WO2016163062A1 - 炭素材料層含有複合材料および熱交換器 - Google Patents

炭素材料層含有複合材料および熱交換器 Download PDF

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WO2016163062A1
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metal
region
composite material
graphite
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アウン 太田
中村　真一郎
耕平 中村
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株式会社デンソー
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite

Definitions

  • the disclosure in this specification relates to a composite material including a carbon material layer and a heat exchanger.
  • Patent Documents 1-7 disclose a composite material in which a carbon material layer and a metal plate are laminated. They propose utilizing the excellent thermal conductivity of the carbon material layer.
  • JP 2005-159318 A Japanese Patent Laid-Open No. 2005-210035 JP 2006-1232 A Japanese Patent No. 4440838 Japanese Patent No. 4686274 Special table 2014-515876 gazette JP-T 8-506315
  • One object disclosed is to provide a carbon material layer-containing composite material and a heat exchanger that have good heat transfer between the carbon material layer and the metal layer.
  • Another object of the disclosure is to provide a carbon material layer-containing composite material and a heat exchanger that have good heat transfer between the carbon material layer and the metal layer and between the metal layer and the metal layer. is there.
  • the carbon material layer-containing composite material includes a first metal layer, a second metal layer, a carbon material layer provided between the first metal layer and the second metal layer, a first metal layer, and a carbon material layer. And a brazing material layer provided between the carbon material layer and the second metal layer.
  • the carbon material layer-containing composite material is a multilayer composite material including a metal layer, a brazing material layer, a carbon material layer, a brazing material layer, and a metal layer.
  • the brazing filler metal layer increases the adhesion between the metal layer and the carbon material layer. Thereby, the heat transfer between the metal layer and the carbon material layer is promoted.
  • One disclosure includes a carbon material region including a first metal layer, a brazing material layer, a carbon material layer, a brazing material layer, and a second metal layer, and a first metal layer, a brazing material layer, and a second metal layer.
  • a carbon material layer-containing composite material in which a metal region is formed.
  • the carbon material region and the metal region can be used properly.
  • the metal region can be utilized for mechanical processing.
  • One disclosure provides a heat exchanger formed of a carbon material layer-containing composite material.
  • FIGS. 1 to 8 show a composite material 10 according to this embodiment.
  • the thicknesses of the plurality of layers forming the composite material 10 are exaggerated.
  • the composite material 10 is a plate-like member.
  • the composite material 10 is a carbon material layer-containing composite material.
  • the composite material 10 is also referred to as a graphite-containing composite material.
  • the composite material 10 is disposed between two media and can be utilized to form a heat exchanger that provides heat transfer between the two media.
  • the composite material 10 can also be referred to as a heat exchanger composite material.
  • the composite material 10 can also be used as a heat diffusion member that dissipates heat from a heat-generating component such as an electric component.
  • the composite material 10 has a multilayer structure in which a metal layer 12 and a graphite layer 13 are laminated.
  • the composite material 10 includes a metal layer 12.
  • the metal layer 12 is provided on the surface of the composite material 10.
  • the metal layer 12 includes a first metal layer 21 that provides the surface of the composite material 10 and a second metal layer 22 that provides the back surface of the composite material 10.
  • the metal layer 12 extends along the entire surface of the composite material 10.
  • the metal layer 12 has a shape that can be called a sheet or a foil.
  • the metal layer 12 is made of aluminum or aluminum alloy.
  • the composite material 10 includes a graphite layer 13 as a carbon material layer.
  • the graphite layer 13 is made of graphite.
  • the graphite layer 13 has a shape that can be called a sheet or a foil.
  • the graphite layer 13 is provided between the first metal layer 21 and the second metal layer 22. Regarding the area as a plate, the graphite layer 13 is smaller than the metal layer 12.
  • the graphite layer 13 is positioned corresponding to a part of the metal layer 12. As a result, a region where the graphite layer 13 is laminated and a region where the graphite layer 13 is not laminated are formed on the metal layer 12.
  • the graphite layer 13 is available as a graphite sheet.
  • Graphity registered trademark sold by Kaneka Corporation can be used.
  • the graphite layer 13 is a sheet-like graphite obtained by thermally decomposing a polymer material.
  • the graphite layer 13 has a thermal conductivity higher than that of the metal layer 12 in the thickness direction and the plane direction.
  • the graphite layer 13 not only easily conducts heat in the thickness direction, but also easily conducts heat in the spreading direction of the surface. For this reason, the movement of heat is promoted in a large area.
  • the composite material 10 includes a brazing material layer 14.
  • the brazing filler metal layer 14 is provided between the metal layer 12 and the graphite layer 13.
  • the brazing filler metal layer 14 is also provided between the metal layer 12 and the metal layer 12, that is, between the first metal layer 21 and the second metal layer 22.
  • the brazing filler metal layer 14 bonds the metal layer 12 and the graphite layer 13 firmly.
  • the brazing filler metal layer 14 firmly bonds the first metal layer 21 and the second metal layer 22.
