JPH0536716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はヒートパイプ及びその製造方法に関
し、特に微細なマイクロヒートパイプに有効なヒ
ートパイプの製造方法に関する。

従来の技術 近年ヒートパイプは、熱伝達効率の高さ、軽量
で構造の簡単さ、速い熱応答性等の優れた特徴を
有するため、種々の形式のものが実用化され、排
熱回収装置、熱交換器等の機械装置に組込まれ、
多方面の産業に利用されている。

上述ヒートパイプは、例えば第９図に示すよう
に、円筒状の密閉管１内に適宜の作動流体２を減
圧下に封入したもので、上記密閉管１の一端で上
記作動流体２を蒸発させ、この蒸気を他端で凝縮
させることにより僅かな温度差であつても多量の
熱を輸送するとこができ、上記凝縮部で液化した
作動流体２は、上記は密閉管１の内壁に内張りし
たウイツク３による毛細管力により、蒸発部に還
流される。尚、ヒートパイプには、ウイツク３の
代わりに上記密閉管１の内壁面に条溝を形成し、
この条溝による毛細管力によつて上記作動流体２
を還流させるものもある。

発明が解決しようとする問題点 最近、コンピユータ等の電子装置用集積回路
は、高速・高集積化が進むにつれて消費電力密度
が増し、これに伴ないLSI、VLSI等の半導体素
子の冷却や均熱化等の温度制御技術が一層重要に
なつてきており、この温度制御に微小径のヒート
パイプを用いることが提案されている。

しかし、現在実用化されているヒートパイプ
は、内径３mm程度のものが最小であり、これより
小経のものは密閉管内へのウイツクの挿入が困難
であり、ウイツク自体にも適切なものがないた
め、未だに製造されていない。またヒートパイプ
には、上記の如きウイツクの代わりに、密閉管の
内壁に条溝を形成し、この条溝の毛細管現象によ
つて作動流体の還流を行なう型式のものもある
が、上述の如き小径の密閉型内壁に条溝を形成す
るのは非常に困難であり、従つて、この型式の微
小径のヒートパイプも未だに製造されていない。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を鑑みてなされたもの
で、上記密閉管は、内部に多角柱形状の空胴部を
有する円柱形状をなし、上記空胴部の各内壁面
は、中央部分が長手方向全体にわたつて膨隆した
円弧状凸面であり、上記内壁面の隣り合うもの同
士によつて形成される角隅部は鋭角となつている
ヒートパイプ、並びに、このヒートパイプを、中
空円筒状金属製パイプを多角形形状のダイス孔を
有するダイスに通すことにより、上記ダイス孔の
各内壁面によつて上記金属製パイプを中心方向に
圧迫して上記ダイス孔と対応する中空多角柱形状
に変形させる工程で、上記ダイス孔の各内壁面に
対応する上記金属製パイプの各内壁面を、上記ダ
イス孔の各内壁面による圧迫により夫々内側に膨
隆させて円弧状凸面に変形させると共に、上記内
壁面の隣り合うもの同士によつて形成される角隅
部を鋭角に形成し、上記工程で得られた中空多角
柱形状の金属製パイプの外周の角部を除去して曲
面に形成すると共に、内部に適宜の作動流体を減
圧下で封入して製造する製造方法である。

作 用 本発明に係るヒートパイプは、内部の空胴部が
多角柱形状であるので円柱形状のものに比べて伝
熱面積が大きく、内部の角隅部が鋭角となつてい
るので、毛細管力が大きくて条溝として機能する
ため作動流体の還流が効率よく行われ、上記ヒー
トパイプの密閉管は、中空円筒状の金属製パイプ
を多角形形状のダイス孔を有するダイスを用いて
絞り加工した後、外周の角部を除去し、外周を曲
面に形成することにより微小径のものであつても
容易に作製される。

実施例 第１図並びに第２図及び第３図乃至第７図は、
本発明に係るヒートパイプ及びその製造方法の各
実施例を示すものである。

先ず第１図並びに第２図を参照しながら上記ヒ
ートパイプの一実施例について説明する。

上記ヒートパイプは、略円柱形状をなす中空の
密閉管１０と、この密閉管１０の内部に減圧状態
で封入された適宜の作動流体２０とで構成される
ウイツクレスタイプのものである。

上記密閉管１０は、四角柱形状の空胴部１１を
有しており、この空胴部１１の各内壁面１２は、
中央部分が長手方向全長にわたつて空胴部１１の
中心に向けて膨隆した円弧状凸面となつており、
上記内壁面１２の隣り合うもの同士によつて形成
される角隅部１３は鋭角となつている。

