熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイス
【課題】拡散接合時に加えられる荷重を大きくすることなく製造される、気密性の高い熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイスを提供すること。
【解決手段】フレーム部材２の接合面２１と拡散接合される、上板部材１の接合面１ａが凸形状に形成されることで、接合面１ａと接合面２１との接触領域を小さくすることができる。従って、接合面１ａ及び２１とに加えられる圧力（単位面積あたりの荷重）が大きくなり、高い圧力で接合面１ａ及び２１が拡散接合される。同様に、下板部材３の接合面３ａ及びフレーム部材２の接合面２３も高い圧力で拡散接合される。これにより、拡散接合時に加えられる全体荷重Ｆを大きくすることなく、気密性の高い熱輸送デバイス１００を製造することができる。
【解決手段】フレーム部材２の接合面２１と拡散接合される、上板部材１の接合面１ａが凸形状に形成されることで、接合面１ａと接合面２１との接触領域を小さくすることができる。従って、接合面１ａ及び２１とに加えられる圧力（単位面積あたりの荷重）が大きくなり、高い圧力で接合面１ａ及び２１が拡散接合される。同様に、下板部材３の接合面３ａ及びフレーム部材２の接合面２３も高い圧力で拡散接合される。これにより、拡散接合時に加えられる全体荷重Ｆを大きくすることなく、気密性の高い熱輸送デバイス１００を製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体の相変化により熱を輸送する熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ等の電子機器を冷却するために、電子機器から発生する熱を吸収し、熱放射部へ輸送して放出する、ヒートパイプ等の冷却デバイスが用いられている。
【０００３】
このような冷却デバイスでは、吸収した熱により内部に含まれる作動流体が蒸発し、その蒸気が低温の熱放射部へ移動し、凝縮することで熱が放出される。これにより電子機器が冷却される。
【０００４】
近年においては、電子機器等の小型化、薄型化に伴い、その内部に含まれるＩＣ等の発熱が大きな問題となっている。この問題の解決手段として、小型、薄型、高効率の廉価な冷却デバイスが求められている。
【０００５】
特許文献１には、ヒートスプレッダーを構成する上カバー及び下カバーが拡散接合される、拡散接合工程について記載されている。拡散接合のために設定される条件として、拡散接合温度、圧力及び時間が挙げられている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４０４３５号公報（段落[００２３]、[００２４]、[００２６]、[００３３]、図７−図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、冷却デバイスの内部の気密性を高めるためには、上記の拡散接合工程において、冷却デバイスに加えられる荷重を大きくする必要がある。しかしながら、大きな荷重を均一に加えることは難しく、冷却デバイスに加えられる荷重にムラが発生する場合がある。そうすると、上カバー及び下カバーの接合状態も均一にならず、冷却デバイスの気密性が損なわれるおそれがある。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、拡散接合時に加えられる荷重を大きくすることなく製造される、気密性の高い熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の、前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための凸形状の接合面と、前記容器を構成する第２の板の接合面とを対面させることを含む。
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と、前記第２の板の前記接合面とが拡散接合される。
【００１０】
第１の板には、第２の板の接合面と拡散接合されることにより容器の側壁の一部を構成するための凸形状の接合面が、環状に設けられている。この第１の板の接合面が凸形状を有していることにより、上記拡散接合工程において、第１の板の接合面と第２の板の接合面との接触面積が小さくなる。従って、第１の板の接合面及び第２の板の接合面に加えられる圧力（単位面積あたりの荷重）が大きくなり、高い圧力で第１の板の接合面及び第２の板の接合面が拡散接合される。これにより、拡散接合時に加えられる全体荷重を大きくすることなく、気密性の高い熱輸送デバイスを製造することができる。
【００１１】
前記第１の板は、複数の前記凸形状の接合面を有してもよい。
【００１２】
第１の板に設けられた複数の凸形状の接合面は、第２の板の接合面と高い圧力で拡散接合され、容器の側壁の一部を構成する。この側壁の一部となった複数の凸形状の接合面が、容器の内部空間を多重に囲むので、リーク不良の確率を低くすることができる。
【００１３】
前記拡散接合工程は、前記複数の凸形状の接合面を変形させてもよい。
【００１４】
上記拡散接合工程で加えられる高い圧力により、容器の側壁の一部を構成する凸形状の接合面の幅が大きくなる。これにより、熱輸送デバイスの気密性が高められる。
【００１５】
前記変形した複数の凸形状の接合面の各幅の合計は、１００μｍ〜１ｃｍであってもよい。
【００１６】
前記熱輸送デバイスの製造方法は、さらに、機械研磨、エッチング、又は金型加工により、前記凸形状の接合面を形成することを含んでもよい。
【００１７】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の、前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための凸形状の接合面と、前記側壁を構成するフレーム部材の第１の接合面とを対面させることを含む。
前記容器を構成する第２の板の接合面と、前記フレーム部材の、前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面とを対面させる。
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と前記第１の接合面とが拡散接合され、かつ、前記第２の板の前記接合面と前記第２の接合面とが拡散接合される。
【００１８】
第１の板の接合面とフレーム部材の第１の接合面とを対面させる工程、及び第２の板の接合面とフレーム部材の第２の接合面とを対面させる工程は、同時に行われてもよいし、順次行われてもよい。
【００１９】
前記第２の板の接合面は、前記側壁の一部を構成するために凸形状に形成されてもよい。
【００２０】
これにより、上記拡散接合工程において加えられる荷重を大きくすることなく、第１の板とフレーム部材、及び第２の板とフレーム部材とが、共に、高い圧力で拡散接合される。
【００２１】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の接合面と、前記容器の内部空間を囲む側壁を構成するフレーム部材の、前記側壁の一部を構成するための凸形状の第１の接合面とを対面させることを含む。
前記容器を構成する第２の板の接合面と、前記フレーム部材の、前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面とを対面させる。
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と前記第１の接合面とが散接合され、かつ、前記第２の板の前記接合面と前記第２の接合面とが拡散接合される。
【００２２】
前記フレーム部材の第２の接合面は、前記側壁の一部を構成するために凸形状に形成されてもよい。
【００２３】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の接合面と、前記容器を構成する第２の板の接合面とが対面するように、かつ、環状の凸部を有する治具部の、前記凸部が前記第１の板の接合面の反対側から前記第１の板に向くように、前記治具部、前記第１の板及び前記第２の板を積層することを含む。
前記積層方向に前記治具部、前記第１の板及び前記第２の板に荷重を加えることで、前記第１の板の前記接合面が前記容器の内部空間を囲む側壁の一部として構成されるように、前記凸部により前記第１の板の前記接合面を凸形状に形成し、
前記容器を形成するために、前記荷重を利用して前記第１の板の前記接合面と前記第２の板の前記接合面とが拡散接合される。
【００２４】
治具部が有する環状の凸部により第１の板の接合面へ高い圧力が加えられ、第１の板の接合面が、容器の側壁の一部として構成されるように凸形状に形成される。また、その高い圧力で第１の板の接合面及び第２の板の接合面が拡散接合される。
【００２５】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する板を曲げることにより、前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材を、前記曲げられて形成される前記板の第１の部位及び第２の部位で挟む。
前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための、前記第１の部位に形成された凸形状の接合面と、前記第２の部位の接合面とが対面させられる。
前記容器を形成するために、前記第１の部位の前記接合面と、前記第２の部位の前記接合面とが拡散接合される。
【００２６】
これにより、１つの板が曲げられて容器が形成されるので、部品数が減り、コストを削減することができる。また、複数の部品により容器が構成される場合において、それら各部品の所定の位置決め精度が必要となるが、本発明では、そのような高い位置決め精度は必要がない。
【００２７】
本発明の一形態に係る熱輸送デバイスは、容器と、作動流体とを具備する。
前記容器は、内部空間を囲む側壁を有する容器であって、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する第１の板と、前記凸形状の接合面に拡散接合により接合された第２の板とを有する。
前記作動流体は、前記容器内で相変化することにより熱を輸送する。
【００２８】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスでは、容器は、内部空間を囲む側壁を有する容器であって、第１の板と、フレーム部材と、第２の板とを有する。
前記第１の板は、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する。
前記フレーム部材は、前記凸形状の接合面に拡散接合により接合された第１の接合面を有し、前記側壁を構成する。
前記第２の板は、前記フレーム部材の前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面に拡散接合により接合される。
前記第２の板は、前記フレーム部材の前記第２の接合面に拡散接合により接合された、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有してもよい。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、拡散接合時に加えられる荷重を大きくすることなく、気密性の高い熱輸送デバイスが製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３１】
[第１の実施形態に係る熱輸送デバイス]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な断面図である。図２は、その分解斜視図であり、図３は、図１における符号Ｘ及びＹの拡大図である。図１の断面図は、熱輸送デバイス１００の長手方向における断面図であり、以後、断面図の方向は同様である。
【００３２】
熱輸送デバイス１００は、容器４と、容器４内に設けられた毛細管部材５とを含む。容器４は、上板部材１、フレーム部材２及び下板部材３により構成される。フレーム部材２により、容器４の内部空間を囲む側壁が構成される。
【００３３】
容器４の内部には、相変化により熱を輸送する図示しない作動流体が封入されており、この作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材５が設けられている。毛細管部材５は、第１のメッシュ層６と、第１のメッシュ層６に積層された第２のメッシュ層７とを含む。第２のメッシュ層７は、第１のメッシュ層６に含まれるメッシュよりも目の粗いメッシュからなる。
【００３４】
作動流体としては、純水、エタノール又は代替フロン等が用いられる。
【００３５】
