JP2010137282A - 冷却部材、その製造方法、及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒導入管の表面にパンチの出隅が過度に押付けられるのを予防し、冷媒導入管の信頼性と物理的強度を損なうことのない冷却部材、その製造方法、及び製造装置を提供する。更に、伝熱部材から突出する冷媒導入管の寸法とその向きを高い精度で仕上げられる冷却部材、その製造方法、及び製造装置を提供する。
【解決手段】冷却部材の製造装置１は、２つの曲面状の出隅３の間を押圧面５としたパンチ７と、伝熱部材９をその溝部１１が押圧面５に対向する姿勢で支持する支持体１３とを備える。パンチ７は、プレス機械のラムに型工具として取付けられる。支持体１３は、伝熱部材９をプレス機械のベッドに位置決めする治具であり、ボルト等で伝熱部材９を固定できる。
【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、その製造方法、及び製造装置に関する。

図８は、伝熱部材１０１の溝部１０３に冷媒導入管１０５を圧入して成る冷却部材１０７と、２つの出隅１０９の間に押圧面１１１を設けたパンチ１１３とを表している。伝熱部材１０１はアルミニウム板である。溝部１０３は、その長手方向の限界を伝熱部材１０１の両側の縁部１１５と一致させている。冷媒導入管１０５は銅製のパイプである。冷却部材１０７は、次の手順で組立てられる。

図９（ａ）に示すように、パンチ１１３の出隅１０９を伝熱部材１０１の縁部１１５の真上に位置決めし、溝部１０３に冷媒導入管１０５を挿入する。この時点で、同図（ｂ）に示すように、溝部１０３の内面と冷媒導入管１０５との間には隙間がある。続いて、パンチ１１３を溝部１０３に向けて前進（下降）させ、パンチ１１３の押圧面１１１を冷媒導入管１０５に押付ける。これにより、冷媒導入管１０５は、同図（ｃ），（ｄ）に示すように塑性変形し、溝部１０３の内面に冷媒導入管１０５が密接したところで、伝熱部材１０１と冷媒導入管１０５との接合が完了する。

しかしながら、冷媒導入管１０５がパンチ１１３によって押されるときに、冷媒導入管１０５の表面に出隅１０９の痕１１７が残り、冷媒導入管１０５の信頼性が損なわれる。伝熱部材１０１と冷媒導入管１０５とが接合された後、冷媒導入管１０５に曲げ方向の外力が加わると、その応力が冷媒導入管１０５と縁部１１５との界付近に集中するので、冷媒導入管１０５の物理的強度が損なわれる。そこで、縁部１１５の近傍で溝部１０３の内面と冷媒導入管１０５との間に隙間が空くように、溝部１０３の口縁にＲ加工を施せば、上記応力の集中を予防できるが、そのための加工費用が余分に必要となる。

また、冷媒導入管１０５がパンチ１１３に押されるときの反力は、冷媒導入管１０５を出隅１０９の反対側へ向けて湾曲させる。このため、伝熱部材１０１の縁部１１５から突出する冷媒導入管１０５の寸法、又はその向きに狂いが生じる。図９（ｃ）のθは、上記の反力で冷媒導入管１０５が曲折した角度を示している。

また、冷却部材１０７が組立てられた後、冷媒導入管１０５をコーティング材で保護する場合、伝熱部材１０１の表面１１９と冷媒導入管１０５とにコーティング材を塗布し、更に縁部１１５から突出する冷媒導入管１０５と縁部１１５との界にコーティング材を塗布する。後者の作業は、コーティング材が冷媒導入管１０５の全周で途切れないよう注意しなければならないので煩雑である。この他、金属パイプ等を溝部に嵌める技術が特許文献１〜３に開示されている。

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、冷媒導入管の表面にパンチの出隅が過度に押付けられるのを予防し、冷媒導入管の信頼性と物理的強度を損なうことのない冷却部材、その製造方法、及び製造装置を提供することを目的とする。更に本発明の目的とするところは、伝熱部材から突出する冷媒導入管の寸法とその向きを高い精度で仕上げられる冷却部材、その製造方法、及び製造装置を提供する。

