JP5141537B2

JP5141537B2 - 放熱板

Info

Publication number: JP5141537B2
Application number: JP2008323661A
Authority: JP
Inventors: 哲崎道; 誠司井上; 眞一横田; 一弥枝村
Original assignee: Denso Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Denso Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: JP2010147286A

Description

本発明は、発熱体に接触しているときに当該発熱体の熱を拡散する放熱板に関するものである。

従来、発熱体（例えば、電気ハイブリッド自動車用インバータ、電気自動車用インバータの発熱素子）を冷却するために、熱拡散装置（ヒートスプレッダ）が広く用いられている。例えば、特許文献１、２に記載のように、熱拡散装置に放熱フィンやヒートパイプを設けて放熱効率を上げる技術が知られている。

また、特許文献３には、熱拡散装置内に熱輸送媒体としての冷媒の流路を設け、機械式のマイクロポンプによって冷媒を正逆方向に流動させることで放熱効率を上げる技術が記載されている。
特開２００１−１７７０２４号公報特開２０００−２６９６７６号公報特開２００５−３３５２号公報特開平１１−１２５１７３号公報

しかし、特許文献３に用いられているマイクロポンプには可動部品があるため、耐久性が低い。本発明は上記点に鑑み、放熱板内で熱輸送媒体を流動させることで放熱効果を上げる技術において、放熱板の耐久性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、発熱体（２）に接触しているとき
に当該発熱体（２）の熱を拡散するための放熱板である。この放熱板は、内部に電気流体
力学（Electorhydrodynamic,略してＥＨＤ）効果を示すＥＨＤ流体を封入するための板形状のケーシング（１１）と、ＥＨＤ流体に電圧を印加することでＥＨＤ流体を流動させる電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）と、ケーシング（１１）の内部に設けられ、ＥＨＤ流体の流れを規制する整流部材（１２、１３、１５ａ〜１５ｈ、１６ａ〜１６ｈ）と、を備えている。

そして、整流部材（１２、１３、１５ａ〜１５ｈ、１６ａ〜１６ｈ）は、ケーシング（
１１）の内部を第１の層（３１）と第２の層（３２）に仕切る仕切り板（１２）を有し、
前記発熱体（２）は前記第１の層（３１）および前記第２の層（３２）のうち前記第１の層の側に配置されており、仕切り板（１２）は、ケーシング（１１）の板面方向の中央部（２１）および板面方向の端部（２２ａ〜２２ｄ）において、第１の層（３１）と第２の層（３２）とを連通させるようになっており、電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）は、第２の層（３２）において当該端部から当該中央部にＥＨＤ流体を流動させ、第２の層（３２）から中央部（２１）を通って第１の層（３１）にＥＨＤ流体を流動させると共に、第１の層（３１）から端部（２２ａ〜２２ｄ）を通って第２の層（３２）にＥＨＤ流体を流動させるように配置されていることを特徴とする。

このように、本発明においては、ＥＨＤ流体に電圧を印加することでＥＨＤ流体を流動
させる電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）を、ポンプとして用い
るので、熱輸送媒体としてのＥＨＤ流体を流動させるために可動部を必要としない。した
がって、放熱板の耐久性が向上する。

また、電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）のポンプ作用により
、仕切り板（１２）の中央部（２１）を通って第２の層（３２）から第１の層（３１）に
ＥＨＤ流体が流動するので、ケーシング（１１）の第１の層（３１）側の部分に、ＥＨＤ
流体が当たる。さらにＥＨＤ流体は、第１の層（３１）において仕切り板（１２）に沿っ
てケーシング（１１）の端部（２２ａ〜２２ｄ）まで流動し、その端部（２２ａ〜２２ｄ
）において、第１の層（３１）から第２の層（３２）に戻る。

このように、ケーシング（１１）の第１の層（３１）に対応する部分にＥＨＤ流体が当たること、および、そのＥＨＤ流体が仕切り板（１２）に導かれてケーシング（１１）の端部（２２ａ〜２２ｄ）まで移動することにより、発熱体（２）の熱が効率よく放熱板内を伝達し、ひいては、放熱板の放熱効果が向上する。

また、請求項１に記載のように、電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１
７ｔ）は、陰極と陽極の対を成す電極の組を有し、当該組において対を成す陰極と陽極は
、前記ケーシング（１１）の板面に平行に、かつ、前記中央部（２１）に対して放射状に
（すなわち、中央部（２１）からその周囲に放出する形状に）配置されていてもよい。

