特許 7448136 ベーパチャンバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】ベーパチャンバ

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/02 20060101AFI20240305BHJP

   F28D 15/04 20060101ALI20240305BHJP

   H01L 23/427 20060101ALI20240305BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

F28D15/02 101H

F28D15/04 B

F28D15/04 H

F28D15/02 L

H01L23/46 B

H05K7/20 R

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020001086

(22)【出願日】2020-01-07

(65)【公開番号】P2021110482

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2022-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】504258527

【氏名又は名称】国立大学法人 鹿児島大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000180313

【氏名又は名称】四国計測工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100162259

【弁理士】

【氏名又は名称】末富 孝典

(74)【代理人】

【識別番号】100168114

【弁理士】

【氏名又は名称】山中 生太

(74)【代理人】

【識別番号】100146916

【弁理士】

【氏名又は名称】廣石 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】水田 敬

(72)【発明者】

【氏名】福田 賢司

【審査官】大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】特許第４０４７９１８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１１－１８１７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２３００８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ１５／０２－１５／０４

Ｈ０１Ｌ２３／３４－２３／４６

Ｈ０５Ｋ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平板状の第１の部材と平板状の第２の部材とを平板状の中間板を介在させて貼り合わせることにより形成され、内部に冷媒が封入された封止空間を有し、前記第２の部材の一部に冷却対象が配置される配置部が設けられたベーパチャンバであって、
前記封止空間として、前記第１の部材と前記中間板との間の第１の空間と、前記第２の部材と前記中間板との間の第２の空間とを有し、
前記中間板の前記配置部に対向する部分に、前記冷却対象から前記配置部を介して伝えられた熱を奪って蒸気化した冷媒を、前記第２の空間から前記第１の空間に送る連通部が形成され、
前記第１の空間には、前記連通部から送られた蒸気化した冷媒を次第に凝縮させながら前記中間板の面方向に送る蒸気流路が形成され、
前記中間板には、前記蒸気流路で凝縮した冷媒を、毛細管現象により前記第１の空間から前記第２の空間に送る第１の毛細管流路が形成され、
前記第２の空間には、前記第１の毛細管流路から送られた凝縮した冷媒を前記配置部に送る第２の毛細管流路が形成されており、
前記連通部では、
前記第２の空間と前記第１の空間とを連通する第１の貫通孔が前記中間板に２次元配列されており、
前記第１の貫通孔では、前記第１の空間側の孔の大きさの方が前記第２の空間側の孔の大きさよりも大きくなっている、
ベーパチャンバ。

【請求項2】

前記第１の毛細管流路は、
前記中間板に２次元配列され、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通し、毛細管現象により、凝縮した冷媒を前記第１の空間から前記第２の空間に送る第２の貫通孔を有する、
請求項１に記載のベーパチャンバ。

【請求項3】

前記蒸気流路として、前記連通部から離れる方向に延びる不連続な壁により前記中間板の面方向に仕切られた複数の蒸気流路が形成されている、
請求項１又は２に記載のベーパチャンバ。

【請求項4】

前記壁の間が、前記第１の毛細管流路の一部を形成する、
請求項３に記載のベーパチャンバ。

【請求項5】

前記壁は、前記中間板の面方向に沿って２次元配列された第１の突起によって形成され、前記第１の突起の間が前記第１の毛細管流路の一部を形成する、
請求項４に記載のベーパチャンバ。

【請求項6】

前記第１の突起は、前記中間板と前記第１の部材との間隔を保持する、
請求項５に記載のベーパチャンバ。

【請求項7】

前記第２の毛細管流路は、前記中間板の面方向に沿って延び、互いに交差する複数の流路によって形成されている、
請求項１から６のいずれか一項に記載のベーパチャンバ。

【請求項8】

前記第２の毛細管流路は、前記中間板の面方向に沿って格子状に延びている、
請求項７に記載のベーパチャンバ。

【請求項9】

前記第２の毛細管流路は、前記中間板の面方向に沿って２次元配列された第２の突起間に形成されている、
請求項８に記載のベーパチャンバ。

【請求項10】

前記第２の突起は、前記中間板と前記第２の部材との間隔を保持する、
請求項９に記載のベーパチャンバ。

【請求項11】

前記第１の空間を構成する凹部と、前記蒸気流路及び前記第１の毛細管流路の一部を形成する部材とが、前記中間板又は前記第１の部材に形成されている、
請求項１に記載のベーパチャンバ。

【請求項12】

前記第２の空間を構成する凹部と、前記第２の毛細管流路の一部を形成する部材とが、前記中間板又は前記第２の部材に形成されている、
請求項１又は１１に記載のベーパチャンバ。

