JP2004128358A

JP2004128358A - 放熱型電気機器

Info

Publication number: JP2004128358A
Application number: JP2002292881A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Ebihara; 海老原　伸明
Original assignee: NEC Space Technologies Ltd
Current assignee: NEC Space Technologies Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】人工衛星搭載機器などの電気機器において、電気部品の熱を効率よく放熱すると同時に、電気機器全体の剛性を高めつつ、大幅な軽量化を達成する。
【解決手段】電気部品１０が実装される複数のプリント基板２０と、これらのプリント基板２０が収容される筐体３０とを備える放熱型電気機器において、上記プリント基板２０に、構造部材に兼用される放熱層２２を形成するとともに、この放熱層２２の複数辺を、筐体３０に対して一体的に固定することにより、電気部品１０の熱を効率よく放熱すると同時に、放熱型電気機器全体の剛性を高めて筐件３０の薄肉化を可能にし、放熱型電気機器の大幅な軽量化を可能にする。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気部品が実装される複数のプリント基板と、これらのプリント基板が収容される筐体とを備えた放熱型電気機器に関し、特に、プリント基板に放熱層を設け、この放熱層の複数辺を筐体に一体的に固定することにより、電気部品の熱を筐体に伝導して効率よく放熱すると同時に、プリント基板全体又は放熱層を構造部材に兼用して高い剛性を得ることができ、その結果、筐体の薄肉化を可能にし、大幅な軽量化を達成できる放熱型電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気機器に収容されるプリント基板上には、集積回路（ＩＣ）や抵抗器などの電気部品が実装されており、これら電気部品から発せられる熱を効率よく放熱することが要求される。
【０００３】
特に、人工衛星搭載機器などのように、航空・宇宙分野で使用される電気機器では、高い放熱性能が求められるだけでなく、電気機器全体を軽量化しつつ、ロケット打上げ時などの衝撃や振動に耐えうる剛性を備えることが要求される。
【０００４】
また、上記電気機器は、通常、筐体の内部に複数のプリント基板を収容するため、筐体に対するプリント基板の配置、固定強度、固定部材の重量などについても十分に考慮する必要がある。
【０００５】
上記放熱性能を満たすために、過去に提案されたプリント基板としては、金属板などで形成される放熱層を備えた積層プリント基板が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００６】
特許文献１に示されるプリント基板では、放熱層の一部が、当該プリント基板の側面から延出されるとともに、筐体の内面に接触されている。また、特許文献２に示されるプリント基板では、放熱層の一辺が、筐体に対してネジを用いて固定されている。つまり、いずれのプリント基板においても、電気部品の熱が、放熱層を介して筐体に伝導され、ここで放熱されることになる。
【０００７】
また、放熱構造のプリント基板を複数収容する電気機器も過去に提案されており、その構成を図５及び図６を参照して説明する。図５は、従来のプリント基板を示す分解斜視図、図６は、従来の電気機器を示す分解斜視図である。
【０００８】
図５に示す従来のプリント基板１００には、電気部品が実装されるプリント基板層１０１と、絶縁板などで形成される絶縁層１０２と、金属板などで形成される放熱層１０３と、各層１０１、１０２、１０３同士を接着する接着層１０４とが積層形成され、更に、放熱層１０３の端部には、基板固定用の金属ブロック１０５が一体的に設けられている。
【０００９】
図６に示すように、上記プリント基板１００を複数収容する筐体１１０は、底面板１１１、側面板１１２、１１３、上面板１１４、前面板１１５及び背面板１１６を備えて構成されている。背面板１１６の前面には、複数のプリント基板１００を電気的に接続するためのマザーボード基板１１７が設けられており、また、底面板１１１の上面及び上面板１１４の下面には、上記金属ブロック１０５をスライド自存に支持するプリント基板固定金具１１８（カードロックリテーナ）が設けられている。
