銅または銅合金からなる銅管
【課題】ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管において、８００℃〜１０００℃での加熱による表面の結晶粒の粗大化を抑制し、ヒートパイプ表面の肌荒れや、加工時の割れを防止することができる銅または銅合金からなる銅管を提供する。
【解決手段】ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管であって、管軸方向の引張強さが２４０〜３３０Ｎ／ｍｍ２、０．２％耐力を引張強さで割った値である降伏比が０．３０〜０．９９、伸びが５〜４０％であることを特徴とする。また、この銅または銅合金からなる銅管において、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満であることを特徴とする。さらに、この銅または銅合金からなる銅管の内面に、管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることを特徴とする。
【解決手段】ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管であって、管軸方向の引張強さが２４０〜３３０Ｎ／ｍｍ２、０．２％耐力を引張強さで割った値である降伏比が０．３０〜０．９９、伸びが５〜４０％であることを特徴とする。また、この銅または銅合金からなる銅管において、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満であることを特徴とする。さらに、この銅または銅合金からなる銅管の内面に、管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅または銅合金からなる銅管に係り、特に、電子機器のＣＰＵ（中央演算装置）冷却用として使用されるヒートパイプに用いられる銅または銅合金からなる銅管に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器は、パーソナルコンピュータ、特にノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノート型パソコンと称する。）に代表されるように、ＣＰＵの高性能化に伴い、ＣＰＵの発熱量が増大している。ＣＰＵは、発熱によって高温になると演算処理能力が低下する等の不具合が出るため、これを冷却するための冷却装置を備えている。
【０００３】
なお、ノート型パソコンに備えられる冷却装置は、設置スペースとの関係から、できるだけ小型化することが望まれており、図１（ａ）に例示するような構成の冷却装置が広く用いられている。
ここで、図１（ａ）、（ｂ）はヒートパイプの使用形態の一例を示す模式図、図２は、ヒートパイプの内部の作用を説明するための説明図である。
図１（ａ）に示すように、冷却装置１００は、主に、ヒートパイプ１０１と、放熱板（銅板）１０３と、小型ファン１０２とから構成されている。
【０００４】
前記ヒートパイプ１０１は、内部にウィックを設けたパイプ、内面に微細な溝を形成したパイプ、あるいは多孔質層を設けたパイプの内部に一定量の作動液を減圧封入したものであって、図１（ｂ）に示すように、一端は、ヒートパイプ固定バンドにより放熱板１０３に固定され、もう一端は、はんだ付け等の方法により、アルミニウムフィン（アルミフィン）１０５に固定されている。放熱板１０３は、ＣＰＵ１０４等の発熱体に接触することでその熱を吸収し、その熱により放熱板に密着しているヒートパイプの内部で、作動液が気化する。気化した作動液の蒸気は、ヒートパイプ１０１の他方の端に向かって流れ、アルミフィン１０５により放熱されることで吸収した熱を放熱している。なお、アルミフィン１０５は、小型ファン１０２により冷却されている。また、ヒートパイプ１０１はノート型パソコン内部のスペースの制約から、断面形状を扁平状に加工した状態で用いることが多い。断面形状を扁平状にすることで、放熱板１０３、アルミフィン１０５との接触面積が増大するという利点が生じる。
【０００５】
具体的には、図２に示すように、ヒートパイプ１０の発熱体との接触部分（加熱部（蒸発部１２））において、ヒートパイプ１０の内部に封入された作動液８が加熱されて気化し、蒸気となることで発熱体の熱を吸収する。そして、気化した作動液８はヒートパイプ１０の他端の放熱する部分（放熱部（凝縮部１１））で冷却されて凝縮し、再び作動液８となり、凝縮部１１で液体に戻った作動液８は、蒸発部１２に還流する。このように、ヒートパイプ１０は、密閉されたヒートパイプ１０内で作動液８の蒸発と凝縮を繰り返し、これが還流することで蒸発部１２から凝縮部１１への連続的な熱輸送を行うことができるものである。
【０００６】
ここで、ヒートパイプ用伝熱管１を用いたヒートパイプ１０としては、冷却性能の優れた、主に銅製のヒートパイプが使用されており、その形態は様々である。そして、冷却装置１００に組み込まれる際には、曲げ加工や扁平加工等が施され、放射冷却盤等に密接される。なお、冷却性能は、熱伝達率や限界熱輸送量（最大熱輸送量）を指標として表すことができる。熱伝達率とは、いかに早く熱を蒸発部１２から凝縮部１１に伝えられるかを表すものであり、最大熱輸送量とは、蒸発部１２の温度が上昇したときに何ワット（Ｗ）までの熱量を伝えられるかを表す指標である。
【０００７】
このようなヒートパイプとして、銅パイプの中空内壁面にウィックとして酸化第二銅の羽毛状結晶を形成することにより、毛細管圧力を高め、熱伝達率を向上させたヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートパイプコンテナの内面に、多数本の金属ファイバーを挿入してウィックを構成し、この金属ファイバーをヒートパイプコンテナの内面に、焼結により一体化することで、熱伝達性能や熱輸送能力（限界熱輸送量）を向上させたヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、銅管等の金属管の内壁に、焼結により銅粉を固着することで、放熱力を向上させたＣＰＵ冷却器の焼結式ヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
その他として、伝熱管の内周面に多数のフィンを形成し、内周面の溝部を所定の形状にした伝熱管を用いることで、熱伝達率や最大熱輸送量を向上させたヒートパイプ（例えば、特許文献４参照）や、金属製のコンテナの内面に、所定の形状にした多数の平行な溝を形成することで、熱伝達率や最大熱輸送量を向上させたヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００９】
これらのヒートパイプには、金属製のコンテナとして主に銅または銅合金からなる銅管（ヒートパイプ用伝熱管）が使用されており、銅としては、主に無酸素銅やリン脱酸銅等が使用される。
【特許文献１】特開昭５６−８７７９４号公報（第１頁右下欄５行目〜２０行目、図１）
【特許文献２】特開２００２−３７２３８８号公報（段落００１０〜００１９）
【特許文献３】実用新案登録第３１１０９２２号公報（段落０００６、図１）
【特許文献４】特開２００６−１８９２３２号公報（段落００２７〜００３９、図１）
【特許文献５】特開２００３−２２２４８０号公報（段落０００７〜００２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のヒートパイプに用いられる銅または銅合金からなる銅管には以下に示す問題点があった。
