WO2018229902A1 - 筐体、電子機器、冷却方法 - Google Patents

Abstract

筐体（２）は、上下に延びる筒体（６）と、筒体（６）の上端に配置された天板（８）と、を備え、発熱素子（５）を収容可能なものである。天板（８）には、発熱素子（５）によって加熱された空気としての加熱空気（Ｐ）を外部に排出するための上方通気孔（１６）が形成されている。上方通気孔（１６）と筒体（６）の間には、天板（８）から下方に突出する隔壁（１７）が設けらている。筒体（６）と天板（８）と隔壁（１７）によって囲まれた空気溜まり部（２０）が形成されている。

Description

筐体、電子機器、冷却方法

　本発明は、筐体、電子機器、冷却方法に関する。

　特許文献１は、パワーＩＣなどの発熱素子が収容された筐体の放熱対策に関する技術を開示している。具体的には、筐体の天板部及び底板部のそれぞれに、上部通気孔及び下部通気孔が形成されている。この構成により、発熱素子の近傍の空間に対向して下方から上方へ向かう空気流が形成されている。

特開２００３－１５７６６９号公報

　しかしながら、上記特許文献１の構成では、筐体の天板部が局所的に高温となる虞がある。

　そこで、本発明の目的は、筐体の天板に通気孔を有する構成において、天板が局所的に高温となることを抑制する技術を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明は、第１の態様として、上下に延びる筒体と、前記筒体の上端に配置された天板と、を備え、発熱素子を収容可能な筐体であって、前記天板には、前記発熱素子によって加熱された空気を外部に排出するための通気孔が形成されており、前記通気孔と前記筒体の間には、前記天板から下方に突出する隔壁が設けらており、前記筒体と前記天板と前記隔壁によって囲まれた空気溜まり部が形成されている、筐体を提供する。

　また、本発明は、第２の態様として、上下に延びる筒体と、前記筒体の上端に配置された天板と、を備え、発熱素子を収容可能な筐体の冷却方法であって、前記天板に、前記発熱素子によって加熱された空気を外部に排出するための通気孔を形成し、前記通気孔と前記筒体の間に、前記天板から下方に突出する隔壁を設け、前記筒体と前記天板と前記隔壁によって囲まれた空気溜まり部を形成する、冷却方法を提供する。

　本願発明によれば、筐体の天板に通気孔を有する構成において、天板が局所的に高温となることを抑制することができる。

第１実施形態にかかる電子機器の斜視図である。 第１実施形態にかかる電子機器の一部切り欠き斜視図である。 第１実施形態にかかる電子機器の一部切り欠き斜視図である。 第１実施形態にかかる電子機器の一部切り欠き斜視図である。 第１実施形態にかかる電子機器の正面断面図である。 第１実施形態にかかる電子機器の側面断面図である。 第２実施形態にかかる電子機器の一部切り欠き斜視図である。 第２実施形態にかかる電子機器の側面断面図である。

（第１実施形態）
　以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。

　図１には、電子機器１の斜視図を示している。図２から図４には、電子機器１の一部切り欠き斜視図を示している。図５には、電子機器１の正面断面図を示している。図６には、電子機器１の側面断面図を示している。

　図１から図４に示すように、電子機器１は、筐体２と、電子機器本体３と、を備えている。図２に示すように、電子機器本体３は、配線基板４と、発熱素子５と、を備えている。

　図１から図４に示すように、筐体２は、矩形箱型に構成されている。即ち、筐体２は、上下に延びる角筒状の筒体６と、筒体６の下端に配置された矩形状の底板７と、筒体６の上端に配置された矩形状の天板８と、を有する。角筒状の筒体６は、４つの側板を有する。即ち、角筒状の筒体６は、正面パネル９（正面側の側板）と、背面パネル１０（背面側の側板）、互いに対向する２つの側面パネル１１（側面側の側板）と、を有する。

　以下、本明細書において、正面パネル９と背面パネル１０が対向する方向を「前後方向」と称する。前後方向のうち背面パネル１０から正面パネル９を見る方向を「前方」と称し、正面パネル９から背面パネル１０を見る方向を「後方」と称する。２つの側面パネル１１が対向する方向を「幅方向」と称する。そして、底板７と天板８が対向する方向を「上下方向」と称する。上下方向のうち底板７から天板８を見る方向を「上方」と称し、天板８から底板７を見る方向を「下方」と称する。「前端」「後端」はそれぞれ、「前方の端」「後方の端」を意味する。「上端」「下端」はそれぞれ、「上方の端」「下方の端」を意味する。本実施形態において、前後方向と幅方向、上下方向は互いに直交している。

