JP2002267376A - ヒートパイプの固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高度の熱伝達特性が得られる放熱部材へのヒ
ートパイプの固定方法を提供する。 【解決手段】 ヒートパイプを、放熱部材に設けたヒー
トパイプ固定溝内に配し、これを上金型で押圧して前記
固定溝内に圧入し固定する方法において、前記上金型の
ヒートパイプ押圧面の中央部に凹みが長手方向に形成さ
れている。 【効果】 上金型４のヒートパイプ押圧面５が横断面凹
状に形成されているので、ヒートパイプ１の上金型押圧
面７の径方向へのメタルフローが抑制され、溝３内に圧
入固定されたヒートパイプ１１の上金型押圧面７は平坦
となりヒートパイプ１１と放熱部材２との間で高度の熱
伝達特性が得られる。またヒートパイプ１１の内部が狭
まることもない。従って、本発明の固定方法によればＣ
ＰＵなどの発熱体が効率良く冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放熱部材などに設
けたヒートパイプ固定溝にヒートパイプを、良好な熱伝
達特性が得られるように固定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプは、密閉筐体（パイプな
ど）内に作動液を減圧封入したもので、その一端を発熱
体に接触させると作動液が前記発熱体から蒸発潜熱を奪
って容易に蒸発し、この蒸発した作動液は他端で凝縮
し、筐体内面を伝わって発熱体側に戻る。この作動液の
蒸発と凝縮の繰り返しにより発熱体が冷却される。この
ヒートパイプの見掛け上の熱伝導率は銅やアルミニウム
の数倍から数十倍もあるため冷却素子として種々の分野
で使用されている。筐体内面には、通常、凝縮した作動
液がいかなる方向の発熱体側にも速やかに戻るようにウ
ィックやグルーブなどの毛細管構造体が設けられてい
る。

【０００３】ところで、ヒートパイプは種々の形態で使
用されており、例えば、ＣＰＵなどの発熱体と放熱部材
間の熱媒体としても用いられている。この使用形態で
は、ヒートパイプと放熱部材との接続は図７（イ）、
（ロ）に示すように、放熱部材（金属ブロック）２にヒ
ートパイプ１を固定するための断面四角形の溝３を設
け、この溝３内に断面円形のヒートパイプ１を配し（図
７イ）、このヒートパイプ１を、押圧面５が平坦な上金
型１４で上から押圧して溝３内に圧入し固定する方法で
行われている（図７ロ）。図７（イ）、（ロ）で１２は
放熱部材２を保持するための下金型である。この方法に
よれば、ヒートパイプ１を溝３内に、広い接触面積で密
着性良く固定できるためヒートパイプ１と放熱部材２と
の間の熱抵抗が小さくなり、圧入固定されたヒートパイ
プ１１と放熱部材２間で高い熱伝達特性が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の固
定方法では、図７（ハ）に示すように、上金型１４で押
圧され放熱部材に圧入固定されたヒートパイプ１１の幅
方向の中央部分が窪む（座屈する）ことがあり、この窪
み１５が生じるとヒートパイプ１１の両側面において溝
３内面との密着性が低下してヒートパイプ１１と放熱部
材２間の熱伝達特性が低下するという問題がある。

【０００５】具体的には、断面円形の直径４ｍｍφのヒ
ートパイプ１を厚さ１．４ｍｍに押圧したときに、圧入
固定後のヒートパイプ１１の上金型押圧面には深さ０．
１４ｍｍの窪み１５が生じ、この窪み１５が生じると５
０℃の発熱体を冷却する場合で、見掛け上の熱伝達率が
１５％も低下する。この他、窪み１５が生じるとヒート
パイプ１１内の空間が狭まり作動液の移動が阻害されて
ヒートパイプ１１の熱伝導率が低下するという問題もあ
る。この熱伝達特性並びに熱伝導率に悪影響を及ぼす窪
み１５はヒートパイプ１１の偏平度が増すほど大きくな
る。

