JP7164020B2 - 冷却構造体 - Google Patents
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Description
本開示は、冷却構造体に関する。
ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータを搭載する車両には、モータを駆動する駆動手段が搭載されている。駆動手段は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体を複数備えるパワーモジュール、キャパシタ等の電子部品、これら電子部品を電気的に接合するバスバーなどから構成される。
モータを駆動する際には、パワー半導体、キャパシタ等、これら電子部品を接合するバスバーに大電流の流れることがある。この場合、スイッチング損失、抵抗損失等によって駆動手段が発熱するため、駆動手段を効率的に冷却する必要がある。
モータを駆動する際には、パワー半導体、キャパシタ等、これら電子部品を接合するバスバーに大電流の流れることがある。この場合、スイッチング損失、抵抗損失等によって駆動手段が発熱するため、駆動手段を効率的に冷却する必要がある。
駆動手段を冷却するための冷却手段としては、熱伝導性の高さから、アルミニウム、銅等の金属製のヒートシンクが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、金属製のヒートシンクを製造するためには、押出成形、スカイブ加工、カシメ加工等の複雑な製造工程を経る必要がある。そのため、金属製のヒートシンクはコストが高くなりやすい。
また、金属製のヒートシンクを駆動手段等の冷却対象に組み込むためには、多くの工数を要することがある。そのため、金属製のヒートシンクを用いることなく冷却効率に優れる冷却方法が求められている。
また、金属製のヒートシンクを駆動手段等の冷却対象に組み込むためには、多くの工数を要することがある。そのため、金属製のヒートシンクを用いることなく冷却効率に優れる冷却方法が求められている。
本開示の一形態は上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、冷却効率に優れる樹脂製の冷却構造体を提供することを目的とする。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
＜１＞ 冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、
前記冷媒を前記流路に流入させる流入口と、
前記冷媒を前記流路から流出させる流出口と、
前記冷媒により冷却される複数の被冷却体と、を備え、
前記流入口から流入した前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達するように、前記流路が構成される冷却構造体。
＜２＞ 前記流路が、前記流入口と前記被冷却体との間で分岐しており、分岐した前記流路を流通して前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達する＜１＞に記載の冷却構造体。
＜３＞ 前記流入口を少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの流入口の各々から流入した前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達する＜１＞に記載の冷却構造体。
＜４＞ 前記流路が、前記冷媒が流通する方向における上流側の内壁よりも流路外方向に突出する突出部と、前記冷媒が流通する方向を前記突出部側に整流する整流部と、を有する＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の冷却構造体。
＜５＞ 前記被冷却体からの熱を伝熱する前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状かつ金属製である熱拡散部と、
前記熱拡散部から前記流路内に延設され、少なくとも表面が樹脂製の冷却フィンと、をさらに備える＜１＞～＜４＞のいずれか１項に記載の冷却構造体。
＜６＞ 前記被冷却体の少なくとも１つが前記熱拡散部に伝熱するバスバーであり、
前記流路形成部材の外壁面と、前記バスバーとの間に空間があり、前記流路形成部材と前記バスバーとが接触していない＜５＞に記載の冷却構造体。
＜７＞ 前記冷却フィンの先端が、前記流路の内壁に接触する＜５＞又は＜６＞に記載の冷却構造体。
＜８＞ 前記冷却フィンの前記冷媒と接触する部分の表面粗さＲａが、１０μｍ以上である＜５＞～＜７＞のいずれか１項に記載の冷却構造体。
＜９＞ 前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられた＜１＞～＜８＞のいずれか１項に記載の冷却構造体。
＜１０＞ 前記金属層が、金属溶射層である＜９＞に記載の冷却構造体。
＜１＞ 冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、
前記冷媒を前記流路に流入させる流入口と、
前記冷媒を前記流路から流出させる流出口と、
前記冷媒により冷却される複数の被冷却体と、を備え、
前記流入口から流入した前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達するように、前記流路が構成される冷却構造体。
＜２＞ 前記流路が、前記流入口と前記被冷却体との間で分岐しており、分岐した前記流路を流通して前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達する＜１＞に記載の冷却構造体。
＜３＞ 前記流入口を少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの流入口の各々から流入した前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達する＜１＞に記載の冷却構造体。
＜４＞ 前記流路が、前記冷媒が流通する方向における上流側の内壁よりも流路外方向に突出する突出部と、前記冷媒が流通する方向を前記突出部側に整流する整流部と、を有する＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の冷却構造体。
＜５＞ 前記被冷却体からの熱を伝熱する前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状かつ金属製である熱拡散部と、
前記熱拡散部から前記流路内に延設され、少なくとも表面が樹脂製の冷却フィンと、をさらに備える＜１＞～＜４＞のいずれか１項に記載の冷却構造体。
＜６＞ 前記被冷却体の少なくとも１つが前記熱拡散部に伝熱するバスバーであり、
前記流路形成部材の外壁面と、前記バスバーとの間に空間があり、前記流路形成部材と前記バスバーとが接触していない＜５＞に記載の冷却構造体。
＜７＞ 前記冷却フィンの先端が、前記流路の内壁に接触する＜５＞又は＜６＞に記載の冷却構造体。
＜８＞ 前記冷却フィンの前記冷媒と接触する部分の表面粗さＲａが、１０μｍ以上である＜５＞～＜７＞のいずれか１項に記載の冷却構造体。
＜９＞ 前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられた＜１＞～＜８＞のいずれか１項に記載の冷却構造体。
＜１０＞ 前記金属層が、金属溶射層である＜９＞に記載の冷却構造体。
本開示の一形態によれば、冷却効率に優れる樹脂製の冷却構造体を提供することができる。
＜冷却構造体＞
