JP2019067911A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを上昇させずに自然空冷による放熱能力を向上させることで、筐体の温度上昇を防止した電子装置を提供する。【解決手段】ケース３の両端を第１と第２の端面板１，２で挟んで形成された筺体９の内部に、発熱部品３１、３２が実装された回路基板４１、４２を備え、筐体９の外側には外側フィン１１，１２，１３が突出された電子装置であって、発熱部品３１が実装された回路基板４１を除く部分の筐体９内の空間に、第１の端面板１の内面側を突出させた内側フィン１４を形成し、内側フィン１４で吸熱した熱を、第１の端面板１の外側フィン１１を通じて放熱することで、筐体９の温度の上昇を防止した電子装置である。【選択図】図４

Description

本出願は、発熱部品の冷却構造を備えた電子装置に関する。

従来、多くの電子装置に対して小型化が求められており、携帯電話機等の無線端末の間で無線通信を行うための基地局においても電子装置の小型化が求められている。これは、基地局として用いられる電子装置は、屋外に設置されて建築構造物の屋上や電柱に取り付けられ、電子装置の占有体積に応じて設置費用が決まるために、小型化が望まれるためである。また、近年、基地局の電子装置が小型化されるにつれて、電子装置の内部に設けられた電源装置やパワーアンプ等の電子部品が高密度化されている。

図１（ａ）は、無線基地局として用いられる比較技術における電子装置１０の外観を示すものである。電子装置１０の筐体９は、第１の端面板１、第２の端面板２及び第１の端面板１と第２の端面板２に挟まれた矩形状のケース３を備える。第１の端面板１には外側に突出する複数の第１のフィン１１があり、第１の端面板１と第１のフィン１１とで第１のヒートシンク２１を形成している。また、第２の端面板２にも、外側に突出する複数の第２のフィン１２があり、第２の端面板２と第２のフィン１２とで第２のヒートシンク２２を形成している。更に、ケース３には、電子装置１０の左右方向の壁面に第３のフィン１３が突設されている。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した電子装置１０の筐体９を分解して内部構造を示すものである。第１の端面板１は、外側の面に第１のフィン１１が突設され、内側の面が平坦になっている。第１の端面板１の平坦な面には、パワーアンプのような第１の発熱部品３１を実装した第１の回路基板４１が、図示を省略したボスにネジ等で取り付けられる。第１の回路基板４１の面積は、第１の端面板１の平坦な面の面積よりも小さく、第１の端面板１の平坦な面には、第１の回路基板４１の非実装領域Ｅ、Ｆがある。

第２の端面板２も同様に、外側の面に第２のフィン１２が突設され、内側の面が平坦になっている。第２の端面板２の平坦な面には、パワーアンプのような第２の発熱部品３２を実装した第２の回路基板４２が、図示されないボスにネジ等で取り付けられる。第２の回路基板４２の面積は、第２の端面板２の平坦な面の面積と同程度であり、第２の端面板２の平坦な面の大部分は第２の回路基板４２で覆われている。第１の回路基板４１と第２の回路基板４２は、一方がデジタル回路部品を搭載するものであり、他方がアナログ回路部品を搭載するものである。

ケース３は、第１の端面板１の外縁部に重ね合わされる第１のフランジ部５１、第２の端面板２の外縁部に重ね合わされる第２のフランジ部５２及び第１のフランジ部５１と第２のフランジ部５２を接続する矩形状の枠体５３を備える。ケース３の枠体５３の左右の外面には、前述の第３のフィン１３が突設されている。

基地局として用いられる電子装置は屋外に設置されるために、その筐体９は、内部に設けられた各種デバイスを風雨から保護するために防水構造となっている。このため、第１のフランジ部５１の第１の端面板１の外縁部に重ね合わされる部分と、第２のフランジ部５２の第２の端面板２の外縁部に重ね合わされる部分には、電子装置１０の内部への水の浸入を防止するシール部材４が設けられている。更に、ケース３の内部には、送受と受信とを切り換える回路を備える送受信切換器５が設けられている。

