JP6291000B2 - ループ型ヒートパイプ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ループ型ヒートパイプ及びその製造方法に関する。
電子機器に搭載されるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱部品を冷却するデバイスとして、ヒートパイプが知られている。ヒートパイプは、作動流体の相変化を利用して熱を輸送するデバイスである。
ヒートパイプの一例として、発熱部品の熱により作動流体を気化させる蒸発器と、気化した作動流体を冷却して液化する凝縮器とを備え、蒸発器と凝縮器とがループ状の流路を形成する液管と蒸気管で接続されたループ型ヒートパイプが挙げられる。ループ型ヒートパイプでは、作動流体はループ状の流路を一方向に流れる。
又、ループ型ヒートパイプの液管内には、多孔質体が設けられており、多孔質体に生じる毛細管力で液管内の作動流体を蒸発器に誘導し、蒸発器から液管に蒸気が逆流することを抑制している。多孔質体には多数の細孔が形成されている。各細孔は、貫通孔が形成された金属層同士を、貫通孔が部分的に重複するように積層することにより形成される（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１５／０８７４５１号
しかしながら、全ての細孔を、貫通孔が形成された金属層同士を、貫通孔が部分的に重複するように積層することは、以下の点で困難である。第１に、金属層同士を積層する際に位置ずれが生じる点である。第２に、金属層を複数積層する際の加熱処理の際に、金属層の膨張及び収縮による位置ずれが生じる点である。第３に金属層に形成される貫通孔の位置自体がばらつく点である。
このような位置ずれが生じると、多孔質体に一定の大きさの細孔が形成できないため、細孔により発現する毛細管力が低下し、蒸発器から液管への蒸気の逆流を抑制する効果が十分に得られない場合があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、細孔により発現する毛細管力を向上した多孔質体を備えたループ型ヒートパイプを提供することを課題とする。
本ループ型ヒートパイプは、作動流体を気化させる蒸発器と、前記作動流体を液化する凝縮器と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管と、前記液管内に設けられた多孔質体と、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管と、を有し、前記多孔質体は、一方の面側から窪む第１の有底孔と、他方の面側から窪む第２の有底孔と、前記第１の有底孔と前記第２の有底孔とが部分的に連通して形成された細孔と、を備えた第１の金属層を含むことを要件とする。
開示の技術によれば、細孔により発現する毛細管力を向上した多孔質体を備えたループ型ヒートパイプを提供できる。
第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプを例示する平面模式図である。 第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器及びその周囲の断面図である。 液管内に設けられる多孔質体を例示する断面図（その１）である。 ２層目から５層目までの各金属層における有底孔の配置を例示する平面図（その１）である。 第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図（その２）である。 液管内に設けられる多孔質体を例示する断面図（その２）である。 隣接する金属層の界面における有底孔の配置を例示する平面図（その１）である。 液管内に設けられる多孔質体を例示する断面図（その３）である。 ２層目から５層目までの各金属層における有底孔の配置を例示する平面図（その２）である。 隣接する金属層の界面における有底孔の配置を例示する平面図（その２）である。 液管内に設けられる多孔質体を例示する断面図（その４）である。 隣接する金属層の界面における有底孔の配置を例示する平面図（その３）である。 １つの金属層に大きさの異なる有底孔を設ける例を示す図である。 蒸発器内の多孔質体と液管内の多孔質体において、大きさの異なる有底孔を設ける例を示す図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの構造］
まず、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプを例示する平面模式図である。
図１を参照するに、ループ型ヒートパイプ１は、蒸発器１０と、凝縮器２０と、蒸気管３０と、液管４０とを有する。ループ型ヒートパイプ１は、例えば、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル型の電子機器２に収容することができる。
ループ型ヒートパイプ１において、蒸発器１０は、作動流体Ｃを気化させて蒸気Ｃｖを生成する機能を有する。凝縮器２０は、作動流体Ｃの蒸気Ｃｖを液化させる機能を有する。蒸発器１０と凝縮器２０は、蒸気管３０及び液管４０により接続されており、蒸気管３０及び液管４０によって作動流体Ｃ又は蒸気Ｃｖが流れるループである流路５０が形成されている。
図２は、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの蒸発器及びその周囲の断面図である。図１及び図２に示すように、蒸発器１０には、例えば４つの貫通孔１０ｘが形成されている。蒸発器１０に形成された各貫通孔１０ｘと回路基板１００に形成された各貫通孔１００ｘにボルト１５０を挿入し、回路基板１００の下面側からナット１６０で止めることにより、蒸発器１０と回路基板１００とが固定される。
