JP2004193320A

JP2004193320A - 放熱板及びそれを用いた放熱方法

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Publication number: JP2004193320A
Application number: JP2002359169A
Authority: JP
Inventors: Masami Kujirai; 正見鯨井
Original assignee: Sekuto Kagaku KK
Current assignee: Sekuto Kagaku KK
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08
Also published as: TWI276769B; TW200419131A

Abstract

【課題】高い冷却効果を有する安価な放熱板を提供することを課題とする。
【解決手段】金属板又はプラスチックス板からなる放熱板本体の表面に、イオン化傾向が銀より大きい金属材料（好ましくは銅、ニッケル、コバルト、クロム、亜鉛、マンガン及びこれらを含む合金）からなる被覆金属層を、空気との熱容量の差を大きくさせ空気中の分子との化学吸着を促進させる膜厚（好ましくは０．０３〜１０μｍ程度）になるようにメッキ等により積層して放熱板を形成し、これに冷却用流体として空気を接触させながら放熱させる。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却を必要とする電気製品、電子機器、各種機械装置及び各種配管からの放熱を促進させる放熱板に関し、詳しくは、内部が高温となった電気製品、電子機器の筺体や、各種機械装置の筺体及び各種配管から空気中への放熱を格段に向上させる放熱板及びそれを用いた放熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビジョン、コンピュータ、モータ等の電気製品・電子機器の筺体や、自動車のエンジン、ラジエーターなどの各種機械装置の筺体及び各種流体を輸送する配管などの構成材料としては、各種金属及びその合金や各種のプラスチックスが用いられている。これら筺体や配管などの放熱効果が悪いと内部の温度が上昇し装置の誤作動や部品の劣化が進行するため筺体や配管などからの放熱を促進させる方法として熱伝導率の大きい物質を用いてその厚みを薄くして熱抵抗を小さくさせている。また、冷却効果を上げるために空冷法や水冷法により強制的に冷却している。
【０００３】
このような筺体や配管などの放熱効果を向上させる方法として、従来から種々のものが提案されている。例えば、その放熱面積を大きくさせる方法としてアルマイト加工やブラスト加工、表面を凸凹状に形成したり、表面に多数のフィンや放熱補助体を設けて冷却媒体との接触面積を大きくする方法（実開昭６２―５２７７０）、そして、その放熱フィンの熱容量を小さくさせる方法（特開平１０−１１６９４２）、また、表面に水膜を形成させてその蒸発熱を利用して冷却を促進する方法（特開平６−３３３５）などが行われている。
さらに、放熱効果をより高めるために、筺体や配管にファンを用いて送風により冷却する空冷方式、冷却水を用いた水冷方式などがある。
【０００４】
【特許文献１】特許第２７４２３３２号
【特許文献２】特願２００１−８１５７２号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術は、いずれも様々な問題を有している。例えば、表面にフィンを設けた放熱板のフィンの数を増やして放熱板の表面積を大きくする方法では、フィンの数を多くしすぎると空気の流れが悪くなり逆に放熱性が低下する。また、放熱フィンの熱容量を小さくさせる方法では、熱容量を小さくするためにフィンの厚みを小さくしすぎると、機械的な強度が低下し、破損しやすくなる傾向がある。
【０００６】
アルマイト加工やブラスト加工は、微細な孔が経年変化により目づまりを起こし、放熱効果が低下する問題がある。
前記した空冷方式は構造が簡単であるが、空気−フィン間の熱コンダクタンスが小さいため、放熱面積を広くしたりファンを用いて風量を大きくしたりする必要がある。そのため、装置の大型化、送風に伴う騒音などの問題が発生する。
