(57)【要約】【課題】  放熱版の構造、大きさや放熱板の表面積、形状を大きく変えずに、放熱板を大きくしたのと同じ様に熱抵抗を下げることを目的とする。【解決手段】  放熱フィン表面および放熱フィン内部に放熱特性の良い物体を付けることで、外部形状を変えることなく熱抵抗を小さくし放熱装置の性能を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源に接触する放熱板および放熱板に垂直に立設した単数または複数の放熱フィンにより熱を放熱または熱交換する放熱装置において、
放熱フィンおよび熱源となる物質が接した面に放熱特性の良い物質を少なくとも一部に付けた事を特徴とする放熱装置
【請求項２】
液体またはガスなどの熱源流体をパイプ内に通過させ、前記パイプはパイプに対して垂直に立設した放熱フィンが設けてある放熱装置において、放熱フィンおよび熱源となる物質が接した面に放熱特性の良い物質を少なくとも一部に付けた事を特徴とする放熱装置
【請求項３】
熱源から熱伝導媒体を介在して熱交換または冷却させる請求項１または２記載の放熱装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、放熱装置および放熱フィンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）やトランジスタ、ＦＥＴ、内燃機関、エアコンの熱交換器などの熱源の熱を大気中もしくは液体等に効率良く放熱または熱交換させるためには一般的に放熱装置が用いられている。当該放熱装置の材質には適度に熱伝導率が高く、軽量と加工のしやすさとコストの面から通常アルミ材が使用されているが、最近は更に熱伝導率の高い銅材を使用する場合が出てきている。しかし、銅材はアルミ材より熱伝導率が高く放熱効率が良く、熱抵抗は低いが、製造するにコストがかかり、重量が重くなる欠点がある。そのため、コスト低減と重量削減する必要がある場合には多くの場合アルミ材が使用されている。また、放熱効率を上げる方法として、放熱装置の放熱フィンの数を増やして表面積を増やす方法がとられているが、大型化を招き取り付けスペースを多く取る結果となっている。さらに放熱装置にファンを取り付け、強制的に冷気を当てて冷やす方法もとられているが、風切り音が騒音として問題となりあまり望ましくない。【０００３】  一方で、ＣＰＵを初め多くの半導体はより内部が微細化、高速化され高発熱となり、更に外形は小型化が求められ、今まで以上に多量の発熱を効率良く放熱する必要性がでてきている。そのため更なる小さくてより放熱特性が良い放熱装置が必要となり、高性能で小型に作りなおかつコストを削減することが求められている。多くの場合形状およびスペース等から来る熱抵抗値の限界から、熱源から放熱器自体を離しより大きなファンや大きな放熱器を取り付けるために、水やヒートパイプ等を用いて熱を効率よく離れた場所にある放熱フィンに導く事が行われている。【０００４】  放熱に適した金属としてアルミニウムが良く使われているが、より放熱特性をよくするために銅のようにアルミニウムよりも熱伝導率の高い金属に変更した場合は、一般的に同じ構造であれば放熱効率が良くなるためより熱抵抗の小さな放熱装置とすることが可能になる。また構造を変えると熱抵抗の値は変わるが、表面積と厚さなどの構造で熱抵抗値の限界が決まっているために構造や金属素材を変更するだけでは放熱特性の向上には限界があった。【０００５】  図４は自動車のラジエターやエアコンなどの熱交換用の放熱装置である。より小型で熱抵抗を減らすためには、一般的に放熱フィンの表面積を大きくすればよいので、熱を帯びた冷却水等の媒体が通過するパイプ２００に多数の放熱フィン２０１を取り付けて、表面積を多くするための工夫がなされている。以下媒体自体は発熱しないが、放熱体からみるとより熱源に近いため、熱源となる物質と記載する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  熱源の発熱量を小さくしないで放熱装置の大きさを小さくしようとした場合、今まで以上に放熱特性の良い物質を使わなければならない。また、放熱フィンとして成形できるアルミや銅といった金属には固有の放熱特性があり放熱フィンの素材を変えることでは一定以上の熱抵抗値以下にすることができないといった限界にある。【０００７】  さらに、単位体積またはベース単位面積あたりの放熱フィンの数を増やす方法でも熱抵抗値は下がるが、空気等の熱を奪う媒体が通過しやすい放熱フィンの間隔幅もあり、また狭すぎても滞留が発生し、風きり音となって騒音が発生するため、放熱フィンの間隔幅は狭すぎても問題がある。