JP2010147362A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱効率を向上させる電子機器を提供する。
【解決手段】金属製の筐体を有する電子機器は、筐体内に積層して設けられ少なくとも一面側に回路素子を有する複数の回路基板と、回路基板間に回路素子と対向して設けられ、その一部が筐体の内壁に接触する金属製の板状部材とを有し、板状部材相互における内壁との接触位置は、回路基板の積層方向に離間するとともに当該積層方向と交差する方向に離間するので、筐体に熱を分散させて伝導することができ、熱量の大きい伝熱板から筐体に伝導された熱は筐体を伝導して熱量の小さい伝熱板に伝導される前に放熱される。よって、電子機器全体としての放熱効率が向上する。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属製の筐体内に積層された複数の回路基板を有する電子機器に関し、特に、前記回路基板上に設けられた回路素子が発する熱を放熱させる技術に関する。

近年、車載用の電子機器（以下、電子機器）はカーオーディオ、カーナビゲーション、さらにテレビジョン受像器などを一体化する多機能化が進み、内蔵される電子回路の規模が大型化する傾向にある。その一方で電子機器は、車室内運転席前方のインストルメントパネル内に埋設されるので、搭載スペースの制約上小型化が求められる。よって、複数の回路基板を積層して筐体に格納することで、大型化した電子回路を小型の筐体に収容している。

かかる電子機器では、電子回路素子が通電されることにより発熱するので、熱暴走による不具合を避けるために放熱が不可欠となる。特に回路基板を積層することにより下層の回路基板の熱が上層の回路基板に伝導されやすくなるので、効率の良い放熱が求められる。

放熱方法の一例として、熱伝導率の高い金属製の伝熱板を、積層された回路基板間に伝熱板の一部が筐体に接触するように設ける方法が知られている（例えば特許文献１）。この方法では、さらに回路素子と伝熱板との隙間にグリスなどの伝熱剤を充填しておくことにより、回路素子の熱を伝熱板を介して筐体に伝導させる。そうすることにより回路素子の熱を筐体から外部に放熱させる。
特開平７−２９７５６１号公報

しかしながら、複数の伝熱板と筐体内壁との接触位置が互いに近接する場合において、伝熱板間で筐体に伝導させようとする熱量に差があると、熱量の大きい伝熱板から熱量の小さい伝熱板に筐体を介して熱が伝導し、その結果電子機器全体としての放熱効率が低下するという問題が発生する。よって、電子機器における放熱効率の低下を防止し、これを向上させることが求められる。

そこで、本発明の目的は、電子機器の放熱効率を向上させることにある。

本発明における電子機器によれば、金属製の筐体を有する電子機器であって、前記筐体内に積層して設けられ少なくとも一面側に回路素子を有する複数の回路基板と、前記回路基板間に前記回路素子と対向して設けられ、その一部が前記筐体の内壁に接触する金属製の板状部材とを有し、前記板状部材相互における前記内壁との接触位置は、前記回路基板の積層方向に離間するとともに当該積層方向と交差する方向に離間することを特徴とする。

好ましい態様によれば、前記筐体は、前記回路素子と前記板状部材との間の空気を外部に排出する通気孔を有し、前記板状部材は前記回路素子と対向する位置に凸部を有することを特徴とする。

別の好ましい態様によれば、前記筐体は、前記回路素子と前記板状部材との間の空気を外部に排出する通気孔を有し、前記板状部材は、対向する回路素子の発熱量に応じて前記排出される空気の通路が狭くなるように当該通路の一部を遮蔽する遮蔽部を有することを特徴とする。

本発明によれば、電子機器全体としての放熱効率が向上する。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図１は、本実施形態おける電子機器の正面図及び側面図である。図１（Ａ）には電子機器の正面図が、図１（Ｂ）には同側面図が示される。ここでは、カーオーディオと、カーナビゲーションと、テレビジョン受像器とが一体化された車載用の電子機器を例として示す。

