JP4903763B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置に係り、特に屋外に設置する電子装置に関する。

北米向け屋外設置筐体は、北米独自の規格をクリアする必要がある。特に防水に関しては、非特許文献１に記載された以下の３試験に合格する必要がある。なお、３試験のうちＷｉｎｄ Ｄｒｉｖｅｎ Ｒａｉｎ試験が最も厳しい試験である。

１．Ｗｉｎｄ Ｄｒｉｖｅｎ Ｒａｉｎ試験
雨量１５０ｍｍ／ｈｒ、風速３１ｍ／ｓｅｃの環境下において正面、右側面、左側面のそれぞれの面に３０分ずつ散水し、筐体内への水の浸入量が、１ｃｍ＾３（１ ｇｒａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ）ｐｅｒ ０．０２８ｍ＾３（１ｆｔ＾３）を越えないこと。

２．Ｒａｉｎ Ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ試験
豪雨の直後に、表面やドアの溝にたまった水滴が筐体内部に入らないこと。正面、両側面各１５分ずつ散水し、筐体内への水の浸入量は１ｃｍ＾３（１ ｇｒａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ）ｐｅｒ ０．０２８ｍ＾３（１ｆｔ＾３）を越えないこと。

３．Ｌａｗｎ Ｓｐｒｉｎｋｌｅｒｓ試験
スプリンクラーを模擬した４５°下方から放水（正面、両側面各１５分：計４５分）後に、筐体内への水の浸入量が１ｃｍ＾３（１ ｇｒａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ）ｐｅｒ ０．０２８ｍ＾３（１ｆｔ＾３）を越えないこと。

上述した防水規格に加え、北米向け屋外設置筐体は内部に収容する電子部品を容易に交換できることが求められる。つまり、装置の保守交換作業の際に、装置全体を交換するのではなく、筐体内部の電子部品を含む内部ユニットを交換可能な構造とする必要がある。これは、筐体を先に設置して、後日内部ユニットを設置することを可能とする仕様でもある。

また、筐体の材質は、コスト、質量の観点から樹脂であることが望ましい。しかし、樹脂の密閉筐体では放熱性能を十分に確保することが難しい。そこで樹脂筐体に通気孔を設け、電子部品と熱的に接続されたヒートシンクの放熱フィンの部分のみを樹脂筐体の一部外部に露出させることで放熱性能を確保することが必要である。ここで、放熱フィンには水がかかっても良いが、放熱フィン以外の部分に水を浸入させてはならない。

さらに、電子部品とヒートシンクとは熱伝導シートにより接続されるのが一般的である。このため、保守交換の際には電子部品が搭載された基板のみを取り外すことは難しく、電子部品をヒートシンクごと取外し、交換しなければならない。この交換の単位を内部ユニットと呼ぶ。

本願の発明者らは、先の出願にて、筐体内部から筐体外部への熱伝導を効率よく行うことができ、内部ユニットの交換が可能な電子機器を発明した。この電子機器の筐体構造は、内部の熱を放熱するためのヒートシンクを備え、このヒートシンクの放熱面が筐体底面に露出していることにより、筐体内部から筐体外部への放熱の効率が向上する構造である。放熱フィン下部には、水の筐体内侵入を防止するひさし構造を備えている。このひさし構造に加え、ケースのヒートシンク用開口部の全周に形成したリブと、ヒートシンクの全周に形成した溝とを勘合させる事で、ケースとヒートシンクとの間にパッキンを使用することなく防水性能を満足している。しかし、この構造は、内部ユニットの取り付けに８本のねじを必要としている。交換作業の際にはこれらの全てのねじを取り外し、また取り付ける必要がある。さらに、ねじ固定されていない状態では内部ユニットをケースに固定しておくことができないため、交換作業時に内部ユニットが脱落する可能性もあり、交換作業性は、良好とはいえない。

"Generic Requirements for Electronic Equipment Cabinets"、Telcordia Technologies、２０００年３月、GR-487-CORE issue 2、Section 3.28

交換作業時における内部ユニットの脱落に対する対策案を、図１を参照して、説明する。ここで、図１（ａ）は、後述する実施例の図５のＡ−Ａ相当の断面である。また、簡単のためユニットカバー５１０を省略し、ケース１０の穴部１０４はＢ−Ｂ相当の断面を示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＣ部の部分拡大図である。図１を参照すれば明らかなように、図１の内部ユニットの脱落対策案は、ケース１０の穴部１０４と、ヒートシンク５３０の突起部５３２とを勘合させ、ｙ軸回りに回転しての内部ユニット４０の脱落を防止するものである。しかし、Ｃ部にはヒートシンク５３０の第１の溝５３３および第２の溝５３４が放熱フィン５４０のｙ軸方法に存在する。またケース１０の第１のリブ１０１および第２のリブ１０２が開口部１３０の上部に存在する。この場合、突起部５３２を穴部１０４に挿入できないため、ケース１０とヒートシンク５３０を勘合させることはできない。