またコストを優先する場合、放熱フィンは少ない方が当然コストは安くなるためできるだけ少ない放熱フィンで熱抵抗の小さくなる構造が望ましい。【０００８】  また放熱器が熱源に接している面は、熱源から放熱板へ熱を効率よく伝導させるためにできるだけ双方の面は滑らかな面で密着させる必要がある。しかし、熱抵抗の低い鉱物は存在するが、前記のような滑らかな平面を作ることが難しく熱源に接することができなかった。また多くの場合熱拡散は、放熱フィンがより熱に低いところに接している側、つまり一般放熱器であれば空気中に接している面の熱抵抗を下げる努力がなされる。たとえば、特許文献１には熱伝導層が露出している構造で熱放散特性の良い物質が付けられている構造のものが記載されている。
【特許文献１】  特開平１０−１１６９４５号公報
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。放熱フィン、放熱板、熱源となる物質に接する部分に放熱特性の良い物質を塗布することで、金属固有の放熱特性を向上させ、熱抵抗値を下げ、同一形状で熱放熱特性の良い放熱装置を作ることができる。放熱特性の良い物質は炭化ケイ素などが知られているが、このような物質は熱拡散のみならず逆に熱吸収も行うために放熱させる側の空気中のみならず熱源側にも付けることで大きな放熱効果をあげることができる。また、本発明では熱源となる部分は、水もしくはガスなどの熱源流体をパイプ内に通過させ、前記パイプはパイプに対して垂直に立設した放熱フィンにより放熱または熱交換させる放熱装置である。また冷媒のように熱源流体が直接放熱板内部を流れる構造であるために、一般半導体の放熱器のように熱源と放熱板の接する部分の平面度や滑らかさを求める必要が無く放熱特性の良い物質は、放熱フィン全体および熱源となる物質が通るパイプ内面と外面に薄い形状に成形した板もしくはフィルム上のものを貼り付けても良いし、放熱フィン表面および熱源接触面に塗料に混ぜて塗布しても良いし、直接放熱フィンおよび熱源との接触面に埋め込んでも良い。また放熱フィンと熱源となる物質が通るパイプそのものの素材自体に放熱特性の良い物質を練り込み整形しても良い、または放熱特性の良い物質で整形しても良い。
【発明の効果】
【００１０】  本発明に係る構造によれば以下のような優れた効果を発揮することができる。放熱装置は大きさと熱抵抗値には限界があったが、本発明を利用することにより、同一形状でも、より大きな熱源を扱うことが可能になる。同一の熱源であればより小型の放熱器ですませることが可能になる。また銅を使用していた放熱装置の場合、軽量化の為にアルミなどの軽い素材を使用した場合にも熱抵抗値が大きくならず、小型と軽量化を同時に達成することが可能になる。放熱特性の良い物質自体およびその装着方法は、本発明を逸脱しない範囲において改変も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１と図２は本発明に係る実施の形態を表す構造を記載した図面である。図３は放熱特性の良い物質を付けた部分を示す図である。図４はパイプ状の熱源を運ぶ通路に放熱を良くするために一般的にとられている手法の放熱フィンを多くし、放熱面積を大きくした放熱装置構造を示す図である。図５は図４の側面図である。図６は図４の場合の放熱特性の良い物質を付ける部分を示した断面図である。図７はパイプ状の中を通る熱源の場合の放熱装置構造図である。図８は図７の側面図である。図９は（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は熱放散特性の良い物質を放熱フィンに取り付ける手法を示す図である。【００１２】  図１において、熱源となる物質が通る通路１００を放熱板１０１の中を通している。通路１００は放熱板１０１に接して取り付けても良いし、冷却性能を上げるために直接放熱板１０１の内部に設けても良い。放熱板１０１には放熱特性の良い物質１１０が貼り付けてある。熱源となる物質は水や他の液体、冷媒のガスなど流体であればどのようなものでも良い。またヒートパイプのような熱を移動する目的で循環がパイプ内部で行われる構造のものでも良いし高温側と低温側を循環する構造でも良い。また熱源となる物質が通る通路１００の内面にも放熱特性の良い物質を貼り付けてもよい。放熱特性の良い物質の放熱板への貼り付け部分を図３に示す。熱源となる物質が通る通路１００の内面と外面、放熱板１０１の全ての面に放熱特性の良い物質が貼り付けられている。