JP2023043582A - 電子機器および組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクを有する電子機器の技術に関して、ヒートシンクによる基板への負荷・力を低減し、基板の変形等を防止できる技術を提供する。【解決手段】電子機器１は、第1ケース１１と第２ケース１２とを有するケースと、ケース内に収納され、発熱部品５を有し、主面が第１方向に延在するように配置されている基板２と、ケース内に収納され、発熱部品５に放熱グリスを介して接するように配置され、発熱部品５を放熱するためのヒートシンク３とを備える。ヒートシンク３は、発熱部品５を押圧するように、第１方向に対し垂直である第２方向で基板２に対し弾性体を介して固定され、基板２における発熱部品領域は、第２方向で第２ケース１２との間にスペースを設けて配置され、ケースは、ヒートシンク３の荷重によって基板２に働く負荷を低減するように、ヒートシンク３へ向かって出てヒートシンク３を支持する支持部４を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ヒートシンクを有する電子機器の技術に関する。

従来の各種の電子機器は、電子回路基板（プリント基板など。基板と記載する場合がある）に実装されている半導体デバイスなどの発熱部品（言い換えると放熱を必要とする部品）の冷却性能向上を目的として、発熱部品に対しヒートシンクが取り付けられて使用されている。

電子機器のケース（言い換えると筐体）内には、基板やヒートシンクが収納される。自然空冷方式の場合、ケースには、空気を通す通気孔が設けられている。従来、ヒートシンクは、基板に対し例えばねじ締結によって固定されている。

先行技術例としては、国際公開第２００８／１３９５６３号（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、例えば図２に示されるように、電子装置１００の断面において、筐体２１０内に、プリント基板１２０などが搭載されている。プリント基板（配線板）１２０の半導体部品１１０に対し、ヒートシンク１５０が設けられている。ヒートシンク１５０は、プリント基板１２０に対し、ネジ１５６、ワッシャ１５７およびバネ１５８によって固定されている。特許文献１では、半導体部品１１０とプリント基板１２０との間隔を維持するとともに半導体部品１１０のバンプ１１７に加わる負荷を低減する負荷低減部１３０を有する旨が記載されている。

国際公開第２００８／１３９５６３号

上記電子機器におけるヒートシンクは、発熱部品の発熱量が多いほど、放熱のための表面積の確保のために大型になることが一般的である。ヒートシンクが大型になるほど、重くなる。ヒートシンクが重くなるほど、基板への負荷（言い換えると基板に加わる力）が増加する。これにより、基板の変形や破損などにつながるリスクがある。ヒートシンクの重さによって基板が変形した場合、この変形による影響として、ヒートシンクの近傍に実装されている部品（例えば面付け部品のはんだ）に、例えばクラックなどが発生するリスクもある。

従来一般的であるヒートシンク固定構造では、ヒートシンクは基板に対しねじ締結などによって一定以上の押圧力で押圧されるように固定されている。これにより、ヒートシンクによる放熱・冷却性能が高められる。しかしながら、上記のように大型のヒートシンクを基板に対し直接的に取り付けるヒートシンク固定構造では、ヒートシンクの重さに応じた強い押圧力で固定する必要があり、その押圧力によって、基板の固定部位に大きな負荷がかかり、基板の変形などを招くおそれがある。

また、上記ヒートシンク固定構造は、ケース内のスペースにおいて、発熱部品の搭載領域に対し、なるべく狭いスペースで実装される必要がある。

上記ヒートシンクによる放熱・冷却性能を確保または向上するとともに、上記ヒートシンクによる基板への負荷・力を低減し、基板の変形等を防止できる構造が求められる。

また、電子機器のケースの配置（言い換えると設置形態）としては、縦置きや横置きがある。縦置きや横置きのいずれの設置形態でも利用可能な電子機器もある。設置形態に応じて、上記ヒートシンクによる基板への負荷・力を低減できる構造が求められる。

本発明の目的は、ヒートシンクを有する電子機器の技術に関して、ヒートシンクによる基板への負荷・力を低減し、基板の変形等を防止できる技術を提供することである。

本発明のうち代表的な実施の形態は以下に示す構成を有する。実施の形態の電子機器は、第１ケースと第２ケースとを有するケースと、前記ケース内に収納され、発熱部品を有し、主面が第１方向に延在するように配置されている基板と、前記ケース内に収納され、前記発熱部品に放熱グリスを介して接するように配置され、前記発熱部品を放熱するためのヒートシンクと、を備え、前記ヒートシンクは、前記発熱部品を押圧するように、前記第１方向に対し垂直である第２方向で前記基板に対し弾性体を介して固定され、前記基板における前記発熱部品を有する発熱部品領域は、前記第２方向で前記第２ケースとの間にスペースを設けて配置され、前記ケースは、前記ヒートシンクの荷重によって前記基板に働く負荷を低減するように、前記ヒートシンクへ向かって出て前記ヒートシンクを支持する支持部を有する。

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、ヒートシンクを有する電子機器の技術に関して、ヒートシンクによる基板への負荷・力を低減し、基板の変形等を防止できる。上記した以外の課題、構成および効果等については、発明を実施するための形態において示される。

本発明の実施の形態１の電子機器の縦置きの場合の外観斜視図を示す。 実施の形態１の電子機器の横置きの場合の外観斜視図を示す。 実施の形態１の電子機器の、構成要素の分解斜視図を示す。 実施の形態１の電子機器の組み立て方法のフロー、および比較例の組み立て方法のフローを示す。 実施の形態１で、第１ケースの平面図を示す。 実施の形態１で、第１ケースの支持部に対しヒートシンクが取り付けられた状態の平面図を示す。 実施の形態１で、第１ケースのヒートシンクに対し基板が取り付けられた状態の平面図を示す。 実施の形態１で、第１ケースの支持部に対しヒートシンクを取り付ける際の斜視図を示す。 実施の形態１で、第１ケースの支持部に対しヒートシンクが取り付けられた状態の斜視図を示す。 実施の形態１で、ヒートシンクの斜視図を示す。 実施の形態１で、第１ケースのヒートシンクに対し基板を取り付ける際の斜視図を示す。 実施の形態１で、位置決めピンの詳細構造例を示す。 実施の形態１で、第１ケースのヒートシンクに対し基板が取り付けられた状態の斜視図を示す。 実施の形態１で、第１ケースに対し第２ケースを取り付ける際の斜視図を示す。 実施の形態１で、第２ケースの支持部の斜視図を示す。 実施の形態１で、縦置きの場合のＸ－Ｚ面での断面図を示す。 実施の形態１で、縦置きの場合のＸ－Ｚ面での模式断面におけるヒートシンクおよび支持部の構成例を示す。 実施の形態１で、横置きの場合のＸ－Ｚ面での模式断面におけるヒートシンクおよび支持部の構成例を示す。 実施の形態１で、縦置きの場合のＸ－Ｚ面での模式断面におけるヒートシンク固定構造例を示す。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明を省略する。図面において、各構成要素の表現は、発明の理解を容易にするために、実際の位置、大きさ、形状、および範囲等を表していない場合がある。

