JP2019125701A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱性を十分に確保すると共に電子部品の耐低温性を改善できる電子機器を提供する。【解決手段】 電子機器は、電子部品を担持する部品担持アセンブリと、部品担持アセンブリを支持する支持機構と、部品担持アセンブリおよび支持機構を囲む中空の筐体と、を含み、筐体の内部において電子部品に対向して配置された熱伝導体を備える。支持機構は、所定温度を越える筐体内の温度において電子部品を熱伝導体に接触させ、所定温度以下の筐体内の温度において電子部品を熱伝導体から非接触とさせるように、部品担持アセンブリを位置決めする感温アクチュエータを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に関する。

特許文献１において、ヒートシンクと放熱板との間、および基板と放熱板との間にバイメタルが配置され、電子装置内の温度が上昇すると、これらのバイメタルが各放熱板に接触し、ＣＰＵ等の電子部品で発生した熱が各放熱板を介して筐体外部に放散されることが記載されている。

特開２００９−１９３３５０号公報

上記の従来技術では、スイッチングされる放熱経路に厚さが薄いバイメタルが含まれているため、熱抵抗が大きくなってしまい放熱性が十分に確保できないという問題点があった。

本発明は、以上の従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、内部の電子部品からの熱の放熱性を十分に確保すると共に、電子部品の耐低温性を改善できる電子機器を提供することを目的とする。

本発明の電子機器は、電子部品を担持する部品担持アセンブリと、前記部品担持アセンブリを支持する支持機構と、前記部品担持アセンブリおよび前記支持機構を囲む中空の筐体と、を含む電子機器であって、
前記筐体の内部において前記電子部品に対向して配置された熱伝導体を備え、
前記支持機構は、所定温度を越える前記筐体内の温度において前記電子部品を前記熱伝導体に接触させ、前記所定温度以下の前記筐体内の温度において前記電子部品を前記熱伝導体から非接触とさせるように、前記部品担持アセンブリを位置決めする感温アクチュエータを有することを特徴とする。

本発明によれば、電子機器において前記感温アクチュエータを有する故に、放熱性を十分に確保すると共に電子部品の耐低温性を改善できる効果が得られる。

本発明による実施例１である電子機器を示す概略分解斜視図である。 実施例１の電子機器の外観を示す蓋体側から見た斜視図である。 図２の線ｘｘにおける電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例１の電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例２の電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例２の電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例３の電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例３の電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例４の電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例４の電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例５の電子機器の概略断面図である。 本発明による実施例５の電子機器の概略断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明による実施例の電子機器について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例において、実質的に同一の機能および構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（構成の説明）
図１は、実施例１である電子機器１１を示す概略分解斜視図である。図２は、実施例１の電子機器の筐体１２の外観を示す蓋体側から見た概略斜視図（内部の一部を破線で示してある）である。図３は、図２の線ｘｘにおける電子機器１１の断面を示す概略断面図である。

図１〜図３に示すように、実施例１の電子機器１１の筐体１２は略長方体形状の外観を有している。図に示すように、筐体１２(蓋体１３および筐体本体１４)内に電子回路基板１５（部品担持アセンブリ）が収容されている。なお、図中の電子回路基板１５には種々の電子部品が搭載され電子回路が構成されているが、説明を簡略するために、動作中に熱を発生する電子部品１６を下面に片面実装して、他の電子部品を省略して示している。一対の筒箱状の蓋体１３および筐体本体１４がそれぞれの開口部において互いに嵌合されて筐体１２を構成し、筐体１２は、その内側において電子回路基板１５を支持し位置決めする支持機構１７（バイアスバネ１８およびバイメタルストリップ１９）を収容する。なお、図示しないが、筐体本体１４および蓋体１３のそれぞれの開口部の対向面の間にパッキンを挟み込ませて、ネジ等（図示せず）により締結され、筐体本体１４に蓋体１３が固着される。