本発明は上記目的を達成するため、縁部を有する伝熱部材に、前記縁部を長手方向の限界とする溝部を形成し、前記溝部に冷媒導入管を圧入する冷却部材の製造方法であって、曲面状に成形された端部の出隅とこれに隣接する押圧面とを有するパンチを準備し、前記パンチの押圧面を前記溝部に対向させ、前記パンチの出隅を前記伝熱部材の縁部よりも長手方向の内方に位置決めし、前記パンチを前記溝部に前進させることにより、前記押圧面で前記冷媒導入管を前記溝部に押付けることを特徴とする。

また、本発明は、縁部を有する伝熱部材に、前記縁部を長手方向の限界とする溝部が形成され、前記溝部に冷媒導入管がプレスで圧入された冷却部材であって、前記冷媒導入管をプレスで押し付けることにより収縮させた被プレス領域が、前記伝熱部材の縁部よりも長手方向の内方に位置し、前記伝熱部材の縁部から前記被プレス領域へ向かうに従い前記冷媒導入管がプレスに押し付けられた向きに漸次に収縮した形状の曲面部を、前記冷媒導入管に形成したことを特徴とする。

また、本発明は、縁部を有する伝熱部材に形成され前記縁部を長手方向の限界とする溝部に、冷媒導入管を圧入する冷却部材の製造装置であって、曲面状に成形された端部の出隅とこれに隣接する押圧面とを有するパンチと、前記伝熱部材をその溝部が前記押圧面に対向する姿勢で支持する支持体とを備え、前記パンチがその押圧面で前記冷媒導入管を前記溝部に押付ける過程で、前記出隅が前記縁部よりも長手方向の内方で前記冷媒導入管に接触することを特徴とする。

また、本発明は、前記パンチに、前記伝熱部材の縁部よりも長手方向の外方へ延出するバックアップ部を設け、前記パンチの出隅が前記冷媒導入管に接触するとき、前記バックアップ部が前記冷媒導入管に突き当た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、パンチを伝熱部材の溝部に前進させる過程で、パンチの押圧面の全域が略同時に冷媒導入管に接触するが、パンチの端部の出隅は、曲面状に成形されているので、冷媒導入管が押圧面に押されて塑性変形するに従って冷媒導入管の表面に漸次に接触する。これにより、パンチの出隅が冷媒導入管を押す力を分散できるので、冷媒導入管の表面を滑らに保ち、冷媒導入管の信頼性、及び物理的強度を確保することができる。

しかも、パンチは、その出隅を伝熱部材の縁部よりも長手方向の内方に位置決めされるので、冷媒導入管の塑性変形する反力は、伝熱部材によって全て受止められる。このため、本発明に係る冷却部材の製造方法によれば、伝熱部材の縁部から突出する冷媒導入管に不用な曲げ力が加わらないので、伝熱部材の縁部から突出する冷媒導入管の寸法、及びその向きの正確な冷却部材を組立てることができる。

本発明に係る冷却部材の製造装置は、パンチの両端部からバックアップ部を延出しているので、パンチがその押圧面で冷媒導入管を溝部に押付ける過程で、バックアップ部が冷媒導入管に突き当たる。これにより、冷媒導入管のプレスによる塑性変形の反力で、冷媒導入管が上向きの反るのを規制し、伝熱部材の縁部から突出する冷媒導入管の寸法、及びその向きの正確な冷却部材を組立てることができる。

本発明に係る冷却部材は、冷媒導入管がプレスに押し付けられた向きに収縮することにより冷媒導入管に被プレス領域が形成されている。この被プレス領域は、伝熱部材の縁部よりも長手方向の内方に位置する。更に冷媒導入管には、伝熱部材の縁部から被プレス領域へ向かうに従いプレスに押し付けられた向きに漸次に収縮した形状の曲面部が形成されている。このため、冷媒導入管に曲げ方向の外力が加わっても、その応力を曲面部に分散できるので、冷媒導入管の物理的強度を確保することができる。

また、本発明に係る冷却部材の製造方法で組立てられた冷却部材は、伝熱部材の縁部の近傍において、伝熱部材の溝部の内面と冷媒導入管との間に隙間が残る。このため、冷媒導入管に曲げ方向の外力が加わっても、その応力が媒導入管と縁部との界付近に集中するのを避け、しかも従来のように個々の伝熱部材にＲ加工する手間と費用を削減することができる。

