JP2023127009A - 熱伝導部材 - Google Patents

Abstract

【課題】作動流体の発熱側の多孔質シートでの気化、および放熱面側の多孔質シートにおける凝縮による熱輸送の効率を向上させた、熱伝導部材を提供する。【解決手段】内部空間１０ａ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、柱部と、を備える。筐体１０は、第１金属板１１と、第２金属板１２と、を有する。第２金属板１２は、第１金属板１１に対向して配置されるとともに外面に発熱体Ｈが配置される。柱部は、第１金属板１１及び前記第２金属板１２の間に配置される。第１ウィック構造体３１は、第１金属板１１の内面に配置される。第２ウィック構造体３２は、第２金属板１２の内面に配置される。第１ウィック構造体３１は、内面から鉛直方向に突出する凸部３１ａを有し、凸部の少なくとも一部が、第１金属板１１及び第２金属板１２の鉛直方向に発熱体Ｈと重なる第１領域Ｕ１に位置する。【選択図】図２

Description

本開示は、熱伝導部材に関する。

従来の熱伝導部材は、平板状密閉容器と、多孔質シートと、作動流体と、を有する。多孔質シートは、平板状密閉容器の内面に配置される。作動流体は、平板状密閉容器の内部に収容される。

平板状密閉容器は、発熱体と接触して配置される。発熱体側の平板状密閉容器内面と、発熱体側と反対側である放熱面側の平板状密閉容器内面には、多孔質シートが、配置される。作動流体は、発熱体によって加熱されて発熱側の多孔質シートから気化する。気化した作動流体は、放熱面側の多孔質シートにおいて凝縮する。これにより、発熱体側から放熱面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、上記のような熱伝導部材は、発熱体付近の作動流体の凝縮が起こりにくく、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、柱部と、を備える。筐体は、第１金属板と、第２金属板と、を有する。第２金属板は、第１金属板に対向して配置されるとともに外面に発熱体が配置される。柱部は、第１金属板及び前記第２金属板の間に配置される。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、内部空間に収容される。第１ウィック構造体は、第１金属板の内面に配置される。第２ウィック構造体は、第２金属板の内面に配置される。第１ウィック構造体は、内面から鉛直方向に突出する凸部を有し、凸部の少なくとも一部が、第１金属板及び第２金属板の鉛直方向に発熱体と重なる第１領域に位置する、熱伝導部材。

本開示によると、発熱体付近の作動流体の凝縮が起こりやすくなり、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、本実施形態に係る熱伝導部材の斜視図である。 図２は、本実施形態に係る熱伝導部材の模式的な側面断面図である。 図３は、本実施形態の変形例に係る熱伝導部材の模式的な側面断面図である。

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。なお、図面においては、適宜、３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、鉛直方向（すなわち上下方向）を示し、＋Ｚ方向が上側（重力方向の反対側）であり、－Ｚ方向が下側（重力方向）である。Ｚ軸方向は、後述する第１金属板１１と第２金属板１２との鉛直方向でもある。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向を指し、その一方向および逆方向を、それぞれ＋Ｘ方向および－Ｘ方向とする。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の両方向と直交する方向を指し、その一方向および逆方向を、それぞれ＋Ｙ方向および－Ｙ方向とする。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って、本開示に係る熱伝導部材１の製造時および使用時の向きを限定するものではない。また、本願において平行、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、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。

＜１．熱伝導部材の構成＞
図１は、本開示の例示的な実施形態に係る（以下、本実施形態という）熱伝導部材１の斜視図であり、図２は、熱伝導部材１の模式的な側面断面図である。熱伝導部材１は、ベーパーチャンバーとも呼ばれ、発熱体Ｈの熱を輸送する。発熱体Ｈとしては、例えば、車両の車輪を駆動するためのトラクションモータに備えられるインバータのパワートランジスタが挙げられる。当該パワートランジスタは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。この場合、熱伝導部材１は、トラクションモータに搭載される。ＩＧＢＴの発熱量は、一般的に１００Ｗ以上である。

