WO2021145332A1 - 伝熱部材および伝熱部材の製造方法 - Google Patents

伝熱部材および伝熱部材の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021145332A1
WO2021145332A1 PCT/JP2021/000779 JP2021000779W WO2021145332A1 WO 2021145332 A1 WO2021145332 A1 WO 2021145332A1 JP 2021000779 W JP2021000779 W JP 2021000779W WO 2021145332 A1 WO2021145332 A1 WO 2021145332A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat transfer
transfer member
surface layer
sweep
layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/000779
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
啓伍 松永
繁松 孝
和行 梅野
高木 啓史
博史 青木
義勝 稲垣
洋 金子
宏文 大島
諒介 西井
Original Assignee
古河電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 古河電気工業株式会社 filed Critical 古河電気工業株式会社
Priority to JP2021571201A priority Critical patent/JPWO2021145332A1/ja
Publication of WO2021145332A1 publication Critical patent/WO2021145332A1/ja

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/02Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer member and a method for manufacturing the heat transfer member.
  • a heat transfer member in which a periodic recess is formed by irradiating the surface of a metal material with a pulsed laser beam and an annular ridge is formed around the recess to increase the surface area.
  • one of the problems of the present invention is, for example, to obtain a heat transfer member having a novel structure capable of further enhancing thermal conductivity, and a method for manufacturing the heat transfer member.
  • the heat transfer member of the present invention is made of a metal material, for example, having a surface layer having a porous structure that extends across a predetermined section of the first direction at an end of the first direction so as to intersect with the first direction. ..
  • the surface layer has a protrusion layer having more protrusions than the closed holes and the closed holes adjacent to the protrusion layer on the opposite side in the first direction and more than the protrusions. It may have a large number of obturator layers.
  • the heat transfer member of the present invention includes, for example, a surface layer that extends at an end in the first direction so as to intersect the first direction over a predetermined section of the first direction, and the surface layer has protrusions rather than closed holes. It is made of a metal material having a large number of protrusion layers and a closure layer adjacent to the protrusion layer on the opposite side of the first direction and having more closures than the protrusions.
  • the porosity of the surface layer may be 50% or more and 90% or less.
  • the heat transfer member of the present invention is made of a metal material, for example, having a surface layer that intersects with the first direction at the end in the first direction and has a porosity of 50% or more and 90% or less.
  • the porosity outside the central position in the height direction of the surface layer may be 50% or more and 80% or less.
  • the porosity of the surface layer on the outer side in the height direction from the surface of the heat transfer member may be 50% or more and 90% or less.
  • the surface area increase rate of the surface layer per unit area in the projection of the surface layer in the height direction may be 110% or more and 300% or less.
  • the heat transfer member may have the surface layer and include a convex portion protruding in the first direction.
  • the heat transfer member may be a bus bar made of a conductive metal material.
  • the heat transfer member may be a heat exchange member that exchanges heat with a fluid.
  • the heat transfer member is a boiling heat transfer member, and heat may be transferred from the heating element to the refrigerant via the surface layer.
  • the method for manufacturing a heat transfer member of the present invention is, for example, a first step of preparing a heat transfer member made of a metal material and having a surface, and the surface is blown off from the surface by irradiating the surface with a laser beam. It comprises a second step of forming a surface layer having a porous structure by reattaching the particles.
  • the laser beam is relatively moved on the surface by relatively moving the exit portion that emits the laser beam and the heat transfer member. May be swept to.
  • the first sweep of the laser beam in the first direction along the surface or in the direction opposite to the first direction is the first direction. It is performed a plurality of times while shifting at the first interval in the second direction or the opposite direction of the second direction so as to line up in the intersecting second directions, and the first interval is equal to or less than the beam diameter of the laser beam. May be good.
  • the first sweep along the surface of the laser beam is performed.
  • the second sweep in the third direction intersecting the direction or in the direction opposite to the third direction is performed a plurality of times so as to line up in the fourth direction intersecting the third direction, and the fourth direction of the second sweep is performed.
  • the second interval in the above may be equal to or less than the beam diameter of the laser beam.
  • the first sweep is performed in the second direction with respect to the first sweep.
  • the second sweep in the first direction along the surface of the laser beam at a position shifted by less than the first interval may be performed a plurality of times so as to line up in the second direction.
  • FIG. 1 is an exemplary and schematic plan view of the heat transfer member of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing the heat transfer member of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an exemplary schematic diagram of the processing system of the first embodiment.
  • FIG. 5 is an exemplary and schematic plan view showing an example of a method for sweeping laser light in the method for manufacturing a heat transfer member according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an exemplary and schematic plan view showing another example of the method of sweeping the laser beam in the method of manufacturing the heat transfer member of the first embodiment.
  • FIG. 1 is an exemplary and schematic plan view of the heat transfer member of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing the heat transfer member of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an exemplary schematic diagram of the processing system of
  • FIG. 7 is an exemplary graph showing the relationship between the surface area increase rate and the thermal resistance in the surface layer of the heat transfer member of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, which is an exemplary and schematic view showing a region of the surface layer on the end side of the central position.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, which is an exemplary and schematic view showing a region of the surface layer on the end side of the surface of the heat transfer member.
  • FIG. 10 is an exemplary and schematic plan view of the bus bar as the heat transfer member of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI of FIG. FIG.
  • FIG. 12 is an exemplary and schematic plan view of a part of the heat exchange member as the heat transfer member of the third embodiment.
  • FIG. 13 is an exemplary and schematic plan view of a part of the heat exchange member as the heat transfer member of the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a boiling cooling device having a boiling heat transfer member as the heat transfer member of the fifth embodiment.
  • the X direction is represented by an arrow X
  • the Y direction is represented by an arrow Y
  • the Z direction is represented by an arrow Z.
  • the X, Y, and Z directions intersect and are orthogonal to each other.
  • the X direction is also referred to as an extension direction or a sweep direction
  • the Y direction is also referred to as an extension direction or a sweep direction
  • the Z direction may be referred to as a thickness direction or a height direction.
  • FIG. 1 is a plan view of the heat transfer member 10 of the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • the heat transfer member 10 is made of a metal material having high thermal conductivity, such as copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.
  • the heat transfer member 10 has a flat surface 10a, and at least a part of the surface 10a is provided with a surface layer 20 having a porous structure.
  • the surface 10a is an example of a surface.
  • the surface layer 20 is formed by irradiation with a laser beam. The processing of the surface layer 20 will be described later.
  • the surface layer 20 has a substantially constant thickness (depth) in the Z direction at the end portion of the heat transfer member 10 in the Z direction, in other words, over a predetermined section in the Z direction and in the X direction. It extends in the Y direction, in other words, in the direction intersecting and orthogonal to the Z direction.
  • the Z direction is an example of the first direction.
  • the surface layer 20 has a porous structure including a plurality of protrusions 20p and a plurality of closed holes 20h.
  • the surface layer 20 has, for example, a tip 20t that protrudes highest in the Z direction and a closed hole 20b that is farthest from the tip 20t in the opposite direction in the Z direction in a predetermined range when viewed in the Z direction (opposite direction).
  • the surface layer 20 can be roughly divided into two layers. One is the first layer L1 having more protrusions 20p than the closure 20b, and the other is the second layer L2 having more protrusions 20b than the closure 20p.
  • the first layer L1 intersects and extends orthogonally to the Z direction at a predetermined height (thickness), and the second layer L2 intersects and is orthogonal to the Z direction at a predetermined depth (thickness). And spread.
  • the first layer L1 and the second layer L2 are adjacent to each other in the Z direction. Further, the first layer L1 is located outside the second layer L2.
  • the first layer L1 is an example of a protruding layer
  • the second layer L2 is an example of an obturator layer.
  • the porosity of the surface layer 20 is the ratio of the void region to the material region in the cross section of the surface layer 20 (measurement target portion).
  • the porosity can be calculated as an area ratio of the void region to the material region by, for example, image processing on a plurality of cross-sectional images of the surface layer 20. For example, in the cross-sectional image shown in FIG. 2 that intersects the Y direction along the Z direction, a rectangle having a length Lx of the measurement target portion P in the X direction and a length Lz (depth) of the measurement target portion P in the Z direction. For the two-dimensional region of, the area ratio of the area of the black void region divided by the area of the gray material region is calculated.
  • the area ratio can be calculated in the cross-sectional images of a plurality of different locations (for example, four locations) in the measurement target portion P, and the average value of the area ratios of the plurality of locations can be calculated as the porosity.
  • the length Lz of the measurement target portion P is, for example, the opposite of the tip 20t that protrudes highest in the Z direction and the tip 20t in the Z direction in a plurality of cross-sectional images of the measurement target portion P along the Z direction. It can be the length in the Z direction between the obturator foramen 20b, which is the furthest away in the direction.
  • the length Lx of the measurement target portion P in the X direction can be appropriately set within the range where the laser processing is performed.
  • the porosity of each layer such as the first layer L1 and the second layer L2 described above can be similarly calculated by changing the range of the rectangular two-dimensional region to be image-processed.
  • the direction, position, number, etc. of the cross section can be set as appropriate.
  • the porosity may be calculated as an average value of area ratios in a plurality of cross sections having different normal directions.
  • the average number of cross sections may be at least 2 or more, but may be 1 as long as the variation in the processing state depending on the position or direction is small, or 3 or more in order to further improve the measurement accuracy.
  • the porosity is preferably calculated for a plurality of samples subjected to the same laser processing.
  • the porosity is calculated two-dimensionally from the cross section, but when the number of cross sections to be averaged is large or the shape variation depending on the position is relatively small, the porosity of the void is calculated. It can be considered that the ratio of the volume to the volume of the material, that is, the three-dimensional porosity is almost the same.
  • the porosity of the surface layer 20 is, for example, (1) 76.7%, (2) 80.0%, (3) 73.7%, and (4) 81.4% in 4 samples, and the average is 77. It was 9%.
