JP5972396B2

JP5972396B2 - 整流装置の製造方法

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Publication number: JP5972396B2
Application number: JP2014549662A
Authority: JP
Inventors: 横山　正; 正横山; 篤哉岩本; 清作今川; 俊之大西; 譲小林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: US10263531B2; US20190036460A1; EP2928058B1; US20150162846A1; JPWO2014083609A1; EP2928058A4; EP2928058A1; WO2014083609A1; CN104798295B; US10069432B2; CN104798295A

Description

この発明は、放熱ヒートシンクに圧入保持される整流素子を備える整流装置の製造方法に関するもので、特に、整流素子の放熱ヒートシンクへの圧入方法に係わり、車両等に搭載される車両用交流発電機に適用して好適なものである。

従来の整流装置、特に、車両に搭載中に振動を常に受ける整流装置においては、圧入装着後に整流素子が、放熱ヒートシンクから脱落しないようにするため、整流素子の円柱状ヒートシンクの外径を放熱ヒートシンクに形成される圧入孔の内径より大きくして、圧入代を設けている。この際、押圧面である整流素子の円柱状ヒートシンクの底外面に高荷重を加えることとなり、円柱状ヒートシンク底内面に備える半導体ペレットが変形する課題がある。

前記課題に対する対策として考えられる手法には、下記のようなものが挙げられる。
１．圧入孔の内径を圧入方向に（一方側から他方側に）漸減する構成とし、圧入孔の内周面に沿って、ダイオードの（円筒又は円柱状）ヒートシンクを斜めに（円錐状に）変形させ（特許文献１，図３）、先端面が平面である圧入棒で押圧面に均等に荷重をかけて圧入する。あるいは、圧入治具の先端面を球状凹面とし、押圧面の外周部と主に接触させ、整流素子の変形を抑制する。

２．ダイオード受け側圧入孔のテーパは０．２から２．５度、好ましくは０．３から２度とすることで最大許容圧入力を超えることなくダイオードを接合する（特許文献２，図２）。ダイオード外周ローレットは、ダイオード受け側圧入孔の小径側で、大きい深さでかなり変形する。圧入工程は、オフセット度合いと押力とを考慮することで制御する。

３．放熱フィンの圧入孔内周面をテーパ形状にして、圧入開始側の内径を反圧入開始側の内径より大きくする（特許文献３，図５）。又は、放熱フィンの圧入孔の内径は一定で、ローレットを施した整流素子の外周面の外径が、打ち込み開始側が反打ち込み側より小さい構成とする（特許文献３，図３）。これらにより圧入開始側のかじりなどによる接触面積減少による放熱性の低下や、素子の熱疲労寿命低下を防止している。特許文献３の図３では、前述と同時に、ローレット形状の大径凸部の径方向高さを、打ち込み開始側よりも反打ち込み側の方を低くさせ、打ち込み（開始）時に大径凸部が、より変形しつつ放熱フィンになじみよく打ち込まれるものである。

４．受け孔を、厚さ６mm程のアルミ板材に施す抜き型による構成とし、ダイオードを圧入する。ダイオードとアルミ板材との接触範囲が比較的小さい（特許文献４，図６）。打ち抜いた部材は通常であればリサイクルが可能である。

一方、特許文献５には、上側押え部と下側押え部とで被圧入部材及び圧入部材を挟持し、下側押え部を下から圧入部材と当接させて上昇させ、圧入部材を被圧入部材に圧入する工法が示される。被圧入部材の位置決め精度向上のために、上側押え部には、外周面がテーパ状にされたセンタリングピンを設け、そのセンタリングピンを被圧入部材の圧入孔と係合させる構成である。

特許第３６７５７６７号公報（図３）独国特許発明第DE 10 2006 019 315Ａ1号明細書（図２）特許第４６２６６６５号公報（図３，図５）米国特許第US 6,476,527B2号明細書（図６）特許第４１２２９０７号公報

従来の多数の例にある圧入孔は、その内周縁部を加工して所望の形状を得ている。それは、整流素子を、それに加わる振動に耐え得るよう保持する必要性と、その後の電気的接続のための位置精度の必要性とからである。加工では、切削除去分の材料が無駄であり、製造工程も増加する。例えば、圧入孔の内周縁部の加工工程として、（ａ）刃物で加工、（ｂ）切子の除去処理、（ｃ）加工液の処理（洗浄）、（ｄ）確認の４工程が考えられる。特に発電機１台あたり整流素子を正極側と負極側合わせて１２個用いる機種においては、多大な工数となってしまっていた。また、加工液については容易に廃棄ができず、処理に別にエネルギーが必要となり、近年のＣＯ_２削減などの地球環境保護に反するものとなっている。

