WO2021205491A1

WO2021205491A1 - 電子機器

Info

Publication number: WO2021205491A1
Application number: PCT/JP2020/015446
Authority: WO
Inventors: 絵里桑原; 昌彦片山
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2021-10-14
Also published as: JP7325616B2; JPWO2021205491A1

Abstract

電子部品が実装された基板（２１）を収納する筐体（１０）は、基板（２１）の裏面側を覆う筐体本体部（１１）と、基板（２１）の一主面側を被覆する筐体蓋部（１２）とが重ね合わされた構造であり、筐体（１０）の筐体本体部（１１）と筐体蓋部（１２）とが重なる重畳領域の平面形状は、縦横に広がりをもつ筐体基部（１０ａ）と、その筐体基部（１０ａ）から外側に部分的に突出する凸部（１０ｂ）が一続きに設けられた形状である。Ｕ字形状をなす筐体１０にあっては、筐体基部（１０ａ）から互いに離間し平行に突出した二つの凸部（１０ｂ）の間に凹部（１ａ）が設けられる。

Description

電子機器

　本願は電子機器に関するものである。

　従来の電子機器、その一例であるレーダ装置は、電磁波を送受信するアンテナが設けられたアンテナ基板と、レーダ波の生成および制御を行う回路部と、これらを収容するケースによって主に構成される。
　回路部で電子部品から発生する熱は、実装基板に設けられたビアホールまたは接触させた熱伝導率の良い部材であるＴＩＭ（Thermal Interface Material）などを介して、電子機器筐体等の外気に触れる面部へ逃がす構造がとられることが多い。

　例えば、従来のレーダ装置は、ハウジング、フロントカバー、リアカバー、アンテナモジュール、制御回路基板、レドームから構成され、リアカバー内側に設けられた吸熱ブロックおよび吸熱ブロックに塗布された熱伝導性の接着剤を介して、リアカバー外側に設けられた放熱フィンから外気へ放熱される構成であった（例えば、特許文献１参照）。
　また、別の従来のレーダ装置は、基板、伝熱プレート、筐体からなり、基板上に設けられた回路部のデバイスで発生した熱がサーマルビアを通じて基板の裏側へ伝わり、そこから伝熱プレートを介して放熱される構成であった（例えば、特許文献２参照）。

特許第4286855号公報特開2007-116217号公報

　上述のように、特許文献１にあっては、放熱フィンに依存した冷却を行う構造であり、フロントカバーとリアカバーが協同して形成する筐体の内部空間が直方体に近似される形状であり、筐体形状には放熱に寄与する工夫がなされていなかった。
　特許文献２にあっても同様であり、伝熱プレートに依存した冷却を行う構造であり、内部構成部を収納する筐体の内部空間が直方体に近似される形状であり、筐体形状には放熱に寄与する工夫がなされていなかった。

　本願は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、装置の大型化、重量化を抑制しつつ、十分な放熱性能を確保することが可能な電子機器を提供することを目的とするものである。

　本願に係わる電子機器は、電子部品が実装された基板、上記基板を収納する筐体を備え、上記筐体は、上記基板の裏面側を覆う筐体本体部と、上記基板の一主面側を被覆する筐体蓋部とが重ね合わされた構造であり、上記筐体の上記筐体本体部と上記筐体蓋部とが重なる重畳領域の平面形状は、縦横に広がりをもつ筐体基部と、上記筐体基部から外側に部分的に突出する凸部が一続きに設けられた形状であることを特徴とするものである。

　本願の電子機器によれば、筐体の外形に凸部が設けられたことで、凸部の側面部に中空となる輻射に寄与する領域を確保することができ、装置の大型化、重量化を抑制しつつ、十分な放熱性能を確保することが可能となる。

