WO2020241314A1 - 冷却装置及び冷却装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

下記（１）及び（２）の少なくとも一方を満たす冷却装置。（１）金属部と、前記金属部の少なくとも一部と接合されている樹脂部と、を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、を備える。（２）金属を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、樹脂を含み前記筐体の表面に接合されている部品と、を備える。

Description

冷却装置及び冷却装置の製造方法

　本発明は、冷却装置及び冷却装置の製造方法
に関する。

　コンピュータに搭載するＣＰＵ、電気自動車に搭載する二次電池のような作動時に発熱する物体（発熱体）を冷却するための手段として、水等の液状の冷媒を用いる冷却装置が種々提案されている。たとえば、金属等の放熱性に優れる材料からなる筐体の内部に冷媒を流通させるための流路を備える冷却装置が知られている。

　上記のような構成の冷却装置は、内部を流通する冷媒の内圧に耐え、かつ冷媒の漏れが生じないように、装置を構成する金属部材がろう付けにより接合されているのが一般的である。また、特許文献１では、部位ごとに溶接とスポット溶接とを使い分けて製造される冷却装置が提案されている。

特開２０１５－２１００３２号公報

　従来の冷却装置は、筐体を構成する部材同士をロウ付けにより接合した後、更に、ジョイントなどの部品をロウ付けにより筐体に接合する方法が採用される。このように、二段階のロウ付けとなるため、工程が複雑になることに加え、ロウ付けプロセスで受ける熱の影響により金属筐体の強度が低下してしまう問題があった。
　一方で、近年の冷却装置の用途の多様化を受けて、形状の複雑化をはじめ、冷却装置の軽量化、低コスト化等への対応が望まれ、ロウ付けのみでは近年の多様化のニーズを満足できなくなっている。
　特に、液状の冷媒を用いる冷却装置では、筐体と筐体に取り付けられる部品との間の気密性を確保しつつ、ロウ付け以外の方法により、それらを接合する技術が必要となる。　

　本発明は上記事情に鑑み、金属からなる部分と樹脂からなる部分とを備え、かつ気密性に優れる冷却装置、及びその製造方法を提供することを課題とする。

　上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞金属部と、前記金属部の少なくとも一部と接合されている樹脂部と、を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、を備える冷却装置。
＜２＞前記金属部の前記樹脂部と接合されている表面は粗化処理されている、＜１＞に記載の冷却装置。
＜３＞前記金属部が複数存在し、前記樹脂部は前記複数の金属部の間に配置される、＜１＞または＜２＞に記載の冷却装置。
＜４＞前記樹脂部は、前記筐体の周縁部に配置される＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜５＞前記樹脂部は前記筐体の周縁部に沿った帯状であり、前記樹脂部の少なくとも一面は金属部に接合していない、＜４＞に記載の冷却装置。
＜６＞前記筐体の主面のそれぞれに相当し、いずれか一方に流路が形成されている２つの金属部と、前記２つの金属部の間に介在する樹脂部とを備え、前記樹脂部は、前記流路が形成されていない金属部に接合され、かつ前記流路と対向するように配置されている、＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜７＞前記筐体の周縁部には、さらに別の樹脂部が配置される＜６＞に記載の冷却装置。
＜８＞前記筐体の周縁部に配置される樹脂部は前記筐体の周縁部に沿った帯状であり、前記樹脂部の少なくとも一面は金属部に接合していない、＜７＞に記載の冷却装置。
＜９＞前記複数の金属部は、互いに異種の金属からなる＜６＞～＜８＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜１０＞前記筐体に取り付けられる部品をさらに備える、＜１＞～＜９＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜１１＞前記筐体は互いに向かい合う主面を有し、前記部品は前記筐体の前記主面に配置される、＜１０＞に記載の冷却装置。
＜１２＞前記樹脂部に含まれる樹脂はポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン系樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリケトン系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂から選択される少なくとも一種を含む、＜１＞～＜１１＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜１３＞前記金属部に含まれる金属は鉄、銅、ニッケル、金、銀、プラチナ、コバルト、亜鉛、鉛、スズ、チタン、クロム、アルミニウム、マグネシウム、マンガン及び前記金属を含む合金からなる群から選択される少なくとも一種を含む、＜１＞～＜１２＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜１４＞金属を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、樹脂を含み前記筐体の表面に接合されている部品と、を備える冷却装置。
＜１５＞前記筐体の前記部品が接合されている表面は粗化処理されている、＜１４＞に記載の冷却装置。
＜１６＞前記筐体は互いに向かい合う主面を有し、前記部品は前記筐体の前記主面に配置される、＜１４＞又は＜１５＞に記載の冷却装置。
＜１７＞前記部品は前記筐体の前記主面のいずれか一方に配置される、＜１６＞に記載の冷却装置。
＜１８＞前記部品は発熱体と対向する側と逆側の主面に配置される、＜１７＞に記載の冷却装置。
＜１９＞前記部品は前記流路と前記流路に冷媒を供給する配管とを接続するジョイント部である、＜１４＞～＜１８＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜２０＞前記部品に含まれる樹脂はポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン系樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリケトン系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂から選択される少なくとも一種を含む、＜１４＞～＜１９＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜２１＞前記筐体に含まれる金属は鉄、銅、ニッケル、金、銀、プラチナ、コバルト、亜鉛、鉛、スズ、チタン、クロム、アルミニウム、マグネシウム、マンガン及び前記金属を含む合金からなる群から選択される少なくとも一種を含む、＜１４＞～＜２０＞のいずれか１項に記載の冷却装置。
＜２２＞第１の金属部材及び第２の金属部材を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、樹脂を含み第１の金属部材の表面に接合されている部品と、を備える冷却装置の製造方法であって、
　前記部品を第１の金属部材に接合する工程と、
　前記部品が接合された第１の金属部材と第２の金属部材とを結合する工程と、をこの順に有する、冷却装置の製造方法。
＜２３＞前記流路は第２の金属部材と一体的に形成されている、＜２２＞に記載の冷却装置の製造方法。
＜２４＞第１の金属部材の前記部品と接合されている表面は粗化処理されている、＜２２＞または＜２３＞に記載の冷却装置の製造方法。
＜２５＞前記部品はジョイント部を含む、＜２２＞～＜２４＞のいずれか１項に記載の冷却装置の製造方法。

