JP6447480B2 - 封止構造 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、ケースに設けられている貫通孔と当該貫通孔を通過するパイプとの間の封止構造に関する。

ケースに設けられる貫通孔と当該貫通孔を通過するパイプとの間からケース内部に水が侵入しないように、貫通孔とパイプとの間を封止することが望まれる。例えば、電子機器のケースの内部に電子部品を冷却するための冷却器を備える場合、冷却器に冷媒を供給／排出するためのパイプをケースに設けられている貫通孔に通す必要がある。例えば、特許文献１に、電子機器のケースの貫通孔とパイプとの間を封止する封止構造が開示されている。

特許文献１には、インバータのケースに設けられている貫通孔とケースの内側の積層冷却ユニット（冷却器に相当）から冷媒を排出するためのパイプとの間を連結管により封止する構造が開示されている。連結管は、ケースの貫通孔に挿入される筒部と、筒部の一方の端部に設けられ、ケースの外側面に接するフランジを備える。パイプは筒部の内側に挿入される。筒部とパイプとの間及びケースの外側面とフランジとの間がＯリングにより封止される。筒部の内面とフランジの双方にＯリングを配置するための溝が設けられる。

特開２０１４−１０２０１７号公報

特許文献１の構造では、連結管にＯリングを配置するための溝を設ける必要がある。本明細書では、Ｏリングを配置するための溝を設けることなく、簡易な構造で貫通孔とパイプとの間を封止するための技術を提供する。

本明細書が開示する封止構造は、ケースに設けられている第１貫通孔と当該第１貫通孔を通過するパイプとの間の封止構造である。封止構造は、ケースに固定されており、前記パイプが内側を通過しているリング部材と、リング部材とケースとの間に挟まれており、パイプが通過する第２貫通孔が設けられている板状の第１シール部材を備えている。リング部材のリング内周に、段差が設けられている。段差は、ケースに近い側のリング内周の径がケースから遠い側のリング内周の径より大きくなるように設けられている。第２貫通孔は、ケースに近い側のリング内周の径よりも小さい。段差と第１シール部材とパイプの外周面とで囲まれる空間に第２シール部材が配置されている。

この構成によれば、リング部材とケースとの間は、板状の第１シール部材により封止される。そして、第１シール部材とリング部材に設けられる段差とパイプの外周面とで囲まれる空間に第２シール部材が配置され、パイプとリング部材の間は、第２シール部材により封止される。板状の第１シール部材が、溝に代わって第２シール部材のパイプ軸方向の一方の移動を規制する。即ち、この構成により貫通孔とパイプとの間が封止され、リング部材には、第１シール部材及び第２シール部材を配置するための溝を設ける必要が無い。よって、簡易な構造で貫通孔とパイプとの間を封止することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の封止構造を備えるインバータの分解斜視図である。 インバータの斜視図である。 図２のIII−III線における断面図である。 図３の破線領域IVにおける拡大図である。

図面を参照して実施例の封止構造を備えるインバータ２を説明する。インバータ２は、電気自動車に搭載される。インバータ２は、バッテリの直流電力を走行用モータの駆動に適した交流電力に変換する電力変換器である。図１に、インバータ２の分解斜視図を示す。図２に、インバータ２の斜視図を示す。また、図３に、図２のIII−III線における断面図を示す。図面には、ＸＹＺ座標系が示されており、以下の説明では、当該座標系を適宜に利用する。なお、図３で示すインバータ２のカバー５９は、理解を助けるために図１、２ではその図示を省略している。

インバータ２は、ケース６、冷却器７、複数のパワーカード２２と複数の冷却プレート２１を含む積層ユニット２０、コンデンサ５１、リアクトル５２、回路基板（不図示）を備えている。パワーカードは、インバータ２の機能を実現するための電圧コンバータ回路とインバータ回路を構成するスイッチング素子と、当該スイッチング素子を封止する樹脂モールドを備える。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴなどのトランジスタが用いられる。複数のパワーカード２２のスイッチング素子とコンデンサ５１とリアクトル５２が、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路とその昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成する。

回路基板は、スイッチング素子に供給する駆動信号を生成する。なお、回路基板は積層ユニット２０の上方に配置されるが、その図示は省略している。また、複数のパワーカード２２、コンデンサ５１、リアクトル５２は、金属製のバスバにより互いに電気的に接続されているが、その図示は省略している。

ケース６は、積層ユニット２０、コンデンサ５１、リアクトル５２を収容する。冷却器７は、ケース６の底面に固定される。冷却器７は、リアクトル５２及びコンデンサ５１を冷却する。

