JP2006237554A - 電気レンジ - Google Patents

Abstract

【課題】 内部に提供される半導体チップの熱を円滑に放熱する電気レンジを提供する。
【解決手段】 少なくとも一つ以上の半導体チップ１３０が提供され、誘導加熱方式の加熱手段に印加される電流を制御する回路基板と、半導体チップ１３０の熱を吸収して外部に放出するヒートシンク１２０と、半導体チップ１３０の熱がヒートシンク１２０に伝導されるように、半導体チップ１３０をヒートシンク１２０に固定する少なくとも一つ以上の熱拡散クリップ１５０と、を含んで電気レンジを構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、調理機器に関するもので、詳しくは、電気レンジに関するものである。

一般に、電気レンジは、電気ヒータやその他の発熱体から発生する熱により食物を調理する機器である。

電気レンジは、電気オーブンレンジなどの上面(cook-top)に装着される。最近は、燃料ガスの燃焼時に発生する火炎を用いるバーナーの代りに、容器自体を発熱する誘導加熱方式の加熱源が開発されている。

誘導加熱方式の電気レンジは、バーナーを用いる方式に比べて安全的であって大いに適用されている。誘導加熱方式の電気レンジは、電流の供給により誘導加熱コイルの周辺に形成された磁気場を用いて、金属材質からなる容器内部の食物を加熱する装置である。

一方、誘導加熱方式の電気レンジは、誘導加熱コイルに流れる電流を制御するために半導体を始めとする回路素子を含むが、半導体は、多量の熱を発散する。 このとき、半導体が円滑に冷却されないと、内部の回路が誤作動を起こすという問題があった。

したがって、従来は、電気レンジの内部に半導体の熱を吸収して外部に放出するヒートシンクが提供され、半導体は、ヒートシンクに付着された状態で固定された。

しかしながら、上記のような電気レンジにおいては、修理または交替するとき、半導体をヒートシンクから分離しにくいという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、内部に提供される半導体チップの熱を円滑に放熱する電気レンジを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る電気レンジは、少なくとも一つ以上の半導体チップが提供され、誘導加熱方式の加熱手段に印加される電流を制御する回路基板と、半導体チップの熱を吸収して外部に放出するヒートシンクと、半導体チップの熱がヒートシンクに伝導されるように、半導体チップをヒートシンクに固定する少なくとも一つ以上の熱拡散クリップと、を含んで構成されることを特徴とする。

ここで、熱拡散クリップは、半導体チップの上面をカバーするために提供される。

また、熱拡散クリップは、半導体チップの上面に接触される収容溝が形成された結合部と、結合部の両側から延長され、下面がヒートシンクに接触される延長部と、を含んで構成されることが好ましい。

ここで、延長部は、ヒートシンクにスクリュー締結により結合される。延長部とヒートシンクとの間には、電気的な絶縁シートが提供される。熱拡散クリップは、アルミニウム材質からなる。収容溝は、上側に凸状を有してラウンド状に形成され、半導体チップの上面は、収容溝に対応して凸状を有してラウンド状に形成される。

また、半導体チップとヒートシンクとの間に提供された電気的な絶縁シートをさらに含んで構成される。熱拡散クリップは、ヒートシンクにスクリュー締結により結合される。ここで、スクリューは、回路基板および熱拡散クリップを同時に貫通してヒートシンクに締結される。

一方、上記目的を達成するために、本発明に係る電気レンジは、少なくとも一つ以上の半導体チップが提供され、誘導加熱方式の加熱手段に印加される電流を制御する回路基板と、半導体チップの熱を吸収して外部に放出するヒートシンクと、半導体チップの上面に接触される収容溝が形成された結合部と、結合部の両側から延長され、下面がヒートシンクに接触される延長部と、を含む少なくとも一つ以上の熱拡散クリップと、半導体チップの下面とヒートシンクとの間に提供された電気的な絶縁シートと、を含んで構成される。