　本発明によれば、金属からなる部分と樹脂からなる部分とを備え、かつ気密性に優れる冷却装置、及びその製造方法が提供される。

本発明に係る実施形態の冷却装置の構成の一例を模式的に示す外観図である。 図１に示す冷却装置の部品の変形例を模式的に示す断面図である。 図１に示す冷却装置の部品の変形例を模式的に示す断面図である。 図１に示す冷却装置の部品の変形例を模式的に示す断面図である。 図１に示す冷却装置の部品の変形例を模式的に示す断面図である。 冷却装置の筐体の構成の例を模式的に示す外観図である。 筐体の周縁部に配置される樹脂部の形態の例を模式的に示す外観図である。 冷却装置の筐体の構成の例を模式的に示す外観図である。 冷却装置の筐体の構成の例を模式的に示す外観図である。

　本開示において、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値および最大値として含む範囲を示す。
　本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値または下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値または下限値に置き換えてもよく、また、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
　本開示において、材料中の各成分の量は、材料中の各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、材料中に存在する複数の物質の合計量を意味する。

＜冷却装置（第１実施形態）＞
　第１実施形態の冷却装置は、金属を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、樹脂を含み前記筐体の表面に接合されている部品と、を備える冷却装置である。

　上記冷却装置は、筐体の表面に接合されている部品が樹脂を含んでいる。このため、当該部品が金属製である場合に比べ、形状の複雑化、装置の軽量化、低コスト化等への対応が可能になる。

　上記冷却装置では、樹脂を含む部品が筐体の表面に接合されている。本開示において「接合」とは、部品が接着剤、ねじ等を用いずに筐体の表面と接合一体化されることにより取り付けられている状態を意味する。これにより、たとえば、別工程で作製した部品を接着剤、ねじ等を用いて筐体の表面に取り付ける場合に比べ、部品が筐体の任意の部位に強固に接合され、優れた気密性が達成される。

　さらに上記冷却装置では、部品が樹脂以外の材料からなる部分と樹脂からなる部分とを備える場合、樹脂からなる部分を当該部品の筐体への結合手段として用いることもできる。これにより、たとえば、ろう付けや溶接では接合が困難な２種以上の金属を筐体と部品にそれぞれ用いる冷却装置の作製が可能となる。

　必要に応じ、上記冷却装置は、ろう付け、溶接、接着剤を用いた接着、ねじ止め等の接合以外の手段により筐体に取り付けられる部品を備えていてもよい。この場合の部品は樹脂を含むものに制限されず、全体が樹脂以外の材料からなっていてもよい。

　以下、第１実施形態の冷却装置について詳細に説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

＜筐体＞
　筐体は、金属を含み、内部に流路が配置されうるものであれば特に制限されない。冷却装置の冷却性能の観点からは、筐体は、発熱体と接する部分の面積が充分に確保される形状であることが好ましい。たとえば、互いに向き合う２つの主面と、流路を配置しうる厚みの側面とを有する形状であってもよい。筐体の主面（面積が最大の面）の形状は特に制限されず、四角形、円形その他の形状であってもよい。筐体の主面は、平坦であっても湾曲していてもよい。

　筐体に含まれる金属は特に制限されず、冷却装置の用途等に応じて選択できる。たとえば、鉄、銅、ニッケル、金、銀、プラチナ、コバルト、亜鉛、鉛、スズ、チタン、クロム、アルミニウム、マグネシウム、マンガンおよび前記金属を含む合金（ステンレス、真鍮、リン青銅等）からなる群から選択される少なくとも一種であってもよい。
　熱伝導性の観点からは、金属としてはアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金が好ましく、銅および銅合金がより好ましい。
　軽量化および強度確保の観点からは、金属としてはアルミニウムおよびアルミニウム合金がより好ましい。

　筐体の寸法は特に制限されず、冷却装置の用途等に応じて選択できる。たとえば、筐体の主面の面積は５０ｃｍ^２～５，０００ｃｍ^２の範囲内であってもよい。また、筐体の厚みは１ｍｍ～５０ｍｍの範囲内であってもよい。

　筐体の表面に配置される部品との接合強度の観点からは、筐体の表面は粗化処理が施されていることが好ましい。筐体の表面に粗化処理が施されていると、表面に形成される凹凸構造に部品の表面の組織が入り込むことでアンカー効果が発現し、強固な接合が得られる。

