JP6114790B2 - 熱リレー、熱スイッチ、加熱冷却装置、ヒートサイクル射出成形装置及びヒートサイクル射出成形方法 - Google Patents

Description

この発明は、高温・低温の２つの熱源と伝熱対象との選択的接続を切り換える手段として熱リレー、その熱リレーに好適に利用される伝熱／断熱の操作手段としての熱スイッチ、熱リレーを用いた加熱冷却装置、ヒートサイクル射出成形装置、及びヒートサイクル射出成形方法に関する。

対象物を加熱、冷却する加熱冷却装置としては、例えば特許文献１に開示された金型の温度を制御する金型温度調整装置９００（図１０）が知られている。金型温度調整装置９００は、金型１０を加熱及び冷却するために金型の内部に設けられる金型温調用流路４０と、その金型温調用流路４０に加熱された熱媒体を送るための加熱用温調器５１と、金型温調用流路４０に冷却された熱媒体を送るための冷却用温調器６０と、流路切り替え手段としての三方弁７４Ｉ，７４Ｏ，７５Ｉ，７５Ｏ，７６Ｉ，７６Ｏと、これらの三方弁同士を接続する配管４２，４３，４４，４５，４６，４７と、三方弁の作動を制御して流路を切り替えるための流路制御装置３０から構成される。

金型温度調整装置９００は、金型温調用流路４０に、金型１０を加熱する場合は加熱用温調器５１で加熱された熱媒体を供給し、冷却する場合は冷却用温調器６０で冷却された熱媒体を供給するものである。

ところで、加熱源若しくは冷却源に接続しながら対象物を加熱・冷却するための熱を中継する伝熱手段として、従来からウィックレスヒートパイプとウィック形ヒートパイプとが知られている。以下、これらについて説明する。

〔ウィックレスヒートパイプ３〕
図１にウィックレスヒートパイプ３の作動状態を示す。図１（ａ）はヒートパイプ下部に高温熱源がある場合（以降、ボトムヒートモードと称する）の作動を示す。図１（ｂ）はヒートパイプ上部に高温熱源がある場合（以降、トップヒートモードと称する）の作動を示す。

ウィックレスヒートパイプ３は、断熱層２を挟んだ２つの領域にその上部と下部を突出して配置される。その２つの領域は共に液体の媒質でも良いし、金型や高温熱源のような固形物でも良い。

ボトムヒートモードの場合、断熱層２を挟んで低い位置に図示しない高温熱源が配置される。ウィックレスヒートパイプ３の内部には、例えば水等の作動液４が注入されている。よって、重力によってウィックレスヒートパイプ３の下部に偏在する作動液４は、高温熱源からの熱を吸熱して気化し、蒸気流５となって上部に熱を伝達する。蒸気流５はウィックレスヒートパイプ３の上部の壁に熱を放出した後、液化して壁伝いに下部に戻り、再び気化して上部に熱を伝達するサイクルを繰り返すことで高速に熱を伝達する。

トップヒートモードの場合、重力によってウィックレスヒートパイプ３の下部に偏在する作動液４には、上記した熱の循環サイクルが発生せず、断熱層２を挟んで上部と下部は断熱状態となる。

〔ウィック形ヒートパイプ６〕
図２は、ウィック形ヒートパイプ６の作動状態を示す図であり、（ａ）はボトムヒートモード、（ｂ）はトップヒートモードを示している。ウィック形ヒートパイプ６は、ヒートパイプの長手方向の内壁沿いにウィック６ａを備える点で、ウィックレスヒートパイプ３と異なる。ウィック（wick）とは「ろうそくの芯」の意味であり、毛細管現象によって液体を重力に逆らって上方に吸い上げる働きをするものである。

図２では、ウィック６ａによってウィック形ヒートパイプ６の内壁に狭い隙間を作り毛細管現象で作動液４を上方に持ち上げる例を示している。これ以外にも、文字通り「ろうそくの芯」に相当する例えば金属を編み込んだケーブルのようなものを用いても良いし、ヒートパイプの内壁に狭い溝を設けても良い。

このウィック６ａによって、ウィック形ヒートパイプ６の長手方向の全域に亘って作動液４が配される。その結果、トップヒートモードでも作動液４の循環サイクルが発生するので、放熱方向に示す矢印（図２（ｂ））のように上方の熱を下部に放熱することが可能となる。ボトムヒートモードの作動は、ウィックレスヒートパイプ３と同じである。

