JPS6020085A - ヒ−トパイプの插接方法 - 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】 本発明はヒートパイプの使用に際してその熱吸収部、放
熱部を被冷却体、被加熱体の挿接孔に挿接したり、又は
ヒートパイプと熱吸収部品や放熱部品を相互に挿接する
ヒートパイプの挿接方法に関するものである。

ヒートパイプは極めて熱抵抗の少ない優秀な熱伝達装置
ではあるがその使用に際してはその熱吸収部表面及び放
熱部表面を被冷却体、被加熱体に接着せしめて熱吸収又
は放熱せしめる必要がある。

又その様な接触熱伝達によらない場合はヒー？１ドパイ
ブに吸放熱用フィンを挿着して熱媒流体を介して熱父換
を実施する。何れの場合もヒートパイプと被冷却体被加
熱体、又ヒートパイプとフィンを相互に接着する必要が
生ずるものである。又ヒートパイプの機械的強肝を増加
せしめる為・強靭な材質の中空管日にヒートパイプを挿
入接着せしめて使用する場合もある。それ等の接ツ８手
段としてはろう接や加圧接触に依る場合も用いられるが
最も一般的に実施される接着方法としては圧入又は挿入
に依る挿接法である。

然しヒートパイプはその原理上から通常は薄肉の軟質付
属からなるＡ空容器で形成されであるので伝械的強度が
低く、大きな加圧力で圧入したり挿接したりすることが
困難であった。又ヒートパイプはその製造工程上通常は
その外形を精密に製作することが困難であり、又細心の
注意を払って精密な製作を実施した場合もその構造上か
ら変形を生じ易いものであった。それ等の塩山から従来
の挿接方法では挿接部に空気が残置され大きな熱抵抗を
生ずる例が多かった。その様な欠点を除く手段として一
般には挿接部間隙に低融点金属を溶融して注入する方法
、挿入の後被挿接体をｍ管加工して密着度を高める方法
や、ヒートパイプとして作動液を圧入する前の工程で尚
圧液体でコンテナを拡管せしめて密着度を尚める方法等
が採用されて来たものである。然しそれ等の挿接方法は
何れも作業上も独の特別な装置を必要とするばかりでな
く熟練を璧する作業であった。又ヒートパイプにフィン
群を挿接する場合、各フィンはヒートパイプの端末から
ヒートパイプ表面上を滑動せしめながら挿接するやめフ
ィンの挿接孔が拡大され易く強い慴庸度を得ることが困
難で接触熱抵抗の発生に欧ってフィン効率が低下する場
合が多かった。

本発明は上述の如き各種の従来のヒートパイプの挿接方
法のあらゆる欠点を改善し、極めて簡単な操作で、又殆
んど何等の特別な装置を必要とせず、金属間の焼ばめと
同様な密層性を得ることのＩＪＩＪ能な新規なヒートパ
イプの挿接方法を提供ぜんとするものである。

ヒートパイプの挿接対照としてはその応用として無数に
近い被挿接体との組合わせが考えられるが本発明におい
ては中空管内にヒートパイプを挿接して１瓶靭な二ｍＷ
コンテナのヒートパイプを形成したり、回転軸内にヒー
トパイプを挿接して放熱性の良好な回転軸を形成する２
重管構造ヒートパイプ形成におけるヒートパイプの挿接
方法、及びヒートパイプの所定の部分に放熱フィン群を
形成する場合におけるフィンとヒートパイプの相互挿接
の２例に依って本発明に係るヒートノくイブの挿接方法
について図面によって詳述説明をする。

第１図、第２図、及び第３図は中空金属管内に対する本
発明に係るヒートパイプの挿接の手順を示し、第４図は
本発明に係るヒートパイプの挿接方法に依りヒートパイ
プの所定の部分に放熱用フィンの挿着を光子した状態を
示しである。各部分に付せられた番号は全図面共通であ
る。

