JP4320401B2 - 電子機器およびその実装方法 - Google Patents

Description

本発明は電子機器およびその実装方法に関し、特に発熱を伴う電子デバイスで構成される複数の機能を含み、屋外で使用され且つ外気温度に応じて放熱又は加熱して電子デバイスの動作保障温度に維持する必要がある通信機器等の電子機器およびその実装方法に関する。

殆んど全ての電子機器は、所定の機能を実現するために1個以上の半導体集積回路等の能動電子デバイスを使用するので、動作時に発熱を生じる。特に、例えば携帯電話システム等の小型基地局に使用する通信機器にあっては、各種の機能を実現する高周波又は高速動作する多数の電子デバイスが筐体内に高密度で実装されているので、発熱量も大きい。また、斯かる通信機器に不具合が生じると、ユーザに多大な不便および混乱を生じる。斯かる電子デバイスの信頼性は、温度上昇に伴って低下するので、動作温度を所定値以下に抑えることが不可欠である。そのために、電子機器の筐体および筐体内部には、種々の冷却手段が設けられ、電子機器が高い信頼性で動作するようにしている。

上述した携帯電話システム用の通信機器は、一般に屋外に設置される。そのために、斯かる電子機器の筐体は、耐環境性を考慮して、密閉又は密閉に近い筐体体内に実装されるので、内部の電子デバイスが発生する発熱を放熱する冷却が不可欠である。また、斯かる電子機器では、定期的に動作点検を行い、容易に保守サービス可能な構成である必要がある。

上述した如き用途の電子機器およびその実装方法の従来例は、幾つかの文献に開示されている。ポール等の固定部材にバンド等で取り付けられる屋外で使用される一体型の電子機器が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−９４５５号公報（第２−３頁、第１図）

急速にユーザが増加する最近の大容量通信用の通信機器にあっては、多数の基板が高密度実装され、外気温度が高いとき、基板に搭載された電子デバイス等の部品の動作温度を所定の保証温度に維持するには、自然冷却のみでは困難である。他方、外気温度が低い冷却地又は寒冷地で使用する場合には、内部に搭載された全ての基板に略均一な動作保証温度を維持すると共に結露の発生等を阻止することが困難である等の課題があった。

本発明は、従来技術の上述した課題乃至要求に鑑みなされたものであり、外気温度が高く又は低くても、内部の電子デバイスの動作保証温度を維持することが可能な電子機器およびその実装方法を提供することを主たる目的とする。

前述の課題を解決するため、本発明による電子機器およびその実装方法は、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）固定部材に垂直に取り付けられるインタフェース（Ｉ／Ｆ）ボックスの前面に着脱可能且つ垂直に取り付けられる複数のユニットと、該ユニットの上部に配置されるファンと、前記Ｉ／Ｆボックス、前記ユニットおよび前記ファンの全体を覆うカバーとを備える電子機器において、
前記各ユニット内には該ユニットの温度を検出する温度センサおよび発熱体を備え、前記温度センサの検出温度に応じて、前記ファンおよび前記発熱体を制御して前記ユニット内の電子デバイスの温度を動作保障温度内に維持する電子機器。

（２）前記複数のユニット間および前記複数のユニットのうち外側のユニットと前記カバー間には、所定の間隙を設け、前記ファンにより前記間隙を介して空気流路を形成して前記ユニットを強制空冷する上記（１）の電子機器。

（３）前記カバーの前記ファンに対応する位置に少なくとも１個の開口を形成し、前記ユニットにより暖められた空気の排気口とすると共に前記開口からの雨滴の侵入を前記ファンによる排気により防止する上記（１）又は（２）の電子機器。

（４）前記各ユニットは、該ユニットの機能毎に前記電子デバイスが実装された複数のパネルが設けられ、前記温度センサおよび前記発熱体は、前記パネルに対応して設けられる上記（１）、（２）又は（３）の電子機器。

（５）前記複数のユニットの少なくとも１部の前面に、開口部が形成され、該開口部を介して前記パネルを挿抜可能である上記（１）、（２）、（３）又は（４）の電子機器。

（６）前記ユニットおよび前記Ｉ／Ｆボックスは、コネクタを介して電気的に相互接続されると共に締結部材により機械的に結合される上記（１）乃至（５）の何れかの電子機器。

