JP2020020495A - ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、多孔質体製造方法、及びウィック製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能なウィックを提供する。【解決手段】ループ型ヒートパイプ１は、作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部２（受熱部７）と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部３とを備える。このループ型ヒートパイプ１に用いられ、蒸発部２の内部に設けられるウィック６は多孔質体で構成されている。そして、この多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が存在する。また、複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、ウィック、ループ型ヒートパイプ、冷却装置、電子機器、多孔質体製造方法、及びウィック製造方法に関するものである。

従来から、作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプ等の冷却手段に用いられ、蒸発器の内部に設けられる多孔質体で構成されたウィックが知られている。

例えば、特許文献１には、次のようなウィックを、ループ型ヒートパイプの蒸発器（蒸発部）の内部に設けたものが記載されている。
多孔質ゴムから構成される一端側が閉塞された円柱状の中空部材であり、蒸発器の筐体に接する外周面の周方向に直交する方向に、気相に相変化した作動流体を輸送する複数の溝が形成されたウィックであり、このウィックを蒸発器の内部に設けている。具体的には、このウィックを蒸発器の筐体に有する円柱形状の内部空間の内径よりも大きな上記ウィックを蒸発器の筐体内に圧入している。
また、このウィックを構成する多孔質ゴムの、多孔質の気泡構造の諸元（仕様、製造時の条件）が、平均空孔径が５０［μｍ］以下、空孔率が２０［％］以上８０［％］以下、連泡率が２５［％］以上１００［％］以下が望ましいとされている。
そして、これらの構成により、蒸発器の筐体の内面に対するウィックの密着性の確保と、ウィックの外周面近傍等の局所的な空孔のつぶれの抑制とを容易に行え、良好な冷却性能を得ることができるとされている。

しかしながら、近年、電子機器等に用いる冷却手段には、冷却性能のさらなる向上の要請が以前にも増して高まっている。

上述した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備える冷却手段に用いられ、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質体で構成されたウィックにおいて、前記多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が存在し、前記複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有することを特徴とする。

本発明によれば、冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能なウィックを提供できる。

一実施形態に係るループ型ヒートパイプの一例を示した概略説明図。 図１における破線で示すａ―ａ断面で切断したときの仮想的な断面を示す図。 従来の一般的なループ型ヒートパイプの概略説明図。 一実施形態に係る電子機器に備えるループ型ヒートパイプの別例を示した概要説明図。 冷却性能試験に用いる実施例、及び比較例のサンプルの諸元、及び試験結果の説明図。 実施例１のウィックのサンプルをレーザー顕微鏡で気泡状態を観察した図。 実施例１のウィックのサンプルを走査型電子顕微鏡でさらに拡大して気泡を観察した図。 冷却性能試験に用いる実施例、及び比較例に用いるウィックの代表的なサンプルの細孔径分布を測定した結果を示したグラフ。

以下、本発明を適用したウィックを内部に設けた蒸発器と、凝縮機とを備えた冷却手段として、ループ型ヒートパイプ（以下、ループ型ヒートパイプ１という）の一実施形態について、適宜、図を用いて説明する。
ここで、本実施形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付す。また、同一符号を付した構成要素について、一度説明した後では、その説明を適宜、省略する。
図１は、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１の一例を示した概略説明図であり、図２は、図１における破線で示すａ―ａ断面で切断したときの仮想的な断面を示す図である。

図１に示すループ型ヒートパイプ１は、内部に水、アルコール、アセトン、代替フロン等の凝縮性流体からなる作動流体が封入されており、次のようなものを備えている。発熱部から熱を吸収して作動流体を液相から気相へと蒸発させる蒸発部２と、蒸発部２から導かれた気相の作動流体を液相へと凝縮させる凝縮部３を備えている。また、蒸発部２から凝縮部３へ気相の作動流体を流通させる蒸気管４と、凝縮部３から蒸発部２へ液相の作動流体を流通させる液管５も備えている。

蒸発部２は、内部にウィック６が収容された受熱部７と、液相の作動流体を貯留するリザーバ部８とで構成されている。
受熱部７には蒸気管４の一端部が連結され、リザーバ部８には液管５の一端部が連結されている。また、蒸気管４と液管５のぞれぞれの他端部は凝縮部３に連結されている。凝縮部３は、外周面にアルミニウム製の薄板状のフィン３２が多数設けられたステンレス製のパイプ３１で構成されている。

ウィック６は弾性をもつ多孔質体である。また、ウィック６の図１図中の底面には、蒸気管４側の端部から反対側の方向に渡って複数のグルーブ（溝）１０が設けられている。
複数のグルーブ１０は、図１における破線で示すａ―ａ断面で切断したときの仮想的な断面を示す図２のように、ウィック６の底部に等間隔に設けられている。ここで、図２においては、グルーブ１０の寸法は実寸より大きな比率で描かれている。また、ウィック６の厚みは、蒸発部２の受熱部７の筐体の内寸よりも若干大きい寸法に設定されている。

