JPH09159385A - 冷却ジャケット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 媒体通路のベースに対する熱接触面積が大き
く、熱交換効率が優れている冷却ジャケットを提供する
こと。 【解決手段】 ベース１と媒体通路４とからなり、ベー
ス１は、冷媒ブロック１１とベースブロック１２とが、
任意の数だけ交互に並設され、隣接するブロック１１，
１２が、両ブロック１１，１２間の隙間に充填されたは
んだ５により接合されて、構成されており、媒体通路４
は、冷媒ブロック１１の貫通孔１１１とＵ字管４１とか
らなり、全ての冷媒ブロック１１の貫通孔１１１が、ベ
ースブロック１２を介して隣接する冷媒ブロック１１の
貫通孔１１１がＵ字管４１により連結されることによ
り、連通されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流通する液体を媒
体として熱交換を行なう冷却ジャケットに関するもので
ある。

【０００２】

【従来技術及びその課題】従来一般の冷却ジャケット
は、断面図である図１７に示すように、アルミニウムか
らなるベース１の表面に、蛇行した銅管２が、機械かし
め、ろう付け、又ははんだ付けにより接合されて構成さ
れている。

【０００３】しかしながら、上記構成の冷却ジャケット
では、銅管２のベース１に対する、冶金的結合がないた
め又は熱接触面積が銅管２の表面積の略半分でしかない
ため、熱交換効率が低いという問題があった。

【０００４】本発明は、熱交換効率が優れている冷却ジ
ャケットを提供すること、及びそのような冷却ジャケッ
トを簡単に得ることができる製造方法を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の冷却ジャケットは、ベースと媒体通
路とからなる冷却ジャケットにおいて、ベースは、第１
金属材料からなり貫通孔が形成されている第１ブロック
と第２金属材料からなる第２ブロックとが、任意の数だ
け交互に並設され、隣接するブロックが、両ブロック間
の隙間に充填されたはんだにより接合されて、構成され
ており、媒体通路は、第１ブロックの貫通孔とＵ字管と
からなり、全ての第１ブロックの貫通孔が、第２ブロッ
クを介して隣接する第１ブロックの貫通孔がＵ字管によ
り連結されることにより、連通されていることを特徴と
している。

【０００６】請求項２記載の冷却ジャケットの製造方法
は、第１金属材料からなり貫通孔が形成されている第１
ブロック及び第２金属材料からなる第２ブロックからな
るベースと、第１ブロックの貫通孔及びＵ字管からなる
媒体通路とで構成された冷却ジャケットを製造する方法
であって、第２ブロックが挿入されるだけの間隔を置い
て任意の数だけ第１ブロックを並設し、全ての第１ブロ
ックの貫通孔が連通するように、隣接する第１ブロック
の貫通孔をＵ字管の端部を嵌入させて連結し、貫通孔内
壁とＵ字管の端部との隙間に超音波浸漬法によりはんだ
を侵入させて貫通孔とＵ字管とを接合し、全ての第１ブ
ロックの相互間に第２ブロックを挿入し、第１ブロック
と第２ブロックとの間の隙間に超音波浸漬法によりはん
だを侵入させて両ブロックを接合することを特徴として
いる。

【０００７】請求項３記載の冷却ジャケットの製造方法
は、請求項２記載の構成において、第２金属材料がアル
ミニウム部材であり、第１金属材料がアルミニウム部材
又は銅であり、Ｕ字管がアルミニウム部材及び銅以外の
金属材料からなっており、第１ブロックの貫通孔をＵ字
管で連結し貫通孔とＵ字管とを接合する際において、予
めＵ字管の端部表面に、銅、アルミニウム、亜鉛、鉛、
ケイ素、カドミウム、スズ、及びこれらの１種以上を主
成分とする合金、の内から任意に選択した金属からなる
めっきを施しておき、その後に、貫通孔にＵ字管の端部
を嵌入させて超音波浸漬法を行なうものである。

