JP2021180250A - 移動体用演算装置の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率を維持しつつコンパクトな構成にすることができる演算装置の冷却構造を提供する。【解決手段】箱状の筐体２０と、筐体２０内に配置され、電気素子１０が実装された少なくとも一対の実装基板４０，５０と、冷却媒体が流通する流通経路３３を有する冷却体３０と、を備え、各実装基板４０，５０は両面実装型の基板であり、冷却体３０側に面する第１実装面４１，５１に実装された第１発熱素子は、冷却体３０に熱的に接続されており、冷却体３０とは反対側に位置する第２実装面４２，５２に実装された第２発熱素子は、筐体に熱的に接続されている。【選択図】図４

Description

ここに開示された技術は、移動体用演算装置の冷却構造に関する技術分野に属する。

近年では、自動車や鉄道車両などの移動体に備えられたアクチュエータのほぼ全てが電子制御されるようになっている。電子制御を行うための演算装置は、例えば、半導体素子により構成される。このような電子素子は、一般に熱に弱いため、適切に冷却する必要がある。コンピュータの分野では、電子素子を有する演算装置の冷却構造が提案されている。

例えば特許文献１には、電子部品が実装された一対の電子カード（実装基板）と、自律液体冷却デバイス（冷却体）とを有し、一対の電子カードで自律液体冷却デバイスを挟んでサンドイッチ構造体を形成し、該サンドイッチ構造体を筐体内に収容する冷却構造が開示されている。

また、特許文献１の冷却構造では、サンドイッチ構造体を放熱板で覆ったものをハウジングに収容する構成となっている。

特表２０１７−５０２３８２号公報

特許文献１に記載の冷却構造のように、サンドイッチ構造体を放熱板で覆った構成とすると、実装基板の積層方向の厚みが大きくなってしまう。特に、特許文献１のように積層基板を並列に並べる構成の場合には、厚みが増して、筐体全体が大きくなってしまう。

移動体では、演算装置以外にも該演算装置により作動制御されるデバイスが複数配置されるため、演算装置の筐体の大きさは出来る限りコンパクトにしたいという要求がある。

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこは、冷却効率を維持しつつコンパクトな構成にすることができる演算装置の冷却構造を提供することにある。

前記課題を解決するために、ここに開示された技術では、移動体用演算装置の冷却構造を対象として、箱状の筐体と、前記筐体内に配置され、発熱素子が実装された少なくとも一対の実装基板と、前記筐体内に固定され、冷却媒体が流通する流通経路を有する冷却体と、を備え、前記各実装基板は、前記冷却体を挟むようにそれぞれ配置されており、前記各実装基板はまた、前記冷却体側に面する第１実装面と、該第１実装面と対向しかつ前記冷却体とは反対側に位置する第２実装面との両方に前記発熱素子を実装可能な両面実装型の基板であり、前記第１実装面に実装された第１発熱素子の少なくとも一部は、前記冷却体に熱的に接続されており、前記第２実装面に実装された第２発熱素子の少なくとも一部は、前記筐体に熱的に接続されている、という構成とした。

この構成によると、第１実装面に実装された第１発熱素子は冷却体により冷却され、第２実装面に実装された第２発熱素子は筐体を介した放熱により冷却される。また、冷却体及び筐体と接続されるため、演算装置における実装基板の積層方向の大きさを出来る限り小さくすることができ、コンパクトな構成にすることができる。

前記移動体用演算装置の冷却構造の一実施形態では、前記冷却体は、互いに対向しかつ互いに平行に広がりかつ前記第１発熱素子が熱的に接続される少なくとも一対の冷却面を有する形状をなし、前記筐体は、前記少なくとも一対の冷却面とそれぞれ平行になるように対向しかつ前記第２発熱素子が熱的に接続される少なくとも２つの接続面を有する形状をなし、前記各実装基板の前記各第１実装面は、対向する前記冷却面と平行であり、前記各実装基板の前記各第２実装面は、対向する前記接続面と平行である。

この構成によると、冷却面、接続面、第１実装面、及び第２実装面がそれぞれ平行に配置されているため、演算装置における実装基板の積層方向の大きさを小さくすることができる。これにより、冷却構造をよりコンパクトな構成にすることができる。

前記移動体用演算装置の冷却構造の他の実施形態では、前記冷却体は、互いに対向しかつ互いに平行に広がりかつ前記第１発熱素子を熱的に接続可能な少なくとも二対の冷却面を有する四角柱形状をなし、前記筐体は、前記各冷却面とそれぞれ平行になるように対向しかつ前記第２発熱素子を熱的に接続可能な接続面を有し、前記各実装基板の前記各第１実装面は、対向する前記冷却面とそれぞれ平行であり、前記各実装基板の前記各第２実装面は、対向する前記接続面とそれぞれ平行である。

この構成によると、四角柱形状の冷却体の周面にそれぞれ実装基板を熱的に接続させることができ、複数の実装基板を集約的に配置させることができる。これにより、冷却構造をよりコンパクトな構成にすることができる。

前記移動体用演算装置において、前記各実装基板には、前記第１実装面に実装されかつ面直方向の突出量が前記第１発熱素子よりも大きい突出部品が実装されており、前記各実装基板の前記各第１実装面は、前記第１発熱素子が集約的に配置された第１領域と、前記突出部品が集約的に配置された第２領域とを有し、前記冷却体は、該冷却体側から見て、前記各実装基板の前記各第１領域がそれぞれ覆われるように構成されている、という構成でもよい。

この構成によると、冷却体を突出部品が集約的に配置される第２領域を避けて配置することができる。これにより、実装基板の積層方向と直交する方向（実装基板の面直方向と直交する方向）から見たときに、突出部品と冷却体とが重複することが許容される。この結果、演算装置における前記積層方向の大きさを小さくすることができる。したがって、冷却構造をよりコンパクトな構成にすることができる。

