JP5075273B2 - 扁平型ヒートパイプおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、コンテナの内部に封入した作動流体によって熱を輸送するように構成されたヒートパイプに関し、特に作動流体を蒸発部に還流させる毛管力を発生させるためのウイックが細線束によって構成され、しかも全体として扁平形状に構成されたヒートパイプ およびその製造方法に関するものである。

ヒートパイプの基本的な構成は、空気などの非凝縮性の気体を脱気したコンテナ（容器）の内部に、目的とする温度範囲で蒸発および凝縮する水やアルコールなどの流体を作動流体として封入し、さらに液相の作動流体を還流させるための毛管力を発生するウイックをコンテナの内部に設けたものである。したがって、ヒートパイプにおいては、その作動流体が外部から熱を受けて蒸発し、その蒸気が圧力の低い箇所に向けて流れた後に放熱して凝縮する。その結果、作動流体はその潜熱によって熱を輸送する。また、凝縮した作動流体はウイックに浸透する。一方、蒸発の生じている箇所ではウイックによる毛管力が生じているので、ウイックに浸透した作動流体がその毛管力によって、蒸発の生じている箇所に還流させられる。

このように、ヒートパイプでは、外部から熱が伝達される蒸発部と、作動流体が外部に放熱する放熱部との間で蒸気流が生じ、またこれとは反対方向に向けた液流が生じる。その結果、熱が継続して輸送される。したがって、ヒートパイプの熱輸送能力を向上させ、あるいは熱抵抗を低減するためには、蒸気流と液流とを円滑に、また必要十分に生じさせることが好ましい。また、ヒートパイプの用途は多様であり、例えば電子機器での冷却のために使用されることもあり、そのような場合、その電子素子や回路の小型化に合わせてヒートパイプも小型軽量化することが望まれる。

そこで従来、蒸気流のための流路の確保や作動液の還流特性の向上、さらには小型化のための各種の技術が開発されている。例えば作動液を還流させるための毛管力を増大させるために、銅やカーボンなどからなる多数の細線を束ねてウイックを構成することが行われている。その例が特開２００４−５３１８６号公報や特開２０００−７４５７９号公報あるいは特開２００３−２４７７９１号公報に記載されている。すなわち、毛管力は作動液の液面で形成されるメニスカスにおける実効毛管半径が小さいほど大きくなるので、細線を束ねてウイックを形成すれば、細線同士の間隔が小さくなって大きい毛管力を得ることができる。これに加えて、細線同士の間に形成される作動液の流路が滑らかに連続したものになるので、作動液に対する流動抵抗が相対的に小さくなり、この点でも作動液の還流特性が向上する。

このように、細線束からなるウイックでは、細線同士の間に作動液の流路を形成することになるので、細線同士は接着剤などを用いて接着せずに束ねる程度に結束するのが一般的である。例えば、特開２００４−５３１８６号公報に記載されているヒートパイプでは、コイルばねなどの螺旋状の部材の内部に細線束を配置することにより、その螺旋状の部材によって細線束を結束している。また、特開２０００−７４５７９号公報に記載されたヒートパイプでは、凹部を溝状に形成した板材をパイプの内部に配置し、細線束をその凹部の内部に配置することにより、細線がばらけないように保持している。さらに、特開２００３−２４７７９１号公報には、多数の極細線を素線として撚り線を作り、これをグルーブ管の内部に挿入した構成が記載されている。すなわち、特開２００４−５３１８６号公報あるいは特開２０００−７４５７９号公報に記載された構成では、細線を結束しておくためにコイルばねや板材を用いているのに対して、特開２００３−２４７７９１号公報に記載された構成では、撚ることにより極細線の結束状態を維持するようになっている。

一方、作動流体蒸気の流路を確保するための技術が特開２００１−２０８４８９号公報に記載されている。この特開２００１−２０８４８９号公報に記載されたヒートパイプは、パイプを押し潰して薄くしたフラットヒートパイプであって、金網状ウイックをコンテナの内部にいわゆる縦添えするとともに、その金網状ウイックをシーム溶接によってコンテナに固定して構成されている。したがって、このヒートパイプを曲げた場合であっても、ウイックがコンテナに沿って曲がり、曲げ半径の方向で内周側の内壁面にウイックが接触したり、それによって蒸気流路が閉じられるなどのことが防止されるようになっている。