  • the brazing filler metal layer 14 has a high thermal conductivity.
  • the brazing filler metal layer 14 promotes heat transfer between the metal layer 12 and the graphite layer 13.
  • the brazing filler metal layer 14 promotes heat transfer between the first metal layer 21 and the second metal layer 22.
  • the brazing filler metal layer 14 is selected according to the material of the metal layer 12.
  • the brazing filler metal layer 14 is an aluminum-silicon (Al—Si) alloy.
  • the composite material 10 has a region having at least five layers including a metal layer 12, a brazing material layer 14, a graphite layer 13, a brazing material layer 14, and the metal layer 12. This region is called a graphite region 15.
  • the graphite region 15 is also called a carbon material region.
  • the composite material 10 has a region having at least three layers including the metal layer 12, the brazing material layer 14, and the metal layer 12, and not including the graphite layer 13. This region is called a metal region 16.
  • the metal region 16 is provided at the edge of the composite material 10.
  • the metal region 16 is provided on the edge of the entire circumference of the composite material 10.
  • the graphite layer 13 is embedded in the composite material 10 so as not to be exposed at the end face 17 of the composite material 10.
  • the graphite layer 13 is completely surrounded by the metal region 16.
  • the metal region 16 is adjacent to the graphite region 15.
  • the metal region 16 is arranged so as to surround the graphite region 15.
  • the metal region 16 protects the graphite layer 13.
  • the composite material 10 can be mechanically processed in the graphite region 15 and / or the metal region 16.
  • the composite material 10 can be an object of rolling.
  • the composite material 10 can be an object of bending.
  • the composite material 10 can be a target of cutting.
  • the illustrated processing example is formed by bending and cutting (drilling).
  • the composite material 10 has a bent portion 18.
  • the bent portion 18 is provided in the metal region 16.
  • the bending portion 18 is formed by bending.
  • the bent portion 18 is not provided in the graphite region 15.
  • Such a bent portion 18 makes it possible to avoid breakage of the graphite layer 13.
  • the composite material 10 has a through hole 19.
  • the through hole 19 is provided in the metal region 16.
  • the through hole 19 is formed by stamping or cutting.
  • the through hole 19 is not provided in the graphite region 15.
  • Such a through hole 19 makes it possible to avoid cutting the graphite layer 13. Further, it is possible to avoid exposing the graphite layer 13 in the cross section of the through hole 19. Thereby, dropping off and elution of components from the graphite layer 13 are avoided.
  • One of the metal regions 16 is located between the two graphite regions 15.
  • the metal region 16 makes it possible to avoid the restrictions caused by the graphite layer 13.
  • the metal region 16 reduces malleability constraints due to the graphite layer 13.
  • the metal layer 12 and the brazing material layer 14 have higher malleability than the graphite layer 13. Therefore, the elongation amount allowed in the metal region 16 is larger than the elongation amount allowed in the graphite region 15.
  • machining that cannot be used in the graphite region 15 can be used in the metal region 16.
  • the metal region 16 can be bent without being restricted by the graphite layer 13. Further, even if the metal region 16 is cut, the graphite layer 13 is not exposed.
  • the metal region 16 makes it possible to avoid the exposure of the graphite layer 13.
  • the composite material 10 can be processed into a shape suitable for the application.
  • the 4 to 8 show a method for manufacturing the composite material 10. This manufacturing method is also a part of the manufacturing method of the heat exchanger.
  • the method for manufacturing the composite material 10 includes a plurality of stages.
  • the first stage is a process of forming the brazing filler metal layer 14 on at least one surface of the metal layer 12.
  • a brazing filler metal layer 14 is provided on one surface of the metal layer 12.
  • the metal layer 12 is supplied as a plate material.
  • the brazing material layer 14 is also supplied as a plate material.
  • a plate material for the metal layer 12 and a plate material for the brazing material layer 14 are laminated. This process is also called a lamination process.
  • the second stage is a process of joining the metal layer 12 and the brazing filler metal layer 14 together.
  • a roller-type rolling mill 24 is used.
  • the laminate of the metal layer 12 and the brazing filler metal layer 14 is tightly joined by being rolled by a rolling mill 24. Through this step, the metal laminate 27 is manufactured.
  • the third stage is a process of placing the graphite layer 13 between the metal laminates 27 and laminating them.
  • the two metal laminates 27 are arranged so that the brazing filler metal layers 14 face each other.
  • the graphite layer 13 is disposed between the two metal laminates 27.
  • the graphite layer 13 is disposed in contact with the brazing material layer 14.
  • the fourth stage is a process of joining the laminate of the metal laminate 27 and the graphite layer 13.
  • a roller-type rolling mill 25 is used.
  • the laminate of the metal laminate 27 and the graphite layer 13 is tightly joined by being rolled by the rolling mill 25.
  • the laminate 28 is manufactured.
  • the laminate of the metal laminate 27 and the graphite layer 13 is pressurized so that the metal laminate 27 and the graphite layer 13 are in close contact with each other.
