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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】2024-12-16
(45)【発行日】2024-12-24
(54)【発明の名称】熱デバイス
(51)【国際特許分類】
F28D 15/02 20060101AFI20241217BHJP
H01L 23/427 20060101ALI20241217BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20241217BHJP
【ＦＩ】
F28D15/02 106F
F28D15/02 102G
F28D15/02 101H
F28D15/02 102A
H01L23/46 B
H05K7/20 Q
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021031011
(22)【出願日】2021-02-26
(65)【公開番号】P2022131842
(43)【公開日】2022-09-07
【審査請求日】2023-09-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤田 尚也
(72)【発明者】
【氏名】平野 義宜
(72)【発明者】
【氏名】阿部 裕一
【審査官】小川 悟史
(56)【参考文献】
【文献】実開昭５４－０４２９７３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００５－３４５０４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１４１００２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５１－０６７５５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／０１６３７９９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国実用新案第２１２５７３３８２（ＣＮ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２８Ｄ １５／０２
Ｈ０１Ｌ ２３／４２７
Ｈ０５Ｋ ７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
相変態物質の潜熱を利用した熱デバイスであって、前記相変態物質が封入された相変態領域と、前記相変態領域を外部と連通する連通路とを有する容器と、
前記連通路を塞ぐ封止部と
を有し、
前記相変態領域は、内部空間を有し、
前記封止部は、
前記容器の上に位置して前記連通路における前記外部側の開口を遮蔽するセラミック、樹脂、または、セラミックおよび樹脂の複合体からなる遮蔽板と、
前記容器の上において前記開口を全周に亘って囲むように位置し、前記容器と前記遮蔽板とを接合する樹脂からなる接合層と
を有し、
前記接合層の一部は、前記遮蔽板の側方に位置し、前記遮蔽板の側面に接触している、熱デバイス。
【請求項2】
前記接合層は、前記遮蔽板と前記容器との間に位置し、前記遮蔽板の前記容器との対向面に接触する第１接合層と、
前記遮蔽板の側方に位置し、前記遮蔽板の側面に接触する第２接合層と
を有する、請求項１に記載の熱デバイス。
【請求項3】
前記接合層は、前記遮蔽板と前記容器との間および前記遮蔽板の側方に位置し、前記遮蔽板の前記容器との対向面および前記遮蔽板の側面に接触する第１接合層と、
前記第１接合層のうち前記遮蔽板から露出した部分を覆う第２接合層と
を有する、請求項１に記載の熱デバイス。
【請求項4】
前記第１接合層は、紫外線硬化樹脂からなる、請求項２または３に記載の熱デバイス。
【請求項5】
前記第２接合層は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂およびアクリル樹脂の何れかである、請求項４に記載の熱デバイス。
【請求項6】
前記第２接合層は、前記遮蔽板の前記対向面と反対側の面を覆う、請求項５に記載の熱デバイス。
【請求項7】
前記容器は、セラミック製である、請求項１～６のいずれか一つに記載の熱デバイス。
【請求項8】
前記容器は、第１面と前記第１面の反対側に位置する第２面とを貫通する複数の還流孔を有する平板状の中間部材と、
前記中間部材の前記第１面と対向する第３面に第１溝部を有する第１部材と、
前記中間部材の前記第２面と対向する第４面に第２溝部を有する第２部材と
を有する、請求項１～７のいずれか一つに記載の熱デバイス。
【請求項9】
前記内部空間は、常温において減圧状態である、請求項１～８のいずれか一つに記載の熱デバイス。
【請求項10】
