JP5750188B1 - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】密閉容器の内部空間が非常に狭い構造であっても、容易に作製できるとともに、熱輸送性能を向上させる。【解決手段】扁平型のヒートパイプ１において、密閉容器２の内部に設けられたウイック構造体１０は、複数本の銅細線１１ａから第一ウイック１１と、複数本のカーボン細線１２ａからなる第二ウイック１２とを備え、第一ウイック１１は第二ウイック１２を覆うように形成された焼結体であり平坦部２１の内壁面２１ａに接合され、第二ウイック１２は第一ウイック１１によって束状に保持されて内壁面２１ａに接触している。【選択図】図２

Description

この発明は、ウイック式のヒートパイプに関するものである。

従来、作動流体の潜熱を利用する熱輸送素子としてヒートパイプが周知である。ヒートパイプでは、密閉容器内に作動流体が熱輸送媒体として封入されている。密閉容器は長手方向の両端部を封止させた管状に形成されているため、ヒートパイプが発熱体から熱を受け取ると、作動流体は密閉容器内で気液二相に変化するとともに長手方向に流動する。

例えば、発熱体と放熱部材とをヒートパイプによって熱的に接続する場合、密閉容器の一方端側を発熱体に接触させて、他方端側を放熱部材に接触させることが一般的である。この場合、密閉容器の一方端側は発熱体の熱で内部の液相の作動流体（作動液）が蒸発する蒸発部となり、密閉容器の他方端側は放熱部材へ放熱することにより気相の作動流体（蒸気）を凝縮させる凝縮部となる。そして、凝縮部で生じた作動液を再び蒸発部で蒸発させる必要がある。そのため、作動液を蒸発部へ還流させる方式として、毛管力を利用するウイック式が周知である。

また、小型の電子部品を冷却対象とするヒートパイプでは、電子部品を搭載する電子機器の小型化に伴い、薄型の扁平形状に形成された密閉容器を採用することが多い。

例えば、特許文献１には、扁平形状に形成された密閉容器内に作動流体が封入されたウイック式のヒートパイプが記載されている。そのウイックは、複数本の細線からなる細線束によって構成されている。

特開２０１３−００２６４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された構成のように、細線束であるウイック構造体を密閉容器内に設けることで、蒸気流路となる内部空間がウイック構造体の設置空間として奪われることになる。特に、薄型の扁平形状に形成されたヒートパイプでは、内部空間が非常に狭いため、特許文献１に記載された構成のように、扁平形状の上下両面にウイックを接触させると、蒸気流路が幅方向に分割されて蒸気の流動性能が低下する虞がある。

そこで、蒸気の流動性能を高めるために、特許文献１に記載された細線の本数を減らすなどして広い蒸気流路を確保しようとすると、細線束による作動液の輸送量が減少することでウイックの還流性能が低下してしまう。

さらに、上述したように内部空間が狭い場合、密閉容器内に設けるウイックを複雑な構造体に形成することが困難である。そのため、密閉容器内にウイック構造体を設ける場合、容易にヒートパイプを作製できることが望まれる。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、容易に作製できるとともに、密閉容器の内部空間が非常に狭い場合でも、熱輸送性能を向上させることができるヒートパイプを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、長手方向の両端部が封止された管状の密閉容器と、前記密閉容器の内部に封入された作動流体と、毛管力によって作動液を流動させるウイック構造体とを備え、前記密閉容器の長手方向で一方端側が前記作動液を蒸発させる蒸発部となり、前記密閉容器の長手方向で他端側が前記作動流体を凝縮させる凝縮部となるように構成されたヒートパイプにおいて、前記ウイック構造体は、複数本の銅細線からなる線条ウイックであって前記凝縮部から前記蒸発部に到るように延びる第一ウイックと、複数本のカーボン細線からなる束状の線条ウイックである第二ウイックとを備え、前記第一ウイックは、前記第二ウイックを覆うように形成された焼結体であり、前記密閉容器の内壁面に接合され、前記第二ウイックは、前記第一ウイックによって前記束状に保持されて前記内壁面に接触していることを特徴とするものである。

