(57)【要約】【目的】ヒートパイプの受熱部が放熱部よりも高い位置で使用する場合であっても、作動液の戻りが効果的に促進されて冷却性能が向上させることができ、且つ通常の内面溝付管と同様に転造加工により一工程で製造可能なヒートパイプ用の内面溝付管を提供する。【構成】管の内周面から管の内側に向かって先細りに形成されたフィンとフィンの間に形成された溝部を有し、管内に作動液を封入してなるヒートパイプ用内面溝付管であって、フィンの両側面の延長線同士が管の内部で交わる点をＤ、フィンの両側面の延長線がそれぞれ管の内周面と交わる点をＡ、Ｂ、ＡとＢの中間点をＣ、管の中心点をＯとしたとき、直線ＯＡ、ＯＢに対して、直線ＤＢ、ＤＡが同じ方向に傾いており、直線ＯＢに対する直線ＤＢの傾斜角θ２および直線ＯＡに対する直線ＤＡの傾斜角θ１のうち、小さい方の傾斜角が５°以上２５°以下であり、フィンの傾斜角θが１０〜３５°である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管の管軸と直角な断面において、管の内周面から管の内側に向かって先細りに形成された多数のフィンと該フィンの間に形成された前記管の内周面を溝底とする多数の溝部を有し、管内に作動液を封入してなるヒートパイプ用内面溝付管であって、フィンの両側面の延長線同士が管の内部で交わる点をＤ、フィンの両側面の延長線がそれぞれ管の内周面と交わる点をＡ、Ｂ、ＡとＢの中間点をＣ、管の中心点をＯとしたとき、直線ＯＡ、ＯＢに対して、直線ＤＢ、ＤＡが同じ方向に傾いており、直線ＯＢに対する直線ＤＢの傾斜角θ２および直線ＯＡに対する直線ＤＡの傾斜角θ１のうち、小さい方の傾斜角が５°以上２５°以下であり、フィンの傾斜角θが１０〜３５°であることを特徴とするヒートパイプ用内面溝付管。
【請求項２】
金属管の外径が６ｍｍ以下であり、前記フィンが管軸に対して所定のリード角をもって螺旋状に形成されており、該リード角が０°〜１０°であることを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ用内面溝付管。
【請求項３】
前記金属管が銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１または２記載のヒートパイプ用溝付管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプ用内面溝付管、詳しくは、ヒートパイプの受熱部（蒸発部）が
放熱部（凝縮部）よりも高い位置で使用する場合においても、放熱部から受熱部への作動液の戻りが促進されて冷却性能を向上させることができるヒートパイプ用の内面溝付管に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプのコンテナ内面には、放熱部から受熱部へ毛細管作用などによって作動液を移動させるために、スクリーンメッシュ、焼結金属層、細い溝条（グルーブ）などのウィックが設けられているが、従来より、ウィックの形態がグルーブ状のヒートパイプ、すなわち、ヒートパイプのコンテナとして内面に微細なグルーブが設けられた、所謂内面溝付管を用いたヒートパイプが多く用いられている。
【０００３】
このような内面溝付管をコンテナとしたヒートパイプにおいては、冷却性能の向上を図るために、溝形状などの最適化が試みられており、例えば、ヒートパイプのコンテナの内面に、コンテナの軸線に対して５〜５０°のリード角を有する溝深さｈが０．２ｍｍ以上の多数の溝を形成し、溝深さｈと溝の底部が形成するコンテナの内径ｄとの比ｈ／ｄを０．０２０〜０．０８０に限定したヒートパイプ（特許文献１参照）、溝総断面積と流路断面積の比を０．１３以上０．１６以下とし、溝の底幅と最大内径の比を０．０２以上０．０５以下とした内面溝付管を用いるヒートパイプ（特許文献２参照）が提案されている。
【０００４】
しかしながら、これらのヒートパイプにおいては、必ずしも十分な性能向上を得ることができず、とくに、ヒートパイプの受熱部（蒸発部）が放熱部（凝縮部）よりも高い位置で使用する場合やヒートパイプのコンテナを扁平状にコンパクト化して使用する必要がある場合には、放熱部から受熱部への作動液の戻りに問題があり、最大熱輸送量の向上を図ることが課題とされている。
【０００５】
