JP2000258080A

JP2000258080A - ヒートパイプ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000258080A
Application number: JP11058284A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Shimokouchi; 満下河内; Kenichi Kobayashi; 健一小林
Original assignee: Maruyasu Industries Co Ltd
Current assignee: Maruyasu Industries Co Ltd
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】被覆層にピンホールが発生したり、被覆層が
剥れることのない、耐久性に優れたヒートパイプを提供
すること。【解決手段】内部に作動液として水が充填される金属
製のヒートパイプ。ヒートパイプ本体１３の内周面に全
面にわたって形成される合成樹脂製の被覆層１７を備
え、ヒートパイプ本体１３は、その両端が塑性加工され
ることによって密閉されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水を作動液とする
ヒートパイプに関し、特に、内面が合成樹脂により被覆
されて耐久性に優れたヒートパイプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプは、通常、パイプが、アル
ミニウム、銅、鉄等の伝熱性の良好な金属材料で形成さ
れており、作動液としてアルコール等の有機溶剤や水が
使用されている。しかし、作動液として有機溶剤を使用
した場合、有機溶剤はそのほとんどが２００℃程度の温
度で分解してしまうため、使用温度の範囲が限定され
る。そのため、現在では、作動液として水を使用したヒ
ートパイプが多く用いられている。

【０００３】しかし、作動液として水を使用する場合、
パイプが、アルミニウム、鉄等の金属材料で形成されて
いると、水とこれらの金属材料との接触反応（金属の酸
化反応）により、長期間使用すると水素ガスが発生し、
パイプが腐食されて、最終的には破壊されてしまう。

【０００４】従って、近年では、パイプ内面に被覆処理
して、パイプの内周面と水とが直に接触しないヒートパ
イプが製造・使用されている。例えば、鉄系のヒートパ
イプの内面をアルカリ溶液により酸化処理して酸化皮膜
が形成されているヒートパイプ（特公平５−９７１９号
公報）や、アルミニウム製のヒートパイプの内面に耐水
性金属からなる液密被覆が形成されているヒートパイプ
（特公平５−３４５９７号公報）が、開示されている。

【０００５】これら従来のヒートパイプの構成の一例と
しては、図４に示すものを挙げることができる。ヒート
パイプ１は、ヒートパイプ本体３と、ヒートパイプ本体
３の両端に配置される端蓋５、５とを備え、一方の端蓋
５には、充填中空針６が形成されている。この充填中空
針６は、ヒートパイプ１形成時に、ヒートパイプ１内を
真空状態にし、作動液が注入されるもので、その先端は
密封溶着されている。ヒートパイプ本体３の内周面及び
端蓋５の一面には、全面にわたって被覆層（酸化被膜）
７が形成されており、ヒートパイプ１の内部には、作動
液として水（図示せず）が注入されている。また、ヒー
トパイプ１の内部には、横向きで使用されてもヒートパ
イプ使用時に毛管現象による液移動が可能なように、ウ
ィック９が配置されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のヒート
パイプ１では、被覆層（酸化被膜）７にピンホールが発
生し易く、ヒートパイプ１の劣化を回避することは困難
であった。特に、図４の如く、端蓋５が形成されている
ヒートパイプ１の場合、ヒートパイプ本体３と端蓋５と
の境界部分付近において被覆層（酸化被膜）７が剥れ易
く、ヒートパイプの耐久性において問題があった。

【０００７】本発明は、上記にかんがみて、被覆層にピ
ンホールが発生したり、被覆層が剥れることのない、耐
久性に優れたヒートパイプを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を下
記構成により解決するものである。

【０００９】(1) 内部に作動液として水が充填される金
属製のヒートパイプであって、ヒートパイプ本体の内周
面に全面にわたって形成される合成樹脂製の被覆層を備
え、ヒートパイプ本体は、その両端が塑性加工されるこ
とによって密閉されていることを特徴とする。

【００１０】また、上記構成に加えて、合成樹脂が、撥
水性を備えていることとすれば、被覆層における水の遮
断性が向上するため、ヒートパイプの耐久性も向上し、
望ましい。

【００１１】上記合成樹脂としては、フッ素系樹脂、オ
レフィン系樹脂を挙げることができる。

【００１２】さらに、上記構成に加えて、被覆層が、５
〜２０μｍの厚みを備えている構成とすれば、耐久性に
優れ、かつ、伝熱性も優れたヒートパイプを提供するこ
とができるため、望ましい。

