JP2018160552A - 放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品を冷却しつつ塵埃が付着することを防止する。【解決手段】放熱構造１は、筒状に形成され、少なくとも一つの発熱部品ＨＣが配置された外面１１を有する筒部材１０と、筒部材１０を囲むように配置されたケース部材２０と、を備える。筒部材１０の内部空間１２の両端はともに、ケース部材２０の外部に開口している。ケース部材２０と筒部材１０の外面１１との間の収容空間４０は、筒部材１０の内部空間１２およびケース部材２０の外部に対して密閉されている。【選択図】図４

Description

本発明は、放熱構造に関する。

従来、電子部品などの通電によって発熱する発熱部品を内部に備えた電気機器には、発熱部品から生じる熱を冷却するため、強制空冷による冷却方式を採用したものがある（例えば、特許文献１参照）。この冷却方式では、ファンなどを用いて外気を電気機器の内部に直接流すことによって、発熱部品を冷却する。

特開２０１０−１５３５２６号公報

しかしながら、上述した冷却方式では、外気を電気機器の内部に取り込む際に、塵や埃などが電気機器の内部に混入しやすい。この塵埃が電気機器内部の基板や電子部品などに蓄積した場合、電気機器の故障が発生する可能性がある。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、電子部品などの発熱部品を冷却しつつ塵埃が付着することを防止できる放熱構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る放熱構造は、筒状に形成され、少なくとも一つの発熱部品が配置された外面を有する筒部材と、前記筒部材を囲むように配置されたケース部材と、を備える。前記筒部材の内部空間の両端はともに、前記ケース部材の外部に開口している。前記ケース部材と前記筒部材の外面との間の空間は、前記筒部材の内部空間および前記ケース部材の外部に対して密閉されている。

上記の放熱構造によれば、筒部材の外面に配置された発熱部品の熱が熱伝導などによって筒部材に伝達されるので、送風などにより筒部材の内部空間を冷却することによって、発熱部品を冷却することができる。このとき、発熱部品が配置された筒部材の外面とケース部材との間の空間は筒部材の内部空間およびケース部材の外部に対して密閉されているので、筒部材の内部空間に送風などを行ってもケース部材と筒部材の外面との間の空間に配置された発熱部品などの部品に塵埃が付着することを防止できる。

本発明の一実施形態に係る放熱構造の全体斜視図である。 前記放熱構造の正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 前記放熱構造の変形例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。図１から図４に示すように、本実施形態に係る放熱構造１は、筒部材１０と、ケース部材２０と、を備えている。

筒部材１０は、筒状に形成されており、発熱部品ＨＣが配置される外面１１と、内部空間１２と、を有している。内部空間１２は、筒部材１０の内面によって囲まれる空間である。本実施形態では、筒部材１０は、軸線Ｏ１に沿って延びている。

以下の説明では、軸線Ｏ１に沿う方向を軸方向Ｄ１と適宜称する。また、軸方向Ｄ１に直交する方向を縦方向（第一直交方向）Ｄ２と適宜称し、軸方向Ｄ１および縦方向Ｄ２の両方に直交する方向を横方向（第二直交方向）Ｄ３と適宜称する。本実施形態では、軸方向Ｄ１は、図３において紙面の左右方向であり、図４において紙面に対して直交する方向である。縦方向Ｄ２は、図３および図４において紙面の上下方向である。横方向Ｄ３は、図３において紙面に対して直交する方向であり、図４において紙面の左右方向である。また、図３において紙面の左端から右端に向かう方向を、軸方向Ｄ１の前方または前側と適宜称し、その反対の方向を軸方向Ｄ１の後方または後側と適宜称する。図４において紙面の下端から上端に向かう方向を、縦方向Ｄ２の上方または上側と適宜称し、その反対の方向を、縦方向Ｄ２の下方または下側と適宜称する。図４において紙面の左端から右端に向かう方向を、横方向Ｄ３の右方または右側と適宜称し、その反対の方向を、横方向Ｄ３の左方または左側と適宜称する。

