JP2018014406A - 筐体及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でデザインが良好であり、且つＥＭＣ対策が施された筐体及び電子機器を提供する。【解決手段】筐体１０は、導電体を備えた第１の部材１１と、導電体を備え、第１の部材１１と協働して回路基板１５を導電体で囲まれた空間内に収納する第２の部材１２と、一定の配置間隔ｙで配置されて第２の部材１２を前記第１の部材１１に固定する締結要素１３とを有する。第１の部材１１の導電体と第２の部材１２の導電体との重なり幅をｘとしたときに、配置間隔ｙの値が下記式で算出される値以下に設定されている。ｘ≦２．２ｍｍのとき、ｙ＝（０．１３ｘ＋０．００１５）λ。ｘ＞２．２ｍｍのとき、ｙ＝（１０-5ｘ3−０．０００６ｘ2＋０．０１２ｘ＋０．２５）λ。但し、回路基板１５に流れるクロック信号の周波数をｆ、光の速度をｃとしたときに、λ＝ｃ／ｆ。【選択図】図４

Description

本発明は、ＥＭＣ対策された筐体及び電子機器に関する。

電子機器の発達にともなって、電子機器から放射される電磁ノイズにより他の電子機器に障害を与えたり、他の電子機器から放射される電磁ノイズにより自身の電子機器が誤動作するなどの問題が指摘されるようになった。そのため、電子機器の設計及び組み立て工程において、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility：電磁両立性）対策が求められている。

電磁ノイズは金属で遮断されるため、例えば金属製の筐体内に電磁ノイズの発生源となる電子回路を密閉することが考えられる。特許文献１には、筐体を形成する２つの金属製の部材（箱体及び蓋部）のそれぞれにフランジ部を設け、それらのフランジ部を重ねて、ねじ、カシメ、リベット又は溶接等（以下、「締結要素」という）により固定することが記載されている。

特開２００７−６７１９５号公報

フランジ部を有する２つの金属製の部材をねじ等の締結要素で固定する場合、電磁ノイズの減衰量は、フランジ部の幅と締結要素の配置間隔（ピッチ）とに関係する。特許文献１（図３（ａ）参照）によれば、例えば周波数が１０００ＭＨｚ、締結要素の配置間隔が７．５ｃｍの場合、電磁ノイズを１５ｄＢ低減するために必要なフランジ部の幅は約５ｃｍとなる。

しかし、コンピュータ等の電子機器において、幅が５ｃｍのフランジ部を設けることは、サイズが大きくなるだけでなく、デザインの点からも問題となる。

開示の技術は、小型でデザインが良好であり、且つＥＭＣ対策が施された筐体及び電子機器を提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、導電体を備えた第１の部材と、導電体を備え、前記第１の部材と協働して電子部品を搭載した回路基板を導電体で囲まれた空間内に収納する第２の部材と、一定の配置間隔ｙで配置されて前記第２の部材を前記第１の部材に固定する締結要素とを有し、前記第１の部材の導電体と前記第２の部材の導電体との重なり幅をｘとしたときに、前記配置間隔ｙの値が下記（１）式又は（２）式で算出される値以下であることを特徴とする筐体。

ｘ≦２．２ｍｍのとき
ｙ＝（０．１３ｘ＋０．００１５）λ …（１）
ｘ＞２．２ｍｍのとき
ｙ＝（１０^-5ｘ³−０．０００６ｘ²＋０．０１２ｘ＋０．２５）λ …（２）式
（但し、前記回路基板に流れるクロック信号の周波数をｆ、光の速度をｃとしたときに、λ＝ｃ／ｆ）

上記一観点によれば、電磁ノイズを抑制でき、小型でデザインが良好である筐体及び電子機器が得られる。

図１は、電子機器の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、ねじ間において箱体と蓋部との密着が十分でない部分が発生した筐体を模式的に示す斜視図である。 図３は、回路基板から発生する電磁ノイズの強さを調べた結果を示す図である。 図４は、筐体の一部を模式的に示す図である。 図５は、減衰量が３０ｄＢとなる点を結んだグラフである。 図６は、図５に示す曲線を直線近似した部分と曲線近似部分とに分けて示す図である。 図７（ａ）は実施形態に係る電子機器を示す断面図、図７（ｂ）は同じくその電子機器の筐体を示す斜視図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、箱体と蓋部との重なり部の例を示す模式図である。

以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

図１は、電子機器の一例を模式的に示す斜視図である。

図１に示す電子機器は、筐体１０内にＣＰＵ（Central Processing Unit）及びその他の電子部品を搭載した回路基板１５が収納されている。筐体１０は、箱体（第１の部材）１１と、箱体１１の上に配置される平板状の蓋部（第２の部材）１２とを有する。箱体１１は、矩形の底板と、底板を囲む４枚の側板とからなる。また、蓋部１２は、ねじ１３（又はその他の締結要素：以下、同じ）により箱体１１に固定されている。

筐体１１及び蓋部１２の表面（内面又は外面と縁部の面）は導電性であり、回路基板１５は導電体で囲まれた空間内に密閉されている。これにより、回路基板１５から筐体１１の外への電磁ノイズの漏洩や、外部から筐体１０内への電子ノイズの侵入を防いでいる。

