JP2017022374A - コールドプレートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器の内部を流れる熱輸送媒体によって熱を運び去ることにより冷却を行うコールドプレートの軽量化を図る。【解決手段】カバー２は、供給ポート１７ａと排出ポート１７ｂとが形成された天板部４と天板部４の外周部に繋がっている筒状の周壁部５と、周壁部５の全周から周壁部５の外側に延びているフランジ部８とを有し、カバー２は、フランジ部８がベースプレート３に密着するようにベースプレート３に組み付けられ、フランジ部８の外周端面８ａからベースプレート３の外表面７に亘って接合樹脂１１が設けられ、接合樹脂１１は、ベースプレート３の外表面７に形成された微細孔に浸入してベースプレート３に一体化するとともにカバー２に一体化することによりベースプレート３とカバー２とを接合している。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換対象物を外面に接触させた容器の内部に熱輸送媒体を流通させることにより、熱交換対象物と熱輸送媒体との間で熱交換を行うように構成されたコールドプレートおよびその製造方法に関するものである。

電子部品が実装される電子回路部を熱媒体によって冷却する装置が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置は、電子回路部が載置される金属製の基板本体を有し、その基板本体には熱媒体を流通させる流路が形成されている。電子回路部の熱は、基板本体に伝達され、さらに流路を流れる熱媒体によって外部に運び去られ、したがって電子回路部は、熱媒体によって冷却される。また、特許文献１には、前記流路にパイプを接合する方法として、射出接合法が記載されている。

特開２００７−２８１４０３公報

特許文献１に記載された構成では、電子回路部と基板本体とが広い面積で接触するものの、熱媒体は基板本体に形成されているパイプ状の流路を流れるように構成されているため、熱媒体と基板本体とが接触する面積が狭い。そのため、電子回路部から熱媒体に伝達される熱量が制限され、電子回路部での発熱量が多い場合には、電子回路部を十分には冷却できない可能性がある。特許文献１には、基板本体に複数本の流路を設けた構成が記載されている。このような構成であれば、流路の本数の増大に伴って熱媒体の流量が多くなるから、基板本体から熱媒体に対して伝達される熱量を増大させることができる。しかしながら、流路を構成する部材の数（例えばパイプ材の本数）が多くなるので、基板本体の全体としての構成が複雑化し、また重量が重くなる不都合がある。

本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、構成の簡素化や軽量化を図ることのできるコールドプレートおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係るコールドプレートは、上記の目的を達成するために、金属製のベースプレート上に前記ベースプレートに向けて開口した碗形状のカバーが接合されて容器が形成され、前記容器の内部に前記ベースプレートに一体化された多数のフィンが設けられるとともに前記フィン同士の間に熱輸送媒体が流れる流路が形成され、前記カバーには前記流路の一端側に連通した供給ポートと前記流路の他端側に連通した排出ポートとが設けられているコールドプレートにおいて、前記カバーは、前記供給ポートと前記排出ポートとが形成された天板部と前記天板部の外周部に繋がっている筒状の周壁部と、前記周壁部の開口側の端面である密着面とを有し、前記カバーは、前記密着面が前記ベースプレートに密着するように前記ベースプレートに組み付けられ、前記周壁部の外周面から前記ベースプレートの外表面に亘って接合樹脂が設けられ、前記接合樹脂は、前記ベースプレートの外表面に形成された微細孔に浸入して前記ベースプレートに一体化するとともに前記カバーに一体化することにより前記ベースプレートと前記カバーとを接合していることを特徴とするものである。

本発明においては、前記周壁部の開口側の前記端面と前記ベースプレートの表面との間でかつ前記容器の内部より外側に、前記周壁部の外周面に向けて開口した隙間が設けられ、前記隙間に前記接合樹脂が入り込んで前記カバーと前記ベースプレートとが前記接合樹脂によって接合されていてよい。

本発明においては、前記周壁部の開口側の前記端面と前記ベースプレートの表面との互いに対向して密着する面のうちのいずれか一方の面に凸部が形成されるとともに、他方の面に前記凸部を嵌め込ませて前記ベースプレートに前記カバーを仮止めするように係合する凹部が形成されていてよい。

本発明においては、前記凸部と前記凹部とは、液密状態に接触していてよい。

本発明においては、前記金属製のベースプレートの外周部に合成樹脂製のフレーム部が前記ベースプレートに一体化して形成されていてよい。

本発明においては、前記フレーム部には、前記ベースプレートの厚さ方向に貫通した取付孔が形成されていてよい。

本発明においては、前記カバーは、金属製であり、前記接合樹脂は、前記カバーに形成された微細孔に浸入して前記カバーに一体化していてよい。

本発明においては、前記カバーは、前記ベースプレートの外表面の一部である外周面と前記周壁部の外周面とが段差のない単一面上に並んでおり、前記単一面上に並んでいる前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに前記接合樹脂が一体化していてよい。

本発明においては、前記カバーは、前記周壁部の全周から前記周壁部の外側に延びているフランジ部を更に備え、前記フランジ部の外周端面が前記周壁部の一部となり、かつ前記フランジ部の前記ベースプレートの表面に対向する面が前記周壁部の開口側の端面となっていてよい。

本発明においては、前記接合樹脂は、前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに付着している外周接合部と、前記外周接合部と一体でかつ互いに密着している前記フランジ部と前記ベースプレートとの外周部を前記フランジ部と前記ベースプレートとの厚さ方向に挟み付けた状態で前記フランジ部の表面および前記ベースプレートの裏面に付着して一体化している挟持部とを有していてよい。

本発明においては、前記接合樹脂は、前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに付着している外周接合部を有し、前記ベースプレートと前記フランジ部とは前記外周接合部のみによって互いに一体化するように接合されていてよい。

