JP5759606B1 - ヒートパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発部の熱抵抗を低減させ、熱輸送性能を向上させるヒートパイプを提供する。【解決手段】ウイック式のヒートパイプ１において、密閉容器２の内部に、長手方向に沿って蒸発部３から断熱部５を介して凝縮部４に到るように延びる溝ウイックを備え、蒸発部３の溝ウイック内には、溝壁面に固着された微細な金属粉末により構成された金属粉末層が設けられており、金属粉末層は、溝壁面からの厚さが所定厚さで溝ウイックの形状に沿った形状に形成されている。【選択図】図１

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、長手方向の両端部を封止させた管状の密閉容器を有し、熱輸送媒体として作動流体が密閉容器内に封入されているため、発熱体から熱を受け取ると、密閉容器内で作動流体は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で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。

特許文献１には、ウイック式のヒートパイプとして、凝縮部となる第一の金属管と、蒸発部となる第二の金属管とが、電気絶縁筒を介して連通された構成が記載されている。各金属管の内面には、作動液を還流させるための条溝が形成されている。さらに、蒸発部となる第二の金属管の条溝内に、銅粉を焼結した多孔層を形成することが記載されている。

特開平４−９８０９３号公報

ところで、扁平ヒートパイプは、コンテナが平坦部を含む管状に形成されている。扁平ヒートパイプが薄型に形成された場合、コンテナの内部空間は厚さ方向に狭くなるものの、幅方向に確保された内部空間を蒸気流路として利用することになる。その場合、扁平型かつ薄型のコンテナでは内容積が小さいため、作動流体の流動性能を向上させることが難しい。

例えば、作動液の還流性能を向上させるために、大きなウイック構造体をコンテナ内部に設けた場合、ウイック構造体が内部空間の大部分を占め、蒸気流路となる内部空間を確保することが困難になる。一方、作動液の還流性能が低いと、蒸発部で作動液が不足してドライアウトが生じてしまう。

上記の特許文献１に記載されたヒートパイプでは、ヒートパイプ内面に溝が形成されているので、例えば扁平形状に形成された場合、蒸気流路となる内部空間は確保できる。

しかしながら、その扁平ヒートパイプでは、蒸発部となる第二の金属管の溝内に、１００〜４００μｍの粒径の金属粉末を焼結した多孔層が溝を埋めるようにして設けられている。そのため、多孔層によって埋め尽くされた溝では、溝により生じる毛管力が小さくなる可能性がある。さらに、溝内において、多孔層のうち溝壁からの厚さが薄い部分では作動液を蒸発させられるが、溝壁からの厚さが厚い部分では作動液を蒸発できない可能性がある。

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、蒸発性能を向上させ、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方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、前記ウイックは、前記密閉容器の内面から窪み前記長手方向に沿って延びる微細溝が、前記蒸発部から断熱部を介して前記凝縮部に到るように複数本形成された溝ウイックを含み、前記蒸発部と前記断熱部と前記凝縮部とのうち少なくとも前記蒸発部における前記溝ウイックの溝壁面のみに固着された金属粉末からなる金属粉末層を備え、前記金属粉末は、金属の微粒子により構成され、前記金属粉末層は、前記内面のうち前記溝ウイックの溝壁面に固着された前記金属粉末からなる溝内金属粉末層によって構成され、当該溝内金属粉末層は前記溝壁面からの厚さが所定厚さで前記溝ウイックの形状に沿った形状に形成されていることを特徴とするものである。
また、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方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、前記ウイックは、前記密閉容器の内面から窪み前記長手方向に沿って延びる微細溝が、前記蒸発部から前記凝縮部に到るように複数本形成された溝ウイックを含み、前記蒸発部と前記断熱部と前記凝縮部とのうち前記蒸発部のみにおける前記密閉容器の内面に固着された金属粉末からなる金属粉末層を備え、前記金属粉末は、金属の微粒子により構成され、前記金属粉末層は、前記内面のうち前記溝ウイックの溝壁面に固着された前記金属粉末からなる溝内金属粉末層によって構成され、当該溝内金属粉末層は前記溝壁面からの厚さが所定厚さで前記溝ウイックの形状に沿った形状に形成されていることを特徴とするものである。

この発明は、上記発明において、前記溝壁面は、対向する一対の溝側壁面と、当該溝壁面同士を繋ぐ溝底面とを有し、前記溝ウイックは、前記溝壁面によって凹状に形成された前記微細溝を含み、前記溝内金属粉末層のうち前記溝側壁面に設けられている第一部分の厚さは、前記溝ウイックの溝幅の五分の一以下に形成され、前記溝内金属粉末層のうち前記溝底面に設けられている第二部分の厚さは、前記溝ウイックの溝深さの三分の一以下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、上記発明において、前記密閉容器は、金属製であり、前記金属粉末は、粒径が１〜５μｍの微粒子であり、かつ焼結によって前記溝壁面に接合されており、前記溝内金属粉末層の厚さは、前記第一部分の厚さが前記溝幅の五分の一以下、かつ前記第二部分の厚さが前記溝深さの三分の一以下となるように、前記金属粉末の粒径の１〜５倍の範囲内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。
さらに、この発明は、長手方向の両端部が封止された金属製でかつ管状の密閉容器と、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方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、前記ウイックは、前記密閉容器の内面から窪み前記長手方向に沿って延びる微細溝が、前記蒸発部から前記凝縮部に到るように複数本形成された溝ウイックを含み、前記蒸発部と前記断熱部と前記凝縮部とのうち少なくとも前記蒸発部内で、前記密閉容器の内面に固着された粒径が１〜５μｍの銅粉末からなる金属粉末層を備え、前記金属粉末層は、前記内面のうち前記溝ウイックの溝壁面に固着された前記金属粉末からなる溝内金属粉末層によって構成され、当該溝内金属粉末層は前記溝壁面からの厚さが所定厚さで前記溝ウイックの形状に沿った形状に形成され、前記溝壁面は、対向する一対の溝側壁面と、当該溝壁面同士を繋ぐ溝底面とを有し、前記溝ウイックは、前記溝壁面によって凹状に形成された前記微細溝を含み、前記溝内金属粉末層のうち前記溝側壁面に設けられている第一部分の厚さは、前記溝ウイックの溝幅の五分の一以下でかつ前記銅粉末の粒径の１〜５倍の範囲内に形成され、前記溝内金属粉末層のうち前記溝底面に設けられている第二部分の厚さは、前記溝ウイックの溝深さの三分の一以下でかつ前記銅粉末の粒径の１〜５倍の範囲内に形成されていることを特徴とするものである。

