JP2017139273A - 放熱板および電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの高騰を招くことなく、電子部品の実装高を十分に低くし、かつ軽量化を図ると共に、電子部品を容易に実装し得る放熱板を提供する。【解決手段】吸熱対象の電子部品４を嵌入可能な貫通孔Ｈが形成された金属板２と、金属板２における裏面Ｆｂに対して面的に接し、かつ貫通孔Ｈを塞ぐように金属板２に取り付けられた金属板３とを備え、金属板２における表面Ｆａ側から金属板３に接するように電子部品４を貫通孔Ｈに嵌入して金属板２，３の少なくとも一方に対して電子部品４を固定可能に構成されると共に、金属板３によって電子部品４から吸熱した熱を金属板２に伝熱させて金属板２，３の双方から放熱可能に構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、吸熱対象の電子部品を実装可能に構成されて電子部品から吸熱した熱を放熱可能に構成された放熱板、およびそのような放熱板に電子部品が実装されて構成された電源装置に関するものである。

例えば、下記の特許文献には、被覆組合体が冷却ベース上に載置された状態で固定部材によって冷却ベースに固定されたリアクトルが開示されている。このリアクトルでは、磁性コアの外周にコイルが配置された組合体（リアクトルの本体部）が外側樹脂部によって覆われて上記の被覆組合体が構成されている。また、外側樹脂部における外周面には、側方に向かって突出する鍔状の傾斜部が設けられている。さらに、上記の冷却ベースは、アルミニウム等の金属板で平板状に形成されている。また、固定部材は、その内径が被覆組合体（外側樹脂部）の外径と同程度の矩形枠状に形成されている。

このリアクトルでは、被覆組合体を挿通させた状態の固定部材がボルトによって冷却ベースに固定されることにより、固定部材と冷却ベースとの間に外側樹脂部の傾斜部が挟み込まれるようにして冷却ベースに被覆組合体が固定されている。これにより、このリアクトルでは、被覆組合体の底面が冷却ベースの表面に対して面的に接した状態が維持される結果、被覆組合体内の組合体（リアクトルの本体部）から発せられた熱が外側樹脂部を介して冷却ベースに吸熱されて放熱される。

特開２０１０−１９２７９８号公報（第５−１１頁、第１−７図）

ところが、上記特許文献に開示されているリアクトルには、以下のような解決すべき課題が存在する。すなわち、上記のリアクトルでは、平板状に形成された冷却ベースの一面に固定部材によって被覆組合体を固定し、その状態において被覆組合体の熱を冷却ベースによって吸熱して大気に放熱する構成が採用されている。この場合、上記のリアクトルにおける冷却ベースのような金属板製の放熱板によって電子部品の熱を吸熱して放熱する構成を採用する際には、例えば電子部品が急激に温度上昇したときに吸熱効率が大きく低下する事態を回避するために、十分な体積（十分な蓄熱量）を有する金属板によって放熱板を構成する必要がある。

しかしながら、十分な体積を確保するために大きな金属板（板面の面積が広い金属板）で放熱板を構成した場合には、そのような放熱板および電子部品を備えて構成する電子機器の小形化が困難となる。したがって、金属板製の放熱板によって電子部品の熱を吸熱して放熱する構成を採用する際には、十分な体積（十分な蓄熱量）を確保するために十分な厚みを有する金属板によって放熱板を構成する必要がある。このため、上記特許文献に開示されているリアクトルでは、厚手の金属板で構成した冷却ベースを採用している分だけ、被覆組合体において冷却ベースに接している面の裏面と、冷却ベースにおいて被覆組合体に接している面の裏面との間の距離が大きくなっており、このリアクトルを搭載した電子機器の小形化（薄形化）が困難となっているという問題点がある。また、厚手の金属板で冷却ベースを構成していることに起因して、軽量化が困難となっているという問題点もある。

