专利名称：扁平型热导管的制作方法
技术领域：
本发明涉及构成为利用封入到容器(container)内部的工作流体来输送热量的热导管，特别是涉及由细线束构成用于产生使工作流体回流到蒸发部的毛细管力的芯 (wick)，且作为整体构成为扁平形状的热导管。
背景技术：
热导管的基本的结构为，在对空气等非凝结性的气体进行了除气的容器的内部， 将在作为目标的温度范围内蒸发以及冷凝的水、乙醇等流体作为工作流体而封入，进而在容器的内部设置芯，以产生用于使液相的工作流体回流的毛细管力。因此，在热导管中，该工作流体从外部受热而蒸发，在该蒸汽向压力低的位置流动后进行散热并冷凝。其结果，工作流体利用其潜热来输送热量。并且，冷凝的工作流体浸透到芯。另一方面，由于在发生蒸发的位置产生基于芯的毛细管力，故使得浸透到芯的工作流体因该毛细管力而回流到发生蒸发的位置。这样，在热导管中会在从外部传递热量的蒸发部、与将工作流体向外部散热的散热部之间产生蒸汽流，并且产生朝向与蒸汽流的相反方向的液流。其结果能够连续输送热量。因此，为了提高热导管的热输送能力或降低热阻力，而优选使蒸汽流和液流顺畅地或必要充分地产生。另外，热导管的用途是多种多样的，例如有时被使用于电子仪器的冷却，在那样的情况下，优选配合该电子元件或电路的小型化，使热导管也小型轻型化。因此，在以往开发有确保用于蒸汽流的流路或提高工作液的回流特性，进而为了小型化的各种技术。例如为了增大用于使工作液回流的毛细管力，而实行捆束由铜或碳等构成的多条细线来构成芯的方法。该例记载于日本特开2004-53186号公报、日本特开 2000-74579号公报或者日本特开2003-247791号公报。S卩，由于在工作液的液面形成的弯液面中的实际毛细管半径越小则毛细管力越大，故如果捆束细线来形成芯，则细线彼此的间隔变小从而能够得到较大的毛细管力。此外，由于形成于细线彼此之间的工作液的流路成为顺畅而连续的流路，因此相对于工作液的流动阻力相对地变小，从该点上看，提高工作液的回流特性。于是，通常在由细线束构成的芯中，由于在细线彼此之间形成工作液的流路，故细线彼此以使用粘合剂等而不被粘合地捆束的程度进行捆束。例如，在日本特开2004-53186 号公报所记载的热导管中，通过将细线束配置在螺旋弹簧等螺旋状部件的内部，由此利用该螺旋状的部件来束缚细线束。另外，在日本特开2000-74579号公报所记载的热导管中， 通过在管的内部配置将凹部形成为槽状的板材，并将细线束配置在该凹部的内部，由此保持细线不散开。另外，在日本特开2003-247791号公报中记载有下述结构将多条极细线作为线束而做成捻线，并将该捻线插入到槽管的内部。即，在日本特开2004-53186号公报或日本特开2000-74579号公报所记载的结构中，相对于为了预先束缚细线而使用螺旋弹簧或板材的方法，在日本特开2003-247791号公报所记载的结构中，是通过搓捻来保持极细线的束缚状态。
另一方面，在日本特开2001-208489号公报中记载有用于确保工作流体蒸汽的流路的技术。该日本特开2001-208489号公报所记载的热导管是对管进行挤压并使管变薄的扁平热导管，构成为将金属网状芯所谓纵向地装配到容器的内部，并且通过对该金属网状芯进行缝焊而固定于容器。因此，即便在将该热导管弯曲的情况下，也能够防止芯沿着容器弯曲而使芯在弯曲半径的方向与内周侧的内壁面接触，或由此关闭蒸汽流路等。而且，如上述的日本特开2004-53186号公报、日本特开2000-74579号公报或者日本特开2001-208489号公报所记载的那样，以往实行通过将热导管沿其径向挤压而使其扁平化的方法，特别是日本特开2000-74579号公报所记载的热导管的厚度被做成1. 5mm以下。另外，在日本特开平11-173777号公报中记载有能够将厚度做成Imm以下的热导管。如日本特开2004-53186号公报、日本特开2000-74579号公报所记载的那样，当将螺旋弹簧或上述板材作为束缚件使用时，则该部分使得芯整体的厚度或外径变大，故不利于使扁平型热导管变薄。