放熱装置及びその製造方法

【課題】電子機器の放熱装置の重量を低減し、熱伝導率及び放熱効率を向上する。
【解決手段】第１のキャビティ３０、第２のキャビティ４０及び複数の接続部材５０から構成され、第１のキャビティ３０内には、第１のチャンバ３１が画定され、第２のキャビティ４０内には、第２のチャンバ４１が画定される。複数の接続部材５０の両端は、それぞれ、第１のキャビティ３０及び第２のキャビティ４０に接続され、通路５３を介して第１のチャンバ３１と第２のチャンバ４１とは連通される。第１のチャンバ３１内の作動流体は、熱を吸収することによって気化され、通路５３を通過して第２のチャンバ４１に移動する。気体状態の作動流体は、第２のチャンバ４１内において冷却されて液体状態となり、通路５３から第１のチャンバ３１に戻る。この作動流体の循環によって放熱が行われる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱装置に関し、特に、熱伝導率及び放熱効果を高めることができる上、放熱装置全体の重量を低減することができる放熱装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の発熱に対する冷却又は熱の除去は、電子産業の発展にとって常に大きな課題となっている。また、電子機器に対して求められる機能、集積度及び機能が高まるにつれ、放熱に対する要求も大きくなっている。そのため、放熱装置の熱伝導率に関する研究開発は、電子工業において主要な課題となっている。
【０００３】
一般に、放熱フィンは、これらの放熱装置の部材又はシステムの熱を大気中に拡散させるために用いられる。放熱フィンは、熱の伝導抵抗が低いことにより、高い放熱効率を有する。一般に、熱の伝導抵抗は、放熱フィン内部の熱の伝導に対する抵抗と、放熱フィン表面と大気との間の対流に対する抵抗と、から構成される。放熱フィンは、銅、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料から製作されることにより、熱の伝導抵抗を低減している。しかし、対流に対する抵抗によって放熱フィンの放熱効果が限定されるため、近年の電子素子に求められる放熱効果を実現ことができない。
【０００４】
そのため、当該技術分野においては、さらに高効率の放熱メカニズムが注目されている。また、熱伝導効率の高いヒートパイプ（Ｈｅａｔｐｉｐｅ）と放熱フィンとが組み合わされた放熱装置が案出され、放熱問題が有効に解決されている。
【０００５】
上述の放熱装置は、蒸発部とされるヒートパイプの一方の端部が電子素子上のフレームに接続される。また、凝縮部とされるヒートパイプの他方の端部には、多数の放熱フィンが装着される。
図１を参照する。図１は、従来の放熱装置を示す斜視図である。図１に示すように、従来の放熱装置１０は、複数の放熱フィンから構成される放熱器１１と、少なくとも１つのヒートパイプ１２と、から構成される。ヒートパイプ１２の一方の端部は、凝縮部１２１であり、他方の端部は、蒸発部１２２である。凝縮部１２１は、放熱器１１に貫設される。蒸発部１２２は、電子素子から発生する熱エネルギーを吸収する。これにより、ヒートパイプ１２の蒸発部１２２が熱を受けたとき、蒸発部１２２内の作動流体が気化し、大量の気化熱により、電子素子の温度が降下される。その後、気体状態の作動流体は、ヒートパイプ１２の凝縮部１２１に達すると、複数のウィック構造上に付着して、冷却されて液体状態に相変化し、ヒートパイプ１２の蒸発部１２２に回流する。このとき、複数の放熱器１１によって大量の凝縮熱が放熱される。
【０００６】
従来の放熱装置１０の放熱器１１は、複数の放熱フィンから構成され、ヒートパイプ１２の凝縮部１２１が貫設される。従って、放熱効果を高めるためには、放熱フィン及びヒートパイプ１２の数を増やす必要がある。しかしながら、これにより放熱装置１０全体の体積及び重量が増大する。また、作動流体の気化及び液化は、ヒートパイプ１２内で行われるため、放熱装置１０の放熱効率も限定される。
【０００７】
即ち、従来の放熱装置は、以下（１）及び（２）に示す欠点を有する。
（１）放熱装置全体の体積が大きい上、重量が重い。
（２）熱伝導率及び放熱効率が限定される。
【０００８】
本発明の発明者及び当業者は、上述の従来の問題及び欠点を解決するために、研究開発を行った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２８１２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の主な目的は、全体重量を低減することができる放熱装置及びその方法を提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、熱伝導率及び放熱効果の高い放熱装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題を解決するために、本発明は、放熱装置を提供するものである。本発明の放熱装置は、第１のキャビティ、第２のキャビティ及び複数の接続部材から構成する。