JP7311057B2 - 熱拡散デバイスおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、熱拡散デバイスおよび電子機器に関する。

近年、素子の高集積化および高性能化による発熱量が増加している。また、製品の小型化が進むことで、発熱密度が増加するため、放熱対策が重要となっている。この状況はスマートフォンおよびタブレットなどのモバイル端末の分野において特に顕著である。熱対策部材としては、グラファイトシートなどが用いられることが多いが、その熱輸送量は十分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。中でも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能である熱拡散デバイスとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。

ベーパーチャンバーは、筐体の内部に、作動媒体と、毛細管力によって作動媒体を輸送するウィックとが封入された構造を有する。上記作動媒体は、電子部品などの発熱素子からの熱を吸収する蒸発部において発熱素子からの熱を吸収してベーパーチャンバー内で蒸発した後、ベーパーチャンバー内を移動し、冷却されて液相に戻る。液相に戻った作動媒体は、ウィックの毛細管力によって再び発熱素子側の蒸発部に移動し、発熱素子を冷却する。これを繰り返すことにより、ベーパーチャンバーは外部動力を有することなく自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。

特許文献１には、作動流体が内部に封入された扁平状のコンテナと、上記コンテナの内部に設けられたウィックと、を備え、上記ウィックは、繊維を筒状に編んだ編組体と、上記繊維よりも太い繊維を線状に束ねた線状束と、を有し、上記線状束は、上記編組体の内周面によって囲まれた空洞部に配置されており、上記編組体の周囲に、上記作動流体の蒸気流路が形成され、上記空洞部に、上記作動流体の液体流路が形成されている、ことを特徴とするヒートパイプが開示されている。

特開２０１８－７６９８９号公報

特許文献１に記載のヒートパイプでは、ウィックの材料として用いられている繊維の太さを変えることで、ウィックに内部領域と外部領域とを形成した上で、内部領域を液体流路、外部領域を蒸気流路としている。

しかしながら、ベーパーチャンバーにおいてウィックが繊維から構成される場合、ウィックの毛細管力と透過率とはトレードオフの関係にある。そのため、ベーパーチャンバーの熱輸送能力を高くすることは困難である。

なお、上記の問題は、ベーパーチャンバーに限らず、ベーパーチャンバーと同様の構成によって熱を拡散させることが可能な熱拡散デバイスに共通する問題である。

本発明は、高い熱輸送能力を有する熱拡散デバイスを提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記熱拡散デバイスを備える電子機器を提供することを目的とする。

本発明の熱拡散デバイスは、厚さ方向に対向する第１内壁面および第２内壁面を有する筐体と、上記筐体の内部空間に封入される作動媒体と、上記筐体の上記第１内壁面と上記第２内壁面との間に配置されるウィックと、を備える。上記ウィックは、繊維を線状に束ねた繊維束から構成される。上記第１内壁面および上記第２内壁面の少なくとも一方の内壁面と上記ウィックとの間には、毛細管力による液流路が上記ウィックの延伸方向に沿って形成されている。

本発明の電子機器は、本発明の熱拡散デバイスと、上記熱拡散デバイスを構成する筐体の外壁面に取り付けられた電子部品と、を備える。

本発明によれば、高い熱輸送能力を有する熱拡散デバイスを提供することができる。さらに、本発明によれば、上記熱拡散デバイスを備える電子機器を提供することができる。

図１は、本発明の熱拡散デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す平面図である。 図３は、図２に示すベーパーチャンバーのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った幅方向の断面図である。 図４は、図２に示すベーパーチャンバーのＩＶ－ＩＶ線に沿った長さ方向の断面図である。 図５は、図３においてＶで示す部分の拡大図である。 図６は、ウィックの一例を模式的に示す平面図である。 図７は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの別の一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。 図９は、本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す幅方向の断面図である。 図１０は、本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。 図１１は、本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。 図１２は、本発明の第５実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す幅方向の断面図である。 図１３は、本発明の第５実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。 図１４は、本発明の第６実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す幅方向の断面図である。 図１５は、本発明の第６実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。 図１６は、本発明の第７実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す平面図である。 図１７は、図１６に示すベーパーチャンバーのＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿った幅方向の断面図である。 図１８は、図１６に示すベーパーチャンバーのＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿った長さ方向の断面図である。 図１９は、筐体が複数の蒸発部を有するベーパーチャンバーの一例を模式的に示す平面図である。 図２０は、筐体が複数の蒸発部を有するベーパーチャンバーの別の一例を模式的に示す平面図である。 図２１は、本発明の電子機器の一例を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の熱拡散デバイスについて説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

