JP3627173B2

JP3627173B2 - 電子機器ユニット

Info

Publication number: JP3627173B2
Application number: JP26170199A
Authority: JP
Inventors: 哲夫小池
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: JP2001085878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱効率の良好な電子機器ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場の生産ラインや検査ライン等においては、図９に示すように連装型センサ１００が設置されており、連装型センサ１００は、検出器としての電子機器ユニット１０１が多数使用されている。電子機器ユニット１０１は、例えば、光ファイバ１０２と、光ファイバ１０２からの信号を光電変換して信号処理を行うアンプ部１０３とにより構成されている。アンプ部１０３は、図１０に示すように電子部品が実装された基板１０４と、基板１０４を外部電磁界からシールドするシールド板１０５とが樹脂製ケース１０６に収容されて構成されている。また、前記光ファイバ１０２の基端は、ケース１０６の前壁１０６ａで挿入固定されている。電子機器ユニット１０１は、樹脂製ケース１０６の底部に設けられた装着部（図示せず）によりＤＩＮレール（以下単に「レール」という）１０７に載置装着されている。
【０００３】
アンプ部１０３の小型、薄型化及び演算装置の高付加価値化に伴い放熱を良好にするために、樹脂製ケース１０６には放熱用金属プレート１０８が取り付けられている。放熱用金属プレート１０８は、図１０に示すように端面視略Ｕ字形状をなし、ケース１０６内の基板１０４に沿った両側壁１０６ｂ、１０６ｂの各外面に接触する側板１０８ｂ、１０８ｂと、底部１０６ｃの下面及びレール１０７に当接する底板１０８ｃとが一体に形成されている。
【０００４】
図１０に矢印で示すように基板１０４に実装されている電子部品から発生した熱は、シールド板１０５→ケース１０６の両側壁１０６ｂ→放熱用金属プレート１０８の両側板１０８ｂ→底板１０８ｃ→レール１０７の経路で伝導してレール１０７から大気に放熱される。このような放熱用金属プレートを備えた電子機器ユニットとしては、例えば、特開平９−１６２５７４号公報に開示されているものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の連装型センサにおいては、多数の電子機器ユニット１０１が密接並置されているために、ケース１０６の側壁１０６ｂ及び放熱用金属プレート１０８の側板部１０８ｂは、他の電子機器ユニット１０１の側壁１０６ｂ及び放熱用金属プレート１０８の側板部１０８ｂと隣接しており、熱の逃げ道がない。このため、ケース１０６の側壁１０６ｂは、常時高温になっており、ここでのシールド板１０５との温度差は小さい。このように両者間の温度差が小さいところで接していても熱は伝導されにくいので、側壁１０６ｂとシールド板１０５との間に或る程度の温度差が生じるまでシールド板１０５及び電子部品の温度が上昇してしまう。即ち、放熱効率が良くないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、放熱効率の良い電子機器ユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明では、電子部品を実装する基板と、前記基板を囲繞して外部電磁界を遮蔽するシールド板と、前記基板及び前記シールド板を収容する樹脂製ケースと、前記樹脂製ケースの底部に設けられ前記樹脂製ケースをレールに装着する装着部とを備えた電子機器ユニットであって、前記樹脂製ケースの底部下面にのみ放熱用金属プレートが取り付けられ、前記シールド板は前記樹脂製ケースの底部内面に当接していることを特徴とする。
【０００８】
電子部品から発生された熱は、基板を囲繞するシールド板全体に伝導される。一方、ケース底部の下面及び放熱用金属プレートは、直接レールに熱的に接続され、レールは常に大気に接している（放熱状態にある）。このためケース底部の内面の温度は常に低くなっており、ここでのシールド板との温度差は大きい。このように両者間の温度差が大きいところで接しているので熱は伝導されやすい。尚、シールド板は、熱伝導性が非常に良いために、底部の内面と当接している部分で放熱されると、他の部分の熱が直ぐに底部の内面と当接している部分へ移動する。これにより、電子機器ユニットの放熱効率が向上する。
