WO2020138211A1 - 冷却ユニット、冷却ユニットの製造方法および構造体 - Google Patents

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瑞枝 栗谷川
和樹 木村
慎治 中島
高広 冨永
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三井化学株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling unit, a cooling unit manufacturing method, and a structure.
  • the liquid cooling type cooling device generates a heat from a heating element such as a secondary battery block by contacting a cooling unit made of a metal plate containing a flow path for circulating the refrigerant with the heating element such as a secondary battery block. The heat generated is transferred to a heat exchanger provided outside the device to cool the heating element (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 2 As measures against this, in Patent Document 2, a first seal portion and a second seal portion using an O-ring are interposed between a cooling case in which a cooling liquid flows and a heat dissipation board on which a semiconductor element is mounted. A technique is disclosed in which liquid tightness is secured by pressing the cooling case and the heat dissipation substrate under pressure in this state.
  • the first seal portion is provided on the outer peripheral side of the recess of the cooling case in which the cooling liquid flows, and the second seal is further provided on the outer peripheral side of the first seal portion. Sections are provided. Then, a groove portion for liquid escape is provided at a predetermined position of the cooling case located between the first seal portion and the second seal portion. Such a mechanism for preventing water leakage is not practical because it complicates the structure of the cooling unit.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a cooling unit excellent in liquid tightness (for example, water tightness) that can reduce the risk of refrigerant leakage.
  • liquid tightness for example, water tightness
  • a cooling unit a manufacturing method of the cooling unit, and a structure shown below.
  • a cooling unit including a resin tray, a metal plate provided on one surface of the resin tray, and a flow path forming rib provided in a space between the resin tray and the metal plate. hand, The top surface of the side wall of the resin tray and the metal plate are mechanically fastened via an elastic packing, The elastic packing includes a bonding packing bonded to the surface of the metal plate, A cooling unit in which a fine concavo-convex structure is formed on at least a joint portion of the surface of the metal plate with the joint packing. [2] The cooling unit according to the above [1], wherein the elastic packing contains a thermoplastic elastomer.
  • thermoplastic elastomer contains a urethane-based thermoplastic elastomer.
  • elastic packing has a tensile elastic modulus at 23° C. of 2 MPa or more and 500 MPa or less.
  • resin tray and at least a part of the flow path forming rib are integrally formed of the same material.
  • metal plate and at least a part of the flow path forming rib are integrally formed of the same material.
  • the metal plate is composed of at least one member selected from the group consisting of an aluminum member, an aluminum alloy member, a copper member and a copper alloy member.
  • a manufacturing method for manufacturing the cooling unit according to any one of [1] to [13], A method of manufacturing a cooling unit, comprising the step of injection-molding the bonding packing onto the metal plate by injection molding the bonding packing on the fine concavo-convex structure on the surface of the metal plate.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional photograph of a boundary portion between an elastic packing and a metal plate in the composite structure manufactured in Example 1.
  • 7 is a view showing a cross-sectional photograph of a boundary portion between an elastic packing and a metal plate in the composite structure manufactured in Comparative Example 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the measuring method of the penetration rate to a fine grooving
  • the cooling unit 1 includes a resin tray 3, a metal plate 2 provided on one surface of the resin tray 3, and a flow provided in a space between the resin tray 3 and the metal plate 2.
  • the cooling unit including the path forming ribs 5 the top surface portion 3b of the side wall portion 3a of the resin tray 3 and the metal plate 2 are mechanically fastened via the elastic packing 4, and the elastic packing 4 is
  • the cooling unit includes a bonding packing bonded to the surface of the metal plate 2, and a fine concavo-convex structure is formed on at least a bonding portion of the surface of the metal plate 2 with the bonding packing.
  • the resin tray 3 and the metal plate 2 are mechanically fastened via the elastic packing 4 (joint packing).
  • the risk of leakage can be reduced. That is, the cooling unit 1 according to the present embodiment has excellent liquid tightness. Furthermore, the structure of the cooling unit 1 according to the present embodiment is simple, so that it is also highly practical.
  • the elastic packing bonded to the metal plate 2 is referred to as a bonded packing. That is, the joint packing is joined to the metal plate 2 at a stage before the resin tray 3 and the metal plate 2 are mechanically fastened.
  • the entire metal plate of the metal plate 2 is cooled by the coolant flowing through the flow path 7 formed in the resin tray 3, such as a battery cell or a semiconductor device in contact with the surface of the metal plate 2 opposite to the flow path.
  • the heating element is cooled efficiently.
  • a part of the cooling unit 1 is formed by the resin tray 3, the weight of the cooling unit 1 or the entire structure can be reduced.
  • a fastening means for the metal plate 2 and the resin tray 3 a known fastening method other than the mechanical fastening means via the elastic packing 4, for example, an adhesive agent for the metal plate 2 and the resin tray 3 is used. It does not exclude the coexistence of joining and fastening methods. In other words, all the cooling units including the mode in which the metal plate 2 and the resin tray 3 are mechanically fastened via the elastic packing 4 are within the scope of the present embodiment.
  • the cooling unit 1 is classified into the following three embodiments depending on, for example, the material of the flow path forming ribs 5.
  • the first embodiment is a cooling unit in which the resin tray 3 and at least a part of the flow path forming rib 5 (resin flow path forming rib 5a) are integrally formed of the same material (FIG. 2, see FIG. 5(b)).
  • the second embodiment is a cooling unit in which the metal plate 2 and at least a part of the flow path forming rib 5 (metal flow path forming rib 5b) are integrally formed of the same material (FIG. 3). , FIG. 5A).
  • the third embodiment is a cooling unit in which the flow path forming rib 5 includes both a resin flow path forming rib 5a and a metal flow path forming rib 5b (see FIG. 5C).
  • the first embodiment is preferable from the viewpoints of easy flow path creation and lightness of the entire cooling unit 1.
  • the elastic packing 4 is arranged around the surface of the metal plate 2 that contacts the top surface portion 3b.
  • the number of the elastic packings 4 may be one, or may be two or more. This is a matter arbitrarily set by a person skilled in the art depending on the usage environment of the cooling unit 1.
  • another elastic packing is used in order to surely block the leakage.
  • the elastic packing is wound around the outer circumference of the packing so as not to intersect with the packing.
  • the packing may be a string having both ends or a loop having no ends, but a loop is usually preferably used. This is because, in the case of a string-like shape, a gap may be formed between the bridge and the end when the elastic packing is arranged around the bridge.
  • the elastic packing 4 includes a bonding packing that is, for example, injection bonded or adhesively bonded to the surface of the metal plate 2. That is, in the case of one elastic packing 4, the elastic packing 4 is preferably injection-bonded or adhesively bonded, and more preferably injection-bonded.
  • the elastic packing 4 is composed of a plurality of elastic packings 4, at least one elastic packing 4 is preferably injection-bonded or adhesive-bonded as described later.
  • injection bonding refers to a bonding state in which a metal shape is inserted into a mold and resin is injected into the mold to integrate the two
  • “adhesive bonding" means an adhesive.
  • the elastic packing 4 is injection-bonded or adhesively bonded to the surface of the metal plate 2 in advance, when the cooling unit 1 according to the present embodiment is assembled, the elastic packing 4 is often deformed or deformed, which is often encountered when the cooling unit 1 is not bonded. It is possible to effectively avoid an extreme decrease in assembly workability due to curl deformation.
  • a fine concavo-convex structure described later is formed on at least a joint portion of the surface of the metal plate 2 with the joint packing.
  • the bonding strength between the metal surface formed by injection bonding and adhesive bonding and the elastic packing surface or adhesive surface is increased, and the liquid tightness of the interface is effectively improved. Can be made.
  • the metal plate 2 and the joint packing are joined to each other by joining a part of the joint packing into the fine concavo-convex structure, and the joint is made with the metal surface.
  • the bonding strength of the packing surface can be increased, and the liquid tightness of the interface can be effectively improved. Further, when such a fine concavo-convex structure is formed on the surface of the metal plate 2, it is possible to absorb the difference in the coefficient of linear expansion between the metal plate 2 and the elastic packing, and it is possible to suppress a decrease in bonding strength.
  • the penetration rate of the joint packing into the fine concavo-convex structure is preferably 20% or more, more preferably 30% or more, and further preferably 40% or more. As a result, the bonding strength between the metal surface and the bonding packing surface can be increased, and the liquid tightness of the interface can be effectively improved.
  • the metal plate 2 and the resin tray 3 are mechanically fastened via the elastic packing 4.
  • the concrete method for fastening the machine is not particularly limited, but fastening means by screwing or rivets is preferable in that it is excellent in economy and can maintain a firm fastening state for a long period of time.
  • a fastening means using a resin member can also be mentioned.
  • the fastening means using the resin member for example, a method of using a preformed resin member in place of the above-mentioned screwing or rivets, or injection molding of the resin member by two-color molding or the like to form the metal plate 2 and the resin tray 3 and the like. In the present embodiment, as shown in FIG.
  • the top edge portions 3c are formed on all the top surface portions 3b.
  • the area of the contact portion between the metal plate 2 and the resin tray 3 in the fastening portion can be increased, and as a result, a cooling unit that can reduce the risk of refrigerant leakage is provided.
  • the presence of such a top edge portion 3c provides flexibility in the number of machine fastening points, and also provides a spatial margin when performing the machine fastening work, resulting in reduction of human malfunction risk. There are also merits.
  • the elastic packing 4, the resin tray 3, and the metal plate 2 that form the cooling unit 1 will be sequentially described, and then an example of a method of forming the cooling unit 1 from these components will be described.
  • the elastic packing 4 preferably contains a thermoplastic elastomer (TPE).
