ヒートパイプおよびその製造方法
【課題】熱流束を効果的に低減することができ、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱が効果的に行われるヒートパイプおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、少なくとも前記受熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、前記受熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプ。
【解決手段】放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、少なくとも前記受熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、前記受熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱が効果的に行われるヒートパイプおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンなどの電子機器の冷却は、セントラルプロセッシングユニット（ＣＰＵ）の発熱量や発熱密度の増加、グラフィックプロセッシングユニット（ＧＰＵ）やNorth-bridgeと呼ばれるチップセットなど、複数の発熱素子の発熱に対しても、適切に行う必要が出てきている。従来、このような発熱素子の熱を所望の位置に移動させる手段としてヒートパイプが採用されている。
【０００３】
特にノートパソコンなどの小型の機器においては、高性能でありながら薄さや軽さを特徴とするものが多く現われ、熱を移動するヒートパイプとして、所定の熱輸送量を維持しながら細く、薄いものが要求されてきている。そこで、このような用途では、ヒートパイプに扁平加工を施して使用することが一般的であり、要求される熱輸送量に対応するためには複数のヒートパイプを用いるといった工夫をしている。
【０００４】
ヒートパイプは、その見掛け上の熱伝導率が銅やアルミニウム等の金属に対して数倍から数十倍程度に優れていることから、冷却用素子として各種熱関連機器に採用されている。
【０００５】
ヒートパイプの内部には作動液の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動液が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。
【０００６】
すなわち、ヒートパイプの吸熱側において、熱源からヒートパイプを構成するコンテナの材質中を熱伝導して伝わってきた熱を潜熱として吸収して、作動液が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。ヒートパイプの放熱側においては、作動液の蒸気は凝縮して潜熱を放出するとともに、再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動液は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動液の相変態や移動によって熱の移動が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１９８０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、熱源とヒートパイプとの間の接触面積が十分に大きくないと熱流束（単位面積を流れるエネルギー（熱流）量を示す）が増加し、ヒートパイプの受熱部内で作動液の突沸や、ドライアウトが起こる場合があった。このような場合、ヒートパイプの熱伝導率が大きく低下してしまうという問題があった。熱源とヒートパイプとの間の接触面積を広くする手段としては、ヒートパイプの形状に対応した形状の受熱ブロックを加工したり、ヒートパイプに熱的に接続するカバーなどを設けたりして、熱源からの入熱をヒートパイプの周囲全体から行うようにして、熱流束を低減させる方法がある。
【０００９】
しかし、ヒートパイプの形状に対応した形状の受熱ブロックを加工したり、ヒートパイプに熱的に接続するカバーなどを設けたりして、熱源からの入熱をヒートパイプの周囲全体から行う場合にも、ヒートパイプの受熱部が熱源と接触する面積が十分でなく、熱流束を低減することが難しい場合がある。特に、熱源がヒートパイプの接触面積の幅よりも大きいときには、熱源とヒートパイプとの間の受熱プレートを介して熱が移動するため、この部分の熱抵抗も問題となる。
【００１０】
従って、この発明の目的は、熱流束を効果的に低減することができ、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱が効果的に行われるヒートパイプおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、受熱部に対応する部分の径がその他の部分の径よりも大きいヒートパイプに扁平加工を施してヒートパイプの受熱部を形成すると、熱源等に接続された受熱プレートとヒートパイプの受熱部との間の接触面積が大きくなり、接触部分における熱流束を効果的に低減して、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱を効果的に行うことができることが判明した。
【００１２】
この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明のヒートパイプの第１の態様は、放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、前記受熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、少なくとも前記受熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプである。
【００１３】
この発明のヒートパイプの第２の態様は、前記接続部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、前記受熱部の扁平方向における前記管状コンテナ内側の厚さが、前記接続部の扁平方向における前記管状コンテナ内側の厚さよりも薄いことを特徴とするヒートパイプである。
ここで、扁平方向とは、扁平加工における力を加えた方向であり、扁平形状(丸角長方形)の短軸方向を示す。
【００１４】
この発明のヒートパイプの第３の態様は、前記放熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、少なくとも前記放熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプである。
【００１５】
この発明のヒートパイプの第４の態様は、放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、前記受熱部の外径が、前記接続部の外径よりも大きいことを特徴とするヒートパイプである。
【００１６】
この発明のヒートパイプの製造方法の第１の態様は、少なくとも一部に内径の大きい大径部を有する管状体を調製する工程と、前記大径部を扁平加工することによって受熱部を形成する工程と、前記管状体の内部に作動流体を封入して、前記管状体を密閉して管状コンテナを形成する工程とを有するヒートパイプの製造方法である。
【００１７】
この発明のヒートパイプの製造方法の第２の態様は、前記受熱部が前記管状コンテナの一方の端部に形成されることを特徴とするヒートパイプの製造方法である。
【００１８】
