JP4380209B2 - Manufacturing method of cooling device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートパイプの機能を有する冷却装置、その冷却装置を備えた電子機器、さらにその冷却装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、例えばコンピュータ等の回路基板に実装されるCPU(Central Processing Unit)等の発熱素子を冷却する機構としてヒートパイプを利用したものが提案されている。ヒートパイプはコンテナの内部に凝縮性の作動流体を封入している。ヒートパイプのコンテナの吸熱部には、発熱素子から発せられる熱が伝達され、作動流体が蒸発して蒸気になる。作動流体が蒸気になると、コンテナ内における入熱部付近の圧力が高くなるため、コンテナ内の圧力が低い側、すなわち放熱部側へ流れる。蒸気が放熱部側へ流れるとその作動流体は凝縮して熱を放出する。凝縮した作動流体は、コンテナ内に設けられたウィックを通って入熱部側へ戻る。作動流体がグルーブを流通する現象は毛細管現象を利用している。例えばコンテナの内面に形成されたグルーブ(溝)や金網がウィックである。このようにしてヒートパイプは吸熱及び放熱を繰り返すことにより発熱素子を冷却する(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−76664号公報(図12等)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヒートパイプの製造時において、コンテナとの熱抵抗が大きくならないように、ウィックをコンテナ内壁に接触させて固定する作業を要する。この場合に、金網で形成されたウィックを用いる場合はコンテナの内面が傷つくという問題がある。コンテナの内面が傷つくことにより、ゴミが発生し、そのゴミがそのままコンテナ内部に残留することでヒートパイプの熱抵抗が大きくなるおそれがある。またその製造時に金網自体も削れてゴミが発生する場合があり、同様に熱抵抗の増大の原因となる。
【0005】
一方、グルーブを用いたウィックの構造は、コンテナの内壁に直接溝を形成する構造のため熱抵抗は小さいが、毛細管力は金網を用いたウィックに劣る。また溝加工を施す際にバリやクラック等の発生にも注意しなければならず、このようなバリやクラックもゴミとなるおそれがあり熱抵抗が大きくなるおそれがある。
【0006】
また、一方、特許文献1に記載の放熱装置のように、ヒートパイプのコンテナが金属製の場合、熱伝導性は良好であるが軽量化に適さないという問題がある。また特許文献1に記載の装置では、ヒートスプレッダ等の薄型化を図っているが、それでもまだ厚み(方向Wの厚み)が大きいため、装置を小型化することも困難となってくる。したがって、例えばノート型のコンピュータにその放熱装置を組み込むような場合、さらなる小型化、薄型化、軽量化を達成することが期待される。
【0007】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、熱抵抗等を小さくし発熱素子を効率良く冷却することができる冷却装置、この冷却装置を搭載した電子機器及び冷却装置の製造方法を提供することにある。
【0008】
本発明の目的は、小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる冷却装置、この冷却装置を搭載した電子機器及び冷却装置の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る冷却装置は、内部空間を有するコンテナと、前記コンテナの内部空間に設けられ、前記コンテナの外部から受けた熱によって蒸発し、凝縮することで熱を放出する作動流体と、前記コンテナの内部空間に設けられ、凝縮した前記作動流体を還流させる布部材とを具備する。
【0010】
本発明では、毛細管現象を発生させる手段として布部材を用いる構成とした。布部材は従来毛細管として用いられていた金網より網目が細かい。したがって、金網の毛細管力以上の毛細管力を持たせることができるとともに、従来のように例えばコンテナの内壁面を傷つけることがないので、ゴミ等の発生の問題がなく、その分、熱抵抗を小さくすることができる。また、布部材は金網に比べ厚みを薄くできるので冷却装置の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【0011】
本発明において、布部材とは、繊維であって、織物、メリヤス、不織布等のことをいう。また、コンテナの内部空間の全てに布部材が設けられていてもよい。コンテナの形状は平板形状が好ましい。薄型化に寄与するからである。
【0012】
本発明の一の形態では、前記コンテナは、第1の内壁面と、該第1の内壁面に対向する第2の内壁面とを有し、前記コンテナの内部空間は、前記布部材の少なくとも一部が前記第1の内壁面から前記第2の内壁面にかけて連続して設けられてなる第1の領域を有する。本発明では、前記第1の内壁面から前記第2の内壁面にかけて連続して布部材が設けられているので、コンテナの内壁面に沿うように設けられ中央が空洞となった従来の毛細管に比べ、毛細管の体積が大きくなる。その結果、還流する作動流体の流量も従来に比べ多くなり、熱効率を高めることができる。
【0013】
本発明の一の形態では、前記コンテナの内部空間は、前記第1の領域以外の領域であって蒸発した前記作動流体が流通する第2の領域をさらに有する。本発明では、毛細管力を向上させた第1の領域を設けた上に、作動流体の蒸気路である第2の領域を設けた。これにより、蒸発した作動流体が流通するときの抵抗を小さくできるため、さらに熱効率を向上させることができる。
【0014】
本発明の一の形態では、前記第1の領域は第1の一端と第1の他端とを有するとともに、前記第2の領域は第2の一端と第2の他端とを有し、前記コンテナの内部空間は、前記第2の一端が前記第1の他端と接続されるとともに前記第2の他端が前記第1の一端と接続されてループ状をなしている。このように第1の領域と第2の領域とが合わせてループ状をなすことで、蒸発した作動流体と凝縮した作動流体とを同じループの方向に流通させることができる。これにより、効率良く熱輸送を行うことができる。
【0015】
本発明の一の形態では、凝縮した前記作動流体を還流させるための部材であって、前記布部材より熱伝導率の高い部材をさらに具備する。布部材に加え、布部材より熱伝導率の高い部材を設けることにより、さらに熱効率を高め、効率良く冷却することができる。
【0016】
例えば、前記布部材より熱伝導率の高い部材が前記布部材に編みこまれているようにすれば、熱効率を高めつつ、コンテナの内壁面を傷つけるという問題を極力回避することができる。
【0017】
あるいは、前記コンテナは内壁面を有し、前記布部材は前記内壁面の少なくとも一部を覆うように設けられ、前記前記布部材より熱伝導率の高い部材は前記布部材の表面の少なくとも一部を覆うように設けられている。これにより、熱効率を高めつつ、コンテナの内壁面を傷つけるという問題を解消することができる。
【0018】
本発明に係る電子機器は、内部空間を有するコンテナと、前記コンテナの内部空間に設けられ、前記コンテナの外部から受けた熱によって蒸発し、凝縮することで熱を放出する作動流体と、前記コンテナの内部空間に設けられ、凝縮した前記作動流体を還流させる布部材とを具備する冷却装置を搭載した。
【0019】