特開２００９−１３７０７５号公報

従来のヒートパイプ（ウィックレスヒートパイプ３やウィック形ヒートパイプ６）を加熱冷却装置に利用するには、ヒートパイプの一方の端部に高温熱源と低温熱源を切り換えて接続させる必要があり、その切り換えの機構が複雑になる課題があった。よって、従来の金型温度調整装置９００で説明したように温水と冷水を流す流路が用いられていた。また、従来の加熱冷却装置は、例えば金型のような対象物の近傍に２系統の温度調節機構を配置しなければならないため装置が大型化してしまう課題があった。また、装置が大型化する関係で、小型の金型に対応できない課題があった。

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、小型化できる効率的なヒートサイクルの手段、およびその要素技術を提供することを目的とする。

この発明の熱リレーは、小型化できる効率的なヒートサイクルの手段の要素技術として使用される、高温・低温の２つの熱源と伝熱対象との選択的接続を切り換える手段である。この発明の熱リレーは、第１の端部と第２の端部とを有するウィック形ヒートパイプと、それぞれ第１の端部と第２の端部とを有する第１のウィックレスヒートパイプと第２のウィックレスヒートパイプを備える。ウィック形ヒートパイプの第１の端部が伝熱対象に接続する接続端部を構成し、ウィック形ヒートパイプの第２の端部には、第１及び第２のウィックレスヒートパイプの両方の第１の端部が共に接続される。第１のウィックレスヒートパイプの第１の端部と第２の端部との重力方向に係る相対的な順序と、第２のウィックレスヒートパイプの第１の端部と第２の端部との重力方向に係る相対的な順序とを、各個別に反転させることで、伝熱の態様を切り換える。

この発明の加熱冷却装置は、第１の端部と第２の端部とを有するウィック形ヒートパイプと、それぞれ第１の端部と第２の端部とを有する第１と第２のウィックレスヒートパイプと、第１のウィックレスヒートパイプの第２の端部に接続される高温熱源と、第２のウィックレスヒートパイプの第２の端部に接続される低温熱源とを備える。ウィック形ヒートパイプの第１の端部が伝熱対象に接続する接続部を構成し、ウィック形ヒートパイプの第２の端部には、第１及び第２のウィックレスヒートパイプの両方の第１の端部が共に接続される。第１のウィックレスヒートパイプの第１の端部と第２の端部との重力方向に係る相対的な順序と、第２のウィックレスヒートパイプの第１の端部と第２の端部との重力方向に係る相対的な順序とを、各個別に反転させることで、伝熱対象に対する高温熱源による加熱と低温熱源による冷却とを切り換える。

この発明の熱スイッチも、小型化できる効率的なヒートサイクルの手段の要素技術として使用される「２点間の伝熱のオン（伝熱）・オフ（断熱）を行う手段」であり、熱リレーに用いることができる。この発明の熱スイッチは、一端を開口端とし他端を閉成端として軸沿いに延長した筒状の容器をなす第１のハウジングと、一端を開口端とし他端を閉成端として軸沿いに延長した筒状の容器をなすとともに内側に軸沿いに延長したウィックが固定具備された第２のハウジングとが、その開口端どうしが対向する向きで軸を一致させ、第２のハウジングが第１のハウジングに対して軸沿いに挿抜されるように相互に結合され、その内部には作動液が封入されてなり、第２のハウジングの第１のハウジングに対する前記挿抜によって、第１のハウジングの閉成端と第２のハウジングの閉成端との間の伝熱と断熱とを切り換える。

この発明のヒートサイクル射出冷却装置は、上記した加熱冷却装置の伝熱対象に接続する接続端部が、射出成形用の金型に熱的に接続されて構成される。

この発明の熱リレーは、２個のウィックレスヒートパイプを備え、その両者の一方の端部は同一の伝熱対象にウィック形ヒートパイプを介して接続するので、２個のウィックレスヒートパイプの端部の重力方向に係る相対的な順序を逆転させるだけで伝熱の方向を逆転させることが可能になる。よって、この発明の熱リレーを用いた加熱冷却装置は、加熱と冷却の切り換えを容易に行うことができる。また、この発明の熱スイッチは、この発明の熱リレーに適用が可能であり、第２のハウジングの第１のハウジングに対する挿抜（ハウジングの挿抜）という簡単な操作によって伝熱と断熱の切り換えができる。更に、この発明のヒートサイクル射出冷却装置は、この発明の加熱冷却装置を用いるので金型の加熱と冷却を簡単に切り換えることができる。

