【手続補正書】
【提出日】平成17年4月26日(2005.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  ヒートパイプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】  コンテナの内面にウィックが設けられたヒートパイプであって、ウィックが、コンテナの内面に接合された発泡銅からなるヒートパイプ。
【請求項２】  コンテナが中空偏平板状であり、ウィックの接合位置が、コンテナの厚さ方向に対向する１対の壁の内面である請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】  コンテナが中空偏平板状であり、ウィックの接合位置が、コンテナの厚さ方向に対向する１対の壁のうちのいずれか一方の内面である請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項４】  厚さ方向に対向する１対の壁のうちの他方の壁の内面に伝熱面積拡大用凹部および／または凸部が形成されている請求項３記載のヒートパイプ。
【請求項５】  厚さ方向に対向する１対の壁のうちのいずれか一方に、他方の壁に向かって突出した複数の補強用凸部が形成され、凸部の先端が上記他方の壁に接合されている請求項２、３または４記載のヒートパイプ。
【請求項６】  補強用凸部の周面に発泡銅からなるウィックが接合されている請求項５記載のヒートパイプ。
【請求項７】  トップヒートモードで使用される請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載のヒートパイプ。
【請求項８】  発熱体と、請求項１〜７のうちのいずれかに記載されヒートパイプとを備えており、ヒートパイプが、発熱体から発せられる熱を放熱するようになされている電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はコンテナの内面にウィックが設けられた形式で、たとえば電子機器の電子部品等の発熱体から発せられる熱を放熱するのに用いられるヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、コンテナの内面にウィックが設けられた形式のヒートパイプが広く知られている。このようなヒートパイプのウィックは、コンテナの内面に形成された複数のグルーブや、コンテナの内面に沿って配された金網、コンテナの内面に沿って配された繊維、コンテナの内面に金属粉末を焼結することにより形成された多孔層等からなる。
【０００３】
しかしながら、コンテナの内面に形成された複数のグルーブからなるウィックの場合、ウィックの毛細管圧力が不足し、ヒートパイプをトップヒートモードで使用した場合、凝縮部で再液化した作動液が還流しないという問題がある。また、コンテナの内面に沿って配された金網からなるウィックの場合、毛細管圧力は上記グルーブの場合に比べて増大するものの、金網とコンテナ内面とを密着させることができないため、ヒートパイプをトップヒートモードで使用した場合、凝縮部で再液化した作動液が蒸発部に還流しにくいという問題がある。また、コンテナの内面に沿って配された繊維からなるウィックの場合、毛細管圧力は上記金網の場合に比べて増大するものの、繊維とコンテナ内面とを密着させることができないため、ヒートパイプをトップヒートモードで使用した場合、凝縮部で再液化した作動液が蒸発部に還流しにくいという問題がある。特に、金網や繊維からなるウィックの場合の問題は、コンテナが中空偏平板状であるときに顕著である。したがって、上記いずれのウィックを用いたヒートパイプも十分な熱伝達性能が得られない。さらに、コンテナの内面に金属粉末を焼結することにより形成された多孔層からなるウィックの場合、毛細管圧力は上記金網の場合に比べて増大するものの、コンテナ内面への形成が困難であるとともに、空孔の大きさや空隙率のコントロールが困難であって、所望の毛細管圧力を有するウィックの形成が面倒であるという問題がある。
【０００４】
この発明の目的は、上記問題を解決し、十分な毛細管圧力を簡単に得ることができるとともに、トップヒートモードで使用した場合においても凝縮部で再液化した作動液の蒸発部への還流を確実に行うことができ、その結果熱伝達性能に優れたヒートパイプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
請求項１の発明によるヒートパイプは、コンテナの内面にウィックが設けられたヒートパイプであって、ウィックが、コンテナの内面に接合された発泡銅からなるものである。
【０００６】
