JP2010062521A - 放熱構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内に収容されているＣＰＵ等の発熱電子部品の温度上昇を抑制することができ、放熱手段として前記筐体の外壁等に冷却ファンを取り付けることを不要とすることができる放熱構造体を提供する。
【解決手段】発熱電子部品２を収容する筐体と、放熱性を有する塗膜が表裏面のうち少なくとも表面に施され、前記表面の放射率が０．５以上であり、発熱電子部品２に裏面を面接触させて装着される第１の放熱性塗膜処理金属板３と、放熱性を有する塗膜が少なくとも第１の放熱性塗膜処理金属板３の前記表面と相対する側の面に施され、当該面の放射率が０．５以上であり、第１の放熱性塗膜処理金属板３と対置する位置に所定の間隔をあけて位置され、かつ、筐体の外壁の一部を構成する第２の放熱性塗膜処理金属板５と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、放熱性を有する塗膜が施された放熱性塗膜処理金属板を備えることにより、筐体内に収容されているＣＰＵ（中央処理装置）等の発熱電子部品の温度上昇を抑制し、放熱手段として前記筐体の外壁等に冷却ファンを取り付けることを不要とする放熱構造体に関するものである。本発明の放熱構造体は、ＣＤ，ＬＤ，ＤＶＤ等の情報記録機器の筐体、パソコン，カーナビ，カーＡＶ等の電気・電子・通信関連機器の筐体、プロジェクター，テレビ，ビデオ，ゲーム機等のＡＶ機器の筐体、コピー機，プリンター等のＯＡ機器の筐体、自動販売機，冷蔵庫などの筐体、さらに、ＥＣＵ（Engine Control Unit），インバーター，バッテリーなどの自動車関連機器の筐体などとして用いることができる。

特開２００４−７４１４５号公報には、電子機器用筐体において、その外壁の全部又は一部を構成する部材として電子機器部材用塗装体が使用されてなる電子機器用筐体が開示されている。前記電子機器部材用塗装体は、電気亜鉛めっき鋼板等の表裏面に放熱性を有する塗膜が施されてなるものとされている。

そして、この電子機器用筐体は、外壁の全部又は一部を前記電子機器部材用塗装体によって構成することにより、前記塗膜が施されていない電気亜鉛めっき鋼板で構成される筐体に比べて、筐体内部の温度上昇を抑制することができるようにし、これにより発熱電子部品の寿命の延長を図るようにしている。なお、前記電子機器用筐体としては、ＣＤ，ＬＤ，ＤＶＤ等の情報記録機器の筐体、パソコン，カーナビ，カーＡＶ等の電気・電子・通信関連機器の筐体、プロジェクター，テレビ，ビデオ，ゲーム機等のＡＶ機器の筐体、コピー機，プリンター等のＯＡ機器の筐体、自動販売機、冷蔵庫などの筐体が挙げられている。

また、特開２００４−２４３３１０号公報には、電子機器用筐体（エアコン，冷蔵庫等の家電製品、パソコン，複写機等のＯＡ機器、テレビ，ビデオ等のＡＶ機器、その他の電子機器などにおける外側の箱状体）において、その構成部材として表面処理金属板が使用されてなる電子機器用筐体が開示されている。前記表面処理金属板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を基材とし、片面に少なくとも１層の放熱性（熱放射性）を有する塗膜が形成され、かつ、当該面の熱放射率が６０％以上とされている。そして、この電子機器用筐体は、外壁として前記表面処理金属板を使用することにより、筐体内部で生じた熱の筐体外部への放熱性に優れ、筐体内部の温度上昇を抑制することができるようにし、これにより発熱電子部品の寿命の延長を図るようにしている。

また、特開２００５−１３９４８９号公報には、電子部品基板（プリント基板）に直接ハンダ付け可能なヒートシンクとして、着色処理鋼板を用いてなるヒートシンクが開示されている。そして、前記着色処理鋼板は、めっき鋼板の片面あるいは両面に、有色の炭化チタン粉末を含有させたウレタン樹脂液を塗布し、めっき鋼板上に有色の表面処理皮膜を形成してなるものであることが開示されている。

しかしながら、前述した従来の前記電子機器用筐体（特開２００４−７４１４５号公報、特開２００４−２４３３１０号公報）では、外壁が放熱性塗膜を有しない鋼板で構成され、外壁等に放熱手段として冷却ファンを取り付けてなる筐体に比べて、放熱能力が劣る場合があった。なお、発熱電子部品の温度上昇や筐体内部の温度上昇を抑制するための放熱手段として、放熱性を有する塗膜が施された金属板を用いることは、冷却ファンを用いることに比べて、電子機器の低コスト化に寄与できるという利点がある。

