JPH10185467A

JPH10185467A - アルミニウム製ヒートパイプの製造方法

Info

Publication number: JPH10185467A
Application number: JP8346803A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yamamoto; 雅章山本; Kenichi Nanba; 研一難波
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】実用性に優れたヒートパイプの製造方法を提
供する。【解決手段】アルミニウム製のコンテナ部材であるア
ルミニウム上板２アルミニウム下板１とをろう付けによ
り接合してコンテナ３を形成する。この際、Ｋ−Ａｌ−
Ｆ系のフラックスを用いてろう付けする。コンテナ３内
には作動液を封入してプレート型ヒートパイプ５を製造
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム製の
ヒートパイプの製造方法に関し、特にプレート型のヒー
トパイプに好適な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプは熱を速やかに運ぶことが
できるものとして、各種冷却器等への応用が既に実現し
ている。例えば近年では、電気機器に用いられる各種半
導体素子やデバイス等の冷却機構として、ヒートパイプ
応用の冷却器の適用が増えてきている。典型的な形態と
しては、冷却すべき部品に直接或いは間接的にヒートパ
イプの蒸発側を接続し、吸収した熱をそのヒートパイプ
の凝縮側から放熱する機構のものである。

【０００３】ヒートパイプは、熱を運ぶ媒体である作動
液をその内部に封入した密閉構造を有している。通常、
作動液の蒸発、凝縮の相変態が起きやすくなるように、
作動液が封入されているヒートパイプの内部は、真空脱
気しておく。

【０００４】ヒートパイプによる熱の移動は通常、下述
するような作動が起きることによってなされる。即ち、
ヒートパイプの吸熱側（蒸発側）において、ヒートパイ
プを構成する容器（以下、コンテナという）の材質中を
熱伝導して伝わってきた熱により、作動液が蒸発する。
そしてその蒸気がヒートパイプの放熱側（凝縮側）に移
動する。放熱側では、作動液の蒸気は冷却され再び液相
状態に戻る。液相に戻った作動液は再び吸熱側に移動す
る。このような作動液の相変態や移動により、熱の移動
がなされるのである。

【０００５】尚、相変態により液相状態になった作動液
は、重力または毛細管作用等により、吸熱側に戻るよう
になっている。重力式の場合は、吸熱側を放熱側より下
方に配置すればよい。

【０００６】さて、上述のような、作動液の相変態やそ
の移動が速やかに行われるようにするためには、ヒート
パイプ内の脱気を十分に行うことや、油分等、作動液の
作動を阻害する不純物の混入をなるべく避けることが求
められる。

【０００７】ところで、ヒートパイプの外形形状として
は、円形パイプ状のものが代表的であるが、その他、平
板形状のプレート型のものも使われることが多い。これ
らヒートパイプの形状の選定は、そのヒートパイプの適
用される状態や要求される特性等を考慮して適宜決めれ
ばよい。またヒートパイプを構成するコンテナの材質
も、用途等によって種種選定すれば良く、例えば銅材、
ステンレス材、アルミニウム材等が用いられる。

【０００８】従来、ヒートパイプの製造方法として下述
する方法が知られている。即ち、先ずパイプ体を用意
し、その両端部を溶接等して封止する方法である。もち
ろん、内部には封入に先立ってパイプ内には所定の作動
液を注入しておく。上記パイプ体としては、例えば円形
型のヒートパイプを製造するのであれば、シームレス管
や接合管（溶接管）を用いればよい。溶接管は、シート
を丸めて、その合わせ部分を溶接接合して形成したもの
である。

【０００９】プレート型のヒートパイプを製造する場合
は、２枚のシートを合わせ、更にその周囲の部分を溶接
することで袋状のコンテナを組み立てることが多い。こ
れは、プレート型のヒートパイプの場合、上述した円形
型のヒートパイプを製造する場合と異なり、プレート状
のシームレス管を用意しにくいからである。尚、プレー
ト型のヒートパイプとして、２枚のシートの間に、別の
シート等を介在させる形態も知られている。

【００１０】上述したように、２枚のシートを合わせ、
更にその周囲の部分を溶接により接合する方法は、その
接合作業が、製造コスト上昇の大きな原因になりやす
い。それは、溶接法の場合、簡易な設備にて溶接すべき
部分を一括して溶接するような作業が難しいからであ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミニウ
ム製のヒートパイプの製造方法に関し、アルミニウム材
の接合によりヒートパイプを組み立てる、実用的な方法
を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
製のコンテナ部材同士を、Ｋ−Ａｌ−Ｆ系フラックスを
用いてろう付けすることで組み立てる、アルミニウム製
ヒートパイプの製造方法である。特に本発明は、前記ヒ
ートパイプがプレート型のヒートパイプである場合に効
果的である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１、図２を参照しながら、本発
明の製造方法を説明する。図１はプレート型ヒートパイ
プの一形態を説明的に斜視図として示したものである。
この図におけるＡ−Ａ’線の位置の断面を概略的に図２
に示す。

