(57)【要約】【課題】全体の高さ寸法を小さくできる冷却器を提供する。【解決手段】アッパーケース１０がロアーケース２０の開口部を覆うように配置され、直方体のケースが構成されている。直方体のケースにおける上面Ｆ５の外表面に半導体パワー素子６０が配置されている。直方体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面がケースの上面Ｆ５、下面Ｆ６に対し傾斜されるとともに、アッパーケース１０の高さよりロアーケース２０の高さが高い部分に入口パイプ３０が設けられ、ロアーケース２０の高さよりアッパーケース１０の高さが高い部分に出口パイプ４０が設けられている。【選択図】図３
2010109082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が開口したロアーケースと、
下面が開口し、前記ロアーケースの開口部を覆うように配置され、前記ロアーケースとで六面体のケースを構成するアッパーケースと、
前記六面体のケースにおける前側面、後側面、右側面、左側面のいずれかに連結され、前記ケース内に冷却流体を入れる入口パイプと、
前記六面体のケースにおける前側面、後側面、右側面、左側面のいずれかに連結され、前記ケース内の冷却流体を出す出口パイプと、
前記六面体のケースにおける上面および下面の少なくとも一方の外表面に配置された発熱素子と、
を備え、
前記六面体のケースの前側面と後側面における前記アッパーケースとロアーケースとの当接面の少なくとも一部を前記ケースの上面、下面に対し傾斜させるとともに、前記六面体のケースにおける前側面、後側面、右側面、左側面のうち、前記アッパーケースの高さより前記ロアーケースの高さが高い部分または前記ロアーケースの高さより前記アッパーケースの高さが高い部分に前記入口パイプを設け、前記アッパーケースの高さより前記ロアーケースの高さが高い部分または前記ロアーケースの高さより前記アッパーケースの高さが高い部分に前記出口パイプを設けたことを特徴とする冷却器。
【請求項２】
前記六面体のケース内の冷却流体の通路に冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には冷却器が開示されている。この冷却器は、上蓋部と下蓋部から構成され、上蓋部は、アルミ材と、表面側に位置する金属基複合材とで構成されている。金属基複合材は、各相のスイッチング素子を取り付ける部分に、それぞれ６個に分けて配置され、アルミ材と金属基複合材との熱膨張係数の差による変形が生じても熱応力が緩和される構成となっている。
【特許文献１】特開２００２−３６８１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最中型ケース構造、即ち、下面が開口したアッパーケースと、上面が開口したロアーケースの外縁部を接合してケースを構成した場合においてはケースの強度は増加するが、入口パイプと出口パイプを設けるためアッパーケースとロアーケースの高さ方向の幅を広げなければならない。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、全体の高さ寸法を小さくできる冷却器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明では、上面が開口したロアーケースと、下面が開口し、前記ロアーケースの開口部を覆うように配置され、前記ロアーケースとで六面体のケースを構成するアッパーケースと、前記六面体のケースにおける前側面、後側面、右側面、左側面のいずれかに連結され、前記ケース内に冷却流体を入れる入口パイプと、前記六面体のケースにおける前側面、後側面、右側面、左側面のいずれかに連結され、前記ケース内の冷却流体を出す出口パイプと、前記六面体のケースにおける上面および下面の少なくとも一方の外表面に配置された発熱素子と、を備え、前記六面体のケースの前側面と後側面における前記アッパーケースとロアーケースとの当接面の少なくとも一部を前記ケースの上面、下面に対し傾斜させるとともに、前記六面体のケースにおける前側面、後側面、右側面、左側面のうち、前記アッパーケースの高さより前記ロアーケースの高さが高い部分または前記ロアーケースの高さより前記アッパーケースの高さが高い部分に前記入口パイプを設け、前記アッパーケースの高さより前記ロアーケースの高さが高い部分または前記ロアーケースの高さより前記アッパーケースの高さが高い部分に前記出口パイプを設けたことを要旨とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、六面体のケースの前側面と後側面におけるアッパーケースとロアーケースとの当接面の少なくとも一部をケースの上面、下面に対し傾斜させることにより、六面体のケースにおける前側面、後側面、右側面、左側面においてはアッパーケースとロアーケースとの当接面が中央よりもずれるので、パイプの取付領域が広がって低いケースであっても入口パイプおよび出口パイプを取付けることができる。これにより、冷却器の高さ方向を低く抑えることができる。
