JP2008263081A - 電子機器の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化や高コスト化を伴わずに効率良く放熱が行える「電子機器の放熱構造」を提供すること。
【解決手段】天板部１ａに放熱穴８を設けると共に底板部１ｂに吸気穴１０を設けた筐体１の内部に上下方向へ延びる筒状部４を配設し、この筒状部４の上部開口４ａを所定の隙間を存して放熱穴８と対向させると共に、筒状部４の下部開口４ｂを吸気穴１０と連通させる。筐体１内の回路基板２上にはパワーＩＣ３等の発熱源が実装されており、その輻射熱等によって筒状部４が熱せられると、筒状部４の内部に煙突効果で強い上昇気流が生じ、この上昇気流が筐体１内の空気を牽引しつつ放熱穴８から外部へ排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、筐体の内部に設置された回路基板にパワーＩＣ等の発熱量の大きな電子部品が実装されている電子機器の放熱構造に関する。

パワーＩＣのような消費電力の大きい電子部品は動作時の発熱量が多いため、こうした発熱源が筐体に内蔵されている電子機器においては、筐体内の温度上昇に対する放熱対策を講じておく必要がある。従来より、かかる放熱対策の一例として、電子機器の筐体の内部に冷却ファンを設置し、この冷却ファンが外気を取り込むことによって、筐体内で熱せられた空気を強制的に外部へ排出するようにした構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、放熱対策の他の従来例として、筐体の天板部に複数の開口を設けて筐体内の自然対流を促すことによって、冷却ファンを省略した構造のものも知られている（例えば、特許文献２参照）。このものは、筐体内の高温の空気が発熱源の真上付近に設けられた開口から外部へ排出されるのに伴って、別の部位に設けられた開口から筐体内へ外気が流入するので、強制換気を行わなくても放熱が行えるようになっている。
特開平１１−１１２１７７号公報（第２頁、図４） 特開平１１−２６９６９号公報（第３頁、図１）

しかしながら、特許文献１に記載されているように、筐体の内部に冷却ファンを設置するという放熱構造を採用した場合、冷却ファンによって電子機器全体が大型化したり部品コストが高騰するという問題があった。

一方、特許文献２に記載されているように、冷却ファンを用いずに筐体内の自然対流を促すという放熱構造を採用した場合、筐体内に発生する空気の流れが不活発になって放熱効率が低下するため、筐体内の温度が不所望に上昇しやすいという問題があった。なお、筐体の天板部に設ける開口の数を増加するほど放熱効率を高めることはできるが、その場合、外部から塵埃等の異物が各開口から筐体内へ大量に侵入することになるため、筐体内に設置された回路基板に短絡事故等が誘発される危険性が高まってしまう。したがって、筐体の天板部に設ける開口の数をむやみに増大させることは好ましくない。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、大型化や高コスト化を伴わずに効率良く放熱が行える電子機器の放熱構造を提供することにある。

本発明は、天板部に放熱穴を設けて底板部に吸気穴を設けた筐体の内部に上下方向へ延びる筒状体を配設し、この筒状体の上部開口を所定の隙間を存して放熱穴と対向させると共に、筒状体の下部開口を吸気穴と連通させることにより、筒状体の内部に煙突効果で強い上昇気流を生じさせ、この上昇気流が筐体内の空気を牽引しつつ放熱穴から外部へ排出されるようにした。

本発明の電子機器の放熱構造によれば、発熱源となる電子部品の輻射熱によって筒状体が熱せられると、この筒状体の内部に煙突効果で強い上昇気流が発生し、筒状体の上部開口から放熱穴へ向かって勢い良く空気が流れるため、筐体内には放熱穴の近傍に負圧が生じて付近の空気が引き寄せられることになる。つまり、筒状体内に発生する強い上昇気流が筐体内の空気を牽引しつつ放熱穴から外部へ排出されるため、筐体内の発熱源で熱せられた空気を半ば強制的に放熱穴から外部へ排出させることが可能となり、電子機器全体の大型化や高コスト化を伴う冷却ファンを用いなくても効率の良い放熱が行えるようになる。