（７）通信機器を構成し、それぞれ密閉された筐体内に電子デバイスが実装された複数のユニットから構成される電子機器の前記電子デバイスの温度を動作保障温度に維持する電子機器の実装方法において、
前記複数のユニットを垂直に取り付けられたＩ／Ｆボックスに相互に離間して垂直に取り付けることと、前記複数のユニットおよび前記Ｉ／Ｆボックスをカバーで覆うことと、前記カバー内で且つ前記複数のユニットの上部のファンで前記複数のユニットの底面から前記ユニット間および前記ユニットと前記カバー間の間隙に空気流を生じさせることと、前記ユニット内部の前記電子デバイスの温度を検出することと、該検出された温度に応じて前記ファンの空気流を制御すると共に前記ユニット内の発熱体の発熱量を制御することとよりなる電子機器の実装方法。

本発明の電子機器およびその実装方法によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、ファンを使用して内部の複数のユニットを強制空冷し且つこのファンの空気流を温度センサの検出温度に応じて制御して電子デバイス等の温度を動作保証温度範囲に維持することが可能であるので、高信頼性の電子機器が得られる。また、ファンから排出される空気流により開口から雨滴の侵入を阻止可能である。更に、内部に実装されたパネルに応じて発熱体が設けられており、温度センサの検出温度に応じて発熱量が制御されるので、寒冷地でも使用可能である。また、カバーを取り去り、ユニットをＩ／Ｆボックスから着脱可能であるので、優れた保守作業性が得られる。

以下、本発明の通信機器およびその実装方法の好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図５は、本発明による電子機器の第１実施例であるポール取付型の通信機器を示す。図１は、この通信機器およびそれを取り付けるポールの斜視図である。図２は、図１の通信機器からカバーを取り外した状態を示す斜視図である。図３は、図２の状態から更に電子機器を構成する複数のユニットを分解した斜視図である。図４は、電子機器の強制空冷を説明する断面図であり、（Ａ）は遠視機器全体の内部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の円Ａで示す部分の拡大部分断面図である。図５は、電子機器を構成する各ユニットの接続構造を示し、（Ａ）は全体断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の円Ｂで示す部分の詳細を示す部分断面図である。

先ず、図１に最もよく示す如く、本発明による電子機器（又は通信機器）１０は、屋外の適当な場所に植設された十分な高さを有する固定部材（以下、ポールという）１８に、例えば金属製のバンド（又はベルト）１９により取り付けられる。この特定実施例の電子機器１０は、全体形状が略直方体であり、内部の電子回路を保護するために全体を取り外し可能なカバー１１で覆われている。このカバー１１の上方には、例えば細長い矩形状の開口（又は排気口１２が形成されている。

次に、図２および図３に最もよく示す如く、この電子機器１０は、ポール１８にバンド１９で取り付けられたインタフェース（Ｉ／Ｆ）ボックス７およびこのＩ／Ｆボックス７に着脱自在に取り付けられる複数（この特定例では３個）のユニット３により構成される。

次に、図４に最もよく示す如く、この電子機器１０は、通信機器を構成する主要機能である制御部、無線部、増幅部（ＡＭＰ）、ベースバンド部等を機能最小限構成にて、複数の基板（又はプリント板）上に電子回路を構成する。複数の電子デバイスを実装した各パネル１をダイカスト等で形成した密閉筐体２の壁面に、熱伝導部材１２を介して実装し、各機能を分割したユニット３とする。

図５に示す如く、各ユニット３の一面には、ユニット３の外部（即ち、Ｉ／Ｆボックス７）と電気的および機械的に接続させるためのコネクタ類５、６が取り付けられている。また、ユニット３の筐体２およびコネクタ類５は、電子機器１０が屋外で使用される場合には、防水パッキン４および防水コネクタが使用されることは勿論である。更に、各ユニット３の一面に取り付けられているコネクタ類５と電気的および機械的に接続および結合するためのコネクタ類６がＩ／Ｆボックス７の一面に取り付けている。Ｉ／Ｆボックス７は、ダイカスト又は板金の筐体２で密閉構造に形成する。

