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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022186544
(43)【公開日】2022-12-15
(54)【発明の名称】製造方法
(51)【国際特許分類】
   F28D 15/04 20060101AFI20221208BHJP
   F28D 15/02 20060101ALI20221208BHJP
【FI】
F28D15/04 G
F28D15/02 E
F28D15/02 101G
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021094822
(22)【出願日】2021-06-04
(71)【出願人】
【識別番号】592128788
【氏名又は名称】ポーライト株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504139662
【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構
(74)【代理人】
【識別番号】100128886
【弁理士】
【氏名又は名称】横田 裕弘
(72)【発明者】
【氏名】田邊 重之
(72)【発明者】
【氏名】麻生 忍
(72)【発明者】
【氏名】貞方 和紀
(72)【発明者】
【氏名】長野 方星
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 紀志
(72)【発明者】
【氏名】水谷 琢志
(57)【要約】
【課題】厚み方向の寸法が抑制された熱交換器などを製造する。
【解決手段】本発明の製造方法は、外部から熱を吸収して液相の作動流体を毛細管力により移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体を有する熱交換器を製造する製造方法であって、板状の部材である第1板部材の板面に凹部を形成する工程と、凹部における予め定めた領域に粉体を含む材料を塗布する工程と、予め定めた領域に塗布された材料を固めて蒸発体を形成する工程と、板状の部材である第2板部材で蒸発体が設けられた凹部を覆い、第1板部材と第2板部材とを固定する工程とを含む。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部から熱を吸収して液相の作動流体を毛細管力により移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体を有する熱交換器を製造する製造方法であって、
板状の部材である第1板部材の板面に凹部を形成する工程と、
前記凹部における予め定めた領域に粉体を含む材料を塗布する工程と、
前記予め定めた領域に塗布された前記材料を固めて前記蒸発体を形成する工程と、
板状の部材である第2板部材で前記蒸発体が設けられた凹部を覆い、前記第1板部材と当該第2板部材とを固定する工程と
を含む製造方法。
【請求項2】
前記第1板部材を覆う面に前記予め定めた領域の形状で前記材料を通す孔が設けられた覆い部材を当該第1板部材に配置する工程と、
前記覆い部材の前記孔を介して前記材料の塗布を行う工程と
を含む請求項1記載の製造方法。
【請求項3】
前記蒸発体は、当該蒸発体内の液相の作動流体が移動する向きと交差する向きに延びる基体と、当該基体から当該移動する向きの下流側に位置する複数の下流体を有し、
前記孔は、前記基体および前記複数の下流体に対応する形状である
請求項2記載の製造方法。
【請求項4】
前記覆い部材は、前記蒸発体内の液相の作動流体が移動する向きにおける位置に応じて厚みが異なる
請求項2または3記載の製造方法。
【請求項5】
前記予め定めた領域に塗布された前記材料は、前記蒸発体内を液相の作動流体が移動する向きと交差する向きにおける両端で、前記凹部の内側側面に接触している
請求項1乃至4のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項6】
前記予め定めた領域に塗布された前記材料は、前記凹部の内側側面に接触している部分よりも前記移動する向きの上流側において、前記凹部の内側側面から離間している
請求項5記載の製造方法。
【請求項7】
前記材料を塗布する工程で塗布された前記材料は、前記蒸発体内の液相の作動流体が移動する向きの下流側に進むに従い厚みが薄くなる
請求項1乃至6のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項8】
前記材料を塗布する工程は、第1材料を塗布する第1塗布工程と、当該第1材料に重ねて第2材料を塗布する第2塗布工程とを含み、
前記蒸発体内の液相の作動流体が移動する向きの位置に応じて、前記第1材料および前記第2材料の厚みが異なる
請求項1乃至7のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項9】
前記予め定めた領域に塗布された前記材料のうち一部の領域が押圧される工程
を含む請求項1乃至8のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項10】
前記作動流体の流路における前記予め定めた領域以外の他の位置に、前記材料を塗布する工程を含み、
前記蒸発体を形成する工程において、前記他の位置に塗布された前記材料を焼結させて焼結体を形成し、
前記焼結体は、前記他の位置において前記第1板部材と前記第2板部材とに挟まれる
請求項1乃至9のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項11】
前記凹部を形成する工程は、前記第1板部材の板面をエッチングすることにより当該凹部を形成する
請求項1乃至10のいずれか1項記載の製造方法。
【請求項12】
発熱部品と、当該発熱部品から熱を吸収して液相の作動流体を毛細管力により移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体を有する熱交換器とが設けられた装置を製造する製造方法であって、
板状の部材である第1板部材の板面に凹部を形成する工程と、
前記凹部における予め定めた領域に粉体を含む材料を塗布する工程と、
前記予め定めた領域に塗布された前記材料を固めて前記蒸発体を形成する工程と、
板状の部材である第2板部材で前記蒸発体が設けられた凹部を覆い、前記第1板部材と当該第2板部材とを固定する工程と、
前記第1板部材および前記第2板部材の少なくとも一方に対して前記発熱部品を固定する工程と
を含む製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、設置角度の如何に関わらず効率的に発熱部品を冷却するべく、蒸発部、凝縮部、及び液戻り管の内部にそれぞれ設けられるとともに、毛細管力を生じさせるウィックを有するループ型ヒートパイプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008-215702号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、近年、電子機器などの装置が小型化および高性能化することにともない、装置に設けられる発熱体の発熱密度が増大している。そして、例えば、装置の薄型化にともない、厚み方向の寸法を抑制しつつ、発熱体からの熱流束を除去する熱交換器などが求められている。
そこで、本発明は、厚み方向の寸法が抑制された熱交換器などを製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するため、上記課題を解決する手段として、以下に記載の発明が挙げられる。すなわち、請求項1に記載の発明は、外部から熱を吸収して液相の作動流体を毛細管力により移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体を有する熱交換器を製造する製造方法であって、板状の部材である第1板部材の板面に凹部を形成する工程と、前記凹部における予め定めた領域に粉体を含む材料を塗布する工程と、前記予め定めた領域に塗布された前記材料を固めて前記蒸発体を形成する工程と、板状の部材である第2板部材で前記蒸発体が設けられた凹部を覆い、前記第1板部材と当該第2板部材とを固定する工程とを含む製造方法である。
