(57)【要約】      （修正有）【課題】ハイブリッド自動車のパワーコントロールユニットなどに組み込まれる発熱体を冷却する冷却器において、寸法を縮小化しても伝熱性能が維持できる搭載性能を向上させた冷却器を提供する。【解決手段】複数の冷却管６と、該冷却管の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管７と、該冷却管の外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管７’とからなる冷却器であって、前記冷却管は、仕切り板３と、該仕切り板に対向して配置される一対の外装部材２、４と、仕切り板と外装部材との間に波状部材１を配置して形成される冷媒流路５で構成され、少なくとも前記仕切り板と前記一対の外装部材はアルミ系めっき鋼板からなり、ろう付けにより一体化されている。【選択図】図１
2012017954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷却管と、該冷却管の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管と、該冷却管の外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管とからなる冷却器において、前記冷却管は、仕切り板と、該仕切り板に対向して配置される一対の外装部材と、仕切り板と外装部材との間に波状部材を配置して形成される冷媒流路で構成され、少なくとも前記仕切り板と前記一対の外装部材はアルミ系めっき鋼板からなり、ろう付けにより
一体化されていることを特徴とする冷却器。
【請求項２】
前記アルミ系めっき鋼板は、ステンレス鋼にアルミ系めっきを行なったものであることを特徴とする請求項１記載の冷却器。                              
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車に搭載されるパワーコントロールユニット等に用いられる発熱体を冷却するための冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンや精密機器等には、発熱するエンジンや部品を冷却するための冷却器が設置されており、それらの冷却器は発熱体に直接冷媒体を接触させない間接的な冷却システムとして使用されている。各種の装置に組み込まれている冷却器は、装置の長期的な性能安定を保つ上で欠かせないものとなっている。特に自動車分野においては、近年の地球温暖化対策として従来のガソリンをエネルギーとした内燃機関のみのシステムから、ハイブリッド自動車や電気自動車のようなモーターとの併用あるいはモーターのみのエンジンシステムに切り替える傾向が強くなっている。  
【０００３】
ハイブリッド自動車や電気自動車では、モーターを駆動させるために直流電力と交流電力との間で双方向変換する大容量のインバータを備えたパワーコントロールユニットが設置されている。このパワーコントロールユニットは、特許文献１に示されているように変換機能を持つ半導体ユニットが発熱するために、半導体ユニットの両面に冷却管を設置・接触させて、半導体ユニットを間接的に冷却する機構となっている。この冷却管は、素材として銅やアルミニウムを用いており、図１に示すように、これらの素材を波状に加工した波状部材１と外装部材２、４と仕切り板３をろう付けしている。この波状加工した凹凸部が、冷媒体を流動させる流路５となっている。また、冷媒体はその冷却管６の両側に接合させた冷媒供給管７から供給して、冷却管を経由して冷媒排出管７´より排出しており、流路を流動する冷媒体との熱交換により半導体ユニットを冷却するしくみとなっている。  
【０００４】
このような機構のパワーコントロールユニットであるが、搭載性をより一層向上させるために小型化することが望まれており、これによって冷却器の小型化も必要となってきている。冷却器を小型化する方法としては、冷却管を形成している仕切り板の板厚を低減することが考えられる。しかし、現状品の素材である銅やアルミニウムを薄肉化した場合は、冷却管の製造工程である、ろう付けにおいて問題が発生してしまう。このろう付けは、図２に示すように、波状部材１と外装部材２、４と仕切り板３との間にろう材８を塗布し、仕切り板３と一対の外装部材２、４との間に二個の波状部材１を設置するとともに、上側の外装部材２に重石９を載せた状態で加熱・空冷する方法が取られている。このろう付け工程において、銅やアルミニウムを薄肉化すると剛性が低下するために、ろう付け時に仕切り板３と外装部材２，４が変形してしまうという懸念がある。