特開 2022-191871 電子機器筐体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022191871

(43)【公開日】2022-12-28

(54)【発明の名称】電子機器筐体

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20221221BHJP

   H01L 23/02 20060101ALI20221221BHJP

   H02B 1/56 20060101ALI20221221BHJP

   H02B 1/28 20060101ALI20221221BHJP

【ＦＩ】

H05K7/20 B

H05K7/20 G

H01L23/02 G

H02B1/56 B

H02B1/28 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021100352

(22)【出願日】2021-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 亮太

(72)【発明者】

【氏名】増田 俊之

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 歩

(72)【発明者】

【氏名】新井 宏之

【テーマコード（参考）】

5E322

5G016

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA03

5E322AA11

5E322AB01

5E322FA04

5G016AA03

5G016CG19

5G016CH02

5G016CH03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】自然空冷できる電子機器筐体を提供する。
【解決手段】電子機器筐体は、電子機器を収容する内部空間を画定する筐体１０と、筐体１０から外部へ突出して平行して設けられ、且つ、各々が第１の方向に延存し、各々の一端が第１の方向に交差する方向に揃っている複数の放熱フィン１４Ｐと、内部空間と外部との気圧差に応じて内部空間の一部の空気を排気する、内部空間に連通する排気圧力調整弁１６と、排気圧力調整弁に接続され、且つ、排気圧力調整弁によって排気された空気を、複数の放熱フィン１４Ｐの内の近い一端に当て、一端の群上に沿って流れる噴流となすノズル１５と、内部空間と外部との気圧差に応じて外気を内部空間に吸気する、内部空間に連通する吸気圧力調整弁１７と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部から閉塞可能に電子機器を収容する内部空間を画定する筐体と、
前記筐体から前記外部へ突出して平行して設けられ且つ各々が第１の方向に延存し、各々の一端が前記第１の方向に交差する方向に揃っている複数の放熱フィンと、
前記内部空間と前記外部との気圧差に応じて前記内部空間の一部の空気を排気する、前記内部空間に連通する排気圧力調整弁と、
前記排気圧力調整弁に接続され且つ、前記排気圧力調整弁によって排気された空気を、前記複数の放熱フィンの内の近い前記一端に当て、前記一端の群上に沿って流れる噴流となすノズルと、
前記内部空間と前記外部との気圧差に応じて外気を前記内部空間に吸気する、前記内部空間に連通する吸気圧力調整弁と、
を有することを特徴とする電子機器筐体。

【請求項2】

前記ノズル及び前記噴流を覆うと共に前記複数の放熱フィンを覆うダクトを有し、前記ダクトが、前記複数の放熱フィンを複数の放熱管形状とすると共に、前記噴流を排気する第１の開口と前記複数の放熱フィンの前記一端の反対側の他端の群を解放する第２の開口とを有するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器筐体。

【請求項3】

前記排気圧力調整弁は、前記吸気圧力調整弁より高い位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器筐体。

【請求項4】

前記第１の方向が鉛直方向であり、前記複数の放熱フィンの前記一端の群が、前記第１の方向に交差する方向として水平方向に揃っていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電子機器筐体。

【請求項5】

前記複数の放熱フィンは金属からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の電子機器筐体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、屋外等にも利用できる電子機器を収容する電子機器筐体に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、主に屋外に設置される電子機器は防水・防塵機能が必要なため、密閉構造の筐体と、更に筐体の放熱性を向上させるため、熱伝導性の高い放熱構造が適用されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１１７１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の筐体は密閉構造が必要であることから、筐体に吸排気口の穴は設けられないため、筐体の放熱性を向上させるためには、筐体材質に高熱伝導のアルミニウム等を採用、又は筐体サイズを大きくする必要があり、装置が大型化するという問題があった。なお、筐体内部及び又は外部にファンを追加して、筐体内外の放熱性を向上する手段を採用すれば装置の大型化は抑制できるが、ファンの寿命や動力源の供給等のため、これらの部材の維持コストが発生するだけでなく、部材を収容するスペースの分、筐体が大きく重くなるという問題点があった。電子機器筐体では、自然空冷により電子機器の放熱性を向上させる筐体構造が望まれている。

