特許 7555539 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-13

(45)【発行日】2024-09-25

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/02 20060101AFI20240917BHJP

   F28D 1/053 20060101ALI20240917BHJP

   F28F 9/02 20060101ALI20240917BHJP

   F28F 21/06 20060101ALI20240917BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20240917BHJP

【ＦＩ】

F28F1/02 B

F28D1/053 A

F28F9/02 301Z

F28F21/06

F28F21/08 A

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020154798

(22)【出願日】2020-09-15

(65)【公開番号】P2022048783

(43)【公開日】2022-03-28

【審査請求日】2023-06-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】394014777

【氏名又は名称】株式会社コージン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】青木 昭仁

(72)【発明者】

【氏名】安在 英司

(72)【発明者】

【氏名】池田 良成

(72)【発明者】

【氏名】郷原 広道

(72)【発明者】

【氏名】加藤 遼一

(72)【発明者】

【氏名】稲場 道弘

(72)【発明者】

【氏名】砂子 哲也

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１４５０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１１０１９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ １／０２，９／０２，２１／０６－２１／０８

Ｆ２８Ｄ １／０５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に沿って、熱媒体の流通路が内部を貫通する金属製の本体部と、
前記流通路に連通する流入口及び流出口の一方である第１口が設けられ、前記第１方向において前記本体部の一方側に位置する第１端部を覆う樹脂製の第１ヘッダーと、を備え、
前記本体部は、
前記第１方向に交差する第２方向と前記第１方向との双方に沿って延びる平坦面の表面と、
前記第１方向及び前記第２方向の双方に交差する第３方向において、前記表面とは反対側に配置される平坦面の裏面と、
前記第２方向の一方側にある、前記表面の第１端縁と前記裏面の第１端縁とを連結する第１側面と、
前記第２方向の他方側にある、前記表面の第２端縁と前記裏面の第２端縁とを連結する第２側面と、を有し、
前記本体部と、前記第１ヘッダーとは、前記表面の一部の第１接合面と、前記裏面の一部の第２接合面と、前記第１側面の一部の第３接合面と、前記第２側面の一部の第４接合面とで接合され、
前記第３接合面は、前記表面の第１端縁及び前記裏面の第１端縁よりも前記第２方向に突出する曲面であり、前記第４接合面は、前記表面の第２端縁及び前記裏面の第２端縁よりも前記第２方向に突出する曲面であり、
前記流通路は、前記本体部における前記第２方向の一方側の端及び他方側の端に位置する一対の第１流通路と、当該一対の第１流通路の間に位置し且つ前記第２方向に等間隔に並んで配置される複数の第２流通路と、を備え、
前記第１方向から見て、前記一対の第１流通路のそれぞれは半円であり、前記複数の第２流通路のそれぞれは前記第３方向の高さが前記第２方向の幅よりも長い矩形状であり、且つ、前記複数の第２流通路における前記第３方向の高さはそれぞれ同じである、
熱交換器。

【請求項2】

前記第１側面の部位のうち前記第３方向の中央部が最も前記第２方向の外側に突出し、
前記第２側面の部位のうち前記第３方向の中央部が最も前記第２方向の外側に突出する、
請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記第１側面の側縁部の曲率半径及び前記第１側面の部位のうち前記第３方向の中央部の曲率半径が、前記本体部の前記表面と前記裏面との前記第３方向に沿った第１距離の略２分の１であり、
前記第２側面の側縁部の曲率半径及び前記第２側面の部位のうち前記第３方向の中央部の曲率半径が、前記第１距離の略２分の１である、
請求項１又は２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記第３接合面の部位のうち前記表面の前記第１端縁に隣接する部位の曲率半径と、前記第３接合面の部位のうち前記裏面の前記第１端縁に隣接する部位の曲率半径と、前記第３接合面の部位のうち最も第２方向の外側に突出した部位の曲率半径と、が同じであり、
前記第４接合面の部位のうち前記表面の前記第２端縁に隣接する部位の曲率半径と、前記第４接合面の部位のうち前記裏面の前記第２端縁に隣接する部位の曲率半径と、前記第４接合面の部位のうち最も第２方向の外側に突出した部位の曲率半径と、が同じである、
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記流通路に連通する流入口及び流出口の他方である第２口が設けられ、前記第１方向において前記本体部の他方側に位置する第２端部を覆う樹脂製の第２ヘッダーを備え、
前記第２ヘッダーは、前記本体部の前記表面の一部の第５接合面と、前記裏面の一部の第６接合面と、前記第１側面の一部の第７接合面と、前記第２側面の一部の第８接合面とで接合され、
前記第７接合面は、前記表面の第１端縁及び前記裏面の第１端縁よりも前記第２方向に突出する曲面であり、前記第８接合面は、前記表面の第２端縁及び前記裏面の第２端縁よりも前記第２方向に突出する曲面である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記第１側面の部位のうち前記第３方向の中央部が最も前記第２方向の外側に突出し、
前記第２側面の部位のうち前記第３方向の中央部が最も前記第２方向の外側に突出する、
請求項５に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記第１側面の側縁部の曲率半径及び前記第１側面の部位のうち前記第３方向の中央部の曲率半径が、前記本体部の前記表面と前記裏面との前記第３方向に沿った第１距離の略２分の１であり、
前記第２側面の側縁部の曲率半径及び前記第２側面の部位のうち前記第３方向の中央部の曲率半径が、前記第１距離の略２分の１である、
請求項５または６に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記第７接合面の部位のうち前記表面の前記第１端縁に隣接する部位の曲率半径と、前記第７接合面の部位のうち前記裏面の前記第１端縁に隣接する部位の曲率半径と、前記第７接合面の部位のうち最も第２方向に突出した部位の曲率半径と、が同じであり、
前記第８接合面の部位のうち前記表面の前記第２端縁に隣接する部位の曲率半径と、前記第８接合面の部位のうち前記裏面の前記第２端縁に隣接する部位の曲率半径と、前記第８接合面の部位のうち最も第２方向に突出した部位の曲率半径と、が同じである、
請求項５から７のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記第１ヘッダーは、
前記第１口を有し、前記本体部の前記第１端部の外側を覆う有底筒状の第１筒状体と、
前記第１筒状体の外側を覆うカバー部と、前記本体部に接合される接合部と、を有する第２筒状体と、
を備える、
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項10】

