JP6827737B2

JP6827737B2 - 電子機器の放熱構造

Info

Publication number: JP6827737B2
Application number: JP2016165457A
Authority: JP
Inventors: 敏正福尾; 一幸糸川
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-08-26
Also published as: JP2018032806A

Description

本発明は、電子機器、特に、超小型無線伝送装置の放熱構造に関し、内部に備える回路基板上の発熱体から発生する電子機器内部の熱を効率よく電子機器外部へと放熱させることにより、電子機器の誤動作等を無くす電子機器の放熱構造に関するものである。

小型無線伝送装置（ＦＰＵ）といった電子機器は、テレビジョン放送の中継において、無線中継伝送装置として使用されるもので、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ことができるものである。特に、最近では、超小型で、軽量な無線伝送装置を開発し、それをビデオカメラの後部に取り付けて使用するといったシーンも多くなってきている。

ところで、こういった電子機器を動作させると、内部の回路基板上の発熱体から熱が発生してしまうが、この熱を電子機器の外部へと効率よく放熱させないと、電子機器内部の過度な温度上昇を引き起こしてしまい、その結果、電子機器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、電子機器内部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、従来技術として知られているファン等を使って電子機器内部の熱を強制的に空冷させる技術では、回路基板上の発熱体に放熱器を取り付けて熱を拡散し、そこに風を当てることで、発熱体を冷やすといったことが行われている。

また、電子機器の表面温度については、断熱材を電子機器内部に配して、熱の伝達速度を遅らせる技術もある。例えば、特許文献１に開示されている、底板に、放熱板を固定した発熱部品等を搭載した基板、電力を供給する電源部等を載置し、同底板に、下方を開口する筐体を被せてなり、発熱部品の熱を前記放熱板より前記筐体内に放熱し、同筐体内の温められた空気の熱を前記筐体の天板等より放熱するようにしてなる電子機器の放熱構造において、前記天板内面の発熱部品上方部に断熱材を貼付して、発熱部品よりの輻射熱等が直接天板の発熱部品上方部を熱しないようにしてなることを特徴とする電子機器の放熱構造といったものである。

特開平１０−１１７０７８号公報

しかしながら、上述のファン等を使う従来技術だけでは、発熱量の増大に合わせて放熱器とファンのサイズを増やす必要があり、これを怠ると、放熱しきれない熱が電子機器内部に残留し、電子機器内部と表面の温度を上げてしまうため、サイズに制約のある小型の電子機器では、最適な技術ではないと考えられている。また、ファンにより強制空冷を行っても、電子機器内部は、風が均一に流れるものではなく、偏りが出るため、発熱体の位置によっては、意図した風を流すことができない。

さらに、機能によって回路基板を交換する電子機器や、回路基板設計のバージョンアップ等で、発熱体の位置が変わると、今までの風の流路では、不適切なケースが生じてしまう。そのため、この事象を回避するために、専用設計部品（例えば、導風板）や、隅々まで風を行き渡らせるための高出力のファンの導入が必要となってしまい、電子機器全体のサイズや重量の増大、そして、製造コストの上昇を招いてしまう。

また、特許文献１に開示されている技術は、熱が伝わるスピードを遅らせることにより、伝熱温度分布の平準化を図ることを目的とするもので、外部から熱を増大させる要因が働いても、それ以上には増えない飽和状態に達すると、効果が薄れてしまうという欠点が指摘されている。そのため、電子機器内部に溜まる熱を効率よく外部に排出し、且つ、電子機器の表面温度に影響を及ぼさない、そして、回路基板上の発熱体の位置変更にもフレキシブルな対応ができる新しい排熱構造の構築が必要とされている。

