JP4853739B2 - ダイキャストケースおよびインバータケース - Google Patents

Description

本発明は、インバータケースなど、アルミダイキャスト製のダイキャストケースに関するものである。

アルミダイキャスト製品は、アルミニウムを原料とした金型鋳造品であり、様々な用途で用いられている。例えば、ハイブリッド車両等に搭載されるインバータケースや、エンジンのシリンダブロックの多くはアルミダイキャスト製品である。アルミダイキャスト製品の例としては、特開平１０−２１３３６６号公報（特許文献１）のインバータ装置や、特開平８−１７７６１４号公報（特許文献２）のシリンダブロック等が挙げられる。

一般に、インバータケースなどのダイキャストケースには、発熱体が収容され、発熱体を冷却する冷媒の通る冷却路（水路）が形成されている。

このように、ダイキャストケースは、発熱体を収容すると共に、アルミの良好な熱伝導を利用し、冷却路を流れる冷媒により発熱体を冷却する機能を有している。そして、冷却性能の観点から、発熱体は、冷却路の外表面にねじ止めされる。つまり、冷却路の外表面には、発熱体をねじ止めするための雌ねじ部が形成される。
特開平１０−２１３３６６号公報 特開平８−１７７６１４号公報

ところで、鋳造されたダイキャストケースの外表面、すなわち、鋳造時に金型や鋳ぬきピン等に接していた部分には、黒皮と呼ばれるシール性の高い薄膜が形成される。また、図７に示すように、鋳造においては、ダイキャストケース内部に巣が形成されることがある。巣は、鋳造時に入り込んだ細かな気泡が原因であり、特に肉厚の大きい部分に集まって形成される。

ここで、上記したダイキャストケースの雌ねじ部は、鋳造後にタッピングされる。つまり、鋳造により冷却路の外表面に凹部が形成され、鋳造後、当該凹部に雌ねじをきる作業が行われる。凹部表面の黒皮は、タッピングが施されることにより削り取られる。

雌ねじ部が形成される部位は、当然、ねじの長さ以上の厚さを有している。従って、肉厚が大きくなり、巣が集まって形成され易くなる。そして、雌ねじ部は、タッピングにより、周囲の巣と連通する可能性が高くなる。雌ねじ部の底面から冷却路までの距離は小さく問題ではないが、雌ねじ部の周面周囲は巣ができやすい。

従来のダイキャストケースでは、巣と雌ねじ部とを介して、冷却路と収容部とが連通してしまうことがあった。発熱体は半導体素子を含むものが多く、連通による冷媒の漏れは、ショートや漏電等の原因となる。

また、特許文献２ではインサート成型を用いて気密性の高い製品を製造しているが、ダイキャストケースの雌ねじ部一つ一つに適用すれば多大なコストがかかってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、発熱体が収容された収容部への液体冷媒の漏れを防ぐことができるダイキャストケースを提供することを目的とする。

本発明のダイキャストケースは、発熱体が収容される収容部と、液体冷媒が流れる冷却路と、収容部と冷却路とを区画し、発熱体をねじ止めするために収容部側に開口する非貫通の雌ねじ部が設けられ、ねじ止めされた発熱体の熱を冷却路に伝える伝熱部とを備えたアルミダイキャスト製のダイキャストケースであって、伝熱部の雌ねじ部の周囲には、収容部側に開口し非貫通に設けられ且つ内壁の表面に黒皮を有する溝部が形成されていることを特徴とする。

これにより、雌ねじ部周りの肉厚は、雌ねじ部から溝部までの距離となり、小さくなる。従って、雌ねじ部周りには、巣ができにくい。また、雌ねじ部周りには、巣が集まってできにくくなる。従って、鋳造後に雌ねじ部がタッピングされても、収容部が巣を介して冷却路に連通することは防がれる。

また、溝部の表面が黒皮であるため、雌ねじ部の周囲に黒皮が存在することとなる。従って、タッピングにより雌ねじ部の黒皮がなくなっても、雌ねじ部周囲は溝部の黒皮によりシール性が保たれる。

