特許 7372185 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】2023-10-23

(45)【発行日】2023-10-31

(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 20060101AFI20231024BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20231024BHJP

【ＦＩ】

F28D15/04 E

F28D15/02 101L

F28D15/02 102A

F28D15/02 106Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020046252

(22)【出願日】2020-03-17

(65)【公開番号】P2021148330

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2022-08-29

(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２０２０－０２６９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００８２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８２７８９１６（ＣＮ，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】

一対の最外金属層と、前記一対の最外金属層の間に設けられた中間金属層からなり、
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、
前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループ状の流路を形成する蒸気管と、
を有し、
前記中間金属層は、
前記蒸発器、前記凝縮器、前記液管及び前記蒸気管の管壁の一部を構成する一対の壁部と、
前記一対の壁部の間に設けられた多孔質体と、
前記多孔質体を貫通し、前記一対の最外金属層同士を接合する支柱と、
を有し、
前記多孔質体は、
前記一対の壁部の一方と前記支柱との間に位置し、前記支柱の前記一対の壁部の一方側の面に直接接触する第１領域と、
前記一対の壁部の他方と前記支柱との間に位置し、前記支柱の前記一対の壁部の他方側の面に直接接触する第２領域と、
を有し、
前記支柱は、前記多孔質体と一体に形成されており、
前記中間金属層は、１又は２以上の金属層からなり、
前記金属層の各々は、
前記壁部の少なくとも一部を構成する第１部分と、
前記第１部分に連結され、前記多孔質体の少なくとも一部を構成する第２部分と、
前記第２部分に連結され、前記支柱の少なくとも一部を構成する第３部分と、
を有することを特徴とするループ型ヒートパイプ。

【請求項2】

前記支柱はソリッドであ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】

前記中間金属層は２以上の金属層からなり、
前記第３部分はベタ状の部分であり、
２以上の前記金属層の間で前記第３部分同士が接合されて前記支柱が構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】

前記第３部分の各々は、平面視で他の前記第３部分と重なる領域を含む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】

２以上の前記金属層の間で、平面視での前記第３部分の位置が一致し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】

前記中間金属層は、前記一対の壁部の間の複数箇所に前記支柱を有することを特徴とする請求項１乃至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】

前記多孔質体が前記液管内に対をなして設けられ、
前記支柱の一部が前記一対の多孔質体の一方を貫通し、
前記支柱の他の一部が前記一対の多孔質体の他方を貫通し、
前記一対の多孔質体の一方は、前記一対の壁部の一方と一体に形成され、
前記一対の多孔質体の他方は、前記一対の壁部の他方と一体に形成され、
前記一対の多孔質体の間に、前記作動流体が流れる空間を有することを特徴とする請求項１乃至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】

前記多孔質体が前記液管内に前記一対の壁部から離間して設けられ、
前記一対の壁部の一方と前記多孔質体との間と、前記一対の壁部の他方と前記多孔質体との間とに、前記作動流体が流れる空間を有することを特徴とする請求項１乃至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9】

前記支柱は、前記液管に沿って延びることを特徴とする請求項７又は８に記載のループ型ヒートパイプ。

【請求項10】

前記多孔質体が前記蒸発器内に設けられ、
前記多孔質体は、平面視において、連結部と、一端が前記連結部と連結する複数の突起部と、を有する櫛歯状に形成され、
前記支柱の一部が前記連結部を貫通し、
前記支柱の他の一部が前記突起部を貫通することを特徴とする請求項１乃至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】

一対の最外金属層と、前記一対の最外金属層の間に設けられた中間金属層からなり、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、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループ状の流路を形成する蒸気管と、を有するループ型ヒートパイプの製造方法であって、
１又は２以上の金属層から、前記蒸発器、前記凝縮器、前記液管及び前記蒸気管の管壁の一部を構成する一対の壁部と、前記一対の壁部の間に設けられた多孔質体と、前記多孔質体を貫通し、前記一対の最外金属層同士を接合する支柱と、を有する前記中間金属層を形成する工程を有し、
前記中間金属層を形成する工程は、
前記１又は２以上の金属層をエッチングすることにより、前記金属層の各々に、前記壁部の少なくとも一部を構成する第１部分と、前記第１部分に連結され、前記多孔質体の少なくとも一部を構成する第２部分と、前記第２部分に連結され、前記支柱の少なくとも一部を構成する第３部分と、を形成する工程を有し、
前記多孔質体は、
前記一対の壁部の一方と前記支柱との間に位置し、前記支柱の前記一対の壁部の一方側の面に直接接触する第１領域と、
前記一対の壁部の他方と前記支柱との間に位置し、前記支柱の前記一対の壁部の他方側の面に直接接触する第２領域と、
を有し、
前記支柱は、前記多孔質体と一体に形成され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】

