JP2005251916A

JP2005251916A - 電子機器筐体の冷却構造

Info

Publication number: JP2005251916A
Application number: JP2004059060A
Authority: JP
Inventors: Hisami Aoki; 久美青木; Takashi Kobayashi; 小林　　孝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】筐体サイズが規格値にて決められている状況下において、発熱部が筐体内部に集中している場合でも、安価な構成で防塵性を確保しつつ効果的に発熱部の冷却が行えるようにすること。
【解決手段】電子機器筐体１内に、発熱部品３を搭載する基板４を収納する密閉構造の内部筐体５と、前記内部筐体５の一側面に沿って一方向に空気を流すファン９が設けられる冷却用風路６とを設けた。また、発熱部品３の発熱を直接冷却用風路６に伝達する、または、発熱部品３の発熱によって加熱された内部筐体５の発熱を冷却用風路６に伝達する熱伝導部材１０を設けた。熱伝導部材１０は、可撓性を有し冷却用風路６内に広がるように折り曲げて配置し、放熱面積を広くするようにしている。
【選択図】図１

Description

この発明は、電子機器筐体の冷却構造に関し、特に筐体サイズが規格値にて決められている電子機器筐体を冷却するのに好適な冷却構造に関するものである。

従来から、発熱部品を搭載する電子機器筐体の冷却構造について各種の提案がなされている（例えば、特許文献１〜６等）。すなわち、特許文献１では、外箱内を基板ユニット収納部と放熱部とに仕切り、前記基板ユニット収納部を密閉構造とすると共に前記放熱部に外気を流通する様にし、前記基板ユニット収納部に基板ユニットを収納し、前記放熱部にヒートシンクを設け、前記基板ユニットと前記ヒートシンクとをヒートパイプで連結した電子機器放熱構造が開示されている。

また、特許文献２では、電子制御装置による制御機構を内蔵した医療機器であり、該電子制御装置の発熱を伴う素子が発する発生熱を外部に放出する蛇行細管ヒートパイプ放熱部を備える医療機器が開示されている。

また、特許文献３では、電子部品或いは電気機器を収納した密閉型筐体内にヒートパイプの受熱部が配され、前記ヒートパイプの受熱部が前記密閉型筐体外に配された密閉型冷却装置であって、前記ヒートパイプの受熱部は前記密閉型筐体側壁に沿って配され、放熱部側が受熱部側より上に位置するようにした密閉型冷却装置が開示されている。

また、特許文献４では、筐体の内部に配置された発熱部品が発生した熱を筐体の外部に放出するための電子機器の放熱構造において、前記筐体の内部に空気流路を区画する壁部材と、前記空気流路内に空気の流れを発生させるファンとを備え、前記発熱部品が発生した熱を、前記空気流路を流れる空気を媒体として前記筐体の外部に放出するようにした電子機器の放熱構造が開示されている。

また、特許文献５では、六面体に形成された放熱部を中心とし、受熱平板が二〜四面に接合された、三次元組み立ての容易な且つ小断面積風洞としての機能を併有する小型放熱モジュールが開示されている。

また、特許文献６では、容易に屈曲変形し、しかも変形態をそのまま保持する密閉管を有するヒートパイプを用いた放熱構造が開示されている。

特開２００２−５７４８１号公報特開２００２−２５７４８１号公報特開２００３−６９２６９号公報特開平１１−８７９６１号公報特開平１０−３０６９９０号公報特開平１１−２８７５７７号公報

ところで、電子機器のデジタル化に伴い、電子機器の発熱量は増加の傾向にあるが、特に車載用電子機器では、表示機能・制御機能の高精度化に伴う発熱量の増加が著しい。ところが、車載用電子機器は、高温の熱的環境下に規格サイズの筐体に収納される上に、その筐体は、防塵を必要とするので、筐体の中心付近では十分な外気が取り込めず、内部電子部品の冷却が困難となっている。

すなわち、車載用電子機器筐体の外側はほぼ断熱条件と等しい状況になっており、熱的に厳しい条件となっている。また、筐体内部には、ＤＶＤなどの電子回路モジュールや発熱部品を搭載した基板などが高密度に実装されている。車載用電子機器が発生した熱を外部に放熱するため冷却用ファンによって内部の空気を排気するようにている。このとき、塵芥の多い車内では、機器の信頼性を確保するために、車内の埃や塵が筐体内に侵入するのを最小限に抑える必要があり、十分な吸気口、吸気エリアを設けることは困難である。そのため、従来では、筐体に設ける吸気口の穴は小さくし、または、筐体に吸気口は設けずに筐体の隙間から冷却用空気を吸気するようにしている。その結果、内部に配置される発熱部品の冷却が困難となっている。

