(57)【要約】【課題】毛細管力が大きく、且つ軽量なヒートパイプ用のウイックの提供。【解決手段】多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径が１０μｍ以下であることを特徴とするウイック。ベース樹脂と、該ベース樹脂に非相溶性の１種又は２種以上の溶媒除去可能な樹脂とを混練してミクロ相分離構造を有する樹脂組成物を得る工程、次いで該樹脂組成物を所望の形状に成形して樹脂成形体を得る工程、次いで該樹脂成形体に溶媒を接触させて前記溶媒除去可能な樹脂を除去し、多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径が１０μｍ以下であるウイックを得ることを特徴とするウイックの製造方法。パイプ内に、前記ウイックと、作動流体とを有することを特徴とするヒートパイプ。前記ヒートパイプを有することを特徴とする熱交換装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径が１０μｍ以下であることを特徴とするウイック。
【請求項２】
前記多孔質ポリマーの細孔が相互連続性細孔であることを特徴とする請求項１に記載のウイック。
【請求項３】
前記多孔質ポリマーが、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上の混合樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のウイック。
【請求項４】
ベース樹脂と、該ベース樹脂に非相溶性の１種又は２種以上の溶媒除去可能な樹脂とを混練してミクロ相分離構造を有する樹脂組成物を得る工程、次いで該樹脂組成物を所望の形状に成形して樹脂成形体を得る工程、次いで該樹脂成形体に溶媒を接触させて前記溶媒除去可能な樹脂を除去し、多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径が１０μｍ以下であるウイックを得ることを特徴とするウイックの製造方法。
【請求項５】
前記樹脂成形体に溶媒を接触させる前に、前記樹脂成形体表面のスキン層を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載のウイックの製造方法。
【請求項６】
前記樹脂組成物中のベース樹脂：溶媒除去可能な樹脂の質量比が２５〜７５：７５〜２５の範囲であることを特徴とする請求項４又は５に記載のウイックの製造方法。
【請求項７】
前記多孔質ポリマーの細孔が相互連続性細孔であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のウイックの製造方法。
【請求項８】
前記ベース樹脂が、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上であり、且つ前記溶媒除去可能な樹脂がポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルピロリドンからなる群から選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のウイックの製造方法。
【請求項９】
パイプ内に、請求項１〜３のいずれかに記載のウイックと、作動流体とを有することを特徴とするヒートパイプ。
【請求項１０】
請求項９記載のヒートパイプを有することを特徴とする熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ループヒートパイプ用ウイックなどに好適に用いられる、非常に微細な細孔を有し、高い毛細管力が得られる多孔質ポリマーからなるウイック、該ウイックの製造方法、該ウイックを用いたヒートパイプ及び熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプの一形態として、作動流体の蒸発が生じる蒸発部と作動流体蒸気が凝縮する凝縮部とを蒸気流路によって環状に連結することにより、液相の作動流体と作動流体蒸気とをそれぞれ別の流路を循環流動するように構成されたループヒートパイプ（ＬＨＰ）や毛細管圧組み上げ型ループ（ＣＰＬ）などと称されるものがある。この種のヒートパイプのように、パイプ内に、作動流体と、該作動流体を毛細管力により移動させるウイックとを備えた構造のヒートパイプは、通常の直管型のヒートパイプに比較して熱輸送能力が高く、直管型のヒートパイプでは熱輸送が困難なトップヒートモード（上から下に熱を輸送する形態）での熱輸送もしくは冷却にも使用できる等の利点がある。
