JP2010112656A - ヒートパイプと伝熱部材の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易かつ確実にヒートパイプを伝熱部材に良好に密着させて接合する。
【解決手段】ヒートパイプ１を伝熱部材２の溝３に接合する接合方法であって、溝３は伝熱部材２の平坦面２ａに形成されており、溝３の開口部４側には溝幅が狭い狭幅部３ａを有すると共に、狭幅部３ａよりも溝底部３ｃ側に狭幅部３ａよりも溝幅が広くなった広幅部３ｂを有し、溝３に挿入され狭幅部３ａより突出したヒートパイプ１を溝底部３ｃに向けて加圧し、ヒートパイプ１の溝幅方向の径を拡大変形させることにより、溝３の内面にヒートパイプ１の外周面を圧接し、且つヒートパイプ１で狭幅部３ａの開口を塞ぐようにして、ヒートパイプ１を溝３に接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートパイプと伝熱部材の接合方法に関し、更に詳しくは、ヒートパイプを伝熱部材の溝に圧接して接合するヒートパイプと伝熱部材の接合方法に関する。

従来、電子機器、電力機器における電気・電子部品や電子素子などの発熱部には、発生した熱の放熱性を高めるために、ヒートパイプが用いられている。ヒートパイプは、通常、前記発熱部に取り付けられたプレート（伝熱部材、あるいは受放熱部材）に、その一端部が挿入されて接合される。このようなヒートパイプとプレートとの接合方法としては、以下のような方法が知られている。

図１０（ａ）に示すように、プレート７２の表面に形成した半円形状またはＵ字形状の溝７３にヒートパイプ７１を挿入し、あるいは図１０（ｂ）に示すように、プレート７２に形成された穴７４にヒートパイプ７１を挿入し、溝７３や穴７４に伝熱性接着剤あるいはハンダを充填してヒートパイプ７１を接着固定する。
また、図１０（ｂ）に示すように、プレート７２に形成した穴７４にヒートパイプ７１を挿入し、加熱拡管法を利用して、ヒートパイプ７１を穴７４に密着させる。すなわち、ヒートパイプ７１を穴７４に挿入した後、プレート７２を加熱し、ヒートパイプ７１内に封入された作動液の蒸気圧によってヒートパイプ７１を膨張させ塑性変形させて、穴７４にヒートパイプ７１を圧接する。

また、特許文献１には、図１１に示すように、プレート８２の表面にＵ字形状の溝８３を形成し（図１１（ａ））、ヒートパイプ８１をＵ字形状の溝８３に挿入し（図１１（ｂ））、ヒートパイプ８１とプレート８２とを加熱し、当該加熱中あるいは加熱後にプレスしてヒートパイプ８１を圧接変形させ、ヒートパイプ８１とプレート８２とを密接合する（図１１（ｃ））という接合方法が提案されている。

また、特許文献２には、図１２に示すように、受放熱部材９２のＵ字形状の溝９３に沿って伸びる立上がり壁９５を形成し、Ｕ字形状の溝９３内にヒートパイプ９１を収容し（図１２（ａ））、Ｕ字形状の溝９３内に収容したヒートパイプ９１をプレス型９０でプレスして変形させることにより、ヒートパイプ９１を溝底部内面に密着させる一方（図１２（ｂ））、立上がり壁９５をプレスすることにより、立上がり壁９５を溝９３側に塑性変形させ（図１２（ｃ））、ヒートパイプ９１を包み込むようにして固定する固定方法が提案されている。

特開２００１−１３５９６６号公報 特開２００７−２１８４３９号公報

しかしながら、上記従来の方法には、次のような課題があった。

図１０のように、プレート７２の溝７３や穴７４に伝熱性接着剤あるいはハンダを充填してヒートパイプ７１を固定する方法では、伝熱性接着剤やハンダによる接着固定では、接着強度が弱く、ヒートパイプ７１の脱落を防止するために、押さえ板などを用いて補強する必要があった。また、ハンダ接合では、加熱処理の設備が必要になり、また、プレート７２がアルミニウムの場合には、プレート６２とハンダが金属結合せず、接合強度を確
保できない。

また、図１０（ｂ）に示すように、プレート７２の穴７４にヒートパイプ７１を挿入し、加熱拡管法を利用してヒートパイプ７１を穴７４に密着させる方法では、加熱処理設備が必要になると共に、ヒートパイプ７１に熱が加わるので、ヒートパイプ７１の変形や破裂のおそれがあった。

