JP2001165584A

JP2001165584A - シート状ヒートパイプ

Info

Publication number: JP2001165584A
Application number: JP34353699A
Authority: JP
Inventors: Ayako Rokugo; 綾子六郷
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】薄型化および軽量化を図ることができるととも
に、柔軟性に優れたシート状ヒートパイプを提供する。【解決手段】真空封止されたフィルム製シート状コンテ
ナ２内に作動液が封入され、かつ、上記フィルム製シー
ト状コンテナ２の内部に蒸気流路４が形成されていると
ともに作動液を還流させるためのウィック５が形成され
ているシート状ヒートパイプである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノートパソコン等
の電子機器における放熱部材として用いられるシート状
ヒートパイプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ノートパソコン等の電子機器では、中央
演算処理装置（ＣＰＵ）等からの発熱が誤作動や製品寿
命の低下につながるため、放熱対策がなされている。ま
た、近年の電子機器の高性能化によるＣＰＵの発熱量の
増加、薄型化、軽量化、小型化の要求に伴う筐体内部の
発熱密度の増加により、ますます放熱対策が重要となっ
ている。従来は発熱部に放熱フィンを設けファンで冷却
する方式が採られていたが、ファンによる消費電力の増
加、重量の増加、騒音、小型化の妨げという問題があっ
た。よって駆動電力を必要とせず、限られたスペース内
で効率的に放熱するため、熱伝導性に優れたヒートパイ
プを用いて、ＣＰＵ等の発熱部の熱を、ノートパソコン
の底面やディスプレイ側に設けられた放熱板に移動させ
て放熱する機構が採られるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年の電子機器の更な
る薄型化、軽量化、小型化に応えるためには、より一層
筐体内のスペースを有効利用した放熱対策が必要とな
り、ヒートパイプには薄型、軽量、柔軟性が求められ
る。しかし，従来のヒートパイプでは、金属管製のコン
テナの使用のため、重量や柔軟性に限界があった。ま
た、コンテナの外径は、最小でも１ｍｍ程度までしか薄
型化できない難点があった。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、薄型化および軽量化を図ることができるととも
に、柔軟性に優れたシート状ヒートパイプの提供をその
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のシート状ヒートパイプは、真空封止された
フィルム製シート状コンテナ内に作動液が封入され、か
つ、上記フィルム製シート状コンテナの内部に蒸気流路
が形成されているとともに作動液を還流させるためのウ
ィックが形成されているという構成をとる。

【０００６】すなわち、この発明者は、薄型化および軽
量化を図ることができるとともに、柔軟性に優れたヒー
トパイプを得るため鋭意研究を重ねた。その結果、従来
の金属管製のコンテナに代えて、フィルム材料を用いて
コンテナをシート状に形成すると、ヒートパイプの薄型
化とともに軽量化を図ることができ、柔軟性に優れたヒ
ートパイプが得られることを見出し、本発明に到達し
た。

【０００７】なお、本発明におけるフィルム製シート状
コンテナとは、金属箔等のフィルム材料を用いてシート
状に成形したコンテナを意味する。

【０００８】そして、上記金属箔、金属箔と樹脂等の複
合フィルム、無機フィラー等を充填した樹脂フィルム等
の気密性に優れたフィルム材料を用いてシート状コンテ
ナを形成すると、作動液のコンテナ外部への漏れや、コ
ンテナ内部への非凝縮性ガスの透過による性能劣化等を
防止することができるため好ましい。

【０００９】また、蒸気流路を形成するためのスペーサ
ーの役目を兼ねたスペーサー兼用ウィックを用いると、
部品点数の減少によりシート状ヒートパイプのさらなる
薄型化および軽量化を図ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１１】図１は、本発明のシート状ヒートパイプの
長手方向と直交する断面構造を示す模式図である。この
シート状ヒートパイプは、図１に示すように、２枚の金
属箔１が真空封止されてなるフィルム製シート状コンテ
ナ２内に作動液が封入されているとともに、上記フィル
ム製シート状コンテナ２の内部は、複数のスペーサー
（骨格材）３により複数の蒸気流路４に仕切られてい
る。そして、この蒸気流路４の上下両面には、作動液を
還流させるためのウィック５が形成されている。なお、
図において、６は２枚の金属箔１を貼り合わせるための
シーラント層を示す。