ウィックレスヒートパイプの作動状態を示す図。 ウィック形ヒートパイプの作動状態を示す図。 この発明の加熱冷却装置１００の構成例と作動状態を示す図。 この発明の加熱冷却装置２００の構成例と作動状態を示す図。 この発明の熱スイッチ２６０の作動状態を示す図。 図５の熱スイッチ２６０の天地を逆転した状態を示す図。 熱スイッチを用いた加熱冷却装置３００の構成例と作動状態を示す図。 この発明のヒートサイクル射出成形装置４００の模式図であり、金型加熱を示す図。 この発明のヒートサイクル射出成形装置４００の模式図であり、金型冷却を示す図。 従来の金型温度調整装置９００を示す図。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。この発明は、小型化できる効率的なヒートサイクルの手段を提供することを最終的な目的としている。そして、その目的を達成するための要素技術として、上述した何れかのヒートパイプの技術を応用した熱スイッチと熱リレーを提供する。この発明の熱スイッチを用いた熱リレーは、例えば加熱冷却装置の加熱と冷却の切り換えを容易に行うことができる。また、この発明の加熱冷却装置を利用すれば、金型の加熱と冷却を簡単に切り換えできるヒートサイクル射出成形装置を実現できる。

図３に、ウィックレスヒートパイプを２個用いた実施例１の加熱冷却装置の構成例と作動状態を示す。加熱冷却装置１００は、熱リレー１５０、高温熱源３３、低温熱源３４で構成される。熱リレー１５０は、第１の端部３１ａと第２の端部３１ｂを有する第１のウィックレスヒートパイプ３１と，第１の端部３２ａと第２の端部３２ｂを有する第２のウィックレスヒートパイプ３２とを備える。なお、「端部」とは、細長い形状の長手方向の端の部分を示しており、先端だけでなくその近傍も含む意味である。本明細書では、熱の伝達に関わる端の部分を「端部」と呼ぶ。

第１と第２のウィックレスヒートパイプ３１，３２の両方の第１の端部３１ａ，３２ａが、共に同一の伝熱対象３５（ワークと称することもある）に接続し、第１のウィックレスヒートパイプ３１の第１の端部３１ａと第２の端部３１ｂとの重力方向に係る相対的な順序と、第２のウィックレスヒートパイプ３２の第１の端部３２ａと第２の端部３２ｂとの重力方向に係る相対的な順序とを、同時に反転させることで伝熱の態様を切り換えることを特徴とする。実施例１では、端部３１ａ，３２ａが伝熱対象３５（ワーク）と接続される接続端部である。以下、ワーク３５と直接的または間接的に接続される端部を「接続端部」と呼ぶ。なお、「重力方向に係る相対的な順序」は、熱を伝達するサイクルが発生するか否かを決める順序であり、第１の端部３１ａと第２の端部３１ｂとを結ぶ線が重力方向と一致している必要はない。以下により正確に説明する。重力の方向を法線方向とし第１の端部３１ａを含む第１の面と、重力の方向を法線方向とし第２の端部３１ｂを含む第２の面とを考える。「重力方向に係る相対的な順序」とは、これらの面の上（または下）からの順序である。また、図３では、第１と第２のウィックレスヒートパイプ３１，３２の第１の端部３１ａ，３２ａは、ワーク３５に直接接続されている。しかし、例えば二股のシート状ヒートパイプを介して接続してもよい。

図３（ａ）は、伝熱対象３５を高温に制御する伝熱の態様を示している。端部３１ａよりも重力方向に係る相対的順序が下の第１のウィックレスヒートパイプ３１の第２の端部３１ｂには、高温熱源３３が接続される。同様に重力方向に係る相対的順序が下の第２のウィックレスヒートパイプ３２の第２の端部３２ｂには、低温熱源３４が接続される。よって、第１のウィックレスヒートパイプ３１はボトムヒートモードで作動して、高温熱源３３の温度を伝熱対象３５に伝達する。第２のウィックレスヒートパイプ３２はトップヒートモードで作動するので、低温熱源３４と伝熱対象３５は断熱状態になる。なお、第１と第２のウィックレスヒートパイプ３１，３２の第２の端部３１ｂ，３２ｂは、高温熱源３３や低温熱源３４と直接接続されなくても、例えば、それぞれシート状ヒートパイプを介して接続してもよい。

図３（ｂ）は、伝熱対象３５を低温に制御する伝熱の態様を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）の第１の端部３１ａ，３２ａと第２の端部３１ｂ，３２ｂとの重力方向に係る相対的順序関係を、反転させたものである。よって、伝熱対象３５が最も下に配置される。

この場合、第２のウィックレスヒートパイプ３２がボトムヒートモードで作動し、第２のウィックレスヒートパイプ３２の作動液４は伝熱対象３５から熱を低温熱源３４の温度になるまで奪う。一方、第１のウィックレスヒートパイプ３１はトップヒートモードで作動するので断熱状態である。

このように実施例１の熱リレーは、重力方向に係る相対的な順序を反転させれば（例えば１８０°回転させれば）、簡単に伝熱の態様を切り換えることが可能である。また、この熱リレーを要素技術として用いた加熱冷却装置は、小型化できる効率的なヒートサイクルの手段として利用できる。

