JP2025166320A - 電子機器の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で生産効率の優れた電子機器の冷却装置を提供する。【解決手段】液体冷媒の流路となる溝を有する冷却器と、一方の面が前記溝の開口端を覆うように前記冷却器に取り付けられるとともに、前記一方の面と反対側の面に電気部品を搭載する板状のベース部材と、前記冷却器と前記ベース部材の前記一方の面との間で、前記溝の前記開口端を囲むように設けられて前記液体冷媒を封止する接着シートを備えることにより、簡単な構成で生産効率の向上を図ることが出来る。【選択図】図１

Description

本開示は、電子機器の冷却装置に関する。

例えば自動車工業製品において、パワーモジュール、リアクトル、もしくはパワーモジュール・リアクトルといった発熱が大である電気部品の冷却に液体冷媒を用いる場合、電気部品直下に液体冷媒の流路を構成して冷却することが多い。そのような液体冷媒を用いる場合、自動車工業製品内部に液体冷媒が飛散しないよう流路を構成する部品間を封止する必要がある。

従来用いられる封止方法としては、例えばＦＩＰＧ（Formed In Place Gasket、液状ガスケット）、ゴムパッキン、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）といった方法が知られており、特許文献１ではゴム製のＯリング、ＦＩＰＧが用いられている。

特許第６２５２４５７号公報

流路を構成する部品間の封止方法としてＦＩＰＧを用いる場合、完全硬化までの時間が長いため、数時間は放置する必要があり生産効率が低下する。また、完全硬化前にＦＩＰＧが流路側にはみ出し垂れる恐れがある。この場合、垂れた封止材が異物として流路内に存在、もしくは循環し液体冷媒の流れを阻害することも懸念される。

ゴム製のパッキンを用いる場合、パッキンを所定量圧縮するために高い荷重が必要であり、例えばネジを用いる場合には多数のネジが必要であり構成が複雑となる。また、流路を構成する部品がアルミダイカスト鋳造製品である場合、ゴム製のパッキンが当接する箇所には厳しい鋳巣管理が必要である。更に、異物に関しても噛みこんだ場合ゴム製のパッキンでは異物を吸収できず、水路内部の冷却水が飛散する可能性があり厳しい管理が必要である。このように多数のネジの締結作業、並びに厳しい管理が必要なことから、ゴム製のパッキンを用いる場合においても生産効率は高くない。

摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）を用いる場合、封止時に必要な熱、応力によって、流路を構成する部品が変形する懸念がある。また、メンテナンス及びリサイクルを行う際は、流路を構成する部品を分解する必要があるが、摩擦攪拌接合での封止の場合、強力に接合されているため非破壊では分解できない。更に、摩擦攪拌接合を行うためには専用設備、及び適切な接合条件の構築が必要であり、初期投資及びラインのスペース効率を考えると採用は容易ではない。

本開示は上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で生産効率の優れた電子機器の冷却装置を提供することを目的とする。

本開示に係る電子機器の冷却装置は、
液体冷媒の流路となる溝を有する冷却器と、
一方の面が前記溝の開口端を覆うように前記冷却器に取り付けられるとともに、前記一方の面と反対側の面に電気部品を搭載する板状のベース部材と、
前記冷却器と前記ベース部材の前記一方の面との間で、前記溝の前記開口端を囲むように設けられて前記液体冷媒を封止する接着シートを備えたものである。

本開示に係る電子機器の冷却装置によれば、液体冷媒の封止に接着シートを用いることにより、簡単な構成で生産効率も優れたものとすることが出来る。

実施の形態１に係る電子機器の冷却装置の構成要素を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る電子機器の冷却装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態１に係る電子機器の冷却装置のＡ－Ａ線位置の断面を示す部分断面図である。 実施の形態１に係る電子機器の冷却装置のＣ－Ｃ線位置の断面を示す部分断面図である。 実施の形態１に係る電子機器の冷却装置のＢ－Ｂ線位置の断面を示す部分断面図である。 実施の形態１に係る接着シートのフィラーの概略を示す断面図である。 実施の形態２に係る電子機器の冷却装置の断面を示す部分断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る電子機器の冷却装置の各構成要素について、図面を参照して説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
図１は、自動車に搭載される電力変換装置の冷却装置を示す分解斜視図である。冷却装置１００は、ベース部材１、電気部品７、冷却器１０、及び接着シート２０を有している。

ベース部材１は貫通穴２が設けられた複数のフランジ３を有している。また、ベース部材１の中央部には突出部４が設けられている。７は電力変換装置のパワーモジュールである電気部品であり、取付け用のフランジ８を有している。なお、電力変換装置を構成する他の電気部品、基板、ケーブルおよびコネクタ等についての図示は省略する。