また、車載用電子機器筐体では、筐体内の発熱量の増加・高密度実装化にも関わらず、筐体サイズは規格値にて決められているので、放熱のためにヒートシンクによる冷却のためのスペースを確保することが困難である。

このように車載用電子機器筐体では、発熱部が筐体内部に集中している場合でも、冷却用モジュールの設置エリアの確保が困難であるので、筐体全体を冷却する構造を採らざるを得ず、冷却コストが過剰にかかっている。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、筐体サイズが規格値にて決められている状況下において、発熱部が筐体内部に集中している場合でも、安価な構成で防塵性を確保しつつ効果的に発熱部の冷却を行うことができる電子機器筐体の冷却構造を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明にかかる電子機器筐体の冷却構造は、電子機器筐体内に、発熱部品を搭載する基板を収納する密閉構造の内部筐体と、前記内部筐体の一側面に沿って一方向に空気を流すファンが設けられる冷却用風路とを設けたことを特徴とする。

この発明によれば、発熱部品を内部筐体によって密閉することで発熱部品と冷却用風路とを分離し、発熱部品の発熱を受熱する内部筐体の熱を冷却用風路内に設けたファンによって強制的に排熱する。冷却用風路は、筐体サイズが規格値にて決められている場合でも容易に確保することができ、冷却対象でない電子回路モジュールとも分離することができる。つまり、冷却用風路には、塵や埃が侵入するが、内部筐体内や他の電子回路モジュール内には入り込まない。したがって、筐体サイズが規格値にて決められている状況下において、発熱部が筐体内部に集中している場合でも、安価な構成で防塵性を確保しつつ効果的に発熱部の冷却を行うことができる。

この発明によれば、筐体サイズが規格値にて決められている電子機器筐体の内部で発生する熱を容易に外部に排出することができるという効果を奏する。

以下に、この発明にかかる電子機器筐体の冷却構造の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である電子機器筐体の冷却構造の全体構成を透視して示す斜視図である。図２は、図１に示す電子機器筐体の冷却構造を示す側面図である。図３は、図１に示す電子機器筐体の冷却構造を上面から透視して示す図である。

図１および図２において、筐体サイズが規格値にて決められている電子機器筐体（例えば車載用電子機器筐体）１には、ＤＶＤ等の電子回路モジュール２や制御や表示等を行う発熱部品３を搭載する基板４などが搭載されるが、この実施の形態１では、基板４は、密閉構造の内部筐体５に収納されている。このとき、発熱部品３と内部筐体５との間には、図４に示すように、放熱ラバーや熱伝導グリスなどの熱伝導性の良い部材１５ａが充填されている。

そして、この実施の形態１では、内部筐体５の一側壁面と電子機器筐体１の側壁との間に適宜広さの間隙空間が形成されるので、その隙間空間を冷却用風路６として利用する。そこで、冷却用風路６の両端となる電子機器筐体１の対向する側壁の一側部には、一方に外気を取り込む吸気口７が設けられ、他方に排気口８が設けられ、排気口８には冷却用風路６内の空気を外に排出する冷却用ファン９が配置されている。

また、図３に示すように、吸気口７と内部筐体５および電子回路モジュール２との間隙は、遮蔽板１１によって遮蔽されている。つまり、冷却用風路６は、密閉構造となっている。なお、図３では、吸気口７が設けられる電子機器筐体１の側壁側にも適宜広さの間隙空間が形成されるので、冷却用ファン９は、吸気口７に直接取り付けるのではなく、吸気口７が設けられる電子機器筐体１の側壁側でも空気を環流させ得るように斜めにして配置した場合が示されている。

このように、発熱部品３を内部筐体５によって密閉することで発熱部品３と塵芥が通る冷却用風路６とを分離し、発熱部品３の発熱を受熱する内部筐体５の熱を冷却用風路６内に設けた冷却ファン９によって強制的に排熱するように構成されている。このとき、吸気口７から入る冷却風は、密閉化されている冷却用風路６のみを通るので、電子回路モジュール２内や内部筐体５内に入り込むことがない。したがって、筐体サイズが規格値にて決められている状況下において、発熱部が筐体内部に集中している場合でも、安価な構成で防塵性を確保しつつ効果的に発熱部の冷却を行うことができる。

