JP2023123892A - 熱伝導部材 - Google Patents

Abstract

【課題】平板状ヒートパイプの熱輸送効率を向上させることができる熱伝導部材を提供することを目的とする。
【解決手段】内部空間１０３を有する筐体１０と、第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、作動媒体２０と、を有する。筐体１０は、第１金属板１１と、第１金属板１１に対向して配置される第２金属板１２と、内部空間１０３に配置された柱部１３と、を有する。作動媒体２０と、第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、は、内部空間１０３に配置される。第１ウィック構造体３１は、第１金属板１１側に配置される。第２ウィック構造体３２は、第２金属板１２側に配置される。第２ウィック構造体３２は、第１ウィック構造体３１と対向する対向面に開口するとともに厚み方向に延びる複数の開口部３４を有する。
【選択図】図２

Description

本開示は、熱伝導部材に関する。

従来の平板状のヒートパイプは、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が設けられる平板状密閉容器を有する。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、底壁側から上壁側に熱が輸送される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２－６２０７２号公報

しかしながら、上記のような平板状密閉容器は、気化した作動流体が底板部側の多孔質焼結シートから移動し難く、熱輸送効率が低い問題があった。

本開示は、熱輸送効率を向上できる熱伝導部材を提供することを目的とする。

本開示の例示的な熱伝導部材は、内部空間を有する筐体と、第１ウィック構造体と、第２ウィック構造体と、作動媒体と、を有する。筐体は、第１金属板と、第１金属板に対向して配置される第２金属板と、内部空間に配置された柱部と、を有する。作動媒体と、第１ウィック構造体と、第２ウィック構造体と、は、内部空間に配置される。第１ウィック構造体は、第１金属板側に配置される。第２ウィック構造体は、第２金属板側に配置される。第２ウィック構造体は、第１ウィック構造体と対向する対向面に開口するとともに厚み方向に延びる複数の開口部を有する。

本開示によると、熱輸送効率を向上できる熱伝導部材を提供することができる。

図１は、本開示にかかる熱伝導部材の斜視図である。 図２は、熱伝導部材の概略断面図である。 図３は、熱伝導部材の筐体の内部空間の内部を示す概略斜視図である。 図４は、第２ウィック構造体の斜視図である。 図５は、図４に示す第２ウィック構造体のＹＺ平面と平行な面で切断して拡大した拡大断面図である。 図６は、第１変形例の第２ウィック構造体の拡大断面図である。 図７は、第２変形例の第２ウィック構造体の拡大断面図である。 図８は、第３変形例の第２ウィック構造体の平面図である。 図９は、第４変形例の第２ウィック構造体の平面図である。 図１０は、第５変形例の第２ウィック構造体の平面図である。 図１１は、第２ウィック構造体の他の例の平面図である。 図１２は、第２ウィック構造体のさらに他の例の平面図である。

以下、本開示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金属板１１と第２金属板１２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、本開示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、例えば本開示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、本明細書において、「焼結」とは、金属の粉末または金属の粉体を含むペーストを、金属の融点よりも低い温度まで加熱して、金属の粒子を焼き固める技術を指す。また、「焼結体」とは、焼結によって得られる物体を指す。

＜熱伝導部材１００＞
図１は、本開示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、熱伝導部材１００の概略断面図である。図３は、熱伝導部材１００の筐体１０の内部空間１０３の内部を示す概略斜視図である。

熱伝導部材１００は、被加熱領域１０１と、放熱領域１０２とを有する（図２参照）。被加熱領域１０１は、例えば、発熱体Ｈｔと接して配置され、発熱体Ｈｔが発する熱によって加熱される。また、被加熱領域１０１には、発熱体ＨｔとＺ方向に重なる重なり領域１０５が設けられる。重なり領域１０５は、発熱体Ｈｔから伝達される熱の量が多い。放熱領域１０２は、被加熱領域１０１で加熱された後述の作動媒体２０が有する熱を外部に放出する。つまり、熱伝導部材１００は、発熱体Ｈｔからの熱を輸送して、外部に放熱することで、発熱体Ｈｔの温度の上昇を抑制する。

熱伝導部材１００は、筐体１０と、作動媒体２０と、第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、を有する。また、熱伝導部材１００は、多孔質柱部１３２をさらに有する。

そして、筐体１０は、内部空間１０３を有する。作動媒体２０と、第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、は内部空間１０３に収容される。さらに、多孔質柱部１３２は、内部空間１０３内に配置される。熱伝導部材１００のＺ方向の厚みは、例えば５ｍｍ以上である。被加熱領域１０１は、筐体１０の一部により形成される。放熱領域１０２は、筐体１０の他の一部により形成される。

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としては、被加熱領域１０１で発熱体Ｈｔからの熱で蒸発（気化）し、放熱領域１０２で筐体１０に熱を伝達することで凝縮（液化）される物質を広く採用することができる。

