JP7495310B2 - ベーパーチャンバ - Google Patents

Description

本開示は、ベーパーチャンバに関する。

ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話などの電気・電子機器に搭載されている半導体素子などの電子部品では、高機能化に伴う高密度搭載などにより、発熱量が増大する傾向にある。そのため、電子部品には、効率よく冷却可能な構成を採用することが求められている。近年では、ベーパーチャンバで電子部品を冷却する構成が採用されている。

例えば、特許文献１には、ウィックを密閉容器の内部に備え、凝縮部側のウィックに比べて、蒸発部側のウィックが大きい毛細管圧力を有し、蒸発部側のウィックに比べて、凝縮部側のウィックが小さい作動流体の流動抵抗を有するベーパーチャンバが記載されている。また、特許文献１には、凝縮部側のウィックおよび蒸発部側のウィックが多孔質焼結体で構成されることが記載されている。

特許第４３５４２７０号

しかしながら、特許文献１のベーパーチャンバでは、ベーパーチャンバの熱輸送特性に影響を及ぼすウィックが焼結体で構成されているため、ウィックの機械的強度は弱い傾向にあり、ウィックは振動などの衝撃で破壊される可能性がある。ベーパーチャンバの内部空間の厚さよりも大きい厚さの焼結体を設置した後に密閉容器を組み立てる場合、密閉容器の組み立て時に、焼結体が容器と衝突して破壊されることがある。焼結体であるウィックが破壊されると、ウィックと密閉容器との間に隙間が生じるため、ベーパーチャンバの熱輸送特性が低下する。また、焼結体の前駆体を密閉容器内に設置した後に、前駆体を備えるベーパーチャンバを熱処理する場合、熱処理で形成される焼結体は前駆体に比べて小さくなり、焼結体と密閉容器との間に隙間が生じることがある。この場合も同様に、ベーパーチャンバの熱輸送特性が低下する。このように、ウィックが破壊されやすく、さらには、ベーパーチャンバの製造時にウィックとベーパーチャンバの内部空間とのサイズ調整が困難であるため、ベーパーチャンバの熱輸送特性は低下しやすい。

本開示の目的は、破壊されにくいウィック構造体を備え、優れた熱輸送特性を有し、容易に製造できるベーパーチャンバを提供することである。

［１］ 第１金属板と第２金属板との間に形成される内部空間に作動流体を有するベーパーチャンバであって、前記内部空間に配置され、前記第１金属板と前記第２金属板とに接触し、前記第１金属板と前記第２金属板とが近づく方向への圧縮変位に追随して前記第１金属板と前記第２金属板とが離れる方向に伸長変位するウィック構造体を備えることを特徴とするベーパーチャンバ。
［２］ 前記ウィック構造体は、編組線、撚線および金属スポンジよりなる群から選択される少なくとも１種から構成される、上記［１］に記載のベーパーチャンバ。
［３］ 前記ウィック構造体は、銅系材料の丸編組線から構成される、上記［１］または［２］に記載のベーパーチャンバ。
［４］ 前記ウィック構造体は、前記ベーパーチャンバの厚さ方向に沿って重なり合う複数の第１ウィック構造部を有し、前記第１ウィック構造部は、前記第１金属板と前記第２金属板とが近づく方向への圧縮変位に追随して前記第１金属板と前記第２金属板とが離れる方向に伸長変位する、上記［１］に記載のベーパーチャンバ。
［５］ 前記ウィック構造体は、前記ベーパーチャンバの厚さ方向に沿って重なり合う１つ以上の第１ウィック構造部と１つ以上の第２ウィック構造部とを有し、前記第１ウィック構造部は、前記第１金属板と前記第２金属板とが近づく方向への圧縮変位に追随して前記第１金属板と前記第２金属板とが離れる方向に伸長変位する、上記［１］に記載のベーパーチャンバ。
［６］ 前記第２ウィック構造部は、焼結体、メッシュシートおよび繊維シートよりなる群から選択される少なくとも１種から構成される、上記［５］に記載のベーパーチャンバ。
［７］ 前記第１ウィック構造部は、編組線、撚線および金属スポンジよりなる群から選択される少なくとも１種から構成される、上記［４］～［６］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［８］ 前記第１ウィック構造部は、銅系材料の丸編組線から構成される、上記［４］～［７］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［９］ 前記第１金属板および前記第２金属板は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金およびステンレス鋼よりなる群から選択されるいずれかから構成される、上記［１］～［８］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。
［１０］ 前記作動流体はシス－１－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペンである、上記［１］～［９］のいずれか１つに記載のベーパーチャンバ。

