(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートパイプのコンテナとなるパイプをプラスチック材料によって形成し、かつ、そのパイプの内周面に金属薄膜を一旦溶解させた後に金属薄膜層を形成した後、そのパイプの端部を密閉してコンテナに成形し、そのコンテナから非凝縮性ガスを排気するとともに、凝縮性の作動流体を注入して、そのコンテナをヒートパイプ化することを特徴とするプラスチックヒートパイプの製造方法。
【請求項２】
プラスチック製のパイプの内外周面のいずれか一方側の面に金属薄膜を一旦溶解させて金属薄膜層を気密状態に形成した後、その金属薄膜層の表面上にプラスチック層を形成して、金属薄膜層を介在させた少なくとも三層構造のパイプを作成し、そのパイプの端部を密閉してコンテナとし、そのコンテナから非凝縮性ガスを排気するとともに、凝縮性の作動流体を注入して、そのコンテナをヒートパイプ化することを特徴とするプラスチック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、プラスチック製のコンテナを使用したヒートパイプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ヒートパイプは密閉したコンテナの内部から空気などの動作温度範囲で非凝縮性のガスを排気した状態で、水などの凝縮性の流体を作動流体として封入したものである。したがって非動作状態では、コンテナの内部が真空になり、また動作状態では、作動流体が蒸発してその蒸気が充満するために高圧状態となる。そのため従来一般には、気密性および耐圧性を確保するために、銅など金属製のコンテナを使用してヒートパイプを構成していた。
【０００３】
一方、ヒートパイプの特性の向上や容量さらには用途の多様化が図られており、最近では、ノートブック型パソコンの中央演算処理装置（ＣＰＵ）の冷却などにも使用されるようになってきている。この種の用途では、そのノートブックパソコンのなどの装置自体の小型化および軽量化、さらには安価を図るために、ヒートパイプ自体の小型化および軽量化が望まれている。すなわち従来のように金属材料によってヒートパイプを形成したのでは、ヒートパイプ自体の重量が重くなるとともに高価なものとならざるを得ず、ひいては、これを備えた装置自体の重量が重くなるとともに高価になってしまうため、ヒートパイプ自体を改良することが課題となっている。
【０００４】
そこで最近では、小型かつ軽量で安価なヒートパイプとしてプラスチック製で密閉構造のコンテナ内に、凝縮性の作動流体を封入したプラスチックヒートパイプが開発されている。
【０００５】
このプラスチックヒートパイプによれば、そのコンテナを構成している材料がプラスチックのみであるため、ヒートパイプ自体が軽量になり、しかも金属で構成するに比べて安価なものとすることができる。
【０００６】
また、道路融雪などのための大型のヒートパイプも耐食性や取扱いの容易性などの利点があることからプラスチック化が図られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラスチックは高分子材料であってわずかながら通気性があるために、従来のようにコンテナをプラスチックのみで形成すると、そのプラスチック壁を介して、コンテナ内部に外部から非凝縮性ガスが流入してしまい、コンテナ内の気密性を保持することができず、コンテナ内を真空状態に維持することが困難であった。すなわち小型軽量化のために薄肉のプラスチックチューブでヒートパイプ用コンテナを形成すると、ヒートパイプ動作時においては、内部に侵入した非凝縮性ガスがヒートパイプの凝縮部となる端部に滞留してしまい、その非凝縮性ガスがヒートパイプの放熱部での放熱を抑制するように作用して、熱伝達性が低下してしまうなどの不都合があった。またこれに伴い、放熱部での熱抵抗が大きいから、作動流体の相変化が抑制されてしまい、さらに放熱部での熱伝導性が低下して、熱応答性が低下してしまう不都合があった。
【０００８】
