(57)【要約】【課題】本明細書は、内部冷媒管を管継手にスムーズに嵌入することのできる構造を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電子機器は、電子部品と、電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備えている。この電子機器は、電子部品と冷却器を収容しているとともに、側壁に貫通孔が形成されているケースと、貫通孔に嵌入されている管継手を備えている。管継手は、冷却器から延びている内部冷媒管と、ケース外部の外部冷媒管とを連通する。本明細書が開示する電子機器では、内部冷媒管の先端が管継手の内側に嵌入しているとともに、その先端が、管継手の軸線に対して傾斜している。上述した電子機器では、内部冷媒管を管継手に嵌入する時に、内部冷媒管の先端の傾斜している側の縁が管継手の内周面と強く接する。一方、その反対側の内部冷媒管の縁は、管継手に触れないか、あるいは弱く触れる程度である。従って内部冷媒管を管継手にスムーズに嵌入することができる。【選択図】図３
2020202253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品と、前記電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備えている電子機器であって、
前記電子部品と前記冷却器を収容しているとともに、側壁に貫通孔が形成されているケースと、
前記貫通孔に嵌合されており、前記冷却器から延びている内部冷媒管と、前記ケース外部の外部冷媒管とを連通する弾性体の管継手と、
を備えており、
前記内部冷媒管の先端が前記管継手の内側に嵌入しているとともに、前記先端は、前記管継手の軸線に対して傾斜している、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、電子機器に関する。特に、電子部品と、その電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備えている電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電力を扱う電子機器は、収容している電子部品の発熱量が大きい。そのため、電子機器のケース内部に電子部品を冷却するための液冷式の冷却器を備えることがある。電子機器の外部から冷却器に冷媒を供給したり、冷却器を通過した冷媒を電子機器の外部へ排出したりするため、ケースの側壁に冷媒管を通すことがある。その場合、ケースの側壁には貫通孔が設けられる。特許文献１には、管継手を貫通孔に嵌入して、管継手を用いて冷却器から伸びている内部冷媒管とケース外部の外部冷媒管を連通させる技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示する電子機器は、内部冷媒管と結合している管継手の先端に弾性管を備えている。特許文献１では、この弾性管が可撓性により径方向に変位することで、内部冷媒管が径方向にずれても結合することができる。以下では、理解し易くするために、管継手と弾性管を分けることなく、弾性体の管継手を例に説明を続ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０７６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、管継手と内部冷媒管は、それらの軸線が同一となるように配置される。そのような配置を前提にすると、管継手に内部冷媒管を嵌入するとき、内部冷媒管の先端の全周が管継手に接する。その状態で内部冷媒管を管継手に押し込もうとすると、内部冷媒管の先端の全周で管継手と摩擦が生じ、内部冷媒管を管継手に入れ難くなる。摩擦力が強い場合には、弾性体の管継手がつぶれてしまうおそれがある。本明細書では、内部冷媒管を管継手にスムーズに嵌入することのできる構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する電子機器は、電子部品と、電子部品を冷却する液冷式の冷却器を備えている。また、この電子機器は、電子部品と冷却器を収容しているとともに、側壁に貫通孔が形成されているケースと、貫通孔に嵌入されている管継手を備えている。管継手は、冷却器から延びている内部冷媒管と、ケース外部の外部冷媒管とを連通する。本明細書が開示する電子機器では、内部冷媒管の先端が管継手の内側に嵌入しているとともに、その先端が、管継手の軸線に対して傾斜している。
