(57)【要約】【課題】電子部品を両面から冷却する積層型冷却器において、組み立ての手間を省くとともに省スペース化を図る。【解決手段】積層型冷却器１０は、電子部品１２を両面から挟持し、冷媒が流れる冷媒流路１４と、積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路１４に冷媒を供給する供給ヘッダ部１６と、供給ヘッダ部１６と同じ方向に延在し、各冷媒流路１４から冷媒を排出する排出ヘッダ部１８とを有する。供給及び排出ヘッダ部１６，１８には、電子部品１２が冷媒流路１４から受ける圧力を保持する圧力保持構造３２が設けられる。この圧力保持構造３２が従来技術で採用されるばねの代替材となるので、組み立ての手間を省くとともに、そのばねのスペースを省くことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を両面から挟持し、冷媒が流れる冷媒流路と、
電子部品及び冷媒流路の積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路に冷媒を供給する供給ヘッダ部と、
供給ヘッダ部と同じ方向に延在し、各冷媒流路から冷媒を排出する排出ヘッダ部と、
を有し、
電子部品を両面から冷却する積層型冷却器において、
供給及び排出ヘッダ部には、電子部品が冷媒流路から受ける圧力を保持する圧力保持構造が設けられる、
ことを特徴とする積層型冷却器。
【請求項２】
請求項１に記載の積層型冷却器において、
圧力保持構造は、
供給及び排出ヘッダ部に、それぞれ形成される雄ねじ部と、
各雄ねじ部にそれぞれ嵌り合うとともに、前記一方側の端部に位置する冷媒流路を電子部品の方向に向けて押圧するナットと、
を有する、
ことを特徴とする積層型冷却器。
【請求項３】
請求項２に記載の積層型冷却器において、
前記一方側の端部に位置する冷媒流路と前記ナットとの間には、弾性部材が設けられる、
ことを特徴とする積層型冷却器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の積層型冷却器において、
供給及び排出ヘッダ部にそれぞれ接続され、積層方向における供給及び排出ヘッダ部の移動を規制するヘッダ移動規制部と、
積層方向の他方側の端部に位置する冷媒流路に接続され、積層方向における、その冷媒流路の移動を規制する冷媒流路移動規制部と、
を有することを特徴とする積層型冷却器。
【請求項５】
請求項４に記載の積層型冷却器において、
この積層型冷却器はハウジングに収容され、
ハウジングには、ヘッダ移動規制部と冷媒流路移動規制部がそれぞれ接続される、
ことを特徴とする積層型冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を両面から冷却する積層型冷却器の構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷媒が流れる冷媒流路を、発熱体である電子部品の両面にそれぞれ接触させて、この電子部品を冷却する積層型冷却器が知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、電子部品を両面から冷却する積層型冷却器が記載されている。この積層型冷却器は、電子部品を両面から挟持する冷媒流路と、積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路に冷媒を供給する供給ヘッダ部と、供給ヘッダ部と同じ方向に延在し、各冷媒流路から冷媒を排出する排出ヘッダ部とを有する。冷媒流路は、冷媒の圧力により、積層方向の厚みが大きくなるよう拡管変形するように構成されている。この構成により、電子部品と冷媒流路とが密着することができる。
【０００４】
下記特許文献２には、複数のセルを積層して構成されるスタックと、スタックの積層方向両端にそれぞれ設けられるボルスタと、両ボルスタを貫通するように積層方向に延びるロッドと、ボルスタを拘束するためにロッドに嵌り合うナットとを有する燃料電池が記載されている。また、この燃料電池においては、ボルスタとナットとの間にばねが設けられ、このばねが、運転中におけるスタックの積層方向への厚さ変化を吸収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６７１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
積層型冷却器においては、冷却性能を高めるため、一般的に、冷媒流路と電子部品を隙間なく密着させる必要がある。従来の積層型冷却器においては、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路に弾性変形させたばねを押し当て、ばねの復元力により冷媒流路と電子部品を密着させていた。
【０００７】