熱伝導部材１の下面には、発熱体Ｈが接して配置される。発熱体Ｈにより発生した熱は、熱伝導部材１の上面より放熱される。なお、放熱性を向上させるために、熱伝導部材１の上面にスタックドフィンやピンフィンなどの放熱フィンを設けてもよい。その場合、放熱フィン間に冷却媒体を流す。冷却媒体は、例えば水や油であってもよいし、空気でもよい。

なお、図１および図２で示す構成では、一例として、矩形体状の熱伝導部材１の下面中央部に、１つの発熱体Ｈが配置される。ただし、発熱体Ｈを熱伝導部材１の下面縁部に配置してもよい。また、複数の発熱体Ｈを熱伝導部材１の下面に配置してもよい。

熱伝導部材１は、筐体１０と、作動媒体２０と、柱部１５と、第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、第３ウィック構造体３３と、を備える。柱部は、第１柱部１５と、第２柱部３３の少なくともいずれか一方、を備える。熱伝導部材１のＺ方向の厚みは、例えば５ｍｍ以上である。

＜１－１．筐体の構成＞
筐体１０は、内部空間１０ａを有する。柱部１５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、は内部空間１０ａに配置される。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とともに外面に発熱体Ｈが配置される第２金属板１２とを有する。柱部１５は第１金属板１１と第２金属板１２の間に配置される。柱部１５は、内部空間１０ａに配置され、第１金属板１１及び第２金属板１２を支持する。第１金属板１１及び第２金属板１２として、例えば、銅等の熱伝導性の高い金属を用いている。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、例えばステンレス鋼が考えられる。

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から成る。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、例えばステンレス鋼が考えられる。

第１金属板１１及び第２金属板１２は、上面視において水平方向に拡がる矩形の板状である。第２金属板１２の外面に発熱体Ｈが接触して配置される。第１金属板１１は、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、上面視において四角形であるがこの限りではない。例えば、上面視において複数の角を有する多角形、または円形であってもよい。

第１金属板１１は、周縁から下方に延びる第１側壁部１３ａ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１３ｂを有する。第１側壁部１３ａの下面と第２側壁部１３ｂの上面とが接合部１４で接合される。なお、第２側壁部１３ｂを省いて、第１側壁部１３ａの下面と第２金属板１２の上面とを接合してもよい。または、第１側壁部１３ａを省いて、第２側壁部１３ｂの上面と第１金属板１１の下面とを接合してもよい。

内部空間１０ａは、第１金属板１１及び第２金属板１２で囲まれて形成される。内部空間１０ａは、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１０ａが減圧状態であることにより、内部空間１０ａに収容される作動媒体２０が蒸発しやすくなる。作動媒体２０は、例えば水であるが、アルコールなどの他の液体であってもよい。

接合部１４は、上方視において、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２の周囲に位置する。第１側壁部１３ａと第２側壁部１３ｂとの接合方法は、特に限定されない。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、などのいずれの接合方法であってもよい。

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１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。

本実施形態において、柱部１５は、第１金属板１１及び第２金属板１２とは別部材であり、内部空間１０ａにおいて、第１金属板１１および第２金属板１２の間に配置され、第１金属板１１及び第２金属板１２を支持する部材である。柱部１５は、例えば、上方視において円形の円柱形状を有する。柱部１５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。Ｚ軸方向において柱部１５が、直接または間接的に第１金属板１１及び第２金属板１２を支持することにより、筐体１０のＺ軸方向の厚みが一定に保たれる。これにより、筐体１０のＺ軸方向の変形によって内部空間１０ａが、狭くなることを抑制できる。