【0005】

本発明は、以上の従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、自然空冷できる電子機器筐体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、外部から閉塞可能に電子機器を収容する内部空間を画定する筐体と、前記筐体から前記外部へ突出して平行に設けられ且つ各々が第１の方向に延存し、各々の一端が前記第１の方向に交差する方向に揃っている複数の放熱フィンと、前記内部空間と前記外部との気圧差に応じて前記内部空間の一部の空気を排気する、前記内部空間に連通する排気圧力調整弁と、前記排気圧力調整弁に接続され且つ、前記排気圧力調整弁によって排気された空気を、前記複数の放熱フィンの内の近い前記一端に当て、前記一端の群上に沿って流れる噴流となすノズルと、前記内部空間と前記外部との気圧差に応じて外気を前記内部空間に吸気する、前記内部空間に連通する吸気圧力調整弁と、を有することを特徴とする。

【0007】

本発明の電子機器筐体によれば、閉じた電子機器筐体において、筐体内部に収容した電子部品の発熱による筐体内の温度上昇による内圧上昇を利用して、筐体外周の空気に風速を発生させ、その風速により筐体外周に設けた放熱フィン周囲に誘導流を発生させ、筐体の放熱性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明による第１の実施例である電子機器筐体の外観を示す概略斜視図である。

【図2】図１の線ＡＡにおける電子機器筐体の概略断面図である。

【図3】図２の線ＢＢにおける電子機器筐体の概略断面図である。

【図4】第１の実施例である電子機器筺体のダクトを外した概略分解斜視図である。

【図5】第１の実施例の電子機器筺体における排気圧力調整弁の閉状態の部分断面図である。

【図6】第１の実施例の電子機器筺体における排気圧力調整弁の開状態の部分断面図である。

【図7】本発明による第２の実施例である電子機器筐体の外観を示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しつつ本発明による実施例の屋外設置用電子機器筐体（以下、単に筐体ともいう）について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例において、実質的に同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【実施例0010】

（構成の説明）
図１は、第１の実施例である筺体１０の外観を示す背面斜め側から見た概略斜視図である。図２は、図１の線ＡＡにおける筺体１０を示す概略断面図である。図３は、図２の線ＢＢにおける筺体１０を示す概略断面図である（但し、ネジの表示は省略される）。図４は、第１の実施例の筺体１０の外観を示す背面斜め側から見た筺体１０からダクトＤＣＴを外した概略分解斜視図である。

【0011】

なお、説明の便宜上、各図に示すように直交ＸＹＺ座標軸の各軸の方向をＸＹＺ方向として、筐体のケース体１２側を正面側とし、その反対のケース体１１を背面側（Ｚ方向）として説明する。

【0012】

図１～図４に示すように、実施例の筐体１０は略長方体形状を有している。筐体１０は、それぞれの端面開口部において互いに嵌合された角筒状のケース体１１及び１２から構成されている。ケース体１１及び１２は、それぞれの開口端面側壁から外側に突出して互いに面接合するフランジ１２Ｆ、１１Ｆを有している。ケース体１１及び１２のフランジ１１Ｆ及び１２Ｆのフランジ側面が面接合されることによって、ケース体１１及び１２の内側に、電子機器又は電子装置等を収容する密閉された収容空間ＳＰが画定される。筐体１０は、ＡＢＳ若しくはＰＣ等の樹脂、又はステンレス鋼や鉄等の金属を材料として形成されている。

【0013】

ケース体１１及び１２は、それぞれの開口端面のフランジ１２Ｆ、１１Ｆを面接合し、パッキンＰＫを挟み込ませて嵌合した状態で、複数のネジＳｃにより締結され、互いに固着される。筐体１０は、複数のネジＳｃを外してケース体１１及び１２の取り外しにより、外部から解放可能であり、それぞれの端面開口部から筐体の内部空間ＳＰにアクセス可能となる。