加えて、この実施の形態１では、ヒートパイプなどの非常に熱伝導性の高い熱伝導部材１０が設けられる。この熱伝導部材１０は、発熱部品３の発熱によって加熱された内部筐体５の熱を冷却用風路６に伝達する（図４参照）、または、発熱部品３の発熱を直接冷却用風路６に伝達する（図５参照）ように配置されている。このとき、熱伝導部材１０として可撓性を有する部材を使用し、図１に示すように、冷却用風路６内に広がるように折り曲げて展開し、つまりフィン部分（放熱面積）を広くして配置するようにしている。

これによれば、一層、発熱部品３の発熱を集中的に排熱することができる。次に、図４と図５を参照して、熱伝導部材１０の熱的な接続関係を説明する。なお、図４は、図１に示す発熱部品と内部筐体と熱伝導部材との熱的接続関係を説明する側面図、図５は、図１に示す発熱部品と熱伝導部材との熱的接続関係を説明する側面図である。

図４は、発熱部品３の発熱によって加熱された内部筐体５の熱を冷却用風路６に伝達する場合の構造例であるが、発熱部品３と内部筐体５との間には、放熱ラバーや熱伝導グリスなどの熱伝導性の良い部材１５ａが充填されている。また、内部筐体５と熱伝導部材１０との間には、同様に放熱ラバーや熱伝導グリスなどの熱伝導性の良い部材１５ｂが充填されている。これによって、発熱部品３と内部筐体５を介した熱伝導部材１０との熱的接続がなされる。

図５は、発熱部品３の発熱を直接冷却用風路６に伝達する場合の構造例であるが、発熱部品３と熱伝導部材９との間には、放熱ラバーや熱伝導グリスなどの熱伝導性の良い部材１５ｃが充填されている。図５に示す構成では、内部筐体５は、発熱部品３との間に熱伝導部材１０を挟み込んだ状態で密閉化されている。

次に、図６を参照して、冷却用風路６内に設ける熱伝導部材１０によるフィン部分（冷却用風路内放射面積）の求め方を説明する。なお、図６は、発熱量と冷却用風路内放射面積と温度上昇との関係を説明する図である。図６において、横軸は発熱量（Ｗ）であり、縦軸は温度（Ｋ）である。

フィン等での熱の伝達特性を示す熱伝達率は、一般的には、風速や冷却用風路６の形状を与えるパラメータによって求めるが、図６では、熱伝導部材１０の熱伝達率を２５Ｗ／（ｍ²・Ｋ）とした場合において、フィン部分の大きさΔＴが、ΔＴ＝３cm×１０cmある場合の発熱量と温度上昇との関係（１）と、ΔＴ＝３cm×２５cmである場合の発熱量と温度上昇との関係（２）と、ΔＴ＝５cm×２５cmである場合の発熱量と温度上昇との関係（３）とが示されている。熱伝導部材１０によるフィン部分の大きさは、冷却する目的部分の発熱量と温度上昇との関係から、図６を参照して決定することができる。

すなわち、熱伝導部材１０の熱伝達率を２５Ｗ／（ｍ²・Ｋ）とした場合、例えば、冷却する内部発熱量の合計が３Ｗであり、温度上昇を１０Ｋ以下にしたい場合には、フィン部分の大きさは、伝熱の理論からおおよそ１２５cm²以上とすればよいので、図６を参照して、関係（３）の特性から、フィン部分の大きさΔＴは、ΔＴ＝５cm×２５cmと一意に求まる。また、冷却する内部発熱量の合計が４Ｗであり、温度上昇を２０Ｋ以下にしたい場合には、フィン部分の大きさは、伝熱の理論からおおよそ７５cm²以上とすればよいので、図５を参照して、関係（２）の特性から、フィン部分の大きさΔＴは、ΔＴ＝３cm×２５cmと一意に求まる。

このように、図１に示す冷却構造では、可撓性を有する熱伝導部材１０を冷却用風路６の全体に広がるように折り曲げて展開形成するフィン部分の大きさを冷却に必要な最低限の面積として設定することができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２である電子機器筐体の冷却構造の全体構成を透視して示す斜視図である。図８は、図７に示す電子機器筐体の冷却構造を示す側面図である。なお、なお、図７と図８では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、冷却用風路６を電子機器筐体１の側壁に沿って確保できる場合を示したが、この実施の形態２では、冷却用風路６を電子機器筐体１の側壁に沿って確保することが困難な場合の構造例が示されている。

