JP2019020106A - 放熱装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 銅に代替しうる材料を用いた放熱装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】 本発明に係る放熱装置は、第１平面と第２平面とを備え、前記第１平面が複数の凸部を有する第１チタン金属板体と、第３平面と第４平面を備え、前記第３平面に金属メッシュを設けた第２チタン金属板体と、前記第１チタン金属板体の前記第１平面と、前記第２チタン金属板体の前記第３平面とが互いに対向して覆い被せられることにより形成される密閉ハウジング内に充てんされる作動流体と、を含むことを特徴とする。従来の銅に替わる主材料として純チタンを用いることにより、大幅に重量を軽減でき、前記複数の凸部や金属メッシュによる熱伝導面積の増加と毛管力によって放熱効果が増大すると共に、前記凸部はチタン金属板体を熱処理したのちプレス加工を行って形成することにより、チタン金属を自由に塑性加工して製造できる。【選択図】 図２
Description
本発明は、放熱装置及びその製造方法に関し、特に、純チタン金属で製造された放熱装置及びその製造方法に関する。
現行の電子機器は、計算速度が益々速くなるにつれ、その内部の電子素子に高熱を発生させやすく、この電子素子の放熱の問題について、当業者は、ヒートパイプ、熱板、ベイパーチャンバー、放熱器などといった少なくとも１つの放熱手段を直接該電子素子と接触させて両者の熱的な結合を行い、更にファンを追加して該放熱手段と結合させて強制放熱の効果を向上させてきた。
該放熱手段は、一般的にアルミニウム又は銅或いはステンレス鋼等の素材を選定し、銅とアルミニウム及びステンレス鋼等の素材が放熱効果及び熱伝導率が高い等といった特徴を利用し、特に銅の熱伝導率が高いという利点を有することにより、銅が最もよく熱伝導装置の材料として使用されている。しかしながら、銅にも欠点があり、銅（Ｃｕ）が高温還元工程を経た後は、結晶粒成長により結晶が粗大化することで降伏強度（Yield Strength）が大幅に下がり、且つ銅の質量は重く、その硬度は低いため比較的に変形しやすく、変形した後は元の状態に戻らなくなる。
また、現行のスマート携帯型デバイス（例えば、スマートフォン、タブレット、タブレットコンピュータ或いはノートパソコン）及びウェアラブルデバイス又は薄型化を必要とされる電子デバイスは、より薄型化された受動型放熱装置で放熱を行う必要があるため、当業者は銅板体を銅箔に置換させることで薄型化の要求を満たすようにしなければならない。しかし、銅箔は薄型化の要求は満たすが、その構造が更に軟らかくなり、十分な構造支持強度に欠けるため、多くの特殊な利用分野にはあまり適さず、支持力を持っていないため、外力を受けると容易に変形すると共に内部の熱伝導構造も破壊されてしまう。
これ以外にも、先に述べたアルミニウム又は銅或いはステンレス鋼等の素材を用いた放熱手段は、さまざまの特殊な環境若しくは過酷な気候条件下（例えば腐食、高湿、高塩分、極寒、高温、真空又は宇宙空間）において使用できないという問題がある。また当業者は、銅の代替材料としてチタン合金を使用している。チタン合金は高い硬度、耐腐食性、耐高温、耐極寒及び軽質量等といった有用な特性を持っているが、その加工が極めて困難であり、切削加工又は一部の従来にない加工方式を用いる場合を除き、チタン合金に対して塑性変形を行うことは非常に難しいため、チタン合金を銅の代替材料として使用することは多くの場合まだ不可能である。
そこで、上記従来技術の欠点を解決するため、本発明の主な目的は、商業用純チタンを銅に代替して放熱装置の材料とすると共に、優れた放熱効果を奏する放熱装置を提供することである。
本発明の別の目的は、商業用純チタンに対する塑性加工を可能とし、銅の代替材として商業用純チタンにより放熱装置を製造する製造方法を提供することである。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、
第１平面と第２平面とを備え、前記第１平面が複数の凸部を有する第１チタン金属板体と、
第３平面と第４平面を備え、前記第３平面に金属メッシュを設け、前記第１チタン金属板体の前記第１平面に対向して覆い被せると共に密閉ハウジングを画成し、該密閉ハウジングに作動流体が充てんされる第２チタン金属板体と、
を含むことを特徴とする放熱装置である。
第１平面と第２平面とを備え、前記第１平面が複数の凸部を有する第１チタン金属板体と、
第３平面と第４平面を備え、前記第３平面に金属メッシュを設け、前記第１チタン金属板体の前記第１平面に対向して覆い被せると共に密閉ハウジングを画成し、該密閉ハウジングに作動流体が充てんされる第２チタン金属板体と、
を含むことを特徴とする放熱装置である。
本発明の実施形態は、第１チタン金属板体と第２チタン金属板体とを含む放熱装置を提供し；
前記第１チタン金属板体は、第１平面と第２平面とを備え、前記第１平面が複数の凸部を有すると共にそれら凸部の表面に第１コーティング層を有する。
前記第２チタン金属板体は、第３平面と第４平面を備え、前記第３平面に金属メッシュを設け、また該金属メッシュと該第３平面の間に第２コーティング層を有し、前記金属メッシュ表面に第３コーティング層を有し、前記第１、２チタン金属板体が対向して覆い被せると共に密閉ハウジングを画成し、該密閉ハウジングに作動流体が充てんされる。