この発明は、上記の発明において、前記第二ウイックは、前記凝縮部から前記蒸発部に到るように延びていることを特徴とするヒートパイプである。

この発明は、上記の発明において、前記第二ウイックは、前記蒸発部のみに設けられていることを特徴とするヒートパイプである。

この発明は、上記の発明において、前記カーボン細線は、直径が前記銅細線よりも小径に形成されていることを特徴とするヒートパイプである。

この発明は、上記の発明において、前記密閉容器は、所定幅で長手方向に延びる平坦部を有する扁平形状に形成され、前記第二ウイックは、前記平坦部の内壁面に接触し、前記第一ウイックは、前記密閉容器の内壁面のうち、前記第二ウイックが接触している前記平坦部の内壁面のみに接触していることを特徴とするヒートパイプである。

この発明によれば、銅は炭素よりも融点が低いので、銅細線からなる第一ウイックの焼結温度でカーボン細線からなる第二ウイックを焼結できなくても、第一ウイックが第二ウイックを覆う焼結体を形成するので第二ウイックを内壁面に固定できる。また、炭素は銅よりも熱伝導率が大きいので、第二ウイックのカーボン細線を内壁面に接触させることにより熱抵抗を低減することができる。したがって、ヒートパイプの作製が容易になるとともに、熱輸送性能を向上させることができる。

この発明の一例におけるヒートパイプの外径を模式的に示した斜視図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ断面を示す断面図であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面または図１のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 （ａ）は、図１のＤ−Ｄ断面を示す断面図であり、（ｂ）は図１のＥ−Ｅ断面を示す断面図である。 （ａ）は素形材と治具を示す説明図であり、（ｂ）は素形材内で治具によって位置決めされた複数の極細線を示す説明図であり、（ｃ）は素形材内で焼結された焼結体を説明するための図である。 （ａ）は変形例における図１のＤ−Ｄ断面を示す断面図であり、（ｂ）は変形例における図１に示すＥ−Ｅ断面を示す断面図であり、（ｃ）は変形例における図１のＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 （ａ）は第一実施例の内部構造を示す断面図であり、（ｂ）は第二実施例の内部構造を示す断面図であり、（ｃ）は比較例の内部構造を示す断面図である。 （ａ）は試験装置の上面図を示す説明図であり、（ｂ）は試験装置の正面図を示す説明図である。 第一実施例と第二実施例と比較例とのそれぞれについての試験結果を示す線グラフである。

以下、図面を参照して、この発明の一例におけるヒートパイプについて具体的に説明する。

（１．ヒートパイプの構造）
まず、図１を参照して、この具体例のヒートパイプについて説明する。この具体例のヒートパイプ１は、密閉容器２内に封入された作動流体の潜熱を利用する熱輸送素子である。密閉容器２は、長手方向の両端部が封止された管状の中空容器であり、幅が厚さ方向の寸法よりも大きい扁平形状に形成されている。密閉容器２は金属製であり、銅やスチール鋼やアルミニウムなど熱伝導率の大きい素材により構成される。

密閉容器２の壁部は、所定の幅で長手方向に延びる平坦部２０と、湾曲形状に形成された側壁部２３とによって形成されている。平坦部２０には、下壁部としての第一平坦部２１と、上壁部としての第二平坦部２２とが含まれる。

作動流体は、周知の相変化物質からなる熱輸送媒体であって、密閉容器２内で液相と気相とに相変化する。例えば、作動流体として、水やアルコールやアンモニアなどを採用できる。なお、作動流体について、液相の場合を「作動液」、気相の場合を「蒸気」と記載して説明する。また、液相と気相とを特に区別しない場合には作動流体と記載する。さらに、作動流体は図示されていない。

ヒートパイプ１では、発熱体の熱によって蒸発部３内の作動液が蒸発して蒸気が生じるとともに、凝縮部４内では蒸発部３で生じた蒸気が凝縮して作動液が生じる。ヒートパイプ１は、毛管力によって作動液を流動させるウイック式に構成されている。なお、ヒートパイプ１における熱輸送サイクルの詳細は後述する。

図１に示すように、密閉容器２の長手方向において、一方端側が蒸発部３となり、その他方端側が凝縮部４となり、中央部分が断熱部５となる。蒸発部３と凝縮部４は、断熱部５を介して一連に形成されている。平坦部２０の外面のうち、蒸発部３となる部分では図示しない発熱体と接触し、凝縮部４となる部分では図示しない放熱部材と接触している。つまり、蒸発部３において発熱体で生じた熱を受け取り、凝縮部４において放熱部材へ放熱する。発熱体には、電子機器の電子部品、例えばＣＰＵなどが含まれる。また、放熱部材として、金属製の放熱板や金属製のヒートシンクなどがある。

