JP2007305932A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子装置の増設工事に伴う作業において、作業を簡易なものとし、作業者の熟練度の違いや人為的ミスによる冷却不良を防止すること。
【解決手段】吸気口２ｃ及び排気口２ｄを有するケース２内に複数の電子回路ユニット３が着脱可能に実装された電子装置１であって、自然空冷用ヒートシンク４及び強制空冷用ヒートシンク５は、電子回路ユニット３に着脱可能に取り付けられる構成となっている。強制空冷用ヒートシンク５は、自然空冷用ヒートシンク４より小型である。自然空冷用ヒートシンク４が取り付けられた状態の電子回路ユニット３が常設スペース１０に配設されたときに、自然空冷用ヒートシンク４が増設スペース１１にも配置される。強制空冷用ヒートシンク５が取り付けられた状態の電子回路ユニット３が常設スペース１０及び増設スペース１１にも配置されたときに、ケース２に強制空冷用ファン６が取り付けられる。
【選択図】図７

Description

本発明は、通風口を有するケース内に複数の電子回路ユニットが実装された電子装置に関し、特に、電子回路ユニットの増設を可能とする電子装置に関する。

電子装置、例えば、通信装置においては、内蔵された電子部品等の発熱により装置内の温度が上昇するため、冷却装置が実装されている。従来の電子装置における冷却装置として、ヒートシンクを用いた自然空冷方式や、ファン、液体冷媒等を用いた強制冷却方式が知られている（特許文献１、２参照）。

特開昭５９−１８４５９６号公報 特開平６−１３７７７号公報

ところで、通信装置、例えば、無線通信装置の総伝送容量は、装置に搭載される送受信機ユニット１個当たりの伝送容量と、無線通信装置に搭載される送受信機ユニットの数により決まる。無線通信装置では、初期の設定時は必要最小限の伝送容量を提供するため少ない送受信機ユニット数で運用し、後に伝送容量増が必要となり送受信機ユニットを追加することがよくある。また、無線通信装置において、機能増設に必要となる増設送受信機ユニットの設置スペースをいかに確保するか、さらに増設送受信機ユニットの追加による発熱量の増加への対策が必要とされる。

これまでは、無線通信装置の伝送容量増設工事に伴う作業は、必ずしも経験のある作業者によって行われるわけではなく、ユーザ自身によって工事が行われることもあった。そのため、まれに作業者の熟練度が作業後の装置の性能に影響を与えることがあった。特に、冷却装置の冷却性能への問題は、高温環境下でしか顕在化せず、あるいは顕在化することもなく無線通信装置寿命に影響を与えることがある厄介な問題である。このような従来の無線通信装置の具体的問題点を以下に示す。

第一の問題としては、増設工事に必要な作業の１つであるヒートシンクの取り付け作業は、一般的に伝熱性シートの挟み込みや伝熱性グリースの塗布などの工程を伴い、作業に手間と時間がかかることである。例えば、伝熱シートを使用する場合は、発熱部とヒートシンクとの正確な位置あわせが要求され、さらに接触面に空気の気泡などが混入しないように注意を払う必要がある。また、伝熱性グリースを使用する場合には、塗布する厚さをもっとも放熱効果の期待できる厚さとする必要があり、また接触面に均一な厚さで塗布する必要がある。さらに、作業中に周囲に伝熱性グリースを付着させ汚染するおそれもあり、また作業中の換気にも注意を払う必要がある。

第二の問題としては、ヒートシンクの取り付け作業の良否は、作業者の熟練度によるところが大きいため、熟練度が低い場合には無線通信装置の冷却性能を低下させてしまうことが懸念されることである。

第三の問題としては、増設工事で設置する増設送受信機ユニットの設置スペースについて、これを無線通信装置の筐体内に予め設けておくことは、装置外形を大きくする要因となり、無線通信装置自体の設置に制限を与えることである。この点、特許文献２では、電子装置内に予め増設用として割り当てられたサブラックが設けられているため、装置が大型化してしまうおそれがある。

本発明の第１の課題は、電子装置の増設工事に伴う作業において、作業を簡易なものとし、作業者の熟練度の違いや人為的ミスによる冷却不良を防止することである。

本発明の第２の課題は、電子装置の筐体内の限られたスペースを有効利用することである。

本発明の第１の視点においては、通風口を有するケース内に複数の電子回路ユニットが着脱可能に実装された電子装置であって、前記ケース内であって前記電子回路ユニットが常時配設される常設スペースと、２つの前記常設スペースの間であって前記電子回路ユニットが増設時に配設される１又は複数の増設スペースと、前記電子回路ユニットに着脱可能に取り付けられる第１のヒートシンクと、を備え、前記第１のヒートシンクは、当該第１のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットが前記常設スペースに配設されたときに隣接する片側の前記増設スペースにも配置されることを特徴とする。