上述したようにウィック６の厚みを設定することで、受熱部７内にウィック６が収容された状態では、ウィック６が受熱部７の内面に対して密着する。また、ウィック６が受熱部７に対して密着していることで、発熱部の熱が受熱部７の筐体を通してウィック６に効率良く伝達される。一方、グルーブ１０が設けられた部分においては、受熱部７の筐体との間に空間部が形成されている。

ウィック６は多孔質体、つまり多孔質材料で構成されているため、リザーバ部８内に貯留される液相の作動流体は毛細管現象によってウィック６内に浸透する。この毛細管現象によってウィック６は液相の作動流体を凝縮部３から蒸発部２へ送るポンプの役割も果たす。
作動流体としては、水、アルコール、アセトン、代替フロン等の凝縮性流体が用いられる。また、作動流体はウィック６に浸透しやすいようにウィック６との濡れ性が良好なものが良い。濡れ性はウィック６と作動流体との接触角で測定することができる。接触角が９０［°］以上であると、作動流体がウィック６に浸透することができないため、接触角は９０［°］未満である必要がある。

本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１においては、発熱部からの熱が蒸発部２（受熱部７）の筐体を通してウィック６内の液相の作動流体に伝達されると、その熱で作動流体が蒸発して気相に変化する。蒸発して気相に変化した作動流体はグルーブ１０を通って蒸気管４へと送られる。そして、気相の作動流体は蒸気管４を通って凝縮部３へと送られる。

凝縮部３においては、内部（パイプ３１）を通過する作動流体の熱がフィン３２を介して外部に放出されることで、作動流体の温度が低下して凝縮し、気相から液相へと変化する。液相に変化した作動流体は液管５を通って蒸発部２へ移動し、毛細管現象によってリザーバ部８から再び受熱部７の内部に設けたウィック６内に浸透する。このような作動流体の循環が行われることで、発熱部の熱が連続して外部に放出され、冷却対象が冷却される。

ここで、従来の、蒸発器の内部にウィックが設けられたループ型ヒートパイプの問題に関して、図を用いて説明しておく。
図３は、従来の一般的なループ型ヒートパイプ１００の概略説明図である。
一般的に、ループ型ヒートパイプ１００は、図３に示すように、外部から受熱して作動流体を液相から気相に蒸発させる蒸発部１０２と、外部に放熱して作動流体を気相から液相に凝縮させる凝縮部１０３を備えている。また、蒸発部１０２から凝縮部１０３へ気相の作動流体を流通させる蒸気管１０４と、凝縮部１０３から蒸発部１０２へ液相の作動流体を流通させる液管１０５も備えている。

蒸発部１０２の内部には、多孔質体（多孔質材）で構成されたウィック１０６が収容されており、液管１０５から送られた液相の作動流体がウィック１０６の微細な孔を毛細管現象によって浸透してウィック１０６の外表面に染み出す。このとき、蒸発部１０２と接触する発熱部（冷却対象）からの熱が蒸発部１０２の筐体を通してウィック１０６に伝達されることにより、その熱で作動流体が蒸発して気相に変化する。そして、気相に変化した作動流体は蒸気管１０４を通って凝縮部１０３へ移動する。

凝縮部１０３においては、作動流体の熱が外部に放出されることで、作動流体の温度が低下し液相へと変化する。そして、液相に変化した作動流体は液管１０５を通って蒸発部１０２へ移動し、再びウィック１０６内に浸透する。このように、ループ型ヒートパイプ１００においては、作動流体の相変化を利用し、作動流体を循環させ、蒸発部１０２で吸収した熱を凝縮部１０３へと移送することで、冷却対象を効率良く冷却することができる。
ここで、冷却効率を良くするためには蒸発部１０２との密着性を確保し、ウィック１０６の毛細管力で作動流体を循環させ、且つ圧力損失を最小限にするためにウィック１０６には高い浸透性が必要である。

このような課題に対して、特許文献２には、ウィックの外表面に金属パターンを形成し、この金属パターンと蒸発器の筐体内壁とを拡散接合することで、ウィックと筐体とを一体化し、熱的あるいは機械的応力によって接合面に隙間が生じるのを防止するループ型ヒートパイプが記載されている。
また、筐体に対するウィックの密着性を良好に確保するために、ウィックを樹脂材料で構成し、ウィックの外径を筐体の内径よりも僅かに大きく形成することが一般的に行われている。しかしながら、製造誤差によってウィックの外径が過度に大きくなってしまうと、ウィックが筐体内に収容されて圧縮されたときに、ウィックの外周面近傍における空孔がつぶれることで、作動流体の流れが阻害され、冷却性能が低下することがある。

これに対して、特許文献３には、次のようなループ型ヒートパイプが記載されている。
ウィックの外周面に形成する外側溝に加え、ウィックの内周面に長さ方向に延びる内側溝を形成している。そして、ウィックが蒸発器の筐体内に圧入されて収容されたときに内側溝が閉じられるように変形することで、ウィックの外径寸法に製造誤差が生じても外周面近傍における空孔のつぶれを抑制するというものである。
そして、これらの構成により、ウィックの外周面近傍の細孔がつぶれたり、ウィックの外面が蒸発器の筐体の内面と良好に接触していなかったりして性能が悪い蒸発器が得られてしまうことを抑制できるウィックを安定した形で量産できるとされている。

