JP5334288B2 - ヒートパイプおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路、ＬＥＤ素子、パワーデバイス、電子部品などの発熱体を冷却するヒートパイプおよび電子機器に関するものである。

電子機器、産業機器および自動車などには、半導体集積回路、ＬＥＤ素子、パワーデバイスなどの電子部品が使用されている。これらの電子部品は、内部を流れる電流によって発熱する発熱体になっている。発熱体の発熱が一定温度以上となると、動作保証ができなくなる問題もあり、他の部品や筐体へ悪影響を及ぼし、結果として電子機器や産業機器そのものの性能劣化を引き起こす可能性がある。

このような発熱体を冷却するために、封入された冷媒の気化と凝縮による冷却効果を有するヒートパイプが提案されている。

ヒートパイプは、内部に封入された冷媒が気化する際に、発熱体から熱を奪って移動する。気化した冷媒は、放熱によって冷却されて凝縮し、凝縮した冷媒は再び還流する。この気化と凝縮の繰り返しによって、ヒートパイプは発熱体を冷却する。このようなヒートパイプに関する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１は、発熱体からの熱を放熱部材に移動して冷却する冷却システムを開示している。特許文献１は、半導体集積回路など単体でも発熱量の大きい発熱体を冷却対象とし、この発熱体からの熱を、受熱部、熱伝導要素、放熱部と伝導して発熱体を冷却する。

特許文献２は、冷却機能を有する電子基板を開示している。
特許第３２３３８０８号公報 特開平１１−１０１５８５号公報

近年では、冷却を必要とする発熱体の種類は様々であり、ヒートパイプは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）や大型の半導体集積回路だけでなく、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）をはじめとする発光素子も冷却する必要がある。ここで、発光素子は、非常に小型であったり、複数の素子からなるセットとなったりすることが多い。ここで、発光素子やヒートパイプが実装される空間は狭小空間であることが多い。

特許文献１に開示される冷却システムは、受熱部から熱伝導要素に向けて熱を拡散する。このため、特許文献１に開示される冷却システムは、発光素子を受熱部の裏面に配置する必要がある。こうなると、冷却システムの部材に発光素子が隠れてしまう問題がある。これを避けるために、冷却システムを略垂直方向に立設すると、冷却システムが余分な体積を占める問題がある。発光素子を起点として、放射状に熱が拡散するので、発光素子を起点に上下左右に冷却システムの部材が広がるからである。

このため、実装体積を削減するためには、発光素子を冷却システムの部材の端部に配置する必要があるが、特許文献１に開示される冷却システムでは、端部から熱伝導要素への熱拡散能力が低く、発光素子が端部に配置された場合の冷却能力が低い問題がある。これは、特許文献１の冷却システムにかかわらず、受熱部と、受熱部で気化した冷媒を通すパイプと、パイプから受けた気化冷媒を冷却する冷却部とが別部材であるヒートパイプでも同様である。すなわち、実装体積削減のために、発光素子を受熱部の端部に配置したいとしても、従来のヒートパイプや冷却システムでは、冷却能力が不十分である。

また、発光素子は半導体集積回路などに比較して小型であって複数個であることが多いので、発光素子が受熱部の中央付近に配置しにくい問題もある。

また、特許文献２の電子基板は、複数の細孔が整列しており、発光素子を端部に配置しやすいが、細孔同士が独立している上、気化した冷媒の拡散および凝縮した冷媒の還流に適した構成を有していないので、特許文献２の電子基板は、端部に配置された発光素子の冷却に適していない。

このように、従来のヒートパイプや冷却システムは、実装体積を削減するため、小型の発熱体を端部に配置して、端部に配置された発熱体を高い効率で冷却することができなかった。特に、従来のヒートパイプや冷却システムは、ヒートパイプや冷却システムの部材全体（すなわち体積全体）を活用して、端部に配置された発熱体を効率よく冷却できなかった。

また、高輝度ＬＥＤなどの発光素子では、フーリエの法則を勘案すると（１）熱を高効率に拡散して熱流束を下げることが重要である。すなわち、高い熱流束がヒートパイプに流入しても、ヒートパイプがドライアウト（気化した冷媒が凝縮できないままとなる状態）せずに冷却機能を継続できることが必要である。また、（２）ヒートパイプが拡散して輸送した熱を冷却する放熱部材との組み合わせが適切であることが必要である。

この点に鑑みると、特許文献１の冷却システムでは、伝熱板要素が金属板であるため、熱の拡散効果が不十分で熱流束を小さくできない。結果として、発熱体の温度を低く保つことが困難である。また、伝熱板要素において、発熱体から受け取った熱が温度勾配に従って放射状に伝熱してしまい、伝熱経路に対して積極的に熱を流入させる構造とはなっていない。このため、熱は、伝熱経路へ効率的に流入できない。

特許文献２の電子基板は、一次元的に熱を輸送することしかできず、発熱体からの発熱量が１００Ｗ（高輝度ＬＥＤでは、発熱量が１００Ｗにも達することがありうる）にも達する場合には、電子基板に含まれる冷媒がドライアウトしてしまい、発熱体の冷却が継続できなくなりうる。電子基板に含まれる冷媒の拡散方向と還流方向が一次元的であるので、気化した冷媒は、十分に冷却されにくく、ドライアウトが生じやすい。

すなわち、小型でありながら発熱量の大きな電子部品や電子素子からの熱を効率的に拡散・輸送して、放熱に繋げることのできる冷却装置が求められている。このとき発熱体からの熱が拡散・輸送される際に、熱の流入を阻害する要素が少ないことが重要である。更には、気化した冷媒の拡散がヒートパイプの筐体を効率的に利用して行われることで、気化した冷媒が高効率に冷却される必要がある。

すなわち、発熱量の非常に高い小型発光素子の冷却においては、（１）発熱体である発光素子を端部に実装しやすい、（２）端部に実装しても全体としての実装体積を大きくしすぎない、（３）受熱した熱の拡散と輸送における阻害要因が少ない、（４）ヒートパイプ全体を使って、熱を拡散・輸送できる、（５）気化した冷媒の拡散および凝縮した冷媒の還流が、ヒートパイプ全体を三次元的に使って行われる、ことが必要である。

本発明は、これらの要件に鑑みて、端部に配置された発光素子を、効率よく冷却でき、結果として狭小空間において効率よく実装できるヒートパイプおよび電子機器を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明のヒートパイプは、上部板と、上部板と対向する下部板と、上部板と下部板との間に積層される単数又は複数の中間板と、上部板、下部板および中間板の積層によって形成される冷媒を封入可能な本体部と、気化した冷媒を拡散可能な蒸気拡散路と、凝縮した冷媒を還流可能な毛細管流路と、を備え、蒸気拡散路は、本体部の第１端部から第１端部と対向する第２端部に向けて形成され、蒸気拡散路の第２端部における幅は、第１端部における幅よりも広くなるように、第１端部から第２端部にかけて末広がりである。