断熱部５は、蒸発部３の内部空間と凝縮部４の内部空間とを連通させ、作動流体が長手方向に流動する流体流路を形成する。つまり、上述した各平坦部２１，２２は、長手方向で蒸発部３側の一方端部から断熱部５を介して凝縮部４側の他方端部に到るように形成されている。したがって、密閉容器の２の内部空間は、幅方向の寸法が厚さ方向の寸法よりも大きい。その密閉容器２内には、後述するウイック構造体１０が設けられている。

（２．内部構造）
次に、図２，図３を参照して、図１に示すヒートパイプ１の内部構造について詳細に説明する。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、密閉容器２の内面は、表面形状が全面に亘り滑らかに形成され、各平坦部２１，２２の内壁面２１ａ，２２ａが平坦面、側壁部２３の内壁面２３ａが湾曲面に形成されている。下側の内壁面２１ａと上側の内壁面２２ａとは厚さ方向で対向している。そして、第一平坦部２１にはウイック構造体１０が設けられ、そのウイック構造体１０は、密閉容器２の内面のうち、第一平坦部２１の内壁面２１ａのみと接触している。

具体的には、ウイック構造体１０は、複数本の極細線を束状に形成し長手方向に沿って延びる線条ウイックであり、第一ウイック１１と第二ウイック１２とを備えている。第一ウイック１１は、凝縮部４で凝縮した作動液を蒸発部３に還流させる還流用ウイックであって、複数本の銅細線１１ａにより構成された焼結体である。第二ウイック１２は、複数本のカーボン細線１２ａからなる細線束状に形成されている。なお、第二ウイック１２は焼結体ではない。

銅細線１１ａとカーボン細線１２ａとはいずれも、直径が数μｍ〜数十μｍの大きさに形成されている。カーボン細線１２ａの直径は、銅細線１１ａの直径よりも小径に形成され、例えば、銅細線１１ａの直径に対して１／１０〜１／５程度の大きさである。

蒸発部３では、図２（ａ）に示すように、第二ウイック１２が第一ウイック１１の内部に設けられて、第一平坦部２１の内壁面２１ａに接触している。つまり、蒸発部３では山状の第二ウイック１２を覆うようにして層状の焼結体に形成された第一ウイック１１が内壁面２１ａに接合（接触）している。第二ウイック１２は、密閉容器２の幅方向中央に配置されて、カーボン細線１２ａ同士が密着するように束状に纏められている。また、内壁面２１ａが平坦面であるため、第二ウイック１２は複数本のカーボン細線１２ａが内壁面２１ａ上に山状に堆積するような束状に形成される。さらに、第二ウイック１２は、その山状の下端部分に位置するカーボン細線１２ａが蒸発部３の内壁面２１ａに接触するとともに、第一ウイック１１によって山状に保持されて第一平坦部２１に固定されている。すなわち、蒸発部３内の第一ウイック１１は、内壁面２１ａ上と第二ウイック１２上とに所定厚さの層状に堆積するようにして、複数本の銅細線１１ａが第二ウイック１２に積み重なり半ドーナツ状（アーチ状）に形成された焼結体である。

なお、第二ウイック１２は焼結体ではないので、カーボン細線１２ａが内壁面２１ａに接合されていない。さらに、カーボン細線１２ａの表面は、樹脂製の接着剤などがコーティングされておらず内壁面２１ａに接着されていない。

また、この具体例のウイック構造体１０では、蒸発部３内のみに第二ウイック１２が設けられ、凝縮部４および断熱部５内には第二ウイック１２が設けられていない。そのため、図２（ｂ）に示すように、凝縮部４および断熱部５では、ウイック構造体１０が第一ウイック１１のみによって構成されている。凝縮部４内および断熱部５内の内壁面２１ａには第一ウイック１１のみが接触していることになる。その第一ウイック１１は、上述した第二ウイック１２と同様に山状に形成されている。