前記第２ヘッダーは、
前記第２口を有し、前記本体部の前記第２端部の外側を覆う有底筒状の第３筒状体と、
前記第３筒状体の外側を覆うカバー部と、前記本体部に接合される接合部と、を有する第４筒状体と、
を備える、
請求項５から８のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項11】

前記第１ヘッダーは、繊維を含む樹脂である、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項12】

前記第２ヘッダーは、繊維を含む樹脂である、
請求項５から８のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項13】

前記第２ヘッダーは、繊維を含む樹脂である、
請求項１０に記載の熱交換器。

【請求項14】

前記第１ヘッダーを形成する樹脂中の前記繊維の配向度が、０．６０以上であることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。

【請求項15】

前記第２ヘッダーを形成する樹脂中の前記繊維の配向度が、０．６０以上であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の熱交換器。

【請求項16】

前記本体部の前記流通路には、前記第１方向に沿って延びる隔壁が設けられる、
請求項１から１５のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項17】

前記本体部は、アルミニウム又はアルミニウム合金である、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

熱交換器は、例えば、特許文献１に記載されたように、内部に流通路が設けられた金属製の本体部と、本体部の一端部に接合され流入部を有する樹脂製の第１ヘッダーと、本体部の他端部に接合され流出部を有する樹脂製の第２ヘッダーと、を備える。金属製の本体部は、表面、裏面及び両側面を備え、これらの表面、裏面及び両側面は、それぞれ平坦面である。また、第１ヘッダーと本体部との接合方法は、射出成形、熱圧着又は熱融着である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－７０５２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１において、本体部における表面と側面との角部、及び裏面と側面との角部は、曲率半径が小さい角アールである。従って、熱交換器の温度が上昇すると、本体部の表面に接合された第１ヘッダー又は第２ヘッダーの樹脂部分は表側に向けて膨張し、裏面に接合された樹脂部分は裏側に向けて膨張し、側面に接合された樹脂部分は側方側に向けて膨張する。そして、本体部の表面と側面との角部に接合された樹脂部分は、表側から側方側にかけて膨張方向が急激に変化する。また、本体部の裏面と側面との角部に接合された樹脂部分は、裏側から側方側にかけて膨張方向が急激に変化する。従って、熱交換器の温度が変化すると、本体部の表面と側面との角部に接合された樹脂部分及び裏面と側面との角部に接合された樹脂部分に亀裂等の損傷が生じて気密性が低下する可能性がある。

【0005】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、金属製の本体部に接合される樹脂製のヘッダーに亀裂等の損傷が生じにくい熱交換器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る熱交換器は、第１方向に沿って、熱媒体の流通路が内部を貫通する金属製の本体部と、前記流通路に連通する流入口及び流出口の一方である第１口が設けられ、前記第１方向において前記本体部の一方側に位置する第１端部を覆う樹脂製の第１ヘッダーと、を備え、前記本体部は、前記第１方向に交差する第２方向と前記第１方向との双方に沿って延びる表面と、前記第１方向及び前記第２方向の双方に交差する第３方向において、前記表面とは反対側の裏面と、前記第２方向の一方側にある、前記表面の第１端縁と前記裏面の第１端縁とを連結する第１側面と、前記第２方向の他方側にある、前記表面の第２端縁と前記裏面の第２端縁とを連結する第２側面と、を有し、前記本体部と、前記第１ヘッダーとは、前記表面の一部の第１接合面と、前記裏面の一部の第２接合面と、前記第１側面の一部の第３接合面と、前記第２側面の一部の第４接合面とで接合され、前記第３接合面は、前記表面の第１端縁及び前記裏面の第１端縁よりも前記第２方向に突出する曲面であり、前記第４接合面は、前記表面の第２端縁及び前記裏面の第２端縁よりも前記第２方向に突出する曲面である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、金属製の本体部に接合される樹脂製のヘッダーに亀裂等の損傷が生じにくい熱交換器を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る冷却装置を示す模式的な平面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る金属製の本体部を示す模式的な平面図である。