【０００７】
一方、水冷方式は、水の比熱が大きく熱コンダクタンスが大きいため、冷却効果は大きい。しかし、水冷方式は、水を循環させるための循環系統とポンプ及び外気への放熱のためのラジエーターとファンが必要になり、構造が複雑化し、装置が大型化する。そして、装置のコスト及び消費電力が大きくなり、経済的に不利となる。
【０００８】
ペルチェ素子を用いた冷却方法は、ペルチェ素子及び放熱フィン、ファンが必要となり、ペルチェ素子の消費電力も大きいため経済的に不利となる。
本発明は、上記従来技術の欠点を解消して、高い冷却効果を有する安価な放熱板を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、次のような知見に基づき本発明を完成するにいたった。
【００１０】
すなわち、水−金属間の熱コンダクタンスに対し、空気−金属間の熱コンダクタンスが小さい原因の一つに、空気の熱容量が水の熱容量に対し小さいことが挙げられる。さらに、放熱板の金属表面には、空気中の各分子が電子の交換のない物理吸着や電子の授受のある化学吸着等により吸着して該金属表面を被覆し、これらの吸着層が断熱層を構成して放熱を妨げている。
【００１１】
化学吸着は、共有結合、静電引力、イオン交換作用等の結合によるものであり、特定の吸着サイトに選択的に吸着し、酸化物層等の形成を除けば単分子吸着層を形成する。
【００１２】
また、物理吸着は、ファン・デル・ワールス力、静電気的相互作用等により、分子の凝縮又は類似した力で起こるので、表面の特定サイトでなく、全界面に均一に吸着する。そして、物理吸着の一つの特徴は多分子層吸着であることである。
【００１３】
多分子吸着層の分子を表面に引きつけている力（分散力）は、第１層目が最大であり、第２層目以上では段階的に減少する。例えば、金属の上に吸着される場合、第１層目と金属との吸着力は大きいが、その上にかなりの層数が付着してくると、吸着される気体の上に同じ気体が凝集していく。このときの吸着力は、第１層目と金属との間の吸着力に対し、かなり小さいものとなる。
【００１４】
したがって、熱伝導率の小さい空気中の分子が金属に吸着すると、その上に同じ分子による多層化が進行する。そして、この分子の層が厚くなるにしたがい断熱層となり、金属からの放熱を妨げると考えられる。よって、金属表面に物理吸着している気体の分子層を脱離させて取り除けば、放熱効果を向上させることができると考えられる。
【００１５】
ここで、一般的に化学吸着では、吸着のための活性化エネルギーの山を越えるのに時間がかかり、吸着速度は遅い。これに対し、吸着の活性化エネルギーを必要としない物理吸着では、その吸着速度は速い。したがって、分子はまず金属表面に物理吸着される。そして、活性化エネルギーの山を越えるのに充分なエネルギーを得ると、化学吸着を起こして大量のエネルギーを放出する。金属表面への化学吸着による発熱は、１０〜１００ｋｃａｌ／ｍｏｌである。一方、物理吸着の発熱は、数ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下であり、化学吸着に比べて小さい。また、吸着された分子は、表面に滞留している間に吸着時と同じエネルギーを受けると表面から脱離して空間に戻る。
【００１６】
ところで、空気中に多く存在する窒素は、化学的な活性が小さく、多くの場合、金属と物理吸着する。一方、化学的な活性が大きい酸素は、多くの場合、低圧下においても金属と特異的な化学反応を伴う化学吸着をする。そして、その吸着熱は常に発熱となる。
【００１７】
以上述べた事柄から、金属に物理吸着している気体を脱離させるには、物理吸着よりも大きいエネルギーを発生させる化学吸着を起こすことが有効であると考えられ、さらに具体的には、酸素の化学吸着を促進させれば、物理吸着している分子が脱離し、放熱効果を向上させることができると考えられる。
【００１８】