本発明は、筐体の内部に回路基板が設置され、この回路基板上に発熱源となる電子部品が実装されていると共に、前記筐体の天板部に放熱穴が開設されている電子機器において、前記筐体の内部に上下方向へ延びる筒状体を配設し、この筒状体の上部開口を前記放熱穴と所定の隙間を存して対向させると共に、筒状体の下部開口を前記筐体の底板部に開設した吸気穴と連通させるという構成にした。

このように筐体の内部に上下方向へ延びる筒状体を配設し、この筒状体の上部開口を所定の隙間を存して筐体の放熱穴と対向させると共に、筒状体の下部開口を筐体の吸気穴と連通させておけば、発熱源となる電子部品の輻射熱によって筒状体がある程度熱せられた段階で、筒状体の内部に煙突効果で強い上昇気流を生じさせることができる。この上昇気流は筒状体の上部開口から放熱穴へ向かって勢い良く流れるため、筐体内には放熱穴の近傍に負圧が生じて付近の空気が引き寄せられることになる。したがって、筐体内の発熱源で熱せられた空気は放熱穴の近傍へ移動すると半ば強制的に該放熱穴へ吸い寄せられることになり、筒状体による意図的な上昇気流を生じさせていない場合に比べて放熱効率は著しく向上する。

上記の構成において、筒状体の上部開口の口径が放熱穴の口径と略同等であると、煙突効果が高まって筒状体の上部開口から放熱穴へ向かう気流の勢いが増すため、筐体内の空気を牽引して放熱穴から排出させやすくなる。この場合において、天板部に放熱穴の下端に連続する上窄まりなガイド穴を設け、このガイド穴の下端の口径が筒状体の上部開口の口径よりも大きくしてあると、筐体内の空気がガイド穴に誘導されて放熱穴へ向かいやすくなるため、放熱効率の一層の向上が期待できる。

また、上記の構成において、筒状体が筐体の底板部に一体品として立設されて下部開口を吸気穴に連続させていると共に、この筒状体が回路基板を貫通していると、煙突効果の大なる筒状体が筐体と一体的に形成できるため、部品点数を増加せずに効果的な放熱が行える。しかも、この場合、放熱穴から筐体内へ侵入した塵埃等の異物を筒状体の下部開口から外部へ自然落下させることができるため、筐体内に異物が堆積しにくくなる。

また、上記の構成において、筒状体が単品の放熱促進部材に設けられた筒部であって、この放熱促進部材が筐体または回路基板に取り付けられていると、筐体や回路基板の形状や大きさ等が異なる種々の電子機器に対して同形状の放熱促進部材を必要に応じて装着することが可能となるため、汎用性や利便性が著しく高まる。この場合において、放熱促進部材は筐体または回路基板に着脱可能に取り付けられることが好ましい。特に、放熱促進部材が回路基板に弾性的に圧入される弾性爪片を有しており、この弾性爪片によって放熱促進部材が回路基板にスナップ結合されるようにしてあると、放熱促進部材の取付作業が容易に行える。

また、このように放熱促進部材が回路基板にスナップ結合される場合において、放熱促進部材の筒部が回路基板を貫通して該筒部の下部開口を吸気穴と対向させていると、上部開口から下部開口まで上下に真っ直ぐ延びる筒部となすことができるため、煙突効果が大となって放熱効率を高めることができるに、かつ放熱穴から筐体内へ侵入した塵埃等の異物を筒状体の下部開口から外部へ自然落下させることができるため、筐体内に異物が堆積しにくくなる。

また、筒状体が単品の放熱促進部材に設けられた筒部である場合において、回路基板上の所定領域に一部の電子部品（発熱源）が実装されていると共に、この所定領域に吸気穴と対向する連通穴が設けられており、放熱促進部材が回路基板上の所定領域を覆う蓋閉部を有し、この蓋閉部上に筒部が突設されて該蓋閉部の内部空間と連通していると、放熱促進部材の蓋閉部に覆われた電子部品の発熱によって筒部内の上昇気流が促進されるため、煙突効果が増大する。

