JP7497564B2 - ループヒートパイプ型熱伝導装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポーラス構造を有する金属造形物の製造方法に関する。

従来から、様々なポーラス構造を有する金属造形物、すなわち、厚さ方向に貫通する貫通孔を備えるポーラス構造を有する金属造形物がある。このような金属造形物を製造する方法として、焼結法、溶存ガス鋳込み法、パルスレーザーなどを用いる加工法などの製造方法が知られている。例えば、特許文献１には、溶存ガス鋳込み法として、ガスを注入するとともに溶融した金属をストックチャンバーに供給しガス圧を制御することでポーラス構造を有する金属製の造形物を製造する方法が開示されている。

特開２０００－２３９７６０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるポーラス構造を有する金属造形物の製造方法においては、細い空孔とするためにはガス圧を高くしなければならない一方、高い空孔率とするためにはガス圧を低くしなければならず、緻密な空孔を高密度で有するポーラス構造を有する金属造形物を製造するのは困難である。このように、従来のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法においては、厚さ方向に貫通する貫通孔を高密度に備える金属造形物を簡単に製造することはできなかった。

上記課題を解決するための本発明のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、交差する２方向に間隔をあけつつ基板の複数個所に樹脂材料を含む液体を供給する樹脂材料供給工程と、前記液体を硬化する硬化工程と、を実行することで、前記基板から延びる複数の柱状構造体を有する型を形成する型形成工程と、前記型に被焼結材料を供給する被焼結材料供給工程と、前記基板を除去する除去工程と、前記柱状構造体を脱脂する脱脂工程と、前記被焼結材料を焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。

本発明のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法の一部の工程を実行可能なポーラス構造を有する金属造形物の製造装置の一実施例の概略構成図。 柱状構造体を形成中の図１のポーラス構造を有する金属造形物の製造装置の一部を表す概略図。 本発明の一実施例に係るポーラス構造を有する金属造形物の製造方法のフローチャート。 本発明の一実施例に係るポーラス構造を有する金属造形物の製造方法を説明するための概略図。 本発明の一実施例に係るポーラス構造を有する金属造形物の製造方法を実行することで形成されたポーラス構造を有する金属造形物を有するループ・ヒート・パイプ型伝熱装置を表す概略断面図。

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、交差する２方向に間隔をあけつつ基板の複数個所に樹脂材料を含む液体を供給する樹脂材料供給工程と、前記液体を硬化する硬化工程と、を実行することで、前記基板から延びる複数の柱状構造体を有する型を形成する型形成工程と、前記型に被焼結材料を供給する被焼結材料供給工程と、前記基板を除去する除去工程と、前記柱状構造体を脱脂する脱脂工程と、前記被焼結材料を焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。

本態様によれば、交差する２方向に間隔をあけつつ複数の柱状構造体を有する型に被焼結材料を供給し、柱状構造体を脱脂するとともに被焼結材料を焼結することで厚さ方向に貫通する貫通孔を備えるポーラス構造を有する金属造形物を簡単に製造することができる。そして、例えばインクジェット方式などを用いて柱状構造体を高密度に形成することで、貫通孔を高密度に備えるポーラス構造を有する金属造形物とすることができる。

本発明の第２の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記樹脂材料供給工程は、前記液体をヘッドから液滴として吐出させて供給することを特徴とする。

本態様によれば、液体をヘッドから液滴として吐出させて供給するインクジェット方式を採用することで、柱状構造体を簡単かつ高密度に形成できる。

本発明の第３の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、前記第１または第２の態様において、前記被焼結材料は、溶媒を含むことでペースト状であり、前記被焼結材料供給工程後に、前記被焼結材料の前記溶媒を乾燥させる乾燥工程を有することを特徴とする。

本態様によれば、溶媒を含むペースト状の被焼結材料を用いて被焼結材料を基板に簡単に導入でき、被焼結材料の溶媒を乾燥させることで仮固定状態の被焼結材料の構造体を簡単に形成できる。

本発明の第４の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、前記第１から第３のいずれか１項の態様において、前記被焼結材料は、磁性粉末を含み、前記被焼結材料供給工程中または前記被焼結材料供給工程後に、前記磁性粉末が前記基板に向かって吸引される磁場を発生させる磁場吸引工程を有することを特徴とする。