Ｉ／Ｆボックス７と各ユニット３の組立は、Ｉ／Ｆボックス７上の各コネクタ類６と各ユニット３のコネクタ類５とを嵌合させると共に各締結部材８のフック部２３と挿入穴２２により固定・保持する。締結は、図５に示す如く、各ユニット３に押圧されたパッキン４の反力２７で行われる。但し、この締結方法は、単なる例示であり、ねじ止めによる締結等の他の方法でユニット３をＩ／Ｆボックス７に締結してもよいことは勿論である。

このとき、隣接するユニット３間は、空気流路となるための隙間をあけて取り付けられることに注目されたい。また、各ユニット３の上面には、ファン（防水ファン）９が取り付けられる。その後、カバー１１をＩ／Ｆボックス７、複数のユニット３および防水ファン９の全体を覆うようにカバー１１を取り付ける。この場合にも、両端に位置するユニット３とカバー１１との間には空気流路となる空間２４、２５をあけて取り付けられる。また、カバー１０には、防水ファン９から排出される空気２８を外部に吐き出すための複数の排気口１２が形成されている。

更に、各ユニット３の内部には、電気・電子部品用のパネル１の下方付近の密閉筐体２の壁面に発熱体２０および電子デバイス用のパネル１の上方付近には温度センサ２１が設けられている。防水ファン９、コネクタ類５、６、締結部材８等は、市販品を使用してもよい。また、防水用パッキン４は、Ｏリングやゴムパッキン等を成形して使用する。上述した実施例による電子機器１０は、電信柱等のポール１８にバンド１９等で図１に示す如く取り付けられるが、取付用金具等を使用して壁面や天井等にも設置可能である。

次に、図１〜図５に示す本発明の第１実施例による電子機器１０の動作を、高温状態で使用する場合の「放熱時」および寒冷地で使用する場合の「寒冷時」動作に分けて、以下に詳細説明する。

（放熱時の動作）
図４に示す如く、電源の投入により、各ユニット３の内部の各パネル１に実装されている基板上の電子デバイス（電気・電子部品）より熱が発生し、各密閉筐体２の壁面に熱伝導される。密閉筐体２と電子デバイス間は、熱伝導部材１２を使用して各密閉筐体２と一体化している放熱フィン１３へ熱を逃がす（図４中の矢印２８参照）構造としている。

本発明の電子機器１０の実装構造は、Ｉ／Ｆボックス７側のコネクタ類６および各ユニット３側のコネクタ類５を相互に嵌合させ締結部材８で締結・保持する。そして、各ユニット３の上部に防水ファン９を設けると共にカバー１１にて覆った構成とする。各ユニット３間および両端に位置するユニット３とカバー１１間には、空気流路２４、２５となる空間を設けるようにしているために、防水ファン９を作動させるとユニット３間の隙間およびユニット３とカバー１１間の隙間を空気流路２４、２５とし防水ファン９が外部の冷気を各ユニット３の下方から吸気する。そして、各ユニット３の内部の電子デバイスより密閉筐体２に熱を逃がす。これにより、電子デバイス等により暖められた各密閉筐体２に一体化している放熱フィン１３は、吸気された冷気により放熱される、即ち強制空冷される。

上述の如く、各パネル１の上方には、温度センサ２１が設置されている。電子機器１０の稼動又は運用の前に電子デバイスの周辺温度と温度センサ２１近傍の温度の相関を確認する。電子デバイスの周辺温度が常に適温（即ち、電子デバイスの動作保証温度範囲内）になるようにモニタリング（確認した温度相関を使用する）し、防水ファン９の回転数を制御する。また、カバー１１は、サンシェ−ド（直射日光の遮蔽体）の役目を担い、例えば真夏の日射を効果的に防止する。

（寒冷時の動作）
次に、電子デバイスが動作保証温度を下回らないために、保温したいパネル１の下側の各密閉筐体２の壁面に発熱体２０を設置する。パネル１の上方に設置された温度センサ２１で電子デバイスの周辺温度が常に適温（即ち、電子デバイスの動作保証温度範囲内）になるようにモニタリングして発熱体２０の発熱量を制御する。

