JPH1147961A - プレート型ヒートパイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能で高品位のプレート型ヒートパイプ
を、材料的な制約がなく、高い生産効率で製造する手段
を提供する。 【解決手段】 回転子１の先端に、周面にねじ２１を刻
設したプロープ２が突設され、プローブ２の根元周囲に
径大の環状段部よりなるショルダー部３を備えた加工用
ツール１０を使用し、加工用ツール１０の回転子１をね
じ２１の退行方向に回転しつつ、プローブ２を金属プレ
ート４中に埋入させ、この埋入状態でツール１０をプレ
ート面４ａに沿って所要パターンで相対移動させること
により、金属プレート４の内部に加工用ツール１０の移
動軌跡に沿って連続する空洞５を形成し、空洞５内にヒ
ートパイプ作動液を封入する。

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、電子部品マウン
ト用の放熱性基板等に利用されるプレート型ヒートパイ
プの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のプレート型ヒートパイプとし
て、凹面部を有する金属板と金属平板を接合して該凹面
部を作動液封入用空間としたものや、作動液を封入する
蛇行細管よりなるヒートパイプを２枚の金属平板の間に
挟んでロウ接充填材を介して一体に接合したものが実用
化されている。しかるに、前者では、構造的に耐圧強度
に劣るため、適用温度が高い場合や低温用作動液を使用
する場合に、作動液の飽和蒸気圧によるプレート平面の
変形を生じ易いという問題があった。また後者では、ヒ
ートパイプの曲率半径の限界からプレート単位面積当た
りのヒートパイプ密度が低くなることに加え、ヒートパ
イプと金属平板との間の熱抵抗が大きいため、熱応答性
能を充分に高められず、且つ製造工程が複雑になる上に
蛇行細管の曲げ加工やろう接作業に非常に手間を要する
ことから、製造コストが高く付くという問題があった。

【０００３】そこで、近年において、図５に示すよう
に、金属板（１１）の表面に切削、放電加工、プレス加
工等によって蛇行状の細溝（１２）を形成し、同図
（Ａ）の如く該金属板（１１）の溝形成面に平薄板（１
３）を接合したり、同図（Ｂ）の如く同じパターンの細
溝（１２）を形成した金属板（１１）（１１）同士を接
合したり、更には同図（Ｃ）の如く細溝（１２）を形成
した金属板（１１）（１１）同士を間に平薄板（１３）
を挟んで接合することにより、細溝（１２）をトンネル
状のヒートパイプとして作動液を封入するようにしたプ
レート型ヒートパイプが提案されている（特開平７−６
３４８７号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記提案に係るプレー
ト型ヒートパイプは、プレート単位面積当たりのヒート
パイプ密度を高く設定できると共に熱抵抗も小さくで
き、且つ比較的に製造容易ではあるが、金属板（１１）
と平薄板（１３）あるいは金属板（１１）（１１）同士
をろう付け等によって接合するため、生産効率に劣ると
共に、金属板（１１）や平薄板（１３）としてろう材を
表面にクラッドしたアルミニウム板等を用いる必要があ
って材料的な制約が大きく、またろう付け界面の接合不
良や腐食等による封止信頼性の低下も懸念されるという
難点があった。

【０００５】この発明は、上述の事情に鑑みて、高性能
で且つ高品位のプレート型ヒートパイプを、材料的な制
約がなく、高い生産効率で製造できる手段を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明者らは、上記目
的を達成するために鋭意検討を行う過程で、近年におい
て金属材の溶接やロウ付けに代わる新しい接合技術とし
て普及しつつある摩擦攪拌接合法に着目し、これをプレ
ート型ヒートパイプの製造に応用することを考えた。

【０００７】この摩擦攪拌接合法は、例えば特表平７−
５０５０９０号公報に開示されるように、被加工物より
も硬い材質のプローブ（棒状物）を回転させながら被加
工物に摺接させた際に、この摺接部分で発生する摩擦熱
と圧力によって被加工物素材が塑性流動化し、該プロー
ブが被加工物中に埋入して且つこの埋入状態のまま被加
工物中を移動できることを利用したものであり、例えば
金属板同士の突き合わせ接合線に沿ってプローブを上記
埋入状態で移動させると、進行するプローブの前方側で
塑性流動した両金属板の素材が攪拌混練されながら該プ
ローブの後方側へ漸次移行し、後方側で摩擦熱を失って
急速に冷却固化するから、両金属板は素材同士が攪拌混
練されて完全に一体化した状態で接合されることにな
る。

