JP2011043320A - 扁平型ヒートパイプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気流路が閉塞されることなく、優れた毛細管力を備えた扁平型ヒートパイプを提供する。
【解決手段】扁平かつ管形状の密閉されたコンテナと、当該コンテナ内の横断面において、曲部と平坦部を有する少なくとも１つのウイック構造体と、コンテナ内に封入された作動液とを有し、ウイック構造体の曲部がコンテナの内壁に接触、または所定距離以下フ間隔をおいて近接して配置されて、曲部および内壁の間で毛管力を発生させることを特徴とする扁平型ヒートパイプ。
【選択図】図２

Description

この発明は、パソコン、電子機器等に収納されているＣＰＵ等の被冷却体、例えば発熱素子、伝熱体等を冷却するヒートパイプ、特に大きな熱輸送量を有する扁平型ヒートパイプに関する。

近年、パソコン等の電気機器の小型化、高性能化が著しく、それに搭載されるＭＰＵ等の発熱部品を冷却するための冷却機構の小型化、省スペース化が強く望まれている。ＭＰＵは、集積度が極めて高くなり、高速で演算、制御等の処理を行うので、多量の熱を放出する。高速で高出力な高集積の部品であるチップ等を冷却するために、各種の冷却システムが提案されてきた。その代表的な冷却システムの１つとして、ヒートパイプがある。

ヒートパイプは、その見掛け上の熱伝導率が銅やアルミニウム等の金属に対して数倍から数十倍程度に優れていることから、冷却用素子として各種熱関連機器に採用されている。

ヒートパイプには、その形状において、丸パイプ形状のヒートパイプ、平面形状のヒートパイプがある。ＣＰＵ等の電子機器の被冷却部品の冷却用としては、被冷却部品への取り付けが容易であること、広い接触面が得られることから、平面型ヒートパイプが好んで用いられる。冷却機構の小型化、省スペース化に伴って、ヒートパイプを用いた冷却機構の場合、そのヒートパイプの薄型化も要求されている。

更に、ヒートパイプは、被冷却部品の取り付け位置において、被冷却部品が上部に位置するトップヒートモードと被冷却部品が下部に位置するボトムヒートモードに区分される。ボトムヒートモードの場合、重力により作動液が還流するが、トップヒートモードの場合、重力に逆らって作動液を還流させなければならず、通常はウイックによる毛細管現象を利用する。

ヒートパイプの内部には作動液の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動液が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。密封された空洞部を備え、その空洞部に収容された作動液の相変態と移動により熱の移動が行われるヒートパイプの作動の詳細は次の通りである。

ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成するコンテナの材質中を熱伝導して伝わってきた熱を潜熱として吸収して、作動液が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。ヒートパイプの放熱側においては、作動液の蒸気は凝縮して潜熱を放出するとともに、再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動液は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動液の相変態や移動によって熱の移動が行われる。ボトムヒートモードのヒートパイプにおいては、相変態によって液相状態になった作動液は、重力によって、吸熱側に移動（還流）する。

従来の薄型ヒートパイプ加工技術では、グルーブ管、ベア管とメッシュ、ベア管と編組線、ベア管と焼結金属、ベア管とＦｉｎｅ Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｃｋｓ等の組み合わせでヒートパイプ加工が実施された後に追加工として、扁平加工（例えば、φ３〜φ６のヒートパイプであれば厚さ２．０ｍｍから４．０ｍｍ程度）を行ってきた。

特開２００４−１９８０９６号公報

上述したように、ヒートパイプ加工後に扁平加工された従来のヒートパイプ（２．０ｍｍ〜４．０ｍｍ）では、近年のＣＰＵ等の高発熱化に耐え切れなくなっている。これは、内部ウイックの毛細管現象の不足、扁平加工による蒸気流路の閉塞に起因する。

グルーブ管を扁平加工すると、ヒートパイプ内の流路面積が減少する為、最大熱輸送量も低下する。蒸気流路の閉塞に関しては、２種類有り、１つは、全体的に扁平されることによる流路面積の減少、もう１つは、扁平する量が多くなる（ヒートパイプが薄くなる）と、扁平されたヒートパイプの中央部が凹んでしまい蒸気流路を閉塞させてしまう現象である。