実施の形態１の電子機器の斜視図である。実施の形態１の電子機器の分解斜視図である。実施の形態１の電子機器を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ－Ａ線に沿った拡大断面図である。実施の形態２の電子機器の斜視図である。実施の形態２の電子機器の分解斜視図である。実施の形態２の電子機器を示す図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ線に沿った拡大断面図である。実施の形態３の電子機器の斜視図である。実施の形態３の電子機器の分解斜視図である。実施の形態３の電子機器の、図８とは異なる方向から観察した分解斜視図である。実施の形態３の電子機器を示す図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ－Ａ線に沿った拡大断面図である。実施の形態４の電子機器の斜視図である。実施の形態４の電子機器の分解斜視図である。

実施の形態１．
　本願の実施の形態１による電子機器１００について、図１から図３を用いて説明する。図１は実施の形態１による電子機器１００の斜視図であり、ｘｙ平面上に広がりを持つ基板２１（後述する）を内部に収納する筐体１０を示している。この筐体１０は、基板２１の裏面側を被覆する筐体本体部１１と、筐体本体部１１にｚ軸方向に重ね合わされ、筐体内部に搭載された基板２１の一主面側を被覆する筐体蓋部１２とによって主に構成されている。筐体本体部１１と筐体蓋部１２とが重なる重畳領域においては、筐体１０のｚ軸方向の寸法は例えば均一な厚さに形成されている。

　図１に示すように、筐体１０の筐体本体部１１と筐体蓋部１２とが重なる重畳領域の平面形状は、縦横（ｘｙ平面上）に広がりをもつ筐体基部１０ａと、筐体基部１０ａから外側に部分的に突出する凸部１０ｂが一続きに設けられた形状である。図１の例では筐体１０のｘ軸方向の両端に二つの凸部１０ｂが設けられたことで、それら二つの凸部１０ｂの間には凹部１ａ（中空となる領域）が設けられた状態となる。凸部１０ｂは、基板２１の実装面に対し平行に、筐体基部１０ａからｙ軸方向に突出して設けられており、その凸部１０ｂの内部は回路部２０を収納可能なように中空となっている。筐体１０は、ｘｙ平面における外形形状が全体としてＵ字形状となるように設けられ、Ｕ字の始点と終点とが凸部１０ｂによって構成され、二つの凸部１０ｂは互いに離間して平行に形成され、それら二つの凸部１０ｂを繋ぐように筐体基部１０ａが配設される。

　例えば、図１において筐体基部１０ａは、筐体１０の重畳領域のｘ軸方向の最大幅がｙ軸方向に延在した平面形状が四角形の部分に相当する。しかし、筐体基部１０ａの平面形状は四角形だけに限らず、凸部１０ｂ以外の部分であって縦横に広がりをもつ面部であれば、四角形以外の形状に設けられていてもよいことは言うまでもない。
　なお、図示していないが、筐体本体部１１の平面部を据付面とするとき、例えば筐体本体部１１に他部との締結のための締結部を、筐体蓋部１２との重畳領域からはみ出すように設ける場合がある。その場合においては、筐体本体部１１と筐体蓋部１２とのｘｙ平面上での外形が一致しない場合があることは言うまでもない。

　図２は電子機器１００の分解斜視図であり、筐体本体部１１と筐体蓋部１２との間に、それらの内部空間に収納される回路部２０が配設されたことを示している。回路部２０は、基板２１に電子部品２２（回路部品）が実装された構成である。筐体１０の内部には、筐体１０の内壁によって囲まれた収納部に嵌る外形を持つ回路部２０が収納される。この回路部２０は筐体本体部１１の内壁の基板保持部に保持されるなどの方法で搭載される。筐体１０の凸部１０ｂは、筐体本体部１１の基部１１ａから突出した凸部１１ｂおよび筐体蓋部１２の基部１２ａから突出した凸部１２ｂが組み合わされることで形成される。筐体１０の凸部１０ｂに対応する部分には、基板２１の基部２０ａから突出した凸部２０ｂが収納される。その凸部２０ｂには、例えば、発熱部品である電子部品２２が実装される。そして、筐体本体部１１、筐体蓋部１２および回路部２０は各々離間して配置された二つの凸部１１ｂ、１２ｂおよび２０ｂの間にそれぞれ凹部１ａを形成した状態となっている。

