JP7114964B2 - 積層体、積層体の製造方法、マイクロ流路熱交換器及びマイクロ流路熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層体、積層体の製造方法、マイクロ流路熱交換器及びマイクロ流路熱交換器の製造方法に関する。

流路が形成された伝熱板が積層されて形成された熱交換器本体と、熱交換器本体に取り付けられた温度センサ等の出力信号を処理する制御基板であるプリント基板とを備えた熱交換器などでは、プリント基板が熱交換器本体にねじ止めによって固定される（例えば、特許文献１参照）。このような伝熱板は、金属板もしくは金属箔で形成される。

この場合、プリント基板には固定ねじを通すねじ通し孔が設けられ、熱交換器本体には固定ねじをねじ止めするねじ孔が設けられる。このようなねじ孔は、一般的には、ねじ切りタップによって形成され、その入口部（口元）には、ねじ切りタップがねじ孔にまっすぐに入るように、テーパ加工が施されることが多い。

特許第６０５６９２８号公報

しかしながら、伝熱板の積層体を形成した後に、ねじ孔の入口部にテーパを形成することは煩雑であって、テーパ加工の工程が増える分、製造コストが上昇する。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、製造コストの上昇を抑えた積層体、積層体の製造方法、マイクロ流路熱交換器及びマイクロ流路熱交換器の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る積層体は、複数の伝熱板が積層されることによって構成された積層ブロック本体を備える。
上記積層ブロック本体は、第１主面と、上記第１主面とは反対側の第２主面とを有する。
上記積層ブロック本体には、上記第１主面から上記第２主面に向かってねじ切りタップが挿入される孔が形成される。
前記孔は入口部を有し、上記入口部の内径は、上記第２主面から上記第１主面の方向に向かってステップ状に拡大する。

上記の積層体においては、上記入口部における上記内径は、上記第２主面から上記第１主面の方向に向かって上記伝熱板ごとに大きくなってもよい。

上記の積層体においては、上記入口部を形成する上記伝熱板の積層部分における各伝熱板に設けられた孔の内壁は、少なくとも１つの段差を有してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る積層体の製造方法は、複数の伝熱板が積層されることによって構成され、第１主面と、上記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、上記第１主面から上記第２主面に向かってねじ切りタップが挿入される孔が形成された積層体の製造方法である。
同じ内径の第１孔を有する複数の第１伝熱板と、上記第１孔よりも内径が大きく、内径がそれぞれ異なる第２孔を有する複数の第２伝熱板とが準備される。
上記複数の第１伝熱板が上記第１孔のそれぞれが互いに同心的に位置するように積層される。
上記複数の第２伝熱板を上記第２孔のそれぞれが上記第１孔と同心的に位置し、上記第２孔の内径が積層されるごとに大きくなるように積層される。
上記複数の第１伝熱板のそれぞれ及び上記複数の第２伝熱板のそれぞれを積層方向において互いに固相接合させる。

上記の積層体の製造方法においては、上記複数の第２伝熱板の各第２伝熱板に設けられた孔の内壁が少なくとも１つの段差を有してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るマイクロ流路熱交換器は、熱交換器本体と、プリント基板とを備える。
上記熱交換器本体は、高温流体の流路が設けられた複数の高温流路層と低温流体の流路が設けられた複数の低温流路層とが交互に積層されて形成された流路層積層体と、上記高温流体の入口及び出口と、上記低温流体の入口及び出口を有する。
上記プリント基板は、上記熱交換器本体の積層方向に固定され、上記高温流体の入口及び出口と上記低温流体の入口または出口の少なくとも１つの近傍に感知点が配置されるように上記熱交換器本体の上記積層方向に挿入される複数の温度センサを少なくとも搭載する。
上記流路層積層体は、上記プリント基板が配置される第１主面と、上記第１主面とは反対側の第２主面とを有する。
上記第１主面から上記第２主面に向かって、ねじ切りタップが挿入される孔が形成される。
上記孔が有する入口部の内径は、上記第２主面から上記第１主面の方向に向かってステップ状に拡大する。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るマイクロ流路熱交換器の製造方法は、高温流体の流路が設けられた複数の高温流路層と低温流体の流路が設けられた複数の低温流路層とが交互に積層されることによって構成され、第１主面と、上記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、上記第１主面から上記第２主面に向かってねじ切りタップが挿入される孔が形成された熱交換器本体を具備するマイクロ流路熱交換器の製造方法である。
同じ内径の第１孔を有する、複数の第１高温流路層及び複数の第１低温流路層と、上記第１孔よりも内径が大きく、内径がそれぞれ異なる第２孔を有する、複数の第２高温流路層及び複数の第２低温流路層とが準備される。
上記複数の第１高温流路層及び上記複数の第１低温流路層を上記第１孔のそれぞれが互いに同心的に位置するように交互に積層される。
上記複数の第２高温流路層及び上記複数の第２低温流路層を上記第２孔のそれぞれが上記第１孔と同心的に位置し、上記第２孔の内径が積層されるごとに大きくなるように交互に積層される。
上記複数の第１高温流路層及び上記複数の第１低温流路層のそれぞれ及び上記複数の第２高温流路層及び上記複数の第２低温流路層のそれぞれを積層方向において互いに固相接合させる。

