JP2006210742A - 電子機器用シールドケースおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント回路板を内蔵するシールドケースの共振現象による放射ノイズを低減する。
【解決手段】矩形状の上壁１２および側壁１３からなるシールドケース１０は、スペーサ２を介して底壁１１に固定されたプリント回路板１のケーブルを引き出す開口１４と、上壁１２を囲む各稜線を跨いで上壁１２と側壁１３に形成される切り欠き１５を有し、切り欠き１５によって、矩形状の上壁１２の中央部における定在波による電流の流れ込みを抑制することで、シールドケースの共振を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の放射ノイズを防ぐためにプリント回路板を収納する電子機器用シールドケースおよび電子機器に関するものである。

近年の電子機器の高速化、高性能化などに伴い、電子機器が発生する放射ノイズによる他の電子機器への影響が問題となっている。この放射ノイズによる他の電子機器への影響はＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）と呼ばれ、電子機器の誤動作を引き起こす。このため、放射ノイズに関しては問題となる周波数帯域を定め、電子機器からの放射量の規制を行っている。また、電子機器製造メーカはこの規制に適合するように製品を設計・製造する必要がある。

電子機器からの放射ノイズは、プリント回路板やプリント回路板間に接続されるケーブルなどから放射される。特に、プリント回路板からの放射ノイズは、プリント回路板上で配線された信号の高速化により放射ノイズの放射源としての問題が大きくなってきている。そこで、プリント回路板からの放射ノイズを抑制するために、導電性を有するシールドケースの中にプリント回路板を収納することで、電子機器外部へ放射する放射ノイズを低減している。

しかしながら、シールドケースを使用した場合、シールドケースのサイズに起因した共振現象が発生することで放射ノイズが悪化することが知られていた。

このような共振現象を抑制する手法としては、例えば、非特許文献１に記載されているように、シールドケースの共振周波数が、シールドケースの縦、横、高さをそれぞれ、ａ［ｍ］、ｂ［ｍ］、ｃ［ｍ］とすると、式（１）で表されるため、サイズを小さくすることで、共振周波数をノイズ規格で問題にならない周波数まで移動できることから、シールドケースの内部を導電性部材で仕切ることで、内部サイズを小さくして、共振現象を抑制する手法が知られている。

ここで、ｍ、ｎ、ｐはそれぞれ０、１、２、・・・
ｖは電磁波の伝播速度

また、特許文献１には、シールドケース（筐体）内を仕切るために、プリント回路板（プリント配線板）の表面と裏面にグランド面を形成し、導電性材料で形成された仕切り板を、プリント回路板のグランド面と導電性材料で形成されたシールドケースの内壁に接触させることで、シールドケースの共振周波数とプリント回路板から発生する放射ノイズ（電磁波）の周波数との一致を避けることで、放射ノイズを低減している。
特開平５−１２９７９０号公報 後藤憲一、山崎修一郎共編「詳解電磁気学演習」共立出版 （１９７０年１２月１５日） Ｐ３４７

しかしながら、非特許文献１に開示されたシールドケース内部を導電性部材で仕切る構成では、プリント回路板を仕切り板の中に入るように小型に分割しなくてはならないため、回路構成などを変更する必要があり、非常に手間がかかる。また、シールドケース内を仕切る導電性部材が別途必要となるだけでなく、基板数が増加し、小型に分割した基板間を伝送させるケーブルも増えることから、コストがかかるという問題もある。

また、特許文献１に開示されたシールドケース内にプリント回路板のグランド面と接触する仕切り板を設ける構成においては、プリント回路板上のグランド面を、仕切り板を設ける位置に形成しなくてはいけないため、プリント回路上での部品実装可能領域が狭くなり、部品配置の制約が厳しくなるという問題があった。さらに、発熱量の多いプリント回路板においては、放熱上の問題が発生していた。また、仕切り板を設けることで、組立作業性が悪くなるといった問題点や、シールドケースの重量が重くなるという課題もある。

