JP6877513B2 - ベーパーチャンバ - Google Patents

Description

本発明は、外部環境からの圧力に対する耐性と放熱特性に優れ、作動流体の流通性が円滑化されたベーパーチャンバ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、近年、その冷却がより重要となっている。また、電子部品等の発熱体は、電子機器の小型化から、狭小空間に配置されることがある。狭小空間に配置された電子部品等の発熱体の冷却方法として、ベーパーチャンバ（平面型ヒートパイプ）が使用されることがある。また、ベーパーチャンバの小型化と軽量化の観点から、ベーパーチャンバのコンテナの肉厚は薄肉化することが要求されている。

コンテナの内部は減圧処理されているので、コンテナの肉厚が薄肉化されていくと、大気圧や荷重の作用によってコンテナが変形してしまう恐れがある。コンテナが変形してしまうと、作動流体の流通特性が低下して、ベーパーチャンバの放熱特性が低下してしまうことがある。そこで、ベーパーチャンバのコンテナ内部には、コンテナの内部空間を維持するために、支持部が設けられることがある。

コンテナ内部に支持部を設けた従来技術として、例えば、コンテナと、コンテナを内側から支持するように、コンテナの内部空間に配置された柱と、コンテナの内部空間に封入された作動流体と、コンテナの内部空間に配置されたウィックとを有し、コンテナの主内面の少なくとも一部分が、コンテナの内部空間に露出しているベーパーチャンバが提案されている（特許文献１）。

しかし、特許文献１等、従来のベーパーチャンバでは、支持部の形状が側面視四角形状となっている。従って、従来のベーパーチャンバでは、支持部のコンテナからの立ち上がり基部とコンテナ内面とのなす角度は直角となっている。前記なす角度が直角となっていると、支持部の立ち上がり基部、すなわち、支持部とコンテナ内面との境界部で、液相の作動流体が貯留しやすくなり、液相の作動流体がコンテナの受熱面に円滑に還流することができないことがあった。また、コンテナの内部空間に露出している支持部の側面は、ベーパーチャンバの放熱作用に寄与できないので、ベーパーチャンバの放熱特性に改善の余地があった。

特開２０１８−１８９３４９号公報

上記事情に鑑み、本発明は、外部環境からの圧力に対する耐性と放熱特性に優れ、作動流体の流通性が円滑化されたベーパーチャンバを提供することを目的とする。

本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］発熱体が熱的に接続される一方の板状体と、該一方の板状体と対向する他方の板状体と、により空洞部が形成されたコンテナと、
前記空洞部に封入された作動流体と、
前記空洞部に収容された、前記コンテナとは別体であるウィック構造体と、を備え、
前記コンテナは、前記他方の板状体の外面に凹部を設けることで、該他方の板状体の内面から前記一方の板状体方向へ突出している支持部を有し、
前記支持部の前記他方の板状体の内面からの立ち上がり基部における該支持部と前記他方の板状体の内面とのなす角度が、鈍角であるベーパーチャンバ。
［２］前記支持部の、前記他方の板状体の延在方向の面積が、前記立ち上がり基部から前記支持部の先端部へ向かうに従って小さくなっている［１］に記載のベーパーチャンバ。
［３］前記支持部の、前記空洞部に露出した側面部が、曲面を有する［１］または［２］に記載のベーパーチャンバ。
［４］前記支持部の先端部が平坦部を有し、該平坦部が前記ウィック構造体と接している［１］乃至［３］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［５］前記なす角度が、９１°以上１５０°以下である［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［６］前記支持部の先端部の、前記他方の板状体の延在方向の面積に対する、前記支持部の立ち上がり基部の前記面積の比率が、１．１以上１０以下である［１］乃至［５］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［７］前記支持部が、前記他方の板状体に複数設けられ、所定の前記支持部と該所定の前記支持部と隣接する２つの他の前記支持部とが、三角配置となっている［１］乃至［６］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［８］前記ウィック構造体が、金属製のメッシュ部材である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［９］前記一方の板状体の周縁部と前記他方の板状体の周縁部とが、ファイバレーザによる溶接にて接合されてコンテナが形成されている［１］乃至［８］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１０］前記一方の板状体の厚さが、前記他方の板状体の厚さよりも厚い［１］乃至［９］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１１］前記一方の板状体の厚さが、前記他方の板状体の厚さよりも薄い［１］乃至［９］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１２］前記コンテナが、該コンテナの厚さ方向の曲げ部を有する［１］乃至［１１］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。

上記態様では、コンテナのうち、発熱体が熱的に接続される一方の板状体が主に受熱面として機能し、一方の板状体と対向する他方の板状体が主に放熱面として機能する。

なお、本明細書中、「他方の板状体の内面」及び「他方の板状体の外面」には、支持部となっている部位は含まれない。従って、上記態様では、支持部は、他方の板状体と一体となっている。また、支持部は、コンテナ内部から見て、他方の板状体の内面から立ち上がっていることで、他方の板状体の内面から一方の板状体方向へ突出している凸状部となっている。

