JP2018069236A - 冷却部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 一部破損が生じた際に、破損箇所のみを交換することが出来る冷却部材を提供する。【解決手段】 本開示の冷却部材は、内部に位置する流路および該流路に繋がる開口部を有する、板状の第１部材を備える。また、筒部を有する第２部材を備える。また、前記第１部材は、複数であるとともに、第１端と、該第１端に対向する第２端と、前記第２部材と接する第１部位と、前記第２部材と接しない第２部位とを備える。そして、前記第１部材間において、前記筒部が前記開口部を覆うように前記第２部材が位置している。【選択図】 図１

Description

本開示は、冷却部材に関する。

半導体、コンデンサ、リチウムイオン電池等の電子部品や各種電子部品用のペースト、パッケージ等の製造工程において、多量の有機溶剤が使用されている。これらの有機溶剤は製造工程において揮発し、ガスとして排出される。そこで、このガスを冷却し、液化させることで、有機溶剤として再利用するための冷却部材が考案されている。例えば、特許文献１には、冷却部材の液体の有機溶剤と接する側に、セラミックスのコーティング層を設けたことを特徴とする有機溶剤の揮発分の回収設備が例示されている。

特開平３−２３８００２号公報

このような冷却部材は、長期間に亘って使用すると、破損することがある。この場合、破損した箇所が一部であったとしても、冷却部材全部を交換する必要があった。

本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、一部破損が生じた際に、破損箇所のみを交換することができる冷却部材を提供することを目的とする。

本開示の冷却部材は、内部に位置する流路および該流路に繋がる開口部を有する、板状の第１部材を備える。また、筒部を有する第２部材を備える。また、前記第１部材は、複数であるとともに、第１端と、該第１端に対向する第２端と、前記第２部材と接する第１部位と、前記第２部材と接しない第２部位とを備える。そして、前記第１部材間において、前記筒部が前記開口部を覆うように前記第２部材が位置している。

本開示の冷却部材は、一部破損が生じた際に、破損箇所のみを交換することができる。

本開示の冷却部材の一例を示す、（ａ）は外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線での断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。 本開示の冷却部材の他の例を示す外観斜視図である。 本開示の冷却部材の第１部材の一例を示す平面図である。 本開示の冷却部材の第１部材の他の例を示す平面図である。 本開示の冷却部材のさらに他の例を示す、（ａ）は外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ’線での断面図である。 本開示の冷却部材の第１部材における第２部位の表面の拡大図である。

以下、本開示の冷却部材について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本開示の冷却部材１０は、図１に示すように、内部に位置する流路４および流路４に繋がる開口部５を有する、板状の第１部材１を備えている。また、筒部６を有する第２部材２を備えている。また、第１部材１は、複数であるとともに、第１端と、第１端に対向する第２端と、第２部材２と接する第１部位と、第２部材２と接しない第２部位とを備える。そして、第１部材１間において、筒部６が開口部５を覆うように第２部材２が位置している。なお、図１においては、５つの第１部材１および４つの第２部材２からなる例を示しており、第１部材１がｎ個である場合、第２部材２はｎ−１個となる。また、図１（ａ）および図１（ｂ）では、第２部材２が位置している端部が第１端であり、第２部材２から遠くに位置する端部が第２端である。

本開示の冷却部材１０は、有機溶剤の揮発したガスが第１部材１間を通過することで、第１部材１の流路４を流れる冷媒とガスとで熱交換が行なわれ、ガスが冷却されることによって液化し、液体の有機溶剤を回収することができる。

そして、本開示の冷却部材１０は、第１部材１および第２部材２が別部材であり、一体物ではないことから、例えば、複数ある第１部材１のうち１枚の第１部材１に破損が生じた際、その破損が生じた第１部材１のみを取り外して交換することができる。なお、第１部材１と第２部材２とは取り外し可能に連結されているのであれば、どのように連結されていても構わない。例えば、図１（ｂ）に示すように、第１部材１と第２部材２とが、一本のネジ７によって螺合されていてもよい。このような構造であるならば、第１部材１および第２部材２の取り外しが容易となる。