また、特許文献１の方法は、加熱拡管法とヒートパイプの圧接変形とを組み合わせた方法であって、加熱処理設備を必要とし、装置が大掛かりとなる。また、プレスによりヒートパイプ８１をＵ字形状の溝８３内に圧接変形させる方法なので、ヒートパイプ８１上部とプレート８２との間に隙間が生じやすく、機械的な衝撃などでヒートパイプ８１が脱落するおそれがある。このため、図１１（ｃ）に示すように、ヒートパイプ８１とプレート８２との隙間に接着剤８７を塗布している。

また、特許文献２の方法では、Ｕ字形状の溝９３に沿って伸びる立上がり壁９５をプレスすることにより、立上がり壁９５を溝９３側に塑性変形させ、ヒートパイプ９１を包み込むように固定するとしている。しかしながら、立上がり壁９５がヒートパイプ９１上部を包み込むように、望み通りに塑性変形するとは限らず、塑性変形した立上がり壁９５を含む溝９３の形状は一定せず、ヒートパイプ９１との間に隙間が生じたり、立上がり壁９５が異常な形状に塑性変形して、変形しやすい中空構造のヒートパイプ９１が損傷を受けたりするおそれがある。このように、特許文献２の方法は、ヒートパイプと受放熱部材とを隙間なく確実に密着させることに問題がある。また、受放熱部材に溝９３だけでなく、溝９３の両側部位にカシメ部となる立上がり壁９５を伝熱部材表面より立ち上げて形成する必要があった。

本発明は、上記課題を解決し、容易かつ確実に、ヒートパイプを伝熱部材に良好に密着させて接合することができるヒートパイプと伝熱部材の接合方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、ヒートパイプを伝熱部材の溝に接合する接合方法であって、前記溝は前記伝熱部材の平坦面に形成されており、前記溝の開口部側には溝幅が狭い狭幅部を有すると共に、前記狭幅部よりも溝底部側に前記狭幅部よりも溝幅が広くなった広幅部を有し、前記溝に挿入され前記狭幅部より突出した前記ヒートパイプを溝底部に向けて加圧し、前記ヒートパイプの溝幅方向の径を拡大変形させることにより、前記溝の内面に前記ヒートパイプの外周面を圧接し、且つ前記ヒートパイプで前記狭幅部の開口を塞ぐようにして、前記ヒートパイプを前記溝に接合したヒートパイプと伝熱部材の接合方法である。

本発明の第２の態様は、第１の態様のヒートパイプと伝熱部材の接合方法において、前記溝に挿入する前の前記ヒートパイプの溝幅方向の寸法を、予め、前記狭幅部の溝幅と同等か或いはより小さくなるように変形させたものである。

本発明の第３の態様は、第１の態様のヒートパイプと伝熱部材の接合方法において、前記溝に挿入する前の前記ヒートパイプの溝幅方向の寸法を、予め、前記狭幅部の溝幅と同等か或いはより小さくなるように変形させたものである。

本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれかのヒートパイプと伝熱部材の接合方法において、前記溝の横断面は、楕円の短径が前記溝の深さ方向となり、楕円の長径部分が前記溝の広幅部を形成する楕円形状としたものである。

本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかのヒートパイプと伝熱部材の接合方法おいて、前記伝熱部材が、放熱フィンを備えているものである。

本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様のいずれかのヒートパイプと伝熱部材の接合方法において、前記ヒートパイプと前記溝との隙間に、接触熱抵抗を減らす物質を設けたものである。

本発明の第７の態様は、ヒートパイプを伝熱部材の溝に接合する接合方法であって、前記溝は前記伝熱部材の平坦面に形成されており、前記溝の開口部側には溝幅が狭い狭幅部を有すると共に、前記狭幅部よりも溝底部側に前記狭幅部よりも溝幅が広くなった広幅部を有し、前記ヒートパイプをその両側から２つの前記伝熱部材の２つの前記溝にそれぞれ挿入して挟み込み、挟み込んだ前記ヒートパイプを２つの前記伝熱部材間で加圧し、前記ヒートパイプの溝幅方向の径を拡大変形させることにより、２つの前記溝の内面に前記ヒートパイプの外周面を圧接させて接合したヒートパイプと伝熱部材の接合方法である。

