JP7121099B2 - 放熱機構及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、発熱部品と放熱部材とを備える放熱機構に関する。

無線ルータの消費電力は、通信速度の高速化に伴い、増加する傾向にある。一方、設置場所の省スペース化やデザイン性から、小型のルータが市場に受け入れられている。無線ルータにおいては、アルミ板などを用いた放熱板を熱伝導性の部品を介し、基板に搭載されたチップに接触させ、冷却をおこなう構造とすることがある。

当該構造は、基板上のチップが発する熱を筐体の上下に設けた放熱穴から放出させることで、筐体内部の冷却が行われるようにする。筐体内にさらに基板を覆う部品が無い場合には、当該放熱穴は虫の侵入を防ぐ虫害対策等の安全対策の必要性から定められたサイズより大きくすることはできない。そのため、一般的には、前述の基板を覆う部品を追加することで、筐体の放熱穴を大きくし、冷却のための放熱板へ流れる空気の流量を増やし、効率の良い冷却を実現させている。前述の基板を覆う部品には、虫害対策等の安全対策から定められた放熱用の穴が設けてあり、チップ及び基板の冷却を行うことができるようにする。

図１は、上記のような構造を備える電子機器の例である電子機器８０の構成を表す概念図である。電子機器８０は、筐体７０と、基板２０と、発熱部品３０と、筐体内カバー６０とを備える。基板２０に設置された発熱部品３０は、放熱板１０に接している。筐体内カバー６０は筐体７０の左側の側面と共に、基板２０と発熱部品３０との組合せを覆っている。筐体内カバー６０の下部６９には穴５１ａが、上部６８には穴５１ｂが、各々形成されている。穴５１ａ及び５１ｂは、筐体７０の下部７９に形成されている穴５２ａ及び上部７８に形成されている穴５２ｂと比較すると、有意に小さい穴である。

基板２０とその上に設置された発熱部品３０との周りには、筐体内カバー６０及び筐体７０の側面で囲まれた空間９１が形成されている。筐体７０内においては、また、筐体内カバー６０の外に空間９２が形成される。

発熱部品３０及び放熱板１０の左側面から空間９１へ放出される熱により温められた空気は、穴５２ａ及び５１ａから空間９１に流入する空気により、穴５１ｂ及び５２ｂから外部へ放出される。一方、放熱板１０の右側から空間９２へ放出される熱により温められた空気は、穴５２ａから空間９２に流入する空気により、穴５２ｂから外部へ放出される。

電子機器８０においては、上記により、発熱部品３０の冷却が行われ、発熱が抑えられる。

図２乃至図４は、図１の電子機器８０の具体例を表す概念図である。図２は電子機器８０の分解図である。図３は電子機器８０の組立図である。なお、図２においては図３のスタンド９９は、図示が省略されている。図４は、図３の構成から、第２筐体部７２とスタンド９９を取り除いた構成である。

発熱部品３０は三個の発熱部品の集合である。図３及び図４の状態では、図２の伝熱部品４０は、発熱部品３０と放熱板１０の双方に接触し、挟まれている。この状態で、発熱部品３０が発する熱は、伝熱部品４０を通して、放熱板１０に伝わる。なお、放熱板１０の凸部１５は、伝熱部品４０側に凸の部分であり、図３及び図４の状態で、伝熱部品４０を発熱部品３０に押し付けるものである。図３の筐体７０において、図２及び図４の、筐体内カバー６０と第１筐体部７１とで囲まれた部分が、図１の空間９１に相当する部分である。また、図３の筐体７０内の、図１の空間９１に相当する部分以外の部分が、図１の空間９２に相当する部分である。

ここで、特許文献１は、放熱フィンを有し発熱性の第１の電気部品を取り付けた状態のヒートシンク、及び発熱性の第２の電気部品を筐体内に収納した電気機器を開示する。

また、特許文献２は、筐体内にインバータを含む複数の電子機器と放熱器が設けられ、一又は複数の電子機器が前記放熱器に取り付けられていて電子機器を空冷する電力変換電子機器を開示する。