前記第１チタン金属板体は、第１平面と第２平面とを備え、前記第１平面が複数の凸部を有すると共にそれら凸部の表面に第１コーティング層を有する。
前記第２チタン金属板体は、第３平面と第４平面を備え、前記第３平面に金属メッシュを設け、また該金属メッシュと該第３平面の間に第２コーティング層を有し、前記金属メッシュ表面に第３コーティング層を有し、前記第１、２チタン金属板体が対向して覆い被せると共に密閉ハウジングを画成し、該密閉ハウジングに作動流体が充てんされる。
上記目的を達成するため、本発明は、
第１チタン金属板体及び第２チタン金属板体を用意し、事前洗浄作業を行うステップと、
前記第１、２チタン金属板体に対し熱処理を行うステップと、
前記第１チタン金属板体にプレス加工を行って複数の凸部を形成するステップと、
該第２チタン金属板体の一側に金属メッシュを結合するステップと、
前記第１チタン金属板体の凸部を有する一側と該第２チタン金属板体の金属メッシュを有する一側を対向して覆い被せると共にエッジ封止、注水、抽気、口部封止作業を行うステップと、
を含む放熱装置の製造方法を提供する。
第１チタン金属板体及び第２チタン金属板体を用意し、事前洗浄作業を行うステップと、
前記第１、２チタン金属板体に対し熱処理を行うステップと、
前記第１チタン金属板体にプレス加工を行って複数の凸部を形成するステップと、
該第２チタン金属板体の一側に金属メッシュを結合するステップと、
前記第１チタン金属板体の凸部を有する一側と該第２チタン金属板体の金属メッシュを有する一側を対向して覆い被せると共にエッジ封止、注水、抽気、口部封止作業を行うステップと、
を含む放熱装置の製造方法を提供する。
本発明で開示する放熱装置及びその製造方法によるときは、純チタンに対して塑性加工を行うことができないという従来の欠陥を改善でき、更に極薄で可撓性を有し、チタンの特性である軽量で強度のある放熱装置の構造及びその製造方法を提供できる。即ち、前記第１、２チタン金属板体に対して熱処理を行うことによりプレス加工等の塑性加工が可能となる。プレス加工によって第１チタン金属板体に形成された前記複数の凸部は作動流体との間の熱伝導面積を増大させ、作動流体を凝縮する効果や補強効果を高めると共に、毛管力を生じさせて作動流体の流動を促進し、また、第２チタン金属板体に設けた前記金属メッシュも作動流体との間の熱伝導面積を増大させるため、第２チタン金属板体による吸熱効果を向上させることができる。本発明のその他の効果については、以下において個別に説明する。
本発明の上記目的及びその構造と機能上の特徴を、添付図面の好ましい実施例をもって説明する。
図１、図２を参照すると、これらは本発明の実施例１に係る放熱装置の立体分解図及び組立断面図である。図に示すように、本発明の放熱装置１は、第１チタン金属板体１１と第２チタン金属板体１２とを含む。
前記第１チタン金属板体１１は、第１平面１１１と第２平面１１２を備え、前記第１平面１１１は複数の凸部１１３（図２）を有し、それらの凸部１１３はプレス加工により形成され、前記第２平面１１２が凝縮側（放熱側）となる。
前記第１チタン金属板体１１は、第１平面１１１と第２平面１１２を備え、前記第１平面１１１は複数の凸部１１３（図２）を有し、それらの凸部１１３はプレス加工により形成され、前記第２平面１１２が凝縮側（放熱側）となる。
前記第２チタン金属板体１２は、第３平面１２１と第４平面１２２とを備え、前記第３平面１２１には金属メッシュ１２３（図２）を設け、これらの第１、２チタン金属板体１１、１２が互いに対向して覆い被せられることによって密閉ハウジング１３を画成し、該密閉ハウジング１３に作動流体（図示せず）が充てんされ、前記第４平面１２２が吸熱側となる。
図３を参照すると、同図は本発明の実施例２に係る放熱装置の組立断面図である。図に示すように、本実施例は前記実施例１の一部構造とその技術的特徴が同じであるため、ここではその説明は省略する。本実施例と前記実施例１の相違点は、本実施例においては、その凸部１１３の表面に第１コーティング層１１４を有し、また前記金属メッシュ１２３（図５参照）と前記第３平面１２１の間に第２コーティング層１２４を有し、前記金属メッシュ１２３表面に第３コーティング層１２５を有し、これらの第１、２、３コーティング層１１４、１２４、１２５が親水性コーティング層又は疎水性コーティング層のうちのいずれかの特性を持ち、前記親水性コーティング層は二酸化チタン或いは二酸化ケイ素のうちのいずれか（図６、図７、図８、図９参照）とすることである。
前記第１、２、３コーティング層１１４、１２４、１２５は、選択的に親水性又は疎水性の特性を持たせるように選定し、主に区域及び用途に分け、例えば第１平面１１１の第１コーティング層１１４については親水性コーティング層或いは疎水性コーティング層のうちのいずれかを選定できる。前記第３平面１２１上の第２コーティング層１２４については親水性コーティング層を選択し、その主な目的は、吸水力及び第３平面１２１と金属メッシュ１２３間の結合力を増すことである。前記金属メッシュ１２３上の第３コーティング層１２５については親水性コーティング層を選定し、それは主に含水量を増加すると共に、液体（作動流体）の還流の効果を増すことである。