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、極めて簡単な構成で放射ノイズを効果的に低減できる電子機器用シールドケースおよび電子機器を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の電子機器用シールドケースは、プリント回路板を収容する電子機器用シールドケースであって、稜線に沿って互いに接合された複数の矩形部を有し、少なくとも１つの矩形部とこれに接合された矩形部に、前記稜線を跨ぐ切り欠き開口部が形成されていることを特徴とする。

シールドケースに放射ノイズを低減するための切り欠き開口部を加工するだけであるから、基板数が増加したり、基板間を伝送させるケーブルや仕切り板等を必要としない。従って、コストがかからないうえに、組立作業性もよく、加えて、シールドケース自体の重さを軽減することができるという利点もある。

また、プリント回路板に対する制約条件がないため、プリント回路板の回路構成を変更する必要がなく、プリント回路板上での実装可能領域が狭くなることもない。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は、本発明に係る実施例１のシールドケースを示す斜視図、図１（ｂ）は、シールドケースに内蔵するプリント回路板およびシールドケースの底壁を示す斜視図である。

図１に示すように、プリント回路板１をシールドケース１０内に収容した電子機器において、プリント回路板１の底面には４つの導電性のスペーサ２が設けられ、プリント回路板１はスペーサ２を介してシールドケース１０の底壁１１に固定される。シールドケース１０は矩形部である底壁１１、上壁１２および４個の側壁１３を有し、４個の側壁のうちの１つには、ケーブルを引き出すための開口１４が形成され、また、シールドケース１０を構成する矩形部のうちで、最大面積を持つ第１の矩形部である上壁１２と各側壁１３の間の稜線を跨いで、合計４個の切り欠き開口部である切り欠き１５が形成されている。

なお、プリント回路板１をシールドケース１０の底壁１１に固定するためのスペーサ２は導電性として説明したが、非導電性であっても構わない。

また、図２に示すように、シールドケース１０の底壁１１を構成する矩形部の代わりに、導電性の別板金３をプリント回路板１のスペーサ２に固定しておくこともできる。この構成によれば、プリント回路板１を収納するためのシールドケース１０を上からかぶせるだけでよく、別板金３との電気的な接続をとるための作業を上部から行うことができるため、組立作業性がさらに良好となる。

図１および図２のいずれの構成においても、切り欠き１５の位置を稜線の中央部分に配置することで、共振現象の抑制効果はより顕著なものとなる。

また、切り欠き１５の長さをノイズ規格で定められた上限周波数の波長の半分以下となるように形成すれば、切り欠き１５によるスロット共振が抑制されるだけでなく、シールドケース１０から漏洩する放射ノイズをより一層低減することができる。

また、切り欠き１５を形成することで放熱効果が増し、プリント回路板１からの発熱によるシールドケース１０内の温度上昇を抑制することができる。

（実験例１）
図３において、完全導体である底壁１１、上壁１２および側壁１３からなるシールドケースは、Ｘ方向に３１０ｍｍ、Ｙ方向に２１０ｍｍ、Ｚ方向に５０ｍｍの大きさで、厚さは１．０ｍｍである。ケーブルを引き出すための開口１４の中心は、シールドケース１０の中心を原点とすると、原点からＸ方向に−１００ｍｍ、Ｙ方向に１０５ｍｍ、Ｚ方向に０ｍｍの箇所に設けられており、開口１４の大きさは、Ｚ方向に１０ｍｍ、Ｘ方向に３０ｍｍの大きさである。

４個の切り欠き１５の長手方向の長さは２０ｍｍ、短手方向の長さは１０ｍｍであり、シールドケース１０の上壁１２の各辺の中心に、各側壁１３との間の稜線を跨いで形成されている。

このシールドケース１０の切り欠き１５による共振周波数の低減効果を調べるために、図３に示すように、シールドケース１０の中にノイズ波源としてプリント回路板１の代わりにダイポールアンテナ２０を入れ、モーメント法を用いて放射ノイズ強度のシミュレーションを行った。ダイポールアンテナ２０は完全導体からなり、その直径は１ｍｍ、長さは１０ｍｍで、中心から給電している。また、ダイポールアンテナ２０は、周波数成分を１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの１０ＭＨｚ刻みとし、各周波数均一の１Ｖ振幅のＳｉｎ波として設定した。ダイポールアンテナ２０の向きはＺ方向であり、シールドケース１０の中心（原点）に配置されている。

