JP2014183175A - 放熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】送風機を有することなく気流を発生させることができ、省スペース及び騒音が少なく放熱効率の高い放熱器を提供することである。
【解決手段】実施の形態の放熱器１は、被冷却体に金属製の平板状のフィン３が複数、離間対向配置された状態で並設された放熱器本体１ａと、表面が絶縁処理された金属製の電極４と、放熱器本体１ａと電極４との間に電圧を印加する電圧印加用電源６と、から構成される。フィン３と電極４との間に電圧を印加することによってフィン３の一部と電極４との間で発生する放電現象を利用して気流を発生させる。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、放熱器に関する。

放熱器（ヒートシンク）は自然対流を利用したり、送風機と組み合わせて強制対流を利用して発熱部品の放熱を行っているのが一般的である。

特開平７−２２１４７９号公報

最近は、電子機器筐体などは、小型軽量化の要求が厳しいうえ、電子機器筐体の内部に搭載される電子機器などの発熱量は増加している。そのため、自然空冷では放熱器が大型化するため対応が困難になる傾向がある。

またブロワなどの送風機を使用して送風する強制空冷にすることで放熱器の小型化は可能であるが、送風機の設置スペースが放熱器の近くに必要になるため、形状やスペースが制限される。また放熱器のフィンが微細化し圧力損失が大きくなると強力な送風機が必要になり、使用場所によっては騒音も問題になる。

実施の形態は上記事情に着目してなされたもので、送風機を有することなく気流を発生させることができ、省スペース及び騒音が少なく放熱効率の高い放熱器を提供することにある。

実施の形態の放熱器は、被冷却体に金属製の平板状のフィンが複数、離間対向配置された状態で並設された放熱器本体と、表面が絶縁処理された金属製の電極と、前記放熱器本体と前記電極との間に電圧を印加する電圧印加用電源と、から構成される。前記フィンと前記電極との間に電圧を印加することによって前記フィンの一部と前記電極との間で発生する放電現象を利用して気流を発生させる。

第１の実施の形態の放熱器の外観を示す斜視図。 第１の実施の形態の放熱器を示すもので、（Ａ）は放熱器のカバーを示す斜視図、（Ｂ）は放熱器本体を示す斜視図。 第１の実施の形態の放熱器の一部を断面にして示す平面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。 第１の実施の形態の放熱器の電極棒の横断面図。 第１の実施の形態の放熱器の熱抵抗とフィン間隔との関係を示す特性図。 第１の実施の形態の放熱器の第１の変形例を示す斜視図。 第１の実施の形態の放熱器の第２の変形例を示す斜視図。 第１の実施の形態の放熱器の第３の変形例を示す斜視図。 第２の実施の形態の放熱器の外観を示す斜視図。 第２の実施の形態の放熱器を示す平面図。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図。 第２の実施の形態の放熱器を示す側面図。 第２の実施の形態の放熱器の電極棒の横断面図。

［第１の実施の形態］
（構成）
図１乃至図６は、第１の実施の形態を示す。図１は第１の実施の形態の放熱器１の外観を示す斜視図である。本実施の形態の放熱器１は、例えば電子機器などの被冷却体に固定される金属製のほぼ箱型の放熱器本体１ａを有する。この放熱器本体１ａは、図１、２中で上面が開口され、この上面開口部１ｂがほぼ矩形平板状のカバー２で覆われている。図２（Ａ）は放熱器１のカバー２を示す斜視図、図２（Ｂ）は放熱器本体１ａを示す斜視図である。なお、本実施の形態では図３に示すように放熱器１の縦寸法Ｌ１は、例えば４０ｍｍ、横寸法Ｌ２は、例えば４０ｍｍ、高さＬ３は、例えば１０ｍｍに設定されている。また、カバー２の厚さＬ４は、例えば１ｍｍ、放熱器本体１ａの底板１ｃの厚さＬ５は、例えば２ｍｍに設定されている。

放熱器本体１ａの内部には、複数の金属製の平板状のフィン３が２列に並べられた状態で並設されている。図４に示すように各フィン３は放熱器本体１ａの底板１ｃに縦置き状態に立設され、それぞれ離間対向配置された状態で２列に直線状に並設されている。各フィン３の厚さｔ１は、例えば０．５ｍｍ、隣接する各フィン３間の隙間Ｌ１１は、１〜３ｍｍ程度の適宜の設定間隔、例えば１．５ｍｍに設定されている。また、フィン３の高さｈ１は５ｍｍ、または７ｍｍに設定されている。

さらに、放熱器本体１ａの底板１ｃの中央位置には、２列のフィン列３Ａ、３Ｂ間に隙間ｓ１が形成されている。そして、放熱器本体１ａの底板１ｃには、２列のフィン列３Ａ、３Ｂ間の隙間ｓ１の部分に金属製、例えば鉄鋼材料の棒状の電極４が固定されている。図５に示すように電極４は、全周に亙り表面に例えばホーローガラスコーティングなどの絶縁処理が施された絶縁層５が形成されている。そして、電極４は、放熱器本体１ａのほぼ中央位置にフィン３の並設方向に沿って延設される状態で配置されている。