前述の特許文献１ないし３に示される、圧入孔の圧入方向に所望のテーパを設ける場合でも、基本的には同じである。ヒートシンク成形後に、圧入孔内周縁部に切削加工を施し、安定したテーパ面を得て、整流素子の保持と位置精度を確保すると考えられる。特許文献３の図３に示される、整流素子のローレット側でテーパ形状を備える場合、通常製造メーカから入手する共通部品である整流素子（ダイオード）は、その製造手法からもテーパ形成は容易でなく、個別仕様・個別製法を指定することとなり、大量生産品である発電機の部品としては、汎用性に欠け、製造コストが低減できない問題が考えられる。

また、特許文献４に示される抜き型による孔構成では、孔断面が、例えば図６に示されるような中央部のみ凸形状などであり、どうしてもダレ等ができ、保持や接触に適しない範囲が必ず生じる。ダイオードのベースの一部分しか接触しないため放熱効率が低く、近年の高効率化、高出力化の流れに対応できないものとなっている。また、発電機冷却性を改善する多数枚のフィンなど、複雑な形状を抜き型で得ようとすると、それぞれを別体の型で打ち抜くしかなく、生産性が極端に劣るため、採用し難い。
この発明は、前述の問題点に鑑み、加工工程数とコストを低減する整流装置の製造方法を提供するものである。また、整流素子の半導体ペレットに過度な荷重をかけない、信頼性のある整流装置の製造方法を提供するものである。

この発明の整流装置の製造方法は、円柱状ヒートシンクを有し、交流電流を直流電流に変換する半導体ペレットを搭載した整流素子を、放熱ヒートシンクの圧入孔に、前記整流素子の軸と前記圧入孔の軸を合わせて圧入する整流装置の製造方法において、内周面が鋳造肌面である前記圧入孔を有する前記放熱ヒートシンクと、前記放熱ヒートシンクに荷重をかける圧入ヘッドと、貫通孔を有しその貫通孔で前記整流素子を保持し、対向する前記放熱ヒートシンクの圧入孔の軸に、前記整流素子の軸を合わせるように、前記整流素子をガイドする挿入ガイドと、突出部が一端部に形成された荷重受け治具とを備え、前記放熱ヒートシンクの圧入孔の軸に、前記挿入ガイドの整流素子の軸を合わせると共に、前記圧入ヘッドを前記放熱ヒートシンクに対向させて、前記放熱ヒートシンクを前記圧入ヘッドと前記挿入ガイドで挟み、前記挿入ガイドの貫通孔の前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクに前記荷重受け治具の突出部を対向させ、前記圧入ヘッドで前記放熱ヒートシンクの圧入孔の周囲を押圧し、前記荷重受け治具の突出部で前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクにかかる荷重を受け、前記整流素子を前記放熱ヒートシンクの圧入孔に圧入するものである。

また、この発明の整流装置の製造方法は、前記荷重受け治具が、その突出部の先端部に、中央部に凹部がある円環状受け面を有し、前記円環状受け面で前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクの外周縁部にかかる荷重を受けるものである。

また、この発明の整流装置の製造方法は、円柱状ヒートシンクを有し、一端部にリードを有し、交流電流を直流電流に変換する半導体ペレットを搭載した整流素子を、放熱ヒートシンクの圧入孔に、前記整流素子の軸と前記圧入孔の軸を合わせて圧入する整流装置の製造方法において、前記放熱ヒートシンクの前記圧入孔の内周面が鋳造肌面であり、前記放熱ヒートシンクは、前記圧入孔が形成された平板部から一体に延出した複数のフィンを有し、前記整流素子の円柱状ヒートシンクの外周部には、ナールを設け、前記ナールの山の谷からの高さは、前記放熱ヒートシンクの圧入孔孔径公差の１／２以上であり、前記ナールの谷部の最小外径は、前記放熱ヒートシンクの圧入孔の最小内径より小さく、前記ナールの山部の最大外径は前記放熱ヒートシンクの圧入孔の最大内径より大きいものである。

この発明に係る整流装置の製造方法は、内周面が鋳造肌面である前記圧入孔を有する前記放熱ヒートシンクを備え、前記圧入ヘッドを前記放熱ヒートシンクに対向させて、前記放熱ヒートシンクを前記圧入ヘッドと前記挿入ガイドで挟み、前記挿入ガイドの貫通孔の前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクに前記荷重受け治具の突出部を対向させ、前記圧入ヘッドで前記放熱ヒートシンクの圧入孔の周囲を押圧し、前記荷重受け治具の突出部で前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクにかかる荷重を受け、前記整流素子を前記放熱ヒートシンクの圧入孔に圧入するので、加工工程数とコストを低減することができる。

