(57)【要約】【課題】信頼性の高い溶接部を有する冷却装置等を提供する。【解決手段】性質の異なる２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される冷却装置であって、レーザ溶接による溶融部の硬さが、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬いことを特徴とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
性質の異なる２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される冷却装置であって、
前記レーザ溶接による溶融部の硬さが、前記２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬い
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記一方のアルミニウム材の材料が非熱処理合金であり、他方のアルミニウム材の材料が熱処理合金である
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記一方のアルミニウム材の材料が３０００系であり、前記他方のアルミニウム材の材料が６０００系である
請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記一方のアルミニウム材は加工硬化後であり、前記他方のアルミニウム材は時効硬化後である
請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記一方のアルミニウム材の硬さが３５（ＨＶ）以上であり、他方のアルミニウム材の硬さが４２（ＨＶ）以上である
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記一方のアルミニウム材は板材であり、他方のアルミニウム材は押出材である
請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
液体が流通する流通路を内部に有する本体と、
前記本体に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材と、
を備え、
前記本体がアルミニウムの熱処理合金であり、前記被接合部材がアルミニウムの非熱処理合金であり、
前記レーザ溶接の溶融部の硬さが、前記被接合部材の硬さよりも硬い
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
性質の異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせた状態でレーザ溶接することにより接合して構成される冷却装置であって、
レーザ光を照射しない方のアルミニウム材における溶融部の深さが、前記２つのアルミニウム材の接合界面における当該溶融部の幅以上である
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
前記溶融部の幅が前記レーザ光を照射する方のアルミニウム材の板厚の４５％以上の大きさであり、熱影響部の幅が当該溶融部の幅より小さい
請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記レーザ光を照射しない方のアルミニウム材は、液体が流通する流通路を内部に有する部材であり、
前記溶融部は、前記流通路まで至っていない
請求項８又は９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
性質の異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせた状態でレーザ溶接することにより接合して構成される冷却装置であって、
前記レーザ溶接による溶融部の幅がレーザ光を照射する方のアルミニウム材の板厚の４５％以上の大きさであり、熱影響部の幅が当該溶融部の幅より小さい
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１２】
液体が流通する流通路を内部に有する本体と、
前記本体に重ね合わせられた状態でレーザ光が照射されることで、当該本体に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材と、
を備え、
前記レーザ溶接による溶融部は、前記本体の前記流通路まで至っていない
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１３】
性質の異なる２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される構造物であって、
前記レーザ溶接による溶融部の硬さが、前記２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬い
ことを特徴とする構造物。
【請求項１４】
硬さが異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせてレーザ溶接する溶接方法であって、
前記２つのアルミニウム材の内、硬さが低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射する
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項１５】
熱伝導率が異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせてレーザ溶接する溶接方法であって、
