JP2010114121A - 電装部品の放熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、伝熱板に不要な変形を生じさせず、従来と比較して伝熱板と冷却部材との密着性を向上させた電装部品の放熱器を提供することにある。
【解決手段】放熱器１０は伝熱板１２と冷却部材１４とを備える。伝熱板１２は板状になっており、伝熱板１２の一面に電装部品１６が取り付けられ、他面に冷媒ジャケット１４が密着される。伝熱板１２と冷却部材１４との密着は締結部材２２の締め付けによっておこなう。締結部材２２の中心軸の延長線上に電装部品１６が備えられるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機などに使用される電装部品の放熱器に関するものである。

インバータ回路など、空気調和機にはプリント基板にパワーデバイスを実装した電装部品が使用される。電装部品の動作により、相当量の発熱が生じる。電装部品の破壊や誤動作を防止するために、電装部品に放熱器が取り付けられ、電装部品で発生した熱を強制的に放熱させる（図３）。

放熱器５０は、伝熱板５２と冷却部材５４を備える。伝熱板５２の一面に電装部品１６が取り付けられ、伝熱板５２の他面に冷却部材５４が密着される。また、空気調和機には蒸気圧縮式の冷凍サイクルをおこなうために、フロンなどの高圧冷媒を循環させる配管が備えられている。この配管は冷却部材５４の溝（図示せず）にはめ込まれて密着され、電装部品１６の熱を配管内に流れる冷媒に伝熱させる。

冷却部材５４に配管を固定するには、プレス、ロウ付け、溶接、ねじ止めなどをおこなう。電装部品１６は、プリント基板にパワーデバイスを実装する必要があり、冷却部材５４とは異なる製造工程が必要になる。また、電装部品１６には伝熱板５２が取り付けられ、伝熱板５２を露出させた状態で、電装部品１６がケース（図示せず）に収納される。電装部品１６を輸送し、伝熱板５２と冷却部材５４をねじ６２によって締結する。ねじ６２は電装部品１６の周辺に取り付けられる。

しかし、ねじ６２を締め付けた箇所は伝熱板５２と冷却部材５４が引っ張り合い、ねじ６２から離れるにしたがって伝熱板５２と冷却部材５４に隙間が生じる（図３（ｃ））。熱伝導が悪くなり、電装部品１６の冷却がおこなえない。隙間を生じさせないために伝熱板５２の強度を高めると、伝熱板５２の厚みが厚くなる。伝熱板５２が重くなったりコストアップになったりする。また、ねじ６２の本数を増やして隙間を生じさせないようにすると、コストアップと作業の手間となる。さらに、伝熱板５２と冷却部材５４の間に伝熱用のグリスを塗ることが考えられるが、作業上、手間である。

なお、冷却部材５４を輸送すれば冷却部材５４に電装部品１６を直接取り付けられるが、冷却部材５４には配管が密着されており、電装部品１６よりも輸送に手間がかかるので好ましくない。

下記の特許文献１に、スイッチング素子で発生した熱を熱伝導板、絶縁シート、放熱板を介して、放熱板を通過する冷却水に伝える技術が開示されている。保持板がスイッチング素子を熱伝導板の方向に加圧することによって、スイッチング素子、熱伝導板、絶縁シート、放熱板が密着される。しかし、保持板はスイッチング素子の一部を加圧するだけであり、スイッチング素子、熱伝導板、絶縁シート、放熱板の一部しか密着されないおそれがある。スイッチング素子からの放熱量が小さくなり、スイッチング素子の破壊や誤動作のおそれがある。

特開平１１−４１９１０号公報（段落番号０４９０、図４、図５）

本発明の目的は、伝熱板に不要な変形を生じさせず、従来と比較して伝熱板と冷媒ジャケットとの密着性を向上させた電装部品の放熱器を提供することにある。

本発明の放熱器は、一面と他面とを有し、電装部品が該一面に取り付けられる板状の伝熱板と、前記伝熱板の他面に取り付けられ、冷媒の流れる配管が設けられた冷却部材とを備える。前記伝熱板と冷却部材とが締結部材で固定され、電装部品と締結部材とが伝熱板を貫く垂直線上に設けられる。

