JP2004077051A - 熱輸送装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウィックを容易に構成でき、作動流体を熱輸送装置内部において安定して循環させることができ、高い熱輸送効率を得ることができる熱輸送装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】液相路５を蒸発器ウィック連絡孔１０に向かって流れる液体の作動流体は、蒸発器ウィック連絡孔１０に充填された粒体間の微細な孔に毛細管力で浸透し、蒸発器１４のウィック１５に流入する。蒸発器１４で気化した作動流体は、気相路３を通り、凝縮器ウィック連絡孔１３を介して凝縮器１６に流入する。凝縮器１６では、作動流体が再び液化する。液化した作動流体は、凝縮器１６から液相路５を蒸発器ウィック連絡孔１０に向かって流れる。粒体が充填された蒸発器ウィック連絡孔１０では、毛細管力が発生し、作動流体を熱輸送装置１内部において安定して循環させることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】液相路５を蒸発器ウィック連絡孔１０に向かって流れる液体の作動流体は、蒸発器ウィック連絡孔１０に充填された粒体間の微細な孔に毛細管力で浸透し、蒸発器１４のウィック１５に流入する。蒸発器１４で気化した作動流体は、気相路３を通り、凝縮器ウィック連絡孔１３を介して凝縮器１６に流入する。凝縮器１６では、作動流体が再び液化する。液化した作動流体は、凝縮器１６から液相路５を蒸発器ウィック連絡孔１０に向かって流れる。粒体が充填された蒸発器ウィック連絡孔１０では、毛細管力が発生し、作動流体を熱輸送装置１内部において安定して循環させることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸発部と凝縮部を持つ熱輸送装置に関するものであり、特に詳しくは、流体ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ‐Ｅｌｅｃｔｒｏ‐Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野でのキャピラリポンプループ、ループヒートパイプなどの熱輸送装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者等が提唱している熱輸送装置１００の一例の分解斜視図を図１１に示す。なお、図中には矢印を付して作動流体の流れの方向を示す。この熱輸送装置１００では、次のような方式で熱輸送が行われている。
【０００３】
凝縮器１０１から輸送された液体の作動流体は、液相路１０２を通って蒸発器１０３に到達し、蒸発器１０３で外部からの熱を受け気化する。気化した作動流体は、気相路１０４を凝縮器１０１に向けて高速で移動し、凝縮器１０１で熱を外部に放出し、再び液体に戻る。これらの一連の熱輸送が、熱輸送装置１００内で繰り返し行われている。この熱輸送装置１００内での作動流体を移動するための主な駆動力は、蒸発器１０３および凝縮器１０１に設けられたウィック１０５における毛細管力である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような熱輸送装置１００における一連の熱輸送では、凝縮器１０１で液体となった作動流体は、液相路１０２を通って、第２基板１０６に設けられた蒸発器ウィック連絡孔１０７を介して蒸発器１０３のウィック１０５に流入する。
【０００５】
しかしながら、蒸発器ウィック連絡孔１０７が、液相路１０２の断面よりも大きな流路断面積を有する孔である場合、その蒸発器ウィック連絡孔１０７に液相路１０２から作動流体が流入すると、そこで毛細管力が低下し、連続的な作動流体の移動が困難となる問題があった。さらに、基板の接合などで小型・薄型の熱輸送装置１００を製作する場合、その蒸発器ウィック連絡孔１０７における毛細管力を維持させるために、蒸発器ウィック連絡孔１０７に、例えば毛細管力を発生させるために用いられていた多孔質焼結金属体やガラス繊維などを充填することは、製作上困難であるなどの問題があった。
【０００６】
また、ウィック１０５などの形状が複雑な場合、ウィック１０５を多孔質焼結金属体やガラス繊維などを用いてを形成することが困難であるなどの問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、作動流体の流路、ウィックなどに毛細管力の発生部を容易に構成でき、作動流体を熱輸送装置内部において安定して循環させることができ、高い熱輸送効率を得ることができる熱輸送装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の熱輸送装置は、液相の作動流体の流路および気相の作動流体の流路が設けられた基板と、前記基板の少なくとも一方の主面に配設されたウィック部材と、前記基板の前記液相の作動流体の流路と前記ウィック部材とを連通するように前記基板に設けられた連絡孔と、前記連絡孔に充填された粒体とを有することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、作動流体の連絡孔に粒体を充填し、複数の微細な作動流体の流路を形成することで毛細管力が発生し、作動流体を安定して循環させることができる。また、連絡孔に粒体を充填することで、その連絡孔におけるコンダクタンスが小さくなるので、作動流体の逆流を防ぐことができる。さらに、粒体を用いることによって、複雑な形状部分などに粒体を容易に充填することができ、その充填した部分に毛細管力を発生させることができる。
【００１０】
また、この発明において、前記基板は二層の基板であり、前記液相の作動流体の流路および前記気相の作動流体の流路が層間に形成されているものであってよい。
【００１１】
また、本発明の熱輸送装置において、前記連絡孔に、粒径の異なる複数の粒体が混在して充填され、第１の粒径を有する粒体どうしの隙間に第２の粒径を有する粒体が配置されるように、前記第１の粒径および前記第２の粒径が選定されてもよい。
【００１２】
これによれば、第１の粒径を有する粒体どうしの隙間に第２の粒径を有する粒体が配置されることによって、粒体間の隙間が小さくなり、毛細管力を増大させることができる。また、第２の粒径を有する粒体の粒径を変えることで、粒体間の隙間の調整を容易に行うことができ、最適な毛細管力を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の熱輸送装置において、前記連絡孔に、粒径の異なる複数の粒体が充填され、各々の粒体は共通の粒径を有する粒体の集合ごとに個々の層を成すように充填され、かつ前記ウィック部材に近づくにつれて個々の前記層をなす粒体として粒径の小さいものが用いられてもよい。
【００１４】
これによれば、粒体間の隙間が、ウィック部材の方向に向かって少なくなるように、異なる粒径の粒体を連絡孔に充填することによって、その方向にコンダクタンスが小さくなり、その方向への作動流体の移動を促進することができる。また、連絡孔の出口におけるコンダクタンスは小さいので、作動流体が逆流することを防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明の熱輸送装置において、前記ウィック部材が、粒体の集まりで構成されるウィック部と、このウィック部を構成する粒体の集まりを保持する保持部とを有する構成でもよい。