また、第１部材１の開口部５と第２部材２の筒部６との間にＯリングを介在させれば、第１部材１と第２部材２とを連結する際に、Ｏリングが緩衝材となり、第１部材１や第２部材２が破損する可能性を低くすることができる。

そして、本開示の冷却部材１０は、冷媒の導入および排出する機構を有するものである。例えば、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、第１部材１の流路４に冷媒を導入するための導入口１１および冷媒を排出するための排出口１２を備えたキャップ部材９がこれにあたる。また、図１（ａ）、図１（ｂ）においては、キャップ部材９から最も遠くに位置する第１部材１に隣接する押え部材８を備えている例を示している。なお、冷媒の導入および排出ができるとともに、流体の漏れができないものであれば、図１に示す構成に限定されるものではない。

また、本開示の冷却部材１０の第２部材２は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、第１部材１間における第１端側に位置していてもよい。図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、第２部材２が第１端側かつ上側に位置する構成であれば、第１部材１における、第２部材２と接する部分以外が、ガスとの接触部となり、冷却されて液化した有機溶剤が、第１部材１の表面を伝って下方へ落下することとなるため、有機溶剤の回収が容易となる。

また、第１部材１の流路４の形状は、蛇行状、スパイラル状等、第１部材１の機械的強度や冷却効率に合わせたものとすればよい。

また、本開示の冷却部材１０における第１部材１は、図２に示すように、第２部位の厚みが第１部位よりも薄くてもよい。このような構造を満足するならば、第１部位の厚みと第２部位の厚みとが同じであるときに比較して、第１部材１と第２部材２との連結の強さを損なうことなく、冷却効率が向上する。

また、本開示の冷却部材１０における第１部材１は、第２端側に突出部１３を有し、突
出部１３が、第２部位に交わるとともに、第２端に向かって傾斜した傾斜面１４を有していてもよい。このような構造を満足するならば、冷却されて液化した有機溶剤が突出部１３の傾斜面１４を伝って流れていくことから、有機溶剤の回収がより容易なものとなる。例えば、図３には、第１部材１の第２端側において、第１部材１の中央部を除いた箇所に、突出部１３を２つ有し、中央部に向かって傾斜した傾斜面１４を有している例を示している。この場合、冷却されて液化した有機溶剤は、突出部１３の傾斜面１４を伝って流れ、第１部材１の第２端の中央部に集まった後、下方に落下する。

また、本開示の冷却部材１０における第１部材１は、第１部位よりも第２部位の算術平均粗さＲａの値が大きくてもよい。このような構成を満足するならば、有機溶剤を含んだガスと接触する第２部位の表面積が増え、有機溶剤の回収効率が向上する。また、第１部位においては、第２部位よりも算術平均粗さＲａの値が小さいことから、第１部材１と第２部材２との連結をより強固なものとできる。

ここで、第１部位および第２部位の算術平均粗さＲａの比較は、接触型もしくは非接触型粗さ測定器を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づいて、同一の第１部材１における第１部材および第２部位の算術平均粗さＲａを測定し、これを比較すればよい。

また、本開示の冷却部材１０における第１部材１は、図４に示すように、第２部位の表面に複数の突起１５を有していてもよい。ここで、突起１５とは、第２部位の表面において、突起１５を有していない部分を結ぶ線よりも突出している部分のことを指す。このような構成を満足するならば、本開示の冷却部材１０は、複数の突起１５により、有機溶剤を含んだガスと接触する面積を増やすことができ、有機溶剤の回収効率が向上する。なお、突起１５は、例えば、第２部位の表面の平面視における平均径が１０μｍ以上４０μｍ以下である。

また、本開示の冷却部材１０は、図５に示すように、第１部材１間において、第２端側に位置する第３部材３を備えていてもよい。このような構成を満足するならば、第２端側においても第１部材１が拘束されるので、第１部材１間を通過する有機溶剤の揮発したガスの流速が速い場合であっても、第１部材１が破損しにくくなる。また、搬送時における第１部材１の破損も少なくなる。このような構成は、冷却効率の向上のために、第１部材１の厚みを薄くした場合に特に有用である。さらに、突出部１３が、第３部材３を兼ねるものであってもよい。

