JP7027467B2 - ロウ付け構造、コールドプレート、およびロウ付け構造の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロウ付け構造、コールドプレート、およびロウ付け構造の製造方法に関する。

特許文献１には、板状部材（接合対象物）の孔に棒状部材を挿通させ、棒状部材に装着したＣリング状のロウ材を加熱溶融させるロウ付け方法が開示されている。

特開２００４－１２２２０８号公報

特許文献１の構成では、棒状部材としてフレキシブル管を用いると、フレキシブル管の凹部の内側に溶けたロウ材が流動し、フレキシブル管と接合対象物との間の隙間にロウ材を留めることが難しい。この結果、フレキシブル管と接合対象物との接合強度が低下する場合があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされ、フレキシブル管と接合対象物との接合強度を高めることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るロウ付け構造は、環状の凸部および環状の凹部が長手方向に沿って交互に形成されたフレキシブル管と、前記フレキシブル管が挿入された孔を有する接合対象物と、前記フレキシブル管のうち前記孔から延出した部分に係止された係止部材と、を備え、前記フレキシブル管の外面と前記孔の内面とがロウ材によって接合されている。

上記態様によれば、ロウ材が加熱され溶融したときに、接合対象物から離れる方向にロウ材が流動することが係止部材によって抑制される。このため、孔の内面とフレキシブル管との間の隙間に向けたロウ材の流動が相対的に促される。したがって、ロウ材のうち、接合に寄与する割合を増やすことが可能となり、フレキシブル管と接合対象物との接合強度を高めることができる。

ここで、前記係止部材と前記接合対象物との間に前記ロウ材が充填されていてもよい。

また、前記係止部材の外周面と前記接合対象物の表面との間に、前記ロウ材のフィレットが形成されていてもよい。

また、前記外周面の鉛直方向における上端部と、前記表面と、の間に前記フィレットが形成されていてもよい。

また、前記係止部材は、長手方向において前記凹部に位置し、前記凹部の底面と前記係止部材の内周面とが離れていてもよい。

また、前記係止部材は、長手方向から見て開口部を有するＣ字状に形成され、前記開口部が鉛直方向における前記フレキシブル管の下側に位置していてもよい。

また、本発明の第２の態様に係るコールドプレートは、ベースプレートと、前記ベースプレートとの間に内部空間を形成するカバーと、前記内部空間に並べて配置された複数のフィンと、上記第１の態様に係るロウ付け構造と、を備え、前記孔は、前記内部空間に冷媒を流入させる流入口または前記内部空間から冷媒を排出する排出口であり、前記接合対象物は、前記カバーまたは前記ベースプレートであり、前記係止部材は前記フレキシブル管のうち前記カバーまたは前記ベースプレートから外部に延出した部分に係止されている。

また、本発明の第３の態様に係るロウ付け構造の製造方法は、環状の凸部および環状の凹部が長手方向に沿って交互に形成されたフレキシブル管に係止部材を係止する係止工程と、前記係止部材のうち接合対象物を向く面にロウ材を塗布する塗布工程と、前記フレキシブル管の端部を前記接合対象物の孔に挿入する挿入工程と、前記ロウ材を加熱して溶融させる加熱工程と、を有する。

本発明の上記態様によれば、フレキシブル管と接合対象物との接合強度を高めることができる。

本実施形態に係るコールドプレートの断面図である。 図１のコールドプレートの分解斜視図である。 図１の係止部材の斜視図である。 図１の係止部材近傍の拡大図である。 本実施形態に係るロウ付け構造の製造方法を説明する図である。 図５に続く工程を説明する図である。

以下、本実施形態のロウ付け構造および当該ロウ付け構造を備えたコールドプレートについて図面に基づいて説明する。
図１に示すように、コールドプレート１は、ベースプレート１０と、カバー２０と、フレキシブル管３０と、係止部材４０と、接続部材５０と、を備えている。フレキシブル管３０は、後述のロウ付け構造２によって、カバー２０に接続されている。

本明細書では、フレキシブル管３０が接続される対象物を「接続対象物」という。図１の例では、カバー２０が接続対象物である。ただし、接続対象物はベースプレート１０であってもよい。あるいは、コールドプレート以外の物に本実施形態のロウ付け構造２を採用してもよい。本実施形態のロウ付け構造２は、液体を密封しつつ流動させることが求められる物に対して好適に用いることができる。

