JP6852352B2 - ループヒートパイプ及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ループヒートパイプ及び電子機器に関する。

スマートフォンやタブレット端末等のような小型で薄い電子機器の普及に伴い、これらの電子機器に内蔵されているCPU(Central Processing Unit)等の発熱部品を冷却する様々な方法が提案されている。

発熱部品を冷却する方法としては、例えば、熱伝導率が良好な金属板や熱拡散シートで発熱部品の熱を外部に輸送する方法がある。但し、この方法では、輸送できる熱が金属板や熱拡散シートの熱伝導率によって制限されてしまう。例えば、熱拡散シートとして使用されるグラファイトシートの熱伝導率は５００W/mK〜１５００W/mK程度であり、この程度の熱伝導率では発熱部品の発熱量が多くなったときに発熱部品を冷却するのが難しくなってしまう。

そこで、発熱部品の熱を積極的に移動し、発熱部品を冷却するデバイスとしてヒートパイプが検討されている。

ヒートパイプは、作動流体の相変化を利用して熱を輸送するデバイスであって、上記の熱拡散シートよりも効率的な熱輸送ができる。例えば、直径が３mmのヒートパイプは、１５００W/mK〜２５００W/mK程度に相当する大きな熱伝導率を示す。

ヒートパイプには幾つかの種類がある。ループヒートパイプは、発熱部品の熱により作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体を冷却して液化する凝縮器とを備える。そして、蒸発器と凝縮器は、蒸気管や液管等のパイプによってループ状に接続されており、その内部に作動流体が封入されている。

ループヒートパイプは作動流体が流れる方向が一方向となるため、液相の作動流体とその蒸気が管内を往復するヒートパイプと比較して作動流体が受ける抵抗が少なく、効率的に熱輸送を行うことができる。

国際公開第２０１５／０８７４５１号

しかしながら、薄型化された電子機器にループヒートパイプを搭載する場合、電子機器の厚さに合わせて前述の蒸発器、凝縮器、液管、及び蒸発器を扁平に潰さなければならない。その結果、液管や蒸気管のレイアウトによってはこれらの管を作動流体が流れ難くなり、ループヒートパイプの熱輸送の性能が低下するおそれがある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、ループヒートパイプの熱輸送の性能を向上させることを目的とする。

一つの側面によれば、第１の金属シート、第２の金属シート、及び第３の金属シートが順に積層された積層体と、前記第１の金属シートと前記第２の金属シートとの間に設けられ、第１の作動流体が封入されたループ状の第１の流路と、前記第１の流路の途中に設けられ、前記第１の作動流体を蒸発させる第１の蒸発器と、前記第２の金属シートと前記第３の金属シートとの間に設けられ、第２の作動流体が封入されたループ状の第２の流路と、前記第２の流路の途中に設けられ、前記第２の作動流体を蒸発させる第２の蒸発器と、前記積層体の一部に設けられ、平面視で前記第１の流路と前記第２の流路のそれぞれに重なり、かつ前記第１の作動流体と前記第２の作動流体を凝縮させる凝縮器とを有し、前記第２の金属シートは、前記第１の金属シートに対向する第１の表面と、前記第３の金属シートに対向する第２の表面と、を有し、前記第１の表面に前記第１の流路を構成する第１の溝が形成され、前記第２の表面に前記第２の流路を構成する第２の溝が形成されているループヒートパイプが提供される。

一つの側面によれば、本発明においては、第１の金属シートと第２の金属シートとの間に第１の流路を設け、かつ第２の金属シートと第３の金属シートとの間に第２の流路を設ける。このように各金属シートの異なる層間に第１の流路と第２の流路を設けるため、これらの流路が平面視で交差する場合であっても、その交差点には段差が発生しない。その結果、段差によって第１の作動流体や第２の作動流体の流れが滞るのを防止でき、ひいてはループヒートパイプの熱輸送の性能を向上させることが可能となる。

図１は、検討に使用したループヒートパイプの模式図である。 図２は、検討に使用したループヒートパイプの分解斜視図である。 図３は、図２のI-I線に沿った断面図である。 図４は、二つの発熱部品を備えた電子機器の平面図である。 図５は、重ねて設けられたループヒートパイプの斜視図である。 図６は、交差点で発生する別の問題について説明するための断面図である。 図７は、第１実施形態に係る電子機器の平面図である。 図８は、第１実施形態に係るループヒートパイプの斜視図である。 図９は、交差点における第１実施形態に係るループヒートパイプの分解斜視図である。 図１０（ａ）は図７のII-II線に沿う断面図であり、図１０（ｂ）は第１実施形態に係る第２の金属シートの別の構造を説明するための断面図である。 図１１は、第１実施形態に係る第１の金属シートの加工途中の平面図（その１）である。 図１２は、第１実施形態に係る第１の金属シートの加工途中の平面図（その２）である。 図１３は、第１実施形態に係る第１の金属シートの加工途中の断面図（その１）である。 図１４は、第１実施形態に係る第１の金属シートの加工途中の断面図（その２）である。 図１５は、第１実施形態に係る第３の金属シートの平面図である。 図１６は、第１実施形態に係る第３の金属シートの断面図である。 図１７は、第１実施形態に係る第２の金属シートの加工途中の平面図（その１）である。 図１８は、第１実施形態に係る第２の金属シートの加工途中の平面図（その２）である。 図１９は、第１実施形態に係る第２の金属シートの加工途中の平面図（その３）である。 図２０は、第１実施形態に係る第２の金属シートの加工途中の断面図（その１）である。 図２１は、第１実施形態に係る第２の金属シートの加工途中の断面図（その２）である。 図２２は、第１実施形態に係る第２の金属シートの加工途中の断面図（その３）である。 図２３は、第１実施形態に係るループヒートパイプの製造途中の平面図（その１）である。 図２４は、第１実施形態に係るループヒートパイプの製造途中の平面図（その１）である。 図２５は、第１実施形態に係る第１〜第３の金属シートを積層した積層体の断面図である。 図２６は、第２実施形態に係るループヒートパイプの平面図である。 図２７は、第２実施形態に係るループヒートパイプの製造途中の平面図（その１）である。 図２８は、第２実施形態に係るループヒートパイプの製造途中の平面図（その２）である。 図２９は、第２実施形態に係るループヒートパイプの製造途中の平面図（その３）である。 図３０は、第２実施形態に係る第１〜第４の金属シートを積層した積層体の断面図である。