【図3】図３は、図２の本体部を第１方向から見た正面図である。

【図4】図４は、図１の第１ヘッダーの第１筒状体を示す模式的な平面図である。

【図5】図５は、図１の第２ヘッダーの第１筒状体を示す模式的な平面図である。

【図6】図６は、第１ヘッダーと本体部との接合部分を拡大した断面図である。

【図7】図７は、図１のＶＩＩ－ＶＩＩ線による断面図である。

【図8】図８は、実施形態に係る本体部の表面側を斜め上方から見た模式的な斜視図である。

【図9】図９は、実施形態に係る本体部の裏面側を斜め上方から見た模式的な斜視図である。

【図10】図１０は、比較例に係る本体部を第１方向から見た正面図であり、図３に対応する図である。

【図11】図１１は、図７の模式図であり、温度上昇時に第１ヘッダーの接合部が膨張する方向を矢印で示す。

【図12】図１２は、比較例に係る冷却装置の模式図であって図１１に対応し、温度上昇時に第１ヘッダーの接合部が膨張する方向を矢印で示す。

【図13】図１３は、実施例において、第１ヘッダーの接合部を拡大した模式図である。

【図14】図１４は、比較例において、第１ヘッダーの接合部を拡大した模式図である。

【図15】図１５は、実施例での第１ヘッダー中の繊維の配向度を測定した部位を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、図面において、Ｘは第１方向、Ｙは第２方向、及びＺは第３方向を示す。また、＋Ｘは第１方向の一方側、－Ｘは第１方向の他方側、＋Ｙは第２方向の一方側、－Ｙは第２方向の他方側、＋Ｚは第３方向の一方側、－Ｚは第３方向の他方側を示すものとする。さらに、第２方向Ｙは、第１方向Ｘと直交（交差）し、第３方向Ｚは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙとの双方と直交（交差）する。

【0010】

まず、実施形態に係る冷却装置について説明する。なお、冷却装置は、熱交換器の一例であり、本実施形態に係る熱交換器は、冷却装置に限定されない。図１は、実施形態に係る冷却装置を示す模式的な平面図である。図２は、実施形態に係る金属製の本体部を示す模式的な平面図である。図３は、図２の本体部を第１方向から見た正面図である。図４は、図１の第１ヘッダーの第１筒状体を示す模式的な平面図である。図５は、図１の第２ヘッダーの第１筒状体を示す模式的な平面図である。図６は、第１ヘッダーと本体部との接合部分を拡大した断面図である。図７は、図１のＶＩＩ－ＶＩＩ線による断面図である。図８は、実施形態に係る本体部の表面側を斜め上方から見た模式的な斜視図である。図９は、実施形態に係る本体部の裏面側を斜め上方から見た模式的な斜視図である。

【0011】

図１に示すように、冷却装置１（熱交換器）は、金属製の本体部２と、第１ヘッダー３と、第２ヘッダー４と、を備える。冷却装置１（熱交換器）は、例えば半導体部品等の電子機器の冷却に適用可能であるが、冷却対象は電子機器に限定されない。本体部２の材質は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金である。

【0012】

図１から図３、及び図７から図９に示すように、本体部２は、表面２１と、裏面２２と、第１側面２３と、第２側面２４と、を有する。表面２１は、第１方向Ｘと第２方向Ｙとの双方に沿って延びる平坦面である。表面２１は、平面視で矩形状である。表面２１におけるＹ方向の＋Ｙ側の端縁は、第１端縁２１１であり、表面２１におけるＹ方向の－Ｙ側の端縁は、第２端縁２１２である。第１端縁２１１及び第２端縁２１２は、Ｘ方向に延びる。

【0013】

裏面２２は、第３方向Ｚにおいて、表面２１とは反対側に位置する平坦面である。第１側面２３は、表面２１の第１端縁２１１と裏面２２の第１端縁２２１とを連結する。第２側面２４は、表面２１の第２端縁２１２と裏面２２の第２端縁２２２とを連結する。第１側面２３及び第２側面２４は、Ｘ方向に延びる。

【0014】

図７に示すように、本体部２の内部には、第１方向Ｘに沿って、熱媒体の流通路２５，２６が貫通する。流通路２６は、第１方向Ｘから見て半円である。流通路２６は、＋Ｙ側の端と－Ｙ側の端とに位置する。流通路２５は、第１方向Ｘから見て縦長の矩形状である。流通路２５は、＋Ｙ側から－Ｙ側まで等間隔に配置される。第２方向Ｙに隣接する一対の流通路２５，２５の間には隔壁２７が設けられる。即ち、第２方向Ｙに沿って見ると、流通路２５と隔壁２７とが交互に並ぶ。

【0015】

さらに、図７及び図９に示すように、第１側面２３は、＋Ｙ側に突出する曲面である。具体的には、図９に示すように、第１側面２３の一部である第３接合面２０３及び第７接合面２０７（詳細には後述する）は、第１方向Ｘから見て、＋Ｙ側（本体の外側）に突出する円弧である。そして、図８に示すように、第２側面２４は、－Ｙ側に突出する曲面である。具体的には、第２側面２４の一部である第４接合面２０４及び第８接合面２０８（詳細には後述する）は、第１方向Ｘから見て、－Ｙ側（本体の外側）に突出する円弧である。

