特許 7236825 ループ型ヒートパイプ及びその製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-02

(45)【発行日】2023-03-10

(54)【発明の名称】ループ型ヒートパイプ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/04 20060101AFI20230303BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20230303BHJP

【ＦＩ】

F28D15/04 B

F28D15/02 101K

F28D15/02 106G

F28D15/02 102A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018131817

(22)【出願日】2018-07-11

(65)【公開番号】P2020008249

(43)【公開日】2020-01-16

【審査請求日】2021-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】町田 洋弘

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１４２４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３６０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０８７４５１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ １５／００－１５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動流体を気化させる蒸発器と、
前記作動流体を液化する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管と、
前記液管内に設けられ、前記凝縮器により液化された前記作動流体を前記蒸発器に誘導する多孔質体と、
前記液管内に設けられ、前記凝縮器により液化された前記作動流体を前記蒸発器に誘導する空間からなる流路と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管と、
を有し、
前記多孔質体は、少なくとも前記液管の一方の管壁に接触するように配置されており、
前記液管の他方の管壁の面に溝が形成されており、
前記空間は、前記多孔質体と前記液管の他方の管壁との間に設けられており、
前記液管は、前記作動流体を注入するための注入口を有し、
前記液管の一方の管壁は、前記注入口が配置された側の管壁と対向する管壁であり、前記液管の他方の管壁は、前記注入口が配置された側の管壁であることを特徴とするループ型ヒートパイプ。

【請求項2】

前記多孔質体は、前記液管の一方の管壁に接触するように配置されており、
前記流路は、前記液管の他方の管壁に接触するように配置され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】

前記多孔質体は、前記一方の管壁と一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項4】

前記溝は前記液管に沿って延びることを特徴とする請求項１乃至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】

前記液管は複数の金属層を積層してなり、
前記溝は、前記流路に繋がるように前記金属層の主面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項6】

作動流体を気化させる蒸発器と、
前記作動流体を液化する凝縮器と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管と、
前記液管内に設けられ、前記凝縮器により液化された前記作動流体を前記蒸発器に誘導する多孔質体と、
前記液管内に設けられ、前記凝縮器により液化された前記作動流体を前記蒸発器に誘導する空間からなる流路と、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管と、を備えたループ型ヒートパイプの製造方法であって、
金属層を複数層積層することにより、前記蒸発器及び前記凝縮器、前記液管、前記蒸気管の各々を形成する工程と、
前記金属層をハーフエッチングして複数の有底孔を形成することにより、前記多孔質体を形成する工程と、
前記金属層をエッチングして開口部を形成することにより、前記流路を形成する工程と、
を含み、
前記多孔質体は、前記液管の一方の管壁に接触するように形成され、
前記液管の他方の管壁の面に溝が形成され、
前記空間は、前記多孔質体と前記液管の他方の管壁との間に形成され、
前記流路は、前記液管の他方の管壁に接触するように形成され、
前記液管に、前記作動流体を注入するための注入口が形成され、
前記液管の一方の管壁は、前記注入口が配置される側の管壁と対向する管壁であり、前記液管の他方の管壁は、前記注入口が配置される側の管壁である
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、ループ型ヒートパイプ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器に搭載されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱部品を冷却するデバイスとして、ヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、作動流体の相変化を利用して熱を輸送するデバイスである。

【0003】

ヒートパイプの一例として、発熱部品の熱により作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体を冷却して液化する凝縮器とを備え、蒸発器と凝縮器とがループ状の流路を形成する液管と蒸気管で接続されたループ型ヒートパイプが挙げられる。ループ型ヒートパイプでは、作動流体はループ状の流路を一方向に流れる。

【0004】

また、ループ型ヒートパイプの液管内には、多孔質体が設けられており、多孔質体に生じる毛細管力で液管内の作動流体を蒸発器に誘導し、蒸発器から液管に蒸気が逆流することを抑制している。多孔質体には多数の細孔が形成されている。各細孔は、貫通孔が形成された金属層同士を、貫通孔が部分的に重複するように積層することにより形成される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６１４６４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、十分な熱輸送性能が得られないことがある。

【0007】

本発明は、優れた熱輸送性能を得ることができるループ型ヒートパイプ及びそ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】

【0008】

ループ型ヒートパイプの一態様は、作動流体を気化させる蒸発器と、前記作動流体を液化する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管と、前記液管内に設けられ、前記凝縮器により液化された前記作動流体を前記蒸発器に誘導する多孔質体と、前記液管内に設けられ、前記凝縮器により液化された前記作動流体を前記蒸発器に誘導する空間からなる流路と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管と、を有する。前記多孔質体は、少なくとも前記液管の一方の管壁に接触するように配置されており、前記液管の他方の管壁の面に溝が形成されており、前記空間は、前記多孔質体と前記液管の他方の管壁との間に設けられており、前記液管は、前記作動流体を注入するための注入口を有し、前記液管の一方の管壁は、前記注入口が配置された側の管壁と対向する管壁であり、前記液管の他方の管壁は、前記注入口が配置された側の管壁である。

【発明の効果】

【0009】

開示の技術によれば、優れた熱輸送性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ループ型ヒートパイプの参考例を例示する平面模式図である。

