(57)【要約】【課題】熱放散効果が高い焼結ヒートパイプおよびその製造方法を提供する。【手段】この焼結ヒートパイプは、溝付管と、焼結粉末層と、作動流体とを含む。溝付管は、複数個の溝と、第１の端部と、第１の端部の反対側の第２の端部とを有する。各溝は溝付管の軸方向に延びている。第１の端部と第２の端部とは閉じられている。焼結粉末層は溝付管の内壁上に形成されており、溝付管には作動流体が充填されている。溝の数は８０以上であり、溝の各々の幅は０．１ｍｍよりも小さい。【選択図】図２F
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の粉末をふるい分けるステップと、
複数個の溝を有する溝付管を提供するステップであって、前記複数個の溝の各々が当該溝付管の軸方向に延びているステップと、
前記溝付管を分割して、分割された当該溝付管が第１の端部と前記第１の端部の反対側の第２の端部とを有するようにするステップと、
前記第１の端部を閉じるステップと、
ロッドを、前記分割された溝付管内に挿入するステップであって、当該ロッドの外径が前記分割された溝付管の内径よりも小さいステップと、
前記分割された溝付管に前記粉末を充填して、前記ロッドと前記分割された溝付管の内壁との間のスペースに前記粉末が充填されるようにするステップと、
前記粉末を焼結して、前記分割された溝付管の内壁上に焼結粉末層を形成するステップと、
前記ロッドを除去するステップと、
前記分割された溝付管に作動流体を充填するステップと、
前記分割された溝付管内の空気をポンプで排出するステップと、
前記第２の端部を閉じるステップとを含む、焼結ヒートパイプの製造方法。
【請求項２】
前記溝付管を提供するステップが、
中空管を提供することと、
前記中空管を真直ぐにすることと、
前記中空管を引き伸ばすことと、
複数個の歯を有するモデルシリンダを用いて、前記歯に対応する複数個の溝を前記中空管の内壁に形成し、それによって前記溝付管を形成することとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溝の数は８０以上であり、前記溝の各々の幅は０．１ｍｍよりも小さい、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記粉末をふるい分けるステップが、
フィルタ部材を用いて粉末をふるい分けることであって、当該フィルタ部材の内径の大部分が前記溝の各々の幅よりも大きいことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
複数個の溝と、第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部とを有する溝付管であって、前記溝は当該溝付管の内壁に形成されており、溝の各々は当該溝付管の軸方向に延びており、前記第１の端部および前記第２の端部は閉じられている、溝付管と、
前記溝付管の前記内壁上に形成されている焼結粉末層と、
前記溝付管に充填されている作動流体とを含み、
前記焼結粉末層は、フィルタ部材によりふるい分けられた複数個の粉末を焼結することにより形成され、前記フィルタ部材の内径の大部分は前記溝の各々の幅よりも大きく、
前記溝の数は８０以上であり、前記溝の各々の幅は０．１ｍｍよりも小さい、焼結ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、焼結ヒートパイプ、およびその製造方法に関し、さらに詳細には、溝付焼結ヒートパイプ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００９年７月３１日出願の台湾出願第９８１２５９８３号および２００９年８月２１日出願の台湾出願第９８１２８２０２号の利益を主張し、それらの主題は引用により本出願に組み込まれるものとする。
ヒートパイプ、とくに焼結ヒートパイプは、高い伝導能力を有する装置である。従来のヒートパイプは、毛細管構造と金属管とを含む。毛細管構造は、金属管に接触しており、通常、金属管の内壁上に形成されている。蒸気チャンネルが、毛細管構造の内面に形成されている。
【０００３】
