JP7352220B2 - 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（作動流体ともいう）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、充分な液輸送性能を得ることが困難である。

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、液輸送性能に優れた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、シート状の多孔質体と、上記多孔質体の延伸方向に沿って上記筐体内に配置され、上記筐体の上記第１内壁面および上記多孔質体を支持する支持体と、を備える。上記多孔質体は、上記支持体と上記第２内壁面との間に配置されている。上記筐体を上記厚さ方向から平面視したとき、上記第１内壁面と上記多孔質体が重なる領域は、上記第１内壁面と上記多孔質体が重ならない領域より小さい。上記多孔質体と上記第１内壁面とで囲まれた空間に、上記作動媒体の液体流路が形成されている。

本発明の電子機器は、本発明の熱拡散デバイスを備える。

本発明によれば、液輸送性能に優れた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、本発明の第１実施形態に係る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、図１に示す熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。 図３は、図２に示す熱拡散デバイスのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図４は、本発明の熱拡散デバイスにおける液体流路の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の熱拡散デバイスにおける液体流路の一例を模式的に示す斜視図である。 図６は、支持体の一例を模式的に示す平面図である。 図７は、支持体の別の一例を模式的に示す平面図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る熱拡散デバイスの一例を模式的に示す断面図である。 図９は、複数の多孔質体が配置された熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。 図１０は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。 図１１は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す平面図である。

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、以下の実施形態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。

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、ヒートパイプなどの熱拡散デバイスにも適用可能である。

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、多孔質体と第２内壁面との間に、作動媒体の蒸気流路が形成されている。

図１は、本発明の第１実施形態に係る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、図１に示す熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。図３は、図２に示す熱拡散デバイスのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。

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。筐体１０には、図２に示すように、封入した作動媒体２０（図３参照）を蒸発させる蒸発部（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｐｏｒｔｉｏｎ）ＥＰが設定されている。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。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。

筐体１０は、図３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。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。

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。

図３に示すように、ベーパーチャンバー１においては、筐体１０の内部空間に作動媒体２０が封入されている。

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。

筐体１０の第１内壁面１１ａと第２内壁面１２ａとの間には、シート状の多孔質体３０が配置されている。

多孔質体３０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。図３では、多孔質体３０により発現する毛細管圧力の向きが矢印Ｐで示されている。

多孔質体３０は、例えば、金属多孔体、セラミックス多孔体または樹脂多孔体から構成される。多孔質体３０は、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、焼結体などであってもよい。多孔質体３０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。多孔質体３０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。

さらに、筐体１０内には、多孔質体３０の延伸方向（ここでは長さ方向Ｙ）に沿って支持体４１および４２が配置されている。図３に示す例では、多孔質体３０の延伸方向に沿って互いに並列するように２列の支持体４１および４２が配置されているが、多孔質体３０の延伸方向に沿って１列の支持体が配置されてもよく、多孔質体３０の延伸方向に沿って互いに並列するように３列以上の支持体が配置されてもよい。

支持体４１および４２は、筐体１０の第１内壁面１１ａおよび多孔質体３０を支持している。多孔質体３０は、支持体４１および４２と第２内壁面１２ａとの間に配置されている。

図２に示すように、筐体１０を厚さ方向Ｚから平面視したとき、第１内壁面１１ａと多孔質体３０が重なる領域は、第１内壁面１１ａと多孔質体３０が重ならない領域より小さい。

図３に示すように、多孔質体３０と第１内壁面１１ａとで囲まれた空間には、作動媒体２０の液体流路５０が形成されている。一方、筐体１０内の液体流路５０以外の隙間には、作動媒体２０の蒸気流路６０が形成されている。

図４は、本発明の熱拡散デバイスにおける液体流路の一例を模式的に示す断面図である。図５は、本発明の熱拡散デバイスにおける液体流路の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図４および図５では、多孔質体３０を支持する支持体４１および４２を省略している。

