JP2012164939A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路モジュールの冷却性能を十分に確保しつつ、冷却風に含まれる塵埃等による回路モジュールの損傷を防止できる電子機器を得ることにある。
【解決手段】 電子機器は、吸気口(9a, 9b)および排気口(10a, 10b)が設けられた筐体(2)を有している。筐体(2)の内部に発熱する回路モジュール(3)が収容されている。回路モジュール(3)は、カバー(28)で覆われているとともに、ヒートシンク(20)に熱的に接続されている。ヒートシンク(20)は、筐体(2)内に露出されている。筐体(2)の内部に第１の通風路(25)および第２の通風路(26)が設けられている。第１の通風路(25)と第２の通風路(26)とは、筐体(2)内で互いに仕切られている。ヒートシンク(20)は、第１の通風路(25)に位置されている。カバー(28)は、第２の通風路(26)に露出されている。さらに、筐体(2)にファン(4)が設けられている。ファン(4)は、第１および第２の通風路(25, 26)内に冷却用空気を流す。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、筐体の内部に発熱する回路モジュールを収容した電子機器に関する。

例えば通信機用アンプのような電子機器では、筐体内に収容された回路モジュールを、ファンを用いて強制的に冷却する、いわゆる強制空冷方式が採用されている。

ファンは、筐体内に空気を吸い込んで筐体の外に吐き出すことで、筐体の内部の通気性を高めている。この結果、筐体の内部に冷却風の流れが形成され、この冷却風により回路モジュールが冷やされるようになっている。

特開２００４−１１９８４４号公報

電子機器の使用形態によっては、筐体の内部に吸い込まれる空気中に埃や湿気等が含まれることがあり得る。空気中の埃や湿気が回路モジュールを構成する回路部品あるいは導体パターンに付着すると、回路モジュールが損傷したり、故障の要因となるのを否めない。

このことから、回路モジュールの冷却性能を十分に確保しつつ、冷却風に含まれる埃等による回路モジュールの損傷を防止できる電子機器が要望されている。

実施形態によれば、電子機器は、吸気口および排気口が設けられた筐体を有している。筐体の内部に発熱する回路モジュールが収容されている。回路モジュールは、カバーで覆われているとともに、ヒートシンクに熱的に接続されている。ヒートシンクは、筐体内に露出されている。筐体の内部に第１の通風路および第２の通風路が設けられている。第１の通風路と第２の通風路とは、筐体内で互いに仕切られている。ヒートシンクは、第１の通風路に位置されている。カバーは、第２の通風路に露出されている。さらに、筐体にファンが設けられている。ファンは、第１の通風路および第２の通風路内に冷却用空気を流す。

第１の実施形態に係る電子機器の断面図。 図１の矢印Ｆ２−Ｆ２に沿う断面図。 図１の矢印Ｆ３の方向から見た電子機器の正面図。 第２の実施形態に係る電子機器の断面図。 第３の実施形態に係る電子機器の断面図。 図５の矢印Ｆ６−Ｆ６に沿う断面図。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。

図１および図２は、例えば通信機用アンプのような電子機器１を開示している。電子機器１は、例えばキャビネットラックと称する箱形の架台に収容されている。架台は、電子機器１を据え付ける棚板と、電子機器１を出し入れする開口部と、開口部を開閉する扉と、を備えている。

このため、架台の扉を開けることで、棚板の上に置かれた電子機器１を開口部から架台の外に露出させて、例えば電子機器１の保守点検あるいは交換作業を行うことができる。

電子機器１は、キャビネットラックに収容して使用するものに限らず、例えば電柱等に取り付けて屋外で使用するものであってもよい。

図１および図２に示すように、電子機器１は、金属製の筐体２、回路モジュール３および二台の電動ファン４を備えている。

筐体２は、四角い箱形であり、例えば本体５と天板６とで構成されている。本体５は、底板７ａ、前板７ｂ、背板７ｃ、左側板７ｄおよび右側板７ｅを有している。前板７ｂ、背板７ｃおよび左右の側板７ｄ，７ｅは、底板７ａの周縁から起立されて、本体５の周方向に連続している。天板６は、前板７ｂ、背板７ｃおよび左右の側板７ｄ，７ｅの各上縁で規定された開口部を閉塞している。

図１および図３に示すように、第１の吸気口９ａおよび第２の吸気口９ｂが筐体２の前板７ｂに形成されている。第１の吸気口９ａおよび第２の吸気口９ｂは、例えば筐体２の幅方向に延びるスリット状であり、筐体２の高さ方向に間隔を存して平行に配置されている。