当業においてよく知られているように、ヒートパイプの一端は、熱源からの熱を吸収して気化セクタとして機能し、ヒートパイプの他端は、凝縮により液状作動流体が形成されるように、その熱を冷却源に移送する。液状作動流体は、毛細管構造の毛細管吸収機能により処理されて、冷却ジャンクションから熱ジャンクションに戻る。液状作動流体は、加熱され気化されて熱ジャンクション内の気化された作動流体になり、この気化された作動流体は、蒸気チャンネルを介して冷却ジャンクションへ流れた後、凝縮されて、液状作動流体になる。毛細管構造の伝導効果を特に良好にし、作動流体の流れを案内する効果を強化し、それによって伝導効率を高めるために、毛細管構造の管壁に複数個の溝を設けてもよい。
【０００４】
下記特許文献１（台湾特許出願第０９４２０２９７４号に対応）、および下記特許文献２（台湾特許出願第０９４２１０４５０号に対応）の製造方法によれば、溝付内壁を有する銅管が提供される。分割（区画化）された後のこの銅管は、第１の端部と第２の端部とを有している。まず第１の端部が閉じられ、次に銅管に金属粉末が充填され、その後金属粉末が焼結される。次に、作動流体が銅管内に注入され、銅管内の空気がポンプで排出される。最後に第２の端部が閉じられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１１０９２２号公報
【特許文献２】米国特許第７３１６２６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、金属粉末は異なるサイズを有しているため、小さすぎる粉末は溝内に落下する。上記特許文献１（台湾特許出願第０９４２０２９７４号に対応）においては、焼結後に溝内に落下する金属粉末は溝に固定される。これは、冷却ジャンクションから熱ジャンクションへ流れる液状作動流体の渋滞をもたらし、ヒートパイプの伝導効果を劣化させる。
【０００７】
上記特許文献２（台湾特許出願第０９４２１０４５０に対応）において、金属粉末は、溝付管の壁の内側溝の直径よりも大きくなければならない。しかしながら、この特許は、この目的を達成する方法について言及していない。もし特別な製造方法が開発されなければ、典型的な方法によっては、すべての金属粉末がこの目的を達するようにすることはできない。
【０００８】
さらに、もし溝の幅が広すぎると、焼結後の毛細管現象は明確でなくなり、熱放散効果が劣化する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、焼結ヒートパイプ、およびその製造方法を提供することを目的とする。焼結ヒートパイプにおいて、焼結された粉末層の粉末はふるい分けられており、その結果、粉末のサイズは焼結ヒートパイプ内の溝の幅よりも大きい。したがって、溝内に落下する粉末の数は減少し、その結果、作動流体は溝内を渋滞せずに円滑に流れることができる。
本発明の第１の局面によれば、焼結ヒートパイプの製造方法が提供される。この製造方法は、複数個の粉末をふるい分けるステップと、複数個の溝を有する溝付管を提供するステップであって、溝の各々が溝付管の軸方向に延びているステップと、溝付管を分割して、分割された溝付管が第１の端部と第１の端部の反対側の第２の端部とを有するようにするステップと、第１の端部を閉じるステップと、ロッドを、分割された溝付管内に挿入するステップであって、ロッドの外径が分割された溝付管の内径よりも小さいステップと、分割された溝付管に粉末を充填して、ロッドと分割された溝付管の内壁との間のスペースに粉末が充填されるようにするステップと、粉末を焼結して、分割された溝付管の内壁上に焼結粉末層を形成するステップと、ロッドを除去するステップと、分割された溝付管に作動流体を充填するステップと、分割された溝付管内の空気をポンプで排出するステップと、第２の端部を閉じるステップとを含む。
【００１０】
本発明の第２局面によれば、焼結ヒートパイプが提供される。焼結ヒートパイプは、溝付管と、焼結粉末層と、作動流体とを含む。溝付管は、複数個の溝と、第１の端部と、第１の端部の反対側の第２の端部とを有する。溝は溝付管の内壁に形成されている。溝の各々は溝付管の軸方向に延びている。第１の端部および第２の端部は閉じられている。焼結粉末層は溝付管の内壁上に形成されている。溝付管には作動流体が充填されている。焼結粉末層は、フィルタ部材によりふるい分けられた複数個の粉末を焼結することにより形成され、フィルタ部材の内径の大部分は、溝の各々の幅よりも大きい。溝の数は８０以上であり、溝の各々の幅は０．１ｍｍよりも小さい。