　筐体の表面に粗化処理により形成される凹凸構造の状態は、部品との接合強度が充分に得られるのであれば特に制限されない。
　凹凸構造における凹部の平均孔径は、たとえば５ｎｍ～２５０μｍであってよく、好ましくは１０ｎｍ～１５０μｍであり、より好ましくは１５ｎｍ～１００μｍである。
　また、凹凸構造における凹部の平均孔深さは、たとえば５ｎｍ～２５０μｍであってよく、好ましくは１０ｎｍ～１５０μｍであり、より好ましくは１５ｎｍ～１００μｍである。
　凹凸構造における凹部の平均孔径または平均孔深さのいずれかまたは両方が上記数値範囲内であると、より強固な接合が得られる傾向にある。

　凹凸構造における凹部の平均孔径および平均孔深さは、電子顕微鏡またはレーザー顕微鏡を用いることによって求めることができる。具体的には、筐体の表面および表面の断面を撮影する。得られた写真から、任意の凹部を５０個選択し、それらの凹部の孔径および孔深さから、凹部の平均孔径および平均孔深さをそれぞれ算術平均値として算出することができる。

　筐体の表面に粗化処理を施す方法は特に制限されず、様々な公知の方法を使用できる。たとえば、特許第４０２０９５７号に開示されているようなレーザーを用いる方法；ＮａＯＨ等の無機塩基、またはＨＣｌ、ＨＮＯ_３等の無機酸の水溶液に筐体の表面を浸漬する方法；特許第４５４１１５３号に開示されているような、陽極酸化により筐体の表面を処理する方法；国際公開第２０１５－８８４７号に開示されているような、酸系エッチング剤（好ましくは、無機酸、第二鉄イオンまたは第二銅イオン）および必要に応じてマンガンイオン、塩化アルミニウム六水和物、塩化ナトリウム等を含む酸系エッチング剤水溶液によってエッチングする置換晶析法；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種以上の水溶液に筐体の表面を浸漬する方法（以下、ＮＭＴ法と呼ぶ場合がある）；特開２００８－１６２１１５号公報に開示されているような温水処理法；ブラスト処理等が挙げられる。粗化処理の方法は、筐体の表面の材質、所望の凹凸構造の状態等に応じて使い分けることが可能である。

　筐体の表面は、粗化処理に加え、官能基を付加する処理を施してもよい。筐体の表面に官能基を付与することで、筐体の表面と部材の表面との化学的な結合が増え、接合強度がより向上する傾向にある。

　筐体の表面に官能基を付加する処理は、粗化処理と同時に、または粗化処理の後に行うことが好ましい。
　筐体の表面に官能基を付加する方法は特に制限されず、様々な公知の方法を使用できる。たとえば、官能基を持つ化学物質を水またはメチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチルアルコール、アセトン、トルエン、エチルセルソルブ、ジメチルホルムアルデヒド、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、ベンゼン、酢酸エチルエーテル等の有機溶剤に溶解した溶液に筐体の表面を浸漬する方法；官能基を持つ化学物質またはこれを含む溶液を筐体の表面にコーティングまたはスプレーする方法；官能基を持つ化学物質を含むフィルムを筐体の表面に貼り付ける方法等が挙げられる。
　官能基を付加する処理を粗化処理と同時に行う方法としては、たとえば、官能基を持つ化学物質を含む液体を用いてウェットエッチング処理、化成処理、陽極酸化処理等を行う方法が挙げられる。

　筐体は、金属部と、前記金属部の少なくとも一部と接合されている樹脂部と、を含むものであってもよい。筐体の一部が樹脂部であると、筐体の全体が金属製である場合に比べ、形状の複雑化、装置の軽量化、低コスト化等への対応が可能になる。
　金属部及び樹脂部を含む筐体の詳細及び好ましい態様は、後述する第２実施形態の冷却装置が備える筐体の詳細及び好ましい態様と同様である。

　筐体の樹脂部に含まれる樹脂は特に制限されず、冷却装置の用途等に応じて選択できる。たとえば、ポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン系樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリケトン系樹脂等の熱可塑性樹脂（エラストマーを含む）、およびフェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は単独で使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
　成形性の観点からは、部品に含まれる樹脂としては熱可塑性樹脂が好ましい。

　部品に含まれる樹脂は、種々の配合剤を含んでもよい。配合剤としては、充填材、熱安定剤、酸化防止剤、顔料、耐候剤、難燃剤、可塑剤、分散剤、滑剤、離型剤、帯電防止剤等が挙げられる。

＜部品＞
　部品は、樹脂を含み、筐体の表面に接合されうるものであれば特に制限されない。部品として具体的には、筐体の内部に配置される流路と外部の配管とを接続するジョイント部、筐体の外部に設けられる補強用のリブ等が挙げられる。

　部品が筐体の表面に接合された状態は、たとえば、溶融した状態の樹脂を筐体の表面に付与して形成することができる。筐体の表面に付与する際の樹脂が溶融した状態であると、筐体の表面に対する密着度が向上する（たとえば、筐体の表面の凹凸構造に樹脂が入り込んでアンカー効果が発現する）ため、部品を筐体の表面に強固に接合させることができる。