第１の排気口１０ａおよび第２の排気口１０ｂが本体５の背壁７ｃに形成されている。第１の排気口１０ａおよび第２の排気口１０ｂは、例えば円形の孔であって、筐体２の幅方向に互いに離れているとともに、第１の吸気口９ａおよび第２の吸気口９ｂの反対側に位置されている。

一対の金属製ブラケット１１ａ，１１ｂが筐体２の側板７ｄ，７ｅの内面に固定されている。ブラケット１１ａ，１１ｂは、筐体２の奥行き方向に沿う全長に亘って延びている。ブラケット１１ａ，１１ｂは、夫々フランジ部１２を有している。フランジ部１２は、側板７ｄ，７ｅの内面から筐体２の内側に向けて水平に張り出すとともに、筐体２の幅方向に互いに向かい合っている。

回路モジュール３は、筐体２の内部に収容されている。回路モジュール３は、プリント配線板１４と、複数の回路部品１５とを備えている。プリント配線板１４は、複数のパッドや導体パターンが形成された第１の面１４ａと、第１の面１４ａの反対側に位置された第２の面１４ｂとを有している。

さらに、プリント配線板１４の中央部に貫通孔１６が形成されている。貫通孔１６は、プリント配線板１４の第１の面１４ａおよび第２の面１４ｂに開口されている。

回路部品１５は、プリント配線板１４の第１の面１４ａに実装されている。回路部品１５は、半導体パッケージ１７を含んでいる。半導体パッケージ１７は、プリント配線板１４の貫通孔１６に入り込んでいるとともに、第１の面１４ａの上のパッドに半田付けされている。半導体パッケージ１７の底は、貫通孔１６を通じてプリント配線板１４の第２の面１４ｂと同一の面上に露出されている。

例えば抵抗のような特定の回路部品１５および半導体パッケージ１７は、動作中に発熱を伴う発熱体の一例である。発熱する回路部品１５および半導体パッケージ１７は、正常な動作を維持するために冷却を必要としている。そのため、本実施形態の回路モジュール３は、図１および図２に示すようなヒートシンク２０を介して筐体２に支持されている。

ヒートシンク２０は、例えば熱伝導性に優れたアルミニウム合金で構成されている。ヒートシンク２０は、ベース２１と複数の放熱フィン２２とを有している。ベース２１は、四角い板であり、ブラケット１１ａ，１１ｂのフランジ部１２の間に跨るような幅寸法を有している。ベース２１の左右の側縁部は、夫々複数のねじを介してフランジ部１２の上に固定されている。

ベース２１は、第１の面２３ａと第２の面２３ｂとを有している。第１の面２３ａは、筐体２の底板７ａと向かい合っている。第２の面２３ｂは、第１の面２３ａの反対側に位置されているとともに、筐体２の天板６の方向を向いている。

放熱フィン２２は、ベース２１の第１の面２３ａから突出されて、筐体２の内部に露出されている。放熱フィン２２は、筐体２の奥行き方向に真っ直ぐに延びているとともに、筐体２の幅方向に間隔を存して並んでいる。

回路モジュール３は、ベース２１の第２の面２３ｂの上に支持されている。具体的には、回路モジュール３のプリント配線板１４がベース２１の第２の面２３ｂに複数のねじを介して固定されている。この固定により、プリント配線板１４の第２の面１４ｂがベース２１の第２の面２３ｂに面接触されて、プリント配線板１４がベース２１に熱的に接続されている。

さらに、プリント配線板１４の貫通孔１６に収容された半導体パッケージ１７は、複数のねじを介してベース２１の第２の面２３ｂに固定されている。この固定により、半導体パッケージ１７の底がベース２１の第２の面２３ｂに面接触されて、半導体パッケージ１７がベース２１に熱的に接続されている。

図１および図２に示すように、ブラケット１１ａ，１１ｂおよびヒートシンク２０のベース２１は、互いに協働して筐体２の内部を第１の通風路２５と第２の通風路２６とに仕切っている。第１の通風路２５は、ベース２１と筐体２の底板７ａとの間に位置されているとともに、筐体２の第１の吸気口９ａと第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂとの間を結んでいる。ベース２１の第１の面２３ａおよび放熱フィン２２は、第１の通風路２５内に位置されている。

第２の通風路２６は、ベース２１と筐体２の天板６との間に位置されている。第２の通風路２６は、筐体２の第２の吸気口９ｂと第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂとの間を結んでいる。第１の通風路２５の下流端および第２の通風路２６の下流端は、筐体２の内部で互いに合流されている。第１の通風路２５と第２の通風路２６との合流部２７は、第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂの直前に位置されている。

