JP4829279B2

JP4829279B2 - 回路ユニットの放熱構造

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Publication number: JP4829279B2
Application number: JP2008218382A
Authority: JP
Inventors: 知憲江副
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: JP2010056230A

Description

この発明は、例えば航空機等の飛翔体に搭載される通信機器等を構成する回路ユニットの放熱構造に関する。

一般に、回路ユニットは、電子部品等の発熱部品がプリント配線基板に実装されて、通信機器等の所望の電子機器が構成されている。このような回路ユニットは、複数ユニットが、機器筐体に設けた複数の収容溝にそれぞれ収容されて並設配置され、所望の電子機器システムが構築される。

ところで、このような回路ユニットは、そのプリント配線基板に実装した発熱部品が駆動されると、発熱し、温度が高くなると、性能が低下されることで、所望の性能を確保するために、発熱部品の熱制御が必要とされている。

そこで、この回路ユニットにおいては、複数ユニットを同時に熱制御可能に、各ユニットの発熱部品からの熱を，熱伝導部材を介して機器筐体にそれぞれ熱輸送し、この機器筐体に熱輸送された熱を、機器筐体外部に排熱する、いわゆる間接空冷方式の放熱構造を用いて熱制御が行われている。

このような放熱構造としては、例えばシャーシにガイド溝を有したガイドプレートを設けて、電子回路モジュールの波状をした接触面を有したリテーナを、ガイドプレートのガイド溝に挿着して、その接触面を接触させることにより、電子回路モジュールの熱を、リテーナを介してガイドプレートのガイド溝に熱輸送する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。そして、このシャーシのガイドプレート内には、外部から冷風が供給され、この冷風が、シャーシの排気口から排気されることで、電子回路モジュールの熱制御が行われる。
特開平８−１９５５７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される放熱構造では、リテーナの波状の接触面をシャーシのガイド溝に接触させて接触部における熱抵抗を小さくして放熱効率を高めるように構成しているが、最近、要請されているように発熱部品の性能を高めて、その発熱が、さらに増加されると、その熱制御が困難となるという問題を有する。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、接触熱抵抗の軽減を図り得るようにして、小形化を確保したうえで、放熱効率の向上を実現し得るようにした回路ユニットの放熱構造を提供することを目的とする。

この発明は、発熱部品がプリント配線基板に実装された回路ユニットと、この回路ユニットの収容される収容溝が設けられた機器筐体と、一端部が前記回路ユニットの部品搭載面上に熱的に結合されるものであって、他端部が前記収容溝に収容されて熱的に結合されるフレーム部材と、前記プリント基板の発熱部品に熱的に結合されると共に、前記フレーム部材の一端部に熱的に結合され、前記プリント配線基板の発熱部品からの熱を前記フレーム部材に熱移送する熱伝導部材と、前記機器筐体の収容溝に収容され、前記フレーム部材の他端部を前記機器筐体の収容溝の一方の壁面に圧接して該フレーム部材を前記収容溝内に固定配置するものであって、一端が前記熱伝導部材と直接的に熱的に結合されていない前記回路ユニットの発熱部品に熱的に結合され、他端が前記収容溝の他方の壁面に圧接される熱伝導板が設けられた圧接操作自在な取付部材とを備えて回路ユニットの放熱構造を構成した。

上記構成によれば、取付部材は、熱伝導部材に熱的に結合されたフレーム部材に重ねて機器筐体の収容溝に挿入され、圧接操作すると、該フレーム部材を機器筐体の収容溝の一方の壁面に圧接させると共に、その熱伝導板の他端を機器筐体の収容溝の他方の壁面に圧接させて、回路ユニットを機器筐体の収容溝内に固定配置する。

これにより、回路ユニットは、取付部材の両面側における熱伝導部材及び取付部材の熱伝導板の２経路で、機器筐体と熱的に結合され、その熱接触面積を大きく採ることができて、熱輸送経路における熱接触抵抗を小さく設定することができる。従って、小形化を確保したうえで、高効率な放熱が実現されて、発熱部品の性能の向上を容易に図ることが可能となる。

以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、接触熱抵抗の軽減を図り得るようにして、小形化を確保したうえで、放熱効率の向上を実現し得るようにした回路ユニットの放熱構造を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施の形態に係る回路ユニットの放熱構造を示すもので、機器筐体１０は、例えば航空機に搭載されて使用に供される。この機器筐体１０の内壁の対向する両面には、奥行き方向に延出した凹状の一対の収容溝１１（図中では、図の都合上、一方側のみを図示）が所定の間隔を有して複数対、形成されている。

