JP6542914B2 - ヒートパイプ - Google Patents

Description

本発明は、良好な最大熱輸送量を有し、さらには熱抵抗の小さい、優れた熱輸送特性を有する薄型形状のヒートパイプに関するものである。

電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、その冷却がより重要となっている。電子部品の冷却方法として、ヒートパイプが使用されることがある。

また、上記電子部品の高密度搭載等によるヒートパイプの設置場所の狭小化や上記電子部品の薄型化等から、扁平型ヒートパイプ、例えば、厚さ１．５ｍｍ以下の薄型のヒートパイプの使用が要求されることがある。薄型のヒートパイプとして、本体と本体から延びる第１の突出部とを有するウィックを用い、第１の突出部が受熱部の内部を蒸気流路に連通する第１の部分と液戻り流路に連通する第２の部分とに分断し、受熱部は第１の部分と第１の突出部とにまたがる位置で発熱部品に熱的に接続されるものが提案されている（特許文献１）。

特許文献１では、第１の突出部と第２の部分との間の境界部を発熱部品から遠い位置に配置できるので、この方向への圧力損失を大きくして、この方向へ蒸発した作動流体の気泡が流れることが防止され、ひいては、作動流体に逆流を生じてしまうことを防止して、複数の発熱部品を配置しても、熱輸送効率の低下を抑制するものである。

しかし、特許文献１の薄型のヒートパイプでは、最大熱輸送量の向上と熱抵抗の低減とを両立することはできないという問題、すなわち、最大熱輸送量を増大させようとすると熱抵抗も増大し、熱抵抗を低減させようとすると最大熱輸送量も低減してしまうという、ヒートパイプの薄型化において特に顕著に生じる問題が、依然としてあった。

特開２００９−２０４２５４号公報

上記事情に鑑み、本発明は、薄型形状であっても、良好な最大熱輸送量を有し、さらには熱抵抗の小さい、優れた熱輸送特性を有するヒートパイプを提供することを目的とする。

本発明の態様は、発熱体から熱を吸収するために該発熱体と熱的に接続されることになる受熱部を有するヒートパイプであって、両端部が封止された管形状を有し、長手方向に垂直な断面において上下方向に相互に対向している平坦な内面のペアを有する扁平型コンテナと、該扁平型コンテナ内に収納されたウィック構造体と、該扁平型コンテナ内に封入された作動流体と、を備えたヒートパイプであり、前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、上下方向に配置された第１のウィック構造体と第２のウィック構造体からなり、前記第１のウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記平坦な内面のペアのうちの一方の内面及び前記第２のウィック構造体とそれぞれ接し、且つ前記第１のウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、前記第２のウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記平坦な内面のペアのうちの他方の内面と接し、且つ前記第２のウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、さらに、前記ウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記長手方向においてそれぞれ並んで設けられる、第１のウィック部と、該第１のウィック部と連結し該第１のウィック部よりも最大幅が広い第２のウィック部と、を有し、前記第２のウィック部が前記受熱部に形成されているヒートパイプである。

本発明の態様は、前記扁平型コンテナの断面の最大幅に対する、前記第１のウィック部の最大幅が４０％〜６０％であり、前記第２のウィック部の最大幅が６０％〜８０％であるヒートパイプである。

上記態様では、第１のウィック部は、扁平型コンテナの、内部における長手方向に対して直交方向（扁平型コンテナの断面）の幅に対し、最大幅が４０％〜６０％なので、第１のウィック部の位置に対応する扁平型コンテナの平坦な内面のペアには、第１のウィック構造体とも第２のウィック構造体とも接していない部位が存在し、該部位は扁平型コンテナの内部空間に対し露出した態様となっている。また、第２のウィック部は、扁平型コンテナの、内部における長手方向に対して直交方向（扁平型コンテナの断面）の幅に対し、最大幅が６０％〜８０％なので、第２のウィック部の位置に対応する扁平型コンテナの平坦な内面のペアには、第１のウィック構造体とも第２のウィック構造体とも接していない部位が存在し、該部位は扁平型コンテナの内部空間に対し露出した態様となっている。さらに、第１のウィック部の位置に対応する扁平型コンテナの平坦な内面の露出領域は、第２のウィック部の位置に対応する扁平型コンテナの平坦な内面の露出領域よりも、広くなっている。

本発明の態様は、前記扁平型コンテナの長手方向における前記第２のウィック部の長さが、前記扁平型コンテナの長手方向における前記第１のウィック部の長さと前記扁平型コンテナの長手方向における前記第２のウィック部の長さとの合計の２〜５０％であるヒートパイプである。

本発明の態様は、前記少なくとも一断面において、前記第１のウィック構造体の断面が、凸形状の凸状底辺部と平坦な上辺部を有し、前記第２のウィック構造体の断面が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記第１のウィック構造体の凸状底辺部が前記第２のウィック構造体の凸状上辺部と接し、前記第１のウィック構造体の平坦な上辺部が前記一方の内面と接し、前記第２のウィック構造体の平坦な底辺部が前記他方の内面と接しているヒートパイプである。

