JP6733918B2 - 放熱構造体 - Google Patents

Description

本発明は、放熱構造体に関する。

電子機器等の筐体の内部にある発熱部を放熱させる放熱構造体が知られている。特許文献１には、放熱構造体において、筐体の内部に配置された発熱部と、筐体の外に配置され空気が流れる空気通路と、発熱部と空気通路とを接続するヒートパイプなどの棒状の熱輸送部材と、を備える構成が開示されている。また、特許文献１において、熱輸送部材の空気通路に位置する部分において、熱輸送部材が延びる方向に沿って複数のフィンが並んで配置されている構成が開示されている。

特開２００８−１６５６９９号公報

特許文献１のように筐体の内部と外部とを熱輸送部材で接続する放熱構造体の構成を屋外に設置する装置に適用する場合、棒状の熱輸送部材を筐体の内部から外部に向けて突出させる箇所の防水処理が不可欠となる。特許文献１には、開示された放熱構造体を屋外の装置に適用することに関する記載はなく、従って、棒状の熱輸送部材を筐体の内部から外部に向けて突出させる箇所の防水構造についての記載もない。

本開示の目的は、上述した課題を鑑み、筐体の内部と外部とを熱輸送部材で接続し筐体の内部の熱を外部に放出する構成を屋外に設置する装置に適用する場合に、熱輸送部材を伝って水が筐体の内部へと侵入することを抑制することができる放熱構造体を提供することにある。

本発明の第１の態様にかかる放熱構造体は、筐体の内部に設けられた発熱部と、前記筐体の内部に設けられ、前記発熱部からの熱を受ける内部放熱部と、棒状で、前記筐体の内部より前記筐体の外部へ突出し、前記筐体の内部にある部分の一部が前記内部放熱部の表面に形成された第１の溝に嵌め込まれ、前記内部放熱部からの熱を前記筐体の外部へ輸送する熱輸送部材と、前記熱輸送部材における前記筐体の外部にある部分の一部に並んで配置された複数のフィンからなる外部放熱部と、前記内部放熱部と前記外部放熱部との間に配置され、前記熱輸送部材を通す貫通穴が形成され、前記内部放熱部の側の第１の面が前記内部放熱部と接触し、前記外部放熱部の側の第２の面が前記外部放熱部と接触している固定部材と、を備え、前記第２の面には、前記貫通穴から前記外部放熱部で覆い隠されていない箇所に向かって延びる第２の溝が形成され、前記熱輸送部材と前記貫通穴との隙間部分、及び、前記第２の溝には防水のためのシーリング剤が充填されているものである。

本発明により、筐体の内部と外部とを熱輸送部材で接続し筐体の内部の熱を外部に放出する構成を屋外に設置する装置に適用する場合に、熱輸送部材を伝って水が筐体の内部へと侵入することを抑制することができる。

実施の形態１にかかる放熱構造体の構造について説明する模式図である。 実施の形態２にかかる放熱構造体の構造について説明する模式図である。 図２に示す矢印Ｂの方向から実施の形態２にかかる放熱構造体のアッシーを視た矢視図である。 実施の形態２にかかる放熱構造体の、固定部材の第１の面における熱輸送部材の近傍を拡大した拡大図である。 固定部材の第２の面における貫通穴の近傍を拡大した拡大図である。 固定部材の第２の面における、防水のためのシーリング剤を充填する箇所について説明する模式図である。 固定部材の第１の面における、防水のためのシーリング剤を充填する箇所について説明する模式図である。 比較例にかかる放熱構造体の防水構造について説明する模式図である。 比較例にかかる放熱構造体のアッシーの構成を示す模式図である。 図９のｘ−ｘ線に沿う断面図である。 比較例にかかる放熱構造体のシーリング工程について説明する模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。なお、図に示した右手系ＸＹＺ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。

［実施の形態１］
以下、実施の形態１について説明する。実施の形態１にかかる放熱構造体は、屋外に設置する装置に好適である。
図１は、実施の形態１にかかる放熱構造体１の構造について説明する模式図である。図１に示すように、放熱構造体１は、発熱部２と、内部放熱部３と、熱輸送部材４と、外部放熱部５と、固定部材６と、を備えている。

