JP2671712B2 - プリント板ユニットの放熱構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント板ユニットの
放熱構造に関する。電子・通信装置などは、装置回路を
構成するために筐体内に多数のプリント板ユニットが実
装された装置構成がなされる。

【０００２】このような装置構成によれば、装置全体を
大形化することなく回路機能を具えた多数のプリント板
ユニットをより高密度に実装するためには、プリント板
ユニットに実装されているＬＳＩなどの発熱部品からの
発生熱を効率よく除去して装置内部の温度を所定以下に
維持させることが肝要である。また、装置を小形化する
ために高密度に実装する場合にも同様なことが要求され
る。

【０００３】一方、上記装置は長期にわたって連続した
動作が行なわれることから、電動フアンなどの可動部品
を使用して装置内部の放熱冷却を行なうことは電動フア
ンの信頼度と、そのためのスペースおよび電力を要する
ことからこれを使用することは望ましくなく、自然通風
による放熱冷却とすることが好ましい。

【０００４】

【従来の技術】自然通風による放熱冷却を行なうように
した電子・通信装置など（以下単に装置と略称する）
は、図９の概略図に示されるような構成が多く採用され
ている。すなわち、図９の（ａ）図の側断面図、（ｂ）
図の正面図のように縦長の筐体１の内部にシエルフ２が
間隔を設けて上下方向多段（図は３段）に収容される。
間隔部分には冷却空気の誘導板３が図示左方向の斜め後
ろ上がりに取り付けられている。

【０００５】シエルフ２の内部には多数のプリント板ユ
ニット５が縦配置として並列に挿入されており、各段の
プリント板ユニット５の横方向の間隔はプリント板ユニ
ット５の発熱量に応じてその間隔幅が設定されている。
プリント板ユニット５には図示省略のＬＳＩなどの発熱
部品が実装されており、これらから発生される熱はプリ
ント板に伝達される以外は主として空間に放熱される。

【０００６】この放熱された熱はシエルフ２の下方の誘
導板３の上面に沿って前面から入り込む筐体外部の空気
に伝導して空気の温度を上昇させることにより、空気が
上方に向かって上昇し、上の誘導板３の下面に沿って筐
体１の背面外部に流れ出る。

【０００７】このように上下のシエルフ２，２間に冷暖
の冷却空気の混入がないように誘導板３によって区画さ
れ、シエルフ２には前面外部からの冷気を取り込み自然
対流によって温度の高くなった空気を矢印Ａで示される
経路で筐体外部背面に流れ出るように構成されている。

【０００８】プリント板ユニット５の発熱量に応じて外
部の空気を取り入れるための開口を大きく、かつ排出口
も大きく設定することが必要なことから、シエルフ２，
２の上下間の高さ間隔が拡がることになり、全体の高さ
が高くなる。これを縮小するためには１シエルフ当たり
のプリント板ユニット５の収容枚数を少なくするしかな
いが、高密度実装に逆行することになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
はシエルフへのプリント板ユニットの収容枚数を多くす
ると、冷却用空気の入出口を大きく（高く）することに
なるが、これにも自ずから限界があり無制限に大きく
（高く）することはできない。むしろ逆により多くのプ
リント板ユニットを搭載することが求められる。電動フ
アンなどによる強制換気による冷却は前述の理由から好
ましくない。

【００１０】このようなことから、本発明は冷却用空気
の入出口を最小限の大きさとして、積極的に放熱を行な
うようにしたプリント板ユニットの放熱構造の提供をす
ることを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明手段の構成要旨は、プリント板ユニットの前面
に着脱可能に取り付けられる前面板と、上記プリント板
ユニットに設けられる発熱部品と該発熱部品からの発生
熱を伝達させる熱伝導部材と、上記熱伝導部材の前端に
設けられ上記前面板に接触される伝熱面と該伝熱面を前
面板に圧接させる弾性体からなる圧接手段とを具えた伝
熱部材と、を具えてなること、にある。

【００１２】上記伝熱部材は熱伝導部材に接合された筒
状の金属体と、該金属体に摺動可能に嵌合されかつ前面
板に圧接状態に接触する伝熱面を有する伝熱体と、から
なること。

【００１３】上記熱伝導部材は好ましくはヒートパイプ
である。

【００１４】

【作用】上記本発明構成要旨によると、プリント板ユニ
ットの発熱部品からの発生熱を熱伝導部材に伝導させる
とともに、この熱伝導部材前端の伝熱部材の伝熱面をプ
リント板ユニットの前面に取り付けられる前面板に弾性
体によって圧接させて伝熱させ、前面板から効率よく放
熱させるようにする。