上記態様では、第１のウィック構造体の凸状底辺部と第２のウィック構造体の凸状上辺部とが相互に接しているので、凸状底辺部、凸状上辺部のうち、相手の凸状部と接している部位以外は、扁平型コンテナの内部空間に対し露出した態様となっている。

本発明の態様は、前記扁平型コンテナの断面の最大幅に対する、前記第２のウィック部の前記底辺部または前記上辺部の最大幅が６０％〜８０％であるヒートパイプである。

本発明の態様は、前記第１のウィック部が、前記扁平型コンテナの長手方向の一方の端部に配置され、前記第２のウィック部が、前記扁平型コンテナの長手方向の他方の端部に配置されているヒートパイプである。

本発明の態様は、前記第１のウィック部が二つあり、その一つが前記扁平型コンテナの長手方向の一方の端部に配置され、そのもう一つが前記扁平型コンテナの長手方向の他方の端部に配置され、前記第２のウィック部が、前記扁平型コンテナの長手方向の中央部に配置されているヒートパイプである。

本発明の態様は、前記扁平型コンテナの長手方向における前記第１のウィック部と前記第２のウィック部との間に、前記第１のウィック部よりも最大幅が広く、前記第２のウィック部よりも最大幅が狭い第３のウィック部が、さらに設けられているヒートパイプである。

本発明の態様は、前記少なくとも一断面において、前記扁平型コンテナのどの内面にも接していない前記第１のウィック構造体の前記両側面は凸形状を持っており、前記扁平型コンテナのどの内面にも接していない前記第２のウィック構造体の前記両側面は凸形状を持っているヒートパイプである。

本発明の態様は、前記第１のウィック部及び前記第２のウィック部が、金属焼結体であるヒートパイプである。

本発明の態様は、前記第２のウィック部の前記金属焼結体が、前記第１のウィック部の前記金属焼結体よりも、粒径の細かい焼結粉により形成されているヒートパイプである。

本発明の態様は、相互に対向した前記平坦な内面のペアは、１．５ｍｍ以下の距離で上下に離れているヒートパイプである。

上記態様では、扁平型コンテナは相互に対向する平坦な内面のペア（一方の内面と該一方の内面と対向する他方の内面）を有し、対向する平坦な内面間における距離が、１．５ｍｍ以下となっている。

本発明の態様は、前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な全ての断面において、前記ウィック構造体は、上下方向に配置された前記第１のウィック構造体と前記第２のウィック構造体からなるヒートパイプである。

本発明の態様は、前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な全ての断面において、前記第１のウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記平坦な内面のペアのうちの一方の内面及び前記第２のウィック構造体と接し、前記第１のウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、前記第２のウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記平坦な内面のペアのうちの他方の内面と接し、且つ前記第２のウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接していないヒートパイプである。

本発明の態様は、前記受熱部が、熱伝導性部材を介して前記発熱体と熱的に接続されるヒートパイプである。

本発明の態様によれば、第１のウィック部と、該第１のウィック部よりも最大幅が広い第２のウィック部とを有し、発熱体と接するヒートパイプの部位を受熱部とする場合、第２のウィック部が受熱部に位置することにより、薄型形状であっても、最大熱輸送量に優れ、熱抵抗の低減された熱輸送特性を発揮することができる。

本発明の態様によれば、扁平型コンテナの断面の最大幅に対し、４０％〜６０％の最大幅を有する第１のウィック部を有し、６０％〜８０％の最大幅を有する、第１のウィック部よりも最大幅が広い第２のウィック部が受熱部に形成されることにより、薄型形状であっても、さらに最大熱輸送量に優れつつ熱抵抗の低減された、優れた熱輸送特性を発揮することができる。

本発明の態様によれば、扁平型コンテナの長手方向における第２のウィック部の長さが、扁平型コンテナの長手方向における第１のウィック部の長さと第２のウィック部の長さとの合計の２〜５０％であることにより、最大熱輸送量をさらに向上させつつ熱抵抗を低減することができる。

本発明の態様によれば、第１のウィック構造体の断面が凸形状の凸状底辺部と平坦な上辺部、第２のウィック構造体の断面が平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、扁平型コンテナの断面の最大幅に対する、第２のウィック部の底辺部または上辺部の最大幅が６０％〜８０％であることにより、最大熱輸送量をさらに向上させつつ熱抵抗を低減することができる。

（a）図は本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの平面断面図、（b）図は（a）図のa−a断面図、（c）図は（a）図のb−b断面図である。 （a）図は本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプの平面断面図、（b）図は（a）図のa−a断面図、（c）図は（a）図のb−b断面図である。 本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプの平面断面図である。 本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプの平面断面図である。 （a）図は本発明の他の実施形態例に係るヒートパイプの側面図、（b）図は（a）図のa−a断面図、（c）図は（a）図のb−b断面図である。 （a）図は本発明の他の実施形態例に係るヒートパイプの側面図、（b）図は（a）図のa−a断面図、（c）図は（a）図のb−b断面図である。 本発明の他の実施形態例に係るヒートパイプの説明図である。 （a）図は本発明の他の実施形態例に係るヒートパイプの側面図、（b）図は（a）図のa−a断面図、（c）図は（a）図のb−b断面図である。 （a）図は本発明の他の実施形態例に係るヒートパイプの側面図、（b）図は（a）図のa−a断面図、（c）図は（a）図のb−b断面図である。 （a）図は本発明の他の実施形態例に係るヒートパイプの側面図、（b）図は（a）図のa−a断面図、（c）図は（a）図のb−b断面図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。