【０００９】
請求項２では、前記シールド板は、その下部が前記樹脂ケースの底部内面に密着手段により密着されていることを特徴とする。
シールド板の下部がケース底部の内面に密着していることで、シールド板と底部の内面とが熱的に良好に接続され、シールド板下部からケース底部への熱の移動が良好となり、放熱効率が更に向上する。
【００１０】
請求項３では、前記樹脂製ケースの底部には熱伝導性弾性部材が設けられてなり、前記熱伝導性弾性部材は、その下面が前記底部の下面の少なくとも一部を形成し、前記樹脂製ケースの内部において前記シールド板に密着し、外部において前記放熱用金属プレートに密着することを特徴とする。
シールド板と放熱用金属プレートとの間の熱伝達経路中に熱伝達性の悪いケースが介在せず、また、熱伝達性弾性部材は、放熱用金属プレートに密着していることで、放熱効率が更に一層向上する。
【００１１】
請求項４では、前記放熱用金属プレートの長手方向の少なくとも一端は、そのばね性によりレールに圧接されることを特徴とする。
放熱用金属プレートは、少なくとも一端がレールに弾性的に圧接して熱的に良好に接続される。従って、ケース内部の電子部品から発生されシールド板からケース底面に伝達された熱は、放熱用金属プレートからレールへと良好に伝導されて放熱される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面により説明する。
（実施例１）
図１及び図２に示すように電子機器ユニット１は、例えば、光ファイバ（図示せず）と、この光ファイバからの信号を光電変換して信号処理を行うアンプ部２とにより構成されており、左右に扁平な薄型の樹脂製ケース（以下単に「ケース」という）３内に投光素子４、受光素子５及び前記アンプを構成する電子部品が実装された基板６と、基板６の略全体を囲繞して外部電磁界を遮断するシールド板７とが収納されている。投光素子４及び受光素子５は、投光部及び受光部がケース３の前壁３ａに装着される前記光ファイバの端面に光学的に接続される。
【００１３】
ケース３の底部３ｃにはレール２０に装着するための装着部としての凹部３ｇが設けられており、当該凹部３ｇの前後両側にレール２０のレール部２０ａ、２０ｂと対向して僅かに凹んだ凹部３ｈ、３ｉが設けられている。また、凹部３ｇの前後両側部に当該凹部３ｇと協働してケース３をレール部２０ａ、２０ｂに着脱可能に固定する装着部としての固定爪３ｊと可動爪３ｋとが設けられている。そして、ケース３の凹部３ｇには放熱用金属プレート８が装着されている。
【００１４】
図３に示すように基板６は、ケース３の中央に垂直に配置され、その板面が両側壁３ｂ、３ｂに沿って長手方向に配置固定されている。シールド板７は、図２及び図３に示すように扁平な円筒形状をなして基板６全体を囲繞しており、下面７ａがケース底部３ｃの内面３ｄに当接されて熱的に接続されている。シールド板７としては、例えば、フィルム状のポリイミドをベースとして外側に銅箔が貼られたものが使用される。従って、シールド板７は、前記扁平な円筒形状に容易に湾曲させることができ、且つ熱伝導率も極めて良好である。
【００１５】
図４に示すように放熱用金属プレート８は、平板状の放熱面８ａがケース底部３ｃに設けられている凹部３ｇの下面３ｅと略同じ大きさをなし、左右両側部の前後位置に係止用の小さなフック８ｂが放熱面８ａに対して上方に略直角に折曲して設けられている。また、放熱面８ａの後部８ｃは、下方に向かって僅かにく字状に折曲されている。この放熱用金属プレート８は、熱伝導性が良好で、且つ弾性を有する銅等の金属の薄板により形成されている。一方、図１及び図２に示すようにケース３の両側壁３ｂには放熱用金属プレート８の各フック８ｂと対応する位置にフック８ｂを面一に収容する凹部３ｍと、当該フック８ｂと係合する係止爪３ｎが形成されている。
【００１６】
図１に示すように、放熱用金属プレート８は、ケース３の凹部３ｇに装着される。放熱用金属プレート８は、各フック８ｂの上部を外方に僅かに広げた状態で下方から凹部３ｇに取り込まれ、前記各フック８ｂがケース３の両側部３ｂの対応する各凹部３ｍに収納され、且つ係止爪３ｎに係止される。この状態において、放熱面８ａがケース底部３ｃの下面３ｅに当接する。これにより、放熱用金属プレート８がケース３の下面３ｅと熱的に良好に接続される。