本発明では、毛細管現象を発生させる手段として布部材を用いる構成とした。布部材は従来毛細管として用いられていた金網より網目が細かい。したがって、金網の毛細管力以上の毛細管力を持たせることができるとともに、従来の金網のように例えばコンテナの内壁面を傷つけることがないので、ゴミ等の発生の問題がなく熱抵抗を小さくすることができる。また、布部材は金網に比べ厚みを薄くできるので冷却装置の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。その結果、電子機器の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。電子機器としては、例えばコンピュータ、AV機器等が挙げられるが、これらに限られるものではない。
【0020】
本発明に係る冷却装置の製造方法は、(a)コンテナの外部から受けた熱によって蒸発し、凝縮することで熱を放出する作用を有する作動流体を、凝縮した前記作動流体を還流させるための布部材に含浸させる工程と、(b)前記コンテナの一部及び他部を構成する第1のコンテナ部材及び第2のコンテナ部材のうち少なくとも一方の内壁面に前記布部材を取り付ける工程と、(c)前記第1のコンテナ部材と前記第2のコンテナ部材とを接合する工程とを具備する。
【0021】
本発明では、毛細管現象を発生させる手段として布部材を用いる構成とした。布部材は従来毛細管として用いられていた金網より網目が細かい。したがって、金網の毛細管力以上の毛細管力を持たせることができるとともに、従来の金網のように例えばコンテナの内壁面を傷つけることがないので、ゴミ等の発生の問題がなく熱抵抗を小さくすることができる。また、布部材は金網に比べ厚みを薄くできるので冷却装置の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【0022】
本発明の他の冷却装置は、内部空間を有するコンテナと、前記コンテナの内部空間に設けられ、前記コンテナの外部から受けた熱によって蒸発し、凝縮することで熱を放出する作動流体と、前記コンテナの内部空間に設けられ、凝縮した前記作動流体を還流させる繊維部材とを具備する。
【0023】
繊維部材とは、厚さまたは直径に対する長さの比(アスペクト比)の高い、5:1かそれ以上の材料をいう。本発明では、毛細管現象を発生させる手段として繊維部材を用いる構成とした。繊維部材は従来毛細管として用いられていた金網より網目が細かい。したがって、金網の毛細管力以上の毛細管力を持たせることができるとともに、従来の金網のように例えばコンテナの内壁面を傷つけることがないので、ゴミ等の発生の問題がなく熱抵抗を小さくすることができる。また、繊維部材は金網に比べ厚みを薄くできるので冷却装置の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0025】
図1は本発明の第1の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。図2、図3、図4はそれぞれ図1に示す冷却装置のA−A断面図、B−B断面図、C−C断面図である。冷却装置1はコンテナ5を有している。コンテナ5は図1、図2に示すように、中央部に開口部5cが形成されており例えばループ形状を有している。図4に示すように、コンテナ5の内部空間2には作動流体6が封入されており、また毛細管現象を発生させるための布部材7が設けられている。コンテナ5としては、熱伝導率の高い金属や樹脂等の材料でなる。具体的には、銅、アルミ等の金属、ABS、PPS等の樹脂が挙げられる。また、金属繊維、カーボン、フラーレン類、カーボンナノチューブ等の熱伝導率の高い材料を含む樹脂材料を用いてもかまわない。これにより、熱効率を向上させることができる。作動流体6としては例えば純水、メタノール、アンモニア、代替フロン等を用いることができる。布部材とは、繊維であって、織物、メリヤス、不織布等のことをいう。具体的には、例えばナイロン、ポリエステル、アクリル等の化学繊維が挙げられるが、その他の繊維あるいは合成繊維であってもよい。
【0026】
本実施の形態では、図3に示すように布部材7の厚さtが例えば0.4mmのシート状のものを用いている。厚さtは、0.4mmに限られず、適宜変更可能である。また、布部材7に、銅、アルミ、炭素繊維等の熱伝導率の良好な材料を編み込むようにしてもよい。これによりさらに熱効率を高めることができる。
【0027】
布部材は一般的に従来ウィックとして用いられていた金網より網目が細かい。したがって、布部材によれば金網の毛細管力以上の毛細管力を持たせることができるとともに、従来のように例えばコンテナの内壁面5a、5b等を傷つけることがないので、ゴミ等が発生するおそれがなく熱抵抗を小さくすることができる。また、布部材7は金網に比べ厚みを薄くできるので冷却装置1の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【0028】
布部材7は、図2に示すように内部空間2の第1の領域2aに設けられている。すなわち、主に凝縮した作動流体6が第1の領域2aを流通することになる。一方、内部空間2のうちで布部材7が設けられていない部位である第2の領域2bには、主に蒸発した作動流体6が圧力差により流通することになる。このような構造とすることにより、受熱部20と放熱部30とが形成される。したがって、冷却装置1が例えば電子機器に搭載される場合には、例えば、図1に示すように集積回路チップ等の発熱素子3が受熱部20付近に位置するように、発熱素子3を実装した図示しない回路基板等が設置されることになる。
【0029】
布部材7は、図3、図4に示すように例えばコンテナ5の上部内壁面5aと、上部内壁面5aに対向する下部内壁面5bとにかけて連続して設けられている。すなわち、第1の領域2aにおいて内部空間2の全てに布部材7が設けられている。これにより、図5に示すようにコンテナ105の内壁面105aに沿うように設けられ中央が空洞となった従来の毛細管に比べ、毛細管の体積が大きくなる。その結果、本実施の形態では、還流する作動流体6の流量が従来に比べ多くなり、熱効率を高めることができる。ここで、上部内壁面5a、下部内壁面5bについて、上部、下部としたのは説明の便宜のためである。すなわち、電子機器に冷却装置1が搭載される際に、必ずしも、上部内壁面5aがその電子機器の上側、下部内壁面5bが電子機器の下側に配置されるというわけではない。
【0030】
次に、この冷却装置1の作用を説明する。発熱素子3から発生した熱は、冷却装置1の受熱部20から受け入れられる。具体的には発熱素子3から発生した熱は、受熱部20においてコンテナ5の表面に伝わる。受熱部20が受けた熱により作動流体6が蒸発して蒸気になると、コンテナ5内における受熱部20付近の圧力が高くなるため、コンテナ5内の圧力が低い側、すなわち放熱部30側へ流れる(図2に示す矢印の方向)。蒸気が放熱部30側へ流れると作動流体6は凝縮して熱を放出する。凝縮した作動流体6は、布部材7を通って受熱部20側へ戻る。このようにして冷却装置1は受熱及び放熱を繰り返すことにより発熱素子3を冷却する。
【0031】
本実施の形態では、布部材によれば金網の毛細管力以上の毛細管力を持たせることができる。また、従来のように例えばコンテナの内壁面5a、5b等を傷つけることがないので、ゴミ等が発生するおそれがなく熱抵抗を小さくすることができる。また、布部材7は金網に比べ厚みを薄くできるので冷却装置1の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【0032】
