JP5024265B2 - 熱拡散装置 - Google Patents

Description

本発明は、発熱体の熱を拡散するための熱拡散装置に関するものである。

インバータのパワー素子等の発熱体の発熱量は年々増大しており、単位面積当たりの発熱量すなわち熱流束も増大している。発熱量や熱流束が増大すると素子の温度が上昇し作動不良に至るおそれがある。したがって素子性能の向上のために高性能な素子冷却器が強く要求されている。冷却器は従来ヒートシンクを用いた空冷方式が主流であったが、近年ではより高性能な冷却器として、液冷方式の冷却器が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、発熱体（例えば電子部品）はさまざまな姿勢で取り付けられる可能性があり、また、加減速や遠心力などの慣性力を受ける環境下に置かれる可能性もある。したがって、どのような姿勢で取り付けられても、また、どのような方向の慣性力を受けても、発熱体を確実に冷却できるようにすることが求められる。

液冷方式では、熱拡散装置内に液体を循環させることで、この液体を媒介として、発熱体の熱を拡散させる。したがって、液体を循環させるためのポンプが不可欠であるが、できるだけ簡素で耐久性の高いポンプが求められている。この要求に対し、電界共役流体（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｆｌｕｉｄ）を用いたマイクロポンプが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

この電界共役流体（以下、ＥＣＦという）を用いた方式においては、電界共役流体に電圧を印加するポンプを用いることで、電界共役流体を流動させるようになっている。したがって、ＥＣＦを用いた方式では、液体を循環させるために可動部品を必要としないので、非常に簡素で高耐久なポンプが実現可能である。
特開平７−１４２８８６号公報 特開２００５−３３５２号公報 特開平１１−１２５１７３号公報 特開２００５−２６４９８号公報 特開２００４−４７９２２号公報

しかし、ＥＣＦを用いた方式では、高電圧の印加が必要となるため、ＥＣＦの絶縁性が重要である。例えば、ＥＣＦの通路に異物や空気が混入し、その異物や空気がポンプの位置に到達すると、放電が発生してしまい、ポンプ性能の低下、液体の変質、ひいては過電流による発火などの危険性が生じる。したがって、空気や異物の混入を防ぐことが望ましいが、混入を完全に遮断することは不可能に近く、不可避的に空気や異物が混入してしまう。

そこで本発明者は、ＥＣＦの通路に混入してもポンプの動作に影響が出ないよう、空気や異物をトラップ（すなわち捕捉）する方法について検討した。

ＥＣＦでない液体の流路から空気のみをトラップする構造としては、特許文献４、５に記載のような方法が知られている。しかし、いずれも空気のみをトラップできるに過ぎず、空気と異物の両方をトラップすることはできない。また、特許文献４、５に記載のような方法を採用しても、冷却器の姿勢や冷却器にかかる慣性力の方向によっては、空気をうまくトラップできない場合がある。

本発明は上記点に鑑み、ＥＣＦを用いて発熱体の熱を拡散する熱拡散装置において、この熱拡散装置の姿勢や熱拡散装置にかかる慣性力にかかわらず、ＥＣＦの通路中の空気と異物とを共に、ポンプの部分以外にトラップできるようにすることを目的とする。なお、本明細書においては、異物としては、ＥＣＦよりも比重が高く、ＥＣＦ内において沈殿する傾向にある異物（例えば、金属粉）のみを説明の対象とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、発熱体（３）が発する熱を拡散させるための熱拡散装置が、電界共役流体を循環させるための通路（１２、２１）を形成する通路形成部材（１）と、当該通路（１２、２１）中に取り付けられると共に電界共役流体に電圧を印加する電極（１３〜２０）と、を備え、当該通路（１２、２１）は、当該通路形成部材が特定の姿勢をとれば鉛直方向最上部となり得るトラップ可能部分（１２２〜１２８、２１ａ〜２１ｊ）と、当該通路形成部材がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない非トラップ部分と、を有し、電極は、非トラップ部分に取り付けられていることを特徴とする。

このように、電極が取り付けられる部分は、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない部分である。したがって、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても、電極が取り付けられる部分よりも高い所に位置する部分が、通路中に存在することになる。したがって、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても、また、熱拡散装置にどのような外力が及ぼされても、電極が取り付けられる部分以外の部分に空気がトラップされることになる。

また、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない部分は、当然に、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても鉛直方向最下部となり得ない部分である。したがって、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても、電極が取り付けられる部分よりも低い所に位置する部分が、通路中に存在することになる。したがって、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても、また、熱拡散装置にどのような外力が及ぼされても、電極が取り付けられる部分以外の部分に異物が沈殿してトラップされることになる。

このように、熱拡散装置の姿勢や熱拡散装置にかかる慣性力にかかわらず、ＥＣＦの通路中の空気と異物とを共に、ポンプ（すなわち電極）の部分以外にトラップすることができる。

また、請求項２に記載のように、トラップ可能部分は、１つ以上の拡幅部（１２２、１２３、１２７、１２８）を有し、当該１つ以上の拡幅部のそれぞれは、電界共役流体の流速が当該拡幅部の上流部分および下流部分に比べて低下するよう、当該上流部分および当該下流部分に比べて太くなっていることを特徴とする。

このように、拡幅部がその前後の部分より太くなっていると、拡幅部におけるＥＣＦの流速が、他の部分よりも低下する。したがって、熱拡散装置の姿勢および熱拡散装置にかかる慣性力が特定の状態にあることで、拡幅部に空気または異物がトラップされるようになっている場合は、ＥＣＦに押し流されて空気または異物が拡幅部から流出してしまう可能性が低下する。すなわち、拡幅部における空気または異物のトラップが、より確実になる。