そして、本発明では、巣が集まってできるとしても、溝部よりも径方向外側の肉厚部分となりやすい。つまり、溝部の黒皮は、雌ねじ部の防御壁として作用する。以上より、本発明のダイキャストケースでは、冷却路から収容部への液体冷媒の漏れを防ぐことができる。

ここで、本発明のダイキャストケースは、インバータケースであってもよい。すなわち、本発明のインバータケースは、液体冷媒が流れる冷却路と、一方にバッテリが接続され他方に電気機器が接続されるインバータを構成する電子ユニットが収容される収容部と、収容部と冷却路とを区画し、電子ユニットをねじ止めするための収容部側に開口した非貫通の雌ねじ部を有し、ねじ止めされた電子ユニットの熱を冷却路に伝える伝熱部と、を備え、雌ねじ部は鋳造後にタッピングが施されるアルミダイキャスト製のインバータケースであって、伝熱部の雌ねじ部の周囲には、鋳造により、収容部側に開口した溝部が形成されていることを特徴とする。

インバータケースは、例えばハイブリッド車両に搭載されている。インバータを構成する電子ユニットは、高電圧で動作しており、冷媒が伝熱部を超えて収容部に浸入すると、漏電が生じる虞がある。従って、インバータケースの収容部には、より高度な気密性が要求される。そして、気密性に不安がある構造では、気密性を検査するためのＨｅ（ヘリウム）検査など、高コストの検査を行わなければならない。

しかし、本発明のインバータケースによれば、上記のように、雌ねじ部の周囲に巣ができにくく、溝部の黒皮が防御壁となる。このため、巣と雌ねじ部を介して、冷媒が収容部に漏れ入ることは防がれる。従って、漏電の発生は防がれ、且つ、高コストな気密性検査の必要性がなくなり、大幅なコスト削減が可能となる。

ここで、溝部は、鋳造により形成されることが好ましい。これにより、溝部および溝部の黒皮の製造は容易となる。例えば鋳ぬきピンなどを用いて、鋳造により溝部を形成することで、自動的に溝部表面に黒皮が形成される。

ここで、溝部の深さは、雌ねじ部の深さ以上であることが好ましい。これにより、より確実に収容部が巣を介して冷却路に連通することは防がれる。

ここで、雌ねじ部と溝部との離間距離は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。雌ねじ部と溝部が離れすぎると、雌ねじ部周囲の肉厚が大きくなり、巣ができやすくなる。一方、雌ねじ部と溝部が近すぎると、雌ねじ部周囲の肉厚が小さくなり、タッピングに対する強度が保たれなくなる。離間距離が２〜１０ｍｍであることで、雌ねじ部周囲は、強度を保ちつつ、巣ができにくくなる。なお、強度と巣対策の観点から、離間距離は４ｍｍ程度がより効果的である。

ここで、溝部は、雌ねじ部の周囲に断続的に形成されていることが好ましい。これにより、溝部が間隔をあけて雌ねじ部周囲に形成されるため、雌ねじ部の強度低減は抑えることができる。

また、断続的に形成される溝部の間隔は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。つまり、雌ねじ部と溝部の離間距離と同様、溝部同士の間隔も、２〜１０ｍｍであることが好ましい。これにより、雌ねじ部周囲は、強度を保ちつつ、巣ができにくくなる。なお、上記同様、当該間隔も４ｍｍ程度が効果的である。

本発明のダイキャストケースによれば、通常の鋳造によって収容部への液体冷媒の漏れを防ぐことができる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、ダイキャストケースのうち、車両のインバータ装置に用いられるインバータケースを例に挙げる。本実施形態のインバータケース１について図１〜図５を参照して説明する。図１は、インバータ装置１００の接続関係を示す図である。図２は、インバータ装置１００の模式平面図である。図３は、インバータケース１の拡大平面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ線断面図である。図５は、ＩＰＭ９をねじ止めした状態を示すＡ−Ａ線断面図である。図６は、変形例を示す溝部４２の平面図である。