発熱部２は、筐体８の内部に設けられている。内部放熱部３は、筐体８の内部に設けられ、発熱部２からの熱を受ける。熱輸送部材４は、棒状で、筐体８の内部より筐体８の外部へ突出し、筐体８の内部にある部分の一部が内部放熱部３の表面に形成された第１の溝３ａに嵌め込まれ、内部放熱部３からの熱を筐体８の外部へ輸送する。外部放熱部５は、熱輸送部材４の筐体８の外部にある部分の一部において並んで配置された複数のフィン５ａからなる。固定部材６は、内部放熱部３と外部放熱部５との間に配置され、熱輸送部材４を通す貫通穴６ａが形成され、内部放熱部３の側の第１の面６ｃが内部放熱部３と接触し、外部放熱部５の側の第２の面６ｄが外部放熱部５と接触している。

第２の面６ｄには、貫通穴６ａから外部放熱部５で覆い隠されていない箇所に向かって延びる第２の溝６ｂが形成されている。ここで、第２の溝６ｂにおける外部放熱部５で覆い隠されていない箇所は、破線Ａで囲んだ領域にある部分が相当する。また、熱輸送部材４と貫通穴６ａとの隙間部分、及び、第２の溝６ｂには防水のためのシーリング剤が充填されている。このようにすることで、放熱構造体１を屋外に設置する装置に適用する場合に、熱輸送部材４を伝って水が筐体８の内部へと侵入することを抑制することができる。

［実施の形態２］

以下、実施の形態２について説明する。
実施の形態２にかかる放熱構造体は、屋外に設置する電子機器、例えば、アンテナなどの無線通信装置に好適である。

図２は、実施の形態２にかかる放熱構造体１０１の構造について説明する分解斜視図である。図２に示すように、放熱構造体１０１は、発熱部１０２と、内部放熱部１０３と、熱輸送部材１０４と、外部放熱部１０５と、固定部材１０６と、を備えている。なお、内部放熱部１０３、熱輸送部材１０４、外部放熱部１０５及び固定部材１０６は、アッシー（ＡＳＳＹ）１１０として構成された後で筐体１０８に取り付けされる。このため、図２では、アッシー１１０が筐体１０８から分離した状態で描かれている。

発熱部１０２は、筐体１０８の内部に設けられている。発熱部１０２は、例えば電子基板である。内部放熱部１０３は、筐体１０８の内部において発熱部１０２と接触して配置され、発熱部１０２からの熱を受ける。熱輸送部材１０４は、棒状で、筐体１０８の内部より筐体１０８の外部へ突出し、内部放熱部１０３からの熱を筐体１０８の外部へ輸送する。

熱輸送部材１０４は、例えばヒートパイプである。ヒートパイプは、パイプ状の容器の中に少量封入された作動液体の相変化（蒸発・凝縮）により熱を輸送する一般的なものである。一般的なヒートパイプには、熱伝導率が非常に高い（５０００〜３００００Ｗ／ｍ・Ｋ）、作動させるために外部動力を必要としない、熱の応答性が高い、可動部を持たない、といった特徴がある。なお、熱輸送部材１０４は、ヒートパイプに限らず、内部に冷媒や水を循環させる銅管、熱伝導率の良い合金などの材質で形成された棒材などであってもよい。熱輸送部材１０４の個数は冷却したいデバイスの発熱量や周囲の環境より最適化される。

外部放熱部１０５は、複数のフィンからなり、熱輸送部材１０４における筐体１０８の外部にある部分に設けられている。固定部材１０６は、内部放熱部１０３と外部放熱部１０５との間に配置され、筐体１０８にアッシー１１０を固定するためのものである。アッシー１１０の内部放熱部１０３を筐体１０８に形成された開口１１２に挿入し、筐体１０８と固定部材１０６とをネジにより締結することで、筐体１０８にアッシー１１０を固定することができる。筐体１０８における、開口１１２の周縁部分にはパッキン部１１１が設けられている。これにより、筐体１０８と固定部材１０６とはパッキン部１１１を介して接触する。このようにすることで防水性や耐候性を確保することができる。

図３は、図２に示す矢印Ｂの方向からアッシー１１０を視た矢視図である。図３に示すように、熱輸送部材１０４の筐体１０８の内部にある部分の一部が、内部放熱部１０３の表面に形成された第１の溝１０３ａに嵌め込まれている。内部放熱部１０３と熱輸送部材１０４との固定は、例えばはんだで行う。具体的には、内部放熱部１０３と熱輸送部材１０４を、熱輸送部材１０４と第１の溝１０３ａとの間にクリームはんだを配置した状態でリフロー炉に入れる。そして、リフロー炉で加熱し、クリームはんだを溶かして熱輸送部材１０４と内部放熱部１０３とを接合する。

