(57)【要約】【課題】放熱性能に優れた熱交換器を提供する。【解決手段】発熱体を搭載するための発熱体搭載面４００を設けてなる管状の冷却管部３を１又は複数備えたハウジング部２と、冷却管部３の内部に連通する連通路を備えた継ぎ手部５とを有する熱交換器１である。冷却管部３の少なくとも一端には、長手方向に対して傾斜するよう設けられた傾斜開口端面３３が設けられており、傾斜開口端面３３に継ぎ手部５が設けられている。熱交換器１は、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等の発熱体を冷却するために用いられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を搭載するための発熱体搭載面を設けてなる管状の冷却管部を１又は複数備えたハウジング部と、
上記冷却管部の内部に連通する連通路を備えた継ぎ手部とを有し、
上記冷却管部の少なくとも一端には、長手方向に対して傾斜するよう設けられた傾斜開口端面が設けられており、該傾斜開口端面に上記継ぎ手部が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、上記継ぎ手部は、上記傾斜開口端面を覆う端板部と、該端板部から突出した連絡口を有し、該連絡口に上記連通路が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、上記冷却管部は、該冷却管部に設けられた開口部に配設されたヒートシンク部を備えており、該ヒートシンク部は、上記発熱体搭載面を有するベース部と、該ベース部における上記発熱体搭載面と反対側の面から立設させた放熱フィン部とを備えていると共に、該放熱フィン部を上記冷却管部の内部に挿入した状態で上記ベース部と上記冷却管部の上記開口部周縁とが接合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器において、上記ハウジング部は、上記冷却管部よりも幅広の底板部と、該底板部上に配置された上記冷却管部とが一体的に成形された一部品よりなることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換器において、上記ハウジング部は、押出成形により形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器において、上記冷却管部は流路間壁部を介して複数が平行配置されており、長手方向の少なくとも一端において上記流路間壁部を貫通してなる分配路が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器を製造する方法であって、
上記冷却管部を１または複数備えた上記ハウジング部を押出成形により作製する押出工程と、
上記ハウジング部の少なくとも一端をその長手方向と傾斜する方向に切除することにより、上記冷却管部の少なくとも一端に上記傾斜開口端面を形成する傾斜端面形成工程と、
上記傾斜開口端面を覆うように、上記継ぎ手部を接合する継ぎ手部接合工程とを有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等の発熱体を冷却するための熱交換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在広く使用されるようになってきたハイブリッド自動車や、次世代の環境対策自動車として注目される電気自動車には、駆動用モータを制御するための電子部品としてインバーターユニットが用いられている。インバーターユニットには、スイッチング機能を果たすＩＧＢＴが備えられている。ＩＧＢＴは、使用時に発熱するが、高温になれば本来の機能を発揮し得ないため、冷却を十分に行う必要がある。一方、高速スイッチング機能等のＩＧＢＴに求められる特性が年々高まり、これに伴って発熱量も増大してきており、ＩＧＢＴを冷却するシステムの機能向上がますます重要視されている。
【０００３】
ＩＧＢＴの冷却には、ヒートシンクを用いるのが効果的である。ヒートシンクは、熱伝導性のよい材料を用いて作製され、単位面積当たりの表面積を大きくすることにより、接触配置された発熱体からの熱を放熱する機能を有する。表面積を大きくする形態としては、フィンタイプ、コルゲートタイプなどの様々な形態がある。
【０００４】
また、放熱性能をさらに向上させるため、ヒートシンクのフィン部分を冷却液が流通する流路内に配置することによって、冷却液を媒体として効率よく放熱する液冷式の冷却システムが知られている。例えば、特許文献１、２には、冷却液の流通する流路と、冷却液の入口及び出口とがヒートシンクとしてのアッパーケースを受けるロワケースに形成された熱交換器が提案されている。これらの熱交換器は、冷却液の流通方向（長手方向）から見た流路の断面が扁平な形状を呈しており、アッパーケースとロワケースとの重ね合わせ方向（厚み方向）における流路の内寸法が小さくなるように構成されている。これにより、冷却面積を広くしつつ、上記厚み方向における熱交換器の寸法が小さくなっている。
【０００５】
