JP2863823B2 - 液冷式電気部品冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発熱性の電気部品を実
装しつつ冷却液で強制的に冷却する液冷式電気部品冷却
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に、インバータ式抵抗溶接電源装置
や固体レーザ電源装置等におけるインバータ回路取付部
の構造を示す。

【０００３】熱伝導性の放熱板１００の上に、４個の大
容量トランジスタＧＴＲ1,ＧＴＲ2,ＧＴＲ3,ＧＴＲ4 が
それぞれボルトＮ1,Ｎ1,…，Ｎ2,Ｎ2,…，Ｎ3,Ｎ3,…，
Ｎ4,Ｎ4,…によって取付固定される。これら４個のＧＴ
Ｒは、次のような接続・配線構造によってブリッジ接続
され、インバータ回路を構成する。

【０００４】ＧＴＲ1,ＧＴＲ2 のそれぞれのコレクタ端
子Ｃ1,Ｃ2 は、導体板１０２を介して互いに接続される
とともに、電力ケーブル１０４を介して直流電源（図示
せず）の正極出力端子に接続される。一方、ＧＴＲ3,Ｇ
ＴＲ4 のそれぞれのエミッタ端子Ｅ3,Ｅ4 は、導体板１
０６を介して互いに接続されるとともに電力ケーブル１
０８を介して直流電源のアースまたは負極性出力端子に
接続される。また、ＧＴＲ1 のエミッタ端子Ｅ1 とＧＴ
Ｒ3 のコレクタ端子Ｃ3 とが導体板１１０を介して互い
に接続されるとともに電力ケーブル１１１を介して溶接
トランス（図示せず）の一方の一次側入力端子に接続さ
れ、ＧＴＲ2 のエミッタ端子Ｅ2 とＧＴＲ4 のコレクタ
端子Ｃ4 とが導体板１１２を介して互いに接続されると
ともに電力ケーブル１１４を介して溶接トランスの他方
の一次側入力端子に接続される。

【０００５】放熱板１００の傍らには、このインバータ
回路を駆動するためのドライブ回路（図示せず）を実装
したドライブ回路基板（図示せず）が配設されている。
ＧＴＲ1 〜ＧＴＲ4 のそれぞれのベース端子Ｂ1 〜Ｂ4
は、ケーブル１１６〜１２２およびコネクタ１２４を介
してドライブ回路基板に接続されている。

【０００６】放熱板１００の一側面には、冷却水導入口
１００ａと冷却水排出口１００ｂとが設けられており、
放熱板１００の内部または内側に冷却水ＣＷが流され
る。これにより、溶接通電中にＧＴＲ1 〜ＧＴＲ4 から
発生する多量の熱は、放熱板１００を介して冷却水ＣＷ
に吸収または放熱されるようになっている。

【０００７】図５および図６は、放熱板１００に冷却水
を供給するための従来の冷却装置の構成を示す。

【０００８】図５に示す冷却装置は、冷却板１００を肉
厚に形成し、この板の内部にコ字状の水道用トンネル１
３０が形成されるように一対の貫通孔１３２，１３４と
１本の貫通孔１３６をそれぞれ縦断および横断して穿設
し、貫通孔１３６の両端部およびそれに近接する貫通孔
１３２，１３４の一方の開口端をそれぞれ栓１３８，１
４０，１４２，１４４で塞ぎ、貫通孔１３２，１３４の
他方の開口端をそれぞれ冷却水導入口１００ａおよび冷
却水排出口１００ｂとしたものである。冷却水導入口１
００ａおよび冷却水排出口１００ｂにはそれぞれホース
取付用のコネクタ１４６，１４８が取り付けられる。

【０００９】この装置構成においては、コネクタ１４８
よりコ字状水道トンネル１３０の入口（冷却水導入口１
００ａ）に導入された冷却水ＣＷは、水道トンネル１３
０の中を矢印で示すルートで流れ、水道トンネル１３０
の出口（冷却水排出口１００ｂ）からコネクタ１４８を
通って外部の排水用ホース（図示せず）へ出る。冷却水
ＣＷがコ字状水道トンネル１３０を流れることによっ
て、放熱板１００が全体的に冷却され、ひいては放熱板
１００上のＧＴＲ1 〜ＧＴＲ4 が冷やされる。

【００１０】図６に示す冷却装置では、冷却板１００を
トレイ状に形成し、その中にＵ字状の冷水パイプ１５０
を入れて冷却板１００の裏面１００ｃに複数個のクラン
プ金具１５２で固定し、トレイの一側面より突出する冷
水パイプ１５０の両開口端をそれぞれ冷却水導入口１０
０ａおよび冷却水排出口１００ｂとしたものである。や
はり、冷却水導入口１００ａおよび冷却水排出口１００
ｂにはそれぞれホース取付用のコネクタ１５４，１５６
が取り付けられる。