【００１６】
これによれば、ウィック部を粒体で構成することによって、粒体間の隙間の調整を容易に行うことができるので、毛細管力の増大を図ることができる。また、この構成により、ウィックの製作が容易で、複雑な形状の蒸発器にも対応することができ、製作コストも削減することができる。
【００１７】
本発明の熱輸送装置の製造方法では、基板に、液相の作動流体の流路および気相の作動流体の流路を形成する流路形成工程と、前記液相の作動流体の流路および前記気相の作動流体の流路と前記基板の一方の主面とを各々連通する複数の連絡孔を形成する連絡孔形成工程と、前記液相の作動流体の流路と前記基板の一方の主面とを連通する一方の連絡孔に粒体を充填する粒体充填工程と、前記基板の一方の主面に、個々の前記連絡孔と連通するように、複数のウィック部材を接合する接合工程と、前記液相の作動流体の流路に前記作動流体を供給する供給工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、複雑な形状部分などでも、粒体を容易に充填することができ、その充填した部分に毛細管力を発生させることができる。
【００１９】
また、本発明の熱輸送装置の製造方法において、前記充填工程と前記接合工程との間に、前記連絡孔に充填された前記粒体を、前記粒体の軟化点以上の温度に加熱し、隣接する前記粒体の表面の一部を溶着する溶着工程を付加してもよい。
【００２０】
これによれば、連絡孔に充填された粒体を、粒体の軟化点を越える熱で加熱し、隣接する粒体の一部を溶着することによって、粒体の連絡孔からの流出を防ぐことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態である熱輸送装置１の分解斜視図、図２はこの熱輸送装置１を組み立てた状態の斜視図である。また、図３の（ａ）は第１基板２に構成された流路パターンを示したの平面図、（ｂ）は第１基板２のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は第１基板２のＢ−Ｂ断面図を示す。なお、図中には矢印を付して作動流体の流れの方向を示す。
【００２２】
図１に示すように、熱輸送装置１は、第１基板２と、第２基板９と、作動流体を蒸発させる蒸発器１４と、作動流体を凝縮させる凝縮部１６とで主に構成されている。
【００２３】
図３に示すように、第１基板２の一方の面には、気相路３、気相路３と連通する蒸発部４、液相路５および液相路５と連通する凝縮部６の溝が設けられている。また、第１基板２の中央部には、気相路３と液相路５とを分離して相互間の熱移動を抑制する気液相分離孔７が開けられている。また、第１基板２の他方の面には蒸発部４に貫通する作動流体供給孔８が開けられ、この作動流体供給孔８は、作動流体を供給するとき以外は蓋などで閉じられている。
【００２４】
第２基板９には、蒸発器ウィック連絡孔１０、蒸発部連絡孔１１、凝縮器ウィック連絡孔１２、凝縮部連絡孔１３および気液相分離孔７が開けられている。蒸発器ウィック連絡孔１０は、液相路５の液体の作動流体が蒸発器１４のウィック１５に流入する際通過する連絡孔である。蒸発部連絡孔１１は、蒸発器１４のウィック１５で気化した作動流体が蒸発部４に流入する際通過する連絡孔である。凝縮器ウィック連絡孔１２は、気相路３の気体の作動流体が凝縮器１６のウィック１５に流入する際通過する連絡孔である。凝縮部連絡孔１３は、凝縮器１６のウィック１５で液化した作動流体が凝縮部６に流入する際通過する連絡孔である。また、気液相分離孔７は、第２基板９における第１基板２の気液相分離孔７に対応する位置に開けられ、液相路３と液相路５とを分離して相互間の熱移動を抑制している。
【００２５】
第１基板２および第２基板９には、熱伝導率があまり高いと、各基板での熱拡散によって、熱輸送装置１の熱輸送効率に悪影響を及ぼし得るので、例えば、ガラスや、ポリイミド、テフロン（登録商標）、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）などの合成樹脂などが用いられる。また、第１基板２に設けられる気相路３、蒸発部４、液相路５および凝縮部６の溝は、例えば、サンドブラスト、ＲＩＥ（ドライエッチング）、ウェットエッチング、ＵＶ光エッチング、レーザエッチング、プロトン光エッチング、電子線描画エッチングまたはマイクロモールディングなどで形成される。
【００２６】
また、第１基板２と第２基板９は、第１基板２側の接合面に水素化アモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ：Ｈ）膜を５０ｎｍＣＶＤ法で成膜して、陽極接合法を用いることで接合されるが、この接合方法に限るものではなく、例えば、接着剤として樹脂を用いた接着接合、熱圧着のような圧着接合またはレーザ溶接のような溶接接合なども可能である。
【００２７】
また、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、第２基板９に開けられた蒸発器ウィック連絡孔１０には、複数の粒体２０が充填されている。ここで、図４の（ａ）は、蒸発器ウィック連絡孔１０の平面図、（ｂ）は、蒸発器ウィック連絡孔１０のＡ−Ａ断面図である。蒸発器ウィック連絡孔１０には、ほぼ同粒径の粒体２０が充填されている。図４の（ｂ）では、粒体２０が粒体２０粒径のピッチで規則正しく充填された一例が示されているが、これに限らず、図５に示すように、粒体２０が千鳥格子状に充填されてもよい。充填される粒体２０は、例えば、疎水性を有する、ガラス、合成樹脂、金属またはセラミックスなどで形成される。また、その形状は球状が好ましいが、これに限らず、充填したときに粒体２０間に隙間を形成する形状であればよい。
【００２８】
蒸発器１４は、密度が小さく、熱伝導率の高い材料で構成されることが好ましく、例えば、シリコンなどが用いられるが、これに限るものではなく、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ，Ａｇ、Ｐｔなどの金属をはじめ、導電性ポリマ、セラミックスであって、かつ金属と同等の熱伝導率を有する材料なども用いることができる。蒸発器１４の一方の面には、凹凸形状のウィック１５が形成されている。このウィック１５の凹凸形状によって形成される溝の幅は、蒸発器ウィック連絡孔１０に充填される粒体２０の粒径よりも小さく構成されている。蒸発器１４は、蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体２０を充填後、ウィック１５が形成される面を第２基板９側に向けて、蒸発器ウィック連絡孔１０および蒸発部連絡孔１１を覆うように、陽極接合法によって第２基板９と接合される。ここで、ウィック１５の溝の幅が、粒体２０の粒径よりも小さく構成されているので、粒体２０がウィック１５側に流出することはない。また、図２に示すように、蒸発器１４の他方の面には、例えば、ＣＰＵ、グラフィックチップ、ドライバＩＣなどの発熱する電子機器２１などが接続され、その電子機器２１などの冷却が行われる。