【図2】参考例に係るループ型ヒートパイプの液管の内部の構成を例示する図である。

【図3】参考例における液管内の作動流体を示す平面模式図である。

【図4】第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。

【図5】第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器及びその周囲の断面図である。

【図6】第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管の内部の構成を例示する図である。

【図7】２層目から５層目までの各金属層における有底孔の配置を例示する平面図である。

【図8】第１の実施形態における液管内の作動流体を示す模式図である。

【図9】第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その１）である。

【図10】第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その２）である。

【図11】第２の実施形態における液管及び多孔質体を例示する断面図である。

【図12】第３の実施形態における液管及び多孔質体を例示する断面図である。

【図13】第４の実施形態における液管及び多孔質体を例示する断面図である。

【図14】第５の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管の内部の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明者は、十分な熱輸送性能が得られない原因を究明すべく鋭意検討を行った。本発明者による詳細な解析の結果、液相の作動流体で満たされているべき流路中に気泡が存在し、気泡が液相の作動流体の流動を妨げていることが明らかになった。また、その原因の一つとして、作動流体の充填時に液管内の多孔質体が液相の作動流体の移動を阻害していることも明らかになった。ここで、参考例を用いて、この新たな知見について説明する。

【0012】

図１は、ループ型ヒートパイプの参考例を例示する平面模式図である。

【0013】

図１に示すように、参考例に係るループ型ヒートパイプ９００は、蒸発器９１０と、凝縮器９２０と、蒸気管９３０と、液管９４０とを有する。

【0014】

ループ型ヒートパイプ９００において、蒸発器９１０は、作動流体Ｃを気化させて蒸気Ｃｖを生成する機能を有する。凝縮器９２０は、作動流体Ｃの蒸気Ｃｖを液化させる機能を有する。蒸発器９１０と凝縮器９２０は、蒸気管９３０及び液管９４０により接続されており、蒸気管９３０及び液管９４０によって作動流体Ｃ又は蒸気Ｃｖが流れるループである流路が形成されている。

【0015】

液管９４０には作動流体Ｃを注入するための注入口９４１が形成されている。注入口９４１は作動流体Ｃの注入に用いられ、作動流体Ｃの注入後に封止される。

【0016】

図２は、参考例に係るループ型ヒートパイプの液管の内部の構成を例示する図である。図２（ａ）は平面模式図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＩ－Ｉ線に沿った断面図である。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）に示す金属層のうち最上層の金属層を除いたものが示されている。

【0017】

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視で液管９４０の中央に支柱状の多孔質体９５０が設けられている。多孔質体９５０は液管９４０に沿って凝縮器９２０から蒸発器９１０まで延びており、液管９４０内の流路は、ループにおける多孔質体９５０の外側の外側流路９４６及び多孔質体９５０の内側の内側流路９４７に二分されている。注入口９４１は外側流路９４６に連通している。

【0018】

ここで、参考例における液管９４０に注入された作動流体Ｃの挙動について説明する。図３は、参考例における液管９４０内の作動流体Ｃを示す平面模式図である。

【0019】

注入口９４１から液管９４０に注入された液相の作動流体Ｃは外側流路９４６内に広がり、外側流路９４６が作動流体Ｃで満たされる。また、作動流体Ｃは、多孔質体９５０を透過しながら内側流路９４７内にも流れ込んでいく。しかしながら、多孔質体９５０は少なからず作動流体Ｃの移動の妨げとなるため、作動流体Ｃが内側流路９４７に部分的に、不連続で流れ込む。この結果、内側流路９４７内に気泡９４８が残存しやすい。気泡９４８は、特に液管９４０の屈曲部９４５の近傍に残存しやすい。

【0020】

そして、液管９４０中に存在する気泡９４８は液相の作動流体Ｃの流動を妨げる。この結果、予期せず熱輸送性能が低下してしまうのである。また、気泡９４８は、ループ型ヒートパイプ９００が受熱した際に液管９４０に膨れを生じさせることがある。このような膨れは液管９４０の機械的強度を低下させたりする。

【0021】

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

【0022】

（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。第１の実施形態はループ型ヒートパイプに関する。

【0023】

［ループ型ヒートパイプの構造］
図４は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプを示す平面模式図である。

【0024】

図４に示すように、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプ１００は、蒸発器１１０と、凝縮器１２０と、蒸気管１３０と、液管１４０とを有する。ループ型ヒートパイプ１００は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器１０２に収容することができる。

【0025】

ループ型ヒートパイプ１００において、蒸発器１１０は、作動流体Ｃを気化させて蒸気Ｃｖを生成する機能を有する。凝縮器１２０は、作動流体Ｃの蒸気Ｃｖを液化させる機能を有する。蒸発器１１０と凝縮器１２０は、蒸気管１３０及び液管１４０により接続されており、蒸気管１３０及び液管１４０によって作動流体Ｃ又は蒸気Ｃｖが流れるループである流路が形成されている。

【0026】

液管１４０には作動流体Ｃを注入するための注入口１４１が形成されている。注入口１４１は作動流体Ｃの注入に用いられ、作動流体Ｃの注入後に塞がれる。

【0027】

図５は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器及びその周囲の断面図である。図４及び図５に示すように、蒸発器１１０には、例えば４つの貫通孔１１０ｘが形成されている。蒸発器１１０に形成された各貫通孔１１０ｘと回路基板１０に形成された各貫通孔１０ｘにボルト１５を挿入し、回路基板１０の下面側からナット１６で止めることにより、蒸発器１１０と回路基板１０とが固定される。