【００１２】上記図１に示したシート状ヒートパイプ
は、例えば、つぎのようにして作製することができる。
すなわち、まず、フィルム製シート状コンテナ２の形成
材料となる２枚の金属箔１を準備し、そのうちの１枚の
金属箔１の片面全体にシーラント層６を形成する。そし
て、このシーラント層６を形成した金属箔１の上に、金
属製芯線を間隔をあけ複数本貼り合わせる等してスペー
サー３を形成することにより、複数の蒸気流路４に仕切
るとともに、上記シーラント層６の蒸気流路４と接する
部分に金属製繊維メッシュを貼りつけウィック５を形成
する。同様にして、もう１枚の金属箔１の蒸気流路４と
接する部分にも金属製繊維メッシュを貼りつけウィック
５を形成する。ついで、このウィック５を形成した金属
箔１を、上記シーラント層６を形成した金属箔１の上に
重ね合わせ、周縁部の３箇所を熱融着により貼り合わせ
て口の開いた袋状にする。そして、上記袋内に作動液を
封入した後、口部をヒートシールして真空封止する。こ
れにより目的とするシート状ヒートパイプを作製するこ
とができる。なお、上記作動液は、毛細管力によりウィ
ック５の長さ方向に保持されている。

【００１３】なお、上記金属箔１の形状は特に限定はな
く、例えば、波形であっても、溝部を有するものであっ
てもよい。

【００１４】上記フィルム製シート状コンテナ２の肉厚
は、薄型化の点で、０．２ｍｍ以下が好ましく、特に好
ましくは０．０３５ｍｍ程度である。

【００１５】また、上記金属箔１上に形成するシーラン
ト層６は、金属箔１の片面全体に形成する必要はなく、
周縁部の枠体部分にのみ形成しても差し支えない。上記
シーラント層６は、２枚の金属箔１のいずれか一方に形
成すればよく、いずれの金属箔１に形成するかは特に限
定はない。なお、上記シーラント層６は、製品の使用環
境に応じた耐熱性、透過性、接着強度等が必要となる。
例えば、耐熱性が必要な場合には、シーラント層６とし
て通常エポキシ系樹脂を用い、その厚みは１０μｍ程度
である。ただし、材質・厚みはこれに限定されるもので
はない。

【００１６】上記スペーサー３の大きさは、特に限定す
るものではないが、幅が、通常０．２５〜１．３２ｍｍ
であり、高さが、通常０．６ｍｍ以上である。また、上
記スペーサー３の本数は、シート状ヒートパイプの大き
さにより異なるが、通常４〜１２本である。

【００１７】上記蒸気流路４の大きさも、特に限定する
ものではないが、幅が、通常０．６ｍｍ程度であり、高
さが、通常０．６ｍｍ程度である。また、上記蒸気流路
４の本数も、特に限定はないが、通常３〜１１本であ
る。

【００１８】上記ウィック５の形成材料としては、毛細
管力により作動液を還流させることができるものであれ
ば、金属製繊維メッシュに限定されるものではなく、例
えば、硝子繊維メッシュ等を用いることも可能である。
上記金属製繊維メッシュ、硝子繊維メッシュ等の線径
（直径）は、通常０．０２ｍｍ程度である。

【００１９】上記ウィック５は、蒸気流路４の下面およ
び上面の双方に形成する必要はなく、いずれか一方にの
み形成してもよい。なお、上記ウィック５は、蒸気流路
４の下面および上面と接する金属箔１（あるいはシーラ
ント層６）の部分を粗面にしたり、あるいは蒸気流路４
の側面と接するスペーサー３の部分を粗面にすることに
より形成しても差し支えない。

【００２０】本発明のシート状ヒートパイプの大きさ
は、特に限定はないが、幅（長径）が通常２〜１０ｍｍ
で、製品としての要求は別として、それ以上の幅（長
径）であっても特に問題はない。また、厚み（短径）は
通常１ｍｍ以下で、長さは通常１００〜３００ｍｍであ
る。

【００２１】図２は、本発明のシート状ヒートパイプの
他の例を示したものである。このシート状ヒートパイプ
は、内周面にシーラント層２６を形成した１枚の金属箔
２１を、いわゆる合掌貼りで貼り合わせてフィルム製シ
ート状コンテナ２２を形成する以外は、図１と同様の構
成である。

