JP2776981B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電話加入者系電子装置等に関し、特に高密
度実装構造を有する電子装置等に関する。

〔従来の技術〕

電子部品を搭載した配線基板の実装構造の従来技術と
しては、実公昭57−42231号公報に提案がされている。

また、配線基板からの効率的な放熱構造としては特開
昭59−213192号公報、特開昭63−266898号公報、特開昭
63−184397号公報、特開昭63−10919号公報に提案がさ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上に述べた従来技術においては、配線基板の実装方
法においては実装間隔が不均一となり汎用性に劣ってい
た。また、放熱構造においては発熱部品の熱は放熱でき
るが、放熱部材から発熱部品を取り外す作業が複雑であ
り、保守操作性に問題があった。

従来、ガイド枠構造の電子装置では、ガイド枠に搭載
される配線ガイド基板をガイド枠のガイドレールに沿っ
て収容しており、配線基板の識別及び保守の容易性を持
っていた。しかし、最近の半導体技術の急激な進展に伴
い、配線基板当りに収容される電子回路数は増大の一途
にある。このように高密度化が進められる中での問題点
は、ガイド枠内の空間の有効活用がされていないこと
と、基板内に収容された電子回路の単位ごとに分離する
機能が失われていることである。

電話加入者回路等のように回路一単位ごとに分離保守
される機能については、１枚の配線基板内に多数の回路
単位が搭載されると、保守時に不具合が出る。

つまり、例として電話加入者１人に対する１回路単位
を集約して、１枚の配線基板に８電話加入者を搭載した
と仮定すると、その中の１加入者の回路に故障もしくは
機能変更があった場合、保守交換単位は配線基板が１枚
なので、正常動作をしている他の７回路の加入者の回線
が切断されてしまい、サービスの低下となる。

保守サービス向上のために１加入者を１枚の配線基板
に収容すると従来の実装方法では、ガイド枠内の空間の
有効活用が図れず装置の容積が大きくなり、高密度化の
要求に反する結果となる。

本発明の第１の目的は、ガイド枠内への電子部品及び
電子回路の高密度実装及び保守、交換が容易に実現出来
る配線基板の実装構造を有する電子装置を提供すること
にある。

本発明の第２の目的はガイド枠内の空間を有効活用し
た配線基板の実装構造を有する電子装置を提供すること
にある。

本発明の第３の目的は配線基板上からの発熱を効率良
くガイド枠を経由して周囲に伝熱出来る実装構造を有す
る電子装置を提供することにある。

本発明の第４の目的は配線基板から放射される電磁妨
害波を個々にシールドする実装構造を有する電子装置を
提供することにある。

本発明の第５の目的は配線基板を電気的に接続する際
に、わずかの力で嵌合が出来る機能を有する電子装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、ハニカム状の立体構造を有するガイド枠
から構成されたユニットフレームの前記ガイド枠内に配
線基板を収容する電子装置により達成される。

さらに、上記六角柱のガイド枠の対角を利用して配線
基板のガイドレール機能をもつ電子装置により達成され
る。

さらに、ガイド枠の殻壁に通気口をあけて対流熱放散
性の効果のある電子装置により達成される。

さらに、配線基板にガイド枠の六角柱に沿って、熱伝
導性を向上させるために熱伝導コネクタを取付けた構造
を有する電子装置により達成される。

さらに、上記熱伝導コネクタ内に柔軟な密閉容器に液
体を詰めた、弾力性のあるリキッドヒートシンクを挾ん
で、配線基板とガイド枠間の接触熱抵抗を低減させた構
造を有する電子装置により達成される。

さらに、ガイド枠を中空にしてその中に冷媒を流し、
液冷機能を有する構造を有する電子装置により達成され
る。

さらに、配線基板を収容し電気的接続する際に、保
守、取扱いを容易ならしめるため、擬似ゼロフォースイ
ンサーシヨンコネクタを設けた電子装置により達成され
る。

〔作用〕

本発明によれば、自動的に多数のガイドレールが構成
出来ると共に、このガイドレールに実装される配線基板
は両面を部品占有空間として略同程度に部品実装するこ
とが出来るために、電子部品の高密度実装が可能とな
る。また配線基板を実装することによりガイド枠内の仕
切板が増えた形となり結果的にガイド枠全体の強度も向
上される。更に各配線基板がガイド枠により囲まれた形
となるためシールド効果もえられる。

