(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有し、細線からなる網状シートの少なくとも一方の面に粉末を付着させ、その粉末が付着した網状シートを一方向に丸め、その状態でパイプ材の内部に挿嵌し、そのパイプ材の両方の開口端部を密閉するとともに、一方の端部に作動流体の注入口を形成して容器とし、その容器の内部に、真空脱気した状態で凝縮性の流体を作動流体として封入してヒートパイプ化することを特徴とするヒートパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、作動流体の潜熱として熱を輸送するヒートパイプと、そのヒートパイプの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のようにヒートパイプは、中空のコンテナの内部に密閉した空間部を形成し、コンテナの内面に作動流体の流路となるウィックを設けるとともに、コンテナの空間部に空気などの非凝縮性ガスを脱気した状態で凝縮性の流体を作動流体として封入したものである。
【０００３】
そして、ヒートパイプのウィックには、従来、溝やメッシュが用いられている。しかし、溝やメッシュでは、毛細管力が低いためにヒートパイプの熱伝導率が比較的小さい。そのため、ウィックとして、金属やセラミック等からなる焼結粉末をコンテナの内面に付着させることが行われている。焼結粉末をウィックにすることによって、比較的大きな熱伝導率を有するヒートパイプを得ることができる。
【０００４】
焼結粉末をコンテナの内面に付着させる方法として、次の方法が知られている。まず、ヒートパイプのコンテナとなる容器の開口端から金属製の芯棒を挿入する。なお、この芯棒は容器内部に挿入できる大きさを有している。つぎに、容器と芯棒との間に、金属やセラミック等からなる粉末、例えばブロンズから成る粉末を充填し、必要であれば芯棒によって粉末を加圧する。その後、この容器を加熱炉の内部に収納し、無酸素雰囲気下で加熱し、粉末を焼結させるとともに、容器内面に付着させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、芯棒を用い、容器と芯棒との間に粉末を充填してその粉末を焼結させ、容器内面に付着させる方法では、芯棒によって粉末を加圧したとしても、パイプ材の内面に粉末を均一な密度に分布させることは困難である。その結果、ウィックが不均一になるため、毛細管力が局部的に低い箇所が生じることによって熱輸送量が減少したり、流路抵抗が局部的に大きい箇所が生じることによってウィックの外部を作動流体が流れ、作動流体の飛散が発生する可能性があった。
【０００６】
この発明は、上記の事情を背景にしてなされたものであり、パイプ材の内面に焼結粉末を容易に均一に分布させるとともに、熱輸送能力に優れたヒートパイプを得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、可撓性を有し、細線からなる網状シートの少なくとも一方の面に粉末を付着させ、その粉末が付着した網状シートを一方向に丸め、その状態でパイプ材の内部に挿嵌し、そのパイプ材の両方の開口端部を密閉するとともに、一方の端部に作動流体の注入口を形成して容器とし、その容器の内部に、真空脱気した状態で凝縮性の流体を作動流体として封入してヒートパイプ化することを特徴とするものである。
【００１０】
したがって、請求項２に記載した発明では、予め網状シートに粉末を付着させた後、ヒートパイプのコンテナになるパイプ材の内部に、一方向に丸めた網状シートを挿入してウィックとし、そのパイプ材をヒートパイプ化して、ヒートパイプを製造することによって、長さが比較的長く、径の比較的小さなパイプ材の内面にも均一に粉末が分布するウィックを容易に形成することができる。また、内面にウィックが不均一になっているヒートパイプにおいて発生する、毛細管力が局部的に低い箇所が存在することによる熱輸送量の減少や、流動抵抗が局部的に大きい箇所が存在し作動流体がウィック外を流れることによる作動流体の飛散を防止することができる。
【００１１】
さらに、網状シートが可撓性を有しているので、容易に網状シートを丸めパイプ材に挿入することができるとともに、網状シートを所望の位置において切断することができる。そして、網状シートと粉末とからウィックを形成しても、ヒートパイプの可撓性を損なうことがないので、製造されたヒートパイプを所望の形状に変形させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明のヒートパイプの具体例を図面に基づいて説明する。図１はこの発明のヒートパイプを示すものである。このヒートパイプ１のコンテナ２は両端が封止された金属製のパイプ材から形成されている。また、図２はヒートパイプ１のコンテナ２の径方向における断面図を示すものである。コンテナ２の内面には、その全面に粉末３が接触している。この粉末３は金属やセラミック等から成るものであり、焼結されているものである。さらに、コンテナ２の径方向における粉末３の内周側には、弾性を有する網状シート４が設けられている。この網状シート４は金属製であり、金属線５を編んで形成されているものである。そして、粉末３はこの網状シート４の一方の面に付着しており、それぞれの粉末３の間には空隙６が形成されている。なお、これらの粉末３と網状シート４とからヒートパイプ１のウィック７が形成されている。