そして上記密閉管１０内に減圧下に封入される
作動流体２０は、毛細管現象によつて上記４つの
角隅部１３の全長にわたつて保持され得る量とし
てあり、この作動流体２０に作用する毛細管力
は、上記角隅部１３が鋭角となつているため、在
来の直角のものと比べて大きくなつている。

上記構成のヒートパイプにおいて、密閉管１０
の一端側に熱が供給されると、この熱は、角隅部
１３に保持された作動流体２０を加熱し、蒸発さ
せる。このとき、この密閉管１０の一端側におけ
る空胴部１１内の蒸気圧が高まり、圧力の低い他
端側への蒸気流が生じる。そしてこの蒸気は空胴
部１１の他端側で冷却されて凝縮し、元の作動流
体２０に戻る。このとき、上記作動流体２０の凝
縮熱に相当する熱量が上記密閉管１０から放出さ
れると共に、上記の凝縮して液化した作動流体２
０は、上記角隅部１３の毛細管力により、上記密
閉管１０の熱の供給を受ける側の端部に向けて還
流される。以上のサイクルが連続して行われるこ
とにより、上記ヒートパイプは熱を効率よく、多
量に伝達する。ここで上記ヒートパイプにおいて
は、前述の如く、上記角隅部１３によつて作動流
体２０に生じる毛細管力が大きいため、上記密閉
管１０内にウイツクを挿入したり、内壁に条溝を
形成しなくても作動流体２０の還流が効率よく行
われ、従つて、本発明によれば熱伝達能力の優れ
たヒートパイプが提供できる。

以上の説明において、ヒートパイプの内部形
状、即ち、密閉管１０の空胴部１１の形状を略正
四角柱形状としているが、本発明は、略正四角柱
形状に限るものではなく、三角柱形状や五角柱
形、六角柱形状等であつてもよい。要は、空胴部
が多角柱形状をなし、この空胴部の各内壁面が、
中央部を長手方向全体にわたつて内側に膨隆した
円弧状凸面となつており、上記内壁面の隣り合う
もの同士によつて形成される角隅部が鋭角となつ
ておればよい。

次に上述のヒートパイプの製造方法について、
第３図乃至第７図を参照しながら説明する。

先ず第３図に示すように、上記密閉管１０の外
形寸法と略同一で、空胴部１１の角数と同一の角
数を有する多角形形状〔ここでは四角形〕のダイ
ス孔３０を有するダイス３１を用いて、得ようと
するヒートパイプ用密閉管１０より肉厚の厚い中
空円筒状の金属製パイプ材４０に絞り加工を施
す。

上記金属製パイプ材４３が、ダイス孔３０を通
過することにより外形が４角柱形状に変形する過
程においては、第４図並びに第６図に示すように
ダイス孔３０の各内側壁３２によつて上記金属パ
イプ材４０は、中心方向に向けて圧迫されるた
め、上記金属パイプ４０の内側は、上記ダイス孔
３０の各内側壁３２に対応する部分が中央に向け
て膨隆して４つの円弧状凸面４１で囲まれた中空
部４２が形成されると共に、上記円弧状凸面４１
の隣り合うもの同士によつて鋭角の角隅部４３が
形成される。

従つて、上記中空円筒状の金属製パイプ材４０
に、上記ダイス孔３１によつて絞り加工を施すこ
とにより、内外周共に多角柱形状の中空管４４が
得られる。

この中空管４４は、比較的、厚肉のもので次工
程で上記中空管４４の外周の角部４５を切削、研
削等の加工によつて除去し、上記中空管４４の外
周面を曲面、例えば、円筒面に形成する。

後は、上記の中空管４４を所定長さに切断し、
一端を適宜の方法によつて封止し、減圧下で適宜
の作動流体２０を所定量注入した後、他端を封止
して前述のヒートパイプを得る。

即ち、本発明方法によれば、中空円筒状の金属
製パイプ４０にダイス３１による絞り加工を施す
ことにより、条溝として機能する鋭角の角隅部４
３が一体に形成された中空管４４を得ることがで
き、上記中空管４４の角隅部を除去して曲面に形
成すると共に、この中空管４４に減圧下で作動流
体２０を封入することにより前述のヒートパイプ
を容易に、かつ、低コストで作製することがで
き、しかも、上記断面形状の中空部４２を有する
中空管４４は、タイス３１を用いた絞り加工によ
り得られるから、ダイス孔３０の寸法を適宜に選
択することにより、微細な寸法のものであつても
容易に作製することができ、従つて、前述のマイ
クロヒートパイプの提供が可能となる。

上記の実施例において、中空管の段階あるいは
完成後のヒートパイプの両端を軸線を中心として
互いに反対方向に捩り、第８図に示すように内部
の角隅部１３′をスパイラル状に形成して、条溝
としての機能を一層高めることもできる。このよ
うにすれば、上記ヒートパイプを水平状態や、無
重力状態等のように、作動流体の還流方向に重力
が作用しない場合でも、上記作動流体を効率よく
還流させることができる。

