電子機器

【課題】発熱部品と金属筐体（放熱体）との伝熱面積が大きく、発熱による金属筐体内の温度上昇に応じて発熱部品と筐体との押圧力を高くして接触熱抵抗を小さくすることができ、機器内部のスペース効率の良い電子機器を得ること。
【解決手段】第１の壁部１１ａ、該第１の壁部１１ａに対向する第２の壁部１１ｂ及び前記第１、第２の壁部１１ａ、１１ｂの両縁部同士を接続する側壁部１１ｃ、１１ｄを有する金属筐体１１と、リジット基板１２の一面に実装され上面が前記第１の壁部１１ａに当接又は微小隙間を介して対向する発熱部品１３と、前記金属筐体１１の側壁部１１ｃ、１１ｄより熱膨張率が大きい材料で形成され一側が前記リジット基板１２を支持し他側が前記第２の壁部１１ｂに支持されるスペーサ１４と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロコンピュータやパワー半導体等の高発熱部品を実装した基板を金属筐体内に収容する電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ等の発熱体、水冷あるいは空冷される放熱体、および、両者の間隙に両者に密着して設置され熱伝導性とバネ性を兼ね備え温度上昇により膨張するリン青銅、ステンレス等の折り曲げられた帯状の板材料からなる熱伝達手段、を備えた熱伝達装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４２３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、発熱体と放熱体の間に、折り曲げられた帯状の板材料からなる熱伝達手段を設置していた。そのため、発熱体の熱は、帯状の板材料の中を伝わっていくので、熱伝導経路の断面積が小さく熱伝達効率が悪い、という問題があった。また、熱伝達装置において熱伝達手段のための空間が大きく、装置のスペース効率が悪い、という問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発熱部品と金属筐体（放熱体）との伝熱面積が大きく、発熱による金属筐体内の温度上昇に応じて発熱部品と金属筐体との押圧力を高くして接触熱抵抗を小さくすることができ、機器内部のスペース効率の良い電子機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の壁部、該第１の壁部に対向する第２の壁部及び前記第１、第２の壁部の両縁部同士を接続する側壁部を有する金属筐体と、リジット基板の一面に実装され上面が前記第１の壁部に当接又は微小隙間を介して対向する発熱部品と、前記金属筐体の側壁部より熱膨張率が大きい材料で形成され一側が前記リジット基板を支持し他側が前記第２の壁部に支持されるスペーサと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、発熱部品と金属筐体（放熱体）との伝熱面積が大きく、発熱による金属筐体内の温度上昇に応じて発熱部品と筐体との押圧力を高くして接触熱抵抗を小さくすることができ、機器内部のスペース効率の良い電子機器が得られる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明にかかる電子機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【０００９】
実施の形態
図１は、本発明にかかる電子機器の実施の形態を示す断面図であり、図２は、基板とスペーサが積層された状態を示す拡大断面図であり、図３は、実施の形態のスペーサの平面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う矢視図であり、図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿う矢視図であり、図６は、サーボモータに取付けられた実施の形態の磁気エンコーダを示す部分断面図である。
【００１０】
図１及び図２に示すように、実施の形態の電子機器９１は、サーボモータの回転角度を検出する磁気エンコーダであり、第１の壁部１１ａ、第１の壁部１１ａに対向する第２の壁部１１ｂ及び第１、第２の壁部１１ａ、１１ｂの両縁部同士を接続する側壁部１１ｃ、１１ｄを有する金属筐体１１と、リジット基板１２の一面に実装され上面が前記第１の壁部１１ａに当接又は微小隙間を介して対向する発熱部品１３としてのマイクロコンピュータと、金属筐体１１の側壁部１１ｃ、１１ｄより熱膨張率が大きい材料で形成され一側がリジット基板１２を支持し、他側が第２の壁部１１ｂに支持されるスペーサ１４と、を備えている。
【００１１】
実施の形態の金属筐体１１は、アルミニウム製（ステンレス製でもよい）の放熱体であり、上記の壁部の他に底壁部１１ｅを有し、図１の手前側開口部は、周縁段部１１ｆに配置されたパッキン（図示せず）を挟んで蓋（図示せず）をされ、ネジ穴１１ｇにネジ込まれるネジ（図示せず）で蓋を固定することにより、液密に密閉される。
【００１２】
