JP2010117041A - 冷却部材、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱部材と冷媒導入管とを強固に接合された冷却部材、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】冷却部材１５は、伝熱部材７の溝部１に冷媒導入管１３を挿入し、押型１１で冷媒導入管１３を溝部１に押付けることにより、冷媒導入管１３を溝部１の内周面１７に密接するよう塑性変形させたものである。伝熱部材７の溝部１は、楕円形に沿った内周面１７の曲率中心Ｏを溝口３の内方に位置させている。また、冷却部材１５は、上記の楕円形の長径の向きを溝口３の幅方向に一致させている。このため、内周面１７の断面が従来の円弧に沿う形状である場合に比較して、オーバーハング量を増大できるので、伝熱部材７と冷媒導入管１３とを強固に接合できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝熱部材の溝部に冷媒導入管を圧入して成る冷却部材、及びその製造方法に関する。

伝熱部材の溝部にパイプ等を接合する技術が、下記の特許文献に開示されている。伝熱部材の溝部に冷媒導入管を圧入して成る冷却部材を製造する場合、図４（ａ）に示すように、伝熱部材１０１の表面１０３に溝口１０５を開放した溝部１０７に、冷媒導入管１０９を進入させる。続いて、押型１１１を用いて冷媒導入管１０９を溝部１０７に押付け、同図（ｂ）に示すように、冷媒導入管１０９を溝部１０７の内周面１１３に密接するよう塑性変形させる。これにより、溝口１０５の幅Ａよりも冷媒導入管１０９の幅を拡大させ、伝熱部材１０１と冷媒導入管１０９とを接合することができる。

溝口１０５の内周面１１３は、その幅方向の断面を概ね円弧に沿う形状としている。例えば、冷媒導入管１０９に捩れ方向の外力が加わることがある。この外力の大きさが伝熱部材１０１と内周面１１３との摩擦力を超えると、冷媒導入管１０９が伝熱部材１０１に対して回転するという不具合が起こる。押型１１１が冷媒導入管１０９を押付ける力を増すだけでは、上記の摩擦力を増大するのに限度がある。

また、上記のように塑性変形した冷媒導入管１０９が伝熱部材１０１の溝部１０７から離脱しないよう両者の接合を強化するには、溝口１０５の幅Ａと内周面１１３の全幅Ｂとの差を２で除したオーバーハング量を大きくすることが望ましい。しかしながら、冷媒導入管１０９が溝口１０５を通過して溝部１０７へ挿入できるようにするには、溝口１０５の幅Ａが冷媒導入管１０９の直径φよりも広くなければならない。このため、幅Ａと全幅Ｂとの差を大きくするのは難しく、オーバーハング量が制限されるので、伝熱部材１０１と冷媒導入管１０９との接合を強化できないという問題がある。
特開２００７−２１８４３９号公報 特開２００５−９０７９４号公報 特開平１０−７９５８６号公報

本発明は、伝熱部材と冷媒導入管とを強固に接合された冷却部材、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、伝熱部材の表面に溝口を開放した溝部に、冷媒導入管を圧入した冷却部材であって、前記溝部は、前記溝口の内方に中心を定め、かつ前記溝口の幅方向に長径の向きを一致させた長円形に沿う内周面を有し、前記冷媒導入管は、前記内周面に密接する周曲部と、前記溝口を塞ぐ面状部とを備えることを特徴とする。また、本発明は、前記長円形が楕円であることを特徴とする。

また、本発明は、溝口の内方に中心を定め、かつ前記溝口の幅方向に長径の向きを一致させた長円形に内周面の形状を沿わせた溝部を有する伝熱部材に対して、前記溝部に冷媒導入管を挿入し、前記冷媒導入管を前記溝部に押付ける押型で、前記冷媒導入管を前記内周面に密接するよう塑性変形させることを特徴とする。また、本発明は、前記長円形が楕円であることを特徴とする。