本発明の前記電子装置において、前記電子回路ユニットに着脱可能に取り付けられるとともに、前記電子回路ユニットに取り付けられた状態で前記常設スペース又は前記増設スペースの範囲内にて収容されるように構成された第２のヒートシンクと、前記ケース内に着脱可能に取り付けられるとともに、前記常設スペース及び前記増設スペースに強制的に内気を送り込む１又は複数のファンと、を備えることが好ましい。

本発明の前記電子装置において、前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクは、ネジ留め又は嵌合により前記電子回路ユニットに着脱可能に取り付けられることが好ましい。

本発明の前記電子装置において、前記第２のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットは、前記常設スペースのうち前記第１のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットが配設されていない常設スペースと、当該常設スペースの片側に隣接する１又は複数の前記増設スペースとのそれぞれに配設されることが好ましい。

本発明の前記電子装置において、前記ファンは、少なくとも前記第２のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットが配設された前記常設スペース及び前記増設スペースに向けて強制的に内気を送り込むように前記ケースに取り付けられていることが好ましい。

本発明の前記電子装置において、前記ファンは、前記ケースに前記第１のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットと、前記第２のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットとが実装されているときに、前記第１のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットが配設された前記常設スペース及び前記増設スペースにも強制的に内気を送り込むように前記ケースに取り付けられていることが好ましい。

本発明（請求項１−６）によれば、以下のような効果を奏する。

第１の効果は、経験の浅い作業者にとって、増設工事が容易となることである。その理由は、強制空冷用小型ヒートシンクの取り付けがネジ留め等の簡易な方法によるためである。

第２の効果は、作業者の熟練度の違いによって生じやすい、増設工事後の冷却性能のばらつきを抑えられることである。その理由は、強制空冷用小型ヒートシンクの取り付けがネジ留め等の簡易な方法によるため、強制空冷用小型ヒートシンクの取り付け状態の良否の差が生じにくく、よって伝熱効率のばらつきが小さく抑えられるためである。

第３の効果は、電子装置の外形を拡大することなく、増設送受信機ユニットの設置スペースを確保できることである。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る電子装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る電子装置の非増設時の構成を模式的に示した正面図である。図２は、本発明の実施形態１に係る電子装置の非増設時の構成を模式的に示した図１のＸ−Ｘ´間の断面図である。図３は、本発明の実施形態１に係る電子装置の増設時の構成を模式的に示した正面図である。図４は、本発明の実施形態１に係る電子装置の増設時の構成を模式的に示した図３のＹ−Ｙ´間の断面図である。図５は、本発明の実施形態１に係る電子装置における電子回路ユニット及び強制空冷用ヒートシンクの組立体の構成を模式的に示した斜視図である。

電子装置１は、ケース２内に複数の電子回路ユニット３が実装された装置であり、電子回路ユニット３の増設が可能なものである。電子装置１として、例えば、ケース２内に複数の送受信機ユニットが実装された通信装置等に用いることができる。電子装置１は、非増設時の構成（図１、２参照）では、ケース２と、電子回路ユニット３と、自然空冷用ヒートシンク４と、ネジ７と、を有し、増設時の構成（図３、４参照）では、ケース２と、電子回路ユニット３と、強制空冷用ヒートシンク５と、強制空冷用ファン６と、ネジ７と、を有する。

