JP5654186B1 - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

コンテナの高さ方向の距離によって制限されていた蒸気流路や液流路の断面積を従来よりも拡大することによって、蒸気流による圧力損失や作動液流による圧力損失を低減させ、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることが可能なシート状のヒートパイプを提供する。ヒートパイプ１０は、内部に空洞部を形成したコンテナ１１と、コンテナ１１内に格納配置された毛細管力を発生するウィック構造体１３ａと、コンテナ１１内の空洞部に封入された作動液と、を備えている。また、コンテナ１１の空洞部は、コンテナ１１内に格納配置されたウィック構造体１３ａで占められたウィック占領部１３と、ウィック構造体１３ａで占められていない空間部１２とからなっている。ヒートパイプ１０には、蒸気流路となる空間部１２の高さが、液流路となるウィック占領部１３の高さよりも高くなるように、突起部１４が設けられている。

Description

本発明は、ヒートパイプに関する。特に、タブレット、スマートフォン、ノート型ＰＣ等の筐体内に実装されている半導体素子（ＣＰＵ、ＧＰＵ等）等の発熱部品を効率よく冷却するためのシート状のヒートパイプに関する。

近年、タブレット、スマートフォン、ノート型ＰＣ等の小型化、薄型化、高性能化された筐体内に実装される半導体素子（ＣＰＵ、ＧＰＵ等）等の発熱部品（被冷却部品）を効率よく冷却するための小型化、薄型化された冷却機構が強く望まれている。その代表的な冷却機構の１つに、ヒートパイプがある。

ヒートパイプは、真空脱気した密閉金属管などの容器（コンテナ）の内部に、凝縮性の流体を作動液として封入したものであり、温度差が生じることにより自動的に動作し、高温部（吸熱側）で蒸発した作動液が低温部（放熱側）に流動して放熱・凝縮することにより、作動液の潜熱として熱輸送する。

即ち、ヒートパイプの内部には作動液の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動液が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱により、作動液が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動液の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動液は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動液の相変態や移動によって熱の移動が行われる。

ヒートパイプには、その形状において、丸パイプ形状のヒートパイプ、シート状のヒートパイプ等がある。タブレット、スマートフォン、ノート型ＰＣ等の小型化、薄型化、高性能化された筐体内に実装される発熱部品の冷却用としては、発熱部品への取り付けが容易であること、広い接触面が得られることから、シート状のヒートパイプが好んで用いられる。

従来のシート状のヒートパイプは、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、コンテナ９１１の表面が平坦なシート状のヒートパイプ９００であった。尚、図１４は、従来のシート状のヒートパイプの一例であるヒートパイプ９００を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ９００の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートパイプ９００のＡ−Ａ線における概略断面図である。図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来のヒートパイプ９００は、対向配置されたシート状の部材９１１ａ、９１１ｂの周囲を接合することで、内部に空洞部を形成したコンテナ９１１を備えており、コンテナ９１１の空洞部は、コンテナ９１１内に格納配置されたウィック構造体９１３ａで占められたウィック占領部９１３と、ウィック構造体９１３ａで占められていない空間部９１２とからなっている。

また、従来のコンテナの表面が平坦なシート状のヒートパイプの別な例として、対向配置された金属平板とカバー用金属平板によってコンテナが形成されたコンテナの表面が平坦なシート状のヒートパイプであって、コンテナの内側となる金属平板部分に浅溝部と深溝部からなる異形断面溝を形成し、深溝部を蒸気流路とし、浅溝部を液流路とすることによって、薄型で、広い接触面積を得ることができる平面状のヒートパイプが挙げられる（特許文献１）。

特開２０００−１１１２８１号公報

しかしながら、従来のコンテナの表面が平坦なシート状のヒートパイプでは、蒸発した作動液の流路である蒸気流路の断面積及び液相状態の作動液の流路である液流路の断面積が、コンテナの高さ方向（シート状のヒートパイプの厚さ方向）の距離によって制限されてしまっていた。その為、小型化、薄型化されたシート状のヒートパイプにおいては、コンテナの高さ方向の距離制限によって、蒸気流路や液流路の断面積が制限されてしまい、作動液が蒸発した蒸気流による圧力損失やウィック中を還流する作動液の液流による圧力損失が、ヒートパイプ内部の圧力均衡において支配的になり、最大熱輸送量低下や熱抵抗増加の原因となるという問題があった。

