JP2006519484A - 確実な放熱手段を備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

ハウジングシェル（３）及びハウジング蓋（４）を含む複数分割型ハウジング（２）を備え、ハウジングシェル（３）の基底板（１９）に少なくとも１つの電力用電子部品（７）を装着した支持板（２６）が配置され、ハウジング蓋（４）はハウジング（２）を支持板（２６）を冷却体（１３）の載置面（２７）に押圧しつつ冷却体（１３）に取り付けるための装着装置（１１，１２）を備え、さらにハウジング蓋（４）からハウジングシェル（３）へと基底板（１９）の方向に向けられた押圧力（Ｆ）の伝達のために少なくとも１つの支持部材（２４，２５，３１，３２）がハウジングシェル（３）に設けられている電子機器（１）。

Description

本発明は、電子機器、例えば電子開閉装置に関する。

この種の電子機器は通常、１つ又は複数の電力用電子部品、例えばＭＯＳＦＥＴや電力用ダイオード等を備えた電子開閉回路を含んでいる。そのような電力用電子部品は規定通りの使用状態においてもかなりの損失熱を発生する。この損失熱は、開閉回路の過熱を防止するために機器のハウジングから放出されなければならない。損失熱の良好な放出を確実なものとするために、電子機器は特別な金属製冷却体上にマウントするのが普通である。電子機器から冷却体への良好な熱伝達は、電力用電子部品を取り付けた支持板を電子機器のハウジング内に直接的に集約することによって達成される。その場合、好ましくは支持板はハウジングの基底板内に備えられる。組立状態で基底板は冷却体の載置面上に直接接している。支持板と冷却体との間の熱的結合は、支持板が冷却体に均等かつ大面積で接すればするほど良好になるので、電子機器は通常冷却体にきつく締め付けられる。それによって支持板は冷却体の載置面に対して押圧される。

このねじ締め付けを行うために、しばしば機器のハウジングに接合板が設けられる。これは特にハウジング長手方向にハウジングから突出する。この接合板は構造的に制約を受けて支持板の重心から相対的に遠く離れている。このことは、機器を冷却体にねじ止めする取付点も支持板から相対的に遠く離れることを意味し、それによりねじ締め付けによって発生される応力は支持板に好ましくない、損失の多い形で伝達されるだけである。この好ましくない力伝達経路はハウジングのねじり荷重を増大させ、それは特に接合板からハウジング内への移行部及び支持板の稜角部周辺に顕著に表れる。この材料応力に基づいてハウジングや支持板が損傷したり、極端な場合には破断さえも起こしたりする、という事態を生ずることがある。

上述の材料応力の問題を克服するために、支持板が金属製組立板に平面的に溶接され、さらにそれが冷却体上にねじ止めされることがしばしばある。しかしながら、組立板上への支持板の溶接は、好ましくないことに作業時間を要する付加的な製造工程を必要とする。特に組立板は機器の付加部分となり、それは一方では機器の製造コストを高め、他方ではその占有空間を増大させる。

本発明の課題は、上述の欠点を回避しつつ確実な放熱を可能とする電子機器を提供することである。

この課題は本発明により請求項１に記載の構成によって解決される。それによれば、電子機器のハウジングが複数分割型に構成され、ハウジングはハウジングシェル及びハウジング蓋を含む。ハウジング蓋はハウジングシェルに靴箱式に被せられる。その場合、ハウジングシェルには、冷却体に当接するために設けられた基底板を備え、その基底板に少なくとも１つの電力用電子部品を取り付けた支持板が装着される。ハウジング蓋はさらに、ハウジングを冷却体に取り付け、それにより支持板を冷却体の載置面に押圧するための装着装置を備える。装着装置によって発生された押圧力は少なくとも１つの支持部材を介してハウジング蓋からハウジングシェルに伝達される。