本開示の冷却構造体は、冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記冷媒を前記流路に流入させる流入口と、前記冷媒を前記流路から流出させる流出口と、前記冷媒により冷却される複数の被冷却体と、を備え、前記流入口から流入した前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達するように、前記流路が構成されるものである。
本開示の冷却構造体は、冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記冷媒を前記流路に流入させる流入口と、前記冷媒を前記流路から流出させる流出口と、前記冷媒により冷却される複数の被冷却体と、を備え、前記流入口から流入した前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達するように、前記流路が構成されるものである。
本開示において、冷媒が被冷却体に「直接到達する」とは、流入口から流入した冷媒が目的とする被冷却体に到達する前に他の被冷却体への冷却に寄与しないことをいう。
本開示の冷却構造体では、流入口から流入した冷媒が被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達するように流路が構成されることから、熱量の大きい少なくとも２つの被冷却体が存在する場合に、これら複数の被冷却体に対して冷媒を直接供給することが可能となる。そのため、他の被冷却体への冷却に寄与しておらず冷却能力に優れる冷媒を熱量の大きい被冷却体に供給することができ、冷却効率が向上する。
本開示の冷却構造体では、流入口から流入した冷媒が被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達するように流路が構成されることから、熱量の大きい少なくとも２つの被冷却体が存在する場合に、これら複数の被冷却体に対して冷媒を直接供給することが可能となる。そのため、他の被冷却体への冷却に寄与しておらず冷却能力に優れる冷媒を熱量の大きい被冷却体に供給することができ、冷却効率が向上する。
以下、本開示の冷却構造体を、図面を参照して説明する。なお、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
なお、本開示の冷却構造体では、流路における冷媒が流通する方向と直交する断面を観察したときに、流路の少なくとも一部に内壁の形状が略矩形となる領域が存在してもよく、円形、楕円形、矩形以外の多角形等の、略矩形以外の内壁の形状を呈する領域が存在していてもよい。
なお、本開示の冷却構造体では、流路における冷媒が流通する方向と直交する断面を観察したときに、流路の少なくとも一部に内壁の形状が略矩形となる領域が存在してもよく、円形、楕円形、矩形以外の多角形等の、略矩形以外の内壁の形状を呈する領域が存在していてもよい。
図１は、第１の実施形態に係る冷却構造体１０の平面図を示す。図１における矢印は冷媒の流れ方向を示す。冷却構造体１０では、樹脂製の流路形成部材１２により冷媒を流通させる流路が形成されている。流路の一端には冷媒を流路に流入させる流入口１４が一箇所設けられており、流路の他端には冷媒を流路から流出させる流出口１６が一箇所設けられている。冷却構造体１０には、２つの被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂが流路形成部材１２の外壁面に接するように配置されている。流入口１４と被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂとの間で、流路が分岐している。また、分岐した流路は、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂと流出口１６との間で合流している。
また、分岐した流路の一方には、被冷却体１８Ａよりも冷媒の流れ方向下流側に、流路外方向に突出して被冷却体１８Ａと接触する突出部１９が設けられている。
なお、冷却構造体１０では２つの被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂが配置されているが、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂよりも冷媒の流れ方向下流側に他の被冷却体が配置されていてもよい。他の被冷却体は、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂよりも熱量の小さい被冷却体であることが好ましい。
また、分岐した流路の一方には、被冷却体１８Ａよりも冷媒の流れ方向下流側に、流路外方向に突出して被冷却体１８Ａと接触する突出部１９が設けられている。
なお、冷却構造体１０では２つの被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂが配置されているが、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂよりも冷媒の流れ方向下流側に他の被冷却体が配置されていてもよい。他の被冷却体は、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂよりも熱量の小さい被冷却体であることが好ましい。
冷却構造体１０において、流入口１４からは、不図示の冷媒供給手段から供給される冷媒が流路に流入する。流路に流入した冷媒は、分岐した流路を通じて冷却構造体１０における被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂの配置された箇所に直接到達する。被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂの配置された箇所に到達した冷媒は、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂを冷却する。被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂの配置された箇所に到達した冷媒は、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂに到達する前において、その他の被冷却体を冷却することがない。そのため、被冷却体を冷却する前の冷媒を被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂに供給することができる。
図２は、第２の実施形態に係る冷却構造体１１の平面図を示す。図２における矢印は冷媒の流れ方向を示す。冷却構造体１１では、冷却構造体１０と同様に樹脂製の流路形成部材１２により冷媒を流通させる流路が形成されている。冷却構造体１１には二箇所の流入口１４Ａ及び流入口１４Ｂが設けられており、流入口１４Ａと通ずる流路と流入口１４Ｂと通ずる流路とが冷媒の流れ方向下流側で合流し、流路の合流箇所よりもさらに冷媒の流れ方向下流側に流出口１６が設けられている。また、冷却構造体１１には、２つの被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂが流路形成部材１２の外壁面に接するように配置されている。
冷却構造体１１において、流入口１４Ａ及び流入口１４Ｂからは、不図示の冷媒供給手段から供給される冷媒が流路に流入する。流入口１４Ａから流路に流入した冷媒は被冷却体１８Ａの配置された箇所に直接到達し、流入口１４Ｂから流路に流入した冷媒は被冷却体１８Ｂの配置された箇所に直接到達する。被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂの配置された箇所に到達した冷媒は、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂを冷却する。被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂの配置された箇所に到達した冷媒は、被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂに到達する前において、その他の被冷却体を冷却することがない。そのため、被冷却体を冷却する前の冷媒を被冷却体１８Ａ及び被冷却体１８Ｂに供給することができる。
