JP2005142305A

JP2005142305A - 積層型冷却器及びその製造方法

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Publication number: JP2005142305A
Application number: JP2003376151A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishiyama; 弘石山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: JP4100328B2

Abstract

【課題】冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】複数の電子部品４を両面から冷却するための積層型冷却器１。積層型冷却器１は、内部に冷却媒体を流通させる扁平形状の冷却管２を、電子部品４を両面から挟持できるように、複数個積層して配置してなる。冷却管２は、隣接する他の冷却管２と、連通部材３を介して連通している。連通部材３は、冷却管２の主面２５に形成された開口部に接続されている。開口部の周囲部のうち冷却管２の長さ方向に対向する位置にある二つの特定周囲部２２は、冷却管２の厚さ方向の圧縮強度が、互いに略同一であると共に積層型冷却器１の製造時にかかる荷重に対して充分に大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は，複数の電子部品を両面から冷却するための積層型冷却器及びその製造方法に関する。

従来より、図９に示すごとく、電子部品４を両面から挟持するように、複数の冷却管９２を積層配置してなり、上記電子部品４を両面から冷却する冷却器９がある（特許文献１、特許文献２参照）。
該冷却器９は、上記冷却管９２に冷却媒体を供給する供給ヘッダ９４と、上記冷却管９２から冷却媒体を排出する排出ヘッダ９５とを有する。積層配置された上記複数の冷却管９２は、その一端において上記供給ヘッダ９４に接続され、他端において上記排出ヘッダ９５に接続されている。

しかしながら、上記従来の冷却器９においては、上記複数の冷却管９２が上記供給ヘッダ９４及び排出ヘッダ９５に固定されているため、上記複数の冷却管９２の間の間隔を変更することができない。それ故、上記電子部品４を上記冷却管９２の間に挿入して、該冷却管９２を上記電子部品４の両主面に確実に密着させることが困難となる。

そこで、冷却管の両端部付近における主面に開口部を設け、該開口部に連通部材を接続して、上記冷却管への冷却媒体の供給、排出を行うことが考えられる。
しかし、上記開口部を形成する際や、上記連通部材を接続する際に、上記冷却管の主面に大きな負荷がかかる。上記冷却管は扁平形状を有するため、この負荷により主面が変形するおそれがある。

特に、上記開口部の周囲部のうち該開口部を挟んで上記冷却管の長さ方向に対向する位置にある二つの特定周囲部は、構造上圧縮強度が低くなりやすく、上記の負荷によって変形しやすい。また、上記二つの特定周囲部における冷却管の厚さ方向の圧縮強度が異なると、上記開口部を例えば切削加工、プレス等によって形成する場合や、上記連通部材を上記開口部に押圧して接合する場合に、負荷が均等にかからず冷却管の変形の原因となるという問題がある。その結果、冷却管と連通部材とを確実に接続することが困難となるおそれがあり、冷却媒体の密閉性に優れた冷却器を得ることが困難となるおそれがある。

このように、上記開口部の周辺部における冷却管の強度不足、強度不均一は、上記冷却媒体の密閉性を確保することが困難となる原因となるという問題がある。
また、上記冷却管の圧縮強度が不充分、不均一である場合、その変形を防ぐためには、上記開口部の形成時や連通部材の接合時に、特殊形状の治具を用いるなど特別な工夫が必要となり、生産性の観点から現実的ではない。

特開２００１−３２０００５号公報特開２００２−２６２１５号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器を提供しようとするものである。

第１の発明は、複数の電子部品を両面から冷却するための積層型冷却器であって、
該積層型冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる扁平形状の冷却管を、上記電子部品を両面から挟持できるように、複数個積層して配置してなり、
該冷却管は、隣接する他の冷却管と、連通部材を介して連通しており、
該連通部材は、上記冷却管の主面に形成された開口部に接続されており、
かつ、該開口部の周囲部のうち該開口部を挟んで上記冷却管の長さ方向に対向する位置にある二つの特定周囲部は、上記冷却管の厚さ方向の圧縮強度が、互いに略同一であると共に上記積層型冷却器の製造時にかかる荷重に対して充分に大きいことを特徴とする積層型冷却器にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記二つの特定周囲部は、上記冷却管の厚さ方向の圧縮強度が、互いに略同一であると共に上記積層型冷却器の製造時にかかる荷重に対して充分に大きい。そのため、上記冷却管に上記開口部を形成する際や、該開口部に上記連通部材を接続する際に、上記冷却管の主面に荷重がかかっても、該主面が変形することを防ぐことができる。

