JPS61102799A - 液冷箱およびその製造方法 - 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】

く＃築上の利用分野〉。 本発明は、パワートランジスタ等の発熱体を冷却し定温
に保つのに利用される液冷箱およびその智所方決に関す
る。 〈従来の技術〉 従来より、電力用半導体素子などの発熱体を冷却し一定
の温度に医つのに液冷箱が使用されている。液冷ｍけ、
一般に小型でかつ冷却効率が良好である点で有利である
。第７図ないし第９図は、従来の一般的な液冷箱を示す
。液冷箱２２は、厚肉の金ＰＡｉｌＳＩ冷却板ｎのす４
面に蛇行形状の冷却液通路夙を形成し、該ｎ１１路２４
の始端および終端に冷却液の注入口２５ｉ？よび排出口
２６を夫々設け、さらにカバー底板ｒを冷却板底ｉｆ０
に水密に覆っ゛て成り、冷却すべき対象物８・・・を冷
却板ｈ＆ｃｖＰ接に固定し、水などの冷却液を注入口δ
より（Ｊｌ、給し冷却液通路冴に流通させることにより
（第９間中、矢印Ｃ方向）、対象物８で発生しか熱を、
冷却板ｎを介して流通する冷却液にｔｌ１２１ｉ！＜さ
せ外部へ除去して、対象物８を冷却することができる。 まな、冷却液通路がジグザグ肘状をなす液冷箱も従来よ
り利用されているが、その隅能は上記の液冷箱と同様で
ある。 〈！？！＋ｙｌが解決しようとする間頌点〉一般に、液
冷箱の冷却能力を高めるには、冷却・夜通路を長くして
冷却液との接触面積を増大する七よい。ξかし、上記の
従来の液冷箱では、冷却液が蛇行しであるいけジグザグ
に流れる故・冷却楕−路を長くすると、冷却液の流通抵
抗が著しく増大し、冷却液注入用ポンプの動力を大幅に
増す必要性が生じてくるので、冷却能力の飛躍的な向上
を図ることがボーであった０また、数個の対象物を規則
的に冷却板上に夫々配置′＃シて使用すると、対象物で
発生した熱により冷却板が昇温し、この場合一般に板中
央部の層面７１４度は板鳴辺邪のそれより高くなる。し
かるに、６Ｙ来の液冷箱では、冷却液が板周辺の注入口
より入り板中央部を、丸れ板固辺の排出口より出る構造
となっていななめ、使用時冷却板の内部温度が例えば第
１０図に伯すような、注入口５近傍の香辺部でけ最も低
く排出０拠近傍の犀辺では最も高いという分布を表わし
、冷却板の温度分布が対象物の配置に対応していなかっ
た。従って、冷却作用が効果的に＠揮されず、対象物全
てを一様の温度に保つことがボーでありな０ さらに、液冷箱で轄−紺に、冷却板が台間である理、す
なわち冷却板の表面と冷却欣通路の間隔が短い桿、対象
物の熱をより短時間で冷却液に移すこ七ができ、対象物
を一層罐〈冷却することができるため、より好ましい０
しかし、従来の液冷箱では、冷却液通路を通常冷却板底
面の切削加工により形成する方法を採ってｔＡたため、
該通路と板表面の１隔が短い冷却板をに１作し靭かっな
。しかも、切削加工である故、長い加工時間を（し、か
つ加工コストが高く、さらに材料の歩留りも低いという
欠点を有していた。 本発明（１、ヒ述の諸欠点を解消するべくなされたもの
で、その−の目的は、冷却液通路を長（して容易に冷却
能力を増大することができ、かつ対象物全てを一様の温
度に冷却することができみ液冷箱を提供することにある
。 また、本発明の他の目的は、前記の冷却能力°の向上に
加えて、製作時間の短縮１．コストの低減、および材料
歩留りの向上などを図ることができる襖冷箱の製造方法
