JP5553056B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体に収容された発熱する電子部品からの熱を放熱して冷却する電子装置に関するものである。

従来、筐体に収容された発熱する電子部品からの熱を放熱して冷却する電子装置に関連する技術として、例えば、下記特許文献１に開示される携帯型電子機器が知られている。この携帯型電子機器では、発熱部品を搭載する回路基板が収容される筐体の内壁面には、熱拡散シートが固着されている。そして、筐体の内壁面上に配置した押当部材により、熱拡散シートが発熱部品の表面に押し当てられる。これにより、発熱部品の表面と熱拡散シートとを好適に面接触させて、発熱部品から熱拡散シートへの熱移転を効率化させている。

また、下記特許文献２に開示される面間伝熱プレートは、小面積の受熱面から入力される熱量を均一に拡散して大面積の放熱面に熱量を伝熱するものである。この面間伝熱プレートは、平面方向熱伝導率が極めて高く、面を貫く垂直方向の熱伝導率が極めて低い種類のグラファイト薄肉シート層を中心層とし、熱抵抗を無視し得る厚さの接着剤薄膜層であり中心層を挟持する第２層と、高熱伝導率の金属薄肉層であり中心層と第２層の全てを挟持する第３層とが所定の温度、高い加圧力にて相互に接着され積層化されて構成されている。このように構成される面間伝熱プレートの一方の面に発熱素子の放熱面を接触させ、他方の面に放熱手段の受熱面を接触させることで、発熱素子の放熱を促進させている。

また、下記特許文献３に開示される回路基板では、実装される各電子部品に密着するように第１グラファイトシートが配置されるとともに、この第１グラファイトシートに対して複数の小形金属片が密着配置されている。さらに、小形金属片には、第２グラファイトシートが密着配置されており、小形金属片が第１、第２グラファイトシートの一部分と接触しつつ両者を接続するサンドイッチ構造を形成するとともに、第１、第２グラファイトシート間に所定の空間を形成している。そして、電子部品で生じた熱の大部分は、第１グラファイトシートおよび小形金属片を介して、面方向に順次拡散しながら第２グラファイトシートに伝達されるため、複数の放熱経路が形成されて空冷効果が向上する。

特開平１０−２２９２８７号公報 特開平１０−２４７７０８号公報 特開平１０−２５６７６４号公報

ところで、軽量化の要求から発熱する電子部品が収容される筐体を車体などの被取付部材に取り付けるための支持台には、従来採用されていた金属材料よりも軽量である樹脂材料が採用されることが多くなっている。しかしながら、樹脂製の支持台では、金属製の支持台に対して軽量であるものの熱伝導率が低いために放熱性が悪くなる。このため、筐体に伝達した電子部品からの熱について支持台を介した放熱が困難になるので、当該電子部品の放熱性が悪化してしまうという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、樹脂製の支持台を介して取り付けられる筐体に収容された電子部品を好適に冷却し得る電子装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の電子装置では、発熱する電子部品が収容される筐体と、この筐体を被取付部材に取り付けるための樹脂製の支持台と、を備える電子装置であって、前記支持台の表面の一部には、カーボングラファイトシートが配置され、前記カーボングラファイトシートの一部が、前記筐体の押圧部により当該筐体に押圧されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電子装置において、前記押圧部は、前記筐体の外面のうち前記支持台の一部に対向する対向部位であって、当該支持台の一部とにより前記カーボングラファイトシートの一部を挟み込むことで押圧することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の電子装置において、前記筐体は、複数のケースを組み付けて構成されており、前記押圧部は、前記各ケースのいずれか２つを組み付ける際の組み付け部位の一部であって、この組み付け部位に前記カーボングラファイトシートの一部を挟み込むことで押圧することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子装置において、前記押圧部には、前記筐体を締結するための締結部材による締結力が、前記カーボングラファイトシートの一部を押圧する押圧力として作用することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置において、前記カーボングラファイトシートに接触する前記押圧部の接触面は、その面粗度が前記筐体の他の面に対して小さくなるように形成されることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子装置において、前記カーボングラファイトシートの他の一部は、前記支持台と前記被取付部材とにより挟み込まれて押圧されることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子装置において、前記カーボングラファイトシートは、前記押圧部から離間する部位の表面積が当該押圧部に近接する部位の表面積に対して小さくなるように、前記支持台の表面の一部に配置されることを特徴とする。

請求項１の発明では、発熱する電子部品が収容される筐体を被取付部材に取り付ける支持台の表面の一部には、カーボングラファイトシートが配置されており、このカーボングラファイトシートの一部が、筐体の押圧部により当該筐体に押圧される。

