(57)【要約】【課題】想定される異物の長さに対して、ダブルリップ（二重の突条）の幅を従来よりも狭くできる技術を提供する。【解決手段】冷却器１０は、内部を冷媒が通る複数の冷却プレートが積層されており、隣接する冷却プレートの間に半導体モジュール３ｃを挟んでいる。隣接する一対の冷却プレートの一方の冷却プレート２ｃは、他方の冷却プレート２ｂに向かって突出している筒部４２を備えている。他方の冷却プレート２ｂは、筒部４２の先端面と当接する当接面４７ｂに、筒部４２の内側と連通する流路が開口している。一対の冷却プレートは、先端面４７ａと当接面４７ｂの間にガスケット３５を挟んで接続されている。ガスケット３５は、当接面４７ｂに対向する側に、開口を囲む二重の突条を備えている。当接面は、開口を囲むとともに、二重の突条の間に嵌合する別の突条６５を備えている。二重の突条の谷と、別の突条６５の頭頂面との間に隙間が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を冷媒が通る複数の冷却プレートが積層されており、隣接する前記冷却プレートの間に半導体モジュールを挟んでいる冷却器であり、
隣接する一対の冷却プレートの一方の冷却プレートは、他方の冷却プレートに向かって突出している筒部であって先端面が前記他方の冷却プレートに当接している筒部を備えており、
前記他方の冷却プレートは、前記先端面と当接する当接面に、前記筒部の内側と連通する流路が開口しており、
前記一対の冷却プレートは、前記先端面と前記当接面の間にガスケットを挟んで接続されており、
前記ガスケットは、前記当接面に対向する側に、前記筒部の開口を囲む二重の突条を備えており、
前記当接面は、前記筒部の開口を囲むとともに、前記二重の突条の間に嵌合する別の突条を備えており、
前記二重の突条の谷と、前記別の突条の頭頂面との間に隙間が形成されている、ことを特徴とする冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を冷却する冷却器が知られている。特許文献１には、冷媒流路に開口が設けられており、その開口を半導体装置の一面が塞いでいる冷却器が開示されている。開口の周囲と半導体装置の間には、封止性を高めるためにガスケットが挟まれている。ガスケットは、半導体装置と対向する側に、冷却器の開口を囲む二重の突条を備えている。半導体装置のガスケットと対向する面には、二重の突条と嵌合する別の突条が設けられている。ガスケットの二重の突条と別の突条は密着しており、両者の間に隙間は無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０２７７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、流体の流路の継手部分の封止に用いられるガスケットにダブルリップと呼ばれるタイプがある。今、第１流路管と第２流路管の接続部分に使われるガスケットを例にダブルリップを説明する。ガスケットは、一方の流路管の端面に対向する側に、流路管の開口を囲む二重の突条を備えている。二重の突条の先端が共に一方の流路管に当接する。二重の突条により、流路の接続部分が二重に封止され、封止性が向上する。二重の突条が「ダブルリップ」と呼ばれている部分である。
【０００５】
今、説明の便宜上、ダブルリップの二重の突条と接触し、ダブルリップが囲む開口を封止する部材をシール部材と称する。ダブルリップのガスケットは、二重の突条のうち、一方の突条とシール部材との間に異物が挟まっても、他方の突条とシール部材の間で封止が確保される。しかし、長さが二重の突条の間隔よりも長い異物の場合、二重の突条のそれぞれとシール部材との間にその異物が挟まると、ダブルリップといえども密閉性が低下する虞がある。それゆえ、二重の突条の間には所定の幅を確保する必要がある。所定の幅は、想定される異物の長さに基づいて定められる。従って、想定される異物の長さが長ければ、それに応じて二重の突条の間の幅も広くしなければならない。二重の突条の間の幅を広くすると、ガスケットを挟む領域の面積を大きくしなければならない。
【０００６】
