JP2004226032A - 板型ヒートパイプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率、信頼性および生産性に優れ、かつ低コストの板型ヒートパイプおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記筐体内に、その形状を保持するための保持部材が前記筐体の下板部と一体に、かつ分断して設けられている。前記筐体１は、押出方向に平行な長穴１０ｂを多数有する押出多穴管１０の上壁１０ａおよび長穴１０ｂの隔壁１０ｃを部分的に切取るＡ工程、押出多穴管１０の押出方向端部１０ｄを密閉するＢ工程、上壁１０ａの切取部分を密閉するＣ工程を、Ａ→Ｂ→Ｃ、Ａ→Ｃ→Ｂ、Ｂ→Ａ→Ｃのいずれかの順で施して製造することができる。
【選択図】 図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却効率、信頼性および生産性に優れ、かつ低コストの板型ヒートパイプおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板型ヒートパイプは、筐体内に作動液を減圧封入し、前記筐体外面に取付けた発熱体（ＣＰＵ、ダイオード、ペルチェ、パワーモジュール、ＬＤＭなど）を前記作動液の蒸発潜熱により冷却する装置である。
このような板型ヒートパイプは、作動液の蒸発により筐体内の圧力が増加して筐体外面に膨れが生じ、それにより発熱体と板型ヒートパイプとの接触面積が減少して冷却効率が低下するという問題があった。このため筐体内に保持部材を配して前記筐体の変形を防止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記保持部材は筐体の上板部と下板部とにろう付けされていたため、ろう付け箇所が剥離してその効果が得られなくなる恐れがあり、またろう付けは筐体の上板部と下板部に高価なブレージングシート（芯材／ろう材）を用いて行うためコスト的にも問題があった。また、押出多穴管をそのまま用いた板型ヒートパイプの場合は作動液の流路が長さ方向に連続する隔壁に遮られて１方向に限られるため冷却効率が悪かった。
本発明の目的は、冷却効率、信頼性および生産性に優れ、かつ低コストの板型ヒートパイプおよびその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載発明は、筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記筐体内に、その形状を保持するための保持部材が前記筐体の下板部と一体に、かつ分断して設けられていることを特徴とする板型ヒートパイプである。
【０００５】
請求項２記載発明は、筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記筐体内に、その形状を保持するための保持部材が前記筐体の上板部および下板部と一体に、かつ分断して設けられていることを特徴とする板型ヒートパイプである。
【０００６】
請求項３記載発明は、筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプの製造方法において、前記筐体を、押出方向に平行な長穴を多数有する押出多穴管の上壁および前記長穴の隔壁を部分的に切取るＡ工程、押出多穴管の押出方向端部を密閉するＢ工程、前記上壁の切取部分を密閉するＣ工程を、Ａ→Ｂ→Ｃ、Ａ→Ｃ→Ｂ、Ｂ→Ａ→Ｃのいずれかの順で施して製造することを特徴とする板型ヒートパイプの製造方法である。
【０００７】
請求項４記載発明は、筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプの製造方法において、前記筐体を、押出方向に平行な長穴を多数有する押出多穴管の一方の側壁および前記長穴の隔壁を貫通する穴を開けるＡ工程、押出多穴管の押出方向端部を密閉するＢ工程、前記側壁に開けた穴を密閉するＣ工程を、Ａ→Ｂ→Ｃ、Ａ→Ｃ→Ｂ、Ｂ→Ａ→Ｃのいずれかの順で施して製造することを特徴とする板型ヒートパイプの製造方法である。