図１および図２に示すように、ベース２１の上の回路モジュール３は、箱形のカバー２８で覆われている。カバー２８は、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料で構成されている。カバー２８は、ベース２１に支持されているとともに、一端が筐体２の前板７ｂの内面に突き当てられている。そのため、カバー２８は、ベース２１および前板７ｂと協働して回路モジュール３を収容する密閉空間２９を構成している。

カバー２８は、第２の通風路２６内に露出されている。言い換えると、カバー２８は、回路モジュール３が第２の通風路２６内に露出することがないように、回路モジュール３が収容された密閉空間２９を第２の通風路２６から隔離している。

図１に示すように、電動ファン４は、第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂに対応するように筐体２の背板７ｃに取り付けられている。

電動ファン４は、ファンケーシング３１と羽根車３２とを備えている。ファンケーシング３１は、吸込口３３および吐出口３４を有している。吸込口３３は、第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂに通じている。吐出口３４は、筐体２の外に開口されている。羽根車３２は、ファンケーシング３１に支持されて、吸込口３３と吐出口３４との間に位置されている。

羽根車３２が回転すると、筐体２の内部の空気が第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂから電動ファン４に吸い込まれる。これにより、筐体２の外の空気が第１の吸気口９ａから第１の通風路２５の上流端に取り込まれるとともに、第２の吸気口９ｂから第２の通風路２６の上流端に取り込まれる。第１および第２の通風路２５，２６に取り込まれた空気は、冷却風となって第１および第２の通風路２５，２６を第１および第２の排気口１０，１０ｂに向けて流れる。

半導体パッケージ１７が発する熱の多くは、ヒートシンク２０のベース２１に直に伝えられる。それとともに、回路部品１５が発する熱の多くは、プリント配線板１４を介してベース２１に伝えられる。ベース２１に伝えられた熱は、ベース２１の第１の面２３ａおよび放熱フィン２２の外周面から第１の通風路２５に放出される。

さらに、半導体パッケージ１７および回路部品１５からの輻射熱により密閉空間２９の温度が上昇する。それとともに、カバー２８が半導体パッケージ１７および回路部品１５の輻射熱の影響を受けて高温となる。カバー２８に伝えられた熱は、カバー２８の表面から第２の通風路２６に放出される。

第１の実施形態によると、電動ファン４の動作に伴って筐体２の外の空気が第１の通風路２５および第２の通風路２６に個別に取り込まれる。第１の通風路２５に取り込まれた空気は、図１に矢印Ａで示すように、冷却風となって第１の通風路２５を第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂに向けて流れる。

すなわち、第１の通風路２５を流れる冷却風は、ヒートシンク２０の放熱フィン２２の間を通過する。これにより、放熱フィン２２と冷却風との間で熱交換が行われて、放熱フィン２２に伝えられた熱が冷却風の流れに乗じて持ち去られる。この結果、ヒートシンク２０からの放熱が促進される。放熱フィン２２との熱交換により暖められた冷却風は、筐体２の第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂから電動ファン４を通じて筐体２の外に排出される。

一方、第２の通風路２６に取り込まれた空気は、図１に矢印Ｂで示すように、冷却風となって第２の通風路２６を第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂに向けて流れる。

すなわち、冷却風は、カバー２８の表面に沿って第２の通風路２６を通過する。これにより、カバー２８と冷却風との間で熱交換が行われて、カバー２８からの放熱が促進されるとともに、密閉空間２９の温度上昇が抑制される。カバー２８との熱交換により暖められた冷却風は、筐体２の第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂから電動ファン４を通じて筐体２の外に排出される。

このような第１の実施形態によれば、回路モジュール３に熱的に接続されたヒートシンク２０は、第１の通風路２５を流れる冷却風によって冷却され、回路モジュール３の輻射熱を受けるカバー２８は、第２の通風路２６を流れる冷却風によって冷却される。

言い換えると、筐体２の外の冷たい空気がヒートシンク２０およびカバー２８の双方に個々に導かれる。この結果、ヒートシンク２０がカバー２８との熱交換により暖められた冷却風の熱影響を受けることはないとともに、カバー２８がヒートシンク２０との熱交換により暖められた冷却風の熱影響を受けることはない。

したがって、回路モジュール３の熱をヒートシンク２０から積極的に放出しつつ、カバー２８で覆われた回路モジュール３の雰囲気温度を低く抑えることができる。よって、回路モジュール３の冷却性能を十分に確保することができる。