複数分割型、特に２分割型に構成されたハウジング構造によって、ハウジングは適応性が向上し、それによって材料の非対称応力がハウジングを介して材料内部にほぼ均等に分散される。言い換えれば、材料応力が局部的に発生する場合、特に２つのハウジング部分が互いに協働することにより、ハウジングの局部領域の過大荷重を回避することができる。これは、特に電子機器に加えられた押圧力が基底板に特に均等に伝達されることを意味し、それにより平坦な基面内に集約された支持板を冷却体の載置面に平面接触状態で載置することが保障される。

少なくとも１つの支持部材を介して、ハウジングシェルへの押圧力の特に適切な伝達が可能になる。後で詳述するように、好ましくは複数の支持部材が支持板の周りに対称に、できるだけ支持板の近くに位置するように設けられる。こうすることによって特に良好で均等な、つまり支持板の材料に優しい冷却体への押圧が達成される。

ハウジング蓋及びハウジングシェルは、好ましくは互いに係止される。それによって両ハウジング部分は組立状態でも非組立状態でも紛失したりすることなく互いに保持される。他方、この係止結合によってハウジング構造の好ましい適応性が制約されることはない。

好ましい実施態様においては、装着装置は少なくとも２つの取付ねじを含み、各取付ねじはハウジング蓋の対応する各ねじガイドに挿入されて支持される。力伝達経路の改善を図って電子機器が冷却体に取付けられる取付点をできるだけ支持板に近づけるために、各ねじガイドはハウジング内室を貫挿させる。この構造は特に組立状態においてハウジングに作用するねじり荷重に関して特に好ましいものである。ねじガイドは付加的にハウジング内室に対する取付ねじの電気絶縁のためにも役立つ。

好ましくは、ハウジングの側壁領域に１つ又は複数の支持部材が配置される。その場合ハウジングの側壁というのは、ハウジングの長手方向に配列された両ハウジング壁のことであり、それらは基底板から直立している。これら両側壁は支持板の横断側面に並び、従って支持板の長手方向に整列される。そのため両側壁は支持板の重心の比較的近くに位置し、それにより支持板の比較的中心部への力伝達が可能になる。

ハウジングの２分割構造のために両ハウジング部分は一部重なり合う。すなわちハウジング蓋及びハウジングシェルが側壁領域で重なり合う。従ってハウジングの各側壁はハウジング蓋の側壁及び対応するハウジングシェルの側壁を互いに層状に位置して取り囲む。好ましくは、ハウジングの側壁ないし各側壁に対応する支持部材は第１ハウジング部に形成された支持突起を含み、この支持突起が第２ハウジング部の側壁内の対応する支持輪郭部に係止される。支持突起を支持する第１ハウジング部として好ましくはハウジングシェルが選択され、他方、ハウジング蓋が第２ハウジングとして支持輪郭部を支持する。しかしながら、等価な方式として、支持突起をハウジング蓋に設け、支持輪郭部をハウジングシェルに設けることも可能である。好ましくは、支持部材はそれぞれ各側壁に関して長手方向のほぼ中心部に設けられる。しかしさらに側壁ごとに複数の支持部材を配置することもできる。

側壁はハウジング構造部の最大限に平坦な表面を形成する。そのため側壁は必然的にハウジングの内部に作用する押圧力に関して比較的不安定である。側壁が押圧力の作用によって曲がり、それにより、側壁に配置された支持部材がその支持位置から滑り得るという事態を排除するために、支持突起はバックテーパ式に構成される。それは、各支持突起の支持輪郭部が鋭角をなして対応する側壁から突出し、支持位置において第２ハウジング部の当接支持輪郭部を背後から掴むものと理解される。このようにして、互いに当接する側壁どうしが、押圧力が強ければ強いほど強く接して押圧される。両ハウジング部の互いに当接する側壁は押圧力の作用のもとに、相互に安定化する。ハウジングのさらなる強化のために、ハウジングシェル及びハウジング蓋の少なくとも一方が特に側壁領域内に補強リブを備えることができる。

