JPH11183069A - ヒートパイプとこの加工方法 - Google Patents

ヒートパイプとこの加工方法

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JPH11183069A JP36741497A JP36741497A JPH11183069A JP H11183069 A JPH11183069 A JP H11183069A JP 36741497 A JP36741497 A JP 36741497A JP 36741497 A JP36741497 A JP 36741497A JP H11183069 A JPH11183069 A JP H11183069A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】厚さ寸法が1mm以下であっても、良好な効果が
得られるヒートパイプとこの加工手段を提供する。 【構成】加工毎に出し入れしている中子を、作動液環流
のためヒートパイプの中に組み込むウィックに最適な構
造として、ヒートパイプ加工毎に残す工夫を施す事によ
り、厚さ１mm以下の極薄型で、しかも熱輸送能力と熱抵
抗特性の優れたヒートパイプの提供を可能にしたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に情報電子機器等に
使用される放熱用ヒートパイプとこの加工方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ノートＰＣなどの情報電子機器は、軽量
・薄型の要求を満たしながら機能の複合化に伴い、ＭＰ
Ｕなどの電子部品の発熱密度が極めて高くなってきてい
る。この要求に応えるために、上記発熱部品の熱分散に
薄板型のヒートパイプが用いられるようになってきた。
【０００３】ヒートパイプを薄型に仕上げるためには、
作動流体の蒸気通路を要求熱流量の限界近くまで下げる
工夫と共に、加工時においては中子を入れて内部面積の
精度管理を行い、またコンテナ材料の厚さを極小に仕上
げる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらを行っ
てもコンテナへの外部からの機械的な圧力や気液二相変
化に伴う内部圧力に耐えるためと、ヒートパイプの起動
特性に起因する液溜まりが、ヒートパイプの軸方向の幾
つか部分的に発生し、熱抵抗の増加の要因となるため
に、自ずと薄型化に限界があり、従来は材料の厚さが1.
5mm程度のものしか実現できなかった。
【０００５】本発明は上記課題に鑑み、厚さ寸法が1mm
以下であっても、良好な効果が得られるヒートパイプと
この加工手段を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、通常は加工毎に出し入れしている中子
を、作動液環流のためヒートパイプの中に組み込むウィ
ックに最適な構造として、ヒートパイプ加工毎に残す工
夫を施す事により、厚さ１mm以下の極薄型で、しかも熱
輸送能力と熱抵抗特性の優れたヒートパイプの提供を可
能にしたものである。
【０００７】すなわち請求項１においては、扁平状コン
テナと、このコンテナ内部の幅と長さ方向全周に空間を
もたせるように、コンテナ狭壁間に棒や板あるいはメッ
シュを固定設置したヒートパイプとし、請求項２におい
ては、作動液量をコンテナ空間内容積の２５％以上封入
した請求項第１のヒートパイプとし、請求項３において
は、第一のパイプと、第一のパイプに比べて比較的小
径、かつ長さの短い第二のパイプ、上記第一のパイプの
略中央部に第二のパイプが少なくとも一本挿入固定さ
れ、第一のパイプに作動液を入れて端部を封止したヒー
トパイプであって、上記第一と第二のパイプが扁平状の
ヒートパイプとし、請求項４においては、第二のパイプ
をメッシュあるいは編組線からなるパイプを用いた請求
項第３に記載のヒートパイプとし、請求項５において
は、コンテナの内側にグルーブ加工あるいはメッシュを
有する請求項１と２と３および請求項４に記載のヒート
パイプとし、請求項６においては、第一のパイプと、第
一のパイプに比べて比較的小径、かつ長さの短い第二の
パイプ、芯棒を用いて第一のパイプの略中央部に第二の
パイプを少なくとも一本挿入して仮固定し、プレスにて
第一のパイプを扁平加工する事により内壁に第二のパイ
プを固定し、次に上記芯棒を抜いた後、第一のパイプに
作動液を入れて端部を封止した後、再度扁平加工を行う
ヒートパイプの加工方法とし、請求項７においては、第
一のパイプと、第一のパイプに比べて比較的小径、かつ
長さの短い第二のパイプ、芯棒を用いて第一のパイプの
略中央部に第二のパイプを少なくとも一本挿入して仮固