さらに本発明によれば、配線基板からの発熱をガイド
枠への熱伝導放熱に加えて対流による対流熱伝達放熱の
効果が期待でき、結果として冷却性能が向上できる。

さらに、本発明によれば、配線基板からの発熱をガイ
ド枠への熱伝導放熱する際の接触熱抵抗を低減すること
が出来、効率の良い冷却構造を有する電子装置が得られ
る。

さらに、本発明によれば、ガイド枠を中空にしてその
中に冷媒を流した液冷却が可能で、配線基板が高密度実
装化された高発熱となった場合の冷却も可能となる。

さらに、本発明によれば、配線基板をガイド枠に実装
し、電気的接続する際に、接点バネのバネ性を利用しわ
ずかの力で操作が完了する機構となっているため、保
守、取扱いを容易ならしめる構造を有する電子装置が得
られる。

〔実施例〕

以下、本発明による電子装置の一実施例を第１図、第
２図により説明する。

１はガイド枠で同じ大きさの六角柱が多数集まって出
来た、ちょうど蜂の巣のような構造体で、その殻壁は薄
板を使用している。ガイド枠１はその周囲を囲むように
ユニットフレーム３を取付け、上下左右をリベット９等
により接合することにより、ユニットフレーム３とガイ
ド枠１が一体化される。ガイド枠の製造方法の一例とし
ては第19図に示すような工程が従来技術としてある。

ガイド枠１の六角柱の対角を利用することにより、自
動的に多数のガイドレール10が構成出来、配線基板２が
収容される。

ガイド枠１はその後部をコネクタガイド溝11を有する
中間板８と接合したのち、ユニットカバー４と前面側で
嵌合させられることにより、前後をそれぞれ板によりサ
ンドイッチされた形となり、ハニカム板としての特性を
もたせることが出来、軽量で高強度を有する構造体とな
る。

６はマザーボードで各配線基板と電気的に接続される
コネクタハウジング７（以下ハウジングと呼ぶ）を実装
し、これをユニットフレーム３に組込むことによりユニ
ットが構成される。

以下、本実施例についてさらに詳細に説明する。ハニ
カム構造を用いたユニットは、従来の基板並列搭載に比
べて、部品の占有空間を有効に活用できる利点がある。

第３図は、従来のガイド枠301内に、部品を搭載した
基板302が実装されている一部断面斜視図を示すが、こ
の方式では、隣接する基板との隙間の空間が、部品の占
有できる空間となるため、たとえば基板の右側に背の高
い部品をのせると、対面する基板の左側には背の低い部
品しか搭載できない等が発生する。このため、隙間の空
間をその両側の基板に割りふり、部品の高さ条件を付与
して使用する場合が多かった。あるいは、対面している
基板に部品が搭載されているにもかかわらず、どうして
も背の高い部品を搭載したい場合には、１枚分の余分な
空間を設けて実装せざるを得なくなり、実装密度低下を
まぬがれない場合も多かった。

これに対し、第４図はハニカム構造のガイド枠１内に
部品を搭載した基板２を実装している状態の一部断面斜
視図を示す。ハニカム構造とすれば、基板中央付近の領
域においては、部品が占有できる空間は、ハニカムの仕
切り壁までとなり、この高さは従来並列型の隣接基板間
の高さになるため、基板の両面共に部品占有空間として
最大限に利用することができる。したがって背の高い部
品を基板中央部に配置することにより、部品の最高制限
高さは、基板の両面共にハニカム仕切り壁までの高さを
確保することができ、従来のように基板表裏での部品高
さの割りふりや高さ制限等を気にすることなく、部品の
選定や搭載面選択を行うことができるようになる。

また、ハニカム構造ユニットを用いた他の効果として
は、基板上の配線領域を大きく取れることが挙げられ、
図を用いて説明する。第５図は、従来のガイド枠に搭載
した基板302の下端部及び基板ガイド用レール310の一部
を示した断面図である。従来構造では、この図に示すよ
うに基板下端部両側には、基板を位置決めするためのレ
ール壁312が備えられており、このため基板の下端部の
両面は、基板の出し入れ時にレールと接触してこすれる
ため、このレール壁の高さ範囲内にパターン配線がある
とショートや断線の発生が考えられた。そのため、従来
は、基板端面から数mmは、パターン配線禁止領域を設け
なければならず、配線密度向上の阻害となっていた。

