【発明の詳細な説明】 【０００１】 本発明は、請求項１前文に係る、電力用の電子部品および他の電気器具のための冷却要素の製造方法に関するものである。 【０００２】 本発明はまた、本発明により製造される冷却要素に関するものでもある。 【０００３】 電気器具用の冷却要素は、通常、長い、押し出し成型されたアルミニウム製の薄板を、適切な長さに切断することにより製造される。 押し出し成型によって、
多くの種類の形状のものを容易に製造することができ、それ故、異なる使用意図に対する適切な形状のものを製造することが簡単であり、これによって、非常に多数の異なる種類の冷却要素を製造することができる。 しかしながら、こうした押し出し成型によって作られる要素は、特に電力用電子部品の冷却に関しては、
多数の欠点を有している。 近年の電子部品においては、高い電力を相対的に小さい機器で取り扱うことが可能である。 こうした高い電力を半導体部品に通電したとき、通常、電力損失が発生して部品を加熱する。 この加熱は小さな領域において発生し、この熱を除去するために、通常は空気による冷却が用いられている。
空冷式の冷却部品の熱伝達能力は、特に冷却すべき表面の面積および、熱源から表面までの距離、すなわち伝導距離に依存する。 要素の大きさが、同様に構造的な理由によって常に限定されるので、所定の大きさを有する冷却器の冷却能力は、冷却する面積をどれだけの大きさで所定の体積に収納できるか、に依存する。
冷却能力は、本質的に、強制的な空気の流れによって増加させることができるが、その結果、冷却要素を、他の要素への冷却空気の流れを妨げないように設計しなければならない。 【０００４】 冷却要素はまた、鋳造によって製造される。 例えばダイカスト法が効果的かつこの冷却要素を適切なコストでの大量生産に適用することが可能であり、それ故、この方法は、大量に必要とする同様な要素を連続的に製造するのに有利な方法である。 鋳造は、押し出し成型による場合と比べて、より自由な成型が可能である。 しかし、冷却要素のフィンを、鋳型により形成し、鋳型内にコアを配置しなければならないため、フィンの最大密度並びにフィンの厚さが限定される。 鋳造する全ての部品は、鋳型を満たすことができるように、また鋳造時の変形の発生を防ぐ一方で、鋳造品を破壊に対して頑丈なものとするために、所定の断面積を有していなければならない。 鋳造用具は多数回の鋳造作業および加熱した鋳造合金に耐えなければならず、それ故鋳型にはいかなる非常に薄い表面もあってはならず、こうした表面は、鋳型に作用するひずみによる急激な摩耗を被ることとなる。 したがって、高いフィン密度を有する冷却要素の製造には、従来の鋳造方法は適用できない。 【０００５】 冷却要素は、良好な熱伝達特性を有する材料から作られなければならない。 したがって、銅は、冷却要素として良好な材料を構成するが、高価でかつ重量があり、それ故、冷却要素には、通常、アルミニウム系の軽合金から作られている。
決まりとして、軽合金は良好な鋳造し易さを有し、また加圧式のダイカスト法に特に適している。 【０００６】 本発明の目的は、加圧式のダイカスト鋳造技術を用いる、高いフィン密度を有する冷却要素の製造方法を提案することにある。 【０００７】 本発明は、層状のシートを組み立てたインサートを鋳造用鋳型の中心部に配置し、加圧成型により冷却要素の本体を層状のパッケージに固定することに基づき、それによって本体および冷却フィンの列を具える一体型の要素を形成するものである。 【０００８】 より詳細には、本発明による方法は、請求項１の特徴部分で述べた事項を特徴とするものである。 【０００９】 本発明は顕著な利点を提示する。 【００１０】 本発明による方法は、従来の加圧式の成型により製造されたものよりも、非常に高密度の冷却フィンの列の製造を可能とするものである。 このことは最も重要である。 なぜならば、電力用の電子部品で処理される電力の、部品の大きさに対する割合は一定で増加し、それ故コンパクトな空間に大きな冷却能力を合わせなければならない。 本要素の本体は、層板のパッケージと緊密に接着し、したがって、熱伝達を妨げる空気の通路は、本体と層板パッケージとの間には形成されない。 有利な条件の下で、層板パッケージの表面を鋳造金属によって溶解することができ、それによって完全に継ぎ目の無い製品が形成される。 インサートおよび鋳造材料は、鋳造する材料の異なる熱膨張によるひずみの発生を避けるため、同じ材料または少なくとも本質的に同じ形式の金属である。 本製造方法は容易に自動化することができる。 【００１１】 以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。 【００１２】 図１および図２に示す冷却要素は、本体部分１と、鋳造によりこれと一体的に接続したインサートパッケージ２からなり、パッケージ２は本要素の冷却フィンを形成する。 冷却要素は箱型をなし、本体１は、その箱の壁を形成する境界３によって周囲を取り囲まれている。 インサートパッケージ２は箱の中央に位置し、
パッケージ２の上面は境界３の縁とほぼ等しい高さを有する。 境界部分３には、
冷却用空気の循環のための開口部４が設けられている。 本発明は、冷却要素の外形には関心を払わないため、ここで例示したような、可能性のある一つの構成のみを提示する。 本発明を種々の形状の冷却要素に適用できることは明白である。 【００１３】 本発明は、予め作製したインサートパッケージ２を、鋳造によって、これと同じまたは本質的に同じ材料からなる本体１と接続することに基づくものである。
