(57)【要約】【課題】生産性がよく、強固で複雑な形状の製作が可能な、ヒートパイプ、ヒートシンクとその製造技術の提供。【解決手段】アルミニウム合金をプレスにより熱媒体流路２と接合面４を有する第１熱交換部材１ａを成形する。この第１熱交換部材１ａに第２熱交換部材１ｂを接合して、ヒートパイプ、ヒートシンクを製造する。内部に熱媒体還流のための管路を確保する。接合面４にはポリブチレンテレフタート樹脂及び／又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分として含む熱可塑性樹脂体９を固着させる。第１熱交換部材１ａと第２熱交換部材１ｂは、熱可塑性樹脂体９の固着前に固着促進処理として、アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行う。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体流路と接合面を有して成形されるアルミニウム合金の第１熱交換部材と、
この第１熱交換部材に接合する部材で、熱媒体流路と接合面を有して成形されるアルミニウム合金の第２熱交換部材と、
前記第１熱交換部材又は前記第２熱交換部材の接合面で前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材を接合するための熱可塑性樹脂組成物と、
前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材とが接合されたとき内部に熱媒体還流のための密閉された管路が形成されることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートパイプの一端に熱源入熱体が設けられ、前記ヒートパイプ又は前記熱源入熱体の外形部にフィンが、内部に熱媒体が設けられたヒートシンク。
【請求項３】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記第１熱交換部材又は前記第２熱交換部材の前記接合面は、前記熱可塑性樹脂組成物を固着させるための凹部が設けられていることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項４】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
第１熱交換部材と前記第２熱交換部材は、接合前にアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する固着促進処理によって構成された部材であることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項５】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材を接合する前記熱可塑性樹脂組成物はポリブチレンテレフタート樹脂及び／又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分としていることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項６】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記熱可塑性樹脂組成物は、機械的性質の改善のための繊維フィラー及び／又は粉末型フィラーが加えられているものであることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項７】
請求項２に記載のヒートシンクにおいて、
前記ヒートシンクは、折り曲げ屈曲形状をなす形状であることを特徴とするヒートシンク。
【請求項８】
請求項６に記載のヒートパイプにおいて、
前記繊維フィラーは、ガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される１種以上であり、前記粉末型フィラーは、炭酸カルシューム、炭酸マグネシューム、シリカ、タルク、ガラス、及び粘土から選択される１種以上であることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項９】
熱媒体流路と接合面を有するアルミニウム合金の第１熱交換部材を成形する行程と、
熱媒体流路と接合面を有するアルミニウム合金の第２熱交換部材を成形する行程と、
前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材の接合面の固着促進処理を行う工程と、
前記第１熱交換部材又は前記第２熱交換部材の接合面に熱可塑性樹脂組成物を固着させる工程と、
前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材の接合面を突き合せ接合し内部に熱媒体還流のための密閉された管路を形成する工程と
からなるヒートパイプの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のヒートパイプの製造方法において、
前記固着促進処理を行って前記熱可塑性樹脂組成物を固着させる工程は、前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材の接合面をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行って、前記処理のなされた前記接合面にポリブチレンテレフタート樹脂、及び／又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分として含む熱可塑性樹脂組成物を固着させる行程である
