(57)【要約】  本発明の目的は、冷却構造体のサイズを大きくすること無く、冷却水の流路の形状の自由度を上げ、且つ、冷却構造体の冷却性能を発揮可能な冷却構造体を提供することである。そのために本発明の冷却構造体は、冷却水の流路が形成された基材と、該基材の外側表面に形成された第１の層と、第１の層の外側に形成された第２の層と、を有するパイプと、パイプを内部に鋳込んだプレートと、を備え、基材は、熱伝導性の良い第１の材料で構成され、第１の層は、耐熱性を有する第２の材料で構成され、第２の層は、第２の材料と親和性の高い第３の材料で構成され、プレートは、熱伝導性の良い第４の材料で構成され、第２の材料および第３の材料は、夫々、第４の材料と親和性が高い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水の流路が形成された基材と、該基材の外側表面に形成された第１の層と、前記第１の層の外側に形成された第２の層と、を有するパイプと、
前記パイプを内部に鋳込んだプレートと、
を備え、
前記基材は、熱伝導性の良い第１の材料で構成され、
前記第１の層は、耐熱性を有する第２の材料で構成され、
前記第２の層は、前記第２の材料と親和性の高い第３の材料で構成され、
前記プレートは、熱伝導性の良い第４の材料で構成され、
前記第２の材料および前記第３の材料は、夫々、前記第４の材料と親和性が高い、
ことを特徴とする冷却構造体。
【請求項２】
前記第３の材料は、前記第４の材料の溶湯によって少なくとも一部が熔解する、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却構造体。
【請求項３】
前記プレートの少なくとも一方の面には、発熱体が搭載されており、
前記プレートは、前記発熱体に沿うように形成された前記パイプを内部に鋳込んでいる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却構造体。
【請求項４】
前記第４の材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の冷却構造体。
【請求項５】
前記第１の材料は、銅である、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の冷却構造体。
【請求項６】
前記第１の層は、鉄めっきである、
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の冷却構造体。
【請求項７】
前記第２の層は、銅めっきである、
ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の冷却構造体。
【請求項８】
プレート状の冷却構造体の製造方法であって、
冷却水の流路が形成されたパイプ状の基材であって、熱伝導性の良い第１の材料で構成される基材の外側表面に、耐熱性を有する第２の材料で構成される第１の層を形成し、
前記第１の層の外側に、前記第２の材料と親和性の高い第３の材料で構成される第２の層を形成し、
熱伝導性が良く前記第２の材料および前記第３の材料と親和性が高い第４の材料の溶湯を用いて、前記第１の層および前記第２の層が形成された前記基材を内部に鋳込む、
ことを特徴とする冷却構造体の製造方法。
【請求項９】
請求項１から７の何れか１項に記載の冷却構造体を備える電力増幅器。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力増幅器を備える送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷却構造体、冷却構造体の製造方法、電力増幅器、および、送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱体を冷却する方法として、水冷式の冷却構造体が考えられている。例えば、特許文献１には、水冷式コールドプレートとして、断面形状が偏平の、銅および銅合金、ステンレス鋼などの耐食性の金属パイプを内部に鋳込んだアルミニウムプレートが記載されている。【０００３】