また、シート状のヒートパイプの放熱効率を上げるために、シート状のヒートパイプにフィンを半田付け等の手段を用いて接合させる必要もあった。例えば、図１６は、シート状のヒートパイプにフィンが接合された従来のヒートシンク９３０を説明するための図で、（ａ）は、ヒートシンク９３０の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートシンク９３０のＡ−Ａ線における概略断面図である。図１６に示すように、ヒートシンク９３０は、平らな板材の一方の面に複数の放熱フィン９３６が接合されたプレート材９３５を、図１４に示したシート状のヒートパイプ９００の一方の表面に接合した構成になっている。そのため、ヒートシンク９３０は、プレート材９３５に接合されている放熱フィン９３６を介して、ヒートパイプ９００の熱を放熱させることにより、ヒートパイプ９００だけの構成よりも高い放熱効率となる。

そこで、本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、コンテナの高さ方向の距離によって制限されていた蒸気流路や液流路の断面積を従来よりも拡大することによって、蒸気流による圧力損失や作動液流による圧力損失を低減させ、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることが可能なシート状のヒートパイプを提供することを目的とする。

上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。
本発明の第１の態様にかかるヒートパイプは、内部に空洞部を形成したコンテナと、前記コンテナ内に格納され毛細管力を発生するウィック構造体と、前記コンテナ内の前記空洞部に封入された作動液と、を備えたシート状のヒートパイプであって、
前記コンテナ内の前記空洞部は、前記ウィック構造体で占められたウィック占領部と、前記ウィック構造体で占められていない空間部とからなり、
前記ウィック占領部と前記空間部の少なくとも一部には、突起部を備えており、
前記突起部は、当該突起部の短手方向断面が前記ウィック占領部と前記空間部の高さ方向に突出した形状であり、当該突起部の長手方向が前記コンテナの表面に沿って延びており、
前記ウィック占領部の高さが前記空間部の高さよりも高くなるように前記突起部が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、蒸発した作動液の流路（蒸気流路）となる空間部と、凝縮した作動液の流路（液流路）となるウィック占領部との少なくとも一部に、流路形状に合わせた突起部を備えることにより、蒸気流路の高さと液流路の高さを異なるようにすることができる。そのため、従来のコンテナの高さ方向の距離制限によって、制限されていた蒸気流路や液流路の断面積を拡大させることができ、蒸気流による圧力損失や作動液流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

また、突起部がフィンの役割を果たすため、コンテナの表面が平坦な従来のシート状のヒートパイプよりも、放熱効率が向上する。更に、放熱効率の向上によって、従来別部材として半田付け等によって接合されていたフィンをヒートパイプに取り付ける必要が無くなるため、フィンに関する取り付け作業コストや材料コストを削減することができる。

また、コンテナの高さ方向の距離以上に液流路の高さを高くすることができるので、従来のコンテナの高さ方向の距離制限によって、制限されていた液流路の断面積を高さ方向へ拡大させることができ、作動液流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

また、従来のように、蒸気流路となる空間部の高さと、空間部を支持するウィック構造体で占められているウィック占領部の高さとが同じ場合、蒸気流路の断面積を横方向（蒸気流路の短手方向）へ拡大させると、即ち、ウィック構造体による空間部の支持間隔を拡大させると、大気圧によって空間部に相当するコンテナの部分が大きく変形し、蒸気流路を閉塞させてしまう。そのため、蒸気流路の断面積を横方向へ拡大させることができなかった。しかしながら、本発明の第１の態様にかかるヒートパイプのように、ウィック占領部の高さを空間部の高さよりも高くした構成によれば、空間部の支持間隔を拡大させても、大気圧によるコンテナの変形によって、蒸気流路が閉塞することはない。従って、蒸気流路の断面積を横方向へ拡大させることができ、蒸気流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

本発明の第２の態様にかかるヒートパイプは、上述した本発明の第１の態様にかかるヒートパイプにおいて、前記突起部は、高さ方向に対向配置される前記コンテナの両面側に、それぞれ形成されていることを特徴とする。

本発明の第３の態様にかかるヒートパイプは、上述した本発明の第１または２の態様にかかるヒートパイプにおいて、前記突起部は、当該突起部の短手方向断面において、短手方向の当該突起部の中央部分の高さが、当該突起部の立ち上がり開始となる底部の高さよりも高いことを特徴とする。

本発明の第４の態様にかかるヒートパイプは、上述した本発明の第１乃至３のいずれか１つの態様にかかるヒートパイプにおいて、前記突起部の高さが、当該突起部の長手方向に沿って増加または減少していることを特徴とする。このような突起部の形状にすることにより、突起内部での蒸気の圧力差を生じしやすくする。すなわち、発熱源からの潜熱を受け取り発生した蒸気は、突起部の高さがより高い方に拡散しやすくなり、熱拡散性能が向上する。

