JP2011222845A - 電子部品冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能な電子部品冷却構造を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の電子部品冷却構造（１００）は、特定の部分が他の部分よりも高温になる電子部品（１０）を収納するケース（２）と、ケース（２）に蓋をするカバー（３）と、の間に挟持されるとともに、電子部品（１０）の特定の部分に当接するアーム（５１）を備えるガスケット（５）を備える。そしてケース（２）に設けられ、アーム（５１）を介してケース（２）に伝達してきた電子部品（１０）の熱を冷却する冷却部（４）を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子部品冷却構造に関する。

従来、半導体素子など、流される電流量に応じて発熱する発熱体を冷却するために、発熱体の周囲を電気絶縁性の高い絶縁性樹脂部材で覆って、その樹脂部材を冷却器に固定する電子部品冷却構造が知られている。特許文献１では、電極間の接続に用いられる導体を絶縁性樹脂からなる絶縁体でモールドしたバスバーを冷却器に取り付けている。

特開２００６−３１９５９号公報

しかし、前述した従来の電子部品冷却構造は、絶縁体をボルト締結で冷却器に取り付けるため、ボルト締結に必要な絶縁体の肉厚及び締結面の面積が要求される。このため、電子部品冷却構造が大型化するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、小型化が可能な電子部品冷却構造を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明の電子部品冷却構造は、特定の部分が他の部分よりも高温になる電子部品を収納するケースと、前記ケースに蓋をするカバーと、の間に挟持されるとともに、前記電子部品の特定の部分に当接するアームを備えるガスケットを備える。そして前記ケースに設けられ、前記アームを介して前記ケースに伝達してきた前記電子部品の熱を冷却する冷却部を有することを特徴とする。

本発明によれば、電子部品の高温部分を囲む絶縁体を冷却部にボルトで固定することなく、電子部品からケースの冷却部に熱伝達することができる。ボルト締結に必要な絶縁体の肉厚及びボルト締結面の確保が不要になり、電子部品の高温部分をケースに直に配置する必要もないので、ケースを小型化することができる。すなわち電子部品冷却構造の小型化が可能となる。

本発明に適用される電子部品冷却構造の一例の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるボルト締結前のガスケット形状を示すＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１実施形態におけるボルト締結後のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態におけるボルト締結後のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第３実施形態におけるボルト締結後のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第４実施形態におけるボルト締結後のＡ−Ａ断面図である。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明に適用される電子部品冷却構造の一例の分解斜視図である。

電子部品冷却構造１００は、電子部品１０を含む内部部品１と、ケース２と、カバー３と、冷却部４と、ガスケット５と、ボルト６と、を備える。電子部品冷却構造１００は、主に車両に搭載されるインバーターに適用されるもので、エンジンルーム又はモータールームに配置される。

内部部品１は、ケース２の底に配置される。内部部品１は、バスバー１１、電子回路基板１２及び平滑コンデンサ１３などの電子部品１０と、他の非電子部品１４と、からなる。本実施形態では、冷却する発熱体をバスバー１１とする。発熱体は、他に電子回路基板１２や平滑コンデンサ１３が挙げられる。

ケース２は、内部部品１を収納する。ケース２は、底部に冷却部４を有する。ケース２は、アルミ等の熱伝導率の高い金属部材で構成される。

カバー３は、ケース２の開口面を覆って蓋をする。カバー３は、ケース２のフランジ部とガスケット５を介してボルト６で締結される。カバー３はケース２と同じ金属部材で構成される。

冷却部４は、ケース２の底部に設けられる。冷却部４の内部には冷却液が流れる流路が形成されている。冷却液には、水やエチレングリコール水溶液などが用いられる。

ガスケット５は、ケース２とカバー３との間に挟持される。ガスケット５は、ケース２とカバー３との間を密閉して防水機能及び防塵機能を有するとともに、バスバー１１の熱を冷却部４に伝達する。詳細は後述する。