電子部品からの熱は、筐体の押圧部を介してカーボングラファイトシートに伝熱されて放熱されるので、樹脂製の支持台を採用する場合でも筐体の放熱性を高めることができる。特に、カーボングラファイトシートの一部が、筐体の押圧部により当該筐体に押圧されるため、筐体とカーボングラファイトシートとの接触領域が確保されて、これら筐体およびカーボングラファイトシート間の伝熱を促進することができる。
したがって、樹脂製の支持台を介して取り付けられる筐体に収容された電子部品を好適に冷却することができる。

請求項２の発明では、押圧部は、筐体の外面のうち支持台の一部に対向する対向部位であって、当該支持台の一部とによりカーボングラファイトシートの一部を挟み込むことで押圧するため、カーボングラファイトシートの一部を筐体に対して容易に押圧することができ、筐体およびカーボングラファイトシート間の伝熱を確実に促進することができる。

請求項３の発明では、押圧部は、筐体の各ケースのいずれか２つを組み付ける際の組み付け部位の一部であって、この組み付け部位にカーボングラファイトシートの一部を挟み込むことで押圧するため、カーボングラファイトシートの一部を筐体に対して確実に押圧することができ、筐体およびカーボングラファイトシート間の伝熱を確実に促進することができる。

請求項４の発明では、押圧部には、筐体を締結するための締結部材による締結力が、カーボングラファイトシートの一部を押圧する押圧力として作用するため、カーボングラファイトシートの一部を筐体に対して押圧する押圧力を容易に高めることができる。特に、上記押圧力をより高めるように締結部材による締結を実施することで、上記押圧部分における押圧方向への接触熱抵抗が低減されるので、筐体およびカーボングラファイトシート間の伝熱をより確実に促進することができる。

請求項５の発明では、カーボングラファイトシートに接触する押圧部の接触面は、その面粗度が筐体の他の面に対して小さく（細かく）なるように形成される。これにより、カーボングラファイトシートと押圧部とが実際に接触する領域の接触面積が増加するので、筐体およびカーボングラファイトシート間の伝熱をさらに促進することができる。

請求項６の発明では、カーボングラファイトシートの他の一部は、支持台と被取付部材とにより挟み込まれて押圧されるため、カーボングラファイトシートに伝熱された熱が上記他の一部を介して被取付部材に伝熱されるので、カーボングラファイトシートを介した放熱効果をさらに高めることができる。

請求項７の発明では、カーボングラファイトシートは、押圧部から離間する部位の表面積が当該押圧部に近接する部位の表面積に対して小さくなるように、支持台の表面の一部に配置される。カーボングラファイトシートを介した放熱は、伝熱される部位、すなわち、押圧部から離間するほどその放熱効果が低減するので、放熱効果が低い押圧部から離間する部位の表面積を小さくすることで、必要な放熱性を確保しつつカーボングラファイトシートを採用することによる材料コストを低減することができる。

本実施形態に係る電子装置を示す斜視図である。 図１の電子装置の一部の断面図である。 図１の電子装置を側面から見た側面図である。 カーボングラファイトシートを貼り付けた支持台を示す上面図である。 カーボングラファイトシートの端部が筐体の押圧部により押圧された状態を拡大して示す断面図である。 カーボングラファイトシートによる放熱効果を説明するためのグラフである。 本実施形態の第１変形例に係る電子装置の要部を示す断面図である。 本実施形態の第３変形例に係る電子装置の要部を示す断面図である。 本実施形態の第４変形例に係る電子装置の要部を示す断面図である。

以下、本発明に係る電子装置の一実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電子装置１０を示す斜視図である。図２は、図１の電子装置１０の一部の断面図である。図３は、図１の電子装置１０を側面から見た側面図である。図４は、カーボングラファイトシート５０を貼り付けた支持台４０を示す上面図である。図５は、カーボングラファイトシート５０の端部５１が筐体３０の押圧部３５により押圧された状態を拡大して示す断面図である。なお、図２，図３および図５等において、便宜上、ボングラファイトシート５０の厚さを誇張して図示している。

図１〜図３に示す電子装置１０は、自動車に搭載されて車載機器を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であって、回路基板２０と、この回路基板２０や他の電子部品などが収容される金属製の筐体３０と、この筐体３０を車体Ｂに取り付けるための樹脂製の支持台４０とを備えている。なお、車体Ｂは、特許請求の範囲に記載の「被取付部材」の一例に相当し得る。