また、上記態様では、支持部の他方の板状体の内面からの立ち上がり基部における該支持部と他方の板状体の内面とのなす角度が、鈍角であることに対応して、他方の板状体の外面に設けられた凹部の外面と他方の板状体の外面とのなす角度が、鋭角となっている。なお、本明細書中、「なす角度」とはコンテナの厚さ方向である側面視における「なす角度」を意味する。

本発明の態様によれば、支持部の他方の板状体からの立ち上がり基部における該支持部と他方の板状体とのなす角度が鈍角であることにより、支持部と他方の板状体の平坦部との境界部で、液相の作動流体が貯留することを防止できる。従って、液相の作動流体は、他方の板状体からコンテナの受熱面である一方の板状体へ円滑に還流することができる。また、本発明の態様によれば、他方の板状体の外面に設けられた凹部の外面と他方の板状体の外面とのなす角度が、鋭角となっていることにより、凹部への気体の流入が円滑化されて、気相の作動流体の凝縮特性が向上し、ひいては、ベーパーチャンバの放熱特性が向上する。

本発明の態様によれば、コンテナは、他方の板状体の外面に凹部を設けることで該他方の板状体の内面から一方の板状体方向へ突出している支持部を有することで、コンテナの放熱面側の外面表面積が増大して、ベーパーチャンバの放熱特性が向上する。また、本発明の態様によれば、上記支持部を有することで、外部環境からの圧力に対する耐性をコンテナに付与することができる。

本発明の態様によれば、支持部の、前記他方の板状体の延在方向の面積が、前記立ち上がり基部から先端部へ向かうに従って小さくなっていることにより、空洞部に露出した支持部の側面部も放熱に大きく寄与できるので、ベーパーチャンバの放熱特性がさらに向上する。

本発明の態様によれば、支持部の、空洞部に露出した側面部が曲面を有することにより、液相の作動流体が支持部の側面部を伝ってコンテナの放熱面から受熱面へより円滑に還流できる。

本発明の態様によれば、支持部の先端部が平坦部を有し、該平坦部がウィック構造体と接していることにより、支持部がウィック構造体に対する一方の板状体の内面への押さえとして機能する。従って、ウィック構造体が一方の板状体の内面上に安定的に固定されるので、コンテナの受熱面に液相の作動流体を安定的に供給できる。

本発明の態様によれば、前記なす角度が９１°以上１５０°以下であることにより、支持部と他方の板状体の平坦部との境界部における液相の作動流体の貯留防止と、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性と、をバランスよく向上させることができる。

本発明の態様によれば、支持部の先端部の前記面積に対する前記支持部の立ち上がり基部の前記面積の比率が、１．１以上１０以下であることにより、支持部と他方の板状体の平坦部との境界部における液相の作動流体の貯留防止と、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性と、をバランスよく向上させることができる。

本発明の態様によれば、複数の支持部が三角配置となっていることにより、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性をさらに向上させることができ、また、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性を損なうことなく、支持部の設置数を低減することができる。

本発明の態様によれば、一方の板状体と他方の板状体とがファイバレーザにて接合されていることにより、一方の板状体と他方の板状体の接合強度が向上してコンテナに優れた封止性を付与でき、また、一方の板状体と他方の板状体の接合時におけるコンテナへの熱負荷を防止できるので、コンテナに優れた機械的強度を付与できる。

本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。 本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの平面図である。 本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。 本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。 本発明の第４実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。 本発明の第５実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバについて、図面を用いながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。図２は、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバの平面図である。

図１、２に示すように、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１は、対向する２枚の板状体、すなわち、一方の板状体１１と一方の板状体１１と対向する他方の板状体１２とを重ねることにより空洞部１３が形成された、平面視（ベーパーチャンバ１の平面に対して鉛直方向、すなわち、ベーパーチャンバ１の厚さ方法に対して平行方向から視認した状態）にて所定形状である平面型のコンテナ１０と、空洞部１３内に封入された作動流体（図示せず）と、を有している。また、空洞部１３には、毛細管構造を有するウィック構造体１５が収容されている。また、他方の板状体１２の内面とウィック構造体１５との間の空間部が、気相の作動流体が流通する蒸気流路１８となっている。コンテナ１０の平面視の形状は、特に限定されないが、ベーパーチャンバ１では、説明の便宜上、四角形状となっている。また、平面型のコンテナ１０は、同一平面上に沿って延在している。

一方の板状体１１は平板状である。他方の板状体１２は板状であるが、他方の板状体１２の周縁部２０を除いた部位が凸状に塑性変形されている。他方の板状体１２の、外側に向かって突出し、凸状に塑性変形された部位が、コンテナ１０の凸部１４であり、凸部１４の内部が空洞部１３となっている。空洞部１３は、封止された空間であり、また、脱気処理により減圧されている。

