JP2007194443A - 熱対策構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造の薄型化、小型化、簡素化を図ることのできる熱対策構造を提供する。
【解決手段】 ハウジング１の区画空間４を形成する発熱空間５と熱抑制空間６との間に、高分子物質からなる断熱層１０と熱伝導層２０とを積層して介在し、熱伝導層２０の両側部２１をハウジング１の外部に露出させる。断熱層１０と熱伝導層２０とを積層して一体化し、熱伝導層２０の両側部２１をハウジング１の外部に露出させるので、ハロゲンランプ７からの熱を断熱層１０により遮断するとともに、断熱層１０から漏れた熱を熱伝導層２０により迅速かつ効率的に系外に排熱し、回路板９に対する悪影響を抑制防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気、電子、自動車等の分野で使用される機器の熱対策構造に関するものである。

従来、ハロゲンランプ等の熱源を有する機器、赤外線ヒータ等を使用する加熱機器、あるいは自動車のエンジンルームにおいては、熱源の熱が電気回路等に悪影響を及ぼすのを抑制するため、熱源と電気回路等とが離隔して配設されたり、図２や図３に示す熱対策構造が採用されている（特許文献１、２参照）。

具体的には、図２に示すように、発熱空間５と熱抑制空間６との間に、ウレタン等の厚い断熱材３０を介在して発熱空間５の熱源３１から熱抑制空間６の回路板９に熱が移動するのを抑制したり、図３に示すように、発熱空間５と熱抑制空間６との間に、厚い断熱材３０を介在するとともに、熱抑制空間６に複雑な構成の冷却フィン３２で送風して冷却する構成が採用されている。
特開２００３‐１３３６５７号公報 特開２０００‐３２３６０２号公報

従来における熱対策構造は、以上のように発熱空間５と熱抑制空間６との間に、厚い断熱材３０を介在したり、設置スペースを必要とする冷却フィン３２を使用しなければならないので、近年各分野で強く要求されている構造の薄型化や小型化を図ることができないという大きな問題がある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、構造の薄型化、小型化、簡素化を図ることのできる熱対策構造を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、区画空間の一部を発熱空間とし、区画空間の残部を熱抑制空間としたものであって、
発熱空間と熱抑制空間との間に、高分子物質からなる断熱材料と熱伝導材料とをそれぞれ介在し、熱伝導材料の一部を区画空間の外部に伸ばしたことを特徴としている。

なお、区画空間部を形成するハウジングを備え、このハウジングの壁に貫通口を設けて熱伝導材料の端部を露出させることができる。
また、断熱材料と熱伝導材料とを積み重ねて一体化することができる。
また、断熱材料を樹脂発泡体とすることができる。
また、熱伝導材料を金属とすることも可能である。
さらに、熱伝導材料を、樹脂に絶縁性の熱伝導フィラーを充填して形成することも可能である。

ここで、特許請求の範囲における発熱空間には熱源が含まれるが、この熱源としては、少なくとも各種のヒータ（例えば、カーボンヒータ、スチールヒータ、赤外線ヒータ等）、ランプ（例えば、白熱ランプ等）、モータ、熱源機等があげられる。断熱材料と熱伝導材料とは、単数複数を特に問うものではない。これら断熱材料と熱伝導材料とは、断熱材料が発熱空間に面し、熱伝導材料が熱抑制空間に面することが好ましい。断熱材料と熱伝導材料とは、接触したり、対向したり、隣接しているのが好ましいが、その間に他の材料や空気層が適宜介在しても良い。

本発明によれば、熱伝導率の低い断熱材料が区画空間の発熱空間からの熱を断熱し、この断熱材料から熱抑制空間側に移動した熱を熱伝導材料が区画空間の外部に移動させる。

本発明によれば、熱伝導性の低い断熱材料を用いるので、少なくともランプ等の熱源を有する機器、ヒータ等を使用する加熱機器、パソコン、あるいは自動車のエンジンルーム等において、構造の薄型化、小型化、簡素化を図ることができるという効果がある。
また、断熱材料と熱伝導材料とを積み重ねて一体化すれば、断熱材料と熱伝導材料とが別々の場合に比べ、製造や組み立て作業の容易化を図ることができる。

また、断熱材料を樹脂発泡体とすれば、樹脂を発泡させない場合に比べ、断熱材料の熱伝導性を低下させることができる。
さらに、熱伝導材料を、金属製ではなく、樹脂に絶縁性の熱伝導フィラーを充填して形成すれば、回路板に対して高周波や磁力等が及ぼす悪影響を抑制することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における熱対策構造は、図１に示すように、例えばプロジェクタにおけるハウジング１の区画空間４を形成する発熱空間５と熱抑制空間６との間に、断熱層１０と熱伝導層２０とを並べて介在し、熱伝導層２０の一部を区画空間４の外部に伸ばすようにしている。

ハウジング１は、所定の金属材料等を使用して上面の開口した箱形に形成され、開口した上面が着脱自在の天板２により密閉被覆されており、周壁の両側壁下部には、熱伝導層２０用の貫通口３がそれぞれ穿孔される。このハウジング１は、その内部空間が区画空間４とされ、この区画空間４の大部分を占める上部が発熱空間５に形成されており、区画空間４の下部が発熱空間５からの熱を嫌う熱抑制空間６とされる。

