ヒートパイプ、冷却装置、電子機器
【課題】本発明は、複数の発熱体に対する熱接続を可能とし、かつ複数の発熱体を同時に冷却して冷却効率を向上させたヒートパイプと、このヒートパイプを備えた冷却装置と、この冷却装置を備えた電子機器を提供する。
【解決手段】密閉構造のケース体１６内に液体を収容し、液体の蒸発作用と凝縮作用をともなうヒートパイプであり、ケース体は長さ方向に対して両端部１７Ａ，１７Ｂと中間部１８で構成され、中間部は長さ方向に少なくとも３つ以上の筒部２０に仕切る複数の仕切り体１９を備え、筒部の少なくとも２つ以上に毛細管構造体であるウイック２１を備えた。
【解決手段】密閉構造のケース体１６内に液体を収容し、液体の蒸発作用と凝縮作用をともなうヒートパイプであり、ケース体は長さ方向に対して両端部１７Ａ，１７Ｂと中間部１８で構成され、中間部は長さ方向に少なくとも３つ以上の筒部２０に仕切る複数の仕切り体１９を備え、筒部の少なくとも２つ以上に毛細管構造体であるウイック２１を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプと、このヒートパイプを備えた冷却装置と、この冷却装置を備えたポータブルコンピュータ等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器である、たとえばポータブルコンピュータに備えられるＣＰＵ等の発熱体は、従来、その数が少なく、かつ発熱量が比較的小さいものであった。したがって、発熱体に対して、単に伝熱性に優れた金属片の一端部を接触させて受熱し、金属片の他端部を冷却するだけで発熱体に対する冷却効果が確保されていた。
近時、筐体は、より薄型化が求められる傾向にあり、ＣＰＵ等の発熱体の数が増えるとともに、より大容量化するのにともない、発熱量の増大が顕著となっている。そのため、従来のような金属片の利用では対応できなくなり、代って、宇宙空間に打ち上げられる飛翔物体の部分冷却に用いられるヒートパイプの採用が一般化しつつある。
【０００３】
前記ヒートパイプについても種々の構成が提供されているが、その一例として、密閉管体の内周面に周方向に所定間隔を存し、かつ両端部を除く中間部の軸方向に亘って、凹溝からなるウイックを形成したものがある。
作用として、封入した水等の作動液が一端部に熱接続されたＣＰＵ等の発熱体からの入熱によって蒸発し、蒸気が中間部を介して他端部に導かれる。他端部において蒸気が冷却され凝縮して液体に変る。液体はウイックによる毛細管圧力を利用して再び発熱体取付け側端部に還流され、以上のように作動液の潜熱として熱を輸送する。
【０００４】
ところで、このヒートパイプにおいて、液体は一端部から溝形ウイックを介して他端部に導かれる一方で、蒸気は他端部からパイプ内部を介して一端部に導かれる。すなわち、ヒートパイプ内で液体と蒸気は、互いに逆方向に導かれて還流する。
そのため、特にウイック内面において液体と蒸気とが互いに接触し、互いに抵抗となって、熱輸送量を充分に確保できない不具合がある。上記溝形ウイックに代えて、アルミニウム合金繊維からなるフェルト、ワイヤ、発泡体、焼結金属その他の毛細管圧力を生じるウイック層を採用できるが、いずれも最大熱輸送量の確保は困難である。
【０００５】
そこで、［特許文献１］に記載されるようなヒートパイプが提供されるに至った。これは、パイプ内部に一端の加熱部から中間の断熱部を経て他端の冷却部まで連続し、かつ両端が解放された内管を設け、断熱部においてパイプと内管との間にウイック層が設けられることを特徴としている。
【特許文献１】特開平３−１３４４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような［特許文献１］の構成を採用すれば、加熱部で加熱され蒸発した作動液の蒸気は内管内を通って冷却部へ移動する。冷却部で冷却され凝縮した液体は内管とパイプとの間のウイック層を介して加熱部へ導かれる。したがって、気流の流れは対向方向において内管によって完全に分離され、互いに接触することがない。
しかしながら、［特許文献１］においては、ヒートパイプと複数の発熱体との係わり合いについての記述が全くない。すなわち、ヒートパイプのどこに複数の発熱体を熱接触させて冷却するのかが不明である。常識的には、加熱部に発熱体を熱接続することで冷却が行えると考えられる。
【０００７】
ここにはパイプの外径が２０ｍｍ、全長が５００ｍｍ、加熱部と冷却部の長さが１００ｍｍとの記載があり、このような大型ヒートパイプではポータブルコンピュータに採用できない。ヒートパイプを小型化して複数本用意し、発熱体毎に対応しようとしても、筐体が薄型化されているので、全てのヒートパイプを搭載するには無理がある。
ヒートパイプを１本だけとし、加熱部の長さを長くして、この加熱部に複数の発熱体を熱接続する考えもある。この場合、複数の発熱体により、複数ヶ所で蒸発した蒸気の流れが互いに干渉し、蒸発するための液体が偏るなどの不具合が発生し易い。したがって、効率よく熱を伝えられず、冷却効果が期待できなくなる。
【０００８】
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、複数の発熱体に対する熱接続を可能とし、かつ複数の発熱体を同時に冷却して冷却効率を向上させたヒートパイプと、このヒートパイプを備えた冷却装置と、この冷却装置を備えた電子機器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を満足するため本発明のヒートパイプは、密閉構造のケース体内に液体を収容し液体の蒸発作用と凝縮作用をともなうものであり、ケース体は長さ方向に対して両端部と中間部で構成され、中間部は長さ方向に少なくとも３つ以上の空間である筒部に仕切る複数の仕切り体を備え、筒部の少なくとも２つ以上に毛細管構造体であるウイックを備えた。
上記目的を満足するため本発明の冷却装置は、前記ヒートパイプを用いて複数の発熱体を同時に冷却するものであり、前記ウイックが備えられる筒部において、ウイックが備えられる領域をウイック域とし、ウイックが備えられていない領域を非ウイック域としたとき、ウイック域と非ウイック域との境を発熱体の熱接続位置に定めた。
上記目的を満足するため本発明の電子機器は、複数の発熱体を収容する筐体内に、前記冷却装置を備えた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の発熱体を同時に冷却可能とし、かつそれぞれの発熱体に対する冷却効率の向上を得られるヒートパイプと、冷却装置と、電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
図１は、電子機器であるポータブルコンピュータ１を示している。
このポータブルコンピュータ１は、コンピュータ本体２と、表示ユニット３とを備えている。
コンピュータ本体２は、略扁平な箱状の第１の筐体４を備えていて、この第１の筐体４は、底壁４ａと上壁４ｂと前壁４ｃと後側壁４ｄと左側壁４ｅと右側壁４ｆとを有している。上壁４ｂはキーボード５を支持し、前壁４ｃと左側壁４ｅと右側壁４ｆと後側壁４ｄは、第１の筐体４の周方向に沿う周壁を構成している。
【００１２】
上記表示ユニット３は、第２の筐体６と液晶表示パネル７とを備えている。液晶表示パネル７は、第２の筐体６に収容され、画像を表示するスクリーン７ａを有している。スクリーン７ａは、第２の筐体６の前面に形成した開口部６ａを通じて第２の筐体６の外方に露出している。
第２の筐体６は、コンピュータ本体２の上に横たわる閉じ位置と、キーボード５やスクリーン７ａが露出されるようにコンピュータ本体２に対して起立する開位置との間で回動可能となるように、軸８によって第１の筐体４に連結されている。
【００１３】
図２は、コンピュータ本体２の上壁４ｂを切り欠いて第１の筐体４内部を概略的に示す平面図である。
第１の筐体４内には、たとえばＣＰＵやＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）などの第１〜第３の発熱体１０，１１，１２と、冷却装置１３が備えられる。さらに第１の筐体４内には、前記第１〜第３の発熱体１０〜１２が実装されるプリント基板を備えていて、このプリント基板には他の電子部品等が実装されているが、同図においていずれも図示しない。
