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JP7630448B2 - Heat transfer member and method for manufacturing the same - Google Patents

Heat transfer member and method for manufacturing the same Download PDF

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JP7630448B2
JP7630448B2 JP2021571201A JP2021571201A JP7630448B2 JP 7630448 B2 JP7630448 B2 JP 7630448B2 JP 2021571201 A JP2021571201 A JP 2021571201A JP 2021571201 A JP2021571201 A JP 2021571201A JP 7630448 B2 JP7630448 B2 JP 7630448B2
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孝 繁松
和行 梅野
啓史 高木
博史 青木
義勝 稲垣
洋 金子
宏文 大島
諒介 西井
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Description

本発明は、伝熱部材および伝熱部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a heat transfer member and a method for manufacturing a heat transfer member.

従来、金属材料の表面にパルスレーザ光を照射することにより周期的な凹部を形成するとともに凹部の周囲に環状隆起部を形成して、表面積を増大させた伝熱部材が、知られている。Conventionally, a heat transfer member has been known in which the surface of a metal material is irradiated with pulsed laser light to form periodic recesses and annular protrusions around the recesses, thereby increasing the surface area.

特開2016-114304号公報JP 2016-114304 A

この種の伝熱部材では、より熱伝導性を高めることが可能な、新規な構造の伝熱部材およびその製造方法が得られれば、有益である。For this type of heat transfer component, it would be beneficial to obtain a heat transfer component with a novel structure and a manufacturing method thereof that can further increase thermal conductivity.

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、より熱伝導性を高めることが可能な新規な構成を有した伝熱部材、および当該伝熱部材の製造方法を得ること、である。Therefore, one of the objectives of the present invention is to obtain, for example, a heat transfer member having a novel configuration capable of further increasing thermal conductivity, and a method for manufacturing the heat transfer member.

本発明の伝熱部材は、例えば、第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がるポーラス構造を有した表層を備え、金属材料で作られる。The heat transfer member of the present invention is made of a metal material and has, for example, a surface layer having a porous structure that extends across a predetermined section of the first direction at an end in the first direction and intersects with the first direction.

前記伝熱部材にあっては、前記表層は、閉孔よりも突起が多く存在する突起層と、当該突起層に対して前記第一方向の反対側に隣接し前記突起よりも前記閉孔が多く存在する閉孔層と、を有してもよい。In the heat transfer member, the surface layer may have a protrusion layer having more protrusions than closed pores, and a closed pore layer adjacent to the protrusion layer on the opposite side of the first direction and having more closed pores than the protrusions.

本発明の伝熱部材は、例えば、第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がる表層を備え、前記表層は、閉孔よりも突起が多く存在する突起層と、当該突起層に対して前記第一方向の反対側に隣接し前記突起よりも前記閉孔が多く存在する閉孔層と、を有した、金属材料で作られる。The heat transfer member of the present invention has, for example, a surface layer that extends across a predetermined section of a first direction at an end in the first direction, and the surface layer is made of a metal material having a protrusion layer in which there are more protrusions than closed pores, and a closed pore layer adjacent to the protrusion layer on the opposite side of the first direction and in which there are more closed pores than protrusions.

前記伝熱部材にあっては、前記表層の空隙率は、50%以上90%以下であってもよい。In the heat transfer member, the porosity of the surface layer may be 50% or more and 90% or less.

本発明の伝熱部材は、例えば、第一方向の端部で当該第一方向と交差して広がり空隙率が50%以上90%以下である表層を備え、金属材料で作られる。The heat transfer member of the present invention is made of a metal material, for example, and has a surface layer that extends across the first direction at the end of the first direction and has a porosity of 50% or more and 90% or less.

前記伝熱部材にあっては、前記表層の高さ方向の中央位置よりも外側の空隙率は、50%以上80%以下であってもよい。In the heat transfer member, the porosity outside the central position in the height direction of the surface layer may be 50% or more and 80% or less.

前記伝熱部材にあっては、前記伝熱部材の表面より高さ方向外側における前記表層の空隙率は、50%以上90%以下であってもよい。In the heat transfer member, the porosity of the surface layer outside the surface of the heat transfer member in the height direction may be 50% or more and 90% or less.

前記伝熱部材にあっては、前記表層の高さ方向での投影における単位面積あたりの前記表層の表面積増加率は、110%以上300%以下であってもよい。In the heat transfer member, the surface area increase rate of the surface layer per unit area when projected in the height direction of the surface layer may be 110% or more and 300% or less.

前記伝熱部材は、前記表層を有し前記第一方向に突出した凸部を備えてもよい。The heat transfer member may have a surface layer and a convex portion protruding in the first direction.

前記伝熱部材は、導電性の金属材料によって作られたバスバーであってもよい。The heat transfer member may be a bus bar made of a conductive metal material.

前記伝熱部材は、流体と熱交換する熱交換部材であってもよい。The heat transfer member may be a heat exchange member that exchanges heat with a fluid.

前記伝熱部材は、沸騰伝熱部材であり、発熱体から前記表層を介して冷媒へ熱伝達されてもよい。The heat transfer member may be a boiling heat transfer member, and heat may be transferred from the heating element to the refrigerant through the surface layer.

また、本発明の伝熱部材の製造方法は、例えば、金属材料で作られ表面を有した伝熱部材を準備する第一工程と、前記表面にレーザ光を照射することにより前記表面から吹き飛ばされた粒子を再付着させることにより、ポーラス構造を有した表層を形成する第二工程と、を備える。In addition, the manufacturing method for a heat transfer member of the present invention includes, for example, a first step of preparing a heat transfer member made of a metal material and having a surface, and a second step of forming a surface layer having a porous structure by irradiating the surface with laser light to reattach particles blown off the surface.

前記伝熱部材の製造方法にあっては、前記第二工程において、前記レーザ光を出射する出射部と前記伝熱部材とを相対的に移動させることにより前記レーザ光を前記表面上で相対的に掃引してもよい。In the method for manufacturing the heat transfer member, in the second step, the laser light may be swept relatively over the surface by moving an emission section that emits the laser light and the heat transfer member relatively.

前記伝熱部材の製造方法にあっては、前記第二工程において、前記レーザ光の前記表面に沿った第一方向または当該第一方向の反対方向への第一掃引が、当該第一方向と交差した第二方向に並ぶように、当該第二方向または当該第二方向の反対方向に第一間隔でずれながら複数回行われ、前記第一間隔が、前記レーザ光のビーム径以下であってもよい。In the method for manufacturing the heat transfer member, in the second step, a first sweep of the laser light in a first direction along the surface or in a direction opposite to the first direction is performed multiple times while being shifted by a first interval in the second direction or in a direction opposite to the second direction so as to be aligned in a second direction intersecting the first direction, and the first interval may be equal to or smaller than the beam diameter of the laser light.

前記伝熱部材の製造方法にあっては、前記第二工程において、前記第一掃引が前記第二方向に並ぶように複数回行われた後、前記レーザ光の前記表面に沿った前記第一方向と交差した第三方向または当該第三方向の反対方向への第二掃引が、当該第三方向と交差した第四方向に並ぶように複数回行われ、前記第二掃引の前記第四方向における第二間隔が、前記レーザ光のビーム径以下であってもよい。In the method for manufacturing the heat transfer member, in the second step, the first sweep is performed multiple times aligned in the second direction, and then a second sweep in a third direction intersecting the first direction along the surface of the laser light or in a direction opposite to the third direction is performed multiple times aligned in a fourth direction intersecting the third direction, and a second interval of the second sweep in the fourth direction may be less than or equal to the beam diameter of the laser light.

前記伝熱部材の製造方法にあっては、前記第二工程において、前記第一掃引が前記第二方向に並ぶように複数回行われた後、前記第一掃引に対して前記第二方向に前記第一間隔未満ずれた位置における前記レーザ光の前記表面に沿った前記第一方向への第二掃引が、前記第二方向に並ぶように複数回行われてもよい。In the method for manufacturing the heat transfer member, in the second step, the first sweep may be performed multiple times so as to be aligned in the second direction, and then a second sweep in the first direction along the surface of the laser light at a position shifted in the second direction from the first sweep by less than the first distance may be performed multiple times so as to be aligned in the second direction.

本発明によれば、例えば、より熱伝導性を高めることが可能な新規な構成を有した伝熱部材、および当該伝熱部材の製造方法を得ることができる。According to the present invention, for example, it is possible to obtain a heat transfer member having a novel configuration capable of further increasing thermal conductivity, and a method for manufacturing the heat transfer member.

図1は、第1実施形態の伝熱部材の例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 1 is an exemplary schematic plan view of a heat transfer member according to a first embodiment. 図2は、図1のII-II断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 図3は、第1実施形態の伝熱部材の製造方法を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the heat transfer member of the first embodiment. 図4は、第1実施形態の加工システムの例示的な模式図である。FIG. 4 is an exemplary schematic diagram of the processing system according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態の伝熱部材の製造方法におけるレーザ光の掃引方法の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 5 is an illustrative schematic plan view showing an example of a laser light sweeping method in the method for manufacturing a heat transfer member according to the first embodiment. 図6は、第1実施形態の伝熱部材の製造方法におけるレーザ光の掃引方法の別の一例を示す例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 6 is an illustrative schematic plan view showing another example of the laser beam sweeping method in the method for manufacturing the heat transfer member according to the first embodiment. 図7は、第1実施形態の伝熱部材の表層における表面積増加率と熱抵抗との関係を示す例示的なグラフである。FIG. 7 is an exemplary graph showing the relationship between the surface area increase rate and the thermal resistance in the surface layer of the heat transfer member of the first embodiment. 図8は、図1のII-II断面図であって、表層のうち中央位置よりも端部側の領域を示す例示的かつ模式的な図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and is an exemplary schematic view showing a region of the surface layer on the end side from the central position. 図9は、図1のII-II断面図であって、表層のうち伝熱部材の表面よりも端部側の領域を示す例示的かつ模式的な図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and is an exemplary schematic view showing a region of the surface layer on the end side of the surface of the heat transfer member. 図10は、第2実施形態の伝熱部材としてのバスバーの例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 10 is an exemplary schematic plan view of a bus bar serving as a heat transfer member according to the second embodiment. 図11は、図10のXI-XI断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI of FIG. 図12は、第3実施形態の伝熱部材としての熱交換部材の一部の例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 12 is an exemplary schematic plan view of a part of a heat exchange member as a heat transfer member of the third embodiment. 図13は、第4実施形態の伝熱部材としての熱交換部材の一部の例示的かつ模式的な平面図である。FIG. 13 is an illustrative schematic plan view of a part of a heat exchange member as a heat transfer member of the fourth embodiment. 図14は、第5実施形態の伝熱部材としての沸騰伝熱部材を有した沸騰冷却装置の例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 14 is an exemplary schematic cross-sectional view of a boiling cooling device having a boiling heat transfer member as the heat transfer member of the fifth embodiment.

