JPH08303972A - 携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパイプとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却能力に優れる携帯型パソコン冷却用の偏
平ヒートパイプを提供する。 【構成】 携帯型パソコン２４の内部での発熱箇所２６
と放熱箇所２５との間にそれぞれ熱授受可能に配設され
る断面偏平状の携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパイ
プ２０において、偏平状の密閉金属管からなるコンテナ
２１の内部に、その長手方向に沿って多数本の極細線か
らなるウィック材２８が配設されるとともに、筒状に巻
かれた網状体５０が長手方向に沿って配設されている。
この網状体５０によってウィック材２８がコンテナ２１
の内壁面に押圧固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、潜熱として熱輸送す
るヒートパイプに関し、特に携帯型のパソコンに備えら
れた演算処理装置を冷却する偏平状のヒートパイプに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】昨今、ノートブックタイプやサブノート
ブックタイプのいわゆる携帯型パソコンの普及が著し
い。この種のパソコンでは、携帯性を主要目的としてい
るから、小形化および軽量化が強く望まれており、した
がって当然、パソコンの内部空間において冷却装置が占
有するスペースも極めて限定されている。また一方で、
多機能化や処理速度の向上に伴って演算処理装置の出力
増大が年々進められている。そこで従来では、熱輸送能
力に優れるヒートパイプが冷却装置として着目されてお
り、そのなかでも特に演算処理装置との接触性や省スペ
ース性等の条件を満たすものとして、コンテナを平板状
に偏平させた偏平ヒートパイプが広く採用されている。

【０００３】以下、従来の携帯型パソコンの冷却装置の
一例を図４に示す。図４の（Ａ）において、パソコン本
体１はプラスチックパネルあるいは金属パネル等によっ
て形成された比較的厚みの薄い矩形容器からなり、ＪＩ
Ｓ（日本工業規格）でのいわゆるＡ４サイズ程度の大き
さを成している。パソコン本体１の上面には、キーボー
ド部２およびディスプレイ部３が備えられており、これ
らはパソコン本体１に対して各々ヒンジによって回動可
能に取り付けられている。すなわち、キーボード部２お
よびディスプレイ部３は、パソコン本体１側から上方に
起き上がり、またその状態からパソコン本体１側に倒れ
るように構成されている。また、キーボード部２および
ディスプレイ部３の内部には、それぞれほぼ同等のサイ
ズのアルミ薄板４が電磁波の遮蔽板として取り付けられ
ている。

【０００４】前記パソコン本体１の内部の二分割された
空間のうち前方側（図４の（Ａ）においてキーボード部
２側）には、着脱式のハードディスクドライブ５やフロ
ッピーディスクドライブ、バッテリー、増設メモリ等
（それぞれ図示せず）が設置されている。他方の空間内
の底部には、ヒートパイプ６が設置されており、またそ
の上方には、熱伝達を促進するコンパウンドを介して中
央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）７が取り付けられてい
る。さらに、そのＣＰＵ７の上方には複数枚のプリント
基板８が設けられている。

【０００５】前記ヒートパイプ６は、偏平ヒートパイプ
であって、コンテナの一部分には放熱面積を確保するた
めの矩形のフィン９が複数枚装着されている。ここで、
この種の携帯型パソコンでは、パソコン本体１を水平に
対して±５度程度に傾斜させて使用することがあるか
ら、ウィックとしての溝（図示せず）がヒートパイプ６
のコンテナの内壁面に、長手方向に亘って複数条設けら
れている。

【０００６】したがって、上記の冷却装置では、パソコ
ンの使用に伴ってＣＰＵ７から発生する熱により、ヒー
トパイプ６内部の作動流体が蒸発し、その蒸気はコンテ
ナのうち温度の低いフィン９側の部分に流動する。その
作動流体蒸気は、フィン９を介して外気に熱を奪われて
凝縮する。すなわちＣＰＵ７の熱がヒートパイプ６の作
動流体によって輸送され、フィン９から放出される。し
たがって、ＣＰＵ７の温度が許容範囲内に抑えられる。
なお、凝縮して液相に戻った作動流体は、ウィックの毛
細管圧力によって蒸発部側のコンテナ内壁面に汲み上げ
られ、そこで再度蒸発する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、パソ
コンの内部でヒートパイプのために使用できる空間は極
めて限られているから、使用可能なヒートパイプは、開
口断面の小さいものとならざるを得ない。また一方、発
熱箇所と放熱箇所とはある程度離隔しており、したがっ
て、ヒートパイプは開口断面積（流路断面積）に対して
長さの長いものとなる。