前記２つのアルミニウム材の内、熱伝導率が低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射する
ことを特徴とする溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置、構造物、溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム材料を用いて成形された部材にて構成される冷却装置において、アルミニウム材料を用いて成形された部材同士を接合するために、はんだ付やろう付を行うことが提案されている。
例えば、特許文献１に記載された液冷式冷却装置は、冷却液流通体の流入部の一端面にアルミニウム製入口ヘッダをろう付し、同じく流出部の一端面にアルミニウム製出口ヘッダをろう付し、冷却液流通体の他端面にアルミニウム製中間ヘッダをろう付することにより構成されている。
また、アルミニウム材料を用いて成形された部材を接合するための方法として、特許文献２には、レーザ溶接を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６１１５８号公報
【特許文献２】特開平４−２７００８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷却装置を構成する、アルミニウム材料を用いて成形された部材（以下、「アルミニウム材」と称する場合がある。）同士を接合するために、レーザ溶接を行うことが考えられる。そして、レーザ溶接による溶接部は、溶接欠陥がない、又は、溶接欠陥が許容範囲内である、信頼性の高い溶接部であることが必要である。
本発明は、信頼性の高い溶接部を有する冷却装置等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】
【０００５】
かかる目的のもと完成させた本発明は、性質の異なる２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される冷却装置であって、前記レーザ溶接による溶融部の硬さが、前記２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬いことを特徴とする冷却装置である。
ここで、前記一方のアルミニウム材の材料が非熱処理合金であり、他方のアルミニウム材の材料が熱処理合金であっても良い。
また、前記一方のアルミニウム材の材料が３０００系であり、前記他方のアルミニウム材の材料が６０００系であっても良い。
また、前記一方のアルミニウム材は加工硬化後であり、前記他方のアルミニウム材は時効硬化後であっても良い。
また、前記一方のアルミニウム材の硬さが３５（ＨＶ）以上であり、他方のアルミニウム材の硬さが４２（ＨＶ）以上であっても良い。
また、前記一方のアルミニウム材は板材であり、他方のアルミニウム材は押出材であっても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、液体が流通する流通路を内部に有する本体と、前記本体に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材と、を備え、前記本体がアルミニウムの熱処理合金であり、前記被接合部材がアルミニウムの非熱処理合金であり、前記レーザ溶接の溶融部の硬さが、前記被接合部材の硬さよりも硬いことを特徴とする冷却装置である。
また、他の観点から捉えると、本発明は、性質の異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせた状態でレーザ溶接することにより接合して構成される冷却装置であって、レーザ光を照射しない方のアルミニウム材における溶融部の深さが、前記２つのアルミニウム材の接合界面における当該溶融部の幅以上であることを特徴とする冷却装置である。
ここで、前記溶融部の幅が前記レーザ光を照射する方のアルミニウム材の板厚の４５％以上の大きさであり、熱影響部の幅が当該溶融部の幅より小さくても良い。
また、前記レーザ光を照射しない方のアルミニウム材は、液体が流通する流通路を内部に有する部材であり、前記溶融部は、前記流通路まで至っていなくても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、性質の異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせた状態でレーザ溶接することにより接合して構成される冷却装置であって、前記レーザ溶接による溶融部の幅がレーザ光を照射する方のアルミニウム材の板厚の４５％以上の大きさであり、熱影響部の幅が当該溶融部の幅より小さいことを特徴とする冷却装置である。
また、他の観点から捉えると、本発明は、液体が流通する流通路を内部に有する本体と、前記本体に重ね合わせられた状態でレーザ光が照射されることで、当該本体に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材と、を備え、前記レーザ溶接による溶融部は、前記本体の前記流通路まで至っていないことを特徴とする冷却装置である。
また、他の観点から捉えると、本発明は、性質の異なる２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される構造物であって、前記レーザ溶接による溶融部の硬さが、前記２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬いことを特徴とする構造物である。
