(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属線等を撚り合わせた撚線をコイル状に巻いてコイル巻体を形成し、
前記コイル巻体にスプリングバック力を内在させた状態で前記コイル巻体をこれより大きな内径のヒートパイプ本体内に挿入し、
前記コイル巻体の前記スプリングバック力を解放することにより前記コイル巻体を前記ヒートパイプの内壁に密接させ、
前記ヒートパイプ本体の両端末を密閉することを特徴とするヒートパイプの製造方法であって、
前記コイル巻体の前記ヒートパイプ本体内への挿入は、一定の方向に回転しながら前記ヒートパイプ本体内に挿入されるマンドレル上に前記撚線を巻き付けることによって形成されるコイル巻体を、前記マンドレルの挿入とともに前記ヒートパイプ本体内に挿入することによって行われることを特徴とするヒートパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートパイプの製造方法に関し、特に、低コストで、偏平加工上の制約がなく、さらに、性能的にも優れたヒートパイプを製造するための製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
演算処理装置のような発熱する電子部品等を冷却するために、水等の凝縮性の作動液を内部に収容したヒートパイプがノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器において多用されている。
図４は、従来のヒートパイプの構成例を示したもので、１は銅等の金属より構成されるヒートパイプ本体、２はヒートパイプ本体１の内壁に形成されて作動液の循環性を高めるウイックを示し、目の細かい金網等のメッシュ材の単層あるいは積層体より構成されている。
【０００３】
図５は、金属細線あるいはカーボンファイバ等の繊維層３とこれを押さえるためのコイルバネ４より構成されるウイック２をヒートパイプ本体１の内壁に形成した例を示す。これらの構成におけるウイック２は、高効率の伝熱性を確保する意味から、ヒートパイプ本体１の内壁に密接させて内壁との間およびウイック内部での熱抵抗をできるだけ小さくする必要がある。
【０００４】
このため、ウイック２の形成方法としては、ヒートパイプ本体１にウイック２を挿入した後、ダイスによる空引き加工を施して縮径し、これによってウイック２をヒートパイプ本体１の内壁に密接させる方法が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のヒートパイプの製造方法によると、ダイス空引き加工の実施に伴う煩雑な諸工程のためにコストが高くなる問題があり、また、断面を偏平に加工されて使用されることの多いヒートパイプにとって、図５のような構成は、偏平加工を難しくして適用幅に制約を生じさせることになるため不利となる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、ヒートパイプ本体の内壁とウイックの密接のための縮径加工が不要であるとともに、偏平加工上の制約がなく、しかも、性能的に優れた低コストのヒートパイプを製造するための製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、
複数の金属線等を撚り合わせた撚線をコイル状に巻いてコイル巻体を形成し、
前記コイル巻体にスプリングバック力を内在させた状態で前記コイル巻体をこれより大きな内径のヒートパイプ本体内に挿入し、
前記コイル巻体の前記スプリングバック力を解放することにより前記コイル巻体を前記ヒートパイプの内壁に密接させ、
前記ヒートパイプ本体の両端末を密閉することを特徴とするヒートパイプの製造方法であって、
前記コイル巻体の前記ヒートパイプへの挿入は、一定の方向に回転しながら前記ヒートパイプ本体内に挿入されるマンドレル上に前記撚線を巻き付けることによって形成されるコイル巻体を、前記マンドレルの挿入とともに前記ヒートパイプ本体内に挿入することによって行われることを特徴とするヒートパイプの製造方法を提供するものである。
【０００８】
上記の製造方法において、コイル巻体にスプリングバック力を内在させるには、撚線をコイル巻きするときに生ずる反力を、撚線の両端を拘束することによってコイル巻体内に閉じ込めることで行うことが好ましい。この場合のヒートパイプ本体内壁へのコイル巻体の密接は、コイル巻体をヒートパイプ本体内に挿入した後、撚線の両端の拘束を解除することによって行われる。撚線の両端の拘束が解除される結果、コイル巻体に内在していたスプリングバック力が表に現れ、これによって外径を増したコイル巻体がヒートパイプ本体の内壁に密接する。