上記のマイクロ流路熱交換器の製造方法においては、上記第１孔と上記高温流体の上記流路、または、上記第１孔と上記低温流体の上記流路とを同じ工程で形成してもよい。

以上述べたように、本発明によれば、製造コストの上昇を抑えた積層体、積層体の製造方法、マイクロ流路熱交換器及びマイクロ流路熱交換器の製造方法が提供される。

図（ａ）は、本実施形態に係る積層体の概略斜視図である。図（ｂ）は、図（ａ）のＡ１－Ａ１線に沿った概略断面図である。 積層体の製造方法を説明する概略断面図である。 マイクロ流路熱交換器の概略斜視図である。 マイクロ流路熱交換器の熱交換器本体を一部分解して示す概略斜視図である。 伝熱板を示す概略斜視図である。 伝熱板を示す概略斜視図である。 高温伝熱板と低温伝熱板とが交互に積層された熱交換器本体の概略斜視図である。 図７（ｂ）のＡ１－Ａ１線に沿った概略断面図である。 積層体の変形例を示す概略断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸方向座標が導入される場合がある。

［積層体の構成］

図１（ａ）は、本実施形態に係る積層体の概略斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１－Ａ１線に沿った概略断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、積層体２００は、複数の伝熱板２０２が積層方向（Ｚ軸方向）に積層されることによって構成された積層ブロック本体２０１を備える。複数の伝熱板２０２のそれぞれは、熱伝導率が高く、例えば、同じ種類の金属板である。伝熱板２０２は、その厚みに応じて金属箔と称してもよい。伝熱板２０２は、例えば、ステンレス鋼等である。本実施形態においては、熱交換器を形成する伝熱板の材料を金属として説明するが、材料は金属に限らない。

積層ブロック本体２０１は、第１主面２０１ｕ（上面）と、第１主面２０１ｕとは反対側の第２主面２０２ｄ（下面）とを有する。主面とは、積層体２００の積層方向に垂直な方向で、積層方向の最も外側にある面である。図１（ａ）には、積層ブロック本体２０１の隅部のみが例示されているが、積層ブロック本体２０１は、例えば、略直方体形状をしている。なお、積層ブロック本体２０１は、後述する流路層積層体である熱交換器本体２と、高温側外殻板３Ａと、低温側外殻板３Ｂとを含んでもよい。この構成については、後述する。

積層ブロック本体２０１には、第１主面２０１ｕから第２主面２０１ｄに向かって、雌ねじを形成するための「ねじ切りタップ」が挿入される孔５１０が形成されている。孔５１０は、入口部５１１と、ねじ下孔５１２とを有する。入口部５１１と、ねじ下孔５１２とは積層方向に並ぶ。ねじ下孔５１２は、積層方向において入口部５１１に連続する。積層方向から積層体２００を上面視した場合、入口部５１１及びねじ下孔５１２は、ともに円形状である。入口部５１１は、ねじ下孔５１２と同心的に配置される。

入口部５１１の内径は、ねじ下孔５１２の内径よりも大きい。入口部５１１の内径は、第２主面２０１ｄから第１主面２０１ｕの方向に向かってステップ状に拡大する。例えば、入口部５１１の内径は、第２主面２０１ｄから第１主面２０１ｕの方向に向かって伝熱板２０２ごとに大きくなっている。これにより、入口部５１１の内壁５１１ｗには、段差が形成される。

具体的には、入口部５１１の内径は、第２主面２０１ｄから第１主面２０１ｕに向かうにつれ、伝熱板２０２ごとに伝熱板２０２の厚みの２倍の長さが加算されるように構成されている。例えば、内壁５１１ｗのそれぞれの角部を結ぶ仮想線Ｃ１と、積層方向とのなす角は４５°である。なお、図１（ｂ）には、段差が４つの内壁５１１ｗが例示されているが、この例に限らない。

入口部５１１下のねじ下孔５１２は、第２主面２０１ｄから第１主面２０１ｕの方向に向かってまっすぐに延在する。図１（ｂ）には、孔５１０に、ねじ切りタップが挿入される前の状態が示されている。従って、ねじ下孔５１２の内壁５１２ｗには、ねじ切りタップによるねじ溝が形成されていない。内壁５１２ｗには、ねじ切りタップによってねじ溝が形成されてもよい。ねじ下穴５１２に雌ねじ加工されるねじのサイズは、例えばＭ３～Ｍ５である。なお、内壁５１２ｗには、ねじ切タップによってねじ溝が途中まで切られても良い。

［積層体２００の製造方法］

積層体２００の製造方法を孔５１０付近の断面図を用いて説明する。

図２（ａ）～図２（ｄ）は、積層体の製造方法を説明する概略断面図である。

孔５１０を形成する孔を有する複数の伝熱板２０２として、図２（ａ）に示す内径がそれぞれ異なる孔２０２ｂｈ（第２孔）を有する複数の伝熱板２０２ｂ（第２伝熱板）と、図２（ｂ）に示す同じ内径の孔２０２ａｈ（第１孔）を有する複数の伝熱板２０２ａ（第１伝熱板）と、図２（ｃ）に示す孔５１０を形成するために孔を持たない複数の伝熱板２０２ｃとを準備する。ここで、孔２０２ｂｈの内径は、孔２０２ａｈの内径より大きい。なお、本実施形態では、複数の伝熱板２０２ｃ、複数の伝熱板２０２ａ及び複数の伝熱板２０２ｂのそれぞれをまとめて伝熱板２０２と呼ぶ。