本発明の熱拡散デバイスは、厚さ方向に対向する第１内壁面および第２内壁面を有する筐体と、上記筐体の内部空間に封入される作動媒体と、上記筐体の上記第１内壁面と上記第２内壁面との間に配置されるウィックと、を備える。

以下では、本発明の熱拡散デバイスの一実施形態として、ベーパーチャンバーを例にとって説明する。本発明の熱拡散デバイスは、ヒートパイプ等の熱拡散デバイスにも適用可能である。

図１は、本発明の熱拡散デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。

図１に示すベーパーチャンバー１は、気密状態に密閉された中空の筐体１０を備える。図１に示すように、筐体１０の外壁面には、発熱素子である熱源（ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ）ＨＳが配置される。熱源ＨＳとしては、電子機器の電子部品、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）等が挙げられる。

ベーパーチャンバー１は、全体として面状である。すなわち、筐体１０は、全体として面状である。ここで、「面状」とは、板状およびシート状を包含し、幅方向Ｘの寸法（以下、幅という）および長さ方向Ｙの寸法（以下、長さという）が厚さ方向Ｚの寸法（以下、厚さまたは高さという）に対して相当に大きい形状、例えば幅および長さが、厚さの１０倍以上、好ましくは１００倍以上である形状を意味する。

ベーパーチャンバー１の大きさ、すなわち、筐体１０の大きさは、特に限定されない。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、用途に応じて適宜設定することができる。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、各々、例えば、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下または５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。

筐体１０は、外縁部が接合された対向する第１シート１１および第２シート１２から構成されることが好ましい。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、ベーパーチャンバーとして用いるのに適した特性、例えば熱伝導性、強度、柔軟性、可撓性等を有するものであれば、特に限定されない。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、好ましくは金属であり、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、またはそれらを主成分とする合金等であり、特に好ましくは銅である。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよいが、好ましくは同じである。

筐体１０が第１シート１１および第２シート１２から構成される場合、第１シート１１および第２シート１２は、これらの外縁部において互いに接合される。かかる接合の方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー溶接、抵抗溶接、拡散接合、ロウ接、ＴＩＧ溶接（タングステン－不活性ガス溶接）、超音波接合または樹脂封止を用いることができ、好ましくはレーザー溶接、抵抗溶接またはロウ接を用いることができる。

第１シート１１および第２シート１２の厚さは、特に限定されないが、各々、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下である。第１シート１１および第２シート１２の厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、第１シート１１および第２シート１２の各シートの厚さは、全体にわたって同じであってもよく、一部が薄くてもよい。

第１シート１１および第２シート１２の形状は、特に限定されない。例えば、第１シート１１は、厚みが一定の平板形状であり、第２シート１２は、外縁部が外縁部以外の部分よりも厚い形状であってもよい。

あるいは、第１シート１１は、厚みが一定の平板形状であり、第２シート１２は、厚みが一定で、かつ、外縁部に対して外縁部以外の部分が外側に凸の形状であってもよい。この場合、筐体１０の外縁部に凹みが形成される。そのため、ベーパーチャンバーを搭載する際などに外縁部の凹みを利用することができる。また、外縁部の凹みに他の部品などを配置することができる。

ベーパーチャンバー１全体の厚さは、特に限定されないが、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下である。

厚さ方向Ｚから見た筐体１０の平面形状は特に限定されず、例えば、三角形または矩形などの多角形、円形、楕円形、これらを組み合わせた形状などが挙げられる。また、筐体１０の平面形状は、Ｌ字型、Ｃ字型（コの字型）、階段型などであってもよい。また、筐体１０は貫通口を有してもよい。筐体１０の平面形状は、ベーパーチャンバーの用途、ベーパーチャンバーの組み入れ箇所の形状、近傍に存在する他の部品に応じた形状であってもよい。

本発明の熱拡散デバイスでは、上記ウィックは、繊維を線状に束ねた繊維束から構成され、上記第１内壁面および上記第２内壁面の少なくとも一方の内壁面と上記ウィックとの間には、毛細管力による液流路が上記ウィックの延伸方向に沿って形成されていることを特徴としている。

以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では、第１実施形態と共通の事項についての記述は省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。

以下の説明において、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明の熱拡散デバイス」という。

以下に示す図面は模式的なものであり、その寸法や縦横比の縮尺などは実際の製品とは異なる場合がある。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態では、第１内壁面とウィックとの間および第２内壁面とウィックとの間に、毛細管力による液流路がウィックの延伸方向に沿って形成されている。

