JP2012028417A

JP2012028417A - 電子機器の放熱構造

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Publication number: JP2012028417A
Application number: JP2010163349A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kondo; 孝弘近藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: JP5417274B2

Abstract

【課題】通信装置内部の高発熱部品を効率よく冷却するために、電気回路構成部品の適切な配置と、適切な開口により、必要最小限の構成で、構造単純に低コストな通信装置の放熱構造を提供する。
【解決手段】吸気部１４から外郭筺体２の内部に吸入した冷却風が電子回路メイン基板９の表面に沿って流れて排気部１６側に流れる第１の流路Ｘ１と、吸気部１４から外郭筺体２の内部に吸入した冷却風が電子回路メイン基板９の裏面に沿って流れ、切欠き部１９、２０から電子回路メイン基板９の表面側に流れる第２の流路Ｘ２とを形成し、電子回路メイン基板９上に吸気部１４側に配置された上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂを第１の流路Ｘ１を流れる冷却風で冷却し、排気部１６側に配置された下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄを第２の流路Ｘ２を流れる冷却風で冷却させる冷却手段２１を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電子機器の放熱構造に関する。

例えば、通信装置のような電子機器において、機器を小型化するため、また高発熱に対応するため、その放熱構造に苦慮している。近年、その対策として強制空冷ファンを搭載した機器が増えている。
強制空冷ファンを搭載した機器では、電子回路基板上の配置により電子部品の冷却性能が左右される。そのため、高発熱電子部品は、出来る限り冷却ファンの近傍で冷却風の風速の速い位置に配置するのが適切である。しかしながら、電気回路基板の構成上、冷却ファンからの距離が長く、冷却風の風速が小さい位置に高発熱電子部品を配置せざるを得ない場合がある。この場合、そのような高発熱電子部品の周辺では、冷却風の風速が十分に確保されず、高発熱電子部品の冷却効果が低くなる可能性がある。さらに、冷却風が複数の電子部品を順次、冷却する際に熱累積することにより、風下側では電子部品の温度が上がり易い傾向になり、長期信頼性が低下する可能性がある。

特開平１１−１８６７６４号公報特開２００６−２１０５１６号公報

冷却ファンから離れた位置に配置された高発熱電子部品を効率よく冷却するために、冷却流路を一つに形成するための機械部材を追加して風速を速める方法がある。しかし、高密度実装の機器等では流路形成部品を確保するスペースに限界があるため効率的ではない。そこで、冷却ファンをより大型で高速なものとする、または冷却ファンの数量を増やすなどの対策を行うと、構成部材の複雑化、機器の大型化、高コストとなる問題がある。

実施形態によれば、電子機器を収納する箱型の外郭筺体の少なくとも１つの壁面に冷却風の吸気穴が形成される吸気部、前記吸気部が形成された壁面以外の壁面に排気穴が形成される排気部がそれぞれ形成され、前記外郭筺体は、前記吸気部が形成された壁面と前記排気部が形成された壁面以外の各面は遮蔽して構成され、発熱部品を複数個搭載した電子回路メイン基板が前記外郭筺体の内部に水平方向に配置された状態で設置される電子機器の放熱構造であって、前記電子回路メイン基板は、板面の一部に切欠き部が設けられ、この切欠き部に前記外郭筺体の底板からの高さが前記電子回路メイン基板の高さよりも高い直方体状のモジュール部品が配置され、前記吸気部が形成された壁面から前記外郭筺体の内部に吸入した冷却風が前記電子回路メイン基板の表面に沿って流れて前記排気部側に流れる第１の流路と、前記吸気部が形成された壁面から前記外郭筺体の内部に吸入した冷却風が前記電子回路メイン基板の裏面に沿って流れ、前記切欠き部から前記電子回路メイン基板の表面側に流れる第２の流路とを形成し、前記電子回路メイン基板上に前記吸気部側に配置された上流側の前記発熱部品を前記第１の流路を流れる冷却風で冷却し、前記排気部側に配置された下流側の前記発熱部品を前記第２の流路を流れる冷却風で冷却させる冷却手段を設けたことを特徴とする。

第１の実施形態の電子機器の天板を外した状態で放熱構造の全体構成を示した平面図である。第１の実施形態の電子機器の前面パネルの吸気穴の配置状態を示す正面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。第２の実施形態の電子機器の天板を外した状態で放熱構造の全体構成を示した平面図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
（構成）
図１は、本実施の形態の電子機器１の放熱構造の全体構成で天板４を外した状態を示した図である。電子機器１は、遮蔽された箱型の外郭筺体２を有する。外郭筺体２は、具体的にはシャーシ３と、天板４とを有する。シャーシ３は、底板５と、両側板６ａ，６ｂとによって形成されている。外郭筺体２の前面には、前面パネル（前面板）７、背面には、背面パネル８がそれぞれ配設されている。