第１のキャビティ内には、第１のチャンバが画定され、第２のキャビティ内には、第２のチャンバが画定される。複数の接続部材の両端は、それぞれ、第１の開口及び第２の開口を有する。第１の開口と第２の開口との間には、通路が連通する。また、第１の開口は、第１のキャビティに接続され、第２の開口は、第２のキャビティに接続される。これにより、第１のキャビティの第１のチャンバは、通路を介して第２のキャビティの第２のチャンバと連通する。これにより、第１のチャンバ内の作動流体は、熱を吸収することによって気化され、通路を通過して第２のチャンバに移動する。また、作動流体は、第２のチャンバ内において冷却されて液体状態となり、通路から第１のチャンバに戻る。上述の構造によって放熱が行われることにより、放熱効率が大幅に高められる上、放熱装置全体の体積及び重量が低減される。
【００１２】
上述の課題を解決するため、本発明は、放熱装置の製造方法を提供するものである。本発明の放熱装置の製造方法は、第１のチャンバが画定された第１のキャビティを準備するステップと、第２のチャンバが画定された第２のキャビティを準備するステップと、通路が画定された複数の接続部材を準備するステップと、複数の接続部材を介して第１のキャビティと第２のキャビティとを接続することにより、通路を介して第１のチャンバと第２のチャンバとを連通させるステップと、第２のキャビティ外部に露出する第１の端部と、第２のチャンバと連通される第２の端部と、を有する導管を準備するステップと、導管を介して第１のチャンバ、通路及び第２のチャンバ内の空気を抽出する上、導管を介して第２のチャンバ内に作動流体を供給するステップと、導管の第１の端部を封止するステップと、を含む。第２のチャンバに供給された作動流体は、第１のチャンバに流れる。また、第１のチャンバ内の作動流体は、熱を吸収することによって気化され、通路を通過して第２のチャンバに移動する。また、作動流体は、第２のチャンバ内において冷却されて液体状態となり、通路から第１のチャンバに戻る。上述の構造によって放熱が行われることにより、放熱効率が大幅に高められる上、放熱装置全体の体積及び重量が低減される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の放熱装置は、以下（１）及び（２）に示す長所を有する。
（１）放熱装置全体の体積及び重量を低減することができる。
（２）熱伝導率及び放熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の放熱装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による放熱装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による放熱装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による放熱装置の使用状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による放熱装置を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による放熱装置を示す斜視図である。
【図７】本発明の第４実施形態による放熱装置を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態による放熱装置を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による放熱装置の製造方法を示すフロー図である。
【図１０】本発明の一実施形態による放熱装置の製造方法を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の目的、特徴および効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図２〜図４を参照する。図２は、本発明の第１実施形態による放熱装置を示す斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態による放熱装置を示す断面図である。図４は、本発明の第１実施形態による放熱装置の使用状態を示す断面図である。図２〜図４に示すように、本発明の第１実施形態による放熱装置２０は、第１のキャビティ３０、第２のキャビティ４０及び複数の接続部材５０から構成する。
【００１７】
第１のキャビティ３０内には、第１のチャンバ３１の空間が画定される。第１のチャンバ３１内には、作動流体を充填する。複数の接続部材５０の両端は、それぞれ、第１の開口５１及び第２の開口５２を有する。第１の開口５１と第２の開口５２との間には、通路５３が連通される。第１の開口５１は、第１のキャビティ３０に接続される。第１のキャビティ３０の接続部材５０の第１の開口５１に対応する位置には、第１の孔部３２がそれぞれ設けられる。第１の開口５１は、第１の孔部３２に接続される。また、通路５３は、第１の開口５１を介して第１のチャンバ３１に連通する。
