JP7003828B2 - 冷却器 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を冷却する冷却器に関する。

例えば、電力変換装置は、電子部品を冷却するための冷却器を備えている。特許文献１に開示された冷却器は、第１仕切壁（以下において、ベースプレートという）と第２仕切壁（以下において、カバープレートという）との間に、冷媒流路を形成している。そして、ベースプレートとカバープレートとは、その外周部分において、シール材を介して密着している。

特開２０１７－１１２７６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された冷却器においては、以下の課題がある。
すなわち、冷媒流路が略Ｕ字形状に形成されており、折り返された２つの流路部の間に立設壁が存在している。そうすると、カバープレートをベースプレートに固定する際に、立設壁にカバープレートが干渉しないようにする必要がある。つまり、立設壁が高すぎると、立設壁にカバープレートが干渉して、冷媒流路の周囲のシール面において、シールが確実にし難くなる。それゆえ、立設壁とカバープレートとの間には、若干の隙間を設けることが望ましく、シール面から離れた位置においては立設壁とカバープレートとの間にシール材が配置されない。

一方、シール面に配置されたシール材が冷媒流路側に若干はみ出ることで、冷媒の漏れを効果的に防ぎやすい。つまり、シール面においては、シール材が薄く押し伸ばされる状態にあるが、これが冷媒流路側にはみ出ることで、その部分に比較的厚みの大きいシール材溜りが形成される。このシール材溜りが形成されていることで、冷媒の圧力に対する耐久性を確保しやすい。つまり、シール面と冷媒流路との間の境界部にシール材溜りが存在することで、冷媒に対する耐久性を向上させることができる。

ところが、シール面の一部から延設された立設壁には、シール面側の一部において、カバープレートとの間にシール材が介在し、シール面から遠い部分においては、カバープレートとの間にシール材が介在しない構成となる。そうすると、立設壁におけるシール材が途切れる部分においては、シール材溜りが形成されない。そうすると、この部分においては、シール面と冷媒流路との間の境界部にシール材溜りが形成されないこととなる。それゆえ、冷媒の圧力に対する耐久性の観点で改善の余地があるといえる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、冷媒の圧力に対する耐久性を向上させることができる冷却器を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、電子部品（５）を搭載するベースプレート（２）と、
該ベースプレートにおける上記電子部品と反対側に固定されたカバープレート（３）と、
上記ベースプレートと上記カバープレートとの間のシール面（４０）をシールするシール材（４）と、を有し、
上記ベースプレートと上記カバープレートとの間には、冷媒（Ｗ）を流通させる冷媒流路（１１）が形成されており、
上記冷媒流路は、上記ベースプレートと上記カバープレートとの重なり方向（Ｚ）から見たとき、立設壁（１２）を挟んで隣り合うと共に冷媒の流通方向が互いに逆向きとなる第１流路部（１１１）及び第２流路部（１１２）と、上記第１流路部の下流側と上記第２流路部の上流側とを繋ぐ折返し部（１１４）と、を少なくとも有し、
上記立設壁は、上記ベースプレートと上記カバープレートとの少なくとも一方から、上記重なり方向に立設してなり、
上記重なり方向から見たとき、上記シール面は、上記冷媒流路及び上記立設壁を全周にわたって囲むように形成されており、
上記重なり方向から見たとき、上記立設壁は、上記シール面の一部から、上記折返し部へ向かって延びるように形成されており、
上記立設壁における上記シール面に隣接する位置には、上記第１流路部と上記第２流路部とに連結された溝部（１３）が形成されており、
上記シール材の一部が、上記溝部の少なくとも一部に、上記シール面側から連続して配置されている、冷却器（１）にある。