請求項１の発明のヒートパイプによれば、ウィックが発泡銅からなるので、毛細管圧力が、従来のいずれのウィックに比べても大きくなる。また、発泡銅からなるウィックがコンテナ内面に接合されているので、ウィックとコンテナ内面とが密着することになり、ヒートパイプをトップヒートモードで使用した場合においても凝縮部で再液化した作動液の蒸発部への還流を確実に行うことができる。したがって、ヒートパイプの熱伝達性能が、従来のヒートパイプに比べて向上する。さらに、発泡銅の場合、その製造時の空孔の大きさや空隙率のコントロールが容易であり、しかもこの発泡銅をコンテナの内面に接合するだけでよいので、所望の毛細管圧力を有するウィックの形成作業が簡単になる。
【０００７】
請求項２の発明によるヒートパイプは、請求項１の発明において、コンテナが中空偏平板状であり、ウィックの接合位置が、コンテナの厚さ方向に対向する１対の壁の内面であるものである。この場合、ヒートパイプの両面側から受熱するとともに放熱することが可能になる。すなわち、たとえば発熱体をヒートパイプの両面に取付け、発熱体から発せられる熱を、ヒートパイプの両面から放熱することができる。
【０００８】
請求項３の発明によるヒートパイプは、請求項１の発明において、コンテナが中空偏平板状であり、ウィックの接合位置が、コンテナの厚さ方向に対向する１対の壁のうちのいずれか一方の内面であるものである。この場合、ヒートパイプにおけるウィックが接合されている面から受熱し、ウィックが接合されていない面から放熱する。すなわち、たとえば発熱体をヒートパイプにおけるウィックが接合されている面に取付け、発熱体から発せられる熱を、ヒートパイプのウィックが接合されていない面から放熱することができる。
【０００９】
請求項４の発明によるヒートパイプは、請求項３の発明において、厚さ方向に対向する１対の壁のうちの他方の壁の内面に伝熱面積拡大用凹部および／または凸部が形成されているものである。請求項３の発明においては、ウィックが接合されていない壁の外面が放熱に寄与するので、この壁の内面に伝熱面積拡大用凹部および／または凸部が形成されていると、この壁からの放熱性能が向上し、ひいてはヒートパイプの伝熱性能が向上する。
【００１０】
請求項５の発明によるヒートパイプは、請求項２、３または４の発明において、厚さ方向に対向する１対の壁のうちのいずれか一方に、他方の壁に向かって突出した複数の補強用凸部が形成され、凸部の先端が上記他方の壁に接合されているものである。この場合、ヒートパイプの耐圧性が向上する。
【００１１】
請求項６の発明によるヒートパイプは、請求項５の発明において、補強用凸部の周面に発泡銅からなるウィックが接合されているものである。この場合、再液化した作動液の還流効果が一層優れたものになる。
【００１２】
請求項１〜６の発明によるヒートパイプは、トップヒートモードで使用されることがある。
【００１３】
請求項８の発明による電子機器は、発熱体と、請求項１〜７のうちのいずれかに記載されヒートパイプとを備えており、ヒートパイプが、発熱体から発せられる熱を放熱するようになされているものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、「アルミニウム」という語はアルミニウム合金も含み、「銅」という語は、銅合金も含むものとする。また、以下の説明において、同一物および同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１５】
実施形態１
この実施形態は、図１に示すものである。
【００１６】
図１において、ヒートパイプ(1)は、両端が閉鎖された円筒状コンテナ(2)と、コンテナ(2)の周壁内周面に設けられた発泡銅からなるウィック(3)とを備えている。コンテナ(2)は、銅またはアルミニウムから形成されている。ウィック(3)は、コンテナ(2)の周壁内周面に接合されている。コンテナ(2)が銅からなる場合、発泡銅からなるウィック(3)のコンテナ(2)への接合は、発泡銅をコンテナ(2)の周壁内周面に沿って配置した後、これらを還元雰囲気、たとえばＨ２  ガス雰囲気において、約８００℃で１時間加熱して拡散接合させることにより行われる。コンテナ(2)がアルミニウムからなる場合、発泡銅からなるウィック(3)のコンテナ(2)への接合は、発泡銅をコンテナ(2)の周壁内周面に沿って配置した後、これらを所定温度で所定時間加熱し、両者の界面に共晶相を形成させることにより行われる。
【００１７】
発泡銅は、たとえば次の方法で製造される。すなわち、架橋性ポリオレフィン樹脂に、架橋剤、発泡剤、および銅粉末または酸化銅粉末を混合した組成物を加熱することにより、架橋、発泡させて発泡体を得た後、この発泡体を少なくとも樹脂の分解温度以上に加熱し、さらに高温に加熱して銅粉末を焼結することにより発泡銅が製造される。