【００１１】
本発明は、好ましいが非限定的な実施形態の下記の詳細な説明から明らかになるであろう。下記の説明は添付図面を参照して行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態による焼結ヒートパイプの製造方法を示すフローチャートである。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を示す模式図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を示す模式図である。
【図２Ｃ】本発明の第１実施形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を示す模式図である。
【図２Ｄ】本発明の第１実施形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を示す模式図である。
【図２Ｅ】本発明の第１実施形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を示す模式図である。
【図２Ｆ】本発明の第１実施形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を示す模式図である。
【図３】図２Aの溝のモデルシリンダの製造を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態によるフィルタ部材を示す模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る焼結ヒートパイプの溝付管の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】ふるい分け前の粉末の様子を示す図である。
【図７】ふるい分け後の粉末の様子を示す図である。
【図８】粉末が溝内に容易に落ちないことを示す図である。
【図９】溝の幅よりも小さい粉末があることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、添付の非限定的な図面、およびいくつかの非限定的な実施形態を参照して述べる下記の詳細な説明から明らかになるであろう。これらの詳細な説明において、同一符号は同一部材に関する。さらに、本発明の技術的特徴をより明確にするために、図面から重要でない要素は省略されている。
第１実施形態
図１、および図２A〜図２Fを同時に参照する。図１は、本発明の第１実施形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を示すフローチャートである。図２A〜図２Fは、本発明の第１実施形態に係る焼結ヒートパイプの製造方法を示す模式図である。
【００１４】
図２Aに示されているように、ステップS１０２において、溝付管１２４が提供される。図２Aは数個の溝１０８を有する溝付管１２４を示す横断面図であり、各溝は溝付管１２４の軸方向に延びている。溝付管１２４の材料は、たとえば銅または他の何らかの金属であってもよい。
好ましくは、溝１０８の数は８０以上であり、各溝１０８の幅は０．１ｍｍよりも小さいが、これに限定されない。
【００１５】
他の態様において、ステップS１０２は、次の２つのサブステップを含んでもよい。第１サブステップにおいて、図２Bに示されたように中空管１０２が提供され、中空管１０２の材料は銅または他の何らかの金属である。
図３は、図２Aの溝のモデルシリンダ１０６の製造を示す模式図である。第２サブステップにおいて、図３に示されているように、数個の歯１０４を有するモデルシリンダ１０６が使用され、歯１０４に対応する数個の溝１０８が、たとえばプレスにより中空管１０２の内壁上に形成され、その結果、図２Ａに示されている溝付管１２４が形成される。モデルシリンダ１０６は、機械加工または化学的なエッチングにより形成されてもよい。
【００１６】
次に図３を参照すると、歯１０４はモデルシリンダ１０６の中心軸A１を包囲しており、モデルシリンダ１０６の外壁上に配置されている。歯１０４の長手方向は、モデルシリンダ１０６の長手方向と実質的に平行であるため、機械加工により形成された溝１０８の長手方向は、中空管１０２の長手方向と実質的に平行である。