第１図は本発明に係るヒートパイプ挿接方法の準備段階
を示す断面図である。ｌはコンテナでヒートパイプとし
ての原理上から基本構造として薄肉中空金ｆ４管からな
り、金属材料としては熱伝導性の良好な材料を用いるこ
とが原則である。従って銅、アルミニウム等が使用され
ることが多く他にステンレス、ニラグル等が用いられる
こともある。然し本来の目的である良好な熱伝導性を発
揮させる局には銅が最も望ましい。従って一般的にはコ
ンテナ１は展廷性に富むが機械的強度は低いものである
。本発明に係る挿接法においてはこの点を利用してコン
テナを拡管せしめて被挿接体の挿接部に加圧密層せしめ
る。２はコンテナ端縁部でこの部分は拡管作業時の変形
防止の為厚肉に形成されである。該端縁部を薄肉に形成
する必要がある場合は端縁を拡管作業時の拡管圧力に耐
えさせる為には：ｂＲＯｉｉ形状に形成しておくことが
望ましい。

３は作動液注入細管部で、コンテナ内に拡管用液体を注
入したり、作動液を注入したり、コンテナ内の非凝縮性
ガスを排出する為に使用する。４−１は拡貢用の所定の
数体であってコンテナ内に充満充填されである。該液体
の注入は作動液注入工程の前工程に実施するものでコン
テナの清浄化処理等は総べて光子した状態で実施する。

該液体は熱Ｊｙｅ脹係数の大きな液体を使用することが
望ましく又その完全除去が極めて容易で次の工程で実施
される作！１ｆＩ］液注入工程に支障のない液体が望ま
しい。該拡管用液体としては次工程で使用される作動液
を使用することが最も望ましいが後述する拡管条件に依
ってはそれが不可能な場合がある。

８は注入細管の仮封止部であって拡管作業時における内
圧に充分耐える様気密に封止されである。

要するに第１図例示の本発明に係るヒートパイプ挿接方
法の準、備作業としては拡管用液体を充満光ＪＭ　して
仮月止するだけの極めて単純な作業である。

江入赦体として最も安全で安価なものは純水であり、形
１５反すべきヒートパイプの作動液が純水である場合は
挿接光子俊のコンテナ清浄化処理が不必要となり単に余
剰作動液を排出するだけで良い利点がある。

第２図はヒートパイプの挿接段１者を示す断面図である
。第１図の準備段階を光子したコンテナ１を中空金属管
５の中に挿入して全体を所定の温度迄加熱した状態であ
る。６はコンテナの長さ方向膨１＆制限手段としてのス
トッパーである。拡管用液体の体膨張係数は一定である
からストッパー６で長さ方向の膨張を制限された液体は
直径方向の膨張が増加させられて中空金属管とコンテナ
の密着力が大巾に増加させられる。図に於ける矢印は拡
管用注入液体とコンテナ及び中空金属管の膨張率差に依
り発生する内圧を示しである。液体の膨張に依り発生す
る内圧は極めて強力で金属管体が拡管して内圧が解放さ
れない限り温度上昇と共に増加し超高圧状態となり、即
ちコンテナも金属管体も確実に液の膨張体積に至る迄拡
管されるに至る。従ってコンテナは中空金属管の耐圧力
に等しい圧力で中空金属管内壁に圧着一体化される。

液体の膨張は金属の膨張より充分に大きいので、挿入時
におけるコンテナの外径と中空全域管内径は軽い加圧力
で挿入出来る程度の間隙のある直径差に形成してあって
も全体を加熱すれば、液膨張はこの間隙を容易に消滅せ
しめ且つコンテナを中空金Ａｍ　”ｔ！内壁に加圧接着
せしめることが可能である。コンテナ及び中空金属管の
材料は銅であるものとし、拡管用液体は純水とし、コン
テナ肉厚は計算簡略化の為無視して考えた場合、更に常
温２０Ｃから加熱上昇湿層を１００′Ｃとし、水の２０
゛Ｃ〜１２００間の平均体膨張係数を０．６　ｘ　１０
”−”　Ｄ／Ｃ）即ち一近似的線膨張係数を０．２　Ｘ
　１０−”　［：１／Ｃ）即ち近似的線膨張係数を０．
２　Ｘ　１０　［１／′Ｃ〕とした場合、直径２０　ｕ
ｎのコンテナ内の水の直径増大は２０　ｒｔｔｓａ　ｘ
Ｏ，２ｘ’ｌ０−ｘ　１００　＝　０．’４ＩＩｓとな
る。コンテナ、及び金へ看内壁の直径増大は銅の線膨張
係数は（ｊ、ｏ　１６８　ｘ　’１０−３［１／Ｃ〕で
あるから２０　＋ｄ　Ｘ　０１０１６８Ｘ　１０−”　
Ｘ　１　’ＯＯ＝　０．０３３６鶴に過ぎないので挿入
時の間隙を０．１１／ＩＪにした場合でもコンテナ内の
純水は間隙を消滅せしめた上更に０．２７　ｒ馴の拡管
に依り中空金属管内壁に圧接されることになる。