【００１４】さて図１のプレート型ヒートパイプ５は、
そのコンテナ３をコンテナ部材であるアルミニウム下板
１とアルミニウム上板２とを、ろう付け法により接合し
て形成したものである。図２に示すように、アルミニウ
ム上板２は、その周囲部の他、凸部２０の部分におい
て、アルミニウム下板１と接している。またアルミニウ
ム上板２には凸部２０が所定数設けられている。これら
周囲部や凸部２０の部分をろう付けによりアルミニウム
下板１と接合している。尚、図１のような方向で見れ
ば、凸部２０は凹んだ形状に見えるが、この凸部２０と
の呼称については、アルミニウム上板２に設けた凸部と
いう意味でこの用語を用いているに過ぎない。

【００１５】コンテナ３の、アルミニウム上板２とアル
ミニウム下板１との間に形成された空洞部３０（この図
１、２の例では、空洞部３０は連通された１空間を形成
している）を洗浄後、この空洞部３０内に作動液を所定
量注入し、脱気その他の工程を経て、封止部４を封止し
てプレート型ヒートパイプ５を製造する。

【００１６】上述した工程において、空洞部３０を洗浄
するのは、油分等の異成分が多く残存していると、製造
されたヒートパイプ５において、作動液の作動（蒸発、
凝縮、移動等）が阻害されて、特性が低下するからであ
る。また脱気して内部の不要なガス等を排出させるのも
同様の理由による。

【００１７】封止部４の封止方法は特に限定されるもの
ではない。通常はレーザー溶接、プラズマ溶接等の溶接
法によることが多い。この封止作業を図３を参照しなが
ら説明する。図３は、封止部４の封止工程（作業）を示
す説明図である。封止すべき部分（封止部４）は図３
（ア）に示すように、ある程度、突出させた形態にする
ことが多い。これはその後の溶接作業を容易にするため
である。さて封止作業であるが、先ず図３（イ）に示す
ように、封止部４０をかしめる。かしめたそのかしめ部
４０により、コンテナ３は仮封止された状態になる。次
に、溶接によりそのかしめ部４０を本封止する（図３
（ウ））。溶接部位は特に限定されないが、図３（ウ）
の例では、封止部４の先端部に溶接部４１を設けてい
る。

【００１８】本発明においては、アルミニウム上板２と
アルミニウム下板１との接合は、ろう付け法により行
う。この方法によれば、アルミニウム上板２とアルミニ
ウム下板１との接合部を一括して接合することが比較的
容易であり、通常の溶接法に比べ作業コストが低く抑え
られる利点がある。具体的には、アルミニウム上板２と
アルミニウム下板１との接合部にろう材を配し、適当な
加圧下において、所定の温度でろう付けすれば良い。

【００１９】アルミニウム上板２或いはアルミニウム下
板１の少なくとも一方にブレージングシートを用いた場
合は、予めろう材が配されていることになるので、この
ろう付け作業は一層容易になる。ろう付け作業において
別途ろう材を配置する必要がないからである。尚、ブレ
ージングシートとは、予めろう材を片面若しくは両面に
被覆したシートであり、自動車用の熱交換器等に広く用
いられているものである。今の場合、例えば純Ａｌ系の
芯材にＡｌ−Ｓｉ系のろう材を被覆、或いはクラッドし
たものが好適に適用できる。芯材とろう材の厚さは特に
限定されない。芯材とろう材の厚さは特に限定されな
い。これらは、製造すべきプレート型ヒートパイプ５の
サイズ等により適宜設定すれば良いことである。

【００２０】アルミニウム下板１とアルミニウム上板２
とを合わせたとき、その間に空洞部が形成されるよう
に、アルミニウム下板１またはアルミニウム上板２にプ
レス加工等を施す。もちろん、両方に施しても良い。凸
部２０は必須ではないが、接合後、アルミニウム上板２
とアルミニウム下板１との接合をより強固にする効果が
ある。また同時に、接合後のアルミニウム上板２が堅牢
になる効果もある。

【００２１】本発明において、コンテナを構成するＡｌ
材としては、ＪＩＳＡ１０００系、Ａ３０００系等が適
宜適用できる。またろう材としては、ＪＩＳＡ４０００
系のＡｌ製ろう材等が代表的に適用できる。ブレージン
グシートを用いる場合は、例えばＪＩＳＡ３０００系の
芯材にＪＩＳＡ４０００系のろう材をクラッドしたもの
等が使用できる。