また、機器筐体１０には、その上記複数対の収容溝１１の各基部に、該収容溝の並設方向に形成された空気路１２が２系統（図中では、１系統のみを図示）、略平行に設けられている。この２系統の空気路１２は、その一方端が機器筐体１０の一方の壁面に設けられた図示しない空気取入口に連通され、その他方端が機器筐体１０の他方の壁面に設けられた図示しない空気排気口に連通されている。

これにより、２系統の空気路１２は、上記空気取入口（図示せず）に冷風が供給されると、この冷風が図示しないフィン間を通り移動しながら周囲の熱を奪って上記空気排気口（図示せず）から排気され、この冷風で、後述するように機器筐体１０の対の収容溝１１に熱輸送された熱を奪って外部に排熱する。

上記機器筐体１０の複数対の収容溝１１間には、回路ユニット１３が、例えば架設する如くそれぞれ挿着されて並設収容される。この回路ユニット１３は、例えば図２に示すように発熱部品である電子回路部品１４１が一方面に実装されたメインプリント配線基板１４及び発熱部品である電子回路部品１５１が両面に実装されたサブプリント配線基板１５で構成されている。この回路ユニット１３には、そのメインプリント配線基板１４に外部接続コネクタ１６が搭載され、この外部接続コネクタ１６を介して図示しない外部機器と電気的に接続される。

メインプリント配線基板１４の一方面上には、その周囲部に熱伝導性の優れたフレーム部材１７が載置され、このフレーム部材１７上には、さらに熱伝導性の優れた熱伝導部材１８が積重されて載置される。そして、これらメインプリント配線基板１４、フレーム部材１７及び板状の熱伝導部材１８は、螺子部材１９を用いて螺着されて、相互間が位置決め固定される。

上記熱伝導部材１８には、その両面に複数の熱結合部１８１，１８２がメインプリント配線基板１４の電子回路部品１４１及びサブプリント配線基板１５の一方面の電子回路部品１５１に対向して設けられ、この熱結合部１８１，１８２がメインプリント配線基板１４及びサブプリント配線基板１５の電子回路部品１４１，１５１と熱的に結合されている。そして、上記サブプリント配線基板１５は、熱伝導部材１８上に螺子部材１９を用いて螺着されて取付けられる。

上記フレーム部材１７は、両端に熱結合部１７１が設けられ、この熱結合部１７１が上記機器筐体１０の一対の収容溝１１に周知のウエッジロックと称する圧接操作自在な取付部材２０と共に、挿入されて機器筐体１０の収容溝１１に固定される。これにより、回路ユニット１３のメインプリント配線基板１４は、その対向する２辺が機器筐体１０の収容溝１１に位置決めされて支持される。

取付部材２０は、図３に示すようにくさび構造を有した複数の片２０１が直線状に連設して形成され、この複数の片２０１には、一つ置きに弾性変形自在な熱伝導板２０２の一端が取付けられる。この熱伝導板２０２の他端は、例えば上記サブプリント配線基板１５に実装された電子回路部品１５１に熱的に結合される（図１参照）。

上記取付部材２０は、その操作部２０３が操作されると、複数の片２０１が厚さ方向に互い違い状に変位してフレーム部材１７及び熱伝導板２０２の一端を押圧して収容溝１１の対向する内壁面に圧接させてフレーム部材１７を機器筐体１０の収容溝１１に位置決め固定する。ここで、回路ユニット１３は、そのメインプリント配線基板１４の電子回路部品１４１及びサブプリント配線基板１５の電子回路部品１５１から熱伝導部材１８、フレーム部材１７を経由して機器筐体１０に導かれる熱経路と、サブプリント配線基板１５の電子回路部品１５１から熱伝導板２０２を経由して機器筐体１０に導かれる２系統の熱経路が形成される。

この際、熱伝導板２０２は、弾性変形することで、取付部材２０によるフレーム部材１７の収容溝１１への位置決め固定に支障を来たすことなく、１系統の熱経路を形成する。これにより、回路ユニット１３と機器筐体１０との熱接触面積を大きく採ることができて、相互間の熱抵抗を小さく設定することができるため、いわゆる間接空冷の冷却効率の向上を図ることができる。