本態様によれば、磁場を発生させることにより基板に向かって磁性粉末を含む被焼結材料を吸引することで、隙間が生じることを抑制して型に被焼結材料を供給できる。

本発明の第５の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、前記第１から第３のいずれか１項の態様において、前記被焼結材料供給工程中または前記被焼結材料供給工程後に、前記被焼結材料が前記基板に向かって加圧される加圧工程を有することを特徴とする。

本態様によれば、被焼結材料を基板に向けて加圧することにより、隙間が生じることを抑制して型に被焼結材料を供給できる。

本発明の第６の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、前記第１から第５のいずれか１項の態様において、前記基板には、撥液膜が形成されており、前記樹脂材料供給工程は、前記撥液膜上に前記液体を供給することを特徴とする。

本態様によれば、基板に撥液膜が形成されることで基板上に形成される柱状構造体を細く形成でき、簡単に柱状構造体を高密度化することができる。

本発明の第７の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、前記第６の態様において、前記撥液膜は、樹脂製であり、前記脱脂工程は、前記柱状構造体に加えて前記撥液膜も脱脂することを特徴とする。

本態様によれば、柱状構造体と撥液膜とを同時に脱脂することができるので、脱脂に伴う負荷を軽減できる。

本発明の第８の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、前記第１から第７のいずれか１項の態様において、前記被焼結材料供給工程では、前記被焼結材料の前記基板からの厚さが前記柱状構造体の前記基板からの長さ以下となるように前記型に前記被焼結材料を供給することを特徴とする。

本態様によれば、被焼結材料の基板からの厚さが柱状構造体の基板からの長さ以下となるように型に被焼結材料を供給するので、後処理などを行うことなく、柱状構造体の形成部分を厚さ方向に貫通する貫通孔とすることができる。

本発明の第９の態様のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、前記第１から第７のいずれか１項の態様において、前記被焼結材料供給工程では、前記被焼結材料の前記基板からの厚さが前記柱状構造体の前記基板からの長さを超えるように前記型に前記被焼結材料を供給し、前記脱脂工程前に、前記被焼結材料の前記基板とは反対側を前記柱状構造体が露出するまで研磨する研磨工程を有することを特徴とする。

本態様によれば、被焼結材料の基板とは反対側を柱状構造体が露出するまで研磨することで、柱状構造体の形成部分を確実に厚さ方向に貫通する貫通孔とすることができる。また、研磨を脱脂前に行うことで貫通孔に研磨して発生した被焼結材料片が貫通孔に混入することを抑制できる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を具体的に説明する。最初に、本発明のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法の一部の工程を実行可能なポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１の一実施例について図１及び図２を用いて説明する。なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。

図１で表されるように、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１は、基台２と、基台２に備える駆動手段としての駆動装置３によって、図示するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の移動、あるいはＺ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ４を備えている。そして、一方の端部が基台２に固定され、樹脂材料を含む液体Ｌ（図２参照）を吐出するヘッド８を複数保持するヘッドベース５に他方の端部が固定される、ヘッドベース支持部６を備えている。

ここで、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１で使用される樹脂材料を含む液体Ｌは、光が照射されることで硬化する光硬化樹脂を含んでいる。ポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１は、液体Ｌを硬化するための光を照射する光照射部７を備えている。なお、ステージ４上には、ポーラス構造を有する金属造形物Ｏ（図４及び図５参照）が形成される基板９が載せられる。液体Ｌは、基板９に吐出される。

なお、ステージ４上には、ポーラス構造を有する金属造形物Ｏが形成される基板９が載せられる。液体Ｌは、基板９に吐出される。本実施例の基板９は頑丈で製造の容易な非磁性の金属製のものである。しかしながら、基板９としては、例えばセラミックス製のものを好ましく使用することができる。セラミックス製の基板９を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に脱脂や焼結などがされるポーラス構造を有する金属造形物Ｏの構成材料との反応性も低く、ポーラス構造を有する金属造形物Ｏの変質を防止することができる。図１及び図２では、基板９に、液体Ｌの吐出と硬化とを繰り返して柱状構造体５０が形成されている様子が表されている。詳細には、図２では、ステージ４に対して白抜き矢印方向にヘッド８を相対移動させながらＺ軸方向から見て同じ位置に液体Ｌを吐出させることで、Ｚ軸方向に延びる柱状構造体５０を形成している様子が表されている。なお、図２では、柱状構造体５０におけるＺ軸方向において２段目を形成している最中の状態を表しているが、柱状構造体５０は何段で構成されていてもよい。本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１は、Ｚ軸方向における１段分を１層として複数層分Ｚ軸方向に積層して柱状構造体５０の積層体を形成する構成である。