前記金属メッシュ１２３は、チタン素材又はステンレス鋼或いは銅若しくはアルミニウム又はその他の金属材質のいずれかとし、本実施例がチタン素材で説明するがこれに限られるものではなく、当然チタンとステンレスの複合編み物とすることができる。
前記第１、２チタン金属板体１１、１２としては、商業用純チタンを選択し、塑性加工前に事前熱処理を経ることにより塑性加工を行うことができる。
図４を参照すると、同図は本発明の実施例３に係る放熱装置の組立断面図である。図に示すように、本実施例は前記実施例１の一部構造とその技術的特徴が同じであるため、ここではその説明を省略する。本実施例と前記実施例１の相違点は、本実施例においては、前記第１チタン金属板体１１の第２平面１１２上に、第１平面１１１にある凸部１１３と対応する部位に凹部１１５が設けられ、これらをエンボス加工方式で形成した構造とする点である。このように第１チタン金属板体１１の第２平面１１２上に複数の凹部１１５を設けることによって、第２平面１１２の凝縮（放熱）効果を高めることができる。
図５を参照すると、本発明の実施例４に係る放熱装置の組立断面図である。図に示すように、本実施例は前記実施例１の一部構造技術的特徴と同じであるため、ここではその説明を省略する。本実施例４と前記実施例１の相違点は、前記金属メッシュ１２３が第１金属メッシュ１２３ａと第２金属メッシュ１２３ｂとを備え、前記第１金属メッシュ１２３ａがチタン素材で、前記第２金属メッシュ１２３ｂがステンレス鋼素材であり、また、前記した第１、２金属メッシュ１２３ａ、１２３ｂが互いに積層して設けられ、該第１、２金属メッシュ１２３ａ、１２３ｂが各々該第１、２チタン金属板体１１、１２と結合している。
図１０を参照すると、同図１０は本発明に係る放熱装置の製造方法のステップフローチャートである。以下に図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９を一緒に参照して説明する。図に示すように、本発明に係る放熱装置の製造方法は、次のステップＳ１〜Ｓ５を含む。
ステップＳ１：第１チタン金属板体及び第２チタン金属板体を用意して、以下の事前洗浄作業を行う。
製造加工しようとする第１、２チタン金属板体１１、１２に対し事前洗浄作業を行う。洗浄作業は、まずアセトンで拭き取ってから、超音波洗浄機により脱イオン水を用いて洗い流し、最後に窒素ガスで第１、２チタン金属板体１１、１２の表面を乾燥させる。前記第１、２チタン金属板体１１、１２は一般的なチタン合金ではなく、商業用純チタンを選択して用いる。純チタンを選定する利点は、強度（引張強さ／密度）が比較的高いことであり、純チタンの引張強さは銅より優れ、また純チタン（Ｔｉ）の密度（４．５４g/cm3）は、銅（Ｃｕ）の密度（８．９６g/cm3）の約２分の１であるため、同じ体積において、高比強度の純チタン（Ｔｉ）が、より一層の強度と軽量化を兼ね備えることができる。
製造加工しようとする第１、２チタン金属板体１１、１２に対し事前洗浄作業を行う。洗浄作業は、まずアセトンで拭き取ってから、超音波洗浄機により脱イオン水を用いて洗い流し、最後に窒素ガスで第１、２チタン金属板体１１、１２の表面を乾燥させる。前記第１、２チタン金属板体１１、１２は一般的なチタン合金ではなく、商業用純チタンを選択して用いる。純チタンを選定する利点は、強度（引張強さ／密度）が比較的高いことであり、純チタンの引張強さは銅より優れ、また純チタン（Ｔｉ）の密度（４．５４g/cm3）は、銅（Ｃｕ）の密度（８．９６g/cm3）の約２分の１であるため、同じ体積において、高比強度の純チタン（Ｔｉ）が、より一層の強度と軽量化を兼ね備えることができる。
純チタンは、常温下でその表面に厚さ数百Å（１Å＝１０-10ｍ）の安定性が高く、付着力も強い一層の酸化膜（ＴｉＯ2、Ｔｉ2Ｏ3、ＴｉＯ）を形成し、且つ損傷後も直ちに再生できるという特性を有し、このことは、チタンが強い安定化頃向を有する金属であることを示している。よって、チタンの耐食能力は、銅（Ｃｕ）よりはるかに優れ、ベイパーチャンバーの各種環境における運用に有利にある。更にまた、チタンは、湿潤環境、海水、塩素含有溶液、次亜塩素酸、硝酸、クロム酸及び一般的な酸化性酸の環境下においても優れた耐腐食特性を持っている。
ステップＳ２：前記第１、２チタン金属板体に対して以下の熱処理を行う。
前記第１、２チタン金属板体１１、１２を雰囲気炉（図示せず）に入れ、該雰囲気炉内にアルゴンガスを吹き込むと共に４００℃〜７００℃まで加熱し、その加熱時間を３０〜９０分間とする。その主な目的は第１、２チタン金属板体１１、１２に塑性加工ができるようにすることである。
前記第１、２チタン金属板体１１、１２を雰囲気炉（図示せず）に入れ、該雰囲気炉内にアルゴンガスを吹き込むと共に４００℃〜７００℃まで加熱し、その加熱時間を３０〜９０分間とする。その主な目的は第１、２チタン金属板体１１、１２に塑性加工ができるようにすることである。
ステップＳ３：前記第１チタン金属板体にプレス加工を行って複数の凸部を形成する。
機械加工としてのプレス加工により、前記第１チタン金属板体１１の一側に複数の凸部１１３を形成させ、それらの凸部１１３が作動流体を凝縮する効果及び支持強度の高い構造体とする効果等を有するようにする。
機械加工としてのプレス加工により、前記第１チタン金属板体１１の一側に複数の凸部１１３を形成させ、それらの凸部１１３が作動流体を凝縮する効果及び支持強度の高い構造体とする効果等を有するようにする。