請求項2に記載の発明は、前記第1板部材を覆う面に前記予め定めた領域の形状で前記材料を通す孔が設けられた覆い部材を当該第1板部材に配置する工程と、前記覆い部材の前記孔を介して前記材料の塗布を行う工程とを含む請求項1記載の製造方法である。
請求項3に記載の発明は、前記蒸発体は、当該蒸発体内の液相の作動流体が移動する向きと交差する向きに延びる基体と、当該基体から当該移動する向きの下流側に位置する複数の下流体を有し、前記孔は、前記基体および前記複数の下流体に対応する形状である請求項2記載の製造方法である。
請求項4に記載の発明は、前記覆い部材は、前記蒸発体内の液相の作動流体が移動する向きにおける位置に応じて厚みが異なる請求項2または3記載の製造方法である。
請求項5に記載の発明は、前記予め定めた領域に塗布された前記材料は、前記蒸発体内を液相の作動流体が移動する向きと交差する向きにおける両端で、前記凹部の内側側面に接触している請求項1乃至4のいずれか1項記載の製造方法である。
請求項6に記載の発明は、前記予め定めた領域に塗布された前記材料は、前記凹部の内側側面に接触している部分よりも前記移動する向きの上流側において、前記凹部の内側側面から離間している請求項5記載の製造方法である。
請求項7に記載の発明は、前記材料を塗布する工程で塗布された前記材料は、前記蒸発体内の液相の作動流体が移動する向きの下流側に進むに従い厚みが薄くなる請求項1乃至6のいずれか1項記載の製造方法である。
請求項8に記載の発明は、前記材料を塗布する工程は、第1材料を塗布する第1塗布工程と、当該第1材料に重ねて第2材料を塗布する第2塗布工程とを含み、前記蒸発体内の液相の作動流体が移動する向きの位置に応じて、前記第1材料および前記第2材料の厚みが異なる請求項1乃至7のいずれか1項記載の製造方法である。
請求項9に記載の発明は、前記予め定めた領域に塗布された前記材料のうち一部の領域が押圧される工程を含む請求項1乃至8のいずれか1項記載の製造方法である。
請求項10に記載の発明は、前記作動流体の流路における前記予め定めた領域以外の他の位置に、前記材料を塗布する工程を含み、前記蒸発体を形成する工程において、前記他の位置に塗布された前記材料を焼結させて焼結体を形成し、前記焼結体は、前記他の位置において前記第1板部材と前記第2板部材とに挟まれる請求項1乃至9のいずれか1項記載の製造方法である。
請求項11に記載の発明は、前記凹部を形成する工程は、前記第1板部材の板面をエッチングすることにより当該凹部を形成する請求項1乃至10のいずれか1項記載の製造方法である。
請求項12に記載の発明は、発熱部品と、当該発熱部品から熱を吸収して液相の作動流体を毛細管力により移動させながら気相へと蒸発させる蒸発体を有する熱交換器とが設けられた装置を製造する製造方法であって、板状の部材である第1板部材の板面に凹部を形成する工程と、前記凹部における予め定めた領域に粉体を含む材料を塗布する工程と、前記予め定めた領域に塗布された前記材料を固めて前記蒸発体を形成する工程と、板状の部材である第2板部材で前記蒸発体が設けられた凹部を覆い、前記第1板部材と当該第2板部材とを固定する工程と、前記第1板部材および前記第2板部材の少なくとも一方に対して前記発熱部品を固定する工程とを含む製造方法である。
【発明の効果】
【0006】
請求項1記載の発明によれば、厚み方向の寸法が抑制された熱交換器を製造することができる。
請求項2記載の発明によれば、材料の配置が容易となる。
請求項3記載の発明によれば、蒸発体の形成が容易になる。
請求項4記載の発明によれば、蒸発体の厚み変更が容易になる。
請求項5記載の発明によれば、蒸発体と凹部との間に間隙が形成されることが抑制される。
請求項6記載の発明によれば、液相の作動流体が蒸発体に案内されやすくなる。
請求項7記載の発明によれば、蒸発体の設計が容易になる。
請求項8記載の発明によれば、蒸発体の設計が容易になる。
請求項9記載の発明によれば、蒸発体の一部の領域を、他の領域と異なる平均開口径とすることができる。
請求項10記載の発明によれば、第1板部材および第2板部材の変形を抑制できる。
請求項11記載の発明によれば、蒸発体が第1板部材により確実に固定される。
請求項12記載の発明によれば、厚み方向の寸法が抑制された装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】本実施の形態に係るループ型ヒートパイプを示す概略構成図である。
図2】ループ型ヒートパイプの分解斜視図である。
図3】第1側板および第2側板の詳細構成図である。
図4】ウィック周辺の構成を示す図である。
図5】マスクの概略構成図である。
図6】ループ型ヒートパイプの製造工程を示す図である。
図7】ループ型ヒートパイプの製造工程を示す図である。
図8】第1変形例を示す図である。
図9】第2変形例を示す図である。
図10】第3変形例を示す図である。
図11】ループ型ヒートパイプを備える装置を示す図である。
図12】ループ型ヒートパイプの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付図面を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
<ループ型ヒートパイプ100の概略構成>
図1は、本実施の形態に係るループ型ヒートパイプ100を示す概略構成図である。
まず、図1を参照して、本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ100の構成を説明する。本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ100は、熱交換器であり、例えば電子機器等に備えられる中央演算処理装置(CPU)などの発熱体10を、外部から動力を供給することなく冷却するため、作動流体を循環させるよう構成されている。
【0009】
詳細に説明すると、ループ型ヒートパイプ100は、作動流体が気化する際の潜熱を利用して発熱体10を冷却するため作動流体を蒸発させる蒸発器(Evaporator)101と、この蒸発器101で気化された作動流体を放熱して液化する凝縮器(Condenser)107とを有する。
【0010】
また、ループ型ヒートパイプ100は、蒸発器101で気化された作動流体を凝縮器107まで送る蒸気管(Vapor Line)105と、凝縮器107で液化された作動流体を蒸発器101まで送る液管(Liquid Line)109とを備えている。ループ型ヒートパイプ100内には液相および気相の間で相変化する作動流体が充填されている。なお、作動流体は、例えば、水、アルコール、アンモニア等が用いられる。
【0011】
<ループ型ヒートパイプ100の動作>
次に、図1を参照して、ループ型ヒートパイプ100内の動作を説明する。
発熱体10において発生する熱は、蒸発器101に伝達される(矢印H1参照)。蒸発器101において熱を吸収した作動流体は気化し、蒸気管105を経て(矢印A1参照)凝縮器107へ送られる(矢印A2参照)。凝縮器107へ送られた作動流体は、熱を放出して(矢印H2参照)液化する。そして、液化した作動流体は、液管109を経て(矢印A3参照)再び蒸発器101へと送られる(矢印A4参照)。このように、ループ型ヒートパイプ100は、無電力流体デバイスであり、流体の毛細管力を駆動源とした二相熱輸送デバイスである。
【0012】
<ループ型ヒートパイプ100の詳細構成>
図2は、ループ型ヒートパイプ100の分解斜視図である。
図3は、第1側板111および第2側板121の詳細構成図である。
次に、図2および図3を参照して、本実施の形態が適用されるループ型ヒートパイプ100の詳細構成を説明する。
【0013】
図2に示すように、本実施の形態に係るループ型ヒートパイプ100は、概形が平板状である。ループ型ヒートパイプ100は、各々の概形が平板状である第1側板111および第2側板121と、第1側板111および第2側板の間に設けられ各々の概形が平板状であるウィック130および接合材150とを有する。すなわち、ループ型ヒートパイプ100は、第1側板111および第2側板121によって、ウィック130および接合材150が挟まれて構成されている。