図１で表されるように、ヘッドベース５に保持される各々のヘッド８は、該ヘッド８の各々に対応させた液体Ｌを収容した液体収容部１０ａを有する液体供給ユニット１０と供給チューブ１１により接続されている。このように、各々のヘッド８に対応して液体収容部１０ａを備えていることにより、ヘッドベース５から、複数の異なる種類の液体Ｌを供給することができる。このような構成のヘッドベース５を用いて、基板９から延びる複数の柱状構造体５０を有する型５１（図４参照）を形成することができる。なお、該ヘッド８に複数のノズルを配置し、複数のノズルから液体Ｌを供給することで、短時間に高密度の柱状構造体５０を形成することが可能となる。

また、図１で表されるように、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１は、型５１、すなわち、柱状構造体５０が設けられた基板９に、ポーラス構造を有する金属造形物Ｏの構成材料となる被焼結材料Ｍ（図４参照）を供給する被焼結材料供給部２０を備えている。なお、本実施例の被焼結材料供給部２０は、被焼結材料Ｍを収容および排出可能なホッパーであるが、被焼結材料供給部２０の構成に特に限定はない。被焼結材料Ｍが供給された型５１は、外部装置である加熱装置などを用いて脱脂及び焼結が実行される。ここで、基板９に被焼結材料Ｍを供給する際に基板９から被焼結材料Ｍがこぼれないように、柱状構造体５０の形成に伴って、基板９の輪郭部に沿って、液体Ｌにより外壁部５２を形成することが好ましい（図１参照）。また、ステージ４には磁石４ａが内包されており、被焼結材料Ｍとして磁性体を使用した場合の型５１への被焼結材料Ｍの充填精度を高くしている。

ポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１には、例えば不図示のパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力されるポーラス構造を有する金属造形物Ｏの造形用データに基づいて、上述したステージ４、ヘッドベース５、ヘッド８、光照射部７及び被焼結材料供給部２０などの各構成部を制御する制御部１２を備えている。制御部１２の制御により、ステージ４、ヘッドベース５、ヘッド８、光照射部７及び被焼結材料供給部２０などは連動して駆動される。本実施例の制御部１２は、１以上のプロセッサーと、記憶装置と、外部との信号の入出力を行うインターフェースと、を備えている。そして、本実施例の制御部１２は、記憶装置に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、ポーラス構造を有する金属造形物Ｏを製造する動作を上記各構成部に実行させる。なお、制御部１２は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されていてもよい。

制御部１２からの制御信号に基づき、ステージコントローラー１３においてステージ４の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成される。該信号は、基台２に備える駆動装置３に送られ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にステージ４は移動する。ヘッド８では、制御部１２からの制御信号に基づき、液体Ｌの吐出信号が生成され、生成された吐出信号に基づいてヘッドコントローラー１４が各ヘッド８の駆動を制御することにより液体Ｌが吐出される。

次に好ましい液体Ｌの組成について説明する。液体Ｌは、樹脂材料を含む。樹脂材料としては、例えば、光硬化樹脂としてアクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、熱可塑性樹脂として、ＡＢＳ樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＰ樹脂、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂などを好ましく用いることができる。また、溶媒を有していてもよく、溶媒として、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート（ＣＡＳ番号：１２４－１７－４）などを好ましく用いることができる。

次に好ましい被焼結材料Ｍについて説明する。被焼結材料Ｍとしては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）などの混合物、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどのセラミックスを好ましく用いることができる。また、これらに加えて、プロピレングリコール、水、ブタンジオールなどの溶媒やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、デンプン（アミロースやアミロペクチン）、などのバインダー樹脂を含むペースト状またはスラリー状などであってもよい。

次に、上記ポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１を用いて行うポーラス構造を有する金属造形物の製造方法の一例について図３のフローチャート、並びに、図４及び図５を用いて説明する。

