JP4845914B2 - 電子機器の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、筐体内に収容した基板に装着された発熱部品を効果的に冷却する電子機器の冷却構造に関する。

従来、トランジスタ等の発熱素子は、プリント基板にはんだ付けで固定されており、この発熱素子を放熱板に密着させて取付けて放熱させている。そして、この放熱板を、通気口を設けた筐体にネジ止め等により収納して空気中に放熱させている（特許文献１参照）。

また、放熱板の効率を上げるため、放熱板を大きくして、放熱作用を上げるようにした先行技術が知られている（特許文献２参照）。
この先行技術によると、図６に示すようにトランジスタ等の発熱素子１００は、プリント基板１０１にはんだ付けで固定されている。プリント基板１０１には、平行にプリント基板１０２が配置され、プリント基板１０１，１０２相互間には支持板１０３が配置されて取付棒１０４によって支持されている。プリント基板１０１と支持板１０３の間には、コ字型の放熱板１０５がネジ１０６，１０７を介して取り付けられている。発熱素子１００は、絶縁体１０８を間に挟んでネジ１０９を介して放熱板１０５に取り付けられている。プリント基板１０１と放熱板１０５との間にはクッション材１１０が配置されて共締めされている（特許文献１参照）。

こうして、支持板１０３を放熱板１０５と連結させて放熱作用を持たせているので、プリント基板上に大きな放熱板を設ける必要がなくなり広い面積の放熱器を構成することができる。
特開２００１−６７９３０ 実公平４−１９８３６

しかしながら、上記先行技術によると、放熱板１０５を止めるネジ１０６，１０７を多量に必要とし、放熱板１０５のほかに支持板１０３を必要とするなど、部品点数の増大をきたし、作業工程が増える結果となっていた。

本発明は、上記課題を解決し、部品点数の削減および作業工程の簡素化を図りうる電子機器の冷却構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、発熱部品を実装した基板と、前記発熱部品が発生する熱を放熱するための放熱体を、筐体内に収容した電子機器の冷却構造において、前記基板に対向する支持面を前記発熱部品および放熱体を挟んで前記筐体内に設け、前記放熱体を前記基板および支持面相互間で支持するとともに、前記放熱体のベース部と前記発熱部品との間に、前記発熱部品と放熱体のベース部との空間距離よりも厚い弾性変形可能な熱伝達材を圧縮挟持し、前記放熱体のベースの両端部に少なくとも一対の脚部を前記放熱体のベース部と直交する方向に延設し、該脚部の先端部が係合する係合部を前記基板に設け、前記脚部の先端部に段差部を設け、該段差部の先を前記係合部に係合して前記放熱体を位置決めし、前記脚部と逆方向に延出した支持アームを前記放熱体のベース部に設け、該支持アームの先端部が係合する係合部を前記支持面に形成し、前記筐体内に、前記基板に対向する支持基板を設け、該支持基板に前記支持面を形成したことにある。
また、本発明は、前記筐体の内壁面に、前記支持基板を設定位置で支持する支持部を設けたことにある。
さらに、本発明は、前記筐体の内壁に、前記基板を前記支持部の設定位置に案内する案内部を設けたことにある。

