(57)【要約】【課題】焼結されたウイックから中子を容易に取り外すことができ、あるいは中子を取り外す際にウイックが破損してしまうことを抑制もしくは防止することができるウイックの製造方法およびウイック構造を提供する。【解決手段】型部材１４の内部に中子１６を配置して、その型部材１４と中子１６との間に第１の粉体１２ａを入れて焼結することによってウイックを製造するウイックの製造方法において、中子１６の外表面を、第１の粉体１２ａが焼結されて形成される空隙の断面積より大きい空隙の断面積を有する部材１３によって覆った後に、空隙の断面積が大きい部材１３と型部材１４との間に第１の粉体１２ａを入れて焼結してから、中子１６を取り除くことにより、第１の粉体１２ａが焼結されて形成された外層と、その内部に空隙の断面積が大きい部材１３によって形成された内層とを有するウイックを製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型部材の内部に中子を配置して、その型部材と中子との間に第１の粉体を入れて焼結することによってウイックを製造するウイックの製造方法において、
前記中子の外表面を、前記第１の粉体が焼結されて形成される空隙の断面積より大きい空隙の断面積を有する部材によって覆った後に、前記空隙の断面積が大きい部材と前記型部材との間に前記第１の粉体を入れて焼結してから、前記中子を取り除くことにより、前記第１の粉体が焼結されて形成された外層と、その内部に前記空隙の断面積が大きい部材によって形成された内層とを有するウイックを製造することを特徴とするウイックの製造方法。
【請求項２】
前記空隙の断面積が大きい部材は、金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュを含むことを特徴とする請求項１に記載のウイックの製造方法。
【請求項３】
前記空隙の断面積が大きい部材は、外径が前記粉体の外径より大きい第２の粉体を含むことを特徴とする請求項１に記載のウイックの製造方法。
【請求項４】
前記中子と前記型部材との間の空間を区画する壁部材を挿入して、該壁部材と前記中子との間に前記第２の粉体を入れて、前記壁部材と前記型部材との間に前記第１の粉体を入れた後に、前記壁部材を取り除き、ついで前記第１の粉体および前記第２の粉体を焼結することを特徴とする請求項３に記載のウイックの製造方法。
【請求項５】
前記中子を多孔質部材によって覆い、ついで前記多孔質部材によって覆われた中子を前記型部材の内部に配置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のウイックの製造方法。
【請求項６】
型部材に粉体を入れて焼結することにより形成されるウイック構造において、
前記粉体が焼結されて形成される外層と、
該外層の内側に、金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュによって形成された内層と
を備えていることを特徴とするウイック構造。
【請求項７】
前記金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュを前記型部材の内部に配置して、該金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュと前記型部材との間に粉体を入れて焼結することによって、前記外層および前記内層のそれぞれが形成されることを特徴とする請求項１に記載のウイック構造。
【請求項８】
前記粉体と前記金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュとが同一の素材で形成されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のウイック構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、潜熱として熱輸送することにより冷却対象部を冷却するヒートパイプに設けられたウイックの製造方法およびウイック構造に関するものであり、特に、粉体を焼結して形成されたウイックの製造方法およびウイック構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプに使用されるウイックは、毛管圧により液相の作動流体を吸収して流動させるように構成されている。その毛管圧は、空隙の断面積が小さいほど大きくなるので、特にトップヒートモードで使用されるループ型ヒートパイプには、金属粉体を焼結して形成された焼結ウイックが使用されている。一方、ウイックの空隙を小さく形成すると、液相の作動流体が流動する流路の断面積が小さくなってしまい、また焼結ウイックの場合には、空隙がラビリンス状になってしまうので、流動抵抗が大きくなる。その結果、ヒートパイプにおける乾留特性が低下してしまう可能性がある。