【００２２】図３は、本発明のシート状ヒートパイプの
他の例を示したものである。このシート状ヒートパイプ
は、内周面にシーラント層３６を形成した１枚の金属箔
３１を、いわゆる封筒貼りで貼り合わせてフィルム製シ
ート状コンテナ３２を形成する以外は、図１と同様の構
成である。

【００２３】図４は、本発明のシート状ヒートパイプの
他の例を示したものである。このシート状ヒートパイプ
は、蒸気流路４を形成するためのスペーサーの役目を兼
ねたスペーサー兼用ウィック１０を用い、図１における
ウィック５およびスペーサー３を使用しない以外は、図
１と同様の構成である。このように、スペーサー兼用ウ
ィック１０を用いることにより、スペーサーを別の部材
で構成する必要がなくなり、部品点数の減少によるヒー
トパイプのさらなる薄型化および軽量化を図ることがで
きる。

【００２４】なお、上記スペーサー兼用ウィック１０と
しては、例えば、焼結多孔柱や不織布柱等の多孔質柱等
があげられる。

【００２５】また、本発明のシート状ヒートパイプは、
フィルム製シート状コンテナ内にコイルからなるスペー
サーを挿入して、蒸気流路を形成した構造であってもよ
い。このようなシート状ヒートパイプは、例えば、つぎ
のようにして作製することができる。すなわち、まず、
金属箔の両面に変性ポリプロピレン等の樹脂をラミネー
トしてなる樹脂フィルムを準備する。ついで、この樹脂
フィルムの側面部と端部（底部）の２箇所をシールして
口の開いた袋状にする。そして、この袋内にコイル、ウ
ィックおよび作動液を封入した後、口部をヒートシール
して真空封止する。これにより、目的とするシート状ヒ
ートパイプを作製することができる。このシート状ヒー
トパイプにおいては、コイル自身が蒸気流路を形成する
スペーサーとなる。

【００２６】なお、袋内に挿入するコイルの数は、１個
以上であれば特に限定するものではない。そして、コイ
ルが１個の場合は、コイル内の長さ方向の空洞部が蒸気
流路となり、また、コイルが２個以上の場合は、コイル
とコイルの間に形成された空洞部も蒸気流路となる。上
記コイルの直径は、通常０．６ｍｍ以上である。

【００２７】また、上記コイルとともに用いるウィック
としては、特に限定はなく、例えば、コイル内に筒状の
金属製繊維メッシュを挿入することにより形成すること
ができる。

【００２８】なお、本発明のシート状ヒートパイプは、
上記構造に限定されるものではなく、例えば、つぎのよ
うに各種材料等を変更することも可能である。

【００２９】上記フィルム製シート状コンテナを形成す
るフィルム材料としては、金属箔や、無機フィラーある
いは金属粉を充填した樹脂フィルム、無機フィラーある
いは金属粉を充填したゴム等の単層フィルムがあげられ
る。また、金属箔と樹脂の複合フィルム、金属箔とゴム
の複合フィルム、金属箔と高伝熱性フィルム（グラファ
イトシート等）の複合フィルム、金属蒸着樹脂フィル
ム、金属蒸着ゴム、金属蒸着高伝熱性フィルム、無機フ
ィラーあるいは金属粉を塗工した樹脂フィルム、無機フ
ィラーあるいは金属粉を塗工したゴム等の多層フィルム
等があげられる。そして、作動液のコンテナ外部への漏
れや、コンテナ内部への非凝縮性ガスの透過による性能
劣化等を防止するための透過防止に最も優れるものを
◎、透過防止に適しているものを○、やや透過防止が落
ちるものを△で示すと、つぎのようになる。

【００３０】◎：金属箔 ○：金属箔と樹脂の複合フィルム、金属箔とゴムの複合
フィルム、金属箔と高伝熱性フィルムの複合フィルム △：金属蒸着樹脂フィルム、金属蒸着ゴム、金属蒸着高
伝熱性フィルム（なお、金属蒸着フィルムは、蒸着層を
多層化すれば○へ近づく）、無機フィラーあるいは金属
粉を充填した樹脂フィルム、無機フィラーあるいは金属
粉を充填したゴム、無機フィラーあるいは金属粉を塗工
した樹脂フィルム、無機フィラーあるいは金属粉を塗工
したゴム