本開示によれば、破壊されにくいウィック構造体を備え、優れた熱輸送特性を有し、容易に製造できるベーパーチャンバを提供することができる。

図１は、第１実施形態のベーパーチャンバの一例を示す斜視図である。 図２は、図１のＡ面の断面図である。 図３は、図２のベーパーチャンバを製造する前の構成を示す断面図である。 図４は、第１実施形態のベーパーチャンバの他の例を示す斜視図である。 図５は、図４のＢ面の断面図である。 図６は、第２実施形態のベーパーチャンバの一例を示す斜視図である。 図７は、図６のＣ面の断面図である。 図８は、図７のベーパーチャンバを製造する前の構成を示す断面図である。 図９は、第２実施形態のベーパーチャンバの他の例を示す斜視図である。

以下、実施形態に基づき詳細に説明する。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、ベーパーチャンバの熱輸送特性に影響を及ぼすウィック構造体の構成に着目することによって、変形追随性を有して破壊されにくいウィック構造体を採用し、ベーパーチャンバに対する熱輸送特性の向上および製造の容易化を図った。

実施形態のベーパーチャンバ１、２は、第１金属板１０と第２金属板２０との間に形成される内部空間Ｓに作動流体を有するベーパーチャンバであって、内部空間Ｓに配置され、第１金属板１０と第２金属板２０とに接触し、第１金属板１０と第２金属板２０とが近づく方向への圧縮変位に追随して第１金属板１０と第２金属板２０とが離れる方向に伸長変位するウィック構造体３０、３０ａを備える。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のベーパーチャンバの一例を示す斜視図である。図２は、図１のＡ面の断面図である。図３は、図２のベーパーチャンバを製造する前の構成を示す断面図である。なお、図１では、便宜上、ベーパーチャンバの内部構造がわかるように部分的に透過した状態を示している。また、液相の作動流体Ｆ（Ｌ）が流れる方向を黒塗り矢印で示し、気相の作動流体Ｆ（ｇ）が流れる方向を白抜き矢印で示している。

図１～２に示すように、第１実施形態のベーパーチャンバ１は、第１金属板１０および第２金属板２０を有する。第１金属板１０および第２金属板２０が対向するように、第１金属板１０および第２金属板２０が接合される。また、ベーパーチャンバ１は、第１金属板１０および第２金属板２０の間に形成される内部空間Ｓに作動流体を有する。内部空間Ｓは、第１金属板１０および第２金属板２０の接合によって密閉されている。ベーパーチャンバ１の内部に設けられる内部空間Ｓには、作動流体が封入されている。

ベーパーチャンバ１を構成する第１金属板１０は、第１板部１１および第１周縁壁部１２を有する。第１金属板１０の第１周縁壁部１２は、第１板部１１の周縁から第２金属板２０に向かって延在している。例えば、第１周縁壁部１２は、第１板部１１の周縁全体に亘って設けられる。

ベーパーチャンバ１を構成する第２金属板２０は、第１金属板１０の第１板部１１と対向する。すなわち、第２金属板２０の内面２０ａと第１金属板１０の第１板部１１の内面１１ａとは互いに対向する。第１金属板１０の第１周縁壁部１２が第２金属板２０の内面２０ａに接合されることで、ベーパーチャンバ１の内部空間Ｓが密閉される。

第２金属板２０の外面２０ｂには、被冷却部材４０および放熱フィン４１が設けられる。被冷却部材４０は、ベーパーチャンバ１で冷却される部材であり、例えば、ＩＣ（集積回路）、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）のような発熱体である。

ベーパーチャンバ１は、内部空間Ｓに配置され、第１金属板１０と第２金属板２０とに接触しているウィック構造体３０を備える。ウィック構造体３０は、液相の作動流体に対する毛細管現象を発揮し、液相の作動流体に対する吸い上げ機能を有する。ウィック構造体３０は、第１板部１１の内面１１ａに接触していると共に、対向する第２金属板２０の内面２０ａに接触している。

ウィック構造体３０は、第１金属板１０および第２金属板２０を直線で結ぶ方向であるベーパーチャンバ１の厚さ方向Ｌにおいて、第１金属板１０と第２金属板２０とが近づく方向（以下、圧縮方向ともいう）への圧縮変位に追随して第１金属板１０と第２金属板２０とが離れる方向（以下、伸長方向ともいう）に伸長変位する。