電子機器は、液晶表示パネルまたは有機ＥＬパネルなどからなる表示部６を有する表示パネル２と、各機能を実現する電子回路を内蔵した金属製（例えば鉄製やアルミニウム製）の筐体１０とを有し、表示パネル２は筐体１０の前面部に傾動可能に取り付けられる。そして表示パネル２の下端部には、操作ボタン４が配置された操作入力部８が設けられる。

また、筐体１０前面には、表示パネル２が傾動することでユーザに対し露出する、記憶媒体の挿入孔５が設けられる。記憶媒体の例としては、デジタルテレビジョンを視聴するためのユーザ認証情報を格納するＢ−ＣＡＳ（登録商標）カードなどのメモリカード、楽曲データや映像データを格納するＣＤやＤＶＤ、あるいは地図データを格納するＤＶＤやＳＤメモリカードなどの記憶媒体があげられる。

この電子機器は、筐体１０が運転席前方のインストルメントパネルＡ１に埋設され、表示パネル２がユーザに対向して露出する状態で使用される。インストルメントパネルＡ１内の筐体１０背後には、電子機器を電源やスピーカ等の出力装置と接続するための配線が収容される空間Ａ２が設けられる。また、電子機器内の電子回路が動作して発熱したときには、後述するような電子機器の構造によりこの空間Ａ２に向けて放熱される。

図２は、本実施形態における電子機器の概略構成を説明する図である。筐体１０内には、表示パネル２の傾動制御を含む種々の制御を行うメイン制御部１２、カーオーディオの制御を行うオーディオ制御部１３、テレビジョンの制御を行うテレビジョン制御部１４、カーナビゲーションの制御を行うナビゲーション制御部１６が設けられる。また筐体１０内には、表示パネル２の傾動機構と傾動角度を検知するセンサとを有する傾動部２２が設けられる。また、表示パネル２内には、表示部６の表示制御を行う表示制御部２４と、操作部８のからの入力を受け付ける操作入力制御部２６とが設けられる。

また、筐体１０内には、地図データや楽曲音声データ、映像データを格納する内蔵のハードディスクドライブ２０、あるいは、挿入孔５を通じて挿入される各種記憶媒体からこれらのデータを読み取る記憶媒体読取装置１８が備えられる。

操作部８からの操作信号、ハードディスクドライブ２０や記憶媒体読取装置１８からのデータは、メイン制御部１２に入力され、各制御部に伝送される。また、テレビジョン制御部１４は外部のチューナが受信したテレビジョン放送信号がチューナから入力される。また、オーディオ制御部１３からの音声信号、テレビジョン制御部１４からの音声・映像信号、ナビゲーション制御部１６からの音声・画像信号は、メイン制御部１２を介して表示制御部２４や外部に設けられるスピーカに出力される。

上記の構成において、メイン制御部１２、オーディオ制御部１３、テレビジョン制御部１４、ナビゲーション制御部１６はそれぞれが１つの回路基板として構成される。各回路基板は、一例として表面にマイクロストリップラインなどの信号線が形成された樹脂基板により構成され、その表面にはこの信号線により相互に接続される種々の回路素子を有する。以下では、各制御部に対応する回路基板を便宜上、それぞれメイン回路基板１００＿ｍ、オーディオ回路基板１００＿ａ、テレビジョン回路基板１００＿ｔ、ナビゲーション回路基板１００＿ｎという。これら回路基板上の回路素子が通電されて動作すると温度が上昇するが、熱暴走を回避するために、本実施形態の電子機器は次のような構成を有することにより放熱を行う。

図３は、本実施形態における電子機器の放熱方法を説明する図である。図３（Ａ）は筐体１０の正面から背面方向における模式的な断面図である。電子機器は、金属製の筐体１０内にメイン回路基板１００＿ｍ、オーディオ回路基板１００＿ａ、テレビジョン回路基板１００＿ｔ、ナビゲーション回路基板１００＿ｎを積層して収容することで電子回路全体をいわば集積化し、機器サイズを小型化する。各回路基板は、図示を省略するスルーホールやフレキシブル基板で相互に接続される。そして各回路基板間には、回路基板上に配置された回路素子３０＿ｍ、３０＿ａ、３０＿ｔ、３０＿ｎと対向する金属製（鉄製、アルミニウム製、好ましくは銅製など）の板状部材である、伝熱板１０２＿ｍ、１０２＿ａ、１０２＿ｔ、及び１０２＿ｎが設けられる。