　図３（ａ）は電子機器１００のｘｙ平面における平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ－Ａ線に沿ったｙｚ平面における拡大断面図であり、ｘ軸方向において凸部１０ｂが設けられた位置における断面を示している。

　回路部２０の凸部２０ｂに実装された電子部品２２は例えば発熱部品で、基板２１上の他の電子部品よりも発熱量が大きくなる場合、筐体１０の外形に凸部１０ｂが設けられたことで、電子部品２２は筐体１０の凸部１０ｂの内部に収納でき、その凸部１０ｂの側面部に凹部１ａ（中空となる領域）を確保することができ、凸部１０ｂの側面部から放射される輻射熱の効率の良い放熱が可能となる。

　次に、この実施の形態１の電子機器１００の検証について説明する。比較例として、筐体１０と重量が同じであり、ｘｙ平面の外形形状が四角形である電子機器を想定し、同じ発熱量の電子部品２２を内蔵した場合の温度上昇について検証を行った。その結果、実施の形態１の電子機器１００では、外形形状が凸部１０ｂと凹部１ａを持つように変形させたことにより、比較例のものよりも温度上昇を７％程度低減できることが確認できた。

　また、別の検証について説明する。上述の検証方法では比較例と本願のものとで筐体の重量を同じとしていたが、この別の検証では、比較例と本願のものとでｘｙ平面における外形の最大寸法を同じとし、比較例の筐体よりも本願の筐体１０の方が、重量が２０％小さい構造のものについて検証を行った。つまり、比較例の平面形状が四角形である筐体形状から凹部１ａの領域に相当する部分を切り欠いた形状のものが実施の形態１の電子機器１００に相当する。その結果、同じ発熱量の電子部品２２を内蔵した場合であっても、比較例のものよりも実施の形態１の電子機器１００の方の温度上昇を、比較例のものに対して５％程度の上昇に抑制できることが確認できた。
　もっとも、上記検証における温度上昇の度合については、周囲環境温度、筐体材料およびサイズ、発熱量、筐体と発熱体との熱抵抗など様々な要因によって変化することは言うまでもない。

　このように、本願の実施の形態１の電子機器１００によれば、その外形形状が凹部１ａを挟んで二つの凸部１０ｂが筐体基部１０ａから突出した形状であり、凹部１ａが中空の領域を構成することから、輻射による放熱効果が増すため、筐体１０を重量化させることなく、放熱性能を維持することができる。
　このように本願によれば、筐体１０の形状を工夫し、内部の筐体２１等の形状を対応させることで、電子機器１００の大型化、重量化を抑制しつつ、十分な放熱性能を確保することが可能となる。

実施の形態２．
　上述の実施の形態１では電子機器１００の外形形状がＵ字形状となるように構成された例について説明したが、この実施の形態２では電子機器１０１の外形形状がＬ字形状に設けられた例について、図４から図６を用いて説明する。
　図４に実施の形態２の電子機器１０１の斜視図を示すように、筐体本体部１１と筐体蓋部１２とで構成する筐体１０は、そのｘｙ平面上での全体の形状がＬ字形状に設けられ、筐体基部１０ａのｘ軸方向の片側の上端部に凸部１０ｂが一つ設けられた形状であり、凸部１０ｂの側面部には中空の領域となる凹部１ｂが設けられている。

