JPWO2019220166A1 - シールド筐体 - Google Patents

Abstract

非金属材料により形成され、載置面に電子部品を搭載するベース部と、金属材料により形成され、電子部品の周囲を覆うカバー部と、ベース部の外側面に当接するとともに、端部がベース部よりも外側に突出する金属板と、を備えるシールド筐体が提供される。カバー部の側壁部は、ベース部の載置面に当接する第一端と、ベース部の厚み方向に延設され、金属板の端部に当接する第二端とを備える。

Description

本発明は、電子部品を収納可能なシールド筐体に関する。

シールド筐体は、電子部品を収納するとともに、電子部品から発生する電磁波が筐体外部へ放射されること、及び筐体外部から筐体内部へ電磁波が進入することを防止する。シールド筐体は、厚い金属材料を用いて構成すればシールド性は良くなるが、軽量化やコスト、及び加工性の観点から好ましくない。電子部品を搭載するベース部には、部品を冷却するための流路を設ける必要があり、非金属材料で形成した場合、ベース部内部にシールドのための金属板を組み込むことは困難であり、ベース部の外周に金属材料を組み込む必要がある。また、電子部品との絶縁を確保するためには、ベース部は非金属材料で形成されることが好ましい。

電子部品を収納する筐体が非金属材料からなる場合、シールド性を考慮して、非金属材料の内部に金属板を設置する技術が知られている。例えば、ＪＰ２０１３−１１０３５８Ａにおいては、シールド筐体の側壁を樹脂で製造し、樹脂内部に金属板を設置して、シールド性を確保している。

しかしながら、上記したシールド筐体では、樹脂内部に金属板を設置するため、加工が難しく、コストが高くなるという問題がある。また、ＪＰ２０１３−１１０３５８Ａの技術を、電子部品を搭載するベース部に応用する場合、樹脂等の非金属材料で構成されるベース部内部に冷却流路を避けた形状の金属板を設置しなければならず、シールド性が悪化してしまう。

本発明の目的は、加工が容易で且つシールド性が良好な、シールド筐体を提供することである。

本発明の一態様によれば、非金属材料により形成され、載置面に電子部品を搭載するベース部と、金属材料により形成され、電子部品の周囲を覆うカバー部と、ベース部の外側面に当接するとともに、端部がベース部よりも外側に突出する金属板と、を備えるシールド筐体が提供される。カバー部の側壁部は、ベース部の載置面に当接する第一端と、ベース部の厚み方向に延設され、金属板の端部に当接する第二端とを備える。

図１は、第１実施形態によるシールド筐体を示す概略構成図である。 図２は、第２実施形態によるシールド筐体を示す概略構成図である。 図３は、第３実施形態によるシールド筐体のカバー部とベース部及び金属板の当接部分を示した一部拡大図である。 図４は、金属板の材料、厚さ及びシールド特性の関係を示したグラフである。 図５は、シールド筐体のカバー部とベース部及び金属板の当接部分を示した一部拡大図である。 図６は、金属板の厚さ、金属板が変形した場合の応力、変形量を示したグラフである。 図７は、金属板の厚さの成立範囲の例を示したグラフである。

以下、図面等を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるシールド筐体１を示す概略構成図である。図１に示すシールド筐体１は、電子部品２を収納する筐体である。

図１に示すように、シールド筐体１は、電子部品２を搭載するベース部３、電子部品２の周囲を覆うカバー部４、ベース部３の外側面３１に当接する金属板５から構成される。

電子部品２は、例えば車両等に搭載されるインバータである。シールド筐体１は、電子部品２から発生する電磁波が筐体外部へ放射されるのを防止するとともに、筐体外部から筐体内部へ電磁波が進入し、電子部品２が誤作動することを防止する。

ベース部３は、例えば樹脂等の絶縁性の非金属材料により形成され、載置面３２に電子部品２を搭載する。ベース部３の内部には、電子部品２を冷却するための冷媒が流れる冷却流路（図示しない）が形成される。