【００１８】
なお、コンテナ(2)内に封入される作動液としては、コンテナ(2)の材質や使用温度に合わせて適当なものが用いられる。
【００１９】
このヒートパイプ(1)は、たとえばトップヒートモードで使用される。すなわち、ヒートパイプ(1)を垂直または傾斜状態にし、その上端側を蒸発部としてここに発熱体を取付け、下端側を凝縮部として発熱体から発せられる熱を放熱させる。
【００２０】
実施形態２
この実施形態は、図２に示すものである。
【００２１】
図２において、ヒートパイプ(10)は、中空偏平板状のコンテナ(11)と、コンテナ(11)の厚さ方向（この実施形態では上下方向）に対向する１対の壁(11a)(11b)の内面に設けられた発泡銅からなるウィック(12)とを備えている。コンテナ(11)は、銅またはアルミニウムから形成されている。コンテナ(11)は、片面における周縁部を除いた部分に凹所(13)が形成された厚板(14)と、厚板(14)の凹所(13)の開口を閉鎖する薄板(15)とからなる。厚板(14)の凹所(13)の周面には、その開口寄りの部分に全周にわたって段部(13a)が形成されており、薄板(15)は、その周縁部が段部(13a)にのせられた状態で厚板(14)にろう付されている。そして、厚板(14)の凹所(13)の底面および薄板(15)の内面に、発泡銅からなるウィック(12)が接合されている。
【００２２】
このヒートパイプ(10)は、たとえばトップヒートモードで使用される。すなわち、ヒートパイプ(10)を垂直または傾斜状態にし、その上端側を蒸発部としてここの両面に発熱体を取付け、下端側を凝縮部として発熱体から発せられる熱を放熱させる。
【００２３】
実施形態３
この実施形態は、図３に示すものである。
【００２４】
図３において、ヒートパイプ(20)の実施形態２のヒートパイプ(10)との相違点は、厚板(14)の凹所(13)の底面（壁(11b)内面）に、薄板(15)に向かって突出した複数の角柱状補強用凸部(21)が、底面全体に点在するように一体に形成され、凸部(21)の先端が薄板(15)内面（壁(11a)内面）に接合されていることにある。凸部(21)の先端部には、これよりも小さい円柱状差込部(21a)が一体に形成され、この差込部(21a)が薄板(15)に形成された貫通孔(22)に差込まれた状態で凸部(21)の先端が薄板(15)にろう付されている。
【００２５】
そして、厚板(14)の凹所(13)の底面における凸部(21)が形成されていない部分、および薄板(15)の内面における貫通孔(22)が形成されていない部分に、発泡銅からなるウィック(12)が接合されている。
【００２６】
このヒートパイプ(20)も、たとえばトップヒートモードで使用される。すなわち、ヒートパイプ(20)を垂直または傾斜状態にし、その上端側を蒸発部としてここの両面に発熱体を取付け、下端側を凝縮部として発熱体から発せられる熱を放熱させる。
【００２７】
実施形態４
この実施形態は、図４に示すものである。
【００２８】
図４において、ヒートパイプ(25)の実施形態３のヒートパイプ(20)との相違点は、凹所(13)の周面および補強用凸部(21)にも発泡銅からなるウィック(12)が接合されていることにある。
【００２９】
このヒートパイプ(25)も、たとえばトップヒートモードで使用される。すなわち、ヒートパイプ(25)を垂直または傾斜状態にし、その上端側を蒸発部としてここの両面に発熱体を取付け、下端側を凝縮部として発熱体から発せられる熱を放熱させる。この場合、凝縮部で放熱して再液化した作動液の蒸発部への還流効果が、実施形態３のヒートパイプ(20)に比べて優れたものになり、ひいては熱伝達性能も向上する。
【００３０】
実施形態５
この実施形態は、図５および図６に示すものである。
【００３１】
図５および図６において、ヒートパイプ(30)の実施形態２のヒートパイプ(10)との相違点は、薄板(15)の内面に発泡銅からなるウィックが接合されていないことにある。また、薄板(15)の内面に、その長さ方向に伸びる微細な伝熱面積拡大用凸条(31)と同凹溝(32)とが交互に形成され、これにより薄板(15)内面の伝熱面積が拡大されている。なお、薄板(15)の内面には、凸条(31)と凹溝(32)に代えて、微細な凸起や凹所からなる伝熱面積拡大部を形成しておいてもよい。
【００３２】