外部放熱部１０５は、熱輸送部材１０４の長手方向に並んで配置された複数のフィン１０５ａからなる。フィン１０５ａの材質は、一般的にアルミニウムを選定するが、銅を選定してもよい。フィン１０５ａと熱輸送部材１０４の固定は、はんだ、かしめ、ロウ付けなどで行う。

固定部材１０６における内部放熱部１０３の側の第１の面１０６ｃは、内部放熱部１０３と接触している。また、固定部材１０６における外部放熱部１０５の側の第２の面１０６ｄは、外部放熱部１０５と接触している。固定部材１０６には、固定部材１０６を筐体１０８にネジ止めするためのネジ挿入穴１０６ｅが複数形成されている。

図４は、固定部材１０６の第１の面１０６ｃにおける熱輸送部材１０４の近傍を拡大した拡大図である。図４に示すように、固定部材１０６には、熱輸送部材１０４を通すための貫通穴１０６ａが形成されている。当然ながら、貫通穴１０６ａの径は、熱輸送部材１０４の径より大きい。つまり、貫通穴１０６ａにおいて熱輸送部材１０４を通したときに貫通穴１０６ａと熱輸送部材１０４との間に隙間が生じる。内部放熱部１０３に形成された第１の溝１０３ａにおける固定部材１０６の近傍には熱輸送部材１０４の両側にへり１０７が立設されている。

図５は、固定部材１０６の第２の面１０６ｄにおける貫通穴１０６ａの近傍を拡大した拡大図である。説明の便宜のため、図５において、上段には外部放熱部１０５が描かれている図を、下段には外部放熱部１０５が描かれていない図を示す。図５に示すように、第２の面１０６ｄには、貫通穴１０６ａから外部放熱部１０５で覆い隠されていない箇所に向かって延びる第２の溝１０６ｂが形成されている。ここで、第２の溝１０６ｂにおける外部放熱部１０５で覆い隠されていない箇所は、破線Ｃで囲んだ領域にある部分が相当する。

図６は、固定部材１０６の第２の面１０６ｄにおける、防水のためのシーリング剤を充填する箇所について説明する模式図である。説明の便宜のため、図６において、上段には外部放熱部１０５が描かれている図を、下段には外部放熱部１０５が描かれていない図を示す。図６の上段に示すように、破線Ｃで囲んだ領域にある、第２の溝１０６ｂにおける外部放熱部１０５で覆い隠されていない箇所から、ノズルＰによって矢印Ｄの方向からシーリング剤を注入する。これにより、図６の下段に示すように、シーリング剤が、第２の溝１０６ｂ、及び、熱輸送部材１０４と貫通穴１０６ａとの隙間部分に充填される。シーリング剤は、例えば、シリコーンまたはエポキシ樹脂を主成分とするものである。

図７は、固定部材１０６の第１の面１０６ｃにおける、防水のためのシーリング剤を充填する箇所について説明する模式図である。図６に示したノズルＰからシーリング剤が注入されると、熱輸送部材１０４と貫通穴１０６ａとの隙間部分から固定部材１０６の第２の面１０ｄへシーリング剤が漏れ出し、図７に示すように、熱輸送部材１０４の両側に立設されたへり１０７の間の部分１０７ａにもシーリング剤が充填される。さらに、熱輸送部材１０４と第１の溝１０３ａとの隙間にもシーリング剤が充填される。このようにすることで、放熱構造体１０１を屋外に設置する装置に適用する場合に、熱輸送部材１０４を伝って水が筐体１０８の内部へと侵入することを良好に抑制することができる。なお、図６に示す第２の溝１０６ｂにおける外部放熱部１０５で覆い隠されていない箇所からシーリング剤を注入するとともに、へり１０７の間の部分１０７ａの上方からシーリング剤を注入するようにしてもよい。このようにすると、シーリング剤を、第２の溝１０６ｂ、熱輸送部材１０４と貫通穴１０６ａとの隙間部分、及び、へり１０７の間の部分１０７ａに、より確実に充填することができる。

［比較例にかかる放熱構造体の問題点について］
次に、比較例にかかる放熱構造体の防水構造の問題点について説明する。図８は、比較例にかかる放熱構造体５０１の防水構造について説明する模式図である。図８に示すように、放熱構造体５０１は、発熱部５０２と、内部放熱部５０３と、熱輸送部材５０４と、外部放熱部５０５と、固定部材５０６と、を備えている。