さらにヒートパイプ動作した場合、そのコンテナの内部から、作動流体が漏れ出してしまうおそれがあった。すなわち作動流体を封入するにあたって、先端部分をカシメるが、その場合、プラスチックのみによってコンテナを構成しているためにカシメ難く、両先端側の封止が困難で、そのカシメ部分が充分にカシメられていないことがあり、全体として通気性があることに加えて、そのカシメ部分から、作動流体が漏洩してしまう不都合があった。
【０００９】
つまり、プラスチックのみで形成したコンテナを有するヒートパイプでは、小型・軽量化のために薄肉のプラスチックチューブでヒートパイプ用コンテナを形成すると、プラスチック壁を介して内外の非凝縮性ガスや作動流体蒸気等の気体が透過してしまい、コンテナ内を真空状態に維持することができず、また、カシメ部分の封止が充分にできないために、製造直後のヒートパイプの性能を維持することが困難となり、顕著に熱応答性が低下してしまう不都合があった。
【００１０】
したがって、従来のようなプラスチックヒートパイプにおいては、そのプラスチック壁を厚肉化せざるを得ず、またそのようにしても長期に亘ってヒートパイプの特性を良好に維持することが困難であり、さらにコンテナ両端部分の熱伝達性が充分に得られないなど、実用性に劣る不都合があった。
【００１１】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、コンテナ内外の流体の透過を防止でき、熱輸送特性を長期に亘って良好に維持することができるプラスチック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。
【００１２】
【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の発明は、ヒートパイプのコンテナとなるパイプをプラスチック材料によって形成し、かつ、そのパイプの内周面に金属薄膜を一旦溶解させた後に金属薄膜層を形成した後、そのパイプの端部を密閉してコンテナに成形し、そのコンテナから非凝縮性ガスを排気するとともに、凝縮性の作動流体を注入して、そのコンテナをヒートパイプ化することを特徴とするプラスチックヒートパイプの製造方法である。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明のプラスチックヒートパイプの製造方法は、プラスチック材料より所要のパイプを形成した後、その内周面に金属薄膜層を形成する、あるいは所要のパイプをプラスチック材料によって形成するとともに、そのパイプの内周面となる箇所に金属薄膜層を形成し、その後、そのパイプをコンテナに成形して、そのコンテナから非凝縮性ガスを排気するとともに所定量の凝縮性の作動流体を注入して、そのコンテナをヒートパイプ化する方法である。
【００１６】
さらに、請求項２の発明は、プラスチック製のパイプの内外周面のいずれか一方側の面に金属薄膜を一旦溶解させて金属薄膜層を気密状態に形成した後、その金属薄膜層の表面上にプラスチック層を形成して、金属薄膜層を介在させた少なくとも三層構造のパイプを作成し、そのパイプの端部を密閉してコンテナとし、そのコンテナから非凝縮性ガスを排気するとともに、凝縮性の作動流体を注入して、そのコンテナをヒートパイプ化することを特徴とするプラスチックヒートパイプの製造方法である。
【００１７】
すなわち、請求項２の発明のプラスチックヒートパイプの製造方法は、プラスチック製のパイプの外周面または内周面のいずれかに金属薄膜層を気密状態に形成する。あるいは所要のパイプをプラスチック材料によって形成するとともに、そのパイプ外周面または内周面のいずれかとなる箇所に金属薄膜層を気密状態に形成する。そして金属薄膜層が形成された側のパイプ周面にプラスチック層を形成し、金属薄膜層を介在させた少なくとも三層構造のパイプを作成する。そして、そのパイプの端部を密閉してコンテナとし、そのコンテナから非凝縮性ガスを排気するとともに、所定量の凝縮性の作動流体を注入して、コンテナをヒートパイプ化する方法である。
【００１８】