本発明の第５の態様にかかるヒートパイプは、上述した本発明の第１乃至４のいずれか１つの態様にかかるヒートパイプにおいて、長手方向が一方向に揃って並列配置された複数の前記突起部である並列突起部と、前記複数の並列突起部を連通する前記突起部である連通突起部と、が一体に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、並列配置された並列突起部と、該並列突起部を連通する連通突起部とによって、蒸気流路または液流路となる突起部が構成されているため、蒸発した作動液または凝縮した作動液が、コンテナの一方向だけでなく、コンテナの面全体に移動するため、ヒートパイプの均熱性が高まり、放熱効率（冷却効果）が向上する。

本発明の第１の態様にかかるヒートシンクは、上述した本発明の第１乃至５のいずれか１つの態様にかかるヒートパイプと、放熱フィンと、を備えていることを特徴とする。

本発明にかかるヒートパイプは、蒸発した作動液の流路（蒸気流路）となる空間部と、凝縮した作動液の流路（液流路）となるウィック占領部との少なくとも一部に、流路形状に合わせた突起部を備えることにより、蒸気流路の高さと液流路の高さを異なるようにすることができる。そのため、従来のコンテナの高さ方向の距離制限によって、制限されていた蒸気流路や液流路の断面積を拡大させることができ、蒸気流による圧力損失や作動液流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

特に、空間部の高さをウィック占領部の高さよりも高くした構成にすることによって、コンテナの高さ方向の距離以上に蒸気流路の高さを高くすることができるため、蒸気流路の断面積を高さ方向へ拡大させることができ、蒸気流による圧力損失を低減させることができる。

また、ウィック占領部の高さを空間部の高さよりも高くした構成にすることによって、コンテナの高さ方向の距離以上に液流路の高さを高くすることができるため、液流路の断面積を高さ方向へ拡大させることができ、作動液流による圧力損失を低減させることができる。更に、空間部の支持間隔を拡大させても、大気圧によるコンテナの変形によって、蒸気流路が閉塞することがないため、蒸気流路の断面積を横方向へ拡大させることができ、蒸気流による圧力損失を低減させることができる。

また、本発明にかかるヒートパイプは、突起部がフィンの役割を果たすため、コンテナの表面が平坦な従来のシート状のヒートパイプよりも、放熱効率が向上する。更に、放熱効率の向上によって、従来別部材として半田付け等によって接合されていたフィンをヒートパイプに取り付ける必要が無くなるため、フィンに関する取り付け作業コストや材料コストを削減することができる。

本発明の第１の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ１０を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ１０の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートパイプ１０のＡ−Ａ線における概略断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ２０を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ２０の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートパイプ２０のＡ−Ａ線における概略断面図である。 大気圧によるヒートパイプ２０のコンテナ２１の変形を説明するための図である。 突起部の高さと大気圧によるヒートパイプのコンテナの変形量との関係を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ１０の説明図であり、（ｂ）は、ヒートパイプ２０の説明図である。 本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ３０の概略横断面図である。 本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ４０の概略横断面図である。 本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ５０を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ５０の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートパイプ５０のＡ−Ａ線における概略断面図である。 本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ６０の概略横断面図である。 本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ７０の概略斜視図である。 本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ８０の概略斜視図である。 本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ９０の概略斜視図である。 本発明の実施形態にかかるヒートシンクの一例であるヒートシンク２００を説明するための図で、（ａ）は、ヒートシンク２００の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートシンク２００のＡ−Ａ線における概略断面図である。 本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ１００の概略斜視図である。 従来のシート状のヒートパイプの一例であるヒートパイプ９００を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ９００の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートパイプ９００のＡ−Ａ線における概略断面図である。 大気圧によるヒートパイプ９００のコンテナ９１１の変形を説明するための図である。 シート状のヒートパイプにフィンが接合された従来のヒートシンク９３０を説明するための図で、（ａ）は、ヒートシンク９３０の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートシンク９３０のＡ−Ａ線における概略断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本実施の形態における記述は、本発明にかかるヒートパイプの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるヒートパイプの細部構成等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

まず、本発明の第１の実施形態にかかるヒートパイプの一例について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ１０を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ１０の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートパイプ１０のＡ−Ａ線における概略断面図である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第１の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ１０は、対向配置されたシート状の部材１１ａ、１１ｂの周囲を接合することで、内部に空洞部を形成したコンテナ１１と、コンテナ１１内に格納配置された毛細管力を発生するウィック構造体１３ａと、コンテナ１１内の空洞部に封入された作動液（図示せず）と、を備えている。ヒートパイプ１０は、コンテナ１１内にウィック構造体１３ａを作動液と共に封入し、空気を抜いた後、コンテナ１１を密閉封止することによって形成される。