　図１に示すように、本実施形態において筐体２は、前後方向に扁平となるように構成されている。即ち、筐体２の前後方向の寸法は、筐体２の幅方向の寸法よりも小さい。

　図２に示すように、筐体２は電子機器本体３を収容している。配線基板４は、板厚方向が前後方向に対して平行となる薄板状に構成されている。配線基板４は、底板７及び２つの側面パネル１１に対して接するように配置されている。配線基板４は、天板８から離れて配置されている。即ち、配線基板４と天板８の間には隙間がある。

　発熱素子５は、配線基板４の部品搭載面４ａに搭載されている。発熱素子５は、配線基板４の幅方向における中央に配置されている。部品搭載面４ａは、前方を向く面である。発熱素子５としては、例えば、発熱量の多いパワー半導体が挙げられる。

　そして、図１及び図２に示すように、２つの側面パネル１１にはそれぞれ、側方通気孔１５が形成されている。側方通気孔１５は、配線基板４の部品搭載面４ａよりも前方に形成されている。従って、側方通気孔１５から取り入れた外気を直接発熱素子５に供給することができる。

　次に、筐体２の天板８周辺の構造に関して詳細に説明する。

　図３及び図４に示すように、筐体２は、上方通気孔１６（通気孔）と、隔壁１７と、複数の補強リブ１８と、を更に有する。

　図３に示すように、上方通気孔１６は、発熱素子５によって加熱された空気を外部に排出するための通気孔であって、天板８に形成されている。上方通気孔１６は、天板８を上下方向に貫通している。上方通気孔１６は、背面パネル１０寄りに形成されている。上方通気孔１６は、幅方向において等間隔に並んだ複数の上方貫通孔１６ａによって構成されている。即ち、上方通気孔１６は、複数の補強リブ１８によって区切られている。複数の補強リブ１８は省略することができる。複数の補強リブ１８を省略した場合、上方通気孔１６は、幅方向において細長く延びるように形成される。

　図３及び図４に示すように、隔壁１７及び複数の補強リブ１８は、筒体６の内部に配置されている。

　隔壁１７は、天板８から下方に突出して形成されている。隔壁１７は、板厚方向が前後方向に対して平行となる平板状に構成されている。隔壁１７は、上方通気孔１６と正面パネル９の間に配置されている。隔壁１７は、正面パネル９から後方に離れて配置されている。隔壁１７は、背面パネル１０から前方に離れて配置されている。

　図５に示すように、隔壁１７をその板厚方向で見ると、隔壁１７の下端１９は、幅方向中央において最も低く、幅方向中央から離れるにつれて高くなるように、Ｖ字状に傾斜している。即ち、隔壁１７は、天板８から隔壁１７の下端１９までの距離が第１の距離Ｄ１である隔壁低部１７ａ（第１の隔壁部分）と、天板８から隔壁１７の下端１９までの距離が第２の距離Ｄ２である隔壁高部１７ｂ（第２の隔壁部分）と、を有する。ここで、第２の距離Ｄ２は、第１の距離Ｄ１よりも長い。そして、隔壁１７の下端１９は、隔壁高部１７ｂから隔壁低部１７ａに至るまで直線的に傾斜している。本実施形態では、隔壁高部１７ｂが隔壁１７の幅方向中央の部分であるから、配線基板４の幅方向中央に配置されている発熱素子５に対して、隔壁高部１７ｂは隔壁低部１７ａよりも近くに配置されている。即ち、隔壁１７をその板厚方向で見ると、隔壁高部１７ｂは、発熱素子５の直上に位置している。隔壁１７は、２つの側面パネル１１の間に配置されており、幅方向に延びて形成されている。しかしながら、本実施形態では、隔壁１７の幅方向における両端のそれぞれは、２つの側面パネル１１から若干離れている。これは、筐体２の組み立てのし易さを考慮したものであり、隔壁１７の幅方向における両端のそれぞれは、２つの側面パネル１１に接していてもよいし、連なっていてもよい。