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the TPE according to this embodiment is an elastic material such as rubber that does not need to be vulcanized, and is generally a material composed of a hard component (hard and rigid component) and a soft component (soft and flexible component). is there.
  • preferred TPEs according to this embodiment include olefin-based TPEs, amide-based TPEs, styrene-based TPEs, polyester-based TPEs, urethane-based TPEs, and the like.
  • TPEs it is more preferable to include a urethane-based TPE (hereinafter, also referred to as TPU) and an amide-based TPE (hereinafter, also referred to as TPAE) from the viewpoint of adhesive strength, sealing properties, and flexibility and repulsion properties as a packing.
  • TPU urethane-based TPE
  • TPAE amide-based TPE
  • the content of TPE in the elastic packing 4 is, for example, 60% by mass or more and 100% by mass or less, preferably 65% by mass or more and 99% by mass or less.
  • a more preferable aspect of the elastic packing 4 according to the present embodiment includes both the TPU and the TPAE.
  • the total content of the TPU and the TPAE in the elastic packing 4 is, for example, 60% by mass or more and 100% by mass or less, preferably 65% by mass or more and 95% by mass or less, and more preferably 70% by mass or more and 95% by mass or less. It is preferable that the total content of TPU and TPAE in the elastic packing 4 is 60% by mass or more because the elastic function required for the sealing material such as the elastic packing can be improved.
  • the content of TPU in the elastic packing 4 is, for example, 70% by mass or more and less than 100% by mass, preferably 70% by mass or more and 99% by mass or less, and more preferably 75% by mass or more and 98% by mass or less.
  • the content of TPAE is, for example, more than 0 mass% and 30 mass% or less, preferably 1 mass% or more and 30 mass% or less, and more preferably 2 mass% or more and 25 mass% or less.
  • TPU is, for example, a multi-block polymer composed of a hard segment composed of diisocyanate and a short chain glycol (chain extender) and a soft segment mainly composed of a polymer glycol having a number average molecular weight of about 1000 to 4000.
  • diisocyanate include aromatic isocyanate represented by 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI).
  • MDI 4,4′-diphenylmethane diisocyanate
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • Examples of the short-chain glycol include ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, diethylene glycol, tetraethylene glycol, neopentyl glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, And mixtures thereof.
  • polyether polyol represented by polytetramethylene ether glycol (PTMEG), polyester polyol which is a condensation system of adipic acid and an aliphatic or aromatic glycol, and polyene obtained by ring-opening polymerization of ⁇ -caprolactone.
  • examples thereof include caprolactone polyol.
  • the TPU is classified into an ether type, an adipate ester type, a caprolactone type, a carbonate type, etc. depending on what kind of component is used as the diisocyanate component, the short chain glycol and the polymer glycol.
  • the TPU can be used without limitation.
  • TPUs are marketed by many companies under various trade names, for example, RESAMINE P (trademark) of Dainichi Seika Kogyo Co., Ltd., PANDEX (trademark) of DIC Covestropolymer Co., Ltd., and miractolan (trademark) of Tosoh Corporation.
  • PELLETHANETM from Dow Chemical Company, B.I. F. Goodrich's ESTANETM and Bayer's DESMOPANTM are commercially available. These commercial products can be used without limitation.
  • TPAE means one having an amide bond (-CONH-) in the main chain of the polymer constituting the hard segment.
  • TPAE include amide thermoplastic elastomer (TPA) defined in JIS K6418:2007, polyamide elastomer described in JP 2004-346273 A, and the like.
  • TPAE for example, at least polyamide constitutes a hard segment having a crystalline and high melting point, and another polymer (for example, polyester or polyether) constitutes an amorphous and soft segment having a low glass transition temperature. Ingredients are listed.
  • a chain extender such as dicarboxylic acid may be used for TPAE.
  • the polyamide forming the hard segment include polyamides produced by ring-opening polycondensation of ⁇ -aminocarboxylic acids such as 6-aminocaproic acid and lactams such as ⁇ -caprolactam.
  • polymer forming the soft segment examples include polyester and polyether, and examples of the polyether include polyethylene glycol, prepropylene glycol, polytetramethylene ether glycol, ABA type triblock polyether and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Further, polyether diamine or the like obtained by reacting animonia or the like with the end of polyether can be used.
  • each combination of the above hard segment and the above soft segment can be mentioned.
  • lauryl lactam ring-opening polycondensate/polyethylene glycol combination lauryl lactam ring-opening polycondensate/polypropylene glycol combination, lauryl lactam ring-opening polycondensate/polytetramethylene ether glycol combination, lauryl
  • the lactam ring-opening polycondensate/ABA type triblock polyether combination is preferred, and the lauryl lactam ring-opening polycondensate/ABA type triblock polyether combination is particularly preferred.
  • TPAE examples include the Pebax 33 series (for example, 7233, 7033, 6333, 5533, 4033, MX1205, 3533, 2533) of Arkema, and the "UBESTA XPA” series (for example, XPA9063X1, XPA9055X1) of Ube Industries, Ltd. , XPA9048X2, XPA9048X1, XPA9040X1, XPA9040X2, etc.) and "Vestamide” series of Daicel Eponic Co., Ltd. (for example, E40-S3, E47-S1, E47-S3, E55-S1, E55-S3, EX9200, E50-R2). ) Etc. can be used.
  • the elastic packing 4 according to this embodiment preferably further contains an acid-modified polymer.
  • the content of the acid-modified polymer in the elastic packing 4 according to this embodiment is preferably 1 part by mass or more and 35 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or more 30 with respect to 100 parts by mass of the total of the TPU and the TPAE. It is not more than 5% by mass, more preferably not less than 5 parts by mass and not more than 25% by mass.
  • the present inventors have confirmed that the melt flowability of the elastic packing 4 is remarkably improved by including the acid-modified polymer in the above lower limit value or more.
  • the acid-modified polymer according to this embodiment is, for example, a polymer containing a carboxylic acid and/or a carboxylic acid anhydride group.
  • an acid-modified polyolefin resin containing a skeleton derived from an olefin component and an unsaturated carboxylic acid component is preferably used as the acid-modified polymer.
  • Various acid-modified polymers are commercially available, for example, Nucrel (registered trademark) series, which is an acid-modified polyolefin resin manufactured by Mitsui-DuPont Polychemical Co., Ltd., Himilan (registered trademark) series which is an ionomer resin thereof, manufactured by Kuraray Co., Ltd.
  • Clarity (registered trademark) series that is an acrylic block copolymer
  • Modic registered trademark
  • Admer registered trademark
  • Examples thereof include Lexpearl (registered trademark) series, which is an acid-modified polyethylene resin manufactured by Nippon Polyethylene Corporation, and Bondyne (registered trademark) series, which is a maleic anhydride-modified polyolefin resin manufactured by Arkema.
  • the elastic modulus of the elastic packing at 23° C. is preferably 2 MPa or more and 500 MPa or less. Further, the tensile elastic modulus at 23° C. of the joint packing is preferably 2 MPa or more and 500 MPa or less from the viewpoint of liquid tightness.
  • the resin tray 3 is preferably a molded product of a thermoplastic resin composition.
  • the thermoplastic resin composition contains a thermoplastic resin as a resin component, and may further contain a filler if necessary.
  • the thermoplastic resin is not particularly limited, for example, polyolefin resin, polar group-containing polyolefin resin, polymethacrylic resin such as polymethyl methacrylate resin, polyacrylic resin such as polymethyl acrylate resin, polystyrene resin, Polyvinyl alcohol-polyvinyl chloride copolymer resin, polyvinyl acetal resin, polyvinyl butyral resin, polyvinyl formal resin, polymethylpentene resin, maleic anhydride-styrene copolymer resin, polycarbonate resin, polyphenylene ether resin, polyether ether ketone resin , Aromatic polyetherketone such as polyetherketone resin, polyester resin, polyamide resin, polyamideimide resin, polyimide resin, polyetherimi
  • thermoplastic resin the mechanical strength of the resin tray 3 against external and/or internal bias is maintained, or the effect of improving the bonding strength between the resin tray 3 and the metal plate 2 is more stable.
  • thermoplastics selected from polyolefin resins, polyester resins, polyamide resins, fluorine resins, polyarylene ether resins and polyarylene sulfide resins. Resin is preferably used.
  • an arbitrary component and a filler can be used together from the viewpoint of improving the mechanical properties of the resin tray 3 and adjusting the difference in linear expansion coefficient.
  • the filler for example, one kind or two or more kinds can be selected from the group consisting of glass fiber, carbon fiber, carbon particles, clay, talc, silica, mineral and cellulose fiber. Of these, one or more selected from glass fiber, carbon fiber, talc and mineral are preferable.
  • a heat dissipation filler typified by alumina, forsterite, mica, alumina nitride, boron nitride, zinc oxide, magnesium oxide and the like can also be used.
  • the shape of these fillers is not particularly limited and may be any shape such as fibrous shape, particle shape, plate shape, etc., but as described later, a fine concavo-convex structure is formed on the surface of the metal plate 2. In this case, it is preferable to use a filler having a size that allows the fine recesses to enter.
  • the content thereof is preferably 1 part by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or more and 90 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. It is not more than 10 parts by mass, particularly preferably not less than 10 parts by mass and not more than 80 parts by mass.
  • thermosetting resin composition is a resin composition containing a thermosetting resin.
  • thermosetting resin include phenol resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, melamine resin, oxetane resin, maleimide resin, urea (urea) resin, polyurethane resin, silicone resin, and benzoxazine ring.
  • Resins, cyanate ester resins and the like are used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • thermosetting resin containing one or more selected from the group consisting of a phenol resin, an epoxy resin and an unsaturated polyester resin from the viewpoints of heat resistance, processability, mechanical properties, adhesiveness, rust resistance and the like.