前記移動体用演算装置の冷却構造の他の態様では、箱状の筐体と、前記筐体内に配置され、発熱素子が実装された複数の実装基板と、前記筐体内に固定され、冷却媒体が流通する流通経路を有する冷却体と、を備え、前記冷却体は、平板部と、該平板部の幅方向の途中から該平板部と直交する方向に延びる２つの脚部とを有するπ型をなし、前記各実装基板は、前記冷却体側に面する第１実装面と、該第１実装面と対向しかつ前記冷却体とは反対側に位置する第２実装面との両方に前記発熱素子を実装可能な両面実装型の基板であり、前記複数の実装基板のうちの一部の実装基板における第２実装面は、前記筐体の内面と対向しており、前記各実装基板の前記第１実装面に実装された第１発熱素子の少なくとも一部は、前記冷却体に熱的に接続されており、前記筐体の内面と対向した前記第２実装面に実装された第２発熱素子の少なくとも一部は、前記筐体に熱的に接続されている。

この構成でも、冷却体が複数の冷却面を形成することができるため、実装基板を集約的に配置することができる。したがって、冷却構造をよりコンパクトな構成にすることができる。

以上説明したように、ここに開示された技術によると、筐体を利用して冷却することができるため、冷却効率を維持しつつコンパクトな構成にすることができる

例示的な実施形態１に係る冷却構造を有する演算装置が搭載された自動車を示す概略図である。 演算装置の斜視図である。 演算装置の分解斜視図である。 図２におけるIV-IV線で切断した断面図である。 図２におけるV-V線で切断した断面図である。 筐体の内部において冷却体側から上側部材を見た平面図である。 実施形態２に係る演算装置の斜視図である。 実施形態２に係る演算装置の分解斜視図である。 図７におけるIX-IX線で切断した断面図である。 収容部内を上側からみた平面図である。 実施形態３に係る演算装置の斜視図である。 図１１のXII-XII線で切断した断面図である。

以下、例示的な実施形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る演算装置が搭載された自動車１を示す。この自動車１は、不図示の駆動装置（エンジンやモータ）が車両前側に搭載されたＦＦ式又はＦＲ式の自動車である。自動車１は演算装置１００を備える。演算装置１００は、コンピュータハードウェアであって、具体的には、ＣＰＵを有するプロセッサ、複数のモジュールが格納されたメモリ等を有している。演算装置１００は、モジュールを構成する複数の電気素子１０（図３等参照）が搭載されている。複数の電気素子１０は、自動車１の自動運転を可能にするためのプログラムが記録された特定集積回路１１を含む。この自動運転用の特定集積回路１１は、人工知能(Artificial Intelligence:ＡＩ)が搭載されていてもよい。電気素子１０は、発熱素子の一例である。

自動車１は、演算装置１００に供給する電力が蓄積されたバッテリ４を有する。バッテリ４は電源ライン５により、演算装置１００と電気的に接続されている。

自動車１には、該自動車１に搭載されたデバイスに冷却水を供給するためのウォータポンプ２が設けられている。ウォータポンプ２は、例えば、前記駆動装置に冷却水を供給するウォータポンプである。ウォータポンプ２は、流水管３を介して演算装置１００の冷却体３０（図３等参照）と接続されている。つまり、演算装置１００は、ウォータポンプ２から供給される冷却水により冷却されるようになっている。演算装置１００の冷却構造については後述する。

図２〜図６は、演算装置１００のハード構成を概略的に示す。以下の実施形態１に関する説明では、上、下、右、左、前、及び後は、図２に示す矢印に従う。これは、演算装置１００が実際に自動車１に搭載された状態での方向を限定するものではない。

図２及び図３に示すように、演算装置１００は筐体２０を有する。筐体２０は、アルミニウム製の箱体であって、外観が直方体形状をなす。筐体２０は、複数の部材（ここでは２つの部材）で構成されている。筐体２０は、有底の角筒状をなしかつ相対的に上側に位置する部材（以下、上側部材２１という）と、有底の角筒状をなしかつ相対的に下側に位置する部材（以下、下側部材２２という）とを有する。上側部材２１及び下側部材２２は、互いに分離可能に構成されている。上側部材２１と下側部材２２とは締結部材２４により互いに固定されている。具体的には、上側部材２１の下側端縁には上側フランジ２１ａが形成される一方、下側部材２２の上側端縁には下側フランジ２２ａが形成されており、各フランジ２１ａ，２２ａには、締結部材２４が取り付けられる固定部２４ａがそれぞれ設けられている。上側部材２１と下側部材２２とは、上側フランジ２１ａと下側フランジ２２ａとが上下に重ね合わされた状態で、固定部２４ａに締結部材２４を取り付けることにより互いに固定されている。

筐体２０の右側壁部２０ａにおいて、上側部材２１は上側に向かって凹む凹部２１ｂを有する一方で、下側部材２２は上側に向かって突出する突出部２２ｂを有する。図２に示すように、突出部２２ｂは凹部２１ｂに嵌まり込む。突出部２２ｂが凹部２１ｂに嵌まり込んだときには、それぞれの固定部２４ａが上下に合わされるようになっている。つまり、凹部２１ｂ及び突出部２２ｂはガイドの役割を果たしている。

筐体２０の前側壁部２０ｂにおいて、上側部材２１及び下側部材２２は、矩形状の上側孔部２１ｃ及び下側孔部２２ｃをそれぞれ有する。この上側孔部２１ｃ及び下側孔部２２ｃは、それぞれ、電源ライン５と接続される後述の電源コネクタ６０が挿通する孔部である。

図４及び図５に示すように、上側部材２１の下側縁部における凹部２１ｂを除く部分、及び下側部材２２の上側縁部における突出部２２ｂを除く部分には、溝がそれぞれ設けられている。この溝には、防水シール２５が配置される。