そして、上記の特開２００４−５３１８６号公報や特開２０００−７４５７９号公報あるいは特開２００１−２０８４８９号公報に記載されているように、ヒートパイプをその半径方向に押し潰すことにより扁平化することが従来行われており、特に特開２０００−７４５７９号公報に記載されたヒートパイプは、厚さが１．５ｍｍ以下とされている。さらに、特開平１１−１７３７７７号公報には、厚さを１ｍｍ以下にすることのできるヒートパイプが記載されている。

特開２００４−５３１８６号公報や特開２０００−７４５７９号公報に記載されているように、コイルばねや前記板材を結束具として使用すると、その分、ウイック全体の厚さあるいは外径が大きくなるので、扁平型ヒートパイプを薄くするには不利になる。これに対して特開２００３−２４７７９１号公報に記載されているように、撚ることにより結束状態を維持する構成では、結束具を用いない分、ウイックの外径が小さくなり、したがって特開２００１−２０８４８９号公報あるいは特開平１１−１７３７７７号公報に記載されているように、ヒートパイプを扁平化する場合に有利になる。

しかしながら、細線束をウイックとして使用する場合、コンテナの内部にその全長に亘って添わせて配置することになるので、曲げなどの変形を与えた場合にも十分に蒸気流路を確保するためには、特開２０００−７４５７９号公報や特開２００１−２０８４８９号公報に記載されているようにウイックを固定することが好ましい。しかしながら、特開２０００−７４５７９号公報に記載されているように、板材に形成された凹部に細線束を収容するとすれば、その板材が部品点数の増大要因になるだけでなく、扁平ヒートパイプを厚くする原因となる。また特開２００１−２０８４８９号公報に記載されているように、シーム溶接によってウイックをコンテナの内面に接合するとすれば、きわめて困難な作業を余儀なくされ、あるいは特殊な製法を採らざるを得なくなる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、曲げなどの変形を生じさせても熱輸送特性に優れる扁平型のヒートパイプおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

この発明は、上記の目的を達成するために、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体によって熱を輸送する扁平型ヒートパイプにおいて、扁平状に成形されかつ前記作動流体が封入されたコンテナと、多数本の細線を束ねるとともにそれらの細線をその中心軸線を中心に撚り合わせかつ前記細線同士を焼結して接合した細線束によって構成され、液相の前記作動流体が浸透することにより毛管圧を生じさせるウイックとを備え、前記細線束から構成された前記ウイックが、扁平状の前記コンテナ内の上下両面もしくは側面に接した状態で、かつ蒸気流路となる空間を塞がないように前記コンテナの長手方向の全長に亘って設置され、さらに、前記ウイックと前記コンテナとの接した部分のうちいずれかの部分が、前記ウイックの長手方向の全長に亘って焼結して固定されていることを特徴とするものである。

この発明における前記細線は、銅線によって構成することができる。

また、前記細線束は、直線状になるように事前熱処理することが好ましく、その前記事前熱処理は、焼き鈍し処理であってよい。

さらに、この発明における前記コンテナは、前記細線束を前記パイプの中央部に配置させた状態で押し潰されて扁平状に成形されたものとすることができる。
一方、この発明の扁平型ヒートパイプの製造方法は、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝 縮する作動流体によって熱を輸送する扁平型ヒートパイプの製造方法において、多数の細 線を束ねるとともに束ねた状態での中心軸線を中心に撚ることにより細線束を形成し、そ の細線束をウイックとしてコンテナ用のパイプの内部に挿入し、前記ウイックが挿入され たパイプを加熱して前記ウイックをパイプの内面に焼結させて固定し、前記ウイックが内 面に固定されているパイプの内部に、非凝縮性ガスを脱気した状態で作動流体を注入した 後、前記パイプを密閉し、さらに前記作動流体が注入された前記パイプを半径方向に押し 潰して扁平状に成形することを特徴とする方法である。
この発明の製造方法では、前記細線束を、直線状になるように事前熱処理することとし てもよい。
その事前熱処理は、焼き鈍し処理を含むことができる。
さらに、この発明の製造方法では、前記ウイックを前記コンテナに焼結して固定する際 に、前記細線束を形成している細線同士を焼結させて接合することとしてもよい。

