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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024086427
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】放熱構造体およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
F28F 1/22 20060101AFI20240620BHJP
B23K 26/21 20140101ALI20240620BHJP
【ＦＩ】
F28F1/22 Z
B23K26/21 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022201541
(22)【出願日】2022-12-16
(71)【出願人】
【識別番号】000004640
【氏名又は名称】日本発條株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】山内 雄一郎
(72)【発明者】
【氏名】関 優佑
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168BA04
4E168BA87
4E168CB03
4E168DA02
4E168DA24
4E168DA28
(57)【要約】
【課題】新規な構造を備える放熱構造体を提供すること。
【解決手段】
放熱構造体は、表面に第１の溝部および第２の溝部を含むベース部材と、表面から離れる方向に延在する第１のフィンおよび第２のフィンと、を含み、第１のフィンの第１の端部および第２のフィンの第２の端部は、それぞれ、第１の溝部および第２の溝部に挿入されている。第１のフィンと第２のフィンとの間に溶接ビード領域を含んでいてもよい。第１のフィンと第２のフィンとは、溶接ビード領域を介して接続されていてもよい。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】
放熱構造体は、表面に第１の溝部および第２の溝部を含むベース部材と、表面から離れる方向に延在する第１のフィンおよび第２のフィンと、を含み、第１のフィンの第１の端部および第２のフィンの第２の端部は、それぞれ、第１の溝部および第２の溝部に挿入されている。第１のフィンと第２のフィンとの間に溶接ビード領域を含んでいてもよい。第１のフィンと第２のフィンとは、溶接ビード領域を介して接続されていてもよい。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面に第１の溝部および第２の溝部を含むベース部材と、
前記表面から離れる方向に延在する第１のフィンおよび第２のフィンと、を含み、
前記第１のフィンの第１の端部および前記第２のフィンの第２の端部は、それぞれ、前記第１の溝部および前記第２の溝部に挿入されている、放熱構造体。
前記表面から離れる方向に延在する第１のフィンおよび第２のフィンと、を含み、
前記第１のフィンの第１の端部および前記第２のフィンの第２の端部は、それぞれ、前記第１の溝部および前記第２の溝部に挿入されている、放熱構造体。
【請求項2】
前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に溶接ビード領域を含む、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項3】
前記第１のフィンと前記第２のフィンとは、前記溶接ビード領域を介して接続されている、請求項２に記載の放熱構造体。
【請求項4】
前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間隔は、２ｍｍ以下である、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項5】
前記第１の溝部および前記第２の溝部の少なくとも１つは、前記ベース部材の一端から他端まで貫通して延在している、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項6】
前記第１の溝部および前記第２の溝部の少なくとも１つは、前記ベース部材の一端および他端の一方のみを貫通して延在している、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項7】
前記第１の溝部および前記第２の溝部の少なくとも１つは、前記ベース部材の一端から他端に向かって延在し、
前記少なくとも１つの延在する方向における両端部は、前記ベース部材に設けられている、請求項１に記載の放熱構造体。
前記少なくとも１つの延在する方向における両端部は、前記ベース部材に設けられている、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項8】
前記第１の溝部および前記第２の溝部の少なくとも１つの側面は、テーパを有する、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項9】
前記第１のフィンの厚さに対する前記第１の溝部の深さの比、または前記第２のフィンの厚さに対する前記第２の溝部の深さの比は、０．５以上５以下である、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項10】