を提供することにある０＜　＋４Ｒ悶点を解決するため
の手段〉木道明の−のうｈ明の液冷箱は、冷却板内部を
活、れる冷却液により冷却板上の対象物を冷却するざ

【
冷箱において、冷却液を流［１号せしめるための、渦千
艶形状をなす冷却液通路を冷却板の底面にｊじ成し、冷
却液の注入口および排出口を該通路の渦巻中心部分およ
び渦傳外側部分に夫々備え、さらにカバー底板を冷却板
底面に水密に覆ってなることを特徴きするものである。 すなわち、この発明岐、渦魯杉状の冷却液通路を形成す
ることにより、冷却液の流通抵抗を大幅に下げ、該通路
力（長（なっても流通抵抗が緩慢にしか増大したいよう
６でしたものである。まな、冷却１億が前記通路の渦＊
中心←ち分より１１＋７．入し間通路の渦巻外圃昂）分
より流出するＭかでとすることにより、冷却液による冷
却作用が対象物の卸Ｉｔ？：、す泡わち発熱分布に適切
に対応して発揮されるようにしたものである。 また、本発明の他の発明の液冷箱の製造方法は、切削Ｄ
Ｏ工に比して一般に低コストでかつ加工時間が短かくて
済むろう付け接合により、禍４、ｇ　ｒＦ：／状の冷却
液Ｘｆ回路を１ド成して上記発明の液冷箱を劇作する方
法である。ナなわも、アルミニウム系何科よりなりかつ
底面ｍｌが開口し内部に冷却液室を形成した冷却板の該
冷却液室Ｃ・ζ、アルミニウム系材料よりなる渦き１？
帯材を収め、ろう付け接合して、渦＄肘状の冷却液通路
を２に動板のが、「ｆｒｉに形成し、かつ冷却液の注入
口および排出口を肋通路の渦巻中心部分およびｙ！ｌｌ
傳外側比分に夫々設Ｈ１さらにカバー底板を冷却板ＩＫ
面に水密に肴って゛製作してなることを特徴とする方灼
である。 この発明によｆ＋　ｆｊ、極めて薄肉の冷却板を使田し
ても、上記発明の液冷箱を製作することができる。従っ
て、冷却板の表面と冷却液通路の聞出を従来より格段に
短縮すみことができる。 噂な、アルミニウム系材料は一般に熱伝ＪｒＬ率が高い
故、冷却板および帯材をアルミニウム系材料で楢成しを
この発明の液冷箱妓、冷却板上の対象物で生じ念熱を迅
速に冷却液に伝えｇ＆暇でせることかで大、冷却性能が
高い。さらに、アルミニウム系材料代一般に安価である
故、これより成るこの発明の液冷箱は経済的に有利であ
る。 この発明に適用できるアルぜニウム糸材゛ｆトとしては
、アルミニウム融体の１世に、アルミニウム合金材料と
してアルミニウムに珪素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、ｖンガ
ン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ　）、チタン（Ｔｉ）、クロム
（Ｃ「）、ジルコニウム（Ｚｒ　）、マグネシウム（〜
（ｇ）等を少な（と本一種類添加した合金がある。 鉢１不的′・ては、ＪＩＳ３ｎｎ３．１０５０．７０５
２等σノアルｉニウム会０村科がある。さらに、アルミ
ニウム合金材料としては、アルミニウムあ乙い蝶、上記
アルミニウム合金材料σ・表向に、ｓ＋ｐ点が１０〜１
００°Ｃ低い合金、ｔとえ？、ｊｓｉを７〜＋２ｗｔ％
含鳴したＡ／−８ｉ共晶合金を被覆したものでもよい○
シＪ、体的には、ＪＩＳ３００３材σ）表面に４３４３
材をクラッドしたもの（ＢＡ１２ＰＣなど）でよい。 虜な、この発割においては冷却板と堝％　１１９缶材の
塀合方法、すなわちアルミニウム系材料同士σろう付け
