JP2018139236A - ヒートシンク - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量かつ加工が容易であり、冷却能力に優れたヒートシンクを提供する。
【解決手段】本発明のヒートシンクX1は、冷却対象物O1に取り付けられ、伝熱層1Aおよび当該伝熱層1Aに積層された熱輻射層1Bを有する放熱シートにより形成された筒状構造部1、を備え、熱輻射層1Bは、筒状構造部1の外面であって冷却対象物O1から離れた位置に形成されている。
【選択図】図4
【解決手段】本発明のヒートシンクX1は、冷却対象物O1に取り付けられ、伝熱層1Aおよび当該伝熱層1Aに積層された熱輻射層1Bを有する放熱シートにより形成された筒状構造部1、を備え、熱輻射層1Bは、筒状構造部1の外面であって冷却対象物O1から離れた位置に形成されている。
【選択図】図4
Description
本発明は、ヒートシンクに関し、より詳しくは、例えば薄型テレビのICやLED照明の基盤等の冷却に用いるのに適したヒートシンクに関する。
近年、薄型テレビのICやLED基盤等への熱対策として、アルミニウムを代表とした金属製のヒートシンクを配して空気層に熱を逃がし限界温度以下に冷やすように熱設計を行っている。ヒートシンクには、高熱伝導性の金属が使用されており、アルミニウムなどの金属を鋳造、鍛造、切削加工や押出成形することにより、フィン形状を構築し表面積を大きくすることで放熱性の向上が図られてきた(例えば特許文献1,2を参照)。さらに最近では、軽量で加工性に優れる炭素繊維紙や黒鉛紙といった熱伝導性の高い紙、あるいは金属箔を利用したヒートシンクもある(例えば特許文献3を参照)。
LED照明は高効率かつ小型軽量であるという利点があり、特に高所に設置される照明には軽量化の要求が高く、それに合わせて付随する部品、特にヒートシンクにも軽量化が求められている。薄型テレビでは、IC周辺の空間が限られるため、ヒートシンクの形状の自用度が求められ、成形の容易性が必要となっている。また、ICの設置はディスプレイと平行に設置されており、縦置き型での冷却性能が求められている。しかしながら、特許文献1,2等に開示された金属製ヒートシンクでは、重量が嵩むばかりでなく、形状の自由度も乏しい。
その一方、特許文献3に開示された炭素繊維紙や黒鉛紙といった熱伝導性の高い紙を利用したヒートシンクは、軽量化、形状の自由度という点で優れているが、炭素繊維紙や黒鉛紙は金属に比べ熱伝導率が低いため、冷却性能が十分ではない。さらに、特許文献3の金属箔で形成したヒートシンクでは、軽量化、形状の自由度は優れているが、金属は放射率が極めて小さいため輻射による冷却効果が殆ど無く、特許文献1,2の金属製ヒートシンクより冷却能力が低い。
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、軽量かつ加工が容易であり、冷却能力に優れたヒートシンクを提供することを主たる課題としている。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、伝熱層および当該伝熱層に積層された熱輻射層を有する放熱シートを用いることにより、軽量かつ加工が容易であり冷却能力に優れたヒートシンクが得られることを見出し、さらに検討を重ねて本発明を完成させた。
本発明の第1の側面によって提供されるヒートシンクは、冷却対象物に取り付けられ、伝熱層および当該伝熱層に積層された熱輻射層を有する放熱シートにより形成された筒状構造部、を備え、上記熱輻射層は、上記筒状構造部の外面であって上記冷却対象物から離れた位置に形成されている。
好ましくは、上記冷却対象物と上記筒状構造部との間に介在する金属シートを備える。
好ましくは、上記金属シートは、平板状のものを含む。
好ましくは、上記金属シートは、上記筒状構造部の筒軸方向に直交する断面が波形とされた波板状のものを含む。
好ましくは、上記熱輻射層は、上記冷却対象物から離れた位置であって上記筒状構造部の外面全体に形成されている。
好ましくは、上記熱輻射層は、熱放射率が0.8以上である。
好ましくは、上記筒状構造部は、当該筒状構造の筒軸方向の両端が開口する。
好ましくは、上記伝熱層は、金属フィルムであり、上記熱輻射層は、水不溶性無機化合物と耐熱性合成樹脂とを含有し、上記熱輻射層における上記水不溶性無機化合物の含有量が、上記熱輻射層全体に対して、30〜90質量%である。
好ましくは、上記金属フィルムは、アルミニウムまたは銅からなる。
好ましくは、上記水不溶性無機化合物は、シリカ化合物、シリカアルミナ化合物、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、窒化物、層状ケイ酸塩鉱物および石炭灰からなる群より選択される少なくとも1種である。