【０００８】これに対し、従来では、蒸気流路を確保し
つつ所用の毛細管圧力（ポンプ作用）得るべく、溝ウィ
ック（グルーブウィック）を形成しているが、溝ウィッ
クで得られる毛細管圧力は低いうえに、パソコン冷却用
ヒートパイプに使用される作動流体の還流距離は比較的
長くなるから、上記従来のヒートパイプ６では必要充分
な冷却能力を得られないおそれがあった。より具体的に
は、ＣＰＵ７の高出力化によって熱流束が増大した場合
には、液相作動流体に対するポンプ作用が不十分になり
蒸発部で作動流体が不足するドライアウトが生じるおそ
れが多分にある。

【０００９】また、前述のように開口断面積が小さいた
めに、作動流体蒸気の流速が高速化するに伴って還流途
中の作動液が飛散してしまい、この点でも蒸発部に対す
る作動液の還流量が不足し、結局は熱輸送特性が低下し
て、ＣＰＵ７を充分に冷却できないおそれがあった。

【００１０】また、上述した偏平なヒートパイプ６を製
造するにあたっては、安価にかつ高速多量生産すること
が望まれることは勿論、所定の開口断面形状（蒸気流路
形状）を確保することが必要であるが、従来ではこのよ
うな要請を満たす製法が確立されていなかった。

【００１１】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、冷却能力に優れる携帯型パソコン冷却用の偏平ヒ
ートパイプとその製造方法を提供することを目的とする
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、携帯型パソコンの内部での発熱箇所と
放熱箇所との間にそれぞれ熱授受可能に配設される断面
偏平状の携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパイプにお
いて、偏平状の密閉金属管からなるコンテナの内部に、
その長手方向に沿って多数本の極細線からなるウィック
材が配設されるとともに、筒状に巻かれた網状体が長手
方向に沿って配設され、この網状体によって前記ウィッ
ク材が前記コンテナの内壁面に押圧固定されていること
を特徴とするものである。

【００１３】また、請求項２の発明は、塑性変形可能な
円形断面のパイプ材の内部に、筒状に巻かれた網状体を
その軸線方向に沿って挿入するとともに、その網状体と
前記パイプ材の内壁面との間に極細線からなるウィック
材を挿入し、しかる後、前記パイプ材および前記網状体
を前記パイプ材の半径方向に圧潰して中空偏平形状に形
成し、さらにその偏平状に圧潰されたパイプ材の内部に
凝縮性の流体を作動流体として封入するとともに、密閉
してヒートパイプ化することを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】この発明のヒートパイプにおいて、携帯型パソ
コンの発熱箇所からコンテナの一端部に熱が伝えられる
と、コンテナの内壁面やウィック材に付着した作動流体
が加熱されて蒸発する。その作動流体蒸気は、網状体の
目地からその内側の中空部分に流入し、コンテナのうち
内部圧力の低い他端部すなわち放熱箇所側に配設された
端部に向けて流動する。したがって、網状体の内側の空
間が蒸気流路となる。そして、コンテナの端部側に流動
したその作動流体蒸気は、目地からコンテナの内壁面側
に抜け出して、そこで熱を奪われて凝縮する。

【００１５】再度液相になった作動流体は、ウィック材
の毛細管圧力によってコンテナの蒸発部側に運ばれる。
その場合、液流路となるウィック材がコンテナの長手方
向に亘って配設されており、またウィック自体を構成し
ている極細線同士の間の実効毛細管半径が極めて小さく
そのポンプ作用が大きいので、たとえトップヒートモー
ドであっても作動流体が蒸発部側に確実に還流する。ま
た、網状体の半径方向の弾性力によってコンテナの内壁
面に多数本のウィック材が押圧固定されており、これに
よって蒸気流路と液流路とがそれぞれ独立しているた
め、飛散現象が起きにくく、そのため熱輸送効率が向上
する。

