JP2012238651A - Ｆｐｕ用筐体放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＰＵ用筐体内に備えられた各発熱体から生じる熱の温度分布の平準化と筐体への熱伝導効率を上げることにより、より効率的な放熱が可能な密閉型筐体を実現するＦＰＵに用いる筐体の放熱構造を提供すること。
【解決手段】内部に回路基板１４を備えるＦＰＵ用筐体１２内の熱を外部へと放熱させるＦＰＵ用筐体放熱構造をＦＰＵ用筐体１２内であって、ＦＰＵ用筐体１２内の空隙に充填された熱伝導性ゲル材１６と、ＦＰＵ用筐体１２の外面にＦＰＵ用筐体１２と一体に形成された複数の放熱用フィン１８とを含む構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型無線伝送装置（ＦＰＵ（Field Pickup Unit））に用いる筐体の放熱構造に関し、詳しくは、内部に備える回路基板上の部品等から発生する筐体内部の熱を効率よく筐体外部へと放熱させることにより、ＦＰＵの誤動作等を無くすＦＰＵ用筐体放熱構造に関するものである。

小型無線伝送装置（以下、ＦＰＵとする。）とは、テレビジョン放送の中継において使用される無線中継伝送装置のことであり、主に屋外においてビデオカメラで撮影した映像素材や、その音声素材をマイクロ波やミリ波を利用して放送局へ向けて直接又は間接的に伝送する際に用いられるものである。代表的な使用例としては、例えば、報道、スポーツイベントの中継などが知られている。

ところで、ＦＰＵを動作させると、内部の回路基板上の部品等から熱が発生してしまうが、この熱をＦＰＵ用の筐体外部へと効率よく放熱させないと、ＦＰＵ用筐体内部の過度な温度上昇を引き起こしてしまい、その結果、ＦＰＵ自体の誤動作や故障を招いてしまうことに繋がる。従って、ＦＰＵ用筐体にこもってしまう熱をどのようにして外部へと放熱させるかということが、重要な課題であり、そのため、従来から、様々な検討がなされてきている。

例えば、特許文献１には、通信装備の各機能モジュールを、その内部に固定するベースと、該ベースと結合され、前記通信装備の各機能モジュールのうち、発熱部品が直接接触するように、その内部が前記通信装備の各機能モジュールの発熱部品の高低に応じて加工形成された全面蓋と、前記通信装備の各機能モジュールの発熱部品によって発生した熱を外気を用いて冷却させるために、前記ベース及び前記全面蓋の外面に一体に形成された複数の冷却フィンとを備えることを特徴とした屋外用通信筐体が開示されている。

この屋外用通信筐体は、発熱の多い回路基板や部品を直接筐体の内側壁面に密着させるようにして、筐体の外側壁面が一体化した冷却ファン構造をなしており、また、筐体内のその他の空間に存在する空気の通り道において、自然対流による空冷方式を採用することによって、筐体内にこもる熱をうまく放出させるようにすることができるとされている。

またさらに、従来の技術では、例えば、図２に示すように、ＦＰＵの回路基板と筐体との間に、空気が入る空間が生じているが、この空気が断熱層を形成してしまうため、自然対流によって、筐体内にこもる熱を外部へと放熱させるようにする必要があるとされている。

特開２００８−１１８１０６

しかしながら、上述した特許文献１の技術や従来の技術は、筐体内に空気の通り道を設け、自然空冷や強制空冷により、筐体外部への放熱を目指しているが、空気というのは、筐体と回路基板との間に存在すると、断熱性が非常に高いので、回路基板上の部品等から生じる熱の筐体への熱伝導効率が悪く、装置全体の性能を確保することが難しいという問題が生じてしまっている。

また、電源回路等の各発熱体の温度分布は、回路基板上の位置によってバラツキがあるため、図２（ｂ）に示すように、熱拡散のムラが生じ、効率的な放熱をするには、好ましい状態ではないため、温度分布を満偏なく平準化して筐体へ熱伝導させる必要がある。特に、ＦＰＵでは、電源回路の他に、高周波回路等も備えられているため、高集積化されており、高い熱が発生しやすいため、より効率的な外部への放熱が可能な筐体の放熱構造が求められていた。

本発明は、上述の課題を解決するためのもので、ＦＰＵ用筐体内に備えられた各発熱体から生じる熱の温度分布の平準化と筐体への熱伝導効率を上げることにより、より効率的な放熱が可能な密閉型筐体を実現するＦＰＵに用いる筐体の放熱構造を提供することを目的としている。