本実施の形態では、毛細管力を向上させた布部材7を第1の領域2aに設けた上に、さらに作動流体6の蒸気路である第2の領域2bを設けた。これにより、蒸発した作動流体が流通するときの抵抗を小さくできるため、さらに熱効率を向上させることができる。特に、第1の領域2aと第2の領域2bとが合わせてループ状をなすことで、蒸発した作動流体6と凝縮した作動流体6とを同じループの方向に流通させることができる。これにより、効率良く熱輸送を行うことができる。
【0033】
図6はこの冷却装置1の製造方法を説明するための図である。コンテナ5は上部コンテナ部材5Aと下部コンテナ部材5Bとを予め部品として有している。例えば、まず布部材7に作動流体を含浸させ、その布部材7を下部コンテナ部材5Bの所定の位置、例えば上記第1の領域2aに取り付ける。あるいは、布部材7を下部コンテナ部材5Bに取り付けた後、作動流体を布部材7に含浸させてもよい。そして、上部コンテナ部材5Aと下部コンテナ部材5Bとを接合する。具体的には、例えば下部コンテナ部材5Bの上端平面部5d、5eと、上部コンテナ部材5Aにおけるそれらの上端平面部に対応する部分とを当接させ、例えば熱溶着、半田接合、ろう付け、超音波接合等により接合する。接合した後は、例えば図示しない脱気用等の孔から真空ポンプ等によって減圧し、コンテナ5を密封する。なお、下部コンテナ部材5Bだけでなく、上部コンテナ部材5Aにも布部材7を取り付けるようにしてもよい。
【0034】
図7は第1の実施の形態に係る冷却装置1の変形例を示している。この冷却装置21の上部コンテナ部材25A、下部コンテナ部材25Bは、それぞれ外観上はループ状には形成されておらず、平板状に形成されている。しかしながら、コンテナ25の内部空間22がループ状に形成されている。具体的な構造の例として、例えば上部コンテナ部材25A及び下部コンテナ部材25Bのうち少なくとも一方の内壁面に口形状の仕切り部材を設ければよい。
【0035】
図8は本発明の第2の実施の形態に係る冷却装置の断面図である。本実施の形態では、例えばコンテナ35の内部空間に設けられた毛細管現象を発生させる手段が布部材37と、布部材より高い熱伝導率を有する部材38とでなっている。具体的には、例えば布部材37がコンテナ35の内壁面35aに沿って内壁面35aを覆うように設けられている。部材38は、布部材37表面を覆うように、すなわち布部材37に囲われて設けられている。部材38は例えば銅やアルミでなる。このような構成とすることにより、冷却装置31の熱効率を高めつつ、コンテナ35の内壁面35aを傷つけるという問題を解消することができる。
【0036】
この第2の実施の形態に係る冷却装置31は、例えば図1に示すループ状の冷却装置1と同様な形状等とすることができる。しかし、もちろんループ状の形状に限られるものではない。
【0037】
図9は本発明の第3の実施の形態に係る冷却装置の斜視図である。図10は図9に示すD−D断面図である。
【0038】
この冷却装置11においては、例えば長尺形状のコンテナ15の内部空間12に、その長手方向に沿って布部材7が設けられ第1の領域12aが形成されている。布部材17は、その布部材7の側方に第2の領域としての蒸気路12bを形成できるような大きさに設計され、かつ配置されている。
【0039】
このような構成によっても、冷却装置11に、従来の金網の毛細管力以上の毛細管力を持たせることができる。また、従来のように例えばコンテナの内壁面を傷つけることがないので、ゴミ等が発生するおそれがなく熱抵抗を小さくすることができる。また、布部材17は金網に比べ厚みを薄くできるので冷却装置11の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【0040】
図11は本発明の第4の実施の形態に係る冷却装置の断面図である。
【0041】
この冷却装置41のコンテナ45は、例えばフレキシブルなカバーシート45Aと、基板45Bとでなっている。冷却装置41は、布部材47がカバーシート45Aと基板45Bとに挟み込まれて構成されている。また、布部材47は、その布部材47の側方に蒸気路42bを形成できるような大きさに設計され、かつ配置されている。
【0042】
カバーシート45Aの材料は例えば樹脂を用いることができ、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル等を用いることができる。基板45Bは例えばエポキシガラスを用いることができる。カバーシート45Aの厚さsは、例えば0.1mm程度とすることができる。また基板45Bの厚さuは0.1mm程度とすることができる。布部材47の厚さtは例えば0.4mm程度とすることができるため、冷却装置41の全体の厚さを1mm以下とすることができる。このように冷却装置41を非常に薄く構成できるので、薄型化、軽量化、小型化を図ることができ、冷却装置41を搭載した電子機器の薄型化、軽量化、小型化を図ることができる。
【0043】
また、基板45Bもフレキシブルな樹脂製のシートにしてもよい。このようなフレキシブルな冷却装置41を用いることにより、小型の電子機器に非常に有効である。特に、CPU等を搭載した小型電子機器や、小型ロボット、小型デジタルカメラ、燃料電池等の小型で熱が発生し易く、熱の発生によって電力を消費してしまうもの等に有用である。
【0044】
さらに、フレキシブルな構造とすることにより、電子機器に冷却装置41を搭載させる場合にその設置箇所の限定が少なくなり、電子機器の小型化、薄型化に寄与する。
【0045】
この第4の実施の形態に係る冷却装置41の製造方法の一例を以下説明する。
【0046】
例えば、作動流体46を含浸させた布部材47を基板45Bに取り付け、その基板45Bに対してカバーシート45Aを圧着する。具体的には、真空プレス等を用い、蒸気路42bを保ちながら圧着する。また、水蒸気を充満した真空中にて、蒸気路42bを保ちながら基板45B、布部材47、カバーシート45Aを積層プレスすることで冷却装置41を構成することができる。さらに、基板45B、布部材47、カバーシート45Aを予め圧着しておき、片端から高圧空気を注入し、冷却することで作動流体46が生成され、冷却装置41を構成することができる。
【0047】
図12は上述した第1〜第4の実施の形態に係る冷却装置にファンモータ等を取り付けたクーリングユニットを示す斜視図である。
【0048】
この例では、冷却装置51のコンテナ55の放熱部側にファンモータ63を搭載したモータユニット60とヒートシンク65とが取り付けられ、また受熱部側にはヒートスプレッダ62が取り付けられている。ヒートスプレッダ62上には発熱素子3が設置されることになる。ヒートシンク65は例えばバーリング圧入や接着、カシメ等で冷却装置51に固定されている。ヒートスプレッダ62も接着やカシメ等で冷却装置51に固定されている。
【0049】
また、図示しないが、もちろん冷却装置51のコンテナ55の内部には毛細管を発生させる手段として少なくとも布部材が設けられている。
【0050】
ファンモータ63はケース64に収納されている。ファンモータ63により外部からケース64内に取り込まれた空気は、ケースの開口部64aを介してヒートシンク34側へ流れるようになっている。
【0051】
このような構成の装置では、発熱素子3の熱がヒートスプレッダ62で拡散され、冷却装置51の受熱部でその熱が受け入れられる。冷却装置51はその熱を放熱部側、つまりヒートシンク65に輸送する。ヒートシンク65は、ファンモータ63から供給される空気流によって冷却され、伝達された熱を放熱する。