この発明は、上記発明において、前記金属粉末は、前記溝壁面上に当該溝壁面の一部を露出させるように散在させられており、前記蒸発部内の前記溝ウイックにおける表面形状は、前記金属粉末によって微細な凹凸状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、上記発明において、前記溝内金属粉末層の厚さが前記範囲内で前記金属粉末の粒径の１倍よりも大きく形成されている場合、前記金属粉末層は前記金属粉末同士の焼結体からなる多孔質ウイックを形成していることを特徴とするヒートパイプである。

この発明は、上記発明において、前記金属粉末層は、前記溝内金属粉末層に加えて、前記内面のうち周方向で前記溝ウイック同士に挟まれている内壁面に固着されている前記金属粉末からなる溝外金属粉末層をさらに含むように構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、上記発明において、前記溝外金属粉末層は、前記内壁面からの厚さが前記溝ウイックの溝幅の五分の一以下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、上記発明において、前記密閉容器は、幅に対して厚さ方向の寸法が小さい扁平形状に形成され、前記溝ウイックは、周方向で前記内面の全周に亘って所定間隔を空けて形成されている複数本の微細溝によって構成されていることを特徴とするヒートパイプである。

この発明によれば、溝ウイック内で溝内金属粉末層が溝ウイックを埋めないように構成されるので、溝ウイックによる還流特性を発揮できるとともに、金属粉末層が蒸発部内に設けられていることにより、還流された作動液が蒸発部内で拡散しやすくなり、蒸発面積が増大して蒸発性能を向上させることができる。さらに、溝内金属粉末層が毛管力を生じることにより、溝ウイックによる還流特性に加えて、金属粉末層による還流特性を発揮させることができる。また、金属粉末層が薄く形成されているので、蒸発部での熱抵抗が増大することを抑制でき、ヒートパイプ全体としての熱輸送性能を向上させることができる。また、溝ウイックと金属粉末とは、密閉容器の内部空間を奪わないので、金属粉末層を設けた場合も十分な量の蒸気が流動できる蒸気流路を確保でき、蒸気の流動性能が低下することを防止できる。

この発明の一例におけるヒートパイプの外観を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ断面を示し、内面に複数形成された溝ウイックを説明するための蒸発部における密閉容器の断面図である。（ｂ）は、長手方向に延びる溝ウイックを説明するために、図１のＡ−Ａ断面を含む部分断面図を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は図２（ａ）のＢ範囲を示し、蒸発部内の溝壁面に固着された金属粉末を説明するための拡大断面図である。（ｂ）は図１のＣ−Ｃ断面を含み、金属粉末が蒸発部内のみに散在されていることを簡略化して示す斜視図である。 （ａ）は、ヒートパイプの非作動時に蒸発部の溝ウイック内に保持されている作動液の状態を示す模式図である。（ｂ）は、ヒートパイプの作動時に図４（ａ）に示す状態から溝ウイック内の作動液が減少した状態を示す模式図である。（ｃ）は、ヒートパイプの作動時に図４（ｂ）に示す状態から溝ウイック内の作動液が減少して金属粉末によって保持されている状態を示す模式図である。（ｄ）は図１のＤ−Ｄ断面を示し、作動液に凝縮部内で生じる水層を模式的に示す断面図である。 溝内壁面に多孔質ウイックとして設けられた金属粉末層の一例を説明するための拡大断面図である。 （ａ）は溝内金属粉末層と溝外金属粉末層とにより構成された金属粉末層の一例を説明するための拡大断面図である。（ｂ）は溝内金属粉末層および溝外金属粉末層が多孔質ウイックとして形成された例を模式的に示す拡大断面図である。 （ａ）は試験装置の上面図を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は試験装置の正面図を模式的に示す説明図である。 （ａ）は実施例のヒートパイプが作動時に密閉容器の内部で生じている作動液の水位を模式的に示した説明図である。（ｂ）は比較例のヒートパイプが作動中に密閉容器の内部で生じている作動液の水位を模式的に示した説明図である。 実施例と比較例との試験結果を示す棒グラフである。

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．ヒートパイプの全体構造）
まず、図１を参照して、この具体例におけるヒートパイプの外形について説明する。この具体例のヒートパイプ１は、長手方向に沿って直線状に形成された密閉容器２を有し、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。なお、この説明では、図１に示す厚さ方向を上下を用いて説明する場合がある。

密閉容器２は、幅に対して厚さ方向の寸法が小さい扁平形状に形成され、長手方向の両端部が封止された管状の中空容器である。つまり、密閉容器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。また、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２０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、一対の側壁部２３，２３とによって形成されている。第一平坦部２１と第二平坦部２２とは、外面が平坦面に形成され、厚さ方向で対向して長手方向の寸法が幅よりも大きく形成されている。各側壁部２３，２３は、第一平坦部２１と第二平坦部２２とを接続するように湾曲状に形成され、幅方向で対向している。例えば、扁平形状の密閉容器２を作製する場合、丸型金属管を素形材としプレス加工することによって、各平坦部２１，２２と一対の側壁部２３，２３とが形成される。

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、この説明では、液相の作動流体を「作動液」、気相の作動流体を「蒸気」と記載して説明し、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。

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、他方端側が凝縮部４となり、中央部分が断熱部５となり、蒸発部３と凝縮部４とは断熱部５を介して一連に形成されている。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、作動流体が相変化せずに長手方向に流動する流体流路を形成する。各平坦部２１，２２は、蒸発部３から断熱部５を介して凝縮部４に到る長手方向の全域に亘って延びている。

この具体例では、冷却対象となる発熱体（図１に示さず）にヒートパイプ１を取り付ける場合、蒸発部３における壁部２０のうち第一平坦部２１が発熱体と接触するように構成される。この場合、第一平坦部２１の外面（平坦面）と発熱体の表面とは面接触する。発熱体には、小型の電子機器における電子部品、例えばＣＰＵなどが含まれる。

さらに、凝縮部４における壁部２０のうち第一平坦部２１には放熱部材（図１に示さず）が取り付けられる。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。例えば、放熱板を凝縮部４に取り付けた場合、第一平坦部２１の外面（平坦面）と放熱板の表面（平坦面）とが面接触している。