ヒートパイプの受熱部（蒸発部）が放熱部（凝縮部）よりも高い位置で使用する場合に、最大熱輸送量を向上させることを目的として、金属管の内面に形成されるフィンの全体ないしは先端部分が隣りのフィンと接触しない距離を保って折れ曲がっており、且つフィンにより形成される溝の開口部幅が溝内部の幅より小さい内面溝付管を用いるヒートパイプ（特許文献３参照）が提案されており、同様な形態のものとして、隣接するフィンを互いに近付くよう傾斜させて三角形の溝を形成したヒートパイプや先端をＹ型に開いたフィンを形成した内面溝付管を用いるヒートパイプ（特許文献４）も提案されている。
【０００６】
上記提案のヒートパイプによれば、最大熱輸送量の向上を期待することができるが、これらのヒートパイプ用内面溝付管を得るためには、以下に述べるような製造上の問題がある。すなわち、ヒートパイプ用内面溝付管は、通常、外周面に溝が形成された転造プラグを金属管内に挿入し、該プラグに整合する金属管の外面位置を複数個の転造ボールまたは転造ロールで押圧して、金属管内面にプラグの溝を転写する転造加工により一工程で製造されるが、前記提案のヒートパイプ用内面溝付管は、押出成形によりハイフィン管を作製し、または溝幅が一定の通常の内面溝付管を作製した後、溝の開口部幅を狭くするために抽伸加工する工程が必要となるため、製造工程増により製造コストが増大するという難点があり、また、とくに外径が６ｍｍ以下の銅または銅合金製の内面溝付管を製造する場合には成形加工が容易ではなく、寸法精度にも問題が生じ易い。
【特許文献１】特開２００３−２２２４８０号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１５９９号公報
【特許文献３】特開平１−２０３８９４号公報
【特許文献４】特開２００５−１８０９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、前記提案のヒートパイプ用内面溝付管をベースとして、溝形態と熱輸送量との関連、とくに、受熱部が放熱部よりも高い位置で使用する場合の溝形態と熱輸送量との関連について試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、熱輸送量が大きく、とくに、ヒートパイプの受熱部が放熱部よりも高い位置で使用する場合であっても、作動液の戻りが効果的に促進されて冷却性能を向上させることができ、且つ通常の内面溝付管と同様に転造加工により一工程で製造可能なヒートパイプ用の内面溝付管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための請求項１によるヒートパイプ用内面溝付管は、金属管の管軸と直角な断面において、管の内周面から管の内側に向かって先細りに形成された多数のフィンと該フィンの間に形成された前記管の内周面を溝底とする多数の溝部を有し、管内に作動液を封入してなるヒートパイプ用内面溝付管であって、フィンの両側面の延長線同士が管の内部で交わる点をＤ、フィンの両側面の延長線がそれぞれ管の内周面と交わる点をＡ、Ｂ、ＡとＢの中間点をＣ、管の中心点をＯとしたとき、直線ＯＡ、ＯＢに対して、直線ＤＢ、ＤＡが同じ方向に傾いており、直線ＯＢに対する直線ＤＢの傾斜角θ２および直線ＯＡに対する直線ＤＡの傾斜角θ１のうち、小さい方の傾斜角が５°以上２５°以下であり、フィンの傾斜角θが１０〜３５°であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２によるヒートパイプ用内面溝付管は、請求項１において、金属管の外径が６ｍｍ以下であり、前記フィンが管軸に対して所定のリード角をもって螺旋状に形成されており、該リード角が０°〜１０°であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３によるヒートパイプ用内面溝付管は、請求項１または２において、前記金属管が銅または銅合金からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ヒートパイプの受熱部への作動液の戻りを効果的に促進することによって、冷却性能を向上させることができ、とくに、ヒートパイプの受熱部（蒸発部）が放熱部（凝縮部）よりも高い位置で使用する場合や、ヒートパイプのコンテナを扁平状にコンパクト化して使用する必要がある場合における最大熱輸送量を顕著に向上させることが可能となる。さらに、比較的安価な転造加工法によって製造することができるので、コスト的にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面により本発明のヒートパイプ用内面溝付管を、従来のヒートパイプ用内面溝付管と対比して説明する。図２は、従来のヒートパイプ用内面溝付管のフィンと溝部を示す一部横断面図であり、図１は、本発明によるヒートパイプ用内面溝付管のフィンと溝部を示す一部横断面図である。
