熱輸送デバイスの製造方法及び熱輸送デバイス
【課題】少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器を形成することができる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】第２の治具部２０により平板２’に圧力が加えられ、第２の治具部２０の押圧部２０ｂにより押圧された平板２’の外周の領域２ｂが、下板部材１と拡散接合される。この拡散接合工程は、例えば９００度程度の高温状態で行われるので、押圧された平板２’は軟化し変形する。第２の治具部２０の凹部２０ａの開口は、容器１２の外形と等しいので、平板２’は容器１２の外形となる凹部２ａを有する上板部材２となる。つまり、この拡散接合工程において、第２の治具部２０により、平板２’は変形され上板部材２となり、かつ、この上板部材２が下板部材１と拡散接合される。このように、平板２’を上板部材２となるように変形させる工程が、下板部材１及び上板部材２を拡散接合させる工程内で共に行われる。
【解決手段】第２の治具部２０により平板２’に圧力が加えられ、第２の治具部２０の押圧部２０ｂにより押圧された平板２’の外周の領域２ｂが、下板部材１と拡散接合される。この拡散接合工程は、例えば９００度程度の高温状態で行われるので、押圧された平板２’は軟化し変形する。第２の治具部２０の凹部２０ａの開口は、容器１２の外形と等しいので、平板２’は容器１２の外形となる凹部２ａを有する上板部材２となる。つまり、この拡散接合工程において、第２の治具部２０により、平板２’は変形され上板部材２となり、かつ、この上板部材２が下板部材１と拡散接合される。このように、平板２’を上板部材２となるように変形させる工程が、下板部材１及び上板部材２を拡散接合させる工程内で共に行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体の相変化を利用して熱を輸送する熱輸送デバイス、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＣＰＵ（Central Processing Unit）等の熱源を冷却するデバイスとして、プレート型ヒートパイプが広く用いられている。このようなプレート型ヒートパイプは、密閉されたハウジングを有しており、このハウジング内部には作動流体及び毛細管構造体が設けられる。ハウジング内部に設けられた作動流体が相変化することにより、ＣＰＵ等が冷却される。
【０００３】
例えば特許文献１には、ヒートパイプの原理を利用したヒートスプレッダーが記載されている。このヒートスプレッダーは、上カバー及び下カバーにより形成されたハウジングを有している。上カバー及び下カバーは、それぞれ１枚のシート状の銅がプレス加工されることで形成され、上カバーの周縁の内側には隆起した部分が形成される。プレス加工された上カバー及び下カバーが拡散接合されることで、ハウジングが形成され、上カバーの隆起した部分の内側がハウジングの内部空間となっている（例えば、特許文献１の段落［００１２］、［００２１］、図３等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４０４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のヒートスプレッダーでは、ハウジングの形成に、上カバー及び下カバーの加工工程と、上カバー及び下カバーの拡散接合工程が別個に必要である。従って、ハウジング形成のために時間とコストがかかる。また、製造されるヒートスプレッダーの形状が変更された場合に、上カバー及び下カバーの加工を適宜変更しなければならない。プレス加工に用いられる金型を変更する場合、その金型の製作のために時間やコストがかかってしまう。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器を形成することができる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】
【０００７】
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ための第１の板及び第２の板の間に、前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材を挟むように、前記第１の板、前記毛細管部材、及び前記第２の板を積層させることを含む。
前記毛細管部材を収容する前記容器の内部空間を形成するために前記第２の板が変形されながら、前記第１の板及び前記第２の板が拡散接合される。
【０００８】
熱輸送デバイスの容器の形成において、毛細管部材を収容する容器の内部空間を形成するために第２の板を変形させる工程が、第１及び第２の板を拡散接合させる工程内で、この拡散接合工程と共に行われるので、少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器を形成することができる。
【０００９】
前記毛細管部材は、前記容器の外周に沿うような形状を有してもよい。この場合、前記積層工程は、前記第１の板及び前記第２の板の間に、前記毛細管部材の外周を囲むワイヤー状のスペーサを配置する工程を含んでもよい。また、前記拡散接合工程では、前記スペーサの外周に沿って前記第２の板に圧力が加えられることで、前記第２の板が変形されながら前記第１の板及び前記第２の板が拡散接合されてもよい。
【００１０】
スペーサにより、所期の容積の内部空間が確実に形成される。また、容器の内部空間には容器の外周に沿って毛細管部材が設けられるので、容器の内部空間における毛細管部材が占める割合が大きい。以上により、内部空間において毛細管部材による毛細管力が作動流体へ十分に作用する。またスペーサにより、形成された容器の内部空間が変形してしまうのを防止することができる。
【００１１】
前記スペーサの一部に切れ目が設けられてもよい。この場合、前記拡散接合工程の後に、さらに、前記スペーサの切れ目から前記作動流体が前記容器の内部空間に注入されてもよい。
【００１２】
切れ目が設けられたスペーサを配置する際に、例えば１本のスペーサを毛細管部材の外周に沿うように設けることで、簡単にスペーサを配置することができる。この切れ目を介して、容器の内部空間に作動流体が注入される。
【００１３】
前記拡散接合工程では、前記容器の外形が所定の形状になるように前記第２の板に圧力が加えられることで、前記第２の板が変形されながら、前記第１の板及び前記第２の板が拡散接合されてもよい。この場合、前記拡散接合工程の後に、さらに、前記第１の板及び前記第２の板が前記所定の形状で切り取られることで、前記容器が形成されてもよい。
【００１４】
例えば、形成される容器の外形が変更された場合、その変更に応じて第２の板を変形させればよい。つまり本形態の製造方法では、所定の外形を有する容器を形成することができる。
【００１５】
前記積層工程では、第１の治具部の平面上に、前記第１の板、前記毛細管部材、及び前記第２の板が積層されてもよい。この場合、前記拡散接合工程では、前記容器の外形の開口を有する凹部が形成された第２の治具部により、前記第２の板が変形されながら、前記第１の板及び前記第２の板が拡散接合されてもよい。
【００１６】
例えば、形成される容器の外形が変更された場合、その変更に応じて上記第２の治具部が変更されればよい。第２の治具部は、プレス加工等に用いられる金型を製作するのに比べて、短い時間と少ないコストで製作される。
【００１７】
本発明の一形態に係る熱輸送デバイスは、作動流体と、毛細管部材と、ワイヤー状のスペーサと、容器とを具備する。
前記作動流体は、相変化することにより熱を輸送する。
前記毛細管部材は、前記作動流体に毛細管力を作用させる。
前記スペーサは、外周を有し、前記毛細管部材の周囲に設けられる。
前記容器は、内部空間と、第１の板と、第２の板とを有する。
前記内部空間は、前記作動流体と前記毛細管部材と前記スペーサとを収容する。
前記第２の板は、前記内部空間を形成するために前記スペーサの前記外周に沿って加えられる圧力により変形しながら、前記第１の板に拡散接合される。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１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２】図１に示す熱輸送デバイスの短手方向での断面図（Ａ−Ａ線での断面図）である。
【図３】図１に示す熱輸送デバイスの分解斜視図である。
【図４】図１に示す熱輸送デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第２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６】図５に示す熱輸送デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図７】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ための図である
