JP5257599B2 - 冷却部材の取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒の導入される冷却部材を電装部品に接続する冷却部材の取付構造に関する。

電装部品の実装された基板をケーシングに収納し、パワーモジュールのように発熱する電装部品を冷媒によって冷却するための構造が、下記の特許文献に開示されている。図７（ａ）は、ケーシング１０１に伝熱部材１０３を固定し、伝熱部材１０３を介して電装部品１０５と冷却部材１０７とを接続した従来例の冷却部材の取付構造１１０を示している。伝熱部材１０３の役割を次に述べる。

冷却部材１０７に挿通されたパイプ１０９は、これに冷媒を供給する装置と冷却部材１０７とを接続するものである。例えば、メンテナンスのためにケーシング１０１を上記の装置に対して移動させると、パイプ１０９に曲げ方向の外力が加わる。この外力で電装部品１０５が基板１１１に対して少しでも傾くようなことが起こると、電装部品１０５と基板１１１とを電気的に接合する接合部１１３が損なわれる可能性がある。そこで、伝熱部材１０３に外力を受止めさせるようにしている。

更に、冷却部材１０７を伝熱部材１０３に取付ける２本のビス１１５は、その頭部をケーシング１０１の外側に突出している。このため、冷却部材１０７を伝熱部材１０３に脱着するのにビス１１５を緩め、又はビス１１５を締付ける作業は、ケーシング１０１の外側から容易に行える。冷却部材１０７の脱着は、伝熱部材１０３に電装部品１０５を予め取付け、又は伝熱部材１０３から電装部品１０５を取外した何れの状態でも行える。

以上に述べた取付構造１１０は、電装部品１０５と冷却部材１０７との間に伝熱部材１０３が介在するため、電装部品１０５の冷却を促進するのに不利である。また、伝熱部材１０３は、上記の外力を受止めることに加え、ビス１１５を締付けられたとき変形しない程度の剛性が求められるが、そのために伝熱部材１０３の厚みを増すと、熱抵抗が増大する。この対策として、伝熱部材１０３の材質にアルミニウムよりも熱伝導率の高い銅を適用すると、銅が高価な分、伝熱部材１０３がコスト高になる。

また、伝熱部材１０３と電装部品１０５との間、及び伝熱部材１０３と冷却部材１０７との間の熱抵抗をそれぞれ低減するために、これらの間に伝熱シート又は伝熱グリスを介在すると、部品点数及び製造コストが増大する。或いは、伝熱部材１０３と電装部品１０５との互いの接触面の平面精度を高めて両者を密接させれば、これらの間の熱抵抗を低減できる。伝熱部材１０３と冷却部材１０７についても同様である。このように４面の精度を高めるには、製造コストが倍増することは避けられない。

図７（ｂ）に示すように、電装部品１０５は、２本のビス１１７で伝熱部材１０３に取付けられている。そして、２本のビス１１５同士の間隔を電装部品１０５の幅よりも広くすることで、ビス１１５とビス１１７とは互いの位置を違えている。ビス１１５が伝熱部材１０３に冷却部材１０７を押付ける力は、ビス１１５の近傍で比較的強く、この箇所で伝熱部材１０３と冷却部材１０７との間の良好な伝熱を実現できる。しかしながら、取付構造１１０では、ビス１１５の位置が電装部品１０５からその外方へ離れているので、電装部品１０５の熱を伝熱部材１０３から冷却部材１０７へ伝熱させる作用は最大限に発揮されない。更に、冷却部材１０７にビス１１５が通る孔を形成するには、電装部品１０５よりも冷却部材１０７の幅を広くしなければならないので、冷却部材１０７の小型化が制限される。
特開２００８−１２１９６６号公報

そこで、本発明は、上記の実情に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、伝熱部材を省略し、しかも冷却部材に加わる外力を支持部材で受止める冷却部材の取付構造を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、電装部品が電気的に接続される基板と、冷媒を導入する通路が形成され前記電装部品に接触する冷却部材と、前記基板に固定され前記電装部品を支持する支持部材と、前記冷却部材及び前記電装部品を前記支持部材に締結する締結手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷却部材と前記支持部材との間に前記電装部品を配置したことを特徴とする。

また、本発明は、前記締結手段が、前記冷却部材及び前記電装部品を貫き前記支持部材に螺合するビスであることを特徴とする。

また、本発明は、前記支持部材が、前記基板の電装部品と反対側の面に沿って固定される板状部と、スリーブの内周に雌ねじを形成したスタッドナットとを接合したものであり、前記スタッドナットが、前記基板に形成した挿通孔を通して、前記基板から前記電装部品へ向けて突出し、前記ビスが前記スタッドナットに螺合したことを特徴とする。