しかしながら、製造工程において、冷媒流路と電子部品とからなる積層体に対して所定の加圧をするために、ばねストロークを考慮しつつばねを圧縮させた状態でその積層体に組み付ける作業は困難であり、組み立てに手間がかかってしまうという問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献１の積層型冷却器のように、ばねの代替材として、拡管変形する冷媒流路を採用することも考えられるが、冷媒の圧力により、冷媒流路と電子部品との間の目標圧を保持することは困難であるという問題がある。
【０００９】
また、上記特許文献２の積層型燃料電池のように、スタックを挟持するボルスタを貫通するロッドにナットを締め付けて、スタック間の目標圧を保持することが考えられるが、部品点数の増加で構造が複雑化するので、組み付け工数がかかってしまうという問題がある。
【００１０】
また、積層型冷却器が、例えば車両などの設置スペースが制限される装置に搭載される場合、その積層型冷却器の体格においては小型化が要求されており、積層型冷却器内部のスペースに余裕がなくなってしまうという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、簡易な構造で、組み立ての手間を省くとともに省スペース化を図ることができる積層型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】
【００１２】
本発明は、電子部品を両面から挟持し、冷媒が流れる冷媒流路と、電子部品及び冷媒流路の積層方向の一方側に延在し、各冷媒流路に冷媒を供給する供給ヘッダ部と、供給ヘッダ部と同じ方向に延在し、各冷媒流路から冷媒を排出する排出ヘッダ部と、を有し、電子部品を両面から冷却する積層型冷却器において、供給及び排出ヘッダ部には、電子部品が冷媒流路から受ける圧力を保持する圧力保持構造が設けられることを特徴とする。
【００１３】
また、圧力保持構造は、供給及び排出ヘッダ部に、それぞれ形成される雄ねじ部と、各雄ねじ部にそれぞれ嵌り合うとともに、前記一方側の端部に位置する冷媒流路を電子部品の方向に向けて押圧するナットとを有することができる。
【００１４】
また、前記一方側の端部に位置する冷媒流路と前記ナットとの間には、弾性部材が設けられることが好適である。
【００１５】
また、供給及び排出ヘッダ部にそれぞれ接続され、積層方向における供給及び排出ヘッダ部の移動を規制するヘッダ移動規制部と、積層方向の他方側の端部に位置する冷媒流路に接続され、積層方向における、その冷媒流路の移動を規制する冷媒流路移動規制部とを有することができる。
【００１６】
また、この積層型冷却器はハウジングに収容され、ハウジングには、ヘッダ移動規制部と冷媒流路移動規制部がそれぞれ接続されることが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の積層型冷却器によれば、簡易な構造で、組み立ての手間を省くとともに省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る積層型冷却器の分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による積層型冷却器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る積層型冷却器の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、自動車を駆動するモータに電力を供給するパワーモジュールを挙げ、これを冷却する積層型冷却器について説明する。なお、本発明は、上記パワーモジュールに限らず、発熱体である電子部品を冷却する積層型冷却器にも適用することができる。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る積層型冷却器の分解斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線による積層型冷却器の断面図である。なお、図に示されるＸ軸は、後述する電子部品及び冷媒流路が積層する積層方向である。
【００２１】
積層型冷却器１０は、電子部品１２を両面から挟持する冷媒流路１４と、各冷媒流路１４に冷媒を供給する供給ヘッダ部１６と、各冷媒流路１４から冷媒を排出する排出ヘッダ部１８とを有する。本実施形態の冷媒は、ＬＬＣ（Long Life Coolant）であるが、本発明はこの構成に限定されず、周知の冷媒を用いることができる。
【００２２】
電子部品１２は、スイッチングモジュールである。電子部品１２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と電極とを含み、これらを絶縁性の樹脂でモールドして形成される。電子部品１２は、積層方向に対して潰れた矩形板状である。本実施形態の自動車は、駆動用のモータを２個有し、各モータにそれぞれ対応するインバータを２個有する。１個のインバータは６個のスイッチングモジュールにより構成されるので、本実施形態の電子部品１２は計１２個となる。電子部品１２は２個を１組にして積層方向に計６組配置される。なお、電子部品１２の数は一例であって、本発明は電子部品１２の数１２個に限定されない。また、電子部品１２の積層数も一例であって、本発明は電子部品１２の積層数６組に限定されない。
