JP2021136388A - 排熱構造及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】排熱効率が高い排熱構造を提供する。【解決手段】排熱構造(HK)は、基板(32)と、基板(32)に実装された発熱体(33)と、発熱体(33)を覆うように基板(32)に取り付けられたシールド部材(21)と、ファン(31)と、を備える。シールド部材(21)は、基板(32)との間に、外部と第１通気口(Aa)及び第２通気口(Ab)で連通する内部空間(V)を形成すると共に、発熱体(33)と第２通気口(Ab)との間に基板(32)に向け突出した突出部(22)を有し、第１通気口(Aa)，発熱体(33)，突出部(22)，及び第２通気口(Ab)がファン(31)で発生する気流ARの流れ方向にこの順で配列されている。【選択図】図３

Description

本発明は、排熱構造及び電子機器に関する。

特許文献１に、ノイズのシールドのためのシールドケース内に配置された素子の冷却を行う排熱構造及びその排熱構造を備えた電子機器が記載されている。
特許文献１に記載された排熱構造は、シールドケース内において、気流を素子に当たるように還流させながらシールドケースの排気孔から外部へ排気して素子を冷却するようになっている。

特開２０１７−１１７９５０号公報

特許文献１に記載されたような従来の排熱構造は、電子機器の厚さ（高さ）の制約などによってシールドケースの高さを十分に確保できない場合に、排熱効率を高くできない虞がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、排熱効率が高い排熱構造及び電子機器を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は次の１）〜２）の構成を有する。
１） 基板と、
前記基板に実装された発熱体と、
前記発熱体を覆うように前記基板に取り付けられたシールド部材と、
ファンと、
を備え、
前記シールド部材は、前記基板との間に、外部と第１通気口及び第２通気口で連通する内部空間を形成すると共に、前記発熱体と前記第２通気口との間に基板に向け突出した突出部を有し、
前記第１通気口，前記発熱体，前記突出部，及び前記第２通気口が前記ファンで発生する気流の流れ方向にこの順で配列されている排熱構造である。
２）１）に記載の排熱構造と、
前記基板，前記発熱体，前記シールド部材，及びファンを収容する筐体と、
を備えたことを特徴とする電子機器である。

本発明によれば、排熱効率が高いという効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係る排熱構造の実施例である排熱構造ＨＫを備えた電子機器９１を示す斜視図である。 図２は、図１におけるＳ２−Ｓ２位置での断面図である。 図３は、排熱構造ＨＫが有するシールド部材２１を示す部分下面図である。 図４は、排熱構造ＨＫのモデル図である。 図５は、排熱構造ＨＫの熱交換部Ｐの変形例を示す図であり、（ａ）は変形例１、（ｂ）は変形例２を示す。

本発明の実施の形態に係る排熱構造ＨＫを、実施例である排熱構造ＨＫ及び電子機器９１により説明する。
図１は、電子機器９１の斜視図であり、一部が破断されて内部が示されている。図２は、図１におけるＳ２−Ｓ２位置での断面図であり、図３は、排熱構造ＨＫが有するシールド部材２１を示す部分下面図である。
説明の便宜のため、上下左右前後の各方向を、図１及び図２に矢印で示した方向に規定する。

図１において、電子機器９１は車載装置であって、例えばカーナビゲーション装置或いはカーオーディオ装置である。
電子機器９１は、略箱状の筐体１１と筐体１１の前部に設けられた操作部１２とを備えている。操作部１２は、スイッチノブ１２ａ及び表示部１２ｂなどを有する。

図１及び図２に示されるように、筐体１１は、天板１１ａ及び底板１１ｂを有する。筐体１１は、内部に、基板３２，発熱体である素子３３，シールド部材２１，及びファン３１を収容している。以下、それぞれ具体的に説明する。

筐体１１の内部における底板１１ｂに近い位置には、底板１１ｂに平行で左右前後に延在する基板３２が配置されている。
基板３２は、四隅に近い位置において、筐体１１の底板１１ｂから立ち上げられた支持部１１ｃに対し、固定ねじＮ１によって締め付け固定されている。