【００２９】
凝縮部１６は、密度が小さく、熱伝導率の高い材料で構成されることが好ましく、例えば、シリコンなどが用いられるが、これに限るものではなく、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ，Ａｇ、Ｐｔなどの金属をはじめ、導電性ポリマ、セラミックスであって、かつ金属と同等の熱伝導率を有する材料なども用いることができる。凝縮器１６の一方の面には、凹凸形状のウィック１５が形成されている。また、他方の面は、熱を外部に熱伝達によって放出する放熱フィン２２が設けられている。凝縮器１６は、ウィック１５が形成される面を第２基板９側に向けて、凝縮器ウィック連絡孔１２および凝縮部連絡孔１３を覆うように、陽極接合法によって第２基板９と接合される。
【００３０】
また、第１基板２に設けられた作動流体供給孔から熱輸送装置１内に作動流体として、例えば、水などが真空の雰囲気中で供給される。なお、作動流体には、水以外にも、例えば、エタノール、メタノール、プロパノール（異性体を含む。）、エチルエーテル、エチレングリコール、フロリナートなど、冷媒、熱輸送装置１の設計を満足する沸点、対抗菌性などを有するものが用いられる。
【００３１】
次に、熱輸送装置１の動作について説明する。
【００３２】
液相路５を蒸発器ウィック連絡孔１０に向かって流れる液体の作動流体は、蒸発器ウィック連絡孔１０に充填された粒体間の微細な孔に毛細管力で浸透し、蒸発器１４のウィック１５に流入する。ウィック１５に流入した液体の作動流体は、このウィック１５による毛細管力で、蒸発器１４のウィック１５全体に広がる。ウィック１５全体に広がった液体の作動流体は、蒸発器１４のウィック１５が設けられている他方の面に取り付けられた電子機器２１からの熱によって気化される。この電子機器２１からの熱は、熱伝導によって蒸発器１４内をウィック１５側に向けて移動し、熱伝達によってウィック１５の表面から作動流体に伝えられる。気化した作動流体は、気相路３を通り、第２基板９に開けられた凝縮器ウィック連絡孔１２を介して凝縮器１６に流入する。凝縮器１６では、気体の作動流体の熱の一部が奪われ、作動流体が再び液化する。作動流体から奪われた熱は、凝縮器１６に設けられた放熱フィン２２から熱伝達によって外部に放出される。液化した作動流体は、凝縮器１６のウィック１５の微細な隙間を毛細管力によって凝縮部６に向かって流れ、さらに、凝縮部６から液相路５を蒸発器ウィック連絡孔１０に向かって流れる。これらの一連の熱輸送が、熱輸送装置１内で繰り返し行われている。
第１の実施の形態の熱輸送装置１では、蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体２０を充填し、複数の微細な作動流体の流路を形成することで毛細管力が発生し、液相路５から蒸発器１４のウィック１５に作動流体を安定して流すことができる。また、蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体２０を充填することで、蒸発器ウィック連絡孔１０におけるコンダクタンスが小さくなるので、蒸発器１４で気化した作動流体が蒸発器ウィック連絡孔１０から液相路５に逆流することを防ぐことができる。さらに、粒体２０を用いることによって、例えば毛細管力を発生させるために用いていた多孔質焼結金属体やガラス繊維では構成することが難しかった複雑な形状部分などに、粒体２０を容易に充填することができ、その充填した部分に毛細管力を発生させることができる。
このように第１の実施の形態の熱輸送装置１では、粒体２０を充填することによって、毛細管力が得られる作動流体の流路を容易に構成することができ、高い熱輸送効率を得ることができる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の熱輸送装置は、第１の実施の形態の熱輸送装置１の蒸発器ウィック連絡孔１０における粒体２０の構成を変えたものであるので、ここでは、第２の実施の形態の蒸発器ウィック連絡孔１０における粒体の構成について説明する。なお、第１の実施の形態の熱輸送装置１の構成と同一部分には、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３３】
図６の（ａ）は、第２の実施の形態の熱輸送装置の蒸発器ウィック連絡孔１０の平面図、（ｂ）は、蒸発器ウィック連絡孔１０のＡ−Ａ断面図である。
蒸発器ウィック連絡孔１０には、第１の粒体３０とその隙間に第１の粒体３０の粒径よりも粒径の小さな第２の粒体３１とが充填されている。単一の粒径の粒体を充填する第１の実施の形態では、例えば、その粒径が大きいと粒体間の隙間が大きくなり、十分な毛細管力を得られない場合があるが、図６に示すように第１の粒体３０と第１の粒体３０の粒径よりも粒径の小さな第２の粒体３１を組み合わせて蒸発器ウィック連絡孔１０に充填することによって、粒体間の隙間を小さくすることができ、より毛細管力を増加させることができる。
このように第２の実施の形態の熱輸送装置では、複数の第１の粒体３０を隣接することによって形成される隙間に、第１の粒体３０の粒径よりも粒径の小さな第２の粒体３１を配設する構成にすることによって、粒体間の隙間が小さくなり、毛細管力を増大させることができる。また、第２の粒体３１の粒径を変えることで、粒体間の隙間の調整を容易に行うことができ、最適な毛細管力を得ることができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の熱輸送装置は、第１の実施の形態の熱輸送装置１の蒸発器ウィック連絡孔１０における粒体の構成を変えたものであるので、ここでは、第３の実施の形態の蒸発器ウィック連絡孔１０における粒体の構成について説明する。なお、第１の実施の形態の熱輸送装置１の構成と同一部分には、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３５】
図７の（ａ）は、第３の実施の形態の熱輸送装置の蒸発器ウィック連絡孔１０の平面図、（ｂ）は、蒸発器ウィック連絡孔１０のＡ−Ａ断面図である。
図１および図７の（ｂ）に示すように、蒸発器ウィック連絡孔１０には、液相路５側から蒸発器１４のウィック１５の方向（図では上から下の方向）に、粒体４０の粒径が小さくなるように数種類の粒径の粒体４０が充填されている。
蒸発器ウィック連絡孔１０に充填された粒体４０は、ウィック１５の溝の幅が粒体４０の粒径よりも小さいときにはウィック１５側に流出することはないが、毛細管力の増加のためにウィック１５の溝の幅よりも小さい粒径の粒体４０を用いると、粒体４０がウィック１５側に流出することがある。そこで、ウィック１５の溝の幅よりも小さい粒径の粒体４０を用いるときには、次のような方法で蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体４０を充填することができる。
