(57)【要約】【課題】冷却性能をさらに向上しうる冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１は、頂壁2aおよび底壁2bを有しかつ内部に冷却液通路３が設けられたケーシング２と、冷却流体通路３に配置された放熱器４とを備えている。放熱器４は、上下方向に積層状に配置された複数の放熱ユニット10と、隣り合う放熱ユニット10間に配置された中間板11とからなる。放熱ユニット10は、基板12と、基板12の上下両面に設けられた複数のピン状フィン13,14とからなる。放熱ユニット10の基板12と中間板11とを上下方向に離隔させる。上端の放熱ユニット10の上側ピン状フィン13を頂壁2aにろう付し、下端の放熱ユニット10の下側ピン状フィン14を底壁2bにろう付する。隣り合う放熱ユニット10間の中間板11に、中間板11の上下両側に位置する放熱ユニット10のピン状フィン13,14をろう付する。【選択図】図２
2018018877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂壁および底壁を有しかつ内部に冷却液通路が設けられたケーシングと、ケーシング内の冷却流体通路に配置された放熱器とを備えた冷却装置であって、
放熱器が、上下方向に積層状に配置された複数の放熱ユニットと、隣り合う放熱ユニット間に配置された中間板とを備えており、放熱ユニットが、基板と、基板に設けられかつ長手方向を上下方向に向けた複数のピン状フィンとからなり、放熱ユニットの基板と中間板とが上下方向に離隔させられ、上端の放熱ユニットのピン状フィンがケーシングの頂壁に熱的に接触させられ、下端の放熱ユニットのピン状フィンがケーシングの底壁に熱的に接触させられ、上下方向に隣り合う放熱ユニット間の中間板に、当該中間板の上下両側に位置する放熱ユニットのピン状フィンが熱的に接触させられている冷却装置。
【請求項２】
放熱ユニットのピン状フィンが基板の両面に設けられており、中間板が上下に隣り合う放熱ユニットのピン状フィン間に配置されている請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
上端の放熱ユニットの上側ピン状フィンの先端がケーシングの頂壁に冶金的に接合されるとともに下側ピン状フィンの先端が中間板に冶金的に接合され、下端の放熱ユニットの下側ピン状フィンの先端がケーシングの底壁に冶金的に接合されるとともに上側ピン状フィンの先端が中間板に冶金的に接合されている請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
３以上の放熱ユニットが中間板を介して上下方向に積層状に配置されており、上下両端の放熱ユニットを除いた放熱ユニットの上下両ピン状フィンの先端が中間板に冶金的に接合されている請求項３記載の冷却装置。
【請求項５】
ピン状フィンの横断面形状が円形であり、ピン状フィンの直径が４ｍｍ以下、中間板と当該中間板の上下両側に配置された放熱ユニットの基板との間隔が１．３ｍｍ以下であり、ピン状フィンの直径をＤｍｍ、放熱フィンの最も近接した２つのピン状フィンのピッチをＰｍｍとした場合、Ｐ≦Ｄ＋２ｍｍである請求項２〜４のうちのいずれかに記載の冷却装置。
【請求項６】
基板に貫通穴が形成され、棒状のフィン形成部材が、長手方向の両端側の一定長さ部分が貫通穴から突出するように貫通穴に通され、フィン形成部材が貫通穴内に存在する部分において基板に固定され、フィン形成部材における貫通穴から突出した部分がピン状フィンになっている請求項２〜５のうちのいずれかに記載の冷却装置。
【請求項７】
２つの放熱ユニットが中間板を介して上下方向に積層状に配置されており、上側放熱ユニットのピン状フィンが基板の下面のみに設けられ、下側放熱ユニットのピン状フィンが基板の上面のみに設けられ、上側放熱ユニットの基板がケーシングの頂壁に冶金的に接合されるとともにピン状フィンの先端が中間板に接合され、下側放熱ユニットの基板がケーシングの底壁に接合されるとともにピン状フィンの先端が中間板に冶金的に接合されている請求項１記載の冷却装置。