与此相对，如日本特开2003-247791号公报所记载的那样，在通过搓捻来保持束缚状态的结构中，不使用束缚件的部分使芯的外径变小，因此如日本特开 2001-208489号公报或日本特开平11-173777号公报所记载的那样，有利于使热导管扁平化的情况。然而，在将细线束作为芯使用的情况下，由于以在容器的内部遍布容器的全长装配的方式来配置，因此为了即便在赋予弯曲等变形的情况下也能充分地确保蒸汽流路，优选如日本特开2000-74579号公报或日本特开2001-208489号公报所记载的那样来固定芯。 然而，如日本特开2000-74579号公报所记载的那样，如果在形成于板材的凹部中收容细线束，则该板材不仅成为部件数量增大的重要因素还成为使扁平热导管变厚的原因。另外，如日本特开2001-208489号公报所记载的那样，如果利用缝焊将芯与容器的内表面接合，则不得已只好进行极其困难的操作或采用特殊的制法。
发明内容
本发明是着眼于上述的技术课题所做出的，其目的在于提供一种即便产生弯曲等变形，热输送特性也优异的扁平型的热导管。本发明为了实现上述目的，提供一种扁平型热导管，利用被加热而蒸发且进行散热而冷凝的工作流体来输送热量，该扁平型热导管的特征在于，具备容器，其成形为扁平状并且封入有上述工作流体；芯，其由细线束构成，且通过液相的上述工作流体浸透而产生毛细管压力，其中上述细线束是将多根细线捆束并且使这些细线以其中心轴线为中心拧合而成的，由上述细线束构成的上述芯，以与扁平状的上述容器内的上下两面或侧面相接的状态，并且以不堵塞作为蒸汽流路的空间的方式遍布上述容器的长度方向的全长设置，此外，上述芯与上述容器相接的部分中的任意的部分，通过遍布上述芯的长度方向的全长进行烧结而固定。本发明的上述细线能够由铜线构成。另外，优选地，上述细线束被进行预热处理以便成为直线状，上述预热处理也可以是退火处理。另外，本发明的上述容器能够在将上述细线束配置在上述管的中央部的状态下被挤压而成形为扁平状。
根据本发明，由于芯由将细线捆束的细线束构成，故在通过工作流体进行浸透所产生的弯液面上的实际毛细管半径变小，其结果，能够得到用于使液相的工作流体回流的较大的毛细管力。此外，由于在细线彼此之间形成顺畅且连续的工作流体的回流路，故工作流体的流动阻力变小。另外，由于细线束是捆束细线并搓捻而成，故不需要用于束缚细线的部件，因此能够减少作为热导管的必要部件数量，并且难以妨碍在容器内的液相工作流体以及工作流体蒸汽的流动。特别是通过进行预热处理使细线束成为直线状，由此使工作流体的流动顺畅。上述的结果在于，通过使液相工作流体的回流特性提高，并且使工作流体的流动顺畅，由此能够提高作为热导管整体的热输送特性。另外，由于芯由捆束多条细线构成，而无需用于该束缚的部件，故能够使作为芯整体的外径相对地减小，因此能够在使容器扁平的情况下，使容器的厚度为以往所没有的那么薄。换而言之，即便是在构成为扁平的情况下，也能够确保优异的热输送特性。另外，能够在对截面为圆形的管进行挤压而成为扁平的情况下，通过预先在该管的中央部配置细线束，由此利用细线束能够抑制管的中央部的过度的变形(凹陷)。另外，即便对容器赋予弯曲等变形，由于固定在其内部的芯随着容器而变形，故能够预先避免或抑制芯的中间部的位置错位而与容器的内表面接触，或伴随于此在容器的内部产生闭塞的空间而妨碍工作流体蒸汽的流动等情况，从而可靠地确保沿着芯的蒸汽流路。并且，芯遍布其全长地固定于容器的内表面。为了该固定，也可以在将芯插入到容器内部的状态下进行烧结而固定，制造性良好。根据以上的情况，能够容易地得到热输送特性优异的热导管。