密閉容器２内の全体としては、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ウイック構造体１０は、第一平坦部２１の幅方向中央に配置され、長手方向の全長に亘って延びている。この具体例では、第一ウイック１１が凝縮部４から断熱部５を介して蒸発部３に到るように形成され、第二ウイック１２は蒸発部３のみに設けられている。第一ウイック１１において、一本の銅細線１１ａが凝縮部４から断熱部５を介して蒸発部３に到るように一連に延びている。したがって、蒸発部３内と凝縮部４内とでは同一の銅細線１１ａが設けていることになる。すなわち、銅細線１１ａの本数は蒸発部３内と凝縮部４内とで一致する。

さらに、第一ウイック１１が焼結された際に銅細線１１ａ同士の間には長手方向に延びる隙間が形成される。その隙間は作動液を流動させる液体流路として、作動液を凝縮部４から蒸発部３へ還流させるための還流路（以下「第一流路」という）となる。第一流路内の作動液はウイック構造体１０による毛管力を受けることで長手方向に流動する。

束状の第二ウイック１２内では、カーボン細線１２ａ同士の間に長手方向に延びる隙間が形成されている。その隙間が蒸発部３内の作動液を長手方向に流動させる液体流路（以下「第二流路」という）になる。この具体例では、蒸発部３内において、上述した第一流路と第二流路とが連通しているため、第一ウイック１１の第一流路内に浸透している作動液に、第二ウイック１２により生じる毛管力を作用させることができる。つまり、ウイック構造体１０において、第二ウイック１２は作動液を蒸発部３へ還流させるポンプ力（毛管力）を生じるように機能する。

上述したように、この具体例では、第二ウイック１２が蒸発部３内のみに設けられ、かつ一本の銅細線１１ａが長手方向で密閉容器２内の全長に延びている。そのため、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ウイック構造体１０の幅が一定に形成される場合、ウイック構造体１０の厚さは、蒸発部３内のほうがカーボン細線１２ａの分だけ断熱部５内よりも厚い。この場合、凝縮部４内では断熱部５内と等しい厚さでもよい。なお、図示しないが、ウイック構造体１０厚さ一定に形成される場合、ウイック構造体１０の幅は、蒸発部３内のほうが断熱部５内よりも広い。この場合、凝縮部４内では断熱部５内と等しい幅でもよい。

（３．熱輸送サイクル）
次に、ヒートパイプ１による熱輸送サイクルについて説明する。ヒートパイプ１の作動時、蒸発部３が図示しない発熱体で生じた熱を受け取ることによって、蒸発部３内の作動液が蒸発する。蒸発部３では、第一ウイック１１の第一流路内および第二ウイック１２の第二流路内に浸透している作動液が蒸発する。

炭素の熱伝導率は銅の熱伝導率よりも大きいため、カーボン細線１２ａからなる第二ウイック１２の熱伝導率が、銅細線１１ａからなる第一ウイック１１の熱伝導率よりも大きい。さらに、カーボン細線１２ａは直に内壁面２１ａと接触しているため、第一平坦部２１から第二ウイック１２への熱伝達率が増大する。つまり、ヒートパイプ１では、蒸発部３で作動液が蒸発する際の熱抵抗を低減することができる。これにより、ヒートパイプ１における熱輸送量を増大させることができる。

蒸発部３で生じた蒸気は、蒸発部３よりも圧力および温度が低い凝縮部４へ向けて蒸気流路内を流動する。ウイック構造体１０は、第一平坦部２１の内壁面２１ａのみと接触しているため、蒸気流路となる密閉容器２の内部空間は、幅方向全域に亘って連通している。これにより、蒸気の流動性能を向上できる。

凝縮部４では、凝縮部４に到達した蒸気を凝縮させる。凝縮部４で生じた作動液は、第一ウイック１１の第一流路内に浸透し、第一流路内を流動して凝縮部４から断熱部５を介して蒸発部３へ還流される。

ウイック構造体１０による液体流路では、銅細線１１ａの直径がカーボン細線１２ａよりも大径のため、還流路の流路断面積が、第二流路の流路断面積よりも大きい。つまり、還流路内で生じる圧力損失は、第二流路内で生じる圧力損失よりも小さい。加えて、第二ウイック１２によって第二流路内の作動液に作用する毛管力（ポンプ力）は、第一ウイック１１によって還流路内の作動液に作用する毛管力よりも大きい。したがって、ウイック構造体１０では、第二ウイック１２によってポンプ力が増大し、かつ第一ウイック１１によって圧力損失が低減できるので、作動液の還流性能が向上する。

