(57)【要約】【課題】板状部材の外周部を圧接接合するヒートパイプにおいて、部材数を増やすことなく、被冷却素子が取り付けられる板状部材の面の平坦性を維持することができる、放熱性能に優れた圧接接合式ヒートパイプを提供する。【解決手段】フランジ形状の略平坦な外周部と、外周部と段差を有する略平坦な中央部と、外周部と中央部を連結する側壁部とを備えた一方のコンテナ材と、フランジ形状の略平坦な外周部と、外周部と段差を有する略平坦な中央部と、外周部と中央部を連結する側壁部と、中央部から一方のコンテナ材の中央部の方向に押し下げられ、かつ、先端が曲面状の複数の窪み部を備えた他方のコンテナ材とを対向配置し、外周部を圧接により接合させて形成された密閉空洞部を備えたコンテナと、空洞部内に配置されたウイック材と作動液とを備えた圧接接合式ヒートパイプ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジ形状の略平坦な外周部と、前記外周部と段差を有する略平坦な中央部と、前記外周部と前記中央部を連結する側壁部とを備えた一方のコンテナ材と、
フランジ形状の略平坦な外周部と、前記外周部と段差を有する略平坦な中央部と、前記外周部と前記中央部を連結する側壁部と、前記中央部から前記一方のコンテナ材の前記中央部の方向に押し下げられ、かつ、先端が曲面状の複数の窪み部を備えた他方のコンテナ材とを対向配置し、前記外周部を圧接により接合させて形成された密閉空洞部を備えたコンテナと、
前記空洞部内に配置されたウイック材と作動液とを備えた圧接接合式ヒートパイプ。
【請求項２】
前記窪み部が、前記一方のコンテナ材の外周部と前記他方のコンテナ材の外周部を圧接したときに、前記一方のコンテナ材および／または前記他方のコンテナ材の前記中央部の変形を防止することができる、前記側壁部の近傍の所定位置に設けられている、請求項１に記載の圧接接合式ヒートパイプ。
【請求項３】
前記他方のコンテナ材に形成された前記窪み部は、前記外周部の接合面よりも前記一方のコンテナ材に向かって深く形成されている、請求項１または２に記載の圧接接合式ヒートパイプ。
【請求項４】
前記窪み部の側面に、窪みの先端が根元よりも細くなるようにテーパーが設けられている、請求項１から３の何れか１項に記載の圧接接合式ヒートパイプ。
【請求項５】
前記窪み部の先端が、対向するコンテナ材の内面に配置されたウイック材と接触している、請求項１から４の何れか１項に記載の圧接接合式ヒートパイプ。
【請求項６】
前記窪み部の先端が回転対称な曲面である、請求項１から５の何れか１項に記載の圧接接合式ヒートパイプ。
【請求項７】
前記窪み部を有する他方のコンテナ材と対向する側の一方のコンテナ材に放熱フィンが設けられている、請求項１から６の何れか１項に記載の圧接接合式ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気・電子部品、例えば半導体チップ等の高発熱量の被冷却素子等を冷却するのに適した圧接接合式ヒートパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンのＣＰＵ、レーザ発光ダイオード、パワートランジスタ等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用によって発熱が生じ、その冷却が必要になっている。冷却を要する半導体素子等の電子部品を冷却する方法として、例えば機器にファンを取り付けて、機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に冷却体を取り付けることによって、その被冷却素子を直接的に冷却する方法等が知られている。被冷却素子に取り付ける冷却体として、例えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れた材料の板材や、或いは板型ヒートパイプ等が適用されることが多い。
【０００３】
ヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって熱の移動が行われる。冷却効率を高めるためには、被冷却素子が取り付けられる面の平坦性が維持されることが必要である。
【０００４】
板型ヒートパイプのコンテナの形成は、プレス等によって成形した２枚の板状部材をロウ付け等で接合する方法（例えば特開平１０−３８４８４号公報）、常温下で機械的に変形させる圧接接合方法（特開２００２−３１０５８１号公報）が知られている。