コンテナ１１の空洞部は、コンテナ１１内に格納配置されたウィック構造体１３ａで占められたウィック占領部１３と、ウィック構造体１３ａで占められていない空間部１２とからなっている。また、コンテナ１１の短手方向（Ｘ方向）と空間部１２の短手方向とが同じで、かつ、コンテナ１１の長手方向（Ｙ方向）が空間部１２の長手方向になっており、更に、ウィック占領部１３と空間部１２とが、空間部１２の短手方向に交互に配置されている。尚、図１（ａ）及び（ｂ）では、コンテナ１１の短手方向と空間部１２の短手方向とが同じで、かつ、コンテナ１１の長手方向と空間部１２の長手方向とが同じであるが、これに限定されることがなく、例えば、コンテナの長手方向と空間部の短手方向とが同じで、かつ、コンテナの短手方向と空間部の長手方向とが同じような構成であっても良い。

空間部１２は、ウィック構造体１３ａによって空間構造が支持されており、蒸発した作動液の流路（蒸気流路）となっている。また、ウィック占領部１３は、ウィック構造体１３ａの毛細管力によって、凝縮した作動液の流路（液流路）となっている。更に、ヒートパイプ１０には、蒸気流路となる空間部１２の高さ（Ｚ方向の距離）が、液流路となるウィック占領部１３の高さよりも高くなるように、突起部１４が設けられている。

突起部１４は、横幅（Ｘ方向の幅）が空間部１２の横幅と略同じで、高さ方向（Ｚ方向）に突出した矩形形状の断面（短手方向断面または横断面）を有し、該突起部１４の長手方向がコンテナ１１の表面に沿って、かつ、空間部１２の長手方向に沿って延びている。即ち、突起部１４の長手方向は、突出した矩形形状の連なる方向であり、図１（ａ）及び（ｂ）に記載の突起部１４は、コンテナ１１を構成するシート状の部材１１ａの表面に沿って、かつ、空間部１２の長手方向に沿って、該突起部１４の長手方向が形成されている。

上述したように、本発明の第１の実施形態にかかるヒートパイプ１０は、突起部１４を備えることにより、蒸気流路となる空間部１２の高さが液流路となるウィック占領部１３の高さよりも高くなっている。そのため、図１４（ａ）及び（ｂ）で示した従来のヒートパイプ９００のコンテナ９１１の高さ方向の距離制限により制限されていた空間部９１２の断面積よりも、ヒートパイプ１０の空間部１２の断面積が、高さ方向へ拡大している。即ち、本発明の第１の実施形態にかかるヒートパイプ１０は、従来のヒートパイプ９００よりも、蒸気流路の断面積が高さ方向へ拡大した構成になっており、従来のヒートパイプ９００よりも、蒸気流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

また、本発明の第１の実施形態にかかるヒートパイプ１０は、突起部１４がフィンの役割を果たすため、図１４（ａ）及び（ｂ）で示したコンテナ９１１の表面が平坦な従来のシート状のヒートパイプ９００よりも、放熱効率が向上する。更に、放熱効率の向上によって、従来別部材として半田付け等によって接合されていたフィンをヒートパイプ１０に取り付ける必要が無くなるため、フィンに関する取り付け作業コストや材料コストを削減することができる。

次に、本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプの一例について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ２０を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ２０の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートパイプ２０のＡ−Ａ線における概略断面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプの一例であるヒートパイプ２０は、対向配置されたシート状の部材２１ａ、２１ｂの周囲を接合することで、内部に空洞部を形成したコンテナ２１と、コンテナ２１内に格納配置された毛細管力を発生するウィック構造体２３ａと、コンテナ２１内の空洞部に封入された作動液（図示せず）と、を備えている。ヒートパイプ２０は、コンテナ２１内にウィック構造体２３ａを作動液と共に封入し、空気を抜いた後、コンテナ２１を密閉封止することによって形成される。

コンテナ２１の空洞部は、コンテナ２１内に格納配置されたウィック構造体２３ａで占められたウィック占領部２３と、ウィック構造体２３ａで占められていない空間部２２とからなっている。また、コンテナ２１の短手方向（Ｘ方向）と空間部２２の短手方向とが同じで、かつ、コンテナ２１の長手方向（Ｙ方向）が空間部２２の長手方向になっており、更に、ウィック占領部２３と空間部２２とが、空間部２２の短手方向に交互に配置されている。尚、図２（ａ）及び（ｂ）では、コンテナ２１の短手方向と空間部２２の短手方向とが同じで、かつ、コンテナ２１の長手方向と空間部２２の長手方向とが同じであるが、これに限定されることがなく、例えば、コンテナの長手方向と空間部の短手方向とが同じで、かつ、コンテナの短手方向と空間部の長手方向とが同じような構成であっても良い。