前記第１〜３の発熱体１０〜１２は、コンピュータ本体２の前後方向（Ｙ方向）に位置をずらせるとともに、左右幅方向（Ｘ方向）に位置をずらせて配置されている。前記冷却装置１３は単体でありながら、複数の発熱体１０〜１２を同時に冷却できる。換言すれば、単体の冷却装置１３で複数の発熱体１０〜１２を同時に冷却する必要から、発熱体１０〜１２の位置が必然的に上述のように定められる。
【００１４】
前記冷却装置１３は、コンピュータ本体２内において、第１〜３の発熱体１０〜１２に近接して配置されている。冷却装置１３は、ヒートパイプ１５と、ヒートシンク２５と、冷却ファン３０とから構成される。
前記ヒートパイプ１５は平面視で略Ｌ字状に形成される板体であり、冷却ファン３０とともに第１の筐体４に載設される。前記ヒートシンク２５は平面視で略矩形状に形成され、ヒートパイプ１５の一方の直線部（Ｘ方向）１５ａ端部上に載置される。前記冷却ファン３０は、ヒートパイプ１５の内側の側辺に囲まれるようにして配置される。
【００１５】
つぎに、コンピュータ本体２内でのヒートパイプ１５の配置について説明する。ヒートパイプ１５は、一方（Ｘ方向）の直線部１５ａが第１の筐体４の後側壁４ｄ近傍部位、たとえば直前に位置するように、コンピュータ本体２の幅方向（Ｘ方向）に沿うように配置される。また、他方（Ｙ方向）の直線部１５ｂはコンピュータ本体２の前後方向（Ｙ方向）に亘って配置される。
第１〜第３の発熱体１０〜１２は、ヒートパイプ１５の直線部１５ｂ上面に密接し、全て熱的に接続状態にある。第２の発熱体１１のみ全面的にヒートパイプ１５に接しているが、第１の発熱体１０と第３の発熱体１２は、一部がヒートパイプ１５側辺から外れて接している。なお、図２に示すヒートパイプ１５の破線については後述する。
【００１６】
図３は、冷却装置１３を分解して示すとともに、プリント基板１４に実装される第１〜第３の発熱体１０〜１２との相対配置関係を示す斜視図である。
ヒートパイプ１５は、直線部１５ａと直線部１５ｂとで略Ｌ字状に形成されるとともに、所定の厚みを有する薄肉状の箱体である。このヒートパイプ１５の一端部にヒートシンク２５が載置され、このヒートシンク２５と近接して冷却ファン３０が配置される。これらヒートシンク２５と冷却ファン３０とで放熱機構３５が構成される。
前記ヒートシンク２５は、ヒートシンク本体２６と、複数のフィン部材２７とを備えている。ヒートシンク本体２６は、図示しないクールシートを介してヒートパイプ１５に密着状態にあり、熱的に接続される。
【００１７】
ヒートシンク本体２６は、両端面が開口する断面略矩形の筒状体であり、フィン部材２７は、ヒートシンク本体２６内に一方の開口端から他方の開口端に亘って設けられる。各フィン部材２７間には隙間が形成されており、ヒートシンク本体２６内部を空気などの気体が通過できる。
ヒートシンク本体２６の両開口端は、ヒートパイプ１５の直線部１５ａの長手方向とは直交する方向に設けられている。したがって、ヒートシンク本体２６の一方の開口端は、ヒートパイプ１５の側辺部に沿って配置される冷却ファン３０と対向する。また、図２に示すように、ヒートシンク本体２６の他方の開口端と対向する第１の筐体４の後側壁４ｄ部位には、排気孔２９が設けられる。
【００１８】
前記冷却ファン３０は、ファン本体３１と、ファン本体３１内に収容されるインペラ３２を備えている。ファン本体３１の上壁３１ａと下壁３１ｂには、吸気口３３が形成されていて、インペラ３２の回転にともなって周囲の空気を吸気口３３から内部に吸込む。また、ファン本体３１には、吐出口３４が形成されている。
この吐出口３４は、ファン本体３１の内部と外部とを連通していて、ヒートシンク２５を構成するヒートシンク本体２６の一方の開口端と対向するように配置される。それゆえ、吸気口３３から吸込まれた空気は、吐出口３４を通ってヒートシンク２５の一方の開口端に向かって吐出されるようになっている。
【００１９】
ヒートシンク２５の開口端へ向って吐出された空気は、ヒートシンク２５内部を流通し他方の開口端から出る。そして、再び図２に示すように、ヒートシンク２５の他方の開口端と対向する第１の筐体４の後側壁４ｄに設けられる排気孔２９を通って、コンピュータ本体２の外部へ排出されるようになっている。
つぎに、前記ヒートパイプ１５について詳述する。
図４（Ａ）は、ヒートパイプ１５の内部構成図および冷却装置１３の第１〜第３の発熱体１０〜１２に対する冷却作用を説明する図、図４（Ｂ）は、ヒートパイプ１５の断面図である。図５（Ａ）は、ヒートパイプ１５の最小構成を説明する横断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２０】
はじめに、図５（Ａ）（Ｂ）のヒートパイプ１５の最小構成から説明する。
このヒートパイプ１５は、平面視で矩形状をなし、所定の厚み寸法に形成される薄箱状で密閉構造のケース体１６を備えている。内部には図示しない作動液（冷媒）が収容されていて、作動液として、水、アルコール、アンモニア、フロン、代替フロン等が、流路体積の３０〜７０パーセントの割合で収容されている。
前記ケース体１６は、長さ方向に対して両側の端部１７Ａ、１７Ｂと、これら両端部１７Ａ，１７Ｂの相互間に中間部１８を備えている。前記中間部１８は、複数の仕切り体１９によって長さ方向に複数の筒部２０に仕切られている。最小構成として、ケース体１６内に設けられる仕切り体１９は２つ必要であり、これにより３つの筒部２０である、第１〜第３の筒部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成される。
【００２１】
第１の筒部２０ａと第３の筒部２０ｃに、毛細管構造体であるウイック２１を備えているが、第２の筒部２０ｂにはウイックが備えられていない。すなわち、ウイック２１有りの筒部２０ａ，２０ｃは、ウイック無しの筒部２０ｂを挟んで、この両側に設けられることとなる。
ウイック２１として、金属ワイヤ、メッシュ、焼結金属等が用いられる。第１の筒部２０ａに備えられるウイック２１と、第３の筒部２０ｃに備えられるウイック２１の一端部は、互いに仕切り体１９の一端部に揃えられ、かつ互いのウイック２１は、互いに長さの異なる他端部を備えている。
【００２２】
具体的には、第１の筒部２０ａに備えられるウイック２１の他端部よりも、第３の筒部２０ｃに備えられるウイック２１の他端部の長さが、より長く形成される。あるいは、第１、第３の筒部２０ａ，２０ｃで、互いに逆の長さの設定であってもよい。
以上述べたヒートパイプ１５の最小構成から、本発明におけるヒートパイプ１５を定義すると、ケース体１６の中間部１８は、長さ方向に少なくとも３つ以上の筒部２０に仕切る複数の仕切り体１９を備えている。そして、前記筒部２０のうちの少なくとも２つ以上の筒部２０に、毛細管構造体であるウイック２１を備えている。
【００２３】
ウイック２１を備えた筒部２０の少なくとも１つ以上は、仕切り体１９の長さより短い長さのウイック２１を備え、筒部２０の少なくとも１つ以上は、ウイック無しの筒部２０とする。ウイック２１を備えた筒部２０と、ウイック無しの筒部２０とは、互いに１つ置きに設けられる。
筒部２０に備えられるウイック２１は、一端部が仕切り体１９の一端部に揃えられ、互いのウイック２１は、互いに長さの異なる他端部を有する。そして、筒部２０に備えられるウイック２１は、一端部が仕切り体１９の一端部に揃えられ、互いのウイック２１は互いに他端部の長さが配列に沿って順次異なる。
【００２４】
つぎに、図４（Ａ）（Ｂ）から、実際にポータブルコンピュータ１に備えられ、冷却装置１３を構成するヒートパイプ１５について説明する。なお、同図におけるＸ方向とＹ方向の矢印は、図２のＸ方向とＹ方向の矢印に合わせて記してある。
図４（Ａ）に示すヒートパイプ１５は、ケース体１６の平面形状が略Ｌ字状に形成されていて、図４（Ｂ）に示すように所定厚みの薄箱状になっている。ケース体１６内部には先に説明したような作動液が収容される。
図４（Ａ）に示すように、ケース体１６の内部は、縦方向（Ｘ方向）の端部１７Ａと、横方向（Ｙ方向）の端部１７Ｂと、これら端部１７Ａ，１７Ｂ相互間に亘り略Ｌ字状に形成される中間部１８とから構成される。
【００２５】
前記中間部１８は、長さ方向に沿って５つの筒部２０に仕切る４つの仕切り体１９を備えている。略Ｌ字状の最も内側の筒部を第１の筒部２０Ａと呼ぶとすると、この外側に向って、第２の筒部２０Ｂ、第３の筒部２０Ｃ、第４の筒部２０Ｄおよび第５の筒部２０Ｅが順次形成される。