このようになっていることで、中央部（２１）に周囲からＥＨＤ流体が集中するようになり、ＥＨＤ流体の流量が大きくなる。

また、請求項１に記載のように、陰極と陽極の組は、中央部（２１）を中心として同心
円状に配置された平面パターンとして形成されていてもよい。電極を平面パターンとして
実現することで、電極の構成が簡易になり、ひいては放熱板の製造が容易になる。また、
電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７）を同心円状に配置することで、
ＥＨＤ流体の流量をより大きくすることができる。

また、請求項２に記載のように、ＥＨＤ流体は、電界共役流体（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｏ
ｎｊｕｇａｔｅＦｌｕｉｄ）であってもよい。ＥＨＤ流体のうちでも、ＥＣＦは、電圧
を印加することで流動する効果が非常に高い。したがって、ＥＣＦは、放熱板に使用する
のに適している。なお、電界共役流体に電圧を印加することで電界共役流体を移動させる
ポンプは、特許文献４に記載されている。

また、請求項３に記載のように、前記第１の層（３１）および前記第２の層（３２）の
うち、電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７）が設けられている層では
、電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）が配置されている部分にお
ける、ケーシング（１１）の板面に垂直な方向の幅が、当該層の他の部分よりも狭くなっ
ていてもよい。

このように、ポンプの部分における流路が狭くなっていると、その部分におけるＥＣＦの単位時間当たりの流量が増大する。したがって、このようにすることで、より放熱効果が向上する。

また、請求項４に記載のように、ＥＨＤ流体を構成要件に含めたものとして放熱板を捉えてもよい。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る放熱板１および発熱体２の斜視図を示す。発熱体２は、発熱素子等の発熱する物である。具体的には、本実施形態の発熱体２は、電気ハイブリッド自動車用インバータまたは電気自動車用インバータに用いられるスイッチング素子である。この発熱体２は、放熱板１に接触している。具体的には、放熱板１に半田付けされている。発熱体２と放熱板１との接触は、直接接触でもよいし、他の熱伝導性の高い部材を介在させた間接的な接触でもよい。

放熱板１は、発熱体２において発生した熱を拡散および放出するための板部材である。本実施形態においては、この放熱板１は、スイッチング素子が電気的に接続される電極としても使用される。

以下、放熱板１の構成について、図２〜図６を用いて詳細に説明する。図２は、放熱板１および発熱体２の平面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ断面図である。図４は、放熱板１を図３のＡ−Ａ断面で切った場合の断面図である。図５は、放熱板１を図３のＢ−Ｂ断面で切った場合の断面図である。図６は、放熱板１を図３のＣ−Ｃ断面で切った場合の断面図である。

放熱板１は、ケーシング１１、縦方向仕切り板１２、整流板１３、電極１４ａ、電極１４ｂ、および図示しない電界共役流体（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＣｏｎｊｕｇａｔｅＦｌｕｉｄ）を有している。

ケーシング１１は放熱板１の板形状の外形を構成する金属製の部材である。具体的には、ケーシング１１の外観は、扁平な直方体となっており、直方体の６面のうち最も広い２面のうち一方の面に、発熱体２が取り付けられている。以下、発熱体２が取り付けられている面を接触面といい、接触面の反対側の面を放熱面といい、それ以外の４面を側面という。

また、ケーシング１１は、その内部において、ケーシング１１の外形とほぼ相似の直方体の空間（以下、内部空間という）を囲んでいる。この内部空間に、縦方向仕切り板１２、整流板１３、電極１４ａ、電極１４ｂが設けられ、さらに、電界共役流体が充填および封入される。