図２は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す平面図である。図３は、図２に示すベーパーチャンバーのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った幅方向の断面図である。図４は、図２に示すベーパーチャンバーのＩＶ－ＩＶ線に沿った長さ方向の断面図である。なお、図４には、熱源ＨＳが取り付けられた状態のベーパーチャンバーが示されている。

図２、図３および図４に示すベーパーチャンバー１Ａは、筐体１０を備える。筐体１０は、図３および図４に示すように、厚さ方向Ｚに対向する第１内壁面１１ａおよび第２内壁面１２ａを有する。図１において説明したように、筐体１０は、外縁部が接合された対向する第１シート１１および第２シート１２から構成されることが好ましい。図３および図４に示すように、ベーパーチャンバー１Ａは、さらに、筐体１０の内部空間に封入される作動媒体２０と、筐体１０の第１内壁面１１ａと第２内壁面１２ａとの間に配置されるウィック３０と、を備える。

筐体１０には、図２に示すように、封入した作動媒体２０を蒸発させる蒸発部（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｐｏｒｔｉｏｎ）ＥＰが設定されている。筐体１０の内部空間のうち、熱源ＨＳの近傍であって熱源ＨＳによって加熱される部分が、蒸発部ＥＰに相当する。

作動媒体２０は、筐体１０内の環境下において気－液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば、水、アルコール類、代替フロン等を用いることができる。例えば、作動媒体は水性化合物であり、好ましくは水である。

ウィック３０は、図２に示すように、厚さ方向Ｚからの平面視で、蒸発部ＥＰに位置する一方の端部から他方の端部まで延びている。

図５は、図３においてＶで示す部分の拡大図である。図６は、ウィックの一例を模式的に示す平面図である。

図５および図６に示すように、ウィック３０は、繊維Ｆを線状に束ねた繊維束から構成される。繊維束は、毛細管力によって作動媒体２０を輸送するウィックとして機能する。したがって、蒸発部ＥＰで蒸発した後、冷却されて液相に戻った作動媒体２０を、再び蒸発部ＥＰに還流させることができる。

繊維Ｆとしては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属線や、カーボン繊維、ガラス繊維などの非金属線を用いることができる。中でも、金属線は、熱伝導率が高いため好ましい。例えば、直径が０．０３ｍｍ程度の銅線を２００本程度束ねることで繊維束とすることができる。

ベーパーチャンバー１Ａでは、図４に示すように、ウィック３０の両方の端部が筐体１０の第１内壁面１１ａに接している。この場合、ウィック３０の端部は筐体１０の第１内壁面１１ａに固定されていることが好ましい。例えば、ウィック３０を構成する繊維Ｆが金属線である場合、ウィック３０の端部が筐体１０の第１内壁面１１ａに接合されていることが好ましい。接合の方法は特に限定されないが、例えば、スポット溶接、拡散接合、超音波接合などを用いることができる。

ベーパーチャンバー１Ａでは、図３、図４および図５に示すように、第１内壁面１１ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４１がウィック３０の延伸方向（ここでは長さ方向Ｙ）に沿って形成されており、第２内壁面１２ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４２がウィック３０の延伸方向に沿って形成されている。一方、筐体１０内の液流路４１および４２以外の隙間には、蒸気流路５０が形成されている。

液流路４１および４２は、繊維束から構成されるウィック３０の機能を補助する。液流路４１および４２は、従来のウィックとして用いられるマイクロチャネルまたはメッシュのように作動媒体２０の進行方向に遮るものがないため、透過率を高くすることができる。その結果、高い熱輸送能力を有するベーパーチャンバーを得ることができる。

厚さ方向Ｚにおいて、第１内壁面１１ａと第２内壁面１２ａとの対向距離をＡ、ウィック３０の高さをＢとしたとき、Ａ－Ｂ＞１０μｍであることが好ましい。Ａ－Ｂの値が１０μｍよりも大きいと、透過率を高くすることができる。Ａ－Ｂの値の上限は特に限定されないが、毛細管力を得る観点から、例えばＡ－Ｂ≦１００μｍである。

厚さ方向Ｚにおいて、第１内壁面１１ａとウィック３０との間の距離（すなわち液流路４１の高さ）および第２内壁面１２ａとウィック３０との間の距離（すなわち液流路４２の高さ）は、同じであってもよく、異なっていてもよい。熱輸送効率の観点からは、熱源ＨＳに近い側の液流路（ここでは液流路４１）の高さが、熱源ＨＳに遠い側の液流路（ここでは液流路４２）の高さより大きいことが好ましい。