本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が行った検討事項について説明する。

図１は、検討に使用したループヒートパイプの模式図である。

このループヒートパイプ１は、スマートフォン等の薄型の電子機器２に収容されるものであり、蒸発器３と凝縮器４とを有する。

蒸発器３と凝縮器４には蒸気管５と液管６とが接続されており、これらの管５、６によって作動流体Cが流れるループ状の流路が形成される。また、蒸発器３にはCPU等の発熱部品７が固着されており、その発熱部品７の熱により作動流体Cの蒸気Cvが生成される。

蒸気Cvは、蒸気管５を通って凝縮器４に導かれる。凝縮器４は、外気との熱交換により蒸気Cvを冷却して液化する機能を有し、外気との接触面積を増やすために板状とされる。そして、凝縮器４で液化した作動流体Cは液管６を通って再び蒸発器３に供給される。

このようにループ状の流路を作動流体Cが流れることにより、発熱部品７で発生した熱が凝縮器４に移動し、発熱部品７が冷却されることになる。

図２は、このループヒートパイプ１の分解斜視図である。

図２に示すように、このループヒートパイプ１は、第１の銅シート１１と第２の銅シート１２とを有しており、これらを接合することにより作製される。

図３は、図２のI-I線に沿った断面図である。

図３に示すように、第１の銅シート１１と第２の銅シート１２には、それぞれ第１の溝１１ａと第２の溝１２ａが設けられる。そして、これらの銅シート１１、１２を接合することにより、扁平な断面形状の蒸気管５や液管６が各溝１１ａ、１２ａによって画定される。

このようなループヒートパイプ１によれば、第１の銅シート１１と第２の銅シート１２とを接合することにより作製されるため、スマートフォン等の薄型の電子機器２に適した薄いヒートパイプ１を得ることができる。

但し、そのループヒートパイプ１に設けられている蒸発器３は一つのみであるため、複数の発熱部品７を備えた電子機器２においては複数の発熱部品７ごとに複数のループヒートパイプ１を用意しなければならない。

図４は、二つの発熱部品７を備えた電子機器２の平面図である。

なお、図４において、図１で説明したのと同じ要素には図１におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図４の例では、二つの発熱部品７に対応して二つのループヒートパイプ１を電子機器２に設け、二つの発熱部品７の各々をループヒートパイプ１の各々の蒸発器３に固着している。

この場合、電子機器２の小型化を図るために、電子機器２内において各ループヒートパイプ１を重ねて設けることになる。

図５は、このように重ねて設けられたループヒートパイプ１の斜視図である。

図５に示すように、二つのループヒートパイプ１を重ねるレイアウトでは、これらのループヒートパイプ１同士が交差する交差点Aが発生する。その交差点Aにおいては、一方のループヒートパイプ１の蒸気管５や液管６に段差を設けることにより二つの蒸発器３を同一面内に配し、電子機器２の薄型化を図る。

しかしながら、このように段差を設けると交差点Aにおいて作動流体Cの流れが滞ってしまい、段差が設けられたループヒートパイプ１の熱輸送能力が低下してしまう。

しかも、この例では二つのループヒートパイプ１の凝縮器４同士が重なっているため、一方の凝縮器４の熱で他方の凝縮器４が温まってしまい、各々の凝縮器４の放熱効率が悪くなってしまう。

また、このように二つのループヒートパイプ１を交差させると次のような問題も発生する。

図６は、交差点Aで発生する別の問題について説明するための断面図であって、図４のII-II線に沿う断面図に相当する。

図６に示すように、交差点Aにおいては、二つのループヒートパイプ１の液管６同士が交差する。電子機器２の薄型化のためにはこれらの液管６同士を密着させるのが好ましいが、製造誤差等によって各液管６の間に隙間Sが生じ、その隙間Sにおける空気によって各液管６の間の熱抵抗が上昇する。

その結果、各液管６を流れる液相の作動流体Cに温度差が現れ、その作動流体Cで二つの発熱部品７を均等に冷却するのが難しくなる。

以下、本実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図７は、本実施形態に係る電子機器の平面図である。

この電子機器２０は、スマートフォン、デジタルカメラ、及びタブレット端末等の小型の電子機器であって、筐体２１とその内部に収容された第１及び第２の発熱部品２２、２３を有する。

各発熱部品２２、２３は、動作時に発熱するCPU等の能動素子であって、ループヒートパイプ２４により冷却される。

ループヒートパイプ２４は、後述のように複数の金属シートを積層することにより作製され、いずれも平面視でループ状の第１の流路２５と第２の流路２６とを有する。

第１の流路２５と第２の流路２６は独立した流路であり、その各々に第１の作動流体C1と第２の作動流体C2が封入される。

また、第１の流路２５の途中には、第１の発熱部品２２に固着された第１の蒸発器３１が設けられる。固着の仕方は特に限定されないが、この例では不図示のTIM(Thermal Interface Material)を介して第１の蒸発器３１に第１の発熱部品２２を接続する。