例えば、コーティング材を冷媒導入管に塗布する作業は、コーティング材が上記の隙間に引込まれる毛細管現象を利用して、コーティング材を冷媒導入管の全周に導くことにより容易に行うことができる。しかも、この作業は冷却部材の表面側から行えるので、コーティング材を冷却部材の所望の箇所に手際よく塗布することができる。以上に述べた方法は、本発明に係る冷却部材の製造装置によっても実施することができる。

本発明に係る冷却部材、及びその製造装置の要部を示す斜視図。 （ａ）は本発明に係る冷却部材の製造装置に適用したパンチと伝熱部材の寸法を説明する側面図、（ｂ）はそのパンチにより変形される冷媒導入管の寸法を説明する側面図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る冷却部材の製造装置を用いて実施される製造方法の手順を説明する側面図、（ｄ）はそれをＡ−Ａ線で破断した幅方向の断面図。 （ａ）は本発明に係る冷却部材の製造装置の動作の過程を示す側面図、（ｂ）はその第１の変形例の動作の過程を示す側面図。 （ａ）は本発明に係る冷却部材の製造装置の第２の変形例の動作の過程を示す幅方向の断面図、（ｂ）はそれにより製造された冷却部材の断面図。 （ａ）は本発明に係る冷却部材の製造装置の第３の変形例の動作の過程を示す幅方向の断面図、（ｂ）はそれにより製造された冷却部材の断面図。 本発明に係る冷却部材の変形例を示す側面図。 従来例の冷却部材の製造方法の手順を説明する斜視図。 （ａ），（ｃ）は、従来例の冷却部材の製造方法の手順を説明する側面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ線断面図。

本発明に係る冷却部材、その製造装置、及び製造方法について以下に説明する。既に従来の技術として述べた要素には引続き同じ呼称を用いるものとする。図１に示すように、冷却部材の製造装置１は、両端部の出隅３が曲面状に成形され胴部の下面を押圧面５としたパンチ７と、伝熱部材９をその溝部１１が押圧面５に対向する姿勢で支持する支持体１３とを備える。

パンチ７は、２つの出隅３を押圧面５にそれぞれ隣接させた直方体である。出隅３の「曲面状」とは、その表面が球面状であるばかりでなく、非球面状であることも意味する。また、パンチ７は、プレス機械のラムに型工具として取付けられるものである。プレス機械は自明の技術であるので、その図示は省略している。支持体１３は、伝熱部材９をプレス機械のベッドに位置決めする治具であり、ボルト等を用いて伝熱部材９を固定することができる。

図２（ａ）は、伝熱部材９からパンチ７が後退（上昇）した状態を表し、同図（ｂ）は、パンチ７が伝熱部材９へ向けて前進した状態を表している。このように伝熱部材９に対向するパンチ７の２つの出隅３は、伝熱部材９の両側の縁部１５よりも長手方向の内方にそれぞれ位置決めされている。寸法ｄは出隅３と押圧面５との境界から縁部１５までの距離を示している。押圧面５の長手方向の寸法に相当するプレス幅ｘは、伝熱部材９の全幅Ｌよりも短く設定されている。全幅Ｌは、伝熱部材９の両側の縁部１５が互いに隔たる距離である。

冷却部材の製造方法について以下に説明する。図３（ａ）に示すように、パンチ７を伝熱部材９から後退させ、溝部１１に冷媒導入管１７を挿入した後、パンチ７を前進させる。この過程で、同図（ｂ）に示すように、先ずパンチ７の押圧面５の全域が冷媒導入管１７に接触する。パンチ７が更に前進することにより、冷媒導入管１７が押圧面５に押され扁平な形状に塑性変形するに従って、出隅３が冷媒導入管１７の表面に漸次に接触する。このとき出隅３が冷媒導入管１７を押す力は、出隅３よりも長手方向の外方へ分散するので、冷媒導入管１７の表面が出隅３に過度に押されて傷つくことはない。このように、冷媒導入管１７の表面を滑らかに保つことで、冷媒導入管１７の信頼性、及び物理的強度を確保することができる。