カバー部４は、例えばアルミニウム等の金属材料により形成され、電子部品２の周囲を覆う。カバー部４の側壁４０の端部４１（側壁端部４１）は、ベース部３の載置面３２及び金属板５の端部５１に当接している。なお、カバー部４とベース部３及び金属板５の当接構造の詳細は後述する。

金属板５は、ベース部３の外側面３１に当接して設けられる。金属板５の外形は、ベース部３の外側面３１の外形よりも大きく形成されており、金属板５の外周縁に位置する端部５１は、ベース部３よりも外側に突出している。

次に、カバー部４と、ベース部３及び金属板５との当接構造を説明する。

図１に示すように、カバー部４は、側壁４０の端部４１（側壁端部４１）がベース部３の載置面３２の外周縁に位置する端部３３及び金属板５の外周縁に位置する端部５１に当接している。後述するように、カバー部４、ベース部３及び金属板５は、ボルト６（締結部材）によって共締めされる。

カバー部４の側壁端部４１は、端面４１４がベース部３の載置面３２に当接する第一端４１１と、第一端４１１よりも外側の部分から、ベース部３の厚み方向に延設される第二端４１２とを含む。第二端４１２は、ベース部３の厚み方向内側側面がベース部３に当接し、第二端４１２の先端面４１５は、金属板５の端部５１に当接している。なお、第二端４１２の内側側面は、必ずしもベース部３に当接している必要はない。

第一端４１１の端面４１４の中央部には、ボルト締めできるようにタップが切られており、ベース部３及び金属板５の端部寄りの該タップに対応する位置には、ボルト用の貫通孔がそれぞれ設けられている。ベース部３に設けられた貫通孔には、ボルト締めの緩みを防止するために、金属等によって形成される円筒形のカラーが挿入されている。

ボルト６を、金属板５の外側面５２から金属板５及びベース部３の貫通孔を通して側壁端部４１の第一端４１１のタップにねじ込むことで、カバー部４、ベース部３及び金属板５は共締めされ、一体に固定される。なお、金属板５の厚さは、ボルト６で共締めされた際に、締結力で変形可能な程度の厚さであることが好ましいが、必ずしもこれに限らない。

第一端４１１のボルト６がねじ込まれる位置より内側寄りの位置には、シール溝（図示しない）が設けられ、シール溝にはＯリングなどのシール部材が嵌め込まれている。ボルト６より内側寄りの位置にシール部材を設けることで、外部からの水等がシールド筐体１の内部に浸入することを防止する。

上記した第１実施形態のシールド筐体１によれば、以下の効果を得ることができる。

シールド筐体１は、非金属材料により形成されるベース部３の外側面３１に当接する金属板５を備えている。これにより、ベース部３の内部に金属板５を設ける場合に比べ、加工が容易で、コストダウンを図ることができる。また、金属板５をベース部３の外側面３１に当接させて設けているため、ベース部３の内部に形成される冷却流路を避けた形状の金属板５を設置する必要がない。これにより、ベース部３の内部に金属板５を設ける場合に比べ、良好なシールド性を確保することができる。

シールド筐体１は、金属材料により形成されるカバー部４の側壁端部４１が、ベース部３の厚み方向に延設される第二端４１２を含む。そして第二端４１２の先端面４１５は、金属板５の端部５１に当接している。これにより、電子部品２は、カバー部４及び金属板５という金属部材によって完全に覆われる。従って、ベース部３を非金属材料で形成した場合であっても、良好なシールド性を確保することができる。

なお、シールド筐体１の設置方向は任意に決定することができる。例えば、金属板５が上、カバー部４が下となるように図１を上下に反転した状態で設置してもよいし、シールド筐体１を傾けた状態で設置してもよい。

（第２実施形態）
図２を参照して、第２実施形態によるシールド筐体１を説明する。

図２は、第２実施形態によるシールド筐体１を示す概略構成図である。第２実施形態では、カバー部４の側壁端部４１が、シールド筐体１の外側方向に向かって延設される延設部４１３を含む点が第１実施形態のシールド筐体１と相違する。なお、以下の実施形態では第１実施形態と同じ機能を果たす構成には同一の符号を用い、重複する記載を適宜省略して説明する。