　溶融した状態の樹脂は、金型等を用いて所望の形状に成形してもよい。成形の方法は特に制限されず、射出成形等の公知の手法により行うことができる。

　冷却装置における部品の位置、部品の数等は特に制限されず、冷却装置の形状、使用方法等に応じて選択できる。ある実施態様では、部品は筐体の主面のいずれか一方に配置されてもよい。たとえば、筐体の主面の一方が発熱体に対向する状態で冷却装置が使用される場合、発熱体と対向する側と逆側の主面に部品が配置されてもよい。

　部品に含まれる樹脂は特に制限されず、冷却装置の用途等に応じて選択できる。たとえば、上述した筐体の樹脂部に含まれてもよい樹脂から選択してもよい。
　成形性の観点からは、部品に含まれる樹脂としては熱可塑性樹脂が好ましい。

　本開示において「樹脂を含む部品」には、全体が樹脂（および、必要に応じて含まれる配合剤）からなる場合と、部品の一部が樹脂以外の材料（金属、セラミックス、カーボン、ガラス等）からなる場合とが含まれる。部品の一部が金属からなる場合、金属としては後述する部品に含まれる金属から選択してもよい。
　部品の一部が樹脂以外の材料からなる場合、筐体の表面との接合強度の観点からは、部品のうち、筐体の表面と接合される部分は樹脂からなることが好ましい。

　部品の一部が樹脂以外の材料からなる場合の例としては、たとえば、ジョイント部のような筒状の部品であって内周（または外周）が樹脂からなり、外周（または内周）が樹脂以外の材料からなるもの、筐体の表面に接する部分（基部）が樹脂からなり、基部より上の部分が樹脂以外の材料からなるもの等が挙げられる。

＜流路＞
　流路は、筐体の内部に配置されて冷媒が流通しうるものであれば、特に制限されない。たとえば、プレス成形等により筐体を構成する部材と一体的に形成されるものであっても、別個に作製した部材を筐体の内部に配置して形成されるものであってもよい。あるいは、樹脂を含む流路が筐体の内側の、必要に応じて粗面化された表面に接合された状態で配置されていてもよい。

　流路の材質は特に制限されず、筐体および部品の材質、冷媒の種類等に応じて選択できる。流路が金属製である場合、金属としては上述した筐体に含まれてもよい金属が挙げられる。流路が樹脂製である場合、樹脂としては上述した筐体に含まれてもよい樹脂が挙げられる。流路は、２種以上の異なる材料（たとえば、樹脂と金属）からなっていてもよい。

＜冷却装置の構成例＞
　以下、冷却装置の構成の一例について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同じ構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。

　図１は、冷却装置の構成の例を模式的に示す概観図である。図１に示す冷却装置１０は、筐体１２と、筐体１２の表面に取り付けられた部品１４と、を備えている。筐体１２の内部には、冷媒を流通させるための流路（図示せず）が配置されている。

　図１に示す冷却装置１０では、筐体１２が扁平な直方体の形状を有している。これにより、主面が発熱体と接触する領域を充分に確保でき、充分な冷却効果を得ることができる。

　図１に示す冷却装置１０では、筐体１２の主面が金属部ａ及び金属部ｂからなり、側面が樹脂部ｃからなる。また、樹脂部ｃは金属部ａ及び金属部ｂの表面とそれぞれ接合されている。すなわち、樹脂部ｃは、筐体１２の側面（周縁部）を形成するとともに、金属部ａと金属部ｂとを間接的に結合する役割も果たしている。

　図１に示す冷却装置１０では、金属部ａの表面にのみ部品１４が配置されている。このように配置することで、金属部ｂを発熱体に対向させて使用する場合に、筐体１２と発熱体とが接する領域を充分に確保できる。さらに、部品１４が側面ではなく上面に位置するため、冷却装置１０のメンテナンス性の点で有利である。
　たとえば、筐体の主面以外の面に部品１４を設けた場合、複数の冷却装置からなる冷却ユニットに異常がある場合、冷却ユニット全体を取り外す必要があったが、図１に示すように部品１４を主面に配置することにより、異常のある冷却装置のみ取り外すことができるため、メンテナンスがしやすい。

　図１に示す冷却装置１０では、部品１４が流路と外部とを接続するジョイント部の形状を有している。図１に示す構成では、冷媒を外部から流路に供給するためのジョイント部と、冷媒を流路から外部に排出するためのジョイント部の２つが隣り合って配置されているが、これに制限されず流路の形状等に応じて変更できる。

　図１に示す冷却装置１０における部品１４は、全体が樹脂からなっていても、一部が樹脂以外の材料からなっていてもよい。図２～５に部品１４の変形例を示す。
　図２は、部品１４の全体が樹脂からなる構成を示す断面図である。
　図３は、部品１４の筒状の部分の内側ｄが樹脂からなり、外側ｅが樹脂以外の材料（たとえば、金属）からなる構成を示す断面図である。
　図４は、部品１４の筐体１２に近い部分（基部ｆ）が樹脂からなり、基部ｆの上の部分（上部ｇ）が樹脂以外の材料（たとえば、金属）からなる構成を示す断面図である。
　図５は、部品１４の筒状の部分の内側ｄが樹脂からなり、外側ｅが樹脂以外の材料（たとえば、金属）からなり、基部ｆが樹脂からなり、上部ｇが樹脂以外の材料（たとえば、金属）からなる構成を示す断面図である。