  • the metal laminate 27 may be deformed along the graphite layer 13.
  • the metal laminate 27 may be slightly rolled using the malleability of the material.
  • the region where the two metal laminates 27 are laminated, that is, the region to be the metal region 16, may be rolled so as to increase the area.
  • a region where the graphite layer 13 exists that is, a region to be the graphite region 15 may be pressed so as not to be rolled.
  • the pressing force in other words, the rolling amount is adjusted so as to avoid the breaking of the graphite layer 13.
  • the region to be the graphite region 15 may be rolled within a range that the malleability of the graphite layer 13 allows.
  • the fifth stage is a heating process for bonding the layers of the laminate 28 more firmly.
  • the laminated body 28 is disposed in the furnace 26.
  • the furnace 26 is a brazing furnace capable of melting the brazing material layer 14.
  • the laminated body 28 is heated in the furnace 26 at, for example, about 600 ° C. for about 30 minutes.
  • the brazing filler metal layer 14 is solidified again after being melted. Thereby, the composite material 10 is manufactured.
  • the heat exchanger manufacturing method further includes a step of mechanically processing the composite material 10 into a predetermined shape to form a heat exchanger part, and a step of forming a heat exchanger by a plurality of heat exchanger parts.
  • the step of forming the heat exchanger can include assembling a plurality of heat exchanger parts and joining the plurality of parts. In the joining process, for example, brazing is used.
  • a five-layer composite material 10 including the metal layer 12, the brazing material layer 14, the graphite layer 13, the brazing material layer 14, and the metal layer 12 is provided.
  • the composite material 10 has a brazing material layer 14 between the metal layer 12 and the graphite layer 13.
  • the brazing filler metal layer 14 increases the degree of adhesion between the metal layer 12 and the graphite layer 13. Thereby, the heat transfer between the metal layer 12 and the graphite layer 13, that is, in the graphite region 15 is promoted.
  • the composite material 10 has a brazing filler metal layer 14 between the two metal layers 12, that is, between the first metal layer 21 and the second metal layer 22.
  • the brazing filler metal layer 14 increases the adhesion between the two metal layers 12. Thereby, the heat transfer between the two metal layers 12, that is, in the metal region 16 is promoted.
  • the composite material 10 has a graphite region 15 and a metal region 16. Therefore, the composite material 10 can obtain characteristics resulting from the graphite layer 13 in the graphite region 15. For example, the composite material 10 promotes heat transfer due to the high thermal conductivity of the graphite layer 13 in the graphite region 15. On the other hand, the composite material 10 can be processed in the metal region 16 without being restricted by the graphite layer 13. For example, processing such as bending and cutting that is not restricted by the graphite layer 13 is possible.
  • the composite material 10 is suitable as a heat exchanger material.
  • the graphite region 15 provides the excellent heat transfer required for heat exchangers.
  • the metal region 16 allows processing into the shape required for the heat exchanger.
  • This embodiment is a modified example based on the preceding embodiment.
  • a plurality of graphite layers 13 are provided on one composite material 10.
  • one graphite layer 13 is provided on one composite material 210.
  • the composite material 210 has one graphite layer 13.
  • the composite material 210 has a graphite region 15 and a metal region 16.
  • the metal region 16 is arranged so as to surround the graphite layer 13.
  • the composite material 210 is an elongated plate.
  • the graphite region 15 is formed so as to extend along the central portion of the elongated plate.
  • FIG. 10 and 11 show examples of processing of the composite material 210.
  • FIG. The composite material 210 is processed to provide the heat exchanger media tube 31.
  • the medium pipe 31 is provided between two media to be heat exchanged, and provides heat transfer between them.
  • One medium flows into the inside of the medium pipe 31, that is, the passage cavity 33.
  • the other medium flows outside the medium tube 31.
  • the medium tube 31 is also a heat exchanger.
  • the medium tube 31 is a flat tube.
  • Two composite materials 210 are used to form the media tube 31.
  • the two composite materials 210 are joined by the brazing material 32.
  • the composite material 210 is formed in an elongated bowl shape by forming the bent portions 18 in the metal regions 16 at both ends that provide the long side.
  • the two composite materials 210 are arranged to form a passage cavity 33 therebetween.
  • a medium pipe 31 is provided in which both sides extending in the longitudinal direction are joined.
  • the graphite region 15 is disposed on the two main surfaces of the flat medium tube 31. As a result, heat transfer between the two media is provided via both sides of the media tube 31.
  • the metal region 16 can be used to provide a necessary shape as a heat exchanger component. Further, the performance of the heat exchanger can be improved by utilizing the graphite region 15.
  • This embodiment is a modification in which the preceding embodiment is a basic form.
  • the metal region 16 is disposed so that the graphite layer 13 is not exposed. Instead, the graphite layer 13 may be exposed on the end face 17.
  • the composite material 310 includes the graphite layer 13 disposed so as to be exposed at the end face 17.
  • the entire surface of the composite material 310 is the graphite region 15. According to this embodiment, a wide graphite region 15 can be provided.