【0016】

図４及び図６に示すように、第１ヘッダー３は、第１筒状体３１と、第２筒状体３２とを備える。第１ヘッダー３の材質は、例えば樹脂であり、さらに詳しくは繊維を含む樹脂である。樹脂としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド：Poly Phenylene Sulfide Resin）が適用可能である。繊維は、例えば、ガラス繊維が適用可能である。第１筒状体３１は、流入口（第１口）３１１と、ベース３１２と、を有する。流入口（第１口）３１１は、第１方向Ｘに延びる円筒である。流入口３１１は、ベース３１２と一体成形されている。ベース３１２は、＋Ｙ側及び－Ｙ側に取付部３１３が一対に設けられる。取付部３１３には貫通孔が設けられ貫通孔に金属製のリング３１４が嵌合される。第１ヘッダー３は、リング３１４の内周側に締結具を通して被取付部材などに固定可能である。

【0017】

図６に示すように、ベース３１２の内部には連通路３１７が設けられ、連通路３１７は、本体部２の流通路２５，２６に繋がっている。従って、流入口３１１に流入した熱媒体は、連通路３１７から流通路２５，２６に流れる。ベース３１２の外面には、突起部３１５と溝部３１６とが設けられる。突起部３１５及び溝部３１６は、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚに沿って第１筒状体３１の全周に亘って延びる。第２筒状体３２は、カバー部３３と、接合部３４と、を有する。カバー部３３の内周面には、内周側に突出する突起３３１が設けられる。カバー部３３は、第１筒状体３１の外側を覆う。突起３３１は、溝部３１６に嵌合する。接合部３４は、カバー部３３と一体に設けられる。接合部３４の内周面は、接合面３４１である。ここで、本体部２の外面全体、即ち、表面２１、裏面２２、第１側面２３及び第２側面２４の表面層の全体には、樹脂と反応性を有する反応性皮膜２０が形成されている。反応性皮膜とは、例えばベーマイト被膜である。従って、図６に示すように、第３接合面２０３の表面層にも反応性皮膜２０が設けられ、反応性皮膜２０と接合部３４の接合面３４１とが接合されている。

【0018】

ここで、図８及び図９に示すように、本体部２において、＋Ｘ側の端部は第１端部２１０であり、－Ｘ側の端部は第２端部２２０である。表面２１の＋Ｘ側には第１接合面２０１が位置し、裏面２２の＋Ｘ側には第２接合面２０２が位置し、第１側面２３の＋Ｘ側には第３接合面２０３が位置し、第２側面２４の＋Ｘ側には第４接合面２０４が位置する。ここで、第４接合面２０４のＸ方向の幅は、例えば２ｍｍである。また、第４接合面２０４における＋Ｘ側の端と第２側面２４の＋Ｘ側の端との距離は、例えば、６ｍｍである。なお、第４接合面２０４以外の接合面についても、第４接合面２０４と同じ幅に設定することができる。また、第４接合面２０４以外の接合面についても、本体部２のＸ方向の端との距離を６ｍｍに設定することができる。一方、表面２１の－Ｘ側には第５接合面２０５が位置し、裏面２２の－Ｘ側には第６接合面２０６が位置し、第１側面２３の－Ｘ側には第７接合面２０７が位置し、第２側面２４の－Ｘ側には第８接合面２０８が位置する。第１ヘッダー３は、本体部２の第１端部２１０の外側を覆う有底筒状の形状を有する。これらの第１接合面２０１から第４接合面２０４は、第１ヘッダー３に接合される。

【0019】

第２ヘッダー４は、第３筒状体４１と、第４筒状体（図示せず）とを備える。第２ヘッダー４の材質は、例えば樹脂であり、さらに詳しくは繊維を含む樹脂である。樹脂としては、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド：Poly Phenylene Sulfide Resin）が適用可能である。繊維は、例えば、ガラス繊維が適用可能である。第３筒状体４１は、流出口（第２口）４１１と、ベース４１２と、を有する。流出口（第２口）４１１は、第１方向Ｘに延びる円筒である。流出口４１１は、ベース４１２と一体成形されている。ベース４１２は、＋Ｙ側及び－Ｙ側に取付部４１３が一対に設けられる。取付部４１３には貫通孔が設けられ貫通孔に金属製のリング４１４が嵌合される。

【0020】

なお、図７を参照して、本体部２の第１側面２３の近傍における断面形状を説明する。詳細には図６に示すように、本体部２の外面全体の表面層には反応性皮膜２０が形成されているが、以下の説明では反応性皮膜２０を省略する。本体部２の表面２１の第１接合面２０１には、第１ヘッダー３の接合部３４の一部である上方接合部３４３が接合される。本体部２の裏面２２の第２接合面２０２には、第１ヘッダー３の接合部３４の一部である下方接合部３４４が接合される。本体部２の第１側面２３の第３接合面２０３には、第１ヘッダー３の接合部３４の一部である側方接合部３４２が接合される。具体的には、側方接合部３４２の内周面である接合面３４１と第３接合面２０３とが接合される。前述したように、第１側面２３は＋Ｙ側に突出する曲面であり、具体的には、＋Ｙ側（本体の外側）に突出する円弧の断面である。また、側方接合部３４２も第１側面２３に沿った形状である。即ち、側方接合部３４２は、＋Ｙ側に突出する曲面であり、具体的には、＋Ｙ側に突出する円弧の断面である。換言すると、第３接合面２０３は、表面２１の第１端縁２１１及び裏面２２の第１端縁２２１よりも第２方向Ｙに突出する曲面であり、第４接合面２０４は、表面２１の第２端縁２１２及び裏面２２の第２端縁２２２よりも第２方向Ｙに突出する曲面である。なお、図７に示すように、第１側面２３の部位のうち第３方向Ｚの中央部２３０が最も第２方向Ｙの外側に突出し、図８に示すように、第２側面２４の部位のうち第３方向Ｚの中央部２４０が最も第２方向Ｙの外側に突出する。なお、中央部とは表面２１から裏面２２の距離（本体部の厚さ）の略半分の箇所である。