要するに、ヒートパイプ１では、蒸発部３の第一平坦部２１において発熱体で生じた熱を受け取り、凝縮部４の第一平坦部２１において放熱部材へ放熱するように構成されている。蒸発部３では、発熱体の熱によって密閉容器２内の作動液が蒸発して蒸気が生じる。また、凝縮部４では、蒸発部３で生じた蒸気が凝縮して作動液が生じる。そして、ヒートパイプ１は、毛管力によって凝縮部４で生じた作動液を蒸発部３へ還流させるウイックとして図２に示す溝ウイック１０を備えている。なお、ヒートパイプ１における熱輸送サイクルについては後述する。

（２．密閉容器の内部構造）
ここで、図２，図３を参照して、密閉容器２の内部構造について説明する。

（２−１．溝ウイック）
まず、図２（ａ），（ｂ）を参照して、密閉容器２内に形成された溝ウイック１０について説明する。図２（ａ）に示すように、密閉容器２の内部では、各平坦部２１，２２と、両側の側壁部２３，２３とに、溝ウイック１０が形成されている。溝ウイック１０は、密閉容器２の内面２ａから窪み矩形状（凹状）に形成された複数本の微細溝によって構成される。例えば、溝ウイック１０は、溝幅Ｗが８０μｍ、溝深さＤが５０μｍに形成される。また、溝ウイック１０では、複数本の微細溝が周方向で内面２ａの全周に亘って所定間隔を空けて形成されているため、内面２ａは周方向で凹凸面となる。

具体的には、溝ウイック１０は、第一平坦部２１の内壁面２１ａ（平坦面）から窪む微細溝と、第二平坦部２２の内壁面２２ａ（平坦面）から窪む微細溝と、側壁部２３の内壁面２３ａ（湾曲面）から窪む微細溝とを含む。各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａはいずれも、表面形状が全面に亘り滑らかに形成され、長手方向に沿って延びている。また、内壁面２１ａと内壁面２２ａとは厚さ方向で対向している。要は、内面２ａにおいて、溝ウイック１０は凹面、溝ウイック１０同士に周方向で挟まれる各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａが凸面を形成する。

図２（ｂ）に示すように、溝ウイック１０は、複数本の微細溝が長手方向に沿って平行に延びるように形成されている。各微細溝は長手方向において凝縮部４から断熱部５を介して蒸発部３（いずれも図２（ｂ）には示さず）に到るように一連に形成されている。溝ウイック１０は、毛管力によって作動液を蒸発部３へ還流させる液体流路（以下「還流路」という）を形成する。上述したように、溝ウイック１０は周方向で内面２ａの全周に亘って所定間隔を空けて形成されていることにより、作動液の還流性能を向上させることができる。

（２−２．金属粉末層）
次に、図３を参照して、密閉容器２内に形成されている金属粉末層１２について説明する。なお、図３（ａ），（ｂ）には、蒸発部３内の溝ウイック１０のうち、代表して第一平坦部２１に形成された溝ウイック１０を示してある。要は、蒸発部３内であれば、図３には示さない第二平坦部２２と各側壁部２３，２３とに形成された溝ウイック１０内についても、図３に示す構成と同様に構成されている。

図３（ａ）に示す例では、金属粉末層１２は、溝ウイック１０の溝壁面１１に固着（接合）されている複数の金属粉末１２ａのみによって構成されている。金属粉末１２ａは、例えば銅の微粒子（銅粉末）など、粒径が１〜５μｍの大きさに形成された金属の微粒子である。

なお、金属粉末層１２とは、金属粉末１２ａが他の金属粉末１２ａ上に積み重なった構造に形成されたものに限らず、金属粉末１２ａ同士が積み重ならない構造に形成されたものも含む。例えば内面２ａを形成する密閉容器２を金属層と見れば、内面２ａを金属層の界面と言えるため、内面２ａ上に固着された金属粉末１２ａは、金属層の界面上に設けられていることになる。つまり、図３（ａ）に示すような内面２ａに固着する金属粉末１２ａのみによって構成された金属粉末層１２は、内面２ａからの厚さが金属粉末１２ａの粒径の１倍に形成されているものと言える。すなわち、図３（ａ）に示す金属粉末層１２は金属粉末１２ａ同士が積み重ならない一層構造に形成されていることになる。

溝壁面１１は、矩形状の微細溝を形成する壁面であり、溝底面１１ａと、一対の溝側壁面１１ｂ，１１ｂとの三面を含む。蒸発部３において、複数個の金属粉末１２ａが溝底面１１ａ，一方の溝側壁面１１ｂ，他方の溝側壁面１１ｂの三面に固着していることになる。なお、この説明では、溝ウイック１０内に設けられた金属粉末層１２を溝内金属粉末層１２１と記載して説明する場合がある。さらに、溝底面１１ａと、一方の溝側壁面１１ｂと、他方の溝側壁面１１ｂとを特に区別しない場合には、その三面をいずれも含む意味合いで溝壁面１１と記載して説明する。

また、図３（ｂ）に示すように、金属粉末層１２は、蒸発部３のみに設けられており、凝縮部４および断熱部５には設けられていない。長手方向に延びる溝ウイック１０のうち、蒸発部３内に含まれる部分には、溝壁面１１に金属粉末１２ａが固着（接合）させられている。

さらに、図３（ａ），（ｂ）に示す例では、金属粉末１２ａは、溝壁面１１のうち一部の面を内部空間に露出させるようにして溝ウイック１０内に散在させられている。そのため、蒸発部３内では、溝壁面１１に固着されている金属粉末１２ａは疎らであり、溝壁面１１の全面が金属粉末層１２（溝内金属粉末層１２１）によって覆われていない。金属粉末１２ａが蒸発部３内の溝壁面１１に散在させられていることによって、溝ウイック１０の表面形状は、蒸発部３において微細な凹凸状に形成されている。密閉容器２が銅製の場合、溝ウイック１０の溝壁面１１上に金属粉末１２ａを散在させて焼結させることにより、金属粉末１２ａを溝壁面１１に固着（接合）させることができる。

