JP2017092366A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】締結部の締め付け軸方向に作用する軸力の低下を抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示する冷却装置は、プレート５を本体ケース３にねじ締結する複数のボルト７とＯリング６との間において、プレート５の外面５ａに環状溝５ｄが存在する。そのため、当該部分はプレート５の肉厚が薄くなることから、本体ケース３とプレート５の間に介在するＯリング６による反力によりＯリング６付近のプレート５が変形しても、環状溝５ｄによりプレート５の変形が遮断される。これにより、ボルト７付近のプレート５は変形し難くなるので、ボルト７付近においては（二点鎖線内）、微少隙間ＳＰが形成され難くなる。したがって、経年変化などにより、Ｏリング６の反力が低下しても、その低下が、ボルト７の締め付け軸方向に作用する軸力に与える影響は小さいことから、ボルト７の軸力の低下が抑制される。【選択図】図５

Description

本明細書が開示する技術は、本体部が有する冷媒流路の開口部をプレート部により閉塞する冷却装置に関するものである。

冷媒流路を有する冷却装置では、その開口部をプレート部で閉塞する構成を採るものがある。例えば、ダイカスト成形や切削加工などによって冷却装置の本体部に冷媒流路を形成する場合、冷媒流路に連通した開口部がその本体部に形成され得る。このような開口部から冷媒が漏れ出ると、冷却効率の低下を招く。そのため、典型的には、その開口よりも大きな環状シール部材（例えばＯリングなど）を、本体部とプレート部の間に介在させて当該開口部を液密に封止する構成を採る。

冷却装置に関する技術ではないが、本体部とプレート部の間に環状シール部材を介在させる構成の一例として、下記特許文献１に電子装置の技術が開示されている。この技術では、ケース（本体部）内に形成された収容部（冷媒流路）をベースプレート（プレート部）で閉塞するとともに、ケースとベースプレートの間にリング状シール部材（環状シール部材）を介在させて、ベースプレートの周囲を固定部材によりケースに固定している。

特開２０１５−０１５３８５号公報

ところで、本体部とプレート部の間に介在する環状シール部材（上記特許文献１ではリング状シール部材）は、典型的には、ゴムなどの弾性体で構成される（特許文献１；段落番号００３１）。本体部とプレート部の間に介在する環状シール部材は、例えば、締結部（ボルトなど）によりプレート部の周囲を本体部に締結することで、押し潰されて変形するとともにプレート部を押し返す方向に反発する力（以下「反力」と称する）を生じる。そのため、環状シール部材を介在させてプレート部を本体部に固定した場合には、環状シール部材の反力によって、環状シール部材や締結部の付近のプレート部が変形し、本体部とプレート部の間に微少隙間が形成され得る。

環状シール部材が経年変化などによりその反力が弱くなる場合がある。環状シール部材の反力が締結当初の反力よりも小さくなると、それに伴ってボルトなどによる締結部の締め付け軸方向に作用する軸力も低下してしまう。本明細書は、締結部の締め付け軸方向に作用する軸力の低下を抑制する技術を提供する。

本明細書が開示する冷却装置では、冷媒流路を有している本体部と、冷媒流路の開口部を閉塞するとともに開口部の周囲に配置された複数の締結部材により本体部に締結されるプレート部と、開口部と複数の締結部材の間に環状に本体部及びプレート部の間に介在する環状シール部材と、を備えた冷却装置であり、プレート部は、環状シール部材と複数の締結部材の間であって環状シール部材が接する面の反対側面に溝部を有している。即ち、環状シール部材と複数の締結部材の間には、環状シール部材が接する面の反対側面に溝部が存在しその部分はプレート部の肉厚が薄い。そのため、本体部及びプレート部の間に介在する環状シール部材による反力によって、環状シール部材の付近のプレート部が変形しても、この溝部によりプレート部の変形が遮断されることから、締結部の付近のプレート部は変形し難くなる。これにより、締結部の付近においては、本体部とプレート部の間に微少隙間などが形成され難くなる。そのため、経年変化などにより環状シール部材の反力が低下したとしても、その低下が、締結部の締め付け軸方向に作用する軸力に与える影響は小さい。したがって、締結部の軸力の低下を抑制する。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

実施例の冷却装置の平面図である。 実施例の冷却装置の側面図である。 実施例の冷却装置のうちプレートを取り除いた本体ケースの平面図である。 （Ａ）は、図１に示すIV-A−IV-A線において実施例の冷却装置をＸＺ平面でカットして矢印方向に現れる断面図である。（Ｂ）は、図１に示すIV-B−IV-B線において実施例の冷却装置をＹＺ平面でカットして矢印方向に現れる断面図である。 Ｏリングの反力により形成される微小隙間の例を表した説明図であり、（Ａ）は実施例の冷却装置の場合、（Ｂ）は比較例の冷却装置の場合、である。