この発明によれば、ウイックが細線を束ねた細線束によって構成されているので、作動流体が浸透することにより生じるメニスカスでの実効毛管半径が小さくなり、その結果、液相の作動流体を還流させるための大きい毛管力を得ることができる。これに加えて細線同士の間に滑らかに連続した作動流体の還流路が形成されるので、作動流体の流動抵抗が小さくなる。また、細線束は、細線を束ねて撚ったものであるから、細線の結束のための部材が不要であり、そのためヒートパイプとしての必要部品点数を少なくすることができるとともに、コンテナ内での液相作動流体および作動流体蒸気の流動が阻害されにくくなる。特に、直線状となるように事前熱処理することにより、作動流体の流動が円滑化される。これらの結果、液相作動流体の還流特性が向上し、また作動流体の流動が円滑化されることにより、ヒートパイプ全体としての熱輸送特性を向上させることができる。さらに、ウイックは多数の細線を束ねて構成され、その結束ための部材を必要としないので、ウイック全体としての外径を相対的に小さくすることができ、そのため、コンテナを扁平にする場合、その厚さを従来になく薄くすることができる。換言すれば、扁平に構成した場合であっても、優れた熱輸送特性を確保することができる。また、断面が円形のパイプを押し潰して扁平にするとした場合、そのパイプの中央部に細線束を配置しておくことにより、パイプの中央部における過剰な変形（窪み）を細線束によって抑制できる。

さらに、コンテナに曲げなどの変形を与えても、その内部に固定されているウイックがコンテナに追従して変形するので、ウイックの中間部の位置がずれてコンテナの内面と接触したり、それに伴って閉塞した空間がコンテナの内部に生じて作動流体蒸気の流動が阻害されるなどの事態を未然に回避もしくは抑制し、ウイックに沿った蒸気流路を確実に確保することができる。しかも、ウイックはその全長に亘ってコンテナの内面に固定してある。その固定のためには、ウイックをコンテナの内部に挿入した状態で焼結して固定すればよく、製造性が良好である。以上のことから、熱輸送特性に優れたヒートパイプを容易に得ることができる。

この発明に係るヒートパイプにおけるウイックを製造する過程を模式的に示す図である。 この発明に係る扁平型ヒートパイプの製造過程における中間品である丸形ヒートパイプの断面図である。 この発明に係る扁平型ヒートパイプの一例の断面形状を示す図である。 この発明に係る扁平型ヒートパイプの他の例の断面形状を示す図である。 実施例および比較例についての特性試験の方法を説明するための図である。 実施例および比較例２のヒートパイプについての入熱量と熱抵抗との関係を測定した結果を示すグラフである。 この発明に係る扁平型ヒートパイプにおけるコンテナとウイックとの相対位置関係を、直線状態および曲げた状態でそれぞれ示す模式図である。 ウイックに事前熱処理を施さず、かつ全長に亘って固定していない場合のコンテナとウイックとの相対位置関係を、直線状態および曲げた状態でそれぞれ示す模式図である。 ウイックの一部のみを固定した場合のコンテナとウイックとの相対位置関係を、直線状態および曲げた状態でそれぞれ示す模式図である。

つぎにこの発明を更に具体的に説明する。この発明はウイックの構成に特徴を有するヒートパイプである。具体的には、この発明に係るヒートパイプのウイックは、結束具を使用することなく束ねられた多数の細線によって構成されている。その細線は、銅などの金属線、カーボンファイバーなど、コンテナの内部に封入される作動液との濡れ性が優れているものであればよい。また、それらの細線は、結束状態を維持するために、束ねた状態で、その中心軸線を中心にして撚られている。これは、細線の束がばらけないようにするためのものであり、したがって細線としては撚られた形状を維持するものが好ましく、例えば銅線などの金属細線が好ましい。