ヒートパイプ製造工程においては、銅管の脱ガスを目的に、８００℃程度で数時間加熱されることがある。また、金属ファイバーや銅粉を銅管内面に焼結したヒートパイプでは、これらを焼結するために、銅管は、９００〜１０００℃程度に加熱される。
【００１１】
しかし、銅管を８００〜１０００℃程度に加熱すると、結晶粒が粗大化し、冷却装置に組み込むために曲げ加工や扁平加工を行ったときに銅管の表面粗さが大きくなり、肌荒れが生じる、あるいは曲げ加工部や扁平加工部に割れが生じやすくなる。このような肌荒れや割れは次のような問題を引き起こす。銅管の表面に肌荒れが生じると、放射冷却盤との密接率が悪化して、熱伝達率や限界熱輸送量の低下を生じさせ、ヒートパイプの冷却性能に悪影響を及ぼす。また、割れは、ヒートパイプからの水漏れや腐食の原因となり、ヒートパイプの信頼性を低下させる。一般に、ヒートパイプ用銅管には、加熱焼鈍前の意図しない曲り、折れ、凹み等を防止するために、硬質材（Ｈ材）が多く使用されている。銅管の調質が硬質になるほど、前記温度への加熱により結晶粒の粗大化が激しくなるので、肌荒れや割れの問題も顕著になる。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管において、８００℃〜１０００℃での加熱による表面の結晶粒の粗大化を抑制し、ヒートパイプ表面の肌荒れや、加工時の割れを防止することができる銅または銅合金からなる銅管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意研究した結果、銅または銅合金からなる銅管の材料内部のひずみが開放された軟質材に、表面近傍に優先的にひずみを付与することにより、表面近傍の再結晶生成核を均一に分散し、高温加熱処理された際の表面の結晶粒の粗大化を抑制できることを見出した。
【００１４】
すなわち、前記課題を解決するため、請求項１に係る銅または銅合金からなる銅管は、ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管であって、管軸方向の引張強さが２４０〜３３０Ｎ／ｍｍ２、０．２％耐力を引張強さで割った値である降伏比が０．３０〜０．９９、伸びが５〜４０％であることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、銅管における引張強さ、降伏比および伸びといった機械的性質を所定の範囲に規定することで、材料の内部ひずみが適度となり、８００℃〜１０００℃程度での加熱による銅管表面の結晶粒の粗大化が抑制される。
【００１６】
請求項２に係る銅または銅合金からなる銅管は、前記銅または銅合金からなる銅管において、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満であることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の銅管を用いたヒートパイプにおいては、曲げ加工部や扁平加工部において表面の肌荒れが生じず、また、曲げ加工部や扁平加工部の割れが生じにくくなる。
【００１８】
請求項３に係る銅または銅合金からなる銅管は、前記銅または銅合金からなる銅管の内面に、管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、銅管の内面に管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることにより、管内表面積が増大する。また、ヒートパイプの内部の作動液に毛細管力が発生し、凝縮部から蒸発部へ、作動液が還流しやすくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、８００℃〜１０００℃程度での加熱による銅または銅合金からなる銅管表面の結晶粒の粗大化が抑制され、表面粗さの粗化を防止することで、銅管表面の肌荒れを防止することができる。そのため、放射冷却盤との密接率が悪化せず、熱伝達率や限界熱輸送量を向上させることができ、ヒートパイプの冷却性能を向上させることができる。また、加工時の割れを防止することができ、ヒートパイプの信頼性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る銅または銅合金からなる銅管（以下、適宜、銅管という）について、詳細に説明する。
【００２２】
銅管は、ヒートパイプに用いるものであり、管軸方向の引張強さ、０．２％耐力を引張強さで割った値である降伏比、伸びを所定の範囲に規定したものである。
また、銅管において、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径を所定未満に規定したものである。
【００２３】
≪銅または銅合金からなる銅管≫
管の材質として、銅または銅合金を使用する理由としては、伝熱特性、耐食性に優れること、また、加工性にも優れ、曲げ加工や扁平加工が容易なこと等が挙げられる。銅としては、例えば、無酸素銅、りん脱酸銅等の純銅系を用いることができ、銅合金としては、例えば、Ｓｎ、Ｃｏ等を含有させた、Ｃｕ−０．６５質量％Ｓｎ−０．０２５質量％Ｐ合金、Ｃｕ−０．０５質量％Ｃｏ−０．０３質量％Ｐ合金等を用いることができる。なお、これらの銅や銅合金は、所定の強さに調質する。
【００２４】
銅管は、平滑管としてもよいが、管の内面に管軸方向に平行、またはらせん状の溝を形成した内面溝付管とすることが好ましい。銅管を内面溝付管とすることにより、管内表面積が増大し、また、ヒートパイプの内部の作動液に毛細管力が発生し、凝縮部から蒸発部へ、作動液が還流しやすくなる（図２参照）。そのため、熱伝達率や限界熱輸送量をより向上させることができ、ヒートパイプの冷却性能をより向上させることができる。
【００２５】
溝の形状等は、特に規定されるものではないが、熱伝達率や限界熱輸送量の向上の観点から、溝形状として、溝数が３０〜８０、山高さ（フィン高さ）が０．０５〜０．３５ｍｍ、ねじれ角（リード角）が０〜４５°、山頂角が５〜３０°であることが好ましい。
【００２６】
次に、銅管における数値限定理由について説明する。
≪管軸方向の引張強さ：２４０〜３３０Ｎ／ｍｍ２、降伏比：０．３０〜０．９９、伸び：５〜４０％≫
管軸方向の引張強さが２４０Ｎ／ｍｍ２未満の場合、降伏比が０．３０未満の場合、または、伸びが４０％を超える場合、このような機械的性質の銅管は、１０００℃×６０分等の高温加熱を施した後の表面の結晶粒が大きくなってしまい、前記のとおり、ヒートパイプへの加工時に表面の肌荒れが生じ、また、加工時の割れが生じやすくなる。また、ヒートパイプの製造工程において、材料に十分な耐力がなく、銅管が不必要に曲がる等、成形性に不具合が生じる。また、ヒートパイプへの加工前、加工中に管が変形しやすく、ヒートパイプの生産性および歩留りが低下する。
【００２７】
一方、管軸方向の引張強さが３３０Ｎ／ｍｍ２を超える場合、降伏比が０．９９を超える場合、または、伸びが５％未満の場合、このような機械的性質の銅管は、やはり１０００℃×６０分等の高温加熱を施した後の表面の結晶粒が大きくなってしまい、前記のとおり、表面の肌荒れが生じ、また、加工時の割れが生じやすくなる。
なお、管軸方向の引張強さは、２６０〜３１０Ｎ／ｍｍ２がより好ましく、降伏比は、０．７０〜０．９９がより好ましく、伸びは、５〜２０％がより好ましい。
【００２８】
