JP2004134722A

JP2004134722A - 冷却能の高い電気・電子機器用筐体

Info

Publication number: JP2004134722A
Application number: JP2003045481A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Yano; 矢野　宏和; Katsumi Owa; 尾和　克美; Koji Mori; 森　浩治
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【目的】熱吸収性塗膜２を設けた塗装鋼板で筐体を構成することにより、電気・電子部品の昇温を抑制する。
【構成】この電気・電子機器用筐体は、めっき鋼板又はステンレス鋼板を基材１とし、３〜３０μｍの波長域における熱反射率が０．３５以下に抑えられた熱吸収性塗膜２が発熱部品に対向する基材の内側表面に設けられている。熱吸収性塗膜２の熱反射率を低下させるためには、濃色顔料の分散によって熱吸収性塗膜の明度Ｌ値を５０以下に下げることが好ましい。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気・電子部品で発生した熱を外部に放散させ、電気・電子部品の故障や誤動作を防止する機能を備えた筐体に関する。
【０００２】
【従来技術及び問題点】
ＣＰＵ，パワートランジスタ，ディスクドライブ，電源，光源等の発熱部品は、稼動時に発熱して昇温する。高温は、電気・電子機器の使用者にとって危険であるばかりでなく、電気・電子部品の故障や誤動作の原因にもなる。温度上昇に起因するトラブルは、電気・電子部品を小型化，高密度化するほど大きな問題となる。
【０００３】
昇温による電気・電子部品の故障や誤動作を防止するため、ファン等で冷風を電気・電子部品に吹き付けて冷却する方法が採用されている。しかし、冷却装置を組み込む設計では、電気・電子機器の小型化，高密度化に十分対応できない。ドラフト作用をもつ筐体で電気・電子部品を覆う方法も採用されているが、ドラフト作用のために通風孔を筐体に形成する必要があり、気密性や電磁シールド性に劣る筐体になる。
【０００４】
小型化，高密度化の要求に応え、気密性，電磁シールド性も良好な筐体を得る上では、筐体を構成する材料自体の放熱特性を向上させることが必要である。筐体構成材料の材質選択，表面状態等について種々の調査・研究がこれまで報告されているが、小型化，高性能化が著しい電気・電子部品に適した特性をもつ筐体構成材料は実用に供されていない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような要求に応えるべく案出されたものであり、めっき鋼板又はステンレス鋼板の表面に熱吸収性塗膜を設けることにより、電気・電子部品で発生した熱を効率よく吸収して外部に放散させる作用を呈する電気・電子機器用筐体を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の電気・電子機器用筐体は、その目的を達成するため、発熱部品に覆い被さる筐体であり、めっき鋼板又はステンレス鋼板を基材とし、３〜３０μｍの波長域における熱反射率が０．３５以下に抑えられた熱吸収性塗膜が発熱部品に対向する基材の内側表面に設けられていることを特徴とする。
熱吸収性塗膜の熱反射率を低下させるためには、濃色顔料の分散によって熱吸収性塗膜の明度Ｌ値を５０以下に下げることが好ましい。外側表面には、同様な熱反射率の低い塗膜、或いは発色顔料や着色顔料の分散によって色調を付与したクリア塗膜等の意匠性塗膜の何れを設けても良い。
【０００７】
【実施の形態】
電気・電子機器用筐体の構成材料は、めっき鋼板又はステンレス鋼板を金属基材１とし、筐体内面側に熱吸収性塗膜２，筐体外面側に下塗り塗膜３を介して上塗り塗膜４を設けている（図１）。塗膜２，３の形成に先立ち、脱脂，酸洗，クロメート処理，リン酸塩処理，クロムフリー処理等の塗装前処理を必要に応じて施し、塗膜密着性の向上に有効な化成処理皮膜５を金属基材１の表面に設けても良い。
【０００８】
金属基材１には、Ｚｎ，Ｚｎ−Ａｌ，Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ，Ｚｎ−Ｎｉ，Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ等のめっき層６を設けためっき鋼板や無垢のステンレス鋼板が使用される。基材表面で乱反射を促進させて熱吸収効率を向上させる上では、表面粗さの大きな基材ほど好ましい。なかでも、波長域３〜３０μｍの入射光では表面粗さによる熱反射の抑制効果が顕著になる。
【０００９】
熱吸収性塗膜２は、３〜３０μｍの波長域における熱反射率が０．３５以下に調整されている。光照射に起因する熱吸収は、波長域３〜３０μｍの光で最も促進され、３μｍ未満又は３０μｍを超える波長域では熱吸収に及ぼす光照射の影響が小さい。波長域３〜３０μｍでの熱反射率が０．３５以下になると、電気・電子部品で発生した熱の大半が熱吸収性塗膜２に伝達され、電気・電子部品の昇温が大幅に抑制される。熱吸収性塗膜２に伝達された熱は、熱伝導性の良好な金属基材１全体に広がった後、外部に放散される。
