(57)【要約】【課題】樹脂を用いた接合による場合であっても、熱抵抗を低減可能な接合構造体、また、これを用いた熱交換器を提供する。【解決手段】接合構造体１は、第１接合面１１０を有する第１被接合部材１１と、第２接合面１２０を有する第２被接合部材１２と、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間に配置され、高分子１３０を含む接合樹脂層１３と、を有している。接合樹脂層１３における高分子１３０は、第１接合面１１０および第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘに沿って配向する高分子主鎖１３０Ａを有している。交差方向Ｘは、接合樹脂層１３の厚み方向Ｔに沿う方向であることが好ましい。熱交換器２は、接合構造体１を有しており、第１被接合部材１１が管状部材２１であり、第２被接合部材１２が放熱フィン２２である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接合面（１１０）を有する第１被接合部材（１１）と、第２接合面（１２０）を有する第２被接合部材（１２）と、上記第１接合面と上記第２接合面との間に配置され、高分子（１３０）を含む接合樹脂層（１３）と、を有しており、
上記高分子は、上記第１接合面および上記第２接合面に交差する交差方向（Ｘ）に沿って配向する高分子主鎖（１３０Ａ）を有する、接合構造体（１）。
【請求項２】
上記交差方向は、上記接合樹脂層の厚み方向（Ｔ）に沿う方向である、請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
上記高分子は、上記第１接合面に共有結合によって結合する第１高分子鎖（１３１）と、上記第２接合面に共有結合によって結合する第２高分子鎖（１３２）とを有している、請求項１または２に記載の接合構造体。
【請求項４】
上記第１高分子鎖に共有結合によって結合する接合分子（１３４）が上記第１接合面に共有結合によって結合しており、
上記第２高分子鎖に共有結合によって結合する接合分子（１３４）が上記第２接合面に共有結合によって結合している、請求項３に記載の接合構造体。
【請求項５】
上記高分子は、直鎖状高分子である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項６】
上記第１接合面と上記第２接合面とは、相対的に位置が固定されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項７】
上記接合樹脂層の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の接合構造体。
【請求項８】
上記接合樹脂層は、１００×比２／比１で規定される上記高分子の配向比が３％以上である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の接合構造体。
但し、
上記比１：上記高分子を構成する高分子主鎖が無配向である無配向サンプルにおける接合樹脂層の厚み方向に垂直な面について求めた、（上記高分子の側鎖振動のラマン強度）／（上記高分子の主鎖振動のラマン強度）の比の絶対値、
上記比２：上記高分子を構成する高分子主鎖が配向した配向サンプルにおける接合樹脂層の厚み方向に垂直な面について求めた、（上記高分子の側鎖振動のラマン強度）／（上記高分子の主鎖振動のラマン強度）の比の絶対値
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の上記接合構造体を有しており、
上記第１被接合部材が管状部材（２１）であり、上記第２被接合部材が放熱フィン（２２）である、熱交換器（２）。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の上記接合構造体を製造するための製造方法であって、
上記第１被接合部材の上記第１接合面と上記第２被接合部材の上記第２接合面との間に、上記高分子を含む高分子材料（１３５）を配置する工程と、
上記配置された上記高分子材料を加熱した後、これを冷却する工程と、を有しており、
上記高分子材料の配置から冷却までの間において、上記高分子の高分子鎖を上記第１接合面と上記第２接合面とに共有結合により結合させた後、当該高分子を収縮させ、上記第１接合面および上記第２接合面に交差する上記交差方向に沿って上記高分子主鎖を配向させる、接合構造体の製造方法。
【請求項１１】
上記第１接合面と上記第２接合面とは、相対的に位置が固定されている、請求項１０に記載の接合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合構造体およびその製造方法、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、管状部材と放熱フィンとを有する熱交換器において、管状部材と放熱フィンとの接合に、ろう付け等、低熱抵抗の金属接合が用いられている。
【０００３】
なお、先行する特許文献１には、カーボンナノチューブを配向させて高熱伝導な接合構造体を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２１６４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術には、次の課題がある。ろう付け等による金属接合では、通常、フラックスによる表面活性の付与と接合金属の溶融とが５００℃以上の高温で実施される。そのため、被接合部材が樹脂部材の場合には適用が困難である。また、樹脂を用いた接合は、接合部における熱抵抗が高いため、熱交換器には使用することができない。
【０００６】