【０００８】
請求項５記載発明は、筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプの製造方法において、前記筐体を、断面櫛状の押出型材の凸部を部分的に切取るＡ工程、前記押出型材の凸部上面に上板部を接合するＢ工程、前記押出型材の押出方向端部を密閉するＣ工程をこの順に施して製造することを特徴とする板型ヒートパイプの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の板型ヒートパイプを図を参照して具体的に説明する。
なお、本発明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。
【００１０】
図１（イ）は本発明の板型ヒートパイプの第１の実施形態を示す斜視図、（ロ）は筐体内部の平面図、（ハ）は補強部材部分の縦（長さ方向）断面図である。
この板型ヒートパイプでは、筐体１の形状を保持するための保持部材２が、図１（ハ）に示すように、筐体１の下板部１ｂと一体に設けられている。
図１（イ）において１ａは上板部、５は作動液を筐体１内に減圧封入するための封止用パイプである。
【００１１】
この板型ヒートパイプは、保持部材２が筐体１の下板部１ｂと一体に設けられているため、ろう付けは上板部１ａとの間でのみなされており信頼性に優れる。またろう付け箇所が少ないため生産性にも優れる。さらにブレージングシートは上板部１ａにのみ使用されるためコスト的にも有利である。また、補強部材２が分断されていて作動液の流路が多岐なため高い冷却効率が得られる。
【００１２】
図２は本発明の板型ヒートパイプの第２の実施形態を示す補強部材２部分の縦断面図である。
この板型ヒートパイプでは、保持部材２は筐体１の下板部１ｂと上板部１ａに一体に設けられている。従って保持部材２にはろう付け部がなく、信頼性が一層向上し、コストもより安くなり、さらに、このものはろう付けを全く行わないので、ろう付けのための加熱工程が無用となり生産性も著しく向上する。補強部材を分断することによる冷却効率の向上は図１に示したものと同様に得られる。
【００１３】
図３は本発明の板型ヒートパイプの第３の実施形態を示す筐体内部の平面図である。
この板型ヒートパイプは、筐体中央部６の保持部材２の長さを短くして作動液の流路を一層多岐化したもので筐体中央部６の冷却効率が高まる。
【００１４】
図４（イ）は本発明の板型ヒートパイプの第４の実施形態を示す筐体内部の平面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ断面図、（ハ）はウィック部分の断面図である。
この板型ヒートパイプは、作動液通路３にウィックとして１本のワイヤー７を作動液通路３内面に接して配したものである。
この板型ヒートパイプでは、ワイヤー７と作動液通路３内面との間で毛管現象が起き、作動液の戻りが活発化して冷却効率が高まる。
【００１５】
図４（ニ）は他の板型ヒートパイプのウィック部分の断面図である。
この板型ヒートパイプでは、ウィックとしてワイヤー撚線７ａが圧入されたパイプ７ｂが作動液通路３内面に接して配されており、毛管現象はパイプ７ｂと作動液通路３内面との間、ワイヤー撚線７ａとパイプ７ｂ内面との間、および各ワイヤー７間で起きるため冷却効率が一層高まる。
【００１６】
図５（イ）は本発明の板型ヒートパイプの第５の実施形態を示す筐体内部の平面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ断面図である。
筐体内部中央の３個の作動液通路３にウィックとして細線８を多数束ねた細線束８ａが作動液通路３内面（補強部材の側面）に接して配されている。
この細線束８ａでは多数の細線８間で毛管現象が起きるので、図４に示したものより作動液の戻りが活発となり冷却効率に優れる。このものはウィック（細線束８ａ）による冷却効率向上効果が筐体１の中央部分に集中する。
【００１７】
図６（イ）は本発明の板型ヒートパイプの第６の実施形態を示す筐体１内部の平面図、（ロ）は部分拡大図である。