電子機器１の外郭筺体２の内部には、電子回路メイン基板９が重力方向水平に配置されている。電子回路メイン基板９には、動作時に比較的高温状態に発熱する複数、本実施の形態では４つの電子部品（発熱部品）１０ａ〜１０ｄが搭載されている。なお、電子部品１０ａ〜１０ｄは、例えばＣＰＵ、パワーアンプなどによって形成されている。なお、電子部品１０ａ〜１０ｄは、放熱のための放熱器を備えて配置されている。

さらに、電子機器１には、メイン基板９に電源を供給する電源ユニット１２と、直方体状の電子部品１３とが配置されている。直方体状の電子部品１３は、例えばシンセサイザーモジュールなどである。電源ユニット１２および直方体状電子部品１３は、外郭筺体２の内部における前後方向のほぼ中央位置に配置されている。ここで、電源ユニット１２は、図１中で、右側の側板６ｂの近傍位置に配置されている。直方体状電子部品１３は、図１中で、左側の側板６ａの近傍位置に配置されている。

また、電子機器１のシャーシ３は、電源ユニット１２の収納部と、メイン基板９の収納部との間を仕切る仕切り板３ａを備えている。仕切り板３ａは、電源ユニット１２の放射ノイズがメイン基板９に影響を与えないように設置されている。なお、電源ユニット１２の収納部の各壁面には、電源ユニット１２の放射ノイズの漏洩を防止可能な小径な多数の通風用の孔部１２ａが形成され、電源ユニット１２の放熱効果も考慮されている。

また、電子機器１は、図２に示すように前面パネル７に複数の吸気穴７ａが形成されて吸気部１４が構成されている。さらに、背面パネル８には、１または複数、本実施の形態では２つの冷却ファン１５が配置されている。これら２つの冷却ファン１５によって背面パネル８に排気穴が形成される排気部１６が構成されている。

これにより、２つの冷却ファン１５の駆動時には、前面パネル７の複数の吸気穴７ａから電子機器１の外郭筺体２の内部に冷却風が吸入され、背面パネル８の２つの冷却ファン１５から電子機器１の外部に冷却風が排気されることで、排熱される強制空冷ファンの放熱構造が形成されている。

また、本実施の形態の電子回路メイン基板９には、４つの電子部品１０ａ〜１０ｄのうちの２つの電子部品１０ａ，１０ｂが前面パネル７と電源ユニット１２の仕切り板３ａとの間（冷却風の流路の上流側）に配置されている。残りの２つの電子部品１０ｃ，１０ｄは、上流側の電子部品１０ａ，１０ｂよりも冷却風の流路の下流側に配置されている。

そして、２つの冷却ファン１５の駆動時には、前面パネル７の複数の吸気穴７ａから電子機器１の外郭筺体２の内部に流入される冷却風のうち、図１中に実線矢印Ｂ１で示すようにメイン基板９の表面に沿って流れる冷却風は、上流側の電子部品１０ａ，１０ｂに直接的に吹き付けられる。そのため、吸気穴７ａから吸入される低温状態の冷却風によって上流側の電子部品１０ａ，１０ｂを効率よく冷却することができる。これにより、吸気部１４の複数の吸気穴７ａが形成された前面パネル７から外郭筺体２の内部に吸入した冷却風が電子回路メイン基板９の表面に沿って流れて背面パネル８の排気部１６側に流れる第１の流路（第１の通風路）Ｘ１が形成されている。

さらに、電子回路メイン基板９には、電源ユニット１２の仕切り板３ａと対応する部分に第１の切欠き部１９、直方体状の電子部品１３と対応する部分に第２の切欠き部２０がそれぞれ形成されている。ここで、電子回路メイン基板９の第１の切欠き部１９は、電源ユニット１２の仕切り板３ａとの間に冷却風が通れる空間Ｓ１を設けた状態で形成されている。同様に、電子回路メイン基板９の第２の切欠き部２０は、直方体状の電子部品１３との間に冷却風が通れる空間Ｓ２を設けた状態で形成されている。