特に、図４に示すように、ウィック３０の両方の端部のみでウィック３０が筐体１０に固定されていると、ウィック３０が固定されていない箇所に液流路４１または４２を形成することができるため、作動媒体２０の流路が確保されやすくなる。

また、図４に示すように、筐体１０の第１内壁面１１ａの反対側に位置する外壁面に熱源ＨＳが取り付けられることによって、筐体１０が第１内壁面１１ａに蒸発部ＥＰを有する場合、第１内壁面１１ａに固定されているウィック３０の端部は、蒸発部ＥＰに位置することが好ましい。この場合、熱源ＨＳが配置される部分に作動媒体２０が接するため、熱輸送効率をさらに高くすることができる。

長さ方向Ｙにおいて、液流路４１の長さ（図４中、Ｌ１で示す長さ）は特に限定されないが、ウィック３０の延伸方向の長さ（図４中、Ｌ０で示す長さ）の１／５以上であることが好ましい。同様に、長さ方向Ｙにおいて、液流路４２の長さ（図４中、Ｌ２で示す長さ）は特に限定されないが、ウィック３０の延伸方向の長さＬ０の１／５以上であることが好ましい。液流路４１の長さＬ１または液流路４２の長さＬ２を長くすることで、放熱効率をさらに高くすることができる。なお、液流路４１の長さＬ１および液流路４２の長さＬ２は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

ウィック３０は任意の繊維束から構成されればよいが、図６に示すように、編み込み状の繊維束から構成されることが好ましい。複数の繊維Ｆが編み込まれた繊維束では、表面に凹凸が存在するため、筐体１０の内壁面とウィック３０との間に液流路４１または４２が形成されやすくなる。

図７は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの別の一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。
図７に示すベーパーチャンバー１ａのように、端部に向かってウィック３０が凹んでいてもよい。図７に示す例では、ウィック３０の厚さは一定であるが、端部に向かってウィック３０が薄くなっていてもよい。ウィック３０が薄くなった部分では、作動媒体２０の蒸気が蒸発する部分の面積が広がるため、循環経路を確保することができる。この場合、厚さ方向Ｚからの平面視で、ウィック３０は、端部に向かって太くなっていてもよい。ウィック３０の端部が太くなる部分では蒸発面積が広くなるため、気液の交換がスムーズになる。

図５に示す例では、ウィック３０の延伸方向に垂直な繊維Ｆの断面は円形状であるが、扁平形状であってもよい。この場合、繊維Ｆの断面は、長軸方向が長さ方向Ｙに沿った扁平形状であることが好ましい。繊維Ｆの断面を扁平形状にすることで、ウィック３０の全体が薄くても、繊維Ｆが最密充填せずに繊維Ｆ間の隙間が確保されるため、作動媒体２０の流路を十分に確保することができる。さらに、繊維Ｆの断面が扁平形状であると、筐体１０との接触面積が増えることで固着強度が増加するため、曲げなどの外部応力に対して強い構造となる。結果として、液循環に優れ、液輸送能力と外部応力に対する信頼性に優れたベーパーチャンバーが得られる。

ウィック３０の延伸方向に垂直な繊維Ｆの断面が扁平形状である場合、上記断面における繊維Ｆの長径ａと短径ｂとの比で定義されるアスペクト比（ａ／ｂ）は、例えば１．１以上、２以下である。

ウィック３０の幅（幅方向Ｘの寸法）、すなわち繊維束の幅は、５００μｍ以上５０００μｍ以下であることが好ましい。ウィック３０の幅は、厚さ方向Ｚで一定でもよく、一定でなくてもよい。

ウィック３０の高さ（厚さ方向Ｚの寸法）、すなわち繊維束の高さは、２０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、第１実施形態と同様、第１内壁面とウィックとの間および第２内壁面とウィックとの間に液流路が形成されているが、第１実施形態と異なり、ウィックが蒸発部以外において筐体に接していない。

図８は、本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。

図８に示すベーパーチャンバー１Ｂでは、ウィック３０の一方の端部のみが筐体１０の第１内壁面１１ａに接している。この場合、ウィック３０の端部は筐体１０の第１内壁面１１ａに固定されていることが好ましい。

ベーパーチャンバー１Ｂでは、図８に示すように、第１内壁面１１ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４１がウィック３０の延伸方向に沿って形成されており、第２内壁面１２ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４２がウィック３０の延伸方向に沿って形成されている。

