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(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】2024-07-16
(45)【発行日】2024-07-24
(54)【発明の名称】熱拡散デバイス及び電子機器
(51)【国際特許分類】
F28D 15/04 20060101AFI20240717BHJP
F28D 15/02 20060101ALI20240717BHJP
【ＦＩ】
F28D15/04 A
F28D15/02 M
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2023576738
(86)(22)【出願日】2023-01-05
(86)【国際出願番号】 JP2023000095
(87)【国際公開番号】W WO2023145397
(87)【国際公開日】2023-08-03
【審査請求日】2024-05-02
(31)【優先権主張番号】P 2022009468
(32)【優先日】2022-01-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006231
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ
(72)【発明者】
【氏名】沼本 竜宏
【審査官】柳本 幸雄
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２０／１００３６４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／０６８２２４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２１－３２５３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－９６６６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２１／１７２４７９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２１／２２９９６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１６８３５９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２８Ｄ １５／０２－１５／０４
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
厚さ方向に対向する第１内壁面及び第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、
前記筐体の前記内部空間に配置されるウィックと、を備え、
前記ウィックは、前記第１内壁面に接する支持体と、前記支持体に接する有孔体と、を含み、
前記有孔体には、前記厚さ方向に貫通し、毛細管力を有する貫通孔が設けられ、
前記貫通孔の周縁には、前記第１内壁面に近接する方向に凸部が設けられている、熱拡散デバイス。
【請求項2】
前記凸部は、前記第１内壁面側の第１端部及び前記第２内壁面側の第２端部を有し、前記厚さ方向から見て、前記第１端部の内壁が囲う領域の断面積が、前記第２端部の内壁が囲う領域の断面積よりも小さい、請求項１に記載の熱拡散デバイス。
【請求項3】
前記厚さ方向から見て、前記第１端部の内壁は、前記第２端部の内壁よりも内側に位置する、請求項２に記載の熱拡散デバイス。
【請求項4】
前記凸部は、前記第１内壁面側の第１端部及び前記第２内壁面側の第２端部を有し、前記厚さ方向から見て、前記第１端部の内壁が囲う領域の断面積が、前記第２端部の内壁が囲う領域の断面積よりも大きい、請求項１に記載の熱拡散デバイス。
【請求項5】
前記厚さ方向から見て、前記第１端部の内壁は、前記第２端部の内壁よりも外側に位置する、請求項４に記載の熱拡散デバイス。
【請求項6】
前記支持体の厚さが前記有孔体の厚さと同じであるか、又は、前記有孔体の厚さより小さい、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
【請求項7】
前記有孔体は、前記支持体と同じ材料から構成される、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
【請求項8】
前記有孔体は、前記支持体と異なる材料から構成される、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
【請求項9】
前記支持体は、複数の柱状部材を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
【請求項10】
前記支持体は、複数のレール状部材を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
【請求項11】
請求項１～５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱拡散デバイス及び電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、素子の高集積化及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及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、その熱輸送量は充分ではないため、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。
【0003】
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。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及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。
