JP7235335B2 - 電子機器および電子機器用筐体 - Google Patents

Description

本発明は電子機器および電子機器用筐体に関する。

電気回路を収容する電子機器は、高機能化および高集積化により発熱量が上昇する一方、機器の小型化が期待される。またこのような電子機器は、内部の発熱体から生じる熱を外部へ排出する際に、電子機器の表面温度が高くなり過ぎないように安全性にも配慮する必要がある。

例えば特許文献１には、筐体の上部において、発熱源の直上近傍から離れるにしたがって段階的に下面部が高くなる複数の凹形状を有する放熱構造について記載されている。

また特許文献２には、複数の発熱素子が実装された基板を備える電子機器において、筐体内を、二重構造の仕切板で下部空間と上部空間に仕切る技術が記載されている。

特開２０２０－１７４２２１号公報 特開２０１８－１１６９８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は筐体の外側が複雑な凹形状となるため、電子機器の意匠性に制約が発生する。また特許文献２は、冷却ファンによる冷却風通路を工夫した技術であり、冷却ファンを設けない電子機器には適用できない。

本開示は、このような課題を鑑みてなされたものであり、簡単な構成により熱の集中を抑制する電子機器および電子機器用筐体を提供することを目的とする。

本開示の１実施形態にかかる電子機器は、発熱体、収容部、複数の第１通気孔、複数の空間部および複数の第２通気孔を有する。発熱体は、電気回路を含む。収容部は、発熱体を収容する。第１通気孔は、収容部の上部において水平方向に離間して設けられる。複数の空間部は、第１通気孔の上方において第１通気孔ごとに設けられる。複数の第２通気孔は、空間部の上方において空間部ごとに設けられる。

本開示の１実施形態にかかる電子機器用筐体は、収容部、複数の第１通気孔、複数の空間部および複数の第２通気孔を有する。収容部は、電気回路を含む発熱体を収容する。第１通気孔は、収容部の上部において水平方向に離間して設けられる。複数の空間部は、第１通気孔の上方において第１通気孔ごとに設けられる。複数の第２通気孔は、空間部の上方において空間部ごとに設けられる。

本開示によれば、簡単な構成により熱の集中を抑制する電子機器および電子機器用筐体を提供することができる。

実施の形態１にかかる電子機器の立体斜視図である。 実施の形態１にかかる電子機器用筐体の断面図である。 実施の形態１にかかる電子機器の断面図である。 実施の形態１にかかる電子機器用筐体の構成例を示す断面図である。 実施の形態２にかかる電子機器の断面図である。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる電子機器１の立体斜視図である。図１に示されている電子機器１は、説明の都合上、一部が透過した状態となっている。電子機器１は、据え置き型の電子機器であって、例えばコンピュータ、ルータ、ターミナルアダプタ、計算機、通信装置、電話交換機、オーディオ機器などである。

なお、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものとして、図１は、右手系の直交座標系が付されている。また、図２以降において、直交座標系が付されている場合、図１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向と、これらの直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向はそれぞれ一致している。

図１に示す電子機器１は、縦長の直方体形状をしており、使用時には床面などに静置される。電子機器１は主な構成として、発熱体９１を含む基板９０と、電子機器用筐体１０と、を有している。電子機器用筐体１０は、収容部１００において基板９０を収容する。基板９０は収容部１００においてネジ９２により固定されている。

基板９０は例えば、ガラスやエポキシを主成分とする板の表面に銅などの電気伝導体により形成された配線と、この配線上に実装された電子部品とを含むプリント基板である。基板９０の表面には、発熱体９１が固定されている。発熱体９１は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの集積回路を含む半導体である。発熱体９１は、半導体に添付されたシリコンや金属などのヒートシンクと称される放熱体を含んでもよい。発熱体９１は、電子機器１が動作する際に、周辺の構成と比較して相対的に高い温度となる。そのため、電子機器１は、発熱体９１の温度が上昇した場合であっても、その熱によって電子機器１の機能や性能が規格外に劣化しないように熱を排出するように設計される。

基板９０を収容する収容部１００の上方には、第１空間部１１０、第２空間部１２０および第３空間部１３０が水平方向に隣接するように設けられている。第１空間部１１０、第２空間部１２０および第３空間部１３０は、垂直方向は隔壁により覆われ、且つ、上下方向にそれぞれ通気孔を有している。例えば第１空間部１１０は、下方に第１通気孔１１１を有し、上方に第２通気孔１１２を有している。第１通気孔１１１は、収容部１００と第１空間部１１０との間を空気が通過できるように設けられた孔である。第２通気孔１１２は、第１空間部１１０と外部との間を空気が通過できるように設けられた孔である。