图1是示意地表示制造本发明所涉及的热导管的芯的过程的图。图2是本发明所涉及的扁平型热导管的制造过程中的半成品亦即圆形热导管的剖视图。图3是表示本发明所涉及的扁平型热导管的一个例子的截面形状的图。图4是表示本发明所涉及的扁平型热导管的另一个例子的截面形状的图。图5是用于说明针对实施例以及比较例的特性试验的方法的图。图6是表示测量实施例以及比较例2的热导管的热量输入量与热阻力之间的关系的结果的图表。图7是分别用直线状态以及弯曲状态表示本发明所涉及的扁平型热导管的容器与芯的相对位置关系的示意图。图8是分别用直线状态以及弯曲状态表示不对芯实施预热处理、并且没有遍布全长进行固定的情况下容器与芯的相对位置关系的示意图。图9是分别用直线状态以及弯曲状态表示只固定芯的一部分的情况下容器与芯的相对位置关系的示意图。
具体实施例方式接下来对本发明进行更具体的说明。本发明是芯的结构具有特征的热导管。具体而言，本发明所涉及的热导管的芯不使用束缚件而由被捆束的多条细线构成。该细线只要是铜等金属线、碳纤维等，与被封入到容器内部的工作液之间的湿润性优异的细线即可。另外，这些细线为了保持束缚状态，而在束缚的状态下，以其中心轴线为中心被搓捻。这是为了使细线的束不散开，因此作为细线优选保持搓捻后的形状，例如优选铜线等金属细线。在本发明中，搓捻上述的细线束而构成的芯配置于容器的内部，并且通过烧结而固定，然后在该容器的内部封入工作流体。该容器总之是具有气密性的中空的容器，供在相互分离的位置之间进行热量输送的用途的热导管是使用中空管。由于该容器需要在其内部与外部之间传递热量，故优选由热传导率高的材料构成，例如优选使用铜管。另外，在容器的内表面形成工作液的流路，另外也可以形成产生毛细管现象的宽度狭窄的槽。搓捻上述细线束而构成的芯被固定在该容器的内表面。具体而言，通过在将芯配置于容器的内部的状态下加热至规定的温度，由此在芯与容器之间产生烧结，从而将两者接合。除去容器内部的芯后的所谓的剩余空间成为工作流体蒸汽流动的蒸汽流路。另一方面，工作流体是通过被加热而蒸发，并且进行散热而冷凝，以潜热的形式输送热量的流体，可以根据使用热导管的温度而适宜地选择。若例举一个例子，则水、乙醇、代替氟利昂等作为工作流体而使用。该工作流体在从容器内部对空气等非凝结性气体进行了除气的状态下，被封入到容器内部。因此，在本发明所涉及的热导管中，当对容器的一部分加热、且冷却另一部分时， 则工作流体被加热而蒸发，该蒸汽向温度以及压力低的位置流动，然后进行散热而冷凝。该蒸汽流路是沿着芯的流路，由于芯通过烧结而固定于容器的内表面，故即便对热导管施加弯曲等变形，蒸汽流路也被确保，其结果，工作流体蒸汽的流动必要充分地进行，热导管的热输送特性变得良好。另一方面，冷凝后的工作流体浸透到芯，将构成芯的细线彼此之间的间隙作为流路，朝向产生蒸发的位置流动。即，当工作流体蒸发时，由于形成于芯的细线彼此之间的弯液面降低，故产生伴随于此的毛细管力，将该毛细管力作为泵力，液相的工作流体回流到蒸发部一侧。然后，由于细线彼此之间的间隙较小而产生较大的毛细管力，所谓的回流特性变得良好。另外，构成芯的细线遍布其全长而连续，并且由于没有用于束缚细线束而进行紧固的位置，故形成于这些细线之间的所谓的回流路也顺畅地连续，由因此相对于液相工作流体的流动的阻力较少，从这点来看，回流特性变得良好。并且，由于芯的固定是通过烧结而进行，故如果将作为芯的捻线插入到管的内部并从外部加热，则能够将芯遍布其全长而固定，该操作容易从而制造性变得良好。接下来，将本发明所涉及的热导管的一个例子与制造方法一起说明。首先，如图 1 (a)所示将成为芯的多根细线1进行捆束。该细线1具体而言是直径为0. 05mm左右的铜线，将100根 400根铜线捆束。接着，将该细线束2如图1的(b)所示，以其中心轴线为中心进行搓捻。由此，各细线1保持相互束缚的状态。即细线束2不需要特别的束缚件而保持其形态。然后，通过将该细线束2切断成规定的长度来形成芯。另外，在细线被卷绕成线圈的情况下，有时因残留应力而残留有弯痕，故进行热处理而成为直线状。另一方面，准备进行了脱脂等清洗的壁厚为0. 3mm、外径为3. 0 6. Omm的管，将管切断成规定的长度并做成容器3。在使用铜线作为芯4的情况下，使用铜管作为容器。然后，将上述的细线束2作为芯4插入到该容器3的内部。此时，所插入的细线束2在容器3 中，因重力而以直线状设置在容器3的下表面。