しかも、回路モジュール３は、第２の通風路２６から隔離された密閉空間２９に収容されているので、回路モジュール３が冷却風の流れに直接晒されずに済む。このため、冷却風の中に含まれた埃等の塵埃あるいは湿気がプリント配線板１４のパッドや導体パターンに付着するのを回避できる。よって、回路モジュール３の損傷あるいは故障を防止することができ、電子機器１の動作の信頼性を高めることができる。

第１の実施形態では、第１の通風路の下流端と第２の通風路の下流端を排気口の直前で互いに合流させているが、両方の通風路の下流端を互いに仕切られたままの状態で排気口に連通させてもよい。

さらに、回路モジュールを覆うカバーは金属製に限らず、例えば樹脂製としてもよい。この場合、カバーに電磁的なシールド性能が要求される場合は、カバーの表面に金属めっきを施すことが望ましい。

加えて、ファンの数にしても第１の実施形態に限らず、例えば一つのファンで筐体内の空気を吸い込むようにしてもよい。

［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態を開示している。

第２の実施形態は、第１の通風路を流れる冷却風の流量を第２の通風路を流れる冷却風の風量よりも多くするようにした点が第１の実施形態と相違している。これ以外の電子機器の構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図４に示すように、第１の通風路２５の下流端と第２の通風路２６の下流端との合流部２７に制御板４１が配置されている。制御板４１は、筐体２の背板７ｃと向かい合うカバー２８の後面に固定されて、筐体２の幅方向に延びている。

さらに、制御板４１は、第２の通風路２６の下流端から第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂに向かう冷却風の流れを絞るように、カバー２８の後面から筐体２の背板７ｃに向けて斜めに張り出している。制御板４１の先端は、背板７ｃの直前で第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂの上部を横切っている。

このため、制御板４１の存在により、第２の流通路２６の下流端に対する第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂの開口領域が、第１の流通路２５の下流端に対する第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂの開口領域よりも狭くなっている。

このような第２の実施形態によれば、第２の通風路２６の下流端から第１および第２の排気口１０ａ，１０ｂに向かう冷却風の流れが、合流部２７に配置された制御板４１によって絞られる。

このため、電動ファン４は、第１の通風路２５内の空気を第２の通風路２６内の空気よりも多く吸い込むことになり、第１の通風路２５を流れる冷却風の風量が第２の通風路２６を流れる冷却風の風量をよりも多くなる。第１の通風路２５を流れる冷却風の風量と、第２の通風路２６を流れる冷却風の風量との割合は、例えば７：３とすることが望ましい。

この結果、回路モジュール３の熱を直に受けるヒートシンク２０に冷却風を十分に導くことができる。よって、ヒートシンク２０の放熱性能を促進させて、回路モジュール３の冷却性能を高めることができる。

第１の通風路２５を流れる冷却風の風量を第２の通風路２６を流れる冷却風の風量をよりも多くする手段は、前記制御板に限らない。例えば、第１の通風路の下流端および第２の通風路の下流端に個々に電動ファンの吐出口を連通させ、第１の通風路に対応する電動ファンの吸い込み性能を第２の通風路に対応する電動ファンの吸い込み性能を高くすることでも実施可能である。

［第３の実施形態］
図５および図６は、第３の実施形態を開示している。

第３の実施形態は、ヒートシンクを筐体に支持する構成が第１の実施の形態と相違している。これ以外の電子機器の構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第３の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図５および図６に示すように、複数の支柱５１が筐体２の底板７ａに固定されている。支柱５１は、底板７ａから垂直に起立されている。ヒートシンク２０のベース２１は、支柱５１の上端面に重ね合わされるとともに、複数のねじ５２を介して支柱５１に固定されている。このため、ヒートシンク２０のベース２１は、支柱５１の高さに相当する分だけ筐体２の底板７ａから離れている。

図６に示すように、ヒートシンク２０のベース２１およびカバー２８は、筐体２の左側板７ｄおよび右側板７ｅから離れている。これに伴い、第１の隙間５３ａがベース２１およびカバー２８と筐体２の左側板７ｄとの間に形成され、第２の隙間５３ｂがベース２１およびカバー２８と筐体２の右側板７ｅとの間に形成されている。

そのため、第３の実施形態では、第１の通風路２５と第２の通風路２６との間が第１および隙間５３ａ，５３ｂを通じて互いに連通されている。

このような第３の実施形態によると、回路モジュール３に熱的に接続されたヒートシンク３は、第１の通風路２５を流れる冷却風によって冷却され、回路モジュール３の輻射熱を受けるカバー２８は、第２の通風路２６を流れる冷却風によって冷却される。