本発明においては、前記容器における前記天板部の外表面に補強用のリブが一体化して設けられていてよい。

本発明の方法は、金属製のベースプレート上に前記ベースプレートに向けて開口した碗形状のカバーが接合されて容器が形成され、前記容器の内部に前記ベースプレートに一体化された多数のフィンが設けられるとともに前記フィン同士の間に熱輸送媒体が流れる流路が形成され、前記カバーには前記流路の一端側に連通した供給ポートと前記流路の他端側に連通した排出ポートとが設けられているコールドプレートの製造方法において、前記カバーは、前記供給ポートと前記排出ポートとが形成された天板部と前記天板部の外周部に繋がっている筒状の周壁部と、前記周壁部の開口側の端面である密着面とを有する構成とし、前記ベースプレートと前記カバーとを接合する接合樹脂が付着する前記ベースプレートの外表面と前記カバーの外表面とのうち少なくとも、前記接合樹脂が付着する前記ベースプレートの外表面に表面処理によって微細孔を形成しておき、前記カバーを、前記周壁部の開口側の前記端面が前記ベースプレートに密着するように前記ベースプレートに組み付けて射出成形型の内部にセットし、前記射出成形型を閉じた後に、前記微細孔を形成してある前記ベースプレートの外表面から前記周壁部の外周面に亘る箇所に前記接合樹脂を射出するとともに前記接合樹脂を前記微細孔に浸入させて、前記接合樹脂によって前記カバーと前記ベースプレートとを接合することを特徴とする方法である。

本発明によれば、ベースプレートとカバーとによって形成された容器の内部に前記供給ポートから熱輸送媒体を供給し、かつ排出ポートからその熱輸送媒体を排出することにより、容器の内部に設けられているフィンの間の流路を熱輸送媒体が流通する。その結果、熱輸送媒体と容器との間で熱交換が生じ、その熱交換は容器の内面だけでなく容器の内部に設けられているフィンの表面でも生じ、熱交換面積が広くなって効率よく、また多量に熱交換することができる。そのため、多数の流路を形成するために複数本のパイプを設けるなど、構成部材が多くなる要因がないので、構成の簡素化や軽量化を図ることができる。また特に、ベースプレートとカバーとの接合樹脂によって接合して一体化した構成であることにより、接合のための手段が簡素化され、この点においても軽量化を図ることができる。

本発明の一実施例を示す縦断側面図である。 本発明の一実施例を、その天板部の一部を除去して示す平面図である。 樹脂が微細孔に浸入してカバーとベースプレートとを接合している状態を模式的に示す部分断面図である。 カバーの端面とベースプレートの表面との間に隙間を設けて樹脂を浸入させた状態を示す部分断面図である。 カバーとベースプレートとを仮組み付けする凸部および凹部の例を示す部分断面図である。 カバーとベースプレートとを仮組み付けするピンおよび凹部の例を示す部分断面図である。 カバーの端面とベースプレートの表面との間に隙間を設けた他の例を示す部分断面図である。 カバーとベースプレートとを仮組み付けする凸部および凹部の他の例を示す部分断面図である。 ベースプレートの外周側に樹脂製のフレーム部を設けた例を示す縦断側面図である。 カバーとベースプレートとを射出接合している状態を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す縦断側面図である。 フランジ部とベースプレートとの間にコーナ部を設けてこれらフランジ部とベースプレートとを接合樹脂で挟み付けた例を示す部分断面図である。 フランジ部とベースプレートとの間に隙間を設けて外周接合部の接合樹脂をその隙間に入り込ませた例を示す部分断面図である。 フランジ部の外周端面とベースプレートの外周面とを接合樹脂の外周接合部によって接合した例を示す部分断面図である。 フランジ部とベースプレートとの間に隙間を設けて外周接合部の接合樹脂をその隙間に入り込ませた他の例を示す部分断面図である。 接合樹脂によってフレーム部を構成した例を示す部分断面図である。 天板部に設けたリブの形状の一例を示す平面図である。 カバーを合成樹脂製とした場合の製造方法を説明するための模式的な断面図である。

図１に本発明に係るコールドプレート１の縦断側面図を示し、図２にそのコールドプレート１のカバー２の一部を除去した平面図を示してある。コールドプレート１は、平板状のベースプレート３と、ベースプレート３の表面７に接合したカバー２とを備えている。なお、表面７が本発明における「外表面」に相当している。カバー２は、平板状の天板部４と、その天板部４の外周部に繋がっている筒状の周壁部５とによって碗形状に形成されている。図１および図２に示す例では、天板部４は矩形状をなし、周壁部５は矩形の筒状をなしている。カバー２は開口部がベースプレート３を向くように配置され、前記周壁部５の開口端側における開口端面６をベースプレート３の表面７に突き当てた状態でベースプレート３に接合されている。

前記周壁部５の開口端部の全周には、外向きに延びたフランジ部８が一体に形成されており、このフランジ部８におけるベースプレート３側の面が前記開口端面６とされている。その開口端面６には、全周に亘って、ベースプレート３の表面７に液密状態に接触する密着面９が形成されている。図１に示す例では、開口端面６の全体が密着面９とされている。なお、フランジ部８を設けることなく、周壁部５の開口端の面の全体を密着面９としてもよい。

ベースプレート３は、銅やアルミニウムもしくはその合金などの熱伝導性の良好な適宜な金属によって形成されている。これに対してカバー２は、ベースプレート３と同様の金属製とすることができ、またＡＢＳ樹脂、ナイロン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどの合成樹脂によって形成することができる。カバー２とベースプレート３とが共に金属製の場合、カバー２はベースプレート３に対して合成樹脂による射出接合によって接合されている。その接合構造を説明すると、前記密着面９をベースプレート３の外表面の一部である表面７に密着させた状態にカバー２をベースプレート３に組み付けることにより、周壁部５（フランジ部８）の外周端面８ａとベースプレート３の表面７とによってコーナ部１０が形成され、そのコーナ部１０を埋めるように射出されてコーナ部１０に充填された接合樹脂１１によってカバー２とベースプレート３とが接合されている。なお、フランジ部８を設けていない場合には、周壁部５の外周面とベースプレート３の表面７とによってコーナ部１０が形成され、そのコーナ部１０に接合樹脂１１を充填することになる。