  • the composition is preferably used.
  • the content of the thermosetting resin in the thermosetting resin composition is preferably 15 parts by mass or more and 60 parts by mass or less, more preferably 25 parts by mass or more and 50 parts by mass, when the total amount of the resin composition is 100 parts by mass. It is less than or equal to parts by mass.
  • the residual component is, for example, a filler, and as the filler, for example, the above-mentioned filler can be used.
  • any known method can be used without limitation as a method for molding the resin tray 3, and examples thereof include injection molding, extrusion molding, heat press molding, compression molding, transfer molding, cast molding, laser welding molding, and reaction injection molding (RIM molding). ), rim molding (LIM molding), thermal spray molding, and the like.
  • the injection molding method is preferable as the method for manufacturing the resin tray 3 from the viewpoint of productivity and quality stability.
  • the resin tray 3 (first embodiment) in which at least a part of the flow path forming rib 5 is integrally formed of the same material as the resin tray 3 or the flow path forming rib 5 is a tray.
  • the container-shaped resin tray 3 (second embodiment) not formed inside can be easily manufactured.
  • a resin tray-side recessed groove 4a for elastic packing On the top surface portion 3b of the side wall portion 3a of the resin tray 3, there is provided a resin tray-side recessed groove 4a for elastic packing, which allows the elastic packing 4 joined to the peripheral portion of the surface of the metal plate 2 to be securely embedded and closely fitted. It is preferably formed.
  • the metal plate 2 that constitutes the cooling unit 1 according to the present embodiment diffuses heat from a heating element such as a lithium-ion battery and efficiently transfers the heat to the refrigerant flowing in the resin tray 3. Play one role. Therefore, it is preferable that the metal species forming the metal plate 2 have excellent heat conductivity. From such a point of view, as the metal species forming the metal plate 2, an aluminum-based metal or a copper-based metal is used, and specifically, an aluminum member, an aluminum alloy member, a copper member, and a copper alloy member are used. It is preferably composed of at least one member selected from the group. Among these, aluminum alloy members and/or copper alloy members are more preferable.
  • the average thickness of the metal plate 2 is, for example, 0.5 mm to 30 mm, preferably 0.5 mm to 20 mm, in consideration of heat conductivity, strength and lightness.
  • a hydrophilic group is further formed on the surface of the metal plate 2 on which the fine concavo-convex structure is formed.
  • the profile (depth, hole diameter, hole distance, etc.) of the fine concavo-convex structure formed on the metal surface there is no particular limitation on the profile (depth, hole diameter, hole distance, etc.) of the fine concavo-convex structure formed on the metal surface.
  • the ten-point average roughness Rzjis usually measured according to JIS B 0601:2001 (corresponding ISO4287) is, for example, 1 ⁇ m or more, preferably 1 ⁇ m or more and 1 mm or less, more preferably 3 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the fine concavo-convex structure on the metal plate 2 is not limited to the contact surface with the resin tray 3, but the fine concavo-convex structure is formed on the entire surface of the metal plate 2. As such, such embodiments do not impair the scope of the invention.
  • a hydroxyl group or a silanol group can be mentioned as a specific example of the hydrophilic group covering the metal surface.
  • the introduction of hydrophilic groups such as hydroxyl groups onto the metal surface can be achieved, for example, by implementing a plasma surface modification technique developed by Plasmatreat, which appropriately combines Open Air (trademark) and Plasmaplus (trademark) techniques. is there.
  • the introduction of silanol groups onto the metal surface can be achieved by introducing these functional groups by, for example, an itro treatment (silica flame treatment) as described in Japanese Patent No. 3557194.
  • the fine concavo-convex structure is once formed on the metal surface by the above method, and then plasma or itro treatment may be further performed.
  • the metal plate 2 and the elastic packing 4 according to the present embodiment are preferably injection-bonded or adhesive-bonded as described above.
  • the elastic packing 4 is laid on the metal plate in order to more firmly bond the bonded elastic packing to the metal plate 2 and to surely prevent the displacement on the metal plate due to the displacement from the outside.
  • a concave groove 4b for metal plate side elastic packing may be formed in the inner side of the groove, and the elastic packing 4 may be surely buried therein.
  • the cooling unit 1 or the flow path forming rib 5 including the metal plate 2 (second embodiment) having the metal flow path forming rib 5b integrally formed of the same material as the metal plate 2 is the above
  • the method for preparing the cooling unit 1 including both the resin-made flow path forming ribs 5a and the metal-made flow path forming ribs 5b is as follows: the metal plate 2 is formed on the metal plate 2 before or after the surface treatment of the metal. It is necessary to prepare the metal flow path forming rib 5b integrally formed of the same material as the above.
  • an adjusting method for example, a known method of forming a metal flow path forming rib 5b by cutting a metal block using a rotating device such as a multi-cutter can be mentioned.
  • the multi-cutter is composed of a rotary shaft and a plurality of disc cutters arranged side by side on the rotary shaft, and the disc cutters are arranged side by side with a gap.
  • the gap between adjacent disk cutters is equal to the thickness of the metal flow path forming rib 5b, and the thickness of the disk cutter is equal to the distance between adjacent ribs, that is, the lateral width of the flow path 7.
  • adhesive bonding (method A) that executes the following element steps in the order of 1 ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4 or injection bonding (method B) that executes in the order of 1 ⁇ 3 ⁇ 4.
  • the method A adhesive bonding is a method involving an adhesive between the metal and the elastic packing
  • the method B is a method involving injection bonding. Only the methods A and B will be described in detail below.
  • Method A a typical example is a method in which a metal plate 2 and a string-shaped or loop-shaped elastic packing 4 separately prepared by a molding means such as injection molding are joined together by interposing an adhesive (adhesive joining). Can be mentioned as. It is preferable that the method A includes a step of applying an adhesive on the fine uneven structure on the surface of the metal plate 2 by a known method.
  • Method B the resin tray 3 prepared by the method described above and the metal plate 2 with elastic packing are mechanically fastened to assemble the cooling unit 1 according to the present embodiment.
  • the method B preferably includes a step of injection-molding a joint packing on the fine concavo-convex structure on the surface of the metal plate 2.
  • high-speed heat cycle molding RHCM, heat & cool molding
  • RHCM heat & cool molding
  • a method of maintaining the surface temperature of the mold at a temperature of 250 to 300° C. from the start of injection of the resin composition to the completion of pressure holding, and then cooling the surface temperature of the mold to 170 to 230° C. can be illustrated.
  • the adhesive used for adhesive bonding known natural adhesives or synthetic adhesives can be used without limitation. What kind of adhesive is used is a matter for a person skilled in the art to arbitrarily decide depending on circumstances such as what kind of use a cooling unit having what kind of performance is used for.
  • the bonding conditions vary depending on the type of the adhesive, for example, conditions of room temperature to 150° C. and 0.1 minutes to 7 days can be exemplified.
  • the bonding may be performed under pressure. When adhering under pressure, the pressure is, for example, about 0.01 to 1 MPa.
  • the cooling unit 1 according to the present embodiment can be obtained. That is, in the cooling unit 1 according to the present embodiment, it is preferable that the resin tray 3 and the metal plate 2 are mechanically fastened at least at the outer peripheral end of the resin tray 3 and the cooling unit 1. Among the mechanical fastening, at least one selected from screwing and rivets is preferable. As in the method B, the cooling unit formed by injection-bonding or adhesively bonding the metal plate 2 and the elastic packing 4, and then mechanically fastening the resin tray 3 so as to sandwich and compress the elastic packing is used.
  • the cooling unit 1 Since it is firmly fastened at the stage, leakage of the refrigerant flowing through the resin tray 3 can be suppressed more effectively. Further, the cooling unit 1 according to the present embodiment can be easily used even when the cooling unit is disassembled and re-fitted in order to cope with an unexpected failure of the cooling unit and to regularly check the flow path in the cooling unit. Can handle.
  • the structure according to the present embodiment includes a heating element, a cooling unit 1 according to the present embodiment, and a case for accommodating the heating element as necessary, and the heating element is provided on the surface of the metal plate 2 in the cooling unit 1.
  • the heating element is, for example, a battery or an electronic component.
  • a heat conductive sheet is preferably interposed in the contact portion.
  • a so-called thermal interface material may be used. Specifically, thermal grease, phase change material (PCM), gel, high heat conductive adhesive, thermal tape, etc. Can be illustrated.
  • the tensile modulus of elasticity of the elastic packing was measured using a tensile tester in accordance with JIS K6254 (2016) at a measurement temperature of 23° C., 50% RH, and a tensile speed of 50 mm/min.
  • the penetration rate of the elastic packing into the fine uneven structure was measured by the following method. First, a cross-sectional photograph of the boundary between the elastic packing and the metal plate was taken. Then, from the obtained cross-sectional photograph, as shown in FIG. 8, the upper two points of the height of the convex portion on the surface of the metal plate at the measurement length of 100 ⁇ m are connected by a straight line, and the area Sh surrounded by the straight line and the metal interface and the straight line and the metal The area Sr of the resin portion existing in the region surrounded by the interface was measured by image analysis software (software name: imageJ), and Sr/Sh ⁇ 100[%] was defined as the penetration rate.
  • imageJ image analysis software
  • Sr/Sh ⁇ 100[%] was defined as the penetration rate.
  • the ingress rate was measured at 5 points in total in one measurement sample, and the average value thereof was adopted.
  • Resamine P TM grade name P2275, manufactured by Dainichiseika Kogyo Co., Ltd.
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the obtained aluminum alloy plate was treated with an acid-based etching aqueous solution containing 3.9 mass% ferric chloride, 0.2 mass% cupric chloride and 4.1 mass% sulfuric acid.
  • the filled processing tank 2 was dipped at 30° C. for 5 minutes and rocked.