第２実施形態では、液流路４１の長さＬ１および液流路４２の長さＬ２を第１実施形態に比べて長くすることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、第１実施形態と同様、第１内壁面とウィックとの間には液流路が形成されているが、第１実施形態と異なり、第２内壁面とウィックとの間には液流路が形成されていない。

図９は、本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す幅方向の断面図である。図１０は、本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。

図９および図１０に示すベーパーチャンバー１Ｃでは、第１内壁面１１ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４１がウィック３０の延伸方向に沿って形成されている。一方、ウィック３０が第２内壁面１２ａに接しているため、第２内壁面１２ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４２（図３および図４参照）が形成されていない。

第３実施形態では、第１実施形態と異なり、液流路が１つにまとまっている。Ａ－Ｂの値が同じである場合、液流路が上下に分断している第１実施形態に比べて、透過率を高くすることができる。

第３実施形態では、熱輸送効率を高くする観点から、熱源ＨＳ側に液流路が形成されていることが好ましい。

ベーパーチャンバー１Ｃでは、ウィック３０の両方の端部が筐体１０の第１内壁面１１ａに接しているが、ベーパーチャンバー１Ｂのように、ウィック３０の一方の端部のみが筐体１０の第１内壁面１１ａに接していてもよい。また、ベーパーチャンバー１ａのように、端部に向かってウィック３０が凹んでいてもよい。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態では、第３実施形態と異なり、ウィックの大部分が筐体に接しており、ウィックの一部分のみが筐体に接していない。

図１１は、本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。

図１１に示すベーパーチャンバー１Ｄでは、ウィック３０の大部分が第１内壁面１１ａおよび第２内壁面１２ａに接している。ウィック３０を構成する繊維束において、繊維の一部分が第２内壁面１２ａ側に凹むことで、第１内壁面１１ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４１がウィック３０の延伸方向に沿って形成されている。一方、第２内壁面１２ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４２（図３および図４参照）が形成されていない。

第４実施形態では、液流路４１の長さＬ１が第３実施形態に比べて短くなる。一方で、ウィック３０と筐体１０との接触面積が第３実施形態に比べて大きくなるため、機械的強度が高くなる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態では、第１実施形態と同様、第２内壁面とウィックとの間には液流路が形成されているが、第１実施形態と異なり、第１内壁面とウィックとの間には液流路が形成されていない。

図１２は、本発明の第５実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す幅方向の断面図である。図１３は、本発明の第５実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。

図１２および図１３に示すベーパーチャンバー１Ｅでは、第２内壁面１２ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４２がウィック３０の延伸方向に沿って形成されている。一方、ウィック３０が第１内壁面１１ａに接しているため、第１内壁面１１ａとウィック３０との間には、毛細管力による液流路４１（図３および図４参照）が形成されていない。

第２実施形態と異なり、熱源ＨＳ側に液流路が形成されていないものの、第５実施形態においてもベーパーチャンバーとして十分に機能する。

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態では、筐体の内部に、第１内壁面および第２内壁面を内側から支持する複数の支柱が配置されている。それ以外の構成は、第１実施形態～第５実施形態と同様である。

図１４は、本発明の第６実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す幅方向の断面図である。図１５は、本発明の第６実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す長さ方向の断面図である。

図１４および図１５に示すベーパーチャンバー１Ｆでは、蒸気流路５０内に、筐体１０の第１内壁面１１ａおよび第２内壁面１２ａを内側から支持する複数の支柱６０が配置されている。それ以外の構成は、ベーパーチャンバー１Ａと同じである。

蒸気流路５０内に複数の支柱６０が配置される場合、支柱６０間は、蒸気流路５０が分断される。ウィック３０の数が少ない場合には、蒸気流路５０内に支柱を配置することによって筐体１０を支持することが可能である。

蒸気流路５０内に複数の支柱６０が配置される場合、全ての蒸気流路５０内に支柱６０が配置されることが好ましいが、支柱６０が配置されない蒸気流路５０が存在してもよい。

支柱６０は、第１内壁面１１ａおよび第２内壁面１２ａの両方に接していてもよく、第１内壁面１１ａおよび第２内壁面１２ａのいずれか一方に接していてもよく、第１内壁面１１ａおよび第２内壁面１２ａの両方に接していなくてもよい。

支柱６０を形成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、またはそれらの混合物、積層物等が挙げられる。また、支柱６０は、筐体１０と一体であってもよく、例えば、第１シート１１または第２シート１２の内壁面をエッチング加工すること等により形成されていてもよい。

支柱６０の形状は、筐体１０を支持できる形状であれば特に限定されないが、支柱６０の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。