特に、図３（ａ）に示す金属粉末１２ａには、他の金属粉末１２ａ上に積み重なっている金属粉末１２ａ、すなわち他の金属粉末１２ａに固着しているが溝壁面１１には固着していない金属粉末１２ａが含まれない。つまり、金属粉末層１２（溝内金属粉末層１２１）を構成する金属粉末１２ａとは、他の金属粉末１２ａには固着せずに溝壁面１１のみに固着している金属粉末１２ａや、溝壁面１１に固着しているとともに他の金属粉末１２ａに固着している金属粉末１２ａである。したがって、図３（ａ），（ｂ）に示すように、疎らな金属粉末１２ａに形成された金属粉末層１２（溝内金属粉末層１２１）は、溝壁面１１からの厚さが金属粉末１２ａの粒径と等しい、すなわち金属粉末１２ａの粒径の１倍の大きさに形成されており、溝壁面１１上の全面（溝底面１１ａ，溝側壁面１１ｂを含む）に亘り隙間を含みながら矩形状（凹状）に形成されている。

（３．製造方法）
ここで、ヒートパイプ１の製造方法について説明する。例えば、微細溝が形成された丸型金属管（素形材）内に金属粉末１２ａを入れた後、金属管に振動を与えて金属管内から余分な金属粉末１２ａを取り除く。金属粉末１２ａを焼成後、金属管の一方の端部をスエージング加工し、水を注入し、脱気した後に金属管の他方の端部を溶接する。

具体的には、焼結処理の前工程として、素形材となる丸型金属管の内面２ａに削りだし加工などを施し、溝ウイック１０となる複数本の微細溝が溝壁面１１を有するように形成される。そして、溝壁面１１には金属粉末１２ａとなる金属の微粒子を付着させる（付着工程）。

その付着工程の一例として、蒸発部３となる範囲内の微細溝を対象として、その溝内に金属の微粒子を充填する。その素形材の蒸発部３側の開口端を下方に向け、素形材に打撃を与え、あるいは素形材を振動させることにより、余分な金属粉末１２ａを素形材外部へ除去し、溝壁面１１に付着する金属粉末１２ａを疎らにさせる。金属粉末１２ａは、粒径が数μｍの微粒子であるため、分子間力によって溝壁面１１に付着することができる。例えば、かなづちや木づちで素形材に打撃を与えてもよく、試験管ミキサー（ボルテックスミキサー）のような振動機で数秒間だけ素形材を振動させてもよい。その後、溝壁面１１に付着する金属粉末１２ａが疎らな状態で焼結工程を行う。この具体例では、金属粉末１２ａの粒径が１〜５μｍの微細な粒子であるため、焼結工程において、従来の焼結低温（１０００℃程度）に比べて低温の焼結温度（５００℃程度）で溝壁面１１に焼結できる。なお、上述した焼結処理の前加工や、焼結処理後のプレス加工やスエージング加工などの焼結処理の後工程については、周知の製造方法であればよい。

（４．熱輸送サイクル）
次に、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、ヒートパイプ１による熱輸送サイクルと、ヒートパイプ１の蒸発部３で生じる作動液の水量変化とについて説明する。図４（ａ）には、作動液が蒸発し始める前の蒸発部３の水位を示してある。図４（ｂ）には、作動液が蒸発し始めて蒸発部３で水量が減少した場合の蒸発部３の水位を示してある。

ヒートパイプ１の非作動時、例えば図４（ａ）に示す状態のように、蒸発部３の溝ウイック１０内は作動液Ｌで満たされている。なお、ヒートパイプ１の作動時であっても、図４（ａ）に示す状態のようになる場合がある。一例として、発熱体Ｈが発熱し始めた直後など、蒸発部３が発熱体Ｈで生じた熱を受け取り熱伝達によって作動液Ｌの温度が上昇し始めているものの、蒸発には到らない状態には、図４（ａ）に示す状態となる。

そして、ヒートパイプ１の作動時、発熱体Ｈで生じた熱によって、蒸発部３の溝ウイック１０内の作動液Ｌが蒸発し始める。蒸発部３で作動液Ｌが蒸発することにより、溝ウイック１０内の作動液Ｌは減少し始める。そのように作動液Ｌが蒸発している場合、図４（ｂ）に示す状態のように、蒸発部３の溝ウイック１０内では、作動液Ｌが大きな曲率のメニスカスを形成する。

特に、この具体例の蒸発部３では、溝壁面１１の一部を露出させるように金属粉末１２ａが散在されているので、溝ウイック１０の表面粗さが増してぬれ性が良くなっている。要は、蒸発部３において作動液Ｌの拡散性能が向上している。そのため、図４（ｂ）に示す点線範囲Ｅ内のように、溝ウイック１０内で開口部付近の作動液Ｌと、両側の溝側壁面１１ｂ，１１ｂとの接触角が小さくなる。これにより、溝ウイック１０の開口部側では、溝底面１１ａ側から溝ウイック１０の開口部側へ向けて溝側壁面１１ｂに沿うように広範囲に亘り、薄い水層状の作動液Ｌが存在することになる。そして、点線範囲Ｅ内の作動液Ｌは、溝側壁面１１ｂからの厚さ（幅方向で溝側壁面１１ｂからの水位）が薄い水層を形成するため、熱抵抗が小さくなるので蒸発し易い。したがって、図４（ｂ）に示す作動液Ｌのうち、点線範囲Ｅ内に含まれる作動液Ｌが蒸発するため、蒸発面積が増大し、蒸発性能が向上する。すなわち、小さな熱抵抗で熱伝達可能な作動液Ｌの水量が増すため、蒸発性能が向上することになる。

図４（ｂ）に示す状態から発熱体Ｈの発熱量が増大し続けて、作動液Ｌの蒸発が進行すると、蒸発部３の溝ウイック１０内の作動液Ｌはさらに減少する。その状態の一例を、図４（ｃ）に示してある。

図４（ｃ）に示す状態のように、蒸発部３の溝ウイック１０内では、溝壁面１１に疎らに接合された金属粉末１２ａによって作動液Ｌが薄い水層状（水膜状）に保持される。その作動液Ｌの水層は、溝底面１１ａと一対の溝側壁面１１ｂ，１１ｂとに沿った矩形状になる。これは、金属粉末１２ａが散在されていることによって溝ウイック１０のぬれ性が良くなっているためである。これにより、蒸発部３の溝ウイック１０内における作動液Ｌの水量が少量の場合であっても、蒸発部３において溝壁面１１に触れるべき作動液Ｌが枯渇し、いわゆるドライアウトが生じることを抑制できる。さらに、図４（ｃ）に示す状態では、上述した図４（ｂ）に示す状態よりも、作動液Ｌの水層が薄いうえに、作動液Ｌの蒸発面積が増大するので、蒸発部３での熱抵抗を低減でき、かつ蒸発性能を向上できる。