第１の蒸発器３１は、第１の発熱部品２２の熱で第１の作動流体C1を蒸発させることにより、第１の作動流体C1の第１の蒸気Cv1を生成する。その第１の蒸気Cv1は、第１の流路２５に設けられた第１の蒸気管３３を通って凝縮器２７に至る。

凝縮器２７は、第１の流路２５と第２の流路２６の各々に重なる平面形状を有しており、外気との熱交換によって第１の作動流体C1や第２の作動流体C2を冷却してこれらを液化する。なお、外気との熱交換を促すために、凝縮器２７を平面視で矩形状にし、凝縮器２７の表面積を増やすのが好ましい。

そして、凝縮器２７において液化した第１の作動流体C1は、第１の流路２５に設けられた第１の液管３４を通って再び第１の蒸発器３１に戻る。

一方、第２の流路２６の途中には、第２の発熱部品２３に固着された第２の蒸発器３５が設けられる。固着の仕方は特に限定されず、第１の発熱部品２２と同様に不図示のTIMを介して第２の蒸発器３５に第２の発熱部品２３を接続し得る。

第２の蒸発器３５は、第２の発熱部品２３の熱で第２の作動流体C2を蒸発させることにより、第２の作動流体C2の第２の蒸気Cv2を生成する。その第２の蒸気Cv2は、第２の流路２６に設けられた第２の蒸気管３６を通って凝縮器２７に至った後、凝縮器２７で冷却されて液化する。

そして、凝縮器２７において液化した第２の作動流体C2は、第２の流路２６に設けられた第２の液管３７を通って再び第２の蒸発器３５に戻る。

図８は、このループヒートパイプ２４の斜視図である。

図８に示すように、各流路２５、２６は、平面視で交差点B、Cにおいて交差する。

図９は、交差点Bにおけるループヒートパイプ２４の分解斜視図である。

図９に示すように、ループヒートパイプ２４は第１〜第３の金属シート４１〜４３をこの順に積層した積層体４４から形成される。各金属シート４１〜４３の材料は特に限定されないが、この例では銅シートを各金属シート４１〜４３として使用する。

なお、銅シートに代えて、ステンレスシートや銅合金を材料とする銅合金シートを各金属シート４１〜４３として使用してもよい。

これらの金属シート４１〜４３のうち、第２の金属シート４２は、第１の金属シート４１に対向する第１の表面４２ａと、第３の金属シート４３に対向する第２の表面４２ｂとを有する。

第１の表面４２ａには、第１の流路２５の上部内面を画定する第１の溝４２ｘが形成される。そして、第２の表面４２ｂには、第２の流路２６の下部内面を画定する第２の溝４２ｙが形成される。

また、第１の金属シート４１には第１の流路２５の下部内面を画定する第３の溝４１ｘが形成され、第３の金属シート４３には第２の流路２６の上部内面を画定する第４の溝４３ｘが形成される。

これにより、このループヒートパイプ２４においては、第１の金属シート４１と第２の金属シート４２との層間に第１の流路２５が形成され、かつ第２の金属シート４２と第３の金属シート４３との層間に第２の流路２６が形成されることになる。

なお、流路２５、２６が潰れるのを防止するために、これらの流路の内部にリブ構造や多孔質構造を設けてもよい。

これらの流路２５、２６は、各金属シート４１〜４３の層間に形成されるため、電子機器２０の薄型化を図るのに適した扁平な断面形状となる。

また、この例のように各流路２５、２６を設ける部位を金属シート４１〜４３の異なる層間とすることにより、各流路２５、２６に段差を設けることなしに交差点B、Cにおいて各流路２５、２６を交差させることができる。その結果、図４の例とは異なり、各流路２５、２６の段差において第１の作動流体C1や第２の作動流体C2の流れが滞るのを防止することができる。

交差点B、Cを設ける部位は特に限定されないが、本実施形態では交差点Bにおいて第１の液管３４と第２の液管３７とを平面視で交差させる。

これにより、交差点Bにおいて液相の第１の作動流体C1と第２の作動流体C2との熱交換が促されるため、液相の作動流体C1、C2の温度差が小さくなり、これらの作動流体C1、C2で各発熱部品２２、２３を均等に冷却することができる。

また、交差点Cを凝縮器２７に設け、交差点Cにおいて第１の蒸気管３３と第２の蒸気管３６とを平面視で交差させるのが好ましい。

これにより、第２の金属シート４２を介して第１の蒸気Cv1と第２の蒸気Cv2との熱交換が促されるため、凝縮器２７においてこれらの蒸気Cv1、Cv2を同程度に冷却することができ、凝縮器２７の放熱効果を高めることが可能となる。

図１０（ａ）は、図７のII-II線に沿う断面図である。

図１０（ａ）に示すように、第１の流路２５と第２の流路２６との間には第２の金属シート４２が介在しており、その第２の金属シート４２によって各流路２５、２６の表面が画定される。

そのため、図６の例のように各流路２５、２６の間に空気が介在する余地がなくなり、第１の流路２５と第２の流路２６との間の熱抵抗を小さくすることができる。

特に、第２の金属シート４２に第２の溝４２ｙを設けることで、第２の溝４２ｙの底面４２ｚが第１の流路２５に近くなり、第１の流路２５と第２の流路２６との間の熱抵抗が小さくなる。