この点について、本発明者らは、酸素の金属表面への化学吸着に該金属のイオン化傾向が重要な役割を果たしていることを見いだした。すなわち、通常、金属表面には、酸素ガスや水分子が吸着している（大気中において、金属表面に生成する水の層の厚さは、湿度の状態により異なるが、吸着水は１０〜１００Åで、細かい水の粒子が付着する湿った大気中では１００Åから１μｍと測定されている）。化学的に活性な酸素ガスの金属表面への化学吸着はきわめて速く、その酸化速度は、水の層が厚くなるにつれて速くなる（１μｍ以上になると逆に酸化速度は遅くなる場合がある）。また、金属表面に水分子があるとイオン交換作用が起こり、金属のイオン化傾向が大きいほど、金属と酸素との吸着速度も速くなる。そして、大気中には、亜硫酸ガスなどの汚染物質が多く存在するため、さらに金属と酸素の吸着は促進される。
【００１９】
ここで、金属のイオン化傾向とは、金属単体が水中でカチオンになる傾向をいい、金属は水中で、Ｍ→Ｍ^ｎ＋＋ｎｅ⁻となる。空気中の酸素は、電子をもらって酸化物陰イオンとなり、次のように表される。
【００２０】
【数１】
１／２Ｏ_２（空気中）＋Ｈ_２Ｏ（水溶液）＋２ｅ⁻（金属）＝２ＯＨ⁻（水溶液）
【００２１】
上記の反応における標準電極電位は、＋０．４０１と熱力学的データから計算される。したがって、金属の標準電極電位が小さいほど酸素との電位差が大きくなりイオン化反応が起こりやすい。すなわち、金属のイオン化傾向が大きいほど酸素とのイオン化反応が起こりやすい。
【００２２】
イオン化列は、酸化還元反応の立場から見ると、金属単体のｅ⁻の出し易さ、つまり、還元力の序列である。そして、酸素は非常に酸化力の大きい物質である。また、金属と酸素との反応は、水環境下でなくても起こる発熱反応である。
上記の理由から、放熱板の表面にイオン化傾向の大きい金属を配することによって酸素の金属表面への化学吸着を促進させることができ、これにより金属表面に物理吸着している分子を脱離させ、放熱効果を向上させることができると考えられる。
【００２３】
次に、放熱効果に影響を与える因子として、放熱板の熱容量と空気の熱容量の差が挙げられる。
次に、熱流を考えると、温度が高い物体からの放熱は、対流、放射により外気へ伝達される。そして、同一面積の場合、放射により伝達される熱は、その物体の放射率により決まるが、対流による熱伝達は、その物体に接する流体の状態に大きく影響される。
物体の温度が高く、流体に放熱される場合の熱伝達は、次式で表される。
【００２４】
【数２】

【００２５】
ただし、ｑ＝熱流（ｋｃａｌ／ｈ・ｍ^２）、λ＝物体の熱伝導率（ｋｃａｌ／℃・ｈ・ｍ）、Ｌ＝物体の厚さ（ｍ）、Ｔ_１＝物体の温度（℃）、Ｔ_２＝低温側の物体の表面温（℃）度、Ｔ_０＝流体の温度（℃）、α＝流体の熱伝達率（ｋｃａｌ／℃・ｈ・ｍ^２）
【００２６】
上式から明らかなように、同じ条件の流体中に置かれた物体の熱伝達は、熱伝導率が大きく、厚さが薄いほど外気中に放熱される量が多い。
また、熱容量を含む系の熱平衡は、次の式で表される。
【００２７】
【数３】
Ｑ＝Ｃ・Δθ／Δｔ＋Ｗ（θ−θ_０）
【００２８】
ここで、Ｑ＝供給熱量、θ＝内部温度、θ_０＝外気温度、ｔ＝時間、Ｗ＝比例定数、Ｃ＝熱容量である。熱容量は、Ｃ（熱容量）＝Ｑ（熱量）／ΔＴ（温度差）と定義され、ΔＴ＝Ｑ／Ｃで表される。
【００２９】
上式から、供給熱量が一定であると、熱容量が小さいほど外気への放熱は増加することがわかる。したがって、熱容量の小さい物体を放熱板に使用すると、内部の蓄熱が小さくなり、外気への放熱量を増加させることができる。
また、熱容量の異なる物体が接触したときの平衡温度は、下記の式で表される。
【００３０】
【数４】
Ｔ_ｅ（平衡温度）＝（Ｃ_１・Ｔ_１＋Ｃ_２・Ｔ_２）／（Ｃ_１＋Ｃ_２）
【００３１】
上式から、平衡温度は熱容量の大きい物体の温度に影響され、熱容量の大きい物体の温度に近い温度で平衡になる。
空気−放熱板間の熱コンダクタンスが水−放熱板間に対し小さい原因は、空気の熱容量が小さいことである。熱容量は、Ｃ＝Ｖ（体積；ｃｍ^３）×Ｄ（密度；ｇ／ｃｍ^３）×ｃ（比熱；ｃａｌ／ｇ・℃）で表される。同量の水と空気では、水の比熱、密度が空気に対し大きいため熱容量が大きくなり、水−放熱板間の熱コンダクタンスが空気−放熱板間の熱コンダクタンスに対し大きくなる。
つまり、放熱板に接する空気の量を多くすることにより空気の熱容量を大きくさせ、空気−放熱板間の熱コンダクタンスを大きくすることができる。空気の風量を大きくしてその放熱効果を大きくすることは、放熱板の付近に滞留している高温の空気を除去して、低温の空気を放熱板に接触させることにより、放熱板の熱を奪うことであるが、放熱板に対し空気の熱容量を大きくすることでもある。