回路基板１００には、例えば、ＣＰＵ等の発熱部品１２０がバンプ１１０により実装され、発熱部品１２０の上面が蒸発器１０の下面と密着する。蒸発器１０内の作動流体Ｃは、発熱部品１２０で発生した熱により気化し、蒸気Ｃｖが生成される。
図１に示すように、蒸発器１０に生成された蒸気Ｃｖは、蒸気管３０を通って凝縮器２０に導かれ、凝縮器２０において液化する。これにより、発熱部品１２０で発生した熱が凝縮器２０に移動し、発熱部品１２０の温度上昇が抑制される。凝縮器２０で液化した作動流体Ｃは、液管４０を通って蒸発器１０に導かれる。蒸気管３０の幅Ｗ１は、例えば、８ｍｍ程度とすることができる。又、液管４０の幅Ｗ２は、例えば、６ｍｍ程度とすることができる。
作動流体Ｃの種類は特に限定されないが、蒸発潜熱によって発熱部品１２０を効率的に冷却するために、蒸気圧が高く、かつ蒸発潜熱が大きい流体を使用することが好ましい。そのような流体としては、例えば、アンモニア、水、フロン、アルコール、及びアセトンを挙げることができる。
蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０、及び液管４０は、例えば、金属層が複数積層された構造とすることができる。金属層は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。
なお、金属層は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。又、金属層の積層数は特に限定されない。
図３は、液管４０内に設けられる多孔質体６０を例示する断面図（その１）であり、図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図４は、２層目から５層目までの各金属層における有底孔の配置を例示する平面図（その１）である。図４において、Ａ−Ａ線で示す部分が、図３の断面に相当する。
液管４０内には、図３及び図４に示す多孔質体６０が設けられている。なお、蒸発器１０内にも液管４０内と同様の多孔質体６０が設けられている。
多孔質体６０は、例えば、金属層６１〜６６の６層が積層された構造とすることができる。金属層６１〜６６は、例えば、熱伝導性に優れた銅層であって、固相接合等により互いに直接接合されている。金属層６１〜６６の各々の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。なお、金属層６１〜６６は銅層には限定されず、ステンレス層やアルミニウム層、マグネシウム合金層等から形成してもよい。又、金属層の積層数は限定されず、５層以下や７層以上の金属層を積層してもよい。
なお、図３及び図４において、金属層６１〜６６の積層方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直な平面内の任意の方向をＸ方向、この平面内においてＸ方向と直交する方向をＹ方向としている（以降の図も同様）。
多孔質体６０において、１層目（一方の最外層）の金属層６１及び６層目（他方の最外層）の金属層６６には、孔や溝は形成されていない。これに対して、図３及び図４（ａ）に示すように、２層目の金属層６２には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６２ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６２ｙとが、それぞれ複数個形成されている。
有底孔６２ｘと有底孔６２ｙとは、平面視でＸ方向に交互に配置されている。又、有底孔６２ｘと有底孔６２ｙとは、平面視でＹ方向に交互に配置されている。Ｘ方向に交互に配置された有底孔６２ｘと有底孔６２ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔６２ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔６２ｘと有底孔６２ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔６２ｘと有底孔６２ｙとは、細孔を形成していない。
有底孔６２ｘ及び６２ｙは、例えば、直径が１００〜３００μｍ程度の円形とすることができるが、楕円形や多角形等の任意の形状として構わない。有底孔６２ｘ及び６２ｙの深さは、例えば、金属層６２の厚さの半分程度とすることができる。隣接する有底孔６２ｘの間隔Ｌ１は、例えば、１００〜４００μｍ程度とすることができる。隣接する有底孔６２ｙの間隔Ｌ２は、例えば、１００〜４００μｍ程度とすることができる。
有底孔６２ｘ及び６２ｙの内壁は、底面側から開口側に向かって拡幅するテーパ形状とすることができる。しかし、これに限らず、有底孔６２ｘ及び６２ｙの内壁は、底面に対して垂直であっても構わない。細孔６２ｚの短手方向の幅Ｗ３は、例えば、１０〜５０μｍ程度とすることができる。又、細孔６２ｚの長手方向の幅Ｗ４は、例えば、５０〜１５０μｍ程度とすることができる。
図３及び図４（ｂ）に示すように、３層目の金属層６３には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６３ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６３ｙとが、それぞれ複数個形成されている。