冷却構造体の流路は、冷媒が流通する方向における上流側の内壁よりも流路外方向に突出する突出部と、冷媒が流通する方向を突出部側に整流する整流部と、を有するものであってもよい。
流路が突出部と整流部とを有することで、突出部に冷媒の流れが形成され、突出部に供給された冷媒が留まりにくくなり、長期間にわたって冷媒が突出部に溜まる滞留の発生が抑制されると考えられる。また、突出部における滞留の発生が抑制されることにより、突出部における冷却効率が高まると考えられる。
流路が突出部と整流部とを有することで、突出部に冷媒の流れが形成され、突出部に供給された冷媒が留まりにくくなり、長期間にわたって冷媒が突出部に溜まる滞留の発生が抑制されると考えられる。また、突出部における滞留の発生が抑制されることにより、突出部における冷却効率が高まると考えられる。
図３は、冷却構造体１０における、突出部１９の設けられた箇所を示す部分斜視図であり、図４は、図３のＡＡ線を含む鉛直面で切断したときの断面図である。なお、図３においては、突出部１９の構造が理解しやすいように被冷却体１８Ａを省略している。
図３及び図４において、冷媒を流通させる流路２０が樹脂製の流路形成部材１２により形成されている。流路における突出部１９の設けられた箇所の形状は、図３及び図４に示すように、冷媒が流通する方向と直交する方向における断面が略矩形であってもよく、断面が円形、楕円形、矩形以外の多角形等であってもよい。
図３及び図４において、冷媒を流通させる流路２０が樹脂製の流路形成部材１２により形成されている。流路における突出部１９の設けられた箇所の形状は、図３及び図４に示すように、冷媒が流通する方向と直交する方向における断面が略矩形であってもよく、断面が円形、楕円形、矩形以外の多角形等であってもよい。
流路２０は、冷媒が流通する方向（図４中の矢印Ｘ方向）において、鉛直上方向に突出する突出部１９と、冷媒が流通する方向を突出部１９側に整流する整流部２２と、を有する。
突出部１９は、冷媒が流通する方向において、上流側の上部内壁２４と下流側の上部内壁２６との間に形成されている。整流部２２の突出部１９側の端部は、上流側の上部内壁２４及び下流側の上部内壁２６よりも鉛直上方向に突出している。
突出部１９は、側部内壁２８、側部内壁３０及び上部内壁３２を備え、冷媒が流通する方向と平行な方向の断面がいずれも矩形状である。冷媒が流通する方向において、側部内壁２８は側部内壁３０よりも上流側の壁面であり、側部内壁３０は側部内壁２８よりも下流側の壁面である。突出部は、冷媒が流通する方向と平行な方向の断面は、円形、楕円形、多角形等であってもよい。
突出部は、冷媒が流通する方向と直交する断面が、図３に示すように矩形状であってもよく、円形、楕円形、矩形以外の多角形等であってもよい。
なお、突出部は、冷媒が流通する方向において上流側の内壁よりも流路外方向に突出していればよく、上流側の上部内壁よりも鉛直上方向に突出する構成に限定されない。例えば、上流側の下部内壁よりも鉛直下方向に突出していてもよく、上流側の側部内壁よりも側部内壁の流路外方向に突出していてもよい。
本開示において、「流路外方向」とは、流路の内壁から外壁を介して流路形成部材の外部に向かう方向を意味する。
本開示において、「流路外方向」とは、流路の内壁から外壁を介して流路形成部材の外部に向かう方向を意味する。
整流部２２は、下部内壁３４から流路２０内に向かって延設されている。整流部２２は、冷媒が流通する方向を突出部１９側、例えば、整流部２２の延設方向（図４中の矢印Ｙ方向）に整流する。整流部２２は、突出部１９における上部内壁３２と対向する下部内壁３４の部分の少なくとも一部から突出部１９側に延設された板状構造を有する。
整流部２２を構成する材料は、後述する流路形成部材１２を構成する樹脂であってもよく、後述する熱拡散部を構成する金属であってもよい。
整流部２２の突出部１９側の端部は、上流側の上部内壁２４よりも流路外方向である鉛直上方向に突出している。これにより、突出部１９側に冷媒の流れが好適に形成され、突出部１９に供給された冷媒はより滞留しにくくなる。
整流部は、冷媒が流通する方向を突出部側に整流する構成であれば特に限定されず、例えば、整流部は、突出部の流路外方向の内壁と対面する流路形成部材の内壁の部分の少なくとも一部から突出部側に延設されている構成であってもよい。
突出部１９における上部内壁３２と整流部２２における上部内壁３２と対面する壁面との距離Ｌと、突出部１９よりも上流側の流路２０の幅ｗとの比（Ｌ／ｗ）は、１以上であることが好ましく、Ｌ／ｗ＝１、すなわち、Ｌ＝ｗであることがより好ましい。
また、突出部１９よりも下流側の流路２０の幅ｚと、突出部１９よりも上流側の流路２０の幅ｗとの比（ｚ／ｗ）は、１以上であることが好ましく、ｚ／ｗ＝１、すなわち、ｚ＝ｗであることがより好ましい。
突出部１９における側部内壁２８と整流部２２における側部内壁２８と対面する壁面との距離ｍと、突出部１９よりも上流側の流路２０の幅ｗとの比（ｍ／ｗ）は、１以上であることが好ましく、ｍ／ｗ＝１、すなわち、ｍ＝ｗであることがより好ましい。
突出部１９における側部内壁３０と整流部２２における側部内壁３０と対面する壁面との距離ｎと、突出部１９よりも上流側の流路２０の幅ｗとの比（ｎ／ｗ）は、１以上であることが好ましく、ｎ／ｗ＝１、すなわち、ｎ＝ｗであることがより好ましい。
流路外方向である鉛直上方向における整流部２２の高さｈと、突出部１９よりも上流側の流路２０の幅ｗとの比（ｈ／ｗ）は、０．５以上であることが好ましく、１以上であることがより好ましい。
図４に示すように、冷却構造体１０では、上流側の上部内壁２４及び突出部の側部内壁２８と対向するように被冷却体１８Ａが配置され、突出部１９を流通する冷媒により被冷却体１８Ａが冷却される構成を有する。
突出部１９に隣接して配置される被冷却体１８Ａとしては、パワー半導体、キャパシタ等の電子部品が挙げられる。
被冷却体１８Ａは、上流側の上部内壁２４から流路２０内に向けて延設されたヒートシンク（図示せず）、及び側部内壁２８から突出部１９に向けて延設されたヒートシンク（図示せず）を備えていてもよい。
被冷却体１８Ａは、上流側の上部内壁２４から流路２０内に向けて延設されたヒートシンク（図示せず）、及び側部内壁２８から突出部１９に向けて延設されたヒートシンク（図示せず）を備えていてもよい。
被冷却体１８Ａがヒートシンクを備える場合、被冷却体１８Ａとヒートシンクとの間に被冷却体１８Ａの発する熱をヒートシンクに伝える絶縁基板、絶縁シート等を備えていてもよい。また、ヒートシンクの一部が流路形成部材１２に埋設されてヒートシンクと被冷却体１８Ａとが接触せずに流路形成部材１２を介して被冷却体１８Ａの発する熱がヒートシンクに伝わる構成であってもよい。
ヒートシンクは、例えば、被冷却体１８Ａの底部と対面する板状の熱拡散部と、熱拡散部における上部内壁２４側の面から流路２０内に延設された冷却フィンとを備えていてもよい。また、ヒートシンクとしては、被冷却体１８Ａの側面と対面する板状の熱拡散部と、熱拡散部における側部内壁２８側の面から突出部１９に延設された冷却フィンとを備えていてもよい。
