特許 6230020 ループ型ヒートパイプ及びループ型ヒートパイプの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6230020

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】ループ型ヒートパイプ及びループ型ヒートパイプの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/02 20060101AFI20171106BHJP

【ＦＩ】

   F28D15/02 101J

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-207734(P2013-207734)

(22)【出願日】2013年10月2日

(65)【公開番号】特開2015-72081(P2015-72081A)

(43)【公開日】2015年4月16日

【審査請求日】2016年9月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人名古屋大学

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】長野 方星

(72)【発明者】

【氏名】内田 勝也

(72)【発明者】

【氏名】中村 拓海

【審査官】 石黒 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０８０４７２６８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 国際公開第２０１２／０４９７５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開昭５６−１４４２４７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−２４２１１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ １５／００−１５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱媒流路を介して熱輸送を行うためのループ型ヒートパイプであって、
前記熱媒流路から作動流体が流入するための流入用開口部がある軸方向の一端とは反対側の他端に、環状の第１端部を備える、円筒状の第１円筒状部材と、
前記熱媒流路へ作動流体を流出させるための流出用開口部がある軸方向の一端とは反対側の他端に、環状の第２端部を備える、円筒状の第２円筒状部材と、
前記第２円筒状部材の内部に挿入され、かつ多孔質材を含むウィック部材と、
前記第１円筒状部材の第１端部と、前記第２円筒状部材の第２端部とを軸方向に対向するように固定する、円筒状のスリーブ部材とを備え、
前記第１円筒状部材の第１端部と、前記第２円筒状部材の第２端部とが接合されていることを特徴とするループ型ヒートパイプ。

【請求項2】

前記スリーブ部材の外周表面は、前記第１円筒状部材の内周及び前記第２円筒状部材の内周に接していることを特徴とする請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項3】

前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材が金属製であり、前記第１円筒状部材の第１端部と、前記第２円筒状部材の第２端部とが溶接により接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項4】

前記スリーブ部材が、樹脂を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項5】

前記スリーブ部材と、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の少なくとも一つとは、前記樹脂の熱相溶化による接合で固定されていることを特徴とする請求項４に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項6】

前記スリーブ部材と、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の少なくとも一つとは、前記スリーブ部材の外周に塗布されたポリオレフィン、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びシリコーン樹脂から選ばれたいずれか１種の樹脂又は２種以上の混合樹脂を含む接着剤により接合されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項7】

前記ウィック部材は、前記第２円筒状部材の内周に当接するように突出する突起を周方向に複数備え、かつ前記第１円筒状部材側に開口した中空部を備え、
隣り合う前記突起間の空間は、前記流出用開口部に繋がっていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項8】

前記多孔質材は、セラミック、ステンレス鋼又はチタン合金のいずれか１つに複数の気孔を備えていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項9】

前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材は、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の内周直径より内周直径が小さい管状の継手部を前記一端にそれぞれ備え、
前記継手部の管内は、前記流入用開口部又は前記流出用開口部と繋がっていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項10】

前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の材質は、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項11】

熱媒流路を介して熱輸送を行うためのループ型ヒートパイプの製造方法であって、
金属スラグからインパクト成形により円筒状の第１円筒状部材又は円筒状の第２円筒状部材を形成するインパクト成形加工工程と、
前記インパクト成形加工工程で形成された、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の一端にスピニング加工又はバルジ加工により、前記熱媒流路から作動流体が流入するための流入用開口部又は前記熱媒流路へ作動流体を流出させるための流出用開口部と、前記流入用開口部又は前記流出用開口部に繋がる管状の継手部とを形成する開口部の加工工程と、
多孔質材を含むウィック部材を前記第２円筒状部材の内部に挿入して固定する、ウィック部材の固定工程と、
前記第１円筒状部材の第１端部と、前記第２円筒状部材の第２端部とを軸方向に対向するように、円筒状のスリーブ部材を介して一体化し、前記第１円筒状部材の第１端部と前記第２円筒状部材の第２端部とを接合して固定する一体化工程と、
を含むことを特徴とするループ型ヒートパイプの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作動流体の輸送を介して発熱体を放熱又は冷却する、ループ型ヒートパイプ及びループ型ヒートパイプの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

冷却技術として、ループ型ヒートパイプが知られている。ループ型ヒートパイプを用いた冷却装置は、作動流体が気化する際の潜熱を利用して冷却するため、熱媒体を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器で気化された作動流体を放熱して液化する凝縮器とを備える。

【0003】

例えば、特許文献１には、蒸発部への作動液の供給を均一に行うことができるとともに、長尺なヒートパイプの製造を可能とすることのできるスパイラルウィック付きヒートパイプ用管材の製造方法が記載されている。

【0004】

また、特許文献２には、ウィックが空洞部内に配置された扁平ヒートパイプの技術が記載されている。また、特許文献３には、蒸気管に連通した蒸発部と液戻り管に連通した液溜め部とによって一体に形成されたコンテナの内部に、液相の作動流体を浸透させて毛細管圧力を生じさせる多孔質ウィックが設けられ、その多孔質ウィックの外周に、コンテナの内部を遮蔽して蒸発部の内圧が液溜め部の内圧に影響しないようにＯリングが設けられているループ型ヒートパイプの技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５−１３１２１５号公報

【特許文献2】特開２０００−７４５７８号公報

【特許文献3】特開２００７−１０７７８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した特許文献１に記載の技術では、金属テープを円筒状に成形する際に、線状のウィックを金属テープに内接するように供給することでウィック付きのヒートパイプ用管材を製造する。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、金属テープとウィックを同調させて送り出すため加工装置が複雑であり、製造コストが課題となっている。

