JP2013225701A

JP2013225701A - 機器

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Publication number: JP2013225701A
Application number: JP2013148036A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Arai; 稔之新井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: JP5823451B2

Abstract

【課題】ヒートシンクを備えた機器において、効率良く冷却を行う機器を提供することを課題とする。
【解決手段】冷却用のヒートシンク１１を設けるとともに、イオン風を発生させるイオン風発生装置７を回路基板３に設置し、前記ヒートシンク１１によって、吹き抜け可能なように両端が開放された流路１６を形成し、前記イオン風発生装置７で発生したイオン風が上記流路１６の一端側から流入して他端側から流出するように、該イオン風発生装置７及びヒートシンク１１を配置構成した。
【選択図】図２

Description

この発明は、ヒートシンクを備えた機器に関する。

プリント基板上に設置されたＬＳＩ（集積回路）等の電子部品の小型化や高密度化等に伴い、機器に設置された回路基板上の回路又は電子部品等の温度上昇をどのようにして抑制するかは、近年さらに重要な問題になっている。この温度上昇を抑制するには、ヒートシンクを取付けることが有効な手段の１つとして考えられる。

そして、特許文献１に示すヒートシンクが開発され、公知になっている。

特開２００８−２２３１４７号公報

本発明は、ヒートシンクを備えた機器において、効率良く冷却を行う機器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、第１に、冷却用のヒートシンク１１を設けるとともに、イオン風を発生させるイオン風発生装置７を回路基板３に設置し、前記ヒートシンク１１によって、吹き抜け可能なように両端が開放された流路１６を形成し、前記イオン風発生装置７で発生したイオン風が上記流路１６の一端側から流入して他端側から流出するように、該イオン風発生装置７及びヒートシンク１１を配置構成したことを特徴としている。

第２に、前記ヒートシンク１１は断面視でチャネル状又は筒状に成形されたゲート部１２を含み、該ヒートシンク１１を、前記回路基板３の表面に設置し、前記流路１６を、前記ゲート部１２内に形成したことを特徴としている。

第３に、回路部８を前記回路基板３の表面に設け、該回路部８を冷却するように前記ヒートシンク１１を構成し、発熱する電子部品９を、回路部８に電気的に接続して設け、該電子部品９を上記流路１６内に配置し、電子部品９と、上記ゲート部１２との間に間隔が空けられたことを特徴としている。

第４に、オゾンをカットするフィルタを設けるか、或いはオゾンが発生しない範囲の印加電圧によって、放電現象を生じさせてイオン風が発生させるようにイオン風発生装置７を構成したことを特徴としている。

第５に、前記流路１６の下流側から流出したイオン風を、該流路１６の上流側に案内して循環させるガイド壁２１を設けたことを特徴としている。

第６に、迂回壁２３を、該回路基板３上に配置することにより、イオン風を回路基板３に沿って迂回させる迂回路２４を形成し、前記流路１６を形成するヒートシンク１１を、イオン風が抜き抜け可能な状態で、迂回路２４の複数箇所に設置したことを特徴としている。

以上のように構成される本発明によれば、騒音を発生させる事無く発生されたイオン風は、流路の一方端側から流路内に流入し、ヒートシンクから熱を奪い、流路の他方端側から流出し、これによって効率的な冷却が行われる。

（Ａ）は本発明を適用した電気機器の側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。プリント基板の上面側の構成を示す要部斜視図である。ヒートシンクの要部を示す背面図である。イオン風発生装置の構成を示す概念図である。本発明の別実施形態を示す電気機器の斜視図である。本発明の別実施形態を示すヒートシンクの斜視図である。（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ放熱体の正面図である。（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれウレタン樹脂によるコーティングを行わなかった場合の放熱体の正面図である。

本発明のヒートシンクに用いるＡｌ板等のアルミ製部材としては、純アルミニウム、或いは、ＪＩＳ規格の１０００番台、２０００番台、３０００番台、４０００番台、５０００番台、６０００番台又は７０００番台のＡｌ合金を用いる。