また、請求項３に記載のように、１つ以上の拡幅部のうち少なくとも１つは、互いに反対方向に膨らんだ２つの膨らみ部（１２２ｂ、１２２ｃ、１２７ｂ、１２７ｃ）を有するようになっていてもよい。このようになっていることで、熱拡散装置の姿勢が上下逆になって、一方の膨らみ部にトラップされていた空気または異物が流出しても、ただちに反対側に膨らんだ他方の膨らみ部に再トラップされる可能性が高い。したがって、空気および異物が電極に到達してしまう可能性をより低減することができる。

また、請求項４に記載のように、当該通路形成部材の外形は矩形の板形状となっており、上述の１つ以上の拡幅部は、４つあり、当該４つの拡幅部のそれぞれは、通路形成部材の矩形の四隅に配置されていてもよい。そして更に、当該４つの拡幅部のそれぞれは、当該通路形成部材の板面（すなわち、板の最も広い面（主面）に平行な面）に垂直な方向の両側に膨らんでいると共に、対応する通路形成部材の隅の方向に膨らんでいることで、当該４つの拡幅部をトラップ可能部分とし、当該通路（１２、２１）のうち当該４つの拡幅部以外の部分を非トラップ部分とするようになっていてもよい。

熱拡散装置がこのような構造となっていることで、４つの拡幅部以外のどの位置に電極を取り付けても、熱拡散装置の姿勢や熱拡散装置にかかる慣性力にかかわらず、ＥＣＦの通路中の空気と異物とを共に、電極の部分以外にトラップできる。すなわち、電極の設置位置の自由度が非常に高まる。

また、請求項５に記載のように、通路形成部材の外形は板形状となっており、当該通路は、電界共役流体を通路形成部材の板面に沿って移動させるための通路であり、当該通路は、２つ以上の交差部（１２２ｂ、１２２ｃ、１２７ｂ、１２７ｃ）を有し、当該２つ以上の交差部のうち１つを、通路形成部材の板面に交差する第１の向きに延ばし、当該２つ以上の交差部のうち他の１つを、当該板面に交差すると共に前記第１の向きと反対側を向いた第２の向きに延ばすことで、トラップ可能部分と非トラップ部分とを設けるようになっていてもよい。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１〜図４に、本実施形態に係る熱拡散装置１の構成を示す。図１は、熱拡散装置１の斜視図である。図２は、図１の矢印方向から見た熱拡散装置１の側面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ断面図である。

この熱拡散装置１は、発熱する電子部品３（発熱体の一例に相当する）を冷却するための冷却器の一部である。具体的には、冷却器は、熱拡散装置１と、熱拡散装置１の一方の面（以下、第１の面という）に取り付けられた放熱器２とを備えている。

熱拡散装置１は、放熱器２とは反対側の面（以下、第２の面という）において、電子部品３に接触するように備え付けられ、電子部品３によって発生した熱を熱拡散装置１の板面に沿って拡散させるための部材である。

放熱器２は、空冷方式または水冷方式で、熱拡散装置１によって拡散された熱を外部に放出するための周知の部材であり、例えば、ヒートシンク、放熱フィンを用いて実現可能である。

この冷却器は、例えば車両に取り付けられ、車両内の電子部品３を冷却するために用いられる。

以下、熱拡散装置１の詳細について説明する。熱拡散装置１は、図１〜図４に示すように、通路形成部材１０、針状電極１３、円筒状電極１４、および図示しないＥＣＦを有している。

通路形成部材１０は、熱拡散装置１の外形を為す部材であり、例えば、樹脂によって形成されている。通路形成部材１０は、図１および図２に示すように、矩形形状の板と、その板の２つの隅（１つの短辺の両端に相当する隅）から板面に垂直な両方向（すなわち、図２中の上方向および下方向）に突出する４つの円柱形状の突起部１１ａ〜１１ｄと、から成っている。これら４つの突起部１１ａ〜１１ｄのうち、突起部１１ａと突起部１１ｃとが板面内の同じ位置を挟んで対向しており、突起部１１ｂと突起部１１ｄとが板面内の同じ位置を挟んで対向している。

なお、放熱器２においては、突起部１１ａ、１１ｂに合致した形状の切り欠きを設けることで、放熱器２を通路形成部材１０に取り付ける際に、突起部１１ａ、１１ｂが取り付けの邪魔にならないようにする。

また、図３、図４に示すように、通路形成部材１０の内部には、ＥＣＦ通路１２が形成されている。ＥＣＦ通路１２は、ＥＣＦ流体を、通路形成部材１０の板面に沿って移動させ、かつ、循環させるための管路であり、単一の層内を通路形成部材１０の板面に平行に蛇行している。このＥＣＦ通路１２の断面形状は、後述するトラップ部１２２、１２３以外の部分においては、同じ太さの円形形状となっている。以下、このトラップ部１２２、１２３以外の部分の太さおよび形状を、ＥＣＦ通路１２の通常の大きさおよび形状という。

なお、本実施形態および以降の実施形態では、ＥＣＦ通路１２の「部分」とは、ＥＣＦ通路１２内のＥＣＦ流体の流れに垂直な２つの断面によって区切られる部分をいう。

このＥＣＦ通路１２中には、ＥＣＦが満たされている。ＥＣＦとしては、例えば、引用文献３に記載のように、横軸が導電率σであり縦軸が粘度ηであって作動温度における流体の導電率σと粘度ηとの関係を示すグラフにおいて、導電率σ＝４×１０^−１０Ｓ／ｍ、粘度η＝１×１０^０Ｐａ・ｓで表される点Ｐ、導電率σ＝４×１０^−１０Ｓ／ｍ、粘度η＝１×１０^−４Ｐａ・ｓで表される点Ｑ、導電率σ＝５×１０^−６Ｓ／ｍ、粘度η＝１×１０^−４Ｐａ・ｓで表される点Ｒを頂点とする直角三角形の内部に位置する導電率σおよび粘度ηを有する化合物、または、当該三角形の内部に位置する導電率σおよび粘度ηを有するように調製された二種類以上の化合物の混合物を用いることができる。例えば、デカン２酸ジブチル（ｄｉｂｕｔｙｌ ｄｅｃａｎｅ−ｄｉｏａｔｅ）を、ＥＣＦとして用いることができる。