一般に、ベーパーチャンバーなどの熱拡散デバイスにおいては、液相の作動媒体はウィックの内部を通過しながら輸送される。例えば、特許文献１に記載されているようにウィックが繊維の束から構成される場合、蒸発部への液輸送性能を高めるための方法として、ウィックの内部を密集構造にすることで、毛細管圧力を高くすることが考えられる。しかし、ウィックの内部が密集構造になると、ウィックの内部を通過する流体抵抗が大きくなることで透過率が低くなるため、その分は液輸送性能が悪化する。また、熱拡散デバイスの薄型化に伴い、ウィックの厚みが小さくなるほど、液体流路の体積を確保すること、および、流体抵抗を小さくすることが困難になる。

これに対して、本発明の熱拡散デバイスでは、図３、図４および図５に示すように、ウィックとして機能するシート状の多孔質体３０が支持体４１および４２（図３参照）の周囲を覆うことで、多孔質体３０と筐体１０の第１内壁面１１ａとで囲まれた空間に、作動媒体２０の液体流路５０となる空洞が形成される。この構成では、まず、空洞の周囲の多孔質体３０によって毛細管圧力（図３および図４中の矢印Ｐ）を発現させることができる。さらに、空洞内を通過する流体抵抗が小さくなることで作動媒体２０が空洞内をスムーズに流動できるため、透過率（図５中の矢印Ｋ）を高くすることができる。その結果、蒸発部ＥＰへの液輸送性能が高くなる。また、熱拡散デバイスの薄型化に伴って多孔質体３０の厚みが小さい場合であっても、支持体４１および４２によって多孔質体３０がテントのように支えられることで、液体流路５０が潰れにくくなるため、液体流路５０の体積を確保することができる。

図３に示すように、多孔質体３０は、支持体４１および４２により第１内壁面１１ａから離れている第１領域３１と、第１領域３１に連続し、かつ、端部が第１内壁面１１ａに接する第２領域３２と、を有することが好ましい。多孔質体３０がこのような構成を有することにより、液体流路５０の側面にウィックが構成されるため、液体流路５０と蒸気流路６０との境界におけるウィックの表面積を増大させることができる。なお、図３に示す例では、多孔質体３０は、第２領域３２に連続し、かつ、全体が第１内壁面１１ａに接する第３領域３３をさらに有するが、多孔質体３０は第３領域３３を有しなくてもよい。

図３に示すように、多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第１領域３１の厚さをＴ_１、筐体１０の第１内壁面１１ａおよび多孔質体３０を支持する支持体４１または４２の高さをＴ_２としたとき、Ｔ_２／Ｔ_１の比は特に限定されないが、１以上であることが好ましい。上述したように、支持体４１および４２によって多孔質体３０を支える構造とすることで、多孔質体３０の厚みが小さい場合であっても、液体流路５０の体積を確保することができる。一方、Ｔ_２／Ｔ_１の比は、例えば４以下である。

なお、上記断面において、幅方向Ｘで多孔質体３０の第１領域３１の厚さが異なる場合には、最も厚い部分の厚さをＴ_１と定義する。また、支持体４１の高さと支持体４２の高さが異なる場合には、最も高い部分の高さをＴ_２と定義する。

図３に示すように、多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、支持体４１と支持体４２の間隔をＤとしたとき、Ｄ／Ｔ_２の比は特に限定されないが、例えば１以上５以下である。

多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、支持体４１と支持体４２の間隔Ｄは特に限定されないが、例えば５００μｍ以上３０００μｍ以下である。

なお、上記断面において、厚さ方向Ｚで支持体４１と支持体４２の間隔が異なる場合には、最も広い部分の間隔をＤと定義する。

図３に示すベーパーチャンバー１は、さらに、支持体４３および４４を備えることが好ましい。図３に示す例では、多孔質体３０の延伸方向に沿って互いに並列するように２列の支持体４３および４４が配置されているが、多孔質体３０の延伸方向に沿って１列の支持体が配置されてもよく、多孔質体３０の延伸方向に沿って互いに並列するように３列以上の支持体が配置されてもよい。支持体４３は支持体４１に対向することが好ましく、支持体４４は支持体４２に対向することが好ましい。