  • ultrasonic cleaning in water for 1 minute was performed with running water, and then dried to obtain a surface-roughened aluminum alloy plate M1.
  • the surface roughness of the surface-roughened aluminum alloy sheet M1 is measured according to JIS B0601:2001 (corresponding ISO4287) using a surface roughness measuring device "Surfcom 1400D (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.)".
  • the ten-point average roughness (Rzjis) was measured.
  • the Rzjis average value was 20 ⁇ m.
  • the Rzjis average value is the average value of the measured values at 6 points at different measurement locations.
  • Example 1 A J85AD110H manufactured by Japan Steel Works, Ltd. was fitted with a leak test mold, and the surface-roughened aluminum alloy plate M1 obtained by the above method was placed in the mold. Then, the resin composition A1 was injection-molded in the mold under the conditions of a cylinder temperature of 190° C., a mold temperature of 40° C., an injection speed of 25 mm/sec, a holding pressure of 80 MPa, and a holding time of 10 seconds to obtain a surface roughness. A composite structure composed of the aluminum alloy plate M1 and the joining packing made of the resin composition A1 was produced.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional photograph of the boundary between the joining packing and the metal plate in the obtained test piece.
  • the penetration rate of the joint packing into the fine concavo-convex structure calculated from the photograph of FIG. 6 was 40%.
  • the airtightness of the obtained composite structure was evaluated, and it was acceptable.
  • the elastic modulus of the elastic packing composed of the resin composition A1 at 23° C. was 9 MPa.
  • Cooling Unit 2 Metal Plate 3 Resin Tray 3a Side Wall 3b Top Side of Side Wall 3c Top Edge Formed on Side Wall 4 Elastic Packing 4a Recessed Groove for Resin Tray Elastic Packing 4b Recess for Metal Plate Side Elastic Packing Groove 5 Flow path forming rib 5a Resin flow path forming rib 5b Metal flow path forming rib 6 Machine fastening screw 7 Flow path

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Abstract

樹脂製トレイ(3)と、樹脂製トレイ(3)の一面上に設けられた金属板(2)と、樹脂製トレイ(3)と金属板(2)との間の空間に設けられた流路形成用リブ(5)と、を備える冷却ユニット(1)であって、樹脂製トレイ(3)の側壁部(3a)の頂面部(3b)と金属板(2)とが弾性パッキン(4)を介して機械締結しており、弾性パッキン(4)が、金属板(2)表面に接合している接合パッキンを含み、金属板(2)表面の、少なくとも上記接合パッキンとの接合部分に微細凹凸構造が形成されている冷却ユニット。

Description

冷却ユニット、冷却ユニットの製造方法および構造体
 本発明は、冷却ユニット、冷却ユニットの製造方法および構造体に関する。
 近年、電子機器類や二次電池モジュール類の小型化が急速に進行しており、単位体積(もしくは単位面積)あたりの発熱量の増加によってヒートマネージメントの重要性が増している。発熱は機器本体や電池本体の温度上昇につながる。電子機器内部で動作の中心的役割を果たす半導体デバイスは温度に極めて敏感であり、機器の温度上昇は動作効率の低下、誤作動、故障につながる。また、二次電池においても動作温度範囲の上限値を超える高熱状態は、容量劣化や内部抵抗の上昇を進行させる、あるいは電池を爆発などの危険な状態に陥らせる可能性もある。したがって、このような発熱を外部冷却手段によって制御するために冷却技術が重要となる。
 このような発熱体の冷却システムとして、近年では、冷媒を用いる液冷方式が普及しつつある。液冷方式では、熱交換器を比較的自由な位置に設けることができ、騒音も少ないことが普及の背景にある。液冷方式の冷却装置は、冷媒を循環させる流路を内蔵する金属板からなる冷却ユニットを二次電池ブロック等の発熱体に接触させ、流路内に通液した冷媒によって、発熱体から発生する熱を、機器外部に設けられた熱交換器に搬送することで、発熱体を冷却するものである(例えば、特許文献1参照)。
 しかし、このような冷却システムでは、外部からの衝撃や劣化により冷却ユニットが変形し、冷却ユニットを構成する冷媒流路を含む密閉構造が崩れてしまい、冷媒が漏洩する可能性がある。液漏れは、例えば二次電池モジュールの場合では電極のショートを誘引する恐れがあった。また、冷媒が漏れて基板上の回路素子が被水するという可能性があった。したがって、冷却ユニットの冷媒流路には厳密な漏水防止が求められるのである。
 この対策として、特許文献2には、冷却液が流れる冷却ケースと半導体素子が実装された放熱基板との間にOリングを用いた第1のシール部及び第2のシール部を介在させ、この状態で冷却ケースと放熱基板とを圧接することで液密性を確保する技術が開示されている。
特開2016-029624号公報 特開2001-308246号公報
 特許文献2に開示された技術によれば、第1のシール部は冷却ケースの冷却液が流れる凹部よりも外周側に設けられ、この第1のシール部よりもさらに外周側に第2のシール部が設けられる。そして、第1のシール部と第2のシール部との間に位置する冷却ケースの所定箇所には、液逃がし用の溝部が設けられている。このような漏水防止のための機構は冷却ユニットの構造を複雑化するので現実的でない。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、冷媒の漏れのリスクを低減できる液密性(例えば、水密性)に優れた冷却ユニットを提供するものである。
 本発明によれば以下に示す冷却ユニット、冷却ユニットの製造方法および構造体が提供される。
[1]
 樹脂製トレイと、上記樹脂製トレイの一面上に設けられた金属板と、上記樹脂製トレイと上記金属板との間の空間に設けられた流路形成用リブと、を備える冷却ユニットであって、
 上記樹脂製トレイの側壁部の頂面部と上記金属板とが弾性パッキンを介して機械締結しており、
 上記弾性パッキンが、上記金属板表面に接合している接合パッキンを含み、
 上記金属板表面の、少なくとも上記接合パッキンとの接合部分に微細凹凸構造が形成されている冷却ユニット。
[2]
 上記弾性パッキンが熱可塑性エラストマーを含む上記[1]に記載の冷却ユニット。
[3]
 上記熱可塑性エラストマーがウレタン系熱可塑性エラストマーを含む上記[2]に記載の冷却ユニット。
[4]
 上記弾性パッキンの23℃における引張弾性率が2MPa以上500MPa以下である上記[2]または[3]に記載の冷却ユニット。
[5]
 上記樹脂製トレイと上記流路形成用リブの少なくとも一部とが同一の材料で一体的に形成されている上記[1]乃至[4]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[6]
 上記金属板と上記流路形成用リブの少なくとも一部とが同一の材料で一体的に形成されている上記[1]乃至[5]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[7]
 上記金属板表面の、上記頂面部との接触面に、上記弾性パッキンの少なくとも一本が周回して配置されている上記[1]乃至[6]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[8]
 上記微細凹凸構造に上記接合パッキンの一部分が進入することにより上記金属板と上記接合パッキンとが接合している上記[1]乃至[7]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[9]
 上記金属板に上記接合パッキンが射出接合している上記[1]乃至[8]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[10]
 上記接合パッキンの上記微細凹凸構造への進入率が20%以上である上記[1]乃至[9]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[11]
 上記機械締結が、ネジ止およびリベットから選択される少なくとも一種を含む上記[1]乃至[10]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[12]
 上記樹脂製トレイの、少なくとも対向する側壁部の頂面部に頂縁部が形成されている上記[1]乃至[11]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[13]