  • This embodiment is a modified example based on the preceding embodiment.
  • region 15 has spread continuously over a predetermined area.
  • the metal region 36 may be partially formed in the graphite region 15.
  • the composite material 410 includes the graphite layer 13.
  • the graphite layer 13 has a plurality of through holes 35.
  • the plurality of through holes 35 are formed dispersed on the graphite layer 13.
  • the through-hole 35 enables the two metal layers 12 to be arranged to face each other with the brazing material layer 14 interposed therebetween. Therefore, a metal region 36 is formed in the range of the through hole 35.
  • the metal region 36 is arranged in an island shape in the graphite region 15.
  • the metal region 36 is completely surrounded by the graphite region 15.
  • the metal region 36 is independent.
  • the shape of the through hole 35 and the metal region 36 can be selected according to the use and required performance of the composite material 410.
  • the through holes 35 and the metal regions 36 having various shapes such as a quadrangle, a triangle, and an elongated slit can be used.
  • the through hole 35 may partially reach the edge of the graphite layer 13. In such a configuration, it can be said that the through hole 35 is defined and the metal region 36 formed in the through hole 35 is imperfect but is still surrounded by the graphite region 15.
  • the metal region 36 provides a metal region 36 in which the two metal layers 12 are firmly joined by the brazing material layer 14 in the graphite region 15. For this reason, the metal region 36 provides a stable bonding state between the metal layer 12 and the graphite layer 13.
  • Embodiments The disclosure is not limited to the illustrated embodiments, and various modifications can be made.
  • the disclosure is not limited to the combinations shown in the embodiments, and can be implemented by various combinations.
  • Embodiments can have additional parts.
  • the portion of the embodiment may be omitted.
  • the parts of the embodiments can be replaced or combined with the parts of the other embodiments.
  • the structure, operation, and effect of the embodiment are merely examples.
  • the technical scope disclosed is not limited to the description of the embodiments. Some technical scope disclosed is indicated by the description of the claims, and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the claims. .
  • the graphite layer 13 is used as the carbon material layer.
  • a carbon material having a thermal conductivity higher than that of the metal layer 12 to be combined can be used.
  • the carbon material layer may be provided by an aggregate of carbon fibers, an aggregate of carbon nanotubes, or an aggregate of fullerenes.