【００１０】
このように構成された図６の電気機器によれば、プリント基板１００をプリント基板固定金具１１８の溝部にスライド状に固定でき、また、電気部品の熱を、放熱層１０３、金属ブロック１０５及びプリント基板固定金具１１８を介して筐体１１０に伝導し、ここで放熱することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−２３３９０４号公報（第４、５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平７−１８３６３５号公報（第２頁、第１図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示されるプリント基板では、筐件に対するプリント基板本体の固定と、筐体に対する放熱層の接続とが別構造となっており、しかも、プリント基板本体が、筐体に突設したスペーサにネジ固定されるようになっている。そのため、複数のプリント基板を収容する電気機器に、特許文献１のプリント基板を適用すると、筐体の内部構造が複雑になるだけでなく、プリント基板の配置効率が低下し、電気機器の大型化や重量増加をまねくことになる。
【００１３】
また、特許文献１に示されるプリント基板や、図５に示すプリント基板１００では、プリント基板層１０１と放熱層１０３の間に、絶縁層１０２及び接着層１０４が介在するため、電気部品から放熱層１０３への熱伝導効率が低下し、しかも、プリント基板１００の板厚が大きくなるため、電気機器の大型化や重量増加をまねくおそれがあった。
【００１４】
一方、特許文献２に示されるプリント基板は、放熱層が筐体に直接ネジで固定されるものの、片持ち状態で支持されているため、激しい衝撃や振動が発生する厳しい環境下では、使用できないという問題があった。
【００１５】
また、図６に示す電気機器では、プリント基板固定金具１１８を用いてプリント基板１００を支持するため、部品点数が増加するばかりでなく、電気機器の重量を増加させる不都合があった。しかも、プリント基板１００は、プリント基板固定金具１１８によってスライド支持されるため、構造部材としては機能しない。そのため、剛性対策としては、筐体の板厚を増加させるしかなく、電気機器の軽量化が困難であった。
【００１６】
本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、プリント基板に放熱層を設け、この放熱層の複数辺を筐体に一体的に固定することにより、電気部品の熱を筐体に伝等して効率よく放熱すると同時に、プリント基板全体又は放熱層を構造部材に兼用して高い剛性を得ることができ、その結果、筐体の薄肉化を可能にし、大幅な軽量化が達成できる放熱型電気機器の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の放熱型電気機器は、電気部品が実装される複数のプリント基板と、これらのプリント基板が収容される筐体とを備えた放熱型電気機器であって、前記プリント基板が、構造部材に兼用される放熱層を備え、この放熱層の複数辺が、前記筐体に対して一体的に固定される構成としてある。
【００１８】
電気機器をこのように構成すれば、電気部品の熱を、放熱層の複数辺を介して筐件に伝導し、きわめて効率よく放熱することが可能になり、また、それと同時に、放熱層の複数辺を筐体に一体的に固定することで、複数のプリント基板が備える放熱層を構造部材に兼用し、電気機器の剛性を高めることが可能になる。その結果、筐体の肉厚だけで剛性を確保していた従来に比べ、筐件の薄肉化を可能にし、電気機器の大幅な軽量化を達成することができる。
【００１９】
また、本発明の放熱型電気機器は、前記プリント基板が、前記電気部品を表面実装する一対のプリント基板層と、この一対のプリント基板層に挟まれる前記放熱層とを一体的に備える構成としてある。
電気機器をこのように構成すれば、プリント基板層と放熱層との間に、絶縁層を介在させる必要がないため、電気部品の熱を放熱層に効率良く伝導できるだけでなく、プリント基板の厚さを薄くし、電気機器の小型化及び軽量化が可能になる。
【００２０】
また、本発明の放熱型電気機器は、前記放熱層が、前記筐件に対してネジで固定される構成としてある。
電気機器をこのように構成すれば、プリント基板と筐体の一体性を確保しつつ、プリント基板の固定構造を簡略化し、電気機器の小型化及び軽量化が図れ、しかも、必要に応じてプリント基板を取り外すことができるため、電気機器のメンテナンス性を損なうこともない。
【００２１】
