JP2005345045A - ヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペースのみならず、従来のような割れがちな偏平部がない頑丈な構造を有し、且つ、良好な伝熱効果を遂げることができ、製造時にも伝熱媒体の浪費をもたさないヒートパイプ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 内蔵の伝熱媒体の気液変化により熱を伝導するヒートパイプ１であって、一つだけの開口２３を有する中空容器１１の該開口内に、弾性シール手段３０が詰められて固定されていると共に、中空容器１１内には前記伝熱媒体が存在しており、前記弾性シール手段３０は、ニードル４を該開口２３の開口外から該弾性シール手段３０に突き刺してから抜き出すことにより生じる抜き跡に対応した通路状の疵３１を備えると共に、その疵３１を封止する弾性を有する材料から構成されてなることを特徴とするヒートパイプ及びその製造方法を提供する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ヒートパイプ及びその製造方法に関し、もっと詳しくは内蔵の伝熱媒体の気液変化により熱を伝導するヒートパイプ及びその製造方法に関する。

両端を有するパイプや他の形状の容器を減圧してその内部に、水またはアルコールなどの気液変化により伝熱作用を行うことができる伝熱媒体を液体の状態で入れて密封してなり、それにより、前記伝熱媒体を前記容器の一端に集中させた後、該端を冷却しようとする箇所におくと、前記液体が前記箇所の熱を吸収して蒸気に変化し、そして、他端に流れながら放熱し、再び液体に変わって落下し、流動方式や毛細管現象により前記加熱端に戻り、繰り返して伝熱作用を行うヒートパイプ（形状によってはヒートシンクとも呼ばれる）が広く知られている。このヒートパイプはその熱伝導率が銅やアルミなどの金属に対して優れているので、冷却用素子として各種熱関連機器に採用されている。

このヒートパイプの従来からの製造方法については、典型的なパイプ型を例として説明すると、図１乃至図４に示すように、先ず、開口端部１１１を有する中空パイプ１１の開口から、適量の伝熱媒体を該中空パイプ１１内に注入してからパイプ内の空気を抽出した後、加工機２によって、前記中空パイプ１１の前記開口端部１１１を偏平状に挟んで封止部１１２を形成し、そして、前記偏平状になった封止部１１２の上端１１２１をカッター３によって切ってから、溶接によって封止することにより行っている。

しかしながら、このような製造方法によるヒートパイプは、前記封止部１１２が偏平構造になり、ヒートパイプ全体の長さを増加させる欠点があるのみならず、軽くても外力がかかると割れがちであり、パイプの漏れをもたらす欠点もある。なお、パイプ内の空気抽出は伝熱媒体の注入中または注入後にも行わなければならないので、パイプ内の伝熱媒体の一部が空気と共に散逸し、伝熱媒体の浪費のみならず、パイプ内の伝熱媒体の量を正確に制御できず、ヒートパイプの伝熱効果に悪影響をきたすという欠点もある。

上記に鑑みて、本発明の目的は、省スペースのみならず、従来のような割れがちな偏平部がない完璧な構造を有し、且つ、良好な伝熱効果を遂げることができ、製造時にも伝熱媒体の浪費をもたさないヒートパイプ及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、内蔵の伝熱媒体の気液変化により熱を伝導するヒートパイプを製造する方法であって、一つだけの開口を有する中空容器の該開口を、弾性シール手段によって密封してから、細い中空のニードルを前記弾性シール手段に突き刺し、その細いニードルを経由して前記容器内の空気を抽出してから、前記伝熱媒体を同容器内に注入し、その注入後に、前記ニードルを前記弾性シール手段より抜き出すと共に、その抜き跡に対応した、前記弾性シール手段内の通路状の疵を弾性シール手段自体の弾性により封止することを特徴とするヒートパイプの製造方法を提供する。

上記のヒートパイプの製造方法に基づいて、本発明は、内蔵の伝熱媒体の気液変化により熱を伝導するヒートパイプであって、一つだけの開口を有する中空容器の該開口内に、弾性シール手段が詰められて固定されていると共に、前記中空容器内には前記伝熱媒体が存在しており、前記弾性シール手段は、ニードルを該開口の開口外から該弾性シール手段に突き刺してから抜き出すことにより生じる抜き跡に対応した通路状の疵を備えると共に、その疵を封止する弾性を有する材料から構成されてなることを特徴とするヒートパイプを提供する。