容器４を構成する上板部材１、フレーム部材２及び下板部材３の材料としては、典型的には銅が用いられる。その他に、例えばニッケル、アルミニウム、又はステンレス等が用いられてもよい。上板部材１及び下板部材３の厚みは、典型的には０．１ｍｍ〜０．８ｍｍである。フレーム部材２の厚みは、典型的には０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、図２に示すように、幅ａは典型的には２ｍｍ〜１ｃｍである。ここで典型的な例として挙げる材料及び数値等は、これに限られるという意味ではない。このことは、以降の説明でも同様である。
【００３６】
図２に示すように、第１のメッシュ層６及び第２のメッシュ層７は、金属細線による網目状のメッシュを有するメッシュ部材８が、１枚又は複数枚積層されて形成されている。本実施形態では、第１のメッシュ層６として、２〜５枚のメッシュ部材８が積層され、第１のメッシュ層６の上に第２のメッシュ層７として、１枚のメッシュ部材８が積層されている。複数のメッシュ部材８は、例えばろう付け、接着剤を用いた接合、又はめっき処理等により積層される。各メッシュ部材８の厚みは、典型的には０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍである。
【００３７】
熱輸送デバイス１００が動作していないときは、作動流体は、第１のメッシュ層６及び第２のメッシュ層７のうち、主に毛細管力の強い第１のメッシュ層６の方に引き寄せられて保持されている。
【００３８】
毛細管部材５として、メッシュ層以外のものが用いられてもよい。例えば複数のワイヤーが束になったものなどが挙げられるが、作動流体に毛細管力を作用させるものであれば、どのようなものでもよい。また、気相となった作動流体の流路には毛細管部材５が用いられない構造でもよい。すなわち、容器４の厚み方向で、例えば容器４の内部空間の底面から半分の高さまで毛細管部材５が配置され、他の半分は毛細管部材５が配置されない構造であってもよい。
【００３９】
図３に示すように、上板部材１及び下板部材３には、凸形状の接合面１ａ及び３ａがそれぞれ設けられている。接合面１ａ及び３ａは、例えば機械研磨、エッチング、又は金型加工等で形成される。エッチングとしては、薬品（例えば硫酸及び過酸化水素水）を用いたドライエッチングやＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のエッチング技術が用いられる。また、金型加工としては、プレス加工、又は鋳造加工等が用いられる。これにより、熱輸送デバイス１００の製造におけるコストを抑えることができる。
【００４０】
熱輸送デバイス１００の動作について説明する。熱輸送デバイス１００の吸熱部Ｖ（図１参照）において、例えば回路デバイス等の熱源１０から熱を受け、液相の作動流体が蒸発する。気相になった作動流体は、主に第２のメッシュ層７を通って放熱部Ｗへ移動し、放熱部Ｗで熱を放出し凝縮する。液相になった作動流体は、第１のメッシュ層６による毛細管力を受けて吸熱部Ｖへ移動し、熱源１０からの熱を受けて再び蒸発する。このサイクルが繰り返されることで、熱源１０が冷却される。
【００４１】
なお図１では、熱源１０は、熱輸送デバイス１００の液相側に近い側、つまり第１のメッシュ層６に近い側に配置される例を示した。しかし、熱輸送デバイス１００は、薄板形状で形成されているので、図１７に示すように、例えば熱輸送デバイス１００の気相側に近い側、つまり第２のメッシュ層７側に近い側に配置されても、高い熱輸送性能を発揮することができる。
【００４２】
[熱輸送デバイス１００の製造方法]
図４は、熱輸送デバイス１００の製造方法を説明する図である。図４（Ａ）に示すように、例えば図示しない接合装置の台上に下板部材３が載置され、下板部材３に、フレーム部材２及び毛細管部材５が載置され、また、フレーム部材２に上板部材１が載置される。この際、上板部材１の凸形状の接合面１ａと、フレーム部材２の上板部材１と接合される接合面２１とが対面する。また、下板部材３の凸形状の接合面３ａと、フレーム部材２の下板部材３と接合される接合面２３とが対面する。
【００４３】
図５（Ａ）は、図４（Ａ）において、上板部材１の凸形状の接合面１ａと、フレーム部材２の接合面２１とが対面したときの、接合面１ａと接合面２１との接触領域Ｚを示した模式的な図である。接合面３ａと接合面２３との接触領域も同様である。図５（Ａ）に示すように、接合面１ａが凸形状に形成されることで、接合面１ａと接合面２１との接触領域Ｚを小さくすることができる。
【００４４】
図４（Ｂ）に示すように、上板部材１、フレーム部材２及び下板部材３が加熱された状態で、上板部材１側及び下板部材３側の両方から均等に全体荷重Ｆが加えられる。これにより接合面１ａ及び３ａが、それぞれフレーム部材２と拡散接合される。接合面１ａ及び３ａは、上板部材１及び下板部材３に、それぞれ環状に設けられており（図２の符号３ａ参照）、フレーム部材２と拡散接合されることで、容器４の側壁の一部を構成する。
【００４５】
図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）において拡散接合された接合面１ａと接合面２１との接触領域Ｚを示す模式的な図である。図５（Ｂ）に示すように、図４（Ｂ）の拡散接合工程において、接合面１ａは変形し幅が大きくなる。これにより熱輸送デバイス１００の気密性が高められる。
【００４６】
図５（Ａ）で説明したように、接合面１ａが凸形状に形成されることで、接合面１ａと接合面２１との接触領域Ｚを小さくすることができる。従って、接合面１ａ及び２１に加えられる圧力（単位面積あたりの荷重）が大きくなり、高い圧力で接合面１ａ及び２１が拡散接合される。同様に、接合面３ａ及び２３も高い圧力で拡散接合される。これにより、図４（Ｂ）に示す拡散接合工程において、全体荷重Ｆを大きくすることなく、気密性の高い熱輸送デバイス１００を製造することができる。
【００４７】
本実施形態では、上板部材１及び下板部材３に凸形状の接合面１ａ及び３ａがそれぞれ設けられるが、これに限られない。上板部材１又は下板部材３のいずれか一方に凸形状の接合面が設けられる構造でも、上記した本実施形態の特有の効果は得られる。
【００４８】
変形した接合面１ａ及び３ａの幅について、本発明者は、以下のようなシミュレーションに基づいて検討した。
【００４９】
図６は、シミュレーションのために想定される、隙間（ボイド）を有する熱輸送デバイスを説明する模式的な断面図である。これ以後の説明では、毛細管部材の図示を省略する。
【００５０】
熱輸送デバイス９００は、上板部材９０１及びベッセル形状の下板部材９０３で構成される容器９０４を有する。上板部材９０１及び下板部材９０３の接合部分には、直径ｄ（ｎｍ）の円筒状のボイド９５０が形成され、このボイド９５０により発生するリークレートがシミュレーションされる。ボイド９５０の長さは側壁の幅ｂと同等であり、それをリークパスｂとする。
【００５１】
図７は、リークパスｂに対するリークレートをシミュレーションしたグラフである。容器９０４の内部空間の圧力は、２５℃の水の蒸気圧とほぼ同等の０．０３ａｔｍとする。容器９０４の外部は大気とする。これらの条件で、ボイド９５０の直径ｄが１００ｎｍ、１０ｎｍ及び１ｎｍの場合におけるリークレートがシミュレーションされる。直径ｄとして設定される１００ｎｍは、熱輸送デバイスの製造に用いられる一般的な部材の、表面の粗さによる凹凸の平均の高さの実測値に基づいた数値である。つまり、ここでのシミュレーションにおいては、直径ｄが１００ｎｍのボイドは、接合面９１１と接合面９３１の表面の粗さにより発生するボイドとして想定されている。
【００５２】
リークレートが、一般的なＨｅリークディテクタの測定限界である１．００×１０-10Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃ以下の場合に、リークが無いと判断する。分子直径が小さく、質量も小さいＨｅのリークレートが１．００×１０-10Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃ以下の範囲であれば、熱輸送デバイス９００の気密性は損なわれない。
【００５３】
図７のグラフに示すように、リークパスｂが１００μｍ〜１００００μｍ（１ｃｍ）の範囲で、リークレートが１．００×１０-10Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃより小さくなる（破線で囲った領域）。つまり、リークパスｂが１００μｍ〜１ｃｍの範囲であれば、熱輸送デバイス９００の気密性は損なわれない。
【００５４】
このことを熱輸送デバイス１００について考える。図４（Ｂ）の拡散接合工程において、上板部材１の接合面１ａ及びフレーム部材２の接合面２１の表面の粗さにより、ボイド（直径ｄが１００ｎｍのボイド）が、接合面１ａと接合面２１との接合部分に発生したとする。しかしながら、上記拡散接合工程において変形された接合面１ａの幅が１００μｍ〜１ｃｍの範囲であれば、発生したボイドのリークパスも１００μｍ〜１ｃｍの範囲となり、熱輸送デバイス１００の気密性は損なわれない。
【００５５】
また、図４（Ｂ）の拡散接合工程では、接合面１ａ及び２１に高い圧力が加えられるので、接合面１ａ及び２１の表面の粗さによる凹凸の高さが小さくなり、表面の粗さにより発生するボイドの直径ｄも小さくなることが考えられる。この場合リークレートは小さくなるので、上記の範囲の幅を有する接合面１ａにより、熱輸送デバイス１００の気密性は十分に保たれる。
【００５６】
以上の説明は、接合面１ａの幅が上記の範囲で限定されることを意味している訳ではない。熱輸送デバイス１００の気密性が保たれる範囲で、適宜設定してもよい。
【００５７】
次に、本発明の各実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法の、拡散接合工程における全体荷重と圧力との関係について説明する。
【００５８】
[第２の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法]
図８は、本発明の第２の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。図８（Ａ）に示すように、熱輸送デバイス２００のベッセル形状の下板部材２０３に、凸形状の接合面２０１ａを有する上板部材２０１が載置される。図８（Ｂ）は、接合面２０１ａと下板部材２０３の接合面２３１との接触領域Ｚを示す模式的な図である。
【００５９】
図９は、比較対象の熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。図９（Ａ）に示すように、熱輸送デバイス１０００の下板部材１００３に、凸形状でない接合面１０１１を有する上板部材１００１が載置される。図９（Ｂ）は、接合面１０１１と下板部材１００３の接合面１０３１との接触領域Ｚを示す模式的な図である。
【００６０】
ここで、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）に示す接合面２３１及び１０３１の大きさを同等とし、短手方向の大きさｆを５ｃｍ、長手方向の大きさｅを２０ｃｍ、及び幅ｇを５ｍｍとする。また、図８（Ｂ）に示す接触領域Ｚの幅ｊを１００μｍとする。この場合、熱輸送デバイス２００における、接合面２０１ａと接合面２３１との接触領域Ｚの面積は０．５ｃｍ2となり、熱輸送デバイス１０００における、接合面１０１１と接合面１０３１との接触領域Ｚの面積は２４ｃｍ2となる。これらの数値は説明の便宜上設定されるもので、熱輸送デバイス２００の大きさを限定するものではない。
【００６１】
熱輸送デバイス２００及び１０００に同等の全体荷重１００ｋｇｆが加えられる。そうすると、接合面２０１ａ及び２３１に加えられる圧力は、２００ｋｇｆ／ｃｍ2（２０ＭＰａ）となり、接合面１０１１及び１０３１に加えられる圧力は、４．２ｋｇｆ／ｃｍ2（０．４２ＭＰａ）となる。つまり、本実施形態に係る熱輸送デバイス２００の容器２０４の方が、高い圧力での拡散接合により形成され、気密性が高くなる。また、拡散接合工程で発生するボイドによる歩留まりの低下を防ぐことができる。
【００６２】
比較対象の熱輸送デバイス１０００の容器１００４が、容器２０４と同様に高い圧力（２０ＭＰａ）で形成されるためには、上板部材１００１及び下板部材１００３に、１００ｋｇｆの５０倍となる５ｔｆ程度の全体荷重が加えられる必要がある。しかしながら、大きな荷重を均一に加えることは難しく、上板部材１００１及び下板部材１００３に加えられる荷重にムラが発生する場合がある。そうすると、上板部材１００１及び下板部材１００３の接合状態も均一にならず、熱輸送デバイス１０００の気密性が損なわれる。また、大きな荷重を発生させるための装置にかかるコストも問題となる。
【００６３】
熱輸送デバイス１０００のように、容器が低い圧力での拡散接合で形成される場合には、拡散接合に費やされる時間も長くなる。しかしながら、本発明の各実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法では、拡散接合に費やされる時間を短縮することができる。このことを、次に説明する。
