JP2002344178A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コスト且つ小型な放熱性の良い電子装置を
提供する。 【解決手段】 ケース１と、このケース１に収容された
発熱素子２とを備え、発熱素子２から発生される熱がケ
ース１に伝えられて放熱される電子装置Ｓ１において、
ケース１の外面１ｃに、ケース１よりも放射率が高く紙
よりなるシート材１４が貼り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筐体内に発熱素子
を収納し該発熱素子から発生される熱が該筐体に伝えら
れて放熱される電子装置に関し、特に、発熱素子からの
熱を効率良く放熱できる電子装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、筐体内に発熱素子を収納して
なる電子装置としては、発熱素子等の電子部品を、例え
ばセラミック基板やプリント基板に実装し、これら基板
をアルミ等の金属よりなる筐体（ケース）に収容してな
るものが知られている。

【０００３】このような電子装置においては、発熱素子
が加熱されるのを防止するために、発熱素子を直接ある
いは放熱部材等を介して筐体に接触させ、発熱素子から
発生される熱が筐体に伝えられて放熱されるようにして
いる。

【０００４】しかし、筐体に伝導された熱を外部に放熱
する能力には限界があるため、筐体の表面積を大きくし
たり、ファン等を用いて強制空冷を行う等の対策が行わ
れるが、その場合、電子装置の体格が大きくなってしま
う。

【０００５】この様な問題に対して、特開平７−１９０
６７５号公報には、外部への熱の放射を効率よく行うた
めに、ジメチルシリコーン、コージライト粉粒体、銅粉
の混合物よりなるシート材を発熱体に接触させた構造が
提案されている。また、筐体表面の放射率を向上させる
目的で、筐体表面にカチオン電着塗装やアルマイト処理
等を行うことが一般的に行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、筐体表
面に対して、上記した混合物よりなるシート材を貼り付
けたり、カチオン電着塗装やアルマイト処理等を行うこ
とは、特別な処理や材料を要するため、手間がかかりコ
ストが高いという問題がある。

【０００７】本発明は上記問題に鑑み、低コスト且つ小
型な放熱性の良い電子装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発熱体表面からの放熱は
熱伝達率に依存し、この熱伝達率としては、放射による
熱伝達率と空気による熱伝達率（空気の対流による熱伝
達率）とがある。ここで、自然空冷では、両熱伝達率は
同程度であるため、放射による熱伝達率を向上させるこ
とで放熱性を改善することができる。また、放射による
熱伝達率は、放射率に依存するので、放射による熱伝達
率を向上させるには、放射率を高くすればよい。

【０００９】請求項１に記載の発明は、このような考え
に基づいてなされたものであり、筐体（１）と、この筐
体に収容された発熱素子（２）とを備え、発熱素子から
発生される熱が筐体に伝えられて放熱される電子装置に
おいて、筐体の外面に、筐体よりも放射率が高く紙より
なるシート材（１４）を貼り付けたことを特徴としてい
る。

【００１０】本発明は、紙の放射率が筐体を構成する金
属の放射率よりも高いことに着目したものであり、筐体
の外面に、筐体よりも放射率が高く紙よりなるシート材
を貼り付けることで、筐体の表面積を大きくしたり、強
制空冷手段を設けたりすることなく、放熱性を向上させ
ることができる。また、安価な紙を筐体の外面に貼り付
けるだけの簡単な構成とすることができる。

【００１１】よって、本発明によれば、低コスト且つ小
型な放熱性の良い電子装置を提供することができる。

【００１２】ここで、シート材（１４）の厚さは、あま
り厚いと放熱性を阻害する可能性があるので、０．３ｍ
ｍ以下であることが好ましい。また、そのようなシート
材としては、アート紙よりなるものを採用することがで
きる。

【００１３】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の
第１実施形態に係る電子装置Ｓ１の要部構成を示す概略
断面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図で
ある。

【００１５】電子装置Ｓ１は、本体を区画するアルミダ
イキャスト製のケース（筐体）１を備える。本例のケー
ス１は、図１中の左右方向の長さが１９３ｍｍ、図１中
の縦方向の長さが３０ｍｍ、図２中の左右方向の長さが
１７０ｍｍの体格のものとしている。

【００１６】ケース１内には、発熱素子２やその他の部
品３等の電子部品が実装された複数個のセラミック基板
４、および、このセラミック基板４が実装されたマザー
ボードとしてのプリント配線基板５が収容されている。