筐体１１の内部における、左右方向の中央部の後部には、ファン３１が配置されている。ファン３１は、動作状態で前から後方に向う気流を発生させる。
基板３２の上面における左右方向の概ね中央位置には、発熱体である素子３３が実装されている。素子３３は、例えば画像処理用ＩＣである。
基板３２には、上面の素子３３を含む所定範囲を覆うシールド部材２１が取り付けられている。所定範囲は、基板３２に実装された素子３３を含む部品及び配線パターンにおいて電磁シールドが必要な範囲として設定される。

シールド部材２１は、熱伝導性の高い金属板のプレス加工によって形成されている。シールド部材２１は、例えば左右対称形状であって、図３に示される平面視の外形形状として、基部２１ａ，張り出し部２１ｂ，吸気部２１ｃ，前脚部２１ｄ１，及び側脚部２１ｅ１を有する。
基部２１ａは、左右方向に長く延びる平板状の部位である。
張り出し部２１ｂは、基部２１ａの左右方向中央部において後方側に左右方向の先すぼまり形状で張り出した平板状の部位である。
吸気部２１ｃは、基部２１ａの左右方向中央部において前方側に張り出した部位である。

基部２１ａなどの、一部を除く縁部には、下方に折り返されたフランジが形成されている。
具体的には、基部２１ａの前縁から吸気部２１ｃの左右側縁にかけては前フランジ２１ｄが形成されている。基部２１ａの側縁には側フランジ２１ｅが形成されている。基部２１ａの後縁には後フランジ２１ｆが形成されている。張り出し部２１ｂの左右側縁部には、張り出し部フランジ２１ｇが形成されている。

前フランジ２１ｄ，側フランジ２１ｅ，後フランジ２１ｆ，及び張り出し部フランジ２１ｇをまとめてフランジ群ＦＧと称する。
吸気部２１ｃの前縁及び張り出し部２１ｂの後縁には、フランジは形成されていない。

前フランジ２１ｄには左右方向に離隔して一対の前脚部２１ｄ１が前方に折り曲げ形成されている。前脚部２１ｄ１には貫通孔２１ｄ２が形成されている。
側フランジ２１ｅの先端は、左右方向の外方に折り曲げられて側脚部２１ｅ１が形成されている。側脚部２１ｅ１には、前後に離隔して一対の貫通孔２１ｅ２が形成されている。

前脚部２１ｄ１の貫通孔２１ｄ２及び側脚部２１ｅ１の貫通孔２１ｅ２それぞれと、基板３２の貫通孔（不図示）とを通して、固定ねじＮ２が底板１１ｂに形成された固定部（不図示）に締め付けられている。これにより、シールド部材２１は、基板３２に固定されている。

シールド部材２１が基板３２に固定された状態で、フランジ群ＦＧの先端と基板３２の上面との間の隙間は極小とされている。
これにより、シールド部材２１による磁気シールド効果は十分発揮される。また、シールド部材２１と基板３２の上面とで囲まれる内部空間Ｖ（図２）と外部空間とを連通する通気口は、実質的に、フランジが形成されていない吸気部２１ｃの前縁部分である吸気口Ａａ（第1通気口）と、張り出し部２１ｂの後縁部分である排気口Ａｂ（第２通気口）との２箇所のみとなる。

図１及び図２に示されるように、シールド部材２１は、発熱体である素子３３に対応した部位が、下方に絞られて突出した凹部２１ｊとされている。
素子３３の上面には、厚さ方向に弾性を有し熱伝導性に優れた伝熱部材３４が貼り付けなどによって取り付けられている。

図２に示されるように、シールド部材２１が基板３２に取り付けられた状態で、凹部２１ｊの底となる凹底部２１ｊ１の下面である当接面２１ｊ２は、伝熱部材３４に押圧密着している。
これにより、素子３３で生じた熱の一部は、伝熱部材３４を通してシールド部材２１に伝達する。

