JP2010274454A - 樹脂金属複合筐体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ケースに簡単に金属製の放熱部材を取り付けることができ、かつ効率的にケース内の熱の放出ができる樹脂金属複合筐体を提供することを目的とする。
【解決手段】
筐体１が樹脂製の接合部１１を備え、接合部１１には筐体１を貫通する貫通孔４を有している。また、金属製の放熱部材２が接合部１１に接合する基部２２と複数の放熱突起２１とを備え、複数の放熱突起２１が基部２２から突出するように設けられている。これら筐体１と放熱部材２を作製した後、放熱部材２を加熱し、この加熱させた放熱部材２の熱により接合部１１を溶融させることで筐体１と放熱部材２を一体に接合させる。この際、筐体１が予め製作されているため、貫通孔４内に放熱突起２１を配することができ、複数の放熱突起の間には樹脂が存在しない状態で接合部１１と基部２２を接合することが可能となり、放熱突起２１から効率よく熱が発散し筐体１内の温度上昇を抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子回路等を内包することができる放熱用金属部材を配した樹脂金属複合筐体に関する。

電子回路は作動することで発熱するが、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のようにケースに内包された電子回路では、その発熱した熱をケースの外に逃がさないとケース内の温度が上昇し電子回路に不具合が生ずることがある。このためＥＣＵ等のケースは電子回路から発生する熱をケースの外へ放出するためケースが樹脂製の場合、放熱用の金属部材をケースに一体に取り付けて放熱しやすくすることがある。この金属部材の取り付けには、金属部材を金型にインサートした後射出成形することで樹脂と金属を一体にする方法が使用でき、例えば特許文献１および特許文献２が挙げられる。

特開２００１−１３８２号公報 特開２００４−２４９６８１号公報

特許文献１および特許文献２に開示されたように金型に放熱部材をインサートしたのち樹脂を射出成形する方法では、図２に示すような放熱部材２を樹脂製の筐体に接合するとき放熱部材の放熱突起の間に樹脂が入り込みやすい。そして樹脂が入り込むと、この樹脂が断熱材の役目をして放熱の効率が悪くなる。ここで放熱突起の間に樹脂が入り込みやすい理由は以下の通りである。すなわち、放熱部材の寸法を全く同じに製作することは困難であり多少の誤差を有しているが、これに対し放熱部材を保持する金型の寸法は一定である。従って放熱部材の寸法によっては放熱突起部と金型の間に隙ができ、この隙を通して放熱部材の放熱突起部に射出された樹脂が回り込むためである。このため放熱突起の間に樹脂が入り込むことを完全には防止することは容易ではない。従って樹脂が入り込んだ場合、後加工によって樹脂の除去を行う必要があり、これにともなって樹脂を除去するための時間や費用が費やされる。また、樹脂の入り込みを金型の構造で防止しようとすると構造が複雑化し、金型が大きくなる傾向にある。そしてこの複雑な金型構造によって放熱突起形状に制約が及ぶことがある。また、放熱突起の形状が大きくなると放熱突起の加熱冷却時間を長くする必要から成形サイクルが長くなり、生産性が悪くなる。

本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、ＥＣＵ等のケースに簡単に金属製の放熱部材を取り付けることができ、かつ効率的にケース内の熱の放出ができる樹脂金属複合筐体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために講じた手段は、筐体が樹脂製の接合部を備え、前記接合部が前記筐体を貫通する貫通孔を有し、金属製の放熱部材が前記接合部に接合する基部と複数の放熱突起とを備え、前記複数の放熱突起が前記基部に設けられ、前記複数の放熱突起の間に前記樹脂が存在しない状態で前記接合部と前記基部が接合していることにある。
また、前記接合体を形成した後、前記放熱部材を接合すると良い。
さらに、前記放熱部材を加熱して前記接合部を溶融させると良い。

上記構成の樹脂金属複合筐体では、金属製の放熱部材が樹脂製の接合部に接合されているため効率的に熱が放熱部材を通して放出される。そして放熱部材の複数の放熱突起は放熱突起と放熱突起との間に樹脂が存在しないため樹脂による断熱作用が無く、かつ放熱面積を大きくしているため、より放熱性が向上する。
また、樹脂製の接合部と金属製の放熱部材の接合を接合部を形成した後に行うことで確実に放熱突起と放熱突起との間に樹脂が存在しない状態で接合することができる。従って放熱突起からの効率的な放熱が確保できる。
さらに、金属製の放熱部材を加熱して樹脂製の接合部を溶融させることで接合部に放熱部材は容易に接合することができる。