発熱部５０２は、筐体５０８の内部に設けられている。内部放熱部５０３は、筐体５０８の内部において発熱部５０２と接触して配置され、発熱部５０２からの熱を受ける。熱輸送部材５０４は、棒状で、筐体５０８の内部より筐体５０８の外部へ突出し、内部放熱部５０３からの熱を筐体５０８の外部へ輸送する。外部放熱部５０５は、複数のフィン５０５ａからなり、熱輸送部材５０４における筐体５０８の外部にある部分に設けられている。固定部材５０６は、内部放熱部５０３と外部放熱部５０５との間に配置されている。なお、内部放熱部５０３、熱輸送部材５０４、外部放熱部５０５及び固定部材５０６は、アッシー５１０として構成された後で筐体５０８に取り付けされる。固定部材５０６は、筐体５０８にアッシー５１０を固定するためのものである。

図９は、アッシー５１０の構成を示す模式図である。図９に示すように、熱輸送部材５０４の筐体５０８の内部にある部分の一部が、内部放熱部５０３の表面に形成された第１の溝５０３ａに嵌め込まれている。放熱構造体５０１を屋外に設置する装置に適用する場合、熱輸送部材５０４を伝って筐体５０８の内部に水が侵入することを防止する防水構造が必須となる。このため、シーリング剤を、熱輸送部材５０４と貫通穴５０６ａとの隙間部分、及び、熱輸送部材５０４と第１の溝５０３ａとの隙間に充填する必要がある。

図１０は、図９のｘ−ｘ線に沿う断面図である。図１０に示すように、内部放熱部５０３に形成された第１の溝５０３ａと熱輸送部材５０４との間Ｓ１にクリームはんだを配置し、リフロー炉ではんだを溶かして内部放熱部５０３と熱輸送部材５０４を接合する（リフロー工程）。上述したように、防水のため、シーリング剤を熱輸送部材５０４と第１の溝５０３ａとの隙間Ｓ２に充填する。熱輸送部材５０４と貫通穴５０６ａとの隙間部分（図９参照）、及び、熱輸送部材５０４と第１の溝５０３ａとの隙間にシーリング剤を充填するシーリング工程は、リフロー工程の後に行う必要がある。これは、リフロー工程の前にシーリング工程を行うと、リフロー炉で過熱したときにシーリング剤が溶けてしまうからである。

放熱構造体５０１において、熱輸送部材５０４に対し、発熱部５０２が鉛直方向の下方で外部放熱部５０５が鉛直方向の上方になるように配置すると、熱輸送部材５０４の放熱性能が最も高くなる。このように配置する場合、固定部材５０６に水が溜まって固定部材５０６が腐食するリスクを回避するために、シーリング剤の注入を外部放熱部５０５の側から実施する必要がある。

図１１は、シーリング工程について説明する模式図である。図１１に示すように、リフロー工程の後に、外部放熱部５０５の側から熱輸送部材５０４と貫通穴５０６ａとの隙間部分にシーリング剤を充填するためには、外部放熱部５０５と固定部材５０６との間隔Ｗ１を十分にあけておく必要がある（１０〜２０ｍｍ程度）。これは、シーリング剤を注入するノズルＰの先が、熱輸送部材５０４と固定部材５０６の貫通穴５０６ａとの隙間に届くようにするためである。しかしながら、製造上の都合で、外部放熱部５０５と固定部材５０６との間隔を十分にあけると、無駄なスペースが生じて装置サイズが大きくなってしまうという問題がある。

比較例の構成に対し、上述した、実施の形態１及び２にかかる放熱構造体の構成では、固定部材において、貫通穴から外部放熱部で覆い隠されていない箇所に向かって延びる第２の溝を形成した。これにより、固定部材と外部放熱部とを接触するように配置しても、第２の溝の外部放熱部で覆い隠されていない箇所からシーリング剤を注入することができる。よって、固定部材と外部放熱部との間にシーリング剤を注入するノズルを挿入するスペースを設ける必要がないので、無駄なスペースが生じて装置サイズが大きくなることはない。すなわち、設置スペースに対する放熱能力を向上させることができる。

また、実施の形態１及び２にかかる放熱構造体の構成では、第２の溝の外部放熱部で覆い隠されていない箇所からシーリング剤を滴下すると、シーリング剤が、第２の溝、及び、熱輸送部材と貫通穴との隙間部分に充填される。また、シーリング剤が熱輸送部材と貫通穴との隙間部分から固定部材における内部放熱部の側へ漏れ出し、熱輸送部材の両側に立設されたへりの間の部分にもシーリング剤が充填される。さらに、熱輸送部材と第１の溝との隙間にもシーリング剤が充填される。このようにすることで、放熱構造体を屋外に設置する装置に適用する場合に、熱輸送部材を伝って水が筐体の内部へと侵入することを良好に抑制することができる。