その接合（いわゆる射出接合）の原理を簡単に説明すると、前記コーナ部１０を形成している周壁部５の外表面とベースプレート３の表面７とには、酸化処理などの適宜の表面処理によって、図３に模式的に示すように、多数の微細孔１２が形成されている。そのコーナ部１０に適宜の射出成形型を用いて接合樹脂１１を高圧で射出する。使用される接合樹脂１１は、ポリフェニレンスルフィルド（ＰＰＳ）、ナイロン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂などである。射出された接合樹脂１１は、酸化処理などの表面処理によって形成されている微細孔１２に浸入して固化する。その結果、接合樹脂１１が前記微細孔１２を介してカバー２およびベースプレート３に固着した状態になり、かつ接合樹脂１１が固化することにより、カバー２とベースプレート３とが接合樹脂１１を介して一体化するように連結される。すなわちカバー２とベースプレート３とが接合される。

上記のいわゆる射出接合を行う場合、互いに組み付けられたカバー２とベースプレート３とは前記密着面９によって液密状態に密着しているので、高圧で射出される接合樹脂１１がカバー２の内側に浸入することが回避される。また、接合樹脂１１をコーナ部１０に向けて射出する場合、接合樹脂１１の温度あるいは射出成形型の温度は、高々３００℃から４００℃程度であって、カバー２やベースプレート３が高温度に曝されることがない。そのため、カバー２やベースプレート３の強度もしくは剛性が低下することが回避もしくは抑制される。

なお、カバー２を合成樹脂製とした場合、接合樹脂１１とカバー２とは互いに溶融して一体化し、あるいは化学的に結合して一体化することにより、接合樹脂１１を介してカバー２とベースプレート３とが接合される。

カバー２とベースプレート３とは上記のように接合されることにより容器１３を構成し、その容器１３の内部に多数のフィン１４がベースプレート３に一体化した状態で設けられている。これらのフィン１４は、長さ（もしくは幅）に対して高さの低い薄板状の部材であって、互いに僅かな隙間を空けて平行に配置され、その隙間が流路１５となっている。フィン１４は、カバー２やベースプレート３とは別部材として作成し、カバー２の内面あるいはベースプレート３の表面７に接合してもよく、あるいはベースプレート３の表面７に切削加工などによって一体に形成してもよい。

フィン１４は、矩形状をなす上記の容器１３の内部に、その長手方向に向けて配置されている。各フィン１４の図１における上端部は、僅かに離れていてもよいが、好ましくはカバー２の内面に接触している。より好ましくは、フィン１４の上端部とカバー２の内面とが接合されている。カバー２が金属製の場合には、ロー付けなどの手段でフィン１４の上端部とカバー２とを接合すればよく、またカバー２が合成樹脂製の場合には、適宜の接着剤によって接合すればよい。フィン１４の上端部をカバー２の内面に接合すれば、カバー２における天板部４の剛性を高くして天板部４の変形を防止もしくは抑制することができる。

それらのフィン１４の両端部（流路１５の両端部）は、カバー２の内壁面から所定寸法離れていて、全ての流路１５が連通するヘッダー部１６ａ，１６ｂが形成されている。カバー２には、一方のヘッダー部１６ａに連通した供給ポート１７ａと、他方のヘッダー部１６ｂに連通した排出ポート１７ｂとが形成されている。したがって、供給ポート１７ａは、前記流路１５の一端側に連通し、排出ポート１７ｂは、流路１５の他端側に連通している。各ポート１７ａ，１７ｂには、パイプ１９ａ，１９ｂを接続するためのコネクター１８ａ，１８ｂが取り付けられている。コネクター１８ａ，１８ｂは金属製であり、カバー２が前述した金属によって形成されている場合には、コネクター１８ａ，１８ｂはロー付けや前述した射出接合によってカバー２に取り付けることができる。また、カバー２が合成樹脂製の場合、インサート成形によってコネクター１８ａ，１８ｂをカバー２に取り付けることができる。

上記のコールドプレート１の使用方法および作用について説明する。ベースプレート３の図１での下面（裏面）３ａは平坦面とされており、その下面３ａに熱交換対象物が熱伝達可能に接触させられる。その熱交換対象物は、例えば演算素子や記憶素子などの電子部品である。熱交換対象物は、ベースプレート３の下面３ａに直接接触させてもよく、あるいはＴＩＭ(Thermal Interface Material)と称される熱伝導部材をベースプレート３との間に介在させてもよい。その状態で、前記供給ポート１７ａから熱輸送媒体（例えば冷却水）を前記容器１３の内部に供給する。その冷却水は、一方のヘッダー部１６ａに入り、ここからフィン１４同士の間の流路１５に分散して供給され、その流路１５を他方のヘッダー部１６ｂに向けて流れる。

フィン１４は、熱交換面積を大きくするために可及的に多いことが好ましく、したがって流路１５の幅は狭くなり、流路１５での流動抵抗が大きくなる。その流動抵抗に打ち勝って十分な速度で冷却水が流れるように、冷却水はある程度高い圧力で前記容器１３の内部に供給される。そのため、容器１３の内部の圧力が高くなるが、カバー２は前記接合樹脂１１によってベースプレート３に接合されているから、冷却水が漏洩することがない。また、カバー２およびベースプレート３は、射出接合によって接合されていて、コールドプレート１の製造過程で高温に加熱されることがないので、カバー２およびベースプレート３の強度あるいは剛性が設計どおりに高くなっている。そのため、冷却水が供給されることによって容器１３の内部の圧力が高くなっても、カバー２やベースプレート３が膨張するなどの変形を生じることが防止もしくは抑制される。

冷却水は、容器１３の内面およびフィン１４の表面に接触して熱を奪うから、結局、熱交換対象物である電子部品が冷却される。熱を奪って温度の上昇した冷却水は、他方のヘッダー部１６ｂに集合し、ここから排出ポート１７ｂを経て他のコールドプレートもしくは放熱部（図示せず）に送られる。

