JP7097308B2 - ウィック構造体及びウィック構造体を収容したヒートパイプ - Google Patents

Description

本発明は、作動流体の圧力損失を低減できるウィック構造体、及び該ウィック構造体が収容されることで、優れた熱輸送特性を発揮するヒートパイプに関するものである。

電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、その冷却がより重要となっている。電子部品の冷却方法として、ヒートパイプが使用されることがある。

上記のように、発熱体の発熱量が増大していることから、ヒートパイプの熱輸送特性のさらなる向上が要求されている。熱輸送特性のさらなる向上のために、ヒートパイプに封入されている作動流体がウィック構造体中を流通する際に、圧力損失を低減することも検討されている。一方で、ウィック構造体には、毛細管力の向上も要求されることから、作動流体とウィック構造体との界面の表面積を大きくする必要もある。しかし、毛細管力を向上させるために前記表面積を大きくすると、作動流体がウィック構造体中を流通する際の圧力損失が増大してしまうという問題がある。

そこで、凝縮端と蒸発端を有する細長い中空のハウジングと、前記ハウジングの中に配置されている波形の吸上部であって、折り畳まれたフィンを備えている複数の楔状の毛管を有する、波形の吸上部と、前記波形の吸上部と流体連通状態に置かれた流体と、を備えているヒートパイプが提案されている（特許文献１）。

しかし、折り畳まれたフィンを備えた波形の吸上部を設けた特許文献１のヒートパイプでは、吸上部のフィンピッチを十分に小さくすることはできず、十分な毛細管力を得ることができないという問題がある。また、特許文献１のヒートパイプでは、波形という吸上部の形状、すなわち、吸上部の、ハウジングの長手方向に対し直交方向の部位は、開放されていないことから、液相から気相に相変化した作動流体は、吸上部中を流通する際に、圧力損失を受けてしまうという問題がある。

一方で、ヒートパイプに収容するウィック構造体として、金属粉の焼結体や金属メッシュが使用されることもある。しかし、金属粉の焼結体や金属メッシュでは、所定の毛細管力は得られやすいものの、液相から気相に相変化した作動流体は、金属粉の焼結体や金属メッシュ中を流通する際に、流路形状の複雑さから、圧力損失を受けてしまう場合があるという問題がある。

特表２００８－５０５３０５号公報

上記事情に鑑み、本発明は、毛細管力を損なうことなく、流通する作動流体の圧力損失を低減できるウィック構造体、及び該ウィック構造体が収容されることにより、優れた熱輸送特性を発揮するヒートパイプを提供することを目的とする。

本発明の構成要素の要旨は、以下の通りである。
［１］ヒートパイプのコンテナ内部に収容されるウィック構造体であって、
それぞれ対向して立設された複数の箔を有するウィック構造体。
［２］前記箔が、複数、並び、少なくとも１つの構造保持部で保持され、該構造保持部を介して、複数の前記箔が連結されている［１］に記載のウィック構造体。
［３］前記構造保持部が、前記コンテナの内面に複数の前記箔が接続固定されるための固定部として機能してもよい［１］または［２］に記載のウィック構造体。
［４］前記箔の立ち上がり基部に、箔支持部が形成されている［１］乃至［３］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［５］相互に隣接する前記箔の間の一部に、多孔質部材が設けられている［１］乃至［３］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［６］前記箔の材質が、金属、セラミック及び／または炭素である［１］乃至［５］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［７］前記複数の箔のアスペクト比が、２以上１０００以下である［１］乃至［６］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［８］前記箔の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．０１μｍ以上１μｍ以下である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［９］前記箔の厚さが、１μｍ以上３００μｍ以下である［１］乃至［８］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［１０］相互に隣接する前記箔の立ち上がり基部における箔間距離が、２μｍ以上３００μｍ以下である［１］乃至［９］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［１１］前記コンテナの長手方向に対し鉛直方向の断面積が、前記コンテナの長手方向に対し鉛直方向の前記コンテナの断面積の、１０％～９０％である［１］乃至［１０］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［１２］前記固定部が、金属粉の焼結体、銀ろう、はんだである［３］乃至［１１］のいずれか１つに記載のウィック構造体。
［１３］［１］乃至［１２］のいずれか１つに記載のウィック構造体が収容されたヒートパイプ。
［１４］前記ウィック構造体が、受熱部に設置された［１３］に記載のヒートパイプ。

上記ウィック構造体は、複数の箔が並んで設けられた態様となっており、相互に隣接する箔の間には、空隙部である溝部が形成されている。

本明細書中、「アスペクト比」とは、相互に隣接する箔の立ち上がり基部における箔の厚さ（Ｔ）に対する、相互に隣接する箔間に形成された箔の高さ（Ｄ）（箔の高さ（Ｄ）／箔の厚さ（Ｔ））を意味する。また、１枚の箔２１が構造保持部２２によって、高さ方向に所定の間隔をおいて複数に分断されている態様の場合には、箔２１の高さ（Ｄ）は上記間隔を除いた寸法を意味する。なお、箔ピッチ（Ｌ）は、一つの箔の一方の面と、該一つの箔と隣接した他の箔のうち該一つの箔と対向していない面と、の間の距離である。

本発明の態様によれば、ウィック構造体を形成する複数の箔が、それぞれ離間して設けられていることにより、該ウィック構造体は、毛細管力を損なうことなく、前記複数の箔の間を流通する作動流体の圧力損失を低減できる。結果として、該ウィック構造体がヒートパイプに収容されることにより、優れた熱輸送特性を発揮するヒートパイプを得ることができる。また、箔は、放熱フィンとしての機能も発揮できる点でも、優れた熱輸送特性を発揮するヒートパイプを得ることができる。

本発明の態様によれば、ウィック構造体を形成する複数の箔が、アスペクト比２以上１０００以下にて設けられていることにより、ウィック構造体の毛細管力がさらに向上しつつ作動流体の圧力損失を低減できる。結果として、より優れた熱輸送特性を発揮するヒートパイプを得ることができる。

本発明の態様によれば、箔の材質が金属、セラミック及び／または炭素であることにより、ウィック構造体の熱伝導性が向上する。結果として、ヒートパイプの熱輸送特性がさらに向上する。

本発明の態様によれば、箔の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．０１μｍ以上１μｍ以下であることにより、ウィック構造体の毛細管力の向上に寄与することができる。

本発明の態様によれば、コンテナの長手方向に対し鉛直方向のウィック構造体の断面積が、コンテナの長手方向に対し鉛直方向のコンテナの断面積の１０％～９０％であることにより、ウィック構造体がヒートパイプに収容されると、気相の作動流体の流通性と、気相の作動流体の対向流である液相の作動流体の流通性と、をバランス良く向上させることができる。なお、本発明のウィック構造体は、コンテナの長手方向全体に設けてもよく、コンテナの受熱部等、コンテナの長手方向の一部に設けてもよい。従って、上記断面積の比率は、コンテナのうち、本発明のウィック構造体が設置された部分における断面積の比率である。上記「受熱部」とは、コンテナに冷却対象である発熱体が熱的に接続される部位であり、液相の作動流体は、主に受熱部にて気相に相変化する。

