热交换器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种经由热介质进行热交换的热交换器及其制造方法。更详细而言，涉及一种用于在与电子控制电路的电子零件等之间进行热交换来加以冷却的热交换器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]关于有效率地使热自物体转移至物体的热交换器，自以前以来提出有加热用、冷却用以及各种结构的热交换器，并且被广泛用于各领域。尤其在电子零件的冷却设备中，因搭载于控制电路的基板上的中央处理器(central processing unit,CPU)等半导体元件会产生高的生成热，故需要进行冷却，因此具备冷却器。例如，使用空冷式或水冷式冷却器的汽车相关领域的电子零件大部分情况下会暴露于如在高温的沙漠地带运行、在寒冷地区运行般的严酷的环境下。
[0003]即便在此种恶劣环境下，汽车相关也必须始终以正常的状态维持其所搭载的电子零件等的功能。若无法维持构成控制电路的电子零件的正常状态，则有可能诱发重大事故，因此必须避免异常状态。尤其与汽车相关的电子零件、电子电路事关人的生命，因此特别要求安全且可靠地动作的零件。进而，与汽车相关的零件、装置的轻量化的问题也不容忽视。
[0004]其原因在于，若对电子零件进行冷却的冷却装置的重量变重，则会影响耗油量等且使行车效率降低。因此，最近汽车中所使用的所有零件均成为进行轻量化的对象。所述轻量化也有助于降低成本。因所述情况，也对与汽车相关的冷却装置要求轻量化，另外也要求冷却的效率化，从而最近的冷却器的基底构件中开始使用铝合金。
[0005]例如，众所周知，汽车的发动机系统的冷却中所使用的铝合金迄今为止是作为所述冷却的原材料而使用。然而，所述铝合金零件间的接合是通过使用Al-Si系焊材合金的焊接来进行。最近的控制电路基板上的电子零件的冷却中，也是使用通过焊接而接合的铝合金的冷却器来作为所述冷却的主要构件。在与此种冷却器相关的例子中，例如揭示有如下装置:其应用于开关电源装置，且与冷却器为一体结构的底板(base plate)是由成形构件构成。(例如，参照专利文献1、专利文献2)。
[0006]形成冷却器的框体的所述底板与安装于电子电路基板上的电子零件接触，利用热传导来进行冷却。因此，所述底板的形状与电子电路基板的形状相对应，为平板状且呈长方形形状。所述揭示的例子的特征在于:冷却器并不是独立的结构，而是使底板直接与电子零件接触来提高热交换效率，使底板形成为小型。将所述冷却器设为设置于底板的凹处的结构而经一体化。为了使与电子零件的接触面积有效，成为根据其阶差而改变底座的高度的结构。
[0007]而且，在冷却器中应用薄的金属体的例子也已为人所知(例如，参照专利文献3)。所述例子作为如下的冷却器进行揭示，即，所述冷却器将经压制成形的两个板接合而设为筒(tube)形形状，且在该筒内配置了散热片(fin)。该筒在相对于冷却流体的流向而正交的方向隔着规定间隔层叠而以多个筒结构进行了揭示。将该筒的厚度示为0.4_，从而可产生一定程度上的变形。然而，任一情况下的例子虽均将铝合金用作原材料来实现轻量化，但在所述铝合金零件间的接合中，现有的粘着方法即焊接成为主流。
[0008]与汽车相关的焊接在可靠性方面具有难点，因此，自以前以来，虽采取了各种对策以使之耐受严酷的条件，并提出了相对应的提案，但难说其为完善的提案。有效的是在对轻量化、低成本化进行研宄的基础上，也考虑其他产业领域中所确立的技术、构件、装置。尤其作为薄壁金属体而具有代表性的用于罐装啤酒等中的罐体是使用厚度为0.1mm以下的薄板状的铝合金卷体(例如，参照专利文献4、专利文献5)。作为罐体的原材料而使用的所述薄壁的铝合金卷体成为在表面施加了树脂覆膜的层叠结构，且即便为所述树脂被覆状态，也可进行压制、冲压加工。
