JP4744237B2

JP4744237B2 - 回路基板の冷却機構

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Publication number: JP4744237B2
Application number: JP2005245145A
Authority: JP
Inventors: 伸治伊藤
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: US7551437B2; US20070047202A1; CN1921746A; CN100512614C; JP2007059731A

Description

本発明は、複数の電子部品を備えた電子機器等に用いられる回路基板の冷却機構に関し、特に冷却ファンを用いて各電子部品を冷却する機構に関するものである。

複写機やパーソナルコンピュータ、テレビなどの電子機器においては、複数の電子部品が基板上に実装された各種の回路基板が用いられる。このような回路基板は、一般に電子機器の動作に伴い発熱することから、発熱による電子部品の劣化や破損が生じないように冷却機構を設ける必要がある。従来、電子部品に金属製の放熱板を取り付け、電子部品の熱を放熱板に伝導させた後、空気中に放熱させる自然放熱や、冷却ファンにより回路基板周辺の空気を入れ換えることによる強制放熱、又はこれらの組み合わせによる冷却機構が用いられてきた。

一方、回路基板上の電子部品から発生する電磁波ノイズがさらに外部にも漏れ出て周囲にある電気製品に影響を与えるおそれがある。この電磁波ノイズの漏出を防止する対策として、電磁波ノイズを遮断する金属ケース内に回路基板を収納する方法が用いられるため、基板冷却用に設置される冷却ファンは当該金属ケースに取り付けられる等、基板から離れた位置に配置されることが多かった。そのため、冷却ファンと回路基板との距離が大きくなって冷却効率が低下したり、送風路を確保するために装置が大型化したりするという問題点があった。

また、電子機器の小型化、高密度化の要求に伴い、基板上への電子部品の実装密度も高くなっている。そのため、冷却ファンと放熱板或いは各電子部品との相対的な位置関係の適正化が十分に図れず、放熱板を必ずしも送風経路上に配置することができないために十分な冷却効果が得られないという問題もあった。

そこで、回路基板を効率良く冷却する方法が提案されており、例えば特許文献１には、集積回路上に電動ファンを有する冷却ユニットを積載し、集積回路及び冷却ユニットを遮蔽体で覆うように構成することにより、集積回路の冷却及び電磁波ノイズの遮蔽を効果的に行う方法が開示されている。また、特許文献２には、接点部材を保持するホルダカバーに冷却ファンによる電装基板上への送風を分割するエアダクトを設けることにより、電装基板上の発熱部分へ効率よく送風を行う画像形成装置が開示されている。