【0028】

回路基板１０には、例えば、ＣＰＵ等の発熱部品１２がバンプ１１により実装され、発熱部品１２の上面が蒸発器１１０の下面と密着する。蒸発器１１０内の作動流体Ｃは、発熱部品１２で発生した熱により気化し、蒸気Ｃｖが生成される。

【0029】

図４に示すように、蒸発器１１０に生成された蒸気Ｃｖは、蒸気管１３０を通って凝縮器１２０に導かれ、凝縮器１２０において液化する。これにより、発熱部品１２で発生した熱が凝縮器１２０に移動し、発熱部品１２の温度上昇が抑制される。凝縮器１２０で液化した作動流体Ｃは、液管１４０を通って蒸発器１１０に導かれる。蒸気管１３０の幅Ｗ_１は、例えば、８ｍｍ程度とすることができる。また、液管１４０の幅Ｗ_２は、例えば、６ｍｍ程度とすることができる。蒸気管１３０の幅Ｗ_１や液管１４０の幅Ｗ_２は、これに限らず、例えば互いに等しくてもよい。

【0030】

作動流体Ｃの種類は特に限定されないが、蒸発潜熱によって発熱部品１２を効率的に冷却するために、蒸気圧が高く、かつ蒸発潜熱が大きい流体を使用することが好ましい。そのような流体としては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、及びアセトンを挙げることができる。

【0031】

蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、及び液管１４０は、例えば、金属層が複数積層された構造とすることができる（図６（ｂ）参照）。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ～２００μｍ程度とすることができる。

【0032】

なお、金属層は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。また、金属層の積層数は特に限定されない。

【0033】

図６は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管の内部の構成を示す図である。図６（ａ）は平面模式図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＩ－Ｉ線に沿った断面図である。なお、図６（ａ）は、図６（ｂ）に示す金属層１５１～１５６のうち最上層の金属層１５１を除いたものが示されている。

【0034】

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、液管１４０の内側の管壁１４２に接触するようにして多孔質体１５０が設けられている。多孔質体１５０は液管１４０に沿って凝縮器１２０から蒸発器１１０まで延びており、液管１４０内の流路１４６は、多孔質体１５０と外側の管壁１４３との間に形成されている。多孔質体１５０は、管壁１４２に接触して、一体的に形成されている。また、流路１４６は、液管１４０内に設けられた空間からなり、管壁１４３に接触して設けられている。このように、液管１４０の内側（管壁１４２側）に多孔質体１５０が一つ設けられており、液管１４０の外側（管壁１４３側）に流路１４６が一つ設けられている。言い換えれば、注入口１４１と対向する管壁面（管壁１４２）に沿って多孔質体１５０が設けられている。そして、注入口１４１が設けられている管壁面（管壁１４３）側は、空間からなる流路１４６が設けられている。注入口１４１は流路１４６に連通している。

【0035】

ここで、液管１４０及び多孔質体１５０の構成について説明する。図７は、２層目から５層目までの各金属層における有底孔の配置を例示する平面図である。図６（ｂ）における多孔質体１５０の断面は、図７中のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面に相当する。

【0036】

液管１４０及び多孔質体１５０は、例えば、金属層１５１～１５６の６層が積層された構造とすることができる。金属層１５１～１５６は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層１５１～１５６の各々の厚さは、例えば、５０μｍ～２００μｍ程度とすることができる。なお、金属層１５１～１５６は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。また、金属層の積層数は限定されず、５層以下や７層以上の金属層を積層してもよい。

【0037】

なお、図６（ｂ）及び図７において、金属層１５１～１５６の積層方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直な平面内の任意の方向をＸ方向、この平面内においてＸ方向と直交する方向をＹ方向としている（以降の図も同様）。

【0038】

液管１４０及び多孔質体１５０において、１層目（一方の最外層）の金属層１５１及び６層目（他方の最外層）の金属層１５６には、孔や溝は形成されていない。これに対して、図６（ｂ）及び図７（ａ）に示すように、２層目の金属層１５２には、多孔質体１５０内で、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔１５２ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔１５２ｙとが、それぞれ複数個形成されている。図６（ｂ）に示すように、金属層１５２には、流路１４６を構成する開口部１５２ａも形成されている。開口部１５２ａは、金属層１５２を厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔で形成されている。

【0039】

有底孔１５２ｘと有底孔１５２ｙとは、平面視でＸ方向に交互に配置されている。また、有底孔１５２ｘと有底孔１５２ｙとは、平面視でＹ方向に交互に配置されている。Ｘ方向に交互に配置された有底孔１５２ｘと有底孔１５２ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔１５２ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔１５２ｘと有底孔１５２ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔１５２ｘと有底孔１５２ｙとは、細孔を形成していない。しかし、これに限らず、Ｙ方向における有底孔１５２ｘと有底孔１５２ｙの配置は、平面視で重複し、細孔を形成してもよい。