前記第１のフィンおよび前記第２のフィンの少なくとも１つの表面は、溝部、凹部、および凸部から選ばれる少なくとも１つの形状部を含む、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項11】
前記表面は、湾曲している、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項12】
前記ベース部材は、筒状体であり、
前記表面は、前記筒状体の外周面である、請求項１に記載の放熱構造体。
前記表面は、前記筒状体の外周面である、請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項13】
前記外周面は、湾曲している、請求項１２に記載の放熱構造体。
【請求項14】
ベース部材の表面に形成された第１の溝部および前記第１の溝部と隣接する第２の溝部のそれぞれに第１のフィンの第１の端部および第２のフィンの第２の端部を挿入し、
前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間にレーザ光を照射して、前記第１の端部および前記第２の端部を、それぞれ、前記第１の溝部および前記第２の溝部に接合する、放熱構造体の製造方法。
前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間にレーザ光を照射して、前記第１の端部および前記第２の端部を、それぞれ、前記第１の溝部および前記第２の溝部に接合する、放熱構造体の製造方法。
【請求項15】
前記レーザ光の照射において、前記レーザ光を前記第１の端部に照射し、前記レーザ光を前記第１の溝部の延在する方向に走査して前記第１の端部を前記第１の溝部に接合した後、前記レーザ光を前記第２の端部に照射し、前記レーザ光を前記第２の溝部の延在する方向に走査して前記第２の端部を前記第２の溝部に接合する、請求項１４に記載の放熱構造体の製造方法。
【請求項16】
前記レーザ光が前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間でウォブリング走査される、請求項１４に記載の放熱構造体の製造方法。
【請求項17】
さらに、前記レーザ光を、前記第１の溝部および前記第２の溝部の延在する方向における前記ベース部材の一端側および他端側の少なくとも１つから前記第１の端部および前記第２の端部に照射する、請求項１４に記載の放熱構造体の製造方法。
【請求項18】
前記表面は、湾曲している、請求項１４に記載の放熱構造体の製造方法。
【請求項19】
前記ベース部材は、筒状体であり、
前記表面は、前記筒状体の外周面である、請求項１４に記載の放熱構造体の製造方法。
前記表面は、前記筒状体の外周面である、請求項１４に記載の放熱構造体の製造方法。
【請求項20】
前記外周面は、湾曲している、請求項１９に記載の放熱構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一実施形態は、冷却機能を有する放熱構造体に関する。また、本発明の一実施形態は、冷却機能を有する放熱構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
モータやインバータ、ポンプ、コンプレッサなどの電動機は、駆動時に発熱するため、電動機を収容するケースに放熱用のフィンが取り付けられることがある。例えば特許文献１には、複数のフィンが設けられた円筒状の電動機用ケースが開示されている。この電動機用ケースは、アルミニウムを押出成形することによって製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－２２２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、放熱構造体の放熱性を向上させ、機械的強度を維持しつつ、放熱構造体の製造コストのさらなる削減が要望されている。
【0005】
本発明の一実施形態は、上記問題に鑑み、新規な構造を備える放熱構造体を提供することを目的の一つとする。また、本発明の一実施形態は、新規な構造を有する放熱構造体の製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態に係る放熱構造体は、表面に第１の溝部および第２の溝部を含むベース部材と、表面から離れる方向に延在する第１のフィンおよび第２のフィンと、を含み、第１のフィンの第１の端部および第２のフィンの第２の端部は、それぞれ、第１の溝部および第２の溝部に挿入されている。
【0007】
第１のフィンと第２のフィンとの間に溶接ビード領域を含んでいてもよい。
【0008】
第１のフィンと第２のフィンとは、溶接ビード領域を介して接続されていてもよい。
【0009】
第１のフィンと第２のフィンとの間隔は、２ｍｍ以下であってもよい。
【0010】
第１の溝部および第２の溝部の少なくとも１つは、ベース部材の一端から他端まで貫通して延在していてもよい。
【0011】
第１の溝部および第２の溝部の少なくとも１つは、ベース部材の一端および他端の一方のみを貫通して延在していてもよい。
【0012】
第１の溝部および第２の溝部の少なくとも１つは、ベース部材の一端から他端に向かって延在し、少なくとも１つの延在する方向における両端部は、ベース部材に設けられていてもよい。