空間部２２は、ウィック構造体２３ａによって空間構造が支持されており、蒸発した作動液の流路（蒸気流路）となっている。また、ウィック占領部２３は、ウィック構造体２３ａの毛細管力によって、凝縮した作動液の流路（液流路）となっている。更に、ヒートパイプ２０には、液流路となるウィック占領部２３の高さ（Ｚ方向の距離）が、蒸気流路となる空間部２２の高さよりも高くなるように、突起部２４が設けられている。

突起部２４は、横幅（Ｘ方向の幅）がウィック占領部２３の横幅と略同じで、高さ方向（Ｚ方向）に突出した矩形形状の断面（短手方向断面または横断面）を有し、該突起部２４の長手方向がコンテナ２１の表面に沿って、かつ、ウィック占領部２３の長手方向に沿って延びている。即ち、突起部２４の長手方向は、突出した矩形形状の連なる方向であり、図２（ａ）及び（ｂ）に記載の突起部２４は、コンテナ２１を構成するシート状の部材２１ａの表面に沿って、かつ、ウィック占領部２３の長手方向に沿って、該突起部２４の長手方向が形成されている。

上述したように、本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプ２０は、突起部２４を備えることにより、液流路となるウィック占領部２３の高さが蒸気流路となる空間部１２の高さよりも高くなっている。そのため、図１４（ａ）及び（ｂ）で示した従来のヒートパイプ９００のコンテナ９１１の高さ方向の距離制限により制限されていたウィック占領部９１３の断面積よりも、ヒートパイプ２０のウィック占領部２３の断面積が、高さ方向へ拡大している。即ち、本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプ２０は、従来のヒートパイプ９００よりも、液流路の断面積が高さ方向へ拡大した構成になっており、従来のヒートパイプ９００よりも、作動液流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

また、図１４（ａ）及び（ｂ）で示したように、従来のヒートパイプ９００は、蒸気流路となる空間部９１２の高さと、空間部９１２を支持するウィック構造体９１３ａで占められているウィック占領部９１３の高さとが、同じである。この従来の構成のまま、空間部９１２（蒸気流路）の断面積を横方向（Ｘ方向）へ拡大させた場合、即ち、空間部９１２の支持間隔を拡大させた場合、図１５に示すように、大気圧によって空間部９１２に相当するコンテナ９１１の部分が大きく変形し、蒸気流路を閉塞させてしまう。そのため、従来のヒートパイプ９００は、蒸気流路の断面積を横方向へ拡大させることができなかった。

しかしながら、上述したように、本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプ２０は、突起部２４を備えることにより、液流路となるウィック占領部２３の高さが蒸気流路となる空間部２２の高さがよりも高くなっている。そのため、空間部２２の支持間隔を拡大させても、即ち、空間部２２（蒸気流路）の断面積を横方向（Ｘ方向）へ拡大させても、図３に示すように、大気圧によるコンテナ２１の変形によって、蒸気流路となる空間部２２が閉塞することはない。従って、本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプ２０は、従来のヒートパイプ９００よりも、蒸気流路の断面積が横方向へ拡大した構成にすることができ、蒸気流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

また、本発明の第２の実施形態にかかるヒートパイプ２０は、突起部２４がフィンの役割を果たすため、図１４（ａ）及び（ｂ）で示したコンテナ９１１の表面が平坦な従来のシート状のヒートパイプ９００よりも、放熱効率が向上する。更に、放熱効率の向上によって、従来別部材として半田付け等によって接合されていたフィンをヒートパイプ２０に取り付ける必要が無くなるため、フィンに関する取り付け作業コストや材料コストを削減することができる。

上述した本発明のヒートパイプ１０，２０は、ヒートパイプ１０，２０の内圧が、ヒートパイプ１０，２０の外圧（大気圧）よりも低くなるため、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、大気圧により、空間部１２，２２の頂辺に相当するコンテナ１１，２１の部分１５，２５が変形する。この変形によって、蒸気流路となる空間部１２，２２の閉塞が発生しないようにするため、本発明のヒートパイプ１０，２０は、下記の関係式（１）及び（２）を満たすような構成になっていることが望ましい。

ここで、
Ｔ（単位：ｍ）は、突起部１４，２４の高さであり、
ω（単位：ｍ）は、空間部１２，２２の頂辺に相当するコンテナ１１，２１の部分１５，２５の最大変形量であり、
Ｐ₀（単位：Ｐａ）は、大気圧であり、
Ｐ（単位：Ｐａ）は、ヒートパイプ１０，２０の内圧であり、
ａ（単位：ｍ）は、隣接するウィック構造体の間の距離（空間部１２，２２のＸ方向の距離）であり、
ｈ（単位：ｍ）は、コンテナ１１，２１の肉厚であり、
Ｅ（単位：Ｐａ）は、コンテナ１１，２１の縦弾性係数である。