  • examples of processing the composite materials 10, 210, 310, 410 are illustrated.
  • the composite material 10, 210, 310, 410 can be subjected to various mechanical processing.
  • the medium tube may be provided by processing the composite material 10 illustrated in FIG. 1 into a cylindrical shape.
  • the graphite region 15 may be bent. For example, bending may be applied to a part of the graphite region 15 so as to bisect the graphite layer 13.
  • the medium tube 31 of the heat exchanger is illustrated as an application of the composite material 10, 210, 310, 410.
  • the use of the composite material 10, 210, 310, 410 is not limited to this.
  • the composite materials 10, 210, 310, and 410 can be used for various parts such as a heat exchanger tank and fins. Further, the composite materials 10, 210, 310, and 410 can be used for components that require both heat transfer promotion and mechanical processing.
  • the composite materials 10, 210, 310, and 410 can be used as a heat dissipation member, a protective cover, and a case for an electronic circuit.

Abstract

　複合材料（１０）は、第１金属層（２１）、ろう材層（１４）、グラファイト層（１３）、ろう材層（１４）、および第２金属層（２２）を有する。複合材料（１０）は、これら５層が積層されたグラファイト領域（１５）を有する。さらに、複合材料（１０）は、第１金属層（２１）、ろう材層（１４）、および第２金属層（２２）が積層された金属領域（１６）を有する。グラファイト領域（１５）は、優れた熱移動を実現する。金属領域（１６）は、変形を伴う加工、または切断を伴う孔加工のために利用される。金属領域（１６）は、グラファイト層（１３）に過度の変形を生じさせることなく複合材料（１０）を求められる形状に加工することを可能とする。

Description

炭素材料層含有複合材料および熱交換器 関連出願の相互参照
　この出願は、２０１５年４月９日に出願された日本特許出願２０１５－８０２７７号を基礎出願とするものであり、当該基礎出願の開示内容は参照によってこの出願に組み込まれている。
　この明細書における開示は、炭素材料層を含む複合材料および熱交換器に関する。
　特許文献１－７は、炭素材料層と金属板とを積層した複合材料を開示している。これらは、炭素材料層がもつ優れた熱伝導率を利用することを提案している。
特開２００５－１５９３１８号公報 特開２００５－２１００３５号公報 特開２００６－１２３２号公報 特許第４４４０８３８号公報 特許第４６８６２７４号公報 特表２０１４－５１５８７６号公報 特表平８－５０６３１５号公報
　従来技術では、炭素材料層と金属板との接合、および縁部などにおける金属板と金属板との接合に起因して、それらの間における熱移動が阻害される。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、炭素材料層を含む複合材料および熱交換器にはさらなる改良が求められている。
　開示されるひとつの目的は、炭素材料層と金属層との間において熱移動が良好な炭素材料層含有複合材料および熱交換器を提供することである。
　開示される他のひとつの目的は、炭素材料層と金属層との間、および金属層と金属層との間において熱移動が良好な炭素材料層含有複合材料および熱交換器を提供することである。
　請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。
　ひとつの開示は、炭素材料層含有複合材料を提供する。炭素材料層含有複合材料は、第１金属層、および第２金属層と、第１金属層と第２金属層との間に設けられた炭素材料層と、第１金属層と炭素材料層との間、および炭素材料層と第２金属層との間に設けられたろう材層とを備える。
　炭素材料層含有複合材料は、金属層、ろう材層、炭素材料層、ろう材層、および金属層を含む多層の複合材料である。ろう材層は、金属層と炭素材料層との間の密着度を高める。これにより、金属層と炭素材料層との間における熱移動が促進される。
　ひとつの開示は、第１金属層、ろう材層、炭素材料層、ろう材層、および第２金属層を含む炭素材料領域と、第１金属層、ろう材層、および第２金属層を含む金属領域とが形成された炭素材料層含有複合材料を提供する。
　炭素材料領域と金属領域とを使い分けることができる。例えば、金属領域は、機械的な加工のために利用することができる。
　ひとつの開示は、炭素材料層含有複合材料により形成された熱交換器を提供する。
第１実施形態に係る複合材料の断面図である。 複合材料の加工例を示す断面図である。 複合材料の加工例を示す斜視図である。 複合材料の製造方法を示す断面図である。 複合材料の製造方法を示す断面図である。 複合材料の製造方法を示す断面図である。 複合材料の製造方法を示す断面図である。 複合材料の製造方法を示す断面図である。 第２実施形態に係る複合材料の断面図である。 複合材料の加工例を示す断面図である。 媒体管の斜視図である。 第３実施形態に係る複合材料の断面図である。 第４実施形態に係る複合材料の斜視図である。