本発明に係る電気レンジは、熱拡散クリップを用いることで半導体チップの冷却性能が向上するので、半導体チップ及び電気レンジの信頼性及び耐久性を向上できる。

また、冷却モジュール(ヒートシンク、ファン及び空気の流路)の構造を変更せずに、熱拡散クリップの締結空間のみを確保すればよいので、一般的な電気レンジにも容易に適用できる。

また、半導体チップは、熱拡散クリップによって分離自在に固定されるので、修理または交替するとき、半導体を容易に分離できる。

以下、本発明に係る電気レンジの好適な実施の形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。 本実施形態を説明するにおいて、同一構成には、同一名称及び同一符号を用いており、これに対する説明は省略する。

以下、本発明に係る電気レンジに対し、図１乃至図４に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る誘導加熱方式の電気レンジを示した分解斜視図である。

図１に示すように、誘導加熱方式の電気レンジは、誘導加熱コイル３と、回路基板１０と、ヒートシンク２０と、を含んで構成される。

詳しく説明すると、回路基板１０は、誘導加熱コイル３に流れる電流を制御するために、トランジスタ、抵抗および半導体チップなどの各種の装置を含んで構成される。したがって、使用者が回路基板１０を操作することにより、誘導加熱コイル３に供給される電流が調節される。

誘導加熱コイル３は、回路基板１０の上側に提供され、そのコイルに沿って流れる電流を用いて磁気場を発生する。この磁気場は、供給される電流の大きさによって変化されるので、使用者は、誘導加熱コイル３に供給される電流を調節することで、磁気場の強さを変化することができる。

一方、誘導加熱コイル３の上側には、調理物が収容される金属材質の容器(図示せず)をローディングするための上板(図示せず)が提供される。したがって、回路基板１０により調節された電流が誘導加熱コイル３に供給されると、誘導加熱コイル３から磁気場が発生する。

磁気場は、上板を通過して容器に作用され、金属容器の内部では、磁気場による誘導電流が発生する。ここで、一般的に調理機器に用いられる金属は、大きな抵抗値を有するので、容器の内部に誘導電流が流れると、抵抗によって発熱されることで、容器内部の調理物が加熱される。

そのため、誘導加熱コイル３によって加熱された容器から輻射される熱と、誘導加熱コイル３から発生した磁気場と、が内部の回路基板１０に影響を与えることを防止するために、誘導加熱コイル３と回路基板１０との間に遮蔽板５が備わる。

また、回路基板１０の後方には、回路基板１０から発生する熱を外部に放出するためのヒートシンク２０が提供される。すなわち、回路基板１０から発生した熱は、ヒートシンク２０に伝導された後、外部空気との熱交換により外部に放出される。ここで、ヒートシンク２０は、熱伝導に優れた物質からなることが好ましく、その一側に多数個のフィンが形成されることで、外部空気との熱伝逹面積を増加する。

さらに、ヒートシンク２０の一側には、外部空気を送風するファン２５を提供することが好ましい。ヒートシンク２０に伝導された熱は、ファン２５によって送風された外部空気との熱交換により外部に放出される。

回路基板１０に提供された各素子のうち、核心素子であるＩＧＢＴ(Integrated Gate-Bipolar Transistor)などの半導体チップは、多量の熱を発散するだけでなく、熱に敏感であるので、円滑に放熱されない場合、回路基板１０における制御が誤作動を起こすことになる。

上記の問題点を防止するために、後述する各実施形態に基づいて、半導体チップの冷却構造を説明する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る電気レンジの要部を示した斜視図である。

図２に示すように、電気レンジの内部に提供されるインバータ回路基板１０の一側には、ヒートシンク２０が提供される。また、回路基板１０には、多量の熱を発散するＩＧＢＴ(Integrated Gate-Bipolar Transistor)などの半導体チップが連結される。半導体チップは、多数個の連結ピンを有するが、これら各連結ピンの端は、回路基板１０に連結されるように略‘Ｌ’字状に屈曲される。

よって、半導体チップは、電気的な信号が伝達されるように回路基板１０に連結されるとともに、ヒートシンク２０に連結される。半導体チップから発生した熱がヒートシンク２０に円滑に伝導されるように、ヒートシンク２０は、半導体チップに接触された状態で固定されるべきである。