 上記金属板がアルミニウム製部材、アルミニウム合金製部材、銅製部材および銅合金製部材からなる群から選択される少なくとも一種の部材により構成されている上記[1]乃至[12]のいずれか一つに記載の冷却ユニット。
[14]
 上記[1]乃至[13]のいずれか一つに記載の冷却ユニットを製造するための製造方法であって、
 上記金属板表面の上記微細凹凸構造上に、上記接合パッキンを射出成形することにより、上記金属板に上記接合パッキンを射出接合する工程を含む冷却ユニットの製造方法。
[15]
 発熱体と、
 上記[1]乃至[13]のいずれか一つに記載の冷却ユニットと、
を備え、
 上記冷却ユニットにおける上記金属板表面に上記発熱体が配置されている構造体。 
 本発明によれば、冷媒の漏れのリスクを低減できる液密性に優れた冷却ユニットを提供することができる。
本発明の実施形態に係る冷却ユニットの構造の一例を模式的に示した一部破断斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る冷却ユニットの構造の一例を模式的に示した分解斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る冷却ユニットの構造の一例を模式的に示した分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る冷却ユニットの締結部近傍の断面図である。 (a)本発明の第一実施形態に係る冷却ユニットの構造の一例のX-X’断面図である。(b)本発明の第二実施形態に係る冷却ユニットの構造の一例のX-X’断面図である。(c)本発明の第三実施形態に係る冷却ユニットの構造の一例のX-X’断面図である。なお、各図(a)~(c)の流路形成用リブ形状および配置は一例を示したに過ぎない。 実施例1で作製した複合構造体における弾性パッキンと金属板の境界部の断面写真を示す図である。 比較例1で作製した複合構造体における弾性パッキンと金属板の境界部の断面写真を示す図である。 微細凹凸構造への進入率の測定方法を説明するための図である。
 以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。また、文中の数字の間にある記号「~」は特に断りがない限り、以上から以下を表す。
 <冷却ユニット>
 本実施形態に係る冷却ユニット1は、樹脂製トレイ3と、樹脂製トレイ3の一面上に設けられた金属板2と、樹脂製トレイ3と金属板2との間の空間に設けられた流路形成用リブ5と、を備える冷却ユニットであって、樹脂製トレイ3の側壁部3aの頂面部3bと、金属板2とが弾性パッキン4を介して機械締結されており、弾性パッキン4が、金属板2表面に接合している接合パッキンを含み、金属板2表面の、少なくとも上記接合パッキンとの接合部分に微細凹凸構造が形成されている冷却ユニットである。
 本実施形態に係る冷却ユニット1は、樹脂製トレイ3と金属板2とが弾性パッキン4(接合パッキン)を介して機械締結されているため、弾性パッキン4および機械締結の相乗効果により、冷媒の漏れのリスクを低減することができる。すなわち、本実施形態に係る冷却ユニット1は、液密性に優れている。
 さらに、本実施形態に係る冷却ユニット1の構造は単純なため実用性にも優れている。
 ここで、本実施形態において、弾性パッキン4のうち、金属板2に接合している弾性パッキンを接合パッキンと呼ぶ。すなわち、接合パッキンは、樹脂製トレイ3と金属板2とが機械締結される前の段階で、金属板2に接合されている。
 金属板2は樹脂製トレイ3に形成された流路7を流通する冷媒によって、金属板全体が冷却されるので、金属板2の、流路とは反対面に接する電池セルや半導体デバイス等の発熱体が効率的に冷却される。また、冷却ユニット1の一部は樹脂製トレイ3により形成されているので、冷却ユニット1または構造体全体の重量を軽量化することができる。
 なお、本実施形態は、金属板2と樹脂製トレイ3の締結手段として、弾性パッキン4を介した機械締結手段以外の公知の締結法、例えば金属板2と樹脂製トレイ3の接着剤を使用する接合締結法、の共存を何ら排除するものではない。換言すれば、金属板2と、樹脂製トレイ3とが弾性パッキン4を介して機械締結されている態様を含むすべての冷却ユニットは本実施形態が対象とする範囲である。
 本実施形態に係る冷却ユニット1は、例えば、流路形成用リブ5の材質の違いによって次の三つの実施形態に分類される。
 第一の実施形態は、樹脂製トレイ3と流路形成用リブ5の少なくとも一部(樹脂製流路形成用リブ5a)とが同一材料で一体的に形成されている冷却ユニットである(図2、図5(b)参照)。
 第二の実施形態は、金属板2と流路形成用リブ5の少なくとも一部(金属製流路形成用リブ5b)とが同一材料で一体化して形成されている冷却ユニットである(図3、図5(a)参照)。
 第三の実施形態は、流路形成用リブ5が、樹脂製流路形成用リブ5aと金属製流路形成用リブ5bを共に含む冷却ユニットである(図5(c)参照)。
 これらの実施形態の中では、自在な流路作成の容易性、冷却ユニット1全体の軽量性の視点から、第一の実施形態が好ましい。
 本実施形態に係る冷却ユニット1においては、弾性パッキン4が、金属板2表面の、頂面部3bとの接触面に周回して配置されていることが好ましい。弾性パッキン4の本数は、一本であってもよいし、二本以上の複数本であってもよい。冷却ユニット1の使用環境によって当業者が任意に設定する事項である。複数本の弾性パッキン4を使用する場合、通常は最内周に配置された弾性パッキンからの漏水があったとしても、それを確実に遮断することを可能せしめるために、他の弾性パッキンを該パッキンと交差しないように該弾性パッキンの外周に周回配置される。パッキンは両端部を持つヒモ状であってもよいし、端部を持たないループ状であってもよいが、通常はループ状のものが好ましく用いられる。ヒモ状である場合、弾性パッキンを周回配置した場合に橋と端の間に隙間が出来る可能性があるからである。
 本実施形態においては、弾性パッキン4が、上記金属板2表面に、例えば射出接合又は接着接合している接合パッキンを含む。すなわち一本の弾性パッキン4である場合は、該弾性パッキン4が射出接合又は接着接合していることが好ましく、射出接合していることがより好ましい。複数本の弾性パッキン4からなる場合は少なくとも一本の弾性パッキン4は、後述するように射出接合又は接着接合していることが好ましい。なお、本実施形態において、「射出接合」とは金属形状物を金型にインサートして、これに樹脂を射出して両者を一体化した接合状態を示し、「接着接合」とは、接着剤を媒介とし、化学的もしくは物理的な力またはその両者によって金属面と樹脂面が結合した接合状態として定義される。
 弾性パッキン4が、金属板2表面に予め射出接合または接着接合していることにより、本実施形態に係る冷却ユニット1を組み立てる場合、接合していない場合にしばしば遭遇する弾性パッキン4の撓み変形やカール変形に基づく組立作業性の極端な低下を効果的に回避できる。
 本実施形態に係る冷却ユニット1においては、上記金属板2の表面の、少なくとも上記接合パッキンとの接合部分には、後述する微細凹凸構造が形成されている。このような微細凹凸構造が形成されていることにより、射出接合および接着接合によって形成された金属表面と弾性パッキン表面または接着剤表面の接合強度を高めるとともに、界面の液密性を効果的に向上させることができる。また、金属板2の表面に、このような微細凹凸構造が形成されていると、微細凹凸構造に接合パッキンの一部分が進入することにより金属板2と接合パッキンとが接合し、金属表面と接合パッキン表面の接合強度を高めることができるとともに、界面の液密性を効果的に向上させることができる。さらに、金属板2の表面に、このような微細凹凸構造が形成されていると、金属板2と弾性パッキンとの線膨張率の差を吸収でき、接合強度の低下を抑制することができる。
 接合パッキンの微細凹凸構造への進入率は20%以上であることが好ましく、30%以上がより好ましく、40%以上がさらに好ましい。これにより、金属表面と接合パッキン表面の接合強度を高めることができるとともに、界面の液密性を効果的に向上させることができる。
 本実施形態に係る冷却ユニット1において、金属板2と樹脂製トレイ3とが弾性パッキン4を介して機械締結されている。機械締結のための具体的な方法は特に制限されないが、ネジ止またはリベットによる締結手段が経済性に優れ、且つ堅固な締結状態を長期間にわたって維持できるという点で好ましい。機械締結のための方法としては、樹脂部材による締結手段も挙げられる。該樹脂部材による締結手段としては、例えば、上記ネジ止やリベットの代わりに、予め成形した樹脂部材を使用する方法や、二色成形などにより樹脂部材を射出成形して金属板2と樹脂製トレイ3とを締結する方法等を挙げることができる。
 本実施形態においては図4に示されるように、樹脂製トレイ3の、少なくとも対向する一組の側壁部3a(二面)、好ましくは二組の側壁部3a(四面)、すなわち全側壁部の全ての頂面部3bに頂縁部3cが形成されていることが好ましい。このような頂縁部3cが設けられることによって、締結部における金属板2と樹脂製トレイ3との接触部分の面積を増大でき、その結果、冷媒の漏れのリスクを低減できる冷却ユニットが提供される。また、このような頂縁部3cの存在は、機械締結の箇所の数に自在性を与えるとともに、機械締結作業を行う際にも空間的な余裕が生まれる結果、人的誤動作リスクを低減できるというメリットもある。
 以下、冷却ユニット1を構成する弾性パッキン4、樹脂製トレイ3、金属板2について順次説明した後、これらの構成要素から冷却ユニット1を形成する方法の一例を示す。
≪弾性パッキン4≫
 本実施形態に係る弾性パッキン4は、好ましくは熱可塑性エラストマー(TPE)を含む。本実施形態に係るTPEとは、ゴムのように加硫をする必要のない弾性体材料であり、一般にハード成分(硬く剛直な成分)とソフト成分(軟らかくフレキシブルな成分)から構成された材料である。TPEには多くの種類が知られているが、本実施形態に係る好ましいTPEとしては、オレフィン系TPE、アミド系TPE、スチレン系TPE、ポリエステル系TPEおよびウレタン系TPE等を挙げることができる。
 これらのTPEの中でも接着強度、シール特性およびパッキンとしての柔軟性や反発特性の視点から、ウレタン系TPE(以下、TPUとも呼ぶ)およびアミド系TPE(以下、TPAEとも呼ぶ)を含むことがより好ましい。弾性パッキン4に占めるTPEの含有量は、例えば60質量%以上100質量%以下、好ましくは65質量%以上99質量%以下である。本実施形態に係る弾性パッキン4のより好ましい態様は、上記TPUと上記TPAEを共に含んでなる。弾性パッキン4に占める上記TPUおよび上記TPAEの合計含有量は、例えば60質量%以上100質量%以下、好ましく65質量%以上95質量%以下、より好ましくは70質量%以上95質量%以下である。弾性パッキン4に占めるTPUおよびTPAEの合計含有量が60質量%以上であることによって、弾性パッキン等の封止材料に求められる弾性機能を良好にすることができるため好ましい。