（方向定義）
本実施形態では、ＸＹＺ直交座標系を用いて各構成の位置関係を説明する。Ｚ軸方向はカバー２０とベースプレート１０とが向かい合う方向である。Ｘ軸方向は接続対象物との接続部分におけるフレキシブル管３０の長手方向である。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の双方に直交する方向である。以下、Ｘ軸方向を長手方向Ｘといい、Ｙ軸方向を直交方向Ｙといい、Ｚ軸方向を上下方向Ｚという。また、上下方向Ｚにおけるカバー２０側を上方といい、ベースプレート１０側を下方という。

なお、上下方向Ｚは必ずしも鉛直方向（重力が作用する方向）と一致していなくてもよい。本明細書では、特に鉛直方向における位置関係を表す場合、「鉛直方向における下側」等と表す。
図１は、コールドプレート１の、長手方向Ｘおよび上下方向Ｚに沿った断面図である。

ベースプレート１０およびカバー２０は、銅などの熱伝導率の大きい金属により形成されている。図２に示すように、ベースプレート１０は、長手方向Ｘおよび直交方向Ｙに延びる板状に形成されている。ベースプレート１０には、カバー２０を位置合わせするための溝１１が形成されている。溝１１は、ベースプレート１０の上面から下方に向けて窪んでおり、上方から見て四角形状に形成されている。

カバー２０は、上板部２１と、周壁２２と、を有している。上板部２１は、長手方向Ｘおよび直交方向Ｙに延びる板状に形成され、ベースプレート１０に対して上下方向Ｚに間隔を空けて対向している。上板部２１には、接続部材５０を挿入するための孔２１ａが形成されている。周壁２２は、上板部２１の外周縁から下方に向けて延びている。
図１に示すように、周壁２２には、フレキシブル管３０を挿入するための孔２２ａが形成されている。周壁２２の下端は溝１１内に位置している。溝１１の内側で、周壁２２はベースプレート１０に対してロウ付けされている。

ベースプレート１０およびカバー２０は、内部空間Ｓを形成している。内部空間Ｓには、複数のフィン１３が、直交方向Ｙに並べて配置されている。図２ではフィン１３がベースプレート１０の上面から上方に向けて突出している。ただし、フィン１３はカバー２０に形成されていてもよい。フィン１３同士の間には、冷媒の流路となる隙間が形成されている。

接続部材５０およびフレキシブル管３０は、内部空間Ｓと冷媒の循環装置（不図示）とを接続し、内部空間Ｓに冷媒を循環させる役割を有する。冷媒としては、例えば水やアルコールの他、公知の化合物などを適宜用いることができる。接続部材５０と循環装置との間には、不図示の配管等が設けられていてもよい。コールドプレート１は、ベースプレート１０またはカバー２０が発熱体（コンピュータに搭載されるＣＰＵなど）から受け取った熱を、フィン１３を介して冷媒に受け渡すことで、発熱体を冷却するように構成されている。孔２１ａおよび孔２２ａのうち、一方は内部空間Ｓに冷媒を流入させる流入口であり、他方は内部空間Ｓから冷媒を排出する排出口である。

フレキシブル管３０は、銅などの金属により形成されている。フレキシブル管３０は、環状の凸部３１および環状の凹部３２が、長手方向Ｘに沿って交互に形成されている。このため、フレキシブル管３０は可撓性を有している。フレキシブル管３０の一方の端部３０ａは孔２２ａに挿入されており、他方の端部（不図示）は冷媒の循環装置等に接続されている。

フレキシブル管３０のうち、端部３０ａと係止部材４０との間に位置する部分（孔２２ａ内に位置する部分）は、長手方向Ｘにおいて圧縮変形されている。このため、図１等に示すように、孔２２ａに挿入された部分と、孔２２ａに挿入されていない部分とで、凸部３１および凹部３２の形状が異なっている。圧縮変形により、長手方向Ｘにおける単位長さ当たりの凸部３１の数が増えるため、フレキシブル管３０と孔２２ａの内面との間にロウ材６０を保持しやすくなる。その一方で、フレキシブル管３０のうち孔２２ａに挿入されていない部分は圧縮変形されないことで、可撓性を維持することができる。