【0014】
第1側板111は、各々正面視略長方形状の第1外面113および第1内面115を有する。また、第1側板111は、板面を貫通して形成された第1貫通孔1129を有する。第2側板121は、各々正面視略長方形状の第2内面123および第2外面125を有する。また、第2側板121は、板面を貫通して形成された第2貫通孔1229を有する。第1側板111および第2側板121は、例えば銅などの金属材料により形成される。そして、第1側板111の第1内面115および第2側板121の第2内面123の間に、ウィック130および接合材150が配置される。
【0015】
ここで、ループ型ヒートパイプ100は、第1側板111および第2側板121すなわち筐体を用いた熱拡散を可能とする。また、ループ型ヒートパイプ100は、例えば厚さ1mm以下などの厚みで概略が平板状に形成されている。また、ループ型ヒートパイプ100は、例えばスマートフォンに設けることが可能な寸法で形成される。具体的には、ループ型ヒートパイプ100は、例えば全体で長さが100mm、幅が60mm、厚みが0.3mm以下の寸法で形成される。さらに説明をすると、ループ型ヒートパイプ100は、例えば面方向における寸法(例えば、長さあるいは幅)の3%以下、より好ましくは1%以下の厚みで形成される。
【0016】
なお、以下の説明においては、ループ型ヒートパイプ100の厚み方向、すなわち図2における上下方向を、単に厚み方向ということがある。また、図2における上下方向の下側を第1面側といい、図2における上側を第2面側ということがある。また、ウィック130において作動流体が移送される方向、すなわち図2における左上と右下との間で伸びる方向を、単に移送方向ということがある。また、図2における左上側を上流側といい、右下側を下流側ということがある。また、図2における上下方向および移送方向と直交する方向を、幅方向ということがある。また、図2における幅方向の紙面左手前側を一方側といい、幅方向の紙面右奥側を他方側ということがある。
【0017】
さて、図3(a)に示すように、第1側板111の第1内面115には第1凹部110が形成されている。第1凹部110は、第1内面115における第1貫通孔1129の外周に形成された環状の領域である。さらに説明をすると、第1凹部110は、環状に連続して設けられた、第1蒸発器領域112と、第1蒸気管領域116と、第1凝縮器領域117と、第1液管領域118と、第1開口領域119とを有する。
【0018】
また、図3(b)に示すように、第2側板121の第2内面123には第2凹部120が形成されている。この第2凹部120は、第2内面123における第2貫通孔1229の外周に形成された環状の領域である。また、第2凹部120は、第1凹部110と鏡合わせ形状である。言い替えると、第1凹部110および第2凹部120は、鏡像対象の関係である。さらに説明をすると、第2凹部120は、環状に連続して設けられた、第2蒸発器領域122と、第2蒸気管領域126と、第2凝縮器領域127と、第2液管領域128と、第2開口領域129とを有する。
【0019】
ここで、第1側板111の第1内面115と、第2側板121の第2内面123とを合わせると、第1凹部110および第2凹部120とが対向する配置となる。この配置において、第1蒸発器領域112および第2蒸発器領域122が蒸発器101を形成する。同様に、第1蒸気管領域116および第2蒸気管領域126が、蒸気管105を形成する。第1凝縮器領域117および第2凝縮器領域127が、凝縮器107を形成する。第1液管領域118および第2液管領域128が、液管109を形成する。
【0020】
なお、第1開口領域119および第2開口領域129は、第1側板111の第1内面115と、第2側板121の第2内面123とを接合した後、外部から第1凹部110および第2凹部120内に作動流体の注入などを可能にする開口を形成する。付言すると、第1開口領域119および第2開口領域129により形成される開口は、作動流体の注入後に封止される。
【0021】
ここで、蒸発器101を形成する第1蒸発器領域112および第2蒸発器領域122について説明をする。
まず、第1蒸発器領域112は、平面視略長方形である。第1蒸発器領域112は、第1液管領域118と連続する空間である第1幅広領域1121と、第1幅広領域1121よりも下流側で第1蒸気管領域116と連続する空間である第1幅狭領域1123とを有する。ここで、第1幅広領域1121および第1幅狭領域1123は、移送方向において互いに並ぶ配置である。また、第1幅広領域1121は、第1幅狭領域1123と比較して幅方向の寸法が大きい。
【0022】
同様に、第2蒸発器領域122は、平面視略長方形である。第2蒸発器領域122は、第2液管領域128と連続する空間である第2幅広領域1221と、第2幅広領域1221よりも第2蒸気管領域126と連続する空間である第2幅狭領域1223とを有する。ここで、第2幅広領域1221および第2幅狭領域1223は、移送方向において互いに並ぶ配置である。また、第2幅広領域1221は、第2幅狭領域1223と比較して幅方向の寸法が大きい。
【0023】
ここで、詳細は後述するが、第1蒸発器領域112および第2蒸発器領域122の内部には、ウィック130が配置される。第1蒸発器領域112および第2蒸発器領域122の内部において、ウィック130よりも液管109側の空間は、液相の作動流体が収容される液溜め部160として機能する。図示の例においては、第1幅広領域1121および第2幅広領域1221が、液溜め部160を構成する。また、第1幅狭領域1123および第2幅狭領域1223における、ウィック130よりも蒸気管105側の空間は、気相の作動流体が通過する蒸気空間140として機能する。
【0024】
<ウィック130周辺の構成>
図4は、ウィック130周辺の構成を示す図である。
次に、図4を参照しながら、ウィック130およびウィック130周辺の構成について説明をする。
【0025】
まず、ウィック130は、銅などにより形成された多孔質金属(ポーラスメタル)などの多孔質体により形成される。このウィック130は、作動流体に毛細管力を発生させ、作動流体を移動させる。ウィック130の実効空孔径は、0.1~50μmである。また、ウィック130の空孔率は、25~80%である。なお、実効空孔径および空孔率の測定法は特に限定されない。例えば、水中含侵法による見かけ密度測定、水銀圧入法による気孔径分布測定、あるいはX線CTによる気孔観察などにより測定してもよい。
【0026】
付言すると、このウィック130は、例えば、幅方向の長さ10mm乃至300mmであり、移送方向の長さ3mm乃至100mmであり、厚み0.01mm乃至1mm、より好ましくは厚み0.1mm乃至0.5mmの寸法で構成される。また、ウィック130は、幅方向の長さ、すなわち長手方向の長さに対する厚みの割合が、例えば0.01乃至1%程度、より好ましくは0.1%乃至0.5%の寸法で構成される。なお、発熱体10(図1参照)は、例えば幅10mmであり、長さ10mmである。そして、ウィック130は、発熱体10よりも幅および長さが大きい寸法で構成される。
【0027】
図4(a)に示すように、ウィック130は、長手方向が幅方向に沿う略長方形状のウィック基部131と、ウィック基部131から移送方向下流側に突出するウィック爪部133とを有する。図示の例においては、幅方向において予め定めた間隔でウィック爪部133が複数設けられている。言い替えると、ウィック130は、移送方向下流側において、移送方向に沿って形成された複数のスリット135を備える。なお、スリット135における移送方向上流側の端部は、スリット底部136と呼ぶ。なお、ウィック爪部133は、幅方向長さが0.5mm~2.0mmであり、移送方向長さが10mm~20mmである。また、スリット135は、例えば幅方向長さが0.5mm~2.0mmである。さらに説明をすると、スリット135は、ウィック爪部133よりも幅方向長さが長い(幅が広い)。なお、スリット135は、ウィック爪部133と同じ幅方向長さや、ウィック爪部133と異なる幅方向長さであってもよい。また、図示の例とは異なり、ウィック爪部133の先端およびスリット底部136は、丸みをつけた(湾曲させた)形状であってもよい。
【0028】
