JPS5833429Y2 - 電気絶縁形ヒ−トパイプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電気絶縁形ヒートパイプに関する。

更に評言すると加熱部と冷却部とを電気的に絶縁し加熱
部に熱を放散する発熱部である電子部品の熱放散効率が
向上するよう改良したものである。

従来技術に係るヒートパイプは、金属その他の材料によ
って製作されたヒートパイプ容器中に所定量の作動液体
を封入するとともに前記ヒートパイプ容器壁に沿ってメ
ツシュ若しくは溝状のウィックを配設したものであり、
一端部である加熱部に加えられる熱による蒸発作用、他
端部である冷却部における凝縮作用及び前記ウィックに
おける毛細管現象の利用を組合せた作動液体のサイクル
によって大きな伝熱能力を有する熱伝動部材として種々
の熱工学的機器及び発熱を伴なう電子機器の除熱体とし
て使用されている。

このとき前記ヒートパイプにおけるヒートパイプ容器及
びウィックの材料としてはステンレス、アルミニウム及
び銅等の金属、また作動液体としては水、アンモニア、
フレオン、アセトン、ベンゼン及びナトリウム等が用い
られ、これらの組合せは作動温度範囲及び使用環境条件
等によって最適の状態となるように適宜決定されている
。

ヒートパイプはその極めて大きい伝熱能力を特長とし、
この特長が最も活きるのはヒートパイプ容器及びウィッ
クの材料に銅、また作動液体に水を用いた場合である。

このため、伝熱能力を活かそうとすれば一般に加熱部と
冷却部とを電気的に絶縁することは不可能である。

もし電気的に絶縁する必要がある場合には前記ヒートパ
イプ容器をガラス、セラミックス等の絶縁材料で形成し
、また作動液体も水銀外の絶縁性の液体を用いなければ
ならない。

ところが、このときには前記ヒートパイプ容器の熱抵抗
が大きく、また作動液体の熱伝搬能力が水に較べ極めて
小さいため、ヒートパイプの特長を充分発揮することが
できない。

これを避けて金属・水ヒートパイプに電気絶縁性を保有
せしめるには加熱部に絶縁性のシートを設け、このシー
トを介して発熱部である電子部品を装着しなければなら
ない。

このとき絶縁耐力をはじめとする諸条件を満足せしめる
必要性に起因し前記シートの厚さはある限界値以下には
小さくすることができない。

したがって通常前記シートの熱抵抗が大きくなり今度は
この理由によりヒートパイプによる優れた放熱効果が活
かされない。

例えば前記熱抵抗の値が１℃／Ｗのときは電子部品の消
費電力１００ Ｗに対して温度差が１００℃となる。

また、シートに窒化臭素セラミック粉末をシリコン樹脂
に混和した導熱性シートを用いても通常寸法においては
０．２℃／Ｗ以上となり１００Ｗの消費電力に対して２
０℃以上の温度差となる。

このようにヒートパイプでは伝熱性を向上せしめる要件
と電気絶縁性を保有せしめるための要件とが相反する要
件となっており、このことがヒートパイプを電子機器に
適用する場合の欠点となっている。

本考案は従来技術に係るヒートパイプの上記欠点に鑑み
熱伝搬能力をできるだけ損うことなく電気絶縁性を有し
電子機器に適用して有用な電気絶縁形ヒートパイプを提
供することを目的とする。

かかる目的を達成するための本考案の構成は、熱伝導率
が高く且つ導電性材料の銅等で形成し加熱側と冷却側と
に分割されているヒートパイプ容器を有し、これら加熱
側と冷却側とをセラミックス部材及び前記ヒートパイプ
容器と前記セラミックス部材との熱膨張係数の差による
歪を緩和する熱膨張歪緩和部材を介在せしめて一体的に
連結し、ウィックを電気絶縁材料で形成するとともに電
気絶縁性を有する作動液体を前記ヒートパイプ容器内に
封入したことを特徴とする。

以下本考案の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第１図及び第２図に示すように、本実施例に係るヒート
パイプ容器１は良好な熱伝導性を有する銅で形成してあ
り、加熱部がある加熱側１ａと冷却部がある冷却側１ｂ
との２部分に分割されている。