前記内部空間には、液体が位置している、請求項１～９のいずれか一つに記載の熱デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、熱デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、相変態物質の潜熱を利用した熱デバイスが知られている。たとえば、熱デバイスの一種であるベーパーチャンバーは、内部に封入された作動液の蒸発および凝縮に伴う潜熱を利用して高温部から低温部へ熱を輸送することで、発熱部品から熱を放出する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】実開昭５４－４２９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、密閉性の向上を図ることができる熱デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様による熱デバイスは、熱デバイスは、相変態物質の潜熱を利用した熱デバイスである。実施形態に係る熱デバイスは、容器と、封止部とを有する。容器は、相変態物質が封入された相変態領域と、相変態領域を外部と連通する連通路とを有する。封止部は、連通路を塞ぐ。また、封止部は、遮蔽板と、接合層とを有する。遮蔽板は、容器の上に位置して連通路における外部側の開口を遮蔽するセラミック、樹脂、または、セラミックおよび樹脂の複合体からなる。接合層は、容器の上において開口を全周に亘って囲むように位置し、容器と遮蔽板とを接合する樹脂からなる。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、密閉性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、本開示による熱デバイスを実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
【0009】
また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
【0010】
また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする直交座標系を示す場合がある。
【0011】
以下では、本開示による熱デバイスの一例として、作動液（相変態物質の一例）の蒸発および凝縮に伴う潜熱を利用して高温部から低温部へ効率良く熱を移動させる放熱デバイス、具体的には、ベーパーチャンバーを挙げて説明する。
【0012】
【0013】
図１に示すように、放熱デバイス１は、セラミック製の容器２を有する。容器２は、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０を有する。第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０は、いずれも板状であり、第１部材１０と第２部材２０とで中間部材３０を挟み込むように積層される。なお、容器２は、セラミック製に限定されない。容器２の材質としては、たとえば、金属、セラミック、ガラスおよび樹脂から選択された少なくとも１種からなるものであってもよい。特に、容器２の材質は、セラミック、ガラスおよび樹脂から選択された少なくとも１種からなることが好ましい。
【0014】
容器２は、作動領域１００および枠領域２００を有する。作動領域１００は、内部空間を有しており、かかる内部空間には、相変態物質としての作動液が封入されている。作動液としては、たとえば、水、炭化水素系化合物、有機液体（たとえばエタノールおよびメタノール等）、アンモニアなどの液体が用いられ得る。
【0015】
枠領域２００は、作動領域１００を囲む領域である。言い換えれば、枠領域２００は、放熱デバイス１のうち作動領域１００よりも外側の領域である。作動領域１００は概ね中空状であるのに対し、枠領域２００は概ね中実状である。
【0016】
枠領域２００は、たとえば、第１部材１０と中間部材３０との界面または第２部材２０と中間部材３０との界面から作動液や作動液の蒸気が漏れ出したり、あるいは、外部の雰囲気が上記界面から作動領域１００の内部空間に入り込んだりすることを抑制する（すなわち、密閉性を確保する）ために敢えて幅広に形成された領域である。
【0017】
容器２は、作動領域１００の内部空間を外部と連通する複数（ここでは、２つ）の連通路１４，１５を有している。連通路１４，１５のうち、たとえば連通路１４は、作動液注入孔として用いられ、連通路１５は気体排出孔として用いられる。この場合、放熱デバイス１の製造工程において、連通路１４から作動領域１００の内部空間に作動液が注入され、これに伴い、作動領域１００の内部空間に存在する気体が連通路１５から外部へ排出される。連通路１４は、第１部材１０の四隅のうち１つの角部の近傍に位置し、連通路１５は、連通路１４と対角線上に位置する角部の近傍に位置する。
【0018】
なお、放熱デバイス１は、必ずしも複数の連通路１４，１５を有することを要しない。たとえば、放熱デバイス１は、連通路１４，１５のうち一方のみを有する構成であってもよい。
【0019】
連通路１４および連通路１５は、封止部５によって閉塞される。封止部５によって連通路１４および連通路１５が閉塞されることにより、放熱デバイス１の内部空間が密閉されて作動液が作動領域１００に封止された状態となる。このように、放熱デバイス１は、内部が密閉された密閉容器である。
【0020】
作動液は、たとえば作動領域１００の内部空間の全体積に対して１０体積％以上９５体積％以下の割合で充填される。好ましくは、上記割合は、３０体積％以上７５体積％以下である。さらに好ましくは、上記割合は、４０体積％以上６５体積％以下である。また、作動領域１００の内部空間のうち作動液以外の残部は、蒸気化した作動液を一部含む真空状態となっている。これにより、高温環境下においても気液平衡を保つことができるためドライアウトしにくく、また、低温環境下においても効率よく熱拡散するため、様々な温度域において熱拡散性を高くすることができる。
【0021】