本発明のヒートパイプは、高輝度ＬＥＤなどの小型の電子部品である発熱体を、その端部に実装しやすい。さらに、本発明のヒートパイプは、発熱体が実装される端部から、その端部と対向する端部に向けて効率的に熱を拡散できる。特に、ヒートパイプ全体を三次元的に活用して気化した冷媒の拡散と凝縮した冷媒の還流を行えるので、気化した冷媒の冷却も効果的に行われる。

結果として、非常に高い熱量を有する高輝度ＬＥＤなどを端部に実装した場合でも、本発明のヒートパイプは、ドライアウトなどを生じさせずに冷却機能を維持できる。

本発明の第１の発明に係るヒートパイプは、上部板と、上部板と対向する下部板と、上部板と下部板との間に積層される単数又は複数の中間板と、上部板、下部板および中間板の積層によって形成される冷媒を封入可能な本体部と、気化した冷媒を拡散可能な蒸気拡散路と、凝縮した冷媒を還流可能な毛細管流路と、を備え、蒸気拡散路は、本体部の第１端部から第１端部と対向する第２端部に向けて形成され、蒸気拡散路の第２端部における幅は、第１端部における幅よりも広くなるように、第１端部から第２端部にかけて末広がりである。

この構成により、ヒートパイプは、第１端部に配置された発熱体からの熱を、効率よく第２端部に拡散できる。更には、ヒートパイプは、その全体を用いて気化した冷媒の拡散と凝縮した冷媒の還流ができ、拡散と還流とを相互に阻害させない。このため、端部に配置された発熱体の熱を、ヒートパイプ全体を効率よく利用して拡散できる。

この構成により、発熱体の配置される第１端部で気化した冷媒は、阻害されること無く第２端部に向けて拡散できる。このため、ヒートパイプの第１端部から第２端部にかけての熱拡散能力が向上する。

この構成により、発熱体の配置される第１端部で気化した冷媒は、阻害されること無く第２端部に向けて拡散できる。このため、ヒートパイプの第１端部から第２端部にかけての熱拡散能力が向上する。

本発明の第２の発明に係るヒートパイプでは、第１の発明に加えて、本体部の内部において、第１端部では、毛細管流路のみが設けられる

この構成により、発熱体の配置される第１端部で気化した冷媒は、阻害されること無く第２端部に向けて拡散できる上に凝縮した冷媒も阻害されること無く還流できる。すなわち、気化した冷媒の拡散と凝縮した冷媒の還流とが、最適なバランスをもって移動できる。結果として、ヒートパイプは、端部に配置された発熱体からの熱を、効率よく拡散できる。

本発明の第３の発明に係るヒートパイプでは、第１又は第２の発明に加えて、中間板は、切り欠き部と内部貫通孔を有し、切り欠き部は、蒸気拡散路を形成し、内部貫通孔は、毛細管流路を形成する。

この構成により、平面および厚み方向に気化した冷媒を拡散できる蒸気拡散路と、垂直もしくは垂直・平面方向に凝縮した冷媒を還流できる毛細管流路が、薄型のヒートパイプの内部であっても容易に形成できる。

本発明の第４の発明に係るヒートパイプでは、第３の発明に加えて、中間板は複数であって、複数の中間板のそれぞれに設けられた内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、内部貫通孔の水平方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成される。

この構成により、より微細な流路を持つ毛細管流路が容易に形成できる。

本発明の第５の発明に係るヒートパイプでは、第１から第４のいずれかの発明に加えて、上部板および下部板のそれぞれは、毛細管流路および蒸気拡散路の少なくとも一部と連通する凹部を更に備える。

この構成により、蒸気拡散路は、平面方向だけでなく厚み方向にも気化した冷媒を拡散できる。更には、気化した冷媒が接する表面積が大きくなり、気化した冷媒の冷却も促進される。また、毛細管流路への凝縮した冷媒の還流も促進される。

本発明の第６の発明に係るヒートパイプでは、第１から第５の発明に加えて、蒸気拡散路は、気化した冷媒を平面方向および厚み方向に拡散し、毛細管流路は、凝縮した冷媒を垂直もしくは垂直・平面方向に還流させる。

この構成により、ヒートパイプは、第１端部から第２端部にかけての、効率のよい熱拡散を実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

なお、本明細書におけるヒートパイプとは、内部空間に封入された冷媒が、発熱体からの熱を受けて気化し、気化した冷媒が冷却されて凝縮することを繰り返すことで、発熱体を冷却する機能を実現する部材、部品、装置、デバイスを意味する。

（実施の形態１）
（ヒートパイプの概念説明）
まず、ヒートパイプの概念について説明する。

ヒートパイプは、内部に冷媒を封入しており、受熱面となる面を、電子部品をはじめとする発熱体に接している。内部の冷媒は、発熱体からの熱を受けて気化し、気化する際に発熱体の熱を奪う。気化した冷媒は、ヒートパイプの中を移動（拡散）する。この移動によって発熱体の熱が運搬されることになる。移動した気化した冷媒は、ヒートパイプの放熱面などにおいて（あるいはヒートシンクや冷却ファンなどの二次冷却部材によって）冷却されて凝縮する。凝縮して液体となった冷媒は、ヒートパイプの内部を還流して再び受熱面に移動する。受熱面に移動した冷媒は、再び気化して発熱体の熱を奪う。

このような冷媒の気化と凝縮の繰り返しによって、ヒートパイプは発熱体を冷却する。このため、ヒートパイプは、その内部に気化した冷媒を拡散する蒸気拡散路と、凝縮した冷媒を還流させる毛細管流路を有する必要がある。

ヒートパイプには、筒状の形状を有して垂直方向に気化した冷媒を拡散させると共に垂直方向に凝縮した冷媒を還流させる構造を有するものや、発熱体と接する受熱部と冷媒を冷却する冷却部とが別体であってパイプで接続される構造を有するものなどがある。

これらの構造を有するヒートパイプは、受熱部で受けた熱によって気化した冷媒を、パイプなどの伝熱要素によって輸送するため、複雑な形状を有しており、発熱体を端部に実装しにくい。このため、平板状のヒートパイプが求められる。しかし、平板状のヒートパイプでも、中央から周辺に向けて熱を拡散するものであったり、直線的かつ１次元的にのみ熱を拡散するものであったりして、発熱量の大きな発熱体に対して、ドライアウトせずに端部からの熱拡散を実現できなかった。

本発明のヒートパイプは、端部に発熱体を実装可能であって実装体積を要さず、ヒートパイプ全体を三次元的に活用して熱を拡散して発熱体を冷却できる。

（全体構成）
まず、ヒートパイプの全体構成について図１、２を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの内面図であり、図２は、本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの断面図である。

図１は、ヒートパイプの内部を上から透視した図面を示しており、図２は、ヒートパイプの端部から見た断面図を示している。

ヒートパイプ１は、上部板３、下部板４、単数又は複数の中間板５、蒸気拡散路６、毛細管流路７を備える。下部板４は、上部板３に対向し、単数又は複数の中間板５は、上部板３と下部板４との間に積層される。本体部２は、上部板３、下部板４、中間板５の積層および接合によって形成され、冷媒１１を封入可能な内部空間を有する。この内部空間に封入された冷媒の気化と凝縮によって、ヒートパイプ１は、発熱体を冷却できる。