もちろん全ての面でなくても一部分でもかまわない。図９（ａ）のように放熱特性の良い物質１１１を板状に成型し放熱板１０１に貼り付けている。図９の（ｂ）は放熱特性の良い物質を塗料に混ぜたもの１１２を塗布している。図９の（ｃ）は放熱特性の良い物質１１０を放熱板１０１にプレス等を使用して押圧する事により埋め込み固定している。もちろん図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれも放熱板全体に貼り付けても良いし通路１００内面に貼り付けても良い。図９（ｄ）は放熱特性の良い物質を放熱板１０１の成型時に素材として混入して成形したものをそのまま使用している。この場合熱源となる物質が通るパイプ１００も同時に成型しても良いし、放熱板１０１と別に成型しても良い。放熱特性の良い物質の取り付け方法は図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のいずれか一つの方法でも良いし、組み合わせても良い。【００１３】  図４は熱源となる物質が通路２００の中を流れる構造で、液体もしくは気体のような物質の場合に良く用いられる放熱板構造を示す平面図、図５は右側面図である。図６は、そのような構造の放熱装置の場合の放熱特性の良い物質を貼り付けした断面図である。パイプ２００に取り付けられた放熱フィン２０１の場合も図１に示す形態と同じように熱源となる物質が通るパイプ２００に放熱を効率よく行うための放熱フィン２０１が多数取り付けられている。図６は断面図で放熱フィン２０１に放熱特性の良い物質２１０が取り付けられている。熱源となる物質が通るパイプ２００内面にも放熱特性の良い物質が付けられている。さらに放熱特性の良い物質は熱源となる物質が通るパイプ２００に塗布しても良いし、放熱フィンの一部でもかまわない事はいうまでもない。またこのような構造��パイプの場合も図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す様な方法で放熱特性の良い物質を取り付け、もしくは塗布しても良い。図７は一般的なパイプ状の中を通る熱源の場合の放熱装置全体の構造図であるが放熱フィンは折り曲げられたパイプ２００に多数の放熱フィン２０１を取り付けた構造になっており、図４と同じような形で放熱特性の良い物質が貼り付けられている。【００１４】  放熱特性の良い物質としては、ダイヤモンドや、各種セラミック、黒鉛，カーボンブラック，炭素繊維等が挙げられ、この内、セラミックとしては遠赤外線の放射率が高いものがよく、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等も好適に用いられる。更に炭化ケイ素に不純物を混入させるとより放射率が高くなり、放熱特性が良くなる。【００１５】熱源となる物質が通る通路１００の内面は、放熱板への熱伝導性能を上げるために多数の放熱フィンを取り付けても良いし、もちろん内面に放熱特性の良い物質を図７と同じ様な手法で貼り付け塗布等しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る放熱特性の良い物質を使った放熱器の構造断面図である。
【図２】図１の放熱構造の下面図である。
【図３】本発明に係る放熱特性の良い物質を付ける場所を示す断面図である。
【図４】一般的な放熱フィン付きで液体または気体を使った構造の放熱体の外観図である。
【図５】図３の右側面図である。
【図６】本発明に係る放熱特性の良い物質を使った熱源となる物質を使用した放熱体の拡大断面図である。
【図７】本発明に係る放熱特性の良い物質を使った熱源となる物質を使用した放熱体の外観図である。
【図８】図７の右側面図である。
【図９】本発明に係る放熱特性の良い物質を付ける方法を示す構造図である。
【符号の説明】
【００１７】１００  熱源となる物質が通る通路
１０１  放熱板
１１０  放熱特性の良い物質
１１１  板状に加工した放熱特性の良い物質
１１２  塗料に混ぜ塗布した放熱特性の良い物質
１１３  放熱板に埋め込み固定した放熱特性の良い物質
１１４  素材として混入して成形した放熱特性の良い物質または成型した放熱特性の良い物質
２００  パイプ
２０１  放熱フィン
２１０  放熱特性の良い物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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