本発明は、北米の防水規格をクリアし、電子部品を含む内部ユニットを交換可能な屋外設置する電子装置を提供する。
本発明は、さらに、北米の防水規格をクリアし、電子部品を含む内部ユニットを交換可能な屋外設置する電子装置において、この内部ユニットを容易に交換可能な電子装置を提供する。

上述した課題は、開口部を有するケースとカバーとからなる筐体に、電子部品を実装し該電子部品が発生する熱を吸熱するヒートシンクと、このヒートシンクに形成され、ヒートシンクから放熱する複数の放熱フィンと、ヒートシンクに形成され、放熱フィンの下部に放熱フィンの延在方向との垂直方向に延びた水切り部とを有する内部ユニットの放熱フィンを開口部に挿入してなり、ケースは、開口部の上部を除く周囲にＵ字型にリブを有し、ヒートシンクは、放熱フィンの上部を除く周囲にリブを挟むように形成された溝を有する電子装置により、解決できる。 また、鉛直方向を含む平面内で筐体（ケース）に、ヒートシンクと接続された内部ユニットを接続するとき、内部ユニットの下辺を回転軸とした手前方向への倒れこみを防止するヒートシンクの内側の上部に脱落防止用の突起と、ケースのヒートシンクの突起と勘合する穴部を有し、ケースのヒートシンク用開口部の上辺を除く３辺に形成したリブと、ヒートシンクの上辺を除く３辺に形成した溝とを勘合させる電子装置により、解決できる。

本発明により、北米の防水規格をクリアし、電子部品を含む内部ユニットを交換可能な屋外設置する電子装置を提供することができる。さらに、本発明により、北米の防水規格をクリアし、電子部品を含む内部ユニットを交換可能な屋外設置する電子装置において、この内部ユニットを容易に交換可能な電子装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。ここで、図２は筐体を屋外壁面に取り付けた状態を示す斜視図である。図３は筐体裏面側の斜視図である。図４は電子装置の筐体のカバーを開放した状態の斜視図である。図５は筐体ケースの正面図である。図６はヒートシンクの放熱フィン側正面図である。図７は電子装置の組み立て断面図である。図８は電子装置の断面図である。図９はひさし部周辺の断面図である。図１０は上部ヒートシンク−ケース間の隙間周辺の断面図である。図１１は上部ヒートシンク−ケース間の隙間周辺の別方向の断面図である。

図２において、屋外筐体１は、ケース１０およびカバー２０により構成され、壁面７０に固定されている。ケース１０およびカバー２０は全て樹脂製である。また図３に示すようにケース１０は冷却流路のための下側通気孔１１０および上側通気孔１２０を具備している。屋外筐体１は、壁面７０に固定された状態で、追って実装される内部ユニット４０を実装できる。なお、図３では、斜視の方向の理由から、下側通気孔１１０を図示していないが、後に示す図８で明示している。また、図３および後述する図５では、壁面７０への取り付け孔の図示を省いた。

図４において、電子装置１０００は、カバー２０を開放した状態を示している。電子装置１０００は、屋外筐体１に内部ユニット４０を接続した状態である。なお、図４ではカバー２０とケース１０はヒンジ３０により接続されているが、カバー２０は取り外し可能な構造とし、ケース１０にねじ固定する構造としても良い。また、カバー２０とケース１０とは、樹脂同士の密閉構造であり、容易に水密構造を実現できる。

図５を参照して、ケース１０を説明する。図５において、ケース１０の最大外形は、３０３×２９６ｍｍとほぼ正方形であり、左側面に枠側ヒンジ部３１、中央に１２２×２１２ｍｍの開口部１３０を有する。開口部１３０の上側を除く周囲には第１のリブ１０１および第２のリブ１０２を有する。また、ケース１０の開口部１３０の下部には、内部ユニット４０を固定するための２個のねじ穴１０３を有する。さらにケース１０の開口部１３０の上部には内部ユニット４０を勘合するための２箇所のｘｙ面内下向きの穴部１０４を有する。またケース１０は内部ユニット４０をｚ軸方向に受けるための２箇所のリブ１０５を有している。