このような変形追随性を有するウィック構造体３０は、圧縮方向に沿って生じた所定の圧縮変位に基づく反力を生じる。そして、ウィック構造体３０は、反力に基づき、圧縮変位に追随して、伸長方向に伸長変位する。ウィック構造体３０が変形追随性を有するため、ウィック構造体３０の圧縮変位後の伸長変位は、外部からウィック構造体３０への外力を受けずに、自動で行われる。最大圧縮時のウィック構造体３０の厚さに比べて、伸長変位後のウィック構造体３０の厚さは大きい。

上記のようなベーパーチャンバ１の厚さ方向Ｌに沿った変形追随性を有するウィック構造体３０は、ベーパーチャンバ１の製造に対して以下のように作用する。

まず、図３に示すように、ベーパーチャンバ１を製造する前の構成では、ウィック構造体３０が第１金属板１０の第１板部１１の内面１１ａや第２金属板２０の内面２０ａに事前に設置される。第１金属板１０および第２金属板２０は、互いに接合されずに、対向配置される。

図２に示すベーパーチャンバ１における第１板部１１の内面１１ａと第２金属板２０の内面２０ａとの間の長さ、すなわち、ベーパーチャンバ１の内部空間Ｓの厚さに比べて、図３に示すベーパーチャンバ１を製造する前の構成における厚さ方向Ｌに沿ったウィック構造体３０の厚さは大きい。このように、図３に示す状態では、第１金属板１０の第１周縁壁部１２の長さよりも、ウィック構造体３０の厚さが大きい。

このように、内部空間Ｓの厚さよりも大きい厚さを有するウィック構造体３０を第１板部１１の内面１１ａや第２金属板２０の内面２０ａに予め設置する。その後、第１金属板１０と第２金属板２０とを互いに近づく方向に移動させながら、厚さ方向Ｌに沿ってウィック構造体３０を圧縮して、第１金属板１０と第２金属板２０とを接合させる。

第１金属板１０と第２金属板２０との接合時には、ウィック構造体３０は第１金属板１０と第２金属板２０とが近づく方向に圧縮変位する。ウィック構造体３０の最大圧縮時の厚さが内部空間Ｓの厚さよりも小さくなると、第１金属板１０の第１板部１１の内面１１ａおよび第２金属板２０の内面２０ａのいずれか一方の面とウィック構造体３０とは接触しない。そして、ウィック構造体３０はベーパーチャンバ１の厚さ方向Ｌに沿った変形追随性を有するため、ウィック構造体３０の最大圧縮時の厚さが内部空間Ｓの厚さよりも小さくなっても、ウィック構造体３０は、第１金属板１０と第２金属板２０とが離れる方向、すなわち第１金属板１０および第２金属板２０に向かう方向に伸長変位する。伸長変位したウィック構造体３０は、第１金属板１０の第１板部１１の内面１１ａと第２金属板２０の内面２０ａとに接触する。このように、ウィック構造体３０の厚さが内部空間Ｓの厚さに合うように、ウィック構造体３０は厚さを自動的に調整することができる。

第１金属板１０および第２金属板２０に接触しているウィック構造体３０は、液相の作動流体に対して毛細管現象を発揮する。そのため、第１金属板１０の第１板部１１の内面１１ａを流れている液相の作動流体は、ウィック構造体３０によって吸い上げられて、第２金属板２０の内面２０ａに向かって流れる。被冷却部材４０で発生した熱は、第２金属板２０を介して、外面２０ｂから内面２０ａに伝達される。被冷却部材４０から伝達された熱は、第２金属板２０の内面２０ａで、液相の作動流体を蒸発して、気相の作動流体を生成する。

このように、ウィック構造体３０は第１金属板１０の第１板部１１および第２金属板２０に接触しているため、ベーパーチャンバ１の厚さ方向Ｌに沿った作動流体の流れおよび被冷却部材４０と作動流体との間の熱の移動が効率的であり、ベーパーチャンバ１の内部空間Ｓにおける熱の移動が優れている。このようなウィック構造体３０を備えるベーパーチャンバ１は、優れた熱輸送特性を有する。

さらに、ウィック構造体３０は変形追随性を有するため、第１金属板１０と第２金属板２０との接合時の衝撃がウィック構造体３０に加わっても、ウィック構造体３０は破壊されにくい。