【００１６】また、蒸発部側に還流した液相作動流体
は、網状体の目地に作用する毛細管圧力によって、コン
テナの内壁面やウィック材側から網状体での周方向に吸
い上げられ、かつ蒸発する。すなわち、コンテナ内壁面
の蒸発部となる部分に効率よく作動流体が分布し、蒸発
部面積が大きくなるので、ヒートパイプとしての熱輸送
力がより向上する。

【００１７】請求項２の製造方法によれば、まず、筒状
に巻かれた網状体を塑性変形可能な円形断面のパイプ材
の内部に軸線方向に沿って挿入し、ついで、そのパイプ
材の内壁面と網状体との間に極細線からなるウィック材
を挿入する。しかる後、網状体ごとパイプ材をその半径
方向に圧潰して中空偏平形状に形成する。その際に、パ
イプ材が網状体の半径方向の弾性力によって支持される
から、特にパイプ材の上面と下面における幅方向でのほ
ぼ中央部が長さ方向に亘って窪むことが防止される。ま
た、網状体の変形に伴って一群のウィック材がコンテナ
の内壁面に押圧されて固定される。そして、偏平状に圧
潰されたパイプ材の内部に凝縮性の流体を作動流体とし
て封入するとともに、密閉してヒートパイプ化する。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１ないし図３
を参照して説明する。図１は偏平ヒートパイプ２０の外
観を示す斜視図であり、この偏平ヒートパイプ２０は、
一例として厚さが０．４〜０．５ｍｍ程度の銅パイプを
素材とし、幅が３〜３０ｍｍ程度で高さが２〜４ｍｍ程
度の中空偏平状のコンテナ２１の内部に、純水を作動流
体（図示せず）として封入したものである。

【００１９】この偏平ヒートパイプ２０は、ノートブッ
ク型のパソコン本体２４の内部に布設されており、その
凝縮部２３側の端部は、パソコン本体２４の内底部に既
設された金属製のシャーシ２５の上面部に熱伝達可能に
配設されている。また、コンテナ２１の他端部側の上面
部には、発熱箇所としての超小型演算処理装置（ＭＰ
Ｕ）２６が熱授受可能に取り付けられている。そして、
このＭＰＵは前記シャーシ２５に対してパソコン本体２
４の内部での高い位置に設置されている。なお、放熱箇
所の他の例としては、金属製の各種コネクタパーツやＥ
ＭＩ（電磁シールド板）、バッテリ、パソコン本体２４
のマグネシウム製ケース等のノートブック型あるいはサ
ブノートブック型パソコンに標準装備される部材とする
ことができる。

【００２０】図２に示すように、コンテナ２１の内部の
幅方向でのほぼ中央位置には、網状体としてのメッシュ
部材５０がコンテナの長手方向に沿って配設されてい
る。このメッシュ部材５０としては、ここでは１００メ
ッシュステンレススクリーンをコンテナ２１内壁面での
上面部と下面部とに直接沿うような偏平の筒状に巻いた
ものが用いられている。

【００２１】前記コンテナ２１の内部でのメッシュ部材
５０の両脇のスペースには、多数本のウィック２８がそ
の長手方向に沿って充填されている。このウィック２８
としては、例えば直径が０．０２〜０．１ｍｍ程度の極
細銅線が採用されている。また、銅線に替えて銅メッキ
したカーボン繊維を用いれば、軽量化を図ることができ
る。そしてこれらのウィック２８は、メッシュ部材５０
の左右の両側面部によってコンテナ２１の内壁のうち側
面側に押圧固定されている。すなわち、メッシュ部材５
０の半径方向での弾力性によって、多数本のウィック２
８がバラけたりせず所定箇所に良好に固定されている。

【００２２】つぎに、上記のように構成されたこの発明
の作用について説明する。まず、パソコン本体２４の使
用に伴ってＭＰＵ２６に生じた熱が、偏平ヒートパイプ
２０のコンテナ２１のうち上面部に伝達される。コンテ
ナ２１の内壁面やウィック２８およびメッシュ部材５０
は、既に作動流体により濡らされた状態となっているた
め、ＭＰＵ２６を熱源としたヒートパイプ動作が速やか
に開始される。

