WO2019039445A1 - ヒートパイプ及びヒートパイプの製造方法 - Google Patents

ヒートパイプ及びヒートパイプの製造方法 Download PDF

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WO2019039445A1
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container
heat pipe
film
heat
working fluid
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PCT/JP2018/030733
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恵人 藤井
智明 虎谷
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古河電気工業株式会社
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    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments

Definitions

  • the present invention relates to a heat pipe capable of maintaining excellent vacuum inside the container and exhibiting excellent heat transport characteristics, and a method of manufacturing the heat pipe.
  • a heat pipe may be used as a method of cooling electronic components.
  • the container may be corroded due to the chemical reaction between the material of the container, aluminum, aluminum alloy, magnesium, magnesium alloy and water as the working fluid.
  • a cover layer having an anticorrosive function has conventionally been formed on the inner surface of the container.
  • a heat pipe in which a coating layer having an anticorrosive function of a container is formed for example, a silicic acid (SiO 2 ) film, an alumite (Al 2 O 3 ) film as a protective film which does not allow water to permeate the inner wall of the container made of aluminum.
  • a heat pipe is proposed in which a film, a boehmite film, etc. are formed and water is sealed as a working fluid (Patent Document 1).
  • protective films such as silicic acid (SiO 2 ) film, alumite (Al 2 O 3 ) film, and boehmite film are hard, and defects such as cracks may occur.
  • the negative ions act to repair the defect portion of the film by adding.
  • Patent Document 1 since the protective film is hard, bending processing for sealing the container, processing such as bending or flattening for shape change, heat generation of the object to be cooled is increased, and heat is generated.
  • a defect such as a crack is generated in the protective film.
  • the water which has entered from the defect chemically reacts with the material of the container to generate a gas (for example, hydrogen gas), and the heat transport property tends to be deteriorated.
  • a gas for example, hydrogen gas
  • Patent Document 2 when sealing a container by welding, it is difficult to provide the container with a high sealing property. Further, in order to provide corrosion resistance to water, a heat pipe coated with lead has been proposed (Patent Document 2). However, a corrosion resistant coating made of lead is not preferable due to environmental load. As a heat pipe provided with another corrosion resistant coating, a heat pipe using a nickel-coated container (Patent Document 3), a heat pipe using a clad material such as a copper member and an aluminum member for the container (patented) Reference 4) is proposed.
  • Patent Document 3 when a bending process for sealing a container or a process such as bending or flattening for shape change is performed, a defect such as a crack is generated in the nickel coating. There was a problem that. Further, in the clad material of Patent Document 4, it is difficult to manufacture a thin material required for the recent reduction in size and weight, and there is room for improvement in weight reduction. In addition, if the material is forced to thin, the coating of the material of the container may be incomplete, and the material of the container and the water may chemically react with each other to easily generate gas or cause corrosion of the container.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-168577
  • the object of the present invention is to corrode a container by a working fluid containing water even if plastic deformation such as bending is applied to the container or a large heat generating object is thermally connected. It is an object of the present invention to provide a heat pipe capable of preventing hydrogen gas generation and a method of manufacturing the heat pipe.
  • An aspect of the invention is a heat pipe having a container comprising a container substrate and a working fluid enclosed in the container, wherein the working fluid comprises water and at least the inner surface of the container substrate is tin. And / or a first film having a tin alloy, and a second film having an oxide and / or hydroxide containing tin formed on at least a part of the surface of the first film.
  • Heat pipe having a container comprising a container substrate and a working fluid enclosed in the container, wherein the working fluid comprises water and at least the inner surface of the container substrate is tin.
  • An embodiment of the present invention is a heat pipe, wherein the tin alloy contains at least one metal selected from the group consisting of copper, nickel, silver, lead and bismuth.
  • An aspect of the present invention is the heat pipe in which the average thickness of the second film is 5 nm or more and 200 nm or less.
  • An aspect of the present invention is the heat pipe, wherein the container base material is at least one metal selected from the group consisting of aluminum, aluminum alloy, magnesium, magnesium alloy, titanium, titanium alloy and stainless steel.
  • An aspect of the present invention is the heat pipe in which the average thickness of the first film is 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • An aspect of the present invention is the heat pipe in which the average thickness of the intermediate layer is 0.001 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less.
  • An aspect of the present invention is a heat pipe in which a wick structure is accommodated in the container.
  • An aspect of the present invention is the heat pipe, wherein the wick structure is a glass material.
  • An aspect of the present invention is the heat pipe, wherein the glass material is at least one selected from the group consisting of glass fiber, glass wool, glass cloth and glass non-woven fabric.
  • An aspect of the invention is a method of manufacturing a heat pipe having a container comprising a container substrate and a working fluid comprising water enclosed in the container, wherein at least the inner surface of the container substrate is tin and / or
  • a container comprising: a first film having a tin alloy; and a second film having an oxide and / or a hydroxide containing tin formed on at least a part of the surface of the first film.
  • a step of preparing an injection step of injecting a working fluid into the interior of the container, a degassing step of degassing the interior of the container into which the working fluid has been injected, and sealing an end of the container which has been degassed And a sealing step.
  • An aspect of the present invention is a method of manufacturing a heat pipe, further comprising a heat treatment step of melting the first film.
  • the object to be cooled having a large calorific value is thermally connected, and plastic deformation such as bending is generated in the container. Even if it is applied, corrosion of the container and generation of hydrogen gas by the working fluid containing water can be prevented more reliably, and deterioration of the heat transport characteristic of the heat pipe can be prevented more reliably.
  • the average thickness of the first film is 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, thereby preventing container weight and corrosion of the container by the working fluid including water and generation of hydrogen gas. It can contribute more reliably to prevention.
  • the wick structure is a glass material, it is possible to prevent a chemical reaction between the working fluid containing water and the wick structure, thereby more reliably generating hydrogen gas inside the container It can prevent.
  • the heat pipe 1 includes a container 10 including a container base 11 and a working fluid 14 sealed in the container 10.
  • a cavity 17 is provided inside the container 10, and the working fluid 14 is enclosed in the cavity 17.
  • a first film 12 is provided on at least the inner surface of the container substrate 11.
  • a second film 13 is further provided on the surface of the first film 12. Therefore, the multilayer structure 15 having the first film 12 and the second film 13 is formed on at least the inner surface of the container substrate 11.
  • the surface of the first film 12 is the second film. It is covered by 13.
  • the container substrate 11 is a pipe, and the longitudinal (axial) direction of the pipe is the heat transport direction.
  • the shape in the radial direction (that is, the direction orthogonal to the longitudinal direction) of the container substrate 11 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use situation, for example, substantially circular, elliptical, flat, rectangular And rounded rectangles.
  • the radial shape of the container base 11 is circular.
  • the shape in the longitudinal direction of the container base material 11 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use situation, for example, a shape having a bent portion such as an L shape, a U shape or a shape having a step portion, A linear shape etc. can be mentioned.
  • the shape of the container base 11 in the longitudinal direction is linear.
  • the material of the container substrate 11 is not particularly limited and can be appropriately selected according to the use situation.
  • aluminum, aluminum alloy, magnesium, magnesium alloy, titanium from the viewpoint of thermal conductivity and weight prevention. Titanium alloys and stainless steels are preferable, and aluminum, aluminum alloys, magnesium and magnesium alloys are particularly preferable in terms of reducing the weight.