支持板の端面領域内でも良好な力伝達を達成するために好ましい実施態様においては、ねじガイド領域又は各ねじガイド領域内にも支持部材が配置される。この支持部材は、ねじガイドから突出する放射方向突起、特にねじガイドの階段状の拡幅部を取り囲む。この突起はハウジングシェルの対応するストッパ、特に中空シリンダ状の突起の形状をしたストッパと協働する。

支持板を冷却体に載置するさらなる改善策として、支持板が基底板の上方にのハウジング外室内にわずかに突出するようにするのがよい。押圧力を支持板に特に良好かつ均等に伝達するために、ねじガイド又は各ねじガイドがハウジング長手方向に見て、支持板に対し直接又はわずかな間隔をもって配置される。さらに支持板は、押圧力をハウジングシェルから支持板に均等に伝達するために、好ましくは基底板によって完全に取り囲まれる。

次に図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。

全ての図において互いに対応する部分には同一符号が付されている。

図１に分解斜視図として示されている電子機器１は例えば開閉装置であり得る。電子機器１は絶縁ハウジング２を備えている。このハウジング２は２分割型に構成され、浴槽状のハウジングシェル３と同様に浴槽状のハウジング蓋４とを備えている。ハウジング蓋４はハウジングシェル３上に靴箱式に被せることができる。電子機器１は、ハウジング２内に装着しうる平型回路部品５すなわち板状の回路支持板を備え、その回路支持板に電子回路部品が取付けられている。

図２及び図３に示されている電子機器１の組立完了状態では、平型回路部品５は、ハウジングシェル３内に配置された２つの接続端子６と、同様にハウジングシェル３内に配置された電力用電子部品７に電気的に接続される。これら平型回路部品５から外部に出された回路部品間、すなわち接続端子６及び電力用電子部品７と、平型回路部品５との間の接触は、接触ピン８を介して行われる。接触ピン８はハウジングシェル３からハウジング内室９内に突出し、平型回路部品５にその下面側１０で接触する。

ハウジング蓋４は、それぞれ取付ねじ１２が挿入される２つのねじガイド１１を備えている。ねじガイド１１は、簡略表現されているが、それぞれほぼ中空シリンダ状の突出部の形状を持っており、ハウジング蓋４からハウジング内室９内に、ハウジングシェル３の方向に突出し、ハウジング内室９の全体を貫通している。取付ねじ１２は、ねじガイド１１に沿ってハウジング２を貫通して差し込まれ、電子機器１の台座のねじ部、特に冷却体１３にねじ込まれる（図３）。そのため取付ねじ１２及び対応するねじガイド１１は、まとめて装着装置とも呼ばれる。

ハウジング蓋４はほぼ四角形の中央蓋面１４を持っており、その角から２つの側壁１５及び２つの端面壁１６がほぼ直角に折り曲げられて垂下している。側壁１５はハウジング長手方向１７に向いており、他方、端面壁１６はそれに対して直角に向いている。側壁１５及び端面壁１６はさらにその稜角部が互いに接合され、それによりハウジング蓋４は下方に開放するほぼ中空直方体の形状を持っている。ハウジング蓋４はこの形状構造により圧力荷重又はねじり荷重に対して特に安定化している。ハウジング蓋４のさらなる補強のために、側壁１５は補強リブ１８を備えている。補強リブ１８は側壁１５の、ハウジング内室９に対向する側に形成されている。そのため補強リブ１８は図１の分解斜視図においては隠されており、そのため単に破線で示されている。

ハウジングシェル３はハウジング蓋４の蓋面１４とは反対側に中央基底板１９を備えている。中央基底板１９から、ハウジング蓋４と同様に、側壁２０がほぼ直角に立ち上げられると共に、接続端子６用の貫通開口として大きな切り込みを入れた端面壁２１がほぼ直角に立ち上げられている。