また、前述したように、上記特許文献に開示されているリアクトルでは、固定部材がボルトによって冷却ベースに固定されることにより、固定部材と冷却ベースとの間に外側樹脂部の傾斜部が挟み込まれるようにして冷却ベースに被覆組合体が固定されている。この場合、このリアクトルでは、固定用のボルトを締込み可能なボルト孔が冷却ベースに形成されているため、冷却ベースに被覆組合体を固定する作業に際して被覆組合体の実装位置をある程度把握することができる。しかしながら、その内側に被覆組合体を嵌め込んだ状態の固定部材におけるボルト挿通孔と、冷却ベースに形成されているボルト孔とを位置合わせする作業が煩雑となっており、これに起因して、冷却ベースに被覆組合体を固定するのに要する時間が長くなっているという問題点がある。

一方、上記のような問題点に鑑み、発明者らは、電子部品の平面視形状と同形状の凹部を電子部品の実装面に形成した放熱板を試作した。このような放熱板では、厚手の金属板を採用することで十分な体積（十分な蓄熱量）を確保しつつ、電子部品の一面と放熱板の一面との間の距離を凹部の深さの分だけ短くし、かつ凹部の分だけ放熱板を軽量化すると共に、凹部に嵌合させるだけで電子部品を実装位置に位置させることが可能となる。しかしながら、平板状の金属板に凹部を形成したり、凹部が存在する金属板を鋳造したりすることにより、放熱板の製造コストの低減が困難となるという新たな問題が生じる。

本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、製造コストの高騰を招くことなく、電子部品の実装高を十分に低くし、かつ軽量化を図ると共に、電子部品を容易に実装し得る放熱板、およびそのような放熱板に電子部品が実装されている電源装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る放熱板は、電子部品実装型の放熱板であって、吸熱対象の電子部品を嵌入可能な貫通孔が形成された第１の金属板と、前記第１の金属板における一方の面に対して面的に接し、かつ前記貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように当該第１の金属板に取り付けられた第２の金属板とを備え、前記第１の金属板における他方の面側から前記第２の金属板に接するように前記電子部品を前記貫通孔に嵌入して当該第１の金属板および当該第２の金属板の少なくとも一方に対して当該電子部品を固定可能に構成されると共に、前記第２の金属板によって前記電子部品から吸熱した熱を前記第１の金属板に伝熱させて当該第１の金属板および当該第２の金属板から放熱可能に構成されている。

また、本発明に係る放熱板は、１枚の前記第１の金属板に複数の前記第２の金属板が取り付けられると共に、隣り合う当該第２の金属板が相互に離間して配置されて隣り合う当該第２の金属板の間に通気路が形成されている。

また、本発明に係る電源装置は、上記の放熱板に前記電子部品が実装されて筐体内に収容されている。

本発明に係る放熱板では、電子部品を嵌入可能な貫通孔が形成された第１の金属板と、第１の金属板における一方の面に対して面的に接し、かつ貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように第１の金属板に取り付けられた第２の金属板とを備え、第１の金属板における他方の面側から第２の金属板に接するように電子部品を貫通孔に嵌入して第１の金属板および第２の金属板の少なくとも一方に対して電子部品を固定可能に構成されると共に、第２の金属板によって電子部品から吸熱した熱を第１の金属板に伝熱させて第１の金属板および第２の金属板から放熱可能に構成されている。また、本発明に係る電源装置では、上記の放熱板に電子部品が実装されて筐体内に収容されている。

したがって、本発明に係る放熱板および電源装置によれば、電子部品の熱を第２の金属板によって吸熱して第１の金属板および第２の金属板の双方から放熱できることは当然のことながら、第１の金属板および第２の金属板を面的に接するように重ねて配置したことで十分な厚み（十分な蓄熱量）を確保しつつ、板状部材に位置決め用の凹部を形成した放熱板と同様に電子部品を貫通孔と第２の金属板とで形成される凹部内に嵌入することによって正しい実装位置に電子部品を容易に位置させることができ、かつ、貫通孔に嵌入した分、すなわち、第１の金属板の厚みの分だけ電子部品の実装高を低くすることができると共に、貫通孔の分だけ放熱板を軽量化することができる。また、凹部の形成よりも貫通孔の形成に要するコストが低いことから、放熱板の製造コストを十分に軽減することができる。