したがって、請求項１，２の製造方法によれば、コンテナの外表面よりも内側に気密性の金属薄膜層が形成され、コンテナ内部の真空状態を長期に亘って良好に維持できるプラスチックヒートパイプを製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明のプラスチックヒートパイプ１の一実施例を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１あるいは図２は、この発明のプラスチックヒートパイプ１の一例を示すものである。このプラスチックヒートパイプ１のコンテナ２の胴体部分は、一例として円筒形状のプラスチックパイプ３によって形成されており、このプラスチックパイプ３の材料としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）が用いられている。
【００２１】
したがって、コンテナ２となるプラスチックパイプ３の素材をポリエチレンとすることにより、熱変形温度が低いため成形性が良好であり、かつ強靭で柔軟性があるため配置箇所によって比較的自由に変形させることができる。
【００２２】
そして図１の実施例においては、そのコンテナ２の内周に金属薄膜層４が形成されており、図２の実施例においては、コンテナ２の断面図に示すように金属薄膜層４を内周および外周のプラスチック壁の間に配置した、いわゆるサンドイッチ構造に形成されている。
【００２３】
図１および図２に示す金属薄膜層４は、一例として金属箔によって形成されており、その金属材料には銅が採用されて、熱接着、高周波溶着、超音波溶着、接着剤による接着等の適宜接着方法によってコンテナ２の内周面あるいは内外周の中間層に接着配置されている。
【００２４】
なおこれらプラスチックコンテナ２および金属箔の厚さは、真空圧に耐えることができ、しかも非凝縮性ガスの透過を防止できる厚さに設定されており、一例として、プラスチックパイプ３は約１ｍｍ厚に、金属箔は約５０μｍ厚に形成されている。
【００２５】
また、円筒形状に形成されたプラスチックパイプ３の両先端開口部には、熱伝導性の向上を図るために、例えば、金属部材を取り付けても良く、一例として、図１あるいは図２に示すような金属製キャップ５を取り付けることができる。この金属製キャップ５の材質には、一例として、前記金属薄膜層４と同様に銅が採用されている。
【００２６】
なお、ここで金属薄膜層４となる金属箔と金属製キャップ５との材料に銅を採用したのは、熱伝導性が良いとともに、溶接等の加工がし易く、作動流体封入時にカシメ易いためであるが、その材質は銅に限定されず、熱伝達性の良い金属材料、例えば、鉛、アルミ合金、銅合金、ステンレス等を採用することもできる。
【００２７】
また、プラスチックパイプ３の両先端部分を密閉する部材は、キャップには限定されず、金属補強板を取り付けあるいは金属製パイプをプラスチックパイプ３内に挿着させるなどの構成とすることもできる。
【００２８】
前記金属製キャップ５は、前記プラスチックパイプ３の外径とほぼ同一内径に形成された凹形の部材であり、プラスチックパイプ３の両先端部分の外周に、金属製キャップ５の内周の所定範囲が、例えば、接着剤による接着、熱接着、超音波溶着、摩擦溶着、高周波溶着等の適宜の手段によって気密状態に接着されてプラスチックパイプ３の先端開口部が気密に閉塞されている。
【００２９】
なお、金属製キャップ５とプラスチックパイプ３との気密性を担保する手段としては、前記接着法に限定されず、例えば、ラビリンス構造、テーパー捩子構造などの気密性を担保できる構造としてもよい。
【００３０】
また、前記のような構成のコンテナ２の内周面に毛細管圧力によって作動流体の還流を促進する各種ウイック、例えば金属メッシュ、溝、カーボンもしくはガラス製の極細線束等を設けてもよい。
【００３１】
なお、前記ウイックは、例えば、押出成形によってプラスチックパイプ３を成形する際に、同時に成形するようにしても良い。
【００３２】
また、プラスチックパイプ３をコルゲート形状にすることもでき、これも例えば、押出成形時に同時に形成するようにすれば、プラスチックヒートパイプ１の配置箇所に対応させて曲げ変形できるので、曲げ加工等が省略でき、コストを削減することができる。
【００３３】
さらに、プラスチックヒートパイプ１の使用条件に応じて熱輸送効率の向上を図るために、その両端部分にフィンを取り付けることもできる。
【００３４】