本明細書が開示する技術は、半導体装置を冷却する冷却器に関する。その冷却器には、ダブルリップのガスケットが適用されている。本明細書は、想定される異物の長さに対して、ダブルリップ（二重の突条）の幅を従来よりも狭くできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する冷却器は、内部を冷媒が通る複数の冷却プレートが積層されており、隣接する冷却プレートの間に半導体モジュールを挟んでいる。隣接する一対の冷却プレートの一方の冷却プレートは、他方の冷却プレートに向かって突出している筒部を備えている。筒部の先端面が他方の冷却プレートに当接している。他方の冷却プレートは、筒部の先端面と当接する当接面に、筒部の内側と連通する流路が開口している。一対の冷却プレートは、先端面と当接面の間にガスケットを挟んで接続されている。ガスケットは、当接面に対向する側に、開口を囲む二重の突条を備えている。当接面は、開口を囲むとともに、二重の突条の間に嵌合する別の突条を備えている。二重の突条の谷と、別の突条の頭頂面との間に隙間が形成されている。
【０００８】
上記の構成によれば、二重の突条の幅と同じ長さの異物であっても二重の突条の夫々に挟まれることはない。異物は、当接面側の突条（別の突条）によって、二重の突条の谷の間の空間へと押しやられ、二重の突条の夫々と当接面との間に挟まれる可能性が小さくなる。例えば、別の突条（当接面側の突条）は、その断面が半円であり、半円の直径Ｒが二重の突条の幅と同じであるとする。当接面に突条を備えない場合、異物の長さがＲ以上であると、二重の突条の夫々に異物が挟まれる虞がある。一方、本明細書が開示する冷却器では、異物が半円の突条に沿うことになるため、少なくとも長さが「３．１４×Ｒ／２」以上でないと、二重の突条の夫々と挟まれることはない。本明細書が開示する冷却器は、想定される異物の長さが同じであるならば、ダブルリップの突条の幅を従来よりも狭くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】冷却器の斜視図である。
【図２】隣接する一対の冷却プレートの斜視図である。
【図３】冷却プレートの分解斜視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図４の範囲Ｖの拡大断面図である。
【図６】ダブルリップと突条の効果を説明する断面図である（ダブルリップが突条と接触していない状態）。
【図７】ダブルリップと突条の効果を説明する断面図である（ダブルリップが突条と接触した状態）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して実施例の冷却器を説明する。図１に、冷却器１０の斜視図を示す。冷却器１０は、電気自動車に搭載される電力変換器の主要部品である電力変換用の複数の半導体素子を冷却するデバイスである。電力変換器は、バッテリの直流電力を昇圧し、さらに交流に変換して走行用のモータに供給する。電力変換器は、電圧を高める電圧コンバータ回路と、インバータ回路を含む。電圧コンバータ回路は電力変換用の２個の半導体素子を含み、インバータ回路は電力変換用の６個の半導体素子を含む。電力変換用の半導体素子は、パワートランジスタとも呼ばれ、典型的には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、あるいは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。電力変換用の半導体素子は、大きな電流を導通／遮断するので発熱量が大きい。複数の半導体素子は、２個ずつ、半導体モジュール３ａ−３ｄに収容されている。冷却器１０は、複数の半導体モジュール３ａ−３ｄ（複数の半導体素子）を集中的に効率良く冷却するのに適している。
【００１１】
冷却器１０は、５個の冷却プレート２ａ〜２ｅが積層されたデバイスである。以下では、冷却プレート２ａ〜２ｅのいずれか１個を区別なく示すときには冷却プレート２と表記する。同様に、複数の半導体モジュール３ａ〜３ｄのいずれか１個を区別なく示すときには半導体モジュール３と表記する。複数の冷却プレート２ａ〜２ｅは積層されており、隣接する一対の冷却プレート２の間に半導体モジュール３が挟まれている。なお、冷却プレート２と半導体モジュール３の間には絶縁板９が挟まれている。各冷却プレート２は、その内部に液体の冷媒が通る流路を備えている。冷媒の典型は水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。