本発明は、上述の課題を解決するためのもので、電子機器内部に溜まる熱を効率よく排出し、電子機器の表面温度に影響を及ぼさない電子機器の放熱構造を提供することにある。

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、天板と、底板と、前面板と、背面板と、左側板、及び右側板によって形成されるとともに、内部には、発熱体が搭載された回路基板が配置されてなる電子機器の熱を外部へと放熱させる電子機器の放熱構造であって、前記電子機器の放熱構造は、前記回路基板が、前記天板と、前記発熱体が、相対するよう配置されているとともに、前記背面板の壁面に形成されたエアを吸気可能とする吸気部と、前記吸気部に隣接して配置され、前記電子機器の内部に向けて外部からのエアを流通させる冷却ファンと、前記背面板と対向する前面板の壁面に、前記冷却ファンによって流通されたエアを外部へと排気する排気孔が形成されてなる排気部と、前記天板の内壁に、当該内壁との間に所定の空間が形成されるよう所定箇所にて溶接されてなる表面に鏡面処理が施された鏡面シート部材と、前記電子機器の内部にて、前記エアの流通を誘導可能とする余長を有した１対の誘導シート部材とを備え、前記誘導シート部材は、一方が、前記左側板の内壁両端近傍に設けられた１対のシート固定部に、他方が、前記右側板の内壁両端近傍に設けられた１対のシート固定部に、シート面同士が、相対するよう取り付けられていることを特徴とする電子機器の放熱構造である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子機器の放熱構造であって、前記誘導シート部材は、前記シート面同士が、前記発熱体を挟んで相対するとともに、前記発熱体近傍における前記シート面同士の間隔が、他の位置での間隔よりも狭くなるよう、アーチ状のカーブが形成された状態で、前記シート固定部に、それぞれ取り付けられていることを特徴としている。さらに、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電子機器の放熱構造であって、前記シート固定部には、それぞれ、対向する側板方向に向けてネジ孔が形成され、且つ、前記誘導シート部材には、長手方向両端近傍に、貫通孔が、それぞれ形成されており、当該貫通孔のそれぞれに、対応する前記ネジ孔を合わせてネジ止めすることにより、前記誘導シート部材を前記シート固定部に、それぞれ取り付けることを特徴としている。

そして、請求項４記載の発明は、請求項３記載の電子機器の放熱構造であって、前記誘導シート部材の両端近傍に形成された前記貫通孔のうちの一方は、前記誘導シート部材の長手方向に向けて長円孔となっていることを特徴としている。さらに、請求項５記載の発明は、請求項１〜４何れか１項記載の電子機器の放熱構造であって、前記鏡面シート部材の素材が、純アルミニウムであることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項１〜５何れか１項記載の電子機器の放熱構造であって、前記誘導シート部材の素材が、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴としている。そして、請求項７記載の発明は、請求項１〜６何れか１項記載の電子機器の放熱構造であって、前記鏡面シート部材は、前記天板の内壁に、所定箇所にてファイバーレーザー溶接されてなるものであることを特徴としている。

またさらに、請求項８記載の発明は、請求項１〜７何れか１項記載の電子機器の放熱構造であって、前記回路基板の所定箇所には、前記誘導シート部材を係止可能な１又は複数の固定ピンが設けられていることを特徴としている。そして、請求項９記載の発明は、請求項１〜７何れか１項記載の電子機器の放熱構造であって、前記発熱体は、前記左側板側の面、及び、前記右側板側の面に、それぞれ、前記誘導シートを固定可能な両面テープが設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、表面を鏡面処理した熱伝達率の高い鏡面シート部材を電子機器内部に備えているため、回路基板上の発熱体からの放射熱反射を起こし、鏡面シート部材の内側に熱をパッケージしてエアを通すことができ、排熱効率が向上する。また、鏡面シート部材と天板との間に所定の空間が形成されているため、この空間に断熱層（空気）ができ、その結果、電子機器表面の温度上昇を抑えることができる。

さらに、本発明によれば、余長を有した１対の誘導シート部材が、シート面同士が相対するよう左右側板のシート固定部に取り付けられているため、回路基板上の発熱体にエアを流通させる流路や、その幅を効率よく作り出すことができる。また、発熱体の回路基板上の位置変更に対して、フレキシブルに対応することが可能である。