突出部２２ｂは、複数の貫通孔を有する。具体的には、突出部２２ｂは、相対的に大径な２つの大径孔２２ｆと、相対的に小径な３つの小径孔２２ｇとを有する。大径孔２２ｆと小径孔２２ｇとは、突出部２２ｂの長手方向（ここでは左右方向）に交互に並んでいる。２つの大径孔２２ｆは、冷却体３０の後述する水路用コネクタ３４が挿通される孔である。３つの小径孔２２ｇは、突出部２２ｂに冷却体３０を取り付けるためのネジ２６が通る孔である。

筐体２０の内部には、図３〜図５に示すように、それぞれ複数の電気素子１０が実装された、上側実装基板４０及び下側実装基板５０から成る一対の実装基板と、上側及び下側実装基板４０，５０に上下方向に挟まれるように配置された冷却体３０とが収容されている。電気素子１０は発熱素子の一例である。

冷却体３０は、アルミニウム合金で構成された平板状の本体部３１を有する。本体部３１は、筐体２０の内部における上下方向の中央部において、前後方向及び左右方向に広がるように配置されている。冷却体３０は、冷却水が流通する流通経路３２を有する。流通経路３２は、冷却体３０内に形成されたＵ字状の内部経路３３と、内部経路３３の２つの開口にそれぞれ接続され、流水管３と接続される２つの水路用コネクタ３４とを有する。２つの水路用コネクタ３４のうち一方は冷却水の流入部となっており、他方は内部経路３３を流通した後の冷却水の流出部となっている。

本体部３１の上側面及び下側面は、特定集積回路１１を冷却するための冷却面３１ａとなっている。上下の冷却面３１ａは、互いに対向しかつ互いに平行に広がっている。上側の冷却面３１ａは、上側部材２１の上側面（後述の上側接続面２１ｅ）平行に広がっており、下側の冷却面３１ａは、下側部材２２の上側面（後述の下側接続面２２ｅ）平行に広がっている。

図５に示すように、各水路用コネクタ３４は、細長い金属管でそれぞれ構成されている。水路用コネクタ３４は、一端部が内部経路３３に差し込まれている。各水路用コネクタ３４は、本体部３１にロウ付けにより接合されている。

冷却体３０は、各水路用コネクタ３４を大径孔２２ｆに挿通させた後、突出部２２ｂにネジ２６により固定される。これにより、冷却体３０は、筐体２０に固定支持される。

図４に示すように、上側実装基板４０は、冷却体３０により区分された二室のうち上側の室に配設されている、上側実装基板４０は、特定集積回路１１を含む複数の電気素子１０が実装されている。上側実装基板４０は、冷却体３０側に面する第１上側実装面４１と、該第１上側実装面４１と対向しかつ冷却体３０とは反対側に位置する第２上側実装面４２とを有する。つまり、上側実装基板４０は、両面実装型の実装基板である。図４及び図５に示すように、第１上側実装面４１は、冷却体３０の冷却面３１ａと平行に広がっており、第２上側実装面４２は上側部材２１の上側面（後述の上側接続面２１ｅ）と平行に広がっている。

第１上側実装面４１は、特定集積回路１１と、第１上側実装面４１の面直方向の突出量が特定集積回路１１よりもコンデンサ１４とが実装される実装面である。第１上側実装面４１は、図６に示すように、特定集積回路１１が集約的に実装された特定領域４５と、コンデンサ１４が集約的に実装された突出領域４６とを有する。突出領域４６は、特定領域４５の前側に設けられている。特定集積回路１１は第１発熱素子に相当し、コンデンサ１４は突出部品に相当する。また、特定領域４５は第１領域に相当し、突出領域４６は第２領域に相当する。

図６に示すように、冷却体３０の本体部３１は、冷却体側（ここでは下側）から見て、上側実装基板４０の特定領域４５が覆われる一方で、突出領域４６が覆われないように配置されている。これにより、突出領域４６と冷却体３０とが干渉しなくなって、冷却体３０の冷却面３１ａと特定集積回路１１との距離を出来る限り近くすることができる。

第１上側実装面４１において、各特定集積回路１１は、冷却体３０の内部経路３３に対応する位置にそれぞれ配置されている。すなわち、各特定集積回路１１は、内部経路３３に沿ってそれぞれ配置されている。各特定集積回路１１は、伝熱シート１２を介して冷却体３０の冷却面３１ａと熱的に接続されている。

第２上側実装面４２は、各電気素子１０のうち特定集積回路１１以外の電気素子、詳しくは、特定集積回路１１よりも単位時間当たりの発熱量が小さい低発熱素子１５（抵抗や特定集積回路１１以外の集積回路など）が実装される実装面である。第２上側実装面４２に実装された電気素子１０のうち集積回路は、筐体２０の上側部材２１における上側面と伝熱シート１６を介して熱的に接続されている。ここから、筐体２０の上側部材２１における上側面は、第２上側実装面４２に実装された電気素子１０が熱的に接続される上側接続面２１ｅを構成する。また、低発熱素子１５は第２発熱素子に相当する。

第２上側実装面４２には、電源コネクタ６０の配線６１が実装されている。電源コネクタ６０は、実際に電源ライン５と接続される電源端子６２を有する。電源端子６２は、上側実装基板４０に対して固定される。

図６に示すように、上側実装基板４０は、ネジ４３により筐体２０の上側部材２１に取り外し可能に取り付けられている。具体的には、上側部材２１の内部において、四隅のコーナー部には、ボス部２１ｄがそれぞれ設けられ、上側実装基板４０の四隅のコーナー部には、厚み方向（ここでは上下方向）に貫通する貫通孔４４（図３参照）がそれぞれ設けられている。各ボス部２１ｄの孔と各貫通孔４４とが上下方向に連通した状態で、ネジ４３が貫通孔４４を通ってボス部２１ｄとそれぞれ締結されることで、上側実装基板４０が上側部材２１に取り付けられる。上側実装基板４０と上側部材２１との固定位置は、ネジ４３の軸方向（ここでは上下方向）から見て、冷却体３０と重複しない位置となっている。

