JP2003309383A - 放熱体 - Google Patents

放熱体

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JP2003309383A
JP2003309383A JP2002113528A JP2002113528A JP2003309383A JP 2003309383 A JP2003309383 A JP 2003309383A JP 2002113528 A JP2002113528 A JP 2002113528A JP 2002113528 A JP2002113528 A JP 2002113528A JP 2003309383 A JP2003309383 A JP 2003309383A
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radiator
coating film
heat
oxide
weight
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JP2002113528A
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Noriyoshi Kaneko
範義 金子
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CERAMISSION KK
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CERAMISSION KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、大した手間を掛けず、低コストで、
放熱効果の大きい各種機器用の放熱体を提供しようとす
るものである。 【解決手段】本発明は、珪酸ナトリウム及び/又は珪酸
カリウムを含有する塗膜を有する各種機器の放熱体であ
る。この塗膜には、珪酸ナトリウム及び/又は珪酸カリ
ウムの他に、酸化珪素、酸化アルミニウムを含有させ
て、放熱効果を高めることができる。また、酸化錫を更
に含有させることにより、放熱効果を更に高めることが
できる。この塗膜には、その他酸化ジルコニウム、酸化
チタンやその他の金属酸化物を含有させることができ
る。その他、金属窒化物を含有させることができる。本
発明の塗膜を有する放熱体は、放熱性に優れるという効
果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種機器に取り付
けられる放熱体であって、放熱性に優れた放熱体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体装置、モータ等の駆動装置、各種
集積回路、インバータ、各種電子機器等の機器は、使用
中に熱を発生する。その上近時、機器の小型化、高性能
化が求められており、機器に発生する熱を如何に効果的
に除去するかが、重要な課題になっている。通常、使用
中に熱を発生する機器には、熱を除去するために放熱体
が設けられ、襞のあるフィンが多用されている。更に、
ファンを設けてフィンから放熱を促進する方策が採られ
ている。しかしながら、フィンのような放熱体を設け、
更には、ファンを設けると、機器本体以外に余分のスペ
ースが必要となり、小型化の方向とは相容れないもので
もある。
【0003】電子機器の熱を効率よく放熱する冷却構造
は、いろいろな提案がなされている。例えば、特開平1
1−354955には、パワーモジュールの封止樹脂側
に、ヒートパイプを接続し、このヒートパイプを介して
主回路基板及び制御基板とパワーモジュールとを電気的
に接続し、このヒートパイプを通じて電力および制御信
号の供給を行う。更に、ヒートパイプの外面に、絶縁層
をコーティングし、その絶縁層を介して複数枚の放熱フ
ィンを取り付けた冷却構造が開示されている。これは、
フィンの他に、ヒートパイプにも熱伝導の役割の担わ
せ、絶縁層に硬質炭素質膜を使用して、熱伝導を促し、
冷却効果を高めようとするものである。
【0004】また、特開平11−220073には、セ