ウィック構造体１５は、コンテナ１０とは別体、すなわち、コンテナ１０とは別の部材である。ベーパーチャンバ１では、ウィック構造体１５は、コンテナ１０とは接合されていない。ウィック構造体１５は、平面型であるコンテナ１０の平面に沿って、平面状に延在している。ベーパーチャンバ１では、ウィック構造体１５は、一方の板状体１１の内面２１上に、内面２１と面接触した状態で延在している。一方の板状体１１の内面２１は、平滑面となっている。従って、一方の板状体１１の内面２１は、ウィック構造体としての機能は有していない。ウィック構造体１５は、一方の板状体１１の内面２１全体にわたって延在している。また、他方の板状体１２の内面２２と第１のウィック構造体１５との間に形成された空間部が、主に気相の作動流体が流通する蒸気流路１８となっている。

ウィック構造体１５は、毛細管力を生ずる部材であれば、特に限定されず、例えば、金属製のメッシュ部材が挙げられる。メッシュ部材の材質としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属が挙げられる。また、ウィック構造体１５としては、金属製のメッシュ部材の他に、例えば、銅、銅合金等の金属粉の焼結体、銅、銅合金等の金属短繊維の焼結体等が挙げられる。なお、ベーパーチャンバ１では、ウィック構造体１５として、金属製のメッシュ部材が用いられている。

ウィック構造体１５の厚さは、ベーパーチャンバ１の使用状況に応じて適宜選択可能であるが、例えば、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍを挙げることができる。ウィック構造体１５の厚さは、例えば、所望の厚さのメッシュ部材１枚を平面状に敷いてもよく、必要に応じて、複数のメッシュ部材を積み重ねたり、１枚のメッシュ部材を折り曲げたりして、メッシュ部材を厚さ方向に重ねることで調整してもよい。なお、ベーパーチャンバ１では、一方の板状体１１の内面２１全体にわたって、１枚のメッシュ部材を平面状に敷いている。

図１に示すように、他方の板状体１２の内面２２は、平坦面となっている。さらに、他方の板状体１２の内面２２は、平滑面となっている。従って、他方の板状体１２の内面２２は、ウィック構造体としての機能は有していない。空洞部１３方向に相当する他方の板状体１２の内面２２側には、支持部１７が設けられている。支持部１７は、コンテナ１０の内部から見て、他方の板状体１２の内面２２から一方の板状体１１の内面２１の方向へ立ち上がっていることで、他方の板状体１２の内面２２から一方の板状体１１の内面２１の方向へ突起している凸状部となっている。ベーパーチャンバ１のコンテナ１０では、複数の支持部１７、１７、１７・・・が設けられている。ベーパーチャンバ１のコンテナ１０では、他方の板状体１２の外面２４は、平坦面となっている。他方の板状体１２の外面２４側に複数の凹部２７、２７、２７・・・を設けることで、支持部１７が形成されている。

支持部１７は、減圧されているコンテナ１０の内部空間、すなわち、空洞部１３を維持する機能を有する。支持部１７は、他方の板状体１２の内面２２から一方の板状体１１方向へ延在している。

支持部１７の他方の板状体１２の内面２２からの立ち上がり基部３０における支持部１７と他方の板状体１２の内面２２とのなす角度θ１が、鈍角、すなわち、９０°超１８０°未満となっている。また、他方の板状体１２の外面２４に設けられた凹部２７の外面２８と他方の板状体１２の外面２４とのなす角度θ２が、鋭角、すなわち、０°超９０°未満となっている。

支持部１７の平面視の形状、すなわち、凹部２７の平面視の形状は、特に限定されず、例えば、円形状、楕円形状、四角形状、五角形状等の多角形状等が挙げられる。図２に示すように、ベーパーチャンバ１では、円形状となっている。また、図１に示すように、支持部１７の、他方の板状体１４の延在方向の面積は、支持部１７の立ち上がり基部３０から支持部１７の先端部３１へ向かうに従って小さくなっている。上記態様に対応して、図１では、支持部１７の立ち上がり基部３０から支持部１７の先端部３１へ向かうに従って、支持部１７は幅狭となっている。

ベーパーチャンバ１では、なす角度θ１は、支持部１７の周方向に沿って略均一となっている。また、なす角度θ２は、凹部２７の周方向に沿って略均一となっている。

支持部１７の側面部３２は、空洞部１３に露出している。支持部１７の側面部３２の表面は、平滑面となっている。支持部１７の側面部３２の側面視の形状は、特に限定されず、例えば、直線状、曲げ部を有する形状、円弧状等が挙げられる。ベーパーチャンバ１では、支持部１７の側面部３２の側面視の形状は、円弧状となっている。従って、空洞部１３に露出している支持部１７の側面部３２は、曲面を有しており、側面部３２全体が曲面となっている。