ボルト６は、ガスケット５を介してケース２とカバー３とを締結する。

続いて図２を参照して、本実施形態のガスケット５及びバスバー１１について説明する。図２は、本実施形態における組み付け前のガスケット形状を示すＡ−Ａ断面図である。

ガスケット５の部材構成は、金属板５ｂと、金属板５ｂの表面に設けられるゴム層５ａと、からなる。金属板５ｂは、鋼板である。ゴム層５ａは、絶縁性の高い部材である。ガスケット５は、プレス加工により成形される。

ガスケット５は、ケース２とカバー３とに挟持される挟持部５０と、ケース２に収納される電子部品１０のバスバー１１の上面まで延ばされたアーム５１と、を備える。

挟持部５０は、ケース２とカバー３との間を密封して、ケース内部に水や塵が入るのを防止する。挟持部５０は、ビード５０ａを有する。ビード５０ａは、挟持部５０をケース２の締結面に載せたときに挟持部５０のアーム側が浮くように設けられた段差である。

アーム５１は、挟持部５０からケース内部に向かって延びて、接触部５１ｂでバスバー１１の上面と当接する。アーム５１は、挟持部５０がボルト締結される前の時点でバスバー１１に当接するように段差５１ａを有する。

バスバー１１は、平滑コンデンサ１３の上に配置される。平滑コンデンサ１３は、ケース２の底に接する非電子部品１４の上に配置される。本実施形態のバスバー１１は、平滑コンデンサ１３に電力を供給する。その他、信号を伝達するバスバーもある。バスバー１１は導体なので、絶縁する場合は樹脂でモールドされる。本実施形態では、バスバー１１と当接するガスケット５の表面に絶縁性のゴム層５ａが設けられているので、バスバー１１は、ガスケット５と接触する面を樹脂で覆う必要がない。バスバー１１は、樹脂を介さず直接ガスケット５に接触する。

次に図３を参照して、本実施形態の作用と効果について説明する。図３は、本実施形態の図１におけるボルト締結後のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態では、ガスケット５を介してケース２とカバー３とがボルト６によって締結される。このときボルト軸力によってガスケット５の挟持部５０は、ビード５０ａが押し潰されてボルト軸方向に変形する。そしてガスケット５の挟持部５０にはボルト軸力に対する反力が生じて、ケース２及びカバー３に働く。これによりガスケット５はケース２とカバー３との間を密に塞ぐことができる。

またガスケット５の挟持部５０には、ビード５０ａがボルト位置に対してアーム側に設けられていて、ビード５０ａがボルト軸方向に押し潰されて変形する。具体的には、ケース２の上にガスケット５が載せられ、上からカバー３が被さる。このときボルト位置を支点としてガスケット５のアーム側は下方向に変形する。ガスケット５のアーム５１は、接触部５１ｂでバスバー１１に押し当たることになるので、ガスケット５とバスバー１１とを確実に接触させることができる。

上述したようにガスケット５は挟持部５０でケース２及びカバー３と接触して、アーム５１でバスバー１１に接触する。これによりバスバー１１からガスケット５を介してケース２を伝って冷却部４に熱が伝達される伝熱経路ができる。

バスバー１１で発熱した熱は、バスバー１１と接触するガスケット５に伝熱する。このときガスケット５の表面はゴム層で絶縁されているので、バスバー１１を流れる電気がガスケット５に流れることはない。熱は、ガスケット５の内部の金属板に伝わる。そして熱は、ガスケット５のアーム５１から挟持部５０を伝って金属製のケース２及びカバー３に到達する。そして熱は、ケース２の冷却部４へと伝熱して、冷却部４で冷却される。また熱は、伝熱の過程でガスケット５、ケース２及びカバー３から放熱される。