本実施形態では、筒部材１０は、軸方向Ｄ１から見て縦方向Ｄ２および横方向Ｄ３に延びる正方形の断面形状を有している。筒部材１０の軸方向Ｄ１に垂直な断面の形状は、筒部材１０の前端１０ｆから後端１０ｒまで軸方向Ｄ１に沿って一定である。筒部材１０は、縦方向Ｄ２を向く外面１１を有する上側部分１０ｔおよび下側部分１０ｂと、横方向Ｄ３を向く外面１１を有する右側部分１０ｍと左側部分１０ｈと、を有している。下側部分１０ｂは、上側部分１０ｔの縦方向Ｄ２の下方に位置している。左側部分１０ｈは、右側部分１０ｍの横方向Ｄ３の左方に位置している。上側部分１０ｔの横方向Ｄ３の両端はそれぞれ、左側部分１０ｈの縦方向Ｄ２の上端および右側部分１０ｍの縦方向Ｄ２の上端に接続されている。下側部分１０ｂの横方向Ｄ３の両端はそれぞれ、左側部分１０ｈの縦方向Ｄ２の下端および右側部分１０ｍの縦方向Ｄ２の下端に接続されている。

筒部材１０の内部空間１２には、筒部材１０に接続された少なくとも一つの放熱フィン３０が設けられている。本実施形態では、複数の放熱フィン３０が設けられている。放熱フィン３０は、軸方向Ｄ１および縦方向Ｄ２に沿って延びる板状に形成されている。放熱フィン３０の縦方向Ｄ２の両端部、すなわち上端部３０ｔおよび下端部３０ｂは、筒部材１０に接続されている。具体的には、放熱フィン３０の上端部３０ｔは、筒部材１０の上側部分１０ｔに接続されている。放熱フィン３０の下端部３０ｂは、筒部材１０の下側部分１０ｂに接続されている。

放熱フィン３０は、筒部材１０の前端１０ｆから後端１０ｒまで軸方向Ｄ１に沿って延びている。また、放熱フィン３０は、筒部材１０の内部空間１２内において、横方向Ｄ３に等間隔に並んで互いに平行に配置されている。

筒部材１０および放熱フィン３０は、例えば押出成形によって一体に形成することができる。筒部材１０および放熱フィン３０は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で構成されている。

ケース部材２０は、筒部材１０を囲むように配置されている。本実施形態では、ケース部材２０は、軸方向Ｄ１、縦方向Ｄ２、および横方向Ｄ３の各方向に延びる辺を有する直方体の外形を有する箱状に形成されている。箱状のケース部材２０の内部に、筒部材１０が配置されている。

筒部材１０の内部空間１２の両端、すなわち筒部材１０の前端１０ｆ側の開口端および後端１０ｒ側の開口端はともに、ケース部材２０の外部に開口している。具体的には、ケース部材２０において軸方向Ｄ１を向く面を有する前面部２０ｆおよび後面部２０ｒには、それぞれ開口２１ｆおよび開口２１ｒが形成されている。筒部材１０の内部空間１２の前端１０ｆ側の開口端は、ケース部材２０の前面部２０ｆの開口２１ｆを介してケース部材２０の外部に開口している。また、筒部材１０の内部空間１２の後端１０ｒ側の開口端は、ケース部材２０の後面部２０ｒの開口２１ｒを介してケース部材２０の外部に開口している。

より詳細には、前面部２０ｆの開口２１ｆは、前面部２０ｆを軸方向Ｄ１に貫通している。前面部２０ｆよりも軸方向Ｄ１の後方に配置された後面部２０ｒの開口２１ｒは、後面部２０ｒを軸方向Ｄ１に貫通している。軸方向Ｄ１から見た開口２１ｆおよび開口２１ｒの形状および大きさはそれぞれ、軸方向Ｄ１から見た筒部材１０の内部空間１２の周縁の形状および大きさに対応している。開口２１ｆおよび開口２１ｒは、軸方向Ｄ１から見て互いに一致するように配置されている。筒部材１０は、ケース部材２０の内部において、軸方向Ｄ１から見て内部空間１２が開口２１ｆおよび開口２１ｒと一致するように配置されている。