【０００５】
周囲を圧接にて接合するヒートパイプは、ロウ付けなどで接合するヒートパイプと異なり接合部材を用いないですむ。また、常温での接合が可能なので作動液を内部に保持した状態で圧接することができ、ロウ付けでは不可能であったコンテナ形成と作動液封入の各工程を同一工程にすることができる。つまり、省部材化、省工程化の点で低コストのヒートパイプが実現でき、圧接接合は特に板型ヒートパイプの作製方法として注目されている。
【０００６】
コンテナを圧接接合しようとした場合、圧接接合部の伸びがコンテナの中央部を変形させる。特に、コンテナを内部空間の方向に凹ませることが知られている。
なお、支持部材がない状態で圧接した場合、コンテナ内が大気圧と同じ場合でも圧接時にコンテナが同様に凹む。従って、良く知られているコンテナ内外の圧力差からヒートパイプが潰れることを防ぐことを目的とする補強構造と、ここで述べる支持構造は本質的に異なり、圧接接合方式特有の構造である。
【０００７】
コンテナの変形を防止するために、柱状部材をコンテナ内部に配置する方法が開示されている（特開２００６−３１３０３３号公報）。即ち、図７に示すように、上板材１０２と対応する下板材１０３を対向配置し、形成される空洞部内に柱状部材１０４、１０５を配置し、外周部を圧接するときにコンテナの平らな面が変形しないようにしている。更に、コンテナの代わりにエンボス加工を施す方法もある。即ち、図８に拡大して示すように上板材１０２に対向する下板材１０３にエンボス加工１０６を施している。
【特許文献１】特開平１０−３８４８４号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０５８１号公報
【特許文献３】特開２００６−３１３０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７を参照して説明したように支持部材を用いる場合、部材数が増える、支持部材をコンテナ内で位置決めする手段を更に設ける必要があるなど、コストが高くなるという問題点があった。
図８を参照して説明したように片側のコンテナにエンボス加工を施す場合、対向するコンテナに届くまで深く絞る必要があるが、深く絞りすぎると先端１０７や付け根１０８でコンテナが破断するため、絞る量に限界がある。結果として、ヒートパイプ内の空間を低くせざるを得ず、ヒートパイプの性能が低下するという問題があった。
【０００９】
図９に示すように、両方のコンテナにエンボス加工１０６を施して、窪みの先端の面を接触させれば、片側のみを絞る場合と比べてヒートパイプ内の空間を厚くすることができるが、ヒートパイプにフィン１０９を付けて冷却する場合では、図９（ｂ）に示すように、フィン１０９とエンボス部１０６の間に空洞ができてしまい、ヒートパイプ１０１からフィン１０９への熱伝達の効率が落ちるという問題があった。
【００１０】
従って、この発明の目的は、板状部材の外周部を圧接接合するヒートパイプにおいて、部材数を増やすことなく、被冷却素子が取り付けられる板状部材の面の平坦性を維持することができる、放熱性能に優れた圧接接合式ヒートパイプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者は従来の問題点を解決するため、鋭意研究を重ねた。その結果、対向配置される一方のコンテナ材に、中央部から他方のコンテナ材の中央部の方向に押し下げられ、かつ、先端が曲面状の複数の窪み部を備えていると、２つのコンテナ材が対向配置され、外周部を圧接により接合しても、中央部に変形が生じないことが判明した。
【００１２】
特に、上述した先端が曲面状の窪み部がコンテナの側壁部の近傍に設けられ、外周面の接合面よりも対向するコンテナ材に向かって深く形成されていると、より効果的であることが判明した。この発明は上述した研究結果に基づいてなされたものである。
【００１３】
この発明の圧接接合式ヒートパイプの第１の態様は、フランジ形状の略平坦な外周部と、前記外周部と段差を有する略平坦な中央部と、前記外周部と前記中央部を連結する側壁部とを備えた一方のコンテナ材と、
フランジ形状の略平坦な外周部と、前記外周部と段差を有する略平坦な中央部と、前記外周部と前記中央部を連結する側壁部と、前記中央部から前記一方のコンテナ材の前記中央部の方向に押し下げられ、かつ、先端が曲面状の複数の窪み部を備えた他方のコンテナ材とを対向配置し、前記外周部を圧接により接合させて形成された密閉空洞部を備えたコンテナと、