また、前述した従来のヒートシンク（特開２００５−１３９２８９号公報）では、所望の放熱効果を得るためには冷却ファンと組合せることが必要であった。

特開２００４−７４１４５号公報 特開２００４−２４３３１０号公報 特開２００５−１３９４８９号公報

そこで、本発明の課題は、放熱性を有する塗膜が施された放熱性塗膜処理金属板を備えることにより、筐体内に収容されているＣＰＵ等の発熱電子部品の温度上昇を抑制することができ、放熱手段として前記筐体の外壁等に冷却ファンを取り付けることを不要とすることができる放熱構造体を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、発熱電子部品を収容し、外壁に設けられた放熱孔を有する密閉構造、若しくは放熱孔を有しない完全密閉構造の筐体と、放熱性を有する塗膜が表裏面のうち少なくとも表面に施され、前記表面の放射率が０．５以上であり、前記発熱電子部品に裏面を面接触させて装着される第１の放熱性塗膜処理金属板と、放熱性を有する塗膜が少なくとも前記第１の放熱性塗膜処理金属板における前記発熱電子部品との面接触部分の表面と相対する側の面に施され、当該面の放射率が０．５以上であり、前記第１の放熱性塗膜処理金属板における前記発熱電子部品との面接触部分の表面と相対する状態で前記第１の放熱性塗膜処理金属板と対置する位置に所定の間隔をあけて位置され、かつ、前記筐体の外壁の一部を構成する第２の放熱性塗膜処理金属板と、を備えていることを特徴とする放熱構造体である。

請求項２の発明は、請求項１記載の放熱構造体において、前記第１の放熱性塗膜処理金属板が、その前記裏面の面積をＳ１とし、該裏面と前記発熱電子部品との接触面積をＳ２とすると、Ｓ１がＳ２の２倍以上という関係を満たしていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の放熱構造体において、前記第１の放熱性塗膜処理金属板は、前記発熱電子部品の近傍の該発熱電子部品より背の高い部品との干渉を回避するための干渉回避部を有していることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項３記載の放熱構造体において、前記第１の放熱性塗膜処理金属板の前記干渉回避部が、当該第１の放熱性塗膜処理金属板における前記発熱電子部品と面接触する面に対して垂直をなす垂直壁部によって形成されていることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項４記載の放熱構造体において、放熱性を有する塗膜が少なくとも前記第１の放熱性塗膜処理金属板の前記垂直壁部と相対する側の面に施され、当該面の放射率が０．５以上であり、かつ、前記筐体の外壁の一部を構成する第３の放熱性塗膜処理金属板を備えていることを特徴とするものである。

本発明の放熱構造体は、筐体と、この筐体内に収容された発熱電子部品に面接触させて装着される第１の放熱性塗膜処理金属板と、この第１の放熱性塗膜処理金属板と対置する位置に所定の間隔をあけて位置され、かつ、前記筐体の外壁の一部を構成する第２の放熱性塗膜処理金属板とを備え、前記第１の放熱性塗膜処理金属板により、前記発熱電子部品にて発生した熱を放射によって赤外線の形態で放出させるとともに、前記第２の放熱性塗膜処理金属板により、前記放出された熱を吸収し、この吸収した熱を第２の放熱性塗膜処理金属板の筐体外側面から放熱するようにしている。前記第１の放熱性塗膜処理金属板は、必要に応じ、干渉回避部を有しているので、前記発熱電子部品の近傍の該発熱電子部品より背の高い部品との干渉を回避して、前記発熱電子部品に装着することができる。

このように、本発明の放熱構造体は、発熱電子部品に装着されるヒートシンクとして、前記第１の放熱性塗膜処理金属板を備えるとともに、この第１の放熱性塗膜処理金属板と対置する位置に位置され、かつ、筐体の外壁の一部を構成する外壁部材として、前記第２の放熱性塗膜処理金属板を備えているので、筐体内に収容されているＣＰＵ等の発熱電子部品の温度上昇を抑制することができ、放熱手段として前記筐体の外壁等に冷却ファンを取り付けることを不要とし、電子機器の低コスト化に寄与することができる。

本発明の一実施形態による放熱構造体の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の放熱構造体のＡ矢視一部切欠き側面図である。 冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ａ）の構成を概略的に示す斜視図である。 図３の熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ａ）のＡ矢視一部切欠き側面図である。 冷却ファンを有する熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｂ）の構成を概略的に示す斜視図である。 図５の熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｂ）のＡ矢視一部切欠き側面図である。 本発明の別の実施形態による放熱構造体の構成を概略的に示す斜視図である。 図７の放熱構造体のＢ矢視一部切欠き平面図である。 本発明の別の実施形態による放熱構造体の構成を概略的に示す斜視図である。 図９の放熱構造体のＢ矢視一部切欠き平面図である。 冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｃ）の構成を概略的に示す斜視図である。 図１１の熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｃ）のＢ矢視一部切欠き平面図である。 冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｄ）の構成を概略的に示す斜視図である。 図１３の熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｄ）のＢ矢視一部切欠き平面図である。 冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｅ）の構成を概略的に示す一部切欠き斜視図である。

金属板の放射率は、一般に０．１以下である。このような金属板に、有機樹脂等を塗布して塗膜を施すことにより、金属板の放射率を高めることができる。さらに、有機樹脂に、例えばカーボンブラックのような放射率の極めて高い物質を添加したものを塗布して金属板に塗膜を施すことにより、金属板の放射率をさらに高めることが可能となる。本発明の放熱構造体は、放熱性を有する塗膜が施されてなる第１及び第２の放熱性塗膜処理金属板を備えている。