【００１７】この電子装置Ｓ１においては、発熱素子２
を含む駆動回路部分を機能毎に分けて、その機能毎にセ
ラミック基板４に実装している。それにより、各電子装
置１毎に必要な機能を選択する際にセラミック基板４単
位で選択すれば良く、選択すべき製品数を減少させて製
品の自由度を向上させている。

【００１８】ここで、発熱素子２としては、例えば、パ
ワー素子である駆動トランジスタ（パワートランジス
タ）を用いることができる。その他の部品３としては、
ＩＣやセラミックコンデンサ等を用いることができる。
これらの発熱素子２とその他の部品３は、セラミック基
板４に半田や導電性接着剤などによって実装されてい
る。

【００１９】また、発熱素子２は、セラミック基板３に
ベアチップ実装されており、実装密度が大きくなってい
る。この発熱素子２はセラミック基板３に複数個搭載さ
れている。

【００２０】一般に、発熱素子２の発熱による周囲の温
度は、発熱素子２の搭載位置では高くなるが、発熱素子
２からある距離までは急激に低下し、それより離れた位
置では緩やかに低下する。

【００２１】そのため、温度が高い状態から急激に低下
して隣り合う発熱素子２に影響を与えない程度の温度に
なった位置において隣り合う発熱素子２を搭載すること
により、必要以上に発熱素子２を離した状態で搭載して
実装密度が低下してしまうことが無く、かつ、隣り合う
発熱素子２からの熱の影響を低減することができる。

【００２２】具体的には、複数の発熱素子２のうちのあ
る発熱素子２に電力を与えた場合に、この発熱素子２の
発熱による１Ｗ当たりの温度勾配が０．１℃／ｍｍとな
る位置に他の発熱素子２を搭載することができる。な
お、本実施形態では発熱素子２の間隔は３ｍｍとしてい
る。

【００２３】また、複数のセラミック基板４は、１つの
放熱フィン（放熱部材）６に接合されている。放熱フィ
ン６としては、熱伝導性の高いアルミニウム材料等から
なるものを用いると好適である。図１及び図２に示す様
に、放熱フィン６はプリント配線基板５とケース１とに
当接して挟まれている。

【００２４】図２に示す様に、放熱フィン６には、プリ
ント配線基板５に対して平行方向に突出した突出部６ａ
が形成されており、上記セラミック基板４は、この突出
部６ａの先端部に対して、例えば、熱伝導性の高いシリ
コン系の接着剤を用いて接合されている。

【００２５】つまり、プリント配線基板５に対してセラ
ミック基板４が略垂直に配置された形となっている。こ
れにより、プリント配線基板５上の実装面積を小さくす
ることができる。ここで、セラミック基板４とプリント
配線基板５とは接続端子（端子クリップ）７を介して電
気的に接続されている。

【００２６】また、図２に示す様に、プリント配線基板
５には、マイコン等の素子８が搭載されている。この素
子８は、動作保証温度が低いため、発熱素子２から距離
を置く必要がある。本実施形態では、発熱素子２を１つ
の放熱フィン６に実装して、発熱素子２をプリント配線
基板５の一部分に集めているため、容易にマイコン等の
素子８と発熱素子２とを離すことができる。

【００２７】また、図２に示す様に、放熱フィン６のセ
ラミック基板４が接合された側とは反対側において、プ
リント配線基板５には、コネクタ９がネジ止め等により
固定されており、コネクタ９のリード端子やその他の電
子部品のリード端子（図示せず）もプリント配線基板５
に半田付され電気的に接続されている。

【００２８】また、放熱フィン６のうちプリント配線基
板５と当接した面の反対の面である一面６ｃ側におい
て、放熱フィン６の両端部には凹部６ｂが形成されてい
る。この凹部６ｂの底部は平面になっている。また、ケ
ース１の一面１ａにおいてケース１内部に向けて突出し
た凸部１ｂが形成されている。この凸部１ｂは放熱フィ
ン６の凹部６ｂと対向する位置に設けられている。

【００２９】この凸部１ｂの先端部は平面になってお
り、放熱フィン６の凹部６ｂの底部とケース１の凸部１
ｂの先端部の全面とが当接している。つまり、ケース１
の凸部１ｂは、当該凸部１ｂの先端部の全面が凹部６ｂ
の底部と確実に当接するような大きさになっている。図
示例では、各々の当接部位において当接面積が６０ｍｍ
²となっている。

【００３０】ケース１と放熱フィン６は一般に鋳造で作
られるため、大きな面積において全体が接触するような
平面度を確保することは難しい。しかし、この大きな面
積のうちのある程度の小さい面積に着目すれば、ケース
１と放熱フィン６とを接触させることができる程度の平
面になっている。