拡管挿着時の加圧力を更に増大せしめたり、挿入時の間
隙を更に大きくして作業を容易ならしめたい場合は拡管
用注入液体を膨張係数の更に大きな液体に変更するとよ
い。例えばメチルアルコ−＃　ハ体膨Ｉｌｌ　係ｉ　カ
２０℃ニ：ｋ　イテ１．２　Ｘ　１０−”［：　１／”
Ｃ〕近似的線膨張係数が０．４　Ｘ　１０　Ｃ１／”Ｃ
〕と純水の２倍に達し、上記例のコンテナの直径増大ヲ
０．８びとすることが出来る。又このことは７０℃程贋
の低い温度上昇でも能率的に拡管作業を実施することを
可能にする。

挿接作業時の温度上昇手段として、沸騰点以下の加熱水
に浸漬することは、加熱効率が高く、安全性も扁〈且つ
両生的でもあるので、液膨張オリ用のヒートパイプ挿接
方法を実施する手段として極めて望ましい手段である。

又温度上昇手段として加熱水を用いる場合でも水温を５
０　”Ｃ以下で実施するこ♂が作業性の点で望まれる場
合が多い。又拡管液体を作画液と兼用してアンモニア液
を用いて実砲する場合、その飽和蒸気圧はｉ　ｏ　ｏ　
”ｃで６０気圧にも達して作業が極めて危険なものとな
る。

この場合は上限温度を２５０１飽和蒸気圧上限を１０気
圧以下位に制限して実施することが望ましい。これ等の
場合液体の初期温度を常温で実施すると温１敦変化不足
に依り充分な液膨張をさせることが不ＣｉＪ　ＴＪヒと
なる。この様な場合は拡管用液体を零点以下数１０℃の
低温に冷却したものをコンテナ内に充満充填せしめるこ
とに依り充分な温度差を得ることが出来る。この様な低
温拡管用液体としては一般に低温用ヒートパイプ作動液
として用いラレルエチルアルコール、メチルアルコール
、フレオン、アンモニア等を使用することが望ましい。

これ等は挿接作業完了の後の排出及び清浄化が極めて容
易で充分な加熱のみで完全に除去することが可能な特徴
がある。又、アンモニア液は熱＃脹係数が２０　’ＣＩ
Ｃ於イＴ−２，４５ｘ　１０　Ｃ１／”Ｃ］と極めて大
きいので比較的小さな温度差で大きな挿接時加圧力を得
ることが出来る。

更にこの様な低温度拡管液体を使用する場合はコンテナ
自身も大きく熱収縮するので、コンテナ外径は被挿接体
の挿接孔内径よりあまり小さく形成しておく必要が無く
、又挿接時に挿接孔内壁とコンテナ外壁間に発生する加
圧力は液体膨張とコンテナの金ｈ４膨張との合力となり
極めて強力なものとなる。

第３図はヒートパイプの挿接を完了した２重管中空金属
管の状態を示した断面図である。図において４−２　ｃ
′ｉヒートパイプの作動液で、拡管用液体４−１を完全
に排出除去した後所定量の作動液が注人足量化されであ
る。９は封止部であり、前玉４，１において挿接完了の
後仮封止部８の封止を解除した後、コンテナ内に所定量
の作動液を注入した後溶接、ろう接等の手段で完全に封
止されである。前工程において充？ａ’ｊ充填された拡
管用液体４−１に作動液が使用された場合は作動液注入
定量化作業では拡管用液体４−１の排出作業やコンテナ
内７＃沖化作業は省略して、余分量の作動液を排出する
作業のみで第３図の２重管構造のヒートパイプは完成さ
せることが可能である。