　図３及び図４に示すように、複数の補強リブ１８は、上方通気孔１６を前後方向で跨ぐように隔壁１７から背面パネル１０に至るように形成されている。複数の補強リブ１８が設けられることで、筐体２の前後方向における剛性が確保されている。複数の補強リブ１８は、幅方向で等間隔に配置されている。各補強リブ１８は、板厚方向が幅方向に対して平行となるように配置されている。複数の補強リブ１８は上方通気孔１６を幅方向で細かく区分けしている。従って、前述したように上方通気孔１６は、複数の補強リブ１８によって複数の上方貫通孔１６ａに区分けされている。

　以上の構成で、発熱素子５が通電されると、図６に示すように、発熱素子５によって加熱された空気（以下、加熱空気Ｐと称する。）が上昇し、加熱空気Ｐは、正面パネル９と天板８と隔壁１７によって囲まれた空気溜まり部２０に至る。空気溜まり部２０に至った加熱空気Ｐは、図５に示すように天板８に衝突することで幅方向に二手に別れ、２つの側面パネル１１に向かって進むことになる。加熱空気Ｐは、空気溜まり部２０に一時的に留まることで、天板８を介した外気との熱交換により冷却される。

　そして、隔壁１７の下端１９は２つの側面パネル１１に近づくにつれて天板８に近づくように傾斜しているので、加熱空気Ｐは、図４に示すように、隔壁高部１７ｂから十分離れた位置で隔壁１７を乗り越え、図２に示すように上方貫通孔１６ａから外部へと排出されることになる。

　このように、本実施形態では、発熱素子５によって加熱された加熱空気Ｐが一旦空気溜まり部２０に留まるので、空気溜まり部２０において熱が幅方向において拡散され、拡散された後に加熱空気Ｐが上方通気孔１６から排出されるので、天板８が局所的に高温となることを抑制することができる。また、天板８の下端１９の高低差により、空気溜まり部２０における加熱空気Ｐの幅方向の流れが促進されるので、上記の熱拡散が促進され、もって、天板８が局所的に高温となることを一層効果的に抑制することができる。

　以上に、第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は、以下の特徴を有する。

　図１から図４に示すように、筐体２は、上下に延びる筒体６と、筒体６の上端に配置された天板８と、を備え、発熱素子５を収容可能なものである。天板８には、発熱素子５によって加熱された空気としての加熱空気Ｐを外部に排出するための上方通気孔１６（通気孔）が形成されている。上方通気孔１６と筒体６の間には、天板８から下方に突出する隔壁１７が設けらている。筒体６と天板８と隔壁１７によって囲まれた空気溜まり部２０が形成されている。以上の構成によれば、加熱空気Ｐが空気溜まり部２０に留まってから隔壁１７を乗り越えて上方通気孔１６から排出されるので、加熱空気Ｐが直接上方通気孔１６から排出される場合と比較して、熱拡散の効果により、天板８が局所的に高温となることを抑制することができる。

　また、図１から図４に示すように、筒体６は、角筒状に構成されている。しかしながら、筒体６は、円筒状に構成されていてもよい。

　また、図３及び図４に示すように、隔壁１７は、平板状に構成されている。しかしながら、隔壁１７は、湾曲状に構成されていてもよい。また、上方通気孔１６が筒体６から離れて配置されている場合は、隔壁１７は、上方通気孔１６を取り囲む円筒状に構成されていてもよい。

　また、図３及び図４に示すように、筐体２には、上方通気孔１６を跨ぐように隔壁１７から筒体６に至る補強リブ１８が複数設けられている。以上の構成によれば、筐体２の前後方向における剛性を確保することができる。ただし、補強リブ１８は複数設けることに代えて、１つのみ設けるようにしてもよく、２つ、又は、３つでもよく、少なくとも１つ設けることが好ましい。しかしながら、補強リブ１８は省略することもできる。

　また、図５に示すように、隔壁１７は、天板８から隔壁１７の下端１９までの距離が第１の距離Ｄ１である隔壁低部１７ａ（第１の隔壁部分）と、天板８から隔壁１７の下端１９までの距離が第１の距離Ｄ１よりも長い第２の距離Ｄ２である隔壁高部１７ｂ（第２の隔壁部分）と、を有する。以上の構成によれば、加熱空気Ｐにとって隔壁高部１７ｂよりも隔壁低部１７ａの方が乗り越え易い。従って、加熱空気Ｐが空気溜まり部２０から上方通気孔１６に向かって隔壁１７を乗り越える際の空気の流れを自在に制御することができるようになる。

