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熱解析・熱設計技術

熱解析・熱設計・構想設計の三位一体で
小型電子機器の放熱や大型製造設備の温度制御など、
さまざまな熱対策に対応。

基板の定常解析から製造設備の非定常解析まで、幅広い対応領域

例えば、小型化・多機能化が進むデジタル機器では、プリント基板の多層化や搭載する半導体の高性能化、部品点数の増加など、筐体内が高熱になる要因が増え続けています。そこで、正常に機器を稼働させるため、放熱などの熱対策は重要さを増し、より効率的な冷却構造や冷却システムの実現が求められています。
こうした状況を踏まえ、わたしたちは東芝グループだけでなく、グループ外を含むさまざまな企業から寄せられる熱対策ニーズにも応え、解析対象も次々に拡大してきました。対応実績としては、安定状態での温度分布や風・液体の流れを対象とする「定常解析」に加えて、時間経過による温度分布を対象とする「非定常解析」にも対応。定常解析では、プリント基板から小型デジタル機器や家電製品、さらには蓄電池システムといった大型のものまで。非定常解析と定常解析の組み合わせでは、車載制御基板や電力計をはじめ、従来は難しいといわれてきた大型製造設備のニーズにも取り組み、連続加熱プレス機やガラス板製造装置の温度制御にも対応しました。

基板の定常解析から製造設備の非定常解析まで、幅広い対応領域

熱解析の結果だけでなく、問題の解決策まで提案

定常解析では、一般的な温度分布のほか、風の流れや液体の流れなども同時に確認できることから、電池盤制御装置の水冷システムという大型設備にも取り組みました。水冷用に設計された配管の中を水が流れることで得られる水冷効果と同時に、筐体内の風の流れも確認しながら、筐体の表面と内部の温度分析を解析。冷却効果が十分に得られず、性能に影響を及ぼす危険個所を可視化し、その解析結果に基づいて問題を解決する風の流れと配管レイアウトを反映した熱設計により、効果的な熱対策を提案しました。
非定常解析と定常解析の組み合わせでは、連続する加熱プレス工程で問題になっていた、加工材料の温度ムラに対応しました。まずは、定常解析で現状を把握し、加工材料のどの位置を何度で加熱すればいいかという、ヒーター加熱配置と入力熱量の理想値を検出。その内容を熱設計に反映し、非定常解析で検証することにより、最適な加熱配置と入力熱量を導き出すとともに、プレス機に施す加工も提案し、加工材料の温度均一化を実現。さらに、加工時間の改善にも貢献しました。

流速分布

熱解析・熱設計・構想設計の三位一体で対応

このように、わたしたちの熱対策は、単なる解析結果の提示だけでなく、問題点を可視化して明確にしたうえ、実際の製品化を見据えた改善案まで提案できるところが大きな特長です。これは、熱解析に取り組むそもそものきっかけが、1990年代から東芝製ノートPCの製品化に携わり、モノづくりを念頭に、熱解析・熱設計・構想設計の三位一体で担当してきたからです。以来、ノートPCでは100モデル以上で熱対策の側面から製品化をサポート。2010年からは社内体制を強化して、解析対象も次々に拡大してきました。
こうして幅広い領域の製品を対象に、豊富な実績とノウハウを蓄積してきたことから、精度の高い解析が行えます。その結果や数値計算に基づき、冷却ファンや冷却フィンの要否から、最適な形状・サイズ・風量をはじめとする熱設計の提案ができます。熱設計の提案内容を構想設計に組み込み、三次元CADなどでモデルを作成することで、組立上の問題点などを確認したり、詳細設計の負担を削減することが可能です。さらに、さまざまなニーズに応えられるよう、ハードウェア・ソフトウェア環境も整備。難しいと言われ続けてきた大型の製造設備に対応できたのも、三位一体の体制と充実したシステム環境があったからです。

熱解析・構想設計・熱設計の三位一体

早期対応で、スピーディな製品化と低コスト化に貢献

また、解析に着手する初期段階では、暫定のレイアウト案やBOMなど最低限のデータがあれば、豊富な実績・経験を持つ社内エンジニアがこれまでの経験知を加味して初期モデルを構築し、解析を進めることができます。このように、熱対策に取り組む際の手間を大幅に削減することも、わたしたちの特長のひとつです。
三位一体の熱対策を開発の早期工程で行うことにより、熱トラブルによる設計の後戻り・試作回数が低減でき、スピーディな製品化と低コスト化が可能になります。もちろん、お客様の開発体制やご要望により、熱解析・熱設計・構想設計を切り分けて対応することも可能です。
冷却構造、冷却システムなどの放熱技術から、温度コントロールまで。わたしたちは、熱解析・熱設計・構想設計の三位一体で対応できる強みを最大限に発揮することで、今後もお客様が抱える熱関連の難題をスピーディに解決し、製品化の負担軽減に貢献します。

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