電子機器１の組立完了状態では、平型回路部品５がハウジング２内に収納され（図３）、ハウジングシェル３がそれに被されたハウジング蓋４と係合する。そのため、ハウジングシェル３に備えられた係止突起２２が用いられる。係止突起２２はハウジング蓋４に形成された対応する係止開口２３に係止する。さらに組立状態では、各側壁２０から外方へと突出する支持突起２４が各側壁１５内に切り込まれた支持輪郭部２５に形状係合的に装着される。その場合、支持突起２４はバックテーパ式に構成され、側壁１５が支持輪郭部２５の範囲内に係止される。

電子機器１は特に、電力用電子部品７から電子機器１の運転中に発生された損失熱を電子機器１から確実に放出できるように構成される。そのため電力用電子部品７は特殊なセラミック支持板２６上に取り付けられ、支持板２６はハウジングシェル３の基底板１９内に取外し不能に集約されている。そのため支持板２６は、外部から基底板１９の窓状開口内に挿入され、ハウジングシェル３に好ましくは接合される。ハウジングシェル３は、支持板２６がハウジングシェル３によって完全に取り囲まれるように、全端縁領域で支持板２６と重なり合う。図３に示されているように、電子機器１の基底板１９が冷却体１３上に載置されると、支持板２６が冷却体１３の載置面２７上に載置され、それによって電力用電子部品７内に発生された損失熱は、薄い支持板２６を介して冷却体１３に直接放出することができる。支持板２６及び冷却体１３には、熱伝導の改善のために、詳細には図示していない伝熱フォイル又は伝熱ペーストを従来技術に従って任意に中間コーティングとして施すことができる。

支持板２６と冷却体１３との間に良好な熱接触を作るために、支持板２６が、圧力を加えた状態で載置面２７に対してできるだけ均等に接触することが重要である。その場合、支持板２６は、損傷を与えかねない材料応力の発生を回避するために、載置面２７に対してできるだけ均等に押圧されなければならない。必要な押圧力Ｆは、取付ねじ１２が冷却体１３に形成された対応するねじ穴２８にねじ込まれることによって発生される。その場合、押圧力Ｆは、各取付ねじ１２のねじ頭２９に対応する、ねじガイド１１の当接面３０を介してハウジング蓋４に伝達される。押圧力Ｆはハウジング蓋４から、後で詳述する支持部材を介してハウジングシェル３に伝達される。ハウジングシェル３はさらに押圧力Ｆを支持板２６に少なくとも部分的に伝達し、それによって支持板２６は載置面２７に対して圧力を加える。押圧力Ｆの一部はさらにハウジングシェル３の基底板１９を介して冷却体１３に伝達される。

上述の支持部材の一つは支持突起２４及び対応する支持輪郭部２５によって形成される（図２）。支持突起２４及び対応する支持輪郭部２５によって押圧力Ｆは好ましくも対をなす各側壁１５及び２０を介して伝達される。こうすることによってこの力伝達は支持板２６の端縁近くで、その限りでは支持板２６の比較的に重心の近くで行われる。それは力の伝達経路に関しては特に好ましいことである。付加的な支持部材がそれぞれ各ねじガイド１１の領域内に配置され、階段状の拡張部として形成される放射方向突出部３１及び対応するストッパ３２を備える。ストッパ３２は、ハウジング内室９内に突出するほぼ中空シリンダ状の突起として構成され、対応するねじガイド１１を同心的に取り囲む。それぞれ放射方向突出部３１及び対応するストッパ３２によって形成される支持部材は、支持板２６に密接させてハウジング長手方向１７に配置される。押圧力Ｆは支持板２６に関しても全面的に対称的に、従って特にハウジング蓋４からハウジングシェル３に均等に、そこから支持板２６に伝達される。こうすることによって、特に個々の点の過大材料応力を回避することができる。押圧力Ｆのできる限りの大部分を支持板２６に伝達することができるように、支持板２６は基底板１９上にわずかに突出する。それによって支持板２６は基底板１９と載置面２７との間にほとんど挟み込まれる。