実施例について図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施例に係る電子機器の断面図、図２は図１に示す筐体の外観図、図３は第１実施例における放熱のメカニズムを示す説明図である。

これらの図に示す電子機器は、直方体形状の筐体１の内部にパワーＩＣ３等が実装された回路基板２を組み込んだものであり、筐体１の底板部１ｂには複数の筒状部４が一体品として立設されている。この筐体１は、天板部１ａを有する上ケース５と、底板部１ｂを有する下ケース６と、一対の側板７とによって構成されている。

上ケース５には、天板部１ａの複数箇所に各筒状部４の上部開口４ａと対向する放熱穴８が開設されている。また、天板部１ａの天井面には、各放熱穴８の周囲にそれぞれテーパ状の内壁面によって上窄まりなガイド穴９ａを形成している環状突起９が垂設されており、このガイド穴９ａの上端が放熱穴８の下端と連続している。下ケース６には、底板部１ｂの複数箇所に各筒状部４の下部開口４ｂと連続する吸気穴１０が開設されている。また、下ケース６の相対向する側壁部の内壁には段差部１１が形成されており、この段差部１１上に下ケース６の上方から挿入された回路基板２の縁部が載置されている。そして、この状態で上ケース５と下ケース６の側壁部を突き合わせて一体化することにより、回路基板２は上ケースの側壁部下面に押さえ付けられて下ケース６の内部に支持されている。図２に示すように、各側板７には回路基板２の上面に沿うように複数の吸気穴１２が開設されている。

筒状部４は円筒状に形成されて底板部１ｂに突設されており、筐体１内で上下方向に延びる各筒状部４が回路基板２を貫通している。この筒状部４の上部開口４ａはガイド穴９ａを含む所定の隙間を存して放熱穴８と対向しており、上部開口４ａの口径と放熱穴８の口径は略同等に設定されている。ただし、環状突起９は筒状部４よりも太いため、上窄まりなガイド穴９ａの下端の口径は上部開口４ａの口径よりも大きくなっている。

回路基板２は下ケース６に保持されて筐体１内に略水平に設置されており、この回路基板２上にはパワーＩＣ３等の発熱源やその他の電子部品（図示せず）が実装されている。また、回路基板２の複数箇所には筒状部４との干渉を回避するための逃げ穴２ａが設けられており、この逃げ穴２ａを介して筒状部４が回路基板２を貫通している。

このように本実施例に係る電子機器では、筐体１の内部に上下方向に延びる筒状部４を配設し、この筒状部４の上部開口４ａを所定の隙間を存して天板部１ａの放熱穴８と対向させ、かつ下部開口４ｂを底板部１ｂの吸気穴１０と連続させているため、パワーＩＣ３等の発熱源の輻射熱によって筒状部４がある程度熱せられた段階で、筒状部４の内部に煙突効果で強い上昇気流を生じさせることができる。すなわち、筒状部４の付近にパワーＩＣ３等の発熱源があれば、その輻射熱によって筒状部４は加熱される。また、各種電子部品の発熱によって筐体１内の空気が熱せられると、筐体１内で自然対流が起こるため、付近に発熱源がない筒状部４も高温の空気に触れて加熱される。その結果、筒状部４内の空気が熱せられて密度が低くなることから放熱穴８へ向かって上昇する気流を生じるが、この筒状部４は上下に真っ直ぐ延びて両端が外部空間と連通しているため、公知の煙突効果によって筒状部４内には強い上昇気流が発生する。この上昇気流は筒状部４の上部開口４ａから放熱穴８へ向かって勢い良く流れるため、筐体１内には放熱穴８の近傍に負圧が生じて付近の空気が引き寄せられることになる。したがって、筐体１内の発熱源で熱せられた空気は放熱穴８の近傍へ移動すると半ば強制的に放熱穴８へ吸い寄せられることになり、吸気穴１２からの吸気効率が高まり筒状部４による意図的な上昇気流を生じさせていない場合に比べて放熱効率が著しく向上する。