ここで、前記条件での加熱により結晶粒が大きくなるのは、材料の内部ひずみに起因するものである。すなわち、管軸方向の引張強さが２４０Ｎ／ｍｍ２未満の場合、降伏比が０．３０未満の場合、または、伸びが４０％を超える場合には、内部ひずみが十分に存在せず、高温加熱時に全体的に結晶粒が粗大化してしまう。一方、管軸方向の引張強さが３３０Ｎ／ｍｍ２を超える場合、降伏比が０．９９を超える場合、または、伸びが５％未満の場合には、内部ひずみが材料全体に加わっており、銅管表面に限らず再結晶核が均一に存在し、やはり高温加熱時に二次再結晶により、全体的に結晶粒が粗大化してしまう。しかし、機械的性質が本発明の範囲に属するように銅管表面に応力を付与してひずみを与えたものは、表面近傍に再結晶生成核を均一に分散し、高温加熱処理された際の表面の結晶粒の粗大化を抑制できる。
【００２９】
≪１０００℃×６０分加熱後の銅管の外表面における管軸方向の平均結晶粒径：０．４０ｍｍ未満≫
１０００℃×６０分加熱後の銅管の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の場合、曲げ加工や偏平加工を行った際、銅管表面に肌荒れが生じ、また、曲げ加工部や扁平加工部に割れが生じやすくなる。管軸方向の平均結晶粒径は小さいほうが好ましいが、無酸素銅、りん脱酸銅等の場合、平均結晶粒径を０．１０ｍｍ未満とすることは困難なため、これらの材質においては、０．１０ｍｍ以上が好ましく、より肌荒れや割れを生じ難くするためには、０．１０〜０．３０ｍｍの範囲がより好ましい。
なお、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．１０ｍｍ未満になる銅合金を用いてもよい。
【００３０】
なお、結晶粒径の測定は、ＪＩＳ Ｈ ０５０１に定められる伸銅品結晶粒度試験方法により行うことができる。そして、切断法を用いて管軸方向における既知の長さ５箇所の結晶粒の平均値を求めることにより、平均結晶粒径を算出することができる。
【００３１】
また、加熱温度と時間について、ヒートパイプ製造工程における脱ガスや焼結温度は、６００℃程度〜１０００℃程度までの温度で３０分〜８時間程度と範囲が広いが、これらの温度範囲は銅管の結晶粒が粗大化するような条件である。１０００℃×６０分の加熱に限らず、このような条件でも本発明は従来技術に対し優位性を発揮する。
【００３２】
次に、銅または銅合金からなる銅管の製造方法の一例について説明する。
＜銅または銅合金からなる銅管の製造方法＞
ＪＩＳ Ｈ３３００ Ｃ１０２０またはＣ１２２０を例として説明する。まず、溶解・鋳造により銅または銅合金のインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとする。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率（断面減少率）が９５％以上となるまで抽伸を繰り返し、全体にひずみを付与した素管とする。次に、この所定寸法とした素管を、例えば、ＪＩＳ Ｈ３３００ Ｃ１０２０またはＣ１２２０のＯ材またはＯＬ材の規格に相当する調質になるように焼鈍し、内部ひずみが開放された軟質材にした後、ダイスのみを用いて加工率が３〜３５％になるように抽伸し、表面近傍に優先的にひずみを付与する。
【００３３】
なお、焼鈍条件は、炉や炉内寸法と銅管の挿入量、銅管サイズ等で異なるが、一例として、炉内雰囲気温度が５５０〜７２０℃で、加熱時間が５〜３０分とすることができる。
銅管の材質を銅合金にした場合も、熱間押出温度、冷間圧延および抽伸による加工率、中間焼鈍温度、ダイスによる抽伸加工率等の製造条件を合金の組成に合わせて決めることができる。
【００３４】
ここで、所定寸法とは、ヒートパイプとして用いられる仕上がり寸法よりも大きく、その後の工程の焼鈍・抽伸を終えた仕上がり製品の機械的性質が、本発明の範囲となるように逆算して求められた寸法をいう。
前記製造方法により、本発明の機械的性質に制御することができる。
このようにして製造された銅管は、電子機器のＣＰＵ冷却用として使用されるヒートパイプに加工される。
なお、銅管の製造方法は、前記方法に限られるものではなく、適宜、必要に応じて変更してもよい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の要件を満たす実施例および本発明の要件を満たさない比較例について、具体的に説明する。
【００３６】
＜第１実施例＞
まず、無酸素銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１０２０）を、溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率９５％以上として、実施例１は、外径φ１１．６ｍｍ、実施例２は、外径φ１２．３ｍｍ、実施例３は、外径φ１３．１ｍｍ、実施例４は、外径φ１４．１ｍｍ、実施例５は、外径φ１５．０ｍｍ、比較例１は、外径φ１０．０ｍｍ、比較例２は、外径φ１５．９ｍｍ、比較例３は、外径φ１０．０ｍｍ、比較例４は、外径φ１０．１ｍｍになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて０．８ｍｍとした。
このようにして作製した素管をそれぞれ、炉内雰囲気温度が６３０℃、加熱時間が１５分の条件で焼鈍した後、外径φ１０．０ｍｍ（比較例１、３）の供試材以外の素管を、外径φ１０．０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍになるように、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を製作した。なお、比較例１は、従来の銅管（銅からなるもの）であるため、焼鈍は行わなかった。
【００３７】
このようにして得られた供試材について、機械的性質を測定した。また、１０００℃×６０分加熱後の管軸方向の平均結晶粒径を算出するとともに、供試材の肌荒れ状況を評価した。
【００３８】
＜機械的性質＞
機械的性質の測定には引張試験機を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に定められる金属材料引張試験方法により、引張強さ、０．２％耐力、伸びを求めた。
【００３９】
＜平均結晶粒径＞
供試材に１０００℃×６０分の加熱を実施した後、供試材の外表面における管軸方向の結晶粒を観察し、平均結晶粒径を求めた。
１０００℃×６０分の加熱には、赤外線誘導加熱炉を用い、還元ガス雰囲気中で、実態温度が１０００℃となるように昇温した。昇温までの時間は１０分、保持を６０分とし、冷却は除冷で行い、約６０分を要した。
表面の結晶粒の観察は、３０％程度に希釈した硝酸を用い、表面の結晶粒が観察できるように３０秒程度浸漬させた。そして、表面の結晶粒が観察できる状態の供試材を半割りし、平面になるように押し潰した。次に、金属顕微鏡を用い、表面における結晶粒を観察し、ＪＩＳ Ｈ ０５０１に定められる伸銅品結晶粒度試験方法により、切断法を用いて管軸方向における既知の長さ５箇所の結晶粒の平均値を求めることにより、平均結晶粒径を算出した。
【００４０】
＜肌荒れ状況の評価＞
肌荒れの評価は、１０００℃×６０分の加熱を実施した供試材に、ベンダーを用いてＲ４０で９０℃曲げを実施し、曲げ部の肌荒れの様子を目視で観察することにより行った。
比較例１（従来の銅管）の肌荒れの様子（肌荒れ状況が不良）を基準にし、明らかに肌荒れが改善されているものを肌荒れ状況が良好（○）、肌荒れに改善が認められないものを肌荒れ状況が不良（×）とした。