【請求項８】
基板に貫通穴が形成され、棒状のフィン形成部材が、長手方向の一端部が貫通穴に挿入されるとともに残部が貫通穴から突出させられ、フィン形成部材が貫通穴内に存在する部分において基板に固定され、フィン形成部材における貫通穴から突出した部分がピン状フィンになり、上側放熱ユニットのフィン形成部材の上端面が基板の上面と面一であるとともにケーシングの頂壁に冶金的に接合され、下側放熱ユニットのフィン形成部材の下端面が基板の下面と面一であるとともにケーシングの底壁に冶金的に接合されている請求項７記載の冷却装置。
【請求項９】
全放熱ユニットの基板と全中間板とが、ケーシングの冷却流体通路内における冷却流体の流れ方向と直交する方向の両端部において、連結部材を介して交互に一体化されている請求項６または８記載の冷却装置。
【請求項１０】
上下方向に隣り合う放熱ユニットのピン状フィンの横断面の形状および大きさが同じであり、上下方向に隣り合う放熱ユニットのピン状フィンが、平面から見て少なくとも一部が重複している請求項１〜９のうちのいずれかに記載の冷却装置。
【請求項１１】
ピン状フィンの横断面形状が円形であり、基板の肉厚をＴｍｍ、ピン状フィンの直径をＤｍｍとした場合、Ｔ≧Ｄ／８である請求項１〜１０のうちのいずれかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば半導体素子などの電子部品からなる発熱体を冷却する冷却装置に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、図２の上下を上下というものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえば、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などに搭載される電力変換装置に用いられるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワーデバイス（半導体素子）を冷却する冷却装置として、本出願人は、先に、頂壁および底壁を有しかつ内部に冷却液通路が設けられたケーシングと、ケーシング内の冷却液通路に配置された放熱器とを備えており、放熱器が、１枚の水平状基板と、基板の上下両面に設けられかつ長手方向を上下方向に向けた複数の鉛直状のピン状フィンとからなる１つの放熱ユニットより構成され、放熱ユニットの基板とケーシングの頂壁および底壁とが上下方向に離隔させられ、放熱ユニットの上側ピン状フィンの先端がケーシングの頂壁に接合され、同じく下側ピン状フィンの先端がケーシングの底壁に接合された冷却装置を提案した(特許文献１参照)。
【０００４】
しかしながら、近年の半導体素子の高出力化に伴い、半導体素子の発熱量が増加し、冷却装置のさらなる高性能化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３９６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、上記要求に応じ、冷却性能をさらに向上しうる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【０００８】
1)頂壁および底壁を有しかつ内部に冷却液通路が設けられたケーシングと、ケーシング内の冷却流体通路に配置された放熱器とを備えた冷却装置であって、
放熱器が、上下方向に積層状に配置された複数の放熱ユニットと、隣り合う放熱ユニット間に配置された中間板とを備えており、放熱ユニットが、基板と、基板に設けられかつ長手方向を上下方向に向けた複数のピン状フィンとからなり、放熱ユニットの基板と中間板とが上下方向に離隔させられ、上端の放熱ユニットのピン状フィンがケーシングの頂壁に熱的に接触させられ、下端の放熱ユニットのピン状フィンがケーシングの底壁に熱的に接触させられ、上下方向に隣り合う放熱ユニット間の中間板に、当該中間板の上下両側に位置する放熱ユニットのピン状フィンが熱的に接触させられている冷却装置。