本開示は、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】

又、ループ型ヒートパイプの蒸発器や液管内には、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、金属層の一方の面側に形成された有底孔と他方の面側に形成された有底孔とが部分的に連通して形成されている（例えば、特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６２９１０００号公報

【文献】特許第６４００２４０号公報

【文献】特開平１１－１８３０６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来のループ型ヒートパイプでは、温度変化に起因する作動流体の体積変化によって変形が生じるおそれがある。

【0007】

本開示は、作動流体の体積変化による変形を抑制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】

本開示の一形態によれば、一対の最外金属層と、前記一対の最外金属層の間に設けられた中間金属層からなり、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、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループ状の流路を形成する蒸気管と、を有し、前記中間金属層は、前記蒸発器、前記凝縮器、前記液管及び前記蒸気管の管壁の一部を構成する一対の壁部と、前記一対の壁部の間に設けられた多孔質体と、前記多孔質体を貫通し、前記一対の最外金属層同士を接合する支柱と、を有し、前記多孔質体は、前記一対の壁部の一方と前記支柱との間に位置し、前記支柱の前記一対の壁部の一方側の面に直接接触する第１領域と、前記一対の壁部の他方と前記支柱との間に位置し、前記支柱の前記一対の壁部の他方側の面に直接接触する第２領域と、を有し、前記支柱は、前記多孔質体と一体に形成されており、前記中間金属層は、１又は２以上の金属層からなり、前記金属層の各々は、前記壁部の少なくとも一部を構成する第１部分と、前記第１部分に連結され、前記多孔質体の少なくとも一部を構成する第２部分と、前記第２部分に連結され、前記支柱の少なくとも一部を構成する第３部分と、を有するループ型ヒートパイプが提供される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、作動流体の体積変化による変形を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプを例示する平面模式図である。

【図2】第１の実施の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3】第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する平面図である。

【図4】第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する断面図（その１）である。

【図5】図４の分解図である。

【図6】第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する断面図（その２）である。

【図7】図６の分解図である。

【図8】第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器を例示する平面図である。

【図9】第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器を例示する断面図（その１）である。

【図10】第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器を例示する断面図（その２）である。

【図11】第１の実施の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12】第１の実施の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13】第１の実施の形態の変形例１に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する平面図である。

【図14】第１の実施の形態の変形例２に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する断面図である。

【図15】第１の実施の形態の変形例３に係るループ型ヒートパイプの蒸発器を例示する図である。

【図16】第２の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する平面図である。

【図17】第２の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する断面図（その１）である。

【図18】第２の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する断面図（その２）である。

【図19】第２の実施の形態の変形例に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0012】

〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの構造］
まず、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプを例示する平面模式図である。

【0013】

図１を参照するに、ループ型ヒートパイプ１は、蒸発器１０と、凝縮器２０と、蒸気管３０と、液管４０とを有する。ループ型ヒートパイプ１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２に収容することができる。

【0014】

ループ型ヒートパイプ１において、蒸発器１０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２０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１０と凝縮器２０は、蒸気管３０及び液管４０により接続されており、蒸気管３０及び液管４０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５０が形成されている。

【0015】

図２は、第１の実施の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１及び図２に示すように、蒸発器１０には、例えば４つの貫通孔１０ｘが形成されている。蒸発器１０に形成された各貫通孔１０ｘと回路基板１００に形成された各貫通孔１００ｘにボルト１５０を挿入し、回路基板１００の下面側からナット１６０で止めることにより、蒸発器１０と回路基板１００とが固定される。蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０及び液管４０は、上面１ａと、上面１ａとは反対側の下面１ｂとを有する。本開示において平面視とは、上面１ａに垂直な方向から視ることをいう。

【0016】

回路基板１００には、例えば、ＣＰＵ等の発熱部品１２０がバンプ１１０により実装され、発熱部品１２０の上面が蒸発器１０の下面１ｂと密着する。蒸発器１０内の作動流体Ｃは、発熱部品１２０で発生した熱により気化し、蒸気Ｃｖが生成される。