【0004】
特許文献１には、ベーパーチャンバーの一例であるサーマルグラウンドプレーン（ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ）が開示されている。特許文献１に記載のサーマルグラウンドプレーンは、第１の面状基材（ｐｌａｎａｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍｅｍｂｅｒ）と、上記第１の面状基材に配置される複数のマイクロピラーと、少なくとも一部の上記マイクロピラーに接着されるメッシュと、上記第１の面状基材、上記マイクロピラー及び上記メッシュのうちの少なくとも１つに配置される蒸気コア（ｖａｐｏｒ ｃｏｒｅ）と、上記第１の面状基材に配置される第２の面状基材と、を備え、上記メッシュは上記マイクロピラーを上記蒸気コアから分離し、上記第１の面状基材及び上記第２の面状基材は上記マイクロピラー、上記メッシュ及び上記蒸気コアを取り囲んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許第１０，５２７，３５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載されているようなベーパーチャンバーでは、マイクロピラーなどの支柱とメッシュなどの有孔体とによりウィックが構成されている。ベーパーチャンバーの有孔体としては、エッチング加工などによって、金属板に孔部を形成した有孔体などが用いられる。このような有孔体では、作動媒体の液流路側の部分において、有孔体の表面と、孔部の周縁で囲まれる面と、が互いに面一となっている。そして、作動媒体の液流路側の部分において、孔部の周縁で囲まれる面が作動媒体と接することにより毛細管力が生じる。しかしながら、例えば、ベーパーチャンバー製造時の注液工程において作動媒体の注液量が少ないというプロセス上の問題などによって、作動媒体の液量が少ない場合には、有孔体における作動媒体の液流路側の部分において、孔部の周縁で囲まれる面が作動媒体と接しないことがあるため、ウィックにおいて、毛細管力が生じにくいおそれがある。その場合、ベーパーチャンバーにおいて、作動媒体の移動が起こりにくいため、ベーパーチャンバーの均熱性能及び熱輸送性能が低下してしまうという問題がある。
【0007】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、作動媒体の液量が少ない場合でも、均熱性能及び熱輸送性能の低下を抑制することが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の熱拡散デバイスは、厚さ方向に対向する第１内壁面及び第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、上記筐体の上記内部空間に配置されるウィックと、を備え、上記ウィックは、上記第１内壁面に接する支持体と、上記支持体に接する有孔体と、を含み、上記有孔体は上記厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、上記貫通孔の周縁には、上記第１内壁面に近接する方向に凸部が設けられている。
【0009】
本発明の電子機器は、本発明の熱拡散デバイスを備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、作動媒体の液量が少ない場合でも、均熱性能及び熱輸送性能の低下を抑制することが可能な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。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
【0016】
図１及び図２に示すベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）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は、厚さ方向Ｚに対向する第１内壁面１１ａ及び第２内壁面１２ａを有する。ベーパーチャンバー１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の内部空間に配置されるウィック３０と、を備える。
【0017】
筐体１０には、封入した作動媒体２０を蒸発させる蒸発部が設定される。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、蒸発部に相当する。
【0018】
ベーパーチャンバー１は、全体として面状であることが好ましい。すなわち、筐体１０は、全体として面状であることが好ましい。ここで、「面状」とは、板状及びシート状を包含し、幅方向Ｘの寸法（以下、幅という）及び長さ方向Ｙの寸法（以下、長さという）が厚さ方向Ｚの寸法（以下、厚さ又は高さという）に対して相当に大きい形状、例えば幅及び長さが、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。
【0019】
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の幅及び長さは、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の幅及び長さは、各々、例えば、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下又は５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。ベーパーチャンバー１の幅及び長さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【0020】
筐体１０は、外縁部が接合された対向する第１シート１１及び第２シート１２から構成されることが好ましい。
【0021】