筐体本体１４の内壁（底面）には、金属等からなる放熱板２１が、電子回路基板１５の電子部品１６に対向するように設けられており、その放熱板２１の上に電子部品１６に対向するように柔軟性を有する熱伝導シート２２が設けられている。放熱板２１および熱伝導シート２２は、電子部品１６が熱伝導シート２２に接触した場合の電子部品１６で発生した熱が筐体本体１４に放熱されるための熱伝導体２３を構成する（図３）。熱伝導シート２２は、発熱する素子とヒートシンクとの間の小さな隙間や凸凹を埋め、効率よく熱をヒートシンクに伝えるサーマルインターフェースマテリアル(Thermal Interface Material）部材である。

支持機構１７のバイアスバネ１８（コイルスプリング等の弾性部材）は、電子回路基板１５の下面の縁部を支持するように筐体本体１４の内壁（底面）に設けられている。バイアスバネ１８と電子回路基板１５のアライメントを取るために、筐体本体１４の底面には各バイアスバネ１８の下端が嵌合する環状溝（図示せず）、電子回路基板１５の下面には各バイアスバネ１８の上端が嵌合する環状溝１５ａがそれぞれ設けられている（図１）。

支持機構１７のバイメタルストリップ１９は、電子回路基板１５の上面の縁部を支持するように筐体本体１４の側壁に設けられている。対向するバイアスバネ１８とバイメタルストリップ１９の一組の４対は、電子回路基板１５の周縁を囲むように設けられ、電子回路基板１５を挟んで支持し位置決めしている。バイメタルストリップ１９は、熱膨張率が相互に異なる２枚の金属板を主面同士で貼り合わせた短冊形状板体であり、自体の温度上昇によって２枚の金属板それぞれが伸び、高熱膨張率金属板が低熱膨張率金属板よりも大きく伸びることによって、全体が低熱膨張率金属板側に湾曲する。この湾曲特性を利用するために、バイメタルストリップ１９の各々は、その一端の扇ほぞ形状の基部１９ａが筐体本体１４の内壁（側壁）のほぞ穴１４ａに嵌合されネジ等（図示せず）により、片持ち梁形態で固定される（図１）。

バイメタルストリップ１９は、筐体１２内の温度上昇に応じて、その他端（自由端）が電子回路基板１５を熱伝導シート２２に向かう下方向（第一方向）に付勢するように、配置される。一方、バイアスバネ１８は、電子回路基板１５および筐体本体１４の底面の間に配置（好ましくはバイメタルストリップ１９の自由端の近傍）され、且つ、電子部品１６を熱伝導シート２２から離す上方向（第一方向の逆方向）に付勢する。すなわち、支持機構１７（バイメタルストリップ１９とバイアスバネ１８）は、電子回路基板１５を表裏から挟みつつ支持し、筐体内温度に応じてバイメタルストリップ１９が上下方向に電子回路基板１５を移動する感温アクチュエータとして機能する。

また、電子回路基板１５に対向する筐体本体１４の底面には、電子回路基板１５の移動を抑制する抑止部ＳＴが設けられている。抑止部ＳＴは、温度上昇によってバイメタルストリップ１９の自由端が付勢する電子回路基板１５の下方向（第一方向）の移動量を規制するため、電子部品１６が熱伝導シート２２に強く押し付けられて破損してしまうことを防止する。なお、抑止部ＳＴおよび熱伝導体２３（放熱板２１および熱伝導シート２２）の筐体本体１４の底面からの高さ（厚さ）は、電子回路基板１５の下面からの電子部品１６の高さを考慮して、昇温動作時に熱伝導シート２２に適宜圧力で接触して電子部品１６で発生した熱が筐体本体１４に放熱されるように、それぞれ設定されている。バイメタルストリップ１９の材質・形状は、所定温度において、その自由端が電子回路基板１５を抑止部ＳＴに当接させるように湾曲するようにそれぞれ設定されている。このように、支持機構１７は、所定温度を越える温度において電子部品１６を熱伝導シート２２に接触させ、所定温度以下においては電子部品１６と熱伝導シート２２とが非接触となるように、電子回路基板１５を位置決めする。