【０００３】
特許文献１ないし３に記載されたウイックは、空隙が大きい円筒状のウイックと、その外周側を囲う空隙が小さいウイックとを組み合わせることにより、内周側のウイックによって液相の作動流体を浸透させるとともに、外周側のウイックで生じる毛管圧によって作動流体を吸引するように構成されている。特に、特許文献１に記載されたウイックは、内周側のウイックに浸透した液相の作動流体が蒸発することを抑制もしくは防止するために、内周側のウイックを樹脂材料で形成することによって、外周側のウイックよりも内周側のウイックの熱伝導率を低くなるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３７０９７号公報
【特許文献２】特開平１０−２４６５８３号公報
【特許文献３】特開２００６−１２５７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
各特許文献１，２，３に記載された外周側のウイックは、高い毛管圧を発生させるために粉体を焼結して構成されている。また、特許文献１に記載されたウイックは、外周側のウイックの中空部に内周側のウイックを挿入して形成されている。すなわち、外周側のウイックと内周側のウイックとをそれぞれの異なった工程で形成した後に、各ウイックを組み付けている。一方、円筒状の焼結ウイックを形成するときには、中空部を形成する中子を、外周面を形成する型部材の内部に挿入した状態で、それら中子と型部材との間に粉体を入れて焼結するので、焼結に伴う熱によって中子が熱膨張して粉体を圧縮して形成することができる反面、焼結することにより粉体同士が結合されるので、焼結後におけるウイックの内径が小さくなって中子との摩擦力が増大してしまう。また、焼結後における中子とウイックとが部分的に焼結してしまう。そのため、中子をウイックの内部から取り除く際の力が大きくなったり、中子を取り除く際にウイックが破損したりする可能性がある。さらに、外周側のウイックにおける内周面は、焼結時に中子によって圧縮されるので、外周側のウイックにおける内周面に開口した空隙の断面積が小さくなるが、空隙の開口部が閉じられてしまう可能性がある。そのように空隙の開口部が閉じられてしまうと、内周側のウイックを浸透性が良好なものとした場合であっても、内周側のウイックから外周側のウイックに作動流体が浸透しにくくなり、その結果、作動流体を循環させるための毛管圧が低下したり、外周側のウイックでのドライアウトが生じたりする可能性がある。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、焼結されたウイックから中子を容易に取り外すことができ、あるいは中子を取り外す際にウイックが破損してしまうことを抑制もしくは防止することができるウイックの製造方法およびウイック構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、型部材の内部に中子を配置して、その型部材と中子との間に第１の粉体を入れて焼結することによってウイックを製造するウイックの製造方法において、前記中子の外表面を、前記第１の粉体が焼結されて形成される空隙の断面積より大きい空隙の断面積を有する部材によって覆った後に、前記空隙の断面積が大きい部材と前記型部材との間に前記第１の粉体を入れて焼結してから、前記中子を取り除くことにより、前記第１の粉体が焼結されて形成された外層と、その内部に前記空隙の断面積が大きい部材によって形成された内層とを有するウイックを製造することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記空隙の断面積が大きい部材は、金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュを含むことを特徴とするウイックの製造方法である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記空隙の断面積が大きい部材は、外径が前記粉体の外径より大きい第２の粉体を含むことを特徴とするウイックの製