筐体１０が第１シート１１及び第２シート１２から構成される場合、第１シート１１及び第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及び第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、又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及び第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。
【0022】
筐体１０が第１シート１１及び第２シート１２から構成される場合、第１シート１１及び第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）、超音波接合又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、抵抗溶接又はロウ接を用いることができる。
【0023】
第１シート１１及び第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及び第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及び第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。
【0024】
第１シート１１及び第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及び第２シート１２は、各々、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。
【0025】
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。
【0026】
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、三角形又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。
【0027】
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、代替フロンなどを用いることができる。例えば、作動媒体２０は水性化合物であり、好ましくは水である。
【0028】
ウィック３０は、毛細管力により作動媒体２０を移動させることができる毛細管構造を有する。
【0029】
ウィック３０の大きさ及び形状は、特に限定されないが、例えば、筐体１０の内部空間において連続してウィック３０が配置されていることが好ましい。厚さ方向Ｚから見て、筐体１０の内部空間の全体にウィック３０が配置されていてもよく、厚さ方向Ｚから見て、筐体１０の内部空間の一部にウィック３０が配置されていてもよい。
【0030】
【0031】
【0032】
ウィック３０では、有孔体３２は、支持体３１と同じ材料から構成される。有孔体３２が支持体３１と同じ材料から構成される場合において、支持体３１及び有孔体３２を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、又はそれらの混合物、積層物などが挙げられる。支持体３１及び有孔体３２を構成する材料は金属が好ましい。
【0033】
ウィック３０において、支持体３１及び有孔体３２が一体的に構成されていてもよい。本明細書において、「支持体３１及び有孔体３２が一体的に構成される」とは、支持体３１と有孔体３２との間に界面が存在しないことを意味し、具体的には、支持体３１と有孔体３２との間に境界が判別できないことを意味する。
【0034】
支持体３１及び有孔体３２が一体的に構成されるウィック３０は、例えば、エッチング技術、多層塗りによる印刷技術、その他の多層技術などにより作製することができる。
【0035】
ウィック３０において、有孔体３２が支持体３１と同じ材料から構成されている場合、支持体３１及び有孔体３２が一体的に構成されていなくてもよい。例えば、支持体３１としての銅ピラーと、有孔体３２としての銅メッシュとが、拡散接合又はスポット溶接などで固定されたウィック３０においては、支持体３１と有孔体３２との間を全面にわたって接合することが困難であるため、支持体３１と有孔体３２との間の一部には隙間が生じる。このようなウィック３０では、支持体３１と有孔体３２との間に境界が判別できるため、支持体３１と有孔体３２とは一体的に構成されていないが、有孔体３２は、支持体３１と同じ材料から構成されるといえる。
【0036】
【0037】
ウィック３０では、支持体３１は、例えば、複数の柱状部材を含む。柱状部材の間に液相の作動媒体２０を保持することにより、ベーパーチャンバー１の熱輸送性能を向上させることができる。ここで、「柱状」とは、底面の長辺の長さの比が、底面の短辺の長さに対して５倍未満である形状を意味する。
【0038】
柱状部材の形状は、特に限定されないが、例えば、円柱形状、角柱形状、円錐台形状、角錐台形状などの形状が挙げられる。図４Ａに示す例では、支持体３１の高さ方向に垂直な断面形状は四角形状であり、図４Ｂに示す例では、支持体３１の高さ方向に垂直な断面形状は円形状である。
【0039】
柱状部材は、周囲よりも相対的に高さが高ければよい。したがって、柱状部材は、第１内壁面１１ａから突出した部分に加え、第１内壁面１１ａに形成された凹みにより相対的に高さが高くなっている部分も含む。
【0040】
支持体３１の形状は特に限定されないが、図２及び図３Ａに示すように、支持体３１は、有孔体３２から第１内壁面１１ａに向かって幅が狭くなるテーパー形状を有することが好ましい。これにより、支持体３１の間への有孔体３２の落ち込みを抑制しつつ、筐体１０側では支持体３１の間の流路を広くすることができる。その結果、透過率が上昇し、最大熱輸送量が大きくなる。
【0041】
支持体３１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、例えば支持体３１の中心間距離（ピッチ）が一定となるように配置される。
【0042】