図２に示すように、カバー部４の側壁端部４１は、端面４１４がベース部３の載置面３２に当接する第一端４１１、第一端４１１からシールド筐体１の外側方向に向かって延設される延設部４１３、延設部４１３から金属板５に向かって延設され、先端面４１５が金属板５の端部５１に当接する第二端４１２を含む。

延設部４１３は、第一端４１１と第二端４１２とを連結する。延設部４１３の下面４１６と第一端４１１の端面４１４とは、一つの平面を成し、ベース部３の載置面３２に当接する。これにより、カバー部４の側壁端部４１が延設部４１３を含まない場合に比べ、カバー部４の側壁端部４１とベース部３の載置面３２が当接する面の幅が大きくなる。

延設部４１３の下面４１６の中央部には、ボルト締めできるようにタップが切られており、ベース部３及び金属板５の端部寄りの該タップに対応する位置には、ボルト用の貫通孔がそれぞれ設けられている。ベース部３に設けられた貫通孔には、金属等によって形成される円筒形のカラー挿入されている。

ボルト６を、金属板５の外側面５２から金属板５及びベース部３の貫通孔を通して側壁端部４１における延設部４１３のタップにねじ込むことで、カバー部４、ベース部３及び金属板５は共締めされ、一体に固定される。ボルト６が第一端４１１にねじ込まれる場合、側壁４０の厚みを厚くして、ボルト６がねじ込まれる第一端４１１の端面４１４の幅を大きく確保しなければならない。一方、本実施形態では、ボルト６は延設部４１３にねじ込まれる。このため、第一端４１１の端面４１４にボルト６をねじ込むための幅を確保する必要がなく、側壁４０の厚みを薄くすることが可能となる。

延設部４１３の下面４１６のボルト６がねじ込まれる位置より内側寄りの位置には、シール溝７１が設けられ、シール溝７１にはガスケット７などのシール部材が嵌め込まれている。ボルト６より内側寄りの位置にシール部材を設けることで、外部からの水等がシールド筐体１の内部に浸入することを防止することができる。

なお、本実施形態では、延設部４１３の下面４１６にシール溝７１が形成されているが、シール溝７１が形成される位置はボルト６がねじ込まれる位置より内側寄りの位置であればよく、これに限らない。例えば、第一端４１１の端面４１４に形成されていてもよく、また、第一端４１１の端面４１４と延設部４１３の下面４１６とに跨って形成されていてもよい。

上記した第２実施形態のシールド筐体１によれば、以下の効果を得ることができる。

シールド筐体１は、カバー部４の側壁端部４１がシールド筐体１の外側方向に向かって延設されるとともに、第一端４１１と第二端４１２とを連結する延設部４１３を含む。そしてカバー部４、ベース部３及び金属板５を共締めするボルト６は、延設部４１３に切られたタップにねじ込まれる。従って、第一端４１１の端面４１４にボルト６をねじ込むための幅を確保する必要がないため、側壁４０の厚みを薄くすることができる。これにより、第一端４１１にボルト６をねじ込む場合、即ちカバー部４の側壁端部４１が延設部４１３を含まない場合に比べ、軽量化及びコストダウンを図ることができる。

シールド筐体１は、シールド筐体１の外側方向に向かって延設される延設部４１３を含み、延設部４１３の下面４１６と第一端４１１の端面４１４とは、一つの平面を成し、ベース部３の載置面３２に当接する。従って、カバー部４の側壁端部４１が延設部４１３を含まない場合に比べ、カバー部４の側壁端部４１とベース部３の載置面３２が当接する面の幅が大きくなる。これにより、カバー部４とベース部３とをシールするための面の幅を大きく確保することができる。このため、シール構造の自由度が高まり、例えばシール溝７１をガスケット溝として設け、シール部材としてラバーガスケットを選択すること等が可能となり、カバー部４とベース部３とのシール性が向上する。