【請求項13】

前記第１の空間では、前記第１の部材と前記中間板との間隔を保持する第１の保持部が、２次元配列されており、
前記第１の保持部が、前記蒸気流路及び前記第１の毛細管流路の一部を形成している、
請求項１に記載のベーパチャンバ。

【請求項14】

前記第２の空間では、前記第２の部材と前記中間板との間隔を保持する第２の保持部が、２次元配列されており、
前記第２の保持部が、前記第２の毛細管流路を形成している、
請求項１又は１３に記載のベーパチャンバ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベーパチャンバに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電子機器の小型・高性能化が進んでおり、発光ダイオード又は電子回路等の熱源の集積密度、すなわち発熱密度が増大し、熱源からの放熱がより困難になっている。電子機器の温度上昇は、動作不安定化、処理効率低下、短寿命化の原因となる。このような背景から、電子機器の熱源の冷却効率を高めるヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献１～４参照）。

【0003】

特許文献１～４に開示されたヒートパイプは、冷却対象から熱を奪い気化した冷媒を面方向及び厚み方向に拡散させる蒸気拡散流路と、再び液化した冷媒を面方向及び厚み方向に熱源に向かって戻す毛細管流路とが形成されている。このようなヒートパイプを、ＦＧＨＰ（Fine Grid Heat Pipe）ともいう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４１１９９４４号公報

【文献】特許第４１１２６０２号公報

【文献】特許第４０４７９１８号公報

【文献】特許第４０３５１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電子機器には、さらなる薄型化が求められている。このため、ベーパチャンバにも、さらなる冷却効率の向上、薄型化が求められている。

【0006】

本発明は、上記実情の下になされたものであり、冷却効率を高めるとともに薄型化を実現することができるベーパチャンバを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明に係るベーパチャンバは、
平板状の第１の部材と平板状の第２の部材とを平板状の中間板を介在させて貼り合わせることにより形成され、内部に冷媒が封入された封止空間を有し、前記第２の部材の一部に冷却対象が配置される配置部が設けられたベーパチャンバであって、
前記封止空間として、前記第１の部材と前記中間板との間の第１の空間と、前記第２の部材と前記中間板との間の第２の空間とを有し、
前記中間板の前記配置部に対向する部分に、前記冷却対象から前記配置部を介して伝えられた熱を奪って蒸気化した冷媒を、前記第２の空間から前記第１の空間に送る連通部が形成され、
前記第１の空間には、前記連通部から送られた蒸気化した冷媒を次第に凝縮させながら前記中間板の面方向に送る蒸気流路が形成され、
前記中間板には、前記蒸気流路で凝縮した冷媒を、毛細管現象により前記第１の空間から前記第２の空間に送る第１の毛細管流路が形成され、
前記第２の空間には、前記第１の毛細管流路から送られた凝縮した冷媒を前記配置部に送る第２の毛細管流路が形成されており、
前記連通部では、
前記第２の空間と前記第１の空間とを連通する第１の貫通孔が前記中間板に２次元配列されており、
前記第１の貫通孔では、前記第１の空間側の孔の大きさの方が前記第２の空間側の孔の大きさよりも大きくなっている。

【0009】

前記第１の毛細管流路は、
前記中間板に２次元配列され、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通し、毛細管現象により、凝縮した冷媒を前記第１の空間から前記第２の空間に送る第２の貫通孔を有する、
こととしてもよい。

【0010】

前記蒸気流路として、前記連通部から離れる方向に延びる不連続な壁により前記中間板の面方向に仕切られた複数の蒸気流路が形成されている、
こととしてもよい。

【0011】

前記壁の間が、前記第１の毛細管流路の一部を形成する、
こととしてもよい。

【0012】

前記壁は、前記中間板の面方向に沿って２次元配列された第１の突起によって形成され、前記第１の突起の間が前記第１の毛細管流路の一部を形成する、
こととしてもよい。

【0013】

前記第１の突起は、前記中間板と前記第１の部材との間隔を保持する、
こととしてもよい。

【0014】

前記第２の毛細管流路は、前記中間板の面方向に沿って延び、互いに交差する複数の流路によって形成されている、
こととしてもよい。

【0015】

前記第２の毛細管流路は、前記中間板の面方向に沿って格子状に延びている、
こととしてもよい。

【0016】

前記第２の毛細管流路は、前記中間板の面方向に沿って２次元配列された第２の突起間に形成されている、
こととしてもよい。

【0017】

前記第２の突起は、前記中間板と前記第２の部材との間隔を保持する、
ことしてもよい。

【0018】

前記第１の空間を構成する凹部と、前記蒸気流路及び前記第１の毛細管流路の一部を形成する部材とが、前記中間板又は前記第１の部材に形成されている、
こととしてもよい。

【0019】

前記第２の空間を構成する凹部と、前記第２の毛細管流路の一部を形成する部材とが、前記中間板又は前記第２の部材に形成されている、
こととしてもよい。

【0020】

前記第１の空間では、前記第１の部材と前記中間板との間隔を保持する第１の保持部が、２次元配列されており、
前記第１の保持部が、前記蒸気流路及び前記第１の毛細管流路の一部を形成している、
こととしてもよい。