本実施形態において、柱部１５の少なくとも一部に、中実な部材である第１柱部１６を有する。第１柱部１６は、内部空間１０ａにおいて、第１金属板１１および第２金属板１２の間に配置され、第１金属板１１及び第２金属板１２を支持する。これにより、筐体１０のＺ軸方向の変形が抑制され、内部空間１０ａが狭くなることを抑制できる。なお、「中実」な部材は、いわゆるソリッドな部材であることを意味し、中身が密に詰まっており、且つ多孔質でない物体で構成された部材を指す。例えば、「中実」な部材は、内部に空洞がない部材で合ってもよいし、単数又は複数の巨視的な空洞を内部に有する部材であってもよい。なお中実な部材として、例えば、銅等の熱伝導性の高い金属が用いられている。

本実施形態において、柱部１５の少なくとも一部に多孔質の焼結体である第２柱部３３を有する。ここで第２の柱部３３は第３ウィック構造体３３である。第３ウィック構造体３３は内部空間１０ａにおいて、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２の間に配置され、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２を支持する。第３ウィック構造体３３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。これにより筐体１０のＺ軸方向の変形をより抑制でき、内部空間１０ａが狭くなることを抑制できる。

すなわち、本実施形態において、柱部１５は中実な部材である第１柱部１６と、多孔質の焼結体である第２柱部３３とをそれぞれ有する。前述の通り第２柱部３３とは、第３ウィック構造体３３である。以後、第２柱部３３は第３ウィック構造体３３として説明する。第３ウィック構造体３３は、隣り合う第１の柱部１６の中間に配置されることが好ましい。

柱部１５のうち、中実な部材である第１柱部１６は、Ｚ軸方向に延び、第１の柱部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、第１柱部１６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。なお、第１柱部１６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、第１柱部１６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して形成することができる。

＜１－２．第１ウィック構造体、第２ウィック構造体、第３ウィック構造体の構成＞
第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２及び第３ウィック構造体３３は、多孔質であり、作動媒体２０の流路を形成する空隙部（不図示）を有する。

第１ウィック構造体３１は、第１金属板１１の内面に配置される板状の部材であり、発熱体Ｈ側と反対側の冷却側に配置される。第２ウィック構造体３２は、第２金属板１２の内面に配置される板状の部材であり、発熱体Ｈ側に配置される。第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２とは対向して配置される。第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２との間には、蒸気空間Ｓが形成される。蒸気空間Ｓは、作動媒体２０の蒸気を拡散させるための空間である。

第３ウィック構造体３３は、内部空間１０ａ内に配置され、第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２とを連結する。第３ウィック構造体３３は、Ｚ軸方向に延び、例えば、上方視において円形の円柱で構成される。また、第３ウィック構造体３３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。第３ウィック構造体３３は、隣り合う第１柱部１６の中間に配置されることが好ましい。

第３ウィック構造体３３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。これにより、第３ウィック構造体３３が、第１柱部１６を補強して筐体１０のＺ軸方向の変形をより抑制できる。

また、第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、第３ウィック構造体３３と、は、それぞれ多孔質の焼結体であり、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及び第３ウィック構造体３３を多孔質の焼結体とすることにより、メッシュ材よりも容易に製造可能であり、熱伝導部材１の製造コストを下げることができる。また、第３ウィック構造体３３を設けることにより、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の流路を増やすことができる。

ここで、発熱体Ｈとは反対側の放熱面側に配置される第１ウィック構造体３１で、発熱体Ｈ側の第２ウィック構造体３２から気化した作動媒体２０が凝縮される。つまり、第１ウィック構造体３１により、作動媒体２０の凝縮をより促進することができる。言い換えれば、発熱体Ｈとは反対側の放熱面側に配置される第１ウィック構造体３１は、第２ウィック構造体３２よりも気化した作動媒体２０の凝縮が、促進される。このため、第１ウィック構造体３１は、第２ウィック構造体３２と比べて作動媒体２０の冷却効率が高いことが好ましい。

また、第１ウィック構造体３１は、内面から鉛直方向に突出する凸部３１ａを有し、
凸部３１ａの少なくとも一部が、第１金属板１１及び第２金属板１２の鉛直方向に発熱体Ｈと重なる第１領域Ｕ１に位置する。