【0007】

このため、特許文献２に記載の技術では、あらかじめウィック部材が形成された金属シートをフォーミングによりパイプ状に構成したヒートパイプが提案されている。しかしながら、特許文献２に記載の技術では、あらかじめウィック部材を金属シート上に接合する加工工程が必要となる。さらに、特許文献２の技術では、金属シートとウィック部材との接合強度の観点から、金属シート及びウィック部材の材料を同一にする必要がある。

【0008】

そこで特許文献３に記載の技術では、蒸気管に連通した蒸発部と液戻り管に連通した液溜め部とによって一体に形成されたコンテナ（容器）の内部に、液相の作動流体を浸透させて毛細管圧力を生じさせる多孔質ウィックが設けられるようにしている。しかし、コンテナ（容器）による熱伝導により、蒸発部から液溜め部への熱伝導が生じてしまい、蒸発部における作動流体の気化の効率が低下する可能性がある。

【0009】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造コストを抑制すると共に、作動流体の気化の効率を向上させるループ型ヒートパイプ及びループ型ヒートパイプの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のループ型ヒートパイプは、熱媒流路を介して熱輸送を行うためのループ型ヒートパイプであって、前記熱媒流路から作動流体が流入するための流入用開口部がある軸方向の一端とは反対側の他端に、環状の第１端部を備える、円筒状の第１円筒状部材と、前記熱媒流路へ作動流体を流出させるための流出用開口部がある軸方向の一端とは反対側の他端に、環状の第２端部を備える、円筒状の第２円筒状部材と、前記第２円筒状部材の内部に挿入され、かつ多孔質材を含むウィック部材と、前記第１円筒状部材の第１端部と、前記第２円筒状部材の第２端部とを軸方向に対向するように固定する、円筒状のスリーブ部材とを備えていることを特徴とする。

【0011】

この構造により、ループ型ヒートパイプは、第１円筒状部材の流入用開口部から流入する液化した作動流体を、第２円筒状部材内のウィック部材で気化し、流出用開口部から凝縮器へ気化した作動流体を流出できる。スリーブ部材は、熱伝導によって第１円筒状部材から第２円筒状部材に移動する熱を低下させることができる。これにより、ウィック部材における作動流体を気化させる効率を高めることができる。その結果、第２円筒状部材内での気化潜熱による冷却効率が高まり、ループ型ヒートパイプは、効率的な熱の輸送を行うことができる。

【0012】

本発明の望ましい態様として、前記スリーブ部材の外周表面は、前記第１円筒状部材の内周及び前記第２円筒状部材の内周に接していることが好ましい。この構造により、スリーブ部材は、第１円筒状部材及び第２円筒状部材を支持することができる。また、第１円筒状部材及び第２円筒状部材よりもスリーブ部材が内側にあるので、ループ型ヒートパイプの液溜め部と蒸発部間の断熱性が向上する。

【0013】

本発明の望ましい態様として、前記第１円筒状部材の第１端部と、前記第２円筒状部材の第２端部との間に、前記スリーブ部材の外周表面が露出するように前記第１円筒状部材と前記第２円筒状部材とが固定されていることが好ましい。この構造により、第１円筒状部材と第２円筒状部材同士との間にスリーブ部材が介在するようになる。このため、ループ型ヒートパイプの液溜め部と蒸発部間の断熱性をさらに向上させ、特に蒸発部から流入部への熱伝導率を低く抑えることができる。その結果、ループ型ヒートパイプは、効率的な熱輸送を行うことができる。

【0014】

本発明の望ましい態様として、前記第１円筒状部材の第１端部と、前記第２円筒状部材の第２端部とが接合されていることが好ましい。この構造により、第１円筒状部材及び第２円筒状部材同士が直接固定され、ループ型ヒートパイプとしての強度が安定する。

【0015】

本発明の望ましい態様として、前記第１円筒状部材及び前記第２円筒状部材が金属製であり、溶接により接合されていることが好ましい。この構造により、第１円筒状部材及び第２円筒状部材同士が直接固定され、ループ型ヒートパイプとしての強度がさらに安定する。

【0016】

本発明の望ましい態様として、前記スリーブ部材が、樹脂を含むことが好ましい。この構造により、スリーブ部材は、第１円筒状部材及び第２円筒状部材よりも熱伝導率が小さくなり、断熱性を抑制することができる。このため、ループ型ヒートパイプの液溜め部と蒸発部間の断熱性をさらに向上させ、特に蒸発部から流入部への熱伝導率を低く抑えることができる。その結果、ループ型ヒートパイプは、効率的な熱輸送を行うことができる。

【0017】

本発明の望ましい態様として、前記スリーブ部材と、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の少なくとも一つとは、前記樹脂の熱相溶化による接合で固定されていることが好ましい。この構造により、スリーブ部材は、第１円筒状部材及び第２円筒状部材の外表面に加工跡が残らないように、固定することができる。

【0018】

本発明の望ましい態様として、前記スリーブ部材と、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の少なくとも一つとは、前記スリーブ部材の外周に塗布されたポリオレフィン、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びシリコーン樹脂から選ばれたいずれか１種の樹脂又は２種以上の混合樹脂を含む接着剤により接合されていることが好ましい。この構造により、スリーブ部材は、第１円筒状部材及び第２円筒状部材と容易かつ安定的に固定することができる。