図２に示す回路基板２０は、上記車載機器の制御を実現するための基板であって、この制御時に発熱を伴う発熱素子等の電子部品（以下、発熱部品２１という）がその基板面上にそれぞれ実装されている。回路基板２０の基板面には、発熱部品２１等にて生じた熱を後述する台座３３に伝熱するための伝熱経路（図示略）が形成されている。なお、発熱部品２１および回路基板２０は、特許請求の範囲に記載の「発熱する電子部品」の一例に相当し得る。

図２に示すように、筐体３０は、回路基板２０が固定される下ケース３１と、この下ケース３１に組み付けられることで当該下ケース３１とともに回路基板２０等を収容する収容空間を形成する上ケース３２と、を備えている。下ケース３１には、当該筐体３０を支持台４０にねじ部材６１により締結するための４つの貫通穴３４が形成されている。下ケース３１の下面のうち貫通穴３４が開口する部位（以下、押圧部３５という）には、ねじ部材６１の締結による締結力が、対向する支持台４０の一部との間に生じることとなる。なお、ねじ部材６１は、特許請求の範囲に記載の「締結部材」の一例に相当し得る。

また、下ケース３１には、回路基板２０の四隅等を下方から支持する複数の台座３３が形成されており、回路基板２０の四隅等が対応する台座３３にねじ部材３６などによりそれぞれ締結されることで、当該回路基板２０が下ケース３１に固定される。この固定により、上記伝熱経路が台座３３の頂部等に接触し、回路基板２０に実装された発熱部品２１等にて生じた熱が当該伝熱経路を介して下ケース３１に伝熱されることとなる。

支持台４０は、例えば、ＰＡ６６（ナイロン６６）またはＰＰ（ポリプロピレン）等の比較的軽量の樹脂材料からなるブラケットであって、図４に示すように、下ケース３１の下面よりも広くなるように略平板状に形成される平板部４１と、この平板部４１の四隅にそれぞれ連結する４つの脚部４２とが一体となるように形成されている。平板部４１の四隅には、筐体３０を締結するための貫通穴４１ａが、下ケース３１の貫通穴３４に対応してそれぞれ形成されている。

各脚部４２は、平板部４１に平行に連結する上端部４２ａとこの上端部４２ａに平行な下端部４２ｂとを、連結部４２ｃにより連結するように、それぞれ形成されている。各下端部４２ｂには、当該支持台４０をねじ部材６２により車体Ｂに対して締結するための貫通穴４２ｄがそれぞれ形成されている。

このように構成される支持台４０に対して、図４に示すように、平板部４１の各貫通穴４１ａ近傍とこれら各貫通穴４１ａにそれぞれ近接する脚部４２との表面上には、シート状のカーボングラファイトシート５０が、それぞれ貼り付けられて配置されている。このカーボングラファイトシート５０は、支持台４０として採用される樹脂材料に対して高い熱伝導率を有し、筐体３０からの熱を放熱するシート状の放熱部材として機能するものである。

このようにカーボングラファイトシート５０が貼り付けられた支持台４０に対して、回路基板２０等が収容された筐体３０を組み付ける場合には、平板部４１の各貫通穴４１ａと対応する下ケース３１の貫通穴３４とをそれぞれ挿通するねじ部材６１により、筐体３０と支持台４０とを締結する。

このため、図５に示すように、カーボングラファイトシート５０の端部５１が筐体３０の押圧部３５と平板部４１とにより挟み込まれて押圧される。なお、ねじ部材６１の締め付けトルクは、端部５１における接触熱抵抗を低減するために、例えば、４ｋＮ・ｍに設定されている。

次に、カーボングラファイトシート５０を、その端部５１が押圧部３５と平板部４１とにより挟み込まれて押圧されるように、支持台４０に配置したことによる放熱効果を、実験結果をまとめた図６を用いて説明する。図６は、カーボングラファイトシート５０による放熱効果を説明するためのグラフである。なお、図６は、回路基板２０の発熱部品２１の温度を各条件について比較するグラフであり、符号Ｔ１は、カーボングラファイトシート５０を採用しない場合の温度を示し、本実験による結果では、Ｔ１＝１００．９℃である。また、符号Ｔ２は、手締めされたねじ部材６１によりカーボングラファイトシート５０の端部５１が押圧部３５により押圧される場合の温度を示し、本実験による結果では、Ｔ２＝９７．９℃である。また、符号Ｔ３は、Ｔ２にて示す条件に対して、ねじ部材６１の締め付けトルクを４ｋＮ・ｍに増加して締め付けた場合の温度を示し、本実験による結果では、Ｔ３＝９６．６℃である。