ベーパーチャンバ１では、他方の板状体１２の内面２２からの支持部１７の立ち上がり基部３０において、支持部１７と他方の板状体１２の内面とのなす角度θ１が鈍角であることにより、支持部１７と他方の板状体１２の平坦部である内面２２との境界部で、液相の作動流体が貯留することを防止できる。従って、液相の作動流体は、コンテナ１０の放熱面として機能する他方の板状体１２からコンテナ１０の受熱面として機能する一方の板状体１１へ円滑に還流することができる。また、ベーパーチャンバ１では、他方の板状体１２の外面２４に設けられた凹部２７の外面２８と他方の板状体１２の外面２４とのなす角度θ２が、鋭角となっていることにより、凹部２７への気体の流入が円滑化されて、気相の作動流体の凝縮特性が向上し、ひいては、ベーパーチャンバ１の放熱特性が向上する。

また、ベーパーチャンバ１では、コンテナ１０には、他方の板状体１２の外面２４に凹部２７を設けることで他方の板状体１２の内面２２から一方の板状体１１方向へ突出している支持部１７が形成されていることで、コンテナ１０の放熱面側の外面の表面積が増大する。従って、ベーパーチャンバ１では、放熱特性が向上する。また、ベーパーチャンバ１では、支持部１７を有することで、外部環境からの圧力に対する耐性をコンテナ１０に付与することができる。

また、支持部１７の、他方の板状体１２の延在方向の面積が、立ち上がり基部３０から先端部３１へ向かうに従って小さくなっていることにより、空洞部１３に露出した支持部１７の側面部３２も放熱に大きく寄与できるので、ベーパーチャンバ１の放熱特性がさらに向上する。

また、空洞部１３に露出した支持部１７の側面部３２が曲面を有することにより、液相の作動流体が支持部１７の側面部３２を伝ってコンテナ１０の放熱面から受熱面へ、すなわち、他方の板状体１２から一方の板状体１１方向へ、より円滑に還流できる。

図１に示すように、支持部１７の先端部３１は平坦部となっており、先端部３１の平坦部がウィック構造体１５と接している。従って、支持部１７は、ウィック構造体１５を一方の板状体１１の内面２１方向へ押さえることで一方の板状体１１の内面２１に固定する、押さえとしても機能する。上記から、ウィック構造体１５が一方の板状体１１の内面１上に安定的に固定されるので、コンテナ１０の受熱面に液相の作動流体を安定的に供給でき、ドライアウトを確実に防止できる。なお、ベーパーチャンバ１では、支持部１７の先端部３１は、コンテナ１０の一方の板状体１１の内面２１に接していない。

ベーパーチャンバ１では、支持部１７と支持部１７の間の空間部が、気相の作動流体が流通する蒸気流路１８となる。支持部１７の高さは、ベーパーチャンバ１の厚さ、一方の板状体１１と他方の板状体１２の厚さ、ウィック構造体１５の厚さに応じて適宜選択され、例えば、０．１ｍｍ〜０．８ｍｍを挙げることができる。

他方の板状体１２の内面２２からの立ち上がり基部３０における、支持部１７と他方の板状体１２の内面２２とのなす角度θ１は、鈍角であれば、特に限定されないが、その下限値は、支持部１７と他方の板状体１２の内面２２との境界部における液相の作動流体の貯留を防止しつつ、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性を確実に向上させる点から、９１°が好ましく、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性を損なうことなく、液相の作動流体の貯留を確実に防止する点から、１０５°がより好ましく、液相の作動流体の貯留をより確実に防止する点から、１１５°が特に好ましい。一方で、なす角度θ１の上限値は、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性を損なうことなく、液相の作動流体の貯留をより確実に防止する点から１５０°が好ましく、液相の作動流体の貯留を確実に防止しつつ、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性を確実に得る点から、１４０°がより好ましく、外部環境からの圧力に対するコンテナの耐性を確実に向上させる点から、１３５°が特に好ましい。

他方の板状体１２の外面２４側に設けられた凹部２７の外面２８と他方の板状体１２の外面２４とのなす角度θ２は、凹部２７への気体の流入の円滑化と外部環境からの圧力に対するコンテナ１０の耐性とをバランスよく向上させる点から、３０°以上８９°以下が好ましく、４０°以上７５°以下がより好ましく、４５°以上６５°以下が特に好ましい。

ベーパーチャンバ１では、支持部１７の先端部３１の、他方の板状体１２の延在方向の面積に対する、支持部１７の立ち上がり基部３０の前記面積の比率は、１．０超となっている。前記面積の比率は、支持部１７と他方の板状体１２の内面２２との境界部における液相の作動流体の貯留防止と、外部環境からの圧力に対するコンテナ１０の耐性と、をバランスよく向上させる点から、１．１以上１０以下が好ましく、２．０以上８．０以下がより好ましく、３．０以上６．０以下が特に好ましい。

図２に示すように、コンテナ１０には、複数の支持部１７、１７、１７・・・が並列配置されている。複数の支持部１７、１７、１７・・・の配置関係は、特に限定されないが、ベーパーチャンバ１では、所定の支持部１７と該所定の支持部１７と隣接する２つの他の支持部１７（１７’）、１７（１７’）とが、三角配置となっている。複数の支持部１７、１７、１７・・・が三角配置となっていることにより、外部環境からの圧力に対するコンテナ１０の耐性をさらに向上させることができ、また、外部環境からの圧力に対するコンテナ１０の耐性を損なうことなく、支持部１７の設置数を低減することができる。また、複数の支持部１７、１７、１７・・・が三角配置となっていることにより、支持部１７の設置数を低減することができるので、蒸気流路１８をより確実に確保でき、気相の作動流体の流通特性がより確実に向上する。