このとき、凸部３１ａにおける第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ａが、凸部３１ａ以外の領域における第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ｂよりも大きく形成される。第１ウィック構造体３１の厚みを大きくすることにより、発熱体ＨとＺ方向（第１金属板１１及び第２金属板１２の対向方向）に重なる第１領域Ｕ１の少なくとも一部において、作動流体２０の凝縮が促進される。これにより、作動媒体２０による熱輸送効率を向上できる。

通常、作業媒体２０の凝縮は、発熱体ＨとＺ方向に対向する第１領域Ｕ１で最も促進される。ここで、凸部３１ａを設けることにより、第１領域Ｕ１における作動媒体２０の凝縮を促進できる。従って、発熱体ＨとＺ方向に対向する第１領域Ｕ１において、第１ウィック構造体３１に保持された作動媒体２０を凝縮し、作動媒体２０の凝縮により発生する熱を、第１金属板１１全体で放熱面側に効率よく放熱できる。これにより、作動媒体２０による熱輸送効率を向上できる。

なお、本実施形態では、凸部３１ａの上面が第１金属板１１と平行な面に形成されるが、山型に形成されてもよい。すなわち、凸部３１ａにおける第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ａが、第１領域Ｕ１内の所定位置に向かって漸次大きく形成される。これにより、第１領域Ｕ１内の所定位置において、凝縮しやすくなる。

また、凸部３１ａ全体が、第１領域Ｕ１とＺ方向に重ならなくてもよい。この場合、凸部３１ａの端部が、第２領域Ｕ２とＺ方向に重なってもよい。

第１ウィック構造体３１の凸部３１ａは、平面視において第１領域Ｕ１より大きい面積を有し、凸部３１ａは、鉛直方向において、第１領域Ｕ１の全域と重なる。第１領域Ｕ１の全域において、第１ウィック構造体３１の厚みを大きくすることにより、作動流体２０の凝縮が促進される。これにより、作動媒体２０による熱輸送効率を向上できる。

また、第１領域Ｕ１の凸部３１ａにおける第1ウィック構造体３１の厚みＷ１ａは、第２ウィック構造体３２の厚みＷ２よりもＺ方向に大きい。発熱体Ｈとは反対側の放熱面側に配置される第１ウィック構造体３１で、発熱体Ｈ側の第２ウィック構造体３２から気化した作動媒体２０が凝縮される。つまり、第１領域Ｕ１の凸部３１ａにおける第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ａを、第２ウィック構造体３２の厚みＷ２よりもＺ方向に大きくすることにより第１ウィック構造体３１の作動媒体２０の凝縮をより促進することができる。なお、第１ウィック構造体３１の平均厚さは、第２ウィック構造体３２の平均厚さより大きいことが好ましい。これによりさらに第１ウィック構造体３１の作業媒体の保持性を高めることができる。

また、Ｚ方向（第１金属板１１及び第２金属板１２の鉛直方向）において、第１領域Ｕ１における第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ａ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＋Ｗ１ａ ・・・（１）

内部空間１０ａ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１０ａ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。なお、第１領域Ｕ１における第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ａの代わりに、第２領域Ｕ２における第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ｂを式（１）に当てはめても同様の効果が得られる。

さらに、第１領域Ｕ１において、Ｚ方向（第１金属板１１及び第２金属板１２の鉛直方向）における第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ａと、第２ウィック構造体３２の厚みＷ
２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（
２）から式（４）を満たすことがより好ましい。