図３で表されるように、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法においては、最初にステップＳ１１０で、製造するポーラス構造を有する金属造形物Ｏのデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、ポーラス構造を有する金属造形物Ｏの形状を表すデータを取得する。

次に、ステップＳ１２０で、制御部１２の制御により、層毎のデータを生成する。詳細には、ポーラス構造を有する金属造形物Ｏの形状を表すデータにおいて、Ｚ方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータである断面データを生成する。

次に、ステップＳ１３０の樹脂材料供給工程で、制御部１２の制御により、ステップＳ１２０で生成した断面データに基づき、ヘッド８から樹脂材料を含む液体Ｌを吐出して、該断面データに基づく柱状構造体５０を基板９に形成する。ここで、液体Ｌの基板９に対する吐出位置、すなわち柱状構造体５０の形成位置は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向において共に間隔をあけた位置、すなわち千鳥配置である。別の表現をすると、本ステップＳ１３０では、交差する２方向に間隔をあけつつ基板９の複数個所に樹脂材料を含む液体Ｌを供給する。なお、本ステップＳ１３０では、柱状構造体５０とともに外壁部５２を合わせて基板９に形成することが好ましい。

次に、ステップＳ１４０の硬化工程で、制御部１２の制御により、光照射部７から紫外線などの光を照射して液体Ｌを硬化する。なお、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法においては、樹脂材料として光硬化樹脂を含む液体Ｌを使用したので、光照射部７から光を照射する光照射工程としたが、使用する樹脂材料によっては、硬化工程として光照射工程とは異なる工程を採用できる。例えば、樹脂材料として熱硬化性樹脂を含む液体Ｌを使用する場合、硬化工程として加熱工程を採用してもよい。また、樹脂材料として熱可塑性樹脂を含む液体Ｌを使用する場合、硬化工程として冷却工程を採用しても良い。本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法においては、ステップＳ１３０の樹脂材料供給工程とステップＳ１４０の硬化工程とで、基板９から延びる複数の柱状構造体５０を有する型５１を形成する型形成工程を構成している。該型形成工程を繰り返すことにより、例えば、Ｚ軸方向から見た柱状構造体５０の直径とＺ軸方向の柱状構造体５０長さとの比であるアスペクト比が１０以上である柱状構造体５０を有する型５１を形成することができる。

そして、ステップＳ１５０により、制御部１２の制御により、ステップＳ１２０において生成された各層に対応するビットマップデータに基づくポーラス構造を有する金属造形物Ｏの構造体の造形が終了するまで、ステップＳ１３０からステップＳ１５０までが繰り返されて型５１が形成される。図４の一番上の図は、ステップＳ１３０からステップＳ１５０までが繰り返されて完成した、基板９に複数の柱状構造体５０が形成されるとともに基板９の輪郭部に沿って外壁部５２が形成された型５１を表している。

ステップＳ１３０からステップＳ１５０までが繰り返されて型５１が形成されると、ステップＳ１６０の被焼結材料供給工程で、制御部１２の制御により、被焼結材料供給部２０から型５１に被焼結材料Ｍが供給される。図４の上から２番目の図は、本ステップＳ１６０が実行され、型５１に被焼結材料Ｍが供給された状態を表している。そして、ステップＳ１６０の被焼結材料供給工程の実行後、ステップＳ１７０の乾燥工程で、被焼結材料Ｍに含まれる溶媒を乾燥させる。なお、本実施例の被焼結材料Ｍは溶媒を有するので本ステップＳ１７０を実行するが、溶媒を含有しない被焼結材料Ｍを使用する場合は本ステップＳ１７０を省略できる。

次に、ステップＳ１８０の除去工程で基板９を除去する。なお、本ステップＳ１８０では、基板９の除去と合わせて外壁部５２も除去する。図４の上から３番目の図は、本ステップＳ１８０が実行され、基板９が除去されるとともに外壁部５２も除去された状態を表している。ただし、外壁部５２は本ステップＳ１８０で除去しなくてもよく、後述するステップＳ２００の脱脂工程で柱状構造体５０とともに脱脂してもよい。