特開２０１７－２０４９２８号公報 特開２０１４－１６６１１６号公報

しかしながら、図１乃至図３に表す電子機器８０においては、筐体内カバー６０が必要なため、電子機器８０の組立てが困難になる等により電子機器８０の製造コストが上がる点が問題である。電子機器８０においては、図１乃至図４には表されないが、放熱板１０と図１の上部６８及び下部６９とを締結させるための部品が必要となる。このことは、まず、電子機器８０の組立作業を困難にする。それに加えて、基板２０に搭載されている発熱部品３０や図示されないその他の部品の状態の確認や動作確認を行う場合に、いちいち、筐体内カバー６０を、筐体７０からとり外す必要性が生じ、作業性が悪い。

本発明は、筐体内で発熱部品を覆う部品を用いずに安全対策と筐体内の有効な冷却とを両立させ得る放熱機構等の提供を目的とする。

本発明の放熱機構は、発熱部品に直接または伝熱部品を介して接触することにより前記発熱部品から伝わった熱を周囲に放出する放熱部材と、前記発熱部品と前記放熱部材とを覆う筐体とを備え、前記放熱部材は、前記筐体の内部の空間のうちの少なくとも一部を、前記発熱部品が設置された空間である第１空間と前記発熱部品が設置されていない空間である第２空間とに仕切っており、前記筐体の前記第１空間の側には前記筐体の外部と接続された所定の大きさの穴である第１穴が形成されており、前記筐体の前記第２空間の側には前記外部と接続され前記第１穴より有意に大きい第２穴が形成されている。

本発明の放熱機構等は、筐体内で発熱部品を覆う部品を用いずに安全対策と筐体内の有効な冷却とを両立させ得る。

安全対策と冷却とを両立させる一般的な電子機器の構成を表す概念図である。 一般的な電子機器の具体例を表す概念図（分解図）である。 一般的な電子機器の具体例を表す概念図（外観図）である。 一般的な電子機器の具体例を表す概念図（部分図）である。 本実施形態の電子機器の構成（その１）を表す断面概念図である。 本実施形態の電子機器の構成（その２）を表す断面概念図である。 本実施形態の電子機器の構成（その３）を表す断面概念図である。 本実施形態の電子機器の構成（その４）を表す断面概念図である。 本実施形態の電子機器の第１の具体例の構成を表す概念図（分解図）である。 本実施形態の電子機器の第１の具体例の構成を表す概念図（部分図その１）である。 本実施形態の電子機器の第１の具体例の構成を表す概念図（部分図その２）である。 本実施形態の電子機器の第２の具体例の構成を表す概念図（分解図）である。 本実施形態の電子機器の第２の具体例の構成を表す概念図（部分図その１）である。 本実施形態の電子機器の第２の具体例の構成を表す概念図（部分図その２）である。 本実施形態の電子機器の最小限の構成を表すイメージ図である。

本実施形態の電子機器においては、筐体の内部の空間を、放熱板により二つの空間に仕切る。そして、放熱板で仕切られた筐体の、基板が存在する側の放熱用の穴を、筐体の逆側の放熱用の穴より小さくする。これにより、前記電子機器は、基板上の配線や部品への虫害対策を含む安全対策を行いつつ、前記逆側から筐体外部への効果的な放熱により発熱部品の有効な冷却することを可能にする。

図５は、本実施形態の電子機器の例である電子機器８０の構成を表す断面概念図である。電子機器８０は、例えば、無線ルータである。電子機器８０は、筐体７０と、基板２０と、基板２０上に設置された発熱部品３０と、通電により熱を発する部品である発熱部品３０からの熱が伝わる放熱板１０とを備える。筐体７０の内部は、放熱板１０により、発熱部品３０が存在する側の空間である空間９３と、逆側の空間である空間９４とに仕切られている。

筐体７０の上部７８及び下部７９の空間９３側には、各々、複数の穴５３ｂ及び穴５３ａが形成されている。また、筐体７０の上部７８及び下部７９の空間９４側には、各々、複数の穴５４ｂ及び穴５４ａが形成されている。穴５３ａ及び５３ｂは、虫害対策を含む安全対策が可能な十分に小さい穴である。これに対し、穴５４ａ及び５４ｂは、穴５３ａ及び５３ｂと比較して有意に大きい穴である。