熱反射率０．３５以下は、濃色顔料を分散させて熱吸収性塗膜２の明度Ｌ値を５０以下に下げることにより達成される。
【００１０】
熱吸収性塗膜２は、ポリエステル，エポキシ，エポキシ変性ポリエステル，アクリル，ポリエーテルサルフォン，ポリオルガノシロキサン，シリコン変性アクリル，フッ素樹脂等の樹脂塗料を金属基材１に塗布・焼付けすることにより形成される。必要な熱吸収特性を確保する上で膜厚５μｍ以上で熱吸収性塗膜２を形成することが好ましいが、厚すぎる熱吸収性塗膜２では加工性，塗膜密着性が低下する傾向がみられるので好ましくは膜厚の上限を１５μｍに設定する。
【００１１】
熱吸収性塗膜２に分散させる濃色顔料には、カーボンブラック，黒鉛粉末，セラミック粉末，遷移金属酸化物粉末，複合酸化物粉末等から熱吸収能の高い顔料が選択される。セラミック粉末にはＳｉＣ，リン鉄等、遷移金属酸化物粉末にはＣｕ−Ｃｒ，Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｎ，Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｚｎ，Ｆｅ−Ｚｎ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ａｌ，Ｃｏ−Ａｌ−Ｃｒ，Ｔｉ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｚｎ，Ｃｏ−Ａｌ−Ｃｒの複合酸化物等が挙げられる。その他、アニリンブラック，シアニンブルー等の有機顔料も使用可能である。
【００１２】
下塗り塗膜３，上塗り塗膜４は常法に従って形成される塗膜であるが、下塗り塗膜３，上塗り塗膜４に代えて筐体外面側にも熱吸収性塗膜２を形成できる。しかし、用途，嗜好等に応じた意匠を筐体外面に付与するため、好ましくは膜厚７〜３０μｍの上塗り塗膜４を設ける場合が多い。たとえば、着色顔料を分散させたクリア塗膜やパール調の色調を呈する発色顔料を分散させたクリア塗膜を筐体外面側に設けると、意匠性に優れた電気・電子機器用筐体となる。下塗り塗膜３は、好ましくは１〜１０μｍの膜厚をもち、必要に応じ着色顔料，体質顔料，防錆顔料等を分散させている。
【００１３】
波長域３〜３０μｍにおける熱反射率０．３５以下にした熱吸収性塗膜２を形成すると、電気・電子部品から放出された熱が熱吸収性塗膜２に効率よく吸収され、金属基材１を介し外部に放散される。熱放射率は放射率計により測定でき、濃色顔料の材質，分散量等によって調整できる。具体的には、熱吸収性塗膜２の明度Ｌ値が５０以下となる配合量で濃色顔料を分散させることにより、熱反射率０．３５以下の熱吸収性塗膜２が得られる。
【００１４】
塗膜２〜４が設けられた金属基材１は、曲げ，絞り加工等で製品形状に成型加工され、電気・電子機器用筐体として使用される。そのため、塗膜２〜４としては、成形加工時に剥離，亀裂等の欠陥が発生しない加工性が要求される。塗膜２〜４の形成には、ポリエステル，エポキシ，エポキシ変性ポリエステル，アクリル，ポリエーテルサルフォン，ポリオルガノシロキサン，シリコン変性アクリル，フッ素樹脂等の樹脂塗料を単独で又は複合して使用できる。
【００１５】
樹脂塗料には、通常使用されている着色顔料，Ｃｒ系又はＣｒフリー系防錆顔料，導電性付与剤，ワックス，メタリック顔料，パール顔料，体質顔料等を必要に応じて濃色顔料と共に複合添加しても良い。熱吸収性塗膜２用の塗料には、濃色顔料の他に、アース性，溶接性を付与するためにＮｉ粉等の金属粉やリン鉄を始めとする各種導電性付与剤が必要に応じて添加される。
【００１６】
【実施例１】
樹脂１００重量部に対し２０重量部のメラミン硬化剤，４０重量部のカーボンブラックを数平均分子量３０００のポリエステル樹脂に配合した黒色塗料及び１００重量部の白色酸化チタンを同じポリエステル樹脂に配合した白色塗料を用意した。黒色塗料，白色塗料を種々の割合で混練して明度Ｌ値の異なる塗料組成物を調合した後、１０重量部のストロンチウムクロメートを添加して熱吸収性塗膜２用の塗料を調整した。
下塗り塗膜３の形成には２０重量部のストロンチウムクロメートを配合したエポシキ変性高分子ポリエステル樹脂系プライマ，上塗り塗膜４の形成には市販の黒色系艶消しメタリック高分子ポリエステル塗料を使用した。
【００１７】
塗装原板として板厚０．５ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を使用し、Ｎｉ析出型の表面調整処理，塗布型クロメート処理を順次施した。表面調整された塗装原板に各種塗料を塗布し、最高到達板温２１５℃で４０秒焼き付けることにより、膜厚５μｍの下塗り塗膜３，膜厚１３μｍの上塗り塗膜４を塗装原板の一面に、膜厚５μｍの熱吸収性塗膜２を他面に形成した。
作製された各塗装鋼板の熱吸収性塗膜２側で熱放射率計（ＤａｎｄＳ　ＡＥＲＤ）により熱放射率を測定し、熱放射が熱吸収によるものと仮定し、熱反射率＝（１−放射率の測定値）として熱反射率を算出した。表１の調査結果にみられるように、明度Ｌ値が高いほど熱反射率が高くなっていた。
【００１８】