ステップＳ４：前記第２チタン金属板体の一側に金属メッシュを結合する。
拡散接合方式によって、該第２チタン金属板体１２の第３平面１２１に金属メッシュ１２３を結合するステップであり、その場合、前記第２チタン金属板体１２［純チタンのチタン放熱板（Ｔｉ−ＶＣ）］と金属メッシュの拡散接合温度は６５０℃〜８５０℃で、プロセス雰囲気は正圧の高純アルゴンガス（Ａｒ）或いは高真空環境（１０-4〜１０-6torr）としなければならず、プロセス圧力は１ｋｇ〜５ｋｇで、プロセス時間は３０min〜９０minとする。純チタンは、化学的に非常に活性な金属であり、８８３℃で相変態（相転移温度／Phase Transformation Temperature）を呈し、即ち、８８３℃以上ではβ相となってＢＣＣ（body-centered cubic;体心立方格子）結晶構造を有し、８８３℃以下ではα相となってＨＣＰ（六方最密充填構造）結晶構造を有する。
拡散接合方式によって、該第２チタン金属板体１２の第３平面１２１に金属メッシュ１２３を結合するステップであり、その場合、前記第２チタン金属板体１２［純チタンのチタン放熱板（Ｔｉ−ＶＣ）］と金属メッシュの拡散接合温度は６５０℃〜８５０℃で、プロセス雰囲気は正圧の高純アルゴンガス（Ａｒ）或いは高真空環境（１０-4〜１０-6torr）としなければならず、プロセス圧力は１ｋｇ〜５ｋｇで、プロセス時間は３０min〜９０minとする。純チタンは、化学的に非常に活性な金属であり、８８３℃で相変態（相転移温度／Phase Transformation Temperature）を呈し、即ち、８８３℃以上ではβ相となってＢＣＣ（body-centered cubic;体心立方格子）結晶構造を有し、８８３℃以下ではα相となってＨＣＰ（六方最密充填構造）結晶構造を有する。
純チタンは、高温環境において、多くの元素及び化合物と反応を起こし且つ材料の相変化を発生することができ、例えば空気中のチタンは、２５０℃で水素吸蔵を開始し、５００℃で酸素吸蔵を開始し、６００℃で窒素吸蔵を開始する。温度が高くなるにつれチタンのガスを吸蔵する能力が更に強くなり、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）がチタンと反応を起こすことで、侵入型固溶体を材料に形成させ、機械的性質が変化し、更に欠陥が生じ、ＴｉＯ2、ＴｉＣ、ＴｉＮ及びＴｉＨ2等の関連化合物を形成し、材料性質に対して不良な影響（硬脆化）を及ぼす。そのためプロセス温度、プロセス雰囲気（環境制御）は、チタン放熱板の製造関連の熱工程にとって極めて重要なことである。
従来の銅放熱板（Ｃｕ−ＶＣ）においては、金属メッシュの拡散接合温度は７５０℃〜９５０℃で、プロセス雰囲気が１５％Ｈ2＋８５％Ｎ2、プロセス圧力が１ｋｇ〜５ｋｇ、プロセス時間が４０min〜６０minで行われていた。その場合、高温プロセスにおいてチタンのような相変態挙動は起こさないが、結晶粒が加熱により成長、粗大化され、機械的性質の大幅な低下が起こってしまう（軟らかくなる）。
ステップＳ５：前記第１チタン金属板１１の凸部１１３を有する一側と前記第２チタン金属板体１２の金属メッシュ１２３を有する一側を互いに対向させて覆い被せ、これら第１、２チタン金属板体のエッジ部封止を行って前記密閉ハウジング１３を形成すると共に、この密閉ハウジング１３への注水（作動流体の充てん）、排気、口部１１６、１２６に対する口部封止作業を行う。
即ち、先に述べたプロセスステップ（Ｓ１〜Ｓ４）を行った前記第１、２チタン金属板体１１、１２に対して、エッジ部封止等のステップを行う。即ち、前記第１、２チタン金属板体１１、１２の第１、３平面１１１、１２１（凸部１１３及び金属メッシュ１２３を有する）を互いに対向させて覆い被せた後、該第１、２チタン金属板体１１、１２のエッジ部にレーザー溶接方法によりエッジ部封止の処理を施してから、順次に注水（作動流体の充てん）及び排気を行い、最後に口部１１６、１２６に対する口部封止等のステップを行う。
前記エッジ部封止工程では、レーザー溶接技術を使用する。レーザー励起源はディスク型（Disk）固体Ｙｂ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）とし、レーザー波長を１０３０nm、レーザー出力を１００〜５００Ｗ（材料の厚さに応じて決定）とし、その動作環境としては、保護ガスとする必要性から、ヘリウムガス或いはアルゴンガスを吹き込み、それらの漏洩率を１．０×１０-8mbar・L/secより小さくして行うか、又は真空環境１０-2torr内で行うかを選択して実施する。
レーザー溶接の利点は、エネルギーを集中でき（小さなエリアで溶接を行うことができ、付近材料に影響を及ぼさない）、作業時間も短かく（素子全体の機械的性質を変えにくい）、超清浄化溶接（何らの溶接材も必要としない）が可能で、迅速な自動化生産が比較的容易に実現できることである。
図１１を参照すると、同図は本発明の実施例２に係る放熱装置の製造方法のステップフローチャートである。以下に図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９を一緒に参照しながら説明する。図に示すように、本発明の実施例２に係る放熱装置の製造方法は、まず次のステップＳ１〜Ｓ５を含む。即ち、