なお、第１実施形態と同様に、シールド筐体１の設置方向は任意に決定することができる。例えば、金属板５が上、カバー部４が下になるように、図２を上下に反転した状態で設置してもよいし、シールド筐体１を傾けて設置してもよい。上下反転して設置する場合、ボルト６の貫通孔からシールド筐体１内に水等が浸入することを防止するため、ボルト６の向きも上下を反対にし、溶接ナットを用いて、カバー部側壁端部４１の延設部４１３の側からボルト６によりカバー部４、ベース部３及び金属板５を共締めすることが好ましい。

（第３実施形態）
図３及び図４を参照して、第３実施形態によるシールド筐体１を説明する。

図３は、第３実施形態によるシールド筐体１のカバー部４とベース部３及び金属板５との当接部分を示した一部拡大図である。第３実施形態では、カバー部４の側壁端部４１における第二端４１２のベース部３の厚み方向長さＨ_１が、ベース部３の厚さＨ_２より長い点が、第２実施形態のシールド筐体１と相違する。

図３に示すように、カバー部４の側壁端部４１における第二端４１２のベース部３の厚み方向長さＨ_１は、ベース部３の厚さＨ_２より長く構成される。

第１、第２実施形態と同様に、ベース部３のボルト６が通る貫通孔には、金属等によって形成される円筒形のカラーが挿入されている。該カラーは、ベース部３の貫通孔の一方端部から突出していてもよい。この場合、カバー部側壁端部４１の第二端４１２のベース部３の厚み方向長さＨ_１は、カラーの円筒方向長さよりも長く形成される。

金属板５の厚さは、カバー部４、ベース部３及び金属板５がボルト６により共締めされる際に変形可能な程度の厚さｔに構成される。

カバー部４、ベース部３及び金属板５がボルト６により共締めされると、金属板５の端部５１は、カバー部４の側壁端部４１における第二端４１２の先端面４１５と当接したままベース部３に押し付けられ、図３に示すように、第二端４１２の先端面４１５と当接したまま変形する。これにより、カバー部４と金属板５とは、より強固に隙間なく当接され、高いシールド性が確保される。

なお、金属板５の厚さｔは、金属板５の材料のシールド特性、変形特性、及び応力から決定される。材料のシールド特性とは、金属板５の厚さｔとシールド性の関係について各種の材料が有する特性のことであり、材料の変形特性とは、金属板５に同じ大きさの力を加えた場合の、金属板５の厚さｔと金属板５の変形量ｄの関係について各種の材料が有する特性のことである。また、ここでいう応力とは、金属板５が変形した際の、変形箇所に生じる抵抗力のことである。

以下、図４〜図６を用いて、金属板５の厚さｔの成立範囲を説明する。金属板５の材料としては、アルミニウム、鉄、銅などが考えられる。

図４は、金属板５の材料、厚さｔ及びシールド性の関係を示したグラフである。金属板５がアルミ材料から形成され、金属板５の厚さｔを０．８ｍｍとした場合のシールド性を基準値１とした場合、金属板５の各材料、厚さｔ及びシールド性の関係は図４のような傾向を示す。図４に示すように、いずれの材料においても、金属板５の厚さｔが厚くなるほど、シールド性は向上する。また、鉄、銅の場合、厚さが０．１５ｍｍ程度あれば、０．８ｍｍのアルミ材料を用いた場合と同等のシールド性を有することが分かる。

図５は、シールド筐体１のカバー部４とベース部３及び金属板５との当接部分を示した一部拡大図、図６は、金属板５の厚さｔに対して、変形した場合の応力と変形量ｄを示したグラフである。ここでは材料力学の一般的な矩形はりの式を用いて計算を行った。

カバー部４、ベース部３及び金属板５を締結するボルトから隣接するボルトまでの距離（締結ピッチ長さ）を矩形はりの幅とし、ここでは１００ｍｍとした。次に、カバー部４と金属板５が接触する点からボルト６のフランジ外周までの長さ（図５のＬで示される長さ）を矩形はりの長さとし、ここでは１８ｍｍとした。