図４に実施例２の加熱冷却装置２００の構成例と作動状態を示す。加熱冷却装置２００は、熱リレー２５０、高温熱源５５、低温熱源５６で構成される。熱リレー２５０は、ウィック形ヒートパイプ５０と、第１のウィックレスヒートパイプ５３と、第２のウィックレスヒートパイプ５４とを備える。

ウィック形ヒートパイプ５０は、第１の端部５０ａと、第２の端部５０ｂとを有する。第１のウィックレスヒートパイプ５３と第２のウィックレスヒートパイプ５４も同様にそれぞれ第１の端部５３ａ，５４ａと第２の端部５３ｂ，５４ｂとを有する。

高温熱源５５は、第１のウィックレスヒートパイプ５３の第２の端部５３ｂに接続される。低温熱源５６は、第２のウィックレスヒートパイプの第２の端部５４ｂに接続される。

ウィック形ヒートパイプ５０の第１の端部５０ａがワーク（伝熱対象）３５に接続し、ウィック形ヒートパイプ５０の第２の端部５０ｂには、第１と第２のウィックレスヒートパイプ５３，５４の両方の第１の端部５３ａ，５４ａが共に接続される。

この例では、ウィック形ヒートパイプ５０の第２の端部５０ｂと、第１のウィックレスヒートパイプ５３の第１の端部５３ａの中心と第２のウィックレスヒートパイプ５４の第１の端部５４ａの中心とを通る直線を軸として、第１のウィックレスヒートパイプ５３と第２のウィックレスヒートパイプ５４とが個別に回転可能にされている。

図４（ａ）はワーク３５を冷却する態様を示す。第１のウィックレスヒートパイプ５３をトップヒートモードにして断熱状態とし、第２のウィックレスヒートパイプ５４をボトムヒートモード（上部に低温熱源を配置した状態、または下部に高温熱源を配置した状態）で作動させる。その結果、第１の端部５０ａにワーク３５を接続させたウィック形ヒートパイプ５０は、トップヒートモードでも上方の熱を下方に伝達することができるので、低温熱源５６がワーク３５の温度を低下させることができる。

図４（ｂ）は断熱状態を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対して第２のウィックレスヒートパイプ５４を、その第１の端部５４ａとウィック形ヒートパイプ５０の第２の端部５０ｂとの接続部を回転軸として上下が反転するように回転させた状態である。この状態では、第１と第２のウィックレスヒートパイプ５３，５４は、共にトップヒートモードで作動するのでワーク３５と、高温熱源５５及び低温熱源５６との間に熱の伝達は発生しない。

図４（ｃ）はワーク３５を加熱する態様を示す。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に対して第１のウィックレスヒートパイプ５３を、その第１の端部５３ａとウィック形ヒートパイプ５０の第２の端部５０ｂとの接続部を軸として上下が反転するように回転させた状態である。この状態では、第１のウィックレスヒートパイプ５３がボトムヒートモード、第２のウィックレスヒートパイプ５４がトップヒートモードで作動する。その結果、第１のウィックレスヒートパイプ５３の高温熱源５５が、ウィック形ヒートパイプ５０を介してワーク３５をその温度になるまで加熱できる。

このように、加熱冷却装置２００は、第１のウィックレスヒートパイプ５３の第１の端部５３ａと第２の端部５３ｂとの重力方向に係る相対的順序と、第２のウィックレスヒートパイプ５４の第１の端部５４ａと第２の端部５４ｂとの重力方向に係る相対的順序とを個別に反転させることで、断熱と伝熱とを切り換えできる。なお、上記した回転軸に入力する駆動力は、人力、モータ、シリンダ等、何でも良い。また、高温熱源５５及び低温熱源５６の熱源は、流体に限らず電熱ヒータ、ペルチェ素子等を用いて簡単に構成できる。

さらには、図４の例では、第１と第２のウィックレスヒートパイプ５３，５４は、ウィック形ヒートパイプ５０の第２の端部５０ｂとの接続部を軸として回転した。しかし、回転の軸が存在することは必須ではなく、第１と第２のウィックレスヒートパイプ５３，５４の第２の端部５３ｂ，５４ｂがウィック形ヒートパイプ５０の第２の端部５０ｂと接続された状態で、重力方向に係る相対的順序を反転できれば、他の方法でもよい。

このように実施例２の熱リレーは、重力方向に係る相対的な順序を反転させれば（例えば１８０°回転させれば）、簡単に伝熱の態様を切り換えることが可能である。また、この熱リレーを要素技術として用いた加熱冷却装置は、小型化できる効率的なヒートサイクルの手段として利用できる。