蒸発部３に還流した作動液は、一部が第一ウイック１１の第一流路内から第二ウイック１２の第二流路内へ流動する。そして、発熱体の熱によって第一流路内および第二流路内に浸透している作動液が再び蒸発し、上述した熱輸送サイクルを繰り返すことになる。

（４．製造方法）
次に、図４を参照して、ヒートパイプ１の製造方法について説明する。ここで説明するヒートパイプ１の製造工程では、焼結処理を行ってからプレス加工が行われる。なお、ここでは、銅細線１１ａとカーボン細線１２ａとを区別しない場合には、「極細線」と記載して説明する。

図４（ａ）に示すように、焼結処理時、コンテナの素形材６は丸管状に形成されている。素形材６は銅製である。素形材６内にウイック構造体１０となる複数本の極細線を配置してから、焼結処理を行う。焼結処理の前工程として、素形材６内で複数本の極細線を位置決め工程を行う。その際、治具７を用いて極細線の位置を決める。

治具７は、円柱状に形成され、円周面の一部が欠損した切り欠き部７ａを有する。治具７は素形材６内に挿入されるため、治具７の外径は素形材６の内径以下の大きさに形成されている。また、治具７が素形材６内に挿入された際、治具７の円周面が内周面６ａに接触してもよい。なお、切り欠き部７ａは開口幅が一定かつ深さが一定に形成されている。

図４（ｂ）に示すように、治具７の切り欠き部７ａ内に位置決めされた銅細線１１ａおよびカーボン細線１２ａは、素形材６の内周面６ａに接触している。また、切り欠き部７ａ内で、束状に集まっている複数本のカーボン細線１２ａは、層状に配置された複数本の銅細線１１ａによって全体が覆われている。

例えば、切り欠き部７ａに複数本の銅細線１１ａを載せてから、その銅細線１１ａの上に複数本のカーボン細線１２ａを載せる。その状態で治具７ごと素形材６内に挿入することで、極細線を素形材６内に挿入できる。あるいは、治具７を素形材６内に挿入してから、切り欠き部７ａ内に極細線を挿入してもよい。

そして、図４（ｂ）に示すように、素形材６内に治具７を挿入したまま焼結処理を行う。焼結処理を行うことにより、銅細線１１ａ同士が焼結するとともに、銅細線１１ａと内周面６ａとが焼結して内周面６ａに銅細線１１ａが接合される。炭素は銅よりも融点が高いため、銅細線１１ａの焼結温度でカーボン細線１２ａが焼結されることはない。

しかし、図４（ｃ）に示すように、複数本の銅細線１１ａによって層状に形成された焼結体が束状のカーボン細線１２ａを覆っているため、その焼結体によってカーボン細線１２ａは内周面６ａに接触した状態で素形材６に固定される。すなわち、カーボン細線１２ａが内周面６ａに接合されなくても、カーボン細線１２ａを素形材６に固定することができる。そのため、カーボン細線１２ａの表面に樹脂製の接着剤などをコーティングしなくてもよい。これにより、焼結工程を容易にすることができる。そして、焼結処理の後、焼結体が接合されている素形材６をプレス加工することにより扁平形状にする。焼結後の素形材６をプレスする際、極細線の焼結体が平坦部に設けられるように押し潰す。なお、プレス加工後の製造工程は、周知の製造方法であればよい。また、上述したように治具７を用いた場合、切り欠き部７ａの開口幅が一定の場合には銅細線１１ａの本数とカーボン細線１２ａの本数との関係によって、蒸発部３と断熱部５との境界部分において、銅細線１２の束に段差（厚さの相違）が生じる場合とそのような段差が生じない場合とがある。例えば段差が生じても、程度が小さい場合と、程度が大きい場合とがある。そのため、治具７は、カーボン細線１２ａの挿入される範囲が銅細線１１ａのみ挿入される範囲よりも深く形成された切り欠き部７ａを有してもよい。これにより、段差が生じても銅細線１１ａを素形材６の内周面６ａに密着させることができる。

以上説明した通り、この具体例のヒートパイプによれば、銅は炭素よりも融点が低いので第一ウイックの焼結温度で第二ウイックを焼結できないが、第一ウイックは第二ウイックを覆うように形成されているので、第一ウイックを焼結することにより第二ウイックを内壁面に固定できる。これにより、ヒートパイプの作製が容易になる。