上記製造方法による本発明のヒートパイプは、前記従来のような挟み加工及びカッタによる加工を行わずに、弾性シール手段自体の弾性により、伝熱媒体の注入後に、前記弾性シール手段内に形成された通路状の疵を封止することができるので、ヒートパイプを密封するには前記従来のような偏平構造を形成することがなく、省スペースのみならず、ヒートパイプ全体構造を頑丈にできると共に耐久性も良好であり、また、前記容器内の空気を抽出した後、はじめて伝熱媒体を容器内に注入することができるため、伝熱媒体の浪費はなく、容器内の伝熱媒体の量を一定に維持し、良好な伝熱効果を得ることもできる。

また、本発明のヒートパイプは、両端を有するパイプからなって冷房や暖房などに使用されてもよく（請求項２，３，８）、また上下両平面を有する偏平状を呈してＣＰＵ用のヒートシンクとして使用されてもよい（請求項４，９）。

以下、図面を参照しながら、本発明のヒートパイプ及びその製造方法の好ましい実施例を詳しく説明する。

まず、図５乃至図７を参照して、本発明のヒートパイプ及びその製造方法の第１の実施形態を説明する。

本実施形態において、両端を有するパイプからなって冷房や暖房などに使用されるヒートパイプ及びその製造方法を説明する。まず、図５に示すように、２１は中空パイプ２０の両端部のうち開口（下記小口２３になる箇所）を有する一端部である。図示のように、ヒートパイプを製造するには、該開口端部２１を有する中空パイプ２０の該開口を、弾性シール手段３０によって密封する。

そして、図６に示すように、制御ユニット５に制御される細い中空のニードル４で前記弾性シール手段３０を挿通し（即ちニードル４を弾性シール手段３０に突き刺し）、該細いニードル４の中空部を通してパイプ内の空気を抽出してから、伝熱媒体をパイプ内に注入する。注入した後、図７に示すように、前記ニードル４を抜き出し、そのニードル４の挿通によって前記弾性シール手段３０内に形成された（即ちニードル４の抜き跡に対応した）通路のような疵３１（図６参照）を、前記弾性シール手段３０自体の弾性により封止する。

また、本実施形態において、前記パイプ２０の開口端部２１を密封する方法として、図５に示すように、前記開口端部２１をその開口が前記細いニードル４の外径よりやや大きい内径を有する小口２３になるまで縮径し、且つ、前記パイプ（２０）上の前記小口２３から間隔をあけた箇所に、挟圧加工により、外壁２１２から窪んで内壁２１１の周方向に沿って突出してなる環状の肩部２４を形成し、そして、前記パイプ２０の前記小口２３から前記肩部２４までの空間内に前記小口２３を経由して熱硬化樹脂を注入して硬化させることにより、前記弾性シール手段３を形成する手法を採用している。

このように構成されたものは、もうヒートパイプに使用されるが、前記ニードル４を抜き出した後、更に前記小口２３を点溶接によって封止するか半田付けによって封止することが好ましい。図７に示されているのは、点溶接によって封止されたものであり、図面における符号６は点溶接によって形成された溶接点である。

このように作製されてなるヒートパイプ１は、図７に示すように、前記中空パイプ２０の元の開口端部２１の該開口内に、弾性シール手段３０が詰められて固定されており、前記パイプ２０内に伝熱媒体２２が存在している。前記弾性シール手段３０が、中空パイプ２０の、元の前記小口２３から前記肩部２４までの空間内に充満している。なお、前記小口２３が既に封止されているので、前記ヒートパイプ１のシールが完全に確保されることができる。このようにして、ヒートパイプ１は管内の前記伝熱媒２２体の気液変化により熱を伝導することができる。

上記のように、本実施例のヒートパイプ１は、前記従来のような挟み加工及びカッタによる加工を行わずに、弾性シール手段自体３０の弾性により、伝熱媒体２２の注入後に、前記弾性シール手段３０内に形成された通路のような疵（ニードルの抜き跡）を封止することができるので、前記従来のような偏平構造を形成することがなく、省スペースのみならず、ヒートパイプ全体構造を完璧且つ丈夫に維持することができる。また、前記パイプ内の空気を抽出した後、はじめて伝熱媒体をパイプ内に注入するため、伝熱媒体の浪費はなく、容器内の伝熱媒体の量を一定に維持し、良好な伝熱効果を得ることもできる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態において、前記第１の実施形態と異なる点はパイプ７の開口端部７０を密封する方法にある。即ち、前記パイプ７上の開口７１から間隔をあけた箇所に、挟圧加工により、外壁２１２から窪んで内壁２１１の周方向に沿って突出してなる環状の肩部２４を形成し、そして、図８に示すように、前記開口７１から弾性シール手段３０を前記肩部２４まで押入してから、チューブ収縮機８によって前記パイプ７の開口端部７０をその開口が細いニードル４の外径よりやや大きい内径を有する小口７２になるまで縮径する。