【００１７】
ケース底部３ｃに放熱用金属プレート８が装着された電子機器ユニット１は、図２に示すように凹部３ｇを介してレール２０に装着される。レール２０は、側面視略凹状をなし、前後壁部の各開口端が夫々外側に水平に折曲されてフランジ状をなし、レール部２０ａ、２０ｂとされている。ケース底部３ｃの下面３ｅは、放熱用金属プレート８を介してレール部２０ａ、２０ｂに載置され、固定爪３ｊ、可動爪３ｋがこれらレール部２０ａ、２０ｂの下側に係合する。
【００１８】
底部３ｃの下面３ｅにレール部２０ａ、２０ｂと対応して凹部３ｈ、３ｉが設けられていることで、放熱面８ａの前後両端がレール部２０ａ、２０ｂにより僅かに押し上げられた状態となり、弾性を付与されてレール部２０ａ、２０ｂに圧接する。更に、放熱面８ａの後部８ｃは、僅かに下方にく字状に折曲されていることで、ばね性により更にレール部２０ｂに圧接する。これにより、放熱用金属プレート８の前後両端がレール部２０ａ、２０ｂに密着して熱的に良好に接続される。このようにして、ケース３の下面３ｅが放熱用金属プレート８を介してレール２０に熱的に接続される。
【００１９】
尚、上記実施例では、放熱用金属プレート８の放熱面８ａの後部８ｃのみを僅かにく字状に折曲させてばね性を付与するようにしたが、ケース底部３ｃの凹部３ｈと対応する前部も後部８ｃと同様に下方に僅かにく字状に折曲させてばね性を付与し、レール部２０ａに圧接させるようにしても良い。
また、実施例のように放熱用金属プレート８の放熱面８ａの前部を平坦にした場合には、ケース底部３ｃの下面３ｅに凹部３ｈを設けなくても良い。この場合には、放熱面８ａの前部は、下面３ｅによりレール部２０ａに圧接される。
【００２０】
電子機器ユニット１は、上述のようにしてレール２０に複数個、隣り合う電子ユニットの側壁３ｂが当接して並設されて、連装型センサが構成される。そして、各電子ユニット１は、それぞれケース３の一側壁３ｂに設けられている雌型のコネクタ９（図１）と他側壁３ｂに設けられている雌型のコネクタ（図示せず）とにより電気的に続される。
【００２１】
以下に作用を説明する。
図３に示すように基板６に実装されている電子部品から発生した熱は、シールド板７全体に伝導される。シールド板７の下面７ａは、基板６の下面によりケース底部３ｃの内面３ｄに当接されている。一方、底部３ｃの下面３ｄは、放熱用金属プレート８を介してレール２０に当接されていることで、底部３ｃの温度は略レール２０の温度に近い。このようにシールド板７の下面７ａは、温度差の大きいケース底部３ｃに接している。従って、シールド板７の熱は、下面７ａからケース底部３ｃへ効率よく伝達され、更に放熱用金属プレート８を通してレール２０へと伝達されて放熱される。
【００２２】
シールド板７は、銅等の金属箔が貼られているため熱伝導率が非常に良く、ケース底部３ｃから放熱されると、他の部分の熱が直ぐに下面７ａへと移動する。これにより、シールド板７の熱は、矢印で示すようにケース底部３ｃからレール２０へと放熱され、当該レール２０に伝導された熱は、大気に放熱される。この結果、電子機器ユニット１は、放熱効率が非常に良好となり、電子部品の温度上昇が良好に抑えられる。
【００２３】
（実施例２）
図５及び図６は、本発明に係る電子機器ユニットの第２の実施例を示す。尚、実施例１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
図５及び図６に示すようにシールド板７は、下面７ａが密着手段例えば、熱伝導性が良好なシリコーン系樹脂部材からなる接着剤１１によりケース底部３ｃの内面３ｄに密着されている。これにより、シールド板７の下面７ａがケース底部３ｃの内面３ｄに接する面積は、仮にマクロ的に実施例１と同じであったとしてもミクロ的には大きくなる。この結果、シールド板７は、ケース底部３ｃへの放熱面積が大きくなり、これに応じて放熱効果が高くなる。これによって、実施例１と同様の効果があることは云うに及ばず、更に伝達効率を向上させることができる。
【００２４】
尚、接着剤は、熱伝導性の良いものが好ましいが、ケース底部３ｄの内面３ｄとシールド板７の下面７ａとの間の微細な隙間に接着剤が充填されるので、必ずしも熱伝導性の良いものでなくても効果があることは云うまでもない。
（実施例３）