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)のうち少なくとも一つを得ることが可能である。 Below, exemplary embodiments of the present invention are disclosed. The configurations of the embodiments shown below, and the actions and results (effects) brought about by said configurations, are merely examples. The present invention can also be realized with configurations other than those disclosed in the following embodiments. Furthermore, according to the present invention, it is possible to obtain at least one of the various effects (including derivative effects) obtained by the configurations.

以下に示される実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。The embodiments shown below have similar configurations. Therefore, according to the configuration of each embodiment, similar actions and effects based on the similar configurations can be obtained. Furthermore, in the following, the similar configurations are given the same reference numerals, and duplicate explanations may be omitted.

本明細書において、序数は、部品や部位等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。 In this specification, ordinal numbers are used for convenience to distinguish parts, portions, etc., and do not indicate priority or order.

また、各図において、X方向を矢印Xで表し、Y方向を矢印Yで表し、Z方向を矢印Zで表す。X方向、Y方向、およびZ方向は、互いに交差するとともに互いに直交している。なお、X方向は、延び方向、あるいは掃引方向とも称され、Y方向は、延び方向、あるいは掃引方向とも称され、Z方向は、厚さ方向あるいは高さ方向とも称されうる。In each figure, the X direction is represented by an arrow X, the Y direction is represented by an arrow Y, and the Z direction is represented by an arrow Z. The X direction, Y direction, and Z direction intersect with each other and are perpendicular to each other. The X direction can also be called the extension direction or sweep direction, the Y direction can also be called the extension direction or sweep direction, and the Z direction can also be called the thickness direction or height direction.

[第1実施形態]
図1は、本実施形態の伝熱部材10の平面図、図2は、図1のII-II断面図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a plan view of a heat transfer member 10 of the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG.

伝熱部材10は、例えば、銅や、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のような、熱伝導率の高い金属材料によって作られる。The heat transfer member 10 is made of a metal material with high thermal conductivity, such as copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.

[表層の構造]
図1に示されるように、伝熱部材10は、平面状の面10aを有しており、面10aの少なくとも一部には、ポーラス構造を有した表層20が設けられている。面10aは、表面の一例である。表層20は、レーザ光の照射によって形成される。表層20の加工については後述する。
[Surface structure]
1, the heat transfer member 10 has a planar surface 10a, and a surface layer 20 having a porous structure is provided on at least a portion of the surface 10a. The surface 10a is an example of a surface. The surface layer 20 is formed by irradiation with a laser beam. Processing of the surface layer 20 will be described later.

図2に示されるように、表層20は、伝熱部材10のZ方向の端部において、Z方向における略一定の厚さ(深さ)で、言い換えるとZ方向の所定区間に渡り、X方向およびY方向に、言い換えるとZ方向と交差しかつ直交する方向に、広がっている。Z方向は、第一方向の一例である。2, the surface layer 20 extends at the Z-direction end of the heat transfer member 10 with a substantially constant thickness (depth) in the Z direction, in other words, over a predetermined section in the Z direction, in the X direction and the Y direction, in other words, in a direction intersecting and perpendicular to the Z direction. The Z direction is an example of a first direction.

表層20は、複数の突起20pと複数の閉孔20hと含むポーラス構造を有している。表層20は、例えば、Z方向(の反対方向)に見た場合の所定範囲において、Z方向に最も高く突出している先端20tと、当該先端20tからZ方向の反対方向に最も離れた閉孔20bと、の間の、Z方向と交差しかつ直交して広がった層と定義されうる。The surface layer 20 has a porous structure including a plurality of protrusions 20p and a plurality of closed holes 20h. The surface layer 20 can be defined as a layer that extends perpendicularly to and crosses the Z direction between the tip 20t that protrudes highest in the Z direction and the closed hole 20b that is the furthest from the tip 20t in the opposite direction to the Z direction, for example, in a predetermined range when viewed in the Z direction (opposite direction).

表層20は、二つの層に大別することができる。一つは、閉孔20bよりも突起20pがより多く存在する第一層L1であり、もう一つは、突起20pよりも閉孔20bがより多く存在する第二層L2である。第一層L1は、所定の高さ(厚さ)でZ方向と交差しかつ直交して広がっており、第二層L2は、所定の深さ(厚さ)でZ方向と交差しかつ直交して広がっている。第一層L1および第二層L2は、互いにZ方向に隣接している。また、第一層L1は、第二層L2よりも外側に位置している。第一層L1は、突起層の一例であり、第二層L2は、閉孔層の一例である。The surface layer 20 can be roughly divided into two layers. One is a first layer L1 in which there are more protrusions 20p than closed holes 20b, and the other is a second layer L2 in which there are more closed holes 20b than protrusions 20p. The first layer L1 crosses the Z direction at a predetermined height (thickness) and spreads perpendicularly, and the second layer L2 crosses the Z direction at a predetermined depth (thickness) and spreads perpendicularly. The first layer L1 and the second layer L2 are adjacent to each other in the Z direction. In addition, the first layer L1 is located outside the second layer L2. The first layer L1 is an example of a protrusion layer, and the second layer L2 is an example of a closed hole layer.

表層20の空隙率は、当該表層20(計測対象部位)の断面における、空隙領域の材料領域に対する比率である。空隙率は、例えば、表層20の複数の断面画像に対する画像処理により、空隙領域の材料領域に対する面積比として算出することができる。例えば、図2に示されるZ方向に沿いY方向と交差する断面画像においては、計測対象部位PのX方向の長さLx、計測対象部位PのZ方向の長さLz(深さ)の矩形の2次元領域について、黒の空隙領域の面積をグレーの材料領域の面積で除した面積比を算出する。そして、計測対象部位P内の異なる複数箇所(例えば、4箇所)の断面画像において面積比を算出し、当該複数箇所の面積比の平均値を、空隙率として算出することができる。ここで、計測対象部位Pの長さLzは、例えば、計測対象部位PのZ方向に沿う複数の断面画像において、Z方向に最も高く突出している先端20tと、当該先端20tからZ方向の反対方向に最も離れた閉孔20bと、の間の、Z方向長さとすることができる。計測対象部位PのX方向の長さLxは、レーザ加工が施された範囲内で適宜に設定することができる。また、上述した第一層L1や第二層L2などの層毎の空隙率も、画像処理の対象となる矩形の2次元領域の範囲を変更することにより、同様に算出することができる。なお、断面の方向や、位置、数等は、適宜に設定することができる。また、空隙率は、法線方向が互いに異なる複数の断面における面積比の平均値として算出してもよい。また、平均をとる断面数は、少なくとも2以上であれば良いが、位置や方向による加工状態のばらつきが低ければ1でもよいし、より計測精度を高めるため3以上としてもよい。また、空隙率は、同様のレーザ加工を施した複数のサンプルについて、算出するのが好ましい。なお、本実施形態では、空隙率は、断面から二次元的に算出しているが、平均をとる断面数が多い場合や、位置による形状のばらつきが比較的少ない場合にあっては、空隙の容積の材料の体積に対する比率、すなわち三次元的な空隙率とほぼ同じであると考えることができる。The porosity of the surface layer 20 is the ratio of the void region to the material region in the cross section of the surface layer 20 (measurement target portion). The porosity can be calculated, for example, as the area ratio of the void region to the material region by image processing of multiple cross-sectional images of the surface layer 20. For example, in the cross-sectional image shown in FIG. 2 that crosses the Y direction along the Z direction, the area ratio is calculated by dividing the area of the black void region by the area of the gray material region for a rectangular two-dimensional region having the length Lx in the X direction of the measurement target portion P and the length Lz (depth) in the Z direction of the measurement target portion P. Then, the area ratio is calculated for multiple different cross-sectional images (e.g., four locations) within the measurement target portion P, and the average value of the area ratios of the multiple locations can be calculated as the porosity. Here, the length Lz of the measurement target portion P can be, for example, the Z-direction length between the tip 20t that protrudes highest in the Z direction and the closed hole 20b that is furthest from the tip 20t in the opposite direction to the Z direction in multiple cross-sectional images of the measurement target portion P along the Z direction. The length Lx in the X direction of the measurement target portion P can be appropriately set within the range where the laser processing has been performed. The porosity of each layer, such as the first layer L1 and the second layer L2, can also be calculated in the same way by changing the range of the rectangular two-dimensional area to be subjected to image processing. The direction, position, number, etc. of the cross section can be appropriately set. The porosity may also be calculated as the average value of the area ratio of multiple cross sections whose normal directions are different from each other. The number of cross sections to be averaged may be at least two or more, but may be one if the variation in the processing state due to the position and direction is low, or may be three or more to further improve the measurement accuracy. The porosity is preferably calculated for multiple samples that have been subjected to the same laser processing. In this embodiment, the porosity is calculated two-dimensionally from the cross section, but when the number of cross sections to be averaged is large or when the variation in shape due to position is relatively small, it can be considered to be approximately the same as the ratio of the volume of the void to the volume of the material, that is, the three-dimensional porosity.