また、特許文献２には、アルミニウム合金または銅の鋳物である樹脂のブロー成形用金型が記載されている。特許文献２には、金型に冷却媒体を循環させる通路をドリル加工で設ける代わりに、内部にその全体にわたって純銅および銅合金あるいは鋼のパイプを鋳ぐるむことにより、金型内に通路を設けることが記載されている。【０００４】
また、冷却液を用いた冷却装置において、冷却液が漏水した場合であっても、放送システムの停止などの事故を防止する方法が特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３０４７３９号公報
【特許文献２】特開平４−１９７５６９号公報
【特許文献３】特開２００６−６６６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の冷却構造体（コールドプレート）や特許文献２に記載の金型は、金属パイプを内部に設置した鋳型に、溶湯を流し込むことにより成形される。しかしながら、特許文献１および２に記載の技術では、冷却構造体のサイズが大きくなればなるほど、鋳型内の溶湯の温度が低下するまでに時間がかかり、金属パイプが長時間高温の溶湯にさらされてしまう。これにより、耐熱性が低い金属パイプの場合、該金属パイプが変形や溶融してしまう可能性がある。一方、特許文献１に記載のように、高い耐熱性を有するステンレス鋼の金属パイプの場合、熱伝導性が低い。そのため、このような金属パイプを用いた冷却構造体は、特許文献３に記載の放送システムに用いられる発熱体のように高熱を発する発熱体に対して、十分に冷却性能を発揮できない可能性がある。【０００７】
また、上述した特許文献２に記載の通路をドリル加工で設ける方法を冷却構造体の製造に適用した場合、製造上の関係により、該通路は、冷却構造体の一の側面から対向する側面に達する直線状になる。よって、冷却水の流路の形状の自由度が低下してしまう。また、複数の直線状の流路同士を連結させる場合、連結部材を設置する必要があり、冷却構造体のサイズが大きくなってしまう。【０００８】
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却構造体のサイズを大きくすること無く、冷却水の流路の形状の自由度を上げ、且つ、冷却構造体の冷却性能を発揮可能な冷却構造体、その製造方法、並びに、該冷却構造体を備える電力増幅器および送信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係る冷却構造体は、冷却水の流路が形成された基材と、該基材の外側表面に形成された第１の層と、前記第１の層の外側に形成された第２の層と、を有するパイプと、前記パイプを内部に鋳込んだプレートと、を備え、前記基材は、熱伝導性の良い第１の材料で構成され、前記第１の層は、耐熱性を有する第２の材料で構成され、前記第２の層は、前記第２の材料と親和性の高い第３の材料で構成され、前記プレートは、熱伝導性の良い第４の材料で構成され、前記第２の材料および前記第３の材料は、夫々、前記第４の材料と親和性が高い。【００１０】
また、本開示の一態様に係る冷却構造体の製造方法は、プレート状の冷却構造体の製造方法であって、冷却水の流路が形成されたパイプ状の基材であって、熱伝導性の良い第１の材料で構成される基材の外側表面に、耐熱性を有する第２の材料で構成される第１の層を形成し、前記第１の層の外側に、前記第２の材料と親和性の高い第３の材料で構成される第２の層を形成し、熱伝導性が良く前記第２の材料および前記第３の材料と親和性が高い第４の材料の溶湯を用いて、前記第１の層および前記第２の層が形成された前記基材を内部に鋳込む。【００１１】
なお、上記冷却構造体を備える電力増幅器、および、該電力増幅器を備える送信機も本開示の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、冷却構造体は、サイズを大きくすること無く、冷却水の流路の形状の自由度を上げ、且つ、冷却性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施の形態に係る冷却構造体の一例を示す上面図である。
【図２】冷却構造体を備える電力増幅器の一例を示す図である。
【図３】複数の電力増幅器を備える送信機の一例を示す図である。