【００１８】
第２のキャビティ４０内には、第２のチャンバ４１の空間が画定される。第２の開口５２は、第２のキャビティ４０に接続される。第２のキャビティ４０の第２の開口５２に対応する位置には、第２の孔部４２がそれぞれ設けられる。第２の開口５２は、第２の孔部４２に接続される。また、通路５３は、第２の開口５２を介して第２のチャンバ４１に連通する。
【００１９】
放熱装置２０は、発熱源の周辺に設置される（即ち、接触又は非接触の方式により、発熱源の近隣に配置される）。本発明の第１実施形態において、第１のキャビティ３０は、所謂、蒸発部（受熱部）である。発熱源から周辺環境に放出された熱／熱エネルギーは、第１のキャビティ３０から吸収され、最終的に第２のキャビティ４０に伝達される。第２のキャビティ４０は、所謂、凝縮部（放熱部）である。即ち、発熱源から熱／熱エネルギーが発生すると、第１のキャビティ３０が熱／熱エネルギーを吸収する。これにより、第１のチャンバ３１内の作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して上方に移動し、少なくとも１つの通路５３を通過して第２のチャンバ４１に移動する。気体状態の作動流体は、第２のチャンバ４１において潜熱を放出した後、液体に相変化し、残りの通路５３から第１のチャンバ３１に回流する。この作動流体の循環によって放熱が行われる。
【００２０】
ここで、第２のキャビティ４０を発熱源の周辺に設置し、第２のキャビティ４０を所謂、蒸発部（受熱部）としてもよい。この場合、第１のキャビティ３０が所謂、凝縮部（放熱部）となり、上述の態様と同様に、作動流体の循環によって放熱が行われる。
【００２１】
（第２実施形態）
図５を参照する。図５は、本発明の第２実施形態による放熱装置を示す断面図である。図５に示すように、第２実施形態による放熱装置は、第１実施形態と略同一であるため、同一部分は、ここでは詳しく述べない。本発明の第２実施形態による放熱装置は、第１のキャビティ３０、第２のキャビティ４０及び接続部材５０の内壁上に少なくとも１つのウィック構造層６０が設けられる点が第１実施形態と異なる。ウィック構造層６０により、発熱部材から熱が発生したとき、第１のキャビティ３０のウィック構造層６０上を流動する作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して蒸気となる。蒸気となった作動流体は、第２のチャンバ４１に到達して潜熱を放出した後、液体に相変化し、第２のチャンバ４１及び通路５３のウィック構造層６０の毛細管作用により、第１のチャンバ３１に回流する。この作動流体の循環により、放熱が行われる。
【００２２】
（第３実施形態）
図６を参照する。図６は、本発明の第３実施形態による放熱装置を示す斜視図である。図６に示すように、第３実施形態による放熱装置は、第２実施形態と略同一であるため、同一部分は、ここでは詳しく述べない。本発明の第３実施形態による放熱装置は、各隣り合う接続部材５０間に少なくとも１つの放熱フィン群７０が設けられる点が第２実施形態と異なる。放熱フィン群７０により、蒸気又は液体が通路５３を通過するとき（図３参照）、放熱が行われる。これにより、放熱装置２０の放熱効果が高められる。
【００２３】
（第４実施形態）
図７を参照する。図７は、本発明の第４実施形態による放熱装置を示す断面図である。図７に示すように、第４実施形態による放熱装置は、第３実施形態と略同一であるため、同一部分は、ここでは詳しく述べない。本発明の第４実施形態による放熱装置は、複数の接続部材５０の第２の開口５２の長さが同一でない点が第３実施形態と異なる。即ち、一部の第２の開口５２は、第２の孔部４２を通過して第２のチャンバ４１の内部まで延伸される。これにより、第１のチャンバ３１の作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して蒸気となり、第２の開口５２から第２のチャンバ４１の内部に延伸された通路５３を経由して第２のチャンバ４１に移動する。蒸気は、第２のチャンバ４１で潜熱を放出した後、液体に相変化し、第２の孔部４２に接続された延伸されていない接続部材５０の第２の開口５２から通路５３を経由して第１のチャンバ３１に流れる。これにより、液体と気体の通路５３が有効に区分される。図８を参照する。図８に示すように、第２のキャビティ４０を発熱源の周辺／近隣に設置し、第２のキャビティ４０を所謂、蒸発部（受熱部）としてもよい。この場合、第１のキャビティ３０が所謂、凝縮部（放熱部）となる。複数の第１の開口５１は、高さが同一ではない。即ち、一部の通路５３の第１の開口５１は、第１の孔部３２を通過して第１のチャンバ３１の内部まで延伸される。これにより、第２のチャンバ４１の作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して蒸気となり、第１の開口５１から第１のチャンバ３１の内部に延伸される通路５３を経由して第１のチャンバ３１に移動する。蒸気は、第１のチャンバ３１で潜熱を放出した後、液体に相変化し、第１の孔部３２に接続された第１の開口５１から通路５３を経由して第２のチャンバ４１に流れる。これにより、液体と気体の通路５３が有効に区分される。