ケース２は、電子回路ユニット３を着脱可能に収納するための箱状のケースである。ケース２内には、電子回路ユニット３のコネクタ３ａと対応する位置にコネクタ３ａと電気的かつ機械的に接続されるコネクタ２ａが配設されている。コネクタ２ａは、非増設時には常時設置される電子回路ユニット３のコネクタ３ａのみと接続されており（図２参照）、増設時には常時および増設時に設置される電子回路ユニット３のコネクタ３ａのみと接続されている（図４参照）。また、ケース２内には、電子回路ユニット３の着脱をガイドするガイド部材２ｂが配設されている。ガイド部材２ｂは、空気の流れを妨げないように貫通口（図示せず）を有する。ガイド部材２ｂは、常時および増設時に設置される電子回路ユニット３をネジなどの金具（図示せず）によって留められる構成となっている。電子回路ユニット３の下側のガイド部材２ｂは、増設時に設置される強制空冷用ファン６をネジなどの金具（図示せず）によって留められる構成となっている。ケース２は、通風口として、側面板において増設時に取り付けられる強制空冷用ファン６よりも低い位置に、空気を吸気するための吸気口２ｃを有する。ケース２は、通風口として、天板の所定の位置に、空気を排気するための排気口２ｄを有する。ケース２内の空気の流れは、非増設時には、吸気口２ｃからケース２外部の空気が流入し、自然対流によりガイド部材２ｂ、自然空冷用ヒートシンク４、ガイド部材２ｂを空気が通過して、排気口２ｄから空気が流出する（図１参照）。増設時には、吸気口２ｃからケース２外部の空気が流入し、強制空冷用ファン６によって強制空冷用ヒートシンク５側に空気を強制的に流し、ガイド部材２ｂ、強制空冷用ヒートシンク５、ガイド部材２ｂを空気が通過して、排気口２ｄから空気が流出する（図３参照）。

電子回路ユニット３は、内部に発熱する電子回路を有するユニットである。電子回路ユニット３として、例えば、送受信機ユニットを用いることができる。電子回路ユニット３には、ネジ７によって自然空冷用ヒートシンク４又は強制空冷用ヒートシンク５が着脱可能に取り付けられる構成となっている。電子回路ユニット３は、ネジなどの金具（図示せず）によってケース２のガイド部材２ｂに留められる構成となっている。

自然空冷用ヒートシンク４は、非増設時の電子回路ユニット３に取り付けられる自然空冷用のヒートシンクである（図１、２参照）。自然空冷用ヒートシンク４は、強制空冷用ヒートシンク５のフィンよりも長く放冷面積が大きい構成となっている。自然空冷用ヒートシンク４は、ネジ７によって電子回路ユニット３に着脱可能な構成となっている。自然空冷用ヒートシンク４は、常設スペース１０の一部、および、隣接する増設スペース１１に配される。自然空冷用ヒートシンク４の幅は、図１の構成では、自然空冷用ヒートシンク４の幅と電子回路ユニット３の幅の和が、強制空冷用ヒートシンク５の幅と電子回路ユニット３の幅の和の約２倍となるように設定される。

強制空冷用ヒートシンク５は、増設時の電子回路ユニット３に取り付けられる強制空冷用のヒートシンクである（図３、４、５参照）。強制空冷用ヒートシンク５は、自然空冷用ヒートシンク４のフィンよりも短く放冷面積が小さい構成となっている。強制空冷用ヒートシンク５は、ネジ７によって電子回路ユニット３に着脱可能な構成となっている。強制空冷用ヒートシンク５は、電子回路ユニット３に取り付けられた状態で常設スペース１０又は増設スペース１１の範囲内にて収容されるように構成される。強制空冷用ヒートシンク５は自然空冷用ヒートシンク４に比べ小さい外形をしているため、自然空冷用ヒートシンク４から強制空冷用ヒートシンク５に交換することにより増設スペース１１に電子回路ユニット３を設置するスペースが生じる。強制空冷用ヒートシンク５の幅は、図３の構成では、強制空冷用ヒートシンク５の幅と電子回路ユニット３の幅の和が、自然空冷用ヒートシンク４の幅と電子回路ユニット３の幅の和の約１／２となるように設定される。

強制空冷用ファン６は、増設時の電子回路ユニット３に取り付けられた強制空冷用ヒートシンク５を強制空冷するためのファンである（図３参照）。強制空冷用ファン６は、常設スペース１０及び増設スペース１１に強制的に内気を送り込む。強制空冷用ファン６は、ネジなどの金具（図示せず）によって電子回路ユニット３の下側のガイド部材２ｂに留められる構成となっている。強制空冷用ファン６は、強制空冷用ヒートシンク５の電子回路ユニット３への取り付けをネジ留め等の簡易な方法だけで行えるようにするために、冷却性能に一定の余裕度を持って設定または選定される。

次に、本発明の実施形態１に係る電子装置の内部の電子回路ユニットの冷却方式を自然空冷から強制空冷へ変更する作業について説明する。

まず、作業者は、ケース２から全ての電子回路ユニット３を取り外し、その後、電子回路ユニット３からネジ７を外して自然空冷用ヒートシンク４を取り外す（図１、２参照）。次に、作業者は、電子回路ユニット３に強制空冷用ヒートシンク５を位置合せして、ネジ７で留める。次に、作業者は、強制空冷用ファン６をケース２のガイド部材２ｂに取り付ける。次に、作業者は、強制空冷用ヒートシンク５を取り付けた状態の電子回路ユニット３をケース２に取り付ける（図３、４参照）。これらの作業により、大型の自然空冷用ヒートシンク４から小型の強制空冷用ヒートシンク５への交換によって、増設スペース１１に増設用の電子回路ユニット３を設置するためのスペースが生じるので、電子回路ユニット３の増設が可能である。