  • the working fluid 14 contains water from the point of obtaining excellent heat transport characteristics, the point of environmental load prevention and the point of ease of management. Moreover, you may mix
  • the inner surface of the container substrate 11 is covered with a first film 12.
  • the first film 12 is a coating layer having tin and / or a tin alloy such as a coating layer made of tin and / or a tin alloy as a component.
  • the first coating 12 which is a coating layer having tin and / or tin alloy is a coating for imparting corrosion resistance to the inner surface of the container 10.
  • the first film 12 which is a coating layer having tin and / or tin alloy, is softer than a silicic acid (SiO 2 ) film, an alumite (Al 2 O 3 ) film, a boehmite film, and the like. Therefore, even if plastic deformation such as bending or flattening is applied to the container 10, the occurrence of defects such as cracks in the first film 12 can be prevented, and water contained in the container base material 11 and the working fluid 14 Can prevent a chemical reaction to generate hydrogen gas. In addition, since the first film 12 is not a coating layer made of lead, it is possible to prevent environmental load.
  • the first film 12 on the inner surface of the container substrate 11, it contributes to the prevention of corrosion of the container 10, and even if the container 10 is subjected to processing such as bending or flat, etc. It is possible to prevent generation and maintain excellent heat transport properties.
  • the container 10 can be provided with excellent sealing properties, and the airtightness of the cavity 17 is improved.
  • At least the entire inner surface of the container substrate 11 may be covered with the first film 12, and the entire outer surface of the container substrate 11 may be the same material as the first coating. That is, it may be coated with a coating layer having tin and / or tin alloy.
  • the first film 12 may be a single layer or a plurality of two or more layers. In the heat pipe 1, the first film 12 has a single-layer structure.
  • the average thickness of the first film 12 is not particularly limited and can be appropriately selected according to the use situation, but for example, the lower limit thereof reliably covers the inner surface of the container substrate 11 to prevent corrosion. 1 ⁇ m is preferable, and 5 ⁇ m is particularly preferable in terms of preventing the generation of hydrogen gas.
  • the upper limit of the average thickness of the first film 12 is preferably 30 ⁇ m from the viewpoint of weight reduction, and particularly preferably 15 ⁇ m.
  • the first film 12 as a tin alloy, it is possible to improve the corrosion resistance and adjust the melting point.
  • the composition of the tin alloy is adjusted in consideration of the heat treatment for melting the first film 12 and the conditions for mounting the heat pipe of the present invention by soldering or the like. You may When a tin alloy is used, the component of the tin alloy is, for example, at least one selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), silver (Ag), lead (Pb) and bismuth (Bi).
  • tin alloys containing the metals for example, SnCu alloy (for example, Sn-3 mass% Cu alloy, Cu 6 Sn 5 compound), SnNi alloy (for example, Ni 3 Sn 4 compound), SnAg alloy (for example, Sn-3.5 mass) % Ag alloy), SnPb alloy (eg, Sn-10 mass% Pb alloy, Sn-38 mass% Pb alloy), SnBi alloy (eg, Sn-0.5 mass% Bi alloy, Sn-3 mass% Bi alloy, Sn-58 mass% Bi alloy etc. can be mentioned.
  • SnCu alloy for example, Sn-3 mass% Cu alloy, Cu 6 Sn 5 compound
  • SnNi alloy for example, Ni 3 Sn 4 compound
  • SnAg alloy for example, Sn-3.5 mass
  • SnPb alloy eg, Sn-10 mass% Pb alloy, Sn-38 mass% Pb alloy
  • SnBi alloy eg, Sn-0.5 mass% Bi alloy, Sn-3 mass% Bi alloy, Sn-
  • the corrosion prevention function of the container 10 is not sufficient only with the first coating 12 which is a coating layer having tin and / or tin alloy. Therefore, in the heat pipe 1, as shown in FIGS. 1 and 2, the second film 13 is laminated on the first film 12. The second film 13 is exposed in a cavity 17 which is an internal space of the container 10. The second film 13 is a coating layer having an oxide and / or hydroxide containing tin as a component. In the heat pipe 1, a first film 12 is provided between the inner surface of the container substrate 11 and the second film 13. Therefore, the portion of the first film 12 where the second film 13 is provided is not exposed to the hollow portion 17 of the container 10.
  • the second film 13 which is a coating layer having an oxide containing tin and / or a hydroxide is a coating for further improving the corrosion resistance of the inner surface of the container 10. Therefore, by forming the second film 13 on the first film 12, the object to be cooled having a large calorific value is thermally connected to the container 10, and the thermal load on the heat pipe 1 is large. Even if it does, corrosion of the container 10 by the working fluid 14 containing water can be prevented and hydrogen gas generation can be prevented, and as a result, the heat transport characteristic of the heat pipe can be prevented from being deteriorated over a long period of time. In addition, since the second film 13 is not a coating layer made of lead, it is possible to prevent the load on the environment.
  • the second film 13 may cover the entire surface of the first film 12, and a region corresponding to a partial region of the surface of the first film 12, for example, the central portion in the longitudinal direction of the container substrate 11 Only the region corresponding to both ends of the container substrate 11 in the longitudinal direction or the region corresponding to one end may cover only the region corresponding to a part of the circumferential surface of the container substrate 11 in the radial direction.
  • the second film 13 covers a partial area of the surface of the first film 12, the area of the surface of the first film 12 not covered by the second film 13 is the first
  • the film 12 of 1 is exposed to the hollow portion 17 of the container 10.
  • the entire surface of the first film 12 is covered with the second film 13.
  • the outer surface of the container substrate 11 is also coated with the material of the same quality as the first coating
  • the material of the same quality as the second coating is further coated on the coating of the outer surface of the container substrate 11 You may
  • the second film 13 may be a single layer or a plurality of two or more layers.
  • the second film 13 has a single-layer structure.
  • the average thickness of the second film 13 is not particularly limited and may be appropriately selected according to the use condition, but for example, the lower limit thereof is 5 nm in order to further improve the corrosion resistance of the container 10 Preferably, 10 nm is particularly preferred.
  • the upper limit value of the average thickness of the second film 13 is preferably 200 nm, particularly preferably 100 nm, from the viewpoint of the sealability of the container 10 and the prevention of the occurrence of cracks during plastic deformation such as bending or flattening.
  • a wick structure (not shown) having a capillary force may be accommodated inside the container 10. Since the wick structure is accommodated inside the container 10, the working fluid 14 that has undergone a phase change from the gas phase to the liquid phase in the heat radiating portion of the heat pipe 1 can be smoothly returned to the heat receiving portion of the heat pipe 1 .
  • any commonly used wick structure may be used, but the chemical reaction is promoted by contact with the working fluid 14 containing water in the coexistence of the container substrate 11 and the wick structure.
  • glass fiber, glass wool, glass cloth, and glass non-woven fabric are particularly preferable in view of obtaining sufficient capillary force from the viewpoint of preventing the formation of glass. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the position of the wick structure in the container 10 is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the use condition and the like. For example, a portion corresponding to the heat receiving portion in the entire longitudinal direction of the container 10 or the longitudinal direction of the container 10 It can be mentioned.
  • a heating element (not shown) is thermally connected to a predetermined portion (for example, an end or central portion) of the container 10.
  • a predetermined portion for example, an end or central portion
  • the hollow portion 17 which is the internal space of the container 10 functions as a vapor flow path through which the working fluid 14 in the gas phase flows.
  • the gas phase working fluid 14 flows from the heat receiving portion to the heat releasing portion in the longitudinal direction of the container 10 from the heat receiving portion to the heat transferring portion, whereby the heat from the heat generating body is transported from the heat receiving portion to the heat releasing portion.