また、これらの熱交換器は、ヒートシンクのフィン部分をロワケースの流路部分に配置した状態でアッパーケースとロワケースとを接合して構成されている。このようにして作製した熱交換器は、アッパーケースのフィン部と反対側の面にＩＧＢＴなどの発熱体を接触配置させることで、その冷却機能が発揮されることとなる。
【０００６】
また、車載用のＩＧＢＴを冷却するための熱交換器には、放熱性能のみならず、小型かつ軽量であることが求められている。このような要求に対応するため、アルミニウム材を採用した熱交換器がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３５４７７号公報
【特許文献２】特開２０１０−６９５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような熱交換器に冷却媒体を供給しようとする場合、上記流路と外部配管とを接続する継ぎ手部を流路に対して長手方向に配する方法や、流路に対して厚み方向に配する方法がある。
【０００９】
継ぎ手部を流路に対して長手方向に配する方法としては、例えば、流路の長手方向の端面においてロワケースの壁面を長手方向に貫通する略円筒形の連通穴を形成し、これを継ぎ手部とする構成が特許文献１や特許文献２に開示されている。しかしながら、この場合には、流路の内寸法よりも内径の大きい連通穴を形成することが困難であり、冷却媒体の流通量を増大させにくくなるという問題がある。
【００１０】
一方、継ぎ手部を流路に対して厚み方向に配する方法としては、例えば、流路の長手方向の端部において、ロワケースの壁面を厚み方向に貫通する連通穴を形成し、該連通穴に継ぎ手部を接合する構成が特許文献１や特許文献２に開示されている。しかしながら、この方法を用いる場合、連通穴と流路との接続部分において、これらに流れる冷却媒体の流通方向が、厚み方向から長手方向へ向けてほぼ直交する方向に変化する。そのため、圧力損失が大きくなるおそれがあり、熱交換器内部に流通する冷却媒体の量を増大させにくくなるという問題がある。
【００１１】
このように、特許文献１や２に記載の熱交換器は、内部に流通する冷却媒体の量を増加させにくく、放熱性能が低下しやすいという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたもので、放熱性能に優れた熱交換器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、発熱体を搭載するための発熱体搭載面を設けてなる管状の冷却管部を１又は複数備えたハウジング部と、
上記冷却管部の内部に連通する連通路を備えた継ぎ手部とを有し、
上記冷却管部の少なくとも一端には、長手方向に対して傾斜するよう設けられた傾斜開口端面が設けられており、該傾斜開口端面に上記継ぎ手部が設けられていることを特徴とする熱交換器にある（請求項１）。
【００１４】
また、本発明の他の態様は、上記熱交換器を製造する方法であって、
上記冷却管部を１または複数備えた上記ハウジング部を押出成形により作製する押出工程と、
上記ハウジング部の少なくとも一端をその長手方向と傾斜する方向に切除することにより、上記冷却管部の少なくとも一端に上記傾斜開口端面を形成する傾斜端面形成工程と、
上記傾斜開口端面を覆うように、上記継ぎ手部を接合する継ぎ手部接合工程とを有することを特徴とする熱交換器の製造方法にある（請求項７）。
【発明の効果】
【００１５】
上記熱交換器は、上記冷却管部の少なくとも一端に、長手方向に対して傾斜するよう設けられた傾斜開口端面が設けられており、該傾斜開口端面に上記継ぎ手部が設けられている。これにより、上記傾斜開口端面の開口面積は、上記冷却管部の長手方向に直交する断面の開口面積よりも大きくなる。そのため、上記冷却管部の長手方向に直交する断面を開口端面とした場合に比べて、上記傾斜開口端面の方が上記継ぎ手部を設置する面積を大きくすることができる。それ故、上記継ぎ手部における上記連通路の内径を大径化することが容易となる。
【００１６】
また、上記継ぎ手部が上記傾斜開口端面に設けられているため、上記継ぎ手部の上記連通路と上記冷却管部との接続部分において、上記連通路内を流れる冷却媒体の流通方向が上記冷却管部内を流れる冷却媒体の流通方向に対して急激に変化することを抑制することができる。これらの上記連通路の大径化の容易化及び流通方向の急激な変化の抑制効果の少なくとも一方を利用することにより、圧力損失を低減でき、冷却媒体の流通量を容易に増大させることができる。
【００１７】
以上のごとく、上記熱交換器は、冷却媒体の流通量を容易に増大させることができ、放熱性能に優れたものとなる。
【００１８】
また、上記熱交換器の製造方法は、上記ハウジング部を押出成形により作製する押出工程を有している。押出成形は肉厚の薄い部材を形成しやすい加工方法であるため、上記ハウジング部の肉厚を容易に薄肉化することができる。また、押出成形は生産性に優れた加工方法であるため、上記ハウジング部は生産性に優れたものとなる。さらに、上記冷却管部の長さを自由に選択できるため、冷却能力の変更等の設計変更が容易となる。
【００１９】
以上のごとく、上記熱交換器の製造方法によれば、放熱性能に優れた上記熱交換器の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１における、熱交換器の斜視図。
