JP2012079908A - Electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品を有する電子装置に関して、特にその電子部品の継続的な燃焼を防止する技術に関する。 The present invention relates to an electronic device having an electronic component, and more particularly to a technique for preventing continuous burning of the electronic component.
電子装置は、多くの電子部品を搭載している。例えば、パーソナルコンピュータやテレビなどの家庭用の小型電子装置においても、100〜数百個程度の電子部品が搭載されている。これらの電子部品の一つ一つは高信頼性のデバイスであるが、数多くのデバイスが用いられているため、中には偶発的なショート故障などに起因して発煙・発火する故障も発生する。 An electronic device is equipped with many electronic components. For example, in a small electronic device for home use such as a personal computer or a television, about 100 to several hundred electronic parts are mounted. Each of these electronic components is a high-reliability device, but since many devices are used, some smoke and fire failures occur due to accidental short-circuit failures. .
特許文献１には、装置全体を金属製のシールドケースで囲うことにより、装置内の１つのデバイスが発火したとしても、装置全体が発火することを防止する構造が記載されている。
しかし特許文献１に記載の構造は、電子デバイスが偶発的にショート故障などを起こし発火した場合、電子機器の外郭に設けられたシールドケースにより、電子機器の外部に燃焼を広げることは防ぐことができた。しかし、故障した電子デバイスが継続して燃えることを防ぐことができなかった。
However, in the structure described in
そのため、装置外部に対して燃焼の影響を防ぐことはできるものの、装置内部において故障した電子デバイスが継続して燃焼することで発生する火炎や煙が、装置内部に設けられた他の電子部品に対してさらに故障を引き起こすという問題点があった。 Therefore, although it is possible to prevent the influence of combustion on the outside of the device, flames and smoke generated by the continuous burning of the electronic device that has failed inside the device are caused by other electronic components provided inside the device. On the other hand, there was a problem of causing further failure.
本発明の目的は、上記課題を解決する電子装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the electronic device which solves the said subject.
本発明による電子装置は、筐体と、筐体に固定することで、密閉空間を形成する基板と、密閉空間における基板上に設けられた少なくとも１つの電子部品とを備え、密閉空間の容積は４．５リットル以下であることを特徴とする。 An electronic device according to the present invention includes a housing, a substrate that forms a sealed space by being fixed to the housing, and at least one electronic component provided on the substrate in the sealed space, and the volume of the sealed space is It is characterized by being 4.5 liters or less.
本発明の電子装置は、電子部品の継続的な燃焼を抑えることができる。 The electronic device of the present invention can suppress continuous combustion of electronic components.
〔第１の実施形態〕本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。 [First Embodiment] A preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the preferred embodiments described below are technically preferable for carrying out the present invention, but the scope of the invention is not limited to the following.
〔構造の説明〕図１は、本実施形態における入力装置１の断面図である。図１に示すように、本実施形態における電子装置１は、筐体２と回路基板３と電子部品４とを備えている。
[Description of Structure] FIG. 1 is a cross-sectional view of an
筐体２は、難燃性の材料、または不燃性の材料で構成されている。以下の記載では、一部の例として、筐体２を金属性と記載しているが、これに限定されない。なお、筐体２は、回路基板３とネジ止めなどにより固定されており、密閉した空間を有した構造を構成しており、空間内は空気で満たされている。
The housing |
電子部品４は、回路基板３上に実装されている。電子部品４は、筐体２と回路基板３とで構成される密閉構造内に複数設けられている。
The
なお、筐体２と回路基板３とで構成される密閉構造の容積は、４．５リットル以下であ
る。
In addition, the volume of the sealing structure comprised with the housing |
〔作用の説明〕一般的に、物質が燃焼するためには、燃焼物と空気と着火源が必要である。本実施形態は、１つの電子部品４に含まれる可燃物１グラムに対して、筐体２の容積を４．５リットル以下と小さくすることで筐体２内の空気量を制限し、密閉構造内に設けられた電子部品４の継続的な発火を防止することができる。例えば、密閉構造内の特定の電子部品４が発火したとしても、燃焼に必要な空気不足により継続的な燃焼が抑制されるため、他の電子部品４に対して燃え移るなどの影響を防ぐことができる。以下、上記作用について詳細に説明を行う。
[Description of Action] In general, in order for a substance to burn, a combustion product, air, and an ignition source are required. In the present embodiment, the amount of air in the
電子部品４が燃焼する場合、電子部品４に含まれる可燃物が燃焼する。その可燃物をN、上記可燃物の分子量をMとした場合、燃焼の化学式は、以下の〔式１〕ように表される。なお、〔式１〕では代表的な可燃物として有機物の例を示している。
When the
１・有機物（Ｎ） ＋ Ｐ・Ｏ２ → Ｑ・ＣＯ２ ＋ Ｒ・Ｈ２Ｏ＋・・・〔式１〕
上記の〔式１〕に基づいて、１モルの可燃物Nに対して、Ｐモルの酸素ガスが必要であると仮定して、電子部品の可燃物N 1グラムに対して、どの程度の酸素が必要か計算を行った。Pを酸素係数と呼ぶことにする。
1 ・ Organic substance (N) + P ・ O2 → Q ・ CO2 + R ・ H2O + ・ ・ ・ [Formula 1]
Based on the above [Equation 1], assuming that P mol of oxygen gas is required for 1 mol of combustible N, how much oxygen is required for 1 gram of combustible N of electronic components? I calculated whether it was necessary. Let P be the oxygen coefficient.