【0014】

図２及び図４に示すように、筐体１０のケース体１１の背面側壁部には放熱部１４を備えている。ケース体１１は放熱部１４を取り付けるための放熱用の開口１１ｏを有している。放熱部１４は開口１１ｏを塞いで密閉した収容空間ＳＰを画定する。

【0015】

図１、図２及び図４に示すように、放熱部１４は、ケース体１１の開口１１ｏ内縁部に外周縁部が複数のネジＳｃによりパッキンＰＫを介して結合された放熱シンク部１４Ａと、放熱シンク部１４Ａの中央部にて外部に露出する複数の放熱フィン１４Ｐ（以下、単にフィンとも称する）とからなる。

【0016】

図２に示すように、筐体１０内側の放熱部１４に対向してケース体１２の内面上には、スペーサ１８を介してプリント回路板ＰＣＢが固定されている。プリント回路板ＰＣＢは、例えば、発熱源である電子部品が実装された電子機器の一種である。なお、プリント回路板以外にも種々の電子機器を搭載可能であり、図２において、プリント回路板ＰＣＢにおける電源、電子部品間のケーブル等を省略して示している。また、図示しないが、筐体１０やプリント回路板ＰＣＢには、外部接続端子を介してプリント回路板ＰＣＢを動作させるための外部の給電ケーブルや入出力ケーブルやアンテナ等を通過させるための接続孔が側面壁部の一部において設けられている。

【0017】

このように、プリント回路板ＰＣＢが収容される筐体１０の一部、例えば背面のケース体１１には開口１１ｏが設けられており、更に該開口１１ｏにはパッキンＰＫを介して放熱部１４が取付けられている。パッキンＰＫを介することにより、雨水、塵埃、有害ガス等が開口１１ｏから浸入することを防いでいる。放熱部１４は、プリント回路板ＰＣＢ等の電子機器から生じる熱を筐体１０の外側に逃がす、つまり放熱することで、プリント回路板ＰＣＢの周辺温度の上昇を抑えることができる。放熱部１４は、放熱性を高めるため筐体１０の壁部より熱伝導率が高い材料、例えば銅やアルミニウム等の金属によって形成されている。更に、放熱部１４において、放熱フィン１４Ｐのフィン形状等を採用することによってその表面積が広げられている。

【0018】

（フィン）
図３に示すように、複数の放熱フィン１４Ｐは鉛直方向（Ｘ方向）に平行に延び、筐体１０の外部へ所定ピッチで突出した平行平板状のものである。該フィン１４Ｐは、それらの上端部ＵＥの群が水平方向に揃うように形成されている。なお、複数のフィン１４Ｐは、それらの上端部ＵＥの群が水平方向配列に拘らずに、フィン１４Ｐによる後述の噴流ＪＦがフィン１４Ｐの上端部ＵＥでの衝突により剥離が起きフィン１４Ｐ間の誘導流が生じれば、鉛直方向に交差する方向に配列されてもよい。

【0019】

（ノズル）
図３に示すように、放熱部１４の放熱シンク部１４Ａの上部には、フィン１４Ｐの上端部ＵＥが揃う水平方向において、フィン１４Ｐの内の近い上端部ＵＥに当て、上端部ＵＥの群上に沿って流れる噴流ＪＦを生成するノズル１５が固定されている。すなわち、図２に示すように、ノズル１５の噴出口の正面の視点から見た際フィン１４Ｐの群に隠れて見えるよう位置が調整されている。

【0020】

図２に示すように、ノズル１５は、放熱シンク部１４Ａの上部に設けられた排気圧力調整弁１６に接続されている。排気圧力調整弁１６は、筐体１０の内部空間に連通し、内部空間と外部との気圧差に応じて内部空間の一部の空気を筐体外部への一方向（矢印ＯＵＴ）にのみ排気する。