このヒートパイプ(30)は、たとえば図５に示すように、トップヒートモードで用いられる。すなわち、ヒートパイプ(30)が垂直状態とされ、厚板(14)外面の上端部における幅方向の中央部に発熱体(H)が取付けられる。発熱体(H)から発せられる熱は、厚板(14)を介してウィック(12)の上端部に保持されている作動液（図示略）伝わり、この熱により加熱された作動液は、ここで蒸発し、ガス状作動液となる。ガス状作動液の有する熱は薄板(15)を介して放熱され、ガス状作動液が再液化する。再液化した作動液は薄板(15)に沿って流下し、ウィック(12)の毛細管圧力により吸い上げられて上端部に還流する。このような動作を繰返して、発熱体(H)から発せられる熱が放熱される。
【００３３】
上記実施形態２〜５においても、コンテナ(11)内に封入される作動液としては、コンテナ(11)の材質や使用温度に合わせて適当なものが用いられる。また、コンテナ(11)へのウィック(12)の接合も、実施形態１の場合と同様にして行われる。
【００３４】
以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに示す。
【００３５】
実施例１〜３
この実施例は、上記実施形態３のヒートパイプ(20)を用いて行ったものである。
【００３６】
ヒートパイプ(20)のコンテナ(11)（厚さ７ｍｍ）を銅で形成するとともに、コンテナ(11)内に水からなる作動液を封入しておいた。また、図７に示すように、ヒートパイプ(20)におけるコンテナ(11)の薄板(15)側の外面に、アルミニウム製放熱器(40)をろう付した。放熱器(40)は、基板(41)と、基板(41)の片面に相互に間隔をおくように、一体にかつ基板(41)に対して立上がり状に形成された複数のフィン(42)とからなり、基板(41)のフィン(42)が形成されていない面がヒートパイプ(20)にろう付されている。
【００３７】
そして、ヒートパイプ(20)における放熱器(40)のろう付されていない面、すなわち厚板(14)側の外面の一端部における幅方向の中央部にブロックヒータ(43)を取付け、ヒートパイプ(20)が水平でフィン(43)が上を向いた姿勢Ａ（実施例１）（図８参照）、ヒートパイプ(20)が垂直である姿勢Ｂ（実施例２）（図９参照）、およびヒートパイプ(20)が水平でフィン(43)が下を向いた姿勢Ｃ（実施例３）（図１０参照）のそれぞれにおいて、入熱量が１３０Ｗとなるようにヒータ(43)に通電しつつ、図示しないファンによりフィン(42)の長さ方向（図７矢印参照）に風速２〜３ｍ／ｓとなるように送風し、所定時間経過した後の図７に示す３点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の温度を測定した。また、測定結果から点Ｐ２と点Ｐ３の温度差ΔＴ、および熱抵抗Ｒを求めた。点Ｐ１はヒータ(43)の表面上の部分であり、点Ｐ２はヒートパイプ(20)のヒータ取付け面におけるヒータ(43)近傍の部分であり、点Ｐ３はヒートパイプ(20)のヒータ取付け面におけるヒータ(43)から最も離れた部分である。なお、姿勢Ａの場合の温度測定のさいの雰囲気温度は２０．８℃、姿勢Ｂの場合の雰囲気温度は２２．８℃、姿勢Ｃの場合の雰囲気温度は２３．４℃であった。
【００３８】
比較例
ヒートパイプとして、コンテナ内面にウィックが設けられていないものを使用した他は、上記実施例１〜３と同様にして、上記３点のＰ１、Ｐ２、Ｐ３の温度を測定するとともに、測定結果から点Ｐ２と点Ｐ３の温度差ΔＴ、および熱抵抗Ｒを求めた。なお、温度測定のさいの雰囲気温度は２２．１℃であった。
【００３９】
実施例１〜３および比較例の結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2000018854.tif 000001
【００４１】
表１から明らかなように、実施例１〜３の場合は比較例の場合に比べて、点Ｐ２と点Ｐ３の温度差ΔＴ、および熱抵抗Ｒがいずれも小さくなっており、熱伝達性能に優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
実施形態１のヒートパイプを示す一部切欠き斜視図である。
【図２】
実施形態２のヒートパイプを示す一部切欠き斜視図である。
【図３】
実施形態３のヒートパイプを示す一部切欠き斜視図である。
【図４】
実施形態４のヒートパイプを示す部分拡大横断面図である。
【図５】
実施形態５のヒートパイプを示す一部切欠き斜視図である。
【図６】
図５のVI−VI線拡大断面図である。
【図７】
実施例１〜３の温度測定に用いた装置を示す斜視図である。
【図８】
実施例１の温度測定の姿勢を示す斜視図である。
【図９】
実施例２の温度測定の姿勢を示す斜視図である。
【図１０】
実施例３の温度測定の姿勢を示す斜視図である。
【符号の説明】
(1)(10)(20)(25)(30)：ヒートパイプ
(2)(11)：コンテナ
(3)(12)：ウィック
(11a)(11b)：壁
(31)：凸条
(32)：凹溝