表層20の空隙率は、例えば、4サンプルにおいて、(1)76.7%、(2)80.0%、(3)73.7%、(4)81.4%であり、平均77.9%であった。これらの調査結果を含む発明者らによる鋭意研究の結果、表層20の空隙率は、好適には、50%以上でありかつ90%以下であり、さらに好適には、60%以上でありかつ85%以下であることが判明した。図2から明らかとなるように、第一層L1の空隙率は、第二層L2の空隙率よりも大きい。For example, the porosity of the surface layer 20 was (1) 76.7%, (2) 80.0%, (3) 73.7%, and (4) 81.4% in four samples, with an average of 77.9%. As a result of intensive research by the inventors, including these survey results, it was found that the porosity of the surface layer 20 is preferably 50% or more and 90% or less, and more preferably 60% or more and 85% or less. As is clear from Figure 2, the porosity of the first layer L1 is greater than the porosity of the second layer L2.

また、図2から明らかとなるように、表層20は、不規則な凹凸を有しており、特許文献1のような周期的な凹凸は有していない。Furthermore, as can be seen from Figure 2, the surface layer 20 has irregular projections and recesses, and does not have periodic projections and recesses as in Patent Document 1.

[レーザ光の照射による表層の加工]
図3は、伝熱部材の製造方法を示すフローチャートである。図3に示されるように、本実施形態では、まず、プレス加工や切削加工等により伝熱部材10を成形するなどして準備し(S1、第一工程)、その後、伝熱部材10の面10aにレーザ光Lを照射することにより当該面10aに表層20を加工する(S2、第二工程)。なお、第一工程S1(準備工程)は、他の場所で成形された伝熱部材10を搬入する工程であってもよい。
[Surface processing by laser light irradiation]
Fig. 3 is a flow chart showing a method for manufacturing a heat transfer member. As shown in Fig. 3, in this embodiment, the heat transfer member 10 is first prepared by forming it by pressing, cutting, or the like (S1, first step), and then the surface 10a of the heat transfer member 10 is irradiated with laser light L to process the surface 10a to form a surface layer 20 (S2, second step). Note that the first step S1 (preparation step) may be a step of carrying in the heat transfer member 10 formed at another location.

図4は、表層20を加工する加工システム100の模式図である。図4に示されるように、加工システム100は、レーザ装置110と、光学ヘッド120と、レーザ装置110と光学ヘッド120とを接続する光ファイバ130と、保持部材140とを備えている。 Figure 4 is a schematic diagram of a processing system 100 for processing the surface layer 20. As shown in Figure 4, the processing system 100 includes a laser device 110, an optical head 120, an optical fiber 130 connecting the laser device 110 and the optical head 120, and a holding member 140.

レーザ装置110は、例えば数kWのパワーのレーザ光を出力できるように構成されている。例えば、レーザ装置110は、内部に複数の半導体レーザ素子を備え、当該複数の半導体レーザ素子の合計の出力として数kWのパワーのマルチモードのレーザ光を出力できるように構成することとしてもよい。また、レーザ装置110は、ファイバレーザ、YAGレーザ、ディスクレーザ等様々なレーザ光源を備えていてもよい。レーザ装置110は、連続波発振により、レーザ光の連続光を出射する。すなわち、レーザ装置110は、CW(continuous wave)レーザである。The laser device 110 is configured to be able to output laser light with a power of, for example, several kW. For example, the laser device 110 may be configured to have multiple semiconductor laser elements therein and to be able to output multi-mode laser light with a power of several kW as the total output of the multiple semiconductor laser elements. The laser device 110 may also be equipped with various laser light sources such as a fiber laser, a YAG laser, a disk laser, etc. The laser device 110 emits continuous light of laser light by continuous wave oscillation. In other words, the laser device 110 is a CW (continuous wave) laser.

光ファイバ130は、レーザ装置110から出力されたレーザ光を導波し、光学ヘッド120に入力させる。The optical fiber 130 guides the laser light output from the laser device 110 and inputs it to the optical head 120.

保持部材140は、加工対象Wとしての伝熱部材10を保持する。The holding member 140 holds the heat transfer member 10 as the workpiece W.

光学ヘッド120は、レーザ装置110から光ファイバ130を経由して入力されたレーザ光Lを、加工対象Wに向けて出射する光学装置である。光学ヘッド120は、出射部の一例である。The optical head 120 is an optical device that emits the laser light L input from the laser device 110 via the optical fiber 130 toward the workpiece W. The optical head 120 is an example of an emission unit.

光学ヘッド120は、コリメートレンズ121と集光レンズ122とを備えている。コリメートレンズ121は、入力されたレーザ光を平行光にするための光学系である。集光レンズ122は、平行光化されたレーザ光を集光し、レーザ光Lとして加工対象Wに照射するための光学系である。光学ヘッド120は、レーザ光LをZ方向の反対方向に出射する。レーザ光Lは、加工対象Wの表面に照射される。表面は、被照射面とも称されうる。The optical head 120 is equipped with a collimating lens 121 and a condensing lens 122. The collimating lens 121 is an optical system for converting the input laser light into parallel light. The condensing lens 122 is an optical system for collecting the parallelized laser light and irradiating the workpiece W as laser light L. The optical head 120 emits the laser light L in the opposite direction to the Z direction. The laser light L is irradiated onto the surface of the workpiece W. The surface may also be referred to as the irradiated surface.

光学ヘッド120、保持部材140、および加工対象Wは、ケース200内に収容されており、ケース200内(加工室R内)、すなわち加工対象Wの周囲の雰囲気が、管理されている。例えば、本実施形態では、レーザ光Lの照射により加工対象Wの面10aから分離した材料の粒子が、再び面10a上に付着して積層されるよう、面10aの照射位置近傍へ向けて、ガスがガスノズル等によって吹き付けられている。ガスの流量や、流速、方向、吹き付け位置などは、適宜に調整されうる。ガスは、例えば窒素ガスのような不活性ガスである。The optical head 120, the holding member 140, and the workpiece W are housed in a case 200, and the atmosphere inside the case 200 (in the processing chamber R), i.e., the atmosphere around the workpiece W, is controlled. For example, in this embodiment, gas is sprayed by a gas nozzle or the like toward the vicinity of the irradiation position of the surface 10a so that the particles of material separated from the surface 10a of the workpiece W by the irradiation of the laser light L are adhered and stacked again on the surface 10a. The flow rate, flow speed, direction, spray position, etc. of the gas can be adjusted as appropriate. The gas is an inert gas such as nitrogen gas.

加工システム100は、光学ヘッド120と加工対象Wすなわち加工対象Wを保持する保持部材140との相対位置を変更可能に構成されている。これにより、加工対象Wの面10a上で、レーザ光Lの照射位置が移動する。これにより、レーザ光Lは、面10a上を掃引される。言い換えると、面10aにおけるレーザ光Lのスポット(照射位置)は、面10a上を移動する。The processing system 100 is configured to be able to change the relative position between the optical head 120 and the workpiece W, i.e., the holding member 140 that holds the workpiece W. This moves the irradiation position of the laser light L on the surface 10a of the workpiece W. This causes the laser light L to sweep across the surface 10a. In other words, the spot (irradiation position) of the laser light L on the surface 10a moves across the surface 10a.

面10a上におけるレーザ光Lの照射位置の移動、すなわち光学ヘッド120と加工対象Wとの相対移動は、光学ヘッド120の単独、加工対象W(保持部材140)の単独、あるいは光学ヘッド120および加工対象Wの双方を移動する移動機構(不図示)により、実現されうる。Movement of the irradiation position of the laser light L on the surface 10a, i.e., the relative movement between the optical head 120 and the workpiece W, can be achieved by moving the optical head 120 alone, the workpiece W (holding member 140) alone, or a moving mechanism (not shown) that moves both the optical head 120 and the workpiece W.

[掃引方法]
図5は、加工対象Wの面10aにおけるレーザ光Lのスポット(不図示)の掃引方法の一例を示し、図6は、加工対象Wの面10aにおけるレーザ光Lのスポットの掃引方法の別の一例を示す。なお、図5,6は、面10aの加工領域の一部を拡大して示した図である。
[Sweeping method]
Fig. 5 shows an example of a method for sweeping a spot (not shown) of laser light L on the surface 10a of the workpiece W, and Fig. 6 shows another example of a method for sweeping a spot of laser light L on the surface 10a of the workpiece W. Note that Figs. 5 and 6 are enlarged views showing a part of the processing region of the surface 10a.

図5の場合、まずは、図中に破線の矢印で示されるように、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向およびX方向の反対方向への交互の掃引(s1)が、Y方向に並ぶように複数回実行される。X方向およびX方向の反対方向への掃引は、第一掃引s1の一例であり、X方向は、第一方向の一例であり、Y方向は、第二方向の一例である。第一掃引s1のそれぞれの掃引位置は、例えば、Y方向またはY方向の反対方向に間隔ps1でずれている。また、間隔ps1は、レーザ光Lのスポット径(ビーム径、不図示)以下となるよう、設定されている。間隔ps1は、第一間隔の一例である。なお、ここでは、X方向への第一掃引s1と、X方向の反対方向への第一掃引s1とが交互に実行される例が示されたが、これには限定されず、例えば、X方向への第一掃引s1のみが実行されてもよいし、X方向の反対方向への第一掃引s1のみが実行されてもよいし、X方向への第一掃引s1が複数回実行された後にX方向の反対方向への第一掃引s1が複数回実行されてもよい。In the case of FIG. 5, first, as shown by the dashed arrow in the figure, alternating sweeps (s1) in the X direction and the opposite direction to the X direction along the surface 10a of the laser light L are performed multiple times so as to line up in the Y direction. The sweeps in the X direction and the opposite direction to the X direction are an example of a first sweep s1, the X direction is an example of a first direction, and the Y direction is an example of a second direction. The sweep positions of the first sweep s1 are shifted by an interval ps1 in the Y direction or the opposite direction to the Y direction, for example. In addition, the interval ps1 is set to be equal to or smaller than the spot diameter (beam diameter, not shown) of the laser light L. The interval ps1 is an example of a first interval. Note that, here, an example has been shown in which the first sweep s1 in the X direction and the first sweep s1 in the opposite direction to the X direction are executed alternately, but the present invention is not limited to this. For example, only the first sweep s1 in the X direction may be executed, or only the first sweep s1 in the opposite direction to the X direction may be executed, or the first sweep s1 in the X direction may be executed multiple times and then the first sweep s1 in the opposite direction to the X direction may be executed multiple times.