ここで、ウィック130は、概形が櫛状(熊手形状)である。ウィック130に形成されたスリット135は、ウィック130で気化した作動流体が蒸気管105に向かう流れを促進する蒸気溝、所謂グルーブとして機能する。さらに説明をすると、図示の例においては、ウィック爪部133とスリット135とが同一平面に交互に配置することにより,ウィック130、第1側板111および第2側板121を薄くしつつ機械的強度を維持することができる。また、ウィック爪部133とスリット135とが同一平面に設けられることにより、熱源である発熱体10(図1)を配置する自由度が向上する。具体的には、発熱体10は、第1側板111の第1外面113および第2側板121の第2外面125のいずれかの面、あるいは両面に設けられてもよい。
【0029】
さて、ウィック130は、移送方向において第1側板111に形成された第1幅広領域1121および第1幅狭領域1123にまたがって配置される。さらに説明をすると、ウィック130は、第1幅狭領域1123から第1幅広領域1121側にせり出して(突出して)配置される。
【0030】
また、ウィック130は、第1幅狭領域1123において、幅狭第1側面1127および幅狭第2側面1128に挟まれる。さらに説明をすると、ウィック130における移送方向に沿う側面であるウィック第1側面138は、第1側板111の幅狭第1側面1127と接合される。また、ウィック第2側面139は、第1側板111の幅狭第2側面1128と接合される。なお、後述するようにウィック130を焼結により形成する段階において、ウィック130の材料が収縮しても、ウィック130が幅狭第1側面1127および幅狭第2側面1128から離間することが抑制される。
【0031】
また、ウィック上流側端面137の端面は第1幅広領域1121内に位置する。このことにともない、ウィック第1側面138およびウィック第2側面139は、第1幅広領域1121内に露出する。さらに説明をすると、ウィック第1側面138およびウィック第2側面139は、それぞれ第1側板111の幅広第1側面1124および幅広第2側面1125から離間する。このことにより、液相の作動流体がウィック第1側面138およびウィック第2側面139を介してウィック130に流入することが許容される(図4(b)における矢印C5参照)。このことにより、ウィック130が液相の作動流体と接触する面積が増加し、ウィック130の濡れが向上する。
【0032】
さて、ウィック130は、上述のように第1側板111および第2側板121に挟まれて配置される。また、ウィック130は、蒸気空間140および液溜め部160を区画する。ここで、仮に、第1側板111とウィック130との間、あるいは第2側板121とウィック130との間に隙間が形成されると、液相の作動流体が蒸気空間140に流入する(漏れる)ことや、気相の作動流体が液溜め部160に流入することがある。そして、これらの流入は、ループ型ヒートパイプ100の熱交換率を低下させる。
【0033】
そこで、本実施の形態においては、第1側板111の第1内面115にウィック130となる材料を塗布して、第1側板111上でウィック130を形成する(後述)。このことにより、ウィック130と第1側板111の第1内面115との間において隙間が形成されることを抑制する。また、本実施の形態においては、ウィック130に接合材150を重ねて配置する。このことにより、ウィック130と第2側板121の第2内面123との間において間隙が形成されることを抑制する。
【0034】
図4(b)に示すように、接合材150は、長手方向が幅方向に沿う略長方形状の接合材基部151と、接合材基部151から移送方向下流側に突出する接合材幅狭部153とを有する。この接合材幅狭部153は、長手方向が幅方向に沿う略長方形状であり、幅方向の寸法が接合材基部151よりも狭い。接合材150は、青銅などにより形成された金属製の板状部材である。
【0035】
また、接合材150は、ウィック130のウィック基部131を覆う位置に設けられる。さらに説明をすると、接合材150は、移送方向において第1幅広領域1121および第1幅狭領域1123にまたがって配置される。また、接合材150は、幅方向において幅狭第1側面1127および幅狭第2側面1128に挟まれて形成される。また接合材150は、幅方向において幅広第1側面1124および幅広第2側面1125に挟まれて形成される。なお、図示の接合材上流側端面155は、移送方向においてウィック上流側端面137と揃えて設けられる。ここで、接合材150は、両端が幅狭第1側面1127および幅狭第2側面1128に接して設けられていれば、図示の構成に特に限定されない。例えば、接合材150は、幅方向において幅広第1側面1124および幅広第2側面1125に接して設けられなくてもよい。また、接合材150は、移送方向において第1幅広領域1121および第1幅狭領域1123にまたがって配置されなくてもよい。また、図示の接合材上流側端面155は、移送方向においてウィック上流側端面137と揃えて設けられなくてもよい。
【0036】
ここで、図4(b)を参照しながら、接合材150の搬送方向下流側の端面である接合材下流側端面157の移送方向における位置を説明する。接合材下流側端面157の移送方向における位置は、幅広第1側面1124および幅狭第1側面1127の間に形成された段差面1126に沿う仮想線L1と、スリット底部136に沿う仮想線L2との間に位置する。ここで、接合材下流側端面157が仮想線L1よりも移送方向上流側となると、作動流体の漏れが生じ得る。また、接合材下流側端面157が仮想線L2よりも移送方向下流側となると、スリット135の機能が低減し得る。
【0037】
<蒸発器101の動作>
次に、図4(a)を参照しながら、蒸発器101内の動作について説明する。
まず、液溜め部160に収容された液相の作動流体は、ウィック130に向けて流れ(矢印C3参照)、ウィック130に浸透する。そして、液相の作動流体は、ウィック130の毛細管力によりウィック130内を移動しながら、発熱体10の熱により加熱され気化する。
【0038】
この気化した作動流体は、スリット135などを通り蒸気管105側へと移動した後(矢印C1参照)、蒸気管105から流出し、凝縮器107(図1参照)へと送られる。そして、凝縮器107(図1参照)で液化した作動流体は、蒸発器101内へと流入し、液溜め部160を経て再びウィック130に浸透する。
【0039】
このように、ウィック130において作動流体の流れが途切れることなく、上記のサイクルが繰り返される。そして、発熱体10において発生した熱が、蒸発器101から凝縮器107(図1参照)へと輸送される。
【0040】
<第1側板111およびに第2側板121の形成工程>
上述のように第1側板111およびに第2側板121は、例えば銅などの金属材料より形成された平板状の部材に加工処理を施し、第1凹部110および第2凹部120を形成する。図示の例においては、厚さ0.15mmの銅平板にエッチング処理を施し、第1凹部110および第2凹部120を形成する。この第1凹部110および第2凹部120の深さは、0.1mmである。すなわち、第1側板111およびに第2側板121における第1凹部110および第2凹部120が形成された領域は、厚さが0.05mmとなる。さらに説明をすると、エッチングにより、第1側板111およびに第2側板121の厚みの50%以上を凹ませる。また、第1側板111およびに第2側板121の外形状の周りは、第1側板111およびに第2側板121が取出し可能となるように、貫通エッチング、すなわち外郭銅板エッチングが施される。また、図示の例においては、貫通エッチングにより、第1側板111に第1貫通孔1129が形成され、第2側板121に第2貫通孔1229が形成される。
【0041】
<ウィック130および接合材150の形成工程>
次に、図4を参照しながら、ウィック130および接合材150の形成工程について説明をする。
【0042】
本実施の形態においては、ウィック130および接合材150は、それぞれ第1側板111および第2側板121において形成される。そして、ウィック130が形成された第1側板111と、接合材150が形成された第2側板121とを重ね合わせた後に、ウィック130および接合材150が互いに固定される。
【0043】