＜冷却装置（第２実施形態）＞
　第２実施形態の冷却装置は、金属部と、前記金属部の少なくとも一部と接合されている樹脂部と、を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、を備える冷却装置である。

　上記冷却装置は、筐体の一部が樹脂部からなる。このため、筐体の全体が金属製である場合に比べ、形状の複雑化、装置の軽量化、低コスト化等への対応が可能になる。

　上記冷却装置では、筐体を構成する金属部の少なくとも一部と樹脂部とが接合されている。これにより、たとえば、別工程で作製した樹脂部を接着剤、ねじ等を用いて金属部の表面に取り付ける場合に比べ、樹脂部が金属部に強固に接合され、優れた気密性が達成される。

　さらに上記冷却装置では、樹脂部を複数の金属部の間に配置し、かつそれぞれの金属部材の表面と接合させることで、樹脂部を金属部の接合手段として用いることもできる。これにより、たとえば、ろう付けや溶接では結合できない２種以上の金属を組み合わせた冷却装置の作製が可能となる。

　以下、第２実施形態の冷却装置について詳細に説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

＜筐体＞
　筐体は、金属部と、金属部の少なくとも一部と接合されている樹脂部と、を含み、内部に流路が配置されうるものであれば特に制限されない。冷却装置の冷却性能の観点からは、筐体は、発熱体と接する部分の面積が充分に確保される形状であることが好ましい。たとえば、互いに向き合う２つの主面と、流路を配置しうる厚みの側面とを有する形状であってもよい。筐体の主面（面積が最大の面）の形状は特に制限されず、四角形、円形その他の形状であってもよい。筐体の主面は、平坦であっても湾曲していてもよい。

　冷却性能の観点からは、少なくとも筐体の発熱体と接する部分は金属からなることが好ましい。

　筐体を構成する金属部及び樹脂部の数は特に制限されず、それぞれ１つであっても２つ以上であってもよい。
　金属部が２つ以上存在する場合、樹脂部が２つ以上の金属部の間に配置されていてもよい。この場合、金属部のすべてが樹脂部と接合していても、一部のみが樹脂部と接合していてもよい。

　金属部に含まれる金属及び樹脂は特に制限されず、冷却装置の用途等に応じて選択できる。たとえば、第１実施形態の冷却装置の筐体に含まれる金属及び樹脂から選択してもよい。

　筐体の寸法は特に制限されず、冷却装置の用途等に応じて選択できる。たとえば、筐体の主面の面積は５０ｃｍ^２～５，０００ｃｍ^２の範囲内であってもよい。また、筐体の厚みは１ｍｍ～５０ｍｍの範囲内であってもよい。

　樹脂部と金属部との接合強度の観点からは、金属部の表面は粗化処理が施されていることが好ましい。金属部の表面に粗化処理が施されていると、表面に形成される凹凸構造に樹脂部の表面の組織が入り込むことでアンカー効果が発現し、強固に接合した状態が得られる。
　粗化処理の詳細及び好ましい態様は、第１実施形態の冷却装置の筐体の表面に施される粗化処理の詳細及び好ましい態様と同様である。

＜部品＞
　冷却装置は、筐体に取り付けられる部品をさらに備えていてもよい。
　筐体に取り付けられる部品の種類は特に制限されない。具体的には、筐体の内部に配置される流路と外部の配管とを接続するジョイント部、筐体の外部または内部に設けられる補強用のリブ等が挙げられる。
　部品の材質は特に制限されず、樹脂であっても樹脂以外の材料であっても、これらの組み合わせであってもよい。

　部品を筐体に取り付ける方法は特に制限されない。例えば、上述した樹脂部と同様にして筐体の表面に接合しても、ろう付け、溶接、接着剤を用いた接着、ねじ止め等により取り付けてもよい。

　ある実施態様では、部品は樹脂を含み、筐体の表面に接合された状態であってもよい。
　樹脂を含む部品の詳細及び好ましい態様は、第１実施形態の冷却装置における部品の詳細及び好ましい態様と同様である。

＜流路＞
　流路は、筐体の内部に配置されて冷媒が流通しうるものであれば、特に制限されない。流路の詳細及び好ましい態様は、第１実施形態の冷却装置が備える流路の詳細及び好ましい態様と同様である。

　以下、第２実施形態の冷却装置の構成例として、筐体の構成例を図面を用いて説明する。筐体以外の部分については、上述した冷却装置の構成例を参照することができる。

＜構成例１＞
　筐体の構成例１では、筐体の周縁部に配置される樹脂部により２つの金属部が接合されている。より詳細には、筐体の主面のそれぞれに相当する２つの金属部と、筐体の周縁部（例えば、筐体の側面）に相当する樹脂部とを備え、２つの金属部が樹脂部によって間接的に結合された状態である。

　図６に上記構成の筐体の断面の例を概略的に示す。図６に示す筐体１２は、主面のそれぞれに相当する金属部ａ及び金属部ｂと、金属部ａ及び金属部ｂの間に配置される樹脂部ｃとを備えている。金属部ｂには、流路形状の凹凸が形成されている。
　樹脂部ｃは金属部ａ及び金属部ｂのそれぞれと接合されて、金属部ａ及び金属部ｂを間接的に結合するとともに筐体１２の周縁部を構成する。図６ではさらに、筐体１２の補強のために、筐体１２の内部にも金属部ａ及び金属部ｂの間に樹脂部ｃ’が配置されている。