金属層６３では、有底孔６３ｘのみがＸ方向に配置された列と、有底孔６３ｙのみがＸ方向に配置された列とが、Ｙ方向に交互に配置されている。Ｙ方向に交互に配置された列において、隣接する列の有底孔６３ｘと有底孔６３ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔６３ｚを形成している。
但し、細孔６３ｚを形成する隣接する有底孔６３ｘと有底孔６３ｙとは、中心位置がＸ方向にずれている。言い換えれば、細孔６３ｚを形成する有底孔６３ｘと有底孔６３ｙとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。有底孔６３ｘ及び６３ｙ、細孔６３ｚの形状等は、例えば、有底孔６２ｘ及び６２ｙ、細孔６２ｚの形状等と同様とすることができる。
金属層６２の有底孔６２ｙと、金属層６３の有底孔６３ｘとは、平面視で重複する位置に形成されている。そのため、金属層６２と金属層６３との界面には、細孔は形成されない。
図３及び図４（ｃ）に示すように、４層目の金属層６４には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６４ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６４ｙとが、それぞれ複数個形成されている。
有底孔６４ｘと有底孔６４ｙとは、平面視でＸ方向に交互に配置されている。又、有底孔６４ｘと有底孔６４ｙとは、平面視でＹ方向に交互に配置されている。Ｘ方向に交互に配置された有底孔６４ｘと有底孔６４ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔６４ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔６４ｘと有底孔６４ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔６４ｘと有底孔６４ｙとは、細孔を形成していない。有底孔６４ｘ及び６４ｙ、細孔６４ｚの形状等は、例えば、有底孔６２ｘ及び６２ｙ、細孔６２ｚの形状等と同様とすることができる。
金属層６３の有底孔６３ｙと、金属層６４の有底孔６４ｘとは、平面視で重複する位置に形成されている。そのため、金属層６３と金属層６４との界面には、細孔は形成されない。
図３及び図４（ｄ）に示すように、５層目の金属層６５には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６５ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６５ｙとが、それぞれ複数個形成されている。
金属層６５では、有底孔６５ｘのみがＸ方向に配置された列と、有底孔６５ｙのみがＸ方向に配置された列とが、Ｙ方向に交互に配置されている。Ｙ方向に交互に配置された列において、隣接する列の有底孔６５ｘと有底孔６５ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔６５ｚを形成している。
但し、細孔６５ｚを形成する隣接する有底孔６５ｘと有底孔６５ｙとは、中心位置がＸ方向にずれている。言い換えれば、細孔６５ｚを形成する有底孔６５ｘと有底孔６５ｙとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。有底孔６５ｘ及び６５ｙ、細孔６５ｚの形状等は、例えば、有底孔６２ｘ及び６２ｙ、細孔６２ｚの形状等と同様とすることができる。
金属層６４の有底孔６４ｙと、金属層６５の有底孔６５ｘとは、平面視で重複する位置に形成されている。そのため、金属層６４と金属層６５との界面には、細孔は形成されない。
各金属層に形成された細孔同士は互いに連通しており、互いに連通する細孔は多孔質体６０内に三次元的に広がっている。そのため、作動流体Ｃは、毛細管力により、互いに連通する細孔内を三次元的に広がる。
なお、液管４０内のどの部位に多孔質体６０を位置させるかは特に限定されないが、液管４０の管壁から間隔をおいて多孔質体６０を設けることが好ましい。これにより、管壁と多孔質体６０との間に作動流体Ｃが流れる微細な流路５０が形成され、作動流体Ｃが液管４０内を流れ易くなる。
このように、液管４０には多孔質体６０が設けられており、多孔質体６０は液管４０に沿って蒸発器１０の近傍まで延びている。これにより、多孔質体６０に生じる毛細管力によって、液管４０内の液相の作動流体Ｃが蒸発器１０まで誘導される。
その結果、蒸発器１０からのヒートリーク等によって液管４０内を蒸気Ｃｖが逆流しようとしても、多孔質体６０から液相の作動流体Ｃに作用する毛細管力で蒸気Ｃｖを押し戻すことができ、蒸気Ｃｖの逆流を防止することが可能となる。
更に、多孔質体６０は蒸発器１０内にも設けられている。蒸発器１０内の多孔質体６０のうち、液管４０寄りの部分には液相の作動流体Ｃが浸透する。この際、多孔質体６０から作動流体Ｃに作用する毛細管力が、ループ型ヒートパイプ１内で作動流体Ｃを循環させるポンピング力となる。
しかも、この毛細管力は蒸発器１０内の蒸気Ｃｖに対抗するため、蒸気Ｃｖが液管４０に逆流するのを抑制することが可能となる。
なお、液管４０には作動流体Ｃを注入するための注入口（図示せず）が形成されているが、注入口は封止部材により塞がれており、ループ型ヒートパイプ１内は気密に保たれる。
［第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法］
次に、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの製造方法について、多孔質体の製造工程を中心に説明する。図５及び図６は、第１の実施の形態に係るループ型ヒートパイプの製造工程を例示する図であり、図３に対応する断面を示している。