次に、ステップＳ１９０の研磨工程で、ステップＳ１８０で基板９と外壁部５２とが除去されたポーラス構造を有する金属造形物Ｏの構造体の上面部Ｍｕを柱状構造体５０が現れるまで研磨する。ただし、本ステップＳ１９０は、被焼結材料Ｍの供給状態などに応じて省略することも可能である。

そして、ステップＳ２００の脱脂工程で例えば不図示の加熱装置などにおいて柱状構造体５０を脱脂し、ステップＳ２１０の焼結工程により該加熱装置などにおいて、ポーラス構造を有する金属造形物Ｏの構造体を加熱して被焼結材料Ｍの焼結を実行する。そして、ステップＳ２１０の終了に伴い、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法を終了する。なお、ステップＳ１８０の除去工程は、製造するポーラス構造を有する金属造形物Ｏの種類などに応じて、ステップＳ２００の脱脂工程後などに行ってもよい。

図４の一番下の図は、ステップＳ２００及びステップＳ２１０が実行され、柱状構造体５０が形成された位置に対応してＺ軸方向に貫通する貫通孔Ｈが複数形成されたポーラス構造を有する金属造形物Ｏの焼結体を表している。図４の上から３番目の図と図４の一番下の図とを比較するとわかるように、ステップＳ２１０の焼結工程を実行することによりポーラス構造を有する金属造形物Ｏは収縮する。このような収縮を利用することで貫通孔Ｈを特に高密度に配置することができる。なお、ステップＳ１８０の除去工程で外壁部５２を除去しなかった場合、ステップＳ２００の脱脂工程で柱状構造体５０とともに外壁部５２は脱脂される。

図５は、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法を実行することにより形成されたポーラス構造を有する金属造形物Ｏを備えるループ・ヒート・パイプ型伝熱装置Ｐを表す概略断面図である。図５で表されるループ・ヒート・パイプ型伝熱装置Ｐは、半導体チップなどの熱源２５を冷却するための装置である。図５で表されるループ・ヒート・パイプ型伝熱装置Ｐは、底面が熱源２５と熱伝導可能に設置された筐体と、蒸気管２７と、液管２６と、凝縮器２８とを有する。筐体内には、多孔質のポーラス構造を有する金属造形物Ｏが配置され、蒸発室２３と液室２４とが貫通孔Ｈにより連通される。このときループ・ヒート・パイプ型伝熱装置Ｐの底面は蒸発室２３の一部を形成する。蒸気管２７は、蒸発室２３と凝縮器２８とに接続され、液管２６は、液室２４と凝縮器２８とに接続される。上記のように製造された複数の貫通孔Ｈを有するポーラス構造を有する金属造形物Ｏである低密度部分２１と、複数の柱状の高密度部分２２と、を有している。低密度部分２１と高密度部分２２とは接続されて構成されている。なお、全体に貫通孔Ｈを有する構造であっても良い。

液管２６から液室２４へ供給された冷却水は、毛細管現象により貫通孔Ｈを通り蒸発室２３に導入される。蒸発室２３に導入された冷却水は、熱源２５の熱により、蒸発室２３において水蒸気となる。蒸発室２３において冷却水が水蒸気となる際に、気化熱により熱源２５から熱が奪われる。こうして、図５で表されるループ・ヒート・パイプ型伝熱装置Ｐは、熱源２５を冷却する。気化した水蒸気は、蒸発管を通じて凝縮器２８に流入し、凝縮器２８内で冷却されることで再び液化する。貫通孔Ｈが高密度であるほど効率的に冷却水は貫通孔Ｈを移動できる。また、貫通孔Ｈが微細であるほど毛細管現象は効率的となる。このため、径の細い貫通孔Ｈを高密度に備えるポーラス構造を有する金属造形物Ｏが望ましい。

上記のように、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、交差する２方向に間隔をあけつつ基板９の複数個所に樹脂材料を含む液体Ｌを供給するステップＳ１３０の樹脂材料供給工程と、液体Ｌを硬化するステップＳ１４０の硬化工程と、を実行することで、基板９からＺ軸方向に延びる複数の柱状構造体５０を有する型５１を形成する型形成工程を有している。さらに、型５１に被焼結材料Ｍを供給するステップＳ１６０の被焼結材料供給工程と、基板９を除去するステップＳ１８０の除去工程と、柱状構造体５０を脱脂するステップＳ２００の脱脂工程と、被焼結材料Ｍを焼結するステップＳ２１０の焼結工程と、を有している。本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法を実行することで、交差する２方向に間隔をあけつつ複数の柱状構造体５０を有する型５１に被焼結材料Ｍを供給し、柱状構造体５０を脱脂するとともに被焼結材料Ｍを焼結することで厚さ方向に貫通する貫通孔Ｈを備えるポーラス構造を有する金属造形物Ｏを簡単に製造することができる。