本実施形態によれば、電子部品１０のバスバー１１は、ケース２に接していない状態であってもガスケット５を通してケース２の冷却部４に熱伝達することができる。バスバー１１を直接ケース２の冷却部４に近い底面にボルトで取り付ける場合には、バスバー１１をモールドする樹脂部分にボルト締結に必要な樹脂肉厚及び締結面の面積が要求されるが、これらを考慮する必要がない。このためケース２の底面を小さくすることができる。すなわち電子部品冷却構造１００の小型化が可能である。

さらにバスバー１１は、直接ケース２に配置されないので、バスバー１１の導体を必ず樹脂でモールドする必要がない。このためコスト低減が可能である。本実施形態では、バスバー１１は、ガスケット５との接触面以外の面を樹脂で覆っているが、隣接する平滑コンデンサ１３やケース２の壁面との関係によっては樹脂モールドしなくてもよい。本発明においてバスバー１１を樹脂モールドすることは必須ではなく、選択可能である。

また、バスバー１１からケース２への伝熱経路は、従来からケース２とカバー３との締結部に用いているガスケット５により形成されるので、別部材を設ける必要がない。このため、別部材をバスバー１１とケース２とに接続するスペースが不要である。したがって電子部品冷却構造１００の小型化が可能である。

本実施形態の伝熱経路は、バスバー１１からガスケット５を介してケース２とカバー３との締結部を通って、ケース２の冷却部４へと伝熱する。そして熱は、伝熱の過程でガスケット５、ケース２及びカバー３から放熱される。本実施形態の伝熱経路は、バスバー１１がケース２の冷却部４に近い底面に取り付けられるよりも距離が長くなるので、放熱性能が向上する。

また本実施形態のケース２は、アルミ等の熱伝導率の高い金属部材で構成される。このためケース２そのものがバスバー１１の熱を吸収して、バスバー１１を冷却することができる。カバー３についても同様である。この場合はケース２に冷却液を含む冷却部４を設けなくても、ケース２そのものを冷却部とすることができる。熱伝導性の高い金属製のケースであれば、十分にバスバー１１の冷却効果が得られる。よって冷却部４を設ける手間やコストを省くことができる。

またガスケット５のアーム５１は、挟持部５０とプレス加工により一体成形される。ガスケット５のアーム５１には、従来では廃材となっていた部分が用いられる。このように本実施形態の伝熱経路は、新たな部品を追加することがなく、さらに材料コストをかけずに設けることができる。

またガスケット５のアーム５１は、密封性を高めるために挟持部５０に設けられるビード５０ａの弾性特性を利用して、バスバー１１と確実に接触する。本実施形態の伝熱経路は、ボルト締結等の追加作業が不要であるので、生産効率が高い。

またガスケット５の表面はゴム層５ａで構成される。ゴム層５ａには絶縁性の高い部材を用いるので、ゴム層５ａはバスバー１１の導体と直接接触することができる。バスバー１１の導体を樹脂でモールドする場合は、樹脂の流動性を考慮した樹脂厚さが必要となり、絶縁に必要な厚さよりも厚くなる。これに対しガスケット５のゴム層５ａは、絶縁性が確保される厚さであればよいので、バスバー１１をモールドする樹脂厚さに比べて、薄い。このためバスバー１１とガスケット５との間の熱抵抗が小さくすることができる。バスバー１１の熱はガスケット５に伝熱されやすくなるので、バスバー１１に熱がこもりにくい。よってバスバー１１の温度上昇を抑制することができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態におけるボルト締結後のＡ−Ａ断面図である。

なお以下では前述した内容と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。第２実施形態は、第１実施形態からカバー３及びガスケット５の形状が変更される。

カバー３には、内壁に凸部３ａが設けられる。凸部３ａは、バスバー１１の上方に位置する。凸部３ａの凸面は、カバー３とケース２とがボルト締結される前にガスケット５と接触して、ボルト締結によりガスケット５に押し当たるよう設けられる。

ガスケット５には、接触部５１ｂからさらに延ばされ、上方に折り返されてカバー３の凸部３ａの凸面と接触する折り返し接触部５１ｃが設けられる。ガスケット５は、接触部５１ｂと折り返し接触部５１ｃとが平行に向かい合ってコの字型となっている。