まず、図５（ａ）に示す工程では、図１の平面形状に形成された金属シート６２０を準備する。そして、金属シート６２０の上面にレジスト層３１０を形成し、金属シート６２０の下面にレジスト層３２０を形成する。金属シート６２０は、最終的に金属層６２となる部材であり、例えば、銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム合金等から形成することができる。金属シート６２０の厚さは、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。レジスト層３１０及び３２０としては、例えば、感光性のドライフィルムレジスト等を用いることができる。
次に、図５（ｂ）に示す工程では、金属シート６２０の多孔質体６０を形成する領域（蒸発器１０及び液管４０となる領域）において、レジスト層３１０を露光及び現像して、金属シート６２０の上面を選択的に露出する開口部３１０ｘを形成する。又、レジスト層３２０を露光及び現像して、金属シート６２０の下面を選択的に露出する開口部３２０ｘを形成する。開口部３１０ｘ及び３２０ｘの形状及び配置は、図４（ａ）に示した有底孔６２ｘ及び６２ｙの形状及び配置に対応するように形成する。
次に、図５（ｃ）に示す工程では、開口部３１０ｘ内に露出する金属シート６２０を金属シート６２０の上面側からハーフエッチングすると共に、開口部３２０ｘ内に露出する金属シート６２０を金属シート６２０の下面側からハーフエッチングする。これにより、金属シート６２０の上面側に有底孔６２ｘが形成され、下面側に有底孔６２ｙが形成される。又、表裏でＸ方向に交互に配置された開口部３１０ｘと開口部３２０ｘとは、平面視で部分的に重複しているため、重複する部分が連通して細孔６２ｚが形成される。金属シート６２０のハーフエッチングには、例えば、塩化第二鉄溶液を用いることができる。
次に、図５（ｄ）に示す工程では、レジスト層３１０及び３２０を剥離液により剥離する。これにより、金属層６２が完成する。
次に、図６（ａ）に示す工程では、孔や溝が形成されていないベタ状の金属層６１及び６６を準備する。又、金属層６２と同様の方法により、金属層６３、６４、及び６５を形成する。金属層６３、６４、及び６５に形成される有底孔及び細孔の位置は、例えば、図４に示した通りである。
次に、図６（ｂ）に示す工程では、図６（ａ）に示す順番で各金属層を積層し、加圧及び加熱により固相接合を行う。これにより、隣接する金属層同士が直接接合され、蒸発器１０、凝縮器２０、蒸気管３０、及び液管４０を有するループ型ヒートパイプ１が完成し、蒸発器１０及び液管４０に多孔質体６０が形成される。又、液管４０の管壁から間隔をおいて多孔質体６０を設けることにより、管壁と多孔質体６０との間に作動流体Ｃが流れる微細な流路５０が形成される。その後、真空ポンプ等を用いて液管４０内を排気した後、図示しない注入口から液管４０内に作動流体Ｃを注入し、その後注入口を封止する。
ここで、固相接合とは、接合対象物同士を溶融させることなく固相（固体）状態のまま加熱して軟化させ、更に加圧して塑性変形を与えて接合する方法である。なお、固相接合によって隣接する金属層同士を良好に接合できるように、金属層６１〜６６の全ての材料を同一にすることが好ましい。
このように、各金属層の両面側から形成した有底孔を部分的に連通させて各金属層内に細孔を設ける構造とすることで、貫通孔が形成された金属層同士を貫通孔が部分的に重複するように積層する従来の細孔の形成方法の問題点を解消できる。すなわち、金属層同士を積層する際の位置ずれや、金属層を複数積層する際の加熱処理の際の金属層の膨張及び収縮による位置ずれが生じることがなく、一定の大きさの細孔を金属層内に形成できる。
これにより、細孔の大きさがばらついて細孔により発現する毛細管力が低下することを防止可能となり、蒸発器１０から液管４０に蒸気Ｃｖが逆流することを抑制する効果を安定的に得ることができる。
又、金属層同士を積層する部分では、隣接する有底孔全体を重複させる構造とすることで、金属層同士が接する面積を大きくできるため、強固な接合が可能となる。
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、第１の実施の形態に係る多孔質体の最外層にも有底孔を形成する例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図７は、液管内に設けられる多孔質体を例示する断面図（その２）であり、図１のＡ−Ａ線に相当する断面を示している。図８は、隣接する金属層の界面における有底孔の配置を例示する平面図（その１）である。図８（ａ）は金属層６１と金属層６２との界面における有底孔の配置を、図８（ｂ）は金属層６５と金属層６６との界面における有底孔の配置を例示している。図８において、Ａ−Ａ線で示す部分が、図７の断面に相当する。
図７及び図８に示す多孔質体６０Ａは、多孔質体６０と同様に金属層６１〜６６の６層の金属層が積層された構造であって、金属層６２〜６５の構造は多孔質体６０と同様である。但し、多孔質体６０Ａは、１層目（一方の最外層）の金属層６１及び６層目（他方の最外層）の金属層６６にも有底孔が形成されている点が、多孔質体６０と相違する。
図８（ａ）に示すように、１層目の金属層６１には、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６１ｙが複数個形成されている。
金属層６１及び６２を平面視したときに、有底孔６１ｙがＸ方向に配置された列と、有底孔６２ｘがＸ方向に配置された列とが、Ｙ方向に交互に配置されている。Ｙ方向に交互に配置された列において、隣接する列の有底孔６１ｙと有底孔６２ｘとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔６１ｚを形成している。