電子装置１０が屋外基地局の場合、ケース３の内部に収容される電子部品のうち、かなりの発熱を締めるのがパワーアンプのような発熱部品３１，３２である。屋外基地局を小型化する場合、発熱部品３１，３２からの熱拡散を行うために、発熱部品３１，３２は２つの回路基板に分割されて搭載されることがある。比較技術の電子装置１０では、発熱部品３１と発熱部品３２が分割され、発熱部品３１が実装された第１の回路基板４１が第１の端面板１に取り付けられ、発熱部品３２が実装された第２の回路基板４２が第２の端面板２に取り付けられている。

このため、比較技術の電子装置１０では、発熱部品３１から発生される熱が、第１の端面板１と第１のフィン１１とを備える第１のヒートシンク２１で主に放熱される。また、発熱部品３２から発生される熱が、第２の端面板２と第２のフィン１２とを備える第２のヒートシンク２２で主に放熱される。

図２は、図１（ｂ）に示した第１のヒートシンク２１の第１の端面板１に、第１の発熱部品３１が実装された第１の回路基板４１が取り付けられた状態を、電子装置の内側から見た図である。第１の回路基板４１は、第１の端面板１に突設されたボスにネジ等を用いて固定されるが、本図にはネジの図示は省略してある。第１の回路基板４１は第１の端面板１の一部分に取り付けられており、第１の端面板１の平坦な面には前述の第１の回路基板４１の非実装領域Ｅ，Ｆがある。

図３（ａ）は、図１（ｂ）に示した第２のヒートシンク２２の第２の端面板２に、第２の発熱部品３２が実装された第２の回路基板４２が取り付けられた状態を電子装置の内側から見たものである。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した第２の回路基板４２が取り付けられた第２の端面板２を、矢印Ａ方向から見た図である。第２の回路基板４２は、第２の端面板２に突設されたボスにネジ等を用いて固定されるが、本図にはネジの図示は省略してある。第２の回路基板４２は第２の端面板２の略全面に取り付けられている。

特開２０１１−１８１８８０号公報

特開平９−３２２２２３号公報

ところが、比較技術における電子装置では、電源装置やパワーアンプ等の電子部品が高密度化されているために、筐体の外部に設置された放熱用のフィンでは放熱が十分に行われず、電子装置が温度上昇するという課題がある。そこで、放熱能力を上げるために、電子装置の筐体の内部にヒートパイプを設けて筐体の温度を下げる方法があるが、電子装置のコストが上昇すると共に、部品温度は下げることは出来ても局所発熱を防止できないという課題がある。

１つの側面では、本出願は、装置のコストを上昇させることなく、自然空冷による放熱能力を向上させることにより、電子装置の温度上昇を防止することができる、発熱部品の冷却構造を備えた電子装置を提供することを目的とする。

１つの形態によれば、筐体の内部に設けられた回路基板に発熱部品が実装され、筐体は外側に突出する外側フィンを備える電子装置において、回路基板の非実装領域に隣接する筐体内の空間内に、筐体の内面に接続する複数の内側フィンを設け、内側フィンで吸熱した熱を、筐体の外側フィンを通じて放熱するようにした電子装置が提供される。

開示の電子装置によれば、外側フィンの内側に一体的に内側フィンを設けたことにより、コストを上昇させることなく、自然空冷による放熱能力が向上するので、電子装置の温度上昇を防止することができるという効果がある。

