(57)【要約】【課題】ヒートパイプ表面の平坦度の向上，作動液の飛散限界の向上およびパイプ偏平化加工の容易化を図った低コストの偏平型ヒートパイプを提供する。【解決手段】偏平状パイプ１と、この偏平状パイプ内部に、偏平状パイプの幅方向の両内側部に空間部８をもたせて補助プレー４トを配設した偏平型ヒートパイプにおいて、前記補助プレート４は、前記偏平状パイプの平坦部に対向して、グルーブ・ウィック機能を有するスリット状の複数個の溝５を備え、かつ、前記複数個の溝５と少なくとも前記空間部８とを連通する孔６を備えるものとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏平状パイプと、この偏平状パイプ内部に、偏平状パイプの幅方向の両内側部に空間部をもたせて補助プレートを配設した偏平型ヒートパイプにおいて、
前記補助プレートは、前記偏平状パイプの平坦部に対向して、グルーブ・ウィック機能を有するスリット状の複数個の溝を備え、かつ、前記複数個の溝と少なくとも前記空間部とを連通する孔を備えることを特徴とする偏平型ヒートパイプ。
【請求項２】
請求項１に記載の偏平型ヒートパイプにおいて、前記連通する孔は、前記偏平状パイプの両平坦部に対向する溝とそれぞれ連通する第１の孔と、この第１の孔と前記空間部とを連通する第２の孔と、前記両平坦部に対向する第１の孔相互を連通する第３の孔とを備えることを特徴とする偏平型ヒートパイプ。
【請求項３】
請求項１に記載の偏平型ヒートパイプにおいて、前記補助プレートは、中空矩形状断面を有する長尺の中空プレートからなり、前記偏平状パイプの平坦部に対向する中空プレートの両面板部は、グルーブ・ウィック機能を有する複数個のスリットを備え、かつ、前記中空プレートの両側板部は、中空プレートの中空部と前記偏平状パイプの幅方向の両空間部とそれぞれ連通する窓状の孔を備え、さらに、前記中空プレートの中空部は、前記両面板部を連接する補強ステーを備えることを特徴とする偏平型ヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、偏平型ヒートパイプ、特に半導体パワーデバイス等の放熱に利用される小型・軽量化された偏平型ヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年になり、パワー半導体装置の大容量化が進み、これに伴いパワー半導体チップの発熱損失も益々増大する傾向にある。また、半導体装置は小型軽量化が求められており、放熱条件は、益々厳しくなっている。このため、冷却に利用される放熱部材は、小型・軽量で、効率良く放熱する事が必要となり、偏平型ヒートパイプが用いられる様になった。
【０００３】
ここで、偏平型ヒートパイプとは、円筒状のヒートパイプを半径方向から加圧して、対向する２面を平らにしたものである。また、周知のように、ヒートパイプは、ウイックを備えたたパイプの内部を真空にして少量の作動液を封入し、その作動液の相変化（蒸発，凝縮）により熱を蒸発部（加熱部）側から凝縮部（冷却部）側に運搬する熱輸送体であり、ヒートパイプの内部に封入した作動液は、加熱部から熱を吸収して蒸気となり、ヒートパイプの内部を反対側に拡散移動した後に、冷却部で外部に放熱して液体に凝縮し、ウイックの毛細管現象を利用して、再び加熱部に還流するように蒸発／凝縮サイクルを繰り返す。
【０００４】
上記偏平型ヒートパイプの構造や製造方法に関しては、種々の方式が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
前記特許文献１に記載されたように、従来の汎用的な偏平型ヒートパイプは、主として本体内壁の全面が、グルーブ・ウィックやメッシュ・ウィックで構成されているために、近年要求されている熱輸送量が大きく薄型（例えば、熱輸送量１０Ｗ以上、厚さ１．５ｍｍ以下）の偏平型ヒートパイプを得ることが難しい。
【０００６】
