熱交換器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種經(jīng)由熱介質(zhì)進行熱交換的熱交換器及其制造方法。更詳細而言，涉及一種用于在與電子控制電路的電子零件等之間進行熱交換來加以冷卻的熱交換器及其制造方法。
【背景技術】
[0002]關于有效率地使熱自物體轉移至物體的熱交換器，自以前以來提出有加熱用、冷卻用以及各種結構的熱交換器，并且被廣泛用于各領域。尤其在電子零件的冷卻設備中，因搭載于控制電路的基板上的中央處理器(central processing unit,CPU)等半導體元件會產(chǎn)生高的生成熱，故需要進行冷卻，因此具備冷卻器。例如，使用空冷式或水冷式冷卻器的汽車相關領域的電子零件大部分情況下會暴露于如在高溫的沙漠地帶運行、在寒冷地區(qū)運行般的嚴酷的環(huán)境下。
[0003]即便在此種惡劣環(huán)境下，汽車相關也必須始終以正常的狀態(tài)維持其所搭載的電子零件等的功能。若無法維持構成控制電路的電子零件的正常狀態(tài)，則有可能誘發(fā)重大事故，因此必須避免異常狀態(tài)。尤其與汽車相關的電子零件、電子電路事關人的生命，因此特別要求安全且可靠地動作的零件。進而，與汽車相關的零件、裝置的輕量化的問題也不容忽視。
[0004]其原因在于，若對電子零件進行冷卻的冷卻裝置的重量變重，則會影響耗油量等且使行車效率降低。因此，最近汽車中所使用的所有零件均成為進行輕量化的對象。所述輕量化也有助于降低成本。因所述情況，也對與汽車相關的冷卻裝置要求輕量化，另外也要求冷卻的效率化，從而最近的冷卻器的基底構件中開始使用鋁合金。
[0005]例如，眾所周知，汽車的發(fā)動機系統(tǒng)的冷卻中所使用的鋁合金迄今為止是作為所述冷卻的原材料而使用。然而，所述鋁合金零件間的接合是通過使用Al-Si系焊材合金的焊接來進行。最近的控制電路基板上的電子零件的冷卻中，也是使用通過焊接而接合的鋁合金的冷卻器來作為所述冷卻的主要構件。在與此種冷卻器相關的例子中，例如揭示有如下裝置:其應用于開關電源裝置，且與冷卻器為一體結構的底板(base plate)是由成形構件構成。(例如，參照專利文獻1、專利文獻2)。
[0006]形成冷卻器的框體的所述底板與安裝于電子電路基板上的電子零件接觸，利用熱傳導來進行冷卻。因此，所述底板的形狀與電子電路基板的形狀相對應，為平板狀且呈長方形形狀。所述揭示的例子的特征在于:冷卻器并不是獨立的結構，而是使底板直接與電子零件接觸來提高熱交換效率，使底板形成為小型。將所述冷卻器設為設置于底板的凹處的結構而經(jīng)一體化。為了使與電子零件的接觸面積有效，成為根據(jù)其階差而改變底座的高度的結構。
[0007]而且，在冷卻器中應用薄的金屬體的例子也已為人所知(例如，參照專利文獻3)。所述例子作為如下的冷卻器進行揭示，即，所述冷卻器將經(jīng)壓制成形的兩個板接合而設為筒(tube)形形狀，且在該筒內(nèi)配置了散熱片(fin)。該筒在相對于冷卻流體的流向而正交的方向隔著規(guī)定間隔層疊而以多個筒結構進行了揭示。將該筒的厚度示為0.4_，從而可產(chǎn)生一定程度上的變形。然而，任一情況下的例子雖均將鋁合金用作原材料來實現(xiàn)輕量化，但在所述鋁合金零件間的接合中，現(xiàn)有的粘著方法即焊接成為主流。
[0008]與汽車相關的焊接在可靠性方面具有難點，因此，自以前以來，雖采取了各種對策以使之耐受嚴酷的條件，并提出了相對應的提案，但難說其為完善的提案。有效的是在對輕量化、低成本化進行研宄的基礎上，也考慮其他產(chǎn)業(yè)領域中所確立的技術、構件、裝置。尤其作為薄壁金屬體而具有代表性的用于罐裝啤酒等中的罐體是使用厚度為0.1mm以下的薄板狀的鋁合金卷體(例如，參照專利文獻4、專利文獻5)。作為罐體的原材料而使用的所述薄壁的鋁合金卷體成為在表面施加了樹脂覆膜的層疊結構，且即便為所述樹脂被覆狀態(tài)，也可進行壓制、沖壓加工。