本発明に係る電子機器の放熱構造の実施形態を示したもので、天板を開放した状態の斜視図である。本発明に係る電子機器の放熱構造の実施形態を示した天板を開放した状態の平面図で、（ａ）は固定ピンにより誘導シート部材を固定した状態、（ｂ）は両面テープにより誘導シート部材を固定した状態を表している。本発明に係る電子機器の放熱構造の実施形態を示したもので、開放した天板の内壁面を表している。本発明に係る電子機器の放熱構造の実施形態において、その放熱構造を示した簡略図で、（ａ）は左側板側からの断面図、（ｂ）は天板側からの断面図、（ｃ）は天板側からの断面図で、回路基板上の発熱体が移動した際に対応した状態を表している。本発明にかかる電子機器の放熱構造の実施形態における外観図で、（ａ）は左側板側・前面板側からの斜視図、（ｂ）は左側板側・背面板側からの斜視図、（ｃ）は右側板側・前面板側からの斜視図、（ｄ）は右側板側・背面板側からの斜視図を表している。

本発明に係る電子機器の放熱構造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、本発明に係る電子機器の放熱構造の実施形態を示したもので、天板を開放した状態の斜視図で、図２は、本発明に係る電子機器の放熱構造の実施形態を示した天板を開放した状態の平面図で、（ａ）は固定ピンにより誘導シート部材を固定した状態、（ｂ）は両面テープにより誘導シート部材を固定した状態を表し、図３は、本発明に係る電子機器の放熱構造の実施形態を示したもので、開放した天板の内壁面を表している。

さらに、図４は、本発明に係る電子機器の放熱構造の実施形態において、その放熱構造を示した簡略図で、（ａ）は左側板側からの断面図、（ｂ）は天板側からの断面図、（ｃ）は天板側からの断面図で、回路基板上の発熱体が移動した際に対応した状態を表しているものである。また、図５は、本発明にかかる電子機器の放熱構造の実施形態における外観図で、（ａ）は左側板側・前面板側からの斜視図、（ｂ）は左側板側・背面板側からの斜視図、（ｃ）は右側板側・前面板側からの斜視図、（ｄ）は右側板側・背面板側からの斜視図を表している。

そして、符号については、１０が電子機器の放熱構造、１２が電子機器、１４が天板、１６が底板、１８が前面板、２０が背面板、２２が左側板、２４が右側板、２６が発熱体、２８が回路基板、３０が吸気部、３２が冷却ファン、３４が排気部、３６が鏡面シート部材、３８が溶接部、４０が誘導シート部材、４２がシート固定部、４４がシート面、４６がアンテナ取付部、４８がパネル操作部、５０が電源操作部、５２がコネクタ接続部、５４がネジ孔、５６が貫通孔、５８がネジ、６０が固定ピン、６２が両面テープを示している。

まず、本実施形態における電子機器の放熱構造１０は、図１〜４に示すように、天板１４と、底板１６と、前面板１８と、背面板２０と、左側板２２、及び右側板２４によって形成されるとともに、内部には、発熱体２６が搭載された回路基板２８が配置されてなる電子機器１２の熱を外部へと放熱させるものである。

そして、回路基板２８が、天板１４と、発熱体２６が、相対するよう配置されているとともに、背面板２０の壁面に形成されたエア（冷却風）を吸気可能とする吸気部３０と、吸気部３０に隣接して配置され、電子機器１２の内部に向けて外部からのエアを流通させる冷却ファン３２が備えられている。

さらに、背面板２０と対向する前面板１８の壁面に、冷却ファン３２によって流通されたエアを外部へと排気する排気孔が形成されてなる排気部３４と、天板１４の内壁に、この内壁との間に所定の空間が形成されるよう所定箇所（溶接部３８）にて溶接されてなる表面に鏡面処理が施された鏡面シート部材３６と、電子機器１２の内部にて、エアの流通を誘導可能とする余長を有した１対の誘導シート部材４０とを備えている。

そして、誘導シート部材４０は、一方が、左側板２２の内壁両端近傍に設けられた１対のシート固定部４２に、他方が、右側板２４の内壁両端近傍に設けられた１対のシート固定部４２に、シート面４４同士が、相対するよう取り付けられている。