また、この発明に係る整流装置の製造方法は、前記荷重受け治具が、その突出部の先端部に、中央部に凹部がある円環状受け面を有し、前記円環状受け面で前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクの外周縁部にかかる荷重を受けるので、前記整流素子の半導体ペレットに過度な荷重をかけない、信頼性のある整流装置の製造方法を得ることができる。

また、この発明に係る整流装置の製造方法は、前記放熱ヒートシンクの前記圧入孔の内周面が鋳造肌面であり、前記放熱ヒートシンクは、前記圧入孔が形成された平板部から一体に延出した複数のフィンを有し、前記整流素子の円柱状ヒートシンクの外周部には、ナールを設け、前記ナールの山の谷からの高さは、前記放熱ヒートシンクの圧入孔孔径公差の１／２以上であり、前記ナールの谷部の最小外径は、前記放熱ヒートシンクの圧入孔の最小内径より小さく、前記ナールの山部の最大外径は前記放熱ヒートシンクの圧入孔の最大内径より大きくしているので、前記円柱状ヒートシンクを鋳造肌面で構成される圧入孔に前記整流素子を安定的に保持でき、接触面積も安定して得られる信頼性の高い整流装置が得られると共に、前記整流装置の製造方法は加工工程数とコストが低減されるものである。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１による整流装置を適用した車両用交流発電機を示す断面図である。図１の車両用交流発電機における整流装置の装着状態を示す背面図で、保護カバーを取り除いた状態を示す。図１の整流装置の分解斜視図で、フィンを省いて示す。図１の整流装置の整流素子周辺の要部分解斜視図である。実施の形態１に適用し得る整流素子の一例における断面図である。図４の要部分解斜視図における組立概略図である。実施の形態１における、整流素子の放熱ヒートシンクへの組立を示す工程断面図である。実施の形態１における、整流素子の円柱状ヒートシンクのナールと放熱ヒートシンクの圧入孔との関係を説明する概略図で、軸に直角な概略断面図である。実施の形態１における、整流素子の円柱状ヒートシンクのナールと放熱ヒートシンクの圧入孔との関係を説明する概略図で、軸に平行な断面図である。実施の形態１における、円柱状ヒートシンクのナール部の詳細を示す概略図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による整流装置を適用した車両用交流発電機を示す断面図、図２はこの車両用交流発電機における整流装置の装着状態を示す背面図で、保護カバーを取り除いた状態を示す。図３は図１の整流装置の分解斜視図で、フィンを省いて示す。

図１の車両用交流発電機１は、それぞれ略椀形状のアルミニウム製フロントブラケット２とリヤブラケット３とからなるケーシング４を備える。車両用交流発電機１は、そのケーシング４に一対の軸受５を介して回転自在に支持されたシャフト６と、そのケーシング４のフロント側に延出するシャフト６の端部に固着されたプーリ７と、シャフト６に固定されてケーシング４内に配設された回転子８と、この回転子８の軸方向の両端面に固定されたファン１１と、回転子８を囲むようケーシング４に固定された固定子１２と、ケーシング４のリヤ側に延出するシャフト６の延出部に固定され、回転子８に電流を供給する一対のスリップリング１５と、各スリップリング１５の表面に摺動する一対のブラシ１６と、これらのブラシ１６を収容するブラシホルダ１７とを備える。

さらに、車両用交流発電機１は、ブラシホルダ１７の外径側に配されるヒートシンク１８に取り付けられて、固定子１２で生じた交流電圧の大きさを調整する電圧調整装置１９と、バッテリなどの外部装置(図示せず)との信号の入出力を行うコネクタ２０と、リヤブラケット３のリヤ側に配置されて、固定子１２で生じる交流起電力を直流の出力電圧に変換する整流装置２１と、ブラシホルダ１７，電圧調整装置１９，整流装置２１を覆うようにリヤブラケット３に装着された保護カバー２５とを備えている。

回転子８は、ランデル型回転子で、励磁電流が流されて磁束を発生する界磁巻線９と、界磁巻線９を覆うよう設けられ、その磁束によって磁極が形成されるポールコア１０とを備えている。また、固定子１２は、円筒状の固定子鉄心１３と、固定子鉄心１３に巻装され、回転子８の回転に伴い、界磁巻線９からの磁束の変化で交流起電力が誘起される固定子巻線１４とを備えている。固定子１２は、固定子鉄心１３をフロントブラケット２及びリヤブラケット３の開口端に軸方向両端から挟持されて回転子８を取り囲むよう配設されている。