ここで、図示のウィック130は、第1側板111にウィック130の材料を塗布して第1側板111上で形成される。さらに説明をすると、ウィック130は、第1側板111の第1幅広領域1121および第1幅狭領域1123における予め定めた領域に、純銅粉を含む金属ペーストを塗布することで形成される。なお、詳細は後述するが、ウィック130を塗布する際には、マスク180(後述する図5参照)が用いられる。
【0044】
また、図示の接合材150は、第2側板121に接合材150の材料を塗布して第2側板121上で形成される。さらに説明をすると、接合材150は、第2側板121の第2幅広領域1221および第2幅狭領域1223における予め定めた領域に、青銅粉を含む金属ペーストを塗布することで形成される。ここで、接合材150を形成する領域の周囲を、所謂マスキングテープ280(後述する図6(c-2)参照)で覆うなど、周知技術によるマスキングをして接合材150を塗布する。図示の例においては、移送方向の長さは4mmである。さらに説明をすると、接合材基部151の移送方向における長さは3mm、接合材幅狭部153の移送方向における長さは1mmである。
【0045】
<マスク180>
図5は、マスク180の概略構成図である。
マスク180は、例えば板厚0.3mmの平板状部の金属部材である。マスク180には、貫通孔であるウィック型開口190が形成されている。ウィック型開口190は、ウィック基部131を形成する領域であるウィック基部領域191と、ウィック爪部133を形成する領域であるウィック爪部領域193とを有する。ここで、ウィック基部領域191は、長手方向が幅方向に沿う略長方形状の部分である。また、ウィック爪部領域193は、ウィック基部領域191から移送方向下流側に突出する部分である。
【0046】
マスク180は、第1凹部110が形成された第1側板111に位置合わせして配置される。そして、マスク180の上から純銅粉を含む金属ペーストをウィック型開口190に案内し、ゴム製のブレード(所謂スキージ)などを用いて余分な金属ペーストを掻きとるなどして塗布する。このことにより、第1凹部110にウィック130の材料が所定の厚み(例えば、0.3mm)で配置される。この塗布されたウィック130の材料を焼結などで固めることで、第1凹部110にウィック130が形成される。なお、マスク180を用いることにより、例えばウィック爪部133を備えるウィック130を形成する工程が簡略化され得る。
【0047】
<ループ型ヒートパイプ100の製造工程>
図6および図7は、ループ型ヒートパイプ100の製造工程を示す図である。
次に、図6および図7を参照して、本実施の形態におけるループ型ヒートパイプ100の製造工程を説明する。なお、図示は省略するが、第1側板111には、第1凹部110を形成する領域および上記貫通エッチングを施す領域(外形状の周りおよび第1貫通孔1129)を除き、マスキングが予め施されているものとする。同様に、第2側板121には、第2凹部120を形成する領域および上記貫通エッチングを施す領域(外形状の周りおよび第2貫通孔1229)を除き、マスキングが予め施されているものとする。
【0048】
まず、図6(a)に示すように、第1側板111および第2側板121を支持台TBに載せる。そして、図6(b)に示すように、第1側板111およびに第2側板121にエッチングを施し、第1凹部110および第2凹部120を形成する。そして、図6(c)に示すように、第1凹部110および第2凹部120に金属ペーストが塗布される。具体的には、図6(c-1)に示すように、第1凹部110の第1底面114に、マスク180が配置され、ウィック130となる第1金属ペースト149が塗布される。また、図6(c-2)に示すように、第2凹部120の第2底面124に、マスキングテープ280が配置され、接合材150となる第2金属ペースト159が塗布される。
【0049】
次に、図7(d)に示すように、第1金属ペースト149および第2金属ペースト159が各々の条件(詳細は後述)で加熱される。このとき、図7(d―1)に示すように、第1金属ペースト149が焼結しウィック130が形成される。このウィック130は第1底面114に固定されて形成される。同様に、図7(d―2)に示すように、第2金属ペースト159が焼結し接合材150が形成される。この接合材150は、第2底面124に固定されて形成される。
【0050】
次に、図7(e)に示すように、第1側板111および第2側板121の第1凹部110および第2凹部120周辺に半田を載せる。言い替えると、第1側板111および第2側板121の凸部に半田を載せる。なお、凸部に載せる半田の量は、溶解時に第1凹部110および第2凹部120に流入しない量とする。また、凸部に載せる半田の位置は、半田の溶解時に第1凹部110および第2凹部120に流入しない位置とする。そして、半田を載せた第1側板111および第2側板121を重ねる。このとき、ウィック130および接合材150が対向し、互いに突き当たる配置となる。そして、第1側板111および第2側板121を加圧(図中矢印F1参照)し、ウィック130の厚さを調整してもよい(減少させてもよい)。
【0051】
次に、図7(f)に示すように、第1側板111および第2側板121を加熱することにより、ウィック130および接合材150が接合される。そして、出炉後、密閉性を向上させる処理を施す。例えば、第1側板111および第2側板121の側面(例えば、厚さ0.3mm)に半田を乗せることや、シリコーン系や紫外線硬化樹脂などのシーリング材を塗布し硬化せるなど周知の技術によって、密閉性がより確実となる。
【0052】
なお、図示の例においては、図7(d)に示すように、第1金属ペースト149および第2金属ペースト159を焼結する際に、第1側板111および第2側板121が平坦な面である支持台TBに支持された状態で加熱される。このことにより、支持台TBによって第1側板111および第2側板121が支持されていない場合と比較して、加熱にともなう第1側板111および第2側板121の変形が抑制され得る。
【0053】
<第1金属ペースト149および第2金属ペースト159>
第1金属ペースト149および第2金属ペースト159は、例えば以下のようにして形成される。ウィック130となる第1金属ペースト149は、粒径45um以下の純銅粉を、バインダー溶液に混合させて形成できる。また、接合材150となる第2金属ペースト159は、粒径45um以下のスズ50wt.%青銅粉を、バインダー溶液に混合させて形成できる。バインダー溶液は、バインダー成分と有機溶剤から成り、バインダー成分は、アクリル系、ブチラール系、セルロース系などが選択でき、有機溶剤は、アセトン、ベンゼン、イソプロパノール、メタノール、エタノール、トルエン、n-ブタノール、キシレン、エチレングリコール、酢酸エチル、テレピネオール、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン(THF)、四塩化炭素、メチルエチルケトン(MEK)、クロロホルム、メチルイソブチルケトン(MIBK)、n-ヘキサン、メタノール、シクロヘキサンなどが選択できるが、この限りではない。
【0054】
第1金属ペースト149および第2金属ペースト159は、メッシュベルト式焼結炉において、脱バインダーおよび焼結が実施される。ここで、第1側板111および第2側板121に配置(塗布)された第1金属ペースト149および第2金属ペースト159は、例えば以下のような条件で各々焼結される。第1金属ペースト149は、脱バインダー温度が600℃、焼結が920℃、保持時間が30分、雰囲気ガスが窒素80%および水素20%である。また、第2金属ペースト159は、脱バインダー温度が600℃、焼結が600℃で、保持時間が30分、雰囲気ガスが窒素80%および水素20%である。
【0055】
<第1側板111および第2側板121の固定>
図7(e)に示すように、第1側板111および第2側板121の固定は例えば以下のような条件で施される。まず、半田を活性化するフラックスを第1側板111に塗布し、その上に半田(例えば鉛半田、スズ60%、鉛40%)を配置し、半田の上にフラックスを塗布する。そして、第1側板111および第2側板121を重ね合せた状態で、ウィック130および接合材150が形成されている部分を外側から加圧し(図中矢印F1参照)、ウィック130と接合材150を合わせた厚さが流路高さと等しくなるよう調整する。