図３〜図５に示すように、スペーサ１４は、ポリカーボネート、ＰＰＳ又はシリコン樹脂等の樹脂材料により成型され、リジット基板１２の周縁部の複数箇所を支持する複数の柱状部１４ａ〜１４ｆと、複数の柱状部１４ａ〜１４ｆ間を枠状に接続する繋ぎ部１４ｇ〜１４ｌと、を備えている。なお、スペーサ１４の素材は、金属筐体１１の側壁部１１ｃ、１１ｄより熱膨張率が大きい材料であれば、上記の樹脂材料に限定されない。スペーサ１４が、中空の枠状に形成されているので、リジット基板１２の両面に回路部品が実装されていても、スペーサ１４が回路部品に干渉することはない。
【００１３】
柱状部１４ｂ、１４ｆの一側及び柱状部１４ａ、１４ｃの他側には、位置決めピン１４ｎが設けられ、柱状部１４ａ、１４ｃの一側及び柱状部１４ｂ、１４ｆの他側には、ピン穴１４ｍが設けられている。以上、実施の形態のスペーサ１４の形状について説明したが、本発明のスペーサは、一定の厚さ（高さ）を有しリジット基板１２の周縁部を支持することができるものであれば、実施の形態のスペーサ１４の形状に限定されない。
【００１４】
図１に示すように、発熱部品１３の上面と第１の壁部１１ａとの間に伝熱材（放熱材料）１５としての厚さ０．３ｍｍ程度のシリコンゴムシートやシリコングリース等を配置する。伝熱材１５は、通常、第１の壁部１１ａに貼付するが、発熱部品１３に貼付してもよい。また、伝熱材１５を配置せずに、発熱部品１３と第１の壁部１１ａとを直接当接させるか又は微小隙間を介して対向させてもよい。
【００１５】
図１及び図２に示すように、スペーサ１４の他側（図１、２では下側）に、リジッド基板１２とは別の第２の基板１６が積層され、第２の基板１６の他側に、第２のスペーサ１７が積層され、第２のスペーサ１７の他側に第３の基板１８が積層されている。スペーサ１４と第２のスペーサ１７とは同じものである。
【００１６】
リジット基板１２と第２の基板１６とは、フレキシブル基板１９により電気的に接続され、第２の基板１６と第３の基板１８とはフレキシブル基板２１により電気的に接続されている。
【００１７】
図２に示すように、スペーサ１４の一側に設けられた位置決めピン１４ｎは、リジット基板１２に設けられたピン孔１２ｍに嵌合され、スペーサ１４の他側に設けられた位置決めピン１４ｎは、第２の基板１６に設けられたピン孔１６ｍを通して第２のスペーサ１７の一側に設けられたピン穴１７ｍに嵌合されている。
【００１８】
第２のスペーサ１７の一側に設けられた位置決めピン１７ｎは、第２の基板１６に設けられたピン孔１６ｍを通してスペーサ１４の他側に設けられたピン穴１４ｍに嵌合され、第２のスペーサ１７の他側に設けられた位置決めピン１７ｎは、第３の基板１８に設けられたピン孔１８ｍに嵌合されている。以上のように、位置決めピンとピン穴とを嵌合させて、リジット基板１２、スペーサ１４、第２の基板１６、第２のスペーサ１７及び第３の基板１８が、互いにずれないように積層されている。
【００１９】
図１に示すように、金属筐体１１の第２の壁部１１ｂの近傍に配置された第３の基板１８の周縁部が、第２の壁部１１ｂに接着剤２２により固定支持される。第３の基板１８を第２の壁部１１ｂに固定するのにネジ等を用いることもできるが、接着剤２２を用いることにより、第２の壁部１１ｂにネジ通し孔を設ける必要がなく、金属筐体１１の液密性を高めることができる。
【００２０】
また、積層された回路ユニットを金属筐体１１内に挿入して接着剤２２で接着するとき、発熱部品１３の上面を、伝熱材１５又は第１の壁部１１ａに当接させた状態で、第３の基板１８と第２の壁部１１ｂとを接着剤２２で接着すると、接着剤２２が固化するときに収縮するので、発熱部品１３と第１の壁部１１ａとの間の押圧力が低くなるか、微小隙間ができる。
【００２１】
電子機器９１が作動していない常温時には、発熱部品１３と第１の壁部１１ａとの間の押圧力が低いか、微小隙間があるので、発熱部品１３及びリジット基板１２が、常時、圧縮応力や曲げ応力を受けることはなく、発熱部品１３をリジット基板１２に実装するハンダにクラックが入るのを防止している。
【００２２】
なお、第３の基板１８及び第２のスペーサ１７が不要の場合、若しくは、第２の基板１６も不要の場合は、スペーサ１４の厚さを厚くするか、金属筐体１１の大きさを小さくするかして、第２の壁部１１ｂの近傍に配置された第２の基板１６又はスペーサ１４を第２の壁部１１ｂに接着剤２２により固定支持すればよい。
【００２３】
次に、実施の形態の電子機器９１の放熱作用について説明する。電子機器９１が作動して発熱部品１３が発熱すると、金属筐体１１内の温度が上昇する。高温状態になると、スペーサ１４及び第２のスペーサ１７が膨張して発熱部品１３が伝熱材１５を介して金属筐体１１の第１の壁部１１ａに押圧され、第１の壁部１１ａの表面加工荒さによる空隙部に伝熱材１５が密着し、放熱効率が向上する。
【００２４】
例えば、室温２０℃から発熱部品１３の発熱により、金属筐体１１内の温度が１００℃まで上昇し、金属筐体１１の温度が７０℃（最高温度）まで上昇すると、