即ち、上記特定周囲部は、扁平形状を有する冷却管において、一般に厚さ方向の圧縮強度が低くなりやすい箇所である。そこで、上記のごとく、特定周囲部における厚さ方向の圧縮強度を、積層型冷却器の製造時にかかる荷重に対して充分に大きいものとすることにより、上記特定周囲部に変形を生じることなく上記積層型冷却器を得ることができる。その結果、上記冷却管と連通部材とを確実に接続して、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器を得ることができる。

また、上記二つの特定周囲部における上記冷却管の厚さ方向の圧縮強度が、互いに略同一であるため、どちらか一方の特定周囲部に荷重がかかりやすくなることを防ぐことができる。それ故、冷却管の主面の変形を生じさせることなく、冷却媒体の密閉性に優れた上記積層型冷却器を得ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器を提供することができる。

第２の発明は、複数の電子部品を両面から冷却するための積層型冷却器を製造する方法であって、
内部に冷却媒体を流通させる扁平形状の冷却管を、押出成形によって複数個成形し、
次いで、該冷却管の主面に開口部を形成し、
該冷却管を、上記電子部品の厚み分以上の間隔を設けて、複数個積層して配置すると共に、隣接する上記冷却管同士を上記開口部に連通部材を接続することによって連通させ、
かつ、上記冷却管の押出成形に当っては、少なくとも、上記開口部の周囲部のうち該開口部を挟んで上記冷却管の長さ方向に対向する位置にある二つの特定周囲部には、上記冷却管の厚さ方向の圧縮強度を、互いに略同一とすると共に上記積層型冷却器の製造時にかかる荷重に対して充分に大きくすることができるリブを、上記冷却管の内部に形成することを特徴とする積層型冷却器の製造方法にある（請求項６）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記積層型冷却器の製造方法においては、上記二つの特定周囲部には上記リブを形成する。そのため、上記冷却管に上記開口部を形成する際や、該開口部に上記連通部材を接続する際に、上記冷却管の主面に荷重がかかっても、該主面が変形することを防ぐことができる。
これにより、上記冷却管と連通部材とを確実に接続して、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器を容易に製造することができる。

また、上記冷却管は押出成形によって成形するため、上記冷却管の内部に容易に上記リブを形成することができる。それ故、上記二つの特定周囲部における上記冷却管の厚み方向の圧縮強度を、容易に略同一とすると共に充分な大きさとすることができる。

以上のごとく、本発明によれば、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器の製造方法を提供することができる。

本発明（請求項１）において、「上記二つの特定周囲部における冷却管の厚さ方向の圧縮強度が略同一」とは、上記積層型冷却器の製造時において、いずれか一方の特定周囲部に負荷がかかりやすくなって変形するおそれがない程度に圧縮強度に差がないことをいう。
また、上記「製造時にかかる負荷」とは、例えば上記冷却管に上記開口部を形成する際や、該開口部に上記連通部材を接続する際にかかる負荷をいう。

また、上記電子部品は、例えば、ＩＧＢＴ等の半導体素子とダイオードとを内蔵した半導体モジュールとすることができる。そして、該半導体モジュールは、自動車用インバータ、産業機器のモータ駆動インバータ、ビル空調用のエアコンインバータ等に用いるものとすることができる。
また、上記電子部品として、上記半導体モジュール以外にも、例えば、パワートランジスタ、パワーＦＥＴ、ＩＧＢＴ等を用いることもできる。

また、上記冷却媒体としては、例えば、エチレングリコール系の不凍液が混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒などを用いることができる。

また、上記連通部材は、例えばコルゲート形状を有し、上記冷却管の積層方向に伸縮可能であることが好ましい。これにより、上記冷却管の間に上記電子部品を容易に挿入配置することができると共に、該電子部品を冷却管によって容易に密着挟持させることができる。