【0013】
第１の溝部および第２の溝部の少なくとも１つの側面は、テーパを有していてもよい。
【0014】
第１のフィンの厚さに対する第１の溝部の深さの比、または第２のフィンの厚さに対する第２の溝部の深さの比は、０．５以上５以下であってもよい。
【0015】
第１のフィンおよび第２のフィンの少なくとも１つの表面は、溝部、凹部、および凸部から選ばれる少なくとも１つの形状部を含んでいてもよい。
【0016】
本発明の一実施形態に係る放熱構造体の製造方法は、ベース部材の表面に形成された第１の溝部および第１の溝部と隣接する第２の溝部のそれぞれに第１のフィンの第１の端部および第２のフィンの第２の端部を挿入し、第１のフィンと第２のフィンとの間にレーザ光を照射して、第１の端部および第２の端部を、それぞれ、第１の溝部および第２の溝部に接合する。
【0017】
レーザ光の照射において、レーザ光を第１の端部に照射し、レーザ光を第１の溝部の延在する方向に走査して第１の端部を第１の溝部に接合した後、レーザ光を第２の端部に照射し、レーザ光を第２の溝部の延在する方向に走査して第２の端部を第２の溝部に接合してもよい。
【0018】
レーザ光が第１のフィンと第２のフィンとの間でウォブリング走査されてもよい。
【0019】
放熱構造体の製造方法は、さらに、レーザ光を、第１の溝部および第２の溝部の延在する方向におけるベース部材の一端側および他端側の少なくとも１つから第１の端部および第２の端部に照射してもよい。
【0020】
表面は、湾曲していてもよい。
【0021】
ベース部材は、筒状体であり、表面は、筒状体の外周面であってもよい。外周面は、湾曲していてもよい。
【0022】
第１のフィンおよび第２のフィンの各々の材料は、筒状体の材料と同一であってもよい。
【発明の効果】
【0023】
本発明の一実施形態に係る放熱構造体は、別々の部品として形成される筒状体およびフィンを、レーザ溶接を用いて接合し、製造される。筒状体およびフィンのそれぞれの形状は複雑でなく、形成が容易である。そのため、これらを組み合わせた放熱構造体は、製造コストを削減することができる。また、フィンの長さを長くすること、および狭い間隔で配置することが可能となるため、表面積が増加し、放熱性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1A】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の構成を示す模式的な斜視図である。
【図1B】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の構成を示す模式的な上面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の筒状体の構成を示す模式的な斜視図である。
【図3A】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の構成を示す模式的な斜視図である。
【図3B】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の板状体の構成を示す模式的な斜視図である。
【図4A】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の構成を示す模式的な斜視図である。
【図4B】本発明の一実施形態に係る放熱構造体のブロック体の構成を示す模式的な斜視図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の製造方法を示すフローチャートである。
【図6A】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図6B】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図6C】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図7】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図8】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図9A】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の構成を示す模式的な斜視図である。
【図9B】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の筒状体の構成を示す模式的な斜視図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の筒状体の別の構成を示す模式的な斜視図である。
【図11】本発明の一実施形態に係る放熱構造体の筒状体の構成を示す模式的な断面図である。
【図12A】本発明の一実施形態に係る放熱構造体のフィンの構成を示す模式的な斜視図である。
【図12B】本発明の一実施形態に係る放熱構造体のフィンの構成を示す模式的な斜視図である。
【図12C】本発明の一実施形態に係る放熱構造体のフィンの構成を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本出願で開示される発明の各実施形態について、図面を参照し説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0026】