【００１３】(2) 次に、上記構成のヒートパイプの製造
方法について、下記に示す。

【００１４】金属製のヒートパイプ本体の内周面に、合
成樹脂からなる被覆層を形成し、ヒートパイプ本体の一
端を、塑性加工により縮径させて密閉し、次いで、ヒー
トパイプ本体の他端を塑性加工により縮径させて、開口
部から作動液である水を注入し、ヒートパイプ本体内部
を真空状態にした後、ヒートパイプ本体の他端を塑性加
工により密閉させることを特徴とする。

【００１５】また、上記製造方法において、合成樹脂
が、撥水性を備えていることとすれば、被覆層における
水の遮断性が向上するため、耐久性の向上したヒートパ
イプを製造することができ、望ましい。

【００１６】上記合成樹脂としては、フッ素系樹脂、オ
レフィン系樹脂を挙げることができる。

【００１７】さらに、上記製造方法において、被覆層
が、５〜２０μｍの厚みを備えている構成とすれば、耐
久性に優れ、かつ、伝熱性も優れたヒートパイプを製造
することができ、望ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１９】(1) 本発明の一実施形態であるヒートパイ
プを、図１に示す。

【００２０】ヒートパイプ１１は、ヒートパイプ本体１
３と、ヒートパイプ本体１３の内周面に、全面にわたっ
て形成される合成樹脂からなる被覆層１７とを備えてお
り、内部に作動液として水（図示せず）が注入されてい
る構成である。また、ヒートパイプ本体１３の内部に
は、ヒートパイプ１１使用時に毛管現象作用を奏するウ
ィック９が配置されており、ヒートパイプ１１の両端
は、スウェージング加工により縮径されて密閉されてい
る。

【００２１】ヒートパイプ本体１３としては、汎用の金
属材料からなるパイプを使用可能であり、具体的には、
アルミニウムパイプ、銅パイプ、及び、鉄パイプ等を使
用可能である。また、ヒートパイプ本体の外径は３〜３
００ｍｍであり、ヒートパイプ本体１３の厚みは０．５
〜１０ｍｍであるものとする。

【００２２】被覆層１７を形成する合成樹脂としては、
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エポキシ樹脂等の極性樹脂
を使用することもできるが、被覆層１７における水の流
れ性の見地から、撥水性を備えた非極性熱可塑性樹脂を
使用することが好ましく、具体的には、ポリエチレン
（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のオレフィン系樹
脂、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチ
レン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、
テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共
重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、
ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロ
エチレン・エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオラ
イド、ポリビニルフルオライド等のフッ素系樹脂等が使
用可能である。また、被覆層１７の厚みは、通常、５〜
２０μｍ（望ましくは５〜８μｍ）とする。被覆層１７
は、伝熱性の見地から可能な限り薄いことが好ましい
が、５μｍ未満では、被覆層１７の耐久性に問題が生
じ、２０μｍ以上では、ヒートパイプの伝熱性が悪くな
るためである。

【００２３】また、ウィック９としては、従来からヒー
トパイプに使用されているものを使用可能であり、具体
的には、金属繊維、有機繊維、又は、無機繊維からなる
不織布や、金属メッシュ体、金属粉末等の多孔質焼結体
等を使用可能である。また、ウィック９は、１５０〜５
００μｍ（望ましくは、１５０〜２００μｍ）の厚みを
備えているものを使用する。

【００２４】(2) 次に、本発明の一実施形態であるヒー
トパイプ１１の製造方法について、下記に説明する。

【００２５】本発明のヒートパイプ１１は、まず、ヒー
トパイプ本体１３を洗浄した後、ヒートパイプ本体１３
を、合成樹脂を溶媒に溶解させた合成樹脂溶液に浸漬
し、乾燥して被覆層１７を形成する。次いで、ヒートパ
イプ本体１３内にウィック９を挿入し、ヒートパイプ本
体１３の一端をテーパースウェージング加工により、縮
径させて密閉する。次いで、ヒートパイプ本体１３の他
端を平行スウェージング加工により、縮径させた後、ヒ
ートパイプ本体１３の他端から、ヒートパイプ本体１３
内部に作動液である水を注入し、ヒートパイプ本体１３
内部の空気を吸引して真空状態にする。その後、ヒート
パイプ本体１３の他端をテーパースウェージング加工に
より密閉して本実施形態のヒートパイプ１１を得る。