【0021】

また、第１側面２３の側縁部の曲率半径及び第１側面２３の部位のうち第３方向Ｚの中央部２３０の曲率半径は、例えば５ｍｍである。本体部２の表面２１と裏面２２との第３方向Ｚに沿った第１距離Ｔ１（図７参照）は、例えば１０ｍｍである。従って、第１側面２３の側縁部の曲率半径及び第１側面２３の部位のうち第３方向Ｚの中央部２３０の曲率半径は、本体部２の第１距離Ｔ１（図７参照）の略２分の１である。

【0022】

さらに同様に、第２側面２４の側縁部の曲率半径及び第２側面２４の部位のうち第３方向Ｚの中央部２４０の曲率半径も、例えば５ｍｍである。従って、第２側面２４の側縁部の曲率半径及び第２側面２４の部位のうち第３方向Ｚの中央部２４０の曲率半径は、本体部２の第１距離Ｔ１（図７参照）の略２分の１である。

【0023】

そして、図７に示すように、第３接合面２０３の部位のうち表面２１の第１端縁２１１に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第３接合面２０３の部位のうち裏面２２の第１端縁２２１に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第３接合面２０３の部位のうち最も第２方向Ｙの外側に突出した部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、が同じである。

【0024】

さらに同様に、第４接合面２０４の部位のうち表面２１の第２端縁２１２に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第４接合面２０４の部位のうち裏面２２の第２端縁２２２に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第４接合面２０４の部位のうち最も第２方向Ｙの外側に突出した部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、が同じである。

【0025】

さらにまた、第２ヘッダー４の接合面の曲率も第１ヘッダー３と同様である。本体部２と第２ヘッダー４とは、第５接合面２０５と、第６接合面２０６と、第７接合面２０７と、第８接合面２０８とで接合される。第７接合面２０７は、表面２１の第１端縁２１１及び裏面２２の第１端縁２２１よりも第２方向Ｙに突出する曲面であり、第８接合面２０８は、表面２１の第２端縁２１２及び裏面２２の第２端縁２２２よりも第２方向Ｙに突出する曲面である。

【0026】

第７接合面２０７の部位のうち表面２１の第１端縁２１１に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第７接合面２０７の部位のうち裏面２２の第１端縁２２１に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第７接合面２０７の部位のうち最も第２方向Ｙに突出した部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、が同じである。また、第８接合面２０８の部位のうち表面２１の第２端縁２１２に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第８接合面２０８の部位のうち裏面２２の第２端縁２２２に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第８接合面２０８の部位のうち最も第２方向Ｙに突出した部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、が同じである。

【0027】

次いで、実施形態に係る冷却装置１の製造方法を簡単に説明する。まず、本体部２をアルミニウムの押出加工によって成形する。これにより、図８及び図９に示すような、流通路２５，２６と隔壁２７とを有するアルミニウム製の本体部２が成形される。次に、本体部２の外面全体を粗面化し、樹脂と反応性を有する反応性皮膜２０が表面層に形成される。この反応性皮膜２０は、例えば、表面に微細なファスナー状凹部を有する。こののち、図６に示すように、本体部２の第１端部２１０に第１筒状体３１を嵌め、この状態で金型の内部に収納する。そして、図６に示すように、第１筒状体３１及び本体部２の第１接合面２０１から第４接合面２０４の外側に溶融樹脂を流し込んで冷却及び固化させる。この際、例えば、ＰＡＬ－ｆｉｔ（登録商標）技術を適用し、本体部２の反応性皮膜２０のファスナー状凹部に溶融樹脂が流れ込んで固化すると、第２筒状体３２の接合部３４の接合面３４１が本体部２の反応性皮膜２０に強固に接合される。なお、本実施形態による本体部２と第２筒状体３２との接合は、ＰＡＬ－ｆｉｔ（登録商標）技術に限定されず、通常のインサート成形でも適用可能である。これにより、本体部２に第１ヘッダー３を接合することができる。また、同様にして、本体部２に第２ヘッダー４を接合することにより、冷却装置１を製造することができる。

【0028】

次に、図１０は、比較例に係る本体部を第１方向から見た正面図であり、図３に対応する図である。図１１は、図７の模式図であり、温度上昇時に第１ヘッダーの接合部が膨張する方向を矢印で示す。図１２は、比較例に係る冷却装置の模式図であって図１１に対応し、温度上昇時に第１ヘッダーの接合部が膨張する方向を矢印で示す。

【0029】

図１０に示すように、比較例に係る本体部２Ａは、第３方向に沿って延びる平坦な第１側面２３Ａを備え、角部２１１Ａ及び角部２２１Ａに角アールが設けられている。角部２１１Ａ及び角部２２１Ａの角アールの曲率半径は、図３に示す円弧形状の第１側面２３の曲率半径よりも小さい。