【0052】
このようなクーリングユニットにより、さらに熱効率を向上させることができ、効率良く発熱素子3を冷却することができる。
【0053】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【0054】
冷却装置のコンテナの形状は上記各実施の形態において説明した形状に限られず、例えば平板状であって、三角形状、L字形状、口形状等の形状でもよい。またコンテナの断面が円形状をつぶしたような略楕円形状を有するものでもよいし、平板状に限られず、コンテナの表面の一部が曲面状であってもよい。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱抵抗を小さくし発熱素子を効率良く冷却することができる。また、冷却装置や電子機器の小型化、薄型化、または軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態に係る冷却装置を示す斜視図である。
【図2】 図1に示す冷却装置のA−A断面図である。
【図3】 図1に示す冷却装置のB−B断面図である。
【図4】 図1に示す冷却装置のC−C断面図である。
【図5】 従来の冷却装置を示す断面図である。
【図6】 第1の実施の形態に係る冷却装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図7】 第1の実施の形態に係る冷却装置1の変形例を示す斜視図である。
【図8】 本発明の第2の実施の形態に係る冷却装置の断面図である。
【図9】 本発明の第3の実施の形態に係る冷却装置の斜視図である。
【図10】 図9に示す冷却装置のD−D断面図である。
【図11】 本発明の第4の実施の形態に係る冷却装置の断面図である。
【図12】 冷却装置にファンモータを取り付けたクーリングユニットを示す斜視図である。
【符号の説明】
1、11、21、31、41、51…冷却装置
2、12、22…内部空間
2a、12a、…第1の領域
2b…第2の領域
3…発熱素子
5、15、25、35、45、55…コンテナ
5a、5b、25a、25b、35a…内壁面
5A、25A…上部コンテナ部材
5B、25B…下部コンテナ部材
6、16、36、46…作動流体
7、17、37、47…布部材
38…布部材より熱伝導率が高い部材
45A…カバーシート
45B…基板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device having a function of a heat pipe, an electronic device including the cooling device, and a method for manufacturing the cooling device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a mechanism using a heat pipe has been proposed as a mechanism for cooling a heating element such as a CPU (Central Processing Unit) mounted on a circuit board such as a computer. The heat pipe encloses a condensable working fluid inside the container. Heat generated from the heating element is transmitted to the heat absorption part of the container of the heat pipe, and the working fluid is evaporated to become steam. When the working fluid becomes steam, the pressure in the vicinity of the heat input portion in the container increases, and therefore the pressure in the container flows to the low pressure side, that is, the heat radiating portion side. When the steam flows toward the heat radiating portion, the working fluid condenses and releases heat. The condensed working fluid returns to the heat input section through the wick provided in the container. The phenomenon in which the working fluid flows through the groove utilizes the capillary phenomenon. For example, a groove or a wire mesh formed on the inner surface of the container is a wick. In this way, the heat pipe cools the heat generating element by repeating heat absorption and heat dissipation (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-76664 A (FIG. 12 etc.)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when manufacturing the heat pipe, it is necessary to fix the wick in contact with the inner wall of the container so that the thermal resistance with the container does not increase. In this case, there is a problem that the inner surface of the container is damaged when a wick formed of a wire mesh is used. When the inner surface of the container is damaged, dust is generated, and the dust remains in the container as it is, which may increase the heat resistance of the heat pipe. In addition, the wire mesh itself may be scraped off during the production to generate dust, which similarly causes an increase in thermal resistance.