発熱空間５の上方には、光束維持率や演出効果に優れる長寿命のハロゲンランプ７が設置され、この熱源であるハロゲンランプ７の下方には、配光制御や有効な加熱に優れる断面略半円弧形の反射板８が隙間をおいて上向きに設置される。また、熱抑制空間６の底部には、熱を嫌うＩＣやＣＰＵ等の電子部品を実装した回路板９が設置される。

断熱層１０と熱伝導層２０とは、それぞれ平面視でハウジング１の区画空間４以上の大きさの板に形成され、上下方向に積層して多層構造に一体化されており、ハウジング１の周壁内面間に水平に架設される。これら断熱層１０と熱伝導層２０とは、断熱層１０が発熱空間５側に面し、熱伝導層２０が回路板９側に面しており、熱伝導層２０の両側部２１がハウジング１の貫通口３を貫通突出してハウジング１の外部に露出するとともに、下方に屈曲してハウジング１の周壁外面に重ねられる。

断熱層１０は、熱伝導率の低い所定の高分子物質、具体的には、成形性、加工性、軽量性等に優れる樹脂材料やゴム材料を使用して形成される。この断熱層１０の材料は、発熱空間５、ハロゲンランプ７、熱抑制空間６の温度等に応じて選択される。具体的には、発熱空間５の温度として、１２０℃以下の比較的低温が要求される場合には、ポリエチレン、ＰＶＣ、ポリスチレン等の汎用プラスチック、ＢＲ、ＳＢＲ、天然ゴム、熱可塑性エラストマー等のゴム状材料が選択される。

発熱空間５の温度として、１２０℃〜１５０℃の温度が要求される場合には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート等のプラスチック、ＥＰＤＭ、アクリルゴム等のゴム状材料が選択される。また、発熱空間５の温度として、１５０℃を超える温度が要求される場合には、ＰＰＳ、ＰＰＳＵ、ＰＥＳ、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＥＫ、フッ素樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチック、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が用いられる。

これらの断熱材料は、そのままでも良いが、断熱性を向上させる観点から樹脂発泡体であることが好ましい。断熱層１０を樹脂発泡体とするのが好ましいのは、プラスチック材料の熱伝導率は一般的に０．２Ｗ／ｍＫ（ガラスや水の１／１０、鉄の１／１０００）であるが、プラスチック材料の発泡により熱伝導率が低減するからである。熱伝導率は、発泡倍率により異なるが、発泡倍率２倍の場合には０．１Ｗ／ｍＫ、発泡倍率４倍の場合には０．０５Ｗ／ｍＫとなるので、発泡倍率の選択により断熱層１０を薄くすることができる。

断熱層１０の発泡倍率は、１．５倍〜１０倍、好ましくは２倍〜６倍の範囲が良い。これは、発泡倍率が１．５倍未満の場合には、断熱層１０の断熱効果が低下するからである。逆に、発泡倍率が１０倍を超える場合には、断熱層１０の強度や剛性が不足して組立作業の作業性が低下し、均一な発泡体の製造が困難化するからである。
断熱層１０を樹脂発泡体に製造する場合には、樹脂と発泡剤とを混合して加熱発泡させる化学発泡法、二酸化炭素、窒素ガス、ブタンガスを注入して減圧、加熱、発泡させる物理発泡法等の公知の方法を採用すれば良い。

断熱層１０を樹脂発泡体とする場合、気泡は、連続気泡よりも独立気泡のほうが好ましい。これは、気泡が連続気泡の場合には、断熱層１０の表面から裏面に空気が移動して断熱性を低下させるからである。また、断熱層１０を樹脂発泡体とする場合、気泡の径は、大径よりも小径のほうが好ましい。これは、気泡が大径の場合には、気泡の内部で気体が対流して断熱性を低下させるという理由に基づく。

熱伝導層２０は、良好な熱伝導性を示す金属板、例えばアルミニウム板、銅板、銅合金板等を使用して形成される。但し、回路板９に対する金属製の熱伝導層２０の接触に伴う問題が懸念される場合には、樹脂に絶縁性の熱伝導フィラーを充填して形成することができる。この場合、樹脂としては、上記断熱層１０の材料を使用することができる。また、熱伝導フィラーとして、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、ボロンナイトライト等の金属酸化物、金属窒化物等が使用される。

上記構成によれば、樹脂製の断熱層１０と熱伝導層２０とを積層して一体化し、熱伝導層２０の両側部２１をハウジング１の外部に露出させるので、ハロゲンランプ７からの熱を断熱層１０により遮断するとともに、断熱層１０から漏れた熱を対向する熱伝導層２０により迅速かつ効率的に系外に排熱し、熱を嫌う回路板９に対する悪影響を抑制防止することができる。したがって、厚い断熱層１０を介在したり、ハウジング１の周壁下部に冷却フィン３２をあえて設置する必要が全くなく、構造の著しい薄型化や小型化を図ることができる。