このように作製されてなるヒートパイプ１Ａは、図９に示すように、前記第１の実施形態のヒートパイプ１と外見及び構成がほぼ同様である。従って、本実施例のヒートパイプ１Ａは、前記従来のような挟み加工及びカッタによる加工を行わずに、弾性シール手段３０自体の弾性により、伝熱媒体の注入後に、前記弾性シール手段３０内に形成された通路のような疵（ニードルの抜き跡）を封止することができるので、前記従来のような偏平構造を形成することがなく、省スペースのみならず、ヒートパイプ全体構造を完璧且つ丈夫に維持することができる。また、前記パイプ内の空気を抽出した後、はじめて伝熱媒体をパイプ内に注入するため、伝熱媒体の浪費はなく、容器内の伝熱媒体の量を一定に維持し、良好な伝熱効果を得ることもできる。なお、本実施例における前記第１の実施例と同じ符号が付されている部分は前記第１の実施例のと構成及び機能がまったく同一なので、その説明を省略する。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態のヒートパイプはＣＰＵのヒートシンクとして使用される。本実施形態において、前記第１及び第２の実施形態と異なる点は、図１０に示すように、ヒートパイプとして、中空パイプに代えて上下両平面９１，９２を有する偏平状を呈する中空容器９を使用すること、及び前記中空容器９の開口を密封する方法にある。

前記中空容器９は、開口が前記上面９１にあり、且つ、その内壁９１１が、内径が口外から口内へ段々小さくなるように４つの階段９４に形成されている。前記中空容器９の開口を密封する方法は、弾性シール手段３を前記開口内の奥の方の段部９４１（即ち３つ目の段部）に阻止されるように押入してから、更に中心小口（１０１）付きのプラグ１００を開口内の外寄りの段部９４２（即ち２つ目の段部）に阻止されるように押入固定することで行う。

この実施形態のヒートパイプ１Ｂは、図１１に示すように、偏平状を呈して、容器内に伝熱媒体２２が存在している。前記弾性シール手段３０が前記開口内の奥の方の段部９４１に阻止されるように押入されている。また、前記中心小口付きのプラグ１００が開口内の外寄りの段部９４２に阻止されるように押入固定されている。なお、前記プラグ１００の小口１０１が図示の溶接点６によって封止されている。

従って、本実施形態におけるヒートパイプ１Ｂは、前記第１及び第２の実施例と同様に、弾性シール手段３０の弾性によって伝熱媒体の注入後に、前記弾性シール手段３０内に形成された通路のような疵（ニードルの抜き跡）を封止するので、前記従来のような偏平構造を形成することがなく、省スペースのみならず、ヒートパイプ全体構造を完璧且つ丈夫に維持することができる。また、前記パイプ内の空気を抽出した後、はじめて伝熱媒体をパイプ内に注入することができるため、伝熱媒体の浪費はなく、容器内の伝熱媒体の量を一定に維持し、良好な伝熱効果を得ることもできる。

上記のように、本発明の実施形態によれば、省スペースのみならず、従来のような割れがちな偏平部がない完璧な構造を有し、且つ、良好な伝熱効果を遂げることができ、製造時にも伝熱媒体の浪費をもたさないヒートパイプ及びその製造方法を提供することができる。

従って、本発明のヒートパイプは従来のヒートパイプ及びヒートシンクより冷房や暖房の冷却器及びＣＰＵなどに好適である。

従来のヒートパイプの製造方法の流れを示す説明図 従来のヒートパイプの製造方法の流れを示す説明図 従来のヒートパイプの製造方法の流れを示す説明図 従来のヒートパイプの製造方法の流れを示す説明図 本発明のヒートパイプの製造方法の第１の実施形態の流れを示す説明図 本発明のヒートパイプの製造方法の第１の実施形態の流れを示す説明図 本発明のヒートパイプの製造方法の第１の実施形態の流れを示す説明図 本発明のヒートパイプの製造方法の第２の実施形態の流れを示す説明図 本発明のヒートパイプの製造方法の第２の実施形態の流れを示す説明図 本発明のヒートパイプの製造方法の第３の実施形態の流れを示す説明図 本発明のヒートパイプの製造方法の第３の実施形態の流れを示す説明図

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ ヒートパイプ
１１ 中空パイプ
１１１ 開口端部
１１２ 封止部
１１２１ 上端
２ 加工機
２０ 中空パイプ
２１ 開口端部
２１１ 内壁
２１２ 外壁
２２ 伝熱媒体
２３ 小口
２４ 肩部
３ カッタ
３０ 弾性シール手段
３１ 疵
４ ニードル
５ 制御ユニット
６ 溶接点
７ 中空パイプ
７０ 開口端部
７１ 開口
７２ 小口
８ チューブ収縮機
９ 中空容器
９１ 上面
９１１ 内壁
９２ 下面
９４ 階段
９４１ 段部
９４２ 段部
１００ プラグ
１０１ 中心小口