[0009]所述銷合金卷體作為適用于沖壓與變薄拉深(Drawn and Ironed，DI)罐或瓶罐(bottle can)的成形的材料而有所揭示。所述鋁合金卷體極薄，因此為具有容易撓曲且容易產(chǎn)生變形的性質(zhì)的原材料。而且，樹脂覆膜也具有阻氣性，以防止水與金屬接觸且使啤酒不發(fā)生氧化。進而，關于鋁合金與樹脂的接合，確立了實現(xiàn)輕量化與粘接強度的強化的接合技術(例如，參照專利文獻6、專利文獻7)。即，為如下技術:對鋁合金表面實施化學蝕刻處理而形成超微細凹凸面，并將熱塑性樹脂組合物射出成形至所述超微細凹凸面，由此進行粘接。由此，可實現(xiàn)金屬面與樹脂的經(jīng)強化的粘著。而且，也已知有如下情況:基于所述技術進行處理，利用與上文所述相同的方法使彎折形狀的兩個鋁合金板的緣部密接并進行射出成形，由此將緣部粘著，從而制成箱形狀的金屬結構體(例如，參照專利文獻8)。
[0010]現(xiàn)有技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本專利特開2012-210002號公報
[0013]專利文獻2:日本專利特開2004-297887號公報
[0014]專利文獻3:日本專利特開2005-203732號公報
[0015]專利文獻4:日本專利特開平09-277434號公報
[0016]專利文獻5:日本專利特開2011-208258號公報
[0017]專利文獻6:日本專利特開2009-101563號公報
[0018]專利文獻7:國際公開第2009/031632號
[0019]專利文獻8:日本專利特開2010-30298號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]發(fā)明所要解決的問題
[0021]然而，以上所說明的現(xiàn)有的熱交換器雖然使用鋁合金來實現(xiàn)輕量化，但為對于進一步的輕量化、低成本化而言仍要求改善的余地的結構。即，成為所述熱交換器的基底的基體是使鋁合金成形而成的構件，因此是具有一定程度的厚度的鋁合金構件。所述結構中，基體由鋁合金的成形構件形成，因此成為在任何情況下均具有一定程度的厚度的構件。
[0022]在使成形構件變薄的方面存在極限，因此，在輕量化方面產(chǎn)生了極限。而且，如上所述，也提出了一種以實現(xiàn)輕量化的結構形成為筒形式的冷卻器。其是將作為薄的板材的鋁合金壓制成形而成，且是在內(nèi)部配置了散熱片的結構。然而，壁厚雖然薄，但為仍具有變薄的余地的厚度，作為冷卻器而言，成為結構復雜且成本高的結構。作為該筒的原材料的薄壁金屬板的厚度被設為0.4mm,雖會產(chǎn)生稍許變形，但并不是受到來自內(nèi)部的水等液體的熱介質(zhì)的內(nèi)壓而一部分局部地產(chǎn)生撓曲變形的厚度的原材料。
[0023]如此般，現(xiàn)有結構的熱交換器雖可實現(xiàn)一定程度的輕量化，但在進一步的輕量化、低成本化方面存在問題。進而問題在于，鋁合金的接合是通過焊接來進行。所述筒是將兩個板重疊而構成，但該重疊部是通過焊接來形成。所述焊接接合方法在嚴酷的使用環(huán)境下，有可能因振動等而腐蝕或因接合不良等而接合狀態(tài)變得不充分。尤其在汽車的冷卻器的情況下，經(jīng)常會伴有振動，因此，有可能會因受損導致作為熱介質(zhì)的水泄漏，從而不能說一定具有可靠性。而且，也會因寒冷地區(qū)中散布于道路的防凍劑所致的鹽害，海岸地域、沿海地域等的鹽害等而產(chǎn)生問題。
[0024]與作為發(fā)熱體的汽車的半導體元件接觸來進行冷卻的結構的熱交換器即便在如上所述的惡劣環(huán)境下且伴有汽車的振動或熱變化，也必須完全耐受所述情況。即，要求一種接合部不會因腐蝕等而剝離的結構。而且，如上所述般與半導體元件接觸來使其冷卻的情況是直接使其冷卻的結構，因此在冷卻方面有效。然而，冷卻空間狹窄，在現(xiàn)狀下，難以進行用于擴大冷卻空間以進一步提高冷卻效果的變更，而且在現(xiàn)狀下，所述冷卻形態(tài)還在結構上存在極限，仍為使冷卻效率降低的狀態(tài)。