積層ユニット２０は、複数のパワーカード２２と複数の冷却プレート２１を交互に積層し、複数のパワーカード２２を冷却するためのデバイスである。冷却プレートは、内部を冷媒が通る平板型の冷却器である。図１に示すように、各パワーカードが２つの冷却プレートに挟まれる。各パワーカードのスイッチング素子は、この２つの冷却プレートにより冷却される。

また、積層ユニット２０は、ケース６の内壁と支柱５３に挟まれる。積層ユニット２０の積層方向（複数の冷却プレート２１が積層する方向、即ち、Ｘ軸方向）の一方の端に位置する冷却プレートと支柱５３との間には、絶縁板５５と板バネ５４が挿入されている。積層ユニット２０は、板バネ５４により、積層方向に荷重を加えられつつケース６に支持される。板バネ５４の荷重により、パワーカードと冷却プレートの密着性が高まり、パワーカードから冷却プレートへ熱が効率よく伝達する。

複数の冷却プレート２１は、積層方向に平行に延びる２本の連結管２３、２４で連結されている。各連結管は、積層方向から見て積層ユニット２０の長手方向の両端（図中のＹ軸方向における両端）のそれぞれに配置されている。各冷却プレートの内部は冷媒が通る空洞である。各冷却プレートの内部の空洞は、連結管２３、２４の内側の空間と連通している。図１に示すように、連結管２３、２４は、積層方向の一方の端に位置する冷却プレートから突出している。連結管２３、２４の突出している端部は開口しており、他方の端部は、閉口している。積層ユニット２０がケース６に収納されると、連結管２３、２４の突出している端部は、ケース６の側面に設けられている貫通孔４、５６を通過し、ケース６の外側へ延びる。

ケース６の貫通孔４と連結管２３との間は、封止構造１０により封止される。封止構造１０は、リング部材１２と、Ｏリング１３と、メタルガスケット１４を備える。リング部材１２とメタルガスケット１４には、ボルト締結用の孔が設けられている。リング部材１２は、Ｏリング１３とメタルガスケット１４をケース６の側面との間に挟んで、当該ボルト締結用の孔を貫通するボルト１７によりケース６の側面に固定される。封止構造１０の詳細は、後述する。なお、貫通孔５６と連結管２４との間も、例えば、封止構造１０と同様の構造により封止されるが、図１、２では図示を省略している。

連結管２４の突出している端部は、供給管６１と接続している。連結管２３の突出している端部は、Ｕ字管３の一方の端部と接続している。Ｕ字管３の他方の端部は、冷却器７に設けられている２つの開口５、５７のうちの開口５と接続している。なお、冷却器７の開口５７は、排出管６２と接続している。２つの開口５、５７は、冷却器７の内側に設けられている冷媒の流路９（図３を参照）と連通している。

冷媒の流れを説明する。なお、冷媒は、液体であり、例えば、水、あるいは、ＬＬＣ（Long Life Coolant）である。即ち、積層ユニット２０と冷却器７は液冷式の冷却器である。

冷媒は、供給管６１を通じてインバータ２の外から連結管２４へ供給され、連結管２４から複数の冷却プレート２１に分配される。各冷却プレートに分配された冷媒は、各冷却プレートの内部を長手方向（Ｙ軸方向）に通過し、連結管２３に集約される。冷媒は、各冷却プレートの内部を通過する間に、各冷却プレートに隣接するパワーカードから熱を吸収する。連結管２３に集約された冷媒は、Ｕ字管３を通じて、冷却器７の開口５へ流れる。冷媒は、開口５から流路９を通じて開口５７へ流れる。開口５７へ流れた冷媒は、排出管６２を通じてインバータ２の外へ排出される。冷媒は、流路９を通過する間に、コンデンサ５１、リアクトル５２から熱を吸収する。

図４を参照して、封止構造１０を説明する。図４は、図３の封止構造１０を囲む破線領域IVにおける拡大図である。先に述べたように、リング部材１２はボルト１７によりケース６に固定されている。リング部材１２は、リング内周１５がケース６の貫通孔４と同軸となるように配置され、連結管２３は、リング内周１５を通過している。リング内周１５には、リング部材１２のケース６側の側面に続く段差１６が設けられている。具体的には、ケース６に近い側のリング内周１５ｂの直径Ｒ２が、ケース６から遠い側のリング内周１５ａの直径Ｒ１より大きくなるように段差１６が設けられている。即ち、ケース６に近い側のリング内周１５ｂと、ケース６から遠い側のリング内周１５ａと、リング内周１５ａとリング内周１５ｂとを接続する接続面によって段差が形成されている。なお、図４に示すように、連結管２３の径は、リング部材１２より内側に位置する部位とリング部材１２より外側に位置する部位とで異なる。外側に位置する部位の径は、内側に位置する部位の径より小さい。Ｕ字管３は、連結管２３のリング部材１２より外側に位置する小径な部位に嵌合する。