本発明のヒートパイプ１０，２０を、上記の関係式（１）及び（２）を満たす構成にすることによって、コンテナ１１，２１の変形に伴う空間部１２，２２の閉塞の発生を起こさずに、蒸気流路となる空間部１２，２２の断面積を拡大することができる。その結果、蒸気流による圧力損失を低減させることができ、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

また、上述した本発明のヒートパイプ１０，２０は、突起部１４，２４の断面形状が矩形形状であったが、本発明にかかるヒートパイプの突起部の断面形状は、矩形形状に限定されることはない。図５及び図６は、本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ３０、４０の概略横断面図（短手方向断面図）である。図５に示すように、突起部３４の断面形状が円弧形状であっても良い。また、図６に示すように、突起部４４の断面形状が三角形状であっても良い。尚、図５及び図６では、ヒートパイプ３０、４０の空間部３２，４２に、突起部３４，４４が設けられている場合を示しているが、図２（ｂ）に示したように、ヒートパイプのウィック占領部に突起部が設けられている場合も、図５及び図６に示したように、突起部の断面形状が円弧形状や三角形状であっても良い。

突起部は、好ましくは、該突起部の中央部分の高さが、突起部の立ち上がり開始となる底部の高さよりも高いことが望ましい。ここで、突起部の中央部分とは、図１（ｂ）における突起部１４の頂辺部分１４１であり、図２（ｂ）における突起部２４の頂辺部分２４１であり、図５における突起部３４の円弧の最も高い部分３４１であり、図６における突起部４４の三角形の頂点部分４４１である。また、突起部の立ち上がり開始となる底部とは、図１（ｂ）におけるウィック占領部１３の部分１３１であり、図２（ｂ）における空間部２２の部分２２１であり、図５におけるウィック占領部３３の部分３３１であり、図６におけるウィック占領部４３の部分４３１である。

上述したように、本発明の実施形態にかかるヒートパイプは、該ヒートパイプが配置される筐体内の空間形状や、被冷却部品の配置に合わせて、突起部を最も適した断面形状にすることで、蒸気流路となる空間部の断面積や、液流路となるウィック占領部の断面積を大きく確保して、蒸気流による圧力損失や作動液流による圧力損失を低減させることができる。

また、上述した本発明のヒートパイプ１０，２０は、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、突起部１４，２４が、コンテナ１１，２１を形成するシート状の部材１１ａ、２１ａだけに設けられているが、コンテナを形成する対向配置された２枚のシート状の部材のそれぞれに、突起部が設けられていても良い。図７は、本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ５０を説明するための図で、（ａ）は、ヒートパイプ５０の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートパイプ５０のＡ−Ａ線における概略断面図である。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ヒートパイプ５０は、コンテナ５１を形成するシート状の部材５１ａ、５１ｂに、突起部５４ａ、５４ｂが設けられている。また、突起部５４ａと突起部５４ｂは、共に、断面形状が矩形であって、長手方向が同じ方向になるように形成されている。

図７（ａ）及び（ｂ）においては、突起部５４ａと突起部５４ｂは、共に、断面形状が矩形であったが、コンテナを形成する対向配置された２枚のシート状の部材に、それぞれ設けられた突起部の断面形状が異なっていても良い。一例として、図８に、コンテナ６１を形成する一方のシート状の部材６１ａに矩形断面の突起部６４ａが設けられ、コンテナ６１を形成する他方のシート状の部材６１ｂに三角形断面の突起部６４ｂが設けられたヒートパイプ６０を示す。

また、図７（ａ）及び（ｂ）においては、突起部５４ａと突起部５４ｂは、共に、長手方向が同じ方向になるように形成されているが、対向配置された２枚のシート状の部材に、それぞれ設けられた突起部の長手方向が、お互いに異なる方向であっても良い。一例として、図９に、コンテナ７１の一方の面に形成された突起部７４ａは、該突起部７４ａの長手方向がコンテナの長手方向（Ｙ方向）となり、コンテナ７１の他方の面に形成された突起部７４ｂは、該突起部７４ｂの長手方向がコンテナの短手方向（Ｘ方向）となっている、ヒートパイプ７０を示す。

本発明にかかるヒートパイプが配置される筐体内の空気の流れ（風向き）は、ヒートパイプの上下（Ｚ方向）の両面側で、同じ方向であったり、異なる方向であったりと様々である。上述したように、突起部の長手方向を、ヒートパイプの上下各面上の筐体内の風向きに合わせて、ヒートパイプの上下（Ｚ方向）の両面を同じ方向にしたり、異なる方向にしたりすることによって、突起部のフィンとしての効果が向上し、放熱効率が向上する。