【0019】

本発明の望ましい態様として、前記ウィック部材は、前記第２円筒状部材の内周に当接するように突出する突起を周方向に複数備え、かつ前記第１円筒状部材側に開口した中空部を備え、隣り合う前記突起間の空間は、前記流出用開口部に繋がっていることを特徴とすることが好ましい。この構造により、第２円筒状部材内部の蒸発部の圧力を高く維持できる。また、ウィック部材の内部で気化した作動流体は、前記突起間の空間へ移動し、中空部への逆流が抑制される。これにより、気化潜熱による吸熱反応が継続的に生じることになる。その結果、ループ型ヒートパイプは、効率的な熱輸送を行うことができる。

【0020】

本発明の望ましい態様として、前記多孔質材は、セラミック、ステンレス鋼又はチタン合金のいずれか１つに複数の気孔を備えていることが好ましい。この構造により、ループ型ヒートパイプの蒸発部内で生じる圧力及び温度に対して、ウィック部材は、十分な耐久性を発揮する。また、上記構造により、ウィック部材は、作動流体に対する高い耐食性を有することができる。例えば、ウィック部材がチタン合金であって、複数の気孔を備えている多孔質材で形成され、作動流体が水である場合、ウィック部材は、十分な耐久性及び耐食性を発揮できる。

【0021】

本発明の望ましい態様として、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材は、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の内周直径より内周直径が小さい管状の継手部を前記一端にそれぞれ備え、前記継手部の管内は、前記流入用開口部又は前記流出用開口部と繋がっていることが好ましい。この構造により、ループ型ヒートパイプは、継手部を介して熱媒流路に接続できる。また、ループ型ヒートパイプは、継手部により、内部に入出流する作動流体の流入又は流出する位置を位置決めすることができる。

【0022】

本発明の望ましい態様として、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の材質は、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。この構造により、スラグや金属シートから第１円筒状部材又は第２円筒状部材へ加工する製造方法に多様な選択肢を採用することが可能となり、ループ型ヒートパイプの第１円筒状部材又は第２円筒状部材の製造方法の選択の自由度を増すことができる。また、ウィック部材と第１円筒状部材又は第２円筒状部材との材料は、必ずしも同じ材料でなくてもよくなる。ループ型ヒートパイプの第１円筒状部材又は第２円筒状部材の製造方法には、例えばインパクト成形、プレス加工、ヘラ絞り加工および板金加工などの加工方法を適用することができる。ループ型ヒートパイプの第１円筒状部材又は第２円筒状部材は、アルミニウム合金である場合、よりリサイクル性に優れるという利点がある。ループ型ヒートパイプの第１円筒状部材又は第２円筒状部材は、銅合金又はステンレス鋼である場合、ヘラ絞り加工、板金加工およびプレス加工などの各種加工方法を適用することができるため、容易かつ低コストに加工することができる。

【0023】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のループ型ヒートパイプは、熱媒流路を介して熱輸送を行うためのループ型ヒートパイプの製造方法であって、金属スラグからインパクト成形により円筒状の第１円筒状部材又は円筒状の第２円筒状部材を形成するインパクト成形加工工程と、前記インパクト成形加工工程で形成された、前記第１円筒状部材又は前記第２円筒状部材の一端にスピニング加工又はバルジ加工により、前記熱媒流路から作動流体が流入するための流入用開口部又は前記熱媒流路へ作動流体を流出させるための流出用開口部と、前記流入用開口部又は前記流出用開口部に繋がる管状の継手部とを形成する開口部の加工工程と、多孔質材を含むウィック部材を前記第２円筒状部材の内部に挿入して固定する、ウィック部材の固定工程と、前記第１円筒状部材の第１端部と、前記第２円筒状部材の第２端部とを軸方向に対向するように、円筒状のスリーブ部材を介して一体化して固定する一体化工程と、を含むことを特徴とする。

【0024】

この製造方法によれば、第１円筒状部材と第２円筒状部材とを製造する製造装置を共用でき、製造コストを低減できる。また、上記製造方法によれば、高い歩留まり率を達成することが可能になり、ループ型ヒートパイプの量産を行う際には大きな利点となる。また、スリーブ部材は、第１円筒状部材と第２円筒状部材と容易に固定できる。そして、スリーブ部材は、第１円筒状部材と第２円筒状部材とを支持すると共に、第１円筒状部材の熱が第２円筒状部材に伝達する熱伝導性を低下させる。これにより、ウィックにおける毛細管現象により、気化された作動流体を液化した作動流体にする効率を高めることができる。その結果、第２円筒状部材内での気化潜熱による冷却効率が高まり、製造されたループ型ヒートパイプは、効率的な熱の輸送を行うことができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、製造コストを抑制すると共に、作動流体の気化の効率を向上させるループ型ヒートパイプ及びループ型ヒートパイプの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプを備える冷却装置を説明する説明図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの分解斜視図である。

【図3】図３は、中心軸を含む断面で切断した本実施形態に係るループ型ヒートパイプの切断面図である。

【図4】図４は、図３に示す第２円筒状部材の一端を軸方向にみた側面図である。

【図5】図５は、図３に示す第１円筒状部材の一端を軸方向にみた側面図である。

【図6】図６は、図３に示すＡ−Ａ線断面図である。

【図7】図７は、図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。

【図8】図８は、図３に示すＣ−Ｃ線断面図である。

【図9】図９は、図３に示すＤ−Ｄ線断面図である。

【図10】図１０は、図３に示す接合部を拡大した要部切断面図である。

【図11】図１１は、図３に示す接合部の他の態様を拡大した要部切断面図である。

【図12】図１２は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法の工程を説明するためのフローチャートである。