【0030】

次いで、実施形態に係る冷却装置１と比較例に係る冷却装置１Ａとについて、第１ヘッダー３の接合部３４に亀裂が入るメカニズムを簡単に説明する。第１ヘッダー３の材質は樹脂であり、本体部２の材質はアルミニウム等の金属であるため、第１ヘッダー３の線膨張率は本体部２の線膨張率よりも高い。従って、冷却装置１の温度が上昇すると、本体部２に対して第１ヘッダー３の方がより大きく膨張するため、第１ヘッダー３が本体部２から剥がれるように外側に向かって膨張する。なお、第１ヘッダー３の膨張方向は、第１ヘッダー３の表面の法線方向である。

【0031】

ここで、図１１に示すように、実施形態に係る冷却装置１において、第１側面２３及び側方接合部３４２は、断面が円弧形状である。従って、冷却装置１の温度が上昇すると、上方接合部３４３は矢印Ｄ１に示すように＋Ｚ側に膨張し、下方接合部３４４は矢印Ｄ３に示すように－Ｚ側に膨張する。また、側方接合部３４２は全体的には＋Ｙ側に膨張するが、側方接合部３４２において、第１端縁２１１に対向する部位から裏面２２の第１端縁２２１に対向する部位に至るまで、膨張する方向が矢印Ｄ２に示すように徐々に変化する。即ち、側方接合部３４２の膨張方向は、第１端縁２１１に対向する部位では、ほぼ＋Ｚ側に向かうが、側方接合部３４２の円弧形状の部位では、矢印Ｄ２の向きが図１１の上側から徐々に左側に変化する。即ち、側方接合部３４２の膨張方向は、矢印Ｄ２に示すように放射状に分散する。

【0032】

これに対して、図１２に示すように、比較例に係る冷却装置１Ａでは、第１側面２３Ａ（接合面２０３Ａ）及び側方接合部３４２Ａは、平坦である。従って、冷却装置１Ａの温度が上昇すると、上方接合部３４３Ａは矢印ｄ１に示すように＋Ｚ側に膨張し、下方接合部３４４Ａは矢印ｄ３に示すように－Ｚ側に膨張する。また、側方接合部３４２Ａは全体的には＋Ｙ側に膨張するが、角部２１１Ａ及び角部２２１Ａでは、角アールの曲率半径が実施形態よりも大幅に小さいため、側方接合部３４２Ａの膨張方向が急激に変化する。即ち、側方接合部３４２Ａのうち、角部２１１Ａの膨張方向を示す矢印ｄ４は、矢印ｄ１から矢印ｄ２まで９０度変化する。また、同様に、角部２２１Ａの膨張方向を示す矢印ｄ５は、矢印ｄ２から矢印ｄ３まで９０度変化する。従って、比較例の本体部２Ａ方が実施形態の本体部２よりも角部での第１ヘッダー３の樹脂の膨張方向が急激に変化する。従って、膨張により樹脂に作用する応力のベクトル方向が急激に変化するため、樹脂に亀裂が生じやすくなる。換言すると、実施形態は側方接合部３４２が円弧のため、樹脂の膨張方向が比較例よりも緩やかに変化するため、樹脂に亀裂が生じにくくなる。

【0033】

なお、図７に示すように、第１側面２３の部位のうち第３方向Ｚの中央部２３０が最も第２方向Ｙの外側に突出し、図８に示すように、第２側面２４の部位のうち第３方向Ｚの中央部２４０が最も第２方向Ｙの外側に突出する。このため、＋Ｚ側と－Ｚ側とで本体部２の膨張の大きさが均等になって、樹脂全体の膨張も平均化されて樹脂に亀裂が生じにくくなる。

【0034】

さらに、第１側面２３の側縁部の曲率半径及び第１側面２３の部位のうち第３方向Ｚの中央部２３０の曲率半径は、本体部２の第１距離Ｔ１（図７参照）の略２分の１である。第２側面２４についても同様である。このため、第１側面２３および第２側面２４の側縁部と、本体部２の表面２１および裏面２２とが滑らかに繋がる。

【0035】

なお、第３接合面２０３の部位のうち表面２１の第１端縁２１１に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第３接合面２０３の部位のうち裏面２２の第１端縁２２１に隣接する部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、第３接合面２０３の部位のうち最も第２方向Ｙの外側に突出した部位の曲率半径（例えば５ｍｍ）と、が同じである。このように、第１側面２３の主要な部位の曲率半径が同一となるため、本体部２の膨張の大きさが均等になって樹脂に亀裂が生じにくくなる。

【0036】

ここで、本実施形態では、第１ヘッダー３及び第２ヘッダー４の少なくともいずれかは、後述する図１３及び図１４に示すように、樹脂マトリックスに繊維５を含んでもよい。繊維５と樹脂マトリックスとは、材質が異なるため、繊維５と樹脂マトリックスとの界面では剥離（亀裂）が特に生じやすくなる。具体的には、樹脂マトリックスの方が繊維５よりも線膨張係数が大きいため、繊維５及び樹脂マトリックスを加熱した場合、樹脂マトリックスの膨張に繊維５が追従することができずに繊維５と樹脂マトリックスとの界面で剥離しやすくなる。以上より、図１２で説明した樹脂の亀裂は、樹脂マトリックスに繊維５を含んだ場合に、より生じやすくなる。なお、第１ヘッダー３及び第２ヘッダー４の少なくともいずれかを形成する樹脂中の繊維５の配向度が、０．６０以上であることが好ましい。ここで、繊維５の配向度は、ソフトウェアはＭｏｌｄｆｌｏｗ Ｉｎｓｉｇｈｔ２０１９（Ａｕｔｏｄｅｓｋ社製）を用いて解析を行った。