また、上記特定周囲部は、上記冷却管に設けたリブによって、該冷却管の厚さ方向に補強されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記特定周囲部を容易かつ確実に補強することができる。
また、上記リブは上記冷却管の内部に形成することができる。この場合には、上記リブが電子部品等と干渉することがなく、冷却管の主面を上記電子部品に密着させることが容易となる。

また、上記リブは、上記冷却媒体の流れを整えるためのフィンであることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記冷却媒体の流れを阻害することなく、上記特定周囲部の圧縮強度を確保することができる。

また、上記開口部は円形であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記開口部を形成する際や、該開口部に上記連通部材を接続する際に上記冷却管の主面にかかる荷重を、上記開口部の周囲部において略均等にすることができる。それ故、より冷却管の主面の変形を防止することができ、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器を得ることができる。

また、上記冷却管は押出成形品からなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記冷却管を容易に製造することができる。また、押出成形によれば、上記特定周囲部を補強するためのリブ等を、冷却管の内部に容易に形成することができる。

次に、上記第２の発明（請求項６）において、上記開口部の形成は、例えば切削加工、プレス、ウォータージェット、レーザ等を用いて行うことができる。
また、上記冷却管と上記連通部材とは、例えばロウ付け、接着剤等により接合することができる。
また、上記冷却管の長さ方向の両端面は、例えば別個に成形した側面封止部材を接合することによって閉塞する。

本発明の実施例にかかる積層型冷却器及びその製造方法につき、図１〜図８を用いて説明する。
上記積層型冷却器１は、図１に示すごとく、複数の電子部品４を両面から冷却するための冷却器である。
該積層型冷却器１は、内部に冷却媒体を流通させる扁平形状の冷却管２を、上記電子部品４を両面から挟持できるように、複数個積層して配置してなる。

該冷却管２は、隣接する他の冷却管２と、連通部材３を介して連通している。
該連通部材３は、上記冷却管２の主面２５に形成された開口部２１（図２、図４〜図６参照）に接続されている。
かつ、上記開口部２１の周囲部のうち上記冷却管２の長さ方向に対向する位置にある二つの特定周囲部２２は、上記冷却管２の厚さ方向の圧縮強度が、互いに略同一であると共に上記積層型冷却器１の製造時にかかる荷重に対して充分に大きい。

具体的には、上記冷却管２に上記開口部２１を形成する際や、該開口部２１に上記連通部材３を接続する際において、いずれか一方の特定周囲部２２に負荷がかかりやすくなって変形するおそれがない程度に、上記二つの特定周囲部２２に圧縮強度の差がない。また、該特定周囲部２２の圧縮強度は、上記冷却管２に上記開口部２１を形成する際や、該開口部２１に上記連通部材３を接続する際にかかる負荷に対して充分に大きい。即ち、これらの負荷がかかったときに上記特定周囲部２２に生じるひずみが例えば１００μｍ以下であり、このひずみによってたとえ冷却管２と連通部材３との間に隙間が生じても、後述するロウ材によって該隙間を埋めることができる程度である。

また、図５に示すごとく、上記特定周囲部２２は、上記冷却管２の内部に設けたリブ２３によって、該冷却管２の厚さ方向に補強されている。また、上記リブ２３は、上記冷却媒体の流れを整えるためのフィンでもある。即ち、上記リブ２３は、上記冷却管２の長手方向（冷却媒体の流通方向）に平行に複数本形成されている。そして、上記リブ２３は、上記特定周囲部２２のみならず、冷却管２の略全域にわたって形成されており、該冷却管２の内部を複数本の冷媒流路２６に仕切っている。
また、上記冷却管２はアルミニウムの押出成形品からなる。また、上記開口部２１は円形である。

上記電子部品４は、ＩＧＢＴ等の半導体素子とダイオードとを内蔵した半導体モジュールである。そして、該半導体モジュールは、自動車用インバータ等の電力変換回路の一部を構成する。
また、上記冷却媒体としては、エチレングリコール系の不凍液が混入した水を用いる。
また、図２に示すごとく、上記連通部材３は、略円環状であると共にコルゲート形状を有し、上記冷却管２の積層方向に伸縮可能である。

また、上記冷却管２と上記連通部材３とは、ロウ材により接合されている。また、図２、図６に示すごとく、上記冷却管２の長さ方向の両端面２４は、側面封止部材１１によって閉塞されている。