特に、回路板９に実装されるＩＣ等の電子部品は、６５℃以下の温度を要するが、本実施形態によれば、構造の薄型化や小型化を図りつつ６５℃以下の温度を維持し、ＩＣやＣＰＵ等の誤作動や損傷をきわめて有効に防止することが可能になる。さらに、ハウジング１が熱伝導性に優れる金属製の場合には、熱伝導層２０の露出した両側部２１をハウジング１の周壁外面に重ねるだけで、優れた放熱フィン効果により発熱量を大幅に低減することが可能になる。

なお、上記実施形態ではプロジェクタにおけるハウジング１を示したが、加熱機器やパソコン等のハウジング１でも良い。また、区画空間４を上下に二分して発熱空間５と熱抑制空間６とを形成したが、区画空間４を前後又は左右に二分して発熱空間５と熱抑制空間６とを形成しても良い。また、反射板８をＣ字形、Ｕ字形、溝形等にしても良いし、単数複数にしても良い。また、断熱層１０を発熱空間５側に配置し、熱伝導層２０を熱抑制空間６側に配置したが、断熱層１０を熱抑制空間６側に配置するとともに、熱伝導層２０を発熱空間５側に配置し、この熱伝導層２０と反射板８とを共用して部品点数を削減しても良い。

また、熱伝導層２０の両側部２１をハウジング１の貫通口３から外部に露出させたが、熱伝導層２０の端部あるいは両端部をハウジング１の貫通口３から外部に露出させたり、熱伝導層２０の周縁部をハウジング１の貫通口３から外部に露出させ、熱の排出面積を拡大することもできる。さらに、熱伝導層２０の露出部を凹凸に形成して面積の大きい放熱フィンとすることもできる。

以下、本発明に係る熱対策構造の実施例を比較例と共に説明する。
実施例
図１に示すハウジングの区画空間を形成する発熱空間と熱抑制空間との間に、積層一体化した断熱層と熱伝導層とを介在し、熱伝導層の両側部をハウジングの外部に伸ばして露出させ、発熱空間のハロゲンランプを３０分間点灯させた後、発熱空間と熱抑制空間の温度をそれぞれ測定した。

ハウジングは、厚さ１ｍｍのアルミニウム板を使用して構成し、天板として厚さ２．３ｍｍのナトリウムガラス板を使用した。断熱層はＰＰＳ樹脂を４倍発泡させた厚さ１ｍｍの樹脂発泡体とし、熱伝導層は厚さ１ｍｍのアルミニウム板とした。また、発熱空間の上方には、５０Ｗのハロゲンランプを設置した。

発熱空間と熱抑制空間の温度をそれぞれ測定したところ、発熱空間の温度は８５℃、熱抑制空間の温度は６０℃であり、回路板に実装されたＩＣの耐熱性を満たす温度に抑制することができた。

比較例
実施例と同様のハウジングの区画空間を形成する発熱空間と熱抑制空間との間に、断熱材を介在し、発熱空間のハロゲンランプを３０分間点灯させた後、発熱空間と熱抑制空間の温度をそれぞれ測定した。

温度を測定したところ、発熱空間の温度は８７℃、熱抑制空間の温度は７１℃であり、回路板に実装されたＩＣの耐熱性を満たす温度に抑制することができなかった。そこで、熱抑制空間の温度を、実施例と同じ６０℃にしようとしたところ、断熱材の厚さを３ｍｍにせざるを得ず、構造の薄型化を図ることができなかった。

本発明に係る熱対策構造の実施形態を模式的に示す断面説明図である。 従来の熱対策構造を示す断面説明図である。 従来の他の熱対策構造を示す断面説明図である。

符号の説明

１ ハウジング
３ 貫通口
４ 区画空間
５ 発熱空間
６ 熱抑制空間
７ ハロゲンランプ
９ 回路板
１０ 断熱層（断熱材料）
２０ 熱伝導層（熱伝導材料）
２１ 両側部（熱伝導材料の一部、熱伝導材料の端部）
３１ 熱源
３２ 冷却フィン

Claims (6)

1. 区画空間の一部を発熱空間とし、区画空間の残部を熱抑制空間とした熱対策構造であって、
   発熱空間と熱抑制空間との間に、高分子物質からなる断熱材料と熱伝導材料とをそれぞれ介在し、熱伝導材料の一部を区画空間の外部に伸ばしたことを特徴とする熱対策構造。
2. 区画空間部を形成するハウジングを備え、このハウジングの壁に貫通口を設けて熱伝導材料の端部を露出させた請求項１記載の熱対策構造。
3. 断熱材料と熱伝導材料とを積み重ねて一体化した請求項１又は２記載の熱対策構造。
4. 断熱材料を樹脂発泡体とした請求項１、２、又は３記載の熱対策構造。
5. 熱伝導材料を金属とした請求項１ないし４いずれかに記載の熱対策構造。
6. 熱伝導材料を、樹脂に絶縁性の熱伝導フィラーを充填して形成した請求項１ないし４いずれかに記載の熱対策構造。
   
   

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