ケース部材２０と筒部材１０の外面１１との間の収容空間４０は、筒部材１０の内部空間１２およびケース部材２０の外部に対して密閉されている。本実施形態では、上述のようにケース部材２０の内部に配置された筒部材１０において、前端１０ｆとケース部材２０の前面部２０ｆとは、例えばねじ止めなどによって互いに隙間なく接続されている。同様に、筒部材１０の後端１０ｒとケース部材２０の後面部２０ｒとは、例えばねじ止めなどによって互いに隙間なく接続されている。これによって、ケース部材２０と筒部材１０の外面１１との間の収容空間４０を、筒部材１０の内部空間１２およびケース部材２０の外部に対して密閉することができる。筒部材１０の外面１１に配置された発熱部品ＨＣは、この収容空間４０内に位置している。

さらに、筒部材１０の前端１０ｆとケース部材２０の前面部２０ｆとの間および筒部材１０の後端１０ｒとケース部材２０の後面部２０ｒとの間にそれぞれパッキンやガスケットなどの公知のシール部材を設けることによって、より確実に収容空間４０を密閉することができる。また、耐水性や耐候性などの所定の性能を有するシール部材を用いることによって、収容空間４０内を防水することができる。

ケース部材２０は、例えば鉄などの金属で構成されている。よって、筒部材１０の熱伝導率は、ケース部材２０の熱伝導率よりも大きくなっている。

本実施形態では、ケース部材２０に、筒部材１０の内部空間１２に送風を行うためのファンＦＡが設けられている。ファンＦＡは、軸方向Ｄ１から見て内部空間１２を覆うようにケース部材２０の前面部２０ｆに配置されている。ファンＦＡには、公知の構成を有するファンを用いることができる。

続いて、筒部材１０の外面１１に配置される発熱部品ＨＣについて説明する。発熱部品ＨＣは、例えば電子部品などの通電によって発熱する部品である。発熱部品ＨＣは、筒部材１０の外面１１に少なくとも一つが配置されている。本実施形態では、発熱部品ＨＣは、筒部材１０の外面１１に複数配置されている。また、発熱部品ＨＣは、基板ＣＢ上に搭載され、基板ＣＢとともに回路を構成している。このため、発熱部品ＨＣは、基板ＣＢと筒部材１０の外面１１との間に配置されている。発熱部品ＨＣは、筒部材１０と熱伝導が可能な態様で、筒部材１０の外面１１に配置されている。例えば、発熱部品ＨＣは、筒部材１０の外面１１と直接接触するように外面１１に配置されていてもよいし、外面１１との間に公知の熱伝導シートやサーマルグリスなどを挟んで外面１１に配置されていてもよい。また、発熱部品ＨＣは、公知のヒートシンクを介して筒部材１０と熱伝導が可能なように筒部材１０の外面１１に配置されていてもよい。

本実施形態では、複数の発熱部品ＨＣのうち、筒部材１０の上側部分１０ｔの外面１１には、発熱部品ＨＣ１が配置されており、筒部材１０の左側部分１０ｈの外面１１には、発熱部品ＨＣ２が配置されており、筒部材１０の下側部分１０ｂの外面１１には、発熱部品ＨＣ３が配置されている。すなわち、発熱部品ＨＣ１および発熱部品ＨＣ３は、筒部材１０の外面１１において放熱フィン３０の上端部３０ｔおよび下端部３０ｂにそれぞれ対応する領域に配置されており、発熱部品ＨＣ２は、筒部材１０の外面１１において横方向Ｄ３を向く領域に配置されている。この場合に、横方向Ｄ３に向く領域に配置された発熱部品（第二発熱部品）ＨＣ２の発熱量は、放熱フィン３０の上端部３０ｔおよび下端部３０ｂにそれぞれ対応する外面１１の領域に配置された発熱部品（第一発熱部品）ＨＣ１および発熱部品（第一発熱部品）ＨＣ３の発熱量よりも小さいことが好ましい。