そしてこれら加熱側１ａと冷却側１ｂとは熱膨張歪緩和
部材２，２ａを介した電気絶縁部材３で連結され一体的
になっている。

第３図は第１図のＡ部分を拡大して示している。

同図に示すように、前記ヒートパイプ容器１の冷却側１
ｂと熱膨張歪緩和部材２ａ及び熱膨張歪緩和部材２ａと
を電気絶縁部材３とは接合材４，４ａにより接合されて
いる。

図示はしないが他の熱膨張歪緩和部材２とヒートパイプ
容器１の加熱側１ａ及び電気絶縁部材３との間も同様に
接合しである。

このとき電気絶縁部材３としては例えば酸化ベリリウム
、酸化マグネシウム等のセラミックス部材を使用してい
る。

一般にセラミックスは電気絶縁性であると同時に、高分
子材料の１０〜１００倍の熱伝導性を有することは良く
知られている。

熱伝導率は酸化ベリノウムで０．５、マグネシウム磁器
で０．１、アルミナ磁器で０．０４（単位は何れもｃａ
ｌ／ｓｅｃ −ｃｍ −ｄｅｇ）である。

セラミックス部材を用いることによりヒートパイプ容器
１の熱伝達効率を減することなく電気絶縁の目的を達成
することができる。

このセラミックス部材と銅との熱膨張係数の違いによる
不都合を解消するため前記熱膨張歪緩和部材２，２ａを
介在せしめである。

即ち、セラミックス部材の熱膨張係数は３〜６ｐｐｍ／
’Ｃであって、銅の熱膨張係数（約２０ｐｐｍ／℃）と
大きく異なるのでこれらを直接にロウ付は等により接合
することはできない。

このためセラミックス部材と熱膨張係数が割合に近い金
属材、例えばモリブデンを熱膨張歪緩和材２．２ａとし
て介在せしめている。

因にモリブデンの熱膨張係数は４〜５ｐｐｍ／℃である
。

また、ヒートパイプ容器１の内壁面に沿って配設されて
いるウィック５及びヒートパイプ容器１内に封入されて
いる作動液体にも電気絶縁性のものを選定している。

この用途に好適な作動液体としてはフッ化炭素系液体が
挙げられる。

更に、発熱部である電子部品６はヒートパイプ容器１の
加熱側１ａにマウント７を介して装着されている。

また、放熱部であるヒートシンク８はヒートパイプ容器
１の冷却側１ｂに装着されている。

かかる電気絶縁形ヒートパイプにおいて電子部品６で発
生した熱はマウント７を経由して作動液体に伝えられる
。

この熱の方向を矢印９で示す。続いて、このときの熱に
より作動液体が気化したヒートパイプ容器１の右端部に
至る。

このときの作動液体蒸気の流れを矢印１０で示す。

ここで作動液体蒸気はシートシンク８に向かって放熱す
るためこの部分で凝縮しウィック５の毛細管に沿い加熱
側１ａに還流し、同様の作用を繰返す。

このときのヒートシンク８に対する熱の流れを矢印１１
で、ウィック５における作動液体の流れを矢印１２で夫
々示す。

このとき発熱部である電子部品６の取付部が電極であっ
てもマウント７に直に装着することができるので、この
部分の熱抵抗は極めて小さい。

以上実施例とともに具体的に説明したように、本考案で
はヒートパイプ容器を２分割し両者を電気絶縁部材を介
して一体的に連結し、ウィック及び作動液体も電気絶縁
材で形成したので、電子部品を直接ヒートパイプの加熱
側に装着することができる。

このため極めて小さい熱抵抗を得ることができ高発熱密
度の電子部品の放熱に用いることができるので高密度実
装電子機器の実現に寄与するところ大となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す縦断面図、第２図はその
左側面図、第３図は第１図のＡ部分を拡大して示す拡大
断面図である。 図面中、１はヒートパイプ容器、１ａは加熱側、１ｂは
冷却側、３は電気絶縁部材、５はウィックである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 熱伝導率が高く且つ導電性材料の銅等で形成し加熱側と
   冷却側とに分割されているヒートパイプ容器を有し、こ
   れら加熱側と冷却側とをセラミックス部材からなる電気
   絶縁部材及び前記ヒートパイプ容器と前記セラミックス
   部材との熱膨張係数の差による歪を緩和する熱膨張歪緩
   和部材を介在せしめて一体的に連結し、ウィックを電気
   絶縁材料で形成するとともに電気絶縁性を有する作動液
   体を前記ヒートパイプ容器内に封入したことを特徴とす
   る電気絶縁形ヒートパイプ。