【００３２】
上記のことから、逆に言えば、放熱板の熱容量を小さくすることは、放熱板に接する空気の量が同じでも放熱板の熱容量に対して空気の熱容量を大きくすることと同じになる。したがって、熱容量の小さい物体を放熱板に使用すると空気中への放熱量は増加する。なお、熱容量の小さい空気を冷却媒体として使用する場合、空気の風量を多くしなければ熱容量の大きい水に比較して冷却効果は小さくなる。
【００３３】
通常、放熱板として使用される金属の熱抵抗より金属表面から空気中に伝達されるときの熱抵抗が大きいので、金属表面から空気中への熱抵抗を小さくしなければ放熱効果を向上できない。
【００３４】
上記から、放熱板の表面に熱容量の小さい物体を被覆し、空気の熱容量に対し空気に接する物体の熱容量を小さくさせ、その差を大きくすることにより放熱効果の向上が図れると考え、実験により見いだした。
【００３５】
以上の知見に基づき研究を重ねた結果、放熱板となる金属の表面に、イオン化傾向の大きい金属を被覆させること、及び、さらに該被覆金属層を放熱板となる金属に対し熱容量が小さくなるように薄く形成させ、その被膜を空気に接触させることにより、放熱効果を促進させられることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００３６】
すなわち、本発明は、本体と、該本体の表面に積層された被覆金属層とによって形成される放熱板であって、少なくとも前記被覆金属層を構成する金属材料のイオン化傾向が銀より大きいことを特徴とする、放熱板に関する。
また、本発明は、前記被覆金属層を構成する金属材料が、銅、ニッケル、コバルト、クロム、亜鉛、マンガン、及びこれらを含む合金からなる群から選択されることを特徴とする、前記放熱板に関する。
【００３７】
また、本発明は、前記被覆金属層を構成する金属材料が、ニッケル、クロム、亜鉛及びこれらを含む合金からなる群から選択されることを特徴とする、前記放熱板に関する。
また、本発明は、前記被覆金属層の熱容量が、前記本体の熱容量よりも小さいことを特徴とする、前記いずれかの放熱板に関する。
【００３８】
また、本発明は、前記被覆金属層の膜厚が、０．０３〜１０μｍであることを特徴とする、前記いずれかの放熱板に関する。
また、本発明は、前記本体が、金属板又はプラスチック板からなることを特徴とする、前記いずれかの放熱板に関する。
また、本発明は、前記いずれかの放熱板の表面に、冷却用流体として空気を接触させながら放熱させることを特徴とする、放熱方法に関する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面にしたがって説明する。図１及び図２は本発明の放熱板の構造の一例を示す斜視図である。図３及び図４は、それぞれ図１及び図２の放熱板の断面図を示すものである。図１及び図２に示すように、本発明の放熱板は、平板な板状物であってもよく、また、配管のような円筒状物としてもよい。
【００４０】
（１）放熱板の構成材料
本発明の放熱板（図１及び図２中、１）は、本体（図３及び図４中、２）と、該本体の表面に積層された被覆金属層（図３及び図４中、３）とによって形成されている。
【００４１】
本体を形成しうる材料としては、放熱板の材料として従来公知のものであれば特に制限はないが、好ましくは金属板又はプラスチック板が挙げられる。
本体を形成しうる金属板の材料としては、放熱板の材料として従来公知の金属及び合金の中から適宜選択することができる。そのようなものとしては、例えば鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、白金、銀、金、タングステン、亜鉛などの単体金属やステンレス鋼、黄銅、青銅、クロム・ニッケル合金、アルミニウム・ケイ素合金、アルミニウム・マンガン合金、ニッケル・銅合金、チタン・鉄合金、チタン・アルミニウム合金などの合金を挙げることができる。その上にさらにメッキ蒸着などにより保護膜が設けられたものであってもよいし、酸化処理などの表面加工が施されたものでもよい。これらのうち、コスト面、軽量性、加工性などの点から、アルミニウム、銅等が好ましく用いられる。