[0005]
On the other hand, the structure of the wick using the groove is a structure in which a groove is formed directly on the inner wall of the container, so the thermal resistance is small, but the capillary force is inferior to that of the wick using a wire mesh. In addition, it is necessary to pay attention to the occurrence of burrs and cracks when grooving, and such burrs and cracks may become dust and heat resistance may increase.
[0006]
On the other hand, when the heat pipe container is made of metal like the heat dissipating device described in Patent Document 1, the heat conductivity is good, but there is a problem that it is not suitable for weight reduction. In the device described in Patent Document 1, the heat spreader or the like is thinned. However, since the thickness (thickness in the direction W) is still large, it is difficult to downsize the device. Therefore, for example, when the heat dissipation device is incorporated in a notebook computer, it is expected to achieve further miniaturization, thinning, and weight reduction.
[0007]
In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a cooling device that can reduce heat resistance and the like and efficiently cool a heating element, an electronic device equipped with the cooling device, and a method of manufacturing the cooling device. There is.
[0008]
An object of the present invention is to provide a cooling device that can be reduced in size, thickness, or weight, an electronic device equipped with the cooling device, and a method of manufacturing the cooling device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a cooling device according to the present invention is provided in a container having an internal space and the internal space of the container, and evaporates and condenses by heat received from the outside of the container. And a cloth member that is provided in the internal space of the container and recirculates the condensed working fluid.
[0010]
In the present invention, the cloth member is used as the means for generating the capillary phenomenon. The cloth member has a finer mesh than a wire mesh conventionally used as a capillary tube. Accordingly, it is possible to provide a capillary force that is equal to or greater than the capillary force of the wire mesh, and there is no problem of generation of dust, for example, because the inner wall surface of the container is not damaged as in the prior art. can do. Further, since the cloth member can be made thinner than the wire mesh, the cooling device can be made smaller, thinner or lighter.
[0011]
In the present invention, the cloth member is a fiber and means a woven fabric, a knitted fabric, a non-woven fabric, or the like. Moreover, the cloth member may be provided in the whole interior space of the container. The shape of the container is preferably a flat plate shape. This is because it contributes to thinning.
[0012]
In one form of the present invention, the container has a first inner wall surface and a second inner wall surface facing the first inner wall surface, and the inner space of the container is at least the cloth member. A part has a first region formed continuously from the first inner wall surface to the second inner wall surface. In the present invention, since the cloth member is provided continuously from the first inner wall surface to the second inner wall surface, the conventional capillary tube provided along the inner wall surface of the container and having a hollow center is provided. In comparison, the capillary volume is increased. As a result, the flow rate of the recirculating working fluid is increased as compared with the conventional one, and the thermal efficiency can be improved.
[0013]
In an embodiment of the present invention, the internal space of the container further includes a second region that is a region other than the first region and through which the evaporated working fluid flows. In the present invention, the first region where the capillary force is improved is provided, and the second region which is the vapor path of the working fluid is provided. Thereby, since resistance when the evaporated working fluid flows can be reduced, thermal efficiency can be further improved.
[0014]
In one form of the present invention, the first region has a first end and a first other end, and the second region has a second end and a second other end, The internal space of the container has a loop shape with the second end connected to the first other end and the second other end connected to the first one end. In this way, the first region and the second region are combined to form a loop, whereby the evaporated working fluid and the condensed working fluid can be circulated in the same loop direction. Thereby, heat transport can be performed efficiently.
[0015]
In one form of this invention, it is a member for recirculating the condensed said working fluid, Comprising: The member whose heat conductivity is higher than the said cloth member is further comprised. In addition to the cloth member, by providing a member having a higher thermal conductivity than that of the cloth member, the thermal efficiency can be further increased and the cooling can be efficiently performed.
[0016]
For example, if a member having a higher thermal conductivity than the cloth member is knitted into the cloth member, the problem of damaging the inner wall surface of the container can be avoided as much as possible while increasing the thermal efficiency.
[0017]
Alternatively, the container has an inner wall surface, the cloth member is provided so as to cover at least a part of the inner wall surface, and the member having a higher thermal conductivity than the cloth member is at least a part of the surface of the cloth member. It is provided so as to cover. Thereby, the problem of damaging the inner wall surface of the container can be solved while increasing the thermal efficiency.
[0018]
An electronic device according to the present invention includes a container having an internal space, a working fluid that is provided in the internal space of the container, evaporates by heat received from the outside of the container, and releases heat by condensation, and the container And a cooling device provided with a cloth member that recirculates the condensed working fluid.