本発明によれば、容易かつ確実に、ヒートパイプを伝熱部材に良好に密着させて接合することができる。

以下に、本発明に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の実施形態を説明する。

〈第１の実施形態〉
第１の実施形態を図面を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の各工程を示す工程図である。

まず、図１（ａ）に、接合前のヒートパイプ１と伝熱部材２との断面構造を示す。
ヒートパイプ１は、金属等の熱伝導性が高い材料からなる円筒形状などのパイプ（密閉容器）内に作動液（例えば、水）を封入したもので、作動液の蒸発・凝縮サイクルを利用して熱を高速移動させるデバイスであり、通常、高低差がない場合でも利用できるように、パイプ内壁に毛細管構造（例えば、内面溝）を備えている。なお、ヒートパイプの毛細管構造は図示省略している。ヒートパイプ１の材料としては、銅、アルミニウム、或いはこれらの合金などが用いられる。

伝熱部材２は、ヒートパイプ１が挿入されて接合される溝３を有する。溝３は、プレート状の伝熱部材２の一方の平坦面２ａに形成されている。溝３の開口部４には溝幅が狭い狭幅部３ａを有し、この狭幅部３ａよりも溝底部３ｃ側に狭幅部３ａよりも溝幅が広くなった広幅部３ｂを有する。即ち、溝３の横断面は、開口部４側がすぼまった形状をしている。伝熱部材２の材料としては、アルミニウム、銅、或いはこれらの合金などが用いられる。溝３を有する伝熱部材２は、例えばエンドミル加工または押出加工などにより形成することができる。

伝熱部材２は、パソコンのＭＰＵ、モバイル機器、パワーモジュールなど各種電子・電気機器の発熱素子や発熱部に設けられる。伝熱部材２にヒートパイプ１が接合されてヒートパイプ式ヒートシンクを構成する。通常、ヒートパイプ１の一端部は、受熱部として伝熱部材２に接合され、ヒートパイプ１の他端部は、放熱部としてフィン構造などを有する放熱構造体に取り付けられる。すなわち、通常、ヒートパイプ１の管軸方向（長手方向）の一部が、伝熱部材２の溝３内に挿入される。しかし、ヒートパイプ１の管軸方向の一部ではなく、ヒートパイプ１の管軸方向の全長が溝３内に挿入されても勿論よい。

本実施形態においては、溝３の横断面は、楕円の短径が溝３の深さ方向となり、楕円の長径部分が溝３の広幅部３ｂを形成するような楕円形状となっている。狭幅部３ａの溝幅はＸａ、広幅部３ｂは狭幅部３ａと溝底部３ｃとの間で最も溝幅が広い部分であって、広幅部１０ｂの溝幅はＸｂ（＞Ｘａ）、また、溝３の深さはＹｂである。また、本実施形態における接合前のヒートパイプ１の外径寸法は、溝３の溝幅と平行な方向の外径がＸ、溝幅に直交する溝３の深さ方向の外径がＹである。なお、図１（ａ）に例示するような円形断面のヒートパイプの場合は、Ｘ＝Ｙとなる。
ここで、ヒートパイプ１の溝幅方向の外径Ｘは、狭幅部３ａの溝幅Ｘａと同等か若しくは小さい。また、広幅部３ｂの溝幅Ｘｂは、ヒートパイプ１の溝幅方向の外径Ｘより大きい。更に、ヒートパイプ１の溝深さ方向の外径Ｙは、溝３の深さＹｂよりも大きい。

次に、図１（ｂ）には、ヒートパイプ１を伝熱部材２の溝３に挿入した状態を示す。
ヒートパイプ１の溝幅方向の外径Ｘが、狭幅部３ａの溝幅Ｘａと同等か若しくは小さいので、溝３の開口部４の上方側から溝３にヒートパイプ１を容易に挿入することができる。このため、溝３及びこれに対応したヒートパイプ１が直線状ではなく、Ｌ字状などに折れ曲がった形状や湾曲した形状などのときにも、ヒートパイプ１を溝３に簡単に挿入できることになる。また、溝３が伝熱部材２の平坦面２ａ内に収まる場合、即ち、図１３に示すように、溝３を形成した平坦面２ａと直交等する面（端面など）２ｄに、溝３の両端が貫通（露出）しない場合にも、溝３上方の開口部４側から溝３にヒートパイプの全長又は全長の一部を容易に挿入できる。
また、ヒートパイプ１の溝深さ方向の外径Ｙが、溝３の深さＹｂよりも大きいので、溝３に挿入されたヒートパイプ１の上部は、溝３内に収まらずに、伝熱部材２の平坦面２ａより突出した状態となる。