また、例えば、筒部材１０の縦方向Ｄ２と鉛直方向とが一致するように放熱構造１を配置する場合には、筒部材１０の内部空間１２よりも下方に配置された発熱部品（第四発熱部品）ＨＣ３の発熱量は、筒部材１０の内部空間１２よりも上方に配置された発熱部品（第三発熱部品）ＨＣ１の発熱量よりも大きいことが好ましい。

本実施形態によれば、放熱構造１は、筒状に形成され、発熱部品ＨＣが配置された外面１１を有する筒部材１０と、筒部材１０を囲むように配置されたケース部材２０と、を備える。筒部材１０の内部空間１２の両端はともに、ケース部材２０の外部に開口している。ケース部材２０と筒部材１０の外面１１との間の収容空間４０は、筒部材１０の内部空間１２およびケース部材２０の外部に対して密閉されている。

このような構成によれば、筒部材１０の外面１１に配置された発熱部品ＨＣの熱が熱伝導などによって筒部材１０に伝達されるので、送風などにより筒部材１０の内部空間１２を冷却することによって、発熱部品ＨＣを冷却することができる。このとき、発熱部品ＨＣが配置された筒部材１０の外面１１とケース部材２０との間の収容空間４０は外部に対して密閉されているので、筒部材１０の内部空間１２に送風などを行っても収容空間４０に配置された発熱部品ＨＣなどの部品に塵埃が付着することを防止できる。

加えて、発熱部品ＨＣの熱は主としてケース部材２０ではなく筒部材１０を介して外部に放出されるため、ケース部材２０の温度上昇を抑制することができる。これによって、ケース部材２０の温度をケース部材２０に触れても支障がない程度の温度に抑えることができ、発熱部品ＨＣが発熱した状態でもケース部材２０を把持して放熱構造１を備える電気機器を持ち運ぶことができる。さらに、複数台の放熱構造１を縦方向Ｄ２や横方向Ｄ３に隣接して配置した場合であっても、隣接する放熱構造１のケース部材２０から熱の煽りを受けることを防止できる。

また、筒部材１０の熱伝導率は、ケース部材２０の熱伝導率よりも大きい。これによって、発熱部品ＨＣから発生する熱はケース部材２０よりも筒部材１０に多く伝導され、筒部材１０から内部空間１２へ放出される。したがって、ケース部材２０の温度上昇をより確実に抑制することができる。

また、筒部材１０の内部空間１２には、筒部材１０に接続された放熱フィン３０が設けられている。これによって、発熱部品ＨＣの熱を筒部材１０から放熱フィン３０に効率的に伝えることができる。すなわち、発熱部品ＨＣの熱を効率的に筒部材１０の内部空間１２に伝えることができる。したがって、発熱部品ＨＣをより効果的に冷却することができる。

また、放熱フィン３０は、筒部材１０の軸方向Ｄ１および縦方向Ｄ２に沿って延びる板状に形成されている。放熱フィン３０の縦方向Ｄ２の両端部は、筒部材１０に接続されている。複数の発熱部品ＨＣのうち発熱部品ＨＣ１および発熱部品ＨＣ３は、筒部材１０の外面１１において放熱フィン３０の縦方向Ｄ２の両端部に対応する領域に配置されている。発熱部品ＨＣのうち発熱部品ＨＣ１および発熱部品ＨＣ３よりも発熱量が小さい発熱部品ＨＣ２は、筒部材１０の外面１１において横方向Ｄ３を向く領域に配置されている。

このような構成によれば、発熱部品ＨＣ１および発熱部品ＨＣ３において発生する大きな熱は、放熱フィン３０を介して筒部材１０の内部空間１２に効率的に伝わるため、発熱部品ＨＣ２において発生する熱と比較して、筒部材１０の内部空間１２に放出されやすい。したがって、発熱量の大きい発熱部品ＨＣ１および発熱部品ＨＣ３を、発熱量の小さい発熱部品ＨＣ２よりも優先して効果的に冷却することができる。