これに対して第６図はハニカム構造のガイド枠に搭載
した基板２の下端面及びハニカム構造のガイド枠の一部
を示した断面図である。ハニカム構造のガイド枠では、
六角形の角部10を利用して基板の位置決めができるの
で、従来のようにレールを設ける必要はない。そのた
め、基板両面側をレール壁でこするようなことがなくな
るので、基板端面のぎりぎりまでパターン配線領域を確
保でき、配線密度の向上に効果がある。なお、基板上端
部についても同様にパターン配線領域を拡大できること
は言うまでもない。

第７図は基板の放熱構成の一実施例である。基板２に
熱伝導コネクタ13を設け、ガイド枠１との接触面接を大
きくすることにより、基板２とガイド枠１の間の熱伝導
率を良好にしたものであり、基板２に搭載された回路部
品14からの熱を基板２、熱伝導コネクタ13、ガイド枠１
を介して効率よく伝導放熱させることができる。この熱
伝導コネクタ13は、熱伝導率の高い銅および、アルミニ
ウム等で山形に作られており、その角度はガイド枠１の
六角形の内角より大きく、また挿入部にはテーパが設け
てあり、弱い力で挿入できる。基板２の挿入後は、熱伝
導コネクタ13による弾性力でガイド枠１と熱伝導コネク
タ13は密着する構造となっている。基板２と熱伝導コネ
クタ13の接続は、第８図に示す様に接着剤等で固定され
ている。また、この熱伝導コネクタ13は、基板の位置決
め精度を向上させることは言うまでもない。

第10図は複数枚の熱伝導コネクタ13を設けてさらに伝
導放熱を良好にした一実施例である。

第11図は、基板２に搭載された回路部品14の放熱構成
の一実施例である。基板２に搭載された部品14は、基板
２を介して伝導放熱されるが、その他に部品14とガイド
枠１との間に絶縁性のある、柔軟な密ぺい容器に液体を
つめたりリキッドヒートシンク15を設置し、そのリキッ
ドヒートシンク15を介して基板２に搭載された部品14の
熱をガイド枠１に伝導放熱することができる。このリキ
ッドヒートシンク15は、基板２をガイド枠１に挿入する
前にリキッドヒートシンク15を熱伝導コネクタ13にはさ
み込み、基板２のガイド枠１への挿入により、熱伝導コ
ネクタ13がガイド枠１に押えられ、その熱伝導コネクタ
13に押えられたりリキッドヒートシンク15が部品14、熱
伝導コネクタ13およびガイド枠１に密着する構造となっ
ている。

第１図はガイド枠１の放熱構成の一実施例である。ユ
ニットフレーム３の前面に放熱フィン５を設けたユニッ
トカバー４をガイド枠１がユニットカバー４に直接接触
する様に取付けられる構造とすることでガイド枠１から
の熱をユニットカバー４、放熱フィン５を介して外部に
放熱することができる。このガイド枠１とユニットカバ
ー４の接続はユニットカバー４のガイド枠１の接触する
側にガイド枠１のフレームの形に合わせた六角形の集合
体の溝を形成しガイド枠１をはめ込むことで行うことが
できる。またユニットカバー４のガイド枠１の接触する
側に弾性が大きくかつ熱伝導の良好な樹脂等をはりつけ
ておき、密着することもできる。さらに第12図に示す様
にガイド枠１中に管路を設けユニットカバー４に接触す
る様にし、管路16を伝熱管とすることでガイド枠１の熱
伝導率を良好にすることができる。

また本発明は、伝導放熱だけでなく、液冷方式におい
ても適している構造であり、その一実施例を第13図に示
す。ガイド枠１を中空とし、もしくは、第12図に示す様
にガイド枠１中に管路16を設け、それをポンプおよび冷
液機等からなる液冷ユニット17と液路18で接続する。こ
れによりガイド枠１内にフレオン等の絶縁性の高い冷却
した液体を循環させて、ユニット全体を片よりなく冷却
することができる。

また、第９図に示す様にガイド枠１に穴をあけた構造
とすることで空冷方式にも適することは言うまでもな
い。

従来技術のブックシェルフ形実装では、隣接する電子
回路搭載プリント基板間や、シェルフはシールド構造を
取っていない為、電子回路搭載プリント基板から放射さ
れる電磁妨害波は、シェルフ上側，下側にある通気口及
び前面を通り他のシェルフに実装される電子回路搭載プ
リント基板を誤動作させたり、隣接する電子回路搭載プ
リント基板を誤動作させる恐れがあった。又、シェフル
外に放射される電磁妨害波は筐体外に放出され他の電子
装置を誤動作させる恐れが有った。