[0019]
In the present invention, the cloth member is used as the means for generating the capillary phenomenon. The cloth member has a finer mesh than a wire mesh conventionally used as a capillary tube. Therefore, it is possible to have a capillary force that is greater than the capillary force of the wire mesh, and it does not damage the inner wall surface of the container, for example, unlike conventional wire meshes. Can do. Further, since the cloth member can be made thinner than the wire mesh, the cooling device can be made smaller, thinner or lighter. As a result, the electronic device can be reduced in size, thickness, or weight. Examples of the electronic device include, but are not limited to, a computer and an AV device.
[0020]
The method for manufacturing a cooling device according to the present invention includes: (a) a working fluid having an action of evaporating and condensing by heat received from the outside of a container to recirculate the condensed working fluid. (B) impregnating the cloth member; and (b) attaching the cloth member to at least one inner wall surface of the first container member and the second container member constituting the part and the other part of the container; c) joining the first container member and the second container member.
[0021]
In the present invention, the cloth member is used as the means for generating the capillary phenomenon. The cloth member has a finer mesh than a wire mesh conventionally used as a capillary tube. Therefore, it is possible to have a capillary force that is greater than the capillary force of the wire mesh, and it does not damage the inner wall surface of the container, for example, unlike conventional wire meshes. Can do. Further, since the cloth member can be made thinner than the wire mesh, the cooling device can be made smaller, thinner or lighter.
[0022]
Another cooling device of the present invention includes a container having an internal space, a working fluid that is provided in the internal space of the container, evaporates by heat received from the outside of the container, and releases heat by condensation. And a fiber member that is provided in an internal space of the container and recirculates the condensed working fluid.
[0023]
The fiber member refers to a material having a ratio of length to thickness or diameter (aspect ratio) of 5: 1 or more. In this invention, it was set as the structure which uses a fiber member as a means to generate | occur | produce a capillary phenomenon. The fiber member has a finer mesh than a wire mesh conventionally used as a capillary tube. Therefore, it is possible to have a capillary force that is greater than the capillary force of the wire mesh, and it does not damage the inner wall surface of the container, for example, unlike conventional wire meshes. Can do. Further, since the fiber member can be made thinner than the metal mesh, the cooling device can be made smaller, thinner, or lighter.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a perspective view showing a cooling device according to a first embodiment of the present invention. 2, 3 and 4 are an AA sectional view, a BB sectional view and a CC sectional view of the cooling device shown in FIG. 1, respectively. The cooling device 1 has a container 5. As shown in FIGS. 1 and 2, the container 5 has an opening 5 c at the center and has, for example, a loop shape. As shown in FIG. 4, a working fluid 6 is sealed in the internal space 2 of the container 5, and a cloth member 7 for generating a capillary phenomenon is provided. The container 5 is made of a material such as a metal or resin having a high thermal conductivity. Specific examples include metals such as copper and aluminum, and resins such as ABS and PPS. Moreover, you may use the resin material containing materials with high heat conductivity, such as a metal fiber, carbon, fullerenes, and a carbon nanotube. Thereby, thermal efficiency can be improved. As the working fluid 6, for example, pure water, methanol, ammonia, alternative chlorofluorocarbon, or the like can be used. The cloth member is a fiber and means a woven fabric, a knitted fabric, a non-woven fabric, or the like. Specific examples include chemical fibers such as nylon, polyester, and acrylic, but other fibers or synthetic fibers may be used.
[0026]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a sheet member having a cloth member 7 with a thickness t of, for example, 0.4 mm is used. The thickness t is not limited to 0.4 mm and can be changed as appropriate. Further, a material having good thermal conductivity such as copper, aluminum, carbon fiber, etc. may be knitted into the cloth member 7. Thereby, thermal efficiency can further be improved.
[0027]
The cloth member generally has a finer mesh than a wire mesh conventionally used as a wick. Therefore, according to the cloth member, it is possible to have a capillary force that is greater than the capillary force of the wire mesh, and since the inner wall surfaces 5a and 5b of the container, for example, are not damaged as in the conventional case, dust or the like may be generated. The thermal resistance can be reduced. Further, since the cloth member 7 can be made thinner than the wire mesh, the cooling device 1 can be reduced in size, thickness, or weight.
[0028]
The cloth member 7 is provided in the first region 2a of the internal space 2 as shown in FIG. That is, the mainly condensed working fluid 6 flows through the first region 2a. On the other hand, the evaporated working fluid 6 circulates mainly due to the pressure difference in the second region 2b in the internal space 2 where the cloth member 7 is not provided. By setting it as such a structure, the heat receiving part 20 and the thermal radiation part 30 are formed. Therefore, when the cooling device 1 is mounted on an electronic device, for example, the heating element 3 is mounted so that the heating element 3 such as an integrated circuit chip is positioned in the vicinity of the heat receiving portion 20 as shown in FIG. A circuit board or the like (not shown) is installed.
[0029]
As shown in FIGS. 3 and 4, the cloth member 7 is continuously provided, for example, over the upper inner wall surface 5a of the container 5 and the lower inner wall surface 5b facing the upper inner wall surface 5a. That is, the cloth member 7 is provided in the entire internal space 2 in the first region 2a. As a result, as shown in FIG. 5, the volume of the capillary is increased compared to a conventional capillary that is provided along the inner wall surface 105 a of the container 105 and has a hollow center. As a result, in the present embodiment, the flow rate of the recirculating working fluid 6 is increased as compared with the conventional case, and the thermal efficiency can be increased. Here, the upper inner wall surface 5a and the lower inner wall surface 5b are referred to as an upper portion and a lower portion for convenience of explanation. That is, when the cooling device 1 is mounted on an electronic device, the upper inner wall surface 5a is not necessarily disposed above the electronic device, and the lower inner wall surface 5b is not disposed below the electronic device.