実施例１の断面図である。 実施例１の製造工程を示した概略図である。 実施例２の断面図である。 実施例３の断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１に本発明の樹脂金属複合筐体の断面図を示し、図２に本発明の樹脂金属複合筐体の製造工程の概略図を示した。

射出成形等により成形された樹脂製の筐体１は接合部１１を有し、この接合部１１には筐体１を貫通する貫通孔４が設けられている。そして接合部１１には、後述する放熱部材２の接合面２２ａが接合する平面１１ａを有している。

筐体１を成形する材料は、要求される仕様によってＰＰＳ樹脂やナイロン樹脂等の熱可塑性樹脂、またはフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が使用でき、筐体１に要求される仕様によって適宜選定される。

放熱部材２は基部２２と放熱突起２１を備え、基部２２には筐体１の平面１１ａと接合する平面状の接合面２２ａを有している。この接合面２２ａ側に放熱突起２１が複数枚接合面２２ａから突出するように設けられている。放熱突起２１の形状は、断面が接合面２２ａから離れるにつれて幅が狭くなる台形形状であり、この台形形状を所定の長さ有した形をしている。つまり断面が台形形状の六面体である。ここで放熱突起２１は、実施例１では台形形状で接合面２２ａに対し直角方向に４枚突出して設けられているが、放熱突起の形状、枚数および接合面２２ａからの方向は要求される仕様に合わせて適宜設定することができる。また、放熱部材２は樹脂に比べて熱伝導が良好な金属材料で形成され、例えば銅や鉄、またはアルミ等が挙げられ、特に良好な熱伝導性を有し、押し出し成形やダイキャスト成形によって基部２２と放熱突起２１を一体に成形することができるアルミ材が好適である。
次に実施例１に示す樹脂金属複合筐体の製造方法について説明する。

平面１１ａを有する接合部１１に筐体１の内部と外部を連通させるために貫通させた貫通孔４を備えた筐体１を成形する。成形方法は溶融した樹脂を金型に流し込んで成形する射出成形や圧縮成形、またはシート状の樹脂を軟化させて金型に転写させる真空成形等が挙げられ、樹脂を切削加工して形状を形成することも有り得る。さらに接合部１１に設けられる貫通孔４は筐体１を成形するときと同時に形成することができ、場合によっては筐体１を形成した後切削加工等によって形成することもできる。

筐体１とは別に放熱部材２を成形する。その成形方法は押し出し成形やダイキャスト成形またはプレス加工や切削加工等が使用できる。ここで、放熱部材２は基部２２と放熱突起２１を同時に形成して成形することができ、また基部２２と放熱突起２１を別々に加工した後溶接等により接合することで成形することもできる。

次に放熱部材２を、筐体１の樹脂の溶融温度（融点）以上に加熱し、筐体１の貫通孔４に放熱突起２１を挿入し接合面２２ａと接合部１１の平面１１ａを接触させ、その後放熱部材２および接合部１１を室温になるまで冷却する。このように加熱した放熱部材を平面１１ａに接触させることによって、平面１１ａの温度が加熱された接合面２２ａの熱によって溶融し、その後の冷却により固化することで接合面２２ａに接合部１１が接合する。つまり、筐体１に放熱部材２が一体化した樹脂金属複合筐体ができる。ここで、放熱部材２の加熱方法は、別に設けた熱源に接触させる方法や、放熱部材に通電させる方法等が挙げられ、また放熱部材２の加熱部位は、基部２２だけを加熱することや、放熱部材２の全部を加熱することができる。

ここで実施例１では接合部１１の平面１１ａに対し反対の面１１ｂは平面１１ａと平行な平面になっているが、反対の面１１ｂは平面に限定するものではなく適宜設定できる。

また、放熱部材２の基部２２の接合面２２ａは実施例１では平面となっているが平面に限定するものではなく、例えば凹凸形状や波型形状にすることができる。この場合接合面積が平面に比べ多くなることから、接合強度が向上する。また、放熱部材２の基部２２の接合面２２ａに対する反対の面２２ｂ（筐体１の内部１ａに面する側の面）は実施例１では平面となっているが平面に限定するものではなく、例えば凹凸形状や波形形状にすることができ、さらに突起部を設けることも有り得る。このような形状にすることで基部２２の筐体１の内部１ａに対する表面積が広くなり、より効率よく内部１ａの熱を受けて伝えることが可能となる。