なお、図２中において、２１は、上述したようにフレーム部材１７、熱伝導部材１８を取付けて取付部材２０を用いて機器筐体１０の収容溝１１に挿着した回路ユニット１３を該収容溝１１からイジェクトするのに用いるイジェクト機構である。

上記構成において、回路ユニット１３のメインプリント配線基板１４の一方面上には、その周囲部にフレーム部材１７が載置され、このフレーム部材１７上には、熱伝導部材１８の一端部が載置されて相互間が熱的に結合されている。この熱伝導部材１８は、その熱結合部１８１が、上記メインプリント印刷配線基板１４の電子回路部品１４１と熱的に結合される。

この状態で、メインプリント配線基板１４とフレーム部材１７、フレーム部材１７と熱伝導部材１８は、螺子部材１９を用いて相互間が位置決めされて取付けられる。そして、熱伝導部材１８上には、サブプリント配線基板１５が載置され、その熱結合部１８２に対してサブプリント配線基板１５の電子回路部品１５１が熱的に結合されて、相互間が螺子部材１９を用いて位置決めされる。

次に、回路ユニット１３に取付けたフレーム部材１７は、その熱結合部１７１に取付部材２０の複数の片２０１の例えば奇数番目が取付けられ、この取付部材２０の熱伝導板２０２の他端が上記サブプリント配線基板１５の電子回路部品１５１に熱的に結合される。続いて、回路ユニット１３は、そのフレーム部材１７が取付部材２０と共に、機器筐体１０の収容溝１１に挿入され、取付部材２０の操作部２０３を操作して複数の片２０１を厚さ方向に互い違い状に変位させることで、機器筐体１０の収容溝１１に位置決め固定されて機器筐体１０内に収容される。

このようにして、複数の回路ユニット１３は、そのフレーム部材１７の熱結合部１７１及び熱伝導部材１８の熱結合部１８１が機器筐体１０の収容溝１１に順に挿着されて、機器筐体１０内に所定の間隔に並設収容される。

ここで、複数の回路ユニット１３は、そのメインプリント配線基板１４の電子回路部品１４１及びサブプリント配線基板１５の電子回路部品１５１が熱伝導部材１８、フレーム部材１７を介して機器筐体１０に熱的に結合される。同時に、複数の回路ユニット１３は、そのサブプリント配線基板１５の電子回路部品１５１が熱伝導板２０２を介して機器筐体１０に熱的に結合され、取付部材２０を挟んだ２系統の熱経路を有して機器筐体１０内に収容配置される。

この機器筐体１０内に並設配置された回路ユニット１３は、そのメインプリント配線基板１４及びサブプリント配線基板１５の各電子回路部品１４１，１５１が駆動されて発熱される。この回路ユニット１３で発生した熱は、熱伝導部材１８、フレーム部材１７を経由して機器筐体１０の収容溝１１の一方側の壁面にメインプリント配線基板１４の熱が熱輸送される。同時に、サブプリント配線基板１５の熱が熱伝導板２０２を介して機器筐体１０の収容溝１１の他方側の壁面に熱輸送され、機器筐体１０には、２系統の熱経路で熱輸送される。

そして、機器筐体１０の空気路１２には、その上記空気供給口（図示せず）から冷風が供給され、この冷風が空気排気口(図示せず)から外部に排気される。これにより、機器筐体１０の収容溝１１に熱輸送された回路ユニット１３からの熱は、空気路１２を通過する冷風により奪われて、その空気と共に外部に排熱され、回路ユニット１３のメインプリント配線基板１４及びサブプリント配線基板１５の各電子回路部品１４１，１５１が所望の温度に熱制御される。

このように、上記回路ユニットの放熱構造は、回路ユニット１３に熱的に結合された熱伝導部材１８と熱的に結合されたフレーム部材１７を、機器筐体１０の収容溝１１の一方の壁面に圧接させて回路ユニット１３を収容溝１１内に固定配置する取付部材２０に対して、該収容溝１１の他方の壁面に当接して熱的に結合される熱伝導板２０２を設け、この熱伝導板２０２の先端部を上記回路ユニット１３と熱的に結合させて、該取付部材２０を挟んだ収容溝１１の両壁面の２系統で回路ユニット１３と機器筐体１０との間を熱的に結合させるように構成した。

