(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却液流路が設けられており、かつ頂壁および底壁のうちのいずれか一方の壁に開口が形成されているケーシングと、ケーシングの前記開口内に配置されてケーシングに固定され、かつ第１面が冷却液流路に臨ませられるとともに第２面が発熱体取付面となされている放熱基板、および放熱基板の第１面に冷却液流路内に突出するように一体に設けられた複数のピンフィンからなる放熱器とを備えた液冷式冷却装置であって、
すべてのピンフィンのうちの一部のピンフィンの先端が、ケーシングの頂壁および底壁のうち開口が形成されていない他方の壁の内面に接合されており、
発熱体を放熱基板の第２面に取り付けるのに用いられる発熱体取付用めねじ穴が、放熱基板の第２面から一部のピンフィンの先端側に向かって形成されており、
発熱体取付用めねじ穴が形成されているピンフィンの先端が、ケーシングの頂壁および底壁のうち開口が形成されていない他方の壁の内面に接合されている液冷式冷却装置。
【請求項２】
先端が、ケーシングの頂壁および底壁のうち開口が形成されていない他方の壁の内面に接合されているピンフィンの長手方向と直交する方向の断面積が、先端が、前記他方の壁の内面に接合されていないピンフィンの長手方向と直交する方向の断面積よりも大きくなっている請求項１記載の液冷式冷却装置。
【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液冷式冷却装置に関する。
【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とのとする。
【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）を冷却する液冷式冷却装置として、本出願人は、先に、内部に冷却液流路が設けられており、かつ頂壁に開口が形成されているケーシングと、ケーシングの前記開口内に配置されてケーシングに固定され、かつ第１面が冷却液流路に臨ませられるとともに第２面が発熱体取付面となされている放熱基板、および放熱基板の第１面に冷却液流路内に突出するように一体に設けられた複数のピンフィンからなる放熱器とを備えており、放熱器の放熱基板の第１面およびすべてのピンフィンの表面が犠牲腐食層で覆われ、すべてのピンフィンの先端とケーシングの底壁との間に隙間が存在している液冷式冷却装置を提案した(特許文献１参照)。
【０００４】
特許文献１記載の液冷式冷却装置によれば、冷却液流路内を流れる冷却液に水が含まれる場合であっても、全ピンフィンの表面が犠牲腐食層で覆われているので、冷却液による放熱基板およびピンフィンの腐食を防止することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の液冷式冷却装置のすべてのピンフィンの先端とケーシングの底壁との間に隙間が存在していて、すべてのピンフィンの先端がケーシングの底壁に接合されていないので、使用状況によっては液冷式冷却装置のケーシングの耐圧性が不足するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２７７７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、ケーシングの耐圧性を向上しうる液冷式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】
【０００８】
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。
【０００９】
1)内部に冷却液流路が設けられており、かつ頂壁および底壁のうちのいずれか一方の壁に開口が形成されているケーシングと、ケーシングの前記開口内に配置されてケーシングに固定され、かつ第１面が冷却液流路に臨ませられるとともに第２面が発熱体取付面となされている放熱基板、および放熱基板の第１面に冷却液流路内に突出するように一体に設けられた複数のピンフィンからなる放熱器とを備えた液冷式冷却装置であって、
すべてのピンフィンのうちの一部のピンフィンの先端が、ケーシングの頂壁および底壁のうち開口が形成されていない他方の壁の内面に接合されている液冷式冷却装置。
【００１０】
2)発熱体を放熱器の第２面に取り付けるのに用いられる発熱体取付用めねじ穴が、放熱基板の第２面から一部のピンフィンの先端側に向かって形成されている上記1)記載の液冷式冷却装置。