また、炭素は銅よりも熱伝導率が大きいため、カーボン細線からなる第二ウイックは、銅細線からなる第一ウイックよりも熱伝導率よりも大きいので、熱抵抗を低減できる。加えて、カーボン細線を第一平坦部の内壁面に直に接触させているため、発熱体から第二ウイックへの熱伝達率が増大するので、熱抵抗をさらに低減できる。これにより、ヒートパイプの熱輸送量を増大させることができる。

さらに、蒸発部のみに第二ウイックが設けられていることによって、熱輸送性能を向上させることができる。まず、第一ウイックにおける銅細線の直径が第二ウイックにおけるカーボン細線よりも大径のため、第一ウイックの第一流路では、第二ウイックの第二流路よりも流路断面積よりも大きく、圧力損失が第二流路内よりも小さい。そのため、凝縮部内および断熱部内のウイック構造体が、第二ウイックのみによって形成されていることによって、作動液の還流性能が向上する。加えて、第二ウイックによって第二流路内の作動液に作用する毛管力（ポンプ力）は、第一ウイックによって第一流路内の作動液に作用する毛管力よりも大きい。したがって、第二ウイックが蒸発部内のみ設けられていることによってポンプ力が増大し、作動液の還流性能が向上する。

なお、上述した具体例では、第二ウイック１２が蒸発部３のみに設けられているが、この発明はこれに限定されず、第二ウイック１２が蒸発部３から凝縮部４に到る線条ウイックとして一連に形成されてもよい。その変形例を図５に示してある。この変形例の説明では、上述した具体例と同様の構成については説明を省略しその参照符号を引用する。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、この変形例のヒートパイプ１では、第二ウイック１２が密閉容器２内で長手方向長さの全長に亘って延びている。例えば、第二ウイック１２を構成するカーボン細線１２ａは、第一ウイック１１を構成する銅細線１１ａと同じ長さに形成されている。

図５（ｃ）に示すように、蒸発部３と凝縮部４と断熱部５とのいずれにおいても、第一ウイック１１は、第二ウイック１２の幅方向両側で内壁面２１ａと接触（接合）しているとともに、山状の第二ウイック１２を覆うようにして層状に形成されている。つまり、この変形例では、第一ウイック１１によって第二ウイック１２は長手方向長さの全長に亘って内壁面２１ａに接触した状態で山状に保持されて第一平坦部２１に固定されている。

この変形例のヒートパイプによれば、カーボン細線からなる第二ウイックが密閉容器の全長に亘って設けられているので、熱抵抗を低減できる。さらに、第二ウイックが密閉容器の全長に亘って設けられていればよいため、製造時に極細線の位置決めが容易になる。

（５．熱輸送性能の試験）
次に、熱輸送性能の試験結果について説明する。この試験では、外径寸法は同じであるが内部構造が異なる三つヒートパイプとして、第一実施例、第二実施例、比較例を用いた。なお、この説明では、「長手方向長さ」を単に「長さ」と記載する。

（５−１．第一実施例と第二実施例と比較例）
図６（ａ）に示すように、第一実施例とは、上述した具体例と同様の構成を備え、第二ウイック１２が蒸発部３のみに設けられたヒートパイプ１のことである。図６（ｂ）に示すように、第二実施例とは、上述した変形例と同様の構成を備え、第二ウイック１２が密閉容器２内の全長に亘って設けられたヒートパイプ１のことである。そして、図６（ｃ）に示すように、比較例とは、ヒートパイプ１のうち第二ウイック１２が設けられず、ウイック構造体１０が第一ウイック１１のみによって形成されたヒートパイプ１００のことである。なお、図６に示す上向きの白抜き矢印はヒートパイプへの入熱を表し、下向きの白抜き矢印はヒートパイプからの放熱を表す。

この試験に用いた銅細線１１ａは直径が０．０５ｍｍである。カーボン細線１２ａの直径は０．００５ｍｍである。第一実施例および第二実施例では、ウイック構造体１０は、３００本の銅細線１１ａによって形成された第一ウイック１１と、１０００本のカーボン細線１２ａによって形成された第二ウイック１２とを含む。比較例では、ウイック構造体が３００本の銅細線１１ａによって形成された第一ウイック１１のみを含む。

