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技術 逆止弁付き自励振動ヒートパイプおよびその主要部品となるアセンブリ

出願人 ニッコーシ株式会社
発明者 福田克範金子文夫黒尾英夫
出願日 2017年10月2日 (3年4ヶ月経過) 出願番号 2017-192502
公開日 2019年4月25日 (1年9ヶ月経過) 公開番号 2019-066104
状態 未査定
技術分野 中間熱伝達媒体をもつ熱交換装置
主要キーワード ストッパ部品 金属厚板 弁体ストッパ 栓部品 冷却エリア 宇宙科学 金属細管 新機軸
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年4月25日)のものです。
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図面 (6)

課題

要所要所逆止弁を組み込んだ金属細管所定形態に折り曲げ逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成するという基本設計では、逆止弁まわりの製造技術が容易ではなく、高性能な逆止弁を低コストで安定に造り込むことが難しく、また耐久性にも問題があった。

解決手段

第1金属板と第2金属板は互いに密着して接合固定され、少なくとも第1金属板の接合面にパターン形成された溝により第1金属板と第2金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成される。弁部品は、複数の主流路のうちの1本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において冷却エリア側から加熱エリア側への作動流体の流れを阻止する逆止弁を構成する。

概要

背景

《参考文献1》特開2017−67305号公報「熱輸送システム
《参考文献2》特開2017−40384号公報「自励振動ヒートパイプおよび該ヒートパイプを備える電子機器
《参考文献3》特開2008−298342号公報「逆止弁、自励振動ヒートパイプ、発熱機器、逆止弁の製造方法、自励振動及びヒートパイプの製造方法」
《参考文献4》崎芳郎「自励振動ヒートパイプの研究」福井工業大学研究紀要第37号2007年(http://crf.flib.u-fukui.ac.jp/dspace/bitstream/10461/3205/1/KJ00004766986.pdf)
《参考文献5》福家英之ほか「OHP用逆止弁の研究」第57回宇宙科学技術連合講演会講演集2013年10月9日〜11日
《参考文献6》森順一ほか「長寿命OHP用逆止弁の信頼性評価」第59回宇宙科学技術連合講演会講演集2015年10月7日〜9日

文献1や文献2には自励振動ヒートパイプの動作原理基本構成について詳細に開示されている。文献3〜文献6には自励振動ヒートパイプに逆止弁を設けたものについて詳細に開示されている。これら文献3〜文献6に開示されているとおり、逆止弁付き自励振動ヒートパイプにおいては、逆止弁の構造やその製作および耐久性などが大きな技術課題となっている。

概要

要所要所に逆止弁を組み込んだ金属細管所定形態に折り曲げて逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成するという基本設計では、逆止弁まわりの製造技術が容易ではなく、高性能な逆止弁を低コストで安定に造り込むことが難しく、また耐久性にも問題があった。第1金属板と第2金属板は互いに密着して接合固定され、少なくとも第1金属板の接合面にパターン形成された溝により第1金属板と第2金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成される。弁部品は、複数の主流路のうちの1本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において冷却エリア側から加熱エリア側への作動流体の流れを阻止する逆止弁を構成する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

つぎの事項(1)〜(5)により特定されるアセンブリ。(1)第1金属板と第2金属板と弁部品とを一体的に組み合わせて構成された、逆止弁付き自励振動ヒートパイプ用アセンブリであること(2)第1金属板と第2金属板は互いに密着して接合固定され、少なくとも第1金属板の接合面にパターン形成された溝により第1金属板と第2金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成されていること(3)前記管路パターンは、第1金属板における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路であって、かつ、間隔をおいて配設された複数の主流路と、これら主流路を一筆書きのように結んで1本の循環流路を形成する隣接連絡路および始終連絡路を含むこと(4)弁部品は、複数の主流路のうちの1本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において作動流体所定方向流通させる逆止弁を構成していること(5)前記管路パターンの所定部位には、当該管路パターン中に作動流体を注入するための外部に開口した作業穴が連通形成されていること