また、発熱部品ＨＣ１は、筒部材１０の内部空間１２よりも上方に配置されている。発熱部品ＨＣ１よりも発熱量が大きい発熱部品ＨＣ３は、筒部材１０の内部空間１２よりも下方に配置されている。このため、内部空間１２よりも下方に配置された発熱量の大きい発熱部品ＨＣ３において発生した熱は、収容空間４０において、発熱量の小さい発熱部品ＨＣ１が配置された内部空間１２の上方に向かって伝わる。このような熱の伝わりによって、収容空間４０内の温度分布の均一化を図ることができる。例えば、発熱量の大きい発熱部品ＨＣが筒部材１０の内部空間１２よりも上方に配置され、発熱量の小さい発熱部品ＨＣが筒部材１０の内部空間１２よりも下方に配置されている場合には、発熱部品ＨＣにおいて発生した熱が収容空間４０のうち内部空間１２よりも上方の領域に集中してしまうため、この領域の温度が他の領域よりも極端に高くなる可能性がある。これに対して、上述した発熱部品ＨＣの配置では、収容空間４０内の温度分布を均一に近づけることができるので、収容空間４０内で極端に高温になる領域が生じることを防止できる。

なお、上記実施形態では、筒部材１０は正方形の断面形状を有しており、これに伴って筒部材１０の内部空間１２も正方形の断面形状を有していたが、これに限らない。例えば、筒部材を図５に示す変形例のように構成してもよい。図５に示す変形例の放熱構造２の筒部材１１０は、軸方向Ｄ１から見て縦方向Ｄ２の寸法が横方向Ｄ３の寸法よりも小さい長方形の断面形状を有している。これに伴って、筒部材１１０の内部空間１１２においても、内部空間１１２の縦方向Ｄ２の寸法が横方向Ｄ３の寸法よりも小さくなっている。

放熱フィン３０の縦方向Ｄ２の寸法をある程度大きくすると放熱フィン３０の縦方向Ｄ２の中央部分まで熱が伝わらなくなるので、放熱効果のさらなる向上が見込めなくなる。そのため、上述のように構成することで、放熱フィン３０の縦方向Ｄ２の寸法を放熱に効果的な範囲に抑えつつ、筒部材１１０の寸法を横方向Ｄ３に大きくすることができる。これによって、放熱フィン３０による冷却効果を好適に維持したまま、発熱部品ＨＣが配置可能な筒部材１１０の外面１１を増やすことができる。

なお、上述した筒部材１１０のように、内部空間１１２が長方形の断面を有している場合に、一台のファンではなく複数台のファンを設ける場合がある。この場合には、複数台のファンにそれぞれ対応した複数の内部空間を形成するように、内部空間１１２を横方向Ｄ３に複数に分割する壁部を設けてもよい。このように構成することで、各ファンからの送風が内部空間内で互いに干渉することを防止できる。

上述した形状の他、筒部材および内部空間の軸方向Ｄ１に垂直な断面の形状は、他の多角形や円形などであってもよい。

また、上記実施形態では、筒部材１０および内部空間１２の軸方向Ｄ１に垂直な断面の形状は、筒部材１０の前端１０ｆから後端１０ｒまで軸方向Ｄ１に沿って一定であったが、これに限らない。筒部材１０および内部空間１２の軸方向Ｄ１に垂直な断面の形状は、軸方向Ｄ１に沿って変化していてもよい。

また、上記実施形態では、筒部材１０と放熱フィン３０とが一体に形成されていたが、これに限らない。筒部材１０と放熱フィン３０とは別々に形成され、その後例えば溶接などで互いに接続されていてもよい。また、放熱フィン３０は、筒部材１０の前端１０ｆから後端１０ｒまで軸方向Ｄ１に沿って設けられていたが、これに限らない。放熱フィン３０は、筒部材１０の前端１０ｆから後端１０ｒまでの一部に設けられていてもよい。また、放熱フィン３０は、横方向Ｄ３に等間隔に配置されていたが、適宜不等間隔に配置されていてもよい。