【0021】

前記第２の空間では、前記第２の部材と前記中間板との間隔を保持する第２の保持部が、２次元配列されており、
前記第２の保持部が、前記第２の毛細管流路を形成している、
こととしてもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、冷却対象から熱を奪って蒸気化した冷媒を面方向に送る蒸気流路と、凝縮した冷媒を面方向に送る第２の毛細管流路とが中間板で仕切られているので、両流路の冷媒の流れを安定化させることができる。この結果、冷却効率を高めるとともに薄型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】（Ａ）は、本発明の実施の形態に係るベーパチャンバを構成する板材を示す斜視図である。（Ｂ）は、（Ａ）のベーパチャンバの封止空間を示す模式図である。（Ｃ）は、ベーパチャンバの冷媒の流れを示す模式図である。

【図2】（Ａ）は、中間板の上部材側の面の構造を示す図である。（Ｂ）は、中間板の上部材側の面の拡大斜視図である。

【図3】連通部での冷媒の移動を示す断面図である。

【図4】蒸気流路での冷媒の移動を示す拡大図である。

【図5】蒸気流路及び第１の毛細管路での冷媒の移動を示す断面図である。

【図6】（Ａ）は、中間板の下部材側の面の構造を示す図である。（Ｂ）は、第２の毛細管流路の拡大斜視図である。

【図7】第２の毛細管流路での冷媒の移動を示す拡大図である。

【図8】突起が封止空間を保持する様子を示す図である。

【図9】図１（Ａ）～図１（Ｃ）のベーパチャンバの製造工程を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。全図において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号が付されている。

【0025】

図１（Ａ）に示すように、本実施の形態に係るベーパチャンバ１は、第１の部材としての平板状の上部材２と、第２の部材としての平板状の下部材３と、平板状の中間板４とを備える。中間板４は、１枚または複数枚の張り合わせで構成される。上部材２、下部材３及び中間板４は、固体である素材（例えば銅又アルミニウム）で形成されている。上部材２、下部材３の厚みは、求められる機械的強度と伝熱性能とから決定される。上部材２、下部材３は、同じ大きさで外形は任意の形状である。

【0026】

ベーパチャンバ１では、上部材２と下部材３とを、中間板４を間に挟んで厚み方向に積層して貼り合わせることにより、密閉容器が形成されている。複数の板が積層されて構成されているため、ベーパチャンバ１は、積層型ベーパチャンバともいわれている。また、ベーパチャンバ１は、単にヒートパイプとも呼ばれている。

【0027】

ベーパチャンバ１の厚みは、例えば１ｍｍ程度である。また、厚み方向から見たベーパチャンバ１の大きさは、冷却対象７（図１（Ｂ）参照）の大きさに応じて、適宜決定することができる。

【0028】

また、図１（Ａ）では図示されていないが、実際には、図１（Ｂ）に示すように、中間板４では、上部材２に対向する凹部と、下部材３に対向する凹部とが設けられている。凹部が形成されていない中間板４の外周にはこれら凹部の外周を囲む外周縁部（接合突起）４ａが設けられている。この外周縁部４ａが、上部材２及び下部材３の外周部分と密着する。この結果、両凹部が上部材２及び下部材３に塞がれて、封止空間６が形成される。封止空間６は、上部材２と中間板４との間の第１の空間としての上部空間６ａと、下部材３と中間板４との間の第２の空間としての下部空間６ｂとに分かれている。

【0029】

この封止空間６は、大気圧に対して減圧されており、その内部に冷媒５が封入されている。冷媒５として、例えば超純水が用いられる。この冷媒５が、冷却対象７からの熱を奪って封止空間６内を循環しながら放熱を行う。

【0030】

下部材３の外面の一部に冷却対象７と接する配置部１０が設けられている。冷却対象７は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit；半導体集積装置）、ＬＳＩ（Large Scale Integration；大規模集積回路装置）、ＬＥＤ（Light Emitted Diode；発光ダイオード）等の熱源である。この熱源から発せられた熱は、配置部１０に伝えられる。配置部１０に伝えられた熱により、液体状態にある冷媒５は蒸気化する。