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
【0027】
本明細書および図面において、同一または類似する複数の構成を総じて表記する際には同一の符号を用い、これら複数の構成のそれぞれを区別して表記する際には、さらに大文字のアルファベットを添えて表記する。一つの構成のうちの複数の部分をそれぞれ区別して表記する際には、同一の符号を用い、さらにハイフンと自然数を用いる。
【0028】
【0029】
【0030】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、放熱構造体１０は、筒状体１０２および複数のフィン２００を含む。複数のフィン２００は、筒状体１０２の湾曲する外周面側に配置され、外周面から離れる方向に延在している。図示しないが、放熱構造体１０の内部（すなわち、筒状体１０２の内周面側）または外部（すなわち、複数のフィン２００の外側）に放熱構造体１０を冷却するための冷媒を冷却するための冷媒を還流するための流路を設けてもよい。以下では、筒状体１０２の筒状の軸が延伸している方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直であり、互いに直交する方向をｘ方向およびｙ方向として説明する。したがって、複数のフィン２００の各々は、筒状体１０２の外周面においてｚ方向に平行に配置され、筒状体１０２の外周面からｘｙ面内の所定の方向に放射状に延在している。
【0031】
筒状体１０２の表面は、内周面および外周面以外に、内周面と外周面とを接続する上面および下面を含む。上面と下面とは同じ構成であるため、以下では、上面と下面とを特に区別しない場合には、上面または下面を単に側面という場合がある。また、上面および下面は、筒状体１０２の端面という場合がある。筒状体１０２の内周面側には、様々な電動機が収容される。そのため、筒状体１０２は、電動機を保護するハウジングとして機能する。また、筒状体１０２は、筒状体１０２の内周面側に収容された電動機から放熱される熱を吸収することができる。詳細は後述するが、ｚ方向からの断面視において、筒状体１０２は、略円環形状を有する（ここで、筒状体１０２の断面図は図１Ｂに示す上面図と同様であるため、筒状体１０２の断面図は省略する。）。但し、筒状体１０２の断面形状は、これに限られない。筒状体１０２の断面形状は、筒状体１０２の内周面側に収容される電動機の種類または大きさに応じて適宜選択される。また、筒状体１０２の大きさ（外径およびｚ方向の長さ）も、電動機の種類または大きさによって適宜選択される。例えば、外径は２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下でもよく、ｚ方向の長さは３０ｍｍ以上９０ｍｍ以下でもよい。筒状体１０２のアスペクト比（外径／長さ）は、例えば、１以上２０以下でもよい。また、筒状体１０２の厚さ（内周面と外周面との間の距離）も放熱構造体１０に要求される強度によって適宜選択され、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であるが、これに限られない。
【0032】
【0033】
図２に示すように、筒状体１０２の外周面には、ｚ方向に延在する複数の溝部１０２ａが設けられている。換言すると、溝部１０２ａは、筒状体１０２の外周面において、筒状体１０２の上面および下面を貫通するように（または、筒状体１０２の外周面の一端から他端までを貫通するように）ｚ方向に延在して設けられている。複数の溝部１０２ａは、筒状体１０２の外周面の湾曲形状に合わせて放射状に設けられている。
【0034】
筒状体１０２の溝部１０２ａには、フィン２００の端部が挿入される（図１Ａおよび図１Ｂ参照）。そのため、溝部１０２ａの形状または大きさは、フィン２００の端部の形状または大きさに応じて適宜選択される。溝部１０２ａの幅はフィン２００の厚さとほぼ一致している。溝部１０２ａの深さは筒状体１０２の厚さより小さければよい。具体的には、フィン２００の厚さに対する溝部１０２ａの深さの比は、０．５以上５以下である。詳細は後述するが、フィン２００の端部が溝部１０２ａに挿入されたフィン２００は、レーザ溶接を用いて端部が溝部１０２ａと接合され、接続される。
【0035】
フィン２００は、筒状体１０２と接続され、筒状体１０２から伝導された熱を外部に放出することができる。すなわち、フィン２００は、放熱板として機能する。フィン２００の厚さおよび高さ（筒状体１０２の外周面からフィン２００が延在する方向における長さ）、フィン２００の数、ならびにフィン２００の間隔は、放熱構造体１０に要求される冷却効率に応じて適宜選択される。例えば、厚さは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲でもよく、高さは３０ｍｍ以上９０ｍｍ以下でもよい。また、フィン２００の間隔は、例えば、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であるが、これに限られない。フィン２００の間隔は、好ましくは２ｍｍ以下である。
【0036】