上記アルミ製部材を脱脂・洗浄し、続いて酸性エッチングし、続いてスマット除去した後、アルミ製部材の表面にＺｎを置換メッキする。その後、Ｚｎ層上にＮｉをメッキする。その後、Ｎｉ層上にＳｎをメッキすることにより、アルミ製部材の表面に、ＺｎとＮｉとＳｎとが順次積層化されたメッキ層が形成される。その後、このメッキ層上に合成樹脂であるウレタン樹脂をコーティングすることにより半田の濡れ性が良好なアルミ製の放熱体が形成される。くわえて、このようにして製造された放熱体の表面にオイルコーティングを行うことにより、上記メッキ層等が保護される。

Ｚｎの置換メッキは、従来公知に手段により行う。例えば、まず硝酸浸漬処理の工程→第一Ｚｎ置換処理の工程→硝酸亜鉛剥離処理の工程→第二Ｚｎ置換処理の工程を経て、Ｚｎの置換メッキを行う。この場合には、Ｚｎの皮膜量は、処理液中のＺｎイオン濃度、又は、第二Ｚｎ置換処理時の処理液への浸漬時間を調整することにより、適宜変更可能である。そして、この際、放熱体全体に占めるＺｎの重量比率（放熱体の重量を１００とした場合における放熱に含まれるＺｎの重量）が０．１６〜０．２４％になるように、上記メッキ処理を行うが、上記重量比率を０．１８〜０．２２％に設定すると、さらに好ましい。

Ｎｉのメッキ処理は、電気メッキ法や無電解メッキ法等の従来公知の手段により行う。この際、放熱体全体に占めるＮｉの重量比率（放熱体の重量を１００とした場合における放熱に含まれるＮｉの重量）が２．７２〜２．９４％になるように、メッキ処理を行うが、上記重量比率を２．８１〜２．８５％に設定すると、さらに好ましい。

Ｓｎのメッキ処理は、電気メッキ法や無電解メッキ法等の従来公知の手段により行う。この際、放熱体全体に占めるＳｎの重量比率（放熱体の重量を１００とした場合における放熱に含まれるＳｎの重量）が０．４３〜０．５０％になるとともに、Ｓｎ層の厚みが０．７５〜１．２５μｍになるように、メッキ処理を行うが、Ｓｎの上記重量比率を０．４５〜０．４８％に設定すると、さらに好ましい。

ウレタン樹脂は、塗布されること等により、上記メッキ層の表面にコーティングされる。この際、放熱体全体に占めるウレタン樹脂の重量比率（放熱体の重量を１００とした場合における放熱に含まれるウレタン樹脂の重量）が０．０２〜０．０８％になるとともに、ウレタン樹脂層の厚みが０．０１ｍ又はそれに近い厚みとなるように、上記コーティング処理を行う。くわえて、ウレタン樹脂層を輻射塗布によって、さらにコーティングし、放熱効果を向上させたり、表面保護を施しても良い。

上述した各層の重量比は表１のようになり、Ｓｎ層を、従来の約０．５μｍよりも厚い０．７５〜１．２５μｍにすることによって、放熱体の半田の濡れ性をより向上させている。

オイルコーティングに用いる油としては、表示２に示す通り、１５℃時における密度が０．７６ｇ／ｃｍ^３で、引火温度が５２℃で、且つ、４０℃時における動粘度が１．２６ｍｍ^２／ｓの工作油（工作油Ａ）か、１５℃時における密度が０．７７ｇ／ｃｍ^３で、引火温度が６１℃で、且つ、４０℃時における動粘度が１．４１ｍｍ^２／ｓの工作油（工作油Ｂ）を用いることが好ましいが、このような構成の工作油に限定されるものではない。