ことを特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のヒートパイプの製造方法において、
前記浸漬する処理を行う行程の前に、前記第１熱交換部材及び／又は前記第２熱交換部材を塩基性水溶液、及び／又は酸水溶液に浸漬する前処理工程を行うことを特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のヒートパイプの製造方法において、
前記第１熱交換部材及び前記第２熱交換部材は、熱源入熱体を含むものであり、前記ヒートパイプ又は前記熱源入熱体の外形部にフィンを結合する工程を加えてヒートシンクを製造することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器や自動車部品等の熱交換に使用されるヒートパイプ、ヒートシンクとその製造技術に関する。更に詳しくは、成形された熱交換部材を接合させる構成のヒートパイプ、ヒートシンクとその製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコンや空調機器等には多くの発熱デバイスが組み込まれ、熱源となっている。これらの装置を冷却するために種々の熱交換器が使用されている。これら熱交換器は多岐にわたり、対象の機器に応じて最適なタイプのものが使用されているが、その製造方法も又種々である。
【０００３】
一般的には、熱媒体を通すチューブ材をろう付けして熱交換器の構造体を製造している。特にアルミニウム製の熱交換器は、ろう付けによる場合が一般的である。このろう付けは、組み立てられたアルミニウム合金の構造体を加熱炉内に入れ、全体をろう材の融解温度以上に加熱して接合する方法である。又最近はろう付け以外に他の方法でチューブ等を接合、形成する方法も提案されている。
【０００４】
例えば、アルミニウム合金の板を２枚張り合わせ圧着させ、非圧着部分の開口部から圧力を加えて非圧着部分を膨らませ流体通路を形成し、開口部を溶接等で閉じ熱交換器を製造する方法、あるいはアルミニウム合金の板を予め流体通路を成形して張り合わせ圧着させる方法、更に圧着以外に接着剤を使用して接合する方法等が知られている。（例えば特許文献１，２，３参照）又、情報、移動体通信機器等には、多数の半導体素子が集積されており、これらは熱源であるので効率的に放熱されることが必要である。これに対応した技術でヒートパイプを使用するものでは、ヒートパイプの一端を挿入する構造にしてヒートシンクのベースの一部にするもの、フィンをヒートパイプにろう付け等で取り付けた構成のもの、薄型ヒートパイプに関わりグリーンシートを利用したもの等の熱交換器が提案されている（例えば特許文献４，５，６参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−９８１９３号公報
【特許文献２】
特開２００１−５０６８２号公報
【特許文献３】
特開２００２−２６７３８２号公報
【特許文献４】
特開２００３−１１５６８５号公報
【特許文献５】
特開２００３−１１００７２号公報
【特許文献６】
特開２００２−３２７９９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、熱交換器を製造する方法は種々提案されているが、問題点も生じている。特にろう付けによる方法は、従来から一般的に行われている方法ではあるが、熱交換器が複雑になり、また小型で薄型になっている現状には能率的ではなく、又コスト高になっている。大量生産にも能率的とはいえない方法である。ろう付け以外の方法については、接着方法に確実性がなく、用途は限定される。圧着方法等においては、加熱しながら加圧させるため、真空又は不活性ガス中の非酸化雰囲気で行わねばならない等、製造上の環境条件の整備が必要であり、どうしても設備が高コストになる。
【０００７】
板を折り返す方法においても折り返した合わせ部分を一致させねばならない等、製造対象の製品形状が限定されたものとなる。又、薄型で電子機器に適用するヒートパイプは、もともと一体のパイプであることから相手電子機器に合わせた形状のものを製造するには制約がある。更に、フィン付きにすると貫通穴を介した構成となるので、どうしても構造が複雑となってしまう。このように従来の熱交換器とその製造方法は必ずしも現状に対応し満足できるものとはいえない。
【０００８】
又、金属体に樹脂を付して一体化した製品は、熱交換器以外に従来から一般的に知られている。金属と樹脂を一体化する技術は、自動車、家庭電化製品、産業機器等の部品製造等の広い分野から求められており、このために多くの接着剤が開発されている。この中には非常に優れた接着剤がある。常温、又は加熱により機能を発揮する接着剤は、金属と合成樹脂を一体化する接合に使われ、この接合方法は現在では一般的な技術である。特に、ヒートパイプ、ヒートシンクの場合は、密閉された管路内で作動流体が温度差を有して還流するものであるから、この作動流体が凝縮したときはその高真空に耐え、又、作動流体の蒸発時にはその高圧に耐えるものでなければならない。
【０００９】
接着剤を使用しない、より合理的な接合方法は従来から研究されてきたが、今だ効果的で、安定したものとなっていない。マグネシューム、アルミニウムやその合金である軽金属類、ステンレスなど鉄合金類に対して、接着剤の介在なしで高強度のエンジニアリング樹脂を一体化する方法、例えば、金属側に樹脂成分を射出等の方法で接着する方法、略して「射出接着法」は、本発明の発明者の知る限りにおいて現在のところ実用化されていない。
【００１０】
本発明者らは鋭意研究開発を進め、アンモニアやヒドラジンや水溶性アミン系化合物の水溶液に金属形状物を浸漬してからポリブチレンテレフタレート樹脂（以下、「ＰＢＴ」という。）を主成分とする熱可塑性樹脂組成物と通常の射出成形温度と射出成形圧力下で接触させると特異的に接着力が上がることを発見した。また、従来から金属製品をインサート成形して金属と樹脂の複合製品を作ることは知られている。