ＥＣＦはこのＥＣＦ通路１２内においてほぼ密封されているが、熱拡散装置１の製造段階、および熱拡散装置１の使用段階において、ＥＣＦ通路１２内に空気や異物が混入してしまうことを完全に防ぐことは不可能に近い。

ＥＣＦ通路１２中には、ポンプ部１２１がある。図３中では、このポンプ部１２１の範囲を、仮想線（点線）で示している。このポンプ部１２１には、針状電極１３および円筒状電極１４が取り付けられている。針状電極１３は、ＥＣＦ通路１２の中心に固定された針形状の電極であり、その長手方向は、ポンプ部１２１におけるＥＣＦの流れ方向に平行となっている。針状電極１３の固定は、通路形成部材１０から伸びる図示しない固定部材によって実現されている。円筒状電極１４は、針状電極１３からＥＣＦ通路１２に沿って少し離れた位置に、ＥＣＦ通路１２を取り囲むように取り付けられた、円筒形状の電極である。

これら針状電極１３および円環状電極１４は、通路形成部材１０に埋め込まれた導電線（図示せず）を介して熱拡散装置１の外部の電源４に接続されている。この電源４を電源として、針状電極１３が正極、円環状電極１４が負極となるように電圧を印加すると、ポンプ部１２１におけるＥＣＦが、針状電極１３から円環状電極１４の方向に移動する。したがって、針状電極１３および円環状電極１４は、ＥＣＦに電圧を印加することによってＥＣＦを駆動するポンプとして機能する。このポンプの作用により、ＥＣＦは、矢印に示すような方向にＥＣＦ通路１２内を循環する。

すると、通路形成部材１０の第２の面の中央部に接触している電子部品３の熱が、このＥＣＦを媒体として通路形成部材１０に沿って拡散する。そして、拡散した熱が放熱器２に伝わり、放熱器２から放出される。これによって、電子部品３の冷却が実現する。このように、ＥＣＦに電圧を印加するポンプを用いることで、ＥＣＦを循環させるために可動部品を必要としないので、非常に簡素で高耐久なポンプが実現可能である。

また、通路形成部材１０の板面における一辺（図３中の右端の辺に相当する）の両端に位置する２つの隅には、ＥＣＦ通路１２の一部として、トラップ部１２２、１２３（拡幅部の一例に相当する）が形成されている。この２つの隅は、板面に垂直に突起部１１ａ〜１１ｄが配置されている隅である。

このトラップ部１２２、１２３のそれぞれは、ＥＣＦ通路１２中のＥＣＦの流れにおける当該トラップ部の直前の上流部分および直後の下流部分に対して、幅が太くなっている。

より具体的には、トラップ部１２２、１２３のそれぞれは、図３に示すように、直前の上流部分および直後の下流部分と比較して、通路形成部材１０の対応する隅（すなわち、図中の右上隅または右下隅）の方向に膨らんでいる。

さらにトラップ部１２２は、図４に示すように、直前の上流部分および直後の下流部分に対して、通路形成部材１０の板面に垂直な方向の両側（すなわち、図４中の上方向および下方向）に膨らみ、突起部１１ａおよび１１ｃの内部に入り込んでいる。

したがって、図４に示すように、トラップ部１２２は、中央層１２２ａ、ポケット層１２２ｂ、ポケット層１２２ｃという、板面に平行な３つの層から成る。なお、ポケット層１２２ｂ、１２２ｃおよび、後述する他のポケット層は、本願発明の交差部の一例に相当する。

中央層１２２ａは、ポケット層１２２ｂおよびポケット層１２２ｃに挟まれた部分である。ポケット層１２２ｂは、直前の上流部分および直後の下流部分に対して板面に垂直な第１の向き（図４中の上向き）に膨らんで突起部１１ａ内に入りこんでいる部分である。ポケット層１２２ｃは、直前の上流部分および直後の下流部分に対して板面に垂直かつ第１の向きとは反対の第２の向き（図４中の下向き）に膨らんで突起部１１ｃ内に入りこんでいる部分である。これらポケット層１２２ｂおよびポケット層１２２ｃが、互いに反対方向に膨らんで対向する２つの膨らみ部の一例に相当する。

さらにトラップ部１２３も、板面に垂直な方向に関して、トラップ部１２２と同様の構造となっている。すなわち、トラップ部１２３は、直前の上流部分および直後の下流部分に対して、通路形成部材１０の板面に垂直な方向の両側に膨らみ、突起部１１ｂおよび１１ｄの内部に入り込むことで、中央層、および中央層を挟む２つのポケット層という、板面に平行な３つの層から成る。

ポケット層の一方は、直前の上流部分および直後の下流部分に対して上記第１の向き（図４中の上向き）に膨らんで突起部１１ｂ内に入りこんでいる部分である。ポケット層の他方は、直前の上流部分および直後の下流部分に対して上記第２の向き（図４中の下方向）に膨らんで突起部１１ｄ内に入りこんでいる部分である。これら２つのポケット層も、互いに反対方向に膨らんで対向する２つの膨らみ部の一例に相当する。