また、上述のメッキ層は、放熱体を完成形状に成形した後にメッキ処理を施す後メッキによって形成してもよいし、該形状に成形する前にメッキ処理を施す前メッキによって形成してもよい。例えば、該放熱体によってヒートシンク等を構成する場合、ヒートシンクの回路等への取付足をアルミ材からプレス加工等により切抜き形成した後、該アルミ材及び取付足自体に上述の表面加工処理を処理を施すことにより、切抜き破断面の半田の濡れ性が良好になる。これによって、取付足を介したヒートシンクの回路等への取付け等も容易になる。くわえて、この放熱体は、後述する電気回路部等の冷却に適用される他、ソーラーパネルの冷却必要箇所の冷却や、コンクリート木目等の建材の冷却必要箇所に設置することもできる。

次に、図１乃至４に基づき、本発明を適用した電気機器について説明する。
図１は、（Ａ）は本発明を適用した電気機器の側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。図示する電気機器では、直方体状に成形された筐体１内の底面１ａに、複数のスペーサ２等を介して方形板状のプリント基板（回路基板）３が、水平状態で設置固定（固設）されている。

上記筐体１は、熱伝導率及び半田の濡れ性が比較的良好な鉄等の金属によって成形されており、開閉可能に構成されている。

上記プリント基板３における上記筐体１底面１ａとの対向面側である下面（裏面）には、それ自体が作動時に発熱する素子である方形板状のＣＰＵ等のＬＳＩ（電子部品，集積回路）４が、設置されている。このＬＳＩ４は、プリント基板３と平行な状態で、筐体１底面１ａ側に凸状突出した状態で設けられており、このＬＳＩ４と筐体３との間に前述した放熱体によりなる放熱プレート（放熱板，放熱シート）６が介在している。放熱プレート６は、ＬＳＩ４（プリント基板３側）に面状に当接するようにして筐体１の上記底面１ａに半田付けされており、ＬＳＩ４で発生した熱及びプリント基板３側の熱を筐体３側に伝えるように構成されている。筐体１は、伝導された熱を全体に拡散していく過程で効率良く冷却する放熱部材として機能している。

図２は、プリント基板の上面側の構成を示す要部斜視図であり、図３は、ヒートシンクの要部を示す背面図である。筐体１内に設けられたプリント基板３の上面（表面）には、イオン風を発生させるイオン風発生装置７と、プリント配線８ａが印刷形成された複数の回路部８と、回路部８に電気的に接続された電子部品９と、回路部８を冷却するヒートシンク１１等とが設置されている。

複数の回路部８の１つには、例えば、図示するよう電子部品９である三端子のレギュレータが設けられている。レギュレータ９は、主に、安定した所定の定格電圧を得るため用いられる電子部品であり、定格電圧よりも高い入力電圧を所定の定格電圧に下げて出力するように構成され、電圧出力時には自身が発熱する。レギュレータ９から発生した熱は、回路部８及びこの回路部８周辺の温度を上昇させるが、この温度上昇を抑制するために上記ヒートシンク１１が用いられる。

ヒートシンク１１は、チャネル状のゲート部１２と、一対の方形状の接合部１３，１３とから構成されている。ゲート部１２は、チャネル状に形成されるように、平行に対向する一対の対向部と、該一対の対向部同士を連接する連接部とからなり、各対向部は連接部から離れた側の端部が終端部をなしている。一対の接合部１３，１３は、それぞれ各別の終端部から、互いが離間するように上記対向部に対して直交（交差）する方向に延設されている。くわえて、ゲート部１２の連接部にはゲート部１２外面側からゲート部１２内面側を視認可能なように覗き窓１２ａが穿設されている。

