JP3633567B2 - Heat sink for forced air cooling - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体スイッチング素子などを含むパワーモジュールのような発熱体と空気との熱交換を強制的に行うための強制空冷用ヒートシンク、特には熱交換用空気流通路を流れる空気から塵埃などを除去するためのフィルタを設けた強制空冷用ヒートシンクに関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
従来、強制空冷用ヒートシンクの例として、アルミニウム製の櫛形ヒートシンクを用いて、その放熱フィン群を内側に配置した形態のダクト状放熱ユニットを構成し、その放熱ユニット上に冷却対象の発熱体を伝熱的に搭載すると共に、放熱ユニット内に送風機からの熱交換用の空気を流通させるようにしたものが提供されている。このような強制空冷用ヒートシンクを、クリーンな環境が要求される環境下(例えば半導体工場内)で使用する場合には、熱交換のために流通する空気から塵埃などを除去するためのフィルタを設置することが必要になり、また、フィルタの前段に位置した熱交換用空気流通路から汚れた空気が漏れないようにするためにフィルタの周りと櫛形ヒートシンクの端面との間にシール用のパッキンを設けることも必要となる。
【0003】
上記のようなパッキンとしては、シール性に優れた独立気泡構造の熱可塑性樹脂フォームにより製造されたものを用いることが一般的である。ところが、このような材料より成るパッキンは耐熱性が低いという弱点があるのに対して、上記強制空冷用ヒートシンクは70℃以上の高温になるという事情がある。このため、パッキンをヒートシンクの端面に直接的に接触させる構造とした場合には、そのパッキンが熱変形してシール性能の低下を招くことが避けられず、シール構造を長い期間にわたって保持することが困難になるという背景があった。
【0004】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換用空気流通路をシールするためのパッキンが熱劣化する事態を効果的に防止できて、シール性能を長期間にわたって維持可能になるなどの効果を奏する強制空冷用ヒートシンクを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の手段によれば、放熱ユニットの空気出口側に配置されたガイド部材は、その放熱ユニットの端面部、つまり熱交換用空気流通路を包囲した形態となる端面部に当接して当該熱交換用空気流通路の一部を構成する枠状の本体部と、この本体部の周縁部から延出されたフランジ部とを有した構成となっており、このガイド部材のフランジ部とフィルタの周縁部との間に、熱交換用空気流通路をシールするためのパッキンを配置する構成となっている。この結果、パッキンと放熱ユニットとの間に、ガイド部材が介在された形態となるから、放熱ユニットの熱がパッキンに伝わりにくくなる。このため、パッキンが熱劣化する事態を効果的に防止できるようになって、そのシール性能を長期間にわたって維持することが可能になる。
【0006】
請求項2記載の手段によれば、前記ガイド部材は、金属板を曲げ加工したもので済むから、その製造コストを低減することができる。
【0007】
請求項3記載の手段によれば、フランジ部及びパッキン間に当該パッキンに沿った枠状に形成されたプレート部材を介在させた構成、換言すれば、パッキンと放熱ユニットの間にガイド部材及びプレート部材の双方が介在された構成となっているから、放熱ユニットの熱がパッキンへ一段と伝わりにくくなる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を産業ロボット用のモータ制御装置のための強制空冷用ヒートシンクに適用した一実施例について図面を参照しながら説明する。
図1及び図2には要部の縦断面図及び分解斜視図が示されている。これら図1及び図2において、筐体1(図1にのみ示す)は、産業用ロボットのためのモータ制御装置及びその強制空冷用ヒートシンク、並びに他の制御部品などを収納するためもので、その一側壁に、強制空冷用ヒートシンクを構成するダクト状の放熱ユニット2から排出される空気(熱交換後の空気)を排出するための開口部1aが形成されている。
【0009】
上記放熱ユニット2は、アルミニウムの押出により形成した同一形状の2個の櫛形ヒートシンク3及び4を、それぞれの放熱フィン群3a及び4aが互いに対向するように配置し、この配置状態で両者を金属製(例えばアルミニウム製)の側板5及び6(図2参照)により一体化することによって、長手方向の両端面が開口された矩形箱状に構成されている。尚、上記放熱フィン群3a及び4aが、放熱ユニット2の長手方向(送風方向)に延びた形態になっていることは言うまでもなく、これにより、放熱ユニット2は内部を熱交換用空気流通路とした送風ダクトとして機能するようになっている。また、上記側板5及び6は、櫛形ヒートシンク3及び4のプレート状ベース部3b及び4bにネジ止めにより固定されるものである。