蓋体１３および筐体本体１４の筐体用樹脂材料としては、ＡＢＳ（アクリルニトリルブタジエンスチレン）、ＡＳＡ（アクリレートスチレンアクリルニトリル）、ＡＥＳ（アクリロニトリルエチレン−プロピレン−ジエンスチレン）等のエンジニアリングプラスチックが挙げられる。また、蓋体１３および筐体本体１４は、金属材料を用いて形成されてもよい。

なお、図示しないが、筐体１２には、外部接続端子を介して電子回路を動作させるための外部の給電ケーブルや入出力ケーブル等を通過させるための接続孔が側壁の一部において設けられている。

（動作の説明）
図４は、電子回路基板１５を支持する低温時のバイメタルストリップ１９の変形前における電子部品１６と熱伝導シート２２とが非接触となる状態を示している。なお、図３は電子回路基板１５を付勢する高温時のバイメタルストリップ１９の変形後における電子部品１６が熱伝導シート２２に接触する状態を示す。

図４のように外気温・筐体内温度が低く、バイメタルストリップ１９が変形していない状態では、バイアスバネ１８の反力によって電子部品１６と熱伝導シート２２の間には隙間が開いており、両者は熱的に分離されている。そのため、外気温の影響で筐体１２が低温になっても電子部品１６の自己発熱によって電子部品１６の温度が過剰に低下することを防ぐことができる。外気温が高くなるとバイメタルストリップ１９が変形し、電子回路基板１５を押し込むことによって図３の状態へ遷移する。筐体本体１４の底面の抑止部ＳＴは、電子部品１６が熱伝導シート２２に押し付けられる際に過剰な応力がかからないように、電子回路基板１５の移動量を決定する。温度が高いとき電子部品１６は熱伝導シート２２に接触しているため、電子部品１６で発生した熱が、熱伝導シート２２を通して放熱板２１へと伝わる。そのため、電子部品１６の温度上昇を防ぐことができる。

以上のように、実施例１によれば、外気温が低いときは、電子部品１６と筐体１２とが熱的に遮断されて電子部品１６の温度低下を緩和し、外気温が高いときは、電子部品１６と筐体１２とが熱的に接続されて電子部品１６の温度上昇を緩和するという効果が得られる。また、高温時は電子部品１６の全面に熱伝導シート２２を接触させることができ、さらに放熱板２１との間に熱伝導シート２２のみしか挟まないため、電子部品１６から筐体１２への熱抵抗を非常に小さくすることができる。

（構成の説明）
本実施例は、実施例１の筐体本体１４の対向する側壁に設けられている一対のバイメタルストリップ１９に代えて、図５に示すように、当該対向する側壁に垂直な筐体本体１４の側壁に片持ち梁部ＣＬＴを設けて、その端部から一対のバイアスバネ１８の上方まで伸長する一つのバイメタルストリップ１９Ａをその中央部で固定し、バイメタルストリップ１９Ａの両端が電子回路基板１５を熱伝導シート２２に向かう下方向（第一方向）に付勢する構成とした以外、実施例１と同一である。

（動作の説明）
図６は、電子回路基板１５を支持する低温時のバイメタルストリップ１９Ａの変形前における電子部品１６と熱伝導シート２２とが非接触となる状態を示している。なお、図５は電子回路基板１５を付勢する高温時のバイメタルストリップ１９Ａの変形後における電子部品１６が熱伝導シート２２に接触する状態を示す。

以上のように、本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られると共に、バイメタルストリップ１９Ａを実施例１のものより長いものを利用できるゆえに、電子回路基板１５の下方向（第一方向）への移動量を増大することができる。また、一組２本のバイメタルストリップを１本のバイメタルストリップに置き換えるので、筐体内の電子回路基板１５の有効利用空間容積を増やす効果が得られる。