電界共役流体（以下、ＥＣＦという）としては、例えば、特許文献４に記載のように、横軸が導電率σであり縦軸が粘度ηであって作動温度における流体の導電率σと粘度ηとの関係を示すグラフにおいて、導電率σ＝４×１０^−１０Ｓ／ｍ、粘度η＝１×１０^０Ｐａ・ｓで表される点Ｐ、導電率σ＝４×１０^−１０Ｓ／ｍ、粘度η＝１×１０^−４Ｐａ・ｓで表される点Ｑ、導電率σ＝５×１０^−６Ｓ／ｍ、粘度η＝１×１０^−４Ｐａ・ｓで表される点Ｒを頂点とする直角三角形の内部に位置する導電率σおよび粘度ηを有する化合物、または、当該三角形の内部に位置する導電率σおよび粘度ηを有するように調製された二種類以上の化合物の混合物を用いることができる。例えば、デカン２酸ジブチル（ｄｉｂｕｔｙｌｄｅｃａｎｅ−ｄｉｏａｔｅ）を、ＥＣＦとして用いることができる。また、難燃性・不燃性の含ハロゲン（フッ素、塩素、臭素など）化液体をＥＣＦとして用いることができる。

縦方向仕切り板１２は、ケーシング１１の板面にほぼ平行に配置された円盤状の板である。この円盤の周縁部１２ａのうち４箇所が、ケーシング１１に接触して固定されている。縦方向仕切り板１２は、樹脂等の絶縁体から成る。

この縦方向仕切り板１２によって、ケーシング１１の内部空間が、接触面に近い第１の層３１と、放熱面に近い第２の層３２に仕切られている。つまり、縦方向仕切り板１２が、ケーシング１１の内部空間を縦方向に分けている。このように、第１の層３１および第２の層３２は、ケーシング１１の板面に平行に、ケーシング１１を挟んで、配置されている。なお、ケーシング１１の板に平行な方向を板面方向といい、板面方向に垂直な方向を縦方向という。

ただし、縦方向仕切り板１２の板面方向中央には、開口部１２ｃが形成されており、この開口部１２ｃによってできた穴２１を通じて、第１の層３１と第２の層３２とが連通している。この穴２１の位置は、ケーシング１１の板面方向の中央部に相当する。

また、開口部１２ｃは、図３に示すように、第２の層３２から第１の層３１に近づくほど径が小さくなっており、また、第１の層３１に向かって突出した形状となっている。なお、開口部１２ｃの第１の層３１側への突出は、縦方向仕切り板１２が円１２ｂの内側において第１の層３１側に盛り上がっていることで、実現される。このようになっていることで、穴２１を第２の層３２から第１の層３１に移動するＥＣＦの流れがスムースになり、ＥＣＦが逆流しにくくなる。

また、縦方向仕切り板１２の周縁部１２ａの外側に該当する部分、すなわち、ケーシング１１の板面方向の端部の四隅に対応する端部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにおいても、第１の層３１と第２の層３２とが連通している。

また、ケーシング１１の内面（すなわち、内部空間に面している面）のうち、ケーシング１１を挟んで放熱面と背中合わせとなっている面（以下、内側底面という）には、整流板１３が設けられている。より詳しくは、整流板１３は、内側底面の板面方向中央部に設けられ、内側底面に固定されている。

この整流板１３は、樹脂等の絶縁体から成り、図６に示すように、円盤形状となっている。ただし、図３に示すように、穴２１の直下の部分（すなわち、穴２１への入口の部分）においては、穴２１に向かって尖った形状となっている。このように、整流板１３が穴２１に向かって尖った形状をしていることで、第２の層３２から穴２１へ入るＥＣＦの流れがスムースになる。

また、図３、図６に示すように、整流板１３の表面には、電極１４ａおよび電極１４ｂが取り付けられている。この電極１４ａ、１４ｂは、整流板１３の表面上に、プリント、塗布、蒸着等によって配置された平面導体パターンである。

より詳しくは、電極１４ａ、１４ｂは、板面方向中央部（すなわち、穴２１の直前の入口部分）を中心とする２つの同心円環として配置されている。電極１４ａが外側の円環に相当し、電極１４ｂが内側の円環に相当する。そして、この電極１４ａ、１４ｂには、図示しない導線が接続されており、その導線は、ケーシング１１の外部に出て、図示しない直流電源のプラス端子およびマイナス端子に接続されている。直流電源によって電極１４ａと１４ｂとの間に印加される電圧（すなわち、電極１４ａと１４ｂの間にあるＥＣＦに印加される電圧）は、例えば、数キロボルトである。

このように、電極１４ａが陰極となり、電極１４ｂが陽極となる。つまり、電極１４ａと電極１４ｂとは、陽極と陰極の対を成す電極の組となっている。なお、陰極と陽極の対を成す電極の組１４ａ、１４ｂが、同心円状に配置されているということは、すなわち、電極の組１４ａ、１４ｂが、同心円の中心から、その周囲の複数方向に放出する形状に（すなわち、放射形状に）配置されていることにもなる。