第１の筒部２０Ａと、第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅは、先に説明したような毛細管構造体であるウイック２１を備えている。第２の筒部２０Ｂおよび第４の筒部２０Ｄはウイックを備えておらず、空間部となっている。結局、ウイック２１を備えた筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅと、ウイック無しの筒部２０Ｂ，２０Ｄは、互いに１つ置きに設けられている。
【００２６】
各筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅに備えられるウイック２１は、互いの一端部が仕切り体１９の一端部に揃えられ、互いの他端部の長さが順次異なる。すなわち、第１の筒部２０Ａにおけるウイック２１の他端部長さが最も短く、第３の筒部２０Ｃのウイック２１他端部長さがつぎに長く、第５の筒部２０Ｅのウイック２１他端部長さが最も長い。
第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅにおいて、実際にウイック２１を備えた領域を「ウイック域Ｗ」と呼び、ウイックが備えられない領域を「非ウイック域Ｈ」と呼ぶとすると、ウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓを前記発熱体１０，１１，１２の熱接続位置として定めなければならない。
【００２７】
なお、第５の筒部２０Ｅに備えたウイック２１は、仕切り体１９と同じ長さであるので、第５の筒部２０Ｅ全体がウイック域Ｗであり、端部１７Ｂが非ウイック域Ｈとなって、これらの境位置Ｓに発熱体２０が熱接続される。
上述したように、各筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅに備えられるウイック２１の他端部長さを順次異ならせたので、ウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓに熱接続される発熱体１０，１１，１２は、直線部１５ａにおいて横方向（Ｙ方向）と縦方向（Ｘ方向）に沿って順次位置が異なっている。
【００２８】
したがって、ウイック２１の他端部長さを発熱体１０〜１２の幅寸法ａに合わせて設定すれば、各発熱体１０〜１２が互いに接することなく適宜な間隔を存する。図のように、第１〜第３の発熱体１０〜１２の幅寸法ａを全て同一とする必要がなく、互いに異なっていてもよい。
各筒部２０の幅寸法ｂを必要最小限確保すれば、ある程度の大きさの発熱体１０〜１２を熱接続できる。換言すれば、ヒートパイプ１５全体の幅寸法Ｌを必要最小限に短くして、より大きな平面面積の発熱体１０〜１２を熱接続できることとなる。
【００２９】
再び図２で示すヒートパイプ１５の破線は、第１の筒部２０Ａと、第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅに備えられるウイック域Ｗを示していて、非ウイック域Ｈとの境位置Ｓに第１〜第３の発熱体１０〜１２が熱接続される状態を示している。
つぎに、冷却装置１３の動作について説明する。
第１〜第３の発熱体１０〜１２は、全て、作用にともなって発熱する。これら発熱体１０〜１２の熱は、発熱体１０〜１２と熱接続されるヒートパイプ１５へ伝熱される。同時に冷却ファン３０が作動を開始し、ヒートシンク２５へ送風し冷却する。ヒートシンク２５は熱接続されるヒートパイプ１５の一端部から熱を奪う。
【００３０】
ヒートパイプ１５内に収容される作動液は、ヒートパイプ１５の端部１７Ａとその近傍位置でヒートシンク２５によって冷却され、凝縮して液体になる。この液体は、第１の筒部２０Ａと、第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅに備えられるウイック２１に、表面張力により蓄えられる。
液体は、図４（Ａ）に二点鎖線矢印で示すように、ウイック２１における毛細管圧力によって、ウイック域Ｗに形成される隙間を非ウイック域Ｈ側へ導かれる。そして、各筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅにおけるウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓにおいて、熱接続される第１〜第３の発熱体１０〜１２から熱を奪う。
【００３１】
すなわち、第１〜第３の発熱体１０〜１２はともに冷却されることとなり、１つのヒートパイプ１５で複数の発熱体１０〜１２に対して同時に冷却作用が行われる。ウイック域Ｗを導かれてきた液体は、非ウイック域Ｈとの境位置Ｓで各発熱体１０〜１２の熱を受けて蒸発し、蒸気に変わる。
ウイック域Ｗにはウイック２１が備えられるとともに液体が表面張力により導かれているので、蒸気に対する抵抗となる。その一方で、非ウイック域Ｈには何らの充填物もなく単なる空間部であるので、蒸気は左右の抵抗（圧力損失）差によりウイック域Ｗには戻らず、二点鎖線矢印で示すように非ウイック域Ｈから端部１７Ｂ方向へ導かれる。
【００３２】
すなわち、気化膨張による蒸気の圧力はウイック域Ｗを流れる作動液に対して逆流方向へは作用せず、作動液の流れに対して順方向にのみ作用して、順方向への流れを促進するので最大熱輸送量がより増大する。
特に、第５の筒部２０Ｅにおいては、筒部２０Ｅ全体にウイック２１が備えられ、ウイック域Ｗとなっているので、蒸気は直ちに端部１７Ｂに導かれる。第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅにおける蒸気は、仕切り体１９が設けられていない端部１７Ｂにおいて合流する。
【００３３】
第２の筒部２０Ｂと第４の筒部２０Ｄには何らの充填物もなく空間部であり、第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅから蒸気が継続して送られてくるので、蒸気は端部１７Ｂから第２の筒部２０Ｂと第４の筒部２０Ｄに分流し、二点鎖線矢印で示すようにヒートシンク２５側の端部１７Ａ方向へ導かれる。
したがって、液体と蒸気の流れは対向方向において仕切り体１９によって完全に分離され、互いに接触することはない。蒸気の流れは第２の筒部２０Ｂおよび第４の筒部２０Ｄを円滑に導かれてヒートシンク２５取付け側の端部１７Ａに到達し、ヒートシンク２５によって冷却され凝縮して液体に変わる。
【００３４】
そして、再び第１の筒部２０Ａと第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅに備えられるウイック２１の毛細管圧力により、ウイック域Ｗから非ウイック域Ｈ方向へ導かれる。このとき、第２の筒部２０Ｂと第４の筒部２０Ｄに導かれる蒸気の流れとは仕切り体１９によって完全に分離されているので、蒸気の流れが抵抗にならずにすみ円滑に流れる。
結局、ヒートパイプ１５に備えられる作動液は、第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅから第２の筒部２０Ｂおよび第４の筒部２０Ｄを逆方向に導かれて、再び第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅに案内される循環流となる。
【００３５】
ヒートパイプ１５は単体でありながら、複数の発熱体１０〜１２を同時に冷却することとなり、しかも、複数の発熱体１０〜１２に対して蒸気と液体の流れを干渉させずに循環でき、効率的に熱を伝えることができる。
特に、ウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓに発熱体１０〜１２を熱接続することにより、蒸気の流れが円滑となり、ヒートパイプ１５の発熱体１０〜１２に対する冷却効率が向上する。
また、複数の筒部２０を備えるとともに、それぞれの筒部２０におけるウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓを非同一位置に設定することにより、発熱体１０〜１２相互の熱干渉を防止して効率の良い冷却作用が行われる。
【００３６】
冷却装置１３として、複数の発熱体１０〜１２を１つのヒートパイプ１５で効率的に冷却できるので、省スペース化と、コストの低減化および軽量化を図れる。この冷却装置１３を備えた電子機器であるポータブルコンピュータ１において、複数のＣＰＵ等の発熱体１０〜１２を同時に冷却でき、冷却効率が向上するうえに、筐体の薄型化および小型化に寄与する。