本発明は、上記従来技術では不完全であった電磁妨害
波のシールディング構造に関するもので有る。電子回路
搭載プリント基板は、六角柱状の電子回路搭載プリント
基板実装ガイド枠に実装され、又、ガイド枠前面は放熱
用熱伝導扉にて閉がれる為、電子回路搭載プリント基板
から放出される電磁妨害波は六角柱状電子回路搭載プリ
ント基板実装ガイド枠内でシールドされ隣接する電子回
路搭載プリント基板や他の電子装置を誤動作させる事が
無くなる。

第14図は従来のブックシェルフ形実装の斜視図、第15
図はその正面図である。電子回路搭載プリント基板402
より放射される電磁妨害波５は、ユニットフレーム403
の上面，下面の通気口419及び正面を通り、他のユニッ
トに実装されている電子回路搭載プリント基板や、隣接
する電子回路搭載基板402aを誤動作させる恐れがあっ
た。又、シェルフ外の漏洩した電磁妨害波は筐体外に放
出され他の電子装置を誤動作させる恐れがあった。第１
図は本発明の斜視図であり、電子回路搭載プリント基板
２は六角柱状電子回路プリント基板実装ガイド枠１に実
装され前面は放熱用熱伝導扉４でシールドされる為、電
子回路搭載プリント基板２から放射される電子妨害波は
隣接する電子回路搭載プリント基板2bに影響をあたえな
い。又、電磁妨害波が電子回路搭載プリント基板実装ガ
イド枠外へ漏洩しない為、他の電子装置に影響をあたえ
る事がない。

第17図は、本発明に係るコネクタ接続構成の一実施例
を示す全体構成の斜視図である。蜂の巣のような構造体
に回路基板を多数取り付ける場合、保守、取扱いが問題
となるので、いかに回路基板の取扱い性を容易にできる
かが課題となる。以下に単純な構成でかつ取扱い性を大
幅に向上できる疑似ゼロフォースインサーションの構成
を第18により詳細に説明する。

回路基板２にはLSI等の電子部品14が搭載され、端面
の接栓19でマザーボード６に接続される。一方、先述の
マザーボード６には、ハウジング7,7′が取り付けられ
ており、ハウジング7,7′には接点ばね６が組付けられ
ている。またハウジング7,7′は、マザーボード側のみ
がマアーボード６に係止されており他端はフリーであ
る。先述のハウジング7,7′に組付けられた接点ばね20
は、プレスフィット接続によりマザーボード６のスルー
ホールに機械的，電気的に接続されており、ハウジング
7,7′は接点ばね20によりプリテンションが作用してい
る。また前記プリテンションは、ばね21にて支え、ハウ
ジング７が所定の間隙22を有する構成である。

次に第17図と合せて、疑似ゼロインサーションコネク
タの動作を詳細に説明する。

回路基板１の突起23を合せた厚さは間隙22より多少厚
めに設定してあり、また回路基板の高さ寸法24は、ばね
21の高さ方向の間隙25より同様に多少大きく設定してあ
る。今回路基板２をハウジング７の間隙22に挿入すると
すると、ハウジング7,7′は突起23で支えられ、同時に
ばね21は回路基板の高さ寸法25で支えられた状態とな
る。ここで回路基板の突起23がハウジングの切欠き26ま
で進むと、ハウジングは接点ばね20のプリテンションで
閉じ、第17図に示す接点が接触した状態となり、所定の
接触力でゼロインサーションフォースの挿入動作が実現
する。次に回路基板を抜去する場合は、回路基板の突起
23がハウジング７を押し広げ、接点接触面の摺動なし
で、抜去作業が行なえる構造である。この場合、突起23
及び切欠き26には、Ｒ付け又は面取りを付与し、容易に
押し広げる形状とすることは言うまでもない。また突起
23はハウジング７の所定の間隙22より厚いため、ばね21
が自己の回復力によりハウジング７と係合し、回路基板
が完全に抜去された後も所定の間隙22を維持することが
できる。