冷却器１０は、例えばアルミダイカスト等の熱伝導性の高い材質で形成されており、中央部に液体冷媒の流路となる溝１１を有している。この溝１１には流入口１１ａ、流出口１１ｂが設けられており、外部に設けられた図示しないポンプ、配管により液体冷媒が循環される。溝１１の開口端の外周には環状に窪んだ段部１２が形成されている。段部１２の周方向の一部には、外周側に延在された開口部１３と開口部１４とが設けられている。また、冷却器１０には、雌ねじ５ａ、５ｂが設けられている。雌ねじ５ａには電気部品７のフランジ８と、ベース部材１のフランジ３とを共締めする雄ねじ６が取り付けられる。雌ねじ５ｂにはベース部材１のフランジ３を締結する雄ねじ６が取り付けられる。

熱硬化性の接着シート２０は、段部１２に沿った環状の形状であり、周方向の一部に開口部１４に沿って外周側に延在された延在部２１が設けられている。なお、近年、様々な接着シートの開発が進められており、例えばエポキシ樹脂を主成分とし、高い耐熱性、耐薬品性、接着安定性を実現したものがある。このような接着シートは、自動車工業製品の用途にも用いることが出来るものとなっている。

各構成要素が組付けられた状態について、更に図面を参照して説明する。図２は、電子機器の冷却装置の外観を示す斜視図である。
ベース部材１は、一方の面で冷却器１０の溝１１を覆うように冷却器１０に取り付けられている。これにより溝１１を流れる液体冷媒が直接的にベース部材１を冷却し、ひいてはベース部材１の反対側の面に取り付けられた電気部品７を効率よく冷却する。

図３は図２のＡ－Ａ線位置の断面を示す部分断面図である。電気部品７のフランジ８と、ベース部材１のフランジ３が雄ねじ６によって冷却器１０に共締めされている。ベース部材１のフランジ３と冷却器１０とが段部１２の外周側で直接接触する構成であり、冷却器１０とベース部材１との間には段部１２に沿って接着シート２０が挟持されている。この接着シート２０が、冷却器１０とベース部材１とを接着し溝１１を流れる液体冷媒を封止する。なお、冷却器１０の段部１２に位置決めピン１５を設ければ、冷却器１０、接着シート２０、及びベース部材１を確実に位置決めできる。

係る実施形態によれば、接着シート２０を封止方法として採用することにより、ベース部材１と冷却器１０を接合する際の圧縮量がＦＩＰＧより少なくなり、硬化時間も短くなるため、溝１１側に封止材がはみ出し垂れる恐れが低く、垂れた封止材が異物として流路内に存在、もしくは循環する懸念も低い。なお、ベース部材１は冷却器１０と直接接触するようにねじ締結されているため、接着シート２０の圧縮量は段部１２の高さによって高い精度で管理できる。

また、接着シート２０は、ゴムパッキンに比べて圧縮のための荷重は小さくてよいため、構成が簡単となる。例えば荷重を付与する方法としてねじを採用した場合でも、ゴムパッキンに比べてねじの点数を少なくできる。なお、ベース部材１と電気部品７を共通の雄ねじ６で共締めすることで、ねじの点数は、より少なくできる。更にまた、接着シートであれば、ある程度の鋳巣、または微小な異物が存在しても封止性能に対する影響は少ない。このため、厳しい鋳巣管理、異物管理の必要がない。従って、簡単な構成で生産効率の向上、コスト低減が期待できる。

一般的に熱硬化性の接着シートであれば、ヒートシンク周辺のメンテナンスおよびリサイクルを行う際に、熱を照射させることにより接着シートが溶け出すため非破壊で分解することが可能であるが、例えば、接着剤に熱膨張性マイクロバルーンを混入したものなど、より容易に分解可能とした接着シートも知られており、このような接着シートを用いることで、メンテナンス及びリサイクルも容易に行うことが出来る。

図４は図２のＣ－Ｃ線位置の断面を示す部分断面図である。電子機器の冷却装置１００が組み立てられた状態においても、冷却器１０の開口部１３では接着シート２０の外周面が露出している。また、冷却器１０の開口部１４では接着シート２０の延在部２１が露出している

