JPWO2020255885A1 - 冷却装置および構造体 - Google Patents

Abstract

少なくとも一方の面に流路となる空間部（１０Ａ）が設けられた樹脂製流路（１０）と、空間部（１０Ａ）を覆うとともに少なくとも一部が樹脂製流路（１０）に接し、かつ、発熱体を冷却するための金属製冷却パネル（２０）と、樹脂製流路（１０）と金属製冷却パネル（２０）とを接合するための樹脂製接合部材（３０）と、を備え、金属製冷却パネル（２０）は、少なくとも樹脂製接合部材（３０）との接合部表面に微細凹凸構造を有しており、上記微細凹凸構造に樹脂製接合部材（３０）の一部分が浸入することにより金属製冷却パネル（２０）と樹脂製接合部材（３０）とが接合されている冷却装置。

Description

本発明は、冷却装置および構造体に関する。

近年、電気自動車等の動力源として電池が注目されている。高出力で、かつ、大容量の電池は充放電過程において多量の熱を発生し、この熱によって電池の劣化を引き起こすことが知られている。よって、電池には冷却システムが必要である。
また、発熱素子である半導体素子を搭載した電子部品は従来から熱対策が重要視されている。特に、近年の電子部品の小型化・高密度実装化の傾向、あるいはマイクロプロセッサ類の高速化に伴い、電子部品１つあたりの消費電力は著しく増大しており、効率的な冷却システムが重要となっている。

電池や電子部品等の発熱体の冷却システムとして、近年では、液冷方式の冷却装置が採用されつつある。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製板、いわゆるコールドプレートを発熱体に接触させ、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、装置外部に設けられた放熱側ヒートシンクに搬送することで、発熱体を冷却するものである（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、対応する組電池に熱的接触する載置面を有する第１プレートと、上記載置面の反対側の面に固定される第２プレートと、上記第１プレートと上記第２プレートの間に形成される冷却流路と、上記冷却流路を封止するために上記第１プレートと上記第２プレートの間に配置されるシール部と、を含む冷却機構が開示されている。

国際公開第２０１７／００２３２５号

しかし、特許文献１に開示された冷却機構は、第１プレートおよび第２プレートの両方とも金属から構成されているため重量が大きくなるという問題があった。さらに、大型ないし大重量の電池ブロックの冷却に適用する場合、衝撃や振動等によって金属製プレート間のシール部が部分的に破壊され、冷却媒体が漏洩して組電池に接触すると電池が短絡する恐れがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、冷却媒体の漏れのリスクを低減でき、かつ、軽量性に優れた冷却装置および構造体を提供するものである。

本発明によれば以下に示す冷却装置および構造体が提供される。

［１］
少なくとも一方の面に流路となる空間部が設けられた樹脂製流路と、
上記空間部を覆うとともに少なくとも一部が上記樹脂製流路に接し、かつ、発熱体を冷却するための金属製冷却パネルと、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとを接合するための樹脂製接合部材と、
を備え、
上記金属製冷却パネルは、少なくとも上記樹脂製接合部材との接合部表面に微細凹凸構造を有しており、
上記微細凹凸構造に上記樹脂製接合部材の一部分が浸入することにより上記金属製冷却パネルと上記樹脂製接合部材とが接合されている冷却装置。
［２］
上記［１］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記樹脂製接合部材との接合部では、上記樹脂製流路を構成する樹脂成分と上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分とが一体化している冷却装置。
［３］
上記［１］または［２］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記樹脂製接合部材との接合部では、上記樹脂製流路を構成する樹脂成分と上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分とが融着している冷却装置。
［４］
上記［１］乃至［３］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路を構成する樹脂成分および上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分が両方とも熱可塑性樹脂である、または両方とも熱硬化性樹脂である冷却装置。
［５］
上記［１］乃至［４］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとは、上記樹脂製流路の外周で接している冷却装置。
［６］
上記［５］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとは、上記樹脂製流路の内部でも接している冷却装置。
［７］
上記［１］乃至［６］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路は、底部と、上記底部に立設する側壁部と、上記底部上に冷却媒体の流路を形成するための複数の敷居状の障壁と、を有する冷却装置。
［８］
上記［１］乃至［７］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記金属製冷却パネルと上記樹脂製流路とが、接着剤法、熱溶着法および機械締結法から選ばれる一つ以上の手段で接合されている冷却装置。
［９］
上記［１］乃至［８］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記微細凹凸構造の間隔周期が０．０１μｍ以上５００μｍ以下の範囲である冷却装置。
［１０］
上記［１］乃至［９］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記金属製冷却パネル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冷却装置。
［１１］
発熱体と、
上記［１］乃至［１０］のいずれか一つに記載の冷却装置と、
を備え、
上記冷却装置における上記金属製冷却パネル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、冷却媒体の漏れのリスクを低減でき、かつ、軽量性に優れた冷却装置および構造体を提供することができる。