　図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
　第１実施形態
　図１から図８には、この実施形態に係る複合材料１０が図示されている。これらの図において、複合材料１０を形成する複数の層の厚さは誇張して描かれている。
　図１において、複合材料１０は、板状の部材である。複合材料１０は、炭素材料層含有複合材料である。複合材料１０は、グラファイト含有複合材料とも呼ばれる。複合材料１０は、２つの媒体の間に配置され、２つの媒体の間の熱移動を提供する熱交換器を形成するために利用することができる。複合材料１０は、熱交換器用複合材料とも呼ぶことができる。複合材料１０は、電気部品などの発熱部品からの熱を分散させる熱拡散部材としても利用することができる。複合材料１０は、金属層１２とグラファイト層１３とが積層された多層構造を有する。
　複合材料１０は、金属層１２を備える。金属層１２は、複合材料１０の表面に設けられている。金属層１２は、複合材料１０の表面を提供する第１金属層２１と、複合材料１０の裏面を提供する第２金属層２２とを有する。金属層１２は、複合材料１０の面に沿って、その全体にわたって広がっている。金属層１２は、シートまたは箔と呼びうる形状である。金属層１２は、アルミニウム製、またはアルミニウム合金製である。
　複合材料１０は、炭素材料層としてグラファイト層１３を備える。グラファイト層１３は、グラファイト製である。グラファイト層１３は、シートまたは箔と呼びうる形状である。グラファイト層１３は、第１金属層２１と第２金属層２２との間に設けられている。板としての面積に関して、グラファイト層１３は、金属層１２よりも小さい。グラファイト層１３は、金属層１２の一部に対応して位置づけられている。この結果、金属層１２の上には、グラファイト層１３と積層される領域と、グラファイト層１３と積層されない領域とが形成される。
　グラファイト層１３は、グラファイトシートとして入手可能である。例えば、株式会社カネカが販売するＧｒａｐｈｉｎｉｔｙ（登録商標）を利用することができる。グラファイト層１３は、高分子材料を熱分解することによって得られたシート状のグラファイトである。グラファイト層１３は、その厚さ方向および面方向に関して金属層１２の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。グラファイト層１３は、厚さ方向に関して熱を伝えやすいだけでなく、その面の広がり方向にも熱を伝えやすい。このため、広い面積において熱の移動を促進する。
　複合材料１０は、ろう材層１４を備える。ろう材層１４は、金属層１２とグラファイト層１３との間に設けられている。ろう材層１４は、金属層１２と金属層１２との間、すなわち第１金属層２１と第２金属層２２との間にも設けられている。ろう材層１４は、金属層１２とグラファイト層１３とを強固に接合する。ろう材層１４は、第１金属層２１と第２金属層２２との間を強固に接合する。しかも、ろう材層１４は、高い熱伝導率を有している。ろう材層１４は、金属層１２とグラファイト層１３との間の熱移動を促進する。ろう材層１４は、第１金属層２１と第２金属層２２との間の熱移動を促進する。
　ろう材層１４は、金属層１２の材料に応じて選定されている。ろう材層１４は、アルミニウム－シリコン系（Ａｌ－Ｓｉ）の合金である。
　複合材料１０は、金属層１２、ろう材層１４、グラファイト層１３、ろう材層１４、および金属層１２を含む少なくとも５層を有する領域を有する。この領域は、グラファイト領域１５と呼ばれる。グラファイト領域１５は、炭素材料領域とも呼ばれる。
　複合材料１０は、金属層１２、ろう材層１４、および金属層１２を含み、グラファイト層１３を含まない少なくとも３層を有する領域を有する。この領域は、金属領域１６と呼ばれる。
　金属領域１６は、複合材料１０の縁部に設けられている。金属領域１６は、複合材料１０の全周の縁に設けられている。これにより、グラファイト層１３は、複合材料１０の端面１７に露出しないように複合材料１０の中に埋設されている。言い換えると、グラファイト層１３は、金属領域１６によって完全に包まれている。金属領域１６は、グラファイト領域１５に隣接している。金属領域１６は、グラファイト領域１５を囲むように配置されている。金属領域１６は、グラファイト層１３を保護する。
　図２および図３において、複合材料１０の加工例のひとつが図示されている。複合材料１０は、グラファイト領域１５および金属領域１６の両方、またはいずれか一方において機械的な加工が可能である。例えば、複合材料１０は、圧延加工の対象とすることができる。また、複合材料１０は、曲げ加工の対象とすることができる。また、複合材料１０は、切削加工の対象とすることができる。図示の加工例は、曲げ加工と、切削加工（孔あけ加工）とによって形成されている。
　図示の例において、複合材料１０は、曲げ部１８を有する。曲げ部１８は、金属領域１６に設けられている。曲げ部１８は、曲げ加工によって形成されている。曲げ部１８は、グラファイト領域１５には設けられていない。このような曲げ部１８は、グラファイト層１３の破損を回避することを可能とする。複合材料１０は、貫通穴１９を有する。貫通穴１９は、金属領域１６に設けられている。貫通穴１９は、プレス加工による打ち抜き、または切削加工によって形成されている。貫通穴１９は、グラファイト領域１５には設けられていない。このような貫通穴１９は、グラファイト層１３の切断を回避することを可能とする。また、貫通穴１９の断面においてグラファイト層１３が露出することを回避することを可能とする。これにより、グラファイト層１３からの成分の脱落、溶出が回避される。
　金属領域１６のひとつは、２つのグラファイト領域１５の間に位置している。金属領域１６は、グラファイト層１３に起因する制約を回避することを可能とする。例えば、金属領域１６は、グラファイト層１３に起因する展性の制約を減らす。金属層１２およびろう材層１４は、グラファイト層１３よりも高い展性を有する。よって、金属領域１６において許容される伸び量は、グラファイト領域１５において許容される伸び量より大きい。この結果、金属領域１６においては、グラファイト領域１５では使えない機械加工を利用することができる。また、グラファイト層１３の曲げ加工が制限される場合には、金属領域１６はグラファイト層１３に制約されない曲げ加工を可能とする。また、金属領域１６は切削加工されてもグラファイト層１３が露出しない。よって、金属領域１６はグラファイト層１３の露出を回避することを可能とする。このように、金属領域１６が設けられることによって、複合材料１０をその用途に適した形状に加工することができる。