他方の板状体１２の外面２４側に設けられた凹部２７である支持部１７の形成方法としては、例えば、他方の板状体１２をプレス加工して凹部２７を設ける方法が挙げられる。この場合、支持部１７は、他方の板状体１２と一体成形されており、支持部１７の材料は、他方の板状体１２の材料と同じとなる。

コンテナ１０の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金等を挙げることができる。これらは、単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。ベーパーチャンバ１の厚さとしては、例えば、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍを挙げることができる。一方の板状体１１の厚さと他方の板状体１２の厚さは、同じでも、異なっていてもよく、ベーパーチャンバ１では、一方の板状体１１の厚さと他方の板状体１２の厚さは、同じとなっている。ベーパーチャンバ１では、一方の板状体１１の厚さは、一方の板状体１１の全体にわたって略均一となっている。また、他方の板状体１２の厚さは、他方の板状体１２の全体にわたって略均一となっている。一方の板状体１１と他方の板状体１２の厚さは、例えば、それぞれ、０．１ｍｍを挙げることができる。

また、一方の板状体１１の周縁部４０と他方の板状体１２の周縁部２０を面接触させた状態で周縁部２０と周縁部４０を全周にわたって接合することで、密閉容器であるコンテナ１０が形成され、空洞部１３が封止される。周縁部２０と周縁部４０の接合方法としては、特に限定されず、例えば、拡散接合、ろう付け、ファイバレーザ等によるレーザ溶接、超音波溶接、摩擦接合、圧接接合等を挙げることができる。このうち、一方の板状体１１と他方の板状体１２の接合強度が向上してコンテナ１０に優れた封止性を付与でき、また、一方の板状体１１と他方の板状体１２の接合時におけるコンテナ１０への熱負荷を防止することで、コンテナ１０に優れた機械的強度を付与でき、コンテナ１０の熱変形を防止できる点から、ファイバレーザによる溶接が好ましい。また、接合幅としては、例えば、０．３ｍｍ〜２．５ｍｍを挙げることができる。

また、空洞部１３に封入される作動流体としては、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、水を挙げることができ、その他に、代替フロン、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコール、これらと水との混合物等を挙げることができる。

次に、本発明の第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１の動作について、図１を用いながら説明する。コンテナ１０のうち、一方の板状体１１の外面２３に発熱体１００が熱的に接続されて、一方の板状体１１が受熱面として機能し、一方の板状体１１の外面２３のうち、発熱体１００と接触している部位が受熱部として機能する。ベーパーチャンバ１が受熱部にて発熱体１００から受熱すると、空洞部１３に封入された液相の作動流体が、受熱部にて液相から気相へ相変化し、相変化した気相の作動流体が、蒸気流路１８を流通してベーパーチャンバ１の受熱部から主に放熱面（すなわち、他方の板状体１２）へ移動する。受熱部から主に放熱面へ移動した気相の作動流体は、放熱面にて潜熱を放熱して、気相から液相へ相変化する。このとき、コンテナ１０の放熱面側の外面に凹部２７が形成されて放熱面側の外面の表面積が増大しており、また、凹部２７へ気体が流入することで、放熱面の放熱、すなわち、気相の作動流体の凝縮が促進される。さらに、空洞部１３に露出した支持部１７の側面部３２も放熱に大きく寄与することで、放熱面の放熱が促進される。放熱面にて放出された潜熱は、さらにベーパーチャンバ１の外部環境へ放出される。放熱面にて気相から液相へ相変化した作動流体は、支持部１７の側面部３２を介してまたは放熱面から滴下して受熱面（すなわち、一方の板状体１１）へ還流する。コンテナ１０の受熱面へ還流した液相の作動流体は、ウィック構造体１５の毛細管力により、受熱部へ輸送される。

なお、ベーパーチャンバ１は、送風ファン等の冷却風供給装置を用いての冷却風の供給（すなわち、強制空冷）を行わずに、冷却風供給装置を用いない自然空冷にて、作動させることができる。

次に、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバについて説明する。第２実施形態例に係るベーパーチャンバは、第１実施形態例に係るベーパーチャンバと主要部は共通しているので、第１実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。なお、図３は、本発明の第２実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。

第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１では、支持部１７の側面部３２の側面視の形状は、円弧状となっていたが、これに代えて、図３に示すように、第２実施形態例に係るベーパーチャンバ２では、支持部１７の側面部３２の側面視の形状は、直線状となっている。また、ベーパーチャンバ２では、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１と同じく、支持部１７の先端部３１は平坦部となっており、先端部３１の平坦部がウィック構造体１５と接している。