次に、図中に実線の矢印で示されるように、レーザ光Lの面10aに沿ったY方向およびY方向の反対方向への交互の掃引(s2)が、X方向に並ぶように複数回実行される。Y方向およびY方向の反対方向への掃引は、第二掃引s2の一例であり、Y方向は、第三方向の一例であり、X方向は、第四方向の一例である。第二掃引s2のそれぞれの掃引位置は、例えば、X方向またはX方向の反対方向に間隔ps2でずれている。また、間隔ps2は、レーザ光Lのスポット径(ビーム径、不図示)以下となるよう、設定される。間隔ps2は、第二間隔の一例である。間隔ps2は、間隔ps1と同じであってもよいし、異なってもよい。なお、ここでは、Y方向への第二掃引s2と、Y方向の反対方向への第二掃引s2とが交互に実行される例が示されたが、これには限定されず、例えば、Y方向への第二掃引s2のみが実行されてもよいし、Y方向の反対方向への第二掃引s2のみが実行されてもよいし、Y方向への第二掃引s2が複数回実行された後にY方向の反対方向への第二掃引s2が複数回実行されてもよい。また、第三方向は、第一方向と交差していればよく、Y方向には限定されない、言い換えると、Y方向に対して傾斜した方向であってもよい。Next, as shown by the solid arrows in the figure, alternating sweeps (s2) in the Y direction and the opposite direction to the Y direction along the surface 10a of the laser light L are performed multiple times so as to line up in the X direction. The sweeps in the Y direction and the opposite direction to the Y direction are an example of a second sweep s2, the Y direction is an example of a third direction, and the X direction is an example of a fourth direction. The sweep positions of the second sweeps s2 are shifted by an interval ps2 in the X direction or the opposite direction to the X direction, for example. In addition, the interval ps2 is set so as to be equal to or smaller than the spot diameter (beam diameter, not shown) of the laser light L. The interval ps2 is an example of a second interval. The interval ps2 may be the same as the interval ps1 or may be different. Note that, although an example in which the second sweep s2 in the Y direction and the second sweep s2 in the opposite direction to the Y direction are alternately performed has been shown here, the present invention is not limited to this, and for example, only the second sweep s2 in the Y direction may be performed, only the second sweep s2 in the opposite direction to the Y direction may be performed, or the second sweep s2 in the Y direction may be performed multiple times and then the second sweep s2 in the opposite direction to the Y direction may be performed multiple times. Furthermore, the third direction is not limited to the Y direction as long as it intersects with the first direction, in other words, it may be a direction inclined with respect to the Y direction.

他方、図6の場合、まずは、図中に破線の矢印で示されるように、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向およびX方向の反対方向への交互の掃引(s1)が、Y方向に並ぶように複数回実行される。X方向およびX方向の反対方向への掃引は、第一掃引s1の一例であり、第一掃引については、図5の場合と同様であるため、説明を割愛する。6, first, as shown by the dashed arrow in the figure, alternating sweeps (s1) in the X direction and the opposite direction to the X direction along the surface 10a of the laser light L are performed multiple times so as to line up in the Y direction. The sweeps in the X direction and the opposite direction to the X direction are an example of a first sweep s1, and the first sweep is the same as in the case of FIG. 5, so a description thereof will be omitted.

次に、図中に実線の矢印で示されるように、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向およびX方向の反対方向への交互の掃引(s2)が、Y方向に並ぶように複数回実行される。ここでのX方向およびX方向の反対方向への掃引は、第二掃引s2の一例である。第一掃引s1と第二掃引s2とは、平行である。また、第二掃引s2のY方向の位置は、第一掃引s1のY方向の位置に対して、それぞれ間隔ps1未満ずれた位置において、実行される。また、第二掃引s2のそれぞれの掃引位置は、例えば、Y方向またはY方向の反対方向に間隔ps2でずれている。間隔ps2は、レーザ光Lのスポット径(ビーム径、不図示)以下となるよう、設定される。間隔ps2は、間隔ps1と同じであってもよいし、異なってもよい。なお、ここでは、X方向への第二掃引s2と、X方向の反対方向への第二掃引s2とが交互に実行される例が示されたが、これには限定されず、例えば、X方向への第二掃引s2のみが実行されてもよいし、X方向の反対方向への第二掃引s2のみが実行されてもよいし、X方向への第二掃引s2が複数回実行された後にX方向の反対方向への第二掃引s2が複数回実行されてもよい。Next, as shown by the solid arrows in the figure, alternating sweeps (s2) in the X direction and the opposite direction of the X direction along the surface 10a of the laser light L are performed multiple times so as to line up in the Y direction. The sweeps in the X direction and the opposite direction of the X direction here are an example of the second sweep s2. The first sweep s1 and the second sweep s2 are parallel. The Y direction position of the second sweep s2 is performed at a position shifted by less than the interval ps1 with respect to the Y direction position of the first sweep s1. The sweep positions of the second sweep s2 are shifted by an interval ps2 in the Y direction or the opposite direction of the Y direction, for example. The interval ps2 is set so as to be equal to or smaller than the spot diameter (beam diameter, not shown) of the laser light L. The interval ps2 may be the same as the interval ps1 or may be different. Note that, here, an example has been shown in which the second sweep s2 in the X direction and the second sweep s2 in the opposite direction to the X direction are executed alternately, but the present invention is not limited to this. For example, only the second sweep s2 in the X direction may be executed, or only the second sweep s2 in the opposite direction to the X direction may be executed, or the second sweep s2 in the X direction may be executed multiple times and then the second sweep s2 in the opposite direction to the X direction may be executed multiple times.

本実施形態の表層20は、加工対象Wの面10aに対するCWレーザであるレーザ光Lの照射により、溶融金属が吹き飛ばされることにより凹部(空隙)が形成されるとともに、吹き飛ばされた溶融金属が再付着することにより凸部が形成されることによって、得られる。この結果、本実施形態の表層20では、互いに隣接した凹部が二次元的および三次元的に連通するとともに、凹部の外側(Z方向)の開口が比較的狭まった、複雑かつ不規則な凹凸構造(多孔質金属層)が得られるため、表層20において材料部分の表面積が大幅に増大する。このような構成によれば、例えばパルスレーザの照射によって材料の表面に凹部や凸部が規則的に配置された比較的単純な凹凸構造を有した従来構造に比べて、より大きな表面積が得られ、ひいては熱抵抗を低減でき、放熱性や熱交換性を向上できることが判明した。The surface layer 20 of this embodiment is obtained by irradiating the surface 10a of the workpiece W with laser light L, which is a CW laser, to blow away the molten metal, forming recesses (voids), and by re-adhering the blown-away molten metal to form protrusions. As a result, in the surface layer 20 of this embodiment, adjacent recesses are connected two-dimensionally and three-dimensionally, and a complex and irregular uneven structure (porous metal layer) is obtained in which the openings on the outside (Z direction) of the recesses are relatively narrow, so that the surface area of the material portion in the surface layer 20 is significantly increased. With this configuration, it has been found that a larger surface area can be obtained, and thus the thermal resistance can be reduced, and the heat dissipation and heat exchange properties can be improved, compared to a conventional structure having a relatively simple uneven structure in which recesses and protrusions are regularly arranged on the surface of the material by irradiation with a pulsed laser, for example.

[表面積増加率と熱抵抗]
図7は、複数のサンプルにおける表層20の表面積増加率と熱抵抗との関係を示すグラフである。どの条件においても未加工銅板の熱抵抗0.26と比較して低下している。表面積増加率は、Z方向における投影面積の単位面積(例えば、1[cm])あたりの、レーザ加工により表層20の表面積が増加した比率である。レーザ加工前(未加工あるいは無加工)とレーザ加工後とで表面積が変化しない場合は、表面積増加率が100%であり、レーザ加工によりレーザ加工前に対して表面積が少しでも増加すると表面積増加率は100%よりも大きな値となる。表面積増加率が大きいほど、凹凸によって表面積がより増大していることを示す。表層20の表面積は、例えば、KEYENCE社のVR-3000などの計測装置によって計測された三次元的な表面形状から算出することができる。表面積増加率は、所定範囲(例えば、Z方向の反対方向に見た平面視で20[mm]×20[mm]の範囲)について、計測装置から得られた表面積を、当該所定範囲が平面である場合の面積(例えば、20[mm]×20[mm]の範囲の場合、400[mm])で除算することにより、得られる。
[Surface area increase rate and thermal resistance]
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the surface area increase rate and the thermal resistance of the surface layer 20 in a number of samples. Under all conditions, the thermal resistance is lower than that of the unprocessed copper plate, which is 0.26. The surface area increase rate is the ratio of the surface area of the surface layer 20 increased by laser processing per unit area (for example, 1 [cm 2 ]) of the projected area in the Z direction. If the surface area does not change before laser processing (unprocessed or unprocessed) and after laser processing, the surface area increase rate is 100%, and if the surface area increases even slightly compared to before laser processing by laser processing, the surface area increase rate becomes a value greater than 100%. The larger the surface area increase rate, the more the surface area is increased by the unevenness. The surface area of the surface layer 20 can be calculated from a three-dimensional surface shape measured by a measuring device such as KEYENCE's VR-3000. The surface area increase rate is obtained by dividing the surface area obtained from the measuring device for a specified range (e.g., a range of 20 mm x 20 mm when viewed in a plane in the opposite direction to the Z direction) by the area when the specified range is flat (e.g., 400 mm2 for a range of 20 mm x 20 mm).