また、一方のフィン列３Ａの外側部と、放熱器本体１ａの一方の側壁部１ｄとの間には隙間ｓ２が形成されている。同様に、他方のフィン列３Ｂの外側部と、放熱器本体１ａの他方の側壁部１ｅとの間には隙間ｓ３が形成されている。

放熱器本体１ａから離れた位置に電圧印加用の電源６が配置されている。この電源６は、放熱器本体１ａと電極４とそれぞれ接続されている。そして、放熱器本体１ａと電極４との間に電圧を印加することで、フィン３の一部と電極４との間で発生する放電現象を利用して気流を発生させる構成になっている。

カバー２は、２列のフィン列３Ａ、３Ｂの各フィン３間の空間７に吸気する複数の吸気口８と、フィン３間の空間７から排気する２つの排気口９ａ、９ｂとを有する。吸気口８は、電極４の上部に、かつ各フィン３間の空間７と対応する位置に配置されている。さらに、一方の排気口９ａは、隙間ｓ２と対応する位置、他方の排気口９ｂは隙間ｓ３と対応する位置にそれぞれ配置されている。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の放熱器１の使用時には、放熱器本体１ａと電極４との間に電圧を印加することで、フィン３の一部と電極４との間で発生する放電現象を利用して気流を発生させる。このとき、図４中に矢印で示すように電極４の両側に向けて気流が発生する。そのため、放熱器本体１ａの内部には、カバー２の吸気口８から放熱器本体１ａの内部に下向きに流入される吸気の流れと、一方のフィン列３Ａのフィン３間の空間７を通り、隙間ｓ２からカバー２の一方の排気口９ａを通して放熱器１の上側に排気される気流の流れと、他方のフィン列３Ｂのフィン３間の空間７を通り、隙間ｓ３からカバー２の他方の排気口９ｂを通して放熱器１の上側に排気される気流の流れとが発生する。そして、このとき２列のフィン列３Ａ、３Ｂの各フィン３間の空間７を流れる気流の流れによって放熱器１の放熱効率を高めることができ、発熱部品などの被冷却体の放熱を行なうことができる。

（効果）
本実施の形態の放熱器１では、放熱器本体１ａと電極４との間に電圧を印加することで、フィン３の一部と電極４との間で発生する放電現象を利用して放熱器本体１ａの内部に気流を発生させるようにしている。そのため、送風機を有することなく気流を発生させることができ、省スペース及び騒音が少なく放熱効率の高い放熱器１を提供することができる。なお、図６は、本実施の形態の放熱器１の熱抵抗とフィン３の間隔Ｌ１との関係を示す特性図である。本実施の形態の放熱器１では、図６に示すように熱抵抗は１０．２（℃／Ｗ）、フィンピッチは２ｍｍが良好である。

また、放熱器本体１ａの上面開口部１ｂがカバー２で覆われる構成にしたので、電磁障害（ＥＭＩ）シールド、電極４の露出防止、誘起流の誘導などを行なうことができる。さらに、放熱器本体１ａから離れた位置に電圧印加用の電源６を配置したので、放熱器１の放熱に影響ない構成にすることができる。

［第１の変形例］
（構成）
図７は、第１の実施の形態（図１乃至図６参照）の第１の変形例を示す。本変形例は、第１の実施の形態の放熱器１を２つ横に並べて使用する例である。本変形例でも送風機を有することなく気流を発生させることができ、省スペース及び騒音が少なく放熱効率の高い放熱器１を提供することができる。

［第２の変形例］
（構成）
図８は、第１の実施の形態（図１乃至図６参照）の第２の変形例を示す。本変形例は第１の実施の形態の放熱器１を３つ横に並べて使用する例である。本変形例でも送風機を有することなく気流を発生させることができ、省スペース及び騒音が少なく放熱効率の高い放熱器１を提供することができる。

［第３の変形例］
（構成）
図９は、第１の実施の形態（図１乃至図６参照）の第３の変形例を示す。本変形例は、例えばＶＭＥ等の規格ボードなどの複数枚の電子回路モジュールのボードを並設状態で収納するボード収容室を有する箱状のシャーシを備えた電子機器筐体１１の側面に第１の実施の形態の放熱器１を縦横にそれぞれ複数、例えば縦方向に４個の放熱器１、横方向に７個の放熱器１をそれぞれマトリックス状に並べた状態で連結して使用する例である。本変形例でも送風機を有することなく気流を発生させることができ、省スペース及び騒音が少なく放熱効率の高い放熱器１を提供することができる。