また、他の観点から捉えると、本発明は、硬さが異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせてレーザ溶接する溶接方法であって、前記２つのアルミニウム材の内、硬さが低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射することを特徴とする溶接方法である。
また、他の観点から捉えると、本発明は、熱伝導率が異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせてレーザ溶接する溶接方法であって、前記２つのアルミニウム材の内、熱伝導率が低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射することを特徴とする溶接方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、信頼性の高い溶接部を有する冷却装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態に係る液冷式冷却装置の斜視図である。
【図２】液冷式冷却装置を構成する部品を分解した図である。
【図３】図１のIII−III部の断面図である。
【図４】図１のIV−IV部の断面図である。
【図５】重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程を説明する斜視図である。
【図６】（ａ）は、図１のVI−VI部の断面図である。（ｂ）は、（ａ）のVIb部の拡大図である。
【図７】溶接部の硬さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る液冷式冷却装置１の斜視図である。
図２は、液冷式冷却装置１を構成する部品を分解した図である。
図３は、図１のIII−III部の断面図である。
図４は、図１のIV−IV部の断面図である。
実施の形態に係る液冷式冷却装置１は、内部に冷却液が流通する装置本体１０と、装置本体１０を流通する冷却液の流通方向を変更する変更部材２０と、を備えている。また、液冷式冷却装置１は、装置本体１０の外部から内部に冷却液を流入させる入口ジョイント３０と、装置本体１０の内部から外部に冷却液を流出させる出口ジョイント４０と、を備えている。
【０００９】
（装置本体１０）
装置本体１０は、概形が直方体の部材である。装置本体１０は、押出加工にて成形された、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の押出材を用いて成形されており、押出方向が長手方向となるように成形されている。また、図１に示すように、装置本体１０の長手方向及び短手方向の長さは、上下方向の長さよりも大きい。なお、ＪＩＳ Ａ６０６３合金の質別は、Ｔ０又はＴ６であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、装置本体１０の硬さが、４２（ＨＶ（ビッカース硬さ））以上であることが望ましい。
【００１０】
装置本体１０の内部には、長手方向における一方の端部から他方の端部まで貫通した貫通孔１１が複数形成されている。本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、図４に示すように、貫通孔１１は、短手方向の中央部よりも手前側と、中央部よりも奥側とに、それぞれ６つ形成されている。
【００１１】
手前側の６つの貫通孔１１は、入口ジョイント３０を介して流入し、変更部材２０に至る前の冷却液が流通する流入側流路１１１として機能する。隣接する流入側流路１１１は、流入側壁１１１ａにより仕切られている。
他方、奥側の６つの貫通孔１１は、変更部材２０を通過後に流入し、出口ジョイント４０に至る前の冷却液が流通する流出側流路１１２として機能する。隣接する流出側流路１１２は、流出側壁１１２ａにより仕切られている。
【００１２】
また、装置本体１０には、長手方向における中央部に、上面から凹んだ空間１２が２つ形成されている。２つの空間１２の内の一つは、流入側流路１１１と連通するように形成された流入側空間１２１であり、他方は、流出側流路１１２と連通するように形成された流出側空間１２２である。
流入側空間１２１は、上壁１３及び流入側壁１１１ａが例えば切削加工にて除去されることで形成された空間であり、上壁１３が貫通された貫通孔１２１ａと、流入側壁１１１ａが除去された下部空間１２１ｂとにより形成される。なお、図２に示した例では、流入側壁１１１ａは、上側から下側にかけて全て除去されているが、上側の一部が除去され、下側の部分が残っていても良い。
流出側空間１２２は、上壁１３及び流出側壁１１２ａが例えば切削加工にて除去されることで形成された空間であり、上壁１３が貫通された貫通孔１２２ａと、流出側壁１１２ａが除去された下部空間１２２ｂとにより形成される。なお、図２に示した例では、流出側壁１１２ａは、上側から下側にかけて全て除去されているが、上側の一部が除去され、下側の部分が残っていても良い。
【００１３】
（変更部材２０）
変更部材２０は、装置本体１０における長手方向の両端部それぞれに配置されている。
変更部材２０は、概形が直方体の部材であるとともに、装置本体１０側の端面から凹んだ凹部２１が形成されている。凹部２１により、流入側流路１１１と流出側流路１１２とが連通させられている。
変更部材２０は、装置本体１０側の端面と、装置本体１０の長手方向の端面とが突き合わせられた状態で、突き合わせ部にレーザ溶接が施されることにより接合されている。このように、変更部材２０は、本体の一例としての装置本体１０に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材の一例である。
【００１４】