ここで、上記ポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１におけるヘッド８は、液体Ｌを液滴として吐出させるインクジェット方式のヘッドである。すなわち、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、ステップＳ１３０の樹脂材料供給工程において、液体Ｌをヘッド８から液滴として吐出させて供給する。このように、液体Ｌをヘッド８から液滴として吐出させて供給するインクジェット方式を採用することで、柱状構造体５０を簡単かつ高密度に形成できる。

ここで、液体Ｌを液滴として吐出させるインクジェット方式のヘッドを使用せず、例えば、液体Ｌを液柱状に吐出させるマイクロニードルなどを使用して、ステップＳ１３０の樹脂材料供給工程を実行してもよい。ただし、マイクロニードルなどを使用して柱状構造体５０を形成すると、Ｚ軸方向から見た柱状構造体５０の直径が一定となりにくく、また、インクジェット方式のヘッドを使用した場合に比べて高密度に柱状構造体５０を形成することが難しい。このため、インクジェット方式のヘッドを使用することが特に好ましい。

本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法で使用される被焼結材料Ｍは溶媒を含むことでペースト状であり、ステップＳ１６０の被焼結材料供給工程後に、被焼結材料Ｍの溶媒を乾燥させるステップＳ１７０の乾燥工程を有している。すなわち、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法を実行することで、溶媒を含むペースト状の被焼結材料Ｍを用いて被焼結材料Ｍを基板９に簡単に導入でき、被焼結材料Ｍの溶媒を乾燥させることで焼結前であって仮固定状態の被焼結材料Ｍの構造体を簡単に形成できる。

上記のように、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造装置１は、ステージ４に磁石４ａを備えている。そして、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法では、例えばステンレス（ＳＵＳ）などの磁性粉末を含む被焼結材料Ｍを用いることができる。すなわち、本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法は、被焼結材料Ｍは磁性粉末を含み、ステップＳ１６０の被焼結材料供給工程中およびステップＳ１６０の被焼結材料供給工程後に、被焼結材料Ｍの磁性粉末が基板９に向かって吸引される磁場を発生させる磁場吸引工程を有していると表現できる。このように、ステップＳ１６０の被焼結材料供給工程中またはステップＳ１６０の被焼結材料供給工程後に、磁場を発生させることにより基板９に向かって磁性粉末を含む被焼結材料Ｍを吸引することで、隙間が生じることを抑制して型５１に被焼結材料を供給できる。なお、本実施例の磁石４ａは薄い円柱状の磁石であるが、基板９に向かう磁力線が生成される形状であれば磁石の形状に特に限定はなく、例えばステージ４を周囲から囲うリング状の磁石などを用いることもできる。

ここで、好ましい磁場吸引工程について詳細に説明すると、例えば、平均粒径４μｍのＳＵＳ粉末とバインダーとしてのＰＶＡと溶媒としてのプロピレングリコールとを含む被焼結材料Ｍを用い、ステージ４上の磁束密度が略均一となるように構成された円柱型またはリング状のフェライト磁石またはネオジム磁石を用いることで、好ましく磁場吸引工程を実行できる。なお、ステージ４や基板９としては、非磁性のオーステナイト系ステンレスやセラミックスなどを好ましく用いることができる。

なお、磁場吸引工程の代わりに、ステップＳ１６０の被焼結材料供給工程中およびステップＳ１６０の被焼結材料供給工程後に、被焼結材料Ｍが基板９に向かって加圧される加圧工程を実行してもよい。被焼結材料Ｍを基板９に向けて加圧することによっても、隙間が生じることを抑制して型５１に被焼結材料Ｍを供給できるためである。