好ましくは、上記耐熱性合成樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂およびアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種である。
本発明の第2の側面によって提供される冷却構造体は、冷却対象物と、当該冷却対象物に取り付けられた、本発明の第1の側面に係るヒートシンクと、を備える。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
図1は、本発明に係るヒートシンクの第1実施形態を示している。本実施形態のヒートシンクX1は、所定形状を有する筒状構造部1と、金属シート2,3とを備えている。ヒートシンクX1は、例えば薄型テレビ、LED照明、冷蔵庫、洗濯機、エアコン、プリンタ、パーソナルコンピューターなどの家電製品の発熱部、その他車載機器、輸送用機器の照明、作業用照明、暖房機器、プロジェクター、コピー機の発熱部、あるいは電子基板、などの冷却対象物に取り付けて使用される。
筒状構造部1は、所定の積層構造を有する放熱シートにより形成されたものである。
筒状構造部1を構成する放熱シートは、伝熱層と、当該伝熱層に積層された熱輻射層とを有する。
筒状構造部1を構成する放熱シートは、伝熱層と、当該伝熱層に積層された熱輻射層とを有する。
伝熱層は、例えば金属フィルムからなる。伝熱層の具体的な素材については、熱伝導率が高い金属であれば特に限定しないが、好ましくは熱伝導率が30W/m・K以上であり、さらに好ましくは200W/m・K以上である。熱伝導率がこれを下回る場合は冷却効果が低下するおそれがある。伝熱層に用いられる金属の具体的な例としては、銅、アルミニウム、金、銀、錫、ニッケル、鉄またはこれらを混合した物や、これらを1種類以上他の金属に含有させたものが好ましい。特に材料の入手性、コスト、加工の容易さの面からアルミニウムおよび銅が好ましい。
伝熱層の厚みは、例えば15μm〜2mmであり、好ましくは50μm〜500μmである。伝熱層の厚みが15μm未満の場合は、充分な伝熱性能が発揮されず冷却効果が低下するおそれがある。また伝熱層の厚みが2mmを超える場合は、ヒートシンクX1が重くなるばかりか、伝熱層の可撓性が劣るため加工性が悪くなるおそれがある。
熱輻射層を構成する素材については特に限定しないが、アルマイト、放熱塗料、グラファイト、合成樹脂等の放熱性を持った物質で形成されていてもよい。熱輻射層は、好ましくは、上記伝熱層に後述の熱輻射塗料を塗布することにより形成される。熱輻射層は、上記伝熱層から伝えられた熱を赤外線として放射する役割を有する。熱輻射層は、熱放射率が例えば0.8以上であり、0.85以上であることが好ましく、0.9以上であることがより好ましい。そして、本実施形態においては、伝熱層および熱輻射層からなる放熱シートを折り曲げて形成することにより、図2に示した形状の筒状構造部1が得られる。
熱輻射層は水不溶性無機化合物と耐熱性合成樹脂とを含有していることが好ましい。ここで、「水不溶性」とは、20℃の水100mLへの溶解度が1.0g未満であることを意味する。上記水不溶性無機化合物としては、例えば、シリカ化合物、シリカアルミナ化合物、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、窒化物、層状ケイ酸塩鉱物、層状複水酸化物および石炭灰からなる群から選択される少なくとも1種類であることが好ましい。なかでも、シリカ化合物、シリカアルミナ化合物、層状ケイ酸塩鉱物および石炭灰であることがより好ましく、また、放射特性(熱放射率)の観点から、層状ケイ酸塩鉱物および石炭灰であることが更に好ましい。石炭灰とは、フライアッシュやクリンカアッシュといった、火力発電所で石炭を燃焼させた際に発生する灰のことであり、主成分であるシリカ、アルミナが全成分中の80%から95%を占める水不溶性無機化合物の混合物である。
層状ケイ酸塩鉱物としては、例えば、天然物または合成物の雲母、タルク、カオリン、パイロフィライト、セリサイト、バーミキュライト、スメクタイト、ベントナイト、スチーブンサイト、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、ノントロナイト等が挙げられる。これらの中でも、低コストで均一な放熱シートを作製できることから、タルク、カオリン、パイロフィライト、非膨潤性雲母、セリサイト等の非膨潤性粘土鉱物が好ましく、タルク、カオリン、パイロフィライト、および、非膨潤性雲母からなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