続いて、本実施形態について、より詳細に説明する。本実施形態における電子機器１２は、まず、図５（ｂ）等に示すように、背面板２０の隙間から、回路基板に通じた外部と通信するためのアンテナ（図示せず）を取り付けるためのアンテナ取付部４６が突出している。そして、その外観は、図５の各図に示すような形状を一例とし、例えば、図５（ｂ）を参照すると、例えば、アンテナ（図示せず）を取り付けるアンテナ取付部４６を上方に向けた状態で、底板１６側をビデオカメラの後部にある専用取付具（図示せず）に取り付けて用いることができるものとなっている。

そして、図５（ａ）、（ｃ）に示すように、電子機器１２の前面板１８には、電源のＯＮ／ＯＦＦを行う電源操作部５０や、ビデオカメラとの間をつなぐケーブルを接続させるコネクタ接続部５２等が備えられている。また、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、電子機器１２の右側板２４には、電子機器１２の設定をメインに行うパネル操作部４８が備えられている。

さらに、本例での天板１４は、背面板２０の内壁面を所定の間隙をもって、一部を除いて（アンテナ取付部４６が突出している範囲近傍）覆うように構成されている。また、背面板２０の壁面には、図５（ｂ）等に示すように、アンテナ取付部４６との間隙を吸気孔（エアを吸い込むための孔）として形成した吸気部３０が備えられ、図１に示すように、吸気部３０に隣接して配置された冷却ファン３２が、吸気孔から吸い込んだエアを電子機器１２の内部に流通させるようになっている。なお、本実施形態では、吸気孔を背面板２０と、アンテナ取付部４６との間隙としているが、例えば、背面板２０の一部をメッシュ構造として、その小孔からエアを吸気するようにしても良い。

そして、前面板１８の壁面には、図５（ａ）等に示すように、冷却ファン３２によって流通されたエアを電子機器１２の外部へと排気する排気孔が形成された排気部３４が備えられている。なお、本実施形態では、排気孔を前面板１８に設けた間隙としているが、例えば、前面板１８の一部をメッシュ構造として、その小孔からエアを排気するようにしても良い。

続いて、本実施形態においては、図３、図４（ａ）に示すように、電子機器１２の天板１４の内壁に、鏡面シート部材３６が、この内壁との間に所定の空間が形成されるように、所定箇所にて溶接されている。このように、鏡面シート部材３６と、天板１４の内壁との間に所定の空間が形成されていると、この空間が、電子機器１２の外装との間の断熱層（空気層）の役割を果たすことができ、電子機器１２の表面の温度上昇を抑えることが可能となるわけである。なお、鏡面シート部材３６の溶接には、図３に示すように、ファイバーレーザー溶接手法を用いれば、所定の空間が形成されやすいため、好ましい。

そして、鏡面シート部材３６の表面には、鏡面処理が施されている。鏡面処理を施した鏡面シート部材３６を天板１４に溶接させておけば、図４（ａ）に示すように、この鏡面シート部材３６が、回路基板２８上の発熱体２６からの放射熱反射（図中矢印）を起こすことで、鏡面シート部材３６と、回路基板２８の空間内に熱をパッケージでき、さらに、その空間を吸気部３０に隣接して配置された冷却ファン３２によってエアを流通させることにより、排気部３４からの排熱効率を向上させることができる。なお、図中の２点鎖線は、エアの流れを表している。

さらに、溶接により鏡面シート部材３６を取り付ける範囲は、天板１４全体とする方が、空間内への熱のパッケージ効果が高くなるため、好ましいが、その範囲は、本発明を限定するものではない。また、鏡面シート部材３６の素材を熱伝達率の高い純アルミニウムとすれば、さらに排熱効率が高まるため好ましい。

続いて、本実施形態においては、図１、２及び図４に示すように、電子機器１２の内部にて、冷却ファン３２によって内部に流通されるエアの流れを誘導可能とする誘導シート部材４０が、左側板２２と、右側板２４の両側に、それぞれ１対に取り付けられている。