  • the porosity of the surface layer 20 is preferably 50% or more and 90% or less, and more preferably 60% or more and 85. It turned out to be less than%.
  • the porosity of the first layer L1 is larger than the porosity of the second layer L2.
  • the surface layer 20 has irregular irregularities and does not have periodic irregularities as in Patent Document 1.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing the heat transfer member.
  • the heat transfer member 10 is prepared by molding or the like by press working, cutting, or the like (S1, first step), and then the surface of the heat transfer member 10 is prepared.
  • the surface layer 20 is processed on the surface 10a by irradiating the surface 10a with the laser beam L (S2, second step).
  • the first step S1 (preparation step) may be a step of carrying in the heat transfer member 10 formed in another place.
  • FIG. 4 is a schematic view of a processing system 100 that processes the surface layer 20.
  • the processing system 100 includes a laser device 110, an optical head 120, an optical fiber 130 connecting the laser device 110 and the optical head 120, and a holding member 140.
  • the laser device 110 is configured to be capable of outputting, for example, a laser beam having a power of several kW.
  • the laser device 110 may be configured to include a plurality of semiconductor laser elements inside so that a multimode laser beam having a power of several kW can be output as the total output of the plurality of semiconductor laser elements.
  • the laser device 110 may be provided with various laser light sources such as a fiber laser, a YAG laser, and a disk laser.
  • the laser device 110 emits continuous light of laser light by continuous wave oscillation. That is, the laser device 110 is a CW (continuous wave) laser.
  • the optical fiber 130 guides the laser light output from the laser device 110 and inputs it to the optical head 120.
  • the holding member 140 holds the heat transfer member 10 as the processing target W.
  • the optical head 120 is an optical device that emits laser light L input from the laser device 110 via the optical fiber 130 toward the processing target W.
  • the optical head 120 is an example of an emitting unit.
  • the optical head 120 includes a collimating lens 121 and a condenser lens 122.
  • the collimating lens 121 is an optical system for converting the input laser beam into parallel light.
  • the condensing lens 122 is an optical system for condensing parallel lighted laser light and irradiating the processing target W as laser light L.
  • the optical head 120 emits the laser beam L in the opposite direction to the Z direction.
  • the laser beam L irradiates the surface of the processing target W.
  • the surface may also be referred to as the irradiated surface.
  • the optical head 120, the holding member 140, and the processing target W are housed in the case 200, and the atmosphere inside the case 200 (inside the processing chamber R), that is, the atmosphere around the processing target W is managed.
  • the particles of the material separated from the surface 10a of the processing target W by the irradiation of the laser beam L are directed toward the vicinity of the irradiation position of the surface 10a so as to adhere and be laminated on the surface 10a again.
  • Gas is blown by a gas nozzle or the like. The flow rate, flow velocity, direction, spraying position, etc. of the gas can be adjusted as appropriate.
  • the gas is an inert gas such as nitrogen gas.
  • the processing system 100 is configured so that the relative position between the optical head 120 and the processing target W, that is, the holding member 140 that holds the processing target W can be changed. As a result, the irradiation position of the laser beam L moves on the surface 10a of the processing target W. As a result, the laser beam L is swept over the surface 10a. In other words, the spot (irradiation position) of the laser beam L on the surface 10a moves on the surface 10a.
  • the movement of the irradiation position of the laser beam L on the surface 10a that is, the relative movement between the optical head 120 and the processing target W can be performed by the optical head 120 alone, the processing target W (holding member 140) alone, or the optical head 120 and processing. It can be realized by a moving mechanism (not shown) that moves both of the target Ws.
  • FIG. 5 shows an example of a method of sweeping the spot of the laser beam L (not shown) on the surface 10a of the processing target W
  • FIG. 6 shows another method of sweeping the spot of the laser beam L on the surface 10a of the processing target W. An example is shown. Note that FIGS. 5 and 6 are enlarged views of a part of the processed region of the surface 10a.
  • alternating sweeps (s1) in the X direction and the opposite directions of the X direction along the surface 10a of the laser beam L are arranged in the Y direction. Is executed multiple times. Sweeping in the X direction and opposite directions in the X direction is an example of the first sweep s1, the X direction is an example of the first direction, and the Y direction is an example of the second direction.
  • the respective sweep positions of the first sweep s1 are deviated by, for example, the Y direction or the opposite direction of the Y direction at intervals of ps1.
  • the interval ps1 is set so as to be equal to or less than the spot diameter (beam diameter, not shown) of the laser beam L.
  • the interval ps1 is an example of the first interval.
  • an example in which the first sweep s1 in the X direction and the first sweep s1 in the opposite direction in the X direction are alternately executed is shown, but the present invention is not limited to this, and for example, X. Only the first sweep s1 in the direction may be executed, only the first sweep s1 in the opposite direction in the X direction may be executed, or the first sweep s1 in the X direction may be executed a plurality of times. Later, the first sweep s1 in the opposite direction in the X direction may be executed a plurality of times.
  • the alternating sweeps (s2) in the Y direction and the opposite directions of the Y direction along the surface 10a of the laser beam L are arranged a plurality of times so as to line up in the X direction. Will be executed. Sweeping in the Y direction and opposite directions in the Y direction is an example of the second sweep s2, the Y direction is an example of the third direction, and the X direction is an example of the fourth direction.
  • the respective sweep positions of the second sweep s2 are displaced by, for example, the X direction or the opposite direction of the X direction at intervals of ps2.
  • the interval ps2 is set so as to be equal to or less than the spot diameter (beam diameter, not shown) of the laser beam L.
  • the interval ps2 is an example of the second interval.
  • the interval ps2 may be the same as or different from the interval ps1.
  • an example in which the second sweep s2 in the Y direction and the second sweep s2 in the opposite direction in the Y direction are alternately executed is shown, but the present invention is not limited to this, and for example, Y. Only the second sweep s2 in the direction may be executed, only the second sweep s2 in the opposite direction in the Y direction may be executed, or the second sweep s2 in the Y direction may be executed a plurality of times.
  • the second sweep s2 in the opposite direction in the Y direction may be executed a plurality of times.
  • the third direction may intersect with the first direction and is not limited to the Y direction, in other words, it may be a direction inclined with respect to the Y direction.
  • the alternating sweeps (s1) in the X direction and the opposite directions of the X direction along the surface 10a of the laser beam L are performed in the Y direction. It is executed multiple times so as to line up with.
  • the sweep in the X direction and the opposite direction in the X direction is an example of the first sweep s1, and the first sweep is the same as in FIG. 5, so the description thereof is omitted.
  • the alternating sweeps (s2) in the X direction and the opposite directions of the X direction along the surface 10a of the laser beam L are arranged a plurality of times so as to line up in the Y direction. Will be executed.
  • the sweep in the X direction and the opposite direction in the X direction here is an example of the second sweep s2.
  • the first sweep s1 and the second sweep s2 are parallel.
  • the position of the second sweep s2 in the Y direction is executed at a position deviated from the position of the first sweep s1 in the Y direction by less than an interval ps1.
  • the respective sweep positions of the second sweep s2 are deviated by, for example, the Y direction or the opposite direction of the Y direction at intervals of ps2.
  • the interval ps2 is set so as to be equal to or less than the spot diameter (beam diameter, not shown) of the laser beam L.
  • the interval ps2 may be the same as or different from the interval ps1.
  • an example in which the second sweep s2 in the X direction and the second sweep s2 in the opposite direction in the X direction are alternately executed is shown, but the present invention is not limited to this, and for example, X.
  • Only the second sweep s2 in the direction may be executed, only the second sweep s2 in the opposite direction in the X direction may be executed, or the second sweep s2 in the X direction may be executed a plurality of times. Later, the second sweep s2 in the opposite direction in the X direction may be executed a plurality of times.
  • a recess (void) is formed by blowing off the molten metal by irradiating the surface 10a of the processing target W with a laser beam L which is a CW laser, and the blown-out molten metal is regenerated. It is obtained by forming a convex portion by adhering.
  • the concave portions adjacent to each other communicate with each other two-dimensionally and three-dimensionally, and the opening on the outside (Z direction) of the concave portion is relatively narrowed, which is a complicated and irregular uneven structure. Since the (porous metal layer) is obtained, the surface area of the material portion in the surface layer 20 is significantly increased.
  • a larger surface area can be obtained as compared with a conventional structure having a relatively simple concavo-convex structure in which recesses and protrusions are regularly arranged on the surface of the material, for example, by irradiation with a pulse laser.
  • a pulse laser irradiation with a pulse laser.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the surface area increase rate of the surface layer 20 and the thermal resistance in a plurality of samples. Under all conditions, the thermal resistance of the raw copper plate is lower than 0.26.
  • the surface area increase rate is the rate at which the surface area of the surface layer 20 is increased by laser processing per unit area (for example, 1 [cm 2]) of the projected area in the Z direction. If the surface area does not change between before laser processing (unprocessed or unprocessed) and after laser processing, the surface area increase rate is 100%, and if the surface area increases even a little compared to before laser processing by laser processing, the surface area increase rate is 100%. Is a value greater than 100%.
  • the surface area of the surface layer 20 can be calculated from, for example, a three-dimensional surface shape measured by a measuring device such as VR-3000 manufactured by KEYENCE.
  • the surface area increase rate is the surface area obtained from the measuring device in a predetermined range (for example, a range of 20 [mm] ⁇ 20 [mm] in a plan view in the opposite direction of the Z direction), and the predetermined range is a flat surface. It is obtained by dividing by the area in a certain case (for example, in the case of the range of 20 [mm] ⁇ 20 [mm], 400 [mm 2]).
  • the inventors have found that in the surface layer 20 of the present embodiment, the correlation between the surface area increase rate and the thermal resistance changes with the value Rb of the surface area increase rate as a boundary. rice field. That is, in the surface layer 20 of the present embodiment, in the range where the surface area increase rate is smaller than the value Rb, the larger the surface area increase rate, the smaller the thermal resistance, but in the range where the surface area increase rate is larger than the value Rb, the surface area increase rate. It was found that the larger the value, the greater the thermal resistance.