なお、上述したカーボンナノチューブを配向させる接合技術では、放熱フィン等の複雑な形状を有する被接合部材に適用することが困難である。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、樹脂を用いた接合による場合であっても、熱抵抗を低減可能な接合構造体、また、これを用いた熱交換器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、第１接合面（１１０）を有する第１被接合部材（１１）と、第２接合面（１２０）を有する第２被接合部材（１２）と、上記第１接合面と上記第２接合面との間に配置され、高分子（１３０）を含む接合樹脂層（１３）と、を有しており、
上記高分子は、上記第１接合面および上記第２接合面に交差する交差方向（Ｘ）に沿って配向する高分子主鎖（１３０Ａ）を有する、接合構造体（１）にある。
【０００９】
本発明の他の態様は、上記接合構造体を製造するための製造方法であって、
上記第１被接合部材の上記第１接合面と上記第２被接合部材の上記第２接合面との間に、上記高分子を含む高分子材料（１３５）を配置する工程と、
上記配置された上記高分子材料を加熱した後、これを冷却する工程と、を有しており、
上記高分子材料の配置から冷却までの間において、上記高分子の高分子鎖を上記第１接合面と上記第２接合面とに共有結合により結合させた後、当該高分子を収縮させ、上記第１接合面および上記第２接合面に交差する上記交差方向に沿って上記高分子主鎖を配向させる、接合構造体の製造方法にある。
【００１０】
本発明のさらに他の態様は、上記接合構造体を有しており、
上記第１被接合部材が管状部材（２１）であり、上記第２被接合部材が放熱フィン（２２）である、熱交換器（２）にある。
【発明の効果】
【００１１】
上記接合構造体では、接合樹脂層に含まれる高分子を構成する高分子主鎖が、第１被接合部材の第１接合面および第２被接合部材の第２接合面に交差する交差方向に沿って配向している。そのため、上記接合樹脂層は、高分子主鎖がランダムになっている場合に比べ、高分子主鎖のフォノン振動が生じやすくなり、熱伝導性が向上する。それ故、上記接合構造体によれば、樹脂を用いた接合によるにもかかわらず、接合樹脂層における熱抵抗を低減することができる。
【００１２】
上記接合構造体の製造方法は、上記構成を有している。そのため、上記接合構造体の製造方法によれば、ろう付けによる金属接合を用いる場合に比べて低温かつフラックスレスにて、接合樹脂層における熱抵抗を低減可能な接合構造体を製造することができる。
【００１３】
上記熱交換器は、上記構成を有している。上記熱交換器によれば、管状部材と放熱フィンとの間に配置された接合樹脂層の熱伝導性が良好である。そのため、上記熱交換器は、放熱特性の向上に有利である。
【００１４】
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の接合構造体を模式的に示した説明図である。
【図２】実施形態１の接合構造体における第１被接合部材の第１接合面、第２被接合部材の第２接合面の代表的な形態、組み合わせの例を模式的に示した説明図である。
【図３】実施形態１の接合構造体を有する実施形態１の熱交換器の一部を模式的に示した説明図である。
【図４】実施形態１の熱交換器における管状部材と放熱フィンと接合樹脂層とを拡大して示した説明図である。
【図５】図４の拡大図をさらに拡大して詳細に示した説明図である。
【図６】実施形態１の接合構造体における微構造を模式的に示した説明図である。
【図７】実施形態２の接合構造体の製造方法を説明するための説明図である。
【図８】実験例１における試料の作製方法を説明するための説明図である。
【図９】実験例１で得られた、波長とラマン強度との関係（ラマンスペクトル）を示す図である。
【図１０】実験例２で得られた、高分子の分子構造、高分子の収縮率と、接合樹脂層の熱伝導率との関係を示したグラフである。
【図１１】実験例３における試料の作製方法を説明するための説明図である。
【図１２】実験例３において、接合樹脂層の熱流・熱伝導率の測定方法を説明するための説明図である。
【図１３】実験例４で得られた、時間と高分子材料の体積変化率との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態１）
実施形態１の接合構造体について、図１〜図６を用いて説明する。図１に例示されるように、本実施形態の接合構造体１は、第１接合面１１０を有する第１被接合部材１１と、第２接合面１２０を有する第２被接合部材１２と、接合樹脂層１３と、を有している。
【００１７】
第１被接合部材１１および第２被接合部材１２の材料としては、例えば、金属材料（金属には合金含む、以下同じ）、樹脂材料、セラミック材料などを例示することができる。第１被接合部材１１の材料と第２被接合部材１２の材料とは、同じ材料同士であってもよいし、異なる材料同士であってもよい。第１被接合部材１１の材料と第２被接合部材１２の材料との組み合わせとしては、例えば、金属材料とこれと同じまたは異なる金属材料、金属材料と樹脂材料、樹脂材料と金属材料、樹脂材料とこれと同じまたは異なる樹脂材料等の組み合わせなどを例示することができる。
【００１８】
金属材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄基合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、亜鉛、亜鉛合金、錫、錫合金、チタン、チタン合金、タングステン、タングステン合金、シリコンなどを例示することができる。樹脂材料としては、例えば、ナイロン樹脂等のポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、セルロース樹脂、ポリビニル樹脂などを例示することができる。セラミック材料としては、例えば、アルミナ、タングステンカーバイド、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化チタン、各種ガラスなどを例示することができる。
【００１９】
第１接合面１１０、第２接合面１２０は、図２（ａ）に例示されるように、両方が平坦面状に形成されていてもよいし、図２（ｂ）に例示されるように、両方が曲面状に形成されていてもよいし、図２（ｃ）に例示されるように、いずれか一方が平坦面状に形成され、他方が曲面状に形成されていてもよい。