次に、図２（ｄ）に示すように、複数の伝熱板２０２ｃを積層方向に積層した後、複数の伝熱板２０２ｃの上に、複数の伝熱板２０２ａを孔２０２ａｈのそれぞれが互いに同心的に位置するように積層方向に積層する。ねじ下孔５１２は、複数の伝熱板２０２ａのそれぞれに設けられた孔２０２ａｈが同心的に配置されることよって構成される。

続いて、複数の伝熱板２０２ｂを孔２０２ｂｈのそれぞれが孔２０２ａｈと同心的に位置し、孔２０２ｂｈの内径が積層されるごとに大きくなるように積層方向に積層する。入口部５１１は、複数の伝熱板２０２ｂのそれぞれに設けられた孔２０２ｂｈが同心的に配置されることよって構成される。複数の伝熱板２０２ｃ、複数の伝熱板２０２ａ及び複数の伝熱板２０２ｂのそれぞれの面（後述の、流路を形成するために設けられる溝と切欠きを除く部分）同士は、互いに接触している。

次に、複数の伝熱板２０２ｃ、複数の伝熱板２０２ａ及び複数の伝熱板２０２ｂを真空や不活性ガスなどの雰囲気中で加圧・加熱することによって、それぞれが積層方向において互いに固相接合する。固相接合とは、例えば、接触した伝熱板同士の拡散接合である。

これにより、図１（ｂ）に示す略直方体形状の積層体２００が形成される。なお、固相接合の方式は上記の拡散接合に限らない。例えば、熱間圧接や冷間圧接などの方式でもよい。

このような積層体２００によれば、ねじ切りタップが挿入される孔５１０の入口部５１１の内径が積層体２００の第２主面２０１ｄから第１主面２０１ｕの方向に向かってステップ状に拡大する。これにより、ねじ切りタップが孔５１０にまっすぐに入りやすくなる。また、ステップ状に拡大する入口部５１１は、複数の伝熱板２０２が積層されることによって形成されるので、後加工を要さず、積層体２００の製造コストの上昇が抑えられる。

また、図２（ｄ）において、孔５１０は止まり孔として形成されているが、積層体２００をＺ軸方向に貫通する貫通孔として形成されてもよい。

［積層体２００の適用例］

積層体２００に設けられた孔５１０の構成は、一例として、マイクロ流路熱交換器１に適用される。

図３は、マイクロ流路熱交換器の概略斜視図である。図３では、制御基板であるプリント基板を熱交換器本体から外した状態が例示されている。図４は、図３のマイクロ流路熱交換器の熱交換器本体を一部分解して示す概略斜視図である。

図３及び図４に示すように、マイクロ流路熱交換器１は、流路層積層体である熱交換器本体２と、高温側外殻板３Ａと、低温側外殻板３Ｂと、高温流体を流入させる高温入口管５Ａと、高温流体を流出させる高温出口管５Ｂと、低温流体を流入させる低温入口管５Ｃと、低温流体を流出させる低温出口管５Ｄと、プリント基板４とを備える。高温入口管５Ａ、高温出口管５Ｂ、低温入口管５Ｃ及び低温出口管５Ｄを総称して出入口管と呼ぶ。

また、熱交換器本体２のＺ軸方向の矢印の方向と反対の方向の面を「高温側の面」または「下面」、各部材の、Ｚ軸方向の矢印の方向の面を「低温側の面」または「上面」とする。また、マイクロ流路熱交換器１のＺ軸方向に垂直な面を「主面」と呼び、主面以外のＸ軸方向やＹ軸方向に垂直な４つの面を「側面」と呼ぶこととする。熱交換器本体２の高温側の主面には高温側外殻板３Ａが接合され、熱交換器本体２の低温側の主面には低温側外殻板３Ｂが接合されている。

熱交換器本体２は、高温伝熱板２Ａ及び低温伝熱板２Ｂを交互に複数枚積層することによって形成される。これらの伝熱板２Ａ、２Ｂが上記の伝熱板２０２に対応する。図３、図４の例では、熱交換器本体２の最上層が低温伝熱板２Ｂとなっているが、高温伝熱板２Ａが最上層であってもよい。これら伝熱板２Ａ、２Ｂの構成については後述する。また、高温側外殻板３Ａ及び低温側外殻板３Ｂは金属板を複数枚積層することによって形成されてもよい。

熱交換器本体２を形成する伝熱板２Ａ、２Ｂと、高温側外殻板３Ａと、低温側外殻板３Ｂは、例えば、熱伝導率が高い同じ種類の金属板である。より具体的には、ステンレス鋼などが用いられる。これらの金属板は積層された後、拡散接合によって互いに接合され、略直方体形状の積層体となる。なお、伝熱板２Ａ、２Ｂの板厚は、高温流路または低温流路を形成できるとともに、拡散接合ができるものであれば、どのような厚みでもよい。また、接合できる材料であれば金属に限らない。