一方、プリント基板３上の回路部８には、ヒートシンク１１の接合部１３の形状に対応した一対のペースト状半田１４，１４が、ヒートシンク１１の対応する一対の接合部１３，１３とそれぞれ略全体で面状に接触可能なように、プリントされている。そして、ヒートシンクの一対の接合部１３，１３を、プリント基板３上の上記一対のペースト状半田１４，１４形成箇所に、リフロー半田付けによって接合させることにより、プリント基板３の回路部８上にヒートシンク１１が接着固定される。この接着固定時、ヒートシンク１１のゲート部１２の連接部及び接合部１３は水平な状態になる。ちなみに、接合部１３のプリント基板３との接着側に半田シート貼付し、プリント基板３へのヒートシンク１１の取付けを行ってもよい。

このようして、ヒートシンク１１がプリント基板３上に設置されると、ゲート部１２とプリント基板３との間に、両端が開放されてゲート部１２形成方向に延びる流路１６が形成される。イオン風発生装置７から流出するイオン風がヒートシンク１１によって形成される上記流路１６を吹き抜けるように、イオン風発生装置７及びヒートシンク１１等の姿勢及び位置を調整されており、この流路１６内には上記レギュレータ９がプリント基板に対して倒伏状態で位置している。このため、ヒートシンク１１の覗き窓１２ａからレギュレータ９が視認できる。くわえて、レギュレータ９とヒートシンク１１との間に、倒伏状態のレジュレータ９がもう１つ挿入可能な程度の間隔が形成される。

ちなみに、ヒートシンク１１には、接合部１３，１３やペースト状半田１４，１４を介して、プリント基板３上の熱が伝導される他、レギュレータ９からの雰囲気熱がゲート部１２の内面側からヒートシンク１１に伝導される。ヒートシンク１１は、上述したイオン風に冷却される他、ゲート部１２外面側及び接合部１３上面側からの放熱によっても冷却される。

図４は、イオン風発生装置の構成を示す概念図である。イオン風発生装置７は、プリント基板３に対して固定された針状電極１７及び筒状電極１８によって一対の放電電極を形成しており、両端が開放された筒状電極１８の一方側の開放端１８ａに、針状電極１７の先端を近づけた状態で、上記針状電極１７及び筒状電極１８に電源１９を介して高電圧を印加することにより、両電極１７，１８間に放電現象を生じさせ、筒状電極１８の針状電極１７が配置されていない側の開放端１８ｂからイオン風を流出させる。

送風ファンと異なり、騒音を発生させる事無く発生された上記イオン風は、前述の流路１６の一方端側から流路１６内に流入し、レギュレータ９及びヒートシンク１１から熱を奪い、流路１６の他方端側から流出する。流路１６から流出するイオン風は、筐体１内に取付け固定された図２に示すガイド壁２１によって、流路１６外から流路１６の上記一方端側に戻され、流路１６内に再び流入する。すなわち、筐体１の内面側に形成される上記ガイド壁２１の作用によって、流路１６への流入→流出が繰返されるようにイオン風が循環し、この循環によりレギュレータ９及びヒートシンク１１がより効率良く冷却される。

ちなみに、放電現象によってイオン風とともにオゾンが発生し、臭いの原因になるが、イオン発生装置によりも電源１９による印加電圧値を低くすることによって、オゾンの発生を抑制することができるため、電源１９によって印加される電圧値は、イオン風が発生して且つオゾンが発生ない範囲に設定されている。電源１９の印加電圧を低く設定すると、イオン風の風速は低下するが、上記構成によれば微風によっても効率良くレギュレータ９及びヒートシンク１１を冷却することが可能である。

なお、印加する電圧を小さくせずに、フィルタ等を設け、該フィルタによってオゾンをカットすることにより、臭いの発生を抑制してもよい。

次に、図５に基づき本発明の別実施形態について前述の例と異なる点を説明する。
図５は、本発明の別実施形態を示す電気機器の斜視図である。図示する電気機器では、筐体１が、蓋２２によって開閉自在に構成されている。上面の四隅の１つにイオン風発生装置７が設置されたプリント基板３上には、このイオン風７から流出したイオン風を蛇行状態で迂回流動させる迂回壁２３が配置されている。迂回壁２３は、イオン風発生装置７からのイオン風を、プリント基板３上で隈無く迂回流動させる迂回路２４を形成し、この迂回路２４の複数の各個所には、迂回流動しているイオン風が抜き抜け可能な状態で、ヒートシンク１１が設置されている。すなわち、迂回路２４に、複数の上記流路１６が形成される。