造方法である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記中子と前記型部材との間の空間を区画する壁部材を挿入して、該壁部材と前記中子との間に前記第２の粉体を入れて、前記壁部材と前記型部材との間に前記第１の粉体を入れた後に、前記壁部材を取り除き、ついで前記第１の粉体および前記第２の粉体を焼結することを特徴とするウイックの製造方法である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記中子を多孔質部材によって覆い、ついで前記多孔質部材によって覆われた中子を前記型部材の内部に配置することを特徴とするウイックの製造方法である。
【００１２】
請求項６の発明は、型部材に粉体を入れて焼結することにより形成されるウイック構造において、前記粉体が焼結されて形成される外層と、該外層の内側に、金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュによって形成された内層とを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュを前記型部材の内部に配置して、該金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュと前記型部材との間に粉体を入れて焼結することによって、前記外層および前記内層のそれぞれが形成されることを特徴とするウイック構造である。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項６または請求項７の発明において、前記粉体と前記金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束またはメッシュとが同一の素材で形成されていることを特徴とするウイック構造である。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、型部材の内部に中子を配置して、その型部材と中子との間に第１の粉体を入れて焼結することで、焼結されて形成されるウイックの外形を形成することができる。また、その中子の外表面を、第１の粉体が焼結されて形成される空隙の断面積より断面積が大きい空隙を有する部材によって覆った後に、空隙の断面積が大きい部材と型部材との間に第１の粉体を入れてから焼結される。そのため、空隙の断面積が大きい部材と中子とが焼結されにくく、その結果、中子を取り除く際に必要な力を低下させることができ、または中子を取り除く際にウイックが破損してしまうことを抑制もしくは防止することができる。
【００１６】
また、金属材料または耐熱性無機繊維の細線の束もしくはメッシュによって中子を覆うことによって、細線によって形成された内層が補強部材として機能することができる。そのため、焼結時における温度を過剰に高める必要がなく、その結果、ウイックの製造に伴うコストを低下させることができる。また、焼結時に中子を覆う部材が揮発あるいは溶融してしまうことを抑制もしくは防止することができる。さらに、焼結して粉体同士が連結されて外層の内径が小さくなったとしても、中子と外層との間には、内層が介在するので、中子が過剰に圧縮されてしまうことを抑制もしくは防止することができる。そのため、中子を取り除く際に必要な力をより一層低下させることができ、または中子を取り除く際にウイックが破損してしまうことを抑制もしくは防止することができる。
【００１７】
さらに、内層と外層とを同時に焼結することによって、内層と外層とを一体に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係るウイックの製造方法を説明するための断面図である。
【図２】ループ型ヒートパイプを示す斜視図である。
【図３】蒸発器の構成を説明するための断面図である。
【図４】図３におけるIV-IV線に沿う断面を示した図である。
【図５】他の形状のウイックの製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