【００１３】
また、このコンテナ２の内部には、作動流体である純水（図示せず）が封入されている。この純水は、コンテナ２の一端部で受熱することにより気化し、コンテナ２の他端部へ流動する。そして、コンテナ２の他端部で水蒸気が放熱し、液化する。その液化した純水はウィックである網状シート４や粉末３の間の空隙６を通ってコンテナ２の一端部へ還流する。そして、純水はこの動作を繰り返す。その結果、コンテナ２の一端部に加えられる熱は純水によってコンテナ２の他端部に輸送され、そこで放熱される。
【００１４】
また図３は、この発明のヒートパイプの他の具体例を示している。なお、図１に示すヒートパイプと同じ部材には同じ番号を付し、その説明を省略する。ここに示すヒートパイプ８のコンテナ２の内面には、その全面に網状シート４が接触している。さらに、コンテナ２の径方向における網状シート４の内周側には、粉末３が付着している。そして、それぞれの粉末３の間には空隙６が形成されている。なお、これらの粉末３と網状シート４とからヒートパイプ１のウィック７が形成されている。
【００１５】
つぎに、この発明のヒートパイプの製造方法について説明する。なお、上記した部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。ヒートパイプ１のウィック７の材料として、図４に示す金属製の網状シート４を用意する。そして、この網状シート４の一方の面に、その全域に亘って均一に積層するように粉末３を散布する。その後、図５に示すように、粉末３が積層した網状シート４を加熱炉１１の内部に収納し、その内部温度を徐々に昇温させることにより、粉末３のそれぞれの微粒子を焼結させて、網状シート４を構成する金属線５の表面や粉末３の他の微粒子に付着させる。
【００１６】
粉末３が焼結し、網状シート４の金属線５の表面に付着した後、加熱炉１１の内部温度を徐々に下降させる。その結果、焼結し付着した粉末３が固化し始め、金属線５と一体化する。そして、加熱炉１１の内部温度が常温まで下降すると、網状シート４を加熱炉１１から取り出す。
【００１７】
図６は、粉末３が付着し一体化された網状シート４を示す拡大断面図である。網状シート４の表面には、粉末３が付着して一体化している。また、それぞれの粉末３の間には空隙６が形成されている。
【００１８】
つぎに、この網状シート４を脱脂洗浄する。その洗浄手段としては、例えば適宜の溶剤を使用した洗浄、あるいは超音波洗浄などの従来知られた手段を採用することができる。
【００１９】
また、この発明のヒートパイプのコンテナとして、図７に示すパイプ材１２を用意する。このパイプ材１２は可撓性を有する金属から成り、ヒートパイプ化後の作動中の最大圧力に耐えうる堅牢な材質から形成されている。そして、このパイプ材１２を所定の長さに切断後、脱脂洗浄する。そして、そのパイプ材１２の一方の開口端１３を密閉する。この開口端１３の密閉には、スピニング加工やスエージング加工等の従来知られた方法を用いることができる。
【００２０】
そして、脱脂洗浄後の網状シート４を、その幅方向の長さがパイプ材１２の内周長さとほぼ同じ長さになるように切断する。さらに、この切断後の網状シート４を、粉末３が付着している面を外側にして、パイプ材１２の内径よりも小さい外径を有するように螺旋状に丸める。
【００２１】
螺旋状に丸められた網状シート４をパイプ材１２の開口端１４から挿嵌する。そして、網状シート４がパイプ材１２の密閉された端部にまで挿嵌されると、パイプ材１２の開口端１４において網状シート４を切断する。すると、螺旋状に丸められた網状シート４が自らの弾性によって広がろうとし、パイプ材１２の内面に圧着する。
【００２２】
つぎに、パイプ材１２の開口端１４をかしめ、パイプ材１２のほぼ中心軸線上に注入ノズル取付用の小開口端１５を形成する。そして、この小開口端１５に注入ノズル１６の一端部を挿入し、溶接あるいはロウ付け等の手段によって固着する（図８参照）。なお、注入ノズル１６としては、ここではパイプ材１２と同一材質でかつ断面が円形の小径管が採用されている。
【００２３】
つぎにそのパイプ材１２をヒートパイプ化する。すなわち、注入ノズル１６を介して、作動流体としての純水を規定量よりも若干多めにパイプ材１２の内部に注入する。これは、次工程でパイプ材１２の内部から非凝縮性ガスの追い出しを行うためである。この加熱追い出し工程の一例として、ここでは図９に示すように、注入ノズル１６が設けられた端部が上方となるようにパイプ材１２をシリコンオイルバス１７内に設置し、１２０℃程度に加熱する。すると、純水中に溶在などしている非凝縮性ガスが純水の沸騰蒸気と共に注入ノズル１６の開口端からパイプ材１２の外部に放出される。すなわち、先にパイプ材１２内に封入された純水の全量から蒸気として追い出された量を差し引いた量が、作動流体である純水の実質的な封入量とされる。
【００２４】