【００２３】すなわち、偏平ヒートパイプ２０のＭＰＵ
２６側の端部内で生じた蒸気が、メッシュ部材５０の目
地５１からその内側の空間に流入し、内部圧力の低いシ
ャーシ２５に配設された端部に向けて流動する。したが
って、メッシュ部材５０の内側が蒸気流路となる。その
作動流体蒸気は、さらに目地５１から抜け出してコンテ
ナ２１の壁面において熱を奪われて凝縮する。換言すれ
ば、ＭＰＵ２６で生じた熱がこの端部からシャーシ２５
に伝達される。

【００２４】したがって、偏平ヒートパイプ２０のうち
シャーシ２５に配設された端部が凝縮部２３となり、一
方のＭＰＵ２６側に配設された端部が蒸発部３１となる
が、この場合、凝縮部２３に対して蒸発部３１が高い位
置となっているから、ヒートパイプの動作態様としては
トップヒートモードになっている。再度液相になった作
動流体は、コンテナ２１の内底部からウィック２８に吸
い上げられて蒸発部３１側に運ばれる。このように、ウ
ィック２８が液流路として作用するが、上記の通り、ウ
ィック２８が多数本の極細線からなり、いわゆるポンプ
力が大きいことと、コンテナ２１の長手方向に亘って配
設されていることにより、上方の蒸発部３１に作動流体
が確実に還流する。

【００２５】そして、その分の作動流体は、メッシュ部
材５０の目地５１に作用する毛細管圧力によって、ウィ
ック２８やコンテナ２１の内底部側からメッシュ部材５
０の周方向に吸い上げられるとともに、加熱されて蒸発
する。換言すれば、液相作動流体がコンテナ２１の内周
方向に送られて、蒸発部３１の広範囲にスムースに分布
されるから、熱輸送サイクルが活発に行われ、その結
果、ＭＰＵ２６が効率よく冷却される。

【００２６】このように、上記の偏平ヒートパイプ２０
では、蒸気流路と液流路が分離されているばかりか、ウ
ィック２８による作動流体の還流能力にも優れているの
で、寸法などの携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパイ
プに要求される種々の要件を満たしたうえで、トップヒ
ートモードや傾斜された状態での動作時においても優れ
た熱輸送能力を得ることができ、ひいては従来一般の偏
平ヒートパイプと比べてＭＰＵ２６の冷却能力を大幅に
向上させることができる。また、コンテナ２１およびそ
の内部に挿入された部材が共に適度に可撓性を有してい
るから、発熱箇所と放熱箇所とのレイアウトに合わせて
変形させることもできる。

【００２７】ここで、上記構成の偏平ヒートパイプの製
造手順について説明する。なお、上記した部材には同じ
符号を付し、その詳細な説明を省略する。まず図３の
（Ａ）に示すように、コンテナ２１の材料として円形断
面のパイプ３０を用意する。このパイプ３０は肉厚が
０．４〜０．５ｍｍ程度の銅管である。つぎに、一例と
して外径寸法がパイプ３０の半分程度の円筒状に巻かれ
たメッシュ部材５０をそのパイプ３０の内部に、軸線方
向に沿って挿入する。なお、このメッシュ部材５０は筒
状であればその寸法ならびに断面形状には限定されず、
また、単に縁部を重ね合わせて巻き付けたもの、あるい
は適宜の手段で縁部同士を固着させたものであってもよ
い。

【００２８】さらにこのメッシュ部材５０とパイプ３０
の内壁部との間のスペースにウィック２８が挿入され
る。その際に、パイプ３０が予め偏平状に成形されたも
のでなく円形のため、挿入部の間口が比較的大きくな
り、そのために直径０．０２〜０．１ｍｍ程度の極細線
からなるウィック２８であってもその多数本を支障なく
挿入できる。なお、ウィック２８とメッシュ部材５０と
の挿入手順を逆に行ってもよく、また上記各部材は使用
に先だって脱脂洗浄されている。

【００２９】つぎに、ウィック２８などが挿入されたパ
イプ３０が圧潰工程に送られる（図３の（Ｂ）参照）。
なお、この工程では従来知られている方法・工程を採用
することができるが、例えば下側を固定した状態にパイ
プ３０を布設し、その上面部側を長手方向に沿って均一
に、またメッシュ部材５０の断面が楕円形に変形する程
度まで押し潰す。