【0017】

図１に示すように、蒸発器１０に生成された蒸気Ｃｖは、蒸気管３０を通って凝縮器２０に導かれ、凝縮器２０において液化する。これにより、発熱部品１２０で発生した熱が凝縮器２０に移動し、発熱部品１２０の温度上昇が抑制される。凝縮器２０で液化した作動流体Ｃは、液管４０を通って蒸発器１０に導かれる。蒸気管３０の幅Ｗ_１は、例えば、８ｍｍ程度とすることができる。又、液管４０の幅Ｗ_２は、例えば、６ｍｍ程度とすることができる。

【0018】

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１２０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。

【0019】

蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０、及び液管４０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。後述のように、蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０、及び液管４０は、金属層６１～６６の６層が積層された構造を有する（図４～図７参照）。蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０、及び液管４０において、金属層６１及び６６が最外金属層であり、金属層６２～６５が中間金属層である。但し、蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０、及び液管４０は、最外層となる一対の最外金属層と、最外金属層の間の１又は２以上の金属層が積層されてなる中間金属層とを備えていればよい。

【0020】

金属層６１～６６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６１～６６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６１～６６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。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。

【0021】

蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０、及び液管４０は、それぞれ、作動流体Ｃ又はその蒸気Ｃｖが流れる方向及び金属層６１～６６の積層方向の両方向に垂直な方向の両端部に、金属層６１～６６のすべてが積層されて構成された管壁９０を有する。

【0022】

ここで、液管４０の構造について説明する。図３～図７は、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する図である。図３は、図１中のＡ部の平面図である。図４は、図３中のIV－IV線に沿う断面図であり、図５は、図４の分解図である。図６は、図３中のVI－VI線に沿う断面図であり、図７は、図６の分解図である。図３では、液管４０内の多孔質体及び支柱の平面形状を示すため、一方の最外層となる金属層（図４～図７に示す金属層６１）の図示が省略されている。図３～図７において、金属層６１～６６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（他の図も同様）。又、本開示における平面視とは、Ｚ方向からの平面視を意味する。

【0023】

図３～図７に示すように、液管４０の中間金属層（金属層６２～６５）には、管壁９０の一部を構成する一対の壁部９１と、一対の壁部９１の間の多孔質体６０とが設けられている。又、液管４０の中間金属層（金属層６２～６５）には、多孔質体６０を貫通し、金属層６１と金属層６６とを接合するソリッドな支柱８１が設けられている。

【0024】

多孔質体６０は、１層目の金属層６１（一方の最外金属層）の下面及び６層目の金属層６６（他方の最外金属層）の上面と接している。金属層６１及び金属層６６には、孔や溝は形成されていない。これに対して、図４～図７に示すように、多孔質体６０を構成する２層目の金属層６２には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６２ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６２ｙとが、それぞれ複数個形成されている。

【0025】

有底孔６２ｘと有底孔６２ｙとは、平面視でＸ方向に交互に配置されている。又、有底孔６２ｘと有底孔６２ｙ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６２ｘと有底孔６２ｙ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６２ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔６２ｘと有底孔６２ｙ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６２ｘと有底孔６２ｙとは、細孔を形成していない。

【0026】

有底孔６２ｘ及び６２ｙ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６２ｘ及び６２ｙの深さは、例えば、金属層６２の厚さの半分程度とすることができる。隣接する有底孔６２ｘの間隔は、例えば、１００μｍ～４００μｍ程度とすることができる。隣接する有底孔６２ｙの間隔は、例えば、１００μｍ～４００μｍ程度とすることができる。

【0027】

有底孔６２ｘ及び６２ｙ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６２ｘ及び６２ｙの内壁は、底面に対して垂直であっても構わない。有底孔６２ｘ及び６２ｙの内壁面の形状は、テーパ形状や垂直に限らない。例えば、有底孔６２ｘ及び６２ｙの内壁面が湾曲面からなる凹形状とすることができる。湾曲面からなる凹形状としては、例えば、断面形状が略半円形や略半楕円形となる凹形状が挙げられる。細孔６２ｚの短手方向の幅は、例えば、１０μｍ～５０μｍ程度とすることができる。又、細孔６２ｚの長手方向の幅は、例えば、５０μｍ～１５０μｍ程度とすることができる。

【0028】

図４～図７に示すように、多孔質体６０を構成する３層目の金属層６３には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６３ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６３ｙとが、それぞれ複数個形成されている。

【0029】

金属層６３では、有底孔６３ｘのみがＸ方向に配置された列と、有底孔６３ｙ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６３ｘと有底孔６３ｙ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６３ｚを形成している。