【0037】

以上説明したように、実施形態に係る冷却装置１は、熱媒体の流通路２５，２６が内部を貫通する本体部２と、流入口３１１が設けられ、第１端部２１０を覆う樹脂製の第１ヘッダー３と、を備える。本体部２は、表面２１と、裏面２２と、表面２１の第１端縁２１１と裏面２２の第１端縁２２１とを連結する第１側面２３と、表面２１の第２端縁２１２と裏面２２の第２端縁２２２とを連結する第２側面２４と、を有する。本体部２と第１ヘッダー３とは、第１接合面２０１と、前記裏面の一部の第２接合面２０２と、前記第１側面の一部の第３接合面２０３と、前記第２側面の一部の第４接合面２０４とで接合される。第３接合面２０３は、表面２１の第１端縁２１１及び裏面２２の第１端縁２２１よりも第２方向Ｙに突出する曲面である。第４接合面２０４は、表面２１の第２端縁２１２及び裏面２２の第２端縁２２２よりも第２方向Ｙに突出する曲面である。

【0038】

従って、本実施形態では、冷却装置１の温度が上下しても樹脂製の第１ヘッダー３に亀裂等の損傷が生じにくいというメリットがある。以下に詳述する。図１１に示すように、冷却装置１の温度が上昇すると、第１ヘッダー３の部位のうち本体部２の表面２１に接合された上方接合部３４３は矢印Ｄ１に示すように＋Ｚ側に膨張し、下方接合部３４４は矢印Ｄ３に示すように－Ｚ側に膨張する。また、側方接合部３４２は全体的には＋Ｙ側に膨張するが、側方接合部３４２において、第１端縁２１１に対向する部位から裏面２２の第１端縁２２１に対向する部位に至るまで、膨張する方向が矢印Ｄ２に示すように徐々に変化する。即ち、側方接合部３４２の膨張方向は、第１端縁２１１に対向する部位では、ほぼ＋Ｚ側に向かうが、側方接合部３４２の円弧形状の部位では、矢印Ｄ２の向きが図１１の上側から徐々に左側に変化する。即ち、側方接合部３４２の膨張方向は、矢印Ｄ２に示すように放射状に分散する。

【0039】

これに対して、図１２に示すように、比較例に係る冷却装置１Ａでは、冷却装置１Ａの温度が上昇すると、上方接合部３４３Ａは矢印ｄ１に示すように＋Ｚ側に膨張し、下方接合部３４４Ａは矢印ｄ３に示すように－Ｚ側に膨張する。また、側方接合部３４２Ａのうち、角部２１１Ａの膨張方向を示す矢印ｄ４は、矢印ｄ１から矢印ｄ２にかけて膨張方向が急激に変化する。また、同様に、角部２２１Ａの膨張方向を示す矢印ｄ５は、矢印ｄ２から矢印ｄ３にかけて膨張方向が急激に変化する。しかし、実施形態は側方接合部３４２が曲面のため、樹脂の膨張方向が比較例の角部よりも緩やかに変化し、樹脂に亀裂が生じにくくなる。

【0040】

実施形態に係る冷却装置１は、流出口４１１が設けられ、第２端部２２０を覆う樹脂製の第２ヘッダー４を備える。本体部２と第２ヘッダー４とは、第５接合面２０５と、第６接合面２０６と、第７接合面２０７と、第８接合面２０８とで接合される。第７接合面２０７は、表面２１の第１端縁２１１及び前記裏面２２の第１端縁２２１よりも第２方向Ｙに突出する曲面であり、第８接合面２０８は、表面２１の第２端縁２１２及び裏面２２の第２端縁２２２よりも第２方向Ｙに突出する曲面である。従って、第１ヘッダー３で説明した内容と同様に、冷却装置１の温度が変化しても樹脂製の第２ヘッダー４にも亀裂等の損傷が生じにくいというメリットがある。

【0041】

第１ヘッダー３は、第１筒状体３１と、第２筒状体３２とを備える。第２筒状体３２は、第１筒状体３１の外側を覆うカバー部３３と、本体部２に接合される接合部３４と、を有する。従って、本体部２と接合する部分を第２筒状体３２のみにすることができる。このため、第１ヘッダー３の全体を本体部２にインサート成形する場合と比較して、少ない量の樹脂で接合でき、溶融樹脂が冷却する際に一部の溶融樹脂が冷却不良となりにくく、接合不良も生じにくい。

【0042】

第１ヘッダー３及び第２ヘッダー４は、繊維５を含む樹脂であるため、繊維５を含まない樹脂と比較すると、第１ヘッダー３及び第２ヘッダー４の靱性及び強度が向上する。ただし、前述したように、本実施形態では、第１ヘッダー３及び第２ヘッダー４が繊維５を含む樹脂であっても亀裂等の損傷が生じにくい。