【００１１】
しかしながら、これらの従来の複合体の製造方法は、電気的な接点、アルミニウム箔等を製造する方法であり、強力な接着力（固着力）、剛性が要求される機械的な構造物に適用できるものではない。本発明者等は、その他の樹脂でも同様なことが起こりうるかに着目し更に研究を進めた。提案した前記発明でアンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬処理したアルミニウム合金を電子顕微鏡で観察すると３０〜３００ｎｍ径の微細な凹部が生じている。
【００１２】
これらはアルミニウム合金表面が極微細にエッチングされ、更にその表面にアンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン系化合物に起因する窒素化合物が存在していることを示す。本発明者らの推測では、アンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン化合物がアルミニウム原子に化学吸着しているというものである。もし、熱可塑性樹脂組成物がこれらの化学吸着物質に接触したときに反応が生じれば急速に冷却固化することなくアルミ表面に出来た微細凹部にまで浸入することがあり得ることであろう。
【００１３】
ＰＢＴはカルボン酸エステルの集合体であり、カルボン酸エステルはアミン系化合物と反応を起こしてカルボン酸アミドとアルコールになることが分かっており、この推定が妥当であることを示している。そこで、同様にアンモニア、ヒドラジン、アミン系化合物と反応を起こしうる他の高分子を考えた。一つはポリフェニレンスルフィド樹脂である。
【００１４】
この樹脂は米国のフィリップスペトロリウム社で開発されたエンジニアリングプラスチックであり、ｐ−ジクロルベンゼンと硫化水素ナトリュームと苛性ソーダの脱食塩の重縮合反応から作られる。このポリフェニレンスルフィド樹脂の組成は、製法上、分子量の高いポリフェニレンスルフィドだけではなくフェニレン基が数個、十数個、数十個の低分子量のオリゴマーを３〜１０％含むものである。
【００１５】
しかもこれらオリゴマーやポリマーには分子末端が塩素であるものが多く含まれる。本発明者らは、この塩素末端は塩基性であるアミン類と高温下で化学反応して塩を作るのではないかと推定した。実験の結果、ポリフェニレンスルフィド樹脂も同様な処理をしたアルミニウム合金について射出接着、即ち射出成形金型内にアルミニウム合金をインサートして熱可塑性樹脂組成物を射出してこれがアルミニウム合金に固着（接着）することが分かった。前記推論の正しさについては追試験が必要であるが、本発明の水平展開での考え方には良い指針になるであろう。
【００１６】
一方、金属製品として、熱交換器は前述のような製造方法によっていて、結合方法での問題点、あるいはコスト的な問題点を有していて、現状は必ずしも満足できる状態にない。特に、モバイル等電子製品は、数も多く、熱交換部品といえどもこれに応えるものでなければならなず、前述のように、ヒートパイプにおいては、機能面でも向上されたものが求められており、より薄く、低コスト化が求められている。熱交換器は安全性に関わる部品でもあり、特に接合関係は確実性のあるものでなければならない。
【００１７】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、対向する２つのアルミニウム合金の熱交換部材の接合面を固着促進処理して、熱可塑性樹脂組成物で強固に接合し、高圧、高真空に耐えるようにしたヒートパイプ、ヒートシンクとその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、複雑形状の可能なヒートパイプ、ヒートシンクとその製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、薄く、低コストで、大量生産可能なヒートパイプ、ヒートシンクとその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため次の手段を採る。
本発明１のヒートパイプは、熱媒体流路と接合面を有して成形されるアルミニウム合金の第１熱交換部材と、この第１熱交換部材に接合する部材で、熱媒体流路と接合面を有して成形されるアルミニウム合金の第２熱交換部材と、前記第１熱交換部材又は前記第２熱交換部材の接合面で前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材を接合するための熱可塑性樹脂組成物と、前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材とが接合されたとき内部に熱媒体還流のための密閉された管路が形成されることを特徴としている。
【００１９】
本発明２のヒートシンクは、発明１において、ヒートパイプの一端に熱源入熱体が設けられ、前記ヒートパイプ又は前記熱源入熱体の外形部にフィンが、内部に熱媒体が設けられていることを特徴としている。
本発明３のヒートパイプは、本発明１において、前記第１熱交換部材又は前記第２熱交換部材の前記接合面は、前記熱可塑性樹脂組成物を固着させるための凹部が設けられていることを特徴としている。
本発明４のヒートパイプは、本発明１において、前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材は、接合前にアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する固着促進処理によって構成された部材であることを特徴としている。
【００２０】