図６を参照してヒートシンク５３０を説明する。図６において、ヒートシンク５３０の最大外形は、１７９．５×２６５ｍｍであり、放熱フィン５４０を有する。放熱フィン５４０の下側にはひさし５３１を有し、ひさし５３１のさらに下方に内部ユニット４０を固定する際に使用する２つの孔５３５を有する。ひさし５３１は、放熱フィン５４０間をたどった水滴をヒートシンク５３０本体の鉛直平面部と切り離す。また放熱フィン５４０の上側を除く周囲には第１の溝５３３および第２の溝５３４を有している。なお、第１の溝５３３および第２の溝５３４は、ｚ方向にヒートシンク５３０を突き抜けている。ヒートシンク５３０は、その上部両端に内部ユニット４０を勘合する際に使用する突起部５３２が設けられている。

図７を参照して、電子装置１０００の各構成部品を説明する。なお、図７は、図５のＡ−Ａ相当の断面図である。図７において、電子装置１０００は、ケース１０に内部ユニット４０が取り付けられ、さらにカバー２０で蓋をする構成である。

内部ユニット４０はヒートシンク５３０、熱伝導シート５５０、電子部品５６０、基板５２０、ユニットカバー５１０および基板固定ねじ５７０により構成される。電子部品５６０は、基板５２０に実装されており、熱伝導シート５５０を介してヒートシンク５３０に熱を伝える。ヒートシンク５３０は、放熱フィン５４０から筐体の外の空気中に放熱する。内部ユニット４０をケース１０に固定する際には、２本の内部ユニット固定ねじ５８０を用いる。なお、ケース１０には、図５を参照して説明した穴部１０４と、リブ１０５の側面が図示されている。

図８を参照して、電子装置１０００として組み立て後の断面構成を説明する。なお、図８も、図５のＡ−Ａ相当の断面図である。また簡単のためユニットカバー５１０を省略し、ケース１０の穴部１０４は、図５のＢ−Ｂ相当の断面を示している。図８において、ケース１０の下側通気孔１１０から流入した空気は、放熱フィン５４０の熱を奪いながら上方に向かって流れ、上側通気孔１２０から流出する。ケース１０は、図５に示したように開口部１３０を具備しており、ここに放熱フィン５４０を挿入し、下側通気孔１１０から流れ込む外気に触れさせることで冷却を行う。開口部１３０のサイズは露出させる放熱フィン５４０のサイズにより決定する。放熱フィン５４０のサイズは、熱シミュレーションおよび温度試験の結果より決定する。

ケース１０に内部ユニット４０を取り付ける際にはまずヒートシンク５３０の上部の突起部５３２をケース１０の穴部１０４に挿入し、奥まで挿入したところで放熱フィン５４０をケース１０の開口部１３０に挿入する。するとヒートシンク５３０の下側端面をケース１０のリブ１０５が受ける構造となり、内部ユニット４０が下方向へ脱落することはなくなる。またケース１０の穴部１０４に突起部５３２を挿入しているので手前方向に内部ユニット４０が倒れてくることもない。このため、交換作業の際にねじ固定されていない状態でも内部ユニット４０の脱落を心配することなく内部ユニット４０の取り付け作業を行うことができる。

図９を参照して、防水試験に耐え得るメカニズムを説明する。なお、図９（ａ）は、図５のＡ−Ａ相当の断面図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＥ部拡大図である。図９において、防水試験で上側通気孔１２０から浸入する水は、ヒートシンク５３０を伝い流れ落ちる。しかし、ひさし５３１が水切り部となり、下部ヒートシンク−ケース間の隙間６０に流れ込むのを防ぐ。これにより下部ヒートシンク−ケース間の隙間に流れ込もうとする水の大半を防ぐことができる。またわずかに流れ込んだ場合にはヒートシンク５３０が具備している第１の溝５３３と第２の溝５３４、およびケース１０が具備している第１のリブ１０１と第２のリブ１０２のそれぞれの勘合部にわずかな空間を設けているため、表面張力を利用しこの空間に水を保持することで筐体内部への水の浸入を防ぐ。

次に図１０および図１１を参照し、上側通気孔１２０周辺での水の流れを説明する。ここで、図１０（ａ）は、図５のＡ−Ａ相当の断面であり、簡単のためユニットカバー５１０を省略し、穴部１０４は図５のＢ−Ｂ相当の断面を示している。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＦ部拡大図である。さらに、図１１（ａ）は、図５のＧ−Ｇ相当の断面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＨ部拡大図である。