また、特許文献３には、ヒートシンク（放熱板）とヒートシンクを冷却するファンとを回路基板に固定して成る電気部品の冷却構造において、ヒートシンクに冷却ファンからの送風通路や、冷却ファンからの風を側方に導く横向きフィンを設ける方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１の方法では、集積回路及び冷却ユニットを覆う遮蔽体を配置するスペースが必要となり、特許文献２の方法においても、冷却ファンがフレーム上に設けられる上、電装基板をシールド板及びカバーガイドで上下から覆うことにより電磁波をシールドする構成であるため、冷却ファン及びシールド部材の配置スペースが必要となり、いずれも装置の小型化、省スペース化の妨げとなる。また、特許文献３においては、電磁波ノイズ対策については何ら言及されていない。
特開平８−１２５３６３号公報特開２００２−１８２５４５号公報特開２０００−３３２４７４号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、冷却ファンを用いて回路基板を冷却する場合に、冷却ファンの設置スペースを必要とせず、簡便且つ低コストで基板上の電子部品の冷却効率を高め、さらに電磁波ノイズも効果的に遮蔽できる回路基板の冷却機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、基板上に配設される複数の放熱板と、該複数の放熱板の一部に送風する冷却ファンとを含み、前記基板及び該基板上に配設される電子部品を冷却する回路基板の冷却機構であって、前記基板の一端には、前記基板を接地することにより前記電子部品からの電磁波ノイズの漏出を防止する金属板が付設され、前記金属板を前記基板に沿ってＬ字状に折り曲げて折曲部が形成されており、前記冷却ファンを前記折曲部の内側に前記基板に対し垂直に配置するとともに、前記冷却ファンからの送風を受ける放熱板の受風面を前記冷却ファンの軸流方向に対し斜めに配置し、前記金属板と前記冷却ファンからの送風を受ける放熱板との間、及び前記金属板と前記冷却ファンからの送風を受けない放熱板との間に連結部を設けることにより、前記冷却ファンからの送風を受ける放熱板と前記冷却ファンからの送風を受けない放熱板とを前記金属板及び前記連結部を介して連結することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の回路基板の冷却機構において、前記基板の前記冷却ファンが配置される部分には切り欠き部が形成されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の回路基板の冷却機構において、前記折曲部の少なくとも一部が前記基板の表面側若しくは裏面側に突設されており、前記冷却ファンは、送風面が前記基板により分割されるように配置されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の回路基板の冷却機構において、前記冷却ファンの軸流方向に対する前記受風面の角度は、前記冷却ファンからの送風が送風方向下流側に配置された他の放熱板及び電子部品の少なくとも一方に誘導されるように設定されることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、冷却ファンが確実に固定されるとともに、ノイズ防止用金属板と冷却ファンとを基板にコンパクトに取り付け可能となるため、簡便且つ低コストで回路基板からの発熱及び電磁波ノイズの漏出を抑制することができる。また、冷却ファンの軸流方向から外れた位置にある放熱板や電子部品にも送風を誘導することにより、効率的な回路基板の冷却が可能となる。さらに、冷却ファンが別体の場合に必要となる配線処理が不要となるため、冷却ファンの基板への取り付け及び基板の装置本体への取り付け作業が容易となる。また、放熱板は連結部を介して金属板と一体となり、全体として大きな放熱板の役割を果たすとともに、送風の当たらない放熱板を、金属板及び連結部を介して送風を受ける放熱板に連結することにより、各放熱板における放熱効率の差を小さくして全体としての放熱効率を向上させることができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の回路基板の冷却機構において、基板の冷却ファンが配置される部分に切り欠き部を形成することにより、冷却ファンは平面的に見て基板内のスペースに収まるため、冷却ファンの取り付けによる空間的損失を最小限に抑えて装置の小型化、省スペース化を実現する。また、切り欠き部と折曲部とで囲まれた部分に冷却ファンを安定に配置できる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の回路基板の冷却機構において、冷却ファンの送風面の中央付近に基板を配置して基板の表裏両側に送風可能となるため、基板の裏面側に配置された放熱板や電子部品の冷却が可能となり、冷却効率がさらに向上する。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の回路基板の冷却機構において、冷却ファンからの送風が送風方向下流側に配置された他の放熱板や電子部品に誘導されるように受風面の角度を調整することにより、冷却効率を一層向上させることができる。

以下に本発明（請求項に記載された発明）の参考例及び実施形態を図面を参照して説明する。尚、本明細書において参考例とは、本発明とともに出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の構成であって、かつ本発明の技術的意義の理解の参考に供するものをいう。図１及び図２は本発明の第１の参考例の冷却機構を備えた回路基板の一例を示す概略斜視図である。１は基板であり、基板１の一端には切り欠き部１ａが形成されている。切り欠き部１ａには基板１上に配置される電子部品に送風して冷却する冷却ファン２が配置されている。基板１の上面には、基板上の電子部品から発生する熱を放熱するための金属製の放熱板３、４、５、６と、交流電圧を直流電圧に変換するトランス７、８、９、１０が配置されている。放熱板３、４、５、６には、それぞれトランジスタ１１、１２、１３、１４が固定されており、トランジスタ１１〜１４から発生する熱を放熱する。また、放熱板３〜６には、トランス７〜１０から発生する熱が基板１を介して伝導され、これらの熱も放熱板３〜６により放熱される。