　筐体の周縁部に配置される樹脂部は、筐体の周縁部に沿った帯状であってもよく、その少なくとも一面は金属部に接合していない状態であってもよい。
　図７に樹脂部と接合される樹脂部の形態の例を概略的に示す。具体的には、図７の（Ａ）では、金属部ａ及び金属部ｂの間に帯状の樹脂部ｃを配置し、金属部ａ及び金属部ｂの側面には樹脂部ｃが接合されていない状態を示す。また、図７の（Ｂ）では、筐体の２つの主面となる金属部ａ及び金属部ｂの間に帯状の樹脂部ｃを配置すると共に、金属部ａ及び金属部ｂの側面にも樹脂部が接合されている状態を示す。この中で、リークパス寸法（封止できる樹脂の重なり幅）が長いこと、及び成形加工がし易い観点から、（Ｂ）の形態が好ましい。

　上記構成の筐体を樹脂の射出成形により形成する場合、樹脂の圧力によって金属部が変形したり、樹脂が流路内に漏れ出すおそれがある。このため、金属部ｂに形成される凸部のうち樹脂部ｃと接合される部分の厚み（図７の符号ｔで示す部分）は、樹脂部を射出成形する際の圧力に耐えられる程度の強度を確保できる厚みであることが好ましい。具体的には、１ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ～１０ｍｍであることがより好ましく、１ｍｍ～５ｍｍであることがさらに好ましい。

　金属部ｂの強度をさらに高めるため、図７の（Ｃ）に示すように、金属部ａに設けられた凹部に金属部ｂがはめ込まれた状態としてもよい。あるいは、図７の（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、金属部ａに設けられた段差や凸部に金属部ｂが突き当たる状態としてもよい。このような構成とすることで、金属部ｂが樹脂の圧力で流路側に倒れるのを防ぐことができる。

　上記のような構成の筐体は側面が樹脂部からなり、樹脂部が主面となる金属部を結合する役割を果たすことで、ロウ付けの場合と異なり金属部の強度に影響を与えず気密性を確保できる。
　また、冷却装置の強度を確保する観点から、必要に応じて筐体の周縁部以外の場所（例えば、筐体の内部）に１つ以上の金属部と樹脂部との結合部位をさらに設けてもよい。
　例えば、特に主面の面積が大きい場合、冷媒が流れる際の圧力により、冷却装置の筐体が膨らんでしまう問題があるが、筐体の周縁部に加えて筐体の内部にも結合手段を設けることにより筐体の強度を上げることができ、当該筐体の膨らみの問題を解決することができる。筐体の内部に設ける結合部位の結合手段は特に限定されないが、工程の簡略化の観点から筐体の周縁部と同様に樹脂部による接合が好ましい。

　上記のような構成の筐体は、たとえば、主面となる２枚の金属板を対向するように金型内に配置し、金属板の間に射出成形等により樹脂を充填して筐体の周縁部及び必要に応じて形成する側面以外の箇所の結合部位に樹脂部を形成することで作製することができる。この方法によれば、金属板の曲げ加工、金属板のろう付け等を行わずに筐体を作製することができる。

＜構成例２＞
　筐体の構成例２では、筐体の主面のそれぞれに相当し、いずれか一方に流路が形成されている２つの金属部と、前記２つの金属部の間に介在する樹脂部とを備え、前記樹脂部は、前記流路が形成されていない金属部に接合され、かつ前記流路と対向するように配置された状態である。

　このような構成の筐体は、金属部の間に樹脂部が介在して金属部同士が隔離された状態であるため、異種金属の組み合わせの場合に特に有効である。たとえば、筐体の発熱体と接する側の主面には熱伝導性に優れる銅を、逆側の主面には軽量なアルミニウムをそれぞれ用いる態様では、金属部同士の間に樹脂部を設けることにより、異種金属同士の接触による電食の問題を回避できる。また、全体が銅のみからなる冷却装置に比べて軽量化できる。

　上記のような構成の筐体は、たとえば、予め片方の金属板に樹脂を射出して当該金属板に接合するように樹脂部を形成しておき、形成した樹脂部と他方の金属板とを当接させた後、下記の結合手段により、該二つの主面の周縁部を結合することで作製することができる。２つの主面の周縁部の結合手段は、気密性を確保する手段であればよく、気密性をより向上する観点化から接合による結合手段が好ましい。ここで、接合方法としては、構成例１と同様に、筐体の側面に樹脂を配置することにより２つの主面を結合するが、詳細は構成例１と同様である。

　構成例１でも述べたように、筐体の強度を確保する観点から、側面のみならず、必要に応じて主面上にも結合部位を１つ以上設けることができる。結合手段は構成例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

　本開示において「結合」とは接合よりも広い概念である。例えば、樹脂部と金属部とが接合された状態、接着剤やねじ、樹脂部品等の締結手段を用いて樹脂部が金属部に固定された状態、これらの結合手段の組み合わせなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
　本開示において「当接」とは、樹脂部が金属部の表面に固定されずに接している状態を意味する。