ベーパーチャンバ２では、支持部１７の、他方の板状体１４の延在方向の面積は、支持部１７の立ち上がり基部３０から支持部１７の先端部３１へ向かうに従って小さくなっている。上記態様に対応して、図３では、支持部１７の立ち上がり基部３０から支持部１７の先端部３１へ向かうに従って、支持部１７は幅狭となっており、支持部１７の側面断面は、台形状となっている。

ベーパーチャンバ２では、支持部１７の平面視の形状、すなわち、凹部２７の平面視の形状は、四角形状となっている。

ベーパーチャンバ２では、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１と同じく、支持部１７の先端部３１の、他方の板状体１２の延在方向の面積に対する、支持部１７の立ち上がり基部３０の前記面積の比率は、１．０超となっている。前記面積の比率は、支持部１７と他方の板状体１２の内面２２との境界部における液相の作動流体の貯留防止と、外部環境からの圧力に対するコンテナ１０の耐性と、をバランスよく向上させる点から、１．１以上１０以下が好ましく、２．０以上８．０以下がより好ましく、３．０以上６．０以下が特に好ましい。

ベーパーチャンバ２でも、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１と同じく、他方の板状体１２の内面２２からの支持部１７の立ち上がり基部３０において、支持部１７と他方の板状体１２の内面とのなす角度θ１が鈍角であることにより、支持部１７と他方の板状体１２の平坦部である内面２２との境界部で、液相の作動流体が貯留することを防止できる。従って、液相の作動流体は、コンテナ１０の放熱面として機能する他方の板状体１２からコンテナ１０の受熱面として機能する一方の板状体１１へ円滑に還流することができる。また、ベーパーチャンバ２でも、他方の板状体１２の外面２４に設けられた凹部２７の外面２８と他方の板状体１２の外面２４とのなす角度θ２が、鋭角となっていることにより、凹部２７への気体の流入が円滑化されて、気相の作動流体の凝縮特性が向上し、ひいては、ベーパーチャンバ２の放熱特性が向上する。

また、ベーパーチャンバ２でも、第１実施形態例に係るベーパーチャンバ１と同じく、コンテナ１０には、他方の板状体１２の外面２４に凹部２７を設けることで他方の板状体１２の内面２２から一方の板状体１１方向へ突出している支持部１７が形成されていることで、コンテナ１０の放熱面側の外面の表面積が増大する。従って、ベーパーチャンバ２でも、放熱特性が向上する。また、ベーパーチャンバ２でも、支持部１７を有することで、外部環境からの圧力に対する耐性をコンテナ１０に付与することができる。

次に、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバについて説明する。第３実施形態例に係るベーパーチャンバは、第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバと主要部は共通しているので、第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。なお、図４は、本発明の第３実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。

第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバ１、２では、一方の板状体１１の厚さと他方の板状体１２の厚さは同じとなっていたが、これに代えて、図４に示すように、第３実施形態例に係るベーパーチャンバ３では、他方の板状体１２の厚さは、一方の板状体１１の厚さよりも厚くなっている。一方の板状体１１の厚さは、一方の板状体１１の全体にわたって略均一となっている。また、他方の板状体１２の厚さは、他方の板状体１２の全体にわたって略均一となっている。なお、ベーパーチャンバ３でも、ベーパーチャンバ１、２と同じく、コンテナ１０には、他方の板状体１２の外面２４に凹部２７を設けることで他方の板状体１２の内面２２から一方の板状体１１方向へ突出している支持部１７が形成されている。

一方の板状体１１の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０８ｍｍを挙げることができる。他方の板状体１２の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１２ｍｍを挙げることができる。ベーパーチャンバ３の厚さとしては、例えば、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍを挙げることができる。なお、ベーパーチャンバ３でも、一方の板状体１１に発熱体１００が熱的に接続される。

ベーパーチャンバ３では、他方の板状体１２の外面２４に凹部２７を設けることで形成された支持部１７を有することで、外部環境からの圧力に対する耐性をコンテナ１０に付与することができるところ、さらに、支持部１７を有する他方の板状体１２が肉厚化されていることにより、外部環境からの圧力に対するコンテナ１０の耐性がさらに向上して、コンテナ１０にさらに優れた機械的強度が付与される。従って、ベーパーチャンバ３の設置や使用の条件等によりコンテナ１０に負荷がかかっても、コンテナ１０に反りが発生することをより確実に防止できる。

次に、本発明の第４実施形態例に係るベーパーチャンバについて説明する。第４実施形態例に係るベーパーチャンバは、第１〜第３実施形態例に係るベーパーチャンバと主要部は共通しているので、第１〜第３実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。なお、図５は、本発明の第４実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。

第１、第２実施形態例に係るベーパーチャンバ１、２では、一方の板状体１１の厚さと他方の板状体１２の厚さは同じとなっていたが、これに代えて、図５に示すように、第４実施形態例に係るベーパーチャンバ４では、一方の板状体１１の厚さは、他方の板状体１２の厚さよりも厚くなっている。一方の板状体１１の厚さは、一方の板状体１１の全体にわたって略均一となっている。また、他方の板状体１２の厚さは、他方の板状体１２の全体にわたって略均一となっている。なお、ベーパーチャンバ４でも、ベーパーチャンバ１、２と同じく、コンテナ１０には、他方の板状体１２の外面２４に凹部２７を設けることで他方の板状体１２の内面２２から一方の板状体１１方向へ突出している支持部１７が形成されている。