この発明のヒートパイプの製造方法の第３の態様は、長手方向で断面形状が同一の管状体を調製する工程と、前記管状体の一方端から所定の長さの部分を縮径または拡径する工程と、前記管状体の内部に作動流体を封入して、前記管状体を密閉して管状コンテナを形成する工程とを有するヒートパイプの製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によると、受熱部がその他の部分よりも大きく設定されているので、受熱部と受熱プレートとの間の熱抵抗が低減することができ、接触部分における熱流束を効果的に低減して、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱を効果的に行うことができる。
更にこの発明によると、受熱部がその他の部分よりも大きく設定されているので、発熱素子から受熱プレート、コンテナの受熱部を通る最大熱輸送量の維持、拡大が可能であり、放熱効率に優れたヒートパイプを提供することができる。
更にこの発明によると、受熱ブロックの代わりに受熱プレートを使用して、接触部分における熱流束を効果的に低減することが可能で、与えられたスペースを最大限利用することができ、設計の柔軟性を確保することができる。
更にこの発明によると、放熱部の管状コンテナ内側の断面積を、受熱部と同様に、接続部の管状コンテナ内側の断面積よりも大きくすることで、放熱部における熱流束を低減して、ヒートパイプからの放熱を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、この発明のヒートパイプの１つの態様を説明する斜視図である。
【図２】図２は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。
【図３】図３は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。
【図４】図４は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のヒートパイプについて図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明のヒートパイプの１つの態様は、放熱部と、受熱部と、放熱部と受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプであって、少なくとも受熱部は、管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、受熱部の管状コンテナ内側の断面積が、接続部の管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプである。
【００２２】
図１（ａ）は、この発明のヒートパイプの１つの態様を説明する斜視図である。図１に示すように、この発明の１つの態様のヒートパイプ１は、その長手方向と直交する横断面がそれぞれ扁平形状である放熱部５、受熱部４および放熱部５と受熱部４とを接続する接続部６を備え一体的に形成された管状コンテナ２からなっている。即ち、この態様では、管状コンテナ２の全体にわたって扁平加工が施されている。
【００２３】
受熱部４は、概ねその全体が接触面として受熱プレート７の一方の面と接触して熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面には、発熱素子としてのチップセット１１およびＣＰＵ１２が熱的に接続される。なお、ヒートパイプ１は、受熱部４に対応する部分の径がその他の部分の径よりも大きい断面丸型の管状コンテナの全体に扁平加工を施して、放熱部５および接続部６よりも横断面が大きい受熱部４が形成されている。
【００２４】
放熱部５には、放熱フィン部３が熱的に接続されている。放熱フィン部３は、例えば複数枚の薄板状フィン８が所定間隔で並列に配置されて形成されている。薄板状フィン８は、例えば上面、該上面と平行な下面、該上面および下面を接続する垂直面からなる、断面コの字形状の放熱フィンである。この放熱フィンが複数並列に配置されることによって、下面が（図示しない）受熱面を形成し、放熱部５に伝わった熱が受熱面から放熱フィン部３に伝わり、大気中に放散される。
【００２５】
この態様においては、放熱部５および接続部６の長手方向と直交する横断面が概ね同一で、受熱部４の長手方向と直交する横断面が、放熱部５および接続部６の横断面よりも大きく設定されている。その結果、管状コンテナ２の受熱部４は、受熱プレート７の概ね全長にわたって接触し、受熱プレート７の幅方向においても広い部分で接触している。このため、受熱部４が受熱プレート７から受ける熱は、受熱部４の全体に拡散され、受熱部４の熱流束を低減することができる。
【００２６】
図１（ｂ）に、図１（ａ）におけるヒートパイプ１の受熱部４の横断面を示す。図１（ｂ）に示すように、受熱部４の断面の概ね中央部分には、断面矩形の焼結金属からなるウイック９がコンテナ２内壁の上面および下面に熱的に接続して設けられている。ウイック９の両側はそれぞれ空洞部１０が確保されて、気相の作動液の流路を確保している。
なお、この態様では、ウイック９として、断面が矩形の焼結金属からなるものについて説明したが、ウイックの形状や材質はこれに限らない。すなわち、ウイックの断面は、丸形、半円形、半楕円形等の形状でもよく、またウイックは、金属線を複数束ねたものでもよく、メッシュによって形成してもよい。
【００２７】
図２（ａ）は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。この態様のヒートパイプ２０においては、受熱部２４に対応する部分の径がその他の部分の径よりも大きい丸型コンテナの受熱部２４に対応する部分のみに扁平加工を施して形成している。即ち、この態様のヒートパイプ２０は、長手方向と直交する横断面が円形の放熱部２５および接続部２６と、長手方向と直交する横断面が扁平形状である受熱部２４とを備え一体的に形成された管状コンテナ２２からなっている。受熱部２４は、図１を参照して説明した態様と同様に、概ねその全体が接触面として受熱プレート７の一方の面と接触して熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面には、発熱素子としてのチップセット１１およびＣＰＵ１２が熱的に接続される。
【００２８】
断面形状が円形の扁平加工が施されていない管状コンテナ２２の放熱部２５には、放熱フィン部２３が熱的に接続されている。放熱フィン部２３は、図２（ｂ）に示すように、中央部にバーリング加工によって形成された円筒状部分を一体的に備えた複数の薄板状フィン２８からなっており、バーリング加工された円筒状部分の先端部が隣接する薄板状フィンに接触して、複数並列に配置されている。バーリング加工した円筒状部分の内壁部に管状コンテナの放熱部が挿通されて、薄板フィン２８と放熱部２５が熱的に接続されている。
【００２９】
図２（ｃ）および（ｄ）には、コンテナ２２の接続部２６および放熱部２５の横断面、ならびに、コンテナ２２の受熱部２４の横断面をそれぞれ示す。この態様では、管状コンテナの内壁部に毛細管力を有する溝部２９が設けられている。接続部２６および放熱部２５は扁平加工が施されない丸型のままの状態であり、受熱部２４は扁平加工が施されている。この態様においても、受熱部の受熱プレートとの接触面積が広く、接触部分における熱流束を効果的に低減して、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱を効果的に行うことができる。
【００３０】
図３（ａ）は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。この態様のヒートパイプ３０においては、受熱部３４および放熱部３５に対応する部分の径が接続部３６の径よりも大きい丸型コンテナの全体にわたって扁平加工を施して、受熱部３４、接続部３６、放熱部３５を形成している。
【００３１】
即ち、この態様のヒートパイプ３０は、長手方向と直交する横断面がそれぞれ扁平形状である放熱部３５、受熱部３４および放熱部３５と受熱部３４とを接続する接続部３６を備え一体的に形成された管状コンテナ２からなっている。即ち、この態様においても、管状コンテナの全体にわたって扁平加工が施されている。
【００３２】