支持体３１の中心間距離（図４Ａ又は図４Ｂ中、Ｐ３１で示す長さ）は、例えば、６０μｍ以上８００μｍ以下である。支持体３１の幅（図４Ａ又は図４Ｂ中、Ｗ３１で示す長さ）は、例えば、２０μｍ以上５００μｍ以下である。支持体３１の高さ（図３Ａ中、Ｔ３１で示す長さ）は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
【0043】
有孔体３２は、厚さ方向Ｚに貫通する貫通孔３３を有する。貫通孔３３内において、作動媒体２０は、毛細管現象により移動することができる。貫通孔３３は厚さ方向Ｚから見て、支持体３１が存在しない部分に設けられていることが好ましい。貫通孔３３の形状は、特に限定されないが、厚さ方向Ｚに垂直な面での断面が円形又は楕円形であることが好ましい。
【0044】
有孔体３２の貫通孔３３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、例えば有孔体３２の貫通孔３３の中心間距離（ピッチ）が一定となるように配置される。
【0045】
有孔体３２の貫通孔３３の中心間距離（図４Ａ又は図４Ｂ中、Ｐ３３で示す長さ）は、例えば、３μｍ以上１５０μｍ以下である。貫通孔３３の第１内壁面１１ａ側の端面における径（図４Ａ又は図４Ｂ中、φ３３で示す長さ）は、例えば、１００μｍ以下である。有孔体３２の厚さ（図３Ａ中、Ｔ３２で示す長さ）は、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下である。なお、有孔体３２の厚さは、後述する凸部３４が設けられていない部分での有孔体３２の厚さを意味する。
【0046】
貫通孔３３の周縁には、第１内壁面１１ａに近接する方向に凸部３４が設けられている。
【0047】
【0048】
凸部３４は、第１内壁面１１ａ側の第１端部３５及び第２内壁面１２ａ側の第２端部３６を有する。
【0049】
図３Ｂに示す例では、凸部３４の形状は、円筒形状である。このように、凸部３４の形状は、例えば、第１端部３５が平坦な筒形状である。その場合、凸部３４の形状は、角筒形状であってもよく、円錐台、角錐台などの内部が空洞となった形状であってもよい。
【0050】
図３Ａにおいて、作動媒体２０は、凸部３４の内壁によって囲まれる面と接することによって、毛細管力により貫通孔３３内に吸い上げられている。このため、ウィック３０を厚さ方向Ｚから見て貫通孔３３が存在しない部分では、作動媒体２０の液面は、有孔体３２よりも第１内壁面１１ａ側に位置しているにも関わらず、貫通孔３３内には作動媒体２０が吸い上げられている。このようにして、ベーパーチャンバー１では、作動媒体２０の液量が少ない場合においても、貫通孔３３内に作動媒体２０を吸い上げることができる。それゆえ、作動媒体２０の液量が少ない場合であっても、ウィック３０において、毛細管力が生じにくくなることを防ぐことができる。以上のことから、ベーパーチャンバー１は、作動媒体２０の液量が少ない場合でも、均熱性能及び熱輸送性能の低下を抑制することが可能である。
【0051】
ベーパーチャンバー１では、作動媒体２０の液量が少ない場合でも、均熱性能及び熱輸送性能の低下を抑制することが可能であるため、例えば、製造工程における作動媒体２０の注液量の設計値の変更、製造工程における作動媒体２０の注液量のばらつき及び使用時における作動媒体２０の液量の変動等が均熱性能又は熱輸送性能に与える影響が少ない。つまり、ベーパーチャンバー１は作動媒体２０の液量に対するロバスト性に優れているといえる。
【0052】
凸部３４は、貫通孔３３の周縁全体に設けられていることが好ましい。凸部３４は、毛細管力により、作動媒体２０を吸い上げることができる形状である限りは、貫通孔３３の周縁の一部にのみ設けられていてもよい。
【0053】
凸部３４は、有孔体３２におけるすべての貫通孔３３の周縁に設けられていてもよく、有孔体３２における一部の貫通孔３３の周縁にのみ設けられていてもよい。凸部３４が、有孔体３２における一部の貫通孔３３の周縁にのみ設けられている場合、少なくとも熱源ＨＳの直上に位置する貫通孔３３の周縁には凸部３４が設けられていることが好ましい。熱源ＨＳの直上に位置する貫通孔３３に凸部３４が設けられている場合、作動媒体２０の液量が少ない場合でも、蒸発部において作動媒体２０の蒸発が起こりにくくなることを抑制できる。熱源ＨＳの直上に位置する貫通孔３３の周縁にのみ、凸部３４が設けられていてもよい。
【0054】
貫通孔３３及び凸部３４は、例えば、有孔体３２を構成する金属等に対して、プレス加工による打ち抜きを行うことによって作製することができる。プレス加工による打ち抜きにおいて、打ち抜きの深さ等を適宜調整することによって、凸部の形成及び凸部の形状等を調節することができる。なお、打ち抜きの深さとは、例えば、パンチによって打ち抜きを行う際に、打ち抜き方向に、どの程度までパンチを押し込むかを意味する。
【0055】
凸部３４の寸法は特に限定されない。例えば、凸部３４の高さが、貫通孔３３の径よりも大きくてもよく、凸部３４の高さが、貫通孔３３の径よりも小さくてもよく、凸部３４の高さが、貫通孔３３の径と同じであってもよい。なお、図３Ａ及び図３Ｂの凸部３４において、凸部３４の高さは、第１端部３５及び第２端部３６の間の厚さ方向Ｚにおける距離を意味する。
【0056】
【0057】
図３Ｃに示す凸部３４では、第１端部３５は、平坦ではなく、凹凸を有している。なお、第１端部３５が、凹凸を有している場合、凸部３４の高さは、第１端部３５及び第２端部３６の間の厚さ方向Ｚにおける距離のうち最大となる距離を意味する。
【0058】
【0059】
図５Ａ及び図５Ｂに示す凸部３４ａは、第１内壁面１１ａ側の第１端部３５ａ及び第２内壁面１２ａ側の第２端部３６ａを有する。凸部３４ａは、厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ａの内壁が囲う領域の断面積が、第２端部３６ａの内壁が囲う領域の断面積よりも小さい。厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ａの内壁が囲う領域の断面積が、第２端部３６ａの内壁が囲う領域の断面積よりも小さいと、第１端部３５ａの内壁に囲まれる領域において生じる毛細管力を向上することができる。それゆえ、ウィック３０の毛細管力を向上することができるため、ベーパーチャンバー１の最大熱輸送量を向上することができる。