本体を形成しうるプラスチックス板の材料としては、放熱板の材料として従来公知のＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチル・スチレン共重合体、ポリメタクリル酸ブチル、ケイ素樹脂、ブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢ビニル共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ジアリルフタレート樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アクリル酸・塩化ビニル共重合体、エポキシ樹脂、ＭＢＳ樹脂などの単体や混合物を選ぶことができる。これらのうち、コスト面、加工性などの点から、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂等が好ましく用いられる。
【００４２】
本体を構成する金属板、プラスチックス板等の厚さについては特に制限はなく、大型の装置などの寸法の大きいものに用いる場合は厚くすることもできるし、また、小型のものの場合には薄くすることもできるが、０．０１〜１０ｍｍの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは０．１〜８．０ｍｍの範囲である。
【００４３】
本体の形状については、図１及び図２にその一例を示したが、これらに限定されるものではなく、例えば棒状、方形状、円形状、筒状、半球状、球状など任意の形状に形成することができるし、またその表面形状は、波形表面、凹凸表面、突起状表面などに加工されていてもよい。
【００４４】
（２）被覆金属層
本発明においては、上述した放熱板本体の表面に、イオン化傾向が銀より大きい金属からなる層（被覆金属層）を、好ましくはその熱容量が前記放熱板本体の熱容量に対し小さくなるように薄く積層して、該放熱板本体を被覆する。
ここでいうイオン化傾向とは、２極の電位差の測定から得た結果をいい、室温で、通常の酸化還元電位計（電子電圧計）を用いて得た測定値を使用する。また、２極の電位差の測定が難しいものは、熱力学的データから計算された数値を使用する。
【００４５】
本発明で被覆金属層に用いることができる金属材料としては、このような測定により得られるイオン化傾向が銀より大きいものを選択することが必要である。さらには、その熱容量が放熱板本体の熱容量より小さいものを選択するのが好ましい。
具体的には、銅、ニッケル、コバルト、クロム、鉄、亜鉛、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、及びこれらの酸化物、合金等が挙げられる。これらのうち、イオン化傾向があまり高すぎるものを選ぶと、空気による酸化速度が速まって被覆された金属が速く酸化物になってしまい、結果としてイオン化傾向の低下も速まり、放熱効果の低減を招く場合がある。よって、より好ましくは、銅、ニッケル、コバルト、クロム、亜鉛、及びマンガン並びにこれらを含む合金からなる群から選択される材料を用いるのがよい。なお、合金としては、例えばニッケルフェライト、ニッケル・クロム、ニッケル・銅、ニッケル・亜鉛、ニッケル・銅・亜鉛、ニッケル・ボロン等が挙げられる。
これらのうち、放熱効果が高く空気に酸化される速さが比較的遅い金属であること、及びコスト面、加工性、耐久性等を考慮し、さらに好ましいものとして亜鉛、クロム、ニッケル又はこれらを含む合金を挙げることができる。さらに、これらのうち最も好ましいものとして、イオン化傾向が一番低く、酸化速度が遅く、耐久性に優れているニッケルを挙げることができる。
【００４６】
本発明においては、放熱板本体を構成する材料として金属材料を選択した場合、該金属材料と被覆金属層を構成する金属材料とが必ずしも異なる材料である必要はないが、被覆金属層の熱容量が放熱板本体の熱容量に対し小さくなるように形成すると、放熱効果がよりいっそう向上することから、被覆金属層を構成する金属材料は、上述した中から放熱板本体の金属材料との組み合わせを考慮し、該放熱板本体の金属材料と重複しない材料を選択することができる。
【００４７】