しかしながら、特許文献３に記載のウィックでは、ウィックの内周面と外周面の両方に溝を形成する加工が複雑になることで、コスト増を招いたり、製造したウィックの諸元（仕様、製造時の条件）によっては、所望の冷却性能を得ることができなかったりするおそれがあった。
そこで、本実施形態のウィック６について、冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能なウィックの諸元（仕様、製造時の条件）を検討することとした。

次に、本実施形態のループ型ヒートパイプ１の受熱部７（蒸発部２）の内部に設けるウィック６について詳しく説明する。
上述したように本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１に用いられるウィック６は、多孔質体である発泡シリコーンゴム等の多孔質ゴムにより構成されている。このように、ウィック６を多孔質ゴムにより構成することで、多孔質樹脂に比べて高い弾性力が得られるようになるので、蒸発部２の筐体（受熱部７）に対するウィック６の密着性が高まる。これにより、蒸発部２の筐体からウィック６への熱伝達効率が良好に得られるようになり、ループ型ヒートパイプ１の冷却性能が向上する。

また、上述したように、ウィック６の高い密着性の確保と局所的な空孔のつぶれ抑制を、ウィック６を多孔質ゴムにするだけの対策で実現することができる。このため、作動流体（蒸発冷媒）を輸送するグルーブ１０等の輸送溝（溝）の後加工を省略できれば、さらなる製造コストの低減も可能となる。
このような弾性のある多孔質体、つまり多孔質弾性体から構成されるウィックの製造方法は様々な工法が考えられるが、本実施形態における多孔質体は、例えば水発泡シリコーンゴムとして提案された技術を応用して得ることができる。
具体的には、水発泡シリコーンゴム組成物を用い、採取的に形成される発泡体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が、次のように存在するように攪拌を行う。断面に存在する気泡が、０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであって、かつ、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在するように攪拌を行う。

より具体的には、上述した多孔質体は、市販されている２液型の液状シリコーンゴムに触媒、界面活性剤、架橋剤を混合する。そこに、（必要に応じてアルコールを加えた）水に添加剤、充填剤、分散剤等を混ぜ液状シリコーンゴムと同等の粘度にした混合溶液と合わせて攪拌してエマルジョン組成物を調製する。液状シリコーンゴムは水との乳化性を考慮し、比重が１．００〜１．０５［ｇ／ｃｍ^３］が好ましい。
ここで、液状シリコーンゴムと混合溶液との配合比率は、得たい空孔率により変わる。
例えば、液状シリコーンゴムと混合溶液との配合比率を１：１にすると、エマルジョン中の微粒子状の水分が蒸発し空隙となるので空孔率５０［％］の発泡体を得ることができる。

エマルジョンは、ホモジナイザーや、必要に応じて超音波処理を伴う攪拌機を用い、上述した条件を満足するような気泡分布が得られるよう攪拌手段、攪拌時間、攪拌速度（例えば３００〜１５００［ｒｐｍ］）などの各種攪拌条件を調整する。
その後、調製されたエマルジョン組成物を金型に充填し、加熱することでエマルジョン組成物内の水分を蒸発させずにシリコーンゴムを硬化させる１次加熱を行う。
ここで、加熱温度は８０〜１３０［℃］の範囲、加熱時間は３０〜１２０分の範囲で行う。加熱温度は９０〜１１０［℃］、加熱時間は６０〜９０分が望ましい。次に、１次加熱後の発泡体から水分を除去するために２次加熱を行う。加熱温度は１５０〜３００［℃］、加熱時間は１〜２４時間の範囲で行う。加熱温度は２００〜２５０［℃］、加熱時間は３〜８時間が望ましい。このような２次加熱を行うことで、多孔質体から水分を除去し、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成される複合気泡となるように、気泡を連泡タイプとするとともに、シリコーンゴムの最終的な硬化を終了させる。

次に、最終的な硬化が終了した多孔質体である水発泡シリコーンゴムを切断したときに得ることができる断面の諸元（仕様、製造時の条件）について、さらに詳しく説明する。
（細孔径ピーク）
ウィック６に用いられる多孔質体はその毛細管力によって作動流体を移動させてループ型ヒートパイプ１を駆動させる機能を担うことから、より大きな毛細管力が得られるように多孔質体の細孔径は小さい方が好ましい。
ウィック６に用いられる多孔質体の細孔径（ウィックの細孔半径：ｒｗｉｃｋ）と毛細管力（毛細管圧：ΔＰｃａｐ）は、次の式１を用いて表される。
ΔＰｃａｐ＝２σｃｏｓθ／ｒｗｉｃｋ ・・・ （式１）
ここで、σは作動流体の表面張力、θはウィックと作動流体との接触角である。