第１チタン金属板体及び第２チタン金属板体を用意し、これらの事前洗浄作業を行うステップＳ１と、
前記第１、２チタン金属板体に対し熱処理を行うステップＳ２と、
前記第１チタン金属板体にプレス加工を行って複数の凸部を形成するステップＳ３と、
該第２チタン金属板体の一側に金属メッシュを結合するステップＳ４と、
前記第１チタン金属板体の凸部を有する一側と該第２チタン金属板体の金属メッシュを有する一側を互いに対向させて覆い被せ、これら第１、２チタン金属板体のエッジ部封止を行って密閉ハウジングを形成すると共に、この密閉ハウジングへの作動流体の充てん、排気、口部封止作業を行うステップＳ５と、を含む。
第１チタン金属板体及び第２チタン金属板体を用意し、これらの事前洗浄作業を行うステップＳ１と、
前記第１、２チタン金属板体に対し熱処理を行うステップＳ２と、
前記第１チタン金属板体にプレス加工を行って複数の凸部を形成するステップＳ３と、
該第２チタン金属板体の一側に金属メッシュを結合するステップＳ４と、
前記第１チタン金属板体の凸部を有する一側と該第２チタン金属板体の金属メッシュを有する一側を互いに対向させて覆い被せ、これら第１、２チタン金属板体のエッジ部封止を行って密閉ハウジングを形成すると共に、この密閉ハウジングへの作動流体の充てん、排気、口部封止作業を行うステップＳ５と、を含む。
本実施例は、前記実施例１の一部ステップと同じであるため、ここではその説明を省略する。本実施例と前記実施例１の相違点を説明すれば、本実施例では前記第２チタン金属板体の一側に金属メッシュを結合するステップＳ４の後に、更に前記第１、２チタン金属板体に対して表面改質処理を行い、該第１、２チタン金属板体の表面及び該金属メッシュの表面に少なくとも１つのコーティング層を形成するステップＳ６を有することである。
前記第１、２チタン金属板体に対する前記表面改質処理は、下記の４つの方式のいずれかを選択して行うことができる。
第１方式：該第１、２チタン金属板体１１、１２を雰囲気炉（図示せず）に入れ、該雰囲気炉内を真空手段で吸引すると共に４００℃〜７００℃まで加熱し、その加熱時間を３０〜９０分間とし、プロセス雰囲気を正圧の純アルゴンガス（Ａｒ）とし、該第１、２チタン金属板体１１、１２の表面に過熱還元を発生させ、このプロセスはいずれもプロセス雰囲気内の微量酸素を制御してチタン材表面に微細なチタン鋭錐石（Anatase）の二酸化チタンナノロッド（ＴｉＯ2 nano-rods）を生成させ、その構造は良好な親水性を有し、且つ時効性も長い（１〜２週間）。ただし時間の経過及び環境の影響（湿気）に伴い、親水性の効果が低下する。その場合、製品にＵＶ光を照射し、その照射時間を約２０min〜６０minとする（ＵＶ光の強弱に応じて決定）と、光触媒作用により親水性が回復する。
第２方式：該第１、２チタン金属板体１１、１２を雰囲気炉に入れ、該雰囲気炉内を真空手段で吸引すると共に４００℃〜７００℃まで加熱し、その加熱時間を３０〜９０分間とし、該第１、２チタン金属板体１１、１２の表面に過熱還元を発生させ、このプロセスはいずれもプロセス雰囲気内の微量酸素を制御してチタン材表面に微細なチタン鋭錐石（Anatase）の二酸化チタンナノロッド（ＴｉＯ2 nano-rods）を生成させ、その構造は良好な親水性を有し、且つ時効性も長い（１〜２週間）。ただし時間の経過及び環境の影響（湿気）に伴い、親水性の効果が低下する。その場合、製品にＵＶ光を照射し、その照射時間を約２０min〜６０minとする（ＵＶ光の強弱に応じて決定）と、光触媒作用により親水性が回復する。
第３方式：ゾル−ゲルコーティング（Sol-gel coating）処理を行う。主に第２チタン金属板体１２表面の金属メッシュ１２３について処理を行う。まず一層の結晶型二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で被覆して基材層とし、８０℃オーブンで乾燥した後、次にその上に一層のチタン鋭錐石（Anatase）の二酸化チタン（ＴｉＯ2）をコーティングし、そして熱処理コーティング層の緻密化・焼結処理（Fully dense sintering treatment）を行うことによりＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜を形成する。前記緻密化・焼結処理の温度を４００℃〜７００℃とし、焼結時間を３０〜９０ｍｉｎとし、プロセス雰囲気を正圧の純アルゴンガス（Ａｒ）とする。ＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜の親水性は良好で、且つ時効性も長い（１〜２週間）。ただし時間の経過及び環境の影響（湿気）に伴い、親水性の効果が低下する。その場合、製品にＵＶ光を照射し、その照射時間を約２０min〜６０minとする（ＵＶ光の強弱に応じて決定）と、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜の表層の光触媒作用により親水性が回復する。