この伝熱部材２の平坦面２ａよりも突出したヒートパイプ１の部分に対して、プレス機械の金型５０が上方から押し下げられ、伝熱部材２の平坦面２ａに平行である金型５０の平坦な下面が、ヒートパイプ１を溝底部３ｃ側へと加圧されて、ヒートパイプ１をプレスする。
このプレスにより、ヒートパイプ１はその溝幅方向の径が拡大して横長の偏平な形状に変形していく。伝熱部材２の溝３部を構成する構造部分に比べ、ヒートパイプ１は中空構造であって変形しやすいので、溝幅方向に径を拡大変形するヒートパイプ１の外周面は溝３の内面（内壁面）に突き当たり、溝３の内面に沿って内面形状に合わせて変形し、ヒートパイプ１の外周面は溝３の内面に強く圧接される。溝３部を構成する構造部分は金型５０のプレスによってほとんど変形を受けることはなく、いわば、金型５０が上金型、溝３を有する伝熱部材２が下金型となって、ヒートパイプ１をプレス加工することになる。
このように、ヒートパイプ１が溝３の内面形状に合わせて変形し、ヒートパイプ１の外周面が溝３の内面に強く圧接されるため、ヒートパイプ１の外周面と溝３の内面とは隙間なく密着され、またヒートパイプ１は十分な強度で伝熱部材２に接合される。ヒートパイプ１と伝熱部材２との密着性がよいので、接触熱抵抗を低減でき、放熱性能を向上できる。

プレス機械の金型５０は、基本的に、伝熱部材２の平坦面２ａに当接するまで加圧される。これによって、図１（ｃ）に示すように、ヒートパイプ１が加圧されて伝熱部材２に圧接接合された状態では、前記ヒートパイプ１の上面１ａは、平坦面２ａとほぼ同一の平坦な面となる。また、溝３の狭幅部３ａの開口はヒートパイプ１で塞がれ、溝底部３ｃ側が狭幅部３ａより広くなった広幅部３ｂを有する楕円形状の溝３の内部は、ヒートパイプ１によって隙間なく埋められた状態となる。
このように、溝３上部の狭まった狭幅部３ａの開口がヒートパイプ１で塞がれ、狭幅部３ａの両側部分の伝熱部材２がヒートパイプ１上部を囲むように張り出した構造となって
いるため、ヒートパイプ１の抜け止め防止の効果が大きい。また、ヒートパイプ１の外周面形状は、溝３の内面形状に合わせた偏平な形状となるため、ヒートパイプ１が溝３内で周方向に回転するのは困難であり、ヒートパイプ１の周方向の接合強度が高い。

上述したとおり、本実施形態によれば、ヒートパイプ１の加圧のみの簡単な操作で、ヒートパイプ１を伝熱部材２の溝３に容易に接合できる。しかも従来技術のような接着材や加熱拡管用の加熱処理設備を必要としない。また、ヒートパイプ上部を固定するために、従来技術のように伝熱部材（プレート、受放熱部材）の溝の両側に凸部（カシメ部、立上がり壁）を形成する必要もなく、伝熱部材２の平坦面２ａよりも突出したヒートパイプ１の部分を加圧することにより、ヒートパイプ１を伝熱部材２の溝３に十分な接合強度を持たせて確実に接合することができる。

次に、本実施形態のより具体的な実施形態を述べる。
ヒートパイプ１の外周長をＬ１とし、溝３の内面の周長と溝３の開口部４（狭幅部１０ａ）の幅Ｘａとの和をＬ２とした場合、Ｌ１とＬ２をほぼ同じ長さにするか、若しくはＬ１をＬ２よりも少し長く（大きく）するのが適切である。
これは、Ｌ２がＬ１よりも長くなりすぎると、溝３に圧接されたヒートパイプ１が緩むおそれがあり、一方、Ｌ１がＬ２よりも長くなりすぎると、圧接時にヒートパイプ１の上面１ａの部分が凹んでしまうおそれがあるからである。