発明者らは、図7に示されるように、本実施形態の表層20では、表面積増加率と熱抵抗との相関関係が、表面積増加率の値Rbを境に、変化していることを見出した。すなわち、本実施形態の表層20においては、表面積増加率が値Rbよりも小さい範囲では、表面積増加率が大きいほど熱抵抗が小さいが、表面積増加率が値Rbよりも大きい範囲では、表面積増加率が大きいほど熱抵抗が大きいことが判明した。これは、上述したように、本実施形態の表層20においては、面10aから分離して再付着した粒子により図2に示されるような閉孔20hが形成されるが、表面積増加率が大きい表層20ほど、当該表層20における閉孔20hの体積比率、すなわち熱伝導率のより低い気体の体積比率が大きくなるためであると、推察される。 As shown in Fig. 7, the inventors found that in the surface layer 20 of this embodiment, the correlation between the surface area increase rate and the thermal resistance changes at the boundary of the surface area increase rate value Rb. That is, in the surface layer 20 of this embodiment, in the range where the surface area increase rate is smaller than the value Rb, the thermal resistance is smaller as the surface area increase rate increases, but in the range where the surface area increase rate is larger than the value Rb, the thermal resistance is larger as the surface area increase rate increases. This is presumably because, as described above, in the surface layer 20 of this embodiment, closed holes 20h as shown in Fig. 2 are formed by particles that have separated from the surface 10a and reattached, but the larger the surface area increase rate of the surface layer 20, the larger the volume ratio of the closed holes 20h in the surface layer 20, i.e., the volume ratio of gas with a lower thermal conductivity.

このような知見に基づき、表層20は、熱抵抗が閾値Th以下となる表面積増加率の範囲、すなわち下限値Rmin以上、上限値Rmax以下となる形状を有するのが好適であり、具体的には、110%以上でありかつ300%以下であるのが好適であり、200%以上でありかつ230%以下であるのがさらに好適であることが判明した。Based on this knowledge, it has been found that it is preferable for the surface layer 20 to have a shape in which the surface area increase rate is within a range in which the thermal resistance is equal to or less than the threshold value Th, i.e., equal to or more than the lower limit value Rmin and equal to or less than the upper limit value Rmax, and more specifically, it is preferable for the surface area increase rate to be equal to or more than 110% and equal to or less than 300%, and it is even more preferable for the surface area increase rate to be equal to or more than 200% and equal to or less than 230%.

[空隙率(図2とは異なる範囲)]
空隙率は、当該空隙率の算出対象となる範囲が異なる場合についても、上述した断面画像の画像処理において、対象となる矩形の2次元領域を変更することにより、同様に算出することができる。
[Porosity (range different from Figure 2)]
Even when the range for calculating the porosity is different, the porosity can be calculated in the same manner by changing the target rectangular two-dimensional area in the image processing of the cross-sectional image described above.

図8は、図2と同位置での伝熱部材10の断面を示す。ただし、図8には、表層20のうちZ方向の中央位置CFよりもZ方向の端部側(表面側、外側)の領域Luが示されている。中央位置CFは、Z方向(の反対方向)に見た場合の所定範囲において、表層20の先端20tと最深の閉孔20bとの間のZ方向の中央に位置した、Z方向と交差しかつ直交する面の位置である。 Figure 8 shows a cross section of the heat transfer member 10 at the same position as in Figure 2. However, Figure 8 shows an area Lu of the surface layer 20 on the end side in the Z direction (surface side, outside) of the central position CF in the Z direction. The central position CF is the position of a plane that intersects and is perpendicular to the Z direction, located in the center in the Z direction between the tip 20t of the surface layer 20 and the deepest closed hole 20b within a specified range when viewed in the Z direction (opposite direction).

中間位置CFよりも外側(Z方向の前方)における表層20の空隙率は、例えば、4サンプルにおいて、(1)67.5%、(2)66.0%、(3)65.6%、(4)68.1%であり、平均66.8%であった。これらの調査結果を含む発明者らによる鋭意研究の結果、表層20の空隙率は、好適には、50%以上でありかつ80%以下であり、さらに好適には、60%以上でありかつ70%以下であることが判明した。The porosity of the surface layer 20 outside the intermediate position CF (forward in the Z direction) was, for example, 67.5% (1), 66.0% (2), 65.6% (3), and 68.1% (4) in four samples, with an average of 66.8%. As a result of intensive research by the inventors, including these survey results, it was found that the porosity of the surface layer 20 is preferably 50% or more and 80% or less, and more preferably 60% or more and 70% or less.

また、図9は、図2と同位置での伝熱部材10の断面を示す。ただし、図9には、表層20のうち、当該表層20を加工していない領域の面10a(あるいは加工する前の面10a)よりもZ方向の端部側(表面側、外側)の領域Lpが示されている。 Figure 9 also shows a cross section of the heat transfer member 10 at the same position as in Figure 2. However, Figure 9 shows an area Lp of the surface layer 20 that is closer to the end (surface side, outer side) in the Z direction than the surface 10a of the area where the surface layer 20 is not processed (or the surface 10a before processing).

面10aよりも外側(Z方向の前方)における表層20の空隙率は、例えば、4サンプルにおいて、(1)76.0%、(2)73.0%、(3)71.9%、(4)76.8%であり、平均74.5%であった。これらの調査結果を含む発明者らによる鋭意研究の結果、表層20の空隙率は、好適には、50%以上でありかつ90%以下であり、さらに好適には、60%以上でありかつ80%以下であることが判明した。面10aよりも外側(Z方向の前方)における表層20の体積材料比率は(1-空隙率)となる。この場合の体積材料比率は、再堆積した材料の比率であると言うことができる。 The porosity of the surface layer 20 outside the surface 10a (forward in the Z direction) was, for example, 76.0% (1), 73.0% (2), 71.9% (3), and 76.8% (4) in four samples, with an average of 74.5%. As a result of intensive research by the inventors, including these survey results, it was found that the porosity of the surface layer 20 is preferably 50% or more and 90% or less, and more preferably 60% or more and 80% or less. The volumetric material ratio of the surface layer 20 outside the surface 10a (forward in the Z direction) is (1-porosity). In this case, it can be said that the volumetric material ratio is the ratio of redeposited material.

以上、説明したように、本実施形態では、伝熱部材10は、金属材料で作られており、表層20を備えている。表層20は、Z方向(第一方向)の端部で当該Z方向の所定区間に渡って当該Z方向と交差して広がるポーラス構造を有している。As described above, in this embodiment, the heat transfer member 10 is made of a metal material and has a surface layer 20. The surface layer 20 has a porous structure that extends across a predetermined section of the Z direction (first direction) at the end in the Z direction, intersecting the Z direction.

このような構成によれば、例えば、単に表面にポーラス状の凹凸が設けられたに過ぎない伝熱部材よりも表面積が大きくなりやすく、熱伝導性をより高めやすい。With such a configuration, for example, the surface area is likely to be larger than that of a heat transfer member that simply has porous irregularities on its surface, making it easier to improve thermal conductivity.

また、本実施形態では、例えば、表層20は、閉孔20hよりも突起20pが多く存在する第一層L1(突起層)と、当該第一層L1に対してZ方向(第一方向)の反対側に隣接し突起20pよりも閉孔20hが多く存在する第二層L2(閉孔層)と、を有している。In addition, in this embodiment, for example, the surface layer 20 has a first layer L1 (projection layer) in which there are more protrusions 20p than closed holes 20h, and a second layer L2 (closed hole layer) adjacent to the first layer L1 on the opposite side in the Z direction (first direction) and in which there are more closed holes 20h than protrusions 20p.

本実施形態のように、レーザ光Lの照射によって面10aから分離した材料の粒子が当該面10a上に再付着して堆積する場合に、このような構成が得られる。当該構成によれば、例えば、単に表面にポーラス状の凹凸が設けられたに過ぎない伝熱部材よりも表面積が大きくなりやすく、熱伝導性をより高めやすい。 As in the present embodiment, such a configuration is obtained when particles of material detached from surface 10a by irradiation with laser light L re-adhere and accumulate on surface 10a. With this configuration, the surface area tends to be larger than that of a heat transfer member having merely porous irregularities on its surface, and the thermal conductivity tends to be improved.

また、本実施形態では、例えば、表層20の空隙率は、50%以上90%以下である。 In addition, in this embodiment, for example, the porosity of the surface layer 20 is 50% or more and 90% or less.

また、本実施形態では、例えば、表層20のZ方向(高さ方向)の中央位置CFよりも外側の空隙率は、50%以上80%以下である。 In addition, in this embodiment, for example, the porosity outside the central position CF in the Z direction (height direction) of the surface layer 20 is 50% or more and 80% or less.

さらに、本実施形態では、例えば、伝熱部材10の面10aよりZ方向(高さ方向)の外側における表層20の空隙率は、50%以上90%以下である。 Furthermore, in this embodiment, for example, the porosity of the surface layer 20 outside the surface 10a of the heat transfer member 10 in the Z direction (height direction) is 50% or more and 90% or less.

発明者らの研究により、空隙率がこのような範囲内であれば、熱伝導性をより高めやすいことが判明した。The inventors' research has revealed that if the porosity is within this range, it is easier to increase thermal conductivity.

また、本実施形態では、例えば、表面積増加率、すなわち、表層20のZ方向(高さ方向)での投影における単位面積あたりの当該表層20の比率は、110%以上300%以下である。 In addition, in this embodiment, for example, the surface area increase rate, i.e., the ratio of the surface layer 20 per unit area when projected in the Z direction (height direction) of the surface layer 20, is 110% or more and 300% or less.

発明者らの研究により、表面積増加率がこのような範囲内であれば、熱伝導性をより高めやすいことが判明した。The inventors' research has revealed that if the surface area increase rate is within this range, it is easier to increase thermal conductivity.

また、本実施形態の伝熱部材10の製造方法は、例えば、伝熱部材10を準備する工程S1(第一工程)と、伝熱部材10の面10aにレーザ光Lを照射することにより面10aから吹き飛ばされた粒子を再付着させることにより、ポーラス構造を有した表層20を形成する工程S2(第二工程)と、を備えている。In addition, the manufacturing method of the heat transfer member 10 of this embodiment includes, for example, a step S1 (first step) of preparing the heat transfer member 10, and a step S2 (second step) of forming a surface layer 20 having a porous structure by irradiating the surface 10a of the heat transfer member 10 with laser light L to reattach particles blown off from the surface 10a.