係止部材４０は、ステンレス（例えばＳＵ３０４Ａ）などの金属により形成されている。係止部材４０は、内部空間Ｓの外部において、フレキシブル管３０に係止されている。係止部材４０は、カバー２０に対して当接または近接している。係止部材４０とカバー２０との間には、少なくとも一部分において、ロウ材６０を保持するための隙間が設けられていることが好ましい。

図３に示すように、本実施形態の係止部材４０は、長手方向Ｘから見て、開口部４３を有するＣ字状に形成されている。係止部材４０は、円弧状の本体部４１と、本体部４１の両端部から内側に突出した一対の突起４２と、を有している。突起４２同士の間が、開口部４３となっている。図２に示すように、係止部材４０の開口部４３はフレキシブル管３０の下方に位置している。詳細は後述するが、開口部４３は鉛直方向においてもフレキシブル管３０の下側に位置していることが、より好ましい。

係止部材４０の寸法の一例として、本体部４１の内周面４１ａの内径が７．６ｍｍ、本体部４１の外周面４１ｂの外径が９．６ｍｍ、開口部４３の幅（突起４２同士の間隔）が６．０ｍｍ、長手方向Ｘにおける厚さが０．６ｍｍである。フレキシブル管３０の寸法の一例として、凸部３１の外径が７．５ｍｍ、凹部３２の外側の表面の直径が４．５ｍｍである。この寸法例では、本体部４１は全体として凹部３２の外側に位置するが、突起４２が凹部３２の内側に位置することで、係止部材４０のフレキシブル管３０に対する長手方向Ｘにおける位置が定まる。また、この寸法例では、図４等に示すように、内周面４１ａと凹部３２の底面３２ａとが離れている。内周面４１ａと底面３２ａとの間にも、ロウ材６０が充填されていてもよい。なお、係止部材４０の形状および寸法は適宜変更可能であり、例えば本体部４１の一部が凹部３２の内側に位置してもよい。

図４に示すように、フレキシブル管３０はロウ材６０によってカバー２０にロウ付けされている。ロウ材６０は、孔２２ａの内面とフレキシブル管３０との間の部分（符号６１）、および係止部材４０とカバー２０との間の部分（符号６２）に位置している。また、ロウ材６０の一部は、係止部材４０の外周面４１ｂとカバー２０の表面（長手方向Ｘを向く側面）との間において、フィレット６３を形成している。フィレット６３は、外周面４１ｂの全周のいずれかの部分に形成されていればよい。フィレット６３は外周面４１ｂの全周に沿って形成されていてもよい。あるいは、フィレット６３は外周面４１ｂのうち鉛直方向における上端部にのみ形成されていてもよい。

ロウ材６０の材質は、適宜変更可能であるが、例えばニッケルおよび銅を含んだ合金であってもよい。ロウ材６０がニッケルもしくは銀を主とした合金で、かつ係止部材４０およびフレキシブル管３０がステンレス材である場合、ロウ付けの濡れ性を高めるため、係止部材４０の表面およびフレキシブル管３０の表面にニッケルめっきを施すとよい。

次に、上記のようなロウ付け構造２の製造方法の一例について説明する。

まず、フレキシブル管３０に係止部材４０を係止する（係止工程）。具体的には、開口部４３を下方に向けた状態で、係止部材４０をフレキシブル管３０に対して上方から近づけ、突起４２を凹部３２内に位置させる。
次に、図５に示すように、係止部材４０のうちカバー２０を向く面４０ａに、ペースト状のロウ材６０を塗布する（塗布工程）。塗布工程において、フレキシブル管３０のうち端部３０ａと係止部材４０との間の部分の表面にも、ペースト状のロウ材６０を塗布してもよい。

次に、図６に示すように、フレキシブル管３０の端部３０ａをカバー２０の孔２２ａ内に挿入する（挿入工程）。このとき、係止部材４０がカバー２０に当接することで、フレキシブル管３０が所定量を超えて孔２２ａに挿入されてしまうことを規制できる。このように、係止部材４０は、フレキシブル管３０を孔２２ａに挿入する際の挿入量を決める役割も有する。