[0009]所述销合金卷体作为适用于冲压与变薄拉深(Drawn and Ironed，DI)罐或瓶罐(bottle can)的成形的材料而有所揭示。所述铝合金卷体极薄，因此为具有容易挠曲且容易产生变形的性质的原材料。而且，树脂覆膜也具有阻气性，以防止水与金属接触且使啤酒不发生氧化。进而，关于铝合金与树脂的接合，确立了实现轻量化与粘接强度的强化的接合技术(例如，参照专利文献6、专利文献7)。即，为如下技术:对铝合金表面实施化学蚀刻处理而形成超微细凹凸面，并将热塑性树脂组合物射出成形至所述超微细凹凸面，由此进行粘接。由此，可实现金属面与树脂的经强化的粘着。而且，也已知有如下情况:基于所述技术进行处理，利用与上文所述相同的方法使弯折形状的两个铝合金板的缘部密接并进行射出成形，由此将缘部粘着，从而制成箱形状的金属结构体(例如，参照专利文献8)。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本专利特开2012-210002号公报
[0013]专利文献2:日本专利特开2004-297887号公报
[0014]专利文献3:日本专利特开2005-203732号公报
[0015]专利文献4:日本专利特开平09-277434号公报
[0016]专利文献5:日本专利特开2011-208258号公报
[0017]专利文献6:日本专利特开2009-101563号公报
[0018]专利文献7:国际公开第2009/031632号
[0019]专利文献8:日本专利特开2010-30298号公报
【发明内容】
[0020]发明所要解决的问题
[0021]然而，以上所说明的现有的热交换器虽然使用铝合金来实现轻量化，但为对于进一步的轻量化、低成本化而言仍要求改善的余地的结构。即，成为所述热交换器的基底的基体是使铝合金成形而成的构件，因此是具有一定程度的厚度的铝合金构件。所述结构中，基体由铝合金的成形构件形成，因此成为在任何情况下均具有一定程度的厚度的构件。
[0022]在使成形构件变薄的方面存在极限，因此，在轻量化方面产生了极限。而且，如上所述，也提出了一种以实现轻量化的结构形成为筒形式的冷却器。其是将作为薄的板材的铝合金压制成形而成，且是在内部配置了散热片的结构。然而，壁厚虽然薄，但为仍具有变薄的余地的厚度，作为冷却器而言，成为结构复杂且成本高的结构。作为该筒的原材料的薄壁金属板的厚度被设为0.4mm,虽会产生稍许变形，但并不是受到来自内部的水等液体的热介质的内压而一部分局部地产生挠曲变形的厚度的原材料。
[0023]如此般，现有结构的热交换器虽可实现一定程度的轻量化，但在进一步的轻量化、低成本化方面存在问题。进而问题在于，铝合金的接合是通过焊接来进行。所述筒是将两个板重叠而构成，但该重叠部是通过焊接来形成。所述焊接接合方法在严酷的使用环境下，有可能因振动等而腐蚀或因接合不良等而接合状态变得不充分。尤其在汽车的冷却器的情况下，经常会伴有振动，因此，有可能会因受损导致作为热介质的水泄漏，从而不能说一定具有可靠性。而且，也会因寒冷地区中散布于道路的防冻剂所致的盐害，海岸地域、沿海地域等的盐害等而产生问题。