図６（Ａ）に示すようなヒートパイプ１５Ａであってもよい。すなわち、ケース体１６は完全密閉構造とする必要があるが、中間部１８を長さ方向に少なくとも３つ以上の筒部２０に仕切る複数の仕切り体１９ａは、必ずしも筒部２０を完全密閉構造とする必要はなく、ある程度の隙間を有していてもよい。
【００３７】
たとえば、ケース体１６は第１の板体１６ａと、第２の板体１６ｂとから構成され、互いの板体１６ａ，１６ｂの当接部ｔが常温接合もしくは、はんだ溶接のようなロウ付けによって互いに液密に接合される。仕切り体１９ａの一方の端部は第１の板体１６ａから突設され、本来は、他端部が第２の板体１６ｂと密に接合する。
しかしながら、このような構成を採用すると、全ての仕切り板１９ａの高さ寸法を、高精度に保持する必要があり、コストに与える影響が大となる。しかも、仕切り体１９ａによって仕切られる筒部２０に、液体を表面張力で蓄えるウイック２１を備えているので、仕切り体１９ａ先端と第２の板体１６ｂとの間にある程度の隙間が存在しても、少なくとも悪影響はない。
【００３８】
そして、仕切り体１９ａはウイック２１を備えた筒部２０と、ウイックが存在しない筒部２０とを仕切り、これらには蒸気が導かれ流れに圧力があるので、仕切り体１９ａ先端と第２の板体１６ｂとの間にある程度の隙間が存在しても、蒸気の漏れはほとんどなく悪影響はない。したがって、仕切り体１９の寸法管理が厳密でなくともすみ、加工費の低減化を図れる。
なお、ウイック２１として、金属ワイヤ、メッシュ、焼結金属等を用いるようにしたが、これに限定されるものではなく、図６（Ｂ）に示すように、複数の細い溝からなるウイック２１ａで構成するヒートパイプ１５Ｂであってもよい。
この場合、ヒートパイプ１５Ｂを第１の板体１１６ａと第２の板体１１６ｂとから構成し、第１の板体１１６ａの製造にあたって、たとえばエッチングの技術を用いて溝からなるウイック２１ａを形成すれば、金属ワイヤ、メッシュ、焼結金属等の別部材を用意し、これを筒部２０に充填する手間が不要となって、コストの低減に寄与する。
【００３９】
上述の冷却装置１３は第１〜第３の発熱体１０〜１２を同時に冷却するようにしたが、これに限定されるものではなく、さらに多くの発熱体を同時に冷却することが可能な構成を得られる。そして、図５（Ａ）（Ｂ）で説明したように、ヒートパイプ１５の最小構成を採用すれば、２つの発熱体を同時に冷却することが可能である。
また、ヒートパイプ１５において、ウイック２１が備えられる第１の筒部２０Ａと、第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅは、ウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓを順にずらせて発熱体１０〜１２を熱接続したが、これに限定されるものではなく、互いに位置がずれていればよい。
【００４０】
すなわち、種々の電子回路構成があり、発熱体であるＣＰＵ等の位置が順にずれているとは限らない。上記ヒートパイプによれば、複数の発熱体が非同一位置に備えられていても、何らの支障もなく適応できることとなる。
上述のヒートポンプ１５は、平面視で略Ｌ字状に形成されているが、これに限定されるものではなく、直状、あるいは円弧状、あるいは波形状であってもよい。すなわち、搭載される電子機器の内部構成に応じて適宜選択できる。
さらに、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明における一実施の形態に係る、ポータブルコンピュータの斜視図。
【図２】同実施の形態に係る、コンピュータ本体の内部を概略的に示す平面図。
【図３】同実施の形態に係る、冷却装置を分解して示すとともに、プリント基板と第１〜第３の発熱体との相対配置関係を示す図。
【図４】同実施の形態に係る、ヒートパイプの内部構成図および冷却装置の第１〜第３の発熱体に対する冷却作用を説明する図と、ヒートパイプの断面図。
【図５】同実施の形態に係る、最小構成のヒートパイプの内部構成を説明する図と、ヒートパイプの断面図。
【図６】同実施の形態の変形例に係る、互いに異なる構成のヒートパイプの断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１６…ケース体、１５…ヒートパイプ、１７Ａ，１７Ｂ…端部、１８…中間部、２０…筒部、２０Ａ…第１の筒部、２０Ｂ…第２の筒部、２０Ｃ…第３の筒部、２０Ｄ…第４の筒部、２０Ｅ…第５の筒部、１９…仕切り体、２１…ウイック、１０…第１の発熱体、１１…第２の発熱体、１２…第３の発熱体、１３…冷却装置、Ｗ…ウイック域、Ｈ…非ウイック域、Ｓ…境位置、３５…放熱機構。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプと、このヒートパイプを備えた冷却装置と、この冷却装置を備えたポータブルコンピュータ等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器である、たとえばポータブルコンピュータに備えられるＣＰＵ等の発熱体は、従来、その数が少なく、かつ発熱量が比較的小さいものであった。したがって、発熱体に対して、単に伝熱性に優れた金属片の一端部を接触させて受熱し、金属片の他端部を冷却するだけで発熱体に対する冷却効果が確保されていた。
近時、筐体は、より薄型化が求められる傾向にあり、ＣＰＵ等の発熱体の数が増えるとともに、より大容量化するのにともない、発熱量の増大が顕著となっている。そのため、従来のような金属片の利用では対応できなくなり、代って、宇宙空間に打ち上げられる飛翔物体の部分冷却に用いられるヒートパイプの採用が一般化しつつある。
【０００３】
前記ヒートパイプについても種々の構成が提供されているが、その一例として、密閉管体の内周面に周方向に所定間隔を存し、かつ両端部を除く中間部の軸方向に亘って、凹溝からなるウイックを形成したものがある。
作用として、封入した水等の作動液が一端部に熱接続されたＣＰＵ等の発熱体からの入熱によって蒸発し、蒸気が中間部を介して他端部に導かれる。他端部において蒸気が冷却され凝縮して液体に変る。液体はウイックによる毛細管圧力を利用して再び発熱体取付け側端部に還流され、以上のように作動液の潜熱として熱を輸送する。
【０００４】
ところで、このヒートパイプにおいて、液体は一端部から溝形ウイックを介して他端部に導かれる一方で、蒸気は他端部からパイプ内部を介して一端部に導かれる。すなわち、ヒートパイプ内で液体と蒸気は、互いに逆方向に導かれて還流する。
そのため、特にウイック内面において液体と蒸気とが互いに接触し、互いに抵抗となって、熱輸送量を充分に確保できない不具合がある。上記溝形ウイックに代えて、アルミニウム合金繊維からなるフェルト、ワイヤ、発泡体、焼結金属その他の毛細管圧力を生じるウイック層を採用できるが、いずれも最大熱輸送量の確保は困難である。
【０００５】
そこで、［特許文献１］に記載されるようなヒートパイプが提供されるに至った。これは、パイプ内部に一端の加熱部から中間の断熱部を経て他端の冷却部まで連続し、かつ両端が解放された内管を設け、断熱部においてパイプと内管との間にウイック層が設けられることを特徴としている。
【特許文献１】特開平３−１３４４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような［特許文献１］の構成を採用すれば、加熱部で加熱され蒸発した作動液の蒸気は内管内を通って冷却部へ移動する。冷却部で冷却され凝縮した液体は内管とパイプとの間のウイック層を介して加熱部へ導かれる。したがって、気流の流れは対向方向において内管によって完全に分離され、互いに接触することがない。
しかしながら、［特許文献１］においては、ヒートパイプと複数の発熱体との係わり合いについての記述が全くない。すなわち、ヒートパイプのどこに複数の発熱体を熱接触させて冷却するのかが不明である。常識的には、加熱部に発熱体を熱接続することで冷却が行えると考えられる。
【０００７】
ここにはパイプの外径が２０ｍｍ、全長が５００ｍｍ、加熱部と冷却部の長さが１００ｍｍとの記載があり、このような大型ヒートパイプではポータブルコンピュータに採用できない。ヒートパイプを小型化して複数本用意し、発熱体毎に対応しようとしても、筐体が薄型化されているので、全てのヒートパイプを搭載するには無理がある。