【００２６】合成樹脂を溶解させる溶媒としては、溶解
する合成樹脂と溶解パラメーター（ＳＰ値）の近似して
いる有機溶媒を使用することができる。使用可能な有機
溶媒としては、使用する合成樹脂により異なるが、具体
的には、ヘキサン、エチルエーテル、四塩化炭素、キシ
レン、トルエン、ベンゼン、メチルエチルケトン、シク
ロヘキサン、アセトン、シクロヘキサノール等を挙げる
ことができる。また、溶媒中に含まれる合成樹脂の濃度
は３０〜３５wt％とする。合成樹脂の濃度を上記範囲内
とすれば、得られる被覆層が好ましい厚みを備えるため
である。

【００２７】また、被覆層の形成方法としては、合成樹
脂溶液へのパイプ本体の浸漬に限らず、例えば、パイプ
本体内部に、パイプ本体を回転させながら上記と同様の
合成樹脂溶液を流し入れたり、または、パイプ本体内周
面に刷毛で塗布したり、合成樹脂溶液を含浸させたスポ
ンジを針金等で吊り、該スポンジをパイプ本体内部を通
過するように引き上げて塗布する等の方法によっても被
覆層を形成することが可能である。また、合成樹脂溶液
の代わりとして、合成樹脂の懸濁液や、乳濁液を使用す
ることも可能であり、更には、合成樹脂粉体をパイプ本
体内部に静電塗装して被覆層を得ることも可能である。

【００２８】また、外径の大きなパイプ（１インチ以
上）は、スウェージング加工が困難なため、ヒートパイ
プ本体の外径が大きな場合、ヒートパイプ本体の両端を
密閉する手段として、端部を一旦縮径加工した後に、テ
ーパースウェージング加工により密閉する手段が採られ
る。なお、スウェージング加工においては、通常、パイ
プの外径が１インチ未満のものが加工に適している。ま
た、外径が１フィート以上のパイプを使用する場合に
は、端部をカーリング加工した後に、縮径加工を行い、
最終的にはテーパースウェージング加工により密閉する
手段が採られる。この場合、カーリング加工でヒートパ
イプ本体を密閉することも可能である。

【００２９】さらに、パイプ本体として、板金から直接
成形したパイプを使用することも可能である。パイプ本
体を板金から直接成形する場合、パイプ本体の接合部分
は融着させて成形する。

【００３０】なお、上記製造方法において、被覆層１７
に、非極性樹脂であるオレフィン系樹脂やフッ素系樹脂
を使用する場合には、ヒートパイプ本体１３の表面と被
覆層１７との接着性の見地から、ヒートパイプ本体１３
洗浄後にプライマー処理する必要がある。このプライマ
ー処理に使用されるプライマー塗料としては、金属の表
面処理に使用される汎用のものを使用可能である。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。

【００３２】＜実施例＞直径８ｍｍ、０．７ｍｍの厚み
を備えたアルミニウム製のパイプをヒートパイプ本体と
して使用し、３０〜３５wt％濃度のフッ素系樹脂の懸濁
液を含浸させたスポンジを針金で吊り、該スポンジをパ
イプ本体内部を通過するように引き上げて塗布して、１
０μｍの厚さの被覆層を形成する。ヒートパイプ本体内
部に、ウィックを挿入し、ヒートパイプ本体の一端をテ
ーパースウェージング加工により、縮径させて密閉す
る。次いで、ヒートパイプ本体の他端を平行スウェージ
ング加工により、縮径させた後、ヒートパイプ本体の他
端から、ヒートパイプ本体内部に作動液である水を注入
し、ヒートパイプ本体内部の空気を吸引して真空状態に
する。その後、ヒートパイプ本体の他端をテーパースウ
ェージング加工により密閉して実施例のヒートパイプを
得る。また、被覆層の形成方法として、パイプ本体内部
に、パイプ本体を回転させながら上記フッ素樹脂の懸濁
液を流し入れて被覆層を形成することも可能である。

【００３３】＜対照例＞直径８ｍｍ、０．７ｍｍの厚み
を備えた銅パイプに、作動液である水を注入し、内部を
真空状態にして両端を密閉して、対照例のヒートパイプ
とした。

【００３４】上記のようにして製造した実施例及び対照
例のヒートパイプを使用して、伝熱量を測定する試験を
行った。

【００３５】ヒートパイプの伝熱量を測定する装置を、
図２に示す。この伝熱量測定装置２０は、ヒートパイプ
Ｈの上半分が水冷ジャケット２２に覆われ、ヒートパイ
プＨの下端付近にはコイル２４が配置されてヒートパイ
プＨの下端付近を加熱する構成であり、水冷ジャケット
は、上端及び下端付近にそれぞれ開口部２２ａ、２２ｂ
が形成され、開口部２２ａから開口部２２ｂに向かって
水が流れる構成である。