＜熱伝導部材１００の動作＞
図２において、作動媒体２０が気化して生成される蒸気の流れを熱伝導部材１００内の黒矢印で示し、液状の作動媒体２０の流れを熱伝導部材１００内の白抜き矢印で示す。熱伝導部材１００では、発熱体Ｈｔで発生した熱により、被加熱領域１０１が加熱される。被加熱領域１０１の温度が上昇すると、第２ウィック構造体３２に含まれた液状の作動媒体２０が、気化する。

気化した作動媒体２０は、内部空間１０３を放熱領域１０２側に移動する。このとき、気化した作動媒体２０は、第１ウィック構造体３１側に移動し、冷却され、凝縮する。

第１ウィック構造体３１で凝縮した液体の作動媒体２０の一部は、滴下して第２ウィック構造体３２に吸収される。また、第１ウィック構造体３１で液体の作動媒体２０の一部は、第１ウィック構造体３１中及び多孔質柱部１３２中を移動して第２ウィック構造体３２に吸収される。また、第１ウィック構造体３１で液体の作動媒体２０の一部は、後述の柱部１３の外面に沿って移動して第２ウィック構造体３２に吸収される。

液体の作動媒体２０は、毛細管現象によって第２ウィック構造体３２中を被加熱領域１０１に向かって移動する。このように作動媒体２０が状態変化しつつ内部空間１０３の内部を移動し、被加熱領域１０１側から放熱領域１０２側への熱輸送が連続的に行われる。そして、放熱領域１０２から熱伝導部材１００の外部に熱が放出されることで、発熱体Ｈｔの熱を外部に放出し、発熱体Ｈｔの温度上昇が抑制される。

なお、放熱領域１０２には放熱性を向上させるために、放熱フィンや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。

発熱体Ｈｔとして、例えば、パワートランジスタを挙げることができる。パワートランジスタは、車両の車輪を駆動するためのトラクションモータに供給される電流を制御するインバータに含まれる。パワートランジスタとして、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を挙げることができる。この場合、熱伝導部材１００は、トラクションモータに搭載される。なお、ＩＧＢＴの発熱量は、一般的に１００Ｗ以上である。

また、インバータには、ＩＧＢＴ以外にも変圧トランス、チョーク等、動作時に発熱する素子が含まれる場合がある。このような素子を発熱体として、熱伝導部材１００を用いることも可能である。

＜筐体１０＞
筐体１０は、第１金属板１１と、第１金属板１１に対向して配置される第２金属板１２と、を有する。また、筐体１０は、柱部１３をさらに有する。

＜第１金属板１１及び第２金属板１２＞
第１金属板１１及び第２金属板１２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。また、銅以外の金属の表面に銅メッキを施して形成されてもよい。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、上述の少なくとも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。例えば、銅よりも弾性係数（例えば、ヤング率）が高い金属を広く採用することができる。

第１金属板１１及び第２金属板１２は、Ｚ方向から見て、Ｙ方向の長手方向の長方形状の板材である。第１金属板１１と第２金属板１２とは、Ｚ方向に対向する。第１金属板１１が、第２金属板１２の上面を覆う。なお、本実施形態の第１金属板１１及び第２金属板１２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。

そして、第２金属板１２の外面に発熱体Ｈｔが配置される。つまり、第２金属板１２の下面側に発熱体Ｈｔが配置される。なお、発熱体Ｈｔは、第２金属板１２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２金属板１２に伝達される。

第１金属板１１は、周縁から下方に延びる第１側壁部１１１を有する。第２金属板１２は、周縁から上方に延びる第２側壁部１２１を有する。第１側壁部１１１の下面と第２側壁部１２１の上面とが接合部１４で接合される。なお、第２側壁部１２１を省いて、第１側壁部１１１の下面と第２金属板１２の上面とを接合してもよい。また、第１側壁部１１１を省いて、第２側壁部１２１の上面と第１金属板１１の下面とを接合してもよい。

第１側壁部１１１と第２側壁部１２１との接合方法は、特に限定されないが、例えば、熱と圧力を加えて接合する方法、拡散接合、ろう材を用いた接合、などの接合方法を採用することができる。また、これら以外にも、液体及び気体の作動媒体２０の漏れを抑制して密閉可能な接合方法を広く採用することができる。

接合部１４で、第１金属板１１及び第２金属板１２を接合することで、内部空間１０３が形成される。Ｚ方向から見て、接合部１４は、内部空間１０３の周囲に位置する。内部空間１０３は、第１金属板１１及び第２金属板１２で囲まれた、密閉空間であり、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１０３が減圧状態であることにより、内部空間１０３に収容される作動媒体２０の沸点が降下し、作動媒体２０が蒸発しやすくなる。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。