【００２２】また、作動液としては、水の他、フロン、
代替フロン、アルコール等、公知の作動液を用いればよ
い。

【００２３】ところで通常、アルミニウム材をろう付け
する際には、フラックスが併用される。そのフラックス
として塩化物系やフッ化物系のものが広く知られている
が、本発明では、特に、Ｋ−Ａｌ−Ｆ系のフラックスを
用いる点が重要である。

【００２４】フラックスとして特にＫ−Ａｌ−Ｆ系のも
のを用いると、そのメカニズムは解明に至ってはいない
が、ヒートパイプの製造コストが低減できる効果があ
る。その説明を下述する。通常、作動液の注入に先立っ
て空洞部３０を洗浄するが、これは空洞部３０内に残る
油分等の異成分を除去するためである。もちろん厳密な
意味で異成分の除去を完全に達成することは実用的には
難しい。ここで除去とは、なるべくヒートパイプとして
使用した際、作動液の作動を阻害するような不要な異成
分を減少させる、という意味である。油分の他に、接合
工程で用いたフラックス成分も、特性に望ましくない影
響があれば除去の対象になる。

【００２５】さて本発明者らが解明したところでは、通
常広く知られる塩化物系のフラックスを用いてろう付け
した場合、そのフラックス成分の除去を相当に十分に行
わないと、製造したヒートパイプの性能が不十分になり
やすいことが判った。しかるにフラックスとしてＫ−Ａ
ｌ−Ｆ系のものを用いた場合は、フラックス成分以外の
油等の異成分の除去が必要であることは従来通りである
が、フラックス成分の除去作業を省略、或いは簡略化し
ても、高い特性のヒートパイプが得られることが判明し
たのである。つまり通常広く知られる塩化物系のフラッ
クスを用いてろう付けした場合に比べ、その除去がより
簡略化できる、といえる。もちろん本発明においても、
フラックス成分の除去作業をより厳しく行えば、得られ
るヒートパイプの性能上、望ましいのであるが、塩素系
のフラックスを用いた場合に比べ、フラックス成分の除
去作業を省略、或いは簡略化できれば、製造コストの低
減が実現しやすくなるのである。

【００２６】尚、上述のフラックス成分の意味である
が、空洞部の内部に残る、ろう付けの際に用いたフラッ
クス成分に起因する成分を指す。従って、ろう付け作業
前のフラックス（使用前のフラックス）と同一組成であ
るとは限らない。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例に則して説明する。本発明例図１に示すようなプレート型ヒートパイプ５を製造し
た。アルミニウム下板１としては、サイズ１００ｍｍ×
２５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＪＩＳＢＡ４０４７のブレー
ジングシートを用い、アルミニウム上板２としては、Ｊ
ＩＳＡ１１００の圧延板（サイズ１００ｍｍ×２５０ｍ
ｍ、厚さ１ｍｍ）を用いた。アルミニウム上板２には、
その周囲部分と凸部２０の部分がアルミニウム下板１と
の接合面になるように、アルミニウム上板２にプレス加
工を施してある。尚、ブレージングシートであるアルミ
ニウム下板１のろう材側がアルミニウム上板２との接合
面になるようにしたことはもちろんである。

【００２８】凸部２０は直径が概ね径３〜９ｍｍ程度の
もので、空洞部の高さは約１．５ｍｍ程度になるような
ものである。この凸部２０を概ね等間隔に３３個設け
た。またアルミニウム上板２の周囲部分に設けたアルミ
ニウム下板１との接合部分は、概ね幅５ｍｍ程度であ
る。

【００２９】ろう付け作業は、Ｋ−Ａｌ−Ｆ系のフラッ
クスであるＫＡｌＦ₄・Ｋ₂ＡｌＦ ₅・Ｈ₂Ｏを用い、
約６２０℃の条件で、アルミニウム上板２とアルミニウ
ム下板１とが密着するようにある程度の加圧加重を掛け
ながら行った。

【００３０】ろう付け後、コンテナ３の内部（空洞部３
０）を洗浄して、油分等を除去した。空洞部３０に残存
するフラックス成分の除去作業は特に行わなかった。

【００３１】次いで、作動液（ＨＣＨＣ−１２３：旭硝
子社製、製品名ＡＫ１２３）を空洞部３０に所定量注入
し、脱気作業の後、封止部４をＴＩＧ溶接して封止して
プレート型ヒートパイプ５を製造した。作動液の注入量
は空洞部３０の内容積の概ね３０％とした。図１の示す
ｄとｗは各々２５０ｍｍ、１００ｍｍ程度である。

