(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部の横断面形状が扁平であるコンテナと、そのコンテナ内に挿入されたウィックを有し、前記ウィックの両端部には、当該ウィックが前記空洞部の内部で安定するように、位置決め部が形成されている、扁平ヒートパイプ。
【請求項２】
前記位置決め部は、前記空洞部の横断面の長径程度に広がった形状のものである、請求項１記載の扁平ヒートパイプ。
【請求項３】
前記ウィックは、その両端部を除き前記空洞部内の略中央部に配置されている、請求項１または２に記載の扁平ヒートパイプ。
【請求項４】
前記ウィックは多数本の細線により形成された編組である、請求項１〜３のいずれかに記載の扁平ヒートパイプ。
【請求項５】
前記ウィックは、芯材の周りに多数本の細線により形成された編組が巻き付けられたものである、請求項１〜３のいずれかに記載の扁平ヒートパイプ。
【請求項６】
略円形形状を有するコンテナ素管内に、両端部が前記コンテナ素管の内径程度に広がった形状に加工されたウィックを挿入し、次いで前記コンテナ素管に扁平加工を施す工程、前記コンテナをヒートパイプ化する工程を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の扁平ヒートパイプの製造方法。
【請求項７】
略円形形状を有するコンテナ素管内に、両端部が前記コンテナ素管の内径程度に広がった形状に加工されたウィックを挿入し、次いで前記コンテナをヒートパイプ化する工程、前記コンテナに扁平加工を施す工程を有する請求項１〜５のいずれかに記載の扁平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、ウィックが空洞部内に配置された扁平ヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコン等の電気機器に搭載されている半導体素子等の発熱部品の冷却技術が注目されている。その一つの方法としてヒートパイプを応用した冷却技術がある。ヒートパイプを用いた冷却方法として、ヒートパイプを発熱部品に取り付け、そのヒートパイプを経路として発熱部品の熱を放熱用のフィン等まで運んで放散させる形態が代表的である。またそのフィン等に強制的に送風する小型ファンを設置した電気機器もある。
【０００３】
ヒートパイプについて簡単に説明すると、ヒートパイプは内部に密封された空洞部を備えており、その空洞部に水、代替フロン等の作動流体（作動液ともいう）が一定量収容されているものである。空洞部内は真空引きされており、作動流体の蒸発が起きやすくなっている。作動流体は空洞部内で液相と気相（蒸気）の混在状態となって存在している。
【０００４】
ヒートパイプは空洞部内の作動流体が蒸発し、その蒸気が移動することで熱移動機能が作動する。例えば直状タイプのヒートパイプの場合、その一端部側から熱を与えると（その部分をヒートパイプの吸熱部と呼ぶ）、その吸熱部において液相状態であった作動流体が蒸発し、その蒸気は他方端側に移動し、そこで蒸気が凝縮して放熱する（その部分をヒートパイプの放熱部と呼ぶ）。ヒートパイプの放熱部にはフィン等を取り付けておけば、作動流体の蒸気が有していた熱が外部に放散されやすくなる。
【０００５】
ところで放熱部で凝縮した作動流体が吸熱部へ戻らなければ、上述の作動は継続しない。そこで放熱部で凝縮した作動流体（の液相）を吸熱部に帰還（還流）させる必要がある。通常は、吸熱部を放熱部より下方に位置させることで、放熱部で凝縮した作動流体の液相を重力によって下降させている。尚、このような状態をボトムヒートモードと呼ぶこともある。
【０００６】
放熱部を吸熱部より上方に配置できない場合は、重力作用による作動流体の還流が期待できない。そこでヒートパイプの空洞部内に毛細管作用を発現するウィック（メッシュやワイヤー等）を配置したり、空洞部内壁に微細な溝を形成したりする方法が知られている。尚、放熱部が吸熱部より下方に位置している場合をトップヒートモードと呼ぶ場合がある。放熱部が吸熱部とほぼ水平に位置している場合も重力作用による作動流体の還流が期待されにくいため、このような場合も、ウィックを配置したりすることが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年は、パソコン等の電気機器の小型化、高性能化が著しく、それに搭載されるＣＰＵ、ＭＰＵ等の発熱部品を冷却するための冷却機構の小型化、省スペース化が強く望まれている。従ってヒートパイプを用いた冷却機構の場合、そのヒートパイプの細径化も要求されることになる。