これにより、吸気部１４の吸気穴７ａから外郭筺体２の内部に入った冷却風のうち一部は、メイン基板９の裏面、すなわちメイン基板９とシャーシ３の底板５との間の隙間Ｓ３（図３参照）を通って下流側に流れる。このとき、図１中に点線矢印Ｂ２−１で示すようにメイン基板９とシャーシ３の底板５との間の隙間Ｓ３を電源ユニット１２の仕切り板３ａ側に向けて流れる冷却風の成分は、電源ユニット１２の仕切り板３ａにあたり、跳ね返る。そのため、図１中に実線の矢印Ｂ３−１および図４に示すように電子回路メイン基板９の第１の切欠き部１９と電源ユニット１２の仕切り板３ａとの間の狭い空間Ｓ１からメイン基板９の表面側に抜ける状態で流れる。このとき、冷却風の風速が増大し、主に下流側の電子部品１０ｃを熱累積していない低温状態の冷却風で直接的に冷却することが可能になる。

同様に、図１中に点線矢印Ｂ２−２で示すようにメイン基板９とシャーシ３の底板５との間の隙間Ｓ３を直方体状の電子部品１３側に向けて流れる冷却風の成分は、直方体状の電子部品１３にあたり、跳ね返る。そのため、図１中に実線の矢印Ｂ３−２および図４に示すように第２の切欠き部２０と直方体状電子部品１３との間の狭い空間Ｓ２からメイン基板９の表面に側に抜ける状態で流れる。このとき、冷却風の風速が増大し、主に下流側の電子部品１０ｄを熱累積していない低温状態の冷却風で直接的に冷却することが可能になる。

これにより、吸気部１４の複数の吸気穴７ａが形成された前面パネル７から外郭筺体２の内部に吸入した冷却風が電子回路メイン基板９の裏面に沿って流れ、第１の切欠き部１９および第２の切欠き部２０から電子回路メイン基板９の表面側に流れる第２の流路（第２の通風路）Ｘ２が形成されている。したがって、本実施の形態の電子機器１には、電子回路メイン基板９上に吸気部１４側に配置された上流側の電子部品１０ａ，１０ｂを第１の流路Ｘ１を流れる冷却風で冷却し、排気部１６側に配置された下流側の電子部品１０ｃ，１０ｄを第２の流路Ｘ２を流れる冷却風で冷却させる冷却手段２１が設けられている。

（効果）
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、高さのある直方体状の電子部品１０と、仕切り板３ａにて遮蔽された電源ユニット１２を電子回路メイン基板９の左右両サイドに配置するとともに、電子回路メイン基板９に電源ユニット１２の仕切り板３ａと対応する部分に第１の切欠き部１９、直方体状の電子部品１３と対応する部分に第２の切欠き部２０をそれぞれ設けている。さらに、電源ユニット１２の仕切り板３ａと第１の切欠き部１９との間に冷却風が通れる空間Ｓ１を設け、同様に直方体状の電子部品１３と第２の切欠き部２０との間に冷却風が通れる空間Ｓ２を設けている。これにより、吸気部１４の複数の吸気穴７ａが形成された前面パネル７から外郭筺体２の内部に吸入した冷却風が電子回路メイン基板９の裏面に沿って流れ、第１の切欠き部１９および第２の切欠き部２０から電子回路メイン基板９の表面側に流れる第２の流路Ｘ２を形成することができる。

したがって、本実施の形態の電子機器１には、電子回路メイン基板９上に吸気部１４側に配置された上流側の電子部品１０ａ，１０ｂを第１の流路Ｘ１を流れる冷却風で冷却し、排気部１６側に配置された下流側の電子部品１０ｃ，１０ｄを第２の流路Ｘ２を流れる冷却風で冷却させる冷却手段２１を設けることができる。そのため、上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂに吹き付けられて温度が上昇した冷却風が下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄの周囲を通ると同時に、上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂを通らない低温状態の冷却風を下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄに吹き付けて冷却することができる。その結果、上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂに吹き付けられて温度が上昇した冷却風の流れだけで下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄを冷却する場合のように冷却ファン１５で外部に排熱される前に電子機器１の内部で熱累積してしまうことを防止することができる。これにより、上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂと冷却ファン１５との間にある下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄの周囲温度が大きくなってしまい、下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄに影響を与えることを防止することができる。その結果、電子回路メイン基板９の構成部品の適切な配置と、適切な開口により、電子回路メイン基板９を構成する必要最小限の構成部品で、構造単純で低コストな電子機器の放熱構造が提供できる。