また、第１部材１と第３部材３とはどのように連結されていても構わない。例えば、図５（ｂ）に示すように、第１部材１と第３部材３とが、一本のネジ７によって螺合されていてもよい。

また、本開示の冷却部材１０における第１部材１を構成する材料としては、有機溶剤に対する耐久性を基準に選定すればよい。例えば、第１部材１がセラミックスからなるならば、耐食性に優れ、高い耐久性を備えたものとなる。ここで、セラミックスとしては、例えば、炭化珪素質セラミックス、コージェライト質セラミックス、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等を用いることができる。特に、酸化アルミニウム質セラミックスであるならば、低コストであり、かつ加工しやすいことから、第１部材１を容易に作製することが可能となる。

ここで、酸化アルミニウム質セラミックスとは、酸化アルミニウムを主成分としたセラミックスであり、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち酸化アルミニウムを７０質量％以上含有するものである。そして、第１部材１の材質は、以下の方法により確
認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値をＪＣＰＤＳカードで同定することにより、アルミナの存在を確認する。次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）または蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、アルミニウム（Ａｌ）の定量分析を行なう。そして、ＩＣＰまたはＸＲＦで測定したＡｌの含有量から酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）に換算した含有量が７０質量％以上であれば、酸化アルミニウム質セラミックスである。なお、他のセラミックスについても同様である。

また、第１部材１がセラミックスからなるならば、第２部位の表面を観察した際に、図６に示すように、第２部位の表面において最も凹んだ箇所を通る破線Ｄと最も突出したセラミックスの結晶粒子の頂点を通る破線Ｅとの垂線の長さが、０．５μｍ以上であってもよい。このような構成を満足するならば、有機溶剤を含んだガスと接触する第２部位の表面積をさらに増やすことができることから、第１部材１の流路４を流れる冷媒とガスとの熱交換効率を高めることができ、有機溶剤の回収効率を向上させることができる。

また、本開示の冷却部材１０における、第２部材２、第３部材３、押さえ部材８およびキャップ部材９を構成する材料としては、有機溶剤に対する耐久性を基準に選定すればよい。例えば、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ＳＵＳ、セラミックス等であればよい。また、ネジを構成する材料としては、第１部材１の熱膨張係数に近く、有機溶剤に対する耐久性があるものを基準に選定すればよい。例えば、ＳＵＳ、セラミックス等であればよい。

また、本開示の放熱部材１０における突起１５を構成する材料としては、有機溶剤に対する耐久性を基準に選定すればよいが、突起１５の主成分が、第１部材１の主成分と同じであってもよい。ここで、主成分とは、突起１５や第１部材１を構成する全成分１００質量％のうち７０質量％以上占める成分のことである。このような構成を満足するならば、突起１５と第１部材１との熱膨張係数差が近似し、突起１５が第１部材１から取れるおそれが少なくなり、長期間に亘って、有機溶媒の回収効率を維持することが可能となる。

また、本開示の冷却部材１０で回収できる有機溶剤としては、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、ヘキサン、テトラヒドロフラン、ベンゼン等の低温で低い飽和蒸気圧をもつものや、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−ピロリドン）等が例として挙げられるが、この限りでは無い。

以下に、本開示の冷却部材１０の作製方法について説明する。

最初に、第１部材１の作製方法について説明する。なお、以下の説明では、第１部材１をセラミックスで構成した場合を例に挙げ、説明する。

まず、主成分となる原料（炭化珪素、酸化アルミニウム等）の粉末に、焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を添加して適宜混合して、スラリーを作製する。次に、このスラリーを用いて、ドクターブレード法によりセラミックグリーンシートを形成する。そして、製品形状に合わせて金型による打ち抜きやレーザ加工を施したセラミックグリーンシートを積層することで、積層体である成形体を作製する。そして、この成形体を焼成することで、第１部材１を作製する。