図７に示すように、蒸発器ウィック連絡孔１０に、液相路５側から蒸発器１４のウィック１５の方向に、粒体４０の粒径が小さくなるように数種類の粒径の粒体４０を充填し、粒体４０の軟化点を越える熱を短時間与える。なお、図には示していないが、過熱する際、粒体４０が充填された蒸発器ウィック連絡孔１０の下面には、石英ガラスの板などを引いて、粒体４０が蒸発器ウィック連絡孔１０から外部に出ないようにしてある。粒体４０の軟化点を越える熱を短時間与えることによって、図８の蒸発器ウィック連絡孔１０の断面図に示すように、溶着部４１が形成され、隣接する粒体４０の表面の一部を溶着させることができる。加熱により隣接する粒体４０の表面の一部を溶着する場合には、例えば、第２基板９には耐熱ガラスを、粒体４０には青板ガラスを用い、蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体４０が充填された第２基板９を、炉において加熱し、隣接する粒体４０を溶着する方法などがある。
【００３６】
第３の実施の形態の熱輸送装置では、粒体間の隙間が、液相路５側から蒸発器１４のウィック１５の方向に行くに伴い、少なくなるように、異なる粒径の粒体４０を蒸発器ウィック連絡孔１０に充填することによって、その方向にコンダクタンスが小さくなり、その方向への作動流体の移動を促進することができる。また、蒸発器ウィック連絡孔１０の蒸発器１４側のコンダクタンスは小さいので、蒸発器１４で気化した作動流体が蒸発器ウィック連絡孔１０から液相路５に逆流することを防ぐことができる。さらに、蒸発器ウィック連絡孔１０に充填された粒体４０を、粒体４０の軟化点を越える熱で短時間加熱し、隣接する粒体４０の一部を溶着することによって、粒体４０の蒸発器ウィック連絡孔１０からの流出を防ぐことができる。
【００３７】
このように第３の実施の形態の熱輸送装置では、蒸発器ウィック連絡孔１０における作動流体の移動を促進することができ、作動流体の逆流を防ぐことができるので、高い熱輸送効率を得ることができる。また、隣接する粒体４０の溶着により、粒体４０の蒸発器ウィック連絡孔１０からの流出を防ぐことができる。
（第４の実施の形態）
図９は本発明の第４の実施の形態である熱輸送装置５０の分解斜視図である。また、図１０の（ａ）は蒸発器１４の平面図、（ｂ）は蒸発器１４のＡ−Ａ断面図である。なお、図中には矢印を付して作動流体の流れの方向を示す。
【００３８】
第４の実施の形態である熱輸送装置５０は、第１の実施の形態の熱輸送装置１の蒸発器１４のウィック１５を粒体５１で構成したものであり、第１の実施の形態の熱輸送装置１の構成部分と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
図１０に示すように、蒸発器１４の一方の面には、凹形状の溝５２が形成され、その溝５２に粒体５１が充填されている。同図では、同粒径の粒体５１を充填した構成を示しているが、これに限るものではなく、例えば、第２の実施の形態で示したように、第１の粒体とその隙間に第１の粒体の粒径よりも粒径の小さな第２の粒体とを充填してもよい。また、第３の実施の形態で示したように、作動流体が流れる方向、つまり、蒸発器ウィック連絡孔１０に近接する側から蒸発部１１に近接する側（図９の蒸発器１４に示した矢印方向）に向う方向に、粒体の粒径が小さくなるように数種類の粒径の粒体を充填してもよい。さらに、蒸発器１４からの粒体５１の流出を防ぐために、第３の実施の形態で示したように、耐熱性の蒸発器を用いて、粒体が充填された蒸発器１４を粒体５１の軟化点以上に加熱し、隣接する粒体５１の表面の一部を溶着してもよい。また、ここで用いられる粒体５１には、外部からの熱を作動流体に効率よく伝達するために、シリコン、Ｃｕ、Ａｌなどの熱伝導率の高い材料を用いるのが好ましいが、ガラス、合成樹脂またはセラミックスも用いることもできる。
【００３９】
また、図示していないが、凝縮器１６のウィック１５を蒸発器１４と同様に粒体５１で構成することもできる。
第４の実施の形態の熱輸送装置５０では、蒸発器１４のウィック１５を粒体５１で構成することによって、粒体間の隙間の調整を容易に行うことができるので、毛細管力の増大を図ることができ、高い熱輸送効率を得ることができる。また、凹凸形状のウィックよりも製作が容易で、複雑な形状の蒸発器にも対応することができ、製作コストも削減することができる。
【００４０】
（その他の実施の形態）
本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、構成、材料等は本発明の技術的思想の範囲で拡張、変更することができる。そして、この拡張、変更した実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４１】
本発明に用いられる粒体は、蒸発ウィック連絡孔、蒸発器および凝縮器以外にも、他の連絡穴または流路にも充填または配設することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の粒体を作動流体の流路に充填することによって、容易に毛細管力を発生させ、また、毛細管力の増加を図ることができ、作動流体を熱輸送装置内部において安定して循環させることができ、高い熱輸送効率を得ることができる。また、複雑な形状部分などでも粒体を容易に充填でき、毛細管力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における熱輸送装置の分解斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における熱輸送装置を組み立てた状態の斜視図。
【図３】（ａ）は第１基板に構成された流路パターンを示したの平面図、（ｂ）は第１基板のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は第１基板のＢ−Ｂ断面図。
【図４】（ａ）は蒸発器ウィック連絡孔の平面図、（ｂ）は蒸発器ウィック連絡孔のＡ−Ａ断面図。
【図５】図４の（ｂ）に示した以外の一例を示す蒸発器ウィック連絡孔のＡ−Ａ断面図。
【図６】（ａ）は本発明の第２の実施の形態の熱輸送装置の蒸発器ウィック連絡孔の平面図、（ｂ）は蒸発器ウィック連絡孔のＡ−Ａ断面図。
【図７】（ａ）は本発明の第３の実施の形態の熱輸送装置の蒸発器ウィック連絡孔の平面図、（ｂ）は蒸発器ウィック連絡孔のＡ−Ａ断面図。
【図８】隣接する粒体の一部を加熱により溶着したときの蒸発器ウィック連絡孔の断面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態である熱輸送装置の分解斜視図。
【図１０】（ａ）は蒸発器の平面図、（ｂ）は蒸発器のＡ−Ａ断面図。
【図１１】熱輸送装置の一例の分解斜視図。
【符号の説明】
１ 熱輸送装置
２ 第１基板
３ 気相路
４ 蒸発部
５ 液相路
６ 凝縮部
７ 気液相分離孔
８ 作動流体供給孔
９ 第２基板
１０ 蒸発器ウィック連絡孔
１１ 蒸発部連絡孔
１２ 凝縮器ウィック連絡孔
１３ 凝縮部連絡孔
１４ 蒸発器
１５ ウィック
１６ 凝縮器
２０ 粒体
２１ 電子機器
２２ 放熱フィン