本発明の第１実施形態例に係るウィック構造体の概要を説明する斜視図である。 本発明の第５実施形態例に係るウィック構造の概要を説明する斜視図である。 ヒートパイプに収容された、本発明の第１実施形態例に係るウィック構造体の正面断面図である。 ヒートパイプに収容された、本発明の第４実施形態例に係るウィック構造体の正面断面図である。 本発明の第２実施形態例に係るウィック構造体の説明図である。 本発明の第３実施形態例に係るウィック構造体の説明図である。 ヒートパイプに収容された、本発明の第１実施形態例に係るウィック構造体の側面断面図である。 ベーパーチャンバに収容された、本発明の第６実施形態例に係るウィック構造体の側面断面図である。 ベーパーチャンバに収容された、本発明の第６実施形態例に係るウィック構造体を説明した図８のＡ－Ａ断面図である。 ベーパーチャンバに収容された、本発明の第７実施形態例に係るウィック構造体の平面断面図である。 ベーパーチャンバに収容された、本発明の第７実施形態例に係るウィック構造体を説明した図１０のＢ－Ｂ断面図である。 本発明の他の実施形態例に係るウィック構造体の説明図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係るウィック構造体と第１実施形態例に係るウィック構造体が収容されたヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。まず、ウィック構造体が収容されたヒートパイプについて説明する。

図３、７に示すように、ヒートパイプ１０のコンテナ１５内部に、第１実施形態例に係るウィック構造体１が収容される。コンテナ１５は、管形状の部材である。コンテナ１５内部には、作動流体（図示せず）が封入されている。

コンテナ１５は、密閉された管材である。コンテナ１５の長手方向に対して直交方向の断面形状は、特に限定されないが、ヒートパイプ１０では、扁平形状となっている。また、コンテナ１５の長手方向の形状は、特に限定されないが、ヒートパイプ１０では、略直線状となっている。

コンテナ１５の長手方向に対して直交方向の寸法は、特に限定されないが、例えば、その下限値は、好ましくは１．０ｍｍ以上、特に好ましくは２．０ｍｍ以上である。また、コンテナ１５の長手方向に対して直交方向の寸法の上限値は、特に限定されないが、例えば、１５ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下が特に好ましい。コンテナ１５の肉厚は、特に限定されないが、例えば、５０～５００μｍである。ヒートパイプ１０の熱輸送方向は、コンテナ１５の長手方向である。

図１、３に示すように、ヒートパイプ１０のコンテナ１５内部に収容されるウィック構造体１は、複数の箔２１と、箔２１を固定するための構造保持部２２と、を有している。それぞれの箔２１、２１・・・が構造保持部２２に保持されることで、箔２１が位置決めされて、並列に配置されている。

箔２１は、１つの構造保持部２１を介して、隣接する他の箔２１を含めて、他のそれぞれの箔２１、２１・・・と連結されている。図１、３では、構造保持部２２は、コンテナ１５内面の底部に沿って延在した平面状の部位である。構造保持部２２が、コンテナ１５内面のうち、底部に複数の箔２１、２１・・・が接続固定されるための固定部としても機能している。

また、図３に示すように、ウィック構造体１では、構造保持部２２はコンテナ１５内面と直接接した態様となっているが、構造保持部２２とコンテナ１５内面との間に、必要に応じて、銅粉等の金属粉の焼結体、銀ろう、はんだ等（図示せず）が介在してもよい。この場合、構造保持部２２は、銅粉等の金属粉の焼結体、銀ろう、はんだ等によってコンテナ１５内面に固定される、ひいては、ウィック構造体１が、銅粉等の金属粉の焼結体、銀ろう、はんだ等によってコンテナ１５内面に固定されることとなる。その際、銅粉等の金属粉の焼結体は、毛細管力を有するので、液相の作動流体をウィック構造体１の位置まで還流させるウィック部としても機能する。この場合、構造保持部２２とコンテナの間に液相の作動流体が存在する状態になり、ヒートパイプ１０の熱抵抗が大きくなってしまう恐れもある。この点を改善するために、粒径の小さい金属粉をウィック構造体１の固定に使う場合もある。

それぞれの箔２１、２１・・・の形状は、平坦な矩形のシート状（フィルム状）となっている。それぞれの箔２１、２１・・・は、コンテナ１５の長手方向に対して鉛直方向に立設されている。また、それぞれの箔２１、２１・・・は、構造保持部２２から鉛直方向に延在している。さらに、それぞれの箔２１、２１・・・は、コンテナ１５の長手方向に対して直交方向に沿って、所定間隔で並列に配置されている。また、それぞれの箔２１、２１・・・は、構造保持部２２に沿って所定間隔で並列に配置されている。従って、それぞれの箔２１、２１・・・は、離間して配置されている。ヒートパイプ１０のウィック構造体１では、それぞれの箔２１、２１・・・は、少なくとも構造保持部２２からの立ち上がり基部において、略等間隔に配置されている。なお、図１、３では、それぞれの箔２１、２１・・・は、構造保持部２２からの立ち上がり基部から先端部である自由端にわたって、略等間隔に配置されている。また、ヒートパイプ１０のウィック構造体１では、それぞれの箔２１、２１・・・は、少なくとも構造保持部２２からの立ち上がり基部において、相互に略平行に並列配置されている。なお、図１、３では、それぞれの箔２１、２１・・・は、構造保持部２２からの立ち上がり基部から先端部である自由端にわたって、相互に略平行に並列配置されている。

なお、上記の通り、箔２１は、コンテナ１５の長手方向に対して鉛直方向に立設されているので、平坦な形状を維持できず、一部に曲部が形成される等、鉛直方向の形状に変形が生じ得る。よって、隣接する箔２１同士は、構造保持部２２からの立ち上がり基部よりも自由端側の部位においては、構造保持部２２からの立ち上がり基部における間隔よりも近接していてもよく、また、接触してもよい。

上記した箔２１の構成から、図７に示すように、それぞれの箔２１、２１・・・は、コンテナ１５の長手方向に沿って延在している態様となっている。なお、ヒートパイプ１０では、ウィック構造体１は、コンテナ１５の一方の端部１１に配置され、コンテナ１５の中央部１３と、一方の端部１１と対向する他方の端部１２には、ウィック構造体１は配置されていない。

それぞれの箔２１、２１・・・は、高さ方向における一方の端辺部２３が構造保持部２２に保持されることで、位置決めされている。従って、箔２１の一方の端辺部２３が、構造保持部２２からの立ち上がり基部となっている。すなわち、それぞれの箔２１、２１・・・は、構造保持部２２から立設している態様となっており、それぞれの箔２１、２１・・・は、構造保持部２２を介して、相互に連結されている。

一方で、箔２１の一方の端辺部２３と対向する他方の端辺部２４は、固定されておらず、自由端となっている。ウィック構造体１では、箔２１の他方の端辺部２４の先端は、コンテナ１５の内面に接触していない。従って、相互に隣接する箔２１の他方の端辺部２４間は、開放部となっている。上記から、相互に隣接する箔２１間には、空隙部である溝部２５が形成されている。箔２１の表面形状は平坦、すなわち、平面状なので、ヒートパイプ１０の長手方向に対して直交方向における溝部２５の断面形状は、矩形状となっている。さらに、溝部２５は、相互に隣接する箔２１間をヒートパイプ１０の長手方向に沿って延在している。また、構造保持部２２表面は、溝部２５の底部に対応する。従って、箔２１の高さ（Ｄ）は、構造保持部２２表面から箔２１の他方の端辺部２４までの距離に相当する。

ウィック構造体１では、箔２１の他方の端辺部２４側が開放部となっており、さらに溝部２５の上記断面形状は矩形状となっているので、溝部２５にて液相から気相へ相変化した作動流体は、溝部２５から、他方の端辺部２４間の開放部を介して、円滑に、ウィック構造体１の外部へ放出される。従って、溝部２５にて液相から気相へ相変化した作動流体がウィック構造体１の外部へ放出されるにあたり、圧力損失を低減でき、ひいては、コンテナ１５内における気相の作動流体の流通を、円滑化できる。