【００１１】この装置構成では、コネクタ１５４よりＵ
字状水冷パイプ１５０の入口（冷却水導入口１００ａ）
に導入された冷却水ＣＷは、水冷パイプ１５０の中を流
れ、水冷パイプ１５０の出口（冷却水排出口１００ｂ）
からコネクタ１５６を通って外部の排水用ホース（図示
せず）側へ出る。冷却水ＣＷが水冷パイプ１５０を流れ
ることによって、水冷パイプ１５０が冷やされ、その冷
気が放熱板１００に伝わって放熱板１００が冷やされ、
ひいては放熱板１００上のＧＴＲ1 〜ＧＴＲ4が冷やさ
れる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来の冷却装置には、次のような欠点がある。
図５の装置では、放熱板１００の中に水道用トンネル１
３０を穿設する加工、つまり縦方向の貫通孔１３２，１
３４と横方向の貫通孔１３６をそれぞれ真っすぐに、か
つ互いに正確に交差するように穿つ加工は非常に難しく
面倒である。また貫通孔１３２，１３４，１３６が一部
無用になっており、冷却水ＣＷの円滑な流れに望ましく
ないだけでなく、シーリングのために栓１３８，１４
０，１４２，１４４を必要とし、コスト高を来してい
る。

【００１３】図６の装置では、Ｕ字状の水冷パイプ１５
０をトレイ状冷却板１００の裏面に設けたクランプ金具
１５２に圧入して固定取付する構造であるため、比較的
細い管径の水冷パイプしか使えず、太い水冷パイプが使
えない。このため、放熱板１００に供給される冷却水Ｃ
Ｗの流量が制限され、冷却能力を上げることができな
い。また、水冷パイプ１５０と放熱板１００との接触面
積が小さいため、両者間の熱伝導性が良くなく、このこ
とも冷却効率の低い原因となっている。また、ホース取
付用のコネクタ１５４，１５６が水冷パイプ１５０の両
開口端にロー付けで接続されるため、衝撃に弱く、外れ
やすいという不具合がある。

【００１４】また、従来の冷却方式では、図４に示すよ
うに、放熱板１００上に電気部品ＧＴＲ１，ＧＴＲ２，
…）を取り付けるための取付ボルトＮ１，Ｎ２，…が放
熱板１００に形成されている螺子穴（図示せず）に螺合
するように構成されている。しかし、このような電気部
品取付構造においては、放熱板１００上の螺子穴の位置
によって取付可能な電気部品が制眼されるだけでなく、
放熱板１００上で電気部品の位置を自由に変更・調整で
きず、配線が難しくなることがある。

【００１５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、堅牢かつ製作容易な構造で冷却効率が高いう
え、電気部品の取付位置を任意に選択または調整可能と
した液冷式電気部品冷却装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の液冷式電気部品冷却装置は、表面に発熱性
の電気部品が実装される第１の熱伝導性板の裏面の所定
位置に液冷パイプを保持するためのパイプ保持溝を形成
し、前記第１の熱伝導性板の表面に所定の間隔を置いて
複数本の逆さＴ字形の溝を形成し、前記電信部品を取り
付けるための各組の取付ボルトおよびナットを所望の位
置の前記逆さＴ字形溝を介して螺合せしめ、前記第１の
熱伝導性板の裏面の所定位置に前記液冷パイプを保持す
るためのパイプ保持溝を形成し、前記第１の熱伝導性板
および／または第２の熱伝導性板に多数の放熱フィンを
一体に設け、それぞれの裏面を合わせるようにして前記
第１の熱伝導性板と前記第２の熱伝導性板とを接合して
各対のパイプ保持溝の間に前記液冷パイプを挟着保持し
てなる構成とした。

【００１７】

【作用】上記の構成においては、第１および第２の熱伝
導性板のそれぞれの裏面に形成された相対向する各対の
パイプ保持溝の間に液冷パイプが挟着保持されるため、
構造で堅牢で、製作が容易であり、冷却効率および能力
が高い。そのうえ、第１の熱伝導性板の表面に所定の間
隔を置いて形成された複数本の逆さＴ字形の溝の任意の
位置で電気部品取付用の各組のボルトおよびナットを螺
合できるため、電気部品の取付位置を任意の位置に選択
・調整できる。