以上説明したように、実施例１の樹脂金属複合筐体は筐体１および放熱部材２を成形する成形工程後に、放熱部材を加熱する加熱工程を経て筐体１と放熱部材２を接合する接合工程を行うことによって製造される。このように筐体１を成形した後筐体１の接合部１１に放熱部材の基部２２を接合させるため放熱部材の間隙５内に樹脂が入り込む心配がなく放熱性の悪化が回避できる。実施例１ではさらに、接合部１１の端面１２と放熱突起２１の間に空隙４ａを設けている。このように空隙４ａを設けることで、放熱突起２１は熱を放出できる放熱面積が広くなりより効率的に熱を発散させることができる。

ここで、実施例１では筐体１への放熱部材２の接合工程は、基部２２の加熱後に接合部１１への接触を行っているが、これに限定するものではなく接合部１１へ接触させた後に加熱することも有り得る。また、接合に際し、実施例１では基部２２を加熱させて平面１１ａの樹脂を溶融させる加熱工程を経て接合を行っているが、これに限定するものではなく、筐体１および放熱部材２を成形する成形工程後に、筐体１または放熱部材２に接着剤を塗布する接着工程を行って接合する方法や溶剤によって接合部１１の樹脂の表面を溶解する溶解工程を経て接合する方法なども使用できる。
次に実施例１の放熱作用について説明する。

筐体１の内部１ａに電子回路（図示せず）が配されて作動している場合、電子回路は通電により発熱し、この電子回路から発せられた熱は筐体１および放熱部材２に伝わる。この際、筐体１は樹脂で製作されているため熱伝導が悪く熱が伝わりにくい。従って筐体１の樹脂製の表面１ｂからの熱の放出は少ない。これに対し放熱部材２は金属で製作されているため樹脂に比べて熱伝導性に優れ、内部１ａで発生した熱は放熱部材２の基部２２の内部１ａ側に向いた面２２ｂから基部２２を伝って複数（実施例１では４枚）の放熱突起２１を通して放熱突起２１の表面から熱が放出される。この際、放熱突起２１が複数設けられているため熱を放出する面積が大きくなり内部１ａで発生した熱を効率よく発散させることができる。また、複数の放熱突起２１の間には間隙５が存在し、放熱突起２１と筐体１の貫通孔４の端面１２との間には空隙４ａが存在している。従って放熱突起２１からの熱はこれら間隙５及び空隙４ａに効率よく放出することができ、内部１ａの電子回路からの発熱による温度上昇を抑制することができ、電子回路を正常に機能させることができる。ここで、筐体１と放熱部材２の接合が不充分の場合は空隙４ａを無くすることで筐体１と放熱部材２の接合面積を大きくすることができ接合強度を上げることができる。また、前述したように面２２ｂの形状が凹凸形状、波形形状の場合、また面２２ｂに突起部が設けられている場合内部１ａからの熱を受ける面積が大きくなるため、さらに効率よく熱を筐体１の外へ放出させることが可能となる。