【0021】

図１～図４に示すように、筺体１０の上部の排気圧力調整弁１６に接続されているノズル１５は、筐体背面上部に向けて９０°（Ｚ方向から水平方向のＹ方向へ）曲げられている。これにより、ノズル１５は、排気圧力調整弁１６によって排気された空気を、フィン１４Ｐの内の近い上端部ＵＥに当て、上端部ＵＥの群上に沿って流れる噴流ＪＦを生成する。

【0022】

一方、筺体１０の下部（ケース体１１）には、その内部空間と外部との気圧差に応じて外気を内部空間に吸気する、内部空間に連通する吸気圧力調整弁１７が設けられている。吸気圧力調整弁１７は筐体外部から筐体内部の一方向（図２の矢印ＩＮ）にのみ吸気する。吸気圧力調整弁１７は、その一次側通路と二次側通路が排気圧力調整弁１６のものとは反対に構成されている以外、同一である。

【0023】

（ダクト）
図１～図４に示すように、筺体１０のケース体１１の背面側にはダクトＤＣＴが設けられ、ダクトＤＣＴは、ノズル１５及びその噴流ＪＦを覆うと共にフィン１４Ｐを覆うように設置されている。さらに、ダクトＤＣＴは、フィン１４Ｐを複数の放熱管形状とすると共に、噴流ＪＦを排気する上部の第１の開口ＯＰと、フィン１４Ｐの上端部ＵＥの反対側の下端部ＬＥの群を解放する第２の開口ＯＰ２とを有するように構成されている。すなわち、ダクトＤＣＴは、その上部で噴流ＪＦが排気されるようにノズル１５の先端に対面するダクトＤＣＴの側面が開口される（第１の開口ＯＰ）と共に、その下部でフィン１４Ｐの下端が露出するように開口されている（第２の開口ＯＰ２）。

【0024】

ダクトＤＣＴは、図４に示すように、放熱シンク部１４Ａの外周縁部に設けられた上方に開いた複数のスリットＳＬに対応する下向きの複数の小鉤ＴＧを備えている。これにより、放熱シンク部１４ＡのスリットＳＬそれぞれに小鉤ＴＧを嵌合させて、ダクトＤＣＴは、放熱シンク部１４Ａに固定される。

【0025】

（圧力調整弁）
図５及び図６は排気圧力調整弁１６の閉状態及び開状態の部分断面図である。

【0026】

排気圧力調整弁１６は、図５に示すように、一次側流路Ｐ１ｓｔ（筐体内側）の弁座ＶＳ、弁体ＶＤ、これを弁座ＶＳに押さえつける圧力調整スプリングＳＧ、この圧力調整ボトルネジＡＪ及び弁体ＶＤ側の二次側流路Ｐ２ｎｄ（大気側）を備えている。圧力調整ボトルネジＡＪで規定される所定圧力未満の場合、図５に示すように、弁座ＶＳの開口を弁体ＶＤが閉塞し続ける。筐体の内部圧力が所定の圧力値を超えた時に、図６に示すように、弁体ＶＤが弁座ＶＳから離れ開口が開いて、排気圧力調整弁１６は外のノズル１５に圧力を逃がす（一部空気を排出）。そして、圧力を逃がし終わった後には自動で弁体ＶＤが閉じる（なお、圧力調整弁にはバネ式以外にも、錘式、梃子式などさまざまな構造がある）。

【0027】

圧力調整ボルトネジＡＪにより、排気圧力調整弁１６の一次側流路Ｐ１ｓｔ（筐体内側）に接続している内圧が例えば標準大気圧（101.33kPa[N?s^2=(kg m?s^2 )?m^2]）から所定圧値だけ高くなるように設定することができる。

【0028】

なお、排気圧力調整弁１６及び吸気圧力調整弁１７は、補助動力を必要としない空気そのものの圧力を利用して働く自力式自動弁であり、電磁弁等の他力式自動弁ではない。

【0029】

（動作の説明）
まず、プリント回路板ＰＣＢが発熱すると、筺体１０は密閉構造であることから、ボイル・シャルルの法則より、内部温度上昇後の筺体１０の内圧値Ｐ_２が下記式で計算される。