本発明５のヒートパイプは、本発明１において、前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材を接合する前記熱可塑性樹脂組成物はポリブチレンテレフタート樹脂及び／又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分としていることを特徴としている。
本発明６のヒートパイプは、本発明１において、前記熱可塑性樹脂組成物は、機械的性質の改善のための繊維フィラー及び／又は粉末型フィラーが加えられているものであることを特徴としている。
発明７のヒートシンクは、発明２において、前記ヒートシンクは、折り曲げ屈曲形状をなす形状であることを特徴としている。
発明８のヒートパイプは、発明６において、前記繊維フィラーは、ガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される１種以上であり、前記粉末型フィラーは、炭酸カルシューム、炭酸マグネシューム、シリカ、タルク、ガラス、及び粘土から選択される１種以上であることを特徴としている。
【００２１】
発明９のヒートパイプの製造方法は、熱媒体流路と接合面を有するアルミニウム合金の第１熱交換部材を成形する行程と、熱媒体流路と接合面を有するアルミニウム合金の第２熱交換部材を成形する行程と、前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材の接合面を固着促進処理を行う工程と、前記第１熱交換部材又は前記第２熱交換部材の接合面に熱可塑性樹脂組成物を固着させる工程と、前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材の接合面を突き合せ接合し内部に熱媒体還流のための密閉された管路を形成する工程と、からなっていることを特徴としている。
【００２２】
発明１０のヒートパイプの製造方法は、発明９において、前記固着促進処理を行って前記熱可塑性樹脂組成物を固着させる工程は、前記第１熱交換部材と前記第２熱交換部材の接合面をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する処理を行って、前記処理のなされた前記接合面にポリブチレンテレフタート樹脂、及び／又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分として含む熱可塑性樹脂組成物を固着させる行程であることを特徴としている。
【００２３】
発明１１のヒートパイプの製造方法は、発明１０において、前記浸漬する処理を行う行程の前に、前記第１熱交換部材及び／又は前記第２熱交換部材を塩基性水溶液、及び／又は酸水溶液に浸漬する前処理工程を行うことを特徴としている。
【００２４】
発明１２のヒートシンクの製造方法は、発明９において、前記第１熱交換部材及び前記第２熱交換部材は、熱源入熱体を含むものであり、前記ヒートパイプ又は前記熱源入熱体の外形部にフィンを結合する工程を加えてヒートシンクを製造することを特徴としている。
【００２５】
以下、前述した本発明を詳細に説明する。ヒートパイプは、パイプ状の熱交換器で、パイプ内の熱媒体が還流して入熱側から潜熱吸収されてパイプ端側に移動し潜熱放出される構造になっているものである。ヒートシンクは、ヒートパイプをベースに熱放散をよくするためにフィン等を備え、又、半導体素子等の熱源から熱を吸熱しやすいように、あるいは熱伝達しやすいようにヒートパイプに平板体あるいはタンク形状のブロックが付設されているものである。
【００２６】
ヒートパイプの作動原理は次のようになっている。半導体素子等の熱源で入熱されると、熱媒体が潜熱吸収され蒸発してその蒸気が低温側、即ち熱源から離れたヒートパイプの端部に移動する。低温側に移動すると熱媒体は凝縮する。このとき潜熱放散が行われヒートパイプのパイプ壁から放熱される。放熱されると熱媒体は蒸発側に戻る。この動作が連続的に行われ熱が熱源から移動して熱放散し半導体素子等の熱源を冷却する。ヒートパイプにフィン等を設けるのは、熱放散を促進させるためのものである。
【００２７】
〔アルミニウム合金ヒートパイプ〕
熱交換器のアルミニウム合金ヒートパイプの素材として使用されるアルミニウム合金は、日本工業規格（ＪＩＳ）で規格化されている１０００〜７０００番系の物、またダイキャスト用の各種のアルミニウム合金が使用できる。１０００番系は高純度アルミ系の合金であるが、その他はアルミニウム以外にマグネシューム、珪素、銅、マンガン、その他が含まれた多種の目的に合わせた合金系である。この表面の前処理工程は、アルミニウム以外の金属が比較的多く含まれる合金種では、後述する「前処理法」が好ましい方法であるが、必ずしもこの前処理工程は必要なものではない。
【００２８】
何れにせよ、高純度アルミニウム合金のみならず現在実際に各種機器の筐体等に使用されているアルミニウム合金の多くが使用可能である。ヒートパイプの母体は、プレス成形によって製造されるが、本発明の場合は分割された片側の部分、即ち熱交換部材を別々に成形する。ヒートパイプとしては、この成型されたものと板状のもの、又は勝手違いで成型されたものとを合わせ密閉して構成される。この合わせ目に樹脂を流し接着を行う。
【００２９】
樹脂による固着（接着）を行う場合、前述のように所望の設定流路で成形されたアルミニウム合金の合わせ部分に射出成形によって、樹脂、即ち、ポリブチレンテレフタート樹脂又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分として含む熱可塑性樹脂組成物を射出させる。このアルミニウム合金は、接着される表面が酸化や水酸化された錆等の厚い被膜がないことが必要であり、長期間の自然放置で表面に錆の存在が明らかなものは研磨して取り除くことが必要である。
