JP7291230B2 - 冷却板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、銅、アルミニウム、それらの合金などの非常に良好な熱伝導性を有する材料から冷却板を製造する方法に関し、冷却板は、冷却剤が流される有効面にベースを越えてほぼ垂直に突出する複数のピンを備え、複数のピンはほぼ半径方向に延びるフラットな周端部により囲まれており、冷却板は、ツールの中でワークピースを成形することにより製造される。
このような冷却板は、例えば、バッテリー構造、インバーター、燃料電池におけるチップなどのような感熱性の電気部品又は電子部品に用途がある。
一般的なタイプの冷却板は、追加の複雑な仕上げをしばしば必要とする鍛造又は機械加工のプロセスにより製造されるのが通常である。
これまで、そのような冷却プレートは、製造するのに比較的高価であり、非常に良好な熱伝導性を有する材料を処理するとき、しばしば廃棄物が生じ、イニシャルコストが比較的高いものである。
ドイツ特許公開１０ ２０１５ １２０８３５Ａ１ 欧州特許公開３ １１７ ９５３Ａ１ 日本特開２０１２－２２７３６５公報 ドイツ特許公開１０ ２０１８ ００５２６５Ａ１
ドイツ特許公開１０ ２０１５ １２０ ８３５Ａ１から冷却板の製造方法が公知であり、フラットな材料がローラを使用することにより処理される。
この場合、ピンが不規則に形成され、大部分が同じ長さとされたピンを形成するためには十分に間隔をあけなければならない。
更に、複雑で、特に時間のかかる再仕上げ作業が必要とされる。
このため、有効面の上におけるピンの密度が低く、冷却効果が低下する。
欧州特許公開３ １１７ ９５３Ａ１は、銅、アルミニウム、それらの合金などの非常に良好な熱伝導性を有する材料から、冷却剤が流される有効面にベースを越えてほぼ垂直に突出する複数のピンを備えた冷却板を製造する方法を記載している。
複数のピンは、ほぼ半径方向に延びるフラットで機能的に必要な周縁部により囲まれており、冷却板は、ツールの中でワークピースを成形することにより製造される。
均一な材料厚さを有するフラットな素材ブランクとされたワークピースがツールに装入され、ピンを製造するためにツールのピン形成用開口部と相互作用するパンチが設けられ、ツールのピン形成用開口部と協働するパンチのプレスによりピンが形成される。
日本特開２０１２－２２７３６５公報から冷却板の製造方法が公知であり、フラットな材料の外周領域に押下げ保持するデバイスが使用されていない。材料は、「浮上」、つまり、パンチに沿う後方への押し出しが阻止されていないからであり、ツールの内部で材料の流動が制限されていないことを意味している。
ドイツ特許公開１０ ２０１８ ００５２６５Ａ１から冷却板の製造方法が公知であり、２部からなるパンチが使用され、第１ステージにおいて、アウターパンチがフラット材料の外周部を圧縮して広げ、ピンパンチが押下げ保持するデバイスとして作動する。第２ステージにおいて、アウターパンチが押下げ保持するデバイスとして作動し、ピンパンチがフラット材料に複数のピンを押出し形成する。この場合、２つの成形ステージを交換するだけでなく、同じ下側のツールを両方の成形ステージで使用することができる。
本発明は、安価に実現することができ、材料を節約し、省資源であり、有効面の上におけるピンの密度が高い、非常に効果的な冷却作用を有するタイプの冷却板の製造方法を提供することを目的としている。
本発明の目的は、銅、アルミニウム、それらの合金を含む熱伝導性が非常に良好な材料から、冷却剤が流される有効面にベースを越えてほぼ垂直に突出ピンを備え、該ピンが実質的に半径方向に延びるフラットな機能的に必要な周縁部により囲まれた冷却板であり、ツールでワークピースを成形することにより製造される冷却板の製造方法により達成される。
ワークピースは、均一な材料厚さを有するフラットな素材ブランクの形態とされ、ツールに内装される。
ツールは、少なくとも、ほぼフラットな周縁部を形成するためのアウターパンチ（周縁パンチ）と、ピン形成のためにツール内のピン形成用開口部と協働するインナーパンチ（ピンパンチ）を有している。
第１ステージにおいて、ワークピースをアウターパンチにより押下げ保持した状態で、ツールのピン形成用開口部と協働してピンパンチをプレスすることによりピンが形成される。
第２ステージにおいて、ピンを形成したワークピースをツールのインナーパンチにより押下げ保持した状態で、アウターパンチをプレスすることにより材料厚さを減じた周縁部を形成することを特徴としている。
従って、本発明は、コスト効果の高い冷間プレス又は熱間プレスを使用し、冷却剤が流される有効面の上にピンを形成する際に、成形によりフラットな素材ブランク又はインサート部品とされた材料が直接使用される。
これにより、本発明による製造は、材料節約と省資源のための製造方法が含まれており、材料ロスや、材料廃棄物がない。
