説明

焼結ヒートパイプの製造方法

【課題】焼結ヒートパイプの製造において、芯棒と金属粉体の一部が固着しても、容易に芯棒の引き抜きを行う。
【解決手段】管形状のコンテナ1内で長軸方向に沿って挿入される芯棒2とコンテナ1内壁によって形成される空間に金属粉体5を充填し、金属粉体5および芯棒1が挿入された状態でコンテナ1を加熱して、金属粉体5を焼結して焼結金属を固定する焼結ヒートパイプのウィック構造体6の形成工程において、芯棒1が複数に分割され、分割された芯棒1毎に引き抜きを可能とした焼結ヒートパイプの製造方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、コンテナの内部に封入した作動流体の流動によって熱を輸送するヒートパイプの製造方法に関する。特に作動流体を蒸発部に還流させるウィックとして、金属粉体を焼結して構成された焼結ヒートパイプの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ヒートパイプは、パソコンのCPU等のデバイスの冷却に使用される。ヒートパイプは、非凝縮性流体を脱気して、適量の作動液が封入されている密閉された金属体である。内部に封入された作動液は、コンテナ外部から加熱されることで蒸発し(蒸発部)、冷却されることで蒸気は凝縮して作動液に戻り(凝縮部)、潜熱として熱を輸送する。潜熱として熱を輸送するため、蒸発部と凝縮部の小さな温度差でも熱輸送することが可能となる。
【0003】
一般的なヒートパイプのコンテナには中空管が使用される。このコンテナは熱を内部と外部で伝える必要があるため、熱伝導率の高い素材で構成される。例えば銅、アルミニウム等の金属が使用されている。また、作動液には水やアルコール、メタノール、代替フロン、アンモニアなどが使用されている。
【0004】
コンテナ内で、凝縮部で凝縮した作動液を蒸発部に還流させる。蒸発部が凝縮部より下側に位置する場合には、重力により作動液を落下させて還流するサーモサイフォン型のヒートパイプを利用できる。
【0005】
しかしながら、蒸発部と凝縮部の位置関係で、蒸発部が凝縮部より上に位置したり、両者が水平に位置する場合、作動液の還流に作動液の表面張力を利用する。そのため、コンテナ内部にウィック構造体を必要とする。
【0006】
ウィック構造体には、多数本の細線を束ねた線状体やメッシュなど網目体、銅粉などの粉体を焼結した焼結体が用いられる。粉体を利用したものは、高い表面張力を得られることが知られている。
【0007】
粉体をコンテナ内で固定するためには、特許文献1に示されるように、コンテナ内に切り欠き部を有する芯棒などを挿入して、コンテナ内と芯棒とで形成される空間に金属粉体を充填する。金属粉体と芯棒が挿入された状態でコンテナを加熱することで、焼結によりコンテナに固定することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2009−68787号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
製造時、特許文献1では、切り欠き部を有する芯棒とコンテナで形成される空間に金属粉体が充填される。加熱して焼結金属を固定する際、芯棒と焼結金属とが固着してしまい、芯棒の引き抜きが容易でなくなるという問題がある。
【0010】
焼結金属を固定の後、芯棒が容易に引き抜けなくなると、製造時に次工程へ移るのに時間を要すようになる。そのため、ヒートパイプの生産性を低下させる問題が生じる。
【0011】
本発明は、ヒートパイプのウィック構造体の製造時に、焼結金属を固定した後、芯棒の引き抜きを容易にすることが可能な焼結ヒートパイプの製造方法である。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、本発明の一態様は、管形状のコンテナを用意し、長軸方向に沿って所定形状の切り欠き部を有する分割可能な芯棒をコンテナに挿入する工程と、切り欠き部とコンテナの内壁によって形成される空間部に金属粉体を充填する工程と、金属粉体および芯棒が挿入された状態でコンテナを加熱して、金属粉体を焼結してウィック構造体を形成する工程と、コンテナから芯棒を分割して引き抜く工程と、コンテナに扁平加工を施す工程と、コンテナ内に作動液を封入する工程とを備える焼結ヒートパイプの製造方法である。
【0013】
本発明の一態様において、芯棒の切り欠き部とコンテナの内壁によって形成される空間部の数が一つまたは複数あってもよい。また、本発明の一態様おいて、芯棒の分割の数が二つ以上あり、分割された芯棒の全てが金属粉体と接している。
【発明の効果】
【0014】
本発明によると、芯棒が分割されているので、金属粉体と固着していない芯棒あるいは他の芯棒と比較して引き抜き力を小さくて済む芯棒から引き抜くことができる。その結果、コンテナ内で芯棒を引き抜いた部分に空間が生じ、その空間方向に残っている芯棒に力を加えることができ、芯棒と金属粉体との固着を引き剥がしやすくなる。
【0015】