（ａ）は、比較技術における無線基地局として用いられる電子装置の外観を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示した電子装置の分解斜視図である。 図１（ｂ）に示した第１の端面板に、第１の回路基板が取り付けられた状態を、電子装置の内側から見た図である。 （ａ）は、図１（ｂ）に示した第２のヒートシンクに、第２の回路基板が取り付けられた状態を示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）に示した第２の回路基板が取り付けられた第２の端面板を、矢印Ａ方向から見た図である。 （ａ）は開示する電子装置の分解斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した第１の端面板に、第１の回路基板が取り付けられた状態を、電子装置の内側から見た図である。 開示する電子装置の内部にある第１のヒートシンクの内側フィンの機能を説明する一部断面を含む電子装置の側面図である。 （ａ）は比較技術の電子装置の動作時の筐体表面の温度分布を示す斜視図、（ｂ）は開示する電子装置の動作時の筐体表面の温度分布を示す斜視図である。 開示する電子装置に設けられる第１のヒートシンクの製造過程を示すものであり、（ａ）はアルミ板を切削加工して両面にフィンを形成した第１のヒートシンクの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した第１のヒートシンクの外気に触れる面に切込加工を施して溝を形成した状態の斜視図、（ｃ）は（ｂ）に示した第１のヒートシンクの内部側の面に突出する内側フィンの必要部分を残して切削加工したものに、第１の回路基板を取り付ける状態を示す組立斜視図、（ｄ）は（ｃ）に示した第１のヒートシンクの内部側の面に第１の回路基板が取り付けられた状態の斜視図である。 第１の回路基板が取り付けられた第１の端面板の、第１の回路基板の別の非実装領域に、内側ファンが設けられた実施例を、電子装置の内側から見た図である。 （ａ）は、第１の端面板に形成した凹部に、別体で形成した内側フィンを嵌め込んで第１のヒートシンクを形成する実施例を示す組立斜視図、（ｂ）は、第１の端面板に形成した凹部に、別体で形成した内側フィンを熱伝導シート又は熱伝導粘着テープを挟んで取り付けることにより第１のヒートシンクを形成する別の実施例を示す組立斜視図である。

以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態においては、比較技術の電子装置と同一または類似の要素には共通の参照符号を付し、理解を容易にするために、図面の縮尺を適宜変更している。

図４（ａ）は、開示する電子装置２０の筐体９を分解して内部構造を示すものであり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した第１の端面板１に、第１の回路基板４１が取り付けられた状態を、電子装置２０の内側から見た図である。電子装置２０の筐体９は、第１の端面板１、第２の端面板２及び第１の端面板１と第２の端面板２に挟まれた矩形状のケース３を備えており、これらを重ね合わせた外観形状は、図１（ａ）に示した比較技術の電子装置１０と同じである。第１の端面板１の外側に複数の第１のフィン１１があり、第２の端面板２の外側に複数の第２のフィン１２があり、ケース３に第３のフィン１３が突設されている点も、図１（ｂ）に示した比較技術の電子装置１０と同じである。

開示する電子装置２０の構造が、図１（ａ）及び図２で説明した比較技術の電子装置１０と異なる点は、第１のヒートシンク２１の構造のみである。よって、図４（ａ）、（ｂ）以降の電子装置２０の構造の説明では、比較技術の電子装置１０と同じ構成部材には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分の構造のみを説明する。

比較技術の電子装置１０では、第１の端面板１と第１のフィン１１とで第１のヒートシンク２１が形成されており、図２に示したように、第１の端面板１の平坦な面には、第１の回路基板４１の非実装領域Ｅ、Ｆがあった。一方、開示する電子装置２０では、第１の端面板１の平坦な面にある第１の回路基板４１の非実装領域Ｅに、複数の内側フィン１４が設けられている点が異なる。第１の端面板１の平坦な面にある第１の回路基板４１の非実装領域Ｆはそのままである。

複数の内側フィン１４は、図５に示すように、発熱部品３１が設けられた第１の回路基板４１の非実装領域Ｅに隣接するケース３の空間Ｓ内に設けられているが、他の部品には干渉しない。図４（ａ）、（ｂ）に示した内側フィン１４は、説明を分かり易くするために枚数を減らして記載してあるが、内側フィン１４の枚数は、第１の端面板１の外側に設けられている第１のフィン１１の枚数と同じで良い。

このように、ケース３の空間Ｓ内に内側フィン１４が設けられていると、第１の回路基板４１に実装された第１の発熱部品３１から放出された熱Ｈが、内側フィン１４に吸熱され、破線のように第１の端面板１及び第１のフィン１１を通じて外部に放熱される。この結果、ケース３の空間Ｓの内部温度が、内側フィン１４がない場合に比べて下がる。