【００１９】
次いで、Ｎｏ．１の塗装鋼板から長さ２８５ｍｍ，幅１５０ｍｍの試験片を切り出し、放熱試験に供した。放熱試験では、上部が開放され断熱材でライニングした試験ボックス１１にヒータ１２を収容し、ヒータ１２から試験片１０までの距離を２０ｍｍに設定して試験片１０を試験ボックス１１の上部開口に固定した（図２）。試験片１０の固定に際しては、熱吸収性塗膜２を試験ボックス１１内側に向けた。ヒータ１２に投入する電力を一定値０．５ｋＷに維持し、電力投入開始から試験ボックス１１内の温度を熱電対１３で連続測定した。
【００２０】
図３の測定結果にみられるように、熱反射率０．１３の熱吸収性塗膜２を形成した塗装鋼板Ｎｏ．１では、塗膜を設けていない無垢の亜鉛めっき鋼板に比較して温度上昇に最大で２０℃近くの差があり、２時間連続加熱した後でも試験ボックス１１内の温度が７０℃を超えなかった。試験ボックス１１内の昇温が抑制されていることは、ヒータ１２で発生した熱量が熱吸収性塗膜２に効率よく吸収され、金属基材１を熱伝導して外部に放散されたことを示す。その結果、筐体に収容されている電気・電子部品が比較的低温に維持され、故障や誤動作の原因となる昇温が少ないことが理解される。
【００２１】
熱反射率０．３５以下の熱吸収性塗膜２を設けた塗装鋼板Ｎｏ．１〜４は、何れも塗装鋼板Ｎｏ．１と同様な昇温特性を呈し、電気・電子部品の昇温を抑制できた。他方、熱反射率が０．６４と高い塗膜を設けた塗装鋼板Ｎｏ．６は、無垢の亜鉛めっき鋼板と同様な昇温特性を呈し、電気・電子部品の昇温を有効に抑制できなかった。Ｎｏ．６に比較して熱反射率が０．４５と若干低い塗装鋼板Ｎｏ．５でも、電気・電子部品の昇温を十分に抑制できなかった。
【００２２】
【実施例２】
樹脂１００重量部に対し２０重量部のメラミン硬化剤，１０重量部のカーボンブラック，３０重量部のＣｕ−Ｆｅ−Ｍｎ系複合酸化物（黒色顔料）を数平均分子量３０００のポリエステル樹脂に配合した黒色塗料及び１００重量部の白色酸化チタンを配合した白色塗料を用意した。黒色塗料，白色塗料を種々の割合で混練して明度Ｌ値の異なる塗料組成物を調合した後、平均粒径５μｍのＮｉ粉（導電性付与剤）を１０重量部，カルシウムシリケート（防錆顔料）を１０重量部添加して熱吸収性塗膜２形成用の塗料を調整した。
【００２３】
下塗り塗膜３の形成には１０重量部のカルシウムクロメートを配合したエポキシ変性高分子ポリエステル樹脂系プライマ，上塗り塗膜４の形成にはアクリルビーズを分散させた黒色系艶消しメタリック高分子ポリエステル塗料を使用した。
実施例１と同様に表面調整された塗装原板に各種塗料を塗布し、最高到達板温２１５℃で４０秒焼き付けることにより、膜厚５μｍの下塗り塗膜３，膜厚１３μｍの上塗り塗膜４を塗装原板の一面に、膜厚５μｍの熱吸収性塗膜２を他面に形成した。
作製された塗装鋼板の熱反射率を実施例１と同様に求めたところ、本例でも明度Ｌ値が高いほど大きな熱反射率が示され、表２に示すように明度Ｌ値を５０以下に下げたときに熱反射率が０．３５以下になった。
【００２４】