本実施形態に係る冷却装置の構造の一例を模式的に示した平面図である。 図１に示す冷却装置の（ａ）Ａ−Ａ’断面図、（ｂ）側面図および（ｃ）Ｃ−Ｃ’断面図である。 図２（ｂ）に示す冷却装置のＢ−Ｂ’水平断面図である。 本実施形態に係る樹脂製流路、金属製冷却パネルおよび樹脂製接合部材の位置関係の一例を示す断面図である。 本実施形態に係る樹脂製流路、金属製冷却パネルおよび樹脂製接合部材の位置関係の一例を示す断面図である。

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。文中の数字の間にある「〜」は特に断りがなければ、以上から以下を表す。

図１は、本実施形態に係る冷却装置の構造の一例を模式的に示した平面図である。図２は、図１に示す冷却装置の（ａ）Ａ−Ａ’断面図、（ｂ）側面図および（ｃ）Ｃ−Ｃ’断面図である。図３は、図２（ｂ）に示す冷却装置のＢ−Ｂ’水平断面図である。
本実施形態に係る冷却装置は、少なくとも一方の面に流路となる空間部１０Ａが設けられた樹脂製流路１０と、空間部１０Ａを覆うとともに少なくとも一部が樹脂製流路１０に接し、かつ、発熱体を冷却するための金属製冷却パネル２０と、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とを接合するための樹脂製接合部材３０と、を備え、金属製冷却パネル２０は、少なくとも樹脂製接合部材３０との接合部表面に微細凹凸構造を有しており、上記微細凹凸構造に樹脂製接合部材３０の一部分が浸入することにより金属製冷却パネル２０と樹脂製接合部材３０とが接合されている。

金属製冷却パネル２０は樹脂製流路１０に形成された流路となる空間部１０Ａに導通される冷却媒体（以下、冷媒とも呼ぶ。）によって、全体が冷却されているため、金属製冷却パネル２０に接する電池セルや電子部品等の発熱体の冷却効率を高くすることができる。また、樹脂製流路１０は軽量な樹脂材料で一体的に形成されているため、冷却装置全体の重量を軽くすることができる。
また、金属製冷却パネル２０の微細凹凸構造に樹脂製接合部材３０の一部分が浸入することにより金属製冷却パネル２０と樹脂製接合部材３０との接合性を高めることができる。これにより、樹脂製接合部材３０を用いて、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とを強固に接合できるため、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０との気密性を高めることができる。これにより、冷却装置の冷媒漏れリスクを抑えることができる。
以上から、本実施形態によれば、冷却媒体の漏れのリスクを低減でき、かつ、軽量性に優れた冷却装置を提供することができる。

ここで、冷却装置から冷媒が漏洩するリスクをより一層低減する観点から、少なくとも樹脂製流路１０と樹脂製接合部材３０との接合部では、樹脂製流路１０を構成する樹脂成分と樹脂製接合部材３０を構成する樹脂成分とが一体化していることが好ましく、少なくとも樹脂製流路１０と樹脂製接合部材３０との接合部では、樹脂製流路１０を構成する樹脂成分と樹脂製接合部材３０を構成する樹脂成分とが融着していることがより好ましい。これにより、樹脂製流路１０と樹脂製接合部材３０との接合性が向上し、樹脂製流路１０と樹脂製接合部材３０との接合部から冷媒が漏洩するのをより一層抑制することができる。樹脂製流路１０と樹脂製接合部材３０の外観が同系色である場合、肉眼で一体化していることを判別することが難しい場合があるが、樹脂成分同士が一体化していることを観察する方法としては、例えば、一体化した部分の断面を切り出し、光学顕微鏡や偏光顕微鏡などで断面観察することで、樹脂成形時の樹脂結晶配向層や強化フィラー配向層の配向状態が変化している境界部を一体化している部分であると見極めることができる。