ここで、縦方向仕切り板１２の構成について更に説明する。縦方向仕切り板１２における、電極１４ａ、１４ｂの直上の部分における縦方向の厚さは、その部分よりも板面方向外側にある部分の縦方向の厚さよりも大きくなっている。そして、その厚さが大きい分だけ、電極１４ａ、１４ｂのある位置においては、ケーシング１１の内側底面から縦方向仕切り板１２までの縦方向の距離が、ケーシング１１内の他の部分に比べて短くなっている。

すなわち、電極１４ａ、１４ｂが設けられている第２の層３２では、電極１４ａ、１４ｂが配置されている部分の縦方向の幅が、第２の層３２の他の部分よりも狭くなっている。

以下、このような構成の放熱板１の作動について、図７〜図１０を用いて説明する。図７〜図１０は、それぞれ、図３〜図６に対応する図中におけるＥＣＦの移動方向を矢印で示す図である。なお、図８、図９中の、丸印に×印が重ねられた図形は、その図形の位置において紙面奥方向が流体の移動方向であることを示す図形である。また、図９中の、丸印の中心に点が重ねられた図形は、その図形の位置において紙面手前方向が流体の移動方向であることを示す図形である。

ケーシング１１内においてＥＣＦが満たされた状態で、円環状の電極１４ａ、１４ｂ間に電圧が印加されると、円環状の電極１４ａ、１４ｂ間にあるＥＣＦは、陽極１４ａから陰極１４ｂへの方向に付勢されて移動する。

電極１４ａ、電極１４ｂは、穴２１の直下を中心として放射状に配置されており、外側の電極１４ａが陽極となっているので、第２の層３２において、板面方向の端部から中心部に集中するＥＣＦの流れが発生する。

そして、中心部に集中したＥＣＦは、整流板１３によって穴２１内に導かれ、穴２１を通って第１の層３１に入り、発熱体２が接触している部分に衝突する。すなわち、第２の層３２から穴２１を通って第１の層３１に到達するＥＣＦの噴流が、ケーシング１１の発熱体２に接触している部分に衝突する。このように、ＥＣＦの縦方向の噴流が、ケーシング１１の発熱体２に接触している部分に衝突することで、発熱体２の熱を効率よくＥＣＦに伝達することができる。すなわち、熱輸送能力が向上する。

そして、衝突したＥＣＦは、第１の層３１において板面方向端部に流れ、板面方向の四隅の端部２２ａ〜２２ｄを通って、第１の層３１から第２の層３２に戻る。このように、発熱体２の直下への噴流は、ケーシング１１の内壁面衝突後、放射状に周辺（すなわち、第１の層３１と第２の層３２の間の連通部２１、２２ａ〜２２ｄのうち、発熱素子２から遠い方の連通部２１、２２ａ〜２２ｄ）へ向かって流れるので、発熱体２の熱を効果的に拡散することができ、ひいては、放熱板１の冷却性能が向上する。第２の層３２に戻ったＥＣＦは、再度第２の層３２の中央部に集中する。

このように、本発明においては、ＥＨＤ（ＥｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒｏＤｙｎａｍｉｃｓ）流体の１つであるＥＣＦに電圧を印加することでＥＣＦを流動させる電極１４ａ、１４ｂを、ポンプとして用いるので、熱輸送媒体としてのＥＣＦを流動させるために可動部を必要としない。したがって、放熱板１の耐久性が向上する。

また、電極１４ａ、１４ｂのポンプ作用により、縦方向仕切り板１２の中央部にある穴２１を通って第２の層３２から第１の層３１にＥＣＦが流動するので、ケーシング１１の第１の層３１側の部分に、ＥＣＦが当たる。さらにＥＣＦは、第１の層３１において縦方向仕切り板１２に沿ってケーシング１１の端部２２ａ〜２２ｄまで流動する。

このように、ケーシング１１の第１の層３１に対応する部分にＥＣＦが当たること、および、そのＥＣＦが縦方向仕切り板１２に導かれてケーシング１１の端部２２ａ〜２２ｄまで移動することにより、発熱体２の熱が効率よく放熱板内を伝達し、ひいては、放熱板１の放熱効果が向上する。

