JPH03263591A - 素子冷却用放熱器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ８発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明はヒートパイプの構造及びその製造方法に関する
もので特に素子冷却用放熱器として適用されるループ型
細管ヒートパイプの構造及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 電子機器に用いられる各種半導体素子に代表される小型
発熱素子のヒートパイプによる冷却は共通のコールドプ
レート上に複数の素子を搭載し、該コールドプレートを
ヒートパイプにより冷却するのが通例であった。これは
個々の素子に搭載可能な小型ヒートパイプが市場になか
ったことによる。

昨今ループ型細管ヒートパイプ特開昭６３−３１８４９
３号の出現により素子の個別冷却が可能となりつつある
。第６図（イ）正面図（ロ）側面図に示した如き従来形
のループ型細管ヒートパイプ式放熱器は４０ｍｍＸ４０
ｍｍの素子表面から３　ｍ／ｓ程度の冷却風で７０Ｗの
熱量を除去する高い能力があるにも係わらずその複雑な
製造工程によって高価格なものとなり普及が進んでいな
い、第６図において１はループ型細管ヒートパイプの放
熱部、２は同受熱部、３は発熱素子、６はループの端末
連結部である。用いられる細管の直径は０．８ｍｍ〜１
．６閣ｍである場合が多い。

［発明が解決しようとする問題点］ 第６図に例示したループ型細管ヒートパイプ式放熱器は
受放熱部間の温度差により作動液が高速でループ内を循
環し放熱部の温度を上昇せしめ能率よ（冷却風内に熱量
を放出する。小型且つ高性能であるにも係わらず普及が
遅れている原因は低価格化が困難なその構造と構造上避
けて通れない複雑な製造工程にあった。第７図〜第１１
図にその製造工程の特徴を示す。

第７図　曲率半径数＋ｎｍの屈曲部と直線部とからなる
螺旋体の成形工程である。屈曲部の曲率半径が小さいの
で細管が漬れる怖れがあり高速的げが困難である。又直
線部と屈曲部の巻取速度が大幅に異なる為全体として高
速度で捲回することが出来ない所にも問題点がある。

第８図　螺旋体を蛇行形状に展開する工程である。１タ
ーン毎に螺旋体車側か蛇行体側の何れかに捻回な与える
必要があり、高速化も自動化も困難で大きな問題点とな
っている。

第９図　整列工程であり、直線部における放熱部１　（
破線の外側）に直角方向の捻回な与えて細管間隔を縮少
せしめる。自動化の不可能な問題工程である。図におい
て４，５は夫々細管の両端末である。

第１０図　受熱部２となる部分を形成する工程であり細
管の所定の部分において熱伝導性の良好な接着材により
隣接細管と相互に接着して受熱部平板２を形成する。接
着に際しては平面状態を良好ならしめ又寸法精度を良好
ならしめる為、型枠を使用する。この工程も多大の時間
を消費する問題工程である。

第１１図　放熱部成形工程である。放熱部細管１を対流
風の流れる部分内に配列せしめ多管式放熱部を形成する
。細管の１本１本を曲げて配列せしめる手作業であり困
難な問題工程である。上記の各工程を完了の後細管の両
端末４，５を連結管６にて気密に連結して、ループ型細
管コンテナとして完成せしめた後、所定の作動液循環手
段を配設し、所定の作動液の所定量を封入して素子用の
ループ型細管ヒートパイプ式放熱器が完成する。

第７図〜第１１図の総ての工程が非能率で且つ自動化困
難であり問題点となっている作業工程であり、何れも価
格上昇の原因となっている。

口０発明の構成 ［問題点解決の為の手段］ 素子冷却用放熱器の基本であるループ型細管ヒートパイ
プの基本構造及び製造方法に変更はないが、放熱器の形
状を変更し、それに従ってその成形工程を大幅に変更す
る。変更された放熱器の形状は第１図（イ）正面図（ロ
）側面図に例示の如くであり、ループ型細管コンテナは
円形又は角形のコイル状に形成されてあり、コイルを形
成する各螺旋リングはその一部分において所定の接着手
段により隣接する各螺旋リングの相似的に同一な部分と
順次相互に接着され該相互接着部分は全体として方形の
平板に形成されて受熱部として形成されてあり、コイル
を形成する各螺旋リングの残余の部分は放熱フィン群１
として構成されてあることを特徴としている。図におい
て３は発熱素子であって受熱部２と所定の手段により接
着されである。６は細管コンテナの両端末を連結してル
ープを構成せしめる連結管である。矢印は放熱の為の対
流風の流れを示している。