上述の課題に対応するため、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、内部に回路基板を備えるＦＰＵ用筐体内の熱を外部へと放熱させるＦＰＵ用筐体放熱構造であって、前記ＦＰＵ用筐体放熱構造は、前記ＦＰＵ用筐体内であって、当該ＦＰＵ用筐体内の空隙に充填された熱伝導性ゲル材と、前記ＦＰＵ用筐体の外面に当該ＦＰＵ用筐体と一体に形成された複数の放熱用フィンとを含むことを特徴とするＦＰＵ用筐体放熱構造である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＦＰＵ用筐体放熱構造であって、前記放熱用フィンは、前記ＦＰＵ用筐体の外面にスリット加工を施すことによって形成されていることを特徴としている。

そして、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のＦＰＵ用筐体放熱構造であって、前記回路基板には、当該回路基板上の回路を覆うシールドを取り付けるラインに沿って、複数のスルーホールが設けられていることを特徴としている。またさらに、請求項４記載の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載のＦＰＵ用筐体放熱構造であって、前記回路基板は、半田実装する面の一部又は全部に金めっきを施していることを特徴としている。

請求項１記載の発明によると、ＦＰＵ用筐体内であって、当該ＦＰＵ用筐体内の空隙に充填された熱伝導性ゲル材によって、ＦＰＵ用筐体と回路基板との間隙に存在する断熱性の非常に高い空気を取り除くことができるため、回路基板から生じる熱の温度分布の平準化と、ＦＰＵ用筐体への熱伝導効率を飛躍的に向上させることができる。また、ＦＰＵ用筐体の外面に当該ＦＰＵ用筐体と一体に複数の放熱用フィンが形成されているため、ＦＰＵ用筐体外部の空気との接触面が大きくなり、効率よく熱をＦＰＵ用筐体の外部へと放熱させることが可能となる。

また、請求項２記載の発明によると、放熱用フィンをＦＰＵ用筐体の外面にスリット加工を施すことにより形成しているため、より効率的にＦＰＵ用筐体内の熱を外部へと放熱させることが可能となる。さらに、請求項３記載の発明によると、ＦＰＵ用筐体内部の回路基板のうち、回路を覆うシールドを取り付けるラインに沿って、複数のスルーホールが設けられているため、回路基板の表裏の温度差を解消することができる。またさらに、請求項４記載の発明によると、ＦＰＵ用筐体内部の回路基板の半田実装する面の一部又は全部に金めっきが施されているため、回路基板の表面温度の平準化が望める。

本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造の第１の実施形態を表したもので、（ａ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの正面図、（ｂ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの左側面図、（ｃ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの右側面図、（ｄ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの平面図、（ｅ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの底面図、（ｆ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵのＡ−Ａ線断面図を示している。 従来のＦＰＵ用筐体放熱構造を表したもので、（ａ）はＦＰＵ側面概略分解図、（ｂ）はＦＰＵ側面概略断面図及び放熱構造の概念図を示している。 本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造の第１の実施形態の詳細を表したもので、（ａ）はＦＰＵ側面概略分解図、（ｂ）はＦＰＵ側面概略断面図及び放熱構造の概念図を示している。 本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造の第２の実施形態のうち、回路基板の詳細を示したものである。

本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの一例で、（ａ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの正面図、（ｂ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの左側面図、（ｃ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの右側面図、（ｄ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの平面図、（ｅ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの底面図、（ｆ）はＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵのＡ−Ａ線断面図を示したものである。

なお、１０はＦＰＵ、１２はＦＰＵ用筐体、１４は回路基板、１６は熱伝導性ゲル材、１８は放熱用フィン、２０は外部アンテナ接続部、２２は信号入力部を表している。

図１に示すように、本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵ１０は、まず、内部に回路基板１４を備えるＦＰＵ用筐体１２と、ＦＰＵ用筐体内の空隙に充填されている熱伝導性ゲル剤１６と、ＦＰＵ用筐体１２の外面にＦＰＵ用筐体１２と一体となって形成されている放熱用フィン１８と、通信に用いられるアンテナを接続する外部アンテナ接続部２０と、テレビカメラ等により撮影した映像素材や音声素材の信号が入力される信号入力部２２を備えている。

熱伝導性ゲル材１６は、図１（ｆ）に示すように、ＦＰＵ用筐体１２の内部の空隙に充填されており、回路基板１４上の部品等から生じる熱をＦＰＵ用筐体１２へと効率よく熱伝導させる役割を果たしている。次に、放熱用フィン１８は、図１（ａ）等に示すように、ＦＰＵ用筐体１２の外面にＦＰＵ用筐体１２と一体となった状態で、ＦＰＵ用筐体１２外部の空気と接するよう形成されており、熱伝導性ゲル材１６から熱伝導されてきた回路基板１４上の部品等から生じる熱をさらにＦＰＵ用筐体１２の外部へと放熱させることができるようになっている。なお、放熱用フィン１８は、図１（ｄ）等に示すようにＦＰＵ用筐体１２の外面に複数の微細なスリット加工を施すことによって形成することが好ましいが、効率よく放熱することができるならば、スリット加工によらずに形成しても構わない。

