JPH09273880A - ヒートパイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱輸送力に優れるヒートパイプを設置箇所の
形状および大きさに合わせた形状に加工することができ
る方法を提供する。 【解決手段】 中空偏平状に形成されたヒートパイプ１
５を製造するにあたり、塑性変形可能な平板材１を厚さ
方向に加圧して、平坦な蒸発部１３とその蒸発部１３の
外縁部から一方の面に延びて広がる側壁部１４と、これ
ら蒸発部１３と側壁部１４との内面の凹凸部とを成形
し、その蒸発部１３および側壁部１４となる成形材の開
口部分に内面に凹凸部を形成した放熱部１２となる他の
平板材を取り付けてコンテナ１６を形成し、そのコンテ
ナ１６の内部に、真空脱気した状態で凝縮性流体を作動
流体４２として封入してヒートパイプ化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱輸送効率が高
く、平面部を備えた小型発熱体の冷却に適したヒートパ
イプの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近では、パーソナルユースのコンピュ
ータ（以下、パソコンという。）の普及は著しく、多機
能化や処理速度の向上に伴って演算処理装置の出力増大
が年々進められており、したがって、この演算処理装置
が発する熱量も増大している。そこで、その演算処理装
置に放熱用のフィンを取り付け演算処理装置の冷却を図
っている。

【０００３】しかし昨今、ノートブックタイプやサブノ
ートブックタイプのいわゆる携帯型パソコンの普及が著
しく、この種のパソコンでは、携帯性を主要目的として
いるため、小形化および軽量化が強く望まれており、パ
ソコンの内部空間において放熱フィンのような冷却手段
が占有するスペースも極めて限定されるとともに、多機
能化や処理速度の向上に伴って演算処理装置の出力増大
が年々進められており、この演算処理装置が発する熱量
も増大しているため、前記放熱フィンのみでは、放熱量
が不足し、演算処理装置を充分に冷却することができな
い不都合があった。

【０００４】したがって、上記の放熱フィンのみによる
冷却構造では、放熱面積に冷却能力が左右されるので、
小形化および軽量化にともなって、冷却スペースが小さ
くなると充分な放熱面積が得られなく、放熱量が少なく
なって、実質的な冷却能力が制限される不都合があっ
た。そこで、冷却手段として熱輸送能力に優れるヒート
パイプが使用されている。

【０００５】ヒートパイプは、大量の熱輸送が可能であ
るから、一個ないし数個のＬＳＩチップを用いた超小型
の演算処理装置すなわちマイクロプロセッサー（以下、
ＭＰＵという）の冷却を効果的に行うことができ、ＭＰ
Ｕの過熱によるパソコンの作動不能や機能低下等の発生
を防止することができる。

【０００６】従来、パソコンの冷却用に使用されている
ヒートパイプには、一例として、コンテナが断面矩形に
形成された所謂平板型ヒートパイプが用いられている。
この種の平板型ヒートパイプは、例えば、円形断面のパ
イプを押圧して、中空偏平状のコンテナを得、これをヒ
ートパイプ化するのが通常である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のヒートパイ
プ製造方法によれば、円形断面の通常使用されているパ
イプを押圧変形させて中空偏平状とするため、得ること
ができるコンテナの形状や大きさには限界があった。す
なわち、偏平率の大きい（薄い）コンテナを得る場合に
は、パイプの圧潰量が大きくなるから、亀裂や破断が生
じるおそれがあり、また、素材が円形断面の等方性のあ
るものであるから、得ることのできる形状も方形等の等
方性のあるものに限られ、用途に応じた異形形状とする
ことが困難であった。