【００６４】
図１０は、２つの部材が拡散接合される場合の、接合過程を説明するグラフである（西口、他「接合機構領域図による固相接合過程の検討」溶接学会論文集 第４巻（１９９６）ｐ３１１−ｐ３１６参照）。拡散接合される２つの部材には銅が用いられており、銅の表面の粗さによる凹凸の高さｈ00及び間隔Ｌは一定とする。
【００６５】
図１０に示すＳ0は、圧力Ｐ0及び温度Ｔ0における拡散接合の開始点（接合率０％）を示している。Ｓ0から垂直に延びる線ｌに沿って拡散接合が進行しＳ3で終わる（接合率１００％）。
【００６６】
また図１０のグラフには、塑性変形接合領域、クリープ変形接合領域、及び拡散接合領域の３つの領域が示されている。これらの各領域について説明する。
【００６７】
拡散接合の接合機構は、塑性変形接合機構、クリープ変形接合機構、及び拡散接合機構の３つに大別される。塑性変形接合機構及びクリープ変形接合機構は、接合面近傍に力学的ひずみを与え、接合面同士を変形密着させようとする機構である。塑性変形接合機構は接合開始時のみに働く機構であり、クリープ変形接合機構はその後の接合過程中作用し続ける機構である。拡散接合機構は、原子の拡散により接合面同士を接合させようとする機構である。これらの接合機構が互いに独立して、拡散接合の接合過程に寄与している。
【００６８】
図１０に示す各領域は、その領域内で拡散接合の接合過程に最も寄与している接合機構を示している。例えば、上記した線ｌ上の点がクリープ変形接合領域内にある場合では、その接合過程に最も大きく寄与している接合機構は、クリープ変形接合機構ということになる。
【００６９】
Ｓ1は境界面I上の点である。境界面Iは、塑性変形接合機構の終了を意味している。境界面Iよりも上の領域では、クリープ変形接合機構及び拡散接合機構により、拡散接合が進行する。Ｓ2は境界面II上にあり、これはクリープ変形接合機構及び拡散接合機構の寄与率がそれぞれ５０％であることを示している。従って、圧力Ｐ0及び温度Ｔ0における拡散接合は、塑性変形接合機構（Ｓ0−Ｓ1）、クリープ変形接合機構（Ｓ1−Ｓ2）、及び拡散接合機構（Ｓ2−Ｓ3）がこの順で、最も寄与率が大きい機構となって進行する。図１０に示すように、温度Ｔが一定なら、圧力Ｐが大きい拡散接合ほど、クリープ変形接合領域を多く通って進行する。圧力Ｐが小さく、曲線ｍよりも左の領域で進行する拡散接合では、クリープ変形接合機構の寄与率は小さい。
【００７０】
図１１は、温度を一定とした場合の、圧力、接合率、及び最も寄与率が大きい接合機構の関係を示すグラフである。図１１には、接合開始からの等しい経過時間ｔを示す曲線（以後、等時間線と言う）と、クリープ変形接合機構及び拡散接合機構の寄与率を示す曲線も示されている。温度Ｔ、拡散接合される銅の表面の凹凸の高さｈ00及び間隔Ｌは、それぞれ１０２３Ｋ、０．５μｍ及び５μｍであり一定である。
【００７１】
図１１に示すように、圧力Ｐが高くなるほど等時間線が上昇する。これは等しい経過時間ｔにおいて、圧力Ｐが高くなるほど、接合率が大きくなることを意味する。つまり、高い圧力Ｐによる、クリープ変形接合領域を多く通る拡散接合の方が、短時間で進行する。これにより、上述した熱輸送デバイス２００の製造方法における、高い圧力（２０ＭＰａ）による拡散接合が短時間で進行すること分かる。
【００７２】
[第３の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法]
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。本実施形態に係る熱輸送デバイス３００では、上板部材３０１及び下板部材３０３に、複数の凸形状の接合面が設けられている。図１２（Ａ）に示すように、上板部材３０１には凸形状の接合面３０１ａ及び３０１ｂが、下板部材３０３には凸形状の接合面３０３ａ及び３０３ｂが設けられている。図１２（Ｂ）は、接合面３０１ａとフレーム部材３０２との接触領域Ｚ１及び接合面３０１ｂとフレーム部材３０２との接触領域Ｚ２を示す図である。接触領域Ｚ１は、接触領域Ｚ２に囲まれている。
【００７３】
接合面３０１ａ及び３０１ｂは、フレーム部材３０２と高い圧力で拡散接合され、容器３０４の側壁の一部となる。この側壁の一部となった接合面３０１ａ及び３０１ｂが容器３０４の内部空間を多重に囲むので、リーク不良の確率を低くすることができる。接合面３０３ａ及び３０３ｂも同様である。
【００７４】
接合面３０１ａ及び３０１ｂは上記拡散接合工程において変形し、それぞれの幅は大きくなる。変形した接合面３０１ａ及び３０１ｂの幅の合計が、上記したように１００μｍ〜１ｃｍの範囲であれば、リーク不良を十分に防ぐことができる。
【００７５】
[第４の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法]
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る、治具部を用いた熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【００７６】
治具部４５０及び４６０の材料としては、典型的にはカーボン又はステンレスが用いられる。
【００７７】
治具部４６０に下板部材４０３が載置され、下板部材４０３に上板部材４０１が載置される。この上板部材４０１に凸部４５０ａを有するベッセル形状の治具部４５０が載置される。凸部４５０ａは上板部材４０１の下板部材４０３に接合される接合面４１１の反対側の面４１５に載置される。
【００７８】
治具部４５０及び熱輸送デバイス４００が載置された方向で全体荷重が加えられると、凸部４５０ａにより、上板部材４０１の面４１５に高い圧力が加えられる。この高い圧力により、面４１５及び接合面４１１が凸形状に形成される。また、この高い圧力により凸形状に形成された接合面４１１と下板部材４０３とが拡散接合され、接合面４１１は容器４０４の側壁の一部を構成する。
【００７９】
本実施形態では、上板部材４０１に凸形状の接合面をあらかじめ設ける必要が無いので、コストを抑えることができる。また、凸形状の接合面があらかじめ設けられる場合の、凸形状の接合面の形成における誤差等による歩留まりの低下を防ぐことができる。
【００８０】
[第５の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法]
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【００８１】
治具部５６０に下板部材５０３が載置され、下板部材５０３に凸形状の接合面５０１ａを有する上板部材５０１が載置される。また、上板部材５０１にベッセル形状の治具部５５０が載置される。次に、治具部５５０及び熱輸送デバイス５００が載置された方向で全体圧力が加えられ、上板部材５０１と下板部材５０３とが拡散接合される。凸形状の接合面５０１ａにより、上板部材５０１及び下板部材５０３は、高い圧力で拡散接合される。
【００８２】
[凸形状の接合面の具体的な形状の例]
図１５は、凸形状の接合面の具体的な形状の例を示した断面図である。ここでは同様の形状を有する凸形状の接合面Ｓが３つ設けられた場合による例を示している。
【００８３】
図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、他の部材と接触する接合面Ｓの先端部分が尖っている形状である。図１５（Ｃ）及び（Ｄ）は、先端部分が他の部材の接合面とほぼ平行な面でなる形状である。また、複数の凸形状の接合面図Ｓが設けられた場合に、１５（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、隣り合う凸形状の接合面Ｓに間隔が設けられてもよいし、図１５（Ａ）に示すように間隔が設けられなくても良い。
【００８４】
図１５に示す形状に限られず、拡散接合工程における他の部材との接触領域が小さくなるような形状であればどのような形状でもよい。また、互いに異なる形状を有する接合面が複数設けられてもよい。拡散接合され変形した接合面の幅（複数の場合はその合計）が１００μｍ〜１ｃｍであれば、熱輸送デバイスの容器の気密性は十分に保たれる。
【００８５】
[変形例]
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更され得る。例えば、図１６に示すように、凸形状の接合面が設けられる箇所が適宜設定されてもよい。
【００８６】
図１６（Ａ）は、ベッセル形状の下板部材６０３の、上板部材６０１と拡散接合される接合面６０３ａを、凸形状に形成したものである。
【００８７】
図１６（Ｂ）は、フレーム部材７０２の、上板部材７０１と拡散接合される接合面７０２ａ、及び、下板部材７０３と拡散接合される接合面７０２ｂを、凸形状に形成したものである。
【００８８】
図１６（Ｃ）は、上板部材８０１の、フレーム部材８０２と拡散接合される接合面８０１ａ、及び、フレーム部材８０２の、下板部材８０３と拡散接合される接合面８０２ａを、凸形状に形成したものである。
【００８９】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
【００９０】
上記各実施形態では、容器が、上板部材、下板部材等により形成されるとして説明した。一方、第６実施形態では、容器が、１つの板部材が曲げられることで形成される。従って、その点を中心に説明する。
【００９１】
図１８は、第６の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。図１９は、図１８に示すＡ−Ａ間の断面図である。図２０は、熱輸送デバイスの容器を構成する板部材の展開図である。
【００９２】
図１８に示すように、熱輸送デバイス１１０は、一方向（Ｙ軸方向）に長い矩形の薄板形状を有する容器５１を備えている。この容器５１は、１つの板部材５２が曲げられることで形成される。図２０及び図２１（Ｂ）に示すように、板部材５２の縁部５２ｂから内側へ所定の距離ｄ内であって、板部材５２の中心線に対して半分の領域には、凸形状の接合面５２ａが設けられている。また、縁部５２ｂから内側へ所定の距離ｄ内であって、中心線に対して他方の半分の領域には、その接合面５２ａが当接して拡散接合により接合される平面状の接合面５２ｃが設けられている。すなわち、図２０に示すように、板部材５２の周縁部が接合領域となっている。
【００９３】
板部材５２は、典型的には、無酸素銅、タフピッチ銅、あるいは銅合金で構成される。しかしこれに限られず、板部材５２は、銅以外の金属で構成されてもよく、その他、熱伝導率の高い材料が用いられてもよい。
【００９４】
図１８及び図１９に示すように、容器５１は、長手方向（Ｙ軸方向）に沿う方向での側部５１ｃが、湾曲した形状とされている。すなわち、容器５１は、図２０に示す板部材５２が、板部材５２の略中央で曲げられて形成されることから、側部５１ｃが湾曲した形状とされている。以降では、側部５１ｃを湾曲部５１ｃと呼ぶ場合がある。
【００９５】
容器５１の内部には、毛細管部材５が設けられている。毛細管部材５は、上述のように、１つまたは複数のメッシュ部材８を含む。
【００９６】
［熱輸送デバイス１１０の製造方法］
図２１は、熱輸送デバイスの製造方法を示す図である。
【００９７】
図２１（Ａ）に示すように、まず、板部材５２が用意される。そして、板部材５２の略中央において、板部材５２が曲げられる。
【００９８】
板部材５２が所定の角度まで曲げられると、図２１（Ｂ）に示すように、曲げられた板部材５２の間に、毛細管部材５が入れられる。なお、毛細管部材５は、板部材５２の曲げが開始される前に、板部材５２上の所定の位置に配置されていてもよい。板部材５２の間に、毛細管部材５が入れられると、毛細管部材５を挟み込むように、板部材５２がさらに曲げられる。これにより、接合面５２ａ及び接合面５２ｃが対面する。そして、図２１（Ｃ）に示すように、曲げられた板部材５２の接合部５３が加圧され、接合面５２ａ及び接合面５２ｃが拡散接合により接合される。拡散接合により加圧される部分は、図１８に示す接合部５３であり、四角形の端部の４辺のうち３辺である。また、この拡散接合工程において、図２１（Ｃ）に示すように、毛細管部材５が板部材５２の上板部５２ｄ及び下板部５２ｅに拡散接合により接合される。
【００９９】
この熱輸送デバイス１１０の場合、容器５１が１つの板部材５２により形成されるので、部品数が減り、コストを削減することができる。また、２つ以上の部材で容器５１が形成される場合、これらの部材の位置を合わせる必要があるが、本実施形態では、部材の位置を合わせる必要がない。従って、熱輸送デバイス１１０を容易に製造することができる。
【０１００】
［変形例］
図２２は、上記熱輸送デバイス１１０の変形例を説明するための図であり、板部材の展開図である。
【０１０１】
図２２に示すように、板部材５２は、板部材５２の中央において、長手方向（Ｙ軸方向）に沿うように、溝５４を有している。溝５４は、例えば、プレス加工や、エッチング加工により形成されるが、溝５４の形成方法は、特に限定されない。
【０１０２】