【００３１】そこで、本実施形態では、ケース１と放熱
フィン６とに、互いに当接させることができる程度の大
きさの凸部１ｂと凹部６ｂを複数設けて、その先端部や
底部を平面にしているため、ケース１と放熱フィン６と
を確実に当接させることができる。

【００３２】また、この凸部１ｂと凹部６ｂとが当接し
ている部位において、プリント配線基板５のうち放熱フ
ィン６と当接していない側の面から放熱フィン６を貫通
して、ネジ１０によって、プリント配線基板５、放熱フ
ィン６、及びケース１の各部材が固定されている。さら
に、図１に示す様に、プリント配線基板５の中央部にお
いて、プリント配線基板５と放熱フィン６とがネジ１１
により固定されている。

【００３３】また、プリント配線基板５の放熱フィン６
と当接している面の反対側にはカバー１２が備えられて
いる。このカバー１２は、端部においてプリント配線基
板５を介してケース１の端部にネジ１３により固定され
ている。

【００３４】そして、この電子装置Ｓ１においては、発
熱素子２から発生した熱は放熱フィン５に伝わり、ケー
ス１の凸部１ｂと放熱フィン６の凹部６ｂとが当接した
部位を介して、放熱フィン６に伝わった熱がケース１に
伝えられるようになっている。

【００３５】ここで、電子装置Ｓ１においては、ケース
（筐体）１の外面１ｃには、ケース１よりも放射率が高
く紙よりなるシート状のシート材１４が貼り付けられて
いる。本例では、シート材１４は貼り付け面に粘着性の
樹脂が施されたアート紙よりなるものである。

【００３６】「手段」の欄にて述べたように、強制空冷
を用いることなく自然空冷にて放熱を行う場合、放射に
よる熱伝達率と空気による熱伝達率とは同程度であり、
放射による熱伝達率を向上させることで放熱性を改善す
ることができる。放射による熱伝達率をＨとし、放射率
をＲ、環境温度をＴａ、温度上昇をΔＴとすると、この
熱伝達率Ｈは、次の数式１にて示される。

【００３７】

【数１】Ｈ＝Ｒ×５．６９×１０^-8×｛（Ｔａ＋ΔＴ）
⁴＋Ｔａ⁴｝／ΔＴ このように、放射による熱伝達率は放射率に比例する。

【００３８】本例のケース１を構成するアルミダイキャ
ストの放射率は、約０．３５と低く十分な放射ができな
いため、外部への十分な放熱が行えず、その結果、発熱
素子２の温度が許容温度以上になってしまう。

【００３９】その点、本例の様に、アート紙よりなるシ
ート材１４をケース１の外面１ｃに貼り付けた場合、ア
ート紙の放射率は約０．８とアルミダイキャストに比べ
て２倍以上高い。そのため、放射による熱伝達を効率よ
く行うことができ、その結果、発熱素子２の温度を許容
温度内に抑えることができる。

【００４０】例えば、本実施形態における発熱素子２か
ら発生した熱の放熱経路は、図２中の矢印Ｂに示す様
に、セラミック基板４、放熱フィン６、ケース１の凸部
１ｂと放熱フィン６の凹部６ｂとの当接部、ケース１に
順次伝えられ、シート材１４から外部へ放熱されるよう
になっている。

【００４１】実際に、アルミダイキャストよりなるケー
ス１の表面にシート材１４を貼り付けない場合（アルミ
ダイキャスト素地の場合、比較例）と、アート紙よりな
るシート材１４を貼り付けた場合とで、放熱フィン６か
ら外部空気への熱抵抗を測定した。ここで、放熱フィン
６の温度測定部位は、図２中の符号Ｃで指し示す部位で
ある。

【００４２】その結果、アルミダイキャスト素地の場合
では、熱抵抗は２．９℃／Ｗであったのに対し、アート
紙よりなるシート材１４を貼り付けた場合では、熱抵抗
は２．５℃／Ｗであり、約０．４℃／Ｗの低減効果が確
認された。

【００４３】このように、本実施形態によれば、ケース
１の外面１ｃに、ケース１よりも放射率が高く紙よりな
るシート材１４を貼り付けることで、ケース１の表面積
を大きくしたり、強制空冷手段を設けたりすることな
く、放熱性を向上させることができる。また、安価な紙
をケース１の外面１ｃに貼り付けるだけの簡単な構成と
することができる。