前記空洞部内に配置されたウイック材と作動液とを備えた圧接接合式ヒートパイプである。
【００１４】
この発明の圧接接合式ヒートパイプの第２の態様は、前記窪み部が、前記一方のコンテナ材の外周部と前記他方のコンテナ材の外周部を圧接したときに、前記一方のコンテナ材および／または前記他方のコンテナ材の前記中央部の変形を防止することができる、前記側壁部の近傍の所定位置に設けられている圧接接合式ヒートパイプである。
【００１５】
この発明の圧接接合式ヒートパイプの第３の態様は、前記他方のコンテナ材に形成された前記窪み部は、前記外周部の接合面よりも前記一方のコンテナ材に向かって深く形成されている圧接接合式ヒートパイプである。
【００１６】
この発明の圧接接合式ヒートパイプの第４の態様は、前記窪み部の側面に、窪みの先端が根元よりも細くなるようにテーパーが設けられている圧接接合式ヒートパイプである。
【００１７】
この発明の圧接接合式ヒートパイプの第５の態様は、前記窪み部の先端が、対向するコンテナ材の内面に配置されたウイック材と接触している圧接接合式ヒートパイプである。
【００１８】
この発明の圧接接合式ヒートパイプの第６の態様は、前記窪み部の先端が回転対称な曲面である圧接接合式ヒートパイプである。
【００１９】
この発明の圧接接合式ヒートパイプの第７の態様は、前記窪み部を有する他方のコンテナ材と対向する側の一方のコンテナ材に放熱フィンが設けられている圧接接合式ヒートパイプである。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の圧接接合式ヒートパイプによると、部材数を増やすことなく、被冷却素子が取り付けられる板状部材の面の平坦性を維持することができる、放熱性能に優れた圧接接合式ヒートパイプが得られる。
即ち、対向配置される一方のコンテナ材に、中央部から他方のコンテナ材の中央部の方向に押し下げられ、かつ、先端が曲面状の複数の窪み部を備えているので、２つのコンテナ材が対向配置され、外周部を圧接により接合しても、中央部に変形が生じないので平坦性が維持できる。
【００２１】
更に、上述した先端が曲面状の窪み部がコンテナの側壁部の近傍に設けられ、外周面の接合面よりも対向するコンテナ材に向かって深く形成されていると、中央部の変形がより効果的に防止することができ、被冷却素子が取り付けられる板状部材の面の平坦性を維持することができ、放熱性能に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明の圧接接合式ヒートパイプを、図面を参照しながら説明する。
この発明の圧接接合式ヒートパイプの１つの態様は、フランジ形状の略平坦な外周部と、外周部と段差を有する略平坦な中央部と、外周部と中央部を連結する側壁部とを備えた一方のコンテナ材と、フランジ形状の略平坦な外周部と、外周部と段差を有する略平坦な中央部と、外周部と中央部を連結する側壁部と、中央部から一方のコンテナ材の中央部の方向に押し下げられ、かつ、先端が曲面状の複数の窪み部を備えた他方のコンテナ材とを対向配置し、外周部を圧接により接合させて形成された密閉空洞部を備えたコンテナと、空洞部内に配置されたウイック材と作動液とを備えた圧接接合式ヒートパイプである。
【００２３】
図１（a）は、この発明の圧接接合式ヒートパイプの１つの態様を説明する、窪み部が形成されたコンテナ材側から見た平面図である。図１（ｂ）は図１（a）のＡ−Ａ断面の部分拡大図である。図１（a）に示すように、フランジ形状の略平坦な外周部４、略平坦な中央部８、および外周部４と中央部８を連結する側壁部５を備えた２つのコンテナ材２、３が内部に密閉空洞部を有するように対向配置され、外周部４が圧接接合されている。一方のコンテナ材２には、側壁部５の近傍に先端７が曲面状の複数の窪み部６を備えている。窪み部６は他方のコンテナ材３の中央部の方向に押し下げられている。
【００２４】
図１（ｂ）は図１（a）のＡ−Ａ断面の部分拡大図である。図１（ｂ）に示すように、一方のコンテナ材２の側壁部５の近傍に窪み部６が形成される。窪み部６は先端７を曲面、好ましくは回転対称な曲面になるように形成し、エンボス加工時にコンテナ面にかかる応力を分散させるようにする。その結果、先端での破断を防止することができる。更に、窪み部は、従来技術で説明したような先端部と根元部とが概ね同じ大きさではなく、先端部を根元部よりも細くなるように形成することが好ましく、これによって、根元部の変形量（角度）を小さくすることができ、根元部での破断を防止することができる。