シールド部材２１の張り出し部２１ｂは、ファン３１に対し前方に対向する位置にあって基部２１ａからファン３１に向って張り出しており、排気口Ａｂは、ファン３１に近接した位置にある。
張り出し部２１ｂには、下方に向け突出する突出部２２が形成されている。突出部２２の突出高さＨは、基部２１ａの下面（内面）と基板３２の上面との間の距離Ｈａよりわずかに小さく設定されている。

突出部２２は１つ又は複数であって、絞り加工などによって例えば円筒状に下方に突出形成されている。突出部２２の数はこの例において３つであるが限定されない。突出部２２は、張り出し部２１ｂに対し溶接によって取り付けられていてもよい。
突出部２２を熱交換部Ｐとも称する。突出部２２が複数ある場合は、その複数の突出部２２の群を熱交換部Ｐとする。

図２に示されるように、ファン３１を動作させると、既述のように前から後方へ流れる気流が生じる（矢印ＤＲａ）。
これに伴い、シールド部材２１の排気口Ａｂがファン３１に近接した位置にあることから、シールド部材２１の内部空間Ｖの空気は、排気口Ａｂから排出されて外部のファン３１に向けて流れる（矢印ＤＲｄ）。
内部空間Ｖにおいて、排気口Ａｂ以外の外部空間との通気口は実質的に吸気口Ａａのみである。そのため、矢印ＤＲｄで示される排気に伴い、吸気口Ａａから外部の空気が内部空間Ｖに導入される（矢印ＤＲｂ）。

上述の排熱構造ＨＫは、吸気口Ａａ，素子３３，突出部２２，排気口Ａｂ，及びファン３１が概ね一直線上に配列されている。例えば、図１に示されるように、電子機器９１の前後方向に延びる直線上であり、この例でその直線は左右方向の中心線ＣＬ１となっている。

図４は、このような直線上に配列された排熱構造ＨＫの気流及び主な熱伝達経路を示したモデル図である。
すなわち、矢印で示される気流ＡＲは、吸気口Ａａから内部空間Ｖに流入する。流入した気流ＡＲは、素子３３に当たりながら通過して素子３３から熱量Ｑ１を奪う。気流ＡＲは、奪った熱量Ｑ１により昇温した気流ＡＲ１として熱交換部Ｐへ向う。

一方、素子３３で生じた熱量の一部である熱量Ｑ２は、既述のように伝熱部材３４を介してシールド部材２１へ伝達され、張り出し部２１ｂに形成された熱交換部Ｐに達する。
熱交換部Ｐに達した気流ＡＲ１は、突出部２２の表面に接触して熱量Ｑ２を奪う熱交換を行う。気流ＡＲ１は、熱交換で得た熱量Ｑ２によりさらに昇温した気流ＡＲ２として排気口Ａｂを通りファン３１から外部へ排出される。

このように、排熱構造ＨＫは、単に素子３３を空冷した場合に排熱される熱量Ｑ１よりも多量となる、熱量Ｑ１と熱量Ｑ２とを合わせた熱量を排熱できる。これにより、排熱構造ＨＫは排熱効率が高い。

排熱構造ＨＫは、基部２１ａよりも流路面積を狭くする張り出し部２１ｂに熱交換部Ｐが設けられている。そのため、熱交換部Ｐを通過する気流ＡＲ１の速度が基部２１ａを流れる速度よりも速く、より多くの熱量Ｑ２を熱交換部Ｐと熱交換できる。これにより、排熱構造ＨＫは排熱効率がより向上している。

排熱構造ＨＫは、突出部２２の数を多くして熱交換に関わる表面積を多くすることで、熱交換する熱量Ｑ２を増やすことができ、排熱効率がより向上する。

排熱構造ＨＫは、気流ＡＲとの間で熱交換を行う熱交換部Ｐを有し、熱交換部Ｐを、シールド部材２１から内部空間Ｖ内において基板３２に向け突出するよう形成している。
これにより、シールド部材２１の外側（上方側）にヒートシンクなどの熱交換部材を付加することなく排熱効率が向上している。また、電子機器９１の厚さ（高さ）の制約などによってシールド部材２１の高さを十分確保できない場合にも、高い排熱効率を確保できる。