板部材５２に溝５４が設けられることで、板部材５２を曲げ易くすることができる。これにより、さらに容易に、熱輸送デバイス１１０を製造することができる。なお、板部材５２は長手方向で（Ｙ方向を軸として）折り曲げる構造を示したが、短辺（短手方向）で（Ｘ方向を軸として）折り曲げるようにしてもよい。
【０１０３】
＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。なお、第７の実施形態では、上述の第６の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０４】
図２３は、第７の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。図２４は、図２３に示すＡ−Ａ間の断面図である。図２５は、熱輸送デバイスの容器を構成する板部材の展開図である。
【０１０５】
図２３及び図２４に示すように、熱輸送デバイス１２０は、一方向（Ｙ軸方向）に長い矩形の薄板形状を有する容器６１を備えている。
【０１０６】
この容器６１は、図２５に示す板部材６２が中央から折り返されて形成される。板部材６２は、板部材６２の中央において、板部材６２の長手方向に沿うように、２つの開口６５が設けられている。このように開口６５が設けられることにより、板部材６２の左側の板と右側の板とが、３つの領域６６で接続されたような形状となっている。
【０１０７】
容器６１は、長手方向（Ｙ軸方向）に沿う方向での側部６１ｃ、６１ｄと、短手方向（ｘ軸方向）に沿う方向での側部６１ｅ、６１ｆとに接合部６３を有している。この接合部６３において、斜線で示す接合面６２ａと、凸形状の接合面６２ｂとが拡散接合により接合されて、容器６１が形成される。
【０１０８】
このように上板と下板とが接合された結果、側部６１ｃから突出した３つの突出部６４が形成される。
【０１０９】
熱輸送デバイス１２０では、板部材６２に開口６５が設けられるため、板部材６２を容易に曲げることができる。これにより、さらに容易に熱輸送デバイス１２０を製造することができる。
【０１１０】
板部材６２の、開口６５及び縁部６２ｃとの間の領域６６と、２つの開口６５の間の領域６６とに、例えば、プレス加工により形成された溝が設けられていてもよい。これによりさらに容易に、板部材６２を折り曲げることができる。
【０１１１】
図１８以降に示した実施形態のうちいずれか１つの特徴部分と、図１２〜図１５に示した実施形態のうちいずれか１つの特徴部分とが組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な分解斜視図である。
【図３】図１における熱輸送デバイスの部分的な拡大図である。
【図４】第１の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図５】上板部材の凸形状の接合面とフレーム部材の接合面との接触領域Ｚを示した模式的な図である。
【図６】シミュレーションのために想定される、隙間（ボイド）を有する熱輸送デバイスを説明する模式的な断面図である。
【図７】リークパスに対するリークレートをシミュレーションしたグラフである。
【図８】第２の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図９】比較対象の熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図１０】２つの部材が拡散接合される場合の、接合過程を説明するグラフである。
【図１１】温度を一定とした場合の、圧力、接合率、及び最も寄与率が大きい接合機構の関係を示すグラフである。
【図１２】第３の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図１３】第４の実施形態に係る、治具部を用いた熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図１４】第５の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図１５】凸形状の接合面の具体的な形状の例を示した図である。
【図１６】本発明に係る実施形態の変形例を示す図である。
【図１７】気相側に近い側に熱源が配置された第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な断面図である。
【図１８】さらに別の実施の形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。
【図１９】図１８に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図２０】図１８に示す熱輸送デバイスの容器を構成する板部材の展開図である。
【図２１】さらに別の実施の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を示す図である。
【図２２】変形例に係る熱輸送デバイスを説明するための図であり、板部材の展開図である。
【図２３】さらに別の実施の形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。
【図２４】図２３に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図２５】さらに別の実施の形態に係る熱輸送デバイスの容器を構成する板部材の展開図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１…上板部材
１ａ、３ａ、２０１ａ、３０１ａ、３０１ｂ、３０３ａ、３０３ｂ、５０１ａ、６０１ａ、７０２ａ、７０２ｂ、８０１ａ、８０２ａ…凸形状の接合面
２、３０２、７０２、８０２…フレーム部材
３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、７０３、８０３、９０３、１００３…下板部材
４、２０４、３０４、４０４、９０４、１００４…容器
５…毛細管部材
６…第１のメッシュ層
７…第２のメッシュ層
８…メッシュ部材
１０…熱源
２１、２３…フレーム部材の接合面
１００、２００、３００、４００、５００、９００、１０００…熱輸送デバイス
２３１、９３１、１０３１…下板部材の接合面
４１１、９１１、１０１１…上板部材の接合面
４１５…上板部材の面
４５０ａ…治具部の凸部
４５０、４６０、５５０、５６０…治具部
９５０…ボイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体の相変化により熱を輸送する熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ等の電子機器を冷却するために、電子機器から発生する熱を吸収し、熱放射部へ輸送して放出する、ヒートパイプ等の冷却デバイスが用いられている。
【０００３】
このような冷却デバイスでは、吸収した熱により内部に含まれる作動流体が蒸発し、その蒸気が低温の熱放射部へ移動し、凝縮することで熱が放出される。これにより電子機器が冷却される。
【０００４】
近年においては、電子機器等の小型化、薄型化に伴い、その内部に含まれるＩＣ等の発熱が大きな問題となっている。この問題の解決手段として、小型、薄型、高効率の廉価な冷却デバイスが求められている。
【０００５】
特許文献１には、ヒートスプレッダーを構成する上カバー及び下カバーが拡散接合される、拡散接合工程について記載されている。拡散接合のために設定される条件として、拡散接合温度、圧力及び時間が挙げられている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４０４３５号公報（段落[００２３]、[００２４]、[００２６]、[００３３]、図７−図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、冷却デバイスの内部の気密性を高めるためには、上記の拡散接合工程において、冷却デバイスに加えられる荷重を大きくする必要がある。しかしながら、大きな荷重を均一に加えることは難しく、冷却デバイスに加えられる荷重にムラが発生する場合がある。そうすると、上カバー及び下カバーの接合状態も均一にならず、冷却デバイスの気密性が損なわれるおそれがある。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、拡散接合時に加えられる荷重を大きくすることなく製造される、気密性の高い熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の、前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための凸形状の接合面と、前記容器を構成する第２の板の接合面とを対面させることを含む。
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と、前記第２の板の前記接合面とが拡散接合される。
【００１０】
第１の板には、第２の板の接合面と拡散接合されることにより容器の側壁の一部を構成するための凸形状の接合面が、環状に設けられている。この第１の板の接合面が凸形状を有していることにより、上記拡散接合工程において、第１の板の接合面と第２の板の接合面との接触面積が小さくなる。従って、第１の板の接合面及び第２の板の接合面に加えられる圧力（単位面積あたりの荷重）が大きくなり、高い圧力で第１の板の接合面及び第２の板の接合面が拡散接合される。これにより、拡散接合時に加えられる全体荷重を大きくすることなく、気密性の高い熱輸送デバイスを製造することができる。
【００１１】
前記第１の板は、複数の前記凸形状の接合面を有してもよい。
【００１２】
第１の板に設けられた複数の凸形状の接合面は、第２の板の接合面と高い圧力で拡散接合され、容器の側壁の一部を構成する。この側壁の一部となった複数の凸形状の接合面が、容器の内部空間を多重に囲むので、リーク不良の確率を低くすることができる。
【００１３】
前記拡散接合工程は、前記複数の凸形状の接合面を変形させてもよい。
【００１４】
上記拡散接合工程で加えられる高い圧力により、容器の側壁の一部を構成する凸形状の接合面の幅が大きくなる。これにより、熱輸送デバイスの気密性が高められる。
【００１５】
前記変形した複数の凸形状の接合面の各幅の合計は、１００μｍ〜１ｃｍであってもよい。
【００１６】
前記熱輸送デバイスの製造方法は、さらに、機械研磨、エッチング、又は金型加工により、前記凸形状の接合面を形成することを含んでもよい。
【００１７】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の、前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための凸形状の接合面と、前記側壁を構成するフレーム部材の第１の接合面とを対面させることを含む。
前記容器を構成する第２の板の接合面と、前記フレーム部材の、前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面とを対面させる。
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と前記第１の接合面とが拡散接合され、かつ、前記第２の板の前記接合面と前記第２の接合面とが拡散接合される。
【００１８】
第１の板の接合面とフレーム部材の第１の接合面とを対面させる工程、及び第２の板の接合面とフレーム部材の第２の接合面とを対面させる工程は、同時に行われてもよいし、順次行われてもよい。
【００１９】
前記第２の板の接合面は、前記側壁の一部を構成するために凸形状に形成されてもよい。
【００２０】
これにより、上記拡散接合工程において加えられる荷重を大きくすることなく、第１の板とフレーム部材、及び第２の板とフレーム部材とが、共に、高い圧力で拡散接合される。
【００２１】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の接合面と、前記容器の内部空間を囲む側壁を構成するフレーム部材の、前記側壁の一部を構成するための凸形状の第１の接合面とを対面させることを含む。
前記容器を構成する第２の板の接合面と、前記フレーム部材の、前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面とを対面させる。
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と前記第１の接合面とが散接合され、かつ、前記第２の板の前記接合面と前記第２の接合面とが拡散接合される。
【００２２】
前記フレーム部材の第２の接合面は、前記側壁の一部を構成するために凸形状に形成されてもよい。
【００２３】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の接合面と、前記容器を構成する第２の板の接合面とが対面するように、かつ、環状の凸部を有する治具部の、前記凸部が前記第１の板の接合面の反対側から前記第１の板に向くように、前記治具部、前記第１の板及び前記第２の板を積層することを含む。