【0060】
凸部３４ａにおいて、厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ａの内壁は、第２端部３６ａの内壁よりも内側に位置していてもよい。
【0061】
凸部３４ａは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１内壁面１１ａに近接する方向に向かって、凸部３４ａの外壁間の距離が狭くなるテーパー形状を有する。
【0062】
凸部３４ａは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１内壁面１１ａ側（図５Ａでは下側）に凸な形状である。いいかえれば、凸部３４ａは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１端部３５ａ及び第２端部３６ａを結ぶ線分に対して第１内壁面１１ａ側（図５Ａでは下側）にカーブする形状である。
【0063】
【0064】
図６Ａ及び図６Ｂに示す凸部３４ｂは、第１内壁面１１ａ側の第１端部３５ｂ及び第２内壁面１２ａ側の第２端部３６ｂを有する。凸部３４ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１内壁面１１ａに近接する方向に向かって、凸部３４ｂの外壁間の距離が狭くなるテーパー形状を有する。凸部３４ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第２内壁面１２ａ側（図６Ａでは上側）に凸な形状である。いいかえれば、凸部３４ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１端部３５ｂ及び第２端部３６ｂを結ぶ線分に対して第２内壁面１２ａ側（図６Ａでは上側）にカーブする形状である。
【0065】
【0066】
図７－１Ａ及び図７－１Ｂに示す凸部３４ｃは、第１内壁面１１ａ側の第１端部３５ｃ及び第２内壁面１２ａ側の第２端部３６ｃを有する。凸部３４ｃは、厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ｃの内壁が囲う領域の断面積が、第２端部３６ｃの内壁が囲う領域の断面積よりも小さい。凸部３４ｃは、第１端部３５ｃにおいて、凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７を備えている。凸部３４ｃでは、厚さ方向Ｚから見たとき、第１端部３５ｃにおいて蓋部３７が存在しない凸部３４ｂと比べて、第１端部３５ｃの内壁が囲う領域の断面積が狭くなっている。
【0067】
凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７は、例えば、第１端部３５ｃにプレス加工を行うことで形成されていてもよい。凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７の大きさや形状は、特に限定されず、凸部３４ｃの第１端部３５ｃ側での開口を狭めていればよい。凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７は、平坦面であることが好ましい。凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７は、厚さ方向Ｚに対して垂直な平坦面であることが好ましい。凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７は、一部又は全体が曲面状であってもよい。凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７は、表面が凹凸形状を有していてもよい。凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７の厚さは、凸部３４ｃの厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【0068】
図７－１Ａ及び図７－１Ｂでは、蓋部３７は、第１端部３５ｃの全体に設けられている。図７－１Ａ及び図７－１Ｂでは、第１端部３５ｃでの貫通孔３３の周縁の中心と第２端部３６ｃでの貫通孔３３の周縁の中心とが一致している。
【0069】
【0070】
図７－２Ａ及び図７－２Ｂでは、第１端部３５ｃの一部にのみ蓋部３７が設けられている。図７－２Ａでは、凸部３４ｃの左側にのみ蓋部３７が設けられ、凸部３４ｃの右側には蓋部３７が設けられていない。図８－２Ａ及び図８－２Ｂでは、第１端部３５ｃでの貫通孔３３の周縁の中心と第２端部３６ｃでの貫通孔３３の周縁の中心とが一致していない。
【0071】
【0072】
図７－３Ａ及び図７－３Ｂに示す凸部３４ｃでは、第１端部３５ｃの一部にのみ蓋部３７が設けられている。図７－３Ａでは、凸部３４ｃの右側にのみ蓋部３７が設けられ、凸部３４ｃの左側には蓋部３７が設けられていない。図７－３Ｂでは、断面が略円形状の蓋部が、第１端部３５ｃの一部に設けられている。図７－１Ａ、図７－１Ｂ、図７－２Ａ及び図７－２Ｂでは、蓋部３７は、厚さ方向Ｚに対して垂直な平坦面であるが、図７－３Ａ及び図７－３Ｂでは、蓋部３７は、第１内壁面１１ａ側（図７－３Ａの下側）に向かって延びるように設けられている。図７－３Ａ及び図７－３Ｂにおいて、蓋部３７は平坦面であるが、蓋部３７は曲面であってもよい。
【0073】
図８は、凸部の第４変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。
【0074】