この発明では、上記の細線束を撚って構成されたウイックがコンテナの内部に配置され、かつ焼結により固定され、その後にそのコンテナの内部に作動流体が封入される。そのコンテナは、要は、気密性のある中空の容器であり、互いに離れた箇所の間で熱の輸送を行う用途に供されるヒートパイプにあっては中空管が使用される。このコンテナは、その内部と外部との間で熱を伝達する必要があるので、熱伝導率の高い素材で構成されていることが好ましく、例えば銅管を使用することが好ましい。また、コンテナの内面には、作動液の流路となり、また毛管現象を生じる幅の狭い溝を形成してもよい。

前述した細線束を撚って構成されたウイックはこのコンテナの内面に固定される。具体的には、ウイックをコンテナの内部に配置した状態で所定の温度に加熱することにより、ウイックとコンテナとの間に焼結を生じさせ、両者を接合する。コンテナの内部のウイックを除いたいわゆる余剰の空間が作動流体蒸気が流動する蒸気流路とされる。

他方、作動流体は加熱されて蒸発し、かつ放熱して凝縮することにより、潜熱の形で熱を輸送する流体であり、ヒートパイプを使用する温度に応じて適宜に選択される。その一例を挙げると、水やアルコール、代替フロンなどが作動流体として使用される。この作動流体は、コンテナの内部から空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で、コンテナの内部に封入される。

したがって、この発明に係るヒートパイプでは、コンテナの一部に熱を加え、かつ他の一部を冷却すると、作動流体が加熱されて蒸発し、その蒸気が温度および圧力の低い箇所に向けて流動し、その後、放熱して凝縮する。その蒸気流路は、ウイックに沿った流路であり、ウイックがコンテナの内面に焼結により固定されているので、ヒートパイプに曲げなどの変形を加えても蒸気流路が確保され、その結果、作動流体蒸気の流動が必要十分に行われてヒートパイプとしての熱輸送特性が良好になる。

一方、凝縮した作動流体はウイックに浸透し、ウイックを構成している細線同士の間の隙間を流路として、蒸発の生じる箇所に向けて流動する。すなわち、作動流体が蒸発すると、ウイックの細線同士の間に形成されているメニスカスが低下するので、それに伴う毛管力が生じ、その毛管力をポンプ力として液相の作動流体が蒸発部側に還流する。そして、細線同士の間の隙間が小さいことにより大きい毛管力が発生し、いわゆる還流特性が良好になる。また、ウイックを構成している細線は、その全長に亘って連続しているものであり、しかも細線束を結束のために締め付けている箇所がないから、それらの間に形成されているいわゆる還流路も滑らかに連続したものとなり、したがって液相作動流体の流動に対する抵抗が少なく、この点においても還流特性が良好になっている。そして、ウイックの固定は、焼結によって行うので、ウイックとしての撚り線をパイプの内部に挿入して外部から加熱すればウイックをその全長に亘って固定でき、その作業が容易であることにより製造性が良好になる。

つぎにこの発明に係るヒートパイプの一例を製造方法と共に説明する。先ず、ウイックとなる多数本の細線１を図１の（ａ）に示すように束ねる。その細線１は、具体的には直径が０．０５ｍｍ程度の銅線であり、これを１００本〜４００本束ねる。ついで、その細線束２を、図１の（ｂ）に示すように、その中心軸線を中心にして撚る。こうすることにより、各細線１は互いに結束した状態を維持する。すなわち細線束２は、特別な結束具を必要とせずにその形態を維持する。そして、この細線束２を所定の長さに切断することにより、ウイックが形成される。なお、細線がコイルに巻かれていたものである場合、残留応力により曲げ癖が残ることがあるので、熱処理を行って直線状にする。