本発明は、以下のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、発熱部品を実装した基板と、前記発熱部品が発生する熱を放熱するための放熱体を、筐体内に収容した電子機器の冷却構造において、前記基板に対向する支持面を前記発熱部品および放熱体を挟んで前記筐体内に設け、前記放熱体を前記基板および支持面相互間で支持するとともに、前記放熱体のベース部と前記発熱部品との間に、前記発熱部品と放熱体のベース部との空間距離よりも厚い弾性変形可能な熱伝達材を圧縮挟持し、前記放熱体のベースの両端部に少なくとも一対の脚部を前記放熱体のベース部と直交する方向に延設し、該脚部の先端部が係合する係合部を前記基板に設け、前記脚部の先端部に段差部を設け、該段差部の先を前記係合部に係合して前記放熱体を位置決めし、前記脚部と逆方向に延出した支持アームを前記放熱体のベース部に設け、該支持アームの先端部が係合する係合部を前記支持面に形成し、前記筐体内に、前記基板に対向する支持基板を設け、該支持基板に前記支持面を形成したので、少ない部品点数により構成されて小型化が図れ、発熱部品と熱伝達材、あるいは熱伝達材と放熱体のベース部との密着性が高くなり、優れた冷却効果が得られる。また、放熱体のベース部の両端部に少なくとも一対の脚部を前記放熱体のベース部と直交する方向に延設し、該脚部の先端部が係合する係合孔を前記基板に設けたので、基板と放熱体の位置決めが簡便であり、組み立て作業が容易になるという効果が得られる。さらに、脚部の先端部に段差部を設け、該段差部の先を前記係合孔に係合して前記放熱体を位置決めしたので、熱伝達材の弾性変形量を一定にできることから、安定した放熱効果が得られる。またさらに、脚部と逆方向に延出した支持アームを前記放熱体のベース部に設け、該支持アームの先端部が係合する係合孔を前記支持面に形成したので、放熱体を基板と支持面相互間で支持することができることから、発熱部品と放熱体の固定にネジを省略することができる。ネジの省略により、部品点数の削減を図れ、コストダウン、省スペース化を図ることができる。また、筐体内に、前記基板に対向する支持基板を設け、該支持基板に前記支持面を形成したので、放熱体を基板と支持基板の支持面相互間で支持することができることから、発熱部品と放熱体の固定にネジを省略することができる。ネジの省略により、部品点数の削減を図れ、コストダウン、省スペース化を図ることができる。
また、筐体の内壁面に、前記支持基板を設定位置で支持する支持部を設けたので、筐体に支持基板を挿入する作業が容易になるため、組み立て作業が容易になるという効果が得られる。
さらに、筐体の内壁に、前記基板を前記支持部の設定位置に案内する案内部を設けたので、筐体に支持基板を挿入する作業が容易になるため、組み立て作業が容易になるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態による電子機器の冷却構造を示す断面図、図２は図１の部分拡大図、図３は図１の分解斜視図である。

図１ないし図３において、１は電子機器を収納する筐体で、この筐体１は、一方に開口２ａ、他方に通気口２ｂ等を形成した筐体本体２と、該筐体本体２の開口２ａを塞ぐ蓋体３とで構成されている。この筐体１には、発熱部品となるトランジスタ等の発熱素子４が装着されたプリント基板などの基板５と、前記発熱素子４の上に載置された伸縮性および絶縁性を有する熱伝達材６と、この熱伝達材６の上に配置された放熱体７と、前記基板５に対向して配置され、前記放熱体７を支持する支持面８を有する支持基板９が内装されている。支持基板９は、基板５と同様のプリント基板を用いて、トランジスタあるいは他の電子部品を取り付けても良い。

前記筐体１は、互いに対向する前記筐体本体２の内面と蓋体３の裏面に、上下の互いに対応する位置に、上下方向にそれぞれ一対の凹凸部２０，２１，３０，３１が設けられている。これら一対の凹凸部２０，２１，３０，３１は、前記筐体本体２の内面と蓋体３の裏面に幅方向に連続するように形成しても良く、あるいは幅方向に断続的に設けても良い。前記上下方向に設けられた一対の凹凸部２０，２１，３０，３１によって、前記筐体本体２の内面と蓋体３の裏面に、筐体１の幅方向に凹部２０ａ，２１ａ，３０ａ，３１ａが形成されている。

前記発熱素子４が装着された基板５と、前記支持面８を有する支持基板９は、それぞれ両端を前記凹部２０ａ，２１ａ，３０ａ，３１ａに挿入されて前記筐体１内に組み付けられている。前記基板５は発熱素子４を上にして下部側の前記凹部２０ａ，３０ａに挿入され、前記支持基板９は、上部側の前記凹部２１ａ，３１ａに挿入されて前記筐体１内に組み付けられている。

前記発熱素子４が装着された基板５と、前記支持面８を有する支持基板９は、それぞれ板面の互いに対応する位置に係合孔５ａ，９ａが形成され、かつ一側部に互いに対応する位置に切欠き部５ｂ，９ｂが形成されている。これら係合孔５ａ，９ａおよび切欠き部５ｂ，９ｂを介して前記放熱体７が基板５と支持基板９間に装着されている。

前記放熱体７は、平板状のベース部７０と、このベース部７０から一定間間隔で立設された複数の放熱板７１とで構成されており、ベース部７０の両端部に下方側に向けて一対の脚部７２が延出されている。この脚部７２の先端には突起部７２ａが設けられて段差部７２ｂが形成されており、この段差部７２ｂとベース部７０との距離Ｌを一定に保つように形成されている。一方、中央の放熱板７１の上端には、上方に向けて延出した一対の支持アーム７３が設けられ、この支持アーム７３の先端には突起部７３ａが設けられて段差部７３ｂが形成されて、この段差部７３ｂと放熱板７１の上端との距離Ｍを一定に保つようにしている。