＜実施の形態１＞
図１～図１９を用いて、本発明の実施の形態１の電子機器１について説明する。

実施の形態１の電子機器１は、一例として光ネットワーク機器であり、ヒートシンク３が搭載される発熱部品５は、一例として光モジュールである。この電子機器は、勿論これに限定されずに適用可能である。光モジュールは、光と電気とを変換する機能を有するＯＮＵ（Optical Network Unit）であり、比較的熱に弱いため、ヒートシンク３による放熱・冷却の対象となる。

実施の形態１の電子機器１は、ユーザが利用する際の配置として、図示（図１、図２）のように、縦置き、横置きのいずれの設置形態でも利用可能な電子機器である。ユーザは、所望の配置で電子機器１を利用する。実施の形態１の電子機器１は、いずれの設置形態でも、ヒートシンク３による基板２（図３等）への負荷を低減できる構造を有する。

この構造は、具体的には後述するが、ケースに設けられた支持部４（図３等）によってヒートシンク３を支持する支持構造と、基板２に対し弾性体を介してヒートシンク３が固定される固定構造とを組み合わせた構造である。

実施の形態１の電子機器１は、基板２およびヒートシンク３等を収納するケースにおいて、ヒートシンク３を支持する支持部４を設ける。支持部４は、ヒートシンク３に向かって出たリブである。電子機器１は、このケースの支持部４によってヒートシンク３を支持する支持構造を有する。これにより、ヒートシンク３の荷重を支持部４によって受け止めるので、基板２に対しヒートシンク３による負荷が直接的にはかからない構造となる。

また、実施の形態１の電子機器１は、基板２に対するヒートシンク３の固定構造として、基板２に対し、ヒートシンク３（特に凸部）を、弾性体（図３の波ワッシャ６）を介して、固定ねじ７によって固定する構造とした。このヒートシンク固定構造では、発熱部品５とヒートシンク３との接触面が放熱グリス９を介して接触されるとともに、ヒートシンク３が基板２に対し所定の範囲内の押圧力で押圧されるように固定される。また、基板２におけるヒートシンク３が搭載される一方側に対しての他方側は、基板２（特に図７の発熱部品領域２２）が第２ケース１２と接触しないようにスペースが設けられる（図１６等）。このヒートシンク固定構造により、ケース内に省スペースで基板２およびヒートシンク３を固定可能となり、通気のスペースもより広いスペースで確保されて、ヒートシンク３による冷却性能が高められる。

そして、実施の形態１の電子機器１は、上記ヒートシンク固定構造と、上記ケースの支持部４によりヒートシンク３を支持するヒートシンク支持構造との相互作用により、いずれの設置形態でも、ヒートシンク３の重さによる基板２に対する負荷・力を低減でき、基板２の変形などを防止できる。

実施の形態１の電子機器１では、縦置きと横置きの両方の設置形態に対応できる構造として、ケース（第１ケース１１および第２ケース１２）におけるヒートシンク３が配置される領域の全周に支持部４が設けられる。ヒートシンク３の主面（平面視した場合に最も面積が大きく見える面）の四辺のうち各辺の少なくとも一箇所に対応させて支持部４を有する。支持部４は、ヒートシンク３との間に所定のクリアランスを持つように設けられる。これにより、電子機器１は、縦置きと横置きとのいずれの設置形態での利用であっても、ヒートシンク３による基板２に対する負荷・力を低減できる。

［電子機器－縦置き］
図１は、実施の形態１の電子機器１について、配置（設置形態）として縦置きの状態にした場合の外観の斜視図を示す。なお、説明上、電子機器１が設置される実空間の座標系および方向として（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いる場合がある。Ｘ軸は第１水平方向、Ｙ軸は第２水平方向、Ｚ軸は鉛直方向である。図１の場合、Ｘ軸はケースの幅方向や厚さ方向、左右方向、Ｙ軸は奥行き方向、前後方向、Ｚ軸は高さ方向、上下方向に対応する。

電子機器１のケース（言い換えると筐体）は、大別して、第１ケース１１と、第２ケース１２とで構成されている。第１ケース１１と第２ケース１２は、Ｘ方向で左右に分離される。第１ケース１１は収納の容積が大きい本体ケースであり、第２ケース１２は第１ケース１１よりも収納の容積が小さいカバーである。図１では左手側に第１ケース１１があり、右手側に第２ケース１２がある。第１ケース１１はケースの左側面部を構成し、第２ケース１２は右側面部を構成する。

電子機器１およびケースの前面部１３は、Ｚ方向に細長い領域を有する。図面では簡略化しているが、前面部１３には、電子機器に応じたユーザインタフェースとして入出力端子やボタンやＬＥＤなどが設けられる。前面部１３に対し、図１では見えていない反対側にある後面部には、電子機器に応じた電源端子やボタンなどが設けられる。

第１ケース１１と第２ケース１２とのそれぞれの主面（平面視した場合に最も面積が大きく見える面）の四辺の外周は、前面部１３、後面部、上面部１４、およびその反対側の下面部のそれぞれで接合されている。なお、電子機器１の設置面上に、図面では見えていない下面部が配置されている。また、電子機器１の下面部には、図示しないが、追加的な部品として、電子機器１を安定的に縦置きで配置するためのスタンドが設けられてもよい。