【０００９】
2)放熱ユニットのピン状フィンが基板の両面に設けられており、中間板が上下に隣り合う放熱ユニットのピン状フィン間に配置されている上記1)記載の冷却装置。
【００１０】
3)上端の放熱ユニットの上側ピン状フィンの先端がケーシングの頂壁に冶金的に接合されるとともに下側ピン状フィンの先端が中間板に冶金的に接合され、下端の放熱ユニットの下側ピン状フィンの先端がケーシングの底壁に冶金的に接合されるとともに上側ピン状フィンの先端が中間板に冶金的に接合されている上記2)記載の冷却装置。
【００１１】
4)３以上の放熱ユニットが中間板を介して上下方向に積層状に配置されており、上下両端の放熱ユニットを除いた放熱ユニットの上下両ピン状フィンの先端が中間板に冶金的に接合されている上記3)記載の冷却装置。
【００１２】
5)ピン状フィンの横断面形状が円形であり、ピン状フィンの直径が４ｍｍ以下、中間板と当該中間板の上下両側に配置された放熱ユニットの基板との間隔が１．３ｍｍ以下であり、ピン状フィンの直径をＤｍｍ、放熱フィンの最も近接した２つのピン状フィンのピッチをＰｍｍとした場合、Ｐ≦Ｄ＋２ｍｍである上記2)〜4)のうちのいずれかに記載の冷却装置。
【００１３】
6)基板に貫通穴が形成され、棒状のフィン形成部材が、長手方向の両端側の一定長さ部分が貫通穴から突出するように貫通穴に通され、フィン形成部材が貫通穴内に存在する部分において基板に固定され、フィン形成部材における貫通穴から突出した部分がピン状フィンになっている上記2)〜5)のうちのいずれかに記載の冷却装置。
【００１４】
7)２つの放熱ユニットが中間板を介して上下方向に積層状に配置されており、上側放熱ユニットのピン状フィンが基板の下面のみに設けられ、下側放熱ユニットのピン状フィンが基板の上面のみに設けられ、上側放熱ユニットの基板がケーシングの頂壁に冶金的に接合されるとともにピン状フィンの先端が中間板に接合され、下側放熱ユニットの基板がケーシングの底壁に接合されるとともにピン状フィンの先端が中間板に冶金的に接合されている上記1)記載の冷却装置。
【００１５】
8)基板に貫通穴が形成され、棒状のフィン形成部材が、長手方向の一端部が貫通穴に挿入されるとともに残部が貫通穴から突出させられ、フィン形成部材が貫通穴内に存在する部分において基板に固定され、フィン形成部材における貫通穴から突出した部分がピン状フィンになり、上側放熱ユニットのフィン形成部材の上端面が基板の上面と面一であるとともにケーシングの頂壁に冶金的に接合され、下側放熱ユニットのフィン形成部材の下端面が基板の下面と面一であるとともにケーシングの底壁に冶金的に接合されている上記7)記載の冷却装置。
【００１６】
9)全放熱ユニットの基板と全中間板とが、ケーシングの冷却流体通路内における冷却流体の流れ方向と直交する方向の両端部において、連結部材を介して交互に一体化されている上記6)または8)記載の冷却装置。
【００１７】
10)上下方向に隣り合う放熱ユニットのピン状フィンの横断面の形状および大きさが同じであり、上下方向に隣り合う放熱ユニットのピン状フィンが、平面から見て少なくとも一部が重複している上記1)〜9)のうちのいずれかに記載の冷却装置。
【００１８】
11)ピン状フィンの横断面形状が円形であり、基板の肉厚をＴｍｍ、ピン状フィンの直径をＤｍｍとした場合、Ｔ≧Ｄ／８である上記1)〜10)のうちのいずれかに記載の冷却装置。
【発明の効果】
【００１９】