前記積層方向に前記治具部、前記第１の板及び前記第２の板に荷重を加えることで、前記第１の板の前記接合面が前記容器の内部空間を囲む側壁の一部として構成されるように、前記凸部により前記第１の板の前記接合面を凸形状に形成し、
前記容器を形成するために、前記荷重を利用して前記第１の板の前記接合面と前記第２の板の前記接合面とが拡散接合される。
【００２４】
治具部が有する環状の凸部により第１の板の接合面へ高い圧力が加えられ、第１の板の接合面が、容器の側壁の一部として構成されるように凸形状に形成される。また、その高い圧力で第１の板の接合面及び第２の板の接合面が拡散接合される。
【００２５】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する板を曲げることにより、前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材を、前記曲げられて形成される前記板の第１の部位及び第２の部位で挟む。
前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための、前記第１の部位に形成された凸形状の接合面と、前記第２の部位の接合面とが対面させられる。
前記容器を形成するために、前記第１の部位の前記接合面と、前記第２の部位の前記接合面とが拡散接合される。
【００２６】
これにより、１つの板が曲げられて容器が形成されるので、部品数が減り、コストを削減することができる。また、複数の部品により容器が構成される場合において、それら各部品の所定の位置決め精度が必要となるが、本発明では、そのような高い位置決め精度は必要がない。
【００２７】
本発明の一形態に係る熱輸送デバイスは、容器と、作動流体とを具備する。
前記容器は、内部空間を囲む側壁を有する容器であって、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する第１の板と、前記凸形状の接合面に拡散接合により接合された第２の板とを有する。
前記作動流体は、前記容器内で相変化することにより熱を輸送する。
【００２８】
本発明の別の形態に係る熱輸送デバイスでは、容器は、内部空間を囲む側壁を有する容器であって、第１の板と、フレーム部材と、第２の板とを有する。
前記第１の板は、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する。
前記フレーム部材は、前記凸形状の接合面に拡散接合により接合された第１の接合面を有し、前記側壁を構成する。
前記第２の板は、前記フレーム部材の前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面に拡散接合により接合される。
前記第２の板は、前記フレーム部材の前記第２の接合面に拡散接合により接合された、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有してもよい。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、拡散接合時に加えられる荷重を大きくすることなく、気密性の高い熱輸送デバイスが製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３１】
[第１の実施形態に係る熱輸送デバイス]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な断面図である。図２は、その分解斜視図であり、図３は、図１における符号Ｘ及びＹの拡大図である。図１の断面図は、熱輸送デバイス１００の長手方向における断面図であり、以後、断面図の方向は同様である。
【００３２】
熱輸送デバイス１００は、容器４と、容器４内に設けられた毛細管部材５とを含む。容器４は、上板部材１、フレーム部材２及び下板部材３により構成される。フレーム部材２により、容器４の内部空間を囲む側壁が構成される。
【００３３】
容器４の内部には、相変化により熱を輸送する図示しない作動流体が封入されており、この作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材５が設けられている。毛細管部材５は、第１のメッシュ層６と、第１のメッシュ層６に積層された第２のメッシュ層７とを含む。第２のメッシュ層７は、第１のメッシュ層６に含まれるメッシュよりも目の粗いメッシュからなる。
【００３４】
作動流体としては、純水、エタノール又は代替フロン等が用いられる。
【００３５】
容器４を構成する上板部材１、フレーム部材２及び下板部材３の材料としては、典型的には銅が用いられる。その他に、例えばニッケル、アルミニウム、又はステンレス等が用いられてもよい。上板部材１及び下板部材３の厚みは、典型的には０．１ｍｍ〜０．８ｍｍである。フレーム部材２の厚みは、典型的には０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍであり、図２に示すように、幅ａは典型的には２ｍｍ〜１ｃｍである。ここで典型的な例として挙げる材料及び数値等は、これに限られるという意味ではない。このことは、以降の説明でも同様である。
【００３６】
図２に示すように、第１のメッシュ層６及び第２のメッシュ層７は、金属細線による網目状のメッシュを有するメッシュ部材８が、１枚又は複数枚積層されて形成されている。本実施形態では、第１のメッシュ層６として、２〜５枚のメッシュ部材８が積層され、第１のメッシュ層６の上に第２のメッシュ層７として、１枚のメッシュ部材８が積層されている。複数のメッシュ部材８は、例えばろう付け、接着剤を用いた接合、又はめっき処理等により積層される。各メッシュ部材８の厚みは、典型的には０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍである。
【００３７】
熱輸送デバイス１００が動作していないときは、作動流体は、第１のメッシュ層６及び第２のメッシュ層７のうち、主に毛細管力の強い第１のメッシュ層６の方に引き寄せられて保持されている。
【００３８】
毛細管部材５として、メッシュ層以外のものが用いられてもよい。例えば複数のワイヤーが束になったものなどが挙げられるが、作動流体に毛細管力を作用させるものであれば、どのようなものでもよい。また、気相となった作動流体の流路には毛細管部材５が用いられない構造でもよい。すなわち、容器４の厚み方向で、例えば容器４の内部空間の底面から半分の高さまで毛細管部材５が配置され、他の半分は毛細管部材５が配置されない構造であってもよい。
【００３９】
図３に示すように、上板部材１及び下板部材３には、凸形状の接合面１ａ及び３ａがそれぞれ設けられている。接合面１ａ及び３ａは、例えば機械研磨、エッチング、又は金型加工等で形成される。エッチングとしては、薬品（例えば硫酸及び過酸化水素水）を用いたドライエッチングやＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のエッチング技術が用いられる。また、金型加工としては、プレス加工、又は鋳造加工等が用いられる。これにより、熱輸送デバイス１００の製造におけるコストを抑えることができる。
【００４０】
熱輸送デバイス１００の動作について説明する。熱輸送デバイス１００の吸熱部Ｖ（図１参照）において、例えば回路デバイス等の熱源１０から熱を受け、液相の作動流体が蒸発する。気相になった作動流体は、主に第２のメッシュ層７を通って放熱部Ｗへ移動し、放熱部Ｗで熱を放出し凝縮する。液相になった作動流体は、第１のメッシュ層６による毛細管力を受けて吸熱部Ｖへ移動し、熱源１０からの熱を受けて再び蒸発する。このサイクルが繰り返されることで、熱源１０が冷却される。
【００４１】
なお図１では、熱源１０は、熱輸送デバイス１００の液相側に近い側、つまり第１のメッシュ層６に近い側に配置される例を示した。しかし、熱輸送デバイス１００は、薄板形状で形成されているので、図１７に示すように、例えば熱輸送デバイス１００の気相側に近い側、つまり第２のメッシュ層７側に近い側に配置されても、高い熱輸送性能を発揮することができる。
【００４２】
[熱輸送デバイス１００の製造方法]
図４は、熱輸送デバイス１００の製造方法を説明する図である。図４（Ａ）に示すように、例えば図示しない接合装置の台上に下板部材３が載置され、下板部材３に、フレーム部材２及び毛細管部材５が載置され、また、フレーム部材２に上板部材１が載置される。この際、上板部材１の凸形状の接合面１ａと、フレーム部材２の上板部材１と接合される接合面２１とが対面する。また、下板部材３の凸形状の接合面３ａと、フレーム部材２の下板部材３と接合される接合面２３とが対面する。
【００４３】
図５（Ａ）は、図４（Ａ）において、上板部材１の凸形状の接合面１ａと、フレーム部材２の接合面２１とが対面したときの、接合面１ａと接合面２１との接触領域Ｚを示した模式的な図である。接合面３ａと接合面２３との接触領域も同様である。図５（Ａ）に示すように、接合面１ａが凸形状に形成されることで、接合面１ａと接合面２１との接触領域Ｚを小さくすることができる。
【００４４】
図４（Ｂ）に示すように、上板部材１、フレーム部材２及び下板部材３が加熱された状態で、上板部材１側及び下板部材３側の両方から均等に全体荷重Ｆが加えられる。これにより接合面１ａ及び３ａが、それぞれフレーム部材２と拡散接合される。接合面１ａ及び３ａは、上板部材１及び下板部材３に、それぞれ環状に設けられており（図２の符号３ａ参照）、フレーム部材２と拡散接合されることで、容器４の側壁の一部を構成する。
【００４５】
図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）において拡散接合された接合面１ａと接合面２１との接触領域Ｚを示す模式的な図である。図５（Ｂ）に示すように、図４（Ｂ）の拡散接合工程において、接合面１ａは変形し幅が大きくなる。これにより熱輸送デバイス１００の気密性が高められる。
【００４６】
図５（Ａ）で説明したように、接合面１ａが凸形状に形成されることで、接合面１ａと接合面２１との接触領域Ｚを小さくすることができる。従って、接合面１ａ及び２１に加えられる圧力（単位面積あたりの荷重）が大きくなり、高い圧力で接合面１ａ及び２１が拡散接合される。同様に、接合面３ａ及び２３も高い圧力で拡散接合される。これにより、図４（Ｂ）に示す拡散接合工程において、全体荷重Ｆを大きくすることなく、気密性の高い熱輸送デバイス１００を製造することができる。
【００４７】
本実施形態では、上板部材１及び下板部材３に凸形状の接合面１ａ及び３ａがそれぞれ設けられるが、これに限られない。上板部材１又は下板部材３のいずれか一方に凸形状の接合面が設けられる構造でも、上記した本実施形態の特有の効果は得られる。
【００４８】
変形した接合面１ａ及び３ａの幅について、本発明者は、以下のようなシミュレーションに基づいて検討した。
【００４９】
図６は、シミュレーションのために想定される、隙間（ボイド）を有する熱輸送デバイスを説明する模式的な断面図である。これ以後の説明では、毛細管部材の図示を省略する。
【００５０】
熱輸送デバイス９００は、上板部材９０１及びベッセル形状の下板部材９０３で構成される容器９０４を有する。上板部材９０１及び下板部材９０３の接合部分には、直径ｄ（ｎｍ）の円筒状のボイド９５０が形成され、このボイド９５０により発生するリークレートがシミュレーションされる。ボイド９５０の長さは側壁の幅ｂと同等であり、それをリークパスｂとする。
【００５１】
図７は、リークパスｂに対するリークレートをシミュレーションしたグラフである。容器９０４の内部空間の圧力は、２５℃の水の蒸気圧とほぼ同等の０．０３ａｔｍとする。容器９０４の外部は大気とする。これらの条件で、ボイド９５０の直径ｄが１００ｎｍ、１０ｎｍ及び１ｎｍの場合におけるリークレートがシミュレーションされる。直径ｄとして設定される１００ｎｍは、熱輸送デバイスの製造に用いられる一般的な部材の、表面の粗さによる凹凸の平均の高さの実測値に基づいた数値である。つまり、ここでのシミュレーションにおいては、直径ｄが１００ｎｍのボイドは、接合面９１１と接合面９３１の表面の粗さにより発生するボイドとして想定されている。
【００５２】
リークレートが、一般的なＨｅリークディテクタの測定限界である１．００×１０-10Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃ以下の場合に、リークが無いと判断する。分子直径が小さく、質量も小さいＨｅのリークレートが１．００×１０-10Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃ以下の範囲であれば、熱輸送デバイス９００の気密性は損なわれない。
【００５３】