図面ではケースを簡略化して図示している。実際のケースには、自然空冷方式でヒートシンク３を空冷するために、空気を通す孔（通気孔）などが設けられている。その通気孔の形状等の構成については特に限定されない。

ケース内に破線で示す領域は、後述のヒートシンク３が配置されている概略的な領域を示している。図１の縦置きの場合において、ケース内の下部に、ヒートシンク３および後述（図３等）の基板２の発熱部品５等が配置されている。電子機器１の構成要素のうち金属製のヒートシンク３が最も重いことや、自然空冷方式によるヒートシンク３の放熱性能を考慮して、このような構成要素の配置とされている。

［電子機器－横置き］
図２は、実施の形態１の電子機器１について、配置（設置形態）として横置きの状態にした場合の外観の斜視図を示す。この横置きの状態では、図１での第２ケース１２が下面部となって、電子機器１の設置面上に配置され、図１での第１ケース１１が上面部となって配置されている。図１での上面部１４は、図２では右側面部となって配置されている。なお、以下では主に図１の縦置きでの座標系や用語を用いて説明するが、横置きの場合には、縦置きに対し相対的な関係が変わると考えればよく、重複する同様の説明を省略する。

なお、基板２（図３）の主面（平面視した場合に最も面積が大きく見える面）が延在する方向（特に長手方向）を第１方向とし、第１方向に対し垂直な方向を第２方向とする。図１の縦置きの場合、第１方向は鉛直方向、第２方向は水平方向であり、図２の横置きの場合、第１方向は水平方向、第２方向は鉛直方向である。

［電子機器－分解］
図３は、実施の形態１の電子機器１について、図１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を同じとして、縦置きの電子機器１を、主な構成要素に分解した状態の斜視図を示す。図３で、電子機器１の構成要素は、左から順に、第１ケース１１、ヒートシンク３、基板２、および第２ケース１２を有する。第１ケース１１の内側面には支持部４（複数のリブ）等が設けられている。ヒートシンク３には放熱グリス９が塗布される。基板２には、電子回路基板であり、下部の一部の領域（左側の面）に発熱部品５が搭載されている。第２ケース１１の見えていない内側面にも支持部４が設けられている（後述の図１５）。

［組み立て方法］
図４は、実施の形態１の電子機器１の組み立て方法を概略的に示すフローである。図４のフローは、作業者による電子機器１の組み立て作業フローに相当し、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３を有する。ステップＳ１は、第１ケース１１の支持部４に対しヒートシンク３を取り付ける第１ステップである。ステップＳ２は、第１ケース１１およびヒートシンク３に対し基板２を固定する第２ステップである。ステップＳ３は、第１ケース１１に対し第２ケース１２を取り付ける第３ステップである。

ステップＳ１で、作業者は、第１ケース１１の内側面の空間において、複数の支持部４によって構成される領域内に、ヒートシンク３を配置することで取り付ける（図３、図５、図６、図８、図９等）。ヒートシンク３は、支持部４との間に所定のクリアランス（余裕を持たせた距離）を有する。

ステップＳ２で、作業者は、第１ケース１１およびヒートシンク３に対し、基板２を取り付ける（図７、図１１、図１３等）。この際、ヒートシンク３の所定の箇所には放熱グリス９が塗布される。ヒートシンク３の放熱グリス９の領域に対して発熱部品５が接触するように、基板２が配置される。基板２は第１ケース１１の位置決めピン８に対し位置合わせして配置される。放熱グリス９は、接触面の熱伝導を促進する部材である。また、この際、ヒートシンク３の凸部（図１０等）のねじ穴３３に対し、基板２の穴２５を合わせて、波ワッシャ６を介在して、固定ねじ７によって、ねじ締結される（図１９等）。これにより、ヒートシンク３は、発熱部品５に対し所定の押圧力以上で押圧された状態で、基板２に対し固定される。

ステップＳ３で、作業者は、ヒートシンク３および基板２を含む各部が収納・取り付けられた第１ケース１１に対し、第２ケース１２を、ねじ締結によって固定する（図１４等）。詳しくは、第１ケース１１の４箇所の角の位置決めピン１１１のねじ穴に対し、基板２の３箇所の角の穴２６および第２ケース１２の４箇所の角の穴１２１を通じて、ねじ１２２によって固定される（図３等）。実施の形態１では、第１ケース１１と第２ケース１２との固定は、四辺（前後面および上下面）でのスナップ嵌合と、角でのねじ締結とによる固定である。

図４の下部には、実施の形態１に対する比較例として、従来一般的な組み立て方法のフローを示し、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を有する。ステップＳ１１で、作業者は、基板に対しヒートシンクを取り付ける。基板の発熱部品に対しヒートシンクがねじ締結によって固定される。作業者は、ヒートシンクが取り付けられた基板（ヒートシンク付き基板とも記載）を持って、その後の作業を行うこととなる。ステップＳ１２で、作業者は、第１ケースに対し、ヒートシンク付き基板を取り付ける。ステップＳ１３で、作業者は、ヒートシンク付き基板が取り付けられた第１ケースに対し、第２ケースを固定する。なお、他の方法では、ステップＳ１２で第２ケースに基板が取り付けられ、ステップＳ１３で第２ケースに対し第１ケースが固定されてもよい。

比較例のフローでは、作業者がヒートシンク付き基板を持って作業を行う時間が生じる。作業全体において、この時間が比較的長くなる。この時間において、ヒートシンクの荷重による負荷・力が基板に対して働く。これにより、基板の変形などを生じる可能性がある。

一方、実施の形態１の組み立て方法のフローによれば、ステップＳ１で第１ケース１１の支持部４に対しヒートシンク３が取り付けられた後、ステップＳ２でヒートシンク３に対し基板２が取り付けられる。これにより、作業者がヒートシンク付き基板を持って作業を行う時間が生じない。もしくは、その時間が生じたとしても、比較例の時間よりも短い。また、実施の形態１は、支持部４による支持構造と、固定ねじ７等による固定構造とを組み合わせた構造によって、ヒートシンク３が基板２に対し安定的に配置される。これにより、実施の形態１では、ヒートシンク３の荷重によって基板２へかかる負荷・力の影響が小さくなる。実施の形態１の組み立て方法により、製造作業中にもヒートシンク３による基板２への負荷を抑制でき、基板２の変形などを防止できる。

