JP2015046465A

JP2015046465A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2015046465A
Application number: JP2013176443A
Authority: JP
Inventors: 裕二中野; Yuji Nakano; 忍織戸; Shinobu Orito; 誉章細野; Shigeyuki Hosono
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】本発明は、例えば、高発熱電子部品を搭載した携帯基地局等の冷却に用いられる冷却装置に関するものでダイキャスト材の容器に薄板のフィンをダイキャスト材との接触面積を減少させずに接合することを目的としている。【解決手段】本発明の冷却装置は、開口部２を有するダイキャスト容器１と、このダイキャスト容器１の開口部２を覆ったカバー５と、ダイキャスト容器１外面の少なくとも開口部５に対向した一面に複数の第１のフィン３とカバー５外面に設けられた複数の第２のフィン６を備え、第１のフィン３は略Ｚ字型の形状をし、その一端がダイキャスト容器１に設けられた凹部に差し込まれている。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、高発熱電子部品を搭載した携帯基地局等の冷却に用いられる冷却装置に関するものである。

例えば、高発熱電子部品を搭載した携帯基地局等の冷却に用いられる冷却装置は、開口部を有するとともに、外面底部を受熱部とした容器と、この容器の開口部を覆ったカバーと、前記カバーの外周部と、それに近接する容器部分を接合したろう材と、前記容器とカバーによって密閉された空間内に、この空間の容積よりも少ない容量で収納させた冷媒とを備えた構成となっている（例えば特許文献１参照）。

すなわち、この冷却装置は、その容器の受熱部を高発熱電子部品に接触させ、この高発熱電子部品の熱を容器内の冷媒に伝達させ、この冷媒が気化するときの気化熱によって、高発熱電子部品を冷却するものである。

特開２００８−１５３４２３号公報

上記冷却装置は、冷却性能の観点より伝熱性の良い材料が求められるが同時に施工性の観点から軽量であることも重要とされており、一般的にはアルミ材が使用される。
構成としては容器の開口部をカバーで覆っているが、容器には複数の異なる形状の電子部品を搭載する場合が多くその形状は複雑な形状となるため、板状のプレス部品で製作することが難しく、切削加工も考えられるがコストが高くなることから量産性を考えてダイキャスト工法が採用される。

軽量の観点から放熱フィンの厚みを出来るだけ薄くしたいがダイキャスト材にはマグネシウム及びシリコン材が含まれておりロウ材をはじく性質があるため別部品の薄板材をロウ付接合することが難しく、レーザー溶接においてはダイキャスト材とアルミの板の溶接を行うことが可能であるが、ダイキャスト材にレーザーを照射するとダイキャスト材に含まれる不純物や気泡の影響で溶接不良が発生し易くダイキャスト材側からの溶接は品質上安定しないため、アルミの板側から溶接するのが好ましい。

しかし、アルミの板側から溶接した場合、溶接時の熱収縮でアルミの板材の両端が反ってしまい、そのためダイキャスト材の容器とアルミの板材のフィンの接触面積が少なくなり放熱性能に影響を及ぼす課題がある。

この解決策としてフィン形状をダイキャスト材と一体で設けるのが一般的であるが、金型を使用した一体成形の場合には抜き勾配が必要なため、フィンの厚みが厚くなり重量が重くなることが課題であった。

そこで、本発明は、ダイキャスト材とアルミの板の溶接を行い、冷却のための放熱性能の低下を抑制しつつ冷却装置を軽量化することを目的としている。

そして、この目的を達成するために、本発明の冷却装置は、開口部を有するダイキャスト容器と、このダイキャスト容器の開口部を覆ったカバーと、前記ダイキャスト容器外面の少なくとも開口部に対向した一面に複数の第１のフィンと、前記カバー外面に設けられた複数の第２のフィンを備え、前記第１のフィンは略Ｚ字型の形状をし、その一端が前記ダイキャスト容器に設けられた凹部に差し込まれており、前記第２のフィンはＬ字型の形状で前記カバー外面にＬ字の短い方の面で接触し、前記ダイキャスト容器と前記カバーによって密閉された空間内に、この空間の容積よりも少ない容量の冷媒を封入し、前記ダイキャスト容器に接触させた発熱体を冷却するものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明の冷却装置は、開口部を有するダイキャスト容器と、このダイキャスト容器の開口部を覆ったカバーと、前記ダイキャスト容器外面の少なくとも開口部に対向した一面に複数の第１のフィンと、前記カバー外面に設けられた複数の第２のフィンを備え、前記第１のフィンは略Ｚ字型の形状をし、その一端が前記ダイキャスト容器に設けられた凹部に差し込まれているので、レーザー溶接加工時に第１のフィン側からレーザーを溶射することができるため、第１のフィンの熱収縮による反りが抑制でき、安定的に接触面積を低減させないでダイキャスト容器と第１のフィンを接合することができる。