【００１３】
図２に示す従来のヒートパイプ用内面溝付管Ｔ２も、図1に示す本発明によるヒートパイプ用内面溝付管Ｔ１も、金属管の管軸と直角な断面において、管の内周面ＩＷから管の内側に向かって先細りに形成された多数のフィンＦとフィンＦの間に形成された管の内周面ＩＷを溝底とする多数の溝部Ｇを有し、管内に作動液を封入してなるヒートパイプ用内面溝付管である。なお、図１および図２において、同じ部位には同一の符号を付した。
【００１４】
従来のヒートパイプ用内面溝付管Ｔ２においては、図２に示すように、フィンＦの両側面１、２の延長線同士が管の内部で交わる点をＤ、フィンＦの両側面１、２の延長線がそれぞれ管の内周面ＩＷと交わる点をＡ、Ｂ、ＡとＢの中間点をＣとしたとき、フィンＦは、その中心線ＤＣに対して左右対称となっており、フィンＦは、頂角αで先細りに形成されている。ｈは溝底（管の内周面ＩＷ）からフィンＦの頂部までの高さである。
【００１５】
これに対して、本発明によるヒートパイプ用内面溝付管Ｔ１においては、図１に示すように、フィンＦの両側面１、２の延長線同士が管の内部で交わる点をＤ、フィンの両側面１、２の延長線がそれぞれ管の内周面ＩＷと交わる点をＡ、Ｂ、ＡとＢの中間点をＣ、管の中心点をＯとしたとき、直線ＯＡ、ＯＢに対して、直線ＤＢ、ＤＡが同じ方向に傾いており、直線ＯＢに対する直線ＤＢの傾斜角θ２および直線ＯＡに対する直線ＤＡの傾斜角θ１のうち、小さい方の傾斜角が５°以上２５°以下であり、フィンの傾斜角θ（直線ＯＣと直線ＤＣとの角度）が１０〜３５°である
【００１６】
図１においては、フィンＦは時計回り方向に傾斜しているから、θ１の方がθ２より小さくなっている。傾斜角度θ１、θ２のうち小さい方の傾斜角度が０°を超えているということは、このフィンに隣接する溝Ｇが図１に示すように鋭角的に切れ込んでいる（直線ＤＡと管内周面（溝底）ＩＷとのなす角が鋭角である）ことを表し、鋭角的に切れ込んでいることにより、受熱部からの作動液の戻りが促進される効果が与えられる。この効果は、傾斜角度θ１、θ２のうち小さい方の傾斜角度が５°以上の場合に得られる。その角度は大きい方が効果的であるが、２５°を超えると転造加工法による製造が困難となる。
【００１７】
フィンＦの頂角αは、通常、２５°以下の範囲が採用される。管内径、フィン高さｈ、溝条数が同一の場合、αが小さい方が、溝断面積は大きくなり、ヒートパイプの熱輸送量は大きくなるので、αはできるだけ小さい方が望ましく、５〜２０°が望ましい範囲である。
【００１８】
フィンの傾斜角度θ（管の溝底部を形成する管の内周面ＩＷにおけるＡ点とＢ点の中間点（Ｃ点）とフィンの頂角の基点（Ｄ点）を結ぶ直線ＤＣがＣ点と管の中心Ｏを結ぶ直線ＯＣに対して傾斜している角度）は、通常、フィン高さが管の内径と比較して十分小さいので、Ａ点からＣ点を経てＢ点へと繋がる管の内周面ＩＷはほぼ直線で近似され、フィンの傾斜角度θは、フィンの両側面の傾斜角度の平均値（θ1＋θ２）／２となる。フィン傾斜角度θを大きくするほど製造は難しくなる。製造の困難性を考慮すると、フィンの傾斜角度θは１０〜３５°が望ましい範囲である。
【００１９】
図１においては、フィンは時計回りに（右側に）傾斜したものとなっているが、反時計回りに（左側に）傾斜しているものでもよい。但し、管内面に形成された全てのフィンが同一方向に傾斜していることが望ましい。また、図１において、フィンの頂部形状は円弧状を呈しているが、従来の内面溝付管と同様、フィンの頂部は平坦、すなわち、フィンが断面台形状であってもよい。
【００２０】
図１におけるフィンＦの根元部３の拡大図を図３に示す。フィンの側面２と溝底（管内周面ＩＷ）との連結部は円弧状となっており、その曲率半径をＲで表す。Ｒはできるだけ小さい方がヒートパイプの熱輸送量が大きく冷却性能が良好となる。曲率半径Ｒが０ｍｍのものが好ましいが、曲率半径を０ｍｍとすることは製造上困難であるから、曲率半径Ｒは０．０５ｍｍ以下の円弧とする。