［第１ケース、支持部］
図５は、第１ケース１１の内側面における支持部４等の構造例を、Ｙ－Ｚ平面の平面図で示す。第１ケース１１の内側面の空間において、Ｚ方向での下部には、複数の支持部４を有し、これらの複数の支持部４によって囲まれた領域４００が、ヒートシンク３を配置するための領域として設けられている。領域４００は、概略的に矩形である。第１ケース１１の内側面から、ヒートシンク３に向かうＸ方向に、支持部４が出ている。

領域４００の周りには、所定の位置に、位置決めピン８および位置決めピン１１１も有する。本例では、３個の位置決めピン（８，１１１）を有する。位置決めピン８は、後述（図１２）のように、軸部から周りに出るリブ部分も有し、そのリブ部分も支持部４として機能する。

第１ケース１１の内側面の領域において、４個の角付近の所定の位置には、基板２および第２ケース１２を位置決めおよび固定するための位置決めピン１１１が設けられている。特に、位置決めピン１１１には、ねじ穴が設けられている。

領域４００に配置されるヒートシンク３（図６）の四辺に対し、各辺で少なくとも一箇所には、支持部４（位置決めピン８等も含む）を有する。これにより、実施の形態１の電子機器１は、縦置き、横置きのいずれの設置形態にも対応可能である。すなわち、いずれの配置で利用された場合でも、ヒートシンク３による基板２への負荷を少なくともいずれかの支持部４によって支持して低減することができる。

図６は、図５の第１ケース１１の支持部４による領域４００内にヒートシンク３が配置された状態を示す。Ｙ－Ｚ面において、ヒートシンク３は、図示のように矩形の主面を有し、主面の四辺（Ｚ方向での上下辺およびＹ方向での前後辺）は、いずれの辺も、少なくとも一箇所が、支持部４によって支持されている。本例では、上辺は３個の支持部４で支持されている。下辺は３個の支持部４で支持されている。右辺（Ｙ方向で後辺）は位置決めピン８，１１１のリブ部分で支持されている。左辺（Ｙ方向で前辺）は支持部４および位置決めピン１１１のリブ部分で支持されている。支持部４に対し、所定のクリアランスを介して、ヒートシンク３が配置される。

［基板］
図７は、図６のヒートシンク３が配置された第１ケース１１に対し、基板２が取り付けられた状態を示す。第１ケース１１の角の位置決めピン１１１に対し、基板２の角の穴２６が位置合わせされる。また、ヒートシンク３の凸部のねじ穴３３に対し、基板２の発熱部品領域２２の穴２５（図３）が合わせられる。ねじ穴３３に対し、波ワッシャ６を介して、固定ねじ７によって、ねじ締結される。

基板２は、Ｙ－Ｚ平面の構成としては、最も大きい面積を持つ主基板領域から下側の左半分程度の領域に出た発熱部品領域２２を有する。発熱部品領域２２（左側面）には、発熱部品５である光モジュールが搭載されている。発熱部品領域２２の一部は切り欠きとなっており、発熱部品５の一部が露出している。

発熱部品領域２２の右側（右半分程度の領域）は、切り欠き領域２３となっており、ヒートシンク３が露出している。この切り欠き領域２３は、自然空冷方式での空気が通る領域となる。

図７の下部には、基板２の発熱部品領域２２を拡大して示している。発熱部品領域２２は、主基板領域に対し、橋状の接続領域２４を介して接続されている。接続領域２４の付近には、開口領域２７が設けられている。開口領域２７は、基板２の一部に穴を開けるようにして設けられている。このように、発熱部品領域２２は、接続領域２４および開口領域２７を介して、主基板領域から外側（Ｚ方向で下側）に出るような形状で設けられている。接続領域２４および開口領域２７により、基板２を伝わる熱を遮断（言い換えると熱伝導を低減）できる。これらにより、主基板領域から発熱部品領域２２に伝わる熱、あるいは、発熱部品領域２２から主基板領域に伝わる熱を遮断できる。

また、開口領域２７は、切り欠き領域２３とともに、Ｘ方向での空気の通り道となるので、ヒートシンク３の冷却効率を上げることができる。特に、電子機器１を横置き（図２）に設置した場合、この開口領域２７が、切り欠き領域２３とともに、空気の通り道となるので、ヒートシンク３の冷却効率を上げることができる。

また、ヒートシンク３の荷重によって、発熱部品領域２２に対しＸ方向に負荷・力が働く可能性がある。この場合に、実施の形態１では、発熱部品領域２２は、接続領域２４および開口領域２７があるため、また、第２ケース１２との間に隙間（後述の図１６）があるため、Ｘ方向にある程度動くことができる。これにより、ヒートシンク３による基板２への負荷・力を逃がし、特に発熱部品領域２２付近の変形などを防止・低減できる。

［支持部に対するヒートシンクの取り付け］
図８は、第１ケース１１の支持部４の領域４００（図５）に対するヒートシンク３の取り付けについての詳細を示す。第１ケース１１の内側面に設けられた複数の支持部４に沿って、ヒートシンク３が配置される。支持部４とヒートシンク３の四辺との間には所定のクリアランスを有するので、領域４００へのヒートシンク３の配置・取り付けは、完全固定ではなく、ヒートシンク３は、クリアランスに対応したある程度の可動の距離で、半固定となる。

支持部４は、ヒートシンク３の主面の四辺（上下辺、前後辺）の各面に対して、所定のクリアランスを介して配置される（詳しくは後述の図１６や図１７）。縦置きの状態とした場合、重力によって、ヒートシンク３の特にＺ方向での下面となる箇所が、支持部４によって支持される度合いが大きくなる。

図９は、第１ケース１１の支持部４の領域４００（図５）にヒートシンク３が取り付けられた状態を示す。図示のように、ヒートシンク３の主面の四辺（外周）は、支持部４によって外側から囲まれるようにして支持されている。

領域４００にヒートシンク３が取り付けられた後、ヒートシンク３の一部の領域、図９での領域３６０には、放熱グリス９（図３）が塗布される。なお、実施の形態１の組み立て方法では、ヒートシンク３側に放熱グリス９を塗布するものとしたが、これに限らず、他の方法では、発熱部品５の接触面に放熱グリス９を塗布するものとしてもよい。

