JP2018063982A - 電子装置 - Google Patents

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淳史 倉内
Junji Kurauchi
淳史 倉内
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Abstract

【課題】呼吸孔及び呼吸フィルタが設けられた筐体を備える電子装置において、簡易な構成で当該呼吸孔及び呼吸フィルタを被水や衝撃から保護すると共に、冷却効率の高い筐体を低コストで実現する電子装置を提供する。【解決手段】筐体101と、筐体の内部空間115に収容された回路基板110と、を備える電子装置100であって、筐体は、筐体の外側から内部空間に連通する呼吸孔107と、孔を塞ぐように形成された呼吸フィルタ108と、筐体の外側の表面に形成された少なくとも2つの放熱フィン105c、105dと、を備える。少なくとも2つの放熱フィンは、呼吸孔に沿って延在し、孔を挟んで互いに対向するように配置されている。【選択図】図1

Description

本発明は、電子装置に関し、特に、呼吸孔を有する筐体を備えた電子装置に関する。
一般に、車両に搭載された電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)は、該車両を制御するための制御回路が実装された回路基板と、該回路基板を内部に収容する筐体とから構成されている。また、該筐体には、筐体内外の圧力差による筐体の変形の防止や該筐体内に大気圧センサを配置するために、筐体の内部空間と外部とを連通させて、該内部空間の圧力と大気圧とを均衡させる作用を有する呼吸孔を設ける場合がある。
また、上記呼吸孔は筐体の該内部空間への異物の侵入経路となり得るため、該呼吸孔の開口を塞ぐように、例えば通気性及び防水性を備えた呼吸フィルタが取付けられる。これにより、筐体の該内部空間への水や塵埃などの異物の侵入を遮断しつつ、筐体内外の圧力差を低減することができる。
しかしながら、エンジンルームなどに配置される電子制御装置は、例えば高圧の洗浄水などに晒される場合があり、該洗浄水の衝撃の程度によっては、筐体に取り付けられた上記呼吸フィルタが変形または脱落するおそれがある。呼吸フィルタの取り付けに不具合が生じると、筐体の該内部空間への異物の侵入を遮断することができなくなるため、該呼吸フィルタを保護するための様々な対策が実施されている。
例えば、特許文献1には、筐体の外側に突出する筒状の呼吸孔に、開口端が呼吸フィルタで覆われたインナーパイプを取り付けると共に、該呼吸フィルタの上部を覆うようにフィルタ保護キャップを設けた筐体を備える電子装置が開示されている。このような構成によれば、該呼吸フィルタに飛来する高圧の洗浄水などを該フィルタ保護キャップにより遮断することができるため、該呼吸フィルタの変形や脱落を防止することができる。
しかしながら、特許文献1に記載された電子装置では、筐体表面の一部を筒状に加工して呼吸孔を形成する必要があり、また、呼吸フィルタが取り付けられたインナーパイプ及びフィルタ保護キャップなどの複数の部品が必要となるため、筐体の構造が複雑化すると共に部品点数が増加し、結果として、車両コストが上昇するという問題が生じる。また、当該電子装置は、筐体の表面から筒上部が突出するという構成を有しているため、振動や過失などにより当該筒状部に衝撃が加わる頻度が増え、筒状部と筐体との接続部における機械的強度の劣化を招来しやすい。また、該電子装置の上記筒状部からなる呼吸孔は、回路基板に搭載される特定の発熱素子の近傍に位置するように設けられるため、該特定の発熱素子以外の他の発熱素子に対する放熱効果は限定的なものであり、筐体の放熱効率を十分に高めることができない。さらに、前記特定の発熱素子は、上記筒状部の開口位置と一致するように回路基板に搭載される必要があるため、特許文献1に記載された電子装置では、回路基板における電気部品の配置に係る自由度が制限されるという問題が生じていた。
特開2002−353675号公報
このような背景から、呼吸孔及び呼吸フィルタが設けられた電子装置において、低コスト且つ簡易な構成で、該呼吸孔及び呼吸フィルタを被水や衝撃などから保護すると共に、該電子装置の冷却効率の高めることが望まれている。
本発明の一の態様は、筐体と、前記筐体の内部空間に収容された回路基板と、を備える電子装置である。前記筐体は、前記筐体の外側から前記内部空間に連通する貫通孔と、前記貫通孔を塞ぐように形成されたフィルタと、前記筐体の前記外側の表面に形成された少なくとも2つの放熱フィンと、を備え、前記少なくとも2つの放熱フィンは、前記貫通孔に沿って延在し、前記貫通孔を挟んで互いに対向するように配置されている。