変更部材２０は、例えば、質別ＯのＪＩＳ Ａ３０００系合金からなる条に深絞り加工が施されることにより成形されたものであることを例示することができる。また、変更部材２０は、例えば、質別Ｈ１４のＪＩＳ Ａ３０００系合金又は質別Ｈ１４のＪＩＳ Ａ１０００系アルミニウムからなる素材に切削加工が施されることにより成形されたものであっても良い。
【００１５】
（入口ジョイント３０）
入口ジョイント３０は、円筒状であり中心線方向が上下方向となるように配置される入口パイプ３１と、入口パイプ３１を保持する保持部材３２とを有している。
【００１６】
入口パイプ３１は、上端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した上端側突出部３１１と、下端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した下端側突出部３１２とを有している。
入口パイプ３１における、下端側突出部３１２よりも下端側の部分が、保持部材３２に形成された後述する貫通孔３２１に挿入されている。
保持部材３２は、概形が板状の直方体の部材であり、中央部に円形の貫通孔３２１が形成されている。保持部材３２は、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて成形されている。なお、ＪＩＳ Ａ３００３合金の質別は、質別Ｈ１２又は質別Ｈ１８であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、保持部材３２の硬さが、３５（ＨＶ）以上であることが望ましい。
【００１７】
入口パイプ３１は、下端側突出部３１２よりも下端側の部分が、保持部材３２に形成された貫通孔３２１に挿入された状態でろう付されている。下端側突出部３１２における最外径部と保持部材３２との間には、溶融したろう材からなるフィレット３３が形成されている。
【００１８】
そして、入口ジョイント３０は、入口パイプ３１の下端部が装置本体１０の流入側空間１２１に挿入され、保持部材３２の下端面が装置本体１０の上面に載せられた状態（保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態）で、レーザ溶接が施されることにより接合されている。このように、保持部材３２は、装置本体１０に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材の一例である。
【００１９】
（出口ジョイント４０）
出口ジョイント４０は、入口ジョイント３０と同様の部材であり、円筒状であり中心線方向が上下方向となるように配置される出口パイプ４１と、出口パイプ４１を保持する保持部材４２とを有している。
【００２０】
出口パイプ４１は、上端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した上端側突出部４１１と、下端寄りの部分に設けられた、径方向外側に全周に亘って突出した下端側突出部４１２とを有している。
出口パイプ４１における、下端側突出部４１２よりも下端側の部分が、保持部材４２に形成された後述する貫通孔（不図示）に挿入されている。
保持部材４２は、概形が板状の直方体の部材であり、中央部に円形の貫通孔（不図示）が形成されている。保持部材４２は、保持部材３２と同様に、ＪＩＳ Ａ３００３合金の板材を用いて成形されている。なお、ＪＩＳ Ａ３００３合金の質別は、質別Ｈ１２又は質別Ｈ１８であることを例示することができる。また、その他の質別であっても良いが、保持部材４２の硬さが、３５（ＨＶ）以上であることが望ましい。
【００２１】
出口パイプ４１は、下端側突出部４１２よりも下端側の部分が、保持部材４２に形成された貫通孔（不図示）に挿入された状態でろう付されている。下端側突出部４１２における最外径部と保持部材４２との間には、溶融したろう材からなるフィレット４３が形成されている。
【００２２】
そして、出口ジョイント４０は、出口パイプ４１の下端部が装置本体１０の流出側空間１２２に挿入され、保持部材４２の下端面が装置本体１０の上面に載せられた状態（保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態）で、レーザ溶接が施されることにより接合されている。このように、保持部材４２は、装置本体１０に対してレーザ溶接にて接合される被接合部材の一例である。
【００２３】
（液冷式冷却装置１の作用）
以上のように構成された液冷式冷却装置１には、装置本体１０の上面であって、入口ジョイント３０及び出口ジョイント４０が設けられた部位よりも長手方向の外側に、この液冷式冷却装置１により冷却される被冷却物が載せられる。被冷却物は、複数の直方体状の単電池１０１からなる組電池１００であることを例示することができる。
【００２４】
そして、液冷式冷却装置１においては、入口ジョイント３０の入口パイプ３１から装置本体１０の流入側空間１２１内に流入した冷却液が、流入側流路１１１を通って変更部材２０の凹部２１内に至る。変更部材２０の凹部２１内に至った冷却液は、その後、流出側流路１１２を通って流出側空間１２２に至り、出口ジョイント４０の出口パイプ４１から流出する。このようにして、冷却液が、装置本体１０の流入側流路１１１及び流出側流路１１２を流通する間に、装置本体１０の上面に載せられた組電池１００を冷却する。
【００２５】
（液冷式冷却装置１の製造方法）
以上のように構成された液冷式冷却装置１は、以下のようにして製造される。
装置本体１０における長手方向の両端部の端面と、変更部材２０における装置本体１０側の端面とを突き合わせた状態で、突き合わせ部に対して、レーザ光を連続的に照射する。このようにして、装置本体１０における長手方向の両端部に、変更部材２０を、レーザ溶接にて接合する。