冷却構造体は、被冷却体からの熱を伝熱する流路形成部材に埋設された、又は、流路形成部材に接合された、板状かつ金属製である熱拡散部と、熱拡散部から流路内に延設され、少なくとも表面が樹脂製の冷却フィンと、をさらに備えるものであってもよい。冷却構造体が板状かつ金属製である熱拡散部と、熱拡散部から流路内に延設された、少なくとも表面が樹脂製の冷却フィンと、をさらに備えることで、熱伝導性に優れる熱拡散部が被冷却体から受け取った熱が板状の熱拡散部の面方向に拡散され、広範囲に拡散された熱が放熱性に優れる冷却フィンの表面から放熱される。これにより、冷却構造体の冷却効率はさらに向上する。
図５Ａは、被冷却体１８Ａがバスバーであった場合の、冷却構造体１０の熱拡散部と冷却フィンとを備える箇所について、流路の冷媒が流通する方向と直交する断面を観察したときの断面図を示す。
図５Ａに示す冷却構造体１０では、冷却フィンが、流路の冷媒が流通する方向と直交する断面を観察したときに流路の内壁の形状が略矩形となる領域に設けられている。略矩形とされた内壁における対向する一対の内壁のうちの一方側の内壁から他方側の内壁に向けて冷却フィンが延設されている。
なお、本開示において、冷却構造体の冷却フィンの設けられた箇所の流路の断面形状は特に限定されるものではなく、略矩形であってもよく、円形、楕円形、矩形以外の多角形等の、略矩形以外の形状であってもよい。
また、本開示において、冷却構造体の冷却フィンの設けられた箇所以外の流路の断面形状は特に限定されるものではない。
図５Ａに示す冷却構造体１０では、冷却フィンが、流路の冷媒が流通する方向と直交する断面を観察したときに流路の内壁の形状が略矩形となる領域に設けられている。略矩形とされた内壁における対向する一対の内壁のうちの一方側の内壁から他方側の内壁に向けて冷却フィンが延設されている。
なお、本開示において、冷却構造体の冷却フィンの設けられた箇所の流路の断面形状は特に限定されるものではなく、略矩形であってもよく、円形、楕円形、矩形以外の多角形等の、略矩形以外の形状であってもよい。
また、本開示において、冷却構造体の冷却フィンの設けられた箇所以外の流路の断面形状は特に限定されるものではない。
図５Ａでは、流路２０は、対向する一対の内壁のうちの一方側の内壁に相当する上部内壁２４及び他方側の内壁に相当する下部内壁３４並びに上部内壁２４及び下部内壁３４を接続する側部内壁３６及び側部内壁３８に取り囲まれて構成されている。
上部内壁２４側では、板状かつ金属製である熱拡散部４４から流路２０内に円筒状の冷却フィン４６が複数延設されている。冷却フィン４６は、流路形成部材１２と同様に樹脂製であることが好ましい。これにより、金属製の熱拡散部４４は熱伝導性が高いため、面方向に熱が拡散されやすく、面方向に拡散された熱は放熱性に優れる樹脂製の冷却フィン４６により放熱されやすくなる。
図５Ａでは、冷却フィン４６の一部が点線で示されている。
複数の冷却フィン４６の延設方向はいずれも略平行とされる。複数の冷却フィン４６の延設方向を略平行とすることで、金型を用いて冷却フィン４６を備える流路形成部材１２を製造する際に、金型から冷却フィン４６を引き抜きやすくなる。そのため、金型を用いた冷却フィン４６を備える流路形成部材１２の製造が容易になる。
図５Ａでは、冷却フィン４６の一部が点線で示されている。
複数の冷却フィン４６の延設方向はいずれも略平行とされる。複数の冷却フィン４６の延設方向を略平行とすることで、金型を用いて冷却フィン４６を備える流路形成部材１２を製造する際に、金型から冷却フィン４６を引き抜きやすくなる。そのため、金型を用いた冷却フィン４６を備える流路形成部材１２の製造が容易になる。
熱拡散部４４の冷却フィン４６が延設されている側とは反対側では、熱拡散部４４に伝熱することで冷却される被冷却体であるバスバー４８が、ボルト５０とナット４０とで固定されている。ナット４０は、ナット本体４２とナット本体４２のボルト５０が挿入される側とは反対側に設けられた熱拡散部４４とを有する。熱拡散部４４は、四角形の板状物とされ、ナット本体４２と一体化されている。
バスバー４８は、パワー半導体、キャパシタ等の不図示の電子部品と接続されている。
バスバー４８は、パワー半導体、キャパシタ等の不図示の電子部品と接続されている。
ナット４０における熱拡散部４４の全体及びナット本体４２のボルト５０が挿入される側とは反対側の部分は、流路形成部材１２に埋設されている。なお、熱拡散部４４は、流路形成部材１２に埋設された構成に限定されず、後述のように流路形成部材１２に接合された構成、例えば、流路形成部材１２の外壁に接合された構成であってもよい。例えば、レーザー粗化による樹脂金属接合技術を用い、熱拡散部４４を流路形成部材１２に接合させてもよい。
また、複数の冷却フィン４６はいずれも熱拡散部４４から流路２０内に延設されている。これにより、熱拡散部４４にて面方向に拡散された熱が冷却フィン４６にて放熱されやすい構造となっている。
図６は、図５Ａの冷却構造体１０における冷却フィン４６の設けられた領域を、ボルト５０の挿入方向から見た図である。冷却フィン４６と熱拡散部４４との位置関係をわかりやすくするため、図６では、バスバー４８等の記載を割愛している。また、冷却フィン４６と熱拡散部４４との位置関係がわかりやすいように、熱拡散部４４を二点鎖線で表している。なお、図５Ａは、図６に示すＢＢ線で切断したときの断面図である。
図６では、冷却フィン４６は７本とされており、熱拡散部４４の配置された範囲内に冷却フィン４６が設けられている。また、熱拡散部４４の主面（熱拡散部４４のナット本体４２と一体化されている側とは反対側の面）は流路２０と対向している。
図６では、冷却フィン４６は７本とされており、熱拡散部４４の配置された範囲内に冷却フィン４６が設けられている。また、熱拡散部４４の主面（熱拡散部４４のナット本体４２と一体化されている側とは反対側の面）は流路２０と対向している。
ここで、バスバー４８に電流が流れると、抵抗損失によってバスバー４８自体が発熱する。また、バスバー４８は不図示の電子部品と接続されており、通電によりこれら電子部品から生じた熱がバスバー４８を通じて拡散される。そのため、バスバー４８は高温状態になりやすい。
バスバー４８自体から生じた熱及びバスバー４８を通じて拡散された熱は、ボルト５０及びナット本体４２を介して熱拡散部４４のナット本体４２と一体化されている箇所に伝達される。熱拡散部４４は四角形の板状物とされているため、熱拡散部４４に伝達された熱は熱拡散部４４の面方向に拡散され、広範囲に熱を拡散することができる。
熱拡散部４４は冷却フィン４６の根元部に配置されており、熱拡散部４４まで拡散された熱は、流路形成部材１２を介して冷却フィン４６の根元部に到達する。冷却フィン４６の根元部に到達した熱は、冷却フィン４６を通じて冷却フィン４６の根元部から冷却フィン４６の先端部に向けて移動する。このときに、流路２０を流通する冷媒により冷却フィン４６から熱が冷媒に移動する。このようにして、バスバー４８、バスバー４８に接続する電子部品等の被冷却体が冷却される。
図５Ａにおいて、流路２０の冷却フィン４６の設けられた領域を冷媒が流通する方向上流側から観察したときに、流路２０の面積に占める冷却フィン４６の観察される部分の面積（面積比率Ａ）は、冷却効率を向上する観点から、３０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、１００％であることがさらに好ましい。
図６において、熱拡散部４４の主面の面積に対する、熱拡散部４４の主面と平行な方向における、熱拡散部４４から流路２０内に延設された冷却フィン４６の断面積の合計の比率（面積比率Ｂ）は、冷却効率を向上する観点から、３０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがさらに好ましい。前述の面積比率Ｂは、流路２０内の抵抗の観点から、７０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがさらに好ましい。