方法が１８：組となＺ−０仮に接合（ろう付け）が簡便
にできないと、この種の液冷箱グ・生産性が低いもぐ〕
になる。本発明者等灯、持媚昭５８−１９１３１１号に
記載されるように、カリウムふ−よびフッ素を含有す２
化成処１１！ｐ液を用いてアルミニウム系材料の表面に
７ラツクスとしてのペンタフルオロアルミニウム酸カリ
ウム（Ｋ　２　Ａｊ！　ト’　５　）からなる皮膜を形
成しその後加熱してろう付行する方法を提案しており、
この新規なろう付け方法によれは、処卯溶液にアルミニ
ウム糸材料を接触させるのみで容易に７ラツクス居を形
成でき、しかもその後のろう付け工程による・ろう付け
時にろう材のｄＣ２れがなめらかで、ろう材がろう付け
邪に均等にゆきわたるＯその結果、少せのろう材で、欠
陥のないろう付け接合部を形成することができるととも
に、ムう付け後ろう付け部を洗滌したくてもろう付け接
合部を腐食させることがない。 従って、上記の方法を利用して、具体的に位、アルミニ
ウム系材料よりなる冷却板の冷却液室壁面および同材料
よりなる渦停形帯材の各々の’Ｎ　合’ｌＳ位に、カリ
ウムおよびフッ素を含有する化成処理〃を接触させてペ
ンタフルオロアルミニウム・糧カリ゛ウム皮膜を形成せ
しめ、その後前記接合ｇ１゛１位をｆｆｎ熱してろう材
により冷却材と帯材をろう付け、接合し、その徒冷却液
の注入口＋排出口およびカバー床板を取り付けて液冷箱
ケ制作すると、各接合部のろら付けが円滑に進む大め、
渦巻）旨の冷却液通路を有する本発明の液冷箱シ茗易に
かつりｈ率良（警；造することができる。オな、ろう付
け接合部°で腐食が生じ咋〈なり、液冷箱の耐久性が向
上する。 この工程において使用するＥ紀化成処理油Ｉは、次の方
法により弊；明される。そのひとつけ、フッ化水素カリ
ウム（Ｋ）（Ｆ２３を水に溶解する方法である。７ツ化
水素カリウムの溶解Ｍは、水ｌｌ当り１〜８０ｇとした
ものがペンタフルオロアルミニウム酸カリウムを生成す
るのに冷害である。 的の、＃蜀方法としては、フッ化カリウム（ＫＦ’＞と
フッ化水素（ＨＦ）とを水に溶解して混合水・穴岬とし
てもよい。まな、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と７、化水
素とを水に溶解しをものでもよい。これらの水溶液は、
フッ素とカリウムのモル比が１〜１０であって、かつカ
リウムが０５〜４０ｇ／ｌ含有しているものがよい０ アルミニウム系材料よりなる冷却板等の接合部位とＥ配
化ＦＩｉ、処理液とを接触させる方法としては、浸漬、
塗布、吹き付けなどが挙げられるが、その接触時開け、
化成処理液中のカリウムおよびフ、朱のシ曳、該かＬ叩
〃ｆの４１度などによって−ＭＫは決まらないが、念と
えは０．５秒〜Δ」分卑度の軸ｖ＋１がよい。該接触に
よって、アルミニウム系材料の接合部位表面に存在する
酸化物４ｐが破壊され、アルミニウムとカリウムとフッ
素＃；　化学反応し、ペンタフルオロアルミニウム酬カ
リウムが生成する。この化合吻の生成は・用ツによって
変化する。当然常温でも充分に化学反応が進行する。し
かし、接合部位の温度を例えば４０〜７００Ｃに上昇せ
しめろと、特に酸化被膜の訟去が完全に、しかも急速に
行なわれる０その結果、ペンタフルオロアルミニウム酬
カリウム皮膜がアルミニウム系材料の接合部位表面に強
固に１トａ成され、ろう材により容易に接合可Ｑトとな