上記冷却器においては、上記立設壁における上記シール面に隣接する位置に、上記溝部が形成されている。そして、上記シール材の一部が、溝部の少なくとも一部に、シール面側から連続して配置されている。すなわち、溝部内に、シール材の一部であって厚みの大きい部分であるシール材溜りが形成される。これにより、シール材における厚みの薄い部分が冷媒に面することを防ぐことができる。そのため、冷媒の圧力に対するシール材の耐久性を向上させることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、冷媒の圧力に対する耐久性を向上させることができる冷却器を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、カバープレートを取り外した状態の冷却器の平面図。 実施形態１における、図１のII－II線矢視断面に相当する、冷却器の断面図。 実施形態１における、図１のIII－III線矢視断面に相当する、冷却器の断面図。 実施形態１における、図１のIV－IV線矢視断面に相当する、冷却器の断面図。 実施形態１における、図２と同じ断面の、溝部周辺の断面拡大図。 実施形態１における、図２と同じ断面の、折返し部周辺の断面拡大図。 実施形態１における、溝部の拡大平面図。 実施形態１における、シール材の一部が配置された溝部の拡大平面図。 実施形態２における、図１のII－II線矢視断面に相当する、冷却器の断面図。 実施形態２における、図１のIII－III線矢視断面に相当する、冷却器の断面図。 実施形態３における、カバープレートを取り外した状態の冷却器の平面概略図。 実施形態３における、溝部の平面図。 実施形態３における、他の形状の溝部の平面図。 実施形態３における、さらに他の形状の溝部の平面図。 実施形態３における、直線形状の溝部の平面図。 実施形態４における、カバープレートを取り外した状態の冷却器の平面概略図。

（実施形態１）
冷却器に係る実施形態について、図１～図８を参照して説明する。
本形態の冷却器１は、図２、図３に示すごとく、ベースプレート２と、カバープレート３と、シール材４と、を有する。ベースプレート２は、電子部品５を搭載する。カバープレート３は、ベースプレート２における電子部品５と反対側に固定されている。シール材４は、ベースプレート２とカバープレート３との間のシール面４０をシールする。

ベースプレート２とカバープレート３との間には、冷媒Ｗを流通させる冷媒流路１１が形成されている。
冷媒流路１１は、図１に示すごとく、ベースプレート２とカバープレート３との重なり方向Ｚから見たとき、第１流路部１１１及び第２流路部１１２と、折返し部１１４と、を少なくとも有する。第１流路部１１１及び第２流路部１１２は、立設壁１２を挟んで隣り合うと共に冷媒Ｗの流通方向が互いに逆向きとなる部分である。折返し部１１４は、第１流路部１１１の下流側と第２流路部１１２の上流側とを繋ぐ部分である。

なお、ベースプレート２とカバープレート３との重なり方向を、以下において、適宜、単に重なり方向Ｚ、もしくは、Ｚ方向ともいう。また、Ｚ方向に直交する方向であって、第１流路部１１１及び第２流路部１１２が沿う方向を、適宜、Ｘ方向という。さらに、Ｘ方向とＺ方向との双方に直交する方向を、適宜、Ｙ方向という。

立設壁１２は、ベースプレート２とカバープレート３との少なくとも一方から、重なり方向Ｚに立設してなる。本形態においては、図２、図３に示すごとく、立設壁１２は、ベースプレート２に設けられ、ベースプレート２から立設している。

図１に示すごとく、重なり方向Ｚから見たとき、シール面４０は、冷媒流路１１及び立設壁１２を全周にわたって囲むように形成されている。
重なり方向Ｚから見たとき、立設壁１２は、シール面４０の一部から、折返し部１１４へ向かって延びるように形成されている。

図１、図２、図５、図７に示すごとく、立設壁１２におけるシール面４０に隣接する位置には、溝部１３が形成されている。溝部１３は、第１流路部１１１と第２流路部１１２とに連結されている。

図５、図８に示すごとく、シール材４の一部が、溝部１３の少なくとも一部に、シール面４０側から連続して配置されている。すなわち、シール面４０に配されたシール材４の一部が、溝部１３の少なくとも一部に溜まる。そして、この部分に、シール材４の厚みが大きいシール材溜り４１が形成されている。

また、図３～図６に示すごとく、シール面４０の略全体に、シール材４が配置されている。さらには、シール面４０の内側端縁及び外側端縁から、シール材４の一部がはみ出ている。このシール材４がはみ出た部分にも、シール材溜り４１が形成されている。

図２、図３に示すごとく、ベースプレート２は、電子部品５を収容する収容部２０１を有するケース２０の一部である。収容部２０１は、ベースプレート２における冷媒流路１１と反対側に設けてある。具体的には、ケース２０の底壁部がベースプレート２となっており、その収容部２０１側の面に電子部品５が搭載され、他方側の面とカバープレート３との間に冷媒流路１１が配されている。

本形態の冷却器１は、電力変換装置の電子部品５を冷却するものである。電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うことができるよう構成されている。すなわち、電子部品５として、例えば、コンデンサ、リアクトル等が、ベースプレート２に搭載され、冷却器１は、これらの電子部品５を冷却するよう構成されている。