第４方式：ゾル−ゲルコーティング（Sol-gel coating）処理を行う。主に第２チタン金属板体１２表面の金属メッシュ１２３について処理を行う。まず一層の結晶型二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で被覆して基材層とし、８０℃オーブンで乾燥した後、次にその上に一層のチタン鋭錐石（Anatase）の二酸化チタン（ＴｉＯ2）をコーティングし、そして熱処理コーティング層の緻密化・焼結処理（Fully dense sintering treatment）を行うことによりＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜を形成する。前記緻密化・焼結処理の温度を４００℃〜７００℃とし、焼結時間を３０〜９０minとし、プロセス環境を真空吸引とする。ＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜の親水性は良好で、且つ時効性も長い（１〜２週間）。ただし時間の経過及び環境の影響（湿気）に伴い、親水性の効果が低下する。その場合、製品にＵＶ光を照射し、その照射時間を約２０min〜６０minとする（ＵＶ光の強弱に応じて決定）と、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜の表層の光触媒作用により親水性が回復する。
第１方式：該第１、２チタン金属板体１１、１２を雰囲気炉（図示せず）に入れ、該雰囲気炉内を真空手段で吸引すると共に４００℃〜７００℃まで加熱し、その加熱時間を３０〜９０分間とし、プロセス雰囲気を正圧の純アルゴンガス（Ａｒ）とし、該第１、２チタン金属板体１１、１２の表面に過熱還元を発生させ、このプロセスはいずれもプロセス雰囲気内の微量酸素を制御してチタン材表面に微細なチタン鋭錐石（Anatase）の二酸化チタンナノロッド（ＴｉＯ2 nano-rods）を生成させ、その構造は良好な親水性を有し、且つ時効性も長い（１〜２週間）。ただし時間の経過及び環境の影響（湿気）に伴い、親水性の効果が低下する。その場合、製品にＵＶ光を照射し、その照射時間を約２０min〜６０minとする（ＵＶ光の強弱に応じて決定）と、光触媒作用により親水性が回復する。
第２方式：該第１、２チタン金属板体１１、１２を雰囲気炉に入れ、該雰囲気炉内を真空手段で吸引すると共に４００℃〜７００℃まで加熱し、その加熱時間を３０〜９０分間とし、該第１、２チタン金属板体１１、１２の表面に過熱還元を発生させ、このプロセスはいずれもプロセス雰囲気内の微量酸素を制御してチタン材表面に微細なチタン鋭錐石（Anatase）の二酸化チタンナノロッド（ＴｉＯ2 nano-rods）を生成させ、その構造は良好な親水性を有し、且つ時効性も長い（１〜２週間）。ただし時間の経過及び環境の影響（湿気）に伴い、親水性の効果が低下する。その場合、製品にＵＶ光を照射し、その照射時間を約２０min〜６０minとする（ＵＶ光の強弱に応じて決定）と、光触媒作用により親水性が回復する。
第３方式：ゾル−ゲルコーティング（Sol-gel coating）処理を行う。主に第２チタン金属板体１２表面の金属メッシュ１２３について処理を行う。まず一層の結晶型二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で被覆して基材層とし、８０℃オーブンで乾燥した後、次にその上に一層のチタン鋭錐石（Anatase）の二酸化チタン（ＴｉＯ2）をコーティングし、そして熱処理コーティング層の緻密化・焼結処理（Fully dense sintering treatment）を行うことによりＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜を形成する。前記緻密化・焼結処理の温度を４００℃〜７００℃とし、焼結時間を３０〜９０ｍｉｎとし、プロセス雰囲気を正圧の純アルゴンガス（Ａｒ）とする。ＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜の親水性は良好で、且つ時効性も長い（１〜２週間）。ただし時間の経過及び環境の影響（湿気）に伴い、親水性の効果が低下する。その場合、製品にＵＶ光を照射し、その照射時間を約２０min〜６０minとする（ＵＶ光の強弱に応じて決定）と、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜の表層の光触媒作用により親水性が回復する。
第４方式：ゾル−ゲルコーティング（Sol-gel coating）処理を行う。主に第２チタン金属板体１２表面の金属メッシュ１２３について処理を行う。まず一層の結晶型二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で被覆して基材層とし、８０℃オーブンで乾燥した後、次にその上に一層のチタン鋭錐石（Anatase）の二酸化チタン（ＴｉＯ2）をコーティングし、そして熱処理コーティング層の緻密化・焼結処理（Fully dense sintering treatment）を行うことによりＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜を形成する。前記緻密化・焼結処理の温度を４００℃〜７００℃とし、焼結時間を３０〜９０minとし、プロセス環境を真空吸引とする。ＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜の親水性は良好で、且つ時効性も長い（１〜２週間）。ただし時間の経過及び環境の影響（湿気）に伴い、親水性の効果が低下する。その場合、製品にＵＶ光を照射し、その照射時間を約２０min〜６０minとする（ＵＶ光の強弱に応じて決定）と、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2複合膜の表層の光触媒作用により親水性が回復する。
