JPH09280759A - ヒートパイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 扁平部に窪みのないヒートパイプ用コンテナ
を提供する。 【解決手段】 まず、塑性変形可能な金属パイプ材１の
少なくとも一部を、その半径方向に圧潰して中空扁平形
状の扁平部８を形成する。つぎに、金属パイプ材１の内
部にヒートパイプ１０の作動流体７となる凝縮性の流体
を充填する。さらに、扁平部８の厚さ方向での寸法の所
定寸法以上への増加を規制した状態で、金属パイプ材１
を加熱して、その内部の作動流体７を膨張させることよ
って扁平部８を圧潰方向と反対方向に加圧し、その厚さ
方向の寸法を所定寸法まで増大させるとともに、金属パ
イプ材１の内部から所定量の作動流体蒸気７を追い出
す。そして、金属パイプ材１の開口端を密閉してヒート
パイプ化する。

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、作動流体の潜熱
として熱輸送するヒートパイプに関し、特にその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、ヒートパイプは真空脱気し
た密閉金属管などの容器の内部に、水やナトリウム等の
凝縮性の流体を作動流体として封入したものであり、温
度差が生じることにより自動的に動作し、高温部で蒸発
した作動流体が低温部に流動して放熱・凝縮することに
より、作動流体の潜熱として熱輸送する。そして、その
見掛上の熱伝導率が銅やアルミ等の金属に対して数倍か
ら数十倍程度に優れていることから、冷却用素子として
各種熱関連機器に採用されている。

【０００３】ところで、ヒートパイプのコンテナの形状
としては、ヒートパイプ自体の使用態様によって様々な
形状が採用されており、例えばノートブックタイプやサ
ブノートブックタイプのいわゆる携帯型パソコンの冷却
用ヒートパイプとしては、両端部を平板状に密閉したパ
イプをコンテナとして使用したものが用いられることが
ある。

【０００４】すなわち、この種のパソコンでは携帯性を
目的としているから、小型・軽量化のために空冷用ファ
ンを設けずに、熱伝達によって内部の熱を外部に放出さ
せるように構成している。またその熱伝達を促進するた
めに、ＣＰＵ（中央演算処理装置）などの発熱部と放熱
箇所とをヒートパイプを介して連結し、さらにそのヒー
トパイプとの間の熱伝達面積を充分広く確保して熱抵抗
を下げるために、ヒートパイプの端部をここに接合され
る部材の形状に合わせて平板状としている。

【０００５】このようなヒートパイプのコンテナの一部
もしくは全体を平板状に形成する場合、それ自体寸法の
小さいものであるから、矩形断面のパイプなどの特別な
素材を用意せずに、銅などの比較的軟質な金属パイプを
潰し、その両端部を閉じて中空構造のコンテナとしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように金属パイ
プを半径方向に押し潰す場合、圧潰量すなわち加工前の
直径の変化量が小さい場合には、ほぼ所期どおりの断面
形状を得ることができる。しかしながら、前述した携帯
用パソコンなどに使用される厚さの薄いヒートパイプの
ためのコンテナとする場合には、圧潰量が大きくなるた
めに、成形荷重を掛けた部分の中央部が、荷重方向に陥
没することがある。

【０００７】すなわち丸パイプを中空平板状に圧潰する
場合、そのパイプを一対の加圧部材の間に挟んで荷重を
掛けると、最初は断面形状が楕円形状に変形し、ついで
長円形状に変形するが、加圧する部材が最終形状に合わ
せて加圧面が平坦面のものであるのに対して、素材は丸
パイプであるから、ある程度まで圧潰した時点で、荷重
を掛けている箇所の中央部で内側に折れ曲がり、いわゆ
る繭型断面に変形してしまう。

【０００８】このようなコンテナでは、発熱源であるＣ
ＰＵや放熱部である電磁シールド板（ＥＭＩ）などの接
合面が平坦面であるから、これらに対して完全に密着す
ることがなく、そのために両者の間の熱抵抗が大きくな
って冷却効果が劣るものになる問題があった。