【００１２】
図２に、隣接する一対の冷却プレート２ｂ、２ｃと、その間に挟まれている半導体モジュール３ｃだけを示した冷却器１０の一部斜視図を示す。なお、図２では、冷却プレート２ｂの図中手前の金属板（後述）は図示を省略しており、本体４０の内部の流路Ｐ２が見えるようになっている。図３に、図２のパーツの分解斜視図を示す。以下では、図２と図３を参照して主に冷却プレート２の構造を説明する。
【００１３】
図２、図３の冷却プレート２ｂを例に説明する。冷却プレート２ｃも同じ構造を有している。冷却プレート２ｂは樹脂製の本体４０を有している。本体４０の内部には、冷媒が流れる流路Ｐ２が形成されている。本体４０の半導体モジュール３ｃと対向する側面４４ｂに開口４１ｂが設けられている。なお、図示は省略しているが、冷却プレート２ｂの半導体モジュール３ｃとは反対側には半導体モジュール３ｂが位置している。冷却プレート２ｂの半導体モジュール３ｂと対向する側面４４ａには開口４１ａが設けられている。開口４１ａ、４１ｂは、内部の流路Ｐ２と連通している。開口４１ｂは、ガスケット３４ｂを挟んで金属板３２ｂで塞がれる。開口４１ａは、不図示の別の金属板で塞がれる。なお、冷却プレート２ｃも冷却プレート２ｂと同じ構造を有しているので、側面４４ａ側の構造は、冷却プレート２ｃを参照して説明する。冷却プレート２ｃの半導体モジュール３ｃと対向する側面４４ａにも開口４１ａが設けられており、その開口４１ａはガスケット３４ａを挟んで金属板３２ａで塞がれる。
【００１４】
以下、側面４４ａ、４４ｂを「側面４４」と総称し、開口４１ａ、４１ｂを「開口４１」と総称し、ガスケット３４ａ、３４ｂを「ガスケット３４」と総称し、金属板３２ａ、３２ｂを「金属板３２」と総称する。これらの総称を用いて冷却プレート２を説明すると次の通りである。冷却プレート２の本体４０は、内部に流路Ｐ２が設けられており、半導体モジュール３と対向する側面４４に流路Ｐ２と連通する開口４１を有している。開口４１はガスケット３４を挟んで金属板３２で塞がれる。なお、金属板３２の流路Ｐ２に面する側にはフィン３３が設けられている。また、金属板３２は、本体４０に組み付けられるのに先立って、半導体モジュール３の側面に、絶縁板９を挟んで接着される。
【００１５】
冷却プレート２の本体４０の両端には積層方向（図中のＸ軸方向）に延びる筒部４２が設けられている。隣接する冷却プレート２は、筒部４２の先端面同士がガスケット３５を挟んで連結される。図３においては、冷却プレート２ｃの筒部４２の一方の先端面４７ａと、冷却プレート２ｂの筒部４２の一方の先端面４７ｂがガスケット３５を挟んで連結される。冷却プレート２ｃの他方の先端面４７ｂは、不図示の別の冷却プレートの筒部の先端面が連結される。冷却プレート２ｂの他方の先端面４７ａは、不図示のさらに別の冷却プレートの筒部の先端面が連結される。筒部４２の内部には、本体４０を積層方向に貫通する貫通孔４３が設けられている。隣接する冷却プレート２が連結されると、貫通孔４３が連通し、流路Ｐ１、Ｐ３を形成する。流路Ｐ１、Ｐ３は冷却器１０を積層方向に貫通する（図１、図２参照）。
【００１６】
図示は省略しているが、冷却器１０は、電力変換器のケースの中で板バネによって冷却プレート２の積層方向に加圧されている。その加圧力により、金属板３２による開口４１の封止、及び、筒部４２の先端面４７ａ、４７ｂの間の封止が確保される。
【００１７】
図１に示されているように、冷却器１０には冷媒供給管５２と冷媒排出管５１が連結されており、冷媒供給管５２は、冷却器１０の内部で流路Ｐ１とつながっている。冷媒排出管５１は、冷却器１０の内部で流路Ｐ３とつながっている。流路Ｐ１とＰ３は、各冷却プレート２の内部で流路Ｐ２とつながっている。冷媒供給管５２から供給される冷媒は、流路Ｐ１を通じて各冷却プレート２に分配される。冷媒は、各冷却プレート２の内部の流路Ｐ２を流れる間に隣接する半導体モジュール３から熱を吸収する。半導体モジュール３の熱は、流路Ｐ２に面している金属板３２と、その金属板３２に設けられているフィン３３を通じて冷媒へと伝達される。熱を吸収した冷媒は、流路Ｐ３と冷媒排出管５１を通じて冷却器１０の外部へと放出される。
【００１８】