【0010】
そして、このように構成された放熱ユニット2には、図1に示すように、例えば、その上面にモータ制御装置のためのパワーモジュール(IGBTのような電力用スイッチング素子や大容量ダイオードなどを含む)を備えた制御ユニット7(発熱体に相当)が伝熱的に搭載され、下面に制御対象のモータのための回生電流用抵抗ユニット8(発熱体に相当)が伝熱的に搭載される。
上記放熱ユニット2は、筐体1内に、その一方の端面が前記開口部1aに臨むように配置される。この場合、放熱ユニット2は、上記一方の端面が、筐体1における開口部1aが形成された側壁面と平行し、且つ当該側壁面の外面より所定寸法Δdだけ内方に位置するように配置される。また、図示しないが、放熱ユニット2の他方の端面側には、当該放熱ユニット2内に図中矢印A方向(開口部1a方向)へ送風するための強制空冷用送風機が設置される。
【0011】
放熱ユニット2における開口部1a側の端面には、ガイド部材9が例えば4本のネジ10により取り付けられる。このガイド部材9は、金属板(例えばステンレス鋼板)に対し打ち抜き加工及び曲げ加工を施すことにより形成されるもので、深さ寸法が前記寸法Δdと等しくされた浅底な矩形容器状の本体部9aと、この本体部9aの開口縁部の四辺から外方へ折曲された4個のフランジ部9bとを備えた形状となっており、その取り付け状態では、本体部9aが開口部1a内に入り込んで、当該本体部9aの底面相当部分が放熱ユニット2の端面に当接すると共に、フランジ部9bが筐体1における開口部1aの周縁部にその外面側から当接する形態となっている。
【0012】
また、ガイド部材9における本体部9a底面相当部分には、当該ガイド部材9が放熱ユニット2に取り付けられた状態で当該放熱ユニット2端面の開口領域(放熱フィン3a及び4aを含む矩形状の領域)に対向した形態となる矩形状の通風口9cが形成されている。これにより、ガイド部材9の本体部9aは、熱交換用空気流通路の一部を構成するようになる。さらに、上記本体部9aにおける通風口9cの縁部には、ガイド部材9を放熱ユニット2に対しネジ10により取り付け固定するための4個のネジ挿通孔9d(図2参照)が形成されており、放熱ユニット2におけるベース部3a及び4bには、上記ネジ挿通孔9dに対応した部位にネジ孔10a(図2参照)が形成されている。尚、ガイド部材9の上下の各フランジ部9bにも、筐体1に対して後述するプレート11及びフィルタカバー12を固定するネジ13のためのネジ挿通孔9e(図2参照)が2個ずつ形成されている。
【0013】
上記プレート11は、金属板(例えばステンレス鋼板或いは冷間圧延鋼板)を矩形枠状に加工したもので、その上下枠部分に前記ネジ13のためのネジ挿通孔11a(図2参照)が2個ずつ形成されている。
上記フィルタカバー12は、金属板(例えば冷間圧延鋼板)に対し打ち抜き加工及び曲げ加工を施すことにより形成されるもので、フィルタ14を収納するための矩形容器状の本体部12aと、この本体部12aの開口縁部の上下二辺から外方へ折曲された2個のフランジ部12bとを備えた形状となっている。また、フィルタカバー12における本体部12a底面相当部分には、通風用の開口部12cが形成されている。さらに、フィルタカバー12の各フランジ部12bには、当該フィルタカバー12を前記プレート11と共に筐体1に固定するネジ13のためのネジ挿通孔12dが2個ずつ形成されている。
【0014】
上記フィルタカバー12内に収納されるフィルタ14は、矩形状の枠体14a内にコルゲート加工されたペーパー状フィルタ部材14bを配置した周知構成のものであり、その枠体14aの前後方向(通風方向)の両面に形成されたフランジ部14c(図1参照)には、矩形枠状のパッキン15及び16がそれぞれ接着などにより固定されている。上記パッキン15及び16は、安価で且つシール性が良好な材料である例えば独立気泡構造の熱可塑性樹脂フォームを材料としたものである。
【0015】
そして、上記フィルタ14は、前記ガイド部材9の通風口9cを覆うように装着されるものであり、その装着時には、パッキン15及び16が固定された状態のフィルタ14をフィルタカバー12内に収納すると共に、プレート11をパッキン16に当接させた位置に配置し、この状態でフィルタカバー14のネジ挿通孔12d、プレート11のネジ挿通孔11a及びガイド部材9のネジ挿通孔9eに挿通したネジ13を筐体1側に形成されたネジ孔13a(図1参照)に螺合する。これにより、図1に示すよう取り付け状態となる。この状態では、放熱ユニット2から排出される空気が、ガイド部材9の本体部9aに形成された通風口9c、プレート11の枠内、フィルタ14内及びフィルタカバー12の開口部12cを通じて外部に排出されることになり、その排出空気がクリーン化されることになる。この場合、フィルタ14の装着部分での気密性の保持は、パッキン15及び16によって行われる構成となっている。