【0040】

有底孔１５２ｘ及び１５２ｙは、例えば、直径が１００μｍ～３００μｍ程度の円形とすることができるが、楕円形や多角形等の任意の形状として構わない。有底孔１５２ｘ及び１５２ｙの深さは、例えば、金属層１５２の厚さの半分程度とすることができる。隣接する有底孔１５２ｘの間隔Ｌ_１は、例えば、１００μｍ～４００μｍ程度とすることができる。隣接する有底孔１５２ｙの間隔Ｌ_２は、例えば、１００μｍ～４００μｍ程度とすることができる。

【0041】

有底孔１５２ｘ及び１５２ｙの内壁は、底面側から開口側に向かって拡幅するテーパ形状とすることができる。しかし、これに限らず、有底孔１５２ｘ及び１５２ｙの内壁は、底面に対して垂直であっても構わない。また、有底孔１５２ｘ及び１５２ｙの内壁は、湾曲する半円形状でも構わない。細孔１５２ｚの短手方向の幅Ｗ_３は、例えば、１０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。また、細孔１５２ｚの長手方向の幅Ｗ_４は、例えば、５０μｍ～１５０μｍ程度とすることができる。

【0042】

図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、３層目の金属層１５３には、多孔質体１５０内で、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔１５３ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔１５３ｙとが、それぞれ複数個形成されている。図６（ｂ）に示すように、金属層１５３には、流路１４６を構成する開口部１５３ａも形成されている。開口部１５３ａは、金属層１５３を厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔で形成されている。

【0043】

金属層１５３では、有底孔１５３ｘのみがＸ方向に配置された列と、有底孔１５３ｙのみがＸ方向に配置された列とが、Ｙ方向に交互に配置されている。Ｙ方向に交互に配置された列において、隣接する列の有底孔１５３ｘと有底孔１５３ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔１５３ｚを形成している。

【0044】

但し、細孔１５３ｚを形成する隣接する有底孔１５３ｘと有底孔１５３ｙとは、中心位置がＸ方向にずれている。言い換えれば、細孔１５３ｚを形成する有底孔１５３ｘと有底孔１５３ｙとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。有底孔１５３ｘ及び１５３ｙ、細孔１５３ｚの形状等は、例えば、有底孔１５２ｘ及び１５２ｙ、細孔１５２ｚの形状等と同様とすることができる。

【0045】

金属層１５２の有底孔１５２ｙと、金属層１５３の有底孔１５３ｘとは、平面視で重複する位置に形成されている。そのため、金属層１５２と金属層１５３との界面には、細孔は形成されない。しかし、これに限らず、Ｘ方向及びＹ方向において、有底孔１５３ｘと有底孔１５３ｙの配置を適宜変更することで、金属層１５２と金属層１５３との界面には、細孔を形成してもよい。

【0046】

図６（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、４層目の金属層１５４には、多孔質体１５０内で、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔１５４ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔１５４ｙとが、それぞれ複数個形成されている。図６（ｂ）に示すように、金属層１５４には、流路１４６を構成する開口部１５４ａも形成されている。開口部１５４ａは、金属層１５４を厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔で形成されている。

【0047】

有底孔１５４ｘと有底孔１５４ｙとは、平面視でＸ方向に交互に配置されている。また、有底孔１５４ｘと有底孔１５４ｙとは、平面視でＹ方向に交互に配置されている。Ｘ方向に交互に配置された有底孔１５４ｘと有底孔１５４ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔１５４ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔１５４ｘと有底孔１５４ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔１５４ｘと有底孔１５４ｙとは、細孔を形成していない。しかし、これに限らず、Ｙ方向における有底孔１５４ｘ及び１５４ｙの配置は、平面視で重複して、細孔を形成してもよい。有底孔１５４ｘ及び１５４ｙ、細孔１５４ｚの形状等は、例えば、有底孔１５２ｘ及び１５２ｙ、細孔１５２ｚの形状等と同様とすることができる。

【0048】

金属層１５３の有底孔１５３ｙと、金属層１５４の有底孔１５４ｘとは、平面視で重複する位置に形成されている。そのため、金属層１５３と金属層１５４との界面には、細孔は形成されない。しかし、これに限らず、Ｘ方向及びＹ方向において、有底孔１５４ｘと有底孔１５４ｙの配置を適宜変更することで、金属層１５３と金属層１５４との界面には、細孔を形成してもよい。

【0049】

図６（ｂ）及び図７（ｄ）に示すように、５層目の金属層１５５には、多孔質体１５０内で、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔１５５ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔１５５ｙとが、それぞれ複数個形成されている。図６（ｂ）に示すように、金属層１５５には、流路１４６を構成する開口部１５５ａも形成されている。開口部１５５ａは、金属層１５５を厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する貫通孔で形成されている。

【0050】

金属層１５５では、有底孔１５５ｘのみがＸ方向に配置された列と、有底孔１５５ｙのみがＸ方向に配置された列とが、Ｙ方向に交互に配置されている。Ｙ方向に交互に配置された列において、隣接する列の有底孔１５５ｘと有底孔１５５ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔１５５ｚを形成している。

【0051】

但し、細孔１５５ｚを形成する隣接する有底孔１５５ｘと有底孔１５５ｙとは、中心位置がＸ方向にずれている。言い換えれば、細孔１５５ｚを形成する有底孔１５５ｘと有底孔１５５ｙとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。有底孔１５５ｘ及び１５５ｙ、細孔１５５ｚの形状等は、例えば、有底孔１５２ｘ及び１５２ｙ、細孔１５２ｚの形状等と同様とすることができる。