なお、接合部１４は、封止部を含んでいてもよい。封止部は、例えば、熱伝導部材１００の製造過程において、作動媒体２０を筐体１０内に注入するための注入口を溶接によって封止した箇所である。

＜柱部１３＞
図２、図３に示すように、柱部１３は、内部空間１０３に配置される。柱部１３は、少なくとも１つの中実な中実柱部１３１を有する。また、柱部１３は、少なくとも１つの多孔質の多孔質柱部１３２を有する。

中実柱部１３１は、Ｚ方向に延びる中実な部材である。「中実」な部材とは、いわゆるｓｏｌｉｄな物体で構成された部材であることを意味し、中身が密に詰まっており且つ多孔質ではない物体で構成された部材を指す。中実柱部１３１は、円柱状である。中実柱部１３１の形状は、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。中実柱部１３１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。

中実柱部１３１は、第１金属板１１及び第２金属板１２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。中実柱部１３１の上端部及び下端部は、第１金属板１１の下面及び第２金属板１２の上面にそれぞれろう材を用いて接合される。なお、中実柱部１３１は、ろう材による接合以外に溶接などにより第１金属板１１及び第２金属板１２と接合されてもよい。また、中実柱部１３１は、第１金属板１１及び第２金属板１２の一方と一体であってもよい。このとき、中実柱部１３１は、第１金属板１１又は第２金属板１２をエッチング又は切削することにより形成できる。

第１金属板１１の下面及び第２金属板１２の上面は、それぞれ、中実柱部１３１と接合される。中実柱部１３１は、第１金属板１１及び第２金属板１２を支持する。中実柱部１３１が、第１金属板１１及び第２金属板１２を支持することにより、第１金属板１１と第２金属板１２とのＺ方向、すなわち、厚み方向の距離が、一定に保たれる。そのため、筐体１０のＺ方向の厚みが一定に保たれ、さらには、内部空間１０３の変形が抑制される。

多孔質柱部１３２は、多孔質の柱状である。多孔質柱部１３２は、多孔質柱部１３２は、作動媒体２０の流路を形成する空隙部（不図示）を有する。多孔質柱部１３２は、Ｚ方向に延び、例えば、円柱状である。また、多孔質柱部１３２は、ＸＹ面内において２次元的に、かつ、規則的に並んで位置する。図３に示すとおり、多孔質柱部１３２は、隣り合う中実柱部１３１の中間に配置されることが好ましい。

＜第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２及び多孔質柱部１３２＞
第１ウィック構造体３１は、第１金属板１１の下面と接触して配置され、内部空間１０３に臨む。第２ウィック構造体３２は、第２金属板１２の上面に接触して配置され、内部空間１０３に臨む。なお、本明細書において、内部空間１０３に「臨む」とは、内部空間１０３と「向かい合う」ことを指す。すなわち、第１ウィック構造体３１は、第１金属板１１側に配置される。第２ウィック構造体３２は、第２金属板１２側に配置される。

第１ウィック構造体３１は、多孔質の焼結体である。また、第２ウィック構造体３２も、多孔質の焼結体である。第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２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。また、多孔質の焼結体とすることで、メッシュで構成する場合に比べて製造が容易である。

なお、本実施形態では、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２を多孔質の焼結体で構成しているが、少なくとも、第２ウィック構造体３２は、複数の金属線状部材が編み込まれたメッシュ部材であってもよい。第２ウィック構造体３２をメッシュ材で構成し、第１ウィック構造体３１を多孔質の焼結体で構成することにより、第２ウィック構造体３２の毛細管力を、第１ウィック構造体３１の毛細管力よりも大きく容易に形成することができる。

多孔質柱部１３２は、内部空間１０３内に配置され、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２を連結する。これにより、多孔質柱部１３２は、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２を介して第１金属板１１及び第２金属板１２を支持する。また、多孔質柱部１３２は、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２を貫通して、第１金属板１１及び第２金属板１２を直接支持する場合もある。いずれの場合も、多孔質柱部１３２は、筐体１０のＺ軸方向の変形を抑制する役割を果たす。

多孔質の焼結体で形成された多孔質柱部１３２は、第１ウィック構造体３１から第２ウィック構造体３２への作動媒体２０の流路として機能する。これにより、液体の作動媒体２０を第１ウィック構造体３１から第２ウィック構造体３２に効率よく移動させることができる。

中実柱部１３１は、多孔質柱部１３２よりも高剛性である。そして、図３に示すとおり、第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２との間隙において、中実柱部１３１が占める割合が、多孔質柱部１３２が占める割合よりも高い。これにより、第１金属板及び第２金属板の内外圧力差による変形を抑制する効果を高めることができる。

