JP6007407B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話の基地局などの電子機器の冷却装置に関するものである。

従来、この種の冷却装置は、ヒートパイプの原理を利用し、２枚の金属板をプレス加工してヒートパイプ流路を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その冷却装置について図１０を参照しながら説明する。

図１０に示すように、従来の冷却装置の筐体は二枚のプレート（内プレート１０１、外プレート１０２）を張り合わせ接合して構成されている。この二枚の内プレート１０１、外プレート１０２の間に冷媒の流路となる空間を形成するため、内プレート１０１を局部的に変形させてヒートパイプ１０３が形成されている。

内プレート１０１と外プレート１０２は、ロウ材や接着剤等によって接合された構造となっている。そして、ヒートパイプ１０３の流路内部には水等の冷媒を封入して使用することになる。

発熱素子１０４は、ヒートパイプ１０３の下部に配置されて内プレート１０１のヒートパイプ１０３部分と接触するようになっている。図１０においては、発熱素子１０４のほかに、ディスプレイ装置１０５を備える構成と成っている。

上記構成により、発熱素子１０４からの発熱により、ヒートパイプ１０３内の冷媒が蒸発する。このとき、発熱素子１０４が冷却される。蒸発した冷媒は、ヒートパイプ１０３内を循環する間に冷却されて凝縮し、冷却サイクルが形成される。

特開２００３−２１８５７３号公報

このような従来の冷却装置においては、内プレート１０１、外プレート１０２は、薄い金属板をプレス加工することによって成形される。そして、ヒートパイプ１０３の部分は、凹凸を形成して強度を確保するためのリブの役割を果たしている。すなわち、表面（あるいは裏面）に、発熱体を接着させるとき、内プレート１０１（あるいは外プレート１０２）に接しない部分ができるという課題がある。

また、高温の発熱体を冷却する場合には、裏面（場合によっては表面）にヒートシンクなどを設ける必要がある。しかしながら、プレス加工による成形では、上述の通り凹凸ができるため、ヒートシンクなどへの熱の伝達の効率が悪くなる。

そして、この目的を達成するために、本発明は、
内部に冷媒を封入し、発熱体を外殻に密着させて冷却する冷却装置であって、
前記冷却装置は、箱型の第１プレートを平板状の第２プレートで蓋をするようにして形成し、
前記第１プレート内には、金属板をロウ付けして重ね合わせた補強部を備え、
前記第１プレートと前記補強部と前記第２プレートを貫通して、前記発熱体を固定するため、あるいは、冷却装置自体を固定するための複数の固定孔を有したものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、箱型の第１プレートを平板状の第２プレートで蓋をするようにして形成し、前記第１プレート内には、金属板をロウ付けして重ね合わせた補強部を備え、前記第１プレートと前記補強部と前記第２プレートを貫通して、前記発熱体を固定する、あるいは、冷却装置自体を固定する複数の固定孔を有したことにより、冷却装置の外殻は平面で形成でき、発熱体を密着させて冷却効果を高めることが出来る。また、冷却装置を固定しやすく、例えば、ヒートシンクなどの放熱器にも容易に、かつ、密着させて取り付けられるので、さらに冷却効果を高めることが可能になる。

本発明の実施の形態１の冷却装置を取り付けた電子機器を示す斜視図 同冷却装置を放熱器に固定した斜視図 同冷却装置の斜視図 同冷却装置の分解斜視図 同冷却装置の補強部分解斜視図 同冷却装置の補強部の分解側面図 同冷却装置の補強部の断面図と要部拡大図 同冷却装置の縦置きの場合の冷媒の流れを示す図 同冷却装置の平置きの場合の冷媒の流れを示す図 従来の冷却装置を示す概略図

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および図２に示すように、本実施の形態における電子機器５０は、ヒートシンク３で外殻を形成し、内部には、発熱体２を密着させた冷却装置１が設けられている。発熱体２は、例えば、携帯電話の基地局における高発熱体、すなわち、通信デバイスである。

冷却装置１は、外観は箱状で、金属（例えばアルミニウム）で形成される。そして、冷却装置１は、一面に発熱体２を密着させて固定し、対向する面をヒートシンク３に密着して固定される。

図３に示すように、冷却装置１の外観は、平たい箱状であって、発熱体２を固定する、あるいは、冷却装置１自身を固定するため、複数のの固定孔４が設けられている。なお、冷媒を封入する前には、冷媒封入管５が設けられているが、冷媒を封入した後に閉じられることになる。

そして、冷却装置１は、図４に示すように、箱型の第１プレート６と平板の第２プレート７とで構成されている。第１プレート６は、第２プレート７を被せて蓋をするようにして閉じられる。

