(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非凝縮性ガスを脱気した金属製のコンテナの内部に、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体と、毛細管圧力を発生させるためのウィックとして多孔構造の焼結粉末層とが封入されたヒートパイプの製造方法であって、
微細孔が全体として連通した多孔構造の焼結粉末体を形成し、その粉末焼結体を前記コンテナの内壁面に固定して前記焼結粉末層とするとともに、そのコンテナを密閉した後、更にそのコンテナの内部を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。
【請求項２】
非凝縮性ガスを脱気した金属製のコンテナの内部に、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体と、毛細管圧力を発生させるためのウィックとして多孔構造の焼結粉末層とが封入されたヒートパイプの製造方法であって、
微細孔が全体として連通した多孔構造の粉末焼結体を形成し、つぎにその粉末焼結体を構成する原料粉末よりも粒径の小さい原料粉末を、前記粉末焼結体と前記コンテナの内壁面との間に介在させた状態で焼結させることによって、前記粉末焼結体を前記コンテナの内壁面に固定させて前記焼結粉末層とするとともに、その焼結粉末層と前記コンテナの内壁面との間に前記微細孔よりも小さい微細孔を備えた多孔構造の接合層を形成し、そのコンテナを密閉した後、更にそのコンテナの内部を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。
【請求項３】
前記コンテナの内壁面を粗面化させて、多数の凹部を形成した後に、前記粉末焼結体を前記コンテナの内壁面に取り付けることを特徴とする請求項２に記載の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、作動流体の蒸発潜熱として熱を輸送するヒートパイプに関し、特に焼結粉末層をウィックとした構成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】
周知の通りヒートパイプは、脱気した状態の密閉金属パイプなどの容器（コンテナ）の内部に、純水あるいはアルコールなどの凝縮性流体を作動流体として封入したものである。また作動流体を蒸発部に還流させるためのウィックとしては、グルーブまたは金属メッシュあるいは焼結させた金属粉末などがある。
【０００３】
そこで焼結粉末層からなるウィックを備えたヒートパイプの製造方法について簡単に説明する。例えばブロンズ粉末と適宜の有機材料とからなる調合物を、コンテナの内壁面を被覆した状態に成形して保持する。つぎに調合物の成形体が備えられたコンテナを加熱炉の内部に収容するとともに、無酸素雰囲気下において７５０〜８００℃で２〜３時間加熱して、成形体を焼結させる。具体的には、ブロンズ粉末同士が焼結してウィックが形成されるとともに、コンテナの内壁面とブロンズ粉末との界面が焼結してウィックがコンテナに固着される。つぎに通例に倣う洗浄工程を経た後に、その容器の内部をヒートパイプ化する。その結果、コンテナ内面に多孔構造層のウィックを備えたヒートパイプが完成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の製造方法では、ウィック自体を形成する工程と、そのウィックをコンテナに取り付ける工程においてコンテナが加熱されるために、コンテナの材料が焼き鈍し処理されてしまい、それに伴って変形の生じるおそれがあった。つまり上記従来の製造方法では、所期形状のヒートパイプを必ずしも得ることができない不都合があった。
【０００５】