上述した式１からわかるように、ウィックの細孔半径が小さいほど毛細管圧は大きくなる。また、ループ型ヒートパイプ１を動作させるには、毛細管力（毛細管圧：ΔＰｃａｐ）と全圧力損失：ΔＰｔｏｔａｌが、次の式２を満たす必要がある。
ΔＰｃａｐ≧ΔＰｔｏｔａｌ ・・・ （式２）
さらに、全圧力損失：ΔＰｔｏｔａｌは、次に式３を用いて求められる。
ΔＰｔｏｔａｌ＝ΔＰｗｉｃｋ＋ΔＰｇｒｏｏｖ＋ΔＰＶＬ＋ΔＰｃｏｎｄ＋ΔＰＬＬ＋ΔＰｇｒａｖ ・・・ （式３）
ここで、ΔＰｗｉｃｋはウィックの圧力損失、ΔＰｇｒｏｏｖはグルーブの圧力損失、ΔＰＶＬは蒸気管の圧力損失、ΔＰｃｏｎｄは凝縮部の圧力損失、ΔＰＬＬは液管の圧力損失、ΔＰｇｒａｖは重力による圧力損失である。

上述したように、より大きな毛細管力を得られるようにするために、多孔質体の細孔径ピークは小さい方が好ましく、具体的には５０［μｍ］以下であるのが良い。細孔径ピークが５０［μｍ］より大きいと、ループ型ヒートパイプを駆動させる十分な毛細管力が得られ難くなるからである。好ましくは細孔径ピークが３０［μｍ］以下であり、より好ましくは細孔径ピークが１０［μｍ］以下である。
ウィックの厚みが極めて薄い場合には１［μｍ］以下や０．１［μｍ］以下でも機能させることはできるが、下限の値としては０．１［μｍ］以上が好ましい。
ここで、細孔径ピークは、多孔質体の断面をレーザー顕微鏡で撮影し、得られた画像を画像処理により空孔の面積を測定することで求めることができる。

（空孔率）
ウィック６に用いられる多孔質体の空孔率は、高いほどループ型ヒートパイプ１を駆動させるのに有利である。具体的には、多孔質体の空孔率は２０［％］以上が好ましい。空孔率が２０［％］未満になると、ループ型ヒートパイプ１の駆動が困難になる。より好ましくは空孔率が５０［％］以上である。空孔率は、次の式４により算出できる。
空孔率（［％］）＝（多孔質体の比重−ソリッドの比重）／（ソリッドの比重）×１００ ・・・ （式４）

（連通孔径）
ウィック６の連通孔は気泡間（セル間）が連通している部分で、作動流体を駆動させるための毛細管力が働く部分を指す。冷却性能を得るためには、連通孔の径（連通孔径）は好ましくは１０［μｍ］以下であり、さらに好ましくは５［μｍ］以下である。また、連通孔の平均細孔径を３［μｍ］以下とすることが好ましく、ウィック６自体で高い毛細管力と浸透性を、より好適に両立できる。
但し、連通孔の径は、ウィック６の厚みが極めて薄い場合には１［μｍ］以下や０．１［μｍ］以下でも機能させることはできる。
連通孔の径はバブルポイント法にて測定し、得られた最大細孔径を連通孔径とする。
ここで、試験液に完全に浸漬した多孔質体にガス圧を加え、気泡の出現が認められたときの圧力を、バブルポイントとする。また、表面張力がわかっている試験液を用いることで、最大細孔径は次の式５を用いて算出する。
ｄ＝４σｃｏｓθ／ΔＰ ・・・ 式５
ここで、ｄは最大細孔径、σは作動流体の表面張力、θはウィックと作動流体との接触角、ΔＰは圧力損失である。

（冷却性能試験）
次に、上述したウィック６の条件の主要な数値範囲内の実施例、及び数値範囲外の比較例を設定して行った冷却性能の試験について、適宜、図を用いて説明する。
（１）冷却性能試験で用いるウィックを好適に備えることができる電子機器（プロジェクタ）２０の説明。
図４は、本実施形態に係る電子機器２０に備えるループ型ヒートパイプ１の別例を示した概要説明図である。
また、図４に示したループ型ヒートパイプ１の別例は、図１に示した例とは異なり、蒸発部２の筐体（ケース）に有する円柱形状の内部空間の内径よりも少し大きなウィックを蒸発器の筐体内に圧入しているものである。
但し、本実施形態に係る電子機器の冷却手段としては、図４に示したループ型ヒートパイプに替えて図１に示したループ型ヒートパイプ１を用いることができるが、後述する各実施例、及び各比較例の冷却性能の試験については、図４に示したものを用いている。

図４に示す電子機器２０は、光学ユニット２１を備えるプロジェクタであり、このプロジェクタは、本実施形態を適用する電子機器の一例である。
ここで、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１を適用可能な電子機器はプロジェクタに限られるものではない。プロジェクタに限らず、プリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置、パーソナルコンピュータ、サーバ、電子黒板、テレビ、ブルーレイレコーダ、ゲーム機等の種々の電子機器に適用可能である。
また、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１や冷却装置は、電子機器以外のものにも適用可能である。例えば、反応炉を備える化学プラント等を冷却する冷却装置や、サーバーラック等の電子機器に付随した容器や建物に、本実施形態に係るループ型ヒートパイプ１や冷却装置を適用しても良い。