長さ方向の作動液通路３に、細線８を多数束ねた細線束８ａがウィックとして１通路おきに配されている。このものはウィック（細線束８ａ）による冷却効率向上効果が筐体全体に均一に現れる。
【００１８】
図７（イ）は本発明の板型ヒートパイプの第７の実施形態を示す筐体内部の平面図、（ロ）は部分拡大図である。
ここでは、細線８を多数束ねた細線束８ａがウィックとして縦（長さ）方向通路３と横方向通路４を交差して配されている。このものはウィックの冷却効率向上効果が筐体１全体により均一化する。細線束８ａは予め井桁状に組付けておき、これを前記作動液通路３、４に嵌め込むようにすると生産性が向上する。
【００１９】
図８は本発明の板型ヒートパイプの第８の実施形態を示す側面図である。
この板型ヒートパイプは、図１に示した板型ヒートパイプの上板部１ａ上にフィン９を取付けて熱放散性を高めたものである。
【００２０】
前記図３〜８に示した板型ヒートパイプは、補強部材２が筐体１の下板部１ｂと一体、または下板部１ｂと上板部１ａの両方と一体に設けられたものである。
【００２１】
以下に、本発明で用いられる筐体の製造方法について説明する。
図９（イ）〜（ニ）は、本発明で用いられる筐体の製造方法の第１の実施形態を示す工程説明図である。
前記筐体は、押出方向に平行な長穴１０ｂを多数有する押出多穴管１０（図９イ）の上壁１０ａおよび長穴１０ｂの隔壁１０ｃを部分的に切取るＡ工程（図９ロ）、押出多穴管１０の押出方向端部１０ｄを密閉するＢ工程（図９ハ）、上壁１０ａの切取部分１０ｅを上板部１ａで密閉するＣ工程（図９ニ）をこの順に施して製造できる。前記工程はＡ→Ｃ→ＢまたはＢ→Ａ→Ｃの順で施しても良い。
【００２２】
ここでは、切取られずに残った上壁１０ａと隔壁１０ｃとが保持部材２となり、保持部材２は押出多穴管１０の下壁１０ｆ（下板部１ｂ）と一体であり、かつ分断されている。上板部１ａに厚めの板（ベース板）を用いると発熱体やフィンを強固に取付けることができる。押出方向端部１０ｄは、通常、プレス圧着し、前記圧着部をろう付けして密閉する。
【００２３】
図１０（イ）〜（ハ）は、本発明で用いられる筐体の製造方法の第２の実施形態を示す工程説明図である。
前記筐体は、押出多穴管１０の側壁１０ｇから隔壁１０ｃを貫通する穴１０ｈを開けるＡ工程（図１０イ）、押出多穴管１０の押出方向端部１０ｄを密閉するＢ工程（図１０ロ）、側壁穴部１０ｉを板材１０ｊで密閉するＣ工程（図１０ハ）をこの順に施して製造できる。前記工程はＡ→Ｃ→ＢまたはＢ→Ａ→Ｃの順に施しても良い。
この筐体１の補強部材２は、上板部１ａと下板部１ｂの両方と一体に、かつ分断して設けられている。通常、上板部１ａと下板部１ｂにベース板（図示せず）を接合し、その上に発熱体或いはフィンを取付けて用いる。
【００２４】
図１１（イ）〜（ニ）は、本発明で用いられる筐体の製造方法の第３の実施形態を示す工程説明図である。
前記筐体は、断面櫛状の押出型材１１（図１１イ）の凸部１１ａを部分的に切取って残部を保持部材２とするＡ工程（図１１ロ）、保持部材２上面に上板部１ａを接合するＢ工程（図１１ハ）、押出型材１１の押出方向端部１１ｂを密閉するＣ工程（図１１ニ）をこの順に施して製造できる。
【００２５】
本発明において、前記押出多穴管および押出型材は通常のマンドレルを用いた押出法またはコンフォーム押出法（回転摩擦押出法）により容易に製造できる。コンフォーム押出法で製造される多穴管または押出型材は比較的幅狭であるが、それらの複数を幅方向に接合することにより大型化が可能である。
【００２６】
本発明において、前記押出多穴管、押出型材、上板部、下板部、ベース板などには、銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００など）、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系など）などが使用できる。
【００２７】
本発明において、作動液には、ヘリウム、メタン、アンモニア、アセトン、水、ナフタレン、ナトリウム、水銀、代替フロン、炭化水素、二酸化炭素などが使用でき、これらは使用温度などにより使い分ける。
【００２８】