２分割型ハウジング２の利点は、特に取付ねじ１２が冷却体１３に非対称に、すなわち異なる強度の押圧力をもってねじ込まれる場合に顕著に現れる。特に両ハウジング半部が同じように可撓性の係止接合に基づいて互いに動作し得るようにすれば、ハウジング材料内の局部的なピーク応力を回避することができる。

ハウジングシェル及びハウジングカバーを含むハウジング、並びにハウジングシェル内に集約された電力用電子部品用支持板を有する電子装置の分解斜視図である。 図１の電子機器の組立状態を示す斜視図である。 図２の電子機器の縦断面図である。

符号の説明

１ 電子機器
２ ハウジング
３ ハウジングシェル
４ ハウジング蓋
５ 平型回路部品
６ 接続端子
７ 電力用電子部品
８ 接触ピン
９ ハウジング内室
１１ ねじガイド
１２ 取付ねじ
１３ 冷却体
１４ 蓋面
１５ 側壁
１６ 端面壁
１８ 補強リブ
１９ 基底板
２０ 側壁
２１ 端面壁
２２ 係止突起
２３ 係止開口
２４ 支持突起
２５ 支持輪郭部
２６ 支持板
２７ 載置面
２８ ねじ穴
２９ ねじ頭
３０ 側壁
３１ 放射方向突出部
３２ ストッパ

Claims (11)

1. ハウジングシェル（３）及びハウジング蓋（４）を含む複数分割型ハウジング（２）を備え、少なくとも１つの電力用電子部品（７）を装着した支持板（２６）が前記ハウジングシェル（３）の基底板（１９）に配置され、前記ハウジング蓋（４）は前記支持板（２６）を冷却体（１３）の載置面（２７）に押圧しつつ前記ハウジング（２）を前記冷却体（１３）に取り付けるための装着装置（１１，１２）を備え、さらに前記ハウジング蓋（４）から前記ハウジングシェル（３）へと前記基底板（１９）の方向に向けられた押圧力（Ｆ）の伝達のために少なくとも１つの支持部材（２４，２５，３１，３２）が設けられている電子機器（１）。
2. 前記ハウジングシェル（３）及び前記ハウジング蓋（４）が互いに係止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（１）。
3. 前記装着装置（１１，１２）は少なくとも２つの取付ねじ（１２）、及び前記ハウジング蓋（４）の対応する各ねじガイド（１１）を含み、各ねじガイド（１１）はハウジング内室（９）を貫通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器（１）。
4. 前記ハウジング（２）の側壁（１５，２０）に支持部材（２４，２５）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子機器（１）。
5. 前記支持部材（２４，２５）は第１ハウジング部（３）の側壁（２０）に形成された支持突起（２４）を含み、この支持突起（２４）は第２ハウジング部（４）の側壁（１５）内の対応する支持輪郭部（２５）に係止されていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器（１）。
6. 前記支持突起（２４）がバックテーパ式に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電子機器（１）。
7. 前記ハウジングシェル（３）及び前記ハウジング蓋（４）の少なくとも一方が補強リブ（１８）を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電子機器（１）。
8. 前記支持部材（３１，３２）が前記ハウジング蓋（４）のねじガイド（１１）の放射方向突出部（３１）を含み、この放射方向突出部（３１）は前記ハウジングシェル（３）の対応するストッパ（３２）と協働することを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１項に記載の電子機器（１）。
9. 前記支持板（２６）が前記基底板（１９）の上方のハウジング外室内に突出していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子機器（１）。
10. 前記ねじガイド（１１）は、ハウジング長手方向（１７）に見て、前記支持板（２６）の各長手方向端部に対し直接又はわずかな間隔をもって配置されていることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１項に記載の電子機器（１）。
11. 前記ハウジングシェル（３）の基底板（１９）が前記支持板（２６）に対する閉じたフレームを形成していることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の電子機器（１）。

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