また、銅については、レアメタルであるため価格が変動しやすく、コスト面で使いにくいという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６１１２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、冷却器を製造するろう付け工程において、冷却管の仕切り板および外装部材が変形することなく、流路を形成できるような素材を用いた冷却器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の冷却器は、その目的を達成するために、複数の冷却管と、該冷却管の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管と、該冷却管の外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管とからなる冷却器において、前記冷却管は、仕切り板と、該仕切り板に対向して配置される一対の外装部材と、仕切り板と外装部材との間に波状部材を配置して形成される冷媒流路で構成され、少なくとも前記仕切り板と前記一対の外装部材はアルミ系めっき鋼板からなり、ろう付けにより一体化されていることを特徴とする。  また、前記アルミ系めっき鋼板は、普通鋼（ＳＰＣＣ等）にアルミ系めっきを行なったものでもよいし、ステンレス鋼にアルミ系めっきを行なったものであってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の冷却器においては、構成する仕切り板や外装部材及び波状部材の素材に、銅やアルミニウムよりも高温時において降伏応力が高い普通鋼やステンレス鋼などにアルミ系めっきを行なったアルミ系めっき鋼板を用いているため、ろう付け時において仕切り板や外装部材が変形することがない。また、波状部材もアルミ系めっきを行なった普通鋼やステンレス鋼を用いることで、より一層仕切り板の変形を防止することが可能となる。さらに、表面にアルミ系めっきを行っていることから、現行のアルミニウムを素材とした冷却器の製造に用いられるろう材と同じものを使用することができるため、流通性のない特殊なろう材を用意することがないことからコスト上昇に繋がることもない。  これらの効果から、所定寸法の流路を確保することが可能であり、冷却器を安定して製造することができる。  なお、アルミ系めっき鋼板に用いるステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレス鋼でもフェライト系ステンレス鋼でも良いが、コスト面に優れるフェライト系ステンレス鋼を用いるのが好ましい。ステンレス鋼を用いることで、耐食性に優れた冷却器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】パワーコントロールユニットに用いられる冷却器に関して、（ａ）全体構成と、(ｂ)冷却管の流路の構造を示す概略図（（ａ）のＡ−Ａ断面）
【図２】冷却器の流路の組み立て工程を示す図
【図３】本実施例における冷却器の流路構造の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者等は、冷却器の小型化を図るために、仕切り板、外装部材及び波状部材の板厚を薄くすることを主眼として種々検討を重ねた。  現状の冷却器の仕切り板、外装部材及び波状部材は、銅やアルミニウムを素材としているが、それらの部品を薄肉化した場合には、剛性が低下するためにろう付け時に仕切り板、外装部材及び波状部材が変形して所定寸法の流路を確保することが難しい状態となる。そのため、ろう付けの高温下においても降伏応力を比較的高い状態が維持でき、なおかつ、ろう付けでの接合安定性を考慮してめっき鋼板で検討し、その鋼板の原板としては普通鋼やフェライト系ステンレス鋼とした。この検討においては、パワーコントロールユニットの冷却器として比較的多く使用されているアルミニウムを素材としたものと比較して進めた。  
【００１１】
アルミ系めっき鋼板をろう付けする場合は、ろう材もアルミ系の品種が使用されるためろう材の融点としては、６００℃程度となる。アルミ系めっき鋼板の原板である普通鋼やフェライト系ステンレス鋼は、６００℃の高温下においてもアルミニウムと比較して約１０倍以上の降伏応力を維持していることから、剛性だけを考慮すれば現行冷却器の仕切り板、外装部材及び波状部材の板厚の約１／１０まで薄肉化することが可能であり、十分に薄肉化することができる。  しかし、普通鋼やフェライト系ステンレス鋼の場合は、アルミニウムの熱伝導率と比べて各々約１／３と約１／６であり、冷却器の冷却能力、つまりは伝熱性能を考慮すると、現行アルミニウムの板厚に対して約１／３以下に薄肉化する必要がある。そのため、普通鋼やフェライト系ステンレス鋼の薄肉化の制限は、伝熱性能に左右されることになる。  