ここで、基板９として表面に撥液膜が形成されているものを使用することが好ましい。ステップＳ１３０の樹脂材料供給工程において、撥液膜上に液体Ｌを供給することで、基板９上で液体Ｌが広がりすぎることを抑制でき、基板９上に形成される柱状構造体５０を細く形成でき、簡単に柱状構造体５０を高密度化することができるためである。なお、基板９の表面に撥液膜が形成されていることで、基板９と柱状構造体５０との密着強度の低下も抑制できる。このため、製造中のポーラス構造を有する金属造形物Ｏの構造体の持ち運びが容易となる。

特に、樹脂製の撥液膜が形成されている基板９を使用することが好ましい。ステップＳ２００の脱脂工程において、柱状構造体５０に加えて該撥液膜も同時に脱脂することができるので、脱脂に伴う負荷を軽減できるためである。

本実施例のポーラス構造を有する金属造形物の製造方法においては、ステップＳ１６０の被焼結材料供給工程では、被焼結材料Ｍの基板９からの厚さが柱状構造体５０の基板９からの長さを超えるように型５１に被焼結材料Ｍを供給する。そして、ステップＳ２００の脱脂工程前に、ステップＳ１９０の研磨工程を実行することで、被焼結材料Ｍの上面部Ｍｕすなわち基板９とは反対側を柱状構造体５０が露出するまで研磨する。こうして、柱状構造体５０の形成部分を確実に厚さ方向に貫通する貫通孔Ｈとする。なお、研磨を脱脂前に行うことで貫通孔Ｈに研磨して発生した被焼結材料片が貫通孔Ｈに混入することを抑制できる。

ただし、ステップＳ１９０の研磨工程を実行する代わりに、被焼結材料Ｍの基板９とは反対側をＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って切断する切断工程を実行してもよい。切断工程としては、例えば、ワイヤー放電などにより実行できる。

一方、ステップＳ１６０の被焼結材料供給工程において、被焼結材料Ｍの基板９からの厚さが柱状構造体５０の基板９からの長さ以下となるように型５１に被焼結材料Ｍを供給することで、研磨工程や切断工程などの後処理を省略することができる。被焼結材料Ｍの基板９からの厚さが柱状構造体５０の基板９からの長さ以下となるように型５１に被焼結材料Ｍを供給すれば、このような後処理などを行わなくても、柱状構造体５０の形成部分を厚さ方向に貫通する貫通孔Ｈとすることができるためである。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…ポーラス構造を有する金属造形物の製造装置、２…基台、３…駆動装置、
４…ステージ、４ａ…磁石、５…ヘッドベース、６…ヘッドベース支持部、
７…光照射部、８…ヘッド、９…基板、１０…液体供給ユニット、
１０ａ…液体収容部、１１…供給チューブ、１２…制御部、
１３…ステージコントローラー、１４…ヘッドコントローラー、
２０…被焼結材料供給部、２１…低密度部分、２２…高密度部分、２３…蒸発室、
２４…液室、２５…熱源、２６…液管、２７…蒸気管、２８…凝縮器、
５０…柱状構造体、５１…型、５２…外壁部、Ｈ…貫通孔、Ｌ…液体、
Ｍ…被焼結材料、Ｍｕ…上面部、Ｏ…ポーラス構造を有する金属造形物、
Ｐ…ループ・ヒート・パイプ型伝熱装置

Claims (1)

1. 水と前記水が気化した水蒸気とを循環させることで半導体チップを冷却するループヒー
   トパイプ型熱伝導装置であって、
   前記ループヒートパイプ型熱伝導装置は、
   前記半導体チップに熱伝導可能な筐体を有し、前記筐体から伝わった前記半導体チップ
   の熱で前記水を蒸発させる蒸発室と、
   前記蒸発室で発生した前記水蒸気を凝縮させることで熱を外部に放出する凝縮器と、
   前記凝縮器で凝縮された前記水が流れ込む液室と、
   前記蒸発室から前記水蒸気を前記凝縮器に流通させる蒸気管と、
   前記凝縮器から前記水を前記液室に流通させる液管と
   前記蒸発室と前記液室との間に設けられ、前記水を前記液室から前記蒸発室に流通可能
   な多孔質ポーラス構造体と、を有し、
   前記多孔質ポーラス構造体はマグネシウム、もしくはマグネシウムを含む混合物からな
   る、
   ことを特徴とするループヒートパイプ型熱伝導装置。

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