図１（a）〜（c）に示すように、第１実施形態例に係るヒートパイプ１は、一方の平坦な内面１１と一方の平坦な内面１１に対向した他方の平坦な内面１２とを有する管形状の扁平型コンテナ１０と、一方の平坦な内面１１に配設された第１のウィック構造体２１と、他方の平坦な内面１２に配設された第２のウィック構造体２２と、扁平型コンテナ１０に封入された作動流体（図示せず）とを備えている。

図１（b）、（c）に示すように、扁平型コンテナ１０は、一方の平坦な内面１１と、一方の平坦な内面１１に対向した他方の平坦な内面１２と、一方の平坦な内面１１と他方の平坦な内面１２との間に形成された曲面部１３、１３’と、を有する密閉された直線状の管材であり、長手方向に対して直交方向（すなわち、長手方向に垂直）の断面形状が、扁平形状となっている。すなわち、扁平型コンテナ１０は、長手方向に垂直な断面おいて上下方向に相互に対向している平坦な内面のペアを有している。扁平型コンテナ１０は、その長手方向の全域が扁平型となっている。また、扁平型コンテナ１０は、長手方向に対して直交方向の内部空間の断面積は、いずれの部位も同一となっており、一方の平坦な内面１１は、他方の平坦な内面１２に対して平行方向に形成されている。さらに、一方の平坦な内面１１と他方の平坦な内面１２との距離は、特に限定されないが、扁平型コンテナ１０では１．５ｍｍ以下、特に１．０ｍｍ以下の薄型形状となっている。ヒートパイプ１の熱輸送方向は、扁平型コンテナ１０の長手方向である。

第１のウィック構造体２１は、一方の平坦な内面１１から突出した凸形状の凸状底辺部である第１の曲部２３と平坦な上辺部２５とを有し、平坦な上辺部２５が一方の平坦な内面１１の一部領域と接している。ヒートパイプ１では、平坦な上辺部２５が一方の平坦な内面１１に固着されている。また、第１のウィック構造体２１は、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向（扁平型コンテナ１０の断面）について、その中央部に設けられている。ヒートパイプ１では、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向における第１のウィック構造体２１の断面形状は、半楕円状となっている。

また、第２のウィック構造体２２は、他方の平坦な内面１２から突出しかつ凸形状の凸状底辺部である第１の曲部２３と対向した、凸形状の凸状上辺部である第２の曲部２４と平坦な底辺部２６とを有し、平坦な底辺部２６が他方の平坦な内面１２の一部領域と接している。ヒートパイプ１では、平坦な底辺部２６が他方の平坦な内面１２に固着されている。また、第２のウィック構造体２２は、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向について、その中央部に設けられている。ヒートパイプ１では、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向における第２のウィック構造体２２の断面形状は、半楕円状となっている。

ヒートパイプ１では、扁平型コンテナ１０の一方の平坦な内面１１のうち第１のウィック構造体２１の平坦な上辺部２５と接していない領域、扁平型コンテナ１０の他方の平坦な内面１２のうち第２のウィック構造体２２の平坦な底辺部２６と接していない領域、及び扁平型コンテナ１０の曲面部１３、１３’は、いずれも、扁平型コンテナ１０の内部空間に対して露出している。

第１のウィック構造体２１は、第１の曲部２３が、第２のウィック構造体２２の第２の曲部２４と接している。ヒートパイプ１では、第１の曲部２３の底部と第２の曲部２４の頂部が、相互に接している。また、第１の曲部２３の底部と第２の曲部２４の頂部が、いずれも圧接された状態となっている。従って、第１の曲部２３の底部と第２の曲部２４の頂部は、圧縮されてつぶれた状態となっている。これにより、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２の毛細管圧力がさらに向上し、液相の作動流体をより円滑に還流させることができる。

また、図１（b）に示すように、扁平型コンテナ１０の一方の端部では、第１のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２２からなる第１のウィック部３１が形成されている。扁平型コンテナ１０の内部空間について、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の幅の最大値に対し、第１のウィック部３１において最大幅を形成している平坦な上辺部２５及び平坦な底辺部２６の上記幅が４０％〜６０％の比率となっている。ヒートパイプ１の第１のウィック部３１について、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面形状は、扁平型コンテナ１０の長手方向のいずれの部位も略同じ形状、寸法となっている。従って、第１のウィック部３１では、扁平型コンテナ１０の長手方向において、平坦な上辺部２５及び平坦な底辺部２６の上記幅が、略均一となっている。