ところで、図１に示すように蓋部１２の縁と箱体１１とが完全に密着していれば、筐体１１により電磁ノイズを遮断することができる。しかし、実際には図２に示すように隣り合うねじ１３とねじ１３との間において箱体１１と蓋部１２との密着が十分でない部分が発生し、そこから電磁ノイズが漏れる。

箱体１１と蓋部１２との間からの電磁ノイズの漏れを回避するために、前述の特許文献１では、箱体１１及び蓋部１２にそれぞれ、ねじ１３の配置間隔と電磁ノイズの周波数とに応じた幅のフランジ部を設けている。特許文献１によれば、前述したように、電磁波の周波数が１０００ＭＨｚ、ねじ（締結要素）の配置間隔を７．５ｃｍとしたときに、フランジ部の幅は５ｃｍになる。

本願発明者らは、ＣＰＵ等の電子部品を搭載した回路基板から発生する電磁ノイズの強さについて調べた。

図３は、横軸にクロック信号の周波数をとり、縦軸に電磁ノイズレベルをとって、回路基板から発生する電磁ノイズの強さを調べた結果を示す図である。

図３からわかるように、回路基板からは約８０ｄＢμＶの電磁ノイズが発生している。一方、電磁ノイズの規制レベルは国毎に異なるものの、おおよそ５０ｄＢμＶである。従って、筐体において、回路基板から発生する電磁ノイズを３０ｄＢ抑制すればよいことになる。

本願発明者らは、筐体を形成する２つの部材（箱体及び蓋部）の重なり幅ｘとねじの配置間隔ｙとを種々変化させ、各条件における電磁ノイズの減衰量を調べた。ここで、重なり幅ｘは、２つの部材のそれぞれの導体が接触する部分の幅である。

図４は、筐体１０の一部を模式的に示す図である。ここでは、図４に示すように、電磁ノイズの発生源となる回路基板１５は、金属製の箱体１１と蓋部１２とにより形成された筐体１０内に配置されているものとしている。また、箱体１１の側壁と蓋部１２との重なり幅をｘとし、隣り合うねじ１３間の距離（配置間隔）をｙとしている。

なお、特許文献１では正弦波の信号を用いて電磁ノイズの減衰量を調べているのに対し、本願発明者らは回路基板１５に流れるクロック信号（パルス状の矩形波信号）を用いて電磁ノイズの減衰量を調べている。これは、コンピュータ等の電子機器から発生する電磁ノイズは、主に回路基板１５に流れるクロック信号に起因するためである。電磁ノイズの減衰量の解析には、富士通株式会社の電磁界解析ソフトウエア（Poynting for Microwave）を使用した。

その結果、減衰量を３０ｄＢとしたときの筐体を形成する２つの部材（箱体及び蓋部）の重なり幅ｘとねじの配置間隔ｙとの関係は、図５に示すようになった。なお、図５中のλは電磁ノイズの波長（単位：ｍｍ）であり、λ＝ｃ／ｆ（ｃは光の速度、ｆはクロック信号の周波数）である。

図５は、横軸に重なり幅ｘをとり、縦軸にねじの配置間隔ｙをとって、減衰量が３０ｄＢとなる点を結んだグラフである。箱体１１と蓋部１２との重なり幅ｘとねじ１３の配置間隔ｙとの関係が図５に示す曲線よりも下側であれば、筐体１０の外に漏れる電磁ノイズを３０ｄＢ低減し、５０ｄＢμＶ以下にすることができる。

本願発明者らは、図５に示す曲線を、図６に示すように直線近似した部分（Ａ−Ｂ間）と曲線近似部分（Ｂ−Ｃ間）とに分け、それらの各部を下記（１）式及び（２）式のように数式で表した。ここで、点ＢのＸ座標の値（重なり幅ｘ）は２．２ｍｍ、Ｙ座標の値（締結要素の配置間隔ｙ）はλ／３．６５である。

ｙ＝（０．１３ｘ＋０．００１５）λ …（１）
ｙ＝（１０^-5ｘ³−０．０００６ｘ²＋０．０１２ｘ＋０．２５）λ …（２）
この図６によれば、例えばクロック信号の周波数が１０００ＭＨｚ、ねじ１３の配置間隔ｙがλ／４（＝７．５ｃｍ）の場合、箱体１１と蓋部１２との重なり幅ｘは２ｍｍであればよいことがわかる。言い換えれば、箱体１１と蓋部１２との重なり幅を２ｍｍ以上とすれば、ねじ１３の配置間隔をλ／４以上とすることができる。

なお、前記（１）式、（２）式は、有効桁数を拡張したときに以下の（１）'式、（２）'式のように表される。

ｙ＝（０．１２８５ｘ＋０．００１５）λ …（１）'
ｙ＝（１０^-5ｘ³−０．０００６ｘ²＋０．０１２３ｘ＋０．２４９８）λ …（２）'
（１）式又は（２）式に替えて、（１）'式又は（２）'式を用いてもよい。