【0052】

金属層１５４の有底孔１５４ｙと、金属層１５５の有底孔１５５ｘとは、平面視で重複する位置に形成されている。そのため、金属層１５４と金属層１５５との界面には、細孔は形成されない。しかし、これに限らず、Ｘ方向及びＹ方向において、有底孔１５５ｘ及び有底孔１５５ｙの配置を適宜変更することで、金属層１５４と金属層１５５との界面には、細孔を形成してもよい。

【0053】

各金属層に形成された細孔同士は互いに連通しており、互いに連通する細孔は多孔質体１５０内に三次元的に広がっている。そのため、作動流体Ｃは、毛細管力により、互いに連通する細孔内を三次元的に広がる。

【0054】

このように、液管１４０には多孔質体１５０が設けられており、液管１４０内の液相の作動流体Ｃは、多孔質体１５０に生じる毛細管力によって蒸発器１１０まで誘導される。

【0055】

その結果、蒸発器１１０からのヒートリーク等によって液管１４０内を蒸気Ｃｖが逆流しようとしても、多孔質体１５０から液相の作動流体Ｃに作用する毛細管力で蒸気Ｃｖを押し戻すことができ、蒸気Ｃｖの逆流を防止することが可能となる。

【0056】

更に、多孔質体１５０は蒸発器１１０内にも設けられている。蒸発器１１０内の多孔質体１５０のうち、液管１４０寄りの部分には液相の作動流体Ｃが浸透する。この際、多孔質体１５０から作動流体Ｃに作用する毛細管力が、ループ型ヒートパイプ１００内で作動流体Ｃを循環させるポンピング力となる。

【0057】

しかも、この毛細管力は蒸発器１１０内の蒸気Ｃｖに対抗するため、蒸気Ｃｖが液管１４０に逆流するのを抑制することが可能となる。

【0058】

なお、液管１４０には作動流体Ｃを注入するための注入口１４１が形成されているが、注入口１４１は塞がれており、ループ型ヒートパイプ１００内は気密に保たれる。

【0059】

ここで、第１の実施形態における液管１４０に注入された作動流体Ｃの挙動について説明する。図８は、第１の実施形態における液管１４０内の作動流体Ｃを示す模式図である。

【0060】

注入口１４１から注入された液相の作動流体Ｃは流路１４６内に広がり、流路１４６は作動流体Ｃで満たされる。そして、液管１４０の内側は、多孔質体１５０の毛細管力により、作動流体Ｃが引き込まれて充填される。従来のように液管が、多孔質体を挟んで両側（内側と外側）に流路が設けられていないため、内側の流路において、部分的に作動流体Ｃが流れ込むことがなく、気泡の残存を防ぐことができる。

【0061】

従って、第１の実施形態によれば、流路１４６内において気泡による液相の作動流体Ｃの流動の妨げを抑制し、優れた熱輸送性能を得ることができる。また、気泡に起因する液管１４０の膨れを抑制することができる。

【0062】

［ループ型ヒートパイプの製造方法］
次に、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法について、多孔質体の製造工程を中心に説明する。図９～図１０は、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図であり、図６（ｂ）に対応する断面を示している。

【0063】

まず、図９（ａ）に示す工程では、図１の平面形状に形成された金属シート１５２ｂを準備する。そして、金属シート１５２ｂの上面にレジスト層３１０を形成し、金属シート１５２ｂの下面にレジスト層３２０を形成する。金属シート１５２ｂは、最終的に金属層１５２となる部材であり、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等から形成することができる。金属シート１５２ｂの厚さは、例えば、５０μｍ～２００μｍ程度とすることができる。レジスト層３１０及び３２０としては、例えば、感光性のドライフィルムレジスト等を用いることができる。

【0064】

次に、図９（ｂ）に示す工程では、金属シート１５２ｂの多孔質体１５０を形成する領域において、レジスト層３１０を露光及び現像して、金属シート１５２ｂの上面を選択的に露出する開口部３１０ｘを形成する。また、レジスト層３２０を露光及び現像して、金属シート１５２ｂの下面を選択的に露出する開口部３２０ｘを形成する。開口部３１０ｘ及び３２０ｘの形状及び配置は、図９（ａ）に示した有底孔１５２ｘ及び１５２ｙの形状及び配置に対応するように形成する。

【0065】

図９（ｂ）に示すように、レジスト層３１０の露光及び現像の際には、流路１４６を形成する領域において、金属シート１５２ｂの上面を選択的に露出する開口部３１０ｙも形成する。また、レジスト層３２０の露光及び現像の際には、流路１４６を形成する領域において、金属シート１５２ｂの下面を選択的に露出する開口部３２０ｙも形成する。

