JP4711240B2

JP4711240B2 - 放熱板の支持構造

Info

Publication number: JP4711240B2
Application number: JP2007149780A
Authority: JP
Inventors: 夏子宮戸
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2027-06-05
Also published as: JP2008305867A

Description

本発明は、スイッチング電源装置などの電子機器に用いられる基板上に設置した２個の放熱板の間に支持部材を架け渡してなる放熱板の支持構造に関する。

一般に、ユニット電源などの各種電子機器において、プリント基板などの基板に立設してパワートランジスタや整流ダイオードなどの発熱する電子部品が実装されており、こうした電子部品の温度上昇を抑制するために、熱伝導性に優れた例えばアルミニウムなどの放熱板を電子部品の背面に熱接続して用いている。また、この放熱板を支持するために、プリント基板上に立設して向かい合う２個の放熱板の間には、プリント基板に放熱板を取り付けただけでは、放熱板の横方向からの力Ｆにより、放熱板に比べて柔軟性に富むプリント基板にストレスが加わるため、板状の支持部材である支持板金が水平に架け渡されている。

図５は、従来の放熱板の支持構造を示す側面図である。この支持構造は、本願出願人が先に提案した特許文献１から容易に類推されるものである。同図において、１は絶縁層の片面または両面に導電パターンを形成してなるプリント基板、２はこのプリント基板１の表面すなわち部品実装面上に設けられる特に発熱量の大きい電子部品で、これらの電子部品２は部品本体３の下端に延設する導電性のリード端子４が、プリント基板１の所定位置に形成したスルーホール（図示せず）に挿入し、そこで半田付け接続されるようになっている。

11はアルミニウムなどの熱伝導性にすぐれた部材で構成される放熱板で、これはプリント基板１に直交する放熱部としての垂直部12と、この垂直部12の下端部よりＵ字状に折り返された部品取り付け部13とを備えている。また垂直部12より下方に基板取り付け部として複数の脚部15を延設している。そして、この脚部15の下端にあってプリント基板１の上面すなわち部品実装面に当接する折曲げ片16には、基板取付け用のタップ孔がバーリング加工によって開口形成される。部品取り付け部13は、脚部15とは別に形成され、脚部15の下端にある折曲げ片16よりも上方でＵ字状に折り返されている。

また、電子部品２の背面が当接する部品取り付け部13の立ち上がり部20は、プリント基板１の端縁に沿って立設する垂直部12に向き合うように形成され、この立ち上がり部20と垂直部12との間には隙間21が形成される。

そして、脚部15の折曲げ片16をプリント基板１の部品実装面に載せた状態で、プリント基板１の下面すなわち半田面側から、折曲げ片16に形成したタップ孔に止着部材であるねじ17を締め付け固定させることで、あらかじめ電子部品２を実装したプリント基板１の長手方向両側に沿って、２個の放熱板11，11が向かい合うように取り付け固定される。また、電子部品２を構成する部品本体３の背面が、部品取り付け部13の立ち上がり部20に熱的に接続固定される。

25は、放熱板11，11間に架け渡された板金状の支持部材であり、これは、各放熱板11，11の横方向から加えられる力Ｆにより、プリント基板１にストレス（ねじれ力）が発生するのを防止するために設けられている。具体的には、双方の放熱板11，11間にまたがる水平直線状の横架部26と、この横架部26の両端より垂直に折り曲げられて、前記放熱板11の横方向からの力Ｆを実質的に受ける当接部27とにより構成される。

放熱板11の立ち上がり部20上端に、支持部材25の横架部26が載るように水平方向に延びた載置片35が折り曲げ形成される。この載置片35には、バーリング加工されたタップ孔36が垂直方向に開口形成されるとともに、このタップ孔36に対応して、支持部材25の横架部26には、止着部材であるねじ37が挿通可能な孔38が垂直方向に形成される。各放熱板11にあるタップ孔36が、いずれもねじ37を上から締め付け固定できるように形成されることで、各放熱板11,11と支持部材25とを止着するねじ37は、いずれも同じ締め付け方向となるため、締め付けが容易で、一つの工程で行うことが可能になる。また、ねじ37を締め付けた状態では、放熱板11の載置片35の上面全体にわたって、支持部材25の横架部26が密着当接する。これにより支持部材25が安定した状態で放熱板11の載置片35上に載置されるとともに、部品取り付け部13からの熱を、さらに熱伝導性にすぐれた材料からなる支持部材25で効果的に放熱させることも可能になる。