他方、脱脂などの洗浄を行った肉厚０．３ｍｍ、外径３．０〜６．０ｍｍのパイプを用意し、これを所定の長さに切断し、これをコンテナ３とする。ウイック４として銅線を使用した場合には、コンテナとして銅パイプを使用する。そして、そのコンテナ３の内部に上記の細線束２をウイック４として挿入する。このとき、挿入された細線束２はコンテナ３の中で、重力により、コンテナ３の下面に直線状に設置される。このようにウイック４を挿入したコンテナ３をほぼ水平に維持したまま加熱炉（図示せず）に入れて加熱する。その加熱温度は、コンテナ３およびウイック４が銅製の場合、１０００℃程度であり、こうすることによりウイック４がその全長に亘ってコンテナ３の内面に焼結され、固定される。なお、同時に、銅線同士が互いに焼結されて接合される場合もある。その状態を図２に断面図として記載してある。

ウイック４が固定されたコンテナ３を加熱炉から取り出して冷却した後、その一方の端部にスェージング加工を施すとともに、その端部を溶接して密閉する。すなわち、いわゆるボトムスェージング加工およびボトム溶接を行う。またこれらの加工と併せて、他方の端部のスェージング加工（すなわちトップスェージング加工）を行う。こうすることにより実質的なコンテナが作製される。

トップスェージング加工を行うことによりコンテナ３の一方の端部にノズル状部分が形成されるので、これを利用して注液を行う。すなわち、作動流体をコンテナの内部に注入する。その場合、コンテナから空気などの非凝縮性ガスを脱気する必要があり、したがって注液は、真空脱気の後に作動液を注入する方法、余分な量の作動液を注入した後、これを沸騰させて非凝縮性ガスを追い出す方法など、従来知られている方法で行えばよい。そして、注液のために開口していた部分を圧潰した後、溶接して密閉する。いわゆるトップ溶接を行う。

コンテナ３の素材として断面円形のパイプを使用した場合、上記のようにして製造された丸パイプ型のヒートパイプをその半径方向に押し潰して扁平型ヒートパイプとする。その場合、直線状の扁平型ヒートパイプとするには、丸パイプ型のヒートパイプをそのまま押し潰して扁平化する。これに対して、湾曲もしくは屈曲した扁平型ヒートパイプとするには、丸パイプ型のヒートパイプを所定の形状に湾曲もしくは屈曲させ、その後に半径方向に押し潰して扁平化する。また、コンテナ３の素材として断面が扁平なパイプを使用した場合には、前述した押し潰しのための工程を経ることなく扁平型ヒートパイプを得ることができる。その場合、ウイック４をコンテナ３の上下の内面に密着させるための押圧加工を行ってもよい。上記のようにして製造された扁平型ヒートパイプを湾曲もしくは屈曲させる場合であっても、撚り線からなるウイック４は、コンテナ３の内面に焼結して固定されているので、コンテナ３の変形に合わせて変形し、その結果、ウイック３に沿う蒸気流路５が確保される。

この発明に係る扁平型ヒートパイプは、細線束２をウイック４としているものの、結束のための部材を必要としないので、薄くすることができ、またウイック４が、コンテナ３の内面に焼結によって固定されているので、蒸気流路５を確実に確保することができる。例えば図３に断面図で示してあるように、ヒートパイプ１０におけるウイック４は、前述したように、多数本の細線を束ねた状態で撚ることにより構成されている。また、コンテナ３は、中空扁平状に形成されており、その内部に水などの作動流体が封入されている。このコンテナ３は、例えば銅パイプをその半径方向に押し潰して作製することができる。なお、図３に示す例では、コンテナ３の内周面に軸線方向に沿う多数の細溝１１が形成されている。これらの細溝１１は、ウイックとして機能するものであり、また作動流体とコンテナ３との接触面積がこれらの細溝１１によって拡大されている。

そして、扁平形状のコンテナ３における幅方向の中央部にウイック４が配置されており、そのウイック４はコンテナ３のいわゆる上下両面に接触してこれらの面で挟み付けられ、かつこれらの面に焼結により全長に亘って固定されている。したがって、ウイック４とコンテナ３の内面との間に介在物が存在せずに両者が直接接触しているので、その分、ヒートパイプ全体としての厚さが薄くなっている。また、コンテナ３の内部は、ウイック４を中心にして左右に二分されており、その左右両側の中空部分が作動流体蒸気の流路５となっている。そのいわゆる蒸気流路５は、ヒートパイプの製造段階ではコンテナ３およびウイック４が直線状であることにより、当然、所期通りに形成される。また、そのコンテナ３（すなわちヒートパイプ）を曲げた場合、ウイック４はコンテナ３に沿わせて配置され、かつ固定されているので、コンテナ３の変形に合わせて変形する。言い換えれば、曲げたコンテナ３の内周側の内面にウイック４が接触するなどのことがないので、蒸気流路５が製造当初のとおりに確保され、その結果、作動流体蒸気の流動が阻害されることがない。