次に、カバー２０、フレキシブル管３０、係止部材４０等を、不活性ガス（例えば窒素）の雰囲気の炉に入れて加熱する（加熱工程）。これにより、ロウ材６０が溶け出し、毛細管力によって、ロウ材６０の一部がフレキシブル管３０と孔２２ａの内面との間の隙間に流動する。このとき、係止部材４０がロウ材６０を堰き止めることで、溶けたロウ材６０が長手方向Ｘにおいてカバー２０から離れる方向に流動することを抑制できる。したがって、フレキシブル管３０と孔２２ａとの間の隙間に向けて流動するロウ材６０の割合を大きくすることができる。また、加熱工程では、ロウ材６０の一部が係止部材４０とカバー２０との間の隙間からはみ出し、係止部材４０の外周面４１ｂとカバー２０の表面との間にフィレット６３を形成する。

次に、溶けたロウ材６０を冷却して固化させることで、フレキシブル管３０とカバー２０とが固定され、ロウ付け構造２が得られる（冷却工程）。
なお、加熱工程を行う前に、周壁２２または溝１１にロウ材を塗布し、周壁２２を溝１１に位置合わせしておいてもよい。この場合、上記の加熱工程およびその後の冷却工程により、ベースプレート１０とカバー２０とをロウ付けにより固定することができる。

以上説明したように、本実施形態のロウ付け構造２は、環状の凸部３１および環状の凹部３２が長手方向に沿って交互に形成されたフレキシブル管３０と、フレキシブル管３０が挿入された孔２２ａを有する接合対象物（カバー２０）と、フレキシブル管３０のうち孔２２ａから延出した部分に係止された係止部材４０と、を備え、フレキシブル管３０の外面と孔２２ａの内面とがロウ材６０によって接合されている。この構成により、ロウ材６０が加熱され溶融したときに、接合対象物から離れる方向にロウ材６０が流動することが係止部材４０によって抑制される。このため、孔２２ａの内面とフレキシブル管３０との間の隙間に向けたロウ材６０の流動が相対的に促される。したがって、ロウ材６０のうち接合に寄与する割合を増やすことが可能となり、フレキシブル管３０と接合対象物との接合強度を高めることができる。

また、係止部材４０と接合対象物との間の隙間にロウ材６０を充填させることで、さらに接合強度を高めることも可能である。
また、係止部材４０の外周面４１ｂと接合対象物の表面（カバー２０の周壁２２の側面）との間に、フィレット６３を形成することで、密封性をより高めることができる。したがって、冷媒の漏れを抑制したコールドプレート１を提供することができる。

なお、ロウ材６０は重力に従って鉛直方向下側に流動しやすいため、係止部材４０の鉛直方向における上端部のロウ材６０は不足しやすい傾向がある。ロウ材６０が不足すると、冷媒の密封性が低下する。そこで、外周面４１ｂのうち、特に鉛直方向における上端に位置する部分にフィレット６３を形成すれば、ロウ材６０が不足しやすい部分においても密封性を確保できることになる。すなわち、係止部材４０の外周面４１ｂの鉛直方向における上端部と、接合対象物の表面と、の間にフィレット６３を形成することが、より好ましい。

また、本実施形態では係止部材４０が長手方向Ｘにおいてフレキシブル管３０の凹部３２に位置し、凹部３２の底面３２ａと係止部材４０の内周面４１ａとが離れている。これにより、係止部材４０がフレキシブル管３０を締め付けることで、フレキシブル管３０に局所的な応力が作用することを抑制できる。

また、係止部材４０は、長手方向Ｘから見て開口部４３を有するＣ字状に形成され、開口部４３が鉛直方向におけるフレキシブル管３０の下側に位置していてもよい。係止部材４０がＣ字状であることで、係止部材４０をフレキシブル管３０に係止する作業が行いやすくなり、製造効率を高めることができる。また、開口部４３では係止部材４０と接合対象物との間にロウ材６０を保持できないため、密封性が低下しやすいが、溶けたロウ材６０は重力に従って鉛直方向の下側に溜まりやすい。したがって、開口部４３があることによる密封性の低下を、重力に従って鉛直方向下側に溜まるロウ材６０によって補うことができる。