本発明の他の態様によると、前記貫通孔は、矩形状であって、前記少なくとも2つの放熱フィンは、前記貫通孔の長手方向に沿って延在し、前記貫通孔を挟んで互いに平行に配置される。
本発明の他の態様によると、前記貫通孔の前記長手方向の両端部は、前記少なくとも2つの放熱フィンの前記長手方向の両端部の間に位置する。
本発明の他の態様によると、前記フィルタは前記内部空間側に形成される。
本発明の他の態様によると、前記少なくとも2つの放熱フィンと互いに平行となるように形成された複数の放熱フィンを前記表面に有する。
本発明の他の態様によると、前記少なくとも2つの放熱フィンの間の距離は、放熱フィン間に上記貫通孔を有しない他の放熱フィンの間の距離よりも狭い。
本発明の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る変形例の電子装置の構成を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図1(a)、(b)は、本発明の一実施形態に係る電子装置100の構成を示す図である。本実施形態に係る電子装置100は、例えば車両に搭載されて当該車両における少なくとも一の機能制御を行う電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)であるが、これに限らず、本発明の電子装置の構成は、広く一般の電子装置に適用することができる。
図1(a)は、本実施形態に係る電子装置100の平面図である。また、図1(b)は、図1(a)のA−A断面矢視図である。本発明の実施形態に係る電子装置100は、筐体101と、当該筐体101に収容された回路基板110と、を有する。回路基板110は、半導体素子などの電気部品111によって構成された制御回路及びコネクタ102が実装されて、当該コネクタ102を介して電気的に接続された外部の制御装置を制御する。
また、電子装置100を構成する筐体101は、カバー101aとベース101bとからなる2つの支持体から構成されている。カバー101aとベース101bとは、4つのネジ109a、109b、109c、109dにより互いに固定されて内部空間115を形成し、当該内部空間115に上記回路基板110を収容する。また、カバー101a及びベース101bは、例えば金属等の熱伝導率の高い材料(例えば、アルミニウム)で構成することができる。なお、以下、筐体101の内部空間115側を筐体101の内側と称し、図1(a)に示す面側を筐体101の外側と称する。
カバー101aの外側の表面には、複数の放熱フィン105a、105b、105c、105d、105e、105fが形成されている。また、各放熱フィンは、例えば、該外側の表面から略垂直方向に突出し、該外側の表面の長手方向(図1(a)の図示上下方向)に延在する板状体であって、さらに、放熱フィンの壁面(図1(b)に示す各放熱フィンの図示右方向及び図示左方向に向かう面)が各々対向するように配置されている。各放熱フィンは、電気部品111を構成する半導体素子などが放出する熱のうち、熱伝導や輻射などによってカバー101aに伝搬した熱を大気中に効率良く放出することができる。なお、各放熱フィンは、カバー101aを構成する金属板を、例えばプレス加工することにより形成することができる。
また、カバー101aの外側の表面(図1(a)に示す面)において、放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間には呼吸孔107が設けられている。呼吸孔107は、筐体101の外側と回路基板110が収容される内部空間115とを連通させる貫通孔を構成する。また、呼吸孔107が構成する開口部の形状は、例えば矩形状、長方形状またはスリット状とすることができる。該呼吸孔107により、内部空間115の気圧を外部空間の気圧(例えば、大気圧)と均衡させることができるため、筐体101内に大気圧センサを配置したり、該筐体内外の圧力差による筐体101の変形を防止することができる。
なお、呼吸孔107の長手方向(図1(a)の図示上下方向)の長さは、発熱性素子の数や回路基板110の大きさなどに応じて適宜選択することができるが、当該長さを、例えば、内部空間115に配置される回路基板110の該長手方向の長さまたはそれ以上とすれば、回路基板110を横断するように呼吸孔107が形成されることとなり、電気部品111が搭載された回路基板110全体を効率的に冷却することができる。さらに、呼吸孔107を設ける位置は、筐体101の幅方向中央付近である放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間に限らず、発熱が激しい半導体素子の位置に応じて、任意の位置、例えば放熱フィン105aと放熱フィン105bとの間などに設けることもできる。