このように、本発明に係る上記のコールドプレート１においては、熱交換対象物である電子部品の熱を冷却水に伝達する面積が、前記容器１３の内面および多数のフィン１４の表面によって拡大されている。そのため、電子部品と冷却水との間の熱抵抗が小さく、多量の熱を冷却水に伝達することができ、電子部品を効率よく冷却してその温度の上昇を抑制することができる。また、上記のコールドプレート１では、接合樹脂１１によってカバー２とベースプレート３とが接合されているので、製造過程における熱履歴による強度あるいは剛性の低下がない。また、銅やアルミニウムあるいはその合金などの軽量な金属材料によってカバー２やベースプレート３を作ることができ、さらにはカバー２を合成樹脂製とすることができる。そのため、カバー２やベースプレート３の素材が軽量になるとともに、カバー２やベースプレート３を薄肉化して軽量化することができるので、コールドプレート１自体を軽量化することができる。また、熱輸送媒体が流れる流路１５は、ベースプレート３に一体化されているフィン１４をカバー２によって液密状態に覆うことにより形成されるので、コールドプレート１の構成部品の数が少なくなるなど、コールドプレート１の全体としての構成を簡素化することができる。

上述した実施例では、前記開口端面６の全体を密着面９としたが、本発明では、密着面９は、少なくとも開口端面６における内側の部分に設けられていればよい。したがって、開口端面６とベースプレート３の表面７とが対向している部分のうち密着面９よりも外側の部分に接合樹脂１１が浸入するように構成されていてもよい。図４はその例を模式的に示しており、開口端面６のうち、内側の部分（容器１３の内部に近い部分）に密着面９が形成され、それより外側の部分は、ベースプレート３の表面７から僅か離れるように段差が付けられている。この段差の部分に隙間２０が形成され、その隙間２０は周壁部５の外周面（フランジ部８の外周端面８ａ）に向けて開口していて前述したコーナ部１０に連通している。そして、コーナ部１０に射出された接合樹脂１１の一部が隙間２０に浸入している。この隙間２０を形成している開口端面６の一部とベースプレート３の表面７の一部とを前述したコーナ部１０と同様に表面処理して微細孔１２を形成しておく。こうすることにより、隙間２０に浸入した接合樹脂１１によっても、カバー２とベースプレート３とを接合することができる。特に、隙間２０においてもカバー２とベースプレート３とを接合することとすれば、接合面積が増大することに加えて、開口端面６で生じるテコ作用による剥離力が抑制されるので、カバー２とベースプレート３との接合強度を更に増大させることができる。すなわち、容器１３の内部の圧力が高くなると、開口端面６のうち内側（容器１３の内側）の部分に、ベースプレート３の表面７から離隔させる方向の力が生じて、ここが力点となる。これに対して開口端面６の外側（容器１３の外側）の部分が接合樹脂１１によって固定されていて、ここが支点となる。そして、これら力点と支点との間の部分に作用点が生じる。図４に示すように隙間２０に接合樹脂１１を浸入させることにより、テコ作用での支点を開口端面６における外側の部分から内側に移動させれば、上記の力点から支点および作用点までの距離が短くなるので、開口端面６で生じる剥離力を小さくすることができ、それに伴ってカバー２とベースプレート３との接合強度が向上する。

本発明の実施例ではカバー２とベースプレート３とを接合する接合樹脂１１はある程度の高圧で射出することになるから、カバー２とベースプレート３とは組み付け状態の確認などのために射出接合に先立って予め組み付けることが好ましい。そのような事前の組み付けのための構成の一例を図５に示してある。ここに示す例は、凸部２１と凹部２２とを嵌合させることによりカバー２とベースプレート３とを仮組み付けするように構成した例である。

凸部２１はカバー２の開口端面６とベースプレート３の表面７とのいずれか一方に設けられ、凹部２２はカバー２の開口端面６とベースプレート３の表面７とのいずれか他方に設けられていればよい。図５に示す例では、凸部２１がカバー２の開口端面６に形成され、凹部２２がベースプレート３の表面７に形成されている。これら、凸部２１と凹部２２とは前記開口端面６の全周に亘って形成されていてもよく、あるいは複数箇所に互いに間隔を空けて形成されていてもよい。開口端面６の全周に亘って形成されている場合には、凸部２１の表面もしくは凹部２２の表面を前述した密着面９とすることができる。また、凸部２１と凹部２２とは、互いに強く嵌合して、カバー２やベースプレート３の自重程度の荷重では外れないようにそれぞれの寸法が設定されている。

特に、図５に示す例では、ベースプレート３の表面７に前記凹部２２が予め形成されており、そのベースプレート３の表面７に載せたカバー２のフランジ部８の一部を、図示しないプレス機などによって凹部２２に向けて押圧して変形させることにより凸部２１が形成されている。したがって、凸部２１は凹部２２によって所定の形状に形成されるとともに凹部２２に強固に嵌合している。

このように図５に示す凸部２１と凹部２２とを設けた構成では、これらの凸部２１と凹部２２とが互いに嵌合していることによりカバー２とベースプレート３とが仮組み付けされる。その状態で、密着面９がベースプレート３の表面７に液密状態に密着しているか否か、あるいは射出成形型にセットして型閉じした場合に密着面９がベースプレート３の表面７に液密状態に密着するか否かを検査することができる。また、カバー２とベースプレート３とは上記のように仮組み付けした状態で射出成形型にセットすることができるため、セットのための作業が容易になるとともに、前記接合樹脂１１を射出する際のカバー２とベースプレート３との相互の位置のずれを回避することができる。あるいはそれらの位置のずれを規制するための構成を簡素化することができる。

なお、上記の凸部２１は、カバー２の開口端面６あるいはベースプレート３の表面７とのいずれか一方に一体的に形成する替わりに、ピン２３によって形成してもよい。図６にはピン２３によってカバー２とベースプレート３とを仮組み付けした状態を示してある。そのピン２３はカバー２の開口端面６とベースプレート３の表面７とのいずれか一方に予め嵌合させておき、そのピン２３を嵌合させる凹部２４はカバー２の開口端面６とベースプレート３の表面７とのいずれか他方に形成しておく。ピン２３と凹部２４との寸法は、カバー２やベースプレート３の自重程度の荷重では外れない強度で嵌合する寸法に設定されている。したがって、これらピン２３および凹部２４によってカバー２とベースプレート３とを上記の例と同様に仮組み付けすることができる。