また、電極１４ａ、１４ｂが設けられている第２の層３２では、電極１４ａ、１４ｂが配置されている部分の縦方向の幅が、第２の層３２の他の部分よりも狭くなっている。ＥＣＦ効果の特徴として、電極１４ａ、１４ｂの組から成るポンプ部の隙間が広いほどジェット（すなわちＥＣＦの流れ）が弱まり、狭いと強くなる。したがって、ポンプ部のみ他の流路より隙間を狭くすることで、そのポンプ部におけるＥＣＦの単位時間当たりの流量が増大すると共に、他の流路での圧力損失を抑え、かつ強いＥＣＦジェットが得られ、放熱板１の放熱効果が向上する。

また、陰極１４ａと陽極１４ｂの対を成す電極の組１４ａ、１４ｂは、ケーシング１１の板面方向に平行に、第２の層３２中の板面方向中央部に対して放射状に配置されている。このようになっていることで、中央部に周囲からＥＣＦが集中するようになり、ＥＣＦ流体の流量が大きくなる。

また、陰極１４ａと陽極１４ｂの組は、中央部２１を中心として同心円状に配置された平面パターンとして形成されている。電極を平面パターンとして実現することで、電極１４ａ、１４ｂの構成が簡易になり、放熱板１の製造が容易になる。また、電極１４ａ、１４ｂを同心円状に配置することで、ＥＣＦの流量を更に大きくすることができる。

また、本実施形態では、熱輸送媒体としてのＥＨＤ流体の例として、ＥＣＦを用いている。電圧の印加によって流動する流体として周知であるＥＨＤ流体のうちでも、ＥＣＦは、電圧を印加することで流動する効果が非常に高い。したがって、ＥＣＦは、放熱板に使用するのに適している。

また、電極１４ａ、１４ｂは、絶縁体としての縦方向仕切り板１２および整流板１３によって挟まれた部分に取り付けられている。したがって、電極１４ａ、１４ｂ間に印加される電圧がケーシング１１の金属によって悪影響を受けてしまう可能性が低減される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、本実施形態の放熱板１が支柱１５ａ〜１５ｈ、支柱１６ａ〜１６ｈを有していることである。

図１、図２、図５に現れている構成については、第１実施形態においても本実施形態においても同じである。図１１に、本実施形態の放熱板１についての図２におけるＸ−Ｘ断面図を示し、図１２に、本実施形態の放熱板１を図３のＡ−Ａ断面で切った場合の断面図を示し、図１３に、放熱板１を図３のＣ−Ｃ断面で切った場合の断面図である。

複数の支柱１５ａ〜１５ｈは、縦方向仕切り板１２の第１の層３１側の面に固定されており、また、ケーシング１１の内壁（より詳しくは、ケーシング１１を挟んで発熱体２との接触面と背中合わせになる内壁）にも固定されている。

支柱１５ａ〜１５ｈの材質は、樹脂等の絶縁体であってもよいし、金属等の導体であってもよい。図１２に示すように、支柱１５ａ〜１５ｈは、穴２１を中心とする周方向に複数配置され、支柱１５ａ〜１５ｈのそれぞれは、穴２１に先端を向けた薄い楔形の形状を有している。したがって、支柱１５ａ〜１５ｈの長手方向は、ＥＣＦの移動方向に対してほぼ平行に向いている。

複数の支柱１６ａ〜１６ｈは、縦方向仕切り板１２の第２の層３２側の面に固定されており、また、ケーシング１１の内壁（より詳しくは、ケーシング１１の内側底面の壁）にも固定されている。

支柱１６ａ〜１６ｈの材質は、樹脂等の絶縁体であってもよいし、金属等の導体であってもよい。図１３に示すように、支柱１６ａ〜１６ｈは、穴２１を中心とする周方向に複数配置され、支柱１６ａ〜１６ｈのそれぞれは、穴２１に先端を向けた薄い楔形の形状を有している。したがって、支柱１６ａ〜１６ｈの長手方向は、ＥＣＦの移動方向に対してほぼ平行に向いている。

このように、支柱１５ａ〜１５ｈ、１６ａ〜１６ｈが、縦方向仕切り板１２およびケーシング１１の内壁の両方に固定されていることで、縦方向仕切り板１２が強固に保持され、また、放熱板１の強度が向上する。