定し、プレスにて第一のパイプを平板状とする事により
内壁に第二のパイプを固定し、次に上記芯棒を抜いた
後、少なくとも注入部を残して第二のパイプが扁平状に
なる加工を施し、第一のパイプに作動液を入れて端部を
封止したヒートパイプの加工方法とする。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。図１は第
１の実施例の全体斜視図を示しており、ここで略中央部
に配置されている点線は中子を兼ねるウィックを示し、
このＡ−Ａ断面を矢印方向に見た断面図を図２に示す。
また、図１に示すヒートパイプの軸方向の断面図を図３
に示す。これらの図１乃至図３を用いて第１の実施例を
説明すると、第一のパイプ10は、内部を空洞とする筒状
の材料を扁平状に形成され、この軸方向端部をそれぞれ
絞り加工部11とプレス部14としてあり、当該両端部の間
がコンテナ12となっている。前記絞り加工部11は作動液
の注入口となっており、組立工程において封止部15を形
成し第一のパイプ15の内部を密封するものとなってい
る。上記の通り第一のパイプ10は扁平しており、この内
部には図２が示すようにグルーブ13が形成されていると
共に、前記コンテナ12の有効長さに満たない長さ寸法と
してある第二のパイプ20が埋設されており、当該第二の
パイプ20は図２が示すように、内部空間を潰した形状と
なっている。ここで前記グルーブ13は、第一のパイプ10
のグルーブウイックを形成し、第二のパイプ20は板棒状
ウイックを形成している。
【０００９】さらに具体例を挙げれば、第一のパイプ10
は、厚さ0.18mm程度で、高さ0.12mm程度のグルーブ加工
を施した外径寸法が３mmから15mm程度の無酸素銅やリン
脱酸銅からなる管材を例えば180mm程度の長さにカット
した後、一方の端部を作動液注入のために細径に絞り加
工を行う。第二のパイプ20は、厚さ0.12mmから0.25mmで
外径寸法が1.2mmから３mm程度の無酸素銅やリン脱酸銅
をからなり、上記第一のパイプ10であるコンテナ12の有
効長さに満たない長さにカットし内部空間を潰したもの
としている。
【００１０】次に本発明のヒートパイプの加工方法を図
４乃至図７を使用して説明する。図４には第一のパイプ
10の一端部を絞り加工した図を示し、図６には図４の第
一のパイプ10を仮プレスし、第二のパイプ20を第一のパ
イプ10の内部に固定した図を示し、図５には図６のＡ−
Ａ断面を矢印方向に見た断面図を示し、図７には図６に
示す第一のパイプ10をさらにプレスした状態の図を示し
ている。
【００１１】図４において、第一のパイプ10は、一方の
端部を作動液注入のために細径に絞り加工を施し、絞り
加工部11と作動液の注入口16とを形成している。その
後、第一のパイプ10の他端部からピアノ線やリン青銅か
ら成る芯棒30を通して、上記絞り加工後のコンテナ12内
部に挿入し、プレス治具にセットすることにより、図４
に示す様にコンテナ12内部の略中央部に第二のパイプ20
が仮固定され、この状態を保持して第二のパイプ20外形
が、第一のパイプ10内壁に固定される寸法管理で扁平プ
レスされ、図５に示す断面状態を有する第６図に示す形
状とした後、芯棒30を抜く。
【００１２】さらにプレス部14プレスした後、溶接また
はロー付けを行って封止し、絞り加工部11よりコンテナ
12内部を減圧し、純水などの作動液を所定量注入して、
絞り加工部11の根本付近を圧接し、不要部分をカットし
て溶接することにより、ヒートパイプを一応完成させた
後、狙いの最終形状に扁平加工を行う。
【００１３】上述の他の加工の方法は、上記芯棒30を抜
いた状態で上記とは別のプレス治具にセットして、絞り
加工部11近傍を残して再プレスして第２図に示す断面構
造を有する第７図に示す形状とした後、プレス部14の封
止と作動液注入を上述の手順と同様に行って、ヒートパ
イプとした後、最後に絞り加工部11をプレス整形するこ
とによりヒートパイプ加工の全工程が完了する。
【００１４】ここで、上記最終形状にするための加工
を、全体あるいは絞り加工部11のプレスと別工程とする
理由は、ヒートパイプに作動液を入れる工程は、脱気し
たコンテナ12の中にガス抜き精製した純水を計量したの
ち注入するが、上記薄型ヒートパイプの平板隙間と断面
積が小さいために、コンテナ12内部に注入される作動液
が入れづらくなり、作動液量が管理限界から外れ易くな
る問題対策と、封止部16の溶接熱による材料軟化対策
を、注入部分のみ薄型加工を注入後の加工にすることに
より、同時に解決するために行っている。
【００１５】すなわち、注入口15からコンテナ12内部が
減圧され、図示しない作動液が注入されるが、この時、