【0043】

本体部２の流通路２５，２６には、第１方向Ｘに沿って延びる隔壁２７が設けられる。従って、熱媒体と接触する面積が大きくなるため、冷却装置１の冷却効率がより向上する。

【0044】

本体部２は、アルミニウム又はアルミニウム合金であるため、冷却装置１の重量が軽量される。また、アルミニウム又はアルミニウム合金は、他の金属よりも熱伝導率が高いため、冷却装置１の冷却効率がより向上する。

【0045】

［実施例］
以下、この実施形態について具体的な実施例を示す。まず、実施例に用いる冷却装置の成形条件及び成形結果について説明する。下記表１に示すように、実施例１及び実施例２（図３の形状であって側面全体の曲率半径が５ｍｍで且つ本体部のＺ方向の厚さが１０ｍｍ）では、本体部の表面処理として、本体部のアルミニウムを塩酸に浸漬したのちベーマイト処理をした。また、第１ヘッダーの第１筒状体を本体部に嵌合させたのち、金型の内部に収容し、溶融樹脂を充填させて第２筒状体で第１筒状体及び本体部を外側から覆う成形をした。溶融樹脂の材質は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド：Poly Phenylene Sulfide Resin）である。溶融樹脂は、フィラー剤が５０体積％配合されており、強化材としてガラス繊維を含んでいる。溶融樹脂の射出圧、射出速度、保圧及び射出保圧時間は表１のとおりである。第２筒状体の成形結果は、実施例１及び実施例２ともに亀裂等の損傷及びリーク（漏れ）がなかった。

【0046】

【表1】

【0047】

一方、下記表２に示すように、比較例１、比較例２及び比較例３（図１０の形状であって角部の曲率半径が２ｍｍ）では、溶融樹脂の保圧以外は、実施例１及び実施例２と同じ条件とし、第２筒状体の成形結果も、全て亀裂等の損傷及びリーク（漏れ）がなかった。

【0048】

【表2】

【0049】

次いで、実施例１及び実施例２に係る冷却装置と、比較例１、比較例２及び比較例３に係る冷却装置と、について、液槽式ヒートショック試験装置を用いたヒートショック試験を行った。ヒートショック試験においては、具体的には、冷却装置を－４０℃に１０分間保持したのち１２５℃に１０分間保持することを１サイクルとし、２００サイクルごとに気密試験を行い、気密性がＮＧの場合は漏れた部位を顕微鏡で観察した。気密試験においては、０．５ＭＰａにて５分間保持して、漏れ（リーク）の有無を調べた。

【0050】

実施例１では、７４００サイクルで漏れ（リーク）が生じた。実施例２では、２０００サイクルで漏れ（リーク）が生じなかったため、試験を中止した。

【0051】

一方、比較例１では、３８５サイクルで漏れ（リーク）が生じたため、図１４に示すように顕微鏡観察を行った結果、第１ヘッダーの樹脂層のうち本体部の角アールの近傍（二点鎖線で囲んだ部位）で本体部に沿って続く長い亀裂６が発見された。比較例２で及び比較例３では、それぞれ４００サイクルで漏れ（リーク）が生じた。

【0052】

次いで、実施例１及び比較例１に係る第１ヘッダーの樹脂中の繊維の配向度を測定した。図１５は、実施例での第１ヘッダー中の繊維の配向度を測定した部位を示す模式図である。また、下記表３には、各部位ごとの繊維の配向度を記載している。

【0053】

【表3】

【0054】

表３に示すように、実施例１においては、図１５の部位Ｐ１からＰ７の全ての部位で、配向度が０．６以上である。これに対して、比較例１では、部位Ｐ４及びＰ７の２か所において配向度が０．６未満となっている。部位Ｐ１からＰ７の全ての部位で、実施例１の配向度が比較例１の配向度よりも高い値を示している。従って、配向度が高い実施例１の方が比較例１の第１ヘッダーよりも、熱によって膨張と収縮を繰り返した際に損傷を受けにくいことが裏付けられた。なお、図１５において、金型には、溶融樹脂が流入するゲート１００が設けられ、また、溶融樹脂のオーバーフローは、実施例１及び比較例１の双方で行っていない。

【0055】

以上の結果から、実施例１及び実施例２の方が、比較例１、比較例２及び比較例３よりも長い時間に亘って亀裂が生じにくく耐久性が高いことが裏付けられた。

【符号の説明】

【0056】

１ 冷却装置（熱交換器）
２ 本体部
２１ 表面
２１１ 第１端縁
２１２ 第２端縁
２２ 裏面
２２１ 第１端縁
２２２ 第２端縁
２３ 第１側面
２４ 第２側面
２５ 流通路
２６ 流通路
２７ 隔壁
２０１ 第１接合面
２０２ 第２接合面
２０３ 第３接合面
２０４ 第４接合面
２０５ 第５接合面
２０６ 第６接合面
２０７ 第７接合面
２０８ 第８接合面
２１０ 第１端部
２２０ 第２端部
３ 第１ヘッダー
３１ 第１筒状体
３１１ 流入口（第１口）
３２ 第２筒状体
３３ カバー部
３４ 接合部
４ 第２ヘッダー
４１ 第３筒状体
４１１ 流出口（第２口）
５ 繊維
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】