本発明の放熱構造体において、第１の放熱性塗膜処理金属板は、放熱性を有する塗膜が表裏面のうち少なくとも表面に施され、筐体内に収容された発熱電子部品に、前記表面とは反対側の裏面を面接触させて装着されている。そして、この第１の放熱性塗膜処理金属板の前記表面から、前記発熱電子部品にて発生した熱を放射によって赤外線の形態で放出させるようにしている。

この場合、第１の放熱性塗膜処理金属板は、その面積が大きいほど前記表面の放射率は小さくてすむものの、筐体内において第１の放熱性塗膜処理金属板を発熱電子部品に装着して用いる点から、実用上の大きさを考慮する必要がある。また、放熱手段として筐体の外壁等に冷却ファンを取り付けなくてすむようにする必要がある。このため、第１の放熱性塗膜処理金属板は、前記表面の放射率が０．５以上であることが必要である。

また、本発明の放熱構造体において、第２の放熱性塗膜処理金属板は、放熱性を有する塗膜が少なくとも前記第１の放熱性塗膜処理金属板における前記発熱電子部品との面接触部分の表面と相対する側の面に施され、前記第１の放熱性塗膜処理金属板における前記発熱電子部品との面接触部分の表面と相対する状態で前記第１の放熱性塗膜処理金属板と対置する位置に所定の間隔をあけて位置され、かつ、筐体の外壁の一部を構成している。そして、この第２の放熱性塗膜処理金属板により、前記第１の放熱性塗膜処理金属板の前記表面から赤外線の形態で放出された熱を吸収するようにしている。

この場合、対象となる筐体の実用上の大きさを考慮する必要がある。また、筐体の外壁等に冷却ファンを取り付けなくてすむようにする必要がある。このため、第２の放熱性塗膜処理金属板は、少なくとも前記第１の放熱性塗膜処理金属板の前記表面と相対する側の面の放射率が０．５以上であることが必要である。なお、第１の放熱性塗膜処理金属板として、鋼板に放熱性塗膜処理を施した放熱性塗膜処理鋼板を用いた場合に、該鋼板の磁性により発熱電子部品が影響を受けるときには、アルミ板（Ａｌ合金板）に放熱性塗膜処理を施したものを好適に用いることができる。

また、本発明の放熱構造体においては、前記第１の放熱性塗膜処理金属板が、その前記裏面の面積をＳ１とし、該裏面と前記発熱電子部品との接触面積をＳ２とすると、Ｓ１がＳ２の２倍以上という関係を満たしている必要がある。これにより、放熱手段として筐体の外壁等に冷却ファンを取り付けることを不要とすることが可能となる。

図１は本発明の一実施形態による放熱構造体の構成を概略的に示す斜視図、図２は図１の放熱構造体のＡ矢視一部切欠き側面図である。

図１及び図２に示すように、この実施形態の放熱構造体１は、箱状の筐体４と、この筐体４の外壁の一部、本実施形態では外壁のうち表壁を構成する第２の放熱性塗膜処理金属板５と、筐体４内に収容されたＣＰＵ等の発熱電子部品２に面接触させて装着される第１の放熱性塗膜処理金属板３とを備えている。

まず、前記筐体４について説明する。筐体４は、外壁として、表壁を構成する前記第２の放熱性塗膜処理金属板５、裏壁６、上壁７、下壁８及び側壁９を有している。裏壁６、上壁７、下壁８及び側壁９は、例えば、一般的な電気亜鉛めっき鋼板からなり、この電気亜鉛めっき鋼板の放射率は、０．１程度である。

次に、前記発熱電子部品２について説明する。筐体４の裏壁６に、例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂からなり、平板状の電子部品基板１２が取り付けられている。電子部品基板１２は、裏壁６の内側面より例えば１０ｍｍ程度の間隙を有して、ボルト１３及びナット１４によって裏壁６に取り付けられている。この電子部品基板１２に、前記発熱電子部品２が実装されている。本発明が対象とする発熱電子部品としては、ＣＰＵ、ＬＳＩパッケージ、各種の電子デバイス等が挙げられる。

次に、第１の放熱性塗膜処理金属板３について説明する。電子部品基板１２に実装された発熱電子部品２に、この発熱電子部品２よりも大きな面積を持ち、矩形平板状をなす第１の放熱性塗膜処理金属板３が装着されている。第１の放熱性塗膜処理金属板３は、その表裏面のうち少なくとも表面３ａに放熱性を有する塗膜が施されている。この表面３ａの放射率は、０．５以上となされている。第１の放熱性塗膜処理金属板３は、その裏面３ｂを本実施形態では接着剤１１を介して発熱電子部品２に面接触させた状態で、ボルト１６及びナット１７によって電子部品基板１２に固定してある。なお、筐体４の上壁７には、スリット状の放熱孔１０複数設けられており、これらの放熱孔１０は、第１の放熱性塗膜処理金属板３の上方に位置している。