这样，将插入有芯4的容器3保持为大致水平的状态并放入加热炉(未图示)进行加热。该加热温度在容器3及芯4为铜制的情况下是1000°C左右，由此芯4遍布其全长地烧结在容器3的内表面，从而被固定。另外，同时也存在铜线彼此相互烧结而接合的情况。将该状态作为剖视图记载于图2。在将固定有芯4的容器3从加热炉取出并冷却后，对其一个端部进行模锻加工，并且对该端部进行焊接而封闭。即，进行所谓的底部模锻加工以及底部焊接。另外与这些加工一并，进行另一端部的模锻加工(即顶部模锻加工)。这样就制成实质上的容器。由于通过进行顶部模锻加工，而在容器3的一个端部形成喷嘴状部分，故利用喷嘴状部分进行注液。即，将工作流体注入到容器的内部。在该情况下，需要从容器对空气等非凝结性气体进行除气，因此注液也可以利用下述以往公知的方法进行，即在真空除气之后注入工作液的方法、以及在注入多余的量的工作液之后使工作液沸腾并排出非凝结性气体的方法等。然后，在挤压用于注液而开口的部分之后，进行焊接而封闭。进行所谓的顶部焊接。在作为容器3的材料使用了截面圆形的管的情况下，如上所述，将所制造的圆管型的热导管沿其径向挤压而成为扁平型热导管。在该情况下，成为直线状的扁平型热导管， 是将圆管型的热导管直接进行挤压使其扁平化。与此相对，为了做成弯曲或弯折的扁平型热导管，是使圆管型的热导管弯曲或弯折成规定的形状，然后沿径向挤压而扁平化。另外， 在使用截面扁平的管作为容器3的材料的情况下，不经过上述的用于挤压的工序就能够得到扁平型热导管。在该情况下，也可以进行用于使芯4紧贴于容器3的上下内表面的按压加工。如上所述，即便在使所制造的扁平型热导管弯曲或弯折的情况下，由于由捻线构成的芯4是通过烧结于容器3的内表面而被固定，故与容器3的变形一致地变形，其结果确保了沿着芯3的蒸汽流路5。本发明所涉及的扁平型热导管，由于将细线束2作为芯4而无需用于束缚的部件， 故能够很薄，另外由于芯4是通过烧结于容器3的内表面而被固定，故能够切实地确保蒸汽流路5。例如在图3中用剖视图所示那样，如上所述，热导管10中的芯4通过将多根细线在捆束的状态下进行搓捻而构成。另外，容器3形成为中空扁平状，在其内部封入有水等工作流体。该容器3能够将例如铜管沿其径向挤压而制成。此外，在图3所示的例中，在容器3 的内周面形成有沿着轴线方向的多条细槽11。这些细槽11作为芯而发挥功能，另外，通过这些细槽11来扩大工作流体与容器3的接触面积。然后，在扁平形状的容器3的宽度方向的中央部配置有芯4，该芯4与容器3的所谓的上下两个面接触并由这些面夹紧，并且通过烧结于这些面而遍布全长被固定。因此，由于在芯4与容器3的内表面之间不存在介入物而是两者直接接触，因此这就使得热导管整体的厚度变薄。另外，容器3的内部以芯4为中心被分为左右两部分，其左右两侧的中空部分成为工作流体蒸汽的流路5。该所谓的蒸汽流路5，在热导管的制造阶段，容器3和芯4 是直线状，当然，由此形成为与所预期的一样。另外，在将该容器3(即热导管)弯曲后的情况下，由于芯4沿着容器3配置并被固定，故与容器3的变形一致地变形。换而言之，由于不存在芯4与弯曲的容器3的内周侧的内表面接触等情况，故蒸汽流路5被确保为与当初制造时一样，其结果不会妨碍工作流体蒸汽的流动。这样，图3表示的本发明所涉及的扁平型热导管，通过内置经捆束并搓捻细线而束缚了细线的芯，就能够做成厚度较薄的热导管，另外除了能够确保芯4的毛细管力较强并且在细线彼此之间顺畅地连续的工作液的回流路以外，即便在施加弯曲等变形的情况下也能够确保工作流体蒸汽的流路，因此能够将热输送能力提高到以往所没有的程度。此外，在本发明中，在将热导管构成为扁平形状的情况下，芯4除了配置在容器宽度方向的中央部以外，如图4所示，也可以偏至左右任意一方来配置。即便在成为这样的结构的情况下，也能够得到与上述的图3表示的结构的热导管大致相同的性能。实施例接着，将本发明的实施例与比较例一起进行说明。