【００１５】また、熱伝導部材の前端に伝熱部材を設け
ることにより前面板との間に間隔誤差があっても確実な
圧接状態が得られる。さらには、熱伝導部材をヒートパ
イプとすることにより、より効率的な熱伝導状態を得る
ことができる。

【００１６】

【実施例】上記本発明のプリント板ユニットの冷却構造
を構成要旨にもとづき、図を参照して具体的実施例で詳
細に説明する。

【００１７】図１は、本発明のプリント板ユニットの放
熱構造の基本的な側断面図（ａ）と、Ｂ−Ｂ矢視の正面
図（ｂ）である。なお、（ａ）図で図示面を側面、右手
側を前面、左手側を背面、上側を上部、手前側を下部、
と称する。図１において、シエルフ１１の内部には前面
からプリント板ユニット１２が縦配置に挿入され、背面
側のバックボード１３にコネクタ１５同士電気回路のプ
ラグイン接続がなされている。

【００１８】シエルフ１１の上部と下部にはそれぞれ冷
却空気の誘導板１６，１７が斜め後ろ上がりに配置され
ている。プリント板ユニット１２の上部にはプリント板
に沿って前面から背面にかけて熱伝導部材１９が水平姿
勢で固定的に取り付けられている。この熱伝導部材１９
には要所（図は５箇所）に熱吸収板２１が縦位置に取り
付けられている。

【００１９】熱伝導部材１９の前面端部には前後方向に
嵌合摺動構成で伸縮可能な伝熱部材２２の内部部材が取
り付けられ、この伝熱部材２２の外部部材の前面が内装
された圧接手段２３によって仮想線で示される前面板２
５の裏面に圧接されている。プリント板ユニット１２に
はＬＳＩなどの高発熱部品２７が実装されている。

【００２０】上記構成で、回路機能の動作にともないＬ
ＳＩ２７などからの発熱によって周囲の空気が熱せら
れ、その空気はプリント板に沿って上昇する。空気の上
昇は矢印Ｃのように上部の誘導板１６の下面に沿ってシ
エルフ１１の外部背面側に流出されるが、これにより前
面下部から外部の冷却空気が下部の誘導板１７の上面に
沿って導入され補給される。

【００２１】このような冷却空気の流れにより、熱せら
れて上昇する空気は熱吸収板２１に接触し、この熱吸収
板２１に相当程度の熱が吸収される。熱吸収板２１から
熱伝導部材１９に伝達され前面端部の伝熱部材２２を介
して前面板２５に伝達させ、この広面積な前面板２５か
ら空間およびこれが固定されているシエルフ１１または
筐体に伝導放熱させる。

【００２２】このように前面板２５によって放熱冷却さ
れるから、熱伝導部材１９が低温度であることにより、
効率よく熱吸収板２１に熱が吸収される。上記熱伝導部
材１９と熱吸収板２１および伝熱部材２２は熱抵抗の少
ない、たとえば銅，銅合金，アルミニウムおよびその合
金材などからなり、板材，棒材，管材などの組み合わせ
によって構成される。しかしながら、熱伝導部材１９を
公知なヒートパイプとすることにより、もっとも好まし
い態様を得ることができる。また、熱吸収板２１はその
熱吸収を積極的とさせるために輻射率の良好な粗面、黒
色などの表面状態にすることも好ましい結果を得ること
ができる。

【００２３】図２の（ａ）図はシエルフ１１を前面から
みた図である。プリント板ユニット１２は縦配置として
横方向に並列にプラグイン実装されている。熱吸収板２
１は発生される熱量に応じてその大きさが変えられてお
り、同様にプリント板ユニット１２の間隔も変えられて
いる。伝熱部材２２の高さ方向の位置は一定線上となる
ように設定されている。

【００２４】シエルフ１１の左右端にはねじ孔２６が設
けられており、このねじ孔２６に（ｂ）図に示される狭
幅な高さの前面板２５−１がねじ２７によって取り付け
られ、横列している伝熱部材２２に圧接し、この前面板
２５−１から放熱するようにする。この前面板２５−１
は放熱とともに、各プリント板ユニット１２がシエルフ
１１から抜け出るのを防止するように機能している。