そのため、交差点Bにおいて液相の第１の作動流体C1と第２の作動流体C2との温度差が更に小さくなり、第１の発熱部品２２と第２の発熱部品２３とを均等に冷却することができる。

なお、図１０（ａ）の例では、第２の溝４２ｙの底面４２ｚの高さを第２の表面４２ｂの高さよりも低くしたが、第２の金属シート４２の構造はこれに限定されない。

図１０（ｂ）は、第２の金属シート４２の別の構造を説明するための断面図であって、図７のII-II線に沿う断面図に相当する。

図１０（ｂ）に示すように、この例では、第２の溝４２ｙの底面４２ｚを第２の表面４２ｂと同一面内に設ける。このような構造を採用しても、第１の流路２５と第２の流路２６との間から空気が排除されるため、これらの流路２５、２６の間の熱抵抗を小さくすることができる。

なお、図１０（ａ）と図１０（ｂ）においては第１〜第３の金属シート４１〜４３の材料としていずれも銅を使用したが、本実施形態はこれに限定されず、互いに接合することが可能な材料で各金属シート４１〜４３を形成し得る。

例えば、第１の金属シート４１と第３の金属シート４３の材料として銅を使用し、第２の金属シート４２の材料としてニッケル銅合金を使用してもよい。このように第１の金属シート４１や第３の金属シート４３とは異なる材料で第２の金属シート４２を形成することで、各流路２５、２６の間の熱抵抗を調節することが可能となる。

以上説明した本実施形態に係るループヒートパイプ２４によれば、二つの発熱部品２２、２３の各々に対応した二つの蒸発器３１、３５を備えているため、一つのループヒートパイプ２４で各発熱部品２２、２３を同時に冷却できる。

しかも、前述のように各金属シート４１〜４３の異なる層間に第１の流路２５と第２の流路２６を設けるため、これらの流路２５、２６の交差点には段差が発生しない。その結果、段差によって第１の作動流体C1や第２の作動流体C2の流れが滞るのを防止でき、ひいてはループヒートパイプ２４の熱輸送の性能を向上させることが可能となる。

更に、平面視で二つの流路２５、２６の各々に重なるように凝縮器２７を設けるため、各流路２５、２６を流れる第１の蒸気Cv1と第２の蒸気Cv2の各々を一つの凝縮器２７で冷却することができる。そのため、図５の例のように二つの凝縮器を重ねる必要がなく、凝縮器２７がその両面から放熱を行うことができ、凝縮器２７の放熱効率を高めることが可能となる。

次に、本実施形態に係るループヒートパイプ２４の製造方法について説明する。

まず、第１の金属シート４１の加工方法について説明する。

図１１及び図１２は第１の金属シート４１の加工途中の平面図であり、図１３及び図１４はその断面図である。

なお、図１３や図１４の各断面図は、図１１や図１２におけるIV-IV線、V-V線、及びVI-VI線の各々に沿う断面図に相当する。

最初に、図１１及び図１３に示すように、第１の金属シート４１として厚さが０．１mm〜２．０mm、例えば０．２５mm程度の銅シートを用意する。

そして、その第１の金属シート４１の表面に第１のレジスト層５１を塗布し、それを露光、現像することにより、第１の流路２５と同じ平面形状の開口５１ａを第１のレジスト層５１に形成する。

その後に、開口５１ａを通じて第１の金属シート４１を０．１５mm程度の深さまでウエットエッチングすることにより、第１の流路２５と同じ平面形状の第３の溝４１ｘを第１の金属シート４１に形成する。

なお、ウエットエッチングに代えて、第１の金属シート４１を切削加工することにより第３の溝４１ｘを形成してもよい。

第３の溝４１ｘの幅は特に限定されない。この例では、第１の液管３４を画定する部分における第３の溝４１ｘの幅W1（図１３参照）を６mmとする。また、第１の蒸気管３３を画定する部分や、凝縮器２７を通る部分の第３の溝４１ｘの幅W2（図１３参照）は７mmである。

更に、第１の蒸発器３１に相当する部分の第１の金属シート４１には、上記のエッチングにより流路方向に延びる蒸気溝４１ｄが間隔をおいて複数形成される。蒸気溝４１ｄは、第１の蒸発器３１において第１の蒸気Cv1が通る流路として機能し、その深さは０．１５mmであり、幅W3（図１３参照）は１mm程度である。

また、図１３に示すように、隣接する蒸気溝４１ｄの間には、毛細管力で液相の第１の作動流体C1を保持するための複数の微細なチャネル４１ｅが形成される。そのチャネル４１ｅの深さは、蒸気溝４１ｄと同様に０．１５mm程度である。また、チャネル４１ｅの幅W4と、隣接するチャネル４１ｅの間隔pは、いずれも０．１mm程度である。

このエッチングを終了後、第１のレジスト層５１は除去される。

次いで、図１２及び図１４に示すように、第１の金属シート４１の不要部分を打ち抜くことにより、第１の金属シート４１に対する加工を終える。

なお、第３の金属シート４３の加工も上記した第１の金属シート４１と同様のウエットエッチングや切削加工により行われるのでその詳細は省略する。

図１５は、加工が終了した後の第３の金属シート４３の平面図であり、図１６はその断面図である。

なお、図１６の各断面図は、図１５におけるIV-IV線、V-V線、及びVI-VI線の各々に沿う断面図に相当する。

図１５及び図１６に示すように、第３の金属シート４３は厚さが０．１mm〜２．０mm、例えば０．２５mmの銅シートであって、その表面には第２の流路２６と同じ平面形状の第４の溝４３ｘが形成される。