被覆金属層は、放熱板本体を形成する金属板、プラスチックス板等の表面全体に積層されていてもよく、また、該金属板、プラスチックス板等の一部のみに積層されていてもよく、必要に応じて適宜被覆場所等を選択し積層することができる。例えば、図１に示すような放熱板においては、少なくとも低温側に被覆金属層を積層させておけばよく、必ずしも全体に積層させなくてもよい。
【００４８】
被覆金属層の厚み（膜厚）は、空気との熱容量の差を大きくさせ、空気中の分子との化学吸着を促進するような膜厚を選択するのが望ましい。具体的には、０．０３〜１０μｍ、好ましくは０．０３７〜７．５μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜７．３μｍ、特に好ましくは０．１μｍ〜６μｍの範囲とするのが望ましい。
膜厚が厚すぎると放熱板本体からの放熱が妨げられる傾向にある。一方、膜厚が薄すぎると、被覆金属層の金属の量が少ないため、化学吸着して放熱効果を高める被覆金属層が、速く酸化物に変わりやすくなる。そして、被覆金属層の金属がほとんど無くなり、放熱効果が低下するという欠点が生じる場合がある。
【００４９】
なお、ここでいう膜厚とは、例えば端部、中央部に被覆金属層が形成されているとすると、これら三カ所の膜厚を膜厚計を用いて測定したときの平均値をいう。膜厚の測定は任意の方法でよく、例えば蛍光Ｘ線装置等により測定することができる。
【００５０】
本発明における被覆金属層の積層方法（被覆方法）は、特に制限はなく、電気メッキ、無電界メッキ、溶融金属からの溶融メッキ等の液相法、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の物理蒸着（ＰＶＤ）、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ等の気相法など、薄膜を形成するのに慣用されている方法から任意に選ぶことができる。また、これらの技術を任意に組み合わせて積層することもできる。
【００５１】
また、被覆金属層を形成させるタイミングについても任意である。例えば、放熱板本体を各種形状に加工したあと被覆金属層を形成させてもよく、また加工前の金属板に被覆金属層を積層させた後に各種形状に加工してもよく、必要なときに被覆することができる。
【００５２】
また、図１〜２及び図３〜４には、放熱板本体及び被覆金属層が各々単一体の場合の例を示したが、本発明においては、放熱板本体又は被覆金属層あるいはその両方を２種以上の材料からなる複合体とすることもできる。たとえば、放熱板本体を多層構造にすることも可能であり、また被覆金属層を多層構造とし表面層と内層とに分けて各々異なる材料で構成することもできる。その場合は、空気層に接する層に上述したイオン化傾向が銀より大きい金属材料を使用し、その膜厚を好ましくは０．０３〜１０μｍ、より好ましくは０．０３７〜７．５μｍ、さらに好ましくは０．１〜５μｍの範囲とするのが望ましい。
【００５３】
（３）放熱方法
本発明の放熱方法は、上述した本発明の放熱板の低音側表面に、冷却用流体として空気を接触させながら放熱させることを特徴とする。本発明の放熱板は、その表面に熱容量が放熱板本体のそれより小さくなるように薄く積層させた被覆金属層を有するので、相対的に空気の熱容量が大きくなり、放熱板の熱容量との差が拡大するので、冷却用流体として空気を使用した場合の放熱効果を格段に向上させることができる。
【００５４】
なお、この場合、放熱を促進させるために従来から採られていた手段、例えば表面を凹凸にする方法、アルマイト加工やブラスト加工等の放熱面積を大きくさせる方法、板表面にフィンを設け更にそのフィンの数量を多くする方法、放熱板の包絡面を湾曲させ放熱板を通り抜ける冷却風の速度と量を増加させる方法、及び放熱板の熱容量を小さくさせる方法などと併用することもできる。そして、被膜金属層にブラスト加工等の物理的処理や化学的処理を施すことにより表面積を大きくさせ、さらに、その放熱効果を向上させることもできる。また、化学吸着を促進するため被覆金属層の表面にさらに触媒等を積層することもできる。
【００５５】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。なお、本実施例における膜厚は、蛍光Ｘ線装置を用いてフィン両端部、中央部の三カ所の膜厚を測定し、これらの平均値を求めて膜厚とした。
【００５６】
【実施例１】