比較のために、図４に示すように、底壁１１、上壁１２、側壁１３および開口１４を有し、切り欠きを持たないシールドケースについて同様のシミュレーションを行った。

図５（ａ）、（ｂ）は、本実験例のシールドケースの中心（原点）から３ｍ離れた位置における放射ノイズ強度を、モーメント法を用いてシミュレーションを行った結果である。図５（ａ）は、各周波数における放射ノイズの水平偏波の強度を示している。横軸は周波数、縦軸は放射ノイズ強度であり、周波数帯域は８１０ＭＨｚ〜９１０ＭＨｚである。図５（ｂ）は、各周波数における放射ノイズの垂直偏波の強度を示している。横軸は周波数で、縦軸は放射ノイズ強度であり、周波数帯域は８１０ＭＨｚ〜９１０ＭＨｚである。

図５（ａ）、（ｂ）から分かるように、８６０ＭＨｚにおいて共振現象が発生している。式（１）より算出されたシールドケースの共振周波数は約８６０ＭＨｚであるため、８６０ＭＨｚの共振現象がシールドケース共振によるものであることが分かる。

図６（ａ）、（ｂ）は、図４に示す比較例のシールドケースについて上記と同じモーメント法を用いてシールドケースの中心（原点）から３ｍ離れた位置における、放射ノイズ強度のシミュレーションを行った結果である。図６（ａ）は、各周波数における放射ノイズの水平偏波の強度を示している。横軸は周波数、縦軸は放射ノイズ強度であり、周波数帯域は８１０ＭＨｚ〜９１０ＭＨｚである。図６（ｂ）は、各周波数における放射ノイズの垂直偏波の強度を示している。横軸は周波数、縦軸は放射ノイズ強度であり、周波数帯域は８１０ＭＨｚ〜９１０ＭＨｚである。

図６（ａ）、（ｂ）から分かるように、８６０ＭＨｚにおいて共振現象が発生している。シールドケースの共振周波数である８６０ＭＨｚにおける、図５に示した実験例１の放射ノイズ強度と、比較例の放射ノイズ強度を比較すると、水平偏波で６．２３ｄＢμＶ／ｍ、垂直偏波で４．８８ｄＢμＶ／ｍ、放射ノイズが抑制されていることが分かる。

このように、本実施例のシールドケース構造は、シールドケースに切り欠きを加工するだけであるから、基板数が増加したり、基板間を伝送させるケーブルや仕切り板を必要とせず、従って低コストであるうえに、組立作業性も良く、さらに、シールドケース自体の重さを軽減することができるという利点もある。

また、プリント回路板に対する制約条件がないため、プリント回路板の回路構成を変更する必要がなく、さらに、プリント回路板上での実装可能領域を狭くすることもない。

上記のシールドケースを、複写機（複合機）、プリンタ、ＦＡＸ、スキャナ等の電子機器に使用することにより、これらから放射される放射ノイズを大幅に抑制することができ、他の電子機器への影響を大幅に抑制することができる。

図７は実施例２によるシールドケースを示す。これは、実施例１と同様に底壁１１、上壁１２、側壁１３からなるシールドケース１０の全ての稜線を跨いで、切り欠き１５を形成したものである。

このように、シールドケース１０の稜線を構成する辺のうちの、高さ方向の辺に対しても切り欠き１５を形成することで、シールドケース１０の高さ方向の共振現象も抑制することができる。

各切り欠き１５の位置を辺の中央部分に配置することで、共振現象の抑制効果はより顕著なものとなる。

また、切り欠き１５の数が増加することで放熱効果が増し、プリント回路板１からの発熱によるシールドケース１０内の温度上昇をさらに抑制することができる。

次に、図８ないし図１０に基づいて、切り欠き１５によってシールドケース１０の共振を抑制する原理を説明する。図８は開口や切り欠きを持たない矩形部からなるシールドケースの共振現象を示すもので、同図の（ａ）に示すように開口や切り欠きを持たないシールドケースの長辺であるＸ方向の寸法ａ、短辺であるＹ方向の寸法ｂ、Ｚ方向の寸法ｃとすると、（ｂ）に示すようにＸ方向に立つ定在波Ｓｘ、（ｃ）に示すようにＹ方向に立つ定在波Ｓｙが発生する。