このことから、筐体２の外の冷たい空気がヒートシンク３およびカバー２８に個々に導かれることになる。したがって、ヒートシンク３がカバー２８との熱交換により暖められた冷却風の熱影響を受け難くなるとともに、カバー２８がヒートシンク３との熱交換により暖められた冷却風の熱影響を受け難くなる。よって、前記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…筐体、３…回路モジュール、４…ファン（電動ファン）、９ａ，９ｂ…吸気口（第１の吸気口、第２の吸気口）、１０ａ，１０ｂ…排気口（第１の排気口、第２の排気口）、１５，１７…発熱体（回路部品、半導体パッケージ）、２０…ヒートシンク、２５…第１の通風路、２６…第２の通風路、２８…カバー、４１…手段（制御板）。

Claims (12)

1. 吸気口および排気口を有する筐体と、
   前記筐体内に収容された発熱する回路モジュールと、
   前記筐体内で前記回路モジュールを覆うカバーと、
   前記回路モジュールに熱的に接続されるとともに、前記筐体内に露出されたヒートシンクと、
   前記吸気口と前記排気口との間を結ぶように前記筐体内に設けられ、前記ヒートシンクが位置された第１の通風路と、
   前記吸気口と前記排気口との間を結ぶように前記筐体内に設けられ、前記カバーが露出されるとともに、前記筐体内で前記第１の通風路と仕切られた第２の通風路と、
   前記筐体に設けられ、前記第１の通風路および前記第２の通風路に冷却用空気を流すファンと、
   を具備した電子機器。
2. 請求項１の記載において、前記ヒートシンクは、第１の面および第１の面の反対側に位置された第２の面を有するベースと、前記ベースの第１の面から前記第１の通風路に向けて突出された複数の放熱フィンと、を含み、前記回路モジュールは、前記ベースの前記第２の面に支持された電子機器。
3. 請求項２の記載において、前記回路モジュールは、配線板と、この配線板に実装された発熱体と、を含み、前記配線板および前記発熱体が前記ベースに熱的に接続された電子機器。
4. 請求項３の記載において、前記カバーは、前記ベースと協働して前記回路モジュールを収容する密閉空間を構成し、前記密閉空間は、前記筐体内で前記第２の通風路から隔離された電子機器。
5. 請求項４の記載において、前記第１の通風路の下流端および前記第２の通風路の下流端は、前記筐体内で互いに合流されて前記排気口に連通されているとともに、前記ファンは、前記排気口を介して前記第１の通風路および前記第２の通風路内の空気を吸引する電子機器。
6. 排気口を有する筐体と、
   前記筐体内に収容された発熱する回路モジュールと、
   前記筐体内で前記回路モジュールを覆うカバーと、
   前記回路モジュールに熱的に接続されるとともに、前記筐体内に露出されたヒートシンクと、
   前記筐体内に設けられ、前記ヒートシンクが位置された第１の通風路と、
   前記筐体内に設けられ、前記カバーが露出された第２の通風路と、
   前記筐体に設けられ、前記第１の通風路および前記第２の通風路に冷却用空気を流すファンと、
   前記第１の通風路を流れる冷却用空気の流量を前記第２の通風路を流れる冷却用空気の流量よりも多くする手段と、
   を具備した電子機器。
7. 請求項６の記載において、前記手段は、前記第２の通風路の下流端から前記排気口に向かう空気の流れを絞る制御板を含み、前記制御板は、前記第１の通風路の下流端と前記第２の通風路の下流端との合流部に設けられた電子機器。
8. 筐体と、
   前記筐体内に収容された発熱体と、
   前記筐体内で前記発熱体を覆うカバーと、
   前記発熱体に熱的に接続されるとともに、前記筐体内に露出されたヒートシンクと、
   前記筐体内に設けられ、前記ヒートシンクを冷却する空気が流れる第１の通風路と、
   前記筐体内に設けられ、前記カバーを冷却する空気が流れる第２の通風路と、
   を具備した電子機器。
9. 請求項８の記載において、前記ヒートシンクは、前記第１の通風路に位置された電子機器。
10. 請求項９の記載において、前記カバーは、前記発熱体の熱を受けるとともに、前記第２の通風路に露出された電子機器。
11. 請求項１０の記載において、前記ヒートシンクは、第１の面および第１の面の反対側に位置された第２の面を有するベースと、前記ベースの第１の面から前記第１の通風路に向けて突出された複数の放熱フィンと、を含み、前記発熱体は、前記ベースの前記第２の面に熱的に接続された電子機器。
12. 請求項１１の記載において、前記カバーは、前記ベースと協働して前記発熱体を収容する密閉空間を構成し、前記密閉空間は、前記筐体内で前記第２の通風路から隔離された電子機器。

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