【０００７】
上述した電子機器では、管継手に嵌入される内部冷媒管の先端が、管継手の軸線に対して傾斜している。そのため、内部冷媒管を管継手に嵌入するときに、内部冷媒管の先端の傾斜している側の縁が管継手の内周面と強く接する。一方、その反対側の内部冷媒管の縁は、管継手に触れないか、あるいは弱く触れる程度である。そのような状態で内部冷媒管を管継手に押し込むと、内部冷媒管の先端はその一部が管継手から摩擦抵抗を受けるが先端の残部は大きな摩擦抵抗を受けずに管継手の内部へ嵌入することができる。従って内部冷媒管を管継手にスムーズに嵌入することができる。内部冷媒管の先端は、管継手の軸線方向に対して傾斜した状態で保持される。
【０００８】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の電子機器（インバータ）の斜視図である。
【図２】図１のII−II線における断面図である。
【図３】図２におけるIIIで囲んだ範囲の拡大図である。
【図４】内部冷媒管の嵌入開始時の状態を示す図３と同様の拡大図である。
【図５】図４におけるV-V線に沿った部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して実施例の電子機器の一例であるインバータについて説明する。図１に実施例のインバータ２の斜視図を示す。実施例のインバータ２は、例えば電気自動車に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用のモータに供給する。なお、図２で示すインバータ２のカバー５９は、理解を助けるために図１ではその図示を省略している。また、以下では、理解を助けるため、Ｚ軸方向正側を単に「上側」と、Ｚ軸方向負側を単に「下側」と表現することがある。
【００１１】
インバータ２は、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路と、その昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を備えている。インバータ２は、積層ユニット２０、リアクトル５２、コンデンサ５１、回路基板（不図示）などを備えており、それらが電圧コンバータ回路とインバータ回路を構成する。
【００１２】
インバータ２は、独立した２つのケース（アッパーケース６、ロアケース７）を有している。アッパーケース６は、積層ユニット２０とリアクトル５２など、上記したデバイス群を収容する。アッパーケース６のＸ軸方向正側の側壁には、２個の貫通孔４、５６が形成されている。詳細は図２を用いて後述するが、Ｙ軸方向負側の貫通孔４には、外部冷媒管３が接続されており、Ｙ軸方向正側の貫通孔５６には、供給管６１が接続されている。外部冷媒管３は、両端にフランジを備えている。外部冷媒管３は、一端がアッパーケース６に接続され、他端がロアケース７に接続される。図示はしていないが、外部冷媒管３はこのフランジを介してアッパーケース６とロアケース７に固定される。なお、外部冷媒管３の上側のフランジで隠れているため図１には示されていないが、貫通孔４には、管継手１０（図２参照）が嵌合しており、外部冷媒管３は、厳密にはこの管継手１０と連結している。
【００１３】
アッパーケース６の底面には、ロアケース７が固定されている。図２を用いて後述するが、ロアケース７の内部には、冷媒が循環する流路が設けられている。ロアケース７は、この流路に冷媒を循環させることで、リアクトル５２やコンデンサ５１を下側から冷却する。図1に示すように、ロアケース７のＸ軸方向正側の側壁には、冷媒供給口５と冷媒排出口５７が設けられている。Ｙ軸方向負側の冷媒供給口５には、外部冷媒管３が接続されている。冷媒排出口５７には、排出管６２が接続されている。
【００１４】
積層ユニット２０について説明する。積層ユニット２０は、複数個のパワーカード２２と複数個の冷却プレート２１を交互に積層したデバイスである。パワーカード２２は、電圧コンバータ回路とインバータ回路のスイッチング素子を樹脂でモールドしたパッケージである。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴなどのトランジスタが用いられる。