更に、このように中央部が凹んでいるヒートパイプでは、ＣＰＵや放熱部への接合部の接着度が悪くなってしまい熱抵抗が大きくなって冷却効果が劣る結果になってしまう。

従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、蒸気流路が閉塞されることなく、優れた毛細管力を備えた扁平型ヒートパイプを提供することにある。

本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、先ず、管形状のコンテナの中に、長軸に沿って所定形状の切り欠き部を備えた芯棒を挿入し、切り欠き部とコンテナの内壁によって形成された空間部に金属粉末を充填し、加熱して焼結金属を形成する。この際、所定形状の切り欠き部は、それに引き続く扁平加工によって、焼結金属同士または焼結金属とコンテナ内壁との間で毛管力を発生させる還流部が形成される形状にする。

その後、芯棒を引き抜き、焼結金属がコンテナの平坦部分の概ね中央部に位置するようにして扁平加工を施すと、焼結金属同士または焼結金属とコンテナ内壁との間で毛管力を発生させる還流部が形成され、且つ、コンテナの両脇部に空隙が設けられるので、蒸気流路が閉塞されることなく、優れた毛細管力を備えた扁平型ヒートパイプが得られることが判明した。

この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の扁平型ヒートパイプの第１の態様は、扁平かつ管形状の密閉されたコンテナと、当該コンテナ内の横断面において、曲部と平坦部を有する少なくとも１つのウイック構造体と、前記コンテナ内に封入された作動液とを有し、前記ウイック構造体の前記曲部が前記コンテナの内壁に接触、または所定距離以下の間隔をおいて近接して配置されて、前記曲部および前記内壁の間で毛管力を発生させる還流部が形成されることを特徴とする扁平型ヒートパイプある。

この発明の扁平型ヒートパイプの第２の態様は、扁平かつ管形状の密閉されたコンテナと、当該コンテナ内の横断面において、曲部と平坦部を有する複数のウイック構造体と、
前記コンテナ内に封入された作動液とを有し、隣接する前記複数のウイック構造体の前記曲部が接触、または所定距離以下の間隔をおいて近接して配列されて、前記曲部同士の間で毛管力を発生させる還流部が形成されることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。

この発明の扁平型ヒートパイプの第３の態様は、前記ウィック構造体の前記曲部頂点と前記コンテナの前記内壁の間の距離、または、前記複数のウィック構造体の前記曲部頂点の間の距離が、０ｍｍから１．０ｍｍ以下であることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。

この発明の扁平型ヒートパイプの第４の態様は、前記複数のウイック構造体が、前記コンテナの対向する内壁にそれぞれ配置されていることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。

この発明の扁平型ヒートパイプの第５の態様は、前記ウイック構造体が、焼結金属からなっていることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。

この発明の扁平型ヒートパイプの第６の態様は、前記コンテナの前記内壁に長手方向に形成される凹凸部を有し、前記コンテナ自体が毛細管力を有していることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。

この発明の扁平型ヒートパイプの第７の態様は、前記コンテナの内部の空間断面積に対して、前記ウィック構造体が４０〜５０％占有していることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。

この発明の扁平型ヒートパイプの製造方法の第１の態様は、一方の端部を封止した、または、一方の端部を縮径した管状成形物に平らな切り欠き部を有する断面略円形の芯棒を挿入し、前記切り欠き部と前記管状成形物の内壁によって形成される空間部に金属粉末を充填し、前記芯棒が挿入された状態で前記管状成形物を加熱して、前記管状成形物の内壁に前記金属粉末を焼結させて焼結金属を形成し、前記管状成形物から前記芯棒を引き抜き、前記焼結金属が、前記内壁との間に接触、または所定の距離以下の間隔で近接するように前記管状成形物を押圧変形させて扁平型コンテナを形成することを特徴とする扁平型ヒートパイプの製造方法である。

この発明の扁平型ヒートパイプの製造方法の第２の態様は、一方の端部を封止した、または、一方の端部を縮径した管状成形物に複数の平らな切り欠き部を有する断面略円形の芯棒を挿入し、前記切り欠き部と前記管状成形物の内壁によって形成される空間部に金属粉末を充填し、前記芯棒が挿入された状態で前記管状成形物を加熱して、前記管状成形物の内壁に前記金属粉末を焼結させて複数の焼結金属を形成し、前記管状成形物から前記芯棒を引き抜き、前記複数の焼結金属同士が接触、または所定の距離以下の間隔で近接するように前記管状成形物を押圧変形させて扁平型コンテナを形成することを特徴とする扁平型ヒートパイプの製造方法である。

