(57)【要約】【課題】  扁平状に加工されたパイプの内部において、メッシュ構造のウィックとパイプ内壁との間で発生する空隙を最小限として、ヒートパイプの熱輸送能力を向上させる。【解決手段】  外側容器の内壁にメッシュ構造のウィックを配置した薄型ヒートパイプにおいて、この外側容器は、円筒状のパイプに前記ウィックを挿入した後、直径方向にプレスされて扁平に成形する際、ウィックの外側容器内部における軸方向両端縁が扁平部の端部近傍の変形曲率が大きな領域に配置した。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側容器の内壁にメッシュ構造のウィックを配置した薄型ヒートパイプにおいて、
前記外側容器は、円筒状のパイプに前記ウィックを挿入した後、直径方向にプレスされて扁平に成形されたものであり、
該扁平成形時に、前記ウィックの前記外側容器内部における軸方向両端縁が、扁平部端部近傍の変形曲率が大きな領域に配置されていることを特徴とする薄型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記円筒状のパイプを扁平に成形した状態で、前記ウィック軸方向両端縁が互いに同位置に位置するよう、前記ウィックの幅を前記外側容器内周面の長さより短くした請求項１に記載の薄型ヒートパイプ。
【請求項３】
外側容器の内壁にメッシュ構造のウィックを配置した薄型ヒートパイプの製造方法において、
前記ウィックを、その両端縁が互いに対向するよう丸めた状態で、前記外側容器を構成する円筒状のパイプの内部に軸方向に挿入する工程と、
挿入された前記ウィックの両端縁が、変形曲率が大きい端部に位置するように配置した上で、前記円筒状のパイプを直径方向にプレスして扁平状に加工する工程とからなる薄型ヒートパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電子機器、回転機械、燃焼装置、熱交換器等の発熱、除熱を要する機器全般に使用されるヒートパイプに関する。        
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコン、コピー機、ゲーム機、プロジェクター等の電子機器の発熱の除去に、ヒートパイプが用いられているが、狭隘な発熱部への対応、コンパクトな除熱設計のため、ヒートパイプの薄型化が求められ、各社が熾烈な開発競争を繰り広げている。
このような薄型ヒートパイプは、チューブ型のヒートパイプのプレス加工により、最小で０．５ｍｍ程度の厚さまで扁平に成形されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１２８６６９号公報
【特許文献２】特許４３８２８９１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】古河電工時報  １１５号  （２００５年）１０−１５頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プレス加工による薄型のヒートパイプを成形する際、その熱伝達性能を大きく左右するのは、ヒートパイプ内の毛細管力を維持するウィック構造である。
例えば、チューブ型で一般的なグルーブ（溝）構造のウィックは、薄型化させると、熱輸送能力が著しく低下することが知られている。
そのため、実用的な薄型ヒートパイプの場合は、大半がワイヤー構造、あるいはメッシュ構造のウィックを用いている。
【０００６】
しかし、ワイヤー構造は、薄型化のために、ヒートパイプの外側容器を構成するパイプを直径方向に圧縮加工した際、変形に伴い内部で偏在しやすく性能のバラツキが極端に大きい。
一方、メッシュ構造は、高い熱輸送特性を示すが、薄型化のための圧縮加工時に、メッシュ構造に作用した応力により、パイプ内壁との間に空隙が発生し、この空隙の面積が大きくなると、この空隙に貯留して熱交換に寄与しない冷媒が増加し、熱伝達率を低下させ、ロットによって、実用に適さないものも多いのが実情である。
【０００７】
本発明者らは、メッシュ構造の平板状ウィックを丸めて、ヒートパイプの外側容器となる加工前の円筒状パイプの内部に軸方向に挿入し、その両端を軸方向の繋ぎ目で対向させた状態とした上で、このパイプを圧縮加工して、薄型ヒートパイプ（厚さ１．５ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ２００ｍｍ）を製作し、Ｘ線ＣＴを用いた非破壊断面形状観察を実施した。
図１は、観察結果の典型的な例を示したものであるが、この例は、メッシュ構造の平板状ウィックの軸方向の繋ぎ目が、加工前のパイプの内部において、直径方向の圧縮加工に対し、中心付近に位置させた場合を示している。
【０００８】
この状態で、パイプを直径方向に圧縮加工すると、図１に示されているように、メッシュ構造の平板状ウィックの軸方向の繋ぎ目で互いに噛合し、パイプが扁平になるにつれ、メッシュ構造の平板状ウィックも扁平に変形する。その際、両端側にパイプ内面との間にわずかな空隙が発生し、その空隙に相当する余剰分により、パイプ上面側の一端付近から他端付近にいたるまで、メッシュ構造の平板状ウィックがパイプ上面側の内面から広範囲に剥離し、接触不良を起こしていることが確認できた。