【００１５】
回路基板は、スイッチング素子に供給する駆動信号を生成する。なお、回路基板は積層ユニット２０の上方に配置されるが、その図示は省略している。また、パワーカード２２、コンデンサ５１、リアクトル５２は、金属製のバスバにより互いに電気的に接続されているが、その図示は省略している。
【００１６】
積層ユニット２０の冷却プレート２１は、内部を冷媒が通る平板型の冷却器である。パワーカード２２はその両側を冷却プレート２１で挟まれ、パワーカード２２内のスイッチング素子が効率よく冷却される。このように、実施例のインバータ２は、電子部品であるパワーカード２２と、そのパワーカード２２を冷却する液冷式の冷却プレート２１を備えている電子機器である。
【００１７】
ここで、アッパーケース６に収容されたパワーカード２２や、リアクトル５２等を冷却する冷媒の流れについて説明する。なお、冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。
【００１８】
冷媒は、供給管６１を通じて外部からインバータ２へ供給される。冷媒は、アッパーケース６の側壁に形成された貫通孔５６を通って積層ユニット２０に流れ込み、全ての冷却プレート２１に分配される。冷媒は冷却プレート２１の内部をその長手方向（図中Ｙ軸方向）に流れ、冷却プレート２１の幅広面と接するパワーカード２２を冷却する。パワーカード２２の熱を吸収した冷媒は、ケース側壁の貫通孔４に嵌合される管継手１０（図２参照）を通じてアッパーケース６から排出される。
【００１９】
冷媒はその後、外部冷媒管３を通じてロアケース７へと移動する。ロアケース７の内部には、アッパーケース６に設置されたリアクトル５２やコンデンサ５１の直下に相当する位置に冷媒の流路（図２参照）が設けられている。冷媒がその流路を通る間にリアクトル５２やコンデンサ５１の熱を吸収する。冷媒は最後には冷媒排出口５７に接続された排出管６２を通じてインバータ２の外へ排出される。なお、図１には示されていないが、インバータ２の外部には冷媒を冷却するラジエータや冷媒を循環させるポンプを含む冷却システムが備えられている。インバータ２内の電子部品（スイッチング素子やリアクトルなど）の熱を吸収した冷媒はラジエータで冷却されて再びインバータ２へと送られる。
【００２０】
図２を用いてアッパーケース６に収容された積層ユニット２０の詳細構造について説明する。図２は、図１のII-II線に沿ったインバータ２の断面図である。図２では、管継手１０の周辺の構造は簡略化して描いてある。管継手１０の周辺の構造の詳細は図３に示されている。
【００２１】
図２に示すように、積層ユニット２０には、その積層方向の一端に絶縁板５５と板バネ５４がさらに積層されている。積層ユニット２０は、アッパーケース６の内壁と支柱５３に挟まれるように支持される。板バネ５４により、積層ユニット２０はその積層方向に荷重を加えられつつアッパーケース６に支持される。板バネ５４の積層方向の荷重により、交互に積層している冷却プレート２１とパワーカード２２の密着性が高まり、パワーカード２２から冷却プレート２１への熱伝達効率が向上する。
【００２２】
冷却プレート２１の内部は冷媒が通る空洞である。積層方向からみて冷却プレートの長手方向の両端（図中のＹ軸方向における両端でありパワーカード２２の両側）のそれぞれに貫通孔が設けられている。隣接する冷却プレート２１の貫通孔同士が接続管２５で積層方向に接続されている。最も貫通孔４に近い位置に配置された冷却プレート２１から、内部冷媒管２３が管継手１０に向かって伸びている。複数個の冷却プレート２１の内部の空洞と管継手１０は連結されており、先に述べたように、この空洞内部を冷媒が循環する。なお、図２は貫通孔４の中心位置での断面を示しているが、貫通孔５６（図１参照）の中心位置においても、積層方向に伸びる冷媒管が同様に冷却プレート２１に接続されている。
【００２３】