【００３０】
（ｉ）表面加工
研磨と兼ねてもよいが、以下に述べる水溶液を使った前処理工程の直前にサンドブラスト加工、ショットブラスト加工、研削加工、バレル加工等で表面の錆等の被膜層を機械加工により除去する表面加工を行うことが好ましい。後述する熱可塑性樹脂組成物と接着（固着）する面がこれらの表面加工によって表面が粗い面、即ち表面粗さを大きくして、この表面と熱可塑性樹脂組成物との接着効果を高めることが好ましい。
【００３１】
加えて、この表面加工は、プレス等の金属加工工程で残った表面の油脂層の除去と、プレス加工後のアルミニウム合金熱交換部材としての保存保管期間中に、その表面に生じた酸化物層、腐食物層等を剥ぎ取ってアルミニウム合金表面を更新する等、の重要な役目がある。これで、次工程の処置を更新された表面全体に均一に作用させることにおいて、効果的である。また、本発明者等の実験によれば、ブラスト処理をしたアルミニウム合金の熱交換部材は、乾燥空気下での１週間程度の保管であれば、即日、次工程で処理したものとその表面状態は大差ないことを確認した。
【００３２】
（ｉｉ）洗浄工程
この洗浄工程は、前述した表面加工を行うので、本発明では必ずしも必要な工程ではない。しかしながら、アルミニウム合金パネルの表面には、油脂類や微細な塵、塗装等が付着している。特に、プレス加工された直後の表面には、プレス加工時の付着物が付いておりこれらを洗浄することが好ましい。
【００３３】
汚れの種類によるが、市販のアルミ脱脂洗剤で洗浄するか、又は水溶性有機溶剤に浸漬するなどの方法で汚れを除去した後、水洗するのが好ましい。水溶性の有機溶剤としては、例えば、アセトン、メタノール、エタノール等がある。もし強く油性物が付着している状況であれば、ケロシン、ベンジン、キシレンなどの有機溶剤で洗浄する工程をその前に入れることも好ましい。
【００３４】
水洗浄後の保存期間も可能な限り短くする。出来れば、洗浄工程と次に示す工程（前処理工程）は時間を置かずに連続的に処理されるのが好ましい。連続的に処理する場合は、洗浄工程の後に乾燥する必要はない。
【００３５】
〔前処理工程〕
後述する処理工程の前処理として、次に説明する前処理工程を行うと、アルミニウム合金熱交換部材と熱可塑性樹脂組成物との接着がより効果的である。特に１０００番系アルミニウム合金（純アルミニウム合金系）以外のアルミニウム合金では有効である。要するに、前工程で得たアルミニウム合金が次の必須工程での効果が十分出るように予め加工するのがこの工程の目的である。
【００３６】
アルミニウム合金表面に微細なエッチング面を形成するための前処理である。アルミニウム合金熱交換部材をまず塩基性水溶液（ｐＨ＞７）に浸漬し、その後にアルミニウム合金熱交換部材を水洗する。塩基性水溶液に使う塩基としては、水酸化ナトリューム（ＮａＯＨ）、水酸化カリューム（ＫＯＨ）等の水酸化アルカリ金属類の水酸化物、又はこれらが含まれた安価な材料であるソーダ灰（Ｎａ２ＣＯ３、無水炭酸ナトリウム）、アンモニア等が使用できる。
【００３７】
また、水酸化アルカリ土類金属（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｒａ）類も使用できるが、実用上は安価で効能のよい前者の群から選べばよい。水酸化ナトリューム使用の場合は０．１〜数％濃度の水溶液、ソーダ灰使用の場合も０．１〜数％が好ましく、浸漬時間は常温かやや高い温度、例えば２０〜５０℃で数十秒〜数分浸漬し、アルミニウム合金の表面を溶かして更新する役目を行う。塩基性水溶液に浸漬することにより、アルミニウム合金の表面は水素を放ちつつアルミン酸イオンになって溶解しアルミニウム合金表面は削られて新しい面が出る。この浸漬処理後、水洗する。
【００３８】
アルカリエッチング以外の前処理としては、酸エッチングがあり、数〜数十％濃度の酸、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、弗酸等の水溶液に常温かやや高い温度、例えば２０〜５０℃、で数十秒〜数分浸漬し、同じくアルミニウム合金表面を溶かして更新する役目を行う。
【００３９】
又、上記のアルカリエッチングを行い水洗し、上記の酸エッチングを行い水洗するという複合化した方法、更には、酸エッチングを行い水洗し、アルカリエッチングを行い水洗し、酸エッチングを行い水洗する、等の更に複合化した方法を取ることなど応用ができる。
【００４０】
要するに、これらの前処理は、固体（アルミニウム合金）、液体（水溶液）に気体（発生する水素ガス）の３相が絡んだ不均一系の反応であるから、投入されるアルミニウム合金の組成や構造、特に微細な部分の組成や構造に支配される非常に複雑な反応とみられ、試行錯誤して出来るだけ安定的な結果がでる方法を探る必要がある。
【００４１】
〔処理工程〕
この処理工程は本発明をアルミニウム合金に適用した場合には必須の処理工程である。アルミニウム合金をアンモニア、ヒドラジン及び／又は水溶性アミン化合物の水溶液に浸漬する工程である。アルミニウム合金表面を微妙に侵して微細凹凸を生ぜしめるとともにこれら窒素含有化合物を吸着させるのがこの工程の目的である。
【００４２】
上記の水溶性アミン系化合物としては、特にメチルアミン（ＣＨ３ＮＨ２）、ジメチルアミン（（ＣＨ３）２ＮＨ）、トリメチルアミン（（ＣＨ３）３Ｎ）、エチルアミン（Ｃ２Ｈ５ＮＨ２）、ジエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）２ＮＨ）、トリエチルアミン（（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ）、エチレンジアミン（Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）、エタノールアミン（モノエタノールアミン（ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２）、アリルアミン（ＣＨ２ＣＨＣＨ２ＮＨ２）、ジエタノールアミン（（ＨＯＣＨ２ＣＨ２）２ＮＨ）、アニリン（Ｃ６Ｈ７Ｎ）、トリエタノールアミン（（ＨＯＣＨ２ＣＨ２）３Ｎ）等が好ましい。