【図13】図１３は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、インパクト成型工程を説明するための説明図である。

【図14】図１４は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、インパクト成型工程を説明するための説明図である。

【図15】図１５は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、開口部の加工工程を説明するための説明図である。

【図16】図１６は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、開口部の加工工程を説明するための説明図である。

【図17】図１７は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、開口部の加工工程を説明するための説明図である。

【図18】図１８は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、開口部の加工工程を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0028】

（冷却装置）
図１は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプを備える冷却装置を説明する説明図である。図１に示すように、冷却装置１００は、ループ型ヒートパイプ１と、凝縮器２と、熱媒流路３と、熱媒流路４とを備え、作動流体を循環させている。作動流体としては、例えば、作動流体として、水、アルコール、アンモニア、フロン系冷媒等が用いられる。

【0029】

ループ型ヒートパイプ１は、電子機器等の内部に備えられる発熱体の熱Ｑ１が伝導される位置に配置されている。発熱体は、例えばコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等である。ループ型ヒートパイプ１は、液体の作動流体Ｐ６を内部に流入させ、作動流体が気化する際の気化潜熱により熱Ｑ１を吸熱する。ループ型ヒートパイプ１は、気化した作動流体Ｐ１を熱媒流路３の配管へ送出する。

【0030】

熱媒流路３は、ループ型ヒートパイプ１と、発熱体（ループ型ヒートパイプ１）より離れた位置にある凝縮器２とを接続する蒸気管などとも呼ばれる配管である。熱媒流路３は、図１に示すループ型ヒートパイプ１から作動流体Ｐ１、作動流体Ｐ２、作動流体Ｐ３の位置の順に、凝縮器２まで気体の作動流体を輸送する。

【0031】

凝縮器２は、例えば、金属製の板部材であり、作動流体Ｐ３が内部を通過する際に、作動流体Ｐ３が保持する熱Ｑ２を放熱する。熱Ｑ２の放熱により、凝縮器２を通過した作動流体Ｐ４は、液体になる。凝縮器２は、外側の面に複数の板状の突部となるフィンを備えることがより好ましい。

【0032】

熱媒流路４は、ループ型ヒートパイプ１と、凝縮器２とを接続する液体管などとも呼ばれる配管である。熱媒流路４は、図１に示す凝縮器２から作動流体Ｐ４、作動流体Ｐ５、作動流体Ｐ６の位置の順に、ループ型ヒートパイプ１まで液体の作動流体を輸送する。

【0033】

冷却装置１００は、ループ型ヒートパイプ１は、作動流体が、後述するウィック部材内を毛細管現象で通過することで、外部から動力を供給することなく環状（ループした流路）の冷却装置１００内で作動流体Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６を循環させることができる。

【0034】

（ループ型ヒートパイプ）
次に、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１について、図２から図９を用いて詳細に説明する。図２は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの分解斜視図である。図３は、中心軸を含む断面で切断した本実施形態に係るループ型ヒートパイプの切断面図である。図４は、図３に示す第２円筒状部材の一端を軸方向にみた側面図である。図５は、図３に示す第１円筒状部材の一端を軸方向にみた側面図である。図６は、図３に示すＡ−Ａ線断面図である。図７は、図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。図８は、図３に示すＣ−Ｃ線断面図である。図９は、図３に示すＤ−Ｄ線断面図である。図２に示すように、ループ型ヒートパイプ１は、第１円筒状部材１１と、第２円筒状部材１２と、配管１３と、ウィック部材１５と、円筒状のスリーブ部材１６とを含む。そして、図３に示すように、第１円筒状部材１１と第２円筒状部材１２とは、円筒状のスリーブ部材１６により支持されている。配管１３の一端は、図１に示す熱媒流路４に接続され、配管１３の他端は、後述するように、ウィック部材１５の中空部１５ｈの内部に挿入されている。本実施形態１に係るループ型ヒートパイプ１は、図１に示す電子機器等の内部に備えられる発熱体の熱Ｑ１が、図３に示す第２円筒状部材１２に伝導される位置に配置されている。

【0035】

図３、図５及び図９に示すように、第１円筒状部材１１は、円筒状の部材であり、例えば、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む金属材料で形成されている。第１円筒状部材１１は、アルミニウム合金である場合、よりリサイクル性に優れるという利点がある。

【0036】

図３、図５及び図９に示すように、第１円筒状部材１１は、中心軸の周囲を囲む環状の筒部１１ｃと、環状の筒部１１ｃの軸方向の一端１１ａの一部を塞ぐ底部１１ｂと、底部１１ｂを貫通する、上述した熱媒流路４から作動流体が流入するための流入用の開口部１１ｅと、一端１１ａとは反対側の他端に、後述する環状の第１端部１１ｄとを備え、内部に中空部１１ｈが形成されている。

【0037】

第１円筒状部材１１は、筒部１１ｃの内周直径よりも内周直径が小さい管状の継手部１１ｐを一端１１ａに備えている。そして、継手部１１ｐの管内は、流入用の開口部１１ｅと繋がっている。また、筒部１１ｃの中心軸と、継手部１１ｐの中心軸とは一致している。この構造により、流入用の開口部１１ｅに挿入された配管１３は、第１円筒状部材１１の内部に挿入することができる。継手部１１ｐと配管１３とは、溶接又は接着により、位置が固定されている。配管１３は、継手部１１ｐに圧入して固定してもよい。

