WO2018084016A1

WO2018084016A1 - 電子機器

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Publication number: WO2018084016A1
Application number: PCT/JP2017/038206
Authority: WO
Inventors: 裕一朗矢口; 中島　雄二; 太田　武志
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2018-05-11
Anticipated expiration: 2019-05-04
Also published as: TWI669049B; TW201831072A; CN109328487B; JPWO2018084016A1; SG11201902293WA; CN109328487A; JP6730444B2; KR102149444B1; KR20190008328A

Abstract

実施形態にかかる電子機器は、筐体内に配され、第１冷却対象部と、第２冷却対象部と、を備える冷却対象ユニットと、前記冷却対象ユニット上に配され、前記筐体内の空間を複数に仕切る壁状部材を有し、前記第１冷却対象部を通る第１流路と、前記第２冷却対象部を通る第２流路と、を形成する、流路ガイド部と、を備える。

Description

電子機器

　本発明の実施形態は、電子機器に関する。

　例えば電子機器において、筐体内に、ＣＰＵなどの冷却対象部と、冷却対象部を冷却する冷却装置と、を備えるものが知られている。また、冷却対象部が複数箇所に設けられる電子機器も知られている。

特開平６－１２５１８７号公報特開２０１０－１９８１８５号公報

　本発明の実施形態は、冷却性の高い電子機器を提供することを目的とする。

実施形態にかかる電子機器の構成を示す斜視図。同電子機器の平面図。同電子機器の一部の構成を示す断面図。同電子機器の流路ガイド部の構成を示す斜視図。同電子機器の流路ガイド部の構成を示す平面図。

実施形態

　以下、本発明の一実施形態に係る電子機器１０の構成について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は実施形態にかかる電子機器１０の構成を示す斜視図であり、図２は、電子機器１０の平面図である。図３は電子機器１０の一部の構成を示す断面図である。図４は流路ガイド部２０の構成を示す斜視図であり、図５は流路ガイド部２０の構成を示す平面図である。

　なお、図においては説明のため天板を省略して筐体の内部構造を示している。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する３方向を示しており、Ｘは第１方向、Ｙは第２方向、Ｚは第３方向にそれぞれ沿っている。なお、本実施形態において上下左右前後等の方向については底板を下にした姿勢を一例として示しているが、電子機器１０の姿勢に応じて適宜変化するものである。

　図１及び図２に示すように、電子機器１０は、筐体１１と、冷却対象ユニットである基板ユニット１２と、ＨＤＤユニット１３と、ＩＣチップユニット１５と、電源ユニット１６と、冷却ユニット１７と、流路ガイド部２０と、を備える。　
　筐体１１は、例えば、長方形状の底板１１ａと、前方の側板１１ｂと、左右一対の側板１１ｃ，１１ｄと、後方の側板１１ｅと、底板１１ａに対向配置される天板１１ｆと、を備える。筐体１１は、これらの底板１１ａ、天板１１ｆ、及び２組の側板１１ｂ～１１ｅによって囲まれる直方体状の収容空間１１ｇを形成する。筐体１１は、収容空間１１ｇ内に、ＨＤＤユニット１３、冷却ユニット１７、基板ユニット１２等の、各種の電子部品を収容する。

　前方の側板１１ｂは、複数の通気孔を有し吸気可能に構成された通気構造部３１を備えるとともに、光学ドライブディスク用のディスク口や、ＨＤＤユニット１３の挿入口、ＵＳＢ等各種ケーブルが接続される各種の端子を備えている。

　後方の側板１１ｅは、複数の通気孔を有する通気構造部３１を備えるとともに、ＵＳＢ等各種ケーブルが接続される各種の端子を備えている。

　収容空間１１ｇ内の一端側には、複数のＨＤＤユニット１３が、Ｘ方向に並んで配置されている。また、収容空間１１ｇ内には、ＨＤＤユニット１３の後方に隣接して、冷却ユニット１７が設けられている。さらに、収容空間１１ｇ内において、冷却ユニット１７の後方に、基板ユニット１２が配置されている。