図４に示すように、下側実装基板５０は、配置される電気素子１０が上側実装基板４０と若干異なるだけで、基本的には上側実装基板４０と上下対称な構造をしている。具体的には、下側実装基板５０は、冷却体３０により区分された二室のうち下側の室に配設されている、下側実装基板５０は、冷却体３０側に面する第１下側実装面５１と、該第１下側実装面５１と対向しかつ冷却体３０とは反対側に位置する第２下側実装面５２とを有する。つまり、下側実装基板５０も、両面実装型の実装基板である。図４及び図５に示すように、第１下側実装面５１は、冷却体３０の冷却面３１ａと平行に広がっており、第２下側実装面５２は下側部材２２の上側面（後述の下側接続面２２ｅ）と平行に広がっている。

第１下側実装面５１は、特定集積回路１１が実装される実装面である。第１下側実装面５１は、図３に示すように、特定集積回路１１が集約的に実装された特定領域５５と、コンデンサ１４が集約的に実装された突出領域５６とを有する。突出領域５６は、特定領域５５の前側に設けられている。

図示は省略するが、冷却体３０の本体部３１は、冷却体側（ここでは下側）から見て、上側実装基板４０の特定領域４５が覆われる一方で、突出領域４６が覆われないように配置されている。これにより、突出領域４６と冷却体３０とが干渉しなくなって、冷却体３０の冷却面３１ａと特定集積回路１１との距離を出来る限り近くすることができる。

第１下側実装面５１においても、各特定集積回路１１は、冷却体３０の内部経路３３に対応する位置にそれぞれ配置されている。各特定集積回路１１は、伝熱シート１２を介して冷却体３０の冷却面３１ａと熱的に接続されている。

第２下側実装面５２は、各電気素子１０のうち低発熱素子１５が実装される実装面である。第２下側実装面５２に実装された電気素子１０のうち集積回路は、筐体２０の下側部材２２における下側面と伝熱シート１６を介して熱的に接続されている。ここから、筐体２０の下側部材２２における下側面は、第２下側実装面５２に実装された電気素子１０が熱的に接続される下側接続面２２ｅを構成する。

第２下側実装面５２には、電源コネクタ６０の配線６１が実装されている。電源コネクタ６０の構成は上側実装基板４０に取付固定されるものと同じであるため、詳細な説明は省略する。下側の電源コネクタ６０の電源端子６２も、下側実装基板５０に対して固定されている。

図３に示すように、下側実装基板５０は、ネジ５３により筐体２０の下側部材２２に取り外し可能に取り付けられている。具体的には、下側部材２２の内部において、四隅のコーナー部には、ボス部２２ｄ（図３で１つだけ示している）がそれぞれ設けられ、下側実装基板５０の四隅のコーナー部には、厚み方向（ここでは上下方向）に貫通する貫通孔５４（図３参照）がそれぞれ設けられている。各ボス部２２ｄの孔と各貫通孔５４とが上下方向に連通した状態で、ネジ５３が貫通孔５４を通ってボス部２２ｄとそれぞれ締結されることで、下側実装基板５０が下側部材２２に取り付けられる。下側実装基板５０と下側部材２２との固定位置も、ネジ５３の軸方向（ここでは上下方向）から見て、冷却体３０と重複しない位置となっている。

図３及び図５に示すように、上側実装基板４０の第１上側実装面４１と下側実装基板５０の第１下側実装面５１とは、通電コネクタ１３により接続されている。この通電コネクタ１３により、第１上側実装面４１に実装された特定集積回路１１と、第１下側実装面５１に実装された特定集積回路１１とが電気的に接続される。これにより、上側の特定集積回路１１と下側の特定集積回路１１との間の通信が可能となる。

本実施形態１のように、第１上側実装面４１及び第１下側実装面５１に実装された特定集積回路１１が冷却体３０の冷却面３１ａに熱的に接続され、第２上側実装面４２及び第２下側実装面５２に実装された集積回路が筐体２０に熱的に接続されていれば、第１上側実装面４１及び第１下側実装面５１に実装された特定集積回路１１は冷却体３０により冷却され、第２上側実装面４２及び第２下側実装面５２に実装された集積回路は筐体２０を介した放熱により冷却される。これにより、各実装基板４０，５０と冷却体３０とを積層させたとしても、演算装置１００における実装基板４０，５０の積層方向の大きさを出来る限り小さくすることができ、コンパクトな構成にすることができる。

また、本実施形態１において、冷却体３０は、互いに対向しかつ互いに平行に広がりかつ特定集積回路１１が熱的に接続される一対の冷却面３１ａを有する形状をなし、筐体２０は、一対の冷却面３１ａとそれぞれ平行になるように対向しかつ集積回路が熱的に接続される上側接続面２１ｅ及び下側接続面２２ｅを有する形状をなし、上側及び下側実装基板４０，５０の上側及び下側第１実装面４１，５１は、対向する冷却面３１ａとそれぞれ平行であり、上側及び下側実装基板４０，５０の上側及び下側第２実装面４２，５２は、対向する各接続面２１ｅ，２２ｅとそれぞれ平行である。これにより、冷却面３１ａ、接続面２１ｅ，２２ｅ、上側及び下側第１実装面４１，５１、並びに、上側及び下側第２実装面４２，５２がそれぞれ平行に配置されているため、演算装置１００における各実装基板４０，５０の積層方向の大きさを小さくすることができる。これにより、よりコンパクトな冷却構造にすることができる。