【0030】

但し、細孔６３ｚを形成する隣接する有底孔６３ｘと有底孔６３ｙとは、中心位置がＸ方向にずれている。言い換えれば、細孔６３ｚを形成する有底孔６３ｘと有底孔６３ｙ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６３ｘ及び６３ｙ、細孔６３ｚの形状等は、例えば、有底孔６２ｘ及び６２ｙ、細孔６２ｚの形状等と同様とすることができる。

【0031】

金属層６２の有底孔６２ｙと、金属層６３の有底孔６３ｘ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６２と金属層６３との界面には、細孔は形成されない。有底孔６２ｙと有底孔６３ｘとが平面視でずれて配置され、金属層６２と金属層６３との界面に細孔が形成されていてもよい。

【0032】

図４～図７に示すように、多孔質体６０を構成する４層目の金属層６４には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６４ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６４ｙとが、それぞれ複数個形成されている。

【0033】

有底孔６４ｘと有底孔６４ｙとは、平面視でＸ方向に交互に配置されている。又、有底孔６４ｘと有底孔６４ｙ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６４ｘと有底孔６４ｙ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６４ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔６４ｘと有底孔６４ｙ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６４ｘと有底孔６４ｙとは、細孔を形成していない。有底孔６４ｘ及び６４ｙ、細孔６４ｚの形状等は、例えば、有底孔６２ｘ及び６２ｙ、細孔６２ｚの形状等と同様とすることができる。

【0034】

金属層６３の有底孔６３ｙと、金属層６４の有底孔６４ｘ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６３と金属層６４との界面には、細孔は形成されない。有底孔６３ｙと有底孔６４ｘとが平面視でずれて配置され、金属層６３と金属層６４との界面に細孔が形成されていてもよい。

【0035】

図４～図７に示すように、多孔質体６０を構成する５層目の金属層６５には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６５ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６５ｙとが、それぞれ複数個形成されている。

【0036】

金属層６５では、有底孔６５ｘのみがＸ方向に配置された列と、有底孔６５ｙ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６５ｘと有底孔６５ｙ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６５ｚを形成している。

【0037】

但し、細孔６５ｚを形成する隣接する有底孔６５ｘと有底孔６５ｙとは、中心位置がＸ方向にずれている。言い換えれば、細孔６５ｚを形成する有底孔６５ｘと有底孔６５ｙ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６５ｘ及び６５ｙ、細孔６５ｚの形状等は、例えば、有底孔６２ｘ及び６２ｙ、細孔６２ｚの形状等と同様とすることができる。

【0038】

金属層６４の有底孔６４ｙと、金属層６５の有底孔６５ｘ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６４と金属層６５との界面には、細孔は形成されない。有底孔６４ｙと有底孔６５ｘとが平面視でずれて配置され、金属層６４と金属層６５との界面に細孔が形成されていてもよい。

【0039】

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６０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。

【0040】

多孔質体６０を構成する有底孔の少なくとも一部は、凝縮器２０内の流路５０と連通している。これにより、作動流体Ｃが多孔質体６０内に浸透することができる。

【0041】

このように、液管４０には多孔質体６０が設けられており、多孔質体６０は液管４０に沿って蒸発器１０の近傍まで延びている。これにより、多孔質体６０に生じる毛細管力によって、液管４０内の液相の作動流体Ｃが蒸発器１０まで誘導される。

【0042】

その結果、蒸発器１０からのヒートリーク等によって液管４０内を蒸気Ｃｖが逆流しようとしても、多孔質体６０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。

【0043】

なお、液管４０には作動流体Ｃを注入するための注入口（図示せず）が形成されているが、注入口は封止部材により塞がれており、ループ型ヒートパイプ１内は気密に保たれる。

【0044】

支柱８１は、例えば、液管４０内の複数箇所に、多孔質体６０を貫通するようにして配置されている。支柱８１は、例えば、液管４０に沿って延びており、平面視で作動流体Ｃが流れる方向（Ｙ方向）に延びる長方形状の平面形状を備える。例えば、支柱８１は、平面視で格子状に配置されている。すなわち、Ｙ方向に複数の支柱８１が並んで配置され、Ｘ方向にも複数の支柱８１が並んで配置されている。

【0045】

図４～図７に示すように、２層目の金属層６２には、壁部９１の一部を構成する第１部分６２１と、多孔質体６０の一部を構成する第２部分６２２と、支柱８１の一部を構成する第３部分６２３とが設けられている。第２部分６２２は第１部分６２１に連結され、第３部分６２３は第２部分６２２に連結されている。第１部分６２１及び第３部分６２３には、孔や溝は形成されていない。第２部分６２２には、有底孔６２ｘと、有底孔６２ｙと、細孔６２ｚとが形成されている。後述のように、第１部分６２１、第２部分６２２及び第３部分６２３は、１枚の金属層をエッチングすることにより形成されている。すなわち、第１部分６２１、第２部分６２２及び第３部分６２３は一体的に形成されている。