この発明の１つの態様によると、熱源と接する扁平加工されたコンテナの内壁の平坦部分に焼結金属で形成されたウイックが熱的に接触しているため、熱密度が小さくなり、効率的な熱移動ができる。更に、焼結金属同士または焼結金属とコンテナ内壁との間で還流部が形成される。還流部は、焼結金属の曲部同士、または焼結金属の曲部とコンテナ内壁とによって形成されるため、その接触部分（または、近接部分）では特に毛細管力が強く働き、コンテナの長手方向に沿って放熱部から吸熱部に作動液が毛細管力によって迅速に移動し、熱輸送が強化される。同時に、熱源と接しないコンテナ両脇の湾曲分は空洞部となり、蒸気流路が十分に確保できる。従って、蒸気流路が閉塞されることなく、優れた毛細管力を備えた扁平型ヒートパイプを提供することができる。

図１はこの発明の扁平型ヒートパイプの１つの態様を説明する断面図である。 図２は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。 図３は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。 図４（ａ）は、上下焼結間隔と最大熱輸送量との関係を示すグラフである。図４（ｂ）は、上下焼結間隔を変化させたときの最大熱輸送量を示す表である。図４（ｃ）は、上下焼結間隔を説明する図である。 図５（ａ）は、コンテナ内部空間断面積におけるウイック構造体の占有比率が熱輸送特性に及ぼす影響を説明するグラフである。図５（ｂ）は、ウイック占有率を変化させたときの最大熱輸送量を示す表である。 図６は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。 図７（ａ）は、切り欠き部を備えた芯棒を示す斜視図である。図７（ｂ）は、管形状のコンテナの中に芯棒を挿入した状態を示す断面図である。 図８は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。 図９は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。 図１０は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。 図１１は、この発明の他の態様の扁平型ヒートパイプの縦断面図である。 図１２は、この発明の他の態様の扁平型ヒートパイプの縦断面図である。 図１３は、この発明の他の態様の扁平型ヒートパイプの縦断面図である。 図１４は、この発明の他の態様の扁平型ヒートパイプの縦断面図である。

本発明の扁平型ヒートパイプについて図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の扁平型ヒートパイプの１つの態様は、扁平かつ管形状の密閉されたコンテナと、当該コンテナ内の横断面において、曲部と平坦部を有する少なくとも１つのウイック構造体と、前記コンテナ内に封入された作動液とを有し、前記ウイック構造体の前記曲部が前記コンテナの内壁に接触、または所定距離以下の間隔をおいて近接して配置されて、前記曲部および前記内壁の間で毛管力を発生させる還流部が形成されることを特徴とする扁平型ヒートパイプである。
本発明の扁平型ヒートパイプは、ウィック構造体の外表面と内壁の間、またはウィック構造体同士の間で鋭角の部分が形成されて毛細管力を発生させる構造を備えているので、既存の扁平型ヒートパイプよりもウィック構造体の薄型化による毛細管力の減少を抑制することが可能となり、本体の薄型化と高い熱輸送特性を併せ持つ扁平型ヒートパイプが得られる。

図１はこの発明の扁平型ヒートパイプの１つの態様を説明する断面図である。図１に示すように、扁平型ヒートパイプ１は、管形状のコンテナを扁平加工して形成された密閉されたコンテナ２と、コンテナ２内に長手方向に配置され、曲部１７と平坦部１５を有する焼結金属からなるウイック構造体３と、ウイック構造体３の外周面とコンテナ２の内壁面５によって形成される空洞部６と、コンテナ２内に封入された図示しない作動液とを備えている。ウイック構造体３の頂部４とコンテナ２の内壁面５は、接触または所定距離以下の間隔をおいて近接して配置されている。図１に示す態様では、ウイック構造体３の曲部１７の頂部４とコンテナ２の内壁面５は、接触して配置され、毛管力を発生させる還流部４−１、４−２が形成されている。以下では、ウイック構造体３の曲部１７がコンテナの内壁５と所定距離以下の間隔をおいて近接して配置され、または、複数のウイック構造体の曲部が所定距離以下の間隔をおいて近接して配置されている態様について説明する。