本実験においては、図５に示すような放熱板熱伝導実験装置を作成した。
まず、図１に示すような形状の放熱板１であって、縦６０ｍｍ横６０ｍｍ厚さ３ｍｍ、重量３２ｇのアルミニウム製の放熱板本体の表面に、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕをメッキにより被覆したもの、及び、メタクリル酸メチル−アクリル酸エチル−スチレン共重合体をコーティングしたもの、そして、なにも処理しないアルミニウム製の同一板（以下、単に「板」という）を用意した。なお、各被覆層の膜厚は表１に示す通りである。
【００５７】
次いで、図５に示すように、ＤＣファンモーター２（山洋電気株式会社製：縦６０ｍｍ×横６０ｍｍ×高さ２０ｍｍ：定格電圧１２Ｖ・定格電流０．０９Ａ・定格回転速度４，１００ｒ．ｐ．ｍ）を、放熱板１の上方４０ｍｍに固定した。このときの板表面付近の風速は、０．２〜０．３ｍ／ｓであった。
【００５８】
主ヒータ３と補正ヒータ５（厚さが約２ｍｍで３２Ωもの）を、磁器製のタイル４（厚さ５ｍｍ）の両面に、厚さ１ｍｍの熱伝導シート６（シリコーン製のラバー）で密着させ、これの主ヒータ３側の面を、シリコーングリース７を用いて放熱板１に密着させた。補正ヒータ５の下には厚さ１５ｍｍのバーチクルボード８を置き、さらにその下に厚さ５０ｍｍの発泡スチロール板９を置き、下方への熱損失を補った。
【００５９】
縦９０ｃｍ×横１８０ｃｍ×高さ９０ｃｍのビニールで作成したハウスの中に上記方法で作成した放熱板熱伝導実験装置を設置し、キクスイ株式会社製の整流器により５．９８Ｗ（１１．５Ｖ・０．５２Ａ）の電力を印加して発熱させ、平衡になった６０分後の温度を測定した。
温度の測定は、図６に示すように、熱電対を用いて空気入口温度（板横５ｃｍの位置の温度）と、放熱板１と主ヒータ３の間、及び補正ヒータ５と厚さ１５ｍｍのバーチクルボード８の間で行い、放熱板１と主ヒータ３の間及び補正ヒータ５とバーチクルボード８の間の温度が同一になったときの温度を測定した。
そして、空気入口温度をＴ１とし、放熱板１と主ヒータ３の間及び補正ヒータ５とバーチクルボード８の間の温度が同一になったときの温度をＴ２として、次式により熱抵抗Ｒを求めた。なお、下記数式中、Ｗは印加電力である。
【００６０】
【数５】
熱抵抗：Ｒ＝（Ｔ２−Ｔ１）／Ｗ
【００６１】
温度測定の結果を表１に示す。なお、表１中、「ＭＭ」はメタクリル酸メチル−アクリル酸エチル−スチレン共重合体を表す。また、このときのイオン化傾向は、Ｚｎ＞Ｃｒ＞Ｎｉ＞処理なしアルミニウム製板＞Ｃｕの順番であった。
【００６２】
【表１】

【００６３】
上記の結果から、熱抵抗は、Ｚｎ＜Ｃｒ＜Ｎｉ＜Ｃｕ＜ＭＭ＜処理なしアルミニウム製板の順番となる。よって、処理なしアルミニウム製板に対し熱容量の小さい物体を積層させることにより、熱抵抗が０．２０〜０．６６℃／Ｗ低くなり、放熱効果が向上することが分かる。そして、化学的に不活性なメタクリル酸メチル−アクリル酸エチル−スチレン共重合体に対しイオン化傾向の大きいＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｎの熱抵抗は０．１４〜０．６２℃／Ｗ低くなり、イオン化傾向が大きくなると放熱効果が向上することが分かる。
【００６４】
【実施例２】
実施例１と同じアルミニウム製の板（放熱板本体）に、Ｎｉを、厚さが各々０．０３μｍ、０．０．０６μｍ、０．９８μｍ、１．２６μｍ、２．４５μｍ、３．３２μｍ、４．６７μｍ、７．７３μｍとなるように積層した放熱板を用いて、実施例２と同じ方法により平衡になった６０分後の熱抵抗を測定し比較した。結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】

【００６６】
上記の結果から、亜鉛の厚さが０．０３μｍ〜１０μｍ、さらに０．１μｍ〜７．３μｍ、特に０．１μｍ〜６μｍ程度の範囲において、放熱効果の向上が著しいことが分かる。
【００６７】
【実施例３】
実施例１において、放熱板本体として、アルミニウム製の板に代えてＡＢＳ製の板（縦６０ｍｍ横６０ｍｍ厚さ０．１ｍｍ、重量３．２ｇ）を用い、これにＮｉを、厚さが各々０．０３μｍ、０．５１μｍ、０．９３μｍ、１．５５μｍ、３．０９μｍ、４．９８μｍ、５．９１μｍ、７．６６μｍとなるように積層した放熱板を用いて、実施例１と同じ方法で平衡になった６０分後の熱抵抗を測定し比較した。結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】