なお、箔２１の他方の端辺部２４は、上記したコンテナ１５内面に接触していない自由端に代えて、コンテナ１５内面に接触した非自由端または固定端としてもよい。それぞれの箔２１、２１・・・は、相互に離間して配置されている。従って、箔２１の他方の端辺部２４がコンテナ１５内面に接触していても、溝部２５にて液相から気相へ相変化した作動流体は、溝部２５から、箔２１と箔２１の離間部を介して、円滑に、ウィック構造体１の外部へ放出される。

ウィック構造体１では、複数の箔２１のアスペクト比は、特に限定されないが、例えば、アスペクト比が２以上１０００以下となるように配置されている。「アスペクト比」とは、相互に隣接する箔２１の立ち上がり基部（一方の端辺部２３）における箔の厚さ（Ｔ）に対する、相互に隣接する箔２１間に形成された箔２１の高さ（Ｄ）（箔の高さ（Ｄ）／箔の厚さ（Ｔ））を意味する。なお、図１、３に示すように、箔ピッチ（Ｌ）は、一つの箔２１の一方の面と、該一つの箔２１と隣接した他の箔２１のうち該一つの箔２１と対向していない面との間の距離である。アスペクト比が２以上１０００以下となるように、それぞれの箔２１、２１・・・が配置されていることにより、毛細管力をより向上させつつ、ウィック構造体１を流通する作動流体の圧力損失を低減できる。また、ウィック構造体１がコンテナ１５に収容されることにより、優れた熱輸送特性を発揮するヒートパイプ１０を得ることができる。なお、シート状（フィルム状）の箔２１が、立設されていることで平坦な形状を維持できずに曲部を有する等、ウィック構造体１の箔２１の形状に変形が生じている場合には、該変形を解消した形状を前提として上記アスペクト比を算出する。また、１枚の箔２１が構造保持部２２によって、高さ方向に所定の間隔をおいて複数に分断されている態様の場合には、箔２１の高さ（Ｄ）は上記間隔を除いた寸法を意味する。

上記の通り、箔２１のアスペクト比は、例えば、２以上１０００以下が好ましいが、その下限値は、ウィック構造体１の毛細管力をさらに向上させて液相の作動流体の還流をより円滑化させる点から、７０がより好ましく、８０がさらに好ましく、９０が特に好ましい。また、箔２１のアスペクト比の上限値は、液相から気相に相変化した作動流体がウィック構造体１中を流通する際の圧力損失を確実に低減させ、また箔２１の機械的強度を得る点から、４８０がより好ましく、３３０が特に好ましい。

また、箔２１のアスペクト比は、それぞれの箔２１、２１・・・において、同じアスペクト比でもよく、異なるアスペクト比でもよい。

箔２１の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、特に限定されず、平滑面でもよいが、その下限値は、毛細管力の向上に寄与させる点から０．０１μｍが好ましく、０．０２μｍが特に好ましい。一方で、箔２１の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）の上限値は、特に限定されないが、気相の作動流体の円滑な流通の点から１．０μｍが好ましく、０．５μｍが特に好ましい。

また、図１２に示すように、箔２１には、必要に応じて、厚さ方向に貫通した貫通孔１００を設けてもよい。また、箔２１の表面には、必要に応じて、厚さ方向に突起した凸部、厚さ方向に窪んだ凹部等の構造を形成してもよい。また、箔２１の上記貫通孔１００と、隣接する他の箔２１の上記貫通孔１００とが管部によって連通されて、スルーホールを形成することで、隣接する箔２１が連結されていてもよい。

また、箔２１の厚さ（Ｔ）は、特に限定されないが、その下限値は、機械的強度の点から１μｍが好ましく、２μｍが特に好ましい。一方で、箔２１の厚さ（Ｔ）の上限値は、溝部２５の幅を確保しつつ、アスペクト比を向上させる点から３００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましく、１００μｍが特に好ましい。また、箔２１の厚さ（Ｔ）は、６μｍ以下の厚さの場合、優れた取り扱い性は得られないが、ウィック構造体１の毛細管力を向上させる点から、箔２１の厚さ（Ｔ）は薄い方が好ましい。

コンテナ１５の長手方向に対し鉛直方向のウィック構造体１の断面積は、特に限定されないが、液相の作動流体をコンテナ１５の一方の端部１１へ円滑に還流させる点から、コンテナ１５の長手方向に対し鉛直方向におけるコンテナ１５の断面積の１０％以上が好ましく、２０％以上が特に好ましい。一方で、コンテナ１５の長手方向に対し鉛直方向のウィック構造体１の断面積は、ウィック構造体１内で液相から気相へ相変化した作動流体をコンテナ１５の一方の端部１１から他方の端部１２方向へ円滑に流通させる点から、コンテナ１５の長手方向に対し鉛直方向におけるコンテナ１５の断面積の９０％以下が好ましく、８０％以下が特に好ましい。

相互に隣接する箔２１の構造保持部２２からの立ち上がり基部（一方の端辺部２３）における箔ピッチ（Ｌ）は、複数の箔２１のアスペクト比に応じて適宜設定可能であるが、その下限値は、溝部２５の幅（すなわち、相互に隣接する箔２１間の距離）を確保して作動流体の流通性を得る、すなわち、圧力損失を確実に低減する点から２μｍが好ましく、１０μｍがより好ましく、２０μｍが特に好ましい。一方で、箔ピッチ（Ｌ）の上限値は、毛細管力の低下を確実に防止する点から、３００μｍが好ましく、１００μｍがより好ましく、８０μｍが特に好ましい。

箔２１の材質は、特に限定されず、例えば、熱伝導性に優れた点から銅、銅合金、軽量性の点からアルミニウム、アルミニウム合金、強度の点からステンレス等の金属（すなわち、金属箔）を使用することができる。また、箔２１の材質としては、上記各種金属以外に、セラミック（ガラスを含む）や、熱伝導性の点から炭素材（例えば、グラファイト、ダイヤモンド等）を使用することもできる。また、構造保持部材２２の材質としては、金属（銅、銅合金等）、セラミック、炭素材料を挙げることができる。

また、構造保持部２２は、ウィック構造体１のコンテナ１５内面の底部側だけではなく、必要に応じて、ウィック構造体１の側面部まで延在させることで、構造保持部２２を、ウィック構造体１を収容するコンテナとしても機能させてよい。

コンテナ１５の材質は、特に限定されず、例えば、熱伝導性に優れる点から銅、銅合金、軽量性の点からアルミニウム、アルミニウム合金、強度の点からステンレス等を使用することができる。その他、使用状況に応じて、スズ、スズ合金、チタン、チタン合金、ニッケル及びニッケル合金等を使用してもよい。また、コンテナ１５に封入する作動流体としては、コンテナ１５の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。

次に、本発明の第１実施形態例に係るウィック構造体１を収容したヒートパイプ１０の熱輸送のメカニズムについて、図１、３、７を用いながら説明する。ここでは、ウィック構造体１の配置されたコンテナ１５の一方の端部１１を受熱部、他方の端部１２を放熱部とした場合を例にとって説明する。