【０００６】このようなことから、本発明者等は、前記
窪みの発生原因を調べ、それがヒートパイプを上金型で
押圧する際のメタルフローが径方向に過大に生じるため
であることを見いだし、さらに検討を進めて本発明を完
成させるに至った。本発明の目的は、高度の熱伝達特性
並びに熱伝導性が得られる放熱部材へのヒートパイプの
固定方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ヒートパイプを、放熱部材に設けたヒートパイプ固定溝
内に配し、これを上金型で押圧して前記固定溝内に圧入
し固定する方法において、前記上金型のヒートパイプ押
圧面の中央部に凹みが長手方向に形成されていることを
特徴とするヒートパイプの固定方法である。

【０００８】請求項２記載の発明は、前記上金型のヒー
トパイプ押圧面の幅方向中央部分に横断面円弧状の凹み
が形成されており、前記上金型のヒートパイプ押圧面の
横断面幅Ｌ、前記円弧状凹みの横断面最大幅Ｍおよび前
記円弧状凹みの最大深さＤの間に下記の（１）、（２）
式が成り立つことを特徴とする請求項１記載のヒートパ
イプの固定方法である。 ０．８Ｌ≧Ｍ≧０．２Ｌ…（１）、０．４Ｍ≧Ｄ≧０．０１Ｍ…（２）

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固定方法の実施
形態を図を参照して具体的に説明する。なお、本発明の
実施形態を説明するための全図において、同一機能を有
するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略
する。図１（イ）、（ロ）に示す本発明の固定方法は、
断面円形のヒートパイプ１を放熱部材２のヒートパイプ
固定溝３に配し（図１イ）、このヒートパイプ１を上金
型４で上から押圧して固定溝３内に圧入し固定する方法
であり（図１ロ）、上金型４のヒートパイプ押圧面５に
は横断面円弧状の凹み６、即ち、中心近傍に向けて深く
なる円弧状の凹み６が形成されている。

【００１０】この凹み６により、ヒートパイプ１の上金
型押圧面７での径方向へのメタルフローが抑制され、溝
３内に圧入固定されたヒートパイプ１１の上金型押圧面
７は窪むようなことがなく平坦に形成される。従って、
ヒートパイプ１１はその両側面においても溝３内面と良
好に密着し、ヒートパイプ１１と放熱部材２との間で高
度な熱伝達特性が得られる。またヒートパイプ１１は内
部が狭まることもなく、ヒートパイプ１１の熱伝導率は
高度に維持される。図１で１２は放熱部材２を保持する
ための下金型である。

【００１１】本発明において、上金型押圧面５の凹み６
の位置、形状、大きさなどは、ヒートパイプの材質、寸
法などを考慮して決められるが、特に、前記凹み６の位
置が上金型押圧面５の幅方向中央部分にあり、その形状
が横断面円弧状であり、その凹み６の大きさを示すＭ
（凹み６の横断面最大幅）とＤ（凹み６の最大深さ）、
および上金型押圧面５の横断面幅Ｌの間に下記（１）、
（２）式が成り立つとき、ヒートパイプ１の上金型押圧
面７の平坦度はより向上することが経験的に分かってい
る（Ｌ、Ｍ、Ｄは図１イ参照）。 ０．８Ｌ≧Ｍ≧０．２Ｌ…（１）、０．４Ｍ≧Ｄ≧０．０１Ｍ…（２）

【００１２】前記（１）、（２）式において、Ｍが０．
２Ｌ未満でも、またＤが０．０１Ｍ未満でも、本発明の
効果が十分に得られず、Ｍが０．８Ｌを超えても、また
Ｄが０．４Ｍを超えても押圧時に上金型のヒートパイプ
押圧面にヒートパイプと接触しない部分が生じてヒート
パイプの押圧面が不均質になり、或いは、ヒートパイプ
押圧面が放熱部材２の溝３から上にはみ出すためであ
る。

【００１３】本発明において、前記凹み６の位置が上金
型のヒートパイプ押圧面５の幅方向中央部分にあり、そ
の形状が横断面円弧状の場合は、断面円形のヒートパイ
プを押圧する場合、幅方向における押圧方向の位置決め
が容易に行える。