【００３１】上記金属箔としては、例えば、銅箔、アル
ミニウム箔、ステンレス箔等があげられ、上記金属粉と
しては、例えば、銅粉、アルミニウム粉等があげられ
る。なお、上記金属箔、金属粉、無機フィラーは、使用
する作動液に応じて選択して用いられる。また、上記金
属粉や無機フィラーは、粒径の大きいものと小さいもの
とを混合して用いることも可能であり、両者の混合割合
についても特に限定はない。

【００３２】なお、上記作動液としては、特に限定はな
く、例えば、水、メタノール、アンモニア、フロン等が
あげられ、これらは使用温度に応じて選択して用いられ
る。

【００３３】また、上記樹脂フィルムの材料としても、
特に限定はなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等があげられる。

【００３４】なお、上記フィルム製シート状コンテナの
形成材料として、樹脂フィルム等を用いる場合は、熱融
着によりフィルム同士を貼り合わせることができるた
め、金属箔を単体で使用する場合に設けたシーラント層
は省略することができる。

【００３５】また、上記スペーサーは、例えば、樹脂や
ゴム等を用いることも可能である。

【００３６】本発明のシート状ヒートパイプは、例え
ば、ノートパソコン等の電子機器における放熱部材とし
て用いられる。すなわち、ノートパソコン本体のＣＰＵ
の裏面に放熱ゴムを介して集熱板（吸熱部）を設けると
ともに、ディスプレイ側に放熱板（放熱部）を設け、吸
熱部側に設けた集熱板と放熱部側に設けた放熱板とを接
続する態様で用いられる。本発明のシート状ヒートパイ
プは、フィルム材料を用いているため柔軟性に優れ、ヒ
ンジ部等の屈曲性が要求される場所にも容易に設けるこ
とができ、電気機器の小型化を図ることができる。

【００３７】そして、本発明においては、つぎのような
機構により放熱部材として作用する。すなわち、ＣＰＵ
からの発熱でシート状ヒートパイプ内の水（作動液）が
蒸発して水蒸気となり、この水蒸気がシート状ヒートパ
イプ内の蒸気流路を通ってディスプレイ側の放熱板に伝
わる。そして、ディスプレイ側で熱を奪われた後、凝縮
されて再び水（作動液）となり、シート状ヒートパイプ
内のウィックを通って吸熱部側に還流される。このよう
なサイクルを繰り返すことにより、ＣＰＵの発熱をディ
スプレイ側に放熱することができる。

【００３８】なお、上記吸熱部側の集熱板もしくは放熱
部側の放熱板としては、特に限定はなく、アルミニウム
の押し出し材または板材等を加工したもの等が用いられ
る。

【００３９】また、上記放熱ゴムとしては、熱伝導性に
優れたものであれば特に限定はなく、例えば、シリコー
ンゴム１００重量部に対してセラミック５〜５００重量
部、好ましくは３５０〜４００重量部を混合したもの等
があげられる。上記セラミックとしては、例えば、Ｓｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ等があげられる。

【００４０】なお、本発明のシート状ヒートパイプは、
吸熱部に貼る放熱ゴムと、シート状ヒートパイプと、放
熱板とを一体化してもよい。これにより、ＣＰＵの裏面
に直接貼りつけることができるとともに、部品点数の減
少による薄型化、軽量化および組み立て工程の簡素化を
図ることができる。

【００４１】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００４２】

【実施例】まず、厚み０．０３５ｍｍの銅箔を２枚準備
し、そのうちの１枚の銅箔の片面全体に厚み０．０３ｍ
ｍのシーラント層を形成した。ついで、このシーラント
層を形成した銅箔の表面（シーラント層側）に、不織布
（断面０．６ｍｍ×０．６ｍｍ）を用いて複数のスペー
サー兼用ウィックを形成し、複数の蒸気流路（断面０．
６ｍｍ×０．６ｍｍ）に仕切った。そして、上記シーラ
ント層を形成した銅箔の上に、もう１枚の銅箔を重ね合
わせ、周縁部の３箇所を熱融着により貼り合わせて口の
開いた袋状にした。ついで、この中に作動液（水）を封
入した後、口部をヒートシーラー（富士インパルス社製
の真空脱気シーラー）を用いてヒートシール（真空圧：
０．１３３Ｐａ）することにより、フィルム製シート状
コンテナを真空封止した。これにより、目的とするシー
ト状ヒートパイプを作製した（図４参照）。このシート
状ヒートパイプの総厚みは０．７ｍｍ、幅は９ｍｍ、長
さは１５０ｍｍである。なお、ウィックの断面積と蒸気
流路の断面積の合計を１００とした場合、ウィックの断
面積割合は５０％である。