【0046】

図４～図７に示すように、３層目の金属層６３には、壁部９１の一部を構成する第１部分６３１と、多孔質体６０の一部を構成する第２部分６３２と、支柱８１の一部を構成する第３部分６３３とが設けられている。第２部分６３２は第１部分６３１に連結され、第３部分６３３は第２部分６３２に連結されている。第１部分６３１及び第３部分６３３には、孔や溝は形成されていない。第２部分６３２には、有底孔６３ｘと、有底孔６３ｙと、細孔６３ｚとが形成されている。後述のように、第１部分６３１、第２部分６３２及び第３部分６３３は、１枚の金属層をエッチングすることにより形成されている。すなわち、第１部分６３１、第２部分６３２及び第３部分６３３は一体的に形成されている。

【0047】

図４～図７に示すように、４層目の金属層６４には、壁部９１の一部を構成する第１部分６４１と、多孔質体６０の一部を構成する第２部分６４２と、支柱８１の一部を構成する第３部分６４３とが設けられている。第２部分６４２は第１部分６４１に連結され、第３部分６４３は第２部分６４２に連結されている。第１部分６４１及び第３部分６４３には、孔や溝は形成されていない。第２部分６４２には、有底孔６４ｘと、有底孔６４ｙと、細孔６４ｚとが形成されている。後述のように、第１部分６４１、第２部分６４２及び第３部分６４３は、１枚の金属層をエッチングすることにより形成されている。すなわち、第１部分６４１、第２部分６４２及び第３部分６４３は一体的に形成されている。

【0048】

図４～図７に示すように、５層目の金属層６５には、壁部９１の一部を構成する第１部分６５１と、多孔質体６０の一部を構成する第２部分６５２と、支柱８１の一部を構成する第３部分６５３とが設けられている。第２部分６５２は第１部分６５１に連結され、第３部分６５３は第２部分６５２に連結されている。第１部分６５１及び第３部分６５３には、孔や溝は形成されていない。第２部分６５２には、有底孔６５ｘと、有底孔６５ｙと、細孔６５ｚとが形成されている。後述のように、第１部分６５１、第２部分６５２及び第３部分６５３は、１枚の金属層をエッチングすることにより形成されている。すなわち、第１部分６５１、第２部分６５２及び第３部分６５３は一体的に形成されている。

【0049】

第１部分６２１、６３１、６４１及び６５１はベタ状の部分である。第３部分６２３、６３３、６４３及び６５３もベタ状の部分である。平面視で、第１部分６２１、６３１、６４１及び６５１が互いに重なり合い、第２部分６２２、６３２、６４２及び６５２が互いに重なり合い、第３部分６２３、６３３、６４３及び６５３が互いに重なり合っている。又、上述のように、金属層６１～６６は、固相接合等により互いに直接接合されている。第１部分６２１、６３１、６４１及び６５１が互いに接合されて壁部９１が構成されている。金属層６１の一部と、壁部９１と、金属層６６の一部とから管壁９０が構成されている。第２部分６２２、６３２、６４２及び６５２が互いに接合されて多孔質体６０が構成されている。第３部分６２３、６３３、６４３及び６５３が互いに接合されてソリッドな支柱８１が構成されている。支柱８１は金属層６１及び金属層６６に接合されている。

【0050】

次に、蒸発器１０の構造について説明する。図８～図１０は、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器を例示する図である。図８は平面図である。図９は、図８中のIX－IX線に沿う断面図である。図１０は、図８中のX－X線に沿う断面図である。図８では、蒸発器１０内の多孔質体及び支柱の平面形状を示すため、一方の最外層となる金属層（図９～図１０に示す金属層６１）の図示が省略されている。

【0051】

図８～図１０に示すように、蒸発器１０の中間金属層（金属層６２～６５）には、管壁９０の一部を構成する一対の壁部９１と、一対の壁部９１の間の多孔質体６０とが設けられている。又、蒸発器１０の中間金属層（金属層６２～６５）には、多孔質体６０を貫通し、金属層６１と金属層６６とを接合するソリッドな支柱８２及び８３が設けられている。