整流装置２１（図２，図３）は、複数個の正極側整流素子２２ａが実装された正極側ヒートシンク２２と、複数個の負極側整流素子２３ａが実装された負極側ヒートシンク２３と、サーキットボード２４とを備え、正極側ヒートシンク２２と負極側ヒートシンク２３との間にサーキットボード２４を挟んで積層し軸方向視略Ｃ字状に構成されている。そして、正極側整流素子２２ａと負極側整流素子２３ａとがサーキットボード２４を介して所定のブリッジ回路を構成するように接続される。この際、図３の分解図に示すように整流素子２２ａ、２３ａのリード２８をそれぞれ長く延出させた状態で、正極側ヒートシンク２２、サーキットボード２４、負極側ヒートシンク２３をシャフト６周りに積層し、リード２８夫々の先端部において溶接やカシメなどによる電気的接続がされる。

このように構成された整流装置２１は、スリップリング１５の外周側に、シャフト６の軸心と直交する平面上にシャフト６を中心とする扇状に配置されて、ネジ４０によりリヤブラケット３の外側端面に締着固定されている。そして、固定子巻線１４のリード線１４ａ（図１）がリヤブラケット３から引き出されてサーキットボード２４の端子に結線され、整流装置２１と固定子巻線１４とが電気的に接続される。

図４は図１の整流装置の整流素子周辺の要部分解斜視図である。図４に示されるように、整流装置の放熱ヒートシンク２２、２３は、図１の断面図内に一部示されるように、整流素子２２ａ（２３ａ）それぞれの円柱状ヒートシンク２７（後述）が圧入される平板部（平板状部）２２ｂ（２３ｂ）と、その平板部から一体に延出する複数のフィン２２ｃ（２３ｃ）とからなる鋳造製部品である。実施の形態では、整流素子２２ａ（２３ａ）は一端部に円柱状ヒートシンク２７を有し、他端部に電気的リード（リード線）を有し、外周縁部内に交流電流を直流電流に変換する半導体ペレットが搭載されている。

図５は、実施の形態１に適用し得る整流素子の一例における断面図である。整流素子には種々の形体があるが、その一例を示す。円柱状ヒートシンク２７は、外周部にナール２７ｂ（図８）を有し、底面の外周縁部２７ａは円環状平面に形成されている。外周縁部２７ａの円環状平面は、荷重受け治具１０１（後述）の円環状受け面が当接される部分である。上部の外周縁部２７ｃも円環状平面に形成されている。円柱状ヒートシンク２７は上半部に縦方向外周縁部から外れた中央部に凹部２７ｄが形成され、凹部２７ｄ内に半導体ペレット３１が搭載される。半導体ペレット３１は、半田層３２で円柱状ヒートシンク２７の凹部２７ｄの底に固定接続され、リード２８とは、半田層３３で固定接続される。３４は樹脂あるいはシリコンゴムからなる保護層で半導体ペレット３１を保護している。

図４で、平板部２２ｂ（２３ｂ）は、圧入される整流素子２２ａ（２３ａ）の保持と、整流素子の円柱状ヒートシンク２７との熱伝導に供されるに十分な軸寸法Ｌを備える。フィン２２ｃ（２３ｃ）は、平板部２２ｂ（２３ｂ）の少なくとも一方の端面から軸方向に複数延びて、軸寸法Ｌより大きい寸法を備え、放熱に供され、周方向に複数が所定ピッチで配される。平板部２２ｂ（２３ｂ）に設けられる複数の圧入孔２６にはそれぞれ整流素子２２ａ（２３ａ）が、円柱状ヒートシンク２７、リード２８、圧入孔２６の中心を一致させて装着される。圧入孔２６に加工は施さず、鋳造肌面のままで、基本的に平板部２２ｂ（２３ｂ）、フィン２２ｃ（２３ｃ）も鋳造型で得られる形状で製品化される。

次に、整流素子２２ａ（２３ａ）の放熱ヒートシンク２２、２３への組立工程を詳述する。便宜のため正極側組立について述べるが、負極側組立についても工程は同様である。図６は図４に示した整流素子周辺の要部分解斜視図における組立概略図である。図７は実施の形態１における、整流素子の放熱ヒートシンクへの組立を示す工程断面図である。