　ＨＤＤユニット１３は、複数のＨＤＤと、ＨＤＤをそれぞれ保持するＨＤＤハウジングと、を備える。ＨＤＤユニット１３の後方、換言すると空気の流路における二次側には、冷却ユニット１７が配置されている。前方の側板１１ｂの通気構造部３１から冷却ユニット１７の吸気部に至る通風路が形成されている。ここで、空気の流路において、送風方向の上流側を一次側、下流側を二次側と称する。

　図１乃至図４に示されるように、冷却ユニット１７は、筐体１１の底板１１ａ上に配置されるファンホルダ３２と、ファンホルダ３２に支持される複数のファンユニット３４ａ～３４ｃと、を備える。本実施形態においては３つの第１ファンユニット３４ａ、第２ファンユニット３４ｂ、及び第３ファンユニット３４ｃがＸ方向に並列して配置されている。

　ファンホルダ３２は、筐体１１の底板１１ａ上に配置されるフレームであって、ファンユニット３４ａ～３４ｃをそれぞれ保持するファン収容部を複数有する。

　複数のファンユニット３４ａ～３４ｃは、送風口３５ａを有するファンケース３５と、ファンケース３５内に配された送風ファン３６と、をそれぞれ備える。送風ファン３６は、ファンモータの出力軸に接続され、回転駆動される。冷却ユニット１７は、ＨＤＤユニット１３側に吸気口を備え、その反対側に送風口３５ａを備える。本実施形態において、第１ファンユニット３４ａ、第２ファンユニット３４ｂは、基板ユニット１２に対向して配置され、第３ファンユニット３４ｃはＩＣチップユニット１５に対向して配置されている。

　基板ユニット１２は、筐体１１の底部であって底板１１ａ上に配される基板４１と、基板４１上に搭載される第１ＣＰＵユニット４２と、第１ＣＰＵユニット４２の二次側に配される第２ＣＰＵユニット４３と、第１ＣＰＵユニット４２の後方であって第２ＣＰＵユニット４３の側方に配されるＲＡＩＤカードユニット４４と、を備える。なお、本実施形態では、基板４１や基板４１上の第１ＣＰＵユニット４２が第１冷却対象部となり、第２ＣＰＵユニット４３が第２冷却対象部となり、ＲＡＩＤカードユニット４４が第３冷却対象部となる。

　基板４１はＰＣＢ基板であり、ＸＹ平面に沿って、底板１１ａと平行に配置される。

　第１ＣＰＵユニット４２は、第２ファンユニット３４ｂの送風口３５ａ付近に配置される。第１ＣＰＵユニット４２は、基板４１上に搭載される第１ＣＰＵ４５と、第１ＣＰＵ４５上に搭載される第１ヒートシンク４７と、を備える。第１ヒートシンク４７は所定のピッチＰｔ１で立設された複数の放熱フィンを備える。

　第２ＣＰＵユニット４３は右側の第１ファンユニット３４ａの後方であって、第１ＣＰＵユニット４２よりも後方の位置に配置されている。

　第２ＣＰＵユニット４３は、基板４１上に搭載される第２ＣＰＵ４６と、第２ＣＰＵ４６上に搭載される第２ヒートシンク４８と、を備える。第２ヒートシンク４８は所定のピッチＰｔ２で立設された複数の放熱フィンを備える。第２ヒートシンク４８の上端は、第１ヒートシンク４７よりも高い所定位置に配される。

　ＲＡＩＤカードユニット４４は、第１ＣＰＵユニット４２の後方に配置される。ＲＡＩＤカードユニット４４は、基板４１上に立設し、各種電子部品が搭載された複数のＲＡＩＤカード４４ａを備える。ＲＡＩＤカード４４ａの上端部は、例えば第１ヒートシンク４７の上端よりも高く、第２ヒートシンク４８の上端と同程度の高さを有している。

　流路ガイド部２０は耐熱性及び加工性に優れた透明な樹脂材料から成形される。流路ガイド部２０は、基板ユニット１２の外形に沿って形成され、基板ユニット１２を覆うとともに、流路を複数に分割する、複数の壁状部材を一体に備えて構成される。流路ガイド部２０は、基板ユニット１２上に配置されることで、冷却ユニット１７から基板ユニット１２を通って後方に抜ける複数の流路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を形成する。