　また、図５に示すように、隔壁１７の下端１９は、隔壁高部１７ｂから隔壁低部１７ａに至るまで直線的に傾斜している。以上の構成によれば、上方通気孔１６から排出される加熱空気Ｐの流量を幅方向において均一にすることができる。しかしながら、これに代えて、隔壁１７の下端１９は、隔壁高部１７ｂから隔壁低部１７ａに至るまで湾曲的に傾斜していてもよい。

　また、図２から図４に示すように、電子機器１は、筐体２と、発熱素子５と、を備える。図５に示すように、隔壁高部１７ｂは、発熱素子５に対して隔壁低部１７ａよりも近くに位置している。以上の構成によれば、加熱空気Ｐが空気溜まり部２０に入った後、すぐに隔壁１７を乗り越えてしまうことを抑制できるので、天板８が局所的に高温となることを一層効果的に抑制することができる。

　また、上下に延びる筒体６と、筒体６の上端に配置された天板８と、を備え、発熱素子５を収容可能な筐体２の冷却方法は、天板８に加熱空気Ｐを外部に排出するための上方通気孔１６を形成するステップと、上方通気孔１６と筒体６の間に天板８から下方に突出する隔壁１７を設けるステップと、筒体６と天板８と隔壁１７によって囲まれた空気溜まり部２０を形成するステップと、を含む。

（第２実施形態）
　以下、図７及び図８を参照して、第２実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を説明し、重複する説明は省略する。

　図７には、電子機器１の一部切り欠き斜視図を示している。図８には、電子機器１の側面断面図を示している。

　図７に示すように、本実施形態において、隔壁１７には、隔壁１７を前後方向に貫通する複数の隔壁貫通孔２２が形成されている。複数の隔壁貫通孔２２は、隔壁１７の上端において幅方向に一定の間隔で整列するように形成されている。本実施形態では、幅方向において隣り合う２つの補強リブ１８の間に１つの隔壁貫通孔２２が形成されている。そして、複数の隔壁貫通孔２２の開孔面積は、各側面パネル１１との距離に応じて異なっている。即ち、複数の隔壁貫通孔２２は、隔壁貫通小孔２２ａ（第２の貫通孔）と、隔壁貫通大孔２２ｂ（第１の貫通孔）と、を含む。隔壁貫通大孔２２ｂの開孔面積は、隔壁貫通小孔２２ａの開孔面積よりも大きい。換言すれば、隔壁１７には、隔壁貫通大孔２２ｂと、隔壁貫通大孔２２ｂの開孔面積よりも小さい開孔面積を有する隔壁貫通小孔２２ａと、が形成されている。そして、複数の隔壁貫通孔２２は、隔壁１７の上端の長手方向において異なる位置に形成されている。即ち、隔壁貫通小孔２２ａと隔壁貫通大孔２２ｂは、幅方向において異なる位置に形成されている。各隔壁貫通孔２２の開孔面積は、各側面パネル１１に近づくにつれて大きくなるように設定されている。各隔壁貫通孔２２の開孔面積は、幅方向の中央に近づくにつれて小さくなるように設定されている。そして、隔壁貫通小孔２２ａは、発熱素子５に対して隔壁貫通大孔２２ｂよりも近くに位置している。

　以上の構成で、図８に示すように、空気溜まり部２０に一旦留まる加熱空気Ｐが上方通気孔１６から排出されるルートとしては、隔壁１７を乗り越えて上方通気孔１６に至るルートに加えて、隔壁貫通孔２２を介して隔壁１７を通り抜けて上方通気孔１６に至るルートが設けられる。そして、複数の隔壁貫通孔２２の開孔面積を互いに異ならせることで、加熱空気Ｐが各隔壁貫通孔２２を介して隔壁１７を通り抜けるルートの流量を各隔壁貫通孔２２毎に調整することができる。従って、空気溜まり部２０に一旦貯まる加熱空気Ｐが上方通気孔１６から排出されるルートを多様化することができ、もって、加熱空気Ｐの熱拡散を高いレベルで実現することができる。

　以上に、第２実施形態を説明したが、上記第２実施形態は、以下の特徴を有する。

　図７に示すように、隔壁１７には、隔壁貫通大孔２２ｂ（第１の貫通孔）と、隔壁貫通大孔２２ｂの開孔面積よりも小さい開孔面積を有する隔壁貫通小孔２２ａ（第２の貫通孔）と、が形成されている。隔壁貫通大孔２２ｂと隔壁貫通小孔２２ａは、隔壁１７の上端の長手方向において異なる位置に形成されている。以上の構成によれば、加熱空気Ｐにとって隔壁貫通小孔２２ａよりも隔壁貫通大孔２２ｂの方が通り抜け易い。従って、加熱空気Ｐが空気溜まり部２０から上方通気孔１６に向かう際の空気の流れを自在に制御することができるようになる。