ヒートパイプを１本だけとし、加熱部の長さを長くして、この加熱部に複数の発熱体を熱接続する考えもある。この場合、複数の発熱体により、複数ヶ所で蒸発した蒸気の流れが互いに干渉し、蒸発するための液体が偏るなどの不具合が発生し易い。したがって、効率よく熱を伝えられず、冷却効果が期待できなくなる。
【０００８】
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、複数の発熱体に対する熱接続を可能とし、かつ複数の発熱体を同時に冷却して冷却効率を向上させたヒートパイプと、このヒートパイプを備えた冷却装置と、この冷却装置を備えた電子機器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を満足するため本発明のヒートパイプは、密閉構造のケース体内に液体を収容し液体の蒸発作用と凝縮作用をともなうものであり、ケース体は長さ方向に対して両端部と中間部で構成され、中間部は長さ方向に少なくとも３つ以上の空間である筒部に仕切る複数の仕切り体を備え、筒部の少なくとも２つ以上に毛細管構造体であるウイックを備えた。
上記目的を満足するため本発明の冷却装置は、前記ヒートパイプを用いて複数の発熱体を同時に冷却するものであり、前記ウイックが備えられる筒部において、ウイックが備えられる領域をウイック域とし、ウイックが備えられていない領域を非ウイック域としたとき、ウイック域と非ウイック域との境を発熱体の熱接続位置に定めた。
上記目的を満足するため本発明の電子機器は、複数の発熱体を収容する筐体内に、前記冷却装置を備えた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の発熱体を同時に冷却可能とし、かつそれぞれの発熱体に対する冷却効率の向上を得られるヒートパイプと、冷却装置と、電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
図１は、電子機器であるポータブルコンピュータ１を示している。
このポータブルコンピュータ１は、コンピュータ本体２と、表示ユニット３とを備えている。
コンピュータ本体２は、略扁平な箱状の第１の筐体４を備えていて、この第１の筐体４は、底壁４ａと上壁４ｂと前壁４ｃと後側壁４ｄと左側壁４ｅと右側壁４ｆとを有している。上壁４ｂはキーボード５を支持し、前壁４ｃと左側壁４ｅと右側壁４ｆと後側壁４ｄは、第１の筐体４の周方向に沿う周壁を構成している。
【００１２】
上記表示ユニット３は、第２の筐体６と液晶表示パネル７とを備えている。液晶表示パネル７は、第２の筐体６に収容され、画像を表示するスクリーン７ａを有している。スクリーン７ａは、第２の筐体６の前面に形成した開口部６ａを通じて第２の筐体６の外方に露出している。
第２の筐体６は、コンピュータ本体２の上に横たわる閉じ位置と、キーボード５やスクリーン７ａが露出されるようにコンピュータ本体２に対して起立する開位置との間で回動可能となるように、軸８によって第１の筐体４に連結されている。
【００１３】
図２は、コンピュータ本体２の上壁４ｂを切り欠いて第１の筐体４内部を概略的に示す平面図である。
第１の筐体４内には、たとえばＣＰＵやＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）などの第１〜第３の発熱体１０，１１，１２と、冷却装置１３が備えられる。さらに第１の筐体４内には、前記第１〜第３の発熱体１０〜１２が実装されるプリント基板を備えていて、このプリント基板には他の電子部品等が実装されているが、同図においていずれも図示しない。
前記第１〜３の発熱体１０〜１２は、コンピュータ本体２の前後方向（Ｙ方向）に位置をずらせるとともに、左右幅方向（Ｘ方向）に位置をずらせて配置されている。前記冷却装置１３は単体でありながら、複数の発熱体１０〜１２を同時に冷却できる。換言すれば、単体の冷却装置１３で複数の発熱体１０〜１２を同時に冷却する必要から、発熱体１０〜１２の位置が必然的に上述のように定められる。
【００１４】
前記冷却装置１３は、コンピュータ本体２内において、第１〜３の発熱体１０〜１２に近接して配置されている。冷却装置１３は、ヒートパイプ１５と、ヒートシンク２５と、冷却ファン３０とから構成される。
前記ヒートパイプ１５は平面視で略Ｌ字状に形成される板体であり、冷却ファン３０とともに第１の筐体４に載設される。前記ヒートシンク２５は平面視で略矩形状に形成され、ヒートパイプ１５の一方の直線部（Ｘ方向）１５ａ端部上に載置される。前記冷却ファン３０は、ヒートパイプ１５の内側の側辺に囲まれるようにして配置される。
【００１５】
つぎに、コンピュータ本体２内でのヒートパイプ１５の配置について説明する。ヒートパイプ１５は、一方（Ｘ方向）の直線部１５ａが第１の筐体４の後側壁４ｄ近傍部位、たとえば直前に位置するように、コンピュータ本体２の幅方向（Ｘ方向）に沿うように配置される。また、他方（Ｙ方向）の直線部１５ｂはコンピュータ本体２の前後方向（Ｙ方向）に亘って配置される。
第１〜第３の発熱体１０〜１２は、ヒートパイプ１５の直線部１５ｂ上面に密接し、全て熱的に接続状態にある。第２の発熱体１１のみ全面的にヒートパイプ１５に接しているが、第１の発熱体１０と第３の発熱体１２は、一部がヒートパイプ１５側辺から外れて接している。なお、図２に示すヒートパイプ１５の破線については後述する。
【００１６】
図３は、冷却装置１３を分解して示すとともに、プリント基板１４に実装される第１〜第３の発熱体１０〜１２との相対配置関係を示す斜視図である。
ヒートパイプ１５は、直線部１５ａと直線部１５ｂとで略Ｌ字状に形成されるとともに、所定の厚みを有する薄肉状の箱体である。このヒートパイプ１５の一端部にヒートシンク２５が載置され、このヒートシンク２５と近接して冷却ファン３０が配置される。これらヒートシンク２５と冷却ファン３０とで放熱機構３５が構成される。
前記ヒートシンク２５は、ヒートシンク本体２６と、複数のフィン部材２７とを備えている。ヒートシンク本体２６は、図示しないクールシートを介してヒートパイプ１５に密着状態にあり、熱的に接続される。
【００１７】
ヒートシンク本体２６は、両端面が開口する断面略矩形の筒状体であり、フィン部材２７は、ヒートシンク本体２６内に一方の開口端から他方の開口端に亘って設けられる。各フィン部材２７間には隙間が形成されており、ヒートシンク本体２６内部を空気などの気体が通過できる。
ヒートシンク本体２６の両開口端は、ヒートパイプ１５の直線部１５ａの長手方向とは直交する方向に設けられている。したがって、ヒートシンク本体２６の一方の開口端は、ヒートパイプ１５の側辺部に沿って配置される冷却ファン３０と対向する。また、図２に示すように、ヒートシンク本体２６の他方の開口端と対向する第１の筐体４の後側壁４ｄ部位には、排気孔２９が設けられる。
【００１８】
前記冷却ファン３０は、ファン本体３１と、ファン本体３１内に収容されるインペラ３２を備えている。ファン本体３１の上壁３１ａと下壁３１ｂには、吸気口３３が形成されていて、インペラ３２の回転にともなって周囲の空気を吸気口３３から内部に吸込む。また、ファン本体３１には、吐出口３４が形成されている。
この吐出口３４は、ファン本体３１の内部と外部とを連通していて、ヒートシンク２５を構成するヒートシンク本体２６の一方の開口端と対向するように配置される。それゆえ、吸気口３３から吸込まれた空気は、吐出口３４を通ってヒートシンク２５の一方の開口端に向かって吐出されるようになっている。
【００１９】
ヒートシンク２５の開口端へ向って吐出された空気は、ヒートシンク２５内部を流通し他方の開口端から出る。そして、再び図２に示すように、ヒートシンク２５の他方の開口端と対向する第１の筐体４の後側壁４ｄに設けられる排気孔２９を通って、コンピュータ本体２の外部へ排出されるようになっている。
つぎに、前記ヒートパイプ１５について詳述する。
図４（Ａ）は、ヒートパイプ１５の内部構成図および冷却装置１３の第１〜第３の発熱体１０〜１２に対する冷却作用を説明する図、図４（Ｂ）は、ヒートパイプ１５の断面図である。図５（Ａ）は、ヒートパイプ１５の最小構成を説明する横断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００２０】
はじめに、図５（Ａ）（Ｂ）のヒートパイプ１５の最小構成から説明する。