図６の温度Ｔ１および温度Ｔ２の比較から、放熱部材としてカーボングラファイトシート５０をその端部５１が筐体３０の押圧部３５に押圧されるように支持台４０に配置することで、筐体３０内の発熱部品２１の熱が３℃低くなっていることがわかる。これは、カーボングラファイトシート５０の一部を筐体３０の押圧部３５に押圧することにより、発熱部品２１の熱が上記放熱経路，台座３３および押圧部３５等を介してカーボングラファイトシート５０に伝熱されて放熱されるためであり、筐体３０に収容された発熱部品２１等を好適に冷却できることがわかる。

また、図６の温度Ｔ２および温度Ｔ３の比較から、ねじ部材６１の締め付けトルクを増加させることで、筐体３０内の発熱部品２１の熱がさらに１．３℃低くなっていることがわかる。これは、端部５１を筐体３０の押圧部３５に押圧する押圧力（締結力）が適度に増加することにより、端部５１における押圧方向への接触熱抵抗が低減されるためであり、筐体３０およびカーボングラファイトシート５０間の伝熱がより促進されて、筐体３０に収容された発熱部品２１等をさらに冷却できることがわかる。

以上説明したように、本実施形態に係る電子装置１０では、発熱部品２１を実装した回路基板２０が収容される筐体３０を車体Ｂに取り付ける支持台４０の表面の一部には、カーボングラファイトシート５０が配置されており、このカーボングラファイトシート５０の一部が、筐体３０の押圧部３５により当該筐体３０に押圧されている。

これにより、発熱部品２１等からの熱は、筐体３０の押圧部３５を介してカーボングラファイトシート５０に伝熱されて放熱されるので、樹脂製の支持台４０を採用する場合でも筐体３０の放熱性を高めることができる。特に、カーボングラファイトシート５０の端部１が、筐体３０の押圧部３５により当該筐体３０に押圧されるため、筐体３０とカーボングラファイトシート５０との接触領域が確保されて、これら筐体３０およびカーボングラファイトシート５０間の伝熱を促進することができる。
したがって、樹脂製の支持台４０を介して取り付けられる筐体３０に収容された発熱部品２１等の電子部品を好適に冷却することができる。

また、押圧部３５は、筐体３０の外面のうち支持台４０の平板部４１に対向する対向部位であって、当該平板部４１とによりカーボングラファイトシート５０の端部５１を挟み込むことで押圧するため、カーボングラファイトシート５０の端部５１を筐体３０に対して容易に押圧することができ、筐体３０およびカーボングラファイトシート５０間の伝熱を確実に促進することができる。

さらに、押圧部３５には、筐体３０を締結するためのねじ部材６１による締結力が、カーボングラファイトシート５０の端部５１を押圧する押圧力として作用するため、この端部５１を筐体３０に対して押圧する押圧力を容易に高めることができる。特に、上記押圧力をより高めるようにねじ部材６１による締結を実施することで、上記押圧部分における押圧方向への接触熱抵抗が低減されるので、筐体３０およびカーボングラファイトシート５０間の伝熱をより確実に促進することができる。

図７は、本実施形態の第１変形例に係る電子装置１０の要部を示す断面図である。
図７に示すように、本実施形態の第１変形例として、カーボングラファイトシート５０は、その端部５１が筐体３０ａの下ケース３１と上ケース３２とを組み付ける際の組み付け部位の一部にて挟み込むことで押圧されてもよい。この場合、下ケース３１と上ケース３２とを組み付ける際の組み付け部位が押圧部３５ａとして機能する。

このようにしても、カーボングラファイトシート５０の端部５１を筐体３０ａに対して確実に押圧することができ、筐体３０ａおよびカーボングラファイトシート５０間の伝熱を確実に促進することができる。なお、筐体が複数のケースを組み付けることで構成される場合であっても、各ケースのいずれか２つを組み付ける際の組み付け部位の一部を上述のように押圧部として機能させることで、上記作用効果を奏する。

本実施形態の第２変形例として、カーボングラファイトシート５０の端部５１に接触する押圧部３５の接触面は、その面粗度が筐体３０の他の面に対して小さく（細かく）なるように形成されてもよい。これにより、カーボングラファイトシート５０と押圧部３５とが実際に接触する領域の接触面積が増加するので、筐体３０およびカーボングラファイトシート５０間の伝熱をさらに促進することができる。なお、この第２変形例の特徴的構成を他の変形例に適用してもよい。