請求項2

つぎの事項(6)により特定される請求項1に記載のアセンブリ。(6)第1金属板は前記管路パターンとなる溝が片面に形成され、第1金属板より薄くて溝のない第2金属板が第1金属板の前記片面に接合固定されていること

請求項3

つぎの事項(7)〜(9)により特定される請求項2に記載のアセンブリ。(7)1つの前記逆止弁を構成する前記弁部品は、弁体となるボールと、当該ボールにより弁穴開閉される弁座部品とを少なくとも含むこと(8)前記弁座部品は、前記主流路となる溝の所定位置に形成された弁座取付部に固定されていること(9)前記ボールは、前記弁座部品の所定側に位置し、前記主流路となる溝内に収容されていること

請求項4

つぎの事項(10)(11)により特定される請求項3に記載のアセンブリ。(10)1つの前記逆止弁を構成する前記弁部品は、前記ボールの移動を規制するストッパ部品を含むこと(11)前記ストッパ部品は、前記主流路となる溝の所定位置に形成されたストッパ取付部に固定されていること

請求項5

つぎの事項(12)により特定される請求項2に記載のアセンブリ。(12)前記逆止弁は、前記主流路となる溝の所定位置に形成された弁座と、この弁座の近傍において前記溝に収容された弁体と、前記主流路となる溝の所定位置に形成された弁体ストッパ部とからなること

請求項6

つぎの事項(13)により特定される請求項1〜5のいずれかに記載のアセンブリ。(13)前記作業穴は2個あり、前記管路パターンにおける遠隔した2個所にそれぞれ連通形成されていること

請求項7

請求項1〜6のいずれかに記載のアセンブリの前記管路パターンに作動流体を注入して前記作業穴を塞いだ逆止弁付き自励振動ヒートパイプ用アセンブリ。

技術分野

0001

この発明は、逆止弁を備えた自励振動ヒートパイプ(OHP)を構成するための主要分品となるアセンブリと、当該アセンブリを用いた逆止弁付き自励振動ヒートパイプに関するものである。

背景技術

0002

《参考文献1》特開2017−67305号公報「熱輸送システム
《参考文献2》特開2017−40384号公報「自励振動ヒートパイプおよび該ヒートパイプを備える電子機器
《参考文献3》特開2008−298342号公報「逆止弁、自励振動ヒートパイプ、発熱機器、逆止弁の製造方法、自励振動及びヒートパイプの製造方法」
《参考文献4》崎芳郎「自励振動ヒートパイプの研究」福井工業大学研究紀要第37号2007年(http://crf.flib.u-fukui.ac.jp/dspace/bitstream/10461/3205/1/KJ00004766986.pdf)
《参考文献5》福家英之ほか「OHP用逆止弁の研究」第57回宇宙科学技術連合講演会講演集2013年10月9日〜11日
《参考文献6》森順一ほか「長寿命OHP用逆止弁の信頼性評価」第59回宇宙科学技術連合講演会講演集2015年10月7日〜9日

0003

文献1や文献2には自励振動ヒートパイプの動作原理基本構成について詳細に開示されている。文献3〜文献6には自励振動ヒートパイプに逆止弁を設けたものについて詳細に開示されている。これら文献3〜文献6に開示されているとおり、逆止弁付き自励振動ヒートパイプにおいては、逆止弁の構造やその製作および耐久性などが大きな技術課題となっている。

0004

===従来技術およびその問題点===
文献1〜文献6に記載されているように、従来においては、たとえば外径1mmほどのヒートパイプチューブ金属細管)を所定の形態に折曲形成し、加熱エリアから冷却エリア熱輸送する熱輸送器(自励振動ヒートパイプOHP)を構成している。そして作動流体流通路所定個所に複数の逆止弁を配置する逆止弁付き自励振動ヒートパイプでは、文献3〜文献6に記載されているように、作動流体が流通するヒートパイプチューブ(金属細管)内に逆止弁を組み込んでいる。