【００４１】
以上の結果を表１に示す。なお、本発明の構成を満たさないもの等については、数値に下線を引いて示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１に示すように、実施例１〜５は、引張強さ、降伏比、伸びのすべてが、本発明の範囲を満たすため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満の値となり、肌荒れ状況が良好であった。
【００４４】
一方、比較例１は、従来の銅管であり、引張強さが本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。比較例２は、引張強さが本発明の範囲の上限値を超え、また、伸びが本発明の範囲の下限値未満のため、１０００℃×６０分の加熱後の結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。
【００４５】
比較例３は、引張強さおよび降伏比が本発明の範囲の下限値未満のため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。比較例４は、引張強さが本発明の範囲の下限値未満であり、また、伸びが本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。
【００４６】
＜第２実施例＞
まず、リン脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）にＳｎを０．６５質量％添加した銅合金、または、リン脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）にＣｏを０．０５質量％添加した銅合金を溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率９５％以上として、実施例６、７は、外径φ１２．７ｍｍ、比較例５、６は、外径φ１０．０ｍｍになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて０．８ｍｍとした。
このようにして作製した素管をそれぞれ、炉内雰囲気温度が６８０℃、加熱時間が２５分の条件で焼鈍した後、外径φ１０．０ｍｍ（比較例５、６）の供試材以外の素管を、外径φ１０．０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍになるように、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を作製した。なお、比較例５、６は、従来の銅管（銅合金からなるもの）であるため、焼鈍は行わなかった。
【００４７】
このようにして得られた供試材について、機械的性質を測定した。また、１０００℃×６０分加熱後の平均結晶粒径を算出するとともに、供試材の肌荒れ状況を評価した。
なお、機械的性質の測定方法、平均結晶粒径の算出方法、供試材の肌荒れ状況の評価方法については、第１実施例と同様である。
【００４８】
以上の結果を表２に示す。なお、本発明の構成を満たさないもの等については、数値に下線を引いて示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２に示すように、実施例６、７は、引張強さ、降伏比、伸びのすべてが、本発明の範囲を満たすため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満の値となり、肌荒れ状況が良好であった。
【００５１】
一方、比較例５は、従来の銅管であり、引張強さが本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。比較例６は、従来の銅管であり、引張強さおよび降伏比が本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。
【００５２】
＜第３実施例＞
まず、無酸素銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１０２０）を、溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率９５％以上として、実施例８は、外径φ１２．３ｍｍ、比較例７は、外径φ１０．０ｍｍになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて０．８ｍｍとした。
ここで、この素管（実施例８、比較例７の両方）を得る際に、転造加工により内面に、底肉厚０．８ｍｍ、山高さ０．１ｍｍ、溝数４０、管軸方向のねじれ角が２０°である溝を形成した。
このようにして作製した素管（実施例８のみ）を、炉内雰囲気温度が６３０℃、加熱時間が１５分の条件で焼鈍した後、外径φ１０．０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍになるよう、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を作製した。なお、比較例７は、従来の銅管（銅からなるもの）であるため、焼鈍は行わなかった。
【００５３】
このようにして得られた供試材について、機械的性質を測定した。また、１０００℃×６０分加熱後の平均結晶粒径を算出するとともに、供試材の肌荒れ状況を評価した。
なお、機械的性質の測定方法、平均結晶粒径の算出方法、供試材の肌荒れ状況の評価方法については、第１実施例と同様である。
【００５４】
以上の結果を表３に示す。なお、本発明の構成を満たさないもの等については、数値に下線を引いて示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
表３に示すように、実施例８は、引張強さ、降伏比、伸びのすべてが、本発明の範囲を満たすため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満の値となり、肌荒れ状況が良好であった。
【００５７】
一方、比較例７は、従来の銅管であり、引張強さが本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。
【００５８】
以上、本発明に係る銅または銅合金からなる銅管について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されるものではない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、ヒートパイプの使用形態の一例を示す模式図である。
【図２】ヒートパイプの内部の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ ヒートパイプ用伝熱管（銅管）
８ 作動液
１０、１０１ ヒートパイプ
１１ 凝縮部
１２ 蒸発部
１００ 冷却装置
１０２ 小型ファン
１０３ 放熱板（銅板）
１０４ ＣＰＵ