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。断熱部５および凝縮部４には、金属粉末１２ａが設けられていないので、蒸気流路は流動方向となる長手方向に沿って滑らかな面によって区画されている。そのため、蒸気が流動する際に生じる圧力損失を低減でき、蒸気の流動性能を向上できる。さらに、内部空間において、各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａよりも内側に所定体積を有するウイック構造物が設けられていないので、ウイック構造物が設けられている場合に比べて、蒸気の流路断面積を大きく取れるため、蒸気の流量を増大させ、熱輸送性能を向上させることができる。

凝縮部４では、凝縮部４に到達した蒸気を凝縮させる。つまり、凝縮部４内では作動液Ｌが生じる。凝縮部４で生じた作動液Ｌは、図４（ｄ）に示すように、凝縮部４の溝ウイック１０内に流入する。この場合、上述したように蒸発部３において作動液Ｌが蒸発して溝ウイック１０内の作動液Ｌが大きな曲率のメニスカスを生じることによって、作動液Ｌを凝縮部４側から蒸発部３側へ流動（還流）させるように作用する毛管力が生じる。これにより、凝縮部４では溝ウイック１０外の作動液Ｌが溝ウイック１０内へ流入させられ、凝縮部４の溝ウイック１０内の作動液Ｌは蒸発部３側に吸引される。その結果、蒸発部３よりも凝縮部４側の作動液Ｌは、溝ウイック１０による還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へ還流させられる。

長手方向に延びる溝ウイック１０のうち、蒸発部３内のみに金属粉末１２ａが設けられているので、図４（ｄ）に示すように凝縮部４および断熱部５内では滑らかな面によって還流路が区画されている。これにより、作動液Ｌの流動抵抗を低減でき、還流性能を向上させることができる。

そして、溝ウイック１０によって蒸発部３に還流された作動液Ｌは、発熱体Ｈの熱によって再び蒸発し、ヒートパイプ１は上述した熱輸送サイクルを繰り返すことになる。

（５．多孔質ウイックの金属粉末層）
上述した具体例では、金属粉末層１２の厚さは金属粉末１２ａの粒径の１倍であったが、この発明に係るヒートパイプでは溝ウイック１０内が金属粉末１２ａによって埋め尽くされないように構成されていればよい。そのため、金属粉末１２ａが他の金属粉末１２ａ上に積み重なるようにして、金属粉末１２ａ同士の間に隙間を有する焼結体（多孔質ウイック）としての金属粉末層１２が形成されてもよい。つまり、金属粉末層１２の厚さは、金属粉末１２ａの粒径の１倍よりも大きく形成されてもよく、具体的には金属粉末１２ａの粒径の１〜５倍の範囲内に形成されてよい。

図５には、金属粉末層１２の厚さが金属粉末１２ａの粒径の１倍よりも大きくかつ５倍以下に形成されている構成例を示してある。図５に示す金属粉末層１２は、金属粉末１２ａ同士が焼結して内部に隙間を有する焼結体（多孔質ウイック）を形成している。すなわち、その金属粉末１２ａには、溝壁面１１に固着する金属粉末１２ａに加えて、溝壁面１１とは固着せずに他の金属粉末１２ａのみと固着している金属粉末１２ａが含まれている。

多孔質ウイックとしての金属粉末層１２（溝内金属粉末層１２１）は、溝壁面１１の全面を覆うように設けられており、溝壁面１１に沿った矩形状に形成されている。上述したように溝ウイック１０の溝幅Ｗは８０μｍ、溝深さＤは５０μｍであるため、金属粉末層１２の厚さが金属粉末１２ａの粒径の５倍以下（最大粒径５μの場合に２５μｍ以下）に形成されていることにより、金属粉末１２ａが溝ウイック１０内を埋め尽くすことはない。なお、図５に示すように、金属粉末層１２が多孔質ウイックを形成する場合も、図３（ａ），（ｂ）を参照して上述した場合と同様に、溝壁面１１のうち一部の面を内部空間に露出させるようにして溝ウイック１０内に金属粉末１２ａを散在させる構成とすることが可能である。この場合には、多孔質ウイックとしての金属粉末層１２は連続的に形成されており、露出面となる溝壁面１１に囲まれるようにして金属粉末層１２が独立して設けられているわけではない。

（６．固着範囲）
また、上述した具体例では、金属粉末層１２が蒸発部３内の溝壁面１１のみに設けられていた、すなわち金属粉末層１２が溝内金属粉末層１２１のみによって構成されていたが、この発明に係るヒートパイプは少なくとも蒸発部３の溝ウイック１０内に金属粉末層１２が設けられていればよいため、内面２ａのうち金属粉末１２ａが固着させられる範囲に各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａを含んでもよい。

図６（ａ）には、周方向で内面２ａ全体に亘って金属粉末１２ａが固着されている構成例を示してある。図６（ａ）に示す金属粉末層１２は、内面２ａにおいて凹面となる溝壁面１１に設けられた溝内金属粉末層１２１に加えて、内面２ａにおいて凸面となる各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａに固着されている金属粉末１２ａによって構成されている溝外金属粉末層１２２を含む。この場合の金属粉末層１２は、図６（ａ）に示すような一層構造であってもよく、図６（ｂ）に示すような多孔質ウイックであってもよい。なお、図６（ａ）には、内壁面２２ａおよび内壁面２３ａを示してない。

図６（ｂ）に示す多孔質ウイックとしての金属粉末層１２を用いて、金属粉末層１２の厚さｔを、溝ウイック１０の溝幅Ｗと溝深さＤとに対応させて説明する。溝内金属粉末層１２１（金属粉末層１２）のうち溝底面１１ａ上に設けられている第一部分１２１ａでは、溝底面１１ａからの厚さｔ１が溝深さＤの三分の一（Ｄ／３）以下となるよう形成されている。また、溝内金属粉末層１２１（金属粉末層１２）のうち溝側壁面１１ｂ上に設けられている第二部分１２１ｂでは、溝側壁面１１ｂからの厚さｔ２が溝幅Ｗの五分の一（Ｗ／５）以下となるように形成されている。さらに、金属粉末層１２のうち内壁面２１ａ上（図示しない内壁面２２ａ，２３ａ上も含む）に設けられている溝外金属粉末層１２２では、内壁面２１ａからの厚さｔ３が溝幅Ｗの五分の一（Ｗ／５）以下となるように形成されている。なお、溝幅Ｗとは、溝ウイック１０の開口幅のことである。また、溝深さＤとは、溝ウイック１０の開口端から溝底面１１ａまでの距離のことである。例えば、溝ウイック１０の形状が図６（ｂ）に示すような矩形状の場合、その開口端から溝底面１１ａに到る溝側壁面１１ｂの長さを溝深さＤと言える。