なお本説明では、メイン回路基板１００＿ｍの表面に設けられる回路素子を３０＿ｍ、回路素子３０＿ｍと対向する伝熱板を伝熱板１０２＿ｍとする。また、オーディオ回路基板１００＿ａの表面に設けられる回路素子を３０＿ａ、回路素子３０＿ａと対向する伝熱板を伝熱板１０２＿ａとする。そして、テレビジョン回路基板１００＿ｔの表面に設けられる回路素子を３０＿ｔ、回路素子３０＿ｔと対向する伝熱板を伝熱板１０２＿ｔとする。さらに、ナビゲーション回路基板１００＿ｎの表面に設けられる回路素子を３０＿ｎ、回路素子３０＿ｍと対向する伝熱板を伝熱板１０２＿ｎとする。そして、回路基板、回路素子、伝熱板を特定せずに総称するときには、添え字「＿ｍ」、「＿ａ」、「＿ｔ」、「＿ｎ」を省略する。

ここで、回路基板１００を挟んで対向する一対の伝熱板１０２には、互いに回路基板１００を挟持可能な保持部３２＿ｍ、３２＿ａ、３２＿ｔ、３２＿ｎが形成される（なお、本説明における保持部の添え字の表記方法は回路基板１００等と同じである）。この保持部３２により、回路基板１００と伝熱板１０２との距離が一定に保たれ、回路基板１００と伝熱板１０２の間に空間を形成した状態で、筐体１０の底面に設けられる筐体１０の保持部１３２上に積層される。

このような構成により、各回路基板１００上の回路素子３０が発熱すると、その熱は空間を経て対向する伝熱板１０２に伝導される。あるいは、回路素子３０と伝熱板１０２との間にグリスなどの伝熱材を充填し、これを介して伝熱される構成としてもよい。

そして、伝熱板１０２は、その一部が面方向に延伸して筐体１０の背面内壁に接触する接触部３４＿ｍ、３２＿ａ、３２＿ｔ、３２＿ｎが形成される（なお、本説明における接触部の添え字の表記方法は回路基板１００等と同じである）を有する。図３（Ｂ）は、伝熱板１０２の平面図を示す。このように構成することにより、回路素子３０が発した熱は伝熱板１０２を介して筐体１０背面に伝導され、インストルメントパネルＡ１内における筐体１０背後の空間Ａ２に筐体１０背面から放熱される。このように、接触部３４を筐体１０背面部でその内壁に接触するように設けることで、効率良く空間Ａ２に放熱することができる。なお、保持部３２を介して筐体１０の底面に対しても熱が伝導するので、放熱効率がその分向上する。

図４は、筐体１０背面における接触部３４の配置を説明する図である。上記のように構成されることで、接触部３４はまずその積層方向に離間する。ここで、従来における接触部３４の位置を図４（Ａ）に示すと、接触部３４の水平方向（つまり、回路基板の積層方向に対し直角方向）における位置が重複していると、伝熱させる熱量の比較的大きい回路基板から熱が熱量の比較的小さい回路基板に伝導され、電子機器全体としての放熱効率が低下する。

そこで、本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、接触部３４の水平方向における位置を離間させる。そうすることで、筐体１０背面に熱が分散して伝導される。このことは、熱量の大きい伝熱板から筐体１０に伝導された熱が筐体１０を伝導して熱量の小さい伝熱板に伝導される前に放熱されることを可能にする。よって、電子機器全体としての放熱効率が向上する。

さらに好ましい態様では、伝熱板１０２が筐体１０に伝熱する熱量、つまり伝熱板１０２に対向する回路素子３２の発熱量により接触部３４の配置が決められる。例えば伝熱板１０２＿ｎの熱量が最も大きいとすると、図４（Ｃ）のように伝熱板１０２＿ｎの接触部３４＿ｎを、伝熱板１０２＿ｍの接触部３４＿ｍ、伝熱板１０２＿ａの接触部３４＿ａ、伝熱板１０２＿ｔの接触部３４＿ｔ、のいずれに対しても最も遠くなるように離間させる。