１０５ アルミニウムフィン（アルミフィン）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅または銅合金からなる銅管に係り、特に、電子機器のＣＰＵ（中央演算装置）冷却用として使用されるヒートパイプに用いられる銅または銅合金からなる銅管に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器は、パーソナルコンピュータ、特にノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノート型パソコンと称する。）に代表されるように、ＣＰＵの高性能化に伴い、ＣＰＵの発熱量が増大している。ＣＰＵは、発熱によって高温になると演算処理能力が低下する等の不具合が出るため、これを冷却するための冷却装置を備えている。
【０００３】
なお、ノート型パソコンに備えられる冷却装置は、設置スペースとの関係から、できるだけ小型化することが望まれており、図１（ａ）に例示するような構成の冷却装置が広く用いられている。
ここで、図１（ａ）、（ｂ）はヒートパイプの使用形態の一例を示す模式図、図２は、ヒートパイプの内部の作用を説明するための説明図である。
図１（ａ）に示すように、冷却装置１００は、主に、ヒートパイプ１０１と、放熱板（銅板）１０３と、小型ファン１０２とから構成されている。
【０００４】
前記ヒートパイプ１０１は、内部にウィックを設けたパイプ、内面に微細な溝を形成したパイプ、あるいは多孔質層を設けたパイプの内部に一定量の作動液を減圧封入したものであって、図１（ｂ）に示すように、一端は、ヒートパイプ固定バンドにより放熱板１０３に固定され、もう一端は、はんだ付け等の方法により、アルミニウムフィン（アルミフィン）１０５に固定されている。放熱板１０３は、ＣＰＵ１０４等の発熱体に接触することでその熱を吸収し、その熱により放熱板に密着しているヒートパイプの内部で、作動液が気化する。気化した作動液の蒸気は、ヒートパイプ１０１の他方の端に向かって流れ、アルミフィン１０５により放熱されることで吸収した熱を放熱している。なお、アルミフィン１０５は、小型ファン１０２により冷却されている。また、ヒートパイプ１０１はノート型パソコン内部のスペースの制約から、断面形状を扁平状に加工した状態で用いることが多い。断面形状を扁平状にすることで、放熱板１０３、アルミフィン１０５との接触面積が増大するという利点が生じる。
【０００５】
具体的には、図２に示すように、ヒートパイプ１０の発熱体との接触部分（加熱部（蒸発部１２））において、ヒートパイプ１０の内部に封入された作動液８が加熱されて気化し、蒸気となることで発熱体の熱を吸収する。そして、気化した作動液８はヒートパイプ１０の他端の放熱する部分（放熱部（凝縮部１１））で冷却されて凝縮し、再び作動液８となり、凝縮部１１で液体に戻った作動液８は、蒸発部１２に還流する。このように、ヒートパイプ１０は、密閉されたヒートパイプ１０内で作動液８の蒸発と凝縮を繰り返し、これが還流することで蒸発部１２から凝縮部１１への連続的な熱輸送を行うことができるものである。
【０００６】
ここで、ヒートパイプ用伝熱管１を用いたヒートパイプ１０としては、冷却性能の優れた、主に銅製のヒートパイプが使用されており、その形態は様々である。そして、冷却装置１００に組み込まれる際には、曲げ加工や扁平加工等が施され、放射冷却盤等に密接される。なお、冷却性能は、熱伝達率や限界熱輸送量（最大熱輸送量）を指標として表すことができる。熱伝達率とは、いかに早く熱を蒸発部１２から凝縮部１１に伝えられるかを表すものであり、最大熱輸送量とは、蒸発部１２の温度が上昇したときに何ワット（Ｗ）までの熱量を伝えられるかを表す指標である。
【０００７】
このようなヒートパイプとして、銅パイプの中空内壁面にウィックとして酸化第二銅の羽毛状結晶を形成することにより、毛細管圧力を高め、熱伝達率を向上させたヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートパイプコンテナの内面に、多数本の金属ファイバーを挿入してウィックを構成し、この金属ファイバーをヒートパイプコンテナの内面に、焼結により一体化することで、熱伝達性能や熱輸送能力（限界熱輸送量）を向上させたヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、銅管等の金属管の内壁に、焼結により銅粉を固着することで、放熱力を向上させたＣＰＵ冷却器の焼結式ヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
その他として、伝熱管の内周面に多数のフィンを形成し、内周面の溝部を所定の形状にした伝熱管を用いることで、熱伝達率や最大熱輸送量を向上させたヒートパイプ（例えば、特許文献４参照）や、金属製のコンテナの内面に、所定の形状にした多数の平行な溝を形成することで、熱伝達率や最大熱輸送量を向上させたヒートパイプが開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００９】
これらのヒートパイプには、金属製のコンテナとして主に銅または銅合金からなる銅管（ヒートパイプ用伝熱管）が使用されており、銅としては、主に無酸素銅やリン脱酸銅等が使用される。
【特許文献１】特開昭５６−８７７９４号公報（第１頁右下欄５行目〜２０行目、図１）
【特許文献２】特開２００２−３７２３８８号公報（段落００１０〜００１９）
【特許文献３】実用新案登録第３１１０９２２号公報（段落０００６、図１）
【特許文献４】特開２００６−１８９２３２号公報（段落００２７〜００３９、図１）
【特許文献５】特開２００３−２２２４８０号公報（段落０００７〜００２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のヒートパイプに用いられる銅または銅合金からなる銅管には以下に示す問題点があった。
ヒートパイプ製造工程においては、銅管の脱ガスを目的に、８００℃程度で数時間加熱されることがある。また、金属ファイバーや銅粉を銅管内面に焼結したヒートパイプでは、これらを焼結するために、銅管は、９００〜１０００℃程度に加熱される。
【００１１】
しかし、銅管を８００〜１０００℃程度に加熱すると、結晶粒が粗大化し、冷却装置に組み込むために曲げ加工や扁平加工を行ったときに銅管の表面粗さが大きくなり、肌荒れが生じる、あるいは曲げ加工部や扁平加工部に割れが生じやすくなる。このような肌荒れや割れは次のような問題を引き起こす。銅管の表面に肌荒れが生じると、放射冷却盤との密接率が悪化して、熱伝達率や限界熱輸送量の低下を生じさせ、ヒートパイプの冷却性能に悪影響を及ぼす。また、割れは、ヒートパイプからの水漏れや腐食の原因となり、ヒートパイプの信頼性を低下させる。一般に、ヒートパイプ用銅管には、加熱焼鈍前の意図しない曲り、折れ、凹み等を防止するために、硬質材（Ｈ材）が多く使用されている。銅管の調質が硬質になるほど、前記温度への加熱により結晶粒の粗大化が激しくなるので、肌荒れや割れの問題も顕著になる。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管において、８００℃〜１０００℃での加熱による表面の結晶粒の粗大化を抑制し、ヒートパイプ表面の肌荒れや、加工時の割れを防止することができる銅または銅合金からなる銅管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意研究した結果、銅または銅合金からなる銅管の材料内部のひずみが開放された軟質材に、表面近傍に優先的にひずみを付与することにより、表面近傍の再結晶生成核を均一に分散し、高温加熱処理された際の表面の結晶粒の粗大化を抑制できることを見出した。
【００１４】