また、各実施例および比較例において、密閉容器２の外形寸法は、長さが１５０ｍｍ、厚さが１．０ｍｍ、幅が９．１ｍｍである。プレス加工前の外径が６．０ｍｍの丸管（素形材）を用いて密閉容器２を作製した。

（５−２．試験方法）
図７（ａ）に示すように、この試験では、発熱体として、長さ１５ｍｍ、幅１５ｍｍに形成された電気ヒータＨを用いた。つまり、電気ヒータＨに通電した際の電力量に基づいて、電気ヒータＨからヒートパイプへ入力される熱量（以下「入熱量」という）Ｑ［Ｗ］が決まる。また、放熱部材として、長さ５０ｍｍ、幅５０ｍｍに形成された金属製の放熱板Ｓを用いた。

図７（ｂ）に示すように、蒸発部３内の第一平坦部２１の外面に電気ヒータＨを面接触させ、かつ凝縮部４内の第一平坦部２１の外面に放熱板Ｓを面接触させている。また、密閉容器２は長手方向が直角状に曲がるように形成されている。各実施例および比較例のヒートパイプは、第一平坦部２１を水平方向と平行にして試験装置に取り付けられ、複数点で温度を測定する。

温度測定には周知の熱電対温度計を使用した。熱電対温度計による測定点は、電気ヒータＨの表面温度Ｔｈ［℃］、凝縮部４の表面温度Ｔｃ［℃］、断熱部５の表面温度Ｔａ［℃］を測定対象とする三点である。例えば、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、電気ヒータＨの表面温度Ｔｈ［℃］について、電気ヒータＨの外面うち第一平坦部２１の外面と接触する部分を測定対象とする。凝縮部４の表面温度Ｔｃ［℃］については、凝縮部４内の第二平坦部２２の外面を測定対象とする。断熱部５の表面温度Ｔａ［℃］については、断熱部５内の第二平坦部２２の外面を測定対象とする。

室温の条件下で、電気ヒータＨに通電することによりヒートパイプ１の蒸発部３を加熱し、その際の入熱量Ｑ［Ｗ］と、電気ヒータの表面温度Ｔｈ［℃］と、凝縮部４の表面温度Ｔｃ［℃］と、断熱部５の表面温度Ｔａ［℃］とを測定した。その測定方法は、異なる入熱量Ｑ［Ｗ］に対して各測定点の温度を測定した。所定の入熱量Ｑ［Ｗ］を変化させた際、断熱部５の表面温度Ｔａが６０℃で一定になってから、電気ヒータの表面温度Ｔｈ［℃］と凝縮部４の表面温度Ｔｃ［℃］を測定する。

そして、上述した各測定値に基づいて、第一実施例の熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］と、第二実施例の熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］と、比較例の熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］とをそれぞれに求める。熱抵抗Ｒは、「Ｒ＝（Ｔｈ−Ｔｃ）／Ｑ」の式によって求まる。その結果を図８に示してある。

（５−３．試験結果）
図８には、第一実施例による試験結果を丸プロットを通過する実線で示し、第二実施例による試験結果を四角プロットを通過する実線で示し、比較例による試験結果を一点鎖線で示してある。

図８に示すように、第一実施例では、入熱量Ｑが１６Ｗのとき、熱抵抗Ｒが０．４８［℃／Ｗ］、最大熱輸送量ＱMAXが２０Ｗとなる。第二実施例では、入熱量Ｑが１６Ｗのとき、熱抵抗Ｒが０．５３［℃／Ｗ］、最大熱輸送量ＱMAXが１８Ｗとなる。そして、比較例では、入熱量Ｑが１６Ｗのとき、熱抵抗Ｒが０．５８［℃／Ｗ］、最大熱輸送量ＱMAXが１６［Ｗ］となる。最大熱輸送量ＱMAX［Ｗ］とは、ヒートパイプが正常に作動することができる入熱量Ｑ［Ｗ］の最大値である。

例えば、入熱量Ｑ［Ｗ］が最大熱輸送量ＱMAX［Ｗ］より大きい場合、蒸発部３で作動液が枯渇し、いわゆるドライアウトが生じてしまう。この場合、ドライアウトが生じたことによって熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］が急激に増大し始める。そのため、入熱量Ｑ［Ｗ］を増大し続けた試験結果から、熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］が急激に増大し始める際の入熱量Ｑ［Ｗ］を最大熱輸送量ＱMAX［Ｗ］とすることができる。したがって、最大熱輸送量ＱMAX［Ｗ］が大きいほど高性能なヒートパイプと言える。