【0066】

次に、図９（ｃ）に示す工程では、開口部３１０ｘ及び３１０ｙ内に露出する金属シート１５２ｂを金属シート１５２ｂの上面側からハーフエッチングすると共に、開口部３２０ｘ及び３２０ｙ内に露出する金属シート１５２ｂを金属シート１５２ｂの下面側からハーフエッチングする。これにより、金属シート１５２ｂの上面側に有底孔１５２ｘが形成され、下面側に有底孔１５２ｙが形成されると共に、金属シート１５２ｂを貫通する開口部１５２ａが形成される。また、表裏でＸ方向に交互に配置された開口部３１０ｘと開口部３２０ｘとは、平面視で部分的に重複しているため、重複する部分が連通して細孔１５２ｚが形成される。金属シート１５２ｂのハーフエッチングには、例えば、塩化第二鉄溶液を用いることができる。

【0067】

次に、図９（ｄ）に示す工程では、レジスト層３１０及び３２０を剥離液により剥離する。これにより、金属層１５２が完成する。

【0068】

次に、図１０（ａ）に示す工程では、孔や溝が形成されていないベタ状の金属層１５１及び１５６を準備する。また、金属層１５２と同様の方法により、金属層１５３、１５４、及び１５５を形成する。金属層１５３、１５４、及び１５５に形成される有底孔、細孔及び開口部の位置は、例えば、図７に示した通りである。

【0069】

次に、図１０（ｂ）に示す工程では、図１０（ａ）に示す順番で各金属層を積層し、加圧及び加熱により固相接合を行う。これにより、隣接する金属層同士が直接接合され、蒸発器１１０、凝縮器１２０、蒸気管１３０、及び液管１４０を有するループ型ヒートパイプ１００が完成し、蒸発器１１０及び液管１４０に多孔質体１５０が形成される。また、多孔質体１５０が液管１４０の内側の管壁１４２と一体に形成され、外側の管壁１４３と多孔質体１５０との間に作動流体Ｃを蒸発器１１０に誘導する空間からなる微細な流路１４６が形成される。その後、真空ポンプ等を用いて液管１４０内を排気した後、注入口１４１から流路１４６内に作動流体Ｃを注入し、その後、注入口１４１を封止する。

【0070】

ここで、固相接合とは、接合対象物同士を溶融させることなく固相（固体）状態のまま加熱して軟化させ、更に加圧して塑性変形を与えて接合する方法である。なお、固相接合によって隣接する金属層同士を良好に接合できるように、金属層１５１～１５６の全ての材料を同一にすることが好ましい。

【0071】

このように、各金属層の両面側から形成した有底孔を部分的に連通させて各金属層内に細孔を設ける構造とすることで、貫通孔が形成された金属層同士を貫通孔が部分的に重複するように積層する従来の細孔の形成方法の問題点を解消できる。すなわち、金属層同士を積層する際の位置ずれや、金属層を複数積層する際の加熱処理の際の金属層の膨張及び収縮による位置ずれが生じることがなく、一定の大きさの細孔を金属層内に形成できる。

【0072】

これにより、細孔の大きさがばらついて細孔により発現する毛細管力が低下することを防止可能となり、蒸発器１１０から液管１４０に蒸気Ｃｖが逆流することを抑制する効果を安定的に得ることができる。

【0073】

また、金属層同士を積層する部分では、隣接する有底孔全体を重複させる構造とすることで、金属層同士が接する面積を大きくできるため、強固な接合が可能となる。

【0074】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、液管１４０の外側の管壁１４３の形状の点で第１の実施形態と相違する。図１１は、第２の実施形態における液管１４０及び多孔質体１５０を例示する断面図である。

【0075】

第２の実施形態に係るループ型ヒートパイプは、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプと同様に、液管１４０及び多孔質体１５０を有する。多孔質体１５０は、第１の実施形態と同様に構成され、かつ、第１の実施形態と同様に、液管１４０のループにおける内側の管壁１４２に接触するようにして設けられている。

【0076】

一方、液管１４０に関しては、図１１に示すように、管壁１４３側において、開口部１５３ａ及び１５５ａが開口部１５２ａ及び１５４ａよりも大きく形成され、開口部１５３ａ及び１５５ａの側面が開口部１５２ａ及び１５４ａの側面よりも後退して凹んでいる。このように、第２の実施形態では、管壁１４３側において、開口部１５３ａ及び１５５ａの側面のＸ方向の位置と開口部１５２ａ及び１５４ａの側面のＸ方向の位置にずれがあり、金属層１５３に溝２５３が形成され、金属層１５５に溝２５５が形成されている。例えば、溝２５３及び２５５は、液管１４０に沿って延びる（Ｙ方向において、流路１４６と略平行に延びる）ように形成されている。

【0077】

他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0078】

第２の実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、流路１４６の管壁１４３側の壁面に溝２５３及び２５５が形成されているため、溝２５３及び２５５によって液相の作動流体Ｃの流動が促進される。従って、熱輸送性能を更に向上することができる。

【0079】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、液管１４０の外側の管壁１４３の形状の点で第１及び第２の実施形態と相違する。図１２は、第３の実施形態における液管１４０及び多孔質体１５０を例示する断面図である。

【0080】

第３の実施形態に係るループ型ヒートパイプは、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプと同様に、液管１４０及び多孔質体１５０を有する。多孔質体１５０は、第１の実施形態と同様に構成され、かつ、第１の実施形態と同様に、液管１４０のループにおける内側の管壁１４２に接触するようにして設けられている。