【００３０】すると、ウィック２８がメッシュ部材５０
の両側面によってコンテナ２１の側壁部に徐々に押し付
けられ、ついにはその状態に固定される。また、このパ
イプ３０を圧潰する際に、半径方向での弾性に富んだメ
ッシュ部材５０によってコンテナ２１がその内側からサ
ポートされているから、特に図５の（ｃ）におけるパイ
プ３０の上面と下面（平面部分）の幅方向での中央が長
さ方向に亘って窪むことがなく、中空偏平形状のコンテ
ナ２１を容易に作成することができる。

【００３１】さらに図示しないが、偏平状に圧潰された
パイプ３０の両開口端を溶接等の手段によって密閉する
とともに、真空脱気した状態で作動流体として所定量の
純水を封入して全工程が完了する。なお、このヒートパ
イプ化のための工程では、従来知られている方法・工程
を採用することができる。

【００３２】このように、上記の製造方法によれば、熱
輸送能力に優れる携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパ
イプを効率よく作成することができる。

【００３３】なお、上記の実施例では、コンテナ２１内
部でのメッシュ部材５０の両脇にウィック２８を挿入し
たが、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、要はウィック２８はコンテナ２１内壁面に押圧固定
された状態でその長手方向に沿って配設されていればよ
く、したがって、例えばメッシュ部材５０をコンテナ２
１内部に偏らせて配設し、その側方のスペースにウィッ
ク２８を配設してもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、偏平状の密閉金属管からなるコンテナの内
部に、その長手方向に沿って多数本の極細線からなるウ
ィック材が配設されるとともに、筒状に巻かれた網状体
が長手方向に沿って配設され、この網状体によってウィ
ック材がコンテナの内壁面に押圧固定されているので、
携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパイプに要求される
種々の要件を満たしたうえで、トップヒートモードや傾
斜状態における動作時でも優れた熱輸送能力を得ること
ができ、これにより、発熱箇所に対する冷却能力を向上
させることができる。

【００３５】また、請求項２の製造方法によれば、円形
パイプを圧潰して偏平コンテナとすることができる。し
かもその場合、筒状に巻かれた網状体が軸方向での中央
部を内側から支持するので、コンテナのその部分が長さ
方向に亘って陥没しないばかりか、蒸気流路を充分確保
し、また作動液の還流能力に優れた携帯型パソコン冷却
用の偏平ヒートパイプを効率よく製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を概略的に示す斜視図であ
る。

【図２】この発明に掛かる偏平ヒートパイプの内部構造
を示す概略図である。

【図３】偏平ヒートパイプの製造手順を示す断面概略図
である。

【図４】従来の技術を一例を示す概略図である。

【符号の説明】

２０…偏平ヒートパイプ、 ２１…コンテナ、 ２４…
パソコン本体、 ２５…シャーシ、 ２６…ＭＰＵ、
２８…ウィック、 ３０…パイプ、 ５０…メッシュ部
材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 携帯型パソコンの内部での発熱箇所と放
   熱箇所との間にそれぞれ熱授受可能に配設される断面偏
   平状の携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパイプにおい
   て、 偏平状の密閉金属管からなるコンテナの内部に、その長
   手方向に沿って多数本の極細線からなるウィック材が配
   設されるとともに、筒状に巻かれた網状体が長手方向に
   沿って配設され、この網状体によって前記ウィック材が
   前記コンテナの内壁面に押圧固定されていることを特徴
   とする携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパイプ。
2. 【請求項２】 塑性変形可能な円形断面のパイプ材の内
   部に、筒状に巻かれた網状体をその軸線方向に沿って挿
   入するとともに、その網状体と前記パイプ材の内壁面と
   の間に極細線からなるウィック材を挿入し、しかる後、
   前記パイプ材および前記網状体を前記パイプ材の半径方
   向に圧潰して中空偏平形状に形成し、さらにその偏平状
   に圧潰されたパイプ材の内部に凝縮性の流体を作動流体
   として封入するとともに、密閉してヒートパイプ化する
   ことを特徴とする携帯型パソコン冷却用の偏平ヒートパ
   イプの製造方法。