支持体４３および４４は、筐体１０の第２内壁面１２ａおよび多孔質体３０を支持している。その結果、多孔質体３０の第１領域３１と第２内壁面１２ａとの間に、作動媒体２０の蒸気流路６０が形成されている。筐体１０の第２内壁面１２ａと多孔質体３０との間に支持体４３および４４が配置されることで、蒸気流路６０が潰れにくくなるため、蒸気流路６０の体積を確保することができる。

多孔質体３０の第１領域３１および第２領域３２は、例えば、シート状の多孔質体３０をプレス加工することによって形成することができる。多孔質体３０が第３領域３３を有する場合も同様であり、プレス加工によって第３領域３３を形成することができる。

多孔質体３０の第２領域３２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、多孔質体３０が金属から構成される場合、第２領域３２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、拡散接合などを用いることができる。多孔質体３０が第３領域３３を有する場合も同様であり、第３領域３３の全体は、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、多孔質体３０が金属から構成される場合、第３領域３３の全体が筐体１０の第１内壁面１１ａに接合されていることが好ましい。

多孔質体３０の第１領域３１は、支持体４１、４２、４３および４４に固定されていることが好ましい。例えば、多孔質体３０が金属から構成される場合、多孔質体３０の第１領域３１が支持体４１、４２、４３および４４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、拡散接合などを用いることができる。

図３に示すように、多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第２領域３２と支持体４１との間にも液体流路５０が形成されていることが好ましい。同様に、多孔質体３０の第２領域３２と支持体４２との間にも液体流路５０が形成されていることが好ましい。この場合、支持体４１または４２の外側にも作動媒体２０が回り込むことができるため、幅方向Ｘのウィック機能を向上させることができる。

多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第１領域３１と第２領域３２とがなす角度（図３中、αで示す角度）は特に限定されないが、９０度より大きいことが好ましい。上記角度αが９０度より大きいと、多孔質体３０の第２領域３２と支持体４１との間に液体流路５０を形成することができる。さらに、多孔質体３０の第１領域３１および第２領域３２がプレス加工により形成される場合には、上記角度αを９０度より大きくすることで、曲げ箇所が破損しにくくなる。上記角度αは、支持体４１側と支持体４２側で同じでもよく、異なってもよい。一方、上記角度αは、例えば１３５度より小さい。

図３に示す例では、多孔質体３０の第１領域３１および第２領域３２はいずれも直線状であるが、一方が直線状で他方が曲線状であってもよく、いずれも曲線状であってもよい。

支持体４１、４２、４３および４４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、図３に示すように、支持体４１、４２、４３および４４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。

図６は、支持体の一例を模式的に示す平面図である。図７は、支持体の別の一例を模式的に示す平面図である。

図６に示す例では、支持体４１は、１本の支柱４１Ａから構成されており、支持体４２は、１本の支柱４２Ａから構成されている。この場合、図示されていないが、支持体４３および４４は、各々、１本の支柱から構成されていることが好ましい。

図７に示す例では、支持体４１は、間隔を空けて配置される複数の支柱４１Ｂから構成されており、支持体４２は、間隔を空けて配置される複数の支柱４２Ｂから構成されている。この場合、図示されていないが、支持体４３および４４は、各々、間隔を空けて配置される複数の支柱から構成されていることが好ましい。

筐体１０の第１内壁面１１ａおよび多孔質体３０を支持する支持体４１および４２の形状は、多孔質体３０を支持できる形状であれば特に限定されないが、図７に示すように、間隔を空けて配置される複数の支柱４１Ｂまたは４２Ｂから支持体が構成されていることが好ましい。この場合、隣り合う支柱４１Ｂの間または隣り合う支柱４２Ｂの間にも作動媒体２０が回り込むことができるため、幅方向Ｘのウィック機能を向上させることができる。