本発明に係る冷却部材の取付構造は、冷媒を導入する通路が形成された冷却部材に電装部品を密接させることにより、次の利点を達成することができる。即ち、電装部品と冷却部材との間の熱抵抗を低減し、しかも両者の間から伝熱シート又は伝熱グリスを省略できるので、部品点数及び製造コストを低減することができる。また、電装部品と冷却部材との互いの接触面の平面精度を高くするために、両者に研磨又は精密加工をする場合でも、その箇所は２面で足りるので、従来のように４面の精度を高めるのに比べて、製造コストを低減することができる。

一方、基板に固定された支持部材に電装部品が支持され、この電装部品と共に冷却部材が締結手段によって支持部材に結束されるので、例えば冷媒を冷却部材へ導くために冷却部材に接続したパイプに曲げ方向の外力が加わっても、この外力は支持部材が受止める。これにより、電装部品と基板とを電気的に接合する接合部に負担が加わるのを防止し、基板の破損も予防し、基板の破損を防止することができる。

また、本発明に係る冷却部材の取付構造は、冷却部材と支持部材との間に電装部品を配置しているので、電装部品の熱を冷却部材へ伝熱させる作用が支持部材に依存することはない。このため、支持部材の剛性を考慮し、支持部材の材料として、鉄板のように強靭なものを選択することができる。また、アルミニウムに比較して鉄は安価であるため、支持部材の製造コストを低減することができる。

上記の締結手段が、冷却部材及び電装部品を貫き支持部材に螺合するビスである場合、冷却部材と電装部品とを共通のビスで支持部材に締結できる。このため、締結手段を電装部品から不要に離さなくて済むので、電装部品の熱を冷却部材へ伝熱させる作用を最大限に発揮することができる。しかも、電装部品の寸法に関わらず、冷却部材を小型化するのに有利である。

更に、上記の締結手段であるビスの頭部は冷却部材から突出するので、冷却部材を支持部材に脱着するのに締結手段を緩め、又は締結手段を締付ける作業は、冷却部材に対して支持部材が固定された基板と反対側から容易に行える。また、冷却部材の脱着は、伝熱部材に電装部品を予め取付け、又は伝熱部材から電装部品を取外した何れの状態でも行うことができる。

また、本発明に係る冷却部材の取付構造は、支持部材を基板に電装部品と反対側から取付けているので、上記のように冷却部材と支持部材との間に電装部品を配置する場合に比較して、電装部品を基板に接近させることができる。このため、電装部品及び冷却部材が基板から突出する寸法を抑えられるので、当該冷却部材の取付構造の全体を小型化するのに有利である。

本発明に係る冷却部材の取付構造の第１の実施形態について説明する。図１（ａ），（ｂ）は、電装部品１を電気的に接合された基板３と、電装部品１に接触する冷却部材５と、基板３に固定された支持部材７と、電装部品１を冷却部材５と共に支持部材７に締結する２つの締結手段９とを備える取付構造１１を示している。図２は、取付構造１１を分解した斜視図を示している。

電装部品１は、差込孔１３を両側に各々形成されたパワーモジュールであり、そのリード部１５を基板３に接合されている。基板３は、ケーシング１７にビス１９で固定されている。ケーシング１７は、その一部のみ図に表れた筺体である。冷却部材５は、差込孔２１を両側に各々形成されたアルミニウム板に、パイプ２３を挿入したものである。パイプ２３の内部は冷媒を導入する通路である。支持部材７は、雌ねじ部２５，２６が形成された板材であり、雌ねじ部２６に締付けられたビス２７で基板３に固定されている。

締結手段９は、電装部品１を冷却部材５と支持部材７との間に配置した状態で、差込孔１３、及び差込孔２１を貫くビスであり、支持部材７の雌ねじ部２５に締付けられている。このように、電装部品１と冷却部材５とは共通の締結手段９で支持部材７に締結されており、電装部品１から締結手段９を不要に離さなくて済むので、電装部品１の熱を冷却部材５へ伝熱させる作用を最大限に発揮することができる。しかも、電装部品１の寸法に関わらず、冷却部材５を小型化するのに有利である。また、従来のような伝熱シート又は伝熱グリスを省略できるので、部品点数及び製造コストを低減することができる。更に、電装部品１と冷却部材５との互いの接触面の平面精度を高くするために、両者に研磨又は精密加工をする場合でも、その箇所は２面で足りるので、製造コストを低減することができる。