また、本実施形態１において、各実装基板４０，５０には、上側及び下側第１実装面４１，５１に実装されかつ面直方向の突出量が特定集積回路１１よりも大きいコンデンサ１４が実装されており、上側及び下側実装基板４０，５０の上側及び下側第１実装面４１，５１は、特定集積回路１１が集約的に配置された特定領域４５，５５と、コンデンサ１４が集約的に配置された突出領域４６，５６とを有し、冷却体３０は、該冷却体３０側から見て、上側及び下側実装基板４０，５０の特定領域４５，５５がそれぞれ覆われるように構成されている。これにより、突出領域４６，５６を避けて冷却体３０を配置することができる。この結果、演算装置１００における積層方向の大きさを小さくすることができる。したがって、よりコンパクトな冷却構造にすることができる。

（実施形態２）
以下、実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において前記実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態２は、演算装置２００のハード構成が前記実施形態１とは異なる。図７〜図１０は、演算装置２００のハード構成を概略的に示す。以下の実施形態２に関する説明では、上、下、右、左、前、及び後は、図７に示す矢印に従う。

図７に示すように、演算装置２００は筐体２２０を有する。筐体２２０は、アルミニウム製の箱体であって、外観が直方体形状をなす。筐体２２０は、複数の部材（ここでは２つの部材）で構成されている。筐体２０は、箱状をなしかつ内部に後述の実装基板が収容される収容部２２１と、収容部２２１内を塞ぐ蓋部２２２と有する。収容部２２１及び蓋部２２２は、互いに分離可能に構成されている。収容部２２１と蓋部２２２とは締結部材２２４により互いに固定されている。具体的には、収容部２２１の上側端部及び蓋部２２２の周縁部には、締結部材２２４が取り付けられる固定部２２４ａがそれぞれ設けられている。収容部２２１と蓋部２２２とは、各固定部２２４ａが上下に重ね合わされて、該固定部２２４ａに締結部材２２４を取り付けることにより互いに固定されている。

収容部２２１の右側壁部は、下側に向かって凹む凹部２２１ａを有する一方で、蓋部２２２は右側端部に向かって延びかつ凹部２２１ａに嵌合する嵌合部２２２ａを有する。嵌合部２２２ａが凹部２１ｂに嵌まり込んだときには、それぞれの固定部２２４ａが上下に合わされるようになっている。つまり、凹部２２１ａ及び嵌合部２２２ａはガイドの役割を果たしている。

収容部２２１の左側壁部には、電源ライン５と接続される後述の電源コネクタ６０が挿通する孔部が設けられている。

図９に示すように、収容部２２１の凹部２２１ａを除く部分、及び蓋部２２２の嵌合部２２２ａを除く部分には、溝がそれぞれ設けられている。この溝には、防水シールが配置される。

嵌合部２２２ａは、複数の貫通孔を有する。具体的には、嵌合部２２２ａは、相対的に大径な２つの大径孔２２２ｂと、相対的に小径な４つの小径孔２２２ｃとを有する。２つの大径孔２２２ｂは、冷却体２３０の後述する水路用コネクタ３４が挿通される孔である。４つの小径孔２２２ｃは、蓋部２２２に冷却体２３０を取り付けるためのネジ２６が通る孔である。

蓋部２２２は、上側部分にも４つの小径孔２２２ｄを有する。各小径孔２２２ｄは、冷却体２３０を蓋部２２２に取り付けるためのネジ２６が通る孔である。

筐体２２０の内部には、図８〜図１０に示すように、それぞれ複数の電気素子１０が実装された、メインボード２４０及びドーターボード２５０と、メインボード２４０とドーターボード２５０とにより囲まれるように配置された冷却体２３０とが収容されている。

冷却体２３０は、アルミニウム合金で構成された直方体状の本体部２３１を有する。冷却体２３０は、冷却水が流通する流通経路２３２を有する。流通経路２３２は、冷却体２３０内に形成されたＵ字状の内部経路２３３と、内部経路２３３の２つの開口にそれぞれ接続され、流水管３と接続される２つの水路用コネクタ３４とを有する。２つの水路用コネクタ３４のうち下側の水路用コネクタ３４は冷却水の流入部となっており、上側の水路用コネクタ３４は内部経路３３を流通した後の冷却水の流出部となっている。

本体部２３１の上下に対向する２面及び前後に対向する面は、冷却面２３１ａとなっている。つまり、本体部２３１は、互いに対向しかつ互いに平行に広がる二対の冷却面２３１ａを有する。前側、後側、及び下側の冷却面２３１ａは、収容部２２１の内部の前側、後側、及び下側の内面（後述の接続面２２０ａ）と平行に広がっている。上側の冷却面２３１ａは、蓋部２２２の下側面と平行に広がっている。

各水路用コネクタ３４は、細長い金属管でそれぞれ構成されている。水路用コネクタ３４は、一端部が内部経路２３３に差し込まれている。各水路用コネクタ３４は、本体部２３１にロウ付けにより接合されている。

冷却体３０は、各水路用コネクタ３４を大径孔２２２ｂに挿通させた後、蓋部２２２にネジ２６により固定される。これにより、冷却体２３０は、筐体２２０に固定支持される。

図９に示すように、メインボード２４０は、特定集積回路１１を含む複数の電気素子１０が実装されている。メインボード２４０は、冷却体２３０側に面する第１メイン実装面２４１と、該第１メイン実装面２４１と対向しかつ冷却体２３０とは反対側に位置する第２メイン実装面２４２とを有する。つまり、メインボード２４０は、両面実装型の実装基板である。図９に示すように、第１メイン実装面２４１は、冷却体２３０の冷却面２３１ａと平行に広がっており、第２メイン実装面２４２は収容部２２１の下側の内面（後述の接続面２２０ａ）と平行に広がっている。

第１メイン実装面２４１は、特定集積回路１１と、第１メイン実装面２４１の面直方向の突出量が特定集積回路１１よりもコンデンサ１４とが実装される実装面である。第１メイン実装面２４１は、図１０に示すように、特定集積回路１１が集約的に実装された特定領域２４５と、コンデンサ１４が集約的に実装された突出領域２４６とを有する。突出領域２４６は、特定領域２４５の前側に設けられている。

