JPH08278091A - ヒートパイプ式冷却ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造コストが安価で、しかも大量生産しやす
いヒートパイプ冷却ユニットの製造方法を提供する。 【構成】 密閉金属管をコンテナとしたヒートパイプ１
２の一端部を電力素子用の金属ブロック１１に固定する
とともに、そのヒートパイプ１２の他端部に放熱フィン
１３を設けたヒートパイプ式冷却ユニット１０の製造方
法において、金属ブロック１１にヒートパイプ１２の一
端部より大径の取付け孔１４を形成するとともに、この
取付け孔１４にヒートパイプ１２の一端部を遊嵌する。
また放熱フィン１３にヒートパイプ１２の他端部より大
径の貫通孔１９を形成するとともに、この貫通孔１９に
ヒートパイプ１２の他端部を遊嵌する。ついで、そのヒ
ートパイプ１２を加熱して少なくとも半径方向に膨張さ
せることによりヒートパイプ１２と金属ブロック１１お
よび放熱フィン１３とを相互に密着嵌合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、サイリスタやパワー
トランジスタ等の電子素子の冷却を行うヒートパイプ式
の冷却ユニットの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の通りヒートパイプは、真空脱気し
たパイプなどの容器（コンテナ）の内部に水やアルコー
ルあるいは四フッ化エチレン等の凝縮性の流体を作動流
体として封入したものであり、コンテナの両端部におい
て温度差が生じることにより動作し、高温部で蒸発した
作動流体が低温部に流動して放熱・凝縮することによ
り、作動流体の潜熱として熱輸送を行うものである。

【０００３】そして、その見掛上の熱伝導率が銅やアル
ミ等の金属に対して数十倍優れていることから、種々の
熱関連機器に採用されており、その一例として、ダイオ
ードやサイリスタ等の大電流のパワーエレクトロニクス
デバイスを冷却する冷却ユニットが知られている。

【０００４】この冷却ユニットの一例を図示すれば、図
６の通りである。すなわち、銅やアルミ等からなる平板
状の金属ブロック１の板厚内には、長手方向に貫通する
取付け孔２が形成されており、これらの取付け孔２に
は、それぞれヒートパイプ３の蒸発部４側の端部が挿着
されている。そして、ヒートパイプ３と取付け孔２との
間の隙間には、ハンダ５が充填されており、これにより
両者が強固に固着されている。さらに、各ヒートパイプ
３の凝縮部６側の端部には、アルミ板からなる矩形の放
熱フィン７が圧入等の手段によって装着されている。そ
して、このように構成された冷却ユニット８において、
金属ブロック１の上部に、冷却対象物であるサイリスタ
やダイオード等の発熱体９が熱授受可能に設置されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
冷却ユニット８においては、ヒートパイプ３と金属ブロ
ック１とを固着させる手段としてハンダ５が用いられて
いるが、金属ブロック１とヒートパイプ３とを直接接触
させた場合に比べて熱抵抗が大きくなるから、ハンダ５
の量は可及的に少ないことが好ましい。そこで、従来で
は取付け孔２の内径をヒートパイプ３の外径寸法に可及
的に近付けて、両者間に生じる隙間を小さくしている。

【０００６】しかしながら、そのような場合には、隙間
への過不足のないハンダ５充填作業が困難になったり、
あるいは取付け孔２の加工精度を大幅に高める必要が生
じるなど、上記の冷却ユニット８では、その製造工程で
総じて手間の掛かる工程が多く、その結果、製造コスト
が高くなるとともに、大量生産に不向きであるなどの不
都合があった。

【０００７】この発明は上記の事情を背景としてなされ
たものであって、製造コストが安価で、かつ大量生産に
好適なヒートパイプ冷却ユニットの製造方法を提供する
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、密閉金属管をコンテナとしたヒート
パイプの一端部を電力素子用の金属ブロックに固定する
とともに、そのヒートパイプの他端部に放熱フィンを設
けたヒートパイプ式冷却ユニットの製造方法において、
前記金属ブロックに前記ヒートパイプの一端部より大径
の取付け孔を形成するとともに、この取付け孔に前記ヒ
ートパイプの一端部を遊嵌し、また前記放熱フィンに前
記ヒートパイプの他端部より大径の貫通孔を形成すると
ともに、この貫通孔にヒートパイプの他端部を遊嵌し、
ついでそのヒートパイプを加熱して少なくとも半径方向
に膨張させることによりヒートパイプと前記金属ブロッ
クおよび前記放熱フィンとを相互に密着嵌合させること
を特徴とするものである。