上述した本発明のヒートパイプ１０，２０は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、突起部１４，２４が、コンテナ１１，２１を形成するシート状の部材１１ａ、２１ａの全面に設けられているが、シート状の部材の一部の面上に設けられていてもよい。図１０は、本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ８０の概略斜視図である。図１０に示すように、ヒートパイプ８０は、コンテナ８１を形成するシート状の部材８１ａの一部の面上に、突起部８４が設けられている。

また、上述した本発明のヒートパイプ１０，２０は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、突起部１４，２４の高さが、突起部１４，２４の長手方向に沿って同じ高さであるが、突起部の長手方向に沿って突起部の高さが、増加または減少するように形成されていても良い。図１１は、本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ９０の概略斜視図である。図１１に示すように、ヒートパイプ９０は、突起部９４の高さが、該突起部９４の長手方向（Ｙ方向）に沿って増加（または減少）するよう突起部９４が設けられている。

図１１に示すように、長手方向（Ｙ方向）に沿って高さを増加（または減少）させた突起部９４が、空間部に設けられている場合は、突起部９４の高さの低い方を熱源側に、かつ、突起部９４の高さの高い方を放熱側にするように、本発明のヒートパイプ９０を筐体内に配置することにより、熱源側から放熱側に蒸気が移動し易くなり、蒸気流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させることができる。また、長手方向（Ｙ方向）に沿って高さを増加（または減少）させた突起部９４が、ウィック占領部に設けられている場合は、突起部９４の高さの高い方を熱源側に、かつ、突起部９４の高さの低い方を放熱側にするように、本発明のヒートパイプ９０を筐体内に配置することにより、放熱側から熱源側に凝縮した作動液が還流し易くなり、作動液流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させることができる。

以上説明したように、図１乃至図１１において説明した本発明の実施形態にかかるヒートパイプは、突起部を、筐体内の空間形状や環境状態、被冷却部品の配置に合わせて、最も適した形状や配置となるように構成して、筐体内に配置することによって、従来のコンテナの高さ方向の距離制限によって制限されていた蒸気流路や液流路の断面積を拡大させることができ、蒸気流による圧力損失や作動液流による圧力損失を低減させることができる。その結果、最大熱輸送量を向上させると共に熱抵抗を減少させることができる。

また、本発明の実施形態にかかるヒートパイプは、突起部がフィンの役割を果たすため、コンテナの表面が平坦な従来のシート状のヒートパイプよりも、放熱効率が向上する。更に、放熱効率の向上によって、従来別部材として半田付け等によって接合されていたフィンをヒートパイプに取り付ける必要が無くなるため、フィンに関する取り付け作業コストや材料コストを削減することができる。

次に、図１乃至図１１において説明した本発明の実施形態にかかるヒートパイプと、放熱フィンとを備えた、本発明の実施形態にかかるヒートシンクについて説明する。図１２は、本発明の実施形態にかかるヒートシンクの一例であるヒートシンク２００を説明するための図で、（ａ）は、ヒートシンク２００の概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に記載のヒートシンク２００のＡ−Ａ線における概略断面図である。ここでは、本発明の実施形態にかかるヒートパイプとして、ヒートパイプ１０を一例に挙げて説明するが、図１乃至図１１において説明した本発明の実施形態にかかるヒートパイプのいずれであっても良い。

図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の実施形態にかかるヒートシンクの一例であるヒートシンク２００は、シート状のヒートパイプ１０と、放熱フィン２１０と、を備えている。放熱フィン２１０は、ヒートパイプ１０の突起部１４の少なくとも一部に嵌合する孔２１１を備えており、ヒートパイプ１０の突起部１４に放熱フィン２１０の孔２１１を嵌合させた後、突起部１４の頂辺部１４５をカシメる等の方法により、ヒートパイプ１０に固定される。

上述したように、本発明の実施形態にかかるヒートシンク２００は、半田付け作業よりも容易なカシメ作業によって、放熱フィン２１０をヒートパイプ１０に固定することができる。また、従来のシート状のヒートパイプよりも放熱効率の良い本発明の実施形態にかかるヒートパイプに対して、放熱フィン２１０を接合することによって、より放熱効率を向上させることができる。

図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、上述した本発明のヒートパイプ１０，２０は、複数の突起部１４，２４が、シート状の部材１１ａ、２１ａの面上にそれぞれ独立して並列に設けられているが、複数の突起部が連通するように、シート状の部材の面上に形成されていても良い。図１３は、本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプの一例を示すヒートパイプ１００の概略斜視図である。図１３に示すように、ヒートパイプ１００は、コンテナ１０１を形成するシート状の部材１０１ａの面上に、突起部１０４が設けられている。突起部１０４は、長手方向が一方向に揃って並列配置された複数の並列突起部１０４ａと、該複数の並列突起部１０４ａを連通する連通突起部１０４ｂとを有し、並列突起部１０４ａと連通突起部１０４ｂとが一体に形成されている。