第４の溝４３ｘの幅は特に限定されないが、第２の液管３７を画定する部分における第４の溝４３ｘの幅W1（図１６参照）は６mmである。そして、第２の蒸気管３６を画定する部分や、凝縮器２７を通る部分の第４の溝４３ｘの幅W2（図１６参照）は７mmである。

また、第２の蒸発器３５に相当する部分の第３の金属シート４３には流路方向に延びる蒸気溝４３ｄが間隔をおいて複数形成される。蒸気溝４３ｄは、第２の蒸発器３５において第２の蒸気Cv2が通る流路として機能し、その深さは０．１５mmであり、幅W3（図１６参照）は１mm程度である。

そして、図１６に示すように、隣接する蒸気溝４３ｄの間には毛細管力で液相の第２の作動流体C2を保持するための複数の微細なチャネル４３ｅが０．１５mm程度の深さに形成される。なお、そのチャネル４３ｅの幅W4と、隣接するチャネル４３ｅの間隔pは、いずれも０．１mm程度である。

次に、第２の金属シート４２の加工方法について説明する。

図１７〜図１９は、第２の金属シート４２の加工途中の平面図であり、図２０〜図２２はその断面図である。

なお、図２０〜図２２の各断面図は、図１７〜図１９におけるIV-IV線、V-V線、及びVI-VI線の各々に沿う断面図に相当する。

まず、図１７及び図２０に示すように、第２の金属シート４２として厚さが０．１mm〜２．０mm、例えば０．４mm程度の銅シートを用意する。

そして、その第２の金属シート４２の第１の表面４２ａに第２のレジスト層５２を塗布し、それを露光、現像することにより、第１の流路２５と同じ平面形状の開口５２ａを第２のレジスト層５２に形成する。

その後、開口５２ａを通じて第２の金属シート４２を０．１５mm程度の深さまでウエットエッチングすることにより、第２の金属シート４２に第１の溝４２ｘを形成する。

なお、ウエットエッチングに代えて、第２の金属シート４２を切削加工することにより第１の溝４２ｘを形成してもよい。

第１の溝４２ｘは、前述のように第３の溝４１ｘ（図１１参照）と協働して第１の流路２５を画定するものであって、第１の溝４２ｘの各部の幅は第３の溝４１ｘのそれらと同じである。例えば、第１の液管３４を画定する部分における第１の溝４２ｘの幅W1（図２０参照）は６mmである。そして、第１の蒸気管３３を画定する部分や、凝縮器２７を通る部分の第１の溝４２ｘの幅W2（図２０参照）は７mmである。

このエッチングの後に、第２のレジスト層５２は除去される。

次に、図１８及び図２１に示すように、第２の金属シート４２の第２の表面４２ｂに第３のレジスト層５３を塗布する。そして、その第３のレジスト層５３を露光、現像することにより、第２の流路２６と同じ平面形状の開口５３ａを第３のレジスト層５３に形成する。

そして、開口５３ａを通じて第２の金属シート４２を０．１５mm程度の深さまでウエットエッチングすることにより、第２の金属シート４２に第２の溝４２ｙを形成する。

なお、第２の金属シート４２を切削加工することにより第２の溝４２ｙを形成してもよい。

第２の溝４２ｙは、前述のように第４の溝４３ｘ（図１５参照）と協働して第２の流路２６を画定するものであって、第２の溝４２ｙの各部の幅は第４の溝４３ｘのそれらと同じである。

例えば、第１の液管３４を画定する部分における第２の溝４２ｙの幅W1（図２１参照）は６mmである。そして、第１の蒸気管３３を画定する部分や、凝縮器２７を通る部分の第２の溝４２ｙの幅W2（図２１参照）は７mmである。

このエッチングの後に、第３のレジスト層５３は除去される。

そして、図１９及び図２２に示すように、第２の金属シート４２の不要部分を打ち抜くことにより、第２の金属シート４２に対する加工を終える。

これ以降の工程について、図２３及び図２４を参照して説明する。

図２３及び図２４は、本実施形態に係るループヒートパイプの製造途中の平面図である。

まず、図２３に示すように、第２の金属シート４２の第１の溝４２ｘに第１のメッシュ部材５５を収容する。第１のメッシュ部材５５は金属細線の金網であって、その金属細線によって微細な孔が形成される。この例では、直径が０．０５mmの銅線の金網を三層積層することにより第１のメッシュ部材５５とする。なお、各々の金網には平均直径が０．１mmの微細な孔が形成される。

その後に、第２の金属シート４２の第１の表面４２ａに第１の金属シート４１を貼り合わせる。

次に、図２４に示すように、第２の金属シート４２の第２の溝４２ｙに、直径が０．０５mmの銅線の金網を三層積層してなる第２のメッシュ部材５６を収容する。その金網に形成される孔の直径は特に限定されないが、この例ではその平均直径を０．１mmとする。

そして、この状態で第２の金属シート４２の第２の表面４２ｂに第３の金属シート４３を貼り合わせる。

図２５は、本工程を終了後の断面図であって、図２４のVI-VI線に沿う断面図に相当する。

図２５に示すように、ここまでの工程により第１〜第３の金属シート４１〜４３が積層された積層体４４が得られ、その積層体４４の一部に凝縮器２７が形成される。

そして、これらの金属シート４１〜４３を約９００℃に加熱しながら各金属シート４１〜４３同士をプレスすることにより、拡散接合によりこれらの金属シート４１〜４３同士を接合する。