本発明方法の第１ステージにおいて、フラットな素材ブランクをアウターパンチにより押下げ保持した状態で、ツールのピン形成用開口部と協働するインナーパンチ（ピンパンチ）によるプレスを行うことにより、ピンが最初に中央領域に形成される。
これにより、ピンを形成した領域に材料の落ち込み部ないし窪みが形成されるが、アウターパンチに割り当てられた周縁部はフラットな素材ブランクの上に形成されない。
第２ステージは、オプションとして別のツールで実行される。形成されたピンと共にワークピースをツールのインナーパンチにより押下げ保持し、アウターパンチのプレスにより、周囲の材料の張り出し部（オーバーハング部）が材料厚さを減少したものに形成される。
これにより、ほぼフラットで、機能的に必要な周縁部が実現され、それは、ピンが形成された後に、材料の落ち込み部の領域（ゾーン）に移行して形成される。
従って、ツール内におけるフラットな素材ブランクないしインサート部品の１種のセルフアライメント（自己整列）が両工程で行われる利点がある。
第１工程において、フラットな素材ブランクが挿入されている間、ツールのワークピース受容空間の全周囲の囲い込みにより、アライメントが達成される。
そして、第２工程において、周縁部がアウターパンチの協力により形成されて押下げ保持されたとき、ツール内のピン形成開口における形成されたピンにより、アライメントが達成される。
第２工程におけるプレス力を第１工程におけるプレス力よりも著しく小さくすることにより、第２工程のために使用されるプレスをピン形成のために使用されるプレスのように強力に行わなくても良い利点をもたらすことができる。
その結果、必要なプレス力にマッチする適合した成形マシンを使用することができ、作業コスト及び加工コストを低減することができる。
エジェクタ装置を使用することにより、周縁部に隣接するツールのピン形成用開口部の少なくとも何個かを予め閉じ、成形中にピンの列によりオフセットすることができる。
本発明の方法において、好ましくは、ピンは、自由端から開始して校正される。
校正のとき、ピンの自由端は、フラットにプレスされ又はカシメにより太くされる。
更に、ピンを校正するとき、ピンの自由端から開始する際、逆向き円錐形の形態が形成され、ピンの直径が自由端からフット領域に向けて減少するように校正が実行される。
別の方法として、ピンの自由端から開始する校正を介して、円錐形の形態を設けることができ、この場合、校正は、ピンの直径が自由端からフット領域に向けて増大するように実行される。
フラットな素材ブランクは、四角形の形態を有していることが適切である。特に、長方形のフラットな素材ブランクを含むことができる。
フラットな素材ブランクは、ローラで延伸した材料又はプレスされた材料、特に、圧延銅により形成されていることが好ましい。
要約すると、本発明の方法において、ピンを備えた冷却板は、専ら、成形工程により製造されることが本質的特徴である。
本発明の更なる詳細、構成及び利点は、特徴を限定するものではないが、添付の図面を参照することにより、以下に記載した好ましい例示的な実施形態の説明から明らかとなる。
本発明による冷却プレートの適用例を示す概略的断面図である。 図２ないし図１０は、本発明による冷却板の製造方法における工程の順序を示しており、図２は、１つの工程を説明する概略的部分断面斜視図である。 工程の順序における１つの工程を説明する概略的部分断面斜視図である。 工程の順序における１つの工程を説明する概略的部分断面斜視図である。 工程の順序における１つの工程を説明する概略的部分断面斜視図である。 工程の順序における１つの工程を説明する概略的部分断面斜視図である。 工程の順序における１つの工程を説明する概略的部分断面斜視図である。 工程の順序における１つの工程を説明する概略的部分断面斜視図である。 工程の順序における１つの工程を説明する概略的部分断面斜視図である。 成形されたピン付きの冷却板を示す概略的斜視図である。 図１０に示す冷却板のピンの詳細を示す拡大図である。 図１０に示す冷却板のピンの詳細を示す拡大図である。 図１３ないし図１５は、ピン形態の更なる実施形態の例を示しており、図１３は、ピン形態の実施形態の１つを示す概略図である。 ピン形態の実施形態の１つを示す概略図である。 ピン形態の実施形態の１つを示す概略図である。
図面の図において、同一又は類似する部分は、同じ参照符号で示している。
図１は、冷却装置の適用例を概略的に示しており、符号１で示している。
冷却板３は、ピンの反対側の表面が電気部品又は電子部品などの冷却される部品２に取り付けられる。
図示のように、冷却板３は、冷却剤が流される有効面５にピン４を有している。
図例において、ピン４を囲んでほぼ半径方向に延びるフラットな周縁部にシール６を介してカバー７が液密的に接続されており、冷却板３のピン４とカバー７の間に中間空間８が形成され、そこに冷却液体ないし冷却流体のような冷却剤９が流れるように構成している。