以上説明した如く、接触面の摺動がなく接点摩耗が生
じない、かつ挿入時のロック機構を兼ねた突起と切欠き
を有することより、簡易な取扱い性が良好な疑似ゼロイ
ンサーションコネクタを提供できる。またここでは、カ
ードエッジタイプのコネクタの一実施例を示したが、間
接形のコネクタにおいても同様の疑似ゼロインサーショ
ンコネクタを実現できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る電子装置の実装構
造によれば、軽量でかつ強度上すぐれた、配線基板を収
容するユニットフレームを構成することが出来る。また
配線基板の実装密度を向上させることが出来ると共に配
線基板から発生する熱を効率良く冷却することが出来
る。さらに保守操作時に配線基板の取扱い性にすぐれた
構造を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の外観を示す斜視図、第２図
はガイド枠の構成図、第３図は従来のガイド枠への配線
基板の実装斜視図、第４図は本発明の実装斜視図、第５
図及び第６図はガイドレール部詳細図、第７図及び第８
図は配線基板への熱伝導コネクタ取付図、第９図はガイ
ド枠に通気口を設けた部分斜視図、第10図及び第11図は
接触熱抵抗低減のためにリキッドヒートシンクを実装し
た状態の斜視図、第12図及び第13図は冷却能力向上のた
めの実施例を示す斜視図、第14図及び第15図は従来技術
のブックシェル形実装の斜視図、及び正面図、第16図は
本発明により電磁波がシールドされていることを示す正
面図、第17図及び第18図は配線基板を電気的に接続させ
るための接続機構の斜視図、第19図は、ガイド枠の製造
方法の一例を示す図である。 １…ガイド枠、２…回路基板 ３…ユニットフレーム、４…ユニットカバー ５…放熱フィン、６…マザーボード ７…コネクタハウジング、８…中間板 ９…リベット、10…ガイドレール 11…コネクタガイド溝、12…レール壁 13…熱伝導コネクタ、14…回路部品 15…リキッドヒートシンク 16…管路、17…液冷ユニット 18…液路、19…通気口 20…接点ばね、21…押さえばね 23…突起、24…回路基板高さ寸法 25…ハウジング高さ寸法、26…切欠き

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 誠二 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株式会社日立製作所戸塚工場内 (72)発明者 河津 浩二 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株式会社日立製作所戸塚工場内 (72)発明者 五十嵐 洋一 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株式会社日立製作所戸塚工場内 (56)参考文献 実開 平１−97594（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 7/14 H05K 7/20

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハニカム状の立体構造を有するガイド枠か
   ら構成されたユニットフレームの前記ガイド枠内に配線
   基板を収容することを特徴とする電子装置。
2. 【請求項２】前記ガイド枠の六角柱の対角を利用して配
   線基板の挿入、引出及び保持のガイドレール機能を持た
   せることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
3. 【請求項３】前記配線基板に前記ガイド枠形状と相似の
   六角柱型部品実装領域を設けたことを特徴とする請求項
   １記載の電子装置。
4. 【請求項４】前記ガイド枠は高熱伝導性材料を使用し、
   配線基板から発生した熱を伝導により放熱させるととも
   に、前記ガイド枠の壁に通気口を設け対流熱放散させる
   ことを特徴とする請求項１記載の電子装置。
5. 【請求項５】前記ガイド枠を中空の殻壁で構成すること
   により液冷ユニットとする請求項１記載の電子装置。
6. 【請求項６】前記配線基板をそれぞれ仕切られた前記ガ
   イド枠内に実装することにより、シールド効果を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の電子装置。
7. 【請求項７】前記配線基板の一端に電気接栓端子を設
   け、前記ガイド枠の終端に取り付けたパネル内の接栓に
   それぞれ電気的に接続する際に、接点バネのバネ性を利
   用して嵌合する請求項１記載の電子装置。
8. 【請求項８】前記配線基板に前記配線基板を収容する前
   記ガイド枠に密着するように沿う形状の熱伝導コネクタ
   を取付け、前記配線基板と前記ガイド枠との熱伝導性を
   向上させ、熱伝導にて配線基板から発生する熱を冷却す
   ることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
9. 【請求項９】前記熱伝導コネクタ内に柔軟な密閉容器に
   液体を詰めたリキッドヒートシンクを挟み、前記配線基
   板と前記熱伝導コネクタとの間の熱伝導性を向上させる
   と共に、前記リキッドヒートシンクの弾性を利用して前
   記熱伝導コネクタを前記ガイド枠に密着させ、接触熱抵
   抗を低減することを特徴とする請求項８記載の電子装
   置。