【００１１】
3)発熱体取付用めねじ穴が形成されているピンフィンの先端が、ケーシングの頂壁および底壁のうち開口が形成されていない他方の壁の内面に接合されている上記2)記載の液冷式冷却装置。
【００１２】
4)先端が、ケーシングの頂壁および底壁のうち開口が形成されていない他方の壁の内面に接合されているピンフィンの長手方向と直交する方向の断面積が、先端が、前記他方の壁の内面に接合されていないピンフィンの長手方向と直交する方向の断面積よりも大きくなっている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の液冷式冷却装置。
【発明の効果】
【００１３】
上記1)〜3)の液冷式冷却装置によれば、すべてのピンフィンのうちの一部のピンフィンの先端が、ケーシングの頂壁および底壁のうち開口が形成されていない他方の壁の内面に接合されているので、液冷式冷却装置のケーシングの耐圧性が向上する。
【００１４】
上記2)の液冷式冷却装置によれば、めねじ穴を利用することによって、発熱体を比較的簡単に放熱器の放熱基板の第２面に取り付けることができる。
【００１５】
上記3)の液冷式冷却装置によれば、ケーシング内部に圧力が負荷された時の強度を向上させることができる。
【００１６】
上記4)の液冷式冷却装置によれば、液冷式冷却装置の耐圧性が効果的に向上する。特に、上記3)のように、発熱体取付用めねじ穴が形成されているピンフィンの先端が、ケーシングの頂壁および底壁のうち開口が形成されていない他方の壁の内面に接合されている場合には、その断面積が大きいと、めねじ穴を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の液冷式冷却装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１の液冷式冷却装置を示す垂直断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
また、以下の説明において、図２の左右を左右といい、図３の上下方向を前後方向というものとする。
【００２１】
図１〜図３は液冷式冷却装置を示す。
【００２２】
図１〜図３において、液冷式冷却装置(1)は、頂壁(2a)、底壁(2b)および周壁(2c)を有するアルミニウム製ケーシング(2)と、ケーシング(2)に固定されたアルミニウム製放熱器(3)とを備えている。
【００２３】
ケーシング(2)は、頂壁(2a)および周壁(2c)を構成する下方に開口した箱状のアルミニウム製上構成部材(4)と、上構成部材(4)の周壁(2c)を構成する部分内に嵌め入れられて上構成部材(4)にろう付され、かつ底壁(2b)を構成する板状のアルミニウム製下構成部材(5)とよりなる。ケーシング(2)内には、冷却液がケーシング(2)の長手方向の片側（左側）から他側（右側）に流れる冷却液流路(6)と、冷却液流路(6)よりも上流側（左側）に位置しかつ冷却液が流入する入口ヘッダ部(7)と、冷却液流路(6)よりも下流側（右側）に位置しかつ冷却液が流出する出口ヘッダ部(8)とが設けられている。ケーシング(2)の底壁(2b)の左側部分の前後方向中央部に、入口ヘッダ部(7)に通じる冷却液入口(9)が設けられ、ケーシング(2)の底壁(2b)の右側部分の前後方向中央部に、出口ヘッダ部(8)に通じる冷却液出口(11)が設けられている。ケーシング(2)の冷却液入口(9)に、入口ヘッダ部(7)内に冷却液を送り込むアルミニウム製入口パイプ(12)が接続され、冷却液出口(11)に、出口ヘッダ部(8)内から冷却液を送り出すアルミニウム製出口パイプ(13)が接続されている。
【００２４】
ケーシング(2)の頂壁(2a)および底壁(2b)のうちのいずれか一方の壁、ここでは頂壁(2a)に、放熱器(3)をケーシング(2)に固定するのに利用される開口(14)が、冷却液流路(6)に臨むように成されている。
【００２５】
放熱器(3)は、ケーシング(2)の開口(14)内に配置されてケーシング(2)の頂壁(2a)にろう付され、かつ第１面(15a)(下面)が冷却液流路(6)に臨ませられるとともに第２面(15b)(上面)が発熱体(P)を取り付ける発熱体取付面となされたアルミニウム放熱基板(15)と、放熱基板(15)の第１面(15a)に冷却液流路(6)内に突出するように一体に設けられた複数のピンフィン(16)(16A)とからなる。ここでは、すべてのピンフィン(16)(16A)の横断面形状は円形である。なお、ピンフィン(16)(16A)の横断面形状は円形に限定されるものではない。
