JP2010099732A - 冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】板状であっても主面に中子を支持するための凹凸形状が形成されることを防止した冷却器を提供する。
【解決手段】内部に熱交換管路２ａを有する中空板状の本体部２と、本体部の側部に形成されて熱交換管路を外部に連通させる流入管部３、流出管部及び補助管部５とを鋳造によって一体に成型してなる冷却器１であって、砂型の中子１３を形成し、中子１３と金型１１、１２のキャビティの内面との間に隙間Ｄが形成されるように、中子をキャビティ内に収容し、隙間に成形材料Ｍを流し込み、本体部、流入管部、流出管部及び補助管部を一体に成型して金型から取り外し、中子を砕いて外部に排出することで製造される。
【選択図】図５

Description

本発明は、内部に冷媒を流して冷却する冷却器に関する。

従来、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や発光ダイオード等のように発熱量の大きい半導体素子を複数備えた半導体装置においては、例えば特許文献１のように、冷却液が流れる流路を蛇行させたり流路を複数に分割したりして形成した冷却器を用いてこれら複数の半導体素子を効率よく冷却することを図っている。
この種の冷却器には、例えば、外形を板状に形成すると共に、外形板状の主面に沿って内部に延びる流路を形成したものがある。このような冷却器では、半導体素子を効果的に冷却するために主面を平坦に形成すことが望まれる。また、冷却器のコンパクト化のために、冷却器の厚さを薄くすることが要望されている。
一方、このような冷却器の製造方法として、特許文献２に示すような砂型の中子を使用して鋳造し、内部に中空部を形成して製造する方法がある。この鋳造方法を用いて外形が板状の冷却器を製造する場合には、図９に示すように、板状の砂型の中子２３とこれを収容する金型２４、２５のキャビティの内面との間に隙間を形成するために中子２３の主面から突出して金型２５のキャビティの内面に当接する支持部２３ａを形成している。
特開２００５−１１６８１５号公報 特開平９−２６７１５５号公報

しかしながら、上記の従来の中子２３を用いて冷却器２１を製造すると、冷却器２１の主面に貫通孔２１ａが形成されてしまう。そして、この貫通孔２１ａを塞ぐ部品が外れるのを防止するために、貫通孔２１ａの周縁から突出する筒状壁部２１ｂを設ける必要がある。この筒状壁部２１ｂを冷却器２１の内部に設けると冷媒の流れを阻害するので冷却器の外部に設けることが望ましいが、外部に設けた場合でも冷却器２１が厚くなるという問題がある。また、筒状壁部２１ｂによって冷却器２１の主面に凹凸形状が形成され、主面により半導体素子を効果的に冷却できなくなる恐れもある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、板状であっても主面に中子を支持するための凹凸形状が形成されることを防止して主面により効果的に冷却を行うことを可能にするとともに、厚くなるのを抑えた冷却器を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の冷却器は、内部に熱交換管路を有する中空板状の本体部と、当該本体部の側部に形成されて前記熱交換管路を外部に連通させる流入管部、流出管部及び補助管部とを鋳造によって一体に成型してなる冷却器であって、前記本体部を形成するための板状の中子本体と、当該中子本体の側部から突出して前記流入管部、前記流出管部及び前記補助管部をそれぞれ形成するための流入管形成部、流出管形成部及び支持部と、を備える砂型の中子を形成し、少なくとも前記支持部を金型で支持することで、前記中子本体、前記流入管形成部、前記流出管形成部及び前記支持部と前記金型のキャビティの内面との間に隙間が形成されるように、前記中子を前記キャビティ内に収容し、前記隙間に成形材料を流し込み、前記成形材料を硬化させることで、前記本体部、前記流入管部、前記流出管部及び前記補助管部を一体に成型し、一体に成型された前記本体部、前記流入管部、前記流出管部及び前記補助管部を、前記金型から取り外すと共に前記中子を砕いて少なくとも前記流入管部、前記流出管部及び前記補助管部の１つから外部に排出することで製造されることを特徴としている。