上記Ｌ１とＬ２との適切な関係を、溝の断面が楕円形であり、ヒートパイプの断面が円形である場合に適用した一例を表１に示す。表１には、溝の楕円の長軸直径Ｘｂ、短軸直径Ｙｂ、及びヒートパイプ１の外径Ｘ（＝Ｙ）の寸法（単位はｍｍ）を示す。

円形のヒートパイプの外径Ｘ（＝Ｙ）と、楕円形の溝の長軸直径Ｘｂ、短軸直径Ｙｂとの関係は、Ｘ＜Ｘｂ、Ｘ＞Ｙｂとなり、かつ、Ｘ＞（Ｘｂ＋Ｙｂ）／２となるように、数値を設定するのが好ましい。

さらに、接合前のヒートパイプの断面積（＝π（Ｘ／２）^２）と、接合後の前記ヒートパイプの断面積（＝π（Ｘｂ／２）・（Ｙｂ／２））との変化が少なくなるように設計するのが好ましい。これによって、圧接時にヒートパイプが偏平に潰れることによる、ヒートパイプの最大熱輸送量の減少を抑えることができる。

〈第２の実施形態〉
次に、第２の実施形態について説明する。図２および図３に、第２の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の工程図を示す。
第２の実施形態では、溝に挿入する前のヒートパイプの溝幅方向の寸法を、予め、溝の狭幅部の溝幅より小さくなるように変形させている。

図２（ａ）は、伝熱部材の溝に挿入する前のヒートパイプを変形加工する工程を示す。図２（ａ）の矢印の左側には、変形加工する前の円形断面のヒートパイプ１０を、また矢印の右側には、変形加工した後の、溝深さ方向に細長の偏平な楕円形状となったヒートパイプ１１を示す。変形加工は円形断面のヒートパイプ１０を溝幅方向にプレス加工などすればよい。円形断面のヒートパイプ１０の外径はＸ０（＝Ｙ０）であり、偏平な楕円形状のヒートパイプ１１の溝幅方向の外径はＸ、溝深さ方向の外径はＹである。変形加工により、Ｘ０＞Ｘ、Ｙ＞Ｙ０となる。

図２（ｂ）には、偏平に変形加工されたヒートパイプ１１と、伝熱部材２の溝３との関係を示す。伝熱部材２の溝３の断面は、上記図１に示す溝３と同様な楕円形状である。偏平に変形加工されたヒートパイプ１１の溝幅方向の外径Ｘは、溝３の狭幅部３ａの溝幅Ｘａより小さく（Ｘａ＞Ｘ）、また、ヒートパイプ１１の溝深さ方向の外径Ｙは、溝３の深さＹｂよりも大きい（Ｙ＞Ｙｂ）。

次に、図３（ｃ）に示すように、偏平なヒートパイプ１１を伝熱部材２の溝３に挿入する。この際、外径Ｘであるヒートパイプ１１の溝幅方向を水平に維持しながら、狭幅部３ａを通過させて挿入する。挿入後は、第１の実施形態と同様に、伝熱部材２の平坦面２ａよりも突出したヒートパイプ１１の部分を、プレス機械の金型５０を用いて、ヒートパイプ１を溝底部３ｃ側へとプレスする。プレスされたヒートパイプ１１はその溝幅方向の径が拡大変形し、更に溝３の内面形状に合わせて変形し、ヒートパイプ１１の外周面が溝３の内面に強く圧接される。
こうして、図３（ｄ）に示すように、ヒートパイプ１１の上面１１ａは、平坦面２ａとほぼ同一の平坦な面となると共に、溝３の狭幅部３ａはヒートパイプ１で塞がれ、溝３の内部は、ヒートパイプ１１によって隙間なく埋められた状態となる。

第２の実施形態によれば、溝３の狭幅部３ａの溝幅を大きく取れないときなどに有効である。このようなときにも、上記したようにヒートパイプの外径Ｘを、予め溝３の狭幅部３の溝幅よりも狭くなるように偏平にすることで、偏平なヒートパイプ１１を、溝３の上方から挿入して接合することができる。

〈第３の実施形態〉
次に、第３の実施形態について説明する。図４に、第３の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の工程図を示す。
第３の実施形態は、１つのヒートパイプを２つの伝熱部材で挟み込むように接合する接合方法である。