図７のグラフに示すように、リークパスｂが１００μｍ〜１００００μｍ（１ｃｍ）の範囲で、リークレートが１．００×１０-10Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃより小さくなる（破線で囲った領域）。つまり、リークパスｂが１００μｍ〜１ｃｍの範囲であれば、熱輸送デバイス９００の気密性は損なわれない。
【００５４】
このことを熱輸送デバイス１００について考える。図４（Ｂ）の拡散接合工程において、上板部材１の接合面１ａ及びフレーム部材２の接合面２１の表面の粗さにより、ボイド（直径ｄが１００ｎｍのボイド）が、接合面１ａと接合面２１との接合部分に発生したとする。しかしながら、上記拡散接合工程において変形された接合面１ａの幅が１００μｍ〜１ｃｍの範囲であれば、発生したボイドのリークパスも１００μｍ〜１ｃｍの範囲となり、熱輸送デバイス１００の気密性は損なわれない。
【００５５】
また、図４（Ｂ）の拡散接合工程では、接合面１ａ及び２１に高い圧力が加えられるので、接合面１ａ及び２１の表面の粗さによる凹凸の高さが小さくなり、表面の粗さにより発生するボイドの直径ｄも小さくなることが考えられる。この場合リークレートは小さくなるので、上記の範囲の幅を有する接合面１ａにより、熱輸送デバイス１００の気密性は十分に保たれる。
【００５６】
以上の説明は、接合面１ａの幅が上記の範囲で限定されることを意味している訳ではない。熱輸送デバイス１００の気密性が保たれる範囲で、適宜設定してもよい。
【００５７】
次に、本発明の各実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法の、拡散接合工程における全体荷重と圧力との関係について説明する。
【００５８】
[第２の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法]
図８は、本発明の第２の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。図８（Ａ）に示すように、熱輸送デバイス２００のベッセル形状の下板部材２０３に、凸形状の接合面２０１ａを有する上板部材２０１が載置される。図８（Ｂ）は、接合面２０１ａと下板部材２０３の接合面２３１との接触領域Ｚを示す模式的な図である。
【００５９】
図９は、比較対象の熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。図９（Ａ）に示すように、熱輸送デバイス１０００の下板部材１００３に、凸形状でない接合面１０１１を有する上板部材１００１が載置される。図９（Ｂ）は、接合面１０１１と下板部材１００３の接合面１０３１との接触領域Ｚを示す模式的な図である。
【００６０】
ここで、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）に示す接合面２３１及び１０３１の大きさを同等とし、短手方向の大きさｆを５ｃｍ、長手方向の大きさｅを２０ｃｍ、及び幅ｇを５ｍｍとする。また、図８（Ｂ）に示す接触領域Ｚの幅ｊを１００μｍとする。この場合、熱輸送デバイス２００における、接合面２０１ａと接合面２３１との接触領域Ｚの面積は０．５ｃｍ2となり、熱輸送デバイス１０００における、接合面１０１１と接合面１０３１との接触領域Ｚの面積は２４ｃｍ2となる。これらの数値は説明の便宜上設定されるもので、熱輸送デバイス２００の大きさを限定するものではない。
【００６１】
熱輸送デバイス２００及び１０００に同等の全体荷重１００ｋｇｆが加えられる。そうすると、接合面２０１ａ及び２３１に加えられる圧力は、２００ｋｇｆ／ｃｍ2（２０ＭＰａ）となり、接合面１０１１及び１０３１に加えられる圧力は、４．２ｋｇｆ／ｃｍ2（０．４２ＭＰａ）となる。つまり、本実施形態に係る熱輸送デバイス２００の容器２０４の方が、高い圧力での拡散接合により形成され、気密性が高くなる。また、拡散接合工程で発生するボイドによる歩留まりの低下を防ぐことができる。
【００６２】
比較対象の熱輸送デバイス１０００の容器１００４が、容器２０４と同様に高い圧力（２０ＭＰａ）で形成されるためには、上板部材１００１及び下板部材１００３に、１００ｋｇｆの５０倍となる５ｔｆ程度の全体荷重が加えられる必要がある。しかしながら、大きな荷重を均一に加えることは難しく、上板部材１００１及び下板部材１００３に加えられる荷重にムラが発生する場合がある。そうすると、上板部材１００１及び下板部材１００３の接合状態も均一にならず、熱輸送デバイス１０００の気密性が損なわれる。また、大きな荷重を発生させるための装置にかかるコストも問題となる。
【００６３】
熱輸送デバイス１０００のように、容器が低い圧力での拡散接合で形成される場合には、拡散接合に費やされる時間も長くなる。しかしながら、本発明の各実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法では、拡散接合に費やされる時間を短縮することができる。このことを、次に説明する。
【００６４】
図１０は、２つの部材が拡散接合される場合の、接合過程を説明するグラフである（西口、他「接合機構領域図による固相接合過程の検討」溶接学会論文集 第４巻（１９９６）ｐ３１１−ｐ３１６参照）。拡散接合される２つの部材には銅が用いられており、銅の表面の粗さによる凹凸の高さｈ00及び間隔Ｌは一定とする。
【００６５】
図１０に示すＳ0は、圧力Ｐ0及び温度Ｔ0における拡散接合の開始点（接合率０％）を示している。Ｓ0から垂直に延びる線ｌに沿って拡散接合が進行しＳ3で終わる（接合率１００％）。
【００６６】
また図１０のグラフには、塑性変形接合領域、クリープ変形接合領域、及び拡散接合領域の３つの領域が示されている。これらの各領域について説明する。
【００６７】
拡散接合の接合機構は、塑性変形接合機構、クリープ変形接合機構、及び拡散接合機構の３つに大別される。塑性変形接合機構及びクリープ変形接合機構は、接合面近傍に力学的ひずみを与え、接合面同士を変形密着させようとする機構である。塑性変形接合機構は接合開始時のみに働く機構であり、クリープ変形接合機構はその後の接合過程中作用し続ける機構である。拡散接合機構は、原子の拡散により接合面同士を接合させようとする機構である。これらの接合機構が互いに独立して、拡散接合の接合過程に寄与している。
【００６８】
図１０に示す各領域は、その領域内で拡散接合の接合過程に最も寄与している接合機構を示している。例えば、上記した線ｌ上の点がクリープ変形接合領域内にある場合では、その接合過程に最も大きく寄与している接合機構は、クリープ変形接合機構ということになる。
【００６９】
Ｓ1は境界面I上の点である。境界面Iは、塑性変形接合機構の終了を意味している。境界面Iよりも上の領域では、クリープ変形接合機構及び拡散接合機構により、拡散接合が進行する。Ｓ2は境界面II上にあり、これはクリープ変形接合機構及び拡散接合機構の寄与率がそれぞれ５０％であることを示している。従って、圧力Ｐ0及び温度Ｔ0における拡散接合は、塑性変形接合機構（Ｓ0−Ｓ1）、クリープ変形接合機構（Ｓ1−Ｓ2）、及び拡散接合機構（Ｓ2−Ｓ3）がこの順で、最も寄与率が大きい機構となって進行する。図１０に示すように、温度Ｔが一定なら、圧力Ｐが大きい拡散接合ほど、クリープ変形接合領域を多く通って進行する。圧力Ｐが小さく、曲線ｍよりも左の領域で進行する拡散接合では、クリープ変形接合機構の寄与率は小さい。
【００７０】
図１１は、温度を一定とした場合の、圧力、接合率、及び最も寄与率が大きい接合機構の関係を示すグラフである。図１１には、接合開始からの等しい経過時間ｔを示す曲線（以後、等時間線と言う）と、クリープ変形接合機構及び拡散接合機構の寄与率を示す曲線も示されている。温度Ｔ、拡散接合される銅の表面の凹凸の高さｈ00及び間隔Ｌは、それぞれ１０２３Ｋ、０．５μｍ及び５μｍであり一定である。
【００７１】
図１１に示すように、圧力Ｐが高くなるほど等時間線が上昇する。これは等しい経過時間ｔにおいて、圧力Ｐが高くなるほど、接合率が大きくなることを意味する。つまり、高い圧力Ｐによる、クリープ変形接合領域を多く通る拡散接合の方が、短時間で進行する。これにより、上述した熱輸送デバイス２００の製造方法における、高い圧力（２０ＭＰａ）による拡散接合が短時間で進行すること分かる。
【００７２】
[第３の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法]
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。本実施形態に係る熱輸送デバイス３００では、上板部材３０１及び下板部材３０３に、複数の凸形状の接合面が設けられている。図１２（Ａ）に示すように、上板部材３０１には凸形状の接合面３０１ａ及び３０１ｂが、下板部材３０３には凸形状の接合面３０３ａ及び３０３ｂが設けられている。図１２（Ｂ）は、接合面３０１ａとフレーム部材３０２との接触領域Ｚ１及び接合面３０１ｂとフレーム部材３０２との接触領域Ｚ２を示す図である。接触領域Ｚ１は、接触領域Ｚ２に囲まれている。
【００７３】
接合面３０１ａ及び３０１ｂは、フレーム部材３０２と高い圧力で拡散接合され、容器３０４の側壁の一部となる。この側壁の一部となった接合面３０１ａ及び３０１ｂが容器３０４の内部空間を多重に囲むので、リーク不良の確率を低くすることができる。接合面３０３ａ及び３０３ｂも同様である。
【００７４】
接合面３０１ａ及び３０１ｂは上記拡散接合工程において変形し、それぞれの幅は大きくなる。変形した接合面３０１ａ及び３０１ｂの幅の合計が、上記したように１００μｍ〜１ｃｍの範囲であれば、リーク不良を十分に防ぐことができる。
【００７５】
[第４の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法]
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る、治具部を用いた熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【００７６】
治具部４５０及び４６０の材料としては、典型的にはカーボン又はステンレスが用いられる。
【００７７】
治具部４６０に下板部材４０３が載置され、下板部材４０３に上板部材４０１が載置される。この上板部材４０１に凸部４５０ａを有するベッセル形状の治具部４５０が載置される。凸部４５０ａは上板部材４０１の下板部材４０３に接合される接合面４１１の反対側の面４１５に載置される。
【００７８】
治具部４５０及び熱輸送デバイス４００が載置された方向で全体荷重が加えられると、凸部４５０ａにより、上板部材４０１の面４１５に高い圧力が加えられる。この高い圧力により、面４１５及び接合面４１１が凸形状に形成される。また、この高い圧力により凸形状に形成された接合面４１１と下板部材４０３とが拡散接合され、接合面４１１は容器４０４の側壁の一部を構成する。
【００７９】
本実施形態では、上板部材４０１に凸形状の接合面をあらかじめ設ける必要が無いので、コストを抑えることができる。また、凸形状の接合面があらかじめ設けられる場合の、凸形状の接合面の形成における誤差等による歩留まりの低下を防ぐことができる。
【００８０】
[第５の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法]
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【００８１】
治具部５６０に下板部材５０３が載置され、下板部材５０３に凸形状の接合面５０１ａを有する上板部材５０１が載置される。また、上板部材５０１にベッセル形状の治具部５５０が載置される。次に、治具部５５０及び熱輸送デバイス５００が載置された方向で全体圧力が加えられ、上板部材５０１と下板部材５０３とが拡散接合される。凸形状の接合面５０１ａにより、上板部材５０１及び下板部材５０３は、高い圧力で拡散接合される。
【００８２】
[凸形状の接合面の具体的な形状の例]
図１５は、凸形状の接合面の具体的な形状の例を示した断面図である。ここでは同様の形状を有する凸形状の接合面Ｓが３つ設けられた場合による例を示している。
【００８３】
図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、他の部材と接触する接合面Ｓの先端部分が尖っている形状である。図１５（Ｃ）及び（Ｄ）は、先端部分が他の部材の接合面とほぼ平行な面でなる形状である。また、複数の凸形状の接合面図Ｓが設けられた場合に、１５（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、隣り合う凸形状の接合面Ｓに間隔が設けられてもよいし、図１５（Ａ）に示すように間隔が設けられなくても良い。
【００８４】
図１５に示す形状に限られず、拡散接合工程における他の部材との接触領域が小さくなるような形状であればどのような形状でもよい。また、互いに異なる形状を有する接合面が複数設けられてもよい。拡散接合され変形した接合面の幅（複数の場合はその合計）が１００μｍ〜１ｃｍであれば、熱輸送デバイスの容器の気密性は十分に保たれる。