この発明によれば、中子において、流入管形成部、流出管形成部及び支持部は中子本体の側部に設けられる。そして、少なくとも支持部を金型で支持した状態で、中子本体、流入管形成部、流出管形成部及び支持部と金型のキャビティの内面との間に形成される隙間に成形材料を流し込んで冷却器を鋳造により成形する。
このため、流入管部、流出管部及び補助管部を本体部の側部に形成することができ、本体部の主面に中子を支持するための凹凸形状が形成されるのを防止することができる。従って、主面全体に複数の被冷却物を配置することができ、例えば、流入管部から流入させた冷媒を熱交換管路を通して流出管部から流出させることにより、本体部の主面に配置した被冷却物を効果的に冷却することが可能となる。さらに、本体部の主面には従来の貫通孔が形成されないので、この貫通孔を塞ぐために冷却器が厚くなるのを抑えることができる。
なお、流入管部から流入させた冷媒を流出管部だけでなく補助管部からも流出させる場合には、分流させた冷媒を例えば他の冷却器等に流入させて冷却することが可能となる。このため、前記他の冷却器用のポンプ等を新たに設けることなく、他の冷却器を用いて冷却することができる。

また、上記の冷却器において、前記中子を前記キャビティ内に収容する際に、前記流入管形成部又は前記流出管形成部の少なくとも一方を前記金型によって支持することがより好ましい。
この発明によれば、金型のキャビティ内において中子本体をより確実に支持することができる。

また、上記の冷却器において、前記中子を外部に排出した後に、前記補助管部を塞ぐことがより好ましい。
この発明によれば、流入管部から流入させた全ての冷媒を熱交換管路に通して流出管部から流出させることにより、熱交換管路における冷媒の流速が増加し冷却器の主面における冷却能力を向上させることができる。

本発明の冷却器によれば、板状であっても主面に中子を支持するための凹凸形状が形成されることを防止して主面により効果的に冷却を行うことを可能にするとともに、厚くなるのを抑えることができる。

以下、本発明に係る冷却器の実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の冷却器１は、内部に熱交換管路２ａを有する中空板状の本体部２と、本体部２の側部２ｂに形成されて熱交換管路２ａを外部に連通させる流入管部３、流出管部４及び補助管部５と、を備えている。本体部２の一方の側部２ｂには、熱交換管路２ａの中央部に向けて延びる仕切り部材２ｃが設けられ、熱交換管路２ａは全体として略Ｕ字状の管路に形成されている。
前述の流入管部３は、略Ｕ字形の熱交換管路２ａの一端に、流出管部４は略Ｕ字状の熱交換管路２ａの他端にそれぞれ形成されている。本実施形態において、流入管部３と流出管部４との間の本体部２の側部２ｂには、側部２ｂの外側に突出した３つの補助管部５が形成されている。
そして、後述するように、本体部２、流入管部３、流出管部４及び補助管部５は、鋳造によって一体に成型され、冷却器１が成型される。

補助管部５の内周面にはテーパーネジ（ＰＴネジ）５ａがそれぞれ形成されている。そして、３つの補助管部５は、略円柱状の密閉部材８の外周面に形成されたテーパーネジ８ａを補助管部５のテーパーネジ５ａに螺合させることにより塞がれている。なお、密閉部材８のテーパーネジ８ａにシールテープを巻いてから、補助管部５のテーパーネジ５ａに螺合させることで、補助管部５の気密性をより高めることができる。
このように構成した冷却器１の、流入管部３から流入させた水や油等の冷媒を熱交換管路２ａを通して流出管部４から流出させることにより、冷却器１の主面２ｄに配置した半導体素子等の被冷却物Ｗを効果的に冷却することが可能となる。

図３に、冷却器１を鋳造により成型する際に用いられる金型１１、１２と、中子１３を示す。
中子１３は、砂をバインダーで固めることにより形成される。中子１３には、冷却器１の熱交換管路２ａを形成するための略Ｕ字形の板状の中子本体１３ａと、中子本体１３ａの側部１３ｂから外側に突出して冷却器１の流入管部３、流出管部４及び補助管部５をそれぞれ形成するための流入管形成部１３ｃ、流出管形成部１３ｄ及び支持部１３ｅと、を備えている。これら流入管形成部１３ｃ、流出管形成部１３ｄ及び支持部１３ｅは、それぞれが略円柱状に形成されている。
中子１３において、支持部１３ｅは、冷却器１の３つの補助管部５に対応するように３つ備えられている。
なお、後述するように、鋳造により冷却器１を製造する毎に中子１３は砕かれて排出される。すなわち、中子１３は１回の鋳造毎の使い捨て部品となっている。また、中子１３は、砕いて小さな塊にする際にその塊の径を容易に小さくすることができる砂やバインダーで形成されていることが好ましい。