【００１８】また、液冷パイプの開口端に外部配管接続
用のネジ部を形成し、このネジ部に外部配管またはジョ
イント管のコネクタを接続することで、衝撃等の外力に
強い構造とすることができる。 また、第１の熱伝導性板
または第２の熱伝導性板を分割構造とすることで、製作
が一層容易となるだけでなく、各パイプ保持溝回りで両
熱伝導性板間の密着性が向上し、冷却効率を一層高める
ことができる。

【００１９】

【実施例】以下、図１〜図３を参照して本発明の実施例
を説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施例による液冷式電
気部品冷却装置を適用したインバータ式抵抗溶接電源装
置または固体レーザ電源装置等におけるインバータ回路
取付部の構造を示す。

【００２１】このインバータ回路取付部において、放熱
板１０の上には、たとえば上記した図４と同様にインバ
ータ回路を構成する４個の大容量トランジスタＧＴＲ1,
ＧＴＲ2,ＧＴＲ3,ＧＴＲ4 がそれぞれボルトＮ1,Ｎ1,
…，Ｎ2,Ｎ2,…，Ｎ3,Ｎ3,…，Ｎ4,Ｎ4,…によって取付
固定される。したがって、ＧＴＲ間の接続手段の構成お
よび各ＧＴＲとドライブ回路間の接続手段の構成も上記
図４におけるものと同様である。

【００２２】本実施例における放熱板１０の内部には、
互いに放熱板１０の幅方向に間隔を置き、各々が放熱板
１０の長手方向に延在するように熱伝導性の配管たとえ
ば銅管からなる４本の水冷パイプ１２，１４，１６，１
８が埋設されている。これらの水冷パイプの両端は放熱
板１０の両端面で開口しており、それぞれの開口端に雌
ネジ１２ａ，１４ａ，１６ａ，１８ａが形成されてい
る。

【００２３】両端の水冷パイプ１２，１８の一方（図で
正面側）の開口端はそれぞれ冷却水導入口１０ａおよび
冷却水排出口１０ｂとして用いられ、これらの開口端に
はホース取付用のコネクタ２０，２２がそれぞれ取り付
けられる。この場合、コネクタ２０，２２は、それぞれ
の雄ネジ２０ａ，２２ａを水冷パイプ１２，１８側の雌
ネジ１２ａ，１４ａに螺合させるようにして取り付けら
れる。

【００２４】中間の水冷パイプ１４，１６の一方（図で
正面側）の開口端はそれぞれ冷却水連絡口として用いら
れ、これらの開口端には両者を接続するための円弧状の
ジョイント管２４がコネクタ２６，２８を介して取り付
けられる。この場合、コネクタ２６，２８は、それぞれ
の雄ネジを水冷パイプ１４，１６側の雌ネジ１４ａ，１
６ａに螺合させるようにして取り付けられる。

【００２５】水冷パイプ１２〜１８の他方（図で背面
側）の開口端は全て冷却水連絡口として用いられる。隣
接する各一対の水冷パイプ（１２，１４），（１６，１
８）の開口端には、両者を接続するための円弧状のジョ
イント管３０，３２がコネクタ（３４，３６），（３
８，４０）を介してそれぞれ取り付けられる。コネクタ
（３４，３６），（３８，４０）は、それぞれの雄ネジ
を水冷パイプ（１２，１４），（１６，１８）側の雌ネ
ジ（１２ａ，１４ａ），（１６ａ，１８ａ）に螺合させ
るようにして取り付けられる。

【００２６】ここで、図３に本実施例の冷却装置におけ
る冷却水配管構造を模式的に示す。上記したように、放
熱板１０の中に埋設された４本の水冷パイプ１２〜１８
が放熱板１０の外のジョイント管２４，３０，３２によ
って接続されることで、１本の連続（連通）した冷却水
通路が形成される。

【００２７】この冷却水配管構造において、コネクタ２
０より水冷パイプ１２の入口（冷却水導入口１０ａ）に
導入された冷却水ＣＷは、水冷パイプ１２、ジョイント
管３０、水冷パイプ１４、ジョイント管２４、水冷パイ
プ１６、ジョイント管３２および水冷パイプ１８を矢印
で示すルートで流れ、水冷パイプ１８の出口（冷却水排
出口１０ｂ）からコネクタ２２を通って外へ出る。な
お、コネクタ２０，２２はホース（図示せず）を介して
冷却水供給源に接続され、冷却水供給源からの冷却水Ｃ
Ｗが本冷却装置に循環供給されるようになっている。

【００２８】このように、冷却水ＣＷが放熱板１０の中
に埋設された水冷パイプ１２〜１８を流れることによっ
て、放熱板１０が全体的に冷却され、ひいては放熱板１
０上のＧＴＲ1 〜ＧＴＲ4 が冷やされる。