このように図３に示すこの発明に係る扁平型ヒートパイプは、細線を束ねて撚ることにより細線を結束したウイックを内蔵していることにより、厚さの薄いヒートパイプとすることが可能になり、またウイック４による毛管力が強くかつ細線同士の間に滑らかに連続した作動液の還流路を確保できることに加え、曲げなどの変形を加えた場合であっても作動流体蒸気の流路を確保できるので、熱輸送能力を従来になく高くすることができる。

なお、この発明では、ヒートパイプを扁平形状に構成した場合、ウイック４はコンテナの幅方向での中央部に配置する以外に、図４に示すように、左右いずれか一方に偏らせて配置してもよい。このような構成とした場合であっても、上記の図３に示す構成のヒートパイプとほぼ同等の性能を得ることができる。

つぎにこの発明の実施例を比較例と併せて説明する。

（実施例）
素材コイルから繰り出して切断した銅の細線を束ねるとともに撚ってウイックを構成し、そのウイックに直線状となるようにいわゆる焼き鈍しなどの事前熱処理を施し、そのウイックを、内周面に軸線方向に沿った複数の細溝が形成されているコンテナとして肉厚０．３ｍｍ、外径４．０ｍｍの銅パイプの内部に挿入し、前述した方法でヒートパイプを作製し、さらにそのヒートパイプを厚さ１ｍｍに圧潰して扁平型ヒートパイプとした。そのウイックはコンテナの幅方向での中央部に配置し、かつコンテナに焼結により固定一体化させた。全長は１００ｍｍとし、作動流体は水を用いた。

（比較例１）
ウイックに対する前記の事前処理を行わないこと以外は、上記の実施例と同様にして扁平型ヒートパイプを作製した。

（比較例２）
多数の銅製の細線を螺旋状線条体（いわゆるスパイラル）で結束する構成に替えて、多数の銅の細線をコンテナの内周面にスパイラルによって押し付けて保持し、これらの細線によってウイックを構成した。上記の実施例とはこのようにウイックの構成が異なるだけであり、他の構成は上記の実施例と同様とした。

（比較例３）
直線状の銅の細線を束ね、これをスパイラルで結束してウイックとし、これをコンテナの内部に挿入して扁平型のヒートパイプを作製した。上記の比較例２とはこのようにウイックの構成が異なるだけであり、他の構成は上記の比較例２と同様とした。

（試験方法）
図５に示すように、電気ヒータ１５の表面（２５ｍｍ×１５ｍｍ）に試験対象とするヒートパイプ１０の一端部を接触させ、そのヒートパイプ１０の他方の端部を、アルミニウム製の放熱板１６（６４ｍｍ×４０ｍｍ×１．５ｍｍ）の上面に接触させ、さらにその放熱板１６の下面には断熱板１７を接触させて配置した。室温下で前記電気ヒータ１５に通電することによりヒートパイプ１０の一端部を加熱し、その電力量（入熱量Ｑ）と、電気ヒータ１５とヒートパイプ１０との接触点Ｐ１の温度Ｔｈと、ヒートパイプ１０の他方の端部Ｐ２の温度Ｔｃとを測定した。これらの測定データから各ヒートパイプについての熱抵抗（℃／Ｗ）といわゆるドライアウトの生じない範囲での最大入熱量（Ｗ）を求めた。なお、熱抵抗Ｒは（Ｒ＝（Ｔｈ−Ｔｃ）／Ｑ）として求めた。また、実施例のヒートパイプと比較例１のヒートパイプについて、それぞれ３０本作製したうちの良品の数（すなわち良品率）を求めた。結果を表１に示してある。なお、実施例のヒートパイプおよび比較例２のヒートパイプについての入熱量と熱抵抗との測定結果を図６に示してある。