Claims (10)

1. 内蔵の伝熱媒体の気液変化により熱を伝導するヒートパイプを製造する方法であって、 一つだけの開口を有する中空容器の該開口を、弾性シール手段によって密封してから、細い中空のニードルを前記弾性シール手段に突き刺し、
   その細いニードルを経由して前記容器内の空気を抽出してから、前記伝熱媒体を同容器内に注入し、
   その注入後に、前記ニードルを前記弾性シール手段より抜き出すと共に、その抜き跡に対応した、前記弾性シール手段内の通路状の疵を弾性シール手段自体の弾性により封止することを特徴とする、ヒートパイプの製造方法。
2. 前記容器は両端を有するパイプからなり、前記開口は前記パイプの一端にあり、
   前記パイプの開口端部を密封するに当たっては、前記開口端部を前記細いニードルの外径よりやや大きい内径がある小口になるまで縮径し、且つ、前記パイプの、前記小口から間隔をあけた箇所に、挟圧加工により、外壁から窪んで内壁の周方向に沿って突出してなる環状の肩部を形成し、そして、前記パイプの、前記小口から前記肩部までの空間内に前記小口を経由して熱硬化樹脂を注入して硬化させることにより、前記弾性シール手段を形成することを特徴とする、請求項１に記載のヒートパイプの製造方法。
3. 前記容器は両端を有するパイプからなり、前記開口は前記パイプの一端にあり、
   前記パイプの開口端部を密封するに当たっては、前記パイプの、前記開口から間隔をあけた箇所に、挟圧加工により、外壁から窪んで内壁の周方向に沿って突出してなる環状の肩部を形成し、そして、前記開口から前記弾性シール手段を前記肩部まで押入してから、前記パイプの開口端部を、前記細いニードルの外径よりやや大きい内径がある小口になるまで縮径することを特徴とする、請求項１に記載のヒートパイプの製造方法。
4. 前記中空容器は上下両平面を有する偏平状を呈し、前記開口は前記上下両面のいずれかの一面にあり、且つ、その内壁が、内径が口外から口内へ段々小さくなるようにいくつの階段状に形成されており、
   前記中空容器の開口を密封するに当たっては、前記弾性シール手段を前記開口内の奥の方の段部に阻止されるように押入してから、更に中心小口付きのプラグを開口内の外寄りの段部に阻止されるように押入固定することを特徴とする、請求項１に記載のヒートパイプの製造方法。
5. 前記弾性シール手段から前記ニードルを抜き出した後、更に前記小口を点溶接によって封止することを特徴とする、請求項２，３または４に記載のヒートパイプの製造方法。
6. 前記弾性シール手段から前記ニードルを抜き出した後、前記容器の前記小口を有する端部を半田付けによって前記小口を封止することを特徴とする、請求項２，３または４に記載のヒートパイプの製造方法。
7. 内蔵の伝熱媒体の気液変化により熱を伝導するヒートパイプであって、
   一つだけの開口を有する中空容器の該開口内に、弾性シール手段が詰められて固定されていると共に、前記中空容器内には前記伝熱媒体が存在しており、
   前記弾性シール手段は、ニードルを該開口の開口外から該弾性シール手段に突き刺してから抜き出すことにより生じる抜き跡に対応した通路状の疵を備えると共に、その疵を封止する弾性を有する材料から構成されてなることを特徴とするヒートパイプ。
8. 前記容器は両端を有するパイプからなり、前記開口は、前記パイプの一端にあり、
   前記開口端部が、前記ニードルの外径よりやや大きい内径がある小口になるまで縮径され、
   前記パイプの、前記小口から間隔をあけた箇所に、外壁から窪んで内壁の周方向に沿って突出してなる環状の肩部が形成され、
   前記弾性シール手段は前記小口から前記肩部までの空間内を充満していることを特徴とする、請求項７に記載のヒートパイプ。
9. 前記中空容器は上下両平面を有する偏平状を呈し、前記開口は、前記上下両面のいずれかの一面にあり、且つ、該開口の内壁が、内径が口外から口内へ段々小さくなるようにいくつの階段状に形成されており、
   前記弾性シール手段が前記開口内の奥の方の段部に阻止されるように押入されており、 中心小口付きのプラグが前記開口内の外寄りの段部に阻止されるように押入固定されていることを特徴とする、請求項７に記載のヒートパイプ。
10. 前記小口が封止された、請求項８または９に記載のヒートパイプ。
    

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