第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０は、セラミックからなる。第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０を構成するセラミックとしては、たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、コージェライト（Ｍｇ２Ａｌ３（ＡｌＳｉ５Ｏ１８））、シリコン含浸炭化珪素（ＳｉＳｉＣ）などが用いられ得る。また、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０を構成するセラミックは、単結晶体であってもよい。
【0022】
金属製の放熱デバイスは、材質や工法上の理由から剛性が得られにくく、薄型化が困難であった。また、金属製の放熱デバイスは、作動液と接触する部分が金属であることから、耐腐食性の点で改善の余地があった。これに対し、実施形態に係る放熱デバイス１は、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０が全てセラミックからなるため、金属製の放熱デバイスと比較して薄型化が容易であり、耐腐食性にも優れる。
【0023】
図１に示す例において、放熱デバイス１は、第１部材１０を上向きにした姿勢で設置されているが、放熱デバイス１の姿勢は図１の例に限定されない。たとえば、放熱デバイス１は、第１部材１０を下向きにした姿勢で設置されてもよい。また、放熱デバイス１は、図１に示すような横置きに限らず縦置きされてもよい。
【0024】
セラミック製の容器を有する放熱デバイスは、セラミックが脆性材料であることから、たとえば作動液の相変態によって発生する応力等への耐久性を如何にして確保するかが重要な課題となる。
【0025】
ここで、特許文献１に記載のベーパーチャンバーは、作動液を注入するための連通路が作動領域に設けられている。作動領域は、内部空間の分だけセラミックの厚さが薄くなっている。このため、作動領域に連通路が設けられた特許文献１に記載のべーバーチャンバーは、応力への耐久性が不足し易く、容器に割れ等が生じるおそれがある。また、容器に割れが生じることで、内部空間に封入されていた作動液のドライアウトが生じて放熱効率が悪化するおそれがある。
【0026】
これに対し、実施形態に係る放熱デバイス１は、枠領域２００に連通路１４，１５が位置している。枠領域２００は、作動領域１００と異なり中実状である。かかる枠領域２００に連通路１４，１５が位置していることで、作動領域１００に連通路１４，１５が位置する場合と比較して耐久性を高めることができる。このように、実施形態に係る放熱デバイス１によれば、耐久性の向上を図ることができる。
【0027】
また、実施形態に係る放熱デバイス１によれば、作動領域１００に連通路１４，１５が位置する場合と比較して、作動領域１００の有効スペースを広く確保することができるため、放熱特性を向上させることができる。
【0028】
また、連通路１４，１５が位置する枠領域２００は、作動領域１００と同質のセラミック製であるため、熱膨張差による応力が発生し難い。このため、実施形態に係る放熱デバイス１は、信頼性が高い。
【0029】
【0030】
【0031】
第１溝部１１は、第３面に対して凹んだ第１凹部１１ａと、第１凹部１１ａ内に位置する複数の第１凸部１１ｂとを有する。第１凹部１１ａは、第３面の中央部に位置しており、平面視における輪郭はたとえば四角形である。複数の第１凸部１１ｂは、第１凹部１１ａ内において互いに間隔を空けて縦方向および横方向に配列されている。これら第１凹部１１ａおよび複数の第１凸部１１ｂにより、第１溝部１１は格子状を有する。
【0032】
以下、第１部材１０の第３面のうち、第１溝部１１が位置する領域を「第１溝形成領域１１０」と記載する。第１溝形成領域１１０は、作動領域１００の一部を構成する。また、第１部材１０は、第１溝形成領域１１０を取り囲む矩形枠状の第１枠領域２１０を有する。第１枠領域２１０は、枠領域２００の一部を構成する。
【0033】
第１枠領域２１０には、第１部材１０を厚み方向（ここでは、Ｚ軸方向）に貫通する複数（ここでは、２つ）の貫通孔１４１ａ，１５１ａが位置している。貫通孔１４１ａは、連通路１４における第１部位１４１の一部を構成し、貫通孔１５１ａは、連通路１５における第１部位１５１の一部を構成する。
【0034】
第１部材１０の下面（第３面）の反対側に位置する上面（第５面）の中央部には、熱源が配置される。
【0035】
【0036】
【0037】
第２溝部２１は、第４面に対して凹んだ第２凹部２１ａと、第２凹部２１ａ内に位置する複数の第２凸部２１ｂとを有する。第２凹部２１ａは、第４面の中央部に位置しており、平面視における輪郭はたとえば四角形である。複数の第２凸部２１ｂは、第２凹部２１ａ内において互いに間隔を空けて縦方向および横方向に配列されている。これら第２凹部２１ａおよび複数の第２凸部２１ｂにより、第２溝部２１は格子状を有する。
【0038】
以下、第２部材２０の第４面のうち、第２溝部２１が位置する領域を「第２溝形成領域１２０」と記載する。第２溝形成領域１２０は、作動領域１００の一部を構成する。また、第２部材２０は、第２溝形成領域１２０を取り囲む矩形枠状の第２枠領域２２０を有する。第２枠領域２２０は、枠領域２００の一部を構成する。
【0039】
第２部材２０における第２溝形成領域１２０の大きさは、第１部材１０における第１溝形成領域１１０の大きさと同一である。また、第２部材２０の第４面における第２溝形成領域１２０の位置は、第１部材１０の第３面における第１溝形成領域１１０の位置と同一である。
【0040】
このように、第１溝部１１および第２溝部２１の形状を格子状とすることで、放熱デバイス１の内部空間において作動液を効率よく循環させることができる。なお、第１溝部１１および第２溝部２１の形状は、必ずしも格子状であることを要しない。