　図５は実施の形態２の電子機器１０１の分解斜視図を示している。上述の実施の形態１では、筐体１０内に回路部２０を構成する一枚の基板２１が配設されたことを例示したが、この実施の形態２では複数枚の基板がｚ方向に離間し平行に内蔵される例について説明する。
　電子機器１０１は例えばレーダ装置であり、追加的に配設される基板３１には送受信アンテナモジュール３２が実装されてアンテナ部３０が構成されている。アンテナ方式としては、例えば、マイクロストリップアンテナあるいは導波管スロットアンテナなどを適用することができる。アンテナ部３０を構成する送受信アンテナモジュール３２は、アンテナ構成部となる電子部品として送受信アンテナ、送受信ＩＣなど（後述する）を含む。それら送受信アンテナと送受信ＩＣは基板３１の同一面に実装されていてもよいし、基板の両面（一主面と裏面）に実装されていてもよい。
　なお、アンテナ部３０の平面形状は全体としてＬ字形状に形成され、基板３１の縦横に広がりを持つ基部３０ａから凸部３０ｂがｙ軸方向に突出している。

　図６（ａ）はこの実施の形態２の電子機器１０１のｘｙ平面における平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図６（ｂ）に示すように、筐体本体部１１の凸部１１ｂの内面部に設けられた放熱凸部１１ｃに回路部２０の基板２１裏面側が接触することで、基板２１の熱は放熱凸部１１ｃを介して積極的に筐体本体部１１に放熱される。さらに、基板２１に対しｚ軸方向に間隔をあけてアンテナ部３０の基板３１が筐体の内部（筐体本体部１１または筐体蓋部１２のいずれか）に保持されている。

　このように、筐体１０の外形がＬ字形状となるように構成した場合においても、輻射による放熱効果が増すため、筐体１０を重量化させることなく、放熱性能を維持することが可能となる。
　なお、筐体本体部１１の素材としては熱伝導性のよい金属、例えばアルミニウムなどを用いることができる。また、筐体蓋部１２の素材としては、電波透過性のよい材質のもの、例えば樹脂などを用いることができる。

実施の形態３．
　上述の実施の形態２では電子機器１０１の筐体１０の内部に回路部２０の基板２１とアンテナ部３０の基板３１を互いに離間して対向配置させた例について説明した。この実施の形態３では電子機器１０２の筐体１０を構成する筐体中間部材４０を追加的に設け、回路部２０とアンテナ部３０との間に介在させた例について、図７から図１０を用いて説明する。

　図７は実施の形態３の電子機器１０２の斜視図であり、ｚ軸方向において、筐体本体部１１と筐体蓋部１２との間に筐体中間部材４０が重ねられ、これらの積層体によって筐体１０が構成されている。筐体中間部材４０は、筐体１０の内部空間を二つに仕切る板状の部材であり、筐体本体部１１と同様の熱伝導性のよい金属、例えばアルミニウムなどを用いて製作することが適している。

　図８は電子機器１０２の分解斜視図である。筐体本体部１１の側面部内側に設けられた基板保持凸部１１ｄに回路部２０の基板２１が保持され、その基板２１に形成されたコネクタ２３がｚ軸方向にアンテナ部３０の基板３１側に向かって突出して設けられている。このコネクタ２３は基板対基板の接続に用いられる。

　筐体中間部材４０は筐体１０の凸部１０ｂに対応した部分にアンテナ部３０の基板３１の放熱部（発熱素子部）を接触させて支持する放熱凹部４１を有するとともに、基板２１のコネクタ２３を挿通させるための開口部４３を有している。また、筐体中間部材４０の主部はｘｙ平面に広がりをもつ平面部であるが、ｚ軸方向に所定の幅の側面部を持つことによって、筐体本体部１１と筐体蓋部１２との間隔を確保している。そして、筐体中間部材４０の側面部内壁に設けられた基板保持凸部４２にはアンテナ部３０の基板３１の外周部が保持される。

　上述の実施の形態２ではアンテナ部３０が単に送受信アンテナモジュール３２を備えることについて説明したが、この送受信アンテナモジュール３２は基板３１の凸部に配設された送信アンテナ３２ａと、基板３１の基部に配設された受信アンテナ３２ｂとを構成要素として含んでいる。