図３はこうした筐体１内における空気の流れを模式的に示したものであり、筒状部４内に強い上昇気流が生じるのに伴い、底板部１ｂの吸気穴１０から筒状部４内へ外気が流入し、かつ、この上昇気流に牽引されて筐体１内の空気が放熱穴８から外部へ排出されるのに伴い、側板７の吸気穴１２から筐体１内へ外気が流入する様子を矢印で示している。

なお、本実施例のように筒状部４の上部開口４ａの口径と放熱穴８の口径を略同等に設定しておけば、煙突効果が高まって上部開口４ａから放熱穴８へ向かう気流の勢いが増すため、筐体１内の空気を牽引して放熱穴８から排出させやすくなる。また、本実施例のように筐体１の天板部１ａに放熱穴８の下端に連続する上窄まりなガイド穴９ａが設けてあれば、筐体１内の空気がガイド穴９ａに誘導されて放熱穴８へ向かいやすくなる。それゆえ、本実施例に係る電子機器の放熱構造は、大型化や高コスト化を伴う冷却ファンを用いることなく、効率の良い放熱が行えるようになっている。

しかも、本実施例では筒状部４が筐体１の底板部１ｂに一体品として立設されているため、部品点数を増加する必要がない。また、筒状部４が回路基板２を貫通して上部開口４ａから下部開口４ｂまで上下に真っ直ぐ延びているため、この筒状部４は煙突効果が大きいだけでなく、放熱穴８から筐体１内へ侵入した塵埃等の異物を筒状部４の下部開口４ｂから外部へ自然落下させることができ、それゆえ天板部１ａに放熱穴８が開設されていても筐体１内に異物が堆積しにくい構造になっている。

図４は本発明の第２実施例に係る電子機器の断面図、図５は図４に示す筐体を一部省略して示す斜視図、図６は図４に示す放熱促進部材を上方から見た斜視図、図７は該放熱促進部材を下方から見た斜視図、図８は該放熱促進部材の組み付け状態を示す要部斜視図、図９は第２実施例における放熱のメカニズムを示す説明図である。なお、これらの図において、図１〜図３と対応する部分に同一符号を付すことによって重複する説明は省略してある。

この第２実施例は、前記筒状部４の代わりに単品の放熱促進部材２０を筐体１内に配設している点が前記第１実施例と異なっている。すなわち、この第２実施例において、筐体１内の複数箇所に配設されている放熱促進部材２０は筐体１や回路基板２とは別体のモールド品であって、回路基板２に着脱可能に取り付けられている。各放熱促進部材２０は、円筒状の筒部２１と、筒部２１の径方向外側へせり出して回路基板２上に搭載される鍔部２２と、鍔部２２に垂設された一対の弾性爪片２３とによって構成されている。図８に示すように、回路基板２には逃げ穴２ａの周縁に連通する一対の係止穴２ｂが設けられており、放熱促進部材２０は、筒部２１を逃げ穴２ａに挿通して各弾性爪片２３を各係止穴２ｂに弾性的に圧入させることによって、鍔部２２を回路基板２上に搭載した位置決め状態で該回路基板２にスナップ結合させることができる。こうして放熱促進部材２０を回路基板２に取り付けると、上下方向に延びる筒部２１の上部開口２１ａが所定の隙間を存して天板部１ａの放熱穴８と対向し、かつ筒部２１の下部開口２１ｂが底板部１ｂの吸気穴１０に近接して対向するようになっている。それゆえ筒部２１内に煙突効果で上昇気流を発生させることができ、図９に示すように、上部開口２１ａから吹き出す強い上昇気流が筐体１内の空気を牽引しつつ放熱穴８から外部へ排出されることになって、冷却ファンを用いることなく効率の良い放熱が行える。

