JPH01255256A - 半導体冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電車の搭載電気機器等の半導体装置に適用され
る半導体冷却装置に関し、特に熱交換器である放熱フィ
ン付きヒートパイプを半導体装置室のカバーを貫通して
外部に延出する状態に設けるヒートパイプ式の半導体冷
却装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種のヒートパイプ式の半導体冷却装置は第１
４図に示す如く構成されている。

つまり先ず複数の半導体素子（サイリスタ１゜ダイオー
ド２など）と、これらの相互間に介在した熱伝導性の良
い材質からなるブロック３とを、両端のベース４，５間
に複数本の両ねじボルト６により所定の圧力を加えてス
タッキング（締付は保持）することで、半導体装置（半
導体スタック）７が構成されている。そしてこの半導体
装置７はベース４，５端を半導体装置室のカバ−８内面
側にボルト止めすることで該装置室内に密封セットされ
るようになっている。

こうした半導体装置７に対して適用されるヒートパイプ
式の冷却装置は、前記各ブロック３に内蔵する形で凝縮
部（図示せず）を設け、巨つこの凝縮部と内部連通ずる
状態で該ブロック３がら絶縁６！Ｉ　Ｊ’　９を介して
長尺なヒートパイプ１０を突設し、このヒートパイプ１
０を前記半導体装置室のカバー８の穴に貫通して外部に
延出すると共に、このヒートパイプ１０のカバー外延出
部に多数の放熱フィン１１を圧入ロー付けして設けてな
る構造である。またその各ヒートパイプ１０の外周に固
定して閉塞板１２を設け、この閉塞板１２を前記カバー
８にこの穴を塞ぐように重接してボルト・ナツト１３に
よりＩにめ付はシールしている構成である。

そして谷ヒートパイプ１０中に封入された冷媒等の冷却
液が、前記ブロック３内の凝縮部で各半導体素子１，２
からの発熱を専っで、各ヒートパイプ１０のカバー外延
山部側にて放熱フィン１１から外気中に放熱すると言っ
たサイクルを繰返すことで、装置室内の半導体装置７の
冷却を行なうようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前述したヒートパイプ式の半導体冷却装置で
は、半導体装置室内を密閉する為に、各ヒートパイプ１
０に円管した閉塞板１２をカバー８に重接してボルト・
ナツト１３により直接止め付けて、ヒートパイプ１０が
貫通するカバー８の穴の隙間をシールしていることから
、次のような問題があった。

即ち、通常半導体素子１．２は電流が流れると発熱し、
この発熱により該半導体素子〕、２並びにブロック３等
が膨張・収縮して変動する。これに伴い各ブロック３か
ら延出されたヒートパイプ１０も変動しようとするが、
その外周に固着した閉塞板１２がカバー８に固定的にボ
ルト止めされているので、その固定部に無理な力が生じ
て、これか該ヒートパイプ１０への曲げ荷重として作用
１７、そのヒートパイプ１０やブロック３との接合部に
悪影響を与えている問題があった。

特にヒートパイプ１０とブロック３との間に前述の如く
絶縁碍子９を介在して電気的に絶縁を図７でいる形式の
ものでは、ヒートパイプ１０の変形と絶縁碍子９の割れ
などが生じて、冷却液の漏また、前記熱膨張・収縮によ
る変動以外にも、半導体装置（スタック）７の組立バラ
ツキや各半導体素子１．２およびブロック３等の部品の
製作寸法誤差により、前記同様にヒートパイプ１０に無
理な曲げ荷重が発生して悪影響を受ける問題があった。

本発明は前記事情に鑑みなされ、半導体装置に熱変動や
組立バラツキ・製作誤差が発生しても、ヒートパイプに
無理な曲げ荷重がかかるのを防止できて、ヒートパイプ
の曲がりゃ碍子割れ・液漏れ等の心配が無い半導体冷却
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するために、ヒートパイプ式の
半導体冷却装置において、半導体装置室のカバーの穴に
貫通するヒートパイプの外周に固定して該カバーの穴を
塞ぐ閉塞板を設けると共に、この閉塞板をヒートパイプ
と一緒に６女パツキンを介して前記カバーに対し該パイ
プの軸線と直交する方向に適度に移動可能に押え付ける
押え蓋を設けて構成したことを特徴とする。