まず、コンテナ１５のうち、ウィック構造体１の構造保持部２２が配置されている側に、発熱体（図示せず）を熱的に接続する。ウィック構造体１の構造保持部２２は、コンテナ１５内面と接触している。ヒートパイプ１０が受熱部にて発熱体から受熱すると、ヒートパイプ１０のコンテナ１５からウィック構造体１の構造保持部２２へ熱が伝達される。構造保持部２２へ伝達された熱は、構造保持部２２から箔２１へと伝達され、ウィック構造体１内部（溝部２５）にて、液相の作動流体が気相へ相変化する。ウィック構造体１の溝部２５にて気相に相変化した作動流体が、溝部２５を重力方向上側（箔２１の立ち上がり基部から箔２１の他方の端辺部２４への方向）へ移動していき、溝部２５から、相互に隣接する箔２１の他方の端辺部２４間に形成された開放部を介して、ウィック構造体１の外部へ放出される。コンテナ１５の内部空間は、気相の作動流体が流通する蒸気流路１４として機能する。ウィック構造体１の外部へ放出された気相の作動流体が、蒸気流路１４を、コンテナ１５の長手方向に受熱部から放熱部へと流れることで、発熱体からの熱が受熱部から放熱部へ輸送される。受熱部から放熱部へ輸送された発熱体からの熱は、必要に応じて熱交換手段の設けられた放熱部にて、気相の作動流体が液相へ相変化することで潜熱として放出される。放熱部にて放出された潜熱は、放熱部からヒートパイプ１０の外部環境へ放出される。放熱部にて気相から液相に相変化した作動流体は、例えば、コンテナ１５の内面に設けられた複数の細溝や金属粉の焼結体等のウィック部（図示せず）に取り込まれ、該ウィック部の毛細管力によって、放熱部から受熱部へと返送される。

第１実施形態例に係るウィック構造体１では、複数の箔２１が、それぞれ離間して配置されていることにより、ウィック構造体１は、毛細管力が損なわれることなく、ウィック構造体１中を流通する作動流体の圧力損失を低減できる。従って、ウィック構造体１は、放熱部から受熱部への液相の作動流体の還流特性を維持しつつ、ウィック構造体１内部における気相の作動流体の流通性に優れている。よって、ウィック構造体１がコンテナ１５内部に収容されることにより、優れた熱輸送特性を発揮するヒートパイプ１０を得ることができる。

次に、本発明の第１実施形態例に係るウィック構造体１の製造方法例について説明する。ウィック構造体１の製造方法としては、例えば、３Ｄプリンタや金属粉末造形にて製造することができる。本発明のウィック構造体のような高アスペクト比率の構造をエッチングで実現するには深彫りが難しくなるが、３Ｄプリンタでは微細部分の積層により、高アスペクト比構造の製造が可能となる。３Ｄプリンタとしては、溶液光硬化積層方式、溶融積層方式、材料押出光硬化方式、粉末床溶融結合方式等を採用することができる。

次に、本発明の他の実施形態例に係るウィック構造体について説明する。第１実施形態例に係るウィック構造体と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。図５に示すように、第２実施形態例に係るウィック構造体２として、箔２１の立ち上がり基部に沿って、必要に応じて、さらに、箔支持部３０が形成されたウィック構造体２としてもよい。箔支持部３０は、例えば、凸形状である。箔支持部３０を設けることで、箔２１が構造保持部２２に安定的に保持される。箔２１と構造保持部２２は完全に化学結合しているとは限らない場合もあり得、そのような場合には、箔支持部３０による保持効果がより重要となる。

また、図６に示すように、第２実施形態例に係るウィック構造体２として、相互に隣接する箔２１間に、必要に応じて、さらに、金属製のメッシュ材、金属粉の焼結体、金属短繊維の焼結体、ポーラス金属等の多孔質部材３１が設けられたウィック構造体３としてもよい。ウィック構造体３では、構造保持部２２の表面に多孔質部材３１が設けられている。多孔質部材３１が設けられることで、ウィック構造体３の毛細管力と熱伝達特性がより向上する。

また、第１実施形態例に係るウィック構造体１では、それぞれの箔２１、２１・・・は略等間隔に配置されていたが、それぞれの箔２１、２１・・・は、相互に異なる間隔で配置されてもよい。

また、第１実施形態例に係るウィック構造体１では、それぞれの箔２１、２１・・・は、いずれも略同じ高さであり、それぞれの箔２１、２１・・・の先端部の位置が略同じであったが、箔２１、２１・・・の高さは、少なくとも一部の箔２１において異なっていてもよく、箔２１、２１・・・の先端部の位置は、少なくとも一部の箔２１において異なっていてもよい。また、作動流体は主に受熱部にて液相から気相へ相変化することから、放熱部から受熱部へ向かうほど箔２１の高さが低くなっている態様とすることにより、熱輸送特性の向上が見込める場合もある。

第１実施形態例に係るウィック構造体１では、それぞれの箔２１、２１・・・は、コンテナ１５の長手方向に対して鉛直方向に立設されていたが、箔２１の立設方向、すなわち、箔２１の一方の端辺部２３から他方の端辺部２４への方向は、特に限定されない。例えば、平面型ヒートパイプにウィック構造体１が収容される場合には、箔２１の一方の端辺部２３から他方の端辺部２４への方向が、平面型ヒートパイプの平面方向に沿っている態様としてもよい。この場合、箔２１の平面部は、平面型ヒートパイプの平面方向に沿って延在している。

また、扁平形状のコンテナ１０においても、箔２１の一方の端辺部２３から他方の端辺部２４への方向が、扁平形状のヒートパイプの平坦部方向に沿っている態様としてもよい。この場合、箔２１の平面部は、扁平形状のヒートパイプの平坦部方向に沿って延在している。

第１実施形態例に係るウィック構造体１は、コンテナ１５の一方の端部１１に配置され、中央部１３と他方の端部１２にはウィック構造体１は配置されていなかったが、これに代えて、中央部１３及び／または他方の端部１２にもウィック構造体１が配置されてもよい。

第１実施形態例に係るウィック構造体１の収容されたヒートパイプ１０は、コンテナ１５の長手方向に対して直交方向の断面形状が扁平形状であったが、コンテナ１５は扁平加工されていなくてもよく、該断面形状は、例えば、円形、角丸長方形、多角形等でもよい。また、第１実施形態例に係るウィック構造体１の収容されたヒートパイプ１０は、コンテナ１５の長手方向の形状は略直線状となっていたが、これに代えて、Ｕ字状、Ｌ字状等、曲部を有する形状としてもよい。

また、第１実施形態例に係るウィック構造体１では、それぞれの箔２１、２１・・・は、少なくとも構造保持部２２からの立ち上がり基部において、相互に略平行に並列配置されていたが、それぞれの箔２１、２１・・・の配置関係は、略平行に限定されず、例えば、ランダムに配置されてもよい。また、箔２１、２１・・・は、平面視において、放射状に配置されてもよく、箔２１が連なって弧状に配置されてもよい。

また、第１実施形態例に係るウィック構造体１では、箔２１の表面形状は平面状であったが、これに代えて、表面が湾曲した形状、表面に段差が形成された形状、表面が波形に加工された形状等としてもよい。

また、構造保持部２２の位置は、特に限定されず、例えば、図４の第４実施形態例に係るウィック構造体４に示すように、それぞれの箔２１、２１・・・が、複数の構造保持部２２によって所定の間隔をおいて複数に分断されていてもよい。なお、図４のウィック構造体４について、上記ウィック構造体１、２、３と同じ構成要素については、同じ符号を用いている。

ウィック構造体４では、２つのコ字状の構造保持部２２が設けられている。それぞれの箔２１、２１・・・について、その一方の端辺部２３と他方の端辺部２４との間に構造保持部２２が設けられ、それぞれの箔２１、２１・・・は、箔２１の高さ方向において、２つまたは３つに分断されている。ウィック構造体４では、それぞれの構造保持部２２によって、正面視矩形状の切り欠き４１が形成されている。