また、筐体101の内側(内部空間115側)には、呼吸孔107の開口を塞ぐように呼吸フィルタ108が取り付けられる。呼吸フィルタ108は、空気を通過させる通気性と、水などを通過させない防水性との両方の性質を有する防水透湿性素材から構成されており、これにより、仮に、呼吸孔107が被水しても、内部空間115に水が侵入することを防止することができる。
また、呼吸フィルタ108は、接着剤やテープ等により筐体101の内側の面に取り付けることができるが、これに限らず、例えば、筐体101の内面側にネジ等で固定できる金具を用いて、呼吸フィルタ108の縁部などを該金具と筐体101とで挟持するように固定してもよい。このように、筐体101の内側から、呼吸孔107の開口を塞ぐように呼吸フィルタ108を設けることにより、呼吸フィルタ108と筐体101との接着部が、筐体101の内部空間115に存在することとなるため、当該接着部を筐体101によって保護することができ、呼吸フィルタ108と筐体101との接着強度を保持することができる。
次に、本実施形態に係る電子装置100の防水に係る作用について説明する。本実施形態の電子装置100では、特に、放熱フィン105c及び放熱フィン105dが、上記呼吸孔107の矩形状の開口の長手方向に沿って延在し、また、呼吸孔107を間に挟むように互いに対向するように形成されているため、呼吸孔107の開口に到来する例えば高圧洗浄水の殆どが、当該呼吸孔107の左右(図1(a)の図示右側及び左側)に立設する放熱フィンによって直接的な被水またはその衝撃が緩和されることとなり、上記呼吸フィルタ108の変形や脱離を効果的に防止することができる。
また、本実施形態に係る電子装置100では、呼吸孔107の長手方向(図1(a)の図示上下方向)の上側の端部及び下側の端部が、上記放熱フィン105c及び放熱フィン105dの当該長手方向の上側の端部と下側の端部の間の位置となるように、呼吸孔107の形成位置及び該長手方向の長さが調節されている。この構成により、呼吸孔107の該長手方向の両端部が常に放熱フィン105c、105dに保護されることとなるため、例えば呼吸孔107の上方及び下方(図1(a)の図示上方及び下方)から到来する高圧洗浄水に対しても一定の遮断効果が得ることができる。
また、放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間隔を、各フィンの間に指や手などが入らない程度の長さ、例えば10mm以下に設定すれば、該電子装置100のメンテナンスの際に上記呼吸フィルタ108を過失により指先などで損傷するようなことも防止することができる。さらに、放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間隔を、例えば、呼吸孔107の短手方向の長さ(すなわち、図1(a)に示す呼吸孔107の左右方向の長さ)の程度に狭くしたり、放熱フィン105c、105dの高さ(図1(b)における放熱フィン105c、105dの図示上下方向の長さ)を、例えば、放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間の距離以上とすることにより、呼吸孔107及び呼吸フィルタ108に対する被水の遮断効果及びその衝撃の緩和効果を更に高めることができる。
次に、本実施形態に係る電子装置100における放熱に係る作用について説明する。本実施形態に係る電子装置100を、例えばコネクタ102が突出する面を上方に向けて車両のエンジンルームなどに取り付けた場合には、回路基板110の電気部品111から発生した熱は、内部空間115内を上昇し、内部空間115内のコネクタ102の近傍に熱気として蓄積されるが、コネクタ102の近傍に位置する呼吸孔107の上端(図1(a)に示す呼吸孔107の図示上方の端部)近傍の開口からは、当該開口近傍に蓄積された該熱気の一部が放出されることとなる。一方、呼吸孔107の下端(図1(a)に示す呼吸孔107の図示下方の端部)の近傍からは、該上端側から放出された該熱気の体積減少分を補うように、比較的低温の外気が内部空間115に取り込まれる。