更に、受熱部３４および放熱部３５の横断面は、接続部３６の横断面より大きく設定されている。更に、受熱部の扁平方向（即ち、扁平加工に際して力が加えられる方向）における管状コンテナ内側の厚さが、接続部の扁平方向における管状コンテナ内側の厚さよりも薄く設定されてもよい。
【００３３】
受熱部３４は、図１を参照して説明した態様と同様に、概ねその全体が接触面として受熱プレート７の一方の面と接触して熱的に接続されている。受熱プレート７の他方の面には、発熱素子としてのＣＰＵ１２が熱的に接続される。放熱部３５には、放熱フィン部３３が熱的に接続されている。放熱フィン部３３は、例えば複数枚の薄板状フィン３８が所定間隔で並列に配置されている。
【００３４】
薄板状フィン３８は、図１を参照して説明したように、例えば上面、垂直面および下面からなる断面コの字形のフィンからなり、複数枚の薄板状フィン３８が並列配置されることによって、下面が受熱面を形成し、放熱部３５に伝わった熱が受熱面から放熱フィン部３３に伝わり、大気中に放散される。この態様では、放熱フィン部３３の下面からなる受熱面が広い面積で、放熱部３５と熱的に接続されて、放熱効率が高い。
【００３５】
図３（ｂ）にコンテナの断面を示す。図３（ｂ）に示すように、管状コンテナ３２の例えば受熱部３４の概ね中央部分には、断面概ね円形の円筒状の編組（メッシュ）ウイック３９がコンテナ３２の内壁の上面および下面に熱的に接続して設けられている。ウイック３９の内部および両側はそれぞれ空洞部が確保されて、気相の作動液の流路を確保している。
【００３６】
図４（ａ）は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。この態様のヒートパイプ４０においては、受熱部４４に対応する部分の径がその他の部分の径よりも大きい丸型コンテナを使用している。径の大きい受熱部４４には、受熱部４４の外径と概ね同一の幅を有する受熱ブロック４７が熱的に接続されている。
【００３７】
即ち、受熱ブロック４７は、受熱部４４外形状に対応した凹部を備え、上端部を除く受熱部の周りを覆うように、受熱部が凹部に収納されて熱的に接続される。受熱ブロック４７の下面には、発熱素子としてのＣＰＵ１２が熱的に接続される。受熱部４４よりも径の小さい放熱部４５には、図２を参照して説明したと同様の放熱フィン部４３が熱的に接続される。
【００３８】
図４（ｂ）に受熱部４４の断面を示す。受熱部４４のコンテナの内壁には、毛細管力に優れた焼結金属４９が全面にわたって形成されている。図１から図４を参照して説明したように、受熱部は広い面積で受熱プレート、または、受熱ブロックに熱的に接続され、接触部分における熱流束を効果的に低減して、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱を効果的に行うことができる。
【００３９】
なお、通常、ヒートパイプを形成するコンテナは、作動流体との間の適合性を考慮して、作動流体を水とする場合は銅管である場合が多く、これらは引き抜き材として同一の径で製造される。従って、通常のヒートパイプは外径のバリエーションは多数あるが、一方の端部から他方の端部まで概ね同一の外径を有している。
【００４０】
ヒートパイプの熱輸送量の増大、入熱や放熱の熱流束の低減を考えるとヒートパイプの外径（実際は内径に依存するが）は大きいほどよいが、重さや、取り回し（スペースの問題、最小曲げ半径）の観点から、径の細いヒートパイプが好まれる。特に受熱部に関しては、熱流束の低減がドライアウト現象の抑制や蒸発抵抗の抑制に繋がるため、受熱プレートとの接触面積の増大、内容積の拡大などが望まれる。従来、ノートパソコン用に扁平にして使用した場合は、丸形状よりも断面積が実質的に減少する。
【００４１】
この発明では、受熱部側に異形ヒートパイプの径の大きい方を接触させる。丸型ヒートパイプのままであっても、大きな径によって入熱部の熱流束は低減するが、拡大した径の部分に扁平加工を施したときには、元の径が大きいので受熱面積が増大し、扁平後の断面積も増加する。これによって熱流束の低減と蒸発抵抗の低減を図ることができ、突沸やドライアウトの抑制、入熱部の熱抵抗の低減が可能になる。
【００４２】
ヒートパイプ全体を同一の厚さにすることは与えられたスペースに収める上では有効であるが、仮の受熱部以外の特に熱輸送部（断熱部）を丸のまま、あるいは扁平厚みを厚くすることができれば、全体の内容積（断面積）を極力小さくすることなく所望の熱輸送デバイスを提供することが出来る。
【００４３】
この発明のヒートパイプを実施例によって更に詳細に説明する。
実施例１
図１を参照して第１の実施例を説明する。実施例１におけるヒートパイプは、受熱部に対応する端部から６０ｍｍの部分はφ８ｍｍの外径を有しており、残りの１４０ｍｍの部分は、φ６ｍｍの外径を有する銅管から形成されている。更に、ヒートパイプは、全体に渡って３ｍｍに扁平されている。このため、受熱部付近は、パイプの幅が約１１ｍｍとなっており、他の部分は約７．８ｍｍとなっている。
【００４４】
銅管の内部には、扁平後のほぼ中央に焼結金属による毛細管構造を有しており、これにより、放熱部で凝縮した作動流体が受熱部に還流する。毛細管構造が中央にあるので、周囲にある場合に比べて対向流による流路抵抗が小さく、より作動流体の循環がスムースになり、最大熱輸送量が増加する。
【００４５】
この受熱部には長さ５０ｍ、幅３０ｍｍの銅製の受熱プレート（受熱板金）が熱的に接続されており、図示していない固定治具によってヒートシンクを発熱素子が取り付いている基板と締結している。発熱素子は２０ｍｍ角で、さらに側方の同一平面にチップセットがあり、これは大きさが１２ｍｍ角である。受熱板金はこれらを大略中心としてグリースを介して設定されている。一方、他端は扁平されたヒートパイプの片方に幅２０ｍｍ、高さ１５ｍｍのフィン群が約６０ｍｍの長さにわたって取り付けられている。このフィンには、図示しない遠心ファンによって空気が送り込まれ、熱交換して大気中に放熱される。
【００４６】
発熱素子等から発生した熱は、グリースを介して受熱プレートに伝熱され、さらに受熱プレートからヒートパイプに伝熱される。この時、熱源とヒートパイプとの間の熱抵抗を出来るだけ小さくすることが高性能のヒートシンクの１つの要素であり、そのためには、出来るだけ熱源の直上にヒートパイプを設置することが望まれる。これは、薄い受熱プレートに集熱効果を完全に期待することは出来ず、この部分での抵抗が生じるからである。また、ヒートパイプに関しても、小さなエリアのみから所定の熱量が入ると熱流束が過度に大きくなり、部分的に内部の作動流体の循環が妨げられたり、他の熱源からの熱の授受に影響を及ぼしたりするため、出来るだけ広い面積での熱入力が好ましい。
【００４７】
本実施例では、受熱部のパイプ径が大きいため、他端のヒートパイプを扁平にしたヒートパイプよりもヒートパイプの幅が３ｍｍ以上広くなっている。このため、従来では、２０ｍｍあるいは１２ｍｍの熱源に対して７．８ｍｍ幅でしか受熱出来なかったが、本実施例では１１ｍｍとなり約４０％の改善となっている。受熱部以外のヒートパイプの部分は元のφ６ｍｍであり、限られたスペースに組み付ける場合に全体を太くすることによる弊害がない。
【００４８】
また、本実施例では、直管の図を示しているが、曲げる必要がある場合、太径よりも細径の方が最小曲げ半径（一般的にパイプを極端に小さいＲで曲げると材質の構造上、座屈したり、クラックが入ったりヒートパイプの機能が失われる）を小さく設定することができ、柔軟性のあるレイアウトが可能である。放熱部のフィンはハンダ付で固定されており、ヒートパイプが扁平であるため、フィン群と面接触が可能であり、高い放熱性能を維持することができる。
【００４９】
実施例２