突き合わせ部にレーザ光が照射されることで、突き合わせ部と略同一位置に溶接部２２（図３参照）が形成される。
【００２６】
また、装置本体１０の流入側空間１２１に入口ジョイント３０の入口パイプ３１の下端部を挿入し、入口ジョイント３０の保持部材３２の下端面を装置本体１０の上面に載せる（保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせる）。そして、保持部材３２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部材３２に対してレーザ光を照射し、入口パイプ３１の周囲にレーザ光を連続的に照射していく。このようにして、装置本体１０における中央部に、入口ジョイント３０を、レーザ溶接にて接合する。
重ね合わせ部にレーザ光が照射されることで、照射された位置と略同一位置に溶接部３４（図３参照）が形成される。
【００２７】
同様に、装置本体１０の流出側空間１２２に出口ジョイント４０の出口パイプ４１の下端部を挿入し、出口ジョイント４０の保持部材４２の下端面を装置本体１０の上面に載せる（保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせる）。そして、保持部材４２と装置本体１０とを重ね合わせた状態で、保持部材４２に対してレーザ光を照射し、出口パイプ４１の周囲にレーザ光を連続的に照射していく。このようにして、装置本体１０における中央部に、出口ジョイント４０を、レーザ溶接にて接合する。
重ね合わせ部にレーザ光が照射されることで、照射された位置と略同一位置に溶接部４４（図１参照）が形成される。
【００２８】
（レーザ溶接工程）
図５は、重ね合わせ部におけるレーザ溶接工程を説明する斜視図である。
図５に示すように、装置本体１０と入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）との重ね合わせ部に向けて、レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１からレーザ光Ｌを照射する。そして、レーザヘッド１５１を、入口パイプ３１（出口パイプ４１）の周囲の保持部材３２（保持部材４２）の端部形状に沿って移動させることで、レーザ光Ｌを連続的に照射する。
なお、レーザ装置１５０のレーザ源は特に限定されない。ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、ファイバレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザであることを例示することができる。また、レーザ光Ｌの照射方向は、重ね合わせ部の保持部材３２（保持部材４２）の面に対して直交する方向でも良いし、直交方向に対して傾斜した方向であっても良い。
また、装置本体１０と変更部材２０との突き合わせ部に向けて、レーザヘッド１５１からレーザ光Ｌを照射する。そして、レーザヘッド１５１を、突き合わせ部の形状に沿って移動させることで、レーザ光Ｌを連続的に照射する。
【００２９】
（溶接部）
上述したように製造される液冷式冷却装置１において、装置本体１０に用いられるアルミニウム材料と、変更部材２０に用いられるアルミニウム材料とは異なる。また、装置本体１０に用いられるアルミニウム材料と、入口ジョイント３０の保持部材３２及び出口ジョイント４０の保持部材４２に用いられるアルミニウム材料とは異なる。
これは、本発明者が鋭意研究したところ、性質の異なる２つのアルミニウム材がレーザ溶接にて接合されることで、レーザ溶接による溶融部の硬さが、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬くなることを見出したことに起因する。
【００３０】
図６（ａ）は、図１のVI−VI部の断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のVIb部の拡大図である。
図７は、溶接部の硬さを示す図である。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、入口ジョイント３０の保持部材３２と装置本体１０との重ね合わせ部の溶接部３４の断面形状を示している。レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１から保持部材３２に対してレーザ光Ｌが照射され、レーザ光Ｌのエネルギーが熱に変換されることによって、重ね合わせ部を構成している、アルミニウム材である保持部材３２と装置本体１０の母材自体が溶融し、その後急速に冷却される。この急速加熱・急速冷却により溶接部３４に組織変化が生じ、溶接部３４は、溶けて固まった溶融部３４ｍと、溶接熱により組織変化の生じた熱影響部３４ｈとにより構成される。熱影響部３４ｈは、保持部材３２の熱影響部３２ｈと、装置本体１０の熱影響部１０ｈとにより構成される。
【００３１】
図７は、図６（ｂ）に示した、溶接部３４の断面における部位である、保持部材３２の母材、保持部材３２の熱影響部３２ｈ、溶融部３４ｍ、装置本体１０の熱影響部１０ｈ、装置本体１０の母材の硬さを示す図である。図７に示した硬さは、質別Ｔ６のＪＩＳ Ａ６０６３合金からなる押出材を用いてつくられた装置本体１０と、質別Ｈ１８のＪＩＳ Ａ３００３合金からなる板材（板厚０．９（ｍｍ））を用いてつくられた保持部材３２とを、ファイバレーザのレーザ装置にてレーザ溶接した場合の硬さを示している。なお、溶接条件は、スポット径が５０（μｍ）、レーザ出力をレーザの移動速度で割ったものが２５（Ｊ／ｍｍ）であり、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）を使用し、焦点は材料表面に合うように設定した。溶接条件は、例えば、接合体である保持部材３２の板厚によって好適な条件が異なるが、板厚０．９〜１．２（ｍｍ）であれば上記条件が好適な条件である。