このように、本実施形態に係る電子装置100では、電気部品111から発生した熱を筐体101の外部に速やかに排出すると共に、筐体101の内部空間115に外気を取り込んで電気部品111を該外気によって直接的に冷却できるため、電子装置100の放熱効果を向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る電子装置100では、放熱フィン105c及び放熱フィン105dの導風効果によっても、呼吸孔107を通じて冷却風を内部空間115内に導くことができる。例えば、図1(a)において、電子装置100の図示下方から放熱フィン105c、105dの間隙に大気が導かれて上方に進行する場合を考えると、放熱フィン105c、105dの図示下端部付近では、限られた幅の間隙に大気が集中して流入するため、内部空間115に比べて当該間隙付近が陽圧雰囲気となり、当該間隙近傍の呼吸孔107の図示下端付近の開口を介して筐体101の内部空間115に大気が流入することとなる。また、放熱フィン105c、105dの上端部近傍(図1(a)の放熱フィン105c、105dの図示上端部近傍)の間隙では、当該間隙に制限された大気が高速で流動するため、ベルヌーイの法則により、当該間隙付近が負圧雰囲気となり、内部空間115から空気を吸い出すように作用する。このように、放熱フィンの導風効果によって、呼吸孔107の一部から内部空間115に外気を流入させることができると共に、当該呼吸孔107の他の部分から内部空間115内の熱気を排出することができる。これにより、放熱フィンからの通常の放熱効果に加えて、外気により電気部品111を直接的に冷却することができるため、電子装置100の冷却効率を飛躍的に高めることができる。
なお、放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間隔を狭く(例えば、呼吸孔107の短手方向の幅程度)すれば、放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間隙に流入する冷却風の密度と流速を高めることができ、これにより外気と内部空間115内の熱気との循環効率を大幅に高めることができる。一方、放熱フィンの間に呼吸孔107が形成されていない他の放熱フィンの間(放熱フィン105a、105bの間、放熱フィン105b、105cの間、放熱フィン105d、105eの間、放熱フィン105e、105fの間)については、放熱フィン105cと放熱フィン105dの間隔よりも広い方が好ましい。これは、当該他の放熱フィンの間の距離を、放熱フィン105c、105dの間の間隙と同程度に狭くすると、各放熱フィン間の距離が近接しすぎて、該放熱フィンの放熱効率が低下するためである。したがって、放熱フィンの間に呼吸孔を設ける場合は、各放熱フィン間の距離を狭く設定することで内部空間115への外気の導風効果を高めると共に、放熱フィンの間に呼吸孔を有しない場合は、各放熱フィン間の距離を、呼吸孔が形成されている場合よりも広く設定することで、放熱フィンの通常の放熱効果を保持することができる。
次に、本実施形態の変形例を、図2を用いて説明する。以下に示す筐体201は、筐体101に代えて電子制御装置100に用いることができる。
〔変形例〕
図2(a)、(b)は、本変形例に係る筐体101に代えて用いることのできる筐体201を備えた電子装置200の構成を説明するための図である。なお、図2(a)、(b)において、図1に示す構成要素と同一の構成要素については図1と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図1についての説明を援用するものとする。
筐体201は、筐体101と同様に筐体201の外側の表面(図2(a)に示す面)に複数の放熱フィン105a、105b、105c、105d、105e、105fを有するが、放熱フィン105c及び放熱フィン105dの頂上部(図2(b)で示される各放熱フィンの図示最上部)に保護板220が設けられている点が異なる。
放熱フィン105c及び放熱フィン105dの該頂上部に矩形状の保護板220を設けることで、仮に、呼吸孔107の正面方向(図2(a)に示す面に向かう方向)から高圧洗浄水が到来したとしても、呼吸孔107及び呼吸フィルタ108が保護板220により覆われているため、該高圧洗浄水による被水または衝撃から呼吸フィルタ108を効果的に保護することができる。
なお、上記保護板220は、その長手方向(図2(a)の図示上下方向)の長さを、例えば、呼吸孔107の該長手方向の長さ以上、放熱フィン105c、105dの該長手方向の長さ以下に設定することができ、また、その短手方向(図2(a)の図示左右方向)の長さを、放熱フィン105c、105dの該頂上部間と距離と同等の長さに設定することができる。また、該保護板220は、接着剤やテープにより、放熱フィン105c、105dの該頂上部の取付けることができるが、これに限らず、金具や溶接などを用いて、放熱フィン105c、105dの該頂上部に該保護板220を取り付けても良い。