　流路ガイド部２０は、第２ファンユニット３４ｂの二次側で第１ヒートシンク４７上に配される仕切壁である第１蓋壁２１と、第１ファンユニット３４ａの二次側から第２ヒートシンク４８に至る第２流路を区画するダクト部２２と、電源ユニットを覆う電源カバー部２３と、を連続して一体に備える。

　第１蓋壁２１は、第２ファンユニット３４ｂの送風口３５ａの二次側において、高さ方向に交差して延び、空間を上下に区画する板状部材である。第１蓋壁２１は、第２ファンユニット３４ｂの送風口３５ａのＺ方向の中央付近の高さに配され、ＸＹ平面に沿って配される。第１蓋壁２１は第１ヒートシンク４７の上端に僅かな隙間を空けて対向配置される。第１蓋壁２１の端部には締結部材により筐体１１へ締結される複数の取付片が設けられている。

　第１蓋壁２１は、第１ＣＰＵ４５の中心部より僅かに前方に絞り部２１ａを有する。絞り部２１ａは第１蓋壁２１の一部が斜めに下降する面により連続する段差で構成される。すなわち、第１蓋壁２１は、異なる高さの面が傾斜面である絞り部２１ａにより連続している。絞り部２１ａよりも二次側において第１ヒートシンク４７と第１蓋壁２１との間の隙間の距離が縮小する。絞り部２１ａの後部において例えば第１ヒートシンク４７と第１蓋壁２１との間の距離Ｓ１は、ヒートシンクの放熱フィンのピッチＰｔ１よりも狭く構成されている。

　第１蓋壁２１の上面には、上方に立設され第１ガイドリブ２１ｂ及び第２ガイドリブ２１ｃが形成されている。第１ガイドリブ２１ｂ及び第２ガイドリブ２１ｃは、所定の厚さを有し、後方に向けて中央側に変位するように斜めに延びる壁状部材である。第１ガイドリブ２１ｂ及び第２ガイドリブ２１ｃは、第２蓋壁２４と同等の高さに構成される。第１ガイドリブ２１ｂと第２ガイドリブ２１ｃとの間は所定距離離間して配され、冷却風が通過可能な第１開口部２１ｄを形成する。

　第１蓋壁２１の下側に、冷却ユニット１７から第１ヒートシンク４７に至る第１流路Ｆ１が形成される。

　ダクト部２２は、第１ファンユニット３４ａの送風口３５ａの近傍から一定幅で所定距離後方に延び、さらに後方に向けて斜めに変位するとともに幅寸法を拡大し、後部において第２ヒートシンク４８の上方及び側方を覆う。

　ダクト部２２は、第２蓋壁２４と、第２蓋壁２４の両側縁に配される一対のガイド側壁２５、２６と、を備える。ダクト部２２は、第１ファンユニット３４ａの送風口３５ａの近傍から、第２ヒートシンク４８に至る第２流路Ｆ２を形成する。

　第２蓋壁２４は、第１ファンユニット３４ａの送風口３５ａの先方であって、送風口３５ａよりも上の高さ位置に配される。第２蓋壁２４は、高さ方向に交差して配され、空間を上下に区画する壁状部材である。第２蓋壁２４は、第１蓋壁２１よりも所定距離上方に配置され、ＸＹ平面に沿って底板１１ａと平行に延びている。

　第２蓋壁２４の第２ＣＰＵユニット４３の中心よりも前方の所定位置に対向する部位には、絞り部２４ａが形成されている。絞り部２４ａは、第２蓋壁２４の所定箇所において位置が低くなるように斜めに下降する段差で構成される。第２蓋壁２４の絞り部２４ａよりも後方の領域は、第２ヒートシンク４８の上端に僅かな隙間を空けて対向配置される。絞り部２４ａよりも二次側において第２ヒートシンク４８と第２蓋壁２４の間の距離Ｓ２は、第２ヒートシンク４８の放熱フィンのピッチＰｔ２よりも狭く設定されている。