【００３２】
図７に示した、保持部材３２の母材の硬さは、質別Ｈ１８のＪＩＳ Ａ３００３合金の板材、言い換えれば、冷間加工後に加工硬化されたＪＩＳ Ａ３００３合金の硬さである、５５（ＨＶ（ビッカース硬さ））である。装置本体１０の母材の硬さは、質別Ｔ６のＪＩＳ Ａ６０６３合金の押出材、言い換えれば、焼き入れ後、時効硬化処理の一例である焼き戻しされたＪＩＳ Ａ６０６３合金の硬さである、７３（ＨＶ）である。
【００３３】
そして、図７に示すように、溶融部３４ｍの硬さは、４０〜５０（ＨＶ）である。装置本体１０の熱影響部１０ｈの硬さは、約５０（ＨＶ）であり、保持部材３２の熱影響部３２ｈの硬さは、約３６（ＨＶ）である。つまり、溶融部３４ｍの硬さは、保持部材３２の熱影響部３２ｈの硬さよりも硬く、装置本体１０の熱影響部１０ｈの硬さよりも柔らかい。なお、図７に示すように、保持部材３２の熱影響部３２ｈの硬さは、質別Ｈ１６のＪＩＳ Ａ３００３合金の硬さよりも柔らかいが、質別ＯのＪＩＳ Ａ３００３合金の硬さよりも硬い。また、図７に示すように、装置本体１０の熱影響部１０ｈの硬さは、質別Ｔ５のＪＩＳ Ａ６０６３合金の硬さよりも柔らかいが、質別Ｔ１のＪＩＳ Ａ６０６３合金の硬さよりも硬い。
【００３４】
このように、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、性質の異なる２つのアルミニウム材がレーザ溶接にて接合されることで、レーザ溶接による溶融部（例えば溶融部３４ｍ）の硬さが、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材（例えば熱影響部３２ｈ）の硬さよりも硬くなることが実現されている。その結果、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、溶融部（例えば溶融部３４ｍ）が破断するよりも、溶融部（例えば溶融部３４ｍ）よりも硬くない保持部材３２の方が先に破断するので、溶融部（例えば溶融部３４ｍ）から破断することを抑制することができる。それゆえ、信頼性の高い溶接部３４とすることができる。
【００３５】
なお、硬さが同じの２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合した場合には、レーザ溶接による溶融部の硬さが最も低くなる。例えば、質別Ｔ６のＪＩＳ Ａ６０６３合金同士をレーザ溶接にて接合した場合には、溶融部の硬さがほぼＯ材の硬さまで戻ってしまい、溶融部の硬さが最も低くなる。その結果、溶融部から破断してしまう。そのため、実施の形態に係る液冷式冷却装置１は、硬さが同じである２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される冷却装置に比べて壊れ難いので、信頼性の高い溶接部とすることができる。
【００３６】
また、出口ジョイント４０の保持部材４２も入口ジョイント３０の保持部材３２と同じアルミニウム材料を用いているので、出口ジョイント４０の保持部材４２と装置本体１０との重ね合わせ部の溶接部４４においても、溶融部の硬さは、保持部材４２の熱影響部の硬さよりも硬い。その結果、溶融部が破断するよりも、溶融部よりも硬くない保持部材４２の方が先に破断するので、溶融部から破断することを抑制することができる。それゆえ、信頼性の高い溶接部４４とすることができる。
【００３７】
また、上記事項は、硬さが異なる２つのアルミニウム材がレーザ溶接にて接合された場合、溶接部の硬さが、２つのアルミニウム材の内の硬い方のアルミニウム材の熱影響部、溶融部、２つのアルミニウム材の内の硬くない方のアルミニウム材の熱影響部と、順に低下することを示すものと考えられる。
【００３８】
それゆえ、硬さが異なる２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材が非熱処理合金で、他方のアルミニウム材が熱処理合金である場合においては、非熱処理合金の方が熱処理合金よりも硬くないので、溶融部の硬さは、非熱処理合金の熱影響部の硬さよりも硬くなる。その結果、溶融部が破断するよりも、溶融部よりも硬くない非熱処理合金の方が先に破断するので、溶融部から破断することを抑制することができ、信頼性の高い溶接部とすることができる。
【００３９】
なお、非熱処理合金としては、上述した保持部材３２（保持部材４２）のアルミニウム材料であるＪＩＳ Ａ３００３合金が含まれるＡ３０００系や、Ａ１０００系、Ａ５０００系を例示することができる。熱処理合金としては、上述した装置本体１０のアルミニウム材料であるＪＩＳ Ａ６０６３合金が含まれるＡ６０００系や、Ａ２０００系、Ａ７０００系を例示することができる。
【００４０】
それゆえ、例えば、保持部材３２がＡ１０００系合金、装置本体１０がＡ６０００系合金である組み合わせの場合においても、溶融部３４ｍの硬さは、保持部材３２の熱影響部３２ｈの硬さよりも硬くなる。その結果、溶融部３４ｍが破断するよりも、溶融部３４ｍよりも硬くない保持部材３２の方が先に破断するので、溶融部３４ｍから破断することを抑制することができ、信頼性の高い溶接部３４とすることができる。
【００４１】
上記事項により、装置本体１０と変更部材２０との突き合わせ部がレーザ溶接にて接合された溶接部２２においても、装置本体１０の硬さよりも変更部材２０の硬さの方が低いことから、溶融部の硬さは、変更部材２０の熱影響部の硬さよりも硬い。その結果、溶融部が破断するよりも、溶融部よりも硬くない変更部材２０の方が先に破断するので、溶融部から破断することを抑制することができる。それゆえ、信頼性の高い溶接部２２とすることができる。