【００２５】上記狭幅な前面板２５−１に代えて（ｃ）
図に示されるシエルフ１１の前面開口全面を覆う高さの
前面板２５−２を用いてねじ２７で取り付けることによ
り、より大きな放熱面積を得ることができる。この前面
板２５−２はプリント板ユニット１２の各機能の表示、
制御操作のための部品を取り付ける機能を具えるものと
しても利用される。勿論各プリント板ユニット１２の抜
け止め機能も有している。

【００２６】上記前面板２５−１，−２の放熱機能につ
いては、その機能をさらに向上させるために、図３に示
されるように前面側に多数の放熱ひれ（フイン）２８を
有する前面板２５−３とすることにより、一層放熱能力
が大きくなる。また、前面板の材料は好ましくはアルミ
ニウム材などの熱抵抗の少ないものがよいが、構造用鋼
板などは低コストであって経済的である。

【００２７】上記伝熱部材の好ましい第１の実施例につ
いて図４を参照して以下説明する。図４の（ａ）図は側
断面図であり、前面側から見たＤ−Ｄ矢視図を（ｂ）図
に示す。

【００２８】図において、伝熱部材３０は、熱伝導部材
１９に圧入、半田付けなどの手段によって接合された筒
状の金属体３１と、金属体３１に摺動可能に嵌合され前
面側に伝熱面３２および貫通孔３３内に圧縮コイルばね
３４とこのばね３４を係止するためのＣ形止め輪３５を
溝３６に嵌めてなる伝熱体３７とからなる。

【００２９】背面側には伝熱体３７の半径方向を貫通す
る孔にピン３８が圧入されており、先端が金属体３１の
縦溝３９に嵌まり相互の回転をなくするとともに、金属
体３１から伝熱体３７がばね３４の圧縮反力によって抜
け出るのを防止している。

【００３０】伝熱面３２の前面視は（ｂ）図から明らか
なように、縦長であり横方向の幅は狭くに形成されてい
る。これはプリント板ユニットの実装間隔を高密度とす
ることに適している。伝熱面３２の前面と接する前面板
２５との間には伝熱ゴムシート４１が介在挿入されてお
り、全面が有効に密着されるように配慮されている。

【００３１】熱伝導部材１９の伝導熱は矢印Ｅ方向に伝
達され、接合された金属体３１に伝わりこれと嵌合して
いる伝熱体３７に伝達される。伝熱体３７はＣ形止め輪
と金属体３１との間のばね３４の圧力によって前面側に
押し付けられているので、伝熱面３２が前面板２５に圧
接され前面板２５への熱の伝熱が行なわれ、前面板２５
から空間に対して放熱される。および、シエルフ１１に
も熱伝導されてシエルフからの放熱も行なわれる。

【００３２】前面板２５が外された場合にはピン３８が
金属体３１の縦溝３９の端部に当接し、伝熱体３７が金
属体３１と分離することのないように保護される。伝熱
ゴムシート４１の介在されることによって伝熱面３２と
前面板２５との間に僅かな傾きなどがあったとしても、
効果的に相互が密着して熱伝導がなされる。

【００３３】圧接手段としての圧縮コイルばね３４の存
在は、多数のプリント板ユニット２１それぞれに設けら
れた伝熱部材３０（２２）と前面板２５との間の僅かな
前後方向の位置誤差に対して、すべての伝熱面３２が前
面板２５と圧接するように機能する。

【００３４】上記金属体３１と伝熱体３７とは熱伝導の
良好な金属、たとえば銅、銅合金、アルミニウムおよび
その合金などから形成され、嵌合部には熱伝達を良好と
するために熱伝導性グリースなどを供給するのが好まし
く、嵌合部の摺動移動が好適に行なえる。

【００３５】つぎに、伝熱部材の好ましい第２の実施例
について図５を参照して以下説明する。図５の（ａ）図
は側断面図であり、前面側から見たＦ−Ｆ矢視図を
（ｂ）図に示す。

【００３６】図において、伝熱部材５０は、熱伝導部材
１９に圧入、半田付けなどの手段によって接合された筒
状の金属体５１と、金属体５１に摺動可能に嵌合され前
面側に伝熱面５２および背面端を開口した穴５３内に圧
縮コイルばね５４の嵌め込まれた伝熱体５５とからな
る。