【０００３】
従来、ヒートパイプ等に用いられるウイックとしては、金属粒子を焼結し、あるいは粒子同士をバインダーで固着し、その粒子間空隙の毛細管現象を利用するものが一般的である。また、ポリマー粒子同士を融着して得られる多孔質ポリマーからなるウイックも提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
特許文献１には、表面に微細孔を有する耐食層が形成された粒子の多孔質層によって構成されたウイックが記載されている。しかし、特許文献１は化学電池に関する発明であり、そのウイックはヒートパイプに使用できるが否かは不明であるし、そのウイックの平均細孔径については記載されていない。
特許文献２には、セラミックやニッケル、銅、銅酸化物等を原料とした多孔質材、あるいはポリエチレン樹脂などの高分子材料を原料とした多孔質材からなるウイックが記載されている。また、ウイックをポリエチレン樹脂で形成する場合、ポリエチレン樹脂の粒径を２０μｍ、気孔率５０〜６０％とすることが好ましいことが記載されている。しかし、そのウイックの平均細孔径については記載されていない。
【特許文献１】特開平３−１４４８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したループヒートパイプにおいて、ヒートパイプの熱輸送効率を高めるためには、管内に用いるウイックの平均細孔径を小さくし、ウイックの毛細管力を大きくする必要がある。
粒径１〜５μｍ程度の金属微粒子を用いれば、細孔径１０μｍ以下の多孔質体が作製可能であるが、この場合には比重の大きな金属粒子を用いることで、ウイック及びヒートパイプの質量が大きくなる問題がある。
一方、ポリレオフィンなどのポリマー粒子を用いたウイックは、軽量であるが、平均細孔径を１０μｍ以下に調整することが困難であり、毛細管力の大きなウイックを得ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、毛細管力が大きく、且つ軽量なヒートパイプ用のウイックの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径が１０μｍ以下であることを特徴とするウイックを提供する。
【０００７】
本発明のウイックにおいて、前記多孔質ポリマーの細孔が相互連続性細孔であることが好ましい。
【０００８】
本発明のウイックにおいて、前記多孔質ポリマーが、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上の混合樹脂であることが好ましい。
【０００９】
また本発明は、ベース樹脂と、該ベース樹脂に非相溶性の１種又は２種以上の溶媒除去可能な樹脂とを混練してミクロ相分離構造を有する樹脂組成物を得る工程、次いで該樹脂組成物を所望の形状に成形して樹脂成形体を得る工程、次いで該樹脂成形体に溶媒を接触させて前記溶媒除去可能な樹脂を除去し、多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径が１０μｍ以下であるウイックを得ることを特徴とするウイックの製造方法を提供する。
【００１０】
本発明のウイックの製造方法において、前記樹脂成形体に溶媒を接触させる前に、前記樹脂成形体表面のスキン層を除去する工程をさらに有することが好ましい。
【００１１】
本発明のウイックの製造方法において、前記樹脂組成物中のベース樹脂：溶媒除去可能な樹脂の質量比が２５〜７５：７５〜２５の範囲であることが好ましい。
【００１２】
本発明のウイックの製造方法において、前記多孔質ポリマーの細孔が相互連続性細孔であることが好ましい。
【００１３】
本発明のウイックの製造方法において、前記ベース樹脂が、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上であり、且つ前記溶媒除去可能な樹脂がポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルピロリドンからなる群から選択される１種又は２種以上であることが好ましい。
【００１４】
また本発明は、パイプ内に、本発明に係るウイックと、作動流体とを有することを特徴とするヒートパイプを提供する。
【００１５】