金属板５を変形させる力は、ボルト６の締結力の一部によるものであるが、金属板５の変形に大きな力が使われると、部品を固定する力が不足することになる。ボルト６の締結力は、カバー部４とベース部３の間のシール力としても必要であるため、金属板５の変形にあまり多くのボルト締結力を使うことはできない。そこで、ここでは金属板５の変形に使われる力をボルト６の締結力の１０％とし、４７４Ｎとして計算した。

金属板５に前述の力が加えられた場合の金属板５の材料、厚さｔ、変形量ｄの関係は、図６に示される通りである。図６に示す通り、例えば同じ厚さｔであっても、鉄は銅及びアルミニウムより変形量ｄが小さい。また、例えば変形量ｄが０．３ｍｍ以上必要であると考えた場合、金属板５の厚さｔを鉄では約１．２ｍｍ、銅では約１．４ｍｍ、アルミニウムでは約１．７ｍｍ以下にする必要がある。

応力は形状で決まり、材料の種類とは関係ないため、金属板５が変形した場合に変形箇所に生じる応力と金属板５の厚さの関係は、図６に示すような１つの曲線となる。応力については、各材料の強度限界を超えない範囲で金属板５の厚さｔを決定する必要がある。

図７は、金属板５の厚さｔの成立範囲の例を示したグラフである。シールド性については、前述の基準値１以上の場合を成立可能な範囲とした。応力については、各材料の強度限界を超えない範囲を成立可能な範囲とした。変形量ｄについては、０．３ｍｍ以上の場合を成立可能な範囲とした。シールド性、応力、変形量の各成立可能範囲が重なる部分が金属板５の厚さｔの成立範囲であり、金属板５の厚さｔは、この範囲内で自由に決定することができる。

このように、金属板５の厚さｔの成立範囲は、金属板５の材料のシールド特性、材料の変形特性、及び応力から決定される。

上記した第３実施形態によるシールド筐体１によれば、第１及び第２実施形態のシールド筐体１により得られる効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

カバー部４の第二端４１２のベース部３における厚み方向長さＨ_１は、ベース部３の厚さＨ_２より長く構成される。このため、カバー部４、ベース部３及び金属板５がボルト６により共締めされると、金属板５は第二端４１２の先端面４１５と当接したまま変形する。これにより、カバー部４と金属板５とを、より強固に隙間なく当接することができ、高いシールド性を確保できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記した各実施形態は、それぞれ単独の実施形態として説明したが、適宜組み合わせてもよい。

Claims (6)

1. 電子部品を収納可能なシールド筐体であって、
   非金属材料により形成され、載置面に前記電子部品を搭載するベース部と、
   金属材料により形成され、前記電子部品の周囲を覆うカバー部と、
   前記ベース部の外側面に当接するとともに、端部が前記ベース部よりも外側に突出する金属板と、を備え、
   前記カバー部の側壁端部は、前記ベース部の載置面に当接する第一端と、前記ベース部の厚み方向に延設され、前記金属板の端部に当接する第二端とを備える、
   ことを特徴とするシールド筐体。
2. 前記金属板、前記ベース部、及び前記カバー部の前記第一端を前記ベース部の厚み方向に共締めする締結部材をさらに備え、
   前記金属板は、共締めされる際に変形可能な厚さに構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシールド筐体。
3. 前記カバー部は、前記第一端と前記第二端とを連結する延設部をさらに備え、
   前記延設部は、シールド筐体外側方向に向かって延設され、下面が前記ベース部の載置面に当接する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシールド筐体。
4. 前記金属板、前記ベース部、及び前記カバー部の前記延設部を、前記ベース部の厚み方向に共締めする締結部材をさらに備え、
   前記金属板は、共締めされる際に変形可能な厚さに構成される、
   ことを特徴とする請求項３に記載のシールド筐体。
5. 前記第二端の前記ベース部の厚み方向長さは、前記ベース部の厚さより長い、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のシールド筐体。
6. 前記金属板の厚さは、前記金属板の材料のシールド特性及び変形特性と前記金属板が変形した際の変形箇所に生じる応力とから決定される、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のシールド筐体。

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