絞り加工部11近傍の内部空間体積が比較的大きいと、コ
ンテナ12内部の十分な減圧が得られるばかりでなく、作
動液の注入速度が妨げられることが無く、注入量のバラ
ツキが極めて少なく制御出来ることになる。また作動液
注入後に注入口15を封止溶接熱により、注入口15から絞
り加工部11にかけて材料の軟化を誘発するが、絞り加工
部11を最終工程で扁平加工することによりコンテナ12材
料の加工硬化を促し、溶接熱による材料の軟化は、ほぼ
溶接前の硬度にまで戻る。
【００１６】次に上記構成を有するヒートパイプの作用
について述べる。内壁にグルーブウイックを有するコン
テナ12の内部に、内部を潰した第二のパイプ20からなる
板棒状ウィックが形成されており、ヒートパイプの作動
時はこの板棒状ウイック外周のコンテナ12の内壁に接し
ている部分が有効なウィックとして働く。またコンテナ
内全周に渡ってループ状ヒートパイプを形成しているた
めに、毛細管圧力限界や飛散限界の影響が少ない。
【００１７】さらに、上記ループ状ヒートパイプ構造を
有することにより、蒸気通路が極めて小さく設定しなけ
ればならない時には、作動液量をコンテナ空間容積の２
５％以上と比較的多くすることにより、作動液の核沸騰
による蒸気泡の圧力変動振動流の発生を促し、効果的に
熱輸送を行うことができる。
【００１８】また、図３は上記実施例のヒートパイプの
扁平厚さを小さく設定した時の作動を、モデル化して説
明するための図であり、コンテナ12の内壁には、グルー
ブやメッシュなどのウイックは設けていない。この図３
において、コンテナ12内部で示される空間は気相、点線
部は液相を示し、受熱部を加熱することにより作動液が
核沸騰して蒸気泡となると同時に圧力振動波が発生し、
潜熱を奪った全ての蒸気泡が膨張収縮して放熱部側に移
動する現象により、熱輸送が行われる。
【００１９】このようにスラグ流による熱輸送が行われ
るために、作動液の表面張力に支配されるが、通常のヒ
ートパイプでの蒸気流圧力に起因する毛細管圧力や飛散
限界が無く、コンテナ狭壁間隔を極限まで薄くすること
が可能となる。
【００２０】当該モデル図とする図３には、グループや
メッシュなどのウィックを設けた場合の役割が不明確で
あるが、当該ウィックはコンテナ狭壁間隔を極限まで狭
めなくて良い時に設置されて、主として軸方向の作動液
環流のポンプ作用の補助的役割と、横断面方向の伝熱を
受け持っている。
【００２１】なお、上記実施例においては、第一のパイ
プ10内部にグルーブウィック加工材を用いたが、説明す
るまでもなく、断面積の小さいものや長さの比較的短い
ものなどは、当該グルーブウィックは必ずしも必要では
なく、薄型化のためにはグルーブウイックが無い方が良
い場合もある。またパイプウィック材は予め楕円や眼鏡
状などに変形加工して用いた方が都合が良い場合もあ
り、パイプ断面に必ずしも限定されるものではないこと
は勿論、ウィック補助材として当該パイプウィック内部
に線材などを適宜挿入できる。さらに各々のパイプや作
動液は、銅や純水に限定されるものではなく、他の周知
の材料を用いても同様の薄型ヒートパイプを得ることが
できる。また、第二のパイプ20とするパイプウイックは
１本に限定することなく複数個用意してもよい。
【００２２】上記第１の実施例における加工硬化の工法
は、必要に応じてプレス部14にも同様に行える。また、
上記第１の実施例においては、コンテナ12内壁にグルー
ブ13からなるウイックを設けているが、これはメッシュ
などで設置してもよいし、また、第２の実施例とする図
８のようにウイックを持たないものであってもよい。図
８には第２の実施例を示すが、コンテナ12内部にグルー
ブ13を持たない点を除けば上記第１の実施例と同一また
は相当分であるので説明は省略する。このような第２の
実施例のヒートパイプは、薄型化に有効である。
【００２３】また、中子でもあり、かつループ状ヒート
パイプとするための仕切板棒として上記第１および第２
の実施例においては第二のパイプ20を用いたが、説明す
るまでもなく、扁平狭壁間隔と要求特性により、第３の
実施例とする図９に示すようにメッシュや編組線などの
パイプ状の仕切り板棒28ものを用いたり、第４の実施例
とする図１０に示すように、パイプ状ではなく棒や板を
仕切り板棒28として用いることで同様の効果を得ること
ができる。なお、上記第３、第４実施例においては第二
のパイプ20に代えて他の仕切り板棒28を設けている点を
除けば上記第１の実施例と同一もしくは相当分であり説
明は省略する。また上記第３と第３の実施例において
は、第２の実施例に示すようにグルーブ13を無くしたも
のであってもよい。
【００２４】また、第二のパイプ20は予め楕円や眼鏡状