【００２９】図２は、本実施例における冷却装置の構造
をより詳細に示す横断面図である。放熱板１０は、表面
（上面）にインバータ回路部品（ＧＴＲ1 〜ＧＴＲ4 ）
が実装される断面コ字形の上部熱伝導性板４２と、各々
が表面（下面）に縦方向に延在する多数の放熱フィンＦ
Ｎを一体に設けた複数たとえば４枚の下部熱伝導性板４
４〜５０とから構成される。これらの熱伝導性板４２，
４４〜５０のいずれも熱伝導率が高く加工性にすぐれた
部材たとえばアルミニウムまたは銅からなる。

【００３０】上部熱伝導性板４２の裏面（下面）には、
上記した４本の水冷パイプ１２〜１８をそれぞれ保持す
るための断面ほぼ半円状の溝（凹部）４２ａ，４２ｂ，
４２ｃ，４２ｄがそれぞれ所定位置で縦方向（紙面と垂
直な方向）に縦断して形成される。各下部熱伝導性板４
４〜５０の裏面（上面）にも、各水冷パイプ１２〜１８
を保持するための断面ほぼ半円状の溝（凹部）４４ａ，
４６ａ，４８ａ，５０ａが各所定位置で縦方向（紙面と
垂直な方向）に縦断して形成される。熱伝導性板（特に
アルミニウム板）の一面に直線状のパイプ溝を縦断して
形成する加工は研削加工あるいは押出成形等によって容
易かつ精確に行えるものである。

【００３１】かかる上部熱伝導性板４２の溝４２ａ，４
２ｂ，４２ｃ，４２ｄと下部熱伝導性板４４〜５０の溝
４４ａ，４６ａ，４８ａ，５０ａとの間に水冷パイプ１
２，１４，１６，１８をそれぞれ挟着保持するようにし
て、上部熱伝導性板４２の裏面と下部熱伝導性板４４〜
５０の裏面とを合わせ、それぞれを複数本のボルト５２
で接合固定することで、放熱板１０が組み立てられる。

【００３２】このように、本実施例の冷却装置では、上
部熱伝導性板４２および下部熱伝導性板４４〜５０の相
対向する面（裏面）に４本の水冷パイプ１２〜１８をそ
れぞれ保持するための４本のパイプ保持溝（４２ａ，４
２ｂ，４２ｃ，４２ｄ），（４４ａ，４６ａ，４８ａ，
５０ａ）をそれぞれ縦断して形成し、それぞれの裏面を
合わせるようにして上部熱伝導性板４２と下部熱伝導性
板４４〜５０とを接合して各対のパイプ保持溝（４２
ａ，４４ａ），（４２ｂ，４６ａ），（４２ｃ，４８
ａ），（４２ｄ，５０ａ）の間にそれぞれ水冷パイプ４
４，４６，４８，５０を挟着保持せしめることにより、
放熱板１０を組み立てると同時に、放熱板１０の中に水
冷パイプ４４，４６，４８，５０を埋設するようにして
いる。

【００３３】本実施例の冷却装置では、各水冷パイプ１
２〜１８が上部熱伝導性板４２および下部熱伝導性板４
４〜５０の各対のパイプ保持溝（４２ａ，４４ａ），
（４２ｂ，４６ａ），（４２ｃ，４８ａ），（４２ｄ，
５０ａ）の間にしっかりと挟着保持されるため、各水冷
パイプ１２〜１８に管径の大きなパイプを用いることが
可能である。これによって、放熱板１０におけるパイプ
内の冷却水流量を増大させることができ、放熱能力を容
易に高めることができる。また、各水冷パイプ１２〜１
８が上部熱伝導性板４２および下部熱伝導性板４４〜５
０の間に大きな接触面積で密着保持されるため、両者間
の熱伝導性がよく、放熱効率が高くなっている。また、
各水冷パイプ１２〜１８の各開放端にはネジ部１２ａ〜
１８ａが形成され、これらのネジ部１２ａ〜１８ａにコ
ネクタ類（２０，２２，２６，２８等）が螺合式で堅く
シールして取付されるため、衝撃等の外力にも強い構造
となっている。

【００３４】さらに、本実施例の冷却装置では、下部熱
伝導性板４４〜５０の表面（下面）に多数の放熱フィン
ＦＮが突設され、ＧＴＲからの熱の一部はこれらの放熱
フィンＦＮから空中へ放熱されるようになっており、空
冷効果も図られている。