　図４から図８は、複合材料１０の製造方法を示す。この製造方法は、熱交換器の製造方法の一部でもある。複合材料１０の製造方法は、複数の段階を有する。
　図４において、第１の段階は、金属層１２の少なくとも一方の面にろう材層１４を形成する工程である。この段階では、金属層１２の一方の面に、ろう材層１４が設けられる。金属層１２は板材として供給される。ろう材層１４も板材として供給される。この工程では、金属層１２のための板材と、ろう材層１４のための板材とが積層される。この工程は、積層工程とも呼ばれる。
　図５において、第２の段階は、金属層１２とろう材層１４とを接合する工程である。ここでは、ローラ式の圧延機２４が使用される。金属層１２とろう材層１４との積層体は、圧延機２４によって圧延されることにより、緊密に接合される。この工程により、金属積層体２７が製造される。
　図６において、第３の段階は、金属積層体２７の間にグラファイト層１３を配置し、それらを積層する工程である。２枚の金属積層体２７は、それらのろう材層１４が互いに対向するように配置される。それら２枚の金属積層体２７の間にグラファイト層１３が配置される。グラファイト層１３は、ろう材層１４と接するように配置される。
　図７において、第４の段階は、金属積層体２７とグラファイト層１３との積層体を接合する工程である。ここでは、ローラ式の圧延機２５が使用される。金属積層体２７とグラファイト層１３との積層体は、圧延機２５によって圧延されることにより、緊密に接合される。この工程により、積層体２８が製造される。この工程では、金属積層体２７とグラファイト層１３とが緊密に密着するように、金属積層体２７とグラファイト層１３との積層体が加圧される。この工程では、金属積層体２７がグラファイト層１３に沿うように変形されてもよい。金属積層体２７は、その材料の展性を利用してやや圧延されてもよい。２枚の金属積層体２７が積層された領域、すなわち金属領域１６となるべき領域は、面積が広がるように圧延されてもよい。グラファイト層１３が存在する領域、すなわちグラファイト領域１５となるべき領域は、圧延されないように加圧されてもよい。例えば、グラファイト層１３の破れを回避するように加圧力、言い換えると圧延量が調節される。グラファイト領域１５となるべき領域は、グラファイト層１３の展性が許容する範囲内で圧延されてもよい。
　図８において、第５の段階は、積層体２８の各層をより強固に接合するための加熱工程である。積層体２８は、炉２６内に配置される。炉２６は、ろう材層１４を溶融させることができるろう付け炉である。積層体２８は、炉２６内において、例えば、約６００°Ｃで約３０分間加熱される。これにより、ろう材層１４は、溶融させられた後に、再び凝固する。これにより複合材料１０が製造される。
　熱交換器の製造方法は、さらに、複合材料１０を所定の形状に機械的に加工し熱交換器部品を形成する工程と、複数の熱交換器部品によって熱交換器を形成する工程とを備える。熱交換器を形成する工程は、複数の熱交換器部品を組立てる工程と、これら複数の部品を接合する工程とを含むことができる。接合工程では、例えばろう付けが用いられる。
　この実施形態によると、金属層１２、ろう材層１４、グラファイト層１３、ろう材層１４、および金属層１２を含む５層の複合材料１０が提供される。複合材料１０は、金属層１２とグラファイト層１３との間にろう材層１４を有する。ろう材層１４は、金属層１２とグラファイト層１３との間の密着度を高める。これにより、金属層１２とグラファイト層１３との間、すなわちグラファイト領域１５における熱移動が促進される。また、複合材料１０は、２つの金属層１２の間、すなわち第１金属層２１と第２金属層２２との間に、ろう材層１４を有する。ろう材層１４は、２つの金属層１２の間の密着度を高める。これにより、２つの金属層１２の間、すなわち金属領域１６における熱移動が促進される。
　複合材料１０は、グラファイト領域１５と金属領域１６とを有する。よって、複合材料１０は、グラファイト領域１５において、グラファイト層１３に起因する特性を得ることができる。例えば、複合材料１０は、グラファイト領域１５においてグラファイト層１３の高い熱伝導率に起因して熱移動を促進する。一方で、複合材料１０は、金属領域１６において、グラファイト層１３に制約されない加工が可能である。例えば、グラファイト層１３に制約されない曲げ、切削などの加工が可能である。
　複合材料１０は、熱交換器の素材として好適である。グラファイト領域１５は、熱交換器に求められる優れた熱移動を提供する。金属領域１６は、熱交換器のために必要な形状への加工を可能とする。
　第２実施形態
　この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、１枚の複合材料１０に複数のグラファイト層１３が設けられる。これに代えて、この実施形態では、１枚の複合材料２１０に１枚のグラファイト層１３が設けられる。
　図９に図示されるように、複合材料２１０は、ひとつのグラファイト層１３を有する。複合材料２１０は、グラファイト領域１５と、金属領域１６とを有する。金属領域１６は、グラファイト層１３を囲むように配置されている。複合材料２１０は、細長い板である。グラファイト領域１５は、細長い板の中央部分に沿って細長く延びるように形成されている。
　図１０および図１１は、複合材料２１０の加工例を示す。複合材料２１０は、熱交換器の媒体管３１を提供するように加工されている。媒体管３１は、熱交換の対象となる２つの媒体の間に設けられ、それらの間の熱移動を提供する。媒体管３１の内部、すなわち通路空洞３３に一方の媒体が流される。媒体管３１の外側に他方の媒体が流される。媒体管３１は、熱交換器でもある。
　媒体管３１は、扁平管である。媒体管３１を形成するために、２枚の複合材料２１０が用いられている。２枚の複合材料２１０は、ろう材３２によって接合されている。複合材料２１０は、長辺を提供する両端の金属領域１６に曲げ部１８を形成することによって細長い樋状に形成されている。２つの複合材料２１０は、それらの間に通路空洞３３を形成するように配置されている。この結果、長手方向に沿って延びる両辺が接合された媒体管３１が提供される。