つぎに、この発明に係るウイックを使用できるループ型ヒートパイプの一例について説明する。図２に示すループ型ヒートパイプは、図示しない発熱部から熱を吸収して、液相の作動流体を気相の作動流体に相変化させる蒸発器２と、その蒸発器２から流入した気相の作動流体の熱を放熱して液相の作動流体に相変化させる凝縮器３と、蒸発器２から排出された気相の作動流体が凝縮器３に向けて流動する蒸気管４と、凝縮器３から液相の作動流体が蒸発器２に向けて流動する液管５とを有している。これら各部材２，３，４，５は、それぞれ気密状に連結されており、内部に予め供給された作動流体が相変化しながら循環するように構成されている。具体的には、蒸発器２で発熱部から吸熱した熱によって、気相の作動流体に相変化して凝縮器３に流動するとともに、その作動流体に潜熱として熱輸送され、その熱が凝縮器３から放熱されることで、発熱部を冷却することができる。また、その作動流体は、蒸発器２の内部に設けられたウイック（後述する）で生じる毛管圧や、熱エネルギーを吸収して流動する気相の作動流体のエネルギーなどによって、蒸発器２と凝縮器３とを循環するように構成されている。
【００２０】
ここで、蒸発器２の構成について説明する。図２に示す蒸発器２は、図３に示すようにその蒸発器２の外観を成すコンテナ６と、コンテナ６の内部に設けられたウイック７と、液管５に連結されたバイオネット管８とを備えている。図３に示すコンテナ６は、銅などの熱伝導率の良好な金属材料によって円筒状に形成されており、そのコンテナ６の両端部には、それぞれ中心に貫通孔が形成されたキャップ９ａ，９ｂが連結されている。また、コンテナ６における蒸気管４側の内周面には、軸線方向に沿って複数のスリット１０，１０が円周方向にそれぞれ所定の間隔を空けて形成されている。なお、図４には、図３におけるIV-IV線に沿うコンテナ６の断面図を示している。さらに、コンテナ６における液管５側の内部は、液相の作動流体を一時的に貯留する液溜め部１１として機能するように構成されており、その内径は、スリット１０における凹部１０ａとほとんど同一の径に形成されている。
【００２１】
そして、蒸気管４側のキャップ９ａにおける貫通孔に、蒸気管４における一方側の開口端が溶接などによって気密状に連結され、液管５側のキャップ９ｂにおける貫通孔に、液管５における一方側の開口端が溶接などによって気密状に連結されている。また、液管５の内部には、液管５の内径より小径に形成された円筒状のバイオネット管８が設けられており、そのバイオネット管８が貫通孔を通ってコンテナ６の内部にまで伸びて配置されている。より具体的には、バイオネット管８の一方の端部が後述するウイック７の中空部に位置するように設けられている。
【００２２】
つぎに、図３に示すウイックの構成について説明する。図３に示すウイック７は、蒸気管４側を閉じた有底円筒状の部材であって、ウイック７の内面と所定の間隔を空けて軸線方向における中空部の中央部分までバイオネット管８が配置されている。また、ウイック７は、液管５側の外径が蒸気管４側の外径より大きく形成されており、その液管５側の部分７ａが、上記液溜め部１１におけるコンテナ６の内面と密着するように形成されている。さらに、蒸気管４側の外径は、コンテナ６の内面に形成されたスリット１０における凸部１０ｂの内面と接触するように形成されている。すなわち、ウイック７は、液管５側からコンテナ６の内部に挿入され、スリット１０における液管５側の端部によって位置決めされている。上記のようにウイック７は、コンテナ６の内面あるいはスリット１０における凸部１０ｂの内面と接触しており、その接触面を介してコンテナ６から熱が伝達されるように構成されている。以下、ウイック７における蒸気管４側の部分を蒸発部７ｂと記す。また、上述したようにウイック７における液管５側の外周面がコンテナ６の内周面と密着するように構成されているので、液溜め部１１に貯留された液相の作動流体が、蒸発部７ｂの外周面あるいは蒸気管４に流動してしまうことを防止するシールとして機能するように構成されている。さらに、ウイック７の外周面とスリット１０における凸部１０ｂの内周面とが接触するように構成されているので、ウイック７に熱が伝達されて、ウイック７内に浸透した液相の作動流体が気相の作動流体に相変化し、その気相の作動流体が、スリット１０における凹部１０ａを流動して蒸気管４側に流動するように構成されている。すなわち、スリット１０における凹部１０ａが、気相の作動流体が流動する流路として機能するように構成されている。
【００２３】