などに変形加工して用いた方が都合が良い場合もあり、
パイプ断面に必ずしも限定されるものではないことは勿
論、ウィック補助材として当該第二のパイプ20内部に線
材などを適宜挿入できる。
【００２５】さらに各々のパイプや作動液は、銅や純水
に限定されるものではなく、周知の材料を用いても同様
の薄型ヒートパイプを得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】以上詳述したように、第１乃至第４の実
施例によれば、要求コンテナ幅により選択された外形の
第一のパイプと、要求コンテナ厚さにより選択されたウ
イック材となる一本あるいは複数本の棒や板あるいはメ
ッシュ、または第二のパイプを最適に組み合わせること
により、扁平加工時の特に薄板加工に不可欠な精度管理
のために必要な加工毎に出し入れする中子や、ヒートパ
イプ完成後に凹み変形修正のための加熱整形などを不要
と出来るばかりでなく、作動液環流に優れた特性を示す
ループ状のヒートパイプを得ることが出来るために、極
限まで薄型化が可能となヒートパイプとヒートパイプの
加工方法を得ることができる。
【００２７】また、ヒートパイプ自体が変形し難いため
に、個々の特性バラツキが少なく、ヒートパイプ完成後
に曲げ加工を許容して用いることも可能となるなど、数
々の優れた特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートパイプの斜視図を示す
【図２】図１のＡ−Ａ断面を矢印方向に見た断面図を示
す
【図３】図１の軸方向の断面図を示す
【図４】本発明のヒートシンクの製造時の斜視図を示す
【図５】図６のＡ−Ａ断面を矢印方向に見た断面図を示
す
【図６】本発明のヒートパイプを仮プレスした後の斜視
図を示す
【図７】本発明のヒートパイプのコンテナをプレスした
後の斜視図を示す
【図８】本発明の第２の実施例とするヒートパイプの断
面図を示す
【図９】本発明の第３の実施例とするヒートパイプの断
面図を示す
【図１０】本発明の第４の実施例とするヒートパイプの
断面図を示す
【符号の説明】
図において同一符号は同一、または相当部分を示す。 １０ 第一のパイプ １１ 絞り加工部 １２ コンテナ １３ グルーブ（グルーブウイック） １４ プレス部 １５ 封止部 １６ 注入口 ２０ 第二のパイプ（パイプウイック） ２８ 仕切り板棒 ３０ 芯棒

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】扁平状コンテナと、このコンテナ内部の幅
    と長さ方向全周に空間をもたせるように、コンテナ狭壁
    間に棒や板あるいはメッシュを固定設置したヒートパイ
    プ。
  2. 【請求項２】作動液量をコンテナ空間内容積の２５％以
    上封入した請求項１記載のヒートパイプ。
  3. 【請求項３】第一のパイプと、第一のパイプに比べて比
    較的小径、かつ長さの短い第二のパイプ、上記第一のパ
    イプの略中央部に第二のパイプが少なくとも一本挿入固
    定され、第一のパイプに作動液を入れて端部を封止した
    ヒートパイプであって、上記第一と第二のパイプが扁平
    状のヒートパイプ。
  4. 【請求項４】第二のパイプをメッシュあるいは編組線か
    らなるパイプを用いた請求項３記載のヒートパイプ。
  5. 【請求項５】コンテナの内側にグルーブ加工あるいはメ
    ッシュを有する請求項１と請求項２と請求項３および請
    求項４に記載のヒートパイプ。
  6. 【請求項６】第一のパイプと、第一のパイプに比べて比
    較的小径、かつ長さの短い第二のパイプ、芯棒を用いて
    第一のパイプの略中央部に第二のパイプを少なくとも一
    本挿入して仮固定し、プレスにて第一のパイプを扁平加
    工する事により内壁に第二のパイプを固定し、次に上記
    芯棒を抜いた後、第一のパイプに作動液を入れて端部を
    封止した後、再度扁平加工を行うヒートパイプの加工方
    法。
  7. 【請求項７】第一のパイプと、第一のパイプに比べて比
    較的小径、かつ長さの短い第二のパイプ、芯棒を用いて
    第一のパイプの略中央部に第二のパイプを少なくとも一
    本挿入して仮固定し、プレスにて第一のパイプを平板状
    とする事により内壁に第二のパイプを固定し、次に上記
    芯棒を抜いた後、少なくとも注入部を残して第二のパイ
    プが扁平状になる加工を施し、第一のパイプに作動液を
    入れて端部を封止したヒートパイプの加工方法。
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