これに対し、図１（c）に示すように、扁平型コンテナ１０の他方の端部では、第１のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２２からなる第２のウィック部３２が形成されている。従って、第１のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２２とからなるウィック構造体は、第１のウィック部３１と第２のウィック部３２とを有している。扁平型コンテナ１０の内部空間について、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の幅の最大値に対し、第２のウィック部３２では、第２のウィック部３２において最大幅を形成している平坦な上辺部２５及び平坦な底辺部２６の上記幅が６０％〜８０％の比率となっている。さらに、第２のウィック部３２における平坦な上辺部２５及び平坦な底辺部２６の上記幅は、第１のウィック部３１における平坦な上辺部２５及び平坦な底辺部２６の上記幅よりも、必ず広い態様となっている。ヒートパイプ１の第２のウィック部３２について、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の断面形状は、扁平型コンテナ１０の長手方向のいずれの部位も略同じ形状、寸法となっている。従って、第２のウィック部３２でも、扁平型コンテナ１０の長手方向において、平坦な上辺部２５及び平坦な底辺部２６の上記幅が、略均一となっている。

なお、図１（a）に示すように、ヒートパイプ１では、扁平型コンテナ１０の一方の端部と他方の端部との間の部位、すなわち、扁平型コンテナ１０の中央部には、扁平型コンテナ１０の一方の端部と同様に、第１のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２２からなる第１のウィック部３１が形成されている。

ヒートパイプ１では、第２のウィック部３２をヒートパイプ１の受熱部として機能させ、第１のウィック部３１をヒートパイプ１の放熱部として機能させる。受熱部として機能させるには、扁平型コンテナ１０の所定部位に発熱体（図示せず）を熱的に接続させる。扁平型コンテナ１０の所定部位に発熱体を熱的に接続させるにあたり、必要に応じて、該所定部位と発熱体との間に、金属製の受熱板、熱伝導性ゴム、サーマルラバー等の熱伝導部材を設けてもよい。また、放熱部として機能させるためには、扁平型コンテナ１０の所定部位に、例えば、放熱フィンやヒートシンク等の熱交換手段（図示せず）を熱的に接続させる。

ヒートパイプ１では、第２のウィック部３２の上記幅が第１のウィック部３１の上記幅よりも寸法が大きく、かつ扁平型コンテナ１０の上記幅に対し、第２のウィック部３２では６０％〜８０％の上記幅を有し、第１のウィック部３１では４０％〜６０％の上記幅を有することにより、薄型形状であっても、最大熱輸送量に優れつつ熱抵抗の低減された、優れた熱輸送特性を発揮することができる。

図１（a）に示すように、ヒートパイプ１では、第１のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２２（図１（a）では図示せず）は、いずれも、扁平型コンテナ１０の一方の端部から他方の端部の方向へ、すなわち、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して平行方向に、直線状に延在している。第１のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２２（図１（a）では図示せず）は、いずれも、第２のウィック部３２の、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の幅が、第１のウィック部３１の上記幅よりも広く、第１のウィック部３１と第２のウィック部３２との境界部には段差部３３が形成されている。なお、第１のウィック部３１と第２のウィック部３２との境界部は、上記段差ではなく、上記幅が徐々に変化する態様でもよい。

扁平型コンテナ１０の長手方向における第２のウィック部３２の長さは、特に限定されないが、扁平型コンテナ１０の長手方向における第１のウィック部３１の長さと第２のウィック部３２の長さとの合計に対して、最大熱輸送量の増大と熱抵抗の低減とをバランスよく向上させる点から、２〜５０％が好ましい。また、第２のウィック部３２における平坦な上辺部２５及び平坦な底辺部２６の、扁平型コンテナ１０の長手方向における長さは、特に限定されないが、最大熱輸送量の増大と熱抵抗の低減とをバランスよく向上させる点から、受熱部に熱的に接続される発熱体の上記長さの１．０〜５．０倍が好ましい。また、第２のウィック部３２における平坦な上辺部２５及び平坦な底辺部２６の、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して直交方向の幅は、特に限定されないが、最大熱輸送量の増大と熱抵抗の低減とをバランスよく向上させる点から、受熱部に熱的に接続される発熱体の上記幅の０．５０〜１．５倍が好ましい。

図１（a）〜（c）に示すように、扁平型コンテナ１０の内部空間のうち、第１のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２２の配置されていない部位は、気相の作動流体の蒸気流路３４となっている。つまり、一方の平坦な内面１１のうちの第１のウィック構造体２１と接していない領域と、第１の曲部２３表面と、他方の平坦な内面１２のうちの第２のウィック構造体２２と接していない領域と、第２の曲部２４表面と、扁平型コンテナ１０の曲面部１３、１３’から、蒸気流路３４が形成されている。従って、蒸気流路３４は、扁平型コンテナ１０の長手方向に対して平行方向に直線状に延在し、段差部３３を境にして、第１のウィック部３１側の蒸気流路３４は、第２のウィック部３２側の蒸気流路３４よりも、拡幅された態様となっている。また、蒸気流路３４は、第１のウィック構造体２１と第２のウィック構造体２２の両側に設けられている。