図６（ａ）は、比較技術の電子装置１０の動作時の筐体９の表面の温度分布を示すものであり、筐体９の表面には９６°Ｃの最高温度の部分が存在した。これに対して図４（ａ）、（ｂ）及び図５で説明した内側フィン１４を備える電子装置２０では、筐体９の表面の最高温度が８８°Ｃまで低下し、電子装置２０の筐体９の温度の低減に効果があった。

開示する電子装置２０では、第１の端面板１と第１のフィン１１及び内側フィン１４によって第１のヒートシンク２１Ａが形成されており、図４で説明した実施例では、内側フィン１４は第１の端面板１に一体的に設けられている。この場合の第１のヒートシンク２１Ａの製造方法を、図７を用いて説明する。

図７は、電子装置２０に設けられる第１のヒートシンク２１Ａの製造過程を示すものである。まず、図７（ａ）に示すように、直方体状のアルミ板が切削加工され、第１の端面板１と、第１の端面板１の両面にフィン（第１のフィン１１と内側フィン１４）が形成される。続いて、図７（ｂ）に示すように、第１のフィン１１の外周部が外気に良く触れるように部分的に削り取られ、溝１５が形成される。

この後、図７（ｃ）に示すように、内側フィン１４の一部分が削り取られ、削り取られた部分に、第１の発熱部品３１が実装された第１の回路基板４１が搭載できるようになる。内側フィン１４が削り取られた部分には、第１の発熱部品３１が実装された第１の回路基板４１が搭載される。図７（ｄ）は、図７（ｃ）に示した内側フィン１４が削り取られた部分に、第１の発熱部品３１が実装された第１の回路基板４１が取り付けられた状態の第１のヒートシンク２１Ａを示している。

以上説明した実施例では、第１の端面板１の平坦な面にある第１の回路基板４１の非実装領域Ｅだけに、複数の内側フィン１４が設けられているが、内側フィン１４は、図８に示すように、第１の回路基板４１の非実装領域Ｆにも設けることができる。

また、以上説明した実施例では、第１の端面板１の平坦な面に一体的に複数の内側フィン１４を形成したものを説明したが、内側フィン１４は第１の端面板１と別体に形成し、第１の端面板１に熱伝導性を確保した状態で取り付ける実施例が可能である。この場合は、図９（ａ）に示すように、第１の端面板１の第１の回路基板４１の非実装領域に凹部１６を形成しておく。一方、凹部１６と同形状のベース板２３Ｂ上に複数の内側フィン１４Ｓを突設した第３のヒートシンク２３を別体で用意する。そして、第１の端面板１に形成した凹部１６に、第３のヒートシンク２３のベース板２３Ｂを嵌め込んで、第１のヒートシンク２１Ｂを形成する。第１の端面板１に第３のヒートシンク２３が嵌め込まれた第１のヒートシンク２１Ｂの形状は、内側フィン１４が一体的に形成された第１のヒートシンク２１の形状と同じである。

なお、図９（ａ）に示した実施例の変形実施例として、図９（ｂ）に示す実施例が可能である。変形実施例では、図９（ｂ）に示すように、凹部１６と、第３のヒートシンク２３の間に、伝熱性を確保するための熱伝導シート６又は熱伝導粘着テープ７が挿入されて第１のヒートシンク２１Ｂが形成される。熱伝導シート６又は熱伝導粘着テープ７により、第３のヒートシンク２３で吸熱された熱が、効率良く第１の端面板１に伝熱される。

以上説明した実施例では、電子装置として、屋外設置される無線基地局に使用されるものを説明したが、電子装置の設置位置は屋外に限定されるものではない。すなわち、本出願の電子装置は、筐体９に外側フィンを備え、筐体９の内部に空間があり、この空間に設けた内側フィンを外側フィンに伝熱できる構造であれば、どのような電子装置でも良い。