筐体１０の第２内壁面１２ａおよび多孔質体３０を支持する支持体４３および４４の形状は、多孔質体３０を支持できる形状であれば特に限定されないが、間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成されていることが好ましい。この場合、隣り合う支柱の間にも蒸気が回り込むことができる。

間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成される場合、支柱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。

間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成される場合、支柱の高さは、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の高さと、別の領域における支柱の高さが異なっていてもよい。

間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成される場合、支柱の幅は、多孔質体３０を支持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。

間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成される場合、支柱の配置は特に限定されないが、所定の領域において均等に支柱が配置されることが好ましく、全体にわたって均等に、例えば支柱間の距離が一定となるように支柱が配置されることがより好ましい。

［第２実施形態］
本発明の第１実施形態では、多孔質体と第２内壁面との間に蒸気流路が形成されているのに対し、本発明の第２実施形態では、多孔質体が筐体の第２内壁面に接している。

図８は、本発明の第２実施形態に係る熱拡散デバイスの一例を模式的に示す断面図である。

図８に示すベーパーチャンバー２では、多孔質体３０が筐体１０の第２内壁面１２ａに接している。図８に示すように、多孔質体３０が第１領域３１と第２領域３２とを有する場合、多孔質体３０の第１領域３１が筐体１０の第２内壁面１２ａに接している。図８では、多孔質体３０により発現する毛細管圧力の向きが矢印Ｐで示されている。

多孔質体３０の第１領域３１は、筐体１０の第２内壁面１２ａに固定されていることが好ましい。例えば、多孔質体３０が金属から構成される場合、多孔質体３０の第１領域３１が筐体１０の第２内壁面１２ａ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、拡散接合などを用いることができる。

図８に示すように、多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第１領域３１の厚さをＴ_１、筐体１０の第１内壁面１１ａおよび多孔質体３０を支持する支持体４１または４２の高さをＴ_２としたとき、Ｔ_２／Ｔ_１の比は特に限定されないが、１以上であることがより好ましい。一方、Ｔ_２／Ｔ_１の比は、例えば４以下である。

多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第１領域３１と第２領域３２とがなす角度αは特に限定されないが、９０度より大きいことが好ましい。一方、上記角度αは、例えば１３５度より小さい。

その他の構成については、第１実施形態と同様である。

［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では、複数の多孔質体が配置されてもよい。この場合、厚さ方向からの平面視で、複数の多孔質体は、互いに間隔を空けて並列するように延びていることが好ましい。

図９は、複数の多孔質体が配置された熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。

図９に示すベーパーチャンバー３では、複数の多孔質体３０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１と同じである。図９では、４個の多孔質体３０が示されているが、多孔質体３０の数は、２個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、複数の多孔質体３０は、互いに間隔を空けて並列するように延びている。これらの多孔質体３０は、図９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。多孔質体３０を蒸発部ＥＰに集約させることで、短い距離で作動媒体を循環させることができる。

図９に示すように、隣り合う多孔質体３０の間には第１蒸気流路６１が形成されていることが好ましい。この場合、複数の多孔質体３０のうち、最も外側に位置する一方の多孔質体３０（図９では左側の多孔質体３０）と筐体１０との間には、第１蒸気流路６１よりも幅の広い第２蒸気流路６２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多孔質体３０（図９では右側の多孔質体３０）と筐体１０との間には、第１蒸気流路６１よりも幅の広い第３蒸気流路６３が形成されていることが好ましい。

複数の多孔質体３０が一部に偏在していると、その部分には作動媒体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、多孔質体３０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。

多孔質体３０の材料は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。

多孔質体３０の厚さは、それぞれ同じでもよく、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１０は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。図１１は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す平面図である。