なお、冷媒流路１１を流れる冷媒Ｗとしては、例えば、水などの液冷媒を用いることができる。また、図示を省略するが、冷媒流路１１の上流端と下流端とには、それぞれ、冷媒流路１１に冷媒を導入する導入口と、冷媒流路１１から冷媒を排出する排出口とが設けてある。すなわち、第１流路部１１１の上流端に導入口が設けられ、第２流路部１１２の下流端に排出口が設けられている。

図２、図３に示すごとく、ベースプレート２は、冷媒流路１１を構成する流路凹部２１を有すると共に、立設壁１２を設けてなる。つまり、シール面４０は、ベースプレート２側から突出した外周突出壁２２の突出端面と、カバープレート３との間に形成されている。

Ｚ方向から見たとき、図１に示すごとく、外周突出壁２２の一部から、立設壁１２が、冷媒流路１１の折返し部１１４に向って突出している。また、外周突出壁２２の突出端面には、その内側端縁及び外側端縁に、テーパ面２２１が形成されている。これらのテーパ面２２１とカバープレート３との間に、くさび状の空間が形成される。そして、この空間に、シール材４の一部が配置されて、シール材溜り４１を形成している。

図２、図３に示すごとく、カバープレート３は、その外周部において、複数のボルト１５によって、ベースプレート２に締結固定されている。図１に示すごとく、本形態において、ベースプレート２における外周突出壁２２には、その突出端面からＺ方向に穿設されたネジ孔１５０が複数形成されている。カバープレート３の挿通孔に挿通した複数のボルト１５を、それぞれ複数のネジ孔１５０に螺合することにより、図２、図３に示すごとく、カバープレート３が、ベースプレート２に固定されている。

立設壁１２は、溝部１３を挟んでシール面４０と反対側の部分において、図３、図５に示すごとく、カバープレート３との間に隙間１４を形成する部分を有する。立設壁１２は、シール面４０に連続する部分においては、Ｚ方向の高さ位置を、外周突出壁２２の高さ位置と同じ位置に形成しているが、隙間１４を設ける部分は、それよりもＺ方向の高さ位置を、ベースプレート２側に位置させている。これにより、立設壁１２とカバープレート３との間に隙間１４を確実に形成している。

図５に示すごとく、溝部１３は、シール面４０との境界部分に、シール面４０に対して傾斜した傾斜面１３４を有する。傾斜面１３４は、溝部１３の幅方向及び深さ方向に沿った平面による断面の形状において、シール面４０の延長線とのなす角度が、鋭角となるように形成されている。なお、図２に示すごとく、溝部１３の深さは、冷媒流路１１の流路凹部２１の深さよりも浅い。また、溝部１３の深さは、隙間１４の高さよりも大きい。

また、図１、図７に示すごとく、溝部１３は、重なり方向Ｚから見たとき、屈曲部１３３を有する。より具体的には、本形態において、溝部１３は、第１流路部１１１に接続された第１直線部１３１と、第２流路部１１２に接続された第２直線部１３２とを有する。第１直線部１３１と第２直線部１３２とは、Ｙ方向に沿って形成されている。第１直線部１３１と第２直線部１３２とは、互いにＸ方向にずれた位置に形成されている。
そして、第１直線部１３１と第２直線部１３２とを繋ぐように、屈曲部１３３が形成されている。

上記冷却器１を製造するにあたっては、シール面４０となる、ベースプレート２の外周突出壁２２の突出端面に、シール材４を配置する。シール材４としては、例えば、シリコーン樹脂等からなる液状ガスケット等、少なくともシール面４０に配置する際に流動性を有するシール材を用いることができる。この液状のシール材４を突出端面に、塗布する。なお、シール材４の配置は、カバープレート３におけるシール面４０となる部分に配置してもよい。

次いで、ベースプレート２とカバープレート３とを重ね合わせる。そして、複数のボルト１５によって、カバープレート３をベースプレート２に締結する。ここで、カバープレート３をベースプレート２にＺ方向に押し込む。なお、カバープレート３の押込みは、ボルト１５の締結を進めることによって行ってもよいし、別手段によりカバープレート３を押し込んだのち、ボルト締結を行ってもよい。カバープレート３をベースプレート２に押し込むとき、全周にわたり、押圧力が略均等となるようにする。

このとき、シール面４０に沿って、シール材４が引き伸ばされる。つまり、シール材４が、ベースプレート２とカバープレート３とに密着しつつ厚みが薄くなりながら広がる。そして、シール材４の一部が、シール面４０の外側端縁及び内側端縁から、それぞれはみ出て、図５、図６に示すごとく、シール材溜り４１を形成する。