　ガイド側壁２５、２６は、ＺＹ平面に沿って延びる壁状部材であり、空間を送風ファンの並列方向であるＸ方向において複数に仕切る。一方のガイド側壁２５（第１側壁部）は第２蓋壁２４の一方の側縁から下方に延びる。ガイド側壁２５は２カ所に分割され、前側壁２５ａと後側壁２５ｂを有している。ガイド側壁２５の前側壁２５ａは下端が第１蓋壁２１の他方の側縁の一部に至る。言い換えると、ガイド側壁２５の前側壁２５ａは、第１蓋壁２１の側縁から立設している。前側壁２５ａと後側壁２５ｂとの間に所定幅の第２開口部２５ｃが形成される。当該第２開口部２５ｃを通じてダクト部２２内の第２流路Ｆ２が第１蓋壁２１上の空間に連通している。他方のガイド側壁２６は、第２蓋壁２４の全長にわたって形成されている。

　ダクト部２２の下側においてガイド側壁２５，２６で囲まれる領域に、第１ファンユニット３４ａから第２ヒートシンク４８に至る第２流路Ｆ２が形成される。

　ガイド側壁２５の後部は、第２ヒートシンク４８の側壁に沿う内壁である後側壁２５ｂと、後側壁２５ｂの外側に延びる所定幅の底壁部２５ｄと底壁部２５ｄの他端から立設される外壁部２５ｅが一体に設けられ、２重構造に形成されている。ガイド側壁２５は、所定の幅を有する。ガイド側壁２５は、第２ヒートシンク４８とＲＡＩＤカードユニット４４との間の隙間を狭めることで、当該隙間に風が逃げることを抑制し、ＲＡＩＤカードユニット４４が効果的に冷却されるように送風方向を案内する。

　ガイド側壁２５の外側には、第２ファンユニット３４ｂの送風口３５ａの近傍から第１蓋壁２１上を通ってＲＡＩＤカードユニット４４に至る第３流路Ｆ３が形成される。

　ガイド側壁２６（第２側壁部）は、第２ヒートシンク４８の側部に沿う内壁部２６ｃと、所定幅の底壁部２６ｄと底壁部２６ｄの他端から立設される内壁部２６ｃと対向する外壁部２６ｅと、を一体に備えている。ガイド側壁２６は、第２ヒートシンク４８と電源ユニット１６との間の隙間を埋める所定の幅を有する。ガイド側壁２６は、当該隙間に風が逃げるのを抑制し、第２ヒートシンク４８が効果的に冷却されるように送風方向を案内する。外壁部２６ｅの上端縁は電源カバー部２３に連続している。

　ガイド側壁２６の内壁部２６ｃは、絞り部２４ａにおいて、ダクト部２２の中央寄りに変位して傾斜している。すなわち、絞り部２４ａにおいて、ダクト部２２の流路は内壁部２６ｃによってＺ方向に加え、Ｘ方向においても狭められ、流速が上がるように構成されている。

　電源カバー部２３は、電源ユニット１６上に対向して被せられる板状部材である。電源カバー部２３の端縁部には締結部材により筐体１１へ締結される複数の取付片が設けられている。

　以上のように構成された流路ガイド部２０は、基板ユニット１２の上から被せられ、外周部に設けられた複数の取付片２８においてボルト等の締結部材により筐体１１に固定される。

　流路ガイド部２０の各部の形状及びサイズは、複数の冷却対象部の発熱量に応じた送風分配割合に基づいて決定される。すなわち、２つのファンユニット３４ａ，３４ｂからの風量が、各ユニット４２，４３，４４の発熱量に対応する配分で３つの流路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３に案内されるように、設定される。ここで、例えば第１ＣＰＵユニット４２の発熱量と、第２ＣＰＵユニット４３の発熱量が同程度であり、ＲＡＩＤカードユニット４４の発熱量がその１／３程度である。

　本実施形態において、制御部によりファンモータ５５を回転駆動すると、空気がＨＤＤユニット１３の上下に形成された吸気側の通風路を通って、吸気口からファンケースに吸い込まれ、送風口３５ａから、基板ユニット１２に向けて、後方に、送風される。