【０００８】しかして、この発明者らは、摩擦攪拌接合
法における金属素材の塑性流動化現象を、一般的な金属
同士の接合ではなく、プレート型ヒートパイプの作動液
封入用管路の形成に利用するという独特の発想のもと
に、綿密な実験研究を重ねた結果、前記接合に使用する
のと同等の加工用ツールを用い、簡単な手法によって一
枚の金属板に前記管路を自在に且つ容易に形成できるこ
とを見出し、この発明をなすに至った。

【０００９】すなわち、この発明の請求項１に係るプレ
ート型ヒートパイプの製造方法は、図面の参照符号を付
して示せば、回転子（１）の先端に、周面にねじ（２
１）を刻設したプロープ（２）が同心状に突設されると
共に、このプローブ（２）の根元周囲に、当該プロープ
（２）よりも径大の環状段部よりなるショルダー部
（３）を備えた加工用ツール（１０）を使用し、この加
工用ツール（１０）の回転子（１）を前記ねじ（２１）
の退行方向に回転しつつ、そのプローブ（２）を金属プ
レート（４）中にプレート厚み方向に埋入させ、この埋
入状態で当該ツール（１０）をプレート面（４ａ）に沿
って所要パターンで相対移動させることにより、埋入し
た前記プローブ（２）の回転に伴う摩擦攪拌によって流
動する金属プレート（４）の素材を、前記ねじ（２１）
の螺旋誘導によってプローブ（２）根元側へ掻き出すと
共に、この掻き出される素材を前記ショルダー部（３）
にて押さえ、もって当該プレート（４）の内部に加工用
ツール（１０）の移動軌跡に沿って連続する空洞（５）
を形成し、この空洞（５）内にヒートパイプ作動液を封
入することを特徴としている。

【００１０】上記のようにプローブ（２）の周面にねじ
（２１）を設けた加工用ツール（１０）は、摩擦攪拌接
合による金属材同士の接合にも使用されているが、この
接合においては、回転子（１）をねじ（２１）の進行方
向に回転させことにより、塑性流動する金属素材を螺旋
誘導によって内奥側（プローブ先端側）へ押し込んで圧
縮効果をもたらす。これに対し、この製造方法では、金
属素材中に埋入したプローブ（２）が上記接合の場合と
は逆にねじ（２１）の退行方向に回転するため、摩擦攪
拌によって流動する金属素材がねじ（２１）の螺旋誘導
にてプローブ（２）根元側へ掻き出される結果、内奥側
が空所となる。しかして、プローブ（２）根元側へ掻き
出される素材はショルダー部（３）にて押さえられて前
記空所の上に堆積するため、当該空所は外部へ開放した
溝状にはならず、もってプローブ（２）の移動軌跡に沿
って空洞（５）が形成されることになる。従って、この
空洞（５）内にヒートパイプ作動液を封入することによ
り、単一の金属板からなるプレート型ヒートパイプが得
られる。

【００１１】請求項２の発明では、上記請求項１のプレ
ート型ヒートパイプの製造方法において、前記の加工用
ツール（１０）にて形成した空洞（５）を高圧流体の導
入によって膨張させたのち、この空洞（５）内にヒート
パイプ作動液を封入するようにしている。この場合、空
洞（５）を膨張させるため、プレート単位面積当たりの
作動液封入量が増大し、それだけ熱移送能力が向上する
ことになる。しかして、このような空洞（５）の膨張加
工は、当該空洞（５）が単一の金属板中に形成されてい
ることによって可能であり、例えば該空洞が金属板同士
の接合界面部に構成されるものでは界面剥離の恐れがあ
るために適用困難である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るプレート型
ヒートパイプの製造方法の一実施例について、図面を参
照して具体的に説明する。

【００１３】図１において、（１０）は摩擦攪拌接合に
使用されるものと同様の加工用ツール（１０）であり、
丸軸状の回転子（１）の下端に径小のプローブ（２）が
同心状に突設され、このプローブ（２）の根元と回転子
（１）の下端との間の環状段部によってショルダー部
（３）を構成しており、回転駆動機構（図示省略）によ
って回転子（１）がプローブ（２）と一体に回転すると
共に、昇降駆動機構（図示省略）によって昇降動作する
ようになっている。そして、プローブ（２）は、先端が
球面状をなすと共に、周面にねじ（２１）が刻設されて
いる。