【図４】図１のＡ−Ａ部の断面拡大図である。
【図５】一実施の形態に冷却構造体の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る冷却構造体１０の一例を示す上面図である。冷却構造体１０は、パイプ２０と、プレート３０とを備える。冷却構造体１０は、パイプ２０をプレート３０の内部に鋳込むことによって形成される。プレート３０は、所定の厚みを有するプレート状の構造体である。プレート３０の形状は、特に限定されず、略矩形であってもよいし、その他の形状であってもよい。本実施の形態では、プレート３０の表面と裏面とは、形状が略矩形の平面であり、４つの側面（３１Ａ〜３１Ｄ）を有するとして説明を行う。
【００１５】
プレート３０の第１平面３２には、発熱体（３４Ａ〜３４Ｄ）が搭載される。また、プレート３０の第１平面３２に対向する第２平面３３には、発熱体（３４Ｅ〜３４Ｈ）が搭載される。以降、発熱体（３４Ａ〜３４Ｈ）をそれぞれ区別しない場合、または、総称する場合には、これらを発熱体３４と呼ぶ。
【００１６】
発熱体３４は、例えば、トランジスタなどの熱を発する電子部品である。なお、第１平面３２および第２平面３３に搭載される発熱体３４の数は特に限定されず、冷却構造体１０が搭載される機器の種類によって適宜決定されるものであってもよい。また、第１平面３２および第２平面３３における発熱体３４が搭載される位置は特に限定されず、適宜決定されるものであってもよい。
【００１７】
また、発熱体３４は、第１平面３２および第２平面３３の両面に搭載されてもよいし、何れか一方の面に搭載されてもよい。
【００１８】
パイプ２０は、冷却水の流路が形成されている。パイプ２０の端部（２１Ａ、２１Ｂ）は、プレート３０の何れかの側面（図１においては、側面３１Ａ）から冷却水を流入または流出する部材（例えばホース）に接続するように設けられている。なお、パイプ２０の端部（２１Ａ、２１Ｂ）は、何れの側面から冷却構造体１０の外部に接続するように設けられてもよい。また、パイプ２０の端部（２１Ａ、２１Ｂ）は、夫々異なる側面から冷却構造体１０の外部に接続するように設けられてもよい。
【００１９】
パイプ２０は、図１に示す通り、発熱体３４に沿うように形成されており、該発熱体３４に沿う位置に配置されることが好ましい。パイプ２０は、第１平面３２側から見た場合（Ｚ軸負方向から見た場合）に、各発熱体３４と一部または全部が重なるように配置されてもよい。パイプ２０は、第１平面３２側から見た場合に、各発熱体３４に対応する位置に沿って直線、屈折または屈曲した形状で配置されていればよい。
【００２０】
図２は、冷却構造体１０を備える電力増幅器４０の一例を示す図である。図２に示す通り、電力増幅器４０は、筐体４１内に発熱体３４が搭載された冷却構造体１０を備える。
なお、電力増幅器４０は、図２に示す部材以外の部材を含んでもよい。例えば、電力増幅器４０は、冷却構造体１０へ冷却水を流入するためのホースと上述した端部とを接続するための部材を含んでもよい。
【００２１】
図３は、複数の電力増幅器４０を備える送信機５０の一例を示す図である。本実施の形態に係る冷却構造体１０を備える電力増幅器４０は、放送用の電波を増幅し、図示しないアンテナに出力するとして説明を行う。すなわち、本実施の形態に係る冷却構造体１０は、放送用の電波を送出する送信機５０に適用される。
【００２２】
図３に示すように、１以上の電力増幅器４０はラック５１内に収納される。電力増幅器４０は、図３に示すように、電力増幅器４０をラック５１に収納および取り出し易いように取手４２を備えてもよい。この送信機５０が備える電力増幅器４０の数は特に限定されず、使用される状況によって適宜変更可能である。送信機５０は、電力増幅器４０の他に、電力増幅器４０の制御を行う制御部やその他の放送用機器を備える。また、送信機５０は、電力増幅器４０に冷却水を流入させる機構や、パイプ２０の内部を流れた後の冷却水を流出させる機構を有する。なお、これらの機構はどのようなものを採用してもよい。
【００２３】
次に、冷却構造体１０について、さらに説明する。図４は、図１のＡ−Ａ部の断面拡大図である。図４に示す通り、冷却構造体１０は、パイプ２０と、プレート３０とを備える。プレート３０は、パイプ２０を内部に鋳込むことによって形成される。