また、本発明に係る放熱板、およびそのような放熱板を備えた電源装置によれば、１枚の第１の金属板に複数の第２の金属板を取り付けると共に、隣り合う第２の金属板を相互に離間して配置して隣り合う第２の金属板の間に通気路を形成したことにより、第１の金属板の一方の面の側において通気路に沿って空気を移動させることができるため、一方の面の側からの放熱効率を十分に高めることができると共に、通気路の分だけ放熱板を一層軽量化することができる。

放熱板１に電子部品４，４が実装された電子部品実装体１０の外観斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 電子部品実装体１０の分解斜視図である。 電子部品実装体１０の平面図である。 放熱板１Ａに電子部品４，４が実装された電子部品実装体１０Ａの平面図である。 放熱板１Ｂに電子部品４，４が実装された電子部品実装体１０Ｂの平面図である。 放熱板１Ｃに電子部品４，４が実装された電子部品実装体１０Ｃの平面図である。

以下、放熱板および電源装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１に示す電子部品実装体１０は、図２に示す電源装置１００の一部を構成する「電子機器構成部品」であって、放熱板１に電子部品４，４が実装されると共に、他の構成部品と共に電源装置１００の筐体Ｘ内に収容される。この場合、電子部品４は、「吸熱対象の電子部品」の一例である「発熱部品（トランスなどの巻線部品やパワートランジスタなどの半導体素子等）」で構成されている。なお、本明細書において参照する各図面では、「放熱板」の構成に関する理解を容易とするために、電子部品４の本体部４ａを直方体状に描くと共に、電子部品４（本体部４ａ）を「放熱板」に固定するためのフランジ４ｂ以外の構成要素についての図示を省略している。

一方、放熱板１は、「放熱板」の一例であって、図１〜３に示すように、１枚の金属板２と、複数（本例では２枚）の金属板３，３とを備えて構成されている。金属板２は、「第１の金属板」の一例であって、図３，４に示すように、一例として、アルミニウムの平板で平面視矩形状に形成されると共に、電子部品４，４を嵌入可能な貫通孔Ｈ，Ｈ（「貫通孔」の一例）が形成されている。なお、本例の放熱板１では、上記の貫通孔Ｈの形状（開口形状）および大きさが、嵌入対象の電子部品４における本体部４ａの平面視形状と同じ形状および大きさに形成されており、後述するように、この貫通孔Ｈに本体部４ａを嵌入することにより、金属板２の表面Ｆａ（「他方の面」の一例）および裏面Ｆｂ（「一方の面」の一例）に沿った電子部品４の移動が規制される構成が採用されている。

この場合、発明者らが試作した「放熱板」のように「電子部品」を嵌合するための凹部を板状部材に形成するには、高精度なフライス盤を必要とするだけでなく、板状部材における凹部形成領域の全域を満遍なく切削加工する必要があることから、形成に要する時間（切削加工時間）が長くなり、これに起因して、製造コストの低減が困難となっている。

これに対して、本例の放熱板１における金属板２のように電子部品４等を嵌合する（位置決めする）ための貫通孔Ｈを板状部材に形成する際には、その開口形状が上記の条件（嵌合対象と同じ形状で同じ大きさとの条件）を満たすように、貫通孔形成領域の外縁部に沿って板状部材を切削加工することで、加工が不要な部位（板状部材における貫通孔形成領域の中央部）を切削加工することなく貫通孔Ｈを開口することができるため、凹部の形成コストと比較して十分に低コストで貫通孔Ｈを形成することができる。また、金属板２の厚みによっては、切削加工に代えて打抜き加工によって貫通孔Ｈを形成することもできる。