【０００８】
そこで例えば外径３ｍｍ程度の細いヒートパイプが実用化され、既にそれがパソコン等の冷却機構に適用されている。しかし、パソコン等の筐体内のスペースの都合等により、その細い径のヒートパイプを更に潰して、断面を略扁平形状にしたヒートパイプ（扁平ヒートパイプ）を用いる場合もある。
【０００９】
ところでヒートパイプを用いる利点の一つは、発熱部品の箇所と、その熱の放熱箇所（フィンを配置したりする箇所）との距離をある程度長くできる点にある。つまり、例えばＣＰＵやＭＰＵ等の発熱部品は、パソコン本体内部の外壁付近ではなく、そこから離れた位置に配置される場合が多いが、このような場合において、ヒートパイプを経由させることで、発熱部品の熱をフィンやファンが配置されるパソコン本体の外壁付近に効率的に運ぶことができるのである。
【００１０】
一方、携帯型のパソコン等の場合、その小型化、軽量化が望まれるので、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の発熱部品が搭載される本体部も、その形状が薄型化される傾向にある。このため、発熱部品の冷却機構に用いられるヒートパイプは、その吸熱部と放熱部とが概ね水平に位置するようになる場合も多い。またパソコン等の使用形態によっては、ヒートパイプがトップヒートモードになる場合もあり得る。このような事情から、パソコン等の機器に用いられるヒートパイプにはウィックをを挿入したり、空洞部内壁に微細な溝を形成したりする場合が多い。
【００１１】
しかしヒートパイプがある程度長いと、作動流体の還流経路が長くなるため、上述した空洞部内壁に溝を形成したものでは、その毛細管作用が不足する場合がある。一方、空洞部内にウィックを配置したヒートパイプであっても、特に細径の扁平ヒートパイプの場合、その空洞部断面積が小さいため、作動流体の蒸気が高速化し、その蒸気と逆方向に移動すべき作動流体の液相の移動が妨げられやすくなる。特に厚さが１．５ｍｍ以下程度の薄型の扁平ヒートパイプの場合、この傾向が著しくなる傾向がある。
【００１２】
このように作動流体の還流が不十分であると、いわゆるドライアウト現象が起きたりして、そのヒートパイプによる熱移動が停止あるいは性能低下が起きるので問題である。このような事情から、細径の扁平ヒートパイプの場合であっても、作動流体の還流が十分に維持され優れた特性が発現する扁平ヒートパイプの開発が望まれていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述したような課題を踏まえ、作動流体の還流が十分に維持される優れた扁平ヒートパイプを提供すべくなされたものである。
即ち本発明の扁平ヒートパイプは、空洞部の横断面形状が扁平であるコンテナと、そのコンテナ内に挿入されたウィックを有し、前記ウィックの両端部には、当該ウィックが前記空洞部の内部で安定するように、位置決め部が形成されている、というものである。
【００１４】
前記位置決め部は、前記空洞部の横断面の長径程度に広がった形状に成形されたものであると良い。またウィックは、その両端部を除き空洞部内の略中央部に配置されるようにすると良い。
【００１５】
前記したウィックとして、多数本の細線により形成された編組や、芯材の周りに多数本の細線により形成された編組が巻き付けられたもの等が好適に適用できる。
【００１６】
上述した本発明の扁平ヒートパイプの製造方法として、略円形形状を有するコンテナ素管内に、両端部が前記コンテナ素管の内径程度に広がった形状に加工されたウィックを挿入し、次いでヒートパイプ化する工程と扁平加工を施す工程を有する製造方法を提案する。ヒートパイプ化は扁平加工の後に施しても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