複数のフィン２００は、筒状体１０２の外周面の上の全体にわたって等間隔に配置されている。但し、複数のフィン２００の配置構成は、これに限られない。図示しないが、複数のフィン２００は、筒状体１０２の外周面に不規則な間隔で配置されてもよく、筒状体１０２の外周面の一部に配置されてもよい。
【0037】
フィン２００のｚ方向における長さは、筒状体１０２のｚ方向における長さと同一である。但し、フィン２００の長さは、これに限られない。図示しないが、フィン２００のｚ方向における長さは、筒状体１０２のｚ方向における長さよりも大きくてもよく、小さくてもよい。なお、フィン２００のｚ方向における長さが筒状体１０２のｚ方向における長さよりも小さい場合、溝部１０２ａは、筒状体１０２の外周面において、上面および下面を貫通することなく、ｚ方向に一部延在して設けられていてもよい。
【0038】
フィン２００の材料は、筒状体１０２の材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。筒状体１０２およびフィン２００の各々の材料として、アルミニウム合金を用いることができる。例えば、アルミニウム合金は、Ａ７０７２、Ａ７０５０、Ａ７０７５、Ａ７００３、およびＡ７Ｎ０１などと称されるアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、および銅を含む合金、またはＡ６０６１、Ａ６０６３、およびＡ６Ｎ０１などと称されるケイ素を含むアルミニウムおよびマグネシウムの合金、またはＡ５０５２、Ａ５０８２、Ａ５０８３、Ａ５１８２などと称されるアルミニウムおよびマグネシウムの合金である。また、フィン２００の材料として、Ａ１０５０、Ａ１１００などと称される純アルミニウムも用いることができる。アルミニウム合金または純アルミニウムを筒状体１０２およびフィン２００に用いることで、アルミニウムの高い熱伝導率に起因し、放熱構造体１０は高い放熱特性を示すことができる。
【0039】
以上、放熱構造体１０の構成について説明したが、放熱構造体１０の筒状体１０２は、フィン２００が挿入されるベース部材１００の一例である。本実施形態に係る放熱構造体のベース部材１００は筒状体１０２に限られない。本実施形態に係る放熱構造体のベース部材１００として、様々な構成を適用することができる。図１Ａ～図２では、筒状体１０２が、断面視において、略円環形状である構成を説明したが、筒状体１０２の断面形状は、略矩形環形状であってもよく、断面視における環形状は特に限定されない。また、本実施形態に係る放熱構造体のベース部材１００は、内部に空間を有する筒形状でなくてもよい。そこで、図３Ａ～図４Ｂを参照して、筒状体１０２とは形状の異なるベース部材１００を含む本実施形態に係る放熱構造体について説明する。
【0040】
【0041】
図３Ａに示すように、放熱構造体１１は、板状体１０４および複数のフィン２００を含む。放熱構造体１１のベース部材１００は、板状体１０４である。図３Ｂに示すように、板状体１０４は、第１の面１０４－１および第１の面１０４－１と反対の第２の面１０４－２を含む。複数のフィン２００は、第１の面１０４－１に配置されている。板状体１０４の第１の面１０４－１には、一方向に延在する複数の溝部１０４ａが設けられている。板状体１０４の溝部１０４ａには、フィン２００の端部が挿入され、フィン２００は、板状体１０４の第１の面１０４－１から離れる方向に延在している。フィン２００の端部は、溝部１０４ａと接合され、接続されている。接合は、レーザ溶接を用いて行われるため、フィン２００の端部と溝部１０４ａとの間には、溶接ビード領域が形成される。
【0042】
板状体１０４の第１の面１０４－１および第２の面１０４－２の各々は、平面であってもよく、筒状体１０２と同様に、湾曲した曲面であってもよい。
【0043】
【0044】
図４Ａに示すように、放熱構造体１２は、ブロック体１０６および複数のフィンを含む。放熱構造体１２のベース部材１００は、ブロック体１０６である。、図４Ｂに示すように、ブロック体１０６は、第１の面１０６－１～第６の面１０６－６を含む。第１の面１０６－１が上面であるとすると、第１の面１０６－１と反対の第２の面１０６－２は下面であり、第３の面１０６－３～第６の面１０６－６は側面である。ブロック体１０６の第１の面１０６－１、第３の面１０６－３、および第４の面１０６－４の各々には、一方向に延在する複数の溝部１０６ａが設けられている。ブロック体１０６の溝部１０６ａには、フィン２００の端部が挿入され、フィン２００は、ブロック体１０６の第１の面１０６－１、第３の面１０６－３、または第４の面１０６－４から離れる方向に延在している。フィン２００の端部は、溝部１０６ａと接合され、接続されている。接合は、レーザ溶接を用いて行われるため、フィン２００の端部と溝部１０６ａとの間には、溶接ビードが形成される。
【0045】
図４Ａおよび図４Ｂでは、ブロック体１０６の３つの表面（第１の面１０６－１、第３の面１０６－３、および第４の面１０６－４）に溝部１０６ａが設けられる構成を示したが、ブロック体１０６の構成はこれに限られない。溝部１０６ａが設けられるブロック体１０６の表面は、１つの表面であってもよく、複数の表面であってもよい。また、ブロック体１０６の表面は、平面であってもよく、筒状体１０２と同様に、湾曲した曲面であってもよい。
【0046】