そして、蒸気を所定量追い出した後、注入ノズル１６の先端側をかしめるなどして仮封止する。したがって、このパイプ材１２自体が充分に脱気されたヒートパイプ１のコンテナ２となる。なお、この加熱追い出し工程では、予め注入ノズル１６を仮締めしておいた状態でパイプ材１２内部の圧力を高め、その後に仮締め部分を開放して純水をフラッシュさせる方法を採ることもできる。なお、この実施例では、コンテナ２の内部への作動流体の脱気封入方法として加熱追い出し法を例示したが、これに替えて真空ポンプ法やガス液化法等を採用することもできる。
【００２５】
ついで、そのヒートパイプ１をシーズニングする。この工程は、微細なピンホールを発見したり、パイプ材１２（コンテナ２）の内壁面と作動流体との濡れ性を向上させたりする等、ヒートパイプ１としての信頼性を高めるために実施される工程である。図１０に示すように、例えばヒートパイプ１をバッチ炉や管状炉等の加熱炉１８の内部に収納して、１００℃程度で一定時間連続して加熱する。そして、上記工程が終了した後、注入ノズル１６の仮封止を切断するなどして開封し、また内部の純水を廃棄する。なお、コンテナ２の内部にスケールなどの不要物があれば、その際に作動流体と共にコンテナ２の外部に取り出されるので、上記シーズニング工程はパイプ材１２内部の二回目の洗浄工程として機能する。
【００２６】
つぎに、空になったパイプ材１２（コンテナ２）に、作動流体として、規定の封入量に対し若干多めの量の純水を新たに注入する。そして再度、前述と同様の加熱追い出しを実施して、純水中に溶存する非凝縮性ガスをパイプ材１２内から排出させた後、注入ノズル１６をその基端部すなわちパイプ材１２の端部のごく近い箇所において本封止する（図１１参照）。なお、封止するにあたり、例えば一旦かしめた状態で、先端部に適度な丸みを持った治具でその部分を圧着切断すれば、気密性がより確実に担保される。また、必要に応じて溶接する。
【００２７】
つぎにそのヒートパイプ１を図示しない熱特性検査工程に送り、熱輸送量や均熱性等について検査する。そして、その検査規格をクリアしたヒートパイプ１については、コンテナ２の外表面に例えばニッケルをコーティングする。なお、コンテナ２の表面に放熱フィンを取り付けてもよい。ついで特に図示しないが、ヒートパイプ１を最終検査工程に送り、外観や寸法および重量や伝熱特性等について検査をして工程が完了する。
【００２８】
なお、上記の具体例では、コンテナ２の材料として金属が用いられたが、この発明は上記の具体例に限定されず、加工が容易であり、また伝熱性能の良好な耐熱材料を用いることができる。
【００２９】
また、上記の具体例では、粉末を加熱することにより焼結させるとともに、溶融させ網状シートに付着させたが、この発明は上記の具体例に限定されず、粉末を網状シート上に溶射して付着させてもよいし、耐熱性を有する接着剤を用いて粉末を網状シートに付着させてもよい。
【００３０】
さらに、上記の具体例では、作動流体として純水が用いられたが、この発明は上記の具体例に限定されず、ヒートパイプの作動温度に適した作動流体を選択することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、予め網状シートに粉末を付着させた後、ヒートパイプのコンテナになるパイプ材の内部に、一方向に丸めた網状シートを挿入してウィックとし、そのパイプ材をヒートパイプ化して、ヒートパイプを製造することによって、長さが比較的長く、径の比較的小さなパイプ材の内面にも均一に粉末が分布するウィックを容易に形成することができる。また、内面にウィックが不均一になっているヒートパイプにおいて発生する、毛細管力が局部的に低い箇所が存在することによる熱輸送量の減少や、流動抵抗が局部的に大きい箇所が存在し作動流体がウィック外を流れることによる作動流体の飛散を防止することができる。
【００３３】
さらに、網状シートが可撓性を有しているので、容易に網状シートを丸めパイプ材に挿入することができるとともに、網状シートを所望の位置において切断することができる。そして、網状シートと粉末とからウィックを形成しても、ヒートパイプの可撓性を損なうことがないので、製造されたヒートパイプを所望の形状に変形させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のヒートパイプの一例を示す斜視図である。
【図２】  その断面図である。
【図３】  この発明のヒートパイプの他の一例を示す斜視図である。
【図４】  網状シートを示す斜視図である。
【図５】  粉末を焼結させるとともに、網状シートに付着させる工程を示す概略図である。
【図６】  粉末が付着した網状シートの拡大断面図である。
【図７】  パイプ材を示す斜視図である。
【図８】  注入ノズルが取り付けられたパイプ材を示す概略図である。
【図９】  加熱追い出し工程を示す概略図である。
【図１０】シーズニング工程を示す概略図である。
【図１１】注入ノズルが本封止される工程を示す概略図である。
【符号の説明】
１，８…ヒートパイプ、  ２…コンテナ、  ３…粉末、  ４…網状シート、  ５…金属線、  ７…ウィック、  １２…パイプ材。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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