第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、多孔質柱部１３２と、は、一体である。第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２及び多孔質柱部１３２は、例えば、以下のように形成される。まず、マイクロ銅粒子、銅体及び樹脂を含む金属粉体を接合前の第１金属板１１の下面及び第２金属板１２の上面に吹き付け塗布する。次に、柱状に成形した金属粉体を挟んで第１金属板１１及び第２金属板１２を接合する。その後、筐体１０を加熱して金属粉体を焼成する。

これにより、筐体１０の内部空間１０３に、第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、多孔質柱部１３２と、を、容易に一体に形成できる。その結果、熱伝導部材１００の製造コストを抑制することができる。なお、第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２及び多孔質柱部１３２を別々に焼成した後に、第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２及び多孔質柱部１３２を接合してもよい。

なお、本明細書において、「塗布」とは、第１金属板１１の下面及び第２金属板１２の上面に金属粉体を付着させることを指す。金属粉体の塗布方法としては吹き付け以外に、金属粉体を直接塗布してもよい。

マイクロ銅粒子は、複数の銅原子が凝集または結合した粒子である。マイクロ銅粒子の粒径は、１μｍ以上１ｍｍ未満である。マイクロ銅粒子は、例えば多孔質である。

銅体は、マイクロ銅粒子よりも小さいサブマイクロ銅粒子が焼結により溶融して固まった銅溶融体である。サブマイクロ銅粒子は、複数の銅原子が凝集または結合した粒子である。溶融前のサブマイクロ銅粒子の粒径は、０．１μｍ以上１μｍ未満である。

樹脂は、マイクロ銅粒子および銅体を構成する銅の融点以下の温度で揮発する揮発性の樹脂である。このような揮発性の樹脂としては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロースなどのセルロース樹脂、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。これらの中では、熱分解性の高いアクリル樹脂を用いることが好ましい。

＜第２ウィック構造体３２＞
ここで、第２ウィック構造体３２の構造の詳細について図面を参照して説明する。図４は、第２ウィック構造体３２の斜視図である。図５は、図４に示す第２ウィック構造体３２のＹＺ平面と平行な面で切断して拡大した拡大断面図である。なお、図４は、第２ウィック構造体３２単体を示しており、柱部１３が挿入される柱挿入孔及び多孔質柱部１３２と接続する部分の図示を省略している。つまり、実際の第２ウィック構造体３２は、柱部１３が貫通する貫通孔を有する。また、多孔質柱部１３２が、第２ウィック構造体を貫通する場合、第２ウィック構造体３２は、多孔質柱部１３２が貫通する貫通孔も有する。

図４、図５に示すとおり、第２ウィック構造体３２は、上面、つまり、第１ウィック構造体３１と対向する対向面３２０に開口する複数個の開口部３４を有する。すなわち、第２ウィック構造体３２は、第１ウィック構造体３１と対向する対向面３２０に開口するとともに厚み方向に延びる複数の開口部３４を有する。

第２ウィック構造体３２が複数の開口部３４を有することで、気化した作動媒体２０が第２ウィック構造体３２の外部に逃げやすくなる。これにより、発熱体Ｈｔにより加熱されて気化した作動媒体２０が、第１ウィック構造体３１側に流れやすく、凝縮しやすくなる。その結果、熱輸送効率が向上する。

図４、図５に示すとおり、開口部３４は、貫通孔３４１と、凹部３４２とを有する。貫通孔３４１は、第２ウィック構造体３２をＺ方向、つまり、厚み方向に貫通する。すなわち、開口部３４の少なくとも１つは、第２ウィック構造体３２を厚み方向に貫通する貫通孔３４１である。貫通孔３４１の内部は、第２金属板１２からの熱により、直接加熱される。これにより、貫通孔３４１内部の気化した作動媒体２０が加熱されて膨張し、その結果、貫通孔３４１から外部への気化した作動媒体２０の流れが形成される。そのため、第２ウィック構造体３２内の気化した作動媒体２０の第２ウィック構造体３２の外部への流れが促進され、熱輸送効率が向上する。

凹部３４２は、Ｚ方向の下部に、底部３４３を有する。すなわち、開口部３４の少なくとも１つは、第２ウィック構造体３２の厚み方向において第２金属板１２側の端部に底部３４３を有する凹部である。

このように構成することで、第２ウィック構造体３２は、凹部３４２の底部３４３と第２金属板１２との間に流動部３４４を有する。流動部３４４の毛細管力によって、底部３４３の下方を液体の作動媒体２０が流動可能となる。

これにより、液体の作動媒体２０を、発熱体ＨｔとＺ方向に対向する領域である重なり領域１０５に効率よく流すことができる。なお、重なり領域１０５は、発熱体Ｈｔからの熱が伝わりやすい領域である。そのため、液体の作動媒体２０を、伝達される熱の量が多い重なり領域１０５に効率よく流すことができ、熱輸送効率を向上できる。