上記1)〜11)の冷却装置によれば、ケーシング内の冷却流体通路に配置された放熱器が、上下方向に積層状に配置された複数の放熱ユニットと、隣り合う放熱ユニット間に配置された中間板とを備えており、放熱ユニットが、基板と、基板に設けられかつ長手方向を上下方向に向けた複数のピン状フィンとからなり、放熱ユニットの基板と中間板とが上下方向に離隔させられ、上端の放熱ユニットのピン状フィンがケーシングの頂壁に熱的に接触させられ、下端の放熱ユニットのピン状フィンがケーシングの底壁に熱的に接触させられ、上下方向に隣り合う放熱ユニット間の中間板に、当該中間板の上下両側に位置する放熱ユニットのピン状フィンが熱的に接触させられているので、頂壁および底壁のうち少なくともいずれか一方に取り付けられた発熱体から発せられる熱は、発熱体が取り付けられた壁側の端部に配置された放熱ユニットのピン状フィンに伝わり、ピン状フィンからケーシングの冷却流体通路内を流れる冷却流体に伝わる。また、発熱体が取り付けられた壁側の端部に配置された放熱ユニットのピン状フィンに伝わった熱は、当該放熱ユニットの基板に伝わって基板からケーシングの冷却流体通路内を流れる冷却流体に伝わる。さらに、発熱体が取り付けられた壁側の端部に配置された放熱ユニットのピン状フィンに伝わった熱は、当該ピン状フィンが熱的に接触している中間板に伝わって中間板からケーシングの冷却流体通路内を流れる冷却流体に伝わるとともに、中間板から隣接する放熱ユニットのピン状フィンに伝わり、ピン状フィンからケーシングの冷却流体通路内を流れる冷却流体に伝わる。このような伝熱を繰り返すことによって、発熱体から発せられた熱は、すべての放熱ユニットのピン状フィンおよび基板と、すべての中間板から冷却流体通路内を流れる冷却流体に伝わり、発熱体が冷却される。したがって、特許文献１記載の冷却装置に比較して、ケーシングの冷却流体通路内を流れる冷却流体への伝熱面積が大きくなるので、冷却性能が向上する。
【００２０】
上記2)の冷却装置によれば、放熱器を構成する放熱ユニットの数を任意に変更することが可能になる。しかも、すべての放熱ユニットの基板の両面が、冷却流体への伝熱に寄与することになるので、効果的に冷却性能を向上させることができる。
【００２１】
上記3)の冷却装置によれば、発熱体が取り付けられた壁と当該壁に接合されたピン状フィンとの間の熱伝導性、および当該ピン状フィンと当該ピン状フィンが接合された中間板との間の熱伝導性が向上する。
【００２２】
上記4)の冷却装置によれば、中間板を介して隣り合う放熱ユニットのピン状フィン間の熱伝導性が向上する。
【００２３】
上記5)の冷却装置によれば、冷却流体通路での通路抵抗の著しい増大を抑制しつつ、放熱器から冷却流体への伝熱面積を効果的に増加させることができる。
【００２４】
上記6)および8)の冷却装置によれば、比較的簡単かつ安価に放熱ユニットを製造することができる。
【００２５】
上記7)および8)の冷却装置によれば、発熱体が取り付けられた壁と当該壁に冶金的に接合されたピン状フィンとの間の熱伝導性、および当該ピン状フィンと当該ピン状フィンが冶金的に接合された中間板との間の熱伝導性が向上する。
【００２６】
上記9)の冷却装置によれば、全放熱ユニットの基板、全中間板および連結部材を、たとえば１枚の板を折り曲げて形成することができ、部品点数を低減することが可能になるとともに、上下の放熱ユニットの位置決め精度が向上する。
【００２７】
上記10)の冷却装置によれば、中間板を介して隣り合う放熱ユニットのピン状フィン間の熱伝導経路が広くなり、両放熱ユニットのピン状フィン間の熱伝導性が向上する。
【００２８】
上記11)の冷却装置によれば、各放熱ユニットにおいて、ピン状フィンと基板との間の熱伝導性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図１の冷却装置に用いられる放熱器の全体構成を示す斜視図である。
【図５】図１の冷却装置に用いられる放熱器の第１の変形例を示す図３相当の図である。
【図６】図１の冷却装置に用いられる放熱器の第１の変形例の全体構成を示す斜視図である。
【図７】図１の冷却装置に用いられる放熱器の第２の変形例を示す図３相当の図である。
【図８】図１の冷却装置に用いられる放熱器の第３の変形例を示す図３相当の図である。
【図９】図８の第３の放熱器を製造する素材を示す平面図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による冷却装置を液冷式冷却装置に適用したものである。
【００３１】