（構成の説明）
本実施例は、実施例１の筐体本体１４の対向する側壁に設けられている一対のバイメタルストリップ１９とこれに対応する一対のバイアスバネ１８に代えて、図７に示すように、当該対向する側壁に掛け渡して、その両端が筐体１２の対向側壁に固定された一つのバイメタルストリップ１９Ｂを用いて、バイメタルストリップ１９Ｂの中央が電子回路基板１５を熱伝導シート２２に向かう下方向（第一方向）に付勢し、バイメタルストリップ１９Ｂの中央の下方に一つのバイアスバネ１８Ｂを配置した構成とした以外、実施例１と同一である。

（動作の説明）
図８は、電子回路基板１５を支持する低温時のバイメタルストリップ１９Ｂの変形前における電子部品１６と熱伝導シート２２とが非接触となる状態を示している。なお、図７は電子回路基板１５を付勢する高温時のバイメタルストリップ１９Ｂの変形後における電子部品１６が熱伝導シート２２に接触する状態を示す。

以上のように、本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られると共に、バイメタルストリップ１９Ｂを実施例１のもの更に長いものを利用できるゆえに、電子回路基板１５の下方向（第一方向）への移動量を増大することができる。また、一組２本のバイメタルストリップを１本のバイメタルストリップに置き換えるので、筐体内の電子回路基板１５の有効利用空間容積を増やす効果が得られる。

（構成の説明）
本実施例は、実施例１の筐体本体１４の対向する側壁に設けられている一対のバイメタルストリップ１９に代えて、図９に示すように、一端が筐体１２の底面に保持部２５ａを介して固定され他端が電子回路基板１５に固定される形状記憶合金コイルバネ２５を用いて、形状記憶合金コイルバネ２５の当該他端が電子回路基板１５を熱伝導シート２２に向かう下方向（第一方向）に付勢する構成とした以外、実施例１と同一である。

本実施例では、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金等の形状記憶合金が所定温度以下の低温側で軟らかく、所定温度を越える高温側で硬い性質を利用している。図９に示す支持機構１７において、形状記憶合金コイルバネ２５とこれに対向するバイアスバネ１８(ＳＵＳ等)が互いに押し合うように電子回路基板１５を挟んでセットしてある。

（動作の説明）
低温時（図１０）、形状記憶合金コイルバネ２５は軟らかいのでバイアスバネ１８に付勢されて上方向に寄り電子部品１６と熱伝導シート２２とが非接触となる。そして、温度が上がる（図９）と、形状記憶合金コイルバネ２５は強い力で元の形状に回復して伸び、バイアスバネ１８を押し戻して下方向に電子回路基板１５を動かし、電子部品１６が熱伝導シート２２に接触する状態となる。支持機構１７は温度が下がる（図１０）と再び上方向に電子回路基板１５を動かし、温度に応じて全体として二方向性動作をする。

以上のように、本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られる。さらに、バイメタルストリップは異種金属の張り合わせ板材なので、動作が張り合わせ面に直角の方向に限られるが、形状記憶合金は単一材なので材料自体に方向依存性がなく、その線材をコイルスプリング状に成形した形状記憶合金コイルバネ２５によれば、バネ長動作ストロークを大幅に拡大できる。ゆえに、少ない体積の形状記憶合金コイルバネ２５により電子回路基板１５の下方向（第一方向）への移動量を増大することができ、筐体内の電子回路基板１５の有効利用空間容積を増やす効果が得られる。

（構成の説明）
本実施例は、実施例４の保持部２５ａとこれに保持された形状記憶合金コイルバネ２５に代えて、図１１に示すように、形状記憶合金コイルバネ２５Ａをバイアスバネ１８と同軸に電子回路基板１５の下面に配置し、バイアスバネ１８と同様に、一端が筐体１２の底面に直接固定され他端が電子回路基板１５に直接固定される構成とした以外、実施例１と同一である。

本実施例では、形状記憶合金コイルバネ２５Ａは図１１に示すように元の形状（高温時）は縮んだ形状に回復するようにセットされている。所定温度以下の低温側で軟らかく伸び、所定温度を越える高温側で硬い性質を縮んだ形状に回復する。図１１に示す支持機構１７において、形状記憶合金コイルバネ２５Ａの各々はバイアスバネ１８の各々と同軸で、電子回路基板１５を担持するようにセットしてある。