本実施形態に係る冷却装置において、樹脂製流路１０を構成する樹脂成分および樹脂製接合部材３０を構成する樹脂成分が両方とも熱可塑性樹脂であることまたは両方とも熱硬化性樹脂であることが好ましく、樹脂製流路１０を構成する樹脂成分および樹脂製接合部材３０を構成する樹脂成分が同じ系列の樹脂を含むことがより好ましい。これにより、樹脂製流路１０を構成する樹脂成分と樹脂製接合部材３０を構成する樹脂成分との相溶性を向上させることができ、その結果、樹脂製流路１０と樹脂製接合部材３０との接合性を向上させることができる。
また、樹脂製流路１０を構成する樹脂成分および樹脂製接合部材３０を構成する樹脂成分が異なる系列の樹脂の場合でも、化学的な相互作用が強い異なる樹脂同士を選ぶことで、高い相溶性を得ることも可能である。

図１および２に示すように、本実施形態に係る冷却装置において、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とは、通常は樹脂製流路１０の外周で接しているが、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とをより一層強固に接合し、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０との気密性をより一層高める観点から、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とは、樹脂製流路１０の内部（外周以外の部分、例えば、中心部分）でも一か所以上の密接する部分を設けることが好ましい。

また、本実施形態に係る冷却装置において、通常は、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とは直接接合しておらず、樹脂製接合部材３０が樹脂製流路１０および金属製冷却パネル２０とそれぞれ接合することによって、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とが間接的に接合、即ち、冷媒の漏れのないような気密性が保つように密接している。空間部１０Ａを有する樹脂製流路１０を成形後に金属製冷却パネル２０を積層させるため、通常は、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とは直接接合していない。ここで、本実施形態において、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とが直接接合している状態とは、金属製冷却パネル２０表面の微細凹凸構造に樹脂製流路１０の一部分が浸入することにより金属製冷却パネル２０と樹脂製流路１０とが接合することを意味し、接着剤法、熱溶着法および機械締結法から選ばれる接合法によって樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とが接合している状態は除かれる。

本実施形態に係る冷却装置において、樹脂製流路１０は、複数の流路ユニットを含んでもよい。これにより、冷媒の流れをより複雑にコントロールすることができ、例えば複数の発熱体を同時に液冷することが可能である。
ここで、複数の流路ユニットは一体化された構成であってもよいし、分割された構成であってもよい。複数の流路ユニットが分割されている場合、流路ユニット同士は、例えば、冷媒が流れる冷媒管を用いて接続することができる。
樹脂製流路１０を構成する流路ユニットの数は特に限定されず、冷却する発熱体の大きさや個数によって任意に設定することができる。

図４および図５は、本実施形態に係る樹脂製流路１０、金属製冷却パネル２０および樹脂製接合部材３０の位置関係の一例を示す断面図である。
また、本実施形態に係る樹脂製流路１０、金属製冷却パネル２０および樹脂製接合部材３０の位置関係の例としては、例えば、図４に示す（ａ）〜（ｄ）の構造が挙げられる。
また、本実施形態に係る樹脂製流路１０、金属製冷却パネル２０および樹脂製接合部材３０の位置関係の例としては、例えば、図５に示す（ａ）〜（ｃ）の構造が挙げられる。
図５（ａ）は、金属製冷却パネル２０に凹部を設け、その凹部に樹脂製流路１０の一部を差し込んだ構成である。また、図５（ｂ）および（ｃ）は、金属製冷却パネル２０に凸部の壁を設け、その凸部の段差に樹脂製流路１０の一部が係合する構成である。図５に示す（ａ）〜（ｃ）の構造とすることにより、樹脂製接合部材３０を形成する際の樹脂の流動圧力によって樹脂製流路１０の側壁部や複数の敷居状の障壁が倒れて、樹脂が流路に漏れ出すことを防ぐことができる。

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装置と、必要に応じて発熱体を収納するケースと、を備え、冷却装置における金属製冷却パネル２０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。金属製冷却パネル２０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。
金属製冷却パネル２０の冷媒流通面とは反対面に電池や電子部品等の発熱体が搭載され、発熱体は、必要に応じてケース内に収納されている。樹脂製流路１０の側壁部には、冷媒の流入・流出のための通液口である冷媒注入口１０Ｂと冷媒回収口１０Ｃが設けられている。