同図に示す単一のイオン風発生装置７から流出したイオン風は、迂回路２４を流動する過程で、プリント基板３自体、プリント基板３上の集積回路４及び電子部品９並びに複数のヒートシンク１１を、上流側から下流側に向かって順次冷却していく。ちなみに、迂回壁２３は、筐体１の内面側、蓋２２側、又は、プリント基板３側の何れも設けてもよい。

次に、図６に基づき本発明の別実施形態について前述の例と異なる点を説明する。
図６は、本発明の別実施形態を示すヒートシンクの斜視図である。図示するヒートシンク１１では、ゲート部１２における一対の対向部の終端部同士を一体的に連接する連接部によって、単一の接合部１３を構成している。これによって、ヒートシンク１１は、断面視方形の筒状部材となり、それ自体の強度が向上する。

図７（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ放熱体の正面図であり、図８（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれウレタン樹脂によるコーティングを行わなかった場合の放熱体の正面図である。本発明を適用した放熱体は、図７に示すように、曲げ面において、メッキ層が剥がれておらず、良好な半田の濡れ性が確保されている。

これに対して、上記放熱体製造工程のうちで、ウレタン樹脂によるコーティングのみを行わなかった放熱体は、図８に示すように、曲げ面においてメッキ層が剥がれており、良好な半田の濡れ性が確保されていない。すなわち、上述したメッキ処理とウレタン樹脂のコーティング処理とによって、安定した半田の濡れ性が確保されることが証明された。

３プリント基板（回路基板，電気回路部）
７イオン風発生装置
８回路部
９レギュレータ（電子部品）
１１ヒートシンク
１２ゲート部
１６流路
２３迂回壁
２４迂回路

Claims

冷却用のヒートシンク（１１）を設けるとともに、イオン風を発生させるイオン風発生装置（７）を回路基板（３）に設置し、前記ヒートシンク（１１）によって、吹き抜け可能なように両端が開放された流路（１６）を形成し、前記イオン風発生装置（７）で発生したイオン風が上記流路（１６）の一端側から流入して他端側から流出するように、該イオン風発生装置（７）及びヒートシンク（１１）を配置構成した機器。
前記ヒートシンク（１１）は断面視でチャネル状又は筒状に成形されたゲート部（１２）を含み、該ヒートシンク（１１）を、前記回路基板（３）の表面に設置し、前記流路（１６）を、前記ゲート部（１２）内に形成した請求項１に記載の機器。
回路部（８）を前記回路基板（３）の表面に設け、該回路部（８）を冷却するように前記ヒートシンク（１１）を構成し、発熱する電子部品（９）を、回路部（８）に電気的に接続して設け、該電子部品（９）を上記流路（１６）内に配置し、電子部品（９）と、上記ゲート部（１２）との間に間隔が空けられた請求項２に記載の機器。
オゾンをカットするフィルタを設けるか、或いはオゾンが発生しない範囲の印加電圧によって、放電現象を生じさせてイオン風が発生させるようにイオン風発生装置（７）を構成した請求項１乃至３の何れかに記載の機器。
前記流路（１６）の下流側から流出したイオン風を、該流路（１６）の上流側に案内して循環させるガイド壁（２１）を設けた請求項１乃至４の何れかに記載の機器。
迂回壁（２３）を、該回路基板（３）上に配置することにより、イオン風を回路基板（３）に沿って迂回させる迂回路（２４）を形成し、前記流路（１６）を形成するヒートシンク（１１）を、イオン風が抜き抜け可能な状態で、迂回路（２４）の複数箇所に設置した請求項１乃至５の何れかに記載の機器。