本発明は、銅に代替して主に商業用純チタンを基材材料として製造されたベイパーチャンバー等の放熱装置を提供し、さらに、純チタンに対する加工（前記プレス加工等）によって前記放熱装置を製造可能なプロセスを提供できる。また本発明によれば、銅の代替材料として純チタンを使用することが実現でき、純チタンの利点によって銅材料の欠点を改善できる。本発明は又、純チタンを銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の代替材料として使用可能とする以外に、更に、純チタン自体の質量が軽く、強度が高く、耐食性が高いという特性を利用して、携帯型デバイス又はモバイルデバイスの載置台座或いは載置中枠を製造でき、且つ同時に、載置構造と放熱構造とを直接一体的に統合して製造し、現行のモバイルデバイス又は携帯型デバイスの薄型化の構造に適合させ、載置機能を持つだけでなく放熱の効果も持たせることができる。
以上に述べた各実施例の金属メッシュは、チタン素材又はステンレス鋼或いは銅若しくはアルミニウム又はその他の金属素材のいずれかを選択でき、或いは同時に２枚の金属メッシュが各々チタン素材及びステンレス鋼素材の各々１枚を選択し、また２枚の金属メッシュを互いに重ねて該第１、２チタン金属板体の間に設けることができる。
薄型の純チタン材料は、形状記憶合金としての機能を持たせることにより、外力を受けて曲がって変形し、外力を除去した後、再び元の状態に戻ることができるため、直接純チタン材料をスマートウォッチと統合して使用したり、若しくは純チタン材料で直接腕時計ベルトとして製造でき、これにより放熱用及び支持用という用途を持たせ得るだけでなく、同時に又装着用とすることもできる。
１ 放熱装置
１１ 第１チタン金属板体
１２ 第２チタン金属板体
１１１ 第１平面
１１２ 第２平面
１１３ 凸部
１１４ 第１コーティング層
１１５ 凹部
１１６ 口部
１２１ 第３平面
１２２ 第４平面
１２３ 金属メッシュ
１２４ 第２コーティング層
１２５ 第３コーティング層
１２６ 口部
１３ 密閉ハウジング
１１ 第１チタン金属板体
１２ 第２チタン金属板体
１１１ 第１平面
１１２ 第２平面
１１３ 凸部
１１４ 第１コーティング層
１１５ 凹部
１１６ 口部
１２１ 第３平面
１２２ 第４平面
１２３ 金属メッシュ
１２４ 第２コーティング層
１２５ 第３コーティング層
１２６ 口部
１３ 密閉ハウジング
Claims (24)
- 第１平面と第２平面とを備え、前記第１平面が複数の凸部を有する第１チタン金属板体と、
第３平面と第４平面を備え、前記第３平面に金属メッシュを設け、前記第１チタン金属板体の前記第１平面に対向して覆い被さると共に密閉ハウジングを形成し、該密閉ハウジングに作動流体が充てんされる第２チタン金属板体と、
を含むことを特徴とする放熱装置。 - 前記凸部がプレス加工による凸部であることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
- 前記凸部の表面に第１コーティング層を有し、また前記金属メッシュと前記第３平面の間に第２コーティング層を有し、前記金属メッシュ表面に第３コーティング層を有し、前記第１、２、３コーティング層の各々が個別に親水性コーティング層又は疎水性コーティング層のうちのいずれかの特性を持つことを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
- 前記親水性コーティング層は、二酸化チタン或いは二酸化ケイ素のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
- 前記第２平面が凝縮側で、前記第４平面が吸熱側であることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
- 前記金属メッシュは、チタン素材又はステンレス鋼或いは銅若しくはアルミニウム又はその他の金属材質のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
- 前記金属メッシュは、第１金属メッシュと第２金属メッシュとを備え、前記第１金属メッシュがチタン素材で、前記第２金属メッシュがステンレス鋼素材であり、また前記述第１、２金属メッシュが互いに積層して設けられることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
- 第１チタン金属板体及び第２チタン金属板体を用意し、事前洗浄作業を行うステップと、
前記第１、２チタン金属板体に対し熱処理を行うステップと、
前記第１チタン金属板体にプレス加工を行って複数の凸部を形成するステップと、
前記第２チタン金属板体の一側に金属メッシュを結合するステップと、
前記第１チタン金属板体の凸部を有する一側と前記第２チタン金属板体の金属メッシュを有する一側とを対向して覆い被せると共にエッジ封止、注水、排気、口部封止作業を行うステップと、