このように、トラップ部１２２、１２３のそれぞれは、通路形成部材１０の板面内の隅への方向、および、板面に垂直な方向の両側に、膨らんでいることで、直前の上流部分および直後の下流部分に対して、幅が太くなっている。

このような構成のＥＣＦ通路１２は、通路形成部材１０が特定の姿勢をとれば鉛直方向最上部となり得るトラップ可能部分と、通路形成部材がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない非トラップ部分と、に分かれる。

具体的には、ＥＣＦ通路１２のうち、トラップ部１２２、１２３、および部分通路１２４〜１２６が、トラップ可能部分に該当する。図３中では、この部分通路１２４〜１２６のそれぞれの範囲を、仮想線（点線）で示している。

部分通路１２４〜１２６のそれぞれは、ＥＣＦ通路１２の一部であり、通路形成部材１０のトラップ部１２２、１２３側の短辺とは反対側の短辺に最も近い位置において、Ｕ字状にカーブすることで、通路形成部材１０の蛇行を実現している部分通路である。

以下、これらの部分が、特定の姿勢をとれば鉛直方向最上部となり得る部分であることを説明する。

例えば、通路形成部材１０の板面に垂直な突起部１１ａから突起部１１ｃへの向き（図３の紙面奥への向き）が鉛直下方向であった場合について説明する。以下、この場合の通路形成部材１０の姿勢を、基本姿勢という。この場合、トラップ部１２２のポケット層１２２ｂおよびトラップ部１２３の突起部１１ｂ内のポケット層が、鉛直方向最上部となる。

また例えば、通路形成部材１０が基本姿勢と上下逆の姿勢となっている場合、トラップ部１２２のポケット層１２２ｃおよびトラップ部１２３の突起部１１ｄ内のポケット層が、鉛直方向最上部となる。したがって、トラップ部１２２およびトラップ部１２３は、特定の姿勢をとれば鉛直方向最上部となり得る部分である。

また例えば、基本姿勢に対して、連絡通路を軸として、連絡通路と反対側の通路形成部材１０の短辺を持ち上げるように、通路形成部材１０を角度θ回転させたとする。連絡通路とは、ＥＣＦ通路１２のうち、トラップ部１２２とトラップ部１２３とを直線で繋ぐ通路である。ここで、角度θが０°よりも僅かに大きい場合は、部分通路１２４〜１２６は、ポケット層１２２ｂよりも低い位置にある。しかし、角度θがある程度以上大きくなると、部分通路１２４〜１２６が、ポケット層１２２ｂおよびトラップ部１２３の突起部１１ｂ内のポケット層よりも高い所に位置する。したがって、部分通路１２４〜１２６は、特定の姿勢をとれば鉛直方向最上部となり得る部分である。

そして、ＥＣＦ通路１２の他の部分（すなわち、非トラップ部分）は、通路形成部材１０がどのような姿勢を取っても、トラップ部１２２、１２３、部分通路１２４〜１２６のうち少なくとも１つよりは低い所に位置してしまう。

非トラップ部分は、通路形成部材１０がどのような姿勢を取っても、鉛直最上部に位置することができないので、当然に、通路形成部材１０がどのような姿勢を取っても、鉛直最下部に位置することもできない。したがって、非トラップ部分は、通路形成部材１０がどのような姿勢を取っても、常に、自身よりも高い位置に通路形成部材１０の他の部分が存在すると同時に、自身よりも低い位置に通路形成部材１０の他の部分が存在することになる。

ここで、ＥＣＦ通路１２中におけるポンプ部１２１の配置について説明する。ＥＣＦ通路１２のうち、トラップ部１２２とトラップ部１２３とを繋ぐ連絡通路は、通路形成部材１０の板面の一辺に平行に、直線的に伸びている。ポンプ部１２１は、この連絡通路に設けられている。

そして、この連絡通路は、ＥＣＦ通路１２の通常の太さおよび形状となっており、トラップ部１２２、１２３、部分通路１２４〜１２６のいずれでもないので、非トラップ部分である。したがって、したがって、通路形成部材１０がどのような姿勢で設置されても、トラップ可能部分１２２〜１２６のいずれかの部分がポンプ部１２１よりも高い位置に配置されると共に、トラップ可能部分１２２〜１２６のいずれかの部分がポンプ部１２１よりも低い位置に配置されることになる。

なお、通路形成部材１０に通路形成部材１０の移動の加減速による慣性力が及ぼされている状況は、慣性力と重力の合力の向きが鉛直下方向になっている状況と実質的に同じであるので、以下では、慣性力がゼロである場合についてのみ説明する。

ここで、ＥＣＦ通路１２内に空気および異物が混入した場合について説明する。空気は、ＥＣＦよりも比重が低いので、ＥＣＦ通路１２中のうち、鉛直方向に最も高い位置に溜まる傾向にある。また、ＥＣＦよりも比重が高い異物は、鉛直方向に最も低い位置に沈殿する傾向にある。

したがって、ＥＣＦ通路１２において、トラップ可能部分と非トラップ部分とがある場合は、設置時の通路形成部材１０の姿勢に応じて、トラップ可能部分のいずれかに空気が溜まり、トラップ可能部分のいずれかに異物が沈殿するようになる。そしてその結果、非トラップ部分を空気および異物が通る可能性が低下する。したがって、ポンプ部１２１に空気および異物が侵入する可能性が低下するので、電極の劣化によるポンプ性能の低下、ＥＣＦの変質、過電流による発火などの危険性等の発生する可能性が低減し、ポンプ部１２１の性能が安定する。