また、支柱１５ａ〜１５ｈ、１６ａ〜１６ｈのそれぞれの長手方向が、ＥＣＦの移動方向に平行に向いているので、ＥＣＦの流れがスムースになる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、第１、２実施形態と異なる点を中心に説明する。本実施形態の放熱板１が第１、２実施形態の放熱板１と異なるのは、電極の形状である。

具体的には、本実施形態の放熱板１は、第１、２実施形態の電極１４ａ、１４ｂに代えて、それぞれ電極１４ａ、１４ｂと同じ位置に、平面導体パターンの電極１４ｃ、１４ｄが設けられている。

本実施形態の電極１４ｃ、電極１４ｄも、第１実施形態と同様、穴２１の直下の部分を中心とする２つの同心円となっている。しかし、外側の平面状の円環である陰極１４ｃは、内縁の複数箇所が電極１４ｄに向かって尖っている。以下、これら電極１４ｄに向かって尖っている複数の部分のそれぞれを、突端部という。そして、内側の平面状の円環である陽極１４ｄは、外縁の複数箇所において、電極１４ｃの突端部の先端から当該外縁までの距離が等距離となるよう、内側に窪んでいる。

このように、電極の一方が尖っており、電極の他方の縁が、その突端部の先端から等距離となる窪み形状を有していることで、突端部の先端から窪み部の方向に、より強いＥＣＦの流れが発生する。したがって、電極１４ｃから電極１４ｄの方向に、より強いＥＣＦの流れが発生する。

なお、本実施形態においては、電極１４ｃ、１４ｄの極性を入れ替えても、ＥＣＦの流れの方向に変化はない。特に、デカン二酸ジブチルや難燃性・不燃性の含ハロゲン（フッ素、塩素、臭素など）化液体などのＥＣＦでは、陽極から陰極への方向に関わらず、先端の尖った電極から他方の電極への強い流れが発生する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、第３実施形態と異なる点について説明する。本実施形態の放熱板１が第４実施形態の放熱板１と異なるのは、電極の配置および形状である。

具体的には、本実施形態の放熱板１は、第３実施形態の電極１４ｃ、１４ｄに加えて、電極１４ｅを有している。また、電極１４ｄの内縁の形状も、第３実施形態と異なっている。

また、電極１４ｅは、電極１４ｄよりも更に内側に配置された、円環状の平面導体パターンである。電極１４ｃ、１４ｄ、１４ｅによって、３つの同心円が形成される。また、電極１４ｄは、内縁の複数箇所において、電極１４ｅに向かって尖った突端部を有している。そして、電極１４ｅは、外縁の複数箇所において、電極１４ｄの突端部の先端から当該外縁までの距離が等距離となるよう、内側に窪んでいる。

また、この電極１４ｅは、電極１４ｃと等電位になるよう、電極１４ｃから延びた導線が接続されている。この導線は、ケーシング１１に埋め込まれていてもよい。したがって、電極１４ｅは、電極１４ｃと同じく陰極となる。

このように、本実施形態においては、３つの同心円から成る平面導体パターン１４ｃ〜１４ｅが形成され、同心円のそれぞれが１つの電極となり、各電極の極性は、同心円の並び順に交互にプラスとマイナスが切り替わっている。

第３実施形態においても説明した通り、電極の一方が尖っており、電極の他方の縁が、その突端部の先端から等距離となる窪み形状を有していることで、突端部の先端から窪み部の方向に、より強いＥＣＦの流れが発生する。したがって、電極１４ｃから電極１４ｄの方向にＥＣＦが強く付勢され、さらに、電極１４ｄから電極１４ｅの方向にＥＣＦが強く付勢される。

したがって、ＥＣＦが多重に付勢されるので、ＥＣＦの流れがより強くなる。特に、デカン二酸ジブチルや難燃性・不燃性の含ハロゲン（フッ素、塩素、臭素など）化液体などのＥＣＦでは、陽極から陰極への方向に関わらず、先端の尖った電極から他方の電極への強い流れが発生するので、この効果が高い。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について、第１実施形態と異なる点について説明する。本実施形態の放熱板１が第１実施形態の放熱板１と異なるのは、電極の配置および形状である。より具体的には、本実施形態の電極は、平面導体パターンではなく、立体的に構成された電極である。