［ヒートシンク］
図１０は、ヒートシンク３の斜視図を示す。ヒートシンク３は、図示のように、Ｚ方向に凹凸（凹部および凸部）を有する。言い換えると、ヒートシンク３は、金属製の平板（主面を構成する平板）が凹凸状に折り曲げられた形状を有する。Ｘ方向で右側を凸、左側を凹とする。ヒートシンク３は、上下に２つの凸部として凸部３０１，３０２を有し、２つの凸部を介在するように３つの凹部として凹部３１１，３１２，３１３を有する。

凸部３０１，３０２における所定の位置には、固定ねじ７（図３）のためのねじ穴３３が設けられている。凸部３０１の左端付近には、ねじ穴３３を有する。凸部３０２の左端から所定の距離の位置には、ねじ穴３３を有する。凹部３１２において、２つのねじ穴３３を結ぶ線を対角線とする領域は、発熱部品５が配置される領域であり、放熱グリス９が塗布される領域３６０を有する。

ヒートシンク３は、主に、凹凸状の平板の左側の面（第１ケース１１と対向する側の面）において、複数の放熱フィン３２を有する。凹部３１１，３１２，３１３の左側面には、放熱フィン３２を有する。また、下側の凹部３１３は、右側面にも放熱フィン３２を有する。放熱フィン３２は、本例では、Ｙ方向に延在する長板形状を有し、Ｚ方向に複数の放熱フィン３２が並んでいる。放熱フィン３２は、本例の形状に限定されず、ピン形状等としてもよい。

実施の形態１では、ヒートシンク３の形状は、図示のように、発熱部品５の領域をＺ方向で上下に凸部３０１と凸部３０２によって囲むことができる凹凸形状としている。これに限らず、変形例では、ヒートシンク３の形状は、例えば、発熱部品５の領域を、Ｙ方向でも囲むことができるように、Ｙ方向に凹凸を設けた形状としてもよい。

［ヒートシンクに対する基板の取り付け］
図１１は、図９の第１ケース１１のヒートシンク３に対する基板２の取り付けについての詳細を示す。第１ケース１１の位置決めピン、例えばヒートシンク３に対し右上の位置決めピン８、および左下の位置決めピン１１１に対し、基板２の対応する２つの位置の穴２８が位置合わせされる。また、ヒートシンク３の放熱グリス９の領域に対し左上および右下の２つのねじ穴３３に対し、発熱部品領域２２の対応する２つの位置の穴２５が合わせられる。これにより、ヒートシンク３の凹部３１２の放熱グリス９に対し、発熱部品領域２２の発熱部品５が接触するように配置される。

図１２は、第１ケース１１の位置決めピン８の詳細の構造例を示す。位置決めピン８は、Ｘ方向に延在する円柱形状の軸部を有し、その軸部の周囲に、例えばＺ方向の上下およびＹ方向の前後のそれぞれの方向に、リブ部分８４が出ている。このリブ部分８４は、それぞれ支持部４として機能する。例えば、４個のリブ部分８４のうち、少なくともいずれか１つのリブ部分８４が、ヒートシンク３を支持する部分として使用されればよい。図１１の例では、右上の位置決めピン８における図１２の左側のリブ部分８４が、ヒートシンク３の右辺（Ｙ方向での後辺）を所定のクリアランスで支持している。

図１３は、図１１のヒートシンク３に対し基板２が取り付けられた状態を示す。ヒートシンク３の凸部３１２（図１０）の対角線上の２つのねじ穴３３に対し、発熱部品領域２２の対応する２つの穴２５を介して、それぞれ、弾性体である波ワッシャ６を挟んで、固定ねじ７によって、ねじ締結される（詳しくは後述の図１９）。これにより、発熱部品５に所定の押圧力以上の押圧力がかかる状態で、基板２に対しヒートシンク３が固定される。この固定は、弾性体を介した半固定であるため、ヒートシンク３によって基板２にかかる負荷・力は、所定の範囲内の負荷・力となるように抑制される。

［第１ケースに対する第２ケースの取り付け］
図１４は、図１３の基板２が取り付けられた第１ケース１１に対する第２ケース１２の取り付けの詳細を示す。第１ケース１１の角付近における、ねじ穴を有する位置決めピン１１１に対し、第２ケース１２の対応する位置の穴１２１が位置合わせされて、ねじ１２２（図３）によって、ねじ締結される。これにより、第１ケース１１に第２ケース１２が固定される。第２ケース１２の側面部分（前面１３などを構成する一部）は、第１ケース１１の側面部分（前面１３などを構成する一部）よりも、Ｘ方向での長さが短い。

基板２の切り欠き領域２３（図７）では、ヒートシンク３の一部が露出しており、この切り欠き領域２３は、第２ケース１２との間に、通気のための空間を形成する。また、この通気の空間に対応させて、第２ケース１２の面には、図示しない通気孔が設けられている。また、発熱部品領域２２についても、第２ケース１２との間には、接触しないように隙間が設けられる（後述の図１６）。

［第２ケースの支持部］
図１５は、第２ケース１２の内側面における支持部４の構造例を示す。図１５は、Ｘ方向で反対方向（図３での左から右への方向）から第２ケース１２の内側面の下部を見た斜視図である。実施の形態１では、第２ケース１２側の複数の支持部４（特に支持部４Ｂとする）は、ヒートシンク３の主面の四辺の付近に限らず、主面内の凸部３０１，３０２（図１０）を支持できるように、所定の位置や形状で形成されている。支持部４Ｂは、第２ケース１２の内側面からヒートシンク３に向かってＸ方向で出ている。ある支持部４Ｂは、例えば凸部３０１（図１０）の上面、下面および右側面に対し所定のクリアランスで支持するように、図示のような凹形状を有する。

第１ケース１１の支持部４の領域４００内に配置されたヒートシンク３は、第２ケース１２側から支持部４Ｂによって挟まれる。これにより、ヒートシンク３は、概略的に所定の位置に配置される。厳密には、各支持部４とヒートシンク３の各面との間にはクリアランスがあるので、ヒートシンク３は、設置形態に応じた重力によって可動であり、それに応じて配置領域内での配置位置が定まる。