このヒートパイプ１５は、平面視で矩形状をなし、所定の厚み寸法に形成される薄箱状で密閉構造のケース体１６を備えている。内部には図示しない作動液（冷媒）が収容されていて、作動液として、水、アルコール、アンモニア、フロン、代替フロン等が、流路体積の３０〜７０パーセントの割合で収容されている。
前記ケース体１６は、長さ方向に対して両側の端部１７Ａ、１７Ｂと、これら両端部１７Ａ，１７Ｂの相互間に中間部１８を備えている。前記中間部１８は、複数の仕切り体１９によって長さ方向に複数の筒部２０に仕切られている。最小構成として、ケース体１６内に設けられる仕切り体１９は２つ必要であり、これにより３つの筒部２０である、第１〜第３の筒部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成される。
【００２１】
第１の筒部２０ａと第３の筒部２０ｃに、毛細管構造体であるウイック２１を備えているが、第２の筒部２０ｂにはウイックが備えられていない。すなわち、ウイック２１有りの筒部２０ａ，２０ｃは、ウイック無しの筒部２０ｂを挟んで、この両側に設けられることとなる。
ウイック２１として、金属ワイヤ、メッシュ、焼結金属等が用いられる。第１の筒部２０ａに備えられるウイック２１と、第３の筒部２０ｃに備えられるウイック２１の一端部は、互いに仕切り体１９の一端部に揃えられ、かつ互いのウイック２１は、互いに長さの異なる他端部を備えている。
【００２２】
具体的には、第１の筒部２０ａに備えられるウイック２１の他端部よりも、第３の筒部２０ｃに備えられるウイック２１の他端部の長さが、より長く形成される。あるいは、第１、第３の筒部２０ａ，２０ｃで、互いに逆の長さの設定であってもよい。
以上述べたヒートパイプ１５の最小構成から、本発明におけるヒートパイプ１５を定義すると、ケース体１６の中間部１８は、長さ方向に少なくとも３つ以上の筒部２０に仕切る複数の仕切り体１９を備えている。そして、前記筒部２０のうちの少なくとも２つ以上の筒部２０に、毛細管構造体であるウイック２１を備えている。
【００２３】
ウイック２１を備えた筒部２０の少なくとも１つ以上は、仕切り体１９の長さより短い長さのウイック２１を備え、筒部２０の少なくとも１つ以上は、ウイック無しの筒部２０とする。ウイック２１を備えた筒部２０と、ウイック無しの筒部２０とは、互いに１つ置きに設けられる。
筒部２０に備えられるウイック２１は、一端部が仕切り体１９の一端部に揃えられ、互いのウイック２１は、互いに長さの異なる他端部を有する。そして、筒部２０に備えられるウイック２１は、一端部が仕切り体１９の一端部に揃えられ、互いのウイック２１は互いに他端部の長さが配列に沿って順次異なる。
【００２４】
つぎに、図４（Ａ）（Ｂ）から、実際にポータブルコンピュータ１に備えられ、冷却装置１３を構成するヒートパイプ１５について説明する。なお、同図におけるＸ方向とＹ方向の矢印は、図２のＸ方向とＹ方向の矢印に合わせて記してある。
図４（Ａ）に示すヒートパイプ１５は、ケース体１６の平面形状が略Ｌ字状に形成されていて、図４（Ｂ）に示すように所定厚みの薄箱状になっている。ケース体１６内部には先に説明したような作動液が収容される。
図４（Ａ）に示すように、ケース体１６の内部は、縦方向（Ｘ方向）の端部１７Ａと、横方向（Ｙ方向）の端部１７Ｂと、これら端部１７Ａ，１７Ｂ相互間に亘り略Ｌ字状に形成される中間部１８とから構成される。
【００２５】
前記中間部１８は、長さ方向に沿って５つの筒部２０に仕切る４つの仕切り体１９を備えている。略Ｌ字状の最も内側の筒部を第１の筒部２０Ａと呼ぶとすると、この外側に向って、第２の筒部２０Ｂ、第３の筒部２０Ｃ、第４の筒部２０Ｄおよび第５の筒部２０Ｅが順次形成される。
第１の筒部２０Ａと、第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅは、先に説明したような毛細管構造体であるウイック２１を備えている。第２の筒部２０Ｂおよび第４の筒部２０Ｄはウイックを備えておらず、空間部となっている。結局、ウイック２１を備えた筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅと、ウイック無しの筒部２０Ｂ，２０Ｄは、互いに１つ置きに設けられている。
【００２６】
各筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅに備えられるウイック２１は、互いの一端部が仕切り体１９の一端部に揃えられ、互いの他端部の長さが順次異なる。すなわち、第１の筒部２０Ａにおけるウイック２１の他端部長さが最も短く、第３の筒部２０Ｃのウイック２１他端部長さがつぎに長く、第５の筒部２０Ｅのウイック２１他端部長さが最も長い。
第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅにおいて、実際にウイック２１を備えた領域を「ウイック域Ｗ」と呼び、ウイックが備えられない領域を「非ウイック域Ｈ」と呼ぶとすると、ウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓを前記発熱体１０，１１，１２の熱接続位置として定めなければならない。
【００２７】
なお、第５の筒部２０Ｅに備えたウイック２１は、仕切り体１９と同じ長さであるので、第５の筒部２０Ｅ全体がウイック域Ｗであり、端部１７Ｂが非ウイック域Ｈとなって、これらの境位置Ｓに発熱体２０が熱接続される。
上述したように、各筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅに備えられるウイック２１の他端部長さを順次異ならせたので、ウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓに熱接続される発熱体１０，１１，１２は、直線部１５ａにおいて横方向（Ｙ方向）と縦方向（Ｘ方向）に沿って順次位置が異なっている。
【００２８】
したがって、ウイック２１の他端部長さを発熱体１０〜１２の幅寸法ａに合わせて設定すれば、各発熱体１０〜１２が互いに接することなく適宜な間隔を存する。図のように、第１〜第３の発熱体１０〜１２の幅寸法ａを全て同一とする必要がなく、互いに異なっていてもよい。
各筒部２０の幅寸法ｂを必要最小限確保すれば、ある程度の大きさの発熱体１０〜１２を熱接続できる。換言すれば、ヒートパイプ１５全体の幅寸法Ｌを必要最小限に短くして、より大きな平面面積の発熱体１０〜１２を熱接続できることとなる。
【００２９】
再び図２で示すヒートパイプ１５の破線は、第１の筒部２０Ａと、第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅに備えられるウイック域Ｗを示していて、非ウイック域Ｈとの境位置Ｓに第１〜第３の発熱体１０〜１２が熱接続される状態を示している。
つぎに、冷却装置１３の動作について説明する。
第１〜第３の発熱体１０〜１２は、全て、作用にともなって発熱する。これら発熱体１０〜１２の熱は、発熱体１０〜１２と熱接続されるヒートパイプ１５へ伝熱される。同時に冷却ファン３０が作動を開始し、ヒートシンク２５へ送風し冷却する。ヒートシンク２５は熱接続されるヒートパイプ１５の一端部から熱を奪う。
【００３０】
ヒートパイプ１５内に収容される作動液は、ヒートパイプ１５の端部１７Ａとその近傍位置でヒートシンク２５によって冷却され、凝縮して液体になる。この液体は、第１の筒部２０Ａと、第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅに備えられるウイック２１に、表面張力により蓄えられる。
液体は、図４（Ａ）に二点鎖線矢印で示すように、ウイック２１における毛細管圧力によって、ウイック域Ｗに形成される隙間を非ウイック域Ｈ側へ導かれる。そして、各筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅにおけるウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓにおいて、熱接続される第１〜第３の発熱体１０〜１２から熱を奪う。
【００３１】
すなわち、第１〜第３の発熱体１０〜１２はともに冷却されることとなり、１つのヒートパイプ１５で複数の発熱体１０〜１２に対して同時に冷却作用が行われる。ウイック域Ｗを導かれてきた液体は、非ウイック域Ｈとの境位置Ｓで各発熱体１０〜１２の熱を受けて蒸発し、蒸気に変わる。