この発明は、前記の事情を背景にしてなされたものであり、焼き鈍しに起因したコンテナの変形を防止することのできるヒートパイプの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【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に記載の発明は、非凝縮性ガスを脱気した金属製のコンテナの内部に、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体と、毛細管圧力を発生させるためのウィックとして多孔構造の焼結粉末層とが封入されたヒートパイプの製造方法であって、微細孔が全体として連通した多孔構造の焼結粉末体を形成し、その粉末焼結体を前記コンテナの内壁面に固定して前記焼結粉末層とするとともに、そのコンテナを密閉した後、更にそのコンテナの内部をヒートパイプ化することを特徴とするものである。
【０００７】
したがって請求項１の発明によれば、ウィック自体を形成する工程、すなわち原料粉末同士を焼結させて粉末焼結体を形成する工程における熱の影響をコンテナが受けないから、コンテナ材料が焼き鈍しされるおそれがなく、その結果、所期の形状のヒートパイプを確実に得ることができる。
【０００８】
また請求項２に記載した発明は、非凝縮性ガスを脱気した金属製のコンテナの内部に、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体と、毛細管圧力を発生させるためのウィックとして多孔構造の焼結粉末層とが封入されたヒートパイプの製造方法であって、微細孔が全体として連通した多孔構造の粉末焼結体を形成し、つぎにその粉末焼結体を構成する原料粉末よりも粒径の小さい原料粉末を、前記粉末焼結体と前記コンテナの内壁面との間に介在させた状態で焼結させることによって、前記粉末焼結体を前記コンテナの内壁面に固定させて前記焼結粉末層とするとともに、その焼結粉末層と前記コンテナの内壁面との間に前記微細孔よりも小さい微細孔を備えた多孔構造の接合層を形成し、そのコンテナを密閉した後、更にそのコンテナの内部をヒートパイプ化することを特徴とするものである。
【０００９】
したがって請求項２の発明では、前述の状態で粒径の小さい原料粉末を焼結させることによって、その原料粉末同士が焼結して接合層が形成されるばかりでなく、原料粉末とコンテナの内壁面および原料粉末と粉末焼結体がそれぞれ焼結し、これにより粉末焼結体がコンテナに固着される。
【００１０】
このような粉末焼結体の取り付け工程、つまり粒径の小さい原料粉末を焼結させる工程においては、コンテナが熱の影響を受けることになる。しかしながら請求項２の発明では、単位体積あたりでの粒径の小さい原料粉末同士の接触面積が焼結粉末層のそれと比較して大きく、すなわち焼結粉末層に相当する部材をコンテナの内壁面に対して直接に焼結させる従来技術に比べて、焼結に要する時間が短い。そのためコンテナには焼き鈍しによる変形が生じない。
【００１１】
また請求項２の発明は、焼結粉末層とコンテナとを機械的に結合させるのではなく金属的に結合させるから、ヒートパイプにおける焼結粉末層とコンテナとの間での熱抵抗が小さい。更に請求項２の発明では、ウィックが接合層と焼結粉末層との２層構造であって、その厚さ方向における微細孔（空隙）の大きさが異なる構造であるから、例えばコンテナとの連結強度を得るために微細孔を密に設定しても、液相作動流体の流動性に優れるヒートパイプとなる。
【００１２】
更に請求項３に記載した発明は、請求項２の発明に加えて、前記コンテナの内壁面を粗面化させて、多数の凹部を形成した後に、前記粉末焼結体を前記コンテナの内壁面に取り付けることを特徴とするものである。
【００１３】
したがって請求項３に記載した発明では、粒径の小さい原料粉末が凹部の内面に接触することによって、コンテナの内壁面が平滑面である場合と比較して、粒径の小さい原料粉末とコンテナとの単位面積あたりの接触量が増すから、粒径の小さい原料粉末とコンテナとの焼結に要する時間が更に短縮し、これによりコンテナに対する焼結粉末層の取り付け工程が容易化するとともに、両者の連結強度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに請求項１の発明に係る具体例を、図１ないし図３を参照に説明する。まずコンテナ１を構成するカップ状部材２と上板３とを用意する。具体的には、カップ状部材２は、銅あるいはアルミニウムなどの金属からなり、底板４と側板５とフランジ部６とによって構成されている。底板４は、矩形の平板体であり、その４つの辺には、鉛直上側に向けて延びる平坦面からなる側板５がそれぞれ形成されている。なお各側板５の高さは、底板４の幅および長さよりも小さく設定されている。