そして、図１（ａ）等に示すように、ＦＰＵ用筐体１２の底面側に設けられている信号入力部２２にテレビカメラ等（図示せず）から出力されてくる映像素材や音声素材の信号を入力可能となるように接続し、さらに、ＦＰＵ用筐体１２の天面側に設けられている外部アンテナ接続部２０に外部アンテナ（図示せず）を接続し、外部へと通信可能となるようにする。

続いて、本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造について、図面を参照しながら、より詳細に説明する。図３は、本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造の第１の実施形態の詳細を表したもので、（ａ）はＦＰＵ側面概略分解図、（ｂ）はＦＰＵ側面概略断面図及び放熱構造の概念図を示しており、２４はシールド側壁、２６はシールド蓋、２８は放熱ブロック、３０はビスを表している。また、その他の符号については、図１と同様である。

ＦＰＵ１０は、（ａ）に示すように、内部に回路基板１４を備え、外面に放熱用フィン１８が一体となって形成されたＦＰＵ用筐体１２と、そのＦＰＵ用筐体１２内の空隙に充填された熱伝導性ゲル材１６を含むＦＰＵ用筐体放熱構造を採用し、テレビカメラ等（図示せず）から出力された映像素材や音声素材の信号を入力する信号入力部２２と、外部へと通信可能な外部アンテナ（図示せず）を接続する外部アンテナ接続部２０を取り付け、ビス３０によりそれぞれ固定させたものである。

上記のＦＰＵ用筐体放熱構造を採用すると、（ｂ）に示すように、まず、ＦＰＵ用筐体１２の内部に存在する断熱性の高い空気を熱伝導性ゲル材１６の充填により排除することが可能となるため、回路基板１４上の部品等から発生する熱の温度平準化と、ＦＰＵ用筐体１２への熱伝導率を向上させることができるわけである。

本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵ１０は、（ａ）に示すように、回路基板１４の裏面に、回路基板１４の裏面側から生じる熱を放熱させるための放熱ブロック２８が取り付けられ、また、回路基板１４の表面に、回路基板１４上の回路を覆うためのシールド側壁２４が取り付けられ、さらに、その開口部分がシールド蓋２６により塞がれている。そのため、回路基板１４上の回路が電磁波等から保護され、且つ、回路基板上の部品等から生じる熱を放熱させることができるようになっている。

そして、信号入力部２２が取り付けられている他の回路基板とともに、ＦＰＵ用筐体１２内部に備えた状態で、ビス３０により固定されている。そして、ＦＰＵ用筐体１２の底面側から、熱伝導性ゲル材１６を流し込み、熱伝導性ゲル材１６をＦＰＵ用筐体１２の空隙に充填させ、底面を閉じることにより、回路基板１４上の部品等から生じる熱をＦＰＵ用筐体１２へと効率的に熱伝導させることができるようになっている。

なお、熱伝導性ゲル材１６を充填させない、同型のＦＰＵと、本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵにおいて、それらの筐体内部の温度の冷却能対比検証を行ったところ、本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵの方が、熱伝導性ゲル材１６を充填させない、同型のＦＰＵよりも、筐体内部及び回路基板（デバイス）温度で、６℃以上の差で冷却能が高いということが判明している。

続いて、（ｂ）に示すように、ＦＰＵ用筐体１２の外面にＦＰＵ用筐体１２と一体となって、放熱用フィン１８が形成されていることによって、熱伝導性ゲル材１６から伝わる熱を均一的に外部へと拡散することができるようになっている。なお、放熱用フィン１８は、微細なスリット加工によって形成させることが好ましいが、放熱の効率が良い形状であれば、他の加工法によってもたらされても構わない。

また、本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵと、従来のＦＰＵとを用いて、筐体内部の温度上昇値の比較を行ってみた結果、従来のＦＰＵが、温度上昇値５３．１℃に対して、本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵ１０は、温度上昇値１７．８℃と、従来のＦＰＵに比べて、本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵ１０は、その内部の温度上昇を極めて効果的に抑えることができるということが判明した。

また、従来のＦＰＵは、筐体内部の回路基板の所定の箇所に放熱器を搭載し、この放熱器によって、回路基板上の部品等から生じる熱を冷やすことで、ＦＰＵ自体の性能を確保するものであったが、本実施形態におけるＦＰＵ用筐体放熱構造を採用したＦＰＵ１０は、上記のような放熱器を回路基板に設けることなく、極めて効率的な放熱を実現することが可能であるため、例えば、放熱器をパッケージングするような筐体を設ける必要が無く、結果、ＦＰＵの軽量化も図ることもできるわけである。