【００２４】
パイプ２０は、パイプ状の基材である銅パイプ２２と、銅パイプ２２の外側表面に形成された第１の層である第１層めっき２３と、第１の層の外側に形成された第２の層である第２層めっき２４とを有する。
【００２５】
基材は、冷却水の流路が形成されたパイプである。基材は、熱伝導性が良い材料（第１の材料）で構成される。熱伝導性が良いとは、熱伝導率が所定の値より高いことを示す。基材の熱伝導性が良いとは、発熱体を希望の温度まで冷却するのに十分な程度に冷却水に熱を伝導できることを言う。熱伝導性が良い材料とは、例えば、ステンレス鋼よりも高い熱伝導率を有する材料である。なお、基材の材料は、銅であることが好ましい。なぜならば、銅で構成された銅パイプ２２は、熱伝導性が良く、耐食性が高く、安価であるため、冷却構造体１０の生成コストを抑えることができるからである。したがって、本実施の形態では、基材が銅パイプ２２であるとして説明を行う。なお、基材の材料は、銅に限定されず、銅を含む合金であってもよい。
【００２６】
第１の層は、銅パイプ２２の外側表面に形成される。第１の層は、耐熱性を有し、プレート３０の材料と親和性が高い材料（第２の材料）で構成される。プレート３０の材料と親和性が高いとは、鋳込み時に、第２の材料がプレート材料との間で濡れ性が良く、プレート内部に空間（鬆）が発生しにくいことを言う。なお、第１の層は、鉄で構成された鉄めっきであることが好ましい。なぜならば、鉄で構成された鉄めっきは、耐熱性が高いため、鋳込みの際に高温の溶湯（プレート３０の材料の溶湯）に溶融しない。その結果、銅パイプ２２が高温の溶湯に接触することを防ぐことができる。したがって、本実施の形態では、第１の層である第１層めっき２３が鉄めっきであるとして説明を行う。なお、第１の層は、鉄で構成される鉄めっきに限定されず、クロム（Ｃｒ）で構成されるクロムめっきであってもよいし、ニッケル（Ｎｉ）で構成されるニッケルめっきであってもよいし、その他の、耐熱性を有しプレート３０の材料と親和性が高い材料であってもよい。
【００２７】
第２の層は、第１層めっき２３の表面に形成される。第２の層は、第１の層の材料と親和性の高く、且つ、プレート３０の材料と親和性が高い材料（第３の材料）で構成される。第１の層と親和性が高いとは、鋳込み時に、第３の材料が第１の層との間で濡れ性が良く、第２の層が第１の層を十分被覆できることを言う。またプレート３０の材料と親和性が高いとは、鋳込み時に、第３の材料がプレート材料との間で濡れ性が良く、プレート内部に空間（鬆）が発生しにくいことを言う。なお、第２の層の材料は、プレート３０の形成に用いる溶湯によって少なくとも一部が熔解するものであることが好ましい。鋳込みの際に第２の層が溶湯によって少なくとも一部が溶融することにより、互いに親和性が高い材料で構成される、第１の層およびプレート３０は、これらと親和性が高い材料で構成される、溶けだした第２の層を介して、結合することができる。なお、第２の層は、銅で構成された銅めっきであることが好ましい。これにより、溶湯に銅が溶けだすことにより、第１層めっき２３とプレート３０とを容易に結合させることができる。したがって、本実施の形態では、第２の層である第２層めっき２４が銅めっきであるとして説明を行う。なお、第２の層は、銅で構成される銅めっきに限定されず、銀（Ａｇ）で構成される銀めっきであってもよいし、金（Ａｕ）で構成される金めっきであってもよいし、チタン（Ｔｉ）で構成されるチタンめっきであってもよいし、その他の金属やその合金で構成されるものであってもよい。
【００２８】
以上のように、パイプ２０は、銅パイプ２２に対し、第１層めっき２３が施され、第２層めっき２４が施されたものであることが好ましい。また、上述した通り、発熱体３４に沿うように形成されたパイプ２０がプレート３０の内部に鋳込まれるため、パイプ２０は、図４に示す通り、発熱体３４を効果的に冷却可能な位置に配置される。これにより、冷却構造体１０は、パイプ２０の流路を流れる冷却水によって、発熱体３４を効果的に冷却することができる。
【００２９】