(实施例)捆束从材料线圈抽出并切断的铜的细线，并且搓捻而构成芯，对该芯实施所谓的退火等预热处理以使其成为直线状，将该芯插入到作为容器的壁厚为0. 3mm、外径为4. Omm 的铜管的内部，并采用上述的方法制成热导管，其中该容器在内周面形成有沿着轴线方向的多个细槽，进而将该热导管挤压成厚度1mm，形成了扁平型热导管。该芯配置在容器的宽度方向的中央部，并且通过烧结于容器而固定为一体。全长为100mm，工作流体使用水。(比较例1)除了不进行对芯的上述预处理之外，其余与上述实施例同样从而制成了扁平型热导管。(比较例2)替代利用螺旋状线条体(所谓的螺旋管)束缚多条铜制的细线的结构，而利用螺旋管将多条铜制细线压接于容器的内周面进行保持，从而由这些细线构成了芯。与上述实施例的不同点仅在于芯的结构，其他结构与上述实施例相同。(比较例3)捆束直线状的铜的细线，利用螺旋管捆束细线而形成芯，将芯插入到容器的内部从而制成扁平型的热导管。与上述的比较例2相比仅芯的结构不同，其他的结构与上述的比较例2相同。(试验方法)如图5所示，以如下方式进行配置使作为试验对象的热导管10的一端部与电加热器15的表面(25mmX15mm)接触，并使该热导管10的另一端部与铝制的散热板 16 (64mmX 40mmX 1. 5mm)的上表面接触，进而使隔热板17与该散热板16的下表面接触。通过在室温下对上述电加热器15通电来加热热导管10的一端部，并测量了该电量(热量输入量Q)、电加热器15与热导管10的接触点Pl的温度Th、以及热导管10的另一端部P2的温度Tc。根据这些测量数据求出了关于各热导管的热阻力CC/W)和在不产生所谓的干透的范围内的最大热量输入量(W)。此外，热阻力R求出为(R= (Th-Tc)/Q)。另外，关于实施例的热导管与比较例1的热导管，分别求出了制成的30根当中的合格品的数量(即合格率)。将结果表示于表1。此外，图6表示实施例的热导管以及比较例2的热导管的热量输入量与热阻力的测量结果。(表 1)
权利要求
1.一种扁平型热导管，利用被加热而蒸发且进行散热而冷凝的工作流体来输送热量， 该扁平型热导管的特征在于，具备容器，其成形为扁平状并且封入有上述工作流体；芯，其由细线束构成，且通过液相的上述工作流体浸透而产生毛细管压力，其中上述细线束是将多根细线捆束并且使这些细线以其中心轴线为中心拧合而成的，由上述细线束构成的上述芯，以与扁平状的上述容器内的上下两面或侧面相接的状态，并且以不堵塞作为蒸汽流路的空间的方式遍布上述容器的长度方向的全长设置，此外， 上述芯与上述容器相接的部分中的任意的部分，通过遍布上述芯的长度方向的全长进行烧结而固定。
2.根据权利要求1所述的扁平型热导管，其特征在于， 上述细线包括铜线。
3.根据权利要求1或2所述的扁平型热导管，其特征在于， 上述细线束被进行预热处理以便成为直线状。
4.根据权利要求3所述的扁平型热导管，其特征在于， 上述预热处理包括退火处理。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的扁平型热导管，其特征在于，上述容器在使上述细线束配置在上述管的中央部的状态下被挤压而成形为扁平状。
全文摘要
本发明提供一种扁平型热导管，薄且即便产生弯曲等变形，热输送特性也非常优异。在封入被加热而蒸发并且进行散热而冷凝的工作流体、设置有产生回流到使液相的工作流体蒸发的位置的毛细管力的芯的扁平型热导管中，将捆束多数根细线(1)的细线束(2)以其中心轴线为中心进行拧合且形成为一束的芯，在与扁平状的容器内的上下两个面或侧面相接的状态下，以不堵塞成为蒸汽流路的空间的方式遍布长度方向的全长设置，并且上述芯与上述容器的相接的部分中的任意部分遍布长度方向的全长进行烧结而被固定。
文档编号F28D15/02GK102326046SQ20108000889
公开日2012年1月18日 申请日期2010年2月23日 优先权日2009年2月24日
发明者堀内康洋, 斋藤祐士, 望月正孝, 益子耕一, 穆罕默德·沙希德·艾哈迈德, 马渊利明 申请人:株式会社藤仓