【０００９】
このヒートパイプの熱輸送特性を示したのが、図２で、縦軸にヒートパイプの熱抵抗、横軸に入熱量をプロットしてあり、ヒートパイプは熱抵抗が０．８Ｋ／Ｗ程度と非常に高く、３０Ｗ程度しか熱輸送能力がない。これは、広範囲に発生する剥離部の内部に、冷媒が貯留されて、毛細管力が作用せず、液溜まり等の発生により熱抵抗が増大し、また低い入熱量でヒートパイプの熱輸送能力の限界を迎えてしまうことになる。
【００１０】
こうした空隙が発生する原因について分析すると、一般に、このようなヒートパイプを製造する場合、メッシュ構造の平板状ウィックを、パイプ状の外側容器の内周面に沿い、その両端縁が軸方向に対向するように挿入した上で、外側容器をプレス加工機により扁平加工することにより行う。その際、プレス機による圧縮方向に対し、平板状ウィックの軸方向両端縁の位置はなんら管理されていない。
【００１１】
パイプは、プレス加工機による直径方向の圧縮に伴い扁平状に塑性変形するが、細線をメッシュ状に縦横に接合したウィックは、変形曲率の大きい扁平部の両端部を除いて塑性変形しにくい。
すなわち、メッシュ構造の平板状メッシュは、スプリングのように剛性が保たれているため、プレス加工時の変形曲率が大きい箇所、あるいは曲げの最も大きい箇所（扁平両端部）においては、外側容器に沿って塑性変形することはなく、必ず外側容器壁面から剥離し、外側容器の変形曲率よりも小さい曲率を保とうとする。
その結果、通常行われている、メッシュの周囲長を外側容器内壁に合わせた状態では、メッシュに余剰分が発生し、この余剰分が、オーバーラップしたり、たわんだりすることになる。
【００１２】
例えば図１では、繋ぎ目が扁平箇所に存在した結果、繋ぎ目同士が押し合うことにより、メッシュにたわみが発生し、たわんだ箇所は、外側容器から剥離している。
そのため、軸方向に対向するウィックの両端縁が、扁平部の中央付近にあると、ウィックと扁平部との接触部における摩擦力の作用により、互いに他方に向けて押し出され、図１に示されるように、ウィックが扁平にされたパイプ内壁と略平行を維持しながら、広範囲にわたって、パイプ内壁から離隔して、空隙を形成することになる。
【００１３】
このような空隙は、図１のようなものばかりではなく、両端縁が互いに他方の端縁に向けて押し出された際に、その当接部が山状に盛り上がる場合もあり、どのような空隙が形成されるかは、扁平加工する際のメッシュ構造のウィックの繋ぎ目の位置や状態に由来して、扁平加工時の加工条件等の偶発的な要因により様々な態様で発生する。
【００１４】
そこで、本発明では、こうした空隙が、加工前の円筒状パイプにおける繋ぎ目の位置と、このパイプを扁平加工する際の圧縮方向が大きく関与することを見いだし、扁平状に加工されたパイプの内部において、メッシュ構造のウィックとパイプ内壁との間で発生する空隙を最小限として、ヒートパイプの熱輸送能力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明の薄型ヒートパイプは、外側容器の内壁にメッシュ構造のウィックを配置した薄型ヒートパイプにおいて、前記外側容器は、円筒状のパイプに前記ウィックを挿入した後、直径方向にプレスされて扁平に成形されたものであり、該扁平成型時に、前記ウィックの前記外側容器内部における軸方向両端縁が、扁平部端部近傍の変形曲率が大きな領域に配置されたものである。
【００１６】
上記の薄型ヒートパイプにおいて、前記円筒状のパイプを扁平に成形した状態で、前記ウィック軸方向両端縁が互いに噛合するよう、前記ウィックの幅を前記外側容器内周面の長さより短くすると、ウィック軸方向両端縁の繋ぎ目で発生するたわみを最小限に抑制することができる。
【００１７】
また、本発明の薄型ヒートパイプの製造方法は、外側容器の内壁にメッシュ構造のウィックを配置した薄型ヒートパイプの製造方法において、前記ウィックを、その両端縁が互いに対向するよう丸めた状態で、前記外側容器を構成する円筒状のパイプの内部に軸方向に挿入する工程と、挿入された前記ウィックの両端縁が、変形曲率が大きい端部に位置するように配置した上で、前記円筒状のパイプを直径方向にプレスして扁平状に加工する工程とからなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外側容器を扁平にする際、外側容器内部におけるウィックの軸方向両端縁を扁平部の端部近傍の変形曲率が大きな領域に配置することにより、製造コストの上昇を招くことなく、ウィックの繋ぎ目におけるたわみを最小限に抑制することができ、外側容器内周面に対するウィックの剥離を低減し、薄型ヒートパイプの熱輸送能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】平板状ウィックの繋ぎ目を中央付近として直径方向に圧縮加工した際の内部状態を示すＸ線ＣＴ写真（従来例）。
【図２】図１のヒートパイプの熱抵抗−入熱量の計測結果。
【図３】平板状ウィックの繋ぎ目付近を端部付近として直径方向に圧縮加工した際の内部状態を示すＸ線ＣＴ写真（本発明の実施例）。
【図４】図３のヒートパイプの熱抵抗−入熱量の計測結果。
【図５】剥離部を最小限に抑制した場合の薄型ヒートパイプの熱輸送特性。