［第２の実施形態］
（構成）
図５は、第２の実施形態の電子機器１の放熱構造の全体構成を示す。なお、図５中で、図１と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の電子機器１は、外郭筺体２の前面の前面パネル７に冷却風を外部から吸引して外郭筺体２の内部に送風する２つの冷却ファン２１が配置されている。これにより、前面パネル７に２つの冷却ファン２１を備えた吸気部２２が形成されている。また、背面パネル８には、複数の排気穴２３が形成される排気部２４が形成されている。

これにより、２つの冷却ファン２１の駆動時には、前面パネル７の２つの冷却ファン２１から電子機器１の外郭筺体２の内部に冷却風が吸入され、背面パネル８の複数の排気穴２３の排気部２４から電子機器１の外部に冷却風が排気されることで、排熱される強制空冷ファンの放熱構造が形成されている。

（作用）
次に、上記構成の本実施の形態の作用について説明する。本実施の形態の電子機器１の使用時には、前面パネル７の２つの冷却ファン２１の駆動により、電子機器１の外郭筺体２の内部に流入される冷却風のうち、図５中に実線矢印Ｂ１で示すようにメイン基板９の表面に沿って流れる冷却風は、上流側の電子部品１０ａ，１０ｂに直接的に吹き付けられる。そのため、前面パネル７の冷却ファン２１から吸入される低温状態の冷却風によって上流側の電子部品１０ａ，１０ｂを効率よく冷却することができる。これにより、前面パネル７の２つの冷却ファン２１から外郭筺体２の内部に吸入した冷却風が電子回路メイン基板９の表面に沿って流れて背面パネル８の複数の排気穴２３の排気部２４側に流れる第１の流路（第１の通風路）Ｘ１が形成されている。

さらに、前面パネル７の２つの冷却ファン２１の駆動により、電子機器１の外郭筺体２の内部に流入される冷却風のうち一部は、メイン基板９の裏面、すなわちメイン基板９とシャーシ３の底板５との間の隙間Ｓ３（図３参照）を通って下流側に流れる。このとき、図５中に点線矢印Ｂ２−１で示すようにメイン基板９とシャーシ３の底板５との間の隙間Ｓ３を電源ユニット１２の仕切り板３ａ側に向けて流れる冷却風の成分は、電源ユニット１２の仕切り板３ａにあたり、跳ね返る。そのため、図５中に実線の矢印Ｂ３−１に示すように電子回路メイン基板９の第１の切欠き部１９と電源ユニット１２の仕切り板３ａとの間の狭い空間Ｓ１からメイン基板９の表面側に抜ける状態で流れる。このとき、冷却風の風速が増大し、主に下流側の電子部品１０ｃを熱累積していない低温状態の冷却風で直接的に冷却することが可能になる。

同様に、図５中に点線矢印Ｂ２−２で示すようにメイン基板９とシャーシ３の底板５との間の隙間Ｓ３を直方体状の電子部品１３側に向けて流れる冷却風の成分は、直方体状の電子部品１３にあたり、跳ね返る。そのため、図５中に実線の矢印Ｂ３−２に示すように第２の切欠き部２０と直方体状電子部品１３との間の狭い空間Ｓ２からメイン基板９の表面に側に抜ける状態で流れる。このとき、冷却風の風速が増大し、主に下流側の電子部品１０ｄを熱累積していない低温状態の冷却風で直接的に冷却することが可能になる。

これにより、前面パネル７の２つの冷却ファン２１から外郭筺体２の内部に吸入した冷却風が電子回路メイン基板９の裏面に沿って流れ、第１の切欠き部１９および第２の切欠き部２０から電子回路メイン基板９の表面側に流れる第２の流路（第２の通風路）Ｘ２が形成されている。したがって、本実施の形態の電子機器１には、電子回路メイン基板９上に前面側（２つの冷却ファン２１の吸気部２２側）に配置された電子部品１０ａ，１０ｂは、第１の流路Ｘ１を流れる冷却風で主に冷却し、排気部１６側に配置された下流側の電子部品１０ｃ，１０ｄは、第２の流路Ｘ２を流れる冷却風で主に冷却させる冷却手段２１が設けられている。