但し、細孔６１ｚを形成する隣接する有底孔６１ｙと有底孔６２ｘとは、中心位置がＸ方向にずれている。言い換えれば、細孔６１ｚを形成する有底孔６１ｙと有底孔６２ｘとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。有底孔６１ｙ、細孔６１ｚの形状等は、例えば、有底孔６２ｘ、細孔６２ｚの形状等と同様とすることができる。
図７及び図８（ｂ）に示すように、６層目の金属層６６には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔６６ｘが複数個形成されている。
金属層６５及び６６を平面視したときに、有底孔６６ｘと有底孔６５ｙとは、平面視でＸ方向に交互に配置されている。又、有底孔６６ｘと有底孔６５ｙとは、平面視でＹ方向に交互に配置されている。Ｘ方向に交互に配置された有底孔６６ｘと有底孔６５ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔６６ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔６６ｘと有底孔６５ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔６６ｘと有底孔６５ｙとは、細孔を形成していない。有底孔６６ｘ、細孔６６ｚの形状等は、例えば、有底孔６２ｘ、細孔６２ｚの形状等と同様とすることができる。
このように、多孔質体６０Ａでは、一方の最外層となる金属層６１の金属層６２と接する側のみに有底孔６１ｙを形成し、金属層６２に形成した有底孔６２ｘと部分的に連通させて細孔６１ｚを設けている。又、他方の最外層となる金属層６６の金属層６５と接する側のみに有底孔６６ｘを形成し、金属層６５に形成した有底孔６５ｙと部分的に連通させて細孔６６ｚを設けている。
これにより、多孔質体６０Ａの細孔の数を多孔質体６０の細孔の数よりも増加させることが可能となり、細孔により発現する毛細管力を更に向上できる。その結果、蒸発器１０から液管４０に蒸気Ｃｖが逆流することを抑制する効果を更に大きくすることができる。
なお、細孔６１ｚ及び６６ｚは、従来と同様に金属層間に形成されるため、細孔の大きさにばらつきが生じる場合がある。しかし、基本的な毛細管力は既に金属層６２〜６５の各々の層内に形成した各細孔により安定的に確保されており、細孔６１ｚ及び６６ｚは毛細管力を更に追加する作用を発揮するものである。そのため、従来のように毛細管力が不十分となる問題は生じない。
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、隣接する金属層の界面にも細孔を形成する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図９は、液管内に設けられる多孔質体を例示する断面図（その３）であり、図１のＡ−Ａ線に相当する断面を示している。図１０は、２層目から５層目までの各金属層における有底孔の配置を例示する平面図（その２）である。図１１は、隣接する金属層の界面における有底孔の配置を例示する平面図（その２）である。図１１（ａ）は金属層７２と金属層７３との界面における有底孔の配置を、図１１（ｂ）は金属層７３と金属層７４との界面における有底孔の配置を、図１１（ｃ）は金属層７４と金属層７５との界面における有底孔の配置を例示している。図１０及び図１１において、Ａ−Ａ線で示す部分が、図９の断面に相当する。
図９に示すように、多孔質体７０は、金属層７１〜７６の６層の金属層が積層された構造である。金属層７１〜７６の材料や厚さ、接合方法等は、金属層６１〜６６と同様とすることができる。又、金属層７２〜７５に形成される有底孔や細孔の大きさは、金属層６２〜６５に形成される有底孔や細孔の大きさと同様とすることができる。
多孔質体７０において、１層目（一方の最外層）の金属層７１及び６層目（他方の最外層）の金属層７６には、孔や溝は形成されていない。これに対して、図９及び図１０（ａ）に示すように、２層目の金属層７２には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７２ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７２ｙとが、それぞれ複数個形成されている。
有底孔７２ｘと有底孔７２ｙとの位置関係は、有底孔６２ｘと有底孔６２ｙとの位置関係（図４（ａ）参照）と同様である。すなわち、Ｘ方向に交互に配置された有底孔７２ｘと有底孔７２ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７２ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔７２ｘと有底孔７２ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔７２ｘと有底孔７２ｙとは、細孔を形成していない。
図１０（ｂ）に示すように、３層目の金属層７３には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７３ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７３ｙとが、それぞれ複数個形成されている。
