形成されるウィック構造部104と同様の効果を有する。
なお、第1板部1aは、線状凹部51、511、512、513を有する構成であるが、これに限定されない。第1板部1aとしては、線状凹部51、511、512、513のうち1つを有する構成であってもよいし、複数を組み合わせた構成であってもよい。
<第2変形例>
図6は、第1変形例の第1板部1aの平面図である。図5に示す第1板部1bの上面11bは、一方の線状凹部51、511、512、513に替えて、線状凹部514,515,516、517を有する。線状凹部514,515,516、517は、線状凹部51の他の例である。第1板部1bのこれ以外の点は、図5に示す第1板部1aと同じである。そのため、第1板部1bの第1板部1aと実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図6は、第1変形例の第1板部1aの平面図である。図5に示す第1板部1bの上面11bは、一方の線状凹部51、511、512、513に替えて、線状凹部514,515,516、517を有する。線状凹部514,515,516、517は、線状凹部51の他の例である。第1板部1bのこれ以外の点は、図5に示す第1板部1aと同じである。そのため、第1板部1bの第1板部1aと実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図6に示すとおり、第1板部1bの上面11bは、線状凹部514、515、516、517を有する。第1板部1bの線状凹部514、515,516、517は、柱部3の中心を結ぶ線を挟んで反対側に配置される。第1板部1bの上面11bは、溝部4及び線状凹部51、511、512、513、514、515、516、517を有するウィック構造部104bを有する。以下に、線状凹部514、515、516、517について説明する。
線状凹部514は、線状凹部51に対して傾いて配置される。そして、線状凹部514のY方向の一方側(図6において左側)の端部は、溝部4と接続する。また、線状凹部515は、線状凹部511と平行に配置される。そして、線状凹部515のY方向の一方側(図6において左側)の端部は、溝部4と接続する。すなわち、線状凹部515の少なくとも1つは、少なくとも一部で溝部4と接続する。
線状凹部512と線状凹部516とは、Y方向の一方側(図6において左側)に向かうにつれて互いに接近する。Z方向から見て線状凹部512と線状凹部516とは、柱部3の中心を結ぶ線を挟んで線対称の位置に配置される。
さらに、線状凹部513と線状凹部517は、曲線状であり、互いにY方向の中央部がX方向の外側に湾曲する。線状凹部517のY方向の中間部は、溝部4と接続する。
以上示したとおり、第1板部1aの上面11bは、溝部4と接続する線状凹部514、515、516、517を有すウィック構造部104bを有する。第1板部1aがウィック構造部104bを有することで、線状凹部514、515、516、517による毛細管力で移動する作動媒体20Lを溝部4に流入させることができる。これにより、作動媒体20Lの流動を促進することができる。また、溝部4からあふれる作動媒体20Lを、線状凹部514、515、516、517による毛細管力を利用して移動させることができる。これにより、作動媒体20Lの流動を促進できる。
また、ウィック構造部104bは、溝部4と接続しない線状凹部51、511、512、513を有する。そのため、ウィック構造部104、104aと同様の効果も有する。
なお、第1板部1bは、線状凹部514、515、516、517を有する構成であるが、これに限定されない。第1板部1bとしては、線状凹部51、511、512、513のうち1つ又は複数と、線状凹部514、515、516、517のうち1つ又は複数とを組み合わせた構成であってもよい。
<第3変形例>
図7は、第3変形例の第1板部1cの平面図である。図7に示す第1板部1cは、線状凹部51に替えて、線状凹部52、521、522、523を有する点で、図4に示す第1板部1と異なる。第1板部1cの、これ以外の点は、第1板部1と同じである。そのため、第1板部1cの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図7は、第3変形例の第1板部1cの平面図である。図7に示す第1板部1cは、線状凹部51に替えて、線状凹部52、521、522、523を有する点で、図4に示す第1板部1と異なる。第1板部1cの、これ以外の点は、第1板部1と同じである。そのため、第1板部1cの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図7に示すとおり、第1板部1cの上面11cは、線状凹部52、521、522、523を有する。線状凹部52、521、522、523は、線状凹部51の他の例である。第1板部1cの上面11cは、溝部4及び線状凹部52、521、522、523を有するウィック構造部104cを有する。線状凹部52、521、522、523の幅は、溝部4の幅よりも狭い。
線状凹部52は、第1板部1cの上面11cの柱部3が接している領域とは異なる領域に配置される。線状凹部52は、溝部4と交差する方向に延びる。そして、線状凹部52は、溝部4の延びる方向に並んで配置される。
このような構成とすることで、液体の作動媒体20Lは、線状凹部52に沿う方向に流動する。そして、線状凹部52に沿う方向に流動した液体の作動媒体20Lは、溝部4に流入する。これにより、液体の作動媒体20Lの流動が促進される。