したがって、支持部材25は、その当接部27を放熱板11，11の垂直部12に確実に当接させることができ、各放熱板11，11に止着する際に使用するねじ37をいずれも同じ上方向から締め付けることができるため、締め付けが容易で、一つの工程で行うことが可能になる。また、放熱板11との当接箇所に関し、支持部材25の横架部26の両端断面ではなく、横架部26より折り曲げられた当接部27の面のほうが、加工が容易で精度も高い。したがって、支持部材25の水平方向両側から力が加わった時に、精度が高く、また横架部26の両端断面よりも広い面積を持つ当接部27で放熱板11，11を押えることになり、放熱板11，11を掴んで持たれた場合でも、壊れにくくなる。しかも、ねじ37を締めつけ固定する際に、当接部27は支持部材25の回り止めにもなる。
特開２００３−１７４１３０号公報

しかし、上記の放熱板支持構造では、放熱板11，11間に支持部材25を架け渡している関係で、放熱板11，11の横側からの力には強く、プリント基板１へのストレスを防ぐことが可能であるが、支持部材25の横架部26中心付近を上から押したときの力に対して弱いという問題がある。また、放熱板11，11と支持部材25とのねじ固定は、水平な支持部材25の両端が垂直に折り曲げられているので、両端の放熱板11，11に支持部材25を挿入すると同時に、支持部材25の孔38を放熱板11のタップ孔36に位置合わせしながら、ねじ37を締め付け固定する作業を行なわなければならず、支持部材25の取り付け時に孔36，38の位置あわせが容易でなかったり、無理に孔位置をあわせたため、支持部材25がゆがんだり傾きが発生したりして、作業性や歩留まりの低下を招いていた。

そこで本発明は、支持部材の中心付近を上から押したときの力に対しても強度を保ち、その時の力による基板へのストレスを防止すること、すなわちどの方向から力を受けても基板に影響を与えない放熱板の支持構造を提供することを第１の目的とする。また放熱板と水平支持部材とのねじ固定については、ねじ孔の位置あわせが容易にできるような放熱板支持構造を提供することを第２の目的とする。

本発明の請求項１による放熱板の支持構造は、基板上に設置された２つの放熱板の間に支持部材を架け渡し、前記放熱板は、前記支持部材の両端部としての当接部が当接する垂直部と、この垂直部の内側に対向して設けられ、電子部品が熱的に接続される部品取り付け部とを有する放熱板の支持構造において、前記部品取り付け部の内側に位置して、前記基板上に立設する脚部を、前記支持部材の中心部に設けることで達成される。

本発明の請求項２による放熱板の支持構造は、前記基板に当接可能な脚片と、電子部品が熱的に接続可能な放熱片とにより、前記脚部を構成することで達成される。

本発明の請求項３による放熱板の支持構造は、前記垂直部と前記当接部とを止着する止着部材をさらに備えると共に、前記垂直部または前記当接部に形成され、前記止着部材が挿通する孔を長孔にすることで達成される。

請求項１の発明では、２つの放熱板の間に架け渡された支持部材の支持において、両端の放熱板を支持部材で支持するだけではなく、支持部材の中心部に設けられる脚部で、支持部材自体をさらに支持することにより、支持箇所を増やしている。

したがって、支持部材の中心付近を上から押したとき、脚部が基板上に突き当たって支持部材のたわみ量を抑えることができ、強度を増すことができる。すなわち、放熱板支持構造のどの方向から力を受けても基板に与えるストレスは少なくなる。

請求項２の発明では、電子部品からの熱を放熱片に直接伝導させることができ、電子部品の温度上昇を抑制できる。

請求項３の発明では、放熱板の垂直部と支持部材の当接部とを止着部材で止めて固定する際に、止着部材が挿通する孔が長孔状に形成されているので、この孔と止着部材を止めるための孔との位置あわせが容易になり、作業性が向上する。また、放熱板の外側に位置する垂直部と支持部材を、止着部材で固定する構造となっているので、放熱板として強度を持たせたい垂直部の強度を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における放熱板支持構造の好ましい実施例を説明する。なお、各実施例において、従来例と同一部分には同一符号を付し、重複する箇所は極力説明を省略する。