【０００７】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の冷却器において、前記六面体のケース内の冷却流体の通路に冷却フィンを設けると、冷却性に優れたものとなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、全体の高さ寸法を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態における冷却器１の斜視図である。図２は、冷却器１の分解斜視図である。図３（ａ）は、冷却器１の平面図である。図３（ｂ）は冷却器１の右側面（図３（ａ）でのＡ矢視図）である。図３（ｃ）は冷却器１の正面面である。図４は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図である。本実施形態においては自動車モータ用インバータに適用しており、半導体パワー素子としてのインバータ用ＩＧＢＴとフライホイールダイオードを冷却する冷却器である。
【００１０】
図１に示すように、冷却器１は、アッパーケース１０と、ロアーケース２０と、ケース内に冷却水を入れる入口パイプ３０と、ケース内の冷却水を出す出口パイプ４０と、アッパーケース１０の上面Ｆ５において外表面に配置された発熱素子としての半導体パワー素子６０とを備えている。半導体パワー素子６０は計６つ使用している。アッパーケース１０とロアーケース２０はアルミの板材よりなり、プレス成形品である。アッパーケース１０とロアーケース２０とにより直方体（箱型）のケースが構成されている。
【００１１】
ケースは、図３（ａ）に示すように平面形状として図中、Ｘ方向に延びる長方形状をなし、かつ、図３（ｃ）に示すように所定の高さｈ１を有している。そして、図３（ａ）において冷却水が長方形状のケース（アッパーケース１０、ロアーケース２０）の一方の短辺からケース内部に供給され、ケースの他方の短辺から排出されることになる。
【００１２】
ロアーケース２０は、上面が開口した箱型をなしている。アッパーケース１０は、下面が開口した箱型をなし、ロアーケース２０の開口部を覆うように配置され、ロアーケース２０とで六面体のケースを構成する。
【００１３】
アッパーケース１０は、本体部１１の外周縁に鍔部（フランジ部）１２が屈曲形成されている。ロアーケース２０は、本体部２１の外周縁に鍔部（フランジ部）２２が屈曲形成されている。
【００１４】
図２，４に示すように、アッパーケース１０とロアーケース２０は波板状の冷却フィン５０を挟んで鍔部１２，２２がロウ付けされている。冷却フィン５０はアルミよりなる。
ここで、図３（ｃ）に示すように、直方体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面が、全域にわたりケースの上面Ｆ５、下面Ｆ６に対し直線的に傾斜している。詳しくは、直方体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２における右側面Ｆ３側の端部には上部（上面Ｆ５側）に鍔部１２，２２があり、直方体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２における左側面Ｆ４側の端部には下部（下面Ｆ６）に鍔部１２，２２があり、直方体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２における右側面Ｆ３側の端部と左側面Ｆ４側の端部との間は鍔部１２，２２が直線的に延びている。つまり、直方体のケースの右側面Ｆ３と左側面Ｆ４におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面は、上部（上面Ｆ５側）および下部（下面Ｆ６）にそれぞれ設けられている。
【００１５】
また、図３，４に示すように、直方体のケースの右側面Ｆ３においてロアーケース２０には入口パイプ３０が後ろ側（後側面Ｆ２側）の下部に連結されている。また、直方体のケースにおける左側面Ｆ４においてアッパーケース１０には出口パイプ４０が前側（前側面Ｆ１側）の上部に連結されている。入口パイプ３０および出口パイプ４０はアルミ製パイプ（円管）よりなる。パイプ連結のために、ロアーケース２０には連通孔２３が形成され、連通孔２３にパイプ３０が挿入され接合されている。同様に、アッパーケース１０には連通孔１３が形成され、連通孔１３にパイプ４０が挿入され接合されている。
【００１６】
つまり、図４に示すように、アッパーケース１０の高さｈ１０よりロアーケース２０の高さｈ１１が高い部分に入口パイプ３０を設け、ロアーケース２０の高さｈ１１よりアッパーケース１０の高さｈ１０が高い部分に出口パイプ４０を設けている。