図８に示す凸部３４ｄは、第１内壁面１１ａ側の第１端部３５ｄ及び第２内壁面１２ａ側の第２端部３６ｄを有する。凸部３４ｄは、厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ｄの内壁が囲う領域の断面積が、第２端部３６ｄの内壁が囲う領域の断面積よりも大きい。厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ｄの内壁が囲う領域の断面積が、第２端部３６ｄの内壁が囲う領域の断面積よりも大きいと、貫通孔３３内への作動媒体２０の吸い上げ量を増加することができる。貫通孔３３内への作動媒体２０の吸い上げ量が多いと、ベーパーチャンバー１内の作動媒体２０が減少していく場合に、貫通孔３３内に作動媒体２０が全く吸い上げられなくなるまでの作動媒体２０の変動の許容値が大きくなる。そのため、ベーパーチャンバー１における作動媒体２０の液量に対するロバスト性が向上する。
【0075】
凸部３４ｄにおいて、厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ｄの内壁は、第２端部３６ｄの内壁よりも外側に位置していてもよい。
【0076】
図９は、凸部の第５変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。
【0077】
図９に示す凸部３４ｅは、第１内壁面１１ａ側の第１端部３５ｅ及び第２内壁面１２ａ側の第２端部３６ｅを有する。凸部３４ｅは、厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ｅの内壁が囲う領域の断面積が、第２端部３６ｅの内壁が囲う領域の断面積よりも大きい。凸部３４ｅは、第１端部３５ｅにおいて、凸部３４ｅの開口を狭める蓋部３７を備えている。凸部３４ｅでは、厚さ方向Ｚから見たとき、第１端部３５ｅにおいて蓋部３７が存在しない凸部３４ｄと比べて、第１端部３５ｅの内壁が囲う領域の断面積が狭くなっている。
【0078】
凸部３４ｅの開口を狭める蓋部３７は、例えば、第１端部３５ｅにプレス加工を行うことで形成されていてもよい。凸部３４ｅの開口を狭める蓋部３７の大きさや形状は、特に限定されず、凸部３４ｅの第１端部３５ｅ側での開口を狭めていればよい。凸部３４ｅの開口を狭める蓋部３７は、平坦面であることが好ましい。凸部３４ｅの開口を狭める蓋部３７は、厚さ方向Ｚに対して垂直な平坦面であることが好ましい。凸部３４ｅの開口を狭める蓋部３７は、一部又は全体が曲面状であってもよい。凸部３４ｅの開口を狭める蓋部３７は、表面が凹凸形状を有していてもよい。凸部３４ｅの開口を狭める蓋部３７の厚さは、凸部３４ｅの厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【0079】
図１０は、ウィックの第１変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。
【0080】
図１０に示すウィック３０Ａでは、例えば、プレス加工などによって金属箔の一部を曲げて凹ませることにより、凹んだ部分に支持体３１が形成されている。支持体３１の凹んだ部分に蒸気空間が形成されるため、熱伝導率が向上する。図１０に示す例に限らず、金属箔にプレス加工を行う場合、プレス加工の具合によっては、金属箔の一部を曲げた際に凹んだ部分に貫通孔が形成されても良い。
【0081】
プレス加工などを行う前の金属箔の厚さは一定であることが好ましい。ただし、曲げられた部分では金属箔が薄くなることもある。以上より、ウィック３０Ａでは、支持体３１の厚さが有孔体３２の厚さと同じであるか、又は、有孔体３２の厚さより小さいことが好ましい。
【0082】
ウィック３０Ａは、支持体３１を形成するプレス加工と、貫通孔３３及び凸部３４を形成するプレス加工と、が一括で行われることにより形成されていることが好ましい。
【0083】
ウィック３０Ａにおいて、凸部３４の厚さは、支持体３１の厚さと同じであってもよい。ウィック３０Ａにおいて、凸部３４の厚さは、有孔体３２の厚さと同じであってもよい。図１０に示すように、ウィック３０Ａにおいて、支持体３１の厚さ、有孔体３２の厚さ及び凸部３４の厚さが一定であってもよい。
【0084】
ウィック３０Ａにおいて、凸部３４の厚さは、支持体３１の厚さと異なっていてもよい。ウィック３０Ａにおいて、凸部３４の厚さは、有孔体３２の厚さと異なっていてもよい。
【0085】
【0086】
図１１に示す凸部３４ｂは、図６Ａ及び図６Ｂに示す凸部３４ｂと同じ形状を有する。凸部３４ｂは、第１内壁面１１ａ側の第１端部３５ｂ及び第２内壁面１２ａ側の第２端部３６ｂを有する。凸部３４ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１内壁面１１ａに近接する方向に向かって、凸部３４ｂの外壁間の距離が狭くなるテーパー形状を有する。凸部３４ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第２内壁面１２ａ側（図１１では上側）に凸な形状である。いいかえれば、凸部３４ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１端部３５ｂ及び第２端部３６ｂを結ぶ線分に対して第２内壁面１２ａ側（図１１では上側）にカーブする形状である。
【0087】
凸部３４ｂの厚さは、支持体３１の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。凸部３４ｂの厚さは、有孔体３２の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【0088】
【0089】
図１２に示す凸部３４ｃは、図７－１Ａ及び図７－１Ｂに示す凸部３４ｃと同じ形状を有する。凸部３４ｃは、第１内壁面１１ａ側の第１端部３５ｃ及び第２内壁面１２ａ側の第２端部３６ｃを有する。凸部３４ｃは、厚さ方向Ｚから見て、第１端部３５ｃの内壁が囲う領域の断面積が、第２端部３６ｃの内壁が囲う領域の断面積よりも小さい。凸部３４ｃは、第１端部３５ｃにおいて、凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７を備えている。
【0090】