このため、ダイキャスト容器と第１のフィンの接触面積低減による冷媒から第１のフィンへの熱抵抗の増加を低減しつつ、薄板材のフィンを使用することで軽量化が実現できる冷却装置を得ることが出来る。

本発明の実施の形態１の冷却装置の斜視図同冷却装置の分解斜視図同ダイキャスト容器の分解斜視図同ダイキャスト容器の第１のフィン取付断面を示す構成図図１のＡ−Ａ断面を示す構成図図２のＢ−Ｂ断面を示す構成図同カバーの斜視図同溝の断面を示す詳細図（ａ）第２のフィンが反るレーザ照射方向の説明図、（ｂ）同第２のフィンのレーザ照射方向の説明図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１、２は、冷却装置の一実施形態を示すのもので、ダイキャスト容器１は、開口部２を有するとともに、ダイキャスト容器１外面の少なくとも開口部２に対向したダイキャスト容器１の一面に複数の第１のフィン３を備えたアルミニウム製のものである。第１のフィン３は、略Ｚ字型の形状をし、その一端がダイキャスト容器１の凹部４に差し込まれている。略Ｚ字型は凹部４長手方向に対し垂直断面の形状である。

ダイキャスト容器１の開口部２を覆ったカバー５は外面に複数の第２のフィン６をダイキャスト容器１外に向けて等間隔に備え、第２のフィン６はＬ字の形状をし、カバー５外面に面で接触したアルミニウム製のものである。

また、第１のフィン３と第２のフィン６は薄板で構成している。

第１のフィン３が設けられたダイキャスト容器１内面には、複数（図２では２個）の円柱状の突起１０、第１の格子溝１１、第１の溝１３が設けられている。

また、図３はダイキャスト容器１と第１のフィン３の接合状況を示すもので、図４はダイキャスト容器１と第１のフィン３の凹部４長手方向に対し垂直な断面を示すものである。

また、ダイキャスト容器１の第１のフィン３を有する部分およびその近傍を第１放熱部７、カバー５の第２のフィン６を有する部分およびその近傍を第２放熱部８とし、ダイキャスト容器１の発熱体を接触させる部分を第１受熱部１９、カバー５の第１受熱部１９に対向する部分を第２受熱部２０としている。

図４に示すように、ダイキャスト容器１の内側に凹部４が突出部９を形成している。凹部４を内側への突出部９とすることで第１放熱部７の内面と冷媒２１（後述）の接触面積が大きく取れるためより放熱性能を向上できる冷却装置を得ることが出来る。

ダイキャスト容器１については高発熱電子部品以外にも多種多様の電子部品を搭載できることを求められ、第１受熱部１９は複雑な形状となることが多く、ダイキャスト加工で製作されている。ダイキャスト加工品と薄いフィンとの接合は課題で説明したように通常フィンが反ってしまうという問題があるが、本構造であれば、図４に示すように、第１のフィン３をダイキャスト容器１に挿入後、第１のフィン３を第１レーザー照射方向１５から溶接することで第１のフィン３が反らずにダイキャスト容器１と接合することが出来る。

この時、第１レーザー照射方向１５を第１のフィン３の凹部４に差し込まれた部分と同一線上とすることにより、レーザー照射により第１のフィン３の溶けた部分がダイキャスト容器１の凹部４に流れ込み、第１のフィン３とダイキャスト容器１の接触面積が大きくとれるため、第１のフィン３とダイキャスト容器１の接合部の熱抵抗を低く抑えることが出来る冷却装置を得ることが出来る。また、本形状であれば第１のフィン３をダイキャスト容器１に安定して固定できるため溶接時の作業を容易にする効果も得られる。