【0038】

第１円筒状部材１１の内周の直径は、作動流体の種類、冷却装置１００の熱媒流路３及び熱媒流路４の長さによって適宜決められるが、例えば５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。同様に、第１円筒状部材１１の軸方向の長さは、例えば５ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。第１円筒状部材１１の厚さは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。第１円筒状部材１１の厚さは、０．１ｍｍよりも小さいと、作動流体の内圧に対してループ型ヒートパイプとしての強度が不足する可能性があり、加工工程が複雑になることでコストが増える可能性がある。また、第１円筒状部材１１の厚さは、１ｍｍよりも大きいと、加工性が悪化する可能性がある。

【0039】

図３、図４、図６、図７及び図８に示すように、第２円筒状部材１２は、円筒状の部材であり、例えば、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む金属材料で形成されている。第２円筒状部材１２は、アルミニウム合金である場合、よりリサイクル性に優れるという利点がある。

【0040】

図３、図４、図６、図７及び図８に示すように、第２円筒状部材１２は、中心軸の周囲を囲む環状の筒部１２ｃと、環状の筒部１２ｃの軸方向の一端１２ａの一部を塞ぐ底部１２ｂと、底部１２ｂを貫通する、上述した熱媒流路３へ作動流体を流出するための流出用の開口部１２ｅと、一端１２ａとは反対側の他端に、後述する環状の第１端部１２ｄとを備え、内部に中空部１２ｈが形成されている。

【0041】

第２円筒状部材１２は、筒部１２ｃの内周直径よりもの内周直径が小さい管状の継手部１２ｐを一端１２ａに備えている。そして、継手部１２ｐの管内は、流入用の開口部１２ｅと繋がっている。また、筒部１２ｃの中心軸と、継手部１２ｐの中心軸とは一致している。この構造により、流入用の開口部１２ｅに挿入された配管１４は、第２円筒状部材１２の内部に挿入することができる。継手部１２ｐと配管１４とは、溶接又は接着により、位置が固定されている。配管１４は、継手部１２ｐに圧入して固定してもよい。図３に示す配管１４は、図１に示す熱媒流路３の配管自体であっても、熱媒流路３に接続する配管であってもよい。

【0042】

第２円筒状部材１２の内周の直径は、作動流体の種類、冷却装置１００の熱媒流路３及び熱媒流路４の長さによって適宜決められるが、例えば５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。同様に、第２円筒状部材１２の軸方向の長さは、例えば５ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。第２円筒状部材１２の厚さは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。第２円筒状部材１２の厚さは、０．１ｍｍよりも小さいと、作動流体の内圧に対してループ型ヒートパイプとしての強度が不足する可能性があり、加工工程が複雑になることでコストが増える可能性がある。また、第２円筒状部材１２の厚さは、１ｍｍよりも大きいと、加工性が悪化する可能性がある。

【0043】

ウィック部材１５は、多孔質材であり、セラミック、ステンレス鋼又はチタン合金のいずれか１つに複数の気孔を備えている。この構造により、ループ型ヒートパイプの蒸発部内で生じる圧力及び温度に対して、ウィック部材１５は、十分な耐久性を発揮する。また、上記構造により、ウィック部材１５は、作動流体に対する高い耐食性を有することができる。例えば、基材がチタン合金であって複数の気孔を備えている多孔質材で形成され、作動流体が水である場合、ウィック部材は、十分な耐久性及び耐食性を発揮できる。

【0044】

多孔質体の気孔は、基材がセラミックである場合、実効空孔径が０．５μｍ以上２０μｍ以下であって、空孔率が、３０％以上８０％以下程度である。

【0045】

ウィック部材１５は、外周が第２円筒状部材１２の内周１２ｉに当接する筒状部材であり、第１円筒状部材１１側に開口した中空部１５ｈを備える。ウィック部材１５は、図６に示すように第１円筒状部材１１側の一端部が円環状である、蓋部１５ｒを備えている。図３に示すように、ウィック部材１５の外周には、蓋部１５ｒから流出用の開口部１２ｅ側の端部まで、軸方向に沿って溝が周方向に掘られている。これにより、図７に示すように、ウィック部材１５は、第２円筒状部材１２の内周１２ｉに当接するように突出する、複数の突起１５ｐを周方向に均等に備えている。そして、隣り合う突起１５ｐ間の溝は、図３に示すように隣り合う突起１５ｐ間の空間であり、流出用の開口部１２ｅに繋がっている。

【0046】

図３に示すように、配管１３は、ウィック部材１５の中空部１５ｈの内部に挿入されている。この構造により、流入用の開口部１１ｅ及び配管１３を通じて、液体の作動流体が流入した場合、まず中空部１５ｈ内に、充填される。その結果、中空部１５ｈにある液体の作動流体の温度は、中空部１１ｈの内部にある作動流体よりも、ループ型ヒートパイプ１の周囲の温度の影響を受けない。このため、ループ型ヒートパイプ１は、冷却効率を維持しやすくなる。

【0047】

図３、図８及び図９に示すように、スリーブ部材１６は、中空部１６ｈを含む円筒状であって、軸方向の両端が開口している。スリーブ部材１６は、樹脂材料で成形されている。スリーブ部材１６の樹脂材料は、樹脂材料は、第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２よりも熱伝導率が低ければ特に限定されない。スリーブ部材１６の樹脂材料は、例えばエポキシ系樹脂、オレフィン系樹脂、シリコーン系樹脂など、既存のものを用いることができる。スリーブ部材１６は、第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２の温度変化を考慮すると線熱膨張係数が低いものがより好ましい。