図２に示すように、管継手１０の外側（ケース外側）には外部冷媒管３の上側の開口が結合する。外部冷媒管３は、積層ユニット２０の内部冷媒管２３と、ロアケース７を連結する。外部冷媒管３の下側開口は、ロアケース７の冷媒供給口５に連結される。先に述べたように、外部冷媒管３の下側開口の周囲にはフランジが設けられている。このフランジが冷媒供給口５の周囲のロアケース７の側壁にボルト（不図示）で固定される。
【００２４】
図３を用いて管継手１０に内部冷媒管２３を接続する構造について説明する。図３は、図２の二点鎖線IIIで囲まれている範囲の拡大図である。管継手１０は、典型的には、ゴム（弾性体）で作られる。より具体的には、管継手１０は、耐熱性の高いシリコンゴムで作られているとよい。管継手１０は、弾性体であればよく、シリコンゴムのほか、シリコン、エチレンとプロピレンの三元重合体であるＥＰＤＭなどで作られたものであってもよい。
【００２５】
図３に示すように、管継手１０は、アッパーケース６の側壁に形成された貫通孔４に固定されている。貫通孔４は、外周面を一周する突条からなるリップ１３を有している。管継手１０が貫通孔４に挿入されると、リップ１３と貫通孔４の側面が干渉する。先に述べたように、管継手１０はゴムにより構成されているため、リップ１３は貫通孔４の側面に押し潰されるように変形する。このように、リップ１３の先端が貫通孔４の側面と密着した状態で、管継手１０は貫通孔４に嵌合される。管継手１０のリップ１３は、管継手１０と貫通孔４の側面の間を封止する。
【００２６】
また、図３に示すように、積層ユニット２０から延びている内部冷媒管２３の先端は、管継手１０の一端に嵌入されている。管継手１０の内側には、複数のリップ１１、１２が形成されている。先に述べたように、管継手１０はゴムにより構成されているため、内部冷媒管２３が嵌入されることにより、リップ１１が内部冷媒管２３の外周面により押し込まれる。これにより、各リップ１１の頂点が外部冷媒管３に向かって倒れるように変形し、各リップ１１が内部冷媒管２３の外周面に当接する。このように、各リップ１１は管継手１０と内部冷媒管２３の間から冷媒が漏れるのを防止する。また、管継手１０のもう一方の一端には、外部冷媒管３が嵌入されている。管継手１０の内側と外部冷媒管３の間も、内部冷媒管２３同様に管継手１０のリップ１２により封止される。このように、管継手１０は、積層ユニット２０から延びている内部冷媒管２３と、外部冷媒管３とを連通する。
【００２７】
インバータ２の製造工程では、アッパーケース６内に固定された内部冷媒管２３に向かって、外部冷媒管３と接続した管継手１０をアッパーケース６の外側から内側へ向かって嵌入する。先に述べたように、管継手１０の内周面に設けられているリップ１１は、内部冷媒管２３が嵌入されることにより変形する。このため、管継手１０の先端が貫通孔４を通過した後、管継手１０のリップ１１を、内部冷媒管２３の外周面と当接させながら管継手１０がアッパーケース６の内側へ嵌入されるときに、管継手１０のリップ１１と内部冷媒管２３の先端の外周面の間に摩擦が生じる。別言すれば、管継手１０の内側に内部冷媒管２３の先端が嵌入されるときに、管継手１０の内側のリップ１１と内部冷媒管２３の先端の外周面の間に摩擦が生じる。この摩擦は、内部冷媒管２３の先端の管継手１０への嵌入開始時に最も影響を及ぼす。この摩擦が強い場合には、内部冷媒管２３の先端が管継手１０に嵌入されず、管継手１０が潰れるように変形してしまうおそれがある。管継手１０の変形を抑えるためには、摩擦を弱めるために潤滑剤を管継手１０の内側に塗布するなどの対策が必要となる。本明細書が開示するインバータ２は、内部冷媒管２３の先端の管継手１０への嵌入開始時の摩擦を弱めることで内部冷媒管２３の管継手１０への嵌入をスムーズにすることのできる構造を備えている。以下、その構造について説明する。
【００２８】
図３では、内部冷媒管２３の先端の軸線２３ａと、内部冷媒管２３の先端が嵌入される管継手１０の軸線１０ａを一点鎖線で示している。図３に示すように、内部冷媒管２３の先端の軸線２３ａは、管継手１０の軸線１０ａに対して下側に向かって角度θで傾斜している。
【００２９】