【００２０】
第１接合面１１０は、具体的には、第１被接合部材１１の表面の一部とすることができる。同様に、第２接合面１２０は、具体的には、第２被接合部材１２の表面の一部とすることができる。接合樹脂層１３は、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間に配置されており、第１接合面１１０と第２接合面１２０とに接合されている。図５、図６等に例示されるように、第１被接合部材１１において、少なくとも第１接合面１１０は、接合樹脂層１３との接合性向上等の観点から、触媒層１１１の付与等の表面処理が施されることができる。同様に、第２被接合部材１２において、少なくとも第２接合面１２０は、接合樹脂層１３との接合性向上等の観点から、触媒層１２１の付与等の表面処理が施されることができる。なお、第１接合面１１０、第２接合面１２０上に触媒層等の表面処理層などが形成されている場合、上述した第１接合面１１０の表面、第２接合面の表面は、表面処理層の表面とする。第１被接合部材１１の第１接合面１１０、第２被接合部材１２の第２接合面１２０の材質が金属材料である場合、具体的には、触媒層１１１、１２１は、例えば、アルミノケイ酸、ケイ酸、ホウケイ酸等のガラス、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−アミノエチル）−６−（３−トリエトキシシリルプロピル）アミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジアミン、ＳＡＭｓ（自己組織化単分子膜）などの表面修飾分子などより構成することができる。
【００２１】
なお、本実施形態は、図３〜図５等に例示されるように、管状部材２１と管状部材２１に接合された放熱フィン２２とを有する熱交換器２（ヒーターコア等）に対して接合構造体１を適用する例である。つまり、本実施形態では、第１被接合部材１１が管状部材２１であり、第１接合面１１０は管状部材２１の表面の一部である。また、第２被接合部材１２が放熱フィン２２であり、第２接合面１２０は放熱フィン２２の表面の一部である。この場合、第１被接合部材１１、第２被接合部材１２は、いずれも、アルミニウムまたはアルミニウム合金より構成することができる。また、第１被接合部材１１、第２被接合部材１２は、第１接合面１１０、第２接合面１２０上に、図６に例示されるように、Ａｌの溶解置換反応等によってアルミノケイ酸より構成される触媒層１１１、１２１を有することができる。
【００２２】
接合樹脂層１３は、高分子１３０を含んで構成されている。接合樹脂層１３において、高分子１３０は、図６に例示されるように、第１接合面１１０および第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘに沿って配向する高分子主鎖１３０Ａを有している。高分子主鎖１３０Ａは、高分子１３０の骨格をなす主鎖のことである。高分子主鎖１３０Ａには、官能基や低分子等が結合していてもよい。なお、高分子１３０の高分子主鎖１３０Ａの全てを完全に交差方向Ｘに配向させることは製造上難易度が高い。したがって、接合樹脂層１３の高分子１３０は、熱抵抗の低減効果が得られる限りにおいて、交差方向Ｘに沿っていない高分子主鎖１３０Ａを含んでいてもよい。
【００２３】
本実施形態において、交差方向Ｘは、接合樹脂層１３の厚み方向Ｔに沿う方向とすることができる。この構成によれば、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間をより熱が流れやすくなるため、接合樹脂層１３の熱伝導率を向上させやすい。なお、接合樹脂層１３の厚み方向Ｔは、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間の距離が最短となる線分に沿う方向ということもできる。したがって、第１接合面１１０および第２接合面１２０の形状が上述した図２（ａ）の場合には、矢印Ａの方向が接合樹脂層１３の厚み方向Ｔに沿う方向となる。同様に、第１接合面１１０および第２接合面１２０の形状が上述した図２（ｂ）の場合には、矢印Ｂの方向が接合樹脂層１３の厚み方向Ｔに沿う方向となる。第１接合面１１０および第２接合面１２０の形状が上述した図２（ｃ）の場合には、矢印Ｃの方向が接合樹脂層１３の厚み方向Ｔに沿う方向となる。
【００２４】
高分子１３０は、第１接合面１１０に共有結合によって結合する第１高分子鎖１３１と、第２接合面１２０に共有結合によって結合する第２高分子鎖１３２とを有していることが好ましい。この構成によれば、接合樹脂層１３と第１接合面１１０、接合樹脂層１３と第２接合面１２０の接合が強固なものとなるので、接合構造体１の接合強度を向上させやすくなる。
【００２５】
なお、第１高分子鎖１３１、第２高分子鎖１３２は、第１接合面１１０、第２接合面１２０に直接、共有結合によって結合していてもよいし、第１接合面１１０、第２接合面１２０上に形成された触媒層等に共有結合によって結合していてもよい。また、高分子１３０は、通常、複数の高分子鎖が絡み合って構成されているので、第１接合面１１０、第２接合面１２０に結合していない中間高分子主鎖１３３を有することができる。また、高分子鎖は、主鎖、側鎖の両方を含むものである。したがって、第１高分子鎖１３１、第２高分子鎖１３２は、主鎖、側鎖のいずれにおいて上記の結合を形成していてもよい。
【００２６】
高分子１３０は、より好ましくは、第１高分子鎖１３１に共有結合によって結合する接合分子１３４が第１接合面１１０に共有結合によって結合しており、第２高分子鎖１３２に共有結合によって結合する接合分子１３４が第２接合面１２０に共有結合によって結合しているとよい。この構成によれば、接合構造体１の接合強度を向上させつつ、高分子主鎖１３０Ａが配向しやすい高分子１３０を選択しやすくなるので、高分子１３０の選択の幅が広がり、狙いの熱伝導率を得やすくなる。また、各接合面と各高分子鎖とが分子鎖で接合されているので、その分子鎖を熱が伝わりやすく、熱を効率よく伝えることができるなどの利点もある。