その後に、不図示の注入口から各流路２５、２６を減圧した後、第１の流路２５に第１の作動流体C1として水を注入すると共に、第２の流路２６に第２の作動流体C2として水を注入する。

以上により、厚さが０．９mm程度の薄型のループヒートパイプ２４が完成する。

上記したループヒートパイプ２４の製造方法によれば、第１〜第３の金属シート４１〜４３同士を接合することによりループヒートパイプ２４を作成するため、薄型の電子機器２０に適した扁平な流路２５、２６を得ることができる。

また、第１の流路２５に第１のメッシュ部材５５を収容することにより、第１の蒸発器３１に熱が加わっていない初期状態において第１の流路２５の全体に液相の第１の作動流体C1が均一に染み渡る。そのため、実使用下において第１の発熱部品２２が発熱したときに、ループヒートパイプ２４の姿勢の如何を問わずに第１の作動流体C1を蒸発させることができ、ループヒートパイプ２４による冷却を始動させることが可能となる。

そして、これと同様の理由により、第２の流路２６に第２のメッシュ部材５６を収容することにより、ループヒートパイプ２４の姿勢の如何を問わずにループヒートパイプ２４による冷却を始動させることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、二つの発熱部品２２、２３を冷却するために二つの蒸発器３１、３５を備えたループヒートパイプについて説明したが、蒸発器の個数はこれに限定されない。

本実施形態では、三つの発熱部品に対応して三つの蒸発器を備えたループヒートパイプについて説明する。

図２６は、本実施形態に係る電子機器の平面図である。

なお、図２６において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

この電子機器６０は、第１実施形態と同様にスマートフォンやタブレット端末等の小型の電子機器であって、その筐体２１には第１の発熱部品２２、第２の発熱部品２３、及び第３の発熱部品６１が収容される。

第３の発熱部品６１は、第１及び第２の発熱部品２２、２３と同様にCPU等の能動素子であって、ループヒートパイプ７０によって冷却される。

そのループヒートパイプ７０は、第１実施形態で説明した第１の流路２５と第２の流路２６の他に第３の流路７１を有する。このうち、第１の流路２５と第２の流路２６については第１実施形態で説明したのでその詳細は省略する。

第３の流路７１は、第１の流路２５と第２の流路２６の各々と独立しており、ループ状の平面形状を有する。また、第３の流路７１の内部には、第３の作動流体C3として水が封入される。

そして、第３の流路７１の途中には、不図示のTIMを介して第３の発熱部品６１に接続された第３の蒸発器７２が設けられる。

第３の蒸発器７２は、第３の発熱部品６１の熱で第３の作動流体C3を蒸発させることにより、第３の作動流体C3の第３の蒸気Cv3を生成する。その第３の蒸気Cv3は、第３の流路７１に設けられた第３の蒸気管７３を通って凝縮器２７に至る。

凝縮器２７は、第３の流路７１に重なる矩形状の平面形状を有しており、外気との熱交換によって第３の作動流体C3を冷却して液化する。

そして、凝縮器２７において液化した第３の作動流体C3は、第３の流路７１に設けられた第３の液管７４を通って再び第３の蒸発器７２に戻る。

そのループヒートパイプ７０は、以下のように第１〜第４の金属シートを積層することにより製造され得る。

図２７〜図２９は、本実施形態に係るループヒートパイプ７０の製造途中の平面図である。

まず、図２７に示すように、第１の金属シート４１と第２の金属シート４２の各々として銅シートを用意する。

その第１の金属シート４１の表面には、第１実施形態で説明した第３の溝４１ｘが形成される。また、第２の金属シート４２の第１の表面４２ａには前述の第１の溝４２ｘが形成されており、第２の表面４２ｂには前述の第２の溝４２ｙが形成される。

そして、その第１の溝４２ｘに第１のメッシュ部材５５を収容した後、第２の金属シート４２の第１の表面４２ａに第１の金属シート４１を貼り合わせる。

次に、図２８に示すように、第２の金属シート４２の第２の溝４２ｙに第２のメッシュ部材５６を収容する。

更に、その第２の金属シート４２の他に、第３の金属シート４３として銅シートを用意する。

その第３の金属シート４３は、第２の金属シート４２に対向する第３の表面４３ａと、その第３の表面４３ａに相対する第４の表面４３ｂとを有する。

このうち、第３の表面４３ａには前述の第４の溝４３ｘが形成されている。一方、第４の表面４３ｂには、第３の流路７１を画定する第５の溝４３ｙが形成されている。

そして、上記のように第２の溝４２ｙに第２のメッシュ部材５６が収容されている状態で、第２の金属シート４２の第２の表面４２ｂに第３の金属シート４３の第３の表面４３ａを貼り合わせる。

続いて、図２９に示すように、第３の金属シート４３の第５の溝４３ｙに第３のメッシュ部材７５を収容する。第３のメッシュ部材７５は、第１のメッシュ部材５５や第２のメッシュ部材５６と同様に、直径が０．０５mmの銅線の金網を三層積層することにより作製される。なお、その金網に形成される孔の直径は平均で０．１mm程度である。

第３のメッシュ部材７５は、第３の蒸発器７２に熱が加わっていない初期状態において液相の第３の作動流体C3を保持するように機能する。よって、実使用下において第３の発熱部品６１が発熱することにより、ループヒートパイプ７０の姿勢の如何を問わずに第３の作動流体C3が蒸発し、ループヒートパイプ７０による冷却を始動することができる。