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【００３２】
また、以下の説明において、図２の左右を左右というものとする。
【００３３】
さらに、全図面を通じて同一物および同一部分には同一符号を付す。
【００３４】
図１および図２はこの発明による冷却装置の全体構成を示し、図３はその要部の構成を示す。また、図４は図１の冷却装置に用いられる放熱器を示す。
【００３５】
図１および図２において、冷却装置(1)は、頂壁(2a)、底壁(2b)および周壁(2c)を有しかつ内部に冷却流体通路(3)が設けられた中空状のケーシング(2)と、ケーシング(2)内の冷却流体通路(3)に配置された放熱器(4)とを備えている。
【００３６】
ケーシング(3)内の一端寄り、ここでは右端寄りの部分に、冷却液が外部から流入する入口ヘッダ(5)が設けられるとともに、ケーシング(3)の長手方向の他端寄り、ここでは左端寄りの部分に、冷却液が外部に流出する出口ヘッダ(6)が設けられており、冷却流体通路(3)は入口ヘッダ(5)に流入した冷却液を出口ヘッダ(6)に流すようになっている。ケーシング(2)の頂壁(2a)には、ケーシング(2)内の入口ヘッダ(5)に冷却液を供給するアルミニウム製入口パイプ(7)と、ケーシング(2)内の出口ヘッダ(6)から冷却液を排出させるアルミニウム製出口パイプ(8)とが接続されている。また、ケーシング(2)の頂壁(2a)外面および底壁(2b)外面のうち少なくともいずれか一方、ここでは頂壁(2a)の外面に、ＩＧＢＴなどのパワーデバイスや、ＩＧＢＴが制御回路と一体化されて同一パッケージに収納されたＩＧＢＴモジュールや、ＩＧＢＴモジュールにさらに保護回路が一体化されて同一パッケージに収納されたインテリジェントパワーモジュールなどからなる発熱体(図示略)が取り付けられるようになっている。
【００３７】
図２〜図４に示すように、放熱器(4)は、上下方向に積層状に配置された複数、ここでは２つの放熱ユニット(10)と、隣り合う放熱ユニット(10)間に配置されたアルミニウム製中間板(11)とを備えている。放熱ユニット(10)は、水平状のアルミニウム製基板(12)と、基板(12)の両面に基板(12)から突出するように設けられ、かつ長手方向を上下方向に向けた複数のアルミニウム製ピン状フィン(13)(14)とからなる。基板(12)には複数の円形貫通穴(15)が形成されており、アルミニウム製の丸棒状フィン形成部材(16)が円形貫通穴(15)に通されるとともに、長手方向の中央部が円形貫通穴(15)内に位置した状態で基板(12)に固定されている。フィン形成部材(16)における円形貫通穴(15)から上下に突出した部分が上下両ピン状フィン(13)(14)になっている。フィン形成部材(16)の基板(12)への固定は、円形貫通穴(15)内への圧入や、ろう材による接合(以下、ろう付と称する)によって行われる。
【００３８】
上側(上端)の放熱ユニット(10)の上側ピン状フィン(13)の先端がケーシング(2)の頂壁(2a)内面にろう付されて熱的に接触させられ、同じく下側ピン状フィン(14)の先端が中間板(11)の上面にろう付されて熱的に接触させられている。また、下側(下端)の放熱ユニット(10)の下側ピン状フィン(14)の先端がケーシング(2)の底壁(2b)内面にろう付されて熱的に接触させられ、同じく上側ピン状フィン(13)の先端が中間板(11)の下面にろう付されて接触させられている。こうして、両放熱ユニット(10)の基板(12)と中間板(11)とが上下方向に離隔させられている。上下方向に隣り合う両放熱ユニット(10)の上下両ピン状フィン(13)(14)の横断面形状は、大きさの等しい円形であり、上下方向に隣り合う両放熱ユニット(10)のすべての上下両ピン状フィン(13)(14)は、平面から見て少なくとも一部、ここでは全体が重なっている。
【００３９】