図６では、熱拡散部４４は四角形の板状物となっているが、四角形に限定されず、円形、楕円形、四角形以外の多角形等であってもよい。
冷却フィン４６は、少なくとも表面が樹脂製であればよく、冷却フィン４６全体が樹脂製であってもよいし、金属製の棒状の芯材を有し、この芯材の表面が樹脂で被覆されていてもよい。芯材の一端は、冷却効率を向上する観点から、熱拡散部４４と接続されていてもよい。
図５Ａにおいては、冷却フィン４６の先端は冷却フィン４６の延設方向に直交する平坦状とされているが、冷却フィン４６の先端の形状は特に限定されるものではなく、半球状、円錐状、角錐状等であってもよい。
被冷却体としては、バスバー４８の他に、パワー半導体、キャパシタ等の電子部品が挙げられる。被冷却体が電子部品である場合、冷却構造体の電子部品の配置される箇所に冷却フィンを設ければよい。
熱拡散部４４から流路２０内に延設された冷却フィン４６は、１つ以上存在すればよく、好ましくは２つ以上存在すればよい。
例えば、図７に示すように、熱拡散部４４から外れた位置に冷却フィン４６が配置されていてもよい。
例えば、図７に示すように、熱拡散部４４から外れた位置に冷却フィン４６が配置されていてもよい。
被冷却体が熱拡散部に伝熱するバスバーである場合、流路形成部材の外壁面とバスバーとの間に空間があり、流路形成部材とバスバーとが接触していないことが好ましい。流路形成部材とバスバーとが接触しないことで、バスバーと流路形成部材との絶縁性が向上する。
図５Ａにおいて、バスバー４８と、流路形成部材１２の内壁面との距離ｈ１は、絶縁性及び冷却効率の観点から、１０ｍｍ～５０ｍｍであることが好ましい。
なお、図５Ａに示すように複数のバスバー４８（図中では２つ）が、ボルト５０とナット本体４２とで固定されている場合、距離ｈ１は、ナット本体４２に最も近いバスバー４８と、流路形成部材１２の内壁面におけるバスバー４８と対面する部分（図５Ａにおける上部内壁２４）と、の距離を意味する。
なお、図５Ａに示すように複数のバスバー４８（図中では２つ）が、ボルト５０とナット本体４２とで固定されている場合、距離ｈ１は、ナット本体４２に最も近いバスバー４８と、流路形成部材１２の内壁面におけるバスバー４８と対面する部分（図５Ａにおける上部内壁２４）と、の距離を意味する。
図５Ａにおいて、バスバー４８と、流路形成部材１２の外壁面におけるバスバー４８と対面する部分との最小距離ｈ２は、絶縁性の観点から、０．２ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。前述の最小距離ｈ２は、冷却構造体１０の小型化及びバスバー４８の冷却効率の観点から、５０ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましく、１０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、図５Ａに示すように複数のバスバー４８（図中では２つ）が、ボルト５０とナット本体４２とで固定されている場合、最小距離ｈ２は、ナット本体４２に最も近いバスバー４８と、流路形成部材１２の外壁面におけるバスバー４８と対面する部分と、の最小距離を意味する。
なお、図５Ａに示すように複数のバスバー４８（図中では２つ）が、ボルト５０とナット本体４２とで固定されている場合、最小距離ｈ２は、ナット本体４２に最も近いバスバー４８と、流路形成部材１２の外壁面におけるバスバー４８と対面する部分と、の最小距離を意味する。
図５Ａにおいて、熱拡散部４４のバスバー４８側の面から流路形成部材１２の外壁までの最小距離ｈ３は、成形性の観点から、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１．５ｍｍ以上であることがより好ましく、冷却効率を向上する観点から、２．５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、最小距離ｈ３が０ｍｍである場合、熱拡散部４４のバスバー４８側の面の少なくとも一部が流路形成部材１２で覆われていないことがある。
図５Ａにおいて、熱拡散部４４の流路２０側の面から流路形成部材１２の内壁までの最小距離ｈ４は、絶縁性の観点から、０．３ｍｍ以上であることが好ましく、成形性の観点から、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、前述の最小距離ｈ４は、冷却効率の観点から２．５ｍｍ以下であることが好ましい。
次に、図５Ａに示す冷却構造体１０の熱拡散部４４の設けられた箇所についての他の実施形態を、図５Ｂを用いて説明する。図５Ｂに示す冷却構造体１０は、バスバー４８と、流路形成部材１２の外壁面におけるバスバー４８と対面する部分との距離ｈ２、及び熱拡散部４４のバスバー４８側の面から流路形成部材１２の外壁までの距離ｈ３がそれぞれ一定である点で、図５Ａに示す冷却構造体１０と異なる。図５Ｂ中の距離ｈ２の好ましい範囲は、前述の図５Ａ中の最小距離ｈ２と同様である。
図５Ｂ中の距離ｈ３の好ましい範囲は、絶縁性の観点から、０ｍｍ超であることが好ましく、成形性の観点から、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、冷却効率の観点から、２．５ｍｍ以下であることが好ましい。
図５Ｂ中の距離ｈ３の好ましい範囲は、絶縁性の観点から、０ｍｍ超であることが好ましく、成形性の観点から、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、冷却効率の観点から、２．５ｍｍ以下であることが好ましい。
さらに、図５Ａに示す冷却構造体１０の熱拡散部４４の設けられた箇所についての他の実施形態を、図５Ｃを用いて説明する。図５Ｃに示す冷却構造体１０は、熱拡散部４４のバスバー４８側の面から流路形成部材１２の外壁までの距離ｈ３が０ｍｍである点、すなわち、熱拡散部４４のバスバー４８側の面が流路形成部材１２で覆われていない点で、図５Ａ又は図５Ｂに示す冷却構造体１０と異なる。
図５Ｃに示す冷却構造体１０は、冷却効率に優れる。
図５Ｃに示す冷却構造体１０は、冷却効率に優れる。
放熱性の観点から、バスバーとボルト及びナット本体との接触面積は大きい方が好ましい。ボルト及びナット本体のバスバーと接触する部分の形状は特に限定されず、円形、楕円形、多角形等であってもよい。
冷却フィンの先端は、流路の内壁に接触していてもよい。
図８は、図５Ａに示す冷却構造体１０の熱拡散部と冷却フィンとを備える箇所についての、他の実施形態の断面図を示し、図９は、図５Ａに示す冷却構造体１０の熱拡散部と冷却フィンとを備える箇所についての、他の実施形態の端面図を示す。
図８には、樹脂製の流路形成部材により形成された流路について、冷媒が流通する方向と直交する断面を観察したときに当該流路の内壁の形状が略矩形となる領域の断面が示されている。
図８は、図５Ａに示す冷却構造体１０の熱拡散部と冷却フィンとを備える箇所についての、他の実施形態の断面図を示し、図９は、図５Ａに示す冷却構造体１０の熱拡散部と冷却フィンとを備える箇所についての、他の実施形態の端面図を示す。
図８には、樹脂製の流路形成部材により形成された流路について、冷媒が流通する方向と直交する断面を観察したときに当該流路の内壁の形状が略矩形となる領域の断面が示されている。