ウイック域Ｗにはウイック２１が備えられるとともに液体が表面張力により導かれているので、蒸気に対する抵抗となる。その一方で、非ウイック域Ｈには何らの充填物もなく単なる空間部であるので、蒸気は左右の抵抗（圧力損失）差によりウイック域Ｗには戻らず、二点鎖線矢印で示すように非ウイック域Ｈから端部１７Ｂ方向へ導かれる。
【００３２】
すなわち、気化膨張による蒸気の圧力はウイック域Ｗを流れる作動液に対して逆流方向へは作用せず、作動液の流れに対して順方向にのみ作用して、順方向への流れを促進するので最大熱輸送量がより増大する。
特に、第５の筒部２０Ｅにおいては、筒部２０Ｅ全体にウイック２１が備えられ、ウイック域Ｗとなっているので、蒸気は直ちに端部１７Ｂに導かれる。第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅにおける蒸気は、仕切り体１９が設けられていない端部１７Ｂにおいて合流する。
【００３３】
第２の筒部２０Ｂと第４の筒部２０Ｄには何らの充填物もなく空間部であり、第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅから蒸気が継続して送られてくるので、蒸気は端部１７Ｂから第２の筒部２０Ｂと第４の筒部２０Ｄに分流し、二点鎖線矢印で示すようにヒートシンク２５側の端部１７Ａ方向へ導かれる。
したがって、液体と蒸気の流れは対向方向において仕切り体１９によって完全に分離され、互いに接触することはない。蒸気の流れは第２の筒部２０Ｂおよび第４の筒部２０Ｄを円滑に導かれてヒートシンク２５取付け側の端部１７Ａに到達し、ヒートシンク２５によって冷却され凝縮して液体に変わる。
【００３４】
そして、再び第１の筒部２０Ａと第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅに備えられるウイック２１の毛細管圧力により、ウイック域Ｗから非ウイック域Ｈ方向へ導かれる。このとき、第２の筒部２０Ｂと第４の筒部２０Ｄに導かれる蒸気の流れとは仕切り体１９によって完全に分離されているので、蒸気の流れが抵抗にならずにすみ円滑に流れる。
結局、ヒートパイプ１５に備えられる作動液は、第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅから第２の筒部２０Ｂおよび第４の筒部２０Ｄを逆方向に導かれて、再び第１、第３、第５の筒部２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｅに案内される循環流となる。
【００３５】
ヒートパイプ１５は単体でありながら、複数の発熱体１０〜１２を同時に冷却することとなり、しかも、複数の発熱体１０〜１２に対して蒸気と液体の流れを干渉させずに循環でき、効率的に熱を伝えることができる。
特に、ウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓに発熱体１０〜１２を熱接続することにより、蒸気の流れが円滑となり、ヒートパイプ１５の発熱体１０〜１２に対する冷却効率が向上する。
また、複数の筒部２０を備えるとともに、それぞれの筒部２０におけるウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓを非同一位置に設定することにより、発熱体１０〜１２相互の熱干渉を防止して効率の良い冷却作用が行われる。
【００３６】
冷却装置１３として、複数の発熱体１０〜１２を１つのヒートパイプ１５で効率的に冷却できるので、省スペース化と、コストの低減化および軽量化を図れる。この冷却装置１３を備えた電子機器であるポータブルコンピュータ１において、複数のＣＰＵ等の発熱体１０〜１２を同時に冷却でき、冷却効率が向上するうえに、筐体の薄型化および小型化に寄与する。
図６（Ａ）に示すようなヒートパイプ１５Ａであってもよい。すなわち、ケース体１６は完全密閉構造とする必要があるが、中間部１８を長さ方向に少なくとも３つ以上の筒部２０に仕切る複数の仕切り体１９ａは、必ずしも筒部２０を完全密閉構造とする必要はなく、ある程度の隙間を有していてもよい。
【００３７】
たとえば、ケース体１６は第１の板体１６ａと、第２の板体１６ｂとから構成され、互いの板体１６ａ，１６ｂの当接部ｔが常温接合もしくは、はんだ溶接のようなロウ付けによって互いに液密に接合される。仕切り体１９ａの一方の端部は第１の板体１６ａから突設され、本来は、他端部が第２の板体１６ｂと密に接合する。
しかしながら、このような構成を採用すると、全ての仕切り板１９ａの高さ寸法を、高精度に保持する必要があり、コストに与える影響が大となる。しかも、仕切り体１９ａによって仕切られる筒部２０に、液体を表面張力で蓄えるウイック２１を備えているので、仕切り体１９ａ先端と第２の板体１６ｂとの間にある程度の隙間が存在しても、少なくとも悪影響はない。
【００３８】
そして、仕切り体１９ａはウイック２１を備えた筒部２０と、ウイックが存在しない筒部２０とを仕切り、これらには蒸気が導かれ流れに圧力があるので、仕切り体１９ａ先端と第２の板体１６ｂとの間にある程度の隙間が存在しても、蒸気の漏れはほとんどなく悪影響はない。したがって、仕切り体１９の寸法管理が厳密でなくともすみ、加工費の低減化を図れる。
なお、ウイック２１として、金属ワイヤ、メッシュ、焼結金属等を用いるようにしたが、これに限定されるものではなく、図６（Ｂ）に示すように、複数の細い溝からなるウイック２１ａで構成するヒートパイプ１５Ｂであってもよい。
この場合、ヒートパイプ１５Ｂを第１の板体１１６ａと第２の板体１１６ｂとから構成し、第１の板体１１６ａの製造にあたって、たとえばエッチングの技術を用いて溝からなるウイック２１ａを形成すれば、金属ワイヤ、メッシュ、焼結金属等の別部材を用意し、これを筒部２０に充填する手間が不要となって、コストの低減に寄与する。
【００３９】
上述の冷却装置１３は第１〜第３の発熱体１０〜１２を同時に冷却するようにしたが、これに限定されるものではなく、さらに多くの発熱体を同時に冷却することが可能な構成を得られる。そして、図５（Ａ）（Ｂ）で説明したように、ヒートパイプ１５の最小構成を採用すれば、２つの発熱体を同時に冷却することが可能である。
また、ヒートパイプ１５において、ウイック２１が備えられる第１の筒部２０Ａと、第３の筒部２０Ｃおよび第５の筒部２０Ｅは、ウイック域Ｗと非ウイック域Ｈとの境位置Ｓを順にずらせて発熱体１０〜１２を熱接続したが、これに限定されるものではなく、互いに位置がずれていればよい。
【００４０】
すなわち、種々の電子回路構成があり、発熱体であるＣＰＵ等の位置が順にずれているとは限らない。上記ヒートパイプによれば、複数の発熱体が非同一位置に備えられていても、何らの支障もなく適応できることとなる。
上述のヒートポンプ１５は、平面視で略Ｌ字状に形成されているが、これに限定されるものではなく、直状、あるいは円弧状、あるいは波形状であってもよい。すなわち、搭載される電子機器の内部構成に応じて適宜選択できる。
さらに、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明における一実施の形態に係る、ポータブルコンピュータの斜視図。
【図２】同実施の形態に係る、コンピュータ本体の内部を概略的に示す平面図。
【図３】同実施の形態に係る、冷却装置を分解して示すとともに、プリント基板と第１〜第３の発熱体との相対配置関係を示す図。
【図４】同実施の形態に係る、ヒートパイプの内部構成図および冷却装置の第１〜第３の発熱体に対する冷却作用を説明する図と、ヒートパイプの断面図。
【図５】同実施の形態に係る、最小構成のヒートパイプの内部構成を説明する図と、ヒートパイプの断面図。
【図６】同実施の形態の変形例に係る、互いに異なる構成のヒートパイプの断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１６…ケース体、１５…ヒートパイプ、１７Ａ，１７Ｂ…端部、１８…中間部、２０…筒部、２０Ａ…第１の筒部、２０Ｂ…第２の筒部、２０Ｃ…第３の筒部、２０Ｄ…第４の筒部、２０Ｅ…第５の筒部、１９…仕切り体、２１…ウイック、１０…第１の発熱体、１１…第２の発熱体、１２…第３の発熱体、１３…冷却装置、Ｗ…ウイック域、Ｈ…非ウイック域、Ｓ…境位置、３５…放熱機構。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉構造のケース体内に作動液を収容し、この作動液の蒸発作用と凝縮作用をともなうヒートパイプにおいて、