このように、セラミックグリーンシートを積層して成形体を作製することによって、第１部材１の内部に流路４を作製することが容易でとなる。また、セラミックグリーンシートの積層する枚数を調整することによって、第１部材１の厚みを調整することができる。そして、セラミックグリーンシートに金型による打ち抜きやレーザ加工を施すことによっ
て、幅が狭くなるように傾斜している突出部１３となるセラミックグリーンシートを作製することができる。

また、第１部材１が、第２部位の表面に複数の突起１５を有するようにするには、セラミックグリーンシートの第２部位となる表面に、突起１５となる部分を予め形成しておけばよい。例えば、凹部を有する型を第２部位となる表面に押し当てたり、レーザ加工やブラスト処理により第２部位となる表面を削ることで、突起１５となる部分を形成してもよい。または、篩い等を用いて、突起１５となる粉末を、第２部位となる表面に振り掛けてもよい。または、突起１５となる粉末に溶媒等を加えてスラリーとし、刷毛やローラー等を用いて、第２部位となる表面に塗布してもよい。

なお、セラミックグリーンシートの他の製造方法としては、スラリーを噴霧造粒法（スプレードライ法）により噴霧乾燥して造粒することによって顆粒を作製し、その顆粒をロールコンパクション法によって製造してもよい。

また、第１部材１は焼成後に、研磨加工や研削加工を施してもよい。そして、第１部材１において、第２部位の算術平均粗さＲａの値が第１部位の算術平均粗さＲａの値よりも大きくなるように、研磨加工や研削加工を施してもよい。なお、第１部材１の表面に研磨加工や研削加工を施すとセラミックスの結晶粒子が削られることになり、隣り合うセラミックスの結晶粒子の高さが揃いやすい。そのため、第２部位において、図６に示すように、表面において最も凹んだ箇所を通る破線Ｄと最も突出したセラミックスの結晶粒子の頂点を通る破線Ｅの垂線の長さを０．５μｍ以上とするには、焼成後に第２部位の研磨加工や研削加工を施さなければよい。

次に、ネジによって螺合することができるような構造を有する第２部材２を公知の方法で作製することで準備する。なお、第２部材２の厚みを調整することによって、有機溶剤を含んだガスが通過する、第１部材１間の幅を調整することができる。そして、第２部材２を第１部材１間に配置し、両側から押圧するようにしながらネジで螺合することによって、本開示の冷却部材１０を得る。

なお、第２部材２と第１部材１との間には必要にＯリングを介在させるような構造にしても構わない。また、必要に応じて、第３部材３、押さえ部材８やキャップ部材９を備えても構わない。

なお、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

１：第１部材
２：第２部材
３：第３部材
４：流路
５：開口部
６：筒部
７：ネジ
８：押さえ部材
９：キャップ部材
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：冷却部材
１１：導入口
１２：排出口
１３：突出部
１４：傾斜面
１５：突起

Claims (8)

1. 内部に位置する流路および該流路に繋がる開口部を有する、板状の第１部材と、
   筒部を有する第２部材とを備え、
   前記第１部材は、複数であるとともに、第１端と、該第１端に対向する第２端と、前記第２部材と接する第１部位と、前記第２部材と接しない第２部位とを備え、
   前記第１部材間において、前記筒部が前記開口部を覆うように前記第２部材が位置している冷却部材。
2. 前記第２部材は、前記第１部材間における前記第１端側に位置している請求項１に記載の冷却部材。
3. 前記第２部位の厚みが、前記第１部位よりも薄い請求項１または請求項２に記載の冷却部材。
4. 前記第１部材は、前記第２端側に突出部を有し、
   該突出部は、前記第２部位に交わるとともに、前記第２端に向かって傾斜した傾斜面を有している請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷却部材。
5. 前記第２部位は、前記第１部位よりも算術平均粗さＲａの値が大きい請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷却部材。
6. 前記第２部位は、表面に複数の突起を有する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の冷却部材。
7. 前記突起の主成分は、前記第１部材の主成分と同じである請求項６に記載の冷却部材。
8. 前記第１部材間において、前記第２端側に位置する第３部材を備える請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の冷却部材。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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