JPH0339892A - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は加熱鋳型を使用した連続鋳造法によって得られ
たヒートパイプ、特に小型で平坦な放熱面を有するウィ
ック一体型のヒートパイプに関する。

〔従来の技術〕

ヒートパイプは、熱の良導体で軟質の金属、例えばアル
旦ニウム、銅あるいは銅合金等を使用して押出あるいは
引抜き底形によりパイプを形成し、その内部に網目状で
円筒状の液体還流用ウィックを挿入し、このウィックの
内部に蒸気流の通路を形成したものがある。また、押出
成形されたパイプの内部に金属ワイヤをスパイラル状に
巻回して形成したワイヤウィックを挿入し、この内部に
スパイラル管を挿入してこのスパイラル管とワイヤウィ
ックとの間に蒸気の通路を形成したものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ヒートパイプを製造する際の問題点は、蒸気の通路と熱
媒の液体との通路を区分し、正確に形成することである
。

しかし、従来のヒートパイプは前記のように複数の部材
を使用して組立てたものであり、従って液体と蒸気の通
路の両方を正確に形成するためには断面が円形のパイプ
構造とならざるを得ない、更に、パイプの内側にウィッ
クを挿入する加工上の問題からパイプはかなり大型のも
のとならざるを得ないと共に、そのウィックを挿入する
長さが制限される。

細い断面のヒートパイプの場合には、前記のように細い
径のパイプの内部に別部材からなるウィックを挿入しな
ければならないが、例えば３．０ｍｓ程度の直径のパイ
プ内に網状のウィックを押込む作業は実質的に困難とで
ある。従ってパイプとウィックとを一体的に形成するこ
とが好ましい。

この構造のヒートパイプの製造法としては、機械加工に
よってパイプの内部に細い溝を形成する方法と押出ブレ
ス加工ないしは線引き加工による方法がある。

機械加工法では慎重な加工によりパイプの外径が約１＋
ｖ＋弱、最小の外径のもので０．６ｔａｍのものを製作
することは可能である。しかし、これにはかなりの精密
加工を必要とする上に、当然のことながら工具やパイプ
自体の強度の関係で長さを余り大きなものとすることが
できない。

また、押出、引き抜き加工によって内面フィン付きパイ
プを製造する場合にはダイスの強度や金属の流れの状態
の関係から、外径が１０＋＋＋ｍ以下のパイプを製造す
ることは極めて困難である。

更に、前記従来の方法によって製造される巳−トパイプ
はウィックの挿入工程の制約などから断面が丸形のもの
が主体となっている。従って平板状のものを必要とする
場合には断面丸形のパイプをプレス機等によって偏平化
しなければならなかった。

一方、近時繊細なヒートパイプの需要が増加しつつある
。例えばＬＳＩ等のような繊細な半導体装置を冷却する
場合にはこのＬＳＩの偏平な形状と寸法から、非常に細
く繊細でしかも偏平な放熱面を有するヒートパイプを必
要とする。

第５図は従来の半導体装置冷却用のヒートパイプの斜視
図であって、断面円形のヒートパイプ１を平坦面を有す
る取付治具２の穴に貫通し、前記ヒートパイプ１の後端
部に放熱フィン３を植立し、更に前記取付治具２の表面
に半導体装置４を固定したものである。

半導体装置４は少なくとも放熱面が平坦に形成されてお
り、これを冷却手段に取付け、効率的に熱の移動を行う
ためには前記平坦面に合わせて平坦面を有する取付治具
２を必要とする。

従って、この構造では熱伝導抵抗が大きく、また、部品
点数も多く、大型化せざるを得なく、半導体装置を使用
した電子機器をコンパクトに纏めるには不都合であった
。

本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み得られたもので
あって、その第１の目的は平坦な放熱面を有し、長平方
向に正確な蒸気と熱媒の通路を一体的に形成したヒート
パイプを提供することにある。

更に別の目的は、平坦な放熱面を有し、長手方向に正確
で平滑な蒸気と熱媒の通路が形成され、前記平坦な放熱
面上に半導体装置を固定して放熱することができるヒー
トバイブ付の半導体装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を遠戚するための本発明は、加熱鋳型に溶融金
属を供給し、該鋳型内において横断方向に凝固界面を形
成しながら溶融金属を吐出し、その直後に鋳造物の周囲
より冷却して鋳造したヒートパイプであって、言亥ヒー
トバイブは偏平な放熱面と、その内部に形成された液体
用ウィックと蒸気通路から形成されたヒートパイプであ
る。