以下、非常に良好な熱伝導性を有する材料の冷却板を製造するための本発明に係る製造工程の順序を図２ないし図１０を参照することにより、より詳細に説明する。
図２は、底部に多数の形成用開口部２０を有するツールＷの部分的断面図を概略的に示している。
周縁部Ｕに隣接する形成用開口部２０の少なくとも何個かはエジェクタ装置２１により閉じられている。
ツールＷに距離をあけて概略的に示されたものは、フラットな素材ブランクの形態とされたワークピースＷＳであり、原料部品１０ないしインサート部品である。
図２において、このワークピースＷＳは、均一又は同一の材料厚さを有している。
図３からわかるように、ワークピースＷＳないしフラットな素材ブランク１０ないしインサート部品は、ツールＷの底部に置いて装入され、全周にわたりツールＷの中に囲い込まれる。
これが第１ステージにおける成形プロセスのための最初の状態である。
図４は、第１ステージにおける成形プロセスのために使用されるパンチアセンブリの概略的な部分断面図を示しており、符号２２で一般的に示している。
このパンチアセンブリ２２は、少なくとも１つのアウターパンチないし周縁部パンチ２３と、インナーパンチないしピンパンチ２４を有している。
図５に矢印で示すように、パンチアセンブリ２２は、フラットな素材ブランク１０の上に移動され、インナーパンチ２４のプレスを介してピン形成用開口部２０と協働することにより、第１ステージにおけるピン４を形成し、このときワークピースＷＳないし１０は、アウターパンチ２３により押下げ保持されている。
図６と併せて図５から明らかなように、第１プロセスステージないし第１フォーミングステージの結果により得られたコンポーネント３０は、形成用開口部２０と協働するインナーパンチ２４により形成されたピン４の領域に、トラフ形状の凹部３１を有する。
第１プロセスステージの結果により得られたコンポーネント３０から開始して、図６のコンポーネントは、ツールＷにおける第２ステージの成形プロセスに供される。ピン４は、関連するピン形成用開口部２０の中に突き出し、これにより、コンポーネント３０がツールＷに置かれる位置をセンタリングする。
図７から明らかなように、コンポーネント３０は、ツールＷに装入され、ツールＷの側面周囲の境界と、コンポーネント３０の外周辺の間に、所定間隔Ａが周方向に維持される。
図面の図２ないし図１０の全てからわかるように、エジェクタ装置２１の複数部分が周縁部Ｕに隣接するピン形成用開口部２０の少なくとも何個かを閉鎖することが好ましい。これにより、周縁部Ｕを形成するプレス工程の間、コンポーネント３０の素材が形成用開口部２０の中に移動することを効果的に防止することができる。
図６ないし図９は、第２プロセスフォーミングステージを説明している。
図８からわかるように、パンチアセンブリ２２は、少なくとも、アウターパンチないし周縁部パンチ２３と、インナーパンチないしピンパンチ２４を有する。
図８及び図９のように、コンポーネント３０をインナーパンチ２４により押下げ保持した状態で、第２ステージにおいて、周縁部Ｕの領域がアウターパンチないし周縁部パンチ２３により下向きプレスされ、形成されたピン４を有する領域と周縁部が面一になるように広げられ或いは融合ないし一体化される。
従って、ほぼ半径方向に延びるフラットな周縁部が得られ、これは必要であれば、シールと効果的に協働することができる。
第２ステージにおける加工の後、冷却板３が得られる。冷却板３は、図１０に概略的斜視図を示すように、有効面５に相互に極めて近接する複数のピン４を有している。周縁部Ｕは、複数のピン４を囲み、ピン４のフット領域と共通のベース領域を形成している。
図１１は、２つのピンの概略的拡大図を示しており、図２ないし図５と、図６ないし図１０において、ピン形成用開口部２０と協働するプレスを介してインナーパンチ２４により形成されたものである。
図１２は、校正（キャリブレーション）が行われた後のピン４’ を備えた冷却板３を示している。図１１及び図１２からわかるように、ピン４、４’ は、図５に示す第１ステージにおける成形により形成された後、わずかに外向きに湾曲した自由端１２を有する。
図１２に示す校正中に、これらの自由端１２は、フラットにプレスされ、あるいは、カシメないし太径化（アップセット）される。
最後に、ピン４の更なる実施形態の例示的形態を図１３ないし図１５に概略的に示している。
図１３は、円柱形のピン４’ を示している。
図１４は、ピン４”の逆円錐形の形態とした例を示しているが、この逆円錐形の形態は、それぞれのピン４”の高さの約半分以上しか延びていない。
ピン４”の自由端から始まるこのような逆円錐形の形態では、自由端１２から始まるピン４”の直径がフット領域の方向に向けて小さくなるように校正が実施される。
ピン４"'のこのような逆円錐形の形態の例は、図１５にも示されている。逆円錐形の形態は、ピン４"'のフット領域に延びている。