図１０において、上側通気孔１２０から流れ込んだ水が上部ヒートシンク−ケース間の隙間６１まで到達した場合には毛細管現象により水が上方向に吸い上げられる。上方向に吸い上げられた水は、その後毛細管が形成されているエリア全体に広がる。このため、図１１の上部ヒートシンク−ケース間の隙間６１を横方向に広がり、第１の溝５３３に到達する。第１の溝５３３には微小な空間が存在するため毛細管現象は発生せず第１の溝５３３を横断して水が横方向に広がることはない。水は、第１の溝５３３に表面張力により留まるか第１の溝５３３に沿って下方向に流れる。万が一、第１の溝５３３を横断したとしても、第２の溝５３４で同様に水は表面張力により留まるか第２の溝５３４に沿って下方向に流れる。これにより筐体内部に水が侵入することはない。上記に示したように毛細管現象により吸い上げられた水が筐体内部に浸入するのを防ぐために第１の溝５３３および第２の溝５３４はヒートシンク５３０の上端面まで到達していることが好ましい。

これらの溝がヒートシンク５３０の上端面まで到達しておらず上端面から１０ｍｍの位置で途切れていたとすると、溝がない部分が水の流れの経路となる虞があるためである。第１の溝５３３と第２の溝５３４は、この経路を遮断する。よって第１の溝５３３および第２の溝５３４はヒートシンク５３０の上側端面まで到達していることが、好ましい。

上述した実施例による電子装置は、国際規格ＩＥＣ／ＥＮ６０５２９（ＪＩＳ規格Ｃ０９２０）のＩＰＸ５の防水試験に合格した。発明者らの経験上、ＩＰＸ５の防水試験に合格すればＷｉｎｄ Ｄｒｉｖｅｎ Ｒａｉｎの防水試験も問題なく合格する。

上述した実施例に拠れば、筐体に内部ユニットを簡単に仮止めできる。また、ねじの数も従来の８本から、２本に削減できる。したがって、内部ユニットの設置／交換時の作業性が、良好である。

電子装置の内部ユニットの脱落対策を説明する要部組み立て断面図である。 筐体を屋外壁面に取り付けた状態を示す斜視図である。 筐体の裏面斜視図である。 電子装置のカバーを開放した状態の斜視図である。 筐体ケースの正面図である。 ヒートシンクの放熱フィン側の正面図である。 電子装置の組み立て断面図である。 電子装置の断面図である。 ひさし構造周辺の断面図である。 突起部と穴部の勘合部の拡大図である。 上部ヒートシンク−ケース間の隙間周辺の断面図である。

符号の説明

１…屋外筐体、１０…ケース、２０…カバー、３０…ヒンジ、３１…枠側ヒンジ部、４０…内部ユニット、６０…下部ヒートシンク−ケース間の隙間、６１…上部ヒートシンク−ケース間の隙間、７０…壁面、１０１…第１のリブ、１０２…第２のリブ、１０３…ねじ穴、１０４…穴部、１０５…リブ、１１０…下側通気孔、１２０…上側通気孔、１３０…開口部、５１０…ユニットカバー、５２０…基板、５３０…ヒートシンク、５３１…ひさし、５３２…突起部、５３３…第１の溝、５３４…第２の溝、５３５…ねじ孔、５４０…放熱フィン、５５０…熱伝導シート、５６０…電子部品、５７０…基板固定ねじ、５８０…内部ユニット固定ねじ、１０００…電子装置。

Claims (4)

1. 開口部を有するケースとカバーとからなる筐体に、
   電子部品を実装し該電子部品が発生する熱を吸熱するヒートシンクと、このヒートシンクに形成され、前記ヒートシンクから放熱する複数の放熱フィンと、前記ヒートシンクに形成され、前記放熱フィンの下部に前記放熱フィンの延在方向との垂直方向に延びた水切り部とを有する内部ユニットの前記放熱フィンを前記開口部に挿入してなる電子装置において、
   前記ケースは、前記開口部の上部を除く周囲にＵ字型にリブを有し、
   前記ヒートシンクは、前記放熱フィンの上部を除く周囲に前記リブを挟むように形成された溝を有することを特徴とする電子装置。
2. 請求項１に記載された電子装置であって、
   前記ヒートシンクは、ヒートシンクの上端面に勘合用の突起部を有し、
   前記ケースは、前記ヒートシンクの前記突起部に対応する位置に、前記突起部を挿入する穴部と、前記ヒートシンクの下端面を載置する載置部とを有することを特徴とする電子装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された電子装置であって、
   前記溝の両端は、前記ヒートシンク上端面まで形成されていることを特徴とする電子装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載された電子装置であって、
   前記溝および前記リブを、複数備えたことを特徴とする電子装置。

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