【0031】

図１（Ｃ）に示すように、中間板４における配置部１０に対向する部分には、連通部１１が形成されている。連通部１１は、冷却対象７から配置部１０を介して伝えられた熱を奪って蒸気化した冷媒５を、下部空間６ｂから上部空間６ａに送る。

【0032】

さらに、上部空間６ａには、蒸気流路１２が設けられている。蒸気流路１２は、連通部１１から送られた蒸気化した冷媒５を、次第に凝縮させながら中間板４の面方向に送る。蒸気流路１２を送られる冷媒５は、熱を上部材２等に奪われ、次第に凝縮する。

【0033】

また、中間板４には、第１の毛細管流路１３が形成されている。第１の毛細管流路１３は、上部空間６ａ内で凝縮した冷媒５を、毛細管現象により上部空間６ａから下部空間６ｂに送る。

【0034】

また、下部空間６ｂには、第２の毛細管流路１４が形成されている。第２の毛細管流路１４は、第１の毛細管流路１３から送られた凝縮した冷媒５を配置部１０に送る。

【0035】

このように、配置部１０からの熱により蒸気化した冷媒５は、下部空間６ｂから連通部１１を介して上部空間６ａに抜ける。上部空間６ａに抜けた蒸気化した冷媒５は、蒸気流路１２を上部材２の面方向に送られ、次第に凝縮していく。凝縮し液滴状態となった冷媒５は、毛細管現象により、第１の毛細管流路１３を介して下部空間６ｂに送られる。

【0036】

下部空間６ｂに送られた液化した冷媒５は、毛細管現象により、第２の毛細管流路１４を通って、配置部１０に戻る。冷媒５は、このような経路で循環し、蒸気化及び凝縮を繰り返すことにより、冷却対象７を冷却する。

【0037】

ベーパチャンバ１の各部についてより詳細に説明する。連通部１１は、下部空間６ｂと上部空間６ａとを連通する第１の貫通孔１１Ａを有する。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、連通部１１は、第１の貫通孔１１Ａが中間板４に２次元配列されることにより形成される。図３に示すように、連通部１１の第１の貫通孔１１Ａは、孔部１１ａ，１１ｂを有している。孔部１１ａは下部空間６ｂ側に配置され、孔部１１ｂは、上部空間６ａ側に配置され、孔部１１ａと孔部１１ｂとは連通している。孔部１１ａとしては、例えば円柱状の孔が設けられる。孔部１１ｂは、その径が上部空間６ａ側に向かって大きくなっている。すなわち、第１の貫通孔１１Ａは、上部空間６ａ側の孔の大きさの方が下部空間６ｂ側の孔の大きさよりも大きくなっている。孔部１１ａの径は、冷媒５が毛細管力により移動可能な大きさに決定され、超純水を冷媒５として用いる場合は、例えば０．０５ｍｍ以上である。この径は、冷媒５の種類に応じて決定される。

【0038】

図３に示すように、冷却対象７から発せられる熱により配置部１０上の冷媒５が蒸気化すると下部空間６ｂの気圧が増加して、上部空間６ａの気圧に比べて相対的に高くなる。この圧力差により、下部空間６ｂにおいて蒸気化した冷媒５は、連通部１１を通って上部空間６ａに送られる。さらに、孔部１１ｂの横断面は、図３に示すように、孔部１１ａから上部空間６ａに向かって次第に大きくなっていてもよい。この場合、孔部１１ｂを通過した冷媒５の蒸気の圧力は、低下する。この減圧により、連通部１１において、蒸気化した冷媒５を下部空間６ｂから上部空間６ａへ送るさらなる吸引力が発生する。

【0039】

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に戻り、上部空間６ａを形成する中間板４の凹部には、蒸気流路１２が形成されている。連通部１１が形成された領域１２ａは、蒸気流路１２の一部となっている。蒸気流路１２は、複数設けられており、領域１２ａから中間板４の外周縁部４ａに向かって、面方向に放射状に延びている。蒸気流路１２は、連通部１１から離れる方向に延びる不連続な壁により、中間板４の面方向に仕切られている。蒸気化した冷媒５は、上部材２及び中間板４に挟まれた空間を、各流路に沿って、矢印の方向、すなわち中間板４の周縁方向に進む。

【0040】

図４に示すように、蒸気流路１２を進むにつれて、冷媒５は次第に周辺に熱を奪われ、凝縮する。冷媒５が凝縮していけばそれだけ蒸気流路１２内は、減圧される。この気圧の低下による気圧差が、冷媒５を周縁方向に送る力になる。