つまり、金属粉末層１２の厚さは、第一部分１２１ａの厚さｔ１が溝深さＤの三分の一以下、かつ第二部分１２１ｂの厚さｔ２および溝外金属粉末層１２２の厚さｔ３が溝幅Ｗの五分の一以下の範囲内で、金属粉末１２ａの粒径の１〜５倍の大きさに形成される。これにより、溝ウイック１０が金属粉末１２ａによって埋まらないように構成される。例えば、溝幅Ｗが８０μｍ、溝深さＤが５０μｍ、金属粉末１２ａの粒径が１μｍの場合、金属粉末層１２の厚さが粒径の５倍に形成されても５μｍであり、厚さｔ１が溝深さＤの三分の一（約１６．７μｍ）以下かつ厚さｔ２および厚さｔ３が溝幅Ｗの五分の一（１６μｍ）以下となり、上述した範囲を超えないため、粒径を基準とする厚さに設定される。一方、金属粉末１２ａの粒径が最大粒径の５μｍの場合、金属粉末層１２の厚さを粒径の５倍にすると２５μｍとなり、上述した範囲を超えてしまうため、金属粉末層１２の厚さは、厚さｔ１は溝深さＤの三分の一（約１６．７μｍ）、かつ厚さｔ２および厚さｔ３は溝幅Ｗの五分の一（１６μｍ）となり、溝形状を基準する厚さに設定される。すなわち、金属粉末層１２の厚さとして、粒径を基準とする厚さと溝形状を基準とする厚さとを比較して小さい方の値を採用することになる。

なお、図６（ａ），（ｂ）を参照して上述した溝内金属粉末層１２１と溝外金属粉末層１２２とを含む金属粉末層１２の厚さについて、その溝内金属粉末層１２１の厚さは、図３（ａ），図５を参照して上述した溝内金属粉末層１２１のみによって構成された金属粉末層１２の厚さとすることが可能である。

その場合、図３（ａ），図５に示すような金属粉末層１２が溝内金属粉末層１２１のみの構成と、図６（ａ），（ｂ）に示すような金属粉末層１２が溝内金属粉末層１２１および溝外金属粉末層１２２の構成とで熱輸送性能を比較すると、金属粉末層１２が溝内金属粉末層１２１のみで構成されているほうが性能は高い。例えば、上述したように、各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａに金属粉末１２ａが設けられていないことによって溝内金属粉末層１２１のみのほうが蒸気の流動性能を向上させることができるからである。また、各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａに固着させる分の金属粉末１２ａを削減できるので、溝内金属粉末層１２１のみの構成のほうが製造コストを削減できる。

さらに、この発明に係るヒートパイプでは、長手方向において、少なくとも蒸発部３内に金属粉末層１２が設けられていればよいため、長手方向全域（蒸発部３，凝縮部４，断熱部５を全て含む）に金属粉末層１２が設けられてもよい。したがって、長手方向全域に亘って溝壁面１１のみに金属粉末１２ａを固着させてもよく、あるいは長手方向全域に亘って内面２ａの全面に金属粉末１２ａを固着させてもよい。

例えば、金属粉末層１２（溝内金属粉末層１２１のみの構成であるか、溝内金属粉末層１２１に加えて溝外金属粉末層１２２を含む構成であるかを問わず）が、長手方向で蒸発部３内のみに設けられている場合と、長手方向全域に亘って設けられている場合とで熱輸送性能を比較すると、長手方向で蒸発部３内のみに金属粉末層１２が設けられている構成のほうが性能は高い。例えば、作動液が金属粉末層１２内を流動する際に作動液の流動抵抗が生じるため、長手方向全域に亘って金属粉末層１２が設けられている構成よりは、蒸発部３内のみに金属粉末層１２が設けられている構成のほうが作動液の流動抵抗の発生を抑制できるからである。

したがって、蒸発部３内の溝ウイック１０内のみに金属粉末層１２が設けられている構成は、周方向および長手方向で内面２ａの全面に亘って金属粉末層１２が設けられている構成よりも、熱輸送性能が高いと予測できる。

（７．熱輸送性能の試験）
次に、図７，図８，図９を参照して、熱輸送性能の試験結果について説明する。この試験では、実施例と比較例とで、外径寸法は同じであるが内部構造が異なるヒートパイプを用いた。なお、この説明では、「長手方向長さ」を単に「長さ」と記載する。

（７−１．実施例と比較例）
実施例とは、上述した具体例のヒートパイプ１のうち、溝内金属粉末層１２１および溝外金属粉末層１２２によって構成された金属粉末層１２が長手方向で蒸発部３から断熱部５を介して凝縮部４に到るように内面２ａの全域に亘って設けられている構成を備え、下記の寸法に形成されたヒートパイプである。比較例とは、ヒートパイプ１のうち金属粉末層１２（金属粉末１２ａ）が設けられず、溝ウイック１０のみによって作動液を還流させるように構成されたヒートパイプ１００のことである。図７（ａ），（ｂ）に示すように、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１００ｍｍ、厚さが０．５５ｍｍ、幅が２．８５ｍｍ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。溝ウイック１０は、溝幅Ｗが０．０８ｍｍ、溝深さＤが０．０５ｍｍに形成されている。また、実施例において、金属粉末１２ａの粒径および金属粉末層１２の厚さは、上述した通りの大きさに構成されている。

（７−２．試験方法）
図７（ａ）に示すように、この試験では、発熱体Ｈとして、長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍに形成された電気ヒータを用いた。つまり、電気ヒータに通電した際の電力量に基づいて、電気ヒータ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、発熱体Ｈは金属板Ｓを介してヒートパイプ１，１００と熱的に接続されている。金属板Ｓは、長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍに形成されている。

図７（ｂ）および図８（ａ），（ｂ）に示すように、第一平坦部２１の外面を全面に亘って金属板Ｓに面接触させ、かつ金属板Ｓのうち蒸発部３内の第一平坦部２１の下方部分の裏面に発熱体Ｈを面接触させている。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、電気ヒータの表面温度Ｔｈ［℃］である。