[0030]
Next, the operation of the cooling device 1 will be described. Heat generated from the heating element 3 is received from the heat receiving unit 20 of the cooling device 1. Specifically, the heat generated from the heating element 3 is transmitted to the surface of the container 5 in the heat receiving unit 20. When the working fluid 6 evaporates into steam due to the heat received by the heat receiving unit 20, the pressure in the container 5 near the heat receiving unit 20 increases, and therefore the pressure in the container 5 flows to the low side, that is, the heat radiating unit 30 side. (The direction of the arrow shown in FIG. 2). When the steam flows toward the heat radiating unit 30, the working fluid 6 is condensed and releases heat. The condensed working fluid 6 returns to the heat receiving part 20 side through the cloth member 7. In this way, the cooling device 1 cools the heating element 3 by repeating heat reception and heat dissipation.
[0031]
In the present embodiment, according to the cloth member, a capillary force greater than the capillary force of the wire mesh can be provided. Further, since the inner wall surfaces 5a and 5b of the container, for example, are not damaged as in the conventional case, there is no possibility that dust or the like is generated, and the thermal resistance can be reduced. Further, since the cloth member 7 can be made thinner than the wire mesh, the cooling device 1 can be reduced in size, thickness, or weight.
[0032]
In the present embodiment, the cloth member 7 with improved capillary force is provided in the first region 2a, and the second region 2b, which is the vapor path of the working fluid 6, is further provided. Thereby, since resistance when the evaporated working fluid flows can be reduced, thermal efficiency can be further improved. In particular, when the first region 2a and the second region 2b are combined to form a loop, the evaporated working fluid 6 and the condensed working fluid 6 can be circulated in the same loop direction. Thereby, heat transport can be performed efficiently.
[0033]
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of manufacturing the cooling device 1. The container 5 has an upper container member 5A and a lower container member 5B as parts in advance. For example, first, the cloth member 7 is impregnated with the working fluid, and the cloth member 7 is attached to a predetermined position of the lower container member 5B, for example, the first region 2a. Alternatively, the cloth member 7 may be impregnated with the working fluid after the cloth member 7 is attached to the lower container member 5B. Then, the upper container member 5A and the lower container member 5B are joined. Specifically, for example, the upper end flat portions 5d and 5e of the lower container member 5B and the portions corresponding to the upper end flat portions of the upper container member 5A are brought into contact with each other, for example, heat welding, solder bonding, brazing, super Bonded by sonic bonding or the like. After joining, for example, the container 5 is sealed by reducing the pressure using a vacuum pump or the like through a hole for degassing or the like (not shown). Note that the cloth member 7 may be attached not only to the lower container member 5B but also to the upper container member 5A.
[0034]
FIG. 7 shows a modification of the cooling device 1 according to the first embodiment. The upper container member 25A and the lower container member 25B of the cooling device 21 are not formed in a loop shape on the appearance, but are formed in a flat plate shape. However, the internal space 22 of the container 25 is formed in a loop shape. As an example of a specific structure, for example, a mouth-shaped partition member may be provided on at least one inner wall surface of the upper container member 25A and the lower container member 25B.
[0035]
FIG. 8 is a sectional view of a cooling device according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, for example, means for generating a capillary phenomenon provided in the internal space of the container 35 are the cloth member 37 and the member 38 having a higher thermal conductivity than the cloth member. Specifically, for example, the cloth member 37 is provided so as to cover the inner wall surface 35 a along the inner wall surface 35 a of the container 35. The member 38 is provided so as to cover the surface of the cloth member 37, that is, surrounded by the cloth member 37. The member 38 is made of, for example, copper or aluminum. By setting it as such a structure, the problem of damaging the inner wall surface 35a of the container 35 can be eliminated, improving the thermal efficiency of the cooling device 31. FIG.
[0036]
The cooling device 31 according to the second embodiment can have the same shape as the loop-shaped cooling device 1 shown in FIG. However, of course, it is not limited to a loop shape.
[0037]
FIG. 9 is a perspective view of a cooling device according to the third embodiment of the present invention. 10 is a cross-sectional view taken along the line DD shown in FIG.
[0038]
In the cooling device 11, for example, the cloth member 7 is provided in the internal space 12 of the long container 15 along the longitudinal direction, and a first region 12 a is formed. The cloth member 17 is designed and arranged in such a size that the steam path 12b as the second region can be formed on the side of the cloth member 7.
[0039]
Even with such a configuration, the cooling device 11 can have a capillary force that is greater than the capillary force of the conventional wire mesh. In addition, since the inner wall surface of the container is not damaged as in the prior art, there is no possibility that dust or the like is generated, and the thermal resistance can be reduced. Further, since the cloth member 17 can be made thinner than the wire mesh, the cooling device 11 can be reduced in size, thickness, or weight.
[0040]
FIG. 11 is a sectional view of a cooling device according to the fourth embodiment of the present invention.
[0041]
The container 45 of the cooling device 41 includes, for example, a flexible cover sheet 45A and a substrate 45B. The cooling device 41 includes a cloth member 47 sandwiched between a cover sheet 45A and a substrate 45B. Further, the cloth member 47 is designed and arranged in such a size that the steam passage 42b can be formed on the side of the cloth member 47.
[0042]
For example, a resin can be used as the material of the cover sheet 45A, and polyimide, polyamide, polyester, or the like can be used. For example, epoxy glass can be used for the substrate 45B. The thickness s of the cover sheet 45A can be set to, for example, about 0.1 mm. The thickness u of the substrate 45B can be about 0.1 mm. Since the thickness t of the cloth member 47 can be set to about 0.4 mm, for example, the total thickness of the cooling device 41 can be set to 1 mm or less. Since the cooling device 41 can be configured to be very thin as described above, it is possible to reduce the thickness, weight, and size, and to reduce the thickness, weight, and size of an electronic device on which the cooling device 41 is mounted. .
[0043]
The substrate 45B may also be a flexible resin sheet. Use of such a flexible cooling device 41 is very effective for a small electronic device. In particular, it is useful for small electronic devices equipped with a CPU or the like, small robots, small digital cameras, fuel cells, and the like that easily generate heat and consume power due to the generation of heat.