焼結ヒートパイプのウィック構造体の形状、個数を芯棒の切り欠き部の形状、個数で変更できる。
【0016】
分割された芯棒が全て金属粉体に接しているので、分割する数に反比例して引き抜き力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施の形態に係る焼結ヒートパイプの一例を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法の一例を説明する模式図である。
【図3】図2(b)に示した管形状のコンテナのA−A断面を示す概略図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法における金属粉体の充填工程の他の例を示す断面図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法における金属粉体の充填工程の他の例を示す断面図である。
【図6】本発明の実施の形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法における金属粉体の充填工程の他の例を示す断面である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0019】
又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【0020】
本発明の実施の形態に係る焼結ヒートパイプは、図1に示すように、コンテナ1及びウィック構造体6を備える。コンテナ1は、扁平な管形状を有する。ウィック構造体6は、コンテナ1の平坦部に設けられる。コンテナ1の両端部において、コンテナ1の内壁とウィック構造体6との間に空洞部8が形成される。
【0021】
コンテナ1には熱伝導率の高い銅などの金属の管状のパイプが使用される。ウィック構造体6には銅、青銅、ステンレス等の多孔質の焼結金属が使用される。焼結金属とは金属粉体を焼結により接合したものである。球粉体または異形粉体などの金属粉体の大きさを調整することにより、焼結金属の気孔の調整が可能である。
【0022】
次に、本発明の実施の形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を、図2及び図3を用いて説明する。
【0023】
図2(a)に示すように、コンテナ1と芯棒2を用意する。例えば、コンテナ1として、脱脂などの洗浄を行った肉厚0.3mm、外径3.0〜6.0mmの銅パイプを所定の長さに切断して使用する。芯棒2は、円形の一部を平坦にした形状の断面を有する。芯棒2は、第1及び第2分割部3a、3bに2分割可能である。第1及び第2分割部3a、3bには、それぞれ平坦な切り欠き部4a、4bが形成されている。芯棒2の長さは、コンテナ1の長さより長くする。なお、芯棒2は、ウィック構造体6と固着しにくい材料、例えば、カーボン、セラミック、ステンレスなどで製作される。
【0024】
図2(b)及び図3に示すように、管形状のコンテナ1に芯棒2が挿入される。芯棒2の第1及び第2分割部3a、3bの切り欠き部4a、4bとコンテナ1の内壁との間に形成される空間に金属粉体5が充填される。金属粉体5は、例えば、球粉体または異形粉体等の粒径が80μm〜250μmの範囲の銅粉である。金属粉体5の封入量は、切り欠き部4a、4bの大きさ、形状で調整が可能となる。
【0025】
図2(b)に示したように、充填した金属粉体5を芯棒2で固定した状態で、金属粉体5の溶融点前後の焼結温度で加熱して多孔質の焼結金属からなるウィック構造体6を形成する。コンテナ1及び金属粉体5が銅の場合、焼結温度は、800℃〜1000℃程度が選ばれる。ウィック構造体6は、コンテナ1の内壁及び切り欠き部4a、4bに接して形成される。ウィック構造体6の形成後、芯棒2の第1及び第2分割部3a、3bのうち、引き抜きの容易なほうから順に引き抜きを行う。その結果、図2(c)に示すように、芯棒3が引き抜かれて、空洞部8が形成される。
【0026】
芯棒2を引き抜いた後、コンテナ1の一端部にスウェージング加工を施し、一端部を密閉するボトム溶接を行う。また、コンテナ1の他端部にスウェージング加工を施し、ノズル状の注液口を設ける。
【0027】
注液口を利用して、コンテナ1内部の空気などの非凝縮性ガスを脱気した後、水、メタノール、エタノール、代替フロン、あるいはアンモニアなどの作動液を注液する。非凝縮性ガスの脱気には、真空脱気法や、予め余分な量の作動液を注入しておき、コンテナ1を加熱して作動液を沸騰させて非凝縮性ガスを追い出す加熱追い出し法などが用いられる。
【0028】
注液後は、開口していたノズル状の注液口を閉じ、溶接により密閉する。こうして製造された丸パイプ型のヒートパイプをその径方向に押し潰して扁平型ヒートパイプとする。その際、ヒートパイプの長軸方向を湾曲または屈曲させる必要がある場合には、丸パイプ型のヒートパイプを所定形状に湾曲または屈曲した後、径方向に押し潰して扁平化する。これら工程においてもコンテナ1内においてウィック構造体6は焼結により固定されているので、作動液の流路、蒸気流路の位置関係は長軸方向で確保される。