熱輻射層に含まれる耐熱性合成樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂が挙げられる。これらは、単独、もしくは2種以上組み合わせて用いられる。なかでも、製膜性や耐熱性に優れることから、ポリイミド樹脂およびポリアミドイミド樹脂が、ハンドリングの容易さと価格の安さからエポキシ樹脂、アクリル樹脂が好適に使用される。上記ポリイミド樹脂およびポリアミドイミド樹脂としては、特に限定されないが、耐熱性に優れることから、芳香族ポリイミド樹脂及および芳香族ポリアミドイミド樹脂が好適に用いられる。上記エポキシ樹脂としては特に限定されないが、ノボラック型エポキシ樹脂が好ましく、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型が好適に用いられるが、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型も使用することができる。上記アクリル樹脂としては、有機溶剤に溶解したポリマー溶液も使用可能であるが、水溶性アクリル樹脂もしくは水に分散したエマルジョンが取り扱いの容易さから好適に用いられる。また、アクリル樹脂はスチレン、ウレタン、酢酸ビニル、シリコーン、アクリル酸塩といったモノマーとの共重合体を形成したアクリル樹脂でもよい。
筒状構造部1を構成する放熱シートは、水不溶性無機化合物と耐熱性合成樹脂および/または耐熱性合成樹脂の前駆体とを含有する熱輻射塗料を伝熱層(金属製フィルム)に塗布する事によって作成することができる。
上記耐熱性合成樹脂の前駆体としては、例えば、ポリアミド酸が挙げられ、当該ポリアミド酸をイミド化することにより、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂が得られる。上記ポリアミド酸をイミド化する方法としては、例えば、ポリアミド酸を加熱閉環してイミド化する方法、ポリアミド酸を化学閉環してイミド化する方法が挙げられる。
上記水不溶性無機化合物を含有する熱輻射塗料は、塗布乾燥後に形成される熱輻射層全体に対して上記水不溶性無機化合物を30〜90質量%の割合で含有しており、残りは耐熱性合成樹脂により形成されている。水不溶性無機化合物を含有する熱輻射塗料を用いた場合の熱輻射層の厚みは、例えば20μm〜100μmである。熱輻射層の厚みが20μm未満であると、輻射放熱性能が低下するおそれがある。また、熱輻射層の厚みが100μmを超えると材料使用量が増えるため不経済であるばかりか、当該熱輻射層が断熱層として働き冷却能力が低下するおそれがある。
次に、本実施形態のヒートシンクX1の具体的な形状について説明する。本実施形態において、筒状構造部1は、上記の放熱シートを同じ方向に折り曲げて囲い状に形成されている。図2に示すように、筒状構造部1は、一対の折り返し部11と、一対の起立部12と、一対の起立部12の先端どうしの間を覆う天井部13と、を有する。
また、図4によく表れているように、筒状構造部1は、熱輻射層1Bが外側になるように形成されている。図4においては、伝熱層に符号1Aを付し、熱輻射層に符号1Bを付している。なお、図1、図2においては、熱輻射層(1B)の形成領域に斜線を付している。
また、図4によく表れているように、筒状構造部1は、熱輻射層1Bが外側になるように形成されている。図4においては、伝熱層に符号1Aを付し、熱輻射層に符号1Bを付している。なお、図1、図2においては、熱輻射層(1B)の形成領域に斜線を付している。
図1、図4に示すように、金属シート2,3は、筒状構造部1と冷却対象物O1との間に介在している。金属シート2は、所定の厚さを有する平板状である。図3に示すように、金属シート3は、所定の厚さの金属板材をコの字状に折り曲げ形成されたものである。
金属シート2には筒状構造部1の折り返し部11が接合されており、本実施形態においては、金属シート2および筒状構造部1により角筒形状をなしている。金属シート3は、上記角筒形状の内側空間を仕切るように複数(本実施形態では4個)配される。
金属シート2には筒状構造部1の折り返し部11が接合されており、本実施形態においては、金属シート2および筒状構造部1により角筒形状をなしている。金属シート3は、上記角筒形状の内側空間を仕切るように複数(本実施形態では4個)配される。
金属シート2,3を構成する素材については特に限定されないが、好ましくは熱伝導率が30W/m・K以上であり、さらに好ましくは200W/m・K以上である。金属シート2,3を構成する金属の具体的な例としては、銅、アルミニウム、金、銀、錫、ニッケル、鉄またはこれらを混合した物や、これらを1種類以上他の金属に含有させたものが好ましい。特に材料の入手性、コスト、加工の容易さの面からアルミニウムおよび銅が好ましい。金属シート2,3を構成する金属は、筒状構造部1の伝熱層1Aと同じ金属でも良いし、また、異なる金属であってもよい。