扁平型コンテナ１０の材質は、特に限定されず、例えば、熱伝導率に優れた点から銅、軽量性の点からアルミニウム、強度の改善の点からステンレス等を使用することができる。第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２の材質は、特に限定されず、銅粉及びステンレス粉等の金属粉、カーボン粉、銅粉とカーボン粉との混合粉、上記粉体のナノ粒子、金属メッシュと金属粉を組み合わせた複合金属等の焼結体を使用することができる。焼結体は、上記粉体や複合金属を焼結して粉体を接合することにより製造でき、焼結によって、毛細管圧力を有する多孔質構造が形成される。第２のウィック部３２の毛細管力を第１のウィック部３１の毛細管力よりも向上させて、液相の作動流体を円滑に受熱部へ還流させる点から、第２のウィック部３２の金属焼結体が、第１のウィック部３１の金属焼結体よりも、粒径の細かい焼結粉により形成されていることが好ましい。

また、扁平型コンテナ１０に封入する作動流体としては、扁平型コンテナ１０の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。

次に、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプ１の熱輸送のメカニズムについて説明する。ヒートパイプ１が、受熱部にて熱的に接続された発熱体から受熱すると、受熱部にて作動流体が液相から気相へ相変化する。この気相の作動流体が、蒸気流路３４を、扁平型コンテナ１０の長手方向に受熱部から放熱部へと流れることで、発熱体からの熱が受熱部から放熱部へ輸送される。受熱部から放熱部へ輸送された発熱体からの熱は、熱交換手段の設けられた放熱部にて、気相の作動流体が液相へ相変化することで潜熱として放出される。放熱部にて放出された潜熱は、放熱部に設けられた上記熱交換手段によって、放熱部からヒートパイプ１の外部環境へ放出される。放熱部にて液相に相変化した作動流体は、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２に取り込まれ、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２の毛細管圧力によって、放熱部から受熱部へと返送される。

次に、本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

ヒートパイプ１では扁平型コンテナ１０の長手方向の一方の端部と中央部に第１のウィック部３１が配置され、他方の端部に第２のウィック部３２が配置されていたのに代えて、図２（a）〜（c）に示すように、第２実施形態例に係るヒートパイプ２では、扁平型コンテナ１０の長手方向の中央部に第２のウィック部３２が配置され、扁平型コンテナ１０の長手方向の両端部には、それぞれ、第１のウィック部３１が配置されている。すなわち、第１のウィック部３１が、２つ配置されている。従って、ヒートパイプ２では、扁平型コンテナ１０の長手方向の中央部を受熱部として機能させ、扁平型コンテナ１０の長手方向の一方の端部及び他方の端部を放熱部として機能させる。第２のウィック部３２の両端部に第１のウィック部３１が設けられているので、第１のウィック部３１と第２のウィック部３２との境界部は２つ存在し、従って、段差部３３が２つ形成されている。

ヒートパイプ２でも、最大熱輸送量に優れつつ熱抵抗の低減された、優れた熱輸送特性を発揮することができる。また、ヒートパイプ２では、複数（図では２つ）の放熱部を設けることができるので、発熱体の冷却効率がさらに向上する。

次に、本発明の第３実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１、第２実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、扁平型コンテナ１０の長手方向の両端面の部位には、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２が設けられておらず、上記両端面の全領域が扁平型コンテナ１０の内部空間に対し露出していたが、これに代えて、図３に示すように、第３実施形態例に係るヒートパイプ３では、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２が扁平型コンテナ１０の長手方向の両端面１４まで延在している。従って、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２の、扁平型コンテナ１０の長手方向の両端面が、扁平型コンテナ１０の長手方向の両端面１４と接している。

ヒートパイプ３でも、最大熱輸送量に優れつつ熱抵抗の低減された、優れた熱輸送特性を発揮することができる。

次に、本発明の第４実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１〜第３実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第２実施形態例に係るヒートパイプ２では、扁平型コンテナ１０の長手方向の両端面の部位には、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２が設けられておらず、上記両端面の全領域が扁平型コンテナ１０の内部空間に対し露出していたが、これに代えて、図４に示すように、第４実施形態例に係るヒートパイプ４では、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２が扁平型コンテナ１０の長手方向の両端面１４まで延在している。従って、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２の、扁平型コンテナ１０の長手方向の両端面１４が、扁平型コンテナ１０の長手方向の両端面と接している。

ヒートパイプ４でも、最大熱輸送量に優れつつ熱抵抗の低減された、優れた熱輸送特性を発揮することができる。

次に、本発明のヒートパイプの製造方法例について説明する。前記製造方法は特に限定されないが、例えば、第１の実施形態例に係るヒートパイプは、円形状の管材の長手方向に沿って、所定形状の切り欠き部を有する芯棒を挿入し、管材の内壁面と切り欠き部外面との間に形成された空隙部に第１のウィック構造体及び第２のウィック構造体となる粉末状の金属材料を充填する。なお、芯棒の切り欠き部には、第１のウィック部の位置に対応する小さく切り欠いた切り欠き部と第２のウィック部の位置に対応する大きく切り欠いた切り欠き部が形成されている。次に、加熱処理して、第１のウィック構造体の前駆体及び第２のウィック構造体の前駆体を形成する。その後、芯棒を小さく切り欠いた切り欠き部側から引き抜き、管材を扁平加工することにより、第１のウィック構造体及び第２のウィック構造体を有するヒートパイプを製造する。