表１に示す結果から以下のように評価することができる。先ず、この発明に係る扁平型ヒートパイプ（実施例）では、細線を束ねた細線束に撚りを与えたウイックに事前処理として直線状を維持させるいわゆる癖取りの処理を行うことにより、熱抵抗が最も小さく、０．４℃／Ｗとなった。また、最大入熱量以下の入熱量における熱抵抗は図６に示すように０．４℃／Ｗ程度に安定しており、したがって使用温度範囲内で優れた熱輸送特性を示すことが認められた。また、良品率が９０％以上となり、製造性に優れていることが認められた。

これに対して、ウイックに事前の熱処理を施さない比較例１では、最大入熱量が１０Ｗとなったが、熱抵抗が０．８℃／Ｗとなって実施例の２倍に増大した。また、３０本のうち、良品は３本にとどまり、良品率が低く、製造性に劣ることが認められた。

さらに、細線をコンテナの内周面に沿わせて配置し、かつスパイラルで内周面に押し付け固定することによりウイックを構成した比較例２では、最大入熱量が５Ｗであって、この発明に係るヒートパイプの半分に低下し、また熱抵抗は３．０℃／Ｗであって、この発明に係るヒートパイプの約８倍に増大した。

そして、スパイラルで細線を結束してウイックを構成した比較例３では、最大入熱量が７Ｗとなり、その場合の熱抵抗が１℃／Ｗとなり、最大入熱量および熱抵抗が比較例２のヒートパイプよりも良好であるが、この発明に係るヒートパイプと比較すると、熱抵抗が２倍以上と大きく、また最大入熱量が実施例の７０％にとどまっている。

このようにこの発明に係るヒートパイプは、最大入熱量が二桁の値を示し、また熱抵抗は小数点以下の値を示し、優れた熱輸送能力を有するものであることが確認された。また、厚さが１ｍｍ程度に薄く、小型の電子機器に対する搭載性が優れている。しかも、製品のばらつきが少なく製造性に優れている。なお、ウイックを中空扁平状のコンテナの中央部に配置する構成とした場合、パイプを押し潰して扁平状に加工する際に、コンテナの中央部が過度に窪むなどの変形が生じることを防止もしくは抑制することができる。

なお、確認のために、上述した実施例の構成で、ウイックをコンテナに対して焼結しないものを複数本作製し、それらを曲げて変形させ、その熱抵抗を測定した。細線を束ねた後、撚って形成したウイックをコンテナに焼結して固定した前記実施例の扁平型ヒートパイプの熱抵抗は０．４〜０．６℃／Ｗ程度に安定していたが、ウイックをコンテナに対して焼結せずに固定しないヒートパイプでは熱抵抗が０．４〜１．２℃／Ｗの範囲でばらつき、特性の安定したヒートパイプを製造することに難点があることが認められた。

ここで、いわゆる撚り線ウイックを事前熱処理によって直線状にしていること、およびその全長に亘ってコンテナに焼結によって固定していることの作用・効果について説明する。ウイックを構成する細線は、その製造および搬送の段階でコイルに巻かれていることがあるので、曲げの残留応力が生じていることがあり、その結果、細線束として束ねた場合、あるいはその後のハンドリングの過程で曲げが生じることがある。この発明では、焼き鈍しなどの熱処理でそのような残留応力を解消し、細線束を直線状にするので、コンテナの内部に挿入するまでの間、あるいはその過程で曲がることがない。したがって、図７の（ａ）に示すように、ウイック４をコンテナ３の形状に沿わせてその内部に配置することができる。また、前述したように焼結することにより、その全長に亘ってコンテナ３に接合されて固定されている。したがって、ウイック４を内蔵したコンテナ３を曲げた場合、図７の（ｂ）に示すように、ウイック４もコンテナ３の形状に合わせて変形する。その結果、ウイック４に沿った蒸気流路５が、曲げた後であっても確保される。