　このとき、送風口３５ａから送られた空気は、送風口３５ａの先方に設けられた流路ガイド部２０によって、案内される。すなわち、２つのファンユニット３４ａ、３４ｂからの空気は、一方側において第１蓋壁２１によって上下に分割されるとともに、他方側においてダクト部２２に案内される。

　第１蓋壁２１上に案内された空気は、さらに第１ガイドリブ２１ｂ、第２ガイドリブ２１ｃによって案内され、一部が第１開口部２１ｄから第３流路Ｆ３に案内され、一部は第２開口部２５ｃからダクト部２２内に案内される。第１流路Ｆ１に案内された空気は、第１ＣＰＵユニット４２を冷却する。また、第２流路Ｆ２に案内された空気は、第２ＣＰＵユニット４３を冷却する。さらに第３流路Ｆ３に案内された空気はＲＡＩＤカードユニット４４を冷却する。

　このとき、第１蓋壁２１及び第２蓋壁２４に形成された絞り部２１ａ，２４ａによって、空気の流速を増加させることで、特に発熱量の多い部位の、冷却性能を高めることができる。

　以上の様に構成された電子機器１０によれば、基板ユニット１２を覆うとともに、流路を複数に分割する流路ガイド部２０を設けることにより冷却ユニット１７からの風量を、複数箇所の冷却対象へ適正に分配することができ、効果的な冷却が実現できる。

　具体的には、ダクト部２２と第１蓋壁２１により、風量を上下及び左右に分割することで、異なる位置に有るヒートシンクに効果的に案内できる。

　また、二次側の第２ヒートシンク４８の高さを一次側の第１ヒートシンク４７よりも高く設定したことで、二次側の第２ヒートシンク４８にも所望の風量を分配できる。すなわち、例えば一般的に同じ高さのヒートシンクを前後に複数並べた配置では、二次側のヒートシンクには一次側の第１ヒートシンク４７で暖められた空気が供給されるため、冷却効率が低くなるが、本実施形態によれば二次側の第２ヒートシンク４８にも冷たい空気を確実に供給することができる。

　また、上記実施形態においては、第１蓋壁２１及び第２蓋壁２４でヒートシンク４７，４８上を覆うことで、冷却風が上方に逃げることを抑制し、冷却効果を高めることができる。さらに、第１蓋壁２１及び第２蓋壁２４に絞り部２１ａ，２４ａを形成したことにより発熱量の高い所望の部位で流速を上げることで、効果的に冷却することが可能となる。

　本実施形態において、複数のファンユニット３４ａ、３４ｂを並列に配置したが、第１流路Ｆ１及び第２流路Ｆ２は、双方のファンユニット３４ａ、３４ｂにそれぞれ連通する構成としたことにより、いずれかのファンユニット３４ａ、３４ｂが故障した場合に、残りのファンユニット３４ａ，３４ｂの冷風を分配することができ、冷却性能を維持できる。

　また、例えば上記実施形態においては、ガイド側壁２５，２６を二重構造にしてデッドスペースを無くし、流路ガイド部２０の形状を基板ユニット１２の外形に沿う形状とすることで、冷却風が逃げることを抑制でき、冷却風を効率的に利用できる。

　さらに、流路ガイド部２０を透明な樹脂から構成することで、流路ガイド部２０が取付けられた状態でも配線状況を確認することが可能である。また、流路ガイド部２０に設けられる複数の壁状部材によって、流路の区画に加え、各種ケーブルの位置の規定もできるため、配線作業の作業性を向上できる。

　本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

　例えば流路ガイド部２０は透明な樹脂材料で構成したが、これに限られるものではなく、金属など他の材料で形成してもよい。

　例えば上記実施形態においては、基板ユニット１２の形状や各部の発熱量に応じて流路ガイド部２０を上述の形状に構成したが、これに限られるものではない。例えば各ユニット４２，４３，４４の位置関係や数に応じて適宜壁状部材の位置や形状を変更することが可能である。また，冷却対象部の位置や数に応じて流路を増減できる。