有底孔７３ｘと有底孔７３ｙとは、平面視でＸ方向に交互に配置されている。又、有底孔７３ｘと有底孔７３ｙとは、平面視でＹ方向に交互に配置されている。Ｘ方向に交互に配置された有底孔７３ｘと有底孔７３ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７３ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔７３ｘと有底孔７３ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔７３ｘと有底孔７３ｙとは、細孔を形成していない。
なお、金属層７２においてＸ方向に交互に配置された有底孔７２ｘと有底孔７２ｙの各孔の中心を結ぶ線と、金属層７３においてＸ方向に交互に配置された有底孔７３ｘと有底孔７３ｙの各孔の中心を結ぶ線とは、平面視において、各孔の半径分程度Ｙ方向にずれて配置されている。又、金属層７２においてＹ方向に交互に配置された有底孔７２ｘと有底孔７２ｙの各孔の中心を結ぶ線と、金属層７３においてＹ方向に交互に配置された有底孔７３ｘと有底孔７３ｙの各孔の中心を結ぶ線とは、平面視において、各孔の半径分程度Ｘ方向にずれて配置されている。
そのため、図１１（ａ）に示すように、金属層７２と金属層７３との界面において、有底孔７２ｙと有底孔７３ｘとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７７ｚを形成している。細孔７７ｚを形成する有底孔７２ｙと有底孔７３ｘとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。
図９及び図１０（ｃ）に示すように、４層目の金属層７４には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７４ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７４ｙとが、それぞれ複数個形成されている。
有底孔７４ｘと有底孔７４ｙとの位置関係は、有底孔７２ｘと有底孔７２ｙとの位置関係（図１０（ａ）参照）と同様である。すなわち、Ｘ方向に交互に配置された有底孔７４ｘと有底孔７４ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７４ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔７４ｘと有底孔７４ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔７４ｘと有底孔７４ｙとは、細孔を形成していない。
図１１（ｂ）に示すように、金属層７３と金属層７４との界面において、有底孔７３ｙと有底孔７４ｘとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７８ｚを形成している。細孔７８ｚを形成する有底孔７３ｙと有底孔７４ｘとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。
図１０（ｄ）に示すように、５層目の金属層７５には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７５ｘと、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７５ｙとが、それぞれ複数個形成されている。
有底孔７５ｘと有底孔７５ｙとの位置関係は、有底孔７３ｘと有底孔７３ｙとの位置関係（図１０（ｂ）参照）と同様である。すなわち、Ｘ方向に交互に配置された有底孔７５ｘと有底孔７５ｙとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７５ｚを形成している。Ｙ方向に交互に配置された有底孔７５ｘと有底孔７５ｙとは、所定間隔を有して形成されており、平面視で重複していない。そのため、Ｙ方向に交互に配置された有底孔７５ｘと有底孔７５ｙとは、細孔を形成していない。
図１１（ｃ）に示すように、金属層７４と金属層７５との界面において、有底孔７４ｙと有底孔７５ｘとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７９ｚを形成している。細孔７９ｚを形成する有底孔７４ｙと有底孔７５ｘとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。
このように、多孔質体７０では、金属層７２〜７５において、隣接する金属層の界面にも細孔を設けている。
これにより、多孔質体７０の細孔の数を多孔質体６０の細孔の数よりも増加させることが可能となり、細孔により発現する毛細管力を更に向上できる。その結果、蒸発器１０から液管４０に蒸気Ｃｖが逆流することを抑制する効果を更に大きくすることができる。
なお、隣接する金属層の界面に設けた細孔は、従来と同様に大きさにばらつきが生じる場合がある。しかし、基本的な毛細管力は既に金属層７２〜７５の各々の層内に形成した各細孔により安定的に確保されており、隣接する金属層の界面に設けた細孔は毛細管力を更に追加する作用を発揮するものである。そのため、従来のように毛細管力が不十分となる問題は生じない。
〈第２の実施の形態の変形例１〉
第２の実施の形態の変形例１では、第２の実施の形態に係る多孔質体の最外層にも有底孔を形成する例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図１２は、液管内に設けられる多孔質体を例示する断面図（その４）であり、図１のＡ−Ａ線に相当する断面を示している。図１３は、隣接する金属層の界面における有底孔の配置を例示する平面図（その３）である。図１３（ａ）は金属層７１と金属層７２との界面における有底孔の配置を、図１３（ｂ）は金属層７５と金属層７６との界面における有底孔の配置を例示している。図１３において、Ａ−Ａ線で示す部分が、図１２の断面に相当する。