【０００９】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、扁平部分に窪みのないヒートパイプを効率よく製
造することのできる方法を提供することを目的とするも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用】この発明
は上記の目的を達成するために、中空平板状の扁平部分
を少なくとも一部に有するヒートパイプを製造するにあ
たり、塑性変形可能な金属パイプ材の少なくとも一部
を、その半径方向に圧潰して中空扁平形状の扁平部を形
成するとともに、金属パイプ材の内部にヒートパイプの
作動流体となる凝縮性の流体を充填し、つぎに、前記扁
平部の厚さ方向での寸法の所定寸法以上への増加を規制
した状態で、金属パイプ材を加熱して、その内部の作動
流体を膨張させることよって扁平部を圧潰方向と反対方
向に加圧し、その厚さ方向の寸法を前記所定寸法まで増
大させるとともに、金属パイプ材の内部から所定量の作
動流体蒸気を追い出した後、金属パイプ材の開口端を密
閉してヒートパイプ化することを特徴とするものであ
る。

【００１１】この発明によれば、まず、ヒートパイプの
コンテナ材料として塑性変形可能な金属パイプ材が用意
され、少なくともその一部が半径方向に圧潰されて中空
扁平形状の扁平部が形成される。また、その金属パイプ
材の内部に、作動流体が充填される。つぎに、扁平部の
厚さ方向での寸法の所定寸法以上への増加を規制した状
態で、金属パイプ材が加熱される。すると、温度の上昇
に伴って内部の圧力が上昇し、金属パイプ材を膨張させ
るよう全方向に内側からの圧力が作用する。

【００１２】したがって、扁平部の幅方向の中央部が長
さ方向に亘って陥没していれば、その部分が平坦面に修
正される。つぎに、金属パイプ材の内部から作動流体蒸
気が追い出され後、開口端が密閉されてヒートパイプと
なる。すなわち、上記の扁平部修正工程と加熱追い出し
工程とを連続して行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一具体例を図１
ないし図６を参照して説明する。なお、以下の具体例で
は、一端部のみを中空扁平形状とした異形ヒートパイプ
を例にとって説明する。まず、コンテナの素材として、
円形断面の金属パイプ例えば銅パイプ１を用意する。よ
り詳細には、この銅パイプ１は両端部が端板の装着もし
くはスピニング加工によって閉じられたものであり、そ
の一方の端板には溶接あるいはロウ付け等の手段によっ
て注入ノズル２が銅パイプ１の内部と連通した状態に取
り付けられている。

【００１４】この注入ノズル２としては、銅パイプ１と
同じ材質でかつ断面が円形の小径管が採用されている。
なお、注入ノズル２には、後述の銅パイプ１を加熱する
際に内圧を調整するリリーフバルブを必要に応じて設け
てもよい。また、銅パイプ１および注入ノズル２の内面
は、予め脱脂洗浄されている。なお、銅パイプ１は、最
終的にはヒートパイプのコンテナとなるものであるか
ら、内部に金属メッシュや金属細線などからなるウィッ
クを予め配置してもよく、ウィックとして機能するグル
ーブ（細溝）を形成してあってもよい。

【００１５】符号３は、プレス機を示す。そのプレス機
３のダイ（成形型）は、形成するべき扁平部の厚さとほ
ぼ同じ深さの凹部が形成された下型４と、その下型４の
開口部を閉じるように下降させられるパンチ５とから構
成されており、その下型４の凹部における底面とパンチ
５の下面とが、銅パイプ１を挟みつけて加圧する成形面
であって、これらの両面が平坦面とされている。また、
下型４の内部には、複数本のヒータ６が設けられてお
り、これらのヒータ６は、それぞれが独立して温度制御
できるようになっている。