図４（ａ）は、ヒートパイプ２０をその両側から伝熱部材２、２の溝３、３にそれぞれ挿入して挟み込みだ状態を示す断面図である。また、図４（ｂ）は、ヒートパイプ２０を伝熱部材２、２間で圧接して、溝３、３にヒートパイプ２０を接合した状態の断面図である。
伝熱部材２は、上記第１及び第２の実施形態と同様に、プレート形状であってその平坦面２ａには溝３が形成され、溝３の開口部には溝幅が狭い狭幅部３ａを有すると共に、溝底部３ｃ側に狭幅部３ａよりも溝幅が広くなった広幅部３ｂを有する楕円形状となっている。また、接合前のヒートパイプ２０は、上記第２の実施形態と同様に、溝３の深さ方向に細長の偏平な形状であり、ヒートパイプ２０の溝幅方向の外径は、溝３の狭幅部３ａの溝幅とほぼ同じか、やや小さくなっている。

まず、図４（ａ）に示すように、伝熱部材２、２の溝３、３同士が対向するように配置し、対向する溝３、３にヒートパイプ２０を挿入し、溝３、３間にヒートパイプ２０を挟み込む。そして、伝熱部材２、２の溝３、３が形成された平坦面２ａ、２ａを密着させる
方向に加圧する。この加圧は、伝熱部材２に溝３が形成されていない、もう一方の平坦面２ｂ側から、伝熱部材２、２の平坦面２ｂ、２ｂ相互間を近づけるようにプレス機などで加圧すればよい。これによって、図４（ｂ）に示すように、ヒートパイプ２０は、対向するそれぞれの溝３，３の内面形状に倣って変形し、溝３、３の内面に圧接接合される。
本実施形態によれば、１本のヒートパイプ２０を介して２枚の伝熱部材２、２を容易に接合することができ、しかも２枚の伝熱部材２、２と１本のヒートパイプ２０とを密着性がよく接合でき接触熱抵抗も小さくできる。

図６は、本実施形態を適用したヒートパイプ式ヒートシンクの一例を示すもので、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の側面図である。
図６のヒートパイプ式ヒートシンクでは、２枚の伝熱部材２、２には、それぞれ２本の溝が平行に形成されており、伝熱部材２、２の対向する各溝にヒートパイプ２０の一端部側を挟み込んで圧接接合したものである。すなわち、２本のヒートパイプ２０をそれらの両側から２枚の伝熱部材２で挟み込んで接合したヒートパイプ式ヒートシンクである。ヒートパイプ２０の他端部側には複数枚の放熱フィン１８が取り付けられている。
このヒートパイプ式ヒートシンクでは、ヒートパイプ２０を２枚の伝熱部材２、２で挟み込んでおり、図６（ｂ）に示すように、伝熱部材２の外側の面は溝が形成されていない平坦面２ｂである。このため、接合された伝熱部材２、２の２つの平坦面２ｂ、２ｂに発熱素子などの発熱体２５をそれぞれ設置することができる。すなわち、接合された伝熱部材２、２の両側に発熱体２５を両面配置することが可能となる。これに対し、第１の実施形態のように、伝熱部材２の一方の平坦面２ａに形成された溝３にヒートパイプ１を圧接接合した場合、平坦面２ａの溝３開口から露出するヒートパイプ１の上面１ａには、多少の凹凸ができるときがあるので、発熱体を溝３が形成された平坦面２ａに設置するのは難しく、溝３が形成されていない平坦面２ｂ側に発熱体を設置することとなり、発熱体の片面設置となる。
図６に示すヒートパイプ式ヒートシンクの放熱の過程は、まず、発熱部２５の熱が伝熱部材２を伝わり、続いて伝熱部材２に一端部側が挿入されたヒートパイプ２０によってその他端部側へと熱が移動し、ヒートパイプ２０の他端部側に設けられた放熱フィン８から外部に放熱される。

〈第４の実施形態〉
次に、第４の実施形態について説明する。図５は、第４の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の工程図を示す。
第４の実施形態は、ヒートパイプを溝の長手方向から挿入して接合する方法である。