金属板３は、「第２の金属板」の一例であって、一例として、アルミニウムの平板で平面視三角形状に形成されると共に、図２に示すように、金属板２の裏面Ｆｂに対して面的に接し、かつ貫通孔Ｈの全域（「貫通孔の少なくとも一部」が「貫通孔の全域」の構成の例）を塞ぐようにして金属板２に取り付けられている。この場合、本例の放熱板１では、上記したように、１枚の金属板２に２枚の金属板３，３が取り付けられると共に、図３，４に示すように、隣り合う金属板３，３が金属板２の裏面Ｆｂに沿って相互に離間して配置されて両金属板３，３の間に通気路Ｒ（「通気路」の一例）が形成されている。

なお、本例の放熱板１では、一例として、金属板２の裏面Ｆｂに対して金属板３，３を面的に接するように配置した状態において、金属板２に形成された挿通孔を挿通させた固定用ねじを金属板３に形成されたねじ孔にねじ込む作業、金属板３に形成された挿通孔を挿通させた固定用ねじを金属板２に形成されたねじ孔にねじ込む作業、金属板２，３に形成された挿通孔をそれぞれ挿通させた固定用ねじにナットを締め付ける作業、および金属板２，３に形成された挿通孔をそれぞれ挿通させたリベットをかしめる作業のいずれかを実施することで金属板２に金属板３，３が固定されて金属板２，３，３が一体化されるが、これらの固定作業に関する説明や、挿通孔、ねじ孔、ねじ、ナットおよびリベット等の図示を省略する。

この放熱板１に対する電子部品４，４の実装に際しては、まず、金属板２の表面Ｆａ側から電子部品４の本体部４ａを貫通孔Ｈに嵌入する。この際には、前述したように、電子部品４における本体部４ａの形状および大きさと同じ形状および大きさに貫通孔Ｈが形成されているため、この種の作業に不慣れな者であっても、実装すべき位置（貫通孔Ｈの形成位置）に電子部品４を正確かつ容易に配置することができる。

また、貫通孔Ｈに本体部４ａを嵌入した状態では、図２に示すように、貫通孔Ｈを塞ぐようにして放熱板１に取り付けられている金属板３に対して電子部品４における本体部４ａの底面が面的に接し、かつ電子部品４のフランジ４ｂが金属板２の表面Ｆａに接した状態になると共に、前述したように、金属板２の表面Ｆａおよび裏面Ｆｂに沿った電子部品４の移動が規制された状態となる。次いで、フランジ４ｂおよび金属板２に形成されている挿通孔（図示せず）に、図示しない固定用ねじを挿通させて、金属板３に形成されているねじ孔（図示せず）にねじ込むことにより、電子部品４を放熱板１に固定する。これにより、図１，２に示すように、電子部品実装体１０が完成する。

なお、放熱板１に対する電子部品４の固定に関しては、上記のような構成に代えて、フランジ４ｂに形成されている挿通孔（図示せず）に、図示しない固定用ねじを挿通させて、金属板２に形成されているねじ孔（図示せず）にねじ込むことにより、電子部品４を放熱板１に固定する構成や、金属板２，３に形成されている挿通孔（図示せず）に、図示しない固定用ねじを挿通させて、フランジ４ｂに形成されているねじ孔（図示せず）にねじ込むことにより、電子部品４を放熱板１に固定する構成などを採用することもできる。

この電子部品実装体１０は、前述したように、電源装置１００を構成する他の構成部品と共に筐体Ｘ内に収容される。この際には、図２に示すように、一例として、放熱板１における金属板３の裏面（金属板２に接している側とは反対側の面）が筐体Ｘの内面に対して面的に接するように筐体Ｘ内に電子部品実装体１０を配設することにより、後述するように、電子部品４から放熱板１に吸熱した熱の一部を筐体Ｘに対して好適に伝熱する（放熱板１から筐体Ｘに好適に放熱する）ことが可能となる。