【０００９】
より具体的には、端面に係合溝を有する所定の径のマンドレル上に、係合溝に一端を係合させた撚線をコイル状に巻き付けてその他端を拘束し、このマンドレルをヒートパイプ本体内に挿入して撚線の他端の拘束を解除するとともに、その状態でマンドレルをコイル巻体のコイル巻き方向と同一方向に回転させて手前に引くことによって撚線の一端と係合溝の係合を解除し、これによってコイル巻体を膨らませてヒートパイプ本体の内壁に密接させる方法が好ましい。このようにするときには、コイル巻きした撚線の両端の拘束が容易になるとともに、両端が拘束された撚線の、特に、ヒートパイプ本体内での一端側の解除が容易になる。
【００１０】
また、以上の製造方法において、コイル巻体をヒートパイプ本体内に挿入する方法としては、回転しながらヒートパイプ本体内に挿入されるマンドレル上に撚線を巻き付けることによってコイル巻体を順次形成し、形成されたコイル巻体を形成される順にマンドレルの挿入とともにヒートパイプ本体内に挿入する形式が好ましい。作業をこのように行う場合には、２つの作業が同時に進行するため、コスト的に有利となる。別工程においてコイル巻体を製作し、これをヒートパイプ本体内に挿入する２工程による方法も勿論可能である。
【００１１】
撚線を構成する素線としては、主に金属線が使用され、その材質は、ヒートパイプ本体の内壁への密接力の度合、あるいは作動液との関係によって決められる。作動液が水の場合には、たとえば、硬質純銅等が使用される。撚線をガラスファイバあるいは合成繊維等の繊維質材料によって構成することは可能である。ヒートパイプ本体の構成材としては、銅、アルミニウムあるいはこれらの合金等が使用される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるヒートパイプの製造方法の実施の形態を説明する。
図１は、本発明によるヒートパイプの実施の形態を示し、（ａ）において、１１はヒートパイプ本体、１２はヒートパイプ本体１１の内壁に形成されたウイックを示し、コイル巻体１３より構成されている。コイル巻体１３は、そのスプリングバック力をヒートパイプ本体１１の内壁１４に作用させており、これによって内壁１４に密接している。１５および１６は、ヒートパイプ本体１１の密閉された端末を示し、ヒートパイプ本体１１の内部には、真空下に作動液（図示せず）が封入されている。偏平加工が必要なときには、端末１５、１６の密閉前等に施される。
【００１３】
図１の（ｂ）は、図１の（ａ）のウイック１２のＥ部を拡大して示したものである。ウイック１２は、７本の硬質純銅の素線１７を撚り合わせた撚線１８のコイル巻体１３によって構成されている。コイル巻体１３より構成されるウイック１２は、図１の（ｃ）に示されるように、撚線１８の表面の凹凸部１９によってヒートパイプ本体１１の内壁１４との間に隙間２０を形成しており、これによってヒートパイプ本体１１の軸方向に沿う多数の作動液流路２１が形成されている。
【００１４】
以上の構成の本実施の形態によるヒートパイプによれば、ウイック１２が硬質純銅の素線１７による撚線１８を構成母材としているため、素線１７相互の空隙内に作動液が毛細管現象によって浸透することになり、従って、これによる熱交換効率の向上を図ることができる。また、ウイック１２の構成母材である撚線１８の表面が凹凸部１９を有しているため、ヒートパイプ本体１１の内壁１４との間に軸方向に沿う多数の作動液流路２１を形成することができ、従って、これによる熱交換効率の向上も得られるため、全体として高い熱交換性を実現することができる。しかも、ウイック１２を構成するコイル巻体１３が、そのスプリングバック力によってヒートパイプ本体１１の内壁１４に密接しているため、構造的にも安定したヒートパイプとなる。
【００１５】
また、ウイック１２の素線間への作動液浸透量、および作動液流路２１の大きさと形成密度は、撚線１８の素線１７のサイズ、素線１７の本数、および素線１７の撚りピッチを調整することによって自在に設定することが可能であり、従って、ヒートパイプの設計が容易になるとともに、さらに、ウイック１２を撚線１８を母材として構成する結果、偏平加工されたときのウイック１２の形状順応性が向上するようになり、制約のない偏平加工の実施が可能となる。