また、マイクロ流路熱交換器１の各側面には、各々、熱交換器本体２内の高温流路に作動流体の１つである高温流体を流入させる高温入口ヘッダ２１と、熱交換器本体２内の高温流路から高温流体が流出する高温出口ヘッダ２２と、熱交換器本体２内の低温流路に作動流体の他の１つである低温流体を流入させる低温入口ヘッダ２３と、熱交換器本体２内の低温流路から低温流体が流出する低温出口ヘッダ２４が形成されている。

高温入口ヘッダ２１には外から高温入口管５Ａが挿入され、溶接などによって熱交換器本体２に接合される（図３）。この高温入口管５Ａの外側端部には、高温流体を流入させるための図示しない外部配管が着脱可能に接続される。高温出口ヘッダ２２には外から高温出口管５Ｂが挿入され、熱交換器本体２に溶接などにより接合されている。この高温出口管５Ｂには、高温流体を流出させるための図示しない外部配管が着脱可能に接続される。

低温入口ヘッダ２３には外から低温入口管５Ｃが挿入され、熱交換器本体２に溶接などにより接合されている。この低温入口管５Ｃには低温流体を流入させるための図示しない外部配管が着脱可能に接続される。低温出口ヘッダ２４には外から低温出口管５Ｄが挿入され、熱交換器本体２に溶接などにより接合されている。この低温出口管５Ｄには低温流体を流出させるための図示しない外部配管が着脱可能に接続される。

このようにして一体に形成されたマイクロ流路熱交換器１の熱交換器本体２には、その四隅に、上記の孔５１０に対応した孔５１が配置されている。また、低温側外殻板３Ｂには、孔５１の直上の位置に、ねじ通し孔５７ａが設けられている。ねじ通し孔５７ａは、孔５１と同心的に配置される。

なお、プリント基板４の上側の面４ａには、各種の集積回路４１と、外部の配線との接続用のコネクタ４２、送信デバイスである無線モジュール４３、表示器４４、及び複数の温度センサ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄなどの電子部品群が実装される。また、プリント基板４の主面４ａには、複数の温度センサ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄと集積回路４１における処理回路４１１との接続をはじめとする上記の各電子部品を電気的に接続する配線パターン４６が設けられる。

プリント基板４は、熱交換器本体２との間にスペーサ５２を挟んで複数の固定ネジ４７で固定される。すなわち、プリント基板４には固定ネジ４７を通すネジ通し孔４７ａが設けられ、熱交換器本体２の孔５１にネジ通し孔４７ａを通した固定ネジ４７が固定される。

温度センサ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄは、高温入口管５Ａを流れる高温流体、高温出口管５Ｂを流れる高温流体、低温入口管５Ｃを流れる低温流体及び低温出口管５Ｄを流れる低温流体の各々の温度を測定するためのものである。

［熱交換器本体２の構成］
熱交換器本体２を構成する伝熱板２Ａ、２Ｂを説明する。

図５（ａ）～図６（ｃ）は、伝熱板を示す概略斜視図である。

伝熱板２Ａ、２Ｂのそれぞれは、さらに複数種の伝熱板を含み、これらの複数種の伝熱板が交互に複数枚積層されることにより、熱交換器本体２が構成される。例えば、高温伝熱板２Ａｃ（図５（ｃ））と、低温伝熱板２Ｂｃ（図６（ｃ））とが積層方向に交互に複数枚積層され、この上に、高温伝熱板２Ａａ（図５（ｂ））と、低温伝熱板２Ｂａ（図６（ｂ））とが積層方向に交互に複数枚積層され、さらにこの上に、高温伝熱板２Ａｂ（図５（ａ））と、低温伝熱板２Ｂｂ（図６（ａ））とが積層方向に交互に複数枚積層されることにより、熱交換器本体２が形成される。

本実施形態では、図５（ａ）～図５（ｃ）に示す高温伝熱板２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃをまとめて「高温伝熱板２Ａ」、図６（ａ）～図６（ｃ）に示す低温伝熱板２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃをまとめて「低温伝熱板２Ｂ」と呼ぶ。

これらの伝熱板２Ａ、２Ｂにはエッチング処理によって溝及び切り欠き部が形成されている。伝熱板２Ａ、２Ｂでは、それぞれの溝に流す作動流体が異なるので、溝のパターンは異なっているが、切り欠き部は、伝熱板２Ａ及び２Ｂの積層後に各ヘッダ部となるように形成されるので、切り欠き部の形状は同一である。なお、伝熱板２Ａ及び２Ｂに溝や切り欠き部を形成する処理は、エッチング処理だけでなく、例えば、レーザ加工、精密プレス加工、切削加工などでもよい。また、３Ｄプリンターのような積層造形技術を用いることで溝のへりを形成してもよい。