ここで、半導体チップ３０は、固定クリップ５０によってヒートシンク２０の表面にクランピングされることが好ましい。

固定クリップ５０の両側には、半導体チップがそれぞれ提供されており、固定クリップ５０は、固定部５２と、この固定部５２の両側に提供された加圧部５４と、を含んで構成される。

固定部５２の中央には、スクリュー６４を締結するためのホールが形成されており、このホールは、ヒートシンク２０のホールに対応している。各ホールにスクリュー６４が締結されると、固定部５２は、ヒートシンク２０の上面に接触された状態で固定される。固定部５２の両側に提供された加圧部５４は、弾性力を用いて半導体チップ３０をヒートシンク２０の表面に加圧する。

すなわち、固定クリップ５０を半導体チップ３０の間に位置した後、スクリュー６４を用いて固定クリップ５０をヒートシンク２０に固定すると、半導体チップ３０は、加圧部５４によりヒートシンク２０に接触された状態で固定される。

その結果、半導体チップ３０から発生した熱は、接触面を通してヒートシンク２０に伝逹され、半導体チップ３０が冷却される。

一方、半導体チップは、固定クリップの代りに、スクリュー６４を用いて直接固定されることもある。

図２に示すように、半導体チップ３０の中央部およびヒートシンク２０には、対応する締結ホール３２ａ，３２ｂがそれぞれ形成されるが、各締結ホール３２ａ，３２ｂを通してスクリュー６２が締結されることで、半導体チップ３０は、ヒートシンク２０に密着された状態で固定される。このとき、スクリュー６２が締結ホール３２ａ，３２ｂに不正確に締結されると、半導体チップ３０の一部が浮いて熱伝逹がよく行われないので、スクリューの締結時には、格別に留意すべきである。

また、半導体チップ３０を流れる電流がヒートシンク２０に漏電することを防止するために、半導体チップ３０とヒートシンク２０との間には、電気的な絶縁物質からなるシートを提供することが好ましい。

ここで、スクリュー６２が半導体チップ３０およびヒートシンク２０の締結ホール３２ａ，３２ｂに締結されると、シート４０は、圧着されるとともに、半導体チップ３０とヒートシンク２０との間でクランピングされる。

一方、ＩＧＢＴなどの半導体チップ３０は、非常に大きな発熱量を有しており、作動時、瞬間的に温度が上昇こともあるので、温度が急上昇するときは、ヒートシンク２０と半導体チップ３０との間の熱伝逹が充分に行われない可能性もある。

そのため、後述する本発明の第２実施形態では、ヒートシンクと半導体チップとの間の熱伝逹量を改善した構造を開示する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る電気レンジの放熱構造を示した斜視図である。ここで、電気レンジの基本的な構成は、前述した第１実施形態と同一であるので、その説明を省略する。

図３に示すように、電気レンジの内部には、誘導加熱方式で食物などを加熱する加熱手段への電流供給を制御する回路基板１０(図２を参照)が提供される。ここで、加熱手段は、前述した誘導加熱コイルからなることが好ましい。また、回路基板１０の一側には、回路基板１０及び半導体チップ１３０から発生した熱を吸収して外部に放出するヒートシンク１２０が提供される。

ヒートシンク１２０は、回路基板１０または半導体チップ１３０に接触されることで、半導体チップ１３０から発生した熱を受ける。また、ヒートシンク１２０の他側には、外部空気との熱伝逹面積を増加するために、多数個のフィンが突出形成される。

また、ヒートシンク１２０の一側には、ファン２５(図１を参照)が提供されており、このファンによって送風された空気は、各フィンの間に循環されながらヒートシンク１２０に伝達された熱と熱交換される。よって、半導体チップ１３０から発生した熱は、外部に排出されて放熱される。

ここで、回路基板１０に実装された各半導体チップのうち、発熱量の大きいＩＧＢＴ(Integrated Gate-Bipolar Transistor)などの半導体チップ１３０は、その上下面全てを通して、熱がヒートシンク１２０に伝達されることが好ましい。