ラミックス基板の一方の面に回路、反対面に放熱板が形
成されてなる回路基板の放熱板に、ヒートシンクが取り
付けられ、上記ベース板又はヒートシンクは、Al成分
とNi成分を含む合金層の存在する接合層を介して上記
放熱板に接合されてなるヒートシンク付き回路基板が記
載されている。
【0005】しかしながら、これらの方法は、モジュー
ルが複雑になり、また、特に特開平11−220073
に記載の方法は真空下に加熱処理を行い、かつ、その際
の温度管理を厳密に行うなど、いずれの方法も手間が掛
かり結果としてコスト高となる欠点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、大した手間
を掛けず、低コストで、放熱効果の大きい各種機器用の
放熱体を提供しようとするものである。本発明者等は、
ある種の無機質コーティング材で放熱体をコーティング
して塗膜を形成することにより、放熱体の放熱効果が向
上し放熱性の高い放熱体が得られることを見出し、本発
明を完成させたのである。
【0007】ここで放熱というのは、各種機器の稼働中
に蓄積した熱を大気中に放射し、該機器の温度上昇を抑
えることをいう。一般的には、各種機器の蓄積される熱
は、放熱体をとおして放射される。放熱体に蓄積された
熱を放射するに際しては、所謂遠赤外線の放射量を増加
させるのが有効な手立てとなる。本発明の塗膜は、遠赤
外線の放射量を増加させ、放熱体に蓄積された熱を放射
させるものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、珪酸ナトリウ
ム及び/又は珪酸カリウムを含有する塗膜を有する放熱
体である。ナトリウムやカリウム以外のアルカリ珪酸
塩、例えば、珪酸リチウムも含有させることができる。
この塗膜は、更に、金属酸化物を含有することができ
る。該金属酸化物として、酸化珪素、酸化アルミニウム
が好ましい。また、塗膜は、更に酸化錫を含有すること
ができる。酸化錫は、珪酸ナトリウム及び/又は珪酸カ
リウムの系に添加しても良いし、珪酸ナトリウム及び/
又は珪酸カリウムの系に金属酸化物を添加し、更に酸化
錫を加えても良い。本発明の塗膜に含有させる金属酸化
物として、珪酸アルミニウム(カオリン)、珪酸マグネ
シウム(タルク)、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化
錫の他に、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アンチ
モン、酸化ゲルマニウム、酸化硼素、酸化カルシウム、
酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化ビスマス等を
挙げることができる。
【0009】また、これらの金属化合物を含むカオリ
ン、タルク等の天然鉱物も含有させることができること
はいうまでもない。また、金属の窒化物を含有させるこ
とができる。金属窒化物として、具体的には、窒化硼
素、窒化ジルコニウム、窒化錫、窒化ストロンチウム、
窒化チタン、窒化バリウム等を挙げることができる。本
発明における塗膜に含有させる上記金属酸化物、金属窒
化物等は、微粉末の状態で使用するのがよい。微粉末に
するには、ボールミル、ジェットミル等で粉砕するのが
よい。
【0010】本発明のコーティング材の基本成分は、珪
酸ナトリウム及び/又は珪酸カリウムである。珪酸ナト
リウム及び珪酸カリウムは、それぞれ水溶液の形態で入
手できる。珪酸ナトリウムの水溶液は水ガラスとして知
られる。珪酸ナトリウム、珪酸カリウムの水溶液を更
に、水で希釈して使用することができる。この珪酸ナト
リウム及び/又は珪酸カリウムを含有する水溶液で放熱
体にコーティングする。コーティングした後は、大気中
で風乾する。風乾後には放熱体の表面に塗膜が生成す
る。膜厚は、10〜200μm程度であり、20〜10
0μmが好ましい。このようにコーティングした放熱体
は、優れた放熱性を示す。フィンタイプの放熱体にコー
ティングした場合、コーティングしない場合の温度に比
較して、2〜10℃程度低下する効果が認められた。
【0011】珪酸ナトリウム及び/又は珪酸カリウムを