尚、上記本発明方法の実施例において、上記密
閉管１０となる中空管４４は１個のダイス３１に
よつて中空円筒状の金属製パイプ４０に絞り加工
を施すことによつて得ているが、本発明方法で
は、上記ダイス３１の個数は、一個に限らず、複
数個を用いて上記金属製パイプ４０に段階的に所
望の断面形状に絞り加工を施すようにしてもよ
い。

更に、上記実施例は、４角形状のダイス孔３０
を有するダイス３１を用いて、中空部４２が四角
柱形状の中空管４４を得、この中空管４４から円
柱形状のヒートパイプを作製するものであるが、
本発明方法は、上記の如き形状に限定されること
なく、矩形、三角形、五角形等の多角形形状のダ
イス孔を有するダイスを用いて、種々の多角柱形
状の空胴部を有するヒートパイプを作製すること
ができる。

発明の効果 以上説明したように、本発明に係るヒートパイ
プは内部の空胴部が多角柱形状であるので円柱形
状のものに比べて伝熱面積が大きく、内部の角隅
部が鋭角となつているので、毛細管力が大きくて
条溝として機能し、作動流体の還流が効率よく行
われるため、熱伝達能力が極めて高く、しかも、
本発明に係る製造方法によれば上記ヒートパイプ
の密閉管は、中空円筒状の金属製パイプを多角形
形状のダイス孔を有するダイスを用いて絞り加工
し、外周部を曲面に成形することによつて作製さ
れ、またウイツクを収容することや条溝を特別に
設ける必要がないため、上記ヒートパイプは、微
小寸法のものであつても容易にかつ低コストで作
製することができる。

従つて、本発明に係るヒートパイプ及びその製
造方法によれば、従来のヒートパイプで不可能と
されていた微小部位や微細部品の直接冷却あるい
は直接加熱が可能なヒートパイプを提供すること
ができ、このヒートパイプは、例えば、LSI、
VLSI等の高集積電子部品の冷却、バイト、ドリ
ル等の切削工具の冷却、回転機の冷却、金型、鋳
型等の成形型の冷却の他、癌の温熱療法又は温冷
熱療法における局所直接加熱（又は加熱・冷却）
加療器具として、冷凍機等の各種機器における温
度センサーとして、熱ダイオード、熱スイツチ等
としての利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図並びに第２図は、本発明に係るヒートパ
イプの一実施例を示す側面図並びに縦断面図であ
る。第３図乃至第７図は、本発明に係るヒートパ
イプの製造方法を説明するための図面で、第３図
は、金属製パイプをダイスに通した状態を示す縦
断側面図、第４図乃至第６図は上記金属製パイプ
の断面の形状変化を説明するための縦断面図、第
７図は、中空管の外側の角部を除去した状態を示
す縦断面図である。第８図は、上記ヒートパイプ
の他の実施例を示す斜視図である。第９図は、ヒ
ートパイプの概略を説明するための縦断面図であ
る。 １０，１０′……密閉管、１１，１１′……空胴
部、１２……内壁面、１３，１３′……角隅部、
２０……作動流体、３０……ダイス孔、３１……
ダイス、４０……金属製パイプ、４５……角部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密閉管内に減圧封入した作動液が液相と気相
   とを相互に変化する際の潜熱により、上記密閉管
   の一端から他端に熱を伝達するヒートパイプにお
   いて、 上記密閉管は、内部に多角柱形状の空胴部を有
   する円柱形状をなし、 上記空胴部の各内壁面は、中央部分が長手方向
   全体にわたつて膨隆した円弧状凸面であり、 上記内壁面の隣り合うもの同士によつて形成さ
   れる角隅部は鋭角となつていることを特徴とする
   ヒートパイプ。 ２ 中空円筒状金属製パイプを多角形形状のダイ
   ス孔を有するダイスに通すことにより、上記ダイ
   ス孔の各内壁面によつて上記金属製パイプを中心
   方向に圧迫して上記ダイス孔と対応する中空多角
   柱形状に変形させる工程で、 上記ダイス孔の各内壁面に対応する上記金属製
   パイプの各内壁面を、上記ダイス孔の各内壁面に
   よる圧迫により夫々内側に膨隆させて円弧状凸面
   に変形させると共に、上記内壁面の隣り合うもの
   同士によつて形成される角隅部を鋭角に形成し、 上記工程で得られた中空多角柱形状の金属製パ
   イプの外周の角隅部を除去して円柱状に形成する
   と共に、内部に適宜の作動流体を減圧下で封入し
   てヒートパイプを製造することを特徴とするヒー
   トパイプの製造方法。