あるいは、ピン４は、全体として円錐形又は部分的に円錐形に形成することができる。
これは、それに応じた校正プロセスにより実現される。
その場合、ピン４の自由端１２から始まり、ピン４の直径が自由端からフット領域の方向に向けて増大するように校正が実施される。
本発明は、勿論、図示された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神から逸脱しなければ、必要に応じて、当業者が行う多数の変更及び修正が可能である。
特に、ピン４、４'、４"、４"'は、それぞれの適用分野に応じて、図示の例示的な実施形態と異なる校正による形態を有するものとしても良く、又は図１１ないし図１５に例示する形態の組み合わせを含むものとしても良い。
図示の例は、長方形の形状としたフラットな素材ブランク１０に基づいているが、勿論、一般的な四辺形又は円い形状などで構成しても良く、正方形の素材ブランクを含むこともできる。
フラットな素材ブランクは、好ましくは、圧延又はプレスされた材料、特に、圧延された銅により形成されるが、非常に良好な熱伝導性を有する材料であれば良い。
１ 冷却装置全体
２ 冷却される部品
３ 冷却板
４ ピン（図１１）
４' ピン（図１２及び図１３）
４" ピン（図１４）、
４"' ピン（図１５）
５ 有効面
６ シール
７ カバー
８ 中間空間
９ 冷却剤
１０ 原料部品又はワークピースＷＳとしてのフラットな素材ブランク
１２ ピン４の自由端
２０ ピン形成用開口部
２１ エジェクタ装置
２２ パンチアセンブリ全体
２３ アウターパンチ
２４ インナーパンチ
３０ 第１ステージで成形されたコンポーネント
３１ ピン４の領域におけるトラフ形の凹部
Ａ 距離
Ｕ 周縁部
Ｗ ツール
ＷＳ ワークピース

Claims (8)

  1. 銅、アルミニウム、それらの合金を含む熱伝導性が非常に良好な材料の冷却板であって、冷却剤が流される有効面にベース領域を越えてほぼ垂直に突出ピン(4,4',4",4'")を備え、該ピンが実質的に半径方向に延びるフラットな機能的に必要な周縁部(U)により囲まれており、ツール(W)でワークピース(WS)を加工することにより冷却板を製造する方法において、
    前記ワークピース(WS)は、均一な材料厚さを有するフラットな素材ブランクの形態とされており、ツール(W)の中に配置され、該ツールは、少なくとも、実質的にフラットな周縁部を形成するためのアウターパンチ(23)と、ピン(4,4',4",4'")を形成するためにツール(W)に設けられたピン形成用開口部(20)と協働するインナーパンチ(24)を有しており、
    第１ステージにおいて、ワークピース(WS)をアウターパンチ(23)により押下げ保持した状態で、インナーパンチ(24)をプレスすることによりツール(W)のピン形成用開口部(20)と協働してピン(4,4',4",4'")を形成すると共に、該ワークピース(WS)のピンが形成された領域に材料の落ち込み部(31)を形成し、
    第２ステージにおいて、前記落ち込み部(31)をツール(W)のインナーパンチ(24)により押下げ保持した状態で、アウターパンチ(23)をプレスし、前記落ち込み部とほぼ面一になるように材料の厚さを減じさせることにより、ほぼフラットで機能的に必要な周縁部(U)を形成する
    ことを特徴とする冷却板の製造方法。
  2. ピン(4,4',4",4'")は、自由端から開始する校正が実施されることを特徴とする請求項１に記載の冷却板の製造方法。
  3. 校正により、ピン(4,4',4",4'")の自由端がプレスによりフラット又はカシメにより太径にされることを特徴とする請求項２に記載の冷却板の製造方法。
  4. ピン(4,4',4",4'")の自由端から開始して、ピンの自由端からフット領域の方向に向けてピンの直径が減少するように校正が実施されることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷却板の製造方法。
  5. ピン(4,4',4",4'")の自由端から開始して、ピンの自由端からフット領域の方向に向けてピンの直径が増加するように校正が実施されることを特徴とする請求項２又は３に記載の冷却板の製造方法。
  6. フラットな素材ブランクは四辺形の形態を有していることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の冷却板の製造方法。
  7. フラットな素材ブランクは長方形の形態を有していることを特徴とする請求項６に記載の冷却板の製造方法。
  8. フラットな素材ブランクは、圧延された銅を含む圧延材又はプレス材から形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の冷却板の製造方法。
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