蒸気拡散路６は、切り欠き部８により形成され、毛細管流路５は、内部貫通孔９により形成される。

蒸気拡散路６は、気化した冷媒を拡散する。気化した冷媒は、蒸気拡散路６を経由して平面方向および厚み方向の少なくとも一方に拡散する。特に、蒸気拡散路６は、上部板３から下部板４にかけて形成されていることに加えて、蒸気拡散路６の少なくとも一部が、上部板３および下部板４の少なくとも一部に形成される凹部１２と連通することで、発熱体からの熱を受熱して気化した冷媒は、平面方向および厚み方向に沿って三次元的に拡散する。

図１から明らかな通り、蒸気拡散路６は、第１端部１５から第２端部１６に向けて形成される。このため、蒸気拡散路６は、気化した冷媒を第１端部１５から第２端部１６に向けて拡散する。すなわち、ヒートパイプ１は、端部１５から端部１６に向けた熱拡散特性を有している。

毛細管流路７は、冷却されて凝縮した冷媒を還流する。毛細管流路７は、凝縮した冷媒を垂直方向もしくは垂直・平面方向に還流させる。すなわち、毛細管流路７は、蒸気拡散路６と同じく三次元的に凝縮した冷媒を移動させる。このとき、毛細管流路７の少なくとも一部が凹部１２の一部と連通しているので、上部板３の凹部１２から毛細管流路７へ凝縮した冷媒が移動したり、その逆もあったりするので、冷媒は垂直方向にも移動できる。と同様に、毛細管流路７は、内部空間において平面的に形成されているので、冷媒は平面方向にも移動できる。このように、毛細管流路７も、凝縮した冷媒を三次元的に還流する。

加えて、蒸気拡散路６の形状に合わせて、毛細管流路７は、第１端部１５と第２端部１６にかけて形成されているので、毛細管流路７は、第２端部１６から第１端部１５に向けて、凝縮した冷媒を還流する。

これらの、気化した冷媒の拡散と凝縮した冷媒の還流が、第１端部１５と第２端部１６との間で行われることで、第１端部１５に配置された発熱体からの熱が、効率的に冷却される。第１端部１５で受熱した発熱体からの熱は、第１端部１５から第２端部１６に拡散される。第１端部１５から第２端部１６にかけて拡散されるので、この拡散は、ヒートパイプ１の全体を使って行われるのに等しい。また、拡散は、ヒートパイプ１全体で三次元的に行われるので、気化した冷媒は冷却されやすい。これは、気化した冷媒がヒートパイプ１全体を使って移動し、外界につながる部材（上部板３と下部板４および側面）との接触面積が広くなるからである。

同様に、毛細管流路７が、凝縮した冷媒を第２端部１６から第１端部１５に移動させることで、凝縮した冷媒が、第１端部１５に供給される。毛細管流路７は、蒸気拡散路６と分離された状態であるので、毛細管流路７は、拡散する蒸気による阻害をあまり受けずに、凝縮した冷媒を還流させることができる。このため、凝縮した冷媒の還流も、速い速度で行われる。結果として、発熱体が配置される第１端部１５には、凝縮した冷媒が繰り返し供給される。

特にこのとき、第１端部１５から第２端部１６に向けて蒸気拡散路６が形成されるだけでなく、蒸気拡散路６の位置と対応するように毛細管流路７が第２端部１６から第１端部１５に向けて形成され、第１端部１５と第２端部１６との間で、複数の通路となりうる複数の蒸気拡散路６と毛細管流路７が形成されている。さらには、図１に示されるとおり、一つの蒸気拡散路６と一つの毛細管流路７とが隣り合うようにして、第１端部１５と第２端部１６との間に位置しつつ蒸気拡散路６と毛細管流路７とが交互に並ぶことで、第１端部１５から第２端部１６への気化した冷媒の拡散と第２端部１６から第１端部１５への凝縮した冷媒の還流のバランスが図られる。ヒートパイプによる発熱体の冷却では、気化した冷媒の拡散だけでなく、凝縮した冷媒の効率よい還流も要求される。

このことからも、実施の形態１におけるヒートパイプ１は、第１端部１５と第２端部１６にかけて、蒸気拡散路６と毛細管流路７が形成されていることで（特に、複数の蒸気拡散路６と複数の毛細管流路７のそれぞれが、交互に並んで形成されていることで）、実施の形態１におけるヒートパイプ１は、端部に配置された発熱体を、高い効率で冷却できる。もちろん、ヒートパイプ１全体を使用して冷却できるので、無駄な部分がなく、余分な実装空間を要さない。

なお、図１より明らかな通り、ヒートパイプ１は、薄型で平板状を有するが、円形、楕円形、多角形など種々の形状を有してよい。勿論、湾曲していてもよい。

また、ヒートパイプ１は、そのサイズが特に限定されるものではないが、実用においては、あるサイズの範囲内であることが適当な場合がある。

一例として、ヒートパイプ１は、２０ｍｍ角以上２００ｍｍ角以下の方形を有し、更に１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有している。このように規定されるサイズは、冷却対象となる発熱体である電子部品のサイズや回路基板への実装上の容易性などから導入される。ヒートパイプ１がここで例として挙げたサイズを有することで、実装と冷却のバランスが適切に図られるからである。

勿論、ヒートパイプ１のサイズは、このサイズに限定されるものではなく、製造上の要求、使用上の要求、実装上の要求など、様々な要求に応じて定まればよい。

次に、各部の詳細について図２、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの分解断面図である。

なお、第１端部１５と第２端部１６とは、便宜上「第１」と「第２」を使い分けているだけで、特段の区別がされるものではなく、発熱体が配置される側を第１としているだけである。

（上部板）
上部板３は、平板状であり、所定の形状、面積を有している。

上部板３は、金属、樹脂などで形成されるが、銅、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレスなどの熱伝導率の高いあるいは防錆性（耐久性）の高い金属で形成されることが好ましい。また、上部板３は、方形、菱形、円形、楕円形、多角形など種々の形を有していてよい。

上部板３は、その一方の面であって中間板５と対向する面に、蒸気拡散路６および毛細管流路７の少なくとも一方と連通する凹部１２を有していることも好ましい。凹部１２が毛細管流路７と連通することで、凝縮した冷媒が、上部板３から毛細管流路７へと伝わりやすくなる。あるいは、凹部１２が蒸気拡散路６と連通することで、気化した冷媒が、上部板３の表面で広い面積で接しやすくなり、気化した冷媒の放熱が促進される。加えて、凹部１２が蒸気拡散路６と連通することで、気化した冷媒は平面方向のみならず厚み方向（垂直方向）にも拡散するようになり、気化した冷媒は、三次元的に拡散するようになる。