【００１４】プレート型ヒートパイプの製造において
は、加工用ツール（１０）の下方に金属プレート（４）
を水平に配置させ、回転子（１）を図示矢印ａの如くね
じ（２１）の退行方向に回転しつつ下降させ、図２の如
くプローブ（２）を摩擦攪拌による金属素材の塑性流動
化によって該プレート（４）中に厚み方向に埋入させ
る。なお、プローブ（２）は、図示のように、その略全
体が金属プレート（４）に埋入した状態、つまりショル
ダー部（３）が該プレート（４）の上面（４ａ）から僅
かに離間した状態において、先端が当該プレート（４）
の下面（４ｂ）へ突き抜けない長さに設定してある。

【００１５】上記のようにプローブ（２）を金属プレー
ト（４）中に埋入させ、続いて加工用ツール（１０）を
該プレート（４）の上面（４ａ）に沿って矢印ｂの如く
相対移動させるが、埋入したプローブ（２）がねじ（２
１）の退行方向に回転しているため、摩擦攪拌により流
動する当該プレート（４）の金属素材はねじ（２１）の
螺旋誘導によって上方へ掻き出される形になる。

【００１６】従って、図３に示すように、加工用ツール
（１０）が移動すると、金属プレート（４）の内部では
流動する素材が上方へ持ち出される結果、プローブ
（２）の先端部近傍の位置では空所を生じ、この空所が
当該ツール（１０）の移動と共に連続して形成されてゆ
く。一方、上方へ掻き出される金属素材はショルダー部
（３）にて押さえられて前記空所の上に堆積して固化す
るため、当該空所は外部へ開放した溝状にはならず、プ
ローブ（２）の移動軌跡に沿ってトンネル状に延びる空
洞（５）となる。

【００１７】この空洞（５）のパターンは、加工用ツー
ル（１０）と金属プレート（４）との相対移動方向を変
化させることによって自在に構成でき、例えば図４
（Ａ）に示すプレート型ヒートパイプ（４０Ａ）のよう
なループ形や、同図（Ｂ）に示すプレート型ヒートパイ
プ（４０Ｂ）のような非ループ形の蛇行パターンを始め
として、ジグザク形、渦巻き形等の様々に設定可能であ
り、空洞（５）の間隔や密度についても全く制約はな
い。

【００１８】かくして形成した空洞（５）内にヒートパ
イプ作動液を封入することにより、単一の金属板からな
るプレート型ヒートパイプが得られる。なお、所定パタ
ーンの空洞（５）を形成完了後、加工用ツール（１０）
を上昇させてプローブ（２）を上方へ抜出すれば、その
抜出孔が空洞（５）に通じる開口部となり、また該ツー
ル（１０）をプレート側端を外れる位置まで移動させれ
ば、プレート（４）側面に空洞（５）に通じる開口部を
生じるから、何れかの開口部を利用して空洞（５）内に
作動液を注入し、この注入後に開口部を密栓する等の適
当な手段で封止すればよい。

【００１９】このプレート型ヒートパイプの製造方法で
は、上述のように加工用ツール（１０）による加工のみ
で単一の金属板中に作動液を封入するヒートパイプ部を
形成でき、従来のような平薄板等のろう付けの如き接合
工程が不要であるから、高い生産効率を達成できる。ま
た、金属プレート（４）としては、ろう材をクラッドす
る必要がないから材料的な制約を受けず、アルミニウム
や銅、これらの合金等、熱伝導性の良好な金属材料を広
く選択できる。

【００２０】しかも、この製造方法によって得られるプ
レート型ヒートパイプは、単一の金属板よりなり、作動
液を封入するヒートパイプ部にろう付け等による接合界
面がないから、熱抵抗が小さく優れた熱応答性を発揮で
き、接合界面の接合不良や腐食等による封止信頼性の低
下もなく、且つ耐圧強度に優れる上、空洞（５）のパタ
ーン構成に制約がないから、プレート単位面積当たりの
ヒートパイプ密度を高くして大きな熱移送能力を付与で
きる。

【００２１】また、この製造方法においては、作動液を
封入するヒートパイプ部を単一の金属板中に空洞（５）
として形成できるから、この空洞（５）の形成後、空洞
（５）内に高圧流体を導入して膨張させたのち、この膨
張した空洞（５）内に作動液を封入する手法も採用可能
である。この手法によれば、プレート単位面積当たりの
作動液封入量が増大するから、熱移送能力がより向上す
る。