したがって、図１あるいは図２のように構成されたプラスチックヒートパイプ１によれば、コンテナ２となるプラスチックパイプ３の内周面あるいは内外周の中間層に金属薄膜層４が形成されているから、コンテナ２のプラスチック壁を薄くしたとしても、従来のようにプラスチック壁を介してコンテナ２の内部に非凝縮性ガスが透過するような事態が防止され、コンテナ２内を真空状態に維持することができる。すなわち、プラスチックヒートパイプ１の性能を維持することができるので、熱応答性や熱輸送効率を長期に亘って良好に維持できる。
【００３５】
さらにその両端部分を金属製キャップ５等の金属部材によって形成すれば、この部分での熱伝導性が良くなる。すなわち、熱応答性が向上され、蒸発部となる一端部で得た熱が金属製キャップ５を介してプラスチックヒートパイプ１内の作動流体に速やかに伝達されて、作動流体が加熱される。そして液状の作動流体が速やかに蒸発し、その蒸気が凝縮部となる他端部に流動し、他端部も金属製キャップ５によって形成されているので、その外部に速やかに熱が放出されるとともに作動流体の蒸気が凝縮し液相となる。つまり、両先端部分を金属製キャップ５によって形成すれば、作動流体への熱伝導性が向上し、作動流体の相変化が速やかに行われて熱応答性が向上し、ひいては熱輸送効率が良くなる。
【００３６】
また、内周面にウイックを形成すれば、前記凝縮部となる他端部で液相に戻った作動流体が、その毛細管作用で前記蒸発部となる一端部に還流するため、ヒートパイプ１の蒸発部が凝縮部より高い位置となる所謂トップヒートモードおよび蒸発部と凝縮部とがほぼ同じ高さとなる水平設置状態においても、効率よくヒートパイプ動作させることができる。
【００３７】
なお、プラスチックパイプ３をポリエチレンによって成形したが、これに限定されず、作動流体との適合性や動作温度および動作圧力等を考慮して選択したプラスチック、例えば、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリ四フッ化エチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等を使用できる。さらに、柔軟性があり、ヒートパイプ１の配置箇所に適合させるよう自由に変形できる材質であればなお良い。
【００３８】
また上記実施例において、コンテナ２の内周面あるいは内外周の中間層に配置された金属薄膜層４を金属箔としたが、これに限定されず、電気メッキ、真空蒸着、真空蒸着＋溶着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの適宜の方法によって金属薄膜層４を形成することができる。なお、前記真空蒸着＋溶着は、金属薄膜層４を形成する箇所に金属を蒸着させると同時に蒸着した金属を溶解させて箔状にする方法であり、一例として熱溶着、高周波溶着等を採用することが好ましい。
【００３９】
さらに、図１あるいは図２に示すように金属薄膜層４に金属箔を採用した場合には、例えばプラスチックパイプ３の成形に添着押出成形を採用して、押出ダイでプラスチックパイプ３を押出成形する際に、その内周面あるいは内外周の中間層となる箇所に金属箔を同時に貼付けるようにすることもできる。
【００４０】
次に上記のように構成されたプラスチックヒートパイプ１の製造方法の一例を説明する。
【００４１】
まず、図１に示す実施例のように内周面に金属薄膜層４が形成されているプラスチックヒートパイプ１の場合について説明する。
【００４２】
なお、図１に示すプラスチックヒートパイプ１は、プラスチック材料より所要のパイプ３を形成した後、その内周面に金属薄膜層４を形成し、あるいはプラスチック材料から所要のパイプ３を形成すると同時に、そのパイプ３の内周面に金属薄膜層４を形成し、そのパイプ３をコンテナ２に成形して、そのコンテナ２から非凝縮性ガスを排気するとともに所定量の凝縮性の作動流体を注入し、その後ヒートパイプ化することができるが、以下に示す製造方法では、プラスチック材料より所要のパイプ３を形成した後、その内周面に金属薄膜層４を形成する場合の一例を示す。
【００４３】
また、金属薄膜層４としては銅製の金属箔、コンテナ２となるプラスチックパイプ３の材料としてはポリエチレン（ＰＥ）を採用し、プラスチックパイプ３の両端部には、銅製の金属製キャップ５を取り付けるものとする。
【００４４】