先ずヒートパイプのコンテナとなるべきコンテナ素管１０を用意する。このコンテナ素管１０内に両端部に位置決め部材２１を取り付けたウィック２０を挿入し、次いでこのコンテナ素管１０に図１（ア）に示す矢印の方向に扁平加工（プレス加工等）を施す。扁平になったコンテナ素管１０（図１（イ））をヒートパイプ化して扁平ヒートパイプを得る。
【００１８】
ここでヒートパイプ化とは、管の両端を封止して内部に密封された空洞部を形成する工程、その密封作業に先立って空洞部内に水等の作動流体（図示せず）を適量注入する工程、その他、細かい説明は省くが、空洞部内の脱気作業や洗浄作業等を適宜施す工程等により、ヒートパイプを組み立てる一連の工程の意味である。
【００１９】
尚、上記扁平加工は、作動流体の注入、脱気、両端部の溶接封止等のヒートパイプ化工程を施してから行っても、ヒートパイプ化工程に先立ってヒートパイプ素管１０に施しても良い。
【００２０】
この例では位置決め部材２１は、ウィック２０に別途取り付けたものである。図２はその様子を示す説明図である。この例は、棒状または管状の銅製等の芯材２０１の周りに細い線材を編むように巻き付けた形態のウィック２０（図２（ア））の両端部に板状の位置決め部材２１を取り付けたものである（図２（イ））。
【００２１】
位置決め部としては、上述した例のように、別途用意した位置決め部材２１を取り付ける場合の他、例えば図３（ア）、（イ）に示すように、ウィック２２が巻かれた芯材２２１の一部を割いて、それを曲げ広げるようにして位置決め部を形成する方法もある。
【００２２】
ウィックの形態について幾つか例を挙げておく。図４はウィックの形態例を示したもので、図中の（ア）は、銅製等の棒や管の周りに細い金属線等を編むように巻き付けた形態、同（イ）は、細い線を棒状に編んだもの、同（ウ）はワイヤーを束ねたもの、同（エ）はメッシュ（網）を丸めたもの、である。
【００２３】
さて図１に戻って、上述の扁平加工の際、ウィック２０の両端部に設けた位置決め部材２１は、ウィック２０をコンテナ素管１０のほぼ中央部に保持させる役割を奏する。このため、ウィック２０が製造された扁平ヒートパイプのほぼ全長に渡り、ほぼ中央部分に配置された形態になる。
【００２４】
図１（イ）に示すコンテナ素管１０を用いて製造した本発明の扁平ヒートパイプの作動試験を行ってみた。その結果、例え吸熱部が放熱部の下方に位置しない場合（水平配置またはトップヒートモード）でも、作動流体の還流が高く維持され優れた熱輸送特性を実現していることが判った。
【００２５】
上述した本発明の扁平ヒートパイプが、トップヒートモード或いは吸熱部と放熱部とが実質水平配置の場合でも、優れた熱移動特性が維持された理由を、本発明者らは次のように推察する。図５は本発明の扁平ヒートパイプの断面図を示す説明図である。この図を参照しながら説明する。
【００２６】
本発明の扁平ヒートパイプ３では、コンテナ３２内に挿入されたウィック３０が位置決め部３１により、扁平ヒートパイプ３のほぼ全長に渡りほぼ一定の位置（この例の場合は中央部分）に配置されている。図中の符号３００はウィック３０の芯材である。
【００２７】
作動流体の液相部分を毛細管作用によって移動させるウィック３０は、即ち作動流体の主な還流経路となり、ウィック３０の存在しない領域は主に蒸気の流路となる。本発明の場合、そのウィック３０と蒸気流路とが扁平ヒートパイプ３のほぼ全長に渡りほぼ一定の位置で区分されているので、作動流体の蒸気の流れに逆行する作動流体の液相の移動が、蒸気により妨げられにくくなっていると思われる。従って、この扁平ヒートパイプ３がトップヒートモード或いは吸熱部と放熱部とが実質水平配置の状態で使用された場合であっても、作動流体の還流が効率的に維持され、従って優れた熱移動特性が維持された、と本発明者らは推察する。
【００２８】
ところで、特公平６−６５９５４（本願と発明者の一部が重複している）には、扁平ヒートパイプの断面の一部にウィック部材を集め、その他の部分を蒸気流路とする発明が示されている。これに対し図５に示すような本願発明の扁平ヒートパイプ３は、ウィック部材３０が扁平ヒートパイプ３の全長に渡りほぼ一定の位置にある構成を簡易に実現した点に優位性がある。
【００２９】