【０００８】請求項４記載の冷却ジャケットの製造方法
は、請求項２記載の構成において、第２金属材料がアル
ミニウム部材であり、第１金属材料及びＵ字管の構成材
料がアルミニウム部材及び銅以外の金属材料であり、第
１ブロックの貫通孔をＵ字管で連結し貫通孔とＵ字管と
を接合する際において、予め貫通孔の端部内壁とＵ字管
の端部表面とにそれぞれ、銅、アルミニウム、亜鉛、
鉛、ケイ素、カドミウム、スズ、及びこれらの１種以上
を主成分とする合金、の内から任意に選択した金属から
なるめっきを施しておき、その後に、貫通孔にＵ字管の
端部を嵌入させて超音波浸漬法を行ない、第１ブロック
と第２ブロックとを接合する際において、予め第１ブロ
ックの接合部分の表面に、銅、アルミニウム、亜鉛、
鉛、ケイ素、カドミウム、スズ、及びこれらの１種以上
を主成分とする合金、の内から任意に選択した金属から
なるめっきを施しておき、その後に、両ブロックに対し
て超音波浸漬法を行なうものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態の冷却
ジャケットを示す斜視図、図２は図１のII矢視図であ
る。この冷却ジャケットは、ベース１と媒体通路４とか
らなっており、媒体通路４の大部分をベース１に内蔵し
た構成を有している。

【００１０】ベース１は、貫通孔１１１を有する冷媒ブ
ロック（第１ブロック）１１とベースブロック（第２ブ
ロック）１２とが任意の数だけ交互に並設され、隣接す
るブロック１１，１２がその間の隙間に充填されたアル
ミニウム部材用はんだ５により接合されて、構成されて
いる。アルミニウム部材とは、アルミニウム又はアルミ
ニウム合金を示している。ここでは、冷媒ブロック１１
を４個、ベースブロック１２を５個用いている。媒体通
路４は、冷媒ブロック１１の貫通孔１１１を全ての貫通
孔１１１が連通するようにＵ字管４１により連結して構
成されている。

【００１１】冷媒ブロック１１は、図３に示すように、
第１金属材料からなる直方体であり、一隅にリブ１１２
を有している。貫通孔１１１は冷媒ブロック１１の長手
方向に延びて形成されている。第１金属材料は、媒体の
種類又は使用環境に応じて選択されるものであり、ここ
では、チタンを用いているが、ステンレス等を用いても
よい。チタン、ステンレス等は、アルミニウム部材用は
んだが直接には付着しないものである。

【００１２】ベースブロック１２は、図４に示すよう
に、第２金属材料からなる直方体であり、一隅にリブ１
２２を有している。第２金属材料は、軽量で熱伝導率の
良いものが好ましく用いられ、ここでは、アルミニウム
部材を用いている。

【００１３】Ｕ字管４１は、後述するように、その端部
が貫通孔１１１に内嵌され、端部と貫通孔１１１の内壁
との間の隙間にはんだが充填されて、貫通孔１１１に接
合されている。ここでは、Ｕ字管４１として、冷媒ブロ
ック１１と同じ金属を用いている。

【００１４】次に、上記構成の冷却ジャケットの製造方
法を説明する。まず、冷媒ブロック１１に対してめっき
処理を施し、図５に示すように銅めっき層８を形成す
る。銅めっき層８は、ベースブロック１２との間で隙間
１０ａ（図１１）を構成する部分の表面に形成する。こ
のめっき処理は、通常の方法、即ち脱脂、水洗、電解、
水洗、乾燥という工程を経て行なう。その際の電解条件
は表１に示す通りである。

【００１５】

【表１】

【００１６】一方、冷媒ブロック１１及びＵ字管４１に
対しても、同様にめっき処理を施し、図６に示すように
銅めっき層８を形成する。銅めっき層８は、貫通孔１１
１の端部の大径口部１１１ａの内壁とＵ字管４１の端部
４１１表面とに形成する。

【００１７】次に、図７に示すように、まず、ベースブ
ロック１２が挿入されるだけの間隔Ｄを置いて４個の冷
媒ブロック１１を並設し、次に、全ての冷媒ブロック１
１の貫通孔１１１が連通するように、隣接する冷媒ブロ
ック１１の貫通孔１１１をＵ字管４１で連結する。

