(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管形状のコンテナを用意し、前記コンテナの長軸方向に沿って両端が前記コンテナの内壁に接するように成形板を挿入する工程と、
前記成形板の一表面と、前記一表面に面する前記コンテナの一内壁との間の空間部に金属粉体を充填する工程と、
前記成形板の他の表面と、前記他の表面に面する前記コンテナの他の内壁との間の空間部に押え棒を挿入する工程と、
前記押え棒および前記成形板により前記金属粉体を前記コンテナの一内壁に押圧しながら前記コンテナを加熱し、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押え棒および前記成形板を引き抜く工程と、
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】
前記成形板が平板で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】
前記金属粉体は、前記一表面に形成された平面に接して充填され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。
【請求項４】
前記金属粉体は、前記一表面に形成された曲面に接して充填され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。
【請求項５】
前記押え棒が円柱または多角柱であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結ヒートパイプの製造方法。
【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可能性がある。
【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、焼結ヒートパイプのウィック構造体の製造時に、金属粉体を焼結により固定した後、使用したウィック成形用の板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、コンテナの長軸方向に沿って両端がコンテナの内壁に接するように成形板を挿入する工程と、成形板の一表面と、成形板の一表面に面するコンテナの内壁との間の空間部に金属粉体を充填する工程と、成形板の他の表面と、成形板の他の表面に面するコンテナの他の内壁との間の空間部に押え棒を挿入する工程と、押え棒および成形板により金属粉体をコンテナの一内壁に押圧しながらコンテナを加熱し、金属粉体を焼結してウィック構造体を形成する工程と、コンテナから押え棒および成形板を引き抜く工程と、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】
成形板は、平板であってもよく、他の形状であってもよい。また、金属粉体は、所望のウィック構造体の形状に応じて、成形板の一表面に形成された平面または曲面に接して充填される。また、押え棒は、円柱であってもよく、多角柱であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によると、金属粉体の固定に成形板と押え棒によるため、焼結後に成形板と押え棒を別々に引き抜くことができる。押え棒は金属粉体と接していないため、焼結により金属粉体と固着することはない。そのため、容易に引き抜くことができる。また、押え棒を引き抜くことで生じる空間方向に成形板に力を加えることができるようになる。その結果、仮に成形板と金属粉体が固着した場合においても引き剥がしを容易に行えるようになる。
【００１５】
成形板と押え棒により構成されるため、コンテナを扁平した際のウィック構造体の形状を考慮して、成形板の形状をつくることができる。ウィック構造体の形状によっては、成形板を単純な平板の使用も可能となる。また、ウィック構造体を複雑な形状にする場合においても、成形板と押え棒の組み合わせで構成できるため、成形板と押え棒のそれぞれは、単純な形状で構成することができる。その結果、成形板と押え棒の加工コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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かか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かか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かか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７】本発明の実施の形態にかか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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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８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８は、コンテナ１の中央部で薄く、両端部で厚くなるように設けられる。コンテナ１の内壁とウィック構造体８との間に空洞部９は、両端部に較べて中央部で厚くなるように形成される。
【００２０】
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８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。焼結金属は金属粉体を焼結して形成される。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。
【００２１】
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。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、コンテナ１、成形板３、及び押え棒５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。成形板３は、延伸方向に垂直な断面がＶ字状の板である。押え棒５は、円柱状の棒である。なお、押え棒５の断面形状は、円形でもよいが、多角形など複雑な形状であってもよい。
【００２３】