係る実施形態によれば、電子機器の冷却装置１００が組み立てられた状態において、開口部１３では、接着シートの状態、特に接着シート２０からの接着剤の染み出しの有無、量などが適正であるか否かを目視にて容易に確認できる。また、冷却器１０の開口部１４では、接着シート２０の装着忘れの有無を目視にて容易に確認できる。これにより、生産工程においても接着シートの取付け不具合などが容易に判断でき、生産効率も向上する。
なお、開口部１３、１４の位置、形状、個数は、この例に限定されるものではない。

図５は図２のＢ－Ｂ線位置の断面を示す部分断面図である。この図５においては、図２に対して冷却装置１００の上下方向を反転した状態を示している。ベース部材１と冷却器１０は、ベース部材１の接着シート２０と反対側の面が冷却器１０の面よりも突出するよう構成されている。また、ベース部材１と冷却器１０とは段部１２の外周側で直接接触するように構成されている。

係る実施形態によれば、接着シート２０を硬化する際に図５に示す通り、冷却装置１００の上下方向を反転させることで、接着シート２０に対する圧縮荷重を冷却器１０の自重で与えることが出来る。これにより、ねじ等の締結具がある箇所に限らず、接着シート２０の全周に荷重を付与することができ接着信頼性が向上する。また、圧縮のためのねじ等の締結具が削減、もしくは不要とでき、より簡単な構成とできる。

図６は接着シート２０のフィラー２２の概略を示す断面図である。接着シート２０には導電性のフィラー２２が混入されている。
係る実施形態によれば、冷却器１０とベース部材１とが電気的に導通される。このため、ベース部材１に取り付けられた電気部品７、または図示しない電気部品グランド（ＧＮＤ）電位をベース部材１から取ることができ構成が簡単となる。また、フィラー２２によって接着シート２０の圧縮量を管理することも可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電子機器の冷却装置について、図面を参照して説明する。
図７は電子機器の冷却装置の断面を示す部分断面図である。図７は未だベース部材１に圧縮荷重が付与されておらず、接着シート２０が圧縮、接着されていない状態を示している。ベース部材１の全周縁部には、外周側に近づくほど厚みが薄くなるテーパ部１ａが設けられている。このテーパ部１ａが接着シート２０に対向している。
接着シート２０を圧縮、接着する際には、ベース部材１の突出部４に矢印で示す方向に加圧する。これにより、全周に亘って接着シート２０に均等に荷重を付与することが出来る。また、荷重付与に伴い接着シート２０が圧縮されて変形する際にも、テーパ部１ａに沿って外周側に変形するため、溝１１側に封止材がはみ出し垂れる恐れは更に低くなる。

本開示は、様々な例示的な実施の形態もしくは実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本開示明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１００：冷却装置、１：ベース部材、７：電気部品、１０：冷却器、１１：溝、１３：開口部、１４：開口部、２０：接着シート、２１：延在部

Claims (11)

1. 液体冷媒の流路となる溝を有する冷却器と、
   一方の面が前記溝の開口端を覆うように前記冷却器に取り付けられるとともに、前記一方の面と反対側の面に電気部品を搭載する板状のベース部材と、
   前記冷却器と前記ベース部材の前記一方の面との間で、前記溝の前記開口端を囲むように設けられて前記液体冷媒を封止する接着シートを備えた電子機器の冷却装置。
2. 接着シートは熱硬化性のものであることを特徴とする請求項１に記載の電子機器の冷却装置。
3. 接着シートは取外し可能なものであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
4. 前記溝の前記開口端の外周に前記ベース部材と反対側の方向に窪んだ段部が形成されており、この段部に前記接着シートが配置されることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
5. 前記段部の周方向の一部に前記ベース部材で覆われない位置まで延在した開口部を有しており、前記開口部にて接着シートの一部が外側に露出していることを特徴とする請求項４に記載の電子機器の冷却装置。
6. 前記接着シートは、前記冷却器の前記開口部の位置にて前記ベース部材で覆われない位置まで外周側に延在された形状であることを特徴とする請求項５に記載の電子機器の冷却装置。
7. 前記ベース部材は前記冷却器の前記段部の外周側で、前記冷却器と直接接触するようにねじ締結されるものであることを特徴とする請求項４に記載の電子機器の冷却装置。
8. 前記接着シートは、フィラー入りのものであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
9. 前記接着シートのフィラーは導電性のものであることを特徴とする請求項８に記載の電子機器の冷却装置。
10. 前記ベース部材に搭載される電気部品と、前記冷却器に取り付けられるベース部材とが、共通のねじで共締めされていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。
11. 前記ベース部材は前記接着シートと対向する部分に外周側に近づくほど厚みが薄くなるテーパ部を設け、前記ベース部材の前記反対側の面の中央部に突出部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電子機器の冷却装置。