図２（ｂ）に示すように、冷媒導入管１７の変形量ｐが所望の大きさに達したところで、パンチ７の前進する動作を停止させ、再びパンチ７を同図（ａ）に示す位置まで後退させる。ここまでの工程で、溝部１１の内面に冷媒導入管１７が密接し、図３（ｃ）に示すように、冷媒導入管１７に、パンチ７の出隅３と略同じ曲率半径Ｒの曲面が形成される。また、上記の冷媒導入管１７の塑性変形する反力は、パンチ７の出隅３と伝熱部材９の縁部１５との間で全て受止められるので、縁部１５から突出する冷媒導入管１７に不要な曲げ力が加わることがない。このため、縁部１５から突出する冷媒導入管１７の寸法、及びその向きの正確な冷却部材１９を組立てることができる。

冷却部材１９は、冷媒導入管１７がプレス機械のパンチ７に押し付けられた方向に収縮することにより、冷媒導入管１７に被プレス領域２３が形成されている。更に冷媒導入管１７には、伝熱部材９の縁部１５から被プレス領域２３に向かうに従いプレスに押し付けられた向きに漸次に収縮した形状の曲面部２５が形成されている。ここで、漸次に圧縮とは、冷媒導入管１７がパンチ７の出隅３に倣って曲率半径Ｒの曲面状に概ね塑性変形していることを意味する。

曲率半径Ｒは、冷媒導入管１７が変形した部位に応力の集中するのを避けるという観点から、冷媒導入管１７の肉厚ｔよりも大きくすることが好ましい。また、曲率半径Ｒが冷媒導入管１７の直径Φ以上に大きくなると、パンチ７の出隅３と伝熱部材９の縁部１５の間で、冷媒導入管１７の変形量が不足し、溝部１１の内面と冷媒導入管１７との接触力が弱くなるので、両者間の伝熱性能が損なわれる。このため、出隅３の曲率半径Ｒはｔ＜Ｒ＜Φとなるよう設定するのが好ましい。

また、寸法ｄを小さく設定する程、パンチ７の出隅３が伝熱部材９の縁部１５に接近し、上記の塑性変形の反力に基づく曲げ力が冷媒導入管１７に加わる傾向が強くなるので、寸法ｄを冷媒導入管１７の変形量ｐよりも大きくすることが好ましい。寸法ｄを冷媒導入管１７の直径Φの２倍以上に大きくすると、押圧面５のプレス幅ｘが制限されるので、溝部１１の内面と冷媒導入管１７との間の伝熱性能が損なわれる。このため、寸法ｄはｐ＜ｄ＜２Φとなるよう設定するのが好ましい。

上記のｐ＜ｄ＜２Φの条件が満たされると、図３（ｄ）が示すように、冷却部材１９を組立てた段階で、縁部１５の近傍の溝部１１の内面と冷媒導入管１７との間に円弧状の隙間２１が残る。このため、冷媒導入管１７に曲げ方向の外力が加わっても、その応力が媒導入管１７と縁部１５との界付近に集中するのを避けられるので、冷媒導入管１７の物理的強度を確保でき、しかも従来のように個々の伝熱部材にＲ加工する手間と費用を削減することができる。

図３（ｃ）に示す冷媒導入管１７にコーティング材を塗布する作業を行う場合、符号２３で指した冷媒導入管１７と縁部１５との界に、コーティング材を軽く触れさせるだけで、コーティング材は隙間２１に沿って冷媒導入管１７の全周に導かれる（毛細管現象）。しかも、この作業は冷却部材１９の表面側から容易に行えるので、コーティング材を冷却部材１９の所望の箇所に手際よく塗布することができる。

尚、プレス機械のベッドに伝熱部材９を直に位置決めし、このベッドが支持体１３の役割を果たすようにしても良い。例えば、１つのパンチ７が２つの出隅３を有することは必須ではなく、１つの出隅を有する１又は複数のパンチをプレス機械のラムに取付けても良い。伝熱部材９の形態は、矩形板に限られることはなく、円盤状であっても良い。