なお、ＥＣＦ通路がトラップ可能部分と非トラップ部分とに分かれない場合もある。仮に、本実施形態のトラップ部１２２およびトラップ部１２３が、通常の太さおよび形状であった場合、ＥＣＦ通路１２は、１つの層内において一様な太さで形成された通路となってしまう。このような場合は、基本姿勢において、ＥＣＦ通路１２のすべての部分が最上部となり、かつ、ＥＣＦ通路１２のすべての部分が最下部となる。

このような場合と異なり、本実施形態の通路形成部材１０において、トラップ部１２２中の２つのポケット層１２２ｂ、１２２ｃ（２つの交差部に相当する）のうち、ポケット層１２２ｂは、（上流部分および下流部分と比較して）通路形成部材１０の板面に交差する第１の向きに延び（具体的には膨らみ）、ポケット層１２２ｃは、（上流部分および下流部分と比較して）、通路形成部材１０の板面に交差する第２の向きに延びて（具体的には膨らんで）いる。

このようになっていることで、ＥＣＦ通路１２において、そのポケット層１２２ｂ、１２２ｃ等の部分がトラップ可能部分となり、その他の部分が非トラップ部分になる。トラップ部１２３に設けられている一対のポケット層についても、同じことが言える。

なお、第１の向きおよび第２の向きは、必ずしも板面に対して垂直である必要はなく、板面に対して０°以外の角度で交差していれば足りる。また、第１の向きおよび第２の向きは、互いに完全に反対の向きである必要はなく、板面に対して互いに反対側への向きであればよい。

このように、本実施形態では、電子部品３が発する熱を拡散させるための熱拡散装置１において、通路形成部材１０に形成されたＥＣＦ通路１２は、通路形成部材１０が特定の姿勢をとれば鉛直方向最上部となり得るトラップ可能部分１２２〜１２６と、通路形成部材１０がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない非トラップ部分と、を有し、ポンプ部１２１の電極１３、１４は、非トラップ部分に取り付けられている。

このように、電極１３、１４が取り付けられる部分は、熱拡散装置１がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない部分である。したがって、熱拡散装置１がどのような姿勢をとっても、電極１３、１４が取り付けられる部分よりも高い所に位置する部分が、通路中に存在することになる。したがって、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても、また、熱拡散装置にどのような外力が及ぼされても、電極１３、１４が取り付けられる部分以外の部分に空気がトラップされることになる。

また、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない部分は、当然に、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても鉛直方向最下部となり得ない部分である。したがって、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても、電極１３、１４が取り付けられる部分よりも低い所に位置する部分が、通路中に存在することになる。したがって、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても、また、熱拡散装置にどのような外力が及ぼされても、電極１３、１４が取り付けられる部分以外の部分に異物が沈殿してトラップされることになる。

このように、熱拡散装置の姿勢や熱拡散装置にかかる慣性力にかかわらず、ＥＣＦの通路中の空気と異物とを共に、ポンプ部１２１の部分以外にトラップすることができる。

また、通路形成部材１０のトラップ可能部分は、２つのトラップ部１２２および１２３を有している。そして、トラップ部１２２、１２３のそれぞれは、ＥＣＦの流速が当該トラップ部１２２および１２３の直前の上流部分および直後の下流部分に比べて太くなっている。

このように、トラップ部１２２、１２３がその前後の部分より太くなっていると、トラップ部１２２、１２３におけるＥＣＦの流速が、他の部分よりも低下する。したがって、熱拡散装置１の姿勢および熱拡散装置１にかかる慣性力が特定の状態にあることで、トラップ部１２２、１２３に空気または異物がトラップされるようになっている場合は、ＥＣＦに押し流されて空気または異物が拡幅部から流出してしまう可能性が低下する。すなわち、拡幅部における空気または異物のトラップが、より確実になる。

なお、本実施形態においては、トラップ部１２２、１２３は、ＥＣＦ通路１２の他の部分に比べて、板面に垂直な方向の両側に膨らんでいるので、通路形成部材１０がどのような姿勢にあっても、トラップ部１２２、１２３のいずれかには、少なくとも空気および異物のいずれか一方がトラップされるようになっている。

また、トラップ部１２２においては、互いに反対方向に対向して膨らんで対向する２つのポケット層１２２ｂ、１２２ｃが設けられている。また、トラップ部１２３においても、互いに反対方向に膨らんで対向する２つのポケット層が設けられている。

このようになっていることで、熱拡散装置１の姿勢が上下逆になって、一方のポケット層にトラップされていた空気または異物が流出しても、ただちに反対側に膨らんだ他方のポケット層に再トラップされる可能性が高い。したがって、空気および異物が電極に到達してしまう可能性をより低減することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。図５〜図８に、本実施形態に係る熱拡散装置１の構成を示す。図５は、熱拡散装置１の斜視図である。図６は、図５の矢印方向から見た熱拡散装置１の側面図である。図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。図７は、図２のＤ−Ｄ断面図である。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、ＥＣＦ通路１２におけるトラップ部の数および配置と、ポンプ部１２の数および配置である。なお、図５〜８においては、放熱器２および電子部品３の記載は省略している。

具体的には、本実施形態においては、図５および図６に示すように、通路形成部材１０の板の４隅から板面に垂直な両方向（すなわち、図２中の上方向および下方向）に突出する８つの円柱形状の突起部１１ａ〜１１ｈが設けられている。

そして、図７に示すように、通路形成部材１０の板面における四隅には、ＥＣＦ通路１２の一部として、トラップ部１２２、１２３、１２７、１２８（拡幅部の一例に相当する）が形成されている。この４隅の位置は、突起部１１ａ〜１１ｈが配置されている位置に対応する。