【００２７】
なお、図６では、具体的には、第１高分子鎖１３１に共有結合によって結合する接合分子１３４が第１接合面１１０の表面に形成された触媒層１１１を構成する材料に共有結合によって結合しており、第２高分子鎖１３２に共有結合によって結合する接合分子１３４が第２接合面１２０の表面に形成された触媒層１２１を構成する材料に共有結合によって結合している例が示されている。上述した共有結合の有無は、Ｘ線光電子分光分析（ＥＳＣＡ）やＸＡＦＳにより確認することができる。
【００２８】
本実施形態において、高分子１３０は、具体的には、直鎖状高分子であるとよい。この構成によれば、高分子主鎖１３０Ａが熱の流れやすい交差方向Ｘに揃いやすくなるので、熱抵抗を低減させやすい接合構造体１が得られる。
【００２９】
高分子１３０としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニルなどを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。これらのうち、高分子１３０としては、直鎖状高分子であって高分子主鎖１３０Ａを配向させやすいなどの観点から、好ましくは、ポリエチレンなどであるとよい。
【００３０】
また、上述した接合分子１３４としては、例えば、トリアジンチオール、トリアジンチオール誘導体などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。なお、接合高分子１３４としては、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−アミノエチル）−６−（３−トリエトキシシリルプロピル）アミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジアミン、（３−トリエトキシシリルプロピル）アミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジアジドなどを使用することができる。
【００３１】
接合樹脂層１３は、１００×比２／比１で規定される高分子１３０の配向比が、好ましくは、３％以上、より好ましくは、５％以上、さらに好ましくは、８％以上であるとよい。但し、比１は、高分子１３０を構成する高分子主鎖１３０Ａが無配向である無配向サンプルにおける接合樹脂層１３の厚み方向に垂直な面について求めた、（高分子１３０の側鎖振動のラマン強度）／（高分子１３０の主鎖振動のラマン強度）の比の絶対値である。また、比２は、高分子１３０を構成する高分子主鎖１３０Ａが配向した配向サンプルにおける接合樹脂層１３の厚み方向に垂直な面について求めた、（高分子１３０の側鎖振動のラマン強度）／（高分子１３０の主鎖振動のラマン強度）の比の絶対値である。この構成によれば、第１接合面１１０および第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘへの高分子主鎖１３０Ａの配向が確実なものとなり、熱抵抗の低減を確実なものとしやすくなる。また、接合強度向上などの利点もある。なお、ラマン分光法によるラマン強度の測定条件は、該当箇所を分解し、接合樹脂部分に対して可能な限り内部の情報を取ることが望ましい。特に分解後において、高分解能・高出力ラマン分光装置においては、分解面から１００μｍ以上、望ましくは２００μｍ以上深いところから測定することが可能となる。この際、測定波長は、用いた高分子の主鎖骨格を形成しているＣ−Ｃ結合の骨格振動のラマン強度を測定する場合には、１０６０ｃｍ−１、用いた高分子の側鎖を形成しているＣ−Ｈ結合の振動のラマン強度を測定する場合には、２７５０ｃｍ−１とすることができる。また、ラマン分光法においては各種高分子において基準ピークが存在し、そのピークに対する分子鎖長手方向の振動波長の増減、または側鎖振動波長の増減にて、同様に判定することができる。この場合においても高分子１３０の配向比が、好ましくは、３％以上、より好ましくは、５％以上、さらに好ましくは、８％以上であるとよい。また、１００×比２／比１で規定される高分子１３０の配向比は、配向するにしたがって内部体積減少を伴いボイド量が増加することから、５００％以下とすることができる。
【００３２】
上記において、接合樹脂層１３の厚み方向に垂直な面を測定面とした場合に、高分子１３０の主鎖振動のラマン強度が弱いほど、高分子１３０の側鎖振動のラマン強度が強いほど、高分子主鎖１３０Ａが、接合樹脂層１３の厚み方向Ｔに沿って配向しているということができる。例えば、高分子１３０がポリエチレンである場合、高分子主鎖１３０Ａの骨格を形成しているＣ−Ｃ結合の振動によるラマン強度が弱いほど、また、高分子側鎖を形成しているＣ−Ｈ結合の振動によるラマン強度が強いほど、高分子主鎖１３０Ａが、接合樹脂層１３の厚み方向Ｔに沿って配向しているということができる。反対に、Ｃ−Ｃ結合の振動によるラマン強度が強いほど、また、Ｃ−Ｈ結合の振動によるラマン強度が弱いほど、高分子主鎖１３０Ａが、接合樹脂層１３の厚み方向Ｔと垂直な方向に沿って配向しているということができる。
【００３３】
接合構造体１において、第１接合面１１０と第２接合面１２０とは、相対的に位置が固定されているとよい。なお、ここでいう、相対的に位置が固定されているとは、接合樹脂層１によって第１接合面１１０と第２接合面１２０とが互いに接合される前の段階で、第１接合面１１０と第２接合面１２０とが、互いに近づかないように位置が固定されていることを意味する。この構成によれば、接合構造体１の製造時に、第１接合面１１０と第２接合面１２０との両方に高分子主鎖１３０Ａを共有結合させた高分子１３０を収縮させることで、第１接合面１１０および第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘに沿って高分子主鎖１３０Ａを配向させやすくなる（詳しくは、実施形態２を参照）。
【００３４】