また、本発明の放熱型電気機器は、前記放熱層が、その端部に金属ブロックを一体的に備え、この金属ブロックが、前記筐体に対してネジで固定される構成としてある。
電気機器をこのように構成すれば、放熱層を薄肉化しても、筐体に対するネジ固定が可能になるため、プリント基板全体としての薄型化及び軽量化を図ることができる。
【００２２】
また、本発明の放熱型電気機器は、前記筐体が、被取り付け部に取り付けられる底面板を備えるとともに、この底面板に、少なくとも前記放熱層の一辺が固定される構成としてある。
電気機器をこのように構成すれば、放熱届から被取り付け部までの熱伝導経路を可及的に短くできるため、被取り付け部を利用して効率の良い放熱を行い、電気機器の放熱性能を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の放熱型電気機器は、前記筐体の底面板が、人工衛星本体に取り付けられる構成としてある。
電気機器をこのように構成すれば、高熱伝導材料で形成される人工衛星本体を利用し、電気部品の熱を効率良く放熱することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の放熱型電気機器の実施の形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
まず、本発明の第一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る放熱型電気機器の分解斜視図、図２は、本発明の第一実施形態に係る放熱型電気機器の内部正面図、図３の（ａ）、（ｂ）は、本発明の第一実施形態に係る放熱型電気機器の作用説明図である。
【００２５】
これらの図に示すように、放熱型電気機器は、電気部品１０が実装される複数のプリント基板２０と、これらのプリント基板２０が収容される筐体３０と、プリント基板２０同士を電気的に接続するマザーボード基板４０とを備えて構成されている。
【００２６】
本実施形態の放熱型電気機器は、人工衛星に搭載される人工衝星搭載機器として構成され、人工衛星本体５０（被取り付け部）に取り付けられる。そのため、放熱型電気機器は、真空環境下であっても、電気部品１０の熱を効率良く放熱しうる高い放熱性能と、ロケット打上げ時の衝撃や振動に耐えうる高い剛性を同時に備え、しかも、搭載重量や搭載容量に制限がある人工衛星への搭載を可能にするために、小型化及び軽量化が要求される。
【００２７】
プリント基板２０は、電気部品１０を表面実装（片面実装）する表裏一対のプリント基板層２１と、この一対のプリント基板層２１に挟まれる放熱層２２とを一体的に積層して構成される。各プリント基板層２１は、絶縁板材の外面に回路パターンをプリントして形成され、この面のみに電気部品１０が実装される。
【００２８】
放熱層２２は、高熱伝導率、高剛性、軽量という条件を満たすアルミ合金などの金属板を用いて形成され、例えば接着などの接合手段によって、表裏のプリント基板層２１と一体化される。このとき、放熱層２２とプリント基板層２１の間には、絶縁層を介設しないため、電気部品１０の熱を放熱層２２に効率良く伝導でき、しかも、プリント基板２０の厚さ寸法を薄くすることが可能になる。
【００２９】
また、プリント基板２０の後端部には、マザーボード基板４０に電気的に接続されるコネクタなどの接続部２３が設けられる。マザーボード基板４０は、プリント基板２０を電気的に接続するための接続部４１を複数備えて構成され、筐体３０の内部奥側に設けられる。そして、マザーボード基板４０の接続部４１に対し、それぞれ対応したプリント基板２０の接続部２３を接続すると、複数のプリント基板２０は、左右方向に所定の間隔をおき、縦向きで並列配置される。
【００３０】
筐体３０は、底面板３１、側面板３２、３３、上面板３４、前面板３５及び背面板３６を備えて構成されている。各板３１〜３６は、高熱伝導率、高剛性、軽量という条件を満たすアルミ合金などの金属板を用いて形成され、各板３１〜３６同士は、例えばネジ固定などの固定手段によって、箱状に組み立てられる。
【００３１】
底面板３１は、上面板３４よりも平面寸法が大きく設定され、その外端部には、取り付けボルト５１を挿通するための取り付け孔３１ａが複数形成される。そして、底面板３１の底面を人工衛星本体５０の取り付け位置に密着させるとともに、取り付け孔３１ａに挿通した取り付けボルト５１を、人工衝星本体５０に形成されるボルト孔（図示せず）にねじ込むことにより、放熱型電気機器が人工衛星本体５０に一体的に取り付けられる。通常、人工衛星本体５０は、高い熱伝導率を有する金属材料で形成されており、放熱型電気機器から発せられる熱の多くは、底面板３１を介して、人工衛星本体５０へ伝導される。