図８は、本実施形態の第３変形例に係る電子装置１０の要部を示す断面図である。
図８に示すように、本実施形態の第３変形例として、カーボングラファイトシート５０の他の一部（以下、他側端部５２という）を、支持台４０と車体Ｂとにより挟み込むように押圧してもよい。これにより、カーボングラファイトシート５０に伝熱された熱が他側端部５２を介して車体Ｂに伝熱されるので、カーボングラファイトシート５０を介した放熱効果をさらに高めることができる。特に、ボルト６２の締結力を適度に増加させることで、他側端部５２を介した放熱効果をより高めることができる。なお、この第３変形例の特徴的構成を他の変形例に適用してもよい。

図９は、本実施形態の第４変形例に係る電子装置１０の要部を示す断面図である。
本実施形態の第４変形例として、カーボングラファイトシートは、押圧部３５から離間する部位の表面積が当該押圧部３５に近接する部位の表面積に対して小さくなるように形成されて、支持台４０の表面の一部に配置されてもよい。具体的には、例えば、図９に例示するように、カーボングラファイトシート５０ａは、貫通穴４１ａ近傍（押圧部３５）から離間するほど幅（支持台４０に沿う方向の長さ）が狭くなるようにテーパ状に形成することができる。

カーボングラファイトシート５０ａ（５０）を介した放熱は、伝熱される部位、すなわち、押圧部３５から離間するほどその放熱効果が低減するので、放熱効果が低い押圧部３５から離間する部位の表面積を小さくすることで、必要な放熱性を確保しつつカーボングラファイトシート５０ａを採用することによる材料コストを低減することができる。なお、この第４変形例の特徴的構成を他の変形例に適用してもよい。

なお、本発明は上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）本発明に係る電子装置の構成は、車載機器を制御するＥＣＵとして構成されることに限らず、軽量化と放熱性との両立が求められる支持台を有する電子装置に適用されてもよい。

（２）筐体３０，３０ａは、下ケース３１と上ケース３２とを組み付けることで構成されることに限らず、箱状のケースにカバーを組み付けることで上記収容空間を形成するように構成されてもよいし、複数のケースを組み付けることで上記収容空間を形成するように構成されてもよい。

（３）カーボングラファイトシート５０，５０ａは、支持台４０のに対して、４つの脚部４２の全てに配置されることに限らず、例えば、各脚部４２のうち高い放熱効果が得られる脚部４２等の一部の脚部４２に対してのみ配置されてもよい。

１０…電子装置
２０…回路基板（発熱する電子部品）
２１…発熱部品（発熱する電子部品）
３０，３０ａ…筐体
３１…下ケース
３２…上ケース
３５，３５ａ…押圧部
４０…支持台
４１…平板部
４２…脚部
５０，５０ａ…カーボングラファイトシート
５１…端部（カーボングラファイトシートの一部）
５２…他側端部（カーボングラファイトシートの他の一部
６１…ねじ部材（締結部材）
Ｂ…車体（被取付部材）

Claims (7)

1. 発熱する電子部品が収容される筐体と、この筐体を被取付部材に取り付けるための樹脂製の支持台と、を備える電子装置であって、
   前記支持台の表面の一部には、カーボングラファイトシートが配置され、
   前記カーボングラファイトシートの一部が、前記筐体の押圧部により当該筐体に押圧されることを特徴とする電子装置。
2. 前記押圧部は、前記筐体の外面のうち前記支持台の一部に対向する対向部位であって、当該支持台の一部とにより前記カーボングラファイトシートの一部を挟み込むことで押圧することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記筐体は、複数のケースを組み付けて構成されており、
   前記押圧部は、前記各ケースのいずれか２つを組み付ける際の組み付け部位の一部であって、この組み付け部位に前記カーボングラファイトシートの一部を挟み込むことで押圧することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
4. 前記押圧部には、前記筐体を締結するための締結部材による締結力が、前記カーボングラファイトシートの一部を押圧する押圧力として作用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子装置。
5. 前記カーボングラファイトシートに接触する前記押圧部の接触面は、その面粗度が前記筐体の他の面に対して小さくなるように形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置。
6. 前記カーボングラファイトシートの他の一部は、前記支持台と前記被取付部材とにより挟み込まれて押圧されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子装置。
7. 前記カーボングラファイトシートは、前記押圧部から離間する部位の表面積が当該押圧部に近接する部位の表面積に対して小さくなるように、前記支持台の表面の一部に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子装置。

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