側壁部１１ｃ、１１ｄの長さ：２０ｍｍ
金属筐体（アルミニウム）の線膨張係数：２１ｐｐｍ
スペーサ１４及び第２のスペーサ１７の合計厚さ：１８ｍｍ
スペーサ（ポリカーボネート等）の線膨張係数：７０ｐｐｍ
金属筐体の膨張量：２０ｍｍ×（７０℃−２０℃）×２１×１０^−６＝２１μ
スペーサの膨張量：１８ｍｍ×（１００℃−２０℃）×７０×１０^−６＝１００.８μ
従って、７９.８μ（金属筐体１１がステンレス製の場合は膨張量の差はもっと大きい）だけ伝熱材１５が潰されたりリジット基板１２が撓んだりして発熱部品１３が第１の壁部１１ａに押圧され、放熱効率が向上する。
【００２５】
以上説明したように、実施の形態の電子機器９１は、発熱部品１３と金属筐体（放熱体）１１との伝熱面積が大きく、伝熱距離が短く、発熱による金属筐体１１内の温度上昇に応じて発熱部品１３と金属筐体１１との押圧力を高くして接触熱抵抗を小さくすることができ、かつ、機器内部のスペース効率が良い。
【００２６】
図６に示すように、実施の形態の電子機器９１は、磁気エンコーダであり、ブラケット５０に取付けられ、サーボモータ（図示せず）の回転軸３０に取付けられた磁気ドラム４０の外周部に、磁気エンコーダ９１のセンサヘッド９１ａを隣接させて設置され、センサヘッド９１ａのＭＲ素子の抵抗変化を検出した信号からサーボモータの回転角度を演算し、回転角度信号を外部の制御装置等へ出力する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、発熱部品を備えるものであれば、様々な電子機器に適用することができるが、磁気エンコーダに適している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる電子機器の実施の形態を示す断面図である。
【図２】基板とスペーサが積層された状態を示す拡大断面図である。
【図３】実施の形態のスペーサの平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う矢視図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線に沿う矢視図である。
【図６】サーボモータに取付けられた実施の形態の磁気エンコーダを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１金属筐体
１１ａ第１の壁部
１１ｂ第２の壁部
１１ｃ、１１ｄ側壁部
１１ｅ底壁部
１１ｆ周縁段部
１１ｇネジ穴
１２リジット基板
１２ｍピン孔
１３発熱部品（マイクロコンピュータ）
１４スペーサ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ柱状部
１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１４ｌ繋ぎ部
１４ｍピン穴
１４ｎ位置決めピン
１５伝熱材
１６第２の基板
１６ｍピン孔
１７第２のスペーサ
１７ｍピン穴
１７ｎ位置決めピン
１８第３の基板
１８ｍピン孔
１９、２１フレキシブル基板
２２接着剤
３０回転軸
４０磁気ドラム
５０ブラケット
９１電子機器（磁気エンコーダ）
９１ａセンサヘッド

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の壁部、該第１の壁部に対向する第２の壁部及び前記第１、第２の壁部の両縁部同士を接続する側壁部を有する金属筐体と、
リジット基板の一面に実装され上面が前記第１の壁部に当接又は微小隙間を介して対向する発熱部品と、
前記金属筐体の側壁部より熱膨張率が大きい材料で形成され一側が前記リジット基板を支持し他側が前記第２の壁部に支持されるスペーサと、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記スペーサは、樹脂材料により成型され、前記リジット基板の周縁部の複数箇所を支持する複数の柱状部と、該複数の柱状部間を枠状に接続する繋ぎ部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記発熱部品の上面と第１の壁部との間に伝熱材を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記スペーサの他側に前記リジッド基板とは別の第２の基板が積層されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子機器。
【請求項５】
前記第２の基板の他側に第２のスペーサが積層され該第２のスペーサの他側に第３の基板が積層されていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記スペーサ、第２の基板又は第３の基板のうち前記金属筐体の第２の壁部の近傍に配置された部材は、前記第２の壁部に接着剤により固定支持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電子機器。

【図１】