【0048】

図１０は、図３に示す接合部を拡大した要部切断面図である。図１１は、図３に示す接合部の他の態様を拡大した要部切断面図である。図１０及び図１１に示すように、第１端部１１ｄと、第２円筒状部材１２の第２端部１２ｄとは、内周の直径が同一である。図１０及び図１１に示すように、図３に示す接合部Ｕにおいて、スリーブ部材１６は、第１円筒状部材１１の第１端部１１ｄと、第２円筒状部材１２の第２端部１２ｄとを軸方向に対向するように固定する、支持部材である。図１０に示す接合部Ｕのように、第１円筒状部材１１の第１端部１１ｄと、第２円筒状部材１２の第２端部１２ｄとが接合されていてもよい。この場合、第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２が金属製であり、接合部Ｕが溶接により接合されて一体化されていることが好ましい。この構造により、第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２同士が直接固定され、ループ型ヒートパイプ１としての強度がさらに安定する。

【0049】

図３、図８及び図９に示すように、スリーブ部材１６の外周表面は、第１円筒状部材１１の内周及び第２円筒状部材１２の内周１２ｉに接している。この構造により、スリーブ部材１６は、第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２を支持することができる。

【0050】

ループ型ヒートパイプ１は、図１に示す電子機器等の内部に備えられる発熱体の熱Ｑ１が、図３に示す第２円筒状部材１２に熱伝導され、ウィック部材１５における毛細管現象により、気化した作動流体に吸熱される。本実施形態に係るルートヒートパイプ１は、第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２よりもスリーブ部材１６が内側にあるので、第２円筒状部材１２に伝達された熱Ｑ１の一部がヒートパイプ１の液溜め部である中空部１１ｈの空間へ伝わるのを抑制することができる。その結果、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１の液溜め部である中空部１１ｈの空間と、ループ型ヒートパイプ１の蒸発部である中空部１２ｈ及び隣り合う突起１５ｐ間の空間と、の間の断熱性が向上する。

【0051】

第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２は、伝熱性の高い材料である。このため、第２円筒状部材１２に伝達された熱Ｑ１の一部が第１円筒部材１１へ伝わると、ループ型ヒートパイプ１が吸熱する効率が低減する可能性がある。図１１に示すループ型ヒートパイプ１は、第１円筒状部材１１の第１端部１１ｄと、第２円筒状部材１２の第２端部１２ｄとの間に、スリーブ部材１６の外周表面が露出する。図１１に示すループ型ヒートパイプ１は、第１円筒状部材１１と第２円筒状部材１２とが第１円筒状部材１１の第１端部１１ｄと、第２円筒状部材１２の第２端部１２ｄとの間に隙間Δｄ分の距離があるように固定されている。この構造により、第１円筒状部材１１と第２円筒状部材１２同士との間にスリーブ部材１６が介在するようになる。このため、図１１に示す、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１は、第２円筒状部材１２に伝達された熱Ｑ１の一部が第１円筒部材１１へ伝わるのを抑制することができる。そして、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１の上述した液溜め部と蒸発部との間の断熱性をさらに向上させ、特に蒸発部から流入部への熱伝導率を低く抑えることができる。その結果、ループ型ヒートパイプ１は、効率的な熱輸送を行うことができる。

【0052】

スリーブ部材１６と、第１円筒状部材１１又は第２円筒状部材１２の少なくとも一つとは、樹脂材料の熱相溶化による接合で固定されてもよい。第１円筒状部材１１又は第２円筒状部材１２とスリーブ部材１６との安定的な接合のために、スリーブ部材１６に使用する熱可塑性樹脂には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、これらの共重合体のいずれか１つが、マレイン酸等の不飽和カルボン酸等とのグラフト共重合により酸変性され、カルボキシル基及びカルボン酸塩基の少なくとも１つが導入されたカルボキシル基を含有させた樹脂を用いることが望ましい。なお、スリーブ部材１６の樹脂材料は、熱可塑性樹脂であればよく、スリーブ部材１６と、第１円筒状部材１１又は第２円筒状部材１２の少なくとも一つとは、樹脂材料の熱相溶化による接合で固定することができる。このため、スリーブ部材１６は、熱可塑性樹脂の材質を特に限定されずに使用することができる。

【0053】

そして、接合方法としては、超音波を第１円筒状部材１１又は第２円筒状部材１２の外表面に加えることで、樹脂材料が熱相溶化するので、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１は、第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２の外表面に加工跡が残らないように、固定することができる。

【0054】

スリーブ部材１６と、第１円筒状部材１１又は第２円筒状部材１２の少なくとも一つとは、スリーブ部材１６の外周に塗布されたポリオレフィン、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びシリコーン樹脂から選ばれたいずれか１種の樹脂又は２種以上の混合樹脂を含む接着剤により接合されてもよい。本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１は、上述したような、ヒートシール性を伴う樹脂を含む接着剤を用いることで、まず常温での接着を行い、雰囲気加熱等により接着強度を高め、第１円筒状部材１１又は第２円筒状部材１２と、スリーブ材とをより容易にかつ安定的に接合することが可能になる。