金属シート2,3の厚みは、筒状構造部1の伝熱層1Aと同程度または当該伝熱層1Aよりも厚いことが好ましい。金属シート2,3の厚みは、例えば50μm〜2mm程度である。
ヒートシンクX1の構成部材(筒状構造部1および金属シート2,3)どうしを接合する方法は特に限定されない。例えば、各部材を接着により接合しても良いし、部材に切り込みを入れて部材どうしを組み合わせる事で接合しても良い。接着する方法としては接着剤を用いても良いし、粘着テープを用いても良い。さらには溶接や冷間接合により接合しても良い。また、各部材をシリコングリスや熱伝導性グリス、熱伝導性シート(「サーマルインターフェースマテリアル」と呼ばれる)を介して固定しても良い。
図4から理解されるように、本実施形態において、熱輻射層1Bは、筒状構造部1の外面に形成されており、冷却対象物O1から離れた位置に形成されている。また、筒状構造部1の筒軸方向の両端が開口している。
本実施形態のヒートシンクX1によれば、冷却対象物O1の熱は、熱伝導率の高い伝熱層1Aを介して放熱シート(筒状構造部1)全体に伝わり、放熱される。また、筒状構造部1の外面には熱輻射層1Bが設けられている。このような構成によれば、熱輻射層1Bでの高い輻射冷却効果が得られる。
さらに、ヒートシンクX1においては、筒状構造部1と冷却対象物O1との間に金属シート2,3が介在している。このように熱伝導率の高い金属シート2,3を具備する構成によれば、放熱効率が高まり冷却効果が向上する。
また、ヒートシンクX1を冷却対象物O1に取り付ける際、筒状構造部1の筒軸方向が上下に沿うように縦置き型に設置すると、筒状構造部1の内側空間において暖められた空気は上昇する。したがって、自動的に上記内側空間を空気が下から上に流れ(「煙突効果」と呼ばれる)、この対流による冷却効果が著しく向上する。そして、上記列挙した冷却効果(熱伝導、輻射効果、煙突効果)により、軽量で冷却効率に優れたヒートシンクX1となすことができる。
図5〜図7は、本発明に係るヒートシンクの第2実施形態を示している。なお、図5以降の図においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
本実施形態のヒートシンクX2は、筒状構造部1と、金属シート2とを備えている。筒状構造部1は、その形状が上記実施形態と異なっているが、当該筒状構造部1は放熱シートにより形成されており、当該放熱シート自体は上記のヒートシンクX1と同じ構成の伝熱層1Aおよび熱輻射層1Bからなる(図7参照)。
本実施形態において、筒状構造部1は、熱輻射層1Bが外側になるように概略角筒形状に折り曲げられている。そして、かかる構成の筒状構造部1が、平板状の金属シート2上に複数(本実施形態では5個)並んだ状態で当該金属シート2に接合されている。なお、図5、図6においては、熱輻射層(1B)の形成領域に斜線を付している。
本実施形態のヒートシンクX2においても上述のヒートシンクX1と同様の効果を奏することができる。
図8〜図10は、本発明に係るヒートシンクの第3実施形態を示している。本実施形態のヒートシンクX3は、筒状構造部1と、金属シート2,3とを備えている。筒状構造部1は、上記第1実施形態における筒状構造部1(図2参照)と同一である。即ち、筒状構造部1は、熱輻射層1Bが外側になるように形成されている。なお、図8においては、熱輻射層(1B)の形成領域に斜線を付している。
金属シート2は、上記実施形態と同様に平板状である。金属シート2は、筒状構造部1の内側において、折り返し部11に重ね合わされ、当該折り返し部11と接合される。これにより、本実施形態においては、金属シート2および筒状構造部1により角筒形状をなしている。
図9に示すように、本実施形態の金属シート3は、所定の厚さの金属板材を波板状に折り曲げ形成されたものである。金属シート3は、金属シート2および筒状構造部1による上記角筒形状の内側空間に配される。図10から理解されるように、金属シート3は、筒状構造部1の筒軸方向に直交する断面が波形である。
本実施形態のヒートシンクX3においても上述のヒートシンクX1と同様の効果を奏することができる。
図11、図12は、本発明に係るヒートシンクの第4実施形態を示している。本実施形態のヒートシンクX4は、筒状構造部1を備えて構成されている。筒状構造部1は、放熱シートを折り曲げて形成されたものであり、角筒形状の囲い状部分と、その内部に位置する波板状部分とが一連に繋がった形態を有する。本実施形態の筒状構造部1においては、熱輻射層1Bが上記囲い状部分の外側になるように形成されている。なお、図11においては、熱輻射層(1B)の形成領域に斜線を付している。