第４図は本発明に係るヒートパイプの挿接方法を応用し
てヒートパイプコンテナの所にの部分１−２に７４７群
５を挿接した状態を示す一部断面図である。この場合は
コンテナの所足の部分１−２のみを拡管させることに依
り全体を拡管させる場合よりも１−２の部分の拡管率を
増大せしめて実施した例を示しである。図では既に拡管
用液体４−１は排出されであるが、充満充填された液体
が加熱膨張する場合は拡管を制限された部分１−１内の
作動液のｊ彪脹相当量の液体は１−２部分に移動してこ
の部の管径拡大率を倍増させることが出来る。コンテナ
の１−１部分の拡管防止手段としてはこの部分のコンテ
ナ肉厚を厚くするか、１−２部分の肉厚を薄くして本発
明を実施すると拡管作用は１−２部分に集中的に発生さ
せることが出来る。然しこの場合も１−１部分も若干の
拡管が生じるので完全に１−１部の拡管を防止するため
には第４図に例示の如き拡管防止手段７を用いる必要が
ある。図においては分離可能な構造の金型をコンテナ１
−１部分に被せて拡管防止手段としている。一般にフィ
ン群の挿着はコンテナの一端から挿接孔付フィンを順次
圧入して実施する。

この場合コンテナ外周面を各フィンは滑動せしめて所定
の位置に移動させる必要がある。ヒートノ（イブ外径は
あまり精密に加工されていない点、平板フィンが多少な
り共鵠斜した場合フィンの挿接孔が変形する。又、フィ
ンの材質は熱伝達を良好にする為一般的には薄肉銅板、
薄肉アルミ板等が用いられコンテナ表面を滑動する際に
変形し易すい。これらの点から従来のフィン挿着方法で
は確実且つ強い密着強度での挿着は困難であった。

然し本発明に係る挿接方法に依って挿接されたゲインは
夫々の所定の位置にフィン群を位置決めした後にコンテ
ナを拡管せしめ強力に密着せしめるのでフィンは確実強
固に密着挿着され、接カ虫熱抵抗が極めて小さく尚性能
のフィン群を容易な作業手順で形成することが出来る。

金属コンテナと被挿接体との金属材料が異なり、コンテ
ナの熱膨張係数の方が被挿接体の熱膨張係数より大きい
場合、両者を加熱温度上昇せしめて圧接挿着せしめた場
合、高温で一旦圧接した場合でも常温に復帰せしめた場
合、コンテナの収縮率が大きく、両者の挿接が弛緩して
しまう場合がある。この様な場合の対策としては被挿接
体の挿接部を弾性構造に形成し、コンテナの拡管はその
弾性限界内にとどめ、且つコンテナの収縮時にも直径が
その弾性限界内にある様に実施する。実例としてはフィ
ンの挿接孔にバーリング加工を施し、コンテナの膨張、
収縮時の外径変化をバーリング部の弾性限界内にとどめ
る様実施する如くである。

又池の対策としてＣ１拡青用注入液体として低温用液体
を用いてコンテナ内に充満充填する場合の液温を０′Ｃ
以下にして拡管挿接温度を常温以下に制限して実施する
。

又更に他の対策としてはコンテナと被挿接体の間に半田
合金の如き軟質金属の薄膜を介在せしめて本発明に係る
ヒートパイプの挿接方法を実施し、膨張加圧力に依りコ
ンテナ外表面と被挿接体の挿接孔内壁を相互に完全に圧
冶せしめる様にして一体化せしめ、常温に於いてコンテ
ナ収縮時の弛緩を防止する。

各図に例示したと一ドパイブの断面図ではウィックが図
示されず省略されであるが本発明に係るヒートパイプの
挿接方法はウィックの有無に係わらず同様に実施するこ
とが出来る。但しコンテナ内壁の拡大に応じて、ウィッ
クもそのｉｆ径を拡大させる必要があるのでウィックと
コンテナ内壁が接着又は一体化されである型のヒートパ
イプでは問題ないが、ウィック支持体の弾性に慎ってコ
ンテナ内壁面にウィックが押圧されて支持されである凰
のヒートパイプの場合はコンテナ内壁の拡大に対応して
ウィックを押し拡げるのに充分な弾性を有する材質の支
持体を使用しておく必要がある。