［電子機器－断面図］
図１６は、組み立て後の電子機器１における、縦置きのＸ－Ｚ面での断面図を示す。図１６は、発熱部品５（発熱部品領域２２）がある位置での一部の断面を示す。図１６では、ヒートシンク３の２つのねじ止め箇所の断面をまとめて図示している。

第１ケース１１は、図示のように、ベースとなる平板から、ヒートシンク３に向かうＸ方向（図面での右方向）で、支持部４（特に支持部４Ａとする）が出ている。図１６の断面では、ヒートシンク３の上辺や下辺が支持部４Ａによって支持されている。特に、縦置きの場合には、Ｚ方向での重力に対応して、ヒートシンク３の下辺となる箇所（例えば凹部３１３の下辺）に対し下側に配置されている支持部４Ａは、その支持部４Ａの上にヒートシンク３の下辺部分を載せて支持することで、ヒートシンク３による負荷を受け止める。

第２ケース１２は、図示のように、ベースとなる平板から、ヒートシンク３に向かうＸ方向（図面での左方向）で、支持部４（特に支持部４Ｂ）が出ている。図１６の断面では、ヒートシンク３の凸部３０１が支持部４Ｂによって支持されている。図示していないが、支持部４Ａと同様に、ヒートシンク３の下辺となる箇所に対し下側に配置されている支持部４Ｂは、その支持部４Ｂの上にヒートシンク３の下辺部分を載せて支持することで、ヒートシンク３による負荷を受け止める。

ヒートシンク３のＺ方向での上側にはスペース１５０１が設けられており、自然空冷方式での空気の通路となる。このスペース１５０１は、前述のＹ方向での後側のスペース（図７の切り欠き領域２３等）とも通じている。

基板２に対し、Ｘ方向での右側で、第２ケース１２（支持部４Ｂを含む）との間に、接触しないように、スペース１５０２が設けられている。基板２に対し、ヒートシンク３によって、Ｘ方向に負荷・力が働いた場合でも、スペース１５０２があるので、基板２の特に発熱部品領域２２は、第２ケース１２には接触しない。これにより、基板２（特に発熱部品領域２２付近）の変形などが防止・低減される。

なお、支持部４（４Ａ，４Ｂ）は、ケース（１１，１２）のベース平面と一体的に形成された部分としてもよいし、別部品として取り付けられた部分としてもよい。支持部４は、第１ケース１１の主面からＸ方向に延在して出る部分（支持部４Ａ）としてもよいし、第２ケース１２の主面からＸ方向に延在して出る部分（支持部４Ｂ）としてもよい。支持部４は、ケースの底面（例えば図１７での下面１６４０）からＺ方向で上に延在して出る部分としてもよいし、ケースの前後側面（例えば図１の前面１３）からＹ方向で延在して出る部分としてもよい。

［支持部の構造例］
図１７は、図１６の断面図を簡略化して、ケースの支持部４によってヒートシンク３を支持する構造例に関する模式説明図を示す。第１ケース１１側の支持部４Ａと第２ケース１２側の支持部４Ｂとによって、ヒートシンク３の全周が挟み込まれるようにして固定される。図１７の縦置きでは、Ｚ方向の重力が電子機器１の長手方向（第１方向）に働く。ヒートシンク３の重さは、支持部４を通じてケースによって受け止められる。これにより、ヒートシンク３による基板２に対する負荷が低減される。なお、一点鎖線は、固定ねじ７などが配置される軸Ｊ１，Ｊ２の位置を示す。破線枠の領域１６０５には、発熱部品５が配置されている。

支持部４における破線で示す部分（例えば部分１６０１，１６０２）は、ケース（１１，１２）によってヒートシンク３を挟み込む箇所の例であり、支持部４の面とヒートシンク３の面とが所定のクリアランスで接する箇所の例である。図１７の例では、第２ケース１２側から出た支持部４Ｂは、ヒートシンク３の凸部３０１，３０２を支持する。このような破線で示す部分（例えば部分１６０１，１６０２）では、設計上、支持部４とヒートシンク３との間に、所定のクリアランスが設けられている。所定のクリアランスは、例えば０．５ｍｍである。

ヒートシンク３に対し、左右にある第１ケース１１と第２ケース１２が、ヒートシンク３を両側から所定のクリアランスで支持部４によって挟み込むように配置されている。この支持部４は、ヒートシンク３を押圧して保持するわけではなく、ヒートシンク３はクリアランスを用いてある程度可動である。

また、ヒートシンク３において、点線で示す箇所（例えば下面１６３１，１６３２）は、縦置きの状態の場合に、下面となる箇所の例である。ヒートシンク３における下面となる箇所は、主面の下辺に限らず、図示のように各位置に存在する。例えば主面内の凸部３０１にも下面１６３２，１６３３を有する。縦置きでのヒートシンク３の下面、例えば凹部３１３の下面１６３１や、凸部３０１の下面１６３２は、支持部４によって支持され、特に、Ｚ方向での重力による荷重が支えられる。これにより、基板２に対しヒートシンク３によって働く負荷・力を低減できる。

実施の形態１での図示するようなヒートシンク３の下面の箇所および支持部４に限らずに、他の箇所に支持部４を設けてもよい。ヒートシンク３の主面の四辺の付近に限らず、他の箇所に支持部４を設けてもよい。他の箇所の例として、凸部３０１の左側の下面１６３３に対して支持部４を設けてもよい。その場合、凸部３０１による左側の窪みのスペースに、破線で示すような突起部を支持部４Ｃとして設けてもよい。その支持部４Ｃは、第１ケース１１の主面からＸ方向に延在する部分としてもよいし、第１ケース１１の側面などから延在する部分としてもよい。

図１８は、図１６や図１７の電子機器１を横置きの状態とした場合での概略断面図を図１７と同様に示す。図１８で、図１７とは異なる、ヒートシンク３の下面となる箇所の例を、点線で示している。図１８の横置きでは、Ｚ方向での重力が、電子機器１の厚さ方向に働く。横置きでヒートシンク３の下面となる箇所、特に凸部３０１，３０２の下面１７０１，１７０２が、第２ケース１２側の支持部４Ｂ（特に凹部）によって支持されている。これにより、Ｚ方向での重力による荷重が支えられ、ヒートシンク３によって基板２に対し働く負荷・力を低減できる。