第１接合面１１０および第２接合面１２０を相対的に位置固定する方法としては、例えば、第１接合面１１０または第２接合面１２０のいずれか一方の接合面の一部を、他方の接合面に当接させる方法、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間に、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間の距離が縮まらないようにスペーサー部材３を挟み込む方法、接合樹脂層１３に固い粗大粒子を入れる方法などを例示することができる。本実施形態では、第２接合面１２０の一部を第１接合面１１０に当接させることにより、第１接合面１１０と第２接合面１２０とは、互いに近づかないように相対的に位置が固定されている。また、熱交換器２では、管状部材２１の表面における複数個所にて放熱フィン２２が接合されるが、この場合、全ての接合箇所において第１接合面１１０に第２接合面１２０の一部が接していてもよいし、第１接合面１１０に第２接合面１２０の一部が接していない箇所があってもよい。後者の構成が許容されるのは、第１接合面１１０に第２接合面１２０の一部が接していない箇所があっても、第１接合面１１０に第２接合面１２０の一部が接している残りの箇所の作用により、全体として、第１接合面１１０と第２接合面１２０とが互いに近づかないように相対的に位置固定されるためである。なお、熱交換器２では、具体的には、蛇腹状に構成された金属製の放熱フィン２２の先端突部が、金属製の管状部材２１の表面の一部に当接している構造を含んでいる。そして、基本的には、放熱フィン２２の先端突部の周辺と管状部材２１の表面との間に形成された隙間に、接合樹脂層１３が形成される。熱交換器２では、放熱フィン２２の先端突部が管状部材２１の表面の一部に当接していない箇所があってもよい。また、放熱フィン２２は、通常、複数の先端突部を有しているが、熱交換器２は、先端突部と管状部材２１との間に樹脂接合層１３がない箇所を含んでいてもよい。
【００３５】
接合構造体１において、接合樹脂層１３の熱伝導率は、具体的には、１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは、２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは、３．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。なお、接合樹脂層１３の熱伝導率は、ＡＳＴＭ  Ｅ１５３０に準拠して測定することができる。具体的には、ＡＳＴＭ  Ｅ１５３０に準拠して熱抵抗器を使用し、厚み１ｍｍ、幅２２ｍｍ、奥行き２２ｍｍのアルミニウム板を使用し、後述の図８に示すサンプルを作製し、測定することができる。接合樹脂層１３の熱伝導率が上記範囲であれば、接合樹脂層１３における熱抵抗の低減を確実なものとすることができる。なお、接合樹脂層１３の熱伝導率は、高いほどよいが、配向させるとボイドが発生するなどの観点から、１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることができる。
【００３６】
本実施形態の接合構造体１では、接合樹脂層１３に含まれる高分子１３０を構成する高分子主鎖１３０Ａが、第１被接合部材１１の第１接合面１１０および第２被接合部材１２の第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘ（本実施形態では、接合樹脂層１３の厚み方向Ｔ）に沿って配向している。そのため、接合樹脂層１３は、高分子主鎖１３０Ａがランダムになっている場合に比べ、高分子主鎖１３０Ａのフォノン振動が生じやすくなり、熱伝導性が向上する。それ故、本実施形態の接合構造体１によれば、樹脂を用いた接合によるにもかかわらず、接合樹脂層１３における熱抵抗を低減することができる。
【００３７】
（実施形態２）
実施形態２の接合構造体の製造方法について、図７を用いて説明する。なお、実施形態２以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。また、本実施形態において実施形態１の説明を適宜参照することができ、上述した実施形態１において本実施形態の説明を適宜参照することができる。
【００３８】
本実施形態の接合構造体の製造方法は、実施形態１にて上述したように、第１接合面１１０を有する第１被接合部材１１と、第２接合面１２０を有する第２被接合部材１２と、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間に配置され、高分子１３０を含む接合樹脂層１３と、を有しており、高分子１３０が、第１接合面１１０および第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘに沿って配向する高分子主鎖１３０Ａを有している、接合構造体１を製造するための方法である。
【００３９】
具体的には、本実施形態の接合構造体の製造方法は、図７（ａ）に例示されるように、第１被接合部材１１の第１接合面１１０と第２被接合部材１２の第２接合面１２０との間に、高分子１３０を含む高分子材料１３５を配置する工程を有している。
【００４０】
本実施形態では、図７（ａ）に示されるように、第１接合面１１０と第２接合面１２０とは、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間にスペーサー部材３が配置されることにより、相対的に位置が固定されている。つまり、第１接合面１１０と第２接合面１２０との相対間距離が一定に維持された状態にある。なお、第１接合面１１０および第２接合面１２０を相対的に位置固定する方法は、これに限定されるものではない。
【００４１】