　金属部の間に介在する樹脂部は、流路が形成されていない金属部の面全体に接合されてもよく、流路が形成されていない金属部の面のうち流路形状の凹凸の凸部に対応する箇所にのみ接合されてもよい。

　図８に上記構成の筐体の断面の例を概略的に示す。図８に示す筐体１２では、図８と異なり、金属部ｂに形成された流路の凸部に位置する樹脂部ｃによって金属部ａと金属部ｂとが隔離されている。このため、金属部ａと金属部ｂが異種金属からなっていても両者の接触による電食が生じない。樹脂部ｃは、例えば、流路が形成されていない金属部ａとは接合され、流路が形成されている金属部ｂとは接合以外の方法で結合又は当接されていてもよい。

＜構成例３＞
　筐体の構成例３では、筐体の主面のそれぞれに相当する２つの金属部と、前記２つの金属部の間に配置される樹脂部とを含み、前記樹脂部が流路を形成している状態である。

　図９に上記構成の筐体の断面の別の例を概略的に示す。図９に示す筐体１２では、図８と異なり、主面に相当する金属部ａと金属部ｂとの間に配置される樹脂部ｃが金属部ａと金属部ｂとを隔離するとともに流路を形成している。樹脂部ｃは、例えば、金属部ａとは接合され、金属部ｂとは接合以外の方法で結合又は当接されていてもよい。

＜冷却装置の用途＞
　本開示の冷却装置の用途は、特に制限されない。たとえば、コンピュータに搭載されるＣＰＵ、電気自動車に搭載される二次電池等の発熱体の冷却のために好適に用いられる。その他、空調設備、給湯設備、発電設備等の、温度管理が必要とされるあらゆる用途に好適に用いられる。

＜冷却装置の製造方法＞
　本開示の冷却装置の製造方法は、第１の金属部材及び第２の金属部材を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、樹脂を含み第１の金属部材の表面に接合されている部品と、を備える冷却装置の製造方法であって、
　前記部品を第１の金属部材に接合する工程と、
　前記部品が接合された第１の金属部材と第２の金属部材とを結合する工程と、をこの順に有する、冷却装置の製造方法である。

　上記方法によれば、気密性に優れる冷却装置を製造することができる。
　すなわち、部品を第１の金属部材に接合する工程は、溶融した樹脂の射出成形などにより行われるため、第１の金属部材に大きな圧力がかかる。一方、冷却装置の筐体は流路を収容する空間を内部に有するため、外力の影響を受けやすい。このため、第１の金属部材と第２の金属部材とが結合した状態で第１の金属部材に部品を接合すると、接合時に筐体が圧迫されて変形、破損等が生じるおそれがある。
　上記方法では、部品を第１の部材に接合した後に、第１の金属部材と第２の金属部材とを結合するため、筐体の変形、破損等が効果的に抑制される。その結果、気密性に優れる冷却装置を製造することができる。

　部品と第１の金属部材との接合強度の観点からは、第１の金属部材の表面は粗化処理が施されていることが好ましい。粗化処理の詳細及び好ましい態様は、上述した冷却装置の筐体の表面に施される粗化処理の詳細及び好ましい態様と同様である。

　部品の種類は特に制限されない。ある実施態様では、部品は筐体の内部に配置される流路と外部の配管とを接続するジョイント部である。

　筐体に含まれる第１の金属部材と第２の金属部材とが結合している態様は、特に制限されない。例えば、溶接等により金属部材同士が接合されていても、樹脂等の別の部材を介して結合されてもよい。また、冷却装置に含まれる流路は、第１の金属部材又は第２の金属部材と一体的に形成されていても、樹脂等の別の部材から形成されてもよい。
　ある実施態様では、筐体が互いに向かい合う主面を有し、主面のそれぞれが第１の金属部材及び第２の金属部材からなってもよい。

　上記方法で製造される冷却装置、及び方法で使用する金属部材、部品及び流路の詳細及び好ましい態様は、上述した冷却装置、及び冷却装置に含まれる金属部材、部品及び流路の詳細及び好ましい態様と同様である。すなわち、上記方法は上述した冷却装置を製造するためのものであってもよい。

　以下、本発明に係る実施形態を、実施例を参照して詳細に説明する。なお本発明は、これらの記載に何ら限定されるものではない。

　冷却装置の主面となる材料として、１５０ｍｍ×８０ｍｍ×２ｍｍのアルミニウム板を２枚用意した。一方のアルミニウム板には、流路（高さ２ｍｍ）がプレス成形により形成されている。他方のアルミニウム板には、冷媒の供給口および排出口に相当する位置に直径１０ｍｍの貫通孔が形成されている。

　上記アルミニウム板の表面を、薬液（メック社製の製品名：アマルファＡ－１０２０１）に５分間浸漬させることによってエッチングした。次いで、表面をエッチングしたアルミニウム板の水洗、アルカリ洗浄（５％のＮａＯＨ水溶液中に２０秒間の浸漬処理）、水洗、中和処理（５％のＨ_２ＳＯ_４水溶液中に２０秒間の浸漬処理）、および水洗を連続的に行って、表面の粗化処理を行った。
　粗化処理後のアルミニウム板の表面を電子顕微鏡で観察したところ、平均孔径および平均孔深さがそれぞれ５ｎｍ以上２５０μｍ以下の範囲である凹凸構造が形成されていた。