以上詳述した実施例は、上述の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形した変形例としてもよい。

シールド部材２１は、上述のように素子３３と伝熱部材３４を介して間接的に接触するものに限定されず、直接接触していてもよい。
また、シールド部材２１は、素子３３に対し、直接的又は間接的に接触していなくてもよい。この場合、ファン３１で発生した気流ＡＲは、熱交換部Ｐで熱交換をするのみであるが、熱交換部Ｐで熱交換可能な熱量Ｑ２は比較的多いため、高い排熱効率を得ることができる。

吸気口Ａａ，素子３３，突出部２２，及びファン３１は、必ずしも一直線上に配列されていなくてもよく、ファン３１で発生させる気流の流路に沿ってこの順に配列されていてもよい。
熱交換部Ｐの突出部２２は、円筒状でなくてもよい。例えば、図５（ａ）に示されるような角筒状の突出部２２Ｂとしてもよい。図５（ｂ）に示されるようなリブ状の突出部２２Ｃとしてもよい。
突出部２２，２２Ｂ，２２Ｃは、外面に細かな凹凸を有するものであってもよい。凹凸を形成することで表面積が増加し、気流ＡＲ１との熱交換効率がさらに向上して排熱効率もさらに向上する。
突出部２２，２２Ｂ，２２Ｃの配列パターンは、限定されない。

１１ 筐体
１１ａ 天板
１１ｂ 底板
１１ｃ 支持部
１２ 操作部
１２ａ スイッチノブ
１２ｂ 表示部
２１ シールド部材
２１ａ 基部
２１ｂ 張り出し部
２１ｃ 吸気部
２１ｄ 前フランジ
２１ｄ１ 前脚部
２１ｄ２ 貫通孔
２１ｅ 側フランジ
２１ｅ１ 側脚部
２１ｅ２ 貫通孔
２１ｆ 後フランジ
２１ｇ 張り出し部フランジ
２１ｊ 凹部
２１ｊ１ 凹底部
２１ｊ２ 当接面
２２，２２Ｂ，２２Ｃ 突出部
３１ ファン
３２ 基板
３３ 素子
３４ 伝熱部材
９１ 電子機器
Ａａ 吸気口
Ａｂ 排気口
ＡＲ，ＡＲ１，ＡＲ２ 気流
ＦＧ フランジ群
Ｈ 突出高さ
Ｈａ 距離
ＨＫ 排熱構造
Ｎ１，Ｎ２ 固定ねじ
Ｐ 熱交換部
Ｑ１，Ｑ２ 熱量
Ｖ 内部空間

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板に実装された発熱体と、
   前記発熱体を覆うように前記基板に取り付けられたシールド部材と、
   ファンと、
   を備え、
   前記シールド部材は、前記基板との間に、外部と第１通気口及び第２通気口で連通する内部空間を形成すると共に、前記発熱体と前記第２通気口との間に基板に向け突出した突出部を有し、
   前記第１通気口，前記発熱体，前記突出部，及び前記第２通気口が前記ファンで発生する気流の流れ方向にこの順で配列されている排熱構造。
2. 前記シールド部材は、前記発熱体に対し、直接的又は伝熱部材を介して間接的に接触していることを特徴とする請求項１記載の排熱構造。
3. 前記第１通気口と前記第２通気口との間に、前記ファンの動作によって前記第１通気口から流入した外部の空気が前記発熱体との熱交換で昇温し、前記突出部との熱交換でさらに昇温して前記第２通気口から外部に排気される気流路が形成されていることを特徴とする請求項２記載の排熱構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の排熱構造と、
   前記基板，前記発熱体，前記シールド部材，及びファンを収容する筐体と、
   を備えたことを特徴とする電子機器。

Images