図４に示すループ型ヒートパイプ１の蒸発部２（特に受熱部７）は、光学ユニット２１の発熱部に対して接触するように配置されている。蒸発部２は発熱部から熱を吸収して冷却対象（発熱部、光学ユニット又はプロジェクタ）を冷却する。
凝縮部３は、プロジェクタ本体の筐体側面に設けられた排気ファン２２の近傍に配置されている。排気ファン２２が外部に空気を排出することで、凝縮部３の周囲に気流が発生し、当該気流によって凝縮部３が冷却され、凝縮部３における放熱効果が向上する。

また、排気ファン２２が設けられた筐体側面とは反対側の側面には給気口２３が設けられており、給気口２３から吸気された空気がプロジェクタ内を通って排気ファン２２から排出される。この図４に示す例では、プロジェクタを冷却する冷却装置として、ループ型ヒートパイプ１と、ループ型ヒートパイプ１の放熱効果を高めるための排気ファン２２とを備えているが、排気ファン２２の替わりに凝縮部３へ空気を送風する送風ファンを設けても良い。また、ファンを備えず、ループ型ヒートパイプ１のみ備える冷却装置であっても良い。

（２）詳細な実施例、及び比較例の説明。
図５は、冷却性能試験に用いる実施例、及び比較例のサンプルの諸元、及び試験結果の説明図である。
本試験では、図５に示すように、ウィック６の実施例のサンプルを水発泡シリコーンゴムによって複数作製し、ウィック６の比較例のサンプルを水発泡シリコーンゴム、化学発泡シリコーンゴム、水発泡ウレタンゴム、金属、及びセラミックで製造して準備した。そして、製造した各サンプルをループ型ヒートパイプ１に用いた場合の単体機による冷却性能試験を行った。

（実施例１、２）
実施例１、２は、いずれも複合気泡（複合）になるように活性剤やポリマーを選定した水発泡シリコーンゴム材料を使用し、水の量を調整し、空孔率が７０［％］の実施例１、空孔率が６５［％］の実施例２の二種類を作製した。
図６は、実施例１のウィック６のサンプルをレーザー顕微鏡で気泡状態を観察（撮影）した図であり、気泡が隣り合い複合形状になっていることが確認できる。
図７は、実施例１のウィック６のサンプルを走査型電子顕微鏡でさらに拡大して気泡を観察した図であり、気泡をつなぐ５［μｍ］以下の連通孔が確認できる。
図８は、冷却性能試験に用いる実施例、及び比較例に用いるウィック６の代表的なサンプルの細孔径分布を測定した結果を示したグラフであり、代表的なサンプルをレーザー顕微鏡で観察した画像を画像処理し、細孔径分布を測定した結果を示したものである。

（実施例３）
実施例３は、複合気泡（複合）になるように水発泡ウレタンゴム材料を使用した。細孔径範囲［μｍ］や空孔率［％］は実施例１、２の水発泡シリコーンゴムを用いた場合と同等であり、冷却性能順位が３位であるが、耐熱特性が１２０［℃］位までである。このため、冷却用途によっては、耐熱性が不良（×）となり、用いることができないため、総合判定（判定）も不良（×）であった。
ここで、図５に示すように、実施例３のサンプルの細孔径範囲［μｍ］は０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲であり、サンプルの細孔径の分布のピーク（細孔径ピーク［μｍ］）は１０［μｍ］、連通孔径（連通孔［μｍ］）は２［μｍ］であった。
但し、ウィック６がウレタンゴムから構成されているので、ウレタンゴムの弾性を利用して、ウィック６を蒸発部２の受熱部７の筐体の内寸に対し少し大きめに作製することで、高い密着性（○）が得られる。

図８のグラフでは、太い実線が複合気泡である実施例１のサンプルの分布を示し、細い実線が独泡（単独気泡）である比較例１の水発泡シリコーンゴムの分布を示し、破線が独泡である比較例２の化学発泡シリコーンゴムの分布を示している。ここで、細孔径［μｍ］の分布は確率密度関数で表しており、横軸Ｘの細孔径［μｍ］に対し、縦軸Ｙの確率密度の関係になる。画処理は、ある細孔径範囲［μｍ］の個数（頻度）をふるいにかけるように算出している。画処理範囲に存在する全気泡内において、ある細孔径範囲［μｍ］に存在する気泡の個数（確率）となる。
図８に示すように、複合気泡である実施例１のサンプルの分布は、その他の独泡である比較例１の水発泡シリコーンゴムや比較例２の化学発泡シリコーンゴムの分布と比較して、次のようなことが確認できる。気泡（細孔径範囲）が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の微細な細孔径分布であり、実施例１のサンプルの分布のピークが５［μｍ］であることが確認できる。
また、図５に示すように、実施例１、２はいずれも、細孔径範囲［μｍ］が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲、サンプルの細孔径の分布のピーク（細孔径ピーク［μｍ］）は５［μｍ］、連通孔径（連通孔［μｍ］）は２［μｍ］である。

