(57)【要約】【課題】  発熱体シャシと放熱体の間に熱伝導性シートを挟みねじ固定する場合、放熱体または発熱体シャシが変形すると、ねじ固定点から離れた部位で熱伝導性シートの接触状態が悪化し、伝熱性能が低下する。【解決手段】  発熱体シャシに線膨張率の低い材料を用い、放熱体を覆う冷却構造を用いることで、発熱体シャシと放熱体の線膨張率差を利用して、発熱体の発熱に応じて放熱体と発熱体シャシの密着性を高め、熱伝導性シートとの接触状態を良好にすることにより、伝熱性能を向上させることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱性の電子部品を有した発熱体と、
外部に熱を放熱する放熱体と、
発熱体が熱的に接続され、放熱体に直接もしくは熱伝導材を介して接して放熱体を取り囲むように着脱可能に配置され、発熱体で発生した熱を放熱体に伝熱する伝熱体とを備え、
伝熱体は、放熱体よりも線膨張係数が小さく、発熱体からの放熱による放熱体の膨張に応じて放熱体を緊縛することを特徴とする電子機器の冷却構造。
【請求項２】
伝熱体は、発熱体が載置され、発熱体の載置面の裏面側で放熱体に接することを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却構造。
【請求項３】
伝熱体は、発熱体に直接もしくは熱伝導材を介在して当接し、発熱体の当接面の裏面側で放熱体に直接もしくは熱伝導材を介して接することを特徴とする請求項１記載の電子機器の冷却構造。
【請求項４】
伝熱体は、両端部に間隙を有して対向配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項記載の電子機器の冷却構造。
【請求項５】
熱伝導材に、熱伝導シートもしくは熱伝導グリースを用いたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項記載の電子機器の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発熱性の電子部品（以後発熱体と呼ぶ）から発生する熱を、放熱体に伝熱する電子機器の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子機器では、実装される発熱体を効率よく冷却するために、発熱体または発熱体のシャシを、放熱特性に優れた電子機器筐体に固定していた。この際、発熱体または発熱体のシャシを、熱伝導性シートを介して電子機器筐体に接触させ、ねじの締結力で固定することにより、発熱体が発生する熱を効率良く電子機器筐体に伝熱する（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１７３４０（第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、広い面積を冷却する必要がある場合や、ねじ固定点を多数設けられない部品を冷却する必要がある場合には、従来の冷却構造ではかえって伝熱性能が低下してしまうという問題があった。例えば、固定するためにねじを締め付けると発熱体がたわみ、ねじ固定点から離れた部位で発熱体と熱伝導シートの接触状態が悪化して、熱抵抗が大きくなり、伝熱性能が低下する。
【０００５】
この問題に対し、熱伝導シートの形状をたわみの形状に合わせ、発熱体との接触状態を良好に保つことで、問題解決できる場合もある。しかし、たわみの形状に合わせると熱伝導シートが厚くなりすぎて、伝熱性能が低下してしまうという問題点が新たに顕在化する。
【０００６】
この発明は、係る問題点を解決するために提案されたものであり、発熱体または発熱シャシを放熱体にねじ固定するよりも、効率よく発熱体を冷却することのできる、電子機器の冷却構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による電子機器の冷却構造は、発熱性の電子部品を有した発熱体と、外部に熱を放熱する放熱体と、発熱体が熱的に接続され、放熱体に直接もしくは熱伝導材を介して接して放熱体を取り囲むように着脱可能に配置され、発熱体で発生した熱を放熱体に伝熱する伝熱体とを備え、伝熱体は、放熱体よりも線膨張係数が小さく、発熱体からの放熱による放熱体の膨張に応じて放熱体を緊縛するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、発熱体または発熱シャシを、放熱体に対して熱的に確実に接続し、効率よく発熱体を冷却することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明に係る実施の形態１について、図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電子機器の冷却構造を示す斜視図である。図２は、図１の断面図である。この電子機器は、マイクロ波やミリ波帯のＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を処理するＲＦモジュールや、高速ビットレートの演算処理を実行する高速演算プロセッサ等の電子デバイスを構成する。