[0044]
Furthermore, by adopting a flexible structure, when the cooling device 41 is mounted on the electronic device, the number of installation locations is reduced, which contributes to the reduction in size and thickness of the electronic device.
[0045]
An example of the manufacturing method of the cooling device 41 according to the fourth embodiment will be described below.
[0046]
For example, the cloth member 47 impregnated with the working fluid 46 is attached to the substrate 45B, and the cover sheet 45A is pressure-bonded to the substrate 45B. Specifically, using a vacuum press or the like, pressure bonding is performed while maintaining the vapor path 42b. Further, the cooling device 41 can be configured by laminating and pressing the substrate 45B, the cloth member 47, and the cover sheet 45A while keeping the vapor path 42b in a vacuum filled with water vapor. Further, the substrate 45B, the cloth member 47, and the cover sheet 45A are pressure-bonded in advance, high pressure air is injected from one end, and the working fluid 46 is generated by cooling, whereby the cooling device 41 can be configured.
[0047]
FIG. 12 is a perspective view showing a cooling unit in which a fan motor or the like is attached to the cooling device according to the first to fourth embodiments described above.
[0048]
In this example, a motor unit 60 mounted with a fan motor 63 and a heat sink 65 are attached to the heat radiating part side of the container 55 of the cooling device 51, and a heat spreader 62 is attached to the heat receiving part side. The heat generating element 3 is installed on the heat spreader 62. The heat sink 65 is fixed to the cooling device 51 by, for example, burring press fitting, adhesion, caulking, or the like. The heat spreader 62 is also fixed to the cooling device 51 by adhesion or caulking.
[0049]
Although not shown, of course, at least a cloth member is provided inside the container 55 of the cooling device 51 as means for generating a capillary tube.
[0050]
The fan motor 63 is housed in the case 64. Air taken into the case 64 from the outside by the fan motor 63 flows to the heat sink 34 side through the opening 64a of the case.
[0051]
In the apparatus having such a configuration, the heat of the heat generating element 3 is diffused by the heat spreader 62, and the heat is received by the heat receiving portion of the cooling device 51. The cooling device 51 transports the heat to the heat radiating portion side, that is, to the heat sink 65. The heat sink 65 is cooled by the air flow supplied from the fan motor 63 and dissipates the transmitted heat.
[0052]
With such a cooling unit, the thermal efficiency can be further improved, and the heating element 3 can be efficiently cooled.
[0053]
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible.
[0054]
The shape of the container of the cooling device is not limited to the shape described in the above embodiments, and may be, for example, a flat plate shape such as a triangle shape, an L shape, or a mouth shape. Moreover, the cross section of the container may have a substantially oval shape in which a circular shape is crushed, or is not limited to a flat plate shape, and a part of the surface of the container may be a curved surface shape.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat resistance can be reduced and the heating element can be efficiently cooled. In addition, the cooling device and the electronic device can be reduced in size, thickness, or weight.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a cooling device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the cooling device shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the cooling device shown in FIG. 1 taken along the line B-B.
4 is a cross-sectional view taken along the line CC of the cooling device shown in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional cooling device.
FIG. 6 is a perspective view for explaining the manufacturing method of the cooling device according to the first embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the cooling device 1 according to the first embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a cooling device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view of a cooling device according to a third embodiment of the present invention.
10 is a DD cross-sectional view of the cooling device shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a sectional view of a cooling device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing a cooling unit in which a fan motor is attached to the cooling device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11, 21, 31, 41, 51 ... Cooling device 2, 12, 22 ... Internal space 2a, 12a, ... 1st area | region 2b ... 2nd area | region 3 ... Heating element 5, 15, 25, 35, 45 55 ... Containers 5a, 5b, 25a, 25b, 35a ... Inner wall surfaces 5A, 25A ... Upper container members 5B, 25B ... Lower container members 6, 16, 36, 46 ... Working fluids 7, 17, 37, 47 ... Cloth members 38 ... Member 45A with higher thermal conductivity than cloth member ... Cover sheet 45B ... Substrate

Claims (2)

(a)コンテナの外部から受けた熱によって蒸発し、凝縮することで熱を放出する作用を有する作動流体を、凝縮した前記作動流体を還流させるための布部材に含浸させる工程と、
(b)前記コンテナの一部及び他部を構成する第1のコンテナ部材及び第2のコンテナ部材との間に前記布部材を挟みこむように積層して、水蒸気存在の減圧状態下で、接合する工程と
を具備することを特徴とする冷却装置の製造方法。
(A) impregnating a working fluid having a function of evaporating and condensing by heat received from outside the container into a cloth member for refluxing the condensed working fluid;
(B) Laminating the cloth member between the first container member and the second container member constituting a part and other parts of the container , and joining them under a reduced pressure condition in the presence of water vapor. The manufacturing method of the cooling device characterized by including these processes.
(a)コンテナの外部から受けた熱によって蒸発し、凝縮することで熱を放出する作用を有する作動流体を、凝縮した前記作動流体を還流させるための布部材に含浸させる工程と、(A) impregnating a working fluid having an action of evaporating and condensing by heat received from outside the container into a cloth member for refluxing the condensed working fluid;
(b)前記コンテナの一部及び他部を構成する第1のコンテナ部材及び第2のコンテナ部材との間に前記布部材を挟みこむようにして接合する工程と、  (B) a step of joining the cloth member so as to be sandwiched between a first container member and a second container member constituting a part and other parts of the container;
(c)接合された状態の前記コンテナの片端から高圧空気を注入し、冷却する工程と  (C) injecting high-pressure air from one end of the container in a joined state and cooling the container;
を具備することを特徴とする冷却装置の製造方法。  The manufacturing method of the cooling device characterized by comprising.
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