図２を参照して第２の実施例を説明する。大略は実施例１と同じであるが、φ６ｍｍ部分は扁平されず、丸管のまま使用されている。ヒートパイプの内壁には多数のグルーブが長手方向に刻まれて毛細管力を発生させており、これによって放熱部で凝縮した作動流体が放熱部へ還流することが出来る。発熱素子および受熱プレートの構成は同様であるが、放熱部のフィンは、ヒートパイプに櫛刺しになるように挿入されている。このようなフィンは板金に適切なバーリング部を設けてヒートパイプに圧入することでハンダによって固定されたものとほぼ同等の熱伝達を得ることができる。従って、フィンはアルミニウム製であるが、メッキなどの前工程が不要となる。
【００５０】
この実施例における受熱プレート周辺の構成は同様であるので説明を省略する。一般にヒートパイプの能力（例えば最大熱輸送量）は、ヒートパイプの断面積の大きさに関係する。断面積が大きいほど、蒸気速度が緩和され、これに伴う流路抵抗が低減したり、還流液との対向流による液の戻りへの阻害がなくなったりするため、より多くの熱輸送が可能になる。もちろん、ヒートパイプにはこれ以外の要素によって熱輸送量が支配されることもあるが、他の条件が同じであれば、どのような構成のヒートパイプでも、上述したと同様なことが言える。
【００５１】
本実施例のヒートパイプは、φ８ｍｍ部分のみが３ｍｍまで扁平して断面積が減少し、φ６ｍｍ部分はそのままで断面積を維持している。従って、この部分も３ｍｍに扁平するとこの箇所の断面積が最小となり、ボトルネックとなってしまう。本実施例では、φ６ｍｍ部分はそのままで断面積を維持しているので、φ８ｍｍを３ｍｍに扁平した部分が最小断面積となり、パイプの幅から換算して、約４０％の断面を拡大することができた。すなわち、外径の大きなパイプ部のみを扁平することでヒートパイプの能力を極力高く維持することが可能となる。
【００５２】
実施例３
図３を参照して第３の実施例を説明する。このヒートパイプは、受熱部に対応する端部から４０ｍｍの部分はφ８ｍｍ、放熱部に当たる他端から７０ｍｍの部分は同じくφ８ｍｍ、残りの中間部７０ｍｍはφ６ｍｍの銅管から構成されている。更に、このヒートパイプは全体に渡って３ｍｍに扁平されている。このため、受熱部付近と放熱部付近は、パイプの幅が約１１ｍｍとなっており、他部は約７．８ｍｍとなっている。ヒートパイプの内部には管状の編組線（メッシュ）入っており、これによって毛細管力が生じ、作動流体の還流が可能となる。
【００５３】
この受熱部には長さ３０ｍｍ、幅３０ｍｍの銅製の受熱プレートが熱的に接続されており、図示していない固定治具によってヒートシンクをＣＰＵが取り付いている基板と締結している。ＣＰＵは２０ｍｍ角で、受熱プレートはこの中心にグリースを介して設定されている。一方、他端のφ８ｍｍを扁平された部分には幅２０ｍｍ、高さ１５ｍｍのフィン群が約６０ｍｍの長さに取り付けられている。このフィンは図示しない遠心ファンによって空気が送り込まれて、熱交換し、大気中に放熱する。
【００５４】
受熱部のメカニズムについては実施例１と同様であるので説明を省略する。本実施例は、放熱部側のヒートパイプの外径を拡大しているため、実施例１と比較して、フィンとの接合面積が大きく、この部分での熱抵抗の低減を図ることができる。一般に、熱源に近い分部の熱性能の改善を図ることが、全体の熱性能に及ぼす影響が大きいが、（図示していない）ファンからの風量が大きい場合は、フィン効率（フィン内の温度分布がどれだけ一様化）の影響を受けやすいため、その対策として、放熱部の熱抵抗低減は有効である。この場合、実施例１に対してフィン底部のヒートパイプとの接触面積は40%増加しており熱抵抗の低減に寄与する。なお、中間のパイプ部の外径を太くしていないため、レイアウトのし易さや組み込み性については良好に維持することができた。
【００５５】
実施例４
図４を参照して第４の実施例を説明する。このヒートパイプは、受熱部に対応する端部から５０ｍｍの部分はφ８ｍｍの外径を有しており、残りの１５０ｍｍの部分は、φ６ｍｍとなっている銅管から構成されている。銅管の内部には、内壁面に焼結金属が結合されて毛細管構造を有しており、これにより、放熱部で凝縮した作動流体が受熱部に還流することになる。
【００５６】
この受熱部には長さ３０ｍｍ、幅３０ｍｍの銅製でパイプの外周に合わせた溝形状が施された受熱ブロックが熱的に接続されており、図示していない治具によってヒートシンクをＣＰＵが取り付いている基板と固定されている。ＣＰＵは２０ｍｍ角で受熱ブロックの大略中央にグリースを介して設定されている。放熱部のフィンは、実施例２と同一であるので、説明を省略する。
【００５７】
ＣＰＵからの発熱はグリースを介して受熱ブロックに伝達され、さらに受熱ブロックからハンダ付によって接合されたヒートパイプに伝達する。ヒートパイプは受熱ブロックに大略U字形状に設けられた溝に接合されており、ヒートパイプの下部の半円がブロックとパイプの伝熱面積となっている。本実施例のヒートパイプは、受熱部の外径が他部よりφ８ｍｍと太くなっているため、この伝熱面積がφ６ｍｍの場合と比べて約３０％の拡大となり、従って、熱流束が低減し熱抵抗も低減する。
【００５８】
なお、本発明は上記内容に限られたわけではなく、ヒートパイプの外径や各部の長さは工業上の制約がなければ自由に選定することが出来る。また、内部の毛細管を有する構造体も実施例に限ったものではない。受熱プレートや放熱フィンについても材質（銅、アルミ、マグネシウム、鉄など）、サイズ、固定方法（ハンダ付、圧入、カシメなど）その他は、任意に選定することができる。発熱体もＣＰＵ、ＶＰＵ、チップセットに限らず、放熱が必要な被冷却物を対象とする。
【００５９】
上述したように、この発明によると、熱流束を効果的に低減することができ、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱が効果的に行われるヒートパイプおよびその製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１、２０、３０、４０ ヒートパイプ
２、２２、３２、４２ コンテナ
３、２３、３３、４３ 放熱フィン部
４、２４、３４、４４ 受熱部
５、２５、３５、４５ 放熱部
６、２６、３６、４６ 接続部
７ 受熱プレート
８、２８、３８、４８ 薄板状フィン
９、２９、３９、４９ ウイック
１０ 空洞部
１１、１２ 発熱素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱が効果的に行われるヒートパイプおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンなどの電子機器の冷却は、セントラルプロセッシングユニット（ＣＰＵ）の発熱量や発熱密度の増加、グラフィックプロセッシングユニット（ＧＰＵ）やNorth-bridgeと呼ばれるチップセットなど、複数の発熱素子の発熱に対しても、適切に行う必要が出てきている。従来、このような発熱素子の熱を所望の位置に移動させる手段としてヒートパイプが採用されている。
【０００３】
特にノートパソコンなどの小型の機器においては、高性能でありながら薄さや軽さを特徴とするものが多く現われ、熱を移動するヒートパイプとして、所定の熱輸送量を維持しながら細く、薄いものが要求されてきている。そこで、このような用途では、ヒートパイプに扁平加工を施して使用することが一般的であり、要求される熱輸送量に対応するためには複数のヒートパイプを用いるといった工夫をしている。
【０００４】
ヒートパイプは、その見掛け上の熱伝導率が銅やアルミニウム等の金属に対して数倍から数十倍程度に優れていることから、冷却用素子として各種熱関連機器に採用されている。
【０００５】
ヒートパイプの内部には作動液の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動液が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。
【０００６】