整流素子２２ａへの荷重については、円柱状ヒートシンク２７の底面の外周縁部２７ａを下方から荷重受け治具１０１の円環状受け面１０１ａで受け、かつ、リード２８を貫通させた圧入孔２６の非対向面側（図６の「圧入動作側」）から平板部２２ｂを圧入治具で下方に押す。圧入治具の圧入ヘッド１０２ａはリード２８と緩衝しないよう例えば円柱状中空孔を有した円筒体である。圧入後、圧入動作側の平板部２２ｂにはリング状で幅Ｗの圧入ヘッド圧入痕３０が残される。

組立工程を、図７（ａ）から（ｄ）に沿って説明する。
図７（ａ）；挿入ガイド１０３の貫通孔１０３ａで整流素子２２ａを、円柱状ヒートシンク２７（図５の外周縁部２７ａ）側を底側にして保持し、整流素子２２ａのリード２８を圧入孔２６から突出させた状態で、対向する放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６の軸に、整流素子２２ａの軸を合わせるように、整流素子２２ａをガイドし、放熱ヒートシンク２２の平板部２２ｂを挿入ガイド１０３上に配置する。下方に荷重受け治具１０１と、上方に圧入ヘッド１０２ａを、それぞれの軸を、整流素子２２ａの軸に合わせて対向して配置する。
図７（ｂ）；圧入ヘッド１０２ａを下降させ、挿入ガイド１０３との間で放熱ヒートシンク２２を挟み、放熱ヒートシンク２２を挿入ガイド１０３上の所定位置に固定する。このとき、圧入ヘッド１０２ａの円柱状中空孔は放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６に対向し、円柱状中空孔内に整流素子２２ａのリード２８を突出させている。

図７（ｃ）；整流素子２２ａをガイドした状態の挿入ガイド１０３、平板部２２ｂ、圧入ヘッド１０２ａを一体で下降させ、円柱状ヒートシンク２７の底面の外周縁部２７ａを荷重受け治具１０１の円環状受け面１０１ａに対向させ当接する。
図７（ｄ）；荷重受け治具１０１の肩部の軸方向位置決め面１０１ｂに挿入ガイド１０３の底面が当接するまで、圧入ヘッド１０２ａの下端の円環状面で、平板部２２ｂの圧入孔２６の周囲から、平板部２２ｂと挿入ガイド１０３を押圧し荷重する。このとき、荷重受け治具１０１の円環状受け面１０１ａで、円柱状ヒートシンク２７の底面の外周縁部２７ａにかかる荷重を受ける。これにより、整流素子２２ａが圧入孔２６に圧入される。挿入ガイド１０３が整流素子２２ａの傾きを抑止し、斜め圧入が回避される。

使用された荷重受け治具１０１は、一端部に突出部が形成され、その突出部の先端部に、中央部に凹部がある円環状受け面１０１ａを有している。荷重受け治具１０１の円環状受け面１０１ａは、円環状平面である。この円環状平面を有する円環状受け面１０１ａが、円柱状ヒートシンク２７の底面の外周縁部２７ａにかかる荷重を受ける。円環状受け面１０１ａを有する突出部の肩部には、軸方向位置決め面１０１ｂが設けられ、円環状受け面１０１ａと軸方向位置決め面１０１ｂとの距離が、挿入ガイド軸長、放熱ヒートシンク平面部軸長を考慮した所望の値に設定され、軸方向位置決め面１０１ｂに挿入ガイド１０３の底面が当接するまで、押圧することにより、整流素子２２ａが放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６に規定どおりの深さに圧入される。

なお、前述の、図７（ａ）で、挿入ガイド１０３の貫通孔１０３ａで整流素子２２ａを、円柱状ヒートシンク２７（図５の外周縁部２７ａ）側を底側にして保持したが、挿入ガイド１０３の貫通孔１０３ａで整流素子２２ａを、リード２８を下側に配置し、円柱状ヒートシンク２７の外周縁部２７ｃ（図５）側を底側にして保持するようにしてもよい。このときは、一端部に突出部が形成された荷重受け治具１０１には、その軸部に円柱状中空孔を形成して、円柱状中空孔内に整流素子２２ａのリード２８を突出させるようにし、荷重受け治具１０１の円環状受け面１０１ａで、円柱状ヒートシンク２７の外周縁部２７ｃにかかる荷重を受けるようにする。