【0030】

【数1】

【0031】

所定の設定圧力に到達すると、排気圧力調整弁１６が開き、内部空気の一部が漏れ、ノズル１５を経由して筺体１０とダクトＤＣＴのフィン１４Ｐ上部の空間にベルヌーイの定理による下記式の流速ｖの空気の流れが発生する。

【0032】

【数2】

【0033】

この流れの噴流ＪＦが直近のフィン１４Ｐの上端部ＵＥに一部衝突する事で剥離が起き、フィン１４Ｐとの衝突部下流に負圧領域ＮＰが発生する（図３）。フィン１４Ｐの上側が負圧領域ＮＰとなり、その下端部ＬＥが大気圧ＰＰである事から、フィン１４Ｐ群の下側から上側にかけて誘導流が発生し、これがフィン１４Ｐを冷却する。筐体内部の圧力が低下し、筐体外部の圧力差が小さくなると、排気圧力調整弁１６が閉じる。また、空気放出直後は一時的に筐体内部が弱負圧となる為、吸気圧力調整弁１７が開き大気が筐体内に流入し、筐体内部と外部の圧力差がなくなる。これにより、排気圧力調整弁１６が高い位置に吸気圧力調整弁１７は高い位置に設けられているので、高い温度の空気が排気され次に新たな低い温度の空気が吸気されることが、筺体１０の内部温度状況により繰り返されるので、筺体１０の換気が自然と行われることとなる。

【0034】

（効果の説明）
以上のように、第１の実施例によれば、筐体内部の温度上昇による圧力上昇を利用する事で、筐体外面に設置したフィン１４Ｐ間の空気に流速を発生させ、誘導空気流によりフィン１４Ｐを冷却して、放熱性が向上する。これにより、自然空冷できる電子機器筐体を提供することができる。

【実施例0035】

第２の実施例は、第１の実施例のケース体１１の開口１１ｏにネジＳｃとパッキンＰＫ（図２、参照）により放熱部１４を結合する構造の代わりに、放熱部１４（放熱シンク部１４Ａ）とケース体１１がインサート成形で一体成形されて構成された以外、第１の実施例と同一である。図７は、第２の実施例である筺体１０を示す概略断面図である。

【0036】

本実施例は、図７に示すように、放熱部１４の放熱シンク部１４Ａの外周縁部１４ＡＲ（放熱シンク部１４Ａの厚み方向に対して直角方向に伸びる凸部）は、これを挟むように形成されたケース体１１の開口１１ｏの内縁部１１Ｒ１に食い込まれ固着されている。これによれば、ケース体１１の開口１１ｏの内縁部１１Ｒ１の２つの開口縁部で放熱シンク部１４Ａを挟む故に、ケース体１１の強度、液密性の向上が期待できる。この場合、上部に設けられる排気圧力調整弁１６は、放熱シンク部１４Ａではなく、吸気圧力調整弁１７と同様にケース体１１に直付けされる。

【0037】

本実施例の筐体１０の素材には、汎用プラスチックと呼ばれる熱可塑性の合成樹脂が使用される。汎用プラスチックとしては、ＡＢＳ（アクリルニトリルブタジエンスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＳＡ（アクリレートスチレンアクリルニトリル）、ＡＥＳ（アクリロニトリルエチレン－プロピレン－ジエンスチレン）、ＡＢＳ－ＰＣ等が挙げられる。その他、筐体１０には、エンジニアリングプラスチックも用いることもできる。

【0038】

以上のように本実施例によれば、ケース体１１と放熱部１４をインサート成形することにより、ネジとパッキンを用いるよりも筐体内部の密閉性が向上できる。

【0039】

以上のいずれの実施例でも、密閉筐体に対して適用した例を説明したが、完全密封でなく、開口率が小さく筐体内部の圧力が高くなる開口を有した筐体にも本発明は適用可能である。