【0052】

図８に示すように、蒸発器１０内の多孔質体６０は、連結部６０ｖ及び突起部６０ｗを備えている。

【0053】

連結部６０ｖは、平面視において、Ｘ方向の最も液管４０側（蒸発器１０に液管４０が接続されている側）に設けられ、Ｙ方向に延びている。連結部６０ｖの液管４０側の面の一部は、蒸発器１０の管壁９０に接し、残りの一部は、液管４０内の多孔質体６０とつながっている。連結部６０ｖの蒸気管３０側の面の一部は、突起部６０ｗと連結しており、残りの一部は空間７０に接している。

【0054】

突起部６０ｗは、平面視において、連結部６０ｖから蒸気管３０側に複数突起している。

【0055】

各々の突起部６０ｗは所定間隔でＹ方向に並置されており、各々の突起部６０ｗの蒸気管３０側の端部は、蒸発器１０の管壁９０から離間している。そして、各々の突起部６０ｗの蒸気管３０側の端部は互いに連結されていない。一方で、各々の突起部６０ｗの液管４０側の端部は、連結部６０ｖを介して連結されている。言い換えれば、蒸発器１０内の多孔質体６０は、平面視において、連結部６０ｖと複数の突起部６０ｗとを有する櫛歯状に形成されている。

【0056】

蒸発器１０内において、多孔質体６０が設けられていない領域には空間７０が形成されている。空間７０は、蒸気管３０の流路５０とつながっている。

【0057】

液管４０側から作動流体Ｃが蒸発器１０に導かれ、多孔質体６０に浸透する。蒸発器１０内で多孔質体６０に浸透した作動流体Ｃは発熱部品１２０で発生した熱により気化して蒸気Ｃｖが生成され、蒸気Ｃｖは蒸発器１０内の空間７０を通って蒸気管３０へ流れる。なお、図８において、突起部６０ｗ（櫛歯）の数を３つとしたのは一例であり、突起部６０ｗ（櫛歯）の数は適宜決定することができる。突起部６０ｗと空間７０との接触面積が増えれば作動流体Ｃが蒸発しやすくなり、圧力損失を低減できる。

【0058】

支柱８２は、例えば、連結部６０ｖ内の複数箇所に、多孔質体６０を貫通するようにして配置されている。支柱８２は、例えば、Ｘ方向を短軸方向、Ｙ軸方向を長軸方向とする楕円形状の平面形状を備える。例えば、Ｙ方向に複数の支柱８２が並んで配置されている。

【0059】

支柱８３は、例えば、各突起部６０ｗ内に１つずつ、多孔質体６０を貫通するようにして配置されている。支柱８３は、例えば、Ｘ方向に延びる長方形状の平面形状を備える。

【0060】

蒸発器１０内の多孔質体６０は液管４０内の多孔質体６０と同様の構成を備える。支柱８２及び８３は、支柱８１と同様の構成を備える。すなわち、金属層６２～６５の第１部分６２１、６３１、６４１及び６５１が互いに接合されて壁部９１が構成されている。金属層６１の一部と、壁部９１と、金属層６６の一部とから蒸発器１０の管壁９０が構成されている。金属層６２～６５の第２部分６２２、６３２、６４２及び６５２が互いに接合されて蒸発器１０内の多孔質体６０が構成されている。金属層６２～６５の第３部分６２３、６３３、６４３及び６５３が互いに接合されてソリッドな支柱８２及び８３が構成されている。支柱８２及び８３は金属層６１及び金属層６６に接合されている。

【0061】

このように、液管４０には支柱８１が設けられており、支柱８１が金属層６１と金属層６６とを接合している。又、蒸発器１０には支柱８２及び８３が設けられており、支柱８２及び８３が金属層６１と金属層６６とを接合している。このため、ループ型ヒートパイプ１が使用される環境温度等の温度の変化に起因して作動流体Ｃ又はその蒸気Ｃｖの体積変化が生じたとしても、ループ型ヒートパイプ１の変形を抑制することができる。支柱８１～８３がソリッドな部材、つまり、孔や溝等が形成されていない中実な部材であるため、支柱８１～８３は金属層６１と金属層６６とを強固に接合することができる。

【0062】

支柱８１、８２及び８３が設けられていない場合、多孔質体６０に浸透した液体の作動流体Ｃの相変化に起因して作動流体Ｃの体積が変化し、多孔質体６０と金属層６１との間や、多孔質体６０と金属層６６との間で剥離が生じるおそれがある。このような剥離が生じると、剥離が生じた界面にも作動流体Ｃが浸透するようになり、体積変化が大きくなることがある。そして、大きな体積変化が生じると、ループ型ヒートパイプ１の周辺の部材等を圧迫したり、管壁９０の近傍で金属層６１、６６に破断が生じたりするおそれがある。