  • the closed holes 20h as shown in FIG. 2 are formed by the particles separated from the surface 10a and reattached, but the surface area increase rate is large. It is presumed that this is because the volume ratio of the closed holes 20h in the surface layer 20, that is, the volume ratio of the gas having a lower thermal conductivity increases by about 20.
  • the surface layer 20 has a surface area increase rate range in which the thermal resistance is the threshold value Th or less, that is, a shape in which the lower limit value Rmin or more and the upper limit value Rmax or less. , 110% or more and 300% or less is preferable, and 200% or more and 230% or less is more preferable.
  • the porosity can be similarly calculated by changing the two-dimensional region of the target rectangle in the image processing of the cross-sectional image described above even when the range for which the porosity is to be calculated is different.
  • FIG. 8 shows a cross section of the heat transfer member 10 at the same position as in FIG. However, FIG. 8 shows a region Lu of the surface layer 20 on the end side (surface side, outside) in the Z direction with respect to the central position CF in the Z direction.
  • the central position CF intersects the Z direction and is located in the center of the Z direction between the tip 20t of the surface layer 20 and the deepest obturator foramen 20b in a predetermined range when viewed in the Z direction (opposite direction).
  • the porosity of the surface layer 20 outside the intermediate position CF is, for example, (1) 67.5%, (2) 66.0%, (3) 65.6% in 4 samples. (4) It was 68.1%, and the average was 66.8%.
  • the porosity of the surface layer 20 is preferably 50% or more and 80% or less, and more preferably 60% or more and 70. It turned out to be less than%.
  • FIG. 9 shows a cross section of the heat transfer member 10 at the same position as in FIG. However, in FIG. 9, the region Lp of the end side (surface side, outside) in the Z direction of the surface layer 20 with respect to the surface 10a (or the surface 10a before processing) of the region where the surface layer 20 is not processed. It is shown.
  • the porosity of the surface layer 20 on the outside of the surface 10a was, for example, (1) 76.0%, (2) 73.0%, (3) 71.9%, and (3) 71.9% in 4 samples. 4) It was 76.8%, and the average was 74.5%.
  • the porosity of the surface layer 20 is preferably 50% or more and 90% or less, and more preferably 60% or more and 80. It turned out to be less than%.
  • the volume material ratio of the surface layer 20 on the outside (front in the Z direction) of the surface 10a is (1-porosity). The volume material ratio in this case can be said to be the ratio of the redeposited material.
  • the heat transfer member 10 is made of a metal material and includes a surface layer 20.
  • the surface layer 20 has a porous structure that extends at an end in the Z direction (first direction) so as to intersect the Z direction over a predetermined section in the Z direction.
  • the surface area tends to be larger than that of the heat transfer member in which the surface is merely provided with porous irregularities, and the thermal conductivity is more likely to be improved.
  • the surface layer 20 is in the Z direction (first direction) with respect to the first layer L1 (protrusion layer) having more protrusions 20p than the obturator foramen 20h and the first layer L1. It has a second layer L2 (obturator foramen) adjacent to the opposite side and having more obturator foramen 20h than protrusions 20p.
  • Such a configuration is obtained when the particles of the material separated from the surface 10a by the irradiation of the laser beam L are redeposited and deposited on the surface 10a as in the present embodiment.
  • the surface area tends to be larger than that of the heat transfer member having only porous irregularities on the surface, and the thermal conductivity is more likely to be improved.
  • the porosity of the surface layer 20 is 50% or more and 90% or less.
  • the porosity outside the central position CF in the Z direction (height direction) of the surface layer 20 is 50% or more and 80% or less.
  • the porosity of the surface layer 20 outside the surface 10a of the heat transfer member 10 in the Z direction (height direction) is 50% or more and 90% or less.
  • the surface area increase rate that is, the ratio of the surface layer 20 per unit area in the projection of the surface layer 20 in the Z direction (height direction) is 110% or more and 300% or less.
  • the method of manufacturing the heat transfer member 10 of the present embodiment is, for example, a step S1 (first step) of preparing the heat transfer member 10 and a surface of the heat transfer member 10 by irradiating the surface 10a with a laser beam L.
  • a step S2 (second step) of forming a surface layer 20 having a porous structure by reattaching the particles blown off from 10a is provided.
  • the surface layer 20 having a porous structure and high thermal conductivity can be formed, whereby the surface layer 20 having higher thermal conductivity can be formed on the surface 10a of the heat transfer member 10. can.
  • step S2 the optical head 120 (emission portion) that emits the laser beam L and the processing target W (heat transfer member 10) are relatively moved.
  • the laser beam L is relatively swept on the surface 10a.
  • the surface layer 20 can be formed more quickly than, for example, when irradiating a pulsed laser beam. Further, by irradiating the continuous light of the laser beam L, it becomes difficult to form regular irregularities as compared with the case of irradiating the pulsed laser beam, and the surface area tends to increase accordingly, and the thermal conductivity is further enhanced. Cheap.
  • step S2 in the X direction (first direction) along the surface 10a of the laser beam L or in the direction opposite to the X direction (opposite direction to the first direction).
  • the first sweep s1 is performed a plurality of times while shifting in the Y direction or the opposite direction of the Y direction at the interval ps1 (first interval) so as to line up in the Y direction (second direction) intersecting the X direction.
  • the interval ps1 is equal to or less than the beam diameter of the laser beam L.
  • a surface layer 20 spread out in a plane without a gap can be formed on the surface 10a.
  • regular ridges are formed at the boundary portion of the first sweep s1 at relatively wide intervals, which can prevent the surface area from becoming difficult to increase.
  • step S2 after the first sweep s1 is performed a plurality of times so as to line up in the Y direction, the laser beam L intersects the X direction along the surface 10a.
  • the second sweep s2 in the Y direction (third direction) or the direction opposite to the Y direction is performed a plurality of times so as to line up in the X direction (fourth direction) intersecting the Y direction, and the X of the second sweep s2 is performed.
  • the interval ps2 (second interval) in the direction is equal to or less than the beam diameter of the laser beam L.
  • a surface layer 20 spread out in a plane without a gap can be formed on the surface 10a.
  • regular ridges are formed at the boundary portion of the first sweep s1 and the boundary portion of the second sweep s2 at relatively wide intervals, so that it is possible to prevent the surface area from becoming difficult to increase.
  • step S2 after the first sweep s1 is performed a plurality of times so as to line up in the Y direction, the intervals are spaced in the Y direction (second direction) with respect to the first sweep s1.
  • the second sweep s2 in the X direction (first direction) along the surface 10a of the laser beam L at a position deviated by less than ps1 is performed a plurality of times so as to line up in the Y direction (second direction).
  • a surface layer 20 spread out in a plane without a gap can be formed on the surface 10a.
  • regular ridges are formed at the boundary portion of the first sweep s1 at relatively wide intervals, which can prevent the surface area from becoming difficult to increase.
  • the heat transfer member 10 of the present embodiment has a surface layer having a large surface area due to a porous structure, and high heat dissipation due to radiation from the surface layer can be obtained even in a vacuum. Therefore, it is suitable for application to space structures used in a space environment having a vacuum and a large temperature change, such as a space station, a space station, a rocket, a space probe, and an artificial satellite.
  • space structures used in a space environment having a vacuum and a large temperature change, such as a space station, a space station, a rocket, a space probe, and an artificial satellite.
  • Examples of materials for space structures include stainless steel, titanium, titanium alloys, molybdenum, and tantalum.
  • a paint or the like for enhancing heat dissipation which has been applied to the surface of the conventional space structure, is not required, there is an advantage that, for example, the labor and cost of manufacturing the space structure can be suppressed.
  • FIG. 10 is a plan view of the bus bar 10A as the heat transfer member of the second embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of XI-XI of FIG.
  • the bus bar 10A is made of a conductive metal material. Each end 10b in the longitudinal direction is provided with a through hole 10c for mechanically and electrically connecting to terminals of other electrical components.
  • the bus bar 10A is preferably made of a metal material having a low electrical resistivity, such as copper, a copper alloy, aluminum, and an aluminum alloy. From the viewpoint of low electrical resistivity, the bus bar 10A is preferably made of copper.
  • the bus bar 10A has a flat strip-shaped and plate-shaped shape.
  • the bus bar 10A has a substantially constant width in the Y direction and a substantially constant thickness (height) in the Z direction, and extends in the X direction.
  • the bus bar 10A has two surfaces 10a and 10d at the ends in the Z direction and the opposite directions in the Z direction.
  • the surfaces 10a and 10d intersect the Z direction and extend orthogonally to each other.
  • the surfaces 10a and 10d are orthogonal to the Z direction and extend in the X and Y directions.
  • the surfaces 10a and 10d are examples of surfaces.
  • a surface layer 20 having the same configuration as that of the first embodiment is provided in the vicinity of the through hole 10c on the surface 10a of the bus bar 10A. Since the through hole 10c is a connecting portion with another conductor, heat is generated due to the resistance of the conductor when energized. Further, in the vicinity of the through hole 10c, heat may be generated due to contact resistance with another conductor or the like. That is, the vicinity of the through hole 10c can also be referred to as a heat generating portion.
  • the surface layer 20 since the surface layer 20 is provided at a position separated from the through hole 10c with a gap in the vicinity region of the through hole 10c, the bus bar 10A based on the contact resistance or the bus bar is provided. An excessive rise in the temperature of the conductor connected to the 10A can be suppressed. That is, according to the present embodiment, the surface layer 20 can suppress the temperature rise of the bus bar 10A as a heat transfer member.
  • the surface layer 20 is provided on the protruding portion 10e protruding from the surface 10a.
  • the protruding portion 10e is an example of a convex portion. According to such a configuration, for example, it is possible to suppress that the cross-sectional area of the bus bar 10A becomes small and the electric resistance increases due to the recess or the closed hole 20h of the surface layer 20.