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸発部と凝縮部を持つ熱輸送装置に関するものであり、特に詳しくは、流体ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ‐Ｅｌｅｃｔｒｏ‐Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野でのキャピラリポンプループ、ループヒートパイプなどの熱輸送装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者等が提唱している熱輸送装置１００の一例の分解斜視図を図１１に示す。なお、図中には矢印を付して作動流体の流れの方向を示す。この熱輸送装置１００では、次のような方式で熱輸送が行われている。
【０００３】
凝縮器１０１から輸送された液体の作動流体は、液相路１０２を通って蒸発器１０３に到達し、蒸発器１０３で外部からの熱を受け気化する。気化した作動流体は、気相路１０４を凝縮器１０１に向けて高速で移動し、凝縮器１０１で熱を外部に放出し、再び液体に戻る。これらの一連の熱輸送が、熱輸送装置１００内で繰り返し行われている。この熱輸送装置１００内での作動流体を移動するための主な駆動力は、蒸発器１０３および凝縮器１０１に設けられたウィック１０５における毛細管力である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような熱輸送装置１００における一連の熱輸送では、凝縮器１０１で液体となった作動流体は、液相路１０２を通って、第２基板１０６に設けられた蒸発器ウィック連絡孔１０７を介して蒸発器１０３のウィック１０５に流入する。
【０００５】
しかしながら、蒸発器ウィック連絡孔１０７が、液相路１０２の断面よりも大きな流路断面積を有する孔である場合、その蒸発器ウィック連絡孔１０７に液相路１０２から作動流体が流入すると、そこで毛細管力が低下し、連続的な作動流体の移動が困難となる問題があった。さらに、基板の接合などで小型・薄型の熱輸送装置１００を製作する場合、その蒸発器ウィック連絡孔１０７における毛細管力を維持させるために、蒸発器ウィック連絡孔１０７に、例えば毛細管力を発生させるために用いられていた多孔質焼結金属体やガラス繊維などを充填することは、製作上困難であるなどの問題があった。
【０００６】
また、ウィック１０５などの形状が複雑な場合、ウィック１０５を多孔質焼結金属体やガラス繊維などを用いてを形成することが困難であるなどの問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、作動流体の流路、ウィックなどに毛細管力の発生部を容易に構成でき、作動流体を熱輸送装置内部において安定して循環させることができ、高い熱輸送効率を得ることができる熱輸送装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の熱輸送装置は、液相の作動流体の流路および気相の作動流体の流路が設けられた基板と、前記基板の少なくとも一方の主面に配設されたウィック部材と、前記基板の前記液相の作動流体の流路と前記ウィック部材とを連通するように前記基板に設けられた連絡孔と、前記連絡孔に充填された粒体とを有することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、作動流体の連絡孔に粒体を充填し、複数の微細な作動流体の流路を形成することで毛細管力が発生し、作動流体を安定して循環させることができる。また、連絡孔に粒体を充填することで、その連絡孔におけるコンダクタンスが小さくなるので、作動流体の逆流を防ぐことができる。さらに、粒体を用いることによって、複雑な形状部分などに粒体を容易に充填することができ、その充填した部分に毛細管力を発生させることができる。
【００１０】
また、この発明において、前記基板は二層の基板であり、前記液相の作動流体の流路および前記気相の作動流体の流路が層間に形成されているものであってよい。
【００１１】
また、本発明の熱輸送装置において、前記連絡孔に、粒径の異なる複数の粒体が混在して充填され、第１の粒径を有する粒体どうしの隙間に第２の粒径を有する粒体が配置されるように、前記第１の粒径および前記第２の粒径が選定されてもよい。
【００１２】
これによれば、第１の粒径を有する粒体どうしの隙間に第２の粒径を有する粒体が配置されることによって、粒体間の隙間が小さくなり、毛細管力を増大させることができる。また、第２の粒径を有する粒体の粒径を変えることで、粒体間の隙間の調整を容易に行うことができ、最適な毛細管力を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の熱輸送装置において、前記連絡孔に、粒径の異なる複数の粒体が充填され、各々の粒体は共通の粒径を有する粒体の集合ごとに個々の層を成すように充填され、かつ前記ウィック部材に近づくにつれて個々の前記層をなす粒体として粒径の小さいものが用いられてもよい。
【００１４】
これによれば、粒体間の隙間が、ウィック部材の方向に向かって少なくなるように、異なる粒径の粒体を連絡孔に充填することによって、その方向にコンダクタンスが小さくなり、その方向への作動流体の移動を促進することができる。また、連絡孔の出口におけるコンダクタンスは小さいので、作動流体が逆流することを防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明の熱輸送装置において、前記ウィック部材が、粒体の集まりで構成されるウィック部と、このウィック部を構成する粒体の集まりを保持する保持部とを有する構成でもよい。
【００１６】
これによれば、ウィック部を粒体で構成することによって、粒体間の隙間の調整を容易に行うことができるので、毛細管力の増大を図ることができる。また、この構成により、ウィックの製作が容易で、複雑な形状の蒸発器にも対応することができ、製作コストも削減することができる。
【００１７】
本発明の熱輸送装置の製造方法では、基板に、液相の作動流体の流路および気相の作動流体の流路を形成する流路形成工程と、前記液相の作動流体の流路および前記気相の作動流体の流路と前記基板の一方の主面とを各々連通する複数の連絡孔を形成する連絡孔形成工程と、前記液相の作動流体の流路と前記基板の一方の主面とを連通する一方の連絡孔に粒体を充填する粒体充填工程と、前記基板の一方の主面に、個々の前記連絡孔と連通するように、複数のウィック部材を接合する接合工程と、前記液相の作動流体の流路に前記作動流体を供給する供給工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、複雑な形状部分などでも、粒体を容易に充填することができ、その充填した部分に毛細管力を発生させることができる。
【００１９】
また、本発明の熱輸送装置の製造方法において、前記充填工程と前記接合工程との間に、前記連絡孔に充填された前記粒体を、前記粒体の軟化点以上の温度に加熱し、隣接する前記粒体の表面の一部を溶着する溶着工程を付加してもよい。
【００２０】