金型１１、１２はそれぞれが直方体状に形成され、金型１１、１２の一方の主面である側面１１ａ、１２ａには凹形のキャビティ１１ｂ、１２ｂがそれぞれ形成されている。
そして、金型１１の側面１１ａ上には、流入管形成部１３ｃ、流出管形成部１３ｄ及び支持部１３ｅに対応するように凹形とされるとともに、キャビティ１１ｂを基点として外側に延びる流入管支持部１１ｃ、流出管支持部１１ｄ及び補助管支持部１１ｅがそれぞれ形成されている。また、金型１１には、アルミニウム等の成形材料をキャビティ１１ｂとキャビティ１２ｂとの間に導くための貫通孔１１ｆが設けられている。
同様に、金型１２の側面１２ａ上には、流入管形成部１３ｃ、流出管形成部１３ｄ及び支持部１３ｅに対応するように凹形とされるとともに、キャビティ１２ｂを基点として外側に延びる流入管支持部１２ｃ、流出管支持部１２ｄ及び補助管支持部１２ｅがそれぞれ形成されている。

そして、金型１１の側面１１ａと金型１２の側面１２ａとを合わせた時に、キャビティ１１ｂ、１２ｂにより形成される空間内に中子１３の中子本体１３ａが収容され、流入管支持部１１ｃ、１２ｃにより流入管形成部１３ｃの先端側が、流出管支持部１１ｄ、１２ｄにより流出管形成部１３ｄの先端側が、補助管支持部１１ｅ、１２ｅにより支持部１３ｅの先端側が、それぞれ支持されるように構成されている。

次に、以上のように構成された金型１１、１２により冷却器１を製造する方法について説明する。
まず、所定の不図示の中子用金型を用いて、砂型の中子１３を形成する。
次に、図４に示すように、中子１３の流入管形成部１３ｃの先端側を流入管支持部１１ｃ、１２ｃで、流出管形成部１３ｄの先端側を流出管支持部１１ｄ、１２ｄで、支持部１３ｅの先端側を補助管支持部１１ｅ、１２ｅで支持する。これにより、中子本体１３ａ、流入管形成部１３ｃ、流出管形成部１３ｄ及び支持部１３ｅと金型１１、１２のキャビティ１１ｂ、１２ｂの内面との間に隙間Ｄが形成されるように、中子１３がキャビティ１１ｂ、１２ｂ内に収容されることとなる。

次に、図５に示すように、上記の工程で形成された隙間Ｄに、金型１１の貫通孔１１ｆを通して成形材料Ｍを流し込み、貫通孔１１ｆを栓部材Ａで塞ぐ。そして、成形材料Ｍを冷却して硬化させることで、本体部２、流入管部３、流出管部４及び補助管部５を一体に成型する。
次に、図６に示すように、一体に成型された本体部２、流入管部３、流出管部４及び補助管部５を、金型１１、１２から取り外す。そして、図７のように中子１３を砕いて少なくとも流入管部３、流出管部４及び補助管部５の１つから外部に排出する。この時、上述したように、中子１３が砕いて小さな塊にする際にその塊の径を容易に小さくすることができる砂やバインダーで形成されている場合には、砕いた中子１３を外部に排出する作業を効率的に行うことができる。
次に、図８に示すように、補助管部５の内周面にテーパーネジ５ａをそれぞれ形成し、密閉部材８のテーパーネジ８ａをテーパーネジ５ａに螺合させることにより補助管部５を塞ぐ。

こうして、本発明の実施形態の冷却器１によれば、流入管部３、流出管部４及び補助管部５を本体部２の側部２ｂに形成することができ、本体部２の主面２ｄに中子１３を支持するための凹凸形状が形成されるのを防止することができる。従って、主面２ｄ全体に複数の被冷却物Ｍを配置することができ、例えば、流入管部３から流入させた冷媒を熱交換管路２ａを通して流出管部４から流出させることにより、本体部２の主面２ｄに配置した被冷却物Ｍを効果的に冷却することが可能となる。さらに、本体部２の主面２ｄには従来の貫通孔が形成されないので、この貫通孔を塞ぐために冷却器１が厚くなるのを抑えることができる。

また、本体部２の主面２ｄに中子１３を支持するための凹凸形状が形成されないので、冷却器１の見栄えを向上させることができる。
また、中子１３を金型１１、１２のキャビティ１１ｂ、１２ｂ内に収容する際に、流入管形成部１３ｃ及び流出管形成部１３ｄを金型１１、１２によって支持するので、金型１１、１２のキャビティ１１ｂ、１２ｂ内において中子本体１３ａをより確実に支持することができる。