可燃物Ｎの分子量がMであるので、１グラムの可燃物Ｎが燃焼に行うのに必要な酸素の体積は、１／M（モル）×２２．５（１モルあたりの体積）×Pとなる。なお、酸素は空気中におよそ２０％の割合で含まれている。従って、可燃物Ｎが燃焼を行うのに必要な空気の体積は、１１２．５×Ｐ／Ｍである。 Since the molecular weight of combustible N is M, the volume of oxygen required for 1 gram of combustible N to burn is 1 / M (mol) x 22.5 (volume per mole) x P Become. Oxygen is contained in the air at a rate of approximately 20%. Therefore, the volume of air required for the combustible N to burn is 112.5 × P / M.
そこで電子部品４は主に可燃物として有機物を含んでおり、代表的な有機物の分子量Ｍと酸素係数Ｐとの関係について、計算した結果の表を図２に示す。
Therefore, the
ここで電子部品４に用いられる代表的な有機物として、塩化ビニル：（Ｃ２Ｈ３ＣＬ）ｎ、ポリエチレンテレフタレート：（Ｃ１０Ｈ８Ｏ３）ｎ、ポリプロピレン：（Ｃ３Ｈ６）ｎ、ポロブチレンテレフタレート：（Ｃ１１Ｈ１２Ｏ４）ｎの４種類で計算を行った。
Here, as typical organic substances used in the
図２に示す表で算出したＰ／Ｍと、それぞれの有機物1グラムとを燃焼させるために必要な空気の量Ａ（Ｌ）との関係を、図３に示す。 FIG. 3 shows the relationship between the P / M calculated in the table shown in FIG. 2 and the amount of air A (L) required to burn 1 gram of each organic substance.
Ｐ／Ｍと、典型的な有機物１グラムを燃焼させるために必要な空気の量とＡ（Ｌ）と関係は、図３に示すような一次関数のグラフとなる。図３に示すように、有機物1グラムを燃焼させるためには、少なくとも４．５リットル以上の空気が必要であることがわかる。 The relationship between P / M, the amount of air required to burn one gram of typical organic matter, and A (L) is a graph of a linear function as shown in FIG. As shown in FIG. 3, it can be seen that at least 4.5 liters of air is required to burn 1 gram of organic matter.
したがって、有機物1グラムを含む電子部品４が完全燃焼するには、少なくもと４．５リットル以上の空気が必要であるが、もし、その必要な空気の量を１／１０以下とした場合には、電子部品の燃焼を極めて初期の状態で停止させることが可能となる。
Therefore, in order for the
具体的に説明を行うと、発明者らが実施したフィルムコンデンサ８の燃焼実験では、1グラムの有機物が燃焼するのに約１３０秒程度であった。しかし、筐体２を金属製ではなく樹脂材料とし、密閉構造内の空気量を４．５リットル程度とした場合、フィルムコンデンサ８が完全燃焼する前に消火を行うことができるが、燃焼時間が長くなると筐体２が熱により変形してしまうなどの影響があった。
More specifically, in the burning experiment of the
そこで密閉構造の容積を、完全燃焼に必要な空気の量の１／１０以下である０．５リットルとすると、フィルムコンデンサ８の燃焼時間を１３秒以下に抑えることができ、さらに容積を０．１リットルにすると、燃焼時間を３秒以下に抑えることができた。このように、小容量の密閉容器に電子部品４を入れることにより、仮に電子部品４が発火したとしても、電子部品４の燃焼を初期の状態で消火をすることができ、筐体２に樹脂材料などを用いた場合の変形や、また別の電子部品への延焼などの影響を防ぐことができる。
Therefore, if the volume of the sealed structure is 0.5 liter, which is 1/10 or less of the amount of air required for complete combustion, the burning time of the
〔効果の説明〕本実施形態における電子装置１は、筐体２と回路基板３とで構成される密閉構造の容積を４．５リットル以下にすることで、密閉構造内に設けられた電子部品４の燃焼に必要な酸素を枯渇させることができる。
[Explanation of Effects] In the
そのため、電子部品４が偶発的などのショート故障などを引き起こし、発煙・発火を生じたとしても、電子部品４が継続的に燃焼を抑えることができ、初期の段階で消火することができる。また電子部品４の発火により発生する熱や煙の量も小さくすることが出来る。そのため、複数設けられた電子部品４の中の１つの電子部品が発火したとしても、他の電子部品４に燃え移るなどの故障を引き起こす影響を防ぐことができる。
Therefore, even if the
また本実施形態における電子装置１は、筐体２と回路基板３とで構成される密閉構造内に電子部品４を配置しているため、電子部品４が発煙したとしても、その発煙を電子装置１の外部に漏らさないという効果も有している。
In addition, since the
〔第２の実施形態〕次に、第２の実施形態について説明する。 [Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described.