図４に示すように、開口部３４は、第２ウィック構造体３２の厚み方向と直交する面で切断した断面が円形である。より詳しく説明すると、貫通孔３４１及び凹部３４２のＸＹ面と平行な面で切断した断面形状が円形である。このように構成することで、開口部３４の開口から逃げる気体の作動媒体２０が、円形に拡がる。これにより、気体の作動媒体２０が拡がるときの偏りを抑制され、第２ウィック構造体３２内の気体の作動媒体２０が逃げやすくなり、熱輸送効率を向上できる。

図４に示すように、開口部３４は、第２ウィック構造体３２を厚み方向（Ｚ方向）から見たとき、第２ウィック構造体３２の厚み方向と直交する平面内に分散して配置される。つまり、開口部３４は、ＸＹ面内において正方格子状に２次元的に、分散して配置される。

開口部３４を２次元的に、分散して配置することで、第２ウィック構造体３２の対向面３２０に多数の開口部３４を配置することができ、より多くの第２ウィック構造体３２内の気体の作動媒体２０を外部に逃がすことができる。これにより、熱輸送効率を高めることができる。

また、Ｘ方向及びＹ方向に隣り合う開口部３４が、同じの間隔で配置される。より詳しくは、第２ウィック構造体３２において、開口部３４は、ＸＹ面内においてＸ方向及びＹ方向にそれぞれ規則的に並んで配置される。これにより、第２ウィック構造体３２内の気体の作動媒体２０が外部に逃げやすくなり、熱輸送効率を向上できる。図４に示す第２ウィック構造体３２では、開口部３４のＸ方向の間隔とＹ方向の間隔とが同じであるが、これに限定されず、Ｘ方向の間隔と、Ｙ方向の間隔とが異なった矩形格子状に開口部３４が配置されていてもよい。すなわち、一方向に隣り合う開口部３４が、同じの間隔で配置される。

なお、本実施形態にかかる第２ウィック構造体３２では、貫通孔３４１と凹部３４２が、Ｘ方向に交互に、かつ、Ｙ方向に交互に配置されている。このように構成することで、第２ウィック構造体３２内の気体の作動媒体２０を外部に逃がしつつ、液体の作動媒体２０を重なり領域１０５に送ることが可能である。これにより、熱輸送効率を高めることができる。第２ウィック構造体３２は、以上示した構成を有する。

また、熱伝導部材１００において、第２ウィック構造体３２のＺ方向の厚みＷ２（以下、単に厚みＷ２と称する）は、第１ウィック構造体３１のＺ方向の厚みＷ１（以下、単に厚みＷ１と称する）よりも大きいことが好ましい。

このように構成することで、第２ウィック構造体３２の液体の作動媒体２０の保持量が第１ウィック構造体３１の作動媒体２０の保持量よりも大きい。また、第２ウィック構造体３２の作動媒体２０の保持量が、向上することにより、発熱体ＨｔとＺ方向に重なる重なり領域１０５において、第２ウィック構造体３２が保持する液体の作動媒体２０が完全に気化する、いわゆるドライアウトの発生を抑制できる。

さらに、Ｚ方向において、第１ウィック構造体３１の厚みＷ１と、第２ウィック構造体３２の厚みＷ２と、第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２との隙間の長さＷ３とは、式（１）を満たすことが好ましい。

Ｗ３＞Ｗ２＋Ｗ１ ・・・（１）

内部空間１０３において、第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２とのＺ方向の隙間を大きく設けることにより、第２ウィック構造体３２から気化した作動媒体２０が、内部空間１０３内でＸＹ面内に拡散し易くなる。これにより、第１ウィック構造体３１における作動媒体２０の凝縮が促進される。

また、第２ウィック構造体３２は、第１ウィック構造体３１よりも空隙率が高い。これにより、第２ウィック構造体３２の毛細管力が、第１ウィック構造体３１の毛細管力よりも大きくなる。

ここで、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２の全体積に対する空間の体積の割合を、空隙率と呼ぶ。空隙率の単位は％である。空隙率は以下の方法によって求められる。例えば、ウィック構造体の断面写真から、空間の面積を測定し、空間の面積が全体に占める割合を算出することにより、空隙率を求めることができる。第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２の断面の観察においては、被写界深度の深い走査型電子顕微鏡を用いることが好ましい。なお、断面の観察の方法は、金属部分と空間とを容易に判別できる方法であればよく、特に限定されない。

第２ウィック構造体３２の毛細管力は、第１ウィック構造体３１の毛細管力よりも高いため、第２ウィック構造体３２を介して液体の作動媒体２０を発熱体Ｈｔが配置される被加熱領域１０１により早く移動させることができる。従って、作動媒体２０による熱輸送効率が向上する。