含有する水溶液に、更に、酸化珪素や酸化アルミニウム
の微粒子を添加することができる。この場合は、コーテ
ィング液は懸濁液となる。この懸濁液を同様にしてコー
ティングした放熱体は、顕著な放熱効果を示す。更に、
酸化錫の微粉末を添加することができる。酸化錫を添加
したコーティング材は、更に優れた放熱性を示す。コー
ティング液は適度の粘度にする必要があるので、添加物
の種類や量に応じて適宜水を添加して液の粘度を調整す
るのがよい。
【0012】各種機器に使用される放熱体には、板状の
もの、球状の突起を有するもの、襞を有するフィンがあ
る。なかでもフィンが多用される。この放熱体に本発明
のコーティング材でコーティングし塗膜を形成すること
により、放熱体の放熱効果を高める効果を奏する。コー
ティングは、コーティング材を含有する液を放熱体に直
接コーティングしてもよい。コーティングは、吹き付
け、刷毛等による塗布又はスクリーン印刷等の方法で行
うことができる。放熱体を予め所定の形状に仕上げてお
いてから、コーティングしてもよいし、放熱体となる板
などの材料にコーティングし、風乾した後、所定の形状
に加工し放熱体としてもよい。
【0013】本発明の塗膜は、珪酸ナトリウム、珪酸カ
リウムを含有するものであり、珪酸ナトリウム単独、珪
酸カリウム単独でも使用しうるが、珪酸ナトリウム、珪
酸カリウムの両者を混合使用するのが好ましい。混合使
用する際、珪酸ナトリウムと珪酸カリウムの割合は重量
比で、珪酸カリウム1に対して珪酸ナトリウム0.5〜
7(固形分ベース)が好ましい。珪酸アルカリの塗膜中
の含有量は、3〜30重量%が好ましい。また、金属酸
化物の量的割合は、塗膜固形分中12〜92重量%が好
ましい。酸化錫の塗膜中固形分に対する割合は、6〜4
5重量%が好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施形態に
基づいて説明する。
【実施例1】珪酸ナトリウムの54.5重量%水溶液1
4重量部、珪酸カリウムの30.0重量%水溶液14重
量部を混合し、水20重量部を更に添加して希釈した。
この液を半導体装置に取り付けるべき板状の放熱板にコ
ーティングし、大気中で風乾した。塗膜厚は40μmで
あった。この放熱板を半導体装置に取り付け、半導体装
置の稼働時における温度を測定した。温度は、放熱板上
の6点で測定し、その平均値をとったところ58.5℃
であった。同様にして、本発明のコーティング材を使用
しない場合の、放熱板の温度を比較のため同様に測定し
たところ、62.4℃であった。この際、半導体装置の
構成、使用状況は同じに設定した。これから明らかに、
本発明のコーティング材を塗布した放熱板は、コーティ
ング材を塗布しない場合に比較して、放熱効果が認めら
れた。この際、珪酸ナトリウムの54.5重量%水溶
液、珪酸カリウムの30.0重量%水溶液を希釈するこ
となく放熱体に塗布すると、放熱体に熱が掛かったとき
に泡状の突起が生じ好ましくない。液は、適度の粘度の
ものに調整する必要がある。
【0015】上記実施例では、 珪酸ナトリウム及び珪
酸カリウムの両者を使用したが、珪酸ナトリウム単独又
は珪酸カリウム単独でも、ほぼ同様の効果を得た。
【0016】
【実施例2】珪酸ナトリウムの54.5重量%水溶液1
4重量部、珪酸カリウムの30.0重量%水溶液14重
量部を混合し、水20重量部を更に添加して希釈した水
溶液に、二酸化珪素の微粉末24.0重量部、酸化アル
ミニウムの微粉末16.0重量部を添加、混合し懸濁液
を得た。この液をモーターの放熱用ケーシングに塗布し
た。大気中で風乾した後の塗膜厚は43μmであった。
このモーターを1時間稼働させた時点でのモーター放熱
用ケーシングの温度を測定した。温度は、ケーシングの
5点で測定し、その平均値をとったところ70.6℃で
あった。同様にして、本発明のコーティング材を使用し
ない場合の、モータのケーシングの温度を比較のため測
定したところ、98.7℃であった。明らかに、本発明
のコーティング材を塗布したものは、コーティング材を
塗布しないものに比較して、放熱効果が認められた。こ
の実施例で、更に、酸化チタンの微粉末7.0重量部を