すなわち、図７と図８に示すように、冷却用風路２１を内部筐体５の一側壁面と隣接する電子回路モジュール２の側壁面との間に形成される間隙空間に設定する。また、吸気口２２は、縦方向の開口が小さくなるので、その分、横方向に開口を広げた構造となっている。なお、排気口８は、実施の形態１と同様の構造となっているが、冷却用ファン９は、排気口８に直接取り付けられている。

また、図８に示すように、吸気口２２の縦方向開口の上下端と内部筐体５の一側壁面および隣接する電子回路モジュール２の側壁面との間は、遮蔽板２３によって遮蔽されている。同様に、排気口８に取り付けた冷却用ファン９の縦方向の上下端と内部筐体５の一側壁面および隣接する電子回路モジュール２の側壁面との間は、遮蔽板２４によって遮蔽されている。つまり、冷却用風路２１は、実施の形態１での冷却用風路６と同様に、密閉された構造になっている。

この実施の形態２においても、発熱部材３と内部筐体５と熱伝導部材１０との熱的接続関係は、図４と図５に示した関係を採ることができる。また、図６にて説明した方法で、可撓性を有する熱伝導部材１０を冷却用風路２１の全体に広がるように折り曲げて展開形成するフィン部分の大きさを冷却に必要な最低限の面積として設定することができる。

したがって、この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、筐体サイズが規格値にて決められている状況下において、発熱部が筐体内部に集中している場合でも、防塵性を確保しつつ効果的に発熱部の冷却を行うことができる。また、実施の形態１、２の構成から理解できるように、熱を冷却用風路まで熱伝達する部材と、冷却用風路における熱を熱伝達によって排熱する部材とを分離せず一体化した構造であるので、低コスト化が可能となる。

以上のように、この発明にかかる電子機器筐体の冷却構造は、筐体サイズが規格値にて決められている電子機器筐体の内部で発生する熱による温度上昇を抑制するのに有用であり、特に、車載用電子機器筐体の冷却に適している。

この発明の実施の形態１である電子機器筐体の冷却構造の全体構成を透視して示す斜視図である。図１に示す電子機器筐体の冷却構造を示す側面図である。図１に示す電子機器筐体の冷却構造を上面から透視して示す図である。図１に示す発熱部品と内部筐体と熱伝導部材との熱的接続関係を説明する側面図である。図１に示す発熱部品と熱伝導部材との熱的接続関係を説明する側面図である。発熱量と冷却用風路内放射面積と温度上昇との関係を説明する図である。この発明の実施の形態２である電子機器筐体の冷却構造の全体構成を透視して示す斜視図である。図７に示す電子機器筐体の冷却構造を示す側面図である。

符号の説明

１電子機器筐体、
２電子回路モジュール、
３発熱部品、
４基板、
５内部筐体、
６、２１冷却用風路、
７、２２吸気口、
８排気口、
９冷却用ファン、
１０熱伝導部材、
１１、２３、２４遮蔽版、
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ熱伝導性の良い部材。

Claims

電子機器筐体内に、
発熱部品を搭載する基板を収納する密閉構造の内部筐体と、
前記内部筐体の側壁面に沿って一方向に空気を流すファンが設けられる冷却用風路と、
を設けたことを特徴とする電子機器筐体の冷却構造。
前記発熱部品の発熱によって加熱された前記内部筐体の熱を前記冷却用風路に伝達する熱伝導部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器筐体の冷却構造。
前記発熱部品の発熱を直接前記冷却用風路に伝達する熱伝導部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器筐体の冷却構造。
前記熱伝導部材は、可撓性を有し前記冷却用風路内に広がるように折り曲げて配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電子機器筐体の冷却構造。
前記熱伝導部材は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項２または３に記載の電子機器筐体の冷却構造。
前記冷却用風路は、前記内部筐体の一側壁面と前記電子機器筐体の壁面との間に形成される間隙空間であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器筐体の冷却構造。
前記冷却用風路は、前記内部筐体の一側壁面と隣接する電子回路モジュールの側壁面との間に形成される間隙空間であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器筐体の冷却構造。
前記発熱部品と前記内部筐体との間には、放熱ラバーや熱伝導グリスなどの熱伝導性の良い部材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器筐体の冷却構造。
前記発熱部品と前記内部筐体と前記熱伝導部材との間には、放熱ラバーや熱伝導グリスなどの熱伝導性の良い部材が充填されていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器筐体の冷却構造。
前記発熱部品と前記熱伝導部材との間には、放熱ラバーや熱伝導グリスなどの熱伝導性の良い部材が充填されていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器筐体の冷却構造。