【0041】
第２枠領域２２０には、第２部材２０の上面（第４面）に対して凹んだ複数（ここでは、２つ）の凹部１４１ｂ，１５１ｂが位置している。凹部１４１ｂは、連通路１４における第１部位１４１の一部を構成し、凹部１５１ｂは、連通路１５における第１部位１５１の一部を構成する。
【0042】
また、第２枠領域２２０には、溝部１４２ｂ，１５２ｂが位置している。溝部１４２ｂは、連通路１４における第１部位１４１の延在方向（第１方向、ここではＺ軸方向）と交差する第２方向（ここでは、Ｙ軸方向）に延在する通路であり、その一端は、第１部位１４１における凹部１４１ｂに開口し、他端は、第２溝形成領域１２０に開口している。溝部１５２ｂは、連通路１５における第１部位１５１の延在方向（第１方向、ここではＺ軸方向）と交差する第２方向（ここでは、Ｙ軸方向）に延在する通路であり、その一端は、第１部位１５１における凹部１５１ｂに開口し、他端は、第２溝形成領域１２０に開口している。
【0043】
【0044】
図４に示すように、中間部材３０は、矩形枠状の第３枠領域２３０を有する。第３枠領域２３０は、枠領域２００の一部を構成する。また、中間部材３０は、第３枠領域２３０の内方に位置する平面視円形の中央部３２と、中央部３２および第３枠領域２３０の間に位置し、中央部３２および第３枠領域２３０を繋ぐ複数の接続部３３とを有する。図４に示す例において、中央部３２は、中間部材３０の中央に位置する。また、複数の接続部３３は、互いに間隔をあけて、中央部３２から第３枠領域２３０に向かって拡幅しながら放射状に延びる。
【0045】
中間部材３０は、さらに、複数の蒸気孔３６と複数の還流孔３７とを有する。複数の蒸気孔３６および複数の還流孔３７は、いずれも、中間部材３０の上面（第１面）および下面（第２面）を貫通する。
【0046】
複数の蒸気孔３６は、作動液の蒸気の流路の一部として機能する。複数の蒸気孔３６は、隣り合う２つの接続部３３の間に位置している。すなわち、複数の蒸気孔３６と複数の接続部３３とは周方向に交互に位置している。複数の蒸気孔３６は、複数の接続部３３と同様、互いに間隔をあけて、中央部３２から第３枠領域２３０に向かって拡幅しながら放射状に延びる。
【0047】
複数の還流孔３７は、作動液の流路の一部として機能する。還流孔３７は、上述した蒸気孔３６と比較して開口面積が小さい微細な孔である。具体的には、還流孔３７は、還流孔３７を通過する作動液に毛細管現象を発生させることができる程度に小さい。
【0048】
第３枠領域２３０には、中間部材３０を厚み方向（ここでは、Ｚ軸方向）に貫通する複数（ここでは、２つ）の貫通孔１４１ｃ，１５１ｃが位置している。貫通孔１４１ｃは、連通路１４における第１部位１４１の一部を構成し、貫通孔１５１ｃは、連通路１５における第１部位１５１の一部を構成する。
【0049】
【0050】
図５に示すように、第１溝形成領域１１０および第２溝形成領域１２０は、中間部材３０の第３枠領域２３０と重複する。つまり、第１溝形成領域１１０および第２溝形成領域１２０は、中間部材３０において複数の蒸気孔３６および複数の還流孔３７が形成される領域（以下、「孔形成領域」と記載する）よりも外方に広がっている。
【0051】
このように、第１部材１０の第１溝形成領域１１０および第２部材２０の第２溝形成領域１２０を中間部材３０の孔形成領域よりも広くすることで、第１溝形成領域１１０および第２溝形成領域１２０を孔形成領域と同程度とした場合と比較して、放熱デバイス１の内部空間を外方に広げることができる。
【0052】
熱源は、放熱デバイス１の中央部に配置される。このため、放熱デバイス１の温度は、熱源から離れるほど、すなわち、放熱デバイス１の外周部に近くなるほど低くなる。また、作動液の蒸気は、低温領域に移動することによって凝縮して液体となる。したがって、放熱デバイス１の内部空間を外方に広げることで、作動液の凝縮がより生じ易くなる。このため、ドライアウトを生じ難くすることができる。
【0053】
なお、ここでは、第１溝形成領域１１０および第２溝形成領域１２０が中間部材３０の孔形成領域よりも外方に広がっている場合の例を示したが、これに限らず、中間部材３０の孔形成領域が第１溝形成領域１１０および第２溝形成領域１２０よりも外方に広がっていてもよい。
【0054】
放熱デバイス１の作動領域１００は、第１溝形成領域１１０および第２溝形成領域１２０によって挟まれた内部空間を有しており、かかる内部空間には作動液が封入されている。また、内部空間のうち第１溝形成領域１１０と第２溝形成領域１２０との間には、中間部材３０が介在しており、これにより、作動領域１００は、第１溝形成領域１１０と中間部材３０とによって挟まれる第１空間と、第２溝形成領域１２０と中間部材３０とによって挟まれる第２空間とに仕切られる。これら第１空間と第２空間とは、中間部材３０に形成された蒸気孔３６および還流孔３７によって繋がっている。
【0055】
次に、実施形態に係る放熱デバイス１における作動液の流れについて図６および図７を参照して説明する。図６および図７は、実施形態に係る放熱デバイス１における作動液の流れを説明するための図である。なお、図６は、図５に示す図から第３枠領域２３０を省略した図であり、図７は、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ矢視断面図である。また、図６および図７では、蒸気の流れを白抜きの矢印で示し、液体の流れを黒塗りの矢印で示している。
【0056】