上部板３は、中間板５と接合される突起部や接着部を備えていることも好適である。上部板３は、便宜上「上部」との呼称となっているが、物理的に上部の位置に存在しなければならないわけではなく、下部板４と特段に区別されるものでもない。また、上部板３が発熱体と接する面となっても、発熱体と対向する面となってもかまわない。

また、上部板３は、冷媒の注入口１０を備えていてもよい。上部板３、中間板５、下部板４が積層されて接合されると内部空間が形成される。この内部空間には、冷媒を封入する必要があるので、上部板３などの接合後に注入口１０から冷媒が封入される。注入口１０は、冷媒が封入されると封止されて内部空間は密封される。

なお、冷媒は、積層後に注入口１０から封入されても良く、上部板３、下部板４、中間板５が積層される際に冷媒が封入されてもよい。

（下部板）
下部板４は、上部板３と対向して単数又は複数の中間板５を挟む。

下部板４は、金属、樹脂などで形成されるが、銅、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレスなどの熱伝導率の高いあるいは防錆性（耐久性）の高い金属で形成されることが好ましい。また、方形、菱形、円形、楕円形、多角形など種々の形を有していてよいが、上部板３と対向して本体部２を形成するので、上部板３と同一の形状、面積であることが好ましい。

下部板３は、その一方の面であって中間板５と対向する面に、蒸気拡散路６と毛細管流路７に連通する凹部１２を有していることも好適である。凹部１２が毛細管流路７と連通することで、凝縮した冷媒が、上部板３から毛細管流路７へと伝わりやすくなる。あるいは、凹部１２が蒸気拡散路６と連通することで、気化した冷媒が、上部板３の表面で広い面積で接しやすくなり、気化した冷媒の放熱が促進される。加えて、凹部１２が蒸気拡散路６と連通することで、気化した冷媒は平面方向のみならず厚み方向（垂直方向）にも拡散するようになり、気化した冷媒は、三次元的に拡散するようになる。これは、上部板３に凹部１２が設けられることと同様の意義を有する。

下部板４は、便宜上「下部」との呼称となっているが、物理的に下部の位置に存在しなければならないわけではなく、上部板３と特段に区別されるものでもない。

下部板４は、中間板５と接合される突起部や接着部を備えていることも好適である。

また、下部板４が、発熱体と接しても接しなくてもよい。

（中間板）
中間板５は、単数又は複数の板材である。図３では、ヒートパイプ１は、４枚の中間板５を有している。中間板５は、上部板３と下部板４の間に積層される。

中間板５は、金属、樹脂などで形成されるが、銅、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレスなどの熱伝導率の高いあるいは防錆性（耐久性）の高い金属で形成されることが好ましい。また、方形、菱形、円形、楕円形、多角形など種々の形を有していてよいが、上部板３および下部板４に挟まれて本体部２を形成するので、上部板３および下部板４と同一の形状であることが好ましい。なお、上部板３および下部板４に挟まれるので、中間板５の面積は、上部板３および下部板４と同一でも良く、若干小さくてもよい。

また、中間板５は、上部板３および下部板４と接続される際に用いられる突起や接着部を有していても良い。加えて、中間板４は、微小な断面積を有する内部貫通孔９を有している。この内部貫通孔９は、毛細管流路７を形成する。

最終的には、上部板３と下部板４の間に中間板５が積層されて接合されることで、本体部２が形成される。中間板５は、単数でも複数でもよい。但し、後述するように、より微小な断面積を有する毛細管流路７を形成するためには、中間板５は、複数であることが好ましい。

（本体部と端部）
本体部２は、上部板３、下部板４および上部板３と下部板４に挟まれる中間板５とが積層および接合されて形成される。本体部２は、ヒートパイプ１の基体となる部分である。本体部２は、内部空間を有し、内部空間は冷媒を封入する。また、内部空間は、蒸気拡散路６と毛細管流路７とを備える。

すなわち、本体部２は、ヒートパイプ１におけるヒートパイプとしての機能を発揮する。

第１端部１５は、本体部２の一方の端部であり、第２端部１６は、第１端部１５と対向する位置の端部（すなわち第１端部１５と逆側の端部）である。蒸気拡散路６は、第１端部１５から第２端部１６に向けて形成される。

なお、第１端部１５および第２端部１６における「端部」とは、本体部２の厳密な端面のみをさすのではなく、本体部２表面における端の位置を指す。すなわち、本体部２における端近辺の位置を、端部として呼称している。

なお、第１端部１５と第２端部１６との向き合わせの組み合わせは図１に示される以外であってもよい。また、本体部２において、第１端部１５や第２端部１６から金属板などが延長していたり突出していたりする場合でも、本体部２が有する内部空間における端であれば、突出する延長板の端部でなくとも、端部であるとみなしてよい。

（中間板と蒸気拡散路および毛細管流路）
次に、蒸気拡散路６および毛細管流路７について説明する。中間板５は、気化した冷媒を平面方向および厚み方向の少なくとも一方に拡散する蒸気拡散路６と、凝縮した冷媒を垂直方向もしくは垂直・平面方向に還流させる毛細管流路７を形成する。

まず、蒸気拡散路６について説明する。

中間板５は、切り欠き部８と内部貫通孔９を有している。

切り欠き部８は、蒸気拡散路６を形成する。上部板３と下部板４の間に中間板５が積層された場合に、切り欠き部８は空隙を形成する。この空隙が蒸気拡散路６となる。

ここで、切り欠き部８は、下部板４から上部板３にかけて空隙を作るので、蒸気拡散路６も、下部板４から上部板３にかけて形成される。加えて、蒸気拡散路６は、上部板３や下部板４に形成される凹部１２と連通するので、気化した冷媒は、蒸気拡散路６から凹部１２へ移動できる。凹部１２に到達した気化した冷媒は、再び蒸気拡散路６に移動できる。このように、気化した冷媒は、平面方向のみならず厚み方向にも拡散しつつ、第１端部１５から第２端部１６に向けて拡散する。

このように、蒸気拡散路６は、第１端部１５から第２端部１６にかけて形成される。この蒸気拡散路６以外の部分に毛細管流路７が形成されるので、蒸気拡散路６と毛細管流路７とは、本体部２の内部でまるで横縞のように交互に並列する。

ヒートパイプ１は、その一例として図１に示されるような第１端部１５から第２端部１６にかけて末広がりである蒸気拡散路６を有する。言い換えると、第１端部１５側での平面方向の蒸気拡散路６の断面積よりも、第２端部１６側での平面方向の蒸気拡散路６の断面積の方が広い。このような蒸気拡散路６の形状や構造は、中間板５の切り欠き部８によって定まる。

このように、第１端部１５から第２端部１６にかけて断面積が広がる形状の蒸気拡散路６によって、ヒートパイプ１は、第１端部１５から第２端部１６に向けての熱拡散特性を有する。なお、図１では、蒸気拡散路６が末広がりの形状を有しているが、第１端部１５から第２端部１６にかけての間で、屈曲や屈折があってもよく、断面積の増減の変動があってもよい。