第１の放熱性塗膜処理金属板３は、その裏面３ｂの面積をＳ１とし、該裏面３ｂと発熱電子部品２との接触面積をＳ２とすると、Ｓ１がＳ２の２倍以上という関係を満たしている。

前記接着剤１１としては、発熱電子部品２から第１の放熱性塗膜処理金属板３までを低熱抵抗で結合するため、熱伝導率が高いものがよい。ボルト１６及びナット１７により、発熱電子部品２に第１の放熱性塗膜処理金属板３を装着する場合、接着剤１１は、発熱電子部品２全体にわたって第１の放熱性塗膜処理金属板３を均一に密着させるためのものである。接着剤１１に代えてグリースを使用して、発熱電子部品２に第１の放熱性塗膜処理金属板３を面接触させるようにしてもよい。この場合、熱伝導率が高いグリースを用いることがよい。

次に、前記第２の放熱性塗膜処理金属板（表壁）５について説明する。第２の放熱性塗膜処理金属板５は、放熱性を有する塗膜が少なくとも前記第１の放熱性塗膜処理金属板３の表面３ａと相対する側の面に施され、当該面の放射率が０．５以上となされている。そして、第２の放熱性塗膜処理金属板５は、前記表面３ａと相対する状態で第１の放熱性塗膜処理金属板３と対置する位置に所定の間隔、例えば１００〜１５０ｍｍ程度の間隔をあけて位置されている。この第２の放熱性塗膜処理金属板５は、前述したように、筐体４の外壁の一部、本実施形態では外壁のうち表壁を構成している。

このように、本実施形態の放熱構造体１は、筐体４と、第１の放熱性塗膜処理金属板３と、第２の放熱性塗膜処理金属板５とを備え、第１の放熱性塗膜処理金属板３により、発熱電子部品２にて発生した熱を放射によって赤外線の形態で放出させるとともに、第２の放熱性塗膜処理金属板５により、前記放出された熱を吸収し、この吸収した熱を第２の放熱性塗膜処理金属板５の筐体外側面から放熱するようにしている。よって、本実施形態の放熱構造体１は、筐体４内に収容されているＣＰＵ等の発熱電子部品２の温度上昇を抑制することができ、放熱手段として筐体４の外壁に冷却ファンを取り付けることを不要とすることができる。

なお、第２の放熱性塗膜処理金属板５は、当該放熱性塗膜処理金属板５からの放熱効率をより高め、また、当該放熱性塗膜処理金属板５自体の温度上昇を抑制するため、筐体外側面にも放熱性を有する塗膜を施してあるものがよい。また、第１の放熱性塗膜処理金属板３は、当該放熱性塗膜処理金属板３からの放熱効率をより高め、また、当該放熱性塗膜処理金属板３自体の温度上昇を抑制し、発熱電子部品からの抜熱量をより増大させるため、発熱電子部品２に面接触される裏面３ｂにも放熱性を有する塗膜を施してあるものがよい。

図７は本発明の別の実施形態による放熱構造体の構成を概略的に示す斜視図、図８は図７の放熱構造体のＢ矢視一部切欠き平面図である。

本実施形態による放熱構造体１’は、第１の放熱性塗膜処理金属板が発熱電子部品の近傍の該発熱電子部品より背の高い部品との干渉を回避するための干渉回避部を有している点以外は、前記図１及び図２に示す前記放熱構造体１と同一なので、前記放熱構造体１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図７，図８に示すように、発熱電子部品２の両側の近傍に発熱電子部品２より背の高い部品としてコンデンサ４０，４０が、電子部品基板１２に実装されている。１８は発熱電子部品２に装着される第１の放熱性塗膜処理金属板である。発熱電子部品２に所要の面積を有する第１の放熱性塗膜処理金属板１８を装着するにあたり、装着の邪魔になる前記コンデンサ４０，４０を避けて発熱電子部品２に装着可能なように、第１の放熱性塗膜処理金属板１８は、後述の垂直壁部１８ｄ，１８ｄからなる干渉回避部を有している。

すなわち、第１の放熱性塗膜処理金属板１８は、樋状をなしており、接着剤１１を介して発熱電子部品２に面接触する基部１８ｃと、前記コンデンサ４０，４０との干渉を回避すべく基部１８ｃに対して垂直をなす両側の垂直壁部１８ｄ，１８ｄと、各垂直壁部１８ｄ，１８ｄのそれぞれの先端に形成された鍔部１８ｅ，１８ｅとを有している。この第１の放熱性塗膜処理金属板１８は、本実施形態では、平板状をなす放熱性塗膜処理金属板を断面コ字状に折り曲げることで基部１８ｃ及び垂直壁部１８ｄ，１８ｄが形成され、このコ字状の両端部を直角に外方向に折り曲げて鍔部１８ｅ，１８ｅが形成されている。