特に、熱輸送部材を介して筐体の内部の熱を外部へ放出させる放熱構造体の構成において熱輸送部材としてヒートパイプを用いる場合、実施の形態１及び２にかかる放熱構造体を良好に適用することができる。ヒートパイプは、放熱効率を高めるため、入熱部分が下側、放熱部分が上側にくるように配置する必要がある。つまり、ヒートパイプに入熱させる内部放熱部が下側、ヒートパイプの熱を放出させる外部放熱部が上側になるように放熱構造体を配置する必要がある。このように放熱構造体を配置する場合、筐体の上側に固定部材が位置するので、当該放熱構造体を屋外に設置すると、雨水が固定部材に直接降りかかる。このため、固定部材における熱輸送部材と貫通穴との隙間部分をより確実に防水する必要がある。実施の形態１及び２にかかる放熱構造体では、第２の溝を介して熱輸送部材と貫通穴との隙間部分にシーリング剤を確実に充填することができる。また、実施の形態１及び２にかかる放熱構造体では、固定部材と外部放熱部との間に無駄なスペースを設ける必要もない。よって、実施の形態１及び２にかかる放熱構造体によれば、熱輸送部材としてヒートパイプを用いる場合に、熱輸送部材を伝って水が筐体の内部へと侵入することを良好に抑制し、かつ、設置スペースに対する放熱能力を向上させることができる。

ヒートパイプを用いる放熱構造体は、銅管などの管の内部に冷媒や水を循環させるようにした構成の放熱構造体に対して、放熱構造体を小型化できるメリットがある。屋外に設置する無線通信装置は、設置スペースが限られている場合も多く、より小型化することが求められている。このため、無線通信装置に適用する放熱構造体では、熱輸送部材としてヒートパイプを用いるのが好ましい。よって、実施の形態１及び２にかかる放熱構造体によれば、無線通信装置に適用する場合についても、熱輸送部材を伝って水が筐体の内部へと侵入することを良好に抑制し、かつ、設置スペースに対する放熱能力を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、以上で説明した複数の例は、適宜組み合わせて実施されることもできる。

１、１０１ 放熱構造体
２、１０２ 発熱部
３、１０３ 内部放熱部
３ａ、１０３ａ 第１の溝
４、１０４ 熱輸送部材
５、１０５ 外部放熱部
５ａ、１０５ａ フィン
６、１０６ 固定部材
６ａ、１０６ａ 貫通穴
６ｂ、１０６ｂ 第２の溝
６ｃ、１０６ｃ 第１の面
６ｄ、１０６ｄ 第２の面
８、１０８ 筐体
１０６ｅ ネジ挿入穴
１０７ へり
１１０ アッシー
１１１ パッキン部
１１２ 開口

Claims (5)

1. 筐体の内部に設けられた発熱部と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記発熱部からの熱を受ける内部放熱部と、
   棒状で、前記筐体の内部より前記筐体の外部へ突出し、前記筐体の内部にある部分の一部が前記内部放熱部の表面に形成された第１の溝に嵌め込まれ、前記内部放熱部からの熱を前記筐体の外部へ輸送する熱輸送部材と、
   前記熱輸送部材における前記筐体の外部にある部分の一部に並んで配置された複数のフィンからなる外部放熱部と、
   前記内部放熱部と前記外部放熱部との間に配置され、前記熱輸送部材を通す貫通穴が形成され、前記内部放熱部の側の第１の面が前記内部放熱部と接触し、前記外部放熱部の側の第２の面が前記外部放熱部と接触している固定部材と、を備え、
   前記第２の面には、前記貫通穴から前記外部放熱部で覆い隠されていない箇所に向かって延びる第２の溝が形成され、
   前記熱輸送部材と前記貫通穴との隙間部分、及び、前記第２の溝には防水のためのシーリング剤が充填されている、放熱構造体。
2. 前記第１の溝における前記固定部材の近傍には前記熱輸送部材の両側にへりが立設され、前記熱輸送部材の両側に立設されたへりの間の部分には防水のためのシーリング剤が充填されている、請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記熱輸送部材ははんだにより前記内部放熱部に固定されている、請求項１または２に記載の放熱構造体。
4. 前記熱輸送部材はヒートパイプである、請求項１から３のいずれか一項に記載の放熱構造体。
5. 前記筐体は、屋外に設置する無線通信装置用の筐体である、請求項１から４のいずれか一項に記載の放熱構造体。