〔構造の説明〕図４に示すように、本実施形態の電子装置１が第１の実施形態と異なる点は、電子部品４の少なくとも一部が筐体２の内側と接触している点である。それ以外の構成・接続関係は、第１の実施形態と同様である。つまり、第２の実施形態の電子装置１は、筐体２と回路基板３と電子部品４とを備えている。
[Description of Structure] As shown in FIG. 4, the
本実施形態における電子部品４は、第１の実施形態と同様に、回路基板３上に複数設けられており、筐体２と回路基板３とで構成される密閉構造内に設けられている。
A plurality of
少なくとも１つの電子部品４の一部が筐体２に接触している。なお図４では、電子部品４の側面が筐体２の側面と接触しているが、これに限定されず、筐体２の一部であれば接触している場所はどこでもよい。
A part of at least one
本実施形態では、筐体２の材質は金属である。筐体２と電子部品４との接触は、耐熱性が高く、また熱伝導性が高い熱伝導性接着材であれば、限定されない。また、筐体２と電子部品４とを熱接触用ネジ（図示せず）で固定してもよい。
In the present embodiment, the material of the
〔作用・効果の説明〕本実施形態における電子装置１は、回路基板３上に設けられた電子部品４と金属製の筐体２とが接触しているため、電子部品４は筐体２をヒートシンクとして利用することができる。
[Explanation of Functions and Effects] In the
上記構造により、電子部品４の放熱特性を向上させることができる。その結果、筐体２に接触している電子部品４が発火した場合は、筐体２がヒートシンクとして作用するため、早期に消火することができる。一方、電子装置１内の他の電子部品４が発火した場合は、筐体２に接触している電子部品４は、筐体２を介して放熱できるため高温化を防ぐことができ、発火する可能性を抑えることができる。
With the above structure, the heat dissipation characteristics of the
〔第３の実施形態〕次に、第３の実施形態について説明する。 [Third Embodiment] Next, a third embodiment will be described.
〔構造の説明〕図５に示すように、本実施形態の電子装置１が第１の実施形態と異なる点は、筐体２に防爆弁５を設けている点である。それ以外の構成・接続関係は、第１の実施形態と同様である。つまり、第３の実施形態の電子装置１は、筐体２と回路基板３と電子部品４とを備えている。
[Description of Structure] As shown in FIG. 5, the
図５に示すように、防爆弁５は、筐体２の側面に設けられており、通常状態では閉じているため、筐体２は密閉構造となっている。筐体2内部で電子部品４が発火して燃焼ガスが発生することにより、内部圧力が上昇して所定の圧力を超えた場合には、外部にガスを流出させて、筐体２の爆発を防止する。
As shown in FIG. 5, the explosion-
〔作用・効果の説明〕電子部品４は、筐体２と回路基板３とで密閉された空間に設けられているため、発火や発煙などが生じると内部圧力が上昇する。
[Explanation of Functions and Effects] Since the
電子部品４が偶発的に発火を生じた場合、酸素量が不足して消火する前に、密閉された空間内の内部圧力が上昇したとしても、防爆弁５を介して外部に燃焼ガスを流出することで、内部圧力を下げて、筐体２が爆発するのを防ぐことができる。
If the
〔第４の実施形態〕 次に、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 [Fourth Embodiment] Next, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
〔構造の説明〕図６に示すように、本実施形態の電子装置１が第１の実施形態と異なる点は、第２回路基板１０とエンクロージャ１１と空冷用ファン１２とを設けている点である。それ以外の構成・接続関係は、第１の実施形態と同様である。つまり、第４の実施形態の電子装置１は、筐体２と回路基板３と電子部品４とを備えている。
[Description of Structure] As shown in FIG. 6, the
本実施形態における筐体２は、金属製のケースであり、回路基板３にネジ留めで固定されている。そして。筐体２と回路基板３とで密閉した構造を有している。
The
回路基板３は、１０ｃｍ×５ｃｍの大きさである。筐体２は、回路基板３を覆っており、高さは、３ｃｍ程度である。なお、筐体２と回路基板３に囲まれた空間の体積は、１５０ｃｍ３程度であり、４．５リットルよりも小さな体積である。
The
電子部品４は、具体的には図６に示すように、バリスタ６、チョークコイル７、フィルムコンデンサ８、トランジスタ９などであり、回路基板３上に設けられている。
Specifically, as shown in FIG. 6, the