また、該保護板220の最上面(図2(a)に示す保護板220の面)が、隣接する他の放熱フィン105a、105b、105e、105fの頂上部の高さと揃うように、放熱フィン105c、105dの高さを保護板220の厚み分(図2(b)に示す保護板220の図示上下方向の長さ)だけ低くして、当該保護板220を設けるようにすれば、保護板220の当該最上面が、他のフィンの頂上面の高さと面一となり、保護板220の該正面方向への突出を抑制することができ、筐体201をコンパクト化することができる。
以上説明したように、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200は、筐体101、201と、前記筐体101、201の内部空間115に収容された回路基板110と、を備える電子装置であって、前記筐体101、201は、該筐体の外側から内部空間115に連通する貫通孔107と、前記貫通孔107を塞ぐように形成されたフィルタ108と、前記筐体の前記外側の表面に形成された少なくとも2つの放熱フィン105c、105dと、を備え、前記少なくとも2つの放熱フィン105c、105dは、前記貫通孔107に沿って延在し、前記貫通孔107を挟んで互いに対向するように配置されている。これにより、当該電子装置100、200では、筐体101、201の放熱フィン105c、105dを用いて呼吸孔である貫通孔107及び呼吸フィルタ108を保護することができるため、特許文献1のように呼吸フィルタを保護するための保護部材を新たに設ける必要がなく、また、当該保護部材を設置するために筐体を加工する必要もない。このように、当該電子装置100、200は、筐体の構造を複雑化することなく、また、部品点数の増加も抑制することができるため、低コスト且つ簡易な構成で呼吸孔及び呼吸フィルタを保護することができる。
また、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200では、呼吸孔及び呼吸フィルタが複数の放熱フィンにより保護されるため、当該電子装置100、200に、例えば、落下などで衝撃が加わった場合でも、呼吸孔107または呼吸フィルタ108に直接の衝撃が加わることはなく、また、複数の放熱フィンの各々が衝撃を分散して吸収するため、呼吸孔107及び呼吸フィルタ108の変形や、呼吸フィルタ108の脱離を効果的に防止することができる。
さらに、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200では、呼吸孔107及びまたは複数の放熱フィン105c、105dを使用して、筐体101、201の内部空間115に外気を導入して電気部品111を効果的に冷却できるため、当該電子装置100、200の冷却効率を飛躍的に向上させることができる。また、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200では、回路基板110に形成された電気部品111の全面を外気によって均一に冷却することができるため、特許文献1のように呼吸孔の位置と発熱素子の位置とを整合させる必要もなく、回路基板における電気部品の配置の自由度が確保される。
なお、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200では、筐体101の内側(内部空間115側)から呼吸孔107の開口を塞ぐように呼吸フィルタ108を設けたが、このような態様に限らず、例えば、呼吸フィルタ108を筐体101の外側(放熱フィン105c、105dの形成面側)から呼吸孔107の開口を塞ぐように取り付けることもできる。また、呼吸フィルタ108は、呼吸孔107の開口を覆うように設ける場合に限らず、例えば、呼吸孔107の内部を呼吸フィルタ108で埋めるように設けてもよい。このような構成とすれば、該呼吸フィルタ108を安定して固定することができ、また、内部空間115への異物の侵入も効果的に抑制することができる。
また、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200では、呼吸孔107及び放熱フィン105a〜105fを、回路基板110の電子部品111に対向するカバー101aに設けたが、これに限らず、回路基板110の下面側(図1(b)及び図2(b)の回路基板110の図示下側の面側)のベース101bの外側の表面に、当該呼吸孔及び放熱フィンを設けてもよい。
