(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質金属板をその接合端部が重なり合うように筒状にして多孔質金属体層を形成し、その筒状多孔質金属体層をパイプ本体内に挿入し、その後、該パイプ本体内に前記多孔質金属体層の内径より大径の球状部を有する引抜きプラグを挿入し、かつこれをパイプ本体の軸線方向へ引き抜くことにより前記多孔質金属板の重なり合った接合端部及び多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に圧着すると共に中空部を形成し、その後、該中空部内に作動流体を封入することを特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のヒートパイプの製造方法において、前記引き抜きプラグにより前記多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に圧着後、還元雰囲気中で熱処理することを特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のヒートパイプの製造方法において、前記引抜きプラグで多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に圧着する際に、予め前記パイプ本体内周面を酸化処理し、かつ還元雰囲気内で熱処理することを特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項４】
多孔質金属板を筒状にして多孔質金属体層を形成し、その筒状多孔質金属体層をパイプ本体内に挿入し、その後、該パイプ本体内に前記多孔質金属体層の内径より大径であると共に、周方向に複数の突出部を備えた略球状部を有する引抜きプラグを挿入し、かつこれをパイプ本体の軸線方向へ引き抜くことにより前記多孔質金属体層に気孔率の大きい部位と小さい部位を形成しつつパイプ本体の内周面に圧着すると共に前記多孔質金属体層に中空部を形成し、その後、該中空部内に作動流体を封入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】
本発明は、熱伝達路として広く使用されている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】
従来のヒートパイプの構造は、例えば、銅やタングステン製の密封状態のパイプ本体内にウイックと称される網状物や多孔性物質が装着され、脱気状態のパイプ本体内に、例えば、水やナトリウム等の作動流体を封入したものがある。
【０００３】
このウイックは、パイプ本体内の内面に毛細管現象を起こすために設けられたもので、前記作動流体は、気相と液相に変化しやすい媒体であり、ウイックの部分では液化し、パイプ本体の中空部では蒸発／気化した状態で存在している。ヒートパイプは、この作動流体が内在するウイックの内部の毛細管現象による圧力上昇、すなわち毛細管現象によって作動流体を循環させ内部の熱サイクルを維持するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のヒートパイプにおいては、ウイックが均一な多孔質層等から構成されていたために、作動流体の移動は確保できるもののパイプ本体に対する伝熱効率が低く、ヒートパイプの熱交換効率が低いという問題点を有していた。
また、ヒートパイプを曲げて配管した場合に、曲げた部分で多孔質部がパイプ本体から剥離してしまい、熱交換効率を更に低下させるという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、熱交換効率を向上させ得ると共に、曲げ加工しても多孔質層が剥離することのないヒートパイプの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項１に係る発明は、多孔質金属板をその接合端部が重なり合うように筒状にして多孔質金属体層を形成し、その筒状多孔質金属体層をパイプ本体内に挿入し、その後、該パイプ本体内に前記多孔質金属体層の内径より大径の球状部を有する引抜きプラグを挿入し、かつこれをパイプ本体の軸線方向へ引き抜くことにより前記多孔質金属板の重なり合った接合端部及び多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に圧着すると共に中空部を形成し、その後、該中空部内に作動流体を封入することを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係るヒートパイプの製造方法においては、球状部を有する引抜きプラグをパイプ本体の軸線方向へ引き抜くことにより、多孔質金属板の重なり合った部分が気孔率の小さい多孔質金属体層となる。また、引抜きプラグの球状部は、多孔質金属体層の内径より大きいので、これを引き抜くことで、多孔質金属体層がパイプ本体の内周面に圧着される。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のヒートパイプの製造方法において、前記引き抜きプラグにより前記多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に圧着後、還元雰囲気中で熱処理することを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係るヒートパイプの製造方法においては、還元雰囲気中での熱処理によって多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に確実に接合することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１記載のヒートパイプの製造方法において、前記引抜きプラグで多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に圧着する際に、予め前記パイプ本体内周面を酸化処理し、かつ還元雰囲気内で熱処理することを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係るヒートパイプの製造方法においては、パイプ本体内周面を酸化処理し、かつ還元雰囲気内で熱処理するために、接着強度が向上する。