ここで、基板(12)の肉厚をＴｍｍ、上下両ピン状フィン(13)(14)の直径をＤｍｍとした場合、Ｔ≧Ｄ／８であることが好ましい。Ｔ＜Ｄ／８の場合、各放熱ユニット(10)において、上下両ピン状フィン(13)(14)を形成するフィン形成部材(16)と基板(12)との間の熱伝導性が不足するおそれがある。また、上下両ピン状フィン(13)(14)の直径Ｄは４ｍｍ以下、中間板(11)と中間板(11)の上下両側に配置された放熱ユニット(10)の基板(12)との間隔は１．３ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、放熱ユニット(10)の最も近接した２つの上側ピン状フィン(13)どうしおよび下側ピン状フィン(14)どうしの間隔であるピッチをＰｍｍとした場合、Ｐ≦Ｄ＋２ｍｍであることが好ましい。
【００４０】
上述した冷却装置において、入口パイプ(7)を通してケーシング(2)の入口ヘッダ(5)内に流入した冷却液は冷却流体通路(3)内に入り、上下両端の放熱ユニット(10)の基板(12)とケーシング(2)の頂壁(2a)および底壁(2b)との間、ならびに各放熱ユニット(10)の基板(12)と中間板(11)との間においてピン状フィン(13)(14)間を流れて出口ヘッダ(6)内に入り、出口ヘッダ(6)から出口パイプ(8)を通して排出される。ケーシング(2)の頂壁(2a)外面に取り付けられた発熱体から発せられる熱は頂壁(2a)に伝わり、さらに両放熱ユニット(10)の基板(12)および上下両ピン状フィン(13)(14)、ならびに中間板(11)から冷却流体通路(3)内を流れる冷却液に伝わって、発熱体が冷却される。
【００４１】
発熱体から発せられてケーシング(2)の頂壁(2a)に伝わった熱の冷却流体通路(3)内を流れる冷却液への伝熱経路は次の通りである。ケーシング(2)の頂壁(2a)外面に取り付けられた発熱体から発せられる熱を冷却液に伝える第１の経路は、頂壁(2a)から直接冷却液に伝わる経路である。第２の経路は、頂壁(2a)から上端の放熱ユニット(10)の上下両ピン状フィン(13)(14)に伝わり、上下両ピン状フィン(13)(14)から冷却液に伝わる経路である。第３の経路は、頂壁(2a)から上端の放熱ユニット(10)の上側ピン状フィン(13)を経て基板(12)に伝わり、当該基板(12)から冷却液に伝わる経路である。第４の経路は、頂壁(2a)から上端の放熱ユニット(10)の上下両ピン状フィン(13)(14)を経て中間板(11)に伝わり、当該中間板(11)から冷却液に伝わる経路である。第５の経路は、頂壁(2a)から上端の放熱ユニット(10)の上下両ピン状フィン(13)(14)および中間板(11)を経て下側放熱ユニット(10)の上下両ピン状フィン(13)(14)に伝わり、当該上下両ピン状フィン(13)(14)から冷却液に伝わる経路である。第６の経路は、頂壁(2a)から上端の放熱ユニット(10)の上下両ピン状フィン(13)(14)および中間板(11)を経て下側放熱ユニット(10)の上側ピン状フィン(13)(14)に伝わり、さらに上側ピン状フィン(13)を経て基板(12)に伝わり、基板(12)から冷却液に伝わる経路である。
【００４２】
図５〜図１０はこの発明の冷却装置に用いられる放熱器(4)の変形例を示す。
【００４３】
図５および図６に示す放熱器(20)は、上下方向に積層状に配置された３以上、ここでは３つの放熱ユニット(10)と、隣り合う放熱ユニット(10)間に配置されたアルミニウム製中間板(11)とを備えている。各放熱ユニット(10)の構成は、上述した実施形態の冷却装置(1)に用いられている放熱ユニット(10)と同じである。
【００４４】