箔２１は、複数（ウィック構造体４では２つ）の構造保持部２１のうちの少なくとも１つの構造保持部２１を介して、隣接する他の箔２１を含めて、それぞれの箔２１、２１・・・と連結されている。なお、ウィック構造体４では、箔２１の一方の端辺部２３にも他方の端辺部２３にも構造保持部２１は設けられていない。

ウィック構造体４でも、複数の箔２１、２１・・・が、それぞれ離間して設けられていることにより、毛細管力を損なうことなく、複数の箔２１、２１・・・の間を流通する作動流体の圧力損失を低減できる。また、箔２１は、放熱フィンとしての機能も発揮できる点でも、優れた熱輸送特性を発揮するヒートパイプ１０を得ることができる。

次に、本発明の第５実施形態例に係るウィック構造体について説明する。第１～第４実施形態例に係るウィック構造体と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。第１～第３実施形態例に係るウィック構造体１では、構造保持部２２は、コンテナ１５内面の底部に沿って延在した平面状の部位であったが、これに代えて、図２に示すように、第５実施形態例に係るウィック構造体５では、構造保持部２２は、箔２１を所定間隔にて連結する棒状部材である。

ウィック構造体５では、棒状部材である構造保持部２２が、箔２１の各角部にて、それぞれの箔２１、２１、・・・に嵌挿されている。構造保持部２２は、複数（図２では、４本）の棒状部材で構成されている。それぞれの箔２１、２１・・・が棒状部材である構造保持部２２に嵌挿されることで、箔２１が位置決めされて、並列に配置されている。

棒状部材の材質としては、特に限定されないが、例えば、熱伝導性に優れた点から、箔２１と同じ材質を挙げることができる。具体的には、例えば、銅、銅合金、軽量性の点からアルミニウム、アルミニウム合金、強度の点からステンレス等の金属（すなわち、金属箔）を使用することができる。また、棒状部材箔２１の材質としては、上記各種金属以外に、セラミック（ガラスを含む）や、熱伝導性の点から炭素材（例えば、グラファイト、ダイヤモンド等）を使用することもできる。

次に、本発明の第６実施形態例に係るウィック構造体と第６実施形態例に係るウィック構造体が収容された平面型のヒートパイプ（以下、「ベーパーチャンバ」ということがある。）について、図面を用いながら説明する。まず、ウィック構造体が収容されたベーパーチャンバについて説明する。

図８、９に示すように、ベーパーチャンバ６０のコンテナ１５内部に、第６実施形態例に係るウィック構造体６が収容される。コンテナ１５は、中空の平面型の部材である。コンテナ１５内部には、作動流体（図示せず）が封入されている。

コンテナ１５は、密閉された部材である。コンテナ１５は、対向する２枚の板状部材、すなわち、一方の板状部材６１と一方の板状部材６１と対向する他方の板状部材６２が積層されて形成されている。一方の板状部材６１は平板状である。他方の板状部材６２も平板状であるが、中央部が凸状に塑性変形されている。他方の板状部材６２の、外側に向かって突出し、凸状に塑性変形された部位が、コンテナ１５の凸部６３であり、凸部６３の内部が空洞部となっている。空洞部は、脱気処理により減圧されている。一方の板状部材６１の周縁部と他方の板状部材６２の周縁部とが接合されることで、コンテナ１５の空洞部が気密状態となっている。接合方法としては、特に限定されず、例えば、ろう付け、レーザ溶接、抵抗接合、圧接接合等を挙げることができる。

コンテナ１５の平面視の形状は、特に限定されないが、ベーパーチャンバ６０では、図９に示すように、四角形状となっている。

コンテナ１５の厚さは、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ～２．０ｍｍである。また、一方の板状部材６１と他方の板状部材６２の厚さは、特に限定されないが、例えば、それぞれ、０．１ｍｍを挙げることができる。ベーパーチャンバ６０の熱輸送方向は、コンテナ１５の平面方向である。

図８に示すように、ベーパーチャンバ６０のコンテナ１５内部に収容されるウィック構造体６は、複数の第１の箔２１と、第１の箔２１を保持するための構造保持部２２と、を有している。それぞれの第１の箔２１、２１・・・が構造保持部２２に保持されることで、第１の箔２１が位置決めされている。

それぞれの第１の箔２１、２１・・・の形状は、平坦な矩形のシート状（フィルム状）となっている。それぞれの第１の箔２１、２１・・・は、コンテナ１５の平面方向に対して鉛直方向に立設されている。また、それぞれの第１の箔２１、２１・・・は、構造保持部２２から鉛直方向に延在している。さらに、それぞれの第１の箔２１、２１・・・は、コンテナ１５の平面方向に沿って、所定間隔で並列に配置されている。従って、それぞれの第１の箔２１、２１・・・は、離間して配置されている。

また、図８、９に示すように、ウィック構造体６は、第１の箔２１間に、第１の箔２１よりも厚い第２の箔２６が立設されている。ウィック構造体６では、第２の箔２６を複数有している。第２の箔２６が構造保持部２２に保持されることで、第２の箔２６が位置決めされている。

第２の箔２６の形状は、平坦な矩形のシート状（フィルム状）となっている。第２の箔２６は、コンテナ１５の平面方向に対して鉛直方向に立設されている。また、第２の箔２６は、構造保持部２２から鉛直方向に延在している。さらに、第２の箔２６は、並列に配置されている第１の箔２１間に配置されており、且つ、コンテナ１５の平面方向に沿って、所定間隔で並列に配置されている。従って、第２の箔２６は、他の第２の箔２６に対し所定間隔で並列に配置され、第１の箔２１に対しても所定間隔で並列に配置されている。相互に隣接する第２の箔２６間には、複数の第１の箔２１が立設されている。

ベーパーチャンバ６０のコンテナ１５は平面型であり、コンテナ１５を構成する一方の板状部材６１と他方の板状部材６２の厚さも０．１ｍｍ程度と薄いので、コンテナ１５内部を脱気処理して減圧状態にすると、コンテナ１５に空洞部方向への応力が生じる。しかし、ウィック構造体６に第１の箔２１よりも厚い第２の箔２６がさらに設けられていることにより、コンテナ１５に空洞部方向への応力が生じても、第２の箔２６がコンテナ１５に対する支持部材として機能し、コンテナ１５内部に収容されているウィック構造体６の変形、損傷を確実に防止できる。また、第２の箔２６が支持部材として機能するために、コンテナ１５の平面方向に対し鉛直方向の第２の箔２６の寸法（第２の箔２６の高さ）は、コンテナ１５の平面方向に対し鉛直方向の第１の箔２１の寸法（第１の箔２１の高さ）よりも高くなっている。

ベーパーチャンバ６０のウィック構造体６では、隣接する第２の箔２６間に配置された複数の第１の箔２１、２１・・・及び第２の箔２６とコンテナ１５側面との間に配置された複数の第１の箔２１、２１・・・は、少なくとも構造保持部２２からの立ち上がり基部において、略等間隔に配置されている。なお、図８では、隣接する第２の箔２６間に配置された複数の第１の箔２１、２１・・・及び第２の箔２６とコンテナ１５側面との間に配置された複数の第１の箔２１、２１・・・は、構造保持部２２からの立ち上がり基部から先端部である自由端にわたって、略等間隔に配置されている。また、複数の第２の箔２６、２６・・・も、相互に略等間隔に配置されている。さらに、ベーパーチャンバ６０のウィック構造体６では、複数の第１の箔２１、２１・・・及び複数の第２の箔２６、２６・・・は、少なくとも構造保持部２２からの立ち上がり基部において、相互に略平行に並列配置されている。なお、図８では、第１の箔２１、２１・・・と第２の箔２６、２６・・・は、構造保持部２２からの立ち上がり基部から先端部である自由端にわたって、相互に略平行に並列配置されている。