詳しくは、まず、左側板２２の内壁両端近傍に設けられているシート固定部４２に、一方の誘導シート部材４０が、その両端部分で取り付けられ、さらに、右側板２４の内壁両端近傍に設けられているシート固定部４２に、他方の誘導シート部材４０が、その両端部分で取り付けられ、互いのシート面４４が、発熱体２６を挟んで相対するようになっている。

このように、１対の誘導シート部材４０が、互いに相対するように構成されているため、誘導シート部材４０に挟まれた空間（ライン）をエアが流通していくことになり（図４（ｂ）参照）、また、誘導シート部材４０は、余長を有していることから、電子機器１２の内部で、例えば、アーチ状のカーブを形成するといった、任意の形状に変形させることができるため、エア流通の目的である空冷の重要ポイントである風速を調整することも可能となる。

さらに、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、回路基板２８を交換した際などに、回路基板２８上の発熱体２６の位置が変更されたとしても（例えば、（ｂ）から（ｃ）へと変更）、余長を有する誘導シート部材４０を変形させ、発熱体２６に追従するアーチ状のカーブを作り出して、発熱体２６に効率よくエアを流す流路をもたらすことが可能となっている。ここで、発熱体２６近傍におけるシート面４４同士の幅の間隔を他の位置での間隔よりも狭くなるよう誘導シート部材４０をアーチ状にカーブさせるよう形成すれば、より、効率的に発熱体２６に対するエアの流通を行うことができることになる。また、誘導シート部材４０には、柔軟性のある素材、特に、ポリエチレンテレフタレートを用いることが好ましい。なお、図中の２点鎖線は、エアの流れを表している。

また、本実施形態においては、各シート固定部４２は、図１、２に示すように、それぞれ、対抗する側板方向に向けてネジ孔５４が形成されており、各誘導シート部材４０には、長手方向の両端近傍にそれぞれ貫通孔５６が形成されている。そして、貫通孔５６と、対応するシート固定部４２のネジ孔５４とを合わせて、ネジ５８によりネジ止めすることで、誘導シート部材４０をシート固定部４２に取り付けるようになっている。

またさらに、本実施形態においては、図１、２に示すように、誘導シート部材４０の両端近傍に形成された貫通孔５６のうち、一方が、誘導シート部材４０の長手方向に向けて長円孔となっている。このような長円孔にしておくと、ネジ５８によるネジ止めの際に、ネジ止め位置を調整することができ、その結果、誘導シート部材４０の長さ調整も行えることになる。

続いて、本実施形態においては、図２（ａ）、図４に示すように、回路基板２８の所定箇所に、誘導シート部材４０を係止可能な固定ピン６０が２か所設けられている。この固定ピン６０に誘導シート部材４０を係止することで、発熱体２６に追従するアーチ状のカーブを作り出すことができるようになっている。なお、固定ピン６０の個数や、設置位置は、誘導シート部材４０が、発熱体２６に対するエアを効率良く流通させることができるのに適したものとすることが好ましい。

また、図２（ｂ）に示すように、発熱体２６の左側板２２側の面と、右側板２４側の面にそれぞれ、両面テープ６２を設け、それに、誘導シート部材４０をそれぞれ固定させることで、誘導シート部材４０が、発熱体２６に対するエアを効率良く流通させるように構成しても良い。さらに、固定ピン６０と、両面テープ６２とを組み合わる構成としても構わない。

次に、本発明に係る電子機器の放熱構造による電子機器の放熱実験を行った結果を示す（表１）。

上記表１に示す通り、外気４５℃の環境下で、電子機器内部に本発明に係る電子機器の放熱構造を適用させることで、電子機器の表面温度を２．４℃下げることができた。また、通常であれば、放射熱のリフレクションは、外に逃げる熱を内部にこもらせる効果があるため、電子機器内部の温度も上昇するものであるが、本発明に係る電子機器の放熱構造を適用させても、温度差が出ないということが明らかになった。