また例えば、回路素子３０の発熱量が回路素子３０＿ｍ、３０＿ｔ、３０＿ａ、３０＿ｎの順で大きくなり、よって、伝熱板１０２が筐体１０に伝導させる熱量が伝熱板１０２＿ｍ、１０２＿ｔ、１０２＿ａ、１０２＿ｎの順で大きくなるとしたときに、図４（Ｄ）に示すように、接触部３４間の距離を一対の伝熱板における伝熱量の総和に応じて遠くする。すなわち、伝熱板１０２＿ｍと１０２＿ｔの間の距離Ｄｔ＿ｍｔ、伝熱板１０２＿ｔと１０２＿ａの間の距離Ｄｔ＿ｔａ、伝熱板１０２＿ａと１０２＿ｎの間の距離Ｄｔ＿ａｎの順で遠くなるようにする。

このようにすることで、筐体１０背面に伝導される熱量が平均化され、放熱効率が最適化される。なお、接触部３４の位置のパターンは、回路基板１０２の積層方向に離間し、かつ積層方向と直角方向（水平方向）に離間したパターンであれば、上記に限られず本実施形態に含まれる。

次に、より好ましい態様として、筐体１０内の空気を循環させることにより、放熱効率を向上させる構成を示す。

図５は、筐体１０内の空気を循環させる構成について説明する図である。図５（Ａ）は筐体１０の正面から背面方向における模式的な断面図である。この構成では、筐体１０の背面に通気孔４０が設けられる。通気孔４０にはさらに筐体１０内部の空気の排出を促すように回転動作するファン４２が設けられる。ここで、筐体１０は例えば天面部、底面部、側面部などの各部位をビスなどで結合して形成されるので、各部位の間には微細な隙間が生じる。よって、ファン４２を駆動させることで、このような隙間、あるいは上述したように筐体１０正面に設けられる記憶媒体の挿入孔５を通じて外部の空気が筐体１０内に流入する。図中、黒塗りの矢印は筐体１０内における空気の流れを示す（以下、同様）。そして、空気が各回路基板１００と伝熱板１０２との間の空間を通過するときに、回路素子３０の熱を吸収して通気孔４０から筐体１０背後の空間Ａ２（図１（Ｂ））に排出される。

このようにして空気循環が促され、電子機器の放熱効率がさらに向上する。なお、ファン４２をインストルメントパネル側の空間Ａ２に設け、筐体１０の背後の空気を吸引して筐体１０内部の空気を通気孔４０から排出させる構成としてもよい。

このような構成において、例えば、筐体１０のサイズを幅１８０ｍｍ程度、高さ１００ｍｍ程度、奥行き１７０ｍｍ程度とし、各回路基板１００の厚さと回路素子３０の厚さの合計を５ｍｍ程度としたときに、空間の高さを１０ｍｍ以上とすることが空気の円滑な循環を可能にし放熱効率を向上させるうえで好ましい。ここで、図５（Ｂ）に筐体１０の左右方向における模式的な断面図を示すと、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、好ましくはもっとも発熱量の大きいナビゲーション回路基板１００＿ｎを直立させることで、図３のように積層した場合と比較して次のような効果を得ることができる。すなわち、第一に回路基板１００と伝熱板１０２との間の空間の高さを大きく（例えば１０ｍｍ以上）でき、第二に回路基板１００＿ｎからその上の回路基板に対し放射熱が伝導される確率を低減させることができる。よって、電子機器全体としての放熱効率が向上する。なおこの場合ナビゲーション回路基板１００＿ｎと他の回路基板１００＿ｍ、１００＿ａ、１００＿ｔ、１００＿ｎとは例えばボード・ツー・ボードの接続端子により接続可能に構成されることで、フレキシブル基板やケーブルを省略でき、低コスト化できる。