また、第２の実施形態例に係るヒートパイプは、第１の実施形態例に係るヒートパイプと同様にして製造できるが、第１の実施形態例に係るヒートパイプで使用した上記芯棒に代えて、第１のウィック部の位置に対応する小さく切り欠いた切り欠き部と第２のウィック部の位置に対応する大きく切り欠いた切り欠き部とが形成されている第１の芯棒を円形状の管材の一方の端部から長手方向中央部まで挿入し、第１のウィック部の位置に対応する小さく切り欠いた切り欠き部が形成されている第２の芯棒を円形状の管材の他方の端部から挿入する。粉末状の金属材料の充填及び加熱処理の後、管材の一方の端部側にて、小さく切り欠いた切り欠き部側から第１の芯棒を引き抜くとともに、第２の芯棒を他方の端部側から引き抜くことで、第２の実施形態例に係るヒートパイプを製造できる。

次に、本発明のその他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、扁平型コンテナの長手方向に対して直交方向の幅が狭い第１のウィック部に隣接して上記幅が広い第２のウィック部が配置されていたが、これに代えて、第１のウィック部と第２のウィック部との間に、さらに、第１のウィック部よりも上記幅が広く第２のウィック部よりも上記幅が狭い第３のウィック部が設けられてもよい。また、第３のウィック部の上記幅は、均一でもよく、第１のウィック部から第２のウィック部へ向かって次第に拡幅する態様でもよい。

第１の実施形態例に係るヒートパイプでは、扁平型コンテナの中央部には、扁平型コンテナの一方の端部と同様に、上記幅が狭い第１のウィック部が形成されていたが、これに代えて、扁平型コンテナの他方の端部と同様に、上記幅が広い第２のウィック部が形成されてもよい。また、上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、第１のウィック部、第２のウィック部は、それぞれ、扁平型コンテナの長手方向において、扁平型コンテナの長手方向に対して直交方向における平坦な上辺部の幅及び平坦な底辺部の幅が、略均一となっていたが、これに代えて、該幅が、上記数値範囲内であれば、例えば、次第に拡幅する態様や拡大と縮小を繰り返す態様等、略均一でなくてもよい。

また、上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、コンテナは、その長手方向の全域が扁平型であったが、これに代えて、長手方向の一部領域が扁平型でもよい。

また、上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、第１のウィック構造体及び第２のウィック構造体の断面形状は、半楕円状であったが、該形状は特に限定されず、例えば、矩形状でもよい。上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、第１のウィック構造体及び第２のウィック構造体は、いずれも、扁平型コンテナの長手方向に対して直交方向の中央部の位置に設けられていたが、第１のウィック構造体及び第２のウィック構造体の位置は特に限定されず、中央部以外（例えば、端部）でもよく、第１のウィック構造体と第２のウィック構造体が、相互に異なる位置（例えば、第１のウィック構造体と第２のウィック構造体のいずれか一方が中央部、他方が端部）に設けられてもよい。上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、凸状底辺部の底部と凸状上辺部の頂部が、相互に圧接された状態となっていたが、これに代えて、相互に、圧接されずに接した状態でもよい。

また、上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、凸状底辺部の底部と凸状上辺部の頂部が、相互に圧接されていたが、これに代えて、第１のウィック部の、凸状底辺部の底部と凸状上辺部の頂部が、相互に接し、第２のウィック部の、凸状底辺部の底部と凸状上辺部の頂部が、相互に接していない状態や、高い毛細管圧力が要求される第２のウィック部の、凸状底辺部の底部と凸状上辺部の頂部が、相互に接し、第１のウィック部の、凸状底辺部の底部と凸状上辺部の頂部が、相互に接していない状態としてもよい。

この場合、例えば、図５（a）〜（c）に示すように、扁平型コンテナ１０の長手方向の中央部を境に、扁平型コンテナの厚さが異なっており、扁平型コンテナ１０の厚さが厚い方の端部（図５（b）に示すように、放熱フィン１０１が熱的に接続されている）では、第１のウィック部３１における、第１のウィック構造体２１の第１の曲部２３と第２のウィック構造体２２の第２の曲部２４が、相互に接しておらず、扁平型コンテナ１０の厚さが薄い方の端部（図５（c）に示すように、発熱体１０２が熱的に接続されている）では、第２のウィック部３２における、第１のウィック構造体２１の第１の曲部２３と第２のウィック構造体２２の第２の曲部２４が、相互に接している態様としてもよい。

また、図６（a）〜（c）に示すように、扁平型コンテナ１０の長手方向の中央部を境に、扁平型コンテナの厚さが異なっており、扁平型コンテナ１０の厚さが厚い方の端部（図６（c）に示すように、発熱体１０２が熱的に接続されている）では、第２のウィック部３２における、第１のウィック構造体２１の第１の曲部２３と第２のウィック構造体２２の第２の曲部２４が、相互に接しておらず、扁平型コンテナ１０の厚さが薄い方の端部（図６（b）に示すように、放熱フィン１０１が熱的に接続されている）では、第１のウィック部３１における、第１のウィック構造体２１の第１の曲部２３と第２のウィック構造体２２の第２の曲部２４が、相互に接している態様としてもよい。