金属製冷却パネル２０は樹脂製流路１０の内部に形成された流路を流通する冷媒によって、全体が冷却されているため、金属製冷却パネル２０の樹脂製流路１０との接触面とは反対面に接する発熱体の冷却効率を高くすることができる。また、冷媒の流路が形成された樹脂製流路１０は軽量且つ断熱性に優れた材質により形成されているので、例えば構造体全体の重量軽減に寄与するとともに冷却効率を向上させることができる。

本実施形態に係る冷却装置は、厳しい環境下で使用した場合であっても冷媒が漏れることのない厳密な水密性を担保するために、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０は緊密且つ堅固に接合していることが好ましい。そのため、樹脂製接合部材３０と別の接合手段を組み合わせてもよい。樹脂製接合部材３０以外の好ましい接合手段としては、接着剤法、熱溶着法および機械締結法から選ばれる一種または二種以上が挙げられる。
例えば樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とを接着剤を介して接合する方法は、接着剤法を用いた接合である。金属製冷却パネル２０の表面に、インサート成形等の手段で樹脂土手部を形成させた後、次いで、該樹脂土手部の上に樹脂製流路を溶着手段で接合する方法は、樹脂−金属熱溶着法と樹脂−樹脂熱溶着法を組みわせて利用する方法である。樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０を接着剤を介して接合させた後、さらに機械締結する方法は、熱溶着法と機械締結法を組み合わせた接合手段である。
上記の接合手段で用いた接着剤としては公知の天然系接着剤および合成系接着剤が制限なく使用できるが接着力の持続性の視点から合成系接着剤が好ましい。
合成系接着剤は熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤、エラストマーに分類できるが、接着強度の観点から熱硬化性接着剤が好ましい。熱硬化性接着剤としては、常温反応型接着剤（一液形）であっても加熱硬化型接着剤（二液形）であっても光硬化型接着剤であってもよい。
どのような接着剤を用いるかは、どのような特性を持つ冷却装置を、どのような材料から形成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。

本実施形態に係る冷却装置において、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０との機械締結としては、例えばリベット、ネジ止め等による機械締結が挙げられる。この場合、少なくとも金属製冷却パネル２０の外周端部と樹脂製流路１０とがリベットまたはネジ止めされていることが好ましい。金属製冷却パネル２０の外周端部のみならず、金属製冷却パネル２０の中央部周辺にも流路の流れを邪魔しない程度にリベットまたはネジ止めすることも可能である。金属製冷却パネル２０の外周端部を機械的接合する場合、例えば金属製冷却パネル２０が平面視矩形の場合、少なくとも外周部の四隅が機械的接合されていることが好ましい。金属製冷却パネル２０の外周端部のみならず、金属製冷却パネル２０の中央部近辺にも機械的接合用の樹脂土台を形成させたのち、金属製冷却パネル２０と樹脂製流路１０の機械的接合してもよい。この際は樹脂土台部の流路内での位置を、流路が乱流を引き起こすように工夫して設置することにより、流路内を通液する冷媒の温度均一化に資することが可能な場合がある。
また、本実施形態に係る冷却装置において、上記のように接着層を介して接合（接着剤法）されていることに加えて、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０とがリベットまたはネジ止め等によって機械的接合されていることが好ましい。このように樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０を二段階で堅固に接合することによって樹脂製流路１０内を流通する冷媒の液漏れをより効果的に抑制できる。

本実施形態において、接着剤法を用いて接合する場合の接着層の平均厚みは、例えば０．５〜５０００μｍ、好ましくは１．０〜２０００μｍ、より好ましくは１０〜１０００μｍである。平均厚みが上記下限値以上であることによって、樹脂製流路１０と金属製冷却パネル２０との間の接着強度をより良好にすることができ、上記上限値以下であることによって硬化反応中に発生する残留歪量を抑制することができる。

本実施形態に係る冷却装置においては、樹脂製流路１０と接着層との間、接着層と金属製冷却パネル２０との間にプライマー層を備えていてもよい。プライマー層は特に限定されないが、通常は樹脂層を構成する樹脂成分を含む樹脂材料からなる。プライマー層用の樹脂材料は特に限定されず、公知の物を用いることができる。具体的には、ポリオレフィン系プライマー、エポキシ系プライマー、ウレタン系プライマー等を例示することができる。これらのプライマーは、多層態様等も含めて二種以上を組み合わせてもよい。