上記の凸部２１と凹部２２、あるいはピン２３と凹部２４とを設けた場合であっても、前述した隙間２０を形成し、その隙間２０に接合樹脂１１を浸入させてカバー２とベースプレート３とを接合してもよい。その例を図７に模式的に示してある。

また、本発明の実施例では、カバー２とベースプレート３との相対的な位置を決めるための凹部および凸部を設けてもよい。その例を図８に模式的に示してあり、ここに示す例は、断面形状が三角形をなす凸部２５が、カバー２における開口端面６に形成され、その凸部２５を密着させて嵌合させる断面形状が三角形をなす凹部２６が、ベースプレート３の表面７に形成されている。さらに、これらの凸部２５および凹部２６より外側に、接合樹脂１１を浸入させた隙間２０が形成されている。このような構造では、凸部２５および凹部２６の表面を前述した密着面９とすることができ、あるいは前記開口端面６のうちそれらの凸部２５および凹部２６より内側の部分を密着面９とすることができる。

図９は本発明の更に他の実施例を示す断面図であって、ベースプレート３の外周部の全体に合成樹脂製のフレーム部２７が一体に形成されている。このフレーム部２７は、コールドプレート１を図示しない基板などの所定の箇所に取り付けるための部分であって、取付孔２８が形成されている。フレーム部２７は、冷却あるいは熱交換に直接は関与しない部分であることにより、合成樹脂製とされており、それに伴ってコールドプレート１の全体としての重量が軽量化されている。また、合成樹脂製であることにより、前記接合樹脂１１を射出する際に同時に、フレーム部２７を射出成形することが可能になり、コールドプレート１の製造性が良好になる。なお、フレーム部２７と接合樹脂１１とは同種の合成樹脂であってもよく、あるいは互いに異なる合成樹脂であってもよい。

ここで、本発明に係る製造方法を説明する。先ず、ベースプレート３を所定の金属材料によって平板状に形成しておく。そのベースプレート３には、前記フィン１４を一体に形成しておいてもよい。また、カバー２は、所定の金属板にプレス加工を施し、あるいは合成樹脂の射出成形などによって、前述した天板部４および周壁部５を有する碗形状に形成しておく。そのカバー２を、フィン１４を覆うようにベースプレート３の表面７に組み付ける。その場合、前述した図５に示す凸部２１および凹部２２や、図６に示すピン２３および凹部２４が形成されていれば、それらの凸部２１および凹部２２や、ピン２３および凹部２４によってカバー２とベースプレート３とが自重などによって、互いに分離しないように仮組み付けされる。なお、カバー２には前述したコネクター１８ａ，１８ｂを取り付けておいてよい。

互いに組み付けられたカバー２とベースプレート３とを射出成形型２９の内部にセットする。図１０は射出成形型２９を閉じた状態を模式的に示している。射出成形型２９には、仮組み付けされたカバー２およびベースプレート３を収容する形状のキャビティが形成されており、ベースプレート３は第１金型２９ａに形成されている凹部に嵌まり込み、またカバー２は第２金型２９ｂに形成されている凹部に嵌まり込む。さらに、前述したコーナ部１０に対応する箇所に、接合樹脂１１を射出するためのキャビティが形成されている。

型閉じした状態で接合樹脂１１を射出すると、前記コーナ部１０に対応する箇所に形成されているキャビティに接合樹脂１１が充填される。その場合、接合樹脂１１の射出圧が高圧であること、および所定の温度に加熱されて流動性が増していることにより、接合樹脂１１が前述した微細孔１２に入り込み、その状態で接合樹脂１１が固化する。なお、前述した密着面９がベースプレート３の表面７に液密状態に接触していることにより、接合樹脂１１はカバー２の内側（容器１３の内部）に浸入することはない。その後、射出成形型２９を開いて、カバー２およびベースプレート３を接合樹脂１１によって接合したコールドプレート１が取り出される。

上述した本発明に係る製造方法では、前記コーナ部１０に射出される接合樹脂１１が３００℃〜４００℃程度の温度であっても、射出される接合樹脂１１の量が少なく、またカバー２やベースプレート３の熱容量が接合樹脂１１の量に比較してかなり大きいから、カバー２やベースプレート３の温度が高くなることはない。ましてや天板部４の温度が高くなることはない。そのため、本発明に係る製造方法によれば、カバー２やベースプレート３が加熱されて軟化するなどのことが回避されて、その強度あるいは剛性を向上させることができ、ひいては軽量な金属材料を採用することが可能になり、また薄肉化が可能になって、軽量なコールドプレート１を得ることができる。

本発明の実施例であるコールドプレート１では、カバー２を合成樹脂製とすることができる。その場合、接合樹脂１１はカバー２とベースプレート３とを接合するだけではなく、互いに密着しているフランジ部８とベースプレート３の外周部とをそれらの厚さ方向に挟み付けるように構成してもよい。その例を図１１に示してある。図１１に示す実施例では、カバー２の輪郭形状とベースプレート３の輪郭形状とは同一形状になっており、したがってフランジ部８の外周端面８ａと、ベースプレート３の外周面３ｂとは、図１１の上下方向において、段差のない単一面上に並んでいる。なお、外周面３ｂが本発明における「外表面」に相当している。接合樹脂１１は、これらの外周端面８ａと外周面３ｂとに付着している外周接合部１１ａを備えている。また、この外周接合部１１ａに図１１の上側に繋がってフランジ部８の表面８ｂに付着している部分と、外周接合部１１ａに図１１の下側に繋がってベースプレート３の下面３ａに付着している部分とからなる挟持部１１ｂを備えている。したがって、図１１に示す例では、接合樹脂１１は断面形状が「コ字状」をなしている。図１１に示す他の構成は、図１に示す構成と同様であるから、当該他の構成については図１１に図１と同様の符号を付してその説明を省略する。