このために、半導体チップ１３０およびヒートシンク１２０は、熱拡散クリップ１５０によって結合されることが好ましい。熱拡散クリップ１５０は、半導体チップ１３０の下面とヒートシンク１２０の表面とを接触するとともに、半導体チップ１３０の上面を通して熱伝達経路をなしている。

詳細に説明すると、熱拡散クリップ１５０は、ヒートシンク１２０の表面と半導体チップ１３０の下面とが接触されるように加圧するとともに、半導体チップ１３０の上面をカバーする。このために、熱拡散クリップ１５０は、結合部１５１と、延長部１５３と、を含んで構成される。

ここで、結合部１５１には、半導体チップの上面に接触される収容溝１５０ａが形成される。また、延長部１５３は、結合部１５１の両側から延長されており、その下面とヒートシンク１２０とが接触される。

よって、収容溝１５０ａの下面と半導体チップ１３０の上面とが接触されることで、熱は、結合部１５１を通して延長部１５３に伝導された後、ヒートシンク１２０に伝達される。

すなわち、熱拡散クリップ１５０と半導体チップ１３０とが最大限広い面積で接触することで、伝導による熱交換量が増大する。また、熱拡散クリップ１５０は、熱伝導性を考慮すると、熱伝導率に優れた軽いアルミニウムの材質からなることが好ましい。もちろん、熱拡散クリップ１５０は、熱伝導率に優れた他の材質からなることもある。

熱拡散クリップ１５０とヒートシンク１２０との間の接触部分は、スクリュー１６２を用いて締結されることが好ましい。すなわち、ヒートシンク１２０の締結ホール１２０ａに対応した位置にある延長部１５３には、ホール１５４が形成されており、このホール１５４にスクリューが締結されることで熱拡散クリップ１５０が固定される。そのため、半導体チップ１３０は、熱拡散クリップ１５０によって下側に加圧されて固定される。

ここで、スクリュー１６２は、回路基板１０および熱拡散クリップ１５０を同時に貫通してヒートシンク１２０の締結ホール１２０ａに締結されることが好ましい。これによって、半導体チップ１３０と回路基板１０との間の電気的な信号連結構造が安定的に維持される。

また、結合部１５１の収容溝１５０ａは、上側に凸状を有してラウンド状に形成され、半導体チップ１３０の上面も、凸状を有してラウンド状に形成される。よって、延長部１５３がスクリュー締結によって固定されるとき、結合部１５１は、ラウンド状に弾性変形されながら半導体チップ１３０の上面に一層密着される。

一方、図３に示したように、複数個の半導体チップ１３０を固定する場合、熱拡散クリップ１５０には、各半導体チップ１３０が収容される各収容溝１５０ａを有する複数個の結合部１５１を提供することが好ましい。この場合、各結合部１５１は、その両側に提供される延長部１５３によって相互連結されることが好ましい。熱拡散クリップ１５０の左右側だけでなく、各半導体チップ１３０の間を連結する延長部１５３も、スクリュー締結によりヒートシンク１２０に接触されることが好ましい。

一方、半導体チップ１３０の内部を流れる電流がヒートシンク１２０に漏洩されることを防止するために、ヒートシンク１２０と半導体チップ１３０との間には、電気的な絶縁性物質からなるシート１４０を提供することが好ましい。さらに、延長部１５３とヒートシンク１２０との間にも、シートを提供することが好ましい。このとき、シートは、半導体チップから発生した熱がよく伝達されるように、熱の伝導度に優れた物質からなることが好ましい。

したがって、半導体チップ１３０から発生した熱は、半導体チップ１３０の下面に接触されたヒートシンク１２０に伝導されるとともに、上面に接触された熱拡散クリップ１５０を通してヒートシンク１２０に伝導される。このとき、シート１４０は、電流の漏洩を防止するとともに、熱を伝達する媒介体として機能する。