メタルガスケット１４は、金属で作られている板状のガスケットである。メタルガスケット１４は、リング部材１２とケース６の間に挟まれている。上述したように、リング部材１２はボルト１７によりケース６に固定されており、メタルガスケット１４は、ボルト１７の締結力により、ケース６及びリング部材１２に密着している。メタルガスケット１４には、連結管２３が通過する貫通孔１４ａが設けられている。貫通孔１４ａの直径Ｒ３は、ケース６に近い側のリング内周１５ｂの直径Ｒ２より小さい。なお、リング内周１５及び貫通孔１４ａの直径は、ケース６の貫通孔４より小さい。

Ｏリング１３はゴム製のガスケットである。Ｏリング１３は、リング部材１２の段差１６とメタルガスケット１４と連結管２３の外周面とで囲まれる空間に配置されている。Ｏリング１３は、少なくともリング部材１２と連結管２３に接している。段差１６は、Ｏリング１３の軸方向（即ち、Ｘ軸方向）における一方の方向の移動を規制する。そして、メタルガスケット１４が、Ｏリング１３の他方の方向の移動を規制する。

本実施例の効果を説明する。上記の構成によれば、リング部材１２とケース６との間は、メタルガスケット１４により封止される。メタルガスケット１４は、リング部材１２とケース６との間にいわゆる面シール構造を構成する。そして、リング部材１２と連結管２３との間は、Ｏリングにより封止される。Ｏリングは、リング部材１２と連結管２３との間にいわゆる軸シール構造を構成する。即ち、メタルガスケット１４とＯリング１３により、ケース６の貫通孔４と連結管２３との間が封止される。ここで、Ｏリング１３は、段差１６とメタルガスケット１４と連結管２３の外周面とで囲まれる空間に配置される。これにより、リング部材１２及び連結管２３にＯリング１３を配置するための溝を設ける必要が無い。よって、簡易な構造で貫通孔４と連結管２３との間を封止することができる。

また、メタルガスケット１４は、面シール構造を構成する機能とともにＯリング１３の軸方向の移動を規制する機能も実現する。これは、封止構造１０の小型化に寄与する。

また、例えば、インバータ２が電気自動車のフロントコンパートメント内に配置される場合、インバータ２は、電気自動車が走行する環境からの影響を受けやすい。環境からの影響は、例えば、塩害である。この塩害により、インバータ２のケース６、特にケース６のガスケットに接触する部分が腐食し得る。発明者は、腐食する現象を観察する中で、ガスケットに加わる面圧が高くなるほど、腐食の進行が抑えられることを見出した。本実施例では、メタルガスケット１４を採用することにより、Ｏリングを採用するよりも高い面圧でリング部材１２とケース６との間を封止することができる。即ち、メタルガスケット１４により、塩害によるケース６の腐食を抑制することができる。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。封止構造１０は、ケースの貫通孔と当該貫通孔を通過するパイプとの間を封止する如何なる構造にも採用可能である。即ち、貫通孔４、連結管２３のそれぞれが、「第１貫通孔」、「パイプ」の一例である。

メタルガスケット１４の代わりに、例えば、板状のゴム製のガスケットを採用してもよい。即ち、メタルガスケット１４、貫通孔１４ａのそれぞれが、「第１シール部材」、「第２貫通孔」の一例である。

Ｏリング１３の代わりに、例えば、断面が円形以外の形状となる環状のガスケットを採用してもよい。即ち、Ｏリング１３が、「第２シール部材」の一例である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：インバータ
３：Ｕ字管
４：貫通孔
６：ケース
７：冷却器
１０：封止構造
１２：リング部材
１３：Ｏリング
１４：メタルガスケット
１４ａ：貫通孔
１５（１５ａ、１５ｂ）：リング内周
１６：段差
１７：ボルト
２０：積層ユニット
２１：冷却プレート
２２：パワーカード
２３、２４：連結管
５１：コンデンサ
５２：リアクトル
５３：支柱
５４：板バネ
５９：カバー
６１：供給管
６２：排出管

Claims (1)

1. ケースに設けられている第１貫通孔と当該第１貫通孔を通過するパイプとの間の封止構造であって、
   前記ケースに固定されており、前記パイプが内側を通過しているリング部材と、
   前記リング部材と前記ケースとの間に挟まれており、前記パイプが通過する第２貫通孔が設けられている板状の第１シール部材と、
   を備えており、
   前記リング部材のリング内周に、前記ケースに近い側のリング内周の径が前記ケースから遠い側のリング内周の径より大きくなるように段差が設けられており、
   前記第２貫通孔は、前記ケースに近い側のリング内周の径よりも小さく、
   前記段差と前記第１シール部材と前記パイプの外周面とで囲まれる空間に第２シール部材が配置されている、
   ことを特徴とする封止構造。

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