【００６９】
上記の結果から、ニッケルの厚さが０．０３μｍ〜１０μｍ、さらに０．５μｍ〜７．６６μｍ、特に０．５μｍ〜６μｍ程度の範囲において、放熱効果の向上が著しいことが分かる。
【００７０】
上記の結果から、アルミ板やＡＢＳ樹脂製の板の表面に、イオン化傾向の大きい物質を被覆することにより放熱効果が向上して熱抵抗が低下することが分かる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の放熱板は、その表面に、イオン化傾向の大きい金属材料からなる被覆金属層を設けてあるので、空気中の酸素の放熱板表面への化学吸着が促進され、該表面に物理吸着している分子が脱離して放熱効果が格段に向上する。また、熱容量が放熱板本体のそれより小さくなるように薄く積層させた被覆金属層を有するので、相対的に空気の熱容量が大きくなり、放熱板の熱容量との差が拡大し、冷却用流体として空気を使用した場合の放熱効果がさらに向上する。
【００７２】
本発明の放熱板を用いた放熱方法によれば、冷却流体として空気を使用するので、水のような冷却液体を使用する水冷方式のように循環系統やポンプ等の装置を設置しなくても高い放熱効果が得られ、装置のコンパクト化と軽量化が図られ、しかも安価な冷却装置を提供することができる。また、従来の空冷方式より放熱効率がよいため、装置の大型化や送風に伴う騒音などの問題を解消することができる。
【００７３】
本発明の放熱板は、テレビジョン、コンピュータ、プラズマディスプレイ等の表示装置、冷蔵庫、モータ等の電気製品・電子機器や、自動車のエンジン、ラジエーター、熱交換器、原子炉、発電機等の各種機械装置はもとより、スイッチ類、ＩＣチップやエレクトロニクスデバイスなどの小型集積回路の発熱体等などを内部に有する筺体や配管において冷却効果を高めることができ、有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放熱板の構造の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の放熱板の構造の一例を示す斜視図である。
【図３】図１の放熱板の断面図である。
【図４】図２の放熱板の断面図である。
【図５】実施例１の放熱板熱伝導実験装置の概略を示す図である。
【図６】実施例１の放熱板熱伝導実験装置における温度測定点を示す図である。
【符号の説明】
１・・・放熱板
２・・・ＤＣファンモータ
３・・・主ヒータ
４・・・タイル
５・・・補正ヒータ
６・・・熱伝導シート
７・・・シリコングリース
８・・・パーチクルボード
９・・・発泡スチロール板

Claims

本体と、該本体の表面に積層された被覆金属層とによって形成される放熱板であって、少なくとも前記被覆金属層を構成する金属材料のイオン化傾向が銀より大きいことを特徴とする、放熱板。
前記被覆金属層を構成する金属材料が、銅、ニッケル、コバルト、クロム、亜鉛、マンガン、及びこれらを含む合金からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１記載の放熱板。
前記被覆金属層を構成する金属材料が、ニッケル、クロム、亜鉛及びこれらを含む合金からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２記載の放熱板。
前記被覆金属層の熱容量が、前記本体の熱容量よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の放熱板。
前記被覆金属層の膜厚が、０．０３〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の放熱板。
前記本体が、金属板又はプラスチック板からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の放熱板。
請求項１〜６のいずれかに記載の放熱板の表面に、冷却用流体として空気を接触させながら放熱させることを特徴とする、放熱方法。