次に毛細管流路７について説明する。

中間板１２は、内部貫通孔９を有している。内部貫通孔９は、微小な貫通孔であり、凝縮した冷媒が還流する毛細管流路７を形成する。中間板５が図３に示されるように切り欠き部８を有する場合には、切り欠き部８以外の部分に内部貫通孔９が形成される。

ここで、中間板５が単数の場合には、中間板５に設けられている内部貫通孔９がそのまま毛細管流路７になる。

これに対して、中間板５が複数である場合には、複数の中間板５のそれぞれに設けられた内部貫通孔９の一部のみが重なって、内部貫通孔９の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路７が形成される。このように、中間板５が複数である場合には、内部貫通孔９そのものの断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路７が形成されるので、毛細管流路７における凝縮した冷媒の還流をより効果的にできる。毛細管の断面積が小さいことで、毛細管現象による液体の移動が促進されるからである。

なお、ここで、中間板５のそれぞれには、複数の内部貫通孔９が設けられる。複数の内部貫通孔９が、複数の流路を有する毛細管流路７を形成できるからである。

内部貫通孔９は、中間板５表面から裏面にかけて貫通しており、その形状は円形でも楕円形でも方形でもよい。あるいはスリット形状でもよい。

内部貫通孔９は、掘削、プレス、ウェットエッチング、ドライエッチングなどで形成されれば良い。

中間板５が複数の場合には、内部貫通孔９は、複数の中間板５のそれぞれに設けられる。ここで、複数の中間板５は、その内部貫通孔９の一部同士のみがそれぞれ重なるように積層されるので、内部貫通孔９の位置は、隣接する中間板５毎にずれていることが適当である。例えば、ある中間板５における内部貫通孔９の位置と、この中間板５と隣接する別の中間板５における内部貫通孔９の位置は、内部貫通孔９の断面の一部ずつが重なるようにずれている。このように、隣接する中間板５毎に内部貫通孔９の位置がずれていることで、複数の中間板５が積層された場合に、内部貫通孔９の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路７が形成される。

毛細管流路７は、複数の中間板５が積層される際に、内部貫通孔９の一部同士が重なり合って、内部貫通孔９の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する。このような内部貫通孔９の断面積よりも小さな断面積を持つ孔が、ヒートパイプ１の垂直方向に積層され、垂直方向の孔同士が接続することで、垂直方向の流路が形成される。また、垂直方向において階段状の孔となるので、垂直方向であると同時に平面方向にも流れうる流路が形成される。この垂直・平面方向に形成される流路は、その断面積が非常に小さく、凝縮した冷媒を、垂直方向もしくは垂直・平面方向に還流させる。加えて、毛細管流路７は、凹部１２と連通するので、凹部１２において冷却されて凝縮された冷媒が、凹部１２から毛細管流路７に伝わって、そのまま毛細管流路７を通って還流する。このように、凹部１２と毛細管流路１２とが連通していることで、凝縮した冷媒の還流が促進される。

なお、内部貫通孔９の一部のみが重なるようにして、内部貫通孔９よりも小さな断面積を有する毛細管流路７が形成される場合には、毛細管流路７を直接加工するよりも、容易に製造できるメリットもある。

なお、毛細管流路７は、凝縮した冷媒を還流するが、気化した冷媒を通すこともありえる。

また、毛細管流路７、凹部１２の角部や切り欠き部８の角部は、面取りされていたり、Ｒが設けられていたりすることも好適である。毛細管流路７の断面は、六角形、円形、楕円形、方形、多角形など様々な断面形状を有していて良い。毛細管流路７の断面形状は、内部貫通孔９の形状と、内部貫通孔９同士の重ね合わせ方により定まる。また、断面積も同様に定まる。

（製造工程）
ここで、ヒートパイプ１の製造工程について説明する。

上部板３、下部板４、中間板５が積層されて接合されることでヒートパイプ１が製造される。

製造工程について図３を用いて説明する。

上部板３、下部板４および複数の中間板５（図３では中間板１２は４枚である）のそれぞれが同一位置で重なるような位置関係に合わせられる。加えて、複数の中間板５は、複数の中間板５のそれぞれに設けられた内部貫通孔９のそれぞれの一部のみが重なるような位置関係にあわせられる。

上部板３、下部板４および複数の中間板５の少なくとも一つは、接合突起を有している。

上部板３、下部板４、複数の中間板５は、位置あわせされた上で積層され、ヒートプレスによって直接接合されて一体化される。このとき、各部材は、接合突起によって直接接合される。

ここで、直接接合とは、接合しようとする２つの部材の面を密着させた状態で加圧しつつ熱処理を加えることであって、面部の間に働く原子間力によって原子同士を強固に接合させることであり、接着剤を用いることなく、２つの部材の面同士を一体化しうる。このとき、接合突起が強固な接合を実現する。

ヒートプレスにおける直接接合の条件として、プレス圧力は、４０ｋｇ／ｃｍ^２〜１５０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲内であり、温度は２５０〜４００℃の範囲内であることが好ましい。

次に、上部板３や下部板４の一部に空けられた注入口１０を通じて、冷媒が注入される。その後、注入口１０が封止されてヒートパイプ１が完成する。なお、冷媒の封入は真空または減圧下で行われる。真空または減圧下で行われることで、ヒートパイプ１の内部空間が真空または減圧された状態となって冷媒が封入される。減圧下であると、冷媒の気化・凝縮温度が低くなり、冷媒の気化・凝縮の繰り返しが活発になるメリットがある。

（動作説明）
次に、ヒートパイプ１の動作について説明する。

図４は、本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの内面図である。図４のヒートパイプ１は、図１と同様の形状の蒸気拡散路６と毛細管流路７とを備える。本体部２の第１端部１５に複数の発熱体２０が配置される。

ここで、発熱体２０は、小型であるが発熱量の大きな、高輝度ＬＥＤなどである。高輝度ＬＥＤは、電飾や自動車のヘッドランプのように複数の素子が用いられることが多く、図４に示されるように、第１端部１５に複数の発熱体２０が配置されることも多い。

第１端部１５に配置された発熱体２０は、それぞれ発熱する。ヒートパイプ１は、第１端部１５において上部板３や下部板４を介して発熱体２０からの熱を受熱する。受熱した熱によって、第１端部１５においては冷媒が気化する。冷媒は気化する際に発熱体２０の熱を奪い取る。気化した冷媒は、蒸気拡散路６を平面および厚み方向に渡って拡散する。蒸気拡散路６は、図４の通り第１端部１５から第２端部１６にかけて末広がりに形成されているので、気化した冷媒は、高速に第２端部１６に向けて拡散する。

気化した冷媒は、蒸気拡散路６を拡散するが、拡散によって凹部１２などを含めて広い面積で上部板３や下部板４と接する。図４では図示していないが、ヒートパイプ１の表面や第２端部１６の近辺に設けられたフィン、冷却ファン、液冷ジャケットなどによって、気化した冷媒は冷却される。冷却されると、気化した冷媒は凝縮する。凝縮した冷媒は、第２端部１６から毛細管流路７を介して、垂直もしくは垂直・平面方向に還流する。還流すると、凝縮して液体となった冷媒が再び第１端部１５に到達する。第１端部１５に到達した冷媒は、再び発熱体２０から熱を奪って気化し、気化した冷媒は、蒸気拡散路６を解して第１端部１５から第２端部１６へ拡散する。