本発明に係る冷却部材の製造方法によれば、伝熱部材の溝部に冷媒導入管を挿入し、冷媒導入管を押型で溝部に押付けることにより、冷媒導入管を溝部の内周面に密接するよう塑性変形させることができる。また、溝部の内周面は、溝口の内方に中心を定めた長円形に沿う形状であるので、以上の方法によって製造された冷却部材は、溝部の内周面に密接した冷媒導入管に捩れ方向の外力が加わっても、伝熱部材と内周面との摩擦力に大きく依存することなく、冷媒導入管が伝熱部材に対して回転するのを阻止することができる。

しかも、本発明に係る冷却部材は、上記の長円形の長径の向きを溝口の幅方向に一致させているので、長円形の長径と溝口の幅との寸法差は、内周面の断面が従来の円弧に沿う形状である場合に比較して大きくなる。このため、冷却部材に溝部を成形する段階で、オーバーハング量を増大するのに有利であり、伝熱部材と冷媒導入管との接合を強化することができる。特に、上記の長円形が楕円である場合、オーバーハング量を後述の手順で定量的に決定できるという利点がある。

本発明に係る冷却部材、及びその製造方法の実施形態について説明する。図１（ａ）は、溝部１の溝口３を表面５に開放された伝熱部材７と、溝部１に対向する平坦な押圧面９を有する押型１１と、溝部１に挿入された冷媒導入管１３を示している。押型１１は図に表れていないプレス機械のラムに型工具として取付けられている。このプレス機械が押型１１を矢印Ｐ方向に動作させる過程で、冷媒導入管１３を同図（ｂ）に示すよう塑性変形させることにより、冷却部材１５を製造することができる。詳しくは以下に述べる。

図２に示すように、溝部１は、その内周面１７の曲率中心Ｏを溝口３の内方に位置させている。２つの角部１９，２１は、溝口３の幅方向に長径の向きを一致させた長円形に沿って湾曲する内周面１７と、溝口３の内側面２３とが隣接する箇所である。同図は、上記の長円形の例として楕円を表しているが、溝部１の内周面１７は、幾何学的中心軸の向きを溝口３の幅方向に一致させた放物線に沿う形状であっても良い。

内周面１７の周長は、角部１９から角部２１に及ぶ内周面１７の長さを意味するが、本実施例では、角部１９から表面５までの厚みＥと、角部２１から表面５までの厚みＥが加算されるものとする。従って、内周面１７の周長がＬのとき、Ａ＋Ｌ＋２Ｅ＜πＧとなり、溝口３の幅Ａに内周面１７の周長を加算した長さ（Ａ＋Ｌ）は、冷媒導入管１３の外周（πＧ）よりも短くなる。

表１はＡ〜Ｇの寸法を示している。以下で寸法の単位は総て［ｍｍ］であるとする。Ａ〜Ｇの寸法を算定する手順について、冷媒導入管１３の直径が９．５２で±０．０８の誤差を含む場合を例に説明する。先ず、溝口３の幅Ａが冷媒導入管１３の直径の最大値９．６０以上になるようにＡ＝９．７±０．１とする。溝口３の幅Ａの最大値Ａmax ＝９．８である。最大値Ａmax と楕円の長径である内周面１７の全幅Ｂの最小値Ｂmin との差を２で除したオーバーハング量が少なくとも０．４（Ａの約４％）となるように、式１に基づきＢmin ＝１０．６を算出する。伝熱部材７に溝部１が成形されるときの誤差を±０．１と見積もれば、Ｂの値を１０．７±０．１と定めることができる。

続いて、厚みＥ＝０．４４であると仮定し、２つの角部１９，２１の両方に接する楕円の短径を変化させたときの内周面１７の周長の計算値を求める。図３は、楕円の短径の半分に相当する半短径を横軸に表し、内周面１７の周長の計算値を縦軸に表したグラフである。冷媒導入管１３の外周（πＧ）の最小値は約２９．７であるので、この最小値よりも内周面１７の周長が短くなる条件は、楕円の半短径が同図の破線で仕切った値以下になることである。例えば、πＧ＜２９のときはＣ＜４となる。

冷却部材１５の製造方法は次の通りである。図面は特に断らない限り図１（ａ），（ｂ）を参照する。最初に、伝熱部材７の溝部１に挿入された冷媒導入管１３を押型１１で溝部１に押付けることにより、塑性変形する冷媒導入管１３を溝部１の内周面１７に密接させ、冷媒導入管１３に周曲部２５と面状部２７が成形される。周曲部２５は、溝部１の内周面１７に倣って冷媒導入管１３が楕円形に塑性変形した部位である。面状部２７は、押型１１の押圧面９に倣って冷媒導入管１３が略平坦な形状に塑性変形した部位である。