上述の如き形状の放熱器はその形状変化に伴って、その
成形工程も大幅な変更が必要となる。その成形工程には
第３図、第４図及び第５図に例示の如き次の３工程が含
まれることを特徴としている。

第１の工程（第３図） ループ型細管ヒートパイプのコンテナ用細管１を所定の
断面形状の芯材７の外周にコイル状に巻回する工程。

第２の工程（第４図） 細管ｌが芯材７の外周に巻回されである状態のままで、
コイルを形成する各螺旋リングの一部分において、所定
の接着手段によって隣接する各螺旋リングの相似的に同
一な部分と順次相互に接着し該相互接着部分が全体的に
は方形の板面２をなす様接着せしめる工程。

第３の工程（第５図） 該方形板面を平滑平板に成形すると共に、成形の前又は
後に芯材７を除去すると共に細管コイル１の形状を通風
容易な形状に整形する工程。

［作用］ （放熱器形状の作用） （ａ）放熱部の曲率半径が大きいから放熱部の整形が容
易であり通風容易な状態に整形することが容易なだけで
なく第２図（イ）（ロ）に例示の如く放熱部の高さ、幅
等を自由に調整することが可能であり、発熱素子の大小
各種に対応して変形させることが出来る。

（ｂ）作動液の循環流が急激なターンを繰返すことなく
総て同一方向に且つ同一曲率で循環するから、作動液流
に圧力損失が少なくなり、作動液の循環速度が速くなり
、放熱能力が改善される。

（Ｃ）後述する如く放熱器の成形が極めて容易になる。

（成形工程の作用） 第１の工程 細管のコイル巻は高速度で実施することが出来る。コイ
ル巻作業は市販のコイル巻機の適用が可能であり、自動
化も容易である。

第２の工程 接着工程は第１の工程完了のまま芯材を除去することな
〈実施することが可能で従来の如く接着作業の為の細管
整列は不要となり、又接着部形状の正確さを得る為の型
枠の必要も無くなる。又接着作業の自動化も容易である
。

第３の工程 芯材装着のままで接着部の方形平面の平滑化加工は容易
であり、芯材除去の後の通風容易化整形も従来に比較し
て極めて容易である。

［実施例］ ループ型細管ヒートパイプのコンテナ用細管として外径
１ｍｍ内径０．８ｍｍの細管を用いて素子冷却用放熱機
の製作を、本発明に係る製造方法を用いて、実施した。

第１の工程は第３図例示の如き断面形状の外径５０ｍ＋
ｎ平坦切削幅４０ｍｍのテフロンＴＦＥからなる芯材を
用いて実施した。芯材に巻回したコイルのターン数は密
巻きで４０ターンであった。曲率半径が大きいので第６
図の従来構造のものに比べて細管変形の恐れもなく、製
造ロスもなく、高速度で巻回を完了した。所要時間は数
秒に過ぎなかった。

第２の工程はＰｂ−５ｎ半田により実施して４０＋ｎｍ
Ｘ４０ｍｍの方形接着部（受熱面）を形成した。芯材の
ＴＦＨの耐熱性、及び断熱性により芯材の平坦部におけ
る半田接着も極めて容易で数秒で工程は完了した。第３
の工程における方形接着部の平滑化は予め２５０℃に加
熱しておいたアルミ厚板平面に３秒間押圧したのみで完
了した。芯材の除去はテフロンＴＦＥの滑り性の良好さ
によって極めて容易であった０通風を良好ならしめる放
熱部細管の整形も予め用意した工具により螺旋リングを
一つ置きに一斉に一回押圧したのみで完了した。これ等
の３工程の開始から完了迄の時間は余裕時間を入れても
１個当り約５分に過ぎなかった。第７図〜第１１図の従
来法の工程に１個当り１２０分を要したのに比較すると
比較にならない短時間作業であった。