作動液は、熱源により加熱されることで気化して蒸気となる。上述したように、熱源は、第１部材１０（図１，図２参照）の上面（第５面）の中央部に配置される。このため、作動液の蒸気は、第１空間（第１部材１０と中間部材３０とで挟まれた空間）の中央部において発生する。
【0057】
作動液の蒸気は、第１溝形成領域１１０の第１溝部１１を通って放熱デバイス１の面内方向（ＸＹ平面方向）に拡散しつつ（図６に示す白抜きの矢印参照）、複数の蒸気孔３６を通って第２空間（第２部材２０と中間部材３０とで挟まれた空間）へ移動する（図７に示す白塗りの矢印参照）。
【0058】
第２空間へ移動した蒸気は、温度の低下によって凝縮して液体となる。液体化した作動液は、第２溝部２１の毛細管力により、第２溝形成領域１２０を放熱デバイス１の中央部へ向かって移動する（図６に示す黒塗りの矢印参照）。この過程において、作動液は、還流孔３７に入り込み、還流孔３７の毛細管力によって第１空間へ戻される（図７に示す黒塗りの矢印参照）。以上のサイクルが繰り返されることで、放熱デバイス１は、熱源から熱を移動させることができる。
【0059】
次に、連通路１４，１５の構成について図８を参照して説明する。図８は、連通路１４の構成例を示す模式的な断面図である。図８では、一例として、連通路１４を図示しているが、連通路１５も、連通路１４と同様の構成を有する。
【0060】
図８に示すように、連通路１４は、作動領域１００の内部空間を外部と連通する。連通路１４は、容器２の厚み方向（ここでは、Ｚ軸方向）に延在して外部に開口する第１部位１４１と、容器２の面方向（ここでは、Ｙ軸方向）に延在して作動領域１００の内部空間に開口する第２部位１４２とを有する。
【0061】
第１部位１４１は、第１部材１０の貫通孔１４１ａ、第２部材２０の凹部１４１ｂおよび中間部材３０の貫通孔１４１ｃによって形成される。また、第２部位１４２は、第２部材２０の溝部１４２ｂと中間部材３０の下面３０２（第２面）とによって形成される。なお、図８では、連通路１４の凹部１４１ｂが第２部位１４２の溝部１４２ｂよりも凹んでいる場合の例を示したが、凹部１４１ｂと溝部１４２ｂとは面一であってもよい。
【0062】
このように、連通路１４は、第１方向（ここでは、Ｚ軸方向）に延在する第１部位１４１と、第１方向と交差する方向（ここでは、Ｙ軸方向）に延在する第２部位１４２とを有する。言い換えれば、連通路１４は、屈曲している。したがって、実施形態に係る放熱デバイス１によれば、作動領域１００において高い圧力が発生した場合であっても封止部５に高い圧力がかかりにくいことから信頼性が高い。
【0063】
第１部位１４１は、第１部材１０の上面に開口しており、枠領域２００において作動領域１００の第１空間および第２空間に跨がって延在している。そして、第２部位１４２は、枠領域２００において作動領域１００の第２空間側に位置している。
【0064】
放熱デバイス１では、第１空間および第２空間のうち第１空間側が高圧になる。言い換えれば、第１空間および第２空間のうち第２空間側は相対的に圧力が低い。したがって、第２空間側に第２部位１４２が位置していることで、連通路１４に高い圧力がかかることを抑制することができる。
【0065】
図１に示すように、連通路１４は、連通路１５との間で作動領域１００を挟むように位置している。２つの連通路１４，１５をこのように配置することで、たとえば２つの連通路１４，１５が横並びで配置される場合と比較して、耐久性が局所的に低くなることを抑制することができる。
【0066】
なお、連通路１４における第１部位１４１のうち、貫通孔１４１ａは、外部に開口する第１通路に相当し、貫通孔１４１ｃは、貫通孔１４１ａに連続し、前記第１通路よりも径が小さい第２通路に相当する。
【0067】
【0068】
遮蔽板５１は、たとえば板状の部材であり、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０からなる容器の上に位置する。具体的には、遮蔽板５１は、第１部材１０の上面（第５面）に位置する。そして、遮蔽板５１は、連通路１４における外部側の開口を遮蔽する。
【0069】
接合層５２は、第１部材１０の上において連通路１４における外部側の開口を全周に亘って囲むように位置し、第１部材１０と遮蔽板５１とを接合する。
【0070】
このように、封止部５は、連通路１４を遮蔽する遮蔽板５１と第１部材１０との隙間を樹脂からなる接合層５２を用いて埋めている。かかる構成とすることにより、圧力変化に対する密閉性を好適に確保することができる。この点について、図１０を参照して説明する。図１０は、放熱デバイス１内の圧力が上昇した場合に封止部５に加わる力を模式的に示した図である。
【0071】
上述したように、実施形態に係る放熱デバイス１は、作動液が位置しており、かかる作動液の蒸発および凝縮のサイクルを利用することによって、熱源から熱を移動させる。ここで、熱源が配置されていない状態において、放熱デバイス１の内部空間は、真空状態である。一方、放熱デバイス１に熱源が配置されて作動液が蒸発すると、放熱デバイス１の内部空間は、加圧状態となる。このように、放熱デバイス１の内部空間は、温度変化に応じて作動液が液体から気体へあるいは気体から液体へ状態変化することにより、内部空間の圧力が変化する。一例として、内部空間の圧力は、１００℃で１気圧、１５０℃で５気圧、２００℃で１５気圧に変化する。
【0072】