【００２４】
図２〜図４、図９及び図１０を参照する。図９は、本発明の一実施形態による放熱装置の製造方法を示すフロー図である。図１０は、本発明の一実施形態による放熱装置の製造方法を示す斜視図である。本発明の一実施形態による放熱装置の製造方法は、以下のステップ１〜ステップ７を含む。
【００２５】
ステップ１：第１のチャンバが画定された第１のキャビティを準備する。
【００２６】
ステップ１において、第１のキャビティ３０を準備して、第１のキャビティ３０とその内部に形成される空間とにより、第１のチャンバ３１を画定する。また、第１のチャンバ３１の一方の側面に複数の第１の孔部３２を形成する。
【００２７】
ステップ２：第２のチャンバが画定された第２のキャビティを準備する。
【００２８】
ステップ２において、第２のキャビティ４０を準備して、第２のキャビティ４０と内部に形成される空間により、第２のチャンバ４１を画定する。また、第２のチャンバ４１の一方の側面に複数の第２の孔部４２を形成する。
【００２９】
ステップ３：通路が画定された複数の接続部材を準備する。
【００３０】
ステップ３において、複数の接続部材５０を準備する。複数の接続部材５０の両端は、第１の開口５１及び第２の開口５２を有する。第１の開口５１と第２の開口５２との間には、通路５３が連通される。
【００３１】
ステップ４：複数の接続部材を介して第１のキャビティと第２のキャビティとを接続することにより、通路を介して第１のチャンバと第２のチャンバとを連通させる。
【００３２】
ステップ４において、複数の接続部材５０の両端をそれぞれ第１のキャビティ３０と第２のキャビティ４０とに接続する。また、接続部材５０の第１の開口５１を第１の孔部３２に接続し、接続部材５０の第２の開口５２を第２の孔部４２に接続する。これにより、通路５３は、第１のチャンバ３１及び第２のチャンバ４１に連通する。
【００３３】
ステップ５：導管を準備し、導管を第１のキャビティ又は第２のキャビティに接続する。
【００３４】
ステップ５において、導管８０は、第１の端部８１及び第２の端部８２を有する。導管８０が第１のキャビティ３０に設けられる場合、第１の端部８１は、第１のキャビティ３０の外部に露出し、第２の端部８２は、第１のチャンバ３１に連通する。また、導管８０が第２のキャビティ４０に設けられる場合、第１の端部８１は、第２のキャビティ４０の外部に露出し、第２の端部８２は、第２のチャンバ４１に連通する。本発明の一実施形態において、導管８０は、第１のキャビティ３０に設置される。
【００３５】
ステップ６：導管を介して第１のチャンバ、通路及び第２のチャンバ内の空気を抽出し、導管を介して第１のチャンバ又は第２のチャンバ内に作動流体を供給する。
【００３６】
ステップ６において、導管８０を介して第１のチャンバ３１、通路５３及び第２のチャンバ４１内の空気を抽出して、第１のチャンバ３１、通路５３及び第２のチャンバ４１内を真空にする。また、導管８０を介して第１のチャンバ３１又は第２のチャンバ４１内に作動流体を供給する。本発明の一実施形態では、作動流体は、第１のチャンバ３１に注入される。
【００３７】
ステップ７：導管の第１の端部を封止する。
【００３８】
ステップ７において、導管８０の第１の端部を封止することにより、第１のキャビティ３０、通路５３及び第２のキャビティ４０内を真空の封止された状態にする。
【００３９】
第１のキャビティ３０は、発熱源の周辺に設置される。第１のキャビティ３０は、発熱源から熱／熱エネルギーが発生したとき、発熱源の周辺に拡散される熱／熱エネルギーを吸収するために用いられる。第１のチャンバ３１内の作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して上方に移動し、少なくとも１つの通路５３を通過して第２のチャンバ４１に移動する。気体状態の作動流体は、第２のチャンバ４１において潜熱を放出した後、液体に相変化し、残りの通路５３から第１のチャンバ３１に回流する。この作動流体の循環によって放熱が行われる。
【００４０】
第１のチャンバ３１、第２のチャンバ４１及び通路５３上には、少なくとも１つのウィック構造層６０が設けられる。ウィック構造層６０により、発熱部材から熱が発生したとき、第１のキャビティ３０のウィック構造層６０上を流動する作動流体は、熱を吸収することにより、蒸発して蒸気となる。蒸気は、第２のチャンバ４１に到達して潜熱を放出した後、液体に相変化し、第２のチャンバ４１及び通路５３のウィック構造層６０の毛細管作用により、第１のチャンバ３１に回流する。この作動流体の循環により、放熱が行われる。
【００４１】
第１のキャビティ３０、通路５３及び第２のキャビティ４０内が真空に密封された後、放熱装置２０を装着するのに便利なように、導管８０は、取り外される。
【００４２】