【図２】実施例１における、熱交換器の部品展開図。
【図３】実施例１における、熱交換器を発熱体搭載面側から見た平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図５】図３のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図６】実施例１における、ヒートシンク部の斜視図。
【図７】実施例１における、押出成形により形成したハウジング部の斜視図。
【図８】実施例１における、傾斜開口端面を形成したハウジング部の斜視図。
【図９】実施例１における、開口部、中央凹部及び分配路を形成したハウジング部の斜視図。
【図１０】実施例１における、継ぎ手部の斜視図。
【図１１】実施例２における、ハウジング部と放熱フィン部とを一体的に形成した熱交換器の斜視図。
【図１２】実施例２における熱交換器の断面図（図３に相当する断面図）。
【図１３】実施例３における、冷却管部ごとに継ぎ手部を配した熱交換器の斜視図。
【図１４】実施例４における、傾斜開口端面を長手方向の一方に形成した熱交換器の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上記熱交換器において、上記継ぎ手部は、上記傾斜開口端面を覆う端板部と、該端板部から突出した連絡口を有し、該連絡口に上記連通路が設けられていてもよい（請求項２）。この場合には、上記端板部が略平板状であるため、上記傾斜開口端面と上記端板部との接合を容易に行うことができる。その結果、上記継ぎ手部と上記ハウジング部との接合をより確実に行うことができ、冷却媒体の漏出を防止しやすくなる。
【００２２】
また、上記連絡口を有しているので、外部の冷媒流路との接続が容易となる。また、上記連絡口の形状を適宜調整することにより、外部の冷媒流路の種々の配置形態への適合が容易である。
【００２３】
また、上記冷却管部に設ける上記発熱体搭載面は、上記冷却管部そのものの表面を用いてもいいが、別途作製したヒートシンク部を組み込んで、当該ヒートシンク部の表面を上記発熱体搭載面とすることができる。
【００２４】
すなわち、上記冷却管部は、該冷却管部に設けられた開口部に配設されたヒートシンク部を備えており、該ヒートシンク部は、上記発熱体搭載面を有するベース部と、該ベース部における上記発熱体搭載面と反対側の面から立設させた放熱フィン部とを備えていると共に、該放熱フィン部を上記冷却管部の内部に挿入した状態で上記ベース部と上記冷却管部の上記開口部周縁とが接合されていてもよい（請求項３）。
【００２５】
この場合には、上記冷却管部の内部に冷却媒体が流通した場合に、上記放熱フィン部が上記冷却媒体に接触する。その結果、冷却媒体が上記放熱フィン部から効率よく熱を除去することができるため、上記熱交換器はより放熱性能に優れたものとなる。上記放熱フィン部の形態は、後述するピン形状のものの他に、プレートフィンやコルゲートフィン等の種々の形態を採用することができる。
【００２６】
また、上記冷却管部自体に上記発熱体搭載面を設ける場合には、上記冷却管部の内部に一体的に上記放熱フィン部を設けてもよい。このような、上記放熱フィン部を一体化した上記冷却管部を備えた上記ハウジング部は、例えば、後述する押出成形により作製可能である。
【００２７】
また、上記ハウジング部は、上記冷却管部よりも幅広の底板部と、該底板部上に配置された上記冷却管部とが一体的に成形された一部品より構成されていてもよい（請求項４）。
この場合には、上記冷却管部と上記底板部とを別々に準備し、これらを接合する工程を設ける必要がなくなるため、上記ハウジング部は生産性に優れたものとなる。また、上記底板部における上記冷却管部と反対側の面が平坦面となるため、上記熱交換器を各種機械、装置等に組み付ける際に、配置スペースの形状を単純化できる。また、上記底板部を利用して上記熱交換器を固定することができる。これにより、上記熱交換器の組み付け性を向上させることができる。なお、上記底板部の厚みを上記冷却管部の厚みと同等として、上記冷却管部の存在する部分と存在しない部分との段差をなくすことも可能である。
【００２８】
また、上記ハウジング部は、押出成形により形成されていてもよい（請求項５）。
この場合には、上述のごとく、上記ハウジング部の肉厚を容易に薄肉化することができるほか、上記ハウジング部の生産性をより向上させることができる。さらに、上記冷却管部の長さを自由に選択できるため、冷却能力の変更等の設計変更が容易となる。
【００２９】
また、上記冷却管部は流路間壁部を介して複数が平行配置されており、長手方向の少なくとも一端において上記流路間壁部を貫通してなる分配路が設けられていてもよい（請求項６）。
この場合には、上記分配路により複数の上記冷却管部に冷却媒体を分配することができる。そのため、冷却媒体を分配するためのヘッダー等を別途準備する必要がなくなり、部品点数を削減することができる。
【００３０】