【００１０】
図１において、発熱体１は、例えば送信信号を増幅する高出力増幅器や、演算処理を行う集積回路などの発熱性の電子部品から構成される。発熱体１として、ＭＭＩＣ（Microwave Monolithic IC）のような電子部品を用いる場合、電子部品を樹脂モールドしたり、電子部品周囲を取り囲むように上蓋をろう付して、気密化しても良い。放熱体２は熱伝導性の高い金属から成る矩形状の板状部材により構成される。なお、放熱体２は内部に冷媒が封入された液冷構造をなしていても良い。
【００１１】
発熱体１は発熱体シャシ３の載置面（表面）に載置される。発熱体シャシ３は線膨張率の低い材料から構成された伝熱体であり、Ｃ字型のリング形状を成している。発熱体シャシ３における下面側の対向する両端部は、非接続となるように間隙を有している。発熱体シャシ３は、その載置面の裏面側（内側）の内面が放熱体２に熱的に接続される。この発熱体シャシ３における内面は放熱体２の上面全面、側面全面と下面の一部を覆い、放熱体２における外表面の周囲を取り囲むように取り付けられる。放熱体２と発熱体シャシ３の間には、熱伝導シートまたは熱伝導グリス等の熱伝導材４、５、６を介在させている。放熱体２と発熱体シャシ３は、互いに接着せずに熱伝導材４、５、６を介在させて固定されているので、発熱体シャシ３に対して放熱体２を着脱することが可能となる。
【００１２】
ここで、発熱体シャシ３は、「線膨張率の低い材料」として、放熱体２よりも線膨張率の低い材料が用いられる。例えば、その材料の組み合わせ例として、放熱体２としてアルミニウム、発熱体シャシ３として炭素繊維強化プラスチックを用いると良い。炭素繊維強化プラスチックは、繊維配向方向や使用樹脂を適宜調整することにより、線膨張率を「−１〜−１．５×１０＾６／Ｋ」とすることができる。この場合、温度変化に対して負の温度係数を与えることができ、発熱体１の発熱に応じて、常温状態のときよりも僅かに収縮させることが可能である。
【００１３】
次に、上記冷却構造を有する電子機器の放熱作用について説明する。
発熱体１で発生した熱は、図２の熱の流れ７に示すように、発熱体シャシ３の内部を伝熱する。これによって発熱体シャシ３および放熱体２は温度上昇する。これに伴い、発熱体シャシ３は線膨張率に比例して僅かに膨張する。なお、発熱体シャシ３に負の温度係数を与えた場合は、僅かに収縮することになる。この場合、発熱体シャシ３をより確実に放熱体２に密着させることができる。
【００１４】
また、放熱体２は温度上昇に伴い、線膨張率に比例して膨張する。線膨張率の低い材料からなる発熱体シャシ３は放熱体２より膨張が少ない。このため、相対的には発熱体シャシ３が収縮し、発熱体シャシ３と放熱体２の隙間を狭める力すなわち密着力が働き、放熱体２は発熱体シャシ３に緊縛される。
【００１５】
かくして、熱伝導材４と発熱体シャシ３および放熱体２の接触状態が良好となり、熱抵抗を低くすることができる。これにより、ねじ固定のように離散的に発熱体を固定するのではなく、発熱体シャシ３が放熱体２を緊縛して連続的に固定できるため、従来技術に比べて、伝熱体と放熱体との熱的な接触状態はより良好なものとなる。なお、熱伝導材４としては、発熱体シャシ３と放熱体２の間に、両者の密着性を高める程度に適度な弾力性を与えるものを用いると良い。
【００１６】
この実施の形態によれば、放熱体２の側面と発熱体シャシ３の密着力が上がることから、発熱体シャシ３を通して放熱体２の側面へ伝熱することが可能である。この際、例えば熱伝導シャシ３の材料として、高熱伝導炭素繊維強化プラスチックを用い、熱の流れ方向に、繊維を重点的に配向させることができる。
【００１７】
また、放熱体２および発熱体シャシ３を常温よりも温度の低い低温雰囲気に晒すことにより、放熱体２と発熱体シャシ３との間の接触力を低下させて、発熱体シャシ３から放熱体２を自由に着脱することが可能となる。
【００１８】
なお、他の形態として、発熱体シャシ３と放熱体２との密着力が高いため、熱伝導材４、５、６を一部またはすべて除いて、発熱体シャシ３と放熱体２を直接密着させる構成でも良い。
【００１９】