すなわち、ヒートパイプの吸熱側において、熱源からヒートパイプを構成するコンテナの材質中を熱伝導して伝わってきた熱を潜熱として吸収して、作動液が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。ヒートパイプの放熱側においては、作動液の蒸気は凝縮して潜熱を放出するとともに、再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動液は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動液の相変態や移動によって熱の移動が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１９８０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、熱源とヒートパイプとの間の接触面積が十分に大きくないと熱流束（単位面積を流れるエネルギー（熱流）量を示す）が増加し、ヒートパイプの受熱部内で作動液の突沸や、ドライアウトが起こる場合があった。このような場合、ヒートパイプの熱伝導率が大きく低下してしまうという問題があった。熱源とヒートパイプとの間の接触面積を広くする手段としては、ヒートパイプの形状に対応した形状の受熱ブロックを加工したり、ヒートパイプに熱的に接続するカバーなどを設けたりして、熱源からの入熱をヒートパイプの周囲全体から行うようにして、熱流束を低減させる方法がある。
【０００９】
しかし、ヒートパイプの形状に対応した形状の受熱ブロックを加工したり、ヒートパイプに熱的に接続するカバーなどを設けたりして、熱源からの入熱をヒートパイプの周囲全体から行う場合にも、ヒートパイプの受熱部が熱源と接触する面積が十分でなく、熱流束を低減することが難しい場合がある。特に、熱源がヒートパイプの接触面積の幅よりも大きいときには、熱源とヒートパイプとの間の受熱プレートを介して熱が移動するため、この部分の熱抵抗も問題となる。
【００１０】
従って、この発明の目的は、熱流束を効果的に低減することができ、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱が効果的に行われるヒートパイプおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、受熱部に対応する部分の径がその他の部分の径よりも大きいヒートパイプに扁平加工を施してヒートパイプの受熱部を形成すると、熱源等に接続された受熱プレートとヒートパイプの受熱部との間の接触面積が大きくなり、接触部分における熱流束を効果的に低減して、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱を効果的に行うことができることが判明した。
【００１２】
この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明のヒートパイプの第１の態様は、放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、前記受熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、少なくとも前記受熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプである。
【００１３】
この発明のヒートパイプの第２の態様は、前記接続部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、前記受熱部の扁平方向における前記管状コンテナ内側の厚さが、前記接続部の扁平方向における前記管状コンテナ内側の厚さよりも薄いことを特徴とするヒートパイプである。
ここで、扁平方向とは、扁平加工における力を加えた方向であり、扁平形状(丸角長方形)の短軸方向を示す。
【００１４】
この発明のヒートパイプの第３の態様は、前記放熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、少なくとも前記放熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプである。
【００１５】
この発明のヒートパイプの第４の態様は、放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、前記受熱部の外径が、前記接続部の外径よりも大きいことを特徴とするヒートパイプである。
【００１６】
この発明のヒートパイプの製造方法の第１の態様は、少なくとも一部に内径の大きい大径部を有する管状体を調製する工程と、前記大径部を扁平加工することによって受熱部を形成する工程と、前記管状体の内部に作動流体を封入して、前記管状体を密閉して管状コンテナを形成する工程とを有するヒートパイプの製造方法である。
【００１７】
この発明のヒートパイプの製造方法の第２の態様は、前記受熱部が前記管状コンテナの一方の端部に形成されることを特徴とするヒートパイプの製造方法である。
【００１８】
この発明のヒートパイプの製造方法の第３の態様は、長手方向で断面形状が同一の管状体を調製する工程と、前記管状体の一方端から所定の長さの部分を縮径または拡径する工程と、前記管状体の内部に作動流体を封入して、前記管状体を密閉して管状コンテナを形成する工程とを有するヒートパイプの製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によると、受熱部がその他の部分よりも大きく設定されているので、受熱部と受熱プレートとの間の熱抵抗が低減することができ、接触部分における熱流束を効果的に低減して、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱を効果的に行うことができる。
更にこの発明によると、受熱部がその他の部分よりも大きく設定されているので、発熱素子から受熱プレート、コンテナの受熱部を通る最大熱輸送量の維持、拡大が可能であり、放熱効率に優れたヒートパイプを提供することができる。
更にこの発明によると、受熱ブロックの代わりに受熱プレートを使用して、接触部分における熱流束を効果的に低減することが可能で、与えられたスペースを最大限利用することができ、設計の柔軟性を確保することができる。
更にこの発明によると、放熱部の管状コンテナ内側の断面積を、受熱部と同様に、接続部の管状コンテナ内側の断面積よりも大きくすることで、放熱部における熱流束を低減して、ヒートパイプからの放熱を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、この発明のヒートパイプの１つの態様を説明する斜視図である。
【図２】図２は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。
【図３】図３は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。
【図４】図４は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のヒートパイプについて図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明のヒートパイプの１つの態様は、放熱部と、受熱部と、放熱部と受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプであって、少なくとも受熱部は、管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、受熱部の管状コンテナ内側の断面積が、接続部の管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプである。
【００２２】
図１（ａ）は、この発明のヒートパイプの１つの態様を説明する斜視図である。図１に示すように、この発明の１つの態様のヒートパイプ１は、その長手方向と直交する横断面がそれぞれ扁平形状である放熱部５、受熱部４および放熱部５と受熱部４とを接続する接続部６を備え一体的に形成された管状コンテナ２からなっている。即ち、この態様では、管状コンテナ２の全体にわたって扁平加工が施されている。
【００２３】