【0063】

これに対し、本実施形態では、支柱８１、８２及び８３が多孔質体６０を貫通するようにして設けられているため、同程度の温度変化が生じたとしても、多孔質体６０の周辺での金属層６１と金属層６６との間の距離の変化を抑制できる。つまり、ループ型ヒートパイプ１の膨張等の変形を抑制し、多孔質体６０と金属層６１との間や、多孔質体６０と金属層６６との間で剥離を抑制できる。

【0064】

［第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法］
次に、第１の実施の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１１及び図１２は、第１の実施の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る。図１１及び図１２は、図４に対応する断面を示す。図示を省略するが、図１１及び図１２に示す工程では、図６、図９及び図１０に対応する断面においても、図４に対応する断面と同様の処理が行われる。

【0065】

まず、図１１（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６２０を準備する。そして、金属シート６２０の上面にレジスト層３１０を形成し、金属シート６２０の下面にレジスト層３２０を形成する。金属シート６２０は、最終的に金属層６２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６２０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。

【0066】

次に、図１１（ｂ）に示す工程では、金属シート６２０の多孔質体６０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６２０の上面を選択的に露出する開口部３１０ｘを形成する。又、レジスト層３２０を露光及び現像して、金属シート６２０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４に示した有底孔６２ｘ及び６２ｙの形状及び配置に対応するように形成する。

【0067】

次に、図１１（ｃ）に示す工程では、開口部３１０ｘ内に露出する金属シート６２０を金属シート６２０の上面側からハーフエッチングすると共に、開口部３２０ｘ内に露出する金属シート６２０を金属シート６２０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６２０の上面側に有底孔６２ｘが形成され、下面側に有底孔６２ｙが形成される。又、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６２ｚが形成される。金属シート６２０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。

【0068】

次に、図１１（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６２が完成する。金属層６２は、第１部分６２１、第２部分６２２及び第３部分６２３を含む。このように、第１部分６２１、第２部分６２２及び第３部分６２３は、１枚の金属シート６２０をエッチングすることにより形成される。図１１（ｄ）に示すように、第２部分６２２と第３部分６２３とは互いに連結されている。又、第１部分６２１と第２部分６２２とは、図１１（ｄ）に示す断面に現れない部分を介して互いに連結されている。

【0069】

次に、図１２（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６１及び６６を準備する。又、金属層６２と同様の方法により、金属層６３、６４、及び６５を形成する。金属層６３、６４、及び６５に形成される有底孔及び細孔の位置は、例えば、図４に示した通りである。

【0070】

次に、図１２（ｂ）に示す工程では、図１２（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。この時、金属層６２～６５の第３部分６２３～６５３が、平面視で重なり合うように位置合わせを行う。これにより、隣接する金属層同士が直接接合され、蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０、及び液管４０を有するループ型ヒートパイプ１が完成し、液管４０及び蒸発器１０に多孔質体６０が形成される。又、多孔質体６０を貫通するようにして支柱８１～８３も形成される。その後、真空ポンプ等を用いて液管４０内を排気した後、図示しない注入口から液管４０内に作動流体Ｃを注入し、その後注入口を封止する。

【0071】

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６１～６６の全ての材料を同一にすることが好ましい。

【0072】

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、一定の大きさの細孔を金属層内に形成できる。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１０から液管４０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】

又、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。例えば、金属層６２～６５の第３部分６２３～６５３が平面視で重なり合うため、金属層６１と金属層６６との間で第３部分６２３～６５３が強固に加圧され、支柱８１～８３は金属層６１及び６６に強固に接合される。

【0074】

なお、多孔質体６０は、凝縮器２０の一部にも設けられてよく、蒸気管３０の一部にも設けられてよい。

【0075】

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、支柱８１の配置が第１の実施の形態と相違する。第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。図１３は、第１の実施の形態の変形例１に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する平面図である。図１３は、図１中のＡ部に相当する部分の平面図である。図１３では、液管４０内の多孔質体及び支柱の平面形状を示すため、金属層６１の図示が省略されている。

【0076】

第１の実施の形態の変形例１では、図１３に示すように、Ｘ方向で隣り合う支柱８１の間でＹ方向の位置がずれている。他の構成は第１の実施の形態と同様である。

【0077】

変形例１によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0078】

なお、支柱８１はＹ方向に複数点在するようにして設けられている必要はなく、例えば液管４０と同等の長さの支柱８１が凝縮器２０から蒸発器１０まで延びるようにして、設けられていてもよい。