【0041】

蒸気流路１２の不連続な壁は、中間板４の面方向に沿って２次元配列された第１の突起としての突起２０によって形成されている。突起２０をディンプルともいう。突起２０は、中間板４と上部材２との間隔を保持する第１の保持部２０として機能する。このようにすれば、上部空間６ａ内の圧力が大気圧より小さくても、上部空間６ａがつぶれないようにすることができる。

【0042】

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に戻り、中間板４には、第１の毛細管流路１３が設けられている。第１の毛細管流路１３は、下部空間６ｂと上部空間６ａとを連通する第２の貫通孔１３Ａを有する。第２の貫通孔１３Ａは、中間板４に２次元配列されている。第２の貫通孔１３Ａは、毛細管現象により、凝縮した冷媒５を上部空間６ａから下部空間６ｂに送る。第２の貫通孔１３Ａの径は、例えば０．０５ｍｍ以上であるが、冷媒５の種類に応じて適宜変更することができる。第２の貫通孔１３Ａの径は、冷媒５が通ることが可能な大きさであり、冷媒５に毛細管現象が発生する大きさである必要がある。図５に示すように、蒸気流路１２を送られる途中で凝縮した冷媒５は、第１の毛細管流路１３を介して、下部空間６ｂに送られる。

【0043】

また、蒸気流路１２の壁（突起）２０は、第１の毛細管流路１３の一部を形成する。不連続に並ぶ突起２０の間が、第１の毛細管流路１３の一部、その入り口を形成する。第１の毛細管流路１３は、交差する複数の流路によって形成されている。突起２０によって形成される流路の幅は、例えば０．０５ｍｍ以上であり、深さは１ｍｍ以下である。この流路の幅及び深さは、使用される冷媒の種類に応じて変更し得る。図５に示すように、蒸気流路１２を送られる蒸気化した冷媒５（実線）の一部は、蒸気流路１２を進む途中、第１の毛細管流路１３との境界等で再び凝縮する。凝縮した冷媒５は、毛細管現象により、点線で示すように、壁２０の間に内部に入り込む。壁２０の間に入り込んだ液化した冷媒５は、第２の貫通孔１３Ａに入り込み、上部空間６ａから下部空間６ｂに送られる。

【0044】

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、第２の毛細管流路１４は、中間板４の面方向に沿って延び、互いに交差する複数の流路によって形成されている。第２の毛細管流路１４は、中間板４の面方向に沿って格子状に延びている。第２の毛細管流路１４は、中間板４の面方向に沿って２次元配列された突起（ディンプル）２１間に形成されている。第１の毛細管流路１３を介して下部空間６ｂに送られた液化した冷媒５は、図７に示すように、毛細管現象により、第２の突起としての突起２１の間を抜けて、配置部１０に送られる。この冷媒５の動きは、上述のように、第２の毛細管流路１４において発生する毛細管力と、配置部１０で気化し連通部１１を介して上部空間６ａに送られた冷媒５による圧力の低下とによって実現される。

【0045】

なお、第２の毛細管流路１４は、中間板４の第２の貫通孔１３Ａに接しているが、上部空間６ａにおいて冷媒５が連続的に液化し第２の貫通孔１３Ａへ侵入してくることにより、全体として上部空間６ａから下部空間６ｂへと向かう流れが生じているため、下部空間６ｂを進行する冷媒５は、第２の貫通孔１３Ａには入り込まず、突起２１の間を抜けて、配置部１０の方に進む。

【0046】

なお、突起２１は、中間板４と下部材３との間隔を保持する第２の保持部として機能する。これにより、下部空間６ｂ内の圧力が大気圧より小さくても、下部空間６ｂがつぶれないようにすることができる。

【0047】

上述のように、冷媒５は、図１（Ｃ）に示すように、配置部１０→連通部１１→蒸気流路１２→第１の毛細管流路１３→第２の毛細管流路１４→配置部１０と移動し、その移動を繰り返す。これにより、冷却対象７から伝えられた熱は、例えば上部材２に伝えられ、上部材２から外部に伝達される。これにより、冷却対象７が冷却される。

【0048】

［縦置き］
本実施の形態に係るベーパチャンバ１は、縦置きにもできる。ベーパチャンバ１を縦置き、すなわち面方向を重力方向とした場合でも、例えば、図７に示すように、第２の毛細管流路１４は、重力に逆らって冷媒５を送ることができるので、図１（Ｃ）に示すような冷媒５の循環経路を実現することができる。

【0049】

第２の毛細管流路１４では、流路が格子状に配列されている。これにより、中間板４の面内方向のいずれの方向を重力方向としても、重力の反対方向に配置部１０へ向かって延びる流路を確保することができる。