図５（ａ）は、ヒートパイプ１を溝３０の長手方向から挿入する挿入工程を説明するための斜視図である。図５（ａ）に示すように、伝熱部材２の平坦面２ａには溝３０が形成されており、伝熱部材２の端面２ｃに溝３０が開口した開口部から、図中矢印で示すように、溝３０の長手方向に沿ってヒートパイプ１をその軸方向に移動して、ヒートパイプ１を溝３０内に挿入する。ヒートパイプ１の溝幅方向の外径Ｘは、溝３０の狭幅部（開口部）３０ａの溝幅Ｘａよりも大きくなっている。
上記第１の実施形態などでは、ヒートパイプを溝に沿って配置して溝底部側へとヒートパイプを移動して挿入している。このため、ヒートパイプの溝幅方向の外径Ｘは、溝の狭幅部の溝幅Ｘａと同等か若しくは小さくする必要がある。これに対して、本実施形態では、ヒートパイプ１を溝３０の長手方向に沿って挿入しているので、ヒートパイプ１の溝幅方向の外径Ｘを狭幅部３０ａの溝幅Ｘａよりも大きくてもよい。ただし、ヒートパイプ１を溝３０の長手方向に沿って挿入するには、溝３０が直線状に配設されているか、一定の曲率で配設されていたりしなければならない。

図５（ｂ）は、溝３０にヒートパイプ１が挿入された状態を示す断面図である。ヒート
パイプ１の溝幅方向の外径Ｘが狭幅部３０ａの溝幅Ｘａよりも大きく、溝３０内に挿入されたヒートパイプ１は、溝３０内面との間にあまり隙間のない状態で挿入される。挿入後は、第１の実施形態と同様に、伝熱部材２の平坦面２ａから突出したヒートパイプ１の部分を、プレス機械の金型などを用いて、ヒートパイプ１を溝底部３０ｃ側へとプレスして、溝３０の内面形状に合わせてヒートパイプ１を変形させ、ヒートパイプ１の外周面を溝３０の内面に圧接接合させる。
本実施形態では、ヒートパイプ１の外周面と溝３０内面との間にあまり隙間のない状態で挿入して圧接接合できるため、ヒートパイプ１の圧接による変形量を少なくすることが可能である。

〈他の実施形態〉
図７は、他の実施形態の１つを例示したものである。図７に示すように、ヒートパイプ１と接合する伝熱部材２は、プレート状ないしブロック状であって、伝熱部材２の一面には放熱フィン（フィン構造）８を備えている。放熱フィン８及び溝を有する伝熱部材２は、例えばアルミニウムの押出しによって作製することができる。伝熱部材２は放熱フィン８を有するので、伝熱部材２での放熱性を高めることができる。なお、放熱フィン８の形状や配置は、図７に示すものに限定されるものではなく、伝熱部材２の設置スペースや放熱効率などを考慮して適切に設定した形状・配置に変更できる。

上記の実施形態において、ヒートパイプと伝熱部材とを接合するに際し、前記ヒートパイプと前記伝熱部材の溝との隙間に、接触熱抵抗を低減させる物質、例えば、ハンダ（Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕから成るハンダなど）やシリコングリースなどの伝熱グリースを介在させて圧接してもよい。これによって、接触熱抵抗を低減させ、放熱効果を高める効果が得られる。

上記の実施形態において、溝に挿入する前の前記ヒートパイプの外周の一部または全部に、Ｓｎ、Ｎｉなどのメッキを施しておいてもよい。Ｓｎメッキ、Ｎｉメッキなどを施すことにより、耐食性が向上する。更に、Ｓｎメッキの場合、ハンダとの密着性も良くなる。

図８は、他の実施形態の１つを例示したものである。この実施形態においては、図８に示すように、開口部となる狭幅部３ａを形成する溝３の壁面に、面取り加工を施している。これによって、ヒートパイプを溝３の上方から狭幅部３ａを通して挿入するときなどに、ヒートパイプの外周面を傷つけることがない。

図９は、他の実施形態の１つを例示したものである。上述した実施形態においては、溝幅が狭い狭幅部が溝の開口部を形成していたが、この実施形態では、溝の開口部よりも溝底部側に狭幅部を形成している。
すなわち、この実施形態では、 図９に示すように、溝４０の開口部４１よりも溝底部
４０ｃ側に狭幅部４０ａが形成され、狭幅部４０ａよりも更に溝底部４０ｃ側に溝幅が狭幅部４０ａよりも広い広幅部４０ｂが形成されている。開口部４１の幅は、狭幅部４０ａはもとより、広幅部４０ｂの溝幅よりも大きくなっている。このように、開口部４１の幅が大きくても、溝４０に挿入されたヒートパイプの大部分が、狭幅部４０ａよりも溝底部４０ｃ側の、広幅部４０ｂを有する溝４０内面に隙間なく圧接されて充填接合されることにより、十分にヒートパイプの脱落防止などの効果が得られる。
また、溝の横断面は、上述した実施形態のような楕円形状や円形状に限定されるものではなく、狭幅部よりも溝底部側に前記狭幅部よりも溝幅が広くなった広幅部を有る形状であればよい。また、挿入前のヒートパイプの断面が、円形や楕円形でなく、例えば矩形状などの場合にあっては、溝の形状を、挿入前のヒートパイプの断面形状に近い形状とすればよい。