受熱部４は、概ねその全体が接触面として受熱プレート７の一方の面と接触して熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面には、発熱素子としてのチップセット１１およびＣＰＵ１２が熱的に接続される。なお、ヒートパイプ１は、受熱部４に対応する部分の径がその他の部分の径よりも大きい断面丸型の管状コンテナの全体に扁平加工を施して、放熱部５および接続部６よりも横断面が大きい受熱部４が形成されている。
【００２４】
放熱部５には、放熱フィン部３が熱的に接続されている。放熱フィン部３は、例えば複数枚の薄板状フィン８が所定間隔で並列に配置されて形成されている。薄板状フィン８は、例えば上面、該上面と平行な下面、該上面および下面を接続する垂直面からなる、断面コの字形状の放熱フィンである。この放熱フィンが複数並列に配置されることによって、下面が（図示しない）受熱面を形成し、放熱部５に伝わった熱が受熱面から放熱フィン部３に伝わり、大気中に放散される。
【００２５】
この態様においては、放熱部５および接続部６の長手方向と直交する横断面が概ね同一で、受熱部４の長手方向と直交する横断面が、放熱部５および接続部６の横断面よりも大きく設定されている。その結果、管状コンテナ２の受熱部４は、受熱プレート７の概ね全長にわたって接触し、受熱プレート７の幅方向においても広い部分で接触している。このため、受熱部４が受熱プレート７から受ける熱は、受熱部４の全体に拡散され、受熱部４の熱流束を低減することができる。
【００２６】
図１（ｂ）に、図１（ａ）におけるヒートパイプ１の受熱部４の横断面を示す。図１（ｂ）に示すように、受熱部４の断面の概ね中央部分には、断面矩形の焼結金属からなるウイック９がコンテナ２内壁の上面および下面に熱的に接続して設けられている。ウイック９の両側はそれぞれ空洞部１０が確保されて、気相の作動液の流路を確保している。
なお、この態様では、ウイック９として、断面が矩形の焼結金属からなるものについて説明したが、ウイックの形状や材質はこれに限らない。すなわち、ウイックの断面は、丸形、半円形、半楕円形等の形状でもよく、またウイックは、金属線を複数束ねたものでもよく、メッシュによって形成してもよい。
【００２７】
図２（ａ）は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。この態様のヒートパイプ２０においては、受熱部２４に対応する部分の径がその他の部分の径よりも大きい丸型コンテナの受熱部２４に対応する部分のみに扁平加工を施して形成している。即ち、この態様のヒートパイプ２０は、長手方向と直交する横断面が円形の放熱部２５および接続部２６と、長手方向と直交する横断面が扁平形状である受熱部２４とを備え一体的に形成された管状コンテナ２２からなっている。受熱部２４は、図１を参照して説明した態様と同様に、概ねその全体が接触面として受熱プレート７の一方の面と接触して熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面には、発熱素子としてのチップセット１１およびＣＰＵ１２が熱的に接続される。
【００２８】
断面形状が円形の扁平加工が施されていない管状コンテナ２２の放熱部２５には、放熱フィン部２３が熱的に接続されている。放熱フィン部２３は、図２（ｂ）に示すように、中央部にバーリング加工によって形成された円筒状部分を一体的に備えた複数の薄板状フィン２８からなっており、バーリング加工された円筒状部分の先端部が隣接する薄板状フィンに接触して、複数並列に配置されている。バーリング加工した円筒状部分の内壁部に管状コンテナの放熱部が挿通されて、薄板フィン２８と放熱部２５が熱的に接続されている。
【００２９】
図２（ｃ）および（ｄ）には、コンテナ２２の接続部２６および放熱部２５の横断面、ならびに、コンテナ２２の受熱部２４の横断面をそれぞれ示す。この態様では、管状コンテナの内壁部に毛細管力を有する溝部２９が設けられている。接続部２６および放熱部２５は扁平加工が施されない丸型のままの状態であり、受熱部２４は扁平加工が施されている。この態様においても、受熱部の受熱プレートとの接触面積が広く、接触部分における熱流束を効果的に低減して、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱を効果的に行うことができる。
【００３０】
図３（ａ）は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。この態様のヒートパイプ３０においては、受熱部３４および放熱部３５に対応する部分の径が接続部３６の径よりも大きい丸型コンテナの全体にわたって扁平加工を施して、受熱部３４、接続部３６、放熱部３５を形成している。
【００３１】
即ち、この態様のヒートパイプ３０は、長手方向と直交する横断面がそれぞれ扁平形状である放熱部３５、受熱部３４および放熱部３５と受熱部３４とを接続する接続部３６を備え一体的に形成された管状コンテナ２からなっている。即ち、この態様においても、管状コンテナの全体にわたって扁平加工が施されている。
【００３２】
更に、受熱部３４および放熱部３５の横断面は、接続部３６の横断面より大きく設定されている。更に、受熱部の扁平方向（即ち、扁平加工に際して力が加えられる方向）における管状コンテナ内側の厚さが、接続部の扁平方向における管状コンテナ内側の厚さよりも薄く設定されてもよい。
【００３３】
受熱部３４は、図１を参照して説明した態様と同様に、概ねその全体が接触面として受熱プレート７の一方の面と接触して熱的に接続されている。受熱プレート７の他方の面には、発熱素子としてのＣＰＵ１２が熱的に接続される。放熱部３５には、放熱フィン部３３が熱的に接続されている。放熱フィン部３３は、例えば複数枚の薄板状フィン３８が所定間隔で並列に配置されている。
【００３４】
薄板状フィン３８は、図１を参照して説明したように、例えば上面、垂直面および下面からなる断面コの字形のフィンからなり、複数枚の薄板状フィン３８が並列配置されることによって、下面が受熱面を形成し、放熱部３５に伝わった熱が受熱面から放熱フィン部３３に伝わり、大気中に放散される。この態様では、放熱フィン部３３の下面からなる受熱面が広い面積で、放熱部３５と熱的に接続されて、放熱効率が高い。
【００３５】
図３（ｂ）にコンテナの断面を示す。図３（ｂ）に示すように、管状コンテナ３２の例えば受熱部３４の概ね中央部分には、断面概ね円形の円筒状の編組（メッシュ）ウイック３９がコンテナ３２の内壁の上面および下面に熱的に接続して設けられている。ウイック３９の内部および両側はそれぞれ空洞部が確保されて、気相の作動液の流路を確保している。
【００３６】
図４（ａ）は、この発明のヒートパイプの他の１つの態様を説明する斜視図である。この態様のヒートパイプ４０においては、受熱部４４に対応する部分の径がその他の部分の径よりも大きい丸型コンテナを使用している。径の大きい受熱部４４には、受熱部４４の外径と概ね同一の幅を有する受熱ブロック４７が熱的に接続されている。
【００３７】
即ち、受熱ブロック４７は、受熱部４４外形状に対応した凹部を備え、上端部を除く受熱部の周りを覆うように、受熱部が凹部に収納されて熱的に接続される。受熱ブロック４７の下面には、発熱素子としてのＣＰＵ１２が熱的に接続される。受熱部４４よりも径の小さい放熱部４５には、図２を参照して説明したと同様の放熱フィン部４３が熱的に接続される。
【００３８】
図４（ｂ）に受熱部４４の断面を示す。受熱部４４のコンテナの内壁には、毛細管力に優れた焼結金属４９が全面にわたって形成されている。図１から図４を参照して説明したように、受熱部は広い面積で受熱プレート、または、受熱ブロックに熱的に接続され、接触部分における熱流束を効果的に低減して、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱を効果的に行うことができる。
【００３９】