また、図３に示すウイック７は、外形を成す外周側のウイック１２と、その外周側のウイック１２の内周側に一体に連結された内周側のウイック１３とによって形成されている。まず、外周側のウイック１２の構成について説明する。外周側のウイック１２は、上記ウイック７の外形と同一の形状に形成された有底円筒状のものであって、その内径は、上記ウイック７の内径より若干大きく形成されている。また、外周側のウイック１２は、銅やニッケルあるいはチタンなどの金属材料の粉体を焼結して形成された多孔質の焼結ウイックであって、粉体同士が部分的に焼結されることによって、複数の微少な空隙が形成されたものである。したがって、外周側のウイック１２は、微小の断面積の空隙によって作動流体を吸引する毛管圧を生じさせることができる。言い換えると、十分な毛管圧を生じさせる程度に、粉体の粒子径や焼結させることによる空隙の断面積を定められている。
【００２４】
さらに、外周側のウイック１２の内周面に一体に形成された内周側のウイック１３は、細線を束ねて形成され、あるいは細線を編んで形成された多孔質の細線ウイックであって、有底円筒状に形成されている。そして、内周側のウイック１３における外周面および先端部が、外周側のウイック１２の内面と密着して形成されている。なお、内周側のウイック１３は、外周側のウイック１２と同一の材料であってもよく、カーボン繊維などの耐熱性無機繊維であってもよい。この内周側のウイック１３は、上記外周側のウイック１２より空隙の断面積が大きく形成されている。なお、内周側のウイック１３は、液相の作動流体濡れ性が良好であることが好ましい。
【００２５】
上述したように蒸発器２を構成することによって、ウイック７の中空部に液管５を介してバイオネット管８から液相の作動流体が供給される。そして、その液相の作動流体の一部は、ウイック７の内部に浸透し、ウイック７に浸透しきれない余剰の作動流体が、ウイック７の内周面を流動して液溜め部１１に供給されて一時的に貯留される。また、ウイック７に浸透した作動流体は、毛管圧によってウイック７の外周側に吸引される。これは、ウイック７の外周面が、コンテナ６の内面あるいはスリット１０における凸部１０ｂの内面に接触しているため、その部分で液相の作動流体が気相の作動流体に相変化するとともに、気相の作動流体が蒸気管４に流動するためである。そして、ウイック７の外周側に吸引された作動流体が、気相の作動流体に相変化するとともに、コンテナ６から伝達された熱を潜熱として蒸気管４を介して凝縮器３に熱輸送する。
【００２６】
ここで、上述したウイック７の製造方法について説明する。図１は、上記ウイック７の製造方法を説明するための図であり、外周側のウイック１２の外形を形成するための型部材１４が使用される。具体的には、上記外周側のウイック１２における比較的外径が大きく形成された部分の外径と同一の内径を有する部分と、外径が小さく形成された部分の外径と同一の内径を有する部分とを有する型部材１４が使用される。また、型部材１４は、中空状に形成されており、一方の端部側、より具体的には、内径が大きく形成された側の端部が開口しており、他方側の端部は、粉体を入れるための貫通孔を有した円板部１５によって閉じられている。
【００２７】
その型部材１４の内部に、円柱状に形成された中子１６が挿入される。なお、中子１６の材料は、焼結する際の温度によって溶融してしまうことがない材料であればよく、その一例として、ステンレス鋼などを使用することができる。また、中子１６の一方の端部は、型部材１４の上記一方の端部を密着して閉じるように形成されている。すなわち、型部材１４の一方の端部の内径より大きく形成された部分を有する中子１６を、型部材１４に組み付けることによって、型部材１４の開口部が閉じられるように形成されている。
【００２８】
そして、中子１６は、内周側のウイック１３を形成するための材料に覆われた状態で、型部材１４に組み付けられる。具体的には、銅やニッケルあるいはチタンなどの金属材料の細線あるいはカーボンなどの耐熱性無機繊維を束ね、あるいは編み込んだものによって中子１６を覆い、その状態で型部材１４の開口部側から中子１６が挿入されて組み付けられる。中子１６を型部材１４に組み付けた後に、上記円板部１５における貫通孔から、外周側のウイック１２を形成するための粉体１２ａ，１２ａが入れられ、その貫通孔をピン１７などによって閉じる。
【００２９】
上述したように内周側のウイック１３および外周側のウイック１２を形成するための材料を型部材１４の内部に挿入して密封した状態で、型部材１４の外部から加熱して焼結させた後、所定の温度まで低下したら、中子１６を型部材１４から取り外し、ウイック７を型部材１４から抜き取る。
【００３０】