  • the heat from the heating element transported from the heat receiving unit to the heat releasing unit is released as latent heat by the phase change of the working fluid 14 in the gas phase to the liquid phase in the heat releasing unit provided with heat exchange means as needed. Be done.
  • the latent heat released by the heat radiating portion is released from the heat radiating portion to the external environment of the heat pipe 1.
  • the working fluid 14 that has undergone a phase change from the gas phase to the liquid phase at the heat dissipation portion is taken in, for example, a wick structure (not shown) housed inside the container 10, and the heat is dissipated by the capillary force of the wick structure. It is refluxed from the part to the heat receiving part.
  • the heat pipe 1 In the heat pipe 1 according to the first embodiment, at least the inner surface of the container substrate 11 is in contact with the first film 12, but instead, as shown in FIGS. 3 and 4, the second embodiment In the heat pipe 2 according to the example, an intermediate layer 16 is further provided between the surface of the container substrate 11 and the first film 12. Therefore, in the heat pipe 2, the surface of the container substrate 11 is not in contact with the first film 12 in the region where the intermediate layer 16 is provided, and is in contact with the intermediate layer 16.
  • a multilayer structure 15 in which an intermediate layer 16, a first film 12, and a second film 13 are laminated is formed on at least the inner surface of the container substrate 11.
  • the alloy containing metals such as nickel, zinc, cobalt, chromium, copper etc.
  • metals such as nickel, zinc, cobalt, chromium, copper, can be mentioned, for example. These components may be used alone or in combination of two or more.
  • the intermediate layer 16 may cover the entire inner surface of the container substrate 11, and a partial region of the inner surface of the container substrate 11, for example, only the central portion in the longitudinal direction of the container substrate 11, the container substrate Only a part of the circumferential surface of the container base 11 may be covered only at both ends or one end of the longitudinal direction 11.
  • the intermediate layer 16 may also cover a part or the whole of the outer surface of the container substrate 11. In the heat pipe 2, the entire inner surface of the container base 11 is covered with the intermediate layer 16.
  • the intermediate layer 16 may be a single layer or a plurality of two or more layers. In the heat pipe 2, the intermediate layer 16 has a single layer structure.
  • the average thickness of the intermediate layer 16 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use situation, but for example, the lower limit thereof prevents the first coating 12 from reliably improving the corrosion resistance of the container 10. Is preferably 0.001 ⁇ m, more preferably 0.01 ⁇ m, and particularly preferably 1 ⁇ m, in order to surely improve the adhesion.
  • the upper limit value of the average thickness of the intermediate layer 16 is preferably 5 ⁇ m, and particularly preferably 2 ⁇ m, from the viewpoint of preventing the occurrence of cracks during plastic deformation such as bending or flattening of the container 10.
  • the first film 12 formed on at least the inner surface of the container substrate 11 and the second film 13 formed on the surface of the first film 12 are provided.
  • the container substrate 11 is provided with the first film 12 and the second film 13 formed on the surface of the first film 12.
  • the container 10 can be produced by sealing the peripheral portion of the container substrate 11 except the portion necessary for degassing the inside of the container 10 in the degassing step.
  • the first film 12 is first formed on at least the inner surface of the container substrate 11, and then the first film 12 is formed on the surface. 2 is formed, and the container 10 is manufactured by sealing the peripheral portion of the container substrate 11 except the portion necessary for degassing the inside of the container 10 in the degassing step. be able to.
  • the method of sealing the container substrate 11 is not particularly limited, and a known method can be used, and examples thereof include TIG welding, resistance welding, laser welding, pressure welding, soldering and the like.
  • middle layer 16 is not specifically limited, For example, electrolytic plating, electroless plating, a chemical conversion treatment etc. can be mentioned.
  • the intermediate layer 16 may be formed after the cleaning process such as solvent degreasing, electric field degreasing, acid washing, and etching is performed on the surface of the container substrate 11 as necessary.
  • the method of forming the first film 12 is not particularly limited.
  • the first film 12 can be formed by electrolytic plating, electroless plating, hot dipping, vapor deposition or the like.
  • cleaning treatment such as solvent degreasing, electric field degreasing, acid washing, etching treatment, etc. on the surface of the container substrate 11 (the surface of the intermediate layer 16 when the intermediate layer 16 is formed)
  • the first coating 12 may be formed after performing the above.
  • heat treatment is performed on the intermediate layer 16 formed as described above after forming a film of the metal-containing component that constitutes the component of the first film 12 by electrolytic plating, electroless plating, hot dipping, vapor deposition, etc.
  • the first film 12 may be formed by reacting the film of the metal-containing component with the intermediate layer 16 by reaction or the like to form an alloy. Also, after forming a plurality of layers of the metal-containing component film constituting the component of the first film 12 by electrolytic plating, electroless plating, hot dipping, vapor deposition, etc., the films of the metal-containing component layers are heat treated to be alloyed To form the first film 12.
  • the method of forming the second film 13 is not particularly limited.
  • the oxidation treatment include an oxidation treatment, an exposure treatment to a vapor generated from a solution containing water, and a heat treatment in a vapor generated from a solution containing water.
  • a heat treatment process may be added to heat and melt the first film 12 after forming the first film 12 and before forming the second film 13 or at the time of forming the second film 13. .
  • the heat treatment method for heating and melting the first film 12 is not particularly limited, but may include, for example, continuous heat treatment such as batch heat treatment, electric heating heat treatment, dielectric heating heat treatment, and inter-heating heat treatment. it can.
  • the working fluid 14 is injected into the container 10 prepared as described above.
  • the method for injecting the working fluid 14 is not particularly limited, and any known method can be used.
  • the working fluid 14 may be heated prior to injection into the interior of the container 10 to discharge the dissolved gas in the working fluid 14 by heating.
  • the inside of the container 10 into which the working fluid 14 has been injected is degassed through a non-sealed portion of the peripheral portion of the container base 11.
  • the hollow portion 17 of the container 10 is depressurized.
  • the degassing method is not particularly limited, and known methods can be used, and examples thereof include vacuuming and heating and degassing.
  • the heat pipe of the present invention can be manufactured by sealing a portion of the peripheral portion of the container substrate 11 which has not been sealed due to the degassing treatment.
  • a method of sealing the part which was not sealed for deaeration processing it is not particularly limited as well as the above, and a known method can be used, for example, TIG welding, resistance welding, laser welding , Pressure contact, soldering, etc. can be mentioned.
  • wick structure in the inside of the container 10 before a degassing process as needed.
  • the wick structure may be stored in the container 10 after being subjected to cleaning treatment such as solvent degreasing and acid washing, if necessary.
  • the container base material 11 is a pipe in each of the above embodiments, it may be replaced by a flat type in which two opposed plate-like members are combined.
  • the peripheral portion of the container substrate 11 is removed during the degassing step.
  • the portion except the portion required to extract the gas was sealed, but instead, the portion other than the portion necessary to extract the gas in the container 10 was sealed in the degassing step.
  • the intermediate layer 16, the first film 12, and the second film 13 may be formed.
  • the second film 13 is a heat treatment step of heating and melting the first film 12 described above, a step of degassing the container 10 by heating degassing, a step of sealing the container 10, etc. It may be formed into
  • the average thickness of the second film is determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XRS) depth analysis, and the average thickness of the first film and the average thickness of the intermediate layer are determined by fluorescent X-ray analysis. , Each measured.