【0081】

一方、液管１４０に関しては、図１２に示すように、管壁１４３側において、開口部１５２ａの縁に、有底孔１５２ｘと同様に、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝３５２が形成されている。つまり、金属層１５２の上面に、流路１４６に繋がるように溝３５２が形成されている。溝３５２の深さは、例えば、金属層１５２の厚さの半分程度とすることができる。

【0082】

また、図１２に示すように、管壁１４３側において、開口部１５３ａの縁に、有底孔１５３ｘと同様に、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝３５３が形成されている。つまり、金属層１５３の上面に、流路１４６に繋がるように溝３５３が形成されている。溝３５３の深さは、例えば、金属層１５３の厚さの半分程度とすることができる。

【0083】

また、図１２に示すように、管壁１４３側において、開口部１５４ａの縁に、有底孔１５４ｘと同様に、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝３５４が形成されている。つまり、金属層１５４の上面に、流路１４６に繋がるように溝３５４が形成されている。溝３５４の深さは、例えば、金属層１５４の厚さの半分程度とすることができる。

【0084】

また、図１２に示すように、管壁１４３側において、開口部１５５ａの縁に、有底孔１５５ｘと同様に、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝３５５が形成されている。つまり、金属層１５５の上面に、流路１４６に繋がるように溝３５５が形成されている。溝３５５の深さは、例えば、金属層１５５の厚さの半分程度とすることができる。

【0085】

例えば、溝３５２～３５５は、液管１４０に沿って延びる（Ｙ方向において、流路１４６と略平行に延びる）ように形成されている。

【0086】

他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0087】

第３の実施形態によっても第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、流路１４６の管壁１４３側の壁面に溝３５２～３５５が形成されているため、溝３５２～３５５によって液相の作動流体Ｃの流動が促進される。更に、溝の数が第２の実施形態より多いため、熱輸送性能をより一層向上することができる。

【0088】

例えば、溝３５２は次のようにして有底孔１５２ｘと並行して形成することができる。すなわち、有底孔１５２ｘを形成する際に用いるレジスト層３１０に開口部３１０ｘを形成する際に、溝３５２の形成予定領域にも開口部を形成し、金属シート１５２ｂのハーフエッチングを行う。このようにして有底孔１５２ｘと並行して溝３５２を形成することができる。溝３５２と同様に、例えば、溝３５３～３５５は有底孔１５３ｘ～１５５ｘと並行して形成することができる。

【0089】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、液管１４０の外側の管壁１４３の形状の点で第１～第３の実施形態と相違する。図１３は、第４の実施形態における液管１４０及び多孔質体１５０を例示する断面図である。

【0090】

第４の実施形態に係るループ型ヒートパイプは、第１の実施形態に係るループ型ヒートパイプと同様に、液管１４０及び多孔質体１５０を有する。多孔質体１５０は、第１の実施形態と同様に構成され、かつ、第１の実施形態と同様に、液管１４０のループにおける内側の管壁１４２に接触するようにして設けられている。

【0091】

一方、液管１４０に関しては、図１３に示すように、管壁１４３側において、開口部１５２ａの縁に、溝３５２だけでなく、有底孔１５２ｙと同様に、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝４５２が形成されている。つまり、金属層１５２の下面に、流路１４６に繋がるように溝４５２が形成されている。溝４５２の深さは、例えば、金属層１５２の厚さの半分程度とすることができる。

【0092】

また、図１３に示すように、管壁１４３側において、開口部１５３ａの縁に、溝３５３だけでなく、有底孔１５３ｙと同様に、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝４５３が形成されている。つまり、金属層１５３の下面に、流路１４６に繋がるように溝４５３が形成されている。溝４５３の深さは、例えば、金属層１５３の厚さの半分程度とすることができる。

【0093】

また、図１３に示すように、管壁１４３側において、開口部１５４ａの縁に、溝３５４だけでなく、有底孔１５４ｙと同様に、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝４５４が形成されている。つまり、金属層１５４の下面に、流路１４６に繋がるように溝４５４が形成されている。溝４５４の深さは、例えば、金属層１５４の厚さの半分程度とすることができる。

【0094】

また、図１３に示すように、管壁１４３側において、開口部１５５ａの縁に、溝３５５だけでなく、有底孔１５５ｙと同様に、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝４５５が形成されている。つまり、金属層１５５の下面に、流路１４６に繋がるように溝４５５が形成されている。溝４５５の深さは、例えば、金属層１５５の厚さの半分程度とすることができる。

【0095】

溝４５２と溝３５３とが繋がって溝４７２が形成され、溝４５３と溝３５４とが繋がって溝４７３が形成され、溝４５４と溝３５５とが繋がって溝４７４が形成されている。

【0096】

更に、図１３に示すように、管壁１４３側において、溝３５２と繋がるようにして、金属層１５１に、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝４５１が形成されている。つまり、金属層１５１の下面に、流路１４６に繋がるように溝４５１が形成されている。溝４５１の深さは、例えば、金属層１５１の厚さの半分程度とすることができる。溝４５１と溝３５２とが繋がって溝４７１が形成されている。

【0097】

更に、図１３に示すように、管壁１４３側において、溝４５５と繋がるようにして、金属層１５６に、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む溝３５６が形成されている。つまり、金属層１５６の上面に、流路１４６に繋がるように溝３５６が形成されている。溝３５６の深さは、例えば、金属層１５６の厚さの半分程度とすることができる。溝４５５と溝３５６とが繋がって溝４７５が形成されている。