図８では、冷却フィン４６が上部内壁２４から下部内壁３４に向けて延設されており、下部内壁３４に冷却フィン４６が接触している。例えば、冷却フィン４６が下部内壁３４にまで到達していない場合、冷却フィン４６の先端と下部内壁３４との間を流通する冷媒は冷却フィン４６に接触することなく通過していく。冷却フィン４６に接触することなく通過していく冷媒は、冷却フィン４６の冷却に寄与しない。下部内壁３４に冷却フィン４６が接触することで、下部内壁３４に冷却フィン４６の先端が接触してしない場合に比較して、冷却フィン４６に触れない冷媒の量を減少することができる。そのため、冷却構造体１０の冷却効率は高い。また、冷却フィン４６が下部内壁３４に接触しているため、特に、上部内壁２４から下部内壁３４に向けて（又は、下部内壁３４から上部内壁２４に向けて）荷重がかかった際に、冷却構造体１０の強度を高めることが可能となる。
また、図９に示すように、下部内壁３４における冷却フィン４６の接触する箇所に凹状の窪み５２が設けられていてもよい。この場合、窪み５２には、冷却フィン４６の先端が嵌合されている。冷却フィン４６の先端が窪み５２に嵌合することで、冷却フィン４６に対して冷媒が流通する方向へ荷重がかかった際の、冷却フィン４６の強度が向上する。そのため、冷媒の流速を上げることができるようになり、冷却効率をさらに向上することができる。
図９では、冷却フィン４６の先端が冷却フィン４６の延設方向に直交する平坦状とされ、窪み５２の底面が下部内壁３４と平行とされている。例えば、冷却フィン４６の先端の形状が半球状である場合、窪み５２は、冷却フィン４６の先端の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する凹状であってもよい。
冷却フィン４６の冷媒と接触する部分の表面粗さＲａは、１０μｍ以上であることが好ましい。冷却フィン４６の冷媒と接触する部分の表面粗さＲａが１０μｍ以上とされることで、冷却フィン４６の熱放射率が大きくなり、冷却フィン４６から熱が効率よく冷媒に移動する。冷却フィン４６の冷媒と接触する部分の表面粗さＲａが１００μｍ以上であることで、冷却フィン４６の表面積がより大きくなり、冷却フィン４６から熱がさらに効率よく冷媒に移動するため好ましい。冷却フィン４６の冷媒と接触する部分の表面粗さＲａは、成形性の観点から５００μｍ以下であることが好ましい。
本開示において、表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に基づいて測定された値をいう。
本開示において、表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に基づいて測定された値をいう。
冷却フィン４６の延設方向の長さは、流路２０の大きさ等に基づいて適宜設定することができる。冷却フィン４６の延設方向の長さは、成形性の観点からは、５０ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましい。また、冷却フィン４６の延設方向の長さは、冷却効率の観点から、１０ｍｍ以上であることが好ましく、３０ｍｍ以上であることがより好ましい。
冷媒が流通する方向から観察したときの冷却フィン４６の幅は、流路２０の大きさ等に基づいて適宜設定することができる。冷却フィン４６の幅は、強度の観点から１ｍｍ以上であることが好ましく、１．５ｍｍ以上であることがより好ましい。また、冷却フィン４６の幅は、冷却効率の観点から、３ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましい。
要求される冷却性能及び冷却フィン４６の強度並びに冷却フィン４６を後述のインジェクション成形法により成形する際の成形のしやすさを加味して、冷却フィン４６の長さ及び幅を設定してもよい。
冷媒が流通する方向から観察したときの冷却フィン４６の幅は、流路２０の大きさ等に基づいて適宜設定することができる。冷却フィン４６の幅は、強度の観点から１ｍｍ以上であることが好ましく、１．５ｍｍ以上であることがより好ましい。また、冷却フィン４６の幅は、冷却効率の観点から、３ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましい。
要求される冷却性能及び冷却フィン４６の強度並びに冷却フィン４６を後述のインジェクション成形法により成形する際の成形のしやすさを加味して、冷却フィン４６の長さ及び幅を設定してもよい。
冷却フィン４６の形状は、特に限定されるものではない。冷却フィン４６は、延設方向に直交する断面を観察したときに、図６等に示すように円形であってもよいし、楕円形、三角形、四角形等の多角形などであってもよい。
本開示の冷却構造体は、冷媒の温度を測定する温度センサを備えていてもよく、流路２０内の冷却フィン４６が延設された領域よりも下流に温度センサを備えていてもよい。また、温度センサの温度に応じて冷媒の量を調節してもよく、温度センサの温度に応じて冷媒供給手段から供給される冷媒の量を調節する制御部を備えていてもよい。
図１０は、第３の実施形態に係る冷却構造体５４の要部を示す断面図である。図１０は、冷却構造体５４における流路形成部材１２の冷媒が流通する方向に平行な断面を示す。なお、図１０では、冷却フィンの記載を割愛している。
図１０に示す冷却構造体５４では、被冷却体であるパワー半導体５６が、流路形成部材１２の外壁に設けられた金属層５８を介して流路形成部材１２と接している。パワー半導体５６にはバスバー４８が接続されており、不図示の他のパワー半導体その他の電気部品と導通が確保されている。流路形成部材１２のパワー半導体５６と接触する箇所には、不図示の冷却フィンが上部内壁２４から下部内壁３４に向けて延設されている。つまり、不図示の冷却フィンの根元部に、パワー半導体５６が配置されている。
パワー半導体５６から生じた熱は、金属層５８を介して流路形成部材１２の外壁に達し、さらに不図示の冷却フィンの根元部に到達した熱は、冷却フィンを通じて冷却フィンの根元部から下部内壁３４に向けて移動する。このときに、流路２０を流通する冷媒により冷却フィンから熱が冷媒に移動する。パワー半導体５６が金属層５８を介して流路形成部材１２と接するため、パワー半導体５６から生じた熱が、効率的に冷却フィンへ移動しやすくなり、冷却効率が向上する。
図１０に示す冷却構造体５４では、被冷却体であるパワー半導体５６が、流路形成部材１２の外壁に設けられた金属層５８を介して流路形成部材１２と接している。パワー半導体５６にはバスバー４８が接続されており、不図示の他のパワー半導体その他の電気部品と導通が確保されている。流路形成部材１２のパワー半導体５６と接触する箇所には、不図示の冷却フィンが上部内壁２４から下部内壁３４に向けて延設されている。つまり、不図示の冷却フィンの根元部に、パワー半導体５６が配置されている。
パワー半導体５６から生じた熱は、金属層５８を介して流路形成部材１２の外壁に達し、さらに不図示の冷却フィンの根元部に到達した熱は、冷却フィンを通じて冷却フィンの根元部から下部内壁３４に向けて移動する。このときに、流路２０を流通する冷媒により冷却フィンから熱が冷媒に移動する。パワー半導体５６が金属層５８を介して流路形成部材１２と接するため、パワー半導体５６から生じた熱が、効率的に冷却フィンへ移動しやすくなり、冷却効率が向上する。
また、金属層５８は、パワー半導体５６から発生する低周波域（特に、ラジオ帯）の磁界をシールドすることができる。そのため、流路形成部材１２の外壁に金属層５８を設けることは磁界シールドの観点から有効である。金属層５８は、流路形成部材１２の外壁の少なくとも一部に設ければよい。なお、金属層５８は導電性であるため、絶縁性を求められる箇所には金属層５８を設けなくともよい。また、流路形成部材１２の外壁に金属層５８を形成し、さらに絶縁性を求められる箇所を樹脂層で覆ってもよい。
金属層５８は、例えば、流路形成部材１２における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁に設けることが好ましい。また、図１０に示すように、金属層５８が流路形成部材１２における被冷却体の配置された側の外壁の一部に設けられている場合、流路形成部材１２における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁には、金属層５８の設けられていない領域６０が存在してもよい。さらに、図１０における熱拡散部４４の配置された箇所とは反対側の外壁には、金属層５８の設けられていない領域が存在してもよい。