  • FIG. 12 is a plan view of the heat exchange member 10B as the heat transfer member of the third embodiment
  • FIG. 13 is a plan view of the heat exchange member 10C as the heat transfer member of the fourth embodiment.
  • the heat exchange members 10B and 10C as heat transfer members are both members that exchange heat with the fluid F.
  • the fluid F may be a gas, a liquid, or another fluid, such as a multiphase flow.
  • a plurality of surface layers 20 are provided on the surfaces 10a located at the Z-direction ends of the heat exchange members 10B and 10C, respectively.
  • the surface layer 20 has the same configuration as that of the first embodiment or the second embodiment, respectively. That is, the surface layer 20 may be provided on the surface 10a with a relatively low protrusion height from the surface 10a as in the first embodiment, or from the surface 10a as in the second embodiment. It may be provided in a state of protruding in the Z direction.
  • the fluid F passes through the surface layer 20, it becomes a turbulent flow and effectively exchanges heat.
  • the flat portion between the surface layers 20 becomes a laminar flow, which contributes to reducing the resistance of the flow path.
  • the surface layer 20 extends along the direction in which the fluid F flows.
  • the surface layer 20 has a rectangular or oval shape extending along the flow direction (X direction) of the fluid F in a plan view, but is preferably suitable depending on the calorific value and the flow rate. As it can be designed, it is not limited to this and may have other shapes, such as an airfoil shape.
  • the surface layers 20 are arranged discretely in a grid point pattern in a plan view, for example, and the fluid F passes between the surface layers 20.
  • the surface layer 20 of the heat exchange member 10C has a diamond-shaped shape having corners protruding in the direction of the flow of the fluid F (X direction) and the opposite direction (opposite direction of the X direction) in a plan view.
  • X direction the direction of the flow of the fluid F
  • opposite direction opposite direction of the X direction
  • it is not limited to this because it can be appropriately designed according to the calorific value and the flow rate, and may have another shape such as a circular shape.
  • the surface layer 20 in the heat exchange members 10B and 10C as the heat transfer members, heat exchange between the heat exchange members 10B and 10C and the fluid F is performed as compared with the case where the surface layer 20 is not provided.
  • the heat flux in is increased.
  • it can be used for lowering the temperature of a heating element, for example, such as a water-cooled heat sink, and is effective in terms of miniaturization and manufacturing cost as compared with the case of using a heat radiating fin or a heat radiating pin. ..
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a boiling cooling device 30 having a boiling heat transfer member 10D as a heat transfer member.
  • the boiling cooling device 30 includes a chamber 31 having a heat receiving unit 32 and a heat radiating unit 33.
  • the chamber 31 has a hollow shape, and the refrigerant 34 in the liquid phase state is housed in the chamber 31.
  • the heat receiving unit 32 is located vertically below the heat radiating unit 33, and the heat receiving unit 32 and the heat radiating unit 33 communicate with each other through the intermediate opening 35.
  • the refrigerant 34 is sealed in the chamber 31 in a substantially vacuum state.
  • a cooling fluid pipe 36 is provided in the heat radiating unit 33.
  • An opening 32a is provided at the bottom of the heat receiving portion 32, and the opening 32a is closed by a boiling heat transfer member 10D as a heat transfer member in an airtight and liquidtight state.
  • the boiling heat transfer member 10D is thermally connected to the heating element H via the heat spreader 37.
  • a surface layer 20 similar to that of the first embodiment is provided on the surface 10a of the boiling heat transfer member 10D.
  • the surface layer 20 is exposed in the chamber 31 and is in contact with the refrigerant 34.
  • the heat from the heating element H is transferred to the refrigerant 34 via the heat spreader 37 and the surface layer 20 of the boiling heat transfer member 10D.
  • the refrigerant 34 boils to form bubbles at the portion of the boiling heat transfer member 10D in contact with the surface layer 20, and is released into the liquid phase refrigerant 34.
  • the bubbles rise in the liquid phase refrigerant 34 to reach the heat radiating section 33, dissipate heat to the cooling fluid flowing in the cooling fluid pipe 36 in the radiating section 33, reliquefy, and return to the heat receiving section 32.
  • the heat from the heating element H is transported to the heat radiating unit 33 via the refrigerant 34 and radiated from the heat radiating unit 33.
  • the surface layer 20 increases the heat flux in the heat transfer from the boiling heat transfer member 10D to the refrigerant 34, and thus improves the efficiency of the boiling cooling device 30.
  • the present invention can be applied to a heat transfer member and a method for manufacturing a heat transfer member.
  • Laser device 120 ... Optical head 121 ... Collimating lens 122 ... Condensing lens 130 ... Optical fiber 140 ... Holding member 200 ... Case L ... Laser light L1 ... First layer (protrusion layer) L2 ... Second layer (obturator layer) Lx, Lz ... Length P ... Measurement target site ps1 ... Interval ps2 ... Interval S1 ... Process S2 ... Process s1 ... First sweep s2 ... Second sweep R ... Machining chamber W ... Machining target X ... Direction (extension direction, sweep direction) , 1st direction, 4th direction) Y ... direction (extension direction, sweep direction, second direction, third direction) Z ... direction (thickness direction, height direction)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