次に本発明の実施例２について説明する。実施例２は基本的な構成、放熱作用は実施例１と同じであり、異なる部分についてのみ説明する。

実施例２は図３に示したように、樹脂製の筐体１には放熱部材２と接合できる接合部１１を備え、この接合部１１には筐体１の内部１ａと外部を連通するために貫通させた貫通孔４を有している。そして放熱部材２は接合部１１の外表面（筐体１の内部１ａと反対の面）に設けた平面１１ｂに放熱部材２の平面状の接合面２２ｂを接合させて取り付けられている。この放熱部材２は４枚の放熱突起２１が基部２２の面２２ａから面２２ａに対し直角方向に突出するように設けられ、放熱突起の形状は断面が台形形状の六面体になっている。つまり接合面２２ｂは４枚の放熱突起２１が配せられている面２２ａと反対の面になり、この面を介して放熱部材２は筐体１と一体になっている。従って放熱部材２には放熱突起２１および基部２２の放熱突起２１側の面２２ａと基部２２の端面２２ｃには樹脂が存在しないため熱が放出できる部分が広くなっている。つまり放熱部材２は接合面２２ｂ以外が筐体１の外に面することになるので、筐体１内の熱はこれら放熱部材２の接合面２２ｂ以外から発散させることができ効率的に筐体１内の熱を外に放出し、筐体１内の温度上昇を抑制する。ここで、接合面２２ｂの形状は平面に限定するものではなく、例えば凹凸形状や波型形状にすることができる。このような形状にすることで平面１１ｂと接する面積が大きくなり接合強度の向上が期待できる。さらに、貫通孔４内に配するように接合面２２ｂに突起部を設けることもできる。貫通孔４内に突起部を設けることで内部１ａの熱を受ける面積が大きくなり効率よく熱の伝達が可能となる。

実施例２は実施例１と同じ製造方法で作製される。つまり、貫通孔４を有した接合部１１に平面１１ｂを備えた筐体１および基部２２に接合面２２ｂを備えた放熱部材２を各々成形した後、放熱部材２を樹脂の溶融温度以上に加熱し、筐体１の平面１１ｂに接合面２２ｂを押圧する。その後平面１１ｂと放熱部材２を室温になるまで冷却する。以上の操作によって平面１１ｂは接合面２２ｂの熱によって溶融した後冷却固化することで平面１１ｂは接合面２２ｂと接合し、筐体１と放熱部材２が一体となる。なお放熱部材２を加熱する時期および加熱方法は実施例１にて説明したと同じ時期（筐体１に接触させる前および接触後に加熱する）および方法（他の熱源からの伝熱加熱、通電加熱等）が使用できる。放熱部材２の加熱部位は放熱部材２自体の加熱や基部２２を加熱することができる。
また、接合方法は加熱によるものに限定するものではなく、例えば接着剤を使用した接着接合や樹脂を溶解させて接合する方法等が使用できる。

実施例３は基本的な構成、放熱作用は実施例１と同じであり、異なる部分についてのみ説明する。

図４に示したように実施例３は、金属で作製された筐体３の内面３ａの一部分に接合部１１が設けられ、この接合部１１に筐体３を貫通した貫通孔４が設けられている。そして、接合部１１には放熱部材２の接合面２２ａが接合する平面１１ａが筐体３の内部１ａ側に設けられている。放熱部材２は放熱突起２１を筐体３の内部１ａから貫通孔４を貫通して筐体３の外部に配するように接合面２２ａ側から接合面２２ａに対し直角方向に４枚突出して設けられ、この接合面２２ａによって接合部１１の平面１１ａと接合され筐体３と一体になっている。この際４枚の放熱突起２１の間には間隙５が存在し、また放熱突起２１と接合部１１の端面１２の間には空隙４ａが存在している。ここで、放熱突起２１の形状は断面が台形形状の六面体であるが、実施例１にて説明したように放熱突起２１の形状、方向、枚数は適宜設定できる。

このように金属製の筐体３の一部に設けた樹脂製の接合部１１を介して熱伝導性に優れた金属材料で作製された放熱部材２を接合することで内部１ａ内の熱が筐体３の外部へ伝わりやすくなり効率的な熱の放出が可能となるため内部１ａの温度を一定範囲内で制御しやすくなる。ここで放熱部材の金属は筐体３の金属と同種または、より熱伝導性に優れた材料を使うことができる。同種の金属を使用した場合、放熱部材２の設置によって熱が放出できる表面積が大きくなるため熱の発散が促進され、より熱伝導性に優れた材料を使用した場合は、表面積が広くなるのに加えて熱の拡散が速くなるため、さらに熱の放出が促進される。また、放熱部材の筐体３の内部１ａに面した面２２ｂの形状は、実施例３では平面になっているがこれに限定するものではなく、例えば凹凸形状、波形形状にすることができ、また面２２ｂに内部１ａに向かって突起部を配することもできる。このような形状にした場合、面２２ｂの内部１ａに対する表面積が大きくなるため、放熱部材２は内部１ａ内の熱を多く受け取り筐体３の外部へ放出することができる。従って内部１ａ内の温度上昇を効率的に抑制することが可能となる。また、接合面２２ａは実施例３では平面形状になっているが、形状はこれに限定するものではなく例えば凹凸形状、波形形状にすることができる。このような形状にすることで平面１１ａとの接合面積が大きくなり、より確実な接合が期待できる。