本発明において、上板部またはベース板の接合には、熱伝導性に優れる金属接合または他金属を介しての接合が望ましい。前者には超音波溶接法、抵抗加熱溶接法、アーク（ＴＩＧ、ＭＩＧ、プラズマ、レーザー）溶接法、ＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）などが適用でき、後者には銀ろう付け、銅ろう付け、錫ろう付け、低温半田付けなどが適用できる。良熱伝導性の接着剤を用いることもできる。
【００２９】
前記接合にはボルト締めも簡便で推奨される。ボルト締めの場合、接合面間に伝熱性グリース、伝熱性シート、伝熱性樹脂などを介在させておくと接合面間の熱抵抗が低下し望ましい。
【００３０】
【実施例】
以下に本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
図９（イ）〜（ニ）に示した方法で製造した筐体１（図９ニ）に作動液（水）を封入して板型ヒートパイプとし、上板部（ベース板）１ａ上に、図１２に示すようにフィン９を取付け、下板部１ｂ上にベース板（図示せず）をろう付けし、その上にＣＰＵ（発熱量１００Ｗ）１２を取付けて冷却し、そのときの熱抵抗を常法により調べた。フィン９はファン（図示せず）により冷却した。ファンの風速は種々に変化させた。
【００３１】
筐体１と上板部１ａにはＪＩＳ Ａ５０５３合金製のものを用いた。ろう付けはＢＡｇ−８ろう材を用いて行った。ＣＰＵ１２は伝熱シート（図示せず）を介してボルト締めにより取付けた。
【００３２】
（実施例２）
図１０に示した方法で製造した筐体１を用い、筐体１の上板部１ａと下板部１ｂにそれぞれベース板（図示せず）をろう付けした他は、実施例１と同じ方法により板型ヒートパイプを製造し、実施例１と同じ方法により熱抵抗を調べた。
【００３３】
（比較例１）
押出多穴管の押出方向端部を密閉して筐体とし、この筐体を用いて実施例１と同じ方法で板型ヒートパイプを製造し、実施例１と同じ方法により熱抵抗を調べた。
実施例１、２および比較例１の結果を図１３に示す。
【００３４】
図１３から明らかなように、実施例１、２（本発明例）の板型ヒートパイプは従来の板型ヒートパイプ（比較例１）より熱抵抗が小さく、冷却効率に優れることが判る。これは実施例１、２（本発明例）の板型ヒートパイプは保持部材が分断して設けられていて作動液の流路が多岐なためである。
また本発明の板型ヒートパイプは、ブレージングシートを用いた従来の板型ヒートパイプに較べて、ろう付け箇所が少ないため、信頼性および生産性に優れ、しかも製造コストが安価であった。
【００３５】
図３〜７、図１１に示した板型ヒートパイプについても実施例１と同じ方法により熱抵抗を測定したが、いずれも、従来のもの（比較例１）より冷却効率に優れた。中でも作動液通路にウィックを配したもの（図４〜７）は冷却効率が特に優れた。ウィックとして細線束を用いた板型ヒートパイプ（図６、７）は発熱体を上部に取付けたトップヒートモードにおいてその冷却効率が格段に向上した。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の板型ヒートパイプは、筐体の変形を防止する保持部材が、筐体の下板部と一体に、または上板部と下板部の両方と一体に設けられているので、補強部材のろう付け箇所が少なく或いは全くなく、信頼性および生産性に優れ、コスト的に有利である。さらに前記補強部材は分断して設けられているので、作動液の流路が多岐となり冷却効率に優れる。前記本発明の板型ヒートパイプは押出多穴管或いは断面櫛状の押出型材を用いて容易に製造することができる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板型ヒートパイプの第１の実施形態を示す（イ）は斜視図、（ロ）は筐体内部の平面図、（ハ）は補強部材部分の縦断面図である。
【図２】本発明の板型ヒートパイプの第２の実施形態を示す補強部材部分の縦断面図である。
【図３】本発明の板型ヒートパイプの第３の実施形態を示す筐体内部の平面図である。