図２、図３では、図示を省略したが、ガスケット３５はダブルリップタイプである。また、ガスケット３５と対向する筒部４２の一方の先端面４７ａには、ガスケット３５を収容する溝が設けられており、他方の先端面４７ｂには、ダブルリップと嵌合する突条が設けられている。
【００１９】
ガスケット３５を挟んだ筒部の先端面同士の封止構造を、図４、図５を用いて説明する。図４は、図２におけるIV−IV線で冷却器１０をカットした断面図である。図４は、筒部４２の周辺を拡大した断面図であり、筒部４２から遠い範囲は図示を省略している。また、図５は、図４において符号Ｖが示す範囲の拡大図である。
【００２０】
図３では図示を省略したが、筒部４２の一方の先端面４７ａには、ガスケット３５を収める溝６４が設けられており、他方の先端面４７ｂには、ガスケット３５のダブルリップ３６の間に嵌合する突条６５が設けられている（図５参照）。なお、ガスケット３５は、筒部４２の貫通孔４３の開口を囲むリング状である。突条６５は、先端面４７ｂにおいて、貫通孔４３の開口を囲むようにリング状に形成されている。また、ダブルリップ３６は、別言すれば、開口を囲む二重の突条である。
【００２１】
なお、冷却プレート２ｂ、２ｃにおいて、半導体モジュール３ｃに対向する側面に設けられた開口４１ａ（４１ｂ）と金属板３２ａ（３２ｂ）との間に挟まれるガスケット３４ａ（３４ｂ）もダブルリップタイプであるが、こちらの説明は省略する。また、図４では、半導体モジュール３ｃと金属板３２ｂ（３２ａ）との間に挟まれる絶縁板９（図２、図３参照）の図示は省略した。
【００２２】
図２〜図４を用いて説明したように、冷却プレート２ｂ、２ｃは、それらの積層方向で隣接している。隣接する一対の冷却プレート２ｂ、２ｃのうち、一方の冷却プレート２ｃは、他方の冷却プレート２ｂに向かって突出する筒部４２を備える。他方の冷却プレート２ｂからも、一方の冷却プレート２ｃに向かって突出する筒部４２を備える。一方の冷却プレート２ｃの筒部４２の先端面４７ａは、他方の冷却プレート２ｂの筒部４２の先端面４７ｂとガスケット３５を挟んで当接する。各冷却プレート２ｂ、２ｃの筒部４２には貫通孔４３が設けられており、筒部４２の先端面４７ａ、４７ｂの夫々には、貫通孔４３が開口している。隣接する一対の冷却プレート２ｂ、２ｃの筒部４２の先端面同士が当接すると、それら冷却プレート２ｂ、２ｃの貫通孔４３同士が連通し、流路Ｐ１（Ｐ３）を形成する。ガスケット３５は、先端面４７ｂと対向する側に、筒部４２の開口を囲む二重の突条（ダブルリップ３６）を有している。ダブルリップ３６の先端と対向する先端面４７ｂ（冷却プレート２ｂの筒部４２の先端面）には、筒部４２の開口を囲む突条６５が設けられている。突条６５は、ガスケット３５のダブルリップ３６（二重の突条）の間に嵌合する。そして、ダブルリップ３６（二重の突条）の谷と突条６５の頭頂面との間には隙間Ｓｐが形成される（図５参照）。ダブルリップ３６は、一方の冷却プレート２ｃの筒部４２の先端面４７ａと、他方の冷却プレート２ｂの筒部４２の先端面４７ｂとの間をしっかりと封止する。なお、図４、図５（及び図７）では、ダブルリップ３６の先端が筒部４２の先端面４７ｂに接しているように描かれている。これは、理解を助けるためである。先に述べたように、冷却器１０は積層方向に加圧されており、実際には、ダブルリップ３６は積層方向の加圧により変形し、隣接する一対の冷却プレートの筒部４２同士の封止が確保される。
【００２３】
今、ダブルリップ３６の間隔を距離Ｒとする。また、突条６５は、その断面形状が半円であるとする。突条６５の断面における輪郭線の長さ、即ち、半円の円周は、「３．１４×Ｒ／２」で表すことができる。即ち、突条６５の断面における輪郭線の長さは、ダブルリップ３６の間隔（距離Ｒ）よりも少なくとも１．５倍は長い。このことは、ダブルリップ３６の夫々と先端面４７ｂとの間に一つの異物が同時に挟まれる可能性を小さくする。図６、図７を参照して、突条６５の効果を説明する。
【００２４】
