JP2006200775A - ヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートパイプ端部に十分な強度を有し、拡管接合などの際にヒートパイプの内圧が高くなっても破損しない信頼性の高いヒートパイプを得ることを目的とする。
【解決手段】本発明のヒートパイプは、一方の端部の縮径部に補強部材が被せられた構造であることを特徴とするヒートパイプである。また、本発明のヒートパイプの製造方法は、一方の端部が封止されたヒートパイプ容器の他方の端部から作動液を注入し、脱気した後、前記他方の端部を封止することにより製造されるヒートパイプの製造方法において、前記他方の端部を封止する工程は、前記他方の管部を縮径化して縮径部を形成した後、該縮径部の外側に補強部材を被せ、さらに、前記縮径部と補強部材とから形成された二重管を外側から圧着して仮封止部を形成し、この仮封止部の先端を密閉加工することにより行われることを特徴とするヒートパイプの製造方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器等の冷却部品として用いられるヒートパイプに関するものである。

ヒートパイプは、均熱用、ヒートシンク用、冷却用等の種々の用途に利用され、その利用範囲も広がっている。

ヒートパイプの動作は、密閉容器の内部に封入した作動流体が外部からの熱により蒸発し、その蒸気が低圧部分に移行した後に放熱して凝縮すると共に、液化した作動流体が重力や毛細管力によって元の位置に還流するというように、作動流体が蒸発と凝縮を伴いながら密閉容器の中を循環流動することにより行われる。すなわち、ヒートパイプは、作動流体の潜熱として熱を輸送するものである。このため、高温になると、ヒートパイプの内部は作動流体の蒸発によって内圧の高い状態になる。

図５は、従来のヒートパイプを示す長手方向の断面図である。図５において、ヒートパイプ１は、銅などの金属からなる筒状の管部２、端部３及び端部４を有する。そのうち一方の端部４は、仮封止部５によって封じられており、その先端は密閉部６によって完全に密閉されている。仮封止部５の中ほどには、加工により圧着された圧着部７を有している。

このヒートパイプ１は、一般に次のようにして製造される。図６（ａ）〜（ｃ）に、この製造方法を示す。まず、図６（ａ）に示すような金属製のパイプ２の一方の端部をスピニング法、あるいは溶接等により封止して端部３を形成する（図６（ｂ））。次に、パイプ２に作動液（図示せず）を入れて真空引き等により脱気し、その後、他の一端を封じて端部４を形成することによって、ヒートパイプ１が完成する（図６（ｃ））。但し、図６（ｃ）において端部４は簡略化して描かれている。

この端部４の形成は、次のようにして行われる。図７（ａ）（ｂ）は、端部４の形成方法を詳しく説明した図である。まず、管部（パイプ）２の開放端をスピニング法等の手法で加工して縮径部１０を形成し、次に、縮径部１０を外側からプレスでカシメて圧着することにより仮封止し、仮封止部５を形成する。さらに、仮封止部５の先端に溶接等の加工を行って封じ切り、密閉部６を形成することにより、ヒートパイプ１が完成する。

上記の仮封止を行う工程については様々な工夫が考案されており、例えば、圧着を行うポンチや受面の形状を規定した特許文献１に記載の技術や、押し潰しの形状等を規定した特許文献２に記載の技術などがある。
特開昭６２−１６６２９１号公報 特開平１１−２０１６７２号公報

ところで、ヒートパイプを銅などからなるブロック材に機械的及び熱的に接合するために、拡管接合という方法を用いる場合がある。この拡管接合について図８の断面図に示す。ヒートパイプ１をブロック板２０の穴に挿入し、300〜350℃程度に加熱する。すると、ヒートパイプ１が熱膨張し、ブロック板２０の穴に密着する。このようにしてヒートパイプの接合されたブロック板２０を発熱部品に取り付けることで、発熱部品とヒートパイプとの間の熱的な接合を良好に行うことができる。

上記したような圧着による仮封止と溶接とを行って封止されたヒートパイプ端部は、圧着部７が強加工を受けて薄くなっているため、拡管接合を行う際に温度が300℃以上になってヒートパイプの内圧が高くなると、穴が開くなどのトラブルが起きることがあり、問題となっていた。