一方の板状体１１の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．１２ｍｍを挙げることができる。他方の板状体１２の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．０８ｍｍを挙げることができる。ベーパーチャンバ４の厚さとしては、例えば、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍを挙げることができる。なお、ベーパーチャンバ４でも、一方の板状体１１に発熱体１００が熱的に接続される。

ベーパーチャンバ４では、他方の板状体１２の外面２４に凹部２７を設けることで形成された支持部１７を有することで、外部環境からの圧力に対する耐性をコンテナ１０に付与することができるところ、一方の板状体１１が肉厚化されていることにより、一方の板状体１１の機械的強度が向上して、一方の板状体１１の撓みや歪み等の変形を防止できる。従って、ベーパーチャンバ４では、コンテナ１０は外部環境からの圧力に対する耐性を有しつつ、発熱体１００とコンテナ１０の接触性が向上して、発熱体１００に対して優れた熱的接続性が付与される。

次に、本発明の第５実施形態例に係るベーパーチャンバについて説明する。第５実施形態例に係るベーパーチャンバは、第１〜第４実施形態例に係るベーパーチャンバと主要部は共通しているので、第１〜第４実施形態例に係るベーパーチャンバと同じ構成要素については同じ符号を用いて説明する。なお、図６は、本発明の第５実施形態例に係るベーパーチャンバの側面断面図である。

第１〜第４実施形態例に係るベーパーチャンバ１、２、２、４では、平面型のコンテナ１０は、同一平面上に沿って延在していたが、これに代えて、図６に示すように、第５実施形態例に係るベーパーチャンバ５では、平面型のコンテナ１０は、同一平面上に沿って延在しておらず、曲げ部５０を有している。コンテナ１０の曲げ部５０は、コンテナ１０の厚さ方向に曲げられている部位である。

ベーパーチャンバ５のように、他方の板状体１２の外面２４に凹部２７を設けることで形成された支持部１７を有する本発明のベーパーチャンバでは、使用条件等に応じて、コンテナ１０の厚さ方向に曲げ部５０を形成してもよい。すなわち、ベーパーチャンバ５では、曲げ部を有する機器に搭載することができる。ベーパーチャンバ５では、コンテナ１０に曲げ部５０が形成されても、支持部１７を有することにより曲げ部５０におけるコンテナ１０の座屈を防止できるので、曲げ部５０においても空洞部１３を維持でき、結果、曲げ部５０を有するコンテナ１０全体にわたって、空洞部１３を維持できる。

曲げ部５０の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、コンテナ１０を金型に取り付けて曲げ部５０を形成する方法、コンテナ１０をベンダー加工して曲げ部５０を形成する方法等が挙げられる。

次に、本発明のベーパーチャンバの他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例のベーパーチャンバでは、ウィック構造体１５として、一方の板状体１１の内面２１全体にわたって、１枚のメッシュ部材を平面状に敷いていた。これに代えて、発熱体１００が熱的に接続される一方の板状体１１の受熱部では、ウィック構造体１５として、複数枚のメッシュ部材が重ね合わされて積層された態様としてもよい。この場合、受熱部以外の部位では、ウィック構造体１５は１枚のメッシュ部材としてもよい。すなわち、受熱部におけるウィック構造体１５の厚さが、受熱部以外の部位におけるウィック構造体１５の厚さよりも厚い態様としてもよい。一方の板状体１１の受熱部では複数枚のメッシュ部材が重ね合わされていることにより、受熱部におけるウィック構造体１５の毛細管力及び液相の作動流体の保持量がさらに向上して、受熱部におけるドライアウトを確実に防止できる。

上記各実施形態例に係るベーパーチャンバのコンテナ１０の内面に、さらに、酸化被膜が形成されていてもよい。酸化被膜の組成としては、例えば、コンテナ１０に用いられている金属の酸化物を挙げることができる。また、酸化被膜の構造としては、例えば、結晶体、非晶質体を挙げることができる。コンテナ１０の内面に酸化被膜が形成されていることにより、コンテナ１０内面の腐食を防止することができ、コンテナ１０の耐久性が向上する。

上記各実施形態例に係るベーパーチャンバでは、支持部１７の側面部３２の表面は平滑面となっていたが、これに代えて、側面部３２の表面が毛細管力を有する構造となっていてもよい。側面部３２の表面が毛細管力を有することで、液相の作動流体が、より円滑にコンテナ１０の放熱面から受熱面へ還流できる。毛細管力を有する構造としては、例えば、側面部３２の表面に形成された金属粉の焼結体層、側面部３２の表面に形成された複数の細溝等を挙げることができる。