このように、実施の形態１におけるヒートパイプ１では、本体部２の第１端部１５から第２端部１６にかけて、複数の蒸気拡散路６と毛細管流路７とが交互に並んでいる。更に、発熱体の配置位置となる第１端部１５における蒸気拡散路６の断面積よりも、第２端部１６における蒸気拡散路６の断面積の方が広い形状により、気化した冷媒の拡散速度が高まる。このような蒸気拡散路６の一例が、図１、図４に示されるように、第１端部１５から第２端部１６にかけて末広がりの形状を有する蒸気拡散路６である。

毛細管流路７は、この蒸気拡散路６が形成されている以外の領域に形成される。発明者の検討では、端部から端部への熱拡散と熱拡散の結果による発熱体の冷却では、気化した冷媒の拡散速度を凝縮した冷媒の還流に対して優先させつつそのバランスを取ることが適当である。このため、図１、図４に示される形状の蒸気拡散路６と毛細管流路７とにより、ヒートパイプ１は、気化した冷媒の拡散を凝縮した冷媒の還流に対してやや優先させている。発熱体の配置位置である第１端部１５から第２端部１６にかけて末広がりの形状を有する蒸気拡散路６では、気化した冷媒の移動空間が第１端部１５から第２端部１６にかけて徐々に広がるので、蒸気拡散路６は、気化した冷媒を拡散しやすい。結果として、気化した冷媒の拡散速度が速くなり、ヒートパイプ１は、第１端部１５に配置されている発熱体の熱拡散と冷却に優れている。

また、端部に配置された発熱体の冷却能力に優れることは、ヒートパイプを組み込む電子機器において余分な実装空間を要しないメリットも生じさせる。図５は、本発明の実施の形態１における電子機器の一部の内面図である。図５では、例えば映写機などの投影部分の一部を示している。

電子機器３０は、筐体３３、制御装置３１、投影用のレンズ３２を備え、投影用レンズ３２に光を投射する発光素子である発熱体２０と発熱体２０を冷却するヒートパイプ１を更に備えている。発熱体２０は、ヒートパイプ１の第１端部１５に配置されている。

レンズ３２は、発熱体２０である発光素子からの光を受ける必要があるので、発熱体２０は、レンズ３２の略中心線上に配置されることが好ましい。加えて制御装置３１は、レンズ３２から受けた光や映像を基に、種々の制御を行う必要があるので、制御装置３１は、レンズ３２の一部と対向していることも必要である。このため、図５に示すように、レンズ３２に対向する領域では、発熱体２０および制御装置３１との実装空間を必要とする。

ここで、発熱体２０を冷却するヒートパイプが、中央から周辺に向けて熱拡散するタイプであったり、受熱部と熱輸送部とに分かれた形態を有するものであったりすると、レンズ３２と対向する領域において、ヒートパイプが大きな実装空間を占めることになってしまう。こうなると、制御装置３１の実装領域が不足したり、レンズ３２への投影に悪影響が出たりする。

これに対して、実施の形態１におけるヒートパイプ１は、第１端部１５から第２端部１６にかけて熱を拡散できるので、第１端部１５に発熱体２０を配置できる。この結果、発熱体２０がレンズ３２の略中央線上にある場合には、ヒートパイプ１の第１端部１５も同様の位置に存在することになる。つまり、図５に示されるように、ヒートパイプ１は、レンズ３２の略中央線より下にかけての空間しか実装においては必要としない。

このように、実施の形態１におけるヒートパイプ１は、電子機器に実装される際に、余分な実装空間を要しないというメリットも有している。

（変形例）
次に、ヒートパイプ１の変形例について説明する。図６は、本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの変形例を示す内面図である。

図６に示されるヒートパイプ１では、第１端部１５における蒸気拡散路６の幅と第２端部１６における蒸気拡散路６の幅が略同一である。更には、蒸気拡散路６は、第１端部１５から第２端部１６にかけて同一幅であってもよい。

この場合も、ヒートパイプ１は、第１端部１５から第２端部１６にかけての熱拡散特性を有する。また、蒸気拡散路６以外の部分において毛細管流路７が形成される。なお、蒸気拡散路６は、第１端部１５から第２端部１６にかけて曲線であってもよく、屈曲部を有していても良く、幅において多少の差異を生じさせてもよい。このように、第１端部１５から第２端部１６にかけて略同一幅の蒸気拡散路６とこれと組になる毛細管流路７により、ヒートパイプ１は、第１端部１５から第２端部１６に向けた熱拡散特性に優れる。結果として、高輝度ＬＥＤなどの小型で発熱量の高い発熱体を、端部に配置した上で冷却することが可能となる。

以上のように、実施の形態１におけるヒートパイプ１（変形例も含む）は、（１）発熱体である発光素子を端部に実装しやすい、（２）端部に実装しても全体としての実装体積を大きくしすぎない、（３）受熱した熱の拡散と輸送における阻害要因が少ない（ヒートパイプ１全体を使用して気化した冷媒の拡散と凝縮した冷媒の還流を行い、途中でパイプなどの別部材へ熱を伝導する必要もないので）、（４）ヒートパイプ全体を使って、熱を拡散・輸送できる（ヒートパイプ内部が全体に渡って蒸気拡散路６と毛細管流路７とで構成されると共に、蒸気拡散路６と毛細管流路７とがバランスよく配置されているので）、（５）気化した冷媒の拡散および凝縮した冷媒の還流が、ヒートパイプ全体を三次元的に使って行われる（蒸気拡散路６は、平面および厚み方向に気化した冷媒を拡散し、毛細管流路７は、垂直もしくは垂直および平面方向に凝縮した冷媒を還流するので）、との点をいずれも充足している。

この結果、従来技術とは異なり、小型の発熱体であって特に発光素子のように配置位置に制限のある発熱体を配置して冷却できる。

また、ヒートパイプ１が、本体部２において交互に配置される蒸気拡散路６と毛細管流路７を備えることで、複数の発熱体２０が配置される場合でも、複数の発熱体２０のそれぞれを冷却できる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について説明する。

実施の形態２では、ヒートパイプ１の優位性についての実験結果を説明する。

発明者は、ヒートパイプ１が備える蒸気拡散路６と毛細管流路７との形状において、どのような形状が最適であるかを実験した。

発明者は、３つの実施例１〜３のヒートパイプについてシミュレーションを行った。このシミュレーション結果により、どの形状のヒートパイプが最適であるかを検討した。図７は、３つの実施例を表す模式図である。図７において、左から実施例１、実施例２、実施例３が表されている。

（実施例１）
実施例１のヒートパイプ４０は、第１端部１５から第２端部１６にかけて、幅が徐々に狭くなる蒸気拡散路６とこれに対応する毛細管流路７（第１端部１５から第２端部１６にかけて徐々に幅が広くなる毛細管流路７）を備えている。