る。 （耳順例） しＬ下、本発明の実噸例を図面により説明する。 実嘩例１ この実鴫例の液冷箱け、交流モータを可変連部！ｆ！１
するなめの琴換装酋に使用したものである０πｌ　’４
％いし袴３図に示すように、液冷箱１社、渦イ゛た１じ
吠をなす冷却液通路２を冷力１せ・３のｒ面に形成し、
冷ｔ＝Ｉｉｒ夜の注入口４および排出口５を通路２の渦
巻中心の通路始端も・よびア晶停外・１ｌｌｌの尚路柊
４に夫々仏ｊえ、さらにカバー底板６を冷却板Ｕ（面に
ゴムシート等を介して水密に拠ってｈる。７Ｆ入ロ４　
ｉｔポンプと、寸な排出口５（・ゴラジエー々と夫々チ
ューブ７を介して接隷している。そして、冷却板上には
、前記壷換装置の主復部品である対象物のパワートラン
ジス々８・・か密接に（２）足されている。 而して、ポンプを作製させ、水なとの冷却液を注入口４
より注入し渦ω形状の通路２に沿って流通させ排出口５
より？ト出することにより（第３図中、矢印入方向）、
寄侠公情の運転時パワートランジスタ８・・・で生じな
熱を冷却液に吸収させ、外へ除去してパワートランジス
タ８・・・を冷却することができる。 実師例の液冷綺ｌでは、冷却液の流内抵抗が小さく、低
いポンプ動力で冷却液を后、速・Ｉ和♂ずさせることが
でき、従来に片１して冷却能力が著しくｆＩヤ上した。 また、実也例の液冷嘴１でけ、使用時冷却板３の表面、
１・λ魔がほぼ均一で、全てのパワートランジスタ８・
・・を一様の温度に保つことができたＯｋお、第４図に
示す触状の冷却液通路９を有する液冷箱ｌＯをイφ用し
た場合も、冷却液が冷却板１１の中央側よりその周辺側
へ徐々に’ｋｔ通ずる構夕；Ｔ゛あるため、冷却すべき
対象物を全て一様の県歌に１ｖつことかできた。 実へ例２ 竿５喝および第６図−１、ろう付け接合タイプの液冷箱
１２を示す。液冷箱１２のアルミニウム系材料調冷却板
１３は、その底面側が開口し内部に冷却４室１４を１ド
成してなり、薄肉となっている０璽を１冷却板１３け、
聞辺部に冷却液の排出口１５を備えてなる。そして、液
冷１ｆｉ１２は、アルミニウム系材料制の渦巻形帯材１
６を冷却板１３の冷却液室１４に」Ｘめ、ろう付け接合
して渦昏形状の冷却液通Ｗａｓ　１７を冷却板底面に形
成し、その後冷却液の注入口１８を板中心に取付けたカ
バー底板１９を冷却板底面にゴムシート等を介して水ン
に群ってなる。この場合のろう付け接合け、まず冷却液
室１４の壁面と渦巻形帯材１６の側面とに、カリウムお
よ（ムフッ素を含有する化成処理液（組成、ｊ畠度およ
び！！ｙ製は上記の記載に従う。）を接触させてベン々
フルオロアルミニウムＭカリウム皮障を形ｌ＃せしめ、
次いで第６図に示すように帯材】６を冷却吻室１４にｂ
う材を介して当接−？みように収め、その後これを炉Ｉ
Ｃ人へ６１０〜６２０°Ｃζ・ζ加熱して、冷却板１３
と帯材１６の？Ｖ合部加を形成する方法により行なった
。 而して、水などの冷却液を注入口１８より注入し渦な１
形状の通路１７に沿って４　ｉｊ’ｒＴさせ排出口１５
より排出することにより（第５１中、矢印Ｂ方向）、冷
却板上に１着した対象物２】で生じた熱を冷却液に吸収
させ除去することがで＊＊０この実、如例の液冷箱１２
では、冷却板が律めてｙ＃肉となっているｆｒめ、実陣
例１σそれに比して冷却性箭が著しぐ向上【また。そグ
・上、６１１’ｊｌＩＱｑ工による従来のａツ法に比し
て加工世間を大幅に千７庵−できかつコストも低減でき
た。きらに、材料のセ留りイ、高かった。！な、上記化
成処理液を４（・＃ｉ　してろう付け接合したことによ