以上、放熱構造体１０の筒状体１０２、放熱構造体１１の板状体１０４、および放熱構造体１２のブロック体１０６を例として説明したように、本実施形態に係る放熱構造体において、フィン２００が挿入されるベース部材１００は、様々な形状および大きさを有することができる。また、ベース部材１００の表面に設ける溝部に応じて、ベース部材１００の表面から離れるフィン２００の延在方向を調整することができる。
【0047】
以下では、放熱構造体１０の製造方法について説明するが、言うまでもなく、当該製造方法は、放熱構造体１１および放熱構造体１２に適用することができる。
【0048】
【0049】
図５は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０の製造方法を示すフローチャートである。また、図６Ａ～図６Ｃの各々は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０製造方法を示す模式的な断面図である。以下では、図６Ａ～図６Ｃの断面図を参照しながら、図５のフローチャートのステップの順序に従って説明する。図５には、ステップＳ１００～ステップＳ１２０が示されているが、放熱構造体１０の製造方法は、これに限られない。放熱構造体１０は、さらなるステップを含む製造方法によって製造されてもよい。
【0050】
ステップＳ１００では、筒状体１０２の外周面に設けられた溝部１０２ａに、フィン２００の端部を挿入する（図６Ａ参照）。フィン２００の端部は、筒状体１０２の外周面の上方から差し込んで溝部１０２ａに挿入されてもよく、筒状体１０２の上面または下面からスライドさせて溝部１０２ａに挿入されてもよい。
【0051】
ステップＳ１１０では、筒状体１０２の位置を固定する。筒状体１０２は、後述するステップＳ１２０においてレーザ光を照射することができるように位置が固定されていればよい。例えば、筒状体１０２は、ステージ上に設置されて位置が固定される。筒状体１０２は、吸着によって固定されてもよく、磁力によって固定されてもよい。また、筒状体１０２は、把持されることによって固定されてもよい。筒状体１０２が把持されることによって固定される場合には、筒状体１０２はステージ上に設置されなくてもよい。
【0052】
ステップＳ１２０では、溝部１０２ａに挿入されたフィン２００の端部にレーザ光を照射しながら、レーザ光をｚ方向に走査（図６Ｂおよび図６Ｃ参照）。レーザ光は、隣接する２つのフィン２００の間から照射される。ステップＳ１２０では、まず、隣接する２つのフィン２００の一方の端部にレーザ光を照射し、レーザ光を溝部１０２ａの延在する方向に走査して、隣接する２つのフィン２００の一方の端部を溝部１０２ａに接合する（図６Ｂ参照）。次に、レーザ光の照射方向を変更し、隣接する２つのフィン２００の他方の端部にレーザ光を照射し、レーザ光を溝部１０２ａの延在する方向に走査して隣接する２つのフィン２００の他方の端部を溝部１０２ａに接合する（図６Ｃ参照）。ステップＳ１２０は、フィン２００を筒状体１０２に接合するレーザ溶接のステップであるが、ステップＳ１２０では、レーザ光の照射位置を大きく変更することなく、レーザ光の照射方向を変更することにより、隣接する２つのフィン２００の端部の各々を溝部１０２ａに接合することができる。レーザ光としては、例えば、１０６４ｎｍの波長を有するイットリウム－アルミニウム－ガーネット（ＹＡＧ）レーザ、または１０７０ｎｍの波長を有するファイバレーザなどを用いることができる。特に、シングルモードファイバレーザを用いることで、フィン２００の間隔が狭い場合にも、高精度に接合を行うことが可能となる。また、光学素子を用いて線状パターンに加工されたレーザ光を用いてもよい。
【0053】
なお、ステップＳ１２０のレーザ溶接が行われた部分には、溶接ビードが形成されていてもよい。そのため、フィン２００の端部と溝部１０２ａとの間に溶接ビード領域が含まれていてもよい。本実施形態では、隣接する２つのフィン２００の間に溶接ビード領域が形成される。隣接する２つのフィン２００は、溶接ビード領域を介して接続されていてもよい。
【0054】
ステップＳ１１０およびステップＳ１２０が繰り返されることにより、筒状体１０２の複数の溝部１０２ａに複数のフィン２００の端部が接合され、放熱構造体１０が製造される。
【0055】
本実施形態では、放熱構造体１０の構成の様々な変形が可能である。以下では、図７～図１２Ｃを参照して、放熱構造体１０のいくつかの変形例について説明する。なお、以下では、上述した構成と同様の構成については説明を省略する。
【0056】
＜変形例１＞
図７は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０の製造方法を示す模式的な断面図である。
図７は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０の製造方法を示す模式的な断面図である。
【0057】
図７には、図５のステップＳ１２０におけるレーザ溶接の変形例が示されている。図７に示すように、レーザ光は、隣接する２つのフィン２００間でウォブリング走査される。すなわち、レーザ光は、隣接する２つのフィン２００間で「の」の字または「８」の字を描くようにしてｚ方向に走査される。これにより、１回のｚ方向へレーザ光の走査によって、隣接する２つのフィン２００の端部を溝部１０２ａに接合することができる。また。レーザ光がウォブリング走査されることにより、フィン２００の端部と溝部１０２ａとの間の間隙が埋められるように接合されるため、フィン２００の端部と溝部１０２ａとの間の接合が安定するとともに、接合強度が向上する。