【0050】

なお、第２の貫通孔１３Ａの下部空間６ｂ側の大きさは、第１の貫通孔１１Ａの下部空間６ｂ側の大きさと同じとしてもよい。第１の貫通孔１１Ａの下部空間６ｂ側の大きさと、第２の貫通孔１３Ａの下部空間６ｂ側の大きさは、気化した冷媒５が第１の貫通孔１１Ａを通過する際の圧力損失と、液化した冷媒５が第２の貫通孔１３Ａを通過する際の毛細管力及び圧力損失との関係を考慮し、配置部１０へむけて、ドライアウトを防ぐのに十分な量の液化した冷媒５が供給されるように、決定される。

【0051】

また、図８に示すように、第１の保持部（突起）２０は、上部材２と中間板４との間隔を保持し、第２の保持部（突起）２１は、下部材３と中間板４との間隔を保持する。これにより、減圧された空間となっている封止空間６を大気圧によりつぶさないようにすることができる。

【0052】

次に、本実施の形態に係るベーパチャンバ１の製造方法について説明する。

【0053】

図９に示すように、まず、凹部、貫通孔、突起の形成を行う（ステップＳ１）。ここで、具体的には、中間板４に上部材２に対向する凹部と、下部材３に対向する凹部とを形成するとともに、その凹部内に第１の貫通孔１１Ａ、第２の貫通孔１３Ａ、突起２０，２１を形成する。各部の形成は、例えば、エッチング加工により行われる。また、ここでは、複数枚の部材を張り合わせることにより、凹部、第１の貫通孔１１Ａ、第２の貫通孔１３Ａ、突起２０、２１を形成してもよい。

【0054】

続いて、上部材２、中間板４及び下部材３を順番に最適な位置で重ね合わせて積層し、接合を行う（ステップＳ２）。この接合には、例えば拡散接合を用いることができる。拡散接合を用いる場合には、融点以下の温度で加熱しつつプレスして、それぞれに設けられた外周縁部４ａの接合用突起を直接接合させ、上部材２、中間板４及び下部材３の接合が行われる。これにより、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、一体化した容器が形成される。

【0055】

なお、中間板４の一部には、不図示の孔が設けられている。続いて、封止空間６には、その孔から不図示のノズルを用いて冷媒５を所定量注入する（ステップＳ３）。

【0056】

次に、ガス透過性のない部材で構成された不図示の封止部材を用意しておき、孔上に封止部材を載置する（ステップＳ４）。ここで、孔の縁と封止部材との間に隙間を設けておくと、ベーパチャンバ１の封止空間６と外部とは連通した状態が維持される。このため、この隙間から封止空間６内のガス抜きを行なうことができる。なお、ステップＳ４を実行することなく、次のステップＳ５に進むようにしてもよい。封止部材を載置するのは、後でもよい。

【0057】

続いて、真空脱気を、数分間行なう（ステップＳ５）。ステップＳ４を実行した場合には、この工程では、封止部材を孔の上に配置したまま隙間を通じて減圧による真空脱気を行なうことで、封止空間６内の冷媒５以外の気体が抜かれる。一方、ステップＳ４を実行しなかった場合には、孔から気体が抜かれる。

【0058】

そして、封止部材を用いて孔を塞ぐように容器と接合することにより、封止を行う（ステップＳ６）。この工程では、ステップＳ４を実行した場合には、封止部材と孔との隙間を閉じるように封止部材と孔とが接合され、孔が封止される。一方、ステップＳ４を実行しなかった場合には、その孔を塞ぐように前述の封止部材を置き、さらに封止部材と孔とを接合することにより、孔が封止される。

【0059】

なお、そのとき封止部材の外表面は、ベーパチャンバ１の外表面と略同一平面上に形成することが好ましい。というのは、ベーパチャンバ１の外表面の平坦性を保ち、これによりベーパチャンバ１自身とそれに取り付けられる例えばフィン等のラジエータとの密着性を良くし、その間の熱伝導性を支障なく高めることができるからである。

【0060】

以上詳細に説明したように、本実施の形態に係るベーパチャンバ１では、冷却対象７の動作によって発生する熱を受けて配置部１０において蒸気化した冷媒５が、連通部１１を介して下部空間６ｂから上部空間６ａに送られる。蒸気化した冷媒５は、蒸気流路１２を送られつつ、熱を奪われて凝縮し再液化する。再液化した冷媒５は、場合によって毛細管現象により第１の毛細管流路１３で下部空間６ｂに送られる。下部空間６ｂに送られた液化した冷媒５は、毛細管現象により第２の毛細管流路１４で冷却対象７の配置部１０に戻る。このように、このベーパチャンバ１では、冷媒５の流れが、配置部１０→連通部１１→蒸気流路１２→第１の毛細管流路１３→第２の毛細管流路１４→配置部１０となるように中間板４で仕切られているため、気化して蒸気となった冷媒５の流れと、凝縮して液となった流れとが互いに入り乱れないようにすることができる。