尚、図１３では、突起部１０４は、並列突起部１０４ａの長手方向がコンテナ１０１の長手方向（Ｙ方向）となり、連通突起部１０４ｂの長手方向がコンテナ１０１の短手方向（Ｘ方向）となる構成であるが、並列突起部１０４ａのンテナ１０１の短手方向（Ｘ方向）となり、連通突起部１０４ｂの長手方向がコンテナ１０１の長手方向（Ｙ方向）となる構成であってもよく、突起部１０４が、長手方向が一方向に揃って並列配置された並列突起部１０４ａと、該並列突起部１０４ａを連通する連通突起部１０４ｂと、を有し、更に、並列突起部１０４ａと連通突起部１０４ｂとが一体に形成された構成であれば良い。

本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプ１００は、図１乃至図１１において説明した本発明の実施形態にかかるヒートパイプによって得られる効果の他に、次のような効果も得られる。上述したように、本発明の別の実施形態にかかるヒートパイプ１００は、蒸気流路または液流路となる突起部１０４が、並列配置された並列突起部１０４ａと、並列突起部１０４ａを連通する連通突起部１０４ｂとを有した構成になっているため、蒸発した作動液の移動または凝縮した作動液の移動が、コンテナ１０１の長手方向（Ｙ方向）のだけでなく、コンテナ１０１の短手方向（Ｘ方向）へも起こる。即ち、蒸発した作動液または凝縮した作動液が、コンテナ１０１の一方向だけでなく、コンテナ１０１の面全体に移動するため、ヒートパイプ１００の均熱性が高まり、より放熱効率（冷却効果）が向上する。

また、図１２に示したヒートシンクのように、上述したヒートパイプ１００に、放熱フィンを設けることにより、更に、放熱効率を向上させることもできる。

なお、本発明の実施形態にかかるヒートパイプは、コンテナと、内部に作動液を配置してなる。コンテナは熱伝導性材料からなり、好ましくは、アルミニウム系材料や銅系材料からなる。また、コンテナ内部には、ウィック材料を配置すると熱伝導性能を向上させて好ましい。ウィック材料は、メッシュ材料や、焼結材料、金属線などを編み込んだ平面状材料が良い。また、作動液としては、水やフロンなどが好ましい。コンテナの端部の溶接については一般的な接合技術を用いればよいが、レーザ溶接、ろう付け溶接、拡散接合が好ましい。

１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００ ： ヒートパイプ
１１，２１，５１，６１，７１，８１，１０１ ： コンテナ
１２，２２，３２，４２ ： 空間部
１３，２３，３３，４３ ： ウィック占領部
１３ａ，２３ａ ： ウィック構造体
１４，２４，３４，４４，５４ａ，５４ｂ，６４ａ，６４ｂ，６４ａ，７４ｂ，８４，９４，１０４ ： 突起部
１０４ａ ： 並列突起部（突起部）
１０４ｂ ： 連通突起部（突起部）
２００ ： ヒートシンク
２１０ ： 放熱フィン

Claims (6)

1. 内部に空洞部を形成したコンテナと、前記コンテナ内に格納され毛細管力を発生するウィック構造体と、前記コンテナ内の前記空洞部に封入された作動液と、を備えたシート状のヒートパイプであって、
   前記コンテナ内の前記空洞部は、前記ウィック構造体で占められたウィック占領部と、前記ウィック構造体で占められていない空間部とからなり、
   前記ウィック占領部と前記空間部の少なくとも一部には、突起部を備えており、
   前記突起部は、当該突起部の短手方向断面が前記ウィック占領部と前記空間部の高さ方向に突出した形状であり、当該突起部の長手方向が前記コンテナの表面に沿って延びており、
   前記ウィック占領部の高さが前記空間部の高さよりも高くなるように前記突起部が設けられていることを特徴とするヒートパイプ。
2. 前記突起部は、高さ方向に対向配置される前記コンテナの両面側に、それぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
3. 前記突起部は、当該突起部の短手方向断面において、短手方向の当該突起部の中央部分の高さが、当該突起部の立ち上がり開始となる底部の高さよりも高いことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートパイプ。
4. 前記突起部の高さが、当該突起部の長手方向に沿って増加または減少していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
5. 長手方向が一方向に揃って並列配置された複数の前記突起部である並列突起部と、前記複数の並列突起部を連通する前記突起部である連通突起部と、が一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートパイプと、放熱フィンと、を備えていることを特徴とするヒートシンク。

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