図面を参照して実施例の冷却装置を説明する。まず、図１〜図３を参照して冷却装置２の構成概要を説明する。図１に、実施例の冷却装置２の平面図を示す。図２に、実施例の冷却装置２の側面図を示す。図３に、実施例の冷却装置２のうちプレート５を取り除いた本体ケース３の平面図を示す。なお、以下、本明細書では、各図に表す座標系のＸ、Ｙ、Ｚの各軸のことを、夫々単に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と表現する。また、Ｚ軸の正方向を上方や上側と表現したり、Ｚ軸の負方向を下方や下側と表現したり、する場合もある。

実施例の冷却装置２は、電気自動車やハイブリッド車のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）に内蔵される部品であり、インバータ回路や電圧コンバータに使われる複数のスイッチング素子などを冷却する装置である。冷却器と称される場合もある。図１及び図２に示すように、冷却装置２は、主に、本体ケース３とプレート５により構成されている。冷却装置２の内部には、冷媒（例えばＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔの略））が流れる（図１に示す太破線矢印）。スイッチング素子は、半導体素子（例えばＩＧＢＴ）であり、例えば、本体ケース３の表面に熱伝達可能に接触して冷却される。

図２及び図３に示すように、本体ケース３は、例えば、アルミニウム製であり、アルミダイカストなどによる鋳造により内部にＵ字形状の冷媒流路３１〜３５を備えた矩形の厚板状に成形されている。即ち、本体ケース３は、供給路３１から流入した冷媒が往路３２を介して折返部３３で折り返した後、復路３４を経て排出路３５に戻る冷媒流路を内部に形成している。往路３２と復路３４は、冷却装置２の長手方向（Ｘ軸方向）の一端側から他端側に向かって途中まで延びるセパレータ４によって区切られている。なお、図示していないが、往路３２、折返部３３及び復路３４には、冷媒の流れを制御するフィンなどが適宜設けられる。

供給路３１及び排出路３５は、本体ケース３の側方に開口している。供給路３１には供給管８が取り付けられ、また排出路３５には排出管９が取り付けられる。供給管８には、図略の冷媒タンクから導入チューブを介して冷媒が供給される。また、排出管９には、冷媒タンクへ戻る排出チューブが接続されている。

このように形成される冷媒流路３１〜３５のうち、往路３２、折返部３３及び復路３４は、本体ケース３の上方、つまり表面３ａに開口しており、この開口部３ｂを囲むように本体ケース３の表面３ａに環状溝３ｄが形成されている。この環状溝３ｄは、後述するＯリング６を収容する。また、このような環状溝３ｄを囲むように本体ケース３の周囲には複数の雌ねじ部３ｃが形成されている。

本体ケース３の開口部３ｂは、平面形状が本体ケース３とほぼ同一形状に形成されるプレート５によって閉塞される。平板状をなすプレート５もアルミニウム製である。プレート５は、その周囲に複数の貫通孔を形成しており、これらの貫通孔は、プレート５を本体ケース３に適切に位置合わせした場合に本体ケース３の雌ねじ部３ｃと連通するように所定位置に配置されている。これらの雌ねじ部３ｃに螺合可能なボルト７を貫通孔５ｃを介してねじ締結することにより、プレート５を本体ケース３に取り付けることが可能になる。

実施例では、本体ケース３の表面３ａに形成される環状溝３ｄにＯリング６が収容される。Ｏリング６は、ゴム（例えば、シリコンゴム）などの弾性体で構成される環状のシール部材であり、その太さは、環状溝３ｄの溝幅や溝深さよりも大きく設定されている。そのため、Ｏリング６は、その線径が小さくなるように圧縮された状態で環状溝３ｄに収容されることから、本体ケース３に取り付けられたプレート５は、その内面５ｂがＯリング６による反発力で押された状態で本体ケース３に固定される。これにより、本体ケース３の開口部３ｂを液密にシールすることを可能にしている。なお、実施例では、短手方向（Ｙ軸方向）に対して、そのほぼ中央にも、雌ねじ部３ｃや貫通孔５ｃを設けてボルト７によりねじ締結しているが、Ｏリング６により液密にシール可能な締結力が得られる範囲内でこれらを省略してもよい。