筐体３への放熱部材２の一体化は、実施例１と同様に接合部１１を備えた筐体３と放熱部材２を各々製作した後放熱部材２を筐体３に接合させる方法によって行う。この方法を実施することで放熱突起２１の周辺に間隙５および空隙４を確実に確保することができる。この際、放熱部材２の加熱時期は前述したように、放熱部材２を加熱した後に接合部１１と接触させることができ、また放熱部材２を接合部１１に接触させた後に加熱することができる。また加熱する方法は別の熱源からの伝熱による方法や、通電によるに発熱を利用する方法等が使用できる。また放熱部材２の加熱部位は接合面２２ａのみを加熱する場合や放熱部材２の全部を加熱する場合が適宜選定できる。さらに、放熱部材２の接合方法は加熱による加熱接合以外に、接着剤を使用した接着接合や樹脂を溶解させる溶媒を使用した溶解接合等が使用できる。

以上本発明の実施形態では、筐体１（または筐体３）が樹脂製の接合部１１を備え、接合部１１には筐体１（または筐体３）を貫通する貫通孔４を有している。また、金属製の放熱部材２が接合部１１に接合する基部２２と複数の放熱突起２１とを備え、複数の放熱突起２１が基部２２から突出するように設けられている。これら筐体１（または筐体３）と放熱部材２を作製した後、放熱部材２を加熱し、この加熱させた放熱部材２の熱により接合部１１を溶融させることで筐体１（または筐体３）と放熱部材２を一体に接合させる。この際、筐体１（または筐体３）が予め製作されているため、貫通孔４内に放熱突起２１を配することができ、複数の放熱突起の間には樹脂が存在しない状態で接合部１１と基部２２を接合することが可能となる。従って放熱突起２１から効率よく熱が発散し筐体１（または筐体３）内の温度上昇を抑制することができる。従って筐体１（または筐体３）内に電子回路等の電子機材を内包し、この電子回路等の電子機材が作動することで筐体１（または筐体３）内に熱が発生した場合、発生した熱を筐体１（または筐体３）外へ効率よく放出し筐体１（または筐体３）内の温度上昇を抑え電子回路等の電子機材を正常に作動させることができる。
以上、本発明を上記実施の態様に則して説明したが、本発明は上記態様にのみ限定されるものではなく、本発明の原理に準ずる各種態様を含むものである。

本発明は、内部に電子回路を有するＥＣＵケース等に利用できる。

１ 筐体
１１ 接合部
１２ 端面
２ 放熱部材
２１ 放熱突起
２２ａ 接合面
２２ｂ 接合面
３ 筐体
４ 貫通孔
４ａ 空隙
５ 間隙

Claims (5)

1. 筐体が樹脂製の接合部を備え、前記接合部が前記筐体を貫通する貫通孔を有し、金属製の放熱部材が前記接合部に接合する基部と複数の放熱突起とを備え、前記複数の放熱突起が前記基部に設けられ、前記複数の放熱突起の間に前記樹脂が存在しない状態で前記接合部と前記基部が接合していることを特徴とする樹脂金属複合筐体。
2. 前記接合部を形成した後、前記放熱部材を接合することを特徴とする請求項1に記載の樹脂金属複合筐体。
3. 前記放熱部材を加熱して前記接合部を溶融させることを特徴とする請求項２に記載の樹脂金属複合筐体。
4. 樹脂製の接合部を備えた筐体であって、前記接合部に前記筐体を貫通する貫通孔を有した前記筐体を形成した後、前記接合部に接合する基部を備えて複数の放熱突起が前記基部から突出するように設けられた金属製の放熱部材を、前記貫通孔の中に前記放熱突起が前記放熱突起の間に前記樹脂が存在しない状態で貫通させて前記接合部と前記基部とを接合することを特徴とする樹脂金属複合筐体の製造方法。
5. 前記接合が、前記放熱部材を加熱して行うことを特徴とする請求項４に記載の樹脂金属複合筐体の製造方法。
   
   

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