　また、図７に示すように、電子機器１は、筐体２と、発熱素子５と、を備える。隔壁貫通小孔２２ａは、発熱素子５に対して隔壁貫通大孔２２ｂよりも近くに位置している。以上の構成によれば、加熱空気Ｐが空気溜まり部２０に入った後、すぐに隔壁１７を通り抜けてしまうことを抑制できるので、天板８が局所的に高温となることを一層効果的に抑制することができる。

　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。例えば、筒体６を円筒状に構成し、天板８の径方向中央に上方通気孔１６を形成し、上方通気孔１６を囲うように隔壁１７を環状に形成してもよい。

１　電子機器
２　筐体
３　電子機器本体
４　配線基板
４ａ　部品搭載面
５　発熱素子
６　筒体
７　底板
８　天板
９　正面パネル
１０　背面パネル
１１　側面パネル
１５　側方通気孔
１６　上方通気孔
１６ａ　上方貫通孔
１７　隔壁
１７ａ　隔壁低部
１７ｂ　隔壁高部
１８　補強リブ
１９　下端
２０　空気溜まり部
２２　隔壁貫通孔
２２ａ　隔壁貫通小孔
２２ｂ　隔壁貫通大孔
Ｄ１　第１の距離
Ｄ２　第２の距離
Ｐ　加熱空気

Claims (10)

1. 上下に延びる筒体と、
   前記筒体の上端に配置された天板と、
   を備え、
   発熱素子を収容可能な筐体であって、
   前記天板には、前記発熱素子によって加熱された空気を外部に排出するための通気孔が形成されており、
   前記通気孔と前記筒体の間には、前記天板から下方に突出する隔壁が設けらており、
   前記筒体と前記天板と前記隔壁によって囲まれた空気溜まり部が形成されている、
   筐体。
2. 請求項１に記載の筐体であって、
   前記筒体は、角筒状又は円筒状に構成されている、
   筐体。
3. 請求項１又は２に記載の筐体であって、
   前記隔壁は、平板状、又は、湾曲状、又は、前記通気孔を取り囲む円筒状に構成されている、
   筐体。
4. 請求項１から請求項３までの何れかに記載の筐体であって、
   前記通気孔を跨ぐように前記隔壁から前記筒体に至る補強リブが少なくとも１つ設けられている、
   筐体。
5. 請求項１から請求項４までの何れかに記載の筐体であって、
   前記隔壁は、
   前記天板から前記隔壁の下端までの距離が第１の距離である第１の隔壁部分と、
   前記天板から前記隔壁の下端までの距離が前記第１の距離よりも長い第２の距離である第２の隔壁部分と、
   を有する、
   筐体。
6. 請求項５に記載の筐体であって、
   前記隔壁の下端は、前記第２の隔壁部分から前記第１の隔壁部分に至るまで直線的又は曲線的に傾斜している、
   筐体。
7. 請求項５又は６に記載の筐体と、
   前記発熱素子と、
   を備えた電子機器であって、
   前記第２の隔壁部分は、前記発熱素子に対して前記第１の隔壁部分よりも近くに位置している、
   電子機器。
8. 請求項１から請求項４までの何れかに記載の筐体であって、
   前記隔壁には、
   第１の開孔面積を有する第１の貫通孔と、
   前記第１の開孔面積よりも小さい第２の開孔面積を有する第２の貫通孔と、
   が形成されており、
   前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔は、前記隔壁の上端の長手方向において異なる位置に形成されている、
   筐体。
9. 請求項８に記載の筐体と、
   前記発熱素子と、
   を備えた電子機器であって、
   前記第２の貫通孔は、前記発熱素子に対して前記第１の貫通孔よりも近くに位置している、
   電子機器。
10. 上下に延びる筒体と、前記筒体の上端に配置された天板と、を備え、発熱素子を収容可能な筐体の冷却方法であって、
    前記天板に、前記発熱素子によって加熱された空気を外部に排出するための通気孔を形成し、
    前記通気孔と前記筒体の間に、前記天板から下方に突出する隔壁を設け、
    前記筒体と前記天板と前記隔壁によって囲まれた空気溜まり部を形成する、
    冷却方法。

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