上述した如く本発明に係るヒートパイプの挿接方法は極
めて簡単な作業方法で、又特別高価な装置をも治工具を
も必要とせず、確実な挿着が可能な挿接方法であると云
うことが出来る。特にフィンの挿接方法としては一枚一
枚のフィンを圧入する従来方法に対して弛みあるがん合
で多数のフィンを挿入して位置決めし、コンテナの拡大
で一括して一挙に圧接挿接する本方法は、挿接力の強度
増大、複雑高価なフィン圧入装置の省略等を可能にする
だけでなく、フィンを圧入する必要がないのでフィン平
板の圧入の為の強度を考慮する必要がない。従ってフィ
ンの肉厚を大巾に薄くすることが可能となり、冷却風圧
の低下防止、挿着可能なフィン枚数の増加に依る伝熱面
積の増加等多くの作用効果があり画期的な改善をするこ
とが出来る。

４、図面の１“パ）単な説明 第１図から第４図は本発明にをかるヒートパイプの挿接
方法を示すもので、第１図から第３図は本発明にかかる
ヒートパイプの挿接手順を示す断面図、第４図はヒート
パイプにフィン群を挿接した状態を示す一部断面図であ
る。

１・・・コンテナ、２・・・コンテナ端縁部、３・・・
作動液注入細管部、４−１・・・拡管用液体、４−２・
・・作動液、５・・・中空金属管、６・・・ストッパ、
７・・・拡管防止手段、８・・・仮封止部、９・・・封
止部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ヒートパイプを所定の被挿接体に挿入装接「る
   ヒートパイプの挿接方法であって、ヒートパイプの製造
   工程における作動液の定量注入工程の前工程において、
   ヒートパイプのコンテナ内に作動液注入作業に悪影響を
   及はさない所定の液体を所定の低温度を保ちつ＼充満充
   填せしめた俊該コンテナを仮に封止し、該コンテナの所
   定の部分を被挿接体の挿接部に挿入したる後、所定の手
   段に依って、被挿接体とコンテナ及びコンテナ内の充満
   液体を所定の温度迄上昇せしめて熱膨張せしめ、該液体
   の熱膨張率とコンテナ及び被挿接体の熱膨張率の差に依
   りコンテナを拡管せしめると共にコンテナを被挿接体の
   挿接部民に加圧挿接すしめ、然る後コンテナの仮の封止
   を解除し、所定の工程に依り充填液体を排除し、続いて
   所定の作動液注入工程に依り所定量の作動液を注入して
   コンテナを封止することを特徴とするヒートパイプの挿
   接方法。 （２、特許請求の範囲第１項に記載のヒートパイプの挿
   接方法において、コンテナ内に光４’ｔｉ４光填せしめ
   る所定の液体としてはヒートパイプ製造の工程で定量注
   入すべき作動液を用いるものとし、最終工程における作
   動液注入工程においては充満充填されである作動液の余
   分量を排除し定量化せしめることに依り実施するもので
   あることを特徴とするヒートパイプの挿接方法。 （３）　特許請求の範囲第１項に記載のヒート−パイプ
   の挿接方法において、ヒートパイプコンテナが長さ方向
   に伸長することを防止する長さ方向膨張制限手段を併用
   して実施することを特徴とするヒートパイプ挿接方法。 （４）特許請求の範囲第１項に記載のヒートパイプの挿
   接方法において、ヒートパイプコンテナの拡管を必要と
   しない部分に拡管防止手段を設けて実施することを特徴
   とするヒートパイプの挿接方法。 （５）　ＱＪＦ許請求の範囲第１項に記載のヒートパイ
   プの挿接方法において、ヒートパイプコンテナの押接部
   分は非挿接部より相対的に薄肉に形成して実施すること
   を特徴とするヒートパイプの挿接方法。 （６）特許請求の範囲第１項に記載のヒートパイプの挿
   接方法においてコンテナ内に充満充填せしめる拡管用液
   体を零度以下の所定の低温度に冷却して注入して実施す
   ることをｖｊ徴とするヒートパイプの挿接方法。