これによれば、連絡孔に充填された粒体を、粒体の軟化点を越える熱で加熱し、隣接する粒体の一部を溶着することによって、粒体の連絡孔からの流出を防ぐことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態である熱輸送装置１の分解斜視図、図２はこの熱輸送装置１を組み立てた状態の斜視図である。また、図３の（ａ）は第１基板２に構成された流路パターンを示したの平面図、（ｂ）は第１基板２のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は第１基板２のＢ−Ｂ断面図を示す。なお、図中には矢印を付して作動流体の流れの方向を示す。
【００２２】
図１に示すように、熱輸送装置１は、第１基板２と、第２基板９と、作動流体を蒸発させる蒸発器１４と、作動流体を凝縮させる凝縮部１６とで主に構成されている。
【００２３】
図３に示すように、第１基板２の一方の面には、気相路３、気相路３と連通する蒸発部４、液相路５および液相路５と連通する凝縮部６の溝が設けられている。また、第１基板２の中央部には、気相路３と液相路５とを分離して相互間の熱移動を抑制する気液相分離孔７が開けられている。また、第１基板２の他方の面には蒸発部４に貫通する作動流体供給孔８が開けられ、この作動流体供給孔８は、作動流体を供給するとき以外は蓋などで閉じられている。
【００２４】
第２基板９には、蒸発器ウィック連絡孔１０、蒸発部連絡孔１１、凝縮器ウィック連絡孔１２、凝縮部連絡孔１３および気液相分離孔７が開けられている。蒸発器ウィック連絡孔１０は、液相路５の液体の作動流体が蒸発器１４のウィック１５に流入する際通過する連絡孔である。蒸発部連絡孔１１は、蒸発器１４のウィック１５で気化した作動流体が蒸発部４に流入する際通過する連絡孔である。凝縮器ウィック連絡孔１２は、気相路３の気体の作動流体が凝縮器１６のウィック１５に流入する際通過する連絡孔である。凝縮部連絡孔１３は、凝縮器１６のウィック１５で液化した作動流体が凝縮部６に流入する際通過する連絡孔である。また、気液相分離孔７は、第２基板９における第１基板２の気液相分離孔７に対応する位置に開けられ、液相路３と液相路５とを分離して相互間の熱移動を抑制している。
【００２５】
第１基板２および第２基板９には、熱伝導率があまり高いと、各基板での熱拡散によって、熱輸送装置１の熱輸送効率に悪影響を及ぼし得るので、例えば、ガラスや、ポリイミド、テフロン（登録商標）、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）などの合成樹脂などが用いられる。また、第１基板２に設けられる気相路３、蒸発部４、液相路５および凝縮部６の溝は、例えば、サンドブラスト、ＲＩＥ（ドライエッチング）、ウェットエッチング、ＵＶ光エッチング、レーザエッチング、プロトン光エッチング、電子線描画エッチングまたはマイクロモールディングなどで形成される。
【００２６】
また、第１基板２と第２基板９は、第１基板２側の接合面に水素化アモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ：Ｈ）膜を５０ｎｍＣＶＤ法で成膜して、陽極接合法を用いることで接合されるが、この接合方法に限るものではなく、例えば、接着剤として樹脂を用いた接着接合、熱圧着のような圧着接合またはレーザ溶接のような溶接接合なども可能である。
【００２７】
また、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、第２基板９に開けられた蒸発器ウィック連絡孔１０には、複数の粒体２０が充填されている。ここで、図４の（ａ）は、蒸発器ウィック連絡孔１０の平面図、（ｂ）は、蒸発器ウィック連絡孔１０のＡ−Ａ断面図である。蒸発器ウィック連絡孔１０には、ほぼ同粒径の粒体２０が充填されている。図４の（ｂ）では、粒体２０が粒体２０粒径のピッチで規則正しく充填された一例が示されているが、これに限らず、図５に示すように、粒体２０が千鳥格子状に充填されてもよい。充填される粒体２０は、例えば、疎水性を有する、ガラス、合成樹脂、金属またはセラミックスなどで形成される。また、その形状は球状が好ましいが、これに限らず、充填したときに粒体２０間に隙間を形成する形状であればよい。
【００２８】
蒸発器１４は、密度が小さく、熱伝導率の高い材料で構成されることが好ましく、例えば、シリコンなどが用いられるが、これに限るものではなく、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ，Ａｇ、Ｐｔなどの金属をはじめ、導電性ポリマ、セラミックスであって、かつ金属と同等の熱伝導率を有する材料なども用いることができる。蒸発器１４の一方の面には、凹凸形状のウィック１５が形成されている。このウィック１５の凹凸形状によって形成される溝の幅は、蒸発器ウィック連絡孔１０に充填される粒体２０の粒径よりも小さく構成されている。蒸発器１４は、蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体２０を充填後、ウィック１５が形成される面を第２基板９側に向けて、蒸発器ウィック連絡孔１０および蒸発部連絡孔１１を覆うように、陽極接合法によって第２基板９と接合される。ここで、ウィック１５の溝の幅が、粒体２０の粒径よりも小さく構成されているので、粒体２０がウィック１５側に流出することはない。また、図２に示すように、蒸発器１４の他方の面には、例えば、ＣＰＵ、グラフィックチップ、ドライバＩＣなどの発熱する電子機器２１などが接続され、その電子機器２１などの冷却が行われる。
【００２９】
凝縮部１６は、密度が小さく、熱伝導率の高い材料で構成されることが好ましく、例えば、シリコンなどが用いられるが、これに限るものではなく、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ，Ａｇ、Ｐｔなどの金属をはじめ、導電性ポリマ、セラミックスであって、かつ金属と同等の熱伝導率を有する材料なども用いることができる。凝縮器１６の一方の面には、凹凸形状のウィック１５が形成されている。また、他方の面は、熱を外部に熱伝達によって放出する放熱フィン２２が設けられている。凝縮器１６は、ウィック１５が形成される面を第２基板９側に向けて、凝縮器ウィック連絡孔１２および凝縮部連絡孔１３を覆うように、陽極接合法によって第２基板９と接合される。
【００３０】
また、第１基板２に設けられた作動流体供給孔から熱輸送装置１内に作動流体として、例えば、水などが真空の雰囲気中で供給される。なお、作動流体には、水以外にも、例えば、エタノール、メタノール、プロパノール（異性体を含む。）、エチルエーテル、エチレングリコール、フロリナートなど、冷媒、熱輸送装置１の設計を満足する沸点、対抗菌性などを有するものが用いられる。
【００３１】
次に、熱輸送装置１の動作について説明する。
【００３２】