【0055】

以上説明したように、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１は、熱媒流路３及び熱媒流路４を介して熱輸送を行う。本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１は、円筒状の第１円筒状部材１１と、円筒状の第２円筒状部材１２と、ウィック部材１５と、円筒状のスリーブ部材１６とを含む。そして、第１円筒状部材１１は、作動流体が流入するための流入用の開口部１１ｅがある軸方向の一端１１ａとは反対側の他端に、環状の第１端部１１ｄを備えている。第２円筒状部材１２は、作動流体を流出させるための流出用の開口部１２ｅがある軸方向の一端１２ａとは反対側の他端に、環状の第２端部１２ｄを備えている。多孔質材を含むウィック部材１５は、第２円筒状部材１２の内部に挿入されている。そして、スリーブ部材１６は、第１円筒状部材１１の第１端部１１ｄと、第２円筒状部材１２の第２端部１２ｄとを軸方向に対向するように固定する。

【0056】

この構造により、ループ型ヒートパイプ１は、第１円筒状部材１１の流入用の開口部１１ｅから流入する、液化した作動流体を、第２円筒状部材１２内のウィック部材１５で気化し、流出用の開口部１１ｅから凝縮器へ気化した作動流体を流出できる。スリーブ部材１６は、第１円筒状部材１１の熱が第２円筒状部材１２に伝達する熱伝導性を低下させる。これにより、ウィック部材１５における毛細管現象により、気化した作動流体に伴う吸熱効率を高めることができる。その結果、第２円筒状部材１２内での気化潜熱による冷却効率が高まり、ループ型ヒートパイプは、効率的な熱の輸送を行うことができる。

【0057】

例えば、図３に示すように、流入用の開口部１１ｅ及び配管１３を介して流入する、液体の作動流体は、中空部１５ｈ、中空部１６ｈ及び中空部１１ｈに供給され、中空部１５ｈ、中空部１６ｈ及び中空部１１ｈが液溜め部となり、液体の作動流体を保留できる。

【0058】

液体の作動流体は、ウィック部材１５の中空部１５ｈから多孔質材の気孔内へ浸透する。ウィック部材１５の外周面側に向けて浸透した作動流体は、発熱体の熱Ｑ１（図１参照）により加熱され気化し、隣り合う突起１５ｐ間の空間から流出した気体の作動流体は、流出用の開口部１２ｅへと進入する。これにより、空間から流出した気体の作動流体の移動により、浸透によって進入する作動流体の量を増加することができる。結果として、冷却のために必要な量の作動流体が安定して供給される。

【0059】

そして、ループ型ヒートパイプ１を備える電子機器が配置された際には、重力環境とは無関係に作動流体の液輸送が安定して行われる。

【0060】

（製造方法）
図１２は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法の工程を説明するためのフローチャートである。

【0061】

まず、製造装置は、金属スラグからインパクト成形により円筒状の第１円筒状部材又は円筒状の第２円筒状部材を形成するインパクト成形加工工程を行う（ステップＳ１）。図１３及び図１４は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、インパクト成型工程を説明するための説明図である。図１３に示すインパクト成型加工装置２０は、パンチ２３をプレス方向Ｐに動作させる駆動機構を備え、パンチ２３の移動方向の基台２２上に固定されたダイ２１を設置する。ダイ２１は、上方の表面に凹みを有する凹部２１ｈがあり、用意した金属スラグｗを加熱し、流し込む。例えば、金属スラグｗは、６０００系合金であり、ＪＩＳ規格６０６１のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金を溶融してアルミニウムスラグを用意した。

【0062】

インパクト成型加工装置２０は、パンチ２３をプレス方向Ｐに動作させ、パンチ２３が図１３に示す金属スラグｗに衝突する。図１４に示すように、インパクト成型加工装置２０は、金属スラグｗの一部がパンチ２３の外周表面に金属スラグｗが付着するように、金属スラグｗを流出させ、第１円筒状体１１Ａ、第２円筒状体１２Ａを形成する。第１円筒状体１１Ａ、第２円筒状体１２Ａの厚さは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。第１円筒状体１１Ａ、第２円筒状体１２Ａの厚さは、０．１ｍｍよりも小さいと、作動流体の内圧に対してループ型ヒートパイプとしての強度が不足する可能性があり、加工工程が複雑になることでコストが増える可能性がある。また、第１円筒状体１１Ａ、第２円筒状体１２Ａの厚さは、１ｍｍよりも大きいと、加工性が悪化する可能性がある。

【0063】

製造装置は、インパクト成形加工工程（ステップＳ１）で形成された、第１円筒状体１１Ａ又は第２円筒状体１２Ａの一端にスピニング加工又はバルジ加工により、上述した熱媒流路４から作動流体が流入するための流入用の開口部１１ｅ又は熱媒流路３へ作動流体を流出させるための流出用の開口部１２ｅと、流入用の開口部１１ｅ又は流出用の開口部１２ｅに繋がる管状の継手部１１ｐ又は継手部１２ｐとを形成する開口部の加工工程を行う（ステップＳ２）。

【0064】

図１５及び図１６は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、開口部の加工工程を説明するための説明図である。図１５及び図１６に示す開口部の加工工程は、バルジ加工による製造方法を説明している。図１５に示すように、バルジ加工装置３０は、ステップＳ１において製造した、第１円筒状体１１Ａ又は第２円筒状体１２Ａを固定するダイ３１を基台３２上に設置する。ダイ３１は、２段階の深さの凹部３１ｈ１及び凹部３１ｈ２となるように上方の表面に凹みが設けられている。凹部３１ｈ１は、凹部３１ｈ２よりも深く、平面視の直径が凹部３１ｈ２よりも小さい。凹部３１ｈ２の凹みの平面視での直径は、第１円筒状体１１Ａ又は第２円筒状体１２Ａの外周とほぼ同じであり、ダイ３１は、第１円筒状体１１Ａ又は第２円筒状体１２Ａの外周を覆うように、内壁で支えている。