【0016】
このような構成とした本実施例による強制空冷ヒートシンクによれば、放熱ユニット2内から排出される空気の通路にフィルタ14が設けられているから、半導体製造工場などのようなクリーンな環境が要求される条件下での使用に耐え得るようになる。この場合、パッキン15及び16の耐熱温度である70℃程度を越えて高温となる放熱ユニット2と、この放熱ユニット2からの熱の影響を受けやすいパッキン16との間に、ガイド部材9及びプレート11が介在されている。このため、放熱ユニット2からの熱がパッキン16に伝わりにくくなって、そのパッキン16の熱劣化を効果的に防止できる。この結果、パッキン15、16によるシール性を長期間にわたって良好な状態に維持できる。また、ガイド部材9は、金属板に対し打ち抜き加工及び曲げ加工を施して形成されるものであるから、その製造コストを低減することができる。
【0017】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、以下に述べるような変形或いは拡張が可能である。
プレート11は必要に応じて設ければ良い。また、ガイド部材9、プレート11、フィルタカバー12、パッキン15及び16などの材質は上記実施例で述べたものに限定されないことは勿論である。さらに、発熱体の例として産業用ロボットのためのモータ制御装置の制御回路ユニット7や回生電流用抵抗ユニット8を挙げたが、このような例に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す要部の縦断面図
【図2】要部の分解斜視図
【符号の説明】
1は筐体、2は放熱ユニット、3、4は櫛形ヒートシンク、7は制御ユニット(発熱体)、8は回生電流用抵抗ユニット(発熱体)、9はガイド部材、9aは本体部、9bはフランジ部、11はプレート、12はフィルタカバー、14はフィルタ、15、16はパッキンを示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat sink for forced air cooling for forcibly exchanging heat between a heating element such as a power module including a semiconductor switching element and the air, and particularly dust from the air flowing through the air flow passage for heat exchange. The present invention relates to a heat sink for forced air cooling provided with a filter for removal.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, as an example of a forced air cooling heat sink, an aluminum comb-shaped heat sink is used to form a duct-shaped heat dissipation unit with its heat dissipating fins arranged inside, and a heat generating element to be cooled is transmitted onto the heat dissipating unit. There is provided a device that is mounted thermally and in which air for heat exchange from a blower is circulated in a heat dissipation unit. When such a forced air cooling heat sink is used in an environment where a clean environment is required (for example, in a semiconductor factory), a filter is installed to remove dust from the circulating air for heat exchange. In order to prevent dirty air from leaking from the heat exchange air flow path located in front of the filter, a sealing packing is provided between the filter and the end face of the comb heat sink. It is also necessary to provide it.