上端の放熱ユニット(10)の上側ピン状フィン(13)の先端がケーシング(2)の頂壁(2a)内面にろう付されて熱的に接触させられ、同じく下側ピン状フィン(14)の先端が上側の中間板(11)の上面にろう付されて熱的に接触させられている。下端の放熱ユニット(10)の下側ピン状フィン(14)の先端がケーシング(2)の底壁(2b)内面にろう付されて熱的に接触させられ、同じく上側ピン状フィン(13)の先端が中間板(11)の下面にろう付されて接触させられている。さらに、中間の放熱ユニット(10)の上側ピン状フィン(13)の先端が上側中間板(11)の下面にろう付されて熱的に接触させられ、同じく下側ピン状フィン(14)の先端が下側中間板(11)の上面にろう付されて熱的に接触させられている。こうして、全放熱ユニット(10)の基板(12)と両中間板(11)とが上下方向に離隔させられている。上下方向に隣り合う両放熱ユニット(10)の上下両ピン状フィン(13)(14)の横断面形状は、大きさの等しい円形であり、上下方向に隣り合う両放熱ユニット(10)のすべてのピン状フィンは、平面から見て少なくとも一部、ここでは全体が重なっている。
【００４５】
ケーシング(2)の頂壁(2a)外面に取り付けられた発熱体から発せられる熱は頂壁(2a)に伝わり、さらに両放熱ユニット(10)の基板(12)および上下両ピン状フィン(13)(14)、ならびに中間板(11)から冷却流体通路(3)内を流れる冷却液に伝わって、発熱体が冷却される。
【００４６】
図７に示す放熱器(25)は、上下方向に積層状に配置された２つの放熱ユニット(26)と、隣り合う放熱ユニット(26)間に配置されたアルミニウム製中間板(11)とを備えている。
【００４７】
放熱ユニット(26)は、水平状のアルミニウム製基板(12)と、基板(12)の片面に基板(12)から突出するように設けられ、かつ長手方向を上下方向に向けた複数のアルミニウム製ピン状フィン(27)とからなる。基板(12)には複数の円形貫通穴(15)が形成されており、アルミニウム製の丸棒状フィン形成部材(16)が円形貫通穴(15)に通されるとともに、長手方向の一端部が円形貫通穴(15)内に位置するとともに一端面が基板(12)の片面と面一となった状態で基板(12)に固定されている。フィン形成部材(16)における円形貫通穴(15)から突出した部分がピン状フィン(27)になっている。フィン形成部材(16)の基板(12)への固定は、円形貫通穴(15)内への圧入や、ろう付によって行われる。
【００４８】
上側放熱ユニット(26)においてはピン状フィン(27)は基板(12)の下面のみに設けられており、上側放熱ユニット(26)の基板(12)はケーシング(2)の頂壁(2a)にろう付されるとともにピン状フィン(27)の先端が中間板(11)の上面にろう付されて熱的に接触させられている。また、上側放熱ユニット(26)のフィン形成部材(16)の上端面は基板(12)の円形貫通穴(15)を通して基板(12)上面と面一となっているとともにケーシング(2)の頂壁(2a)にろう付されており、上側放熱ユニット(26)のピン状フィン(27)はケーシング(2)の頂壁(2a)に熱的に接触させられている。下側放熱ユニット(26)は上側放熱ユニット(26)を上下逆向きの状態で配置されたものであり、下側放熱ユニット(26)においてはピン状フィン(27)は基板(12)の上面のみに設けられており、下側放熱ユニット(26)の基板(12)はケーシング(2)の底壁(2b)にろう付されるとともにピン状フィン(27)の先端が中間板(11)の下面にろう付されて熱的に接触させられている。また、下側放熱ユニット(26)のフィン形成部材(16)の下端面は基板(12)の円形貫通穴(15)を通して基板(12)下面と面一となっているとともにケーシング(2)の頂壁(2a)にろう付されており、下側放熱ユニット(26)のピン状フィンはケーシング(2)の底壁(2b)に熱的に接触させられている。こうして、両放熱ユニット(26)の基板(12)と中間板(11)とが上下方向に離隔させられている。上下方向に隣り合う両放熱ユニット(26)のピン状フィン(27)の横断面形状は、大きさの等しい円形であり、上下方向に隣り合う両放熱ユニット(26)のすべてのピン状フィン(26)は、平面から見て少なくとも一部、ここでは全体が重なっている。
【００４９】