図５は、実施例３の熱スイッチ２６０の作動状態を示す図であり、（ａ）は伸縮方向に縮めた状態、（ｂ）は伸張した状態を示している。熱スイッチ２６０は、一端を開口端６１ｂとし他端を閉成端６１ａとして軸沿いに延長した筒状の容器をなす第１のハウジング６１と、一端を開口端６２ｃとし他端を閉成端６２ｂとして軸沿いに延長した筒状の容器をなすと共に内側に軸沿いに延長したウィック６２ａが固定具備された第２のハウジング６２とが、開口端６１ｂ、６２ｃ同士が対向する向きで軸を一致させ、第２のハウジング６２が第１のハウジング６１に対して軸沿いに挿抜されるように相互に結合され、その内部には作動液４’が封入されている。熱スイッチ２６０は、第１のハウジング６１に、第２のハウジング６２が挿抜するように結合されて伸縮自在とされたものである。

図５（ａ）に、トップヒートモード（上部に高温熱源を配置した状態、または下部に低温熱源を配置した状態）で、第１のハウジング６１に第２のハウジング６２を挿入した状態を示す。この状態では、伸縮方向で第１のハウジング６１と第２のハウジング６２のウィック６２ａは重なり合い、第１のハウジング６１の第２のハウジング６２が結合する側と反対側の端部近くに第１のハウジング６２のウィック６２ａが到達する。したがって、作動液４’が高温熱源に接する位置まで引き上げられ、熱の移動が始まる。よって、熱スイッチ２６０はトップヒートモードでも熱を伝達する。なお、このとき熱スイッチ２６０は、全体としてウィック形ヒートパイプとして機能する態様となっている。つまり、図２を用いて説明したように、ボトムヒートモード（上部に低温熱源を配置した状態、または下部に高温熱源を配置した状態）でも熱を伝達できる。

図５（ｂ）に、トップヒートモードで、第１のハウジング６１から第２のハウジング６２を抜き出した状態を示す。この状態では、作動液４’が高温熱源とはなれた状態となるので、熱が移動できない。よって、熱スイッチ２６０は断熱状態となる。なお、このとき熱スイッチ２６０は、全体としてウィックレスヒートパイプとして機能する態様となっている。つまり、図１を用いて説明したように、ボトムヒートモードの場合は熱を伝達できる。

図６に、熱スイッチ２６０を図５の場合と天地方向で逆転させ、トップヒートモードで使用する状態を示す。図６（ａ）に、上部に高温熱源を配置し、第１のハウジング６１に第２のハウジング６２を挿入した状態を示す。この状態では、第２のハウジング６２に固定具備されたウィックの開口端側の先端が、少なくとも、第１のハウジング６１の閉成端から、軸方向の重力によってその第１のハウジング６１の閉成端側に作動液４’が偏在したと仮定した場合に液面が達する位置までの領域内に到達する。そして、ウィック６２ａによって作動液４’が高温熱源に接する位置まで引き上げられるので、熱の移動が始まる。よって、熱スイッチ２６０は熱を伝達する。なお、このとき熱スイッチ２６０は、全体としてウィック形ヒートパイプとして機能する態様となっている。つまり、図２を用いて説明したように、ボトムヒートモードでも熱を伝達できる。

図６（ｂ）に、トップヒートモードで、第１のハウジング６１に第２のハウジング６２を抜き出した状態を示す。この状態では、第２のハウジング６２に固定具備されたウィック６２ａの開口端側の先端が、少なくとも、第１のハウジング６１の閉成端から、軸方向の重力によってその第１のハウジング６１の閉成端側に作動液４’が偏在したと仮定した場合に液面が達する位置までの領域の外に引き出される。つまり、作動液４’がウィック６２ａに到達しないので、作動液４’は高温熱源に接する位置に到達できない。したがって、熱リレー２５０は断熱状態となる。なお、このとき熱スイッチ２６０は、全体としてウィックレスヒートパイプとして機能する態様となっている。つまり、図１を用いて説明したように、ボトムヒートモードの場合は熱を伝達できる。

このように実施例３の熱スイッチは、トップヒートモード（上部に高温熱源を配置した状態、または下部に低温熱源を配置した状態）で利用すれば、第２のハウジングの第１のハウジングに対する挿抜（ハウジングの挿抜）という簡単な操作によって伝熱の態様を切り換えることが可能である。

図７に、実施例４の加熱冷却装置３００の構成例と作動状態を示す。加熱冷却装置３００は、熱リレー３５０、高温熱源５５、低温熱源５６を備える。熱リレー３５０は、加熱冷却装置２００と同じウィック形ヒートパイプ５０と、２個の熱スイッチ８３，８４で構成される。ウィック形ヒートパイプ５０は、第１の端部５０ａと第２の端部５０ｂとを有する。第１の熱スイッチ８３と第２の熱スイッチ８４は、実施例３で説明した熱スイッチ２６０と同じである。