また、上記ハウジング部、上記継ぎ手部及び上記ヒートシンク部の材質としては、アルミニウム合金を用いることが好ましい。これらの部品を押出加工や鍛造、プレス成形等により作製する場合には、例えば、１０００系合金、３０００系合金、５０００系合金、あるいは６０００系合金等の耐食性と熱伝導率との双方に優れた合金を用いることができる。また、これらの部品を鋳造やダイキャストにより作製する場合には、成形性の観点から、ＡＤＣ１２材、ＡＣ４Ｃ材あるいは三菱樹脂株式会社製ＤＭＳシリーズダイキャスト用高熱伝導アルミニウム合金等を用いることができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
上記熱交換器の実施例を図１〜図１０を用いて説明する。熱交換器１は、図１及び図２に示すごとく、発熱体を搭載するための発熱体搭載面４００を設けてなる管状の冷却管部３を２本備えたハウジング部２と、冷却管部３の内部に連通する連通路５１０を備えた一対の継ぎ手部５とを有している。冷却管部３の両端には、図２及び図４に示すごとく、長手方向に対して傾斜するよう設けられた一対の傾斜開口端面３３が設けられている。そして、一対の傾斜開口端面３３には各々継ぎ手部５が設けられている。以下、冷却管部３の長手方向を「長手方向Ｘ」という。
【００３２】
ハウジング部２は、図９に示すごとく、略角管状に形成された２本の冷却管部３と、これらの冷却管部３よりも幅広の底板部２０とを有しており、冷却管部３が底板部２０上に配置されている。つまり、底板部２０の厚み方向の一方側において、図４及び図５に示すごとく、底板部２０と冷却管部３の外周面とが面一に配置されており、底板部２０は冷却管部３の外周面から外方に向けて延設されている。また、ハウジング部２は、冷却管部３と底板部２０とが押出成形により一体的に成形された一部品より構成されている。以下、底板部２０の厚み方向を「高さ方向Ｚ」といい、底板部２０の延設方向を「幅方向Ｙ」という。
【００３３】
２本の冷却管部３は、図３に示すごとく、幅方向Ｙに間隔をあけて互いに平行に並んで配置されており、２本の冷却管部３の間に流路間壁部２３が形成されている。図５に示すごとく、流路間壁部２３は、高さ方向Ｚの底板部２０と反対側において各々の冷却管部３の外周面と流路間壁部２３とが面一になるよう形成されているとともに、図３〜図５に示すごとく、この冷却管部３と面一になっている領域の内側部分に周囲より陥没した中央凹部２１を有している。
【００３４】
また、図９に示すごとく、ハウジング部２の長手方向Ｘにおける各々の端部において、流路間壁部２３の端面が冷却管部３の端面と面一となるよう長手方向Ｘに対して傾斜して形成されている。これにより、ハウジング部２の両端には一対の傾斜開口端面３３が形成されている。本例の傾斜開口端面３３は、図４に示すごとく、長手方向Ｘの外方へ向かうほど底板部２０に近づくように傾斜がつけられており、傾斜開口端面３３の長手方向Ｘに対する傾斜角度は３０°である。
【００３５】
また、図３、図４及び図９に示すごとく、流路間壁部２３の長手方向Ｘにおける両端には、流路間壁部２３を幅方向Ｙに貫通してなる分配路２３０が各々設けられている。つまり、図４及び図９に示すごとく、２本の冷却管部３における流路領域の間の流路間壁部２３が周囲よりも長手方向Ｘに陥没しており、図３及び図４に示すごとく、継ぎ手部５と流路間壁部２３との間に形成される空間が分配路２３０として機能するよう構成されている。
【００３６】
また、図３及び図９に示すごとく、流路間壁部２３における分配路２３０内壁を構成する部分には、冷却媒体を各々の冷却管部３へ向けて分岐させる分岐壁部２３１が形成されている。分岐壁部２３１は、２本の冷却管部３における流路領域の間の流路間壁部２３が、２本の冷却管部３の幅方向Ｙの中央位置へ向けて傾斜することにより形成されている。
【００３７】
このように、図３に示すごとく、２本の冷却管部３は流路間壁部２３を介して平行配置されており、長手方向Ｘの両端において流路間壁部２３を貫通してなる分配路２３０が設けられている。そして、ハウジング部２における冷却媒体の流路領域は、図３中に破線で示すように、２本の冷却管部３の内側と、分配路２３０とから構成されている。
【００３８】
図２及び図１０に示すごとく、一対の傾斜開口端面３３に各々設けられた継ぎ手部５は、傾斜開口端面３３を覆う略長方形状の端板部５１と、端板部５１から突出した略円筒状の連絡口５２とを有している。また、図４に示すごとく、連絡口５２の端板部５１側の一端には連通路５１０が設けられている。
【００３９】
端板部５１は、傾斜開口端面３３の外寸法と同一の寸法に形成されており、図４に示すごとく、傾斜開口端面３３と面接触している。端板部５１とハウジング部２との接合は、摩擦撹拌接合、ろう付け、溶接等の公知の方法により行うことができるが、本例においては、摩擦撹拌接合により接合を行っている。
【００４０】
図４に示すごとく、連絡口５２は端板部５１から立設されており、連絡口５２の端板部５１側の一端が分配路２３０と連通し、連通路５１０を構成している。また、連絡口５２は、端板部５１と反対側の他端が長手方向Ｘを向くように、その中間部分が屈曲している。これにより、一対の継ぎ手部５における連絡口５２の他端が互いに長手方向Ｘの反対方向を向いている。
【００４１】