図２を参照して、電子機器用筐体１０についてさらに説明する。図２は、実施の形態１にかかる電子機器用筐体１０の断面図である。図２に示す電子機器用筐体１０は、ＸＺ面に平行な面における電子機器用筐体１０の断面をＹ軸マイナス側からＹ軸プラス側に向かって観察した状態を示している。電子機器用筐体１０は、例えばＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）やＰＣ（ポリカーボネート）を主成分とする樹脂により形成される。電子機器用筐体１０は主な構成として、収容部１００、複数の第１通気孔（１１１、１２１、１３１）、複数の空間部（１１０、１２０、１３０）および複数の第２通気孔（１１２、１２２、１３２）を有する。

収容部１００は、電気回路を含む発熱体９１を収容する。なお、本実施の形態における発熱体９１は上述のように基板９０上に固定されている。収容部１００は、基板９０を固定するための支柱１０２を有している。基板９０は、ネジを挿通させる孔を有している。支柱１０２は、基板９０を支持したうえで、基板９０の孔に挿通されたネジと螺合して基板９０を固定する。なお、基板９０を支持するための手段は、上述のものに限られない。例えば収容部１００は、基板９０の位置を規制するための位置決め部材または固定部材を有し、かかる部材により基板９０を支持しても良い。

また収容部１００は、下面に吸気孔１０１を有している。吸気孔１０１は、収容部１００と外部との間を空気が通過できるように設けられた孔である。なお、電子機器用筐体１０の下面には筐体支持部１０３が突出し、接地面に接している。これにより電子機器用筐体１０の下面と接地面との間に隙間ができる。そのため、収容部１００は吸気孔１０１を通じて外気を取り込むことができる。

なお、吸気孔１０１は電子機器用筐体１０の下部に設けられていることが好ましいが、吸気孔１０１が設けられる場所は、電子機器用筐体１０の下面に限られない。吸気孔１０１は発熱体９１が固定される場所より下方であれば、電子機器用筐体１０の側面に設けられていてもよい。

収容部１００は、上面に複数の第１通気孔を有している。複数の第１通気孔とは、第１通気孔１１１、第１通気孔１２１および第１通気孔１３１である。複数の第１通気孔は、収容部１００の上部において水平方向に離間して設けられている。より具体的には、本開示における第１通気孔１１１、第１通気孔１２１および第１通気孔１３１は、収容部１００の上面に設けられた収容部上面板１４０において、Ｘ軸方向に離間して設けられている。

収容部１００の上方には、複数の空間部が設けられている。複数の空間部は、収容部上面板１４０の上側において、電子機器用筐体１０の筐体、第１隔壁１４１および第２隔壁１４２により区切られた空間である。複数の空間部は、第１通気孔の上方において第１通気孔ごとに設けられる。

より具体的には、複数の空間部は、第１空間部１１０、第２空間部１２０および第３空間部１３０である。第１空間部１１０は、第１通気孔１１１の上方に設けられた空間である。第１通気孔１１１は、収容部１００と第１空間部１１０との間を空気が通過できるように設けられる。同様に、第２空間部１２０は、第１通気孔１２１の上方に設けられた空間である。第１通気孔１２１は、収容部１００と第２空間部１２０との間を空気が通過できるように設けられる。第３空間部１３０は、第１通気孔１３１の上方に設けられた空間である。第１通気孔１３１は、収容部１００と第３空間部１３０との間を空気が通過できるように設けられる。

また第１空間部１１０と第２空間部１２０とは互いに隣接し、第１隔壁１４１により区切られている。第２空間部１２０と第３空間部１３０とは互いに隣接し、第２隔壁１４２により区切られている。

それぞれの複数の空間部の上部には、複数の第２通気孔が設けられている。複数の第２通気孔は、空間部の上方において空間部ごとに設けられる。本実施の形態における複数の第２通気孔とは、第２通気孔１１２、第２通気孔１２２および第２通気孔１３２である。第２通気孔１１２は、第１空間部１１０の上面に設けられた３つの孔である。第２通気孔１１２は、第１空間部１１０と外部との間を空気が通過できるように設けられている。第２通気孔１２２は、第２空間部１２０の上面に設けられた３つの孔である。第２通気孔１２２は、第２空間部１２０と外部との間を空気が通過できるように設けられている。第２通気孔１３２は、第３空間部１３０の上面に設けられた３つの孔である。第２通気孔１３２は、第３空間部１３０と外部との間を空気が通過できるように設けられている。