図１０に示すように、放熱デバイス１の作動領域１００における圧力は、連通路１４を遮蔽する遮蔽板５１に伝わる。そして、遮蔽板５１は、圧力変化に応じて変形しようとする。遮蔽板５１は、接合層５２を介して第１部材１０に接合されているため、少なくとも連通路１４の開口部に対向する遮蔽板５１の部分は、圧力変化に連動して微細に変形する。この微細な変形によって、樹脂からなる接合層５２の変形が抑制されるため、放熱デバイス１の内部空間の圧力が変化しても、接合層５２による封止状態が保持され易い。したがって、実施形態に係る放熱デバイス１によれば、内部空間の圧力変化に対する密閉性を好適に確保することができる。
【0073】
なお、内部空間の圧力変化に伴って遮蔽板５１が微細に変形しない場合、代わりに接合層５２が大きく変形することとなる。この場合、遮蔽板５１と第１部材１０との間にすき間が生じたり接合層５２が破損したりすることで、接合層５２による封止状態が解かれるおそれがある。接合層５２のみで連通路１４を塞いだ場合も同様であり、内部空間の圧力変化によって、接合層５２が大きく変形して接合層５２が破損するおそれがある。
【0074】
また、セラミックは金属に比べて熱伝導率が低い。このため、容器２がセラミック製である場合、樹脂からなる接合層５２には比較的ゆっくり熱が伝わることとなる。言い換えれば、樹脂からなる接合層５２の温度変化が緩やかになる。これにより、接合層５２が容器から剥離しにくい。すなわち、放熱デバイス１の密閉性が長期間にわたって保持される。
【0075】
また、接合層５２の一部（実施形態では、後述する第２接合層５２２）は、遮蔽板５１の側方に位置し、遮蔽板５１の側面に接触していてもよい。内部空間の圧力によって、遮蔽板５１が図１０に上向きの矢印で示す方向に押されると、遮蔽板５１の側面は、図１０に横向きの矢印で示す方向に変形する。これに対し、樹脂からなる接合層５２は、弾性変形し易いため、遮蔽板５１に追従して柔軟に変形することができる。したがって、放熱デバイス１の内部空間の圧力変化が繰り返された場合であっても、放熱デバイス１の内部空間の密閉性が確保され易い。
【0076】
図９に戻る。実施形態に係る接合層５２は、第１接合層５２１と、第２接合層５２２とを有していてもよい。第１接合層５２１は、遮蔽板５１と第１部材１０との間に位置し、遮蔽板５１の第１部材１０との対向面５１ａに接触する。第１接合層５２１は、連通路１４を全周に亘って囲むように位置している。第２接合層５２２は、遮蔽板５１の側方に位置し、遮蔽板５１の側面５１ｂに接触する。第１接合層５２１と同様、第２接合層５２２も、連通路１４を全周に亘って囲むように位置している。このように、遮蔽板５１と第１部材１０との間に第１接合層５２１を有することで、密閉性をさらに高めることができる。
【0077】
第１接合層５２１と第２接合層５２２とは、異なる種類の樹脂からなっていてもよい。この場合、第１接合層５２１は、紫外線硬化樹脂からなっていてもよい。かかる構成とすることで、放熱デバイス１を製造方法の一工程である封止工程を容易化することができる。この点については後述する。
【0078】
なお、紫外線硬化樹脂としては、たとえば、ウレタンアクリレート、アクリル樹脂アクリレート、エポキシアクリレート、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。また、第１接合層５２１が紫外線硬化樹脂である場合、遮蔽板５１は、紫外線を透過するセラミックが用いられることが好ましい。このようなセラミックとしては、たとえば、アルミナおよびサファイア等が挙げられる。
【0079】
なお、遮蔽板５１は、セラミック、金属、樹脂またはこれらのうち２つ以上の複合体であってもよい。また、遮蔽板５１は、セラミック、樹脂、または、セラミックおよび樹脂の複合体であることが好ましい。
【0080】
また、第２接合層５２２は、紫外線硬化樹脂以外の樹脂が用いられてもよい。たとえば、第２接合層５２２としては、たとえば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂およびアクリル樹脂の何れかであってもよい。これらのうちエポキシ樹脂は、他の樹脂と比較して耐熱性、耐圧性、耐水性に優れることから、第２接合層５２２の材質として好適である。
【0081】
図１１は、接合層５２の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図１１に示すように、第１接合層５２１は、遮蔽板５１と第１部材１０との間から遮蔽板５１の側方に露出していてもよい。この場合、第２接合層５２２は、遮蔽板５１の側面５１ｂを覆うとともに、第１接合層５２１のうち遮蔽板５１と第１部材１０との間から露出した部分を覆っていてもよい。
【0082】
【0083】
この場合において、たとえば図１２に示すように、第２接合層５２２も、遮蔽板５１の側面５１ｂに位置していてもよい。すなわち、遮蔽板５１の側面５１ｂに、第１接合層５２１および第２接合層５２２の両方が接触していてもよい。
【0084】
また、図１３に示すように、第２接合層５２２は、遮蔽板５１の側面５１ｂに接することなく、第１接合層５２１に接していてもよい。すなわち、遮蔽板５１の側面５１ｂには、第１接合層５２１のみが接触していてもよい。
【0085】
図１４および図１５は、接合層５２の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図１４に示すように、第２接合層５２２は、遮蔽板５１の対向面５１ａとは反対側の面である露出面５１ｃの一部をさらに覆っていてもよい。遮蔽板５１の対向面５１ａだけでなく、露出面５１ｃの一部も接合層５２で覆うことで、圧力変化に対する密閉性をさらに向上させることができる。
【0086】
また、図１５に示すように、第２接合層５２２は、露出面５１ｃの一部ではなく全面を覆っていてもよい。これにより、圧力変化に対する密閉性をさらに向上させることができる。