【００３２】
次に、筐体３０に対するプリント基板２０の固定構造について説明する。プリント基板２０は、筐体３０の内部に縦向きで収容され、ネジ３７を用いて筐体３０に一体的に固定される。つまり、筐体３０の底面板３１及び上面板３４には、各プリント基板２０の固定位置と対応するように、ネジ３７を挿通するための固定孔３１ｂ、３４ａが形成されており、また、プリント基板２０が備える放熱層２２の下辺及び上辺にも、上記固定孔３１ｂ、３４ａの位置と対応するように、ネジ３７をねじ込むためのねじ込み孔２２ａが形成されている。
【００３３】
そして、上記ねじ込み孔２２ａと固定孔３１ｂ、３４ａを位置合せした後、固定孔３１ｂ、３４ａにネジ３７を挿通し、これをねじ込み孔２２ａにねじ込むと、プリント基板２０が備える放熱層２２の上辺及び下辺が、筐体３０に対して一体的に固定されることになる。
【００３４】
次に、第一実施形態における放熱型電気機器の放熱作用について説明する。図２に示すように、プリント基板２０に実装された電気部品１０から発生する熱の多くは、プリント基板２０に積層形成される放熱層２２に伝導される。放熱層２２に伝導された熱の大部分は、筐体３０の底面板３１を通り、人工衛星本体５０に熱伝導されるという形態で放熱される。また、放熱層２２に伝導された熱の一部は、筐体３０の上面板３４に伝導され、ここから人工衛星内部へ熱輻射の形態で放熱される。
【００３５】
次に、第一実施形態における放熱型電気機器の剛性について説明する。図３の（ａ）に示すように、仮に、プリント基板２０（放熱層２２）の下辺だけを底面板３１に一体的に固定した場合、プリント基板２０は片持ち状態で支持される。この状態では、プリント基板２０を構造部材として利用できないだけでなく、左右方向の荷重（衝撃、振動など）によってプリント基板２０の固定部に大きなモーメントが作用し、固定部の破壊をまねくことになる。
【００３６】
一方、図３の（ｂ）に示すように、複数並列するプリント基板２０（放熱層２２）の下辺及び上辺をそれぞれ底面板３１と上面板３４に一体的に固定した場合、複数のプリント基板２０は、それぞれ両持ち状態で支持されるだけでなく、筐体３０の各板３１〜３６と一緒に枠状の構造体を構成する。この状態では、プリント基板２０の放熱層２２が、筐体３０の剛性を補う構造部材として機能し、放熱型電気機器全体として剛性が増加することになる。
【００３７】
従って、放熱型電気機器に要求される剛性を、筐体３０を構成する各板３１〜３６と、複数のプリント基板２０が備える放熱層２２とにより分担し、その分担に応じて、各板３１〜３６及び放熱層２２の板厚を設定することにより、筐体３０を薄肉化して放熱型電気機器全体の軽量化及び小型化が可能になる。
【００３８】
上記のように構成された第一実施形態の放熱型電気機器によれば、電気部品１０が実装される複数のプリント基板２０と、これらのプリント基板２０が収容される筐体３０とを備えるとともに、上記プリント基板２０が、構造部材に兼用される放熱層２２を備え、この放熱層２２の複数辺が、筐体３０に対して一体的に固定されるため、電気部品１０の熱を、放熱層２２の複数辺を介して筐体３０に伝導し、きわめて効率よく放熱することが可能になる。
【００３９】
また、それと同時に、放熱層２２の複数辺を筐体３０に一体的に固定することで、複数のプリント基板２０が備える放熱層２２を構造部材に兼用し、放熱型電気機器の剛性を高めることが可能になる。その結果、筐体３０の肉厚だけで剛性を確保していた従来に比べ、筐体３０の薄肉化を可能にし、放熱型電気機器の大幅な軽量化を達成することができる。
【００４０】
また、プリント基板２０は、電気部品１０を表面実装する一対のプリント基板層２１と、この一対のプリント基板層２１に挟まれる放熱層２２とを一体的に備えるため、プリント基板層２１と放熱層２２との間に、絶縁層を介在させる場合に比べ、電気部品１０の熱を放熱層２２に効率良く伝導できるだけでなく、プリント基板２０の厚さを薄くし、放熱型電気機器の小型化及び軽量化が可能になる。
【００４１】
また、放熱層２２は、筐件３０に対してネジ３７で固定されるため、プリント基板２０と筐体３０の一体性を確保しつつ、プリント基板２０の固定構造を簡略化し、放熱型電気機器の小型化及び軽量化が図れ、しかも、必要に応じてプリント基板２０を取り外すことができるため、放熱型電気機器のメンテナンス性を損なうこともない。
【００４２】