【００４３】
悪臭がなく扱いが容易な方法として、３〜１０％のヒドラジン一水和物水溶液を４０〜５０℃とし、アルミニウム合金を数分浸漬し水洗する方法がある。同様な効果は、１５〜２５℃の濃度１５〜２５％アンモニア水に１０〜３０分浸漬し水洗することでも得られるが、臭気が酷い。他の水溶性アミンを使用する場合も温度と濃度、及び浸漬時間を試行錯誤で探る必要があるが、何れも臭気が酷いので臭気が少ないという点で評価するとヒドラジン水溶液が好ましい。
【００４４】
〔前処理後のアルミニウム合金熱交換部材の保管〕
前工程で水洗されたアルミニウム合金は、室温〜８０℃程度の比較的低温の空気で強制乾燥するのが好ましい。そしてこのアルミニウム合金熱交換部材は乾燥空気下で保管する。この保管時間は短時間ほどよいが、常温で１週間以内であれば実用上は問題はない。
【００４５】
〔熱可塑性樹脂組成物〕
本発明で使用される熱可塑性樹脂組成物について以下述べる。アルミニウム合金熱交換部材の表面に一体に固着する熱可塑性樹脂組成物の主成分は、ポリブチレンテレフタレート樹脂（以下「ＰＢＴ」という。）、又はポリフェニレンスフィド樹脂（以下［ＰＰＳ］という。）が好ましく、線膨張率をアルミニウム合金に合わせる必要がある。
【００４６】
また、フィラーの含有は、アルミニウム合金熱交換部材と熱可塑性樹脂組成物との線膨張率を一致させるという観点から非常に重要である。フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、その他これらに類する高強度繊維がまず必要である。ただし繊維性フィラーのみでは射出成形時に方向性が強く出て形状によってはうまくいかない。それ故、炭酸カルシューム、炭酸マグネシューム、シリカ、タルク、ガラス、粘土、炭素繊維やアラミド繊維の粉砕物、その他類する樹脂充填用無機フィラーを含有させたものが好ましい。
【００４７】
更には、接着を確実にし、強固にする目的と、生産性、コスト等の観点から射出成形を用いる場合が多いが、この場合は成形収縮率も重要になる。結論を言えば、成形収縮率は小さい方が好ましい。そのために、元々成形収縮率の大きいＰＢＴ、又はＰＰＳ単独よりＰＢＴ、又はＰＰＳに非晶性ポリマーを含ませる方法がある。具体的には、ポリカーボネート樹脂（以下［ＰＣ］という。）、ＡＢＳ樹脂（以下「ＡＢＳ」という。）、ポリエチレンテレフタート樹脂（以下「ＰＥＴ」という。）、ポリスチレン樹脂（以下「ＰＳ」という。）を含有させることができる。
【００４８】
最終的には、アルミニウム合金の線膨張率が２．２〜５×１０−５℃であるので、熱可塑性樹脂組成物の平均縦横線膨張率（樹脂組成物の繊維が主に並んでいる方法での線膨張率は小さいが、その直角方向での線膨張率は大きく、指標としてその平均をとることとした）が２〜３×１０−５℃であればほぼ一致し、２〜４×１０−５℃であっても実用的に使用適当とみられる。加えて成形収縮率が０．４〜０．５％であることが好ましい。
【００４９】
〔成形／射出成形〕
ＰＰＳを含む熱可塑性樹脂組成物をアルミニウム合金熱交換部材の表面に射出させ２つの熱交換部材を一体化する最も効果的な方法は、生産性、成形の容易性等の観点から言えば射出成形方法である。即ち、射出成形金型を用意し、金型を開いてその一方にアルミニウム合金パネルをインサートし、射出成形金型を閉め、前記の熱可塑性樹脂組成物を合わせ目の接着部位に相当するキャビテイに射出し、射出成形金型を開き離型する方法である。
【００５０】
射出成形は、形状の自由度、生産性など最も優れた成形法である。この成型は、プレス金型に組み込んでもよい。この場合は母体になる熱交換部材をプレスした後、相手側の熱交換部材を位置合わせして接合し、同じプレス金型によって射出成形をすることが可能である。この場合は、同一金型で熱交換部材のプレスと熱可塑性樹脂組成物の射出成型とを行うことができ、極めて能率的である。
【００５１】
射出成形条件について述べる。金型温度、射出温度は、前記の熱可塑性樹脂組成物を使う通常の射出成形とほぼ同様の条件で十分な接着効果が発揮できる。接着力（固着力）を上げるためには、むしろ金型のゲート構造において出来るだけピンゲートを使うことに留意した方がよい。ピンゲートでは樹脂通過時に生じるせん断摩擦で瞬時に樹脂温度が上がりこれが良効果を生むことが多い。要するに、円滑な成形を阻害しない範囲で出来るだけ接着面に高温の樹脂溶融物が接するように工夫するのが良いことが観察された。
【００５２】
〔作用〕
本発明によれば、アルミニウム合金熱交換部材とＰＢＴ又はＰＰＳを含む熱可塑性樹脂組成物を、インサートを使った射出成形、その他による手法で強固に接着することができる。実用的には、この熱可塑性樹脂組成物として、高濃度のフィラーを含むＰＢＴ又はＰＰＳやＰＢＴ又はＰＰＳを主成分とするコンパウンドが好ましい。
【００５３】
この様なことが可能になった理由は、アルミニウム合金をアンモニア、ヒドラジン及び／又は水溶性アミン系化合物の水溶液で処理したことにある。この処理によりアルミニウム合金の表面が親ＰＢＴ又は親ＰＰＳ表面に変わる。更に、各種のアルミニウム合金に対して前記の熱可塑性樹脂組成物を強固に付けられるようにするため、上記水溶液処理の前に塩基／酸水溶液への浸漬処理による化学エッチングを加えた方法が使える。本発明を適用することで、種々の形状が伴う広範囲の熱交換器に対応できる。特にＰＢＴ又はＰＰＳは元々難燃性であるので用途的にも特異的な場面を作り得ると考えられる。特に熱交換部材が小型形状あるいは薄型形状の場合には、フラットな接合面に前述の処理をした後、型を使用せず熱可塑性樹脂組成物を固着させて接合してもよい。