４Ｗ２≧Ｗ１ａ≧２Ｗ２ ・・・（２）
７Ｗ２≧Ｗ３≧５Ｗ２ ・・・（３）
Ｗ３＋Ｗ１ａ＝９Ｗ２ ・・・（４）

すなわち、第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ａを第１領域Ｕ１における第２ウィック構造体３２の厚みＷ２の２倍以上４倍以下とし、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を第１領域Ｕ１における第２ウィック構造体３２の厚みＷ
２の５倍以上７倍以下とすることが好ましい。これにより、第１ウィック構造体３１における作動媒体２０の凝縮をより促進することができる。なお、第１領域Ｕ１における第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ａの代わりに、第２領域Ｕ２における第１ウィック構造体３１の厚みＷ１ｂを式（２）から（４）に当てはめても同様の効果が得られる。

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。

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、第１ウィック構造体３１又は第２ウィック構造体３２を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。

また、第１ウィック構造体３１又は第２ウィック構造体３２を第１金属板１１の内面及び第２金属板１２の内面に形成された複数の溝部により構成してもよい。これにより、メッシュ材及び焼結体で構成する場合と比べて第１ウィック構造体３１又は第２ウィック構造体３２を薄く形成できる。従って、内部空間１０ａをＺ軸方向に広げることができる。また、内部空間１０ａを狭めずに筐体１０をＺ軸方向に薄型化できる。また、第１ウィック構造体３１又は第２ウィック構造体３２の一方を溝部で構成ことにより、内部空間１０ａを狭めずに第１ウィック構造体３１又は第２ウィック構造体３２のＺ軸方向の厚みを大
きくできる。

第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２及び第３ウィック構造体３３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混合粉体を接合前の第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、柱状に成形した混合粉体を挟んで第１金属板１１及び第２金属板１２を接合する。その後、筐体１０を加熱して混合粉体を焼成する。これにより、筐体１０の内部空間１０ａに、第１ウィック構造体３１と、第２ウィック構造体３２と、第３ウィック構造体３３と、を、容易に一体に形成できる。これにより、熱伝導部材１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及び第３ウィック構造体３３を別々に焼成した後に、第１金属板１１及び第２金属板１２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に混合粉体を付着させることを指す。吹き付け塗布する方法以外に、混合粉体を含むペーストを塗布してもよい。

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。

＜２．熱伝導部材の動作＞
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１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１内の白抜き矢印で示す。

上記の構成の熱伝導部材では、発熱体Ｈで発生した熱により、第２金属板１２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。

気化して蒸気とされた作動媒体２０は、蒸気空間Ｓで拡散する。なお、蒸気空間Ｓは、第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２との間の隙間空間から第１柱部１６および第３ウィック構造体３３により占有される空間を除いた空間である。

このとき、気化した作動媒体２０の一部は、第１ウィック構造体３１に接触して冷却され、凝縮する。第１ウィック構造体３１は、第１金属板１１の下面よりも表面積が大きく冷却効率が高い。このため、第１ウィック構造体３１を設けることにより、気化した作動媒体２０の冷却効率が向上して凝縮が促進される。

第１ウィック構造体３１で凝縮した作動媒体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で凝縮した作動媒体２０の一部は、第１ウィック構造体３１中及び第３ウィック構造体３３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で凝縮した作動媒体２０の一部は、第１柱部１６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。

凝縮した作動媒体２０は、毛細管現象によって第２ウィック構造体３２中を第１領域Ｕ１に向かって移動する。また、第１ウィック構造体３１から第２ウィック構造体３２に吸収された作動媒体２０も、毛細管現象によって第２ウィック構造体３２中を第１領域Ｕ１に向かって移動する。

このとき、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を介して凝縮した作動媒体２０を発熱体Ｈが配置される位置に、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。

上記のように作動媒体２０が状態変化を伴いながら移動することにより、発熱体Ｈ側から冷却側への熱輸送が連続的に行われる。

＜３．蒸気空間について＞
先述したように、蒸気空間Ｓは、第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２との間の隙間空間から第１柱部１６および第３ウィック構造体３３により占有される空間を除いた空間である。すなわち、蒸気空間Ｓは、内部空間１０ａにおける第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２、第３ウィック構造体３３及び第１柱部１６以外の空間である。