図４に、内部冷媒管２３の先端の管継手１０への嵌入開始時の状態の拡大図を示す。先に述べたように、内部冷媒管２３の先端は、下側に向かって傾斜している。そのため、内部冷媒管２３の先端の縁は、管継手１０の内側の下に形成されているリップ１１に接するが、上側に形成されているリップ１１には接しない。従って、内部冷媒管２３の先端の下側は管継手１０のリップ１１から摩擦抵抗を受けるが先端の上側は大きな摩擦抵抗を受けずに管継手１０の内側へ嵌入することができる。従って内部冷媒管２３を管継手１０にスムーズに嵌入することができる。内部冷媒管２３の先端が管継手１０の内部に進行するにしたがって先端の外周面と管継手１０の内周面の接触範囲が拡がっていき、図３に示すように、最終的には内部冷媒管２３の全外周面が管継手１０の全内周面と接し、両者が液密状態になる。
【００３０】
図５は、図４のV-V線に沿った管継手１０と内部冷媒管２３の先端の関係を示す断面図である。図５では、管継手１０の中心１０ｃ、内部冷媒管２３の先端の中心２３ｃで示している。先に述べたように、内部冷媒管２３の先端は、管継手１０の軸線に対して下側に向かって傾斜している。そのため、内部冷媒管２３の先端の中心２３ｃは、管継手１０の中心１０ｃに対して下側に偏心している。そのため、内部冷媒管２３の先端の外周面の下側は、管継手１０のリップ１１と強く接するが、内部冷媒管２３の先端の外周面の上側は、管継手１０の内側と接しない。このため、内部冷媒管２３の先端を管継手１０の内側に嵌入する時、内部冷媒管２３の先端の外周面の下側には摩擦が生じるが、上側には生じない。すなわち、本実施例に開示するインバータ２によれば、内部冷媒管２３の先端をスムーズに管継手１０に嵌入することができる。なお、内部冷媒管２３の外径や、管継手１０の内径、リップ１１の長さによっては、内部冷媒管２３を管継手１０に嵌入する際に、上側のリップ１１と、内部冷媒管２３先端の外周面の上側は干渉し得る。しかし、この場合であっても、上側の干渉は弱く、生じる摩擦は弱いため、内部冷媒管２３の先端をスムーズに管継手１０に嵌入することができる。
【００３１】
なお、図４に示すように、管継手１０は、内部冷媒管２３の外周面と密着するリップ１１が設けられている部位の外周面に、スペーサ４ａを備えている。このスペーサ４ａは、管継手１０よりも剛性の高い樹脂で構成されている。このため、管継手１０の外周面は、スペーサ４ａに支持されている。従って、管継手１０は傾斜している先端から局所的に摩擦力を受けても管継手１０の開口は、容易に変形しない。より具体的には、傾斜している内部冷媒管２３の先端により下側に引っ張られても、管継手１０の開口は下側に延びる楕円形状にはなりにくい。管継手１０の開口は、スペーサ４ａにより円形状を保持することができる。その結果、内部冷媒管２３の先端は管継手１０に嵌入される。また、先に述べたように、管継手１０はゴムで構成されているため、管継手１０が変形することで、内部冷媒管２３の変形を伴うことなく、内部冷媒管２３の先端と、管継手１０の軸線のずれを吸収することができる。
【００３２】
実施例の留意点を以下に述べる。内部冷媒管２３が傾斜する方向は、下側に限定されない。上側に傾斜してもよいし、左右に傾斜してもよい。また、内部冷媒管の傾斜する長さも、実施例に開示する内部冷媒管２３よりも短くてもよい。すなわち、先端の一部のみが傾斜していてもよい。さらに、実施例の内部冷媒管２３の先端は、一定の角度θで傾斜しているが、本明細書が開示する技術は、これに限定されず、内部冷媒管の先端は、複数の異なる角度で傾斜していてもよいし、傾斜角度が変化する湾曲形状で構成されていてもよい。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３４】
２：インバータ（電子機器）
３：外部冷媒管
４、５６：貫通孔
４ａ：スペーサ
５：冷媒供給口
６：アッパーケース
７：ロアケース
１０：管継手
１１、１２、１３：リップ
２０：積層ユニット
２１：冷却プレート
２２：パワーカード
２３：内部冷媒管
２５：接続管
５３：支柱
５４：板バネ
５５：絶縁板
５７：冷媒排出口
６１：供給管
６２：排出管
【図１】
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【図２】
2020202253.tif 000004
【図３】
2020202253.tif 000005
【図４】
2020202253.tif 000006
【図５】
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