支柱６０の高さは、一のベーパーチャンバーにおいて、同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、ある領域における支柱６０の高さと、別の領域における支柱６０の高さが異なっていてもよい。

支柱６０の幅は、筐体１０の変形を抑制できる強度を与えるものであれば特に限定されないが、支柱６０の端部の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、例えば１００μｍ以上２０００μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下である。支柱６０の円相当径を大きくすることにより、筐体１０の変形をより抑制することができる。一方、支柱６０の円相当径を小さくすることにより、作動媒体２０の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。

支柱６０の配置は、特に限定されないが、好ましくは所定の領域において均等に、より好ましくは全体にわたって均等に、例えば支柱６０間の距離が一定となるように配置される。支柱６０を均等に配置することにより、ベーパーチャンバー全体にわたって均一な強度を確保することができる。

［第７実施形態］
本発明の第７実施形態では、ウィックが複数本の繊維束から構成され、厚さ方向からの平面視で、複数本の繊維束は、互いに間隔を空けて並列するように延びている。それ以外の構成は、第１実施形態～第６実施形態と同様である。

図１６は、本発明の第７実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す平面図である。図１７は、図１６に示すベーパーチャンバーのＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿った幅方向の断面図である。図１８は、図１６に示すベーパーチャンバーのＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線に沿った長さ方向の断面図である。

図１６、図１７および図１８に示すベーパーチャンバー１Ｇでは、ウィック３０が複数本の繊維束から構成されている。それ以外の構成は、ベーパーチャンバー１Ａと同じである。図１６および図１７では、４本の繊維束が示されているが、繊維束の本数は、２本以上であれば特に限定されない。

厚さ方向Ｚからの平面視で、複数本の繊維束は、互いに間隔を空けて並列するように延びている。これらの繊維束は、図１６に示すように、蒸発部ＥＰに集約するように配置されることが好ましい。繊維束を蒸発部ＥＰに集約させることで、短い距離で作動媒体２０を循環させることができる。

図１６および図１７に示すように、隣り合う繊維束の間には第１蒸気流路５１が形成されていることが好ましい。この場合、複数本の繊維束のうち、最も外側に位置する一方の繊維束（図１６および図１７では左側の繊維束）と筐体１０との間には、第１蒸気流路５１よりも幅の広い第２蒸気流路５２が形成されていることが好ましい。さらに、最も外側に位置する他方の繊維束（図１６および図１７では右側の繊維束）と筐体１０との間には、第１蒸気流路５１よりも幅の広い第３蒸気流路５３が形成されていることが好ましい。

複数本の繊維束が一部に偏在していると、その部分には作動媒体２０の蒸気が通らないため、ベーパーチャンバー全体の均熱性能が低下する。そこで、繊維束の間に隙間を設け、その隙間を蒸気流路とすることで、均熱性能を改善することができる。結果として、液循環および蒸気循環に優れ、液輸送能力と均熱性能の高いベーパーチャンバーが得られる。

ウィック３０が複数本の繊維束から構成される場合、繊維束を構成する繊維の種類は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。また、繊維束を構成する繊維の数は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。

ウィック３０を構成する繊維束の幅は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。繊維束の幅は、厚さ方向Ｚで一定でもよく、一定でなくてもよい。また、厚さ方向Ｚで幅が一定である繊維束と、厚さ方向Ｚで幅が一定でない繊維束とが混在してもよい。

ウィック３０を構成する繊維束の高さは、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。

［その他の実施形態］
本発明の熱拡散デバイスは、上記実施形態に限定されるものではなく、熱拡散デバイスの構成、製造条件等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体は、複数の蒸発部を有してもよい。すなわち、筐体の外壁面には、複数の熱源が配置されてもよい。蒸発部および熱源の数は特に限定されない。

図１９は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの一例を模式的に示す平面図である。図２０は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの別の一例を模式的に示す平面図である。

図１９に示すベーパーチャンバー１Ｈでは、ウィック３０が２本の繊維束から構成されており、各繊維束の端部に蒸発部ＥＰが設けられている。図２０に示すベーパーチャンバー１Ｉでは、ウィック３０が３本の繊維束から構成されており、各繊維束の端部に蒸発部ＥＰが設けられている。

本発明の熱拡散デバイスにおいて、蒸発部は筐体の端部に設けられてもよいし、筐体の中央部に設けられてもよい。

本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シートおよび第２シートから構成される場合、第１シートと第２シートとは、端部が一致するように重なっていてもよいし、端部がずれて重なっていてもよい。