ウィック形ヒートパイプ５０の第１の端部５０ａがワーク３５に接続される。ウィック形ヒートパイプ５０の第２の端部５０ｂには、第１の熱スイッチ８３の２つの端部（第１のハウジング８３ａの閉成端である端部８３ｃと第２のハウジング８３ｂの閉成端である端部８３ｄ）のうちの下方に配置される端部８３ｄと、第２の熱スイッチ８４の２つの端部（第１のハウジング８４ａの閉成端である端部８４ｃと第２のハウジング８４ｂの閉成端である端部８４ｄ）のうちの上方に配置される端部８４ｃとが、共に接続される。

高温熱源５５は、第１の熱スイッチ８３の２つの端部（第１のハウジング８３ａの閉成端である端部８３ｃと第２のハウジング８３ｂの閉成端である端部８３ｄ）のうちの上方に配置される端部８３ｃに接続される。低温熱源５６は、第２の熱スイッチ８４の２つの端部（第１のハウジング８４ａの閉成端である端部８４ｃと第２のハウジング８４ｂの閉成端である８４ｄ）のうちの下方に配置される端部８４ｄに接続される。

加熱冷却装置３００は、第１の熱スイッチ８３の第２のハウジング８３ｂに対する第１のハウジング８３ａの挿抜と、第２の熱スイッチ８４の第１のハウジング８４ａに対する第２のハウジング８４ｂの挿抜とを、各個別に行うことで伝熱の態様を切り換える。

図７（ａ）はワーク３５を冷却する態様を示す。第１の熱スイッチ８３は、その第１のハウジング８３ａが引き上げられて、全体としてウィックレスヒートパイプとして機能し、トップヒートモードにおける断熱状態となる（図５（ｂ）参照）。一方、第２の熱スイッチ８４は、第２のハウジング８４ｂが押し込まれて、全体としてウィック形ヒートパイプとして機能し、熱を伝達する（図５（ａ）参照）。よって、第２の熱スイッチ８４は熱循環が可能であり、ワーク３５は、低温熱源５６の温度になるまで冷却される。

図７（ｂ）は断熱状態を示す。図７（ｂ）は、第１の熱スイッチ８３は、その第１のハウジング８３ａが引き上げられ（図７（ａ）と同じ）、第２の熱スイッチ８４の第２のハウジング８４ｂが引き下げられている。この結果、第２の熱スイッチ８４も同じ断熱状態となる。図７（ｂ）では、第１の熱スイッチ８３も断熱状態なので、ワーク３５と、高温熱源５５及び低温熱源５６との間に熱の伝達は発生しない。

図７（ｃ）ワーク３５を加熱する態様を示す。図７（ｃ）は、第１の熱スイッチ８３の第１のハウジング８３ａを押し下げられ、第２の熱スイッチ８４の第２のハウジング８４ｂが引き下げられている（図７（ｂ）と同じ）。第１の熱スイッチ８３全体としてウィック形ヒートパイプのトップヒートモードとしてし、熱を伝達する（図５（ａ）参照）。その結果、ワーク３５は、高温熱源５５の温度になるまで加熱される。

このように、加熱冷却装置３００は、第１の熱スイッチ８３又は第２の熱スイッチ８４を個別に伸縮させることで伝熱の態様を切り換えることができる。つまり、実施例３で説明した熱スイッチを要素技術として用いた加熱冷却装置は、小型化できる効率的なヒートサイクルの手段として利用できる。

図８にこの発明のヒートサイクル射出成形装置４００の模式図を示す。ヒートサイクル射出成形装置４００は、実施例１で説明した熱リレー１５０を用いてヒートサイクル射出成形部８６の金型８６ａの温度を制御するようにしたものである。

熱リレー１５０の第１のウィックレスヒートパイプ３１の第２の端部３１ｂと高温熱源３３とは、シート状ヒートパイプ８１で熱的に接続され、第２のウィックレスヒートパイプ３２の第２の端部３２ｂと低温熱源３４とは、シート状ヒートパイプ８０で接続される。それぞれの第１の端部３１ａ，３２ａには、二股のシート状ヒートパイプ８２の二股に分かれた先端の一方がそれぞれ接続され、その他方の端が金型８６ａに接続される。

シート状ヒートパイプ８０，８１，８２には、例えば、参考文献（特開２００８−８２６９８号公報）で公知の「薄型シート状ヒートパイプ」を用いることができる。このヒートパイプは、薄型のシート状であるので柔軟性があり変形が可能である。