ここで、基板(12)の肉厚をＴｍｍ、ピン状フィン(27)の直径をＤｍｍとした場合、Ｔ≧Ｄ／８であることが好ましい。Ｔ＜Ｄ／８の場合、各放熱ユニット(26)において、ピン状フィン(27)を形成するフィン形成部材(16)と基板(12)との間の熱伝導性が不足するおそれがある。また、ピン状フィン(27)の直径Ｄは４ｍｍ以下、中間板(11)と中間板(11)の上下両側に配置された放熱ユニット(26)の基板(12)との間隔は１．３ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、放熱ユニット(26)の最も近接した２つのピン状フィン(27)どうしの間隔であるピッチをＰｍｍとした場合、Ｐ≦Ｄ＋２ｍｍであることが好ましい。
【００５０】
図８に示す放熱器(30)は、上述した実施形態の放熱器(4)における上下の放熱ユニット(10)の基板(12)と中間板(11)とが、ケーシング(2)の冷却流体通路(3)内における冷却液の流れ方向と直交する方向(図２の紙面表裏方向)の両端部において、連結部材(31)を介して交互に一体化され、これにより垂直断面において、基板(12)および中間板(11)とがコルゲート状となされたものである。連結部材(31)には図８の紙面表裏方向に長い長方形状の方形穴(32)が貫通状に形成されている。放熱器(30)は、図８の左右方向を、図２の紙面表裏方向に向けてケーシング(2)の冷却流体通路(3)内に配置される。
【００５１】
なお、図５および図６に示す放熱器(20)や、４以上の放熱ユニット(10)を備えた放熱器の場合にも、全放熱ユニット(10)の基板(12)と隣り合う放熱ユニット(10)どうしの中間板(11)とが、左端部または右端部において、連結部材を介して交互に一体化され、これにより垂直断面において、基板(12)および中間板(11)とがコルゲート状となされていてもよい。
【００５２】
図８に示す放熱器(30)は、図９および図１０に示す方法で製造される。
【００５３】
すなわち、複数の円形貫通穴(15)が形成された複数の基板形成部(36)、隣り合う基板形成部(36)どうしの間に位置する中間板形成部(37)、および基板形成部(36)と中間板形成部(37)の間に位置しかつ方形穴(32)が形成された連結部材形成部(38)を有する第１の素板(35)を用意する。また、フィン形成部材(16)と同一材質を有する第２の素板(図示略)を用意する。ついで、第２の素板を第１の素板(35)の上方に間隔をおいて配置し、第２の素板にプレス加工を施してフィン形成部材(16)を打ち抜くとともに、打ち抜かれたフィン形成部材(16)を第１の素板(35)の基板形成部の円形貫通穴(15)内に圧入する。その後、第１の素板(35)を、連結部材形成部(38)の両側において折り曲げ、全体としてコルゲート状とする。こうして、放熱器(30)が製造される。
【００５４】
上述したすべての放熱ユニット(10)(26)のピン状フィン(13)(14)(27)は、棒状のフィン形成部材(16)を基板(12)に形成された貫通穴(15)に通した状態で基板(12)に固定されることによりつくられているが、これに限定されるものではなく、金属素材に鍛造加工や切削加工を施すことにより基板およびピン状フィンからなる放熱ユニットをつくってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明による冷却装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などに搭載される電力変換装置などのパワーモジュールにおいて、ＩＧＢＴなどのパワーデバイスを冷却するのに好適に用いられる。
【符号の説明】
【００５６】
(1)：冷却装置
(2)：ケーシング
(2a)：頂壁
(2b)：底壁
(3)：冷却流体通路
(4)(20)(25)(30)：放熱器
(10)(26)：放熱ユニット
(11)：中間板
(12)：基板
(13)(14)(27)：ピン状フィン
(15)：貫通穴
(16)：フィン形成部材
【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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