添加したものを塗布した。放熱効果は、ほぼ同様であっ
たが、塗膜の密着性が向上したことが認められた。ま
た、珪酸ナトリウム単独又は珪酸カリウム単独の水溶液
に酸化珪素の微粉末、酸化アルミニウムの微粉末を添
加、混合した場合でも、ほぼ同様の効果を得た。
【0017】
【実施例3】実施例2において、更に、酸化錫の微粒子
を添加したものを、実施例1と同様の半導体装置の放熱
体にコーティングしたところ、放熱体の放熱効果は一段
と向上した。即ち、珪酸ナトリウムの54.5重量%水
溶液14重量部、珪酸カリウムの30.0重量%水溶液
14重量部を混合し、水20重量部を更に添加して希釈
した水溶液に、二酸化珪素の微粉末24.0重量部、酸
化アルミニウムの微粉末16.0重量部及び二酸化錫の
微粒子14.0重量部を添加、混合し懸濁液を得た。こ
の液を半導体装置に取り付けるべき板状の放熱板にコー
ティングし、大気中で風乾した。塗膜厚は45μmであ
った。この放熱板を半導体装置に取り付け、半導体装置
の稼働時における温度を測定した。温度は、放熱板上の
6点で測定し、その平均値をとったところ57.0℃で
あった。同様に、本発明のコーティング材を使用しない
場合の、放熱板の温度は62.4℃であった。このよう
に酸化錫の添加効果が認められた。
【0018】
【実施例4】珪酸ナトリウムの54.5重量%水溶液1
4重量部、珪酸カリウムの30.0重量%水溶液14重
量部を混合し、水20重量部を更に添加して希釈した水
溶液に、二酸化珪素の微粉末20.0重量部、酸化アル
ミニウムの微粉末12.0重量部及びカオリン7重量部
を添加、混合し懸濁液を得た。実施例2と同様に、この
液をモーターの放熱用ケーシングに塗布した。大気中で
風乾した後の塗膜厚は48μmであった。このモーター
を1時間稼働させた時点でのモーター放熱用ケーシング
の温度を測定した。温度は、ケーシングの5点で測定
し、その平均値をとったところ69.6℃であった。同
様にして、本発明のコーティング材を使用しない場合
の、モータのケーシングの温度を比較のため測定したと
ころ、98.7℃であった。明らかに、本発明のコーテ
ィング材を塗布したものは、コーティング材を塗布しな
いものに比較して、放熱効果が認められた。
【0019】
【発明の効果】本発明は、珪酸ナトリウム及び/又は珪
酸カリウムを含有する塗膜を有する各種機器の放熱体で
ある。この塗膜には、珪酸ナトリウム及び/又は珪酸カ
リウムの他に、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化錫、
酸化ジルコニウム、酸化チタンやその他の金属酸化物を
含有させることができる。本発明の塗膜を有する放熱体
は、放熱性に優れるという効果を奏する。その結果、機
器の小型化、低コスト化の効果を同時にもたらす。しか
も、本発明の塗膜は、コーティング材を含む液を放熱体
に塗布するだけでよく、手間も掛からず、作業性にも優
れたものとなっている。また、塗膜の色も任意に選択で
きるという特徴もある。この塗膜は、放熱体との接着性
が極めてよいので、板状の材料に塗膜を形成せしめ、し
かる後に、放熱体に成形加工することができる。この
際、曲げ、切断、深絞り加工等において、塗膜が脱落す
ることはないのである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】珪酸ナトリウム及び/又は珪酸カリウムを
    含有する塗膜を有する放熱体。
  2. 【請求項2】更に、金属酸化物を含有する塗膜を有する
    請求項1記載の放熱体。
  3. 【請求項3】前記金属酸化物が酸化珪素及び酸化アルミ
    ニウムである請求項2記載の放熱体。
  4. 【請求項4】更に、酸化錫を含有する塗膜を有する請求
    項1に記載の放熱体。
  5. 【請求項5】更に、酸化錫を含有する塗膜を有する請求
    項2又は請求項3に記載の放熱体。
  6. 【請求項6】更に金属窒化物を含有する塗膜を有する請
    求項3又は請求項5に記載の放熱体。
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