トラップ部１２２、１２３の構造は、第１実施形態と同じである。また、トラップ部１２７、１２８のそれぞれも、ＥＣＦ通路１２中のＥＣＦの流れにおける当該トラップ部の直前の上流部分および直後の下流部分に対して、幅が太くなっている。

より具体的には、トラップ部１２７、１２８のそれぞれは、図７に示すように、直前の上流部分および直後の下流部分と比較して、通路形成部材１０の対応する隅（すなわち、図中の左上隅または左下隅）の方向に膨らんでいる。

さらにトラップ部１２７は、図８に示すように、直前の上流部分および直後の下流部分に対して、通路形成部材１０の板面に垂直な方向の両側（すなわち、図８中の上方向および下方向）に膨らみ、突起部１１ｅおよび１１ｇの内部に入り込んでいる。

したがって、図８に示すように、トラップ部１２７は、中央層１２７ａ、ポケット層１２７ｂ（延長部の一例に相当する）、ポケット層１２７ｃ（延長部の一例に相当する）という、板面に平行な３つの層から成る。

中央層１２７ａは、ポケット層１２７ｂおよびポケット層１２７ｂに挟まれた部分である。ポケット層１２７ｂは、直前の上流部分および直後の下流部分に対して板面に垂直な第１の向き（図８中の上方向）に膨らんで突起部１１ｅ内に入りこんでいる部分である。ポケット層１２７ｃは、直前の上流部分および直後の下流部分に対して板面に垂直かつ第１の向きとは反対の第２の向き（図８中の下方向）に膨らんで突起部１１ｇ内に入りこんでいる部分である。これらポケット層１２７ｂおよびポケット層１２７ｃも、互いに反対方向に膨らんで対向する２つの膨らみ部の一例に相当する。

さらにトラップ部１２８も、板面に垂直な方向に関して、トラップ部１２７と同様の構造となっている。すなわち、トラップ部１２８は、直前の上流部分および直後の下流部分に対して、通路形成部材１０の板面に垂直な方向の両側に膨らみ、突起部１１ｆおよび１１ｈの内部に入り込むことで、中央層、および中央層を挟む２つのポケット層という、板面に平行な３つの層から成る。

ポケット層の一方は、直前の上流部分および直後の下流部分に対して上記第１の向きに膨らんで突起部１１ｆ内に入りこんでいる部分である。ポケット層の他方は、直前の上流部分および直後の下流部分に対して上記第２の向きに膨らんで突起部１１ｈ内に入りこんでいる部分である。これら２つのポケット層も、互いに反対方向に膨らんで対向する２つの膨らみ部の一例に相当する。

このように、トラップ部１２７、１２８のそれぞれは、通路形成部材１０の板面内の隅への向き、および、板面に垂直な方向の両側に膨らんでいることで、直前の上流部分および直後の下流部分に対して、幅が太くなっている。

本実施形態においては、トラップ部１２２、１２３に加えて、トラップ部１２７、１２８が設けられていることにより、トラップ可能部分の範囲および非トラップ部分の範囲が、第１実施形態と異なっている。具体的には、部分通路１２６が、第１実施形態においてはトラップ可能部分であったのに対し、本実施形態においては非トラップ部分となっている。

このように、通路形成部材１０の板の四隅にトラップ部１２２、１２３、１２７、１２８を設けることで、４つのトラップ部１２２、１２３、１２７、１２８以外のどの位置にポンプ部を取り付けても、熱拡散装置１の姿勢や熱拡散装置１にかかる慣性力にかかわらず、ＥＣＦの通路中の空気と異物とを共に、ポンプ部以外にトラップできる。その結果、非トラップ部分の範囲が広がり、その分だけ、ＥＣＦを移動させるための電極の取り付け位置の自由度が向上する。

空気および異物を４つのトラップ部１２２、１２３、１２７、１２８のいずれかにトラップできたとしても、空気および異物は、電圧が印加された流体が循環する環境下に晒されているので、帯電してしまう可能性がある。帯電してしまった空気や異物は、電極に近い位置においては、電極に引き寄せられてしまう。したがって、ポンプ部は、トラップ部１２２、１２３、１２７、１２８からできるだけ離れた位置に配置するようになっていてもよい。このように、ポンプ部とトラップ部とを離すことを考慮に入れても、電極の取り付け位置の自由度が向上することは好ましい。

なお、本実施形態においては、通路形成部材１０の板面の中央付近にポンプ部１３１、１３２を配置することで、ポンプ部１３１、１３２を４つのトラップ部１２２、１２３、１２７、１２８から離している。

また、本実施形態においては、ＥＣＦ通路１２中に、複数のポンプ部１３１、１３２が設けられている図７中では、このポンプ部１３１、１３２の範囲を、仮想線（点線）で示している。ポンプ部１３１には、第１実施形態のポンプ部１２１と同様の方法で、針状電極１５および円筒状電極１６が取り付けられている。また、ポンプ部１３２にも、第１実施形態のポンプ部１２１と同様の方法で、針状電極１７および円筒状電極１８が取り付けられている。

これら電極１５〜１８は、通路形成部材１０に埋め込まれた導電線（図示せず）を介して熱拡散装置１の外部の電源４に接続されている。この電源４を電源として、針状電極１５、１７が正極、円環状電極１６、１８が負極となる。したがって、ポンプ部１３１、１３２は、ＥＣＦ通路１２に沿って同じ方向にＥＣＦを移動させる。このポンプの作用により、ＥＣＦは、矢印に示すような方向にＥＣＦ通路１２内を循環する。