また、図１では放熱体２の下面を一部しか覆っていないが、すべてを覆い、放熱体シャシをリング状にすることが可能なのは勿論である。この場合、低温時に着脱可能でありかつ高温時に、発熱体シャシ３と放熱体２が密着するように、適宜材料を選択すれば良い。
【００２０】
以上により、線膨張率の差異を利用して発熱体シャシ３と放熱体２の接触状態を良好にすることができる。また、発熱体シャシ３の側面を利用した新しい熱経路を追加することにより、伝熱性能を向上させることができる。
【００２１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図面を参照して説明する。図３は、この発明の実施の形態２による電子機器の冷却構造を示す斜視図である。図４は、図３の断面図である。図中、実施の形態１と同一符号のものは材料や機能が同様の構成を成している。
【００２２】
図３において、放熱体２は、角部に面取りが施された八面柱形状をなす。リング８は線膨張率の低い材料からなり、板の組み合わせ体から成る外形断面が、八角筒形状をなした伝熱体である。リング８は発熱体１および放熱体２を囲むように取り付けられている。発熱体１と放熱体２およびリング７の間には、熱伝導材４、５、６を介在させており、熱的に密接に接続される。発熱体１は、放熱体２の上下に配置される。
【００２３】
次に、上記冷却構造を有する電子機器の放熱作用について説明する。
発熱体１で発生した熱は、図４の熱の流れ７に示すように流れ、リング８および放熱体２は温度上昇する。これに伴い、リング８と放熱体２は線膨張率に比例して膨張する。放熱体２に比べて線膨張率の低い材料からなるリング８は、放熱体２より膨張が少ないため、相対的には発熱体シャシが収縮する。これにより、発熱体１とリング８の隙間を狭める力つまり密着力が働き、次に発熱体１と放熱体２の間にも密着力が働く。なお、発熱体シャシ３に負の温度係数を与えた場合は、僅かに収縮することになる。この場合、発熱体シャシ３をより確実に放熱体２に密着させることができる。
【００２４】
かくして、熱伝導材４とリング８および放熱体２の接触状態が良好となり、熱抵抗を低くすることができる。これにより、ねじ固定のように離散的に発熱体を固定するのではなく、リング８が放熱体２を緊縛して連続的に固定できるため、従来の冷却構造に比べて、伝熱体と放熱体との接触状態がより良好となる。また、放熱体２および発熱体シャシ３を常温よりも温度の低い低温雰囲気に晒すことにより、放熱体２と発熱体シャシ３との間の接触力を低下させて、発熱体シャシ３から放熱体２を自由に着脱することが可能となる。
【００２５】
また、リング８の内部に熱が流れることにより、上下に配置された発熱体１の温度を均一化する効果もある。例えば、リング８の材料として高熱伝導炭素繊維強化プラスチックを用い、熱の流れ方向に繊維を重点的に配向させることができる。
【００２６】
この場合、放熱体２の側面とリング８の密着力も上がることから、リング８を通して放熱体２の側面へ伝熱することが可能である。
【００２７】
なお、他の形態として、リング８と放熱体２との密着力が高いため、熱伝導材がない構成を用いて、リング８と放熱体２を直接密着させても良い。
【００２８】
また、発熱体は上下どちらか一方でもこの構造が成立するのは勿論である。
【００２９】
以上により、線膨張率の差異を利用して、発熱体１と放熱体２の接触状態を良好にすることができるとともに、伝熱体であるリング８内部に新しい熱経路を追加することにより、伝熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１による電子機器の冷却構造を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電子機器の冷却構造の断面と熱の流れを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による電子機器の冷却構造を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による電子機器の冷却構造の断面と熱の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  発熱体、２  放熱体、３  発熱体シャシ（伝熱体）、４  熱伝導材（放熱体上面）、５  熱伝導材（放熱体側面）、６  熱伝導材（放熱体下面）、７  熱の流れ、８  リング（伝熱体）。
【図１】
2008311505.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008311505.tif 000005
【図４】
2008311505.tif 000006