【０００８】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、設置箇所の形状および大きさに合わせた形状に製
造することができるとともに、熱輸送力が優れたヒート
パイプを製造することのできる方法を提供することを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の課
題を解決するため、この発明のヒートパイプの製造方法
は、作動流体を封入したコンテナが平坦な蒸発部と、こ
のコンテナと対向するように離隔し、該蒸発部より面積
の広い放熱部と、これら蒸発部と放熱部とのそれぞれの
周縁部を全周に亘ってお互いに連結する側壁部とによっ
て中空偏平状に形成されたヒートパイプを製造する方法
であって、塑性変形可能な平板材を、押圧して凹型状に
成形する工程と、その成形した凹型の開口部分に、他の
平板材を取り付けてコンテナを形成する工程と、そのコ
ンテナの内部に、真空脱気した状態で凝縮性流体を作動
流体として封入してヒートパイプ化する工程とを有する
ことを特徴とするものである。

【００１０】すなわち、この発明の製造方法によれば、
放熱部となる部分と、蒸発部および傾斜側壁部となる部
分とを、塑性変形可能な平板材より別々に成形した後、
蒸発部および傾斜側壁部となる凹型の窪んだ部分を内側
にして、対向させて取り付けヒートパイプとなるコンテ
ナを形成する。その後ヒートパイプ化して、放熱部が拡
大したヒートパイプを製造するから、従来の製造方法と
比べて、仕上がりの形状や大きさを任意に設定できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明のヒートパイプの製造方
法を、以下の実施例を用いて説明する。図１はこの発明
の方法により製造したヒートパイプを示す図であり、図
２ないし図６は、金属板１の成形過程を示す図である。
また、図７ないし図１２は、ヒートパイプ化する過程を
示す図である。まず、平面板として予め所定の寸法に切
断した塑性変形可能な金属板１、例えば銅製の金属板を
二枚用意する。

【００１２】そして、この金属板１を用いて放熱部１２
となる部分と、蒸発部１３および傾斜側壁部１４となる
部分とを成形加工する。

【００１３】図２に示すように、ヒートパイプ１５とな
るコンテナ１６の蒸発部１３および傾斜側壁部１４を形
成する成形金型１７は、上型１８と下型１９とから構成
されている。その下型１９には、ヒートパイプ１５の蒸
発部１３を賦形する底面２０と、この底面２０の四方に
ヒートパイプ１５の傾斜側壁部１４を賦形する上方に広
がる斜面２１とが備えられている。また、斜面２１のう
ち一つの面には、注入ノズル２２取り付け用の開口部２
９に対応する溝部２３が形成されている。

【００１４】一方、上型１８には、コンテナ１６の蒸発
部１３となる内側に毛細管圧力により作動流体４２を拡
散させる網目状の溝部２５が形成されるように、直交す
る直線状の凸部２６が形成されている。また、コンテナ
１６の傾斜側壁部１４の内面に、毛細管圧力により作動
流体４２の放熱部１２から蒸発部１３への還流を促進す
るための溝部２７が、放熱部１２から蒸発部１３に至り
形成されるように、上型１８における下型１９の斜面と
対向する面に凸部２８が形成されている。

【００１５】また、前記注入ノズル２２取り付け用の開
口部２９に対応する溝部２３の形状に合致した凸部３０
が備えられている。

【００１６】なお、この実施例において、蒸発部１３の
内面の作動流体４２を拡散させる溝部２５は、網目状の
ものには限定されず、複数方向に交差したものであれば
良く、さらに直線状のものに限定されず、波状のもので
も良い。

【００１７】上記の成形金型１７によってコンテナ１６
の蒸発部１３および傾斜側壁部１４を成形加工するに
は、図２のように、成形金型１７の内部に、塑性変形可
能な金属板１を収容する。

【００１８】そして、上型１８を下降させることにより
金属板１の上面部に上型１８が接触し、この状態から上
型１８をさらに下降することによって、金属板１が平面
状から凹型形状に変形される。すなわち、蒸発部１３と
その蒸発部１３の外縁周部から上方に延びた上方に広が
る傾斜側壁部１４が形成され、凹型金属板３１が形成さ
れる。なお、下型１９に上型１８の凸部２６，２８が貫
通しない程度に上型１８によって金属板１を押圧する。
このようにして上型１８を下限位置にまで下げて図５に
示す形状に成形する。また、金属板１は平面状から凹型
形状に変形するとともに、コンテナ１６の蒸発部１３と
なる凹型の底面２０の内側に、作動流体４２を毛細管圧
力によってその内面に拡散させる網目状の溝部２５が形
成されるとともに、傾斜側壁部１４となる凹型の側面の
内壁面に、放熱部１２から蒸発部１３に至って、作動流
体４２の還流を促進する溝部２７が形成される。