以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本出願の容易な理解のために、本出願の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） 筐体の内部に設けられた回路基板に発熱部品が実装され、前記筐体は外側に突出する外側フィンを備える電子装置において、
前記回路基板の非実装領域に隣接する前記筐体内の空間内に、前記筐体の内面に接続する複数の内側フィンを設け、前記内側フィンで吸熱した熱を、前記筐体の前記外側フィンを通じて放熱するようにした電子装置。
（付記２） 前記筐体は、筒状のケースと、筒状のケースの両端を封止する第１と第２の端面板から形成され、
前記内側フィンは、前記第１と第２の端面板の少なくとも一方の内面側を突出させることにより、前記第１と第２の端面板に一体的に設けられていることを特徴とする付記１に記載の電子装置。
（付記３） 前記第１と第２の端面板の一方の面に前記外側フィンが設けられ、反対側の面に前記内側フィンが形成された第１と第２のヒートシンクは、熱伝導性の高い直方体状の金属の板を切削加工することによって形成されることを特徴とする付記２に記載の電子装置。
（付記４） 前記回路基板に実装される前記発熱部品は、パワーアンプであることを特徴とする付記１から３の何れかに記載の電子装置。
（付記５） 前記回路基板は、前記第１の端面板及び前記第２の端面に設けられたボスに取り付けられることを特徴とする付記１から４の何れかに記載の電子装置。

（付記６） 前記第１と第２の端面板のうち、一方の端面板には前記回路基板が全面に渡って取り付けられており、他方の端面板には前記回路基板が部分的に取り付けられており、
前記発熱部品の非実装領域は、前記他方の端面板の前記回路基板が取り付けられていない領域であることを特徴とする付記１から５の何れかに記載の電子装置。
（付記７） 前記電子装置は、無線端末との間で無線通信を行うための基地局として使用され、筐体の内部は外部に対して防水されていることを特徴とする付記１から６の何れかに記載の電子装置。
（付記８） 前記内側フィンは、前記筐体とは別体で形成した第３のヒートシンクのベース板に突設させた状態で複数設けられ、
前記回路基板の非実装領域に位置する前記第１又は第２の端面板に凹部を形成し、
前記凹部内に、熱伝導性を確保した状態で前記ヒートシンクのベース板を嵌め込んで取り付けることにより、前記内側フィンを前記筐体内の空間内に位置させたことを特徴とする付記１に記載の電子装置。
（付記９）
前記凹部と前記ベース板の間に熱伝導性部材を介在させて、前記ヒートシンクで吸熱した熱が前記第１又は第２の端面板に効率良く伝達されるようにしたことを特徴とする付記８に記載の電子装置。

１、２ 端面板
３ ケース
４ シール部材
５ 送受信切換器
９ 筺体
１１、１２，１３ フィン
１４ 内側フィン
２０ 電子装置
２１，２２，２３ ヒートシンク
３１，３２ 発熱部品
４１，４２ 回路基板
５１，５２ フランジ部
Ｅ、Ｆ 回路基板の非実装領域

Claims (5)

1. 筐体の内部に設けられた回路基板に発熱部品が実装され、前記筐体は外側に突出する外側フィンを備える電子装置において、
   前記回路基板の非実装領域に隣接する前記筐体内の空間内に、前記筐体の内面に接続する複数の内側フィンを設け、前記内側フィンで吸熱した熱を、前記筐体の前記外側フィンを通じて放熱するようにした電子装置。
2. 前記筐体は、筒状のケースと、筒状のケースの両端を封止する第１と第２の端面板から形成され、
   前記内側フィンは、前記第１と第２の端面板の少なくとも一方の内面側を突出させることにより、前記第１と第２の端面板に一体的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記第１と第２の端面板の一方の面に前記外側フィンが設けられ、反対側の面に前記内側フィンが形成された第１と第２のヒートシンクは、熱伝導性の高い直方体状の金属の板を切削加工することによって形成されることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
4. 前記回路基板に実装される前記発熱部品は、パワーアンプであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電子装置。
5. 前記電子装置は、無線端末との間で無線通信を行うための基地局として使用されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電子装置。

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