以上の説明は、本発明の実施形態を示すものであり、本発明を限定するものではない。当業者は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において各種の変更及び修飾を行うことができ、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって画定される。
【符号の説明】
【００４３】
２０放熱装置
３０第１のキャビティ
３１第１のチャンバ
３２第１の孔部
４０第２のキャビティ
４１第２のチャンバ
４２第２の孔部
５０接続部材
５１第１の開口
５２第２の開口
５３通路
６０ウィック構造層
７０放熱フィン群
８０導管
８１第１の端部
８２第２の端部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のキャビティ、第２のキャビティ及び複数の接続部材を備える放熱装置であって、
前記第１のキャビティ内には、第１のチャンバが画定され、
前記第２のキャビティ内には、第２のチャンバが画定され、
前記複数の接続部材は、第１の開口、第２の開口及び少なくとも１つの通路を有し、前記第１の開口と前記第２の開口と前記通路とは、互いに連通し、前記第１の開口は、前記第１のキャビティに接続され、前記第２の開口は、前記第２のキャビティに接続され、前記通路を介し、前記第１のキャビティと第２のキャビティとは、互いに連通されることを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記第１のキャビティの前記接続部材の第１の開口に対応する位置には、第１の孔部がそれぞれ設けられ、前記第１の開口は、前記第１の孔部に接続されるか、或いは、第１の孔部を通過して第１のチャンバの内部まで延伸することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記第２のキャビティの前記接続部材の第２の開口に対応する位置には、第２の孔部がそれぞれ設けられ、前記第２の開口は、前記第２の孔部に接続されるか、或いは、第２の孔部を通過して第２のチャンバの内部まで延伸することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項４】
前記接続部材の通路は、前記第１の開口及び前記第２の開口を介して前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを連通することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項５】
前記隣り合う接続部材間には、少なくとも１つの放熱フィン群が配置されることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項６】
前記第１のキャビティ、第２のキャビティ及び接続部材内は、ウィック構造層及び作動流体を有することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項７】
第１のチャンバが画定された第１のキャビティを準備するステップと、
第２のチャンバが画定された第２のキャビティを準備するステップと、
通路が画定された複数の接続部材を準備するステップと、
前記複数の接続部材を介して前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとを接続することにより、前記通路を介して前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを連通させるステップと、
導管を準備し、前記導管を前記第１のキャビティ又は前記第２のキャビティに接続するステップと、
前記導管を介して前記第１のチャンバ、前記通路及び前記第２のチャンバ内の空気を抽出して、前記導管を介して前記第１のチャンバ又は前記第２のチャンバ内に作動流体を供給するステップと、
前記導管の第１の端部を封止するステップと、からなることを特徴とする放熱装置の製造方法。
【請求項８】
前記隣り合う接続部材間には、少なくとも１つの放熱フィン群が配置されることを特徴とする請求項７に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ及び前記通路上には、少なくとも１つのウィック構造層が形成されることを特徴とする請求項７に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項１０】
前記導管は、第１の端部が封止された後、取り外されることを特徴とする請求項７に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項１１】
前記導管は、第１の端部及び第２の端部を有し、
前記導管が前記第１のキャビティに設けられる場合、前記第１の端部は、前記第１のキャビティの外部に露出し、前記第２の端部は、前記第１のチャンバに連通し、
前記導管が前記第２のキャビティに設けられる場合、前記第１の端部は、前記第２のキャビティの外部に露出し、前記第２の端部は、前記第２のチャンバに連通することを特徴とする請求項７に記載の放熱装置の製造方法。

【図１】