【００２５】
窪み部の曲面の形状は窪みの形成時に応力が一部に集中しないように意図されていれば特に限定されるものではない。例えば、大半が曲面で構成されているものの一部に平坦部が残るような形状も含む。また、窪み部にかかる応力を均等に分散させるため、また成形の容易さを考慮すると、回転対称な形状、より好ましくは、球面がよい。
【００２６】
更に、図１（ｂ）に示すように、一方のコンテナ材２に形成された窪み部６は、外周部の接合面よりも他方のコンテナ材に向かって深く形成されている。即ち、他方のコンテナ材に向かって形成された窪み部の曲面の先端部は、他方のコンテナ材の中央部に接触することなく、外周部の接合面よりも深く押し下げられて形成されている。
【００２７】
図２は、別の態様のヒートパイプの図１（a）で示すＡ−Ａ断面の部分拡大図である。この態様では、窪み部６の先端部７の側面にテーパー部９を設けている。即ち、先端部７は球面、側面部はテーパー部（やや緩やかな斜面）９からなっており、このように側面部にテーパー部を設けることによって、先端部を根元部よりも細くすることができ、更に、根元部の曲げを９０度以下にすることができ、根元部にかかる応力を緩和することができる。
【００２８】
この態様によると、根元部、先端部にかかる応力を緩和して、より深い窪み部を成形することができる。先端部の側面のテーパー部は、図１を参照して説明した窪み部と比較するとより理解が容易である。図１に示す窪み部では根元部分の角度が９０度に近くかなり大きくなっている。これに対して、図２に示す窪み部は根元部分の角度が概ね４５度に近くやや小さくなっている。
【００２９】
例えば、厚さ０．５ｍｍのＣ１１００製の板材を１．８ｍｍ絞ってフランジ部、中央部、側壁部を形成し、先端が半径（Ｒ）２ｍｍの球面を有するオス型と、開口部がΦ６の径を有するメス型で挟んで中央部をプレスすることによって、深さ２．６ｍｍのフランジ部よりも深い窪み部をコンテナ材を破断させることなく成形することができる。
【００３０】
図３は、真空圧接後の窪み部を含むコンテナの部分断面図である。図３に示すように、対向配置される２つのコンテナ材２、３の一方のコンテナ材２に、中央部８から他方のコンテナ材３の中央部の方向に押し下げられ、かつ、先端が曲面状の複数の窪み部６を備え、２つのコンテナ材２、３の外周部５を圧接により接合する。２つのコンテナ材によって形成される密閉空洞部の他方のコンテナ材の中央部の内壁に沿ってメッシュ等のウイック材が配置される。
【００３１】
窪み部の先端と対向するコンテナ材の内壁との間隔をウイック材の厚さと概ね同一にすることによって、コンテナ内壁へのウイック材の固定を容易にする。なお、このように対向するコンテナ内壁と先端部に間隔を設けるように窪み部を形成することによって、ウイック材が垂れ下がって流路を塞ぐのを妨げるのでヒートパイプ内の空間を十分に確保することができる。また、圧接時にはウイックを介して対抗するコンテナ材と窪み部の間に摩擦が生じるので、対向するコンテナ材が窪みの上で滑りにくくなる。従って、ウイック材を入れることで、コンテナ中央部に応力がかかるのをより効果的に防ぎ、コンテナの変形防止効果をさらに増すこともできる。
図３に示すように、窪み部の曲面の先端部でメッシュを保持するので、平らな面でメッシュを保持するのに比べて、メッシュが遮られる面積が少なくなり有利である。
【００３２】
図４は、コンテナにフィン部を熱的に接続した状態を説明する部分断面図である。図４に示すように、窪み部が形成されない方のコンテナ材の表面にフィン部を接合している。窪み部が形成されない方のコンテナ材はその表面が概ね平坦であるので、コンテナ材とフィン部との間に空洞が生じることは無く、効率的に熱を移動することができる。
【００３３】
図５は、コンテナの内部に伝熱ブロックを備え、２つのコンテナ材のそれぞれの内壁にウイック材を配置した状態を説明する部分断面図である。図５に示すように、２つのコンテナ材２、３を対向配置して形成される空洞部の概ね中央に、両方のコンテナ材２、３に熱的に接続されて発熱素子１３の熱をフィン部１１が接合されるコンテナ材３に直接移動する伝熱ブロック１２が配置されている。
【００３４】