【００８５】
[変形例]
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更され得る。例えば、図１６に示すように、凸形状の接合面が設けられる箇所が適宜設定されてもよい。
【００８６】
図１６（Ａ）は、ベッセル形状の下板部材６０３の、上板部材６０１と拡散接合される接合面６０３ａを、凸形状に形成したものである。
【００８７】
図１６（Ｂ）は、フレーム部材７０２の、上板部材７０１と拡散接合される接合面７０２ａ、及び、下板部材７０３と拡散接合される接合面７０２ｂを、凸形状に形成したものである。
【００８８】
図１６（Ｃ）は、上板部材８０１の、フレーム部材８０２と拡散接合される接合面８０１ａ、及び、フレーム部材８０２の、下板部材８０３と拡散接合される接合面８０２ａを、凸形状に形成したものである。
【００８９】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
【００９０】
上記各実施形態では、容器が、上板部材、下板部材等により形成されるとして説明した。一方、第６実施形態では、容器が、１つの板部材が曲げられることで形成される。従って、その点を中心に説明する。
【００９１】
図１８は、第６の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。図１９は、図１８に示すＡ−Ａ間の断面図である。図２０は、熱輸送デバイスの容器を構成する板部材の展開図である。
【００９２】
図１８に示すように、熱輸送デバイス１１０は、一方向（Ｙ軸方向）に長い矩形の薄板形状を有する容器５１を備えている。この容器５１は、１つの板部材５２が曲げられることで形成される。図２０及び図２１（Ｂ）に示すように、板部材５２の縁部５２ｂから内側へ所定の距離ｄ内であって、板部材５２の中心線に対して半分の領域には、凸形状の接合面５２ａが設けられている。また、縁部５２ｂから内側へ所定の距離ｄ内であって、中心線に対して他方の半分の領域には、その接合面５２ａが当接して拡散接合により接合される平面状の接合面５２ｃが設けられている。すなわち、図２０に示すように、板部材５２の周縁部が接合領域となっている。
【００９３】
板部材５２は、典型的には、無酸素銅、タフピッチ銅、あるいは銅合金で構成される。しかしこれに限られず、板部材５２は、銅以外の金属で構成されてもよく、その他、熱伝導率の高い材料が用いられてもよい。
【００９４】
図１８及び図１９に示すように、容器５１は、長手方向（Ｙ軸方向）に沿う方向での側部５１ｃが、湾曲した形状とされている。すなわち、容器５１は、図２０に示す板部材５２が、板部材５２の略中央で曲げられて形成されることから、側部５１ｃが湾曲した形状とされている。以降では、側部５１ｃを湾曲部５１ｃと呼ぶ場合がある。
【００９５】
容器５１の内部には、毛細管部材５が設けられている。毛細管部材５は、上述のように、１つまたは複数のメッシュ部材８を含む。
【００９６】
［熱輸送デバイス１１０の製造方法］
図２１は、熱輸送デバイスの製造方法を示す図である。
【００９７】
図２１（Ａ）に示すように、まず、板部材５２が用意される。そして、板部材５２の略中央において、板部材５２が曲げられる。
【００９８】
板部材５２が所定の角度まで曲げられると、図２１（Ｂ）に示すように、曲げられた板部材５２の間に、毛細管部材５が入れられる。なお、毛細管部材５は、板部材５２の曲げが開始される前に、板部材５２上の所定の位置に配置されていてもよい。板部材５２の間に、毛細管部材５が入れられると、毛細管部材５を挟み込むように、板部材５２がさらに曲げられる。これにより、接合面５２ａ及び接合面５２ｃが対面する。そして、図２１（Ｃ）に示すように、曲げられた板部材５２の接合部５３が加圧され、接合面５２ａ及び接合面５２ｃが拡散接合により接合される。拡散接合により加圧される部分は、図１８に示す接合部５３であり、四角形の端部の４辺のうち３辺である。また、この拡散接合工程において、図２１（Ｃ）に示すように、毛細管部材５が板部材５２の上板部５２ｄ及び下板部５２ｅに拡散接合により接合される。
【００９９】
この熱輸送デバイス１１０の場合、容器５１が１つの板部材５２により形成されるので、部品数が減り、コストを削減することができる。また、２つ以上の部材で容器５１が形成される場合、これらの部材の位置を合わせる必要があるが、本実施形態では、部材の位置を合わせる必要がない。従って、熱輸送デバイス１１０を容易に製造することができる。
【０１００】
［変形例］
図２２は、上記熱輸送デバイス１１０の変形例を説明するための図であり、板部材の展開図である。
【０１０１】
図２２に示すように、板部材５２は、板部材５２の中央において、長手方向（Ｙ軸方向）に沿うように、溝５４を有している。溝５４は、例えば、プレス加工や、エッチング加工により形成されるが、溝５４の形成方法は、特に限定されない。
【０１０２】
板部材５２に溝５４が設けられることで、板部材５２を曲げ易くすることができる。これにより、さらに容易に、熱輸送デバイス１１０を製造することができる。なお、板部材５２は長手方向で（Ｙ方向を軸として）折り曲げる構造を示したが、短辺（短手方向）で（Ｘ方向を軸として）折り曲げるようにしてもよい。
【０１０３】
＜第７の実施形態＞
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。なお、第７の実施形態では、上述の第６の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０４】
図２３は、第７の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。図２４は、図２３に示すＡ−Ａ間の断面図である。図２５は、熱輸送デバイスの容器を構成する板部材の展開図である。
【０１０５】
図２３及び図２４に示すように、熱輸送デバイス１２０は、一方向（Ｙ軸方向）に長い矩形の薄板形状を有する容器６１を備えている。
【０１０６】
この容器６１は、図２５に示す板部材６２が中央から折り返されて形成される。板部材６２は、板部材６２の中央において、板部材６２の長手方向に沿うように、２つの開口６５が設けられている。このように開口６５が設けられることにより、板部材６２の左側の板と右側の板とが、３つの領域６６で接続されたような形状となっている。
【０１０７】
容器６１は、長手方向（Ｙ軸方向）に沿う方向での側部６１ｃ、６１ｄと、短手方向（ｘ軸方向）に沿う方向での側部６１ｅ、６１ｆとに接合部６３を有している。この接合部６３において、斜線で示す接合面６２ａと、凸形状の接合面６２ｂとが拡散接合により接合されて、容器６１が形成される。
【０１０８】
このように上板と下板とが接合された結果、側部６１ｃから突出した３つの突出部６４が形成される。
【０１０９】
熱輸送デバイス１２０では、板部材６２に開口６５が設けられるため、板部材６２を容易に曲げることができる。これにより、さらに容易に熱輸送デバイス１２０を製造することができる。
【０１１０】
板部材６２の、開口６５及び縁部６２ｃとの間の領域６６と、２つの開口６５の間の領域６６とに、例えば、プレス加工により形成された溝が設けられていてもよい。これによりさらに容易に、板部材６２を折り曲げることができる。
【０１１１】
図１８以降に示した実施形態のうちいずれか１つの特徴部分と、図１２〜図１５に示した実施形態のうちいずれか１つの特徴部分とが組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な分解斜視図である。
【図３】図１における熱輸送デバイスの部分的な拡大図である。
【図４】第１の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図５】上板部材の凸形状の接合面とフレーム部材の接合面との接触領域Ｚを示した模式的な図である。
【図６】シミュレーションのために想定される、隙間（ボイド）を有する熱輸送デバイスを説明する模式的な断面図である。
【図７】リークパスに対するリークレートをシミュレーションしたグラフである。
【図８】第２の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図９】比較対象の熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図１０】２つの部材が拡散接合される場合の、接合過程を説明するグラフである。
【図１１】温度を一定とした場合の、圧力、接合率、及び最も寄与率が大きい接合機構の関係を示すグラフである。
【図１２】第３の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図１３】第４の実施形態に係る、治具部を用いた熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図１４】第５の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明する図である。
【図１５】凸形状の接合面の具体的な形状の例を示した図である。
【図１６】本発明に係る実施形態の変形例を示す図である。
【図１７】気相側に近い側に熱源が配置された第１の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す模式的な断面図である。
【図１８】さらに別の実施の形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。
【図１９】図１８に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図２０】図１８に示す熱輸送デバイスの容器を構成する板部材の展開図である。
【図２１】さらに別の実施の形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を示す図である。
【図２２】変形例に係る熱輸送デバイスを説明するための図であり、板部材の展開図である。
【図２３】さらに別の実施の形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。
【図２４】図２３に示すＡ−Ａ間の断面図である。
【図２５】さらに別の実施の形態に係る熱輸送デバイスの容器を構成する板部材の展開図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１…上板部材
１ａ、３ａ、２０１ａ、３０１ａ、３０１ｂ、３０３ａ、３０３ｂ、５０１ａ、６０１ａ、７０２ａ、７０２ｂ、８０１ａ、８０２ａ…凸形状の接合面
２、３０２、７０２、８０２…フレーム部材
３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、７０３、８０３、９０３、１００３…下板部材
４、２０４、３０４、４０４、９０４、１００４…容器
５…毛細管部材
６…第１のメッシュ層
７…第２のメッシュ層
８…メッシュ部材
１０…熱源
２１、２３…フレーム部材の接合面
１００、２００、３００、４００、５００、９００、１０００…熱輸送デバイス
２３１、９３１、１０３１…下板部材の接合面
４１１、９１１、１０１１…上板部材の接合面
４１５…上板部材の面
４５０ａ…治具部の凸部
４５０、４６０、５５０、５６０…治具部
９５０…ボイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の、前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための凸形状の接合面と、前記容器を構成する第２の板の接合面とを対面させ、
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と、前記第２の板の前記接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記第１の板は、複数の前記凸形状の接合面を有する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記拡散接合工程は、前記複数の凸形状の接合面を変形させる
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記変形した複数の凸形状の接合面の各幅の合計は、１００μｍ〜１ｃｍである
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、さらに、
機械研磨、エッチング、又は金型加工により、前記凸形状の接合面を形成する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記拡散接合工程は、前記凸形状の接合面を変形させる
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記変形した凸形状の接合面の幅は、１００μｍ〜１ｃｍである