【００１２】
伝熱性能を考慮した普通鋼やステンレス鋼の板厚を検討するため、各々の素材で流路を形成して伝熱性能を比較した。詳細は、実施例において記載するが、現行のアルミニウムの板厚に対して普通鋼で１／３、フェライト系ステンレス鋼で１／６にすることによりほぼ同等の伝熱性能を得ることが分かった。また、ろう付け時の変形も発生せず、所定寸法の流路を確保できた。  
【００１３】
表面にアルミ系めっきした普通鋼やステンレス鋼を素材として冷却器を製造する場合には、仕切り板、外装部材及び波状部材を先ず用意する。波状部材１は、板状やコイル状の素材をプレスや圧延等で所定寸法の波状に塑性加工した後に、必要長さに切断していく。また、仕切り板３、外装部材２、４も、板状やコイル状の素材を所定形状・寸法にプレス等で成形して、切断機等で所定の長さに切断して得ることができる。次に、図２に示したように、二個の波状部材１と仕切り板３、外装部材２、４の間にろう材８を塗布し、その状態で上側の外装部材２に重石９を載せて固定する。その状態で加熱炉に入れて所定のろう付け条件で加熱、空冷することによって製造することができる。  
【００１４】
アルミ系めっき鋼板の表面にめっきされているめっき層の膜厚は、原板が普通鋼やステンレス鋼の何れの場合も、特に限定するものではないが、耐食性やろう付け性を考慮して片面で５μｍ以上にすることが望ましい。  
【００１５】
また、アルミ系めっき鋼板の原板である普通鋼やステンレス鋼の鋼種も特に限定するものでなく、波状に加工できる変形抵抗となる成分、機械的性質のものであれば、何れの鋼種でも使用することができる。
【実施例】
【００１６】
供試材としては、表面にアルミニウムをめっきした普通鋼とフェライト系ステンレス鋼で、各々の板厚を０．１ｍｍと０．０７ｍｍとした素材を用い、それらの素材を使った冷却器にて伝熱性能とろう付け時の変形状態を確認した。素材のめっき膜厚は、片面で５μｍである。冷却管６の流路５としては、図３に示すように矩形断面の形状とし、高さＨｐが２ｍｍ、幅ｗｐを１ｍｍとした。この流路形状、寸法となるように、各々の素材をプレス加工し、所定に寸法に切断した。冷却器の全体寸法は、表１に示す通りである。ここで長さＬは、図１に示したように冷媒供給管７と冷媒排出管７´の中心間の距離である。波状部材１と仕切り板３と外装部材２、４の接合は、仕切り板３と外装部材２、４にＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材を厚さ０．１ｍｍで塗布し、上側の外装部材２の上に質量５ｋｇの重石を載せて固定した。この状態で真空加熱炉に投入して表２に示す条件でろう付けを行った。  冷却器の伝熱性能については、冷却器に流動させる冷媒体として温度２０℃の水を用い、速度０．１ｍ／ｓで供給するとともに、仕切り板３と外装部材２、４の両面から全面に渡って温度１００℃一定で加熱して、流動する水の温度変化を測定して抜熱量を算出した。  比較として現行のパワーコントロールユニットで使用されている素材の一例としてＡｌ−Ｍｎ系アルミニウムを用い、それを素材とした場合についても冷却器を製作して性能を評価した。板厚としては、０．４ｍｍと０．１ｍｍとし、冷却器の製作方法および伝熱性能の評価はアルミめっき鋼板の場合と同じとした。  
【００１７】
2012017954.tif 000003
【００１８】
2012017954.tif 000004
【００１９】
冷却器を製作した結果、アルミめっき鋼板を素材とした場合には、原板が普通鋼やフェライト系ステンレス鋼の何れの場合も、ろう付け時に変形を起こすことなく所定寸法の流路を得ることができた。  しかし、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウムを素材とした場合は、板厚０．４ｍｍではろう付け時で変形は起こさなかったが、板厚が０．１ｍｍでは変形してしまい所定寸法の流路を得ることができなかった。  
【００２０】
伝熱性能については、板厚０．４ｍｍのＡｌ−Ｍｎ系アルミニウムを素材した場合と普通鋼やフェライト系ステンレス鋼を原板としたアルミめっき鋼板を素材とした場合とで、抜熱量がほとんど同じであり、アルミめっき鋼板を素材とした場合でも板厚を薄肉化することによって伝熱性能も維持できることが分かった。                                 
【図１】
2012017954.tif 000005
【図２】
2012017954.tif 000006
【図３】
2012017954.tif 000007