実施例１、２の水発泡シリコーンゴムは二次加熱時にゴムの架橋と同時に水相の脱水反応をさせるが、複合気泡であることで気泡間の連通孔が効率よく形成され、浸透性と微細な連通孔による毛細管力の発現が両立できている。また、シリコーンゴムの弾性を利用し、ウィック６を蒸発部２の受熱部７の筐体（ケース）の内寸に対し少し大きめに作製することで、高い密着性（○）が得られたため、冷却の効率も向上している。その結果、冷却性能は実施例１、２ともに非常に良好で、空孔率［％］の高い実施例１の方が特に良く、冷却性能順位は実施例１が１位、実施例２が３位と良好であり、浸透性の差が性能に現れたと考えられる。
また、ウィック６がシリコーンゴムから構成されているので、耐熱性も良好（○）であり、総合判定（判定）も良好（○）である。
ここで、水発泡ウレタンゴム材料を使用している実施例３についても、細孔径範囲［μｍ］が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲、サンプルの細孔径の分布のピーク（細孔径ピーク［μｍ］）は１０［μｍ］、連通孔径（連通孔［μｍ］）は２［μｍ］である。このため、実施例１、２と同様に、実施例３は冷却性能も非常に良好で、冷却性能順位は実施例３が３位と良好であるが、上述したように耐熱性に劣り、冷却用途によっては、耐熱性が不良（×）となり、用いることができない。

（比較例１）
比較例１は独泡気泡（独泡）になるように水発泡シリコーンゴム材料を使用した。気泡は０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであるが、細孔径ピークは２０［μｍ］と実施例１、２と比較して大きい。細孔径の大きな材料のため、空孔率を６０［％］までしか上げられず、冷却性能としても実施例１、２と比較すると悪く、冷却性能順位が６位という結果であり、総合判定（判定）は不良（×）であった。
但し、ウィック６がシリコーンゴムから構成されているので、シリコーンゴムの弾性を利用して、ウィック６を蒸発部２の受熱部７の筐体の内寸に対し少し大きめに作製することで、高い密着性（○）が得られるとともに、耐熱性も良好（○）であった。

（比較例２）
比較例２は独泡気泡（独泡）になる化学発泡シリコーンゴム材料を使用した。化学発泡は基本的に連通孔が形成されないため、金属ローラで扱くことで破泡させることで連通させた。しかし、破泡では微細な連通孔を形成することが難しく、その結果、冷却性能も悪く、冷却性能順位が７位という結果であり、総合判定（判定）は不良（×）であった。
また、図５に示すように、比較例２は細孔径範囲［μｍ］が３０［μｍ］以上２００［μｍ］以下の範囲であり、サンプルの細孔径の分布のピーク（細孔径ピーク［μｍ］）は８０［μｍ］、空孔率が７０［％］、連通孔径（連通孔［μｍ］）は２［μｍ］であった。
但し、ウィック６がシリコーンゴムから構成されているので、シリコーンゴムの弾性を利用して、ウィック６を蒸発部２の受熱部７の筐体の内寸に対し少し大きめに作製することで、高い密着性（○）が得られるとともに、耐熱性も良好（○）であった。

（比較例３、４）
比較例３、４はそれぞれ焼結サンプル（焼結間連結）となるように、比較例３では金属（ＳＵＳ）を使用し、比較例４ではセラミック（アルムナ）を使用して比較評価した。焼結条件や粒子径をコントロールすることで、実施例１、２の水発泡シリコーンゴムを用いた場合や実施例３の水発泡ウレタンゴムを用いた場合と細孔径範囲［μｍ］は同等、細孔径ピークや空孔率［％］は略同等である。
しかし、いずれも硬質材料のため筐体との密着性を出すために非常に高い高精度が要求される（密着性が×）ため、総合判定（判定）も不良（×）であった。また、量産をするためには単価が高くなってしまうことが課題となる。
また、熱伝導率がシリコーンゴムに対して高いことで、熱リークによる効率低減が起きるため、冷却性能順位は比較例３が２位、比較例４が５位となっており、いずれも実施例１よりは冷却性能が悪いものと考えられる。
但し、ウィック６がそれぞれ焼結サンプルとなるように、比較例３では金属（ＳＵＳ）を使用し、比較例４ではセラミック（アルムナ）を使用しているので、耐熱性は良好（○）である。

ここで、図５に示すように、比較例３、４のサンプルの細孔径範囲［μｍ］は０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲であり、サンプルの細孔径の分布のピーク（細孔径ピーク［μｍ］）は比較例３が６［μｍ］、比較例４が１０［μｍ］であった。また、比較例３、４のサンプルの空孔率［％］はいずれも７０［％］、連通孔径（連通孔［μｍ］）は比較例３が２［μｍ］、比較例４が１０［μｍ］であった。