0005

文献3〜文献6にも開示ないし示唆されているように、要所要所に逆止弁を組み込んだ金属細管を所定形態に折り曲げて熱輸送器(逆止弁付き自励振動ヒートパイプ)を構成するという基本設計では、逆止弁まわりの製造技術が容易ではなく、順方向の流通抵抗が小さくて逆止性能が高い逆止弁を低コストで安定に造り込むことが難しく、また耐久性にも問題があった。

0006

===発明の新機軸===
この発明においては、金属細管を用いて逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成するという基本となる技術思想を完全に捨てて、金属板中に作動流体の流路パターン逆止弁構造を造り込むという新機軸を着想し、つぎの事項(1)〜(5)により特定されるアセンブリの発明を創作した。

0007

(1)第1金属板と第2金属板と弁部品とを一体的に組み合わせて構成された、逆止弁付き自励振動ヒートパイプ用アセンブリであること
(2)第1金属板と第2金属板は互いに密着して接合固定され、少なくとも第1金属板の接合面にパターン形成された溝により第1金属板と第2金属板の接合部に作動流体流通用の管路パターンの空間が形成されていること
(3)前記管路パターンは、第1金属板における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路であって、かつ、間隔をおいて配設された複数の主流路と、これら主流路を一筆書きのように結んで1本の循環流路を形成する隣接連絡路および始終連絡路を含むこと
(4)弁部品は、複数の主流路のうちの1本おきの主流路の途中に組み込まれており、これが組み込まれた主流路において作動流体を所定方向に流通させる逆止弁を構成していること
(5)前記管路パターンの所定部位には、当該管路パターン中に作動流体を注入するための外部に開口した作業穴が連通形成されていること

0008

前記のように構成されたアセンブリの前記管路パターンに作動流体を注入して前記作業穴を塞ぐことで、逆止弁付き自励振動ヒートパイプを構成することができる。

図面の簡単な説明

0009

第1金属板(金属厚板1)の平面図と断面図
第2金属板(金属薄板2)の平面図と側面図
金属厚板1と金属薄板2と弁部品の関係を示す要部分解斜視図
流路パターンの溝内に組み込まれた逆止弁の詳細図
弁座部品の詳細を示す正面図・側面図・平面図

発明を実施する形態

0010

===金属厚板1および金属薄板2===
図示した一実施例においては、第1金属板は図1に示す金属厚板1であり、第2金属板は図2に示す金属薄板2である。金属厚板1と金属薄板2の外形寸法は同じであり、たとえば100mm×140mm程度である。金属厚板1の厚み寸法は約3mm、金属薄板2の厚み寸法は約1mmである。金属厚板1および金属薄板2としては、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が適当である。

0011

===流路パターンとなる溝===
一実施例においては、作動流体を流通させるための流路パターンとなる溝は金属厚板1の片面に形成されており、金属薄板2の側には溝は形成されていない。流路パターンは図1に示すとおりであり、金属厚板1における加熱エリアから冷却エリアに渡って形成された主流路3であって、かつ、所定間隔をおいて平行に配設された10本の主流路3と、これら主流路3を一筆書きのように結んで1本の循環流路を形成する隣接連絡路4および始終連絡路5を含んでいる。

0012

なお一実施例においては、前記の加熱エリアというのは10本の主流路3がU字型の隣接連絡路4で結ばれている金属厚板1のたとえば上辺寄りの部分であり、冷却エリアというのは金属厚板1の反対側の下辺寄りの部分である。なお逆止弁の方向性によりこの逆となることもあり得る。

0013

金属厚板1の下辺寄りの部分において、始終連絡路5の中央から金属厚板1の下辺に達する溝が形成されており、これは作業穴6aである。金属厚板1の上辺寄りの部分において、中央のU字型隣接連絡路4から金属厚板1の上辺に達する溝が形成されており、これは作業穴6bである。