【００１４】図２（イ）に示す本発明の固定方法は、半
円状に曲げ加工されたヒートパイプ１の曲げ部８を、同
じ曲げ形状に加工された放熱部材２の溝３内に配し、こ
のヒートパイプ１の直線部分を図１（イ）、（ロ）に示
した押圧金具４で、曲げ部８を図２（ロ）に示すヒート
パイプ押圧面５部分（突出部）がヒートパイプ曲げ部８
と同じ曲げ形状に加工された上金型１０でそれぞれ押圧
している。上金型１０のヒートパイプ押圧面５には、そ
の幅方向中央部分に横断面円弧状凹み６が形成されてお
り、押圧後のヒートパイプ（図示せず）は窪みが生じる
ことなく放熱部材２の固定溝３に良好に圧入固定され
る。

【００１５】図３（イ）〜（ハ）に示す本発明の固定方
法は、金属板からなる放熱部材９の中央部分を断面コの
字状に折り曲げて下金型１２の溝に装着し、放熱部材９
で形成された溝３内にヒートパイプ１を配し（図３
イ）、このヒートパイプ１を上方から上金型４で押圧し
て、ヒートパイプ１を溝３内に圧入している（図３
ロ）。上金型４のヒートパイプ押圧面５には、その幅方
向中央部分に横断面円弧状凹み６が形成されているた
め、圧入固定後のヒートパイプ１１には窪みが生じず、
放熱部材との間で良好な熱伝達特性が得られる。この固
定方法では、必要に応じ、放熱部材９の溝３を挟む一端
側を他端側に折り返して圧入固定後のヒートパイプ１１
上に放熱部材９を被せることもできる（図３ハ）。ここ
で、ヒートパイプ１を前記式（１）、（２）を満足する
上金型４で押圧すれば、ヒートパイプ１１の上金型押圧
面７は放熱部材９の折り返し部分と良好に密着し、放熱
効率がより一層向上し、高い熱伝達特性が得られる。

【００１６】図４に示す本発明の固定方法は、４ｍｍφ
の断面円形のヒートパイプ１を全長に渡り予備的に厚さ
１．８ｍｍの偏平状に軽くプレス加工し、その後、これ
を放熱部材２の溝３内に配し、上から上金型（図示せ
ず）で押圧して溝３内に圧入固定する方法である（最終
厚さ１．６ｍｍ）。前記上金型には、ヒートパイプ押圧
面の幅方向中央部分に横断面円弧状凹みが形成されてい
るため、圧入固定後のヒートパイプ１１は窪みが生じず
放熱部材２の固定溝３に良好に固定される。この方法で
は、予備的に偏平状にプレス加工しておくので、圧入固
定後のヒートパイプ１１は溝３内により均一な状態で固
定される。従ってより高い熱伝達特性が得られる。

【００１７】図５に示す本発明の固定方法は、４ｍｍφ
の断面円形のヒートパイプ１の硬い端部のみを予備的に
厚さ２．５ｍｍの偏平状に軽くプレス加工し、その後、
これを放熱部材２の溝３内に配し、上から上金型（図示
せず）で他の箇所と一緒に押圧して溝３内に圧入固定す
る方法である。前記上金型には、ヒートパイプ押圧面の
幅方向中央部分に横断面円弧状凹みが形成されているた
め、圧入固定後のヒートパイプ１１は窪みが生じず放熱
部材２の固定溝３に良好に固定される。この方法によれ
ば、圧入固定時の押圧力が少なくて済む。

【００１８】図４、５に示した固定方法では、径が４ｍ
ｍφのヒートパイプ１を用いた場合について説明した
が、本発明は、他の任意の径のヒートパイプ１に適用し
ても同様の効果が得られる。一方、ヒートパイプ１の断
面形状は円形に限らず、溝内に納まる形状であれば任意
である。