金属層５８は、例えば、流路形成部材１２における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁に設けることが好ましい。また、図１０に示すように、金属層５８が流路形成部材１２における被冷却体の配置された側の外壁の一部に設けられている場合、流路形成部材１２における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁には、金属層５８の設けられていない領域６０が存在してもよい。さらに、図１０における熱拡散部４４の配置された箇所とは反対側の外壁には、金属層５８の設けられていない領域が存在してもよい。
本開示の冷却構造体の製造方法は、特に限定されるものではなく、インジェクション成形法、ダイスライドインジェクション成形法、ブロー成形法、圧縮成形法、トランスファ成形法、押出成形法、注型成形法等の通常の樹脂成形体の成形方法を採用することができる。なお、冷却構造体１０の製造には高い位置精度を要求される場合があることから、ダイスライドインジェクション成形法が好ましい。
また、ナット４０の流路形成部材１２に埋設されている箇所は、別途インサート成形法により製造さてもよい。
また、ナット４０の流路形成部材１２に埋設されている箇所は、別途インサート成形法により製造さてもよい。
冷却フィン４６の冷媒と接触する部分の表面粗さＲａを１０μｍ以上とする方法としては、冷却フィン４６の成形に用いられる金型の表面に、冷却フィン４６の表面粗さに応じた凹凸を付す方法、冷却フィン４６の表面を、マシニング加工、ブラスト加工、レーザー加工等の機械加工で所望の表面粗さに調整する方法などが挙げられる。
流路形成部材１２及び冷却フィン４６を構成する樹脂の種類は特に限定されるものではない。樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂（ＰＰ）、複合ポリプロピレン系樹脂（ＰＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド系樹脂（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド系樹脂（ＰＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート系樹脂（ＰＢＴ）、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アイオノマー系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）及びポリカーボネート系樹脂が挙げられる。流路形成部材１２及び冷却フィン４６を構成する樹脂は同じであっても異なっていてもよい。
流路形成部材１２及び冷却フィン４６を構成する樹脂は、無機充填材を含有してもよい。無機充填材としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコン、酸化マグネシウム、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア及びジルコニアが挙げられる。さらに、難燃効果のある無機充填材としては、水酸化アルミニウム、硼酸亜鉛等が挙げられる。
流路形成部材１２及び冷却フィン４６を構成する樹脂に含まれる無機充填材は、同じであっても異なっていてもよい。また、流路形成部材１２を構成する樹脂及び冷却フィン４６を構成する樹脂の一方に無機充填材が含まれ、他方に無機充填材が含まれなくともよい。
流路形成部材１２及び冷却フィン４６を構成する樹脂に含まれる無機充填材は、同じであっても異なっていてもよい。また、流路形成部材１２を構成する樹脂及び冷却フィン４６を構成する樹脂の一方に無機充填材が含まれ、他方に無機充填材が含まれなくともよい。
熱拡散部４４を構成する金属は、アルミニウム、鉄、銅、金、銀、ステンレス等の金属、合金などが挙げられる。
熱拡散部４４は、流路形成部材１２及び冷却フィン４６を構成する樹脂と熱拡散部４４を構成する金属との熱膨張係数差による冷却構造体１０への負荷を抑制する観点から、メッシュ状、パンチングメタル等であってもよい。
冷却構造体１０では、熱拡散部４４の面方向への熱の拡散性及び冷却フィン４６の放熱性の観点から、熱拡散部４４を構成する金属はアルミニウム、鉄、銅、金、銀及びステンレスからなる群より選択される少なくともいずれか１つであり、冷却フィン４６を構成する樹脂は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフタルアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、フェノール系樹脂及びエポキシ系樹脂からなる群より選択される少なくともいずれか１つであることが好ましい。好ましいポリアミド系樹脂としては、ナイロン６、ナイロン６６等が挙げられる。
流路を流通する冷媒の種類は、特に限定されるものではない。冷媒としては、水、有機溶媒等の液体、空気等の気体が挙げられる。冷媒として用いられる水には、不凍液等の成分が含まれていてもよい。
金属層５８を構成する成分は特に限定されるものではなく、亜鉛、アルミニウム、亜鉛・アルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、スズ、銅、銅合金、銀、銀合金、金、金合金、モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、磁界シールド効果を高める観点からは、銀及び銅が好ましい。一方、冷却効率の観点からは、銀及び金が好ましい。
金属層５８を形成する方法は特に限定されるものではなく、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着、金属板の張り付け、金属溶射等が挙げられる。金属層５８は、形成性の観点から、金属溶射法により形成された金属溶射層であることが好ましく、加工性の観点から亜鉛が好ましい。
金属層５８を形成する方法は特に限定されるものではなく、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着、金属板の張り付け、金属溶射等が挙げられる。金属層５８は、形成性の観点から、金属溶射法により形成された金属溶射層であることが好ましく、加工性の観点から亜鉛が好ましい。
金属層５８の平均厚みは特に限定されるものではなく、１μｍ～２ｍｍが好ましい。
被冷却体であるパワー半導体５６と接触する金属層５８の平均厚みは、冷却効率の観点から、２００μｍ～２ｍｍが好ましく、５００μｍ～２ｍｍがより好ましい。
流路形成部材１２における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁に設けられた金属層５８の平均厚みは、磁界シールドの観点から、１μｍ～２ｍｍが好ましく、２００μｍ～２ｍｍがより好ましく、５００μｍ～２ｍｍがさらに好ましい。
本開示の冷却構造体では、流出口が二箇所以上設けられていてもよい。冷却構造体に流出口を二箇所以上設けることで冷媒の流出量を増加させることができ、冷却構造体の冷却能力を高めることができる。
本開示の冷却構造体は、ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータを搭載する車両における、パワー半導体を複数備えるパワーモジュール、キャパシタ等の電子部品、これら電子部品を電気的に接合するバスバーの冷却に有効である。