なお、線状凹部52は、溝部4に対して直角以外の角度で傾斜している構成としているが、これに限定されない。つまり、線状凹部52は、溝部4が延びる方向と直交する方向に延びる構成であってもよい。
図7に示す第1板部1cの上面11cのように、平行に配置された線状凹部52以外にも、線状凹部52に対して傾いた構成の線状凹部521を有していてもよい。換言すると、溝部4に対する線状凹部52の傾き角とは異なる角度で溝部4に対して傾く線状凹部521を有してもよい。第1板部1cでは、線状凹部52と線状凹部521とが、溝部4が延びる方向、つまり、Y方向に交互に配置されているが、これに限定されない。
例えば、線状凹部52が連続して配置されてもよいし、線状凹部521が連続して配置されてもよい。溝部4に対して線状凹部521は、線状凹部52と反対方向に傾いているが、これに限定されず、線状凹部521として溝部4に対する傾き方向は同じで傾き角が異なる構成としてもよい。また、異なる傾き角の線状凹部521を用いてもよい。
図7に示す第1板部1cの上面11cは、溝部4に対する傾き角が線状凹部52と同じで両端が溝部4と接続する線状凹部522を有してもよい。また、溝部4に対する傾き角が線状凹部521と同じで両端が溝部4と接続する線状凹部523を有してもよい。
このように構成することで、線状凹部522、523に沿って流動する液体の作動媒体20Lを溝部4に流入させることができる。これにより、液体の作動媒体20Lの流動を促進することができる。また、溝部4内を流動する液体の作動媒体20Lを、線状凹部522、523を介して別の溝部4に流動させることができる。これにより、溝部4内を流動する液体の作動媒体20Lの流動量のばらつきを抑制し、液体の作動媒体20Lの流動を促進することができる。これにより、熱伝導部材100の熱伝導効率を高めることができる。
なお、第1板部1cは、線状凹部52、521、522、523を有する構成であるが、これに限定されない。第1板部1cとしては、線状凹部52、521、522、523のうち1つを有する構成であってもよいし、複数を組み合わせた構成であってもよい。
<第4変形例>
図8は、第4変形例の第1板部1dの平面図である。図8に示す第1板部1dは、線状凹部51に替えて、線状凹部531、532、533、534、535、536、537、538を有する点で、図4に示す第1板部1と異なる。第1板部1dの、これ以外の点は、第1板部1と同じである。そのため、第1板部1dの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図8は、第4変形例の第1板部1dの平面図である。図8に示す第1板部1dは、線状凹部51に替えて、線状凹部531、532、533、534、535、536、537、538を有する点で、図4に示す第1板部1と異なる。第1板部1dの、これ以外の点は、第1板部1と同じである。そのため、第1板部1dの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図8に示すとおり、第1板部1dの上面11dは、線状凹部531、532、533、534、535、536、537、538を有する。線状凹部531、532、533、534、535、536、537、538は、線状凹部51の他の例である。1板部1dの上面11dは、溝部4及び線状凹部531、532、533、534、535、536、537、538を有するウィック構造部104dを有する。線状凹部531、532、533、534、535、536、537、538の幅は、溝部4の幅よりも狭い。
線状凹部531は、図4に示す第1板部1の上面11が有する線状凹部51と同様の構成である。線状凹部532は、溝部4の並び方向に延びるとともに、溝部4が延びる方向に並んで配置される。線状凹部532は、線状凹部531と交差する。すなわち、線状凹部531の少なくとも一部は、他の線状凹部532と交差する。そして、線状凹部532は、溝部4と接続しない。
このように構成することで、線状凹部531、532による毛細管力によって、液体の作動媒体20Lが異なる複数の方向に流動される。これにより、液体の作動媒体20Lの第1板部1dの上面11d上での停滞を抑制することができる。このことから、液体の作動媒体20Lが一部にとどまることを抑制し、熱伝導部材100の熱伝導効率を高めることができる。なお、線状凹部532は、線状凹部531と直交しているが、これに限定されず、直角以外の角度で交差してもよい。
また、図8に示す第1板部1dの上面11dは、線状凹部533及び線状凹部534を有する。線状凹部533及び線状凹部534は、いずれも、溝部4に対して傾いて延びる。そして、線状凹部533と線状凹部534とは、互いに交差する。線状凹部533及び線状凹部534を有することで、上述と同様の効果を有する。
また、図8に示す第1板部1dの上面11dは、線状凹部535及び線状凹部536を有する。線状凹部535は、線状凹部531と同様の構成である。そして、線状凹部536は、線状凹部532と同様の構成を有するとともに、線状の両端が溝部4と接続する。そして、線状凹部535と線状凹部536とは、互いに交差する。線状凹部535及び線状凹部536を有することで、上述と同様の効果を有する。
さらに、線状凹部536が溝部4と接続する構成であるため、線状凹部536に沿って流動する液体の作動媒体20Lを溝部4に流入させることができる。これにより、図7に示す第1板部1cの上面11cの線状凹部522、523と同様の効果を有する。そして、線状凹部535は上述の線状凹部531と同様の効果を有する。線状凹部535と線状凹部536との効果によって、熱伝導部材100の熱伝導効率を高めることができる。