【図８】図７に示す工程における、熱輸送デバイスのＢ−Ｂ線での断面図である。
【図９】図７に示すスペーサの切れ目が位置する部分を説明するための図である。
【図１０】図８に示す第３の実施形態に係る熱輸送デバイスのスペーサの変形例を示した図である。
【図１１】第２の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法で用いられる第２の治具部を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
［熱輸送デバイスの構成］
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斜視図である。図２は、図１に示す熱輸送デバイス１００の短手方向での断面図（Ａ−Ａ線での断面図）である。図３は、熱輸送デバイス１００の分解斜視図である。
【００２２】
熱輸送デバイス１００は、平板状の下板部材１と、皿状の上板部材２とで構成される容器１２を備え、上板部材２の凹部２ａにより容器１２の内部空間が形成される（以後、この内部空間を内部空間２ａという）。内部空間２ａには、相変化することにより熱を輸送する図示しない作動流体が封入される。また、内部空間２ａには、作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材５が収容されている。本実施形態では、下板部材１、上板部材２、及び毛細管部材５は、矩形状に形成されている。
【００２３】
作動流体は下板部材１の内面１１に形成された注入口６ａ及び注入口６ａと連通するＬ字状の溝でなる注入路６ｂを介して、内部空間２ａに注入される。注入口６ａは下板部材１を貫通しており、注入路６ｂは、内部空間２ａと連通するように形成されている。注入路６ｂは、例えばエンドミル加工、レーザ加工、プレス加工、または、半導体製造におけるフォトリソグラフィ及びハーフエッチング等の微細加工により形成されればよい。注入口６ａ及び注入路６ｂは、内部空間２ａに作動流体が注入された後に、例えばかしめ加工等により封止される。
【００２４】
下板部材１及び上板部材２の材料としては、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等の金属や、カーボンナノ材料等の熱伝導性の高い材料が用いられる。作動流体は、例えば純水、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、代替フロン、アンモニア等が用いられる。
【００２５】
毛細管部材５は、第１のメッシュ層３及び第２のメッシュ層４からなる。第１のメッシュ層３は、下板部材１の内面１１上に配置され、その第１のメッシュ層３上に、第２のメッシュ層４が積層されている。
【００２６】
図３に示すように、第１のメッシュ層３は、金属細線が編み込まれてなるメッシュ部材３ａが複数積層されてなり、第２のメッシュ層４は１枚のメッシュ部材４ａでなる。メッシュ部材３ａの網目の大きさは、メッシュ部材４ａの網目の大きさと比べて小さい。従って、熱輸送デバイス１００が動作していないときは、上記作動流体は、主に毛細管力の強い第１のメッシュ層３の方に引き寄せられて保持されている。
【００２７】
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や、金属粉体の焼結構造を有するものが挙げられる。この他にも、毛細管部材５として、エッチング技術によりすだれ形状、又は格子状に形成されたものや、溝が形成されたもの等が用いられてもよい。
【００２８】
［熱輸送デバイスの動作］
熱輸送デバイス１００の動作について説明する。図１に示すように、例えば熱輸送デバイス１００の上板部材２の長手方向における一方の側に熱源７が熱的に接続されているとする。「熱的に接続され」とは、直接的に接しているか、または、図示しない熱伝導性の部材や熱伝導性のシート状の部材を介して接続されていることを意味する。熱源７は、典型的にはＣＰＵ等のＩＣ（Integrated Circuit）であるが、半導体レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源であってもよい。
【００２９】
容器１２の内部空間２ａにおいて、熱源７から熱を受けた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４を通って、上板部材２の長手方向における、熱源７が接続されている側の反対側へ移動し、そこで凝縮することで熱を放出する。凝縮して液相になった作動流体は、第１のメッシュ層３の毛細管力を受けて、熱源７が接続されている側へ移動する。そして、熱源７から再び熱を受け、液相の作動流体は蒸発する。このサイクルが繰り返されることで、熱源７が冷却される。
【００３０】
なお図１では、熱源７は、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４に近い側である、上板部材２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、例えば熱輸送デバイス１００の液相側に近い側、つまり第１のメッシュ層３側に近い側である下板部材１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。
【００３１】
［熱輸送デバイスの製造方法］
図４は、熱輸送デバイス１００の製造方法を説明するための図である。図４（Ａ）に示すように、第１の治具部１０の平面１０ａ上に下板部材１が載置され、下板部材１の内面１１上に毛細管部材５が載置される。毛細管部材５の上には、上板部材２となる平板２’が載置される。
【００３２】
平板２’の上方には、第２の治具部２０が配置される。第２の治具部２０は、凹部２０ａを有しており、凹部２０ａを平面で見た形状（図４におけるＺ方向で見た形状）、つまり凹部２０ａの開口の形状は、製造される熱輸送デバイス１００の容器１２の外形と等しい。凹部２０ａの周囲は、押圧部２０ｂとなっている。
【００３３】
図４（Ｂ）に示すように、第２の治具部２０に、平板２’から下板部材１へ向かう方向（図４に示すＺ方向）で全体荷重Ｆが加えられ、第２の治具部２０により平板２’に圧力が加えられる。この工程により、第２の治具部２０の押圧部２０ｂにより押圧された、平板２’の外周の領域２ｂが、下板部材１と拡散接合される。
【００３４】
この拡散接合工程は、例えば９００度程度の高温状態で行われるので、第２の治具部２０に押圧される平板２’は軟化し、変形する。第２の治具部２０の凹部２０ａの開口は、容器１２の外形と等しいので、平板２’は、容器１２の外形となる凹部２ａを有する上板部材２となる。この際、上板部材２の凹部２ａには毛細管部材５が収容されるが、この毛細管部材５により、上記拡散接合工程において容器１２が潰れることなく、内部空間２ａ（凹部２ａ）が形成される。つまり、この拡散接合工程において、第２の治具部２０により、平板２は’変形され上板部材２となり、かつ、この上板部材２が下板部材１と拡散接合される。
【００３５】
このように、熱輸送デバイス１００の容器１２の形成において、毛細管部材５を収容する容器１２の内部空間２ａを形成するために、平板２’を上板部材２となるように変形させる工程が、下板部材１及び上板部材２を拡散接合させる工程内で、この拡散接合工程と共に行われる。これにより、少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器１２を形成することができる。
【００３６】
また、第２の治具部２０の凹部２０ａの深さと、毛細管部材５の厚みを適宜設定し、上記の拡散接合工程において、毛細管部材５を、下板部材１及び上板部材２にそれぞれ拡散接合させてもよい。例えば、毛細管部材５の厚みを凹部２０ａの深さよりも大きくする。そうすると拡散接合工程において毛細管部材５が圧縮され、圧縮された毛細管部材５の応力により、毛細管部材５が下板部材１及び上板部材２とそれぞれ拡散接合されてもよい。
【００３７】
図４（Ａ）で示す平板２’の大きさも適宜設定されてよい。平板２’は、拡散接合工程において変形され、凹部２ａを有する上板部材２となる。従って、本実施形態では、この凹部２ａの深さ分だけ平板２’は下板部材１よりも大きい。しかしながら、容器１２の全体の厚みや、形成される上板部材２の側壁の厚み等に応じて、平板２’の大きさは適宜設定される。
【００３８】
第２の治具部２０の形状も適宜設定されてよい。例えば、第２の治具部２０が凹部２０ａを有さず、平板２’の外周の領域２ｂを押圧する押圧部２０ｂのみで構成されてもよい。この場合、押圧部２０ｂは、製造される容器１２の外形に沿うように環状に設けられる。この場合でも、下板部材１に毛細管部材５が載置されているので、平板２’は変形され、毛細管部材５を収容する内部空間２ａ（凹部２ａ）を有する上板部材２となる。かつ、この上板部材２が下板部材１と拡散接合される。第２の治具部２０に加えられる荷重も全体荷重Ｆではなく、押圧部２０ｂのみに加えられる荷重でもよい。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した熱輸送デバイス１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【００４０】