図２に示すごとく、２本の冷却管部３の底板部２０と反対側の壁面には、それぞれ略長方形状の開口部３０が設けられており、各開口部３０にはヒートシンク部４が配設されている。ヒートシンク部４は、図６に示すごとく、発熱体搭載面４００を有するベース部４０と、ベース部４０における発熱体搭載面４００と反対側の面から立設させた放熱フィン部４１とを備えている。そして、図５に示すごとく、ヒートシンク部４は放熱フィン部４１を冷却管部３の内部に挿入した状態でベース部４０と冷却管部３の開口部３０周縁とが接合されている。
【００４２】
また、図５に示すごとく、各々の冷却管部３における開口部３０の内周縁には、開口部３０側をその外側に比べて高さを低くした段部３１が形成されている。そして、開口部３０にヒートシンク部４の放熱フィン部４１が挿入されるとともに、略長方形状に形成されたベース部４０の周縁が段部３１に嵌合されている。これにより、図５に示すごとく、ヒートシンク部４の発熱体搭載面４００と、冷却管部３における段部３１の外方の外周面とが面一に配置されている。
【００４３】
放熱フィン部４１は、図６に示すごとく、円柱状のピン４１０を多数立設して構成されている。また、放熱フィン部４１は、上述のごとくハウジング部２の開口部３０に挿入配置することができるように、ピン４１０が立設される領域が開口部３０の開口領域よりも小さくなるように形成されている。また、放熱フィン部４１におけるピン４１０の高さは、冷却管部３の高さ方向Ｚにおける内寸よりわずかに小さく形成されている。これにより、図５に示すごとく、放熱フィン部４１が挿入配置された状態において、ピン４１０の先端が底板部２０の近傍に配置されるように構成されている。このピン４１０の先端と底板部２０とのクリアランスは、小さいほど放熱性を向上させることができる。そのため、ピン４１０の先端と底板部２０とのクリアランスは、０．５ｍｍ以下が好ましい。
【００４４】
また、放熱フィン部４１周縁のベース部４０は平坦に成形されている。これにより、図５に示すごとく、放熱フィン部４１が挿入配置された状態において、開口部３０の内周縁に形成された段部３１とベース部４０とが嵌合するように構成されている。また、本例では開口部３０内周縁とベース部４０とが摩擦撹拌接合により接合されており、ベース部４０と冷却管部３の壁面との境界に沿って撹拌領域（図示略）が形成されている。
【００４５】
次に、熱交換器１の製造方法について説明する。熱交換器１は、ハウジング部２を作製するハウジング部形成工程と、ヒートシンク部４を作製するヒートシンク部形成工程と、継ぎ手部５を作製する継ぎ手部形成工程とを有する。そして、これらの各工程により作製されたハウジング部２、ヒートシンク部４及び継ぎ手部５を組み立てる組立工程を行うことにより熱交換器を得る。
【００４６】
ハウジング部形成工程においては、まず、冷却管部３を１または複数備えたハウジング部２を押出成形により作製する押出工程を行う。本例の押出工程では、６０６３材よりなるアルミニウム合金材のビレットに熱間押出加工を行った。これにより、図７に示す、２本の冷却管部３と底板部２０と流路間壁部２３とを備えたハウジング部２を作製した。
【００４７】
次に、押出工程により得られたハウジング部２の少なくとも一端をその長手方向と傾斜する方向に切除することにより、冷却管部３の少なくとも一端に傾斜開口端面３３を形成する傾斜端面形成工程を行う。本例の傾斜端面形成工程では、ハウジング部２における長手方向Ｘの両端を切削加工した。これにより、図８に示すごとく、長手方向Ｘに対して３０°傾斜した傾斜開口端面３３をハウジング部２の両端に形成した。また、傾斜開口端面３３を形成した後、更に切削加工を行い、ハウジング部２に開口部３０、段部３１及び中央凹部２１を形成する。
【００４８】
次に、傾斜開口端面３３における流路間壁部２３に分配路２３０を形成する分配路形成工程を行う。本例の分配路形成工程では、傾斜開口端面３３における冷却管部３の間の流路間壁部２３を長手方向Ｘに切削し、周囲よりも長手方向Ｘに陥没させるとともに上述の分岐壁部２３１を形成した。これにより、流路間壁部２３を幅方向Ｙに貫通してなる分配路２３０を形成し、図９に示すハウジング部２を得た。なお、図２及び図９においては、段部３１の記載を省略している。
【００４９】
なお、ハウジング部２の製造方法として、押出成形に代えてダイキャスト等の鋳造あるいは鍛造を採用することも可能である。この場合には、傾斜開口端面３３等を形成する切削加工を不要又は最小限にすることができ、生産性をより向上させることができる。
【００５０】
ヒートシンク部形成工程においては、鋳造や鍛造等の種々の方法によりヒートシンク部４を作製することができる。本例においては、６０６３材よりなるアルミニウム合金材の鍛造用ブロックを熱間または冷間鍛造することにより、ベース部４０及び放熱フィン部４１を有するヒートシンク部４を形成した。
その後、バリ取りを行い、さらにスケール除去のためにショットブラストを行った。
その後、ベース部４０における放熱フィン部４１を配置した面とは反対側の面（発熱体搭載面４００）を切削し、さらに放熱フィン部４１の周縁を軽く面削仕上げすることにより、図６に示すヒートシンク部４を得た。
【００５１】