また、図8に示す線状凹部537及び線状凹部538のように、線状の両端が溝部4と接続してもよい。線状凹部537及び線状凹部538は、液体の作動媒体20Lを移動させるとともに、溝部4に流入させることができる。また、溝部4内の液体の作動媒体20Lを他の溝部4に送ることもできる。これらのことから、液体の作動媒体20Lが一部にとどまることを抑制し、熱伝導部材100の熱伝導効率を高めることができる。
なお、第1板部1dは、線状凹部531と線状凹部532との組み合わせ、線状凹部533と線状凹部534との組み合わせ、線状凹部535と線状凹部536との組み合わせ、及び線状凹部537と線状凹部538との組み合わせをそれぞれ備えるがこれに限定しない。いずれかの組み合わせを複数備えてもよいし、これらの組み合わせを複数組み合わせた構成であってもよい。
<第5変形例>
図9は、第5変形例の第1板部1eの平面図である。図9に示す第1板部1eは、線状凹部51に替えて、線状凹部54、541、542、543を有する点で、図4に示す第1板部1と異なる。第1板部1eの、これ以外の点は、第1板部1と同じである。そのため、第1板部1eの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図9は、第5変形例の第1板部1eの平面図である。図9に示す第1板部1eは、線状凹部51に替えて、線状凹部54、541、542、543を有する点で、図4に示す第1板部1と異なる。第1板部1eの、これ以外の点は、第1板部1と同じである。そのため、第1板部1eの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図9に示すとおり、第1板部1eの上面11eは、対をなす線状凹部54、対をなす線状凹部541、対をなす線状凹部542及び対をなす線状凹部543を有する。線状凹部54、541、542、543は、線状凹部51の他の例である。第1板部1eの上面11eは、溝部4及び対をなす線状凹部54、対をなす線状凹部541、対をなす線状凹部542及び対をなす線状凹部543を有するウィック構造部104eを有する。線状凹部54、541、542、543の幅は、溝部4の幅よりも狭い。
2つの線状凹部54は、X方向に柱部3を挟んで対をなして配置される。そして、2つの線状凹部54は、Y方向に沿う一方側(図9では、左側)に向かうにつれて互いに接近する。そして、Y方向に沿う一方側(図9では、左側)の端部で、2つの線状凹部54が交差する。すなわち、線状凹部54の少なくとも一部は、溝部4が並ぶ方向に並んで対をなして配置され、対をなす線状凹部54は、溝部4に沿う方向の一方側に向かうにつれて接近する。
このように構成することで、液体の作動媒体20Lを集中させることができる。これにより、液体の流動が促進され、その結果、熱伝導部材100の熱伝導効率が高められる。
図9に示す、対をなす線状凹部541のとおり、互いに交差しない構成であってもよい。また、対をなす線状凹部542及び線状凹部543のとおり、Y方向の他方側(図9では、右側)の端部が、溝部4と接続してもよい。このような構成であっても、液体の作動媒体20Lの流動が促進され、その結果、熱伝導部材100の熱伝導効率が高められる。
なお、第1板部1eは、対をなす線状凹部54、対をなす線状凹部541、対をなす線状凹部542、対をなす線状凹部543を有する構成であるが、これに限定されない。第1板部1eとしては、対をなす線状凹部54、対をなす線状凹部541、対をなす線状凹部542、対をなす線状凹部543のうち1つを有する構成であってもよいし、複数を組み合わせた構成であってもよい。
<第6変形例>
図10は、第5変形例の第1板部1fの平面図である。図10に示す第1板部1fは、線状凹部51に替えて、溝部4の底部41に線状凹部61を有する点で、図4に示す第1板部1と異なる。第1板部1fの、これ以外の点は、第1板部1と同じである。そのため、第1板部1fの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図10は、第5変形例の第1板部1fの平面図である。図10に示す第1板部1fは、線状凹部51に替えて、溝部4の底部41に線状凹部61を有する点で、図4に示す第1板部1と異なる。第1板部1fの、これ以外の点は、第1板部1と同じである。そのため、第1板部1fの第1板部1と実質上同じ部分には同じ符号を付すとともに、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。
図10に示すように、第1板部1fは、線状凹部61を有する。線状凹部61は、溝部4の底面41に形成される。すなわち、線状凹部61の少なくとも一部は、溝部4の内部に配置される。線状凹部61は、線状凹部51の他の例である。
第1板部1fの上面11fは、溝部4及び対をなす線状凹部54、対をなす線状凹部541、対をなす線状凹部542及び対をなす線状凹部543を有するウィック構造部104fを有する。
線状凹部61の内部において、液体の作動媒体20Lには線状凹部51による毛細管力が作用する。線状凹部61による毛細管力によって、液体の作動媒体20Lの移動が促進される。
以上、本発明の実施形態を説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。
各種発熱体の冷却に利用することができる。