【００２６】
放熱器(3)のすべてのピンフィン(16)(16A)のうちの一部のピンフィン(16A)、ここでは放熱基板(15)の中央部に位置する１つのピンフィン(16A)は、当該ピンフィン(16A)を除いた他の残りのピンフィン(16)の長さよりも長くなっている。以下、長尺のピンフィン(16A)を長尺ピンフィン(16A)といい、他の短いピンフィン(16)を短尺ピンフィン(16)というものとする。長尺ピンフィン(16A)の先端は、ケーシング(2)の頂壁(2a)および底壁(2b)のうち開口(14)が形成されていない他方の壁、ここでは底壁(2b)内面まで至り、底壁(2b)内面にろう付されている。
【００２７】
放熱器(3)の長尺ピンフィン(16A)の長手方向と直交する方向の断面積(横断面積)は、短尺ピンフィン(16)の横断面積よりも大きくなっており、発熱体(P)を放熱器(3)の第２面(15b)に取り付けるのに用いられる有底の発熱体取付用めねじ穴(17)が、放熱基板(15)の第２面(15b)から長尺ピンフィン(16A)の先端に向かって先端近傍に至るように形成されている。
【００２８】
発熱体(P)は、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り、電気絶縁部材(I)を介して放熱器(3)の放熱基板(15)の第２面(15b)に配置され、発熱体(P)および電気絶縁部材(I)を貫通して放熱基板(15)の発熱体取付用めねじ穴(17)にねじ嵌められたおねじ(18)により、放熱基板(15)の第２面(15b)に固定されている。
【００２９】
上記構成の液冷式冷却装置(1)において、入口パイプ(12)から冷却液入口(9)を通って入口ヘッダ部(7)内に流入した冷却液は、冷却液流路(6)に配置された放熱器(3)のピンフィン(16)(16A)間を通って右方に流れる。冷却液流路(6)を右方に流れた冷却液は、出口ヘッダ部(8)内に入り、冷却液出口(11)を通って出口パイプ(13)に送り出される。発熱体(P)から発せられる熱は、絶縁部材(I)、放熱器(3)の放熱基板(15)およびピンフィン(16)(16A)を経て冷却液流路(6)内を流れる冷却液に放熱され、発熱体(P)が冷却される。
【００３０】
上述した実施形態においては、１つの長尺ピンフィン(16A)の先端がケーシング(2)の頂壁(2a)および底壁(2b)のうち開口(14)が形成されていない他方の底壁(2b)にろう付されているが、先端が底壁(2b)にろう付されるピンフィンの数は適宜変更可能である。ただし、多数のピンフィンの先端を開口(14)が形成されていない他方の壁にろう付するには、ピンフィンの高さの管理が困難であるから、その上限は１００程度が好ましい。
【００３１】
また、上述した実施形態において、長尺ピンフィン(16A)の横断面積が短尺ピンフィン(16)の横断面積よりも大きくなっており、長尺ピンフィン(16A)に発熱体取付用めねじ穴(17)が形成されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つの短尺ピンフィン(16)の横断面積を大きくし、当該短尺ピンフィン(16)に発熱体取付用めねじ穴(17)が形成されていてもよい。
【００３２】
さらに、上述した実施形態においては、ケーシングの頂壁に開口(14)が形成されているが、これとは逆に、ケーシングの底壁に開口(14)が形成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明による液冷式冷却装置は、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に用いられる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】
【００３４】
(1)：液冷式冷却装置
(2)：ケーシング
(2a)：頂壁
(2b)：底壁
(3)：放熱器
(6)：冷却液流路
(14)：開口
(15)：放熱基板
(15a)：第１面
(15b)：第２面
(16)(16A)：ピンフィン
(17)：発熱体取付用めねじ穴
【図１】
0006469521.tif 000002
【図２】
0006469521.tif 000003
【図３】
0006469521.tif 000004