【００２２】なお、空洞（５）の形成に際して加工用ツ
ール（１０）と金属プレート（４）とを相対移動させる
には、加工用ツール（１０）側の支持部を縦横両方向に
移動可能に設定してもよいし、逆に加工用ツール（１
０）側は昇降作動のみとして、金属プレート（４）を縦
横両方向に移動可能な所謂Ｘ−Ｙテーブル上に載置固定
してもよい。また加工用ツール（１０）としては、金属
プレート（４）の厚みや材質に応じてプローブ（２）を
着脱交換できるものが推奨される。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明に係るプレート型ヒート
パイプの製造方法によれば、加工用ツールによる加工の
みで単一の金属板中に作動液を封入する空洞よりなるヒ
ートパイプ部を形成でき、従来のような平薄板等のろう
付けの如き接合工程が不要であるから、高い生産効率を
達成できると共に、使用する金属プレートとして多様な
金属材料を選択できる。しかも得られるプレート型ヒー
トパイプは、単一の金属板よりなるため、熱抵抗が小さ
く優れた熱応答性を発揮でき、封止信頼性が高く、且つ
耐圧強度に優れる上、プレート単位面積当たりのヒート
パイプ密度を高くして大きな熱移送能力を付与できる。

【００２４】請求項２の発明によれば、上記製造方法に
おいて、上記ヒートパイプ部の空洞を膨張させた上でヒ
ートパイプ作動液を封入するようにしているから、プレ
ート単位面積当たりの作動液封入量の増大によって熱移
送能力がより向上したプレート型ヒートパイプが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るプレート型ヒートパイプの製造
方法の一実施例における空洞形成前の状態を示す縦断側
面図である。

【図２】同実施例における加工用ツールのプローブを金
属プレートに埋入させた状態を示す要部の縦断側面図で
ある。

【図３】同実施例における空洞形成中の状態を示す要部
の縦断側面図である。

【図４】同実施例にて得られるプレート型ヒートパイプ
の空洞パターンの構成例を示し、（Ａ）は空洞をループ
形蛇行パターンとしたプレート型ヒートパイプの一部破
断平面図、（Ｂ）は空洞を非ループ形蛇行パターンとし
たプレート型ヒートパイプの一部破断平面図である。

【図５】従来のプレート型ヒートパイプの構成例を示
し、（Ａ）は表面に細溝を形成した金属板と平薄板とを
接合したプレート型ヒートパイプの縦断面図、（Ｂ）は
表面に細溝を形成した金属板同士を接合したプレート型
ヒートパイプの縦断面図、（Ｃ）は表面に細溝を形成し
た金属板同士を平薄板を介して接合したプレート型ヒー
トパイプの縦断面図である。

【符号の説明】

１ ・・・回転子 ２ ・・・プローブ ２１・・・ねじ ３ ・・・ショルダー部 ４ ・・・金属プレート ４ａ・・・上面（プレート面） ５ ・・・空洞 １０・・・加工用ツール ４０Ａ，４０Ｂ・・・プレート型ヒートパイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 潮田 俊太 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子の先端に、周面にねじを刻設した
   プロープが同心状に突設されると共に、このプローブの
   根元周囲に、当該プロープよりも径大の環状段部よりな
   るショルダー部を備えた加工用ツールを使用し、 この加工用ツールの回転子を前記ねじの退行方向に回転
   しつつ、そのプローブを金属プレート中にプレート厚み
   方向に埋入させ、この埋入状態で当該ツールをプレート
   面に沿って所要パターンで相対移動させることにより、 埋入した前記プローブの回転に伴う摩擦攪拌によって流
   動する金属プレートの素材を、前記ねじの螺旋誘導によ
   ってプローブ根元側へ掻き出すと共に、この掻き出され
   る素材を前記ショルダー部にて押さえ、もって当該プレ
   ートの内部に加工用ツールの移動軌跡に沿って連続する
   空洞を形成し、この空洞内にヒートパイプ作動液を封入
   することを特徴とするプレート型ヒートパイプの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記の加工用ツールにて形成した空洞を
   高圧流体の導入によって膨張させたのち、この空洞内に
   ヒートパイプ作動液を封入する請求項１記載のプレート
   型ヒートパイプの製造方法。