【図４】本発明の板型ヒートパイプの第４の実施形態を示す（イ）は筐体内部の平面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ断面図、（ハ）はウィック部分の断面図、（ニ）は他の板型ヒートパイプのウィック部分の断面図である。
【図５】本発明の板型ヒートパイプの第５の実施形態を示す筐体内部の（イ）は平面図、（ロ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の板型ヒートパイプの第６の実施形態を示す（イ）は筐体内部の平面図、（ロ）はウィック部分の拡大図である。
【図７】本発明の板型ヒートパイプの第７の実施形態を示す（イ）は筐体内部の平面図、（ロ）はウィック部分の拡大図である。
【図８】本発明の板型ヒートパイプの第８の実施形態を示す側面図である。
【図９】（イ）〜（ニ）は本発明で用いる筐体の製造方法の第１の実施形態を示す工程説明図である。
【図１０】（イ）〜（ハ）は本発明で用いる筐体の製造方法の第２の実施形態を示す工程説明図である。
【図１１】（イ）〜（ニ）は本発明で用いる筐体の製造方法の第３の実施形態を示す工程説明図である。
【図１２】本発明の板型ヒートパイプの実装構造の実施形態を示す側面図である。
【図１３】本発明の板型ヒートパイプの熱抵抗変化図である。
【符号の説明】
１ 筐体
１ａ筐体の上板部
１ｂ筐体の下板部
２ 保持部材
３ 作動液通路（長さ方向）
４ 作動液通路（横方向：長さ方向に直角方向）
５ 封止用パイプ
６ 筐体中央部
７ ワイヤー
７ａワイヤー撚線
７ｂワイヤー撚線が圧入されたパイプ
８ 細線
８ａ細線束
９ フィン
１０ 押出多穴管
１０ａ押出多穴管の上壁
１０ｂ押出多穴管の長穴
１０ｃ押出多穴管の隔壁
１０ｄ押出多穴管の押出方向端部
１０ｅ押出多穴管の切取部分
１０ｆ押出多穴管の下壁
１０ｇ押出多穴管の側壁
１０ｈ押出多穴管の側壁から隔壁を貫通する穴
１０ｉ押出多穴管の側壁穴部
１０ｊ板材
１１ 断面櫛状の押出型材
１１ａ断面櫛状の押出型材の凸部
１１ｂ断面櫛状の押出型材の押出方向端部
１２ ＣＰＵ（発熱体）

Claims (5)

1. 筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記筐体内に、その形状を保持するための保持部材が前記筐体の下板部と一体に、かつ分断して設けられていることを特徴とする板型ヒートパイプ。
2. 筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記筐体内に、その形状を保持するための保持部材が前記筐体の上板部および下板部と一体に、かつ分断して設けられていることを特徴とする板型ヒートパイプ。
3. 筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプの製造方法において、前記筐体を、押出方向に平行な長穴を多数有する押出多穴管の上壁および前記長穴の隔壁を部分的に切取るＡ工程、押出多穴管の押出方向端部を密閉するＢ工程、前記上壁の切取部分を密閉するＣ工程を、Ａ→Ｂ→Ｃ、Ａ→Ｃ→Ｂ、Ｂ→Ａ→Ｃのいずれかの順で施して製造することを特徴とする板型ヒートパイプの製造方法。
4. 筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプの製造方法において、前記筐体を、押出方向に平行な長穴を多数有する押出多穴管の一方の側壁および前記長穴の隔壁を貫通する穴を開けるＡ工程、押出多穴管の押出方向端部を密閉するＢ工程、前記側壁に開けた穴を密閉するＣ工程を、Ａ→Ｂ→Ｃ、Ａ→Ｃ→Ｂ、Ｂ→Ａ→Ｃのいずれかの順で施して製造することを特徴とする板型ヒートパイプの製造方法。
5. 筐体内に作動液が減圧封入された板型ヒートパイプの製造方法において、前記筐体を、断面櫛状の押出型材の凸部を部分的に切取るＡ工程、前記押出型材の凸部上面に上板部を接合するＢ工程、前記押出型材の押出方向端部を密閉するＣ工程をこの順に施して製造することを特徴とする板型ヒートパイプの製造方法。

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