さらに、ベーパーチャンバ１の製造前の第１金属板１０や第２金属板２０に設置されたウィック構造体３０は、第１金属板１０および第２金属板２０の接合時に、破壊されずに厚さ方向Ｌに沿って変形する。そのため、ベーパーチャンバ１を製造する前に、ウィック構造体３０の厚さおよびベーパーチャンバ１の内部空間Ｓの厚さの事前のサイズ調整が不要になる。さらには、ベーパーチャンバ１の製造時において、ウィック構造体３０はベーパーチャンバ１の内部空間Ｓの厚さに自動で調整できるため、ウィック構造体３０の厚さおよびベーパーチャンバ１の内部空間Ｓの厚さのサイズ調整が容易になり、内部空間Ｓへのウィック構造体３０の設置が容易になる。その結果、ベーパーチャンバ１は容易に製造できる。

このようなウィック構造体３０を備えるベーパーチャンバ１は、主に以下の冷却経路によって、被冷却部材４０を冷却する。

第１板部１１の内面１１ａを流れる液相の作動流体は、第１板部１１の内面１１ａと第２金属板２０の内面２０ａとに接触しているウィック構造体３０によって、矢印Ｆ（Ｌ）で示すように、第２金属板２０に向かって流れる。蒸発部５０は、被冷却部材４０から第２金属板２０に伝達した熱によって、第２金属板２０に流通した液相の作動流体を蒸発させて気相の作動流体に相変化させる。加熱された気相の作動流体は、矢印Ｆ（Ｇ）で示すように、蒸発部５０から離れた位置の凝縮部５１に流れる。気相の作動流体が凝縮部５１に向かって流れる過程で、作動流体の温度が低下する。凝縮部５１では、温度の低下した気相の作動流体が凝縮されて液相の作動流体に相変化する。相変化で生じた潜熱は、第２金属板２０を介して放熱フィン４１に伝達されて、ベーパーチャンバ１の外部に放出される。凝縮された液相の作動流体は、第１板部１１の内面１１ａを良好に流れる。内面１１ａ上の液相の作動流体は、ウィック構造体３０によって、再び第２金属板２０に流れる。このような液相および気相の作動流体の良好な循環によって、ベーパーチャンバ１は被冷却部材４０を効率的に冷却できる。

仮にウィック構造体３０が上記のような変形追随性を有しない場合、第１金属板１０と第２金属板２０との接合時に圧縮変位したウィック構造体３０は、伸長変位せずに、圧縮変位したままである。そのため、ウィック構造体３０は第１金属板１０と第２金属板２０とに接触せずに、ウィック構造体３０と第１板部１１の内面１１ａとの間やウィック構造体３０と第２金属板２０の内面２０ａとの間に隙間を生じることがある。この隙間は、ベーパーチャンバ１の厚さ方向Ｌに沿った液相の作動流体の流通を阻害し、作動流体と被冷却部材４０との間の熱移動の効率を低下させる。そのため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性は低下する。さらに、第１金属板１０と第２金属板２０との接合時の衝撃によって、ウィック構造体３０は破壊されやすい。さらに、ベーパーチャンバ１の製造時において、ウィック構造体３０の厚さおよび内部空間Ｓの厚さのサイズ調整を行うため、ベーパーチャンバ１の製造は容易ではない。

ウィック構造体３０の上記変形追随性および破壊されにくさ、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性の向上から、ウィック構造体３０は、編組線、撚線および金属スポンジよりなる群から選択される少なくとも１種から構成されることが好ましい。編組線は、複数の金属の素線を用いて編組したものである。撚線は、複数の金属の素線を撚り合わせたものである。また、上記観点から、金属は、銅や銅合金を含む銅系材料が好ましく、銅がさらに好ましい。これらの理由から、ウィック構造体３０は、銅系材料の編組線から構成されることが好ましく、銅系材料の丸編組線から構成されることがより好ましい。好ましい編組線の構成は、線径１ｍｍの１０～５０本の銅素線を１束にして、１０～２０束で編組したものである。

ウィック構造体３０は、変形追随性を有しない物質、例えば焼結体から構成されない。特に、編組線、撚線および金属スポンジよりなる群から選択される少なくとも１種から構成されるウィック構造体３０が、延在方向に沿って中空部分を内部に有すると、気相の作動流体が中空部分内を容易に流れるため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。このような中空部分は、焼結体の空孔に比べて大きいため、気相の作動流体は、焼結体に比べて、ウィック構造体の中空部分内を流通しやすい。