ここまでの工程で、面状部２７は溝部１の溝口３に没入しない。これは、溝口３の幅に内周面１７の周長を加算した長さが、冷媒導入管１３の外周よりも短い分、冷媒導入管１３の一部が伝熱部材７の表面５から突出するためである。また、溝部１の曲率中心Ｏは溝口３よりも伝熱部材７の内方に位置している。このため、上記のように冷媒導入管１３が溝部１の内周面１７に密接した時点で、冷媒導入管１３の幅が溝口３よりも広くなり、伝熱部材７と冷媒導入管１３との接合が完了する。

以上の方法によって製造された冷却部材１５は、溝部１の内周面１７に密接した冷媒導入管１３に捩れ方向の外力が加わっても、伝熱部材７と内周面１７との摩擦力に大きく依存することなく、冷媒導入管１３が伝熱部材７に対して回転するのを阻止することができる。

また、冷却部材１５は、上記の楕円形の長径の向きを溝口３の幅方向に一致させているので、楕円形の長径と溝口３の幅との寸法差は、内周面１７の断面が従来の円弧に沿う形状である場合に比較して大きくなる。このため、冷却部材１５に溝部１を成形する段階で、オーバーハング量を増大するのに有利であり、伝熱部材７と冷媒導入管１３との接合を強化することができる。しかも、上記の例で厚みＥを０．４４に設定したことにより、伝熱部材７の溝口３の物理的強度を高くすることができる。

また、冷却部材１５のリサイクルを行うには、周曲部２５と面状部２７が成形された冷媒導入管１３を伝熱部材７から離脱させ、両者を分別する必要がある。この場合、冷媒導入管１３の内部に、冷媒導入管１３が膨張する程度に高圧の圧搾空気を供給すれば、冷媒導入管１３の断面を円形に復帰させ、冷媒導入管１３を溝部１の溝口３から容易に抜き取ることができる。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。

本発明は、パワーモジュール等の発熱する電気部品を冷却するための冷却部材を製造するのに有益な技術である。

（ａ）は本発明の実施形態に係る冷却部材の製造方法の工程例を示す断面図、（ｂ）はその方法で製造された冷却部材の断面図。 本発明の実施形態に係る冷却部材の製造方法に適用した伝熱部材の溝部の寸法に冷媒導入管を対比させた説明図。 本発明の実施形態に係る冷却部材の製造方法に適用した伝熱部材の溝部の半短径を横軸に表し、その内周面の周長の計算値を縦軸に表したグラフ。 （ａ）は従来例の冷却部材を製造する工程を示す断面図、（ｂ）はその方法によって製造された冷却部材の例を示す断面図。

符号の説明

１…溝部、３…溝口、５…表面、７…伝熱部材、１１…押型、１３…冷媒導入管、１５…冷却部材、１７…内周面１７、２５…周曲部、２７…面状部。

Claims (4)

1. 伝熱部材の表面に溝口を開放した溝部に、冷媒導入管を圧入した冷却部材であって、前記溝部は、前記溝口の内方に中心を定め、かつ前記溝口の幅方向に長径の向きを一致させた長円形に沿う内周面を有し、前記冷媒導入管は、前記内周面に密接する周曲部と、前記溝口を塞ぐ面状部とを備えることを特徴とする冷却部材。
2. 前記長円形が楕円であることを特徴とする請求項１に記載の冷却部材。
3. 溝口の内方に中心を定め、かつ前記溝口の幅方向に長径の向きを一致させた長円形に内周面の形状を沿わせた溝部を有する伝熱部材に対して、前記溝部に冷媒導入管を挿入し、前記冷媒導入管を前記溝部に押付ける押型で、前記冷媒導入管を前記内周面に密接するよう塑性変形させることを特徴とする冷却部材の製造方法。
4. 前記長円形が楕円であることを特徴とする請求項３に記載の冷却部材の製造方法。

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