なお、上記実施形態では、中子１３は３つの支持部１３ｅを備え、各支持部１３ｅの先端側を金型１１の補助管支持部１１ｅ及び金型１２の補助管支持部１２ｅで支持した。しかし、中子本体１３ａ、流入管形成部１３ｃ及び流出管形成部１３ｄと金型１１、１２のキャビティ１１ｂ、１２ｂの内面との間に隙間Ｄが形成されるように中子本体１３ａを支持できるのであれば、中子１３に備えられる支持部１３ｅの数は１つ以上なら幾つでも良く、支持部１３ｅの数に制限は無い。

また、上記実施形態では、中子１３の流入管形成部１３ｃ、流出管形成部１３ｄ及び支持部１３ｅの先端側を金型１１及び金型１２で支持した。しかし、中子本体１３ａが支持部１３ｅにより金型１１及び金型１２で支持されていれば、流入管形成部１３ｃ、流出管形成部１３ｄは金型１１及び金型１２で支持されていなくても良い。
この場合、例えば、流入管形成部１３ｃが金型１１及び金型１２に支持されていない場合であっても、流入管形成部１３ｃの先端が金型１１及び金型１２に突き当てられた状態に構成されていれば、熱交換管路２ａを外部に連通させる流入管部３を形成することが可能となる。

また、上記実施形態では、冷却器１の３つの補助管部５を密閉部材８でそれぞれ塞ぎ、例えば、流入管部３から流入させた冷媒を補助管部５から流出させないように構成した。しかし、流入管部３から流入させた冷媒を流出管部４だけでなく補助管部５からも流出させる場合には、補助管部５から分流させた冷媒を例えば他の冷却器等に流入させて冷却することが可能となる。このため、前記他の冷却器用のポンプ等を新たに設けることなく、他の冷却器を用いて冷却することができる。
さらに、この場合には、補助管部５が冷媒の流れに沿うように本体部２の側部２ｂに対して斜めに配置されていても良い。このように配置することで、補助管部５から流出させる冷媒の圧力損失を低減させて冷媒の流量を増加させ、冷却器１及び他の冷却器でより効果的に冷却することが可能となる。

また、上記実施形態では、本体部２の熱交換管路２ａにフィンを形成しても良い。このように構成することで、例えば、流入管部３から流入させた冷媒により、本体部２の主面２ｄに配置した被冷却物Ｍをより効果的に冷却することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。

本発明の実施形態の冷却器の斜視図である。 同冷却器の要部断面図である。 同冷却器を鋳造により成型する際に用いられる金型と中子を示す分解斜視図である。 同冷却器を製造する方法を示す断面図である。 同冷却器を製造する方法を示す断面図である。 同冷却器を製造する方法を示す断面図である。 同冷却器を製造する方法を示す断面図である。 同冷却器を製造する方法を示す断面図である。 従来の冷却器を製造する方法を示す断面図である。

符号の説明

１ 冷却器
２ 本体部
２ａ 熱交換管路
３ 流入管部
４ 流出管部
５ 補助管部
１１、１２ 金型
１１ｂ、１２ｂ キャビティ
１３ 中子
１３ａ 中子本体
１３ｃ 流入管形成部
１３ｄ 流出管形成部
１３ｅ 支持部
Ｄ 隙間
Ｍ 成形材料

Claims (3)

1. 内部に熱交換管路を有する中空板状の本体部と、当該本体部の側部に形成されて前記熱交換管路を外部に連通させる流入管部、流出管部及び補助管部とを鋳造によって一体に成型してなる冷却器であって、
   前記本体部を形成するための板状の中子本体と、当該中子本体の側部から突出して前記流入管部、前記流出管部及び前記補助管部をそれぞれ形成するための流入管形成部、流出管形成部及び支持部と、を備える砂型の中子を形成し、
   少なくとも前記支持部を金型で支持することで、前記中子本体、前記流入管形成部、前記流出管形成部及び前記支持部と前記金型のキャビティの内面との間に隙間が形成されるように、前記中子を前記キャビティ内に収容し、
   前記隙間に成形材料を流し込み、
   前記成形材料を硬化させることで、前記本体部、前記流入管部、前記流出管部及び前記補助管部を一体に成型し、
   一体に成型された前記本体部、前記流入管部、前記流出管部及び前記補助管部を、前記金型から取り外すと共に前記中子を砕いて少なくとも前記流入管部、前記流出管部及び前記補助管部の１つから外部に排出することで製造されることを特徴とする冷却器。
2. 請求項１に記載の冷却器において、
   前記中子を前記キャビティ内に収容する際に、前記流入管形成部又は前記流出管形成部の少なくとも一方を前記金型によって支持することを特徴とする冷却器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の冷却器において、
   前記中子を外部に排出した後に、前記補助管部を塞ぐことを特徴とする冷却器。
   

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