なお、この垂直壁部１８ｄ，１８ｄ（干渉回避部）を有する第１の放熱性塗膜処理金属板１８に対して、第２の放熱性塗膜処理金属板５は、放熱性を有する塗膜が少なくとも第１の放熱性塗膜処理金属板１８における発熱電子部品２との面接触部分の表面と相対する側の面に施され、当該面の放射率が０．５以上であり、第１の放熱性塗膜処理金属板１８における発熱電子部品２との面接触部分の表面と相対する状態で第１の放熱性塗膜処理金属板１８と対置する位置に所定の間隔をあけて位置され、かつ、筐体４の外壁のうち表壁を構成している。

このように、本実施形態による放熱構造体１’では、垂直壁部１８ｄ，１８ｄからなる干渉回避部を有する第１の放熱性塗膜処理金属板１８を備えているので、発熱電子部品２の近傍のこれより背の高いコンデンサ４０，４０との干渉を回避して、発熱電子部品２に第１の放熱性塗膜処理金属板１８を装着することができる。

なお、第１の放熱性塗膜処理金属板１８は、前記図１及び図２に示す前記放熱構造体１の前記第１の放熱性塗膜処理金属板３と同様に、その表裏面のうち少なくとも表面１８ａに放熱性を有する塗膜が施され、この表面１８ａの放射率が０．５以上となされており、また、裏面１８ｂの面積をＳ１とし、該裏面１８ｂと発熱電子部品２との接触面積をＳ２とすると、Ｓ１がＳ２の２倍以上という関係を満たしている。さらに、第１の放熱性塗膜処理金属板１８は、当該放熱性塗膜処理金属板１８からの放熱効率をより高め、また、当該放熱性塗膜処理金属板１８自体の温度上昇を抑制し、発熱電子部品２からの抜熱量をより増大させるため、発熱電子部品２に面接触される裏面１８ｂにも放熱性を有する塗膜を施してあるものがよい。

ここで、前記第１の放熱性塗膜処理金属板１８では、曲げ加工が施された樋状（鍔部付き）をなす形状とし、発熱電子部品２と面接触する面に対して垂直をなす垂直壁部１８ｄ，１８ｄによって干渉回避部を形成するようにしたが、第１の放熱性塗膜処理金属板を、曲げ加工が施された断面上向きコ字状をなす形状にして、あるいは、断面Ｌ字状をなす形状にして、垂直壁部からなる干渉回避部を形成するようにしてもよい。

また、第１の放熱性塗膜処理金属板の干渉回避部として、平板状の放熱性塗膜処理金属板において発熱電子部品２の近傍のこれより背の高い部品に対応する部位に、所要の大きさの切欠き部、あるいは孔部を形成するようにしてもよい。

図９は本発明の別の実施形態による放熱構造体の構成を概略的に示す斜視図、図１０は図９の放熱構造体のＢ矢視一部切欠き平面図である。

本実施形態による放熱構造体１’’は、筐体の外壁の一部を構成する第３の放熱性塗膜処理金属板を備えている点以外は、前記図７及び図８に示す前記放熱構造体１’と同一なので、前記放熱構造体１’と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図９，図１０において、筐体４’は、外壁として、第２の放熱性塗膜処理金属板５からなる表壁、裏壁６、上壁７、下壁８、及び、電気亜鉛めっき鋼板に代えて第３の放熱性塗膜処理金属板１９からなる両側の側壁を有している。この両側の第３の放熱性塗膜処理金属板１９は、それぞれ、放熱性を有する塗膜が少なくとも第１の放熱性塗膜処理金属板１８の垂直壁部１８ｄと相対する側の面（筐体内側面）に施され、当該面の放射率が０．５以上となされている。なお、第３の放熱性塗膜処理金属板１８は、当該放熱性塗膜処理金属板１８からの放熱効率をより高め、また、当該放熱性塗膜処理金属板１８自体の温度上昇を抑制するため、筐体外側面にも放熱性を有する塗膜を施してあるものがよい。

このように、本実施形態による放熱構造体１”では、第３の放熱性塗膜処理金属板１９により、第１の放熱性塗膜処理金属板１８の垂直壁部１８ｄより赤外線の形態で放出される熱を吸収し、この吸収した熱を第３の放熱性塗膜処理金属板１９の筐体外側面から放熱するようにしている。したがって、前記図７及び図８に示す前記放熱構造体１’に比べて、発熱電子部品２の温度上昇を抑制することができる。

平板状のセラミックヒータを模擬の発熱電子部品として、本発明の放熱構造体を評価するための熱シミュレーションを行った。熱シミュレーションには、Ｆｌｕｅｎｔ社の「ＦＬＵＥＮＴ」Ｖｅｒ．６．０を使用した。

まず、冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体の構成について説明する。図３は冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ａ）の構成を概略的に示す斜視図、図４は図３の熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ａ）のＡ矢視一部切欠き側面図である。

冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａは、図３及び図４に示すように構成されている。すなわち、図３及び図４において、２１は矩形平板状のセラミックヒータ（模擬の発熱電子部品）、２２は矩形平板状をなす第１の放熱性塗膜処理金属板、２３Ａは筐体、２４は第２の放熱性塗膜処理金属板である。

筐体２３Ａは、外壁として、表壁を構成する前記第２の放熱性塗膜処理金属板２４、裏壁２５、上壁２６、下壁２７及び側壁２８を有している。２９は放熱孔、３０は接着剤である。