継ぎ手部形成工程においては、端板部５１と、連通路５１０を備えた連絡口５２とを有する継ぎ手部５を、種々の方法により作製することができる。本例においては、１０５０材よりなるアルミニウム合金材の板材に冷間プレス成形を行った。これにより、図１０に示すごとく、略長方形状の端板部５１と、端板部５１から立設された略円筒状の連絡口５２とからなる継ぎ手部５を一体成形した。なお、端板部５１と連絡口５２とを別々に準備し、これらを溶接やろう付け等の公知の方法により接合して継ぎ手部５を形成することも可能である。
【００５２】
組立工程は、上述の各工程により得られたハウジング部２と継ぎ手部５と接合する継ぎ手部接合工程と、ハウジング部２とヒートシンク部４とを接合するヒートシンク部接合工程とを有する。
【００５３】
継ぎ手部接合工程では、ハウジング部２の傾斜開口端面３３を覆うように継ぎ手部５を配置した後、両者を公知の方法により接合する。本例の継ぎ手部形成工程では、図２及び図４に示すごとく、継ぎ手部５の端板部５１と傾斜開口端面３３とが面接触するように継ぎ手部５を配置した。次いで、端板部５１と傾斜開口端面３３との境界線上の１点に摩擦撹拌接合用の回転ツールを圧入し、境界線に沿って一周させることにより摩擦撹拌接合を行い、継ぎ手部５とハウジング部２とを接合した。なお、図４においては、摩擦撹拌接合により生じる撹拌領域の記載を省略した。
【００５４】
ヒートシンク部接合工程では、冷却管部３にヒートシンク部４を挿入配置した後、両者を公知の方法により接合する。本例のヒートシンク部接合工程では、図２に示すごとく、放熱フィン部４１を底板部２０側に向けた状態でヒートシンク部４を開口部３０に挿入し、図５に示すごとくベース部４０の周縁部を開口部３０内周縁の段部３１に当接させてヒートシンク部４を配置した。その後、摩擦撹拌接合用の回転ツールをベース部４０と冷却管部３の壁面との境界線上の１点に圧入するとともに、この境界線に沿って回転ツールを一周させた。これにより、上述の境界線に沿って摩擦撹拌接合を行い、ヒートシンク部４とハウジング部２とを接合した。その後、継ぎ手部５の連絡口５２にパイプ曲げ加工を施すことにより、図１に示す熱交換器１を得た。
【００５５】
このように構成された熱交換器１には、一対の継ぎ手部５における連絡口５２に外部配管としての冷媒導入管と冷媒導出管とが接続され、以下のごとく発熱体の冷却が行われる。まず、冷媒導入管から冷却媒体が供給されると、分配路２３０により冷却媒体が分配され、各々の冷却管部３内に冷却媒体が流入する。冷却管部３内においては、冷却媒体は、反対側の継ぎ手部５へ向けて流通すると同時に、接触した放熱フィン部４１との間で熱交換を行い、放熱フィン部４１に蓄積される熱を除去する。そして、反対側の継ぎ手部５に達した冷却媒体は、連絡口５２を通過して冷媒導出管へ排出される。
【００５６】
また、上述のごとく熱交換器１により冷却される発熱体としては、例えば、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子や、リアクトルやコンデンサ等の電子部品、あるいはこれらを組み合わせたパワーモジュール等、種々のものを発熱体として発熱体搭載面４００に搭載することができる。
【００５７】
次に、本例の作用効果について説明する。熱交換器１は、図１及び図２に示すごとく、冷却管部３の両端に、長手方向Ｘに対して傾斜するよう設けられた傾斜開口端面３３が設けられており、傾斜開口端面３３に継ぎ手部５が設けられている。これにより、傾斜開口端面３３の開口面積は、冷却管部３の長手方向に直交する断面の開口面積よりも大きくなる。そのため、冷却管部３の長手方向に直交する断面を開口端面とした場合に比べて、傾斜開口端面３３の方が継ぎ手部５を設置する面積を大きくすることができる。それ故、継ぎ手部５における連通路５１０の内径を大径化することが容易となる。
【００５８】
また、継ぎ手部５が傾斜開口端面３３に設けられているため、継ぎ手部５と冷却管部３との接続部分において、連通路５１０内を流れる冷却媒体の流通方向が冷却管部３内を流れる冷却媒体の流通方向に対して急激に変化することを抑制することができる。これらの連通路５１０の大径化の容易化及び冷却媒体の流通方向の急激な変化の抑制効果の少なくとも一方を利用することにより、圧力損失を低減でき、冷却媒体の流通量を容易に増大させることができる。
【００５９】
また、図４に示すごとく、継ぎ手部５は、傾斜開口端面３３を覆う端板部５１と、端板部５１から突出した連絡口５２を有し、連絡口５２に連通路５１０が設けられている。これにより、傾斜開口端面３３と端板部５１との接合を容易に行うことができる。その結果、継ぎ手部５とハウジング部２との接合をより確実に行うことができ、冷却媒体の漏出を防止しやすくなる。
【００６０】
また、連絡口５２を有しているので、外部の冷媒流路との接続が容易となる。また、連絡口５２の形状を適宜調整することにより、外部の冷媒流路の種々の配置形態への適合が容易である。
【００６１】
また、冷却管部３は、図２に示すごとく、冷却管部３に設けられた開口部３０に配設されたヒートシンク部４を備えており、ヒートシンク部４は、発熱体搭載面４００を有するベース部４０と、ベース部４０における発熱体搭載面４００と反対側の面から立設させた放熱フィン部４１とを備えている。そしてヒートシンク部４は、図５に示すごとく、放熱フィン部４１を冷却管部３の内部に挿入した状態でベース部４０と冷却管部３の開口部３０周縁とが接合されている。そのため、冷却管部３の内部に冷却媒体が流通した場合に、冷却媒体が放熱フィン部４１に接触する。その結果、冷却媒体が放熱フィン部４１から効率よく熱を除去することができるため、熱交換器１はより放熱性能に優れたものとなる。