【0087】
図１６～図１８は、接合層５２の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図１６～図１８に示すように、接合層５２は、１種類の樹脂からなっていてもよい。この場合、接合層５２は、たとえば紫外線硬化樹脂からなっていてもよい。
【0088】
具体的には、たとえば図１６に示すように、接合層５２は、遮蔽板５１における対向面５１ａと第１部材１０とに接触していてもよい。また、図１７に示すように、接合層５２は、遮蔽板５１における側面５１ｂと第１部材１０とに接触していてもよい。なお、この場合、遮蔽板５１の対向面５１ａは、第１部材１０に接触していてもよい。
【0089】
また、図１８に示すように、接合層５２は、遮蔽板５１における対向面５１ａおよび側面５１ｂの両方に位置していてもよい。このように、接合層５２は、１種類の樹脂からなっていてもよい。
【0090】
図１９は、連通路１４の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。図１９に示すように、連通路１４は、作動領域１００に位置していてもよい。この場合、連通路１４は、上述した貫通孔１４１ａ（たとえば図８参照）に相当する部分のみからなっていてもよい。
【0091】
次に、実施形態に係る放熱デバイス１の製造方法の一例について説明する。まず、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０の原料を用い、ドクターブレード法またはロールコンパクション法等にてグリーンシートを形成し、複数のグリーンシートを積層することによって積層体を得る。
【0092】
つづいて、得られた積層体に対してレーザ加工や金型による打ち抜きを施すことにより、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０の各成形体を得る。たとえば、積層体に対してレーザ加工を施すことにより、貫通孔１４１ｃ，１５１ｃ、複数の蒸気孔３６および複数の還流孔３７が形成された中間部材３０の成形体を得ることができる。また、得られた積層体に対してレーザ加工を施すことにより、貫通孔１４１ａ，１５１ａおよび第１溝形成領域１１０が形成された第１部材１０の成形体が得られる。また、得られた積層体に対してレーザ加工を施すことにより、凹部１４１ｂ，１５１ｂ、溝部１４２ｂ，１５２ｂおよび第２溝形成領域１２０が形成された第２部材２０の成形体が得られる。
【0093】
つづいて、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０の各成形体を、第２部材２０、中間部材３０および第１部材１０の順番で積層して焼成することにより、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０が一体化した容器２の焼結体が得られる。このように、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０は一体成形される。したがって、接着剤等が不要であることから、信頼性の高い放熱デバイス１を得ることができる。
【0094】
なお、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０の各成形体を得る方法としては、上述した方法に限らず、たとえば、グリーンシートに加工を施した後、グリーンシートを積層することによって各成形体を得るものであってもよい。また、上述した例では、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０の各成形体を個別に作製した後、これらを積層することによって容器２の成形体を得ることとしたが、たとえば加工されたグリーンシートを順次積層することによって容器２の成形体を得ることとしてもよい。
【0095】
つづいて、たとえば連通路１４，１５のうちの一方から焼結体の内部に作動液を注入する。焼結体の内部に存在する気体は、作動液の注入に伴って連通路１４，１５のうちの他方から外部へ排出される。
【0096】
つづいて、真空ポンプ等の減圧装置を用い、連通路１４，１５を介して焼結体の内部を真空引きする。なお、焼結体の内部は真空状態であることが望ましいが、厳密に真空状態であることを要さず、たとえば真空状態に近い減圧状態であってもよい。
【0097】
つづいて、焼結体の内部が真空引きされた状態で連通路１４，１５を封止する。この封止工程の一例について図２０～図２３を参照して説明する。図２０～図２３は、封止工程の一例を説明するための図である。ここでは、接合層５２が、紫外線硬化樹脂からなる第１接合層５２１と、エポキシ樹脂からなる第２接合層５２２とを有する場合における封止工程の一例について説明する。
【0098】
まず、図２０に示すように、第１部材１０の上面（第５面）に紫外線硬化型樹脂５２１Ｘを塗布する。紫外線硬化型樹脂５２１Ｘは、連通路１４の開口部を取り囲むように周状に塗布される。
【0099】
つづいて、図２１に示すように、連通路１４を遮蔽するように紫外線硬化型樹脂５２１Ｘの上に遮蔽板５１を載置する。紫外線硬化型樹脂５２１Ｘを用いる場合、紫外線を透過する部材からなる遮蔽板５１を用いることが好ましい。このような遮蔽板５１としては、たとえば、アルミナ、サファイア等のセラミックからなる薄板が用いられ得る。
【0100】
つづいて、図２２に示すように、遮蔽板５１の上方から紫外線を照射する。これにより、紫外線硬化型樹脂５２１Ｘは、紫外線によって硬化して第１接合層５２１となる。また、第１接合層５２１により遮蔽板５１と第１部材１０とが接合されて、第１部材１０、第２部材２０および中間部材３０からなる容器２の内部空間（作動領域１００）が封止される。