このように本体ケース３の環状溝３ｄに収容されるＯリング６は、本体ケース３にプレート５が取り付けられると、本体ケース３とプレート５の間で押し潰されて変形した状態を保つとともに、プレート５を上方に押し返して反発する反力を生じる。そのため、本体ケース３に取り付け固定（組み付け固定）されると、Ｏリング６の反力により、Ｏリング６付近のプレート５が変形し、本体ケース３の表面３ａとプレート５の内面５ｂとの間に、微小隙間が形成される場合がある。隙間の大きさは、プレート５の剛性とＯリング６の硬度にも左右されるが、微小隙間は生じ得る。

このような微少隙間は、Ｏリング６が経年変化などによりその反力が組み付け当初の反力よりも弱くなった場合には、それに伴ってボルト７による締め付け軸方向に作用する軸力の低下を招く原因になり得る。そこで、本実施例では、次の構成を採用することによりボルト７の軸力低下を抑制する。ここで、図４も併せて参照しながら、説明を進める。図４（Ａ）に、図１に表されるIV-A−IV-A線において冷却装置２をＸＺ平面でカットして矢印方向に現れる断面図を示す。また、図４（Ｂ）に、図１に示すIV-B−IV-B線において冷却装置２をＹＺ平面でカットして矢印方向に現れる断面図を示す。

即ち、実施例の冷却装置２では、プレート５が本体ケース３に取り付けられた状態において、冷却装置２を上方から見た場合にＯリング６の周囲を取り囲むように、プレート５の外面５ａに環状溝５ｄを設けている。つまり、Ｏリング６が収容される環状溝３ｄよりも大きい環状溝５ｄを、プレート５のボルト７を挿通する複数の貫通孔５ｃよりも内側の外面５ａに形成する。環状溝５ｄの溝底は、例えば、平坦面に形成されている。これにより、このような環状溝５ｄが形成されたプレート５の部分は、その肉厚が薄くなることから、Ｏリング６によってプレート５が変形した場合には、この環状溝５ｄの位置で変形の進展を阻止することが可能になる。

ここで、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す各断面図において、ボルト７の周辺部分を拡大した図５を参照しながら説明する。図５に、Ｏリング６の反力により形成される微小隙間ＳＰの例を表した説明図として、（Ａ）に本実施例の冷却装置２の場合を示し、（Ｂ）に比較例の冷却装置の場合を示す。

図５（Ａ）に示すように、プレート５の外面５ａに環状溝５ｄを形成した場合、例えば、Ｏリング６の反力によってプレート５が外面５ａに向けて膨らむように（凸状に）変形すると、環状溝５ｄの部分においてその溝幅が狭まるようにプレート５が変形する。つまり、プレート５は、外面５ａに形成された環状溝５ｄの存在により、環状溝５ｄの部分から外面５ａに向けて折れ曲がり易くなる。そのため、Ｏリング６の反力によるプレート５の変形は、この環状溝５ｄで止まることから、環状溝５ｄよりもボルト７側においては、プレート５の変形が阻止される。

これにより、ボルト７や雌ねじ部３ｃによる締結部材の付近においては、Ｏリング６による反力が作用してもその影響を受け難く、プレート５の変形が生じ難くなる。したがって、環状溝５ｄのボルト７側の溝底角部を境界にする線ＬよりもＯリング６側（一点鎖線楕円内）では、本体ケース３の表面３ａとプレート５の内面５ｂとの間に微小隙間ＳＰが形成されても、線Ｌよりもボルト７側（二点鎖線楕円内）ではこのような微小隙間ＳＰが形成され難い。

その結果、本実施例の冷却装置２では、たとえ、Ｏリング６が経年変化などによりその反力が組み付け当初の反力よりも弱くなった場合であっても、ボルト７付近においては微小隙間ＳＰが形成され難いことから、ボルト７による締め付け軸方向に作用する軸力が低下することを抑制することが可能になる。

これに対して、図５（Ｂ）に示すように、プレート１０５に環状溝５ｄが形成されていない構成の場合、Ｏリング６の反力によってプレート５が外面５ａに向けて膨らむように（凸状に）変形すると、Ｏリング６が圧接する部分からボルト７側全体にプレート５が変形する。つまり、プレート５の変形は、図５（Ａ）の例のように環状溝５ｄで止まることなく、ボルト７や雌ねじ部３ｃによる締結部材の付近まで進展する（一点鎖線楕円内）。そのため、既に述べたように、この微小隙間ＳＰが、Ｏリング６の反力低下によりボルト７による締め付け軸方向に作用する軸力の低下を招く原因になり得る。