【００５４】
【発明の実施の形態】
本発明に関わるヒートパイプ、ヒートシンクとその製造方法の実施の形態について、図を参照し詳細に説明する。図１から図４は、本実施の形態のヒートパイプ、ヒートシンクの例を示した図である。ヒートシンクは、ヒートパイプをベースにフィン等を備え放熱面積を拡大し放熱効果を高めたものである。図６以下は他の実施例を示したものである。詳細説明の前に本発明を理解する一助にヒートパイプの作動原理を図５を参照して説明する。
【００５５】
ヒートパイプ５１は、内部に管路５２を形成し、作動液等の熱媒体が封入されている。この熱媒体は、例えば体積の５〜３０％の容量で真空充填させ、熱源に当てると沸点で気化し蒸気となり管路５２の低温部に熱を運ぶものである。ヒートパイプ５１の一端は、入熱側Ａに結合され、他端は外気に晒されている。入熱側Ａは、平板状のものであったり、熱媒体を保有するタンクであったりでブロック５３を構成している。
【００５６】
通常はこのブロック５３が半導体素子等の熱源５４に搭載される。この半導体素子等の熱源５４によってブロック５３が加熱５４ａされ、熱が取りこまれ入熱５３ａする。入熱５３ａによりヒートパイプ５１内の熱媒体は蒸気流５５となって管路５２内を他端側の低温部５２ａに移動する。移動した蒸気流５５は、ヒートパイプ５１の管壁５２ｂで冷却され凝縮し凝縮液５６となる。熱は管壁５２ｂから外部へ放熱５１ａされる。凝縮液５６は、管壁５２ｂを伝って入熱側に戻る。
【００５７】
戻った熱媒体は再び入熱５３ａされ前述の繰り返しで移動し放熱５１ａを行う。このように熱媒体を介して潜熱吸収、潜熱放出を繰り返す。放熱５１ａを促進するために、ヒートパイプ５１又はブロック５３にフィン５７を設ける場合が多い。又放熱５１ａをよくするためファン５８を近接させ冷却風５９を送る場合もある。このように熱を半導体素子等の熱源５４からヒートパイプ５１を介して放熱５１ａし、半導体素子等の熱源５４を冷却する。
【００５８】
図１は、本実施の形態のヒートパイプ、ヒートシンクの部品である熱交換部材１を示した平面図で、内部側からみた図である。図１の場合は、ヒートパイプ部分２とブロックに相当するタンク部分３の一体化した部品構成のもので、１枚のアルミニウム合金板からプレス成形により製作されている。タンク部分３は、ブロックとして説明したが、ヒートパイプの一部とみてもよい。周囲の縁部が接合面４となっていて、２つの熱交換部材１ａ，１ｂが図２の矢印に示すように合わせ接合すると、図３に示す仮製品５となる。
【００５９】
接合面４は、フラット状態でもよいが、凹部を設けると接合の確実性が増す。接合に当たっては、前述のように接合面４をアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン系化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する固着促進処理を行っておく。熱交換部材１のヒートパイプ部分２とタンク部分３はともに凹んだ状態になっていて、２つの熱交換部材１ａ，１ｂが図２に示すように接合され図３の仮製品５になると、内部が熱媒体還流のための密閉された空間を構成し、管路とタンクになる。タンクには場合によっては、予め銅繊維を入れておく。
【００６０】
ヒートパイプ部分２は、５つの指状に分離し張り出した構成になっているが、ヒートパイプ部分２間が狭い場合は、図４に示すように、一体的に構成してもよい。この場合は、プレス構成と接合面が簡素化される。又、図示していないが、ヒートパイプ部分２間を開放された隙間でなく穴構成にしてもよい。図３に示す仮製品５は、折り曲げ屈曲形状をなしている。これは、モバイル等相手取り付け対象の電子製品の形状に合わせている。本実施の形態の特徴は、２つの熱交換部材１ａ，１ｂを合わせて接合する製造にある。このため、ヒートパイプのみならずヒートシンク形状のものを一体化して製造ができる。
【００６１】
接合面４は、前述の固着促進処理を行い、熱可塑性樹脂で強固に接合する。この接合は、インサート射出成形によって行われる。この射出は図示していないが、金型のゲートから熱可塑性樹脂を接合面４に対して射出して行われる。ゲートは熱交換部材１の接合面４に相当する位置に複数箇所に設けられ、熱交換部材１には孔が設けられている。射出された熱可塑性樹脂はこの孔を介して２つの熱交換部材１ａ，１ｂの間の接合面４の溝に射出され、２つの熱交換部材１ａ，１ｂが接合される。接合されると、ヒートパイプ部分２と、タンク部分３は密閉された状態となる。この状態で接合されたものを射出成形金型から取り出したのが図３に示す仮製品５である。この接合方法は、予め接合面４に熱可塑性樹脂を固着させ超音波振動によって接合する方法でもよい。
【００６２】
熱可塑性樹脂は、ポリブチレンテレフタート樹脂（ＰＢＴ）又はポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）を成分として含む熱可塑性樹脂組成物である。難燃材を混入することで容易に難燃性にでき、高温に耐えられるものとなっている。又この熱可塑性樹脂組成物は、機械的性質の改善のための繊維フィラー及び／又は粉末型フィラーが加えられていればよい。更に、繊維フィラーは、ガラす繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される１種以上であり、粉末型フィラーは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラす、及び粘土から選択される１種以上であることが好ましい。