図１０に示すように、冷却体２３０の本体部２３１は、冷却体側（ここでは上側）から見て、メインボード２４０の特定領域２４５が覆われる一方で、突出領域２４６が覆われないように配置されている。これにより、突出領域２４６と冷却体２３０とが干渉しなくなって、冷却体２３０の冷却面２３１ａと特定集積回路１１との距離を出来る限り近くすることができる。

第１メイン実装面２４１において、各特定集積回路１１は、冷却体２３０の内部経路２３３に対応する位置にそれぞれ配置されている。すなわち、各特定集積回路１１は、内部経路２３３に沿ってそれぞれ配置されている。各特定集積回路１１は、伝熱シート１２を介して冷却体２３０の冷却面２３１ａと熱的に接続されている。

第１メイン実装面２４１には、電源コネクタ６０が実装されている。電源コネクタ６０は、メインボード２４０に対して固定されている。

第２メイン実装面２４２は、各電気素子１０のうち特定集積回路１１以外の電気素子、詳しくは、特定集積回路１１よりも単位時間当たりの発熱量が小さい低発熱素子１５（抵抗など）が実装される実装面である。第２メイン実装面２４２に実装された電気素子１０のうち集積回路は、収容部２２１における下側面と伝熱シート１６を介して熱的に接続されている。ここから、収容部２２１における下側の内面は、第２メイン実装面２４２に実装された電気素子１０が熱的に接続される接続面２２０ａを構成する。

図６に示すように、メインボード２４０は、ネジ４３により収容部２２１に取り外し可能に取り付けられている。具体的には、収容部２２１の内部において、四隅のコーナー部には、ボス部２２１ｃがそれぞれ設けられ、メインボード２４０の四隅のコーナー部には、厚み方向（ここでは上下方向）に貫通する貫通孔２４４（図８参照）がそれぞれ設けられている。各ボス部２２１ｃの孔と各貫通孔２４４とが上下方向に連通した状態で、ネジ４３が貫通孔２４４を通ってボス部２２１ｃとそれぞれ締結されることで、メインボード２４０が収容部２２１に取り付けられる。

メインボード２４０の第１メイン実装面２４１において、特定領域２４５と収容部２２１の前後の壁部との間には、左右方向に延びる一対のソケット２４７がそれぞれ設けられている。各ソケット２４７は、ドーターボード２５０がそれぞれ取付支持される。各ソケット２４７には、通電線が内蔵されており、各ソケット２４７は、メインボード２４０とソケット２４７に取り付けられたドーターボード２５０とを電気的に接続する。

ドーターボード２５０は、各ドーターボード２５０は、冷却体２３０側に面する第１サブ実装面２５１と、該第１サブ実装面２５１と対向しかつ冷却体３０とは反対側に位置する第２サブ実装面２５２と、を有する。つまり、各ドーターボード２５０も、それぞれ、両面実装型の実装基板である。図９に示すように、第１サブ実装面２５１は、冷却体２３０の冷却面２３１ａと平行に広がっており、第２サブ実装面２５２は収容部２２１の前後の内面と平行に広がっている。

図９及び図１０に示すように、第１サブ実装面２５１は、特定集積回路１１の演算処理を補助する補助集積回路２１７が実装される実装面である。第１サブ実装面２５１は、図示を省略するが、特定集積回路１１が集約的に実装された特定領域と、コンデンサ１４が集約的に実装された突出領域とを有する。突出領域は、特定領域の左側に設けられている。補助集積回路２１７は、伝熱シート１８を介して冷却面２３１ａと熱的に接続されている。補助集積回路２１７は、比較的発熱量の大きい電気素子であり、第１発熱素子に相当する。

図示は省略しているが、冷却体２３０の本体部２３１は、冷却体側（ここでは前側又は後側）から見て、ドーターボード２５０の前記特定領域が覆われる一方で、前記突出領域が覆われないように配置されている。

第２サブ実装面２５２は、各電気素子１０のうち低発熱素子１５が実装される実装面である。第２サブ実装面２５２に実装された電気素子１０のうち集積回路は、収容部２２１における前後の内面と伝熱シート１６を介して熱的に接続されている。ここから、収容部２２１の前後の内面は、第２サブ実装面２５２に実装された電気素子１０が熱的に接続される接続面２２０ａを構成する。

冷却体２３０の本体部２３１における上側の冷却面２３１ａは、蓋部２２２と伝熱シート２１２を介して熱的に接続されている。これにより、蓋部２２２を利用した放熱も可能となっている。

したがって、本実施形態２では、冷却体２３０は、互いに対向しかつ互いに平行に広がりかつ特定集積回路１１又は補助集積回路２１７を熱的に接続される可能な４つの冷却面２３１ａを有する直方体状をなし、筐体２２０は、各冷却面２３１ａとそれぞれ平行になるように対向しかつ低発熱素子１５を熱的に接続可能な４つ接続面２２０ａを有する形状をなす。これにより、本実施形態２のように３つ以上の（ここでは、最大で５つの）実装基板を集約的に配置することができる。これにより、３つ以上の基板を配置する場合であっても、コンパクトな冷却構造とすることができる。

（実施形態３）
以下、実施形態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において前記実施形態１及び２と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態３は、演算装置３００のハード構成が前記実施形態１及び２とは異なる。図１１及び図１２は、演算装置３００のハード構成を概略的に示す。以下の実施形態３に関する説明では、上、下、右、左、前、及び後は、図１１に示す矢印に従う。

図１１に示すように、本実施形態３において、筐体３２０の構成は、基本的には前述の実施形態２と同じである。一方で、実施形態３では、蓋部３２２の嵌合部３２２ａに、大径孔が４つ設けられ、小径孔が５つ設けられる点で前述の実施形態２とは異なる。大径孔には冷却体３３０の水路用コネクタ３４がそれぞれ挿入される。