図１０に示すベーパーチャンバー４では、２個の多孔質体３０が配置されており、各多孔質体３０の端部に蒸発部ＥＰが設けられている。図１１に示すベーパーチャンバー５では、３個の多孔質体３０が配置されており、各多孔質体３０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、多孔質体の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体の厚さが一定であってもよく、一定でなくてもよい。例えば、第１領域における多孔質体の厚さと、第２領域における多孔質体の厚さが異なっていてもよい。

本発明の熱拡散デバイスは、シート状の多孔質体以外のウィックをさらに備えてもよい。その場合、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、従来の熱拡散デバイス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。

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を備える電子機器も本発明の１つである。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。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。

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、２、３、４、５ ベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）
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 多孔質体
３１ 第１領域
３２ 第２領域
３３ 第３領域
４１、４２、４３、４４ 支持体
４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ 支柱
５０ 液体流路
６０ 蒸気流路
６１ 第１蒸気流路
６２ 第２蒸気流路
６３ 第３蒸気流路
Ｄ 支持体の間隔
ＥＰ 蒸発部
ＨＳ 熱源
Ｔ_１ 多孔質体の第１領域の厚さ
Ｔ_２ 筐体の第１内壁面および多孔質体を支持する支持体の高さ
Ｘ 幅方向
Ｙ 長さ方向
Ｚ 厚さ方向
α 多孔質体の第１領域と第２領域とがなす角度

Claims (13)

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、シート状の多孔質体と、
   前記多孔質体の延伸方向に沿って前記筐体内に配置され、前記筐体の前記第１内壁面および前記多孔質体を支持する支持体と、を備え、
   前記多孔質体は、前記支持体と前記第２内壁面との間に配置され、
   前記筐体を前記厚さ方向から平面視したとき、前記第１内壁面と前記多孔質体が重なる領域は、前記第１内壁面と前記多孔質体が重ならない領域より小さく、
   前記多孔質体と前記第１内壁面とで囲まれた空間に、前記作動媒体の液体流路が前記多孔質体の延伸方向に沿って形成されている、熱拡散デバイス。
2. 前記支持体は、前記多孔質体の延伸方向に沿って互いに並列するように配置されている、請求項１に記載の熱拡散デバイス。
3. 前記支持体は、間隔を空けて配置される複数の支柱から構成されている、請求項１または２に記載の熱拡散デバイス。
4. 前記多孔質体は、前記支持体により前記第１内壁面から離れている第１領域と、前記第１領域に連続し、かつ、端部が前記第１内壁面に接する第２領域と、を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
5. 前記多孔質体の延伸方向に垂直な断面において、前記多孔質体の前記第２領域と前記支持体との間にも前記液体流路が形成されている、請求項４に記載の熱拡散デバイス。
6. 前記多孔質体の延伸方向に垂直な断面において、前記多孔質体の前記第１領域と前記第２領域とがなす角度が９０度より大きい、請求項５に記載の熱拡散デバイス。
7. 前記筐体の前記第２内壁面および前記多孔質体を支持する支持体をさらに備え、
   前記多孔質体の前記第１領域と前記第２内壁面との間に、前記作動媒体の蒸気流路が形成されている、請求項４～６のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
8. 前記多孔質体の前記第１領域が前記筐体の前記第２内壁面に接している、請求項４～６のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
9. 前記多孔質体の延伸方向に垂直な断面において、前記多孔質体の前記第１領域の厚さをＴ_１、前記筐体の前記第１内壁面および前記多孔質体を支持する前記支持体の高さをＴ_２としたとき、Ｔ_２／Ｔ_１の比が１以上である、請求項４～８のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
10. 前記多孔質体と前記第２内壁面との間に、前記作動媒体の蒸気流路が形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
11. 前記筐体の前記第２内壁面および前記多孔質体を支持する支持体をさらに備える、請求項１０に記載の熱拡散デバイス。
12. 前記多孔質体が前記筐体の前記第２内壁面に接している、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
13. 請求項１～１２のいずれか１項に記載の熱拡散デバイスを備える、電子機器。

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