（高温伝熱板２Ａの構成）

図５（ａ）～図５（ｃ）に示すように、高温伝熱板２Ａ（２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ）には、高温流体の流路を形成する溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａ及び切り欠き部２６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、２９Ａがそれぞれ設けられている。溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａは高温伝熱板２Ａの一方の面にのみ、例えば、ハーフエッチング技術により設けられる。溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａの深さはどこも均一であってよい。切り欠き部２６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、２９Ａは、高温伝熱板２Ａの基材の４辺に各々対応する所定の部位を基材の厚み分除去することによって形成される。

以後、説明の必要に応じて、高温伝熱板２Ａ（２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ）の各々の切り欠き部２６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、２９Ａを、第１の切り欠き部２６Ａ（高温分配部）、第２の切り欠き部２７Ａ（高温合流部）、第３の切り欠き部２８Ａ、及び第４の切り欠き部２９Ａと呼ぶ。

高温伝熱板２Ａ（２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ）において、図中Ｙ軸方向の両端部にそれぞれ設けられる第１の切り欠き部２６Ａと第２の切り欠き部２７Ａとの間の領域には、これら第１の切り欠き部２６Ａと第２の切り欠き部２７Ａとの間を連通する複数の溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａが形成されている。なお、図５（ａ）～図５（ｃ）において、溝２５Ａの数は３本であるが、もっと幅の小さい数多くの溝を形成するようにしても良い。

高温伝熱板２Ａ（２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ）における上記の各溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａは、Ｘ軸方向に沿って形成された複数の溝２５Ａと、Ｙ軸方向に沿って形成された２本の溝３０Ａ、３１Ａで構成される。Ｙ軸方向に沿って形成された２本の溝３０Ａ、３１Ａのうち一方の溝３０Ａは一端が第１の切り欠き部２６Ａと連通し、他方の溝３１Ａは一端が第２の切り欠き部２７Ａと連通する。Ｘ軸方向に沿って形成された複数の溝２５Ａは各々２本の溝３０Ａ、３１Ａの間を連通する。これにより、後述のように形成される高温伝熱板２Ａの高温入口ヘッダ２１及び高温出口ヘッダ２２と、低温伝熱板２Ｂの低温入口ヘッダ２３及び低温出口ヘッダ２４との位置関係を互いに９０度異なるようにしている。

本実施形態では、高温伝熱板２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃのそれぞれが複数枚準備される。ここで、図５（ａ）に示す高温伝熱板２Ａｂには、その四隅に、孔２Ａａｈよりも内径が大きい孔２Ａｂｈが設けられる。四隅に配置された孔２Ａｂｈの内径は、高温伝熱板２Ａｂの厚さ方向（Ｚ軸方向）では同じである。但し、孔２Ａｂｈの内径は、複数の高温伝熱板２Ａｂのそれぞれによって異なる。図５（ｂ）に示す高温伝熱板２Ａａには、その四隅に、同じ内径の孔２Ａａｈが設けられる。孔２Ａａｈの内径は、複数の高温伝熱板２Ａａのそれぞれで同じである。図５（ｃ）に示す高温伝熱板２Ａｃには、その四隅に、孔が設けられていない。

なお、孔２Ａａｈと高温流体の流路とは、エッチング処理により同じ工程で形成される。また、孔２Ａｂｈと高温流体の流路とは、エッチング処理により同じ工程で形成される。

（低温伝熱板２Ｂの構成）

図６（ａ）～図６（ｃ）に示すように、低温伝熱板２Ｂ（２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ）には、低温流体の流路を形成する溝２５Ｂ及び切り欠き部２６Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂがそれぞれ設けられている。溝２５Ｂは低温伝熱板２Ｂ（２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ）の一方の面にのみ例えば、ハーフエッチング技術により設けられる。溝２５Ｂの深さはどこも均一であってよい。切り欠き部２６Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂは、低温伝熱板２Ｂ（２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ）の基材の４辺に各々対応する所定の部位を基材の厚み分除去することによって形成される。

以後、説明の必要に応じて、低温伝熱板２Ｂ（２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ）の各々の切り欠き部２６Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂを、第５の切り欠き部２６Ｂ、第６の切り欠き部２７Ｂ、第７の切り欠き部２８Ｂ（低温分配部）、及び第８の切り欠き部２９Ｂ（低温合流部）と呼ぶ。

低温伝熱板２Ｂ（２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ）において、図中Ｘ軸方向の両端部にそれぞれ設けられる第７の切り欠き部２８Ｂと第８の切り欠き部２９Ｂとの間には、これら第７の切り欠き部２８Ｂと第８の切り欠き部２９Ｂとの間を連通する複数の溝２５Ｂが形成されている。これら複数の溝２５Ｂは、高温伝熱板２Ａに形成された複数の溝２５Ａと、Ｙ軸方向において同じ位置に各々形成されている。

本実施形態では、低温伝熱板２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃのそれぞれが複数枚準備される。ここで、図６（ａ）に示す低温伝熱板２Ｂｂには、その四隅に、孔２Ｂａｈよりも内径が大きい孔２Ｂｂｈが設けられる。四隅に設けられた孔２Ｂｂｈの内径は、低温伝熱板２Ｂｂの厚さ方向（Ｚ軸方向）では同じである。但し、孔２Ｂｂｈの内径は、複数の低温伝熱板２Ｂｂのそれぞれによって異なる。図６（ｂ）に示す低温伝熱板２Ｂａには、その四隅に、孔２Ｂａｈが設けられる。孔２Ｂａｈの内径は、複数の低温伝熱板２Ｂａのそれぞれで同じである。図６（ｃ）に示す低温伝熱板２Ｂｃには、その四隅に、孔が設けられていない。