本発明の第１の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の工程を示す工程図である。 本発明の第２の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の工程を示す工程図である。 本発明の第２の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の工程を示す工程図である。 本発明の第３の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の工程を示す工程図である。 本発明の第４の実施形態に係るヒートパイプと伝熱部材の接合方法の工程を示す工程図である。 本発明の第４の実施形態を適用したヒートパイプ式ヒートシンクの一例を示すもので、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の側面図である。 放熱フィンを備えた伝熱部材の他の実施形態を示す断面図である。 溝開口部を面取り加工した伝熱部材の他の実施形態を示す断面図である。 伝熱部材の溝形状の他の実施形態を示す断面図である。 従来のヒートパイプと伝熱部材との接合例を示す断面図である。 従来のヒートパイプと伝熱部材との接合工程を示す工程図である。 従来のヒートパイプと伝熱部材との接合工程を示す工程図である。 本発明の一実施形態で用いた伝熱部材の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１、１０，１１、２０ ヒートパイプ
２ 伝熱部材
２ａ、２ｂ 平坦面
３、３０、４０ 溝
３ａ 狭幅部
３ｂ 広幅部
３ｃ 溝底部
４、４１ 開口部
８、１８ 放熱フィン
２５ 発熱体
５０ 金型

Claims (7)

1. ヒートパイプを伝熱部材の溝に接合する接合方法であって、
   前記溝は前記伝熱部材の平坦面に形成されており、前記溝の開口部側には溝幅が狭い狭幅部を有すると共に、前記狭幅部よりも溝底部側に前記狭幅部よりも溝幅が広くなった広幅部を有し、
   前記溝に挿入され前記狭幅部より突出した前記ヒートパイプを溝底部に向けて加圧し、前記ヒートパイプの溝幅方向の径を拡大変形させることにより、前記溝の内面に前記ヒートパイプの外周面を圧接し、且つ前記ヒートパイプで前記狭幅部の開口を塞ぐようにして、前記ヒートパイプを前記溝に接合したことを特徴とするヒートパイプと伝熱部材の接合方法。
2. 前記溝に挿入する前の前記ヒートパイプの溝幅方向の寸法は、前記狭幅部の溝幅と同等か或いはより小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプと伝熱部材の接合方法。
3. 前記溝に挿入する前の前記ヒートパイプの溝幅方向の寸法を、予め、前記狭幅部の溝幅と同等か或いはより小さくなるように変形させたことを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプと伝熱部材の接合方法。
4. 前記溝の横断面は、楕円の短径が前記溝の深さ方向となり、楕円の長径部分が前記溝の広幅部を形成する楕円形状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヒートパイプと伝熱部材の接合方法。
5. 前記伝熱部材が、放熱フィンを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヒートパイプと伝熱部材の接合方法。
6. 前記ヒートパイプと前記溝との隙間に、接触熱抵抗を減らす物質を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒートパイプと伝熱部材の接合方法。
7. ヒートパイプを伝熱部材の溝に接合する接合方法であって、
   前記溝は前記伝熱部材の平坦面に形成されており、前記溝の開口部側には溝幅が狭い狭幅部を有すると共に、前記狭幅部よりも溝底部側に前記狭幅部よりも溝幅が広くなった広幅部を有し、
   前記ヒートパイプをその両側から２つの前記伝熱部材の２つの前記溝にそれぞれ挿入して挟み込み、挟み込んだ前記ヒートパイプを２つの前記伝熱部材間で加圧し、前記ヒートパイプの溝幅方向の径を拡大変形させることにより、２つの前記溝の内面に前記ヒートパイプの外周面を圧接させて接合したことを特徴とするヒートパイプと伝熱部材の接合方法。

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