図７は、本発明に係る電子機器ユニットの第３の実施例を示す。第３の実施例は、第２の実施例においてシールド板７をケース底部３ｃの内面３ｄに密着させる手段として熱伝導性弾性部材を使用したものである。図７において、熱伝導性弾性部材１２は、例えば、シリコン系のゴム部材に熱伝導性に優れた粉体材料を混合して形成されたゴムシート（以下「ゴムシート１２」という）で、底部３ｃの内面３ｄと略同じ大きさとされ、下面が内面３ｄに当接し、上面にシールド板７の下面７ａが密着されている。ゴムシート１２は、弾性変形してシールド板７の下面７ａとの間の微細な隙間を埋めて下面７ａに良好に密着する。これにより、シールド板７の下面７ａがケース底部３ｃの内面３ｄに接する面積は、仮にマクロ的に実施例１と同じであったとしてもミクロ的には大きくなる。これによって、実施例１と同様の効果があることは云うに及ばず、更に伝達効率を向上させることができる。
【００２５】
（実施例４）
図８は、本発明に係る電子機器ユニットの第４の実施例を示す。図８に示すように熱伝導性弾性部材１３は、例えば、熱伝導性を有するシリコン系のゴム部材に熱伝導性に優れた粉体材料を混合してモールド成型により形成されている（以下「伝熱体１３」という）。伝熱体１３は、上部１３ａがケース底部３ｃの内面３ｄと略同じ大きさとされ、下部１３ｂが上部１３ａよりも僅かに小さく、且つその厚みがケース底部３ｃの板厚と同じとされた端面視略逆凸型をなしており、上面に端面視略円弧状をなす凹部１３ｃが長手方向に沿って略全長に亘り設けられている。
【００２６】
一方、ケース底部３ｃには、伝熱体１３の下部１３ｂが嵌合する孔３ｓが設けられている。伝熱体１３は、ケース３内に収納され、その下部１３ｂがケース底部３ｃの孔３ｓに嵌合され、下面１３ｄがケース底部３ｃの下面３ｅと面一をなして、放熱用金属プレート８に密着している。即ち、伝熱体１３は、下部１３ｂがケース底部３ｃの略全部を形成し、その下面１３ｄが全面に亘り放熱用金属プレート８に直接密着している。そして、シールド板７の下面７ａが凹部１３ｃに嵌合して密着している。
【００２７】
シールド板７と放熱用金属プレート８との間の熱伝達経路中に樹脂ケース３が介在されていないこと、及び弾性を有する伝熱体１３が直接放熱用金属プレート８と密着してその部分のミクロ的な接触面積が大きくなることにより、放熱効果が高くなる。樹脂ケースの材料選択は、強度や成型のし易さを優先して行われなければならないので、熱伝達性の悪い材料が使用される場合がある。このような場合でも、シールド板７と放熱用金属プレート８との間の熱伝達系路中に熱伝達性の悪い樹脂ケースを介在させないことで放熱効果が高くなる。
【００２８】
また、シールド板７と放熱用金属プレート８との間の熱伝達経路中に樹脂ケース３を介在させないことで、樹脂ケース３の材料として熱伝達性が悪いものを使用しても高い放熱効果に変わりはない。よって、熱伝達性に係わらず強度・成型性・コスト等を優先して例えば、ＡＢＳ樹脂等の材料選択が可能となる。即ち、樹脂ケースの材料選択の幅が広がる。
【００２９】
尚、上記実施例においては、伝熱部材１３の下面１３ｄ全体がケース底部３ｃの下面全体を構成するようにしたが、これに限るものではなく、伝熱体１３の下面１３ｄの一部例えば、上面の凹部１３ｃと対応する下面中央部がケース底部３ｃの下面の一部を構成するようにしても良い。しかしながら、実施例のように伝熱体１３の下面１３ｄ全体がケース底部３ｃの下面全体を構成するようにすることで放熱効率を大幅に向上させることが可能となり好ましい。
【００３０】
以上、説明したように本願発明は、放熱効率に優れた電子機器ユニットを提供するが、それに加えて以下に説明するように電子機器ユニットを連装した場合、従来技術に較べて格段の薄型化を図るという特有のメリットをも有する。
図１０に示す従来の技術のように、放熱用金属プレートを端面視略Ｕ字形状としてケースの両側壁に当接させた場合、放熱用金属プレートの板厚を仮に０．２ｍｍとしても加工誤差による撓み等があり、また、ケースの両側に存在するものであることから、電子機器ユニット１台当たり０．８ｍｍ程度厚みが増してしまうことになる。従って、幅９ｍｍの電子機器ユニットを１６連装まで可能とした連装型光電センサを構成する場合、全体として０．８×１６＝１２．８ｍｍ程度の差が生じることとなる。放熱用金属プレートの加工精度にもよるが、少なく見積もっても電子機器ユニット約１台分はみ出すこととなり、スペース的に余裕のない場所に設置する場合無視できないものとなる。
【００３１】