例えば、図７（ｂ）に示すように、電気ヒータの表面温度Ｔｈ［℃］について、電気ヒータの外面うち蒸発部３の下方で金属板Ｓの下面と接触する部分を測定対象とする。なお、図８（ａ），（ｂ）のそれぞれ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。

室温の条件下で、電気ヒータに通電することにより蒸発部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［℃］とを測定した。その測定方法は、実施例のヒートパイプ１と比較例のヒートパイプ１００とでそれぞれに、入熱量Ｑ［Ｗ］が３Ｗの場合と、４Ｗの場合と、５Ｗの場合とで、各入熱量Ｑ［Ｗ］に対しての電気ヒータの表面温度Ｔｈ［℃］の温度を測定した。例えば、所定の入熱量Ｑ［Ｗ］を一定時間入力し、電気ヒータの表面温度Ｔｈ［℃］が一定になったときの温度を測定する。その測定結果を図９に棒グラフで示してある。

（７−３．試験結果）
図９には、実施例のヒートパイプ１による試験結果を斜線付きの四角棒で示し、比較例のヒートパイプ１００による試験結果を白抜きの四角棒で示してある。また、入熱量Ｑ［Ｗ］が３Ｗ，４Ｗ，５Ｗの場合のそれぞれについて比較例の測定結果を左側、実施例の測定結果を右側に並べて図示してある。

図９に示すように、入熱量Ｑ［Ｗ］が３Ｗの場合、比較例の表面温度Ｔｈ［℃］は７９．２℃、実施例の表面温度Ｔｈ［℃］は７６．３℃であった。入熱量Ｑ［Ｗ］が４Ｗの場合、比較例の表面温度Ｔｈ［℃］は８８．８℃、実施例の表面温度Ｔｈ［℃］は８５．３℃であった。入熱量Ｑ［Ｗ］が５Ｗの場合、比較例の表面温度Ｔｈ［℃］は１０５．１℃、実施例の表面温度Ｔｈ［℃］は１０１．１℃であった。

実施例と比較例との試験結果を比較すると、実施例は比較例よりも電気ヒータの表面温度Ｔｈ［℃］を低下させることができる。したがって、実施例は比較例よりも熱輸送量が多いことが分かる。すなわち、金属粉末層１２を有する実施例が、金属粉末層１２を有さない比較例よりも、高性能なヒートパイプであることが確認できた。例えば、図８（ｂ）に示すように、実施例のヒートパイプ１では、金属粉末層１２が設けられていることにより、比較例のヒートパイプ１００よりも蒸発部３の溝ウイック１０でぬれ性が向上し、ヒートパイプ全体としての熱輸送性能が向上していたと考えられる。

以上説明した通り、この具体例のヒートパイプによれば、溝ウイック内に設けられた金属粉末層が溝ウイックを埋めないように構成されているので、溝ウイックによる還流特性に加えて、金属粉末層による還流特性を発揮させることができる。また、金属粉末層が蒸発部内に設けられていることにより、還流された作動液が蒸発部内で拡散しやすくなり、溝ウイックのみの構造に比べて蒸発面積が増大して蒸発性能を向上させることができる。

さらに、金属粉末層のうち溝ウイック内の溝内金属粉末層は、溝底面に設けられた第一部分の厚さが溝深さの三分の一以内に、溝側壁面に設けられた第二部分の厚さが溝幅の五分の一以内に形成されていることにより、厚さが必要以上になり金属粉末層によって熱抵抗が増大してしまうことを抑制できるとともに、溝ウイックの形状に沿わなくなり蒸発面積が減少してしまうことを抑制できる。

加えて、蒸発部に設けられている金属粉末層が溝ウイック内で溝壁面の凹状に沿った所定厚さの多孔質ウイックを形成する場合には、蒸発部では金属粉末層による多孔質ウイックの空隙によって毛管力を生じることができる。これにより、溝ウイック内の蒸発部側で金属粉末層によるポンプ力（毛管力）が生じ、そのポンプ力が溝ウイック内の作動液に作用するため、作動液の還流性能を向上させることができる。また、溝内金属粉末層において第一部分および第二部分が上述した厚さに形成されていることにより、作動液を還流させる際に作動液の圧力損失を低減させることができる。

また、金属粉末層が薄いため、扁平型の密閉容器内で蒸気流路として利用できる内部空間を十分に確保できるのとともに、熱抵抗の増大を抑制できるので、蒸気の流動性能を確保でき、かつ最大熱輸送量を増大させることができる。

望ましくは、蒸発部内のみの溝ウイックの溝壁面に金属粉末を散在させられている金属粉末層がよい。この場合、溝ウイックの表面形状が微細な凹凸状となり、蒸発部で溝ウイックのぬれ性が向上するとともに熱抵抗の増大を抑制できるため、ヒートパイプの熱輸送性能を向上させることができる。そのため、蒸発部では作動液の拡散性能が向上してドライアウトが生じること抑制できるとともに、蒸発面積を拡大でき蒸発性能を向上させることができる。加えて、溝ウイックの溝壁面に少量の金属粉末を散在させればよいため、ヒートパイプを軽量化できるとともに材料費を抑えることができ製造コストを削減できる。

さらに、金属粉末が粒径１〜５μｍに構成されていることにより、粒径が小さすぎることにより金属製の密閉容器に焼結する際に完全に溶けてしまい粒形状を失うことを防止できるとともに、粒径が大きすぎることにより溝ウイック内に多孔質ウイックを形成する溝内を埋め尽くしてしまうことを防止できる。例えば、粒径が１μｍよりも小さい金属粉末を用いると、多孔質ウイックの空隙が少なくなり作動液の圧力損失が増大してしまう虞がある。また、粒径が５μｍよりも大きい金属粉末を用いると、溝内で毛管力が減少してしまうとともに、蒸気流路として必要な密閉用器の内部空間、および溝ウイックが十分に機能するために必要な空間としてより大きな空間が必要になってしまうため、薄型のヒートパイプには適さない。

なお、この発明に係るヒートパイプは、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、発熱体は、第一平坦部２１と第二平坦部２２とのうちいずれか一方の外面と接触するように取り付けられていればよい。加えて、蒸発部３における内面２ａであれば、溝ウイック１０の溝壁面１１以外に、各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａのうち少なくともいずれか一面に金属粉末１２ａが疎らに固着（接合）されていてもよい。