【0098】

例えば、溝４７１～４７５は、液管１４０に沿って延びる（Ｙ方向において、流路１４６と略平行に延びる）ように形成されている。

【0099】

他の構成は第１の実施形態と同様である。

【0100】

第４の実施形態によっても第１～第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、流路１４６の管壁１４３側の壁面に溝４７１～４７５が形成されているため、溝４７１～４７５によって液相の作動流体Ｃの流動が促進される。更に、溝の数が第３の実施形態より多いため、熱輸送性能をより一層向上することができる。

【0101】

例えば、溝４５２は次のようにして有底孔１５２ｙと並行して形成することができる。すなわち、図９（ｂ）において、レジスト層３２０に開口部３２０ｘを形成する際に、溝４５２の形成予定領域にも開口部を形成し、金属シート１５２ｂのハーフエッチングを行う。このようにして有底孔１５２ｙと並行して溝４５２を形成することができる。溝４５２と同様に、例えば、溝４５３～４５５は有底孔１５３ｙ～１５５ｙと並行して形成することができる。

【0102】

また、金属層１５１及び１５６の溝４５１及び３５６も、金属層１５１及び１５６の溝４５１及び３５６の形成予定領域に開口部を備えたレジスト層を用いてハーフエッチングすることにより形成することができる。

【0103】

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、液管１４０の外側の管壁１４３にも多孔質体が設けられている点で第１～第４の実施形態と相違する。図１４は、第５の実施形態に係るループ型ヒートパイプの液管の内部の構成を示す図である。図１４（ａ）は平面模式図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）中のＩ－Ｉ線に沿った断面図である。なお、図１４（ａ）は、図１４（ｂ）に示す金属層１５１～１５６のうち最上層の金属層１５１を除いたものが示されている。

【0104】

第１～第４の実施形態では、液管１４０の管壁１４２側に、管壁１４２と接して一体的に多孔質体１５０を設け、液管１４０の管壁１４３側には、流路１４６が設けられていた。しかし、これに限らず、多孔質体に外側の管壁１４３に接触して一体的に設けられた部分が含まれていてもよい。

【0105】

図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、液管１４０の内側の管壁１４２に接触するようにして多孔質体１５０ａが設けられている。多孔質体１５０ａは多孔質体１５０と同様の断面構造を有する。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、多孔質体１５０ａは金属層１５２から金属層１５５にわたって形成されている。

【0106】

第５の実施形態では、液管１４０のループにおける外側の管壁１４３に接触するようにして多孔質体１５０ｂが設けられている。多孔質体１５０ｂは、液管１４０に沿って凝縮器１２０から注入口１４１の近傍まで延びている。多孔質体１５０ｂは多孔質体１５０と同様の断面構造を有する。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、多孔質体１５０ｂは金属層１５２から金属層１５５にわたって形成されている。

【0107】

更に、多孔質体１５０ｂの注入口１４１側の端部と多孔質体１５０ａとの間に、これらを互いに繋ぐ多孔質体１５０ｃが設けられている。多孔質体１５０ｃは、図１４（ｂ）に示すように、金属層１５２～１５５のうちの一部、例えば金属層１５２及び１５５のみに形成されており、金属層１５３、１５４には開口部１５３ａ、１５４ａが形成されている。

【0108】

液管１４０内の流路１４６は、多孔質体１５０ｃよりも凝縮器１２０側では、多孔質体１５０ａと多孔質体１５０ｂとの間に形成されている。また、流路１４６は、多孔質体１５０ｃが設けられた領域では、開口部１５３ａ及び１５４ａに形成されている。また、流路１４６は、多孔質体１５０ｃよりも蒸発器１１０側では、多孔質体１５０ａと管壁１４３との間に形成されている。このように、この第５の実施形態においても、液管１４０内の流路１４６は作動流体Ｃを蒸発器１１０に誘導する空間からなる。

【0109】

このような第５の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、作動流体Ｃの注入後の気泡の残存を抑制することができる。

【0110】

また、他の変形例として、少なくとも液管１４０の内側の管壁１４２に多孔質体１５０が片寄って設けられ、液相の作動流体Ｃを凝縮器１２０から蒸発器１１０まで誘導できるのであれば、注入口１４１を迂回しながら外側の管壁１４３に接触するようにして、多孔質体が凝縮器１２０から蒸発器１１０まで連なっていてもよい。

【0111】

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0112】

例えば、多孔質体１５０の領域において、金属層１５１や金属層１５６に有底孔を形成してもよい。また、流路１４６の領域において、流路１４６に露出する金属層１５１や金属層１５６に有底孔を形成してもよい。金属層１５１や金属層１５６にも有底孔を形成することで、更に熱輸送性能をより一層向上することができる。

【符号の説明】

【0113】

１００ ループ型ヒートパイプ
１１０ 蒸発器
１２０ 凝縮器
１３０ 蒸気管
１４０ 液管
１４１ 注入口
１４２、１４３ 管壁
１４６ 流路
１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ 多孔質体
２５３、２５５、３５２～３５６、４５１～４５５、４７１～４７５ 溝

【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】