上記第二工程により、ポーラス構造を有し熱伝導性の高い表層20を形成することができ、これにより、伝熱部材10の面10aに、より熱伝導性の高い表層20を構成することができる。 The above-mentioned second step makes it possible to form a surface layer 20 having a porous structure and high thermal conductivity, thereby forming a surface layer 20 with higher thermal conductivity on the surface 10a of the heat transfer member 10.

また、本実施形態では、例えば、工程S2(第二工程)において、レーザ光Lを出射する光学ヘッド120(出射部)と加工対象W(伝熱部材10)とを相対的に移動させることによりレーザ光Lを面10a上で相対的に掃引する。In addition, in this embodiment, for example, in step S2 (second step), the optical head 120 (emitting portion) that emits the laser light L and the workpiece W (heat transfer member 10) are moved relative to each other to sweep the laser light L relatively over the surface 10a.

このような構成によれば、例えば、パルスレーザ光を照射する場合に比べて、表層20をより迅速に形成することができる。また、レーザ光Lの連続光を照射することにより、パルスレーザ光を照射した場合に比べて、規則的な凹凸が形成され難くなり、その分、表面積が大きくなりやすく、熱伝導性をより高めやすい。With this configuration, the surface layer 20 can be formed more quickly than when, for example, a pulsed laser beam is irradiated. In addition, by irradiating the continuous laser beam L, regular irregularities are less likely to be formed than when a pulsed laser beam is irradiated, and the surface area is therefore more likely to be increased, making it easier to increase thermal conductivity.

また、本実施形態では、例えば、工程S2(第二工程)において、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向(第一方向)または当該X方向の反対方向(第一方向の反対方向)への第一掃引s1が、当該X方向と交差したY方向(第二方向)に並ぶように、当該Y方向または当該Y方向の反対方向に間隔ps1(第一間隔)でずれながら複数回行われ、間隔ps1が、レーザ光Lのビーム径以下である。In addition, in this embodiment, for example, in step S2 (second step), a first sweep s1 in the X direction (first direction) or the opposite direction to the X direction (opposite direction to the first direction) along the surface 10a of the laser light L is performed multiple times while being shifted at an interval ps1 (first interval) in the Y direction or the opposite direction to the Y direction so as to be aligned in the Y direction (second direction) intersecting the X direction, and the interval ps1 is equal to or less than the beam diameter of the laser light L.

このような構成によれば、例えば、面10a上に、平面的に隙間無く広がった表層20を形成することができる。また、第一掃引s1の境界部分に比較的広い間隔で規則的な凸条が形成され、これにより表面積が増大し難くなるのを回避することができる。With this configuration, for example, a surface layer 20 that spreads out on the surface 10a without gaps in a plane can be formed. In addition, regular convex ridges are formed at relatively wide intervals at the boundary portion of the first sweep s1, which makes it possible to avoid the surface area from becoming difficult to increase.

また、本実施形態では、例えば、工程S2(第二工程)において、第一掃引s1がY方向に並ぶように複数回行われた後、レーザ光Lの面10aに沿ったX方向と交差したY方向(第三方向)または当該Y方向の反対方向への第二掃引s2が、当該Y方向と交差したX方向(第四方向)に並ぶように複数回行われ、第二掃引s2のX方向における間隔ps2(第二間隔)が、レーザ光Lのビーム径以下である。In addition, in this embodiment, for example, in step S2 (second step), a first sweep s1 is performed multiple times so as to be aligned in the Y direction, and then a second sweep s2 in the Y direction (third direction) intersecting the X direction along the surface 10a of the laser light L or in the opposite direction to the Y direction is performed multiple times so as to be aligned in the X direction (fourth direction) intersecting the Y direction, and the spacing ps2 (second spacing) of the second sweep s2 in the X direction is less than or equal to the beam diameter of the laser light L.

このような構成によれば、例えば、面10a上に、平面的に隙間無く広がった表層20を形成することができる。また、第一掃引s1の境界部分および第二掃引s2の境界部分に比較的広い間隔で規則的な凸条が形成され、これにより表面積が増大し難くなるのを回避することができる。With this configuration, for example, a surface layer 20 that spreads out planarly and without gaps can be formed on the surface 10a. In addition, regular convex ridges are formed at relatively wide intervals at the boundary portion of the first sweep s1 and the boundary portion of the second sweep s2, which makes it possible to prevent the surface area from becoming difficult to increase.

また、本実施形態では、工程S2(第二工程)において、第一掃引s1がY方向に並ぶように複数回行われた後、第一掃引s1に対してY方向(第二方向)に間隔ps1未満ずれた位置におけるレーザ光Lの面10aに沿ったX方向(第一方向)の第二掃引s2が、Y方向(第二方向)に並ぶように複数回行われる。In addition, in this embodiment, in step S2 (second step), a first sweep s1 is performed multiple times so as to be aligned in the Y direction, and then a second sweep s2 in the X direction (first direction) along the surface 10a of the laser light L at a position shifted in the Y direction (second direction) from the first sweep s1 by less than the interval ps1 is performed multiple times so as to be aligned in the Y direction (second direction).

このような構成によれば、例えば、面10a上に、平面的に隙間無く広がった表層20を形成することができる。また、第一掃引s1の境界部分に比較的広い間隔で規則的な凸条が形成され、これにより表面積が増大し難くなるのを回避することができる。With this configuration, for example, a surface layer 20 that spreads out on the surface 10a without gaps in a plane can be formed. In addition, regular convex ridges are formed at relatively wide intervals at the boundary portion of the first sweep s1, which makes it possible to avoid the surface area from becoming difficult to increase.

本実施形態の伝熱部材10は、ポーラス構造による表面積の大きな表層を有しており、真空中であっても、当該表層からの放射による高い放熱性を得ることができる。このため、例えば、宇宙基地や、宇宙ステーション、ロケット、宇宙探査機、人工衛星のような、真空であるとともに温度変化の大きい宇宙環境で使用される宇宙構造物への適用に好適である。宇宙構造物の材料としては、例えば、ステンレススチールや、チタン、チタン合金、モリブデン、タンタル等があげられる。また、従来の宇宙構造物の表面に塗布されていた放熱性を高めるための塗料等が不要となる分、例えば、宇宙構造物の製造の手間やコストを抑制できるという利点も得られる。The heat transfer member 10 of this embodiment has a surface layer with a large surface area due to the porous structure, and can obtain high heat dissipation by radiation from the surface layer even in a vacuum. For this reason, it is suitable for application to space structures used in space environments that are vacuum and have large temperature changes, such as space bases, space stations, rockets, space probes, and artificial satellites. Examples of materials for space structures include stainless steel, titanium, titanium alloys, molybdenum, and tantalum. In addition, since paints and the like that were applied to the surfaces of conventional space structures to improve heat dissipation are no longer necessary, there is also the advantage that the effort and cost of manufacturing the space structure can be reduced.

[第2実施形態]
図10は、第2実施形態の伝熱部材としてのバスバー10Aの平面図であり、図11は、図10のXI-XI断面図である。
[Second embodiment]
FIG. 10 is a plan view of a bus bar 10A serving as a heat transfer member according to the second embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI of FIG.

バスバー10Aは、導電性の金属材料で作られている。長手方向の端部10bには、それぞれ、他の電気部品の端子と機械的かつ電気的に接続するための貫通穴10cが設けられている。The busbar 10A is made of a conductive metal material. Each of the longitudinal ends 10b has a through hole 10c for mechanically and electrically connecting to the terminals of other electrical components.

バスバー10Aは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のような、電気抵抗率の小さい金属材料によって作られるのが好適である。電気抵抗率が小さいという観点からは、バスバー10Aは、銅によって作られるのが好適である。The busbar 10A is preferably made of a metal material with low electrical resistivity, such as copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy. From the viewpoint of low electrical resistivity, the busbar 10A is preferably made of copper.

バスバー10Aは、扁平な帯状かつ板状の形状を有している。バスバー10Aは、Y方向に略一定の幅およびZ方向に略一定の厚さ(高さ)で、X方向に延びている。The busbar 10A has a flat, band-like, plate-like shape. The busbar 10A extends in the X direction with a substantially constant width in the Y direction and a substantially constant thickness (height) in the Z direction.

バスバー10Aは、Z方向およびZ方向の反対方向の端部において、二つの面10a,10dを有している。面10a,10dは、Z方向と交差しかつ直交して広がっている。本実施形態では、面10a,10dは、Z方向と直交し、X方向およびY方向に延びている。面10a,10dは、表面の一例である。The busbar 10A has two faces 10a and 10d at the ends in the Z direction and the opposite direction of the Z direction. The faces 10a and 10d cross the Z direction and extend perpendicularly. In this embodiment, the faces 10a and 10d are perpendicular to the Z direction and extend in the X direction and Y direction. The faces 10a and 10d are examples of surfaces.

バスバー10Aの面10aの、貫通穴10cの近傍には、第一実施形態と同様の構成を有した表層20が設けられている。貫通穴10cは、他の導体との接続部分であるため、通電により導体自体の抵抗により発熱する。さらに、貫通穴10cの近傍において、他の導体との間の接触抵抗等により発熱することがある。すなわち、貫通穴10cの近傍は、発熱部位とも称されうる。この点、本実施形態によれば、貫通穴10cの近傍領域において、当該貫通穴10cから隙間をあけて離れた位置に、表層20が設けられているため、接触抵抗に基づくバスバー10Aあるいは当該バスバー10Aと接続される導体の温度の過度な上昇を、抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、表層20により、伝熱部材としてのバスバー10Aの温度上昇を抑制することができる。 A surface layer 20 having the same configuration as that of the first embodiment is provided on the surface 10a of the busbar 10A near the through hole 10c. The through hole 10c is a connection portion with another conductor, and therefore generates heat due to the resistance of the conductor itself when electricity is passed through it. Furthermore, heat may be generated near the through hole 10c due to contact resistance between the through hole 10c and another conductor. That is, the vicinity of the through hole 10c may also be referred to as a heat generating portion. In this respect, according to the present embodiment, the surface layer 20 is provided at a position spaced apart from the through hole 10c in the vicinity of the through hole 10c, and therefore an excessive increase in temperature of the busbar 10A or a conductor connected to the busbar 10A due to contact resistance can be suppressed. That is, according to the present embodiment, the surface layer 20 can suppress the temperature increase of the busbar 10A as a heat transfer member.