なお、通常、ヒートパイプを形成するコンテナは、作動流体との間の適合性を考慮して、作動流体を水とする場合は銅管である場合が多く、これらは引き抜き材として同一の径で製造される。従って、通常のヒートパイプは外径のバリエーションは多数あるが、一方の端部から他方の端部まで概ね同一の外径を有している。
【００４０】
ヒートパイプの熱輸送量の増大、入熱や放熱の熱流束の低減を考えるとヒートパイプの外径（実際は内径に依存するが）は大きいほどよいが、重さや、取り回し（スペースの問題、最小曲げ半径）の観点から、径の細いヒートパイプが好まれる。特に受熱部に関しては、熱流束の低減がドライアウト現象の抑制や蒸発抵抗の抑制に繋がるため、受熱プレートとの接触面積の増大、内容積の拡大などが望まれる。従来、ノートパソコン用に扁平にして使用した場合は、丸形状よりも断面積が実質的に減少する。
【００４１】
この発明では、受熱部側に異形ヒートパイプの径の大きい方を接触させる。丸型ヒートパイプのままであっても、大きな径によって入熱部の熱流束は低減するが、拡大した径の部分に扁平加工を施したときには、元の径が大きいので受熱面積が増大し、扁平後の断面積も増加する。これによって熱流束の低減と蒸発抵抗の低減を図ることができ、突沸やドライアウトの抑制、入熱部の熱抵抗の低減が可能になる。
【００４２】
ヒートパイプ全体を同一の厚さにすることは与えられたスペースに収める上では有効であるが、仮の受熱部以外の特に熱輸送部（断熱部）を丸のまま、あるいは扁平厚みを厚くすることができれば、全体の内容積（断面積）を極力小さくすることなく所望の熱輸送デバイスを提供することが出来る。
【００４３】
この発明のヒートパイプを実施例によって更に詳細に説明する。
実施例１
図１を参照して第１の実施例を説明する。実施例１におけるヒートパイプは、受熱部に対応する端部から６０ｍｍの部分はφ８ｍｍの外径を有しており、残りの１４０ｍｍの部分は、φ６ｍｍの外径を有する銅管から形成されている。更に、ヒートパイプは、全体に渡って３ｍｍに扁平されている。このため、受熱部付近は、パイプの幅が約１１ｍｍとなっており、他の部分は約７．８ｍｍとなっている。
【００４４】
銅管の内部には、扁平後のほぼ中央に焼結金属による毛細管構造を有しており、これにより、放熱部で凝縮した作動流体が受熱部に還流する。毛細管構造が中央にあるので、周囲にある場合に比べて対向流による流路抵抗が小さく、より作動流体の循環がスムースになり、最大熱輸送量が増加する。
【００４５】
この受熱部には長さ５０ｍ、幅３０ｍｍの銅製の受熱プレート（受熱板金）が熱的に接続されており、図示していない固定治具によってヒートシンクを発熱素子が取り付いている基板と締結している。発熱素子は２０ｍｍ角で、さらに側方の同一平面にチップセットがあり、これは大きさが１２ｍｍ角である。受熱板金はこれらを大略中心としてグリースを介して設定されている。一方、他端は扁平されたヒートパイプの片方に幅２０ｍｍ、高さ１５ｍｍのフィン群が約６０ｍｍの長さにわたって取り付けられている。このフィンには、図示しない遠心ファンによって空気が送り込まれ、熱交換して大気中に放熱される。
【００４６】
発熱素子等から発生した熱は、グリースを介して受熱プレートに伝熱され、さらに受熱プレートからヒートパイプに伝熱される。この時、熱源とヒートパイプとの間の熱抵抗を出来るだけ小さくすることが高性能のヒートシンクの１つの要素であり、そのためには、出来るだけ熱源の直上にヒートパイプを設置することが望まれる。これは、薄い受熱プレートに集熱効果を完全に期待することは出来ず、この部分での抵抗が生じるからである。また、ヒートパイプに関しても、小さなエリアのみから所定の熱量が入ると熱流束が過度に大きくなり、部分的に内部の作動流体の循環が妨げられたり、他の熱源からの熱の授受に影響を及ぼしたりするため、出来るだけ広い面積での熱入力が好ましい。
【００４７】
本実施例では、受熱部のパイプ径が大きいため、他端のヒートパイプを扁平にしたヒートパイプよりもヒートパイプの幅が３ｍｍ以上広くなっている。このため、従来では、２０ｍｍあるいは１２ｍｍの熱源に対して７．８ｍｍ幅でしか受熱出来なかったが、本実施例では１１ｍｍとなり約４０％の改善となっている。受熱部以外のヒートパイプの部分は元のφ６ｍｍであり、限られたスペースに組み付ける場合に全体を太くすることによる弊害がない。
【００４８】
また、本実施例では、直管の図を示しているが、曲げる必要がある場合、太径よりも細径の方が最小曲げ半径（一般的にパイプを極端に小さいＲで曲げると材質の構造上、座屈したり、クラックが入ったりヒートパイプの機能が失われる）を小さく設定することができ、柔軟性のあるレイアウトが可能である。放熱部のフィンはハンダ付で固定されており、ヒートパイプが扁平であるため、フィン群と面接触が可能であり、高い放熱性能を維持することができる。
【００４９】
実施例２
図２を参照して第２の実施例を説明する。大略は実施例１と同じであるが、φ６ｍｍ部分は扁平されず、丸管のまま使用されている。ヒートパイプの内壁には多数のグルーブが長手方向に刻まれて毛細管力を発生させており、これによって放熱部で凝縮した作動流体が放熱部へ還流することが出来る。発熱素子および受熱プレートの構成は同様であるが、放熱部のフィンは、ヒートパイプに櫛刺しになるように挿入されている。このようなフィンは板金に適切なバーリング部を設けてヒートパイプに圧入することでハンダによって固定されたものとほぼ同等の熱伝達を得ることができる。従って、フィンはアルミニウム製であるが、メッキなどの前工程が不要となる。
【００５０】
この実施例における受熱プレート周辺の構成は同様であるので説明を省略する。一般にヒートパイプの能力（例えば最大熱輸送量）は、ヒートパイプの断面積の大きさに関係する。断面積が大きいほど、蒸気速度が緩和され、これに伴う流路抵抗が低減したり、還流液との対向流による液の戻りへの阻害がなくなったりするため、より多くの熱輸送が可能になる。もちろん、ヒートパイプにはこれ以外の要素によって熱輸送量が支配されることもあるが、他の条件が同じであれば、どのような構成のヒートパイプでも、上述したと同様なことが言える。
【００５１】
本実施例のヒートパイプは、φ８ｍｍ部分のみが３ｍｍまで扁平して断面積が減少し、φ６ｍｍ部分はそのままで断面積を維持している。従って、この部分も３ｍｍに扁平するとこの箇所の断面積が最小となり、ボトルネックとなってしまう。本実施例では、φ６ｍｍ部分はそのままで断面積を維持しているので、φ８ｍｍを３ｍｍに扁平した部分が最小断面積となり、パイプの幅から換算して、約４０％の断面を拡大することができた。すなわち、外径の大きなパイプ部のみを扁平することでヒートパイプの能力を極力高く維持することが可能となる。
【００５２】
実施例３
図３を参照して第３の実施例を説明する。このヒートパイプは、受熱部に対応する端部から４０ｍｍの部分はφ８ｍｍ、放熱部に当たる他端から７０ｍｍの部分は同じくφ８ｍｍ、残りの中間部７０ｍｍはφ６ｍｍの銅管から構成されている。更に、このヒートパイプは全体に渡って３ｍｍに扁平されている。このため、受熱部付近と放熱部付近は、パイプの幅が約１１ｍｍとなっており、他部は約７．８ｍｍとなっている。ヒートパイプの内部には管状の編組線（メッシュ）入っており、これによって毛細管力が生じ、作動流体の還流が可能となる。
【００５３】
この受熱部には長さ３０ｍｍ、幅３０ｍｍの銅製の受熱プレートが熱的に接続されており、図示していない固定治具によってヒートシンクをＣＰＵが取り付いている基板と締結している。ＣＰＵは２０ｍｍ角で、受熱プレートはこの中心にグリースを介して設定されている。一方、他端のφ８ｍｍを扁平された部分には幅２０ｍｍ、高さ１５ｍｍのフィン群が約６０ｍｍの長さに取り付けられている。このフィンは図示しない遠心ファンによって空気が送り込まれて、熱交換し、大気中に放熱する。
【００５４】