例えば、ウィック構造体３０は、編組線から構成される３つのウィック部３１から構成されてもよいし、編組線から構成される１つのウィック部３１と撚線から構成される１つのウィック部３１と金属スポンジから構成される１つのウィック部３１とから構成されてもよい。ウィック部３１の構成部材やウィック部３１の配置数など、ウィック部３１の配置構成は、ベーパーチャンバ１の用途に応じて、適宜選択される。

また、図４～５に示すように、ベーパーチャンバ１は第１板部１１の内面１１ａに設けられる１つ以上の第１突起部１３を有することが好ましい。

第１突起部１３は、第１板部１１の内面１１ａから第２金属板２０の内面２０ａに向かって突出し、第２金属板２０の内面２０ａに当接する。第１突起部１３は対向する第２金属板２０に当接するため、ベーパーチャンバ１の耐圧性は向上する。また、ウィック構造体３０は、第１突起部１３の間に任意の形状で配置できる。また、第１突起部１３は、ベーパーチャンバ１内に設置されたウィック構造体３０の移動を抑制できる。第１突起部１３の形状、配置数、配置位置などの配置構成は、ベーパーチャンバ１の用途に応じて、適宜選択される。

また、図４～５では、第１突起部１３を有するベーパーチャンバ１を示したが、ベーパーチャンバ１は、第２金属板２０の内面２０ａに設けられる１つ以上の第２突起部（不図示）を有してもよい。ベーパーチャンバ１が第２突起部を有する場合、ベーパーチャンバ１は、第１突起部１３を具備してもよいし、第１突起部１３を具備しなくてもよい。

第２突起部は、第２金属板２０の内面２０ａから第１板部１１の内面１１ａに向かって突出し、第１板部１１の内面１１ａに当接する。第２突起部は対向する第１板部１１に当接するため、ベーパーチャンバ１の耐圧性は向上する。第１突起部１３と同様に、ウィック構造体３０は、第２突起部の間に任意の形状で配置できる。また、第２突起部は、ベーパーチャンバ１内に設置されたウィック構造体３０の移動を抑制できる。第２突起部の形状、配置数、配置位置などの配置構成は、ベーパーチャンバ１の用途に応じて、適宜選択される。また、第１突起部１３および第２突起部の設置割合についても、ベーパーチャンバ１の用途に応じて、適宜選択される。

また、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性向上の観点から、第１金属板１０および第２金属板２０は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金およびステンレス鋼よりなる群から選択されるいずれかから構成されることが好ましい。その中でも、ベーパーチャンバ１の軽量化のためには、第１金属板１０および第２金属板２０は共にアルミニウムから構成されることがより好ましい。また、ベーパーチャンバ１の耐圧性を高めるためには、第１金属板１０および第２金属板２０は共にステンレス鋼から構成されることがより好ましい。また、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性を高めるためには、第１金属板１０および第２金属板２０は共に銅から構成されることがより好ましい。また、使用環境に応じて、第１金属板１０および第２金属板２０には、スズ、スズ合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金などを使用してもよい。

ベーパーチャンバ１の内部空間Ｓに封入されている作動流体は、ベーパーチャンバ１の冷却性能の観点から、純水、エタノール、メタノール、アセトン、フッ素系溶媒などが好ましい。その中でも、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性向上や環境負荷抑制の観点から、作動流体は、フッ素系溶媒であることがより好ましく、シス－１－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペン（１２３３ｚｄＺ）であることがさらに好ましい。また、作動流体が水系溶媒である場合、ウィック構造体に付着している油成分などのコンタミネーションを除去するために、ウィック構造体を酸化還元処理するが、作動流体がフッ素系溶媒であると、ウィック構造体に対する上記の処理が不要になる。

以上説明した第１実施形態によれば、ベーパーチャンバの厚さ方向に沿った変形追随性を有するウィック構造体をベーパーチャンバ内に設置することによって、ウィック構造体は破壊されにくく、ベーパーチャンバの熱輸送特性は向上し、ベーパーチャンバは容易に製造できる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態のベーパーチャンバの一例を示す斜視図である。図７は、図６のＣ面の断面図である。図８は、図７のベーパーチャンバを製造する前の構成を示す断面図である。

なお、以下に示す実施形態では、第１実施形態のベーパーチャンバと同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

第２実施形態のベーパーチャンバ２において、ウィック構造体３０ａの構成が異なること以外は、第１実施形態のベーパーチャンバ１の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