箱状をなす筐体２３Ａの寸法は、幅（Ｗ）：３００ｍｍ，高さ（Ｈ）：３００ｍｍ，奥行き（Ｄ）：１５０ｍｍである。

セラミックヒータ２１が固定されている裏壁２５は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂からなっている。この裏壁２５の厚みは１ｍｍである。上壁２６、下壁２７及び側壁２８は、厚み０．８ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板からなっている。当該電気亜鉛めっき鋼板の放射率は０．１である。

放熱性塗膜処理金属板２２，２４は、電気亜鉛めっき鋼板を原板として、その表面に、所定量のカーボンブラック（平均粒径２５ｎｍ）を添加した塗料（ベース樹脂としてポリエステル樹脂を使用し、架橋剤としてメラミン樹脂を使用）を塗布し、その後、焼付け、乾燥を行って作製した。放熱性塗膜処理金属板２２，２４は、表裏の両面に塗膜を施してある。カーボンブラックを１４質量％含有し、厚み１．１μｍの塗膜が施された放熱性塗膜処理金属板２２，２４は、その放射率が０．５であった。また、カーボンブラックを１４質量％含有し、厚み１８μｍの塗膜が施された放熱性塗膜処理金属板２２，２４は、その放射率が０．８６であった。熱シミュレーションには、前記のように製造した放熱性塗膜処理金属板の特性を用いた。

平板状のセラミックヒータ２１の寸法は、２０ｍｍ×２０ｍｍである。

次に、冷却ファンを有する熱シミュレーション用放熱構造体の構成について説明する。図５は冷却ファンを有する熱シミュレーション用放熱構造体の構成を概略的に示す斜視図、図６は図５の熱シミュレーション用放熱構造体のＡ矢視一部切欠き側面図である。

冷却ファンを有する熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｂは、図５及び図６に示すように構成されている。ここで、前記の冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａと共通する部分には同一の符号を付してある。前記熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａと異なる点は、放熱性塗膜処理金属板２２，２４を備えていない点、放熱手段として筐体２３Ｂの表壁３３に冷却ファン３４を取り付けている点にある。

表壁３３は、上壁２６、下壁２７及び側壁２８と同じく、厚み０．８ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板からなっている。当該電気亜鉛めっき鋼板の放射率は０．１である。

前記電気亜鉛めっき鋼板及び前記放熱性塗膜処理金属板の熱伝導率を５１．６Ｗ／ｍＫとした。また、裏壁２５（ガラス繊維強化エポキシ樹脂）は、放射率：０．６，熱伝導率：０．３６Ｗ／ｍＫとし、セラミックヒータ２１は、放射率：０．７，熱伝導率：０．２０Ｗ／ｍＫとした。また、冷却ファン３４は、寸法：４０ｍｍ×４０ｍｍ，風量：０．１９ｍ^３／ｍｉｎである。

前記熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａ，２０Ｂについて、熱シミュレーションによる評価試験を実施した。セラミックヒータ２１の発熱量は１Ｗであり、外気温は３２．５℃とした。

［試験１］比較例としての試験である。冷却ファンを有する熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｂでは、筐体２３Ｂ内のセラミックヒータ２１の温度は、６９．５℃であった。

［試験２］実施例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板２２：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法４０ｍｍ×４０ｍｍ，表裏面の放射率０．８６であり、第２の放熱性塗膜処理金属板２４：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６、の場合、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、６５．２℃であった。冷却ファンなしでも、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができた。

［試験３］実施例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板２２：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法６０ｍｍ×６０ｍｍ（試験２と異なる点），表裏面の放射率０．８６であり、第２の放熱性塗膜処理金属板２４：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６、の場合、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、５５．７℃であった。冷却ファンなしでも、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができた。

［試験４］実施例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板２２：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法４０ｍｍ×４０ｍｍ，表裏面の放射率０．５（試験２と異なる点）であり、第２の放熱性塗膜処理金属板２４：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．５、の場合、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、６８．２℃であった。冷却ファンなしでも、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができた。

［試験５］比較例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板２２：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法２８ｍｍ×２８ｍｍ（試験２と異なる点），表裏面の放射率０．８６であり、第２の放熱性塗膜処理金属板２４：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６、の場合、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、７８．０℃であった。第１の放熱性塗膜処理金属板２２の裏面の面積Ｓ１がセラミックヒータ２１の表面の面積Ｓ２（金属板２２裏面とセラミックヒータ２１との接触面積）の２倍未満のため、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができなかった。

［試験６］実施例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板２２：原板の厚み１．０ｍｍ（試験２と異なる点），寸法４０ｍｍ×４０ｍｍ，表裏面の放射率０．８６であり、第２の放熱性塗膜処理金属板２４：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６、の場合、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、６４．８℃であった。冷却ファンなしでも、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができた。

［試験７］実施例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板２２：原板の厚み１．２ｍｍ（試験２と異なる点），寸法４０ｍｍ×４０ｍｍ，表裏面の放射率０．８６であり、第２の放熱性塗膜処理金属板２４：原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６、の場合、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、６４．４℃であった。冷却ファンなしでも、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができた。