第２の実施形態に係る熱輸送デバイス２００は、容器２１２の外形がＬ字状である点で、第１の実施形態に係る熱輸送デバイス１００と異なる。熱輸送デバイス２００の上板部材２０２は皿状であり、その内面側に凹部２０２ａを有している。この凹部２０２ａにより、容器２１２の内部空間２０２ａが形成され、内部空間２０２ａには、容器２１２の外周に沿うようにＬ字状の毛細管部材２０５が収容されている（図５で示す破線）。
【００４１】
［熱輸送デバイスの製造方法］
図６は、熱輸送デバイス２００の製造方法を説明するための図であり、熱輸送デバイス２００の厚み方向で見た図である。
【００４２】
図６（Ａ）に示すように、第１の治具部２１０上に、平板２０１’が載置される。この平板２０１’は、図５で示す下板部材２０１となるものである。図６（Ａ）では、第１の治具部２１０は矩形状として図示されているが、第１の治具部２１０の形状は特に規定されない。平板２０１’も矩形状のものに限定されず、後の拡散接合工程において下板部材２０１としての形状が得られるのであれば、どのような形状でもよい。
【００４３】
平板２０１’には、注入口２０６ａ及び注入路２０６ｂが形成されており、その注入口２０６ａ及び注入路２０６ｂの形成位置に合わせて、平板２０１’上にＬ字状の毛細管部材２０５が載置される。
【００４４】
図６（Ｂ）に示すように、毛細管部材２０５上に矩形状の平板２０２’が載置される。この平板２０２’は、上板部材２０２になるものである。本実施形態では、平板２０２’は平板２０１’と同じ矩形状であるが、後の拡散接合工程において上板部材２０２としての形状が得られるのであれば、その形状は特に規定されない。なお、図６（Ｂ）では、平板２０１’に形成された注入口２０６ａ及び注入路２０６ｂと、平板２０１’に載置された毛細管部材５を破線で図示している。
【００４５】
図６（Ｃ）に示す工程において、図１１に示す第２の治具部２２０により、平板２０２’の上方から平板２０２’に垂直な方向で圧力が加えられる。図１１に示すように、第２の治具部２２０は、平板２０１’と平板２０２’との接合時にそれらを押圧するための突起状の押圧部２２０ｂを有する。
【００４６】
押圧部２２０ｂの外形は、容器２１２の外形と同じ形状を有し、押圧部２２０ｂの内部が凹部２２０ａとなる。すなわち、第１の実施形態と同じように、第２の治具部２２０は、容器２１２の外形の開口を有する凹部２２０ａが設けられており、本実施形態では、凹部２２０ａの開口の形状はＬ字状になっている。この第２の治具部２２０により、平板２０２’にＬ字状の外形を有し内部に毛細管部材２０５を収容する凹部２０２ａが形成され、かつ、平板２０１’及び平板２０２’が拡散接合される。凹部２０２ａは、上方から見て凸部になっている。
【００４７】
図６（Ｃ）では、平板２０１’及び平板２０２’が拡散接合された接合領域２０８を、斜線で図示している。この接合領域２０８の大きさは、第２の治具部２２０の押圧部２２０ｂの大きさにより決まる。上記で説明した注入口２０６ａ及び２０６ｂは、接合領域２０８内に含まれる。
【００４８】
接合領域２０８において、平板２０１’及び平板２０２’が切り取られることで、図５で示した熱輸送デバイス２００が形成される。切り取られた平板２０１’は下板部材２０１となり、平板２０２’は上板部材２０２となる。平板２０１’及び平板２０２’を切り取る際には、例えばレーザーカッターや、抜き型等が用いられる。またワイヤー放電加工（ワイヤーカット）が用いられて、平板２０１’及び平板２０２’が切り取られてもよい。
【００４９】
例えば、容器２１２の外形をＬ字状ではなく他の形状に変更することが必要になった場合を考える。この場合でも、本実施形態に係る製造方法では、拡散接合工程において、変更された形状となるように平板２０２’を変形させながら、平板２０１’及び平板２０２’を拡散接合することができる。つまり、本実施形態に係る製造方法では、平板２０２’を所定の外形となるように変形させることで、所定の外形を有する容器２１２を形成することができる。この場合、第２の治具部２２０を変更し、所定の外形の開口を有する凹部が形成された新たな第２の治具部が用いられることで、拡散接合工程において平板２０２’を所定の外形となるように変形させることができる。
【００５０】
例えば２５℃程度の常温状態において、プレス加工や、絞り加工等の金型加工により、平板２０２’を変形させるためには、数十トン程度の非常に大きな荷重が平板２０２’に加えられる必要がある。このような大きな荷重を発生させ平板２０２’を加工する装置は高価であり、設備にかかるコストが大きくなってしまう。しかしながら、本実施形態では、平板２０２’は高温状態の中で軟化しているので、平板２０２’を変形させるために上記したような大きな荷重は必要なく、設備にかかるコストを抑えることができる。
【００５１】
また、金型加工により容器２１２が形成される場合、形成される容器２１２の外形の変更に伴い、金型が新たに形成されることが必要となる。金型は平板２０２’よりも硬く、大きな荷重が加えられても変形しないような材料が用いられるので、新たな金型の製作のために時間やコストがかかってしまう。
【００５２】
これに対し、本実施形態に係る製造方法で用いられる金型である第２の治具部２２０は、拡散接合工程での高温状態の中でも軟化することのないような、融点の高い材料であればよく、上記した金型と同程度の硬度は必要とされない。従って、第２の治具部２２０は、例えばステンレスの中でも安価なものや、鉄等で形成されてもよい。つまり、第２の治具部２２０は、プレス加工等に用いられる金型を製作するのに比べて、短い時間と少ないコストで製作される。
【００５３】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係る熱輸送デバイス、及びその製造方法を説明する。本実施形態に係る熱輸送デバイスは、第２の実施形態に係る熱輸送デバイス２００と同様にＬ字状の外形の容器を有している。この容器の内部空間には、Ｌ字状の毛細管部材と、毛細管部材の外周を囲むワイヤー状のスペーサが設けられている。
【００５４】
［熱輸送デバイスの製造方法］
図７は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明するための図である。図８は、図７に示す工程における、熱輸送デバイスのＢ−Ｂ線での断面図である。
【００５５】
図７（Ａ）に示すように、第１の治具部３１０上に下板部材となる平板３０１’が載置され、平板３０１’上には、Ｌ字状の毛細管部材３０５が載置される。本実施形態の製造方法では、平板３０１’上に、この毛細管部材５の外周を囲むワイヤー状のスペーサ３３０が配置される。スペーサ３３０としては、例えば銅等の金属からなる１本のワイヤーが用いられる。スペーサ３３０の断面（ワイヤーの断面）の直径は、要求される容器の内部空間の厚みと実質的に一致するように設定される。
【００５６】
図７（Ｂ）に示すように、毛細管部材３０５及びスペーサ３３０の上に、上板部材となる平板３０２’が載置される。図８（Ａ）に示すように、毛細管部材３０５及びスペーサ３３０上に載置された平板３０２’の上方には第２の治具部３２０が配置される。なお、説明を分かりやすくするために、図７では、第２の治具部３２０を省略して図示している。同様に、図７（Ｂ）及び（Ｃ）において、平板３０１’及び３０２’に挟まれたスペーサ３３０のみを破線で示し、毛細管部材３０５は省略している。
【００５７】
第２の治具部３２０は、凹部３２０ａを有しており、凹部３２０ａの開口の形状は、容器３１２の外形と等しくＬ字状である。凹部３２０ａの周囲は、押圧部３２０ｂとなっている。
【００５８】
図７（Ｃ）及び図８（Ｂ）に示すように、第２の治具部３２０により、平板３０２’の上方から平板３０２’に垂直な方向で圧力が加えられる。第２の治具部３２０の押圧部３２０ｂにより、スペーサ３３０の外周を沿う領域３０８が押圧される。これが接合領域３０８となる。これにより、平板３０２’にＬ字状の外形を有し、内部に毛細管部材３０５及びスペーサ３３０を収容する凹部３０２ａが形成され、かつ、平板３０１’及び平板３０２’が拡散接合される。図７（Ｃ）に示すように、スペーサ３３０の切れ目３３５が位置する部分では、平板３０２’に圧力が加えられていない。この切れ目３３５が位置する部分については、後に説明する。
【００５９】