【００１６】上記の設備を用いてヒートパイプを製造す
るにあたっては、まず、注入ノズル２を介して作動流体
の一例として純水７を銅パイプ１の内部に充填する。そ
して、純水７が満たされた銅パイプ１のうち注入ノズル
２を備えていない側の端部を、下型４とパンチ５との間
に挿入して、パンチ５を下降させる。すると、図２の
（Ａ）に示すようにパンチ５が銅パイプ１の外面に接触
し、この状態からパンチ５が更に下降することにより、
銅パイプ１は楕円断面形状から長円形状に次第に変形
し、図２の（Ｂ）に示すように左右に押し広げられて扁
平部８が形成される。その場合、当然、銅パイプ１内の
純水７が注入ノズル２の開口端から溢れ出るが、銅パイ
プ１および注入ノズル２の内部は、純水７によって満た
された状態となっている。

【００１７】上記のように、パンチ５によって銅パイプ
１を次第に押し潰すと、その途中において、銅パイプ１
のうち下型４に接触している箇所と、パンチ５に接触し
ている箇所とのそれぞれの幅方向でのほぼ中央部が急激
に内側に折れ曲がる。このような窪み部９は銅パイプ１
が円形断面であること、および変形に伴う内部応力が集
中することに起因しているものと思われる。したがっ
て、銅パイプ１はその圧潰過程で断面形状がいわゆる繭
型になり、その形状を保ったまま更に圧潰される。

【００１８】図２の（Ｃ）は、パンチ５が下型４に接触
した圧潰加工の最終状態を示しており、この状態まで押
し潰された銅パイプ１には、前述した窪み部９がそのま
ま残っており、所期の中空扁平形状とはなっていない。
なお、上述の純水充填工程と銅パイプ圧潰工程は、順序
を逆に行ってもよく、要は、扁平部８を備えた銅パイプ
１と、注入ノズル２との内部に純水７が満たされていれ
ばよいのである。

【００１９】つぎに、注入ノズル２の先端部を半径方向
に潰して仮封止する。そして、下型４とパンチ５との間
に扁平部８を挟み込んだままの状態、すなわち、図３に
示す状態でヒータ６を動作させて銅パイプ１ごと純水７
を加熱する。前述の通り、銅パイプ１の内部および注入
ノズル２の内部には純水７が充満しているから、温度の
上昇に伴って内部の圧力が上昇し、銅パイプ１を膨張さ
せるよう全方向に内側からの圧力が作用する。

【００２０】その場合、扁平部８を上下方向に押し拡げ
るように内部圧力が作用するものの、扁平部８は下型４
およびパンチ５によって上下方向の位置が規制されてい
るので、この上下方向への圧力のみによっては窪み部９
は直ちには解消されず、扁平部８を図４での左右方向に
押し拡げる圧力によって窪み部９を生じさせているいわ
ゆる余肉が引き伸ばされ、その結果、扁平部８の外面の
下型４およびパンチ５に接触する部分が、これらの面に
沿った平坦面に形成される。つまり、窪み部９が消滅す
る。

【００２１】ここで、下型４の凹部の幅寸法を得るべき
扁平部８の幅寸法に設定して、扁平部８の左右方向への
拡張を規定するように構成してもよい。この場合には、
扁平部８の左右側面のうちの湾曲した肩部分のみが、下
型４の壁面との間の隙間を埋める方向に押し広げられて
変形するが、上記と同様に上面および下面の余肉も左右
方向に引き延ばされるから、窪み部９が消去する。

【００２２】なお、上述の場合、銅パイプ１の内面全体
に圧力が作用するから、扁平部８以外での変形を防止す
るための適宜の膨張阻止のための手段を設けてもよく、
また、下型４における図２での左右方向の拡張を防止す
るために、その凹部の幅寸法を得るべき扁平部８の幅寸
法に設定しておいてもよい。

【００２３】以上のようにして窪み部９を解消した後、
加熱追い出し法を用いて銅パイプ１をヒートパイプ化す
る。より具体的には、図５に示すように、下型４とパン
チ５との間に扁平部８を挟み込んだ状態のまま銅パイプ
１を更に加熱する。そして、銅パイプ１および注入ノズ
ル２の内部圧力を充分に高めた状態で、注入ノズル２を
切断して解放すると、その開口部から外部に向けて純水
７がフラッシュする。その際に、純水７中に溶在してい
る非凝縮性ガスが水蒸気と共に銅パイプ１および注入ノ
ズル２から外部に排出される。