次に、本例の積層型冷却器１の製造方法につき説明する。
まず、図３に示すような扁平形状の上記冷却管２を、押出成形によって複数個成形する。
次いで、図４に示すごとく、該冷却管２の長さ方向の両端部付近における主面２５に開口部２１を形成する。

次いで、上記冷却管２を、図７に示すごとく、上記電子部品４の厚み分以上の間隔を設けて、複数個積層して配置すると共に、隣接する上記冷却管２同士を上記開口部２１に連通部材３を接続することによって連通させる。
そして、上記冷却管２の押出成形に当っては、少なくとも、上記開口部２１の周囲部のうち上記冷却管２の長さ方向に対向する位置にある二つの特定周囲部２２には、上記リブ２３を上記冷却管２の内部に形成する。該リブ２３は、冷却管２の厚さ方向の圧縮強度を、互いに略同一とすると共に上記積層型冷却器１の製造時にかかる荷重に対して充分に大きくすることができる。

また、上記開口部２１は切削加工により形成する。このとき、図４、図５に示すごとく、上記冷却管２を円形状に貫通するように開口部２１を形成する。
この開口部２１の切削加工の際には冷却管２の主面２５に押圧力がかかるが、この押圧力に対して、上記特定周囲部２２の圧縮強度が充分に大きい。また、上記押圧力がかかっても、開口部２１を挟んだ二つの特定周囲部２２のいずれかに負荷がかかりやすくなって変形を生じるおそれがない程度に、特定周囲部２２の圧縮強度に差がない。

また、上記冷却管２と上記連通部材３とは、ロウ付けにより接合する。また、上記冷却管２の長さ方向の両端面２４は、側面封止部材１１によって閉塞する。該側面封止材１１もロウ付けにより、上記冷却管２に接合する。また、上記側面封止材１１及び上記連通部材３もアルミニウム製である。

上記冷却管２と連通部材３とのロウ付けによる接合は、上記冷却管２とその開口部２１に配置した連通部材３とを重ねて、積層方向に加圧した状態で行う。このとき、伸縮可能な連通部材３は縮んだ状態となり、上記特定周囲部２２を含む開口部２１の周囲部には、上記連通部材３の反力が押圧されることとなる。
この反力に対しても、上記特定周囲部２２の圧縮強度が充分に大きい。また、上記反力がかかっても、開口部２１を挟んだ二つの特定周囲部２２のいずれかに負荷がかかりやすくなって変形を生じるおそれがない程度に、特定周囲部２２の圧縮強度に差がない。

また、図１、図２、図８に示すごとく、積層された上記冷却管２のうち最前列に配された冷却管２における前方側の開口部２１には、冷却媒体を上記積層型冷却器１に導入するための冷媒導入口１２、及び排出するための冷媒排出口１３を配設する。
また、最後列に配された冷却管２における後方側の開口部２１には、図２に示すごとく、開口封止部材１４を配設して、上記開口部２１を閉塞する。
なお、ここで表した「前」、「後」の表現は便宜的な表現であり、特にその向きが限定されるものではない。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記二つの特定周囲部２２は、上記冷却管２の厚さ方向の圧縮強度が、互いに略同一であると共に上記積層型冷却器１の製造時にかかる荷重に対して充分に大きい。そのため、上記冷却管２に上記開口部２１を形成する際や、該開口部２１に上記連通部材３を接続する際に、上記冷却管２の主面２５に荷重がかかっても、該主面２５が変形することを防ぐことができる。

即ち、上記特定周囲部２２は、扁平形状を有する冷却管２において、一般に厚さ方向の圧縮強度が低くなりやすい箇所である。そこで、上記のごとく、特定周囲部２２における厚さ方向の圧縮強度を、積層型冷却器１の製造時にかかる荷重に対して充分に大きいものとすることにより、上記特定周囲部２２に変形を生じることなく上記積層型冷却器１を得ることができる。その結果、上記冷却管２と連通部材３とを確実に接続して、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器１を得ることができる。