本実施形態のヒートシンクX4においても上述のヒートシンクX1と同様の効果を奏することができる。
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。本発明に係るヒートシンクの各部の構成も種々に変更可能である。
本発明に係るヒートシンクは、筒状構造部の外面に熱輻射層を設けてあることが特徴であるが、筒状構造部の内面に熱輻射層を設けても良い。また、上記実施形態における金属シート2,3に相当する部分の表面に熱輻射層を設けても良い。
熱輻射層は、ヒートシンクを形成した後に設けても良い。また、熱輻射層は、必ずしも筒状構造部の外面全体に設ける必要はなく、筒状構造部の外面に部分的に設けてもよい。
さらに、熱輻射層の形成手法は特に限定されるものではない。上記実施形態のように熱輻射塗料の塗布によって形成する方法の他、例えば黒アルマイト処理等で形成しても良く、また、熱輻射能の高いフィルムを貼付することで形成しても良い。
次に、本発明の有用性を実施例および比較例により説明する。
〔放熱シートの製造例1〕
(ポリアミド酸ワニスの合成)
撹拌機と温度計を備えた1Lの4つ口フラスコに、4,4’−ジアミノジフェ二ルエーテル73.2gとN−メチル−2−ピロリドン832gを仕込み、撹拌しながら50℃に昇温して溶解させた。次に、無水ピロメリット酸40gとビフェニルテトラカルボン酸二無水物51gを徐々に添加した。添加終了後1時間撹拌し、N−メチル−2−ピロリドンに、下記式(I)で表される芳香族ポリアミド酸が16.5質量%の濃度で溶解されて成
るポリアミド酸ワニスを得た。
(ポリアミド酸ワニスの合成)
撹拌機と温度計を備えた1Lの4つ口フラスコに、4,4’−ジアミノジフェ二ルエーテル73.2gとN−メチル−2−ピロリドン832gを仕込み、撹拌しながら50℃に昇温して溶解させた。次に、無水ピロメリット酸40gとビフェニルテトラカルボン酸二無水物51gを徐々に添加した。添加終了後1時間撹拌し、N−メチル−2−ピロリドンに、下記式(I)で表される芳香族ポリアミド酸が16.5質量%の濃度で溶解されて成
るポリアミド酸ワニスを得た。
(ポリイミド系熱輻射塗料の調製)
タルク(日本タルク社製、「タルクRA」)3.0g、石炭灰(相馬環境サービス社製、「クリーンアッシュ」)3.0g、カーボンブラック(三菱化学社製、MA−100)0.2g、上記で合成したポリアミド酸ワニス24.5g(ポリアミド酸4.0g、N−メチル−2−ピロリドン20.5g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、不揮発成分全体に対する水不溶性無機化合物(タルク+石炭灰)と着色剤(カーボンブラック)の割合が60.8質量%、分散液全体に対する不揮発成分の割合が33.2質量%である均一な熱輻射塗料を得た。
タルク(日本タルク社製、「タルクRA」)3.0g、石炭灰(相馬環境サービス社製、「クリーンアッシュ」)3.0g、カーボンブラック(三菱化学社製、MA−100)0.2g、上記で合成したポリアミド酸ワニス24.5g(ポリアミド酸4.0g、N−メチル−2−ピロリドン20.5g)をプラスチック製密閉容器にとり、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を10分間、脱泡モード(2200rpm)を10分間行って撹拌し、不揮発成分全体に対する水不溶性無機化合物(タルク+石炭灰)と着色剤(カーボンブラック)の割合が60.8質量%、分散液全体に対する不揮発成分の割合が33.2質量%である均一な熱輻射塗料を得た。
(放熱シートの作製)
得られた熱輻射塗料を、100μm厚のアルミニウムシートに、溝の深さが200μmのバーコーターを用いて塗布した。アルミニウムシートを水平に保った状態で強制送風式オーブン中90℃の温度条件で2時間乾燥してアルミニウムシート上に熱輻射層を形成した。このアルミニウムシートを、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、250℃で5分、350℃で60分熱処理して、タルクと、石炭灰と、カーボンブラックと、ポリイミド樹脂とからなり、熱輻射層全体に対する水不溶性無機化合物(タルク+石炭灰)と着色剤(カーボンブラック)の含有量が60.8質量%である厚さ49.2μmの熱輻射層を有するアルミニウムシートを得た。