これに対して、ウイック４に事前の熱処理を施していない場合には、自らの残留応力でウイック４に変形が生じ、例えば図８の（ａ）に示すように、ウイック４の一部がコンテナ３の内部を横切るように配置され、その結果、蒸気流路５がウイック４によって閉塞されて作動流体蒸気の流動が阻害され、ひいては熱輸送能力が悪化する。このような事態は、ヒートパイプを曲げた場合にも生じ、その状態を図８の（ｂ）に示してある。

一方、ウイック４の両端部などをコンテナ３の内面に固定した場合、図９の（ａ）に示すように、ウイック４がコンテナ３に対していわゆる斜めに配置され、その結果、図８に示す場合と同様に、ウイック４がコンテナ３の内部を横切って蒸気流路５を閉塞することがある。このような事態は、図９の（ｂ）に示すように、ヒートパイプを曲げた場合に、ウイック４の中間部が、コンテナ３の内面に接触し、結局、ヒートパイプの熱輸送能力が阻害されることとなる。特に、扁平型ヒートパイプでは、ウイックがコンテナ内の上下両面に接触するので、図８や図９に示すように、ウイック４の形状がコンテナ３の内面の形状と異なってしまってウイック４がコンテナ３の内面に接触した場合には、蒸気流路５がほぼ完全に閉塞されてしまい、コンテナ３の両端部の間での熱輸送を行えなくなる。

Claims (10)

1. 加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体によって熱を輸送する扁平型ヒートパイプにおいて、
   扁平状に成形されかつ前記作動流体が封入されたコンテナと、
   多数本の細線を束ねるとともにそれらの細線をその中心軸線を中心に撚り合わせかつ前記細線同士を焼結して接合した細線束によって構成され、液相の前記作動流体が浸透することにより毛管圧を生じさせるウイックと
   を備え、
   前記細線束から構成された前記ウイックが、扁平状の前記コンテナ内の上下両面もしくは側面に接した状態で、かつ蒸気流路となる空間を塞がないように前記コンテナの長手方向の全長に亘って設置され、さらに、
   前記ウイックと前記コンテナとの接した部分のうちいずれかの部分が、前記ウイックの長手方向の全長に亘って焼結して固定されている
   ことを特徴とする扁平型ヒートパイプ。
2. 前記細線は、銅線を含むことを特徴とする請求項１に記載の扁平型ヒートパイプ。
3. 前記細線束は、直線状になるように事前熱処理されていることを特徴とする請求項１または２に記載の扁平型ヒートパイプ。
4. 前記事前熱処理は、焼き鈍し処理を含むことを特徴とする請求項３に記載の扁平型ヒートパイプ。
5. 前記コンテナは、前記細線束を前記パイプの中央部に配置させた状態で押し潰されて扁平状に成形されたものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の扁平型ヒートパイプ。
6. 前記コンテナは、湾曲しており、かつ
   前記ウイックは、湾曲したコンテナの幅方向の中央部に位置した状態で前記コンテナの内面に固定され、
   そのウイックの両側に蒸気流路が形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の扁平型ヒートパイプ。
7. 加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体によって熱を輸送する扁平型ヒートパイプの製造方法において、
   多数の細線を束ねるとともに束ねた状態での中心軸線を中心に撚ることにより細線束を形成し、
   その細線束をウイックとしてコンテナ用のパイプの内部に挿入し、
   前記ウイックが挿入されたパイプを加熱して前記ウイックをパイプの内面に焼結させて固定し、
   前記ウイックが内面に固定されているパイプの内部に、非凝縮性ガスを脱気した状態で作動流体を注入した後、前記パイプを密閉し、さらに
   前記作動流体が注入された前記パイプを半径方向に押し潰して扁平状に成形する
   ことを特徴とする扁平型ヒートパイプの製造方法。
8. 前記細線束を、直線状になるように事前熱処理することを特徴とする請求項７に記載の扁平型ヒートパイプの製造方法。
9. 前記事前熱処理は、焼き鈍し処理を含むことを特徴とする請求項８に記載の扁平型ヒートパイプの製造方法。
10. 前記ウイックを前記コンテナに焼結して固定する際に、前記細線束を形成している細線同士を焼結させて接合することを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の扁平型ヒートパイプの製造方法。

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