(57)【要約】熱伝導管であって、熱伝導の効率を向上させ、熱伝導容量を増加させるための加工を施された表面を有する。内表面には、焼結用、はんだ付け用またはろう付け用の金属粉末の層が形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径をもつ内表面を有する管部材を備え、
前記管部材は、前記内表面に、表面加工が施され、
前記表面加工された前記内表面上に、金属粉末が積層されることを特徴とする熱伝導管。
【請求項２】
前記表面加工は、溝、リブ、穴、切り欠き、および微細孔のうちのいずれかの加工であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項３】
前記金属粉末は、ろう付けにより、前記表面加工された前記内表面上に積層されることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項４】
前記金属粉末は、はんだ付けにより、前記表面加工された前記内表面上に積層されることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項５】
前記金属粉末は、焼結により、前記表面加工された前記内表面上に積層されることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項６】
前記金属粉末は、銅からなることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項７】
前記金属粉末は、銅合金からなることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項８】
前記金属粉末は、ろう付け用の材料を含むことを特徴とする請求項３に記載の熱伝導管。
【請求項９】
前記ろう付け用の材料は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ合金からなることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導管。
【請求項１０】
前記金属粉末は、はんだ付け用の材料を含むことを特徴とする請求項４に記載の熱伝導管。
【請求項１１】
前記はんだ付け用の材料は、スズ合金からなることを特徴とする請求項１０に記載の熱伝導管。
【請求項１２】
前記内表面に積層される金属粉末の厚みは、１〜２５０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項１３】
前記内表面の金属粉末の量は、３〜７５０ｇ／ｍ２の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項１４】
前記金属粉末の粒子のサイズは、１〜２５０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導管。
【請求項１５】
溝付き多孔質表面を有する熱伝導管の製造方法であって、
（ａ）管の内表面に、少なくとも１つの加工を施す工程と、
（ｂ）前記内表面に金属粉末を塗布する工程と、
（ｃ）前記内表面に前記金属粉末を積層する工程と、を有することを特徴とする熱伝導管の製造方法。
【請求項１６】
前記金属粉末は、銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１５に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項１７】
前記熱伝導管の前記内表面に積層される前記金属粉末の層の厚みは、１〜２５０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１５に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項１８】
前記熱伝導管の前記内表面に積層される前記金属粉末の量は、３〜７５０ｇ／ｍ２の範囲内にあることを特徴とする請求項１５に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項１９】
前記熱伝導管の前記内表面に積層される前記金属粉末の粒子のサイズは、１〜２５０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１５に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２０】
前記金属粉末を積層する工程は、さらに、有機結合剤と、ろう付け用の粉末またははんだ付け用の粉末とを、前記金属粉末と混合する工程からなることを特徴とする請求項１５に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２１】
前記金属粉末を積層する工程は、さらに、噴霧工程または塗布工程からなることを特徴とする請求項１５に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２２】
さらに、１００〜１５０℃の温度でのアニールにより、前記有機結合剤を取り除くことを特徴とする請求項２０に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２３】
前記金属粉末を積層する工程は、さらに、前記金属粉末をろう付けする工程からなることを特徴とする請求項２２に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２４】
前記ろう付けの工程は、さらに、６００〜７００℃の温度で１〜１０分間、アニールを行う工程からなることを特徴とする請求項２３に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２５】