【0029】
実施の形態においては、芯棒2は、第1及び第2分割部3a、3bに略2等分されている。芯棒2は切り欠き部4a、4bでウィック構造体6と接触している。切り欠き部4aの面積は、切り欠き部4bの面積と略等しい。第1及び第2分割部3a、3bのそれぞれがウィック構造体6と接触する面積は、芯棒2の場合に比べ略半減する。したがって、第1及び第2分割部3a、3bのそれぞれを引き抜く力を小さくすることができる。
【0030】
また、第1及び第2分割部3a、3bのうち、例えば、引き抜きが容易な第1分割部3aを引き抜く。残された第2分割部3bを引き抜く際に、第1分割部3aが引き抜かれたことで生じる空間の方向に力をかけることができる。その結果、第2分割部3bがウィック構造体6に固着している場合でも、固着部を引き剥がすことが可能になる。更に、芯棒2の材質によっては、引き抜きの力を加えることにより、僅かではあるが一時的に撓みや歪などの変形が生じる。このような場合、第2分割部3bにたいして空間方向に力をかけることにより、固着部をより引き剥がしやすくなる。
【0031】
上述のように、芯棒2は、平坦な切り欠き部4a、4bを有する第1及び第2分割部3a、3bに分割可能である。しかし、切り欠きの形状及び分割数は限定されない。また、切り欠き部とコンテナ1内壁で形成される空間部の数は、複数であってもよい。例えば、図4に示すように、それぞれ平坦な切り欠き部4c、4d、4eを有する第1〜第3分割部3c、3d、3eに分割可能な芯棒2を用いてもよい。金属粉体5は、第1〜第3分割部3c、3d、3eの切り欠き部4c、4d、4eのそれぞれに接して充填される。芯棒2が3分割されているので、引き抜きの力は、略1/3に小さくすることが可能である。
【0032】
また、図5に示すように、第1及び第2分割部3f、3gそれぞれの切り欠き部4f、4gをV字形にした芯棒2を用いてもよい。切り欠き部4f及びコンテナ1の内壁の間の空間部と、切り欠き部4g及びコンテナ1の内壁の間の空間部とが、分離して形成される。金属粉体5は、切り欠き部4f、4gのそれぞれに接して充填される。その結果、コンテナ1を扁平化したとき、ウィック構造体6は、扁平なコンテナ1の両端部に分離して2個形成される。
【0033】
また、図6に示すように、第1〜第4分割部3h、3i、3j、3kを有する芯棒2を用いてもよい。第1及び第2分割部3h、3iの切り欠き部4h、4iと、第3及び第4分割部3j、3kの切り欠き部4j、4kとがV字形になる。金属粉体5は、切り欠き部4h、4i、4j、4kのそれぞれに接して充填される。芯棒が4分割されているので、引き抜きの力を略1/4に小さくすることが可能である。
【0034】
このように、実施の形態によれば、芯棒2を複数の分割部に分割可能とし、全ての分割部が金属粉体5と接しているので、分割部の数に反比例して引き抜き力を小さくすることができる。また、芯棒2の切り欠き部の形状により、ウィック構造体6の形状および個数を調整することが可能となる。
【0035】
以上詳述した内容は、本発明の要旨を逸脱しない範囲においてさらに別の変形例としてもよいのは言うまでもない。
【符号の説明】
【0036】
1…コンテナ、2…芯棒、3a…第1分割部、3b…第2分割部、4a、4b…切り欠き部、5…金属粉体、6…ウィック構造体。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
管形状のコンテナを用意し、長軸方向に沿って所定形状の切り欠き部を有する分割可能な芯棒を前記コンテナに挿入する工程と、
前記切り欠き部と前記コンテナの内壁によって形成される空間部に金属粉体を充填する工程と、
前記金属粉体および前記芯棒が挿入された状態で前記コンテナを加熱して、前記金属粉体を焼結してウィック構造体を形成する工程と、
前記コンテナから前記芯棒を分割して引き抜く工程と、
前記コンテナに扁平加工を施す工程と、
前記コンテナ内に作動液を封入する工程
とを備えることを特徴とする焼結ヒートパイプの製造方法。
【請求項2】
前記切り欠き部と前記コンテナの内壁によって形成される空間部の数が一つまたは複数あることを特徴とする、請求項1に記載の焼結ヒートパイプの製造方法。
【請求項3】
前記芯棒の分割の数が二つ以上あり、分割された前記芯棒の全てが前記金属粉体と接していることを特徴とする、請求項1または2に記載の焼結ヒートパイプの製造方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate


【公開番号】特開2013−100922(P2013−100922A)
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−243482(P2011−243482)
【出願日】平成23年11月7日(2011.11.7)
【出願人】(000005186)株式会社フジクラ (4,463)