本実施形態に係る製造方法では、スペーサ３３０により、所期の容積の内部空間３０２ａが確実に形成される。これにより、内部空間３０２ａにおいて毛細管部材３０５による毛細管力が作動流体へ十分に作用する。また、内部空間３０２ａが確実に形成されるので、例えば毛細管部材３０５が変形してしまい、気相の作動流体の移動時の流路抵抗が大きくなってしまうのを防ぐことができる。つまり、スペーサ３３０が内部空間３０２ａに設けられることで、熱輸送に係わる毛細管部材３０５の機能が十分に発揮される。またスペーサ３３０により、製造された熱輸送デバイスに外力が加えられる等で、内部空間３０２ａが変形してしまうのを防止することができる。
【００６０】
スペーサとして、環状に形成されたものが毛細管部材３０５の周囲に配置されてもよい。この場合、スペーサを環状に形成するための工程が必要となる。一方で、本実施形態のように一部に切れ目３３５（図７（Ｃ）参照）を有するスペーサ３３０が配置されてもよい。この場合、１本のワイヤーでなるスペーサ３３０を毛細管部材３５０の外周に沿うように設けることで、例えば毛細管部材３５０の形状が変更された場合でも、簡単にスペーサ３３０を配置することができる。また、次に説明するように、スペーサ３３０の切れ目３３５を介して、容器３１２の内部空間３０２ａに作動流体が注入されてもよい。
【００６１】
図９は、図７に示すスペーサ３３０の切れ目３３５が位置する部分を説明するための図である。図９（Ａ）は、図７（Ｃ）において符号Ｙで示す部分の拡大図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すＣ−Ｃ線での断面図である。
【００６２】
図７（Ｃ）に示す拡散接合工程において、スペーサ３３０の切れ目３３５が位置する部分では、容器３１２の外部と内部空間３０２ａとを連通する孔３４０が形成される。図９（Ｂ）に示すように、孔３４０には、スペーサ３３０の２つの端部３３０ａ及び３３０ｂが位置し、この２つの端部３３０ａ及び３３０ｂの間（切れ目３３５）が内部空間３０２ａと連通している。図９（Ｂ）では、２つの端部３３０ａ及び３３０ｂの間に、内部空間３０２ａに収容された毛細管部材３０５が図示されている。この孔３４０を介して作動流体が内部空間３０２ａに注入される。
【００６３】
図９（Ａ）に示すように、スペーサ３３０の２つの端部３３０ａ及び３３０ｂは、孔３４０の開口面３４５よりも容器３１２の内部空間３０２ａ側に位置している。この開口面３４５から２つの端部３３０ａ及び３３０ｂまでの領域３４５ａが、作動流体が内部空間３０２ａに注入された後に封止されて、容器３１２が密閉される。そして、第２の治具部３２０の押圧部３２０ｂに押圧され接合された接合領域３０８及び上記領域３４５ａにおいて、平板３０１’及び３０２’が切り取られることで、本実施形態に係る熱輸送デバイスが形成される。
【００６４】
このように、本実施形態では、スペーサ３３０の切れ目３３５により孔３４０が形成され、この孔３４０を介して作動流体が内部空間３０２ａに注入される。従って、平板３０１’又は３０２’に第１及び第２の実施形態で説明したような注入口や注入路を形成する必要がない。また第２の実施形態のように、注入口及び注入路の形成位置に合わせて毛細管部材３０５を平板３０１’上に載置する必要もないので、熱輸送デバイスの製造における作業性が向上する。なお、スペーサに設けられる切れ目の数は複数であってもよい。
【００６５】
＜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。
【００６６】
例えば、上記で説明した各実施形態では、内部空間に、容器の外周に沿うような形状の毛細管部材が設けられている。これにより、容器の内部空間における毛細管部材が占める割合が大きくなり、毛細管部材による毛細管力が作動流体へ十分に作用する。また、拡散接合工程において、上板部材となる平板が変形される際に、毛細管部材により、容器の内部空間が形成されず容器が潰れてしまうことを防ぐことができる。
【００６７】
しかしながら、毛細管部材の形状が容器の外周に沿うような形状に限定されるわけではない。仮に毛細管部材の形状が容器の外周に沿うような形状でない場合、スペーサを容器の外周の形状に沿うように設けることで、拡散接合工程において、上板部材となる平板が適正に変形されながら、下板部材となる平板と拡散接合されてもよい。あるいは、スペーサとして、２つの平板の間に複数の支柱等が容器の外周に沿うように配置されることで、平板が適正に変形されてもよい。
【００６８】
また、上記の各実施形態では、２つのメッシュ層により毛細管部材が構成され、各メッシュ層がそれぞれ液相及び気相の作動流体の流路となっている。しかしながら、例えば毛細管部材は液相の作動流体の流路であり、毛細管部材と内部空間の側壁との間のスペースが気相の作動流体の流路となっていてもよい。
【００６９】
図１０は、図８で示す第３の実施形態に係る熱輸送デバイス３００のスペーサ３３０の変形例を示した図である。上記で説明したスペーサ３３０の断面形状は円形状である（図８参照）。一方、図１０で示したスペーサ４３０の断面形状は矩形状である。
【００７０】
断面形状が矩形状でなるスペーサ４３０は、断面形状が円形状でなるスペーサ３３０と比べて、図１０に示すＹ方向においてずれることなく安定して内部空間３０２ａに設けられる。従って、スペーサ４３０の方が、スペーサ３３０と比べて、拡散接合工程において上板部材３０２が形成される際に、内部空間３０２ａを確実に形成することができる。
【００７１】
一方で、毛細管部材３０５と内部空間３０２ａの側壁３８０との間の領域３９０を占める割合は、スペーサ４３０の方がスペーサ３３０よりも大きくなる。上記したように、気相の作動流体の流路を領域３９０とする場合、領域３９０を占める割合が小さいスペーサ３３０が用いられた場合の方が、スペーサ４３０が用いられた場合よりも、気相の作動流体による熱輸送の効率はよくなる。このように、容器の内部空間が形成されるための安定性や、作動流体による熱輸送の効率等を考慮して、スペーサの断面形状を適宜設定することができる。
【００７２】
また、スペーサとして、１本のワイヤー状となるように複数の金属細線が束ねられたものが用いられてもよい。この場合、束になった複数の金属細線により、液相の作動流体に毛細管力を作用させることができる。また、スペーサの内部を気相の作動流体が移動することも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１、２０１、３０１…下板部材
２０１’、３０１’…下板部材となる平板
２、２０２、３０２…上板部材
２’、２０２’、３０２’…上板部材となる平板
２ａ、２０２ａ、３０２ａ…内部空間
５、２０５、３０５…毛細管部材
１０、２１０、３１０…第１の治具部
１２、２１２、３１２…容器
２０、２２０、３２０…第２の治具部
２０ａ、２２０ａ、３２０ａ…第２の治具部の凹部
１００、２００、３００…熱輸送デバイス
３３０、４３０…スペーサ
３３５…スペーサの切れ目
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からＣＰＵ（Central Processing Unit）等の熱源を冷却するデバイスとして、プレート型ヒートパイプが広く用いられている。このようなプレート型ヒートパイプは、密閉されたハウジングを有しており、このハウジング内部には作動流体及び毛細管構造体が設けられる。ハウジング内部に設けられた作動流体が相変化することにより、ＣＰＵ等が冷却される。
【０００３】
例えば特許文献１には、ヒートパイプの原理を利用したヒートスプレッダーが記載されている。このヒートスプレッダーは、上カバー及び下カバーにより形成されたハウジングを有している。上カバー及び下カバーは、それぞれ１枚のシート状の銅がプレス加工されることで形成され、上カバーの周縁の内側には隆起した部分が形成される。プレス加工された上カバー及び下カバーが拡散接合されることで、ハウジングが形成され、上カバーの隆起した部分の内側がハウジングの内部空間となっている（例えば、特許文献１の段落［００１２］、［００２１］、図３等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４０４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のヒートスプレッダーでは、ハウジングの形成に、上カバー及び下カバーの加工工程と、上カバー及び下カバーの拡散接合工程が別個に必要である。従って、ハウジング形成のために時間とコストがかかる。また、製造されるヒートスプレッダーの形状が変更された場合に、上カバー及び下カバーの加工を適宜変更しなければならない。プレス加工に用いられる金型を変更する場合、その金型の製作のために時間やコストがかかってしまう。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器を形成することができる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】
【０００７】