また、電源装置の動作時に電子部品４に通電されたときには、電子部品４において生じる熱が本体部４ａから金属板３に吸熱され、金属板３に吸熱された熱の一部が金属板２に伝熱されることにより、金属板２および金属板３の双方から大気に放熱されると共に、金属板３に吸熱された熱の他の一部が筐体Ｘに伝熱されて筐体Ｘを介して大気に放熱される。

この際に、電源装置１００が「送風ファン」（図示せず）を備え、この「送風ファン」によって図４に示す矢印Ｂのように筐体Ｘ内の大気が電子部品実装体１０に向けて送風されたときには、金属板２の表面Ｆａ側においては、矢印Ｃａで示すように大気が流動させられることにより、電子部品４（本体部４ａ）から吸熱されて放熱板１に蓄熱されている熱が金属板２の表面Ｆａから大気に放熱され、同時に電子部品４（本体部４ａ）の表面からも大気に放熱される。

また、金属板２の裏面Ｆｂ側においては、「送風ファン」によって送風された大気が、隣り合う金属板３，３の間に設けられた通気路Ｒ内を矢印Ｃｂで示すように流動させられる結果、電子部品４から金属板３を介して金属板２に伝熱した熱が、通気路Ｒ内における金属板２の裏面Ｆｂから通気路Ｒ内を移動させられている大気に放熱される。また、筐体Ｘの内面に面的に接するように電子部品実装体１０を配置した本例では、電子部品４から金属板３に伝熱した熱の他の一部が筐体Ｘに伝熱され、筐体Ｘから大気に放熱される。これにより、通電時に電子部品４において生じる熱が好適に放熱される。

このように、この放熱板１では、電子部品４を嵌入可能な貫通孔Ｈが形成された金属板２と、金属板２の裏面Ｆｂに対して面的に接し、かつ貫通孔Ｈの少なくとも一部を塞ぐように金属板２に取り付けられた金属板３とを備え、金属板２の表面Ｆａ側から金属板３に接するように電子部品４を貫通孔Ｈに嵌入して金属板２および金属板３の少なくとも一方（本例では、金属板３）に対して電子部品４を固定可能に構成されると共に、金属板３によって電子部品４から吸熱した熱を金属板２に伝熱させて金属板２，３から放熱可能に構成されている。また、この電源装置１００では、放熱板１に電子部品４，４が実装されて筐体Ｘ内に収容されている。

したがって、この放熱板１および電源装置１００によれば、電子部品４の熱を金属板３によって吸熱して金属板２，３の双方から放熱できることは当然のことながら、金属板２および金属板３を面的に接するように重ねて配置したことで十分な厚み（十分な蓄熱量）を確保しつつ、板状部材に位置決め用の凹部を形成した「放熱板」と同様に電子部品４を貫通孔Ｈと金属板３とで形成される凹部内に嵌入することによって正しい実装位置に電子部品４を容易に位置させることができ、かつ、貫通孔Ｈに嵌入した分、すなわち、金属板２の厚みの分だけ電子部品４の実装高を低くすることができると共に、貫通孔Ｈの分だけ放熱板１を軽量化することができる。また、凹部の形成よりも貫通孔Ｈの形成に要するコストが低いことから、放熱板１の製造コストを十分に軽減することができる。

また、本発明に係る放熱板１および電源装置１００によれば、１枚の金属板２に複数の金属板３（本例では、２枚の金属板３）を取り付けると共に、隣り合う金属板３，３を金属板２における裏面Ｆｂに沿って相互に離間して配置して隣り合う金属板３，３の間に通気路Ｒを形成したことにより、金属板２の裏面Ｆｂ側において通気路Ｒに沿って空気を移動させることができるため、裏面Ｆｂの側からの放熱効率を十分に高めることができると共に、通気路Ｒの分だけ放熱板１を一層軽量化することができる。