なお、上記の通り、第２の箔２６よりも厚さの薄い第１の箔２１は、コンテナ１５の平面方向に対して鉛直方向に立設されているので、平坦な形状を維持できず、一部に曲部が形成される等、鉛直方向の形状に変形が生じ得る。よって、第１の箔２１は、隣接する他の第１の箔２１または隣接する第２の箔２６に対して、構造保持部２２からの立ち上がり基部よりも自由端側の部位においては、構造保持部２２からの立ち上がり基部における間隔よりも近接していてもよく、また、接触してもよい。

上記した第１の箔２１及び第２の箔２６の構成から、図９に示すように、第１の箔２１、２１・・・及び第２の箔２６・・・は、それぞれ、コンテナ１５の平面方向に沿って延在している態様となっている。なお、ベーパーチャンバ６０では、ウィック構造体６の第１の箔２１及び第２の箔２６は、コンテナ１５の中央部とその近傍にわたって配置され、コンテナ１５の周縁部には、ウィック構造体６は配置されていない。

図８に示すように、第１の箔２１、２１・・・は、それぞれ、高さ方向における一方の端辺部２３が構造保持部２２に保持されることで、位置決めされている。従って、第１の箔２１の一方の端辺部２３が、構造保持部２２からの立ち上がり基部となっている。すなわち、第１の箔２１、２１・・・は、それぞれ、構造保持部２２から立設している態様となっており、それぞれの第１の箔２１、２１・・・は、構造保持部２２を介して、相互に連結されている。

第１の箔２１と同じく、第２の箔２６、２６・・・も、それぞれ、高さ方向における一方の端辺部２７が構造保持部２２に保持されることで、位置決めされている。従って、第２の箔２６の一方の端辺部２７が、構造保持部２２からの立ち上がり基部となっている。すなわち、第２の箔２６、２６・・・は、それぞれ、構造保持部２２から立設している態様となっており、それぞれの第２の箔２６、２６・・・は、構造保持部２２を介して相互に連結され、さらに、構造保持部２２を介して第１の箔２１、２１・・・とも相互に連結されている。

一方で、第１の箔２１の一方の端辺部２３と対向する他方の端辺部２４は、固定されておらず、自由端となっている。ウィック構造体６では、第１の箔２１の他方の端辺部２４の先端は、コンテナ１５の内面に接触していない。また、第１の箔２１と同様に、第２の箔２６の一方の端辺部２７と対向する他方の端辺部２８は、固定されておらず、自由端となっている。従って、相互に隣接する第１の箔２１の他方の端辺部２４間は、開放部となっており、第２の箔２６の他方の端辺部２８と第２の箔２６に隣接する第１の箔２１の他方の端辺部２４間も、開放部となっている。

上記から、相互に隣接する第１の箔２１間には、空隙部である第１の溝部６５が形成されている。第１の箔２１の表面形状は平坦、すなわち、平面状なので、ベーパーチャンバ１０の平面方向に対して直交方向における第１の溝部６５の断面形状は、矩形状となっている。さらに、第１の溝部６５は、相互に隣接する第１の箔２１間をベーパーチャンバ６０の平面方向に沿って延在している。また、構造保持部２２表面は、第１の溝部６５の底部に対応する。従って、第１の溝部６５の深さ（Ｄ）は、構造保持部２２表面から第１の箔２１の他方の端辺部２４までの距離に相当する。

また、第２の箔２６と第２の箔２６に隣接する第１の箔２１との間には、空隙部である第２の溝部６６が形成されている。第２の箔２６の表面形状は平坦、すなわち、平面状なので、ベーパーチャンバ６０の平面方向に対して直交方向における第２の溝部６６の断面形状は、矩形状となっている。さらに、第２の溝部６６は、第２の箔２６と第２の箔２６に隣接する第１の箔２１との間をベーパーチャンバ６０の平面方向に沿って延在している。

ウィック構造体６では、第１の箔２１の他方の端辺部２４側が開放部となっており、さらに第１の溝部６５の上記断面形状は矩形状となっているので、第１の溝部６５にて液相から気相へ相変化した作動流体は、第１の溝部６５から、他方の端辺部２４間の開放部を介して、円滑に、ウィック構造体６の外部へ放出される。また、ウィック構造体６では、第２の箔２６の他方の端辺部２８側も、開放部となっており、さらに第２の溝部６６の上記断面形状は矩形状となっているので、第２の溝部６６にて液相から気相へ相変化した作動流体は、第２の溝部６６から、他方の端辺部２４と他方の端辺部２８との間の開放部を介して、円滑に、ウィック構造体６の外部へ放出される。従って、第１の溝部６５、第２の溝部６６にて液相から気相へ相変化した作動流体がウィック構造体６の外部へ放出されるにあたり、圧力損失を低減でき、ひいては、コンテナ１５内における気相の作動流体の流通を、円滑化できる。

ウィック構造体６では、複数の第１の箔２１、２１・・・のアスペクト比は、特に限定されないが、例えば、アスペクト比が２以上１０００以下となるように配置されている。「アスペクト比」とは、上記の通り、相互に隣接する第１の箔２１の立ち上がり基部（一方の端辺部２３）における箔の厚さ（Ｔ）に対する、相互に隣接する第１の箔２１間に形成された第１の箔２１の高さ（Ｄ）（第１の箔の高さ（Ｄ）／第１の箔の厚さ（Ｔ））を意味する。なお、図８に示すように、箔ピッチ（Ｌ）は、一つの第１の箔２１の一方の面と、該一つの第１の箔２１と隣接した他の第１の箔２１のうち該一つの第１の箔２１と対向していない面との間の距離である。アスペクト比が２以上１０００以下となるように、複数の第１の箔２１、２１・・・が配置されていることにより、毛細管力をより向上させつつ、ウィック構造体６を流通する作動流体の圧力損失をさらに低減できる。また、ウィック構造体６がコンテナ１５に収容されることにより、優れた熱輸送特性を発揮するベーパーチャンバ６０を得ることができる。なお、シート状（フィルム状）の第１の箔２１が、立設されていることで平坦な形状を維持できずに曲部を有する等、ウィック構造体６の第１の箔２１の形状に変形が生じている場合には、該変形を解消した形状を前提として上記アスペクト比を算出する。

上記の通り、第１の箔２１のアスペクト比は、例えば、２以上１０００以下であるが、その下限値は、ウィック構造体１の毛細管力をさらに向上させて液相の作動流体の還流をより円滑化させる点から、７０がより好ましく、８０がさらに好ましく、９０が特に好ましい。また、第１の箔２１のアスペクト比の上限値は、液相から気相に相変化した作動流体がウィック構造体１中を流通する際の圧力損失を確実に低減する点から、４８０がより好ましく、３３０が特に好ましい。

また、第１の箔２１のアスペクト比は、それぞれの第１の箔２１、２１・・・において、同じアスペクト比でもよく、異なるアスペクト比でもよい。

第１の箔２１及び第２の箔２６の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、特に限定されず、平滑面でもよいが、その下限値は、毛細管力の向上に寄与させる点から０．０１μｍが好ましく、０．０２μｍが特に好ましい。一方で、第１の箔２１及び第２の箔２６の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）の上限値は、特に限定されないが、気相の作動流体の円滑な流通の点から１．０μｍが好ましく、０．５μｍが特に好ましい。