（実施例２）
図１で示したのと同様に、実施例２のヒートパイプ４１は、第１端部１５から第２端部１６にかけて、幅が徐々に広くなる蒸気拡散路６とこれに対応する毛細管流路７（第１端部１５から第２端部１６にかけて徐々に幅が狭くなる毛細管流路７）を備えている。すなわち、ヒートパイプ４１は、第１端部１５における幅よりも、第２端部１６における幅の方が広い蒸気拡散路６を備えている。

（実施例３）
図６で示したのと同様に、実施例３のヒートパイプ４２は、第１端部１５から第２端部１６にかけて、同一幅を有する蒸気拡散路６とこれに対応する毛細管流路７（第１端部１５から第２端部１６にかけて同一幅である毛細管流路７）を備えている。すなわち、ヒートパイプ４２は、第１端部１５における幅と第２端部１６における幅とが略同一の蒸気拡散路６と毛細管流路７とを備えている。

実施例１〜３のいずれのヒートパイプも、第１端部１５から第２端部１６に向けた熱拡散を行えるような蒸気拡散路６と毛細管流路７とが形成されている。

（実験条件）
次の実験条件で実施した。

熱源：２×７ｍｍのサイズを有する熱源を第１端部１５の略中央に配置
熱的接合剤：サーマルグリス(アイネックス社製 ＰＡ−０８０)を使用
放熱処理：放熱側は、スポットクーラー(ダイキン社製 クリスプ)により強制空冷
上面温度分布測定：上面温度分布をサーモグラフィ(日本アビオニクス社製 TVS-200)で測定
熱源のヒーター出力：
Ｃａｓｅ１：１Ｗ（＝１ＭＷ／ｍ^２）・・実装される高輝度ＬＥＤの発熱量に相当する熱量
Ｃａｓｅ２：Ｔｓ＝９０℃となる出力
の２通りで実施。

比較対象：実施例１〜３のヒートパイプの温度変化状態を把握するために、銅板を比較対照とする。

以上の条件で、実施例１〜３のそれぞれのヒートパイプの第１端部１５の略中央に熱源を配置して熱拡散状態を計測した。

図８は、Ｃａｓｅ１での本発明の実施の形態２の実施例１〜３のヒートパイプ表面の温度分布図である。図８は、Ｃａｓｅ１でのシミュレーションによって計測されたヒートパイプ表面の温度状態を示している。また、実施例１〜３のヒートパイプの温度分布を確認するために、銅板をその比較対象として表している。

図８から明らかな通り、比較例である銅版に比べて、実施例１〜３のヒートパイプでは、いずれも中央付近の温度と周辺の温度差が小さく、実施例１〜３のヒートパイプは、高い熱拡散能力を有することが分かる。

また、３つの実施例の中では、実施例１のヒートパイプ４０は、表面温度が最も一定しているようにも見える。しかし、次のＣａｓｅ２の実験結果より、これはドライアウトしてしまい、結果として温度が一定あるいは低く見えるだけであると考えられる。

図９は、Ｃａｓｅ２での本発明の実施の形態２の一子例１〜３のヒートパイプ表面の温度分布図である。

図９より明らかな通り、実施例１のヒートパイプ４０の上面温度は低く、これはドライアウトしているものと考えられる。すなわち、冷媒が気化したままで凝縮できず、ヒートパイプ４０の上面に到達できていない（すなわち熱を包含した気化冷媒が内部空間に滞留してしまい、熱が上面に到達できないので、上面の温度が異常に低いままとなっていると考えられる）。これは、比較例としての銅版よりも上面温度が低いことからも適当な判断であると考えられる。

一方、実施例２と実施例３のヒートパイプ４１、４２のそれぞれは、図９からも明らかな通り、上面温度の違いはあまり無い。しかも、比較例である銅板は、熱源部分の温度が周囲よりも高く、熱を十分に拡散していない。これに対して実施例１、２のヒートパイプは、温度分布が一様であって、十分に熱を拡散していることが分かる。

次に、図１０に、実施例１〜３のそれぞれについて複数のサンプルを試作して、銅板に比較して上面中央の温度減少がどの程度となったかについての結果を示す。図１０は、実施の形態２における実験結果を示す説明図である。

図１０から明らかな通り、実施例１の効果は低いが、実施例２、３の効果は高い。実施例２，３で比較するとやや実施例３の方の効果が高く、第１端部１５に発熱体を配置する場合には、実施例３で示されるヒートパイプ４２が最適であるとも考えられる。ただし、実施例２と３との差異は極端ではなく、冷却対象の発熱体の特性に応じて、実施例２のヒートパイプ４１と実施例３のヒートパイプ４２とのいずれかが用いられればよい。

以上のように、実験からも、端部に配置した発熱体の冷却においては、第１端部１５から第２端部１６にかけて、幅が徐々に広がるもしくは略同一である形状を有する蒸気拡散路６と、蒸気拡散路６の形状に対応する毛細管流路７とを有するヒートパイプが好適であることが分かる。

（実施の形態３）
次の実施の形態３について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態３におけるヒートパイプの斜視図である。実施の形態３におけるヒートパイプは、湾曲している。

湾曲形状を有するヒートパイプ５０は、湾曲状の上部板５１、上部板５１と対向する湾曲状の下部板５２と、上部板５１と下部板５２との間に積層されると共に蒸気拡散路と毛細管流路との少なくとも一部を形成する単数又は複数の湾曲状の中間板５３を有する本体部５４を備える。図１１は、ヒートパイプ５０の外観からの斜視図を示しているので、内部は見えない。このため、図１１では、蒸気拡散路および毛細管流路を示すことはできないが、本体部５４の内部は、実施の形態１で説明したように形成される蒸気拡散路と毛細管流路を備えている。

図１１から明らかな通り、本体部５４は、全体として湾曲形状を有している。このように、湾曲形状を有するヒートパイプ５０は、狭小空間や複雑空間においても、容易に実装できる。

例えば、図１２に示すように、湾曲形状を有するヒートパイプ５０は、その湾曲形状を生かして、配置しにくい箇所に存在する発熱体５５を冷却できる。図１２は、本発明の実施の形態３における湾曲形状を有するヒートパイプの実装図である。

ヒートパイプ５０の第１端部に発熱体５５が配置されると、ヒートパイプ５０は、第１端部から第２端部に向けて（図中矢印）熱を拡散する。ファン５８が、第２端部に対して送風することで第２端部を冷却する。第２端部が冷却されることで、気化した冷媒は凝縮し、第２端部から第１端部にかけて（図中矢印の反対方向）凝縮した冷媒が還流する。

このように、実施の形態１で説明したヒートパイプ１が湾曲したヒートパイプ５０であることにより、発熱体５５やヒートパイプを配置しにくい実装状態でも、ヒートパイプ５０は端部に配置された発熱体５５を冷却できる。