本発明は、電子機器内部の熱を効率よく排熱させることができ、また、表面温度に影響を及ぼさない放熱構造であるため、特に小型の電子機器において、さらに、内部の回路基板の変更に対しても、好適に用いることができる。

１０電子機器の放熱構造
１２電子機器
１４天板
１６底板
１８前面板
２０背面板
２２左側板
２４右側板
２６発熱体
２８回路基板
３０吸気部
３２冷却ファン
３４排気部
３６鏡面シート部材
３８溶接部
４０誘導シート部材
４２シート固定部
４４シート面
４６アンテナ取付部
４８パネル操作部
５０電源操作部
５２コネクタ接続部
５４ネジ孔
５６貫通孔
５８ネジ
６０固定ピン
６２両面テープ

Claims

天板と、底板と、前面板と、背面板と、左側板、及び右側板によって形成されるとともに、内部には、発熱体が搭載された回路基板が配置されてなる電子機器の熱を外部へと放熱させる電子機器の放熱構造であって、
前記電子機器の放熱構造は、
前記回路基板が、前記天板と、前記発熱体が、相対するよう配置されているとともに、
前記背面板の壁面に形成されたエアを吸気可能とする吸気部と、
前記吸気部に隣接して配置され、前記電子機器の内部に向けて外部からのエアを流通させる冷却ファンと、
前記背面板と対向する前面板の壁面に、前記冷却ファンによって流通されたエアを外部へと排気する排気孔が形成されてなる排気部と、
前記天板の内壁に、当該内壁との間に所定の空間が形成されるよう所定箇所にて溶接されてなる表面に鏡面処理が施された鏡面シート部材と、
前記電子機器の内部にて、前記エアの流通を誘導可能とする余長を有した１対の誘導シート部材と、を備え、
前記誘導シート部材は、一方が、前記左側板の内壁両端近傍に設けられた１対のシート固定部に、他方が、前記右側板の内壁両端近傍に設けられた１対のシート固定部に、シート面同士が、相対するよう取り付けられ、
前記吸気部は、外部と通信するアンテナを取り付けるための前記回路基板に通じたアンテナ取付部と、前記背面板の壁面との間隙からなる吸気孔であることを特徴とする電子機器の放熱構造。
前記誘導シート部材は、前記シート面同士が、前記発熱体を挟んで相対するとともに、前記発熱体近傍における前記シート面同士の間隔が、他の位置での間隔よりも狭くなるよう、アーチ状のカーブが形成された状態で、前記シート固定部に、それぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の電子機器の放熱構造。
前記シート固定部には、それぞれ、対向する側板方向に向けてネジ孔が形成され、且つ、前記誘導シート部材には、長手方向両端近傍に、貫通孔が、それぞれ形成されており、当該貫通孔のそれぞれに、対応する前記ネジ孔を合わせてネジ止めすることにより、前記誘導シート部材を前記シート固定部に、それぞれ取り付けることを特徴とする請求項１又は２記載の電子機器の放熱構造。
前記誘導シート部材の両端近傍に形成された前記貫通孔のうちの一方は、前記誘導シート部材の長手方向に向けて長円孔となっていることを特徴とする請求項３記載の電子機器の放熱構造。
前記鏡面シート部材の素材が、純アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の電子機器の放熱構造。
前記誘導シート部材の素材が、ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１〜５何れか１項記載の電子機器の放熱構造。
前記鏡面シート部材は、前記天板の内壁に、所定箇所にてファイバーレーザー溶接されてなるものであることを特徴とする請求項１〜６何れか１項記載の電子機器の放熱構造。
前記回路基板の所定箇所には、前記誘導シート部材を係止可能な１又は複数の固定ピンが設けられていることを特徴とする請求項１〜７何れか１項記載の電子機器の放熱構造。
前記発熱体は、前記左側板側の面、及び、前記右側板側の面に、それぞれ、前記誘導シート部材を着脱自在に固定可能な面ファスナーが設けられていることを特徴とする請求項１〜７何れか１項記載の電子機器の放熱構造。