（作用） 前記構成により、本発明のヒートパイプ式きの半導体冷
却装置では、ヒートパイプとこの外周に固着した閉塞板
が一ψパツキンと押え蓋によりカバーに対し該パイプの
軸線と直交する方向に適度に移動可能に押え付けられて
いるので、カバーの穴を塞いで半導体装置室内を密閉保
持しながらも、半導体素子やブロックの熱膨張・収縮に
伴う変動や製作誤差等を吸収して、ヒートパイプや絶縁
碍子等に発生する曲げ応力等を減少できるようになると
共に、振動・衝撃によるヒートパイプ先端側の振れは閉
塞板の而にて支持して絶縁碍子等の応力発生を抑制でき
るようになる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図乃至第８図により説明す
る。なおその図中前記第１４図で述べた構成と重複する
ものには同一符号を付して説明の簡略化を図ることにす
る。

先ず第６図は電車等の搭載電気機器全体を側面から見た
図で、この略下半部に半導体装置室を構成するボックス
状フレーム１４があり、この内部密閉装置室に従来同様
に半導体装置（半導体スタック）７がカバー８の内面側
にボルト止めして設置されている。またこの半導体装置
７のヒートパイプ式冷却装置として、各ブロック３に内
蔵した凝縮部（図示せず）と内部連通ずる状態で絶縁碍
子９を介してヒートパイプ１０が突設され、このヒート
パイプ１０がカバー８の穴に貫通して外部に長く延出さ
れて、多数の放熱フィン１１が正大ロー付けして設けら
れている。またその各ヒートパイプ１０の外周に固定し
て閉塞板１２が設けられて前記カバー８の穴を塞ぐよう
になっている。

第７図は第６図中のカバー８及びこれに装着した半導体
装置７並びにその冷却装置だけを抜き出して示す側面図
で、第８図は同平面図である。

ここで、前記ヒートパイプ式の半導体冷却装置において
、カバー８の穴に対するヒートパイプ１０の貫通部のン
ール構造は第１図乃至第５図に示すようになっている。

つまり、一つのブロック３からは第３図の平面図でわか
るように各々絶縁碍子９を介在して３本のヒートパイプ
１ｏが並列状聾に突設され、その３本のヒートパイプ１
０がカバー８の一つの横長穴８ａに大きな遊びを持って
貫通されている。この３本のヒートパイプ１０の外周に
跨がって前記−枚の閉塞板１２が圧入ロー付は等により
雷管固定されて、前記カバー８の外側面に接合できるよ
うになっている。この閉塞板１２はカバー８の横長穴８
ａを塞ぐために該穴８ａより縦横ともかなり大きな横長
薄板状とされている。この閉塞板１２が従来のように直
接カバー８にボルト止めされずに、ゴムパツキン１５を
介して押え蓋１６によりカバー８に対して該ヒートパイ
プ１０の軸線と直交する方向に適度に移動可能に押え付
けられている。即ち、閉塞板１２はヒートパイプ１０の
軸線方向に移動することなく、カバー８の外側面に接合
して穴８ａを塞いだまま、該カバー８の外側面に沿って
スライド可能に保持されている。なお前記ゴムパツキン
１５は閉塞板１２より一回り大きな肉厚横長板状で、且
つ中央に前記３本のヒートパイプ１０が嵌合する横長穴
１５ａを有している。また押え蓋１６は更に大きな肉厚
横長板状で、中央に前記ゴムパツキン１５が嵌合する四
部１６ａを有すると共に、その中央に前記３本のヒート
パイプ１０が遊嵌する横長穴１６ｂを存している。また
その押え蓋１６の四隅部にねじ穴１６ｃがそれぞれ形成
され、この各ねじ穴１６ｃに前記カバー８を貫通してボ
ルト１７を螺合することで該カバー８に市め付けられる
ようになっている。

而して、前述した構成の半導体冷却装置であれば、ヒー
トパイプ１０の外周に円管した閉塞板１２がゴムパツキ
ン１５と押え蓋１６によりカバー８の外側面に接合した
まま該パイプ１０の軸線と直交する方向に適度に移動可
能に押え付けられているので、カバー８の穴８ａを塞い
て半導体装置室内を密閉保持しながらも、半導体索子１
，２やブロック３の発熱による熱膨張・収縮に伴う変動
を吸収するようになる。これにてヒートパイプ１０や絶
縁碍子９やそれらの結合部等に発生する曲げ応力等が減
少して、ヒートパイプ１ｏの曲がりや絶縁碍子９の割れ
・冷却液漏れなどを防止できるようになる。