得られた熱輻射塗料を、100μm厚のアルミニウムシートに、溝の深さが200μmのバーコーターを用いて塗布した。アルミニウムシートを水平に保った状態で強制送風式オーブン中90℃の温度条件で2時間乾燥してアルミニウムシート上に熱輻射層を形成した。このアルミニウムシートを、順に、120℃で30分、150℃で5分、200℃で5分、250℃で5分、350℃で60分熱処理して、タルクと、石炭灰と、カーボンブラックと、ポリイミド樹脂とからなり、熱輻射層全体に対する水不溶性無機化合物(タルク+石炭灰)と着色剤(カーボンブラック)の含有量が60.8質量%である厚さ49.2μmの熱輻射層を有するアルミニウムシートを得た。
〔実施例1〕
(ヒートシンクの作成)
本実施例のヒートシンクの作成を図1〜図4に基づいて説明する。厚さ300μmのアルミニウムシートを切断し、図1、図4で示したヒートシンクの底板にあたる部分(金属シート2)を作成する。次に厚さ100μmのアルミニウムシートを切断して折り曲げ、図3の部材(金属シート3)を4個作成する。次に上述の方法で作成した熱輻射層を有するアルミニウムシート(放熱シート)を切断して折り曲げ、図2の部材(筒状構造部1)を作成する。この際に熱輻射層が外側に来るように折り曲げる。次にこれらの部材を熱伝導両面テープ(寺岡製作所製、型番7055)で接着して図1および図4で示したヒートシンクを作成した。
(ヒートシンクの作成)
本実施例のヒートシンクの作成を図1〜図4に基づいて説明する。厚さ300μmのアルミニウムシートを切断し、図1、図4で示したヒートシンクの底板にあたる部分(金属シート2)を作成する。次に厚さ100μmのアルミニウムシートを切断して折り曲げ、図3の部材(金属シート3)を4個作成する。次に上述の方法で作成した熱輻射層を有するアルミニウムシート(放熱シート)を切断して折り曲げ、図2の部材(筒状構造部1)を作成する。この際に熱輻射層が外側に来るように折り曲げる。次にこれらの部材を熱伝導両面テープ(寺岡製作所製、型番7055)で接着して図1および図4で示したヒートシンクを作成した。
〔実施例2〕
(ヒートシンクの作成)
本実施例のヒートシンクの作成を図5〜図7に基づいて説明する。製造例1で作成した熱輻射層を有するアルミニウムシートを切断して折り曲げ、図6にある筒状の部材(筒状構造部1)を5個作成する。この際に熱輻射層が外側になるように折り曲げる。厚さ300μmのアルミニウムシートを切断し、図5、図7で示したヒートシンクの底板にあたる部分(金属シート2)を作成する。図6の筒状の部材を底板に熱伝導両面テープ(寺岡製作所製、型番7055)で接着して図5および図7で示したヒートシンクを作成した。
(ヒートシンクの作成)
本実施例のヒートシンクの作成を図5〜図7に基づいて説明する。製造例1で作成した熱輻射層を有するアルミニウムシートを切断して折り曲げ、図6にある筒状の部材(筒状構造部1)を5個作成する。この際に熱輻射層が外側になるように折り曲げる。厚さ300μmのアルミニウムシートを切断し、図5、図7で示したヒートシンクの底板にあたる部分(金属シート2)を作成する。図6の筒状の部材を底板に熱伝導両面テープ(寺岡製作所製、型番7055)で接着して図5および図7で示したヒートシンクを作成した。
〔放熱シートの製造例2〕
(エポキシ系熱輻射塗料の調製)
ビスフェノールA系エポキシ樹脂(住友ベークライト製)10gと硬化剤(住友ベークライト製)5.0gとN−メチル−2−ピロリドン11.2gをプラスチック製容器にとり、タルク(5000PJ、松村産業)18g、アルミナ(A−42−2、昭和電工)4.5gを加え、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を5分間、脱泡モード(2200rpm)を3分間行って撹拌し、不揮発成分全体に対するタルクとアルミナの割合が60質量%である均一な熱輻射塗料を得た。
(エポキシ系熱輻射塗料の調製)
ビスフェノールA系エポキシ樹脂(住友ベークライト製)10gと硬化剤(住友ベークライト製)5.0gとN−メチル−2−ピロリドン11.2gをプラスチック製容器にとり、タルク(5000PJ、松村産業)18g、アルミナ(A−42−2、昭和電工)4.5gを加え、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を5分間、脱泡モード(2200rpm)を3分間行って撹拌し、不揮発成分全体に対するタルクとアルミナの割合が60質量%である均一な熱輻射塗料を得た。
(放熱シートの作製)
得られた熱輻射塗料を、100μm厚のアルミニウムシートに、溝の深さが80μmのバーコーターを用いて塗布した。アルミニウムシートを水平に保った状態で強制送風式オーブン中、90℃で10分、130℃で20分、乾燥と加熱硬化を行い、厚さ65μmの熱輻射層を有するアルミニウムシートを得た。