【００１９】したがって、ここで成型した凹型金属板３
１が、ヒートパイプ１５となるコンテナ１６の蒸発部１
３および傾斜側壁部１４となる。

【００２０】なお、この成形工程は、数回に分けて繰り
返し行うこととしてもよい。

【００２１】次に、ヒートパイプ１５となるコンテナ１
６の放熱部１２を形成する成形金型３２は、図３に示す
ように、放熱部１２となる金属板１の一方の面に、凝縮
された作動流体４２の液を蒸発部１３に滴下しやすくす
る尖頭突起３３および補強リブ３４を形成するために、
凹凸部が形成された上型３５と、その上型３５と対向す
る下型３６とから構成されている。下型３６は、金属板
１を保持する囲い部分と金属板１を載せる平坦面とから
構成されている。上型３５は下型３６と対向しており、
その面上には、放熱部１２となる金属板１に一方向でか
つ直線状の補強リブ３４を構成するための溝部３７が形
成されるとともに、放熱部１２となる金属板１に尖頭突
起３３を形成するための凹部３８が形成されている。

【００２２】この成形金型３２によってコンテナ１６の
上面すなわち放熱部１２を成形加工するには、まず金属
板１を前記下型３６と上型３５との間に挿入し、下型３
６上に載せる。

【００２３】そして上型３５を下降させると、金属板１
の上面部に上型３５の溝部３７および凹部３８が形成さ
れた面が接触し、この状態から上型３５をさらに下降す
ることによって、金属板１の一方の面に、溝部３７およ
び凹部３８がめり込み、作動流体４２の滴下を促進する
尖頭突起３３、およびヒートパイプ１５を形成してヒー
トパイプ動作させた際に、コンテナ１６の内圧により放
熱部１２が窪まないように補強するための補強リブ３４
が形成される。すなわち、上型３５を下限位置にまで下
げて図４に示す形状に放熱部１２を形成する。

【００２４】換言すれば、上型３５を下降させて下型３
６の方向に押し付けることにより、金属板１が塑性変形
し、コンテナ１６の放熱部となる金属板１上に尖頭突起
３３および補強リブ３４が形成され凹凸金属板４０が形
成される。なお、この成形加工は、数回に分けて繰り返
し行うこととしてもよい。

【００２５】ついで、上記のように形成された、放熱部
１２となる凹凸金属板４０と、蒸発部１３および傾斜側
壁部１４となる凹型金属板３１の内面を脱脂洗浄する。
その洗浄手段としては、例えば適宜の溶剤を使用した洗
浄、あるいは超音波洗浄などの従来知られた手段を採用
することができる。

【００２６】洗浄後、図６に示すように、尖頭突起３３
および補強リブ３４を形成した面を対向させて放熱部１
２となる凹凸金属板４０を、凹型金属板３１の開口端に
突き合わせた後、凹凸金属板４０と凹型金属板３１との
周縁部同士、すなわち凹凸金属板４０と凹型金属板３１
との接合部を、一例として接着剤などにより接着した
後、高周波溶接や超音波溶接などを行い、ヒートパイプ
１５となるコンテナ１６を形成する。

【００２７】この際、放熱部１２となる凹凸金属板４０
と凹型金属板３１との間には、内部空間と連通する注入
ノズル２２取り付け用の開口部２９が形成される（図６
参照）。

【００２８】そして、図７に示すように、前記開口部２
９が形成された部分に、注入ノズル２２の一端部を挿入
し、同時に溶接あるいはロウ付け等の手段によって固着
する。なお、注入ノズル２２としては、ここでは金属板
１と同一材質でかつ断面が円形の小径管が採用されてい
る。