上述の様に、本実施の形態において、それぞれの空間部における第１通気孔の数は１つであり、それぞれの空間部における第２通気孔の数は、３つである。しかし、第１通気孔の数および第２通気孔の数は、上述のものに限られない。例えば、１つの空間部に対応する第２通気孔は、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、それぞれの空間部に対応する第２通気孔の数は異なっていてもよい。例えば、第１空間部１１０における第２通気孔が３つであって、第２空間部１２０における第２通気孔１２２の数が４つであってもよい。

なお、電子機器用筐体１０の外観として設けられる第２通気孔は、異物混入防止等の観点を加味すると、所定のサイズより小さいことが好ましい。そのため、第２通気孔は、所定のサイズより小さいサイズの複数の孔により構成され得る。そのため、空間部における第１通気孔の数は、対応する第２通気孔の数より少ないことが好ましい。

次に、図３を参照して、電子機器１における空気の流れについて説明する。図３は、実施の形態１にかかる電子機器１の断面図である。図３に示す断面図は、図２に示す電子機器用筐体１０において基板９０がネジ９２により固定された状態を示している。また図３に示す電子機器１において表示されている矢印は、それぞれが空気の流れを模式的に表したものである。

電子機器１が動作を開始すると、発熱体９１は発熱する。発熱体９１の発熱に伴い、発熱体９１の周辺の雰囲気温度が上昇する。そのため発熱体９１の周辺の温められた空気は比重が軽くなり上昇する（矢印Ａ１０）。

発熱体９１の周辺の空気が温められて上昇すると、この空気は発熱体９１の上方に存在する第１通気孔１２１の手前の領域に到達する。この空気の一部は、第１通気孔１２１を通過して第２空間部１２０へとさらに上昇する（矢印Ａ２２）。一方、第１通気孔１２１を通過することができない空気の下方からは、温められた空気がさらに上昇してくる。そのため、第１通気孔１２１の下方の領域は空気圧が高まる。そのため、第１通気孔１２１の下方の空気は、相対的に圧力の低い水平方向へ移動し、第１通気孔１１１または第１通気孔１３１の手前の領域に到達する。そしてこのようにして水平方向に移動した空気は、第１通気孔１１１または第１通気孔１３１を通過して上昇する（矢印Ａ２１および矢印Ａ２３）。

第１空間部１１０、第２空間部１２０および第３空間部１３０にそれぞれ到達した空気は、上述のような原理によりそれぞれの空間内を上昇し、複数の第２通気孔のいずれかを通過して電子機器用筐体１０の外部へ排出される（矢印Ａ３１、矢印Ａ３２および矢印Ａ３３）。

発熱体９１により温められた空気が上述のように上昇して電子機器用筐体１０の外部へ排出される一方、吸気孔１０１からは外気が収容部１００に入り込む（矢印Ａ４０）。吸気孔１０１から入り込んだ空気は、複数の第２通気孔から空気が排出されるのに伴い収容部１００の上方へ移動する。そして、発熱体９１の周辺の空気は温められてさらに上昇する。

以上、電子機器１における空気の流れについて説明した。上述のように、電子機器１は、発熱体９１により温められた空気を、複数の空間部に分散させたうえで電子機器１の外部に排出する。電子機器１の内部で温められた空気が複数の第２通気孔をそれぞれ通過する際には、空気が有する熱エネルギの一部と第２通気孔が有する熱エネルギの一部とをそれぞれ交換する。すなわち第２通気孔における筐体の温度よりも第２通気孔を通過する空気が温かい場合には、第２通気孔における筐体は、空気により温められる。本開示における電子機器用筐体１０は、発熱体９１により温められた空気を複数の空間部に分散し、さらにこれを複数の第２通気孔から排出する。そのため、本開示にかかる電子機器１は、第２通気孔における筐体の温度が過度に上昇することを抑制できる。

次に、複数の第１通気孔の大きさについて説明する。電子機器１において、複数の第１通気孔の大きさは、第１通気孔の下方から上昇してくる空気の圧力の大きさに応じて設定される。以下に具体例とともに説明する。図３において、第１通気孔１１１および第１通気孔１３１はそれぞれ幅Ｗ１を有する。第１通気孔１２１は幅Ｗ１より狭い幅Ｗ２を有する。ここでは理解を容易にするため、孔の大きさを、上述したＸ軸方向の幅Ｗ１および幅Ｗ２により説明する。換言すると、図３に示した第１通気孔１１１、第１通気孔１２１および第１通気孔１３１はＹ軸方向の孔の幅は一定であり得る。