また、ウィック構造体６では、第２の箔２６の厚さは、第１の箔２１の厚さよりも厚い態様となっている。第２の箔２６の厚さは、第１の箔２１の厚さよりも厚い態様であれば特に限定されないが、例えば、その下限値は、支持部材としての機能を確実に得る点から３５μｍが好ましく、４０μｍが特に好ましい。一方で、第２の箔２６の厚さの上限値は、気相の作動流体の円滑な流通の点から３００μｍが好ましく、２００μｍが特に好ましい。また、第１の箔２１の厚さは、例えば、その下限値は、機械的強度の点から１μｍが好ましく、２μｍが特に好ましい。一方で、第１の箔２１の厚さの上限値は、第１の溝部３５の幅を確保しつつ、アスペクト比を向上させる点から３０μｍが好ましく、２５μｍが特に好ましい。また、第１の箔２１の厚さは、６μｍ以下の厚さの場合、優れた取り扱い性は得られないが、ウィック構造体６の毛細管力を向上させる点から、第１の箔２１の厚さは薄い方が好ましい。

第１の箔２１の高さは、特に限定されないが、液相の作動流体を放熱部から受熱部方向へ円滑に還流させる点から、コンテナ１５空洞部の平面方向に対し鉛直方向の寸法の１０％以上が好ましく、２０％以上が特に好ましい。一方で、第１の箔２１の高さは、ウィック構造体１内で液相から気相へ相変化した作動流体を受熱部から放熱部方向へ円滑に流通させる点から、コンテナ１５空洞部の平面方向に対し鉛直方向の寸法の９０％以下が好ましく、８０％以下が特に好ましい。

相互に隣接する第１の箔２１の構造保持部２２からの立ち上がり基部（一方の端辺部２３）における箔ピッチ（Ｌ）は、複数の第１の箔２１、２１・・・のアスペクト比に応じて適宜設定可能であるが、その下限値は、第１の溝部６５の幅（すなわち、相互に隣接する第１の箔２１間の距離）を確保して作動流体の流通性を得る、すなわち、圧力損失を確実に低減する点から２μｍが好ましく、１０μｍがより好ましく、２０μｍが特に好ましい。一方で、箔ピッチ（Ｌ）の上限値は、毛細管力の低下を確実に防止する点から１００μｍが好ましく、８０μｍが特に好ましい。

第１の箔２１の材質は、特に限定されず、例えば、熱伝導性に優れた点から銅、銅合金、軽量性の点からアルミニウム、アルミニウム合金、強度の点からステンレス等の金属（すなわち、金属箔）を使用することができる。また、第１の箔２１の材質としては、上記各種金属以外に、セラミック（ガラスを含む）や、熱伝導性の点から炭素材（例えば、グラファイト、ダイヤモンド等）を使用することもできる。第２の箔２６の材質は、特に限定されず、例えば、第１の箔２１と同じく、熱伝導性に優れた点から銅、銅合金、軽量性の点からアルミニウム、アルミニウム合金、強度の点からステンレス等の金属（すなわち、金属箔）を使用することができる。第２の箔２６として使用する金属箔の態様としては、貫通孔を有さない金属、複数の貫通孔を有する金属等の多孔質材、金属メッシュ等が挙げられる。また、第２の箔２６の材質としては、上記各種金属以外に、セラミック（ガラスを含む）や、熱伝導性の点から炭素材（例えば、グラファイト、ダイヤモンド等）を使用することもできる。第１の箔２１の材質と第２の箔２６の材質は、同じでもよく、異なっていてもよい。また、構造保持部材２２の材質としては、金属（銅、銅合金等）、セラミック、炭素材料を挙げることができる。

コンテナ１５の材質は、特に限定されず、例えば、熱伝導性に優れる点から銅、銅合金、軽量性の点からアルミニウム、アルミニウム合金、強度の点からステンレス等を使用することができる。その他、使用状況に応じて、スズ、スズ合金、チタン、チタン合金、ニッケル及びニッケル合金等を使用してもよい。また、コンテナ１５に封入する作動流体としては、コンテナ１５の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。

次に、本発明の第６実施形態例に係るウィック構造体６を収容したベーパーチャンバ６０の熱輸送のメカニズムについて、図８、９を用いながら説明する。ここでは、ウィック構造体６の配置されたコンテナ１５の中央部を受熱部、周縁部を放熱部とした場合を例にとって説明する。

まず、コンテナ１５外面のうち、ウィック構造体６の構造保持部２２が配置されている側に、発熱体（図示せず）を熱的に接続する。ウィック構造体６の構造保持部２２は、コンテナ１５内面と接触している。ベーパーチャンバ６０が受熱部にて発熱体から受熱すると、ベーパーチャンバ６０のコンテナ１５からウィック構造体６の構造保持部２２へ熱が伝達される。構造保持部２２へ伝達された熱は、構造保持部２２から第１の箔２１と第２の箔２６へと伝達され、ウィック構造体６内部（第１の溝部６５と第２の溝部６６）にて、液相の作動流体が気相へ相変化する。ウィック構造体６の第１の溝部６５と第２の溝部６６にて気相に相変化した作動流体が、第１の溝部６５と第２の溝部６６を重力方向上側（箔の立ち上がり基部から箔の他方の端辺部への方向）へ移動する。重力方向上側へ移動した気相の作動流体は、第１の溝部６５と第２の溝部６６から、それぞれ、相互に隣接する第１の箔２１の他方の端辺部２４間に形成された開放部と、第１の箔２１の他方の端辺部２４と第２の箔２６の他方の端部２８間に形成された開放部と、を介して、ウィック構造体６の外部へ放出される。コンテナ１５の内部空間は、気相の作動流体が流通する蒸気流路１４として機能する。ウィック構造体６の外部へ放出された気相の作動流体が、蒸気流路１４を、コンテナ１５の平面方向に受熱部（中央部）から放熱部（周縁部）へと流れることで、発熱体からの熱が受熱部から放熱部へ輸送される。受熱部から放熱部へ輸送された発熱体からの熱は、必要に応じて熱交換手段の設けられた放熱部にて、気相の作動流体が液相へ相変化することで潜熱として放出される。放熱部にて放出された潜熱は、放熱部からベーパーチャンバ６０の外部環境へ放出される。放熱部にて気相から液相に相変化した作動流体は、例えば、コンテナ１５の内面に設けられた複数の細溝等のウィック部（図示せず）に取り込まれ、該ウィック部の毛細管力によって、放熱部から受熱部へと返送される。

第６実施形態例に係るウィック構造体６では、複数の第１の箔２１、２１・・・が、それぞれ離間して配置されていることにより、ウィック構造体６は、毛細管力が損なわれることなく、ウィック構造体６中を流通する作動流体の圧力損失を低減できる。従って、ウィック構造体６は、放熱部から受熱部への液相の作動流体の還流特性を維持しつつ、ウィック構造体６内部における気相の作動流体の流通性に優れている。よって、ウィック構造体６がコンテナ１５内部に収容されることにより、優れた熱輸送特性を発揮するベーパーチャンバ６０を得ることができる。さらに、平面型のコンテナ１５の内部が減圧状態であることにより、コンテナ１５の内部方向へ応力が生じても、第２の箔２６が支持部材として機能するので、コンテナ１５内部に収容されているウィック構造体６の変形、損傷を確実に防止でき、優れた熱輸送特性を長期にわたって維持できる。

ウィック構造体６で使用される第１の箔２１がシート状部材なので、細かな空隙を有するメッシュ部材や金属粉の焼結体等からなるウィック構造体と比較して、その構造上、熱伝導性に優れている。従って、発熱体からウィック構造体６への熱伝導性に優れるとともに、ウィック構造体６から外部への熱伝導性にも優れるので、結果として、ベーパーチャンバ６０の熱輸送特性が向上する。