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ための第１の板及び第２の板の間に、前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材を挟むように、前記第１の板、前記毛細管部材、及び前記第２の板を積層させることを含む。
前記毛細管部材を収容する前記容器の内部空間を形成するために前記第２の板が変形されながら、前記第１の板及び前記第２の板が拡散接合される。
【０００８】
熱輸送デバイスの容器の形成において、毛細管部材を収容する容器の内部空間を形成するために第２の板を変形させる工程が、第１及び第２の板を拡散接合させる工程内で、この拡散接合工程と共に行われるので、少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器を形成することができる。
【０００９】
前記毛細管部材は、前記容器の外周に沿うような形状を有してもよい。この場合、前記積層工程は、前記第１の板及び前記第２の板の間に、前記毛細管部材の外周を囲むワイヤー状のスペーサを配置する工程を含んでもよい。また、前記拡散接合工程では、前記スペーサの外周に沿って前記第２の板に圧力が加えられることで、前記第２の板が変形されながら前記第１の板及び前記第２の板が拡散接合されてもよい。
【００１０】
スペーサにより、所期の容積の内部空間が確実に形成される。また、容器の内部空間には容器の外周に沿って毛細管部材が設けられるので、容器の内部空間における毛細管部材が占める割合が大きい。以上により、内部空間において毛細管部材による毛細管力が作動流体へ十分に作用する。またスペーサにより、形成された容器の内部空間が変形してしまうのを防止することができる。
【００１１】
前記スペーサの一部に切れ目が設けられてもよい。この場合、前記拡散接合工程の後に、さらに、前記スペーサの切れ目から前記作動流体が前記容器の内部空間に注入されてもよい。
【００１２】
切れ目が設けられたスペーサを配置する際に、例えば１本のスペーサを毛細管部材の外周に沿うように設けることで、簡単にスペーサを配置することができる。この切れ目を介して、容器の内部空間に作動流体が注入される。
【００１３】
前記拡散接合工程では、前記容器の外形が所定の形状になるように前記第２の板に圧力が加えられることで、前記第２の板が変形されながら、前記第１の板及び前記第２の板が拡散接合されてもよい。この場合、前記拡散接合工程の後に、さらに、前記第１の板及び前記第２の板が前記所定の形状で切り取られることで、前記容器が形成されてもよい。
【００１４】
例えば、形成される容器の外形が変更された場合、その変更に応じて第２の板を変形させればよい。つまり本形態の製造方法では、所定の外形を有する容器を形成することができる。
【００１５】
前記積層工程では、第１の治具部の平面上に、前記第１の板、前記毛細管部材、及び前記第２の板が積層されてもよい。この場合、前記拡散接合工程では、前記容器の外形の開口を有する凹部が形成された第２の治具部により、前記第２の板が変形されながら、前記第１の板及び前記第２の板が拡散接合されてもよい。
【００１６】
例えば、形成される容器の外形が変更された場合、その変更に応じて上記第２の治具部が変更されればよい。第２の治具部は、プレス加工等に用いられる金型を製作するのに比べて、短い時間と少ないコストで製作される。
【００１７】
本発明の一形態に係る熱輸送デバイスは、作動流体と、毛細管部材と、ワイヤー状のスペーサと、容器とを具備する。
前記作動流体は、相変化することにより熱を輸送する。
前記毛細管部材は、前記作動流体に毛細管力を作用させる。
前記スペーサは、外周を有し、前記毛細管部材の周囲に設けられる。
前記容器は、内部空間と、第１の板と、第２の板とを有する。
前記内部空間は、前記作動流体と前記毛細管部材と前記スペーサとを収容する。
前記第２の板は、前記内部空間を形成するために前記スペーサの前記外周に沿って加えられる圧力により変形しながら、前記第１の板に拡散接合される。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１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２】図１に示す熱輸送デバイスの短手方向での断面図（Ａ−Ａ線での断面図）である。
【図３】図１に示す熱輸送デバイスの分解斜視図である。
【図４】図１に示す熱輸送デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第２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６】図５に示す熱輸送デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図７】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ための図である
【図８】図７に示す工程における、熱輸送デバイスのＢ−Ｂ線での断面図である。
【図９】図７に示すスペーサの切れ目が位置する部分を説明するための図である。
【図１０】図８に示す第３の実施形態に係る熱輸送デバイスのスペーサの変形例を示した図である。
【図１１】第２の実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法で用いられる第２の治具部を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
［熱輸送デバイスの構成］
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斜視図である。図２は、図１に示す熱輸送デバイス１００の短手方向での断面図（Ａ−Ａ線での断面図）である。図３は、熱輸送デバイス１００の分解斜視図である。
【００２２】
熱輸送デバイス１００は、平板状の下板部材１と、皿状の上板部材２とで構成される容器１２を備え、上板部材２の凹部２ａにより容器１２の内部空間が形成される（以後、この内部空間を内部空間２ａという）。内部空間２ａには、相変化することにより熱を輸送する図示しない作動流体が封入される。また、内部空間２ａには、作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材５が収容されている。本実施形態では、下板部材１、上板部材２、及び毛細管部材５は、矩形状に形成されている。
【００２３】
作動流体は下板部材１の内面１１に形成された注入口６ａ及び注入口６ａと連通するＬ字状の溝でなる注入路６ｂを介して、内部空間２ａに注入される。注入口６ａは下板部材１を貫通しており、注入路６ｂは、内部空間２ａと連通するように形成されている。注入路６ｂは、例えばエンドミル加工、レーザ加工、プレス加工、または、半導体製造におけるフォトリソグラフィ及びハーフエッチング等の微細加工により形成されればよい。注入口６ａ及び注入路６ｂは、内部空間２ａに作動流体が注入された後に、例えばかしめ加工等により封止される。
【００２４】
下板部材１及び上板部材２の材料としては、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等の金属や、カーボンナノ材料等の熱伝導性の高い材料が用いられる。作動流体は、例えば純水、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、代替フロン、アンモニア等が用いられる。
【００２５】
毛細管部材５は、第１のメッシュ層３及び第２のメッシュ層４からなる。第１のメッシュ層３は、下板部材１の内面１１上に配置され、その第１のメッシュ層３上に、第２のメッシュ層４が積層されている。
【００２６】
図３に示すように、第１のメッシュ層３は、金属細線が編み込まれてなるメッシュ部材３ａが複数積層されてなり、第２のメッシュ層４は１枚のメッシュ部材４ａでなる。メッシュ部材３ａの網目の大きさは、メッシュ部材４ａの網目の大きさと比べて小さい。従って、熱輸送デバイス１００が動作していないときは、上記作動流体は、主に毛細管力の強い第１のメッシュ層３の方に引き寄せられて保持されている。
【００２７】
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や、金属粉体の焼結構造を有するものが挙げられる。この他にも、毛細管部材５として、エッチング技術によりすだれ形状、又は格子状に形成されたものや、溝が形成されたもの等が用いられてもよい。
【００２８】
［熱輸送デバイスの動作］
熱輸送デバイス１００の動作について説明する。図１に示すように、例えば熱輸送デバイス１００の上板部材２の長手方向における一方の側に熱源７が熱的に接続されているとする。「熱的に接続され」とは、直接的に接しているか、または、図示しない熱伝導性の部材や熱伝導性のシート状の部材を介して接続されていることを意味する。熱源７は、典型的にはＣＰＵ等のＩＣ（Integrated Circuit）であるが、半導体レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源であってもよい。