一方、電装部品１は、冷却部材５と反対側の面を支持部材７によって支持されている。ここで「支持」とは、例えばパイプ２３に曲げ方向の外力が加えられたとき、その外力による電装部品１の基板３に対する傾き、又は振れを規制することである。これにより、電装部品１のリード部１５と基板３との接合部２９に負担が加わるのを防止し、基板３の破損も予防することができる。また、電装部品１の熱を冷却部材５へ伝熱させる作用は支持部材７に依存しないので、支持部材７の剛性を考慮し、支持部材７の材料として鉄板を選択しても良い。この場合、アルミニウムに比較して鉄は安価であるため、支持部材７の製造コストを低減することができる。

また、締結手段９の頭部３１が冷却部材５から突出しているので、冷却部材５を支持部材７に脱着するのに締結手段９を緩め、又は締結手段９を締付ける作業は、冷却部材５に対して基板３の反対側であるケーシング１７の外側から容易に行える。冷却部材５の脱着は、伝熱部材に電装部品１を予め取付け、又は伝熱部材から電装部品１を取外した何れの状態でも行うことができる。

図３（ａ），（ｂ）は、雌ねじ部２５の周縁を電装部品１へ向けて突出した支持部材３３を適用し、電装部品１と支持部材３３との間に隙間を設けた取付構造１１の変形例を示している。また、締結手段９はビスである必要はなく、例えば差込孔１３、及び差込孔２１を貫くねじ軸を図１（ａ）に示した支持部材７に固定し、このねじ軸に螺合するナットで、冷却部材５を電装部品１に押付けても良い。

次に、本発明に係る冷却部材の取付構造の第２の実施形態を図４（ａ），（ｂ）に基づき説明する。取付構造３５は、基板３を電装部品１と支持部材３７との間に介在させ、２つの支持部材３７のスタッドナット３９を、基板３に形成した挿通孔４０を通して電装部品１へ向けて突出させ、スタッドナット３９に締結部材９を各々螺合させている。図５は、取付構造３５を分解した斜視図を示している。この他、既述の要素には、以下で引続き同じ符号を用いるものとし、その説明を省略する。

支持部材３７は、基板３の電装部品１と反対側の面に沿う板状部４１と、スリーブの内周に雌ねじを形成したスタッドナット３９とを接合したものである。板状部４１は、スタッドナット３９から隔たる箇所に雌ねじ部４２が形成され、雌ねじ部４２に締結したビス２７で基板３に固定されている。図６（ａ），（ｂ）は、板状部４１が電装部品１の長手方向に延びる寸法を短縮し、ビス２７をスタッドナット３９の両側近傍に配置した取付構造３５の変形例を示している。また、支持部材３７を２つに分ける必要はなく、１つの板状部に２つのスタッドナット３９を設けても良い。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、以上の説明において、電装部品１はその表面を冷却部材５に接触し裏面を支持部材７に接触する直方体としたが、電装部品１の形状は、冷却部材５が密接できるものであれば何ら限定されることはない。

本発明は、空調装置の室外機に実装される電装部品を冷却する冷却部材を、同室外機に取付けるのに有益な技術である。

（ａ）は本発明に係る冷却部材の取付構造の第１の実施形態の断面図、（ｂ）はそれに直交する方向の断面図。 本発明に係る冷却部材の取付構造の第１の実施形態の分解斜視図。 （ａ）は本発明に係る冷却部材の取付構造の第１の実施形態の変形例を示す断面図、（ｂ）はそれに直交する方向の断面図。 （ａ）は本発明に係る冷却部材の取付構造の第２の実施形態の断面図、（ｂ）はそれに直交する方向の断面図。 本発明に係る冷却部材の取付構造の第２の実施形態の分解斜視図。 （ａ）は本発明に係る冷却部材の取付構造の第２の実施形態の変形例を示す断面図、（ｂ）はそれに直交する方向の断面図。 （ａ）は従来例の冷却部材の取付構造の断面図、（ｂ）はそれに直交する方向の要部の断面図。

１...電装部品、３...基板、５...冷却部材、７，３３，３７，４９...支持部材、９...締結手段、１７...ケーシング、３９...スタッドナット、４０...挿通孔。

Claims (1)

1. 電装部品が電気的に接続される基板と、冷媒を導入する通路が形成され前記電装部品に接触する冷却部材と、前記基板に固定され前記電装部品を支持する支持部材と、前記冷却部材及び前記電装部品を前記支持部材に締結する締結手段とを備え、前記冷却部材と前記支持部材との間に前記電装部品を配置し、前記締結手段が、前記冷却部材及び前記電装部品を貫き前記支持部材に螺合するビスである冷却部材の取付構造であって、
   前記支持部材が、前記基板の電装部品と反対側の面に沿って固定される板状部と、スリーブの内周に雌ねじを形成したスタッドナットとを接合したものであり、前記スタッドナットが、前記基板に形成した挿通孔を通して、前記基板から前記電装部品へ向けて突出し、前記ビスが前記スタッドナットに螺合したことを特徴とする冷却部材の取付構造。

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