図７（ａ）は実施形態に係る電子機器を示す断面図、図７（ｂ）は同じくその電子機器の筐体を示す斜視図である。

回路基板１５は筐体１０内に収納されている。回路基板１５にはＣＰＵ及びその他の電子部品１６が搭載されており、１０００ＭＨｚのクロック信号が流れる。

筐体１０は、箱体１１と蓋部１２とからなる。ここでは、箱体１１及び蓋部１２は樹脂により形成され、表面（内面又は外面と縁部の面）が金属等の導電体に覆われているものとする。但し、箱体１１及び蓋部１２がいずれも金属により形成されていてもよい。

箱体１１と蓋部１２との重なり幅ｘ（図４参照）は２ｍｍである。また、蓋部１２は、ねじ１３により箱体１１に固定されている。更に、ねじ１２の配置間隔ｙは７．５ｃｍに設定されている。

本実施形態に係る電子機器では、電磁ノイズの発生源となる回路基板１５がＥＭＣ対策された筐体１０内に配置されているので、筐体１０の外に漏れる電磁ノイズは５０ｄＢμＶ以下に低減される。また、本実施形態に係る電子機器は、箱体１１と蓋部１２との重なり幅が２ｍｍと少なく、外側に突出するフランジ部が不要であるので、小型でデザイン性に優れている。

図８（ａ）〜（ｃ）は、箱体１１と蓋部１２との重なり部の例を示す模式図である。

図８（ａ）は、（１）式又は（２）式により算出した箱体１１と蓋部１２との重なり幅ｘが側壁の厚さよりも大きい場合であって、箱体１１の内側の延びるフランジ部１１ａを設けた例を示している。

図８（ｂ）は、（１）式又は（２）式により算出した箱体１１と蓋部１２との重なり幅ｘが側壁の厚さよりも小さい場合である。この場合、箱体１１の側壁のうちねじ１３が配置される部分の厚さはねじ１３の固定に必要な厚さとし、それ以外の部分の厚さは（１）式又は（２）式により算出した箱体１１と蓋部１２との重なり幅ｘに設定されている。

図８（ｃ）は、箱体１１のフランジ部１１ａにスリットを設け、蓋部１２に締結部１２ａとしてスリットに挿入するクランク状の部分を設けた例を示している。

１０…筐体、１１…箱体、１２…蓋部、１３…ねじ、１５…回路基板、１６…電子部品。

Claims (6)

1. 導電体を備えた第１の部材と、
   導電体を備え、前記第１の部材と協働して電子部品を搭載した回路基板を導電体で囲まれた空間内に収納する第２の部材と、
   一定の配置間隔ｙで配置されて前記第２の部材を前記第１の部材に固定する締結要素とを有し、
   前記第１の部材の導電体と前記第２の部材の導電体との重なり幅をｘとしたときに、前記配置間隔ｙの値が下記（１）式又は（２）式で算出される値以下であることを特徴とする筐体。
   ｘ≦２．２ｍｍのとき
   ｙ＝（０．１３ｘ＋０．００１５）λ …（１）
   ｘ＞２．２ｍｍのとき
   ｙ＝（１０^-5ｘ³−０．０００６ｘ²＋０．０１２ｘ＋０．２５）λ …（２）
   （但し、前記回路基板に流れるクロック信号の周波数をｆ、光の速度をｃとしたときに、λ＝ｃ／ｆ）
2. 前記第１の部材は箱状であり、前記第２の部材は平板状であることを特徴とする請求項１に記載の筐体。
3. 前記一定の配置間隔ｙがλ／４以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の筐体。
4. 前記締結要素が、ねじ、カシメ、リベット及び溶接のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の筐体。
5. 前記（１）式及び（２）式は、有効桁数を拡張したときに、以下のように表されることを特徴とする請求項１に記載の筐体。
   ｘ≦２．２ｍｍのとき
   ｙ＝（０．１２８５ｘ＋０．００１５）λ …（１）
   ｘ＞２．２ｍｍのとき
   ｙ＝（１０^-5ｘ³−０．０００６ｘ²＋０．０１２３ｘ＋０．２４９８）λ …（２）
6. 電子部品を搭載した回路基板と、
   導電体を備えた第１の部材と、
   導電体を備え、前記第１の筐体と協働して前記回路基板を導電体で囲まれた空間内に収納する第２の部材と、
   一定の配置間隔ｙで配置されて前記第２の部材を前記第１の部材に固定する締結要素とを有し、
   前記第１の部材の導電体と前記第２の部材の導電体との重なり幅をｘとしたときに、前記配置間隔ｙの値が下記（１）式又は（２）式で算出される値以下であることを特徴とする筐体。
   ｘ≦２．２ｍｍのとき
   ｙ＝（０．１３ｘ＋０．００１５）λ …（１）
   ｘ＞２．２ｍｍのとき
   ｙ＝（１０^-5ｘ³−０．０００６ｘ²＋０．０１２ｘ＋０．２５）λ …（２）
   （但し、前記回路基板に流れるクロック信号の周波数をｆ、光の速度をｃとしたときに、λ＝ｃ／ｆ）

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