また、上記二つの特定周囲部２２における上記冷却管２の厚さ方向の圧縮強度が、互いに略同一であるため、どちらか一方の特定周囲部２２に荷重がかかりやすくなることを防ぐことができる。それ故、冷却管２の主面２５の変形を生じさせることなく、冷却媒体の密閉性に優れた上記積層型冷却器１を得ることができる。

また、上記特定周囲部２２は、上記冷却管２に設けたリブ２３によって、該冷却管２の厚さ方向に補強されている。そのため、上記特定周囲部２２を容易かつ確実に補強することができる。
また、上記リブ２３は上記冷却管２の内部に形成してあるため、上記リブ２３が電子部品４等と干渉することがなく、冷却管２の主面２５を上記電子部品４に密着させることが容易となる。

また、上記リブ２３は上記冷却媒体の流れを整えるためのフィンであるため、上記冷却媒体の流れを阻害することなく、上記特定周囲部２２の圧縮強度を確保することができる。
また、上記開口部２１は円形であるため、上記開口部２１を形成する際や、該開口部２１に上記連通部材３を接続する際に、上記冷却管２の主面２５にかかる荷重を、上記開口部２１の周囲部において略均等にすることができる。それ故、より冷却管２の主面２５の変形を防止することができ、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器１を得ることができる。

また、上記冷却管２は押出成形品からなるため、上記冷却管２を容易に製造することができる。また、押出成形によれば、上記リブ２３を冷却管２の内部に容易に形成することができる。そして、上記リブ２３を、容易に、上記冷却管２の長手方向（冷却媒体の流通方向）に平行に複数本形成することができる。

以上のごとく、本例によれば、冷却媒体の密閉性に優れた積層型冷却器及びその製造方法を提供することができる。

実施例における、電子部品を配設した積層型冷却器の斜視図。実施例における、積層型冷却器の展開図。実施例における、開口部を形成する前の冷却管の斜視図。実施例における、開口部を形成した後の冷却管の斜視図。実施例における、冷却管の開口部周辺の斜視図。実施例における、側面封止部材を接合した冷却管の斜視図。実施例における、連通部材を介して冷却管を積層した状態を示す斜視図。実施例における、積層型冷却器の斜視図。従来例における、冷却器の平面図。

符号の説明

１積層型冷却器
２冷却管
２１開口部
２２特定周囲部
２３リブ
２５主面
３連通部材
４電子部品

Claims

複数の電子部品を両面から冷却するための積層型冷却器であって、
該積層型冷却器は、内部に冷却媒体を流通させる扁平形状の冷却管を、上記電子部品を両面から挟持できるように、複数個積層して配置してなり、
該冷却管は、隣接する他の冷却管と、連通部材を介して連通しており、
該連通部材は、上記冷却管の主面に形成された開口部に接続されており、
かつ、該開口部の周囲部のうち該開口部を挟んで上記冷却管の長さ方向に対向する位置にある二つの特定周囲部は、上記冷却管の厚さ方向の圧縮強度が、互いに略同一であると共に上記積層型冷却器の製造時にかかる荷重に対して充分に大きいことを特徴とする積層型冷却器。
請求項１において、上記特定周囲部は、上記冷却管に設けたリブによって、該冷却管の厚さ方向に補強されていることを特徴とする積層型冷却器。
請求項２において、上記リブは、上記冷却媒体の流れを整えるためのフィンであることを特徴とする積層型冷却器。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記開口部は円形であることを特徴とする冷却器。
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷却管は押出成形品からなることを特徴とする冷却器。
複数の電子部品を両面から冷却するための積層型冷却器を製造する方法であって、
内部に冷却媒体を流通させる扁平形状の冷却管を、押出成形によって複数個成形し、
次いで、該冷却管の主面に開口部を形成し、
該冷却管を、上記電子部品の厚み分以上の間隔を設けて、複数個積層して配置すると共に、隣接する上記冷却管同士を上記開口部に連通部材を接続することによって連通させ、
かつ、上記冷却管の押出成形に当っては、少なくとも、上記開口部の周囲部のうち該開口部を挟んで上記冷却管の長さ方向に対向する位置にある二つの特定周囲部には、厚さ方向の圧縮強度を、互いに略同一とすると共に上記積層型冷却器の製造時にかかる荷重に対して充分に大きくすることができるリブを、上記冷却管の内部に形成することを特徴とする積層型冷却器の製造方法。