【0058】
＜変形例２＞
図８は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０の製造方法を示す模式的な断面図である。図８は、フィン２００の中心線を含み、ｚ方向に平行な面で切断された放熱構造体１０の部分断面図である。なお、図８では、フィン２００の端部および溝部１０２ａの位置が明確になるように、溝部１０２ａの上端が点線で示されている。また、図８では、フィン２００が外周面から離れるように延在する方向をｙ方向として説明する。
図８は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０の製造方法を示す模式的な断面図である。図８は、フィン２００の中心線を含み、ｚ方向に平行な面で切断された放熱構造体１０の部分断面図である。なお、図８では、フィン２００の端部および溝部１０２ａの位置が明確になるように、溝部１０２ａの上端が点線で示されている。また、図８では、フィン２００が外周面から離れるように延在する方向をｙ方向として説明する。
【0059】
図８には、レーザ溶接のステップが示されている。図８に示すレーザ溶接では、ｚ方向からレーザ光が照射される。具体的には、レーザ光は、筒状体１０２の上面側および下面側から、フィン２００の端部に照射される。このようにレーザ光を照射することにより、筒状体１０２の上面および下面において、フィン２００の端部を溝部１０２ａに接合させることができる。レーザ光は、溝部１０２ａの断面形状に沿って走査されてもよく、ウォブリング走査されてもよい。
【0060】
図８に示すレーザ溶接では、筒状体１０２の上面および下面にレーザ光が照射されているが、２つのレーザ光が筒状体１０２の上面および下面に同時に照射されてもよく、１つのレーザ光が筒状体１０２の上面に照射された後に筒状体１０２の下面に照射されてもよい。また、筒状体１０２の上面および下面の一方のみにレーザ光が照射され、筒状体１０２の上面および下面の一方のみにおいてレーザ溶接が行われてもよい。
【0061】
図８に示すレーザ溶接は、ステップＳ１２０のレーザ溶接の前に行われてもよく、ステップＳ１２０のレーザ溶接の後に行われてもよい。図８に示すレーザ溶接がステップＳ１２０のレーザ溶接の前に行われる場合、フィン２００の端部は、溝部１０２ａの全体で接合されておらず、筒状体１０２の上面近傍および下面近傍においてのみ溝部１０２ａに接合されている。この場合、フィン２００の端部は、溝部１０２ａに仮接合された状態であり、ステップＳ１２０のレーザ溶接を行うことにより、本接合される。一方、図８に示すレーザ溶接がステップＳ１２０のレーザ溶接の後に行われる場合、筒状体１０２の上面近傍および下面近傍におけるフィン２００の端部と溝部１０２ａとの間の間隙を埋める接合が可能である。このように、ステップＳ１２０のレーザ溶接だけでなく、図８に示すレーザ溶接を行うことにより、フィン２００の端部と溝部１０２ａとの間の接合強度が向上する。
【0062】
＜変形例３＞
図９Ａは、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ａの構成を示す模式的な斜視図である。また、図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ａの筒状体１０２Ａの構成を示す模式的な斜視図である。
図９Ａは、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ａの構成を示す模式的な斜視図である。また、図９Ｂは、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ａの筒状体１０２Ａの構成を示す模式的な斜視図である。
【0063】
図９Ａに示すように、放熱構造体１０Ａは、筒状体１０２Ａおよび複数のフィン２００を含む。フィン２００のｚ方向における長さは、筒状体１０２Ａのｚ方向における長さよりも小さい。図９Ｂに示すように、筒状体１０２Ａの外周面には、ｚ方向に延在する複数の溝部１０２Ａ－ａが設けられている。但し、溝部１０２Ａ－ａは、筒状体１０２Ａの外周面において、上面および下面の一方のみを貫通するようにｚ方向に延在して設けられている。すなわち、溝部１０２Ａ－ａは、筒状体１０２Ａの外周面上に端部を有する。この場合において、フィン２００を溝部１０２Ａ－ａに挿入すると、溝部１０２Ａ－ａの端部がストッパとして機能する。そのため、レーザ溶接する場合において、筒状体１０２Ａに対するフィン２００の位置が安定する。
【0064】
図１０は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ａの筒状体１００Ａの別の構成を示す模式的な断面図である。図９Ｂでは、溝部１０２Ａ－ａのｚ方向における端部の一方のみが筒状体１０２Ａの外周面に設けられている。一方、図１０に示すように、溝部１０２Ａ－ａのｚ方向における両端部が筒状体１０２Ａの外周面に設けられていてもよい。すなわち、図１０に示す溝部１０２Ａ－ａは、筒状体１０２Ａの上面および下面を貫通していない。この場合であっても、フィン２００を溝部１０２Ａ－ａに挿入すると、溝部１０２Ａ－ａの端部がストッパとして機能する。そのため、レーザ溶接する場合において、筒状体１０２Ａに対するフィン２００の位置が安定する。