【００２９】つぎに上記のようにして形成されたコンテ
ナ１６をヒートパイプ化する。すなわち、注入ノズル２
２を介して、作動流体４２としての純水を規定量よりも
若干多めにコンテナ１６内部に注入する。これは、次工
程でコンテナ１６内から非凝縮性ガスの追い出しを行う
ためである。この加熱追い出し工程の一例として、ここ
では図８に示すように、注入ノズル２２が設けられた端
部が上方となるようにコンテナ１６をシリコンオイルバ
ス４３内に設置し加熱する。すると、液相の作動流体４
２が蒸発し気相となるとともに、作動流体４２中に溶在
などしている非凝縮性ガスが作動流体４２の沸騰蒸気と
共に注入ノズル２２の開口端からコンテナ１６の外部に
放出される。すなわち、先にコンテナ１６内に封入され
た作動流体４２の全量から蒸気として追い出された量を
差し引いた量が、作動流体４２の実質的な封入量とされ
る。

【００３０】そして、作動流体４２の蒸気を所定量追い
出した後、注入ノズル２２の先端側をカシメるなどして
仮封止する。したがって、このコンテナ１６自体が充分
に脱気されたヒートパイプ１５のコンテナ１６となる。

【００３１】なお、この加熱追い出し工程では、予め注
入ノズル２２を仮締めしておいた状態でコンテナ１６の
内部の圧力を高め、その後に仮締め部分を開放して作動
流体４２をフラッシュさせる方法を採ることもできる。
なお、この実施例では、コンテナ１６の内部への作動流
体４２の脱気封入方法として加熱追い出し法を例示した
が、これに替えて真空ポンプ法やガス液化法等を採用す
ることもできる。

【００３２】ついで、そのヒートパイプ１５をシーズニ
ングする。この工程は周知の通り、微細なピンホールを
発見したり、コンテナ１６の内壁面と作動流体４２との
濡れ性を向上させたりする等、概してヒートパイプ１５
としての信頼性を高めるために実施される工程であっ
て、図９に示すように、例えばヒートパイプ１５をバッ
チ炉や管状炉等の加熱炉４４の内部に収納して一定時間
連続して加熱する。そして、上記工程が終了した後、図
１０に示すように、注入ノズル２２の仮封止を切断する
などして開封し、また内部の作動流体４２を廃棄する。

【００３３】なお、コンテナ１６の内部にスケールなど
の不要物があれば、その際に作動流体４２と共にコンテ
ナ１６の外部に取り出されるから、上記シーズニング工
程はコンテナ１６内部の二回目の洗浄工程として機能す
る。

【００３４】つぎに、空になったコンテナ１６に、規定
の封入量に対して若干多めの量の作動流体４２すなわち
純水を新たに注入する。そして再度、前述と同様の加熱
追い出しを実施して、作動流体４２中に溶存する非凝縮
性ガスをコンテナ１６内から排出させた後、図１１に示
すように、注入ノズル２２をその基端部すなわちコンテ
ナ１６の端部のごく近い箇所において本封止する。な
お、図１２に示すように、封止するにあたり、例えば一
旦カシメた状態で、先端部に適度な丸みを持った治具で
その部分を圧着切断すれば、気密性がより確実に担保さ
れる。また、必要に応じて溶接する。

【００３５】なお、上記実施例においては、放熱部１２
および蒸発部１３が四角形のヒートパイプを製造する方
法を示したが、放熱部１２および蒸発部１３が円形や多
角形であっても良く、放熱部１２と蒸発部１３とを結ぶ
傾斜側壁部１４もこれに対応するものであれば良い。

【００３６】また、蒸発部１３および放熱部１２ならび
に傾斜側壁部１４の内面に形成した溝部、補強リブ、尖
頭突起などは、上記実施例のように金属板１を押圧変形
させる際に同時に形成せずともよく、金属板１を押圧変
形させた後に、別の方法により形成させてもよい。