　グラファイト領域１５は、扁平な媒体管３１のふたつの主面に配置される。この結果、媒体管３１の両面を経由して２つの媒体の間の熱移動が提供される。この実施形態によると、金属領域１６を利用して熱交換器の部品として必要な形状を提供することができる。また、グラファイト領域１５を利用して熱交換器の性能を向上させることができる。
　第３実施形態
　この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、グラファイト層１３が露出しないように金属領域１６が配置されている。これに代えて、端面１７にグラファイト層１３が露出してもよい。
　図１２に図示されるように、複合材料３１０は、端面１７に露出するように配置されたグラファイト層１３を備える。複合材料３１０は、その全面がグラファイト領域１５である。この実施形態によると、広いグラファイト領域１５を設けることができる。
　第４実施形態
　この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、グラファイト領域１５が所定の面積にわたって連続的に広がっている。これに代えて、グラファイト領域１５の中に、部分的に金属領域３６を形成してもよい。
　図１３において、複合材料４１０は、グラファイト層１３を備える。グラファイト層１３は、複数の貫通穴３５を有する。複数の貫通穴３５は、グラファイト層１３の上に分散して形成されている。貫通穴３５は、ろう材層１４を介して２枚の金属層１２が対向配置されることを可能とする。よって、貫通穴３５の範囲には、金属領域３６が形成される。金属領域３６は、グラファイト領域１５の中に島状に配置されている。金属領域３６は、グラファイト領域１５によって完全に囲まれている。金属領域３６は、独立している。
　貫通穴３５および金属領域３６の形状は、複合材料４１０の用途、要求性能に応じて選択することができる。例えば、四角形、三角形、細長いスリット状など多様な形状の貫通穴３５および金属領域３６を採用することができる。また、貫通穴３５は、部分的にグラファイト層１３の縁に到達していてもよい。かかる構成においては、貫通穴３５が区画し、貫通穴３５の中に形成される金属領域３６は、不完全ではあるが、依然としてグラファイト領域１５に囲まれているといえる。
　金属領域３６は、グラファイト領域１５の中において、２つの金属層１２がろう材層１４によって強固に接合された金属領域３６を提供する。このため、金属領域３６は、金属層１２とグラファイト層１３との安定的な接合状態を提供する。
　他の実施形態
　開示は、例示された実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
　例えば、上記実施形態では、炭素材料層としてグラファイト層１３が利用される。これに代えて、組み合わせられる金属層１２の熱伝導率より高い熱伝導率をもつ炭素材料を用いることができる。例えば、炭素材料層は、炭素繊維の集合体、カーボンナノチューブの集合体、またはフラーレンの集合体によって提供されうる。
　上記実施形態では、複合材料１０、２１０、３１０、４１０の加工例が例示されている。複合材料１０、２１０、３１０、４１０は、多様な機械的な加工の対象とすることができる。例えば、図１に図示される複合材料１０を筒状に加工して媒体管を提供してもよい。また、グラファイト領域１５に曲げ加工が加えられてもよい。例えば、グラファイト層１３を二分するように、グラファイト領域１５の一部に曲げ加工が加えられてもよい。
　上記実施形態では、複合材料１０、２１０、３１０、４１０の用途として熱交換器の媒体管３１が例示されている。複合材料１０、２１０、３１０、４１０の用途は、これに限定されない。複合材料１０、２１０、３１０、４１０は、熱交換器のタンク、フィンなど多様な部品に利用可能である。また、複合材料１０、２１０、３１０、４１０は、熱移動の促進と、機械的な加工との両方が必要とされる部品に利用可能である。例えば、複合材料１０、２１０、３１０、４１０は、電子回路のための放熱部材、保護カバー、ケースとして利用可能である。

Claims (9)

  1. 　第１金属層、および第２金属層（１２、２１、２２）と、
    　前記第１金属層と前記第２金属層との間に設けられた炭素材料層（１３）と、
    　前記第１金属層と前記炭素材料層との間、および前記炭素材料層と前記第２金属層との間に設けられたろう材層（１４）とを備えた炭素材料層含有複合材料。
  2. 　前記第１金属層、前記ろう材層、前記炭素材料層、前記ろう材層、および前記第２金属層を含む炭素材料領域（１５）と、
    　前記第１金属層、前記ろう材層、および前記第２金属層を含む金属領域（１６、３６）とが形成された請求項１に記載の炭素材料層含有複合材料。
  3. 　前記金属領域が前記炭素材料領域を囲むように配置された請求項２に記載の炭素材料層含有複合材料。
  4. 　複数の前記炭素材料領域と、
    　複数の前記炭素材料領域の間に配置された前記金属領域（１６）とが形成された請求項２または請求項３に記載の炭素材料層含有複合材料。
  5. 　前記金属領域に曲げ部（１８）が形成された請求項２から請求項４のいずれかに記載の炭素材料層含有複合材料。
  6. 　前記金属領域に貫通穴（１９）が形成された請求項２から請求項５のいずれかに記載の炭素材料層含有複合材料。
  7. 　前記炭素材料領域の中に、前記第１金属層、前記ろう材層、および前記第２金属層を含む前記炭素材料領域に囲まれた金属領域（３６）が形成された請求項２から請求項６のいずれかに記載の炭素材料層含有複合材料。
  8. 　前記第１金属層および前記第２金属層がアルミニウムまたはアルミニウム合金製であり、
    　前記ろう材層がアルミニウム－シリコン系のろう材製であり、
    　前記炭素材料層がグラファイト製である請求項１から請求項７のいずれかに記載の炭素材料層含有複合材料。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれかに記載の炭素材料層含有複合材料により形成された熱交換器。
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