まず、前記プラスチックパイプ３を、円筒形状に形成した後、所定長さに切断する。なお、このコンテナ２の胴体部分となるプラスチックパイプ３の成形法としては、その材料によって適宜のものが選択されるが、ポリエチレン（ＰＥ）が採用されている場合には、射出成形、押出成形、ブロー成形など各種成形方法のいずれかによって成形することができる。
【００４５】
一方、金属薄膜層４となる金属箔をプラスチックコンテナ２の内径とほぼ同一外径の円筒状となるように、例えば、図３に示すように、金属箔の搬送方向に向かって、徐々に曲率が大きくなった後、円筒状に形成されるような搬送路６に沿って金属箔を搬送させることによって、徐々に金属箔の幅方向の両端部を接近させ、円筒状に丸めて、その円筒状となった金属箔の両端部分の重ね合わせあるいは突き合わせ部分すなわちその継ぎ目部分を、例えば、熱接着、高周波溶着、超音波溶着、シーム溶着等の適宜の手段により接着するようにして円筒形状に形成する。
【００４６】
一例としてシーム溶着を採用した場合、円筒形状の金属箔の継ぎ目部分の内側および外側に、純銅または銅合金等の円盤状の電極を配置し、それら電極によって、前記金属箔の継ぎ目部分を挟み込んで強く加圧するとともに、円盤状電極を回転させながら、電流を流すことによって、金属箔の継ぎ目部分の表面に通電させて、その継ぎ目部分を電磁融解させる。すなわち通電させることによって、金属箔を発熱させて、その部分を溶解させ、電極によって押圧することによって接着させる。
【００４７】
そして、円筒状に形成されて搬送されてくる金属箔をプラスチックコンテナ２とほぼ同一の所定長さに切断する。
【００４８】
その後、前記円筒形状に形成された金属箔を、プラスチックコンテナ２の一端部から内部に挿入し、プラスチックコンテナ２の内周面に、前記継ぎ目部分と同様な適宜接着方法によって接着する。
【００４９】
そして、内周面に金属薄膜層４が形成されたコンテナ２の両先端開口部分に、一例として金属製キャップ５を、例えば、接着剤による接着、熱接着、超音波溶着、摩擦溶着、高周波溶着等の適宜の手段によって、プラスチックパイプ３の先端開口部が気密に閉塞されるように取り付ける。
【００５０】
そして一方の端部から、作動流体を注入し、その後、例えば、加熱追出し法、ガス液化法、真空ポンプ法等の適宜の作動流体封入方法によってヒートパイプ化する。これにより、図１の所要のプラスチックヒートパイプ１が得られる。
【００５１】
次に、図２に示す内外周の中間層に金属薄膜層４が形成されたプラスチックヒートパイプ１の場合について説明する。
【００５２】
なお、ここでは一例として、上記図１のプラスチックヒートパイプ１と同様に、金属薄膜層４としては銅製の金属箔、プラスチック材料としてはポリエチレン（ＰＥ）を採用し、プラスチックパイプ３の両端部には銅製の金属製キャップ５を取り付けるものとする。
【００５３】
また、コンテナ２となるパイプの内外周の中間層に金属薄膜層４を配置するにあたり、図１の実施例のプラスチックヒートパイプ１の内周にプラスチック層を形成することも可能であるが、ここでは、図２に示すように、一例としてパイプの外周に金属薄膜層４を形成し、そのさらに外周にプラスチック層７を形成する場合を説明する。
【００５４】
まず、プラスチックパイプ３を円筒形状に形成した後、所定長さに切断する。一方、金属薄膜層４となる金属箔をプラスチックパイプ３の外径とほぼ同一外径の円筒状に形成する。なお、パイプおよび金属箔の成形方法は、前記図１のプラスチックヒートパイプ製造時と同様な適宜手段によって成形される。
【００５５】
そして、前記円筒形状に形成された金属箔内にプラスチックパイプ３を挿入し、例えば、熱接着、高周波溶着、超音波溶着、シーム溶着等の適宜の手段により、金属箔をパイプ３の外周に接着させ、金属薄膜層４を形成する。
【００５６】
そして、前記金属薄膜層４が形成されたパイプ３の外径とほぼ同一内径となるように、プラスチック層７となるプラスチックパイプを押出成形等の適宜の手段によって形成する。そして、前記金属薄膜層４が形成されたパイプ３を、プラスチック層７となるパイプ内に挿入し、例えば、接着剤による接着、熱接着、超音波溶着、摩擦溶着、高周波溶着等の適宜の手段によって接着し、内外周の中間層に金属薄膜層４が形成されたパイプ３を形成する。