［第２の実施の形態］
（構成）
図１０〜１４は、第２の実施の形態を示す。図１０は、本実施の形態の放熱器２１の外観を示す斜視図である。本実施の形態の放熱器２１は、複数の平板状の板状フィン２２が平行に配置され、板状フィン２２の一側部が連結部２３で連結されたヒートシンク２４と、このヒートシンク２４の各板状フィン２２に固定された複数のくし型電極２５とを有する。ヒートシンク２４は、図１１、図１３に示すように板状フィン２２の横寸法Ｌ２１は、例えば８０ｍｍ、縦寸法Ｌ２２は、例えば３２ｍｍ、連結部２３の幅寸法Ｌ２３は、例えば１９ｍｍ、板状フィン２２の厚さｔ２１は、例えば１ｍｍ、板状フィン２２間の距離Ｌ２４は、例えば５ｍｍにそれぞれ設定されている。

くし型電極２５は、フィン２２の板面に分散配置された複数の棒状電極構成体２６と、複数の棒状電極構成体２６間を連結する連結体２７とを有する。くし型電極２５の棒状電極構成体２６間の距離Ｌ２５は、例えば２０ｍｍ、棒状電極構成体２６の厚さｔ２２は、例えば０．５ｍｍ、棒状電極構成体２６の幅寸法Ｌ２６は、例えば２ｍｍにそれぞれ設定されている。

また、図１４に示すように棒状電極構成体２６は、全周に亙り表面に例えばホーローガラスコーティングなどの絶縁処理が施された絶縁層３０が形成されている。この棒状電極構成体２６の片側に絶縁体２８を設けることで、同図中に矢印で示すように棒状電極構成体２６の絶縁体２８がない方の一方向のみに放電させ、気流２９を発生させることができる。これにより、図１２に示すように各板状フィン２２間の空間内で棒状電極構成体２６の片方向に放電させ、気流２９の流れを作ることができる。

（作用）
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態の放熱器２１の使用時には、板状フィン２２とくし型電極２５との間に電圧を印加することで、板状フィン２２の一部とくし型電極２５の棒状電極構成体２６との間で発生する放電現象を利用して気流を発生させる。このとき、図１２中に矢印で示すように各板状フィン２２間の空間内で棒状電極構成体２６の片方向に放電させ、気流２９の流れを作ることができる。この気流２９の流れによって放熱器２１の放熱効率を高めることができ、発熱部品などの被冷却体の放熱を行なうことができる。

（効果）
本実施の形態の放熱器２１では、板状フィン２２とくし型電極２５との間に電圧を印加することで、板状フィン２２の一部とくし型電極２５の棒状電極構成体２６との間で発生する放電現象を利用してヒートシンク２４の各板状フィン２２間の空間に気流２９を発生させるようにしている。そのため、送風機を有することなく気流を発生させることができ、省スペース及び騒音が少なく放熱効率の高い放熱器２１を提供することができる。さらに、本実施の形態では図１０に示すようにヒートシンク２４を立てて使うことで自然対流との相乗効果が期待できる。また、くし型電極２５の棒状電極構成体２６を連続させることで局所熱伝達率を有効に使うことができる。

本実施の形態では、市販のヒートシンク２４にくし型電極２５を付けるだけでも実現できるので、構造が簡単である。また、本実施の形態の放熱器２１では、熱抵抗４．５（℃／Ｗ）が良好であり、電極ピッチや、電極数を適正に選択することにより、更なる最適化を図ることができる。

これらの実施形態によれば、放熱器は送風機を有することなく気流を発生させることができ、省スペース及び騒音が少なく放熱効率の高い放熱器を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…放熱器、１ａ…放熱器本体、３…フィン、４…電極、６…電圧印加用電源。

Claims (6)

1. 被冷却体に金属製の平板状のフィンが複数、離間対向配置された状態で並設された放熱器本体と、
   表面が絶縁処理された金属製の電極と、
   前記放熱器本体と前記電極との間に電圧を印加する電圧印加用電源と、
   から構成され、前記フィンと前記電極との間に電圧を印加することによって前記フィンの一部と前記電極との間で発生する放電現象を利用して気流を発生させることを特徴とする放熱器。
2. 前記放熱器本体は、前記フィンの開口端側を覆うカバーを有し、
   前記電極は、前記放熱器本体のほぼ中央位置に前記フィンの並設方向に沿って延設される状態で配置され、
   前記カバーは、前記フィン間の空間に吸気する吸気口と、前記フィン間の空間から排気する排気口とを有し、
   前記吸気口は、前記電極の上部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱器。
3. 前記電極は、材質が鋼で絶縁処理がホーローガラスコーティングであることを特徴とする請求項１に記載の放熱器。
4. 前記電圧印加用電源は、前記放熱器本体から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱器。
5. 前記放熱器本体は、少なくとも複数の前記放熱器本体が横並び状態、または縦横にマトリックス状に並べた状態で連結されて使用されることを特徴とする請求項１に記載の放熱器。
6. 前記電極は、前記フィンの板面に分散配置された複数の棒状電極構成体と、前記複数の棒状電極構成体間を連結する連結体とを有するくし型電極によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱器。

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