なお、孔２Ｂａｈと低温流体の流路とは、エッチング処理により同じ工程で形成される。また、孔２Ｂｂｈと低温流体の流路とは、エッチング処理により同じ工程で形成される。

（高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとによる積層構造）

複数の高温流路層２Ａｃ及び複数の低温流路層２Ｂｃを交互に積層した後、この上に、複数の高温流路層２Ａａ及び複数の低温流路層２Ｂａを孔２Ａａｈ、２Ｂａｈのそれぞれが互いに同心的に位置するように交互に積層する。

次に、複数の高温流路層２Ａｂ及び複数の低温流路層２Ｂｂを孔２Ａｂｈ、２Ｂｂｈのそれぞれが孔２Ａａｈ、２Ｂａｈと同心的に位置し、孔２Ａｂｈ、２Ｂｂｈの内径が積層されるごとに大きくなるように交互に積層する。

さらに、最下層の高温流路層２Ａｃ下に高温側外殻板３Ａ、最上層の低温流路層２Ｂｂ上に低温側外殻板３Ｂを配置する。

次に、上記のように積層した複数の高温流路層２Ａｃ、複数の第１低温流路層２Ｂｃ、複数の高温流路層２Ａａ、複数の低温流路層２Ｂａ、複数の高温流路層２Ａｂ、複数の低温流路層２Ｂｂ、高温側外殻板３Ａ及び低温側外殻板３Ｂを真空や不活性ガスの雰囲気中で加圧・加熱して、拡散接合により各層を互いに固相接合させる。固相接合後の状態を図７（ａ）、（ｂ）に示す。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、高温伝熱板と低温伝熱板とが交互に積層された熱交換器本体２の概略斜視図である。図７（ａ）では、熱交換器本体２において最上層である低温伝熱板２Ｂが取り除かれた状態が例示されている。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）には、高温側外殻板３Ａ及び低温側外殻板３Ｂが表示されていない。

高温伝熱板２Ａ及び低温伝熱板２Ｂは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、双方の溝２５Ａ、２５Ｂ、３０Ａ、３１Ａが設けられた面の向きを一致させて、各々複数交互に重ね合わせて積層される。このようにして熱交換器本体２が形成される。

この熱交換器本体２において、高温伝熱板２Ａの第１の切り欠き部２６Ａと低温伝熱板２Ｂの第５の切り欠き部２６Ｂは、高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとが交互に複数積層されることで、高温入口ヘッダ２１を形成する。

高温伝熱板２Ａの第２の切り欠き部２７Ａと低温伝熱板２Ｂの第６の切り欠き部２７Ｂは、高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとが交互に複数積層されることで、高温出口ヘッダ２２を形成する。

高温伝熱板２Ａの第３の切り欠き部２８Ａと低温伝熱板２Ｂの第７の切り欠き部２８Ｂは、高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとが交互に複数積層されることで、低温入口ヘッダ２３を形成する。

高温伝熱板２Ａの第４の切り欠き部２９Ａと低温伝熱板２Ｂの第８の切り欠き部２９Ｂは、高温伝熱板２Ａと低温伝熱板２Ｂとが交互に複数積層されることで、低温出口ヘッダ２４を形成する。

（高温流路層及び低温流路層）

図７（ａ）に示すように、高温流路は、高温伝熱板２Ａの各溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａと低温伝熱板２Ｂの下面との間に形成される。高温流体は、高温入口ヘッダ２１から流入し、溝３０Ａを通って複数の溝２５Ａに分配される。複数の溝２５Ａを通過した高温流体は溝３１Ａで合流し、高温出口ヘッダ２２に流出する。このような高温流体の流れが各々の高温伝熱板２Ａ（高温流路層）において生じる。高温伝熱板２Ａは、各溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａと、第１の切り欠き部２６Ａと、第２の切り欠き部２７Ａとを含む。

図７（ｂ）に示すように、低温流路は、低温伝熱板２Ｂの溝２５Ｂと低温側外殻板３Ｂの下面及び高温伝熱板２Ａの下面との間に形成される。低温流体は、低温入口ヘッダ２３から流入し、複数の溝２５Ｂを通って低温出口ヘッダ２４に流出する。このような低温流体の流れが各々の低温伝熱板２Ｂ（低温流路層）において生じる。なお、低温伝熱板２Ｂは、各溝２５Ｂと、第７の切り欠き部２８Ｂと、第８の切り欠き部２９Ｂとを含む。