【００２９】
容器１２の内部空間２ａにおいて、熱源７から熱を受けた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４を通って、上板部材２の長手方向における、熱源７が接続されている側の反対側へ移動し、そこで凝縮することで熱を放出する。凝縮して液相になった作動流体は、第１のメッシュ層３の毛細管力を受けて、熱源７が接続されている側へ移動する。そして、熱源７から再び熱を受け、液相の作動流体は蒸発する。このサイクルが繰り返されることで、熱源７が冷却される。
【００３０】
なお図１では、熱源７は、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４に近い側である、上板部材２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、例えば熱輸送デバイス１００の液相側に近い側、つまり第１のメッシュ層３側に近い側である下板部材１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。
【００３１】
［熱輸送デバイスの製造方法］
図４は、熱輸送デバイス１００の製造方法を説明するための図である。図４（Ａ）に示すように、第１の治具部１０の平面１０ａ上に下板部材１が載置され、下板部材１の内面１１上に毛細管部材５が載置される。毛細管部材５の上には、上板部材２となる平板２’が載置される。
【００３２】
平板２’の上方には、第２の治具部２０が配置される。第２の治具部２０は、凹部２０ａを有しており、凹部２０ａを平面で見た形状（図４におけるＺ方向で見た形状）、つまり凹部２０ａの開口の形状は、製造される熱輸送デバイス１００の容器１２の外形と等しい。凹部２０ａの周囲は、押圧部２０ｂとなっている。
【００３３】
図４（Ｂ）に示すように、第２の治具部２０に、平板２’から下板部材１へ向かう方向（図４に示すＺ方向）で全体荷重Ｆが加えられ、第２の治具部２０により平板２’に圧力が加えられる。この工程により、第２の治具部２０の押圧部２０ｂにより押圧された、平板２’の外周の領域２ｂが、下板部材１と拡散接合される。
【００３４】
この拡散接合工程は、例えば９００度程度の高温状態で行われるので、第２の治具部２０に押圧される平板２’は軟化し、変形する。第２の治具部２０の凹部２０ａの開口は、容器１２の外形と等しいので、平板２’は、容器１２の外形となる凹部２ａを有する上板部材２となる。この際、上板部材２の凹部２ａには毛細管部材５が収容されるが、この毛細管部材５により、上記拡散接合工程において容器１２が潰れることなく、内部空間２ａ（凹部２ａ）が形成される。つまり、この拡散接合工程において、第２の治具部２０により、平板２は’変形され上板部材２となり、かつ、この上板部材２が下板部材１と拡散接合される。
【００３５】
このように、熱輸送デバイス１００の容器１２の形成において、毛細管部材５を収容する容器１２の内部空間２ａを形成するために、平板２’を上板部材２となるように変形させる工程が、下板部材１及び上板部材２を拡散接合させる工程内で、この拡散接合工程と共に行われる。これにより、少ない工程により、短い時間と少ないコストで容器１２を形成することができる。
【００３６】
また、第２の治具部２０の凹部２０ａの深さと、毛細管部材５の厚みを適宜設定し、上記の拡散接合工程において、毛細管部材５を、下板部材１及び上板部材２にそれぞれ拡散接合させてもよい。例えば、毛細管部材５の厚みを凹部２０ａの深さよりも大きくする。そうすると拡散接合工程において毛細管部材５が圧縮され、圧縮された毛細管部材５の応力により、毛細管部材５が下板部材１及び上板部材２とそれぞれ拡散接合されてもよい。
【００３７】
図４（Ａ）で示す平板２’の大きさも適宜設定されてよい。平板２’は、拡散接合工程において変形され、凹部２ａを有する上板部材２となる。従って、本実施形態では、この凹部２ａの深さ分だけ平板２’は下板部材１よりも大きい。しかしながら、容器１２の全体の厚みや、形成される上板部材２の側壁の厚み等に応じて、平板２’の大きさは適宜設定される。
【００３８】
第２の治具部２０の形状も適宜設定されてよい。例えば、第２の治具部２０が凹部２０ａを有さず、平板２’の外周の領域２ｂを押圧する押圧部２０ｂのみで構成されてもよい。この場合、押圧部２０ｂは、製造される容器１２の外形に沿うように環状に設けられる。この場合でも、下板部材１に毛細管部材５が載置されているので、平板２’は変形され、毛細管部材５を収容する内部空間２ａ（凹部２ａ）を有する上板部材２となる。かつ、この上板部材２が下板部材１と拡散接合される。第２の治具部２０に加えられる荷重も全体荷重Ｆではなく、押圧部２０ｂのみに加えられる荷重でもよい。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る熱輸送デバイスを示す斜視図である。これ以降の説明では、上記の実施形態で説明した熱輸送デバイス１００における構成及び作用と同様な部分については、その説明を省略又は簡略化する。
【００４０】
第２の実施形態に係る熱輸送デバイス２００は、容器２１２の外形がＬ字状である点で、第１の実施形態に係る熱輸送デバイス１００と異なる。熱輸送デバイス２００の上板部材２０２は皿状であり、その内面側に凹部２０２ａを有している。この凹部２０２ａにより、容器２１２の内部空間２０２ａが形成され、内部空間２０２ａには、容器２１２の外周に沿うようにＬ字状の毛細管部材２０５が収容されている（図５で示す破線）。
【００４１】
［熱輸送デバイスの製造方法］
図６は、熱輸送デバイス２００の製造方法を説明するための図であり、熱輸送デバイス２００の厚み方向で見た図である。
【００４２】
図６（Ａ）に示すように、第１の治具部２１０上に、平板２０１’が載置される。この平板２０１’は、図５で示す下板部材２０１となるものである。図６（Ａ）では、第１の治具部２１０は矩形状として図示されているが、第１の治具部２１０の形状は特に規定されない。平板２０１’も矩形状のものに限定されず、後の拡散接合工程において下板部材２０１としての形状が得られるのであれば、どのような形状でもよい。
【００４３】
平板２０１’には、注入口２０６ａ及び注入路２０６ｂが形成されており、その注入口２０６ａ及び注入路２０６ｂの形成位置に合わせて、平板２０１’上にＬ字状の毛細管部材２０５が載置される。
【００４４】
図６（Ｂ）に示すように、毛細管部材２０５上に矩形状の平板２０２’が載置される。この平板２０２’は、上板部材２０２になるものである。本実施形態では、平板２０２’は平板２０１’と同じ矩形状であるが、後の拡散接合工程において上板部材２０２としての形状が得られるのであれば、その形状は特に規定されない。なお、図６（Ｂ）では、平板２０１’に形成された注入口２０６ａ及び注入路２０６ｂと、平板２０１’に載置された毛細管部材５を破線で図示している。
【００４５】
図６（Ｃ）に示す工程において、図１１に示す第２の治具部２２０により、平板２０２’の上方から平板２０２’に垂直な方向で圧力が加えられる。図１１に示すように、第２の治具部２２０は、平板２０１’と平板２０２’との接合時にそれらを押圧するための突起状の押圧部２２０ｂを有する。
【００４６】
押圧部２２０ｂの外形は、容器２１２の外形と同じ形状を有し、押圧部２２０ｂの内部が凹部２２０ａとなる。すなわち、第１の実施形態と同じように、第２の治具部２２０は、容器２１２の外形の開口を有する凹部２２０ａが設けられており、本実施形態では、凹部２２０ａの開口の形状はＬ字状になっている。この第２の治具部２２０により、平板２０２’にＬ字状の外形を有し内部に毛細管部材２０５を収容する凹部２０２ａが形成され、かつ、平板２０１’及び平板２０２’が拡散接合される。凹部２０２ａは、上方から見て凸部になっている。
【００４７】
図６（Ｃ）では、平板２０１’及び平板２０２’が拡散接合された接合領域２０８を、斜線で図示している。この接合領域２０８の大きさは、第２の治具部２２０の押圧部２２０ｂの大きさにより決まる。上記で説明した注入口２０６ａ及び２０６ｂは、接合領域２０８内に含まれる。
【００４８】
接合領域２０８において、平板２０１’及び平板２０２’が切り取られることで、図５で示した熱輸送デバイス２００が形成される。切り取られた平板２０１’は下板部材２０１となり、平板２０２’は上板部材２０２となる。平板２０１’及び平板２０２’を切り取る際には、例えばレーザーカッターや、抜き型等が用いられる。またワイヤー放電加工（ワイヤーカット）が用いられて、平板２０１’及び平板２０２’が切り取られてもよい。
【００４９】