図１に示す態様では、上述したウイック構造体３が１つの半楕円柱状焼結金属からなっており、半楕円柱状焼結金属の曲部からなる頂部４がコンテナ２の上部の内壁５に所定距離以下の間隔をおいて近接して配置され、平坦部１５がコンテナ２の下部の内壁５に接触している。還流部は、ウイック構造体３の頂部４と内壁５によって形成される近接部４−１、４−２からなっている。

還流部では、上述したように、特に毛細管力が強く働き、コンテナの長手方向に沿って放熱部から吸熱部に作動液を毛細管力によって迅速に移動させることができる。同時に、扁平加工されたコンテナ内のウイック構造体３の外周面とコンテナ２の内壁面５によって形成された空洞部６を、コンテナの長手方向に沿って吸熱部から放熱部へと蒸発した作動液が流れる流路、即ち、蒸気流路として十分に確保することができる。

ウイック構造体３とコンテナの内壁５、または、ウイック構造体３同士は必ずしも接触する必要はなく、所定距離以下の間隔をおいて近接して配置されている場合にも、形成される還流部によって所望の毛細管力を発生させることができる。以下、扁平型ヒートパイプにおける、焼結金属間の間隔と、最大熱輸送量の関係を調べた。

扁平型ヒートパイプとして、図４（ｃ）に示す断面を有している、コンテナの上部の内壁および下部の内壁にそれぞれ半楕円柱状焼結金属からなるウイック構造体が形成され、焼結金属の頂部同士が接触、又は近接して配置されたヒートパイプを使用した。
扁平加工前の外径φ６ｍｍ、長さ２００ｍｍのヒートパイプを使用した。上下の内壁に形成された焼結金属の間隔として、間隔がゼロのときが、設計上焼結金属の頂部が接触した状態である。なお、間隔がマイナスのときは、焼結金属同士が接触した後、更に扁平化を進め、設計上焼結金属の頂部が塑性変形してつぶれている状態である。

図４（ｂ）に示すように、上下焼結間隔を変化させたときの最大熱輸送量を示す。最大熱輸送量は、ヒートパイプが輸送可能な最大熱量（Ｗ）を示す。サンプルＮｏ．１から３のそれぞれの結果および平均を示す。サンプルＮｏ．１では、焼結金属同士がお互いに押し合った状態、即ち上下焼結間隔がマイナス０．２のときに最大熱輸送量が４９Ｗと最も高く、上下焼結間隔がマイナス０．４、ゼロ、０．２のときには何れも４５Ｗと高い熱輸送量を示している。サンプルＮｏ．２では、上下焼結間隔がゼロのときに最大熱輸送量が５０Ｗと最も高く、上下焼結間隔がマイナス０．２のときに４６Ｗと高く、次いで上下焼結間隔がマイナス０．４、０．２のときにそれぞれ３９Ｗ、３５Ｗである。

サンプルＮｏ．３では、上下焼結間隔がゼロのときに最大熱輸送量が５０Ｗと最も高く、次いで、上下焼結間隔が０．２のとき４１Ｗと高く、上下焼結間隔がマイナス０．２、マイナス０．４のときが４０Ｗと高い。上下焼結間隔が１．８になるとサンプルＮｏ．１から３の何れも熱輸送量が２５Ｗ以下になり、熱輸送能力が低下しているのがわかる。平均値（Ａｖｅｒａｇｅ）で示すように、上下焼結間隔がマイナス０．４から０．２ｍｍの間では、熱輸送量が４０Ｗを超え、大きな性能低下は現われていない。

図４（ａ）にこれらの結果をグラフで示す。グラフでは縦軸に最大熱輸送量（Ｗ）を、横軸に上下焼結間隔（ｍｍ）をそれぞれ示している。以上の結果、所定距離以下の間隔をおいて近接する場合の、所定距離は概ね１．０ｍｍである。
従って本発明の扁平型ヒートパイプは、上下焼結間隔においてマイナス０．４ｍｍからプラス１．０ｍｍの間で厚みの調整が可能となる。既存の同サイズの扁平型ヒートパイプ（約２０Ｗ）よりも高い熱輸送量を持つことが好ましく、上下焼結間隔を０〜１．０ｍｍにすることが特に好ましい。