更に、その第３の金属シート４３の他に、第４の金属シート７７として厚さが０．２５mm程度の銅シートを用意する。

第４の金属シート７７の表面には、第５の溝４３ｙと協働して第３の流路７１を画定する第６の溝７７ｘが形成される。

そして、上記のように第５の溝４３ｙに第３のメッシュ部材７５が収容されている状態で、第３の金属シート４３の第４の表面４３ｂに第４の金属シート７７を貼り合わせる。

図３０は、本工程を終了後の断面図であって、図２９のVI-VI線に沿う断面図に相当する。

図３０に示すように、ここまでの工程により第１〜第４の金属シート４１〜４３、７７が積層された積層体８０が得られる。

そして、これらの金属シート４１〜４３、７７を約９００℃に加熱しながら各金属シート４１〜４３、７７同士をプレスすることにより、拡散接合によりこれらの金属シート４１〜４３、７７同士を接合する。

その後に、不図示の注入口から各流路２５、２６、７１を減圧した後、これらの流路２５、２６、７１の各々に第１〜第３の作動流体C1〜C3として水を注入する。

以上により、本実施形態に係るループヒートパイプ７０が完成する。

上記した本実施形態によれば、第１〜第３の発熱部品２２、２３、６１の各々に対応した第１〜第３の流路２５、２６、７１をループヒートパイプ７０に設けるため、これら三つの発熱部品２２、２３、６１を一つのループヒートパイプ７０で同時に冷却できる。

以上、各実施形態について詳細に説明したが、各実施形態は上記に限定されない。例えば、第１〜第３の流路２５、２６、７１の幅は上記に限定されず、ループヒートパイプ２４、７０に求められる熱輸送性能に応じて適宜最適化し得る。

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１） 第１の金属シート、第２の金属シート、及び第３の金属シートが順に積層された積層体と、
前記第１の金属シートと前記第２の金属シートとの間に設けられ、第１の作動流体が封入されたループ状の第１の流路と、
前記第１の流路の途中に設けられ、前記第１の作動流体を蒸発させる第１の蒸発器と、
前記第２の金属シートと前記第３の金属シートとの間に設けられ、第２の作動流体が封入されたループ状の第２の流路と、
前記第２の流路の途中に設けられ、前記第２の作動流体を蒸発させる第２の蒸発器と、
前記積層体の一部に設けられ、前記第１の作動流体と前記第２の作動流体を凝縮させる凝縮器と、
を有するループヒートパイプ。

（付記２） 前記第１の流路と前記第２の流路とが平面視で交差することを特徴とする付記１に記載のループヒートパイプ。

（付記３） 前記第２の金属シートは、前記第３の金属シートに対向する表面を有し、
前記第１の流路と前記第２の流路とが交差する部分において、前記第２の溝の底面の高さが、前記表面の高さ以下であることを特徴とする付記２に記載のループヒートパイプ。

（付記４） 前記第１の流路は、前記第１の蒸発器で蒸発した前記第１の作動流体が流れる第１の蒸気管を有し、
前記第２の流路は、前記第２の蒸発器で蒸発した前記第２の作動流体が流れる第２の蒸気管を有し、
前記凝縮器において前記第１の蒸気管と前記第２の蒸気管とが平面視で交差することを特徴とする付記２に記載のループヒートパイプ。

（付記５） 前記第１の流路は、前記凝縮器で凝縮した前記第１の作動流体が流れる第１の液管を有し、
前記第２の流路は、前記凝縮器で凝縮した前記第２の作動流体が流れる第２の液管を有し、
前記第１の液管と前記第２の液管とが平面視で交差することを特徴とする付記２に記載のループヒートパイプ。

（付記６） 前記第２の金属シートは、前記第１の金属シートに対向する第１の表面と、前記第３の金属シートに対向する第２の表面とを有し、
前記第１の表面が前記第１の流路の内面を画定し、前記第２の表面が前記第２の流路の内面を画定することを特徴とする付記１に記載のループヒートパイプ。

（付記７） 前記第１の表面に、前記第１の流路の一部を画定する第１の溝が形成され、
前記第２の表面に、前記第２の流路の一部を画定する第２の溝が形成されたことを特徴とする付記６に記載のループヒートパイプ。

（付記８） 前記第３の金属シートの上に積層された第４の金属シートと、
前記第３の金属シートと前記第４の金属シートとの間に形成されたループ状の平面形状を有し、第３の作動流体が封入された第３の流路と、
前記第３の流路の途中に設けられ、前記第３の作動流体を蒸発させる第３の蒸発器とを更に有することを特徴とする付記１に記載のループヒートパイプ。

（付記９） 前記凝縮器は、平面視で前記第１の流路と前記第２の流路の各々に重なることを特徴とする付記１に記載のループヒートパイプ。

（付記１０） 第１の金属シート、第２の金属シート、及び第３の金属シートが順に積層された積層体と、
前記第１の金属シートと前記第２の金属シートとの間に設けられ、第１の作動流体が封入されたループ状の第１の流路と、
前記第１の流路の途中に設けられ、前記第１の作動流体を蒸発させる第１の蒸発器と、
前記第２の金属シートと前記第３の金属シートとの間に設けられ、第２の作動流体が封入されたループ状の第２の流路と、
前記第２の流路の途中に設けられ、前記第２の作動流体を蒸発させる第２の蒸発器と、
前記積層体の一部に設けられ、前記第１の作動流体と前記第２の作動流体を凝縮させる凝縮器と、
前記第１の蒸発器に接続された第１の発熱部品と、
前記第２の蒸発器に接続された第２の発熱部品と、
を有する電子機器。