  • XRS X-ray photoelectron spectroscopy
  • ⁇ T is smaller than ⁇ T of Comparative Example 1 in the range of 0.5 ° C. or more and less than 1.0 ° C.
  • X With respect to ⁇ T of Comparative Example 1, ⁇ T is smaller in a range less than 0.5 ° C., or larger than ⁇ T of Comparative Example 1.
  • an intermediate layer is formed, and even if the intermediate layer is any of nickel, zinc, cobalt, chromium, and copper, corrosion resistance, processability and sealing property are improved in a well-balanced manner. I was able to From the comparison of Examples 4, 16, 17, 19 and Examples 18, 20, the corrosion resistance and the processability were further improved by the average thickness of the intermediate layer being 1 to 2 ⁇ m.
  • Example 2 the corrosion resistance can be further improved by using the Sn—Bi alloy as the first film.
  • the heat pipe of the present invention is a container by a working fluid containing water even if plastic deformation such as bending is applied to the container or a thermally cooled object having a large calorific value is thermally connected to increase the thermal load. It can be used in a wide range of fields because it can prevent corrosion and hydrogen gas generation, and can exhibit excellent heat transport properties, and for example, it has high utility value in the field of cooling electronic components that generate a large amount of heat.

Abstract

コンテナに曲げ加工等の塑性変形が施されたり、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されても、水を含む作動流体によるコンテナの腐食と水素ガス発生を防止できるヒートパイプ、及び前記ヒートパイプの製造方法を提供する。　コンテナ基材を含むコンテナと、該コンテナに封入された作動流体とを有するヒートパイプであって、前記作動流体が、水を含み、前記コンテナ基材の少なくとも内面に、スズ及び／またはスズ合金を有する第１の皮膜と、該第１の皮膜の表面の少なくとも一部に形成された、スズを含む酸化物及び／または水酸化物を有する第２の皮膜と、を備えたヒートパイプ。

Description

ヒートパイプ及びヒートパイプの製造方法
　本発明は、コンテナ内部の真空度を維持して優れた熱輸送特性を発揮できるヒートパイプ及び該ヒートパイプの製造方法に関する。
　電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高機能化や大電流化等により、発熱量が増大し、その冷却がより重要となっている。電子部品の冷却方法として、ヒートパイプが使用されることがある。
　また、近年、例えば、モバイル機器や車両に搭載される電気・電子機器について、軽量化の要求がさらに高まっており、それに応じて、ヒートパイプの軽量化も要求されている。ヒートパイプの軽量化の観点から、コンテナの材料として、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金等を使用することが検討されている。また、コンテナに封入される作動流体としては、熱輸送特性に優れる点から水が使用されることがある。しかし、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金は水と化学反応しやすので、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金等からなるコンテナに作動流体として水を使用すると、コンテナと水との化学反応により水素ガスが発生して、ヒートパイプ内部の真空度が低下してしまい、結果、ヒートパイプの熱輸送特性が低下してしまう場合があるという問題があった。
　さらに、コンテナの材料であるアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金と作動流体である水との化学反応により、コンテナが腐食する場合があるという問題があった。
　従って、コンテナ材料としてアルミニウム等が使用され、作動流体として水が使用される場合には、従来、コンテナの内面に防食機能を有する被覆層を形成していた。
　コンテナの防食機能を有する被覆層を形成したヒートパイプとしては、例えば、アルミニウムより形成されたコンテナの内壁に、水を透過させない保護皮膜として 、ケイ酸（ＳｉＯ２）皮膜、アルマイト（Ａｌ２Ｏ３）皮膜、ベーマイト皮膜等が形成されていると共に、作動流体として水が封入されているヒートパイプが提案されている（特許文献１）。また、特許文献１では、ケイ酸（ＳｉＯ２）皮膜、アルマイト（Ａｌ２Ｏ３）皮膜、ベーマイト皮膜等の保護皮膜は硬く、クラック等の欠陥が発生する場合があることから、水にマイナスイオンを添加することによって、皮膜の欠陥部をマイナスイオンが修復するように作用させている。
　しかし、特許文献１では、保護皮膜が硬いので、コンテナの封止のための曲げ加工や、形状変更のために曲げや扁平等の加工を行ったり、被冷却体の発熱量が増大してヒートパイプへの熱的負荷が大きくなると、依然として、保護皮膜にクラック等の欠陥が発生してしまうという問題があった。保護皮膜にクラック等の欠陥が発生すると、該欠陥から侵入した水がコンテナの材料と化学反応してガス（例えば、水素ガス）が発生し、熱輸送特性が低下しやすいという問題、また、コンテナの材料と水が化学反応することで、コンテナが腐食しやすいという問題があった。さらに、特許文献１の保護皮膜では、溶接にてコンテナを密封するにあたり、コンテナに高い封止性を付与することが難しい。また、水に対する耐腐食性を付与するために、鉛を被覆させたヒートパイプが提案されている（特許文献２）。しかし、鉛からなる耐腐食用の被膜は、環境への負荷から好ましくはない。他の耐腐食用の被膜が設けられたヒートパイプとして、ニッケルでコーティングされたコンテナを用いたヒートパイプ（特許文献３）、銅部材とアルミニウム部材等のクラッド材をコンテナに用いたヒートパイプ（特許文献４）が提案されている。しかし、特許文献３のニッケルコーティングでは、コンテナの封止のための曲げ加工や、形状変更のために曲げや扁平等の加工を行うと、やはり、ニッケルコーティングにクラック等の欠陥が発生してしまうという問題があった。また、特許文献４のクラッド材では、近年の小型軽量化に要求される薄い材料の製造が困難であり、軽量化の点で改善の余地がある。また、無理に材料を薄くしようとすると、コンテナの材料の被覆が不完全となり、コンテナの材料と水が化学反応してガスの発生やコンテナの腐食が起こり易くなる場合がある。
特開２００４－３２５０６３号公報 特開昭６１－２５９０８７号公報 特開２００６－２８４１６７号公報 特開２００２－１６８５７７号公報