なお、プレート５に形成する環状溝５ｄの溝幅及び溝深さは、プレート５の材質や板厚による特性とＯリング６の線径や硬度による特性とに基づいて、実験や計算機シミュレーションなどにより予め定められる。また、環状溝５ｄは、溝底を平坦面にする構成のほかに、例えば、Ｖ字状のノッチ形状に構成してもよい。このノッチ形状の場合には、最深部が境界の線Ｌになる。

以上説明したように、本実施例の冷却装置２では、冷媒流路３１〜３５（供給路３１、往路３２、折返部３３、復路３４、排出路３５）を有している本体ケース３と、冷媒流路３２〜３４の開口部３ｂを閉塞するとともに開口部３ｂの周囲に配置された複数のボルト７及び雌ねじ部３ｃ（以下「ボルト７」）により本体ケース３に締結されるプレート５と、開口部３ｂと複数の締結部材の間に環状に本体部及びプレート部の間に介在する環状シール部材と、を備えており、プレート５は、Ｏリング６と複数のボルト７の間であってＯリング６が接する内面５ｂの反対側面、つまり外面５ａに環状溝５ｄを有している。

即ち、Ｏリング６と複数のボルト７の間には、プレート５が本体ケース３に取り付けられた状態の平面視において、Ｏリング６の周囲を取り囲むように環状溝５ｄが存在しその部分はプレート５の肉厚が薄い。そのため、本体ケース３及びプレート５の間に介在するＯリング６による反力によって、Ｏリング６の付近のプレート５が変形しても、この環状溝５ｄによりプレート５の変形が遮断されることから、ボルト７の付近のプレート５は変形し難くなる。これにより、ボルト７の付近においては、本体ケース３とプレート５の間に微小隙間ＳＰなどが形成され難くなる。そのため、経年変化などによりＯリング６の反力が低下したとしても、その低下が、ボルト７の締め付け軸方向に作用する軸力に与える影響は小さい。したがって、ボルト７の軸力の低下を抑制する。

なお、本実施例では、プレート５が本体ケース３に取り付けられた状態の平面視において、Ｏリング６の周囲を取り囲むように、切れ目のない連続した環状溝５ｄをプレート５の外面５ａに設ける構成を採用したが（図１参照）、切れ目がある不連続な溝部をＯリング６の周囲をほぼ囲むようにプレート５の外面５ａに設ける構成を採ってもよい。図１の構成でたとえると、環状溝５ｄの丸角部分を廃止して、直線部分だけに溝部を配置する。

また、本実施例では、本体ケース３を矩形の厚板形状（ブロック形状）に形成しそれに平板状のプレート５で蓋をする構成を採用したが、冷却流路の開口部をプレート部で液密に閉塞する構成であれば、これに限られることはない。例えば、冷却管のフランジ付き終端の開口部をプレート部で液密に閉塞する構成にも適用することが可能である。

実施例技術に関する留意点を述べる。供給路３１、往路３２、折返部３３、復路３４及び排出路３５が、冷媒流路の一例に相当する。本体ケース３が本体部の一例に相当する。プレート５がプレート部の一例に相当する。Ｏリング６が環状シール部材の一例に相当する。ボルト７及び雌ねじ部３ｃが、締結部材の一例に相当する。プレート５の環状溝５ｄが溝部の一例に相当する。プレート５の内面５ｂが「環状シール部材が接する面」の一例に相当する。プレート５の外面５ａが「環状シール部材が接する面の反対側面」の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、本明細書又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、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、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。

２：冷却装置
３：本体ケース
３ｂ：開口部
３ｃ：雌ねじ部
３ｄ：環状溝
４：セパレータ
５：プレート
５ａ：外面
５ｂ：内面
５ｃ：貫通孔
５ｄ：環状溝
６：Ｏリング
７：ボルト７
８：供給管
９：排出管
３１：供給路
３２：往路
３３：折返部
３４：復路
３５：排出路
ＳＰ：微小隙間

Claims (1)

1. 冷媒流路を有している本体部と、
   前記冷媒流路の開口部を閉塞するとともに前記開口部の周囲に配置された複数の締結部材により前記本体部に締結されるプレート部と、
   前記開口部と前記複数の締結部材の間に環状に前記本体部及び前記プレート部の間に介在する環状シール部材と、を備えた冷却装置であり、
   前記プレート部は、前記環状シール部材と前記複数の締結部材の間であって前記環状シール部材が接する面の反対側面に溝部を有している、ことを特徴とする冷却装置。

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