[0003]
As the packing as described above, it is common to use one made of a closed cell structure thermoplastic resin foam having excellent sealing properties. However, the packing made of such a material has a weak point that heat resistance is low, whereas the heat sink for forced air cooling has a high temperature of 70 ° C. or higher. For this reason, in the case of a structure in which the packing is brought into direct contact with the end surface of the heat sink, it is inevitable that the packing is thermally deformed to cause a decrease in sealing performance, and the sealing structure can be held for a long period of time. There was a background that became difficult.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to effectively prevent a situation in which the packing for sealing the air flow passage for heat exchange is thermally deteriorated, and to maintain the sealing performance for a long period of time. An object of the present invention is to provide a heat sink for forced air cooling that has the effect of becoming possible.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the guide member disposed on the air outlet side of the heat radiating unit is in contact with the end surface portion of the heat radiating unit, that is, the end surface portion in a form surrounding the heat exchange air flow passage. It has a configuration having a frame-shaped main body portion that constitutes a part of the air flow passage for heat exchange, and a flange portion that extends from the peripheral edge portion of the main body portion, and the flange portion of the guide member A packing for sealing the air flow passage for heat exchange is arranged between the peripheral edge of the filter. As a result, since the guide member is interposed between the packing and the heat radiating unit, the heat of the heat radiating unit is hardly transmitted to the packing. For this reason, it becomes possible to effectively prevent the packing from being thermally deteriorated, and the sealing performance can be maintained over a long period of time.
[0006]
According to the second aspect of the present invention, since the guide member only needs to be formed by bending a metal plate, the manufacturing cost can be reduced.
[0007]
According to the means of
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a heat sink for forced air cooling for a motor control device for an industrial robot will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show a longitudinal sectional view and an exploded perspective view of the main part. 1 and 2, a housing 1 (shown only in FIG. 1) is for housing a motor control device for an industrial robot, its heat sink for forced air cooling, and other control components. An
[0009]
In the heat dissipating unit 2, two comb-
[0010]
As shown in FIG. 1, the heat dissipating unit 2 configured as described above includes, for example, a power module for a motor control device (a power switching element such as an IGBT or a large-capacity diode) on its upper surface. ), And a regenerative current resistance unit 8 (corresponding to the heating element) for the motor to be controlled is mounted on the lower surface. .
The heat dissipating unit 2 is arranged in the
[0011]
A guide member 9 is attached to, for example, four
[0012]
Further, in the portion corresponding to the bottom surface of the main body portion 9a of the guide member 9, the opening region of the end surface of the heat radiating unit 2 (rectangular region including the heat radiating fins 3a and 4a) with the guide member 9 attached to the heat radiating unit 2 A
[0013]
The
The
[0014]
The
[0015]
And the said
[0016]
According to the forced air cooling heat sink according to the present embodiment having such a configuration, the
[0017]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified or expanded as described below.
The
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the essential part.
1 is a housing, 2 is a heat dissipation unit, 3 and 4 are comb heat sinks, 7 is a control unit (heating element), 8 is a regenerative current resistance unit (heating element), 9 is a guide member, 9a is a main body, and 9b is A flange part, 11 is a plate, 12 is a filter cover, 14 is a filter, and 15 and 16 are packings.
Claims (3)
前記放熱ユニットの空気出口側に、当該放熱ユニットの端面部に当接して熱交換用空気流通路の一部を構成する枠状の本体部及びこの本体部の周縁部から延出されたフランジ部を有するガイド部材を配置し、
前記パッキンを前記ガイド部材のフランジ部と前記フィルタの周縁部との間に介在させたことを特徴とする強制空冷用ヒートシンク。Through the frame-shaped packing for sealing the heat exchange air flow passage to the air outlet side of the heat dissipation unit while circulating the air for heat exchange in the duct-shaped heat dissipation unit on which the heating element is mounted In the heat sink for forced air cooling comprising a filter,
On the air outlet side of the heat radiating unit, a frame-shaped main body part that forms a part of the air flow passage for heat exchange in contact with the end surface of the heat radiating unit, and a flange portion that extends from the peripheral edge of the main body part A guide member having
A heat sink for forced air cooling, wherein the packing is interposed between a flange portion of the guide member and a peripheral portion of the filter.
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