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項８】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の、前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための凸形状の接合面と、前記側壁を構成するフレーム部材の第１の接合面とを対面させ、
前記容器を構成する第２の板の接合面と、前記フレーム部材の、前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面とを対面させ、
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と前記第１の接合面とを拡散接合し、かつ、前記第２の板の前記接合面と前記第２の接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記第２の板の接合面は、前記側壁の一部を構成するために凸形状に形成されている
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１０】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の接合面と、前記容器の内部空間を囲む側壁を構成するフレーム部材の、前記側壁の一部を構成するための凸形状の第１の接合面とを対面させ、
前記容器を構成する第２の板の接合面と、前記フレーム部材の、前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面とを対面させ、
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と前記第１の接合面とを拡散接合し、かつ、前記第２の板の前記接合面と前記第２の接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記フレーム部材の第２の接合面は、前記側壁の一部を構成するために凸形状に形成されている
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１２】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の接合面と、前記容器を構成する第２の板の接合面とが対面するように、かつ、環状の凸部を有する治具部の、前記凸部が前記第１の板の接合面の反対側から前記第１の板に向くように、前記治具部、前記第１の板及び前記第２の板を積層し、
前記積層方向に前記治具部、前記第１の板及び前記第２の板に荷重を加えることで、前記第１の板の前記接合面が前記容器の内部空間を囲む側壁の一部として構成されるように、前記凸部により前記第１の板の前記接合面を凸形状に形成し、
前記容器を形成するために、前記荷重を利用して前記第１の板の前記接合面と前記第２の板の前記接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１３】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する板を曲げることにより、前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材を、前記曲げられて形成される前記板の第１の部位及び第２の部位で挟み、
前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための、前記第１の部位に形成された凸形状の接合面と、前記第２の部位の接合面とを対面させ、
前記容器を形成するために、前記第１の部位の前記接合面と、前記第２の部位の前記接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１４】
内部空間を囲む側壁を有する容器であって、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する第１の板と、前記凸形状の接合面に拡散接合により接合された第２の板とを有する容器と、
前記容器内で相変化することにより熱を輸送する作動流体と
を具備する熱輸送デバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載の熱輸送デバイスであって、
前記第１の板は、複数の前記凸形状の接合面を有する
熱輸送デバイス。
【請求項１６】
内部空間を囲む側壁を有する容器であって、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する第１の板と、前記凸形状の接合面に拡散接合により接合された第１の接合面を有する、前記側壁を構成するフレーム部材と、前記フレーム部材の前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面に拡散接合により接合された第２の板とを有する容器と、
前記容器内で相変化することにより熱を輸送する作動流体と
を具備する熱輸送デバイス。
【請求項１７】
請求項１６に記載の熱輸送デバイスであって、
前記第２の板は、前記フレーム部材の前記第２の接合面に拡散接合により接合された、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する
熱輸送デバイス。
【請求項１】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の、前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための凸形状の接合面と、前記容器を構成する第２の板の接合面とを対面させ、
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と、前記第２の板の前記接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記第１の板は、複数の前記凸形状の接合面を有する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記拡散接合工程は、前記複数の凸形状の接合面を変形させる
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記変形した複数の凸形状の接合面の各幅の合計は、１００μｍ〜１ｃｍである
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、さらに、
機械研磨、エッチング、又は金型加工により、前記凸形状の接合面を形成する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記拡散接合工程は、前記凸形状の接合面を変形させる
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記変形した凸形状の接合面の幅は、１００μｍ〜１ｃｍである
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項８】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の、前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための凸形状の接合面と、前記側壁を構成するフレーム部材の第１の接合面とを対面させ、
前記容器を構成する第２の板の接合面と、前記フレーム部材の、前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面とを対面させ、
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と前記第１の接合面とを拡散接合し、かつ、前記第２の板の前記接合面と前記第２の接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記第２の板の接合面は、前記側壁の一部を構成するために凸形状に形成されている
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１０】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の接合面と、前記容器の内部空間を囲む側壁を構成するフレーム部材の、前記側壁の一部を構成するための凸形状の第１の接合面とを対面させ、
前記容器を構成する第２の板の接合面と、前記フレーム部材の、前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面とを対面させ、
前記容器を形成するために、前記第１の板の前記接合面と前記第１の接合面とを拡散接合し、かつ、前記第２の板の前記接合面と前記第２の接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記フレーム部材の第２の接合面は、前記側壁の一部を構成するために凸形状に形成されている
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１２】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する第１の板の接合面と、前記容器を構成する第２の板の接合面とが対面するように、かつ、環状の凸部を有する治具部の、前記凸部が前記第１の板の接合面の反対側から前記第１の板に向くように、前記治具部、前記第１の板及び前記第２の板を積層し、
前記積層方向に前記治具部、前記第１の板及び前記第２の板に荷重を加えることで、前記第１の板の前記接合面が前記容器の内部空間を囲む側壁の一部として構成されるように、前記凸部により前記第１の板の前記接合面を凸形状に形成し、
前記容器を形成するために、前記荷重を利用して前記第１の板の前記接合面と前記第２の板の前記接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１３】
作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイスの容器を構成する板を曲げることにより、前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材を、前記曲げられて形成される前記板の第１の部位及び第２の部位で挟み、
前記容器の内部空間を囲む側壁の一部を構成するための、前記第１の部位に形成された凸形状の接合面と、前記第２の部位の接合面とを対面させ、
前記容器を形成するために、前記第１の部位の前記接合面と、前記第２の部位の前記接合面とを拡散接合する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項１４】
内部空間を囲む側壁を有する容器であって、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する第１の板と、前記凸形状の接合面に拡散接合により接合された第２の板とを有する容器と、
前記容器内で相変化することにより熱を輸送する作動流体と
を具備する熱輸送デバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載の熱輸送デバイスであって、
前記第１の板は、複数の前記凸形状の接合面を有する
熱輸送デバイス。
【請求項１６】
内部空間を囲む側壁を有する容器であって、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する第１の板と、前記凸形状の接合面に拡散接合により接合された第１の接合面を有する、前記側壁を構成するフレーム部材と、前記フレーム部材の前記第１の接合面の反対側にある第２の接合面に拡散接合により接合された第２の板とを有する容器と、
前記容器内で相変化することにより熱を輸送する作動流体と
を具備する熱輸送デバイス。
【請求項１７】
請求項１６に記載の熱輸送デバイスであって、
前記第２の板は、前記フレーム部材の前記第２の接合面に拡散接合により接合された、前記側壁の一部を構成するための凸形状の接合面を有する
熱輸送デバイス。
【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】
【図２４】
【図２５】
【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】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１０−１５１３５２（Ｐ２０１０−１５１３５２Ａ）
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２８８６８（Ｐ２００８−３２８８６８）
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
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