第２プレート７は、金属の平板で、複数の貫通孔（固定孔８）が設けられている。図４では、代表的なものに符号をつけてある。また、端部には第１プレート６に被せるときの位置決め用の引掛部９が設けられている。

第１プレート６は、平たい箱型、言わば皿状に周囲に壁が設けられたものである。そして、内部には数箇所に畝状に盛り上がったビード部１０が設けられている。また、第２プレート７の固定孔８に対応する位置には、固定孔８と連通する固定孔１１を設けた補強材１２が設けられている。この補強材１２は、第１プレート６の空間を確保するように、距離の近い固定孔８をグループにして１つの補強材１２が設けられる。

なお、第１プレート６の周囲の壁は、一体壁２３のように、プレス成形によって形成してもよい。さらに、積層壁２４のように、補強材１２によって形成してもよい。

図５を用いて、さらに詳しく説明する。図５は、第１プレート６と補強材１２の分解図となっている。第１プレート６の深さは、補強材１２の厚さと同じで、本実施の形態では、薄板の補強材Ａ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを３枚重ねて第１プレート６の深さに対応している。第１プレート６側には、第１プレート６の箱内側に向けて突出する複数の突起Ａ１４が設けられる。さらに、第１プレート６には、補強材１２の固定孔１１、第２プレート７の固定孔８と連通する固定孔１５が設けられる。補強材１２には、一方から押し出したように形成される突起Ｂ１７を設ける。すなわち、突起Ｂ１７は、補強材１２の一方の面で突出し、その裏側で窪んだ形状となっている。そして、第１プレート６には、突起Ｂ１７に対応する部分に嵌合穴１６が設けられている。この嵌合穴１６は、第１プレート６を貫通する孔であっても、貫通せず窪んだ穴であってもよい。

ビード部１０は、第１プレート６の外側の面から押し出したように畝状に形成される。このビード部１０の高さは、第１プレート６の深さよりも低くなっている。

発熱体２は、第１プレート６の外側であって、発熱体取付部３０に取り付けられることになる。ビード部１０の発熱体取付部３０側の先端は、細くなっている。

このような構成による冷却装置１の製造方法について、図６を用いて説明する。

１枚目、すなわち、第１プレート６側の補強材Ａ１２ａは、まず、突起Ａ１４に外周が接するように位置決めされる。このとき、突起Ｂ１７は、嵌合穴１６に嵌合することになり、位置決めが完成する。２枚目の補強材Ｂ１２ｂ、３枚目の補強材Ｃ１２ｃは、それぞれ突起Ｂ１７と突起Ｂ１７の裏側の凹部が嵌合するように位置決めされる。なお、補強材Ａ１２ａは、少なくとも３つの突起Ａ１４で位置決めされる。

さらに、位置決め用治具１８を用いると位置決め作業が簡易化できる。位置決め用治具１８には、固定孔１５、固定孔１１に対応する位置にピン１９が設けられている。すなわち、位置決め用治具１８のピン１９に、第１プレート６、補強材１２を通して位置決めを容易に行なうことが出来る。このピン１９は、後述のロウ付工程では、抜くことになる。

また、補強材Ａ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、プレス成形によって型抜きして外形を形作る。その際には、図７で示すように、外周には少なからずバリ２１ができる。そして、補強材Ａ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのバリ２１が形成された面には、ロウ付けするときのロウ材２２を設ける。このようにして、バリ２１が形成された面を平面化するのである。そして、補強材Ａ１２ａ、１２ｂ、１２ｃをロウ付けしたときには、外周からロウ材２２ははみ出さずに補強材Ａ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ同士が密着することになる。

なお、図８で示すように、冷却装置１を立てて使用する場合、発熱体取付部３０よりも下方になる部分は、補強材１２−２で第１プレート６の内部空間を埋めるようにしている。

また、電子機器５０は、いろいろな電子部品を搭載している。この電子部品の形状に応じて、第１プレート６には複数の電子部品用孔５１が設けられている。

次に、第２プレート７を、第１プレート６に蓋をするようにして固定する。この状態で、前述の位置決め用治具１８を外し、高温炉に投入し、ロウ付けを行なう。このロウ付工程が完了すると、冷媒封入管部分のみを開口し、第１プレート６、第２プレート７とで密閉された空間が出来上がる。そして、冷媒封入管から冷媒を注入し、注入し終えたら冷媒封入管を閉じることになる。