本実施形態に係る冷却装置は、例えば、樹脂製流路１０の流路形成面と、金属製冷却パネル２０の周縁部とを重ね合わせた後に、樹脂製接合部材３０を射出成形することによって作製することができる。また、本実施形態に係る冷却装置は、例えば、ダイスライドインジェクション成形または二色成形等によって成形することもできる。この場合、ダイスライドインジェクション成形用金型または二色成形用金型等を用いることによって、樹脂製流路１０や金属製冷却パネル２０等の構成部品を成形用金型から取り出すことなく、本実施形態に係る冷却装置を製造することができる。

本実施形態に係る樹脂製流路１０および樹脂製接合部材３０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、樹脂製流路１０と樹脂製接合部材３０との接合強度や、金属製冷却パネル２０と樹脂製接合部材３０と接着強度がより効果的に得られるという観点、あるいは冷媒が含有する化学薬品への耐性を効果的に発現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。
ここで、前述したように、樹脂製流路１０を構成する樹脂成分および樹脂製接合部材３０を構成する樹脂成分が同じ系列の樹脂を含むことがより好ましい。本実施形態において、同じ系列の樹脂とは、同じ分類の中で、分子量やモノマー成分の相違があってもよい樹脂を意味する。例えば、ポリオレフィン系樹脂の分類の中に含まれる樹脂は分子量やモノマー成分の相違があってもすべて同じ系列の樹脂になる。

本実施形態に係る熱可塑性樹脂組成物においては、樹脂製流路１０および樹脂製接合部材３０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製冷却パネル２０の表面に微細凹凸構造が形成されている場合は、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流路１０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。

樹脂製流路１０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、樹脂製流路１０の成形方法としては、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。

本実施形態に係る樹脂製流路１０は、例えば、底部と、底部に立設する側壁部と、を有する。樹脂製流路１０の形状は好ましくは、平面視矩形の底部と、底部に立設する４枚の平面視矩形枠状の側壁部からなり、底部上に冷媒の流路を形成するために複数の敷居状の障壁１０Ｄが形成されている。障壁１０Ｄの頂面は好ましくは金属製冷却パネル２０の、発熱体を搭載する面とは反対面に接している。そして、該頂面と金属製冷却パネル２０は接着剤によって接合されていてもよい。
本実施形態に係る樹脂製流路１０の金属製冷却パネル２０側の底面全体には空間部１０Ａが複数形成されており、この空間部１０Ａは樹脂製流路１０が金属製冷却パネル２０面と密接することによって冷媒の流路としての機能を生みだす。
さらに、本実施形態に係る樹脂製流路１０の全体の形状は、冷媒と金属製冷却パネルの接触面積を増大させ、大型の発熱体に対しても、流体の圧力損失を最小化しながら効率的かつ均一に冷却できる流路形状を形成させ易いという観点から、パネル形状であることが好ましい。

本実施形態に係る樹脂製流路１０の、金属製冷却パネル２０側の面とは反対側の面には、すだれ状あるいは補強リブが形成されていることが好ましい。このような補強リブは樹脂製流路１０と同一の材質からなることが好ましい。上記補強リブを備えることによって外的ストレスから樹脂製流路１０の構造を保護することができる。また、補強リブのリブ高さを高く設定することによって樹脂製流路１０の接地面との間に十分な空間を作ることができ、その結果、樹脂製流路１０の断熱効果をより向上でき、冷却機能の持続時間を延ばすことができる場合がある。あるいは補強リブのリブ間の間隔を狭めることによっても樹脂製流路１０の断熱効果をより向上でき、その結果として冷却機能の持続時間を延ばすことができる場合がある。

本実施形態に係る樹脂製流路１０の流路形成面側は金属製冷却パネル２０で覆われている。樹脂製流路１０が複数の流路ユニットを含む場合、各流路ユニットは、流路ユニットごとに、それぞれ１枚の金属製冷却パネル２０で覆われていてもよいし、複数個の大面積の流路ユニットの全体が１枚の金属製冷却パネル２０で覆われていてもよい。

本実施形態に係る金属製冷却パネル２０は、例えば、平面視において矩形である。金属製冷却パネル２０は、発熱体からの熱を拡散するとともに、樹脂製流路１０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、金属製冷却パネル２０の材質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製冷却パネル２０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、金属製冷却パネル２０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。また金属製冷却パネル２０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。