また、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200において、呼吸孔107の内部及びまたは放熱フィン105c、105dに撥水加工(例えば、表面加工または撥水コーティングなど)を施すことにより、該呼吸孔107を通じた水の内部空間115への侵入を大幅に低減することが可能となり、筐体101、201の防水効果を更に高めることができる。
さらに、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200では、1つの呼吸孔107のみを形成したが、これに限らず、例えば、複数の呼吸孔を、他の放熱フィンの間(例えば、放熱フィン105a、105bの間や、放熱フィン105e、105fの間など)に設けることができる。また、本実施形態及び変形例では、同一の放熱フィン間(放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間)に長尺状の1つの呼吸孔107を設けたが、これに限らず、同一の放熱フィン間(例えば、放熱フィン105cと放熱フィン105dとの間)に複数の呼吸孔を配置することもできる。このような構成によれば、筐体の内部空間115において外気による循環が複数の呼吸孔によって行われるため、電気部品111の冷却効果を更に向上させることができる。
また、本実施形態及びその変形例に係る電子装置100、200では、呼吸孔107及び放熱フィン105a〜105fの形状を矩形状またはスリット状としたが、呼吸孔107及び各放熱フィン105a〜105fの形状は、このような形状に限らず、任意の形状で構成することができ、例えば、ジグザグ状に呼吸孔を形成すると共に、当該呼吸孔の開口に沿うように放熱フィンをジグザグ状に形成することもできる。このような構成によれば、呼吸孔及び放熱フィンを実効的な長さを大きくすることができるため、更に放熱効果を高めることができ、また、筐体サイズを小型化した場合でも、一定の放熱効果を得ることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。
100・・・電子装置、101・・・筐体、101a・・・カバー、101b・・・ベース、102・・・コネクタ、105a、105b、105c、105d、105e、105f・・・放熱フィン、107・・・呼吸孔、108・・・呼吸フィルタ、110・・・回路基板、111・・・電気部品、115・・・内部空間、220・・・保護板。

Claims (6)

  1. 筐体と、前記筐体の内部空間に収容された回路基板と、を備える電子装置であって、
    前記筐体は、
    前記筐体の外側から前記内部空間に連通する貫通孔と、
    前記貫通孔を塞ぐように形成されたフィルタと、
    前記筐体の前記外側の表面に形成された少なくとも2つの放熱フィンと、
    を備え、
    前記少なくとも2つの放熱フィンは、前記貫通孔に沿って延在し、前記貫通孔を挟んで互いに対向するように配置されている、
    電子装置。
  2. 請求項1に記載された電子装置において
    前記貫通孔は、矩形状であって、
    前記少なくとも2つの放熱フィンは、前記貫通孔の長手方向に沿って延在し、前記貫通孔を挟んで互いに平行に配置されている、
    電子装置。
  3. 請求項2に記載された電子装置において
    前記貫通孔の前記長手方向の両端部は、前記少なくとも2つの放熱フィンの前記長手方向の両端部の間に位置する、
    電子装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の記載された電子装置において
    前記フィルタは前記内部空間側に形成される、
    電子装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載の記載された電子装置において、
    前記少なくとも2つの放熱フィンと互いに平行となるように形成された複数の放熱フィンを前記表面に有する、
    電子装置。
  6. 請求項5に記載された電子装置において、
    前記少なくとも2つの放熱フィンの間の距離は、放熱フィン間に上記貫通孔を有しない他の放熱フィンの間の距離よりも狭い、
    電子装置。
JP2016200058A 2016-10-11 2016-10-11 電子装置 Pending JP2018063982A (ja)

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