（動作の説明）
低温時（図１２）、形状記憶合金コイルバネ２５Ａは軟らかいのでバイアスバネ１８に伸ばされて電子部品１６と熱伝導シート２２とが非接触となる。そして、温度が上がる（図１１）と、形状記憶合金コイルバネ２５Ａは強い力で形状回復して縮み、バイアスバネ１８を圧縮して下方向に電子回路基板１５を動かし、電子部品１６が熱伝導シート２２に接触する状態となる。支持機構１７は温度が下がる（図１２）と再び上方向に電子回路基板１５を動かし、温度に応じて全体として二方向性動作をする。

以上のように、本実施例によれば、実施例４と同様の効果が得られると共に、バイアスバネ１８と同軸の形状記憶合金コイルバネ２５Ａを含む支持機構１７により、支持機構１７が小型化され、少ない体積で、筐体内の電子回路基板１５の有効利用空間容積を増やす効果が得られる。

上記実施例のいずれにおいても基板上に実装された電子部品に適用した例を説明したが、電源ユニット等の筐体内に収容する全ての発熱体にも適用可能である。また、上記実施例のいずれにおいても電子機器は、屋外に設置される電子機器に好適である。

また、上記実施例１〜３では、コイルスプリング形状のバイアスバネ１８を用いているが、これに代えてバイアスバネとして、筐体側壁に片持ち梁形状で形成された板バネの湾曲弾性を利用するものであってもよい。

１１…電子機器
１２…筐体
１３…蓋体
１４…筐体本体
１５…電子回路基板
１６…電子部品
１７…支持機構
１８…バイアスバネ
１９…バイメタルストリップ
２１…放熱板
２２…熱伝導シート
２３…熱伝導体
ＳＴ…抑止部

Claims (8)

1. 電子部品を担持する部品担持アセンブリと、前記部品担持アセンブリを支持する支持機構と、前記部品担持アセンブリおよび前記支持機構を囲む中空の筐体と、を含む電子機器であって、
   前記筐体の内部において前記電子部品に対向して配置された熱伝導体を備え、
   前記支持機構は、所定温度を越える前記筐体内の温度において前記電子部品を前記熱伝導体に接触させ、前記所定温度以下の前記筐体内の温度において前記電子部品を前記熱伝導体から非接触とさせるように、前記部品担持アセンブリを位置決めする感温アクチュエータを有することを特徴とする電子機器。
2. 前記感温アクチュエータは、一端が前記筐体の内壁に固定され他端が前記部品担持アセンブリを前記熱伝導体に向かう第一方向に付勢するバイメタルストリップを有することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記感温アクチュエータは、中央又は両端が前記筐体の内壁に固定され且つ前記両端又は前記中央が前記部品担持アセンブリを前記熱伝導体に向かう第一方向に付勢するバイメタルストリップを有することを特徴とする請求項１記載の電子機器。
4. 前記感温アクチュエータは、前記部品担持アセンブリを前記熱伝導体に向かう第一方向に付勢するように一端が前記筐体の内壁に固定され他端が前記部品担持アセンブリに固定される形状記憶合金コイルバネを有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
5. 前記支持機構は、前記部品担持アセンブリおよび前記筐体の内壁の間の前記感温アクチュエータの近傍に配置され、且つ、前記電子部品を前記熱伝導体から離すように、前記部品担持アセンブリを前記第一方向の逆方向に付勢するバイアスバネを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子機器。
6. 前記支持機構は、前記部品担持アセンブリおよび前記筐体の内壁の間に前記部品担持アセンブリの移動を抑制する抑止部を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子機器。
7. 前記熱伝導体は、前記筐体の内壁に前記電子部品に対向するように設けられる放熱板と、前記放熱板上に設けられる熱伝導シートと、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電子機器。
8. 前記感温アクチュエータは、前記部品担持アセンブリの周縁を囲むように複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子機器。

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