【００２１】
本発明のヒートパイプ用内面溝付管においては、フィンＦが管軸に対して所定のリード角、すなわち傾斜角をもって螺旋状に形成されており、好ましいリード角が０°〜１０°である。リード角はできるだけ小さいこと方が望ましく、リード角が大きくなるほど、受熱部への作動液の戻りの抵抗が大きくなる。
【００２２】
図２に示すような断面形状を有する本発明のヒートパイプ用内面溝付管は、転造加工法により一工程で製造することができる。本発明のヒートパイプ用内面溝付管は、通常、加工性の良好な、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの材質が採用される。とくに、純銅、具体的には無酸素銅ＪＩＳ  Ｈ３３００  Ｃ１０２０を用いて製造するのが好適である。
【００２３】
具体的には、本発明のヒートパイプ用内面溝付管の製造は、常法に従って製造された内面平滑管を原管とし、この原管の内部に外面に傾斜溝を形成した転造プラグを挿入したのち、この転造プラグに整合する原管の外面位置を複数個の転造ボールもしくは転造ロールにて押圧し、原管の内面に転造プラグの外面に形成された傾斜溝を転写することにより行われる。
【００２４】
この場合、製造される内面溝付管において、図１における直線ＯＢ、ＯＡに対する直線ＤＢ、ＤＡの傾き、直線ＯＢに対する直線ＤＢの傾斜角θ２および直線ＯＡに対する直線ＤＡの傾斜角θ１のうち小さい方の傾斜角、フィンの傾斜角θが前記のように特定されるような形態の傾斜溝をそなえた転造プラグを用いて転造加工を行うことによって、転造加工のみで傾斜したフィンを有する内面溝付管を製造することが可能となる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
実施例１
転造加工により、図１に示すように、フィンが時計回りに傾斜した下記の内面溝付管を製造した。
外径：６ｍｍ、
最大内径（＝管の溝底部を形成する管内周に相当）：５．４４ｍｍ
フィン高さｈ：０．２４ｍｍ
フィン側面の傾斜角度のうち小さい方の傾斜角度θ1：１７．５°
フィンの傾斜角度θ：２５°  
フィン頂角α：１５°
リード角：２°
溝条数：５９条
フィン右側の根元Ｒ：０．０８ｍｍ
管の材質：無酸素銅
【００２７】
実施例２
フィン右側の根元Ｒを０．０２ｍｍとした以外は、実施例１と同じ内面溝付管を実施例１と同様にして製造した。
【００２８】
比較例１
転造加工により、図２に示すように、フィンが傾斜していない下記の内面溝付管を製造した。
外径：６ｍｍ、
最大内径（＝管の溝底部を形成する管内周に相当）：５．４４ｍｍ
フィン高さｈ：０．２７ｍｍ
フィンの傾斜角度θ：０°  
フィン頂角α：１５°
リード角：２°
溝条数：５９条
フィン右側の根元Ｒ：０．０８ｍｍ
管の材質：無酸素銅
【００２９】
実施例１〜２、比較例１で製造された内面溝付管を用い、作動液として純水を封入して、円形断面のヒートパイプを製作した。このヒートパイプを厚さ１．６ｍｍとなるように押し潰し、扁平ヒートパイプを製作した。なお、ヒートパイプ製造条件は同一とした。
【００３０】
得られた扁平ヒートパイプを、３０°傾斜させた状態で、受熱部（蒸発部）が高い位置になるようにして、最大熱輸送量の比較評価を行った結果、最大熱輸送量は、比較例１の内面溝付管によるヒートパイプを１としたとき、実施例１の内面溝付管によるヒートパイプは１．３、実施例２の内面溝付管によるヒートパイプは１．４であり、共にヒートパイプの性能向上が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による内面溝付管の内面フィンと溝の形態を示す一部横断面図である。
【図２】従来の内面溝付管の内面フィンと溝の形態を示す一部横断面図である。
【図３】図１の内面溝付管のフィン根元部３の拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    フィンの側面
２    フィンの側面
３    フィンの根元部
Ｆ    フィン
Ｇ    溝
ＩＷ  管内周面
Ｔ１  本発明の内面溝付管
Ｔ２  従来の内面溝付管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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