すなわち、前記課題を解決するため、請求項１に係る銅または銅合金からなる銅管は、ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管であって、管軸方向の引張強さが２４０〜３３０Ｎ／ｍｍ２、０．２％耐力を引張強さで割った値である降伏比が０．３０〜０．９９、伸びが５〜４０％であることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、銅管における引張強さ、降伏比および伸びといった機械的性質を所定の範囲に規定することで、材料の内部ひずみが適度となり、８００℃〜１０００℃程度での加熱による銅管表面の結晶粒の粗大化が抑制される。
【００１６】
請求項２に係る銅または銅合金からなる銅管は、前記銅または銅合金からなる銅管において、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満であることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の銅管を用いたヒートパイプにおいては、曲げ加工部や扁平加工部において表面の肌荒れが生じず、また、曲げ加工部や扁平加工部の割れが生じにくくなる。
【００１８】
請求項３に係る銅または銅合金からなる銅管は、前記銅または銅合金からなる銅管の内面に、管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、銅管の内面に管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることにより、管内表面積が増大する。また、ヒートパイプの内部の作動液に毛細管力が発生し、凝縮部から蒸発部へ、作動液が還流しやすくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、８００℃〜１０００℃程度での加熱による銅または銅合金からなる銅管表面の結晶粒の粗大化が抑制され、表面粗さの粗化を防止することで、銅管表面の肌荒れを防止することができる。そのため、放射冷却盤との密接率が悪化せず、熱伝達率や限界熱輸送量を向上させることができ、ヒートパイプの冷却性能を向上させることができる。また、加工時の割れを防止することができ、ヒートパイプの信頼性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る銅または銅合金からなる銅管（以下、適宜、銅管という）について、詳細に説明する。
【００２２】
銅管は、ヒートパイプに用いるものであり、管軸方向の引張強さ、０．２％耐力を引張強さで割った値である降伏比、伸びを所定の範囲に規定したものである。
また、銅管において、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径を所定未満に規定したものである。
【００２３】
≪銅または銅合金からなる銅管≫
管の材質として、銅または銅合金を使用する理由としては、伝熱特性、耐食性に優れること、また、加工性にも優れ、曲げ加工や扁平加工が容易なこと等が挙げられる。銅としては、例えば、無酸素銅、りん脱酸銅等の純銅系を用いることができ、銅合金としては、例えば、Ｓｎ、Ｃｏ等を含有させた、Ｃｕ−０．６５質量％Ｓｎ−０．０２５質量％Ｐ合金、Ｃｕ−０．０５質量％Ｃｏ−０．０３質量％Ｐ合金等を用いることができる。なお、これらの銅や銅合金は、所定の強さに調質する。
【００２４】
銅管は、平滑管としてもよいが、管の内面に管軸方向に平行、またはらせん状の溝を形成した内面溝付管とすることが好ましい。銅管を内面溝付管とすることにより、管内表面積が増大し、また、ヒートパイプの内部の作動液に毛細管力が発生し、凝縮部から蒸発部へ、作動液が還流しやすくなる（図２参照）。そのため、熱伝達率や限界熱輸送量をより向上させることができ、ヒートパイプの冷却性能をより向上させることができる。
【００２５】
溝の形状等は、特に規定されるものではないが、熱伝達率や限界熱輸送量の向上の観点から、溝形状として、溝数が３０〜８０、山高さ（フィン高さ）が０．０５〜０．３５ｍｍ、ねじれ角（リード角）が０〜４５°、山頂角が５〜３０°であることが好ましい。
【００２６】
次に、銅管における数値限定理由について説明する。
≪管軸方向の引張強さ：２４０〜３３０Ｎ／ｍｍ２、降伏比：０．３０〜０．９９、伸び：５〜４０％≫
管軸方向の引張強さが２４０Ｎ／ｍｍ２未満の場合、降伏比が０．３０未満の場合、または、伸びが４０％を超える場合、このような機械的性質の銅管は、１０００℃×６０分等の高温加熱を施した後の表面の結晶粒が大きくなってしまい、前記のとおり、ヒートパイプへの加工時に表面の肌荒れが生じ、また、加工時の割れが生じやすくなる。また、ヒートパイプの製造工程において、材料に十分な耐力がなく、銅管が不必要に曲がる等、成形性に不具合が生じる。また、ヒートパイプへの加工前、加工中に管が変形しやすく、ヒートパイプの生産性および歩留りが低下する。
【００２７】
一方、管軸方向の引張強さが３３０Ｎ／ｍｍ２を超える場合、降伏比が０．９９を超える場合、または、伸びが５％未満の場合、このような機械的性質の銅管は、やはり１０００℃×６０分等の高温加熱を施した後の表面の結晶粒が大きくなってしまい、前記のとおり、表面の肌荒れが生じ、また、加工時の割れが生じやすくなる。
なお、管軸方向の引張強さは、２６０〜３１０Ｎ／ｍｍ２がより好ましく、降伏比は、０．７０〜０．９９がより好ましく、伸びは、５〜２０％がより好ましい。
【００２８】
ここで、前記条件での加熱により結晶粒が大きくなるのは、材料の内部ひずみに起因するものである。すなわち、管軸方向の引張強さが２４０Ｎ／ｍｍ２未満の場合、降伏比が０．３０未満の場合、または、伸びが４０％を超える場合には、内部ひずみが十分に存在せず、高温加熱時に全体的に結晶粒が粗大化してしまう。一方、管軸方向の引張強さが３３０Ｎ／ｍｍ２を超える場合、降伏比が０．９９を超える場合、または、伸びが５％未満の場合には、内部ひずみが材料全体に加わっており、銅管表面に限らず再結晶核が均一に存在し、やはり高温加熱時に二次再結晶により、全体的に結晶粒が粗大化してしまう。しかし、機械的性質が本発明の範囲に属するように銅管表面に応力を付与してひずみを与えたものは、表面近傍に再結晶生成核を均一に分散し、高温加熱処理された際の表面の結晶粒の粗大化を抑制できる。
【００２９】
≪１０００℃×６０分加熱後の銅管の外表面における管軸方向の平均結晶粒径：０．４０ｍｍ未満≫
１０００℃×６０分加熱後の銅管の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の場合、曲げ加工や偏平加工を行った際、銅管表面に肌荒れが生じ、また、曲げ加工部や扁平加工部に割れが生じやすくなる。管軸方向の平均結晶粒径は小さいほうが好ましいが、無酸素銅、りん脱酸銅等の場合、平均結晶粒径を０．１０ｍｍ未満とすることは困難なため、これらの材質においては、０．１０ｍｍ以上が好ましく、より肌荒れや割れを生じ難くするためには、０．１０〜０．３０ｍｍの範囲がより好ましい。
なお、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．１０ｍｍ未満になる銅合金を用いてもよい。
【００３０】
なお、結晶粒径の測定は、ＪＩＳ Ｈ ０５０１に定められる伸銅品結晶粒度試験方法により行うことができる。そして、切断法を用いて管軸方向における既知の長さ５箇所の結晶粒の平均値を求めることにより、平均結晶粒径を算出することができる。