【００１８】
請求項４に係る発明は、多孔質金属板を筒状にして多孔質金属体層を形成し、その筒状多孔質金属体層をパイプ本体内に挿入し、その後、該パイプ本体内に前記多孔質金属体層の内径より大径であると共に、周方向に複数の突出部を備えた略球状部を有する引抜きプラグを挿入し、かつこれをパイプ本体の軸線方向へ引き抜くことにより前記多孔質金属体層に気孔率の大きい部位と小さい部位を形成しつつパイプ本体の内周面に圧着すると共に前記多孔質金属体層に中空部を形成し、その後、該中空部内に作動流体を封入することを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係るヒートパイプの製造方法においては、多孔質金属体層の内径より大径であると共に、周方向に複数の突出部を有する略球状部を有する引抜きプラグを使用するので、多孔質金属体層に気孔率の大きい部位と小さい部位を形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の一実施の形態について説明する。図１は、この発明の第１実施形態に係るヒートパイプを示す断面図、図２は図１における多孔質金属体層の拡大断面図である。ここで、ヒートパイプ１は、銅やアルミニウム等の耐熱材料で円筒状でかつ、密閉状態とされた中空部２ａを有するパイプ本体２と、このパイプ本体２の内周面に接するように配置された多孔質金属体層３と、前記パイプ本体２内に封入された水やナトリウム等の作動流体Ｌとを備えている。
【００２１】
また、前記多孔質金属体層３は、その周方向に区画された第１の多孔質部３０とこの第１の多孔質部３０より気孔率が小である第２の多孔質部３１とを有している。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に、第１の多孔質部（疎な部分）３０と第２の多孔質部（密な部分）３１の気孔率と孔径の範囲を示す。気孔率、孔径の範囲は、互いに重なる範囲を有する。
【００２４】
多孔質金属体層３は、図２に示すように、多数の気孔Ａを覆うスケルトン部３ａからなり、このスケルトン部３ａは内部に前記気孔Ａより小径の内部微細気孔ａを多数包含する有孔金属焼結体で形成されている。
【００２５】
このヒートパイプ１では、ウイックとして形成された多孔質金属体層３に、多数の気孔Ａと内部微細気孔ａが包含されているので、作動流体Ｌが大径である気孔Ａ内を通過することにより、高い透過率が得られ、同時に、小径の内部微細気孔ａによって実効的な細孔径が小さくなり、高い毛細管圧力が得られる。更に、気孔率が小である第２の多孔質部３１においても、小径の内部微細気孔ａが更にに圧縮されて小さくなるので、より高い毛細管圧力が得られる。
また、このヒートパイプ１では、第２の多孔質部３１の気孔率を小としてあるので、パイプ本体２との間の熱伝導について高い伝熱効果が得られる。
【００２６】
そして、このヒートパイプ１においては、作動流体Ｌの移動の確保、及びパイプ本体２との間の熱交換が多孔質金属体層３の第１、第２の多孔質部３０，３１の双方によって為されるが、第１の多孔質部３０が疎、第２の多孔質部が密とされているので、作動流体Ｌの移動の確保は主に第１の多孔質部３０によって為され、パイプ本体２との間の熱交換は主に、第２の多孔質部３０によって為され、ヒートパイプ１全体として、高い熱交換効率を得ることができる。
【００２７】
次に、上記構成のヒートパイプの製造方法について説明する。先ず、発泡金属スラリーを移動フィルム上に供給し、一定厚さにスラリー成形体を帯状に形成する。ここで、発泡金属スラリーの組成は、重量％で、
炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤：０．０５〜１０％、
界面活性剤：０．０５〜５％、
水溶性樹脂結合剤：０．５〜２０％、
平均粒径：０．５〜５００μｍの金属粉：５〜８０％、
必要に応じて、多価アルコール、油脂、エーテル、およびエステルのうちの１種または２種以上からなる可塑剤：０．１〜１５％、
水：残り、
からなる配合組成を有する混合物である。
【００２８】
スラリー成形体は、ドラフタ−等によって乾燥処理される。スラリー成形体を５℃以上に保持して乾燥させると、前記炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤は、水よりも大きい蒸気圧を有するので、これが気化し、ガスとなってスラリー成形体から蒸発する。この後、高温状態で脱脂を行う。この処理により、スラリー成形体に気泡が多数発生して多孔質金属板が形成される。
【００２９】
形成された多孔質金属板は、焼結炉に入れられて焼結処理される。焼結温度は、９００〜１３５０℃程度で行われる。焼結処理によって、図２に示すように、気孔Ａを覆うスケルトン部３ａで構成された多孔質金属体層３が得られ、スケルトン部３ａがその内部に前記気孔Ａより小径の内部微細気孔ａが多数包含されている有孔金属焼結体となる。
【００３０】
このように形成した、多孔質金属板を図３に示すように、その接合端部３３が重なり合うように筒状にして多孔質金属体層３を形成する。次に、図４に示すように、筒状の多孔質金属体層３をパイプ本体２内に挿入し、その後、該パイプ本体２内に前記多孔質金属体層３の内径ｒより大径の球状部４ａを有する引抜きプラグ４を挿入し、かつこれをパイプ本体２の軸線方向Ｋへ引き抜くことにより前記多孔質金属板の重なり合った接合端部３３及び多孔質金属体層３をパイプ本体２の内周面に圧着すると共に中空部２ａを形成する。そして、多孔質金属体層３をパイプ本体２の内周面に圧着した後、これらを還元雰囲気中で熱処理する。その後、形成された中空部２ａ内に水やナトリウム等の作動流体Ｌを封入する。