第２回路基板１０は、回路基板３と並んで配置されている。なお、第２回路基板１０は、筐体２を有していない。第２回路基板１０も同様に、複数の電子部品４を設けている。
The
筐体２で覆われた回路基板３と、第２回路基板１０は、エンクロージャ１１の中に設けられている。なおエンクロージャ１３は空冷用ファン１２を備えており、空冷用ファン１２はエンクロージャ１１内部の空気温度を低下させる機能を有する。なお、空冷用ファン１２は、筐体２の上面と対向する位置に、設けられている。
The
〔作用・効果の説明〕本実施形態において回路基板３に設けられたフィルムコンデンサ８が発火し始めた場合、燃焼に使うことが出来る空気は１５０ｃｍ３程度である。しかし、フィルムコンデンサ８がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で構成されている場合、表１により、1グラム燃焼するための必要な空気量は、６．７５リットルが必要である。
[Explanation of Functions and Effects] In the present embodiment, when the
フィルムコンデンサ８は、筐体２と回路基板３とで、密閉された空間の中に設けられている。そのためフィルムコンデンサ８が一旦発火したとしても、燃焼に利用できる空気は１５０ｃｍ３であるため、燃焼を継続することができず、発火は早期に停止することができる。結果、フィルムコンデンサ８の発火が、バリスタ６、チョークコイル７、トランジスタ９などの他の電子部品４に与える影響を抑えることができる。
The
またフィルムコンデンサ８は、筐体２と回路基板３とで構成された密閉構造内に配置されているため、フィルムコンデンサ８の発火初期に発生する煙は筐体２に充満するものの、外側にはほとんど流出しない。そのため、煙が電子装置１の外部に設けられた他の装置などに与える影響を抑えることができる。
Further, since the
図６に示されるように本実施例では、第２回路基板１０は、筐体２のようなカバーを設けておらず密閉した構造ではない。そのため、回路基板３には発火リスクが高い電子部品４を配置し、発火リスクが低い電子部品４を第２回路基板１０に配置するなど、電子部品４の配置に自由度を持たすことができる。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the
回路基板３は、金属製の筐体２で周囲を覆っているため、各電子部品４からの熱がこもりやすく高温になりやすい。エンクロージャ１１は、筐体２の上面と対向する位置に空冷用ファン１２を配置しているため、高温になった筐体２の温度を下げることができる。
Since the
〔第５の実施形態〕次に、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 [Fifth Embodiment] Next, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
〔構造の説明〕図７に示すように、本実施形態における電子装置１が第４の実施形態と異なる点は、第２筐体１３、ヒートスプレッタ１４、熱接触用ネジ１５とを設けている点である。それ以外の構成・接続関係は、第４の実施形態と同様である。つまり、第５の実施形態の電子装置１は、筐体２と回路基板３と電子部品４とを備えている。
[Description of Structure] As shown in FIG. 7, the
筐体２は、金属製のケースであり、回路基板３にネジ留めで固定されている。そして。筐体２と回路基板３とで密閉した構造を有している。同様に、第２回路基板１０は、第２筐体１３とネジ留めにより固定され、密閉した構造を有している。それぞれの体積は７０〜１５０ｃｍ３程度であり、４．５リットルよりも十分小さな体積である。なお、本実施形態における筐体２と第２筐体１３は外側に、放熱用のフィンを設けている。
The
回路基板３上には、第４の実施形態と同様に、バリスタ６、チョークコイル７、フィルムコンデンサ８、トランジスタ９などの電子部品４が配置されている。一方、第２回路基板１０上には、半導体ＩＣ１６などの電子部品４が配置されている。
Similar to the fourth embodiment,
また半導体ＩＣ１６は、上部にヒートスプレッタ１４を設けている。ヒートスプレッタ１４は、熱接触用ネジ１５を介して第２筐体１３に固定されている。熱接触用ネジ１５は、半導体ＩＣ１６上のヒートスプレッタ１４と第２筐体１３とを熱的に接続している。
In addition, the
筐体２で覆われた回路基板３と、第２筐体１３で覆われた第２回路基板１０は、それぞれエンクロージャ１１の中に設けられている。なおエンクロージャ１１は、回路基板３の上面と第２回路基板１０の上面と対向する位置に、空冷用ファン１２は備えている。空冷用ファン１２は、エンクロージャ１１内部の空気温度を低下させる機能を有する。
The
〔作用・効果の説明〕本実施形態では、筐体２を電子部品４と、および第２筐体１３を半導体ＩＣ１６と熱的に接触することで、放熱用フィンを用いてヒートシンクとしても利用することができる。その結果、電子部品４や半導体ＩＣ１６の放熱を改善し動作温度を低減することで、これらの部品の信頼性向上も図ることができる。