【００３７】さらに、上記実施例では前記注入ノズル２
２取り付け用の開口部２９を金属板１を押圧変形させる
際に同時に形成したが、これに限定されず、コンテナ１
６を形成した後に前記開口部２９を形成してもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明のように、ヒートパイプを構
成するコンテナの蒸発部および傾斜側壁部となる部分と
放熱部となる部分を別々に形成した後、組み合わせてコ
ンテナを形成した後、ヒートパイプ化するから、各種の
大きさの平板型ヒートパイプを容易に量産できるととも
に、ヒートパイプ内面の溝部、補強リブ、尖頭突起など
の加工が容易にできる。また、この発明の製造方法は、
ヒートパイプ設置場所に応じた形状に形成することが容
易となり、任意の大きさおよび作動能力にヒートパイプ
を製造することができる。すなわち仕上がりの形状や大
きさを任意に設定できる。さらに、コンテナを形成した
後にヒートパイプ化するので、従来のようなヒートパイ
プ化した後の押圧加工により、加工後の肉厚や板厚が不
均一になるようなことはなく、構造が均一なヒートパイ
プが製造でき、従来に比べて、ヒートパイプの熱伝導性
能が向上されたヒートパイプが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例において製造するヒートパイ
プを示す概略図である。

【図２】蒸発部および傾斜側壁部を形成する成形金型
と、その成型金型の下型に金属板がセットされている状
態を示す概略側面図である。

【図３】放熱部を形成する成形金型に金属板がセットさ
れている状態を示す概略側面図である。

【図４】成形金型により形成された放熱部となる金属板
を示す概略図である。

【図５】成形金型により形成された蒸発部および傾斜側
壁部となる凹型金属板を示す概略図である。

【図６】成型加工された金属板および凹型金属板を密着
させて構成したコンテナを示す概略図である。

【図７】コンテナの注入ノズル挿入用の開口部に注入ノ
ズルを取り付けた後、作動流体を封入した状態を示した
概略図である。

【図８】加熱追い出し工程を示す概略図である。

【図９】シーズニング工程を示す概略図である。

【図１０】注入ノズルの仮封止を切断して開封し、内部
の作動流体を廃棄している状態を示す概略図である。

【図１１】注入ノズルが本封止された状態を示す概略図
である。

【図１２】注入ノズル本封止工程において、圧着切断お
よび溶接した場合を示す概略図である。

【符号の説明】

１…金属板、 ４０…凹凸金属板、 ３１…凹型金属
板、 １２…放熱部、１３…蒸発部、 １４…傾斜側壁
部、 １５…ヒートパイプ、 １６…コンテナ、 １
７，３２…成形金型、 １８，３５…上型、 １９，３
６…下型、 ２０…底面、 ２１…斜面、 ２２…注入
ノズル、 ２３，２５，２７，３７…溝部、 ３３…尖
頭突起、 ３４…補強リブ、 ４２…作動流体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 長谷川 仁 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体を封入したコンテナが、平坦な
   蒸発部と、この蒸発部と対向するように離隔し、該蒸発
   部より面積の広い放熱部と、これら蒸発部と放熱部との
   それぞれの周縁部を全周に亘って互いに連結する側壁部
   とによって中空偏平状に形成されたヒートパイプを製造
   するにあたり、塑性変形可能な平板材を厚さ方向に加圧
   して、平坦な蒸発部とその蒸発部外縁部から一方の面に
   延びて広がる側壁部と、これら蒸発部と側壁部との内面
   の凹凸部とを成形し、その蒸発部および側壁部となる成
   形材の開口部分に、内面に凹凸部を形成した放熱部とな
   る他の平板材を取り付けてコンテナを形成し、そのコン
   テナの内部に、真空脱気した状態で凝縮性流体を作動流
   体として封入してヒートパイプ化することを特徴とする
   ヒートパイプ製造方法。