凸部３４ｃの厚さは、支持体３１の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。凸部３４ｃの厚さは、有孔体３２の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７の厚さは、支持体３１の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。凸部３４ｃの開口を狭める蓋部３７の厚さは、有孔体３２の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【0091】
【0092】
図１３は、ウィックの第２変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。
【0093】
図１３に示すウィック３０Ｂでは、有孔体３２は、支持体３１と異なる材料から構成される。支持体３１を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、又はそれらの混合物、積層物などが挙げられる。有孔体３２を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、又はそれらの混合物、積層物などが挙げられる。有孔体３２を構成する材料は金属が好ましい。
【0094】
図１３に示す凸部３４は、図５Ａ及び図５Ｂに示す凸部３４ａ、図６Ａ及び図６Ｂに示す凸部３４ｂ、図７－１Ａ及び図７－１Ｂに示す凸部３４ｃ、図７－２Ａ及び図７－２Ｂに示す凸部３４ｃ、図７－３Ａ及び図７－３Ｂに示す凸部３４ｃ、図８に示す凸部３４ｄ、又は図９に示す凸部３４ｅと同じ形状であってもよい。
【0095】
【0096】
図１４に示すウィック３０Ｃでは、支持体３１は、複数のレール状部材を含む。レール状部材の間に液相の作動媒体２０を保持することにより、ベーパーチャンバー１の熱輸送性能を向上させることができる。ここで、「レール状」とは、底面の長辺の長さの比が、底面の短辺の長さに対して５倍以上である形状を意味する。
【0097】
レール状部材の延伸方向に垂直な断面形状は、特に限定されないが、例えば、四角形などの多角形、半円形、半楕円形、これらを組み合わせた形状などが挙げられる。
【0098】
レール状部材は、周囲よりも相対的に高さが高ければよい。したがって、レール状部材は、第１内壁面１１ａから突出した部分に加え、第１内壁面１１ａに形成された溝により相対的に高さが高くなっている部分も含む。
【0099】
また、ウィック３０Ｃは、図１４に開示される形状に限定されず、内部空間の全体に配置されず部分的に配置して利用されてもよい。例えば、内部空間に外周に沿ってレール状の支持体３１を構成し、その上に外周に沿った形状の有孔体３２を配置してもよい。
【0100】
図２に示すように、筐体１０の内部空間には、第２内壁面１２ａに接する支柱４０が配置されていてもよい。筐体１０の内部空間に支柱４０を配置することによって筐体１０及びウィック３０を支持することが可能である。
【0101】
支柱４０を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、又はそれらの混合物、積層物などが挙げられる。また、支柱４０は、筐体１０と一体であってもよく、例えば、筐体１０の第２内壁面１２ａ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。
【0102】
支柱４０の形状は、筐体１０及びウィック３０を支持できる形状であれば特に限定されないが、支柱４０の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形などの多角形、円形、楕円形などが挙げられる。
【0103】
支柱４０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。
【0104】
図２に示す断面において、支柱４０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４０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４０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４０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。
【0105】
支柱４０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４０間の距離が一定となるように配置される。支柱４０を均等に配置することにより、ベーパーチャンバー１の全体にわたって均一な強度を確保することができる。
【0106】
図１５は、熱拡散デバイスの第１変形例を模式的に示す断面図である。
【0107】
図１５に示すベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）１Ａでは、支持体３１は、筐体１０の第１シート１１と一体的に構成されている。ベーパーチャンバー１Ａにおいて、第１シート１１及び支持体３１は、例えば、エッチング技術、多層塗りによる印刷技術、その他の多層技術などにより作製することができる。図１５に示すように、有孔体３２は、支持体３１と異なる材料から構成されることが好ましい。ベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）１Ａにおいて、有孔体３２は、支持体３１及び筐体１０の第１シート１１と同じ材料から構成されてもよく、有孔体３２は、支持体３１及び筐体１０の第１シート１１と一体的に構成されていてもよい。
【0108】
図１６は、熱拡散デバイスの第２変形例を模式的に示す断面図である。
【0109】
図１６に示すベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）１Ｂでは、例えば、プレス加工などによって筐体１０の第１内壁面１１ａの一部を曲げて凹ませることにより、凹んだ部分に支持体３１が形成されている。
【0110】
【0111】