【０００９】また、請求項２の発明は、前記コンテナの
内面のうち前記金属ブロックもしくは放熱フィンに嵌合
する箇所の内面に、軸線方向に沿う複数の溝が形成され
て部分的に薄肉化されていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】上記の通り、まず、金属ブロックにヒートパイ
プの一端部より大径の取付け孔を形成するとともに、こ
の取付け孔にヒートパイプの一端部を遊嵌し、また放熱
フィンにヒートパイプの他端部より大径の貫通孔を形成
するとともに、この貫通孔にヒートパイプの他端部を遊
嵌する。つぎに、ヒートパイプを加熱して少なくとも半
径方向に膨張させて、金属ブロックおよび放熱フィンと
ヒートパイプとを相互に密着嵌合させる。すなわち、取
付け孔と挿着孔には、高い加工精度が要求されず、内周
面の仕上げ加工等の工程が不要となる。

【００１１】また、コンテナの内面のうち金属ブロック
もしくは放熱フィンに嵌合する箇所の内面に、軸線方向
に沿う複数の溝が形成されて部分的に薄肉化されている
から、ヒートパイプを加熱した場合にコンテナが半径方
向に膨張しやすくなり、その結果、ヒートパイプと金属
ブロックおよび放熱フィンとの固着がより効率よく行わ
れる。

【００１２】

【実施例】つぎに、この発明の一実施例を図１ないし図
５に基づいて説明する。これらの図において、冷却ユニ
ット１０は、図示しない発熱体である電力素子を熱授受
可能に設置する金属ブロック１１と、熱輸送素子となる
ヒートパイプ１２と、放熱面積を確保する複数枚の放熱
フィン１３とによって構成されている。

【００１３】これらのうち金属ブロック１１は、アルミ
や銅合金等の熱伝導率の高い金属から形成された厚板状
の平板体であって、その厚さ方向のほぼ中央位置には、
ヒートパイプ１２用の３本の取付け孔１４が形成されて
いる。これらの取付け孔１４の内径は、ヒートパイプ１
２のコンテナ１６の外径より若干大径であって、この取
付け孔１４は、金属ブロック１１における板幅方向の一
側面から板幅方向での中央部にまで形成され、さらにそ
れぞれの底部から他方の側面に至る空気抜き孔１５が形
成されている。

【００１４】また、ヒートパイプ１２は、長さ方法に亘
る複数条の溝１７が内周面の等間隔に形成された円形断
面のグルーブ管１８からなるコンテナ１６の内部に、作
動流体として水（図示せず）が封入されたものである。
そして、そのコンテナ１６の長さは、前記取付け孔１４
の長さより長く設定され、金属ブロック１１への取付け
状態では、金属ブロック１１より大きく突出するように
なっている。

【００１５】さらに放熱フィン１３は、矩形に形成され
た薄いアルミ合金板であり、それぞれヒートパイプ１２
の外径より若干大径の３個の挿着孔１９が等間隔に形成
されている。すなわち、一枚の放熱フィン１３が、３本
のヒートパイプ１２に一体に取付けられるようになって
いる。

【００１６】上記の冷却ユニット１０の製造手順すなわ
ちこの発明の方法について説明すると、まず、金属ブロ
ック１１に形成されている各取付け孔１４に、ヒートパ
イプ１２をそれぞれ挿入する。その際、各取付け孔１４
の内径がヒートパイプ１２の外径より若干大径に形成さ
れており、またヒートパイプ１２の一端部に押し出され
た空気が空気抜き孔１５から外部に排出されるから、ヒ
ートパイプ１２は円滑に挿入することができる。なお、
取付け孔１４の内周面とヒートパイプ１２の表面との間
には、僅かな隙間が生じる（図２参照）。

【００１７】そして、上記の作業と相前後して、ヒート
パイプ１２に放熱フィン１３を取り付ける。すなわち、
ヒートパイプ１２の凝縮部２１側の端部を、複数枚の放
熱フィン１３の挿孔着１９に差し込む。その場合、挿孔
着１９がヒートパイプ１２より大径であって両者は遊嵌
状態であるから、各放熱フィン１３を何らかの治具（図
示せず）で一定間隔にかつ平行に保持しておく。なお、
このようなヒートパイプ１２への放熱フィン１３の取付
け作業は、上述の金属ブロック１１へのヒートパイプ１
２の挿着作業より先に行っても何等支障ない。

【００１８】つぎに、金属ブロック１１および放熱フィ
ン１３に対して組み付けられたヒートパイプ１２を加熱
する。その場合、例えば図３に示すように誘導加熱コイ
ル２２の内側に配設した状態で、誘導加熱コイル２２に
高周波電流を流す。その結果、コンテナ１６に誘導電流
が生じ、この誘導電流のジュール熱によってコンテナ１
６が加熱されて、その内部の水（作動流体）が速やかに
蒸発し、かつヒートパイプ１２の内部圧力が上昇する。
前述の通りヒートパイプ１２のコンテナ１６としてグル
ーブ管１８が採用されており、すなわち、このコンテナ
１６には肉厚の薄い部分が内周面に形成されているの
で、内部圧力の上昇に伴ってヒートパイプ１２が半径方
向に膨張する。