第３工程の完了後細管端末を相互に連結し、更に作動液
循環手段としての逆止弁を配設し、所定量の作動液を封
入して、第１図例示の如き素子冷却用放熱器を完成せし
めた。完成放熱器の受熱面に４０＋ｍＸ４０ｍｍの放熱
面を有するヒータを低温半田により接着し、風速３　ｔ
ａｇｓの風洞内で温度上昇試験を実施した。周囲温度２
５℃にてヒータと受熱平面との接着面温度を６５℃にて
安定せしめるヒータの電気入力は８０Ｗであった。即ち
該放熱器の全熱抵抗はＲ＝０．５℃／Ｗであった。

第６図の構造に製作した同等大きさの従来構造のループ
型細管ヒートパイプ式放熱器の全熱抵抗がＲ＝０．５７
℃／Ｗであったのに対し性能的にも大幅な改善がなされ
たことが分かった。

ハ１発明の効果 本発明に係る素子冷却器の構造は小型放熱器即ち単体素
子冷却用のループ型細管ヒートパイプの性能を大幅に改
善することを可能にする。更にその新規な構造は本発明
に係る新規な製造方法を可能にする。この新規な製造方
法は従来のループ型細管ヒートパイプ式素子放熱器を製
造するに要する加工時間を画期的に削減するもので、そ
れは従来の実用化に程遠いものであった製造コストを一
気に実用的コストまで引下げる大きな効果を発揮する。

更に本発明に係る素子冷却用放熱器の製造方法における
３工程は各工程共容易に自動化装置を製作することの出
来る製造方法であり、自動化大量生産方式に移行するこ
とにより更に大幅な製造コストの低減が見込まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る素子冷却用放熱器の構造を示す略
図である。 （イ）正面図　　（ロ）側面図 第２図：ｔ＃（（）　、　（［１）は夫々第１図放熱器
の使用例を示す正面図である。 第３図は本発明に係る素子冷却用放熱器の製造方法の第
１工程を示す斜視図である。 第４図は同上第２工程を示す正面断面図である。 第５図は同上第３工程を示す正面図である。 第６図は従来型のループ型細管ヒートパイプ式放熱器（
素子冷却用放熱器）を示す略図である。 （イ）正面図　　　（ロ）側面図 第７図、第８図、第９図、第１０図、及び第１１図は順
次第６図の素子冷却用放熱器の製造工程を示す略図であ
る。 １・・・ループ型細管ヒートパイプの放熱部又は同上放
熱部に相当する細管 ２・・・受熱部又は受熱部に相当する方形平板３・・・
発熱素子 ４・・・細管の両端末の一端 ５・・・細管の両端末の一端 ６・・・連結管 ７・・・芯材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）細管の両端末が相互に気密に連結されてループ型
   細管コンテナが形成されてあり、該コンテナ内を作動液
   が所定の手段により所定の方向に循環して、コンテナの
   受熱部から放熱部に向って熱量を運搬するループ型細管
   ヒートパイプにより構成されてあり、ループ型細管コン
   テナは円形又は角形のコイル状に形成されてあり、コイ
   ルを形成する各螺旋リングはその一部分において所定の
   接着手段により隣接する各螺旋リングの相似的に同一な
   部分と順次相互に接着され、該相互接着部分は全体とし
   て方形の平板に形成されて受熱部として構成されてあり
   、核螺旋リングの残余の部分は全体として放熱フィン群
   として構成されてあることを特徴とする素子冷却用放熱
   器。
2. （２）細管を所定の形状に成形したる後該細管の両端末
   を相互に気密に連結してループ型細管コンテナを形成し
   、該ループ型細管コンテナ内に所定の作動液循環手段を
   配設し、然る後ループ型細管コンテナ内に所定量の作動
   液を封入してなるループ型細管ヒートパイプにより構成
   される素子冷却用放熱器の製造方法であって、ループ型
   細管ヒートパイプ製造作業における、細管を所定の形状
   に成形する工程の中に、所定の断面形状の芯材の外周に
   細管をコイル状に巻回する第１の工程とその状態のまま
   、コイルを形成する各螺旋リングの一部分において、所
   定の接着手段により隣接する各螺旋リングの相似的に同
   一な部分と順次相互に接着し、該相互接着部分が全体的
   には方形の板面をなす様接着せしめる第２の工程と該方
   形接着部を平滑平板に成形すると共にその前後の何れか
   の時点で芯材を除去すると共に細管コイルの形状を通風
   容易な形状に整形する第３工程の３工程を含んでいるこ
   とを特徴とする素子冷却用放熱器の製造方法。