次に、ヒートパイプの扁平加工後のコンテナ内部空間断面積におけるウイック構造体の占有比率が熱輸送特性に及ぼす影響を調査した。その結果を図５に示す。即ち、図４（ｃ）に示す構造を有する、外径φ６ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ２ｍｍのヒートパイプを、上下焼結間隔が０ｍｍになるように扁平してサンプルを得た。これらの扁平型ヒートパイプのサンプルを、図５（ｂ）に示すＮｏ．ａ，ｂ，ｃ，ｄのように、ウイック占有率を変化させて、そのときの最大熱輸送量（Ｗ）を調べた。その結果を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、コンテナ内部のウィック占有率が４０〜４５％の時に、最大熱輸送量４５Ｗを示し、さらにウィック占有率が４５〜５０％の間においても４０Ｗ以上と、既存の同サイズの扁平型ヒートパイプよりも高い熱輸送量を有している。上述したように、ヒートパイプの扁平後のコンテナ内部空間断面積に対するウィック構造体の占有比率は、概ね４０〜５０％の間に設定することが熱輸送特性上望ましい。

図２は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。図２に示すように、この発明の扁平型ヒートパイプ１は、管形状のコンテナを扁平加工して形成された密閉されたコンテナ２と、コンテナ２内に長手方向に配置された２つのウイック３−１、３−２からなるウイック構造体３と、ウイック構造体３の外周面とコンテナ２の内壁面５によって形成された空洞部６と、コンテナ内に封入された図示しない作動液とを備えている。

上述したウイック３−１、３−２が、隣接して配置された２つの半楕円柱状焼結金属からなっており、それぞれの上端部がコンテナ２の上部、又は下部の内壁５に所定距離以下の間隔をおいて近接して配置され、それぞれの平坦部１５がコンテナ２の下部の内壁５に接触している。
隣接する２つのウイック３−１、３−２の相対する外周面およびコンテナの上下内壁によって、空洞部６−２が形成されている。また、ウイック３−１、３−２の他の外周面およびコンテナの内壁５によってそれぞれ別の空洞部６−１、６−３が形成されている。
そして、還流部が、ウイック３−１、３−２の頂部とコンテナの内壁５によって形成される近接部４−１、４−２、４−３、４−４からなっている。

還流部は、上述したように、特に毛細管力が強く働き、近接部４−１、４−２、４−３、４−４をコンテナの長手方向に沿って放熱部から吸熱部に作動液が毛細管力によって迅速に移動する。同時に、上述した扁平加工されたコンテナ内の空洞部６−１、６−２、６−３を、コンテナの長手方向に沿って吸熱部から放熱部へと蒸発した作動液が流れる流路、即ち、蒸気流路として十分に確保することができる。

図３は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。図３に示すように、この発明の扁平型ヒートパイプ１は、管形状のコンテナを扁平加工して形成された密閉されたコンテナ２と、コンテナ２内に長手方向に配置されたウイック３−１、３−２からなるウイック構造体３と、空洞部６−１、６−２と、コンテナ内に封入された図示しない作動液とを備えている。

上述したウイック構造体３が縦方向に配置された２つの半楕円柱状焼結金属からなっており、ウイック３−１および３−２は、それぞれの平坦部１５がコンテナ２の下部の内壁５、上部の内壁５に接触し、ウイック３−１、３−２のそれぞれの頂部が接触、又は所定距離以下の間隔をおいて近接して配置されている。還流部が、ウイック３−１、３−２のそれぞれの頂部によって形成される近接部４−１、４−２からなっている。なお、図３に示す態様では、上述したウイック構造体３が、扁平加工されたコンテナ２が発熱部品１８と熱的に接続される部位に対応する部分に設けられている。

還流部では、上述したように、特に毛細管力が強く働き、それぞれの頂部によって形成される近接部４−１、４−２をコンテナの長手方向に沿って放熱部から吸熱部に作動液が毛細管力によって迅速に移動する。同時に、扁平加工されたコンテナ内のウイック３−１、３−２の外周面とコンテナ２の内壁面５によって形成される空洞部６−１、６−２を、コンテナの長手方向に沿って吸熱部から放熱部へと蒸発した作動液が流れる流路、即ち、蒸気流路として十分に確保することができる。特に大きな空洞部６−２を備えているので蒸発した作動液の流れが容易である。