　上記事情に鑑み、本発明の目的は、コンテナに曲げ加工等の塑性変形が施されたり、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されても、水を含む作動流体によるコンテナの腐食と水素ガス発生を防止できるヒートパイプ、及び前記ヒートパイプの製造方法を提供することにある。
　本発明の態様は、コンテナ基材を含むコンテナと、該コンテナに封入された作動流体とを有するヒートパイプであって、前記作動流体が、水を含み、前記コンテナ基材の少なくとも内面に、スズ及び／またはスズ合金を有する第１の皮膜と、該第１の皮膜の表面の少なくとも一部に形成された、スズを含む酸化物及び／または水酸化物を有する第２の皮膜と、を備えたヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記スズ合金が、銅、ニッケル、銀、鉛及びビスマスからなる群から選択された少なくとも１種の金属を含むヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記第２の皮膜の平均厚さが、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記コンテナ基材が、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金及びステンレス鋼からなる群から選択された少なくとも１種の金属からなるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記第１の皮膜の平均厚さが、１μｍ以上３０μｍ以下であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記コンテナ基材の表面と前記第１の皮膜との間に、ニッケル、亜鉛、コバルト、クロム及び銅からなる群から選択された少なくとも１種の金属、及び／またはニッケル、亜鉛、コバルト、クロム及び銅からなる群から選択された少なくとも１種の金属を含む合金からなる、１層または２層以上の中間層が設けられているヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記中間層の平均厚さが、０．００１μｍ以上２μｍ以下であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記コンテナに、ウィック構造体が収容されているヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記ウィック構造体が、ガラス素材であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、前記ガラス素材が、ガラスファイバ、ガラスウール、ガラスクロス及びガラス不織布からなる群から選択された少なくとも１種であるヒートパイプである。
　本発明の態様は、コンテナ基材を含むコンテナと、該コンテナに封入された水を含む作動流体とを有するヒートパイプの製造方法であって、前記コンテナ基材の少なくとも内面に、スズ及び／またはスズ合金を有する第１の皮膜と、該第１の皮膜の表面の少なくとも一部に形成された、スズを含む酸化物及び／または水酸化物を有する第２の皮膜と、を備えたコンテナを用意する工程と、前記コンテナの内部に作動流体を注入する注入工程と、作動流体が注入された前記コンテナの内部を脱気する脱気工程と、脱気された前記コンテナの端部を封止する封止工程と、を含むヒートパイプの製造方法である。
　本発明の態様は、前記第１の皮膜を溶融する熱処理工程をさらに含むヒートパイプの製造方法である。
　本発明の態様によれば、コンテナ基材の少なくとも内面に、スズ及び／またはスズ合金を有する第１の皮膜と、該第１の皮膜の表面にスズを含む酸化物及び／または水酸化物を有する第２の皮膜とが形成されることにより、コンテナに曲げ加工等の塑性変形が施されたり、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されても、水を含む作動流体によるコンテナの腐食と水素ガス発生を防止でき、結果、ヒートパイプの熱輸送特性の低下を防止できる。
　本発明の態様によれば、第２の皮膜の平均厚さが５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることにより、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続され、さらにコンテナに曲げ加工等の塑性変形が施されても、水を含む作動流体によるコンテナの腐食と水素ガス発生をより確実に防止して、ヒートパイプの熱輸送特性の低下をより確実に防止できる。
　本発明の態様によれば、第１の皮膜の平均厚さが、１μｍ以上３０μｍ以下であることにより、コンテナの重量化を防止しつつ、水を含む作動流体によるコンテナの腐食と水素ガス発生の防止に、より確実に寄与することができる。
　本発明の態様によれば、ウィック構造体がガラス素材であることにより、水を含む作動流体とウィック構造体との化学反応を防止できるので、コンテナ内部に水素ガスが発生することをより確実に防止できる。
本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの正面断面図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプの側面断面図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプの正面断面図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプの側面断面図である。
　以下に、本発明の実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。
　図１、２に示すように、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプ１は、コンテナ基材１１を含むコンテナ１０と、コンテナ１０に封入された作動流体１４を有している。コンテナ１０の内部には空洞部１７が設けられており、空洞部１７に作動流体１４が封入されている。
　コンテナ基材１１の少なくとも内表面には、第１の皮膜１２が設けられている。また、第１の皮膜１２の表面には、さらに第２の皮膜１３が設けられている。従って、コンテナ基材１１の少なくとも内表面には、第１の皮膜１２と第２の皮膜１３を有する多層構造１５が形成され、多層構造１５では、第１の皮膜１２の表面が第２の皮膜１３によって被覆されている。
　第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、コンテナ基材１１は管材であり、管材の長手（軸）方向が熱輸送方向となっている。コンテナ基材１１の径方向（すなわち、長手方向に対して直交方向）の形状は、特に限定されず、使用状況に応じて適宜選択可能であり、例えば、略円形、楕円形、扁平形状、矩形、角丸長方形等が挙げられる。図１では、コンテナ基材１１の径方向の形状は、円形状となっている。コンテナ基材１１の長手方向の形状は、特に限定されず、使用状況に応じて適宜選択可能であり、例えば、Ｌ字状、Ｕ字状または段差部を有する形状等の曲げ部を有する形状、直線形状等を挙げることができる。図２では、コンテナ基材１１の長手方向の形状は、直線形状となっている。
　コンテナ基材１１の材質は、特に限定されず、使用状況に応じて適宜選択可能であるが、例えば、熱伝導性と重量化防止の点から、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金及びステンレス鋼が好ましく、より軽量化する点から、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金が特に好ましい。
　ヒートパイプ１では、優れた熱輸送特性を得る点、環境負荷防止の点及び管理容易性の点から、作動流体１４は水を含んでいる。また、必要に応じて、作動流体１４に、ｐＨ調整剤、不凍液等の添加剤を配合してもよい。