次に、本発明の第６実施形態例に係るウィック構造体６の製造方法例について説明する。ウィック構造体６の製造方法としては、例えば、３Ｄプリンタや金属粉末造形にて製造することができる。３Ｄプリンタとしては、溶液光硬化積層方式、溶融積層方式、材料押出光硬化方式、粉末床溶融結合方式等を採用することができる。

次に、本発明の第７実施形態例に係るウィック構造体について説明する。第１～第６実施形態例に係るウィック構造体と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。

第６実施形態例に係るウィック構造体６では、第１の箔２１と第２の箔２６は、いずれも、相互に略平行に並列配置されていたが、これに代えて、図１０に示すように、第７実施形態例に係るウィック構造体７では、所定領域の第１の箔２１の面が、他の所定領域の第１の箔２１の面に対して平行ではない方向に延在している。さらに、所定領域の第２の箔２６の面が、他の所定領域の第２の箔２６の面に対して平行ではない方向に延在している。ウィック構造体７では、第１の箔２１の面と第２の箔２６の面が、コンテナ１５空洞部の中心Ｃに向かって延在するように配置されている。

ウィック構造体７は、平面視略正方形であるコンテナ１５の空洞部を等分するように、複数の領域（図１０では、領域７－１、領域７－２、領域７－３、領域７－４の４つの領域）に区分されている。領域７－１に立設された第１の箔２１の面と第２の箔２６の面は、中心Ｃと対称となる位置にある領域７－３に立設された第１の箔２１の面と第２の箔２６の面に対して略平行方向に延在している。一方で、領域７－１と領域７－３に立設された第１の箔２１の面と第２の箔２６の面は、中心Ｃと対称となる位置ではない領域７－２と領域７－４に立設された第１の箔２１の面と第２の箔２６の面に対しては平行ではない方向（図１０では、約９０°の方向）に延在している。また、領域７－２に立設された第１の箔２１の面と第２の箔２６の面は、中心Ｃと対称となる位置にある領域７－４に立設された第１の箔２１の面と第２の箔２６の面に対して略平行方向に延在している。

ウィック構造体７では、ベーパーチャンバ６０の平面方向において、液相から気相へ相変化した作動流体の、コンテナ１５空洞部の中心Ｃからの拡散が均等化される。さらに、ウィック構造体７では、気相から液相へ相変化した作動流体の、コンテナ１５空洞部の中心Ｃへの還流が円滑化される。従って、コンテナ１５の中心Ｃまたはその近傍に発熱体を熱的に接続すると、ベーパーチャンバ６０の熱輸送特性がさらに向上する。

なお、図１０、１１に示すように、ウィック構造体７では、領域７－１、領域７－２、領域７－３、領域７－４の周囲には、それぞれ、毛細管力を有するウィック部４０が設けられている。ウィック部４０としては、例えば、金属メッシュ、金属粉の焼結体等を挙げることができる。ウィック部４０が設けられていることにより、作動流体が、領域７－１、領域７－２、領域７－３及び領域７－４の第１の箔２１へ円滑に供給される。

第６、７実施形態例に係るウィック構造体６、７では、必要に応じて、第１の箔２１と第２の箔２６の立ち上がり基部に沿って、さらに、上記と同様の箔支持部が形成されていてもよい。箔支持部は、例えば、凸形状である。箔支持部３０を設けることで、第１の箔２１と第２の箔２６が構造保持部２２に安定的に保持される。

第６、７実施形態例に係るウィック構造体６、７では、必要に応じて、相互に隣接する第１の箔２１間と、第２の箔２６と第２の箔２６に隣接する第１の箔２１間に、それぞれ、さらに、上記と同様の、金属製のメッシュ材、金属粉の焼結体、金属短繊維の焼結体、ポーラス金属等の多孔質構造体が設けられてもよい。構造保持部２２の表面に、多孔質構造体を設けることができる。従って、第１の溝部６５と第２の溝部６６を形成する空隙部は維持されている。多孔質構造体が設けられることで、ウィック構造体６、７の毛細管力と熱伝達特性がより向上する。

次に、本発明の他の実施形態例に係るウィック構造体について説明する。上記第６、第７実施形態例のウィック構造体では、支持部材として機能する第２の箔２６が設けられていたが、ウィック構造体の使用状況等に応じて、第２の箔２６は設けなくてもよい。また、上記第６、第７実施形態例に係るウィック構造体では、第１の箔２１及び第２の箔２６は、いずれも、略等間隔に配置されていたが、これに代えて、異なる間隔で配置されてもよい。

また、上記第６、第７実施形態例のウィック構造体では、構造保持部２２はコンテナ１５内面と直接接した態様となっているが、構造保持部２２とコンテナ１５内面との間に、必要に応じて、銅粉等の金属粉の焼結体、銀ろう、はんだ等が介在してもよい。この場合、構造保持部２２は、銅粉等の金属粉の焼結体、銀ろう、はんだ等によってコンテナ１５内面に固定される、ひいては、ウィック構造体１が、銅粉等の金属粉の焼結体、銀ろう、はんだ等によってコンテナ１５内面に固定されることとなる。また、銅粉等の金属粉の焼結体は、毛細管力を有するので、液相の作動流体をウィック構造体１の位置まで還流させるウィック部としても機能する。

本発明のウィック構造体は、毛細管力を損なうことなく、流通する作動流体の圧力損失を低減できるので、例えば、高発熱量の電子部品等を冷却するヒートパイプの分野で利用価値が高い。

１、２、３、４、５、６、７ ウィック構造体
１０ ヒートパイプ
１５ コンテナ
２１ 箔（第１の箔）
２２ 構造保持部
２５ 溝部

Claims (10)

1. ヒートパイプのコンテナ内部に収容されるウィック構造体であって、
   それぞれ対向して立設された複数の箔を有し、
   前記複数の箔のアスペクト比が、２以上１０００以下、前記箔の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．０１μｍ以上１μｍ以下、前記箔の厚さが、１μｍ以上３００μｍ以下、相互に隣接する前記箔の立ち上がり基部における箔間距離が、２μｍ以上３００μｍ以下であり、
   前記ウィック構造体は、前記コンテナの一方の端部に配置され、前記コンテナの中央部と、前記一方の端部と対向する他方の端部には、配置されておらず、
   前記ウィック構造体の配置された前記一方の端部が受熱部、前記他方の端部が放熱部であるウィック構造体。
2. 前記箔が、複数、並び、少なくとも１つの構造保持部で保持され、該構造保持部を介して、複数の前記箔が連結されている請求項１に記載のウィック構造体。
3. 前記構造保持部が、前記コンテナの内面に複数の前記箔が接続固定されるための固定部として機能してもよい請求項２に記載のウィック構造体。
4. 前記箔の立ち上がり基部に、箔支持部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウィック構造体。
5. 相互に隣接する前記箔の間の一部に、多孔質部材が設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウィック構造体。
6. 前記箔の材質が、金属、セラミック及び／または炭素である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のウィック構造体。
7. 前記コンテナの長手方向に対し鉛直方向の断面積が、前記コンテナの長手方向に対し鉛直方向の前記コンテナの断面積の、１０％～９０％である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のウィック構造体。
8. 前記固定部が、金属粉の焼結体、銀ろう、はんだである請求項３に記載のウィック構造体。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のウィック構造体が収容されたヒートパイプ。
10. 前記ウィック構造体が、受熱部に設置された請求項９に記載のヒートパイプ。
    

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