好ましくは、歯１０４の数は８０以上であってもよいが、これに限定されない。歯１０４の高さは、とくに限定されず、隣接する2個の歯１０４の間隙もまたとくに限定されない。したがって、間隙S１は実質的に一定であってもよく、または互いに異なってもよい。
【００１７】
また、各歯の幅は０．１ｍｍよりも小さくてもよい。機械加工により形成された溝１０８の数および形状は歯１０４に対応するため、溝１０８の幅D２は０．１ｍｍよりも小さくてもよい。
次に、ステップS１０４において、図２Bに示されているように、溝付管１２４は分割される。たとえば、溝付管１２４は分割されて数個のセクションを形成する。分割された溝付管１１０は、第１の端部１１２と、第１の端部１１２の反対側の第２の端部１１４とを有する。
【００１８】
次に、ステップS１０６において、溝付管１１０の第１の端部１１２は閉じられる。たとえば、第１の端部１１２の開口部はまず縮小され、その後、第１の端部１１２はスポット溶接により閉じられる。
次に、ステップS１０８において、複数個の粉末１２２（図２E参照）がふるい分けられる。粉末１２２の材料は、たとえば金属である。粉末の各々の外径は、溝１０８の幅D２（図２A参照）よりもほぼ大きい。
【００１９】
図４は、本発明の実施形態に係るフィルタ部材を示す模式図である。ステップS１０８において、たとえば図４に示されているメッシュ１１６のようなフィルタ部材が、粉末１２２をふるい分けるために使用されてもよい。メッシュ１１６上に残る粉末１２２の外径が溝１０８の幅D２よりも大きくなるように、メッシュ１１６の穴の内径D１は、溝１０８の幅D２よりも大きくされている。メッシュ１１６を用いて、均一ではないサイズの混合粉末から所望のサイズの粉末１２２をふるい分けてもよく、非常に便利である。詳細に言うと、本実施形態の粉末１２２は、他の特定の製造方法を用いて製造する必要はない。均一ではないサイズを有する典型的な混合粉末であっても、その混合粉末から、本実施形態のメッシュ１１６を用いて、所望のサイズの粉末１２２をふるい分けてもよい。ふるい分け前、およびふるい分け後の粉末の様子を、それぞれ、図６および図７に示す。
【００２０】
次に、ステップS１１０において、図２Dに示すように、ロッド１１８が溝付管１１０内に挿入される。ロッド１１８の外径D３は、溝付管１１０の内径D４よりも小さい。
次に、ステップS１１２において、図２Eに示すように、ロッド１１８と溝付管１１０の内壁との間のスペースSP１に粉末１２２が充填される。
次に、ステップS１１４において、粉末１２２が焼結されて、図２Fに示すように溝付管１１０の内壁上に焼結粉末層１２０が形成される。
【００２１】
次に、ステップS１１６において、ロッド１１８が除去される。
この実施形態において、図２Fに示すように、  大部分の粉末１２２の外径は、溝１０８の幅D２よりも大きいため、溝１０８に落下する粉末１２２の数は減少する。したがって、溝付管１２４の作業工程において、作動流体は、溝１０８内を渋滞することなく円滑に流れることができ、したがって伝導効果が強化できる。
【００２２】
図２Fにおいて、粉末１２２は円状の外形を有するが、この円状の外形は本発明の範囲を限定するものではない。当業者は、粉末１２２が任意の外形を有してもよいことを理解すべきである。
次に、ステップS１１８において、溝付管１１０に作動流体（図示せず）が充填される。
【００２３】
次に、ステップS１２０において、溝付管１１０の空気がポンプで排出される。
次に、ステップS１２２において、溝付管１１０の第２の端部１１４（図２C参照）が閉じられる。たとえば、第２の端部１１４の開口部はまず縮小され、次に第２の端部１１４はスポット溶接により閉じられる。この時、本発明の第１実施形態による焼結ヒートパイプは完成する。
【００２４】
本実施形態の焼結ヒートパイプにおいて、図２Ｆおよび図８に示すように、溝の幅D２が充分に小さく（たとえば０．１ｍｍよりも小さく）、粉末１２２が容易に溝１０８内に落下できないようにするためには、８０個の溝１０８で充分である。したがって、焼結ヒートパイプの伝導効果は強化される。詳細には、従来のヒートパイプの溝の数は、５５ないし５７の間の範囲であり、このヒートパイプの熱放散は実験結果によれば約２５ワットである。本発明の本実施形態に係る焼結ヒートパイプにおいて、その熱放散能力は約３５ワットである。したがって、本発明の本実施形態の効果は、充分に改良されたものとなっている。