【００３６】上記装置を使用して測定したヒートパイプ
の伝熱量とヒートパイプの加熱温度のグラフ図を、図３
に示す。図３のグラフにおける縦軸のヒートパイプの伝
熱量は、開口部２２ａ付近の水温をｔ₁ 、開口部２２ｂ
付近の水温をｔ₂ とし、水冷ジャケット２４を流れる水
の流量をＲとした場合、ヒートパイプの伝熱量＝Ｒ×
（ｔ₂ −ｔ₁ ）の計算式で求められる。また、横軸のヒ
ートパイプの加熱温度は、ヒートパイプの下端付近で測
定されたものである。

【００３７】図３に示す結果より、実施例のヒートパイ
プは、合成樹脂製の被覆層を備えているにもかかわら
ず、金属のみからなる対照例のヒートパイプに比較して
も遜色のない伝熱量を示すことが分かる。従って、本発
明のヒートパイプは、従来のヒートパイプと同等の伝熱
効果を備えるものである。

【００３８】

【発明の作用・効果】本発明のヒートパイプは下記のよ
うな構成であるため、以下に示すような作用・効果を奏
する。

【００３９】本発明のヒートパイプは、内部に作動液と
して水が充填されるものであり、ヒートパイプ本体と、
ヒートパイプ本体の内周面に全面にわたって形成される
合成樹脂製の被覆層とを備え、その両端を塑性加工する
ことによって密閉されている構成である。本発明のヒー
トパイプは、ヒートパイプ本体の内周面に合成樹脂製の
被覆層が全面にわたって形成されているため、作動液で
ある水がヒートパイプ本体と接触するのを防ぐ。また、
両端を塑性加工することによって密閉し、端蓋を使用し
ていないため、製造時、被覆層を損傷することなくヒー
トパイプを密封できると同時に、使用時に被覆層が剥離
することもないため、耐久性に優れたヒートパイプを提
供することができる。

【００４０】また、被覆層を撥水性を備えた合成樹脂で
形成した場合には、被覆層上において水の流れ性が向上
するため、ヒートパイプの耐久性もさらに向上する。

【００４１】さらに、被覆層が、５〜２０μｍの厚みを
備えている構成とすれば、耐久性に優れ、かつ、伝熱性
も優れたヒートパイプを提供することができ、望まし
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるヒートパイプの断面
図

【図２】ヒートパイプの伝熱量を測定する装置を示すモ
デル図

【図３】本発明のヒートパイプと従来のヒートパイプの
伝熱量を示すグラフ図

【図４】従来のヒートパイプの断面図

【符号の説明】

１、１１ヒートパイプ３、１３ヒートパイプ本体７、１７被覆層９ウィック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に作動液として水が充填される金属
製のヒートパイプであって、ヒートパイプ本体の内周面に全面にわたって形成される
合成樹脂製の被覆層を備え、前記ヒートパイプ本体は、その両端が塑性加工されるこ
とによって密閉されていることを特徴とするヒートパイ
プ。
【請求項２】前記合成樹脂は、撥水性を備えているこ
とを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ。
【請求項３】前記合成樹脂は、フッ素系樹脂、オレフ
ィン系樹脂の中から選択されるものであることを特徴と
する請求項２記載のヒートパイプ。
【請求項４】前記被覆層が、５〜２０μｍの厚みを備
えていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のヒ
ートパイプ。
【請求項５】請求項１に記載のヒートパイプの製造方
法であって、金属製のヒートパイプ本体の内周面に、合成樹脂からな
る被覆層を形成し、前記ヒートパイプ本体の一端を、塑性加工により縮径さ
せて密閉し、次いで、前記ヒートパイプ本体の他端を塑性加工により
縮径させて、開口部から作動液である水を注入し、前記ヒートパイプ本体内部を真空状態にした後、前記ヒ
ートパイプ本体の他端を塑性加工により密閉させること
を特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項６】前記合成樹脂が、撥水性を備えているこ
とを特徴とする請求項５記載のヒートパイプの製造方
法。
【請求項７】前記合成樹脂は、フッ素系樹脂、オレフ
ィン系樹脂の中から選択されるものであることを特徴と
する請求項６記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項８】前記被覆層が、５〜２０μｍの厚みを備
えていることを特徴とする請求項５、６又は７記載のヒ
ートパイプの製造方法。