【0056】
次に、第1側板111および第2側板121をスポット溶接などで固定(仮留め)する。そして、メッシュベルト式焼結炉にて半田接合ならびにウィック130および接合材150の接合を実施する。この接合は、例えば以下のような熱処理条件で実行される。すなわち、温度が660℃、保持時間が30分、雰囲気ガスが窒素80%および水素20%である。また、第1側板111および第2側板121をセラミック板で挟み込み、錘を載せて荷重1kgとして熱処理を行う。
【0057】
なお、上記の条件で形成されたループ型ヒートパイプ100のリーク試験を行い、脱気に問題がないことを確認した。また、製造されたループ型ヒートパイプ100の熱負荷試験を行い、4.5W乃至10Wでの動作が確認できた。
【0058】
<接合材150による接合>
上記のように、ウィック130および第2側板121は、接合材150を介して互いに固定される。この接合材150による固定について説明をする。
まず、図7(f)に示すように、第1金属ペースト149を焼結して形成されたウィック130は、厚み方向第1面側が第1側板111に対して接合された状態となる。また、厚み方向第2面側は、第2側板121に接合(シーリング)することが求められる。ここで、本実施の形態とは異なり、接合材150に替えて半田(例えば、500℃)を用いてウィック130を第2側板121へ接合する場合、半田がウィック130に吸収され、ウィック130の機能を低下させ得る。また、本実施の形態とは異なり、ロウ付け(例えば、800℃)や拡散接合(例えば、1000℃)を用いてウィック130を第2側板121へ接合する場合、第1側板111および第2側板121のたわみなどの変形により、作動流体の流路が閉塞し得る。
【0059】
そこで、図示の例においては、接合材150を用いて接合をする。この接合材150の材質として、ウィック130の材質(例えば、純銅)よりも融点が低い材質(例えば、青銅)が用いられる。この接合材150の材質は、ウィック130および第2側板121と合金化しやすい、あるいはなじみやすいものであれば特に限定されない。例えば、ウィック130が純銅で形成される場合、接合材150として黄銅など他の材質を用いてもよい。なお、接合材150の材質は、ウィック130および第2側板121と同一の組成物(例えば、銅)をもつ材質として捉えることができる。また、接合材150の材質は、第2側板121の合金よりも融点が低い材質として捉えることができる。なお、上記の例においては、第1金属ペースト149の焼結、すなわち1回目の加熱温度は920℃である。また、ウィック130および接合材150の接合、すなわち2回目の加熱温度は、1回目より低温である660℃である。このことにより、2回目の加熱にともなうウィック130の構造変化が低減される。
【0060】
このように、ウィック130および接合材150が接合されることで、ウィック130が第1側板111および第2側板121に対して固定される。この固定されたウィック130および接合材150は、蒸気空間140および液溜め部160間の圧力隔壁として機能する。
【0061】
<第1変形例>
図8は、第1変形例を示す図である。
図8を参照しながら、第1変形例について説明をする。なお、以下の説明においては、上記の実施の形態の構成と同一の部分には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略することがある。
【0062】
上記の実施の形態において、ウィック130は概形が櫛状であることを説明したが、同一平面内に設置できる構造であればこれに限定されない。例えば、図8(a)に示すように、ウィック230を形成してもよい。ウィック230は、長手方向が幅方向に沿うウィック基部231と、ウィック基部231から移送方向下流側に突出する複数のウィック爪部233と、ウィック基部231から移送方向上流側に突出する部分であるウィック凸部237を有する。このウィック230は、上記の実施の形態と同様に、ウィック230となる材料を塗布することにより形成される。
【0063】
ここで、液溜め部160内に蓄えられている作動流体が少ない場合、作動流体は液溜め部160内で偏って分布することがある。この作動流体の偏りにより、ウィック230に作動流体が供給され難くなり、ウィック230の動作性能が低下する可能性がある。そこで、ウィック230のように、液溜め部160内に向けて突出するウィック凸部237を形成することにより、作動流体が液溜め部160内で偏って分布する場合においても、ウィック凸部237を介して、ウィック基部231およびウィック爪部233に安定して作動流体が供給され得る。
【0064】
なお、ウィック凸部237は、ウィック基部231などに作動流体を供給するための他のウィック、すなわちセカンダリウィックとして捉えることができる。また、ウィック凸部237は、所定の毛細管力が働く構造であれば、材質、形状(例えば、ピラー構造やメッシュ構造)などは特に限定されない。なお、ウィック凸部237の寸法は、流動圧損が所定の値よりも大きくならないように定めるとよい。
【0065】
また、図8(b)に示すように、ウィック凸部237は、厚み方向における両端が、第1側板111の第1底面114および第2側板121の第2底面124の各々と接合される。このことにより、第1側板111および第2側板121の変形が抑制され得る。付言すると、例えば第1側板111および第2側板121の厚みが薄い構成においても、ウィック凸部237によって第1側板111および第2側板121の膨張や陥没(凹み)が抑制され得る。
【0066】
なお、第1側板111および第2側板121の変形を抑制する構成としては、図8(c)に示すように、ウィック330を構成してもよい。ウィック330は、長手方向が幅方向に沿うウィック基部331と、ウィック基部331から移送方向下流側に突出する複数のウィック爪部333と、ウィック基部331およびウィック爪部333から離間した複数のウィック離間部337とを有する。このウィック330は、上記の実施の形態と同様に、ウィック330となる材料を塗布することにより形成される。なお、ウィック離間部337の一部または全部は、上記のように第1凹部110および第2凹部120を形成するエッチングの工程において形成することが可能である。
【0067】
ここで、図示の例においては、液溜め部160内において、複数のウィック離間部337が形成されている。このウィック離間部337は、厚み方向における両端が第1側板111の第1底面114および第2側板121の第2底面124と接合され、第1側板111および第2側板121の変形を抑制し得る。
【0068】
なお、図示のように、ウィック離間部337は、液溜め部160内に配置されるものに限定されず、液溜め部160に加えて、あるいは液溜め部160に替えて、蒸気空間140に設けられてもよい。また、ウィック離間部337は、蒸気管105、凝縮器107、液管109内などに設けられてもよい。
【0069】
このウィック離間部337は、負圧による流路の閉塞や狭窄を防ぐ機能を有する。このウィック離間部337は、作動流体の流れを妨げない程度の寸法および間隔で設けられる。また、ウィック離間部337を、ウィック基部331およびウィック爪部333と共通の材料を用いて、共通の工程により形成を用いることで、製造工程が簡略化され得る。なお、ウィック基部331およびウィック爪部333は、互いに異なる材料により形成されてもい。
【0070】
さて、図8(d)に示すように、液溜め部160内にウィック430を配置してもよい。このウィック430は、長手方向が幅方向に沿うウィック基部431と、ウィック基部431から移送方向下流側に突出する複数のウィック爪部433とを備える。そして、ウィック基部431およびウィック爪部433は、液溜め部160内に配置される。このことにより、ウィック430は、ウィック上流側端面437、ウィック第1側面438、ウィック第2側面439の3つの側面から液相の作動流体の供給を受けることができる。付言すると、作動流体が液溜め部160内で偏って分布する場合においても、ウィック430は安定して作動流体の供給を受けることができる。
【0071】