次に、図６〜図８を参照して、本発明による電子機器およびその実装方法の第２実施例を説明する。尚、説明の便宜上、上述した第１実施例の構成要素に対応する構成要素には、同様の参照符号を使用することとする。図６は、本発明の第２実施例による電子機器の分解斜視図である。図７は、図６に示す電子機器を構成するユニットの内部構成を示す部分断面図である。図８は、図６に示す電子機器を構成するユニットの詳細構成を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は側面図である。

この第２実施例の電子機器１０´は、固定部材であるポール１８にバンド１９により取り付けられたＩ／Ｆボックス７に着脱自在に取り付けられる複数（この特定例では４個）のユニット３、これらユニット３の上部に配置された防水ファン９およびこれらＩ／Ｆボックス７、複数のユニット３および防水ファン９を覆うカバー１１により構成される。

複数のユニット３の少なくとも１つのユニットの内部には、筐体２に密閉構造を施した開口部１４を具備すると共にこの開口部１４よりユニット３を構成するパネル１を挿抜可能に実装されている。各パネル１の電子デバイス又はそれにより形成される電子回路の発熱を強制空冷で放熱することで熱による電子デバイスへの悪影響を防止し且つ寒冷時における電子デバイスへの悪影響をも防止する。

即ち、本発明の第２実施例による電子機器１０´は、図１〜図５に示す第１実施例と同様の基本構成である。しかし、複数のユニット３の少なくとも１つのユニット３の密閉筐体２に、密閉構造を施した開口部１４を設けると共にこの開口部１４よりユニット３内の複数のパネル１を図６に示す如く、ユニット３から挿抜することが可能である。

図７の部分断面図に示す如く、各パネル１間は、一定間隔を空けて並列に整列させるためのレール１５を有する。また、各パネル１の両端に、空気流路を確保するための仕切板を具備したシェルフ１６を内蔵する。各パネル１に実装されている基板上の電子デバイスより発生される熱を冷却するために、密閉筐体２に一体化している放熱フィン１３を密閉筐体２の内外を貫通するように設置している（図７参照）。図６の如く密閉筐体２の内部の暖められた空気を、対流させるためのファン１７を設けている。

更に、電子機器１０´が使用される場所が寒冷時の場合には、電子デバイスの動作保証温度を下回らないようにするために、仕切板の放熱フィン１３側の面に発熱体２０を配置する。これにより、電子デバイスまたはそれを使用する基板の周辺温度をモニタするための温度センサ２１を設けている。

（放熱の動作）
次に、図６〜図８に示す本発明の第２実施例の電子機器１０´を構成する複数のユニット３のうち少なくとも１つのユニット３の密閉筐体２についてのみ動作を説明する。図７に示す如く、電源の投入により、ユニット３内部の各パネル１を挿抜するためのレール１５を備えるシェルフ１６に実装されている各パネル１に搭載されている基板上の電子デバイスより熱が発生する。

隣接するパネル１間には一定間隔が空いており、この隙間を空気流路としてファン１７が空気を吸気する。そのため、吸気された空気により、電子デバイスの熱が放熱される。吸熱した空気は、ファン１７から吐き出され、各構成パネル１の両端の仕切板により形成された空気流路を通過する。その際、密閉筐体２に一体化している密閉筐体２の内外を貫通するように設置された放熱フィン１３も通過するため、放熱フィン１３は空気の熱を逃がす役割を果たす。冷却された空気は、再び各パネル１の底部へ送られ、ファン１７より再度吸気される。

放熱フィン１３は、空気の熱を逃すため、熱を持つが、第１実施例の電子機器１０と同様に、ユニット３間の隙間、カバー１１とユニット３間の隙間を空気流路とし防水ファン９が冷気を吸気し、その冷気により放熱される。また、最も動作保証温度を必要とする電子デバイスが搭載されるパネル１の上部辺りに設置された温度センサ２１を使用して、電子機器１０´運用の前に電子デバイスの周辺温度と温度センサ２１の近傍の温度相関を確認しておく。電子デバイスの周辺温度が常に適温（電子デバイスの動作保証温度範囲内）になるようにモニタリングし、防水ファン９およびファン１７の回転数を制御する。