なお、図４では、ダイキャスト容器１の内側に凹部４が突出部９を形成した場合を説明したが、突出部９を形成しなくても、すなわち、ダイキャスト容器１の厚み内で凹部４を設けても第１のフィン３とダイキャスト容器１の接合部の熱抵抗を低く抑える効果と溶接時の作業を容易にする効果を有する。ただ、その効果は、凹部４内に差し込んだ第１のフィン３の長さに左右されるのは言うまでもないことである。

図５は垂直に設置された冷却装置の断面図（図１の平面Ａでの切断断面）で、発熱部１８から熱を受けた冷媒２１が気化方向２２に気化し、第１のフィン３および第２のフィン６が設けられた上部において液化し、液化方向２３で還流する。このサイクルを繰り返すことで発熱部１８の冷却を行う。

ここで、冷媒２１はダイキャスト容器１内の発熱部１８の設置高さまで、すなわちダイキャスト容器１の内容積の約半分の量、封入されており、ダイキャスト容器１とカバー５によって密閉された空間内に、この空間の容積より少ない容量の冷媒２１を有している。

また、図６は突起１０が配置されている部分の断面図（図１の平面Ａでの切断断面）である。

ダイキャスト容器１の第１受熱部１９の内面にカバー５に接触する突起１０を設けている。

ダイキャスト容器１とカバー５を突起１０で接合することで図６に示すような発熱部１８が上方にある、いわゆるトップヒート設置においても発熱部１８からの熱が突起１０を介して底面となるカバー５内面上にある冷媒２１に伝えられる冷却装置を得ることが出来る。これにより、上述した冷却作用が発揮できる。

また、図７はカバー５内面側に設けた第２の格子溝１２の配置を示したもので、図８は第１の格子溝１１（図２で図示），第２の格子溝１２の断面図を示している。

ダイキャスト容器１の第１受熱部１９の内面に第１の格子溝１１およびその対面のカバー５の第２受熱部２０の内面に第２の格子溝１２を形成している。

また、図示していないが、ダイキャスト容器１の第１受熱部１９内面およびその対面のカバー５の第２受熱部２０に表面を溶射皮膜処理、サンドブラスト処理等で粗くしたものである。

ダイキャスト容器１の第１受熱部１９内面およびその対面のカバー５の第２受熱部２０に第１の格子溝１１、第２の格子溝１２を設けることで第１受熱部１９、第２受熱部２０と冷媒２１の接触面積を増やし、また、ダイキャスト容器１の第１受熱部１９内面およびその対面のカバー５の第２受熱部２０の表面に溶射皮膜等の処理をすることで沸騰を促進できるため、冷却性能を向上させる冷却装置を得ることが出来る。

また、図７はカバー５内面側に設けた第２の溝１４の配置を示したもので、図８は第１の溝１３、第２の溝１４の断面図を示している。ダイキャスト容器１の第１放熱部７の内面側およびカバー５の第２放熱部８の内面側に第１受熱部１９に向かって第１の溝１３、第２の溝１４を設けたものである。図８では、第１の溝１３、第２の溝１４を逆三角形としたが、Ｒ形状でも四角形状でもよい。

第１の溝１３、第２の溝１４を設けることで第１放熱部７、第２放熱部８で凝縮した後の冷媒２１を第１受熱部１９、第２受熱部２０にスムーズに還流することができ、冷却性能を向上させることが出来る冷却装置を得ることが出来る。

なお、本実施形態では、第１の溝１３、第２の溝１４をダイキャスト容器１の第１放熱部７の内面側およびカバー５の第２放熱部８の内面側に設けたが、図６における高さ方向のダイキャスト容器１の内面にも設けてもよい。

次に、カバー５と第２のフィン６の接合をカバー５と第２のフィン６の接合断面図である図９を用いて説明する。ここで、カバー５と第２のフィン６はともにアルミニウム製で、レーザー溶接の方向に制限はなく、どちらからでも可能である。

第２レーザー照射方向１６から溶接した場合図９（ａ）が示すように溶接部の熱収縮により第２のフィン６のカバー５との接触面の両端が第２レーザー照射方向１６側に反るため第２のフィン６とカバー５との接触面積が減少してしまう。

一方図９（ｂ）に示すように第３レーザー照射方向１７から溶接すると第２のフィン６のカバー５との接触面の両端が溶接部の熱収縮によりカバー５（第３レーザー照射方向１７）側に反ろうとするが中央部がレーザーにより溶着するため、第２のフィンとカバー５の接触を強固にすることができる。