金属製冷却パネル２０上の微細凹凸構造は、金属製冷却パネル２０と樹脂製接合部材３０とをより一層強固に接合する観点から、間隔周期が０．０１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
上記微細凹凸構造の間隔周期は凸部から隣接する凸部までの距離の平均値であり、電子顕微鏡またはレーザー顕微鏡で撮影した写真から求めることができる。
具体的には、電子顕微鏡またはレーザー顕微鏡により、金属製冷却パネル２０における微細凹凸構造が形成された表面を撮影する。その写真から、任意の凸部を５０個選択し、それらの凸部から隣接する凸部までの距離をそれぞれ測定する。凸部から隣接する凸部までの距離の全てを積算して５０で除したものを間隔周期とする。

上記微細凹凸構造の間隔周期は、好ましくは０．０２μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以上５０μｍ以下、さらに好ましくは０．０５μｍ以上２０μｍ以下、特に好ましくは０．１０μｍ以上１０μｍ以下である。
上記微細凹凸構造の間隔周期が上記下限値以上であると、上記微細凹凸構造の凹部に樹脂製接合部材３０がより多く進入することができ、金属製冷却パネル２０と樹脂製接合部材３０との接合強度をより一層向上させることができる。また、上記微細凹凸構造の間隔周期が上記上限値以下であると、金属製冷却パネル２０と樹脂製接合部材３０との接合部に隙間が生じることをより一層抑制できる。その結果、金属製冷却パネル２０と樹脂製接合部材３０との接合部から冷媒が漏れることを抑制できる。

本実施形態において、金属製冷却パネル２０の表面に形成されている微細凹凸構造の大きさ（深さ、孔径、孔径間距離等）については特段の制限はないが、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準じて測定した十点平均粗さＲ_ｚｊｉｓ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以下である微細凹凸構造である。

金属製冷却パネル２０の表面に上記微細凹凸構造を形成する方法としては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／または塩酸や硝酸等の無機酸水溶液に金属製冷却パネル２０を浸漬する方法；陽極酸化法により金属製冷却パネル２０を処理する方法；例えばダイヤモンド砥粒研削またはブラスト加工等の機械的切削によって作製した微細凹凸構造を有する金型パンチを金属製冷却パネル２０の表面にプレスすることにより金属製冷却パネル２０の表面に微細凹凸構造を形成する方法；サンドブラストやローレット加工、レーザー加工により金属製冷却パネル２０の表面に微細凹凸構造を形成する方法；国際公開第２００９／３１６３２号パンフレット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製冷却パネル２０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、上記微細凹凸構造は、金属製冷却パネル２０の樹脂製接合部材３０との接合面のみならず、金属製冷却パネル２０の全表面に微細凹凸構造が形成されることになるが、このような実施形態は本発明の効果を何ら損なうものではなく、むしろ冷媒との熱交換面積を増加させ、より優れた冷却効率を実現できる場合もある。

この出願は、２０１９年６月２１日に出願された日本出願特願２０１９−１１５２８１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。