【００６２】
また、図７〜図９に示すごとく、ハウジング部２は、冷却管部３よりも幅広の底板部２０と、底板部２０上に配置された冷却管部３とが一体的に成形された一部品より構成されている。これにより、冷却管部３と底板部２０とを別々に準備し、これらを接合する工程を設ける必要がなくなるため、ハウジング部２は生産性に優れたものとなる。また、底板部２０における冷却管部３と反対側の面が平坦面となるため、熱交換器１を各種機械、装置等に組み付ける際に、配置スペースの形状を単純化できる。また、底板部２０を利用して熱交換器１を固定することができる。これにより、熱交換器１の組み付け性を向上させることができる。
【００６３】
また、ハウジング部２は、図７に示すごとく押出成形により形成されている。押出成形は肉厚の薄い部材を形成しやすい加工方法であるため、ハウジング部２の肉厚を容易に薄肉化することができるほか、ハウジング部２の生産性をより向上させることができる。さらに、冷却管部３の長さを自由に選択できるため、冷却能力の変更等の設計変更が容易となる。
【００６４】
また、図３に示すごとく、冷却管部３は流路間壁部２３を介して複数が平行配置されており、長手方向Ｘの両端において流路間壁部２３を貫通してなる分配路２３０が設けられている。そのため分配路２３０により複数の冷却管部３に冷却媒体を分配することができる。その結果、冷却媒体を分配するためのヘッダー等を別途準備する必要がなくなり、部品点数を削減することができる。
【００６５】
また、本例では、図１に示すごとく、２本の冷却管部３の間に中央凹部２１が形成されている。そのため、熱交換器１の周辺部に配置される機器類の一部が熱交換器１側に突出していても、中央凹部２１に上記機器類の突出部分を収容することができ、デッドスペースを低減することができる。
【００６６】
また、図３に示すごとく、２本の冷却管部３における流路領域の間に、分岐壁部２３１が形成されている。これにより、流路の分岐や合流の際に冷却媒体がよりスムーズに流通することが可能となる。その結果、圧力損失をより低減し、放熱性能を向上させることができる。
【００６７】
以上のごとく、熱交換器１は、冷却媒体の流通量を容易に増大させることができ、放熱性能に優れたものとなる。
【００６８】
また、本例の製造方法は、ハウジング部２を押出成形により作製する押出工程を有している。そのため、上記熱交換器の製造方法によれば、放熱性能に優れた熱交換器の生産性を向上させることができる。
【００６９】
（実施例２）
本例は、実施例１におけるハウジング部２と放熱フィン部４１とを一体に形成した熱交換器１の例である。本例のハウジング部２は押出成形により形成され、図１１に示すごとく、２本の冷却管部３と、底板部２０とを有している。また、２本の冷却管部３における底板部２０と反対側の外周面は、発熱体搭載面４００として機能するよう構成されている。そして、図１２に示すごとく、各々の冷却管部３の内部には、発熱体搭載面４００と反対側の面から底板部２０に向けて立設された放熱フィン部４１が一体的に形成されている。
【００７０】
本例の放熱フィン部４１は、複数の放熱板４１１が長手方向Ｘと平行な向きに配列したプレートフィンである。また、図には示さないが、傾斜開口端面３３において、複数の放熱板４１１は傾斜開口端面３３よりも冷却管部３の内側に陥没している。これにより、分配路２３０により各々の冷却管部３へ向けて分配された冷却媒体が、傾斜開口端面３３において幅方向Ｙの両端まで行き渡ることができるように構成されている。
【００７１】
また、本例の熱交換器１の製造方法では、ハウジング部形成工程の押出工程において、底板部２０と、２本の冷却管部３と、放熱フィン部４１とを予め備えたハウジング部２を熱間あるいは冷間押出により作製する。そして、傾斜端面形成工程において、押出工程により得られたハウジング部２に傾斜開口端面３３を形成した後、切削加工により中央凹部２１を形成する。また、分配路形成工程において、流路間壁部２３とともに放熱フィン部４１の切削加工を行い、流路間壁部２３と放熱フィン部４１とを周囲よりも長手方向Ｘに陥没させ、分配路２３０を形成してハウジング部２を得る。その他は、実施例１と同様である。
【００７２】
このように、ハウジング部２と放熱フィン部４１とを押出成形により一体的に形成することにより、部品点数をより低減することができる。また、ハウジング部２とヒートシンク部４とを接合する工程が不要となるため、工程数を削減し、熱交換器１の生産性をより向上させることができる。その他、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００７３】
なお、本例においては、押出工程において冷却管部３の内部に放熱フィン部４１を形成しない構成をとることも可能である。また、複数の放熱板４１１の先端をそれぞれ底板部２０と接続するまで延伸させ、冷却管部３の内部に放熱板４１１で区画された複数の流路を設けた構成をとることもできる。これらの場合には、構造的に押出加工における寸法精度を向上させやすくなるため、ハウジング部２の寸法精度をより向上させることができる。