なお、パイプ２０は、鋳込みの前に発熱体３４に沿うような形状に形成されるが、このような形状に形成されるタイミングは、第１層めっき２３および第２層めっき２４が施された後であってもよいが、第１層めっき２３および第２層めっき２４を施される前の方が好ましい。つまり、パイプ２０は、発熱体３４に沿うように形成された銅パイプ２２に対し、第１層めっき２３および第２層めっき２４を施すことによって形成される方が好ましい。これにより、銅パイプ２２全体にわたって、斑なく第１層めっき２３および第２層めっき２４を施すことができるからである。
【００３０】
プレート３０は、鋳型を用いて、パイプ２０（第１層めっき２３および第２層めっき２４が施された銅パイプ２２）を内部に鋳込んで、プレート状に形成されたものである。プレート３０は、熱伝導性が良く、第２の材料および第３の材料と親和性が高い材料（第４の材料）で構成される。
【００３１】
なお、プレート３０の材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウムは熱伝導性が高いため、発熱体３４を冷却するための冷却水の冷却性能を十分に発揮させることができるからである。アルミニウムのような熱伝導性が良い材料でプレート３０を構成すれば、冷却水で発熱体３４を希望の温度まで下げることが可能である。また、アルミニウムは、鉄および銅と親和性が高い。したがって、アルミニウムの溶湯を用いてパイプ２０を内部に鋳込む際、プレート３０は、溶湯に溶けだした、銅めっきである第２層めっき２４を介して鉄めっきである第１層めっき２３と容易に結合することができるからである。
【００３２】
なお、鋳込みの際に、プレート３０内部にできる空間（鬆）を電気的に除去する必要がある場合、該空間が比較的発生し辛い純アルミニウムを採用してもよい。
【００３３】
なお、第１層めっき２３および第２層めっき２４の厚みは特に限定されず、銅パイプ２２内を流れる冷却水の冷却性能を十分に発揮でき、且つ、銅パイプ２２がプレート３０の溶湯によって損傷を受けない厚みであればよい。また、銅パイプ２２の内径および肉厚は特に限定されない。
【００３４】
プレート３０の厚みは、特に限定されず、パイプ２０の外径よりも大きく、且つ、冷却水の冷却性能を十分に発揮できる厚みであればよい。プレート３０は、所定の厚みで成形された後、所望の厚みになるまで切削することにより形成されてもよい。
【００３５】
次に、図５を参照して、プレート状の冷却構造体１０の製造方法の流れについて説明する。図５は、本実施の形態に係る冷却構造体１０の製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。図５においては、銅パイプ２２は、発熱体３４に沿うように形成されているとする。
【００３６】
まず、銅パイプ２２の外側表面に、第１層めっき２３を施す（ステップＳ１）。次に、第１層めっき２３の外側に、第２層めっき２４を施す（ステップＳ２）。そして、第１層めっき２３および第２層めっき２４が施された銅パイプ２２であるパイプ２０を、プレート３０の内部に鋳込まれるように配置した状態で、鋳込みを行い、プレート３０を形成する（ステップＳ３）。
【００３７】
以上により、パイプ２０がプレート３０の内部に鋳込まれた冷却構造体１０を製造することができる。
【００３８】
本実施の形態に係る冷却構造体１０によれば、サイズを大きくすること無く、冷却水の流路の形状の自由度を上げ、且つ、冷却構造体１０の冷却性能を発揮することができる。
【００３９】
例えば、銅などの金属パイプを内部に設置した鋳型に、溶湯に流し込むことにより形成された冷却構造体は、上述した通り、該冷却構造体のサイズが大きくなればなるほど、鋳型内の溶湯の温度が低下するまでに時間がかかり、金属パイプが長時間高温の溶湯にさらされてしまう。したがって、例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍ程度のサイズの冷却構造体の場合、金属パイプの機能を有した状態で該金属パイプを鋳込むことができるが、それ以上のサイズの冷却構造の場合、鋳込みの途中で該金属パイプが変形したり溶融したりし、冷却水を十分に流すことができなくなってしまう可能性がある。
【００４０】