このように、複数のポンプ部１３１、１３２を設けることで、万一、空気や異物をトラップしきれず、その結果、空気や異物がポンプ部１３１、１３２の一方に到達してしまい、当該ポンプ部がポンプ作用を失ったとしても、他方のポンプ部は正常に作動可能であるため、全体としてＥＣＦの作動が停止することはなくなる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。図９〜図１５に、本実施形態に係る熱拡散装置１の構成を示す。図９は、熱拡散装置１の斜視図である。図１０は、図９の矢印方向から見た熱拡散装置１の側面図である。図１１は、図１０のＥ−Ｅ断面図である。図１２は、図１０のＦ−Ｆ断面図である。図１３は、図１０のＧ−Ｇ断面図である。図１４は、図１０のＨ−Ｈ断面図である。図１５は、図１１のＩ−Ｉ断面で熱拡散装置１を切った場合の断面図である。なお、図９〜１５においては、放熱器２および電子部品３の記載は省略しているが、その取り付け位置は、第１実施形態と同じである。

本実施形態においては、熱拡散装置１の通路形成部材１０は、突起部のない板形状となっている。そして、その板厚は、第１実施形態のものよりも増している。これは、通路形成部材１０の内部に形成されてＥＣＦが充填されるＥＣＦ通路２１が、３層構造となっているからである。図１１が、ＥＣＦ通路２１の第１層の断面に相当し、図１２および図１３が第２層の断面に相当し、図１４が、第３層の断面に相当する。

このＥＣＦ通路２１の構造について以下説明する。このＥＣＦ通路２１は、図１１〜図１５に示すように、通路２１ａ〜２１ｋから成っている。まず、３層のうち、放熱器２に最も近い層（図１０中の最も上の層に相当する）である第１層においては、ＥＣＦ通路２１は、図１１に示すように、１０個の通路２１ａ〜２１ｊが、板の中央部に位置する通路２１ｋから板の周縁方向に、放射状かつ板面に平行に延びている。

更に、図１２、１３に示すように、通路２１ａ〜２１ｊは、板の周縁部で板面に垂直な方向に向きを変え、第１層の次に放熱器２に近い第２層において、板面に垂直に延び、電子部品３に最も近い層（図１０中の最も下の層に相当する）である第３層にまで続いている。そして通路２１ａ〜２１ｊは、図１４に示すように、第３層において、板面に平行かつ板面の中央部に向かう方向へと向きを変え、その後、通路２１ｋに合流している。

また、通路２１ｋは、通路形成部材１０の板の中央部において、第３層から第２層を通って第１層まで、板面に垂直に延びている。

ＥＣＦ通路２１がこのような構造となっているので、ＥＣＦ通路２１のうち、通路２１ａ〜２１ｊまでの部分は、通路形成部材１０が特定の姿勢をとれば鉛直方向最上部となり得るトラップ可能部分となる。そして、通路２１ｋが、通路形成部材１０がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない非トラップ部分となる。

そして、本実施形態においては、通路２１ｋが、ポンプ部となっている。図１５中では、このポンプ部の範囲を、仮想線（点線）で示している。このポンプ部には、針状電極１９および円筒状電極２０が取り付けられている。針状電極１９は、通路２１ｋの中心に固定された針形状の電極であり、その長手方向は、板面に垂直な方向、すなわち、通路２１ｋにおけるＥＣＦの流れ方向に平行となっている。円筒状電極２０は、針状電極１９からＥＣＦ通路２１に沿って少し離れた位置に、通路２１ｋを取り囲むように取り付けられた、円筒形状の電極である。

これら針状電極１９および円環状電極２０は、通路形成部材１０に埋め込まれた導電線（図示せず）を介して熱拡散装置１の外部の電源４に接続されている。この電源４を電源として、針状電極１９が正極、円環状電極２０が負極となるように電圧を印加すると、ポンプ部におけるＥＣＦが、針状電極１９から円環状電極２０の方向に移動する。したがって、針状電極１９および円環状電極２０は、ＥＣＦに電圧を印加することによってＥＣＦを駆動するポンプとして機能する。

このポンプの作用により、ＥＣＦは、図１５の矢印に例示するような方向にＥＣＦ通路２１内を循環する。すなわち、ＥＣＦは、通路２１ｋを第３の層→第２の層→第１の層の順に通り、第１の層において通路２１ｋから通路２１ａ〜２１ｊのそれぞれに分岐し、通路２１ａ〜２１ｊを第１の層→第２の層→第３の層の順に通り、第３の層において通路２１ｋに合流する。

このように、電極１９、２０が取り付けられる部分は、熱拡散装置１がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない部分である。したがって、熱拡散装置１がどのような姿勢をとっても、電極１９、２０が取り付けられる部分よりも高い所に位置する部分が、通路中に存在することになる。したがって、熱拡散装置がどのような姿勢をとっても、また、熱拡散装置１にどのような外力が及ぼされても、電極１９、２０が取り付けられる部分以外の部分に空気がトラップされることになる。

また、熱拡散装置１がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない部分は、当然に、熱拡散装置１がどのような姿勢をとっても鉛直方向最下部となり得ない部分である。したがって、熱拡散装置１がどのような姿勢をとっても、電極が取り付けられる部分よりも低い所に位置する部分が、通路中に存在することになる。したがって、熱拡散装置１がどのような姿勢をとっても、また、熱拡散装置１にどのような外力が及ぼされても、電極１９、２０が取り付けられる部分以外の部分に異物が沈殿してトラップされることになる。

このように、熱拡散装置の姿勢や熱拡散装置にかかる慣性力にかかわらず、ＥＣＦの通路中の空気と異物とを共に、ポンプ（すなわち電極）の部分以外にトラップすることができる。

なお、本実施形態においては、通路２１ａ〜２１ｊのうち板面に垂直な部分、および、通路２１ｋが、交差部の一例に相当する。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。