[0024]与作为发热体的汽车的半导体元件接触来进行冷却的结构的热交换器即便在如上所述的恶劣环境下且伴有汽车的振动或热变化，也必须完全耐受所述情况。即，要求一种接合部不会因腐蚀等而剥离的结构。而且，如上所述般与半导体元件接触来使其冷却的情况是直接使其冷却的结构，因此在冷却方面有效。然而，冷却空间狭窄，在现状下，难以进行用于扩大冷却空间以进一步提高冷却效果的变更，而且在现状下，所述冷却形态还在结构上存在极限，仍为使冷却效率降低的状态。
[0025]尤其包含多个半导体元件与冷却器的层叠配置的结构所产生的热也变多，因此处于必须进一步提高冷却效率的状况。若如上所述般半导体元件的电子零件的温度上升，则会破坏元件的功能。此种使用目的下的冷却方式是采用冷却效果比空冷式高的水冷式。而且，若考虑到寒冷地区，则优选的是利用作为不冻液的冷却水进行冷却。理想的是通过采用此种冷却措施而将半导体元件的温度保持为70°C以下。
[0026]本发明是基于如上所述的技术背景而完成，且实现下述目的。
[0027]本发明的目的在于提供一种使结构简化并实现轻量化与低成本化，安全且具有可靠性的热交换器及其制造方法。
[0028]解决问题的技术手段
[0029]本发明为了实现所述目的而采用以下手段。
[0030]本发明I的热交换器是用于在与热交换对象物(3)之间经由热介质(8)进行热交换的热交换器，其特征在于包括:
[0031]第I成形体(4)，由能够因所述热介质⑶的内部压力而挠曲的薄壁金属板构成，具有能够与所述热交换对象物相接的外表面(4a)以及被覆有树脂的内表面(4b)，且包括设置于周缘的缘部、及在所述缘部与所述缘部之间成形为剖面视为凹字状的凹部；
[0032]第2成形体(5)，为与所述第I成形体(4)相对向而经组合的构件，且由能够因所述热介质(8)的内部压力而挠曲的薄壁金属板构成，具有能够与所述热交换对象物相接的外表面(5a)以及被覆有树脂的内表面(5b)，且包括设置于周缘的缘部、及在所述缘部与所述缘部之间成形为剖面视为凹字状的凹部；
[0033]接合构件￠)，跨及相对接的所述第I成形体(4)的所述缘部(4c)与所述第2成形体(5)的所述缘部(5c)而设置，用于将热塑性树脂组合物射出成形至所述第I成形体的所述缘部的外表面(4a)与所述第2成形体的所述缘部的外表面(5a)，从而将所述第I成形体的所述缘部与所述第2成形体的所述缘部一体地接合；以及
[0034]空间部(7)，由利用所述接合构件一体地接合的所述第I成形体与所述第2成形体围绕形成，具有供给口(10)与排出口(11)而成为所述热介质(8)的流体通路；并且
[0035]所述第I成形体的所述缘部(4c)的所述内表面(4b)与所述第2成形体的所述缘部(5c)的所述内表面(5b)通过使所被覆的所述树脂彼此热熔接而密接，从而使所述空间部成为密封状态。
[0036]本发明2的热交换器根据本发明1，其特征在于:所述薄壁金属板为被覆有所述树脂的规定厚度的铝合金板。
[0037]本发明3的热交换器根据本发明I或本发明2，其特征在于:所述热交换对象物为搭载于汽车的电子控制电路基板的电子零件，所述热介质的主成分为冷却水。
[0038]本发明4的热交换器根据本发明I或本发明2，其特征在于:对利用所述射出成形而粘着有所述热塑性树脂组合物的所述第I成形体的所述外表面(4a)及所述第2成形体的所述外表面(5a)，实施用以使所述热塑性树脂组合物的所述粘着牢固的超微细加工处理，所述热塑性树脂组合物是将选自聚对苯二甲酸丁二酯树脂、聚苯硫醚树脂及聚酰胺树脂中的一种作为主成分的热塑性树脂组合物。
[0039]本发明5的热交换器根据本发明I或本发明2，其特征在于:在所述第I成形体(4)和/或所述第2成形体(5)，为了使所述热介质蜿蜒，对所述凹部的形状的一部分设置有突出至所述空间部(