図８は、金型８６ａを加熱する態様を示す。第１のウィックレスヒートパイプ３１の第２の端部３１ｂと第２のウィックレスヒートパイプ３２の第２の端部３２ｂの重力方向に係る相対的な位置が、それぞれの第１の端部３１ａ，３２ａよりも低くなるように傾けられている。そのため、第１のウィックレスヒートパイプ３１はボトムヒートモードとなるので熱を伝達し、第２のウィックレスヒートパイプ３２はトップヒートモードとなるので断熱状態となる。その結果、高温熱源３３の熱が、金型８６ａに伝達される。

図９は、金型８６ａを冷却する態様を示す。金型８６ａの冷却する場合は、図８と逆に、第１のウィックレスヒートパイプ３１の第２の端部３１ｂと第２のウィックレスヒートパイプ３２の第２の端部３２ｂの重力方向に係る相対的な位置が、それぞれの第１の端部３１ａ，３２ａよりも高くなるように傾けられる。この場合、第２のウィックレスヒートパイプ３２がボトムヒートモードとなるので熱を伝達し、第１のウィックレスヒートパイプ３１はトップヒートモードとなるので断熱状態となる。したがって、今度は金型８６ａが低温熱源３４の温度になるまで冷却される。この時、高温熱源３３と低温熱源３４とをヒートポンプ８５で連結することで、金型８６ａの熱エネルギーを高温熱源３３に回収することができ、熱効率を向上させることが可能である。

以上述べたように、この発明のヒートサイクル射出成形装置４００は、熱リレー１５０の傾斜の向きを変えるだけで金型８６ａの加熱と冷却を切り換えることができる。なお、従来技術で説明したように既存のヒートサイクル成形では温調設備として、加熱用に加熱用温調器、冷却用に冷却用温調器を必要とする。そして、金型に加熱・冷却用に２回路の水管を設けるか、１回路の水路に流す液体の温度をバルブで切り換える。

この水管が、微小部品を成形する際の障害となっていた。微小部品を成形するには当然にその成形用の型も微小である必要がある。しかし、その微小な型に水管を通すことは困難である。その点、この発明のヒートサイクル射出成形装置４００は、金型の温度制御をシート状ヒートパイプを介して行うので微小な型の温度制御に適し、局所的な加熱・冷却を可能にする。

以上述べたように、この発明の熱リレーは、２個のヒートパイプの熱の指向性を利用して熱を中継するものである。また、この発明の熱スイッチは、簡単な操作で伝熱と断熱の態様を切り換えることができる。また、その熱リレーを用いた加熱冷却装置は、熱リレーの端部の重力方向に係る相対的な位置を同時に反転させることで、対象物の温度を制御する。よって、熱源を接続し直す必要が無いので、比較的簡単な機構による温度制御を可能にする。

なお、この発明のヒートサイクル射出成形装置４００の高温熱源３３と低温熱源３４とをヒートポンプで連結する例を説明したが、それらを単独の熱源としても微小な型の温度制御に適する効果を奏する点で変わりはない。また、この発明の熱リレー１５０（図３）の説明において、伝熱の態様を切り換えるのに重力に対するその向きを１８０°回転させる例で説明を行ったが、ヒートサイクル射出成形装置４００で説明したように、熱リレー１５０の傾斜を逆転させるだけで伝熱の態様を切り換えることができる。

２ 断熱層
３，３１，３２，５３，５４ ウィックレスヒートパイプ
４，４’ 作動液
５ 蒸気流
６ ウィック形ヒートパイプ
６ａ，６２ａ ウィック
１０ 金型
３０ 流路制御装置
３１ａ，３１ｂ,３２ａ，３２ｂ，５０ａ，５０ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ 端部
３３，５５ 高温熱源
３４，５６ 低温熱源
３５ 伝熱対象（ワーク）
４０ 金型温調用流路
４２，４３，４４，４５，４６，４７ 配管
５０ ウィック形ヒートパイプ
５１ 加熱用温調器
６０ 冷却用温調器
６１，６２ ハウジング
６１ａ，６２ｂ 閉成端
６１ｂ，６２ｃ 開口端
７４Ｉ，７４Ｏ，７５Ｉ，７５Ｏ，７６Ｉ，７６Ｏ 三方弁
８０，８１，８２ シート状ヒートパイプ
８３，８４，２６０ 熱スイッチ
８３ａ，８３ｂ，８４ａ，８４ｂ ハウジング
８３ｃ，８３ｄ，８４ｃ，８４ｄ 端部
８５ ヒートポンプ
８６ ヒートサイクル射出成形部
８６ａ 金型
１００，２００，３００ 加熱冷却装置
１５０，２５０，３５０ 熱リレー
４００ ヒートサイクル射出成形装置
９００ 金型温度調整装置