【００１７】
このように、直方体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面をケースの上面Ｆ５、下面Ｆ６に対し傾斜させ、直方体のケースにおける右側面Ｆ３、左側面Ｆ４のうち傾斜させない場合よりも当接面を傾斜させることにより上下方向に広がった部位に入口パイプ３０および出口パイプ４０を設けている。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、パイプ３０とパイプ４０はケースの延設方向Ｘに延びている。
このようにして、アッパーケース１０とロアーケース２０の合わせ面を斜状化してケース側面からのパイプ取出しをすることにより、冷却器１全体の高さ方向を低く抑えることができる。
【００１９】
半導体パワー素子６０は、図３（ｃ）に示すように、半導体パワー素子搭載基板７０を介してアッパーケース１０の上面Ｆ５に実装されている。半導体パワー素子搭載基板７０は、絶縁基板７１の両面に金属層７２，７３が形成されている。具体的には、例えば窒化アルミ等のセラミックよりなる絶縁基板７１の両面にアルミ（または銅）が張り合わされている。絶縁基板７１の一方の面が半導体パワー素子搭載面となっており、本実施形態においてはＩＧＢＴおよびダイオードが半田７４により接合されている（シリコンチップ６０が半田付けされている）。このように、絶縁基板７１の一方の面に半導体パワー素子６０が搭載される構造となっており、半導体パワー素子６０は絶縁基板７１により電気的に分離されている。
【００２０】
また、絶縁基板７１の他方の面がアッパーケース１０へのロウ付け面である。６つの半導体パワー素子搭載基板７０は、図３（ｃ）においてアッパーケース１０の外表面（上面Ｆ５）にロウ材７５により接合されている。
【００２１】
このようにして、波板状の冷却フィン５０を挟んでアッパーケース１０の鍔部１２とロアーケース２０の鍔部２２がロウ付けにて接合されるとともに、波板状の冷却フィン５０の山谷の部分もアッパーケース１０の内面とロアーケース２０の内面にロウ付けにて接合され、さらに、複数の半導体パワー素子６０が基板７０を介してロウ付けにてアッパーケース１０の外表面に接合されている。よって、冷却器１を構成する各部材をロウ付けにて一括で接合でき、冷却器１を容易に組み立てることができる。
【００２２】
次に、冷却器１の作用について説明する。
冷却水は図３（ａ）において一点鎖線で示すように流れる。つまり、入口パイプ３０からケース内に入り、平面長方形のケースにおける長辺に沿って流れ、波板状の冷却フィン５０の山谷の延設方向に沿う形で、一方の長辺から他方の長辺に向かって流れ、さらに、他方の長辺に沿って流れ、出口パイプ４０から排出される。
【００２３】
ここで、図４に示すように、入口パイプ３０はロアーケース２０に真横から真直ぐに挿入されている。よって、冷却水の流れとしてケースの真横から真直ぐにケース内に入り、冷却水の流れが屈曲せずにストレートでスムーズであり圧力損失を小さくすることができる。同様に、出口パイプ４０もアッパーケース１０の真横から真直ぐに挿入されている。よって、冷却水の流れとしてケースから真横に真直ぐに出て行き、冷却水の流れがストレートでスムーズであり圧力損失を小さくすることができる。また、入口パイプ３０および出口パイプ４０はロアーケース２０およびアッパーケース１０から横出しされており冷却器１全体の高さを低く抑えることができる。
【００２４】
つまり、アッパーケース１０とロアーケース２０の合わせ面を斜めとしてパイプを側面から出すためのスペースを確保し、パイプの側面取出を可能にすることにより、冷却器１全体の高さを低く抑えることができるとともに冷却水の流れがスムーズとなり圧損の低減を図ることができる。
【００２５】
一方、半導体パワー素子６０が発熱すると、その熱は半導体パワー素子搭載基板７０を介してアッパーケース１０に伝わる。アッパーケース１０に伝わった熱は、ケース内の冷却水通路を通る冷却水との間で熱交換される。このとき、ケース内には冷却フィン５０が配置されているため、放熱面積が大きくなって効率の高い冷却が行われる。即ち、ケースの内部に設けられた冷却フィン５０が放熱面積を大きくしており、冷却器１の冷却能力が高くなる。
【００２６】
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）六面体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面をケースの上面Ｆ５、下面Ｆ６に対し傾斜させている。よって、六面体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面をケースの上面Ｆ５、下面Ｆ６に対し傾斜させることにより、六面体のケースにおける前側面Ｆ１、後側面Ｆ２、右側面Ｆ３、左側面Ｆ４においてはアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面が中央よりもずれるので、パイプの取付領域が広がって低いケースであっても入口パイプ３０および出口パイプ４０を取付けることができる。これにより、冷却器１の高さ方向を低く抑えることができる。