電装部品が駆動して発熱すると、伝熱板を介して冷却部材に設けられた配管内を流れる冷媒に熱が伝導される。最も熱の伝導が生じるところで締結部材によって伝熱板と冷却部材とが密着されており、熱伝導がスムーズにおこなわれる。

前記締結部材がねじを含む螺合部材である。ねじの中心軸と前記垂直線が一致する。

本発明の放熱器は、伝熱板において、電装部品の反対側で伝熱板と冷却部材とが締結されるため、最も熱量が多い箇所が密着され、伝熱板から冷却部材への熱伝導を効率よくおこなうことができる。電装部品で発生した熱を効率よく放熱することができる。締結部材の数を減らすことも可能であり、製造を簡略化できる。

本発明について図面を用いて説明する。本発明の放熱器は空気調和機などに使用される電装部品を冷却するものである。

図１に示すように、放熱器１０は伝熱板１２と冷却部材１４とを備える。伝熱板１２は板状になっており、伝熱板１２の一面に電装部品１６が取り付けられ、他面に冷却部材１４が密着される。

電装部品１６の２カ所または４カ所など、複数箇所にねじの取り付け穴（図示せず）が設けられており、電装部品１６は伝熱板１２にねじ止めされる。電装部品１６が伝熱板１２に密着できるように、電装部品１６と伝熱板１２との接触面を平面にすることが好ましい。

伝熱板１２は電装部品１６よりも広い面積を有し、伝熱板１２の中央部に電装部品１６が取り付けられる。これは、電装部品１６が発熱源であり、熱が１方向ではなく種々の方向に広がりながら伝熱されるためである。図１（ｂ）においては、電装部品１６の上方から４５度程度の角度で熱が広がるため、電装部品１６の上方部分の伝熱性能が最も重要である。

冷却部材１４は、扁平な直方体形状である。また、冷却部材１４には溝１８が形成されており、この溝１８には冷媒が循環する配管２０が取り付けられている。その取り付けは、配管２０を溝１８にはめ込み、冷却部材１４と配管２０とをプレスすることによっておこなう。図１では２本の溝１８が形成されているが、溝１８の本数は限定されない。また、溝１８および配管２０を蛇行させて、冷却部材１４と配管２０との接触面積を広くしても良い。

伝熱板１２、冷却部材１４、配管２０はアルミニウムなどの金属で形成されている。アルミニウムを使用することにより、軽量かつ放熱性の良い放熱器となる。

伝熱板１２と冷却部材１４とは締結部材２２によって密着させる。伝熱板１２を貫く一の垂直線Ｙの上に締結部材２２と電装部品１６が配置される。締結部材２２が１つであれば、一の垂直線Ｙは電装部品１６の中心を通過する。垂直線Ｙの本数は締結部材２２の数と同じである。締結部材２２としては螺合部材、特にねじ（ボルト、ビス）が挙げられる。以下、ねじ２２を例に説明する。

ねじ２２の中心軸の延長線上に電装部品１６が配置される。ねじ２２の中心軸は、伝熱板１２の一面に対して垂直方向を向いており、一の垂直線Ｙとねじ２２の中心軸とが一致する。図１（ａ）のように、冷却部材１４から放熱器１０を見た場合、電装部品１６とねじ２２とが重なる。

ねじ２２を締め付けたとき、ねじ２２がある付近で最も伝熱板１２と冷却部材１４とが密着される。電装部品１６で発生した熱が最も伝導される位置でねじ２２が締め付けられており、最も伝熱板１２から冷却部材１４に熱が伝導しやすくなっている。電装部品１６の放熱の効率が最も良くなる。

ねじ２２は伝熱板１２の中央部で締め付けられているため、伝熱板１２の端部が反るおそれがある。しかし、伝熱板１２の端部に伝熱される熱量は小さく、電装部品１６の放熱に悪影響を与えない。

ねじ２２は熱を伝熱させるために金属製であり、ねじ２２の数は限定されない。電装部品１６の大きさに合わせて適宜ねじ２２の数を調節する。従来、電装部品１６の周縁にねじが配置されるようになっていたが、本願は電装部品１６の大きさによってはねじ２２が１〜２本になり、伝熱板１２と冷却部材１４とのねじ止めが容易になる。ねじ２２の本数が少なくなれば、製造コストを下げることも可能である。