【００５７】
なお、パイプ３の最外周層となるプラスチック層７の材料には、パイプ３と同じものを採用することが好ましく、ここではパイプ３の材質に合わせて一例としてポリエチレン（ＰＥ）が採用されている。
【００５８】
そして中間層に金属薄膜層４が形成されたパイプ３の両端開口部が気密に密閉されるように、一例として、銅製の金属製キャップ５を図１の実施例と同様な適宜手段によって取り付ける。そして一方の端部から作動流体を注入し、その後、各種作動流体封入方法によってヒートパイプ化する。これにより図２のプラスチックヒートパイプが得られる。
【００５９】
なおこの場合における工程上で必要な各種加工方法は、図１の実施例のヒートパイプ作成方法に準じて行うことができる。
【００６０】
なお、上記実施例において、図１あるいは図２のプラスチックヒートパイプ１作成にあたり、金属箔とプラスチックパイプ３とを別々に形成した後、適宜手段のよって両部材を接着して一体化したが、例えば、前述したようにプラスチックパイプ３の成形に添着押出成形を採用して、プラスチックパイプ３を押出成形すると同時に、その内周面あるいは外周面（後に内外周の中間層となる面）となる箇所に、一例として、徐々に金属箔を貼付けるようにして、金属薄膜層４を形成しても良い。
【００６１】
また、上記各実施例において、金属薄膜層４を円筒形状に形成した金属箔をコンテナ２内部に接着させることによって形成したが、前述したように、金属箔によらなくとも良く、例えば、電気メッキ、真空蒸着、真空蒸着＋溶着（高周波溶着、熱溶着等）、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法によって、金属薄膜層４を形成しても良い。その場合、気密性を付与するために、例えば高周波誘導加熱によって金属薄膜を一旦溶解させることが好ましい。
【００６２】
さらに、金属薄膜層４を形成する方法としては、他に金属箔を薄紙等に貼付け、その金属箔付着面が外周側になるようにプラスチックパイプ３の内径とほぼ等しい径の円筒状に丸めて、プラスチックパイプ３内に挿入し、金属箔をプラスチックパイプ３の内面に押し付けた後、薄紙のみをプラスチックパイプ３から引き抜く、すなわち金属箔をプラスチックパイプ３の内面に押圧接着させて、さらに熱を加えて金属箔を溶解させ、気密性の金属薄膜層４を形成しても良い。またあるいは、前記薄紙の金属箔付着面をプラスチックパイプ３の外周（後に内外周の中間層となる面）に押圧して、金属箔を接着させて、さらに金属箔付着面に熱を加えて、金属箔を溶解させ、気密性の金属薄膜層４を形成しても良い。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明のプラスチックヒートパイプの製造方法によれば、所要の大きさのコンテナの内周面に気密性の金属薄膜層が形成されたプラスチックヒートパイプを製造することができ、さらに、請求項２の発明のプラスチックヒートパイプの製造方法によれば、所要の大きさのコンテナの内外周の中間層に気密性の金属薄膜層が形成されたプラスチックヒートパイプを製造することができる。
【００６５】
すなわち請求項１あるいは請求項２の発明のプラスチックヒートパイプの製造方法によれば、コンテナの外表面よりも内側に気密性の金属薄膜層が形成され、コンテナ内部の真空状態を保持できるすなわち熱輸送特性を長期に亘って良好に維持できるプラスチック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】この発明の実施例を示す概略図である。
【図２】この発明の実施例を示す概略図である。
【図３】金属薄膜層に金属箔を使用した場合の金属箔の搬送路の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１…プラスチックヒートパイプ、  ２…コンテナ、３…プラスチックパイプ、４…金属薄膜層、  ５…金属製キャップ、  ６…搬送路、  ７…プラスチック層。
【図１】
0003857754.tif 000002
【図２】
0003857754.tif 000003
【図３】
0003857754.tif 000004