上述した実施例１〜３、及び比較例１〜４のサンプルを用いた冷却性能試験の結果から、本実施形態のウィック６を構成する多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡や連通孔等の諸元に応じて、次のような効果を奏することが確認できた。
第一諸元：（実施例１、２、３の諸元）
断面に、存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、複合気泡が存在し、複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有する。
（実施例１、２、３の効果）
ループ型ヒートパイプ１の冷却性能のさらなる向上が実現可能となる。具体的には冷却性能順位が１位〜３位となっている。

ここで、比較例１は独泡で有る１点だけが第一諸元から外れ、比較例２は独泡で有る点と細孔径範囲が３０〜２００［μｍ］である点と連通孔が５［μｍ］を超える点の３点が第一諸元から外れており、冷却性能順位は比較例１が６位、比較例２が７位である。また、比較例３はＳＵＳ（金属）の焼結間連結である点だけが第一諸元から外れ、冷却性能順位は２位であり、比較例４はアルミナ（セラミック）の焼結間連結である点と、連通孔が５［μｍ］を超える２点が第一諸元から外れ、冷却性能順位は５位である。
これらの比較から、ＳＵＳを用いる比較例３を除き、実施例１、２が満たす諸元から外れる点が多い程、冷却性能順位が低くなることと、上述したように連通孔の平均細孔径が３［μｍ］以下であることで、ウィック自体で高い毛細管力と浸透性を、より好適に両立できていることの確認もできた。

第二諸元：（実施例１、２、比較例１、２の諸元）
多孔質体が発泡シリコーンゴム、詳しくは実施例１、２と比較例１が水発泡シリコーンゴムから構成され、比較例２が化学発泡シリコーンゴムから構成されている。
（実施例１、２、比較例１、２の効果）
ウィック６に弾性と耐熱性を付与することができる。
ここで、実施例３は多孔質体が発泡ウレタンゴム（水発泡ウレタンゴム）から構成されており、弾性を付与することで密着性は改善されるものの、上述したように耐熱特性が１２０［℃］位までである。また、比較例３は金属（ＳＵＳ）から構成され、比較例４はセラミック（アルミナ）から構成されており、いずれも耐熱性はあるものの、弾性に乏しく密着性を良好にするには、高精度な加工が必要となりコストの観点から不良と評価される。

第三諸元：（実施例１、２、比較例１の諸元）
多孔質体が水発泡シリコーンゴムから構成されている。
（実施例１、２、比較例１の効果）
発泡シリコーンゴムを水発泡シリコーンゴムにすることで、微細な細孔径と良好な連通性を両立することができる。
ここで、比較例２は多孔質体が化学発泡シリコーンゴムから構成されており、細孔径範囲が３０〜２００［μｍ］、細孔径ピークが８０［μｍ］、連通孔が２０［μｍ］であり、微細な細孔径と良好な連通性を両立することができていないことが分かった。

上述したように、第一諸元、第二諸元、及び第三諸元の全てを満たす実施例１、２は、非常に良好な冷却性能を得るとともに、筐体との密着性、耐熱性を両立するローラを有する冷却装置を提供することが確認できた。

以上、本実施形態について、図面を参照しながら説明してきたが、具体的な構成は、上述した本実施形態のウィック６を備えたループ型ヒートパイプ１の構成に限られるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等を行っても良い。
例えば、図１、図２、図４を用いて説明した本実施形態のループ型ヒートパイプ１は、いずれも蒸発部２、及び凝縮部３を１つ備えた構成について説明したが、本実施形態のループ型ヒートパイプの構成は、このような構成に限定されるものではない。蒸発部２、及び凝縮部３の少なくともいずれかを２以上備えるループ型ヒートパイプにも適用可能である。
また、図１、図２、図４を用いて説明した本実施形態のループ型ヒートパイプ１は、いずれも蒸発部２の内部にウィック６を１つ設けた構成について説明したが、複数のウィックを並列に備える構成にも適用可能である。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部２（受熱部７）などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部３などの凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプ１などの冷却手段に用いられ、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質弾性体などの多孔質体で構成されたウィック６などのウィックにおいて、前記多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が存在し、前記複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有することを特徴とする。

これによれば、次のような効果を奏することができる。
本態様のウィックを構成する多孔質体は、多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡や連通孔を、上述した諸元を満たすように製造することで、多孔質体自体が、従来よりも高い毛細管力と浸透性を両立できる。
このようにウィックを構成する多孔質体自体が、従来よりも高い毛細管力と浸透性を両立できるので、冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能になる。
よって、冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能なウィックを提供できる。

（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、前記連通孔の平均細孔径が、３［μｍ］以下であることを特徴とする。
これによれば、ウィック自体で高い毛細管力と浸透性を、より好適に両立できる。

（態様Ｃ）
（態様Ａ）又は（態様Ｂ）において、前記多孔質体は発泡シリコーンゴムにより構成されていることを特徴とする。
これによれば、多孔質体を発泡シリコーンゴムにすることで、弾性と耐熱性を付与することができる。

（態様Ｄ）
（態様Ｃ）において、前記発泡シリコーンゴムは水発泡シリコーンゴムであること特徴とする。
これによれば、発泡シリコーンゴムを水発泡シリコーンゴムにすることで、微細な細孔径と良好な連通性を両立することができる。