尚、ウィック３０は必ずしもコンテナ３２内の中央部分に配置されなくても良い。例えば空洞部の端に寄せて配置しても良い。いずれにしても、扁平ヒートパイプ３のほぼ全長に渡り、作動流体の還流経路となるウィック３０がほぼ一定の位置に配置されるように区分されていることが大切である。
【００３０】
これに対し従来の扁平ヒートパイプの場合は、実用的には空洞部内に配置されたウィックが乱れやすくなっている。この点を図６、７を参照しながら説明する。
図６の例は、スパイラル状に巻いたスパイラルテープ５１の弾性力によって、ワイヤーウィック５０をパイプ４０内の内壁に沿って配置し、そのパイプ４０を潰して扁平した場合を示している。しかしこの例の場合、潰す工程において、図６（イ）に模式的に示すようにワイヤーウィック５０が乱れることが多い。図７の例は、メッシュ５２をパイプ４０の内壁に沿うように配置し、それを潰して扁平にしたものであるが、この場合も同様に扁平加工の際、メッシュ５２が乱れて乱雑になりやすい。
【００３１】
図６、７に示す従来の例のように、ウィックであるワイヤーウィック５０やメッシュ５２の配置が乱雑になると、ウィック部分と蒸気流路の部分が入り乱れてしまう。特に細径の扁平ヒートパイプの場合、作動流体蒸気の移動が高速化しやすいので、作動流体蒸気によりウィック表面の作動流体液相が飛散させられる等の現象が起きやすいと思われる。このようなことが、作動流体の還流を不十分にさせていた原因と思われる。
【００３２】
これに対して本発明の扁平ヒートパイプの場合は、ウィックの部分と蒸気流路の部分が、扁平ヒートパイプのほぼ全長に渡り区分されているので、作動流体の還流に対する蒸気移動の影響を受けにくく、従って十分な還流が維持され、優れた熱移動特性が発現するもの、と思われる。
【００３３】
【実施例】
本発明の実施例について簡単に説明しておく。
図１のコンテナ素管１０として、肉厚０．２５ｍｍで外径６ｍｍのパイプを用いた。ウィック２０は銅製の芯材の周りに素線径０．１ｍｍの編素が編むように巻かれたもので、概ね外径は２ｍｍ程度のものである。このウィック２０の両端部には位置決め部材２１を取り付けるが、それとは別に、端末ばらけを防ぐ意味でばらけ防止部材（図示しない）も取り付けている。
【００３４】
位置決め部材２１はほぼ長方形の形状で、その対角線はコンテナ素管１０の内径に近い長さにした。コンテナ素管１０にウィック２０を挿入後、ヒートパイプ化してから、プレス加工（扁平加工）して厚さ１ｍｍ程度まで潰した。外径２ｍｍ程度であったウィック２０もコンテナ素管１０の内壁に押されるようにして潰れた。
【００３５】
製造した扁平ヒートパイプの長さは２００ｍｍ程度である。その扁平ヒートパイプを水平に置いて、その一方の端部から５０ｍｍ部分を加熱、他方側を冷却放熱させたところ、８Ｗまでは加熱部と放熱部の温度差が非常に小さく維持できた。同様の試験を従来のヒートパイプで試みた結果と比べても数倍の熱輸送特性が実現していることが判った。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明の扁平ヒートパイプとその製造方法は、作動流体の還流が十分に維持され、優れた熱移動特性が実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図３】ウィックと位置決め部材の例を示す説明図である。
【図４】ウィックの例を示す説明図である。
【図５】本発明の扁平ヒートパイプの例の一部断面図である。
【図６】従来の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【図７】従来の扁平ヒートパイプの製造工程の一部を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１０  コンテナ素管
２０  ウィック
２１  位置決め部材
２０１  芯材
２２  ウィック
２２１  芯材
３  扁平ヒートパイプ
３０  ウィック
３００  芯材
３１  位置決め部
３２  コンテナ
４０  パイプ
５０  ワイヤーウィック
５１  スパイラルテープ
５２  メッシュ
【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】
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