ここで、ウィック430には接合材450が重ねて配置される。接合材450は、略U字状の形状である。さらに説明をすると、接合材450は、ウィック上流側端面437に沿う部分である上流部451と、ウィック第1側面438に沿う部分である第1部分453と、ウィック第2側面439に沿う部分である第2部分455とを備える。この上流部451、第1部分453および第2部分455により、ウィック430の液溜め部160と接する領域における作動流体の漏れが抑制される。
【0072】
<第2変形例>
図9は、第2変形例を示す図である。
図9を参照しながら、第2変形例について説明をする。
上記の実施の形態においては、ウィック130の概形が櫛状であることを説明したが、これに限定されない。
【0073】
例えば、図9(a)に示すように、ウィック1130を形成してもよい。ウィック1130は、長手方向が幅方向に沿うウィック基部1131と、ウィック基部1131から移送方向下流側に突出する複数のウィック爪部1133とを備える。ウィック爪部1133の各々は、移送方向の位置に応じて幅方向の長さが異なる。具体的には、ウィック爪部1133は、移送方向下流側に進むに従い幅方向の寸法が小さくなる。また、ウィック爪部1133同士の間隙であるスリット1135は、移送方向下流側に進むに従い幅方向の寸法が大きくなる。
【0074】
また、図9(b)に示すように、ウィック1230を形成してもよい。ウィック1230は、長手方向が幅方向に沿うウィック基部1231と、ウィック基部1231から移送方向下流側に突出する複数のウィック爪部1233とを備える。このウィック爪部1233は、略S字状に湾曲する部分、言い替えると波型に形成される部分である。このことにより、スリット1235も湾曲して形成される。
【0075】
また、図9(c)に示すように、ウィック1330を形成してもよい。ウィック1330は、移送方向で互いに離間しかつ幅方向中央部で接続する構成である。さらに説明をすると、ウィック1330は、長手方向が幅方向に沿う複数のウィック基部1331、1333、1335と、ウィック基部1331、1333、1335を幅方向中央部で接続する接続部1337とを有する。このウィック基部1331、1333、1335同士の間に形成される間隙1336、1338は、作動流体の流路として機能する。
【0076】
また、図9(d)に示すように、ウィック1430を形成してもよい。ウィック1430は、長手方向が幅方向に沿うウィック基部1431と、ウィック基部1431から移送方向下流側に突出する複数のウィック爪部1433とを備える。ここで、ウィック爪部1433は、ウィック爪部1433の移送方向中央部から幅方向に突出する幅広部1437を備える。ウィック爪部1433同士の間隙1435は、作動流体の流路として機能する。
【0077】
また、図9(e)に示すように、ウィック1530を形成してもよい。ウィック1530は、長手方向が幅方向に沿うウィック基部1531と、ウィック基部1531の幅方向両端から移送方向下流側に突出する2つのウィック爪部1533と、ウィック基部1531から移送方向下流側に突出する突出部1535とを備える。ここで、突出部1535は、移送方向下流側で幅方向の寸法が大きい幅広部1537を備える。図示の例においては、幅広部1537は、平面視略円形である。ウィック爪部1533および離間部1535の間の間隙1536は、作動流体の流路として機能する。
【0078】
<第3変形例>
図10は、第3変形例を示す図である。
図10を参照しながら、第3変形例について説明をする。
上記の実施の形態においては、ウィック130を塗布により形成することを説明した。ここで、ウィック130を塗布により形成する場合、ウィック130の形状は、例えばマスク180の厚みを変化させるなどにより容易に変更が可能である。さらに説明をすると、マスク180の形状を変化させるなどして、ウィック130の塗布の態様を切り替えることで、ウィック130の構成を変化させることができる。このことにより、ウィック130の設計段階において、ウィック130に求められる性能に応じたウィック130の設計が容易となる。
【0079】
例えば、図10(a)に示すように、マスク2180は、移送方向における位置に応じて、厚みが変化する構成としてもよい。さらに説明をすると、マスク2180は、移送方向におけるウィック型開口2190が形成されている領域2181が、下流側に進むに従い厚みが減少するよう構成されている。
【0080】
そして、マスク2180を用いることにより、図10(b)に示すようなウィック2130が形成される。このウィック2130は、移送方向における位置に応じて、厚み方向の寸法が変化する。具体的には、ウィック2130は、移送方向下流側に進むに従い、厚みが減少する構成である。
【0081】
また、図10(c)に示すように、ウィック2230を形成してもよい。ウィック2230は、移送方向おける位置に応じて、ウィック2230を構成する材質が変化する。さらに説明をすると、ウィック2230は、移送方向下流側に進むに従い、平均開口径が小さくなる構成である。付言すると、ウィック2230は、第1平均開口径である第1部分2231と、第1平均開口径とは異なる(第1平均開口径よりも小さい)第2平均開口径である第2部分2233とを有する。
【0082】
そして、ウィック2230は厚み方向の寸法は一定であるが、第1部分2231は移送方向下流側に進むに従い厚みが減少し、第2部分2233は移送方向下流側に進むに従い厚みが増加する構成である。また、第1部分2231となる材料と、第2部分2233となる材料としては、例えば粒径が異なるなど、互いに異なる材料を用いるとよい。そして、第1部分2231となる材料を塗布した後に、第1部分2231に重ねて第2部分2233となる材料を塗布し焼結することで、ウィック2230が形成される。
【0083】
また、図10(d)に示すように、ウィック2330を形成してもよい。ウィック2330は、移送方向おける位置に応じて、ウィック2330の構成が変化する。具体的には、ウィック2330は、移送方向下流側が、移送方向上流側よりも平均開口径が小さくなるよう構成されている。図示の例におけるウィック2330は、複数の材料を用いることなく、塗布した材料の一部を加圧することで平均開口径を小さくする。具体的には、ウィック2330となる材料2332を一定の厚みで塗布した後、移送方向下流側2333のみを加圧する(F3参照)。このことにより、移送方向上流側2331と比較して、移送方向下流側2333の平均開口径が小さくなる。また、移送方向上流側2331と比較して、移送方向下流側2333の厚みが小さくなる。
【0084】
また、図10(e)に示すように、ウィック2430を形成してもよい。具体的には、ウィック2430となる材料2431を、移送方向下流側に進むに従い厚くなる(高くなる)よう傾斜させて塗布した後、厚みを揃えるように加圧する(F4参照)。このことにより、移送方向上流側2435と比較して、移送方向下流側2437の平均開口径が小さくなる。すなわち、平均開口径が移送方向下流側に進むに従い減少する(傾斜する)構成となる。また、図示の例においては、移送方向上流側2435と移送方向下流側2437との厚みが一致する構成となる。
【0085】
<電子機器>
図11は、ループ型ヒートパイプ100を備える装置を示す図である。
次に、図11を参照しながら、ループ型ヒートパイプ100を備える装置について説明をする。
【0086】
図11(a)に示すように、ループ型ヒートパイプ100は、携帯電話800などの電子機器に設けられる。図示の携帯電話800は、所謂スマートフォンである。この携帯電話800は、発熱体の一例である中央演算処理装置(CPU)801と、このCPU801を冷却するループ型ヒートパイプ100とを備える。そして、CPU801が発生させる熱が、ループ型ヒートパイプ100によって制御される。
【0087】
ここで、ループ型ヒートパイプ100は、上記のように外部からの電力供給が不要である。すなわち、無電力での動作が可能である。また、ループ型ヒートパイプ100は、長距離熱輸送(例えば、100mm~1mなど)、潜熱利用による高効率熱輸送を可能とし得る。また、ループ型ヒートパイプ100は、厚みが薄く、レイアウト性にも優れている。
【0088】