なお、ヒートパイプ５５が実装しにくい状態とは例えば図１３に示されるように、ヒートパイプ５５の横に、実装基板や他の装置５６が存在する場合である。図１３は、本発明の実施の形態３における湾曲形状を有するヒートパイプの実装図である。

次に、湾曲形状を有するヒートパイプ５０の詳細について説明する。

図１４は、本発明の実施の形態３におけるヒートパイプの分解図である。図１４を用いて、湾曲形状を有するヒートパイプ５０について更に詳細を説明する。

湾曲した上部板５１と湾曲した下部板５２の間に、湾曲した中間板５３が挟まれて積層される。中間板５３は、切り欠き部６０と内部貫通孔６１を備え、切り欠き部６０は、蒸気拡散路６４を形成し、内部貫通孔６１は、毛細管流路６５を形成する。また、上部板５１および下部板５２の少なくとも一方は、凹部６２を有する。

上部板５１、下部板５２および中間板５３の少なくとも一つは、突起部６３を有しており、上部板５１、下部板５２および中間板５３同士が接合される際に、突起部６３が接着剤となる。突起部６３を接着剤として接合されると、湾曲形状を有する本体部５４が形成され、その内部には、蒸気拡散路６４と毛細管流路６５が形成される。このようにして、湾曲している上部板５１、下部板５２および中間板５３が接合されることで、湾曲形状を有するヒートパイプ５０が作られる。ヒートパイプ５０は、内部に冷媒を封入し、気化した冷媒は蒸気拡散路６４を経由して本体部５４内部を拡散し、凝縮した冷媒は、毛細管流路６５を経由して還流する。この冷媒の気化・凝縮の繰り返しにより、湾曲形状を有するヒートパイプ５０は、発熱体を冷却できる。

このように、湾曲した上部板５１、下部板５２、中間板５３を積層して接合することで、湾曲形状を有するヒートパイプ５０を得ることができる。

湾曲している以外では、上部板５１、下部板５２、中間板５３は、実施の形態１で説明したのと同様の構造や機能を有している。

このように、第１端部から第２端部への熱拡散に優れたヒートパイプは、湾曲していても良く、湾曲していることによる実装上のフレキシビリティの高さというメリットを生かしつつも端部に配置された発熱体の冷却に優れるというメリットを有している。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。

実施の形態４では、実施の形態１〜３で説明されたヒートパイプを実装した電子機器について説明する。

電子機器の一例を図１５に示す。図１５は、本発明の実施の形態４における電子機器の斜視図である。電子機器８２は、カーテレビやパーソナルモニターなどの薄型、小型が要求される電子機器である。

電子機器８２は、ディスプレイ８３、発光素子８４、スピーカ８５を備えている。この電子機器８２の内部にヒートパイプ１が格納されており、発熱体の冷却を実現する。

このようなヒートパイプ１が使用されることにより、電子機器の小型化や薄型化を阻害せずに、発熱体の冷却が実現できる。特に、ディスプレイ８３に必要となるＬＥＤなどの発熱体を、ヒートパイプ１は、端部に実装した上で冷却できる。このため、冷却性能は言うに及ばず、余分な実装空間を要さずにヒートパイプ１が実装できる。

このように考えると、ヒートパイプ１は、ノートブックパソコン、携帯端末、コンピュータ端末などに実装されている放熱フィンや液冷装置などに置き換えられたり、自動車や産業機器のライト、エンジン、制御コンピュータ部に実装されている放熱フレームや冷却装置などに、好適に置き換えられたりすることが可能である。ヒートパイプ１は、従来用いられている放熱フィンや放熱フレームよりも高い冷却能力を有するので、当然に小型化できる。更には発熱体へのフレキシブルな対応も可能であって、種々の電子部品を冷却対象にできる。結果として、ヒートパイプ１は、広い適用範囲を有する。

なお、実施の形態１〜４で説明されたヒートパイプや電子機器は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの内面図 本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの断面図 本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの分解断面図 本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの内面図 本発明の実施の形態１における電子機器の一部の内面図 本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの変形例を示す内面図 ３つの実施例を表す模式図 Ｃａｓｅ１での本発明の実施の形態２の実施例１〜３のヒートパイプ表面の温度分布図 Ｃａｓｅ２での本発明の実施の形態２の一子例１〜３のヒートパイプ表面の温度分布図 実施の形態２における実験結果を示す説明図 本発明の実施の形態３におけるヒートパイプの斜視図 本発明の実施の形態３における湾曲形状を有するヒートパイプの実装図 本発明の実施の形態３における湾曲形状を有するヒートパイプの実装図 本発明の実施の形態３におけるヒートパイプの分解図 本発明の実施の形態４における電子機器の斜視図

符号の説明

１ ヒートパイプ
２ 本体部
３ 上部板
４ 下部板
５ 中間板
６ 蒸気拡散路
７ 毛細管流路
８ 切り欠き部
９ 内部貫通孔
１０ 注入孔
１１ 冷媒
１２ 凹部
１５ 第１端部
１６ 第２端部

Claims (9)

1. 上部板と、
   前記上部板と対向する下部板と、
   前記上部板と前記下部板との間に積層される単数又は複数の中間板と、
   前記上部板、前記下部板および前記中間板の積層によって形成される冷媒を封入可能な本体部と、
   気化した前記冷媒を拡散可能な蒸気拡散路と、
   凝縮した前記冷媒を還流可能な毛細管流路と、を備え、
   前記蒸気拡散路は、前記本体部の第１端部から前記第１端部と対向する第２端部に向けて形成され、
   前記蒸気拡散路の第２端部における幅は、前記第１端部における幅よりも広くなるように、前記第１端部から前記第２端部にかけて末広がりである、ヒートパイプ。
2. 前記本体部の内部において、前記第１端部では、前記毛細管流路のみが設けられる、請求項１記載のヒートパイプ。
3. 前記中間板は、切り欠き部と内部貫通孔を有し、前記切り欠き部は、前記蒸気拡散路を形成し、前記内部貫通孔は、前記毛細管流路を形成する請求項１又は２記載のヒートパイプ。
4. 前記中間板は複数であって、前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、前記内部貫通孔の水平方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成される請求項３記載のヒートパイプ。
5. 前記上部板および前記下部板のそれぞれは、前記毛細管流路および前記蒸気拡散路の少なくとも一部と連通する凹部を更に備える請求項１から４のいずれか記載のヒートパイプ。
6. 前記蒸気拡散路は、気化した冷媒を平面方向および厚み方向に拡散し、前記毛細管流路は、凝縮した冷媒を垂直もしくは垂直・平面方向に還流させる請求項１から５のいずれか記載のヒートパイプ。
7. 前記第１端部に発熱体を実装可能であって、前記発熱体の熱を、前記第１端部から前記第２端部に向けて拡散可能である請求項１から６のいずれか記載のヒートパイプ。
8. 前記本体部が、湾曲している、請求項１から７のいずれか記載のヒートパイプ。
9. 請求項１から８のいずれか記載のヒートパイプと、
   前記第１端部に配置された発熱体と、
   前記ヒートパイプおよび前記発熱体を格納する筐体を備える電子機器。

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