これに対して、本願発明は、ケース底部３ｃの下面３ｅにのみ放熱用金属プレート８の放熱面８ａを当接させることで、電子機器ユニットの薄型化を図ることが可能となる。
尚、本実施例におけるフック８ｂは、ケース３の側壁３ｂに比べてその面積が非常に小さく、且つ側壁３ｂの厚さをフック８ｂの板厚分だけ薄くした凹部３ｍに収容されているので、放熱用金属プレートの側板には該当せず、薄型化に反するものではない。
【００３２】
放熱用金属プレートの側板が存在する場合でも、側板の板厚分だけ側壁の厚さを薄くした凹部に収容するようにすれば、電子機器ユニットの薄型化を図ることも可能である。しかし、側壁の板厚の薄い凹部の面積が大きいと、捩り・ひねり等に対するケースの強度が著しく減少してしまうので、実用上困難である。一方、本願発明の実施例においては、フック８ｂが上述したように非常に小さく、これに応じて凹部３ｍの面積も非常に小さいので、ケースの強度を減少させることはない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明では、シールド板は温度差の大きいケース底部内面と接しているので、シールド板の熱は効率よく放熱され、電子機器ユニットの放熱効率が向上する。また、これと同時に電子機器ユニットの薄型化を図ることができる。
【００３４】
請求項２の発明では、密着手段によりシールド板とケース底部内面との間の微細な隙間が埋められるので、請求項１に記載の発明に較べて熱伝達効率が更に向上する。
請求項３の発明では、シールド板と放熱用金属プレートとの間の熱伝達経路中に熱伝達性の悪いケースが介在せず、また、熱伝導性弾性部材は、放熱用金属プレートに密着していることで、請求項１及び２に記載の発明に較べて更に良好に放熱される。また、樹脂ケースの材料としてどんなものを使用しても高い放熱効果に変わりはないので、樹脂ケースの材料選択の幅が広がる。
【００３５】
請求項４の発明では、放熱用金属プレートの少なくとも一端がレールに弾性的に圧接して熱的に良好に接続されることで、更に放熱効果が向上する。また、レールに電子機器ユニットを装着した際にガタ付きが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子機器ユニットの第１の実施例を示す側面図である。
【図２】図１に示す電子機器ユニットをレールに装着した状態の一部切欠図である。
【図３】図２に示す電子機器ユニットの矢線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。
【図４】図１に示す放熱用金属プレートの斜視図である。
【図５】本発明に係る電子機器ユニットの第２の実施例を示す一部切欠側面図である。
【図６】図５に示す電子機器ユニットの矢線ＶＩ−ＶＩに沿う断面図である。
【図７】本発明に係る電子機器ユニットの第３の実施例を示す断面図である。
【図８】本発明に係る電子機器ユニットの第４の実施例を示す断面図である。
【図９】従来の電子機器ユニットを複数個レールに載置した状態を示す斜視図である。
【図１０】図９に示す電子機器ユニットの断面図である。
【符号の説明】
１電子機器ユニット
２アンプ部
３樹脂製ケース
６基板
７シールド板
８放熱用金属プレート
１１接着剤（密着手段）
１２ゴムシート（熱伝導性弾性部材）
１３伝熱体（熱伝導性弾性部材）

Claims

電子部品を実装する基板と、
前記基板を囲繞して外部電磁界を遮蔽するシールド板と、
前記基板及び前記シールド板を収容する樹脂製ケースと、
前記樹脂製ケースの底部に設けられ前記樹脂製ケースをレールに装着する装着部とを備えた電子機器ユニットであって、
前記樹脂製ケースの底部下面にのみ放熱用金属プレートが取り付けられ、前記シールド板は前記樹脂製ケースの底部内面に当接している
ことを特徴とする電子機器ユニット。
前記シールド板は、その下部が前記樹脂ケースの底部内面に密着手段により密着されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器ユニット。
前記樹脂製ケースの底部には熱伝導性弾性部材が設けられてなり、前記熱伝導性弾性部材は、その下面が前記底部の下面の少なくとも一部を形成し、前記樹脂製ケースの内部において前記シールド板に密着し、外部において前記放熱用金属プレートに密着することを特徴とする請求項１記載の電子機器ユニット。
前記放熱用金属プレートの長手方向の少なくとも一端は、そのばね性によりレールに圧接されることを特徴とする請求項１乃至３記載の電子機器ユニット。