以上示した構成の熱伝導部材１００を用いることで、発熱体Ｈｔからの熱を効率よく輸送して、発熱体Ｈｔの温度上昇を抑制できる。

＜第１変形例＞
第１変形例の第２ウィック構造体３２ａについて説明する。図６は、第１変形例の第２ウィック構造体３２ａの拡大断面図である。第２ウィック構造体３２ａは、開口部３４（図５参照）に替えて開口部３５を有する点で、第２ウィック構造体３２と異なるが、これ以外は同じ構成である。そのため、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。

図６に示すように、第２ウィック構造体３２ａの開口部３５は、貫通孔３５１及び凹部３５２を有する。なお、第２ウィック構造体３２ａにおいて、貫通孔３５１及び凹部３５２は、図５に示す貫通孔３４１及び凹部３４２と対応する。そして、凹部３５２は、底部３４３と対応する底部３５３を有する。また、底部３５３の下方には、流動部３４４と対応する流動部３５４が形成される。

そして、図６に示すとおり、貫通孔３５１のＹＺ平面と平行な面で切断した断面は、Ｚ方向上方に向かうにつれて大きくなる。また、凹部３５２のＹＺ平面と平行な面で切断した断面は、Ｚ方向上方に向かうにつれて大きくなる。すなわち、開口部３５は、第２ウィック構造体３２ａの対向面３２０に向かうにつれて断面積が大きくなる。

このように構成することで、気体の作動媒体２０は、開口部３５の内周面に沿って広がって逃げる。これにより、第２ウィック構造体３２ａ内の気体の作動媒体２０が外部に逃げやすくなり、熱輸送効率を向上できる。

＜第２変形例＞
第２変形例の第２ウィック構造体３２ａについて説明する。図７は、第２変形例の第２ウィック構造体３２ｂの拡大断面図である。図７に示す第２ウィック構造体３２ｂは、開口部３４（図５参照）に替えて開口部３６を有する点で、第２ウィック構造体３２と異なるが、これ以外は同じ構成である。そのため、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。

なお、第２ウィック構造体３２ｂにおいて、貫通孔３６１及び凹部３６２は、貫通孔３４１及び凹部３４２と対応する。そして、凹部３６２は、底部３４３（図５参照）と対応する底部３６３を下端に有する。また、底部３６３の下方には、流動部３４４（図５参照）と対応する流動部３６４が形成される。

図７に示す、開口部３６の貫通孔３６１及び凹部３６２の内周面のように、Ｚ方向の上方に向かうにつれて断面が大きくなる割合が大きくなってもよい。このような構成とすることで、気体の作動媒体２０をより効率よく逃がすことができる。

＜第３変形例＞
第３変形例の第２ウィック構造体３２ｃについて説明する。図８は、第３変形例の第２ウィック構造体３２ｃの平面図である。図８に示す第２ウィック構造体３２ｃは、開口部３４のＸＹ平面内における配置が異なるが、これ以外は同じ構成である。そのため、実質上、同じ部分には同じ符号を付すとともに、詳細な説明は省略する。

図８に示すとおり、第２ウィック構造体３２ｃの開口部３４は、Ｘ方向に対して４５度傾いたＸ１方向及びＹ方向に対して４５度傾いたＹ１方向に、それぞれ、等間隔で並んで正方格子状に配置される。開口部３４をこのように配置しても、Ｘ方向及びＹ方向に規則的に並べて配置したときと同じ効果を有する。

なお、図８に示す第２ウィック構造体３２ｃでは、開口部３４のＸ１方向の間隔とＹ１方向の間隔とが同じであるが、これに限定されず、Ｘ１方向の間隔と、Ｙ１方向の間隔とが異なった矩形格子状に開口部３４が配置されてもよい。また、Ｘ１方向のＸ方向に対する角度及びＹ１方向のＹ方向に対する角度は４５度であるが、これに限定されない。また、Ｘ１方向とＹ１方向とは、直交しているが、これに限定されず、Ｘ１方向とＹ１方向との角度が、９０度以外の角度の斜方格子状に開口部が配置されてもよい。この場合も、同様の効果を有する。

＜第４変形例＞
第４変形例の第２ウィック構造体３２ｄについて説明する。図９は、第４変形例の第２ウィック構造体３２ｄの平面図である。図９に示す第２ウィック構造体３２ｄは、開口部３４のＸＹ平面内における配置が異なるが、これ以外は同じ構成である。そのため、実質上、同じ部分には同じ符号を付すとともに、詳細な説明は省略する。