高分子１３０を含む高分子材料１３５としては、具体的には、高分子１３０と、高分子１３０を溶解または分散可能な溶媒１３６とを含むことができる。高分子材料１３５の調製に用いられる高分子１３０としては、例えば、高分子粒子等を例示することができる。また、実施形態１で説明した接合分子１３４を用いる場合には、接合分子１３４がコーティングされた高分子粒子などを使用することができる。これによれば、高分子粒子と接合分子１３４とを別々で配合する場合に比べ、第１高分子鎖１３１に共有結合によって結合する接合分子１３４が第１接合面１１０に共有結合によって結合しており、かつ、第２高分子鎖１３２に共有結合によって結合する接合分子１３４が第２接合面１２０に共有結合によって結合している結合構造が形成されやすくなる。
【００４２】
なお、図７（ａ）では、接合分子１３４がコーティングされた高分子粒子（高分子１３０）と溶媒１３６とを含む高分子材料１３５が、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間に形成された隙間に層状に隙間なく塗布されている例が示されている。
【００４３】
本実施形態の接合構造体の製造方法は、上述のように配置された高分子材料１３５を加熱した後、これを冷却する工程を有している。高分子材料１３５の加熱温度は、用いた高分子１３０の種類や、溶媒１３６の沸点などを考慮して種々選択することができる。また、上記冷却は、高分子主鎖１３０Ａの配向などの観点から、急冷にて行うことができる。
【００４４】
ここで、本実施形態の接合構造体の製造方法では、高分子材料１３５の配置から冷却までの間において、高分子１３０の高分子鎖を、第１接合面１１０および第２接合面１２０（触媒層１１１、１１２が形成されている場合には、第１接合面１１０の触媒層１１１および第２接合面１２０の触媒層１２１）に直接または間接的に共有結合によって結合させた後、当該高分子１３０を収縮させ、第１接合面１１０および第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘに沿って高分子主鎖１３０Ａを配向させる。
【００４５】
本実施形態では、具体的には、先ず、第１接合面１１０と第２被接合部材１２の第２接合面１２０との間に、高分子材料１３５を層状に配置した後、高分子１３０の高分子鎖を第１接合面１１０と第２接合面１２０とに共有結合により結合させる。高分子材料１３５が接合分子１３４を含んでいる場合、接合分子１３４の相互作用や界面化学反応などを利用しつつ、接合分子１３４を、高分子１３０と第１接合面１１０とに共有結合させるとともに、高分子１３０と第２接合面１２０とに共有結合させることができる。この際、共有結合の形成を促すため、高分子材料１３５を加熱することができる。なお、接合分子１３４は、例えば、後述する高分子材料１３５の加熱時に、高分子１３０と第１接合面１１０とに共有結合させるとともに、高分子１３０と第２接合面１２０とに共有結合させてもよい。また、接合分子１３４を用いない場合には、後述する高分子材料１３５の加熱時に、高分子１３０を第１接合面１１０に共有結合させるとともに、高分子１３０を第２接合面１２０に共有結合させてもよい。
【００４６】
次に、高分子１３０を収縮させる。その方法としては、例えば、用いた高分子材料１３５が溶媒１３６を含んでいる場合には、加熱により溶媒１３６を蒸発させる方法や、加熱により溶媒１３６を蒸発させるとともに高分子１３０を溶融させる方法などが挙げられる。また、例えば、用いた高分子材料１３５が溶媒１３６を含んでいない場合には、加熱により高分子１３０を溶融させて空隙をなくす方法などを挙げることができる。これらの方法により、第１接合面１１０および第２接合面１２０に結合されている高分子１３０を収縮させることができる。なお、図７（ｂ）では、溶媒１３６を蒸発させることが可能な温度で加熱することにより、溶媒１３６を蒸発させて高分子材料１３５の体積を減少させている様子を例示している。また、図７（ｃ）では、溶媒蒸発時よりもさらに高い温度である、高分子１３０を溶融させることが可能な温度で加熱することにより、高分子１３０を溶融させ、高分子１３０を収縮させている様子を例示している。
【００４７】
第１接合面１１０および第２接合面１２０に結合した高分子１３０が収縮すると、図７（ｄ）に示されるように、高分子１３０が引き伸ばされ、第１接合面１１０および第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘ（本実施形態では、接合樹脂層１３の厚み方向Ｔ）に沿って高分子主鎖１３０Ａを配向させることができる。
【００４８】
本実施形態の接合構造体の製造方法によれば、ろう付けによる金属接合を用いる場合に比べて低温かつフラックスレスにて、接合樹脂層１３における熱抵抗を低減可能な接合構造体１を製造することができる。
【００４９】
この際、第１接合面１１０と第２接合面１２０とが相対的に位置固定されている場合には、第１接合面１１０および第２接合面１２０に結合されていた高分子１３０が収縮するときに、第１接合面１１０と第２接合面１２０との間の距離が変化しないので、第１接合面１１０および第２接合面１２０に交差する交差方向Ｘに沿って高分子主鎖１３０Ａを配向させやすくなる。
【００５０】
（実験例１）
図８（ａ）に示されるように、厚さ２ｍｍ、２２ｍｍ角の純アルミニウム板１１ａの表面の対向する両側端縁に、幅１ｍｍ、厚み１００μｍのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）製のＰＰＳシート３ａを設置した。次いで、図８（ｂ）に示されるように、ＰＰＳシート３ａが設置された純アルミニウム板１１ａの表面上の空間に、接合分子としての（３−トリエトキシシリルプロピル）アミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジアジドがコーティングされた高分子粒子（ポリエチレン粒子、住友精化社製、「フロービーズＣＬ２０８０」）よりなる高分子材料１３５Ａを密に充填した。次いで、図８（ｃ）に示されるように、高分子材料１３５Ａよりなる高分子材料層の表面に上記と同様の純アルミニウム板１２ａを設置した。これにより下側の純アルミニウム板１１ａの表面と上側の純アルミニウム板１２ａとの間に、高分子材料１３５Ａよりなる高分子材料層を配置した積層体４ａを形成した。なお、本実験例では、ＰＰＳシート３ａがスペーサー部材として機能するため、下側の純アルミニウム板１１ａと上側の純アルミニウム板１２ａとは、互いに近づかないようそれぞれの位置が固定された状態とされている。