　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

　筐体内に配され、第１冷却対象部と、第２冷却対象部と、を備える冷却対象ユニットと、
　前記冷却対象ユニット上に配され、前記筐体内の空間を複数に仕切る壁状部材を有し、前記第１冷却対象部を通る第１流路と、前記第２冷却対象部を通る第２流路と、を形成する、流路ガイド部と、
を備える、電子機器。
　送風装置を備え、
　前記第１冷却対象部は、前記送風装置の送風方向下流側に配され、
　前記第２冷却対象部は、前記第１冷却対象部よりも前記送風方向下流側に配され、
　前記第１冷却対象部と前記第２冷却対象部とは、前記送風装置に対して前記送風方向上流に向けて投影した場合に重なる位置に配され、
　前記流路ガイド部は、前記送風装置の送風方向下流側の空間を、前記送風方向と交差する第１方向に複数に分割する第１側壁部と、前記第１側壁部の第１方向一方側に延び前記第１冷却対象部上を覆う第１蓋壁と、前記第１側壁部の第１方向他方側に延びる第２蓋壁と、を有し、
　前記第１側壁部及び前記第２蓋壁は、前記第１冷却対象部よりも前記送風方向下流側に延び、送風方向下流側の部位において前記第２蓋壁が前記第２冷却対象部上を覆うとともに前記第１側壁部が前記第２冷却対象部の第１方向一方側の側方を覆う、請求項１記載の電子機器。
　前記送風装置は、複数の送風ファンを前記第１方向に並列して備え、
　前記冷却対象ユニットは、前記筐体内の底部に配される基板を備える基板ユニットであり、
　前記第１冷却対象部は、前記基板上に配される第１ＣＰＵと、第１ＣＰＵ上に配される第１の放熱フィンと、を備える第１のＣＰＵユニットであり、
　前記第２冷却対象部は、前記基板の前記第１ＣＰＵよりも送風方向下流側に配される第２ＣＰＵと、前記第２ＣＰＵ上に配されるとともに前記第１の放熱フィンよりも高さが高い第２の放熱フィンと、を備える第２のＣＰＵユニットであり、
　前記第２蓋壁は、前記第１蓋壁より高い位置に配され、
　前記第１蓋壁下に、前記第１冷却対象部に至る前記第１流路が形成され、
　前記第１側壁部は、前記第２蓋壁の前記第１方向一方の側縁から下方に延び、前記第１蓋壁の第１方向他方側の側縁に接続され、
　前記第２蓋壁の第１方向他方側の側縁から下方に延びる第２側壁部が設けられ、
　前記第２蓋壁と前記第１側壁部と前記第２側壁部とで構成されるダクト部により、前記第１流路の第１方向他方側から、送風方向下流側に延びて前記第２冷却対象部に至る、前記第２流路が形成される、請求項２に記載の電子機器。
　前記第１蓋壁または前記第２蓋壁は、前記第１冷却対象部または前記第２冷却対象部の中心よりも送風方向上流側に、前記第１流路または前記第２流路が縮小するように下方に変位する絞り部を備える、請求項２または請求項３に記載の電子機器。
　前記第１蓋壁及び前記第１冷却対象部より前記送風方向下流側に配される第３冷却対象部を備え、
　前記第１蓋壁は、空間を高さ方向に分割し、
　前記第１側壁部の前記第１方向一方側に、前記第１蓋壁の上側を通って第３冷却対象部に至る第３流路が形成される、請求項２乃至４のいずれかに記載の電子機器。
　前記第１側壁部は、前側壁と後側壁とを有するとともに、前記第１蓋壁上の空間と前記第２流路との間に配され、前記前側壁と前記後側壁との間に、前記第１蓋壁上の空間と前記第２蓋壁下の前記第２流路とを連通する開口を有し、
　前記第１蓋壁の上面には、上方に延びる壁状部材であって、送風方向下流側が前記第２流路側に延び、前記第１側壁部の前記開口に向かう、ガイドリブが設けられる、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の電子機器。
　前記流路ガイドは、透明な材料で構成される複数の壁状部材を一体に有するとともに、
　前記冷却対象部上から被せられた状態で前記筐体に締結される取付け部を、一体に備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の電子機器。