【００２５】
さらに、本実施形態の焼結ヒートパイプの外形は、さらに成形されてもよい。たとえば、焼結ヒートパイプの製造方法は、ステップS１２２の後に、溝付管１１０にラジアル方向の力（図示せず）を加えて溝付管１１０を平らにするステップをさらに含んでもよい。あるいは、焼結ヒートパイプの製造方法は、ステップS１２２の後に、溝付管１１０を所定の傾斜に曲げた後、溝付管１１０にラジアル方向の力を加えて溝付管１１０を平らにするステップをさらに含んでもよい。
第２実施形態
図５は、本発明の第２実施形態に係る焼結ヒートパイプの溝付管の製造方法を示すフローチャートである。第１および第２実施形態における同じ参照符号は同じ部材に関するものであり、したがって同じ部材の詳細な説明は繰り返さない。
【００２６】
ステップS５０２において、中空管（図示せず）が提供される。中空管はリールを巻かれた線材であり、その材料は、たとえば銅または他の金属材料である。
次に、ステップS５０４において、中空管はリールからはずされた後、真直ぐにされる。
次に、ステップS５０６において、中空管は引き伸ばされ、中空管の直径が小さくされる。
【００２７】
次に、ステップS５０８において、図３のモデルシリンダ１０６を用いて、歯１０４に対応する複数個の溝１０８を中空管の内壁上に形成し、それによって図２Aに示した溝付管１２４を形成することができる。
ステップS５０６において機械加工し変形した後の中空管の温度は上昇しているので、ステップS５０８において中空管の溝１０８は形成しやすくなっているかもしれない。
【００２８】
次に、ステップS５１０において、溝付管１２４の直径が所定のサイズになるように、溝付管１２４がさらに引き伸ばされてもよい。
詳細には、ステップS５０６において、モデルシリンダの機械加工を容易にするために、中空管の直径は所定のサイズになるまで引き伸ばされなくてもよい。この場合には、溝付管１２４の最終直径が所定のサイズになるように、ステップS５１０において溝付管１２４が引き伸ばされる。しかしながら、このことは本発明を限定するものではなく、実際の条件に応じてステップS５１０は省略してもよい。
【００２９】
さらに、焼結ヒートパイプの製造方法は、ステップS５１０の後に、溝付管１２４が損傷しているかどうかを検知するステップをさらに含んでもよい。もし溝付管１２４が損傷していれば、損傷部分が記録されてもよく、図１のステップS１０４においてその部分が切除されてもよい。次に、グリースおよび酸化不純物を除去するために溝付管１２４をクリーニングするステップが実施されてもよい。
【００３０】
本発明の実施形態に係る焼結ヒートパイプ、およびその製造方法は、多くの利点を有しており、そのうちのいくつかを下記に列挙する。
第１に、粉末を他の製造方法を用いて特別に製造する必要がない。不均一なサイズを有する典型的な混合粉末であってもその混合粉末から、本実施形態のメッシュを用いて、所望のサイズの粉末をふるい分けてもよい。
【００３１】
第２に、不均一なサイズを有する混合粉末から、本実施形態のメッシュを用いて、所望のサイズの粉末をふるい分けてもよい。したがって、非常に便利である。
第３に、粉末の大部分の外径は、溝の幅よりも大きいため、粉末は容易に溝内に落下できない。したがって、溝付管の作業工程において、作動流体は溝内を渋滞することなく円滑に流れることができ、したがって伝導効果が強化できる。しかしながら、溝の幅よりも小さい粉末が少し存在するため、図９に示すように、焼結粉末が溝内に沈下して熱伝導効果の劣る少量の粗悪製品が形成される。
【００３２】
例として、好ましい実施形態の点から本発明を説明したが、本発明はこれに限定されないことを理解すべきである。一方、さまざまな変更ならびに類似の配置および手順を含むものとし、したがって、添付の特許請求の範囲には、すべてのこのような変更ならびに類似の配置および手順を含むように最も広い解釈を与えるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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