インバータ装置１００は、図１に示すように、バッテリ７とモータジェネレータ８とに接続されている。インバータ装置１００は、図２に示すように、インバータケース１と、複数のインテリジェントパワーモジュール９（本発明における「発熱体」、「電子ユニット」に相当する）（以下、ＩＰＭ９と称する）とを備えている。ＩＰＭ９は、放熱板上にＩＧＢＴなどの発熱素子を有し、昇降圧やインバータ機能を有している。ＩＰＭ９は、バッテリ７とモータジェネレータ８に接続される。ＩＰＭ９は、インバータケース１にねじ止めされるためのねじ止め孔部９１を複数備えている。

インバータケース１は、アルミダイキャスト製であり、略直方体形状となっている。インバータケース１は、図３〜図５に示すように、収容部２と、冷却路３と、伝熱部４と、カバー部５、６とを備えている。収容部２は、インバータケース１の上方部分であり、上方に開口した箱形状となっている。収容部２には、ＩＰＭ９が収容される。収容部２の開口は、ＩＰＭ９が収容されてねじ止めされた後に、カバー部５により塞がれる。

冷却路３は、インバータケース１の下方部分であり、下方に開口した箱形状となっている。冷却路３は、内部が複数の仕切板３１により仕切られている。仕切板３１は、鋳造によりインバータケース１と一体的に形成されていてもよい。冷却路３は、下方がカバー部６により塞がれて形成される。冷却路３には、冷却水（ＬＬＣ）が流れる。

伝熱部４は、インバータケース１において、収容部２と冷却路３とを区画すると共に、収容部２に収容されたＩＰＭ９の熱を冷却路３に流れる冷却水に伝える部位である。つまり、伝熱部４は、収容部２の底面部分であって、且つ、冷却路３を区画する一壁部分でもある。伝熱部４は、収容部２側に（上方に）開口する雌ねじ部４１と、溝部４２とを有している。雌ねじ部４１は、ＩＰＭ９のねじ止め孔９１に対応して複数設けられている。

雌ねじ部４１は、鋳造後にタッピングにより雌ねじがきってある。つまり、インバータケース１の鋳造により、伝熱部４には、上方に開口し略垂直下方に円柱状に凹んだ凹部が形成される。そして、当該凹部にタッピングが施されて雌ねじ部４１が形成される。ＩＰＭ９は、ねじ止め孔９１を介して雌ねじ部４１にねじ止めされる。なお、雌ねじ部４１の径はＭ６以下である。

溝部４２は、雌ねじ部４１の周囲に形成された溝であり、上方に開口し略垂直下方に凹んでいる。溝部４２は、上方から見た場合（以下、平面視とも称する）、雌ねじ部４１を中心に同心円上に形成されている。具体的に、溝部４２は、平面視において、独立した２つの略半円形状の溝が間隔をあけて配置されて形成されている。当該間隔は、断続的に形成された溝部４２の周方向間隔である。当該間隔は、それぞれおよそ４ｍｍとなっている。

溝部４２の深さは、雌ねじ部４１の深さとほぼ同じ（およそ２０ｍｍ）となっている。また、雌ねじ部４１の底面から冷媒路３までは、およそ４ｍｍとなっている。雌ねじ部４１は、雌ねじ部４１と溝部４２との離間距離は、およそ４ｍｍとなっている。つまり、雌ねじ部４１の径方向において、溝部４２は、雌ねじ部４１の表面からおよそ４ｍｍ離れた位置に設けられている。

この溝部４２は、インバータケース１の鋳造の際に形成される。従って、溝部４２の表面には、他の表面同様、自動的に黒皮が形成される。溝部４２は、例えば、雌ねじ部４１に対応する金型の周囲に鋳ぬきピンが配置されて、鋳ぬきにより形成される。

インバータケース１の製造において、雌ねじ部４１のタッピングおよびカバー部５、６を除く各部位は、鋳造により形成される。従って、各部位の表面には黒皮が形成されている。そして、鋳造後に、雌ねじ部４１にタッピングが施される。また、カバー部５、６が上記の所定部位に取り付けられる。