【００１８】ここで、Ｕ字管４１の貫通孔１１１への接
合は、図８に示すように行なう。即ち、Ｕ字管４１の端
部４１１を貫通孔１１１の端部の大径口部１１１ａに内
嵌させ、この嵌合部１３をそのままの状態でアルミニウ
ム部材用の溶融はんだ５中に浸漬し、嵌合部１３又は浴
６に超音波振動を加える。超音波振動を加えることによ
り、キャビテーションが生じる。この際、次のような反
応が生じると考えられる。即ち、銅めっき層８とはんだ
５との界面においては、金属間化合物及び酸化物からな
る層が形成される。この層は超音波振動に伴なうキャビ
テーションによって剥離していき、その際に、この層中
の銅が、貫通孔１１１の大径口部１１１ａ内壁及びＵ字
管４１の端部４１１表面の酸化物から酸素を奪いなが
ら、はんだ５中に拡散していく。これにより、両表面は
活性化され、はんだ５のぬれが生じ、両表面には、図９
に示すように、はんだ５の成分と、冷媒ブロック１１及
びＵ字管４１の成分であるチタンとからなる化合物層９
が形成されるとともに、その化合物層９を介してはんだ
５が強固に付着することとなる。従って、はんだ５が端
部４１１と大径口部１１１ａの内壁との間の隙間１１２
に矢印のように侵入していき、はんだ５は隙間１１２に
密に充填される。なお、この場合、図７中の貫通孔１１
１の端部１１１ｂはジョイント等で塞いでおく。そし
て、冷媒ブロック１１及びＵ字管４１を溶融はんだ５か
ら引上げ、冷媒ブロック１１及びＵ字管４１の表面に付
着しているはんだ５を、エアーブローで吹飛ばしたり嵌
合部１３に外力を加えないようにしながら拭き取ったり
するとともに、嵌合部１３を冷却させる。こうして、Ｕ
字管４１と貫通孔１１１とが接合される。

【００１９】そして、両ブロック１１，１２を接合して
ベース１を作製することによって冷却ジャケットを得
る。これは、以下のように行なう。即ち、まず、全ての
冷媒ブロック１１の相互間にベースブロック１２を挿入
するとともに、端に位置する冷媒ブロック１１の外側に
もベースブロック１２を配置して、図１０に示すような
組立体１０を構成する。組立体１０において、各ブロッ
ク１１，１２のリブ１１２，１２２は、図１１に示すよ
うに、全て一方向に向き且つ隣りのブロック１１，１２
の側面に当接しており、隣接するブロック１１，１２の
間には隙間１０ａができている。

【００２０】次に、図１２に示すように、組立体１０を
そのままの状態で溶融はんだ５中に隙間１０ａが浸るま
で浸漬し、組立体１０又は浴６に超音波振動を加える。
超音波振動を加えることにより、キャビテーションが生
じる。この際、次のような反応が生じると考えられる。
即ち、銅めっき層８とはんだ５との界面においては、金
属間化合物及び酸化物からなる層が形成される。この層
は超音波振動に伴なうキャビテーションによって剥離し
ていき、その際に、この層中の銅が、冷媒ブロック１１
表面の酸化物から酸素を奪いながら、はんだ５中に拡散
していく。これにより、両表面は活性化され、はんだ５
のぬれが生じ、両表面には、図１３に示すように、はん
だ５の成分と、冷媒ブロック１１の成分であるチタンと
からなる化合物層９が形成されるとともに、その化合物
層９を介してはんだ５が強固に付着することとなる。従
って、はんだ５が隙間１０ａに矢印のように侵入してい
き、はんだ５は隙間１０ａに密に充填される。なお、こ
の場合、図１０中の貫通孔１１１の端部１１１ｂはジョ
イント等で塞いでおく。そして、組立体１０を溶融はん
だ５から引上げ、両ブロック１１，１２及びＵ字管４１
の表面に付着しているはんだ５を、エアーブローで吹飛
ばしたり両ブロック１１，１２間に外力を加えないよう
にしながら拭き取ったりするとともに、隙間１０ａを冷
却させる。こうして、組立体１０における隣接するブロ
ック１１，１２同士が接合され、図１に示す冷却ジャケ
ットが得られる。