【００４２】
（重ね合わせ部のレーザ溶接に関して）
また、本発明者が鋭意研究したところ、硬さが異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせてレーザ溶接する場合において、硬さが低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射すると、硬さが高い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射する場合に比べて、凝固割れが生じる可能性が小さくなることを見出した。
【００４３】
それゆえ、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１における装置本体１０と入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）とのアルミニウム材料を選定するにあたって以下のことに鑑みる。つまり、装置本体１０が細長い部材であるため硬さ（強度）が高い必要があること、及び、装置本体１０の上面に入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）を載せた状態でレーザ溶接を施すために、保持部材３２（保持部材４２）に対してレーザ光を照射することに鑑みる。その結果、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、装置本体１０の母材の硬さよりも低い硬さのアルミニウム材料を用いて保持部材３２（保持部材４２）を成形する。例えば、質別Ｔ６のＪＩＳ Ａ６０６３合金を用いて装置本体１０を成形し、このアルミニウム材よりも硬さが低い、質別Ｈ１８のＪＩＳ Ａ３００３合金を用いて保持部材３２（保持部材４２）を成形する。あるいは、質別Ｔ１のＪＩＳ Ａ６０６３合金（硬さ４２（ＨＶ））を用いて装置本体１０を成形し、このアルミニウム材よりも硬さが低い、質別Ｈ１２のＪＩＳ Ａ３００３合金（硬さ３５（ＨＶ））を用いて保持部材３２（保持部材４２）を成形する。
【００４４】
すなわち、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１を、硬さが異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせてレーザ溶接する溶接方法であって、２つのアルミニウム材の内、硬さが低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射する溶接方法を用いて製造した。そして、これにより、溶融部（例えば溶融部３４ｍ）に凝固割れが生じることを抑制することができるので、溶接欠陥がない、又は、溶接欠陥が許容範囲内である、信頼性の高い溶接部を実現し易くなる。
【００４５】
また、本発明者が鋭意研究したところ、熱伝導率が異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせてレーザ溶接する場合において、熱伝導率が低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射すると、熱伝導率が高い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射する場合に比べて、高品質な溶接が可能であることを見出した。これは、同じエネルギーのレーザ光を照射したとしても、熱伝導率が低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射する方が、発熱量が高くなり、溶融部（例えば溶融部３４ｍ）を深くすることができると考えられるためである。
【００４６】
それゆえ、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１における装置本体１０と入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）とのアルミニウム材料を選定するにあたって以下のことに鑑みる。つまり、装置本体１０が細長い部材であるため硬さ（強度）が高い必要があること、装置本体１０の上面に入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）を載せた状態でレーザ溶接を施すために、保持部材３２（保持部材４２）に対してレーザ光を照射することに鑑みる。そして、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、装置本体１０のアルミニウム材料の熱伝導率よりも低い熱伝導率のアルミニウム材料を用いて保持部材３２（保持部材４２）を成形した。例えば、質別Ｔ６のＪＩＳ Ａ６０６３合金（熱伝導率２１０（Ｗ／ｍ・℃））を用いて装置本体１０を成形し、このアルミニウム材よりも熱伝導率が低い、質別Ｈ１８のＪＩＳ Ａ３００３合金（熱伝導率１６０（Ｗ／ｍ・℃））を用いて保持部材３２（保持部材４２）を成形した。
【００４７】
すなわち、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１を、熱伝導率が異なる２つのアルミニウム材を重ね合わせてレーザ溶接する溶接方法であって、２つのアルミニウム材の内、熱伝導率が低い方のアルミニウム材に対してレーザ光を照射する溶接方法を用いて製造した。そして、これにより、高品質な溶接部を実現し易くなる。
【００４８】