これに鑑み、本発明は、ヒートパイプ端部に十分な強度を有し、拡管接合などの際にヒートパイプの内圧が高くなっても破損しない信頼性の高いヒートパイプを得ることを目的としてなされたものである。

上記の目的を達成するため、本発明のヒートパイプは、一方の端部の縮径部に補強部材が被せられた構造であることを特徴とするヒートパイプである。

また、本発明のヒートパイプの製造方法は、一方の端部が封止されたヒートパイプ容器の他方の端部から、作動液を注入し、脱気した後、（または脱気した後に作動液を注入し）、前記他方の端部を封止することにより製造されるヒートパイプの製造方法において、前記他方の端部を封止する工程は、前記他方の管部を縮径化して縮径部を形成した後、該縮径部の外側に補強部材を被せ、さらに、前記縮径部と補強部材とから形成された二重管を外側から圧着して仮封止部を形成し、この仮封止部の先端を密閉加工することにより行われることを特徴とするヒートパイプの製造方法である。

本発明によれば、高温で内圧の高い状態になっても破損する恐れのない信頼性の高いヒートパイプを得ることができる。

[実施形態１]以下に、本発明のヒートパイプ及びその製造方法について詳細に説明する。

図１は、本発明のヒートパイプを示す長手方向の断面図である。図１において、ヒートパイプ１は、金属からなる筒状の管部２、端部３及び端部４を有する。そのうち一方の端部４は、仮封止部５によって封じられており、その先端は密閉部６によって完全に密閉されている。仮封止部５は、縮径部８に補強部材９が被せられた構造となっている。仮封止部５の中ほどには、加工により圧着された圧着部７を有している。

次に、このヒートパイプ１の製造方法について説明する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るヒートパイプの製造方法を示す長手方向の断面図である。まず、図２（ａ）に示すような銅などの金属からなるパイプ２の一方の端部をスピニング法、あるいは溶接等により封止して端部３を形成する（図２（ｂ））。次に、パイプ２に、作動液（図示せず）を入れて脱気し（または脱気した後に作動液を注入し）、その後、他の一端を別部材を用いて封じ、端部４を形成することによってヒートパイプ１が完成する（図３（ｃ））。但し、図３（ｃ）において端部４は簡略化して描かれている。

この端部４の形成は、次のようにして行われる。図３（ａ）（ｂ）は、端部４の形成方法を詳しく説明した図である。まず、パイプ２の開放端をスピニング法等の手法で縮径化して縮径部８を形成する。次に、この縮径化した部分の外側にステンレス鋼などからなる補強部材９を被せ、縮径部８と補強部材９とからなる二重管をプレスでカシメて圧着することにより仮封止し、仮封止部５を形成する。さらに、仮封止部５の先端に溶接等の加工を行って封じ切り、密閉部６を形成することにより、ヒートパイプ１が完成する。

なお、補強部材９の材質は、ヒートパイプ本体と同等以上の強度と適度な延性備えたものであればよいが、拡管接合の温度である300〜350℃程度の温度において特性が変化しないものであることが望ましい。本胸部材９の材質としては、ステンレス鋼以外に銅、耐熱ゴムなどを用いることもできる。

この本発明のヒートパイプの製造方法において、端部４を形成する際に、縮径部８と補強部材９とからなる二重管をプレスでカシメて圧着することにより仮封止するため、管の変形が小さくても十分に仮封止できるので、圧着部７があまり薄くならずに済む。このため、圧着部７に十分な肉厚を持たせることができ、拡管接合を行う場合などにヒートパイプの内圧が高くなっても破損が起こりにくい。また、仮封止部５が二重管構造になっているため、内圧が高くなっても仮封止部５が開いてしまう恐れがない。

次に、本発明のヒートパイプの端部強度を評価した結果について示す。上記のようにして作製したヒートパイプの端部に、300〜350℃で熱カシメを行い、端部の破れ率を調べたところ、破れ率は0％であった。一方、比較のために従来の方法により作製されたヒートパイプに同様の試験を行ったところ、破れ率は６％であり、本発明によりヒートパイプ端部の信頼性が向上することが確認された。