さらに、同様に、熱シミュレーションによる以下の試験８〜１３を行った。

図１１は冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｃ）の構成を概略的に示す斜視図、図１２は図１１の熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｃ）のＢ矢視一部切欠き平面図である。

この熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｃは、第１の放熱性塗膜処理金属板が干渉回避部としての垂直壁部を有している点以外は、前記図３及び図４に示す前記熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａと同一なので、該放熱構造体２０Ａと共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図１１，図１２において、４１は第１の放熱性塗膜処理金属板である。第１の放熱性塗膜処理金属板４１は、図１２に示すように、基部４１ｃと、コンデンサ４０，４０との干渉を回避するための干渉回避部としての垂直壁部４１ｄ，４１ｄと、鍔部４１ｅ，４１ｅとを有している。円柱状をなすコンデンサ４０の寸法は、直径３ｍｍ×高さ１０ｍｍである。この熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｃにて後述する［試験９］を実施した。

［試験８］比較例としての試験である。この試験は、発熱電子部品の近傍にこれより背の高い部品があって、第１の放熱性塗膜処理金属板が干渉回避部を有していず、前記背の高い部品が邪魔になる状況を想定した試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板２２は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法２５ｍｍ×２５ｍｍ，表裏面の放射率０．８６であり、第２の放熱性塗膜処理金属板２４は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６である。

試験の結果、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、８７．２℃であった。第１の放熱性塗膜処理金属板２２の裏面の面積Ｓ１がセラミックヒータ２１の表面の面積Ｓ２（金属板２２裏面とセラミックヒータ２１との接触面積）の２倍未満のため、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができなかった。

［試験９］実施例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板４１は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法４０ｍｍ×７０ｍｍ［（基部寸法４０ｍｍ×４０ｍｍ）×垂直壁部高さ１０ｍｍ×各鍔部幅５ｍｍ］，表裏面の放射率０．８６である。また、第２の放熱性塗膜処理金属板２４は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６である。

試験の結果、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｃでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、６２．０℃であった。冷却ファンなしでも、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができた。

図１３は冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｄ）の構成を概略的に示す斜視図、図１４は図１３の熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｄ）のＢ矢視一部切欠き平面図である。

この熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｄは、第１の放熱性塗膜処理金属板が干渉回避部としての孔部を有している点以外は、前記図３及び図４に示す前記熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａと同一なので、該放熱構造体２０Ａと共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図１３，図１４において、４２は第１の放熱性塗膜処理金属板である。第１の放熱性塗膜処理金属板４２は、矩形平板状をなし、コンデンサ４０，４０との干渉を回避するための干渉回避部としての孔部４２ａ，４２ａを有しており、孔部４２ａ，４２ａにコンデンサ４０，４０を貫通させた状態で、接着剤３０を介してセラミックヒータ２１に密着して装着されている。孔部４２ａの直径は５ｍｍ（コンデンサ４０：直径３ｍｍ×高さ１０ｍｍ）である。この熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｄにて次の［試験１０］を実施した。

［試験１０］実施例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板４２は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法４０ｍｍ×４０ｍｍで孔部の直径５ｍｍ（２個所），表裏面の放射率０．８６である。また、第２の放熱性塗膜処理金属板２４は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６である。

試験の結果、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｄでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、６７．９℃であった。冷却ファンなしでも、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができた。

図１５は冷却ファンを有しない熱シミュレーション用放熱構造体（２０Ｅ）の構成を概略的に示す一部切欠き斜視図である。

この熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｅは、第１の放熱性塗膜処理金属板が干渉回避部としての切欠き部を有している点以外は、前記図３及び図４に示す前記熱シミュレーション用放熱構造体２０Ａと同一なので、該放熱構造体２０Ａと共通する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図１５において、４３は第１の放熱性塗膜処理金属板である。平板状の第１の放熱性塗膜処理金属板４３は、図１５における左上隅と右下隅に、コンデンサ４０，４０との干渉を回避するための干渉回避部としての矩形をなす切欠き部４３ａ，４３ａを有しており、切欠き部４３ａ，４３ａにコンデンサ４０，４０を位置させた状態で、接着剤を介してセラミックヒータ２１に密着して装着されている。この熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｅにて次の［試験１１］を実施した。

［試験１１］実施例としての試験である。第１の放熱性塗膜処理金属板４３は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法４０ｍｍ×４０ｍｍで切欠き部の寸法８ｍｍ×８ｍｍ（２個所），表裏面の放射率０．８６である。また、第２の放熱性塗膜処理金属板２４は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６である。

試験の結果、熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｅでは、筐体２３Ａ内のセラミックヒータ２１の温度は、６７．０℃であった。冷却ファンなしでも、試験１の場合に比べて、セラミックヒータ２１の温度を下げることができた。