また、本実施形態のコールドプレート１は、ベースプレート１０と、ベースプレート１０との間に内部空間Ｓを形成するカバー２０と、内部空間Ｓに並べて配置された複数のフィン１３と、上記したロウ付け構造２と、を備え、孔２２ａは内部空間Ｓに冷媒を流入させる流出口または内部空間Ｓから冷媒を排出する排出口であり、接合対象物はカバー２０またはベースプレート１０であり、係止部材４０はフレキシブル管３０のうちカバー２０またはベースプレート１０から外部に延出した部分に係止されている。このような構成により、冷媒の漏れを抑制したコールドプレート１を提供することができる。

また、本実施形態のロウ付け構造の製造方法は、フレキシブル管３０に係止部材４０を係止する係止工程と、係止部材４０のうち接合対象物を向く面４０ａにロウ材６０を塗布する塗布工程と、端部３０ａを接合対象物の孔２２ａに挿入する挿入工程と、ロウ材６０を加熱して溶融させる加熱工程と、を有する。このような製造方法を採用することで、面４０ａに塗布されたロウ材６０が、加熱工程において孔２２ａの内面とフレキシブル管３０との間の隙間に供給されて、ロウ付けの強度を向上させることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前記実施形態では係止部材４０がＣ字状であったが、係止部材４０は環状であってもよい。すなわち、係止部材４０は開口部４３を有していなくてもよい。この場合も、例えば係止部材４０が弾性変形可能な材質または形状であれば、係止部材４０をフレキシブル管３０に係止させて、凹部３２に位置させることができる。

また、前記実施形態では１つの接続対象物（カバー２０）に対して１つのフレキシブル管３０をロウ付けしたが、１つの接続対象物に対して２つ以上のフレキシブル管３０をロウ付け構造２によってロウ付けしてもよい。例えば、接続部材５０をフレキシブル管３０に置き換えて、当該フレキシブル管３０をロウ付け構造２によってロウ付けしてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１…コールドプレート ２…ロウ付け構造 １０…ベースプレート １３…フィン ２０…カバー（接合対象物） ３０…フレキシブル管 ３１…凸部 ３２…凹部 ４０…係止部材 ４３…開口部 Ｓ…内部空間

Claims (7)

1. 環状の凸部および環状の凹部が長手方向に沿って交互に形成されたフレキシブル管と、
   前記フレキシブル管が挿入された孔を有する接合対象物と、
   前記フレキシブル管のうち前記孔から延出した部分に係止された係止部材と、を備え、
   前記フレキシブル管の外面と前記孔の内面とがロウ材によって接合され、
   前記係止部材の外周面と前記接合対象物の表面との間に、前記ロウ材のフィレットが形成されている、ロウ付け構造。
2. 前記係止部材と前記接合対象物との間に前記ロウ材が充填されている、請求項１に記載のロウ付け構造。
3. 前記外周面の鉛直方向における上端部と、前記表面と、の間に前記フィレットが形成されている、請求項１または２に記載のロウ付け構造。
4. 前記係止部材は、長手方向において前記凹部に位置し、前記凹部の底面と前記係止部材の内周面とが離れている、請求項１から３のいずれか１項に記載のロウ付け構造。
5. 前記係止部材は、長手方向から見て開口部を有するＣ字状に形成され、前記開口部が鉛直方向における前記フレキシブル管の下側に位置している、請求項１から４のいずれか１項に記載のロウ付け構造。
6. ベースプレートと、
   前記ベースプレートとの間に内部空間を形成するカバーと、
   前記内部空間に並べて配置された複数のフィンと、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のロウ付け構造と、を備え、
   前記孔は、前記内部空間に冷媒を流入させる流入口または前記内部空間から冷媒を排出する排出口であり、
   前記接合対象物は、前記カバーまたは前記ベースプレートであり、
   前記係止部材は前記フレキシブル管のうち前記カバーまたは前記ベースプレートから外部に延出した部分に係止されている、コールドプレート。
7. 環状の凸部および環状の凹部が長手方向に沿って交互に形成されたフレキシブル管に係止部材を係止する係止工程と、
   前記係止部材のうち接合対象物を向く面にロウ材を塗布する塗布工程と、
   前記フレキシブル管の端部を前記接合対象物の孔に挿入する挿入工程と、
   前記ロウ材を加熱して溶融させる加熱工程と、を有し、
   前記加熱工程において、前記係止部材の外周面と前記接合対象物の表面との間に、前記ロウ材のフィレットを形成する、ロウ付け構造の製造方法。

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