上述したように中子１６を内周側のウイック１３で覆った状態で焼結すると、中子１６と内周側のウイック１３とが焼結されにくく、また、粉体１２ａ，１２ａ同士が焼結して内径が小さくなった外周側のウイック１２の圧縮力の一部が、内周側のウイック１３で受けることができるので、中子１６に作用する圧縮力を低下させることができる。その結果、焼結後に中子１６を取り外しやすくなり、また、内周側のウイック１３と中子１６とが焼結されていないことにより、中子１６を取り外す際にウイック７が破損してしまう事態を抑制もしくは防止することができる。なお、中子１６と内周側のウイック１３とが焼結されにくいのは、焼結する際に中子１６と細線とが接触して形成される空隙の断面積が大きく、焼結時における表面張力が小さいためである。また、上述したように細線などの連続した部材によって内周側のウイック１３を形成することにより、内周側のウイック１３がウイック７全体としての補強部材として機能することができる。言い換えると、比較的低温で焼結した場合であっても、内周側のウイック１３が連続した部材によって形成されているので、粉体１２ａ，１２ａ同士が十分に溶着するために焼結時の温度を高くする必要がなく、その結果、焼結温度に掛かる製造コストを低下させることができる。さらに、金属材料の細線や耐熱性無機繊維を使用することにより、焼結時に、細線や繊維が揮発してしまったり溶融してしまったりすることがない。
【００３１】
なお、内周側のウイック１３を細線で形成する例を挙げて説明したが、上述したように要は中子１６と焼結されにくい部材によって内周側のウイック１３を形成していればよい。すなわち、中子１６と内周側のウイック１３を形成するための部材とによって形成される空隙の断面積が大きくなるように形成されていればよい。したがって、内周側のウイック１３が比較的外径が大きい粉体によって形成された焼結ウイックであってもよい。焼結ウイックによって内周側のウイック１３を形成する場合には、上記の型部材１４と中子１６との間に、円筒状のセパレータを挿入して、そのセパレータの外周側に小径の粉体１２ａ，１２ａを入れ、内周側に大径の粉体を入れ、その後に、セパレータを取り除いてから焼結する。このように焼結することにより、セパレータの内周側に入れられた粉体と中子１６との空隙の断面積が大きくなり、その結果、内周側のウイック１３を形成する粉体と中子１６とが焼結されにくくなる。そのため、焼結後に中子１６を抜き去る際の荷重を下げることができ、また中子１６を抜き去る際にウイック７が破損してしまうことを抑制もしくは防止することができる。
【００３２】
また、上述したように中子１６と外周側のウイック１２との間に内周側のウイック１３を介在させて焼結するので、外周側のウイック１２における内面に開口した空隙が閉じられてしまうことを抑制もしくは防止することができる。その結果、内周側のウイック１３に浸透した液相の作動流体が、外周側のウイック１２に浸透しやすくなる。
【００３３】
なお、上述した例では、外周側のウイック１２と内周側のウイック１３とが同時に焼結される製造方法を例に挙げたが、内周側のウイック１３を焼結するなどによって予め形成してあってもよい。また、上述したように比較的大径に形成された部分と、小径に形成された部分とを有するウイックに限らず、図５に示すように円筒状のウイックを形成することもできる。さらに、上述した例では、内周側のウイック１３と外周側のウイック１２との２層のウイックによって構成された例を挙げたが、内周側のウイック１３と外周側のウイック１２との間に他のウイックが介在させて３層のウイックによって構成されたもの、あるいはそれ以上の層のウイックで構成されたものであってもよい。すなわち、この発明におけるウイックの製造方法あるいは構造は、要は複数の層で形成されたウイックであればよい。また、上述した例では、コンテナ６の内面にスリット１０を形成して気相の作動流体が流動する流路を形成しているが、外周側のウイック１２の外周面にスリットを形成して、気相の作動流体が流動する流路を形成してもよい。その場合は、型部材１４の内面にスリット１０を形成するための凹凸を形成して、その内部に粉体１２ａ，１２ａを入れた状態で焼結することで、外周側のウイック１２の外周面にスリット１０を形成することができる。
【符号の説明】
【００３４】
７…ウイック、  １２…外周側のウイック、  １２ａ…粉体、  １３…内周側のウイック、１４…型部材、  １５…円板部、  １６…中子、  １７…ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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