また、図11に示されるように、表層20は、面10aから突出した突出部10eに設けられている。突出部10eは、凸部の一例である。このような構成によれば、例えば、表層20の凹部あるいは閉孔20hによりバスバー10Aの断面積が小さくなり電気抵抗が増大するのを、抑制することができる。11, the surface layer 20 is provided on a protruding portion 10e protruding from the surface 10a. The protruding portion 10e is an example of a convex portion. With this configuration, for example, it is possible to suppress an increase in electrical resistance due to a reduction in the cross-sectional area of the busbar 10A caused by a concave portion or a closed hole 20h in the surface layer 20.

[第3実施形態および第4実施形態]
図12は、第3実施形態の伝熱部材としての熱交換部材10Bの平面図であり、図13は、第4実施形態の伝熱部材としての熱交換部材10Cの平面図である。
[Third and Fourth Embodiments]
FIG. 12 is a plan view of a heat exchange member 10B serving as a heat transfer member of the third embodiment, and FIG. 13 is a plan view of a heat exchange member 10C serving as a heat transfer member of the fourth embodiment.

伝熱部材としての熱交換部材10B,10Cは、いずれも、流体Fとの間で熱交換する部材である。流体Fは、気体でもよいし、液体でもよいし、例えば、混相流のような、他の流体であってもよい。熱交換部材10B,10CのZ方向の端部に位置する面10a上には、それぞれ、複数の表層20が設けられている。表層20は、それぞれ、第1実施形態または第2実施形態と同様の構成を有している。すなわち、表層20は、第1実施形態のように、面10a上に、面10aからの突出高さが比較的低い状態で設けられてもよいし、第2実施形態のように、面10aからZ方向に突出した状態に設けられてもよい。流体Fは表層20を通過するときに乱流となり、効果的に熱交換される。表層20の間の平坦部では層流となり、流路の抵抗を下げることに寄与する。 The heat exchange members 10B and 10C as heat transfer members are both members that exchange heat with a fluid F. The fluid F may be a gas, a liquid, or another fluid, such as a multiphase flow. A plurality of surface layers 20 are provided on the surface 10a located at the end of the heat exchange members 10B and 10C in the Z direction. The surface layers 20 each have a configuration similar to that of the first embodiment or the second embodiment. That is, the surface layer 20 may be provided on the surface 10a with a relatively low protruding height from the surface 10a as in the first embodiment, or may be provided in a state where it protrudes from the surface 10a in the Z direction as in the second embodiment. When the fluid F passes through the surface layer 20, it becomes a turbulent flow, and is effectively heat exchanged. In the flat parts between the surface layers 20, it becomes a laminar flow, which contributes to reducing the resistance of the flow path.

熱交換部材10Bにおいて、表層20は、流体Fの流れる方向に沿って延びている。この例において、表層20は、平面視において、流体Fの流れの向き(X方向)に沿って延びる長方形状あるいは長円形状の形状を有しているが、発熱量と流量に応じて好適に設計されうるため、これには限定されず、例えば、翼型形状のような他の形状を有してもよい。In the heat exchange member 10B, the surface layer 20 extends along the flow direction of the fluid F. In this example, the surface layer 20 has a rectangular or elliptical shape in a plan view extending along the flow direction (X direction) of the fluid F, but is not limited to this because it can be suitably designed according to the heat generation amount and flow rate, and may have other shapes such as, for example, an airfoil shape.

また、熱交換部材10Cにおいて、表層20は、例えば平面視で格子点状に離散的に配置されており、流体Fは、表層20の間を通過する。この例において、熱交換部材10Cの表層20は、平面視において、流体Fの流れの向き(X方向)およびその反対方向(X方向の反対方向)に突出した角部を有した菱形状の形状を有しているが、発熱量と流量に応じて好適に設計されうるため、これには限定されず、例えば、円形状のような他の形状を有してもよい。In addition, in the heat exchange member 10C, the surface layer 20 is arranged discretely, for example, in a lattice-point shape in a plan view, and the fluid F passes between the surface layers 20. In this example, the surface layer 20 of the heat exchange member 10C has a diamond shape with corners protruding in the flow direction of the fluid F (X direction) and in the opposite direction (opposite to the X direction) in a plan view, but is not limited to this and may have other shapes, such as a circle, since it can be suitably designed according to the heat generation amount and flow rate.

このように、伝熱部材としての熱交換部材10B,10Cにおいて、表層20が設けられることにより、表層20が無い場合に比べて、熱交換部材10B,10Cと流体Fとの間での熱交換における熱流束が増大する。その結果、例えば、水冷ヒートシンクのような、発熱体の温度を下げる用途に用いることができ、放熱フィンや放熱ピンを用いた場合と比較して、小型化や製造コストの面で効果が得られる。In this way, by providing the surface layer 20 in the heat exchange members 10B, 10C as heat transfer members, the heat flux in the heat exchange between the heat exchange members 10B, 10C and the fluid F is increased compared to when the surface layer 20 is not provided. As a result, the heat exchange members 10B, 10C can be used for applications such as water-cooled heat sinks to lower the temperature of heat generating bodies, and compared to the use of heat dissipation fins or heat dissipation pins, advantages can be obtained in terms of miniaturization and manufacturing costs.

[第5実施形態]
図14は、伝熱部材としての沸騰伝熱部材10Dを有した沸騰冷却装置30の断面図である。
[Fifth embodiment]
FIG. 14 is a cross-sectional view of a boiling cooling device 30 having a boiling heat transfer member 10D as a heat transfer member.

図14において、沸騰冷却装置30は、受熱部32と放熱部33とを有したチャンバ31を備えている。チャンバ31は、中空状の形状を有し、チャンバ31内には、液相状態の冷媒34が収容されている。受熱部32は、放熱部33の鉛直下方に位置され、受熱部32と放熱部33とは中間開口35を介して連通している。冷媒34は、略真空状態のチャンバ31内に封入されている。また、放熱部33内には、冷却流体配管36が設けられている。 In FIG. 14, the boiling cooling device 30 comprises a chamber 31 having a heat receiving section 32 and a heat dissipating section 33. The chamber 31 has a hollow shape, and a refrigerant 34 in a liquid phase is contained within the chamber 31. The heat receiving section 32 is positioned vertically below the heat dissipating section 33, and the heat receiving section 32 and the heat dissipating section 33 are in communication with each other via an intermediate opening 35. The refrigerant 34 is sealed within the chamber 31, which is in a substantially vacuum state. In addition, a cooling fluid piping 36 is provided within the heat dissipating section 33.

受熱部32の底部には、開口32aが設けられており、当該開口32aは、伝熱部材としての沸騰伝熱部材10Dによって、気密および液密状態で塞がれている。沸騰伝熱部材10Dは、ヒートスプレッダ37を介して発熱体Hと熱的に接続されている。An opening 32a is provided at the bottom of the heat receiving portion 32, and the opening 32a is sealed in an airtight and liquidtight state by a boiling heat transfer member 10D as a heat transfer member. The boiling heat transfer member 10D is thermally connected to the heating element H via a heat spreader 37.

沸騰伝熱部材10Dの面10aには、第1実施形態と同様の表層20が設けられている。表層20は、チャンバ31内に露出されており、冷媒34と接触している。The surface 10a of the boiling heat transfer member 10D is provided with a surface layer 20 similar to that of the first embodiment. The surface layer 20 is exposed in the chamber 31 and is in contact with the refrigerant 34.

上述した沸騰冷却装置30において、発熱体Hからの熱が、ヒートスプレッダ37および沸騰伝熱部材10Dの表層20を介して冷媒34に伝達される。冷媒34は、沸騰伝熱部材10Dの表層20に触れている部分において、沸騰して気泡となり、液相の冷媒34中に放出される。気泡は、液相の冷媒34中を上昇して放熱部33に至り、放熱部33において冷却流体配管36内を流れる冷却流体に放熱して再液化し、受熱部32に戻る。このような動作を繰り返すことによって、発熱体Hからの熱が、冷媒34を介して放熱部33に輸送され、放熱部33から放熱される。本実施形態によれば、表層20により、沸騰伝熱部材10Dから冷媒34への伝熱における熱流束が増大し、ひいては、沸騰冷却装置30の効率が向上する。In the above-mentioned boiling cooling device 30, heat from the heat generating body H is transferred to the refrigerant 34 through the heat spreader 37 and the surface layer 20 of the boiling heat transfer member 10D. The refrigerant 34 boils and becomes bubbles at the part in contact with the surface layer 20 of the boiling heat transfer member 10D, and is released into the liquid phase refrigerant 34. The bubbles rise in the liquid phase refrigerant 34 to the heat dissipation section 33, where they dissipate heat to the cooling fluid flowing in the cooling fluid piping 36, re-liquefy, and return to the heat receiving section 32. By repeating such an operation, the heat from the heat generating body H is transported to the heat dissipation section 33 through the refrigerant 34, and is dissipated from the heat dissipation section 33. According to this embodiment, the surface layer 20 increases the heat flux in the heat transfer from the boiling heat transfer member 10D to the refrigerant 34, thereby improving the efficiency of the boiling cooling device 30.

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック(構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等)は、適宜に変更して実施することができる。 Although the above describes an embodiment of the present invention, the above embodiment is merely an example and is not intended to limit the scope of the invention. The above embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, combinations, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Furthermore, the specifications of each configuration, shape, etc. (structure, type, direction, model, size, length, width, thickness, height, number, arrangement, position, material, etc.) can be modified as appropriate.