１５は、基板１を接地（アース）することにより、トランス７、８等の電子部品からの電磁波ノイズの漏出を防止するノイズ防止用金属板である。このノイズ防止用金属板１５は、基板１が装置内部に取り付けられた時に、フレーム等の金属部材と接触するように基板１の一辺全域に渉って付設されている。なお、基板１上にはチョークコイル等の他の電子部品や回路も存在するが、ここでは説明の便宜のため記載を省略している。

本参考例においては、ノイズ防止用金属板１５を回路基板１に沿ってＬ字状に折り曲げて折曲部１５ａを形成し、冷却ファン２を折曲部１５ａの内側に基板１に対し垂直に配置するとともに、冷却ファン２の送風経路上に位置する放熱板３の受風面３ａを、冷却ファン２の軸流方向に対し斜めに配置したことを特徴としている。

図３は、第１の参考例の冷却機構を備えた回路基板の平面図である。図１及び図２と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。トランス７及び８はトランス９及び１０に比べて発熱量が大きいため、放熱板３、４はトランス７、８からの発熱の影響を受けて放熱板５、６よりも高温となる。放熱板３には冷却ファン２からの送風が直接当たるため放熱効率は高くなるが、放熱板４は冷却ファン２の軸流方向（図の矢印Ａ方向）から外れた位置にあるため、冷却ファン２からの送風を直接当てることができない。

そこで、冷却ファン２からの送風が受風面３ａに対し斜めに当たるように放熱板３を配置することにより、送風経路を放熱板４、及びトランス７、８方向にも分割することができ、放熱板４からの放熱効率を高めるとともに、発熱量の大きいトランス７、８の温度を直接下げることができる。また、ノイズ防止用金属板１５に形成された折曲部１５ａに冷却ファンを取り付けたので、冷却ファン２が確実に固定されるとともに、ノイズ防止用金属板１５と冷却ファン２とを基板１にコンパクトに取り付け可能となる。

放熱板３〜６の材質としては、熱伝導率の高い材料であれば特に制限はなく、例えばアルミニウム、銅、スチール等の各種の金属材料を使用することができる。また、放熱板３〜６の大きさや形状、厚みについても、基板１上に配設される電子部品の形状や発熱量等に応じて適宜設定すれば良い。

なお、冷却ファン２の軸流方向に対する受風面３ａの角度は、受風面３ａによって新たに形成される送風経路が、送風方向下流側に配置された他の放熱板或いは電子部品に誘導されるように、任意の角度に設定することができる。ここでは受風面３ａの角度を略４５°とし、軸流方向に対し直角に曲がる送風経路を形成している。

また、放熱板４は連結部１６によりノイズ防止用金属板１５に連結されている。これにより、放熱板４の熱は連結部１６を介してノイズ防止用金属板１５に伝導され、放熱板４、ノイズ防止用金属板１５、及び連結部１６は一体として大きな放熱板の役割を果たすため、放熱板３に比べ冷却ファン２からの送風が当たりにくく、放熱効果の低い放熱板４から一層効果的に放熱させることができる。この連結部１６も、放熱板と同様に熱伝導率の高い金属で形成される。

図４は、第１の参考例の冷却機構を備えた回路基板の部分断面図（図３のＢＢ′断面）である。冷却ファン２は、折曲部１５ａの内側に沿って基板１に対し垂直に配置されており、基板１の冷却ファン２が配置される部分には切り欠き部１ａが形成されている。これにより、冷却ファン２は平面的に見て基板１内のスペースに収まるとともに、高さ方向のスペースの増加も冷却ファン２の高さ分だけとなるため、冷却ファン２の取り付けによる空間的損失を最小限に抑えて装置の小型化、省スペース化を実現可能となる。

また、基板１に冷却ファン２を直接取り付けることにより、冷却ファン２が別体の場合に必要となる配線処理が不要となるため、冷却ファン２の基板１への取り付け及び基板１の装置本体への取り付け作業が容易となる。なお、図５に示すように、基板１に切り欠き部１ａを設けずに冷却ファン２を配置しても良いが、図４のように切り欠き部１ａを設けた場合、冷却ファン２が切り欠き部１ａの端部と折曲部１５ａとで囲まれ安定に配置できるとともに、基板１の厚み分だけ省スペース効果が得られるため、より好ましい。