本実施形態では、ガスケット５を介してケース２とカバー３とをボルト６で締結したときに、カバー３の凸部３ａがガスケット５の折り返し部５１ｃに押し当たる。このときガスケット５が折り返し接触部５１ｃで受けた押力は、接触部５１ｂからバスバー１１への押力になる。そしてガスケット５の接触部５１ｂとバスバー１１とは確実に接触する。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、ガスケット５とバスバー１１とをより確実に接触させることができる。各部品間において上下方向に多少のばらつきが生じてもガスケット５の折り返し接触部５１ｃで受ける押力によってガスケット５とバスバー１１とを接触させることができる。

また各部品の上下方向の寸法公差や組み付け公差を緩めることができるので、生産性が向上する。

さらにガスケット５は折り返し接触部５１ｃでケース２と同材のカバー３と接触するので、挟持部５０からだけでなく折り返し接触部５１ｃからカバー３への伝熱経路も確保できる。このためバスバー１１の温度上昇をさらに抑制することができる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結後のＡ−Ａ断面図である。

第３実施形態は、第２実施形態からカバー３の凸部３ａ及びガスケット５の折り返し接触部５１ｃの形状が変更される。カバー３とガスケット５との接触面は、バスバー１１とガスケット５との接触面までの距離がガスケット５のアーム５１の根元に近いほど小さくなるように傾斜が設けられる。

本実施形態では、ガスケット５の挟持部５０がボルト締結されるときに、ビード５０ａが潰れてアーム側に押し出される。そしてガスケット５のアーム５１には図中の矢印Ａ方向の力が作用する。このときカバー３の凸部３ａがガスケット５の折り返し接触部５１ｃに接触している状態であっても、ガスケット５のアーム５１は図中の矢印Ｂの方向に可動する。

本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果が得られるとともに、ガスケット５のアーム５１の接触部５１ｂの固定による挟持部５０への影響を抑えることができる。

特に、ガスケット５の挟持部５０がボルト固定される前にカバー３の凸部３ａがガスケット５の折り返し接触部５１ｃに押し当たる場合は、ガスケット５の挟持部５０のビード５０ａが変形して平らになる前に、接触部５１ｂはバスバー１１に圧接されて固定されている。これではガスケット５の挟持部５０が変形するときにアーム５１が突っ張るため、挟持部５０にはアーム５１の接触部５１ｂが固定されたことによる余計な力が掛かる。そしてガスケット５の挟持部５０のボルト締結に必要な軸力が不足する事態となる。

本願実施形態では、ガスケット５の挟持部５０の変形に伴い、アーム５１は接触部５１ｂ及び折り返し接触部５１ｃの接触面に沿ってケース内部方向に可動する。これによりガスケット５の挟持部５０は、軸力が不足することなくボルト締結される。よってボルト締結の信頼性、そしてガスケット５による防水機能及び防塵機能の低下を防ぐことができる。

またガスケット５の折り返し接触部５１ｃとカバー３の凸部３ａとの接触面は傾斜面となっているので、第２実施形態よりも接触面積が大きい。これによりガスケット５の折り返し接触部５１ｃからカバー３への伝熱効果が向上する。

（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態におけるボルト締結後のＡ−Ａ断面図である。

第４実施形態は、第２実施形態からガスケット５のアーム５１の接触部５１ｂと挟持部５０との間のアーム形状が変更される。ガスケット５のアーム５１は、根元から接触部５１ｂの間に、アーム方向の断面形状が波形である波形部５１ｄを有する。

