JP2008232563A - 銅または銅合金からなる銅管 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管であって、管軸方向の引張強さが240〜330N/mm2、0.2%耐力を引張強さで割った値である降伏比が0.30〜0.99、伸びが5〜40%であることを特徴とする。また、この銅または銅合金からなる銅管において、1000℃×60分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が0.40mm未満であることを特徴とする。さらに、この銅または銅合金からなる銅管の内面に、管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
ここで、図1(a)、(b)はヒートパイプの使用形態の一例を示す模式図、図2は、ヒートパイプの内部の作用を説明するための説明図である。
図1(a)に示すように、冷却装置100は、主に、ヒートパイプ101と、放熱板(銅板)103と、小型ファン102とから構成されている。
ヒートパイプ製造工程においては、銅管の脱ガスを目的に、800℃程度で数時間加熱されることがある。また、金属ファイバーや銅粉を銅管内面に焼結したヒートパイプでは、これらを焼結するために、銅管は、900〜1000℃程度に加熱される。
また、銅管において、1000℃×60分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径を所定未満に規定したものである。
管の材質として、銅または銅合金を使用する理由としては、伝熱特性、耐食性に優れること、また、加工性にも優れ、曲げ加工や扁平加工が容易なこと等が挙げられる。銅としては、例えば、無酸素銅、りん脱酸銅等の純銅系を用いることができ、銅合金としては、例えば、Sn、Co等を含有させた、Cu−0.65質量%Sn−0.025質量%P合金、Cu−0.05質量%Co−0.03質量%P合金等を用いることができる。なお、これらの銅や銅合金は、所定の強さに調質する。
≪管軸方向の引張強さ:240〜330N/mm2、降伏比:0.30〜0.99、伸び:5〜40%≫
管軸方向の引張強さが240N/mm2未満の場合、降伏比が0.30未満の場合、または、伸びが40%を超える場合、このような機械的性質の銅管は、1000℃×60分等の高温加熱を施した後の表面の結晶粒が大きくなってしまい、前記のとおり、ヒートパイプへの加工時に表面の肌荒れが生じ、また、加工時の割れが生じやすくなる。また、ヒートパイプの製造工程において、材料に十分な耐力がなく、銅管が不必要に曲がる等、成形性に不具合が生じる。また、ヒートパイプへの加工前、加工中に管が変形しやすく、ヒートパイプの生産性および歩留りが低下する。
なお、管軸方向の引張強さは、260〜310N/mm2がより好ましく、降伏比は、0.70〜0.99がより好ましく、伸びは、5〜20%がより好ましい。
1000℃×60分加熱後の銅管の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が0.40mm以上の場合、曲げ加工や偏平加工を行った際、銅管表面に肌荒れが生じ、また、曲げ加工部や扁平加工部に割れが生じやすくなる。管軸方向の平均結晶粒径は小さいほうが好ましいが、無酸素銅、りん脱酸銅等の場合、平均結晶粒径を0.10mm未満とすることは困難なため、これらの材質においては、0.10mm以上が好ましく、より肌荒れや割れを生じ難くするためには、0.10〜0.30mmの範囲がより好ましい。
なお、1000℃×60分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が0.10mm未満になる銅合金を用いてもよい。
<銅または銅合金からなる銅管の製造方法>
JIS H3300 C1020またはC1220を例として説明する。まず、溶解・鋳造により銅または銅合金のインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとする。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率(断面減少率)が95%以上となるまで抽伸を繰り返し、全体にひずみを付与した素管とする。次に、この所定寸法とした素管を、例えば、JIS H3300 C1020またはC1220のO材またはOL材の規格に相当する調質になるように焼鈍し、内部ひずみが開放された軟質材にした後、ダイスのみを用いて加工率が3〜35%になるように抽伸し、表面近傍に優先的にひずみを付与する。
銅管の材質を銅合金にした場合も、熱間押出温度、冷間圧延および抽伸による加工率、中間焼鈍温度、ダイスによる抽伸加工率等の製造条件を合金の組成に合わせて決めることができる。
前記製造方法により、本発明の機械的性質に制御することができる。
このようにして製造された銅管は、電子機器のCPU冷却用として使用されるヒートパイプに加工される。
なお、銅管の製造方法は、前記方法に限られるものではなく、適宜、必要に応じて変更してもよい。
まず、無酸素銅(JIS H 3300 C1020)を、溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率95%以上として、実施例1は、外径φ11.6mm、実施例2は、外径φ12.3mm、実施例3は、外径φ13.1mm、実施例4は、外径φ14.1mm、実施例5は、外径φ15.0mm、比較例1は、外径φ10.0mm、比較例2は、外径φ15.9mm、比較例3は、外径φ10.0mm、比較例4は、外径φ10.1mmになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて0.8mmとした。