また本発明は、本発明に係る前記ヒートパイプを有することを特徴とする熱交換装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のウイックは、多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径を１０μｍ以下としたものなので、毛細管力が大きく、且つ軽量なウイックを実現することができる。
【００１７】
本発明のウイックの製造方法は、非相溶性の２種以上の樹脂を混練して得られるミクロ相分離構造を有する樹脂組成物の成形体に、溶媒を接触させて溶媒除去可能な樹脂を除去することでウイックを得る方法なので、従来は製造が困難であった平均細孔径１０μｍ以下の多孔性ポリマーからなるウイックを容易に製造することができる。従って、本発明のウイックの製造方法は、毛細管力が大きく、且つ軽量なウイックを低コストで提供することができる。
また、本発明のウイックの製造方法において、樹脂成形体に溶媒を接触させる前に、前記樹脂成形体表面のスキン層を除去することによって、得られるウイックの表面細孔数が増加し、ウイックとしての性能（溶液浸透速度、輸送量）を向上させることができる。
【００１８】
本発明のヒートパイプは、パイプ内に、本発明に係るウイックと、作動流体とを有するものなので、ウイックの毛細管力が大きく、熱輸送効率が高い。またウイックが軽量であるので、軽量化することができる。
また本発明の熱交換装置は、本発明に係る前記ヒートパイプを有するものなので、熱輸送効率が高く、軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のウイックは、多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径を１０μｍ以下であることを特徴としている。
図１は、本発明のウイックの一例を示すウイック表面の電子顕微鏡画像である。図１に例示した本発明のウイックは、ベース樹脂に無数の細孔が設けられており、この細孔は、開口がほぼ円形をなしている。この細孔は、開口から奥に向かって毛細管状に連なり、且つ互いに連通した相互連続性細孔になっている。
【００２０】
本発明のウイックにおいて、多孔質ポリマーのベース樹脂としては、水に不溶且つ室温からヒートパイプの作動温度において軟化しない樹脂が用いられ、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂からなる群から選択される１種又は２種以上の樹脂を用いることが好ましい。
【００２１】
本発明のウイックにおいて、その平均細孔径は１０μｍ以下であり、好ましくは８μｍ以下、更に好ましく６μｍ以下である。平均細孔径が１０μｍ以下であれば、このウイックをヒートパイプに適用した際に、従来のポリマー粒子を用いたウイックよりも大きな毛細管力が得られ、高性能のヒートパイプを構成することができる。一方、平均細孔径が１０μｍを超えると、毛細管力が低下してしまう。
【００２２】
本発明のウイックの製造方法は、ベース樹脂と、該ベース樹脂に非相溶性の１種又は２種以上の溶媒除去可能な樹脂とを混練してミクロ相分離構造を有する樹脂組成物を得る工程、次いで該樹脂組成物を所望の形状に成形して樹脂成形体を得る工程、次いで該樹脂成形体に溶媒を接触させて前記溶媒除去可能な樹脂を除去し、多孔質ポリマーからなり、その平均細孔径が１０μｍ以下であるウイックを得ることを特徴としている。
【００２３】
本発明の製造方法で使用するベース樹脂は、前述した多孔質ポリマーのベース樹脂と同じである。
【００２４】
本発明の製造方法で使用する溶媒除去可能な樹脂としては、前記ベース樹脂と非相溶性であり、且つ酸溶液、アルコール、水等の溶媒に可溶である樹脂が用いられ、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレンオキシド、ポリビニルピロリドンからなる群から選択される１種又は２種以上の樹脂が好ましい。
【００２５】
前記樹脂組成物は、前記ベース樹脂と前記溶媒除去可能な樹脂とを、それらの樹脂の融点又は軟化点よりも高い温度に加熱し、十分に混練する。この混練に使用する装置は、従来より樹脂成形分野等で公知のミキサー等を用いることができる。これらの樹脂を混練後、冷却することにより得られる樹脂組成物は、ミクロ相分離構造を有するものになる。
【００２６】