を含むことを特徴とする放熱装置の製造方法。 - 前記洗浄作業は、まずアセトンで拭き取り、次いで超音波洗浄機により脱イオン水を用いて洗い流し、最後に窒素ガスで前記第１、２チタン金属板体の表面を乾燥させることを特徴とする請求項６に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記第１、２チタン金属板体に対する前記熱処理は、前記第１、２チタン金属板体を雰囲気炉に入れ、前記雰囲気炉内にアルゴンガスを吹き込むことを特徴とする請求項６に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記第１、２チタン金属板体に対し表面改質処理を行い、前記第１、２チタン金属板体の表面及び前記金属メッシュの表面に少なくとも１つのコーティング層を形成するステップを有することを特徴とする請求項６に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記コーティング層は、親水性コーティング層或いは疎水性コーティング層のうちのいずれかであることを特徴とする請求項９に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記コーティング層は、二酸化チタン或いは二酸化ケイ素のうちのいずれかであることを特徴とする請求項９に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記金属メッシュは、拡散接合により前記第２チタン金属板体と結合させることを特徴とする請求項６に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記拡散接合は、温度６５０℃〜８５０℃、作業時間３０min〜９０minで行うことを特徴とする請求項１２に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記第１、２チタン金属板体に対する前記表面改質処理は、前記第１、２チタン金属板体を雰囲気炉に入れ、前記雰囲気炉内にアルゴンガスを吹き込むと共に、前記第１、２チタン金属板体の表面に過熱還元を発生させることを特徴とする請求項９に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記第１、２チタン金属板体に対する前記表面改質処理は、前記第１、２チタン金属板体を雰囲気炉に入れ、前記雰囲気炉内を真空手段で吸引すると共に、前記第１、２チタン金属板体の表面に過熱還元を発生させることを特徴とする請求項９に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記第１、２チタン金属板体に対する前記表面改質処理は、ゾル−ゲルコーティング（Sol-gel coating）処理により行い、その場合、前記第１、２チタン金属板体を雰囲気炉に入れ、前記雰囲気炉内を真空手段で吸引すると共に、前記第１、２チタン金属板体の表面にコーティング層を生成させることを特徴とする請求項９に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記コーティング層は、二酸化チタン或いは二酸化ケイ素のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１６に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記第１、２チタン金属板体に対する前記表面改質処理は、ゾル−ゲルコーティング（Sol-gel coating）処理により行い、その場合、前記第１、２チタン金属板体を雰囲気炉に入れ、また前記雰囲気炉内にアルゴンガスを吹き込むと共に、前記第１、２チタン金属板体の表面にコーティング層を生成させることを特徴とする請求項９に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記第１、２チタン金属板体を互いに対向させて覆い被せると共に、エッジ部封止を行い、前記エッジ部封止はレーザー溶接により行い、前記レーザー溶接の波長を１０３０nm、レーザー出力を１００〜５００Ｗとし、その動作環境としては、保護ガスとする必要性から、ヘリウムガス或いはアルゴンガスを吹き込み、それらの漏洩率を１．０×１０-8mbar・L/secより小さくして行うか、又は真空環境１０-2torr内で行うかを選択して実施することを特徴とする請求項６に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記金属メッシュは、チタン素材又はステンレス鋼材質のいずれかとすることを特徴とする請求項８に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記金属メッシュは、同時に２枚の金属メッシュを選択し、１つがチタン素材を選択し、もう１つがステンレス鋼素材を選択し、また２枚の金属メッシュを互いに重ねて前記第１、２チタン金属板体の間に設けることを特徴とする請求項８に記載の放熱装置の製造方法。
- 前記雰囲気炉が４００℃〜７００℃まで加熱され、その時間を３０〜９０分間とすることを特徴とする請求項１０又は１６又は１７又は１８又は２０に記載の放熱装置の製造方法。
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