図１１に示す構成においても、金属製であるベースプレート３には前述した微細孔（図１１では省略してある。）が予め形成されていて、接合樹脂１１はその微細孔に浸入して固化している。したがって接合樹脂１１は通常の接着力に加えていわゆるアンカー効果（投錨効果）によりベースプレート３に一体化している。また、接合樹脂１１は、フランジ部８（カバー２）に対しては、互いに融合することにより、あるいは化学的に結合することにより、一体化している。したがって、カバー２（フランジ部８）とベースプレート３とは、前記外周端面３ａと外周面３ｂとに付着している接合樹脂１１（外周接合部１１ａ）を介して一体化するように繋がれており、また互いに密着しているフランジ部８とベースプレート３との外周部とが接合樹脂１１（挟持部１１ｂ）によって挟み付けられかつ繋がれていることにより、一体に接合されている。したがって図１１に示す構成であれば、合成樹脂製のカバー２とベースプレート３とを接合樹脂１１による射出接合によって一体化してあることにより、カバー２が金属製のものよりも軽量化され、それに伴ってコールドプレート１の全体としての重量を軽量化することができる。

なお、カバー２を合成樹脂製とする場合であっても、カバー２の外周面とベースプレート３の外表面とによって前述したコーナ部や隙間などを形成し、そのコーナ部や隙間に接合樹脂１１を充填してカバー２とベースプレート３とを接合する前記図１ないし図８に示す構成を採用してもよい。また、本発明の実施例では、図１１に示す構成のカバー２を金属製としてもよい。金属製のカバー２であれば、合成樹脂製とした場合と比較して、剛性を損なうことなく薄肉化することができる。

上記の外周接合部１１ａおよび挟持部１１ｂを有する接合樹脂１１によってカバー２とベースプレート３とを接合する場合、フランジ部８の外周端面８ａとベースプレート３の表面７との間に前述したコーナ部１０が設けられていてもよい。その例を図１２に示してある。接合樹脂１１の一部は射出されることによりコーナ部１０を埋めるようにコーナ部１０に充填される。コーナ部１０を形成しているベースプレート３の表面７には微細孔１２が形成されているので、接合樹脂１１がその微細孔（図１２では省略してある。）に浸入し、また接合樹脂１１がフランジ部８を形成している樹脂と融合しもしくは化学的に結合する。その結果、前述した図１ないし図３に示す実施例におけるのと同様にフランジ部８とベースプレート３とが接合される。これに加えて、外周接合部１１ａと挟持部１１ｂとによってフランジ部８とベースプレート３とが接合される。

上記の図１１に示す構成の一部を変更した例を図１３に示してある。図１３に示す実施例では、前述した図４に示す隙間２０が形成され、その隙間２０に接合樹脂１１が入り込んで、フランジ部８とベースプレート３とがその接合樹脂１１によって接合されている。隙間２０に入り込んだ接合樹脂１１は、ベースプレート３の表面に形成されている微細孔（図１３では省略してある。）に浸入して固化することによりベースプレート３に一体化し、またフランジ部８に対して融合しもしくは化学的に結合して一体化している。したがって、図１３に示す構成では、接合樹脂１１の外周接合部１１ａがフランジ部８の外周端面８ａとベースプレート３の外周面３ｂとを繋ぎ、かつ挟持部１１ｂがフランジ部８とベースプレート３との外周部を挟み付けることに加えて、隙間２０に入り込んだ接合樹脂１１がフランジ部８とベースプレート３とを接合するので、カバー２をベースプレート３に対して、更に強固に接合することができる。

本発明の更に他の実施例を説明すると、図１４に示す例は、接合樹脂１１に前述した挟持部１１ｂを設けずに、フランジ部８の外周端面８ａとベースプレート３の外周面３ｂとによってのみ、接合樹脂１１の外周接合部１１ａによりフランジ部８とベースプレート３とを接合した例である。この場合、接合樹脂１１はベースプレート３に対してはその外周面３ｂに形成してある微細孔（図１４では省略してある。）に浸入して一体化し、またフランジ部８とは融合しもしくは化学的に結合して一体化している。

図１４に示す構成では、フランジ部８およびベースプレート３の厚さが十分に厚いなどのことによりフランジ部８の外周端面８ａおよびベースプレート３の外周面３ｂの面積が広ければ、必要十分な接合強度を確保することができる。また、図１４に示す構成では、図１１に示す構成に比較して接合強度が低くなるとしても、容器１３の内圧が低い場合には、内圧に耐える必要十分な接合強度とすることができる。

図１５に示す例は、図１４に示す構成に、前述した図４もしくは図１３に示す構成における隙間２０と同様の隙間２０を追加した例である。その隙間２０には、前述したように接合樹脂１１が入り込んでフランジ部８とベースプレート３とがその接合樹脂１１によって接合される。したがって、図１５に示す構成では、図１４に示す構成に比較して、カバー２のベースプレート３に対する接合強度を高くすることができる。

上記の図１４に示す接合樹脂１１を、フランジ部８およびベースプレート３の外側に向けて更に延ばした例を図１６に示してある。図１６に示す構成では、接合樹脂１１がコールドプレート１の樹脂製のフレーム部２７となっている。このフレーム部２７は、ベースプレート３の厚さとフランジ部８の厚さとを合計した厚さの板状の部分であり、その厚さ方向に向けて取付孔２８が形成されている。図１６に示す構成によれば、図１４に示す構成と同様の接合強度とすることができることに加え、接合樹脂１１の射出成形と同時にフレーム部２７を成形することが可能になるので、コールドプレート１の製造性を向上させることができる。なお、前述した図１１や図１２に示すように外周接合部１１ａと挟持部１１ｂとを有する接合樹脂１１であっても、挟持部１１ｂをその外周側に延ばした形状とすることにより、上記のフレーム部２７と同様のフレーム部を接合樹脂１１によって一体に形成することができる。このように構成した場合であってもそのフレーム部に前記取付孔２８と同様の取付孔を形成してよい。