【００３７】背面側には伝熱体５５の半径方向のねじ孔
にねじ５７がねじ込まれており、先端が金属体５１の背
面端に当接するように位置している。これによって金属
体５１から伝熱体５５がばね５４の圧縮反力によって抜
け出るのを防止している。また、伝熱体５５の穴５３の
底部近傍に半径方向の貫通孔５８が設けられて穴５３と
外部とが連通されている。

【００３８】伝熱面５２と接する前面板２５との間には
伝熱ゴムシート５９が介在挿入されており、全面が有効
に密着されるように配慮されている。熱伝導部材１９の
伝導熱は矢印Ｅ方向に伝達され、接合された金属体５１
に伝わりこれと嵌合している伝熱体５５に伝達される。
伝熱体５５は穴５３の底部と金属体５１との間のばね５
４の圧力で前面側に押し付けられているので、伝熱面５
２が前面板２５に圧接され前面板２５への熱の伝熱が行
なわれ、前面板２５から空間に対して放熱される。一部
はシエルフ１１にも熱伝導されてシエルフからの放熱も
行なわれる。

【００３９】前面板２５が外された場合にはねじ５７が
金属体５１の端面に当接し、伝熱体５５が金属体５１と
分離することのないように保護される。伝熱ゴムシート
５９は図４の実施例と同様の材料であり同様に機能す
る。

【００４０】金属体５１と伝熱体５５とについても図４
の実施例と同様の材料、同様の作用が行なわれる。嵌合
部への熱伝導グリースなどの供給も同様である。なお、
伝熱体５５の貫通孔５８は穴５３内部の密閉状態の空間
への空気の出入りのためのものである。

【００４１】上記伝熱ゴムシート４１，５９について
は、かならずしもゴムである必要はなく、伝熱性の液状
体を充填した嚢（袋）体であっても同様な作用、効果が
得られるものである。

【００４２】熱伝導部材１９と熱吸収板２１との結合部
分の好ましい態様について図６を参照して以下説明す
る。図６の（ａ）図は側断面図、（ｂ）図は矢視Ｇ−Ｇ
から見た図である。図において、熱伝導部材１９が貫通
する熱吸収板２１の一面にはフランジ部分６１が熱吸収
板２１と点溶接６２されて結合された結合体６０が取り
付けられている。

【００４３】この結合体６０はフランジ部分６１の中心
部軸方向に延び、熱伝導部材１９を密着嵌合させている
スリーブ６３が一体形成されており、スリーブ６３には
一端の開口端から軸方向に切り込み溝６５が複数箇所
（図は４箇所）に形成されている。

【００４４】このスリーブ６３の周囲には巻きばね６７
が拡張状態にして嵌められている。したがって、この巻
きばね６７は縮小しようとして切り込み溝６５によりス
リーブ６３を中心方向に縮小させるように働いている。

【００４５】この結合体６０は熱伝導部材１９に対する
熱の伝達面積を大きく有しているので、熱吸収板２１か
らの熱を効率よく熱伝導部材１９に伝達することができ
る。また、スリーブ６３は熱伝導部材１９とは密着して
いるものの、接触しているのみであるから軸方向への摺
動移動が可能である。したがって、熱伝導部材１９に対
する熱吸収板２１の位置を長さ方向の任意位置に移動さ
せて設定することができる。

【００４６】結合体６０の材料は熱伝導性の良好な銅、
アルミニウムか、これらの合金から形成するのが好まし
い。発熱部品２７と熱吸収板２１との直接的な熱結合の
好ましい態様の一実施例について図７を参照して以下説
明する。図７の（ａ）図は側面図であり、（ｂ）図は矢
視Ｈ−Ｈ方向から見た図である。図において、プリント
板７１に搭載実装された発熱部品であるＬＳＩ２７の左
右に配置された熱吸収板２１は、その脚部７２がプリン
ト板７１にねじ７３で取り付けられている。

【００４７】熱吸収板２１，２１の間にはコの字形に形
成された結合板７５がその両脚部７６，７６によって熱
吸収板２１，２１とねじ７７によって取り付けられてい
る。そうして、結合板７５とＬＳＩ２７の放熱装置７８
との間には伝熱ゴムシート７９が圧接状態に介在挿入さ
れている。

【００４８】上記ＬＳＩ２７の発熱はＬＳＩ２７と一体
の放熱装置７８から伝熱ゴムシート７９を介して結合板
７５に伝達され、その脚部７６，７６から熱吸収板２
１，２１へと伝達され、前述したように熱伝導部材１９
を経て伝熱部材２２を介して前面板２５へ伝熱されて放
熱される。