【００１９】図１、２、４、５に示した放熱部材２に圧
入固定したヒートパイプ１１は、上金型押圧面７が露出
した状態で使用しても、或いは図６に示すようにヒート
パイプ１１の上金型押圧面上に金属板１９を被せて使用
しても良い。本発明方法により固定されたヒートパイプ
１１は、その上金型押圧面７が窪む（座屈する）ことな
く良好に放熱部材２に密着し、また、上記式（１）、
（２）を満たすことにより平坦に押圧できるため、金属
板１９とも良好に密着する。従って、圧入固定後のヒー
トパイプ１１の熱は２つの放熱部材２、１９に迅速に伝
達される。

【００２０】本発明は、放熱部材２のみならず、発熱体
に接合する授熱部材にも同様に適用することができる。
また本発明では、溝とヒートパイプの間隙に熱伝導性グ
リースを介在させることにより、ヒートパイプと放熱部
材間またはヒートパイプと授熱部材間の熱伝達特性が一
層向上する。

【００２１】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明では、断面
円形のヒートパイプを、放熱部材に設けた固定溝内に配
し、これを上金型で押圧して前記固定溝内に圧入し固定
する方法において、前記上金型のヒートパイプ押圧面を
横断面凹状に形成するので、ヒートパイプの上金型押圧
面の径方向へのメタルフローが抑制され、溝内に圧入固
定されたヒートパイプはその上金型押圧面が座屈を起こ
さず平坦となり、その結果ヒートパイプと放熱部材間の
密着性が高まる。またヒートパイプの内部が狭まること
もない。依って、本発明によればＣＰＵなどの発熱体が
効率良く冷却され、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】(イ) 、(ロ) は本発明の固定方法の第１の実施
形態を示す工程説明図である。

【図２】(イ)は本発明の固定方法の第２の実施形態を示
す説明図、 (ロ)は前記 (イ)でヒートパイプの曲線部の
押圧に用いる上金型の展開図（平面図と側面図）であ
る。

【図３】(イ)〜(ハ) は本発明の固定方法の第３の実施
形態を示す工程説明図である。

【図４】(イ)〜(ハ) は本発明の固定方法の第４の実施
形態を示す工程説明図である。

【図５】(イ)〜(ハ) は本発明の固定方法の第５の実施
形態を示す工程説明図である。

【図６】本発明方法により固定したヒートパイプの使用
例を示す横断面図である。

【図７】(イ)、(ロ) は従来の固定方法の工程説明図、
(ハ) は従来法により固定したヒートパイプと放熱部材
溝内面との接触状態を示す横断面図である。

【符号の説明】

１ 断面円形のヒートパイプ ２ 金属ブロックからなる放熱部材 ３ 放熱部材に設けたヒートパイプ固定溝 ４ ヒートパイプ押圧面の幅方向中央部分が横断面凹状
に形成された上金型 ５ 上金型のヒートパイプ押圧面 ６ 上金型のヒートパイプ押圧面の凹み ７ ヒートパイプの上金型押圧面 ８ ヒートパイプの曲げ部 ９ 金属板からなる放熱部材 １０ ヒートパイプ押圧面が半円状に設けられた上金型 １１ 圧入固定後のヒートパイプ １２ 下金型 １４ ヒートパイプ押圧面がフラットな従来の上金型 １５ 圧入固定されたヒートパイプの幅方向中央部分に
生じる窪み １９ 金属板からなる放熱部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートパイプを、放熱部材に設けたヒー
   トパイプ固定溝内に配し、これを上金型で押圧して前記
   固定溝内に圧入し固定する方法において、前記上金型の
   ヒートパイプ押圧面の中央部に凹みが長手方向に形成さ
   れていることを特徴とするヒートパイプの固定方法。
2. 【請求項２】 前記上金型のヒートパイプ押圧面の幅方
   向中央部分に横断面円弧状の凹みが形成されており、前
   記上金型のヒートパイプ押圧面の横断面幅Ｌ、前記円弧
   状凹みの横断面最大幅Ｍおよび前記円弧状凹みの最大深
   さＤの間に下記の（１）、（２）式が成り立つことを特
   徴とする請求項１記載のヒートパイプの固定方法。 ０．８Ｌ≧Ｍ≧０．２Ｌ…（１）、０．４Ｍ≧Ｄ≧０．０１Ｍ…（２）