次に、干渉回避部が垂直壁部によって形成されている第１の放熱性塗膜処理金属板を備えたものにおいて、前述した第３の放熱性塗膜処理金属板についての試験として、試験１２と試験１３を行った。これらの試験１２，１３では、セラミックヒータ２１の発熱量は３Ｗとした（試験１〜１１では、セラミックヒータ２１の発熱量は１Ｗ）。前記第１の放熱性塗膜処理金属板を備えたものにおいて、試験１２では、第２の放熱性塗膜処理金属板のみで第３の放熱性塗膜処理金属板を備えていないものについて試験を行い、試験１３では、第２の放熱性塗膜処理金属板に加えて、第３の放熱性塗膜処理金属板を備えているものについて試験を行った。

［試験１２］実施例としての試験である。前記の図１１及び図１２に示す熱シミュレーション用放熱構造体２０Ｃにおいて、第１の放熱性塗膜処理金属板４１は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法４０ｍｍ×９０ｍｍ［（基部寸法４０ｍｍ×２０ｍｍ）×垂直壁部高さ３０ｍｍ×各鍔部幅５ｍｍ］，表裏面の放射率０．８６である。また、第２の放熱性塗膜処理金属板２４は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６である。側壁２８，２８は、原板の厚み０．８ｍｍ，寸法１５０ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．１である。試験の結果、セラミックヒータ２１の温度は、１０７．６℃であった。

［試験１３］実施例としての試験である。前記側壁２８，２８を電気亜鉛めっき鋼板に代えて第３の放熱性塗膜処理金属板（原板の厚み０．８ｍｍ，寸法１５０ｍｍ×３００ｍｍ，表裏面の放射率０．８６）とした点以外は、試験１２と同一構成の熱シミュレーション用放熱構造体とした。試験の結果、セラミックヒータ２１の温度は、１０７．２℃であり、わずかとはいうものの、第３の放熱性塗膜処理金属板による温度上昇抑制効果が確認された。

１，１’，１”…放熱構造体
２…発熱電子部品
３…第１の放熱性塗膜処理金属板
４，４’…筐体
５…第２の放熱性塗膜処理金属板（表壁）
６…裏壁 ７…上壁 ８…下壁 ９…側壁
１０…放熱孔
１１…接着剤
１２…電子部品基板
１３，１６…ボルト １４，１７…ナット
１５…スペーサ
１８…第１の放熱性塗膜処理金属板
１８ｃ…基部 １８ｄ…垂直壁部 １８ｅ…鍔部
１９…第３の放熱性塗膜処理金属板（側壁）
２０Ａ，２０Ｂ…放熱構造体
２１…セラミックヒータ
２２…第１の放熱性塗膜処理金属板
２３Ａ，２３Ｂ…筐体
２４…第２の放熱性塗膜処理金属板（表壁）
２５…裏壁 ２６…上壁 ２７…下壁 ２８…側壁
２９…放熱孔
３０…接着剤
３３…表壁
３４…冷却ファン
４０…コンデンサ
４１，４２，４３…第１の放熱性塗膜処理金属板
４１ｃ…基部 ４１ｄ…垂直壁部 ４１ｅ…鍔部
４２ａ…孔部
４３ａ…切欠き部

Claims (5)

1. 発熱電子部品を収容し、外壁に設けられた放熱孔を有する密閉構造、若しくは放熱孔を有しない完全密閉構造の筐体と、
   放熱性を有する塗膜が表裏面のうち少なくとも表面に施され、前記表面の放射率が０．５以上であり、前記発熱電子部品に裏面を面接触させて装着される第１の放熱性塗膜処理金属板と、
   放熱性を有する塗膜が少なくとも前記第１の放熱性塗膜処理金属板における前記発熱電子部品との面接触部分の表面と相対する側の面に施され、当該面の放射率が０．５以上であり、前記第１の放熱性塗膜処理金属板における前記発熱電子部品との面接触部分の表面と相対する状態で前記第１の放熱性塗膜処理金属板と対置する位置に所定の間隔をあけて位置され、かつ、前記筐体の外壁の一部を構成する第２の放熱性塗膜処理金属板と、
   を備えていることを特徴とする放熱構造体。
2. 前記第１の放熱性塗膜処理金属板が、その前記裏面の面積をＳ１とし、該裏面と前記発熱電子部品との接触面積をＳ２とすると、Ｓ１がＳ２の２倍以上という関係を満たしていることを特徴とする請求項１記載の放熱構造体。
3. 前記第１の放熱性塗膜処理金属板は、前記発熱電子部品の近傍の該発熱電子部品より背の高い部品との干渉を回避するための干渉回避部を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の放熱構造体。
4. 前記第１の放熱性塗膜処理金属板の前記干渉回避部が、当該第１の放熱性塗膜処理金属板における前記発熱電子部品と面接触する面に対して垂直をなす垂直壁部によって形成されていることを特徴とする請求項３記載の放熱構造体。
5. 放熱性を有する塗膜が少なくとも前記第１の放熱性塗膜処理金属板の前記垂直壁部と相対する側の面に施され、当該面の放射率が０．５以上であり、かつ、前記筐体の外壁の一部を構成する第３の放熱性塗膜処理金属板を備えていることを特徴とする請求項４記載の放熱構造体。

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