上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、扁平型コンテナは管材であり、その断面形状は上下に対向する平坦な内面のペアを持つ略楕円形状であったが、扁平型コンテナの断面形状は特に限定されず、例えば、角を持った矩形でもよい。

さらに、上記各実施形態例に係るヒートパイプでは、管材である扁平型コンテナは直線状であったが、管材の長手方向の形状は特に限定されず、例えば、図７に示すように、Ｌ字状等に曲げ加工された扁平型コンテナ１０とし、一方の端部に放熱フィン１０１等の熱交換手段を、他方の端部に発熱体１０２を、それぞれ熱的に接続してもよい。

また、図８、図９に示すように、厚さが均一である扁平型コンテナ１０の形状は、扁平型コンテナ１０の長手方向の中央部に、段状の部位１５を有する形状でもよい。この場合、発熱体１０２が熱的に接続されている扁平型コンテナ１０の端部において、第２のウィック部３２の、第１のウィック構造体２１の第１の曲部２３と第２のウィック構造体２２の第２の曲部２４は、図８（c）に示すように、相互に接してもよく、図９（c）に示すように、接しなくてもよい。同様に、放熱フィン１０１等の熱交換手段が熱的に接続されている扁平型コンテナ１０の端部において、第１のウィック部３１の、第１のウィック構造体２１の第１の曲部２３と第２のウィック構造体２２の第２の曲部２４は、図８（b）に示すように、接しなくてもよく、図９（b）に示すように、接してもよい。

また、上記第１、第２実施形態例に係るヒートパイプでは、第１のウィック構造体の断面と第２のウィック構造体の断面は、略同じ大きさ（つまり、平坦な上辺部の幅と平坦な底辺部の幅が略同じ）であったが、これに代えて、図１０（a）〜（c）に示すように、第１のウィック構造体２１の断面と第２のウィック構造体２２の断面を異なる大きさ、つまり、平坦な上辺部２５の幅と平坦な底辺部２６の幅が異なる態様としてもよい。この場合、第２のウィック部３２の最大幅が第１のウィック部３１の最大幅よりも大きい態様であれば、図１０（b）、（c）に示すように、第１のウィック構造体２１の断面が第２のウィック構造体２２の断面よりも大きい態様、つまり、平坦な上辺部２５の幅が平坦な底辺部２６の幅よりも広い態様でもよく、第２のウィック構造体２２の断面が第１のウィック構造体２１の断面よりも大きい態様、つまり、平坦な底辺部２６の幅が平坦な上辺部２５の幅よりも広い態様でもよい。この態様では、蒸気流路３４をより確実に確保しつつ、第１のウィック構造体２１及び第２のウィック構造体２２と作動流体との接触面積を向上させることができる点で、ヒートパイプの熱輸送特性がより向上する。

また、上記第１、第２実施形態例に係るヒートパイプでは、扁平型コンテナの一方の平坦な内面と他方の平坦な内面との距離、すなわち、扁平型コンテナの厚さは均一であったが、これに代えて、均一でなくてもよく、例えば、第１のウィック部の位置に対応する扁平型コンテナの厚さと第２のウィック部の位置に対応する扁平型コンテナの厚さが異なっている態様（例えば、第２のウィック部の位置に対応する扁平型コンテナの厚さが第１のウィック部の位置に対応する扁平型コンテナの厚さよりも薄い態様）でもよい。

上記第２実施形態例に係るヒートパイプでは、中央部に第２のウィック部が１つ配置されていたが、第２のウィック部の設置数は特に限定されず、複数でもよい。この場合、隣接する第２のウィック部の間には、第１のウィック部及び／または第３のウィック部が配置される。

次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、これらの例に限定されるものではない。

実施例として、第１実施形態例に係るヒートパイプと同じ構造のものを使用した。ただし、第１のウィック部と第２のウィック部の最大幅は、下記表１のように変更した。コンテナとして、長さ２００ｍｍ、φ８ｍｍの管材を１ｍｍに扁平加工したものを使用した。発熱体として、１０ｍｍ×２０ｍｍ、１５Ｗのものを使用した。この発熱体を第２のウィック部が形成されたコンテナ（ヒートパイプ）の他方の端部に接触させ、第１のウィック部が形成されたコンテナ（ヒートパイプ）の一方の端部から１５ｍｍの部位に熱電対を設置し、ΔＴを計測した。

ΔＴが０℃以上５℃以下を「Ａ」、ΔＴが５℃超８℃以下を「Ｂ」、ΔＴが８℃超１０℃以下を「Ｃ」、ΔＴが１０℃超を「Ｄ」と評価した。

評価結果を以下表１に示す。

表１から、扁平型コンテナの長手方向に対して直交方向（断面）の最大幅に対する、第１のウィック部の最大幅が４０％〜６０％、第２のウィック部の最大幅が６０％〜８０％で、評価Ｂ以上と、良好な最大熱輸送量を有し、熱抵抗の低減された、優れた熱輸送特性が得られた。特に、扁平型コンテナの長手方向に対して直交方向（断面）の最大幅に対する、第１のウィック部の最大幅が４５％〜５５％、第２のウィック部の最大幅が６５％〜７５％で、評価Ａと、極めて優れた熱輸送特性が得られた。