熱交換器本体２において高温流路層と低温流路層は交互に積層されているので、高温伝熱板２Ａ及び低温伝熱板２Ｂを介して高温流体と低温流体との間での熱交換が行われる。

図８は、図７（ｂ）のＡ１－Ａ１線に沿った概略断面図である。図８には、熱交換器本体２の四隅に設けられた、孔５１の概略断面が例示されている。

熱交換器本体２には、プリント基板４が配置される第１主面２ｕから、第１主面２ｕとは反対側の第２主面２ｄに向かって、「ねじ切りタップ」が挿入される孔５１が形成されている。孔５１は、入口部５１１と、ねじ下孔５１２とを有する。孔５１における入口部５１１と、ねじ下孔５１２の構成は、孔５１０における入口部５１１及びねじ下孔５１２の構成と同じである。

このようなマイクロ流路熱交換器１によれば、ねじ切りタップが挿入される孔５１の入口部５１１の内径が熱交換器本体２の第２主面２ｄから第１主面２ｕの方向に向かってステップ状に拡大するので、ねじ切りタップが孔５１にまっすぐに入りやすくなる。また、ステップ状に拡大する入口部５１１は、複数の伝熱板２Ａ、２Ｂが積層されることによって形成されるので、後加工を要さず、製造コストの上昇が抑えられる。

例えば、孔５１を構成する孔と、高温流体の流路、または、低温流体の流路とが同じ工程で形成されるので、孔５１の後加工を要さず、製造コストの上昇が抑えられる。

（積層体２００の変形例）

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、積層体の変形例を示す概略断面図である。

上記の固相接合の前には、図９（ａ）に示すように、段差を持った孔２０２ｂｈを有する複数の伝熱板２０２ｂを準備してもよい。例えば、各孔２０２ｂｈは、孔部２０２ｈｓ（第１孔部）と、孔部２０２ｈｌ（第２孔部）とを有する。孔部２０２ｈｓは、第２主面２０１ｄ側に位置する。孔部２０２ｈｌは、第１主面２０１ｕ側に位置する。孔部２０２ｈｌは、積層方向において孔部２０２ｈｓに連通する。

孔部２０２ｈｌの径は、孔部２０２ｈｓの径よりも大きい。これにより、孔２０２ｂｈでは、孔部２０２ｈｓと孔部２０２ｈｓとによって段差が形成される。このような孔２０２ｂｈは、例えば、ハーフエッチング技術により形成される。また、このような孔２０２ｂｈを伝熱板２Ａ、２Ｂに適用する場合には、溝２５Ａ、３０Ａ、３１Ａ、２５Ｂのハーフエッチングと同じ工程で孔２０２ｂｈが形成される。

このような積層体２００によれば、図９（ｂ）に示すように、ステップ状に拡大する入口部５１１の段差がより細かい段差となり、入口部５１１の断面が傾斜面に近くなる。これにより、ねじ切りタップが孔５１にさらにまっすぐに入りやすくなる。なお、入口部５１１を形成する伝熱板２０２の積層部分における各伝熱板２０２においては、各伝熱板２０２に設けられた孔２０２ｂｈの内壁２０２ｂｗは、１つの段差を持つことに限らず、少なくとも１つの段差を有してもよい。これにより、入口部５１１の断面がさらに傾斜面に近くなり、ねじ切りタップが孔５１にさらにまっすぐに入りやすくなる。

上記の例では、熱交換器本体２に孔５１が形成された構成が例示されたが、孔５１は、低温側外殻板３Ｂに形成されてもよい。この場合、積層ブロック本体２０１は、流路層積層体である熱交換器本体２と、高温側外殻板３Ａと、低温側外殻板３Ｂとを含む。また、低温側外殻板３Ｂに設けられた孔５１の直上の位置に、プリント基板４のねじ通し孔４７ａが配置される。

すなわち、図２に示す伝熱板２０２ｂの積層部分が低温側外殻板３Ｂに対応し、伝熱板２０２ａの積層部分が熱交換器本体２に対応し、伝熱板２０２ｃの積層部分が高温側外殻板３Ａに対応する。

ここで、低温側外殻板３Ｂを形成する伝熱板２０２ｂと、高温側外殻板３Ａを形成する伝熱板２０２ｃとは、その枚数が同じであってもよく、異なってもよい。そして、ねじ切りタップによるねじ溝は、熱交換器本体２に形成される。

また、図３の例では、プリント基板４が低温側外殻板３Ｂの側に取り付けられる構成が示されたが、熱交換器本体２の第２主面２ｄの側にも孔５１を形成して、プリント基板４は、高温側外殻板３Ａの側に取り付けてもよい。あるいは、低温側外殻板３Ｂの側及び高温側外殻板３Ａの側に、プリント基板４を取り付けてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