【００１５】
更に各側板５の縁部には、底板４と水平にかつ外側に向けて延びるフランジ部６がそれぞれ形成されている。またフランジ部６の四隅のうちの一つには、半円形状に窪んだ取り付け溝７が形成されている。これに対して上板３は、平面図上でフランジ部６と同じ大きさで同じ形状に成す平板材であり、カップ状部材２と同じ材料からなっている。
【００１６】
また一方で、粉末焼結体８を形成する。例えば粒径が３００μｍ程度のブロンズ粉末からなる大径粒子９と適宜の有機材料と水とを混合した調合物（図示せず）を用意し、この調合物によって上板用の成形体およびカップ状部材用の成形体（共に図示せず）をそれそれ形成する。その形成方法としては、機械プレス法または静水圧プレス法あるいは射出成形法、押出成形法およびドクターブレード法などの従来知られた方法を採用することができる。またブロンズ粉末に替わる原料粉末としては、例えば銅が挙げられる。
【００１７】
つぎに各種の成形体を、図示しない加熱炉の内部に収納するとともに、約７５０℃で約３時間加熱して焼結させる。これにより各成形体と実質的に同じ形状の粉末焼結体８がそれぞれ完成する。すなわち上板用の粉末焼結体８は、カップ状部材２の４枚の側板５からなる開口部に倣った矩形の平板体を成している。
【００１８】
これに対してカップ状部材用の粉末焼結体８は、矩形平板状の底壁部１０と、その底壁部１０の各辺から鉛直上方に延びる平板からなる側壁部１１とを備えている。なお各側壁部１１の高さは、カップ状部材２の側板５の高さから上板３用の粉末焼結体８の厚さを差し引いた値に設定されている。更に底壁部１０の中央箇所には、図１での上方に突出した円柱形状の支柱部１２が備えられている。
【００１９】
つぎに粉末焼結体８を、上板３およびカップ状部材２に対してそれぞれ取り付ける。なお必要に応じて粉末焼結体８にプレス加工（サイジング）を施して、いわゆる焼結歪みを矯正させる。これを行うことによって粉末焼結体８と上板３などとの接合面の精度が向上する。
【００２０】
上板用の粉末焼結体８は、その４つの辺を上板３の各辺と平行に揃えた姿勢で上板３の図１での下面部に対して取り付けられる。その結果、焼結粉末層１３が形成される。これに対してカップ状部材用の粉末焼結体８は、その支柱を図１での上方に向けた姿勢でカップ状部材２の内側に取り付けられる。その結果、焼結粉末層１３が形成される。なおその取り付け手段としては、例えば耐熱性の接着剤によって接合させる方法、または粉末焼結体８とコンテナ１とをカシメる方法、更にスポット溶接等を採用することができる。
【００２１】
つぎに上板３とカップ状部材２とを一体に組み付けて、ウィック１４を備えたコンテナ１を形成する。具体的には、４枚の側板５により形成される開口部分を上板３で塞いだ状態に、カップ状部材２と上板３とを仮組みする。なお上板３のうち粉末焼結体８の取り付けられた面を、底板４に向ける。したがって上板３に取り付けられた粉末焼結体８とカップ状部材２に取り付けられた粉末焼結体８の側壁部１１の端面とが接触する。また上板３に取り付けられた粉末焼結体８に対してカップ状部材２側に備えられた支柱部１２の端面が接触する。
【００２２】
なお注入ノズルとなる小径管１５を取り付け溝７に嵌め込んだ状態に配置する。そしてフランジ部６と上板３との接合面および取り付け溝７と小径管１５との接合部分を溶接して封止する。その結果、内壁面の全域に焼結粉末層１３を備えた中空平板形状のコンテナ１が完成する。
【００２３】
更にコンテナ１をヒートパイプ化する。その手段としては、例えば加熱追い出し法あるいは真空ポンプ法またはガス液化法等の従来知られた手段採用することができる。その結果、図３に示すように、平板状のヒートパイプ１６が完成する。すなわちこのヒートパイプ１６は、コンテナ１の内壁面の全体が一定厚さの焼結粉末層８によって被覆されているとともに、非動作時における上板３と底板４との接近し合う方向への変形を阻止する支柱部１２が設けられている。