　図１、２に示すように、コンテナ基材１１の内表面は、第１の皮膜１２によって、被覆されている。ヒートパイプ１では、コンテナ基材１１の内表面は、第１の皮膜１２と接した態様となっている。第１の皮膜１２は、構成要素として、スズ及び／またはスズ合金からなる被覆層等のスズ及び／またはスズ合金を有する被覆層となっている。スズ及び／またはスズ合金を有する被覆層である第１の皮膜１２は、コンテナ１０の内面に防食性を付与するための被覆である。また、スズ及び／またはスズ合金を有する被覆層である第１の皮膜１２は、ケイ酸（ＳｉＯ２）皮膜、アルマイト（Ａｌ２Ｏ３）皮膜、ベーマイト皮膜等と比較して柔らかい。従って、コンテナ１０に曲げや扁平等の塑性変形が施されても、第１の皮膜１２にクラック等の欠陥が発生することを防止できるので、コンテナ基材１１と作動流体１４に含まれる水とが化学反応して水素ガスが発生することを防止できる。また、第１の皮膜１２は、鉛からなる被覆層ではないので、環境への負荷を防止できる。
　上記から、コンテナ基材１１の内表面に第１の皮膜１２が形成されていることにより、コンテナ１０の腐食防止に寄与し、コンテナ１０に曲げや扁平等の加工が施されても水素ガスの発生を防止して、優れた熱輸送特性を維持することができる。
　さらに、スズ及び／またはスズ合金を有する第１の皮膜１２は、比較的柔らかい被覆層なので、コンテナ１０に優れた封止性を付与することができ、空洞部１７の気密性が向上する。
　なお、ヒートパイプ１では、コンテナ基材１１の少なくとも内表面全体が、第１の皮膜１２によって被覆されていればよく、更にコンテナ基材１１の外表面全体が、第１の被覆と同質の材料、すなわち、スズ及び／またはスズ合金を有する被覆層で被覆されていてもよい。 
　また、第１の皮膜１２は１層でもよく、２層以上の複数層としてもよい。なお、ヒートパイプ１では、第１の皮膜１２は１層の構造となっている。
　第１の皮膜１２の平均厚さは、特に限定されず、使用状況に応じて適宜選択可能であるが、例えば、その下限値は、コンテナ基材１１の内表面を確実に被覆して防食性を付与し、水素ガスの発生を防止する点から１μｍが好ましく、５μｍが特に好ましい。一方で、第１の皮膜１２の平均厚さの上限値は、軽量化の点から３０μｍが好ましく、１５μｍが特に好ましい。また、第１の皮膜１２をスズ合金とすることで、防食性の向上や、融点の調整が望める。合金化により第１の皮膜１２の融点は変化するため、第１の皮膜１２を溶融する熱処理や、本発明のヒートパイプをはんだ付け等で実装する際の条件を鑑み、スズ合金の組成を調整してもよい。スズ合金が用いられる場合、スズ合金の成分としては、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）及びビスマス（Ｂｉ）からなる群から選択された少なくとも１種の金属を含むスズ合金が好ましい。スズ合金としては、例えば、ＳｎＣｕ合金（例えば、Ｓｎ－３質量％Ｃｕ合金、Ｃｕ６Ｓｎ５化合物）、ＳｎＮｉ合金（例えば、Ｎｉ３Ｓｎ４化合物）、ＳｎＡｇ合金（例えば、Ｓｎ－３．５質量％Ａｇ合金）、ＳｎＰｂ合金（例えば、Ｓｎ－１０質量％Ｐｂ合金、Ｓｎ－３８質量％Ｐｂ合金）、ＳｎＢｉ合金（例えば、Ｓｎ－０．５質量％Ｂｉ合金、Ｓｎ－３質量％Ｂｉ合金、Ｓｎ－５８質量％Ｂｉ合金）等を挙げることができる。このうち、環境負荷を防止する点から鉛フリーのスズ合金がより好ましく、防食性の向上の観点からは、ビスマスを含むスズ合金が、特に好ましい。
　一方で、スズ及び／またはスズ合金を有する被覆層である第１の皮膜１２のみでは、コンテナ１０の腐食防止機能が十分ではない。そこで、ヒートパイプ１では、図１、２に示すように、第１の皮膜１２上には第２の皮膜１３が積層されている。第２の皮膜１３はコンテナ１０の内部空間である空洞部１７に露出している。第２の皮膜１３は、構成要素として、スズを含む酸化物及び／または水酸化物を有する被覆層となっている。ヒートパイプ１では、コンテナ基材１１の内表面と第２の皮膜１３との間に第１の皮膜１２が設けられている。従って、第１の皮膜１２のうち、第２の皮膜１３が設けられた部位は、コンテナ１０の空洞部１７に露出していない態様となっている。
　スズを含む酸化物及び／または水酸化物を有する被覆層である第２の皮膜１３は、コンテナ１０の内面の防食性をさらに向上させるための被覆である。従って、第１の皮膜１２上に第２の皮膜１３が形成されていることにより、コンテナ１０に発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されて、ヒートパイプ１への熱的負荷が大きくなっても、水を含む作動流体１４によるコンテナ１０の腐食を防止して水素ガス発生を防止でき、結果、長期にわたって、ヒートパイプの熱輸送特性の低下を防止できる。また、第２の皮膜１３は、鉛からなる被覆層ではないので、環境への負荷を防止できる。
　第２の皮膜１３は第１の皮膜１２の表面全体を被覆していてもよく、第１の皮膜１２の表面の一部領域、例えば、コンテナ基材１１の長手方向の中央部に対応する領域のみ、コンテナ基材１１の長手方向の両端部または一方の端部に対応する領域のみ、コンテナ基材１１の径方向の周面の一部に対応する領域のみを被覆していてもよい。第２の皮膜１３が第１の皮膜１２の表面の一部領域を被覆している場合には、第１の皮膜１２の表面のうち、第２の皮膜１３によって被覆されていない領域は、第１の皮膜１２がコンテナ１０の空洞部１７に露出した態様となっている。なお、ヒートパイプ１では、第１の皮膜１２の表面全体が、第２の皮膜１３によって被覆されている。また、コンテナ基材１１の外表面も第１の被覆と同質の材料で被覆されている場合には、コンテナ基材１１の外表面の該被覆上に第２の被覆と同質の材料をさらに被覆してもよい。
　また、第２の皮膜１３は１層でもよく、２層以上の複数層としてもよい。なお、ヒートパイプ１では、第２の皮膜１３は１層の構造となっている。
　第２の皮膜１３の平均厚さは、特に限定されず、使用状況に応じて適宜選択可能であるが、例えば、その下限値は、コンテナ１０の防食性を確実にさらに向上させる点から５ｎｍが好ましく、１０ｎｍが特に好ましい。また、第２の皮膜１３の平均厚さの上限値は、コンテナ１０の封止性と曲げや扁平等の塑性変形時におけるクラック発生の防止の点から２００ｎｍが好ましく、１００ｎｍが特に好ましい。
　また、ヒートパイプ１には、コンテナ１０の内部に、毛細管力を有するウィック構造体（図示せず）が収容されていてもよい。コンテナ１０の内部にウィック構造体が収容されていることにより、ヒートパイプ１の放熱部で気相から液相へ相変化した作動流体１４を円滑にヒートパイプ１の受熱部へ還流させることができる。
　ウィック構造体としては、一般に使用されるものであれば、いずれも使用可能であるが、コンテナ基材１１とウィック構造体の共存下で水を含む作動流体１４と接触することで化学反応が促進されることを防止する点から、ガラス素材が好ましく、ガラス素材のうち、十分な毛細管力を得る点から、ガラスファイバ、ガラスウール、ガラスクロス、ガラス不織布が特に好ましい。これらは、単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
　コンテナ１０におけるウィック構造体の位置は、特に限定されず、使用状況等により適宜選択可能であり、例えば、コンテナ１０の長手方向全体やコンテナ１０の長手方向のうち、受熱部に対応する部位等を挙げることができる。
　次に、本発明の第１実施形態例に係るヒートパイプ１の熱輸送のメカニズムについて、図１、２を用いながら説明する。
　まず、コンテナ１０のうち、所定の部位（例えば、端部または中央部）に、発熱体（図示せず）を熱的に接続する。ヒートパイプ１が受熱部にて発熱体から受熱すると、受熱部において液相の作動流体１４が気相へ相変化する。コンテナ１０の内部空間である空洞部１７は、気相の作動流体１４が流通する蒸気流路として機能する。気相の作動流体１４が、蒸気流路を、コンテナ１０の長手方向に受熱部から放熱部へと流れることで、発熱体からの熱が受熱部から放熱部へ輸送される。受熱部から放熱部へ輸送された発熱体からの熱は、必要に応じて熱交換手段の設けられた放熱部にて、気相の作動流体１４が液相へ相変化することで潜熱として放出される。放熱部にて放出された潜熱は、放熱部からヒートパイプ１の外部環境へ放出される。放熱部にて気相から液相へ相変化した作動流体１４は、例えば、コンテナ１０の内部に収容されたウィック構造体（図示せず）に取り込まれ、該ウィック構造体の毛細管力によって、放熱部から受熱部へと還流される。