収容部１００の内部において、発熱体９１の直上の領域は、発熱体９１により温められた空気が次々に上昇してくる。そのため、第１通気孔１２１の手前の領域の温度は周囲と比較して高くなる。また、第１通気孔１２１の手前の領域は、温められた空気が次々に上昇してくることにより空気圧が比較的に高くなる。一方、第１通気孔１１１および第１通気孔１３１の手前の領域は、発熱体９１の直上ではない。そのため、第１通気孔１１１および第１通気孔１３１の手前の領域は、発熱体９１により温められた空気ではない空気も上昇してくる。そのため、第１通気孔１１１および第１通気孔１３１の手前の領域における温度は発熱体９１の直上に位置する第１通気孔１２１の手前の領域の温度と比べて低い。さらに、電子機器１は、第１通気孔１２１の幅Ｗ２が、第１通気孔１１１および第１通気孔１３１の幅Ｗ１より小さく設定されている。これにより、発熱体９１により温められた空気の一部は第１通気孔１１１または第１通気孔１３１に流れることになる。

つまり、電子機器１における複数の第１通気孔の大きさは、第１通気孔の下方から上昇してくる空気により受ける圧力の大きさが大きい程に相対的に小さくなるように設定される。または、電子機器１における複数の第１通気孔の大きさは、第１通気孔の下方から上昇してくる空気の温度が高い程に相対的に小さくなるように設定される。これにより、電子機器１は、発熱体９１により温められた空気を分散して排出できる。

なお、複数の第１通気孔の大きさは、発熱体９１に対して相対的に近い程に小さい設定であるということもできる。すなわち発熱体９１に対して相対的に近い第１通気孔１２１の幅Ｗ２は、発熱体９１に対して相対的に遠い第１通気孔１１１および第１通気孔１３１の幅Ｗ１より狭く設定されている。これにより、電子機器１は、発熱体９１により温められた空気を分散して排出できる。

次に、図４を参照して、電子機器用筐体１０の構造の例について説明する。図４は、実施の形態１にかかる電子機器用筐体の構成例を示す断面図である。図４に示す電子機器用筐体１０は、第１筐体１１と第２筐体１２とにより構成されている。第１筐体１１は、収容部１００および収容部上面板１４０などを含む。

図４に示す収容部上面板１４０は、第１通気孔に加えて、第１嵌合孔１４３および第２嵌合孔１４４を含む。第１嵌合孔１４３は、第１隔壁１４１の先端を受け入れる位置決め孔であって、第１隔壁１４１と嵌合する。第２嵌合孔１４４は第２隔壁１４２の先端を受け入れる位置決め孔であって、第２隔壁１４２と嵌合する。

一方、第２筐体１２は第１隔壁１４１、第２隔壁１４２および第２通気孔を構成する板状部材を含む。第１隔壁１４１および第２隔壁１４２は、第２通気孔を構成する板状部材から突出している。第１隔壁１４１の先端部が第１嵌合孔１４３と嵌合し、第２隔壁１４２の先端部が第２嵌合孔１４４と嵌合することにより、電子機器用筐体１０は、簡単な構成により空間部を所望の大きさおよび形状に精度よく形成できる。

以上、実施の形態１について説明したが、実施の形態１にかかる電子機器１および電子機器用筐体１０は上述の構成に限られない。例えば、電子機器１における基板の向きは縦方向ではなく、水平方向に平行であってもよい。また本実施の形態においては理解を容易にするためにＸＺ断面を用いてＸ方向に空間部が存在する例を説明したが、第１通気孔、空間部および第２通気孔は、Ｙ方向に複数存在していてもよい。また図４を参照して説明した構造は一例であって、嵌合構造は、図４に示した例に限られない。以上、本実施の形態によれば、簡単な構成により熱の集中を抑制する電子機器および電子機器用筐体を提供することができる。

＜実施の形態２＞
次に、図５を参照して実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態２にかかる電子機器２の断面図である。実施の形態２にかかる電子機器２は、空間部が上下方向に２段に構成されている点が、実施の形態１と異なる。