【００２４】
このようにコンテナ１の外部において単体として形成した粉末焼結体８を、コンテナ１の内壁面に対して取り付けて焼結粉末層１３とする製法であり、上板３およびカップ状部材２が大径粒子９の焼結に伴う熱の影響を受けないから、上板３およびカップ状部材２が焼き鈍しされることがなく、これにより変形のないコンテナ１を得ることができ、その結果、所期の形状のヒートパイプ１６を確実に製造することができる。
【００２５】
つぎに請求項２の発明に係る具体例を、図４に基づいて説明する。ここに示す具体例は、コンテナ１に対する粉末焼結体８の取り付け手段として焼結を採用した例である。なお上記具体例と同じ工程ならびに部材については、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
まずコンテナ１のうちの粉末焼結体８との接合面に接合層１８を形成する。具体的には、例えば小径粒子１７と適宜の有機材料と水とを混合させてなる調合物を用意し、この調合物を上板３ならびにカップ状部材２のうち粉末焼結体８によって覆われる範囲に対して一定の厚さとなるようにそれぞれ塗布する。すなわち成形体を形成する。なおこの発明の粒径の小さい原料粉末に相当する小径粒子１７は、一例として粒径が７５μｍ程度のブロンズ粉末からなるものである。したがって小径粒子の粒径は、大径粒子９の粒径の１／４程度となっている。また成形体の厚さは、一例として粉末焼結体８（焼結粉末層１３）の約１／６程度に設定されている。
【００２７】
つぎに予め用意してある粉末焼結体８を、カップ状部材２および上板３のそれぞれに設けられた成形体の外面を覆う状態に仮組みする。つまりカップ状部材２あるいは上板３と粉末焼結体８とによって成形体を挟んだ状態とする。
【００２８】
そしてカップ状部材２および上板３を加熱炉に収容するとともに、加熱して成形体を焼結させる。これによって小径粒子１７同士が焼結して接合層１８が形成される。また小径粒子１７と粉末焼結体８との界面が焼結し、更に小径粒子１７とカップ状部材２および上板３との界面が焼結する。その結果、粉末焼結体８が接合層１８を介してコンテナ１の内壁面に一体に固着して焼結粉末層１３となる。なお、成形体自体の厚さが薄いことに加えて、小径粒子１７の粒径が小さいために、上記のようなコンテナ１に対する粉末焼結体８の取り付け工程（接合層１８の形成工程）は、短時間で完了する。
【００２９】
つぎに焼結粉末層１３および接合層１８が備えられた上板３およびカップ状部材２を、それぞれ脱脂洗浄する。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。つぎに上板３とカップ状部材２とを組み付けてコンテナ１を形成するとともに、そのコンテナ１の内部をヒートパイプ化する。その結果、２層構造のウィック１４をコンテナ１の内壁面に備えた平板状のヒートパイプ１６が完成する。
【００３０】
上記のように大径粒子９よりも粒径の小さい小径粒子１７を焼結させることによって、粉末焼結体８をコンテナ１に取り付ける方法であり、従来技術に比べて焼結に要する時間が短縮されるから、上板３およびカップ状部材２が焼結によって受ける熱の影響を低減でき、したがって焼き鈍しによるコンテナ１の変形を未然に防止することができ、すなわち所期の形状のヒートパイプ１６を確実に得ることができる。
【００３１】
またこの具体例では、粉末焼結体８とコンテナ１とが金属的に結合しているから、両者を機械的に結合させている図１に示す具体例と比較して、コンテナ１と焼結粉末層１３との間での熱抵抗が低減する利点がある。
【００３２】
つぎに請求項３の発明に係る具体例を、図５を参照して説明する。ここに示す例は、粉末焼結体８をコンテナ１に取り付ける工程の前工程として、コンテナ１の内壁面の粗面化を行う例である。なお上記具体例と同じ工程ならびに部材については、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