図６（ａ）は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。図６に示す態様では、図３を参照して説明した縦方向に配置された２つのウイック３−１、３−２が、コンテナの概ね中央部に配置されており、かつ、コンテナの内壁部が凹凸部を備えている。図６（ｂ）は、図６（ａ）の丸で囲んだ部分の拡大図である。図６（ｂ）に示すように、コンテナ内壁５には、所謂グルーブと呼ばれる凹凸部が、コンテナの長手方向の全長にわたって形成されている。このように、コンテナ内壁部に凹凸部からなるグルーブを形成することによって、扁平型ヒートパイプの毛細管力を強化し、作動液の還流を容易にすることができ、ヒートパイプの放熱効率を更に高めることができる。

次に、図６に示すこの発明の扁平型ヒートパイプの製造方法について説明する。
管形状のコンテナを調製し、長軸方向に沿って所定形状の切り欠き部を有する芯棒をコンテナに挿入し、切り欠き部とコンテナの内壁によって形成される空間部に金属粉末を充填し、芯棒が挿入された状態でコンテナを加熱して、金属粉末を焼結して焼結金属を形成する。その後、コンテナから芯棒を引き抜き、コンテナに扁平加工を施し、コンテナ内に作動液を封入することによって、この発明の扁平型ヒートパイプを製造することができる。

図７を参照して、この発明の扁平型ヒートパイプの製造方法を説明する。図７（ａ）は、切り欠き部を備えた芯棒を示す斜視図である。図７（ｂ）は、管形状のコンテナの中に芯棒を挿入した状態を示す横断面図である。先ず、概ね円筒である管形状のコンテナを調製する。次に、図７（ａ）に示すように、管形状のコンテナの内壁に、概ね隙間なく挿入することができる円柱形状の芯棒８の一部に、長軸に沿って、円弧の一部を切り取って形成された柱状の切り欠き部９を形成する。このように切り欠き部９が形成された芯棒８を管形状のコンテナ２の内部に挿入する。このとき、芯棒８の外周面１１とコンテナ２の内周面５とが、概ね隙間の無い状態で相互に接して、コンテナ２内に芯棒８が挿入される。

芯棒がコンテナ内に挿入されると、図７（ｂ）に示すように、円筒状のコンテナ２の内壁５との間に概ね隙間が無い状態で、切り欠き部９を備えた円柱形状の芯棒８が挿入されている。切り欠き部９は、上述したように柱状からなっており、円筒状のコンテナ２の内壁５と、２つの切り欠き部９によって、断面が概ね平らな部分と円弧とからなる柱状の密接した２つの空間部が形成されている。

次に、円筒状のコンテナの中に、切り欠き部を備えた円柱状の芯棒が挿入されて形成された柱状の長細い空間部には、金属粉末が充填される。金属粉末の材料は、例えば銅、青銅、ステンレス等であり、材料の形状として球粉体、または、異形粉体等であり、金属粉体の大きさを調節することによって、後述する焼結金属の空隙の調整が可能である。

上述した２つの柱状の細長い空間部に金属粉末を充填した状態で、所定温度、即ち金属粉末の溶融点前後の温度で加熱して、コンテナの内壁の一部に、焼結金属を形成する。焼結金属は、上述したように金属粉末同士がつながった状態で形成されるので、空孔が形成され易く、毛細管力が強く、作動液の移動を容易にすることができる。

次いで、コンテナの内部から芯棒を引き抜く。コンテナから芯棒を引き抜いたときに、芯棒の切り欠き部とコンテナの内壁によって形成される空間部に形成された焼結金属が、コンテナの内壁と接して残される。即ち、コンテナの長手方向に沿って、２つの柱状の細長い焼結金属が、間隔をあけて円筒状のコンテナの内壁に接した状態で形成される。このように、内部に焼結金属が形成されたコンテナに扁平加工を施した状態が上述した図６（ａ）に示した断面図である。扁平加工されたコンテナの中央部の平坦部分は熱源と熱的に接続するために高い平坦度が要求される。