前述の組立工程により、放熱ヒートシンク２２に圧入された整流素子２２ａは、サーキットボード２４の図示しないインサートターミナルとの接続で要求される位置精度を確保できる。圧入ヘッド１０２ａ先端は平面の円環状面で、特許文献５に示されるセンタリングピンのようにテーパ状の外周斜面で圧入孔を上方から押さえることがないので、圧入孔が左右に傾くことがなく、圧入孔の鉛直度を確保できる。また、放熱ヒートシンク２２を圧入ヘッド１０２ａと挿入ガイド１０３で上下から平面で挟み込んで圧入工程に移動させるので、１００００Ｎ（１０００ｋｇｆ）に達する圧入荷重であっても、放熱ヒートシンク２２が変形する恐れが無い。従来のセンタリングピン係合では、被圧入部材の上面が必ず平面で押さえられないこととなり、センタリングピンが孔にめり込んだり、被圧入部材が曲がったりする恐れが高く、信頼性を確保できなかった。

また、特に、圧入孔２６に対して直角平面が出ている放熱ヒートシンク２２の平板部２２ｂと平行にされる、例えば平板状挿入ガイド１０３（軸に直交）、及び荷重受け治具１０１の軸方向位置決め面１０１ｂを、軸方向位置決めに用いることで、あらかじめ長さを規定した整流素子２２ａのリード２８の、組付け後の先端高さ（相対高さ）が安定し、その後の電気的接続のリード接合不具合が抑制される。圧入深さの制御も容易である。

前記で用いる圧入孔２６の孔（鋳造肌面）精度については、加工による場合より低く、打ち抜きによる場合よりも高い。つまり加工の際のエネルギーを必要とせず、かつ、複雑な多数枚フィン一体放熱ヒートシンクで、適度な精度の孔を備えることができる。

図８は実施の形態１における、整流素子２２ａの円柱状ヒートシンク２７のナール２７ｂと放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６との関係を説明する概略図で、軸に直角な概略断面図である。図９は実施の形態１における、整流素子２２ａの円柱状ヒートシンク２７のナール２７ｂと放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６との関係を説明する概略図で、軸に平行な断面図である。図９のＣ１は圧入孔２６の中心軸、Ｄは圧入孔２６の内径、ｈは円柱状ヒートシンク２７のナール２７ｂの山の谷からの高さである。整流素子２２ａについては、円柱状ヒートシンク２７の外周部に、ナール２７ｂを設けている。規定する基準としては、放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６における鋳造型による勾配や公差を含めた内径Ｄの最小内径寸法Ｄminから最大内径寸法Ｄmaxまでに対応する構成で、ナール２７ｂの山の谷からの高さｈは、放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６の孔径公差（Ｄmax―Ｄmin）の１／２以上とすることにより、円柱状ヒートシンク２７を鋳造肌面で構成される圧入孔２６に安定的に圧入保持でき、接触面積も安定して得られる信頼性の高い整流装置が得られる。さらに、ナール２７ｂの谷の径寸法は放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６の最小内径寸法Ｄminより小さく（図９）、山の径寸法は放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６の最大内径寸法Ｄmaxより大きくしている。つまり、ナール２７ｂの山の変形だけで圧入を完遂する構成である。

特許文献１のように、ダイオードヒートシンク自体が変形するほど外周壁部を斜めに変形させることがなく、整流素子２２ａに搭載する半導体ペレットへの影響を最小限に抑えている。特許文献２や３のテーパ構成は、圧入先端や圧入開始側のかじりによる取り付け孔内周面の損傷をなくす目的であったが、それとは異なり、実施の形態１では、圧入開始から終了まで確実にナール山部のみで接触することによる圧入孔２６内周全面の割れ・欠け低減がより可能である。さらにナール２７ｂ自体はその軸方向に大径小径ではないので通常の製造手法で製作が可能であり、寸法指定を変えるだけでよい。

また、円柱状ヒートシンク２７の底面の外周縁部２７ａ全周が、荷重受け治具１０１の円環状受け面１０１ａで均等に支持されるので、外周部に施すナール２７ｂも、外周部に均等配置されるのが好ましく、圧入孔２６に対して傾いて圧入される恐れが回避できる。整流素子２２ａに搭載する半導体ペレットへの歪解析結果も歪みがほとんどなく良好であった。なお、図８に示すナール２７ｂは概略であり、詳細例を図１０に示す、図１０は、実施の形態１における、円柱状ヒートシンク２７のナール２７ｂの詳細を示す概略図である。ｎはナールの山の数である。ナール山部が円弧で構成されるものが好適である。この形状により、双方の接触面積も安定して得られ、放熱効率のばらつきや低下が低減できる。

また、ナールの高さを前述に規定する基準にすることで、圧入孔２６側での対環境寸法変化にも対応できる。例えば、放熱ヒートシンク２２のアルミ線膨張率２３．６×１０^−６ｍｍ／Ｋで、温度変化を２００ケルビンとした場合、２３．６×１０^−６×２００＝４．７２μｍの変形が予測される。これに対し、ナール高さが十分に高くないと、保持力が不安定になってしまう。実施の形態１では、前述のような変形代に対し、ナール高さを４．７２μｍ×２０倍以上の値とすることで良好な結果が得られた。