【００２７】
（２）六面体のケース内の冷却水の通路に冷却フィン５０を設けたので、冷却性に優れたものとなる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
【００２８】
・発熱素子としての半導体パワー素子６０は６つ設けたが、その数はいくつでもよい。
・発熱素子としての半導体パワー素子６０はアッパーケース１０の上面Ｆ５の外表面に配置したが、ロアーケース２０に配置してもよい。要は、六面体のケースにおける上面Ｆ５および下面Ｆ６の少なくとも一方の外表面に配置すればよい。
【００２９】
・図５，６，７に示すように、アッパーケース１０およびロアーケース２０におけるパイプ取出面を斜状面１５，２５にして、取付面の面積を確保するようにしてもよい。詳しくは、図７に示すように入口パイプ３５および出口パイプ４５は、先端部が４５度程度に屈曲形成され、その先端部には鍔部（フランジ）３６，４６が全周にわたりロウ付けされている。入口パイプ３５および出口パイプ４５の先端が、斜状面１５，２５に形成した貫通孔に挿入され、鍔部（フランジ）３６，４６とケースとがロウ付けされている。
【００３０】
このようにすることにより、高さ方向に制約があり、パイプの側面出しが困難で、しかもケースとパイプとの連結部における冷却水路面積を大きくしたい場合に対応することができる。
【００３１】
・図３（ｃ）では六面体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面のうちの全部がケースの上面Ｆ５、下面Ｆ６に対し傾斜していた。これに代わり、図８に示したように、六面体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面の一部（図８では中央部のみが）がケースの上面Ｆ５、下面Ｆ６に対し傾斜していてもよい。要は、六面体のケースの前側面Ｆ１と後側面Ｆ２におけるアッパーケース１０とロアーケース２０との当接面の少なくとも一部がケースの上面Ｆ５、下面Ｆ６に対し傾斜していればよい。
【００３２】
・入口パイプおよび出口パイプは、六面体のケースにおける前側面Ｆ１、後側面Ｆ２、右側面Ｆ３、左側面Ｆ４のいずれかに連結されていればよい。
例えば、図３ではケース右側面Ｆ３に入口パイプ３０を、ケース左側面Ｆ４に出口パイプ４０を連結したが、これに代わり、図９に示すように、ケース左側面Ｆ４に入口パイプ３０および出口パイプ４０を連結してもよい。他にも、図１０に示すように、ケース前側面Ｆ１に入口パイプ３０を、ケース左側面Ｆ４に出口パイプ４０を連結してもよい。要は、六面体のケースにおける前側面Ｆ１、後側面Ｆ２、右側面Ｆ３、左側面Ｆ４のうち、アッパーケース１０の高さｈ１０よりロアーケース２０の高さｈ１１が高い部分またはロアーケース２０の高さｈ１１よりアッパーケース１０の高さｈ１０が高い部分に入口パイプを設け、アッパーケース１０の高さｈ１０よりロアーケース２０の高さｈ１１が高い部分またはロアーケース２０の高さｈ１１よりアッパーケース１０の高さｈ１０が高い部分に出口パイプを設ければよい。
【００３３】
・冷却流体として冷却水に代わりにアルコール等を用いてもよい。
・冷却フィン５０はなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態における冷却器の斜視図。
【図２】冷却器の分解斜視図。
【図３】（ａ）は冷却器の平面図、（ｂ）は冷却器の右側面図、（ｃ）は冷却器の正面図。
【図４】図３（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。
【図５】別例の冷却器の斜視図。
【図６】（ａ）は冷却器の平面図、（ｂ）は冷却器の右側面図（（ａ）のＡ矢視図）、（ｃ）は冷却器の正面図。
【図７】図６（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。
【図８】他の別例の冷却器の正面図。
【図９】（ａ）は別例の冷却器の平面図、（ｂ）は冷却器の正面図。
【図１０】（ａ）は別例の冷却器の平面図、（ｂ）は冷却器の正面図。
【符号の説明】
【００３５】
１０…アッパーケース、２０…ロアーケース、３０…入口パイプ、４０…出口パイプ、６０…半導体パワー素子、Ｆ１…前側面、Ｆ２…後側面、Ｆ３…右側面、Ｆ４…左側面、Ｆ５…上面、Ｆ６…下面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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