前記発熱素子４と前記放熱体７のベース部７０との間に設けられた熱伝達材６は、脚部７２の段差部７２ｂとベース部７０との距離Ｌよりも厚く形成されており、前記放熱体７のベース部７０と前記発熱素子４とによって圧縮されて互いに密着されている。

次に、上記電子機器の冷却構造の組立手順を説明すると、発熱素子４が装着された基板５に熱伝達材６を配置し、熱伝達材６の上から放熱体７を組み付ける。放熱体７は、脚部７２の先端の突起部７２ａの一方を係合孔５ａに挿入し、かつ突起部７２ａの他方を切欠き部５ｂに係合させる。こうして、熱伝達材６を発熱素子４と前記放熱体７のベース部７０との間で圧縮して密着させる。また、支持アーム７３の先端の突起部７３ａを支持基板９の係合孔９ａに挿入し、かつ切欠き部９ｂに係合させる。そして、基板５および支持基板９を前記筐体本体２の内面に設けられた凹部２０ａ，２１ａに組付け、凹部３０ａ，３１ａを基板５および支持基板９の端部に合わせながら蓋体３を筐体本体２に取り付けて組み付けが完了する。

この実施の形態によると、熱伝達材６を圧縮させて発熱素子４と放熱体７のベース部７０を組付けるので、熱伝達材６と発熱素子４、熱伝達材６と放熱体７のベース部７０を密着させて取り付けることができることから、発熱素子４から発生する熱が熱伝達材６を介して効果的に放熱体７に伝わり、放熱体７を通して効率良く放熱することができる。
筐体本体２の内面と蓋体３の裏面に、上下の互いに対応する位置に、上下方向にそれぞれ一対の凹凸部２０，２１，３０，３１を設けているので、凹凸部２０，２１，３０，３１によって、筐体１の幅方向に、筐体本体２の内面と蓋体３の裏面に凹部２０ａ，２１ａ，３０ａ，３１ａが形成されることから、発熱素子４が装着された基板５と、支持面８を有する支持基板９を一定間隔で平行な位置に配置することができる。基板５と、支持面８を有する支持基板９との間で、ネジ等を使わずに放熱体７を支持することができるので、部品点数の削減および組付け作業を容易に行なうことができる。放熱体７は、脚部７２の先端の突起部７２ａの一方を基板５の係合孔５ａに挿入し、かつ突起部７２ａの他方を基板５の切欠き部５ｂに係合させて基板５に組み付けられるので、基板５との位置決めがなされ、放熱体７のベース部７０と基板５との距離を一定に保つことができる。したがって、放熱体７のベース部７０と発熱素子４との間で、熱伝達材６が弾性変形して、一定の厚さに圧縮されて放熱体７のベース部７０と発熱素子４に密着することができるので、放熱体７を通して効率良く放熱することができる。

図４および図５は、本発明の他の実施の形態で、図１と同一部分については同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
図４の実施の形態の場合、前記筐体本体２の内面に、基板５と、支持基板９を案内する案内部材１０が設けられている。これら案内部材１０は、上片１０ａおよび下片１０ｂを有するコ字型形状に形成されており、この上片１０ａおよび下片１０ｂの上下内面を奥行き方向に徐々に狭くなるテーパ１１に形成したものである。これら案内部材１０は、凹凸部２０，２１に対応する位置に、たとえば前記筐体本体２の内面の左右両側の上下にそれぞれ設けることができる。案内部材１０の上片１０ａおよび下片１０ｂの長さは必要に応じて任意に設定することができる。図４の例では、蓋部３の凹凸部３０，３１の位置まで延出して形成されている。こうして、基板５と、支持基板９の組付けに際して、案内部材１０の上片１０ａおよび下片１０ｂに沿って基板５および支持基板９を挿入することができるので、組付け作業が容易であり、作業能率の向上を図ることができる。

図５の実施の形態の場合では、支持基板９を廃止して筐体本体２の内面に放熱体７の上端を直接支持するようにしたものである。この場合、筐体本体２の内面を、支持基板９の支持面８に利用したものである。
これによって、支持基板９を廃止することができ、部品点数を、より削減することができる。筐体本体２の内面と蓋体３の裏面に設ける、支持基板９用の凹凸部２１，３１を廃止できるので、筐体本体２と蓋体３の成形に際して型構造が簡素化できる。