前述の基準に正確に規定した円柱状ヒートシンク２７を、鋳造型による抜き勾配からなる放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６に圧入する製品としての品質管理は、前記図７（ｄ）工程での圧入最終荷重検知で行う。つまり、挿入ガイド１０３と荷重受け治具１０１の軸方向位置決め面１０１ｂが当接したことを、整流素子２２ａを放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６に圧入する圧入荷重で検出する。また、圧入途中荷重もモニタリングする。軸方向で、荷重受け治具１０１の円環状受け面１０１ａと軸方向位置決め面１０１ｂとの距離が、挿入ガイド軸長、放熱ヒートシンク平板部軸長を考慮した所望の値に設定されることで、荷重管理だけで、一定の軸方向位置に整流素子圧入が完了した放熱ヒートシンク２２が得られる。

円柱状ヒートシンク２７のナール部を前述に規定する基準にして、かつ、荷重を管理することにより、放熱ヒートシンク２２の圧入孔２６側には、型での出来上がり以上の管理や追加工をしなくても、高品位の整流装置部品を得ることが可能である。従来行われた圧入孔径チェックによる管理では、ロット毎や製造場所によって微妙に鋳造製品が異なっている場合には管理が難しかったが、実施の形態１では、主に圧入荷重で管理するので統一して品質維持が容易にできる。例えば、従来の特許文献５での圧入装置のように、加圧具が上昇下降する機構の中にバネを組み込む（特許文献５の図面）と、圧入途中の荷重管理ができず、圧入行き過ぎ等の不良品回避のため、他の管理方法を検討しなくてはならなかった。

荷重受け治具１０１の突出部は、その中央部に凹部がある円環状受け面１０１ａであるので、半導体ペレットが搭載される範囲（整流素子の円柱状ヒートシンク２７の円環状受け面１０１ａが当たる外周縁部を除く中央部）に裏面から圧入時の荷重がかかることが無く、半導体ペレットへ影響を与えることが少ないだけでなく、圧入時に、ある程度削り合って生じるアルミヒートシンク“カス”を取り込むことができる。そのため、“カス”が製造ライン内に噛み込まれて起こる不具合も生じることがない。円環状受け面１０１ａは、円環状上面が平面状であるので、特許文献１に示される球状凹型圧入治具における、押圧面外周部への接触の際に生じやすい不均一な接触を、引き起こすことがない。また、荷重受け治具１０１の円環状受け面１０１ａの範囲として、傾き防止を目指した中央部だけのものや、外径部だけのものだと、円柱状ヒートシンク２７に必ず歪が加わるので、半導体ペレットの外径際から圧入孔径いっぱいまで広く受けるのが望ましい。そのため、荷重受け治具１０１は、整流素子２２ａの円柱状ヒートシンク２７の外周縁部２７ａを押圧する円環状受け面１０１ａの外径が、挿入ガイド１０３の貫通孔の内径とほぼ同じであることがのぞましい。

また、圧入孔２６内周の加工工程は不要になると共に、そのまま廃棄ができない加工廃液については、処理に必要なエネルギが節約できる。抜き型で抜いた箇所のリサイクルに要する電力も使わなくて済み、地球環境に優しくなる。

前述では、挿入ガイド１０３の一例を説明したが、これに限るものでなく、例えば、傾き防止目的の筒状構成部としての上半分と、円柱状ヒートシンク２７の底面の外周縁部２７ａを支持するような支持構成部としての下半分とで別体構成するタイプなど、適宜選択することが可能である。同様に、圧入ヘッド１０２ａ周りの構成も、図示のような円筒状に限らず、円筒内部に、整流素子の芯合わせをする芯出し機構を備えて、組立精度を向上させるものなどが可能である。圧入ヘッド１０２ａの先端面が円環状に構成されていれば、その他の部位の形状に限定はない。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims

円柱状ヒートシンクを有し、交流電流を直流電流に変換する半導体ペレットを搭載した整流素子を、放熱ヒートシンクの圧入孔に、前記整流素子の軸と前記圧入孔の軸を合わせて圧入する整流装置の製造方法において、
内周面が鋳造肌面である前記圧入孔を有する前記放熱ヒートシンクと、
前記放熱ヒートシンクに荷重をかける圧入ヘッドと、
貫通孔を有しその貫通孔で前記整流素子を保持し、対向する前記放熱ヒートシンクの圧入孔の軸に、前記整流素子の軸を合わせるように、前記整流素子をガイドする挿入ガイドと、
突出部が一端部に形成された荷重受け治具とを備え、
前記放熱ヒートシンクの圧入孔の軸に、前記挿入ガイドの整流素子の軸を合わせると共に、前記圧入ヘッドを前記放熱ヒートシンクに対向させて、前記放熱ヒートシンクを前記圧入ヘッドと前記挿入ガイドで挟み、
前記挿入ガイドの貫通孔の前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクに前記荷重受け治具の突出部を対向させ、
前記圧入ヘッドで前記放熱ヒートシンクの圧入孔の周囲を押圧し、前記荷重受け治具の突出部で前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクにかかる荷重を受け、前記整流素子を前記放熱ヒートシンクの圧入孔に圧入する整流装置の製造方法。
前記荷重受け治具は、その突出部の先端部に、中央部に凹部がある円環状受け面を有し、前記円環状受け面で前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクの外周縁部にかかる荷重を受ける請求項１記載の整流装置の製造方法。
前記荷重受け治具の前記円環状受け面は、円環状平面である請求項２記載の整流装置の製造方法。
前記荷重受け治具は、軸方向位置決め面を有し、前記円環状受け面と前記軸方向位置決め面間の距離が所望の値に設定され、
前記圧入ヘッドで前記放熱ヒートシンクの圧入孔の周囲を押圧し、前記荷重受け治具の円環状受け面で前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクの外周縁部にかかる荷重を受け、前記挿入ガイドと前記荷重受け治具の軸方向位置決め面が当接するまで押圧して、前記整流素子を前記放熱ヒートシンクの圧入孔に圧入する請求項２又は請求項３記載の整流装置の製造方法。
前記整流素子は一端部に突出するリードを有し、
前記圧入ヘッドは、円柱状中空孔を有し、前記圧入ヘッドの円柱状中空孔を前記放熱ヒートシンクの圧入孔に対向させ、前記円柱状中空孔内に前記整流素子のリードを突出させて、前記放熱ヒートシンクに荷重をかけ、
前記圧入ヘッドで前記放熱ヒートシンクの圧入孔の周囲を押圧し、前記荷重受け治具の円環状受け面で前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクの外周縁部にかかる荷重を受け、前記整流素子を前記放熱ヒートシンクの圧入孔に圧入する請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の整流装置の製造方法。
前記荷重受け治具は、前記整流素子の前記円柱状ヒートシンクの外周縁部にかかる荷重を受ける前記円環状受け面の外径が、前記挿入ガイドの貫通孔の内径とほぼ同じである請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の整流装置の製造方法。
前記挿入ガイドと前記荷重受け治具の軸方向位置決め面が当接したことを、前記整流素子を前記放熱ヒートシンクの圧入孔に圧入する圧入荷重で検出する請求項４記載の整流装置の製造方法。
前記整流素子は、その円柱状ヒートシンクの外周部にナールを設け、前記ナールの山の谷からの高さは、前記放熱ヒートシンクの圧入孔孔径公差の１／２以上であり、
前記ナールの谷部の最小外径は、前記放熱ヒートシンクの圧入孔の最小内径より小さく、前記ナールの山部の最大外径は前記放熱ヒートシンクの圧入孔の最大内径より大きい請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の整流装置の製造方法。
円柱状ヒートシンクを有し、一端部にリードを有し、交流電流を直流電流に変換する半導体ペレットを搭載した整流素子を、放熱ヒートシンクの圧入孔に、前記整流素子の軸と前記圧入孔の軸を合わせて圧入する整流装置の製造方法において、
前記放熱ヒートシンクの前記圧入孔の内周面が鋳造肌面であり、
前記放熱ヒートシンクは、前記圧入孔が形成された平板部から一体に延出した複数のフィンを有し、
前記整流素子の円柱状ヒートシンクの外周部には、ナールを設け、前記ナールの山の谷からの高さは、前記放熱ヒートシンクの圧入孔孔径公差の１／２以上であり、
前記ナールの谷部の最小外径は、前記放熱ヒートシンクの圧入孔の最小内径より小さく、前記ナールの山部の最大外径は前記放熱ヒートシンクの圧入孔の最大内径より大きいことを特徴とする整流装置の製造方法。
前記整流素子の円柱状ヒートシンクの外周部に設けられた前記ナールは、ナール山部が円弧で構成されていることを特徴とする請求項９記載の整流装置の製造方法。
前記整流素子のリード側における前記放熱ヒートシンクの圧入孔の周囲には、圧入痕があることを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の整流装置の製造方法。