ここで、十分な接合強度を確保するためには、レーザ光を照射しない方のアルミニウム材における溶融部の深さが、両アルミニウム材の接合界面における溶融部の幅以上であることが望ましい。
本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、装置本体１０と入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）との重ね合わせ部に対して、レーザ溶接が施されているので、装置本体１０における溶融部３４ｍの深さＨ（図６（ｂ）参照）が、装置本体１０と保持部材３２（保持部材４２）の接合界面における溶融部３４ｍの幅Ｗ（図６（ｂ）参照）以上である。レーザ溶接は、例えばアーク溶接に比較して、エネルギー密度が極めて高く、溶融部３４ｍのアスペクト比（深さ／幅）が大きくなり易いためである。
【００４９】
また、十分な接合強度を確保するためには、溶融部の幅が、レーザ光を照射する方のアルミニウム材の板厚の４５％以上の大きさであることが望ましい。
本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、装置本体１０と入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）との重ね合わせ部に対して、レーザ溶接が施されることによって、溶融部３４ｍの幅Ｗが、レーザ光を照射する保持部材３２（保持部材４２）の板厚０．９〜１．２（ｍｍ）の４５％以上の大きさである０．５（ｍｍ）を確保している。
【００５０】
また、溶融部に生じる割れ等の溶接欠陥を抑制するためには、熱影響部の幅が溶融部の幅Ｗより小さいことが望ましい。
本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、装置本体１０と入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）との重ね合わせ部に対して、レーザ溶接が施されているので、保持部材３２（保持部材４２）の熱影響部３２ｈの幅及び装置本体１０の熱影響部１０ｈの幅が、溶融部３４ｍの幅Ｗより小さい。より具体的には、溶融部３４ｍの幅Ｗが０．５（ｍｍ）であるのに対して、装置本体１０の熱影響部１０ｈの幅が０．３（ｍｍ）、保持部材３２（保持部材４２）の熱影響部３２ｈの幅が０．２（ｍｍ）である。レーザ溶接は、例えばアーク溶接に比較して、エネルギー密度が極めて高いため、熱影響部の幅を小さくすることができるので、凝固・収縮を小さくすることができる。その結果、割れ等の溶接欠陥を抑制することができる。
【００５１】
ただし、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１においては、上述したように、装置本体１０における溶融部３４ｍの深さＨが、装置本体１０と保持部材３２（保持部材４２）の接合界面における溶融部３４ｍの幅Ｗ以上であるとしても、溶融部３４ｍの深さＨが、貫通孔１１まで至っていない。つまり、溶融部３４ｍが、冷却液が流通する流入側流路１１１及び流出側流路１１２に達していない（図６（ａ）参照）。これにより、流入側流路１１１又は流出側流路１１２を流通する冷却液の流れを阻害することに起因して、圧力損失が増大することが抑制される。
【００５２】
なお、上述した溶接部３４の形状を実現するように、以下の溶接条件にて、装置本体１０と入口ジョイント３０の保持部材３２（出口ジョイント４０の保持部材４２）との重ね合わせ部に対して、レーザ溶接を施している。
溶接条件は、例えばスポット径が５０（μｍ）、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）を使用し、焦点は材料表面に合うように設定した場合に、レーザ出力をレーザの移動速度で割ったものをエネルギーとした場合に２２〜２６（Ｊ／ｍｍ）となるように設定した。溶接条件は、例えば、接合体である保持部材３２の板厚によって好適な条件が異なるが、板厚０．９〜１．２（ｍｍ）であれば上記条件が好適な条件である。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態に係る液冷式冷却装置１は、性質の異なる２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される冷却装置であって、レーザ溶接による溶融部の硬さが、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬いことを特徴とする冷却装置の一例である。ただし、この特徴点である、性質の異なる２つのアルミニウム材がレーザ溶接にて接合され、レーザ溶接による溶融部の硬さが、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬いのは、冷却装置に限って好適なわけではない。２つのアルミニウム材をレーザ溶接にて接合して構成される全ての構造物に好適である。そして、レーザ溶接による溶融部の硬さが、２つのアルミニウム材の内の一方のアルミニウム材の硬さよりも硬いことで、溶接欠陥がない、又は、溶接欠陥が許容範囲内である、信頼性の高い溶接部となるので、この構造物が壊れ難くなる。
【符号の説明】
【００５４】
１…液冷式冷却装置、１０…装置本体、１０ｈ…熱影響部、２０…変更部材、３０…入口ジョイント、３１…入口パイプ、３２…保持部材、３２ｈ…熱影響部、３４…溶接部、３４ｍ…溶融部、３４ｈ…熱影響部、４０…出口ジョイント、４１…出口パイプ、４２…保持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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