次に、本発明の第２の参考例について説明する。図６（ａ）は、本発明の第２の参考例の冷却機構を備えた回路基板の部分断面図であり、図６（ｂ）は回路基板を冷却ファン側（図６（ａ）の矢印Ｃ方向）から見た部分側面図である。本参考例においては、ノイズ防止用金属板１５の折曲部１５ａは基板１の裏面側（図６の下側）に突設され、冷却ファン２は送風面２ａが基板１により上下に２分割されるように配置されている。他の部分の構成は第１の参考例と共通するため説明は省略する。なお、ここでは放熱板３〜６、トランス７〜１０等は記載を省略している。

この構成により、冷却ファン２による基板１の表裏両側への送風が可能となり、基板１の裏面側にも放熱板或いは電子部品が配設されている場合、それらの効率的な冷却が可能となる。なお、図６に示した折曲部１５ａの形状は一例であり、送風面２ａが基板１により２分割されるように配置可能であれば、他の形状とすることもできる。

次に、本発明の実施形態について説明する。図７は、本発明の実施形態の冷却機構を備えた回路基板の平面図である。第１の参考例の図３と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態においては、第１の参考例の構成に加えて、放熱板６とノイズ防止用金属板１５とを連結部１７で連結している。

この構成により、放熱板６は、連結部１７、ノイズ防止用金属板１５、及び連結部１６を介して放熱板４と連結される。即ち、放熱板６は、連結部１７、ノイズ防止用金属板１５、連結部１６、及び放熱板４と一体となって大きな放熱板の役割を果たすため、冷却ファン２からの送風が当たらない放熱板６から効果的に放熱させることができる。また、放熱板４は、放熱板３の受風面３ａを介して誘導される冷却ファン２からの送風を受け、高い放熱効果を有するため、送風の当たらない放熱板６から伝導される熱も一層効率良く放熱可能となる。

なお、ここでは放熱板６とノイズ防止用金属板１５とを連結部１７により連結したが、放熱板６に代えて放熱板５を連結しても良く、放熱板５及び６を共に連結しても良い。また、冷却ファン２からの送風を直接受ける放熱板３も同様にノイズ防止用金属板１５に連結すれば、一層放熱効果の高い冷却機構となる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態と各参考例とを組み合わせた構成についても本発明の範囲に含まれるのはもちろんである。また、冷却ファンや放熱板、電子部品の個数や配置位置についても何ら制限はなく、回路基板の構成に応じて適宜設計することができる。

また、本発明の回路基板の冷却機構を、複写機、ファクシミリやスキャナ、レーザプリンタ等の画像形成装置、或いはテレビ、パソコン等の電子機器に搭載することにより、回路基板の発熱及び電磁波ノイズの発生を効果的に抑制するとともに、装置の小型化、コンパクト化にも貢献する。

本発明は、基板上に配設される複数の放熱板と、該複数の放熱板の一部に送風する冷却ファンとを含み、基板及び該基板上に配設される電子部品を冷却する回路基板の冷却機構であって、基板の一端には、基板を接地することにより電子部品からの電磁波ノイズの漏出を防止する金属板が付設され、金属板を基板に沿ってＬ字状に折り曲げて折曲部が形成されており、冷却ファンを折曲部の内側に基板に対し垂直に配置するとともに、冷却ファンからの送風を受ける放熱板の受風面を冷却ファンの軸流方向に対し斜めに配置し、金属板と冷却ファンからの送風を受ける放熱板との間、及び金属板と冷却ファンからの送風を受けない放熱板との間に連結部を設けることにより、冷却ファンからの送風を受ける放熱板と冷却ファンからの送風を受けない放熱板とを金属板及び連結部を介して連結する。