カバー２を上述したように合成樹脂製とすると、金属製とした場合に比較してカバー２の剛性が低下し、天板部４が容器１３の内圧によって撓みやすくなる。このような剛性の低下を補うために、天板部４に断面形状が凸となる補強用のリブを形成することが好ましい。補強用のリブは、天板部４の外面あるいは内面のいずれかに設ければよく、図１７には天板部４の外面にリブ３０を形成した例を示してある。リブ３０の形状は複数の互いに平行なリブや井桁状に交差したリブなど、必要に応じて適宜に選択し、カバー２を合成樹脂製とする場合にはカバー２の射出成型と同時に形成することができる。図１７に示す例では、リブ３０は、天板部４の中央部に天板部４の長手方向に延びて形成された主幹部３０ａと、その主幹部３０ａに対して直交する複数の枝部３０ｂとから構成されている。なお、リブ３０は金属製のカバーにプレス加工などの適宜の手段で形成してもよく、リブ３０を設けることにより、カバーの肉厚をリブのない場合より薄くすることができる。

本発明によれば、カバー２を合成樹脂製としたコールドプレート１であっても、前述した図９に示す方法と同様の方法によって製造することができる。図１８は前述した図１１に示す構成のコールドプレート１を製造する方法を示しており、ベースプレート３は所定の金属材料によって平板状に形成し、またフィン１４を一体化しておく。カバー２は所定の合成樹脂を材料とした射出成形などの一般的な成形方法によって、天板部４および周壁部５ならびにフランジ部８を備えた碗形状に成形する。その場合、コネクター１８ａ，１８ｂをインサート成型などの方法によって天板部４に一体化させる。

フランジ部８の外周端面８ａとベースプレート３の外周面３ｂを単一面上に一致させた状態にカバー２とベースプレート３とを組み付ける。互いに組み付けられたカバー２とベースプレート３とを射出成形型３１の内部にセットする。図１８は射出成形型３１を閉じた状態を模式的に示している。射出成形型３１には、仮組み付けされたカバー２およびベースプレート３を収容する形状のキャビティが形成されており、ベースプレート３は第１金型３１ａに形成されている凹部に嵌まり込み、またカバー２は第２金型３１ｂに形成されている凹部に嵌まり込む。さらに、互いに密着しているフランジ部８およびベースプレート３の外周側の部分には、これらを接合する接合樹脂１１を射出するためのキャビティが形成されている。

型閉じした状態で接合樹脂１１を射出すると、フランジ部８およびベースプレート３の外周側の部分に対応する箇所に形成されているキャビティに接合樹脂１１が充填される。その場合、接合樹脂１１の射出圧が高圧（例えば３０ＭＰａ）であること、および所定の温度（例えば３００℃）に加熱されて流動性が増していることにより、接合樹脂１１が前述した微細孔１２に入り込み、その状態で接合樹脂１１が固化する。なお、接合樹脂１１が充填される上記のキャビティより内側の部分（図１８に鎖線Ｌで示す部分）に型締め方向の荷重を掛けて、フランジ部８とベースプレート３とを強固に接触させておく。こうすることにより、接合樹脂１１はカバー２の内側（容器１３の内部）に浸入することはない。その後、射出成形型２９を開いて、カバー２およびベースプレート３を接合樹脂１１によって接合したコールドプレート１が取り出される。

なお、図９や図１８を参照して説明した製造方法は、図９に示すフレーム部２７が無い構成のコールドプレート１を製造する方法、もしくはフレーム部がベースプレートに金属によって一体に形成されているコールドプレート１を製造する方法である。これとは異なり、合成樹脂製のフレーム部２７を有するコールドプレート１を製造する場合には、上述した射出成形型２９，３１の内部に、フレーム部２７を形成するためのキャビティを設けておき、そのキャビティに、前述したコーナ部１０に射出する接合樹脂１１と同一の樹脂を射出することにより、ベースプレート３とカバー２との射出接合と同時にフレーム部２７を成形する。このような方法であれば、使用する樹脂の種類を少なくでき、また射出工程を少なくすることができるので、コールドプレートの低コスト化を図ることができる。

また、本発明に係る図９に示す製造方法では、合成樹脂製のフレーム部２７を金属製のベースプレート３に、予め一体に形成しておいてもよい。例えば、所定の形状に加工したベースプレートをフレーム部用の射出成形型にセットして適宜な合成樹脂を射出し、金属製のベースプレートの外周部にフレーム部２７を形成する。このようにしてフレーム部２７を一体化させたベースプレート３をカバー２と組み付けて前述した射出成形型２９の内部にセットし、前記コーナ部１０に接合樹脂１１を射出して、ベースプレート３とカバー２とを射出接合する。その射出接合の場合にベースプレート３が加熱されて温度が上昇することがあるので、フレーム部２７を形成している合成樹脂としては、射出接合の際に加熱されても変形しない樹脂を選択する。このような製造方法によれば、射出接合のための接合樹脂１１とフレーム部２７を形成する合成樹脂とを異なる種類の樹脂とすることができるので、採用する樹脂の種類の制約が少なくなって、射出接合およびフレーム部２７のそれぞれに適した樹脂を採用することができる。

なお、本発明は、上述した各実施例として示した構成を適宜に組み合わせてもよいのであり、例えば図５に示す凸部を有する構成や図６に示すピンを設けた構成、あるいは図８に示す凸部を有する構成を、カバー２を合成樹脂製としたコールドプレート１に適用してもよい。また、上述した実施例では、断面形状が矩形をなす容器１３の例を示したが、本発明は上記の実施例に限定されないのであって、容器の断面形状が円形あるいは方形など適宜の形状をなすように構成してもよい。また、本発明では、コネクターを射出接合によってカバーに接合した構成としてもよい。さらに、上述した実施例では、コールドプレート１を水平に設置して使用する例を示したが、本発明のコールドプレートは上下方向に立てて使用してもよい。そして、本発明のコールドプレートは、要は、熱交換するように使用できるので、熱交換対象物を冷却する以外に加熱するように使用してもよい。