発熱部品３０及び放熱板１０の左側面が空間９３に放出する熱により加熱された空気は、穴５３ａから空間９３に流入する空気により、穴５３ｂから筐体７０の外部に放出される。これにより発熱部品３０及び放熱板１０の左側面は冷却される。

一方、放熱板１０の右側面が空間９４に放出する熱により温められた空気は、穴５４ａから空間９４に流入する空気により、穴５４ｂから筐体７０の外部に放出される。これにより放熱板１０の右側面は冷却される。

空間９４における冷却は、穴５４ａ及び５４ｂが穴５３ａ及び５３ｂより有意に大きいため、より有効に行われる。筐体７０内の空間９４側については安全対策はされないが、空間９４側には安全対策の対象となる通電部分は存在しないので、問題ない。

電子機器８０は、上記により、虫害対策を含む安全対策と、発熱部品３０の冷却とを、図１の筐体内カバー６０に相当する発熱部品３０を覆う部品を必要とせずに、実現する。なお、放熱板１０は、必ずしも、図５のように平面のみを備える必要はなく、屈曲した面や湾曲した面を備えても構わない。

さらに、本実施形態の筐体の内部は放熱板のみで仕切られている必要はない。図６のように、筐体７０の内部が、放熱板１０と隔壁７５ａ及び７５ｂとの組合せにより仕切られていてもよい。図６の隔壁７５ａ及び７５ｂは、筐体７０の上部７８や下部７９に固定されたリブ等であってもよい。隔壁７５ａ及び７５ｂは、あるいは、筐体７０の上部７８や下部７９には固定されず、放熱板１０に固定された板等であっても構わない。

図６のように筐体の内部を仕切るのに放熱板だけでなく隔壁を利用ことで、放熱板の形状や寸法の自由度が向上する。また、放熱板を隔壁に固定しないこともでき、その場合は、電子機器の組立てがより容易になる。

そのような隔壁は、必ずしも平面のみを備える必要はなく、図７の隔壁７５ａ及び７５ｂのように屈折した面を備えたり、図示は省略されるが、湾曲した面を備えても構わない。

隔壁が、屈曲又は湾曲した面を備えることにより、放熱板の形状、寸法、設置位置又は設置の向きの自由度が向上する。

そのような隔壁は、図８の隔壁７５ａ及び７５ｂのように、穴５４ａ及び５４ｂの一部を塞いで、筐体７０の空間９３側に、大きいほうの穴である穴５４ａや穴５４ｂが存在しないようにするものであっても良い。

隔壁が、穴５４ａ及び５４ｂに相当する大きいほうの穴のうち不要なものを塞ぐことにより、塞がない場合は大きいほうの穴が空間９３に相当する発熱部品の周囲の空間に存在してしまうことの不都合を解消することができる。このことは、隔壁の形状や位置の自由度を向上させる。

なお、図５乃至図８には、筐体７０の空間９４側の放熱用の穴がすべて大きいほうの穴である穴５４ａ及び５４ｂの場合を示した。しかしながら、筐体７０の空間９４側の穴に、穴５４ａ及び５４ｂより小さいものが含まれていても構わない。また、その小さいものが、小さいほうの穴である穴５３ａ及び５３ｂと同じ大きさであっても構わない。

以下、図５乃至図８に表す本実施形態の電子機器８０の具体例を説明する。図９乃至図１１は、本実施形態の電子機器８０の第１の具体例を表す概念図である。図９は電子機器８０の分解図である。また、図１０は、図９の第２筐体部７２と放熱板１０とを、図９とは異なる方向から見た図である。図１１は、図１０の放熱板１０を第２筐体部７２に装着した状態を表す図である。

図９のように、電子機器８０は、第１筐体部７１と、第２筐体部７２と、発熱部品３０が搭載された基板２０と、伝熱部品４０と、放熱板１０とを備える。第１筐体部７１と第２筐体部７２とは、組み合わされることにより、図５乃至図８の筐体７０に相当する筐体になる。