図６～７に示すように、ベーパーチャンバ２では、ウィック構造体３０ａは、ベーパーチャンバ２の厚さ方向Ｌに沿って重なり合う複数の第１ウィック構造部３５を有し、第１ウィック構造部３５は、第１金属板１０と第２金属板２０とが近づく方向への圧縮変位に追随して第１金属板１０と第２金属板２０とが離れる方向に伸長変位する。例えば、図示するように、ウィック構造体３０ａは、互いに重なり合う同一形状の２つの第１ウィック構造部３５を有し、２つの第１ウィック構造部３５は、相対的に９０°回転させて配置される。

厚さ方向Ｌに沿った変形追随性を有する第１ウィック構造部３５は、第１実施形態のベーパーチャンバ１に設置されるウィック構造体３０に相当する。すなわち、第２実施形態のベーパーチャンバ２は、厚さ方向Ｌに沿って配置される複数の第１ウィック構造部３５を備える一方で、第１実施形態のベーパーチャンバ１は、１つのウィック構造体３０を備える。

ウィック構造体３０と同様の観点から、ウィック構造体３０ａを構成する第１ウィック構造部３５は、編組線、撚線および金属スポンジよりなる群から選択される少なくとも１種から構成されることが好ましい。また、上記観点から、金属は、銅や銅合金を含む銅系材料が好ましく、銅がさらに好ましい。これらの理由から、第１ウィック構造部３５は、銅系材料の編組線から構成されることが好ましく、銅系材料の丸編組線から構成されることがより好ましい。

また、ウィック構造体３０と同様に、第１ウィック構造部３５は、変形追随性を有しない物質、例えば焼結体から構成されない。特に、編組線、撚線および金属スポンジよりなる群から選択される少なくとも１種から構成される第１ウィック構造部３５が、延在方向に沿って中空部分を内部に有すると、気相の作動流体が中空部分内を容易に流れるため、ベーパーチャンバ１の熱輸送特性はさらに向上する。

ウィック構造体３０ａを構成する第１ウィック構造部３５は、第１実施形態のウィック構造体３０と同様に、厚さ方向Ｌに沿った変形追随性を有する。そのため、第１ウィック構造部３５は、圧縮方向に沿って生じた所定の圧縮変位に基づく反力を生じることによって、圧縮変位に追随して、伸長方向に伸長変位する。第１ウィック構造部３５の伸長変位は、外部からの外力を受けずに、自動で行われる。伸長変位後の第１ウィック構造部３５の厚さは、最大圧縮時の第１ウィック構造部３５の厚さに比べて大きい。

上記の変形追随性を有する複数の第１ウィック構造部３５を備えるウィック構造体３０ａは、ベーパーチャンバ２の製造に対して以下のように作用する。

図８に示すように、ベーパーチャンバ２を製造する前の構成における複数の第１ウィック構造部３５の合計の厚さは、図７に示すベーパーチャンバ２の内部空間Ｓの厚さに比べて、大きい。

第１金属板１０と第２金属板２０との接合時には、互いに直交するように配置される複数の第１ウィック構造部３５は第１金属板１０と第２金属板２０とが近づく方向に圧縮変位する。複数の第１ウィック構造部３５の最大圧縮時の合計厚さが内部空間Ｓの厚さよりも小さくなると、第１金属板１０の第１板部１１の内面１１ａはウィック構造体３０ａを介して第２金属板２０の内面２０ａに接続しない。そして、複数の第１ウィック構造部３５はベーパーチャンバ２の厚さ方向Ｌに沿った変形追随性を有するため、複数の第１ウィック構造部３５の最大圧縮時の合計厚さが内部空間Ｓの厚さよりも小さくなっても、複数の第１ウィック構造部３５は、第１金属板１０と第２金属板２０とが離れる方向に伸長変位する。伸長変位した複数の第１ウィック構造部３５は、互いに接触すると共に、第１金属板１０の第１板部１１の内面１１ａおよび第２金属板２０の内面２０ａに接触する。このように、ウィック構造体３０ａの厚さが内部空間Ｓの厚さに合うように、複数の第１ウィック構造部３５を有するウィック構造体３０は厚さを自動的に調整することができる。

このように、複数の第１ウィック構造部３５を有するウィック構造体３０ａは第１金属板１０の第１板部１１および第２金属板２０に接触しているため、ベーパーチャンバ１の厚さ方向Ｌに沿った作動流体の流れがさらに向上する。また、図示するように、複数の第１ウィック構造部３５を異なる向きに配置すると、ベーパーチャンバ２の厚さ方向Ｌに加えて、厚さ方向Ｌに垂直な方向にも、液相の作動流体は容易に移動できる。そのため、ベーパーチャンバ２の熱輸送特性はさらに向上する。また、複数の第１ウィック構造部３５を有するウィック構造体３０ａは、破壊耐性がさらに向上する。また、上記特性を有するウィック構造体３０ａを備えるベーパーチャンバ２の製造はさらに容易になる。複数の第１ウィック構造部３５が重なり合う部分では、複数の第１ウィック構造部３５が扁平状態で設置されていると、上記効果は効率的に発揮される。