10 筐体
20 作動媒体
20G 気体の作動媒体
20L 液体の作動媒体
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f 第1板部
11、11a、11b、11c、11d、11e、11f 上面
12 第1側壁部
13 下面
2 第2板部
21 下面
22 第2側壁部
3 柱部
4 溝部
500 リング状部
501 突出部
502 傾斜面
51、511、512、513、514、515、516、517 線状凹部
52、521、522、523 線状凹部
531、532、533、534、535、536、537、538 線状凹部
54、541、542、543 線状凹部
61 線状凹部
100 熱伝導部材
101 内部空間
102 被加熱領域
103 放熱領域
104、104a、104b、104c、104d、104e、104f ウィック構造体
121 上面
221 下面
20 作動媒体
20G 気体の作動媒体
20L 液体の作動媒体
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f 第1板部
11、11a、11b、11c、11d、11e、11f 上面
12 第1側壁部
13 下面
2 第2板部
21 下面
22 第2側壁部
3 柱部
4 溝部
500 リング状部
501 突出部
502 傾斜面
51、511、512、513、514、515、516、517 線状凹部
52、521、522、523 線状凹部
531、532、533、534、535、536、537、538 線状凹部
54、541、542、543 線状凹部
61 線状凹部
100 熱伝導部材
101 内部空間
102 被加熱領域
103 放熱領域
104、104a、104b、104c、104d、104e、104f ウィック構造体
121 上面
221 下面
Claims (11)
- 内部空間に作動媒体が配置される筐体を有する熱伝導部材であって、
前記筐体は、
第1板部と、
前記第1板部の上部に配置される第2板部と、を有し、
前記第1板部の上面及び前記第2板部の下面の少なくとも一方は、
線状に形成される複数の線状凹部を有し、
前記線状凹部は、内周面から幅方向内側に対をなして突出する複数の突出部を有する熱伝導部材。 - 前記第1板部の上面及び前記第2板部の下面のうち少なくとも前記線状凹部が形成される面は、
並んで配置される複数の溝部をさらに有し、
前記線状凹部は、隣り合う前記溝部の間に配置される請求項1に記載の熱伝導部材。 - 前記線状凹部の少なくとも1つは、前記溝部と接続しない請求項2に記載の熱伝導部材。
- 前記線状凹部の少なくとも1つは、少なくとも一部で前記溝部と接続する請求項2又は請求項3に記載の熱伝導部材。
- 前記第1板部の上面及び前記第2板部の下面のうち少なくとも前記線状凹部が形成される面は、
並んで配置される複数の溝部をさらに有し、
前記線状凹部の少なくとも一部は、前記溝部の内部に配置される請求項1に記載の熱伝導部材。 - 前記線状凹部の少なくとも一部は、前記溝部の内部に配置される請求項2から請求項4のいずれかに記載の熱伝導部材。
- 前記線状凹部の少なくとも一部は、前記溝部に沿って延びる請求項2から請求項6のいずれかに記載の熱伝導部材。
- 前記線状凹部は、それぞれ、他の前記線状凹部と接続しない請求項1から請求項7のいずれかに記載の熱伝導部材。
- 前記線状凹部の少なくとも一部は直線状であり、平行に配置される請求項8に記載の熱伝導部材。
- 前記線状凹部の少なくとも一部は、他の前記線状凹部と交差する請求項1から請求項7のいずれかに記載の熱伝導部材。
- 前記線状凹部の少なくとも一部は、対をなして並んで配置され、
対をなす前記線状凹部は、一方側に向かうにつれて接近する請求項8又は請求項10に記載の熱伝導部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021109436A JP2023006706A (ja) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 熱伝導部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021109436A JP2023006706A (ja) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 熱伝導部材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023006706A true JP2023006706A (ja) | 2023-01-18 |
Family
ID=85106886
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021109436A Pending JP2023006706A (ja) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 熱伝導部材 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023006706A (ja) |
-
2021
- 2021-06-30 JP JP2021109436A patent/JP2023006706A/ja active Pending
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