このようにして作製した素管をそれぞれ、炉内雰囲気温度が630℃、加熱時間が15分の条件で焼鈍した後、外径φ10.0mm(比較例1、3)の供試材以外の素管を、外径φ10.0mm、肉厚0.8mmになるように、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を製作した。なお、比較例1は、従来の銅管(銅からなるもの)であるため、焼鈍は行わなかった。
機械的性質の測定には引張試験機を用い、JIS Z 2241に定められる金属材料引張試験方法により、引張強さ、0.2%耐力、伸びを求めた。
供試材に1000℃×60分の加熱を実施した後、供試材の外表面における管軸方向の結晶粒を観察し、平均結晶粒径を求めた。
1000℃×60分の加熱には、赤外線誘導加熱炉を用い、還元ガス雰囲気中で、実態温度が1000℃となるように昇温した。昇温までの時間は10分、保持を60分とし、冷却は除冷で行い、約60分を要した。
表面の結晶粒の観察は、30%程度に希釈した硝酸を用い、表面の結晶粒が観察できるように30秒程度浸漬させた。そして、表面の結晶粒が観察できる状態の供試材を半割りし、平面になるように押し潰した。次に、金属顕微鏡を用い、表面における結晶粒を観察し、JIS H 0501に定められる伸銅品結晶粒度試験方法により、切断法を用いて管軸方向における既知の長さ5箇所の結晶粒の平均値を求めることにより、平均結晶粒径を算出した。
肌荒れの評価は、1000℃×60分の加熱を実施した供試材に、ベンダーを用いてR40で90℃曲げを実施し、曲げ部の肌荒れの様子を目視で観察することにより行った。
比較例1(従来の銅管)の肌荒れの様子(肌荒れ状況が不良)を基準にし、明らかに肌荒れが改善されているものを肌荒れ状況が良好(○)、肌荒れに改善が認められないものを肌荒れ状況が不良(×)とした。
まず、リン脱酸銅(JIS H 3300 C1220)にSnを0.65質量%添加した銅合金、または、リン脱酸銅(JIS H 3300 C1220)にCoを0.05質量%添加した銅合金を溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率95%以上として、実施例6、7は、外径φ12.7mm、比較例5、6は、外径φ10.0mmになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて0.8mmとした。
このようにして作製した素管をそれぞれ、炉内雰囲気温度が680℃、加熱時間が25分の条件で焼鈍した後、外径φ10.0mm(比較例5、6)の供試材以外の素管を、外径φ10.0mm、肉厚0.8mmになるように、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を作製した。なお、比較例5、6は、従来の銅管(銅合金からなるもの)であるため、焼鈍は行わなかった。
なお、機械的性質の測定方法、平均結晶粒径の算出方法、供試材の肌荒れ状況の評価方法については、第1実施例と同様である。
まず、無酸素銅(JIS H 3300 C1020)を、溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率95%以上として、実施例8は、外径φ12.3mm、比較例7は、外径φ10.0mmになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて0.8mmとした。
ここで、この素管(実施例8、比較例7の両方)を得る際に、転造加工により内面に、底肉厚0.8mm、山高さ0.1mm、溝数40、管軸方向のねじれ角が20°である溝を形成した。
このようにして作製した素管(実施例8のみ)を、炉内雰囲気温度が630℃、加熱時間が15分の条件で焼鈍した後、外径φ10.0mm、肉厚0.8mmになるよう、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を作製した。なお、比較例7は、従来の銅管(銅からなるもの)であるため、焼鈍は行わなかった。
なお、機械的性質の測定方法、平均結晶粒径の算出方法、供試材の肌荒れ状況の評価方法については、第1実施例と同様である。
8 作動液
10、101 ヒートパイプ
11 凝縮部
12 蒸発部
100 冷却装置
102 小型ファン
103 放熱板(銅板)
104 CPU
105 アルミニウムフィン(アルミフィン)
Claims (3)
- ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管であって、
管軸方向の引張強さが240〜330N/mm2、0.2%耐力を引張強さで割った値である降伏比が0.30〜0.99、伸びが5〜40%であることを特徴とする銅または銅合金からなる銅管。 - 前記銅または銅合金からなる銅管において、1000℃×60分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が0.40mm未満であることを特徴とする請求項1に記載の銅または銅合金からなる銅管。
- 前記銅または銅合金からなる銅管の内面に、管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の銅または銅合金からなる銅管。
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