【００３１】
なお、上記の製造方法において、引抜きプラグ４で多孔質金属体層３をパイプ本体２の内周面に圧着する際に、予めパイプ本体２の内周面を酸化処理し、かつ還元雰囲気内で熱処理するようにしてもよく、このようにした場合には接着強度が向上する。
【００３２】
以上のようにして製造されたヒートパイプ１は、多孔質金属体層３に、第１の多孔質部３０と多孔質金属板の重なり合った部分が拡張、接合される。この接合部は、拡散接合により気孔率の小さい第２の多孔質部３１となるので、伝熱効率を向上することができる。
【００３３】
図５は、この発明の第２実施形態に係るヒートパイプを示す断面図である。本実施の形態において、パイプ本体１２の内面には、その軸線方向に向けて複数の溝１２ａが環状配置されている。そして、該溝１２ａ内に多孔質金属体層１３が圧入されている。ここで、多孔質金属体層１３は、図３に示すように接合端部３３が重なり合うようにしてパイプ本体１２内に挿入され、引抜きプラグ４により各溝１２ａ内に圧入されたものである。
したがって、この場合も多孔質金属体層１３は、気孔率の大きい部位１３ａと気孔率の小さい部位１３ｂとから構成されている。
【００３４】
以上のように構成した場合、パイプ本体１２と多孔質金属体層１３の接触面積が増大して、相互の馴染みがよくなり密着性が向上する。したがって、熱交換効率の向上が図れると共に、ヒートパイプ１を曲げて配置しても、多孔質金属体層１３がパイプ本体１２から剥離することがない。
【００３５】
図６は、この発明の第３実施形態に係るヒートパイプを示す断面図、図７は、その製造方法を示す説明図である。本実施の形態において、ヒートパイプ１は、多孔質金属板を筒状にして多孔質金属体層２３を形成し、その筒状多孔質金属体層２３をパイプ本体２２内に挿入し、その後、該パイプ本体２２内に前記多孔質金属体層２３の内径より大径であると共に、周方向に複数の突出部１４ａを備えた略球状部１４ｂを有する引抜きプラグ１４を挿入し、かつこれをパイプ本体２２の軸線方向Ｋへ引き抜くことにより前記多孔質金属体層２３に気孔率の大きい部位２３ａと小さい部位２３ｂを形成しつつパイプ本体２２の内周面に圧着する。同時に、前記多孔質金属体層２３に中空部３４が形成され、その中空部３４内に作動流体Ｌを封入する。
【００３６】
以上のように構成すると、パイプ本体２と多孔質金属体層２３との密着性を向上することができる。したがって、熱交換効率の向上が図れると共に、ヒートパイプ１を曲げて配置しても、多孔質金属体層２３がパイプ本体２２から剥離することがない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、多孔質金属体層の内径より大径の球状部を有する引抜きプラグを軸線方向へ引き抜くことにより、多孔質金属板の重なり合った接合端部が押し潰されて拡散接合されるので、自動的に多孔質金属体層に密な部分と疎な部分が形成される。したがって、作動流体の移動の確保は主に疎な多孔質部によって為され、パイプ本体との間の熱交換は主に、密な多孔質部によって為されるので、熱交換効率の高いヒートパイプを製造することができる。
【００４１】
請求項２に係る発明によれば、引き抜きプラグにより前記多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に圧着後、還元雰囲気中で熱処理するため、多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に確実に接合することができる。
【００４２】
また、請求項３に係る発明によれば、引抜きプラグで多孔質金属体層をパイプ本体の内周面に圧着する際に、予め前記パイプ本体内周面を酸化処理し、かつ還元雰囲気内で熱処理するので、パイプ本体と多孔質金属体層の接合強度を向上することができ、ヒートパイプを曲げても多孔質金属体層がパイプ本体から剥離することがない。
【００４３】
また、請求項４に係る発明によれば、パイプ本体内に前記多孔質金属体層の内径より大径であると共に、周方向に複数の突出部を有する略球状部を有する引抜きプラグを挿入し、かつこれをパイプ本体の軸線方向へ引き抜くことにより前記多孔質金属体層に気孔率の大きい部位と小さい部位を形成するので、簡易に多孔質金属体層に気孔率の大きい部位と小さい部位を形成でき、熱交換効率の高いヒートパイプを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施形態に係るヒートパイプを示す断面図である。
【図２】  図１における多孔質金属体層の拡大断面図である。
【図３】  この発明に係るヒートパイプの一実施形態における製造方法の一工程例を示す説明図である。
【図４】  この発明に係るヒートパイプの一実施形態における製造方法の一工程例を示す説明図である。
【図５】  この発明の第２実施形態に係るヒートパイプを示す断面図である。
【図６】  この発明の第３実施形態に係るヒートパイプを示す断面図である。
【図７】  第３実施形態に係るヒートパイプの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｌ  作動流体
１  ヒートパイプ
２，１２、２２  パイプ本体
１２ａ  溝
２ａ、３４  中空部
２３ａ  気孔率の大きい部位
２３ｂ  気孔率の小さい部位
３，１３，２３  多孔質金属体層
３０  第１の多孔質部
３１  第２の多孔質部
３３  接合端部
４、１４  引抜きプラグ
４ａ、１４ｂ  球状部
１４ａ  突出部
【図１】
0003960017.tif 000003
【図２】
0003960017.tif 000004
【図３】
0003960017.tif 000005
【図４】
0003960017.tif 000006
【図５】
0003960017.tif 000007
【図６】
0003960017.tif 000008
【図７】
0003960017.tif 000009