【００２５】
【実施例３】
筐体内側に熱吸収性塗膜２（実施例２の試験Ｎｏ．１）を、筐体外側に着色顔料，発色顔料を分散させたクリア塗膜を設けた。
着色顔料にはカーボンブラックを、発色顔料には酸化チタンをコーティングしたガラスフレークを用い、分子量１２０００の高分子ポリエステル樹脂１００質量部に対し２０質量部のメラミン硬化剤を添加した樹脂をベースとする塗料組成物にそれぞれ２質量％，６質量％配合した。実施例１と同じ条件下で塗料組成物を塗布・焼付けすることにより、膜厚１２μｍのクリア塗膜を形成した。
熱吸収性塗膜２，クリア塗膜が形成された筐体の熱反射率を実施例２と同じ条件下で測定したところ、０．１４と低い熱反射率が示され、下塗り塗膜３，上塗り塗膜４に代えてクリア塗膜を形成しても優れた熱吸収特性が維持されることが判った。しかも、着色顔料又は発色顔料が分散したクリア塗膜のため、金属光沢が活かされ、しかも淡い色調の外観を呈した。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、筐体内側に臨む表面に熱反射率を低下させた熱吸収性塗膜を設けた塗装鋼板で電気・電子機器用筐体を作製すると、電気・電子部品から発した熱が熱吸収性塗膜に効率よく吸収され、金属基材を熱伝導して外部に放散される。そのため、電気・電子部品の発熱に起因した故障や誤作動が防止され、電気・電子機器自体の信頼性向上に適した電気・電子機器用筐体が得られる。しかも、ファン等の冷却装置や通風孔の穿設も必要としないので、小型化，高密度化に適し、電磁シールド性にも優れた筐体となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った筐体構成材料の層構成を示す模式図
【図２】塗装鋼板の吸熱・放熱特性が筐体内部の温度上昇に及ぼす影響を調査した試験装置
【図３】熱吸収性塗膜を設けた塗装鋼板で作製した筐体内部の昇温特性を無垢の亜鉛めっき鋼板製筐体内部と比較したグラフ
【符号の説明】
１：金属基材　　２：熱吸収性塗膜　　３：下塗り塗膜　　４：意匠塗膜　　５：化成処理皮膜　　６：めっき層

Claims

発熱部品に覆い被さる筐体であり、めっき鋼板又はステンレス鋼板を基材とし、３〜３０μｍの波長域における熱反射率が０．３５以下に抑えられた熱吸収性塗膜が発熱部品に対向する基材の内側表面に設けられていることを特徴とする冷却能の高い電気・電子機器用筐体。
濃色顔料の分散によって熱吸収性塗膜の明度Ｌ値を５０以下に下げている請求項１記載の電気・電子機器用筐体。
発色顔料又は着色顔料を分散させたクリア塗膜が外側表面に設けられている請求項１記載の電気・電子機器用筐体。