そして、本実施形態では、下記式（５）が満たされる。
Ｖ１＞Ｖ２ ・・・（５）
ただし、Ｖ１：蒸気空間Ｓの体積、Ｖ２：合計体積

このとき、合計体積は、第１ウィック構造体３１、第２ウィック構造体３２及び第３ウィック構造体３３の各体積を合計した体積である。すなわち、本実施形態において、合計体積は、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２の合計体積に第３ウィック構造体３３の体積をさらに含む。

なお、第３ウィック構造体３３が設けられていない場合、合計体積は、第１ウィック構造体３１及び第２ウィック構造体３２の各体積を合計して算出される。

このようにすることで、蒸気空間Ｓの体積を確保し、作動媒体２０の蒸気の拡散を促進することができる。従って、熱伝導部材１の熱輸送効率を向上させることができる。

また、第１柱部１６は、筐体１０の強度を確保することができるが、配置することにより蒸気空間Ｓが狭くなる要因となり、そのような第１柱部１６を設ける場合でも上記式（５）を満たすことで蒸気の拡散を促進できる。

また、上記式（５）より、蒸気空間Ｓの体積は、第１ウィック構造体３１と第２ウィック構造体３２と第３ウィック構造体３３との各体積の総和よりも大きくなるので、蒸気の拡散を促進できる。

＜４．第１柱部と第３ウィック構造体＞
本実施形態では、第１柱部１６と第３ウィック構造体３３は、次のような構成であることが好ましい。

第１柱部１６の上面と第１金属板１１の下面とが接合される接合面積の総和は、第３ウィック構造体３３の上面と第１ウィック構造体３１の下面とが接合される接合面積の総和よりも大きい。かつ、第１柱部１６の下面と第２金属板１２の上面とが接合される接合面積の総和は、第３ウィック構造体３３の下面と第２ウィック構造体３２の上面とが接合される接合面積の総和よりも大きい。なお、接合面積の総和とは、１本の第１柱部１６または第３ウィック構造体３３についての接合面積のすべての本数分の総和のことである。

ただし、図３に変形例を示すように、第３ウィック構造体３３が第１ウィック構造体３１を貫通して第１金属板１１に接合されるとともに、第２ウィック構造体３２を貫通して第２金属板１２に接合されてもよい。このような場合には、第１柱部１６の上面と第１金属板１１の下面とが接合される接合面積の総和は、第３ウィック構造体３３の上面と第１金属板１１の下面とが接合される接合面積の総和よりも大きい。かつ、第１柱部１６の下面と第２金属板１２の上面とが接合される接合面積の総和は、第３ウィック構造体３３の下面と第２金属板１２の上面とが接合される接合面積の総和よりも大きい。

すなわち、第１柱部１６の一方側端部が第１金属板１１と接する接触面積の総和は、第３ウィック構造体３３の一方側端部が第１ウィック構造体３１または第１金属板１１と接する接触面積の総和よりも広く、かつ、第１柱部１６の他方側端部が第２金属板１２と接する接触面積の総和は、第３ウィック構造体３３の他方側端部が第２ウィック構造体３２または第２金属板１２と接する接触面積の総和よりも広い。

中実な柱部１５の強度は、第３ウィック構造体３３の強度よりも高い。従って、上記のような接触面積の大小関係により、第３ウィック構造体３３を用いる構成であっても、第１柱部１６によって筐体１０の強度を十分に確保することができる。

＜５．その他＞
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。

例えば、第１ウィック構造体３１をメッシュ材で構成し、第２ウィック構造体３２を多孔質の焼結体で構成してもよい。または、柱部１５と第３ウィック構造体３３のうち少なくとも一方を設けないようにしてもよい。

本開示の実施形態では柱部１５は第１柱部１６と第３ウィック構造体３３が混在するとしたが、柱部１５はすべてが第１柱部１６でもよく、すべてが第３ウィック構造体３３でもよい。