１０ 樹脂製流路
１０Ａ 空間部
１０Ｂ 冷媒注入口
１０Ｃ 冷媒回収口
１０Ｄ 障壁
２０ 金属製冷却パネル
３０ 樹脂製接合部材

［１］
少なくとも一方の面に流路となる空間部が設けられた樹脂製流路と、
上記空間部を覆うとともに少なくとも一部が上記樹脂製流路に接し、かつ、発熱体を冷却するための金属製冷却パネルと、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとを接合するための樹脂製接合部材と、
を備え、
上記金属製冷却パネルは、少なくとも上記樹脂製接合部材との接合部表面に微細凹凸構造を有しており、
上記微細凹凸構造に上記樹脂製接合部材の一部分が浸入することにより上記金属製冷却パネルと上記樹脂製接合部材とが接合されている冷却装置。
［２］
上記［１］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記樹脂製接合部材との接合部では、上記樹脂製流路を構成する樹脂成分と上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分とが一体化している冷却装置。
［３］
上記［１］または［２］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記樹脂製接合部材との接合部では、上記樹脂製流路を構成する樹脂成分と上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分とが融着している冷却装置。
［４］
上記［２］または［３］に記載の冷却装置において、
前記接合部は、前記樹脂製流路の外周全体に設けられて、前記樹脂製流路と前記樹脂製接合部材とを融着している冷却装置。
［５］
上記［２］乃至［４］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記接合部は、前記樹脂製流路の外周とは異なる領域に少なくとも一箇所設けられて、前記樹脂製流路と前記樹脂製接合部材とを融着している冷却装置。
［６］
上記［１］乃至［５］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが接している領域において、前記樹脂製接合部材が、前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路との両方に共通に接合されている構造を有しており、
前記構造の前記樹脂製接合部材が設けられている領域において、前記金属製冷却パネルの前記樹脂製流路と接する側と反対側の面は面一となっている冷却装置。
［７］
上記［１］乃至［６］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが接している領域において、前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とを一体に貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔に前記樹脂製接合部材が充填されて設けられている冷却装置。
［８］
上記［１］乃至［６］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが接している領域において、前記樹脂製流路を貫通する流路貫通孔と、前記金属製冷却パネルにおいて前記樹脂製流路側を開口とする凹部と、を有し、
前記流路貫通孔と前記凹部は連通しており、
前記樹脂製接合部材が前記流路貫通孔と前記凹部とに充填されて設けられている冷却装置。
［９］
上記［１］乃至［６］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが接している領域において、前記樹脂製流路を貫通する流路貫通孔を有し、
前記金属製冷却パネルが前記流路貫通孔を塞いでおり、
前記樹脂製接合部材が前記流路貫通孔に充填されて設けられており、かつ、前記金属製冷却パネルが前記流路貫通孔を塞いでいる部分で、前記金属製冷却パネルと前記樹脂製接合部材とが接合されている冷却装置。
［１０］
上記［１］乃至［９］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路を構成する樹脂成分および上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分が両方とも熱可塑性樹脂である、または両方とも熱硬化性樹脂である冷却装置。
［１１］
上記［１］乃至［１０］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとは、上記樹脂製流路の外周で接している冷却装置。
［１２］
上記［１１］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとは、上記樹脂製流路の内部でも接している冷却装置。
［１３］
上記［１］乃至［１２］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路は、底部と、上記底部に立設する側壁部と、を有する冷却装置。
［１４］
上記［１］乃至［１３］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記金属製冷却パネルと上記樹脂製流路とが、接着剤法、熱溶着法および機械締結法から選ばれる一つ以上の手段で接合されている冷却装置。
［１５］
上記［１］乃至［１４］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記微細凹凸構造の間隔周期が０．０１μｍ以上５００μｍ以下の範囲である冷却装置。
［１６］
上記［１］乃至［１５］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記金属製冷却パネル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冷却装置。
［１７］
発熱体と、
上記［１］乃至［１６］のいずれか一つに記載の冷却装置と、
を備え、
上記冷却装置における上記金属製冷却パネル表面に上記発熱体が配置されている構造体。

この出願は、２０１９年６月２１日に出願された日本出願特願２０１９−１１５２８１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。
以下、参考形態の例を付記する。
［１］
少なくとも一方の面に流路となる空間部が設けられた樹脂製流路と、
上記空間部を覆うとともに少なくとも一部が上記樹脂製流路に接し、かつ、発熱体を冷却するための金属製冷却パネルと、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとを接合するための樹脂製接合部材と、
を備え、
上記金属製冷却パネルは、少なくとも上記樹脂製接合部材との接合部表面に微細凹凸構造を有しており、
上記微細凹凸構造に上記樹脂製接合部材の一部分が浸入することにより上記金属製冷却パネルと上記樹脂製接合部材とが接合されている冷却装置。
［２］
上記［１］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記樹脂製接合部材との接合部では、上記樹脂製流路を構成する樹脂成分と上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分とが一体化している冷却装置。
［３］
上記［１］または［２］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記樹脂製接合部材との接合部では、上記樹脂製流路を構成する樹脂成分と上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分とが融着している冷却装置。
［４］
上記［２］または［３］に記載の冷却装置において、
前記接合部は、前記樹脂製流路の外周全体に設けられて、前記樹脂製流路と前記樹脂製接合部材とを融着している冷却装置。
［５］
上記［２］乃至［４］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記接合部は、前記樹脂製流路の外周とは異なる領域に少なくとも一箇所設けられて、前記樹脂製流路と前記樹脂製接合部材とを融着している冷却装置。
［６］
上記［１］乃至［５］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが接している領域において、前記樹脂製接合部材が、前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路との両方に共通に接合されている構造を有しており、
前記構造の前記樹脂製接合部材が設けられている領域において、前記金属製冷却パネルの前記樹脂製流路と接する側と反対側の面は面一となっている冷却装置。
［７］
上記［１］乃至［６］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが接している領域において、前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とを一体に貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔に前記樹脂製接合部材が充填されて設けられている冷却装置。
［８］
上記［１］乃至［６］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが接している領域において、前記樹脂製流路を貫通する流路貫通孔と、前記金属製冷却パネルにおいて前記樹脂製流路側を開口とする凹部と、を有し、
前記流路貫通孔と前記凹部は連通しており、
前記樹脂製接合部材が前記流路貫通孔と前記凹部とに充填されて設けられている冷却装置。
［９］
上記［１］乃至［６］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが接している領域において、前記樹脂製流路を貫通する流路貫通孔を有し、
前記金属製冷却パネルが前記流路貫通孔を塞いでおり、
前記樹脂製接合部材が前記流路貫通孔に充填されて設けられており、かつ、前記金属製冷却パネルが前記流路貫通孔を塞いでいる部分で、前記金属製冷却パネルと前記樹脂製接合部材とが接合されている冷却装置。
［１０］
上記［１］乃至［９］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路を構成する樹脂成分および上記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分が両方とも熱可塑性樹脂である、または両方とも熱硬化性樹脂である冷却装置。
［１１］
上記［１］乃至［１０］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとは、上記樹脂製流路の外周で接している冷却装置。
［１２］
上記［１１］に記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路と上記金属製冷却パネルとは、上記樹脂製流路の内部でも接している冷却装置。
［１３］
上記［１］乃至［１２］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記樹脂製流路は、底部と、上記底部に立設する側壁部と、を有する冷却装置。
［１４］
上記［１］乃至［１３］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記金属製冷却パネルと上記樹脂製流路とが、接着剤法、熱溶着法および機械締結法から選ばれる一つ以上の手段で接合されている冷却装置。
［１５］
上記［１］乃至［１４］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記微細凹凸構造の間隔周期が０．０１μｍ以上５００μｍ以下の範囲である冷却装置。
［１６］
上記［１］乃至［１５］のいずれか一つに記載の冷却装置において、
上記金属製冷却パネル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冷却装置。
［１７］
発熱体と、
上記［１］乃至［１６］のいずれか一つに記載の冷却装置と、
を備え、
上記冷却装置における上記金属製冷却パネル表面に上記発熱体が配置されている構造体。