前記ケース体は、長さ方向に対して両端部と中間部で構成され、
前記中間部は、長さ方向に少なくとも３つ以上の空間である筒部に仕切る複数の仕切り体を備え、
前記筒部の少なくとも２つ以上に、毛細管構造体であるウイックを備えたことを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記ウイックを備えた前記筒部の少なくとも１つ以上は、前記仕切り体の長さより短い長さのウイックを備え、
前記筒部の少なくとも１つ以上は、ウイック無しの筒部としたことを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記ウイックを備えた筒部と、ウイック無しの筒部とは、互いに１つ置きに設けられることを特徴とする請求項２記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記筒部に備えられるウイックは、一端部が前記仕切り体の一端部に揃えられ、互いのウイックは、互いに長さの異なる他端部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項５】
前記筒部に備えられるウイックは、一端部が前記仕切り体の一端部に揃えられ、互いのウイックは、互いに他端部の長さが配列に沿って順次異なることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項６】
密閉構造のケース体内に液体を収容し、液体の蒸発作用と凝縮作用をともなうヒートパイプにおいて、
前記ケース体は、長さ方向に対して両端部と中間部で構成され、
前記中間部は、長さ方向に少なくとも３つ以上の空間である筒部に仕切る複数の仕切り体を備え、
前記筒部の少なくとも２つ以上に、毛細管構造体であるウイックを備え、
前記筒部の少なくとも１つ以上は、ウイック無しの筒部とし、
前記ウイックを備えた筒部と、ウイック無しの前記筒部とは、互いに１つ置きに設けられることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項７】
前記ウイックは、互いの一端部が仕切り体の一端部に揃えられ、互いのウイックは、互いに他端部の長さが配列に沿って順次異なることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかにヒートパイプ。
【請求項８】
前記仕切り体は、前記筒部を完全密閉構造に仕切る、もしくは隙間を存して仕切るの、いずれか一方であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項９】
前記ウイックは、金属ワイヤ、メッシュ、焼結金属のいずれかが選択される、もしくは複数の細かい溝からなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項１０】
前記請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のヒートパイプを用いて複数の発熱体を同時に冷却する冷却装置であり、
前記ウイックが備えられる筒部において、ウイックが備えられる領域をウイック域とし、ウイックが備えられていない領域を非ウイック域としたとき、前記ウイック域と非ウイック域との境位置を、前記発熱体の熱接続位置に定めたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
前記ケース体における前記発熱体の熱接続位置とは反対側の端部に、この端部を冷却する放熱機構を備えたことを特徴とする請求項１０記載の冷却装置。
【請求項１２】
複数のＣＰＵ等の発熱体を収容する筐体内に、前記請求項１０および請求項１１のいずれかに記載の冷却装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
密閉構造のケース体内に作動液を収容し、この作動液の蒸発作用と凝縮作用をともなうヒートパイプにおいて、
前記ケース体は、長さ方向に対して両端部と中間部で構成され、
前記中間部は、長さ方向に少なくとも３つ以上の空間である筒部に仕切る複数の仕切り体を備え、
前記筒部の少なくとも２つ以上に、毛細管構造体であるウイックを備えたことを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記ウイックを備えた前記筒部の少なくとも１つ以上は、前記仕切り体の長さより短い長さのウイックを備え、
前記筒部の少なくとも１つ以上は、ウイック無しの筒部としたことを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記ウイックを備えた筒部と、ウイック無しの筒部とは、互いに１つ置きに設けられることを特徴とする請求項２記載のヒートパイプ。
【請求項４】
前記筒部に備えられるウイックは、一端部が前記仕切り体の一端部に揃えられ、互いのウイックは、互いに長さの異なる他端部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項５】
前記筒部に備えられるウイックは、一端部が前記仕切り体の一端部に揃えられ、互いのウイックは、互いに他端部の長さが配列に沿って順次異なることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項６】
密閉構造のケース体内に液体を収容し、液体の蒸発作用と凝縮作用をともなうヒートパイプにおいて、
前記ケース体は、長さ方向に対して両端部と中間部で構成され、
前記中間部は、長さ方向に少なくとも３つ以上の空間である筒部に仕切る複数の仕切り体を備え、
前記筒部の少なくとも２つ以上に、毛細管構造体であるウイックを備え、
前記筒部の少なくとも１つ以上は、ウイック無しの筒部とし、
前記ウイックを備えた筒部と、ウイック無しの前記筒部とは、互いに１つ置きに設けられることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項７】
前記ウイックは、互いの一端部が仕切り体の一端部に揃えられ、互いのウイックは、互いに他端部の長さが配列に沿って順次異なることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかにヒートパイプ。
【請求項８】
前記仕切り体は、前記筒部を完全密閉構造に仕切る、もしくは隙間を存して仕切るの、いずれか一方であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項９】
前記ウイックは、金属ワイヤ、メッシュ、焼結金属のいずれかが選択される、もしくは複数の細かい溝からなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のヒートパイプ。
【請求項１０】
前記請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のヒートパイプを用いて複数の発熱体を同時に冷却する冷却装置であり、
前記ウイックが備えられる筒部において、ウイックが備えられる領域をウイック域とし、ウイックが備えられていない領域を非ウイック域としたとき、前記ウイック域と非ウイック域との境位置を、前記発熱体の熱接続位置に定めたことを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
前記ケース体における前記発熱体の熱接続位置とは反対側の端部に、この端部を冷却する放熱機構を備えたことを特徴とする請求項１０記載の冷却装置。
【請求項１２】
複数のＣＰＵ等の発熱体を収容する筐体内に、前記請求項１０および請求項１１のいずれかに記載の冷却装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−５１４０７（Ｐ２００８−５１４０７Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８１４３（Ｐ２００６−２２８１４３）
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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