（態様Ｅ）
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部２（受熱部７）などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部３などの凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプ１などのループ型ヒートパイプにおいて、前記蒸発器の内部に、（態様Ａ）乃至（態様Ｄ）のいずれか一のウィック６などのウィックを設けることを特徴とする。
これによれば、高い冷却性能を実現するループ型ヒートパイプを提供できる。

（態様Ｆ）
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部２（受熱部７）などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部３などの凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプを用いた電子機器（プロジェクタ）２０の冷却手段などの冷却装置において、前記ループ型ヒートパイプとして、（態様Ｅ）のループ型ヒートパイプ１などのループ型ヒートパイプを用いたことを特徴とする。
これによれば、高い冷却性能を持つ冷却装置を提供できる。

（態様Ｇ）
冷却手段を備える電子機器において、前記冷却手段として、（態様Ｅ）のループ型ヒートパイプ１などのループ型ヒートパイプを備えることを特徴とする。
これによれば、必要な冷却性能を備えた電子機器を提供できる。

（態様Ｈ）
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部２（受熱部７）などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプ１などの冷却手段に用いられ、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質弾性体などの多孔質体を製造する多孔質体製造方法において、前記多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が存在し、前記複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有するように製造することを特徴とする。

これによれば、次のような効果を奏することができる。
本態様の多孔質体製造方法では、製造した多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡や連通孔が、上述した諸元を満たすように製造されるので、従来よりも高い毛細管力と浸透性を両立できる多孔質体を製造できる。
このようにウィックを構成する多孔質体自体が、従来よりも高い毛細管力と浸透性を両立できるので、この多孔質体から構成されるウィックを用いる冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能になる。
よって、冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能なウィックを構成する多孔質体を製造する多孔質体製造方法を提供できる。

（態様Ｉ）
凝縮性流体などの作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発部２（受熱部７）などの蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮部３などの凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプ１などの冷却手段に用いられ、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質弾性体などの多孔質体で構成されたウィック６などのウィックを製造するウィック製造方法において、前記多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が存在し、前記複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有するように製造することを特徴とする。

これによれば、次のような効果を奏することができる。
本態様のウィック製造方法で製造するウィックは、ウィックを構成する多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡や連通孔が、上述した諸元を満たすように製造されるので、製造されたウィック自体が、従来よりも高い毛細管力と浸透性を両立できる。
このように製造されたウィック自体が、従来よりも高い毛細管力と浸透性を両立できるので、このウィックを用いる冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能になる。
よって、冷却手段の冷却性能のさらなる向上が実現可能なウィックを製造するウィック製造方法を提供できる。

１ ループ型ヒートパイプ
２ 蒸発部
３ 凝縮部
４ 蒸気管
５ 液管
６ ウィック
７ 受熱部
２０ 電子機器（プロジェクタ）

特開２０１８−１０９４９７号公報 特許第５６９９４５２号公報 特開２０１１−１９０９９６号公報

Claims (9)

1. 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備える冷却手段に用いられ、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質体で構成されたウィックにおいて、
   前記多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が存在し、前記複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有することを特徴とするウィック。
2. 請求項１に記載のウィックにおいて、
   前記連通孔の平均細孔径が、３［μｍ］以下であることを特徴とするウィック。
3. 請求項１又は２に記載のウィックにおいて、
   前記多孔質体は発泡シリコーンゴムにより構成されていることを特徴とするウィック。
4. 請求項３に記載のウィックにおいて、
   前記発泡シリコーンゴムは水発泡シリコーンゴムであること特徴とするウィック。
5. 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプにおいて、
   前記蒸発器の内部に、請求項１乃至４のいずれか一に記載のウィックを設けることを特徴とするループ型ヒートパイプ。
6. 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備えるループ型ヒートパイプを用いた冷却装置において、
   前記ループ型ヒートパイプとして、
   請求項５に記載のループ型ヒートパイプを用いたことを特徴とする冷却装置。
7. 冷却手段を備える電子機器において、
   前記冷却手段として、
   請求項５に記載のループ型ヒートパイプを備えることを特徴とする電子機器。
8. 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備える冷却手段に用いられ、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質体を製造する多孔質体製造方法において、
   前記多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が存在し、前記複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有するように製造することを特徴とする多孔質体製造方法。
9. 作動流体を液相から気相へと相変化させる蒸発器と、作動流体を気相から液相へと相変化させる凝縮器とを備える冷却手段に用いられ、前記蒸発器の内部に設けられる多孔質体で構成されたウィックを製造するウィック製造方法において、
   前記多孔質体を切断したときに得られる断面に存在する気泡が０．１［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲の大きさであり、球状の気泡が互いに部分的に重なり合って形成された複合気泡が存在し、前記複合気泡のうち、細孔径が５［μｍ］以上１０［μｍ］以下の大きさの気泡が最も多く存在し、且つ、気泡と気泡の間に５［μｍ］以下の連通孔を有するように製造することを特徴とするウィック製造方法。