〔作　用〕

加熱鋳型式連続鋳造方法によって連続的に同一断面で平
坦な放熱面を有するヒートパイプを製造することができ
るので、この平坦面を利用して温度制御すべき物体、特
に半導体装置の平坦面を前記平坦面に接触させて効率的
に熱伝導を行うことができる。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は加熱鋳型式連続鋳造装置Ｃの概略図であって、
この鋳造装置Ｃは、例えば特開昭５８−９７４６３号公
報によって提案されている。

この鋳造装置Ｃは、断熱材６により被覆されたタンプッ
シュ７の一方に融解管（図示せず）を設け、底部に外型
８と中子９からなる加熱鋳型１０が設けられている。

第２図は第１図における■矢視平面図であって、前記中
子９の上面には外型８と中子９の間に溶湯１１を供給す
るための開口部１７が多数配列されている。

前記連続鋳造装置Ｃにおいて、例えば銅やアルミニウム
あるいは黄銅等の金属素材を融解管内においてヒーター
により溶融して溶湯１１としてタンプツシエフ内に貯え
、この溶湯１１を中子９と外型８とで形成された吐出口
１６から連続して引出装置１２により引出すとともに、
冷却ノズル１３から冷却水を噴出させて冷却しながら引
出して金属管１４を連続して製造するものである。

前記鋳造工程において、加熱鋳型１０内に溶湯１１が凝
固する凝固界面１５が形成されるが、この凝固界面１５
は加熱鋳型１０内の吐出口１６の近傍に横断方向に形成
されるが、引出装置１２はこの凝固界面１５が所定の位
置を保持するようにその引出速度を調節する。

前記のように加熱鋳型１０を使用した連続鋳造装置Ｃで
鋳造された金属管１４は、表面が極めて平坦で鏡面を形
成しており、中子９と外型８の内面の形状によって各種
の断面を有するものが得られる。

第３図は本発明によって得られた各種のヒートバイブＰ
の断面形状を示すものである。

（ａ）図に示すヒートパイプＰは、内面に突条２１を設
けた外角管２０と、この外角管２０の内面に配置された
内角管２２と、前記両角管２０．２２を連結する連結体
２３で構成されたものであって、外角管２０と内角管２
２との間の空間によって液体用ウィックＬを形成し、更
に内角管２３の内部に蒸気通路Ｓを形成している。そし
て外角管２０の両面の長辺に平坦な放熱面Ｒが形成され
ている。

なお、ヒートパイプＰはその一端に蒸発部が他端に凝縮
部が形成される必要があり、そのために両端部の内角管
２２には外角管２０を貫通して微細な液体通過用の孔を
多数あけ、その後で外角管２０に形成された孔を閉止し
て形成すると好都合である。

前記構造のヒートパイプＰは極めて繊細なものを鋳造す
ることが可能であり、例えば外角管２０の長辺が１０ｍ
ｍ、短辺が５．０　ｍｍ、内角管２２の長辺が８■、短
辺が３．０　ｍｍ、外角管２０の肉厚が０．３１、内角
管２２の肉厚が０．３　＋ｎ＋＋のものを連続的に鋳造
することが可能である。

前記のようにして繊細なヒートパイプＰを連続的に鋳造
することができるが、このヒートパイプＰは寸法精度が
他の方法で製造されたものに比較して極めて良好で、し
かも長尺なものであり、内部には連続して液体用ウィッ
クＬと蒸気通路Ｓが形成されている。

（ｂ）図に示すヒートパイプＰは、（ａ）図の外角管２
０の内面に形成した突条２１を省略したものであって、
平坦な壁面を有する液体用ウィックＬが内角管２２の周
囲を囲んで形成され、そして外角管２０の長辺に平坦な
放熱面Ｒが形成されている。

（Ｃ）図に示すヒートバイブＰは、中央部に蒸気通路Ｓ
を配置し、その両側に液体用ウィックＬを配置したもの
であって、この液体用ウィックＬは外角管２０の内面と
、この外角管２０内に形成した縦仕切板２４との間に多
数の横仕切板２５を平行に配置して液体用ウィックＬを
多段に形成ししている。

（ｄ）図に示すヒートバイブＰは、外角管２０の長辺に
平行して横仕切板２６を設け、この横仕切板２６と外角
管２０との間に複数枚の縦仕切板２４を設け、一つの長
い液体用ウィックＬと複数個の蒸気通路Ｓを形成してい
る。

（ｅ）図に示すヒートパイプＰは、外角管２０の内部−
面に多数のフィン２７を互いに平行で斜めに植立させた
ものを示している。

前記フィン２７は外角管２０の内面に直交した状態で鋳
造され、その後、平板を外角管２０の内部に押し込んで
前記フィン２７を倒して前記（ｅ）図のように形成した
もの、あるいは最初より（ｅ）図の構造のものを鋳造し
たものがある。