受熱部のメカニズムについては実施例１と同様であるので説明を省略する。本実施例は、放熱部側のヒートパイプの外径を拡大しているため、実施例１と比較して、フィンとの接合面積が大きく、この部分での熱抵抗の低減を図ることができる。一般に、熱源に近い分部の熱性能の改善を図ることが、全体の熱性能に及ぼす影響が大きいが、（図示していない）ファンからの風量が大きい場合は、フィン効率（フィン内の温度分布がどれだけ一様化）の影響を受けやすいため、その対策として、放熱部の熱抵抗低減は有効である。この場合、実施例１に対してフィン底部のヒートパイプとの接触面積は40%増加しており熱抵抗の低減に寄与する。なお、中間のパイプ部の外径を太くしていないため、レイアウトのし易さや組み込み性については良好に維持することができた。
【００５５】
実施例４
図４を参照して第４の実施例を説明する。このヒートパイプは、受熱部に対応する端部から５０ｍｍの部分はφ８ｍｍの外径を有しており、残りの１５０ｍｍの部分は、φ６ｍｍとなっている銅管から構成されている。銅管の内部には、内壁面に焼結金属が結合されて毛細管構造を有しており、これにより、放熱部で凝縮した作動流体が受熱部に還流することになる。
【００５６】
この受熱部には長さ３０ｍｍ、幅３０ｍｍの銅製でパイプの外周に合わせた溝形状が施された受熱ブロックが熱的に接続されており、図示していない治具によってヒートシンクをＣＰＵが取り付いている基板と固定されている。ＣＰＵは２０ｍｍ角で受熱ブロックの大略中央にグリースを介して設定されている。放熱部のフィンは、実施例２と同一であるので、説明を省略する。
【００５７】
ＣＰＵからの発熱はグリースを介して受熱ブロックに伝達され、さらに受熱ブロックからハンダ付によって接合されたヒートパイプに伝達する。ヒートパイプは受熱ブロックに大略U字形状に設けられた溝に接合されており、ヒートパイプの下部の半円がブロックとパイプの伝熱面積となっている。本実施例のヒートパイプは、受熱部の外径が他部よりφ８ｍｍと太くなっているため、この伝熱面積がφ６ｍｍの場合と比べて約３０％の拡大となり、従って、熱流束が低減し熱抵抗も低減する。
【００５８】
なお、本発明は上記内容に限られたわけではなく、ヒートパイプの外径や各部の長さは工業上の制約がなければ自由に選定することが出来る。また、内部の毛細管を有する構造体も実施例に限ったものではない。受熱プレートや放熱フィンについても材質（銅、アルミ、マグネシウム、鉄など）、サイズ、固定方法（ハンダ付、圧入、カシメなど）その他は、任意に選定することができる。発熱体もＣＰＵ、ＶＰＵ、チップセットに限らず、放熱が必要な被冷却物を対象とする。
【００５９】
上述したように、この発明によると、熱流束を効果的に低減することができ、熱源からヒートパイプの受熱部への入熱が効果的に行われるヒートパイプおよびその製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１、２０、３０、４０ ヒートパイプ
２、２２、３２、４２ コンテナ
３、２３、３３、４３ 放熱フィン部
４、２４、３４、４４ 受熱部
５、２５、３５、４５ 放熱部
６、２６、３６、４６ 接続部
７ 受熱プレート
８、２８、３８、４８ 薄板状フィン
９、２９、３９、４９ ウイック
１０ 空洞部
１１、１２ 発熱素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、
前記受熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、少なくとも前記受熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記接続部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、
前記受熱部の扁平方向における前記管状コンテナ内側の厚さが、前記接続部の扁平方向における前記管状コンテナ内側の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記放熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、少なくとも前記放熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1又は２に記載のヒートパイプ。
【請求項４】
放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、
前記受熱部の外径が、前記接続部の外径よりも大きいことを特徴とするヒートパイプ。
【請求項５】
少なくとも一部に内径の大きい大径部を有する管状体を調製する工程と、
前記大径部を扁平加工することによって受熱部を形成する工程と、
前記管状体の内部に作動流体を封入して、前記管状体を密閉して管状コンテナを形成する工程と
を有するヒートパイプの製造方法。
【請求項６】
前記受熱部が前記管状コンテナの一方の端部に形成されることを特徴とする請求項５に記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項７】
長手方向で断面形状が同一の管状体を調製する工程と、
前記管状体の少なくとも一方端から所定の長さの部分を縮径または拡径する工程と、
前記管状体の内部に作動流体を封入して、前記管状体を密閉して管状コンテナを形成する工程と
を有するヒートパイプの製造方法。
【請求項１】
放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、
前記受熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、少なくとも前記受熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とするヒートパイプ。
【請求項２】
前記接続部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、
前記受熱部の扁平方向における前記管状コンテナ内側の厚さが、前記接続部の扁平方向における前記管状コンテナ内側の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
【請求項３】
前記放熱部は、前記管状コンテナの長手方向における横断面が扁平形状であり、少なくとも前記放熱部の前記管状コンテナ内側の断面積が、前記接続部の前記管状コンテナ内側の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1又は２に記載のヒートパイプ。
【請求項４】
放熱部と、受熱部と、前記放熱部と前記受熱部とを接続する接続部とを備えた密閉された管状コンテナからなるヒートパイプにおいて、
前記受熱部の外径が、前記接続部の外径よりも大きいことを特徴とするヒートパイプ。
【請求項５】
少なくとも一部に内径の大きい大径部を有する管状体を調製する工程と、
前記大径部を扁平加工することによって受熱部を形成する工程と、
前記管状体の内部に作動流体を封入して、前記管状体を密閉して管状コンテナを形成する工程と
を有するヒートパイプの製造方法。
【請求項６】
前記受熱部が前記管状コンテナの一方の端部に形成されることを特徴とする請求項５に記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項７】
長手方向で断面形状が同一の管状体を調製する工程と、
前記管状体の少なくとも一方端から所定の長さの部分を縮径または拡径する工程と、
前記管状体の内部に作動流体を封入して、前記管状体を密閉して管状コンテナを形成する工程と
を有するヒートパイプの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−４７５９３（Ｐ２０１１−４７５９３Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９７３２６（Ｐ２００９−１９７３２６）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
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