【００３２】製造したプレート型ヒートパイプ５の特性
評価を、図４に示す方法に則して行った。図４は、ヒー
トパイプの特性試験の一手法を示したものである。ここ
では試験すべきヒートパイプを垂直に配置して、その下
部を断熱材で囲み、ヒーターにより加熱する。ヒートパ
イプの加熱部、断熱部、放熱部には各々熱電対を取り付
け、加熱部の温度を種種変化させて、各熱電対により温
度を測定する。ヒートパイプの加熱部、断熱部、放熱部
に各々取り付けた熱電対の位置の温度を、それぞれＴ
ｅ、Ｔｖ、Ｔｃとし、ΔＴ＝Ｔｖ−Ｔｃの変化を調べる
ことで、ヒートパイプの特性を評価する方法である。

【００３３】さて上述したヒートパイプの特性試験の方
法にて、本実施例でのプレート型ヒートパイプ５を評価
した。図１のｗ＝１００ｍｍの側を垂直に配置して、加
熱部、断熱部、放熱部が各々、ｗの長さに対し２５％、
２５％、５０％になるように設置した。加熱部、断熱
部、放熱部にそれぞれ熱電対を取り付け、それらの熱電
対による測定温度をそれぞれＴｅ、Ｔｖ、Ｔｃと表記す
る。これらの値を調べて、ヒートパイプの特性を評価す
る。

【００３４】試験は３種類の温度条件で行った。初期の
Ｔｖの温度（Ｔｖ₀と表記する）をそれぞれ１００℃、
１３０℃、１５０℃の状態下で、十分に保持した後、測
定時には、Ｔｖを経過時間毎に５０℃に下げて、Ｔｅ、
Ｔｃを測定する。５０℃に下げる理由としては、測定時
は同一温度とすること、低い温度測定すると、Ｔｖ−Ｔ
ｃの値が分かりやすくなる。ここではΔＴ＝Ｔｖ−Ｔｃ
（ａｔＴｖ＝５０℃）の値を調べた結果を図５に示して
おく。

【００３５】比較例また比較例として、ろう付けの際、塩素系のフラックス
（成分ＮａＣｌ・ＫＣｌ・ＬｉＣｌ・ＺｎＣｌ₂・Ｌｉ
Ｆ）を用いた以外は上記本発明と同様にしてプレート型
ヒートパイプを製造した。そして上記同様にΔＴ＝Ｔｖ
−Ｔｃ（ａｔＴｖ＝５０）を調べた。結果は図５に示し
ておく。

【００３６】本発明例および比較例のプレート型ヒート
パイプにおける、上記ΔＴ＝Ｔｖ−Ｔｃ（ａｔＴｖ＝５
０）の調査結果は図５に示す通りである。この結果から
明らかなように、本発明例は、Ｔｖ₀＝１００℃、１３
０℃、１５０℃の何れでも、経過時間の進行に対し、Δ
Ｔが小さく維持されていた。対する比較例では、Ｔｖ ₀
＝１００℃、１３０℃、１５０℃の何れにおいても、経
過時間に対するΔＴの上昇が大きかった。この結果か
ら、本発明例は比較例に比べ優れた性能を有しているこ
とが判る。

【００３７】本発明例は、ろう付けの際、フッ化物系の
Ｋ−Ａｌ−Ｆ系のフラックスを用いたことにより、比較
例に比べ優れた性能が実現したものと思われる。仮に比
較例においても、十分なフラックス成分の除去作業を施
せば、本発明例と同様の性能を実現させることも可能で
あったと考えられる。しかしフラックス成分の除去作業
により多大な手間を掛ければ、それだけ製造コストの上
昇に繋がることになるから、この意味において、本発明
はコスト低減に寄与する優れた製造方法であることが判
るのである。

【００３８】

【発明の効果】本発明のヒートパイプの製造方法は、製
造コストの低減が実現する実用性に優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法により製造したプレート型ヒ
ートパイプの一例を示す説明図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’部の断面を示す説明図である。

【図３】図１の封止部４の封止作業を示す説明図であ
る。

【図４】実施例における、ヒートパイプの性能評価方法
を説明する図である。

【図５】実施例における、ΔＴと経過時間との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１アルミニウム下板２アルミニウム上板２３コンテナ４封止部５プレート型ヒートパイプ２０凸部３０空洞部４０かしめ部４１溶接部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム製のコンテナ部材同士を、
Ｋ−Ａｌ−Ｆ系フラックスを用いてろう付けすることで
組み立てる、アルミニウム製ヒートパイプの製造方法。
【請求項２】前記ヒートパイプがプレート型のヒート
パイプである、請求項１記載のアルミニウム製ヒートパ
イプの製造方法。