（ｆ）図及び（ｆ−１）図に示すヒートパイプＰは、前
記（ｅ）のヒートバイブの変形を示すものであって、図
示された特殊形状のフィン２８を外角管２ｏと一体的に
形成することも可能であるが、前記（ｅ）図の場合と同
様に先づ外角管２０の内面に多数のフィン２８を植立し
た状態で鋳造し、その後にこのフィン２８の先端部２８
”を機械的に変形させるのが良い。

前記実施例においてはフィン２８は外角管２０の下面の
みに設けられているが、上下の両面、あるいは上下・左
右の全面に設けて液の通路を拡大するのが良い。前記（
ｆ・１）図のようにフィン２８の先端部が曲げられて液
通路２８ａが形成されたものは、この液通路２８ａは小
部屋であるため、液の蒸発を促進する効果が大きい。ま
た、密閉通路であるため、液の表面張力による輸送能力
が向上するという効果がある。

（樽図に示すヒートパイプＰは、星形断面の液体用ウィ
ックＬと丸形断面の蒸気通路Ｓを一体的に鋳造したもの
であって、液体用ウィックＩ、の鋭角的な部分を多数形
成することによって液体を効率的に運搬するのに適した
ヒートバイブＰをＳ寿造することができる。

前記のように、本発明のヒートパイプは平坦面が形成さ
れており、これを連続的に鋳造することが可能であるが
、半導体装置用のヒートバイブとしては、例えば第４図
に示すように、ヒートパイプ３０の一端の平坦面３０ａ
上に半導体装置３１を固定し、更に前記ヒートパイプ３
０の他端に多数枚の放熱フィン３２を植立したものであ
る。

第４図と第５図の半導体装置を比較すると分かるように
、従来の巳−トバイブ１を使用した装置の場合には平坦
面を有する半導体装置４を取付けるのにヒートパイプ１
の外面に取付治具２を必要としたが、第４図の本発明の
装置においてはこのような取付治具を必要としない。

なお、前記実施例においては平坦な放熱面を一体的に形
成したヒートバイブを示したが、熱制御する物体のヒー
トバイブへの取付面が平坦なものから変形している場合
には、その表面形状に合わせて外角管の平坦面を変形し
て効果的に熱伝導を行うようにすることができる。

〔発明の効果〕

本発明にかかるヒートバイブは、加熱鋳型に溶融金属を
供給し、該鋳型内において横断方向に凝固界面を形成し
ながら溶融金属を吐出し、その直後に鋳造物の周囲より
冷却して鋳造したヒートバイブであって、該ヒートバイ
ブは偏平な放熱面と、その内部に形成された液体用ウィ
ックと蒸気通路から形成されていることを特徴としてい
る。

従って、このヒートバイブには平坦面ないしは被温度制
御物の固定表面に合わせた形状の面を簡単に製造するこ
とができるので、小型化され、効率的に熱伝導を行うこ
とができるヒートバイブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱鋳型式連続鋳造装置の要部を示す説明図、
第２図は第１図における■部を示す加熱鋳型の平面図で
ある。 第３図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）、　　（
ｒ−ｆ）及び（ｇ）は本発明によって得られた各種のヒ
ートバイブの断面図であり、第３図（ｅ）及び（ｆ）は
ヒートバイブの斜視図、（ｆ−１）は前記（ｆ）の要部
の拡大断面図である。 第４図は本発明にかかるヒートバイブを使用した半導体
装置の斜視図、第５図は従来のヒートバイブを使用した
半導体装置の斜視図である。 Ｌ・・・液体用ウィック　　Ｓ・・・蒸気通路６・・・
断熱材　　　　　　　７・・・タンデフシュ８・・・外
型　　　　　　　９・・・中イｌＯ・・・加熱鋳型　　
　　　１１・・・溶湯１２・・・引出装置　　　　　１
３・・・冷却ノズル１４・・・金属管　　　　　　１５
・・・凝固界面１７・・・開口部　　　　　　２０・・
・外角管２１・・・突条　　　　　　　２２・・・内角
管２３・・・連結体　　　　　　２４　、２６・・・縦
仕切板２５・・・横仕切板　　　　　２７．２８・・・
フィン３０・・・ヒートバイブ　　　３１・・・半導体
３２・・・放熱フィン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱鋳型に溶融金属を供給し、該鋳型内において横断方
   向に凝固界面を形成しながら鋳型外において鋳造物の周
   囲より冷却して鋳造したヒートパイプであって、該ヒー
   トパイプは偏平な放熱面と、その内部に形成された液体
   用ウイックと蒸気通路から形成されたヒートパイプ。