【００３１】
また、加熱温度と時間について、ヒートパイプ製造工程における脱ガスや焼結温度は、６００℃程度〜１０００℃程度までの温度で３０分〜８時間程度と範囲が広いが、これらの温度範囲は銅管の結晶粒が粗大化するような条件である。１０００℃×６０分の加熱に限らず、このような条件でも本発明は従来技術に対し優位性を発揮する。
【００３２】
次に、銅または銅合金からなる銅管の製造方法の一例について説明する。
＜銅または銅合金からなる銅管の製造方法＞
ＪＩＳ Ｈ３３００ Ｃ１０２０またはＣ１２２０を例として説明する。まず、溶解・鋳造により銅または銅合金のインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとする。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率（断面減少率）が９５％以上となるまで抽伸を繰り返し、全体にひずみを付与した素管とする。次に、この所定寸法とした素管を、例えば、ＪＩＳ Ｈ３３００ Ｃ１０２０またはＣ１２２０のＯ材またはＯＬ材の規格に相当する調質になるように焼鈍し、内部ひずみが開放された軟質材にした後、ダイスのみを用いて加工率が３〜３５％になるように抽伸し、表面近傍に優先的にひずみを付与する。
【００３３】
なお、焼鈍条件は、炉や炉内寸法と銅管の挿入量、銅管サイズ等で異なるが、一例として、炉内雰囲気温度が５５０〜７２０℃で、加熱時間が５〜３０分とすることができる。
銅管の材質を銅合金にした場合も、熱間押出温度、冷間圧延および抽伸による加工率、中間焼鈍温度、ダイスによる抽伸加工率等の製造条件を合金の組成に合わせて決めることができる。
【００３４】
ここで、所定寸法とは、ヒートパイプとして用いられる仕上がり寸法よりも大きく、その後の工程の焼鈍・抽伸を終えた仕上がり製品の機械的性質が、本発明の範囲となるように逆算して求められた寸法をいう。
前記製造方法により、本発明の機械的性質に制御することができる。
このようにして製造された銅管は、電子機器のＣＰＵ冷却用として使用されるヒートパイプに加工される。
なお、銅管の製造方法は、前記方法に限られるものではなく、適宜、必要に応じて変更してもよい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の要件を満たす実施例および本発明の要件を満たさない比較例について、具体的に説明する。
【００３６】
＜第１実施例＞
まず、無酸素銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１０２０）を、溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率９５％以上として、実施例１は、外径φ１１．６ｍｍ、実施例２は、外径φ１２．３ｍｍ、実施例３は、外径φ１３．１ｍｍ、実施例４は、外径φ１４．１ｍｍ、実施例５は、外径φ１５．０ｍｍ、比較例１は、外径φ１０．０ｍｍ、比較例２は、外径φ１５．９ｍｍ、比較例３は、外径φ１０．０ｍｍ、比較例４は、外径φ１０．１ｍｍになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて０．８ｍｍとした。
このようにして作製した素管をそれぞれ、炉内雰囲気温度が６３０℃、加熱時間が１５分の条件で焼鈍した後、外径φ１０．０ｍｍ（比較例１、３）の供試材以外の素管を、外径φ１０．０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍになるように、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を製作した。なお、比較例１は、従来の銅管（銅からなるもの）であるため、焼鈍は行わなかった。
【００３７】
このようにして得られた供試材について、機械的性質を測定した。また、１０００℃×６０分加熱後の管軸方向の平均結晶粒径を算出するとともに、供試材の肌荒れ状況を評価した。
【００３８】
＜機械的性質＞
機械的性質の測定には引張試験機を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に定められる金属材料引張試験方法により、引張強さ、０．２％耐力、伸びを求めた。
【００３９】
＜平均結晶粒径＞
供試材に１０００℃×６０分の加熱を実施した後、供試材の外表面における管軸方向の結晶粒を観察し、平均結晶粒径を求めた。
１０００℃×６０分の加熱には、赤外線誘導加熱炉を用い、還元ガス雰囲気中で、実態温度が１０００℃となるように昇温した。昇温までの時間は１０分、保持を６０分とし、冷却は除冷で行い、約６０分を要した。
表面の結晶粒の観察は、３０％程度に希釈した硝酸を用い、表面の結晶粒が観察できるように３０秒程度浸漬させた。そして、表面の結晶粒が観察できる状態の供試材を半割りし、平面になるように押し潰した。次に、金属顕微鏡を用い、表面における結晶粒を観察し、ＪＩＳ Ｈ ０５０１に定められる伸銅品結晶粒度試験方法により、切断法を用いて管軸方向における既知の長さ５箇所の結晶粒の平均値を求めることにより、平均結晶粒径を算出した。
【００４０】
＜肌荒れ状況の評価＞
肌荒れの評価は、１０００℃×６０分の加熱を実施した供試材に、ベンダーを用いてＲ４０で９０℃曲げを実施し、曲げ部の肌荒れの様子を目視で観察することにより行った。
比較例１（従来の銅管）の肌荒れの様子（肌荒れ状況が不良）を基準にし、明らかに肌荒れが改善されているものを肌荒れ状況が良好（○）、肌荒れに改善が認められないものを肌荒れ状況が不良（×）とした。
【００４１】
以上の結果を表１に示す。なお、本発明の構成を満たさないもの等については、数値に下線を引いて示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１に示すように、実施例１〜５は、引張強さ、降伏比、伸びのすべてが、本発明の範囲を満たすため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満の値となり、肌荒れ状況が良好であった。
【００４４】
一方、比較例１は、従来の銅管であり、引張強さが本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。比較例２は、引張強さが本発明の範囲の上限値を超え、また、伸びが本発明の範囲の下限値未満のため、１０００℃×６０分の加熱後の結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。
【００４５】
比較例３は、引張強さおよび降伏比が本発明の範囲の下限値未満のため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。比較例４は、引張強さが本発明の範囲の下限値未満であり、また、伸びが本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。
【００４６】
＜第２実施例＞
まず、リン脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）にＳｎを０．６５質量％添加した銅合金、または、リン脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１２２０）にＣｏを０．０５質量％添加した銅合金を溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率９５％以上として、実施例６、７は、外径φ１２．７ｍｍ、比較例５、６は、外径φ１０．０ｍｍになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて０．８ｍｍとした。