図６は、ダブルリップ３６がこれと対向する先端面４７ｂと接触していない状態を示している。即ち、図６は、冷却プレート２ｂと２ｃを組み付ける前の段階を示している。また、図６には、異物９０が示してある。異物９０は、例えば、冷却器１０を組み立てる際に混入する繊維片である。異物９０が、ダブルリップ３６の間の距離Ｒよりも短い場合、異物９０は、ダブルリップ３６の夫々と先端面４７ｂとの間に同時に挟まることはない。即ち、冷却プレート２ｂ、２ｃが組み立てられる際に異物９０が混入しても、ダブルリップ３６の少なくとも一方は先端面４７ｂと密着する。それゆえ、ガスケット３５を挟んだ先端面４７ａ、４７ｂの間の封止性は保持される。これに対し、異物９０が、図６に図示するように、ダブルリップ３６の間の距離Ｒよりも長い場合、突条６５がなければ、異物９０は、ダブルリップ３６の夫々と先端面４７ｂとの間に同時に挟まれてしまう可能性がある。そうすると、先端面４７ａ、４７ｂの間の封止性が低下してしまう虞がある。しかしながら、先端面４７ｂには、断面が半円形の突条６５が設けられている。冷却プレート２ｂ、２ｃが組み立てられる際、異物９０は、突条６５によって、ダブルリップ３６の間の隙間ＳＰへと押しやられる。その結果、異物９０は、ダブルリップ３６の夫々と先端面４７ｂとの間に同時に挟まれることはなくなる。突条６５の輪郭線の長さが長く、突条６５の高さ（先端面４７ｂからの高さ）が十分にある場合、図７に示すように、異物９０はダブルリップ３６の谷へと押しやられる。その結果、ダブルリップ３６の両方が先端面４７ｂと密着して高い封止性が確保され得る。こうして、ダブルリップ３６の間に嵌合する突条６５によって、比較的に長い異物に対しても、ガスケット３５の封止性が保持される。
【００２５】
実施例の冷却器１０は、ガスケット３５のダブルリップ３６の間に嵌合する突条６５を備えることによって、ダブルリップ３６の幅を従来よりも狭くしても、異物挟み込みの可能性を小さくすることができる。別言すれば、実施例の冷却器１０は、想定される異物の長さに対して、ダブルリップ３６（二重の突条）の幅を従来よりも狭くしても、ダブルリップ３６による封止性を保持することができる。
【００２６】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の冷却器１０では、ダブルリップ３６の間に嵌合する突条６５は、断面の輪郭が半円であった。ダブルリップ３６の間に嵌合する突条の断面形状は半円に限られない。例えば突条は、その断面形状の輪郭が矩形であってもよい。
【００２７】
実施例では、冷却プレート２と金属板３２ａ（３２ｂ）との間のガスケット３４ａ（３４ｂ）の説明は省略した。ガスケット３４ａ（３４ｂ）もダブルリップタイプであってもよい。その場合、ガスケット３４ａ（３４ｂ）は、ダブルリップの先端が金属板３２ａ（３２ｂ）と対向するように配置され、金属板３２ａ（３２ｂ）には、開口４１ａ（４１ｂ）を囲むとともに、ガスケット３４ａ（３４ｂ）のダブルリップの間に嵌合する突条が設けられるとよい。
【００２８】
ダブルリップ３６の先端と対向する先端面４７ｂ（冷却プレート２ｂの筒部４２の先端面４７ｂ）が、請求項における「当接面」の一例に相当する。冷却プレート２ｂの筒部４２の先端面４７ｂに設けられた突条６５が、請求項における「別の突条」の一例に相当する。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３０】
２、２ａ−２ｅ：冷却プレート
３、３ａ−３ｄ：半導体モジュール
９            ：絶縁板
１０          ：冷却器
３２          ：金属板
３３          ：フィン
３４、３５    ：ガスケット
３６          ：ダブルリップ
４０          ：本体
４１          ：開口
４２          ：筒部
４３          ：貫通孔
４４          ：側面
４７ａ、４７ｂ：先端面
５１          ：冷媒排出管
５２          ：冷媒供給管
６４          ：溝
６５          ：突条
９０          ：異物
Ｐ１−Ｐ３    ：流路
【図１】
2017041550.tif 000003
【図２】
2017041550.tif 000004
【図３】
2017041550.tif 000005
【図４】
2017041550.tif 000006
【図５】
2017041550.tif 000007
【図６】
2017041550.tif 000008
【図７】
2017041550.tif 000009