【００４３】

【比較例】フィルム製シート状コンテナに代えて、肉厚
０．２ｍｍの角形偏平の銅製コンテナ（幅９ｍｍ、高さ
１．００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）を用いるとともに、不
織布に代えて、メッシュ線径０．０２ｍｍの銅メッシュ
を用いる以外は、実施例と同様にして、金属製ヒートパ
イプを作製した。

【００４４】このようにして得られた実施例および比較
例のヒートパイプの諸特性を、下記の表１に併せて示し
た。なお、最小曲げＲは、最小曲げＲ＝短径（総厚み）
×３．５での理論値で示した。

【００４５】

【表１】

【００４６】上記表１の結果から、実施例品のシート状
ヒートパイプは、比較例品の金属製ヒートパイプに比べ
て、総厚みが薄く薄型、軽量で、しかも最小曲げＲも小
さいことから柔軟性に優れていることがわかる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明のシート状ヒート
パイプは、真空封止されたフィルム製シート状コンテナ
内に作動液が封入され、かつ、上記フィルム製シート状
コンテナの内部に蒸気流路が形成されているとともに作
動液を還流させるためのウィックが形成されて構成され
ている。本発明によると、コンテナがフィルム材料を用
いてシート状に形成されているため、従来の金属管製の
コンテナに比べて、ヒートパイプの薄型化および軽量化
を図ることができるとともに、柔軟性の向上を図ること
ができる。また、本発明のシート状ヒートパイプを、従
来の金属管製の円筒および平板状のヒートパイプと同じ
断面積にした場合、シート状ヒートパイプは薄型化が可
能であることから、発熱部および吸熱部との接触面積を
大きくすることができ、伝熱ロスが少なくなる。よって
結果的にシート状ヒートパイプは従来のヒートパイプに
比べて、熱交換効率が向上する。

【００４８】そして、上記金属箔等の気密性に優れたフ
ィルム材料を用いてシート状コンテナを形成すると、作
動液のコンテナ外部への漏れや、コンテナ内部への非凝
縮性ガスの透過による性能劣化等を防止することができ
るため好ましい。

【００４９】また、蒸気流路を形成するためのスペーサ
ーの役目を兼ねたスペーサー兼用ウィックを用いると、
部品点数の減少によりシート状ヒートパイプのさらなる
薄型化および軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシート状ヒートパイプの一例を示す模
式図である。

【図２】本発明のシート状ヒートパイプの他の例を示す
模式図である。

【図３】本発明のシート状ヒートパイプの他の例を示す
模式図である。

【図４】本発明のシート状ヒートパイプの他の例を示す
模式図である。

【符号の説明】

１金属箔２フィルム製シート状コンテナ３スペーサー４蒸気流路５ウィック６シーラント層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空封止されたフィルム製シート状コン
テナ内に作動液が封入され、かつ、上記フィルム製シー
ト状コンテナの内部に蒸気流路が形成されているととも
に作動液を還流させるためのウィックが形成されている
ことを特徴とするシート状ヒートパイプ。
【請求項２】上記フィルム製シート状コンテナが、金
属箔、金属箔と樹脂の複合フィルム、金属箔とゴムの複
合フィルム、金属箔と高伝熱性フィルムの複合フィル
ム、無機フィラーあるいは金属粉を充填した樹脂フィル
ム、および無機フィラーあるいは金属粉を充填したゴム
からなる群から選ばれた少なくとも一種を用いて形成さ
れたものである請求項１記載のシート状ヒートパイプ。
【請求項３】上記ウィックが、蒸気流路を形成するた
めのスペーサーの役目を兼ねたものである請求項１また
は２記載のシート状ヒートパイプ。