　貫通孔を有するアルミニウム板を射出成形用の金型に配置した。次いで、溶融樹脂（ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、東ソー株式会社製、サスティール（登録商標）ＳＧＸ－１２０）を金型内に射出して、貫通孔の周囲に樹脂からなり、かつアルミニウム板の貫通孔付近の表面と接合しているジョイント部を形成した。

　ジョイント部が形成されたアルミニウム板と、流路が形成されたアルミニウム板とが流路を内側にして対向するように射出成形用の金型に配置した。次いで、溶融樹脂（ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、東ソー株式会社製、サスティール（登録商標）ＳＧＸ－１２０）を金型内に射出し、樹脂からなり、かつアルミニウム板の表面と接合している側面を形成して、図１に示すような構成の冷却装置を作製した。

　作製した冷却装置に冷媒（水）を注入し、高圧で冷却装置内を流動させたところ、アルミニウム板からのジョイント部の剥離、冷媒の漏れ、筐体の変形等は生じなかった。このため、冷却装置は充分な気密性を有していることがわかった。

　日本国特許出願第２０１９－０９９５７３号及び第２０１９－１０５５４４号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (25)

1. 　金属部と、前記金属部の少なくとも一部と接合されている樹脂部と、を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、を備える冷却装置。
2. 　前記金属部の前記樹脂部と接合されている表面は粗化処理されている、請求項１に記載の冷却装置。
3. 　前記金属部が複数存在し、前記樹脂部は前記複数の金属部の間に配置される、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
4. 　前記樹脂部は、前記筐体の周縁部に配置される請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 　前記樹脂部は前記筐体の周縁部に沿った帯状であり、前記樹脂部の少なくとも一面は金属部に接合していない、請求項４に記載の冷却装置。
6. 　前記筐体の主面のそれぞれに相当し、いずれか一方に流路が形成されている２つの金属部と、前記２つの金属部の間に介在する樹脂部とを備え、前記樹脂部は、前記流路が形成されていない金属部に接合され、かつ前記流路と対向するように配置されている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冷却装置。
7. 　前記筐体の周縁部には、さらに別の樹脂部が配置される請求項６に記載の冷却装置。
8. 　前記筐体の周縁部に配置される樹脂部は前記筐体の周縁部に沿った帯状であり、前記樹脂部の少なくとも一面は金属部に接合していない、請求項７に記載の冷却装置。
9. 　前記複数の金属部は、互いに異種の金属からなる請求項６～請求項８のいずれか１項に記載の冷却装置。
10. 　前記筐体に取り付けられる部品をさらに備える、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の冷却装置。
11. 　前記筐体は互いに向かい合う主面を有し、前記部品は前記筐体の前記主面に配置される、請求項１０に記載の冷却装置。
12. 　前記樹脂部に含まれる樹脂はポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン系樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリケトン系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂から選択される少なくとも一種を含む、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
13. 　前記金属部に含まれる金属は鉄、銅、ニッケル、金、銀、プラチナ、コバルト、亜鉛、鉛、スズ、チタン、クロム、アルミニウム、マグネシウム、マンガン及び前記金属を含む合金からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載の冷却装置。
14. 　金属を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、樹脂を含み前記筐体の表面に接合されている部品と、を備える冷却装置。
15. 　前記筐体の前記部品が接合されている表面は粗化処理されている、請求項１４に記載の冷却装置。
16. 　前記筐体は互いに向かい合う主面を有し、前記部品は前記筐体の前記主面に配置される、請求項１４又は請求項１５に記載の冷却装置。
17. 　前記部品は前記筐体の前記主面のいずれか一方に配置される、請求項１６に記載の冷却装置。
18. 　前記部品は発熱体と対向する側と逆側の主面に配置される、請求項１７に記載の冷却装置。
19. 　前記部品は前記流路と前記流路に冷媒を供給する配管とを接続するジョイント部である、請求項１４～請求項１８のいずれか１項に記載の冷却装置。
20. 　前記部品に含まれる樹脂はポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン系樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリケトン系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂から選択される少なくとも一種を含む、請求項１４～請求項１９のいずれか１項に記載の冷却装置。
21. 　前記筐体に含まれる金属は鉄、銅、ニッケル、金、銀、プラチナ、コバルト、亜鉛、鉛、スズ、チタン、クロム、アルミニウム、マグネシウム、マンガン及び前記金属を含む合金からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１４～請求項２０のいずれか１項に記載の冷却装置。
22. 　第１の金属部材及び第２の金属部材を含む筐体と、前記筐体の内部に配置される流路と、樹脂を含み第１の金属部材の表面に接合されている部品と、を備える冷却装置の製造方法であって、
    　前記部品を第１の金属部材に接合する工程と、
    　前記部品が接合された第１の金属部材と第２の金属部材とを結合する工程と、をこの順に有する、冷却装置の製造方法。
23. 　前記流路は第２の金属部材と一体的に形成されている、請求項２２に記載の冷却装置の製造方法。
24. 　第１の金属部材の前記部品と接合されている表面は粗化処理されている、請求項２２または請求項２３に記載の冷却装置の製造方法。
25. 　前記部品はジョイント部を含む、請求項２２～請求項２４のいずれか１項に記載の冷却装置の製造方法。

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