図１８に示すウィック３０Ｄでは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、凸部３４同士の間は曲面となっており、平坦な部分が存在しない。なお、図１８は、貫通孔３３を通る断面図であるが、厚さ方向Ｚに沿う断面のうち貫通孔３３を通らない断面において、凸部３４同士の間には平坦な部分が存在してもよく、平坦な部分が存在しなくてもよい。また、ウィック３０Ｄにおいて、有孔体３２は全体が曲面となっていて、平坦な部分が存在しなくてもよい。
【0112】
【0113】
本明細書では、凸部は、厚さ方向Ｚに沿う断面において、以下のように設定される直線Ｌ１及び直線Ｌ２の間の部分と定義される。なお、凸部が複数ある場合、直線Ｌ１及び直線Ｌ２はそれぞれの凸部ごとに設定される。図１９に示すように、厚さ方向Ｚに沿う断面において、貫通孔の両側（図１９の右側及び左側の両方）に凸部が存在する場合には、それぞれの凸部について直線Ｌ１及び直線Ｌ２を設定する。以下に記載する凸部の定義では、厚さ方向Ｚに垂直な面（ＸＹ面）を基準面という。以下、図１９に示すウィック３０Ａを例に挙げて、直線Ｌ１及び直線Ｌ２について説明する。
【0114】
まず、貫通孔３３の第１内壁面１１ａ側の周縁に存在する凸部３４ｂの第１端部３５ｂのうち、最も第１内壁面１１ａ側に存在する点（図１９の点Ｐ１）を通り、基準面に対して平行な直線をＬ１とする。
【0115】
次に、ウィック３０Ａの第１内壁面１１ａ側の表面のうち、最も第２内壁面１２ａ側に存在する点（図１９の点Ｐ２）を通り、基準面に対して平行な直線をＬ２とする。
【0116】
厚さ方向Ｚに沿う断面において、ウィック３０Ａの直線Ｌ２上の部分が第２端部３６ｂとなる。ウィック３０Ａの直線Ｌ２上の部分が複数存在する場合、貫通孔３３の第２内壁面１２ａ側の周縁からの距離が最も小さい点を含む部分が第２端部３６ｂとなる。このように設定される第２端部３６ｂから、第１端部３５ｂまでが凸部３４ｂである。
【0117】
【0118】
図２０に示すウィック３０Ｄにおいても、ウィック３０Ａと同様に直線Ｌ１及び直線Ｌ２を設定する。ウィック３０Ｄでは、凸部３４同士の間は曲面となっており、平坦な部分が存在しないが、直線Ｌ２上の部分が、第２端部３６となる。
【0119】
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。
【0120】
本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体は、１個の蒸発部を有してもよく、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、１個の熱源が配置されてもよく、複数の熱源が配置されてもよい。蒸発部及び熱源の数は特に限定されない。
【0121】
本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シート及び第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。
【0122】
本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シート及び第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。
【0123】
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及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。
【産業上の利用可能性】
【0124】
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。
【符号の説明】
【0125】
１、１Ａ、１Ｂ 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、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ ウィック
３１ 支持体
３２ 有孔体
３３ 貫通孔
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ 凸部
３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ 第１端部
３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ 第２端部
３７ 蓋部
４０ 支柱
ＨＳ 熱源
Ｐ３１ 支持体の中心間距離
Ｐ３３ 貫通孔の中心間距離
Ｔ３１ 支持体の高さ
Ｔ３２ 有孔体の厚さ
Ｗ３１ 支持体の幅
Ｘ 幅方向
Ｙ 長さ方向
Ｚ 厚さ方向
φ３３ 貫通孔の第１内壁面側の端面における径
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、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ ウィック
３１ 支持体
３２ 有孔体
３３ 貫通孔
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ 凸部
３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ 第１端部
３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ 第２端部
３７ 蓋部
４０ 支柱
ＨＳ 熱源
Ｐ３１ 支持体の中心間距離
Ｐ３３ 貫通孔の中心間距離
Ｔ３１ 支持体の高さ
Ｔ３２ 有孔体の厚さ
Ｗ３１ 支持体の幅
Ｘ 幅方向
Ｙ 長さ方向
Ｚ 厚さ方向
φ３３ 貫通孔の第１内壁面側の端面における径
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7-1】
【図7-2】
【図7-3】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】