しかしながら、本実施の形態に係る冷却構造体１０によれば、パイプ２０は、銅パイプ２２の表面に耐熱性を有する材料で構成された第１層めっき２３が形成されたものであるため、溶湯で溶け出さない。また、本実施の形態に係る冷却構造体１０は、第１層めっき２３の材料およびプレート３０の材料と親和性が高い材料で形成された第２の層（第２層めっき２４）が第１層めっき２３の表面に形成される。これにより、パイプ２０を内部に鋳込んだプレート３０は、パイプ２０と容易に結合する。したがって、本実施の形態に係る冷却構造体１０によれば、パイプ２０を流れる冷却水によって、冷却構造体１０に搭載される発熱体３４を十分に冷却することができるため、冷却構造体１０の冷却性能を十分に発揮することができる。
【００４１】
したがって、送信機５０のように、冷却構造体１０のサイズが大きい装置にも本実施の形態に係る冷却構造体１０を好適に適用することができる。なお、本実施の形態に係る冷却構造体１０は、ラック内に収納して使用する電力増幅器４０に搭載される冷却構造体１０であれば、どの様な機器であってもよい。したがって、例えば、飲料水を冷却する冷却サーバ等にも、本実施の形態に係る冷却構造体１０を適用することができる。
【００４２】
また、上述した通り、冷却水の流路をドリル加工で設ける方法では、冷却水の流路の形状の自由度が低下してしまう。また、複数の直線状の流路同士を連結させる場合、連結部材を設置する必要があり、冷却構造体のサイズが大きくなってしまう。
【００４３】
しかしながら、本実施の形態に係る冷却構造体１０は、流路が形成されたパイプ２０をプレート３０の内部に鋳込むことにより形成されるので、鋳込みの前にパイプ２０を自由に変化させることができる。また、流路同士を連結させる必要が無いため、冷却構造体のサイズを大きくすること無く、流路の形成に係るコストを抑えて、冷却構造体１０を形成することができる。
【００４４】
また、複数の直線状の流路同士を連結させる場合、連結部分に発生する圧力損失が大きくなる可能性がある。しかしながら、本実施の形態に係る冷却構造体１０によれば、流路同士を連結させないため、このような圧力損失を低減させることができる。
【００４５】
したがって、圧力損失の少ない冷却水を流路に流すことができるため、本実施の形態に係る冷却構造体１０は、複数の直線状の流路同士を連結させる場合に比べ、冷却性能を向上させることができる。これにより、冷却構造体１０は、図４に示すように、プレート３０の両平面（第１平面３２、第２平面３３）に発熱体３４を搭載することができる。つまり、プレート３０の両平面に発熱体３４を搭載したとしても、冷却構造体１０は、発熱体３４を十分に冷却することができる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態は、本開示の好適な実施の形態であり、上記実施の形態にのみ本開示の範囲を限定するものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において当業者が上記実施の形態の修正や代用を行い、種々の変更を施した形態を構築することが可能である。
【００４７】
この出願は、２０１７年６月１９日に出願された日本出願特願２０１７−１１９２５８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００４８】
１０    冷却構造体
２０    パイプ
２２    銅パイプ
２３    第１層めっき
２４    第２層めっき
３０    プレート
４０    電力増幅器
５０    送信機
【図１】
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【図２】
2018235726.tif 000004
【図３】
2018235726.tif 000005
【図４】
2018235726.tif 000006
【図５】
2018235726.tif 000007
【国際調査報告】
2018235726.tif 000008
2018235726.tif 000009
2018235726.tif 000010
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