図８に示す第一実施例の試験結果から、入熱量Ｑが２０Ｗを超えると熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］が急増することが分かる。つまり、第一実施例のヒートパイプでは、入熱量Ｑが２０Ｗよりも大きいとドライアウトを生じてしまうので、最大熱輸送量ＱMAX［Ｗ］が２０Ｗとなる。

比較して説明すると、各実施例は比較例よりもの熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］が小さい。第一実施例の熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］は、第二実施例および比較例と比較して熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］が最も小さい。第二実施例の熱抵抗Ｒ［℃／Ｗ］は、第一実施例よりも大きいが、比較例よりは小さい。また、最大熱輸送量ＱMAX［Ｗ］は、第一実施例が最も大きく、第二実施例、比較例の順に小さくなる。以上の試験結果から、各実施例のほうが、比較例よりもヒートパイプとしての性能が優れていることが確認できた。

なお、この発明におけるヒートパイプは、上述した具体例に限定されず、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、上述した具体例では、ウイック構造体１０が束状に形成される構成について説明したが、ウイック構造体１０を束状の維持させるための結束具が設けられていてもよい。あるいは、極細線を撚り合わせて束状に形成されたウイック構造体１０であってもよい。

また、ウイック構造体１０において、第一ウイック１１と第二ウイック１２との境界部分は、例えば図３に示すような明確な境界を形成しなくてもよい。つまり、その境界部分において、部分的に銅細線１１ａとカーボン細線１２ａとが混在するように構成されたウイック構造体１０であってもよい。要は、束状に密集させた複数のカーボン細線１２ａが形成され、複数本のカーボン細線１２ａからなる細線束が第一平坦部２１の内壁面２１ａに接触していればよい。

さらに、上述した具体例では、ウイック構造体１０が第一平坦部２１に設けられる構成について説明したが、この発明はこれに限定されず、一対の平坦部２０のうちいずれか一方にウイック構造体１０が設けられていればよい。つまり、第二平坦部２２にウイック構造体１０が設けられたヒートパイプであってもよい。この場合、発熱体は蒸発部３内の第二平坦部２２の外面に面接触するように構成されればよい。

１…ヒートパイプ、 ２…密閉容器、 ３…蒸発部、 ４…凝縮部、 ５…断熱部、 １０…ウイック構造体、 １１…第一ウイック、 １１ａ…銅細線、 １２…第二ウイック、 １２ａ…カーボン細線、 ２１…第一平坦部、 ２１ａ…内壁面。

Claims (4)

1. 長手方向の両端部が封止された管状の密閉容器と、前記密閉容器の内部に封入された作動流体と、毛管力によって作動液を流動させるウイック構造体とを備え、前記密閉容器の長手方向で一方端側が前記作動液を蒸発させる蒸発部となり、前記密閉容器の長手方向で他端側が前記作動流体を凝縮させる凝縮部となるように構成されたヒートパイプにおいて、
   前記ウイック構造体は、
   複数本の銅細線からなる線条ウイックであって前記凝縮部から前記蒸発部に到るように延びる第一ウイックと、
   複数本のカーボン細線からなる束状の線条ウイックである第二ウイックとを備え、
   前記第一ウイックは、前記第二ウイックを覆うように形成された焼結体であり、前記密閉容器の内壁面に接合され、
   前記第二ウイックは、前記第一ウイックによって前記束状に保持されて前記内壁面に接触し、
   前記密閉容器は、所定幅で長手方向に延びる平坦部を有する扁平形状に形成され、
   前記第二ウイックは、前記平坦部の内壁面に接触し、
   前記第一ウイックは、前記密閉容器の内壁面のうち、前記第二ウイックが接触している前記平坦部の内壁面のみに接触している
   ことを特徴とするヒートパイプである。
2. 前記第二ウイックは、前記凝縮部から前記蒸発部に到るように延びている
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
3. 前記第二ウイックは、前記蒸発部のみに設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ。
4. 前記カーボン細線は、直径が前記銅細線よりも小径に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のヒートパイプ。

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