図１および図２は、本発明による従来技術よりさらに放熱板を加えた場合の、放熱板の支持構造による一実施例である。

本実施例では、上記従来例の構造においてプリント基板１上に、放熱板11，11間に架けられた水平直線状の支持部材75の横架部26中心より下部に延設した状態で、脚部91が立設される。この脚部91は、横架部26から下方に設けられた平板状の放熱片92と、放熱片92の下方にあって、プリント基板１上に当接する脚片93とにより構成される。この構成は、横架部26から脚部91が垂直に折り曲げられることで、放熱板11，11間に架け渡された支持部材25と一体化形成している。そして放熱板の脚片93の先端を垂直に折り曲げて形成する折り曲げ片94は、プリント基板１の上面に当接され、そこに開口形成された取り付け用のタップ孔（図示せず）に、プリント基板１の下面側から止着部材であるねじ95を螺着することで、脚部91がプリント基板１に締め付け固定される。

ここで、この支持部材75は軽量で熱伝導率、放熱性のすぐれた材質が望ましく、例えばアルミニウムなどで切削加工などにより製作される。

プリント基板１に対し垂直に立設する放熱片92には、発熱する電子部品２を構成する部品本体３を固定するためタップ孔96が開口形成されており、このタップ孔96に部品本体３の正面側から水平方向に止着部材であるねじ98を螺着することで、部品本体３の背面と放熱片92が密着固定される。さらに電子部品２は、部品本体３の下端から延設された導電性のリード97がプリント基板１の所定位置に形成したスルーホール（図示せず）に挿入され、そこに半田付け接続されるようになっている。なお、それ以外の構成は、図３に示すものと共通している。

これにより、脚部91に取り付けられた電子部品２が発熱すると、放熱片92に直接熱が伝導して空気中の循環風により放熱され、電子部品２の温度上昇が抑制される。同様に、放熱板11，11に取り付けられた電子部品２が発熱すると、放熱板11の部品取付け部13に熱が直接伝導し、この部品取付け部13と反対側の垂直部12からその周辺にある空気と熱交換して放熱される。支持部材75の材質が熱伝導性のよいものなので、支持部材75の脚部91に取り付けられた電子部品２からの熱は、横架部26から当接部27を経て、両側の放熱板11，11に伝わり、そこから放熱することもできる。

また、電子部品２の発熱に伴ない、その周辺にある熱を帯びた空気が上昇するため、この熱を帯びた空気の下方から、垂直部12の外側周囲にある冷風が、部品取付け部13とプリント基板１との間に形成された空気取入れ口（図示せず）を通過して放熱板11，11間の内部空間に取り込まれる。そして、この内部空間に設けられた電子部品２自体に冷風が導かれ、電子部品２と熱交換を行なうことで、熱を帯びた空気が再度上昇し、空気取入れ口から新たな冷風が導入される。これを繰り返すことで、放熱板11の外側から放熱板11，11間の内部空間に絶えず風の流動性が生じ、放熱板11や脚部91に取り付けられた電子部品２の温度上昇が抑制される。こうして部品取付け部13とプリント基板１との間に形成された空気取入れ口より空気の流動性が促進され、放熱板11とプリント基板１とにより囲まれた内部空間にある熱を速やかに上方へ放散させることが可能になる。

またこの構造は、２つの放熱板11，11の間に架け渡された支持部材25の支持において、両端の放熱板11,11を支持部材75で支持するだけではなく、支持部材25の中心部から延設する脚部91で、支持部材75自体をさらに支持することにより、支持箇所を増やしている。したがって、支持部材75の横架部26の中心付近を上から押したときの力Ｆ’に対して従来例と比較すると、強度が増していることがわかる。これは材料力学的に考えて、力Ｆ’による水平支持部材75のたわみ量が圧倒的に少なくなることを言っている。すなわち、支持部材75から放熱板11，11へ、また放熱板11，11からプリント基板１へ伝わる力量は少なくなり、その結果、力Ｆ’がプリント基板51へ与えるストレスは少なくなる。また、従来例より放熱板11，11の横側から力Ｆを受けてもプリント基板１へのストレスを防ぐことができるのは既知なので、結局どの方向から力を受けてもプリント基板１に与えるストレスは小さい。