【００２４】この水蒸気の追い出しは、銅パイプ１内に
残留する純水７がヒートパイプとしての適正量に達する
まで継続すればよく、換言すれば、既に銅パイプ１およ
び注入ノズル２内に封入された純水７の全量から蒸気と
して追い出された量を差し引いた量が、純水７の実質的
な封入量とされる。なお、この加熱追い出し工程では、
予め注入ノズル２を開放した状態で純水７を蒸発させる
こととしてもよい。

【００２５】つぎに、所定量の純水７を内部に有する銅
パイプ１の注入ノズル２を本封止する。その一例として
は、注入ノズル２のうちの端板に近い箇所を半径方向に
潰した後に溶接することが挙げられる。以上の手順によ
り、図６に示すような一端部側のみが中空扁平形状に形
成されたヒートパイプ１０を得ることができる。

【００２６】このように、窪み部９をする修正工程と加
熱追い出し工程とをプレス機３に扁平部８を挟み込んだ
状態で連続して実施できるため、中空扁平部８がフラッ
ト面とされたヒートパイプ１０を確実かつ簡単に製造す
ることができる。

【００２７】なお、上記の具体例では一端部のみを扁平
に加工する場合を例にとって説明したが、この発明は上
記の実施例に限定されるものではなく、銅パイプ１の両
端部あるいは中間部もしくはその全体を中空扁平状に加
工する場合にも適用することができる。さらに、純水７
を膨張させて銅パイプ１を内部から加圧する工程では、
圧潰方向での寸法規制をわずか緩めて膨張を促すように
してもよい。

【００２８】また、上記具体例では、注入ノズル２を用
いたが、これに替えてスエージング加工を施して端部を
細径化した銅パイプ１を用いることもできる。なお、素
材として使用する金属パイプ材は、銅製のものには限定
されず、また必ずしも円形断面でなくてもよく適宜の中
空形状であればよい。またさらに、扁平部８以外の箇所
での変形を防止するために、適宜の膨張阻止のための手
段を設けてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、扁平部の厚さ方向での寸法の所定寸法以上
への増加を規制した状態で、金属パイプ材を加熱して作
動流体を膨張させることよって扁平部を所定寸法まで増
大させるとともに、作動流体を追い出し、さらに開口端
を密閉してヒートパイプ化するために、扁平部に窪みが
ないヒートパイプを容易かつ効率よく製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プレス機および銅パイプを示す概略図である。

【図２】銅パイプの圧潰過程を順に示す示す断面図であ
る。

【図３】注入ノズルを仮封止した状態の銅パイプを示す
概略図である。

【図４】純水の膨張によって銅パイプが内側から加圧さ
れている状態を示す断面図である。

【図５】加熱追い出し工程を示す概略図である。

【図６】完成したヒートパイプを一部切り欠いて示す図
である。

【符号の説明】

１…銅パイプ、 ２…注入ノズル、 ４…下型、 ５…
パンチ、 ６…ヒータ、 ７…純水、 ８…扁平部、
１０…ヒートパイプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空平板状の扁平部分を少なくとも一部
   に有するヒートパイプを製造するにあたり、 塑性変形可能な金属パイプ材の少なくとも一部を、その
   半径方向に圧潰して中空扁平形状の扁平部を形成すると
   ともに、金属パイプ材の内部にヒートパイプの作動流体
   となる凝縮性の流体を充填し、つぎに、前記扁平部の厚
   さ方向での寸法の所定寸法以上への増加を規制した状態
   で、金属パイプ材を加熱して、その内部の作動流体を膨
   張させることよって扁平部を圧潰方向と反対方向に加圧
   し、その厚さ方向の寸法を前記所定寸法まで増大させる
   とともに、金属パイプ材の内部から所定量の作動流体蒸
   気を追い出した後、金属パイプ材の開口端を密閉してヒ
   ートパイプ化することを特徴とするヒートパイプの製造
   方法。