（寒冷時の動作）
寒冷時の場合には、電子デバイスの動作保証温度を下回らないために、シェルフ１６に具備した空気流路を確保するための仕切板の放熱フィン１３側の面に発熱体２０を配置する。電子デバイスの周辺温度をモニタするための温度センサ２１を各パネル１の内、最も動作保証温度を必要とする電子デバイスが搭載されるパネル１の上部辺りに配置する。予め電子デバイスの周辺温度と温度センサ２１近傍の温度相関を確認しておく。そして、最も動作保証温度を必要とする電子デバイスが搭載されるパネル１の電子デバイスの周辺温度が電子デバイスの動作保証温度を下回る際に、発熱体２０を発熱させる。そして、暖められた空気を循環させることで、動作保証温度を下回らないよう発熱体２０の発熱量を制御する。

以上、本発明による電子機器およびその実装方法の好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

固定部材に取り付けられた本発明による電子機器の第１実施例の斜視図である。 図１に示す電子機器のカバーを分解した電子機器内部の斜視図である。 図２に示す電子機器の内部の複数のユニットを分解した斜視図である。 図１に示す電子機器の正面図であり、（Ａ）は全体部分断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の円Ａ内の拡大図である。 図１に示す電子機器の側面図を示し、（Ａ）は全体図であり、（Ｂ）は（Ａ）の円Ｂ内の拡大詳細図である。 固定部材に取り付けられた本発明による電子機器の第２実施例の分解斜視図である。 図６に示す電子機器の正面から見た部分断面図である。 図６に示す電子機器を構成するユニットを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ パネル
２ 密閉筐体
３ ユニット
５、６ コネクタ
７ Ｉ／Ｆボックス
９、１７ ファン
１０ 電子機器
１１ カバー
１２ 開口
１３ 放熱フィン
１４ 開口部
１８ 固定部材（ポール）
１９ 取付バンド
２０ 発熱体
２１ 温度センサ

Claims (7)

1. 固定部材に垂直に取り付けられるインタフェース（Ｉ／Ｆ）ボックスの前面に着脱可能且つ垂直に取り付けられる複数のユニットと、該ユニットの上部に配置されるファンと、前記Ｉ／Ｆボックス、前記ユニットおよび前記ファンの全体を覆うカバーとを備える電子機器において、
   前記各ユニット内には該ユニットの温度を検出する温度センサおよび発熱体を備え、前記温度センサの検出温度に応じて、前記ファンおよび前記発熱体を制御して前記ユニット内の電子デバイスの温度を動作保障温度内に維持することを特徴とする電子機器。
2. 前記複数のユニット間および前記複数のユニットのうち外側のユニットと前記カバー間には、所定の間隙を設け、前記ファンにより前記間隙を介して空気流路を形成して前記ユニットを強制空冷することを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
3. 前記カバーの前記ファンに対応する位置に少なくとも１個の開口を形成し、前記ユニットにより暖められた空気の排気口とすると共に前記開口からの雨滴の侵入を前記ファンによる排気により防止することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 前記各ユニットは、該ユニットの機能毎に前記電子デバイスが実装された複数のパネルが設けられ、前記温度センサおよび前記発熱体は、前記パネルに対応して設けられることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電子機器。
5. 前記複数のユニットの少なくとも１部の前面に、開口部が形成され、該開口部を介して前記パネルを挿抜可能であることを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の電子機器。
6. 前記ユニットおよび前記Ｉ／Ｆボックスは、コネクタを介して電気的に相互接続されると共に締結部材により機械的に結合されることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電子機器。
7. 通信機器を構成し、それぞれ密閉された筐体内に電子デバイスが実装された複数のユニットから構成される電子機器の前記電子デバイスの温度を動作保障温度に維持する電子機器の実装方法において、
   前記複数のユニットを垂直に取り付けられたＩ／Ｆボックスに相互に離間して垂直に取り付けることと、前記複数のユニットおよび前記Ｉ／Ｆボックスをカバーで覆うことと、前記カバー内で且つ前記複数のユニットの上部のファンで前記複数のユニットの底面から前記ユニット間および前記ユニットと前記カバー間の間隙に空気流を生じさせることと、前記ユニット内部の前記電子デバイスの温度を検出することと、該検出された温度に応じて前記ファンの空気流を制御すると共に前記ユニット内の発熱体の発熱量を制御することとよりなることを特徴とする電子機器の実装方法。

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