このような構成により、冷却装置１の作用について説明する。

まず、図８に示すように、冷却装置１を立てて置く場合の動作を説明する。

冷却装置１を図８のように縦置きした場合には、冷媒は、発熱体取付部３０あたりに液体の状態で存在する。この状態で発熱体２を動作させると、発熱体２の発熱を受けて、冷媒が蒸発し始める。この冷媒の蒸発の際、蒸発潜熱により発熱体２の熱を奪って発熱体２は冷却されるのである。蒸発した冷媒は、気体となって上昇する。上昇した気体状態の冷媒は、上部で冷やされて液体となる。液体となった冷媒は滴下して、再び発熱体取付部３０あたりに溜まることになる。このような冷媒の循環サイクルによって、発熱体２は冷却されることになる。

なお、ビード部１０では、表面で気体の冷媒が凝縮して液化すると、ビード部１０の表面を流下する。ビード部１０の先端は、細くなっているので、先端部分で冷媒が集まって流下しやすくなっている。

次に、図９に示すように、冷却装置１を寝かせて置く場合の動作を説明する。

冷却装置１を図９のように寝かせて横置きした場合には、第１プレート６（すなわち、発熱体２側）を下にして配置する。この状態で発熱体２を動作させると、縦置きの場合と同様、発熱体２の発熱を受けて、冷媒が蒸発し始める。この冷媒の蒸発の際、蒸発潜熱により発熱体２の熱を奪って発熱体２は冷却される。蒸発した冷媒は、気体となって上昇する。上昇した気体状態の冷媒は、上部、すなわち、第２プレート７側で冷やされて液体となる。液体となった冷媒は滴下して、再び第１プレート６側に溜まることになる。このような冷媒の循環サイクルによって、発熱体２は冷却されることになる。

なお、ビード部１０は、第２プレート７に接する程度の高さを有している。そのため、第２プレート７で液化した冷媒は、ビード部１０の頂部で第１プレート６側に接することになる。すなわち、ビード部１０から第１プレート６へ流下しやすくなっている。

このような冷却装置１によれば、平板状の第１プレート６と第２プレート７によって構成されているので、表裏にヒートシンク３などの放熱器を密着させることができる。そして、密着させたヒートシンク３から効率的に放熱することが出来る。

また、第１プレート６、第２プレート７、補強材１２は、プレス加工によって成形ができるので、安価で様々な形状に加工ができるという顕著な効果を有している。

本発明にかかる冷却装置は、外殻を平面で形成できるので、高い発熱量を持つ電子機器、例えば、通信機の基地局、電気自動車等に用いられるパワー半導体の冷却用として有用である。

１ 冷却装置
２ 発熱体
３ ヒートシンク
６ 第１プレート
７ 第２プレート
８ 固定孔
１０ ビード部
１１ 固定孔
１２ 補強材
１２ａ 補強材Ａ
１２ｂ 補強材Ｂ
１２ｃ 補強材Ｃ
１４ 突起Ａ
１５ 固定孔
１６ 嵌合穴
１７ 突起Ｂ
１８ 位置決め用治具
１９ ピン
２１ バリ
２２ ロウ材
３０ 発熱体取付部
５０ 電子機器

Claims (9)

1. 内部に冷媒を封入し、発熱体を外殻に密着させて冷却する冷却装置であって、
   前記冷却装置は、箱型の第１プレートを平板状の第２プレートで蓋をするようにして形成し、
   前記第１プレート内には、金属板をロウ付けして重ね合わせた補強部を備え、
   前記第１プレートと前記補強部と前記第２プレートを貫通して、前記発熱体を固定するため、あるいは、冷却装置自体を固定するための複数の固定孔を有した冷却装置。
2. 前記補強部は、薄板の補強材を重ね合わせて構成される請求項１記載の冷却装置。
3. 前記補強材は、一方の面にロウ材を設け、ロウ付けすることによって固定される請求項２記載の冷却装置。
4. 前記補強材は、プレス加工によって打ち抜かれ、
   プレス加工によって形成されるバリが突出する側に前記ロウ材を設けた請求項３記載の冷却装置。
5. 前記補強材は、前記バリからはみ出さないように前記ロウ材を設け、
   前記補強材のロウ付け面を平面にした請求項４記載の冷却装置。
6. 前記補強材は、プレス加工の際、一方の面から押し出すようにして他方の面に突起を突出させ、
   補強材を重ね合わせるときに、一方の面に出来た凹部に他方の面に出来た突起を嵌合させる請求項２〜４いずれかひとつに記載の冷却装置。
7. 前記第１プレートには、内部側に突出する複数の突起を設け、
   前記補強部は、この突起の少なくとも３つに外周が接するように位置決めされる請求項１または２記載の冷却装置。
8. 請求項１〜７記載の冷却装置の第１プレート表面に発熱体を密着させた電子機器。
9. 前記冷却装置の表裏にヒートシンクを設けた請求項８記載の電子機器。

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