【0065】

次に、図１６に示すように、バルジ加工装置３０は、第１円筒状体１１Ａ又は第２円筒状体１２Ａの内部に液圧Ｐｏをかける。凹部３１ｈ１に面する、第１円筒状体１１Ａ又は第２円筒状体１２Ａは、ダイ３１で拘束されていないので、一端部１１ａ、１２ａよりも膨出し突出することになる。ダイ３１から取り出された、第１円筒状体１１Ｂ又は第２円筒状体１２Ｂは、突出した部分にＬＤ方向からドリルなどで穴あけ加工を施し、開口部１１ｅ、１２ｅ、継手部１１ｐ又は継手部１２ｐを形成する。

【0066】

図１７及び図１８は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法において、開口部の加工工程を説明するための説明図である。図１７及び図１８に示す開口部の加工工程は、スピニング加工による製造方法を説明している。図１７に示すように、スピニング加工装置４０は、ステップＳ１において製造した、第１円筒状体１１Ａ又は第２円筒状体１２Ａを加工するための、ヘラ型４１と、絞りローラー４２とを備えている。スピニング加工装置４０は、ヘラ型４１を第１円筒状体１１Ａ又は第２円筒状体１２Ａの内部側から回転しながら押圧し、図１８に示すように、一端部１１ａ、１２ａよりも突出させた部分を絞りローラー４２で延ばしながら第１円筒状体１１Ｂ又は第２円筒状体１２Ｂに加工することになる。第１円筒状体１１Ｂ又は第２円筒状体１２Ｂは、突出した部分にＬＤ方向からドリルなどで穴あけ加工を施し、開口部１１ｅ、１２ｅ、継手部１１ｐ又は継手部１２ｐを形成する。

【0067】

このようにして、出来上がった第１円筒状部材１１と、第２円筒状部材１２とには、配管１３及び配管１４とが固定されていることがより好ましい。

【0068】

次に、図１２に示すように、上述した多孔質材を含むウィック部材１５を用意し、ステップＳ２で形成した第２円筒状部材の内部に挿入して固定する、ウィック部材の固定工程を行う（ステップＳ３）。例えば、ウィック部材１５は、セラミック製の多孔質材を用いた。

【0069】

次に、第１円筒状部材１１の第１端部１１ｄと、第２円筒状部材１２の第２端部１２ｄとを軸方向に対向するように、円筒状のスリーブ部材１６を介して一体化して固定する一体化工程を行う（ステップＳ４）。例えば、スリーブ部材１６には、ポリプロピレン製樹脂を用いた。スリーブ部材１６の外周には、酸変性ポリオレフィンからなる接着剤を外周面に塗布しておく。そして、スリーブ部材１６の外周表面は、第１円筒状部材１１の内周及び第２円筒状部材１２の内周１２ｉに接している。この構造により、スリーブ部材１６は、第１円筒状部材１１及び第２円筒状部材１２を支持することができる。そして、第１円筒状部材１１の第１端部１１ｄと、第２円筒状部材１２の第２端部１２ｄとの間に、スリーブ部材１６の外周表面が露出するようにした。

【0070】

次に、一体化工程（ステップＳ４）の後、一体化したループ型ヒートパイプを加熱炉に入れ、大気雰囲気下に所定の温度及び時間の条件（温度：１６０℃、再加熱時間：１分）下で加熱処理（ステップＳ５）し、円筒状部材とスリーブ材との接着強度を向上させる。

【0071】

以上の製造方法によれば、第１円筒状部材１１と第２円筒状部材１１とを製造する製造装置を共用でき、製造コストを低減できる。また、上記製造方法によれば、高い歩留まり率を達成することが可能になり、ループ型ヒートパイプ１の量産を行う際には大きな利点となる。また、スリーブ部材１６は、第１円筒状部材１１と第２円筒状部材１２と容易に固定できる。そして、スリーブ部材１６は、第１円筒状部材１１と第２円筒状部材１２とを支持すると共に、第１円筒状部材１１の熱が第２円筒状部材１２に伝達する熱伝導性を低下させる。これにより、ウィック部材１５における毛細管現象により、気化された作動流体を液化した作動流体にする効率を高めることができる。その結果、第２円筒状部材１２内での気化潜熱による冷却効率が高まり、製造されたループ型ヒートパイプ１は、効率的な熱の輸送を行うことができる。

【符号の説明】

【0072】

１ ループ型ヒートパイプ
２ 凝縮器
３ 熱媒流路
４ 熱媒流路
１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ 円筒状体
１１ 第１円筒状部材
１１ａ 一端
１１ｂ 底部
１１ｃ 筒部
１１ｄ 第１端部
１１ｅ 開口部
１１ｈ 中空部
１１ｐ 継手部
１２ 第２円筒状部材
１２ａ 一端
１２ｂ 底部
１２ｃ 筒部
１２ｄ 第２端部
１２ｅ 開口部
１２ｈ 中空部
１２ｉ 内周
１２ｐ 継手部
１３、１４ 配管
１５ ウィック部材
１５ｈ 中空部
１５ｐ 突起
１５ｒ 蓋部
１６ スリーブ部材
１６ｈ 中空部
Ｕ 接合部
ｗ 金属スラグ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】