本発明のヒートパイプは、薄型形状であっても、良好な最大熱輸送量を有し、さらには熱抵抗の小さい、優れた熱輸送特性を有するので、例えば、薄型の電子部品を冷却する分野や高密度搭載された電子部品を冷却する分野等で利用価値が高い。

１、２ ヒートパイプ
１０ 扁平型コンテナ
２１ 第１のウィック構造体
２２ 第２のウィック構造体
３１ 第１のウィック部
３２ 第２のウィック部

Claims (14)

1. 発熱体から熱を吸収するために該発熱体と熱的に接続されることになる受熱部を有するヒートパイプであって、
   両端部が封止された管形状を有し、長手方向に垂直な断面において上下方向に相互に対向している平坦な内面のペアを有する扁平型コンテナと、
   該扁平型コンテナ内に収納されたウィック構造体と、
   該扁平型コンテナ内に封入された作動流体と、
   を備えたヒートパイプであり、
   前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な断面の少なくとも一断面において、前記ウィック構造体は、上下方向に配置された第１のウィック構造体と第２のウィック構造体からなり、前記第１のウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記平坦な内面のペアのうちの一方の内面及び前記第２のウィック構造体とそれぞれ接し、且つ前記第１のウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、前記第２のウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記平坦な内面のペアのうちの他方の内面と接し、且つ前記第２のウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、
   さらに、前記ウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記長手方向においてそれぞれ並んで設けられる、第１のウィック部と、該第１のウィック部と連結し該第１のウィック部よりも最大幅が広い第２のウィック部と、を有し、
   前記扁平型コンテナの断面の最大幅に対する、前記第１のウィック部の最大幅が４０％〜６０％であり、前記第２のウィック部の最大幅が６０％〜８０％であり、
   前記第２のウィック部が前記受熱部に形成されているヒートパイプ。
2. 前記扁平型コンテナの長手方向における前記第２のウィック部の長さが、前記扁平型コンテナの長手方向における前記第１のウィック部の長さと前記扁平型コンテナの長手方向における前記第２のウィック部の長さとの合計の２〜５０％である請求項１に記載のヒートパイプ。
3. 前記少なくとも一断面において、前記第１のウィック構造体の断面が、凸形状の凸状底辺部と平坦な上辺部を有し、前記第２のウィック構造体の断面が、平坦な底辺部と凸形状の凸状上辺部を有し、前記第１のウィック構造体の凸状底辺部が前記第２のウィック構造体の凸状上辺部と接し、前記第１のウィック構造体の平坦な上辺部が前記一方の内面と接し、前記第２のウィック構造体の平坦な底辺部が前記他方の内面と接している請求項１または２に記載のヒートパイプ。
4. 前記扁平型コンテナの断面の最大幅に対する、前記第２のウィック部の前記底辺部または前記上辺部の最大幅が６０％〜８０％である請求項３に記載のヒートパイプ。
5. 前記第１のウィック部が、前記扁平型コンテナの長手方向の一方の端部に配置され、前記第２のウィック部が、前記扁平型コンテナの長手方向の他方の端部に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
6. 前記第１のウィック部が二つあり、その一つが前記扁平型コンテナの長手方向の一方の端部に配置され、そのもう一つが前記扁平型コンテナの長手方向の他方の端部に配置され、前記第２のウィック部が、前記扁平型コンテナの長手方向の中央部に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
7. 前記扁平型コンテナの長手方向における前記第１のウィック部と前記第２のウィック部との間に、前記第１のウィック部よりも最大幅が広く、前記第２のウィック部よりも最大幅が狭い第３のウィック部が、さらに設けられている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
8. 前記少なくとも一断面において、前記扁平型コンテナのどの内面にも接していない前記第１のウィック構造体の前記両側面は凸形状を持っており、前記扁平型コンテナのどの内面にも接していない前記第２のウィック構造体の前記両側面は凸形状を持っている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
9. 前記第１のウィック部及び前記第２のウィック部が、金属焼結体である請求項１乃至８のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
10. 前記第２のウィック部の前記金属焼結体が、前記第１のウィック部の前記金属焼結体よりも、粒径の細かい焼結粉により形成されている請求項９に記載のヒートパイプ。
11. 相互に対向した前記平坦な内面のペアは、１．５ｍｍ以下の距離で上下に離れている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
12. 前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な全ての断面において、前記ウィック構造体は、上下方向に配置された前記第１のウィック構造体と前記第２のウィック構造体からなる請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
13. 前記扁平型コンテナの前記長手方向に垂直な全ての断面において、前記第１のウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記平坦な内面のペアのうちの一方の内面及び前記第２のウィック構造体と接し、前記第１のウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接しておらず、前記第２のウィック構造体は、前記扁平型コンテナの前記平坦な内面のペアのうちの他方の内面と接し、且つ前記第２のウィック構造体の両側面は前記扁平型コンテナのどの内面にも接していない請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
14. 前記受熱部が、熱伝導性部材を介して前記発熱体と熱的に接続される請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のヒートパイプ。

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