【0065】
＜変形例４＞
図１１は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ｂの筒状体１０２Ｂの構成を示す模式的な断面図である。
図１１は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ｂの筒状体１０２Ｂの構成を示す模式的な断面図である。
【0066】
図１１に示すように、筒状体１０２Ｂは、溝部１０２Ｂ－ａを含む。溝部１０２Ｂ－ａは、側面にテーパが形成されている。すなわち、溝部１０２Ｂ－ａは、筒状体１０２Ｂの外周面から内周面に向かう方向（深さ方向）において、溝部１０２Ｂ－ａの幅が小さくなる。この場合、溝部１０２Ｂ－ａにフィン２００の端部が挿入されると、かしめられてフィン２００の端部が溝部１０２Ｂ－ａ中で固定される。そのため、レーザ溶接する場合において、筒状体１０２Ｂに対するフィン２００の位置が安定する。
【0067】
＜変形例５＞
図１２Ａ～図１２Ｃの各々は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ｃのフィン２００Ｃの構成を示す模式的な斜視図である。図１２Ａ～図１２Ｃでは、フィン２００Ｃが外周面から離れるように延在する方向をｙ方向として説明する。
図１２Ａ～図１２Ｃの各々は、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０Ｃのフィン２００Ｃの構成を示す模式的な斜視図である。図１２Ａ～図１２Ｃでは、フィン２００Ｃが外周面から離れるように延在する方向をｙ方向として説明する。
【0068】
図１２Ａには、表面に溝部２００Ｃ－ａが形成されたフィン２００Ｃが図示されている。図１２Ｂには、表面に凹部２００Ｃ－ｂが形成されたフィン２００Ｃが図示されている。図１２Ｃには、表面に凸部２００Ｃ－ｃが形成されたフィン２００Ｃが図示されている。溝部２００Ｃ－ａ、凹部２００Ｃ－ｂ、および凸部２００Ｃ－ｃの各々の数または大きさは適宜選択され、特に限定されない。また、溝部２００Ｃ－ａ、凹部２００Ｃ－ｂ、および凸部２００Ｃ－ｃの各々の断面形状は、例えば、矩形状、半円形状、または半楕円形状であるが、これらに限られない。また、溝部２００Ｃ－ａ、凹部２００Ｃ－ｂ、および凸部２００Ｃ－ｃは、フィン２００Ｃの一表面だけでなく、フィン２００Ｃの両表面に形成することもできる。さらに、フィン２００Ｃは、溝部２００Ｃ－ａ、凹部２００Ｃ－ｂ、および凸部２００Ｃ－ｃから選ばれる複数の形状部が組み合わされた構成も可能である。このように、フィン２００Ｃの表面に様々な凹凸を有する形状部を形成することにより、フィン２００Ｃの表面積が増加する。そのため、フィン２００Ｃの放熱特性が向上し、放熱構造体１０Ｃの冷却効率が向上する。
【0069】
以上説明したように、変形例も含め、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０は、別々の部品として形成される筒状体１０２（ベース部材１００）およびフィン２００を、レーザ溶接を用いて接合し、製造される。筒状体１０２およびフィン２００のそれぞれの形状は複雑でなく、形成が容易である。そのため、これらを組み合わせた放熱構造体１０は、製造コストを削減することができる。
【0070】
また、本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０は、Ａ７０７５やＡ６０６１などのアルミニウム合金を含む。このため、放熱構造体１０は、アルミニウムの高い熱伝導率に起因する高い冷却効率が達成できるだけでなく、軽量でありかつ強度が高い。このことは、例えば航空機の推進力を生み出すためのモータなどの高い信頼性が要求される放熱構造体への応用を可能にする。また、軽量化が要求されるドローンなどの無人航空機や電気自動車などの各種車両の能熱構造体としても本発明の一実施形態に係る放熱構造体１０を好適に利用することができる。
【0071】
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【0072】
また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
【符号の説明】
【0073】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１、１２：放熱構造体、
１００：ベース部材、
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ：筒状体、
１０２ａ、１０２Ａ－ａ、１０２Ｂ－ａ：溝部、
１０４：板状体、
１０４ａ：溝部、
１０６：ブロック体、
１０６ａ：溝部、
２００、２００Ａ、２００Ｃ：フィン、
２００Ｃ－ａ：溝部、
２００Ｃ－ｂ：凹部、
２００Ｃ－ｃ：凸部
１００：ベース部材、
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ：筒状体、
１０２ａ、１０２Ａ－ａ、１０２Ｂ－ａ：溝部、
１０４：板状体、
１０４ａ：溝部、
１０６：ブロック体、
１０６ａ：溝部、
２００、２００Ａ、２００Ｃ：フィン、
２００Ｃ－ａ：溝部、
２００Ｃ－ｂ：凹部、
２００Ｃ－ｃ：凸部
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】