なおこの実施例では、脚部91と支持部材75を別々の部材で作成してもよく、要は支持基板75の横架部26の中心部に、プリント基板１上に立設する一体または別体の脚部91が設けられていればよい。また、ここでは脚部91を利用して、発熱する電子部品２を熱的に接続する放熱片92をそこに形成したが、電子部品２を取り付ける必要がない時には、板金でできた支持部材75の横架部26の中心部に、単に垂直方向に脚部91を設けるように一体化形成し折り曲げ、その脚部91の下端に形成した脚片93をプリント基板１に固定する構造をとってもよい。また、ねじ17，37に代わってリベットのような止着部材を使用してもかまわない。

以上のように本実施例では、基板であるプリント基板１上に設置された２つの放熱板11，11の間に支持部材75を架け渡し、支持部材75の両端部としての当接部27が当接する垂直部12と、この垂直部12の内側に対向して設けられ、電子部品２が熱的に接続される部品取り付け部13とを有する放熱板11，11の支持構造において、放熱板11，11の部品取り付け部13，13の内側に位置して、プリント基板１上に立設する脚部91を、支持部材75の中心部に設けている。

この場合、２つの放熱板11，11の間に架け渡された支持部材75の支持において、両端の放熱板11,11を支持部材75で支持するだけではなく、支持部材75の中心部に設けた脚部91で、支持部材75自体をさらに支持することにより、支持箇所を増やしている。そのため、支持部材75の中心付近を上から押したとき、支持部材75のたわみ量が少なくすることができ、支持部材75としての強度を増すことができる。すなわち、放熱板支持構造のどの方向から力を受けてもプリント基板１に与えるストレスは少なくなる。

また、前記脚部91は、プリント基板１に当接可能な脚片93と、電子部品２が熱的に接続可能な放熱片92とにより構成される。

こうすると、脚部91を利用して、電子部品２からの熱を放熱片92に直接伝導させることができ、電子部品２の温度上昇が抑制される。また、脚部91を熱伝導性の良好な材料からなる支持部材75と一体に形成することで、放熱片92に達した熱を支持部材75に速やかに伝導させ、そこで放熱板11などと熱交換を行うことも可能になる。

図３および図４は、本発明による、放熱板の支持構造による一実施例である。

同図において、１は絶縁層に導電パターンを形成してなるプリント基板、２は部品実装面上に設けられる発熱量の大きい電子部品で、電子部品２を構成する部品本体３の下端から延びる導電性のリード端子４が、プリント基板１の所定位置に形成したスルーホール（図示せず）に挿入され、そこで半田付け接続されるようになっている。
プリント基板１の両側に設けられたＵ字型状の放熱板111は、プリント基板１に直交する放熱部としての垂直部12と、この垂直部12の下端部よりＵ字状に折り返された部品取り付け部13とを備えている。また、垂直部12より下方に基板取り付け部として複数の脚部15を備え、プリント基板１の上面の部品実装面に当接する脚部15から下方の折曲げ片16に基板取り付け用のタップ孔（図示せず）が開口形成され、脚部15の折曲げ片16をプリント基板１の部品実装面に載せた状態で、プリント基板１の下面すなわち半田面側からタップ孔に止着部材であるねじ17を締め付けることで、プリント基板１の長手方向に沿って２個の放熱板111，111が向かい合うように取り付け固定される。部品取り付け部13は、脚部15の下端にある折曲げ片16より上方でＵ字状に折り返されている。

また、発熱部品１の背面が当接する部品取り付け部13の立ち上がり部20は、プリント基板１の端縁に沿って立設する垂直部12に向き合うように形成される。また、電子部品２を構成する部品本体３の背面が部品取り付け部13の立ち上がり部20に密着固定される。

放熱板111のプリント基板１の端縁に沿って立設する垂直部12の上端には、支持部材125の横架部126が載るように、水平方向に延びた載置片135が折り曲げられ形成される。つまりここでは、放熱板111の部品取り付け部13にではなく、垂直部12の上端に載置片135が設けられている。この載置片135には、タップ孔136が垂直方向に開口形成される。

一方、支持部材125の両端部に形成した当接部127は、横架部26の両端からこの横架部26と同様に水平直線状に延びており、当該当接部127は前記放熱板111の載置片135に載るようになっている。そして、前記タップ孔136に対応して、水平直線支持部材125の当接部127上に止着部材であるねじ137が挿通可能な孔138が垂直方向に形成される。放熱板111にあるタップ孔136に対し、ねじ137を上から締め付け固定できるように形成することで、従来例と同様に締め付けが容易となる。ねじ137を締め付けた状態では、放熱板111の載置片135の上面全体にわたって、支持部材125の当接部127が密着当接する。これにより支持部材125が安定した状態で放熱板111の載置片135上に載置される。