図１２に示すように、収容部３２１の内部には、それぞれ複数の電気素子１０が実装された、メインボード３４０及びドーターボード３５０と、メインボード３４０とドーターボード３５０とにより囲まれるように配置された冷却体３３０とが収容されている。

冷却体３３０はπ型をなしている。具体的には、冷却体３３０は、蓋部３２２にそって広がる平板部３３１と、平板部３３１の前後方向の途中から該平板部３３１と直交するように下側に向かって延びる２本の脚部３３２とを有する。平板部３３１及び脚部３３２は、それぞれアルミニウム合金で構成されている。

冷却体３３０は、冷却水が流通する流通経路３３３を有する。流通経路３３３は、冷却体３３０の脚部３３２内にそれぞれ形成されたＵ字状の内部経路３３４と、内部経路３３４の２つの開口にそれぞれ接続され、流水管３と接続される２つの水路用コネクタ３４とを有する。４つの水路用コネクタ３４のうち下側の２つの水路用コネクタ３４は冷却水の流入部となっており、上側の２つの水路用コネクタ３４は内部経路３３４を流通した後の冷却水の流出部となっている。

各脚部３３２の周面及び平板部３３１の上下に対向する２面は、それぞれ冷却面３３０ａとなっている。つまり、脚部３３２の冷却面３３０ａは、収容部３２１の内面（後述の接続面３２０ａ）と平行に広がっている。平板部３３１の冷却面３３０ａは、蓋部３２２の下側面と平行に広がっている。

図１２に示すように、メインボード３４０は、特定集積回路１１を含む複数の電気素子１０が実装されている。メインボード３４０は、冷却体３３０側に面する第１メイン実装面３４１と、該第１メイン実装面３４１と対向しかつ冷却体３３０とは反対側に位置する第２メイン実装面３４２とを有する。つまり、メインボード３４０は、両面実装型の実装基板である。図１２に示すように、第１メイン実装面３４１は、脚部３３２の下側端の冷却面３３０ａと平行に広がっており、第２メイン実装面３４２は収容部３２１の下側の内面と平行に広がっている。

第１メイン実装面３４１は、特定集積回路１１が実装される実装面である。各特定集積回路１１は、伝熱シート１２を介して脚部３３２の冷却面３３０ａと熱的に接続されている。

図示は省略しているが、第１メイン実装面３４１には、電源コネクタが実装されている。電源コネクタは、メインボード３４０に対して固定されている。

第２メイン実装面３４２は、各電気素子１０のうち特定集積回路１１以外の電気素子、詳しくは、特定集積回路１１よりも単位時間当たりの発熱量が小さい低発熱素子１５（抵抗など）が実装される実装面である。第２メイン実装面３４２に実装された電気素子１０のうち集積回路は、収容部３２１における下側面と伝熱シート１６を介して熱的に接続されている。ここから、収容部３２１における下側の内面は、第２メイン実装面３４２に実装された電気素子１０が熱的に接続される接続面３２０ａを構成する。

メインボード３４０の第１メイン実装面３４１において、脚部３３２の前後に位置する部分には、左右方向に延びる４つのソケット３４７がそれぞれ設けられている。各ソケット３４７は、ドーターボード３５０がそれぞれ取付支持される。各ソケット３４７には、通電線が内蔵されており、各ソケット３４７は、メインボード３４０とソケット３４７に取り付けられたドーターボード３５０とを電気的に接続する。

ドーターボード３５０は、各ドーターボード３５０は、冷却体３３０側に面する第１サブ実装面２５１と、該第１サブ実装面３５１と対向しかつ冷却体３３０とは反対側に位置する第２サブ実装面３５２と、を有する。つまり、各ドーターボード３５０も、それぞれ、両面実装型の実装基板である。

図１２に示すように、第１サブ実装面３５１は、特定集積回路１１の演算処理を補助する補助集積回路３１７が実装される実装面である。補助集積回路３１７は、伝熱シート３１８を介して冷却面３３０ａと熱的に接続されている。補助集積回路３１７は、比較的発熱量の大きい電気素子であり、第１発熱素子に相当する。

第２サブ実装面３５２は、各電気素子１０のうち低発熱素子１５が実装される実装面である。前側の脚部３３２の前側に配置されたドーターボード３５０における第２サブ実装面３５２、及び後側の脚部３３２の後側に配置されたドーターボード３５０における第２サブ実装面３５２は、収容部３２１の前側及び後側の内面と対向している。該収容部３２１の内面と対向する第２サブ実装面３５２に実装された電気素子１０のうち集積回路は、収容部３２１における前後の内面と伝熱シート１６を介して熱的に接続されている。ここから、収容部３２１の前後の内面は、第２サブ実装面３５２に実装された電気素子１０が熱的に接続される接続面３２０ａを構成する。

冷却体３３０の平板部３３１における上側の冷却面３３０ａは、蓋部３２２と伝熱シート３１２を介して熱的に接続されている。これにより、蓋部３２２を利用した放熱も可能となっている。

したがって、本実施形態３では、冷却体３３０は、平板部３３１と、該平板部３３１の幅方向の途中から該平板部３３１と直交する方向に延びる２つの脚部３３２とを有するπ型をなしている。この構成であっても、複数の実装基板を集約的に配置することができる。この結果、よりコンパクトな冷却構造にすることができる。

ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、前述の実施形態１では、冷却体３０の内部経路３３はＵ字状をなしていた。これに限らず、内部経路３３が冷却体３０全体を蛇行する形状であってもよい。このときには、特定集積回路１１を内部経路３３の蛇行形状に沿うように配置することが好ましい。

また、前述の実施形態１〜３では、駆動装置に冷却水を供給するウォータポンプ２を利用して、冷却水を流通経路３２に流通させていた。これに限らず、演算装置１００を冷却する冷却水を循環させる専用のウォータポンプを設けてもよい。