[0025]尤其包含多個半導體元件與冷卻器的層疊配置的結構所產(chǎn)生的熱也變多，因此處于必須進一步提高冷卻效率的狀況。若如上所述般半導體元件的電子零件的溫度上升，則會破壞元件的功能。此種使用目的下的冷卻方式是采用冷卻效果比空冷式高的水冷式。而且，若考慮到寒冷地區(qū)，則優(yōu)選的是利用作為不凍液的冷卻水進行冷卻。理想的是通過采用此種冷卻措施而將半導體元件的溫度保持為70°C以下。
[0026]本發(fā)明是基于如上所述的技術背景而完成，且實現(xiàn)下述目的。
[0027]本發(fā)明的目的在于提供一種使結構簡化并實現(xiàn)輕量化與低成本化，安全且具有可靠性的熱交換器及其制造方法。
[0028]解決問題的技術手段
[0029]本發(fā)明為了實現(xiàn)所述目的而采用以下手段。
[0030]本發(fā)明I的熱交換器是用于在與熱交換對象物(3)之間經(jīng)由熱介質(zhì)(8)進行熱交換的熱交換器，其特征在于包括:
[0031]第I成形體(4)，由能夠因所述熱介質(zhì)⑶的內(nèi)部壓力而撓曲的薄壁金屬板構成，具有能夠與所述熱交換對象物相接的外表面(4a)以及被覆有樹脂的內(nèi)表面(4b)，且包括設置于周緣的緣部、及在所述緣部與所述緣部之間成形為剖面視為凹字狀的凹部；
[0032]第2成形體(5)，為與所述第I成形體(4)相對向而經(jīng)組合的構件，且由能夠因所述熱介質(zhì)(8)的內(nèi)部壓力而撓曲的薄壁金屬板構成，具有能夠與所述熱交換對象物相接的外表面(5a)以及被覆有樹脂的內(nèi)表面(5b)，且包括設置于周緣的緣部、及在所述緣部與所述緣部之間成形為剖面視為凹字狀的凹部；
[0033]接合構件￠)，跨及相對接的所述第I成形體(4)的所述緣部(4c)與所述第2成形體(5)的所述緣部(5c)而設置，用于將熱塑性樹脂組合物射出成形至所述第I成形體的所述緣部的外表面(4a)與所述第2成形體的所述緣部的外表面(5a)，從而將所述第I成形體的所述緣部與所述第2成形體的所述緣部一體地接合；以及
[0034]空間部(7)，由利用所述接合構件一體地接合的所述第I成形體與所述第2成形體圍繞形成，具有供給口(10)與排出口(11)而成為所述熱介質(zhì)(8)的流體通路；并且
[0035]所述第I成形體的所述緣部(4c)的所述內(nèi)表面(4b)與所述第2成形體的所述緣部(5c)的所述內(nèi)表面(5b)通過使所被覆的所述樹脂彼此熱熔接而密接，從而使所述空間部成為密封狀態(tài)。
[0036]本發(fā)明2的熱交換器根據(jù)本發(fā)明1，其特征在于:所述薄壁金屬板為被覆有所述樹脂的規(guī)定厚度的鋁合金板。
[0037]本發(fā)明3的熱交換器根據(jù)本發(fā)明I或本發(fā)明2，其特征在于:所述熱交換對象物為搭載于汽車的電子控制電路基板的電子零件，所述熱介質(zhì)的主成分為冷卻水。
[0038]本發(fā)明4的熱交換器根據(jù)本發(fā)明I或本發(fā)明2，其特征在于:對利用所述射出成形而粘著有所述熱塑性樹脂組合物的所述第I成形體的所述外表面(4a)及所述第2成形體的所述外表面(5a)，實施用以使所述熱塑性樹脂組合物的所述粘著牢固的超微細加工處理，所述熱塑性樹脂組合物是將選自聚對苯二甲酸丁二酯樹脂、聚苯硫醚樹脂及聚酰胺樹脂中的一種作為主成分的熱塑性樹脂組合物。
[0039]本發(fā)明5的熱交換器根據(jù)本發(fā)明I或本發(fā)明2，其特征在于:在所述第I成形體(4)和/或所述第2成形體(5)，為了使所述熱介質(zhì)蜿蜒，對所述凹部的形狀的一部分設置有突出至所述空間部(