その理由は、蒸気通路の高さが小となるので、ヒートパイプの作動蒸気流によって、還流作動液が飛散する限界が早く来るからである。上記飛散限界問題は、必然的に逆台形断面を有するグルーブ・ウィックが顕著である。一方、メッシュ・ウィックは、偏平化によるウィックの弛みが発生し易く、また曲げることによってウィックの座屈などによる変形で蒸気通路を塞ぐ問題が生じる。
【０００７】
特許文献１は、「ヒートパイプを変形させた場合でもウイックの変形や位置ズレが最小限に抑えられる扁平状ヒートパイプとその加工方法を提供することを目的として、コンテナの内壁にグルーブ・ウィックを有すると共に、当該コンテナの断面形状が扁平状のヒートパイプにおいて、扁平断面の幅方向の両方の内側には軸方向に伸びる線状の補助ウィックを少なくとも各一本配置した扁平状ヒートパイプ」を開示している。
【０００８】
図３は、特許文献１に開示された扁平状ヒートパイプの構造を示し、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は、要部側断面図を示す。図３において、１はコンテナとなるパイプ、２は作動液を還流させるグルーブ・ウイック、３は蒸気による作動液の飛散限界を向上するために配設した棒状の補助ウイックである。このように内壁にグルーブ・ウイック２を有したパイプ１に補助ウイック３を配設してパイプの偏平加工を実施し、次にパイプの一端を圧接・接合して偏平ヒートパイプに作動液を入れ、内部を減圧した状態で残りの端部を圧接・接合して、図３（ａ）に示すような偏平ヒートパイプを完成させる。
【０００９】
また、特許文献２は、「金網状ウイック材を内蔵した金属パイプを押し潰して扁平状に加工しても、扁平化した金属コンテナの中の長手方向に適正な蒸気通路の形成が可能であり、しかも、長尺のヒートパイプの製造が容易なフラットヒートパイプおよびその製造方法を提供すること」を目的として、図４に示すような偏平ヒートパイプとその製造方法を開示する。
【００１０】
即ち、同公報の記載によれば、「所定の幅と厚さを有する長い銅条などの金属板の片面の長手方向に、金網状ウイック材４を縦添えしシーム溶接部４Ａにより重ね接合して固定し、金網状ウイック材４を内側にして金属板を筒状に丸めて合わせ目を溶接部２Ａにより縫合して円形または楕円の銅パイプに加工し、銅パイプに扁平加工を施して、所定の幅と厚さの断面を有する扁平状の銅パイプの金属コンテナ５に形成することにより、金属コンテナ５の中に長手方向に伸びるウイック材４と所定の空隙部６を有するフラットヒートパイプに加工することによりフラットヒートパイプを製造する。」
ところで、前記した従来の偏平型ヒートパイプの場合、パイプを圧接して偏平にする際、内部に配設された丸棒状の補助ウイックもしくは金網状ウイック材は、加圧力を線もしくは柔軟な金網で受けるため、偏平型ヒートパイプの表面に窪みが生じ、偏平型ヒートパイプの表面を平坦にする事が出来ない。上記のように平坦度が損なわれた場合、冷却対象となる半導体装置との熱的接触抵抗が大となり、冷却性能が十分に得られない問題を生じる。
【００１１】
上記平坦度の問題を解消する偏平型ヒートパイプの一例として、特許文献３は、図５に示すような構成を開示する。図５において、部番１０はグルーブ・ウィック付きの偏平パイプ、１３はグルーブ・ウィック、２８は仕切り板棒である。即ち、図５に示すヒートパイプは、「扁平状コンテナと、このコンテナ内部の少なくとも幅方向の両側面方向に空間をもたせるように、コンテナ狭壁間に棒や板を固定設置したヒートパイプ。」であり、前記仕切り板棒２８をコンテナ内に設置することにより、上記平坦度が損なわれる問題は解消する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−８１８７５号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−２０８４８９号公報（第１頁、図１）
【特許文献３】
特許第３０４５４９１号公報（第１〜４頁、図９）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の図５に示すような偏平型ヒートパイプ構造の場合には、平坦度が損なわれる問題は解消するものの、グルーブ・ウィック付きの偏平パイプを用いているので、パイプの偏平化加工は、図４に示すようなグルーブ・ウィックのないコンテナパイプに比較して容易ではなく、かつコストも高く、さらに、前記特許文献１に記載された作動液の飛散限界対策も問題として残る。