前記ろう付けの工程は、さらに、６２０〜６５０℃の温度で１〜１０分間、アニールを行う工程からなることを特徴とする請求項２３に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２６】
前記金属粉末を積層する工程は、さらに、前記金属粉末を焼結する工程からなることを特徴とする請求項２２に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２７】
前記焼結する工程は、さらに、７００〜１０５０℃の温度で１０〜１００分間、アニールを行う工程からなることを特徴とする請求項２６に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２８】
前記金属粉末を積層する工程は、さらに、前記金属粉末をはんだ付けする工程からなることを特徴とする請求項２２に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項２９】
前記金属粉末をはんだ付けする工程は、さらに、Ｓｎ合金をはんだ付けする工程からなることを特徴とする請求項２８に記載の熱伝導管の製造方法。
【請求項３０】
前記はんだ付けの工程は、さらに、１９０〜４５０℃の温度で１〜１０分間、はんだ付けを行う工程を有することを特徴とする請求項２８に記載の熱伝導管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に関する言及］
本出願は、２００５年１２月２２日付けで出願された米国特許出願第６０／７５３，１２３号に基づく優先権主張を伴っている。これを参照文献として、本明細書に組み込む。
【０００２】
［技術分野］
本発明は、熱伝導管およびＨＶＡＣＲ管に関するものであり、より詳細には、熱伝導の効率を向上させることが可能な表面加工を施した熱伝導管に関する。なお、ＨＶＡＣＲとは、heating、ventilation、air conditioning and refrigerationの略称である。
【背景技術】
【０００３】
表面加工を施した熱伝導管における熱伝導の効率は、表面加工を施していない熱伝導管のそれよりも高い。表面加工は、リブ、フィン、塗装物、および挿入物を備えた、熱伝導管の内表面および外表面に対して施される。熱伝導の効率を上げるため、これらすべての表面加工は、管の表面積を増やすことを意図している。
【０００４】
従来の熱伝導パイプは、内面溝付きの管から作られる。このような熱伝導パイプは、熱負荷が小さくても熱抵抗が大きい場合に、例えば電子部品である冷却装置の温度上昇を生じさせるという問題がある。この温度上昇により、装置の性能が低下し、特に電子部品の場合においては、部品寿命が低下するとともに、熱負荷が小さい状態でしか部品を使用できないという問題がある。したがって、熱伝導パイプにおいては、熱伝導の効率を向上させ、熱伝導容量を大きくする必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による熱伝導管は、その熱伝導の効率を向上させるための加工が施された内表面を備える。本発明によれば、熱伝導管の表面に、焼結用、ろう付け用、またははんだ付け用の粉末を積層して、溝付き多孔質表面を形成することにより、熱伝導への応用が可能な熱伝導管が提供される。
【０００６】
また、本発明によれば、銅、または銅合金のような金属板から熱伝導管を形成する方法が提供される。すなわち、ローラーまたはその他の装置によって、金属板の表面に、リブ形状またはクロスハッチ形状の加工を施して、溝を形成する。この溝は、金属板の長手方向にのびるリブ形状に形成されるとともに、長手方向の軸に対して所定の角度をなすようなクロスハッチ形状に形成される。この熱伝導管の表面には、アレー状の突起が形成される。
【０００７】
さらに、本発明によれば、表面加工が施された溝を有する金属板の表面に、金属粉末を積層する。金属粉末として、ろう付け用の粉末、焼結用の粉末またははんだ付け用の粉末を、加工を施したその金属板の表面に積層する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、引抜き加工またはロール加工によって、熱伝導管の表面に加工を施し、焼結用、ろう付け用、またははんだ付け用の粉末を、熱伝導管の表面に積層して、溝付き多孔質表面を形成する。本発明は、熱伝導への応用が可能であり、例えば、ＨＶＡＣＲシステムにおける二相冷却に応用できる。本願発明は、ＣＰＵのような電子部品に対して、ヒートシンク機能を有する熱伝導管に使用される。溝付き多孔質表面は、熱伝導容量を増加させるように形成される。
【０００９】
本発明の熱伝導管は、例えば銅などの金属板から形成される。この銅板の表面をリブ形状またはクロスハッチ形状に形成するために、ローラーまたは他の装置によって、表面加工が施される。本発明の開示により当業者に明らかなように、溝は、長手方向に管の末端部まで形成され、および／または、長手方向の軸に対して所定の角度をもって形成される。そのパターンの一例として、溝の間に形成された長手方向のリブ形状が挙げられる。長手方向のリブ形状に、その後、長手方向に対して所定の角度を有するクロスハッチ加工が施されることによって、熱伝導管の表面に、アレー状の突起が形成される。
【００１０】
図１を参照して、熱伝導管１０は、銅や銅合金等の金属、またはその他の熱伝導性を有する金属から形成される。管１０の形状は、外径、内径、および、厚みをもった側壁を有する円筒形状である。内表面には、内表面加工部１３が形成されている。本発明の熱伝導管は、銅または銅合金の金属板の一方の表面に、ロールによるエンボス加工が施され、加工パターン１３が形成されたものである。
【００１１】
図２は、エンボス加工の工程を説明する図である。３つのロールエンボス加工部３６、３８、および４０は、製造ラインに配置され、それぞれ、第１、第２および第３のエンボス加工を行う。これらによって、表面２４に、それぞれ、パターン４２、４４および２８が形成される。