ねじ２２を締め付けるために、伝熱板１４の他面にはタップによってねじ穴２４を形成する。冷却部材１４には、ねじ２２の軸が通過し、ねじ２２の頭が通過しない穴２６を設ける。冷却部材１４の穴２６からねじ２２を通し、伝熱板１２のねじ穴２４に入れて、締め付ける。ねじ２２が電装部品１６の取り付けのじゃまにならないようになる。

伝熱板１２と冷却部材１４との接触面はできるだけ平滑にする。例えば、伝熱板１２と冷却部材１４との接触面の表面粗さＲａを約５０〜１００μｍにする。ねじ２２の締め付け力が弱くなっても、伝熱板１２と冷却部材１４との密着性がよい。平滑にする箇所は、伝熱板１２と冷却部材１４の接触面の全体であっても良いが、ねじ２２が取り付けられる穴２４，２６の周縁だけを平滑にしても良い。その平滑にする面積は電装部品１６の面積と同じか１周り大きな面積である。最も熱伝導がおこなわれる位置の密着性を良くする。

上記の説明では１つの放熱器１０に１つの電装部品１６を取り付けたが、１つの放熱器１０に複数の電装部品１６を取り付けても良い。電装部品１６ごとに、電装部品１６とねじ２２が同一の垂直線Ｙの上に設けられる。

以上のように、本発明は最も熱伝導が生じる箇所で伝熱板１２と冷却部材１４との密着性を良くする構成となっているため、電装部品１６で発生した熱を効率よく放熱することができる。従来と比べてねじ２２の本数が少なくなれば、製造も容易になる。また、従来であれば伝熱板１２と冷却部材１４の間に伝熱用のグリスを塗る必要があるが、本発明ではグリスを使用しない場合もあり、製造が容易になる。なお、空気調和機を例に説明したが、他の装置であっても本願の放熱器１０を使用することができ、同じ効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、締結部材２２としてねじを挙げたが、テーパーピンを使用しても良い。冷却部材１４から伝熱板１２に穴を設け、その穴にテーパーピンを圧入させて締結する。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

次に、本発明と従来の放熱器でおこなった熱抵抗の計測について説明する。図２（ａ）が本発明の放熱器１０であり、図２（ｂ）が従来の放熱器５０である。Ｘ印の位置がねじ止めした位置である。本発明の放熱器１０は電装部品１６Ａ，Ｂの中央でねじ止めされており、従来の放熱器５０は電装部品１６Ａ，Ｂの周囲でねじ止めされている。電装部品１６Ａと１６Ｂの駆動時に求めた熱抵抗を表１に示す。具体的には、
熱抵抗＝（電装部品の温度−冷媒の温度）／電装部品の消費電力
で求めている。

表１より、いずれの電装部品１６Ａ，Ｂにおいても、本発明の放熱器１０の熱抵抗が従来の放熱器５０の熱抵抗よりも１５％程度低い。従来の放熱器５０よりも本発明の放熱器１０の方が、電装部品１６Ａ，Ｂの冷却能力が高い。

本願の放熱器を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。 放熱器の熱抵抗の計測をおこなったときの構成を示す図であり、（ａ）は本願の放熱器であり、（ｂ）は従来の放熱器である。 従来の放熱器を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は放熱板と冷却部材とに隙間ができた図である。

符号の説明

１０：放熱器
１２：伝熱板
１４：冷却部材
１６、１６Ａ、１６Ｂ：電装部品
１８：溝
２０：配管
２２：締結部材（ねじ）

Claims (3)

1. 一面と他面とを有し、電装部品が該一面に取り付けられる板状の伝熱板と、
   前記伝熱板の他面に取り付けられ、冷媒の流れる配管が設けられた冷却部材と、
   を備え、
   前記伝熱板と前記冷却部材とが締結部材で固定され、前記電装部品と前記締結部材とが前記伝熱板を貫く一の垂直線上に設けられた電装部品の放熱器。
2. 前記締結部材が螺合部材を含む請求項１の放熱器
3. 前記締結部材がねじであり、該ねじの中心軸と前記垂直線が一致する請求項１または２の放熱器。

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