【００１４】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、前記三つの問題を全て解消し、ヒートパイプ表面の平坦度の向上，作動液の飛散限界の向上およびパイプ偏平化加工の容易化を図った低コストの偏平型ヒートパイプを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、この発明は、偏平状パイプと、この偏平状パイプ内部に、偏平状パイプの幅方向の両内側部に空間部をもたせて補助プレートを配設した偏平型ヒートパイプにおいて、前記補助プレートは、前記偏平状パイプの平坦部に対向して、グルーブ・ウィック機能を有するスリット状の複数個の溝を備え、かつ、前記複数個の溝と少なくとも前記空間部とを連通する孔を備えるものとする（請求項１の発明）。
【００１６】
前記発明の構成によれば、円筒状のパイプを圧接して偏平にする際、内部に配設された補助プレートの平坦面がパイプの平坦化に寄与する。また、補助プレートにグルーブ・ウィック機能をもたせたので、パイプの偏平化加工が容易となり、さらに、補助プレートが備えるウィックは、偏平化に伴って変形することがないので、予めウィックの形状寸法を適切に設計することにより、所望の作動液の飛散限界に応じた設計を行なうことによって、従来より設計自由度が高くして、かつ飛散限界の向上を図ることが容易となる。
【００１７】
また、前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし３の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の偏平型ヒートパイプにおいて、前記連通する孔は、前記偏平状パイプの両平坦部に対向する溝とそれぞれ連通する第１の孔と、この第１の孔と前記空間部とを連通する第２の孔と、前記両平坦部に対向する第１の孔相互を連通する第３の孔とを備えるものとする（請求項２の発明）。
【００１８】
さらに、コスト低減や蒸気流路の改善に伴う効率向上の観点から、前記請求項１に記載の偏平型ヒートパイプにおいて、前記補助プレートは、中空矩形状断面を有する長尺の中空プレートからなり、前記偏平状パイプの平坦部に対向する中空プレートの両面板部は、グルーブ・ウィック機能を有する複数個のスリットを備え、かつ、前記中空プレートの両側板部は、中空プレートの中空部と前記偏平状パイプの幅方向の両空間部とそれぞれ連通する窓状の孔を備え、さらに、前記中空プレートの中空部は、前記両面板部を連接する補強ステーを備えるものとする（請求項３の発明）。上記構成によれば、後に詳述するように、偏平型ヒートパイプの薄形化にも好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、この発明の実施例について以下にのべる。
【００２０】
（実施例１）
図１は、この発明の実施例に関わる偏平型ヒートパイプの模式的構成図を示し、図１（ａ）は要部側断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）における補助プレート４の斜視図を示す。図１において、１はパイプ、４は補助プレート、５はグルーブ・ウィックとしての溝、６は孔で、６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれ第１の孔，第２の孔，第３の孔、８は蒸気通路としての空間部を示す。前記第１の孔６ａは、偏平状パイプ１の両平坦部に対向する溝５とそれぞれ連通し、また第２の孔６ｂは、前記第１の孔６ａと空間部７とを連通し、さらに、第３の孔６ｃは、前記両平坦部に対向する第１の孔６ａ相互を連通する。
【００２１】
上記構成において、グルーブ・ウィックとしての溝５に充填された作動液が、加熱部で蒸発した際には、補助プレート４の内部に設けられた孔６および空間部８を介して蒸気が容易に移動して、冷却部で凝縮し、効率良く作動液の蒸発／凝縮を実施する事が可能となる。