【００２１】上記構成の冷却ジャケットでは、媒体通路
４が貫通孔１１１とＵ字管４１とで構成されているの
で、媒体通路４は貫通孔１１１の部分にて冷媒ブロック
１１に内蔵されていることとなる。このため、媒体通路
４の冷媒ブロック１１に対する熱接触面積は貫通孔１１
１の内面積の全てとなる。従って、従来に比して、熱交
換効率は非常に高くなる。

【００２２】また、媒体の種類や使用環境に応じてチタ
ンのような高価な材料を冷媒ブロック１１に用いながら
も、アルミニウムのような安価で熱伝導率の良い材料か
らなるベースブロック１２を用いているので、全体とし
てのコストは低くなり、しかも、熱放散面積は十分に確
保される。

【００２３】冷媒ブロック１１とベースブロック１２が
任意の数だけ並設して接合されているので、冷却ジャケ
ットは任意の大きさに設定される。

【００２４】冷媒ブロック１１とベースブロック１２
は、隙間１０ａに充填されたはんだ５により接合されて
いるので、両ブロック１１，１２の材料が異なっている
にも拘らず、残留熱応力が緩和される。従って、冷却ジ
ャケットの耐熱冷サイクル強度は向上する。

【００２５】また、上記製造方法は、図７に示すように
組立てた後、図８に示すように超音波浸漬法によりはん
だ付けを行ない、図１０に示すように組立てた後、図１
２に示すように超音波浸漬法によりはんだ付けを行なう
だけであるので、簡単且つ確実である。

【００２６】なお、上記製造方法では、銅めっき層８を
形成しているが、それに限るものではなく、銅、アルミ
ニウム、亜鉛、鉛、ケイ素、カドミウム、スズ、及びこ
れらの１種以上を主成分とする合金、の内から任意に選
択した金属からなるめっき層を形成してもよい。

【００２７】また、上記実施形態では、冷媒ブロック１
１と同じ金属からなるＵ字管４１を用いているが、Ｕ字
管４１としては、冷媒ブロック１１の金属材料とは異な
り且つアルミニウム部材及び銅以外の、金属材料からな
るものを用いてもよい。なお、その場合の製造方法は、
上記実施形態と同じである。

【００２８】また、上記実施形態では、第１金属材料か
らなる冷媒ブロック１１を用いているが、第２金属材料
からなる冷媒ブロック１１を用いるとともに、アルミニ
ウム部材及び銅以外の金属材料からなるＵ字管４１を用
いてもよい。但し、その場合の製造方法は、上記実施形
態の製造方法において冷媒ブロック１１への銅めっき層
８の形成が省略されたものとなる。

【００２９】図１４は本発明の別の実施形態の冷却ジャ
ケットの断面部分図、図１５は図１４の冷却ジャケット
に用いられている冷媒ブロック１１の斜視図である。こ
の冷媒ブロック１１は、リブ１１２の代わりに、複数個
（ここでは３個）の突部１１３を一側面に備えており、
突部１１３を隣りに配置されるベースブロック１２の側
面に当接させることにより、ベースブロック１２との間
に隙間１０ａを形成している。ベースブロック１２も同
様に突部１２３を備えており、同様に冷媒ブロック１１
との間に隙間１０ａを形成している。

【００３０】なお、はんだを充填させる隙間を形成する
手段としては、リブ１１２，１２２や突部１１３，１２
３に限らず、隙間を形成できるものであればよく、例え
ばスペーサーを用いる手段等がある。