次に、本発明の実施形態１に係る電子装置の冷却方式の設定方法について説明する。

ケース２に搭載される電子回路ユニット３の個数がｎ個であるとき、その電子装置１のシステム数はｎであるとする。また、電子装置１の最大システム数を例えば２Ｎとする。ここで、Ｎは自然空冷の場合にケース２内のスロットに実装できる電子回路ユニット２の最大個数である。Ｎは実装上の観点と冷却上の観点から値が決められる。電子回路ユニット３は、内部に発熱する電子回路を有するので、これを冷却する必要がある。一般的に、通信装置の冷却は保守の必要のない自然空冷が好まれるので、システム数がＮ以下の場合は、冷却は自然空冷で行う。これに対し、システム数がＮを超える場合、Ｎを超えた電子回路ユニット３の冷却方法を強制空冷に切り替えることになる。強制空冷用ヒートシンク５の幅は、図３の構成では、強制空冷用ヒートシンク５の幅と電子回路ユニット３の幅の和が、自然空冷用ヒートシンク４の幅と電子回路ユニット３の幅の和の約１／２となるように設定されるので、自然空冷から強制空冷に切り替えることで、最大システム数＝２Ｎまでの増設が可能となる。

次に、本発明の実施形態１に係る電子装置における強制空冷用ファンの設定について図面を用いて説明する。図６は、電子回路ユニットに強制空冷用ヒートシンクを装着した時の電子回路ユニットと強制空冷用ヒートシンクの間の熱抵抗と強制空冷用ファンの風量との関係を模式的に示したグラフである。

ここで、図６において、実線ａは従来から行われている伝熱性シートや伝熱性グリースを使用した取付方法により、強制空冷用ヒートシンクが電子回路ユニットに密着している場合のグラフである。これに対して、破線ｂは実施形態１に係るもので電子回路ユニット３に強制空冷用ヒートシンク５をネジ７で留めた取付方法により、強制空冷用ヒートシンク５が電子回路ユニット３に密着していないことを考慮したグラフである。

所要熱抵抗をθｒとすると、これを満たすための風量ｆは（ａ）従来例がｆ１、（ｂ）実施形態１がｆ２である。ここで、ヒートシンク取り付け方法として実施形態１のようにネジ留め等の簡易な方法を採る場合、強制空冷用ファンの風量にΔｆ＝ｆ_２−ｆ_１だけの余裕度を持たせれば、所要熱抵抗を実現できることになる。よって、強制空冷用ファン６は、従来例に必要な風量にΔｆだけの余裕度を持つように設定または選定すればよいことになる。

実施形態１によれば、以下のような効果を奏する。

第１の効果は、経験の浅い作業者にとって、増設工事が容易となることである。その理由は、強制空冷用小型ヒートシンクの取り付けがネジ留め等の簡易な方法によるためである。このような簡易な取り付け方法を可能としているのは、強制空冷用ファンの設定または選定の方法に依るものである。すなわち、簡易な取り付け方法による伝熱効率の低下分を強制空冷用ファンの冷却性能により補償できるように、強制空冷用ファンが設定または選定されるからである。

第２の効果は、作業者の熟練度の違いによって生じやすい、増設工事後の冷却性能のばらつきを抑えられることである。その理由は、強制空冷用小型ヒートシンクの取り付けがネジ留め等の簡易な方法によるため、強制空冷用小型ヒートシンクの取り付け状態の良否の差が生じにくく、よって伝熱効率のばらつきが小さく抑えられるためである。

第３の効果は、ケース２の外形を拡大することなく、増設用の電子回路ユニット３の設置スペースを確保できることである。増設工事では電子回路ユニット３のヒートシンクを、大きな外形をもつ自然空冷用ヒートシンク４から小さな外形の強制空冷用ヒートシンク５に交換することができるからである。この外形の差によって生じたスペースを、増設用の電子回路ユニット３の設置スペースとして利用することができる。

（他の実施形態）
次に、他の実施形態に係る電子装置について説明する。

実施形態１ではヒートシンクと電子回路ユニットがネジによって接続されていたが、ネジ等の金具を用いずに、ヒートシンクと電子回路ユニットとが着脱可能に嵌合する構成であってもよい。