【0101】
つづいて、図２３に示すように、第１部材１０の表面にエポキシ樹脂からなる第２接合層５２２を塗布する。具体的には、第２接合層５２２は、遮蔽板５１の側面５１ｂを覆うように周状に塗布される。エポキシ樹脂は、たとえば時間の経過によって硬化する。これにより、容器２の内部空間（作動領域１００）がさらに強固に封止される。以上により、放熱デバイス１が得られる。
【0102】
（実施例）
第１部材、第２部材、第３部材および遮蔽板にアルミナ、第１接合層に紫外線硬化樹脂、第２接合層にエポキシ樹脂を用いて、上述した製造方法により放熱デバイスを製造した。製造した放熱デバイス（以下、「実施例に係る放熱デバイス」と記載する）の寸法は、以下の通りである。
外寸（幅×長さ×厚み）：５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．５ｍｍ
溝形成領域よりも外方に位置する枠領域の幅：１０ｍｍ
連通路の開口径：１．７ｍｍ
遮蔽板の外寸（幅×長さ×厚み）：８ｍｍ×８ｍｍ×０．２ｍｍ
第１接合層の厚み：０．１ｍｍ
第２接合層の厚み：１ｍｍ
第１部材、第２部材、第３部材および遮蔽板にアルミナ、第１接合層に紫外線硬化樹脂、第２接合層にエポキシ樹脂を用いて、上述した製造方法により放熱デバイスを製造した。製造した放熱デバイス（以下、「実施例に係る放熱デバイス」と記載する）の寸法は、以下の通りである。
外寸（幅×長さ×厚み）：５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．５ｍｍ
溝形成領域よりも外方に位置する枠領域の幅：１０ｍｍ
連通路の開口径：１．７ｍｍ
遮蔽板の外寸（幅×長さ×厚み）：８ｍｍ×８ｍｍ×０．２ｍｍ
第１接合層の厚み：０．１ｍｍ
第２接合層の厚み：１ｍｍ
【0103】
そして、実施例に係る放熱デバイスの密閉性について試験を行った。具体的には、実施例に係る放熱デバイスを真空中に所定時間（数日間）放置し、その前後における重量の変化の有無を確認した。この結果、実施例に係る放熱デバイスには、真空中に放置する前と放置した後とで重量の変化が見られなかった。これは、放熱デバイスの内部空間に位置する作動液が放熱デバイスの外部に漏洩しなかったことを意味している。この結果から、実施例に係る放熱デバイスの密閉性が確保されていることが確認された。
【0104】
上述した実施形態では、貫通孔１４１ａ，１５１ａが、テーパ形状を有する場合の例について説明したが、貫通孔１４１ａ，１５１ａの形状は、テーパ状に限定されない。たとえば、貫通孔１４１ａ，１５１ａの形状は、径が略一定なストレート状であってもよい。
【0105】
上述してきたように、実施形態に係る熱デバイス（一例として、放熱デバイス１）は、相変態物質（一例として、作動液）の潜熱を利用した熱デバイスである。実施形態に係る熱デバイスは、容器（一例として、容器２）と、封止部（一例として、封止部５）とを有する。容器は、相変態物質が封入された相変態領域（一例として、作動領域１００）と、相変態領域を外部と連通する連通路（一例として、連通路１４，１５）とを有する。封止部は、連通路を塞ぐ。また、封止部は、遮蔽板（一例として、遮蔽板５１）と、接合層（一例として、接合層５２）とを有する。遮蔽板は、容器の上に位置して連通路を遮蔽するセラミック、金属、または、これらおよび樹脂のうち２種以上を含む複合体からなる。接合層は、容器の上において連通路を全周に亘って囲むように位置し、容器と遮蔽板とを接合する樹脂からなる。
【0106】
したがって、実施形態に係る密閉容器によれば、密閉性を向上させることができる。
【0107】
本開示による熱デバイスは、放熱デバイスに限定されない。たとえば、本開示による熱デバイスは、蓄熱材（相変態物質の一例）の相変態に伴う潜熱を熱エネルギーとして蓄える蓄熱デバイスであってもよい。この場合、蓄熱材は固液相変態を行うものや固固相変態を行うものが用いられる。このように、相変態物質は、必ずしも気液相変態を行うものであることを要しない。言い換えれば、相変態物質は、必ずしも液体であることを要さず、固体であってもよい。
【0108】
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【符号の説明】
【0109】
１ 放熱デバイス
５ 封止部
１０ 第１部材
１１ 第１溝部
１１ａ 第１凹部
１１ｂ 第１凸部
１４，１５ 連通路
２０ 第２部材
２１ 第２溝部
２１ａ 第２凹部
２１ｂ 第２凸部
３０ 中間部材
３６ 蒸気孔
３７ 還流孔
５１ 遮蔽板
５２ 接合層
１００ 作動領域
１４１ 第１部位
１４１ａ 貫通孔
１４１ｂ 凹部
１４１ｃ 貫通孔
１４２ 第２部位
１４２ａ 個別通路
２００ 枠領域
５ 封止部
１０ 第１部材
１１ 第１溝部
１１ａ 第１凹部
１１ｂ 第１凸部
１４，１５ 連通路
２０ 第２部材
２１ 第２溝部
２１ａ 第２凹部
２１ｂ 第２凸部
３０ 中間部材
３６ 蒸気孔
３７ 還流孔
５１ 遮蔽板
５２ 接合層
１００ 作動領域
１４１ 第１部位
１４１ａ 貫通孔
１４１ｂ 凹部
１４１ｃ 貫通孔
１４２ 第２部位
１４２ａ 個別通路
２００ 枠領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【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】
【図21】
【図22】
【図23】