　図９は、図８とは異なる方向（据付面側）から電子機器１０２を観察した分解斜視図である。図９に示すように、アンテナ部３０の基板裏面側の凸部に対応する部分に送信ＩＣ３２ａａが配設され、この送信ＩＣ３２ａａの熱が筐体中間部材４０の放熱凹部４１を介して放熱される。また、アンテナ部３０の基板裏面側の基部に対応する部分に受信ＩＣ３２ｂｂが配設される。これら送信ＩＣ３２ａａと受信ＩＣ３２ｂｂはいずれも送受信アンテナモジュール３２の構成要素であり、送信ＩＣ３２ａａおよび受信ＩＣ３２ｂｂはいずれも通電時に発熱が生じる発熱部品であるが、特に送信ＩＣ３２ａａについては他の発熱部品に比して発熱量が大きい傾向が見られる。

　図１０（ａ）はこの実施の形態３の電子機器１０２のｘｙ平面における平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１０（ｂ）に示すように、筐体中間部材４０の平面部（例えばその主面側）にはアンテナ部３０の基板３１が基板保持凸部４２を介して保持されている。そして、基板３１の裏面側の筐体１０の凸部１０ｂに相当する位置には発熱量が他の電子機器よりも大きい送信ＩＣ３２ａａが実装され、その送信ＩＣ３２ａａはＴＩＭ５０を介して筐体中間部材４０の放熱凹部４１に接するように配設されている。ＴＩＭ５０は、例えばグリース、放熱シートなどにより構成される。

　このように、送信ＩＣ３２ａａのような特に発熱量が大きくなる傾向にある電子部品が実装された基板を筐体１０の内部に収納する場合、筐体１０の凸部１０ｂに相当する位置に送信ＩＣ３２ａａを配設した構造とすることにより、効率よく熱を外気側に伝えることができ、放熱性を確保することが可能となる。

実施の形態４．
　次に、上述の実施の形態１では電子機器１００の筐体１０の凸部１０ｂは、ｘ軸方向の寸法がｙ軸方向に延在した形状であり、二つの凸部１０ｂの対向面はいずれもｙｚ平面に沿った面部であり平行に配置されていた。この実施の形態４では、電子機器１０３の筐体１０を構成する凸部１０ｂがｙ軸方向に沿ってその形状を変化させる例について、図１１および図１２を用いて説明する。

　図１１は実施の形態４の電子機器１０３の斜視図であり、ｘ軸方向に二つの凸部１０ｂが離間して配設され、それら凸部１０ｂが対向する面部がそれぞれ傾斜面部１０ｂａを形成し、凸部１０ｂの頂点部から筐体基部１０ａにかけて幅広に形成され、さらに、二つの傾斜面部１０ｂａに挟まれた筐体１０の凹部１ｃに接続端子が突出するようにコネクタ６０が配設されている。

　図１２は電子機器１０３の分解斜視図である。筐体本体部１１と筐体蓋部１２との間にはアンテナ部３０を構成する基板３１が配設され、コネクタ６０は筐体蓋部１２側に設けられる。筐体本体部１１には傾斜面部１１ｂａが設けられ、筐体蓋部１２には傾斜面部１２ｂａが設けられ、傾斜面部１１ｂａと１２ｂａが端面で突き合わされて一つの平面を構成することで、筐体１０の傾斜面部１０ｂａが形成される。

　また、コネクタ６０のピンが挿入されるスルーホール６１が基板３１に設けられている。この図１２においては、上述の実施の形態２および３において示した回路部２０が省略されているが、回路部２０を構成する電子部品２２は、例えばこのアンテナ部３０の基板３１にアンテナ構成部とともに実装されていてもよく、実施の形態２のように複数枚の基板を収納する構成としてもよいことは言うまでもない。