本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シートおよび第２シートから構成される場合、第１シートを構成する材料と、第２シートを構成する材料とは異なっていてもよい。例えば、強度の高い材料を第１シートに用いることにより、筐体にかかる応力を分散させることができる。また、両者の材料を異なるものとすることにより、一方のシートで一の機能を得、他方のシートで他の機能を得ることができる。上記の機能としては、特に限定されないが、例えば、熱伝導機能、電磁波シールド機能等が挙げられる。

本発明の熱拡散デバイスでは、ウィックの延伸方向に垂直な断面において、ウィックは、厚さ方向で幅が一定であってもよく、厚さ方向で幅が一定でなくてもよい。例えば、ウィックの延伸方向に垂直な断面において、ウィックは、第１内壁面側の端部の幅よりも第２内壁面側の端部の幅が狭くてもよく、第２内壁面側の端部の幅よりも第１内壁面側の端部の幅が狭くてもよい。これらの場合、幅が一定である部分が含まれてもよい。

本発明の熱拡散デバイスは、繊維束から構成されるウィック以外のウィックをさらに備えてもよい。例えば、本発明の熱拡散デバイスは、第１内壁面に沿って配置されるウィック、および、第２内壁面に沿って配置されるウィックのうち、少なくとも一方のウィックをさらに備えてもよい。

第１内壁面に沿って配置されるウィックおよび第２内壁面に沿って配置されるウィックは、毛細管力により作動媒体を移動させることができる毛細管構造を有するウィックであれば特に限定されない。ウィックの毛細管構造は、従来のベーパーチャンバーにおいて用いられている公知の構造であってもよい。毛細管構造としては、細孔、溝、突起などの凹凸を有する微細構造、例えば、多孔構造、繊維構造、溝構造、網目構造などが挙げられる。

第１内壁面に沿って配置されるウィックおよび第２内壁面に沿って配置されるウィックの材料は特に限定されず、例えば、エッチング加工または金属加工により形成される金属多孔膜、メッシュ、不織布、焼結体、多孔体などが用いられる。ウィックの材料となるメッシュは、例えば、金属メッシュ、樹脂メッシュ、もしくは表面コートしたそれらのメッシュから構成されるものであってよく、好ましくは銅メッシュ、ステンレス（ＳＵＳ）メッシュまたはポリエステルメッシュから構成される。ウィックの材料となる焼結体は、例えば、金属多孔質焼結体、セラミックス多孔質焼結体から構成されるものであってよく、好ましくは銅またはニッケルの多孔質焼結体から構成される。ウィックの材料となる多孔体は、例えば、金属多孔体、セラミックス多孔体、樹脂多孔体から構成されるもの等であってもよい。

第１内壁面に沿って配置されるウィックおよび第２内壁面に沿って配置されるウィックの大きさおよび形状は、特に限定されないが、例えば、筐体の内部において連続してウィックが配置されていることが好ましい。

第１内壁面に沿って配置されるウィックおよび第２内壁面に沿って配置されるウィックの厚さは、特に限定されないが、各々、例えば２μｍ以上２００μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上４０μｍ以下である。第１内壁面に沿って配置されるウィックおよび第２内壁面に沿って配置されるウィックの厚さは、部分的に異なっていてもよい。第１内壁面に沿って配置されるウィックの厚さは、第２内壁面に沿って配置されるウィックの厚さと同じでもよく、異なっていてもよい。

本発明の熱拡散デバイスは、放熱を目的として電子機器に搭載され得る。したがって、本発明の熱拡散デバイスと、上記熱拡散デバイスを構成する筐体の外壁面に取り付けられた電子部品と、を備える電子機器も本発明の１つである。本発明の熱拡散デバイスは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。そのため、本発明の熱拡散デバイスを備える電子機器により、電子機器内部の限られたスペースにおいて、放熱を効果的に実現することができる。

図２１は、本発明の電子機器の一例を模式的に示す斜視図である。

図２１に示す電子機器１００では、ベーパーチャンバー１および電子部品１１０が機器筐体１２０の内側に配置されている。電子部品１１０は、ベーパーチャンバー１を構成する筐体の外壁面に取り付けられている。電子部品１１０は、図１に示す熱源ＨＳに相当する。

本発明の電子機器としては、例えばスマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン、ゲーム機器、ウェアラブルデバイス等が挙げられる。また、冷却すべき対象物である電子部品としては、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、パワー半導体等の発熱素子が挙げられる。