本開示は、各種発熱体の冷却に利用することができる。

１ 熱伝導部材
１０ 筐体
１０ａ 内部空間
１１ 第１金属板
１２ 第２金属板
１３ａ 第１側壁部
１３ｂ 第２側壁部
１４ 接合部
１５ 柱部
１６ 第１柱部
２０ 作動媒体
３１ 第１ウィック構造体
３１ａ 凸部
３２ 第２ウィック構造体
３３ 第２柱部、第３ウィック構造体
Ｈ 発熱体
Ｓ 蒸気空間
Ｕ１ 第１領域
Ｕ２ 第２領域

Claims (15)

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、
   柱部と、を備え、
   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とともに外面に発熱体が配置される第２金属板と、を有し、
   前記柱部は、
   前記第１金属板及び前記第２金属板の間に配置され、
   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、前記内部空間に収容され、
   前記第１ウィック構造体は、前記第１金属板の内面に配置され、
   前記第２ウィック構造体は、前記第２金属板の内面に配置され、
   前記第１ウィック構造体は、内面から前記鉛直方向に突出する凸部を有し、前記凸部の少なくとも一部が、前記第１金属板及び前記第２金属板の前記鉛直方向に前記発熱体と重なる第１領域に位置する、熱伝導部材。
2. 前記柱部は、前記内部空間に配置され、
   第１金属板１１及び第２金属板１２を支持する中実な第１柱部と、
   前記第１ウィック構造体及び前記第２ウィック構造体を支持し、多孔質の焼結体である第２柱部と、の少なくともいずれか一方、を備える、請求項１に記載の熱伝導部材。
3. 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又は請求項２に
   記載の熱伝導部材。
4. 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３のいずれかにに記載の熱伝導部材。
5. 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３のいずれかに記載の熱伝導部材。
6. 前記第１ウィック構造体の前記凸部は、平面視において前記第１領域より大きい面積を有し、
   前記凸部は、鉛直方向において、前記第１領域の全域と重なる、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. 前記凸部における前記第１ウィック構造体の厚みが、前記第１領域内の所定位置に向かって漸次大きく形成される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱伝導部材。
8. 前記第１ウィック構造体と、前記第２ウィック構造体と、前記第２柱部と、
   が、一体である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱伝導部材。
9. 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９のいずれかに記載の熱伝導部材。
11. 前記第１ウィック構造体の平均厚さは、前記第２ウィック構造体の平均厚さよりも大きい、請求項１～請求項１０のいずれかに記載の熱伝導部材。
12. 前記第１領域において、前記鉛直方向における前記第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１１に記載の熱伝導部材。
    Ｗ３＞Ｗ２＋Ｗ１ａ ・・・（１）
    Ｗ１ａ：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
13. 前記第１領域において、前記鉛直方向における前記第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（２）から式（４）を満たす、請求項１２に記載の熱伝導部材。
    ４Ｗ２≧Ｗ１ａ≧２Ｗ２ ・・・（２）
    ７Ｗ２≧Ｗ３≧５Ｗ２ ・・・（３）
    Ｗ３＋Ｗ１ａ＝９Ｗ２ ・・・（４）
14. 前記内部空間における前記第１ウィック構造体、前記第２ウィック構造体、前記第１柱部及び第２柱部以外の空間に含まれ、前記作動媒体の蒸気が存在しうる蒸気空間の体積と、前記第１ウィック構造体 及び前記第２ウィック構造体の合計体積とは、下記式（５）を満たす、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の熱伝導部材。
    Ｖ１＞Ｖ２ ・・・（５）
    Ｖ１：前記内部空間における前記第１ウィック構造体、前記第２ウィック構造体、前記第１柱部及び第２柱部以外 の空間に含まれ、前記作動媒体の蒸気が存在しうる蒸気空間の体積
    Ｖ２：前記第１ウィック構造体及び前記第２ウィック構造体の合計体積
15. 前記合計体積は、前記第２柱部の体積をさらに含む、請求項１４に記載の熱伝導部材。
    

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