【００２３】
冷媒流路１４はアルミニウム製である。冷媒流路１４は積層方向に対して潰れた角筒状である。冷媒流路１４は、積層方向に計７個配置される。冷媒流路１４の長手方向一端には、冷媒が流れ込む流入口２０が形成され、他端には、冷媒が流れ出す流出口２２が形成される。流入口２０と流出口２２とは、冷媒流路１４内部において区画された空間により連通している。
【００２４】
供給ヘッダ部１６はアルミニウム製である。供給ヘッダ部１６は、供給ヘッダ本体部２４と供給ヘッダ連通管２６とを有する。供給ヘッダ連通管２６は、短軸の円筒状である。供給ヘッダ連通管２６は、積層方向において互いに隣接する冷媒流路１４に接続される。具体的には、互いの冷媒流路１４の流入口２０をそれぞれ覆うように接続される。供給ヘッダ連通管２６は、積層方向に直線上に並んで計６個配置される。
【００２５】
供給ヘッダ本体部２４は、供給ヘッダ連通管２６よりも長軸の円筒状である。供給ヘッダ本体部２４は、供給ヘッダ連通管２６と同じ直線上に、電子部品１２と冷媒流路１４からなる積層体より積層方向の一方側に延在するように設けられる。供給ヘッダ本体部２４の一端は、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路１４に、これの流入口２０を覆うように接続される。供給ヘッダ本体部２４の他端は、放熱装置（図示せず）に接続される。また、供給ヘッダ本体部２４は、積層型冷却器１０を収容するハウジングに固定される。
【００２６】
排出ヘッダ部１８はアルミニウム製である。排出ヘッダ部１８は、排出ヘッダ本体部２８と排出ヘッダ連通管３０とを有する。排出ヘッダ連通管３０は、短軸の円筒状である。排出ヘッダ連通管３０は、積層方向において互いに隣接する冷媒流路１４に接続される。具体的には、互いの冷媒流路１４の流出口２２をそれぞれ覆うように接続される。排出ヘッダ連通管３０は、積層方向に直線上に並んで計６個配置される。
【００２７】
排出ヘッダ本体部２８は、排出ヘッダ連通管３０よりも長軸の円筒状である。排出ヘッダ本体部２８は、排出ヘッダ連通管３０と同じ直線上に、電子部品１２と冷媒流路１４からなる積層体より積層方向の一方側に延在するように設けられる。排出ヘッダ本体部２８の一端は、積層方向の一方側の端部に位置する冷媒流路１４に、これの流出口２２を覆うように接続される。排出ヘッダ本体部２８の他端は、放熱装置（図示せず）に接続される。また、排出ヘッダ本体部２８は、積層型冷却器１０を収容するハウジングに固定される。
【００２８】
冷媒流路１４と供給ヘッダ部１６と排出ヘッダ部１８とは、それらの各接合部がろう付け、またはかしめにより接合される。そして、積層方向において隣接する冷媒流路１４の間に、電子部品１２をそれぞれ配置し、これらからなる積層体を積層方向外側から所定圧力で挟みこむことにより、電子部品１２が冷媒流路１４により挟持される。具体的には、上記所定圧力の挟みこみにより、供給及び排出ヘッダ連通管２６，３０が積層方向に縮むように塑性変形し、隣接する冷媒流路１４の距離が小さくなることで、電子部品１２と冷媒流路１４とが、積層方向に直交する接触面において密着することができる。
【００２９】
このように構成される積層型冷却器１０における冷媒の流れについて、図２を用いて説明する。なお、パワーモジュールが動作中であり、電子部品１２が発熱している場合について説明する。
【００３０】
図示しない放熱装置から供給ヘッダ本体部２４に導入される冷媒は、直接または供給ヘッダ連通管２６を介して、７個の冷媒流路１４にそれぞれ供給される。電子部品１２の熱は、冷媒流路１４を流れる冷媒に伝達される。電子部品１２の熱を受けて温度が上昇した冷媒は、冷媒流路１４から、直接または排出ヘッダ連通管３０を介して、排出ヘッダ本体部２８に流れ込む。排出ヘッダ本体部２８において合流した冷媒は、放熱装置へ供給され冷却される。そして、放熱装置において冷却された冷媒は、再び供給ヘッダ本体部２４に導入される。
【００３１】
本発明の積層型冷却器１０は、積層方向の一方側に延在する供給及び排出ヘッダ部１６，１８には、電子部品１２が冷媒流路１４から受ける圧力を保持する圧力保持構造３２が設けられる。この圧力保持構造３２が従来技術で採用されるばねの代替材となる。この構成により、簡易な構造で、組み立ての手間を省くとともに、そのばねのスペースを省くことができ、結果として積層型冷却器１０の体格の小型化が図れる。ここで、積層方向の一方側に延在する供給及び排出ヘッダ部１６，１８とは、電子部品１２と冷媒流路１４からなる積層体から積層方向の一方側に延在する部分のことであり、本実施形態においては、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８にそれぞれ相当する。
【００３２】