１…コールドプレート、 ２…カバー、 ３…ベースプレート、 ３ｂ…外周面、 ４…天板部、 ５…周壁部、 ６…開口端面、 ７…表面、 ８…フランジ部、 ８ａ…外周端面、 ９…密着面、 １０…コーナ部、 １１…樹脂、 １１ａ…外周接合部、 １１ｂ…挟持部、 １２…微細孔、 １３…容器、 １４…フィン、 １５…流路、 １６ａ，１６ｂ…ヘッダー部、 １７ａ…供給ポート、 １７ｂ…排出ポート、 １８ａ，１８ｂ…コネクター、 １９ａ，１９ｂ…パイプ、 ２０…隙間、 ２１…凸部、 ２２…凹部、 ２３…ピン、 ２４…凹部、 ２５…凸部、 ２６…凹部、 ２７…フレーム部、 ２８…取付孔、 ２９，３１…射出成形型。

Claims (13)

1. 金属製のベースプレート上に前記ベースプレートに向けて開口した碗形状のカバーが接合されて容器が形成され、前記容器の内部に前記ベースプレートに一体化された多数のフィンが設けられるとともに前記フィン同士の間に熱輸送媒体が流れる流路が形成され、前記カバーには前記流路の一端側に連通した供給ポートと前記流路の他端側に連通した排出ポートとが設けられているコールドプレートにおいて、
   前記カバーは、前記供給ポートと前記排出ポートとが形成された天板部と前記天板部の外周部に繋がっている筒状の周壁部と、前記周壁部の開口側の端面である密着面とを有し、
   前記カバーは、前記密着面が前記ベースプレートに密着するように前記ベースプレートに組み付けられ、
   前記周壁部の外周面から前記ベースプレートの外表面に亘って接合樹脂が設けられ、
   前記接合樹脂は、前記ベースプレートの外表面に形成された微細孔に浸入して前記ベースプレートに一体化するとともに前記カバーに一体化することにより前記ベースプレートと前記カバーとを接合している
   ことを特徴とするコールドプレート。
2. 前記周壁部の開口側の前記端面と前記ベースプレートの表面との間でかつ前記容器の内部より外側に、前記周壁部の外周面に向けて開口した隙間が設けられ、
   前記隙間に前記接合樹脂が入り込んで前記カバーと前記ベースプレートとが前記接合樹脂によって接合されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のコールドプレート。
3. 前記周壁部の開口側の前記端面と前記ベースプレートの表面との互いに対向して密着する面のうちのいずれか一方の面に凸部が形成されるとともに、他方の面に前記凸部を嵌め込ませて前記ベースプレートに前記カバーを仮止めするように係合する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコールドプレート。
4. 前記凸部と前記凹部とは、液密状態に接触していることを特徴とする請求項３に記載のコールドプレート。
5. 前記金属製のベースプレートの外周部に合成樹脂製のフレーム部が前記ベースプレートに一体化して形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のコールドプレート。
6. 前記フレーム部には、前記ベースプレートの厚さ方向に貫通した取付孔が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のコールドプレート。
7. 前記カバーは、金属製であり、
   前記接合樹脂は、前記カバーに形成された微細孔に浸入して前記カバーに一体化している
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のコールドプレート。
8. 前記ベースプレートの外表面の一部である外周面と前記周壁部の外周面とが段差のない単一面上に並んでおり、
   前記単一面上に並んでいる前記ベースプレートにおける前記外周面と前記周壁部の外周面とに前記接合樹脂が一体化している
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のコールドプレート。
9. 前記カバーは、前記周壁部の全周から前記周壁部の外側に延びているフランジ部を更に備え、
   前記フランジ部の外周端面が前記周壁部の一部となり、かつ前記フランジ部の前記ベースプレートの表面に対向する面が前記周壁部の開口側の端面となっている
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のコールドプレート。
10. 前記接合樹脂は、前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに付着している外周接合部と、前記外周接合部と一体でかつ互いに密着している前記フランジ部と前記ベースプレートとの外周部を前記フランジ部と前記ベースプレートとの厚さ方向に挟み付けた状態で前記フランジ部の表面および前記ベースプレートの裏面に付着して一体化している挟持部とを有している
    ことを特徴とする請求項９に記載のコールドプレート。
11. 前記接合樹脂は、前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに付着している外周接合部を有し、前記ベースプレートと前記フランジ部とは前記外周接合部のみによって互いに一体化するように接合されていることを特徴とする請求項９に記載のコールドプレート。
12. 前記容器における前記天板部の外表面に補強用のリブが一体化して設けられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のコールドプレート。
13. 金属製のベースプレート上に前記ベースプレートに向けて開口した碗形状のカバーが接合されて容器が形成され、前記容器の内部に前記ベースプレートに一体化された多数のフィンが設けられるとともに前記フィン同士の間に熱輸送媒体が流れる流路が形成され、前記カバーには前記流路の一端側に連通した供給ポートと前記流路の他端側に連通した排出ポートとが設けられているコールドプレートの製造方法において、
    前記カバーは、前記供給ポートと前記排出ポートとが形成された天板部と前記天板部の外周部に繋がっている筒状の周壁部と、前記周壁部の開口側の端面である密着面とを有する構成とし、
    前記ベースプレートと前記カバーとを接合する接合樹脂が付着する前記ベースプレートの外表面と前記カバーの外表面とのうち少なくとも、前記接合樹脂が付着する前記ベースプレートの外表面に表面処理によって微細孔を形成しておき、
    前記カバーを、前記周壁部の開口側の前記端面が前記ベースプレートに密着するように前記ベースプレートに組み付けて射出成形型の内部にセットし、
    前記射出成形型を閉じた後に、前記微細孔を形成してある前記ベースプレートの外表面から前記周壁部の外周面に亘る箇所に前記接合樹脂を射出するとともに前記接合樹脂を前記微細孔に浸入させて、前記接合樹脂によって前記カバーと前記ベースプレートとを接合する
    ことを特徴とするコールドプレートの製造方法。

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