液相路５を蒸発器ウィック連絡孔１０に向かって流れる液体の作動流体は、蒸発器ウィック連絡孔１０に充填された粒体間の微細な孔に毛細管力で浸透し、蒸発器１４のウィック１５に流入する。ウィック１５に流入した液体の作動流体は、このウィック１５による毛細管力で、蒸発器１４のウィック１５全体に広がる。ウィック１５全体に広がった液体の作動流体は、蒸発器１４のウィック１５が設けられている他方の面に取り付けられた電子機器２１からの熱によって気化される。この電子機器２１からの熱は、熱伝導によって蒸発器１４内をウィック１５側に向けて移動し、熱伝達によってウィック１５の表面から作動流体に伝えられる。気化した作動流体は、気相路３を通り、第２基板９に開けられた凝縮器ウィック連絡孔１２を介して凝縮器１６に流入する。凝縮器１６では、気体の作動流体の熱の一部が奪われ、作動流体が再び液化する。作動流体から奪われた熱は、凝縮器１６に設けられた放熱フィン２２から熱伝達によって外部に放出される。液化した作動流体は、凝縮器１６のウィック１５の微細な隙間を毛細管力によって凝縮部６に向かって流れ、さらに、凝縮部６から液相路５を蒸発器ウィック連絡孔１０に向かって流れる。これらの一連の熱輸送が、熱輸送装置１内で繰り返し行われている。
第１の実施の形態の熱輸送装置１では、蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体２０を充填し、複数の微細な作動流体の流路を形成することで毛細管力が発生し、液相路５から蒸発器１４のウィック１５に作動流体を安定して流すことができる。また、蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体２０を充填することで、蒸発器ウィック連絡孔１０におけるコンダクタンスが小さくなるので、蒸発器１４で気化した作動流体が蒸発器ウィック連絡孔１０から液相路５に逆流することを防ぐことができる。さらに、粒体２０を用いることによって、例えば毛細管力を発生させるために用いていた多孔質焼結金属体やガラス繊維では構成することが難しかった複雑な形状部分などに、粒体２０を容易に充填することができ、その充填した部分に毛細管力を発生させることができる。
このように第１の実施の形態の熱輸送装置１では、粒体２０を充填することによって、毛細管力が得られる作動流体の流路を容易に構成することができ、高い熱輸送効率を得ることができる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の熱輸送装置は、第１の実施の形態の熱輸送装置１の蒸発器ウィック連絡孔１０における粒体２０の構成を変えたものであるので、ここでは、第２の実施の形態の蒸発器ウィック連絡孔１０における粒体の構成について説明する。なお、第１の実施の形態の熱輸送装置１の構成と同一部分には、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３３】
図６の（ａ）は、第２の実施の形態の熱輸送装置の蒸発器ウィック連絡孔１０の平面図、（ｂ）は、蒸発器ウィック連絡孔１０のＡ−Ａ断面図である。
蒸発器ウィック連絡孔１０には、第１の粒体３０とその隙間に第１の粒体３０の粒径よりも粒径の小さな第２の粒体３１とが充填されている。単一の粒径の粒体を充填する第１の実施の形態では、例えば、その粒径が大きいと粒体間の隙間が大きくなり、十分な毛細管力を得られない場合があるが、図６に示すように第１の粒体３０と第１の粒体３０の粒径よりも粒径の小さな第２の粒体３１を組み合わせて蒸発器ウィック連絡孔１０に充填することによって、粒体間の隙間を小さくすることができ、より毛細管力を増加させることができる。
このように第２の実施の形態の熱輸送装置では、複数の第１の粒体３０を隣接することによって形成される隙間に、第１の粒体３０の粒径よりも粒径の小さな第２の粒体３１を配設する構成にすることによって、粒体間の隙間が小さくなり、毛細管力を増大させることができる。また、第２の粒体３１の粒径を変えることで、粒体間の隙間の調整を容易に行うことができ、最適な毛細管力を得ることができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の熱輸送装置は、第１の実施の形態の熱輸送装置１の蒸発器ウィック連絡孔１０における粒体の構成を変えたものであるので、ここでは、第３の実施の形態の蒸発器ウィック連絡孔１０における粒体の構成について説明する。なお、第１の実施の形態の熱輸送装置１の構成と同一部分には、同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３５】
図７の（ａ）は、第３の実施の形態の熱輸送装置の蒸発器ウィック連絡孔１０の平面図、（ｂ）は、蒸発器ウィック連絡孔１０のＡ−Ａ断面図である。
図１および図７の（ｂ）に示すように、蒸発器ウィック連絡孔１０には、液相路５側から蒸発器１４のウィック１５の方向（図では上から下の方向）に、粒体４０の粒径が小さくなるように数種類の粒径の粒体４０が充填されている。
蒸発器ウィック連絡孔１０に充填された粒体４０は、ウィック１５の溝の幅が粒体４０の粒径よりも小さいときにはウィック１５側に流出することはないが、毛細管力の増加のためにウィック１５の溝の幅よりも小さい粒径の粒体４０を用いると、粒体４０がウィック１５側に流出することがある。そこで、ウィック１５の溝の幅よりも小さい粒径の粒体４０を用いるときには、次のような方法で蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体４０を充填することができる。
図７に示すように、蒸発器ウィック連絡孔１０に、液相路５側から蒸発器１４のウィック１５の方向に、粒体４０の粒径が小さくなるように数種類の粒径の粒体４０を充填し、粒体４０の軟化点を越える熱を短時間与える。なお、図には示していないが、過熱する際、粒体４０が充填された蒸発器ウィック連絡孔１０の下面には、石英ガラスの板などを引いて、粒体４０が蒸発器ウィック連絡孔１０から外部に出ないようにしてある。粒体４０の軟化点を越える熱を短時間与えることによって、図８の蒸発器ウィック連絡孔１０の断面図に示すように、溶着部４１が形成され、隣接する粒体４０の表面の一部を溶着させることができる。加熱により隣接する粒体４０の表面の一部を溶着する場合には、例えば、第２基板９には耐熱ガラスを、粒体４０には青板ガラスを用い、蒸発器ウィック連絡孔１０に粒体４０が充填された第２基板９を、炉において加熱し、隣接する粒体４０を溶着する方法などがある。
【００３６】
第３の実施の形態の熱輸送装置では、粒体間の隙間が、液相路５側から蒸発器１４のウィック１５の方向に行くに伴い、少なくなるように、異なる粒径の粒体４０を蒸発器ウィック連絡孔１０に充填することによって、その方向にコンダクタンスが小さくなり、その方向への作動流体の移動を促進することができる。また、蒸発器ウィック連絡孔１０の蒸発器１４側のコンダクタンスは小さいので、蒸発器１４で気化した作動流体が蒸発器ウィック連絡孔１０から液相路５に逆流することを防ぐことができる。さらに、蒸発器ウィック連絡孔１０に充填された粒体４０を、粒体４０の軟化点を越える熱で短時間加熱し、隣接する粒体４０の一部を溶着することによって、粒体４０の蒸発器ウィック連絡孔１０からの流出を防ぐことができる。
【００３７】
このように第３の実施の形態の熱輸送装置では、蒸発器ウィック連絡孔１０における作動流体の移動を促進することができ、作動流体の逆流を防ぐことができるので、高い熱輸送効率を得ることができる。また、隣接する粒体４０の溶着により、粒体４０の蒸発器ウィック連絡孔１０からの流出を防ぐことができる。
（第４の実施の形態）
図９は本発明の第４の実施の形態である熱輸送装置５０の分解斜視図である。また、図１０の（ａ）は蒸発器１４の平面図、（ｂ）は蒸発器１４のＡ−Ａ断面図である。なお、図中には矢印を付して作動流体の流れの方向を示す。