 本実施形態においては、弾性パッキン4に占めるTPUの含有量は、例えば70質量%以上100質量%未満、好ましくは70質量%以上99質量%以下、より好ましくは75質量%以上98質量%以下であり、一方でTPAEの含有量は例えば0質量%超え30質量%以下、好ましくは1質量%以上30質量%以下、より好ましくは2質量%以上25質量%以下である。弾性パッキン4に占めるTPUの含有量を上記下限値以上とすることで、本実施形態に係る弾性パッキン4の耐薬品性、特に耐酸性を確保でき、また弾性パッキン4に占めるTPAEの含有量を上記下限値以上または超過にすることによって、弾性パッキン4の弾性を向上させることが可能となる。
 TPUは、例えば、ジイソシアナートと短鎖グリコール(鎖延長剤)からなるハードセグメントと、数平均分子量が1000~4000程度のポリマーグリコールを主体とするソフトセグメントから構成されるマルチブロックポリマーである。
 ジイソシアナートとしては、例えば、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)に代表される芳香族イソシアナート等が挙げられる。耐候性を要求される用途では、ヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)等の脂肪族イソシアナート等も適宜用いられる。
 短鎖グリコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、及びそれらの混合物等が挙げられる。
 ポリマーグリコールとしては、例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)に代表されるポリエーテルポリオール、アジピン酸と脂肪族または芳香族グリコールとの縮合系であるポリエステルポリオール、ε-カプロラクトンを開環重合したポリカプロラクトンポリオール等が挙げられる。
 ジイソシアナート成分、短鎖グリコールおよびポリマーグリコールとしてどのような成分を用いるかによって、TPUはエーテル系、アジペートエステル系、カプロラクトン系、カーボネート系等に分類されているが、本実施形態において、上記したTPUを制限なく使用することができる。
 種々のTPUが多くの企業から様々の商標名で市販されており、例えば、大日精化工業社のRESAMINE P(商標)、DICコベストロポリマー社のPANDEX(商標)、東ソー社のミラクトラン(商標)、ダウケミカル社のPELLETHANE(商標)、B.F.グッドリッチ社のESTANE(商標)、及びバイエル社のDESMOPAN(商標)等が市販されている。これらの市販品を制限なく使用することができる。
 TPAEとは、ハードセグメントを構成するポリマーの主鎖にアミド結合(-CONH-)を有するものを意味する。TPAEとしては、例えば、JIS K6418:2007に規定されるアミド系熱可塑性エラストマー(TPA)等や、特開2004-346273号公報に記載のポリアミド系エラストマー等を挙げることができる。
 上記TPAEとしては、例えば、少なくともポリアミドが結晶性で融点の高いハードセグメントを構成し、他のポリマー(例えば、ポリエステルまたはポリエーテル等)が非晶性でガラス転移温度の低いソフトセグメントを構成している材料が挙げられる。また、TPAEはハードセグメントおよびソフトセグメントの他に、ジカルボン酸等の鎖長延長剤を用いてもよい。上記ハードセグメントを形成するポリアミドとしては、例えば、6-アミノカプロン酸等のω-アミノカルボン酸や、ε-カプロラクタム等のラクタムの開環重縮合によって生成されるポリアミドを挙げることができる。
 また、上記ソフトセグメントを形成するポリマーとしては、例えば、ポリエステル、ポリエーテルが挙げられ、上記ポリエーテルとしては、例えば、ポリエチレングリコール、プリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ABA型トリブロックポリエーテル等が挙げられ、これらを単独でまたは2種以上を用いることができる。また、ポリエーテルの末端にアニモニア等を反応させることによって得られるポリエーテルジアミン等を用いることができる。
 上記ハードセグメントと上記ソフトセグメントとの組合せとしては、上述で挙げたハードセグメントとソフトセグメントとのそれぞれの組合せを挙げることができる。これらの中でも、ラウリルラクタムの開環重縮合体/ポリエチレングリコールの組合せ、ラウリルラクタムの開環重縮合体/ポリプロピレングリコールの組合せ、ラウリルラクタムの開環重縮合体/ポリテトラメチレンエーテルグリコールの組合せ、ラウリルラクタムの開環重縮合体/ABA型トリブロックポリエーテルの組合せが好ましく、ラウリルラクタムの開環重縮合体/ABA型トリブロックポリエーテルの組合せが特に好ましい。
 上記TPAEとしては、例えば、アルケマ社のペバックス33シリーズ(例えば、7233、7033、6333、5533、4033、MX1205、3533、2533)、宇部興産(株)の「UBESTA XPA」シリーズ(例えば、XPA9063X1、XPA9055X1、XPA9048X2、XPA9048X1、XPA9040X1、XPA9040X2等)、ダイセル・エポニック(株)の「ベスタミド」シリーズ(例えば、E40-S3、E47-S1、E47-S3、E55-S1、E55-S3、EX9200、E50-R2)等を用いることができる。
 本実施形態に係る弾性パッキン4は、酸変性ポリマーをさらに含むことが好ましい。本実施形態に係る弾性パッキン4に占める酸変性ポリマーの含有量は、上記TPUと上記TPAEの合計100質量部に対して好ましくは1質量部以上35質量部以下、より好ましくは3質量部以上30質量%以下、さらに好ましくは5質量部以上25質量%以下である。
 本発明者らは、酸変性ポリマーを上記下限値以上含有させることによって、弾性パッキン4の溶融流動性が顕著に向上することを確認している。この事実は、本実施形態に係る弾性パッキン4と金属板2の複合構造体を射出成形で製造する場合、すなわち射出接合で製造する場合において大きなプロセスメリットを与える。具体的には、溶融樹脂のゲートからの移動距離が長い金型を使用した場合であっても高い接合強度を備えた複合構造体を再現性よく、且つ効果的に得ることが可能となる。
 本実施形態に係る酸変性ポリマーとは、例えば、カルボン酸および/又はカルボン酸無水物基を含有するポリマーである。本実施形態において酸変性ポリマーとしては、オレフィン成分および不飽和カルボン酸成分に起因する骨格を含有する酸変性ポリオレフィン樹脂が好ましく用いられる。様々な酸変性ポリマーが市販されており、例えば、三井・デュポンポリケミカル社製の酸変性ポリオレフィン樹脂であるニュクレル(登録商標)シリーズ、そのアイオノマー樹脂であるハイミラン(登録商標)シリーズ、クラレ社製のアクリル系ブロック共重合体であるクラリティ(登録商標)シリーズ、三菱化学社製の酸変性ポリオレフィン樹脂であるモディック(登録商標)シリーズ、三井化学社製の酸変性ポリプロピレンであるアドマー(登録商標)シリーズ、日本ポリエチレン社製の酸変性ポリエチレン樹脂であるレクスパール(登録商標)シリーズ、アルケマ社製の無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂であるボンダイン(登録商標)シリーズ等を挙げることができる。
 弾性パッキンの23℃における引張弾性率は、液密性の観点から、2MPa以上500MPa以下であることが好ましい。さらに、接合パッキンの23℃における引張弾性率は、液密性の観点から、2MPa以上500MPa以下であることが好ましい。
≪樹脂製トレイ3≫
 本実施形態に係る樹脂製トレイ3は、好ましくは熱可塑性樹脂組成物の成形体である。熱可塑性樹脂組成物は樹脂成分としての熱可塑性樹脂を含み、必要に応じて充填剤をさらに含んでもよい。
 熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン系樹脂、極性基含有ポリオレフィン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂等のポリメタクリル系樹脂、ポリアクリル酸メチル樹脂等のポリアクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール-ポリ塩化ビニル共重合体樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、無水マレイン酸-スチレン共重合体樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂等の芳香族ポリエーテルケトン、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、スチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、アイオノマー、アミノポリアクリルアミド樹脂、イソブチレン無水マレイン酸コポリマー、ABS、ACS、AES、AS、ASA、MBS、エチレン-塩化ビニルコポリマー、エチレン-酢酸ビニルコポリマー、エチレン-酢酸ビニル-塩化ビニルグラフトポリマー、エチレン-ビニルアルコールコポリマー、塩素化ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、カルボキシビニルポリマー、ケトン樹脂、非晶性コポリエステル樹脂、ノルボルネン樹脂、フッ素プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ素化エチレンポリプロピレン樹脂、PFA、ポリクロロフルオロエチレン樹脂、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリパラメチルスチレン樹脂、ポリアリルアミン樹脂、ポリビニルエーテル樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、オリゴエステルアクリレート、キシレン樹脂、マレイン酸樹脂、ポリヒドロキシブチレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリグルタミン酸樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、スチレン-アクリロニトリル共重合体樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は一種単独で使用してもよいし、二種以上組み合わせて使用してもよい。
 これらの中でも、熱可塑性樹脂としては、樹脂製トレイ3の、外部および/又は内部からのバイアスに対する機械的強度保持、あるいは樹脂製トレイ3と金属板2との接合強度向上効果をより安定して効果的に得ることができるという観点から、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリアリーレンエーテル系樹脂およびポリアリーレンスルフィド系樹脂から選択される一種または二種以上の熱可塑性樹脂が好適に用いられる。