伝熱部材は、例えば、第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がるポーラス構造を有した表層を備え、金属材料で作られる。また、表層は、例えば、閉孔よりも突起が多く存在する突起層と、当該突起層に対して第一方向の反対側に隣接し突起よりも閉孔が多く存在する閉孔層と、を有する。

Description

伝熱部材および伝熱部材の製造方法
 本発明は、伝熱部材および伝熱部材の製造方法に関する。
 従来、金属材料の表面にパルスレーザ光を照射することにより周期的な凹部を形成するとともに凹部の周囲に環状隆起部を形成して、表面積を増大させた伝熱部材が、知られている。
特開2016-114304号公報
 この種の伝熱部材では、より熱伝導性を高めることが可能な、新規な構造の伝熱部材およびその製造方法が得られれば、有益である。
 そこで、本発明の課題の一つは、例えば、より熱伝導性を高めることが可能な新規な構成を有した伝熱部材、および当該伝熱部材の製造方法を得ること、である。
 本発明の伝熱部材は、例えば、第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がるポーラス構造を有した表層を備え、金属材料で作られる。
 前記伝熱部材にあっては、前記表層は、閉孔よりも突起が多く存在する突起層と、当該突起層に対して前記第一方向の反対側に隣接し前記突起よりも前記閉孔が多く存在する閉孔層と、を有してもよい。
 本発明の伝熱部材は、例えば、第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がる表層を備え、前記表層は、閉孔よりも突起が多く存在する突起層と、当該突起層に対して前記第一方向の反対側に隣接し前記突起よりも前記閉孔が多く存在する閉孔層と、を有した、金属材料で作られる。
 前記伝熱部材にあっては、前記表層の空隙率は、50%以上90%以下であってもよい。
 本発明の伝熱部材は、例えば、第一方向の端部で当該第一方向と交差して広がり空隙率が50%以上90%以下である表層を備え、金属材料で作られる。
 前記伝熱部材にあっては、前記表層の高さ方向の中央位置よりも外側の空隙率は、50%以上80%以下であってもよい。
 前記伝熱部材にあっては、前記伝熱部材の表面より高さ方向外側における前記表層の空隙率は、50%以上90%以下であってもよい。
 前記伝熱部材にあっては、前記表層の高さ方向での投影における単位面積あたりの前記表層の表面積増加率は、110%以上300%以下であってもよい。
 前記伝熱部材は、前記表層を有し前記第一方向に突出した凸部を備えてもよい。
 前記伝熱部材は、導電性の金属材料によって作られたバスバーであってもよい。
 前記伝熱部材は、流体と熱交換する熱交換部材であってもよい。
 前記伝熱部材は、沸騰伝熱部材であり、発熱体から前記表層を介して冷媒へ熱伝達されてもよい。
 また、本発明の伝熱部材の製造方法は、例えば、金属材料で作られ表面を有した伝熱部材を準備する第一工程と、前記表面にレーザ光を照射することにより前記表面から吹き飛ばされた粒子を再付着させることにより、ポーラス構造を有した表層を形成する第二工程と、を備える。
 前記伝熱部材の製造方法にあっては、前記第二工程において、前記レーザ光を出射する出射部と前記伝熱部材とを相対的に移動させることにより前記レーザ光を前記表面上で相対的に掃引してもよい。
 前記伝熱部材の製造方法にあっては、前記第二工程において、前記レーザ光の前記表面に沿った第一方向または当該第一方向の反対方向への第一掃引が、当該第一方向と交差した第二方向に並ぶように、当該第二方向または当該第二方向の反対方向に第一間隔でずれながら複数回行われ、前記第一間隔が、前記レーザ光のビーム径以下であってもよい。
 前記伝熱部材の製造方法にあっては、前記第二工程において、前記第一掃引が前記第二方向に並ぶように複数回行われた後、前記レーザ光の前記表面に沿った前記第一方向と交差した第三方向または当該第三方向の反対方向への第二掃引が、当該第三方向と交差した第四方向に並ぶように複数回行われ、前記第二掃引の前記第四方向における第二間隔が、前記レーザ光のビーム径以下であってもよい。
 前記伝熱部材の製造方法にあっては、前記第二工程において、前記第一掃引が前記第二方向に並ぶように複数回行われた後、前記第一掃引に対して前記第二方向に前記第一間隔未満ずれた位置における前記レーザ光の前記表面に沿った前記第一方向への第二掃引が、前記第二方向に並ぶように複数回行われてもよい。
 本発明によれば、例えば、より熱伝導性を高めることが可能な新規な構成を有した伝熱部材、および当該伝熱部材の製造方法を得ることができる。
図1は、第1実施形態の伝熱部材の例示的かつ模式的な平面図である。 図2は、図1のII-II断面図である。 図3は、第1実施形態の伝熱部材の製造方法を示すフローチャートである。 図4は、第1実施形態の加工システムの例示的な模式図である。 図5は、第1実施形態の伝熱部材の製造方法におけるレーザ光の掃引方法の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図6は、第1実施形態の伝熱部材の製造方法におけるレーザ光の掃引方法の別の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。 図7は、第1実施形態の伝熱部材の表層における表面積増加率と熱抵抗との関係を示す例示的なグラフである。 図8は、図1のII-II断面図であって、表層のうち中央位置よりも端部側の領域を示す例示的かつ模式的な図である。 図9は、図1のII-II断面図であって、表層のうち伝熱部材の表面よりも端部側の領域を示す例示的かつ模式的な図である。 図10は、第2実施形態の伝熱部材としてのバスバーの例示的かつ模式的な平面図である。 図11は、図10のXI-XI断面図である。 図12は、第3実施形態の伝熱部材としての熱交換部材の一部の例示的かつ模式的な平面図である。 図13は、第4実施形態の伝熱部材としての熱交換部材の一部の例示的かつ模式的な平面図である。 図14は、第5実施形態の伝熱部材としての沸騰伝熱部材を有した沸騰冷却装置の例示的かつ模式的な断面図である。
 以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
 以下に示される実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。
 本明細書において、序数は、部品や部位等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。
 また、各図において、X方向を矢印Xで表し、Y方向を矢印Yで表し、Z方向を矢印Zで表す。X方向、Y方向、およびZ方向は、互いに交差するとともに互いに直交している。なお、X方向は、延び方向、あるいは掃引方向とも称され、Y方向は、延び方向、あるいは掃引方向とも称され、Z方向は、厚さ方向あるいは高さ方向とも称されうる。
[第1実施形態]
 図1は、本実施形態の伝熱部材10の平面図、図2は、図1のII-II断面図である。
 伝熱部材10は、例えば、銅や、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のような、熱伝導率の高い金属材料によって作られる。
[表層の構造]
 図1に示されるように、伝熱部材10は、平面状の面10aを有しており、面10aの少なくとも一部には、ポーラス構造を有した表層20が設けられている。面10aは、表面の一例である。表層20は、レーザ光の照射によって形成される。表層20の加工については後述する。
 図2に示されるように、表層20は、伝熱部材10のZ方向の端部において、Z方向における略一定の厚さ(深さ)で、言い換えるとZ方向の所定区間に渡り、X方向およびY方向に、言い換えるとZ方向と交差しかつ直交する方向に、広がっている。Z方向は、第一方向の一例である。
 表層20は、複数の突起20pと複数の閉孔20hと含むポーラス構造を有している。表層20は、例えば、Z方向(の反対方向)に見た場合の所定範囲において、Z方向に最も高く突出している先端20tと、当該先端20tからZ方向の反対方向に最も離れた閉孔20bと、の間の、Z方向と交差しかつ直交して広がった層と定義されうる。
 表層20は、二つの層に大別することができる。一つは、閉孔20bよりも突起20pがより多く存在する第一層L1であり、もう一つは、突起20pよりも閉孔20bがより多く存在する第二層L2である。第一層L1は、所定の高さ(厚さ)でZ方向と交差しかつ直交して広がっており、第二層L2は、所定の深さ(厚さ)でZ方向と交差しかつ直交して広がっている。第一層L1および第二層L2は、互いにZ方向に隣接している。また、第一層L1は、第二層L2よりも外側に位置している。第一層L1は、突起層の一例であり、第二層L2は、閉孔層の一例である。
 表層20の空隙率は、当該表層20(計測対象部位)の断面における、空隙領域の材料領域に対する比率である。空隙率は、例えば、表層20の複数の断面画像に対する画像処理により、空隙領域の材料領域に対する面積比として算出することができる。例えば、図2に示されるZ方向に沿いY方向と交差する断面画像においては、計測対象部位PのX方向の長さLx、計測対象部位PのZ方向の長さLz(深さ)の矩形の2次元領域について、黒の空隙領域の面積をグレーの材料領域の面積で除した面積比を算出する。そして、計測対象部位P内の異なる複数箇所(例えば、4箇所)の断面画像において面積比を算出し、当該複数箇所の面積比の平均値を、空隙率として算出することができる。ここで、計測対象部位Pの長さLzは、例えば、計測対象部位PのZ方向に沿う複数の断面画像において、Z方向に最も高く突出している先端20tと、当該先端20tからZ方向の反対方向に最も離れた閉孔20bと、の間の、Z方向長さとすることができる。計測対象部位PのX方向の長さLxは、レーザ加工が施された範囲内で適宜に設定することができる。また、上述した第一層L1や第二層L2などの層毎の空隙率も、画像処理の対象となる矩形の2次元領域の範囲を変更することにより、同様に算出することができる。なお、断面の方向や、位置、数等は、適宜に設定することができる。また、空隙率は、法線方向が互いに異なる複数の断面における面積比の平均値として算出してもよい。また、平均をとる断面数は、少なくとも2以上であれば良いが、位置や方向による加工状態のばらつきが低ければ1でもよいし、より計測精度を高めるため3以上としてもよい。また、空隙率は、同様のレーザ加工を施した複数のサンプルについて、算出するのが好ましい。なお、本実施形態では、空隙率は、断面から二次元的に算出しているが、平均をとる断面数が多い場合や、位置による形状のばらつきが比較的少ない場合にあっては、空隙の容積の材料の体積に対する比率、すなわち三次元的な空隙率とほぼ同じであると考えることができる。
 表層20の空隙率は、例えば、4サンプルにおいて、(1)76.7%、(2)80.0%、(3)73.7%、(4)81.4%であり、平均77.9%であった。これらの調査結果を含む発明者らによる鋭意研究の結果、表層20の空隙率は、好適には、50%以上でありかつ90%以下であり、さらに好適には、60%以上でありかつ85%以下であることが判明した。図2から明らかとなるように、第一層L1の空隙率は、第二層L2の空隙率よりも大きい。
 また、図2から明らかとなるように、表層20は、不規則な凹凸を有しており、特許文献1のような周期的な凹凸は有していない。
[レーザ光の照射による表層の加工]
 図3は、伝熱部材の製造方法を示すフローチャートである。図3に示されるように、本実施形態では、まず、プレス加工や切削加工等により伝熱部材10を成形するなどして準備し(S1、第一工程)、その後、伝熱部材10の面10aにレーザ光Lを照射することにより当該面10aに表層20を加工する(S2、第二工程)。なお、第一工程S1(準備工程)は、他の場所で成形された伝熱部材10を搬入する工程であってもよい。
 図4は、表層20を加工する加工システム100の模式図である。図4に示されるように、加工システム100は、レーザ装置110と、光学ヘッド120と、レーザ装置110と光学ヘッド120とを接続する光ファイバ130と、保持部材140とを備えている。
 レーザ装置110は、例えば数kWのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。例えば、レーザ装置110は、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数kWのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるように構成することとしてもよい。また、レーザ装置110は、ファイバレーザ、YAGレーザ、ディスクレーザ等様々なレーザ光源を備えていてもよい。レーザ装置110は、連続波発振により、レーザ光の連続光を出射する。すなわち、レーザ装置110は、CW(continuous wave)レーザである。