【0061】

すなわち、このベーパチャンバ１によれば、蒸気化した冷媒５が面方向に送られる蒸気流路１２と、面方向に液化した冷媒５が戻る第２の毛細管流路１４とが中間板４で仕切られているので、冷媒５の流れを安定化させることができる。この結果、仕切られていない場合に生じる、蒸気となった冷媒５の流れと液となった冷媒５の流れとの間の摩擦がなくなるため、それぞれの流動を阻害する要因を除去することが可能となり、冷却効率を高めるとともに薄型化を実現することができる。

【0062】

具体的には、本実施の形態では、面方向及び厚み方向に張り巡らされた毛細管流路を形成する必要がないので、ベーパチャンバ１を薄く形成することができる。この結果、ベーパチャンバ１を薄型の電子機器等に組み込み易くすることができる。

【0063】

また、本実施の形態では、連通部１１では、下部空間６ｂと上部空間６ａとを連通する第１の貫通孔１１Ａが２次元配列されている。また、第１の貫通孔１１Ａは、下部空間６ｂ側よりも上部空間６ａ側の方がその孔径が大きくなっている。このようにすれば、貫通孔を通る冷媒５の蒸気の流れにより、上部空間６ａの方が気圧が低下し、連通部１１が蒸気化した冷媒５を吸引し易くなる。この連通部１１での冷媒５の移動が、冷媒５の全体的な循環を発生させる。

【0064】

また、本実施の形態によれば、第１の毛細管流路１３は、中間板４に２次元配列されている。このようにすれば、蒸気流路１２では、凝縮した冷媒５をその場所から速やかに下部空間６ｂに送ることができる。また、このようにすれば、凝縮し液化した冷媒５が大きくなり過ぎる前に、その冷媒５を下部空間６ｂに送ることができ、高速な冷媒５の循環が可能となる。また、蒸気流路１２ですぐに凝縮した冷媒５は短い経路で配置部１０に戻すことができ、凝縮するまで時間のかかった冷媒５は、長い経路で配置部１０に戻すことができるので、冷媒５の経路の最適化を自動的に図ることができる。

【0065】

また、本実施の形態によれば、蒸気流路１２として、連通部１１から離れる方向に延びる不連続な壁（突起）２０により中間板４の面方向に仕切られた複数の蒸気流路１２が形成されている。このようにすれば、蒸気化した冷媒５を面方向に拡散し易くなる。

【0066】

また、本実施の形態によれば、壁（突起）２０が、第１の毛細管流路１３の一部を形成する。このようにすれば、壁（突起）２０で凝縮した冷媒５を第１の毛細管流路１３に引き込み易くなる。

【0067】

また、本実施の形態によれば、蒸気流路１２の壁は、中間板４の面方向に沿って２次元配列された突起２０によって形成され、突起２０の間が第１の毛細管流路１３の一部を形成する。壁２０を、２次元配列された突起とすることにより、凝縮した冷媒５を、一定の間隔で第１の毛細管流路１３に引き込むことができるようになる。

【0068】

また、本実施の形態によれば、突起２０は、中間板４と上部材２との間隔を保持する第１の保持部として機能する。このようにすれば、中間板４と上部材２との上部空間６ａがつぶれるのを防ぐことができる。これにより、ベーパチャンバ１の冷却効率が低下するのを防ぐことが可能になる。

【0069】

また、本実施の形態によれば、第２の毛細管流路１４は、中間板４の面方向に沿って延び、互いに交差する複数の流路によって形成されている、このようにすれば、ある流路で吸収した冷媒５を他の流路にも分散して冷媒５から熱を奪い易くすることができる。

【0070】

また、本実施の形態によれば、第２の毛細管流路１４は、中間板４の面方向に沿って格子状に延びている。具体的には、第２の毛細管流路１４は、中間板４の面方向に沿って２次元配列された突起２１間に形成されている。このように流路を不連続なものにしておけば、流路内に生じる冷媒５の粘性抵抗を低減して、冷媒５を送り易くすることができる。また、ベーパチャンバ１の向きに関わらず、第２の毛細管流路１４で冷媒５を重力に抗して吸い上げることが可能になる。

【0071】

また、本実施の形態によれば、第２の保持部２１は、中間板４と下部材３との間隔を保持する。このようにすれば、中間板４と下部材３との間の下部空間６ｂがつぶれるのを防ぐことができる。これにより、ベーパチャンバ１の冷却効率が低下するのを防ぐことが可能になる。