[Description of Action / Effect] In this embodiment, the
熱接触用ネジ１５は、半導体ＩＣ１６上のヒートスプレッタ１４と第２筐体１３とのあいだに設けられているため、両者の隙間を調整することで、半導体ＩＣ１６と第２筐体１３の熱抵抗をバランス良く小さくすることができる。
Since the
一方、筐体２は、側板と天板との２ピース構成とすることで、電子部品４を目で確認しながら側板に接着することができ、生産性も高めることができる。
On the other hand, the
さらに、本実施形態では、筐体２に防爆弁５を設けている。筐体２内部の圧力が高まった場合、安全性を確保するため防爆弁５を備えており、金属ケース全体が爆発する危険性を回避している。
Furthermore, in this embodiment, the explosion-
本実施形態では、筐体２で回路基板１０全体を密閉したため、入力や出力の電線が、筐体２を貫通する必要がある。そのための方法としては、筐体２に電線のための開口部を開けて隙間を接着材などで埋める方法と、蒸着装置などで利用する電流導入端子を用いる方法の２つがある。
In the present embodiment, since the
電流導入端子を用いる方法は、密閉性が良好であるという特徴があるが、高価格であり端子数も限定されているなどの問題がある。そのため、通常は、筐体２に開口部も設けて電線を通した後に、その隙間を接着材で埋める方法が適切である。
The method using the current introduction terminal is characterized by good sealing performance, but has a problem that it is expensive and the number of terminals is limited. Therefore, usually, a method of filling the gap with an adhesive after providing an opening in the
以上の実施形態では、電子部品４の発火の継続を防止するための筐体２を金属で構成した。しかしこれに限らず、ＵＬ９４のＶ０適合の難燃性樹脂材料などを用いてもよい。また、本実施形態では、第２の回路基板１０を密着するために熱接触ネジ１４を用いたが、これに限らず熱伝導性接着材などの他の方法を用いてもよい。なお可燃物は、例えば電解コンデンサの電解液のように液体も含まれる。
In the above embodiment, the
１ 電子装置
２ 筐体
３ 回路基板
４ 電子部品
５ 防爆弁
６ バリスタ
７ チョークコイル
８ フィルムコンデンサ
９ トランジスタ
１０ 第２回路基板
１１ エンクロージャ
１２ 空冷用ファン
１３ 第２筐体
１４ ヒートスプレッタ
１５ 熱接触用ネジ
１６ 半導体ＩＣ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記筐体に固定することで、前記筐体と密閉空間を形成する基板と、
前記密閉空間における前記基板上に設けられた少なくとも１つの電子部品とを備え、
前記密閉空間の容積は４．５リットル以下であることを特徴とする電子装置。 A housing and a substrate that forms a sealed space with the housing by being fixed to the housing;
And at least one electronic component provided on the substrate in the sealed space,
The volume of the said sealed space is 4.5 liters or less, The electronic device characterized by the above-mentioned.
を特徴とする請求項２に記載の電子装置。 The electronic device according to claim 2, wherein the electronic component includes an organic substance of any one of vinyl chloride, polyethylene terephthalate, polypropylene, and polybutylene terephthalate.
前記エンクロージャは、前記筐体と対向する位置に、空冷用ファンを備えていることを特徴とする請求項１乃至９に記載の電子装置。 Providing an enclosure covering the housing;
The electronic device according to claim 1, wherein the enclosure includes an air cooling fan at a position facing the housing.
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