【００５１】
次いで、積層体４ａを１６０℃に加熱した一対のヒーターにて挟持することにより、高分子材料層を加熱した。次いで、高分子粒子の溶融を確認した後、ヒーターを取り外し、積層体４ａを純水中に浸漬して急冷した。これにより、試料１−１の接合構造体を得た。
【００５２】
なお、試料１−１の作製では、高分子材料層を配置した後のヒーター加熱により、高分子の高分子鎖と接合分子との間に共有結合が形成されるとともに、接合分子と下側の純アルミニウム板の表面との間に共有結合が形成される。同様に、高分子の高分子鎖と接合分子との間に共有結合が形成されるとともに、接合分子と上側の純アルミニウム板の表面との間に共有結合が形成される。また、上記ヒーター加熱によって高分子材料層の温度が上昇していくが、上記共有結合は、１２０℃以上、ポリエチレンが溶融する１４５℃未満の温度近辺で生じているものと考えられる。また、高分子材料層の温度が１４５℃以上になると、ポリエチレンが溶融し、その後の冷却によってポリエチレンが再凝固し、これにより本実験例では約３８％のポリエチレンの収縮が生じる。
【００５３】
試料１−１の接合構造体の作製において、スペーサー部材としてのＰＰＳシート３ａを除去した点以外は、同様にして、試料１−２の接合構造体を得た。
【００５４】
得られた試料１−１、試料１−２について、ラマン分光法を用いて、接合樹脂層の高分子における高分子主鎖の配向状態を確認した。一般に、ラマン分光法では、偏向フィルターを使用することにより、高分子の分子振動の向きを見ることができる。つまり、高分子主鎖の配向状態がわかる。高分子主鎖が配向すると、高分子の主鎖振動のラマン強度に対する高分子の側鎖振動のラマン強度の比率が変化する。そのため、その変化量を確認することにより、高分子主鎖の配向度合いを規定することができる。本実験例では、用いた高分子の主鎖骨格を形成しているＣ−Ｃ結合の骨格振動のラマン強度のピークは、波長１０６０（ｃｍ−１）に現れる。また、用いた高分子の側鎖を形成しているＣ−Ｈ結合の振動のラマン強度のピークは、波長２７５０（ｃｍ−１）に現れる。
【００５５】
図９に、試料１−１、試料１−２の測定時の波長とラマン強度との関係（ラマンスペクトル）を示す。なお、上記ラマン分光法による測定は、各試料における上側の純アルミニウム板を外し、接合樹脂層の厚み方向に垂直な面について実施した。図９によれば、試料１−１は、接合樹脂層における高分子の高分子主鎖が無配向である試料１−２に比べ、Ｃ−Ｈ結合の振動のラマン強度が強く検出されていることがわかる。このことから、試料１−１では、下側の純アルミニウム板の表面および上側の純アルミニウム板の表面に交差する交差方向に高分子の高分子主鎖が配向していることがわかる。また、試料１−２の測定結果から算出される比１＝（高分子の側鎖振動のラマン強度）／（高分子の主鎖振動のラマン強度）は、１１．３であった。また、試料１−１の測定結果から算出される比２＝（高分子の側鎖振動のラマン強度）／（高分子の主鎖振動のラマン強度）は、１２．５であった。よって、試料１−１における接合樹脂層は、１００×比２／比１で規定される高分子の配向比が３％以上であることがわかる。
【００５６】
次に、試料１−１、試料１−２について、ＡＳＴＭ  Ｅ１５３０に準拠して、熱抵抗を測定した。そして、得られた結果から、熱伝導率を算出した。その結果、試料１−１の熱伝導率は、２．４Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、試料１−２の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。このように、下側の純アルミニウム板の表面および上側の純アルミニウム板の表面に交差する交差方向に高分子の高分子主鎖を配向させることで、樹脂を用いた接合によるにもかかわらず、接合樹脂層における熱抵抗が低減し、熱伝導率を向上させることができた。
【００５７】
（実験例２）
実験例１における試料１−１の作製において、ポリエチレン粒子の種類を種々変化させることにより、高分子の分子構造、高分子の収縮率を変化させた試料を複数作製した。そして、実験例１と同様にして熱抵抗を求め、熱伝導率を算出した。その結果を、図１０に示す。図１０によれば、直鎖状高分子を収縮させることにより、熱伝導率を向上させやすくなることがわかる。これは、直鎖状高分子を用いたことにより、下側の純アルミニウム板と下側の純アルミニウム板との間で熱がより流れやすい向き、つまり、接合樹脂層の厚み方向に沿う方向に高分子主鎖が配向したためであると考えられる。
【００５８】
（実験例３）
図１１に示されるように、厚さ１ｍｍ、２２ｍｍ角の純アルミニウム板１１ａの表面の対向する両側端縁に、幅１ｍｍ、厚み６６μｍのポリイミドテープ３ｂを設置した。次いで、ポリイミドテープ３ｂが設置された純アルミニウム板１１ａの表面上の空間に、接合分子としての（３−トリエトキシシリルプロピル）アミノ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジアジドがコーティングされた高分子粒子（ポリエチレン粒子、住友精化社製、「フロービーズＣＬ２０８０」）を、水およびエタノールの混合溶媒（混合比は、水：エタノール＝２：１）で希釈したスラリー（高分子粒子の固形分４０％）よりなる高分子材料１３５Ｂを隙間なく塗布した。次いで、高分子材料１３５Ｂよりなる高分子材料層の表面にアルミニウム合金薄膜製の放熱フィン２２を設置した。これにより下側の純アルミニウム板１１ａの表面と上側の放熱フィン２２の先端突部との間に、高分子材料１３５Ｂよりなる高分子材料層を配置した積層体４ｂを形成した。なお、本実験例では、ポリイミドテープ３ｂがスペーサー部材として機能するため、下側の純アルミニウム板１１ａと上側の放熱フィン２２とは、互いに近づかないようそれぞれの位置が固定された状態とされている。