　このように、実施の形態４の傾斜面部１０ｂａを備えた電子機器１０３は筐体１０の二つの凸部１０ｂの対向する側面部の各々が傾斜した傾斜面部１０ｂａであり、凸部１０ｂは頂点部から筐体基部１０ａにかけて幅広に形成された構造である。よって、二つの凸部１０ｂの側面部が平行（ｘ軸に垂直）に延びて対向配置されたものと比較した場合、傾斜面部１０ｂａから放射される熱が外向きに伝わりやすいため、より放熱性がよいという特有の効果を得ることができる。
　また、筐体１０が傾斜面部１０ｂａを持つ構造であるため、コネクタ６０の位置からｙ軸方向に遠ざかるにつれてｘ軸方向における筐体１０の凸部１０ｂの開口幅、つまり二つの傾斜面部１０ｂａ間のｘ軸方向の距離が徐々に大きくなり、コネクタ６０へのアクセスがしやすいという利点がある。

　上述の例では、ｘ軸方向に左右対称に傾斜面部１０ｂａが設けられた状態を図示して説明したが、傾斜面部１０ｂａはいずれか片側のみとし、もう片方には実施の形態１にて示したｙ軸方向に同寸の凸部１０ｂを形成するなど、変形して用いることが可能である。
　なお、コネクタ６０は、筐体１０の平面部を取り囲む外周部の凸部１０ｂが設けられていない領域に設けることが可能であることは言うまでもない。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　１ａ、１ｂ、１ｃ　凹部、　１０　筐体、　１０ａ　筐体基部、　１１ａ、１２ａ、２０ａ、３０ａ　基部、　１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、２０ｂ、３０ｂ　凸部、　１０ｂａ、１１ｂａ、１２ｂａ　傾斜面部、　１１　筐体本体部、　１１ｃ　放熱凸部、　１１ｄ、４２　基板保持凸部、１２　筐体蓋部、　２０　回路部、　２１、３１　基板、　２２　電子部品、　２３、６０　コネクタ、　３０　アンテナ部、　３２　送受信アンテナモジュール、　３２ａ　送信アンテナ、　３２ａａ　送信ＩＣ、　３２ｂ　受信アンテナ、　３２ｂｂ　受信ＩＣ、　４０　筐体中間部材、　４１　放熱凹部、　４３　開口部、　５０　ＴＩＭ、　６１　スルーホール、　１００、１０１、１０２、１０３　電子機器

Claims

　電子部品が実装された基板、
　上記基板を収納する筐体を備え、
　上記筐体は、上記基板の裏面側を覆う筐体本体部と、上記基板の一主面側を被覆する筐体蓋部とが重ね合わされた構造であり、
　上記筐体の上記筐体本体部と上記筐体蓋部とが重なる重畳領域の平面形状は、縦横に広がりをもつ筐体基部と、上記筐体基部から外側に部分的に突出する凸部が一続きに設けられた形状であることを特徴とする電子機器。
　上記凸部は、上記基板の実装面に対し平行に突出したことを特徴とする請求項１記載の電子機器。
　上記凸部を２つ以上有し、
　上記凸部は上記筐体基部から互いに離間して平行に形成され、
　上記筐体基部と上記凸部からなる上記筐体の上記重畳領域の平面形状が全体としてＵ字形状をなすことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子機器。
　上記凸部は上記筐体基部から一つが突出して形成され、
　上記筐体基部と上記凸部からなる上記筐体の上記重畳領域の平面形状が全体としてＬ字形状をなすことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子機器。
　上記筐体は、上記筐体本体部と上記筐体蓋部との間に筐体中間部材を有し、上記筐体中間部材に別の基板が保持されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の電子機器。
　二つの上記凸部の対向する側面部は各々傾斜し、上記凸部は頂点部から上記筐体基部にかけて幅広に形成されたことを特徴とする請求項３記載の電子機器。
　上記凸部の内部に、上記基板に実装された上記電子部品が配置されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の電子機器。
　上記凸部の内部に設置された上記電子部品は、上記基板上の他の電子部品に比べ発熱量が大きい電子部品であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の電子機器。
　上記筐体の外周部の上記凸部が設けられていない領域にコネクタが設けられたことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の電子機器。
　上記電子部品は電波を送受信するアンテナ構成部を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の電子機器。