基板２０及び発熱部品３０は、図５乃至図８の基板２０及び発熱部品３０に相当する部分である。なお、図９では、発熱部品３０を構成する発熱部品の数は３個であるが、当該部品数は任意である。伝熱部品４０は、発熱部品３０と放熱板１０との間に挟まれて設置され、発熱部品３０の熱を放熱板１０に伝える。放熱板１０の凸部１５は、伝熱部品４０を発熱部品３０に押し付けるための凸構造である。

第１筐体部７１には、リブ７１１及び７１２が形成されている。第１筐体部７１の上部及び下部の各々には、小さいほうの穴である穴５１ｂ及び５１ａが複数整列して形成されている。

一方、図９乃至図１１に表されるように、第２筐体部７２の上部７２８には、小さいほうの穴である穴５１ｂと大きいほうの穴である穴５２ｂが、各々、複数、整列して、形成されている。また、第２筐体部７２の下部７２９には、小さいほうの穴である穴５１ａと大きいほうの穴である穴５２ａが、各々、複数、整列して、形成されている。

図１１に表すように、穴５２ａ及び５２ｂのうち、図１１に表す第２列は、放熱板１０の側部１０１及び１０２により塞がれる。また、図１１の穴５２ａ及び５２ｂのうち、図１１に表す第１列は、図９の第１筐体部７１と第２筐体部とが組み合わされたとき、第１筐体部７１のリブ７１１及び７１２により塞がれる。

図１１の状態において、放熱板１０の側部１０６は、リブ７２２の上端に接続される。この状態において、第２筐体部７２の上部７２８、下部７２９、側部７２３、リブ７２２、及び、放熱板１０により囲まれた空間が、図５乃至図８の空間９４に相当する空間である。この空間９４に相当する空間は、大きいほうの穴である穴５２ａ及び５２ｂの第３列目を通じてこの空間の外部の空間に接続されている。

一方、図９の第１筐体部７１と第２筐体部とが組み合わされた図５乃至図８の筐体７０に相当する筐体、の内部の空間のうち、上記空間９４に相当する空間以外の空間は、図５乃至図８の空間９３に相当する空間である。この空間は、第１筐体部７１と第２筐体部とが組み合わされた状態で、小さいほうの穴である穴５１ａ及び５１ｂを通じて、この空間の外部の空間に接続されている。

図１２乃至図１４は、本実施形態の電子機器８０の第２の具体例を表す概念図である。図１２は電子機器８０の分解図である。また、図１３は、図１２の第１筐体部７３と放熱板１０とを、図１２とは異なる方向から見た図である。図１４は、図１３の放熱板１０を第２筐体部７２に装着した状態を表す図である。

図１２の構成を組み立てた状態では、第１筐体部７３と第２筐体部７４との組み合わせは、図５乃至図８の筐体７０に相当する部分である。また、この状態では、図１４のように、放熱板１０の側部１０３及び１０５は、リブ７３１に接続される。また、図１２の側部１０４はリブ７４１に接続される。さらに、リブ７４１は、図１３及び図１４のリブ７３１に接続される。これらにより、図１２の構成を組み立てた状態の電子機器８０においては、図５乃至図８の空間９３に相当する空間である空間９３と空間９４に相当する空間である空間９４とが形成される。空間９３は、小さいほうの穴である穴５１ａ及び５１ｂにより外部に接続される。また、空間９４は、大きいほうの穴である穴５２ａおよび５２ｂにより外部に接続される。
［効果］
本実施形態の電子機器においては、筐体の内部を、放熱板により仕切る。そして、放熱板により仕切られた筐体の発熱部品が存在する側の放熱用の穴を、筐体の逆側の穴より小さな、虫害対策を含む安全対策を行い得る大きさにする。一方、逆側の穴は、外部からの空気の流入及び外部への空気の流出がより良好に行われる、より大きな穴にする。これらにより、前記電子機器は、基板上の配線や部品への虫害対策を含む安全対策を行いつつ、前記逆側から筐体外部への放熱により発熱部品の有効な冷却を可能にする。