また、金属粉末層を溝ウイック内のみに形成する場合（金属粉末層１２が溝内金属粉末層１２１のみによって構成される場合）の製造方法として、丸型金属管の内部に各内壁面２１ａ，２２ａ，２３ａと密着する中子を挿入し、その状態で溝ウイック内に金属粉末を充填することにより溝壁面のみに金属粉末を固着させることができる。一方、内面２ａの全面に亘って金属粉末層を形成する場合（金属粉末層１２が溝内金属粉末層１２１および溝外金属粉末層１２２によって構成される場合）の製造方法として、上述した中子を用いずに、丸型金属管の内部に金属粉末を充填し、内面２ａの全面に金属粉末が触れるようにすればよい。

１…ヒートパイプ、 ２…密閉容器、 ２ａ…内面、 ３…蒸発部、 ４…凝縮部、 ５…断熱部、 １０…溝ウイック、 １１…溝壁面、 １２…金属粉末層、 １２ａ…金属粉末、 １２１…溝内金属粉末層、 １２１ａ…第一部分、 １２１ｂ…第二部分、 １２２…溝外金属粉末層。

Claims (10)

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方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、
   前記ウイックは、前記密閉容器の内面から窪み前記長手方向に沿って延びる微細溝が、前記蒸発部から断熱部を介して前記凝縮部に到るように複数本形成された溝ウイックを含み、
   前記蒸発部と前記断熱部と前記凝縮部とのうち少なくとも前記蒸発部における前記溝ウイックの溝壁面のみに固着された金属粉末からなる金属粉末層を備え、
   前記金属粉末は、金属の微粒子により構成され、
   前記金属粉末層は、前記内面のうち前記溝ウイックの溝壁面に固着された前記金属粉末からなる溝内金属粉末層によって構成され、当該溝内金属粉末層は前記溝壁面からの厚さが所定厚さで前記溝ウイックの形状に沿った形状に形成されている
   ことを特徴とするヒートパイプ。
2. 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方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、
   前記ウイックは、前記密閉容器の内面から窪み前記長手方向に沿って延びる微細溝が、前記蒸発部から断熱部を介して前記凝縮部に到るように複数本形成された溝ウイックを含み、
   前記蒸発部と前記断熱部と前記凝縮部とのうち前記蒸発部のみにおける前記密閉容器の内面に固着された金属粉末からなる金属粉末層を備え、
   前記金属粉末は、金属の微粒子により構成され、
   前記金属粉末層は、前記内面のうち前記溝ウイックの溝壁面に固着された前記金属粉末からなる溝内金属粉末層によって構成され、当該溝内金属粉末層は前記溝壁面からの厚さが所定厚さで前記溝ウイックの形状に沿った形状に形成されている
   ことを特徴とするヒートパイプ。
3. 前記溝壁面は、対向する一対の溝側壁面と、当該溝壁面同士を繋ぐ溝底面とを有し、
   前記溝ウイックは、前記溝壁面によって凹状に形成された前記微細溝を含み、
   前記溝内金属粉末層のうち前記溝側壁面に設けられている第一部分の厚さは、前記溝ウイックの溝幅の五分の一以下に形成され、
   前記溝内金属粉末層のうち前記溝底面に設けられている第二部分の厚さは、前記溝ウイックの溝深さの三分の一以下に形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートパイプ。
4. 前記密閉容器は、金属製であり、
   前記金属粉末は、粒径が１〜５μｍの銅の微粒子であり、かつ焼結によって前記溝壁面に接合されており、
   前記溝内金属粉末層の厚さは、前記第一部分の厚さが前記溝幅の五分の一以下、かつ前記第二部分の厚さが前記溝深さの三分の一以下となるように、前記金属粉末の粒径の１〜５倍の範囲内に形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のヒートパイプ。
5. 長手方向の両端部が封止された金属製でかつ管状の密閉容器と、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方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、
   前記ウイックは、前記密閉容器の内面から窪み前記長手方向に沿って延びる微細溝が、前記蒸発部から断熱部を介して前記凝縮部に到るように複数本形成された溝ウイックを含み、
   前記蒸発部と前記断熱部と前記凝縮部とのうち少なくとも前記蒸発部内で、前記密閉容器の内面に固着された粒径が１〜５μｍの銅粉末からなる金属粉末層を備え、
   前記金属粉末層は、前記内面のうち前記溝ウイックの溝壁面に固着された前記金属粉末からなる溝内金属粉末層によって構成され、
   当該溝内金属粉末層は前記溝壁面からの厚さが所定厚さで前記溝ウイックの形状に沿った形状に形成され、
   前記溝壁面は、対向する一対の溝側壁面と、当該溝壁面同士を繋ぐ溝底面とを有し、
   前記溝ウイックは、前記溝壁面によって凹状に形成された前記微細溝を含み、
   前記溝内金属粉末層のうち前記溝側壁面に設けられている第一部分の厚さは、前記溝ウイックの溝幅の五分の一以下でかつ前記銅粉末の粒径の１〜５倍の範囲内に形成され、
   前記溝内金属粉末層のうち前記溝底面に設けられている第二部分の厚さは、前記溝ウイックの溝深さの三分の一以下でかつ前記銅粉末の粒径の１〜５倍の範囲内に形成されている
   ことを特徴とするヒートパイプ。
6. 前記金属粉末は、前記溝壁面上に当該溝壁面の一部を露出させるように散在させられており、前記蒸発部内の前記溝ウイックにおける表面形状は、前記金属粉末によって微細な凹凸状に形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のヒートパイプ。
7. 前記溝内金属粉末層の厚さが前記範囲内で前記金属粉末の粒径の１倍よりも大きく形成されている場合、前記金属粉末層は前記金属粉末同士の焼結体からなる多孔質ウイックを形成している
   ことを特徴とする請求項４または５に記載のヒートパイプ。
8. 前記金属粉末層は、前記溝内金属粉末層に加えて、前記内面のうち周方向で前記溝ウイック同士に挟まれている内壁面に固着されている前記金属粉末からなる溝外金属粉末層をさらに含むように構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のヒートパイプ。
9. 前記溝外金属粉末層は、前記内壁面からの厚さが前記溝ウイックの溝幅の五分の一以下に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のヒートパイプ。
10. 前記密閉容器は、幅に対して厚さ方向の寸法が小さい扁平形状に形成され、
    前記溝ウイックは、周方向で前記内面の全周に亘って所定間隔を空けて形成されている複数本の微細溝によって構成されている
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のヒートパイプ。

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