また、この態様によれば、回路素子３０と伝熱板１０２の間に伝熱剤を充填する場合と比較したときに、伝熱剤を充填する工数とそのためのコストを削減できる。

図６は、本実施形態のさらに好ましい態様を説明する図である。図６（Ａ）は筐体１０の正面から背面方向における模式的な断面図である。この態様では、伝熱板１０２における回路素子３０に対向する箇所に凸部５０＿ｍ、５０＿ａ、５０＿ｔ、５０＿ｎが形成される（なお、本説明における凸部の添え字の表記方法は回路基板１００等と同じである）を設ける。凸部５０は、図６（Ｂ）に示すように板状に打ち抜いた部位を折り曲げて形成してもよいし、図６（Ｃ）に示すようにパンチングなどにより***させて形成してもよい。このような構成により、回路素子３０の部分で空間を狭くし、回路素子３０に向けて空気の流れを誘導できる。よって、回路素子３０に当たる空気の量を多くすることができ、放熱効率を向上させることが可能となる。

また電子機器全体としては、筐体１０内を通過する空気量はほぼ一定である。よって、より好ましくは、回路素子の発熱量に応じてかかる凸部の大きさを変更してもよい。すなわち、発熱量の比較的大きい回路素子の箇所では凸部を大きく設け、発熱量の比較的小さい回路素子の箇所では凸部を小さく設ける。あるいは、発熱量が比較的小さい回路素子の箇所では凸部を省略してもよい。そうすることにより、熱量が大きい回路素子の部分ほどより多くの空気が流れるので、放熱が促される。上記のような構成にすることにより、筐体１０内を通過する一定量の空気量を最適に配分することができ、放熱効率が向上する。

図７は、別の好ましい態様について説明する図である。図７（Ａ）は筐体１０の正面から背面方向における模式的な断面図である。図７（Ｂ）は、伝熱板１０２の概観を示す。この態様では、伝熱板１０２における通気孔４０付近に遮蔽部５２＿ｍ、５２＿ａ、５２＿ｔ、５２＿ｎが形成される（なお、本説明における遮蔽部の添え字の表記方法は回路基板１００等と同じである）。この遮蔽部５２により、遮蔽部５２が設けられた箇所、つまり、回路基板１００と伝熱板１０２の間の空気が通気孔４０から排出されるときの空気の通路が狭くなる。かかる遮蔽部５２は、図７（Ｂ）に示すように、伝熱板１０２における筐体１０の背面側の一部（接触部３４以外の部分）を折り曲げて形成してもよいし、金属片やスポンジなどの部材を取り付けることで形成してもよい。あるいは、図３に示した保持部３２がかかる遮蔽板を兼ねる構成とすることにより、伝熱板の成型を簡易にすることができる。

ここで、遮蔽部５２の大きさを調節することにより回路基板回路基板１００と伝熱板１０２の間の空気が通気孔４０から排出されるときの通路の断面積を調節でき、したがって排出される空気の量を調節することができる。遮蔽部５２の大きさの具体的な調節方法の例としては、発熱量が比較的大きい回路素子３０と対向する伝熱板１０２では、遮蔽部５２を小さくして回路基板１００上の空間を通過する空気量を多くする一方、発熱量が比較的小さい回路素子３０と対向する伝熱板１０２では、遮蔽部５２を大きくして回路基板１００上の空間を通過する空気量を少なくする。ここでは、回路素子３０の発する熱量が回路基板１００＿ｍ、１００＿ｔ、１００＿ａの順で大きくなるとしたときに、遮蔽部５２＿ｍ、５２＿ｔ、５２＿ａの順で遮蔽部の大きさが小さくなる場合が示される。そして、そのときの空気が流れる量を黒塗りの矢印の太さで示すと、回路基板１００＿ｍ上の空間、１００＿ｔ上の空間、１００＿ａ上の空間の順で、空気の流れる量が多くなる。

このように、熱量が大きい回路素子３０を有する回路基板１００上の空間ほどより多くの空気が流れるようにすることで、その回路素子３０の放熱が促される。上記のような構成にすることにより、筐体１０内を通過する一定量の空気量を最適に配分することができ、放熱効率が向上する。