すなわち、このシールドケースは式（１）で示すような共振周波数で共振し、シールドケース内部では図８の（ｂ）、（ｃ）に示すような定在波Ｓｘ、Ｓｙが立つ。これは、シールドケースの中央と端部でインピーダンスに相対的な差ができているために起こる現象である。図９の（ａ）、（ｂ）は、共振時にシールドケース内部を流れる電流の方向を示すもので、同図の（ａ）は、Ｘ方向に流れる電流Ｄｘ、（ｂ）はＹ方向に流れる電流Ｄｙを示す。

このように、シールドケースはインピーダンスに相対的な差が生じているため、シールドケース中央から、Ｘ方向に対しては電流Ｄｘ、Ｙ方向に対しては電流Ｄｙが流れ易い構造となっており、さらに、インピーダンスの相対的な差が大きいほどこれらの電流が流れ易くなり、シールドケースの中心部分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂに集中して電流Ｄｘ、Ｄｙが流れることで、シールドケースの共振現象が発生し、ノイズを放出する。

そこで、図１０に示すように、シールドケースの上壁１２と側壁１３間の稜線を跨いで切り欠き１５を形成し、シールドケース中央とシールドケース端部に存在するインピーダンスの相対的な差を減少させることで、電流Ｄの流れ込みを抑制する。このようにして、シールドケースの共振現象による放射ノイズを低減するものである。

また、シールドケースのインピーダンスの相対的な差が大きい箇所、すなわち、シールドケースの中心部分Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂに集中して電流Ｄｘ、Ｄｙが流れることから、切り欠き１５の位置を稜線の中心部分に配置することで、共振現象の抑制効果はより顕著なものとなる。

本発明に係る実施例１のシールドケースを示すもので、（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）は内蔵するプリント回路板およびシールドケースの底壁を示す斜視図である。 実施例１の一変形例を示すもので、（ａ）はその外観を示す斜視図、（ｂ）は内蔵するプリント回路板および別板金を示す斜視図である。 実験例１のシミュレーションモデルを説明する図である。 比較実験例のシミュレーションモデルを説明する図である。 実験例１のシールドケースの放射ノイズ強度をシミュレーションによって求めた結果である。 比較実験例のシールドケースの放射ノイズ強度をシミュレーションによって求めた結果である。 実施例２によるシールドケースを示す斜視図である。 シールドケースの共振現象を説明する模式図である。 シールドケースの共振現象を説明する模式図である。 切り欠きによる放射ノイズの抑制原理を説明する模式図である。

符号の説明

１ プリント回路板
２ スペーサ
３ 別板金
１０ シールドケース
１４ 開口
１５ 切り欠き

Claims (4)

1. プリント回路板を収容する電子機器用シールドケースであって、稜線に沿って互いに接合された複数の矩形部を有し、少なくとも１つの矩形部とこれに接合された矩形部に、前記稜線を跨ぐ切り欠き開口部が形成されていることを特徴とする電子機器用シールドケース。
2. プリント回路板を収容するための電子機器用シールドケースであって、最大面積を有する第１の矩形部と、稜線に沿って前記第１の矩形部に接合された複数の第２の矩形部と、を有し、前記第１の矩形部および前記複数の第２の矩形部に、前記稜線を跨ぐ切り欠き開口部が形成されていることを特徴とする電子機器用シールドケース。
3. 前記切り欠き開口部が、稜線の中央に配設されていることを特徴とする請求項１または２記載の電子機器用シールドケース。
4. 請求項１ないし３いずれか１項記載の電子機器用シールドケースと、前記シールドケース内に収容されたプリント回路板を備えたことを特徴とする電子機器。

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