このように第２実施例では、放熱効率の向上に寄与する筒部２１を設けた放熱促進部材２０が回路基板２に着脱可能となっているため、筐体１や回路基板２の形状等が異なる種々の電子機器に対して同形状の放熱促進部材２０を必要に応じて装着することができ、汎用性や利便性に優れた放熱構造が実現されている。また、この放熱促進部材２０は弾性爪片２３を有して回路基板２にスナップ結合できるため、回路基板２に対する放熱促進部材２０の取付作業は容易に行える。なお、前記第１実施例と同様に、放熱促進部材２０の筒部２１も上部開口２１ａから下部開口２１ｂまで上下に真っ直ぐ延びているため煙突効果が大きく、かつ放熱穴８から筐体１内へ侵入した塵埃等の異物を筒部２１の下部開口２１ｂから外部へ自然落下させることができる。

なお、この第２実施例では、放熱促進部材２０が回路基板２にスナップ結合されているが、回路基板２を貫通する同様の放熱促進部材を筐体１に取り付ける構成にしても良い。

図１０は本発明の第３実施例に係る電子機器を一部省略して示す斜視図、図１１は図１０に示す放熱促進部材を上方から見た斜視図、図１２は該放熱促進部材を下方から見た斜視図、図１３は該放熱促進部材の組み付け状態を示す要部斜視図、図１４は第３実施例における放熱のメカニズムを示す説明図である。なお、これらの図において、図４〜図９と対応する部分に同一符号を付すことによって重複する説明は省略してある。

この第３実施例では、前記第２実施例とは形状が異なる放熱促進部材３０を用いている。この放熱促進部材３０は、回路基板２上の所定領域を覆う蓋閉部３１と、蓋閉部３１に垂設された一対の弾性爪片３２と、蓋閉部３１上に突設された筒部３３とによって構成されており、筒部３３の下部開口３３ｂが蓋閉部３１の内部空間に臨出している。また、蓋閉部３１に覆われている回路基板２上の所定領域には、底板部１ｂの吸気穴１０と対向する連通穴２ｃが設けられていると共に、発熱源となる電子部品３４が実装されており、かつ各弾性爪片３２を弾性的に圧入させるための一対の係止穴２ｄが該所定領域に隣接して設けられている。

放熱促進部材３０は弾性爪片３２を係止穴２ｄに圧入させることによって、回路基板２にスナップ結合させることができる。こうして放熱促進部材３０を回路基板２に取り付けると、上下方向に延びる筒部３３の上部開口３３ａが所定の隙間を存して天板部１ａの放熱穴８と対向すると共に、この筒部３３の内部空間が蓋閉部３１および連通穴２ｃを介して吸気穴１０と連通するようになっている。それゆえ、蓋閉部３１に覆われた電子部品３４の発熱によって筒部３３内の上昇気流が促進され、図１４に示すように、上部開口３３ａから吹き出す強い上昇気流が筐体１内の空気を牽引しつつ放熱穴８から外部へ排出されることになる。つまり、蓋閉部３１に覆われている電子部品３４によって熱せられた空気は上昇気流となって放熱穴８から外部へ強制的に排出され、かつ筐体１内で蓋閉部３１に覆われていない他の発熱源に熱せられた空気も該上昇気流に牽引されて放熱穴８から外部へ排出されやすくなっている。したがって、冷却ファンを用いることなく効率の良い放熱が行える。

このように特定の発熱源（電子部品３４）を覆って回路基板２上に設置される放熱促進部材３０を用いると、放熱効率を一層向上させることができる。また、この第３実施例も前記第２実施例と同様に、放熱促進部材３０が回路基板２に着脱可能となっているため、筐体１や回路基板２の形状等が異なる種々の電子機器に対して同形状の放熱促進部材３０を必要に応じて装着することができ、かつ放熱促進部材３０が弾性爪片３２を有して回路基板２にスナップ結合できるため、回路基板２に対する放熱促進部材３０の取付作業も容易に行える。