上記実施形態では、筒部材１０とケース部材２０とは互いに異なる材料で構成されていたが、これに限らず、同じ材料で構成されていてもよい。すなわち、筒部材１０およびケース部材２０の熱伝導率は、互いに等しくてもよい。また、筒部材１０とケース部材２０とを上述のようにねじ止めで互いに接続する場合には、筒部材１０の前端１０ｆおよび後端１０ｒに固定用のねじが螺合するねじ穴を形成してもよい。

また、ファンＦＡはケース部材２０の前面部２０ｆに設けられていたが、これに限らず、ケース部材２０の後面部２０ｒに設けられていてもよい。さらに、ファンＦＡは、放熱構造１とは別に設けられていてもよい。ファンＦＡが設けられていると、ファンＦＡを用いて筒部材１０の内部空間１２に送風することができるので、筒部材１０の冷却を促進させることができる。また、筒部材１０の冷却にファンＦＡを用いなくてもよい。この場合には、例えば、軸方向Ｄ１の一方と鉛直方向とが一致するように放熱構造１を配置して、すなわち筒部材１０を鉛直方向に配置して、自然空冷によって筒部材１０を冷却してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

１、２ 放熱構造
１０、１１０ 筒部材
１１ 外面
１２、１１２ 内部空間
２０ ケース部材
３０ 放熱フィン
４０ 収容空間（空間）
ＣＢ 基板
ＦＡ ファン
ＨＣ 発熱部品
Ｄ１ 軸方向
Ｄ２ 縦方向（第一直交方向）
Ｄ３ 横方向（第二直交方向）

Claims (6)

1. 筒状に形成され、少なくとも一つの発熱部品が配置された外面を有する筒部材と、
   前記筒部材を囲むように配置されたケース部材と、
   を備え、
   前記筒部材の内部空間の両端はともに、前記ケース部材の外部に開口しており、
   前記ケース部材と前記筒部材の外面との間の空間は、前記筒部材の内部空間および前記ケース部材の外部に対して密閉されている
   放熱構造。
2. 請求項１に記載の放熱構造であって、
   前記筒部材の熱伝導率は、前記ケース部材の熱伝導率よりも大きい
   放熱構造。
3. 請求項１または２に記載の放熱構造であって、
   前記筒部材の内部空間には、前記筒部材に接続された少なくとも一つの放熱フィンが設けられている
   放熱構造。
4. 請求項３に記載の放熱構造であって、
   前記放熱フィンは、前記筒部材の軸方向および前記軸方向に直交する第一直交方向に沿って延びる板状に形成されており、
   前記放熱フィンの前記第一直交方向の両端部は、前記筒部材に接続されており、
   前記発熱部品は、前記筒部材の外面に複数配置されており、
   複数の前記発熱部品のうち第一発熱部品は、前記筒部材の外面において前記放熱フィンの前記第一直交方向の両端部のうちの少なくとも一方に対応する領域に配置されており、
   複数の前記発熱部品のうち前記第一発熱部品よりも発熱量が小さい第二発熱部品は、前記筒部材の外面において前記軸方向および前記第一直交方向の両方に直交する第二直交方向を向く領域に配置されている
   放熱構造。
5. 請求項３に記載の放熱構造であって、
   前記放熱フィンは、前記筒部材が軸方向および前記軸方向に直交する第一直交方向に沿って延びる板状に形成されており、
   前記放熱フィンの前記第一直交方向の両端部は、前記筒部材に接続されており、
   前記筒部材の内部空間における前記第一直交方向の寸法は、前記筒部材の内部空間における前記軸方向および前記第一直交方向の両方に直交する第二直交方向の寸法よりも小さい
   放熱構造。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載の放熱構造であって、
   前記発熱部品は、前記筒部材の外面に複数配置されており、
   複数の前記発熱部品のうち第三発熱部品は、前記筒部材の内部空間よりも上方に配置されており、
   複数の前記発熱部品のうち前記第三発熱部品よりも発熱量が大きい第四発熱部品は、前記筒部材の内部空間よりも下方に配置されている
   放熱構造。

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