図８は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。この態様においては、焼結金属がコンテナ２内部の全域を薄い層で覆うようにコンテナの内壁に形成されている。ウイック３−１、３−２は、コンテナ２の平坦部分の上下側にそれぞれ断面略半楕円状に形成され、それぞれの頂部が接触、又は所定距離以下の間隔をおいて近接している。即ち、この態様においては、ウイック構造体３は平坦部の半楕円柱状焼結金属と一体的に形成された内壁５の全体を覆う薄い層の焼結金属からなっている。このようにコンテナの内壁５の全体を薄い層の焼結金属３で覆うことによって、コンテナの内壁５全体で毛細管力を強化することができる。この態様においても、還流部は、特に毛細管力が強く働き、半楕円柱状焼結金属のそれぞれの頂部によって形成される近接部４−１、４−２をコンテナの長手方向に沿って放熱部から吸熱部に作動液が毛細管力によって迅速に移動する。

図９および図１０は、この発明の扁平型ヒートパイプの他の１つの態様を説明する断面図である。図９および図１０に示された態様は、変形例である。即ち、図９に示す態様においては、上下の半楕円柱状焼結金属の中心軸をずらして配置している。この態様においても、隣接する半楕円柱状焼結金属の曲部の一部が接触、又は所定距離以下の間隔をおいて近接していて、近接部４−１、４−２が還流部を形成している。更に、この態様によれば、半楕円柱の互いの頂部をずらして配置しているため、コンテナ２の厚さを更に薄くすることが可能となる。

図１０に示す態様においては、複数のウイック構造体が、コンテナの対向する内壁にそれぞれ配置されている。即ち、図１０に示すように、コンテナ２の断面において、上側の内壁５に２個の半楕円柱状焼結金属３−２、３−３が所定間隔で配置され、下側の内壁５に１個の半楕円柱状焼結金属３−１が、上述した２個の半楕円柱状焼結金属３−２、３−３の概ね中央に対向して配置され、お互いの曲部がそれぞれ接触、又は所定距離以下の間隔をおいて近接して配置されている。この態様においても、還流部は、特に毛細管力が強く働き、半楕円柱状焼結金属のそれぞれの曲部によって形成される近接部４−１、４−２、４−３、４−４の部分をコンテナの長手方向に沿って放熱部から吸熱部に作動液が毛細管力によって迅速に移動する。空洞部６−１、６−２、６−３の機能は、他の態様と概ね同一である。

上述した扁平型ヒートパイプのコンテナの内壁に配置されるウイック構造体を形成する焼結金属は、全体にわたって概ね同一厚さで形成されているが、ウイック構造体を形成する焼結金属の厚さが変化してもよい。
図１１から図１３は、この発明の他の態様の扁平型ヒートパイプの縦断面図である。図１１および図１２に示す態様においては、ウイック構造体を形成する焼結金属の厚さが変化している。

図１２に示す態様においては、コンテナの高温部の所定の部位まで、焼結金属の厚さが概ね同一であり、所定の部位から低温部に向かって、配置される焼結金属の厚さが、漸次薄くなっている。焼結金属（ウイック構造体３）をこのような構成とすることで、作動液が高温部へ還流し易くし、かつ、蒸気の流路面積を更に大きくすることができるため、より効率的に熱を移動させることができる。このように、コンテナ２の長手方向で焼結金属の厚さを変化させるためには、上述した扁平型ヒートパイプの製造工程において、長手方向で所定の形状に変化する芯棒を用いればよい。

また、図１３に示す態様においては、コンテナの厚さが変化して、薄い部位と厚い部位からなっている。コンテナ自体の厚さが変化するこの態様においては、配置される焼結金属の厚さが全ての部位において概ね同一である。コンテナ２の形状をこのような構成とすることで、上述した図１２の扁平型ヒートパイプと同様の効果を得ることができる。更に、図１３に示す態様によれば、高温部、すなわち発熱素子を配置する部分のヒートパイプの厚さを薄くすることができるため、より効率的にヒートパイプの配置スペースを利用することが可能となる。

上述したコンテナ内の横断面によって説明した焼結金属の配置と、図１１から図１３を参照して説明した焼結金属の配置とを適宜組み合わせて、扁平型ヒートパイプを作成することができる。なお、ヒートパイプの形状は、上述したように両方の面が平らな扁平形状が好ましいが、必ずしもそれに限定されることなく、少なくとも受熱部の一方の面が平坦であればよい。