【００３５】また、図１に明示するように、上部熱伝導
性板４２の表面（上面）には、断面逆さＴ字形の溝ＧＰ
が所定の間隔を置いて縦方向に設けられている。ＧＴＲ
1 〜ＧＴＲ4 の取付ボルトＮ1 〜Ｎ4 は、この縦溝ＧＰ
の中に入れられたナットＭ1〜Ｍ4 にそれぞれ螺合して
締付されている。ボルトＮi を緩め、または外すこと
で、ＧＴＲi の取付位置を溝ＧＰ上で任意に調整するこ
とが可能である。

【００３６】以上、好適な実施例について説明したが、
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、そ
の技術思想の範囲内で種々の変形・変更が可能である。

【００３７】たとえば、上記実施例では、放熱板１０の
中に４本の水冷パイプ１２〜１８を縦断して埋設した
が、任意の本数の水冷パイプを任意の方向またはルート
で埋設することが可能である。その場合、上部熱伝導性
板および下部熱伝導性板の合わせ面にそれぞれ水冷パイ
プと対応するルートでパイプ保持溝を形成すればよい。
上記実施例では、下部熱伝導性板を４枚（４４〜５０）
に分割したが、一体型（１枚）に形成することも可能で
あり、上部熱伝導性板４２の方を複数枚に分割すること
も可能である。上記実施例では放熱フィンＦＮを下部熱
伝導性板４４〜５０の表面（下面）だけに突設したが、
側面にも突設可能であり、上部熱伝導性板の空き場所に
突設することも可能である。

【００３８】また、上記実施例では冷却水を冷却媒体と
したが、他の冷却液や結路を防止して漏電を防ぐために
温度制御をした冷却液を使用することもできる。本発明
の冷却装置において第１の熱伝導性板の表面に実装され
る電気部品としては、上記実施例では大容量トランジス
タ（ＧＴＲ）を例にとって説明したが、ＩＧＢＴ、ＦＥ
Ｔ、あるいはサイリスタ等のスイッチング素子やパワー
素子、ダイオード、抵抗等の発熱性電気部品でも可能で
ある。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液冷式電
気部品冷却装置によれば、堅牢かつ製作容易な構造で冷
却効率が高いうえ、電気部品の取付位置を任意に選択ま
たは調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による液冷式電気部品冷却装
置を適用したインバータ式抵抗溶接電源装置におけるイ
ンバータ回路取付部の構造を示す斜視図である。

【図２】実施例の冷却装置の構成をより詳細に示す横断
面図である。

【図３】実施例の冷却装置における冷却水配管構造を模
式的に示す略平面図である。

【図４】従来の液冷式電気部品冷却装置を用いたインバ
ータ式抵抗溶接電源装置におけるインバータ回路取付部
の構造を示す斜視図である。

【図５】従来の液冷式電気部品冷却装置の構成を示す略
斜視図である。

【図６】従来の別の液冷式電気部品冷却装置の構成を示
す略斜視図である。

【符号の説明】

１０ 放熱板 １２，１４，１６，１８ 水冷パイプ ２０，２２，３４，３６，３８，４０ コネクタ ２４，３０，３２ ジョイント管 ４２ 上部熱伝導性板 ４４，４６，４８，５０ 下部熱伝導性板 ＦＮ 放熱フィン

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に発熱性の電気部品が実装される第
   １の熱伝導性板の裏面の所定位置に液冷パイプを保持す
   るためのパイプ保持溝を形成し、 前記第１の熱伝導性板の表面に所定の間隔を置いて複数
   本の逆さＴ字形の溝を形成し、前記電気部品を取り付け
   るための各組の取付ボルトおよびナットを所望の位置の
   前記逆さＴ字形溝を介して螺合せしめ、 前記第１の熱伝導性板の裏面の所定位置に前記液冷パイ
   プを保持するためのパイプ保持溝を形成し、 前記第１の熱伝導性板および／または第２の熱伝導性板
   に多数の放熱フィンを一体に設け、 それぞれの裏面を合わせるようにして前記第１の熱伝導
   性板と前記第２の熱伝導性板とを接合して各対のパイプ
   保持溝の間に前記液冷パイプを挟着保持してなる ことを
   特徴とする液冷式電気部品冷却装置。
2. 【請求項２】 前記液冷パイプの開口端に外部配管接続
   用のネジ部を形成してなることを特徴とする請求項１に
   記載の液冷式電気部品冷却装置。
3. 【請求項３】 前記第１の熱伝導性板または前記第２の
   熱伝導性板が、各々が１つまたは複数の前記パイプ保持
   溝を有する複数の熱伝導性板部材に分割されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載の液冷式電気部品
   冷却装置。