【0072】

また、本実施の形態によれば、上部空間６ａ、下部空間６ｂを構成する凹部は、中間板４に形成され、連通部１１、蒸気流路１２、第１の毛細管流路１３、第２の毛細管流路１４は、中間板４の凹部内に形成されているものとした。このようにすれば、上部材２及び下部材３については凹部等を加工せず、中間板４のみを加工して製造することができる。しかしながら、本発明はこれには限られない。例えば、上部材２及び下部材３に凹部を形成し、突起２０，２１を上部材２又は下部材３に形成するようにしてもよい。

【0073】

なお、ベーパチャンバ１では、冷媒５が凝縮する場合には、凝縮した冷媒５が滴状状態（しずく程度の状態）となっているのが望ましい。大量の液状の冷媒５が溜まると、冷媒５の循環がかえって遅くなるためである。第１の毛細管流路１３の流路の大きさは、凝縮した冷媒５の滴状状態が維持されるように設計されるようにするのが望ましい。

【0074】

また、冷却対象７を冷却するには、液化した冷媒５が配置部１０上に常に存在する必要がある。冷媒５の量は、冷却対象７が発生する熱量、冷媒５の循環速度等を考慮して決めておく必要がある。

【0075】

なお、封止空間６内の冷媒５の循環速度が上がれば、粘性抵抗が増大する。第１の毛細管流路１３、第２の毛細管流路１４は、この粘性抵抗に打ち勝つ程度の毛細管力が要求される。この毛細管力を考慮して、突起２０，２１の大きさや間隔などが決定される。

【0076】

また、本実施の形態によれば、２次元配列された第１の保持部（突起）２０及び第２の保持部（突起）２１が、上部空間６ａ及び下部空間６ｂがつぶれないように保持している。このようにすれば、上部材２及び下部材３の厚みをより薄くして、ベーパチャンバ１全体をより薄く形成することができる。

【0077】

上記実施の形態では、突起２０，２１の横断面の形状を正方形とした。しかしながら、本発明はこれには限られない。第２の毛細管流路１４を形成できるのであれば、長方形、円形、楕円形、多角形、星形などであってもよいし、様々なものを組み合わせるようにしてもよい。

【0078】

また、第２の毛細管流路１４は、繊維部材を詰め込むことにより形成されるものであってもよい。

【0079】

上記実施の形態では、配置部１０については、他の部分と同じ厚さとした。しかしながら、本発明はこれには限られない。例えば、配置部１０を他の部分より薄くしてもよい。

【0080】

また、上記実施の形態では、上部材２、下部材３及び中間板４を銅又はアルミニウムとした。しかしながら、本発明はこれには限られない。例えば、銅合金、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレス、金、銀等の金属材料に加えてガス透過性のない非金属材料（例えばガスバリア性のあるフィルム等の有機素材や無機素材など）が好適である。また、冷媒は、純水の他、蒸留水、エタノール、メタノール、アセトン等が好適である。

【0081】

また、薄型化を実現するため、上部材２及び下部材３の板厚は、１μｍ～２０００μｍの範囲内とすることができる。

【0082】

なお、上部材２、下部材３及び中間板４は、正方形状のものには限られない。例えば、長方形、円形や楕円形又は他の多角形状のものであってもよい。

【0083】

また、配置部１０は、下部材３の中央部に配置されていなくてもよい。例えば、配置部１０を下部材３の角部に配置するようにしてもよい。この場合、連通部１１もその角部に位置するようになり、蒸気流路１２は、その連通部１１から放射状に延びるように配置されるようになる。

【0084】

また、ベーパチャンバ１の外周面に、放熱フィンを設けるようにしてもよい。このようにすれば、ベーパチャンバ１の熱をさらに外部に逃がし易くすることができる。

【0085】

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

【産業上の利用可能性】

【0086】

本発明は、電子機器、例えばスマートフォン等のモバイル端末における熱源の冷却に適用することができる。

【符号の説明】

【0087】

１ ベーパチャンバ、２ 上部材、３ 下部材、４ 中間板、４ａ 外周縁部、５ 冷媒、６ 封止空間、６ａ 上部空間、６ｂ 下部空間、７ 冷却対象、１０ 配置部、１１ 連通部、１１Ａ 第１の貫通孔、１１ａ，１１ｂ 孔部、１２ 蒸気流路（流路）、１２ａ 中心領域、１３ 第１の毛細管流路、１３Ａ 第２の貫通孔、１４ 第２の毛細管流路、２０ 突起（壁、ディンプル、第１の保持部），２１ 突起（壁、ディンプル、第２の保持部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】