【００１９】これに対して、金属ブロック１１の取付け
孔１４の径寸法は変化しないから、ヒートパイプ１２と
取付け孔１４の内周面との間の隙間が次第に狭くなり、
ついには密着する（図４参照）。他方、ヒートパイプ１
２の凝縮部２１のうち外周に放熱フィン１３が配設され
ている部分は、ヒートパイプ１２の表面が挿着孔１９の
内周に密着した後は、この挿着孔１９によって拡径が規
制されるため、放熱フィン１３が配設されていない部分
だけが更に拡径する。

【００２０】したがって、ヒートパイプ１２は金属ブロ
ック１１に対しては焼き嵌めと同様な状態で固着され、
また放熱フィン１３に対しては、挿着孔１９内側から押
し拡げる状態に塑性変形して、各放熱フィン１３と密着
して固定する（図５参照）。

【００２１】このように、この製造方法によれば、コン
テナ１６として特に拡径しやすいグルーブ管１８を採用
するとともに、誘導加熱によって極めて短時間で作動流
体の水を蒸発させるから、従来のようなハンダ付け等の
煩わしい工程を省くことができ、その結果、冷却ユニッ
ト１０の製造単価を低減させることができるとともに、
大量生産が可能になる。また、ヒートパイプ１２と金属
ブロック１１および放熱フィン１３とが直接接触するか
ら、これら間の伝熱抵抗を小さくすることができる。

【００２２】なお、上記実施例においては、ヒートパイ
プ１２のコンテナ１６としてグルーブ管１８を採用した
が、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば内外面に溝等が形成されない平滑管をコンテ
ナとしてしてもよい。また、加熱手段は誘導加熱に限定
されない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、まず、
金属ブロックにヒートパイプの一端部より大径の取付け
孔を形成するとともに、この取付け孔にヒートパイプの
一端部を遊嵌し、また放熱フィンにヒートパイプの他端
部より大径の貫通孔を形成するとともに、この貫通孔に
ヒートパイプの他端部を遊嵌する。ついでそのヒートパ
イプを加熱して少なくとも半径方向に膨張させることに
よりヒートパイプと金属ブロックおよび放熱フィンとを
相互に密着嵌合させる方法であるから、製造コストを低
減させることができるとともに、大量生産が可能にな
る。

【００２４】また、特にコンテナの内面のうち金属ブロ
ックもしくは放熱フィンに嵌合する箇所の内面に、軸線
方向に沿う複数の溝を形成して部分的に薄肉化すれば、
ヒートパイプのコンテナが半径方向に膨張しやすくなる
から、ヒートパイプと金属ブロックおよび放熱フィンと
の固着をより効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法により製造される冷却ユニット
を示す斜視図である。

【図２】製造工程のうちのヒートパイプを挿着する工程
を示す断面図である。

【図３】冷却ユニットを誘導加熱する工程を示す概略図
である。

【図４】金属ブロックの取り付け孔に挿着されたヒート
パイプが拡径する状態を示す概略図である。

【図５】放熱フィンの挿着孔に差し込まれたヒートパイ
プが拡径する状態を示す概略図である。

【図６】一般的なヒートパイプ式の冷却ユニットを示す
概略図である。

【符号の説明】

１０…冷却ユニット、 １１…金属ブロック、 １２…
ヒートパイプ、 １３…放熱フィン、 １４…取付け
孔、 １６…コンテナ、 １７…溝、 １９…挿着孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 長谷川 仁 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉金属管をコンテナとしたヒートパイ
   プの一端部を電力素子用の金属ブロックに固定するとと
   もに、そのヒートパイプの他端部に放熱フィンを設けた
   ヒートパイプ式冷却ユニットの製造方法において、 前記金属ブロックに前記ヒートパイプの一端部より大径
   の取付け孔を形成するとともに、この取付け孔に前記ヒ
   ートパイプの一端部を遊嵌し、また前記放熱フィンに前
   記ヒートパイプの他端部より大径の貫通孔を形成すると
   ともに、この貫通孔にヒートパイプの他端部を遊嵌し、
   ついでそのヒートパイプを加熱して少なくとも半径方向
   に膨張させることによりヒートパイプと前記金属ブロッ
   クおよび前記放熱フィンとを相互に密着嵌合させること
   を特徴とするヒートパイプ式冷却ユニットの製造方法。
2. 【請求項２】 前記コンテナの内面のうち前記金属ブロ
   ックもしくは放熱フィンに嵌合する箇所の内面に、軸線
   方向に沿う複数の溝が形成されて部分的に薄肉化されて
   いることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ式
   冷却ユニットの製造方法。