得られた熱輻射塗料を、100μm厚のアルミニウムシートに、溝の深さが80μmのバーコーターを用いて塗布した。アルミニウムシートを水平に保った状態で強制送風式オーブン中、90℃で10分、130℃で20分、乾燥と加熱硬化を行い、厚さ65μmの熱輻射層を有するアルミニウムシートを得た。
〔実施例3〕
(ヒートシンクの作成)
熱輻射層を有するアルミニウムシートとして製造例2で作成したアルミニウムシートを用いた以外は実施例2と同様にして、図5および図7で示した形状のヒートシンクを作成した。
(ヒートシンクの作成)
熱輻射層を有するアルミニウムシートとして製造例2で作成したアルミニウムシートを用いた以外は実施例2と同様にして、図5および図7で示した形状のヒートシンクを作成した。
〔放熱シートの製造例3〕
(アクリル系熱輻射塗料の調製)
アクリル樹脂エマルジョン(A−3611、固形分48%、東亞合成製)10gに、タルク(5000PJ、松村産業)5.76g、アルミナ(A−42−2、昭和電工)1.44gを加え、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を5分間、脱泡モード(2200rpm)を3分間行って撹拌し、不揮発成分全体に対するタルクとアルミナの割合が61質量%である均一な熱輻射塗料を得た。
(アクリル系熱輻射塗料の調製)
アクリル樹脂エマルジョン(A−3611、固形分48%、東亞合成製)10gに、タルク(5000PJ、松村産業)5.76g、アルミナ(A−42−2、昭和電工)1.44gを加え、自転公転ミキサー(シンキー社製、「ARE−310」)で混合モード(2000rpm)を5分間、脱泡モード(2200rpm)を3分間行って撹拌し、不揮発成分全体に対するタルクとアルミナの割合が61質量%である均一な熱輻射塗料を得た。
(放熱シートの作製)
得られた熱輻射塗料を、100μm厚のアルミニウムシートに、溝の深さが80μmのバーコーターを用いて塗布した。アルミニウムシートを水平に保った状態で強制送風式オーブン中、90℃で10分乾燥を行い、厚さ50μmの熱輻射層を有するアルミニウムシートを得た。
得られた熱輻射塗料を、100μm厚のアルミニウムシートに、溝の深さが80μmのバーコーターを用いて塗布した。アルミニウムシートを水平に保った状態で強制送風式オーブン中、90℃で10分乾燥を行い、厚さ50μmの熱輻射層を有するアルミニウムシートを得た。
〔実施例4〕
(ヒートシンクの作成)
熱輻射層を有するアルミニウムシートとして製造例3で作成したアルミニウムシートを用いた以外は実施例2と同様にして、図5および図7で示した形状のヒートシンクを作成した。
(ヒートシンクの作成)
熱輻射層を有するアルミニウムシートとして製造例3で作成したアルミニウムシートを用いた以外は実施例2と同様にして、図5および図7で示した形状のヒートシンクを作成した。
〔比較例1〕
実施例1において熱輻射層を有するアルミシートに換えて熱輻射層を有しない100μm厚のアルミシートを用いた以外は実施例1と同様にしてヒートシンクを作成した。
実施例1において熱輻射層を有するアルミシートに換えて熱輻射層を有しない100μm厚のアルミシートを用いた以外は実施例1と同様にしてヒートシンクを作成した。
〔比較例2〕
ヒートシンクとして図13に示すようなアルミの押出成形で形成されたLSIクーラー社製ヒートシンク12F51L50(51×50×12 ピン数11 39g アルマイト処理あり)を用意した。
ヒートシンクとして図13に示すようなアルミの押出成形で形成されたLSIクーラー社製ヒートシンク12F51L50(51×50×12 ピン数11 39g アルマイト処理あり)を用意した。
(冷却性能の評価)
実施例1〜4および比較例1〜2のヒートシンクを用いて冷却性能の測定を行った。測定方法としては、図14、図15に示すように、ガラス板91上に、基板92(サンハヤト社製「MODEL ICB−88G」)上に載った2.4cm角、厚み0.5〜1.5mmのセラミックヒーター(ビーアイテクノロジージャパン社製、「BPC10」)(以下、単に「ヒーター93」ともいう)を設置した。ヒーター93の裏面には熱電対94を貼着した。ヒーター93端部に被覆電線を半田付けすることで図示しない直流安定化電源(エーアンドデイ社製、「AD−8724D」)とヒーターを接続した。ヒーター93には、上記半田付け部分とヒートシンクとの接触を避けるため、これと同面積のアルミニウム板95(厚み1mm)を設置し、また、ガラス板91下部には、断熱材として発泡スチロール96を固定した。この測定装置を、垂直に設置し直流安定化電源の出力電流を調節し、3Wの電力をヒーター93に入力し、データロガーにより平衡状態となった時の温度(温度(A))を計測した。これはヒートシンクが無い場合の温度である。