なお、本発明は、上記実施の形態で説明したように、発熱素子４と放熱体７との固定にネジを使用しないですむため、以下に列挙する効果が得られる。
ネジでの固定を必要とせず、省スペース化が可能である。
放熱部品としての放熱体７、基板５及び支持基板９と筐体１の固定にネジやそのほかの部品を必要としないため、放熱部品、構造部品の削減が可能となる部品点数の削減により、コストダウンが可能となる。
従来、固定にネジを用いた場合に必要だった、接着剤による固定や座金による緩み止めの対策が必要ない放熱部品、基板５及び支持基板９並びに筐体１の固定にネジを使用しない構造のため、経年変化によるネジの緩みによる、装置の不具合が発生しない放熱部品、基板５及び支持基板９並びに筐体１の固定にネジやそのほかの部品を必要としないため、従来必要だったネジや構造部品と電子部品との電気的な絶縁距離等の確保が不要となり、基板５面積の有効利用が可能となる放熱部品、基板５及び筐体１の固定にネジやそのほかの部品を必要としないため、装置内の省スペース設計が可能となり、装置全体の小型化が可能となる。
放熱部品、基板５及び支持基板９並びに筐体１の固定にネジやそのほかの部品を必要としないため、部品点数が少なく、組立工数の削減、時間短縮が可能となる。
放熱部品、基板５及び支持基板９並びに筐体１の固定にネジやそのほかの部品を必要としないため、装置の分解に工具を必要とせず効率の良い分解が可能となり、リサイクル性の良い、製品設計が可能となる。

また、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、放熱体７は、脚部７２の先端の突起部７２ａの一方を係合孔５ａに挿入し、かつ突起部７２ａの他方を切欠き部５ｂに係合させて、基板５に組み付けられているが、脚部７２の数は２箇所に限らず、３箇所あるいはそれ以上設けることもできる。また、脚部７２の形状は円柱状に限らず、角柱状あるいは一定厚さの壁形状でも良い。また、突起部７２ａの数も２箇所に限らず３箇所あるいはそれ以上でも良い。突起部７２ａによって段差部７２ｂが形成されていれば各種の形状を採用することができる。さらに、放熱体７の他端側を支持する支持基板９を省略する場合には、筐体本体２の内面に突起部７３ａを係合させる凹部を形成しても良く、あるいは、筐体本体２の内面に突起部を形成して、支持アーム７３に凹部を形成することもできる。等、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態による電子機器の冷却構造を示す断面図である。 図１の部分拡大図である。 本発明の実施の形態による電子機器の冷却構造を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施の形態による電子機器の冷却構造を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態による電子機器の冷却構造を示す断面図である。 従来の電子機器の冷却構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 電子機器を収納する筐体
２ 筐体本体
３ 蓋体
４ 発熱素子
５ 基板
６ 熱伝達材
７ 放熱体
８ 支持面
９ 支持基板
１０ 案内部材
２０，２１，３０，３１ 凹凸部
７０ ベース部
７１ 放熱板
７２ 脚部
７３ 支持アーム
５ａ，９ａ 係合孔
５ｂ，９ｂ 切欠き部
２０ａ，２１ａ，３０ａ，３１ａ 凹部
７２ａ，７３ａ 突起部
７２ｂ，７３ｂ 段差部

Claims (3)

1. 発熱部品を実装した基板と、前記発熱部品が発生する熱を放熱するための放熱体を、筐体内に収容した電子機器の冷却構造において、
   前記基板に対向する支持面を前記発熱部品および放熱体を挟んで前記筐体内に設け、前記放熱体を前記基板および支持面相互間で支持するとともに、前記放熱体のベース部と前記発熱部品との間に、前記発熱部品と放熱体のベース部との空間距離よりも厚い弾性変形可能な熱伝達材を圧縮挟持し、
   前記放熱体のベースの両端部に少なくとも一対の脚部を前記放熱体のベース部と直交する方向に延設し、該脚部の先端部が係合する係合部を前記基板に設け、
   前記脚部の先端部に段差部を設け、該段差部の先を前記係合部に係合して前記放熱体を位置決めし、
   前記脚部と逆方向に延出した支持アームを前記放熱体のベース部に設け、該支持アームの先端部が係合する係合部を前記支持面に形成し、
   前記筐体内に、前記基板に対向する支持基板を設け、該支持基板に前記支持面を形成したことを特徴とする電子機器の冷却構造。
2. 前記筐体の内壁面に、前記支持基板を設定位置で支持する支持部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器の冷却構造。
3. 前記筐体の内壁に、前記基板を前記支持部の設定位置に案内する案内部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の電子機器の冷却構造。
   

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