ここで補足すると、図９のカバー５が、図４のダイキャスト容器１の第１放熱部７の場合、課題で説明したように、ダイキャスト容器１の第１放熱部７側からの溶接は好ましくないため、図９（ａ）で示した第２レーザー照射方向１６側から溶接しなければならず、第１のフィン３は反ってしまい第１放熱部７との接触面積が減少し、熱抵抗が増えてしまう。

本願の特徴は、この問題を解決すべく、第１のフィン３を略Ｚ字型の形状とし、その一端をダイキャスト容器１に設けた凹部４に差し込み、差し込んだ第１のフィン３で接触面積の減少および熱抵抗の増加を抑制できることにある。

以上、第１のフィンは略Ｚ字型の形状をし、その一端が前記ダイキャスト容器に設けられた凹部に差し込まれているので、レーザー溶接加工時に第１のフィン側からレーザーを溶射することができるため、第１のフィンの熱収縮による反りが抑制でき、安定的に接触面積を低減させないでダイキャスト容器と第１のフィンを接合することができる。

以上のように本発明の溶接構成体および冷却装置は、開口部を有するダイキャスト容器と、このダイキャスト容器の開口部を覆ったカバーと、前記ダイキャスト容器外面の少なくとも開口部に対向した容器の一面に複数の第１のフィンと前記カバー外面に設けられた複数の第２のフィンを備え、前記第１のフィンは略Ｚ字型の形状をし、その一端が前記ダイキャスト容器に設けられた凹部に差し込まれているため、レーザー溶接加工時に第１のフィン側からレーザーを溶射しても第１のフィンの熱収縮による反りが抑制でき、接触面積を低減させないで安定して接合することができる。

このため、ダイキャスト容器と第１のフィンの接触面積低減による冷媒と放熱部の熱抵抗の増加がなく第１のフィンを使用することができ、冷却のための放熱性能の低下を抑制しつつ軽量化が実現できる冷却装置を得ることが出来る。

１ダイキャスト容器
２開口部
３第１のフィン
４凹部
５カバー
６第２のフィン
７第１放熱部
８第２放熱部
９突出部
１０突起
１１第１の格子溝
１２第２の格子溝
１３第１の溝
１４第２の溝
１５第１レーザー照射方向
１６第２レーザー照射方向
１７第３レーザー照射方向
１８発熱部
１９第１受熱部
２０第２受熱部
２１冷媒
２２気化方向
２３液化方向

Claims

開口部を有するダイキャスト容器と、このダイキャスト容器の開口部を覆ったカバーと、前記ダイキャスト容器外面の少なくとも開口部に対向した一面に複数の第１のフィンと、前記カバー外面に設けられた複数の第２のフィンを備え、
前記第１のフィンは略Ｚ字型の形状をし、その一端が前記ダイキャスト容器に設けられた凹部に差し込まれており、
前記第２のフィンはＬ字型の形状で前記カバー外面にＬ字の短い方の面で接触し、
前記ダイキャスト容器と前記カバーによって密閉された空間内に、この空間の容積よりも少ない容量の冷媒を封入し、前記ダイキャスト容器に接触させた発熱体を冷却する冷却装置。
ダイキャスト容器の内側に凹部が内側に突出した形状を形成した請求項１に記載の冷却装置。
発熱体を接触させたダイキャスト容器の内面に突起を設けた請求項１または２記載の冷却装置。
発熱体を接触させたダイキャスト容器の内面および／またはその内面に対向したカバーの内面に格子溝を形成した請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置。
発熱体を接触させたダイキャスト容器の内面および／またはその内面に対向したカバーの内面を溶射皮膜処理し、その表面を粗くした請求項１〜４記載の冷却装置。
ダイキャスト容器の第１のフィンを有する部分およびその近傍を第１放熱部、カバーの第２のフィンを有する部分およびその近傍を第２放熱部とし、前記第１放熱部の前記ダイキャスト容器の内面側および／または前記第２放熱部の前記カバーの内面側から発熱体を接触させた前記ダイキャスト容器の内面および／またはその内面に対向した前記カバーの内面に向かって第１の溝および／または第２の溝を設けた請求項１〜５記載の冷却装置。