図１４に示す様態においてはコンテナ内壁部に凹凸を備えたものを用い、高温部にのみ本発明における焼結金属を配置し、コンテナ厚みが長手方向で変化して高温部よりも低温部が薄い扁平型ヒートパイプ形状をとる。○で示す部分を拡大して示す。この様態においては、低温部の作動液の還流にコンテナ内壁に形成された凹凸による毛細管力を利用することで、低温部のヒートパイプの厚さを薄くすることが可能となる。

上述したように、この発明によると、作動液の液相が移動する優れた毛細管力を備えたウイック構造体と、蒸気流路となる十分な空隙を確保することができ、吸熱部が放熱部よりも上にある場合でも大きな熱輸送量を有する薄型ヒートパイプを得ることができる。

１ 扁平型ヒートパイプ
２ コンテナ
３ ウイック構造体、焼結金属
４ 頂部
５ コンテナの内壁
６ 空洞部
８ 芯棒
９ 切り欠き部
１１ 芯棒の外周面
１５ 平坦部
１７ 曲部
１８ 発熱部品

Claims (9)

1. 扁平かつ管形状の密閉されたコンテナと、
   当該コンテナ内の横断面において、曲部と平坦部を有する少なくとも１つのウイック構造体と、
   前記コンテナ内に封入された作動液とを有し、
   前記ウイック構造体の前記曲部が前記コンテナの内壁に接触、または所定距離以下の間隔をおいて近接して配置されて、前記曲部および前記内壁の間で毛管力を発生させることを特徴とする扁平型ヒートパイプ。
2. 扁平かつ管形状の密閉されたコンテナと、
   当該コンテナ内の横断面において、曲部と平坦部を有する複数のウイック構造体と、
   前記コンテナ内に封入された作動液とを有し、
   隣接する前記複数のウイック構造体の前記曲部が接触、または所定距離以下の間隔をおいて近接して配列されて、前記曲部同士の間で毛管力を発生させることを特徴とする扁平型ヒートパイプ。
3. 前記ウィック構造体の前記曲部頂点と前記コンテナの前記内壁の間の距離、または、前記複数のウィック構造体の前記曲部頂点の間の距離が、０ｍｍから１．０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の扁平型ヒートパイプ。
4. 前記複数のウイック構造体が、前記コンテナの対向する内壁にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３記載の扁平型ヒートパイプ。
5. 前記ウイック構造体が、焼結金属からなっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の扁平型ヒートパイプ。
6. 前記コンテナの前記内壁に長手方向に形成される凹凸部を有し、前記コンテナ自体が毛細管力を有していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の扁平型ヒートパイプ。
7. 前記コンテナの内部の空間断面積に対して、前記ウィック構造体が４０〜５０％占有していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の扁平型ヒートパイプ。
8. 一方の端部を封止した、または、一方の端部を縮径した管状成形物に平らな切り欠き部を有する断面略円形の芯棒を挿入し、
   前記切り欠き部と前記管状成形物の内壁によって形成される空間部に金属粉末を充填し、
   前記芯棒が挿入された状態で前記管状成形物を加熱して、前記管状成形物の内壁に前記金属粉末を焼結させて焼結金属を形成し、
   前記管状成形物から前記芯棒を引き抜き、
   前記焼結金属が、前記内壁との間に接触、または所定の距離以下の間隔で近接するように前記管状成形物を押圧変形させて扁平型コンテナを形成する
   ことを特徴とする扁平型ヒートパイプの製造方法。
9. 一方の端部を封止した、または、一方の端部を縮径した管状成形物に複数の平らな切り欠き部を有する断面略円形の芯棒を挿入し、
   前記切り欠き部と前記管状成形物の内壁によって形成される空間部に金属粉末を充填し、
   前記芯棒が挿入された状態で前記管状成形物を加熱して、前記管状成形物の内壁に前記金属粉末を焼結させて複数の焼結金属を形成し、
   前記管状成形物から前記芯棒を引き抜き、
   前記複数の焼結金属同士が接触、または所定の距離以下の間隔で近接するように前記管状成形物を押圧変形させて扁平型コンテナを形成する
   ことを特徴とする扁平型ヒートパイプの製造方法。

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