図１６に、本実施形態に係る放熱板１における針電極１７ａ〜１７ｔ、円筒電極１８ａ〜１８ｔの構成を、図１４、図１５と同じ形式で示す。また、図１７に、針電極１７ａ〜１７ｔ、円筒電極１８ａ〜１８ｔの構成を、図３と同じ形式で示す。

本実施形態においては、陽極としての針電極１７ａ〜１７ｔと、陰極としての円筒電極１８ａ〜１８ｔとが、１対１で組になる。したがって、放熱板１は、針電極１７ａと円筒電極１８ａの組から、針電極１７ｔと円筒電極１８ｔの組まで、２０個の電極の組を有している。それら２０個の組は、第２の層３２のうち、整流板１３と縦方向仕切り板１２とに挟まれた部分に設置され、穴２１の直下の部分（すなわち、第２の層３２の中央部）を中心とする円周上に等間隔に配置されている。

個々の組においては、針電極１７から対応する円筒電極１８への方向が、上記円周の中心を向いている。したがって、２０個の組は、陽極と陰極が、ケーシング１１の板面方向の中央部から放射状に配置されていることになる。

図１８に、１組の針電極１７と円筒電極１８の構造を斜視図で示す。この図に示すように、針電極１７は、細い棒（すなわち針）の形状を有しており、整流板１３から上方に延び、その後、対応する円筒電極１８の方向に曲がっている。また、円筒電極１８は、円筒形状となっており、内側の穴が針電極１７の方向を向いている。そして、円筒の側面の一部が接着等で整流板１３に固定され、反対側の一部が縦方向仕切り板１２に接着等で固定されている。

このように、組となる電極のうち針電極１７が尖っており、他方円筒電極１８が円筒形状となっていることで、針電極１７の先端から円筒電極１８の方向に、より強いＥＣＦの流れが発生する。

なお、本実施形態においては、針電極１７ａ〜１７ｔ、円筒電極１８ａ〜１８ｔの極性を入れ替えても、ＥＣＦの流れの方向に変化はない。特に、デカン二酸ジブチルや難燃性・不燃性の含ハロゲン（フッ素、塩素、臭素など）化液体などのＥＣＦでは、陽極から陰極への方向に関わらず、先端の尖った電極から他方の電極への強い流れが発生する。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。

例えば、発熱体２は、電気ハイブリッド自動車、電気自動車のインバータに用いられるスイッチング素子に限らず、発熱する物であれば、他の半導体素子であってもよいし、半導体素子以外の発熱する物であってもよい。

また、電極は、第２の層３２ではなく第１の層３１に設けられていてもよい。その場合も、第２の層３２から穴２１を通って第１の層３１にＥＣＦが移動するよう、電極が配置されていれば、放熱板１の直下の壁にＥＣＦの噴流が衝突する。この場合は、第１の層３１で、電極が配置されている部分における、板面に垂直な方向の幅が、当該層の他の部分よりも狭くなっていることで、ＥＣＦの単位時間当たりの流量が増加する。

また、第３実施形態では、３つの同心円から成る平面導体パターン１４ｃ〜１４ｅが形成され、同心円のそれぞれが１つの電極となり、各電極の極性は、同心円の並び順に交互にプラスとマイナスとで切り替わっている。しかし、４つ以上の同心円から成る平面導体パターン１４ｃ〜１４ｅが形成され、同心円のそれぞれが１つの電極となり、各電極の極性は、同心円の並び順に交互にプラスとマイナスとで切り替わっているようになっていてもよい。

また、上記実施形態においては、ＥＨＤ流体の一例としてＥＣＦが用いられているが、ケーシング１１内に封入される熱輸送媒体は、ＥＣＦ以外のＥＨＤ流体であってもよい。ただし、ＥＣＦ以外のＥＨＤ流体のほとんどは、陰極から陽極の方向に移動する傾向にあるので、例えば、第１〜第３実施形態において、ＥＣＦ以外のＥＨＤ流体を用いる場合、電極の配置は陰極を外側、陽極を内側とする。