まず上板３の片面のうち周縁部を除いた範囲と、底板４と各側板５上板３のうちコンテナ１のうちコンテナ１の内部となる範囲とに、図示しないブラスト装置を利用したサンドブラスト加工を施す。具体的には粒径が小径粒子１７よりも若干大きいケイ砂を、コンテナ１の内壁面に対して衝突させて多数個の凹部１９を形成し、いわゆるマット状に粗面化させる。したがって各凹部１９は、小径粒子１７の粒径よりも若干大きく開口した構成となっている。
【００３４】
ブラスト加工が施されたカップ状部材２と上板３とは、定法に倣って洗浄工程に送られ、表面に付着した粉体や残留ケイ砂等の異物が除去される。なおサンドブラスト加工に替わる粗面化の手段としては、例えばエッチング処理あるいはサンドペーパーを利用した研磨加工等を採用することができる。なお凹部１９は、小径粒子１７の粒径には制約されない。
【００３５】
つぎにカップ状部材２および上板３のうち粗面化された箇所を、小径粒子１７を含む調合物によって被覆した状態とする。すなわち調合物の成形体を粗面化された箇所に配置する。その場合、各凹部１９の内側に小径粒子１７が入り込んだ状態となる。更に予め形成してある粉末焼結体８を、成形体の表面を覆う状態に配置する。つまりカップ状部材２あるいは上板３と粉末焼結体８とによって、成形体を挟んだ状態に保持させる。
【００３６】
そしてカップ状部材２および上板３を加熱炉に収容して加熱し、成形体を焼結させる。前述の通り、小径粒子１７が凹部１９に侵入していて、小径粒子１７とコンテナ１の内壁面との接触面積が大きいために、成形体とコンテナ１の内壁面とが速やかに焼結する。また小径粒子１７同士が焼結して接合層１８が形成される。更に成形体と粉末焼結体８との界面が焼結する。その結果、粉末焼結体８がコンテナ１の内壁面に対して固着して、焼結粉末層１３となる。
【００３７】
つぎにカップ状部材２と上板３とを、上記具体例と同様の姿勢に組み付けた状態で、両者の連結部分を溶接して密閉する。これによってコンテナ１が完成する。更にコンテナ１の内部を、ヒートパイプ化する。その結果、中空平板状のヒートパイプ１６が完成する。
【００３８】
上記のように小径粒子１７の入り込むことが可能な凹部１９を形成することによって、図４に示す具体例と比べて小径粒子１７とコンテナ１との接触面積が増大して、その焼結に要する時間が更に短縮するから、上板３とカップ状部材２とが焼結によって受ける熱の影響を更に少なくすることができ、その結果、焼き鈍しによる変形をより一層確実に防止することができる。
【００３９】
なお上記各具体例では、平板状ヒートパイプに適用した例を挙げたが、この発明は、例えばコンテナが円形断面を成すヒートパイプに適用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項３に記載したいずれの発明においても、多孔構造の粉末焼結体をコンテナの内壁面に固定して焼結粉末層とするとともに、コンテナを密閉した後に、その内部をヒートパイプ化する製造方法であり、粉末焼結体を形成する工程での熱がコンテナに影響しないから、所期の形状のヒートパイプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１の発明に係る具体例を示す概略図である。
【図２】  焼結粉末層およびコンテナを示す断面図である。
【図３】  ヒートパイプの完成体を一部切り欠いて示す概略図である。
【図４】  請求項２の発明に係る焼結粉末層およびコンテナを示す断面図である。
【図５】  請求項３の発明に係る焼結粉末層およびコンテナを示す断面図である。
【符号の説明】
１…コンテナ、  ２…カップ状部材、  ３…上板、  ４…底板、  ５…側板、６…フランジ部、  ８…粉末焼結体、  ９…大径粒子、  １０…底壁部、  １１…側壁部、  １２…支柱部、  １３…焼結粉末層、  １４…ウィック、  １６…ヒートパイプ、  １７…小径粒子、  １８…接合層、  １９…凹部。
【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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