図５に示す電子機器２は、基板９０と電子機器用筐体２０を有している。電子機器用筐体２０は、収容部１００の上方に、３つの空間部が存在している。また電子機器用筐体２０は、３つの空間部が有する第２通気孔のそれぞれの上方において第２通気孔から排出された空気を受け入れる複数の二次空間部と、二次空間部の上方に設けられた複数の第３通気孔と、をさらに備える。より具体的には、例えば収容部１００の上方におけるＸ軸プラス側には空間部２１０が設けられている。空間部２１０は、下部に１つの第１通気孔２１１を有し、上部に３つの第２通気孔２１２を有している。

３つの第２通気孔２１２の上方には、二次空間部２４０がそれぞれの第２通気孔２１２に対応して設けられている。また二次空間部２４０の上方には、１つの二次空間部２４０につきそれぞれ２つの第３通気孔２１３が設けられている。

上述のように、二次空間部の数は、空間部の数より多い。このような構成により、発熱体９１により温められた空気はまず３つの空間部へ分散して移動し、さらにそこから９つの二次空間部にぶんさんして移動する。このような構成により、電子機器２は、空気をより効果的に分散できる。なお、当然ながら、それぞれの空間部の孔の大きさは適宜設定される。これにより、電子機器２は内部で温められた空気を効率良く排出するとともに、筐体表面における温度情報を好適に抑制できる。なお、電子機器２は、二次空間部の上方にさらに空間を分割する構成を有していてもよい。以上、本実施の形態によれば、簡単な構成により熱の集中を抑制する電子機器および電子機器用筐体を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 電子機器
２ 電子機器
１０ 電子機器用筐体
１１ 第１筐体
１２ 第２筐体
２０ 電子機器用筐体
９０ 基板
９１ 発熱体
９２ ネジ
１００ 収容部
１０１ 吸気孔
１０２ 支柱
１０３ 筐体支持部
１１０ 第１空間部
１１１ 第１通気孔
１１２ 第２通気孔
１２０ 第２空間部
１２１ 第１通気孔
１２２ 第２通気孔
１３０ 第３空間部
１３１ 第１通気孔
１３２ 第２通気孔
１４０ 収容部上面板
１４１ 第１隔壁
１４２ 第２隔壁
１４３ 第１嵌合孔
１４４ 第２嵌合孔
２１０ 空間部
２１１ 第１通気孔
２１２ 第２通気孔
２１３ 第３通気孔
２４０ 二次空間部

Claims (9)

1. 電気回路を含む発熱体と、
   前記発熱体を収容する収容部と、
   前記収容部の上部において水平方向に離間して設けられた複数の第１通気孔と、
   前記第１通気孔の上方において前記第１通気孔ごとに設けられた複数の空間部と、
   前記空間部の上方において前記空間部ごとに設けられた複数の第２通気孔と、を備え、
   複数の前記第１通気孔の大きさは、前記第１通気孔の下方から上昇してくる空気の温度の高さに応じて設定されている、
   電子機器。
2. 前記空間部における前記第１通気孔の数は、対応する前記第２通気孔の数より少ない、
   請求項１に記載の電子機器。
3. １つの前記空間部における前記第１通気孔の数は１つであり、対応する前記第２通気孔の数は２以上である、
   請求項２に記載の電子機器。
4. 複数の前記第１通気孔の大きさは、前記第１通気孔の下方から上昇してくる空気の温度が高い程に相対的に小さい、
   請求項３に記載の電子機器。
5. 複数の前記第１通気孔の大きさは、前記発熱体に対して相対的に近い程に小さい、
   請求項３に記載の電子機器。
6. 隣接する前記空間部を互いに隔てるために突出した壁部と、
   前記壁部の先端を受け入れる位置決め孔と、をさらに備える、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の電子機器。
7. 前記第２通気孔の上方において前記第２通気孔から排出された空気を受け入れる複数の二次空間部と、
   前記二次空間部の上方に設けられた複数の第３通気孔と、をさらに備える、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の電子機器。
8. 前記二次空間部の数は、前記空間部の数より多い、
   請求項７に記載の電子機器。
9. 電気回路を含む発熱体を収容する収容部と、
   前記収容部の上部において水平方向に離間して設けられた複数の第１通気孔と、
   前記第１通気孔の上方において前記第１通気孔ごとに設けられた複数の空間部と、
   前記空間部の上方において前記空間部ごとに設けられた複数の第２通気孔と、を備え、
   複数の前記第１通気孔の大きさは、前記第１通気孔の下方から上昇してくる空気の温度の高さに応じて設定されている、
   電子機器用筐体。

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