この樹脂組成物にミクロ相分離構造を持たせるためには、樹脂組成物中のベース樹脂：溶媒除去可能な樹脂の質量比が２５〜７５：７５〜２５の範囲であることが好ましい。この質量比が前記範囲外であると、良好な相分離構造を得ることができない。
【００２７】
この樹脂組成物は、冷却と同時に、あるいは冷却後に成形し、所望形状の樹脂成形体とする。この成形工程は、プレス成形機などを用いて行うことができる他、従来より樹脂成形分野等で公知の押出機を用い、この押出機内で樹脂組成物を混練し、先端に取り付けたダイの開口から、シート状、管状等の所望の形状に樹脂組成物を押し出し、冷却させて樹脂成形体を得ることもできる。
【００２８】
得られた樹脂成形体は、溶媒除去可能な樹脂を溶出可能な溶媒に浸漬して溶媒除去可能な樹脂を除去し、骨格成分のみを残存させることで、軽量且つ平均細孔径１０μｍ以下の細孔を有するウイックを作製することができる。しかしながら、このようにして作製したウイックは、表面にスキン層（細孔径の数が少ない表面近傍層）が形成され、毛細管力が劣化するなど、ウイックとしての機能に劣化が生じる。これを防ぐため、得られた樹脂成形体の表面に形成されたスキン層を切削・研磨することで、ウイックの表面細孔数を増加させる。溶媒による除去後に研磨を行うと、表面細孔が潰れてしまうため好ましくない。このスキン層除去のための研磨加工は、樹脂成形分野等で従来公知の切削・研磨加工装置を用いて行うことができる。
【００２９】
次に、スキン層を除去した樹脂成形体を前記溶媒除去可能な樹脂を溶出可能な溶媒、例えば、酸溶液、アルコール、水などの溶媒に浸漬し、撹拌しながら溶媒除去可能な樹脂を溶出させる。これにより、樹脂成形体の骨格をなすベース樹脂と相分離していた溶媒除去可能な樹脂が除去され、溶媒を分離し、洗浄・乾燥後、平均細孔径１０μｍ以下の相互連続細孔を有する多孔質ポリマーからなるウイックが得られる。
【００３０】
なお、上記形態の樹脂組成物において、さらに親水性を付与する場合、親水性フィラーの添加、表面に親水性基を導入する表面処理などを行うことが好ましい
【００３１】
本発明のヒートパイプは、パイプ内に、前述した本発明に係るウイックと、作動流体とを有するものであり、ウイックとして前述した本発明に係るウイックを用いている以外の構成は特に限定されない。本発明のヒートパイプは、例えば、特許文献２（特開２００６−１２５７８３号公報）に開示されているループヒートパイプ（ＬＨＰ）や毛細管圧組み上げ型ループ（ＣＰＬ）などに適用することもできる。また本発明の熱交換装置は、前述した本発明のヒートパイプを必須の構成要素として備えたことを特徴とし、その他の構成要素は従来公知の各種熱交換装置と同様に構成することができる。本発明のヒートパイプ及びそれを用いた熱交換装置は、熱輸送効率が高く、またウイックが軽量であるので、軽量化することができる。
【実施例】
【００３２】
［実施例］
以下の１〜８の手順により、本発明に係るウイックを製造した。
１．ベース樹脂（以下、骨格成分と記す）としてポリスチレン（和光純薬製、分子量２０００）を用い、また溶媒除去可能な樹脂（以下、除去成分と記す）としてポリエチレングリコール（和光純薬製、平均分子量２００００００）を用意した。
【００３３】
２．骨格成分と除去成分とを、骨格成分：除去成分の質量比が２５：７５〜７５：２５となるように配合する。
上記配合において、骨格成分と除去成分の割合を変化させることで、ウイックの機械強度、空隙率を制御することが可能であるが、上記範囲を超えると相分離構造は連続性を失う。例えば、ポリスチレン成分を増加させればウイックは剛直になるが、空隙率は少なくなる。逆にポリエチレングリコールを増加させればウイックは脆くなるものの、空隙率は高くなる。これらは細孔壁（細孔間の骨格）の厚さに依存する。
【００３４】
３．配合物を１７０℃に余熱したバンバリーミキサー内に投入し、十分に混練を行う。
本実施例では混練時間を５分、プレード回転数を３０ｒｐｍ程度としている。ポリマーの分解が起こらない程度に十分混練することが好ましい。
【００３５】
４．ミキサーから取り出した樹脂組成物をプレス形成し、シート状の樹脂成形体とする。
【００３６】
５．その後、樹脂成形体を冷却する。冷却過程では適宜冷却材を用いる。
上記冷却過程において、水、液体窒素などの使用により、相分離構造が放熱中に粗大化するのを防止できる。この粗大化とは、相分離構造が成分界面の揺らぎにより成長する現象であり、最終的には連続性も失って海島構造となるものもある。
【００３７】