上記では、同一形状である２つの第１ウィック構造部３５が異なる向きで設置される例について説明したが、第１ウィック構造部３５の設置数、形状、設置向きなど、第１ウィック構造部３５の配置構成は、ベーパーチャンバ２の用途に応じて、適宜選択される。

また、一方の第１ウィック構造部３５は、編組線から構成される３つのウィック部３１から構成されてもよいし、編組線から構成される１つのウィック部３１と撚線から構成される１つのウィック部３１と金属スポンジから構成される１つのウィック部３１とから構成されてもよい。同様に、他方の第１ウィック構造部３５は、編組線から構成される３つのウィック部３１から構成されてもよいし、編組線から構成される１つのウィック部３１と撚線から構成される１つのウィック部３１と金属スポンジから構成される１つのウィック部３１とから構成されてもよい。第１ウィック構造部３５を構成するウィック部３１の配置構成は、ベーパーチャンバ２の用途に応じて、適宜選択される。

また、図９に示すように、ウィック構造体３０ａは、ベーパーチャンバ２の厚さ方向Ｌに沿って重なり合う１つ以上の第１ウィック構造部３５と１つ以上の第２ウィック構造部３６とを有してもよい。第１ウィック構造部３５は、上記のようにベーパーチャンバ２の厚さ方向Ｌに沿った変形追随性を有する一方で、第２ウィック構造部３６は、ベーパーチャンバ２の厚さ方向Ｌに沿った変形追随性を有しない。

ベーパーチャンバ２は、上記の変形追随性を示さない第２ウィック構造部３６を有する一方で、上記の変形追随性を示す第１ウィック構造部３５を有しているので、ウィック構造体３０ａはベーパーチャンバ２の厚さ方向Ｌに沿った変形追随性を有する。また、ベーパーチャンバ２の内部空間Ｓの厚さに比べて、第２ウィック構造部３６の厚さは小さい。そのため、従来のベーパーチャンバに設けられる変形追随性を具備しないウィックに比べて、第２ウィック構造部３６の撓みが抑制されて、第２ウィック構造部３６の破壊は抑制される。すなわち、変形追随性を示さない既存のウィックを第２ウィック構造部３６に適用しても、ベーパーチャンバ２が上記の変形追随性を示す第１ウィック構造部３５を有しているため、従来のベーパーチャンバに比べて、ウィック構造体３０ａは壊れにくく、ベーパーチャンバ２は、優れた熱輸送特性を有し、容易に製造できる。

第２ウィック構造部３６は、焼結体、メッシュシートおよび繊維シートよりなる群から選択される少なくとも１種から構成されることが好ましく、その場合の第２ウィック構造部３６の空隙率は、例えば８０％以上９０％以下である。特に、図９に示すように、第２ウィック構造部３６がメッシュシートや繊維シートであると、厚さ方向Ｌに垂直な面に沿って設置されるメッシュシートや繊維シートと第２金属板２０の内面２０ａとの接触面積が増加するため、ベーパーチャンバ２の熱輸送特性は向上する。

第２ウィック構造部３６が焼結体から構成される場合、ベーパーチャンバ２の熱輸送特性向上の観点から、焼結体は銅系材料から形成される銅系焼結体であることが好ましく、その中でも、より好ましくは粒径１０μｍ以上３００μｍ以下、さらに好ましくは粒径５０μｍ以上１００μｍ以下の銅系粉末から形成される銅系焼結体である。焼結体は、液相の作動流体に対する優れた吸い上げ性能を有する。

第２ウィック構造部３６がメッシュシートから構成される場合、ベーパーチャンバ２の熱輸送特性向上の観点から、メッシュシートは銅系材料であることが好ましい。また、メッシュシートの撓みによる破壊を抑制する観点から、メッシュシートの構成は、８０メッシュ以上２３０メッシュ以下であることが好ましく、１００メッシュ以上２００メッシュ以下であることがより好ましい。メッシュシートは、破損しにくいことに加えて、容易に切れるために形状自由度が高い。