このようにして作製した素管をそれぞれ、炉内雰囲気温度が６８０℃、加熱時間が２５分の条件で焼鈍した後、外径φ１０．０ｍｍ（比較例５、６）の供試材以外の素管を、外径φ１０．０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍになるように、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を作製した。なお、比較例５、６は、従来の銅管（銅合金からなるもの）であるため、焼鈍は行わなかった。
【００４７】
このようにして得られた供試材について、機械的性質を測定した。また、１０００℃×６０分加熱後の平均結晶粒径を算出するとともに、供試材の肌荒れ状況を評価した。
なお、機械的性質の測定方法、平均結晶粒径の算出方法、供試材の肌荒れ状況の評価方法については、第１実施例と同様である。
【００４８】
以上の結果を表２に示す。なお、本発明の構成を満たさないもの等については、数値に下線を引いて示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２に示すように、実施例６、７は、引張強さ、降伏比、伸びのすべてが、本発明の範囲を満たすため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満の値となり、肌荒れ状況が良好であった。
【００５１】
一方、比較例５は、従来の銅管であり、引張強さが本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。比較例６は、従来の銅管であり、引張強さおよび降伏比が本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。
【００５２】
＜第３実施例＞
まず、無酸素銅（ＪＩＳ Ｈ ３３００ Ｃ１０２０）を、溶解・鋳造してインゴットを作製し、このインゴットを所定長さに切断してビレットとした。次に、このビレットを熱間押出により管状とし、冷間圧延を施した後、ダイスとプラグを用いて、加工率９５％以上として、実施例８は、外径φ１２．３ｍｍ、比較例７は、外径φ１０．０ｍｍになるまで、抽伸を繰り返し、素管を作製した。なお、肉厚はすべて０．８ｍｍとした。
ここで、この素管（実施例８、比較例７の両方）を得る際に、転造加工により内面に、底肉厚０．８ｍｍ、山高さ０．１ｍｍ、溝数４０、管軸方向のねじれ角が２０°である溝を形成した。
このようにして作製した素管（実施例８のみ）を、炉内雰囲気温度が６３０℃、加熱時間が１５分の条件で焼鈍した後、外径φ１０．０ｍｍ、肉厚０．８ｍｍになるよう、ダイスのみを用いて抽伸し、供試材を作製した。なお、比較例７は、従来の銅管（銅からなるもの）であるため、焼鈍は行わなかった。
【００５３】
このようにして得られた供試材について、機械的性質を測定した。また、１０００℃×６０分加熱後の平均結晶粒径を算出するとともに、供試材の肌荒れ状況を評価した。
なお、機械的性質の測定方法、平均結晶粒径の算出方法、供試材の肌荒れ状況の評価方法については、第１実施例と同様である。
【００５４】
以上の結果を表３に示す。なお、本発明の構成を満たさないもの等については、数値に下線を引いて示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】
表３に示すように、実施例８は、引張強さ、降伏比、伸びのすべてが、本発明の範囲を満たすため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満の値となり、肌荒れ状況が良好であった。
【００５７】
一方、比較例７は、従来の銅管であり、引張強さが本発明の範囲の上限値を超えるため、１０００℃×６０分の加熱後の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ以上の値となり、肌荒れ状況が不良であった。
【００５８】
以上、本発明に係る銅または銅合金からなる銅管について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されるものではない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、ヒートパイプの使用形態の一例を示す模式図である。
【図２】ヒートパイプの内部の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ ヒートパイプ用伝熱管（銅管）
８ 作動液
１０、１０１ ヒートパイプ
１１ 凝縮部
１２ 蒸発部
１００ 冷却装置
１０２ 小型ファン
１０３ 放熱板（銅板）
１０４ ＣＰＵ
１０５ アルミニウムフィン（アルミフィン）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管であって、
管軸方向の引張強さが２４０〜３３０Ｎ／ｍｍ２、０．２％耐力を引張強さで割った値である降伏比が０．３０〜０．９９、伸びが５〜４０％であることを特徴とする銅または銅合金からなる銅管。
【請求項２】
前記銅または銅合金からなる銅管において、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の銅または銅合金からなる銅管。
【請求項３】
前記銅または銅合金からなる銅管の内面に、管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅または銅合金からなる銅管。
【請求項１】
ヒートパイプに用いる銅または銅合金からなる銅管であって、
管軸方向の引張強さが２４０〜３３０Ｎ／ｍｍ２、０．２％耐力を引張強さで割った値である降伏比が０．３０〜０．９９、伸びが５〜４０％であることを特徴とする銅または銅合金からなる銅管。
【請求項２】
前記銅または銅合金からなる銅管において、１０００℃×６０分加熱後の外表面における管軸方向の平均結晶粒径が０．４０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の銅または銅合金からなる銅管。
【請求項３】
前記銅または銅合金からなる銅管の内面に、管軸方向に平行、またはらせん状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅または銅合金からなる銅管。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２３２５６３（Ｐ２００８−２３２５６３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７４６５３（Ｐ２００７−７４６５３）
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（５０４１３６７５３）株式会社コベルコ マテリアル銅管 (79)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【出願人】（５０４１３６７５３）株式会社コベルコ マテリアル銅管 (79)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]