【図６】本発明をサーバー冷却用に組み込んだ実際例。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００２１】
本発明者らは、メッシュ構造の平板状ウィックを丸めて、ヒートパイプの外側容器となる加工前の円筒状パイプの内部に軸方向に挿入し、円筒状パイプ内において軸方向に沿って対向する繋ぎ目を、直径方向に圧縮加工方向に対し、略直下の位置を避け、図３のように、扁平部の端部（図では下方、左側）に配置して、図１と同様に、薄型ヒートパイプ（厚さ１．５ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ２００ｍｍ）を製作し、Ｘ線ＣＴを用いた非破壊断面形状を観察した。
【００２２】
図３は、観察結果の典型的な例を示したものであるが、繋ぎ目を圧縮方向の中央付近に配置させた場合の図１とは異なり、メッシュ構造のウィックが、端部の限定された領域を除いて、平板部では、ほぼ扁平化されたパイプの扁平面の両側に沿って、良好な接触を示していることが確認できた。このように、円筒状パイプ内の繋ぎ目が、扁平部の端部の変形曲率最大箇所近辺に存在すると、図３に示すように、繋ぎ目がオーバーラップするものの、たわみが発生しないため、扁平面に対してメッシュは良好な接触を維持できる。
なお、予め、円筒状パイプの内径、及び加工後の扁平形状が決まっていれば、ウィックの幅、すなわち周囲長を、円筒状パイプの内径よりオーバーラップ分だけ短くしておけば、扁平加工後に、円筒状パイプ内におけるウィックの軸方向両端部が同位置となり、繋ぎ目付近のたわみを最小限に抑制することができる。
【００２３】
特に、図３の左側端部付近の下側に位置する繋ぎ目付近においては、ウィックと扁平化される円筒状パイプ内面との接触部に作用する摩擦力により、ウィックの軸方向両端部が互いに他方に向けて押し出されても、左側端部においてウィックが大きく圧縮変形され、下面に沿って右向きに向かうウィックの端部が扁平化された円筒状パイプの底面から若干巻き上げられることになる。このため、下面に沿って右向きに向かうウィックの端部は、下面に沿って左向きに向かう、対向するウィックの他端と強固に噛合することなく離れ、摩擦力により押し出された分が、この巻き上げ部分で吸収され、平坦部におけるウィックと扁平部との接触を高面積に維持するものと推測される。
【００２４】
このように製作したヒートパイプは、図３から明らかなように、ウィックと扁平化されたパイプ内壁との剥離部が、両端付近に限定され、接触面積を図１のものと比較してはるかに大きく確保でき、図４に示す熱輸送特性からもわかるとおり、図１のヒートパイプとは異なり、熱抵抗が０．３Ｋ／Ｗ程度まで低下し、８０Ｗ近くまで熱輸送できることが判明した。
【００２５】
以上のとおり、パイプ扁平加工時におけるウィックの挙動は、パイプ内における繋ぎ目の位置により大きく影響される。
そこで、本発明において、かかるプレス工程で生じる性能のばらつきを抑制するため次のような加工を行う。
まず、加工前の円筒状パイプに、その内周面とほぼ同様の幅を有するメッシュ構造のウィックを挿入した後、その繋ぎ目の位置を確認し、円筒状パイプの外表面にマークなどを付ける。なお、予め、円筒状パイプの外表面にマークを付けておき、このマークに合わせてメッシュ構造のウィックを挿入するようにしてもよい。
【００２６】
次に、円筒状パイプの外表面に付けたマークが、プレス機の圧縮方向に対し、左右いずれか、すなわち、マークを通る直径方向をプレス機の圧縮方向とほぼ平行になるように円筒状パイプを位置決めして、プレス機による圧縮を行い、扁平加工する。
このような加工方法により、メッシュ構造のウィックの繋ぎ目が必ず薄型ヒートパイプの端部に位置し、同一仕様のロット間の熱輸送特性のバラツキが著しく低減される。
【００２７】
図５は本発明により、繋ぎ目の位置、ウィックの幅を種々変更することにより、剥離部を最小限に抑制した、厚さ１．５ｍｍの薄型ヒートパイプの熱輸送特性であり、従来にない１４０Ｗもの高い熱輸送能力を発揮することができた。
また、図６に示されるように、本発明による厚さ１．５ｍｍの薄型ヒートパイプを、８０Ｗの消費電力を有するＣＰＵ２台からなるサーバー冷却用に組み込んだところ、ＣＰＵの冷却に優れた性能を発揮することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、単にパイプ扁平加工時におけるウィックの繋ぎ目の位置を管理するだけで、大きなコストアップを招くことなく、薄型ヒートパイプの熱輸送能力を最大限に維持させることができるので、サーバー、ノートパソコン、携帯電話等、きわめて限られた狭隘空間内に配備されても、これらの発熱デバイスの冷却を確実に行うことができるので、こうした機器に広く採用されることが期待される。
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図３】
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【図６】
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