ところで、上記説明の製造方法では、補強部材９を縮径部８に被せた後に仮封止を行うこととしたが、要は拡管接合の際に補強部材９が被せられていれば本発明における一定の目的が得られるので、縮径部８を直接プレスでカシメて仮封止し、さらに端部を溶接して密閉部６を形成し、最後に補強部材９を仮封止された部分に被せることとしても良い。この場合、補強部材９の材質が耐熱ゴムなどであればそのまま嵌めておけばよく、材質が金属であれば被せた補強部材９を外側からポンチなどで潰すことが好ましい。なお、場合によっては、拡管接合の後に補強部材９を外し、再利用を図ることもできる。再利用を図る場合には、補強部材が金属であっても、被せた補強部材を潰さずに嵌めておくのがよい。

[実施形態２]ヒートパイプをブロック材に熱的に接合する際、拡管接合以外の方法としては、半田や樹脂等を用いて接着する方法があり、これらは拡管接合に比べて簡単に行えるというメリットがあるため多用されている。しかしながら、半田を用いる場合は、被接着部材であるヒートパイプが加熱されにくいため半田が付きにくいという難点があり、また、樹脂を用いる場合は、熱的な接合性に劣るという難点があった。

これを解決するために、本発明の実施形態として、ヒートパイプをブロック材に熱的に接合する際に、アルミパウダーを混ぜた樹脂を介して接合することを特徴とするものについて、図４を用いて説明する。ブロック板２０にヒートパイプ１を挿入する前に、ヒートパイプ１にアルミパウダーを混ぜた樹脂２１を塗布しておく。このヒートパイプ１をブロック板２０に挿入し、周囲から加熱すると、樹脂２１が溶け、ヒートパイプ１とブロック板２０の間を密着させることができる。

この方法を用いると、アルミパウダーを混ぜない従来の樹脂を用いた場合に比べて、ヒートパイプ１とブロック板２０との間の熱接合が格段に良好となる。

この実施形態２において、ヒートパイプ１は、実施形態１に係るヒートパイプであっても、また、従来のヒートパイプであってもよい。さらに、このアルミパウダーを混ぜた樹脂を介した熱的接合の方法は、ヒートパイプとブロック材との間の接合に限られず、様々な種類の部材を熱的に接合する場合に広く適用することができる。

本発明の実施形態１に係るヒートパイプを示す長手方向断面図である。 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施形態１に係るヒートパイプの製造方法を示す長手方向断面図である。 （ａ）（ｂ）本発明の実施形態１に係るヒートパイプの製造方法を示す長手方向断面図である。 本発明の実施形態２に係る熱的接合の方法を示す長手方向の断面図である。 従来のヒートパイプを示す長手方向断面図である。 （ａ）〜（ｃ）従来のヒートパイプの製造方法を示す長手方向断面図である。 （ａ）（ｂ）従来のヒートパイプの製造方法を示す長手方向断面図である。 一般的な拡管接合の方法を示す長手方向断面図である。

符号の説明

１ ヒートパイプ
２ 管部（パイプ）
３、４ 端部
５ 仮封止部
６ 密閉部
７ 圧着部
８ 縮径部
９ 補強部材
１０ 縮径部
２０ ブロック板
２１ 樹脂

Claims (4)

1. ヒートパイプの一方の端部の縮径部に補強部材が被せられた構造であることを特徴とするヒートパイプ。
2. 前記縮径部と前記補強部材との間及び前記縮径部の内部が少なくとも一部分において圧着された構造であることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
3. 一方の端部が封止されたヒートパイプ容器の他方の端部から作動液を注入し、脱気した後、前記他方の端部を封止することにより製造されるヒートパイプの製造方法において、
   前記他方の端部を封止する工程は、前記他方の管部を縮径化して縮径部を形成した後、該縮径部の外側に補強部材を被せ、さらに、前記縮径部と補強部材とから形成された二重管を外側から圧着して仮封止部を形成し、この仮封止部の先端を密閉加工することにより行われることを特徴とするヒートパイプの製造方法。
4. 一方の端部が封止されたヒートパイプ容器の他方の端部から、脱気した後作動液を注入し、前記他方の端部を封止することにより製造されるヒートパイプの製造方法において、
   前記他方の端部を封止する工程は、前記他方の管部を縮径化して縮径部を形成した後、該縮径部の外側に補強部材を被せ、さらに、前記縮径部と補強部材とから形成された二重管を外側から圧着して仮封止部を形成し、この仮封止部の先端を密閉加工することにより行われることを特徴とするヒートパイプの製造方法。

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