例えば、容器２１２の外形をＬ字状ではなく他の形状に変更することが必要になった場合を考える。この場合でも、本実施形態に係る製造方法では、拡散接合工程において、変更された形状となるように平板２０２’を変形させながら、平板２０１’及び平板２０２’を拡散接合することができる。つまり、本実施形態に係る製造方法では、平板２０２’を所定の外形となるように変形させることで、所定の外形を有する容器２１２を形成することができる。この場合、第２の治具部２２０を変更し、所定の外形の開口を有する凹部が形成された新たな第２の治具部が用いられることで、拡散接合工程において平板２０２’を所定の外形となるように変形させることができる。
【００５０】
例えば２５℃程度の常温状態において、プレス加工や、絞り加工等の金型加工により、平板２０２’を変形させるためには、数十トン程度の非常に大きな荷重が平板２０２’に加えられる必要がある。このような大きな荷重を発生させ平板２０２’を加工する装置は高価であり、設備にかかるコストが大きくなってしまう。しかしながら、本実施形態では、平板２０２’は高温状態の中で軟化しているので、平板２０２’を変形させるために上記したような大きな荷重は必要なく、設備にかかるコストを抑えることができる。
【００５１】
また、金型加工により容器２１２が形成される場合、形成される容器２１２の外形の変更に伴い、金型が新たに形成されることが必要となる。金型は平板２０２’よりも硬く、大きな荷重が加えられても変形しないような材料が用いられるので、新たな金型の製作のために時間やコストがかかってしまう。
【００５２】
これに対し、本実施形態に係る製造方法で用いられる金型である第２の治具部２２０は、拡散接合工程での高温状態の中でも軟化することのないような、融点の高い材料であればよく、上記した金型と同程度の硬度は必要とされない。従って、第２の治具部２２０は、例えばステンレスの中でも安価なものや、鉄等で形成されてもよい。つまり、第２の治具部２２０は、プレス加工等に用いられる金型を製作するのに比べて、短い時間と少ないコストで製作される。
【００５３】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係る熱輸送デバイス、及びその製造方法を説明する。本実施形態に係る熱輸送デバイスは、第２の実施形態に係る熱輸送デバイス２００と同様にＬ字状の外形の容器を有している。この容器の内部空間には、Ｌ字状の毛細管部材と、毛細管部材の外周を囲むワイヤー状のスペーサが設けられている。
【００５４】
［熱輸送デバイスの製造方法］
図７は、本実施形態に係る熱輸送デバイスの製造方法を説明するための図である。図８は、図７に示す工程における、熱輸送デバイスのＢ−Ｂ線での断面図である。
【００５５】
図７（Ａ）に示すように、第１の治具部３１０上に下板部材となる平板３０１’が載置され、平板３０１’上には、Ｌ字状の毛細管部材３０５が載置される。本実施形態の製造方法では、平板３０１’上に、この毛細管部材５の外周を囲むワイヤー状のスペーサ３３０が配置される。スペーサ３３０としては、例えば銅等の金属からなる１本のワイヤーが用いられる。スペーサ３３０の断面（ワイヤーの断面）の直径は、要求される容器の内部空間の厚みと実質的に一致するように設定される。
【００５６】
図７（Ｂ）に示すように、毛細管部材３０５及びスペーサ３３０の上に、上板部材となる平板３０２’が載置される。図８（Ａ）に示すように、毛細管部材３０５及びスペーサ３３０上に載置された平板３０２’の上方には第２の治具部３２０が配置される。なお、説明を分かりやすくするために、図７では、第２の治具部３２０を省略して図示している。同様に、図７（Ｂ）及び（Ｃ）において、平板３０１’及び３０２’に挟まれたスペーサ３３０のみを破線で示し、毛細管部材３０５は省略している。
【００５７】
第２の治具部３２０は、凹部３２０ａを有しており、凹部３２０ａの開口の形状は、容器３１２の外形と等しくＬ字状である。凹部３２０ａの周囲は、押圧部３２０ｂとなっている。
【００５８】
図７（Ｃ）及び図８（Ｂ）に示すように、第２の治具部３２０により、平板３０２’の上方から平板３０２’に垂直な方向で圧力が加えられる。第２の治具部３２０の押圧部３２０ｂにより、スペーサ３３０の外周を沿う領域３０８が押圧される。これが接合領域３０８となる。これにより、平板３０２’にＬ字状の外形を有し、内部に毛細管部材３０５及びスペーサ３３０を収容する凹部３０２ａが形成され、かつ、平板３０１’及び平板３０２’が拡散接合される。図７（Ｃ）に示すように、スペーサ３３０の切れ目３３５が位置する部分では、平板３０２’に圧力が加えられていない。この切れ目３３５が位置する部分については、後に説明する。
【００５９】
本実施形態に係る製造方法では、スペーサ３３０により、所期の容積の内部空間３０２ａが確実に形成される。これにより、内部空間３０２ａにおいて毛細管部材３０５による毛細管力が作動流体へ十分に作用する。また、内部空間３０２ａが確実に形成されるので、例えば毛細管部材３０５が変形してしまい、気相の作動流体の移動時の流路抵抗が大きくなってしまうのを防ぐことができる。つまり、スペーサ３３０が内部空間３０２ａに設けられることで、熱輸送に係わる毛細管部材３０５の機能が十分に発揮される。またスペーサ３３０により、製造された熱輸送デバイスに外力が加えられる等で、内部空間３０２ａが変形してしまうのを防止することができる。
【００６０】
スペーサとして、環状に形成されたものが毛細管部材３０５の周囲に配置されてもよい。この場合、スペーサを環状に形成するための工程が必要となる。一方で、本実施形態のように一部に切れ目３３５（図７（Ｃ）参照）を有するスペーサ３３０が配置されてもよい。この場合、１本のワイヤーでなるスペーサ３３０を毛細管部材３５０の外周に沿うように設けることで、例えば毛細管部材３５０の形状が変更された場合でも、簡単にスペーサ３３０を配置することができる。また、次に説明するように、スペーサ３３０の切れ目３３５を介して、容器３１２の内部空間３０２ａに作動流体が注入されてもよい。
【００６１】
図９は、図７に示すスペーサ３３０の切れ目３３５が位置する部分を説明するための図である。図９（Ａ）は、図７（Ｃ）において符号Ｙで示す部分の拡大図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示すＣ−Ｃ線での断面図である。
【００６２】
図７（Ｃ）に示す拡散接合工程において、スペーサ３３０の切れ目３３５が位置する部分では、容器３１２の外部と内部空間３０２ａとを連通する孔３４０が形成される。図９（Ｂ）に示すように、孔３４０には、スペーサ３３０の２つの端部３３０ａ及び３３０ｂが位置し、この２つの端部３３０ａ及び３３０ｂの間（切れ目３３５）が内部空間３０２ａと連通している。図９（Ｂ）では、２つの端部３３０ａ及び３３０ｂの間に、内部空間３０２ａに収容された毛細管部材３０５が図示されている。この孔３４０を介して作動流体が内部空間３０２ａに注入される。
【００６３】
図９（Ａ）に示すように、スペーサ３３０の２つの端部３３０ａ及び３３０ｂは、孔３４０の開口面３４５よりも容器３１２の内部空間３０２ａ側に位置している。この開口面３４５から２つの端部３３０ａ及び３３０ｂまでの領域３４５ａが、作動流体が内部空間３０２ａに注入された後に封止されて、容器３１２が密閉される。そして、第２の治具部３２０の押圧部３２０ｂに押圧され接合された接合領域３０８及び上記領域３４５ａにおいて、平板３０１’及び３０２’が切り取られることで、本実施形態に係る熱輸送デバイスが形成される。
【００６４】
このように、本実施形態では、スペーサ３３０の切れ目３３５により孔３４０が形成され、この孔３４０を介して作動流体が内部空間３０２ａに注入される。従って、平板３０１’又は３０２’に第１及び第２の実施形態で説明したような注入口や注入路を形成する必要がない。また第２の実施形態のように、注入口及び注入路の形成位置に合わせて毛細管部材３０５を平板３０１’上に載置する必要もないので、熱輸送デバイスの製造における作業性が向上する。なお、スペーサに設けられる切れ目の数は複数であってもよい。
【００６５】
＜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。
【００６６】
例えば、上記で説明した各実施形態では、内部空間に、容器の外周に沿うような形状の毛細管部材が設けられている。これにより、容器の内部空間における毛細管部材が占める割合が大きくなり、毛細管部材による毛細管力が作動流体へ十分に作用する。また、拡散接合工程において、上板部材となる平板が変形される際に、毛細管部材により、容器の内部空間が形成されず容器が潰れてしまうことを防ぐことができる。
【００６７】
しかしながら、毛細管部材の形状が容器の外周に沿うような形状に限定されるわけではない。仮に毛細管部材の形状が容器の外周に沿うような形状でない場合、スペーサを容器の外周の形状に沿うように設けることで、拡散接合工程において、上板部材となる平板が適正に変形されながら、下板部材となる平板と拡散接合されてもよい。あるいは、スペーサとして、２つの平板の間に複数の支柱等が容器の外周に沿うように配置されることで、平板が適正に変形されてもよい。