 光ファイバ130は、レーザ装置110から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド120に入力させる。
 保持部材140は、加工対象Wとしての伝熱部材10を保持する。
 光学ヘッド120は、レーザ装置110から光ファイバ130を経由して入力されたレーザ光Lを、加工対象Wに向けて出射する光学装置である。光学ヘッド120は、出射部の一例である。
 光学ヘッド120は、コリメートレンズ121と集光レンズ122とを備えている。コリメートレンズ121は、入力されたレーザ光を平行光にするための光学系である。集光レンズ122は、平行光化されたレーザ光を集光し、レーザ光Lとして加工対象Wに照射するための光学系である。光学ヘッド120は、レーザ光LをZ方向の反対方向に出射する。レーザ光Lは、加工対象Wの表面に照射される。表面は、被照射面とも称されうる。
 光学ヘッド120、保持部材140、および加工対象Wは、ケース200内に収容されており、ケース200内(加工室R内)、すなわち加工対象Wの周囲の雰囲気が、管理されている。例えば、本実施形態では、レーザ光Lの照射により加工対象Wの面10aから分離した材料の粒子が、再び面10a上に付着して積層されるよう、面10aの照射位置近傍へ向けて、ガスがガスノズル等によって吹き付けられている。ガスの流量や、流速、方向、吹き付け位置などは、適宜に調整されうる。ガスは、例えば窒素ガスのような不活性ガスである。
 加工システム100は、光学ヘッド120と加工対象Wすなわち加工対象Wを保持する保持部材140との相対位置を変更可能に構成されている。これにより、加工対象Wの面10a上で、レーザ光Lの照射位置が移動する。これにより、レーザ光Lは、面10a上を掃引される。言い換えると、面10aにおけるレーザ光Lのスポット(照射位置)は、面10a上を移動する。
 面10a上におけるレーザ光Lの照射位置の移動、すなわち光学ヘッド120と加工対象Wとの相対移動は、光学ヘッド120の単独、加工対象W(保持部材140)の単独、あるいは光学ヘッド120および加工対象Wの双方を移動する移動機構(不図示)により、実現されうる。
[掃引方法]
 図5は、加工対象Wの面10aにおけるレーザ光Lのスポット(不図示)の掃引方法の一例を示し、図6は、加工対象Wの面10aにおけるレーザ光Lのスポットの掃引方法の別の一例を示す。なお、図5,6は、面10aの加工領域の一部を拡大して示した図である。
 図5の場合、まずは、図中に破線の矢印で示されるように、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向およびX方向の反対方向への交互の掃引(s1)が、Y方向に並ぶように複数回実行される。X方向およびX方向の反対方向への掃引は、第一掃引s1の一例であり、X方向は、第一方向の一例であり、Y方向は、第二方向の一例である。第一掃引s1のそれぞれの掃引位置は、例えば、Y方向またはY方向の反対方向に間隔ps1でずれている。また、間隔ps1は、レーザ光Lのスポット径(ビーム径、不図示)以下となるよう、設定されている。間隔ps1は、第一間隔の一例である。なお、ここでは、X方向への第一掃引s1と、X方向の反対方向への第一掃引s1とが交互に実行される例が示されたが、これには限定されず、例えば、X方向への第一掃引s1のみが実行されてもよいし、X方向の反対方向への第一掃引s1のみが実行されてもよいし、X方向への第一掃引s1が複数回実行された後にX方向の反対方向への第一掃引s1が複数回実行されてもよい。
 次に、図中に実線の矢印で示されるように、レーザ光Lの面10aに沿ったY方向およびY方向の反対方向への交互の掃引(s2)が、X方向に並ぶように複数回実行される。Y方向およびY方向の反対方向への掃引は、第二掃引s2の一例であり、Y方向は、第三方向の一例であり、X方向は、第四方向の一例である。第二掃引s2のそれぞれの掃引位置は、例えば、X方向またはX方向の反対方向に間隔ps2でずれている。また、間隔ps2は、レーザ光Lのスポット径(ビーム径、不図示)以下となるよう、設定される。間隔ps2は、第二間隔の一例である。間隔ps2は、間隔ps1と同じであってもよいし、異なってもよい。なお、ここでは、Y方向への第二掃引s2と、Y方向の反対方向への第二掃引s2とが交互に実行される例が示されたが、これには限定されず、例えば、Y方向への第二掃引s2のみが実行されてもよいし、Y方向の反対方向への第二掃引s2のみが実行されてもよいし、Y方向への第二掃引s2が複数回実行された後にY方向の反対方向への第二掃引s2が複数回実行されてもよい。また、第三方向は、第一方向と交差していればよく、Y方向には限定されない、言い換えると、Y方向に対して傾斜した方向であってもよい。
 他方、図6の場合、まずは、図中に破線の矢印で示されるように、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向およびX方向の反対方向への交互の掃引(s1)が、Y方向に並ぶように複数回実行される。X方向およびX方向の反対方向への掃引は、第一掃引s1の一例であり、第一掃引については、図5の場合と同様であるため、説明を割愛する。
 次に、図中に実線の矢印で示されるように、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向およびX方向の反対方向への交互の掃引(s2)が、Y方向に並ぶように複数回実行される。ここでのX方向およびX方向の反対方向への掃引は、第二掃引s2の一例である。第一掃引s1と第二掃引s2とは、平行である。また、第二掃引s2のY方向の位置は、第一掃引s1のY方向の位置に対して、それぞれ間隔ps1未満ずれた位置において、実行される。また、第二掃引s2のそれぞれの掃引位置は、例えば、Y方向またはY方向の反対方向に間隔ps2でずれている。間隔ps2は、レーザ光Lのスポット径(ビーム径、不図示)以下となるよう、設定される。間隔ps2は、間隔ps1と同じであってもよいし、異なってもよい。なお、ここでは、X方向への第二掃引s2と、X方向の反対方向への第二掃引s2とが交互に実行される例が示されたが、これには限定されず、例えば、X方向への第二掃引s2のみが実行されてもよいし、X方向の反対方向への第二掃引s2のみが実行されてもよいし、X方向への第二掃引s2が複数回実行された後にX方向の反対方向への第二掃引s2が複数回実行されてもよい。
 本実施形態の表層20は、加工対象Wの面10aに対するCWレーザであるレーザ光Lの照射により、溶融金属が吹き飛ばされることにより凹部(空隙)が形成されるとともに、吹き飛ばされた溶融金属が再付着することにより凸部が形成されることによって、得られる。この結果、本実施形態の表層20では、互いに隣接した凹部が二次元的および三次元的に連通するとともに、凹部の外側(Z方向)の開口が比較的狭まった、複雑かつ不規則な凹凸構造(多孔質金属層)が得られるため、表層20において材料部分の表面積が大幅に増大する。このような構成によれば、例えばパルスレーザの照射によって材料の表面に凹部や凸部が規則的に配置された比較的単純な凹凸構造を有した従来構造に比べて、より大きな表面積が得られ、ひいては熱抵抗を低減でき、放熱性や熱交換性を向上できることが判明した。
[表面積増加率と熱抵抗]
 図7は、複数のサンプルにおける表層20の表面積増加率と熱抵抗との関係を示すグラフである。どの条件においても未加工銅板の熱抵抗0.26と比較して低下している。表面積増加率は、Z方向における投影面積の単位面積(例えば、1[cm])あたりの、レーザ加工により表層20の表面積が増加した比率である。レーザ加工前(未加工あるいは無加工)とレーザ加工後とで表面積が変化しない場合は、表面積増加率が100%であり、レーザ加工によりレーザ加工前に対して表面積が少しでも増加すると表面積増加率は100%よりも大きな値となる。表面積増加率が大きいほど、凹凸によって表面積がより増大していることを示す。表層20の表面積は、例えば、KEYENCE社のVR-3000などの計測装置によって計測された三次元的な表面形状から算出することができる。表面積増加率は、所定範囲(例えば、Z方向の反対方向に見た平面視で20[mm]×20[mm]の範囲)について、計測装置から得られた表面積を、当該所定範囲が平面である場合の面積(例えば、20[mm]×20[mm]の範囲の場合、400[mm])で除算することにより、得られる。
 発明者らは、図7に示されるように、本実施形態の表層20では、表面積増加率と熱抵抗との相関関係が、表面積増加率の値Rbを境に、変化していることを見出した。すなわち、本実施形態の表層20においては、表面積増加率が値Rbよりも小さい範囲では、表面積増加率が大きいほど熱抵抗が小さいが、表面積増加率が値Rbよりも大きい範囲では、表面積増加率が大きいほど熱抵抗が大きいことが判明した。これは、上述したように、本実施形態の表層20においては、面10aから分離して再付着した粒子により図2に示されるような閉孔20hが形成されるが、表面積増加率が大きい表層20ほど、当該表層20における閉孔20hの体積比率、すなわち熱伝導率のより低い気体の体積比率が大きくなるためであると、推察される。
 このような知見に基づき、表層20は、熱抵抗が閾値Th以下となる表面積増加率の範囲、すなわち下限値Rmin以上、上限値Rmax以下となる形状を有するのが好適であり、具体的には、110%以上でありかつ300%以下であるのが好適であり、200%以上でありかつ230%以下であるのがさらに好適であることが判明した。
[空隙率(図2とは異なる範囲)]
 空隙率は、当該空隙率の算出対象となる範囲が異なる場合についても、上述した断面画像の画像処理において、対象となる矩形の2次元領域を変更することにより、同様に算出することができる。
 図8は、図2と同位置での伝熱部材10の断面を示す。ただし、図8には、表層20のうちZ方向の中央位置CFよりもZ方向の端部側(表面側、外側)の領域Luが示されている。中央位置CFは、Z方向(の反対方向)に見た場合の所定範囲において、表層20の先端20tと最深の閉孔20bとの間のZ方向の中央に位置した、Z方向と交差しかつ直交する面の位置である。
 中間位置CFよりも外側(Z方向の前方)における表層20の空隙率は、例えば、4サンプルにおいて、(1)67.5%、(2)66.0%、(3)65.6%、(4)68.1%であり、平均66.8%であった。これらの調査結果を含む発明者らによる鋭意研究の結果、表層20の空隙率は、好適には、50%以上でありかつ80%以下であり、さらに好適には、60%以上でありかつ70%以下であることが判明した。
 また、図9は、図2と同位置での伝熱部材10の断面を示す。ただし、図9には、表層20のうち、当該表層20を加工していない領域の面10a(あるいは加工する前の面10a)よりもZ方向の端部側(表面側、外側)の領域Lpが示されている。
 面10aよりも外側(Z方向の前方)における表層20の空隙率は、例えば、4サンプルにおいて、(1)76.0%、(2)73.0%、(3)71.9%、(4)76.8%であり、平均74.5%であった。これらの調査結果を含む発明者らによる鋭意研究の結果、表層20の空隙率は、好適には、50%以上でありかつ90%以下であり、さらに好適には、60%以上でありかつ80%以下であることが判明した。面10aよりも外側(Z方向の前方)における表層20の体積材料比率は(1-空隙率)となる。この場合の体積材料比率は、再堆積した材料の比率であると言うことができる。
 以上、説明したように、本実施形態では、伝熱部材10は、金属材料で作られており、表層20を備えている。表層20は、Z方向(第一方向)の端部で当該Z方向の所定区間に渡って当該Z方向と交差して広がるポーラス構造を有している。
 このような構成によれば、例えば、単に表面にポーラス状の凹凸が設けられたに過ぎない伝熱部材よりも表面積が大きくなりやすく、熱伝導性をより高めやすい。
 また、本実施形態では、例えば、表層20は、閉孔20hよりも突起20pが多く存在する第一層L1(突起層)と、当該第一層L1に対してZ方向(第一方向)の反対側に隣接し突起20pよりも閉孔20hが多く存在する第二層L2(閉孔層)と、を有している。
 本実施形態のように、レーザ光Lの照射によって面10aから分離した材料の粒子が当該面10a上に再付着して堆積する場合に、このような構成が得られる。当該構成によれば、例えば、単に表面にポーラス状の凹凸が設けられたに過ぎない伝熱部材よりも表面積が大きくなりやすく、熱伝導性をより高めやすい。
 また、本実施形態では、例えば、表層20の空隙率は、50%以上90%以下である。
 また、本実施形態では、例えば、表層20のZ方向(高さ方向)の中央位置CFよりも外側の空隙率は、50%以上80%以下である。
 さらに、本実施形態では、例えば、伝熱部材10の面10aよりZ方向(高さ方向)の外側における表層20の空隙率は、50%以上90%以下である。
 発明者らの研究により、空隙率がこのような範囲内であれば、熱伝導性をより高めやすいことが判明した。