なお、「放熱板」および「電源装置」の構成は、上記の放熱板１および電源装置１００の構成の例に限定されない。例えば、隣り合う金属板３，３の間に通気路Ｒを形成した放熱板１を例に挙げて説明したが、図５に示す電子部品実装体１０Ａにおける放熱板１Ａ（「放熱板」の他の一例）のように、金属板２の裏面Ｆｂに複数の金属板３ａ，３ａ（「第２の金属板」の他の一例）を離間させずに配置することもできる。なお、同図および後に参照する図６，７において、上記の電子部品実装体１０（放熱板１）の構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

また、図６に示す電子部品実装体１０Ｂにおける放熱板１Ｂ（「放熱板」のさらに他の一例）のように、１枚の金属板２に、２枚の金属板３ｂ１，３ｂ１（「第２の金属板」のさらに他の一例）および１枚の金属板３ｂ２（「第２の金属板」のさらに他の一例）の合計３枚の「第２の金属板」を取り付けることもできる。さらに、貫通孔Ｈの全域を「第２の金属板」によって塞いだ構成を例に挙げて説明したが、同図に示す放熱板１Ｂのように、貫通孔Ｈの一部だけを金属板３ｂ１，３ｂ２によって塞ぐ構成を採用することもできる。

また、図７に示す電子部品実装体１０Ｃにおける放熱板１Ｃ（「放熱板」のさらに他の一例）のように、１枚の金属板２に１枚の金属板３ｃ（「第２の金属板」のさらに他の一例）を取り付けることもできる。さらに、「第１の金属板における一方の面に対して面的に接するように第２の金属板が第１の金属板に取り付けられている」との構成については、金属板２の裏面Ｆｂに金属板３，３ａ，３ｂ１，３ｂ２，３ｃが面的に直接接するように取り付けられている上記の放熱板１，１Ａ〜１Ｃの構成に限定されず、「第１の金属板における一方の面」および「第２の金属板における第１の金属板側の一面」の少なくとも一方に、サーマルコンパウンド（サーマルグリース）等の伝熱剤を塗布した状態で「第１の金属板」および「第２の金属板」を貼り合わせることにより、塗布物の薄膜を介して「第１の金属板における一方の面」に対して面的に接するように「第２の金属板」を「第１の金属板」に取り付ける構成も含まれる。

加えて、１枚の「放熱板」に２つの「電子部品」を実装した構成を例に挙げて説明したが、１枚の「放熱板」に１つの「電子部品」を実装したり、１枚の「放熱板」に３つ以上の複数の「電子部品」を実装したりすることもできる（図示せず）。

１００ 電源装置
１０ 電子部品実装体
１，１Ａ〜１Ｃ 放熱板
２，３，３ａ，３ｂ１，３ｂ２，３ｃ 金属板
４ 電子部品
４ａ 本体部
４ｂ フランジ
Ｆａ 表面
Ｆｂ 裏面
Ｈ 貫通孔
Ｒ 通気路
Ｘ 筐体

Claims (3)

1. 吸熱対象の電子部品を嵌入可能な貫通孔が形成された第１の金属板と、
   前記第１の金属板における一方の面に対して面的に接し、かつ前記貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように当該第１の金属板に取り付けられた第２の金属板とを備え、
   前記第１の金属板における他方の面側から前記第２の金属板に接するように前記電子部品を前記貫通孔に嵌入して当該第１の金属板および当該第２の金属板の少なくとも一方に対して当該電子部品を固定可能に構成されると共に、前記第２の金属板によって前記電子部品から吸熱した熱を前記第１の金属板に伝熱させて当該第１の金属板および当該第２の金属板から放熱可能に構成されている電子部品実装型の放熱板。
2. １枚の前記第１の金属板に複数の前記第２の金属板が取り付けられると共に、隣り合う当該第２の金属板が相互に離間して配置されて隣り合う当該第２の金属板の間に通気路が形成されている請求項１記載の放熱板。
3. 請求項１または２記載の放熱板に前記電子部品が実装されて筐体内に収容されている電源装置。

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