図４（ａ）に示すように、冷媒導入管１７の材質、又はパンチ７の前進する速度によっては、冷媒導入管１７のプレスによる塑性変形の反力で、冷媒導入管１７に上向きの反りが生じることがある。そこで、同図（ｂ）に示すように、パンチ７にその両端部から冷媒導入管１７に沿う向きに延出するバックアップ部２７を設け、冷媒導入管１７にバックアップ部２７を上方から突き当てる。これにより、冷媒導入管１７の反りを規制し、縁部１５から突出する冷媒導入管１７の寸法、及びその向きの正確な冷却部材１９を組立てることができる。

また、パンチ７の押圧面５が平らな形状であることを前提に以上の説明を行ったが、図５（ａ）に示すように、押圧面５を、溝部１１に対して突出した凸形としても良い。この場合、溝部１１に挿入された冷媒導入管１７に押圧面５が押し付けられると、冷媒導入管１７の被プレス領域２３の断面は、同図（ｂ）に示すような凹形になる。或いは、図６（ａ）に示すように、押圧面５を溝部１１に対して凹形としても良い。この場合、冷媒導入管１７に押圧面５が押し付けられると、被プレス領域２３の断面は、同図（ｂ）に示すような凸形になる。

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。例えば、図３（ｄ）に示した隙間２１が冷却部材に残ることは、既述の通りである。このような隙間に図７に示すシール部材２９を挿入し、伝熱部材９と冷媒導入管１７との間に水分、又は埃等が浸入するのを予防しても良い。

また、プレス機械のベッドに伝熱部材９を直に位置決めし、このベッドが支持体１３の役割を果たすようにしても良い。また、１つのパンチ７が２つの出隅３を有することは必須ではなく、１つの出隅を有する１又は複数のパンチをプレス機械のラムに取付けても良い。伝熱部材９の形態は、矩形板に限られることはなく、円盤状であっても良い。

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。

１…製造装置、３…出隅、５…押圧面、７…パンチ、９…伝熱部材、１１…溝部、１３…支持体、１５…縁部、１７…冷媒導入管、１９…冷却部材、２３…被プレス領域、２５…曲面部、２７…バックアップ部、２９…シール部材。

Claims (4)

1. 縁部を有する伝熱部材に、前記縁部を長手方向の限界とする溝部を形成し、前記溝部に冷媒導入管を圧入する冷却部材の製造方法であって、
   曲面状に成形された端部の出隅とこれに隣接する押圧面とを有するパンチを準備し、前記パンチの押圧面を前記溝部に対向させ、前記パンチの出隅を前記伝熱部材の縁部よりも長手方向の内方に位置決めし、前記パンチを前記溝部に前進させることにより、前記押圧面で前記冷媒導入管を前記溝部に押付けることを特徴とする冷却部材の製造方法。
2. 縁部を有する伝熱部材に、前記縁部を長手方向の限界とする溝部が形成され、前記溝部に冷媒導入管がプレスで圧入された冷却部材であって、
   前記冷媒導入管をプレスで押し付けることにより収縮させた被プレス領域が、前記伝熱部材の縁部よりも長手方向の内方に位置し、前記伝熱部材の縁部から前記被プレス領域へ向かうに従い前記冷媒導入管がプレスに押し付けられた向きに漸次に収縮した形状の曲面部を、前記冷媒導入管に形成したことを特徴とする冷却部材。
3. 縁部を有する伝熱部材に形成され前記縁部を長手方向の限界とする溝部に、冷媒導入管を圧入する冷却部材の製造装置であって、
   曲面状に成形された端部の出隅とこれに隣接する押圧面とを有するパンチと、前記伝熱部材をその溝部が前記押圧面に対向する姿勢で支持する支持体とを備え、前記パンチがその押圧面で前記冷媒導入管を前記溝部に押付ける過程で、前記出隅が前記縁部よりも長手方向の内方で前記冷媒導入管に接触することを特徴とする冷却部材の製造装置。
4. 前記パンチに、前記伝熱部材の縁部よりも長手方向の外方へ延出するバックアップ部を設け、前記パンチの出隅が前記冷媒導入管に接触するとき、前記バックアップ部が前記冷媒導入管に突き当たることを特徴とする請求項３に記載の冷却部材の製造装置。

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