ここで、シール面４０から立設壁１２へ向かって広がるシール材４の一部は、溝部１３に流れ込む。この溝部１３に流れ込んだシール材４も、図５、図８に示すごとく、シール材溜り４１となる。このように、シール面４０と立設壁１２とが連続する部分においても、シール材溜り４１が形成される。この溝部１３におけるシール材溜り４１は、図８に示すごとく、シール面４０の内側端縁のシール材溜り４１と連続している。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記冷却器１においては、立設壁１２におけるシール面４０に隣接する位置に、溝部１３が形成されている。そして、シール材４の一部が、溝部１３の少なくとも一部に、シール面４０側から連続して配置されている。すなわち、溝部１３内に、厚みの大きいシール材４の一部であるシール材溜り４１が形成される。これにより、シール材４における厚みの薄い部分が冷媒Ｗに面することを防ぐことができる。そのため、冷媒Ｗの圧力に対するシール材４の耐久性を向上させることができる。

溝部１３は、屈曲部１３３を有する。これにより、溝部１３における流路抵抗を大きくすることができる。それゆえ、第１流路部１１１から溝部１３を介して第２流路部１１２へ、冷媒Ｗが流通することを防ぐことができる。すなわち、第１流路部１１１から折返し部１１４を通って第２流路部１１２へ流れる冷媒Ｗの流量を充分に確保することができる。

また、溝部１３は、シール面４０との境界部分に傾斜面１３４を有する。これにより、シール面４０から連続して形成されるシール材４が、溝部１３内においてシール材溜り４１を形成しやすい。

立設壁１２は、溝部１３を挟んでシール面４０と反対側の部分において、カバープレート３との間に隙間１４を形成する部分を有する。これにより、立設壁１２がカバープレート３と干渉することを防ぎ、シール面４０のシール性が阻害されることを防ぐことができる。

ベースプレート２は、流路凹部２１を有すると共に立設壁１２を設けてなる。これにより、カバープレート３の形状を簡素化することができる。
また、ベースプレート２は、ケース２０の一部である。そして、収容部２０１は、ベースプレート２における冷媒流路１１と反対側に設けてある。これにより、収容部２０１に配された電子部品５を冷却する冷却器１を、コンパクトに形成することができる。

以上のごとく、本形態によれば、冷媒の圧力に対する耐久性を向上させることができる冷却器を提供することができる。

（実施形態２）
本形態は、図９、図１０に示すごとく、カバープレート３に、立設壁１２を設けた冷却器１の形態である。
そして、本形態においては、カバープレート３に流路凹部３１が形成されている。
また、カバープレート３の立設壁１２は、溝部１３を挟んでシール面４０と反対側の部分において、ベースプレート２との間に、隙間１４を形成する部分を有する。

その他の構成は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態においては、ベースプレート２の構造を簡素化することができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

（実施形態３）
本形態は、図１１、図１２に示すごとく、Ｚ方向から見た溝部１３の形状を、実施形態１にて示したもの（図１、図７参照）と異ならせたものである。
本形態においては、Ｚ方向から見た形状において、溝部１３は、略Ｖ字状に形成されている。すなわち、溝部１３は、屈曲部１３３を有し、その屈曲部１３３から第１流路部１１１及び第２流路部１１２にそれぞれ近付くほど、Ｘ方向における折返し部１１４に近付くような形状となっている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

本形態においても、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
なお、Ｚ方向から見たときの溝部１３の形状は、種々変更することができ、例えば、図１３、図１４に示すように、屈曲部１３３を２か所以上に設けることもできる。

また、図１５に示すように、屈曲部１３３を設けずに、直線状の溝部１３とすることもできる。ただし、この場合には、溝部１３の流路抵抗を高める工夫を施すことが好ましい。例えば、図１５に示すごとく、直線状の溝部１３において、第１流路部１１１との連結部から第２流路部１１２との連結部へ向かう方向が、第１流路部１１１における冷媒Ｗの流通方向に対して、逆向きのベクトルを有するように、形成する。
溝部の形状は、上記以外にも、種々変更可能である。

（実施形態４）
本形態は、図１６に示すごとく、冷媒流路１１が、第２流路部１１２の下流端側に、第２の折返し部１１５を介して接続された第３流路部１１３を、さらに設けた冷却器１の形態である。