【００４４】また、本発明者等の検討によれば、シート
材１４として、アート紙以外の一般的な紙を採用して
も、アート紙を採用した場合と略同等の効果が実現され
ることを確認している。よって、本実施形態によれば、
低コスト且つ小型な放熱性の良い電子装置Ｓ１を提供す
ることができる。

【００４５】ここで、シート材１４の厚さは、あまり厚
いと放熱性を阻害する可能性があるので、０．３ｍｍ以
下であることが好ましい。この程度の厚さであれば、上
記した約０．４℃／Ｗの熱抵抗低減効果が得られること
を確認している。

【００４６】また、図３は、シール材１４の面積（シー
ル面積）と放熱フィン６から外部空気への熱抵抗との関
係を調べた結果を示す図である。図３では、熱抵抗とし
て、フィン端温度上昇／ＶＩＣＰ電力（℃／Ｗ）を用い
ているが、これは、発熱素子２に規格に基づいた電力を
通電したときに、上記した図２中の符号Ｃで指し示す放
熱フィン６の部位における１Ｗ当たりの温度上昇を測定
したものである。

【００４７】図３から、上記図１に示す例のように、ケ
ース１の外面１ｃの全面にシート材１４を貼り付けなく
とも、ケース１の外面１ｃのうち発熱素子２の近くの高
温となる部位のみにシート材１４を貼り付けた場合であ
っても、放熱性向上の効果が得られることがわかる。

【００４８】また、ケース１の外面１ｃのうち発熱素子
２の近くの高温となる部位のみにシート材１４を貼り付
けた場合には、シート材１４に要するコストを低減する
ことができ、且つ、当該外面１ｃ全面に貼り付ける場合
に比べて貼り付けやすいので、シール材１４の組付性向
上にもつながる。

【００４９】なお、上記例では、ケース１と放熱フィン
６とは２個所において、凸部１ｂと凹部６ｂとを設けて
当接しているが、この当接部位を３個所以上にすること
により、さらに放熱性を向上させるようにしても良い。
また、凸部１ｂの先端部と凹部６ｂの底面との間に接触
熱抵抗を低減させる部材を介在させても良い。

【００５０】また、上記例では、プリント配線基板５に
対してセラミック基板４が略垂直に配置されているが、
セラミック基板４とプリント配線基板（マザーボード）
５とを略平行の位置関係になるように配置しても良い。

【００５１】また、ケース１と放熱フィン６とは、凸部
１ｂと凹部６ｂとを設けて当接しているものでなくとも
良く、平坦面にて当接しているものでも良い。例えば、
上記図１において、ケース１の一面１ａと放熱フィン６
の一面６ｃとを平坦面として、これら両面１ａ、６ｃを
当接させるようにしても良い。

【００５２】（第２実施形態）図４は、本発明の第２実
施形態に係る電子装置Ｓ２の要部構成を示す概略断面図
である。図４に示す様に、発熱素子２は、セラミック等
よりなる基板２０に半田や導電性接着剤等の接続材料に
て実装されており、この基板２０は接着剤２１によりケ
ース１に固定されている。ケース１は、カバー１２で密
閉されている。

【００５３】また、ケース１の外面１ｃには、シート材
１４が貼り付けられている。そして、この電子装置Ｓ２
においては、発熱素子２からの熱は、基板２０、ケース
１へ伝わり、シート材１４から効率良く放熱することが
できる。

【００５４】このように、本実施形態においても、ケー
ス１と、このケース１に収容された発熱素子２とを備
え、発熱素子２から発生される熱がケース１に伝えられ
て放熱される電子装置Ｓ２において、ケース１の外面１
ｃに、ケース１よりも放射率が高く紙よりなるシート材
１４を貼り付けた構成となっており、上記第１実施形態
と同様に、低コスト且つ小型な放熱性の良い電子装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略断
面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】シール材の面積と放熱フィンから外部空気への
熱抵抗との関係を調べた結果を示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る電子装置の概略断
面図である。

【符号の説明】

１…ケース（筐体）、２…発熱素子、１４…シール材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体（１）と、この筐体に収容された発
   熱素子（２）とを備え、前記発熱素子から発生される熱
   が前記筐体に伝えられて放熱される電子装置において、 前記筐体の外面には、前記筐体よりも放射率が高く紙よ
   りなるシート材（１４）が貼り付けられていることを特
   徴とする電子装置。
2. 【請求項２】 前記シート材（１４）の厚さは、０．３
   ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子
   装置。
3. 【請求項３】 前記シート材（１４）は、アート紙より
   なるものであることを特徴とする請求項１または２に記
   載の電子装置。