また、筐体３０は、人工衛星本体５０に取り付けられる底面板３１を備えるとともに、この底面板３１に、放熱層２２の一辺が固定されるため、放熱層２２から人工衛星本体５０までの熱伝導経路を可及的に短くでき、その結果、高熱伝導材料で形成される人工衝星本体５０を最大限に利用し、きわめて効率の良い放熱を行うことができる。
【００４３】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の第二実施形態に係るプリント基板及び筐体の要部断面図である。
【００４４】
ここで、同図に示す本実施形態に係るプリント基板は、上述した第一実施形態の変更実施形態であり、プリント基板の放熱層が、その端部に金属ブロックを一体的に備え、この金属ブロックが、筐体に対してネジで固定される構成としたものである。従って、第一実施形態と同様の構成部分については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
すなわち、第二実施形態では、図４に示すように、プリント基板２０が備える放熱層２２の端部を、プリント基板層２１から延出させるとともに、ここに、例えば溶接、ネジ固定などの固定手段によって、金属ブロック２４を一体的に設けている。そして、プリント基板２０を筐体３０に固定する際には、金属ブロック２４が筐体３０に対してネジ３７で固定される。
【００４６】
上記のように構成された第二実施形態の放熱型電気機器によれば、放熱層２２が、その端部に金属ブロック２４を一体的に備え、この金属ブロック２４が、筐体３０に対してネジ３７で固定されるため、放熱層２２を薄肉化しても、筐体３０に対するネジ固定が可能になり、その結果、プリント基板２０全体としての薄型化及び軽量化を図ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の放熱型電気機器によれば、プリント基板が構造部材に兼用される放熱層を備え、この放熱層の複数辺が筐体に一体的に固定されることにより、電気部品の熱を筐体に伝導して効率よく放熱すると同時に、プリント基板全体又は放熱層を構造部材として利用し、放熱型電気機器全体の剛性を高めることができ、その結果、筐体の薄肉化を可能にし、放熱型電気機器の大幅な軽量化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る放熱型電気機器の分解斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る放熱型電気機器の内部正面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る放熱型電気機器の作用説明図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係るプリント基板及び筐体の要部断面図である。
【図５】従来のプリント基板を示す分解斜視図である。
【図６】従来の放熱型電気機器を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１０　電気部品
２０　プリント基板
２１　プリント基板層
２２　放熱層
２４　金属ブロック
３０　筐体
３１　底面板
３２　側面板
３３　側面板
３４　上面板
３５　前面板
３６　背面板
３７　ネジ
４０　マザーボード基板
５０　人工衛星本体

Claims

電気部品が実装される複数のプリント基板と、これらのプリント基板が収容される筐体とを備えた放熱型電気機器であって、
前記プリント基板が、構造部材に兼用される放熱層を備え、
この放熱層の複数辺が、前記筐体に対して一体的に固定される
ことを特徴とする放熱型電気機器。
前記プリント基板が、
前記電気部品を表面実装する一対のプリント基板層と、
この一対のプリント基板層に挟まれる前記放熱層とを一体的に備える
ことを特徴とする請求項１記載の放熱型電気機器。
前記放熱層が、前記筐体に対してネジで固定されることを特徴とする請求項１又は２記載の放熱型電気機器。
前記放熱層が、その端部に金属ブロックを一体的に備え、この金属ブロックが、前記筐体に対してネジで国定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放熱型電気機器。
前記筐体が、被取り付け部に取り付けられる底面板を備えるとともに、この底面板に、少なくとも前記放熱層の一辺が固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放熱型電気機器。
前記筐体の底面板が、人工衛星本体に取り付けられることを特徴とする請求項５記載の放熱型電気機器。