６．その後、得られた成形体の上下面を研磨・切削することでスキン層を除去する。
図２は、スキン層除去前（研磨未実施）の樹脂成形体表面の電子顕微鏡画像である。図２に示すように、研磨未実施の樹脂成形体表面は、細孔となる除去成分の領域が露出していないスキン層で覆われている。
図３は、スキン層除去後（研磨実施）の樹脂成形体表面の電子顕微鏡画像である。図３に示すように、研磨実施後の樹脂成形体表面には、細孔となる除去成分の領域が多数露出している。
図４は、樹脂成形体（サンプル）の研磨方法を示す概略図である。図４に示すように、本実施例では樹脂組成物をシート状に成形したサンプルの表裏両面をＢＵＦＦを用いて約２００μｍの厚さ研磨してスキン層を除去した。
【００３８】
７．次に、得られた樹脂成形体を蒸留水中に浸漬し、９６時間撹拌することで、除去成分を取り除く。
【００３９】
８．次に、処理物を水中から引き上げ、水切りした後、細孔内に侵入した水分を十分に乾燥する。これにより、図１に示すように、ポリスチレン骨格に平均細孔径１０μｍ以下の多数の細孔が設けられたウイックが得られる。
【００４０】
得られたウイックの平均細孔径を次の方法で測定した。２０００倍の電子顕微鏡画像から、２００個の細孔を無作為に選出し、それら細孔の長径と短径を測定し、（長径＋短径）／２の平均値を平均細孔径（単位：μｍ）とした。
その結果、得られたウイックの平均細孔径は５μｍであった。
【００４１】
［比較例１］
粒径１μｍのＮｉ微粒子を８００〜１０００℃で熱プレスして焼結し、金属多孔質体からなるウイックを製造した。
【００４２】
［比較例２］
粒径２０〜３０μｍのポリスチレン微粒子を２００℃程度に加熱・融着させて、多孔質ポリスチレン製のウイックを製造した。
【００４３】
前記の通り製造した実施例、比較例１〜２のウイックについて、比重と毛細管力を比較した。サンプルはそれぞれ、１ｃｍ角、厚さ１ｍｍとした。毛細管力は、各ウイックの一部をエチルアルコールに浸漬し、どの程度の高さまで吸い上げることが可能であるか評価し、毛細管力の指標とした。結果を表１に記す。毛細管力、比重とも、比較例２（多孔質ポリスチレン製のウイック）を１とした時の相対値で表記した。
【００４４】
【表１】
2008057806.tif 000003
【００４５】
表１の結果より、本発明に係るウイックは、金属粒子焼結体からなる比較例１のウイックと同等の毛細管力を示すと同時に、ポリマー粒子融着体からなる比較例２のウイックと同等の比重であり、軽量且つ毛細管力の高いウイックとなった。
一方、金属粒子焼結体からなる比較例１のウイックは、良好な毛細管力が得られたが、比重が大きいため、軽量化できない。
またポリマー粒子融着体からなる比較例２のウイックは、比重が小さく軽量化できるが、毛細管力が実施例及び比較例１のウイックよりもかなり低かった。
【００４６】
［参考例］
実施例の製造手順１〜８のうち、６の工程を行わず、樹脂成形体のスキン層を研磨除去せずに（図２参照）、蒸留水に浸漬したこと以外は実施例と同様にして、参考例のウィックを製造した。
この参考例のウイック（研磨未実施品）と実施例のウイック（研磨実施品）とを比較した。試験項目として１ｃｍ角、厚さ１ｍｍのサンプルを作製し、エチルアルコールをサンプル底面に接触させたときの浸透速度を評価した。サンプル全体に浸透するまでの時間を計測することで浸透速度を算出し、相対値で表記した。結果を表２に記す。
【００４７】
【表２】
2008057806.tif 000004
【００４８】
表２の結果より、樹脂成形体のスキン層を除去し、細孔が表面に多数形成された実施例のウイックは、優れた浸透速度を有していた。
一方、スキン層の研磨していない参考例のウイックは、表面に開口している細孔が少ないため、実施例に比べ浸透速度が低かった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る実施例で作製したウイックの原子顕微鏡画像である。
【図２】本発明に係る実施例におけるスキン層除去前（研磨未実施）の樹脂成形体表面の電子顕微鏡画像である。
【図３】本発明に係る実施例におけるスキン層除去後（研磨実施）の樹脂成形体表面の電子顕微鏡画像である。
【図４】本発明に係る実施例における樹脂成形体の研磨方法を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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