　次に、本発明の第２実施形態例に係るヒートパイプについて、図面を用いながら説明する。なお、第１実施形態例に係るヒートパイプと同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。
　第１実施形態例に係るヒートパイプ１では、コンテナ基材１１の少なくとも内表面は第１の皮膜１２と接していたが、これに代えて、図３、４に示すように、第２実施形態例に係るヒートパイプ２では、コンテナ基材１１の表面と第１の皮膜１２との間に、さらに中間層１６が設けられている。従って、ヒートパイプ２では、中間層１６が設けられている領域では、コンテナ基材１１の表面は第１の皮膜１２と接しておらず、中間層１６と接した態様となっている。
　ヒートパイプ２では、コンテナ基材１１の少なくとも内表面には、中間層１６と第１の皮膜１２と第２の皮膜１３が積層された多層構造１５が形成されている。コンテナ基材１１の内表面と第１の皮膜１２との間に中間層１６が設けられていることで、コンテナ１０内面の防食性をさらに向上させつつ、コンテナ基材１１の表面に対する第１の皮膜１２の密着性を向上させることができる。
　中間層１６の構成成分としては、例えば、ニッケル、亜鉛、コバルト、クロム、銅等の金属、ニッケル、亜鉛、コバルト、クロム、銅等の金属を含む合金を挙げることができる。これらの成分は単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
　中間層１６は、コンテナ基材１１の内表面全体を被覆していてもよく、コンテナ基材１１の内表面の一部領域、例えば、コンテナ基材１１の長手方向の中央部のみ、コンテナ基材１１の長手方向の両端部または一方の端部のみ、コンテナ基材１１の径方向の周面の一部のみを被覆していてもよい。また、中間層１６はコンテナ基材１１の外表面の一部または全体を被覆してもよい。なお、ヒートパイプ２では、コンテナ基材１１の内表面全体が、中間層１６によって被覆されている。
　中間層１６は１層でもよく、２層以上の複数層としてもよい。なお、ヒートパイプ２では、中間層１６は１層の構造となっている。
　中間層１６の平均厚さは、特に限定されず、使用状況に応じて適宜選択可能であるが、例えば、その下限値は、コンテナ１０の防食性を確実に向上させつつ、第１の皮膜１２の密着性を確実に向上させる点から０．００１μｍが好ましく、０．０１μｍがより好ましく、１μｍが特に好ましい。一方で、中間層１６の平均厚さの上限値は、コンテナ１０の曲げや扁平等の塑性変形時におけるクラック発生の防止の点から５μｍが好ましく、２μｍが特に好ましい。
　次に、本発明のヒートパイプの製造方法例について説明する。本発明のヒートパイプの製造方法としては、例えば、コンテナ基材１１の少なくとも内面に形成された第１の皮膜１２と第１の皮膜１２の表面に形成された第２の皮膜１３とを備えたコンテナ１０を用意する工程と、コンテナ１０の内部に作動流体１４を注入する注入工程と、作動流体１４が注入されたコンテナ１０の内部を脱気する脱気工程と、脱気されたコンテナ１０の端部を封止する封止工程と、を含む。
　上記の通り、本発明のヒートパイプの製造方法では、まず、コンテナ基材１１の少なくとも内面に第１の皮膜１２と第１の皮膜１２の表面に形成された第２の皮膜１３とを備えたコンテナ１０を用意する。コンテナ１０を作製する方法は、例えば、コンテナ基材１１に中間層１６を設ける場合には、コンテナ基材１１の少なくとも内表面に、まず、中間層１６を形成し、中間層１６を形成後、中間層１６の表面に第１の皮膜１２を形成し、その後、第１の皮膜１２の表面に第２の皮膜１３を形成する。次に、コンテナ基材１１の周縁部のうち、上記脱気工程の際にコンテナ１０内部の気体を抜くのに必要な部分以外を封止することで、コンテナ１０を作製することができる。一方で、コンテナ基材１１に中間層１６を設けない場合には、コンテナ基材１１の少なくとも内表面に、まず、第１の皮膜１２を形成し、その後、第１の皮膜１２の表面に第２の皮膜１３を形成し、コンテナ基材１１の周縁部のうち、上記脱気工程の際にコンテナ１０内部の気体を抜くのに必要な部分以外を封止することで、コンテナ１０を作製することができる。
　コンテナ基材１１の封止方法は、特に限定されず、公知の方法を使用することができ、例えば、ＴＩＧ溶接、抵抗溶接、レーザー溶接、圧接、はんだ付け等を挙げることができる。
　中間層１６を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき、化成処理等を挙げることができる。また、必要に応じて、コンテナ基材１１の表面に対して、溶剤脱脂、電界脱脂、酸洗、エッチング処理等の洗浄処理を実施してから、中間層１６を形成してもよい。
　第１の皮膜１２を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、電解めっき、無電解めっき、ホットディップ、蒸着等により、第１の皮膜１２を形成することができる。また、必要に応じて、コンテナ基材１１の表面（中間層１６が形成されている場合には中間層１６の表面）に対して、溶剤脱脂、電界脱脂、酸洗、エッチング処理等の洗浄処理を実施してから、第１の皮膜１２を形成してもよい。また、上記のようにして形成した中間層１６の上に、電解めっき、無電解めっき、ホットディップ、蒸着等により第１の皮膜１２の成分を構成する金属含有成分の皮膜を形成後に、加熱処理等により前記金属含有成分の皮膜と中間層１６とを反応させて合金化することで、第１の皮膜１２を形成してもよい。また、電解めっき、無電解めっき、ホットディップ、蒸着等により第１の皮膜１２の成分を構成する金属含有成分の皮膜を複数層形成後、複数層の金属含有成分の皮膜を熱処理して合金化すること、第１の皮膜１２を形成してもよい。
　第２の皮膜１３を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、第１の皮膜１２に対する、酸素ガスを含む気相の雰囲気にての熱処理、水を含む溶液に浸漬させての熱処理、陽極酸化処理、水を含む溶液から生じた蒸気への暴露処理、水を含む溶液から生じた蒸気中にての熱処理等の酸化処理を挙げることができる。
　なお、第１の皮膜１２を形成後であって第２の皮膜１３の形成前または第２の皮膜１３の形成時に、第１の皮膜１２を加熱して溶融させる熱処理工程を追加してもよい。この熱処理工程によって、第１の皮膜に含まれる空孔等の欠陥が埋まるため、コンテナ基材１１と作動流体１４の反応をより確実に防止できる。第１の皮膜１２を加熱して溶融させる熱処理の方法としては、特に限定されないが、例えば、バッチ式熱処理、通電加熱式熱処理、誘電加熱式熱処理、走間熱処理等の連続式熱処理を挙げることができる。
　次に、上記のようにして用意されたコンテナ１０の内部に、作動流体１４を注入する。作動流体１４を注入する方法は、特に限定されず、公知の方法を使用することができる。なお、作動流体１４は、コンテナ１０の内部への注入前に、必要に応じて、加熱することで作動流体１４中の溶存ガスを排出させてもよい。
　次に、作動流体１４が注入されたコンテナ１０の内部を、コンテナ基材１１の周縁部のうち、封止されていない部位を介して脱気する。この脱気処理により、コンテナ１０の空洞部１７を減圧する。脱気方法は、特に限定されず、公知の方法を使用することができ、例えば、真空引き、加熱脱気等を挙げることができる。
　次に、コンテナ基材１１の周縁部のうち、脱気処理のために封止されていなかった部位を封止することで、本発明のヒートパイプを製造することができる。脱気処理のために封止されていなかった部位を封止する方法としては、上記と同じく、特に限定されず、公知の方法を使用することができ、例えば、ＴＩＧ溶接、抵抗溶接、レーザー溶接、圧接、はんだ付け等を挙げることができる。
　なお、必要に応じて、脱気工程前に、コンテナ１０の内部に、ウィック構造体を収容してもよい。ウィック構造体は、必要に応じて、溶剤脱脂、酸洗等の洗浄処理を実施してから、コンテナ１０の内部に収容してもよい。
　次に、本発明のヒートパイプの他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例ではコンテナ基材１１は管材であったが、これに代えて、対向した２つの板状体を組み合わせた平面型としてもよい。