本実施例では、孔138が支持部材125の長手すなわち架け渡し方向に沿って、長穴状に形成される。その他、実施例１で提案した脚部91はその周辺の構造を含め、実施例１と共通している。

上記構成において、本実施例による放熱板111の載置片135と支持部材125の当接部127との固定は、当該当接部127が放熱板111，111の間に挿入されることなく、載置片135に載る状態で作業されるため、孔138とタップ孔136の位置あわせが容易になり、ねじ137を簡単に締め付け固定することが可能になる。そのため、工程の作業時間が短縮し、生産性が向上する。また、支持部材125に形成した孔138を長孔にすることにより、孔138とタップ孔136との位置あわせがさらに容易になり、作業性が向上する。すなわち、工程の作業時間短縮、生産性が向上する。

なおこの実施例２では、ねじに代わってリベットのような止着部材を使用してもかまわない。また、支持部材125に形成した孔138をタップ孔136に代えると共に、放熱板111の載置片135に形成したタップ孔136を長孔に代えて、この長孔からねじ37を挿通してねじ止めする場合も、同様の効果が得られる。

さらに、放熱板111として強度を持たせたいのは、内側の部品取り付け部13よりもむしろ外側の垂直部12なので、この垂直部12と支持部材125とを単に接触させるだけよりも、ねじ137を利用して取付け固定したほうが、垂直部12の強度を向上させることができる。

以上により本実施例２では、放熱板111の垂直部12と支持部材125の当接部127とを止着する止着部材としてのねじ137をさらに備えると共に、前記垂直部12または前記当接部127に形成され、ねじ137が挿通する孔138を長孔にしている。

こうすると、放熱板111の載置片135と支持部材125の当接部127とをねじ137で止めて固定する際に、ねじ37が挿通する孔138が長孔状に形成されているので、この孔138とねじ37を止めるためのタップ孔136との位置あわせが容易になり、作業性が向上する。また、放熱板111の外側に位置する垂直部12と支持部材125を、ねじ137で固定する構造となっているので、放熱板111として強度を持たせたい垂直部12の強度を向上させることができる。

なお、本実施例は上記各実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、放熱板については１枚の板金材を折り曲げ加工しなくても、垂直部と部品取り付け部とをそれぞれ別加工し、ねじによって組み立ててもよい。また、実施例１において、放熱板11の垂直部12の外側から支持部材75の当接部27に対して、ねじ37を横方向に捩じ込むとで、放熱板11に支持部材75を取付け固定させてもよい。この場合、当接部27が放熱板11に固着され、放熱板11の外側からより大きな力Ｆが加わったとしても、プリント基板１へのストレスを確実に防ぐことができる。

本発明の実施例１における放熱板の支持構造を示す側面図である。同上、支持部材の平面図である。本発明の実施例２における放熱板の支持構造を示す側面図である。同上、支持部材の平面図である。従来における放熱板の支持構造を示す側面図である。

符号の説明

１基板（プリント基板）
11，111 放熱板
12 垂直部
13 部品取り付け部
25，75，125 支持部材
27，127 当接部
91 脚部
92 放熱片
93 脚片
137 ねじ（止着部材）
138 孔

Claims

基板上に設置された２つの放熱板の間に支持部材を架け渡し、前記放熱板は、前記支持部材の両端部としての当接部が当接する垂直部と、この垂直部の内側に対向して設けられ、電子部品が熱的に接続される部品取り付け部とを有する放熱板の支持構造において、前記部品取り付け部の内側に位置して、前記基板上に立設する脚部を、前記支持部材の中心部に設けたことを特徴とする放熱板の支持構造。
前記基板に当接可能な脚片と、電子部品が熱的に接続可能な放熱片とにより、前記脚部を構成したことを特徴とする請求項１記載の放熱板の支持構造。
前記垂直部と前記当接部とを止着する止着部材をさらに備えると共に、前記垂直部または前記当接部に形成され、前記止着部材が挿通する孔を長孔にすることを特徴とする請求項１または２記載の放熱板の支持構造。