そして、以上に挙げた諸効果は、ダイスによる空引き加工を必要とすることなく実現できるものであり、大幅な製造コストの低減を図ることができる。
【００１６】
図２は、本発明によるヒートパイプの製造方法の実施の形態を示す。
図２の（ａ）において、１１は固定されたヒートパイプ本体、２２はヒートパイプ本体１１の開口２３に先端を対向させ、かつヒートパイプ本体１１と同軸に配置されたマンドレルを示し、その先端の端面には、Ｇ−Ｇ図に示されるように係合溝２４が形成され、後端には、段差２５が設けられている。２６はマンドレル２２の先端の下方に配置された受けロールを示す。
【００１７】
以上の構成において、まず、撚線１８の一端２７が係合溝２４に挿入され、次いで、図２の（ｂ）のようにマンドレル２２が矢印ａ方向に回転させられ、同時に矢印ｂ方向に移動させられる。Ｈ−Ｈ図は、これによって行われるマンドレル２２に対する撚線１８のコイル巻きの状態を示す。Ｊ図は、撚線１８を巻き付けられたマンドレル２２の先端部の拡大図を示し、コイル巻体１３は、その外径より僅かに大きな内径のヒートパイプ本体１１内に挿入され、その周囲にギャップ２８が形成されている。受けロール２６は、マンドレル２２との間で撚線１８を挟持し、撚線１８のマンドレル２２へのコイル巻きを補助する。
【００１８】
以上の動作によってマンドレル２２上に形成されるコイル巻体１３は、マンドレル２２上に密接巻きされており、従って、一端２７を係合溝２４により拘束された撚線１８の他端側は、この密接巻きによって形成されるコイル巻体１３の端部（撚線１８の巻き付け部）において常に拘束された状態に置かれる。コイル巻体１３は、マンドレル２２のヒートパイプ本体１１内への挿入とともにヒートパイプ本体１１内に順次挿入されて行き、挿入長が所定の長さに達したとき、カッタ２９によって撚線１８が切断され、マンドレル２２の矢印ａ、ｂ方向への動作が停止する。
【００１９】
図３は、その後の手順を示し、（ａ）は、コイル巻体１３がヒートパイプ本体１１の中に所定の長さ挿入された状態を示す。この時点においてコイル巻体１３を構成している撚線１８の両端は、その他端３０が拘束から解除されて段差２５に支持された状態にあり、一方、一端２７は、係合溝２４により依然として拘束された状態にある。従って、この状態において、マンドレル２２をコイル巻体１３のコイル巻き方向と同じ方向である矢印ｃの方向に数回回転させて手前（矢印ｄ方向）に引くと、先端２７側のコイル巻体１３の巻きが緩んで撚線１８の先端２７が係合溝２４より離れ、これによって撚線１８の両端に対する拘束は解除されることになる。
【００２０】
この結果、撚線１８の両端の拘束のためにコイル巻体１３内に内在させられていたスプリングバック力は、解放されることになり、この解放によって膨らんだコイル巻体１３は、ヒートパイプ本体１１の内壁１４に密接するようになる。
図３の（ｂ）は、膨らんだコイル巻体１３内よりマンドレル２２を引き抜いた後の状態を示す。拡大したＫ図に示されるように、コイル巻体１３より構成されたウイック１２が、ヒートパイプ本体１１の内壁１４に密接し、所定の構成のヒートパイプ前駆体が形成される。
図３の（ｃ）は、完成したヒートパイプを示す。ヒートパイプ本体１１の両端末１５および１６が密閉され、内部に所定の作動液が注入されて真空引きされ、封印されることによって図１と同じ構成のヒートパイプとなる。
【００２１】
以上のように遂行される本実施の形態におけるヒートパイプの製造方法によれば、撚線１８をコイル状に巻いてコイル巻体１３を形成し、このコイル巻体１３にスプリングバック力を内在させた状態でこれをヒートパイプ本体１１内に挿入した後、スプリングバック力を解放することによってコイル巻体１３を膨らませて内壁１４に密接させ、その後、ヒートパイプ本体１１の両端末１５、１６を密閉することを基本として製造が進められるため、従来のダイス空引き加工による製造方法に比べると工程数が少なく、従って、低コストのもとにヒートパイプを製造することができる。
【００２２】
そして、本実施の形態においては、撚線１８をコイル巻きするときに生ずる反力（スプリングバック力）を、撚線１８の両端２７および３０を拘束することによってコイル巻体１３中に閉じ込めるため、コイル巻体１３のヒートパイプ本体１１内への挿入後に両端２７および３０の拘束を解除すれば、解放されたスプリングバックによるコイル巻体１３の膨らみによって、コイル巻体１３を内壁１４に確実に密接させることができ、しかも、密接状態を全長に亙って均質なものとすることができる。