また、実施形態１では増設時の強制空冷用ヒートシンク５の幅と電子回路ユニット３の幅の和が、非増設時の自然空冷用ヒートシンク４の幅と電子回路ユニット３の幅の和の１／２としているが、もっと一般的に１／ｍ（ｍは２以上の整数）とすることができる。このときの電子装置の最大システム数はｍＮとなる。例えば、図７では、強制空冷用ヒートシンク５の幅と電子回路ユニット３の幅の和が、自然空冷用ヒートシンク４の幅と電子回路ユニット３の幅の和の１／３としており、２つの常設スペース１０の間に２つ分の増設スペース１１が配され、最大システム数は９となる。

さらに、実施形態１では、Ｎを超える分の電子回路ユニットを対象としていたが、電子回路ユニットの個数がＮを超えた場合は、既設および増設の全電子回路ユニットについて強制空冷に切り替えるようにしてもよい。例えば、図７のように、強制空冷用ヒートシンク５が取り付けられた状態の電子回路ユニット３の下だけでなく、自然空冷用ヒートシンク４が取り付けられた状態の電子回路ユニット３の下にも強制空冷用ファン６を取り付けてもよい。

本発明の実施形態１に係る電子装置の非増設時の構成を模式的に示した正面図である。 本発明の実施形態１に係る電子装置の非増設時の構成を模式的に示した図１のＸ−Ｘ´間の断面図である。 本発明の実施形態１に係る電子装置の増設時の構成を模式的に示した正面図である。 本発明の実施形態１に係る電子装置の増設時の構成を模式的に示した図３のＹ−Ｙ´間の断面図である。 本発明の実施形態１に係る電子装置における電子回路ユニット及び強制空冷用ヒートシンクの組立体の構成を模式的に示した斜視図である。 電子回路ユニットに強制空冷用ヒートシンクを装着した時の電子回路ユニットと強制空冷用ヒートシンクの間の熱抵抗と強制空冷用ファンの風量との関係を模式的に示したグラフである。 本発明の他の実施形態に係る電子装置の増設時の構成を模式的に示した正面図である。

符号の説明

１ 電子装置（通信装置）
２ ケース
２ａ コネクタ
２ｂ ガイド部材
２ｃ 吸気口（通風口）
２ｄ 排気口（通風口）
３ 電子回路ユニット（送受信機ユニット）
３ａ コネクタ
４ 自然空冷用ヒートシンク
５ 強制空冷用ヒートシンク
６ 強制空冷用ファン
７ ネジ
１０ 常設スペース
１１ 増設スペース

Claims (6)

1. 通風口を有するケース内に複数の電子回路ユニットが着脱可能に実装された電子装置であって、
   前記ケース内であって前記電子回路ユニットが常時配設される常設スペースと、
   ２つの前記常設スペースの間であって前記電子回路ユニットが増設時に配設される１又は複数の増設スペースと、
   前記電子回路ユニットに着脱可能に取り付けられる第１のヒートシンクと、
   を備え、
   前記第１のヒートシンクは、当該第１のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットが前記常設スペースに配設されたときに、隣接する片側の前記増設スペースにも配置されることを特徴とする電子装置。
2. 前記電子回路ユニットに着脱可能に取り付けられるとともに、前記電子回路ユニットに取り付けられた状態で前記常設スペース又は前記増設スペースの範囲内にて収容されるように構成された第２のヒートシンクと、
   前記ケース内に着脱可能に取り付けられるとともに、前記常設スペース及び前記増設スペースに強制的に内気を送り込む１又は複数のファンと、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
3. 前記第１のヒートシンク及び前記第２のヒートシンクは、ネジ留め又は嵌合により前記電子回路ユニットに着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項２記載の電子装置。
4. 前記第２のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットは、前記常設スペースのうち前記第１のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットが配設されていない常設スペースと、当該常設スペースの片側に隣接する１又は複数の前記増設スペースとのそれぞれに配設されることを特徴とする請求項２又は３記載の電子装置。
5. 前記ファンは、少なくとも前記第２のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットが配設された前記常設スペース及び前記増設スペースに向けて強制的に内気を送り込むように前記ケースに取り付けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一に記載の電子装置。
6. 前記ファンは、前記ケースに前記第１のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットと、前記第２のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットとが実装されているときに、前記第１のヒートシンクが取り付けられた状態の前記電子回路ユニットが配設された前記常設スペース及び前記増設スペースにも強制的に内気を送り込むように前記ケースに取り付けられていることを特徴とする請求項５記載の電子装置。

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