 また、本実施形態では、例えば、表面積増加率、すなわち、表層20のZ方向(高さ方向)での投影における単位面積あたりの当該表層20の比率は、110%以上300%以下である。
 発明者らの研究により、表面積増加率がこのような範囲内であれば、熱伝導性をより高めやすいことが判明した。
 また、本実施形態の伝熱部材10の製造方法は、例えば、伝熱部材10を準備する工程S1(第一工程)と、伝熱部材10の面10aにレーザ光Lを照射することにより面10aから吹き飛ばされた粒子を再付着させることにより、ポーラス構造を有した表層20を形成する工程S2(第二工程)と、を備えている。
 上記第二工程により、ポーラス構造を有し熱伝導性の高い表層20を形成することができ、これにより、伝熱部材10の面10aに、より熱伝導性の高い表層20を構成することができる。
 また、本実施形態では、例えば、工程S2(第二工程)において、レーザ光Lを出射する光学ヘッド120(出射部)と加工対象W(伝熱部材10)とを相対的に移動させることによりレーザ光Lを面10a上で相対的に掃引する。
 このような構成によれば、例えば、パルスレーザ光を照射する場合に比べて、表層20をより迅速に形成することができる。また、レーザ光Lの連続光を照射することにより、パルスレーザ光を照射した場合に比べて、規則的な凹凸が形成され難くなり、その分、表面積が大きくなりやすく、熱伝導性をより高めやすい。
 また、本実施形態では、例えば、工程S2(第二工程)において、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向(第一方向)または当該X方向の反対方向(第一方向の反対方向)への第一掃引s1が、当該X方向と交差したY方向(第二方向)に並ぶように、当該Y方向または当該Y方向の反対方向に間隔ps1(第一間隔)でずれながら複数回行われ、間隔ps1が、レーザ光Lのビーム径以下である。
 このような構成によれば、例えば、面10a上に、平面的に隙間無く広がった表層20を形成することができる。また、第一掃引s1の境界部分に比較的広い間隔で規則的な凸条が形成され、これにより表面積が増大し難くなるのを回避することができる。
 また、本実施形態では、例えば、工程S2(第二工程)において、第一掃引s1がY方向に並ぶように複数回行われた後、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向と交差したY方向(第三方向)または当該Y方向の反対方向への第二掃引s2が、当該Y方向と交差したX方向(第四方向)に並ぶように複数回行われ、第二掃引s2のX方向における間隔ps2(第二間隔)が、レーザ光Lのビーム径以下である。
 このような構成によれば、例えば、面10a上に、平面的に隙間無く広がった表層20を形成することができる。また、第一掃引s1の境界部分および第二掃引s2の境界部分に比較的広い間隔で規則的な凸条が形成され、これにより表面積が増大し難くなるのを回避することができる。
 また、本実施形態では、工程S2(第二工程)において、第一掃引s1がY方向に並ぶように複数回行われた後、第一掃引s1に対してY方向(第二方向)に間隔ps1未満ずれた位置におけるレーザ光Lの面10aに沿ったX方向(第一方向)の第二掃引s2が、Y方向(第二方向)に並ぶように複数回行われる。
 このような構成によれば、例えば、面10a上に、平面的に隙間無く広がった表層20を形成することができる。また、第一掃引s1の境界部分に比較的広い間隔で規則的な凸条が形成され、これにより表面積が増大し難くなるのを回避することができる。
 本実施形態の伝熱部材10は、ポーラス構造による表面積の大きな表層を有しており、真空中であっても、当該表層からの放射による高い放熱性を得ることができる。このため、例えば、宇宙基地や、宇宙ステーション、ロケット、宇宙探査機、人工衛星のような、真空であるとともに温度変化の大きい宇宙環境で使用される宇宙構造物への適用に好適である。宇宙構造物の材料としては、例えば、ステンレススチールや、チタン、チタン合金、モリブデン、タンタル等があげられる。また、従来の宇宙構造物の表面に塗布されていた放熱性を高めるための塗料等が不要となる分、例えば、宇宙構造物の製造の手間やコストを抑制できるという利点も得られる。
[第2実施形態]
 図10は、第2実施形態の伝熱部材としてのバスバー10Aの平面図であり、図11は、図10のXI-XI断面図である。
 バスバー10Aは、導電性の金属材料で作られている。長手方向の端部10bには、それぞれ、他の電気部品の端子と機械的かつ電気的に接続するための貫通穴10cが設けられている。
 バスバー10Aは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のような、電気抵抗率の小さい金属材料によって作られるのが好適である。電気抵抗率が小さいという観点からは、バスバー10Aは、銅によって作られるのが好適である。
 バスバー10Aは、扁平な帯状かつ板状の形状を有している。バスバー10Aは、Y方向に略一定の幅およびZ方向に略一定の厚さ(高さ)で、X方向に延びている。
 バスバー10Aは、Z方向およびZ方向の反対方向の端部において、二つの面10a,10dを有している。面10a,10dは、Z方向と交差しかつ直交して広がっている。本実施形態では、面10a,10dは、Z方向と直交し、X方向およびY方向に延びている。面10a,10dは、表面の一例である。
 バスバー10Aの面10aの、貫通穴10cの近傍には、第一実施形態と同様の構成を有した表層20が設けられている。貫通穴10cは、他の導体との接続部分であるため、通電により導体事態の抵抗により発熱する。さらに、貫通穴10cの近傍において、他の導体との間の接触抵抗等により発熱することがある。すなわち、貫通穴10cの近傍は、発熱部位とも称されうる。この点、本実施形態によれば、貫通穴10cの近傍領域において、当該貫通穴10cから隙間をあけて離れた位置に、表層20が設けられているため、接触抵抗に基づくバスバー10Aあるいは当該バスバー10Aと接続される導体の温度の過度な上昇を、抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、表層20により、伝熱部材としてのバスバー10Aの温度上昇を抑制することができる。
 また、図11に示されるように、表層20は、面10aから突出した突出部10eに設けられている。突出部10eは、凸部の一例である。このような構成によれば、例えば、表層20の凹部あるいは閉孔20hによりバスバー10Aの断面積が小さくなり電気抵抗が増大するのを、抑制することができる。
[第3実施形態および第4実施形態]
 図12は、第3実施形態の伝熱部材としての熱交換部材10Bの平面図であり、図13は、第4実施形態の伝熱部材としての熱交換部材10Cの平面図である。
 伝熱部材としての熱交換部材10B,10Cは、いずれも、流体Fとの間で熱交換する部材である。流体Fは、気体でもよいし、液体でもよいし、例えば、混相流のような、他の流体であってもよい。熱交換部材10B,10CのZ方向の端部に位置する面10a上には、それぞれ、複数の表層20が設けられている。表層20は、それぞれ、第1実施形態または第2実施形態と同様の構成を有している。すなわち、表層20は、第1実施形態のように、面10a上に、面10aからの突出高さが比較的低い状態で設けられてもよいし、第2実施形態のように、面10aからZ方向に突出した状態に設けられてもよい。流体Fは表層20を通過するときに乱流となり、効果的に熱交換される。表層20の間の平坦部では層流となり、流路の抵抗を下げることに寄与する。
 熱交換部材10Bにおいて、表層20は、流体Fの流れる方向に沿って延びている。この例において、表層20は、平面視において、流体Fの流れの向き(X方向)に沿って延びる長方形状あるいは長円形状の形状を有しているが、発熱量と流量に応じて好適に設計されうるため、これには限定されず、例えば、翼型形状のような他の形状を有してもよい。
 また、熱交換部材10Cにおいて、表層20は、例えば平面視で格子点状に離散的に配置されており、流体Fは、表層20の間を通過する。この例において、熱交換部材10Cの表層20は、平面視において、流体Fの流れの向き(X方向)およびその反対方向(X方向の反対方向)に突出した角部を有した菱形状の形状を有しているが、発熱量と流量に応じて好適に設計されうるため、これには限定されず、例えば、円形状のような他の形状を有してもよい。
 このように、伝熱部材としての熱交換部材10B,10Cにおいて、表層20が設けられることにより、表層20が無い場合に比べて、熱交換部材10B,10Cと流体Fとの間での熱交換における熱流束が増大する。その結果、例えば、水冷ヒートシンクのような、発熱体の温度を下げる用途に用いることができ、放熱フィンや放熱ピンを用いた場合と比較して、小型化や製造コストの面で効果が得られる。
[第5実施形態]
 図14は、伝熱部材としての沸騰伝熱部材10Dを有した沸騰冷却装置30の断面図である。
 図14において、沸騰冷却装置30は、受熱部32と放熱部33とを有したチャンバ31を備えている。チャンバ31は、中空状の形状を有し、チャンバ31内には、液相状態の冷媒34が収容されている。受熱部32は、放熱部33の鉛直下方に位置され、受熱部32と放熱部33とは中間開口35を介して連通している。冷媒34は、略真空状態のチャンバ31内に封入されている。また、放熱部33内には、冷却流体配管36が設けられている。
 受熱部32の底部には、開口32aが設けられており、当該開口32aは、伝熱部材としての沸騰伝熱部材10Dによって、気密および液密状態で塞がれている。沸騰伝熱部材10Dは、ヒートスプレッダ37を介して発熱体Hと熱的に接続されている。
 沸騰伝熱部材10Dの面10aには、第1実施形態と同様の表層20が設けられている。表層20は、チャンバ31内に露出されており、冷媒34と接触している。
 上述した沸騰冷却装置30において、発熱体Hからの熱が、ヒートスプレッダ37および沸騰伝熱部材10Dの表層20を介して冷媒34に伝達される。冷媒34は、沸騰伝熱部材10Dの表層20に触れている部分において、沸騰して気泡となり、液相の冷媒34中に放出される。気泡は、液相の冷媒34中を上昇して放熱部33に至り、放熱部33において冷却流体配管36内を流れる冷却流体に放熱して再液化し、受熱部32に戻る。このような動作を繰り返すことによって、発熱体Hからの熱が、冷媒34を介して放熱部33に輸送され、放熱部33から放熱される。本実施形態によれば、表層20により、沸騰伝熱部材10Dから冷媒34への伝熱における熱流束が増大し、ひいては、沸騰冷却装置30の効率が向上する。
 以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック(構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等)は、適宜に変更して実施することができる。
 本発明は、伝熱部材および伝熱部材の製造方法に適用することができる。
10…伝熱部材
10A…バスバー(伝熱部材)
10B…熱交換部材(伝熱部材)
10C…熱交換部材(伝熱部材)
10D…沸騰伝熱部材(伝熱部材)
10a…面(表面)
10b…端部
10c…貫通穴
10d…面
10e…突出部
20…表層
20b…閉孔
20h…閉孔
20p…突起
20t…先端
30…沸騰冷却装置
31…チャンバ
32…受熱部
32a…開口
33…放熱部
34…冷媒
35…中間開口
36…冷却流体配管
37…ヒートスプレッダ
100…加工システム
110…レーザ装置
120…光学ヘッド
121…コリメートレンズ
122…集光レンズ
130…光ファイバ
140…保持部材
200…ケース
L…レーザ光
L1…第一層(突起層)
L2…第二層(閉孔層)
Lx,Lz…長さ
P…計測対象部位
ps1…間隔
ps2…間隔
S1…工程
S2…工程
s1…第一掃引
s2…第二掃引
R…加工室
W…加工対象
X…方向(延び方向、掃引方向、第一方向、第四方向)
Y…方向(延び方向、掃引方向、第二方向、第三方向)
Z…方向(厚さ方向、高さ方向)

Claims (17)

  1.  第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がるポーラス構造を有した表層を備え、金属材料で作られた伝熱部材。
  2.  前記表層は、閉孔よりも突起が多く存在する突起層と、当該突起層に対して前記第一方向の反対側に隣接し前記突起よりも前記閉孔が多く存在する閉孔層と、を有した、請求項1に記載の伝熱部材。
  3.  第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がる表層を備え、
     前記表層は、閉孔よりも突起が多く存在する突起層と、当該突起層に対して前記第一方向の反対側に隣接し前記突起よりも前記閉孔が多く存在する閉孔層と、を有した、金属材料で作られた伝熱部材。
  4.  前記表層の空隙率は、50%以上90%以下である、請求項1~3のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。
  5.  第一方向の端部で当該第一方向と交差して広がり空隙率が50%以上90%以下である表層を備え、金属材料で作られた伝熱部材。