【００３１】図１６は本発明の更に別の実施形態の冷却
ジャケットの斜視図である。この冷却ジャケットは、ア
ルミニウム部材からなる冷媒ブロック１１のみで構成さ
れている。なお、Ｕ字管４１は例えば銅でできている。
媒体の種類や使用環境に応じてアルミニウム部材のよう
な安価な材料を冷媒ブロック１１に用いることができる
場合には、図１６に示すように、冷媒ブロック１１を大
型化して、冷媒ブロック１１のみで冷却ジャケットを構
成してもよい。なお、この構成の冷却ジャケットを製造
するにおいては、冷媒ブロック１１の側面、貫通孔１１
１の大径口部１１１ａ内壁、及びＵ字管４１の端部４１
１表面への銅めっき層８の形成は不要である。アルミニ
ウム部材及び銅には、アルミニウム部材用はんだが直接
に付着するからである。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載の冷却ジャケットによれ
ば、次のような効果を奏する。 （１）媒体通路４の殆んどが冷媒ブロック１１に内蔵さ
れているので、媒体通路４の冷媒ブロック１１に対する
熱接触面積が図１７の従来例に比して格段に大きい。従
って、従来に比して、熱交換効率を非常に高くできる。

【００３３】（２）冷媒ブロック１１に高価な材料を用
いても、ベースブロック１２に安価な材料を用い得るの
で、熱放散面積を十分に確保できるとともに、全体とし
てのコストを低減できる。

【００３４】（３）冷媒ブロック１１とベースブロック
１２を任意の数だけ並設して接合できるので、冷却ジャ
ケットを任意の大きさに設定できる。

【００３５】（４）冷媒ブロック１１とベースブロック
１２をはんだ５により接合しているので、両ブロック１
１，１２の材料が異なっているにも拘らず、残留熱応力
を緩和でき、従って、冷却ジャケットの耐熱冷サイクル
強度を向上できる。

【００３６】請求項２記載の冷却ジャケットの製造方法
によれば、組立て作業が簡単であり、接合作業も超音波
浸漬法によるはんだ付けであるので簡単且つ確実であ
る。従って、冷却ジャケットを簡単且つ確実に得ること
ができる。

【００３７】請求項３記載の冷却ジャケットの製造方法
によれば、冷媒ブロック１１及びベースブロック１２が
アルミニウム部材又は銅からなり、Ｕ字管４１がアルミ
ニウム部材及び銅以外の金属材料、例えばチタン、ステ
ンレス等からなっていても、超音波浸漬法によるはんだ
付けによって冷却ジャケットを簡単且つ確実に得ること
ができる。

【００３８】請求項４記載の冷却ジャケットの製造方法
によれば、ベースブロック１２がアルミニウム部材から
なり、冷媒ブロック１１及びＵ字管４１がアルミニウム
部材及び銅以外の金属材料、例えばチタン、ステンレス
等からなっていても、超音波浸漬法によるはんだ付けに
よって冷却ジャケットを簡単且つ確実に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の冷却ジャケットを示す
斜視図である。