【００６８】
また、上記の各実施形態では、２つのメッシュ層により毛細管部材が構成され、各メッシュ層がそれぞれ液相及び気相の作動流体の流路となっている。しかしながら、例えば毛細管部材は液相の作動流体の流路であり、毛細管部材と内部空間の側壁との間のスペースが気相の作動流体の流路となっていてもよい。
【００６９】
図１０は、図８で示す第３の実施形態に係る熱輸送デバイス３００のスペーサ３３０の変形例を示した図である。上記で説明したスペーサ３３０の断面形状は円形状である（図８参照）。一方、図１０で示したスペーサ４３０の断面形状は矩形状である。
【００７０】
断面形状が矩形状でなるスペーサ４３０は、断面形状が円形状でなるスペーサ３３０と比べて、図１０に示すＹ方向においてずれることなく安定して内部空間３０２ａに設けられる。従って、スペーサ４３０の方が、スペーサ３３０と比べて、拡散接合工程において上板部材３０２が形成される際に、内部空間３０２ａを確実に形成することができる。
【００７１】
一方で、毛細管部材３０５と内部空間３０２ａの側壁３８０との間の領域３９０を占める割合は、スペーサ４３０の方がスペーサ３３０よりも大きくなる。上記したように、気相の作動流体の流路を領域３９０とする場合、領域３９０を占める割合が小さいスペーサ３３０が用いられた場合の方が、スペーサ４３０が用いられた場合よりも、気相の作動流体による熱輸送の効率はよくなる。このように、容器の内部空間が形成されるための安定性や、作動流体による熱輸送の効率等を考慮して、スペーサの断面形状を適宜設定することができる。
【００７２】
また、スペーサとして、１本のワイヤー状となるように複数の金属細線が束ねられたものが用いられてもよい。この場合、束になった複数の金属細線により、液相の作動流体に毛細管力を作用させることができる。また、スペーサの内部を気相の作動流体が移動することも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１、２０１、３０１…下板部材
２０１’、３０１’…下板部材となる平板
２、２０２、３０２…上板部材
２’、２０２’、３０２’…上板部材となる平板
２ａ、２０２ａ、３０２ａ…内部空間
５、２０５、３０５…毛細管部材
１０、２１０、３１０…第１の治具部
１２、２１２、３１２…容器
２０、２２０、３２０…第２の治具部
２０ａ、２２０ａ、３２０ａ…第２の治具部の凹部
１００、２００、３００…熱輸送デバイス
３３０、４３０…スペーサ
３３５…スペーサの切れ目
【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ための第１の板及び第２の板の間に、前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材を挟むように、前記第１の板、前記毛細管部材、及び前記第２の板を積層させ、
前記毛細管部材を収容する前記容器の内部空間を形成するために前記第２の板を変形させながら、前記第１の板及び前記第２の板を拡散接合させる
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、
前記毛細管部材は、前記容器の外周に沿うような形状を有しており、
前記積層工程は、前記第１の板及び前記第２の板の間に、前記毛細管部材の外周を囲むワイヤー状のスペーサを配置する工程を含み、
前記拡散接合工程は、前記スペーサの外周に沿って前記第２の板に圧力を加えることで、前記第２の板を変形させながら前記第１の板及び前記第２の板を拡散接合させる
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、
前記スペーサの一部に切れ目が設けられており、
前記拡散接合工程の後に、さらに、前記スペーサの切れ目から前記作動流体を前記容器の内部空間に注入する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項４】
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、前記容器の外形が所定の形状になるように前記第２の板に圧力を加えることで、前記第２の板を変形させながら、前記第１の板及び前記第２の板を拡散接合させ、
前記拡散接合工程の後に、さらに、前記第１の板及び前記第２の板を前記所定の形状で切り取ることで、前記容器を形成する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記積層工程は、第１の治具部の平面上に、前記第１の板、前記毛細管部材、及び前記第２の板を積層させ、
前記拡散接合工程は、前記容器の外形の開口を有する凹部が形成された第２の治具部により、前記第２の板を変形させながら、前記第１の板及び前記第２の板を拡散接合させる
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項６】
相変化することにより熱を輸送する作動流体と、
前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材と、
外周を有し、前記毛細管部材の周囲に設けられたワイヤー状のスペーサと、
前記作動流体と前記毛細管部材と前記スペーサとを収容する内部空間と、第１の板と、前記内部空間を形成するために前記スペーサの前記外周に沿って加えられる圧力により変形しながら、前記第１の板に拡散接合された第２の板とを有する容器と
を具備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ための第１の板及び第２の板の間に、前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材を挟むように、前記第１の板、前記毛細管部材、及び前記第２の板を積層させ、
前記毛細管部材を収容する前記容器の内部空間を形成するために前記第２の板を変形させながら、前記第１の板及び前記第２の板を拡散接合させる
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、
前記毛細管部材は、前記容器の外周に沿うような形状を有しており、
前記積層工程は、前記第１の板及び前記第２の板の間に、前記毛細管部材の外周を囲むワイヤー状のスペーサを配置する工程を含み、
前記拡散接合工程は、前記スペーサの外周に沿って前記第２の板に圧力を加えることで、前記第２の板を変形させながら前記第１の板及び前記第２の板を拡散接合させる
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、
前記スペーサの一部に切れ目が設けられており、
前記拡散接合工程の後に、さらに、前記スペーサの切れ目から前記作動流体を前記容器の内部空間に注入する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項４】
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、前記容器の外形が所定の形状になるように前記第２の板に圧力を加えることで、前記第２の板を変形させながら、前記第１の板及び前記第２の板を拡散接合させ、
前記拡散接合工程の後に、さらに、前記第１の板及び前記第２の板を前記所定の形状で切り取ることで、前記容器を形成する
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の熱輸送デバイスの製造方法であって、
前記積層工程は、第１の治具部の平面上に、前記第１の板、前記毛細管部材、及び前記第２の板を積層させ、
前記拡散接合工程は、前記容器の外形の開口を有する凹部が形成された第２の治具部により、前記第２の板を変形させながら、前記第１の板及び前記第２の板を拡散接合させる
熱輸送デバイスの製造方法。
【請求項６】
相変化することにより熱を輸送する作動流体と、
前記作動流体に毛細管力を作用させる毛細管部材と、
外周を有し、前記毛細管部材の周囲に設けられたワイヤー状のスペーサと、
前記作動流体と前記毛細管部材と前記スペーサとを収容する内部空間と、第１の板と、前記内部空間を形成するために前記スペーサの前記外周に沿って加えられる圧力により変形しながら、前記第１の板に拡散接合された第２の板とを有する容器と
を具備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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２８６１３４（Ｐ２０１０−２８６１３４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３８３５６（Ｐ２００９−１３８３５６）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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