例えば、第１実施形態においては、図１６に示すように、トラップ部１２２のポケット層１２２ｂ、１２２ｃにおいては、戻り防止板１３０、１３１が設けられていてもよい。戻り防止板１３０、１３１は、円形の端部においてそれぞれ突起部１１ａ、１１ｂの内側面と一体的に密着しており、端部から中央部に向かうにつれ中央層１２２ａから遠ざかり、かつ、中央部に穴が開けられている。戻り防止板１３０、１３１がこのような戻り防止構造になっていることで、ポケット層１２２ｂ、１２２ｃに一端トラップされた空気や異物が、通路形成部材１０の姿勢が変化しても、流出し難くなる。

また例えば、ＥＣＦに電圧を印可してＥＣＦを移動させるための電極は、針状の電極と円筒状の電極である必要はなく、一方の電極が尖った先端部を有し、他方の電極が湾曲した周縁部を有していれば足りる。

また例えば、トラップ部１２３は、ＥＣＦ通路１２の通常の太さおよび形状となっていてもよい。その場合でも、トラップ部１２２の存在により、通路形成部材１０がどのような姿勢で設置されても、トラップ部１２２のいずれかの部分がポンプ部１２１よりも高い位置に配置され、トラップ部１２２のいずれかの部分がポンプ部１２１よりも低い位置に配置されることになる。

また、発熱体は、電子部品でなくともよく、何らかの原因で発熱するものであれば、どのようなものであってもよい。

また、通路形成部材１０のうち、電極のあるポンプ部およびその周囲だけを絶縁部材（樹脂）とし、他の部分を金属として形成するようになっていてもよい。このように、通路形成部材１０の多くの部分で金属を用いることで熱伝導性を高める一方、ポンプ部においては絶縁性を確保することで、電極の機能を正常に維持することができる。

本発明の第１実施形態に係る熱拡散装置１の斜視図である。 熱拡散装置１の側面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱拡散装置１の斜視図である。 熱拡散装置１の側面図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第３実施形態に係る熱拡散装置１の斜視図である。 熱拡散装置１の側面図である。 図９のＥ−Ｅ断面図である。 図９のＦ−Ｆ断面図である。 図９のＧ−Ｇ断面図である。 図９のＨ−Ｈ断面図である。 図１１のＩ−Ｉ断面図である。 第１実施形態の変形例における図２のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 熱拡散装置
２ 放熱器
３ 電子部品
４ 電源
１０ 通路形成部材
１１ａ〜１１ｈ 突起部
１２、２１ ＥＣＦ通路
１３、１５、１７、１９ 針状電極
１４、１６、１８、２０ 円環状電極
１２１、１３１、１３２ ポンプ部
１２２、１２３、１２７、１２８ トラップ部
１２２ａ、１２７ａ 中央層
１２２ｂ、１２７ｂ ポケット層
１２２ｃ、１２７ｃ ポケット層
１２４〜１２６ 部分通路
１３０、１３１ 戻り防止板

Claims (5)

1. 発熱体（３）が発する熱を拡散させるための熱拡散装置であって、
   電界共役流体を循環させるための通路（１２、２１）を形成する通路形成部材（１０）と、
   前記通路（１２、２１）中に取り付けられると共に前記電界共役流体に電圧を印加する電極（１３〜２０）と、を備え、
   前記通路（１２、２１）は、前記通路形成部材が特定の姿勢をとれば鉛直方向最上部となり得るトラップ可能部分（１２２〜１２８、２１ａ〜２１ｊ）と、前記通路形成部材がどのような姿勢をとっても鉛直方向最上部となり得ない非トラップ部分と、を有し、
   前記電極は、前記非トラップ部分に取り付けられていることを特徴とする熱拡散装置。
2. 前記トラップ可能部分は、１つ以上の拡幅部（１２２、１２３、１２７、１２８）を有し、
   前記１つ以上の拡幅部のそれぞれは、前記電界共役流体の流速が当該拡幅部の上流部分および下流部分に比べて低下するよう、前記上流部分および前記下流部分に比べて太くなっていることを特徴とする請求項１に記載の熱拡散装置。
3. 前記１つ以上の拡幅部のうち少なくとも１つは、互いに反対方向に膨らんだ２つの膨らみ部（１２２ｂ、１２２ｃ、１２７ｂ、１２７ｃ）を有することを特徴とする請求項２に記載の熱拡散装置。
4. 前記通路形成部材の外形は矩形の板形状となっており、
   前記１つ以上の拡幅部は、４つあり、
   前記４つの拡幅部のそれぞれは、前記通路形成部材の矩形の四隅に配置されており、
   前記４つの拡幅部のそれぞれは、前記通路形成部材の板面に垂直な方向の両側に膨らんでいると共に、対応する前記通路形成部材の隅の方向に膨らんでいることで、前記４つの拡幅部をトラップ可能部分とし、前記通路（１２、２１）のうち前記４つの拡幅部以外の部分を非トラップ部分とすることを特徴とする請求項２または３に記載の熱拡散装置。
5. 前記通路形成部材の外形は板形状となっており、
   前記通路は、前記電界共役流体を前記通路形成部材の板面に沿って移動させるための通路であり、
   前記通路は、２つ以上の交差部（１２２ｂ、１２２ｃ、１２７ｂ、１２７ｃ）を有し、前記２つ以上の交差部のうち１つを、前記通路形成部材の板面に交差する第１の向きに延ばし、前記２つ以上の交差部のうち他の１つを、前記板面に交差すると共に前記第１の向きと反対側を向いた第２の向きに延ばすことで、前記トラップ可能部分と前記非トラップ部分とを設けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱拡散装置。

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