これによれば、回路ユニット１３と機器筐体１０との間の熱接触面積を大きく採ることができるため、その熱接触抵抗を小さく設定することが可能となる。この結果、機器筐体１０の小形化を確保したうえで、回路ユニット１３の高効率な熱制御が実現され、電子回路部品１４１，１５１の性能の向上を容易に図ることができる。また、回路ユニット１３の製作上の自由度を向上させることが可能となる。

なお、上記実施の形態では、取付部材２０に設けた熱伝導板２０２を回路ユニット１３のサブプリント配線基板１５の電子回路部品１５１に熱的に結合させて取付部材を挟んだ２系統の熱経路を形成するように構成したが、これに限ることなく、例えば図４に示すように取付部材２０の熱伝導板２０２を、回路ユニット２２に熱結合させた熱伝導部材１８に接続配置するように構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。但し、この図４の説明においては、上記図１と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明について省略する。

即ち、この図４に示す実施の形態においては、回路ユニット２２を、一枚のプリント配線基板２２１で形成する。そして、上記取付部材２０の熱伝導板２０２の先端部は、プリント配線基板２２１の電子回路部品２２２と熱的に結合して配した熱伝導部材１８の背面側に直接的に熱的に結合させ、取付部材２０を挟んで２系統の熱経路を形成する。これにより、プリント配線基板２２１の高効率な排熱が可能となる。

また、上記実施の形態では、機器筐体１０に一対の凹状の収容溝１１を複数対、所定の間隔に設けて、その一対の収容溝１１に回路ユニット１３（２２）を、それぞれ挿入して収容する収容溝構造に適用した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、各種の収容溝構造のものにおいても適用可能である。

さらに、上記実施の形態では、空冷構造として、空気路１２を機器筐体１０の収容溝１１の基部に設けるように構成した場合について説明したが、この空冷構造に限ることなく、その他、各種の空冷構造を用いて構成することも可能である。

よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

この発明の一実施の形態に係る回路ユニットの放熱構造の要部を断面して示した図である。図１の回路ユニットを取出して示した斜視図である。図１の取付部材を取出して示した斜視図である。この発明の他の実施の形態に係る回路ユニットの放熱構造の要部を断面して示した図である。

符号の説明

１０…機器筐体、１１…収容溝、１２…空気路、１３…回路ユニット、１４…メインプリント配線基板、１４１…電子回路部品、１５…サブプリント配線基板、１５１…電子回路部品、１６…外部接続コネクタ、１７…フレーム部材、１７１…熱結合部、１８…熱伝導部材、１８１，１８２…熱結合部、１９…螺子部材、２０…取付部材、２０１…片、２０２…熱伝導板、２０３…操作部、２１…イジェクト機構、２２…回路ユニット、２２１…プリント配線基板、２２２…電子回路部品。

Claims

発熱部品がプリント配線基板に実装された回路ユニットと、
この回路ユニットの収容される収容溝が設けられた機器筐体と、
一端部が前記回路ユニットの部品搭載面上に熱的に結合されるものであって、他端部が前記収容溝に収容されて熱的に結合されるフレーム部材と、
前記プリント基板の発熱部品に熱的に結合されると共に、前記フレーム部材の一端部に熱的に結合され、前記プリント配線基板の発熱部品からの熱を前記フレーム部材に熱移送する熱伝導部材と、
前記機器筐体の収容溝に収容され、前記フレーム部材の他端部を前記機器筐体の収容溝の一方の壁面に圧接して該フレーム部材を前記収容溝内に固定配置するものであって、一端が前記熱伝導部材と直接的に熱的に結合されていない前記回路ユニットの発熱部品に熱的に結合され、他端が前記収容溝の他方の壁面に圧接される熱伝導板が設けられた圧接操作自在な取付部材と、
を具備したことを特徴とする回路ユニットの放熱構造。
前記取付部材の熱伝導板は、一端が前記熱伝導部材に熱的に結合されていることを特徴とする請求項１記載の回路ユニットの放熱構造。
前記機器筐体には、前記収容溝に対応して空気路が設けられ、この空気路に外気が供給されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回路ユニットの放熱構造。
前記取付部材の熱伝導板は、弾性変形自在に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の回路ユニットの放熱構造。
前記機器筐体の収容溝は、複数個が所定の間隔に設けられ、それぞれに前記回路ユニットが収容されて回路ユニットが前記機器筐体内に並設されて収容されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の回路ユニットの放熱構造。
前記機器筐体は、飛翔体に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の回路ユニットの放熱構造。