（効果）
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、電子機器１の外郭筺体２の内部の電子回路メイン基板９上に吸気部２２側に配置された上流側の電子部品１０ａ，１０ｂは、電子回路メイン基板９の表面に沿って第１の流路Ｘ１を流れる冷却風で冷却し、排気部２４側に配置された下流側の電子部品１０ｃ，１０ｄは、電子回路メイン基板９の裏面に沿って流れ、第１の切欠き部１９および第２の切欠き部２０から電子回路メイン基板９の表面側に流れる第２の流路Ｘ２の冷却風で冷却させる冷却手段２１を設けることができる。そのため、上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂに吹き付けられて温度が上昇した冷却風が下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄの周囲を通ると同時に、上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂを通らない低温状態の冷却風を下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄに吹き付けて冷却することができる。その結果、上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂに吹き付けられて温度が上昇した冷却風の流れだけで下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄを冷却する場合のように電子機器１の内部で熱累積してしまうことを防止することができる。これにより、上流側の２つの電子部品１０ａ，１０ｂの下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄの周囲温度が大きくなってしまい、下流側の２つの電子部品１０ｃ，１０ｄに影響を与えることを防止することができる。その結果、電子回路メイン基板９の構成部品の適切な配置と、適切な開口により、電子回路メイン基板９を構成する必要最小限の構成部品で、構造単純で低コストな電子機器の放熱構造が提供できる。

なお、上記第１の実施の形態では、前面吸気と背面冷却ファンによる排気の場合、第２の実施の形態では、前面冷却ファンによる吸気と背面排気の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、背面冷却ファンによる吸気と前面排気、または背面吸気と前面冷却ファンによる排気として構成することも可能である。

これらの実施形態によれば、電子機器内部の高発熱部品を効率よく冷却するために、電気回路構成部品の適切な配置と、適切な開口により、必要最小限の構成で、構造単純に低コストな電子機器の放熱構造を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電子機器、２…外郭筺体、５…底板、７ａ…吸気穴、９…電子回路メイン基板、１０ａ，１０ｂ…上流側の２つの電子部品（発熱部品）、１０ｃ，１０ｄ…下流側の２つの電子部品（発熱部品）、１３…直方体状の電子部品、１４…吸気部、１６…排気部、１９…第１の切欠き部、２０…第２の切欠き部、Ｘ１…第１の流路、Ｘ２…第２の流路、２１…冷却手段。

Claims

電子機器を収納する箱型の外郭筺体の少なくとも１つの壁面に冷却風の吸気穴が形成される吸気部、前記吸気部が形成された壁面以外の壁面に排気穴が形成される排気部がそれぞれ形成され、
前記外郭筺体は、前記吸気部が形成された壁面と前記排気部が形成された壁面以外の各面は遮蔽して構成され、
発熱部品を複数個搭載した電子回路メイン基板が前記外郭筺体の内部に水平方向に配置された状態で設置される電子機器の放熱構造であって、
前記電子回路メイン基板は、板面の一部に切欠き部が設けられ、この切欠き部に前記外郭筺体の底板からの高さが前記電子回路メイン基板の高さよりも高い直方体状のモジュール部品が配置され、
前記吸気部が形成された壁面から前記外郭筺体の内部に吸入した冷却風が前記電子回路メイン基板の表面に沿って流れて前記排気部側に流れる第１の流路と、
前記吸気部が形成された壁面から前記外郭筺体の内部に吸入した冷却風が前記電子回路メイン基板の裏面に沿って流れ、前記切欠き部から前記電子回路メイン基板の表面側に流れる第２の流路とを形成し、
前記電子回路メイン基板上に前記吸気部側に配置された上流側の前記発熱部品を前記第１の流路を流れる冷却風で冷却し、前記排気部側に配置された下流側の前記発熱部品を前記第２の流路を流れる冷却風で冷却させる冷却手段を設けたことを特徴とする電子機器の放熱構造。
前記外郭筺体は、その内部に前記電子回路メイン基板に電源を供給するための電源ユニットがさらに配設され、
前記電子回路メイン基板は、前記電源ユニットの収納部分と対応する部分に第２の切欠き部が設けられ、
この第２の切欠き部に前記電子回路メイン基板と前記電源ユニットとの間のノイズ遮蔽用のノイズ遮蔽仕切り板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器の放熱構造。
前記電子回路メイン基板は、前記切欠き部と前記直方体状のモジュール部品との間に、前記電子回路メイン基板の裏面側を流れる冷却風の流れを前記電子回路メイン基板の表面側に導く第１の通風路が形成され、
前記第２の切欠き部と前記ノイズ遮蔽仕切り板との間に、前記電子回路メイン基板の裏面側を流れる冷却風の流れを前記電子回路メイン基板の表面側に導く第２の通風路が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器の放熱構造。