【００７４】
（実施例３）
本例は、実施例１における熱交換器１の継ぎ手部５を、冷却管部３ごとに別々に設けた例である。本例の熱交換器１は、図１３に示すごとく、一対の傾斜開口端面３３のそれぞれにおいて、２本の冷却管部３に対しそれぞれ１つずつの継ぎ手部５を接合している。その他は実施例１と同様である。
【００７５】
このように、継ぎ手部５を冷却管部３ごとに別々に設けても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００７６】
（実施例４）
本例は、実施例３における熱交換器１の傾斜開口端面３３を長手方向Ｘの一端にのみ形成した熱交換器１の例である。本例のハウジング部２は、図１４に示すごとく、長手方向Ｘの一端にのみ傾斜開口端面３３を形成し、実施例３と同様に冷却管部３ごとに別々の継ぎ手部５を接合している。
【００７７】
一方、ハウジング部２の長手方向Ｘの他端は長手方向Ｘと垂直に形成されており、この端面において、２本の冷却管部３における流路領域の間の流路間壁部２３が周囲よりも長手方向Ｘに陥没している。そして、ハウジング部２の長手方向Ｘの他端には、この端面と面接触する当接板５５が接合されている。これにより、ハウジング部２の長手方向Ｘの他端に、流路間壁部２３を幅方向Ｙに貫通してなる分配路２３０（図示略）が設けられている。
【００７８】
このようにして得られた熱交換器１における冷却媒体の流通経路は以下のようになる。冷却媒体は、一方の継ぎ手部５から冷却管部３へ流入し、当接板５５側へ向けて流通する。そして、当接板５５側の端部に達した冷却媒体は分配路２３０を通じて他方の冷却管部３へ流入する。その後、冷却媒体は他方の継ぎ手部５へ向けて冷却管部３内を流通し、他方の継ぎ手部５より排出される。
【００７９】
本例のごとく、傾斜開口端面３３は、ハウジング部２の少なくとも一端に設けられていればよく、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００８０】
なお、実施例１〜４には２本の冷却管部３を有する熱交換器１の例を示したが、熱交換器１の冷却管部３は、発熱体搭載面４００に必要な面積や、必要な冷却性能等の冷却設計に応じて、自由に本数を変更したり、長さを変更したりすることが可能である。
【００８１】
また、傾斜開口端面３３の傾斜方向は、熱交換器１が配置スペースの形状に適合するように適宜設定することができる。例えば、傾斜開口端面３３は、実施例１〜４に示した方向とは反対方向、つまり長手方向Ｘの外方へ向かうほど発熱体搭載面４００に近づくように傾斜する構成をとることもできる。また、傾斜開口端面３３がハウジング部２の両端に設けられている場合には、各々の傾斜開口端面３３の傾斜が互いに同じ方向であってもよく、互いに反対方向であってもよい。
【００８２】
また、傾斜開口端面３３の傾斜角度も、実施例１〜４に示した３０°には限定されることはなく、冷却設計に応じて適宜設定することができる。傾斜開口端面３３の傾斜角度は、例えば、圧力損失や傾斜開口端面３３における冷却管部３の内寸法等が冷却設計より要求される値を満足するように設定することができる。
【００８３】
また、継ぎ手部５における連絡口５２の突出方向は、実施例１〜４に示した長手方向Ｘに限定されることはなく、外部配管の配置と適合するように設定することができる。例えば、連絡口５２を幅方向Ｙに向けて突出させる構成をとることもできる。
【００８４】
また、実施例１〜４において、底板部２０を有しない構成をとることもできる。この場合には、熱交換器１の幅方向Ｙにおける寸法を小さくすることができる。
【００８５】
また、実施例１のヒートシンク部４における放熱フィン部４１の形状も、円柱状のピン４１０に限定されることはなく、冷却設計に応じて種々の形状を採用することが可能である。例えば、角柱状のピンやコルゲートフィンを用いても良く、押出加工により作製される断面櫛歯状のプレートフィンを用いてもよい。フィンの配置や密度についても、形状と同様に冷却設計に応じて種々の態様を採用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  熱交換器
２  ハウジング部
３  冷却管部
３３  傾斜開口端面
５  継ぎ手部
【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】
2013254787.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013254787.tif 000009
【図８】
2013254787.tif 000010
【図９】
2013254787.tif 000011
【図１０】
2013254787.tif 000012
【図１１】
2013254787.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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