図９に示すとおり、第２ウィック構造体３２ｄでは、対向面３２０に敷き詰められた正三角形Ｔｒの頂点の位置に開口部３４が配置される。すなわち、開口部３４は正三角格子状に配置される。これにより、開口部３４は一方向に同じ間隔で並ぶ。開口部３４をこのように配置しても、Ｘ方向及びＹ方向に規則的に並べて配置したときと同じ効果を有する。

なお、第２ウィック構造体３２ｄでは、対向面３２０に正三角形Ｔｒを敷き詰めたが、これに限定されない。例えば、正六角形であってもよい。またこれら以外にも、規則的に敷き詰めることができる形状を採用することができる。この場合も、同様の効果を有する。

＜第５変形例＞
第５変形例の第２ウィック構造体３２ｅについて説明する。図１０は、第５変形例の第２ウィック構造体３２ｅの平面図である。図１０に示す第２ウィック構造体３２ｅは、開口部３４のＸＹ平面内における配置が異なるが、これ以外は同じ構成である。そのため、実質上、同じ部分には同じ符号を付すとともに、詳細な説明は省略する。

図１０に示すとおり、第２ウィック構造体３２ｅでは、対向面３２０における開口部３４の密度が高い領域３２１と、周囲の領域３２２と有する。周囲の領域３２２における開口部３４の密度は、密度が高い領域３２１における開口部３４の密度よりも低い。そして、密度が高い領域３２１は、重なり領域１０５と一部がＺ方向と重なる。

すなわち、第２ウィック構造体３２ｅは周囲の領域３２２よりも開口部３４の密度が高い領域３２１を有する。そして、第２ウィック構造体３２ｅの厚み方向において、密度が高い領域３２１の少なくとも一部は、発熱体Ｈｔと重なる。

第２ウィック構造体３２ｅ内の気化された作動媒体２０は、重なり領域１０５では他の部分に比べて高温になる。第２ウィック構造体３２ｅの厚み方向において、重なり領域１０５、つまり、発熱体Ｈｔと重なる密度が高い領域３２１に、周囲の領域３２２よりも多数の開口部３４を配置することで、第２ウィック構造体３２ｅ内の高温の気化された作動媒体２０を外部に逃がしやすい。これにより、第２ウィック構造体３２ｅの熱輸送効率を向上できる。

なお、第２ウィック構造体３２ｅにおいて、開口部３４は、貫通孔３４１と凹部３４２とを交互に配置してもよい。また、密度が高い領域３２１には、凹部３４２を配置し、周囲の領域３２２には、貫通孔３４１だけを配置してもよいし、貫通孔３４１及び凹部３４２を配置してもよい。このように構成することで、液体の作動媒体２０を重なり領域１０５に効率よく移動させることができる。また、密度が高い領域３２１に、貫通孔３４１だけを配置してもよい。このとき、周囲の領域３２２は、貫通孔３４１だけが配置されてもよいし、凹部３４２だけでもよいし、貫通孔３４１と凹部３４２の両方が配置されてもよい。

図１１は、他の例の第２ウィック構造体３２ｆの平面図である。図１１に示す第２ウィック構造体３２ｆのように、密度が高い領域３２１にのみ開口部３４を並べて配置し、周囲の領域３２２は、開口部３４を配置しない構成であってもよい。このように構成することで、密度が高い領域３２１では、第２ウィック構造体３２ｆ内の高温の気化された作動媒体２０を外部に逃がしやすい。

図１２は、さらに他の例の第２ウィック構造体３２ｇの平面図である。図１２に示す第２ウィック構造体３２ｇのように、密度が高い領域３２１では、開口部３４が径方向及び周方向に規則的、ここでは、径方向に等間隔かつ周方向に等間隔に配置される。そして、周囲の領域３２２は、開口部３４を配置しない構成であってもよい。これにより、熱輸送効率を向上できる。第２ウィック構造体３２ｆ内の高温の気化された作動媒体２０を外部に逃がしやすい。

なお、開口部３４を密度が高い領域３２１にのみ配置する場合、開口部３４は、貫通孔３４１と凹部３４２を配置してもよいし、貫通孔３４１だけ又は凹部３４２だけを配置してもよい。

以上、本開示の実施形態を説明した。なお、本開示の範囲は上述の実施形態に限定されない。本開示は、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。

１００ 熱伝導部材
１０１ 被加熱領域
１０２ 放熱領域
１０３ 内部空間
１０５ 重なり領域
１０ 筐体
１１ 第１金属板
１１１ 第１側壁部
１２ 第２金属板
１２１ 第２側壁部
１３ 柱部
１３１ 中実柱部
１３２ 多孔質柱部
１４ 接合部
２０ 作動媒体
３１ 第１ウィック構造体
３２ 第２ウィック構造体
３２０ 対向面
３２１ 密度が高い領域
３２２ 周囲の領域
３４ 開口部
３５ 開口部
３６ 開口部
Ｈｔ 発熱体
３２ａ 第２ウィック構造体
３４１ 貫通孔
３４２ 凹部
３４３ 底部
３４４ 流動部
３２ｂ 第２ウィック構造体
３５１ 貫通孔
３５２ 凹部
３５３ 底部
３５４ 流動部
３２ｃ 第２ウィック構造体
３６１ 貫通孔
３６２ 凹部
３６３ 底部
３６４ 流動部
３２ｄ 第２ウィック構造体
３２ｅ 第２ウィック構造体
３２ｆ 第２ウィック構造体
３２ｇ 第２ウィック構造体