上記各実施形態例に係るベーパーチャンバでは、ウィック構造体１５はコンテナ１０の一方の板状体１１とは接合されていなかったが、これに代えて、ウィック構造体１５はコンテナ１０の一方の板状体１１と接合されていてもよい。ウィック構造体１５がコンテナ１０の一方の板状体１１に接合されている態様としては、例えば、ウィック構造体１５が金属粉の焼結体または金属短繊維の焼結体であり、該金属粉の焼結体、該金属短繊維の焼結体が、一方の板状体１１の内面２１上に設けられている態様が挙げられる。上記態様では、液相の作動流体がより確実に受熱部からの熱を得ることができる。

上記各実施形態例に係るベーパーチャンバでは、支持部１７の先端部３１がウィック構造体１５と接していたが、これに代えて、支持部１７の先端部３１がコンテナ１０の一方の板状体１１の内面２１上に接していてもよい。この場合、一方の板状体１１の内面２１上であって、支持部１７の先端部３１の周囲に、金属粉の焼結体または金属短繊維の焼結体等のウィック構造体１５が設けられている。支持部１７の先端部３１がコンテナ１０の一方の板状体１１の内面２１上に接していることで、外部環境からの圧力に対するコンテナ１０の耐性がさらに向上する。

上記各実施形態例に係るベーパーチャンバでは、支持部１７の先端部３１がウィック構造体１５と接していたが、これに代えて、複数の支持部１７、１７、１７・・・のうち、一部の支持部１７の先端部３１がウィック構造体１５と接し、他の支持部１７の先端部３１がコンテナ１０の一方の板状体１１の内面２１上に接していてもよい。この場合、例えば、一方の板状体１１の受熱部では、支持部１７の先端部３１がウィック構造体１５と接し、一方の板状体１１の受熱部以外の領域では、支持部１７の先端部３１が一方の板状体１１の内面２１上に接していてもよい。上記態様では、液相の作動流体がより確実に受熱部からの熱を得つつ、外部環境からの圧力に対するコンテナ１０の耐性がさらに向上する。

本発明のベーパーチャンバは、外部環境からの圧力に対する耐性と放熱特性に優れ、作動流体の流通性が円滑化されているので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、携帯用の情報端末や２in１タブレット等のパーソナルコンピュータなどの高機能化された電子機器を冷却する分野で利用価値が高い。

１、２、３、４、５ ベーパーチャンバ
１０ コンテナ
１１ 一方の板状体
１２ 他方の板状体
１３ 空洞部
１５ ウィック構造体
１７ 支持部
１８ 蒸気流路
２７ 凹部
３０ 立ち上がり基部

Claims (8)

1. 発熱体が熱的に接続される一方の板状体と、該一方の板状体と対向する他方の板状体と、により空洞部が形成されたコンテナと、
   前記空洞部に封入された作動流体と、
   前記空洞部に収容された、前記コンテナとは別体であるウィック構造体と、を備え、
   前記コンテナは、前記他方の板状体の外面に凹部を設けることで、該他方の板状体の内面から前記一方の板状体方向へ突出している支持部を有し、
   前記凹部の前記他方の板状体の内面からの立ち上がり基部における該凹部と前記他方の板状体の内面とのなす角度が、９１°以上１５０°以下、前記他方の板状体の外面側に設けられた前記凹部の外面と前記他方の板状体の外面とのなす角度が、４５°以上６５°以下であり、
   前記凹部が、前記立ち上がり基部から前記一方の板状体方向へ突出している先端部へ向かうに従って側面視幅狭となっており、
   前記凹部の先端部の、前記他方の板状体の延在方向の面積に対する、前記凹部の立ち上がり基部の前記他方の板状体の延在方向の面積の比率が、３．０以上６．０以下であり、
   前記支持部の平面視の形状が、円形状または楕円形状、前記支持部の側面部の側面視の形状が、円弧状であり、
   前記ウィック構造体が、金属製のメッシュ部材であり、
   前記支持部が、前記他方の板状体の外面全体にわたって複数設けられ、
   前記コンテナとは接合されていない前記ウィック構造体が、前記一方の板状体の内面全体にわたって延在し、複数の前記支持部が、前記ウィック構造体全体を前記一方の板状体の内面方向へ押さえているベーパーチャンバ。
2. 前記支持部の、前記空洞部に露出した側面部が、曲面を有する請求項１に記載のベーパーチャンバ。
3. 前記支持部の先端部が平坦部を有し、該平坦部が前記ウィック構造体と接している請求項１または２に記載のベーパーチャンバ。
4. 所定の前記支持部と該所定の前記支持部と隣接する２つの他の前記支持部とが、三角配置となっている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
5. 前記一方の板状体の周縁部と前記他方の板状体の周縁部とが、ファイバレーザによる溶接にて接合されてコンテナが形成されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
6. 前記一方の板状体の厚さが、前記他方の板状体の厚さよりも厚い請求項１乃至５のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
7. 前記一方の板状体の厚さが、前記他方の板状体の厚さよりも薄い請求項１乃至５のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
8. 前記コンテナが、該コンテナの厚さ方向の曲げ部を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。

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