本発明は、伝熱部材および伝熱部材の製造方法に適用することができる。 The present invention can be applied to heat transfer members and methods for manufacturing heat transfer members.

10…伝熱部材
10A…バスバー(伝熱部材)
10B…熱交換部材(伝熱部材)
10C…熱交換部材(伝熱部材)
10D…沸騰伝熱部材(伝熱部材)
10a…面(表面)
10b…端部
10c…貫通穴
10d…面
10e…突出部
20…表層
20b…閉孔
20h…閉孔
20p…突起
20t…先端
30…沸騰冷却装置
31…チャンバ
32…受熱部
32a…開口
33…放熱部
34…冷媒
35…中間開口
36…冷却流体配管
37…ヒートスプレッダ
100…加工システム
110…レーザ装置
120…光学ヘッド
121…コリメートレンズ
122…集光レンズ
130…光ファイバ
140…保持部材
200…ケース
L…レーザ光
L1…第一層(突起層)
L2…第二層(閉孔層)
Lx,Lz…長さ
P…計測対象部位
ps1…間隔
ps2…間隔
S1…工程
S2…工程
s1…第一掃引
s2…第二掃引
R…加工室
W…加工対象
X…方向(延び方向、掃引方向、第一方向、第四方向)
Y…方向(延び方向、掃引方向、第二方向、第三方向)
Z…方向(厚さ方向、高さ方向)
10...Heat transfer member 10A...Bus bar (heat transfer member)
10B...Heat exchange member (heat transfer member)
10C...Heat exchange member (heat transfer member)
10D...Boiling heat transfer member (heat transfer member)
10a... surface (front surface)
10b...end 10c...through hole 10d...surface 10e...projection 20...surface layer 20b...closed hole 20h...closed hole 20p...projection 20t...tip 30...boiling cooling device 31...chamber 32...heat receiving portion 32a...opening 33...heat dissipation portion 34...refrigerant 35...intermediate opening 36...cooling fluid piping 37...heat spreader 100...processing system 110...laser device 120...optical head 121...collimating lens 122...condensing lens 130...optical fiber 140...holding member 200...case L...laser light L1...first layer (projection layer)
L2...Second layer (closed pore layer)
Lx, Lz...Length P...Measurement target portion ps1...Spacing ps2...Spacing S1...Step S2...Step s1...First sweep s2...Second sweep R...Machining chamber W...Machining target X...Direction (extension direction, sweep direction, first direction, fourth direction)
Y...direction (extension direction, sweep direction, second direction, third direction)
Z...direction (thickness direction, height direction)

Claims (16)

第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がるポーラス構造を有した表層を備え、導電性の金属材料で作られたバスバーである伝熱部材。 A heat transfer member which is a busbar made of a conductive metal material and has a surface layer having a porous structure at an end in a first direction and extending across a predetermined section in the first direction, the surface layer having a porous structure crossing the first direction. 第一方向の端部で当該第一方向の所定区間に渡って当該第一方向と交差して広がる不規則な凹凸構造を有した表層と、
前記表層に対して前記端部とは反対側に位置した中実層と、
を備え、
前記表層および前記中実層は金属材料で作られた一つの部材の一部である伝熱部材。
a surface layer having an irregular uneven structure extending across a predetermined section in the first direction at an end portion in the first direction, the irregular uneven structure intersecting the first direction ;
a solid layer located on the opposite side of the end portion with respect to the surface layer;
Equipped with
A heat transfer member in which the surface layer and the solid layer are part of a single member made of a metallic material.
前記表層は、閉孔よりも突起が多く存在する突起層と、当該突起層に対して前記第一方向の反対側に隣接し前記突起よりも前記閉孔が多く存在する閉孔層と、を有した、請求項1または2に記載の伝熱部材。 The heat transfer member according to claim 1 or 2, wherein the surface layer has a protrusion layer having more protrusions than closed pores, and a closed pore layer adjacent to the protrusion layer on the opposite side of the first direction and having more closed pores than the protrusions. 前記表層の空隙率は、50%以上90%以下である、請求項1~3のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。 The heat transfer member according to any one of claims 1 to 3, wherein the porosity of the surface layer is 50% or more and 90% or less. 前記表層の高さ方向の中央位置よりも外側の空隙率は、50%以上80%以下である、請求項1~のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。 The heat transfer member according to claim 1 , wherein the porosity of the surface layer on the outer side of a center position in a height direction is 50% or more and 80% or less. 前記伝熱部材の表面より高さ方向外側における前記表層の空隙率は、50%以上90%以下である、請求項1~のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。 The heat transfer member according to claim 1 , wherein the porosity of the surface layer on the outer side in the height direction from the surface of the heat transfer member is 50% or more and 90% or less. 前記表層の高さ方向での投影における単位面積あたりの前記表層の表面積増加率は、110%以上300%以下である、請求項1~のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。 7. The heat transfer member according to claim 1 , wherein a surface area increase rate of the surface layer per unit area when projected in a height direction of the surface layer is 110% or more and 300% or less. 前記表層を有し前記第一方向に突出した凸部を備えた、請求項1~のうちいずれか一つに記載の伝熱部材。 The heat transfer member according to claim 1 , further comprising a protrusion having the surface layer and protruding in the first direction. 前記伝熱部材は、導電性の金属材料によって作られたバスバーである、請求項に記載の伝熱部材。 The heat transfer member according to claim 2 , wherein the heat transfer member is a bus bar made of a conductive metal material. 前記伝熱部材は、流体と熱交換する熱交換部材である、請求項に記載の伝熱部材。 The heat transfer member according to claim 2 , wherein the heat transfer member is a heat exchange member that exchanges heat with a fluid. 前記伝熱部材は、沸騰伝熱部材であり、
発熱体から前記表層を介して冷媒へ熱伝達される、請求項に記載の伝熱部材。
The heat transfer member is a boiling heat transfer member,
The heat transfer member according to claim 2 , wherein heat is transferred from a heating element to a refrigerant through said surface layer.
請求項1~11のうちいずれか一つに記載の伝熱部材の製造方法であって、
金属材料で作られ表面を有した伝熱部材を準備する第一工程と、
前記表面にレーザ光を照射することにより前記表面から吹き飛ばされた粒子を再付着させることにより、前記表層を形成する第二工程と、
を備えた、伝熱部材の製造方法。
A method for producing a heat transfer member according to any one of claims 1 to 11,
A first step of preparing a heat transfer member made of a metal material and having a surface;
a second step of forming the surface layer by irradiating the surface with a laser beam to reattach particles blown off the surface;
The method for manufacturing a heat transfer member comprising the steps of:
前記第二工程において、前記レーザ光を出射する出射部と前記伝熱部材とを相対的に移動させることにより前記レーザ光を前記表面上で相対的に掃引する、請求項12に記載の伝熱部材の製造方法。 The method for manufacturing a heat transfer member according to claim 12 , wherein in the second step, an emission unit that emits the laser light and the heat transfer member are moved relatively to sweep the laser light over the surface. 金属材料で作られ表面を有した伝熱部材を準備する第一工程と、
前記表面にレーザ光を照射することにより前記表面から吹き飛ばされた粒子を再付着させることにより、ポーラス構造または不規則な凹凸構造を有した表層を形成する第二工程と、
を備え、
前記第二工程において、
前記レーザ光を出射する出射部と前記伝熱部材とを相対的に移動させることにより前記レーザ光を前記表面上で相対的に掃引するとともに、
前記レーザ光の前記表面に沿った第一方向または当該第一方向の反対方向への第一掃引が、当該第一方向と交差した第二方向に並ぶように、当該第二方向または当該第二方向の反対方向に第一間隔でずれながら複数回行われ、
前記第一間隔が、前記レーザ光のビーム径以下である、伝熱部材の製造方法。
A first step of preparing a heat transfer member made of a metal material and having a surface;
a second step of forming a surface layer having a porous structure or an irregularly uneven structure by redepositing the particles blown off from the surface by irradiating the surface with a laser beam;
Equipped with
In the second step,
a laser beam emitting unit that emits the laser beam and the heat transfer member are moved relative to each other to relatively sweep the laser beam on the surface;
a first sweep of the laser light along the surface in a first direction or a direction opposite to the first direction is performed a plurality of times while being shifted by a first interval in the second direction or a direction opposite to the second direction so as to be aligned in a second direction intersecting the first direction;
The method for manufacturing a heat transfer member, wherein the first interval is equal to or smaller than a beam diameter of the laser light.
前記第二工程において、前記第一掃引が前記第二方向に並ぶように複数回行われた後、前記レーザ光の前記表面に沿った前記第一方向と交差した第三方向または当該第三方向の反対方向への第二掃引が、当該第三方向と交差した第四方向に並ぶように複数回行われ、前記第二掃引の前記第四方向における第二間隔が、前記レーザ光のビーム径以下である、請求項14に記載の伝熱部材の製造方法。 15. The method for manufacturing a heat transfer member according to claim 14, wherein in the second step, after the first sweep is performed multiple times so as to be aligned in the second direction, a second sweep in a third direction intersecting the first direction along the surface of the laser light or in a direction opposite to the third direction is performed multiple times so as to be aligned in a fourth direction intersecting the third direction, and a second interval of the second sweep in the fourth direction is equal to or less than a beam diameter of the laser light. 前記第二工程において、前記第一掃引が前記第二方向に並ぶように複数回行われた後、前記第一掃引に対して前記第二方向に前記第一間隔未満ずれた位置における前記レーザ光の前記表面に沿った前記第一方向への第二掃引が、前記第二方向に並ぶように複数回行われる、請求項14に記載の伝熱部材の製造方法。 15. The method for manufacturing a heat transfer member according to claim 14, wherein in the second step, after the first sweep is performed multiple times so as to be aligned in the second direction, a second sweep in the first direction along the surface of the laser light at a position shifted in the second direction from the first sweep by less than the first interval is performed multiple times so as to be aligned in the second direction.
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