また同様に半導体装置（半導体スタック）７の部品の組
立バラツキや半導体素子１．２及びブロック３等の製作
寸法誤差による位置ずれを吸収して、ヒートパイプ１０
や絶縁碍子９やそれらの結合部等に発生する曲げ応力等
を減少できるようになる。

史には振動・衝撃によるヒートパイプ］０先端側の振れ
にて発生する曲げ荷重は閉塞板１２の而で支持して、絶
縁６！Ｉ千９等に無理な曲げ応力が発生することも防１
１−できるようになる。

次に、本発明のいくつかの変形例を第９図乃至第１３図
により説明する。

まず第９図に示すゴムパツキン１５Ａは、外周部と中央
の横長穴１５Ａａの開口周縁部とを肉厚とし、その間を
薄肉とした断面凹凸形状の構造で、押え蓋１６の取付は
時のたわみ方向の剛性を小さくすると共に、ヒートパイ
プ１０及び押えＭ１６との接合部の剛性が高まり、シー
ル効果を高めると同時に、ヒートパイプ１０及び閉塞板
１２の移動を容易にできる。

第１０図に示すゴムパツキン１５Ｂは、外周部と中央の
横長穴１５Ｂａの開口周縁部とを肉厚とし、その間を薄
肉とすると共に波形状とした構造で、前記同様にシール
効果を高めた上で、更にヒートパイプ〕０及び閉塞板１
２の移動を容易にできる。

第１１図は先ずカバー８の外側面にゴムパツキン１５Ｃ
を接合させ、この外側面に閉塞板１２を接合して、更に
その快速から押え蓋１６Ｃを被せて押え付けた構成であ
る。

第１２図はカバー８の内側面に閉塞板１２を接合させ、
それを更に内側からゴムパツキン１５を介して押え蓋１
６で押え付けた構成である。

第１３図は最初の実施例のものに比し、ヒートパイプ１
０の軸線と直交する移動方向の寸法（縦横寸法）を更に
人き（した閉塞板１２Ｄを設け、これに応じてそれぞれ
人きくしたゴムパツキン１５Ｄ及び押えＭ１６Ｄを設け
た構成で、振動・衝撃によるヒートパイプ１０先端側の
振れにて発生する曲げ荷重に対する抗力を増したもので
ある。

〔発明の効果〕 本発明は前述した如く構成したから、半導体装置に熱変
動や組立バラツキ・製作誤差が発生しても、ヒートパイ
プに無理な曲げ荷重がかかるのを防止できて、ヒートパ
イプの曲がりや碍子割れ・液漏れ等の心配が無い半導体
冷却装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は要部の断面図、第２図は同要部の分解状態を示す
断面図、第３図は第２図の■−■線から見た分解状態の
平面図、第４図は押え蓋の背面図、第５図はゴムパツキ
ンの正面図、第６図は本発明の半導体冷却装置を適用し
た電車等の搭載電気機器全体の側面図、第７図は第６図
中のカバー及びこれに装着した半導体装置並びにその冷
却装置だけを抜き出して示す側面図で、第８図は同平面
図、第９図及び第１０図はｊ→パツキンのそれぞれ異な
る変形例を示す断面図、第１１図及び第１２図並びに第
１３図は本発明のそれぞれ異なる変形例を示す断面図、
第１４図は従来例を示す側面図である。 １．２・・・半導体素子、３・・・ブロック、７・・・
半導体装置、８・・パ）（導体装置室のカバー、８ａ・
・・穴、９・・・絶縁碍子、１０・・・ヒートパイプ、
１１・・・放熱フィン、１２，１２Ａ・・・閉塞板、１
５．１５Ａ。 １５Ｂ、１５Ｃ，１５Ｄ・・・蜘÷パツキン、１６゜１
６Ｃ，１，６Ｄ・・・押え蓋。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １１図 第２１！！ 第３図 第４図　　　　爾５凶 第８図 第９図第１０図 第１３図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体素子と共にスタッキングされるブロック内に凝
   縮部を設け、この凝縮部と内部連通する状態でヒートパ
   イプを半導体装置室のカバーの穴に貫通して外部に延出
   し、このヒートパイプのカバー外延出部に多数の放熱フ
   ィンを設けてなるヒートパイプ式の半導体冷却装置にお
   いて、前記ヒートパイプの外周に固定して前記カバーの
   穴を塞ぐ閉塞板を設けると共に、この閉塞板をヒートパ
   イプと一緒にパッキンを介して前記カバーに対し該パイ
   プの軸線と直交する方向に適度に移動可能に押え付ける
   押え蓋を設けて構成したことを特徴とする半導体冷却装
   置。