 本実施形態に係る熱可塑性樹脂組成物においては、樹脂製トレイ3の機械的特性の改良の視点や線膨張係数差の調整等の視点から任意成分と充填剤を併用できる。充填剤としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、炭素粒子、粘土、タルク、シリカ、ミネラル、セルロース繊維からなる群から一種または二種以上を選ぶことができる。これらのうち、好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、タルク、ミネラルから選択される一種または二種以上である。また、アルミナ、フォルステライト、マイカ、窒化アルミナ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等に代表される放熱性フィラーを用いることもできる。これらの充填剤の形状は特に限定されず、繊維状、粒子状、板状等どのような形状であってもよいが、後述するように金属板2の表面に微細凹凸構造が形成されている場合は、微細凹部に侵入できる程度の大きさを含む充填剤を使用することが好ましい。
 なお、熱可塑性樹脂組成物が充填剤を含む場合、その含有量は、熱可塑性樹脂100質量部に対して、好ましくは1質量部以上100質量部以下であり、より好ましくは5質量部以上90質量部以下であり、特に好ましくは10質量部以上80質量部以下である。
 本実施形態に係る樹脂製トレイ3として、熱硬化性樹脂組成物を用いることも可能である。熱硬化性樹脂組成物とは、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物である。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂、ユリア(尿素)樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等が用いられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。
 これらの中でも、耐熱性、加工性、機械的特性、接着性および防錆性等の視点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂および不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される1以上を含む熱硬化性樹脂組成物が好適に用いられる。熱硬化性樹脂組成物に占める熱硬化性樹脂の含有量は、樹脂組成物全体を100質量部としたとき、好ましくは15質量部以上60質量部以下であり、より好ましくは25質量部以上50質量部以下である。なお残余成分は例えば充填剤であり、充填剤としては、例えば、前述した充填剤を用いることができる。
 樹脂製トレイ3の成形方法としては公知の方法を制限なく使用でき、例えば射出成形、押出成形、加熱プレス成形、圧縮成形、トランスファーモールド成形、注型成形、レーザー溶着成形、反応射出成形(RIM成形)、リム成形(LIM成形)、溶射成形等を例示することができる。これらの中でも、樹脂製トレイ3の製造方法としては、生産性および品質安定性の視点から射出成形法が好ましい。
 この方法によって、流路形成用リブ5の少なくとも一部が樹脂製トレイ3と同一の材料で一体に形成されている樹脂製トレイ3(第一実施形態)や、流路形成用リブ5がトレイ内部に形成されていない容器状の樹脂製トレイ3(第二実施形態)を容易に製造することができる。
 樹脂製トレイ3の側壁部3aの頂面部3bには、金属板2表面の周縁部に接合された弾性パッキン4が確実に埋め込まれて密着嵌合できる樹脂製トレイ側弾性パッキン用凹型溝4aが形成されていることが好ましい。
≪金属板2≫
 本実施形態に係る冷却ユニット1を構成する金属板2は、リチウムイオン電池等の発熱体からの熱を拡散するとともに、樹脂製トレイ3内を流通する冷媒に効率的に熱を伝達するという二つの役割を担う。それゆえ、金属板2を構成する金属種は伝熱性に優れることが好ましい。このような視点から金属板2を構成する金属種としては、アルミニウム系金属または銅系金属が用いられ、具体的には、アルミニウム製部材、アルミニウム合金製部材、銅製部材および銅合金製部材からなる群から選択される少なくとも一種の部材により構成されていることが好ましい。これらの中でも、アルミニウム合金製部材および/又は銅合金製部材がより好ましい。また金属板2の平均厚みは、伝熱性、強度および軽量性を総合的に勘案して、例えば0.5mm~30mm、好ましくは0.5mm~20mmである。
 金属板2の、微細凹凸構造が形成された表面にさらに親水性基が形成されていることがさらに好ましい。こうすることで、弾性パッキン4(接合パッキン)と金属板2との接合強度を高めることができ、その結果、冷媒の漏洩をより一層抑制できるとともに、機械的強度および耐久性の信頼性により一層優れた冷却ユニット1を得ることができる。
 本実施形態に係る金属板2の好ましい態様(第一の態様)においては、金属表面に形成されている微細凹凸構造のプロファイル(深さ、孔径、孔径間距離等)については特段の制限はないが、通常JIS B 0601:2001(対応ISO4287)に準じて測定した十点平均粗さRzjisが、例えば1μm以上、好ましくは1μm以上1mm以下、より好ましく3μm以上100μm以下である。
 金属板2の金属表面に上記微細凹凸構造を形成する方法として特段の制限はないが、例えば、水酸化ナトリウム等の無機塩基水溶液および/または塩酸、硝酸等の無機酸水溶液に金属板2を浸漬する方法;陽極酸化法により金属板2を処理する方法;機械的切削;例えばダイヤモンド砥粒研削またはブラスト加工によって作製した凹凸を有する金型パンチを金属板2の表面にプレスすることにより金属板2の表面に微細凹凸構造を形成する方法;サンドブラスト、ローレット加工、レーザー加工により金属板2の表面に微細凹凸構造を形成する方法;国際公開第2009/31632号に開示されているような、水和ヒドラジン、アンモニア、および水溶性アミン化合物から選ばれる1種以上の水溶液に金属板2を浸漬する方法等が挙げることができる。
 なお、上記した方法の中で、特に浸漬方法を採用する場合、金属板2上の微細凹凸構造は、樹脂製トレイ3との接触面のみならず、金属板2の全表面に微細凹凸構造が形成されることになるが、このような実施態様は本発明の範囲を何ら損なうものではない。
 本実施形態に係る金属板2の他の好ましい態様(第二の態様)において金属表面を覆う親水性基の具体例として、水酸基またはシラノール基を挙げることができる。金属表面への水酸基などの親水性基の導入は、例えばプラズマトリート社が開発したオープンエア(商標)とプラズマプラス(商標)技術を適宜組み合わせたプラズマ表面改質技術を実施することによって達成可能である。また、金属表面へのシラノール基の導入は、例えば、特許3557194号公報に記載されているようなイトロ処理(ケイ酸化炎処理)によってこれら官能基導入が可能である。上記微細凹凸構造が形成された金属表面にさらに水酸基やシラノール基を導入するためには、いったん上記方法で金属表面に微細凹凸構造を形成させた後、次いでさらにプラズマあるいはイトロ処理を行えばよい。
 本実施形態に係る金属板2と弾性パッキン4は、上記の通り、好ましくは射出接合または接着接合されている。接合された弾性パッキンを、より強固に金属板2に接合させ、且つ金属板上で外部からの変位によって位置ズレを起こすことを確実に防止できるようにするため金属板上の弾性パッキン4敷設部には、金属板側弾性パッキン用凹型溝4bが形成され、この中に弾性パッキン4が確実に埋設されるような構造としてもよい。
 金属板2と同一材料で一体的に形成された金属製流路形成用リブ5bを備えた金属板2(第二の実施形態)からなる冷却ユニット1、或いは流路形成用リブ5が、上記樹脂製流路形成用リブ5aと上記金属製流路形成用リブ5bを共に含む冷却ユニット1の調製方法は、上記の金属の表面処理を行う前、または後に、金属板2上に金属板2と同一材料で一体的に形成された金属製流路形成用リブ5bを調製する必要がある。このような調整方法としては、例えば、金属ブロックをマルチカッター等の回転機器を用いて切削して金属製流路形成用リブ5bを形成する公知の方法を挙げることができる。通常、マルチカッターは、回転軸と回転軸に並設された複数の円盤カッターからなり、円盤カッターは隙間を空けて並設されている。ここで隣り合う円盤カッターの隙間間隔は金属製流路形成用リブ5bの厚みに等しく、また円盤カッターの厚みは隣り合うリブ間の距離、すなわち流路7の横幅に同一である。
<冷却ユニット1の組立方法(製造方法)>
 本実施形態に係る冷却ユニット1は、例えば、次の要素ステップを1→2→3→4の順に実行する接着接合(方法A)、または1→3→4の順に実行する射出接合(方法B)によって組み立てることが可能である。方法Aの接着接合は、金属と弾性パッキンの間に接着剤を伴う方法で、一方、方法Bは射出接合を伴う方法である。以下、方法AおよびBについてのみ詳細に組立方法を述べる。
 1.樹脂製トレイ3の調製
 2.弾性パッキン4の別途確保
 3.弾性パッキン4が射出接合または接着接合された金属板2の調製
 4.樹脂製トレイ3の側壁部の頂面部と金属板2とのパッキン介在機械締結
 方法Aにおいては、金属板2と、別途射出成形などの成形手段で調製したヒモ状又はループ状弾性パッキン4とを、接着剤を介在させて接合して成形する(接着接合)方法を代表例として挙げることができる。方法Aにおいては、金属板2表面の微細凹凸構造上に、接着剤を公知の方法により塗布する工程を含むことが好ましい。
 方法Bにおいては、既に述べた方法で調製した樹脂製トレイ3と、弾性パッキン付き金属板2とが機械締結されて本実施形態に係る冷却ユニット1が組み立てられる。弾性パッキン付き金属板2の製造方法としては、金属板2上に弾性パッキン4の原料である樹脂組成物をインサート成形する(射出接合)方法を代表例として挙げることができる。方法Bにおいては、金属板2表面の微細凹凸構造上に、接合パッキンを射出成形する工程を含むことが好ましい。
 射出接合する場合は、射出成形用の金型を用意し、その金型を開いてその一部に金属板2を設置する。その後、金型を閉じ、弾性パッキン用の樹脂組成物の少なくとも一部が金属板2の表面と接するように、上記金型内に樹脂組成物を射出して固化する。その後、金型を開き離型することにより、弾性パッキン付き金属板2を得ることができる。
 また、上記射出成形の際には、金型を急速に加熱冷却する高速ヒートサイクル成形(RHCM、ヒート&クール成形)を用いることが好ましい。高速ヒートサイクル成形を採用することにより、金属と樹脂間の接合強度を高められるからである。具体的には、樹脂組成物の射出開始から保圧完了までの間、金型の表面温度を250~300℃の温度に維持し、その後、金型の表面温度170~230℃まで冷却する方法を例示できる。
 接着接合する場合に用いられる接着剤としては公知の天然系接着剤や合成系接着剤を制限なく使用できる。どのような接着剤を用いるかは、どのような性能を持つ冷却ユニットを、どのような用途で使用するか、等の事情によって当業者が任意に判断する事項である。接着条件は接着剤のタイプによっても変わるが、例えば、室温~150℃の温度下で、0.1分~7日程度の条件を例示できる。接着は、加圧下で行ってもよい。加圧下で接着を行う場合、圧力は、例えば、0.01~1MPa程度である。