本発明の第１実施例に係る電子機器の断面図である。 図１に示す筐体の外観図である。 第１実施例における放熱のメカニズムを示す説明図である。 本発明の第２実施例に係る電子機器の断面図である。 図４に示す筐体を一部省略して示す斜視図である。 図４に示す放熱促進部材を上方から見た斜視図である。 図４に示す放熱促進部材を下方から見た斜視図である。 図４に示す放熱促進部材の組み付け状態を示す要部斜視図である。 第２実施例における放熱のメカニズムを示す説明図である。 本発明の第３実施例に係る電子機器を一部省略して示す斜視図である。 図１０に示す放熱促進部材を上方から見た斜視図である。 図１０に示す放熱促進部材を下方から見た斜視図である。 図１０に示す放熱促進部材の組み付け状態を示す要部斜視図である。 第３実施例における放熱のメカニズムを示す説明図である。

符号の説明

１ 筐体
１ａ 天板部
１ｂ 底板部
２ 回路基板
２ａ 逃げ穴
２ｂ，２ｄ 係止穴
２ｃ 連通穴
３ パワーＩＣ（発熱源）
４ 筒状部（筒状体）
４ａ，２１ａ，３３ａ 上部開口
４ｂ，２１ｂ，３３ｂ 下部開口
８ 放熱穴
９ 環状突起
９ａ ガイド穴
１０ 吸気穴
２０，３０ 放熱促進部材
２１，３３ 筒部（筒状体）
２２ 鍔部
２３，３２ 弾性爪片
３１ 蓋閉部
３４ 電子部品（発熱源）

Claims (9)

1. 筐体の内部に回路基板が設置され、この回路基板上に発熱源となる電子部品が実装されていると共に、前記筐体の天板部に放熱穴が開設されている電子機器において、
   前記筐体の内部に上下方向へ延びる筒状体を配設し、この筒状体の上部開口を前記放熱穴と所定の隙間を存して対向させると共に、筒状体の下部開口を前記筐体の底板部に開設した吸気穴と連通させたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
2. 請求項１の記載において、前記筒状体の上部開口の口径が前記放熱穴の口径と略同等であることを特徴とする電子機器の放熱構造。
3. 請求項２の記載において、前記天板部に前記放熱穴の下端に連続する上窄まりなガイド穴を設け、このガイド穴の下端の口径が前記筒状体の上部開口の口径よりも大きいことを特徴とする電子機器の放熱構造。
4. 請求項１の記載において、前記筒状体が前記筐体の底板部に一体品として立設されて前記下部開口を前記吸気穴に連続させていると共に、この筒状体が前記回路基板を貫通していることを特徴とする電子機器の放熱構造。
5. 請求項１の記載において、前記筒状体が単品の放熱促進部材に設けられた筒部であって、この放熱促進部材が前記筐体または前記回路基板に取り付けられていることを特徴とする電子機器の放熱構造。
6. 請求項５の記載において、前記放熱促進部材が前記筐体または前記回路基板に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする電子機器の放熱構造。
7. 請求項６の記載において、前記放熱促進部材が前記回路基板に弾性的に圧入される弾性爪片を有しており、この弾性爪片によって前記放熱促進部材が前記回路基板にスナップ結合されるようにしたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
8. 請求項７の記載において、前記放熱促進部材の前記筒部が前記回路基板を貫通して該筒部の下部開口を前記吸気穴と対向させていることを特徴とする電子機器の放熱構造。
9. 請求項５の記載において、前記回路基板上の所定領域に一部の前記電子部品が実装されていると共に、この所定領域に前記吸気穴と対向する連通穴が設けられており、前記放熱促進部材が前記回路基板上の前記所定領域を覆う蓋閉部を有し、この蓋閉部上に前記筒部が突設されて該蓋閉部の内部空間と連通していることを特徴とする電子機器の放熱構造。

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