実施例1〜4および比較例1〜2のヒートシンクを用いて冷却性能の測定を行った。測定方法としては、図14、図15に示すように、ガラス板91上に、基板92(サンハヤト社製「MODEL ICB−88G」)上に載った2.4cm角、厚み0.5〜1.5mmのセラミックヒーター(ビーアイテクノロジージャパン社製、「BPC10」)(以下、単に「ヒーター93」ともいう)を設置した。ヒーター93の裏面には熱電対94を貼着した。ヒーター93端部に被覆電線を半田付けすることで図示しない直流安定化電源(エーアンドデイ社製、「AD−8724D」)とヒーターを接続した。ヒーター93には、上記半田付け部分とヒートシンクとの接触を避けるため、これと同面積のアルミニウム板95(厚み1mm)を設置し、また、ガラス板91下部には、断熱材として発泡スチロール96を固定した。この測定装置を、垂直に設置し直流安定化電源の出力電流を調節し、3Wの電力をヒーター93に入力し、データロガーにより平衡状態となった時の温度(温度(A))を計測した。これはヒートシンクが無い場合の温度である。
次に、図16に示すように、各ヒートシンクXを、シリコーンゴム97(信越シリコーン社製、TC−HSV−1.4、厚み500μm、20mm×20mm)を間に挟んで、アルミニウム板95を設置したヒーター93上に設置し、測定装置を垂直に配置して平衡状態となった時の温度(ヒートシンク設置温度(B))を計測した。温度(A)と温度(B)との温度差(A−B)を冷却性能として評価した。この温度差が大きいほど冷却性能が高いと言える。測定結果を表1に示す。
実施例1,2と比較例2の結果より、本発明のヒートシンクは約1/7の重量でありながら押出成形で形成されたヒートシンクと同等以上の冷却性能がある事が明らかである。また比較例1と実施例1より、本発明のヒートシンクはアルミ箔のみで作成したヒートシンクに比べて冷却性能が高い事が明らかである。
X,X1,X2,X3,X4 ヒートシンク
1 筒状構造部
1A 伝熱層
1B 熱輻射層
11 折り返し部
12 起立部
13 天井部
2,3 金属シート
91 ガラス板
92 基板
93 ヒーター
94 熱電対
95 アルミニウム板
96 発泡スチロール
97 シリコーンゴム
O1 冷却対象物
1 筒状構造部
1A 伝熱層
1B 熱輻射層
11 折り返し部
12 起立部
13 天井部
2,3 金属シート
91 ガラス板
92 基板
93 ヒーター
94 熱電対
95 アルミニウム板
96 発泡スチロール
97 シリコーンゴム
O1 冷却対象物
Claims (9)
- 冷却対象物に取り付けられ、伝熱層および当該伝熱層に積層された熱輻射層を有する放熱シートにより形成された筒状構造部を備え、
上記熱輻射層は、上記筒状構造部の外面であって上記冷却対象物から離れた位置に形成されている、ヒートシンク。 - 上記冷却対象物と上記筒状構造部との間に介在する金属シートを備える、請求項1に記載のヒートシンク。
- 上記金属シートは、平板状のものを含む、請求項2に記載のヒートシンク。
- 上記金属シートは、上記筒状構造部の筒軸方向に直交する断面が波形とされた波板状のものを含む、請求項2または3に記載のヒートシンク。
- 上記伝熱層は、金属フィルムであり、
上記熱輻射層は、水不溶性無機化合物と耐熱性合成樹脂とを含有し、上記熱輻射層における上記水不溶性無機化合物の含有量が、上記熱輻射層全体に対して、30〜90質量%である、請求項1ないし4のいずれかに記載のヒートシンク。 - 上記金属フィルムは、アルミニウムまたは銅からなる、請求項5に記載のヒートシンク。
- 上記水不溶性無機化合物は、シリカ化合物、シリカアルミナ化合物、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、窒化物、層状ケイ酸塩鉱物および石炭灰からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項5または6に記載のヒートシンク。
- 上記耐熱性合成樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂およびアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項5ないし7のいずれかに記載のヒートシンク。
- 冷却対象物と、当該冷却対象物に取り付けられた、請求項1ないし8のいずれかに記載のヒートシンクと、を備える、冷却構造体。
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