【００４９】この結合板７５は熱伝導性の良好な材料、
たとえば銅、銅合金、アルミニウムおよびその合金材な
どから形成される。ゴムシート７９についても前述の嚢
体であってもよいものであるが、その他の伝熱用のコン
パウンドなども適用可能である。

【００５０】図１の熱吸収板２１の間接的な熱吸収用と
して適用可能な好ましい態様の一実施例について図８を
参照して以下説明する。図８の（ａ）図は平面図、
（ｂ）図は側面図、である。図において、本実施例にお
ける熱吸収板８０は上下方向に多数の吸熱ひれ（フイ
ン）８１が並列に形成されており、水平方向に貫通する
熱伝導部材１９とは圧入または半田付けなどによって固
定的に取り付けられる。しかしながら、図６の結合体の
態様を適用すること勿論好ましいことである。

【００５１】本発明は以上説明の各実施例ならびに態様
を、それぞれに適用することは勿論可能なことである
が、それぞれを任意に、または意図的に組み合わせるこ
とによって一層放熱が効率よく行なわれ、このようなこ
とを含むことは勿論のことである。

【００５２】上記実施例では、伝熱部材の断面を円形と
して例示したが本発明はこのようなことに限定されるも
のでなく、角形、長円形、楕円形、長方形などの任意の
形状となし得るものである。また、圧接手段についても
コイルばねでなく、その他の弾性体を適用可能、たとえ
ば板ばねなど種々のものが適用され得る。

【００５３】

【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明のプリ
ント板ユニットの放熱構造によれば、発熱部品の発熱を
前面側に伝達させる熱伝導部材をプリント板ユニットに
具え、この熱伝導部材の前面端部に圧接手段を具えた伝
熱部材を設けてこの伝熱部材の端面を前面板に圧接させ
ることによって、発熱部品の発熱を伝導経由させて前面
板から放熱させるようにしたので、装置の高密度実装を
可能とできる。

【００５４】表面板の着脱に応じて自動的に伝導部品と
の圧接状態と分離状態となるので操作性が簡単容易であ
る。発熱を内部空気の自然対流による分と、表面板から
の放熱とに分担させることでシエルフの上下間隔を最小
限度に設定可能であるなど、従来の問題点を解消したそ
の実用上の効果はきわめて顕著なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放熱構造の基本的図

【図２】図１のシエルフの前面図

【図３】放熱機能を向上させる前面板

【図４】伝熱部材の第１の実施例

【図５】伝熱部材の第２の実施例

【図６】熱伝導部材と熱吸収板との結合部の実施例

【図７】発熱部品と熱吸収板との結合の一実施例

【図８】熱吸収板の一実施例

【図９】従来の放熱構造の説明図

【符号の説明】

１ 筐体 １１ シエルフ １２ プリント板ユニット １６，１７ 誘導板 １９ 熱伝導部材 ２１ 熱吸収板 ２２ 伝熱部材 ２３ 圧接手段 ２５ 前面板 ２７ 発熱部品 ３０，５０ 伝熱部材 ３１，５１ 金属体 ３２，５２ 伝熱面 ３４，５４ ばね ３７，５５ 伝熱体 ３８ ピン ４１，５９ 伝熱ゴムシート ６０ 結合体 ６１ フランジ ６３ スリーブ ６５ 切り込み溝 ６７ 巻きばね ７５ 結合板 ８０ 熱吸収板 ８１ ひれ（フイン）

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント板ユニットの前面に着脱可能に
   取り付けられる前面板と、 上記プリント板ユニットに設けられる発熱部品と該発熱
   部品からの発生熱を伝達させる熱伝導部材と、 上記熱伝導部材の前端に設けられ上記前面板に接触され
   る伝熱面と該伝熱面を前面板に圧接させる弾性体からな
   る圧接手段と を具えた伝熱部材と、 を具えてなることを特徴とするプリント板ユニットの放
   熱構造。
2. 【請求項２】 上記伝熱部材は熱伝導部材に接合された
   筒状の金属体と、 該金属体に摺動可能に嵌合されかつ前面板に圧接状態に
   接触する伝熱面を有する伝熱体と、 からなることを特徴とする請求項１に記載のプリント板
   ユニットの放熱構造。
3. 【請求項３】 上記熱伝導部材はヒートパイプであるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリン
   ト板ユニットの放熱構造。