  6.  前記表層の高さ方向の中央位置よりも外側の空隙率は、50%以上80%以下である、請求項1~5のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。
  7.  前記伝熱部材の表面より高さ方向外側における前記表層の空隙率は、50%以上90%以下である、請求項1~6のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。
  8.  前記表層の高さ方向での投影における単位面積あたりの前記表層の表面積増加率は、110%以上300%以下である、請求項1~7のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。
  9.  前記表層を有し前記第一方向に突出した凸部を備えた、請求項1~8のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。
  10.  前記伝熱部材は、導電性の金属材料によって作られたバスバーである、請求項1~9のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。
  11.  前記伝熱部材は、流体と熱交換する熱交換部材である、請求項1~9のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。
  12.  前記伝熱部材は、沸騰伝熱部材であり、
     発熱体から前記表層を介して冷媒へ熱伝達される、請求項1~9のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。
  13.  金属材料で作られ表面を有した伝熱部材を準備する第一工程と、
     前記表面にレーザ光を照射することにより前記表面から吹き飛ばされた粒子を再付着させることにより、ポーラス構造を有した表層を形成する第二工程と、
     を備えた、伝熱部材の製造方法。
  14.  前記第二工程において、前記レーザ光を出射する出射部と前記伝熱部材とを相対的に移動させることにより前記レーザ光を前記表面上で相対的に掃引する、請求項13に記載の伝熱部材の製造方法。
  15.  前記第二工程において、前記レーザ光の前記表面に沿った第一方向または当該第一方向の反対方向への第一掃引が、当該第一方向と交差した第二方向に並ぶように、当該第二方向または当該第二方向の反対方向に第一間隔でずれながら複数回行われ、
     前記第一間隔が、前記レーザ光のビーム径以下である、請求項14に記載の伝熱部材の製造方法。
  16.  前記第二工程において、前記第一掃引が前記第二方向に並ぶように複数回行われた後、前記レーザ光の前記表面に沿った前記第一方向と交差した第三方向または当該第三方向の反対方向への第二掃引が、当該第三方向と交差した第四方向に並ぶように複数回行われ、前記第二掃引の前記第四方向における第二間隔が、前記レーザ光のビーム径以下である、請求項15に記載の伝熱部材の製造方法。
  17.  前記第二工程において、前記第一掃引が前記第二方向に並ぶように複数回行われた後、前記第一掃引に対して前記第二方向に前記第一間隔未満ずれた位置における前記レーザ光の前記表面に沿った前記第一方向への第二掃引が、前記第二方向に並ぶように複数回行われる、請求項15に記載の伝熱部材の製造方法。
PCT/JP2021/000779 2020-01-15 2021-01-13 伝熱部材および伝熱部材の製造方法 WO2021145332A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021571201A JPWO2021145332A1 (ja) 2020-01-15 2021-01-13

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-004435 2020-01-15
JP2020004435 2020-01-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021145332A1 true WO2021145332A1 (ja) 2021-07-22

Family

ID=76863222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/000779 WO2021145332A1 (ja) 2020-01-15 2021-01-13 伝熱部材および伝熱部材の製造方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPWO2021145332A1 (ja)
TW (1) TW202134586A (ja)
WO (1) WO2021145332A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024048107A1 (ja) * 2022-09-02 2024-03-07 住友精密工業株式会社 沸騰式冷却器および沸騰式冷却器の製造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51137630A (en) * 1975-05-24 1976-11-27 Inoue Japax Res Production method for heat exchanger components
CN104201160A (zh) * 2014-09-09 2014-12-10 东南大学 一种带有多孔泡沫金属的强化沸腾换热结构
CN104342734A (zh) * 2013-08-06 2015-02-11 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 具有强化泡核沸腾传热功能的铝材及其制备方法
US20160225718A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Infineon Technologies Ag Device including a metallization layer and method of manufacturing a device
JP2017015269A (ja) * 2015-06-29 2017-01-19 昭和電工株式会社 沸騰伝熱部材およびこれを用いた沸騰冷却装置
CN107979953A (zh) * 2017-11-22 2018-05-01 上海交通大学 梯度金属泡沫和翅片组合式散热器
JP2019009220A (ja) * 2017-06-22 2019-01-17 株式会社デンソー 端子冷却装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51137630A (en) * 1975-05-24 1976-11-27 Inoue Japax Res Production method for heat exchanger components
CN104342734A (zh) * 2013-08-06 2015-02-11 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 具有强化泡核沸腾传热功能的铝材及其制备方法
CN104201160A (zh) * 2014-09-09 2014-12-10 东南大学 一种带有多孔泡沫金属的强化沸腾换热结构
US20160225718A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Infineon Technologies Ag Device including a metallization layer and method of manufacturing a device
JP2017015269A (ja) * 2015-06-29 2017-01-19 昭和電工株式会社 沸騰伝熱部材およびこれを用いた沸騰冷却装置
JP2019009220A (ja) * 2017-06-22 2019-01-17 株式会社デンソー 端子冷却装置
CN107979953A (zh) * 2017-11-22 2018-05-01 上海交通大学 梯度金属泡沫和翅片组合式散热器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024048107A1 (ja) * 2022-09-02 2024-03-07 住友精密工業株式会社 沸騰式冷却器および沸騰式冷却器の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021145332A1 (ja) 2021-07-22
TW202134586A (zh) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11602792B2 (en) Additive manufacturing by spatially controlled material fusion
US5309457A (en) Micro-heatpipe cooled laser diode array
Schulz et al. Manufacturing with novel high-power diode lasers
KR101866601B1 (ko) 높은 펄스 반복 주파수에서의 피코초 레이저 펄스에 의한 레이저 다이렉트 어블레이션
JP4599032B2 (ja) 薄い金属層を処理する方法及び装置
Moench et al. High-power VCSEL systems and applications
US7649187B2 (en) Arrangement for the generation of extreme ultraviolet radiation by means of electric discharge at electrodes which can be regenerated
BR112016024485B1 (pt) Dispositivo para projeção de máscara de feixes de laser de femtossegundos e picossegundos em uma superfície de substrato
WO2021145332A1 (ja) 伝熱部材および伝熱部材の製造方法
Kozłowska et al. Experimental study and numerical modeling of micro-channel cooler with micro-pipes for high-power diode laser arrays
WO2003076150A1 (fr) Procede et systeme d'usinage d'un materiau fragile
JP2020115077A (ja) 冷却装置および冷却装置を用いた冷却システム
EP3715766B1 (en) Method of forming a 3d-vapor chamber
Grabas Vibration-assisted laser surface texturing of metals as a passive method for heat transfer enhancement
KR102680216B1 (ko) 향상된 냉각 특성들을 갖는 마그네트론
JP2022524953A (ja) 複数の溝を生成する装置及び方法
JP2022519266A (ja) 沸騰強化装置
Utaka et al. Critical heat flux enhancement in narrow gaps via different-mode-interacting boiling with nonuniform thermal conductance inside heat transfer plate
CN107845615B (zh) 功率模块及其制造方法
JP6526500B2 (ja) 沸騰伝熱部材およびこれを用いた沸騰冷却装置
US20130133826A1 (en) Method of manufacturing resistor
US20230096039A1 (en) Busbar and method of manufacturing busbar
JP2007005332A (ja) ヒートシンクおよびその製造方法
US20170259372A1 (en) Laser welding apparatus capable of performing bellows welding
CN116438652A (zh) 均热板及均热板的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21740662

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021571201

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21740662

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1