なお、電子機器では、回路素子の熱暴走の他に、外部から挿入される記憶媒体の材質や塗装の耐熱性が低い場合に、記憶媒体が変形したり塗装が溶けて記憶媒体読取装置１８に付着したりという問題が生じるおそれがある。

図８は、かかる問題を回避するための好適な実施例を説明する図である。図８（Ａ）は、筐体１０内部の概略的な平面図を示す。上述のとおり、筐体１０全面に媒体挿入孔５が吸気孔を兼ねる。ここでは、挿入孔５、記憶媒体読取装置１８、通気孔４０が連通するような配置とすることで、記憶媒体読取装置１８に装着される記憶媒体に対する空気の流入量をより多くすることができる。よって、記憶媒体の放熱効率を向上させ、これを熱から保護することができる。この場合、記憶媒体読取装置１８と同じ高さに設けられる回路基板、たとえばテレビジョン回路基板１００＿ｔを図示するようにＬ字型に成型することで、筐体１０内の限られたスペース内での配置が最適化される。そして、テレビジョン回路基板１００＿ｔにおけるテレビジョン信号のフロントエンド側処理モジュールを筐体１０の背面付近に設け、一方筐体１０の背面にはチューナと接続されるチューナ接続端子を設けることにより、フロントエンド側処理モジュールとチューナ接続端子間の信号線の引きまわしが簡略化される。よって、回路構成が複雑化することに起因して回路規模が増大することを防止できる。

上述では、車載用の電子機器を例としたが、積層した回路基板を筐体１０内に有する電子機器であれば、たとえば、家庭用のオーディオ機器、テレビ受像機など、種々の電子機器に本実施形態が適用できる。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、電子機器の放熱効率を向上させることが可能となる。

本実施形態おける電子機器の正面図及び側面図である。 本実施形態における電子機器の概略構成を説明する図である。 本実施形態における電子機器の放熱方法を説明する図である。 筐体１０背面における接触部３４の配置を説明する図である。 筐体１０内の空気を循環させる構成について説明する図である。 本実施形態のさらに好ましい態様を説明する図である。 別の好ましい態様について説明する図である。 好適な実施例を説明する図である。

符号の説明

１０：筐体、３０：回路素子、３４：接触部、５０：凸部、５２：遮蔽部、１００：回路基板、１０２：伝熱板

Claims (5)

1. 金属製の筐体を有する電子機器であって、
   前記筐体内に積層して設けられ少なくとも一面側に回路素子を有する複数の回路基板と、
   前記回路基板間に前記回路素子と対向して設けられ、その一部が前記筐体の内壁に接触する金属製の板状部材とを有し、
   前記板状部材相互における前記内壁との接触位置は、前記回路基板の積層方向に離間するとともに当該積層方向と交差する方向に離間することを特徴とする電子機器。
2. 請求項１において、
   対向する前記回路素子の発熱量が最も大きい板状部材の前記接触位置は、他のいずれの前記板状部材の前記接触位置に対しても最も遠くなるように離間していることを特徴とする電子機器。
3. 請求項１において、
   前記接触位置相互が第１の距離離間した板状部材対が対向する前記回路素子の発熱量は第１の発熱量であり、前記接触位置相互が前記第１の距離より大きい第２の距離離間した板状部材対が対向する前記回路素子の発熱量は前記第１の発熱量より大きい第２の発熱量であることを特徴とする電子機器。
4. 請求項１において、
   前記筐体は、前記回路素子と前記板状部材との間の空気を外部に排出する通気孔を有し、
   前記板状部材は前記回路素子と対向する位置に凸部を有することを特徴とする電子機器。
5. 請求項１において、
   前記筐体は、前記回路素子と前記板状部材との間の空気を外部に排出する通気孔を有し、
   前記板状部材は、対向する回路素子の発熱量に応じて前記排出される空気の通路が狭くなるように当該通路の一部を遮蔽する遮蔽部を有することを特徴とする電子機器。

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