【００３８】
第４の実施の形態である熱輸送装置５０は、第１の実施の形態の熱輸送装置１の蒸発器１４のウィック１５を粒体５１で構成したものであり、第１の実施の形態の熱輸送装置１の構成部分と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
図１０に示すように、蒸発器１４の一方の面には、凹形状の溝５２が形成され、その溝５２に粒体５１が充填されている。同図では、同粒径の粒体５１を充填した構成を示しているが、これに限るものではなく、例えば、第２の実施の形態で示したように、第１の粒体とその隙間に第１の粒体の粒径よりも粒径の小さな第２の粒体とを充填してもよい。また、第３の実施の形態で示したように、作動流体が流れる方向、つまり、蒸発器ウィック連絡孔１０に近接する側から蒸発部１１に近接する側（図９の蒸発器１４に示した矢印方向）に向う方向に、粒体の粒径が小さくなるように数種類の粒径の粒体を充填してもよい。さらに、蒸発器１４からの粒体５１の流出を防ぐために、第３の実施の形態で示したように、耐熱性の蒸発器を用いて、粒体が充填された蒸発器１４を粒体５１の軟化点以上に加熱し、隣接する粒体５１の表面の一部を溶着してもよい。また、ここで用いられる粒体５１には、外部からの熱を作動流体に効率よく伝達するために、シリコン、Ｃｕ、Ａｌなどの熱伝導率の高い材料を用いるのが好ましいが、ガラス、合成樹脂またはセラミックスも用いることもできる。
【００３９】
また、図示していないが、凝縮器１６のウィック１５を蒸発器１４と同様に粒体５１で構成することもできる。
第４の実施の形態の熱輸送装置５０では、蒸発器１４のウィック１５を粒体５１で構成することによって、粒体間の隙間の調整を容易に行うことができるので、毛細管力の増大を図ることができ、高い熱輸送効率を得ることができる。また、凹凸形状のウィックよりも製作が容易で、複雑な形状の蒸発器にも対応することができ、製作コストも削減することができる。
【００４０】
（その他の実施の形態）
本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、構成、材料等は本発明の技術的思想の範囲で拡張、変更することができる。そして、この拡張、変更した実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４１】
本発明に用いられる粒体は、蒸発ウィック連絡孔、蒸発器および凝縮器以外にも、他の連絡穴または流路にも充填または配設することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の粒体を作動流体の流路に充填することによって、容易に毛細管力を発生させ、また、毛細管力の増加を図ることができ、作動流体を熱輸送装置内部において安定して循環させることができ、高い熱輸送効率を得ることができる。また、複雑な形状部分などでも粒体を容易に充填でき、毛細管力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における熱輸送装置の分解斜視図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における熱輸送装置を組み立てた状態の斜視図。
【図３】（ａ）は第１基板に構成された流路パターンを示したの平面図、（ｂ）は第１基板のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は第１基板のＢ−Ｂ断面図。
【図４】（ａ）は蒸発器ウィック連絡孔の平面図、（ｂ）は蒸発器ウィック連絡孔のＡ−Ａ断面図。
【図５】図４の（ｂ）に示した以外の一例を示す蒸発器ウィック連絡孔のＡ−Ａ断面図。
【図６】（ａ）は本発明の第２の実施の形態の熱輸送装置の蒸発器ウィック連絡孔の平面図、（ｂ）は蒸発器ウィック連絡孔のＡ−Ａ断面図。
【図７】（ａ）は本発明の第３の実施の形態の熱輸送装置の蒸発器ウィック連絡孔の平面図、（ｂ）は蒸発器ウィック連絡孔のＡ−Ａ断面図。
【図８】隣接する粒体の一部を加熱により溶着したときの蒸発器ウィック連絡孔の断面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態である熱輸送装置の分解斜視図。
【図１０】（ａ）は蒸発器の平面図、（ｂ）は蒸発器のＡ−Ａ断面図。
【図１１】熱輸送装置の一例の分解斜視図。
【符号の説明】
１ 熱輸送装置
２ 第１基板
３ 気相路
４ 蒸発部
５ 液相路
６ 凝縮部
７ 気液相分離孔
８ 作動流体供給孔
９ 第２基板
１０ 蒸発器ウィック連絡孔
１１ 蒸発部連絡孔
１２ 凝縮器ウィック連絡孔
１３ 凝縮部連絡孔
１４ 蒸発器
１５ ウィック
１６ 凝縮器
２０ 粒体
２１ 電子機器
２２ 放熱フィン
Claims (7)
- 液相の作動流体の流路および気相の作動流体の流路が設けられた基板と、
前記基板の少なくとも一方の主面に配設されたウィック部材と、
前記基板の前記液相の作動流体の流路と前記ウィック部材とを連通するように前記基板に設けられた連絡孔と、
前記連絡孔に充填された粒体と
を有することを特徴とする熱輸送装置。 - 前記基板が二層の基板からなり、前記液相の作動流体の流路および前記気相の作動流体の流路が層間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱輸送装置。
- 前記連絡孔に、粒径の異なる複数の粒体が混在して充填され、第１の粒径を有する粒体どうしの隙間に第２の粒径を有する粒体が配置されるように、前記第１の粒径および前記第２の粒径が選定されていることを特徴とする請求項１記載の熱輸送装置。
- 前記連絡孔に、粒径の異なる複数の粒体が充填され、各々の粒体は共通の粒径を有する粒体の集合ごとに個々の層を成すように充填され、かつ前記ウィック部材に近づくにつれて個々の前記層をなす粒体として粒径の小さいものが用いられていることを特徴とする請求項１記載の熱輸送装置。
- 前記ウィック部材が、粒体の集まりで構成されるウィック部と、このウィック部を構成する粒体の集まりを保持可能な基体部とを有することを特徴とする請求項１記載の熱輸送装置。
- 基板に、液相の作動流体の流路および気相の作動流体の流路を形成する流路形成工程と、
前記基板に、前記液相の作動流体の流路と前記基板の一方の主面とを連通する第１の連絡孔と前記気相の作動流体の流路と前記基板の一方の主面とを連通する第２の連絡孔とを形成する連絡孔形成工程と、
前記第１の連絡孔に粒体を充填する粒体充填工程と、
前記基板の一方の主面に、個々の前記連絡孔と連通するように複数のウィック部材を接合する接合工程と、
前記液相の作動流体の流路に前記作動流体を供給する供給工程と
を有することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。 - 前記第１の連絡孔に充填された前記粒体どうしの表面の一部を溶着する溶着工程をさらに有することを特徴とする請求項６記載の熱輸送装置の製造方法。
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