成形板３と押え棒５はカーボン、セラミック、ステンレスなどで製作される。特に、成形板３としては、成形加工が簡便なステンレスが好ましい。成形板３と押え棒５の大きさは、コンテナ１の大きさに合わせ、適宜調整される。成形板３と押え棒５の長さは、コンテナ１の長さより長くし、抜き差しし易くする。
【００２４】
図２（ｂ）及び図３に示すように、管形状のコンテナ１の長軸方向に沿って成形板３の両端がコンテナ１の内壁に接するように成形板３が挿入される。Ｖ字状の成形板３の外向表面と、この外向表面に面するコンテナ１の内壁との間の空間に金属粉体７が充填される。金属粉体７を充填後、成形板３の内向表面と、この内向表面に面するコンテナ１の内壁との間の空間に押え棒５が挿入される。金属粉体７の封入量は、成形板３と押え棒５の大きさで調整が可能となる。押え棒５及び成形板３で金属粉体７をコンテナ１側に押さえる。
【００２５】
充填された金属粉体７を成形板３及び押え棒５で固定した状態で、所定温度、例えば金属粉体７の溶融点前後の温度で加熱して、コンテナ１の内壁に接して多孔質の焼結金属からなるウィック構造体８を形成する。ウィック構造体８とは、金属粉体７が焼結によって接合した焼結金属を指す。コンテナ１およびウィック構造体８が銅製の場合、８００〜１０００℃程度に加熱される。これにより、ウィック構造体８が全長にわたってコンテナ１の内壁面に焼結されて固着される。一方、成形板３とウィック構造体８とは、殆ど固着しない。
【００２６】
成形板３と押え棒５は別々の部材で構成されている。成形後、押え棒５を先に引き抜く。その際、押え棒５はウィック構造体８と接触していないため、焼結による固着がなく、容易に引き抜ける。
【００２７】
残った成形板３は押え棒５を抜いたことにより、押え棒５のあった空間方向に、即ち長軸方向以外の方向に力を加えることができるようになる。その結果、図２（ｃ）に示すように、仮にウィック構造体８と成形板３が一部固着していた場合でも固着部を引き剥がして成形板３を引き抜くことができる。また、成形板３によっては、力を加えることで、わずかではあるが一時的に撓み、歪みなどの変形が生じ、より固着部を引き剥がしやすくなる。
【００２８】
成形板３を引き抜いた後、コンテナ１の片端部にスウェージング加工を施し、その端部を溶接して密閉するボトム溶接を行う。また、コンテナ１の他方の端部についてもスウェージング加工を施し、ノズル状の注液口を設ける。
【００２９】
注液口を利用して、コンテナ内部に含まれる空気などの非凝縮性ガスを脱気して水、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。注液方法としては、注液口を利用して真空脱気を行った後、作動液を注入する方法や、予め余分な量の作動液を注入しておき、コンテナ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ある。
【００３０】
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８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。
【００３１】
実施の形態においては、ウィック構造体８の形成の際に、成形板３及び押え棒５により金属粉体７をコンテナ１の内壁に押圧しながら焼結している。押え棒５は金属粉体７とは接していないので、焼結後、容易にコンテナ１から引き抜くことができる。また、成形板３は、ウィック構造体８とは固着しにくい材料を用いている。更に、先に引き抜かれた押え棒５のあったところに空間ができるので、成形板３の引き抜きに際してこの空間方向に力を加えることができる。その結果、成形板３も容易に引き抜くことができる。
【００３２】
金属粉体７の焼結においては成形板３と押え棒５が用いられるため、コンテナ１を扁平した際のウィック構造体８の形状を考慮して、成形板３の形状をつくることができる。ウィック構造体８の形状によっては、成形板３として単純な平板の使用も可能となる。また、ウィック構造体８を複雑な形状にする場合においても、成形板３と押え棒５の組み合わせで構成できるため、成形板３と押え棒５のそれぞれは、単純な形状で構成することができる。その結果、成形板３と押え棒５の加工コストを下げることができる。
【００３３】
上述の説明では、Ｖ字状の成形板３を用いているが、成形板３の形状は限定されない。例えば、図４に示すように、Ｖ字の角度を大きくして押え棒５の大きさを大きくすることで、図２に示した形態に較べて、金属粉体７の封入量を少なくすることができる。
【００３４】
また、図５及び図６に示すように、成形板３ａとして、平板形状を用いてもよい。コンテナ１の中央部にウィック構造体８を形成する場合に用いられる。形成するウィック構造体８の大きさに応じて金属粉体７の充填量が決められる。金属粉体７の充填量に対して、成形板３ａの長さを調整すればよい。
【００３５】
また、成形板３ｂとして、異形板を用いてもよい。成形板３ｂは、仕上がりのウィック構造体の形状を考慮して、予め形成される。押え棒５ａは、成形板３ｂの形状に合わせて適宜形状は適宜決められる。例えば、図７に示すように、成形板３ｂの中央部において、コンテナ１の内壁に向かって凸状の曲面が設けられている。金属粉体７は、この曲面に接して充填される。コンテナ１を扁平化すると、ウィック構造体８は台形状に形成される。押え棒５ａは、端部が成形板３ｂの両端に接し、且つ中央部に凹状の曲面に勘合する形状を有する。押え棒５ａは成形板３ｂの形状に合わせて適宜形状は決められる。押え棒５ａの断面形状は、上記の複雑な形状以外に、成形板３ｂを押さえることが可能であれば、円形、楕円および多角形などであってもよい。要は成形板３ｂで金属粉体７をコンテナ１側に押さえることができればよい。
【００３６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１…コンテナ、３…成形板、５…押え棒、７…金属粉体、８…ウィック構造体。
【図１】
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【図２】
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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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