【図２】 図１のII矢視図である。

【図３】 冷媒ブロックの斜視図である。

【図４】 ベースブロックの斜視図である。

【図５】 図１の冷却ジャケットの一製造工程であっ
て、めっき処理された冷媒ブロックを示す断面図であ
る。

【図６】 図１の冷却ジャケットの一製造工程であっ
て、めっき処理された貫通孔及びＵ字管の一部を示す断
面図である。

【図７】 図１の冷却ジャケットの一製造工程であっ
て、冷媒ブロックをＵ字管で連結した状態を示す斜視図
である。

【図８】 図７に続く一製造工程であって、超音波浸漬
法によるはんだ付けの工程を示す断面図である。

【図９】 図８の拡大部分図である。

【図１０】 図８に続く一製造工程を示す斜視図であ
る。

【図１１】 図１０の拡大部分図である。

【図１２】 図１０に続く一製造工程であって、超音波
浸漬法によるはんだ付けの工程を示す断面図である。

【図１３】 図１２の拡大部分図である。

【図１４】 本発明の別の実施形態の冷却ジャケットを
示す断面部分図である。

【図１５】 図１４の冷却ジャケットに用いられる冷媒
ブロックを示す斜視図である。

【図１６】 本発明の更に別の実施形態の冷却ジャケッ
トを示す斜視図である。

【図１７】 従来一般の冷却ジャケットの断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ベース １１ 冷媒ブロック（第１ブロック） １１１ 貫通孔 １２ ベースブロック（第２ブロック） ４１ Ｕ字管 ５ はんだ ４１１ （Ｕ字管の）端部 １０ａ （両ブロック間の）隙間 １１２ （Ｕ字管の端部と貫通孔との間の）隙間 ８ 銅めっき層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースと媒体通路とからなる冷却ジャケ
   ットにおいて、 ベースは、第１金属材料からなり貫通孔が形成されてい
   る第１ブロックと第２金属材料からなる第２ブロックと
   が、任意の数だけ交互に並設され、隣接するブロック
   が、両ブロック間の隙間に充填されたはんだにより接合
   されて、構成されており、 媒体通路は、第１ブロックの貫通孔とＵ字管とからな
   り、全ての第１ブロックの貫通孔が、第２ブロックを介
   して隣接する第１ブロックの貫通孔がＵ字管により連結
   されることにより、連通されていることを特徴とする冷
   却ジャケット。
2. 【請求項２】 第１金属材料からなり貫通孔が形成され
   ている第１ブロック及び第２金属材料からなる第２ブロ
   ックからなるベースと、第１ブロックの貫通孔及びＵ字
   管からなる媒体通路とで構成された冷却ジャケットを製
   造する方法であって、 第２ブロックが挿入されるだけの間隔を置いて任意の数
   だけ第１ブロックを並設し、全ての第１ブロックの貫通
   孔が連通するように、隣接する第１ブロックの貫通孔を
   Ｕ字管の端部を嵌入させて連結し、貫通孔内壁とＵ字管
   の端部との隙間に超音波浸漬法によりはんだを侵入させ
   て貫通孔とＵ字管とを接合し、 全ての第１ブロックの相互間に第２ブロックを挿入し、
   第１ブロックと第２ブロックとの間の隙間に超音波浸漬
   法によりはんだを侵入させて両ブロックを接合すること
   を特徴とする冷却ジャケットの製造方法。
3. 【請求項３】 第２金属材料がアルミニウム部材であ
   り、第１金属材料がアルミニウム部材又は銅であり、Ｕ
   字管がアルミニウム部材及び銅以外の金属材料からなっ
   ており、 第１ブロックの貫通孔をＵ字管で連結し貫通孔とＵ字管
   とを接合する際において、予めＵ字管の端部表面に、
   銅、アルミニウム、亜鉛、鉛、ケイ素、カドミウム、ス
   ズ、及びこれらの１種以上を主成分とする合金、の内か
   ら任意に選択した金属からなるめっきを施しておき、そ
   の後に、貫通孔にＵ字管の端部を嵌入させて超音波浸漬
   法を行なう請求項２記載の冷却ジャケットの製造方法。
4. 【請求項４】 第２金属材料がアルミニウム部材であ
   り、第１金属材料及びＵ字管の構成材料がアルミニウム
   部材及び銅以外の金属材料であり、 第１ブロックの貫通孔をＵ字管で連結し貫通孔とＵ字管
   とを接合する際において、予め貫通孔の端部内壁とＵ字
   管の端部表面とにそれぞれ、銅、アルミニウム、亜鉛、
   鉛、ケイ素、カドミウム、スズ、及びこれらの１種以上
   を主成分とする合金、の内から任意に選択した金属から
   なるめっきを施しておき、その後に、貫通孔にＵ字管の
   端部を嵌入させて超音波浸漬法を行ない、 第１ブロックと第２ブロックとを接合する際において、
   予め第１ブロックの接合部分の表面に、銅、アルミニウ
   ム、亜鉛、鉛、ケイ素、カドミウム、スズ、及びこれら
   の１種以上を主成分とする合金、の内から任意に選択し
   た金属からなるめっきを施しておき、その後に、両ブロ
   ックに対して超音波浸漬法を行なう請求項２記載の冷却
   ジャケットの製造方法。