【００５９】
次いで、積層体４ｂを、純アルミニウム板１１ａ側を下側にして、１６０℃に加熱したヒーターの上に置き、高分子材料層を加熱した。次いで、高分子粒子の溶融を確認した後、ヒーターを取り外し、積層体４ｂを純水中に浸漬して急冷した。これにより、試料３−１の接合構造体を得た。
【００６０】
なお、試料３−１の作製では、高分子材料層を配置した後のヒーター加熱により、高分子の高分子鎖と接合分子との間に共有結合が形成されるとともに、接合分子と下側の純アルミニウム板の表面との間に共有結合が形成される。同様に、高分子の高分子鎖と接合分子との間に共有結合が形成されるとともに、接合分子と上側の放熱フィンの先端突部の表面との間に共有結合が形成される。また、上記ヒーター加熱により高分子材料層の温度が上昇していくが、上記共有結合は、１２０℃以上、ポリエチレンが溶融する１４５℃未満の温度近辺で生じているものと考えられる。また、上記混合溶媒の蒸発は、高分子材料層の温度が７０℃程度になった段階から生じ、高分子材料層の温度が１４５℃以上になると、ポリエチレンが溶融し、その後の冷却によってポリエチレンが再凝固する。本実験例では、これによりポリエチレンの収縮が生じる。
【００６１】
得られた試料３−１について、接合樹脂層の熱流を測定し、熱伝導率を求めた。具体的には、図１２に示されるように、３５．６℃のヒーター９１の上に、熱流センサ９２（デンソー製、「Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｙｅ」）、試料３−１の接合構造体１をこの順に設置した。次いで、矢印Ｃのように、風速３ｍ／ｓで２１．６℃の冷風を試料に当てた。これにより、ヒーター９１からの熱が試料を通じて矢印Ｈのように大気に放出される。このときの熱量を、熱流センサ９２にて測定することにより、接合樹脂層の熱流を測定し、熱伝導率を求めた。
【００６２】
その結果、接合樹脂層の熱伝導率は、４．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上となった。一方、別途作製した高分子主鎖が無配向（ランダム）である接合樹脂層を有する比較試料における接合樹脂層の熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍ・Ｋであった。なお、比較試料は、０．２Ｗ／ｍ・Ｋ放熱テープと１．０Ｗ／ｍ・Ｋ放熱テープとで作製したものである。
【００６３】
（実験例４）
実験例１の高分子材料（粉末）、実験例３の高分子材料（スラリー）を準備した。次いで、厚さ２ｍｍ、２２ｍｍ角の純アルミニウム板の表面の対向する両側端縁に、幅１ｍｍ、厚み１００μｍのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）製のＰＰＳシートを設置した。次いで、ＰＰＳシートが設置された純アルミニウム板の表面上の空間に、実験例１の高分子材料（粉末）を密に充填、または、実験例３の高分子材料（スラリー）を隙間なく塗布した。次いで、実験例１の高分子材料（粉末）または実験例３の高分子材料（スラリー）よりなる高分子材料層の表面に上記と同様の純アルミニウム板を設置した。これにより下側の純アルミニウム板１１ａの表面と上側の純アルミニウム板との間に、高分子材料（粉末）よりなる高分子材料層を配置した積層体４ａ、高分子材料（スラリー）よりなる高分子材料層を配置した各積層体を形成した。
【００６４】
次いで、各積層体を１６０℃に加熱した一対のヒーターにてそれぞれ挟持することにより、各積層体における各高分子材料層を加熱した。次いで、高分子粒子の溶融を確認した後、ヒーターを取り外し、各積層体を純水中に浸漬して急冷した。これにより、試料４−１の接合構造体（高分子材料（粉末）使用）、試料４−２の接合構造体（高分子材料（スラリー）使用）を得た。
【００６５】
試料４−１、試料４−２の作製では、用いた高分子材料の溶媒量が異なっている。このような高分子材料を用いれば、図１３の矢印Ｇに示されるように、溶媒量にて高分子材料の体積減少を制御することができ、その結果、高分子の収縮率を変化させ、熱伝導率の異なる接合構造体を作製することが可能になる。
【００６６】
本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。
【００６７】
また、各実施形態では、熱交換器の部材同士の接合に当たって上記接合構造体を適用した例について説明したが、他にも、例えば、熱交換器と配管等、熱交換器と熱交換器周辺の部品との接合に上記接合構造体を適用することができる。また、他にも、インサート成形時における金属部材等のインサート部材と樹脂部材との接合に上記接合構造体を適用することもできる。
【符号の説明】
【００６８】
１  接合構造体
１１  第１被接合部材
１１０  第１接合面
１２  第２被接合部材
１２０  第２接合面
１３  接合樹脂層
１３０  高分子
１３０Ａ  高分子主鎖
１３５  高分子材料
Ｘ  交差方向
２  熱交換器
２１  管状部材
２２  放熱フィン
【図１】
2020011410.tif 000003
【図２】
2020011410.tif 000004
【図３】
2020011410.tif 000005
【図４】
2020011410.tif 000006
【図５】
2020011410.tif 000007
【図６】
2020011410.tif 000008
【図７】
2020011410.tif 000009
【図８】
2020011410.tif 000010
【図９】
2020011410.tif 000011
【図１０】
2020011410.tif 000012
【図１１】
2020011410.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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