Claims (18)

1. 内部空間を有する筐体と
   第１ウィック構造体と、
   第２ウィック構造体と、
   作動媒体と、を有し、
   前記筐体は、
   第１金属板と、
   前記第１金属板に対向して配置される第２金属板と、
   前記内部空間に配置された柱部と、を有し、
   前記作動媒体と、前記第１ウィック構造体と、前記第２ウィック構造体と、は、前記内部空間に配置され、
   前記第１ウィック構造体は、前記第１金属板側に配置され、
   前記第２ウィック構造体は、前記第２金属板側に配置され、
   前記第２ウィック構造体は、前記第１ウィック構造体と対向する対向面に開口するとともに厚み方向に延びる複数の開口部を有する熱伝導部材。
2. 前記開口部の少なくとも１つは、前記第２ウィック構造体を厚み方向に貫通する貫通孔である請求項１に記載の熱伝導部材。
3. 前記開口部の少なくとも１つは、前記第２ウィック構造体の厚み方向において前記第２金属板側の端部に底部を有する凹部である請求項１又は請求項２に記載の熱伝導部材。
4. 前記開口部は、前記第２ウィック構造体の厚み方向と直交する面で切断した断面形状が円形である請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱伝導部材。
5. 前記開口部は、前記第２ウィック構造体の前記対向面に向かうにつれて厚み方向と直交する面で切断した断面断面積が大きくなる請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱伝導部材。
6. 前記開口部は、前記第２ウィック構造体を厚み方向から見たとき、前記第２ウィック構造体の厚み方向と直交する平面内に分散して配置される請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱伝導部材。
7. 前記第２ウィック構造体の厚み方向に直交する一方向に隣り合う前記開口部は、同じ間隔で配置される請求項６に記載の熱伝導部材。
8. 前記第２ウィック構造体は周囲の領域よりも前記開口部の密度が高い領域を有し、
   前記第２ウィック構造体の厚み方向において、前記密度が高い領域の少なくとも一部は、前記発熱体と重なる請求項７に記載の熱伝導部材。
9. 前記第１ウィック構造体は、多孔質の焼結体である、請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱伝導部材。
10. 前記第２ウィック構造体は、複数の金属線状部材が編み込まれたメッシュ部材である、請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱伝導部材。
11. 前記第２ウィック構造体は、多孔質の焼結体である、請求項１から請求項９のいずれかに記載の熱伝導部材。
12. 前記柱部は、少なくとも１つの中実な中実柱部を有する請求項１～請求項１１のいずれかに記載の熱伝導部材。
13. 前記柱部は、少なくとも１つの多孔質の多孔質柱部を有する請求項１～請求項１２のいずれかに記載の熱伝導部材。
14. 前記柱部は、少なくとも１つの多孔質の焼結体である多孔質柱部を有し、
    前記第１ウィック構造体及び前記第２ウィック構造体は、多孔質の焼結体であり、
    前記第１ウィック構造体と、前記第２ウィック構造体と、前記多孔質柱部と、が、一体である、請求項１～請求項８のいずれかに記載の熱伝導部材。
15. 前記第２ウィック構造体の厚みは、前記第１ウィック構造体の厚みよりも大きい、請求項９から請求項１４のいずれかに記載の熱伝導部材。
16. 前記第１ウィック構造体及び前記第２ウィック構造体の鉛直方向において、前記第１ウィック構造体と前記第２ウィック構造体との隙間の長さと、前記第２ウィック構造体の厚みと、前記第１ウィック構造体の厚みとは、下記式（１）を満たす、請求項１５に記載の熱伝導部材。
    Ｗ３＞Ｗ２＋Ｗ１ ・・・（１）
    Ｗ１：第１ウィック構造体の厚み
    Ｗ２：第２ウィック構造体の厚み
    Ｗ３：前記第１ウィック構造体と前記第２ウィック構造体との隙間の長さ
17. 前記第２ウィック構造体は、前記第１ウィック構造体よりも空隙率が高い、請求項９から請求項１６のいずれかに記載の熱伝導部材。
18. 前記第２ウィック構造体の毛細管力は、前記第１ウィック構造体の毛細管力よりも高い、請求項１から請求項１７のいずれかに記載の熱導電部材。

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