【００１２】
エンボス加工部３６、３８および４０は、それぞれ、パターン化された加工ローラー４６、４８および５０を備え、さらに、パターン化されていない通常の後方ローラー５２、５４および５６を備えている。それぞれの後方ローラーおよびパターン化された加工ローラーは、公知の適当な方法（図示しない）による十分な力によって、互いに圧押される。例えば、ローラー４６上にパターン化された表面５８を、金属板３０の表面２４に押し当てることによって、金属板３０上に加工パターン４２が形成される。
【００１３】
表面加工を施した金属板の表面には、粉末が積層される。この粉末は、一般的に、金属粉末である。好適な粉末の一例として、銅粉末が挙げられる。また、これ以外の好適な粉末として、真ちゅう、リン入り銅（例えばＤＨＰ）および銀入り銅などの銅合金粉末が挙げられる。
【００１４】
銅粉末の塗布は、例えば、Ｓｎ合金粉末、または、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ合金粉末、特にＯＫＣ６００粉末などの、ろう付け用の材料またははんだ付け用の材料を、銅粉末と任意に混合したものを、金属板の加工表面に積層することによってなされる。表面に積層される粉末は、例えば、噴霧、塗布、または粉末の混合物の鋳込みにより、表面に積層され、そして、所定の厚さに積層される。
【００１５】
加工が施された熱伝導管の表面に積層される粉末の層の厚みは、１〜２５０μｍの範囲内にある。積層される粉末の量は、熱伝導管の表面において、３〜７５０ｇ／ｍ２の範囲内にある。粉末粒子の径は、１〜２５０μｍの範囲内にある。
【００１６】
本発明による、溝付き多孔質表面を製造する方法について、以下に説明する。
【００１７】
［１.粉末のろう付］
銅粉末は、有機結合剤と混合される。ろう付け用の粉末は、銅板または管の表面に積層される。この粉末は、噴霧または塗布によって、１つの工程または異なった工程で、積層される。４５０℃よりも高い温度で、特に、６００〜７００℃の温度で１〜１０分間、アニールを行うことにより、銅粉末の粒子は、銅表面に互いにろう付けされる。アニールに適した温度は、６２０〜６５０℃である。ろう付け用の粉末が積層された金属板は、管に溶接またはろう付けされる。ろう付けは、粉末のろう付けと同時になされてもよいし、または別々になされてもよい。有機結合剤は、ろう付けを行う前の、約１００〜５００℃の温度でのアニールによって、取り除かれる。
【００１８】
［２.粉末の焼結］
有機結合剤と混合された銅粉末は、銅板または管の表面に積層される。この粉末は、噴霧または塗布によって、１つの工程または異なった工程で、積層される。約７００〜１０５０℃の温度で１０〜１００分間、粉末のサイズや温度に依存したアニールを行うことにより、銅粉末の粒子は、銅表面に互いに焼結される。焼結された金属板は、管に溶接またはろう付けされる。有機結合剤は、焼結を行う前の、約１００〜５００℃の温度でのアニールによって、取り除かれる。
【００１９】
［３.粉末のはんだ付け］
有機結合剤と混合された銅粉末は、銅板または管の表面に積層される。この粉末は、噴霧または塗布によって、１つの工程または異なった工程で、積層される。約１９０〜４５０℃の温度で１〜１０分間、アニールを行うことにより、銅粉末の粒子は、銅表面に互いにはんだ付けされる。はんだ付けされた金属板は、管に溶接される。有機結合剤は、はんだ付けおよび溶接を行う前の、約１００〜５００℃の温度でのアニールによって、取り除かれる。
【００２０】
上述の場合において、銅の表面（滑らかな壁を除く表面）に加工が施される。例えば、銅の表面に、溝、穴、切り欠き、または微細孔が形成される。上述したローラーまたは塗布によって、表面加工が施される。
【００２１】
当業者にも明らかなように、金属板の表面に粉末が積層された後、該金属板は、塗布またはローラーによって管に形成される。
【００２２】
粉末が積層された管は、熱パイプやＨＶＡＣＲ管を製造するために使用される。
【００２３】
本願発明は、少なくとも次の方法により実行される。第１に、金属板の表面上に加工を施し、粉末を該金属板に塗布し、ろう付け、焼結、またははんだ付けによって該粉末を積層し、該金属板を管に溶接またはろう付けすることにより、本願発明の溝付き多孔質表面を製造する。加えて、本発明は、表面加工を施した管の形成を行い、管に対する粉末の塗布を行い、さらに、ろう付け、焼結またははんだ付けによる管への粉末の積層を行うものである。
【００２４】
図３は、長手の軸方向に内面溝を形成して製造した熱パイプにおける、熱抵抗−熱負荷曲線のグラフである。Ａは、粉末を積層しなかった場合の、長手の軸方向に内面溝が形成された管の熱抵抗を示す曲線である。Ｂは、粉末を積層した場合の、長手の軸方向に内面溝が形成された管の熱抵抗を示す曲線である。図に示すように、粉末を積層したパイプは、より高い熱負荷において、熱効率が良好であることがわかる。熱効率の改善は、表面積がより大きくなることにより、濡れ現象およびキャピラリー流れが改善されたことによるものと考えられる。
【００２５】
これまで本発明が特定の実施例とともに説明されてきたが、本発明の構成はこの実施例に限定されるものではない。本願の請求の範囲に記載された構成の範囲内、すなわち、本発明の精神および目的の範囲内において、様々な改良等が行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】熱伝導管の正面図であって、その断面部を示したものである。
【図２】平板の表面にパターンを刻むことにより、内表面を有する管を形成する方法を説明する斜視図である。
【図３】従来の熱パイプと本発明の熱パイプとを比較した熱抵抗−熱負荷曲線のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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