横置きでヒートシンク３における下面となる箇所は、図示の下面１７０１，１７０２の箇所に限らず、図示のように各位置に存在する。他の箇所に支持部４を設けてもよい。他の箇所の例として、凹部３１１，３１２，３１３の下面に対して支持部４を設けてもよい。一部の放熱フィンに対して支持部４を設けてもよい。例えば、凹部３１１の下面１７０３に対し支持部４を追加してもよい。その場合、例えば、凹部３１１の下側のスペースに、ケースの前面１３（図１）からＹ方向に延在して出るような突起部が支持部４Ｄとして設けられてもよい。

［ヒートシンクと基板との固定構造］
図１９は、ヒートシンク３と基板２との固定構造の詳細について、縦置きの場合のＸ－Ｚ面での模式断面図を示す。構成要素は、左から、ヒートシンク３、放熱グリス９、発熱部品５、基板２の発熱部品領域２２、波ワッシャ６、固定ねじ７等を有する。ヒートシンク３の２つの凸部３０１，３０２における軸Ｊ１，Ｊ２の位置のねじ穴３３に対し、基板２の穴２５が位置合わせされて、波ワッシャ６を介在させて、固定ねじ７が締結される。穴２５は、ねじ穴ではない開口部である。

固定ねじ７は、段付きねじであり、構成部分として、ねじ頭７１、段部（言い換えると不完全ねじ部）７２、およびねじ部（言い換えると完全ねじ部）７３を有する。段部７２は、Ｘ方向に基板２の厚さよりも大きい所定の長さを有し、基板２の穴２５に挿入される。段部７２は、穴２５の径よりも小さい所定の径を有し、基板２との間に隙間を生じる。ねじ部７３は、段部７２よりも径が小さく、ねじ穴３３に嵌合する。

固定ねじ７による固定時には、図示のように、段部７２が基板２の穴２５を通り、段部７２の一方端がヒートシンク３の例えば凸部３０１の面に当接する。また、ねじ部７３は、凸部３０１のねじ穴３３に嵌合する。また、基板２の穴２５付近の右側の面とねじ頭７１との間の隙間１００２に、弾性体である波ワッシャ６が挟まれ、固定ねじ７が締結される。また、段部７２により、基板２の穴２５付近の左側の面とヒートシンク３の凸部３０１の面との間にも隙間１００１が設けられ、ヒートシンク３の凸部３０１は基板２の面に対し接触しない。

固定ねじ７が段付きねじであり、弾性体である波ワッシャ６を介在して固定する構造であるため、固定ねじ７が締結された状態で、ヒートシンク３は、基板２に対し直接的には固定されておらず（言い換えると完全固定ではなく）、Ｘ方向に弾性を伴って可動である（言い換えると半固定である）。弾性体である波ワッシャ６の弾性は、基板２に対し固定ねじ７をＸ方向右に離そうとする力、すなわち、固定ねじ７で連結されたヒートシンク３を基板２に近づけようとする力を発生させる。

固定後、ヒートシンク３（特に凹部３１２）は、波ワッシャ６の弾性により、常時に、発熱部品５に対して所定の押圧力以上の押圧力で押圧されて、放熱グリス９を介して接している。

このような固定構造と、前述の支持部４による支持構造とを組み合わせた構成により、ヒートシンク３から基板２にかかる負荷・力は、所定の範囲内の負荷・力に抑制される。

［放熱性能］
実施の形態１に対する比較例として、基板２における島状に張り出した発熱部品領域２２および切り欠き領域２３（図７等）を設けない構成とした場合、第２ケース１２の通気孔から流入した空気は、基板２によって遮られるため、ヒートシンク３等がある方の空間に流入しにくい。そのため、ヒートシンク３による放熱性能が高めにくい。一方、実施の形態１では、前述（図７等）のように、切り欠き領域２３等を設ける構成であるため、第２ケース１２の通気孔から流入した空気は、基板２の切り欠き領域２３を経由して、ヒートシンク３等がある方の空間に流入しやすい。ヒートシンク３等の付近を流れた空気は、第１ケース１１の通気孔を通じて外部に流出する。これにより、実施の形態１では、比較例よりも、ヒートシンク３による放熱性能を高めることができる。

［効果等］
以上のように、実施の形態１の電子機器１によれば、ヒートシンク３による基板２への負荷・力を低減し、基板２の変形などを防止・低減できる。実施の形態１の電子機器１は、ケースの支持部４によってヒートシンク３を支持する支持構造を設けたので、ヒートシンク３の荷重による基板２への負荷・力を低減できる。実施の形態１の電子機器１は、ケース（第１ケース１１および第２ケース１２）とヒートシンク３とが基本的に分離できる構造を有する。支持構造として、ケースの支持部４の領域４００内にヒートシンク３が所定のクリアランスで配置され、設置形態に応じた重力の方向で、支持部４によってヒートシンク３が支持される。これにより、ヒートシンク３の荷重による基板２への負荷・力を低減できる。

また、実施の形態１の電子機器１では、基板２へのヒートシンク３の固定構造として、波ワッシャ６（弾性体）を介して固定ねじ７（段付きねじ）によって押圧して固定する構造を設けたので、ヒートシンク３による基板２への負荷・力を低減できる。また、この固定構造は、従来の固定構造よりも省スペースで実装でき、省スペースにできる分、付近にはヒートシンク３を空冷するためのスペースも広く確保することができる。

実施の形態１の電子機器１は、上記固定構造と支持構造とを組み合わせた構造を有することにより、ケース内に省スペースでヒートシンク３を配置・実装でき、ヒートシンク３による基板２への負荷・力を抑制できるとともに、発熱部品５への押圧力については十分に確保できる。これにより、ヒートシンク３による放熱性能を高く確保することができる。この構造は、基板２とケースとの間にスペースが設けられ、基板２およびヒートシンク３がケースに対して直接的には固定されない構造、言い換えると支持部４を介して固定される構造である。これにより、ヒートシンク３による発熱部品５への押圧力を所定の押圧力以上の好適な押圧力としながら、ヒートシンク３による基板２への負荷を所定の範囲内の負荷となるように抑制している。これにより、基板２の例えば面付け部品のはんだのクラック等も防止できる。