次に、圧力保持構造３２の構成について説明する。圧力保持構造３２は、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８に、それぞれ形成される雄ねじ部３４と、各雄ねじ部３４にそれぞれ嵌り合うナット３６とを有する。雄ねじ部３４は、図１に示されるように、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８の一端側における所定の区間に形成される。しかし、本発明はこの構成に限定されず、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８の全長において形成されてもよい。また、ナット３６の内周面には、雄ねじ部３４に螺合するめねじが形成される。
【００３３】
また、圧力保持構造３２は、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８の各一端にそれぞれ接続する冷媒流路１４とナット３６との間に設けられる弾性部材３８を有する。弾性部材３８は、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８に対してスライド可能な環状であり、例えば樹脂製スペーサ、またはばねワッシャーである。
【００３４】
電子部品１２が冷媒流路１４により挟持された積層型冷却器１０において、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８の他端から、弾性部材３８とナット３６は順に挿入することができる。このとき、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８の他端には放熱装置が未接続であり、かつ供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８がハウジングに固定されていない状態である。
【００３５】
そして、ナット３６を雄ねじ部３４に対してねじ込むことにより、ナット３６が、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８の各一端にそれぞれ接続する冷媒流路１４を電子部品１２の方向に向けて押圧することができる。電子部品１２と冷媒流路１４の間が目標圧になるように、ナット３６のねじ込み量、または位置を予め設定することが好適である。
【００３６】
また、冷媒流路１４とナット３６との間に設けられる弾性部材３８により、パワーモジュールの動作中における電子部品１２の積層方向への膨張を吸収することができる。
【００３７】
また、積層型冷却器１０がハウジングに収容されるとき、積層方向の他方側の端部に位置する冷媒流路１４に対して、この冷媒流路１４の積層方向における移動を規制する冷媒流路移動規制部（図示せず）を接続することが好適である。この冷媒流路移動規制部は、積層型冷却器１０を支持するブラケット、または冷媒流路１４により冷却可能な電子部品モジュール、例えば昇圧コンバータである。積層型冷却器１０をハウジングに収容されるときには、供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８もそれぞれハウジングに接続されるので、積層方向における供給及び排出ヘッダ供給及び排出ヘッダ本体部２４，２８の移動も規制される。
【００３８】
このような構成により、電子部品１２と冷媒流路１４からなる積層体の積層方向における移動も規制され、圧力保持構造３２により電子部品１２と冷媒流路１４の間の目標圧が保持される。よって、電子部品１２と冷媒流路１４は隙間なく密着することができるので冷却性能も維持することができる。
【００３９】
本実施形態の積層型冷却器１０によれば、圧力保持構造３２が従来技術で採用されるばねの代替材となるので、組み立ての手間を省くことができる。そして、従来技術で採用されたばねのスペース（図２に示されるＡの領域）が空くので、その空間を積層方向において小さくするようにハウジングの体格を構成することができる。さらに、その空いたスペースに、従来、積層型冷却器１０の幅方向外側を通っていたワイヤーハーネスなどのケーブル類を通すことができるので、幅方向におけるハウジングの体格を小さくすることもできる。
【００４０】
本実施形態においては、冷媒流路１４と供給ヘッダ部１６と排出ヘッダ部１８は、アルミニウム製である場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。熱伝導性に優れた材質であれば、例えば銅製であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  積層型冷却器、１２  電子部品、１４  冷媒流路、１６  供給ヘッダ部、１８  排出ヘッダ部、２０  流入口、２２  流出口、２４  供給ヘッダ本体部、２６  供給ヘッダ連通管、２８  排出ヘッダ本体部、３０  排出ヘッダ連通管、３２  圧力保持構造、３４  雄ねじ部、３６  ナット、３８  弾性部材。
【図１】
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【図２】
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