１…マイクロ流路熱交換器
２…熱交換器本体
２Ａ、２Ａａ、２Ａｂ、２Ａｃ…高温伝熱板（伝熱板）
２Ｂ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ…低温伝熱板（伝熱板）
２Ａａｈ、２Ａｂｈ、２Ｂａｈ、２Ｂｂｈ、２０２ａｈ、２０２ｂｈ…孔
２ｕ、２０１ｕ…第１主面
２ｄ、２０１ｄ…第２主面
３Ａ…高温側外殻板
３Ｂ…低温側外殻板
４…プリント基板
４ａ…面
５Ａ…高温入口管
５Ｂ…高温出口管
５Ｃ…低温入口管
５Ｄ…低温出口管
２１…高温入口ヘッダ
２２…高温出口ヘッダ
２３…低温入口ヘッダ
２４…低温出口ヘッダ
２５Ａ、２５Ｂ、３０Ａ、３１Ａ…溝
２６Ａ、２６Ｂ、２７Ａ、２７Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ…切り欠き部
４１…集積回路
４２…コネクタ
４３…無線モジュール
４４…表示器
４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ…温度センサ
４６…配線パターン
４７…固定ネジ
４７ａ、５７ａ…ねじ通し孔
５１、５１０…孔
５２…スペーサ
２００…積層体
２０１…積層ブロック本体
２０２、２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ…伝熱板
４１１…起電力処理回路
２０２ｂｗ、５１１ｗ、５１２ｗ…内壁
５１１…入口部
５１２…ねじ下孔

Claims (7)

1. 複数の伝熱板が積層されることによって形成された積層ブロック本体を備え、
   前記積層ブロック本体は、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、
   前記積層ブロック本体には、前記第１主面から前記第２主面に向かってねじ切りタップが挿入される孔が形成され、
   前記孔は入口部と、前記入口部に連続して設けられたねじ下孔とを有し、
   前記孔のうち、前記入口部の内径は、前記第２主面から前記第１主面の方向に向かって前記伝熱板が積層されるごとに大きくなっている
   積層体。
2. 請求項１に記載の積層体であって、
   前記入口部を形成する前記伝熱板の積層部分における各伝熱板に設けられた孔の内壁は、少なくとも１つの段差を有する
   積層体。
3. 複数の伝熱板が積層されることによって構成され、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、前記第１主面から前記第２主面に向かってねじ切りタップが挿入される孔が形成された積層体の製造方法であって、
   同じ内径の第１孔を有する複数の第１伝熱板と、前記第１孔よりも内径が大きく、内径がそれぞれ異なる第２孔を有する複数の第２伝熱板とを準備し、
   前記複数の第１伝熱板を前記第１孔のそれぞれが互いに同心的に位置するように積層し、
   前記複数の第２伝熱板を前記第２孔のそれぞれが前記第１孔と同心的に位置し、前記第２孔の内径が積層されるごとに大きくなるように積層し、
   前記複数の第１伝熱板のそれぞれ及び前記複数の第２伝熱板のそれぞれを積層方向において互いに固相接合させる
   積層体の製造方法。
4. 請求項３に記載の積層体の製造方法であって、
   前記複数の第２伝熱板の各第２伝熱板に設けられた孔の内壁が少なくとも１つの段差を有する
   積層体の製造方法。
5. 高温流体の流路が設けられた複数の高温流路層と低温流体の流路が設けられた複数の低温流路層とが交互に積層されて形成された流路層積層体と、前記高温流体の入口及び出口と、前記低温流体の入口及び出口を有する熱交換器本体と、
   前記熱交換器本体の積層方向に固定され、前記高温流体の入口または出口と前記低温流体の入口または出口の少なくとも一つの近傍に感知点が配置されるように前記熱交換器本体の前記積層方向に挿入される複数の温度センサを少なくとも搭載するプリント基板と
   を備え、
   前記流路層積層体は、前記プリント基板が配置される第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、
   前記第１主面から前記第２主面に向かって、ねじ切りタップが挿入される孔が形成され、
   前記孔は、入口部と、前記入口部に連続して設けられたねじ下孔とを有し、
   前記孔のうち、前記孔が有する前記入口部の内径は、前記第２主面から前記第１主面の方向に向かって前記高温流路層と前記低温流路層とが交互に積層されるごとに大きくなっている
   マイクロ流路熱交換器。
6. 高温流体の流路が設けられた複数の高温流路層と低温流体の流路が設けられた複数の低温流路層とが交互に積層されることによって構成され、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、前記第１主面から前記第２主面に向かってねじ切りタップが挿入される孔が形成された熱交換器本体を具備するマイクロ流路熱交換器の製造方法であって、
   同じ内径の第１孔を有する、複数の第１高温流路層及び複数の第１低温流路層と、前記第１孔よりも内径が大きく、内径がそれぞれ異なる第２孔を有する、複数の第２高温流路層及び複数の第２低温流路層とを準備し、
   前記複数の第１高温流路層及び前記複数の第１低温流路層を前記第１孔のそれぞれが互いに同心的に位置するように交互に積層し、
   前記複数の第２高温流路層及び前記複数の第２低温流路層を前記第２孔のそれぞれが前記第１孔と同心的に位置し、前記第２孔の内径が積層されるごとに大きくなるように交互に積層し、
   前記複数の第１高温流路層及び前記複数の第１低温流路層のそれぞれ及び前記複数の第２高温流路層及び前記複数の第２低温流路層のそれぞれを積層方向において互いに固相接合させる
   マイクロ流路熱交換器の製造方法。
7. 請求項６に記載のマイクロ流路熱交換器の製造方法であって、
   前記第１孔と前記高温流体の前記流路、または、前記第１孔と前記低温流体の前記流路とを同じ工程で形成する、
   マイクロ流路熱交換器の製造方法。

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