本発明の電子機器において、電子部品は、筐体の第１内壁面の反対側に位置する外壁面に取り付けられることが好ましい。この場合、筐体は、第１内壁面に蒸発部を有し、厚さ方向からの平面視で、電子部品は、蒸発部に位置する。

本発明の電子機器において、電子部品は、筐体の外壁面に直接取り付けられてもよく、あるいは、熱伝導性の高い粘着剤、シート、テープ等の他の部材を介して取り付けられてもよい。

本発明の熱拡散デバイスは、携帯情報端末等の分野において、広範な用途に使用できる。例えば、ＣＰＵ等の熱源の温度を下げ、電子機器の使用時間を延ばすために使用することができ、スマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン等に使用することができる。

１、１Ａ、１ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ ベーパーチャンバー
１０ 筐体
１１ 第１シート
１１ａ 第１内壁面
１２ 第２シート
１２ａ 第２内壁面
２０ 作動媒体
３０ ウィック
４１、４２ 液流路
５０ 蒸気流路
５１ 第１蒸気流路
５２ 第２蒸気流路
５３ 第３蒸気流路
６０ 支柱
１００ 電子機器
１１０ 電子部品
１２０ 機器筐体
Ａ 第１内壁面と第２内壁面との対向距離
Ｂ ウィックの高さ
ＥＰ 蒸発部
Ｆ 繊維
ＨＳ 熱源
Ｌ０ ウィックの延伸方向の長さ
Ｌ１、Ｌ２ 液流路の長さ
Ｘ 幅方向
Ｙ 長さ方向
Ｚ 厚さ方向

Claims (11)

1. 厚さ方向に対向する第１内壁面および第２内壁面を有する筐体と、
   前記筐体の内部空間に封入される作動媒体と、
   前記筐体の前記第１内壁面と前記第２内壁面との間に配置されるウィックと、を備え、
   前記ウィックは、繊維を線状に束ねた繊維束から構成され、
   前記繊維束は、前記第１内壁面及び前記第２内壁面の少なくとも一方に固定されている第１部分と、前記第１内壁面及び前記第２内壁面のいずれにも接していない第２部分と、を有し、
   前記第１内壁面および前記第２内壁面の少なくとも一方の内壁面と前記ウィックとの間には、毛細管力による液流路が前記ウィックの延伸方向に沿って形成されており、
   前記ウィックとの間に前記液流路を形成する前記第１内壁面および前記第２内壁面の少なくとも一方の内壁面には、溝が形成されておらず、
   前記厚さ方向において、前記第１内壁面と前記第２内壁面との対向距離をＡ、前記ウィックの高さをＢとしたとき、Ａ－Ｂ＞１０μｍである、熱拡散デバイス。
2. 前記第１部分及び前記第２部分は、前記ウィックの延伸方向に沿って配置されており、前記厚さ方向に互いに重ならない、請求項１に記載の熱拡散デバイス。
3. 前記第２部分と前記第１内壁面との間、及び、前記第２部分と前記第２内壁面との間には、それぞれ、前記液流路が形成されている、請求項１又は２に記載の熱拡散デバイス。
4. 前記内壁面と前記ウィックとの間に形成される前記液流路の長さは、前記ウィックの延伸方向の長さの１／５以上である、請求項１～３のいずれかに記載の熱拡散デバイス。
5. 前記ウィックの端部が前記筐体の前記第１内壁面に固定されている、請求項１～４のいずれかに記載の熱拡散デバイス。
6. 前記筐体は、前記第１内壁面に蒸発部を有し、
   前記第１内壁面に固定されている前記ウィックの端部は、前記蒸発部に位置する、請求項５に記載の熱拡散デバイス。
7. 前記筐体は、前記第１内壁面に蒸発部を有し、
   前記第１内壁面と前記ウィックとの間に前記液流路が形成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
8. 前記ウィックは、編み込み状の繊維束から構成される、請求項１～７のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
9. 前記ウィックは、複数本の繊維束から構成され、
   前記厚さ方向からの平面視で、前記複数本の繊維束は、互いに間隔を空けて並列するように延びている、請求項１～８のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の熱拡散デバイスと、
    前記熱拡散デバイスを構成する筐体の外壁面に取り付けられた電子部品と、を備える、電子機器。
11. 前記電子部品は、前記筐体の第１内壁面の反対側に位置する外壁面に取り付けられ、
    前記筐体は、前記第１内壁面に蒸発部を有し、
    前記厚さ方向からの平面視で、前記電子部品は、前記蒸発部に位置する、請求項１０に記載の電子機器。

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