伝熱ブロックは、好ましくは、発熱素子と同じか、または、発熱素子の断面積よりも少し広い面積をカバーするように配置する。伝熱ブロックは、例えば、Ｃ１０２０材を使用して、圧接前に高温の還元雰囲気中で焼きなましておくと、外周部を圧接するときに、対向配置される２つのコンテナ材の内壁面によって強く挟まれて、コンテナ材の中央部を変形させることなく、伝熱ブロック自体がわずかに変形してコンテナ材の内壁と密着する。
【００３５】
図６は、対向配置された２つのコンテナ材のそれぞれの内壁面にウイック材が配置され、ウイック材を固定するウイック保持部材が配置されている状態を説明する部分断面図である。図６に示すように、２つのコンテナ材２、３を対向配置して形成される空洞部の概ね中央に、両方のコンテナ材２、３に熱的に接続されて発熱素子１３の熱をフィン部１１が接合されるコンテナ材３に直接移動する伝熱ブロック１２が配置されている。
【００３６】
コンテナ材２の内壁面およびコンテナ材３の内壁面に沿ってそれぞれウイック材１０が配置されている。コンテナ材３の内壁面に沿って配置されたウイック材１０は、窪み部６の先端部によって固定されている。更に、コンテナ材２の内壁面およびコンテナ材３の内壁面に沿ってそれぞれ配置されたウイック材１０は、ウイック保持部材１４によって固定されている。ウイック保持部材１４は、例えば銅製のメッシュを折り曲げて形成し、コンテナの内部の空洞部における蒸気の流れを完全に妨げないものが好ましい。
【００３７】
このように、ウイック保持部材を配置することによって、ウイック材が安定してコンテナの内壁面に保持され、コンテナ内壁面とウイック部材との間での毛管力が活用できるようになる。毛管力が増すことによって、トップヒートモードにおいても、より安定して作動するヒートパイプが得られる。
【００３８】
上述したように、この発明の圧接接合式ヒートパイプは、対向配置される一方のコンテナ材に、中央部から他方のコンテナ材の中央部の方向に押し下げられ、かつ、先端が曲面状の複数の窪み部を備えているので、２つのコンテナ材が対向配置され、外周部を圧接により接合しても、中央部に変形が生じない。更に、上述した先端が曲面状の窪み部がコンテナの側壁部の近傍に設けられ、外周面の接合面よりも対向するコンテナ材に向かって深く形成されていると、変形の防止がより効果的に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１（a）は、この発明の圧接接合式ヒートパイプの１つの態様を説明する、窪み部が形成されたコンテナ材側から見た平面図である。図１（ｂ）は図１（a）のＡ−Ａ断面の部分拡大図である。
【図２】図２は、別の態様のヒートパイプの図１（a）で示すＡ−Ａ断面の部分拡大図である。
【図３】図３は、真空圧接後の窪み部を含むコンテナの部分断面図である。
【図４】図４は、コンテナにフィン部を熱的に接続した状態を説明する部分断面図である。
【図５】図５は、コンテナの内部に伝熱ブロックを備え、２つのコンテナ材のそれぞれの内壁にウイック材を配置した状態を説明する部分断面図である。
【図６】図６は、対向配置された２つのコンテナ材のそれぞれの内壁面にウイック材が配置され、ウイック材を固定するウイック保持部材が配置されている状態を説明する部分断面図である。
【図７】図７は、上板材と下板材との間に柱状部材を配置した従来のヒートパイプを説明する断面図である。
【図８】図８は、従来のエンボス加工を施したヒートパイプを説明する部分拡大断面図である。
【図９】図９はエンボス加工を施したコンテナにフィン部を取り付けた状態を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  圧接接合式ヒートシンク
２  コンテナ材
３  コンテナ材
４  外周部
５  側壁部
６  窪み部
７  先端部
８  コンテナ材の中央部
９  窪み部の側面（テーパー部）
１０  ウイック部材
１１  フィン部
１２  伝熱ブロック
１３  発熱素子
１４  ウイック保持部材
【図１】
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【図２】
2008241227.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008241227.tif 000008
【図７】
2008241227.tif 000009
【図８】
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【図９】
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