１…ループヒートパイプ、２…電子機器、３…蒸発器、４…凝縮器、５…蒸気管、６…液管、７…発熱部品、１１…第１の銅シート、１１ａ…第１の溝、１２…第２の銅シート、１２ａ…第２の溝、２０…電子機器、２１…筐体、２２…第１の発熱部品、２３…第２の発熱部品、２４…ループヒートパイプ、２５…第１の流路、２６…第２の流路、２７…凝縮器、３１…第１の蒸発器、３３…第１の蒸気管、３４…第１の液管、３５…第２の蒸発器、３６…第２の蒸気管、３７…第２の液管、４１…第１の金属シート、４１ｘ…第３の溝、４２…第２の金属シート、４２ａ…第１の表面、４２ｂ…第２の表面、４２ｘ…第１の溝、４２ｙ…第２の溝、４３…第３の金属シート、４３ａ…第３の表面、４３ｂ…第４の表面、４３ｘ…第４の溝、４３ｙ…第５の溝、４４…積層体、５１…第１のレジスト層、５１ａ…開口、５２…第２のレジスト層、５２ａ…開口、５３…第３のレジスト層、５３ａ…開口、５５…第１のメッシュ部材、５６…第２のメッシュ部材、６０…電子機器、６１…第３の発熱部品、７０…ループヒートパイプ、７１…第３の流路、７２…第３の蒸発器、７３…第３の蒸気管、７４…第３の液管、７５…第３のメッシュ部材、７７…第４の金属シート、７７ｘ…第６の溝、８０…積層体。

Claims (7)

1. 第１の金属シート、第２の金属シート、及び第３の金属シートが順に積層された積層体と、
   前記第１の金属シートと前記第２の金属シートとの間に設けられ、第１の作動流体が封入されたループ状の第１の流路と、
   前記第１の流路の途中に設けられ、前記第１の作動流体を蒸発させる第１の蒸発器と、
   前記第２の金属シートと前記第３の金属シートとの間に設けられ、第２の作動流体が封入されたループ状の第２の流路と、
   前記第２の流路の途中に設けられ、前記第２の作動流体を蒸発させる第２の蒸発器と、
   前記積層体の一部に設けられ、前記第１の作動流体と前記第２の作動流体を凝縮させる凝縮器と、
   を有し、
   前記第２の金属シートは、
   前記第１の金属シートに対向する第１の表面と、
   前記第３の金属シートに対向する第２の表面と、
   を有し、
   前記第１の表面に前記第１の流路を構成する第１の溝が形成され、
   前記第２の表面に前記第２の流路を構成する第２の溝が形成されていることを特徴とするループヒートパイプ。
2. 前記第１の流路と前記第２の流路とが平面視で交差し、
   前記第１の流路と前記第２の流路とが交差する部分において、前記第１の溝と前記第２の溝とが交差することを特徴とする請求項１に記載のループヒートパイプ。
3. 前記第１の流路と前記第２の流路とが交差する部分において、前記第２の溝の底面の高さが、前記第２の表面の高さ以下であることを特徴とする請求項２に記載のループヒートパイプ。
4. 前記第１の流路は、前記第１の蒸発器で蒸発した前記第１の作動流体が流れる第１の蒸気管を有し、
   前記第２の流路は、前記第２の蒸発器で蒸発した前記第２の作動流体が流れる第２の蒸気管を有し、
   前記凝縮器において前記第１の蒸気管と前記第２の蒸気管とが平面視で交差することを特徴とする請求項２に記載のループヒートパイプ。
5. 前記第１の流路は、前記凝縮器で凝縮した前記第１の作動流体が流れる第１の液管を有し、
   前記第２の流路は、前記凝縮器で凝縮した前記第２の作動流体が流れる第２の液管を有し、
   前記第１の液管と前記第２の液管とが平面視で交差することを特徴とする請求項２に記載のループヒートパイプ。
6. 前記積層体上であって前記第１の流路と平面視において重なる位置に、第１発熱部材が配置される第１領域が設けられ、前記第１領域において前記第１の溝には、液相の前記第１の作動流体を毛細管力で保持するための第１の複数チャネルが形成され、
   前記積層体上であって前記第２の流路と平面視において重なる位置に、第２発熱部材が配置される第２領域が設けられ、前記第２領域において前記第２の溝には、液相の前記第２の作動流体を毛細管力で保持するための第２の複数チャネルが形成される
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項に記載のループヒートパイプ。
7. 第１の金属シート、第２の金属シート、及び第３の金属シートが順に積層された積層体と、
   前記第１の金属シートと前記第２の金属シートとの間に設けられ、第１の作動流体が封入されたループ状の第１の流路と、
   前記第１の流路の途中に設けられ、前記第１の作動流体を蒸発させる第１の蒸発器と、
   前記第２の金属シートと前記第３の金属シートとの間に設けられ、第２の作動流体が封入されたループ状の第２の流路と、
   前記第２の流路の途中に設けられ、前記第２の作動流体を蒸発させる第２の蒸発器と、
   前記積層体の一部に設けられ、前記第１の作動流体と前記第２の作動流体を凝縮させる凝縮器と、
   前記第１の蒸発器に接続された第１の発熱部品と、
   前記第２の蒸発器に接続された第２の発熱部品と、
   を有し、
   前記第２の金属シートは、
   前記第１の金属シートに対向する第１の表面と、
   前記第３の金属シートに対向する第２の表面と、
   を有し、
   前記第１の表面に前記第１の流路を構成する第１の溝が形成され、
   前記第２の表面に前記第２の流路を構成する第２の溝が形成されていることを特徴とする電子機器。

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