図１２及び図１３に示す多孔質体７０Ａは、多孔質体７０と同様に金属層７１〜７６の６層の金属層が積層された構造であって、金属層７２〜７５の構造は多孔質体７０と同様である。但し、多孔質体７０Ａは、１層目（一方の最外層）の金属層７１及び６層目（他方の最外層）の金属層７６にも有底孔が形成されている点が、多孔質体７０と相違する。
図１３（ａ）に示すように、１層目の金属層７１には、下面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７１ｙが複数個形成されている。有底孔７１ｙと有底孔７２ｘとの位置関係は、有底孔６１ｙと有底孔６２ｘとの位置関係（図８（ａ）参照）と同様であり、有底孔７１ｙと有底孔７２ｘとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７１ｚを形成している。
図１２及び図１３（ｂ）に示すように、６層目の金属層７６には、上面側から厚さ方向の略中央部にかけて窪む有底孔７６ｘが複数個形成されている。
金属層７５及び７６を平面視したときに、有底孔７５ｙがＸ方向に配置された列と、有底孔７６ｘがＸ方向に配置された列とが、Ｙ方向に交互に配置されている。Ｙ方向に交互に配置された列において、隣接する列の有底孔７５ｙと有底孔７６ｘとは、平面視で部分的に重複しており、重複する部分は連通して細孔７６ｚを形成している。
但し、細孔７６ｚを形成する隣接する有底孔７５ｙと有底孔７６ｘとは、中心位置がＸ方向にずれている。言い換えれば、細孔７６ｚを形成する有底孔７５ｙと有底孔７６ｘとは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に交互に配置されている。
このように、多孔質体７０Ａでは、一方の最外層となる金属層７１の金属層７２と接する側のみに有底孔７１ｙを形成し、金属層７２に形成した有底孔７２ｘと部分的に連通させて細孔７１ｚを設けている。又、他方の最外層となる金属層７６の金属層７５と接する側のみに有底孔７６ｘを形成し、金属層７５に形成した有底孔７５ｙと部分的に連通させて細孔７６ｚを設けている。
これにより、多孔質体７０Ａの細孔の数を多孔質体７０の細孔の数よりも増加させることが可能となり、細孔により発現する毛細管力を更に向上できる。その結果、蒸発器１０から液管４０に蒸気Ｃｖが逆流することを抑制する効果を更に大きくすることができる。
なお、細孔７１ｚ及び７６ｚは、従来と同様に金属層間に形成されるため、細孔の大きさにばらつきが生じる場合がある。しかし、基本的な毛細管力は既に金属層７２〜７５の各々の層内に形成した各細孔により安定的に確保されており、細孔７１ｚ及び７６ｚは毛細管力を更に追加する作用を発揮するものである。そのため、従来のように毛細管力が不十分となる問題は生じない。
〈第１及び第２の実施の形態の変形例１〉
第１及び第２の実施の形態の変形例１では、多孔質体が大きさの異なる有底孔を有する例を示す。なお、第１及び第２の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図１４は、１つの金属層に大きさの異なる有底孔を設ける例を示す図である。図１４に示すように、例えば、金属層６２において、有底孔６２ｙの大きさを有底孔６２ｘの大きさよりも大きくしてもよい。或いは、有底孔６２ｙの大きさを有底孔６２ｘの大きさよりも小さくしてもよい。又、隣接する金属層において、一方の有底孔の大きさを他方の有底孔の大きさと異ならせてもよい。例えば、金属層６２の有底孔６２ｙの大きさを金属層６３の有底孔６３ｘの大きさと異ならせてもよい。
このように、上下に隣接する有底孔の大きさを変えることで、上下に隣接する有底孔により形成される細孔の大きさを変えることができるため、多孔質体６０から作動流体Ｃに作用する毛細管力を調節することができる。
図１５は、蒸発器内の多孔質体と液管内の多孔質体において、大きさの異なる有底孔を設ける例を示す図である。図１５に示すように、例えば、蒸発器１０内における金属層６２の有底孔６２ｘの大きさを、液管４０内における金属層６２の有底孔６２ｘの大きさと異ならせてもよい。
例えば、蒸発器１０内における金属層６２の有底孔６２ｘの大きさを、液管４０内における金属層６２の有底孔６２ｘの大きさよりも小さくすることができる。これにより、液管４０内においては大きな有底孔６２ｘ内を作動流体Ｃがスムーズに流通し、蒸発器１０に作動流体Ｃを速やかに移動させることができる。そして、蒸発器１０内においては、小さな有底孔６２ｘから受ける毛細管力で液相の作動流体Ｃを逆止弁として作用させ、蒸気Ｃｖの逆流を効果的に抑制することができる。
以上は、多孔質体６０を例にして説明したが、多孔質体６０Ａ、７０、及び７０Ａについても同様である。
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、有底孔の配置は、上述した実施の形態（平面図）に限定されず、様々に変形・変更することが可能である。
１ ループ型ヒートパイプ
１０ 蒸発器
１０ｘ 貫通孔
２０ 凝縮器
３０ 蒸気管
４０ 液管
５０ 流路
６０、６０Ａ、７０、７０Ａ 多孔質体
６１〜６６、７１〜７６ 金属層
６２ｘ〜６６ｘ、６１ｙ〜６５ｙ、７２ｘ〜７６ｘ、７１ｙ〜７５ｙ 有底孔
６１ｚ〜６６ｚ、７１ｚ〜７９ｚ 細孔

Claims (10)

  1. 作動流体を気化させる蒸発器と、
    前記作動流体を液化する凝縮器と、
    前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管と、
    前記液管内に設けられた多孔質体と、