本実施形態では、ガスケット５の挟持部５０がボルト締結されるときにビード５０ａが潰れてアーム側に押し出される。このときガスケット５のアーム５１には図中の矢印Ａ方向の力が作用する。そしてガスケット５の波形部５１ｄが矢印Ａ方向に潰れるように変形する。またカバー３の凸部３ａがガスケット５の折り返し接触部５１ｃに押し当たって、接触部５１ｂがバスバー１１に押し当てられている状態では、アーム５１には図中の矢印Ｃ方向の力が作用する。そしてガスケット５の波形部５１ｄが矢印Ｃ方向に潰れるように変形する。このようにガスケット５の波形部５１ｄは、挟持部５０及び接触部５１ｄで生じる力を変形することで吸収する。

本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果が得られるとともに、ガスケット５のアーム５１の接触部５１ｂの固定による挟持部５０への影響を抑えることができる。

ガスケット５の両端である挟持部５０及び接触部５１ｂがそれぞれボルト６及びカバー３によって固定されても、互いがアーム内向きに作用する力を波形部５１ｄが変形することで吸収する。ガスケット５の挟持部５０及び接触部５１ｂは独立して作用することになるので、挟持部５０の密閉性及び接触部５１ｂの伝熱性の信頼性が向上する。またボルト締結に必要な軸力が不足する事態が生じることがなく、ボルト締結の信頼性が向上する。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

例えば、実施形態では電子部品のうちバスバーの熱を、ガスケットを介して冷却部に伝達する形態を示したが、バスバーに限らず電子回路基板や平滑コンデンサにガスケットを接触させてもよい。同様にガスケットが冷却部に熱伝達して電子部品の温度上昇を抑える。

また実施形態では図１に示すようにガスケット内周の一辺の一部にアームを設けたが、これに限らず、ガスケット内周の四辺全てにアームを設けてもよい。また実施形態では、ガスケットがバスバーの上面全体に接触するように設けたが、これに限らず一部であってもよい。さらに実施形態のガスケットは、挟持部から電子部品の上面に向かって略真っ直ぐにアームを延ばしているが、アームを挟持部から電子部品の側面に向かって曲げて設けてもよい。ガスケットを発熱体である電子部品の一部に接触させれば本発明の効果は得られる。

また第４実施形態におけるガスケットの波形部は、第３実施形態のガスケットに適用してもよい。第３実施形態においてガスケットのアームを接触面に沿って可動させるには、部品間の摩擦など考慮すべき因子が多い。ガスケットに波形部を構成することで、部品を設計しやすい。

１ 内部部品
１０ 電子部品
１１ バスバー（高温になる特定の部分）
２ ケース
３ カバー
３ａ 凸部
４ 冷却部
５ ガスケット
５０ 挟持部
５１ アーム
５１ａ 段差
５１ｂ 接触部
５１ｃ 折り返し接触部
５１ｄ 波形部
６ ボルト
１００ 電子部品冷却構造

Claims (5)

1. 特定の部分が他の部分よりも高温になる電子部品を収納するケースと、
   前記ケースに蓋をするカバーと、
   前記カバーと前記ケースとの間に挟持されるとともに、前記電子部品の特定の部分に当接するアームを備えるガスケットと、
   前記ケースに設けられ、前記アームを介して前記ケースに伝達してきた前記電子部品の熱を冷却する冷却部と、
   を有する電子部品冷却構造。
2. 請求項１に記載の電子部品冷却構造において、
   前記ガスケットは、前記電子部品との接触面に絶縁性の高い部材を使用する、
   ことを特徴とする電子部品冷却構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電子部品冷却構造において、
   前記ガスケットのアームは、前記電子部品との接触部からさらに延長され、折り返されて前記カバーの内壁に押圧される折り返し接触部を備える、
   ことを特徴とする電子部品冷却構造。
4. 請求項３に記載の電子部品冷却構造において、
   前記折り返し接触部と前記カバーの内壁との接触面は、前記ガスケットと前記電子部品との接触面まで距離が前記ガスケットのアームの根元に近いほど小さくなるように傾斜する、
   ことを特徴とする電子部品冷却構造。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の電子部品冷却構造において、
   前記ガスケットのアームは、根元から前記電子部品との接触部までの間の断面形状が波形である、
   ことを特徴とする電子部品冷却構造。

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