【００２２】
上記のような補助プレート４は、例えば、無酸素銅やリン脱酸銅等の比較的熱伝導性および濡れ性に優れた材質で製作した押出し加工材に、一部の孔加工を行なって製造することができる。これにより、グルーブ・ウィックとしての溝５の形状・寸法の精度は比較的良好となる。従って、全体として製造が容易となり、また、飛散限界の向上を図ることが容易となる。さらに、パイプ１の加圧された両面が平坦になると共に、パイプ１として標準的な中空パイプを使用することができるため、コストダウンが可能となる。
【００２３】
（実施例２）
次に、図２に基づき請求項３に係る実施例について述べる。図２（ａ）は偏平型ヒートパイプの要部側断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）における補助プレート４の斜視図を示す。図２において、図１と同一機能または類似機能を有する部材には同一番号を付して、その詳細説明を省略する。
【００２４】
図２の実施例は、補助プレート４が、偏平状パイプ１の平坦部に対向して、グルーブ・ウィック機能を有するスリット７を備え、かつ、前記スリット７と空間部８とを連通する孔６を備える点では、基本的に図１と同様であるが、下記の点で図１と相違する。
【００２５】
即ち、図２においては、補助プレート４は、中空矩形状断面を有する長尺の中空プレートからなり、偏平状パイプの平坦部に対向する中空プレートの両面板部４ａに、グルーブ・ウィック機能を有する複数個のスリット７を備え、かつ、前記中空プレートの両側板部４ｂには、中空プレートの中空部と前記偏平状パイプの幅方向の両空間部８とそれぞれ連通する窓状の孔６ｄを備え、さらに、前記中空プレートの中空部は、前記両面板部４ａを連接する補強ステー４ｃを備える。
【００２６】
なお、前記補強ステー４ｃは、必要に応じて、複数設ける。また、窓状の孔６ｄの形状は、図示のような矩形状の窓以外に円形状他の形状としてもよい。
【００２７】
上記図２の構成によれば、図１と同様に、パイプ１の加圧された２面が平坦になると共に、パイプ１として標準的な中空パイプを使用することができるため、コストダウンが可能となる。また、補助プレート４の中空部は、図１の実施例に比べて蒸気の還流をさらに容易とし、より効率良く作動液の蒸発／凝縮を実施する事が可能となる。さらに、補助プレート４を薄くする事が可能となるため、偏平型ヒートパイプ全体を薄形化する事が可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明によれば、偏平状パイプと、この偏平状パイプ内部に、偏平状パイプの幅方向の両内側部に空間部をもたせて補助プレートを配設した偏平型ヒートパイプにおいて、前記補助プレートは、前記偏平状パイプの平坦部に対向して、グルーブ・ウィック機能を有するスリット状の複数個の溝を備え、かつ、前記複数個の溝と少なくとも前記空間部とを連通する孔を備えるものとしたので、ヒートパイプ表面の平坦度の向上，作動液の飛散限界の向上およびパイプ偏平化加工の容易化を図った低コストの偏平型ヒートパイプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に関わる偏平型ヒートパイプの模式的構成図
【図２】この発明の図１とは異なる実施例に関わる偏平型ヒートパイプの模式的構成図
【図３】特許文献１に開示された従来の偏平型ヒートパイプの構造図
【図４】特許文献２に開示された従来の偏平型ヒートパイプの構造図
【図５】特許文献３に開示された従来の偏平型ヒートパイプの構造図
【符号の説明】
１：パイプ、４：補助プレート、４ａ：面板部、４ｂ：側板部、４ｃ：補強ステー、５：溝、６：孔、６ａ：第１の孔、６ｂ：第２の孔、６ｃ：第３の孔、６ｄ：窓状の孔、８：空間部。
【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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