 このようにして、樹脂製トレイ3の側壁部3aの頂面部3bと、弾性パッキン付き金属板2が機械締結されて本実施形態に係る冷却ユニット1を得ることができる。すなわち、本実施形態に係る冷却ユニット1において、樹脂製トレイ3と金属板2は、少なくとも樹脂製トレイ3と冷却ユニット1の外周端部が機械締結されていることが好ましい。機械締結の中では、ネジ止めおよびリベットから選択される少なくとも一種が好ましい。方法Bのように、金属板2と弾性パッキン4を射出接合又は接着接合したのち、次いで該弾性パッキンを挟み込み圧縮するようにして樹脂製トレイ3を機械締結して形成される冷却ユニットは、二段階で堅固に締結されているので樹脂製トレイ3内を流通する冷媒の液漏れをより効果的に抑制できる。また、本実施形態に係る冷却ユニット1は、冷却ユニットの予期せぬ故障への対応、冷却ユニット内の流路の定期点検のために、冷却ユニットを分解・再嵌合する場合にも容易に対応できる。
<構造体>
 本実施形態に係る構造体は、発熱体と、本実施形態に係る冷却ユニット1と、必要に応じて発熱体を収納するケースと、を備え、冷却ユニット1における金属板2の表面に発熱体が配置されている。発熱体は、例えば、電池や電子部品である。金属板2と発熱体は直接接触させてもよいが、好ましくは該接触部に熱伝導性シートが介装される。熱伝導性シートに替えて、いわゆるサーマル・インターフェース・マテリアル(TIM)と呼ばれる物質を用いてもよく、具体的にはサーマルグリース、相変化材料(PCM)、ゲル、高熱伝導接着剤、サーマルテープ等を例示できる。
 以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を含む。
 以下に、本発明の実施形態を実施例により説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
(金属板表面の十点平均粗さ(Rzjis)の測定)
 表面粗さ測定装置「サーフコム1400D(東京精密社製)」を使用し、JIS B0601:2001(対応ISO4287)に準拠して測定される表面粗さのうち、十点平均粗さ(Rzjis)を測定した。なお、測定条件は以下のとおりである。
・触針先端半径:5μm
・基準長さ:0.8mm
・評価長さ:4mm
・測定速度:0.06mm/sec
 測定は、金属板の表面上の、平行関係にある任意の3直線部、および当該直線部と直交する任意の3直線部からなる合計6直線部についておこなった。
(引張弾性率の測定)
 弾性パッキンの引張弾性率は、引張試験機を用いて、JIS K6254(2016)に準拠し、測定温度23℃、50%RH、引張速度50mm/minの条件で測定した。
(弾性パッキンの微細凹凸構造への進入率の測定)
 弾性パッキンの微細凹凸構造への進入率は、以下の方法により測定した。
 まず、弾性パッキンと金属板との境界部の断面写真を撮影した。次いで、得られた断面写真から、図8のように、測定長さ100μmにおける金属板表面の凸部の高さ上位2点を直線で結び、直線と金属界面で囲まれる面積Shと直線と金属界面で囲まれた領域に存在する樹脂部の面積Srを画像解析ソフト(ソフトウェア名:imageJ)で測定し、Sr/Sh×100[%]を進入率とした。ここで、進入率は、一つの測定サンプルにおいて合計で5か所測定し、それらの平均値を採用した。
(気密性評価)
 ISO19095に準拠し、ヘリウムリークテストを実施し、ヘリウムガスの検出量が10ppm未満を合格とし、10ppm以上を不合格とした。
<樹脂組成物>
 樹脂組成物A1として、エーテル系熱可塑性ポリウレタン(TPU)であるレザミンPTM(グレード名P2275、大日精化工業製)を使用した。
<表面粗化金属板の作製>
(表面粗化アルミニウム合金板M1)
 JIS H4000に規定された合金番号6063のアルミニウム合金板(45mm×18mm×2mm)を脱脂処理した後、水酸化ナトリウムを15質量%と酸化亜鉛を3質量%含有するアルカリ系エッチング剤(30℃)が充填された処理槽1に3分間浸漬(以下の説明では「アルカリ系エッチング剤処理」と略称する場合がある)後、30質量%の硝酸(30℃)にて、1分間浸漬し、アルカリ系エッチング剤処理をさらに1回繰り返し実施した。次いで、得られたアルミニウム合金板を、塩化第二鉄を3.9質量%と、塩化第二銅を0.2質量%と、硫酸を4.1質量%とを含有する酸系エッチング水溶液が充填された処理槽2に、30℃で5分間浸漬し搖動させた。次いで、流水で超音波洗浄(水中、1分間)を行い、その後乾燥させることによって表面粗化アルミニウム合金板M1を得た。
 表面粗化アルミニウム合金板M1の表面粗さを、表面粗さ測定装置「サーフコム1400D(東京精密社製)」を使用し、JIS B0601:2001(対応ISO4287)に準拠して測定される表面粗さのうち、十点平均粗さ(Rzjis)を測定した。その結果、Rzjis平均値は20μmであった。なお、Rzjis平均値は、測定場所を変えた6点の測定値の平均値である。
[実施例1]
 日本製鋼所社製のJ85AD110Hにリークテスト用金型を装着し、金型内に上記方法で得られた表面粗化アルミニウム合金板M1を設置した。次いで、その金型内に上記樹脂組成物A1を、シリンダー温度190℃、金型温度40℃、射出速度25mm/sec、保圧80MPa、保圧時間10秒の条件にて射出成形し、表面粗化アルミニウム合金板M1と、上記樹脂組成物A1により構成された接合パッキンと、からなる複合構造体を作製した。さらにあらかじめ成形して得た上記樹脂組成物A1により構成された接合パッキンを介して上記表面租化アルミニウム合金M1とねじで機械締結することでリークテスト用のテストピースを得た。得られたテストピースにおける接合パッキンと金属板の境界部の断面写真を図6に示す。図6の写真から算出される、接合パッキンの微細凹凸構造への進入率は40%であった。得られた複合構造体について、気密性評価をおこなったところ、合格であった。
 また、上記樹脂組成物A1により構成された弾性パッキンの23℃における引張弾性率は9MPaであった。
[比較例1]
 射出成型機を用いて、上記樹脂組成物A1を、シリンダー温度190℃、金型温度40℃、射出速度25mm/sec、保圧80MPa、保圧時間10秒の条件にて射出成形を行い、弾性パッキンを作製した。
 次いで、表面粗化アルミニウム合金板M1上に、得られた弾性パッキンを重ねて、さらにその上に樹脂組成物A1により構成された弾性パッキンを重ね、この弾性パッキンと表面租化アルミニウム合金M1とをねじで機械締結することでリークテスト用のテストピースを作製した。得られた複合構造体における弾性パッキンと金属板の境界部の断面写真を図7に示す。図7の写真から算出される、弾性パッキンの微細凹凸構造への進入率は10%であった。得られた複合構造体について、気密性評価をおこなったところ、不合格であった。ここで、比較例1において、表面粗化アルミニウム合金板と弾性パッキンとは重ねて機械締結しているだけで、接合はしていない。
 この出願は、2018年12月25日に出願された日本出願特願2018-241444号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
 1   冷却ユニット
 2   金属板
 3   樹脂製トレイ
 3a  側壁部
 3b  側壁部の頂面部
 3c  側壁部に形成された頂縁部
 4   弾性パッキン
 4a  樹脂製トレイ側弾性パッキン用凹型溝
 4b  金属板側弾性パッキン用凹型溝
 5   流路形成用リブ
 5a  樹脂製流路形成用リブ
 5b  金属製流路形成用リブ
 6   機械締結用ネジ
 7   流路

Claims (15)

  1.  樹脂製トレイと、前記樹脂製トレイの一面上に設けられた金属板と、前記樹脂製トレイと前記金属板との間の空間に設けられた流路形成用リブと、を備える冷却ユニットであって、
     前記樹脂製トレイの側壁部の頂面部と前記金属板とが弾性パッキンを介して機械締結しており、
     前記弾性パッキンが、前記金属板表面に接合している接合パッキンを含み、
     前記金属板表面の、少なくとも前記接合パッキンとの接合部分に微細凹凸構造が形成されている冷却ユニット。
  2.  前記弾性パッキンが熱可塑性エラストマーを含む請求項1に記載の冷却ユニット。
  3.  前記熱可塑性エラストマーがウレタン系熱可塑性エラストマーを含む請求項2に記載の冷却ユニット。
  4.  前記弾性パッキンの23℃における引張弾性率が2MPa以上500MPa以下である請求項2または3に記載の冷却ユニット。
  5.  前記樹脂製トレイと前記流路形成用リブの少なくとも一部とが同一の材料で一体的に形成されている請求項1乃至4のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  6.  前記金属板と前記流路形成用リブの少なくとも一部とが同一の材料で一体的に形成されている請求項1乃至5のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  7.  前記金属板表面の、前記頂面部との接触面に、前記弾性パッキンの少なくとも一本が周回して配置されている請求項1乃至6のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  8.  前記微細凹凸構造に前記接合パッキンの一部分が進入することにより前記金属板と前記接合パッキンとが接合している請求項1乃至7のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  9.  前記金属板に前記接合パッキンが射出接合している請求項1乃至8のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  10.  前記接合パッキンの前記微細凹凸構造への進入率が20%以上である請求項1乃至9のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  11.  前記機械締結が、ネジ止およびリベットから選択される少なくとも一種を含む請求項1乃至10のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  12.  前記樹脂製トレイの、少なくとも対向する側壁部の頂面部に頂縁部が形成されている請求項1乃至11のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  13.  前記金属板がアルミニウム製部材、アルミニウム合金製部材、銅製部材および銅合金製部材からなる群から選択される少なくとも一種の部材により構成されている請求項1乃至12のいずれか一項に記載の冷却ユニット。
  14.  請求項1乃至13のいずれか一項に記載の冷却ユニットを製造するための製造方法であって、
     前記金属板表面の前記微細凹凸構造上に、前記接合パッキンを射出成形することにより、前記金属板に前記接合パッキンを射出接合する工程を含む冷却ユニットの製造方法。
  15.  発熱体と、
     請求項1乃至13のいずれか一項に記載の冷却ユニットと、
    を備え、
     前記冷却ユニットにおける前記金属板表面に前記発熱体が配置されている構造体。 
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