図１５は、実施形態の放熱機構の最小限の構成である放熱機構８０ｘの構成を表す概念図である。放熱機構８０ｘは、発熱部品に直接または伝熱部品を介して接触することにより前記発熱部品から伝わった熱を周囲に放出する放熱部材１０ｘと、前記発熱部品と放熱部材１０ｘとを覆う筐体７０ｘとを備える。熱部材１０ｘは、筐体７０ｘの内部の空間のうちの少なくとも一部を、前記発熱部品が設置された空間である第１空間９３ｘと前記発熱部品が設置されていない空間である第２空間９４ｘとに仕切る。筐体７０ｘの第１空間９３ｘの側には筐体７０ｘの外部と接続された所定の大きさの穴である図示されない第１穴が形成されている。筐体７０ｘの第２空間９４ｘの側には前記外部と接続され前記第１穴より有意に大きい第２穴が形成されている。

放熱機構８０ｘは、上記構成により、前記第１穴を虫害対策を含む安全対策が可能な十分に小さな穴にした場合でも、前記第２穴を有効な熱放出が可能な十分に大きい大きさにすることができる。そのため、放熱機構８０ｘは、筐体内で発熱部品を覆う部品を用いずに安全対策と筐体内の有効な冷却とを両立させることを可能にする。

そのため、放熱機構８０ｘは、前記構成により、［発明の効果］の項に記載した効果を奏する。なお、放熱機構８０ｘ及びその構成の形状は、図１５に表されるものに限定されず、任意である。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で更なる変形、置換、調整を加えることができる。例えば、各図面に示した要素の構成は、本発明の理解を助けるための一例であり、これらの図面に示した構成に限定されるものではない。

また、前記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記述され得るが、以下には限られない。
（付記１）
発熱部品に直接または伝熱部品を介して接触することにより前記発熱部品から伝わった熱を周囲に放出する放熱部材と、
前記発熱部品と前記放熱部材とを覆う筐体とを備え、
前記放熱部材は、前記筐体の内部の空間のうちの少なくとも一部を、前記発熱部品が設置された空間である第１空間と前記発熱部品が設置されていない空間である第２空間とに仕切っており、
前記筐体の前記第１空間の側には前記筐体の外部と接続された所定の大きさの穴である第１穴が形成されており、前記筐体の前記第２空間の側には前記外部と接続され前記第１穴より有意に大きい第２穴が形成されている、放熱機構。
（付記２）
前記放熱部材は、前記筐体に形成された隔壁部材と接触することにより、前記第１空間及び前記第２空間を形成する、付記１に記載された放熱機構。
（付記３）
前記接触は、組み立てることにより行われる、付記２に記載された放熱機構。
（付記４）
前記放熱部材は屈曲している、付記１乃至付記３のうちのいずれか一に記載された放熱機構。
（付記５）
前記第１穴は複数形成されている、付記１乃至付記３のうちのいずれか一に記載された放熱機構。
（付記６）
複数の前記第１穴の少なくとも一部は整列している、付記５に記載された放熱機構。
（付記７）
前記第１穴は、前記筐体の対向する二つの側部の双方に形成されている、付記５又は付記６に記載された放熱機構。
（付記８）
前記二つの側部は、使用時における上側と下側の側部である、付記７に記載された放熱機構。
（付記９）
前記第２穴は複数形成されている、付記１乃至付記８のうちのいずれか一に記載された放熱機構。
（付記１０）
複数の前記第２穴の少なくとも一部は整列している、付記９に記載された放熱機構。
（付記１１）
前記第１穴は、少なくとも、前記筐体の対向する二つの側部の双方に形成されている、付記９又は付記１０に記載された放熱機構。
（付記１２）
前記二つの側部は、使用時における上側と下側の側部である、付記１１に記載された放熱機構。
（付記１３）
前記第１穴は、前記筐体の内部への虫の侵入を有効に防ぐ大きさのものである、付記１乃至付記１２のうちのいずれか一に記載された放熱機構。
（付記１４）
前記放熱部材は板状の放熱板である、付記１乃至付記１３のうちのいずれか一に記載された放熱機構。
（付記１５）
付記１乃至付記１４のうちのいずれか一に記載された放熱機構と、前記発熱部品とを備える、装置。