なお、近年、所謂第5世代移動通信システム(5G)の導入などにより、高周波通信(3.7、4.5、28GHz)の要求が高まっている。そして、携帯電話800のようなスマートフォンやタブレット端末においては、例えば、部品増設による緻密化、CPU、GPUの処理能力要求値の向上、発熱密度の増大、熱輸送の増大などが求められている。上記で説明したループ型ヒートパイプ100は、これらの要求性能を満たし得る装置である。
【0089】
ここでは電子機器の一例として、携帯電話800を用いて説明をしたが、上記ループ型ヒートパイプ100は、パーソナルコンピュータやタブレット型端末、プロジェクタなどに設けてもよい。また、ループ型ヒートパイプ100は、自動車などに搭載されるElectronic Control Unit(ECU)およびバッテリー、あるいは人工衛星などの種々の装置にも設け得る。
【0090】
ここで、図11(b)に示すように、ループ型ヒートパイプ100は、カード900に設けられてもよい。なお、カード900は、所謂スマートカードと呼ばれ、国際規格(ISO/IEC7810)によって仕様が定められている。
【0091】
スマートカードは、主に、接触式と非接触式に分類され、カード内部には、厚さが0.4mm以下の機器、例えば、ICチップ、近距離無線通信アンテナ(NFC)、Bluetooth(登録商標)通信、指紋認証センサー、ディスプレイ、電源IC、DC/DCコンバータ、バッテリー、キャパシタなどが、必要に応じて組み込まれている。また、今後、ICチップや各機器の高性能化が進むことにより、スマートカードのPC化が予想される。PC用の駆動電力は、接触式の場合にはカードリーダ950を通じて、非接触の場合にはNFCアンテナ通じて受電する。そして、PC用CPU901は、演算速度が向上するにつれて発熱量が増加するため、カード900内に冷却機構を設ける必要がある。
【0092】
ループ型ヒートパイプ100は、例えば厚さが0.3mmであるため,カード900内に組込むことが可能である。また、ループ型ヒートパイプ100は、凝縮器107の一部の面(凝縮面など)を、カード900の外側に出すことにより排熱を行ってもよい。さらに説明をすると、カード900が接触式でPC用CPU901をカードリーダ950内に配置せざるを得ない場合の設計において、ループ型ヒートパイプ100が有効となり得る。
【0093】
<その他の変形例>
図12は、ループ型ヒートパイプ1100の変形例を示す図である。
上記の説明において、発熱体10において発生する熱が、作動流体を介してループ型ヒートパイプ100の凝縮器107にて放出されることを説明した。ここで、ループ型ヒートパイプ100は、凝縮器107の熱の放出をより効率よく行う構成としてもよい。例えば、図12に示すループ型ヒートパイプ1100のように、伝熱面積を広げるフィン構造1101を備え、フィン構造1101を介して放熱をする構成としてもよい。
【0094】
また、上記の説明においては、マスク180を用いながらウィック130を塗布することを説明したが、これに限定されない。例えば、マスク180に替えて、スクリーン印刷に用いられるスクリーン、ディスペンサー、あるいはマスキングテープ280など周知の技術を用いて、ウィック130を予め定め領域に塗布するような態様としてもよい。また、コーターによってシート状(薄板状)のウィック材を形成後、所定の形状に切り出すことでウィック130を形成してもよい。
【0095】
また、ウィック130を塗布により形成することを説明したが、ウィック130の形成方法はこれに限定されない。例えば、ウィック130の材料を粉末の状態で第1側板111に配置し、焼結させることでウィック130を形成してもよい。例えば、第1側板111におけるウィック130を形成する位置に、0.1mm程度の厚みで粉末の材料を敷き詰める態様であってもよい。なお、上記の実施形態のように、粉末の材料とバインダーをあわせてペーストとすることにより、ウィック130の材料を薄く均一に塗布することが可能となり得る。
【0096】
また、ウィック130となる材料は、上述の金属製の多孔質体に限定されるものではない。粉体に加工可能であり、加熱により互いの位置が固定することを可能とするものであれば、セラミック多孔質体、ガラス多孔質体、多孔質繊維など他の材料であってもよい。
【0097】
また、上記の説明においては、第1凹部110および第2凹部120をエッチングにより形成することを説明したがこれに限定されない。例えば、第1側板111およびに第2側板121に切削やプレス等の周知の加工を施すことで、第1凹部110および第2凹部120を形成してもよい。また、第1側板111および第2側板121の間にウィック130および接合材150を配置する空間を形成することが可能であれば、第1凹部110および第2凹部120のいずれか一方を形成する構成であってもい。なお、上記説明のように第1凹部110をエッチングにより形成することで、第1底面114を粗面化し、第1側板111に対してウィック130をより確実に固定し得る。また、第2凹部120をエッチングにより形成することで、第2底面124を粗面化し、第2側板121に対して接合材150をより確実に固定し得る。
【0098】
また、第1側板111および第2側板121は、厚み方向の寸法を抑制することが可能な構成であれば、概形が板状であるものに限定されるものではない。例えば、第1側板111および第2側板121は、板面に凹凸が形成されている構成や、板面に他の部材が固定された構成であってもよい。付言すると、第1側板111および第2側板121は、それぞれ本体と本体を覆う蓋体として捉えることができる。また、ループ型ヒートパイプ100は、第1側板111および第2側板121とは別体の枠体を第1側板111および第2側板121によって挟み込むことによって形成してもよい。
【0099】
また、上記の説明においては、接合材150を、接合材150の材料を塗布した後に焼結させることで形成することを説明したが、これに限定されない。例えば、接合材150は、予め板状部材として形成し、第2側板121およびウィック130の間に板状の接合材150を挟み込んだ状態で加熱することで、第2側板121およびウィック130に対して固定する構成であってもよい。
【0100】
また、上記の説明においては、第1側板111および第2側板121の接合を、半田により行うことを説明したが、これに限定されない。例えば、第1凹部110および第2凹部120へのロウ材の流入を抑制することができればロウ付けにより第1側板111および第2側板121の接合を行ってもよい。また、流路に柱を形成するなどして流路の閉塞を防ぐことができれば、拡散接合を用いてもよい。また、接着剤による接着、レーザー接合、超音波接合、摩擦撹拌接合などにより接合を行ってもよい。
【0101】
また、上記の説明においては、熱交換器としてループ型ヒートパイプ100について説明をしたが、二相熱輸送デバイスであれば、特にこれに限定されない。例えば、ベーパーチャンバなど他の熱交換器において、ウィック130および第1側板111などの上記構成を採用してもよい。
【0102】
さて、上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してももちろんよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。
【0103】
ループ型ヒートパイプ100は、熱交換器の一例である。第1側板111は、第1板部材の一例である。第1凹部110は、凹部の一例である。第1金属ペースト149は、粉体を含む材料の一例である。ウィック130は、蒸発体の一例である。第2側板121は、第2板部材の一例である。ウィック型開口190は、孔の一例である。マスク180は、覆い部材の一例である。ウィック基部1131は、基体の一例である。ウィック爪部1133は、下流体の一例である。第1部分2231は、第1材料の一例である。第2部分2233は、第2材料の一例である。ウィック離間部337は、焼結体の一例である。携帯電話800は、装置の一例である。発熱体10は、発熱部品の一例である。
【符号の説明】
【0104】
100…ループ型ヒートパイプ、111…第1側板、121…第2側板、130…ウィック、150…接合材、149…第1金属ペースト、180…マスク
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
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図12