以下、実験例に基づいて、金属層の磁界シールド性能及び冷却性能を検証した。
－磁界シールド性能評価－
縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚み５ｍｍのＰＰＳ樹脂板を準備し、試験片１とした。
試験片１の一方の面に、溶射法により平均厚み２００μｍの金属層（亜鉛層）を形成した。これを試験片２とした。
また、縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚み５００μｍのアルミニウム板を試験片３とした。
試験片１、試験片２及び試験片３について、磁界シールド性能を以下に示すＫＥＣ法（５００Ｈｚから１ＧＨｚ）における磁界シールド効果評価用装置で評価した。
得られた結果を図１１に示す。図１１から明らかなように、試験片２及び試験片３によれば、試験片１に比較して優れた磁界シールド効果の得られることがわかる。
縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚み５ｍｍのＰＰＳ樹脂板を準備し、試験片１とした。
試験片１の一方の面に、溶射法により平均厚み２００μｍの金属層（亜鉛層）を形成した。これを試験片２とした。
また、縦１２０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚み５００μｍのアルミニウム板を試験片３とした。
試験片１、試験片２及び試験片３について、磁界シールド性能を以下に示すＫＥＣ法（５００Ｈｚから１ＧＨｚ）における磁界シールド効果評価用装置で評価した。
得られた結果を図１１に示す。図１１から明らかなように、試験片２及び試験片３によれば、試験片１に比較して優れた磁界シールド効果の得られることがわかる。
－冷却性能評価－
ＰＰＳ樹脂を用いて、外径が横３０ｍｍ×縦１５ｍｍで、内径が横２５ｍｍ×縦１０ｍｍで、長さが１１０ｍｍの断面矩形の水路モデル１を形成した。水路モデル１における１１０ｍｍ×３０ｍｍの外壁の上面に、溶射法により平均厚み２００μｍの金属層５８（亜鉛層）を形成した。これを水路モデル２とした。
水路モデル１の１１０ｍｍ×３０ｍｍの外壁及び水路モデル２の金属層５８を形成した面上に、各々、１００℃に熱した９５ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍの大きさの鉄ブロック６２を図１２に示すようにして配置し、各水路モデル内に２０℃の水を８Ｌ／分の流量で流通させた。
鉄ブロック６２の配置直後から、図１２に示すＡ～Ｄの計４箇所の温度変化を、ＫＥＹＥＮＣＥ製 高機能レコーダ ＧＲ－３５００を用いて測定したところ、鉄ブロック６２の配置から１0分後の各測定箇所の温度は、下記表１に示すとおりであり、金属層５８は被冷却体の冷却に有効であることが明らかとなった。
ＰＰＳ樹脂を用いて、外径が横３０ｍｍ×縦１５ｍｍで、内径が横２５ｍｍ×縦１０ｍｍで、長さが１１０ｍｍの断面矩形の水路モデル１を形成した。水路モデル１における１１０ｍｍ×３０ｍｍの外壁の上面に、溶射法により平均厚み２００μｍの金属層５８（亜鉛層）を形成した。これを水路モデル２とした。
水路モデル１の１１０ｍｍ×３０ｍｍの外壁及び水路モデル２の金属層５８を形成した面上に、各々、１００℃に熱した９５ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍの大きさの鉄ブロック６２を図１２に示すようにして配置し、各水路モデル内に２０℃の水を８Ｌ／分の流量で流通させた。
鉄ブロック６２の配置直後から、図１２に示すＡ～Ｄの計４箇所の温度変化を、ＫＥＹＥＮＣＥ製 高機能レコーダ ＧＲ－３５００を用いて測定したところ、鉄ブロック６２の配置から１0分後の各測定箇所の温度は、下記表１に示すとおりであり、金属層５８は被冷却体の冷却に有効であることが明らかとなった。
２０１９年３月２２日に出願された日本国特許出願２０１９－５５６９３号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
１０、１１、５４ 冷却構造体
１２ 流路形成部材
１４（１４Ａ、１４Ｂ） 流入口
１６ 流出口
１８Ａ、１８Ｂ 被冷却体
１９ 突出部
２０ 流路
２２ 整流部
４０ ナット
４２ ナット本体
４４ 熱拡散部
４６ 冷却フィン
４８ バスバー
５０ ボルト
５２ 窪み
５６ パワー半導体
５８ 金属層
６０ 金属層５８の設けられていない領域
６２ 鉄ブロック
１２ 流路形成部材
１４（１４Ａ、１４Ｂ） 流入口
１６ 流出口
１８Ａ、１８Ｂ 被冷却体
１９ 突出部
２０ 流路
２２ 整流部
４０ ナット
４２ ナット本体
４４ 熱拡散部
４６ 冷却フィン
４８ バスバー
５０ ボルト
５２ 窪み
５６ パワー半導体
５８ 金属層
６０ 金属層５８の設けられていない領域
６２ 鉄ブロック
Claims (9)
- 冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、
前記冷媒を前記流路に流入させる流入口と、
前記冷媒を前記流路から流出させる流出口と、
前記冷媒により冷却される複数の被冷却体と、
前記被冷却体からの熱を伝熱する前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状かつ金属製である熱拡散部と、
前記熱拡散部から前記流路内に延設され、少なくとも表面が樹脂製の冷却フィンと、を備え、
前記流入口から流入した前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達するように、前記流路が構成される冷却構造体。 - 前記流路が、前記流入口と前記被冷却体との間で分岐しており、分岐した前記流路を流通して前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達する請求項１に記載の冷却構造体。
- 前記流入口を少なくとも２つ備え、前記少なくとも２つの流入口の各々から流入した前記冷媒が前記複数の被冷却体のうちの少なくとも２つの被冷却体に直接到達する請求項１に記載の冷却構造体。
- 前記流路が、前記冷媒が流通する方向における上流側の内壁よりも流路外方向に突出する突出部と、前記冷媒が流通する方向を前記突出部側に整流する整流部と、を有する請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の冷却構造体。
- 前記被冷却体の少なくとも１つが前記熱拡散部に伝熱するバスバーであり、
前記流路形成部材の外壁面と、前記バスバーとの間に空間があり、前記流路形成部材と前記バスバーとが接触していない請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の冷却構造体。 - 前記冷却フィンの先端が、前記流路の内壁に接触する請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の冷却構造体。
- 前記冷却フィンの前記冷媒と接触する部分の表面粗さＲａが、１０μｍ以上である請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の冷却構造体。
- 前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられた請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の冷却構造体。
- 前記金属層が、金属溶射層である請求項８に記載の冷却構造体。
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