り、液冷荏（１２吋、長期間使用しても堕１食が生じず
、耐久性に優を乞ていｐ６ 〈介Ｍｌの仝ｂ　＜Ｉｓ　＞ □゛Ｊ上、：ｐ　ｉｌｌ　Ｌ念よう（Ｃ１本−１明の〃
ぞ冷箱妓、１Ｒｉａ″氏抗が４・さい場＠序冷却液通路
を１臼成したこと（・こよ０、低岨１．力で冷却液を高
ｄ’　！（１）通させることう・でき、冷却能力が向上
し、その上、ｌｊ１記通路を長め冷却べとの接触面積を
増生しても４１力対加の必要性が殆ど雛く、ｒ−易に令
却幹力の増大ケ図ることができる０まな、冷却液が冷輩
板グ〕中央部よりそのＩＭ辺部へ渦セ形に流れる構造と
しく＝ことにより、冷却作用が対象物の配貨、すなわち
発熱ノド布に１切に対応して発揮されるよう−１こｌ）
す、冷却板の表面温度がほぼ均一となり、対象物忙てを
一様の７４度に保つことができ心０ 才な、本発明の液冷箱の製秦方法は、渦巻形缶材と冷却
板のろう付け接合により暦月１液曲路を形成して上記発
１月の液冷箱を作る・４法としたことにより、往来に比
して、・嘲造時ｉｌｌを格段に短縮できかつ加工コスト
も低減でき、ざらに材料の歩留９が著しく向上する。壕
な、極めて薄肉の冷却板を使用して１ｌｌＪ作でき、冷
却性能を一層向上場？ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１ｍおよび炬２じ４は本発明の′実り例１の欣冷箱を
示す平面図および側ＩｆｒＩ図、２ｒ！３図ｆｉ第１図
および第２図の液冷箱の内部を示すに面図、 鎗４図に′ｉ蛮型例の液冷萌の内部を示す断面図）、弯
５図社実暢例２の液冷箱の内高を示す断４ｉ図、 場６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ砿における゛喫ｆ也倹１２
の液冷箱の内部を示す断面図、 第７ＦＡおよび第８曲は従来の液冷箱を示す平面＃ＸＪ
および側面図、 坑９図岐坑７図および第８図の液冷箱の内部を示すも叩
図１ ’８　ｌｃｌ閾は第７崗および第８図の液冷箱の冷却板
表面の温度分布を示す図である。 ４中、 １　、　Ｈｌ、　１２・・・液冷箱　　２，１７・・・
冷却液通路３．１３・・・冷却板　　　　４．１８・・
・住人口５．１５・・・排ｍ口　　　　６．１１・・・
カバー底板８．２１・・・対象物 特許出岨人　株式会社　　豊田中央研究所］ζｌ　Ｊ　
　　　　”　　　　−、＝　２−第７図 第８図 ・ｑ９二 第１０＝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷却板内部を流れる冷却液により冷却板上の対象
   物を冷却する液冷箱において、冷却液を流通せしめるた
   めの、渦巻形状をなす冷却液通路を冷却板の底面に形成
   し、冷却液の注入口および排出口を該通路の渦巻中心部
   分および渦巻外側部分に夫々備え、さらにカバー底板を
   冷却板底面に水密に覆ってなることを特徴とする液冷箱
   。
2. （２）アルミニウム系材料よりなりかつ底面側が開口し
   内部に冷却液室を形成した冷却板の該冷却液室に、アル
   ミニウム系材料よりなる渦巻形帯材を収め、ろう付け接
   合して、渦巻形状の冷却液通路を冷却板の底面に形成し
   、かつ冷却液の注入口および排出口を該通路の渦巻中心
   部分および渦巻外側部分に夫々設け、さらにカバー底板
   を冷却板底面に水密に覆って製作してなることを特徴と
   する液冷箱の製造方法。