    前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管と、を有し、
    前記多孔質体は、
    一方の面側から窪む第１の有底孔と、他方の面側から窪む第２の有底孔と、前記第１の有底孔と前記第２の有底孔とが部分的に連通して形成された細孔と、を備えた第１の金属層を含むループ型ヒートパイプ。
  2. 前記多孔質体は、
    一方の面側から窪む第１の有底孔と、他方の面側から窪む第２の有底孔と、前記第１の有底孔と前記第２の有底孔とが部分的に連通して形成された細孔と、を備え、前記第１の金属層に隣接する第２の金属層を更に含み、
    前記第１の金属層の前記第２の有底孔と、前記第２の金属層の前記第１の有底孔とが部分的に連通して細孔を形成する請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
  3. 前記多孔質体は、
    一方の面側から窪む第１の有底孔と、他方の面側から窪む第２の有底孔と、前記第１の有底孔と前記第２の有底孔とが部分的に連通して形成された細孔と、を備え、前記第１の金属層に隣接する第２の金属層を更に含み、
    前記第１の金属層の前記第２の有底孔と、前記第２の金属層の前記第１の有底孔とは、平面視で重複する位置に形成される請求項１に記載のループ型ヒートパイプ。
  4. 前記多孔質体は、前記第１の金属層の一方の面に積層され、一方の最外層となる金属層を更に含み、
    前記一方の最外層となる金属層は、前記第１の金属層の一方の面と接する面側から窪む第３の有底孔を備え、
    前記第３の有底孔と、前記第１の金属層の前記第１の有底孔とが部分的に連通して細孔を形成する請求項１乃至３の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプ。
  5. 前記多孔質体は、他方の最外層となる金属層を更に含み、
    前記他方の最外層となる金属層は、隣接する金属層と接する面側から窪む第４の有底孔を備え、
    前記第４の有底孔と、前記隣接する金属層の前記他方の最外層となる金属層側に形成された有底孔とが部分的に連通して細孔を形成する請求項４に記載のループ型ヒートパイプ。
  6. 作動流体を気化させる蒸発器、前記作動流体を液化する凝縮器、前記蒸発器と前記凝縮器とを接続する液管、及び前記蒸発器と前記凝縮器とを接続し、前記液管と共にループを形成する蒸気管、を形成する工程において、
    前記液管には多孔質体が形成され、
    前記多孔質体を形成する工程は、
    前記多孔質体を構成する第１の金属層を形成する工程を含み、
    前記第１の金属層を形成する工程は、
    金属シートを一方の面側からハーフエッチングして第１の有底孔を形成する工程と、
    前記金属シートを他方の面側からハーフエッチングし、前記第１の有底孔と部分的に連通して細孔を形成する第２の有底孔を形成する工程と、を含むループ型ヒートパイプの製造方法。
  7. 前記多孔質体を形成する工程は、
    前記第１の金属層に隣接する第２の金属層を形成する工程を更に含み、
    前記第２の金属層を形成する工程は、
    金属シートを一方の面側からハーフエッチングして第１の有底孔を形成する工程と、
    前記金属シートを他方の面側からハーフエッチングし、前記第１の有底孔と部分的に連通して細孔を形成する第２の有底孔を形成する工程と、を含み、
    前記第１の金属層の前記第２の有底孔と、前記第２の金属層の前記第１の有底孔とが部分的に連通して細孔を形成する請求項６に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。
  8. 前記多孔質体を形成する工程は、
    前記第１の金属層に隣接する第２の金属層を形成する工程を更に含み、
    前記第２の金属層を形成する工程は、
    金属シートを一方の面側からハーフエッチングして第１の有底孔を形成する工程と、
    前記金属シートを他方の面側からハーフエッチングし、前記第１の有底孔と部分的に連通して細孔を形成する第２の有底孔を形成する工程と、を含み、
    前記第１の金属層の前記第２の有底孔と、前記第２の金属層の前記第１の有底孔とを、平面視で重複する位置に形成する請求項６に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。
  9. 前記多孔質体を形成する工程は、
    前記第１の金属層の一方の面に積層され、一方の最外層となる金属層を形成する工程を更に含み、
    前記一方の最外層となる金属層を形成する工程は、
    金属シートを前記第１の金属層の一方の面と接する面側からハーフエッチングして第３の有底孔を形成する工程を含み、
    前記第３の有底孔と、前記第１の金属層の前記第１の有底孔とが部分的に連通して細孔を形成する請求項６乃至８の何れか一項に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。
  10. 前記多孔質体を形成する工程は、
    他方の最外層となる金属層を形成する工程を更に含み、
    前記他方の最外層となる金属層を形成する工程は、
    金属シートを隣接する金属層と接する面側からハーフエッチングして第４の有底孔を形成する工程を含み、
    前記第４の有底孔と、前記隣接する金属層の前記他方の最外層となる金属層側に形成された有底孔とが部分的に連通して細孔を形成する請求項９に記載のループ型ヒートパイプの製造方法。
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