　また、上記した本発明のヒートパイプの製造方法例では、中間層１６、第１の皮膜１２、第２の皮膜１３の形成後に、コンテナ基材１１の周縁部のうち、脱気工程の際にコンテナ１０内部の気体を抜くのに必要な部分以外を封止していたが、これに代えて、脱気工程の際にコンテナ１０内部の気体を抜くのに必要な部分以外を封止してから、中間層１６、第１の皮膜１２、第２の皮膜１３を形成してもよい。また、第２の皮膜１３は、上記した第１の皮膜１２を加熱して溶融させる熱処理工程時、コンテナ１０を加熱脱気等で脱気処理する工程時、コンテナ１０を封止する工程時等に形成させてもよい。
　次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、これらの例に限定されるものではない。
　実施例１～２３、比較例１、２で使用するヒートパイプとして、径８ｍｍ×長さ２２０ｍｍ×コンテナ基材の肉厚０．３ｍｍの直線形状のヒートパイプを使用した。コンテナ基材としてアルミニウム製を使用した。作動流体として水を封入した。
　実施例１～２３、比較例１、２で使用するヒートパイプの第１の皮膜（ＳｎまたはＳｎ合金）、第２の皮膜（ＳｎＯ）及び中間層の詳細について、下記表１に示す。なお、第２の皮膜の平均厚さは、Ｘ線光電子分光分析法（ＸＲＳ）の深さ分析にて、第１の皮膜の平均厚さと中間層の平均厚さは、蛍光Ｘ線分析にて、それぞれ、測定した。
　評価
　（１）防食能（耐久性）
　ヒートパイプを９０℃のオーブンで１０００時間熱処理した。その後、ヒートパイプの長手を垂直方向に向け、ヒートパイプの下端から８０ｍｍの位置までを５０℃のお湯に浸けた。また、下端から４０ｍｍの位置と上端から１５ｍｍの位置に熱電対を接続し、それらの温度差（ΔＴ）を測定した。測定結果は、以下の４段階で評価した。
◎：比較例１のΔＴに対して、ΔＴが１．５℃以上小さい。
○：比較例１のΔＴに対して、ΔＴが１．０℃以上１．５℃未満の範囲で小さい。
△：比較例１のΔＴに対して、ΔＴが０．５℃以上１．０℃未満の範囲で小さい。
×：比較例１のΔＴに対して、ΔＴが０．５℃未満の範囲で小さい、または比較例１のΔＴよりも大きい。
　（２）加工性
　ヒートパイプを角度３０°に曲げて、曲げ部における第２の皮膜の外観を目視にて観察し、以下の３段階で評価した。
○：クラック等の欠陥が認められない。
△：クラック等の欠陥が若干認められる。
×：クラック等の欠陥が著しく認められる。
　（３）封止性
　抵抗溶接にて封止部を形成し、該封止部におけるヘリウムガスのリークテストを実施し、以下の３段階で評価した。
○：３回の封止処理のうち、３回ともヘリウムガスのリークなし。
△：３回の封止処理のうち、１～２回、ヘリウムガスのリークなし。
×：３回の封止処理のうち、３回ともヘリウムガスのリークあり。
　防食能、加工性、封止性の評価結果を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記表１に示すように、第１の皮膜と第２の皮膜が形成された実施例１～２３では、第２の皮膜が形成されていない比較例１と比較して、封止性を損なうことなく、防食能が向上し、第１の皮膜が形成されていない比較例２と比較して、封止性を損なうことなく、防食能と加工性が向上した。従って、防食能が向上した実施例１～２３では、発熱量の大きい被冷却体が長期にわたって熱的に接続されても、優れた熱輸送特性を発揮できることが判明した。
　また、実施例２～５と実施例１、６との対比から、第２の皮膜の平均厚さが５～２００ｎｍであることにより、防食能、加工性及び封止性をバランスよく向上させることができた。また、実施例３～５から、第２の皮膜の平均厚さが１０～２００ｎｍであることにより、さらに優れた防食能を得ることができた。
　また、実施例８～１０と実施例７の対比から、第１の皮膜の平均厚さが１～３０μｍであることにより、より優れた防食能を得ることができた。また、実施例９、１０から、第１の皮膜の平均厚さが５～３０μｍであることにより、さらに優れた防食能を得ることができた。
　また、実施例４、１２～１６から、中間層が形成され、該中間層がニッケル、亜鉛、コバルト、クロム、銅のいずれであっても、防食能、加工性及び封止性をバランスよく向上させることができた。また、実施例４、１６、１７、１９と実施例１８、２０との対比から、中間層の平均厚さが１～２μｍであることにより、防食能と加工性がさらに向上した。
　また、実施例２と実施例２１～２３から、第１の皮膜をＳｎ－Ｂｉ合金とすることで、防食能をさらに向上させることができた。
　本発明のヒートパイプは、コンテナに曲げ加工等の塑性変形が施されたり、発熱量の大きい被冷却体が熱的に接続されて熱的負荷が大きくなっても、水を含む作動流体によるコンテナの腐食と水素ガス発生を防止でき、優れた熱輸送特性を発揮できるので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、発熱量の大きい電子部品を冷却する分野で利用価値が高い。
１、２　　　　　　　　ヒートパイプ
１０　　　　　　　　　コンテナ
１１　　　　　　　　　コンテナ基材
１２　　　　　　　　　第１の皮膜
１３　　　　　　　　　第２の皮膜
１４　　　　　　　　　作動流体

Claims (12)

  1. 　コンテナ基材を含むコンテナと、該コンテナに封入された作動流体とを有するヒートパイプであって、
    前記作動流体が、水を含み、
    前記コンテナ基材の少なくとも内面に、スズ及び／またはスズ合金を有する第１の皮膜と、該第１の皮膜の表面の少なくとも一部に形成された、スズを含む酸化物及び／または水酸化物を有する第２の皮膜と、を備えたヒートパイプ。
  2. 　前記スズ合金が、銅、ニッケル、銀、鉛及びビスマスからなる群から選択された少なくとも１種の金属を含む請求項１に記載のヒートパイプ。
  3. 　前記第２の皮膜の平均厚さが、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である請求項１または２に記載のヒートパイプ。
  4. 　前記コンテナ基材が、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金及びステンレス鋼からなる群から選択された少なくとも１種の金属からなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  5. 　前記第１の皮膜の平均厚さが、１μｍ以上３０μｍ以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  6. 　前記コンテナ基材の表面と前記第１の皮膜との間に、ニッケル、亜鉛、コバルト、クロム及び銅からなる群から選択された少なくとも１種の金属、及び／またはニッケル、亜鉛、コバルト、クロム及び銅からなる群から選択された少なくとも１種の金属を含む合金からなる、１層または２層以上の中間層が設けられている請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  7. 　前記中間層の平均厚さが、０．００１μｍ以上２μｍ以下である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  8. 　前記コンテナに、ウィック構造体が収容されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートパイプ。
  9. 　前記ウィック構造体が、ガラス素材である請求項８に記載のヒートパイプ。
  10. 　前記ガラス素材が、ガラスファイバ、ガラスウール、ガラスクロス及びガラス不織布からなる群から選択された少なくとも１種である請求項９に記載のヒートパイプ。
  11. 　コンテナ基材を含むコンテナと、該コンテナに封入された水を含む作動流体とを有するヒートパイプの製造方法であって、
    　前記コンテナ基材の少なくとも内面に、スズ及び／またはスズ合金を有する第１の皮膜と、該第１の皮膜の表面の少なくとも一部に形成された、スズを含む酸化物及び／または水酸化物を有する第２の皮膜と、を備えたコンテナを用意する工程と、
    　前記コンテナの内部に作動流体を注入する注入工程と、
    作動流体が注入された前記コンテナの内部を脱気する脱気工程と、
    脱気された前記コンテナの端部を封止する封止工程と、
    を含むヒートパイプの製造方法。
  12. 　前記第１の皮膜を溶融する熱処理工程をさらに含む請求項１１に記載のヒートパイプの製造方法。
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