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、移動体用演算装置の冷却構造において、冷却効率を維持しつつコンパクトな構成にする際に有用である。

１ 自動車（移動体）
１０ 電気素子（発熱素子）
１１ 特定集積回路（第１発熱素子）
１４ コンデンサ（突出部品）
１５ 低発熱素子（第２発熱素子）
２０ 筐体
２１ｅ 上側接続面
２２ｅ 下側接続面
３０ 冷却体
３１ａ 冷却面
３２ 流通経路
４０ 上側実装基板
４１ 第１上側実装面（第１実装面）
４２ 第２上側実装面（第２実装面）
４５ 特定領域（第１領域）
４６ 突出領域（第２領域）
５０ 下側実装基板
５１ 第１下側実装面（第１実装面）
５２ 第２下側実装面（第２実装面）
５５ 特定領域（第１領域）
５６ 突出領域（第２領域）
１００ 演算装置
２００ 演算装置
２１７ 補助集積回路（第１発熱素子）
２２０ 筐体
２２０ａ 接続面
２３０ 冷却体
２３１ａ 冷却面
２３２ 流通経路
２４０ メインボード
２４１ 第１メイン実装面（第１実装面）
２４２ 第２メイン実装面（第２実装面）
２４５ 特定領域（第１領域）
２４６ 突出領域（第２領域）
２５０ ドーターボード
２５１ 第１サブ実装面（第１実装面）
２５２ 第２サブ実装面（第２実装面）
３００ 演算装置
３１７ 補助集積回路（第１発熱素子）
３２０ 筐体
３２０ａ 接続面
３３０ 冷却体
３３０ａ 冷却面
３３１ 平板部
３３２ 脚部
３３３ 流通経路
３４０ メインボード
３４１ 第１メイン実装面（第１実装面）
３４２ 第２メイン実装面（第２実装面）
３５０ ドーターボード
３５１ 第１サブ実装面（第１実装面）
３５２ 第２サブ実装面（第２実装面）

Claims (5)

1. 移動体用演算装置の冷却構造であって、
   箱状の筐体と、
   前記筐体内に配置され、発熱素子が実装された少なくとも一対の実装基板と、
   前記筐体内に固定され、冷却媒体が流通する流通経路を有する冷却体と、を備え、
   前記各実装基板は、前記冷却体を挟むようにそれぞれ配置されており、
   前記各実装基板はまた、前記冷却体側に面する第１実装面と、該第１実装面と対向しかつ前記冷却体とは反対側に位置する第２実装面との両方に前記発熱素子を実装可能な両面実装型の基板であり、
   前記第１実装面に実装された第１発熱素子の少なくとも一部は、前記冷却体に熱的に接続されており、
   前記第２実装面に実装された第２発熱素子少なくとも一部は、前記筐体に熱的に接続されていることを特徴とする移動体用演算装置の冷却構造。
2. 請求項１に記載の移動体用演算装置の冷却構造において
   前記冷却体は、互いに対向しかつ互いに平行に広がりかつ前記第１発熱素子が熱的に接続される少なくとも一対の冷却面を有する形状をなし、
   前記筐体は、前記少なくとも一対の冷却面とそれぞれ平行になるように対向しかつ前記第２発熱素子が熱的に接続される接続面を有する形状をなし、
   前記各実装基板の前記各第１実装面は、対向する前記冷却面とそれぞれ平行であり、
   前記各実装基板の前記各第２実装面は、対向する前記接続面とそれぞれ平行であることを特徴とする移動体用演算装置の冷却構造。
3. 請求項１に記載の移動体用演算装置の冷却構造において
   前記冷却体は、互いに対向しかつ互いに平行に広がりかつ前記第１発熱素子が熱的に接続可能な少なくとも二対の冷却面を有する四角柱形状をなし、
   前記筐体は、前記各冷却面とそれぞれ平行になるように対向しかつ前記第２発熱素子が熱的に接続可能な接続面を有し、
   前記各実装基板の前記各第１実装面は、対向する前記冷却面とそれぞれ平行であり、
   前記各実装基板の前記各第２実装面は、対向する前記接続面とそれぞれ平行であることを特徴とする移動体用演算装置の冷却構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の移動体用演算装置の冷却構造において、
   前記各実装基板には、前記第１実装面に実装されかつ面直方向の突出量が前記第１発熱素子よりも大きい突出部品が実装されており、
   前記各実装基板の前記各第１実装面は、前記第１発熱素子が集約的に配置された第１領域と、前記突出部品が集約的に配置された第２領域とを有し、
   前記冷却体は、該冷却体側から見て、前記各実装基板の前記各第１領域がそれぞれ覆われるように構成されていることを特徴とする移動体用演算装置の冷却構造。
5. 移動体用演算装置の冷却構造であって、
   箱状の筐体と、
   前記筐体内に配置され、発熱素子が実装された複数の実装基板と、
   前記筐体内に固定され、冷却媒体が流通する流通経路を有する冷却体と、を備え、
   前記冷却体は、平板部と、該平板部の幅方向の途中から該平板部と直交する方向に延びる２つの脚部とを有するπ型をなし、
   前記各実装基板は、前記冷却体側に面する第１実装面と、該第１実装面と対向しかつ前記冷却体とは反対側に位置する第２実装面との両方に前記発熱素子を実装可能な両面実装型の基板であり、
   前記複数の実装基板のうちの一部の実装基板における第２実装面は、前記筐体の内面と対向しており、
   前記各実装基板の前記第１実装面に実装された第１発熱素子の少なくとも一部は、前記冷却体に熱的に接続されており、
   前記筐体の内面と対向した前記第２実装面に実装された第２発熱素子の少なくとも一部は、前記筐体に熱的に接続されていることを特徴とする移動体用演算装置の冷却構造。

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