これにより、冷却ファンが折曲部に確実に固定されるとともに、ノイズ防止用金属板と冷却ファンとをコンパクトに取り付け可能となり、冷却ファンやノイズ防止用金属板の配置スペースを必要とせず、回路基板からの発熱及び電磁波ノイズの漏出を抑制する回路基板の冷却機構を簡便且つ低コストで提供することができる。また、冷却ファンの軸流方向から外れた位置にあり、送風が直接当たらない放熱板や電子部品にも冷却ファンの送風を誘導することができ、効率的な回路基板の冷却が可能となる。さらに、冷却ファンと基板とを接続する配線処理が不要となるため、冷却ファンの基板への取り付け及び基板の装置本体への取り付け作業が容易となる。また、放熱板と金属板とを連結し、全体として大きな放熱板とすることにより、放熱効果をさらに高めることができる。さらに、送風を受ける放熱板を、金属板及び連結部を介して送風の当たらない他の放熱板に連結することにより、各放熱板における放熱効率の差を小さくして全体としての放熱効率を向上させることができる。

また、冷却ファンが配置される部分に切り欠き部を形成したので、冷却ファンは平面的に見て基板内のスペースに収まり、冷却ファンの取り付けによる空間的損失を最小限に抑えて装置の小型化、省スペース化を実現する。また、切り欠き部と折曲部とで囲まれた部分に冷却ファンを配置できるので、冷却ファンを確実に固定できる。

また、冷却ファンを基板の表裏両側に送風可能に配置すれば、基板の裏面側に配置された放熱板や電子部品の冷却が可能となり、冷却効率がさらに向上する。また、受風面の角度を調整することにより、他の放熱板や電子部品の配置に合わせて送風経路を形成すれば、冷却ファンによる冷却効率をより向上させることができる。

は、本発明の第１の参考例の冷却機構を備えた回路基板の一例を示す概略斜視図である。は、第１の参考例の冷却機構を備えた回路基板を反対方向から見た概略斜視図である。は、第１の参考例の冷却機構を備えた回路基板の平面図である。は、第１の参考例の冷却機構を備えた回路基板の部分断面図である。は、第１の参考例の冷却機構を備えた回路基板の他の構成を示す部分断面図である。は、本発明の第２の参考例の冷却機構を備えた回路基板の部分断面図（図６（ａ））及び回路基板を冷却ファン側から見た部分側面図（図６（ｂ））である。は、本発明の実施形態の冷却機構を備えた回路基板の平面図である。

符号の説明

１基板
２冷却ファン
２ａ送風面
３〜６放熱板
３ａ受風面
７〜１０トランス
１１〜１４トランジスタ
１５ノイズ防止用金属板（金属板）
１５ａ折曲部
１６、１７連結部

Claims

基板上に配設される複数の放熱板と、該複数の放熱板の一部に送風する冷却ファンとを含み、前記基板及び該基板上に配設される電子部品を冷却する回路基板の冷却機構であって、
前記基板の一端には、前記基板を接地することにより前記電子部品からの電磁波ノイズの漏出を防止する金属板が付設され、前記金属板を前記基板に沿ってＬ字状に折り曲げて折曲部が形成されており、前記冷却ファンを前記折曲部の内側に前記基板に対し垂直に配置するとともに、前記冷却ファンからの送風を受ける放熱板の受風面を前記冷却ファンの軸流方向に対し斜めに配置し、前記金属板と前記冷却ファンからの送風を受ける放熱板との間、及び前記金属板と前記冷却ファンからの送風を受けない放熱板との間に連結部を設けることにより、前記冷却ファンからの送風を受ける放熱板と前記冷却ファンからの送風を受けない放熱板とを前記金属板及び前記連結部を介して連結することを特徴とする回路基板の冷却機構。
前記基板の前記冷却ファンが配置される部分には切り欠き部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板の冷却機構。
前記折曲部の少なくとも一部が前記基板の表面側若しくは裏面側に突設されており、前記冷却ファンは、送風面が前記基板により分割されるように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回路基板の冷却機構。
前記冷却ファンの軸流方向に対する前記受風面の角度は、前記冷却ファンからの送風が送風方向下流側に配置された他の放熱板及び電子部品の少なくとも一方に誘導されるように設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の回路基板の冷却機構。