ここで、上記付記における、「発熱部品」は、例えば、図５乃至図９の発熱部品３０である。また、「放熱部材」は、例えば、図５乃至図１４の放熱板１０、又は、図１５の放熱部材１０ｘである。また、「筐体」は、例えば、図５乃至図８の筐体７０、図９の第１筐体部７１と第２筐体部７２とを組み合わせたもの、又は、図１２の第１筐体部７３と第２筐体部７４とを組み合わせたもの、又は、図１５の筐体７０ｘである。

また、「第１空間」は、例えば、図５乃至図８及び図１４の空間９３、又は、図１５の第１空間９３ｘである。また、「第２空間」は、例えば、図５乃至図８及び図１４の空間９４、又は、図１５の第２空間９４ｘである。また、「第１穴」は、例えば、図５乃至図１４の、穴５１ａ又は５１ｂである。また、「第２穴」は、例えば、図５乃至図１４の、穴５２ａ又は５２ｂである。

また、「放熱機構」は、例えば、図５の筐体７０と放熱板１０との組合せである。「放熱機構」は、あるいは、例えば、図６乃至図８の、筐体７０と放熱板１０と隔壁７５ａ及び７５ｂとの組合せである。また、「隔壁部材」は、例えば、図６乃至図８の隔壁７５ａ及び７５ｂ、図１０又は図１１のリブ７２２、図１２のリブ７４１、又は、図１３又は図１４のリブ７３１である。

また、「対向する二つの側部」は、例えば、図５乃至図８の上部７８及び下部７９である。「対向する二つの側部」は、あるいは、例えば、図９の第１筐体部７１の上部と第２筐体部７２の上部７２８との組合せ及び第１筐体部７１の下部と第２筐体部７２の下部との組合せである。「対向する二つの側部」は、あるいは、例えば、図１２の第１筐体部７３の上部及び第２筐体部７４の下部である。

１０ 放熱板
１０ｘ 放熱部材
１５ 凸部
２０ 基板
３０ 発熱部品
４０ 伝熱部品
５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ 穴
６０ 筐体内カバー
６８、７８、７２８ 上部
６９、７９、７２９ 下部
１０３、１０４、１０５、１０６、７２３ 側部
７０、７０ｘ 筐体
７１、７３ 第１筐体部
７１１、７１２、７２１、７２２、７３１、７４１ リブ
７２、７４ 第２筐体部
７５ａ、７５ｂ 隔壁
８０ 電子機器
８０ｘ 放熱機構
９１、９２、９３、９４ 空間
９３ｘ 第１空間
９４ｘ 第２空間

Claims (9)

1. 発熱部品に直接または伝熱部品を介して接触することにより前記発熱部品から伝わった熱を周囲に放出する放熱部材と、
   前記発熱部品と前記放熱部材とを覆う筐体とを備え、
   前記放熱部材は、前記筐体の内部の空間のうちの少なくとも一部を、前記発熱部品が設置された空間である第１空間と前記発熱部品が設置されていない空間である第２空間とに仕切っており、
   前記筐体の前記第１空間の側には前記筐体の外部と接続された所定の大きさの穴である第１穴が形成されており、前記筐体の前記第２空間の側には前記外部と接続され前記第１穴より有意に大きい第２穴が形成されており、
   前記第１穴は、前記筐体の内部への虫の侵入を有効に防ぐ大きさのものである、
   放熱機構。
2. 前記放熱部材は、前記筐体に形成された隔壁部材と接触することにより、前記第１空間及び前記第２空間を形成する、請求項１に記載された放熱機構。
3. 前記接触は、組み立てることにより行われる、請求項２に記載された放熱機構。
4. 前記放熱部材は屈曲している、請求項１乃至請求項３のうちのいずれか一に記載された放熱機構。
5. 前記第１穴は複数形成されている、請求項１乃至請求項３のうちのいずれか一に記載された放熱機構。
6. 前記第１穴は、前記筐体の対向する二つの側部の双方に形成されている、請求項５に記載された放熱機構。
7. 前記二つの側部は、使用時における上側と下側の側部である、請求項６に記載された放熱機構。
8. 前記第２穴は複数形成されている、請求項１乃至請求項７のうちのいずれか一に記載された放熱機構。
9. 請求項１乃至請求項８のうちのいずれか一に記載された放熱機構と、前記発熱部品とを備える、装置。

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