【００２３】
また、本実施の形態においては、マンドレル２２の端面に係合溝２４を形成し、この係合溝２４に一端２７を係合させた撚線１８をマンドレル２２にコイル状に巻き付けてその他端３０を拘束し、これをヒートパイプ本体１１内に挿入して撚線１８の他端３０の拘束を解除するとともに、マンドレル２２をコイル巻体１３のコイル巻き方向と同一方向に回転させて手前に引くことにより撚線１８の一端２７の拘束を解除し、これによってコイル巻体１３を膨らませて内壁１４に密接させるため、一連の作業が安定して進められることになり、特に、撚線１８の一端２７の拘束と解除を確実に行うことができる。
【００２４】
さらに、本実施の形態においては、回転しながらヒートパイプ本体１１内に挿入されるマンドレル２２上に撚線１８を巻き付けることによってコイル巻体１３を形成し、これをマンドレル２２の挿入とともにヒートパイプ本体１１内に順次挿入するため、コイル巻体１３の形成および挿入をひとつの工程で行うことができ、従って、工程省略によるコスト上の利益を得ることができる。
【００２５】
なお、以上の実施の形態では、ウイック１２を単層のコイル巻体１３によって構成したが、複数層のコイル巻体によって構成することも可能である。その場合には、図２の（ａ）、（ｂ）、および図３の（ａ）、（ｂ）の工程が層の数に応じて繰り返される。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるヒートパイプの製造方法によれば、撚線のコイル巻体によってウイックを構成し、さらに、このウイックをコイル巻体のスプリングバック力を利用してヒートパイプ本体の内壁に密接させるため、構造的に安定したヒートパイプを構成することができる。また、ウイックが複数の素線を撚り合わせた撚線のコイル巻体によって構成される結果、撚線の素線間に充分な量の作動液が浸透するとともに、撚線の表面の凹凸とヒートパイプ本体の内壁によって軸方向に沿う作動液流路を多数形成することができ、従って、良好な作動液循環に基づく高熱交換性のヒートパイプを構成することができる。さらに、撚線によって構成されるウイックは、優れた形状順応性を有しており、従って、偏平加工上の制約もなくなる。
【００２７】
また、このヒートパイプは、スプリングバック力を内在させた撚線のコイル巻体をヒートパイプ本体に挿入することと、挿入したコイル巻体のスプリングバック力を解放することによって製造されるため、製造工程が簡易であるとともに、ヒートパイプ本体の内壁とコイル巻体の間に良好な密接状態を確実かつ容易に作り出すことができ、従って、従来のようにヒートパイプ本体内壁とウイックを密接させるためのダイス空引き加工を必要とすることがなく、低コストのもとにヒートパイプを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるヒートパイプの実施の形態を示す説明図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＥ部の拡大図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ方向の拡大断面図を示す。
【図２】  本発明によるヒートパイプの製造方法の実施の形態の一部を示す説明図であり、（ａ）、（ｂ）は手順を示す。
【図３】  図２に続く説明図であり、（ａ）〜（ｃ）は手順を示す。
【図４】  従来のヒートパイプを示す説明図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ方向の拡大断面図を示す。
【図５】  従来の他のヒートパイプを示す説明図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ方向の拡大断面図を示す。
【符号の説明】
１１  ヒートパイプ本体
１２  ウイック
１３  コイル巻体
１４  内壁
１５、１６  密閉された端末
１７  素線
１８  撚線
１９  凹凸部
２０  隙間
２１  作動液流路
２２  マンドレル
２３  開口
２４  係合溝
２５  段差
２６  受けロール
２７  撚線の一端
２８  ギャップ
２９  カッタ
３０  撚線の他端
【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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