本発明の第１実施形態に係る放熱板１および発熱体２の斜視図である。放熱板１および発熱体２の平面図である。図２のＸ−Ｘ断面図である。放熱板１を図３のＡ−Ａ断面で切った場合の断面図である。放熱板１を図３のＢ−Ｂ断面で切った場合の断面図である。放熱板１を図３のＣ−Ｃ断面で切った場合の断面図である。図３に対応する図中におけるＥＣＦの移動方向を矢印で示す図である。図４に対応する図中におけるＥＣＦの移動方向を矢印で示す図である。図５に対応する図中におけるＥＣＦの移動方向を矢印で示す図である。図６に対応する図中におけるＥＣＦの移動方向を矢印で示す図である。本発明の第２実施形態に係る放熱板１および発熱体２を図３と同じ形式で記載した図である。本発明の第２実施形態に係る放熱板１を図４と同じ形式で記載した図である。本発明の第２実施形態に係る放熱板１を図６と同じ形式で記載した図である。本発明の第３実施形態に係る放熱板における電極１４ｃ、１４ｄの構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係る放熱板における電極１４ｅ〜１４ｅの構成を示す図である。本発明の第５実施形態に係る放熱板における針電極１７ａ〜１７ｔ、円筒電極１８ａ〜１８ｔの構成を、図１４、図１５と同じ形式で示す図である。本発明の第５実施形態に係る放熱板における針電極１７ａ〜１７ｔ、円筒電極１８ａ〜１８ｔの構成を、図３と同じ形式で示す図である。本発明の第５実施形態に係る放熱板における針電極１７ａ〜１７ｔおよび円筒電極１８ａ〜１８ｔの組の斜視図である。

符号の説明

１放熱板
２発熱体
１１ケーシング
１２縦方向仕切り板
１２ａ周縁部１２ａ
１２ｃ開口部１２ｃ
１３整流板１３
１４電極１４
１５ａ〜１５ｈ、１６ａ〜１６ｈ支柱１５
１７針電極
１８円筒電極
２１穴
２２端部
３１第１の層
３２第２の層

Claims

発熱体（２）に接触しているときに前記発熱体（２）の熱を拡散するための放熱板であ
って、
内部に電気流体力学（Electorhydrodynamic,略してＥＨＤ）効果を示すＥＨＤ流体を封入するための板形状のケーシング（１１）と、
前記ＥＨＤ流体に電圧を印加することで前記ＥＨＤ流体を流動させる電極（１４ａ〜１
４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）と、
前記ケーシング（１１）の内部に設けられ、前記ＥＨＤ流体の流れを規制する整流部材
（１２、１３、１５ａ〜１５ｈ、１６ａ〜１６ｈ）と、を備え、
前記整流部材（１２、１３、１５ａ〜１５ｈ、１６ａ〜１６ｈ）は、前記ケーシング（
１１）の内部を第１の層（３１）と第２の層（３２）に仕切る仕切り板（１２）を有し、
前記発熱体（２）は前記第１の層（３１）および前記第２の層（３２）のうち前記第１の層の側に配置されており、
前記仕切り板（１２）は、前記ケーシング（１１）の板面方向の中央部（２１）および
板面方向の端部（２２ａ〜２２ｄ）において、前記第１の層（３１）と前記第２の層（３
２）とを連通させるようになっており、
前記電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）は、前記第２の層（３２）において前記端部から前記中央部に前記ＥＨＤ流体を流動させ、前記第２の層（３２）から前記中央部（２１）を通って前記第１の層（３１）に前記ＥＨＤ流体を流動させると共に、前記第１の層（３１）から前記端部（２２ａ〜２２ｄ）を通って前記第２の層（３２）に前記ＥＨＤ流体を流動させるように配置されており、
前記電極（１４ａ〜１４ｅ、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）は、陰極と陽極の対を
成す電極の組を有し、当該組において対を成す陰極と陽極は、前記ケーシング（１１）の
板面に平行に、かつ、前記中央部（２１）に対して放射状に、配置されており、
前記陰極と陽極の組は、前記中央部（２１）を中心として同心円状に配置された平面パ
ターンとして形成されていることを特徴とする記載の放熱板。
前記ＥＨＤ流体は、電界共役流体であることを特徴とする請求項１に記載の放熱板。
前記第１の層（３１）および前記第２の層（３２）のうち、前記電極（１４ａ〜１４ｅ
、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７）が設けられている層では、前記電極（１４ａ〜１４ｅ
、１８ａ〜１８ｔ、１７ａ〜１７ｔ）が配置されている部分における、前記ケーシング（
１１）の板面に垂直な方向の幅が、当該層の他の部分よりも狭いことを特徴とする請求項
１または２に記載の放熱板。
前記ＥＨＤ流体を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の放熱板。