0014

金属厚板1の片面に上述したパターンの溝を形成するには、エンドミルなどを用いた切削加工が適しているところ、プレス加工レーザー加工エッチング加工などの他の技術を採用することも可能である。前記溝の断面形状は図3のような矩形に限定されず、U字状断面の溝やV字状断面の溝でもよい。

0015

===逆止弁===
金属厚板1における10本の主流路3のうちの1本おきの主流路3の途中に、図3および図4に示す構成からなる逆止弁が組み込まれ、その状態で金属厚板1の片面に金属薄板2が密着して接合固定される。つまり、前記溝の上方開口面が金属薄板2で塞がれて、金属厚板1と金属薄板2の接合部分に、前記溝による流路パターンが封じ込められる。なお金属厚板1と金属薄板2とを接合固定することは各種の接合技術を採用し得るものであり、たとえば、拡散接合真空ろう接抵抗溶接電子ビーム溶接接着剤ネジ止めなどの技術を適宜に採用して実施すればよい。

0016

図3図5に示す一実施例においては、逆止弁を構成する弁部品は、弁体となるボール8と、ボール8により弁穴開閉される弁座部品9と、ボール8の移動を規制するストッパ部品10とからなる。逆止弁を内蔵させる主流路3の溝中央部分には、弁座取付部11となる円筒部およびストッパ取付部12となる円筒部が拡幅形成されており、弁座取付部11に弁座部品9が装着され、ストッパ取付部12にストッパ部品10が装着される。そしてボール8が弁座部品9とストッパ部品12の間に位置するように主流路9の溝内に収容され、部品11と部品12の間を自由に移動可能にしている。

0017

===逆止弁付き自励振動ヒートパイプ(熱輸送器)===
ここまで説明したように金属厚板1の主流路3の溝内に弁部品(ボール8・弁座部品9・ストッパ部品10)を組み込み、金属厚板1に金属薄板2を密着させて接合固定することで、本発明の一実施例によるアセンブリが完成する。その後、2つの作業穴6aと6bを利用し、アセンブリに内包されている流路パターンに所定の作動流体を所定量注入し、作業穴6aと6bを適宜な栓部品で塞ぐ。これで熱輸送器としての逆止弁付き自励振動ヒートパイプが完成する。

0018

上記のように製作される熱輸送器においては、流路パターン内の作動流体は、金属厚板1と金属薄板2の接合体の加熱エリア側から逆止弁を通って冷却エリア側へと流れるところ、冷却エリア側から加熱エリア側へは逆止弁のない主流路3を通って流れるものの逆止弁のある主流路3を流れることがない。すなわち、逆止弁付き自励振動ヒートパイプとして動作し、加熱エリア側から冷却エリア側へ効率的に熱輸送する。

0019

===その他の実施態様===
(a)第2金属板も金属厚板とし、これにも溝を形成し、第1金属板側の溝と合わせて流路パターンを構成することができる。
(b)弁座部品あるいはストッパ部品は、第1金属板あるいは第2金属板に一体に造り込むことも可能である。

0020

===発明の効果===
この発明においては、金属板中に作動流体の流路パターンと逆止弁構造を造り込むこととしたので、逆止弁まわりの高精度な製作がきわめて容易となり、高性能高耐久性の逆止弁を容易に実現できる。第1金属板と第2金属板の接合体が熱輸送器の大容量ヒートシンクとして機能させることができるので、熱輸送器としての能力向上も実現できる。

0021

1…金属厚板(第1金属板)、2…金属薄板(第2金属板)、3…主流路、4…隣接連絡路、5…始終連絡路、6a・6b…作業穴、8…ボール(弁体)、9…弁座部品、10…ストッパ部品、11…弁座取付部、12…ストッパ取付部。

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