前述したように、半導体チップ１３０は、ヒートシンク１２０により熱伝達面積が広くなるので、効果的に冷却される。

図４は、本発明に係る電気レンジの半導体チップの固定構造による冷却性能に関する実験結果を示したグラフである。

グラフ中、水平軸は、半導体チップ(ＩＧＢＴ)の作動時間を示し、垂直軸は、半導体チップの温度を示す。また、実線は、第１実施形態によって固定された半導体チップの温度変化を示した結果で、点線は、第２実施形態によって固定された半導体チップの温度変化を示した結果である。

図４に示すように、第２実施形態による熱拡散クリップを用いて半導体チップを固定する場合、第１実施形態の場合よりも高い初期開始温度で出発したにもかかわらず、温度の上昇速度及び最大温度が低いことが実験的に示された。

第２実施形態では、半導体チップ１３０の下面に接触されたヒートシンク１２０と、半導体チップ１３０の上面に接触された熱拡散クリップ１５０と、を通して同時に熱伝逹が行われるので、冷却性能が改善される。よって、駆動時、急激に温度が上昇する半導体チップを一層効果的に放熱することができる。

一方、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。

本発明に係る誘導加熱方式の電気レンジを示した分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電気レンジの半導体チップの固定構造を示した分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る電気レンジの半導体チップの固定構造を示した分解斜視図である。 本発明の各実施形態に係る実験結果を示したグラフである。

符号の説明

１０ 回路基板
１２０ ヒートシンク
１３０ 半導体チップ
１４０ シート
１５０ 熱拡散クリップ
１６２ スクリュー

Claims (11)

1. 少なくとも一つ以上の半導体チップが提供され、誘導加熱方式の加熱手段に印加される電流を制御する回路基板と、
   前記半導体チップの熱を吸収して外部に放出するヒートシンクと、
   前記半導体チップの熱がヒートシンクに伝導されるように、前記半導体チップを前記ヒートシンクに固定する少なくとも一つ以上の熱拡散クリップと、を含んで構成されることを特徴とする電気レンジ。
2. 前記熱拡散クリップは、前記半導体チップの上面をカバーするために提供されることを特徴とする請求項１記載の電気レンジ。
3. 前記熱拡散クリップは、
   前記半導体チップの上面に接触される収容溝が形成された結合部と、
   前記結合部の両側から延長され、下面が前記ヒートシンクに接触される延長部と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の電気レンジ。
4. 前記延長部は、前記ヒートシンクにスクリュー締結により結合されることを特徴とする請求項３記載の電気レンジ。
5. 前記延長部と前記ヒートシンクとの間には、電気的な絶縁シートが提供されることを特徴とする請求項３記載の電気レンジ。
6. 前記熱拡散クリップは、アルミニウム材質からなることを特徴とする請求項３記載の電気レンジ。
7. 前記収容溝は、上側に凸状を有してラウンド状に形成され、前記半導体チップの上面は、前記収容溝に対応して凸状を有してラウンド状に形成されることを特徴とする請求項３記載の電気レンジ。
8. 前記半導体チップと前記ヒートシンクとの間に提供された電気的な絶縁シートをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の電気レンジ。
9. 前記熱拡散クリップは、前記ヒートシンクにスクリュー締結により結合されることを特徴とする請求項１記載の電気レンジ。
10. 前記スクリューは、前記回路基板および熱拡散クリップを同時に貫通して前記ヒートシンクに締結されることを特徴とする請求項９記載の電気レンジ。
11. 少なくとも一つ以上の半導体チップが提供され、誘導加熱方式の加熱手段に印加される電流を制御する回路基板と、
    前記半導体チップの熱を吸収して外部に放出するヒートシンクと、
    前記半導体チップの上面に接触される収容溝が形成された結合部と、前記結合部の両側から延長され、下面が前記ヒートシンクに接触される延長部と、を含む少なくとも一つ以上の熱拡散クリップと、
    前記半導体チップの下面と前記ヒートシンクとの間に提供された電気的な絶縁シートと、を含んで構成されることを特徴とする電気レンジ。

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