Claims (7)

1. 一端を開口端とし他端を閉成端として軸沿いに延長した筒状の容器をなす第１のハウジングと、一端を開口端とし他端を閉成端として軸沿いに延長した筒状の容器をなすとともに内側に軸沿いに延長したウィックが固定具備された第２のハウジングとが、その開口端どうしが対向する向きで軸を一致させ、第２のハウジングが第１のハウジングに対して軸沿いに挿抜されるように相互に結合され、その内部には作動液が封入されてなり、
   第２のハウジングの第１のハウジングに対する前記挿抜によって、第１のハウジングの閉成端と第２のハウジングの閉成端との間の伝熱と断熱とを切り換えるよう構成したことを特徴とする熱スイッチ。
2. 請求項１に記載される熱スイッチであって、
   前記第２のハウジングの前記第１のハウジングに対する前記挿抜の挿入状態においては、前記第２のハウジングに固定具備された前記ウィックの開口端側の先端が、少なくとも、前記第１のハウジングの前記閉成端から、前記軸方向の重力によってその第１のハウジングの閉成端側に前記作動液が偏在したと仮定した場合に液面が達する位置までの領域内に到達し、
   前記第２のハウジングの前記第１のハウジングに対する前記挿抜の抜出状態においては、前記第２のハウジングに固定具備された前記ウィックの開口端側の先端が、少なくとも、前記第１のハウジングの前記閉成端から、前記軸方向の重力によってその第１のハウジングの閉成端側に前記作動液が偏在したと仮定した場合に液面が達する位置までの領域の外に引き出されることを特徴とする熱スイッチ。
3. 第１の端部と第２の端部とを有するウィック形ヒートパイプと、何れも請求項１に記載される熱スイッチである第１の熱スイッチと第２の熱スイッチとを備えてなり、
   ウィック形ヒートパイプの第１の端部が伝熱対象に接続する接続端部を構成し、
   ウィック形ヒートパイプの第２の端部には、第１の熱スイッチの前記第１のハウジングの閉成端と前記第２のハウジングの閉成端との２つの端部のうちの重力方向に係り相対的に下方に配置される端部と、第２の熱スイッチの前記第１のハウジングの閉成端と前記第２のハウジングの閉成端との２つの端部のうちの重力方向に係り相対的に上方に配置される端部とが、共に接続され、
   第１の熱スイッチの前記第２のハウジングの前記第１のハウジングに対する前記挿抜と、第２の熱スイッチの前記第２のハウジングの前記第１のハウジングに対する前記挿抜とを、各個別に行うことで、伝熱の態様を切り換えることを特徴とする熱リレー。
4. 第１の端部と第２の端部とを有するウィック形ヒートパイプと、何れも請求項１に記載される熱スイッチである第１の熱スイッチと第２の熱スイッチと、第１の熱スイッチの前記第１のハウジングの閉成端と前記第２のハウジングの閉成端との２つの端部のうちの重力方向に係り相対的に上方に配置される端部に接続される高温熱源と、第２の熱スイッチの前記第１のハウジングの閉成端と前記第２のハウジングの閉成端との２つの端部のうちの重力方向に係り相対的に下方に配置される端部に接続される低温熱源とを備えてなり、
   ウィック形ヒートパイプの第１の端部が伝熱対象に接続する接続端部を構成し、
   ウィック形ヒートパイプの第２の端部には、第１の熱スイッチの前記２つの端部のうちの重力方向に係り相対的に下方に配置される端部と、第２の熱スイッチの前記２つの端部のうちの重力方向に係り相対的に上方に配置される端部とが、共に接続され、
   第１の熱スイッチの前記第２のハウジングの前記第１のハウジングに対する前記挿抜と、第２の熱スイッチの前記第２のハウジングの前記第１のハウジングに対する前記挿抜とを、各個別に行うことで、前記伝熱対象に対する前記高温熱源による加熱と前記低温熱源による冷却と前記高温熱源及び前記低温熱源に対する断熱とを切り換えることを特徴とする切り換え可能な加熱冷却装置。
5. 請求項４に記載した加熱冷却装置の伝熱対象に接続する接続端部が、射出成形用の金型に熱的に接続されてなるヒートサイクル射出成形装置。
6. 請求項５に記載したヒートサイクル射出成形装置において、前記接続端部と前記金型とがシート状ヒートパイプによって熱的に接続されることを特徴とするヒートサイクル射出成形装置。
7. 請求項５又は６に記載したヒートサイクル射出成形装置を利用して、前記金型に対する加熱と冷却とを切り換えることを特徴とするヒートサイクル射出成形方法。

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