【0079】

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、一部の支柱８１の構成が第１の実施の形態と相違する。第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。図１４は、第１の実施の形態の変形例２に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する断面図である。図１４は、図３中のIV－IV線に沿う断面図に相当する。

【0080】

第１の実施の形態の変形例２では、図１４に示すように、一部の支柱８１に含まれる第３部分６２３～６５３のＸ方向の位置がずれている。ただし、各支柱８１内で、少なくとも、第３部分６２３の一部と、第３部分６３３の一部と、第３部分６４３の一部と、第３部分６５３の一部とが重なり合っている。すなわち、第３部分６２３、６３３、６４３及び６５３の各々は、平面視で他の第３部分と重なる領域を含む。他の構成は第１の実施の形態と同様である。

【0081】

変形例２によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。変形例２によれば、多孔質体６０の種々のレイアウトに対応しやすい。

【0082】

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、支柱８３の配置が第１の実施の形態と相違する。第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。図１５は、第１の実施の形態の変形例３に係るループ型ヒートパイプの蒸発器を例示する図である。図１５では、蒸発器１０内の多孔質体及び支柱の平面形状を示すため、金属層６１の図示が省略されている。

【0083】

第１の実施の形態の変形例３では、図１５に示すように、支柱８３が、各突起部６０ｗ内に３つずつ、Ｘ方向に並んで配置されている。他の構成は第１の実施の形態と同様である。

【0084】

変形例３によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0085】

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、液管４０の構成が第１の実施の形態と相違する。第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。図１６～図１８は、第２の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する図である。図１６は、図１中のＡ部に相当する部分の平面図である。図１７は、図１６中のXVII－XVII線に沿う断面図である。図１７は、図１６中のXVIII－XVIII線に沿う断面図である。図１６では、液管４０内の多孔質体及び支柱の平面形状を示すため、金属層６１の図示が省略されている。

【0086】

第２の実施の形態では、図１６～図１８に示すように、液管４０内で、多孔質体６０が両側の管壁９０に接するようにして２箇所に設けられている。すなわち、多孔質体６０が対をなして液管４０内に設けられている。一方の多孔質体６０が一方の壁部９１と一体に形成され、他方の多孔質体６０が他方の壁部９１と一体に形成されている。支柱８１は一対の多孔質体６０の各々を貫通するように配置されている。支柱８１の一部が多孔質体６０の一方を貫通し、支柱８１の他の一部が多孔質体６０の他方を貫通している。２つの多孔質体６０の間に、作動流体Ｃが流れる空間５１が形成されている。空間５１は、２つの多孔質体６０の互いに対向する面と、金属層６１の下面と、金属層６６の上面とにより囲まれている。空間５１は流路５０の一部である。多孔質体６０を構成する有底孔の少なくとも一部は、空間５１と連通している。他の構成は第１の実施の形態と同様である。

【0087】

第２の実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。又、作動流体Ｃが空間５１内を流れることができる。

【0088】

〈第２の実施の形態の変形例〉
第２の実施の形態の変形例では、液管４０の構成が第２の実施の形態と相違する。第２の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。図１９は、第２の実施の形態の変形例に係るループ型ヒートパイプの液管を例示する平面図である。図１９は、図１中のＡ部に相当する部分の平面図である。図１９では、液管４０内の多孔質体及び支柱の平面形状を示すため、金属層６１の図示が省略されている。

【0089】

第２の実施の形態の変形例では、図１９に示すように、液管４０内で、多孔質体６０が両側の管壁９０から離間して設けられている。多孔質体６０と一方の管壁９０との間と、多孔質体６０と他方の管壁９０との間とに、作動流体Ｃが流れる空間５１が形成されている。空間５１は、管壁９０及び多孔質体６０の互いに対向する面と、金属層６１の下面と、金属層６６の上面とにより囲まれている。空間５１は流路５０の一部である。多孔質体６０を構成する有底孔の少なくとも一部は、空間５１と連通している。他の構成は第２の実施の形態と同様である。

【0090】

第２の実施の形態の変形例によっても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0091】

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。

【符号の説明】

【0092】

１ ループ型ヒートパイプ
１０ 蒸発器
２０ 凝縮器
３０ 蒸気管
４０ 液管
５０ 流路
６０ 多孔質体
６１～６６ 金属層
８１～８３ 支柱
９０ 管壁
９１ 壁部
６２１、６３１、６４１、６５１ 第１部分
６２２、６３２、６４２、６５２ 第２部分
６２３、６３３、６４３、６５３ 第３部分

【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】

【図19】