第３流路部１１３は、Ｚ方向から見たとき、第２流路部１１２に、立設壁１２０を挟んで隣り合っている。また、第３流路部１１３は、冷媒Ｗの流通方向が、第２流路部１１２に対して逆向きとなるよう構成されている。

すなわち、本形態の冷却器１は、冷媒流路１１が、第１流路部１１１、第２流路部１１２、及び第３流路部１１３を有する。そして、冷媒流路１１は、第１流路部１１１と第２流路部１１２とを繋ぐ第１の折返し部１１４と、第２流路部１１２と第３流路部１１３とを繋ぐ第２の折返し部１１５とを有する。

第１流路部１１１と第３流路部１１３とは、冷媒Ｗの流通方向が略同一である。本形態においては、第１流路部１１１の上流端に導入口が設けられ、第３流路部１１３の下流端に排出口が設けられる。
そして、第２流路部１１２と第３流路部１１３との間の立設壁１２０に、第２の溝部１３０が形成されている。

すなわち、立設壁１２０における、シール面４０に隣接する位置には、第２流路部１１２と第３流路部１１３とに連結された第２の溝部１３０が形成されている。この第２の溝部１３０は、第１の溝部１３と同様の構成とすることができる。そして、第２の溝部１３０にも、シール材４の一部が、シール面４０側から連続して配置されている。すなわち、第２の溝部１３０にも、第１の溝部１３と同様に、シール材溜り４１が設けられている。
その他の構成は、実施形態１と同様である。

本形態のように、冷媒流路１１が折返し部１１４、１１５を複数有するような形状の場合において、複数の溝部１３、１３０を適切な個所に設けることで、実施形態１と同様の作用効果を効果的に得ることができる。

複数の上記実施形態を適宜組み合わせた実施形態を採用することもできる。例えば、実施形態４の冷却器１において、カバープレートに流路凹部及び立設壁を設けた構成とすることもできる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ 冷却器
１１ 冷媒流路
１１１ 第１流路部
１１２ 第２流路部
１１４ 折返し部
１２ 立設壁
１３ 溝部
２ ベースプレート
３ カバープレート
４ シール材
４０ シール面

Claims (6)

1. 電子部品（５）を搭載するベースプレート（２）と、
   該ベースプレートにおける上記電子部品と反対側に固定されたカバープレート（３）と、
   上記ベースプレートと上記カバープレートとの間のシール面（４０）をシールするシール材（４）と、を有し、
   上記ベースプレートと上記カバープレートとの間には、冷媒（Ｗ）を流通させる冷媒流路（１１）が形成されており、
   上記冷媒流路は、上記ベースプレートと上記カバープレートとの重なり方向（Ｚ）から見たとき、立設壁（１２）を挟んで隣り合うと共に冷媒の流通方向が互いに逆向きとなる第１流路部（１１１）及び第２流路部（１１２）と、上記第１流路部の下流側と上記第２流路部の上流側とを繋ぐ折返し部（１１４）と、を少なくとも有し、
   上記立設壁は、上記ベースプレートと上記カバープレートとの少なくとも一方から、上記重なり方向に立設してなり、
   上記重なり方向から見たとき、上記シール面は、上記冷媒流路及び上記立設壁を全周にわたって囲むように形成されており、
   上記重なり方向から見たとき、上記立設壁は、上記シール面の一部から、上記折返し部へ向かって延びるように形成されており、
   上記立設壁における上記シール面に隣接する位置には、上記第１流路部と上記第２流路部とに連結された溝部（１３）が形成されており、
   上記シール材の一部が、上記溝部の少なくとも一部に、上記シール面側から連続して配置されている、冷却器（１）。
2. 上記溝部は、上記重なり方向から見たとき、屈曲部（１３３）を有する、請求項１に記載の冷却器。
3. 上記溝部は、上記シール面との境界部分に、該シール面に対して傾斜した傾斜面（１３４）を有する、請求項１又は２に記載の冷却器。
4. 上記立設壁は、上記溝部を挟んで上記シール面と反対側の部分において、上記ベースプレート又は上記カバープレートとの間に隙間（１４）を形成する部分を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の冷却器。
5. 上記ベースプレートは、上記冷媒流路を構成する流路凹部（２１）を有すると共に、上記立設壁を設けてなる、請求項１～４のいずれか一項に記載の冷却器。
6. 上記ベースプレートは、上記電子部品を収容する収容部（２０１）を有するケース（２０）の一部であり、上記収容部は、上記ベースプレートにおける上記冷媒流路と反対側に設けてある、請求項１～５のいずれか一項に記載の冷却器。

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