【００６３】
仮製品５ができると、注入口６を介して熱媒体を封入し密閉してヒートパイプ、ヒートシンクとなる。この注入口６は熱可塑性樹脂組成物で成型されており、注入後他の部品に対する結合部となる。本実施の形態においては、フィンがないが、ヒートパイプ部分２又はタンク部分３にフィン７を設けてもよい。タンク部分３については、相手電子製品への取り付け面を避けた位置に設けることになる。
【００６４】
図６は、他の実施の形態を示す部分説明図で、パイプ部材１１にフィン１２を設けた構成を示している。熱交換部材のパイプ部材１１は、半割り形状になっていて、合わせ接合によってヒートパイプを構成する。半割り形状にすることで、パイプ部材１１とフィン１２の結合を容易にしている。折り曲げ屈曲形状であっても合わせ結合で容易に製造ができる。接合面１３には熱可塑性樹脂を固着させるが、凹溝が設けられていれば接合効果は増す。接合の前に接合面１３に固着促進処理を行うことは前述のとおりである。
【００６５】
外形部に複数の薄いアルミニウム合金板のフィン１２を設けている。このフィン１２は、パイプ部材１１が接合される前に取り付けておく。この取り付けは、従来どおり、ろう付け、又はかしめ等によるが、圧接によってもよい。圧接の場合は、フィン１２の一部も接合面とし、パイプ部材を避けた接合位置（Ｂ面）に熱可塑性樹脂を固着させ、パイプ部材１１を接合するときフィン１２をともに圧接し一体化させる。パイプ部材１１とフィン１２は金属接触でないと放熱効果がないので、パイプ部材１１部分の外形部又はこれに対向するフィンに熱可塑性樹脂を固着させることはしない。パイプ部材１１とフィン１２の接合は、図示していないが大量生産可能に専用の冶具で行う。
【００６６】
図７は、他の実施の形態例を示す図で、ヒートパイプ１４の管路１４ａの断面が、Ｖ字状となる例を示したものである。Ｃ部を接合面にして対向する他方の熱交換部材を合わせ接合すると、管路１４ａの断面が四角形状のヒートパイプ１４の仮製品ができる。
【００６７】
図８は、更に他の実施の形態例を示す図で、一方の熱交換部材が半円形状の部材１５に対して他方は接合面Ｄに対して板１６を接合しただけの構成である。管路１５ａの断面は、半月形になる。板１６の熱媒体流路は、板１６平面の一部となる。接合する熱交換部材は、異なる形状であってもよく、その一例である。
【００６８】
図９、図１０は、パイプ部材１７に対するフィン１８の取り付け構成を示したもので、図９は、Ｅ部がフィン１８をろう付け、かしめ又は圧接で取り付ける場合の例で、図１０は、フィン１９ａが最初からパイプ部材１９と一体化された構成の例を示している。図１０の場合は、フィン１９ａの厚さがある程度必要であり、製造は射出成形となる。大型の冷却対象品に向く。
【００６９】
図１１は、図６の構成のフィン付きのヒートシンクを電子機器等の製品に取り付け、ファン２０で冷却させる場合の一例を示している。この例は、電子機器等のカバー近辺に取り付け、ファン２０により冷却風２１をカバー２２の穴２２ａを介して外部に放出させるものである。複数のヒートパイプ、ヒートシンク構成が可能である。ヒートパイプとフィンを数段構成にし積層タイプのヒートシンクとすることが可能である。
【００７０】
以上詳細に説明したが、具体的構成は、相手電子機器等の形状で種々変わる。実施の形態に限定されないことはいうまでもない。
【００７１】
【発明の効果】
以上、詳記したように、本発明のヒートパイプ、ヒートシンクとその製造方法は、接合面を固着促進処理を行い固着性をよくする処理を行い、アルミニウム合金の熱交換部材の合わせ面に、ＰＢＴ又はＰＰＳ系の熱可塑性樹脂組成物を射出成形等により製造するようにしたものである。この製造により、２つの熱交換部材は、高圧、高真空状態であっても相互に容易に外れることなく、一体になる構造体となり、その構造体を強固にする。従って、形状、構造上も機械的強度の上でも問題のないヒートパイプ、ヒートシンクを複雑な形状であっても、低コストで、短時間に、大量に製造することができた。しかもＰＢＴ又はＰＰＳ系熱可塑性樹脂組成物は、難燃材を混入することで容易に難燃性にでき、高温に耐えられるものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、熱交換部材の平面図である。
【図２】図２は、２つの熱交換部材を合わせ接合する構成を示す説明図である。
【図３】図３は、ヒートパネル、ヒートシンクの仮製品を示す外観図である。
【図４】図４は、熱交換部材の他の実施例を示す部分平面図である。
【図５】図５は、ヒートパイプの作動原理を示す説明図である。
【図６】図６は、ヒートシンクの他の実施例を示す説明図である。
【図７】図７は、ヒートパイプ製造の他の実施例で、管路断面がＶ字形状をなす部分断面図である。
【図８】図８は、ヒートパイプ製造の他の実施例で、管路断面が異なる形状の部材接合を示す部分断面図である。
【図９】図９は、パイプに対するフィンの取り付け構成を示す説明図である。
【図１０】図１０は、パイプとフィンが一体で製造される例を示した説明図である。
【図１１】図１１は、ファンでヒートシンクを冷却させる構成例を示した説明図である。
【符号の説明】
１…熱交換部材
２…ヒートパイプ部分
３…タンク部分
４…接合面
５…仮製品
【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】
2005009728.tif 000009
【図８】
2005009728.tif 000010
【図９】
2005009728.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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