第２ウィック構造部３６が繊維シートから構成される場合、ベーパーチャンバ２の熱輸送特性向上の観点から、繊維シートは、銅系材料またはステンレス鋼であることが好ましい。また、繊維シートの撓みによる破壊を抑制する観点から、繊維の直径は１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、繊維の長さは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。

以上説明した第２実施形態によれば、ウィック構造体を構成する第１ウィック構造部や第２ウィック構造部の設計の自由度が向上するため、ベーパーチャンバの用途に応じて、ベーパーチャンバの内部構成を適宜変更できる。

なお、上記では、図６～７に示すように、２つの第１ウィック構造部３５を備えるウィック構造体３０ａについて示したが、ウィック構造体３０ａは複数の第１ウィック構造部３５を備えればよく、例えばウィック構造体３０ａは３つの第１ウィック構造部３５を備えてもよい。

また、図９に示すように、１つの第１ウィック構造部３５および１つの第２ウィック構造部３６を備えるウィック構造体３０ａについて示したが、ウィック構造体３０ａは１つ以上の第１ウィック構造部３５および１つ以上の第２ウィック構造部３６を備えればよく、例えばウィック構造体３０ａは２つの第１ウィック構造部３５および２つの第２ウィック構造部３６を備えてもよい。このとき、第１ウィック構造部３５と第２ウィック構造部３６とが交互に重なり合ってもよいし、連続して重なり合う２つの第１ウィック構造部３５と連続して重なり合う２つの第２ウィック構造部３６とが重なり合ってもよい。

以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本開示の範囲内で種々に改変することができる。

１、２ ベーパーチャンバ
１０ 第１金属板
１１ 第１板部
１１ａ 第１板部の内面
１２ 第１周縁壁部
１３ 第１突起部
２０ 第２金属板
２０ａ 第２金属板の内面
２０ｂ 第２金属板の外面
３０、３０ａ ウィック構造体
３１ ウィック部
３５ 第１ウィック構造部
３６ 第２ウィック構造部
４０ 被冷却部材
４１ 放熱フィン
５０ 蒸発部
５１ 凝縮部
Ｌ ベーパーチャンバの厚さ方向
Ｓ 内部空間
Ｆ（Ｌ） 液相の作動流体の流れ
Ｆ（Ｇ） 気相の作動流体の流れ

Claims (10)

1. 第１金属板と第２金属板との間に形成される内部空間に作動流体を有するベーパーチャンバであって、
   前記内部空間に配置され、前記第１金属板と前記第２金属板とが近づく方向の圧縮変位に基づく、前記第１金属板と前記第２金属板とが離れる方向に働く反力で、前記第１金属板と前記第２金属板とに接触するウィック構造体を備え、
   前記ウィック構造体は、前記ベーパーチャンバの厚さ方向に垂直な方向に亘って間隔を空けて設けられる複数のウィック部から構成されることを特徴とするベーパーチャンバ。
2. 前記ウィック構造体は、編組線、撚線および金属スポンジよりなる群から選択される少なくとも１種から構成される、請求項１に記載のベーパーチャンバ。
3. 前記ウィック構造体は、銅系材料の丸編組線から構成される、請求項１または２に記載のベーパーチャンバ。
4. 前記ウィック構造体は、前記ベーパーチャンバの厚さ方向に沿って重なり合う複数の第１ウィック構造部を有し、前記第１ウィック構造部は、前記複のウィック部から構成される、請求項１に記載のベーパーチャンバ。
5. 前記ウィック構造体は、前記ベーパーチャンバの厚さ方向に沿って重なり合う１つ以上の第１ウィック構造部と１つ以上の第２ウィック構造部とを有し、前記第１ウィック構造部は、前記複数のウィック部から構成される、請求項１に記載のベーパーチャンバ。
6. 前記第２ウィック構造部は、焼結体、メッシュシートおよび繊維シートよりなる群から選択される少なくとも１種から構成される、請求項５に記載のベーパーチャンバ。
7. 前記第１ウィック構造部は、編組線、撚線および金属スポンジよりなる群から選択される少なくとも１種から構成される、請求項４～６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
8. 前記第１ウィック構造部は、銅系材料の丸編組線から構成される、請求項４～７のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
9. 前記第１金属板および前記第２金属板は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金およびステンレス鋼よりなる群から選択されるいずれかから構成される、請求項１～８のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
10. 前記作動流体はシス－１－クロロ－３，３，３－トリフルオロプロペンである、請求項１～９のいずれか１項に記載のベーパーチャンバ。
    

Images