以上、本実施形態のインバータケース１は、以下のような効果を有する。溝部４２が形成されることで、雌ねじ部４１周りの肉厚は小さくなる。従って、雌ねじ部４１周りには、巣ができにくくなる。また、雌ねじ部４１周りには、巣が集まってできにくくなる。従って、鋳造後に雌ねじ部４１がタッピングされても、収容部２が巣を介して冷却路３に連通することは防がれる。

また、溝部４２の表面には、鋳造により黒皮が形成されている。従って、タッピングにより雌ねじ部４１の黒皮がなくなっても、雌ねじ部４１周囲は溝部４２の黒皮によりシール性が保たれる。巣が集まってできるとしても溝部４２よりも径方向外側となりやすい。溝部４２の黒皮は、雌ねじ部４１の防御壁として作用する。つまり、本実施形態のインバータケース１では、冷却路３から収容部２への液体冷媒の漏れを防ぐことができる。また、Ｈｅ検査などの検査をする必要がなくなり、コストを削減することができる。

ここで、溝部４２の形状は上記に限られない。溝部４２は、平面視において、間隔をあけない円形状であってもよい。また、溝部同士の間隔が１つ又は２以上であってもよい。例えば、図６に示すように、溝部４２は、４つの間隔をもつように形成されてもよい。間隔を適度に増やすことで、雌ねじ部４１周囲に巣ができにくい上、雌ねじ部４１周囲の強度を高めることができる。なお、ここでの間隔はそれぞれおよそ４ｍｍとしている。

また、上記発明は、インバータケースに限られない。冷却路を形成する一壁に雌ねじ部が形成されているダイキャストケースであれば、雌ねじ部周囲に上記溝部を形成することで同様の効果が発揮される。

インバータ装置１００の接続関係を示す図である。 インバータ装置１００の模式平面図である。 インバータケース１の拡大平面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 ＩＰＭ９をねじ止めした状態を示すＡ−Ａ線断面図である。 変形例を示す溝部４２の平面図である。 従来のダイキャストケースを示す鉛直断面図である。

符号の説明

１：インバータケース、１００：インバータ装置、
２：収容部、３：冷却路、
４：伝熱部、４１：雌ねじ部、４２：溝部、
７：バッテリ、８：モータジェネレータ、９：ＩＰＭ（発熱体、電子ユニット）

Claims (7)

1. 発熱体が収容される収容部と、
   液体冷媒が流れる冷却路と、
   前記収容部と前記冷却路とを区画し、前記発熱体をねじ止めするために前記収容部側に開口する非貫通の雌ねじ部が設けられ、ねじ止めされた前記発熱体の熱を前記冷却路に伝える伝熱部とを備えたアルミダイキャスト製のダイキャストケースであって、
   前記伝熱部の前記雌ねじ部の周囲には、前記収容部側に開口し非貫通に設けられ且つ内壁の表面に黒皮を有する溝部が形成されていることを特徴とするダイキャストケース。
2. 発熱素子を含んで構成されるインバータを有する電子ユニットが収容される収容部と、
   液体冷媒が流れる冷却路と、
   前記収容部と前記冷却路とを区画し、前記電子ユニットをねじ止めするために前記収容部側に開口する非貫通の雌ねじ部が設けられ、ねじ止めされた前記電子ユニットの熱を前記冷却路に伝える伝熱部とを備えたアルミダイキャスト製のインバータケースであって、
   前記伝熱部の前記雌ねじ部の周囲には、前記収容部側に開口し非貫通に設けられ且つ内壁の表面に黒皮を有する溝部が形成されていることを特徴とするインバータケース。
3. 前記溝部は、鋳造によって形成される請求項２に記載のインバータケース。
4. 前記溝部の深さは、前記雌ねじ部の深さ以上である請求項２または３に記載のインバータケース。
5. 前記雌ねじ部と前記溝部との離間距離は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項２〜４の何れか一項に記載のインバータケース。
6. 前記溝部は、前記雌ねじ部の周囲に断続的に形成されている請求項２〜５の何れか一項に記載のインバータケース。
7. 断続的に形成される前記溝部の間隔は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項６に記載のインバータケース。

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