インサートパッケージ２は、アルミニウムの押し出し成型により作製された層板５と共に、圧接によって単一のブロックを形成するように、プレス加工により作製される。 図３は、１枚の層板シートの構造を示すものである。 この層板シート５は、その両縁部に歯６，７，８を有し、これらの歯は、対向する側の層板で互いに噛み合うように設計され、互いに隣接するような層板の配置を許容し、それによって隣接する層板５の歯は、隣の層板５の歯の間の隙間に嵌り込む。 縁部に設けられた最長の歯６はインサートパッケージ２の底部９を形成し、さらに、短い歯７，８は、層板５の中央で、両側に設けられる。 インサートパッケージ２は、これら層板５より、相互に隣接して配置した所望の数の層板５を同時に押圧することにより形成され、それゆえ、押し込みにより相互に固定される。 相互に接続がなされた後、層板のパッケージおよび、特に底部９は、鋳造鋳型の中央部分
10に嵌合するように少しずつ加工される。 【００１４】 中央部分10の断面を図４に示し、斜視図を図５に示す。 鋳造において本質的な事は、本要素が、中央部分10とインサートパッケージとの間の接続部を密閉しなければならず、それによって溶融した鋳造用金属がインサートパッケージ２のための隙間および冷却用層板の間の隙間に流入できないようにすることである。 ここで示す中央部分10の場合、密閉を三段階で行う。 インサートパッケージの層板部12を、わずかに先細となるように加工し、それによって層板部を三角形の溝に強く押し込む。 円錐角は、仕上げ後の物の取り外しを妨害しない程度に小さく、
かつ良好な密閉効果を許容するのに充分な小さい角度でなければならない。 本例では、円錐角αは1.0°である。 インサートパッケージの底部９は、段状部を有 するように加工され、この段状部は層板部２よりも拡張した辺縁部を有する。 中央部分10は段状の窪みに対応し、この窪みはインサートパッケージ２の底部９が厳密に嵌り込むことができるように加工されたものである。 中央部分の窪みの最外縁部は傾斜しており、それゆえ底部９の外縁が、ここでも強固な円錐状の接続を形成する。 円錐角βは小さくなければならない。 なぜならば、インサートパッケージの底部９と中央部分10との間には、溶融金属が侵入できるようなこうした溝が形成されてはならないからである。 さらに、溶融金属が流入する側で、底部には傾斜した縁部14が設けられ、この縁部は鋳型の充填と溶融金属の流れを確実なものとし、本例では溶融金属の流れは矢印Ａで示される。 【００１５】 本冷却要素の鋳造は、インサートを鋳型内に配置し、これを中央部分２と気密に接続することにより行われる。 実際の中央部分は、ここでは示されていないが、製造する製品の外形と一致した形状の空洞によって形成され、中央部分10の周りに配置される。 鋳造に先立ち、鋳型を200℃の温度に加熱して閉鎖し、その後 鋳型を、インサートの材料と同じ溶融材料で満たす。 鋳造用の溶融材料の温度は約630℃であり、鋳込み速度は25m/sである。 【００１６】 インサートの底部９は、むしろ厚く、かつ大型で重い方が有利である。 なぜならば、溶融鋳造用材料の熱的効果に、完全に溶融すること無しに耐えることが可能でなければならないからである。 上述した冷却要素の底部の厚さは21mmであり、底部と閉じた鋳型の壁との間の隙間は、ほぼ3mmを維持する。 この結果、底部 ９の質量と鋳造材料の質量との差は非常に大きくなるため、底部９が溶融してしまう恐れは無い。 溶融材料と鋳型９の温度はこうした高レベルへ上昇し、少なくともインサートの底部９の表面が溶融し、それによってインサートは、溶融材料が固化すると鋳造品の一部となる。 しかしながら、良好な接合は、インサートに本質的に溶融が発生しない場合に達成される。 【００１７】 冷却要素、中心部分、インサートおよび鋳型の形状は、製造する部品によって変化することは言うまでもない。 鋳造用合金およびインサート材料は変化させても良いが、互いに最も有利に対応するものとする、すなわちこれらの融点および混合比を、インサート表面を溶融させて鋳造品とインサートを接合可能とするように相互に近接させる。 鋳型の予備加熱温度並びに溶融材料の鋳造温度は、鋳造材料によって変化するが、アルミニウム合金の場合には、鋳型の温度は、好ましくは、少なくとも200℃とし、また鋳造合金の温度は630℃とすべきである。 これより高い温度はインサートの溶融を確実なものとするが、その一方、高い鋳造温度に関連して鋳型の摩耗や他の問題が増加する。 アルミニウム合金に加えて、例えばマグネシウム合金を用いることが可能である。 しかし、鋳造用合金およびインサートは、常に等しい初期組成を有していなければならない。 【００１８】 上述した３工程における密閉は、一つの密閉方法が充分強固に達成されていれば、インサートと中心部との間では必ずしも必要ではない。 密閉した表面の構造は、製造する要素の構造にかなり広範に依存する。 【００１９】 本発明によれば、インサートは、鋳型での成型において反転させて配置することが可能である。 シミュレーションによれば、より薄いインサート端部の温度は、ここで、より厚いインサート端部の温度よりも約150℃上昇すると推定される 。 インサート／鋳造品の相互作用のシミュレーションでは、何ら強い溶融を被ることは無かった。 【図面の簡単な説明】 【図１】 図１は、本発明による冷却要素の斜視図である。 【図２】 図２は、図１の冷却要素の上面図である。 【図３】 図３は、一枚の冷却フィンを示すものである。 【図４】 図４は、本冷却要素の製造に用いる鋳型の中央部分を示す断面図であり、図１のフィンを構成するインサートパッケージが、鋳型内に配置されている。 【図５】 図５は、図４の中央部分の斜視図である。 【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書 【提出日】平成１２年２月１４日（２０００．２．１４） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】特許請求の範囲 【補正方法】変更 【補正内容】 【特許請求の範囲】 |