続いて、本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。図４は、本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造の第２の実施形態のうち、回路基板の詳細を示したもので、１４は回路基板、２０は外部アンテナ接続部、２８は放熱ブロック、３２はスルーホール、３４はシールドを示している。

図４に示すように、本実施形態における回路基板１４は、基板上の回路を覆うシールド３４が取り付けられるラインに沿って、複数のスルーホール３２が設けられており、回路基板１４の表裏面の温度差を解消することができるようになっている。通常、回路基板の素材は、熱の遮断性が高いため、表裏面の温度差が生じてしまっていたが、本実施形態における回路基板１４のように、複数のスルーホール３２を設けておくことで、その問題を解決することができるわけである。なお、スルーホール３２は、ＧＮＤスルーホールであることが好ましい。

また、回路基板１４の裏面には、放熱ブロック２８がビスを用いて取り付けられ、回路基板１４上の部品等から生じる熱を外部へと放熱させることが出来るようになっている。またさらに、回路基板１４の表面には、シールド３４がビスを用いて取り付けられ、回路基板１４上の部品等を電磁波等から保護するとともに、これら部品等から生じる熱を放熱させることが出来る。

また、シールド３４は、回路基板１４上の回路を覆う形状となっているが、回路基板１４上の配線の妨げにならないよう、配線部分に対応する箇所は、溝３６が削成されている（点線にて示している）。そして、シールド３４の回路基板１４と対向する側には、シールド用の蓋（図示せず）を取り付けられており、外部からのゴミ等を回路基板１４上に入り込ませないようにすることもできる。

次に、本実施形態における回路基板１４のうち、半田実装する面には、金によるメッキを施している。回路基板上に設けられる電源回路等から生じる熱の温度分布は、回路基板上の位置によってバラツキが生じてしまうが、金によるメッキを施しておくことにより、回路基板１４の用面の温度分布を平準化させることが可能となるのである。なお、本実施形態では、金によるメッキを施すとしているが、温度分布の平準化が望めるならば、他の金属によるメッキを施しても構わない。また、金をメッキする箇所は、半田実装する面の全部又は一部と、適宜選択して行うことが好ましい。

上記の回路基板１４の裏面に放熱ブロック２８、そして、表面にシールド３４を取り付けた後、これらを図３に示すように、放熱用フィン１８が外面に一体となって形成されているＦＰＵ用筐体１２内部にビス３０により固定させる。さらに、熱伝導性ゲル材１６をＦＰＵ用筐体１２内部の空隙に流し込み充填させることによって、回路基板１４上の部品等から発生する熱を効率的にＦＰＵ用筐体１２の外部へと放出させることができるＦＰＵ用筐体の放熱構造が得られるようになる。

本発明に係るＦＰＵ用筐体放熱構造は、ＦＰＵ用筐体内の熱を効率的に外部へと放熱させることが可能であるため、ＦＰＵの長時間の使用等に好適に用いることができる。また、ＦＰＵ用筐体内に放熱器を搭載する必要がなく、ＦＰＵ自体の軽量化が図れるため、遠方での撮影等にも好適である。

１０ ＦＰＵ
１２ ＦＰＵ用筐体
１４ 回路基板
１６ 熱伝導性ゲル材
１８ 放熱用フィン
２０ 外部アンテナ接続部
２２ 信号入力部
２４ シールド側壁
２６ シールド蓋
２８ 放熱ブロック
３０ ビス
３２ スルーホール
３４ シールド
３６ 溝

Claims (4)

1. 内部に回路基板を備えるＦＰＵ用筐体内の熱を外部へと放熱させるＦＰＵ用筐体放熱構造であって、
   前記ＦＰＵ用筐体放熱構造は、
   前記ＦＰＵ用筐体内であって、当該ＦＰＵ用筐体内の空隙に充填された熱伝導性ゲル材と、
   前記ＦＰＵ用筐体の外面に当該ＦＰＵ用筐体と一体に形成された複数の放熱用フィンと、
   を含むことを特徴とするＦＰＵ用筐体放熱構造。
2. 前記放熱用フィンは、前記ＦＰＵ用筐体の外面にスリット加工を施すことによって形成されていることを特徴とする請求項１記載のＦＰＵ用筐体放熱構造。
3. 前記回路基板には、当該回路基板上の回路を覆うシールドが取り付けられるラインに沿って、複数のスルーホールが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のＦＰＵ用筐体放熱構造。
4. 前記回路基板は、半田実装する面の一部又は全部に金めっきを施していることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のＦＰＵ用筐体放熱構造。

Images