Claims (11)

1. 少なくとも一方の面に流路となる空間部が設けられた樹脂製流路と、
   前記空間部を覆うとともに少なくとも一部が前記樹脂製流路に接し、かつ、発熱体を冷却するための金属製冷却パネルと、
   前記樹脂製流路と前記金属製冷却パネルとを接合するための樹脂製接合部材と、
   を備え、
   前記金属製冷却パネルは、少なくとも前記樹脂製接合部材との接合部表面に微細凹凸構造を有しており、
   前記微細凹凸構造に前記樹脂製接合部材の一部分が浸入することにより前記金属製冷却パネルと前記樹脂製接合部材とが接合されている冷却装置。
2. 請求項１に記載の冷却装置において、
   前記樹脂製流路と前記樹脂製接合部材との接合部では、前記樹脂製流路を構成する樹脂成分と前記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分とが一体化している冷却装置。
3. 請求項１または２に記載の冷却装置において、
   前記樹脂製流路と前記樹脂製接合部材との接合部では、前記樹脂製流路を構成する樹脂成分と前記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分とが融着している冷却装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却装置において、
   前記樹脂製流路を構成する樹脂成分および前記樹脂製接合部材を構成する樹脂成分が両方とも熱可塑性樹脂である、または両方とも熱硬化性樹脂である冷却装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷却装置において、
   前記樹脂製流路と前記金属製冷却パネルとは、前記樹脂製流路の外周で接している冷却装置。
6. 請求項５に記載の冷却装置において、
   前記樹脂製流路と前記金属製冷却パネルとは、前記樹脂製流路の内部でも接している冷却装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の冷却装置において、
   前記樹脂製流路は、底部と、前記底部に立設する側壁部と、前記底部上に冷却媒体の流路を形成するための複数の敷居状の障壁と、を有する冷却装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の冷却装置において、
   前記金属製冷却パネルと前記樹脂製流路とが、接着剤法、熱溶着法および機械締結法から選ばれる一つ以上の手段で接合されている冷却装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の冷却装置において、
   前記微細凹凸構造の間隔周期が０．０１μｍ以上５００μｍ以下の範囲である冷却装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の冷却装置において、
    前記金属製冷却パネル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冷却装置。
11. 発熱体と、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の冷却装置と、
    を備え、
    前記冷却装置における前記金属製冷却パネル表面に前記発熱体が配置されている構造体。

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