従来の電子機器におけるヒートシンク固定構造は、特許文献１の例のように、基板に対して直接的にヒートシンクがねじ締結によって固定される。この固定構造では、ヒートシンクの重さに応じて大きな押圧力によって固定する必要があるため、ヒートシンクによる基板への負荷・力が大きく、基板の変形などが生じやすい。それに対し、実施の形態１の電子機器１は、上記固定構造とともに支持構造を設けたので、ヒートシンク３による基板２への負荷・力を低減でき、基板２の変形などを防止できる。

［変形例（１）］
上記実施の形態１では、支持部４による領域４００（図５）内に所定のクリアランスを介してヒートシンク３を配置・収納する構成としたが、これに限らず、支持部４による領域４００内に、ヒートシンク３を押圧によって固定する構成としてもよい。例えば、ヒートシンク３の主面の四辺が、それぞれ、支持部４によって、上下・前後の各方向にヒートシンク３内部に向かって押圧されるようにして固定されてもよい。この変形例の場合、実施の形態１よりもクリアランスの距離が小さく、支持部４とヒートシンク３との押圧は所定の範囲内の押圧力とされる。この変形例でも、ヒートシンク３による基板２への負荷を低減できる。

［変形例（２）］
上記実施の形態１は、縦置き、横置きのいずれの設置形態にも対応できる構造としたが、変形例としては、電子機器が、縦置きの設置形態のみで利用される製品である場合や、横置きの設置形態のみで利用される製品である場合にも、その設置形態に対応させた専用のヒートシンク３や支持部４の構造とすることができる。具体的には以下の通りである。縦置き専用の電子機器の場合、ケースは、第１方向を鉛直方向、第２方向を水平方向とした縦置きで配置され、支持部４は、縦置きでヒートシンク３の下面となる箇所を、所定のクリアランスを介して支持する（前述の図１７と同様）。横置き専用の電子機器の場合、ケースは、第１方向を水平方向、第２方向を鉛直方向とした横置きで配置され、支持部４は、横置きでヒートシンク３の下面となる箇所を、所定のクリアランスを介して支持する（前述の図１８と同様）。

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。特に限定しない場合、各構成要素は、単数でも複数でもよい。各種構成例について組み合わせた形態も可能である。各種構成例において、必須構成要素を除き、構成要素の追加・削除・置換などが可能である。

１…電子機器、２…基板、３…ヒートシンク、４…支持部、５…発熱部品、６…波ワッシャ、７…固定ねじ、８…位置決めピン、９…放熱グリス、１１…第１ケース、１２…第２ケース。

Claims (7)

1. 第１ケースと第２ケースとを有するケースと、
   前記ケース内に収納され、発熱部品を有し、主面が第１方向に延在するように配置されている基板と、
   前記ケース内に収納され、前記発熱部品に放熱グリスを介して接するように配置され、前記発熱部品を放熱するためのヒートシンクと、
   を備え、
   前記ヒートシンクは、前記発熱部品を押圧するように、前記第１方向に対し垂直である第２方向で前記基板に対し弾性体を介して固定され、
   前記基板における前記発熱部品を有する発熱部品領域は、前記第２方向で前記第２ケースとの間にスペースを設けて配置され、
   前記ケースは、前記ヒートシンクの荷重によって前記基板に働く負荷を低減するように、前記ヒートシンクへ向かって出て前記ヒートシンクを支持する支持部を有する、
   電子機器。
2. 請求項１記載の電子機器において、
   前記ケースは、前記第１方向を鉛直方向、前記第２方向を水平方向とした縦置きの設置形態と、前記第１方向を水平方向、前記第２方向を鉛直方向とした横置きの設置形態とのいずれでも配置可能であり、
   前記支持部は、前記ヒートシンクの主面の四辺を、辺ごとに少なくとも一箇所で、所定のクリアランスを介して支持する、
   電子機器。
3. 請求項１記載の電子機器において、
   前記ケースは、前記第１方向を鉛直方向、前記第２方向を水平方向とした縦置きの設置形態で配置され、
   前記支持部は、前記縦置きで前記ヒートシンクの下面となる箇所を、所定のクリアランスを介して支持する、
   電子機器。
4. 請求項１記載の電子機器において、
   前記ケースは、前記第１方向を水平方向、前記第２方向を鉛直方向とした横置きの設置形態で配置され、
   前記支持部は、前記横置きで前記ヒートシンクの下面となる箇所を、所定のクリアランスを介して支持する、
   電子機器。
5. 請求項１記載の電子機器において、
   前記基板は、前記第２方向で主面を平面視した場合に、前記発熱部品を有さない主基板領域から、開口領域および接続領域を介して、前記発熱部品領域が外側に出た形状を有し、前記発熱部品領域の隣には、前記ヒートシンクが露出する切り欠き領域が設けられている、
   電子機器。
6. 請求項１記載の電子機器において、
   前記ヒートシンクは、少なくとも前記第１方向に凹凸を有し、
   前記支持部は、前記第１ケースの内側面に設けられ前記ヒートシンクの所定の箇所を支持する第１支持部と、前記第２ケースの内側面に設けられ前記ヒートシンクの所定の箇所を支持する第２支持部と、を有し、
   前記ヒートシンクの凸部は、前記第２方向で前記基板に対し前記弾性体を介してねじ締結によって固定されている、
   電子機器。
7. 電子機器を組み立てる組み立て方法であって、
   前記電子機器は、
   第１ケースと第２ケースとを有するケースと、
   前記ケース内に収納され、発熱部品を有し、主面が第１方向に延在するように配置される基板と、
   前記ケース内に収納され、前記発熱部品に放熱グリス（接触面の熱伝導を促進する部材）を介して接するように配置され、前記発熱部品を放熱するためのヒートシンクと、
   を備え、
   前記ヒートシンクは、前記発熱部品を所定の範囲内の押圧力で押圧するように、前記第１方向に対し垂直である第２方向で前記基板に対し弾性体を介して固定され、
   前記基板における前記発熱部品を有する発熱部品領域は、前記第２方向で前記第２ケースとの間にスペースを設けて配置され、
   前記ケースは、前記ヒートシンクの荷重によって前記基板に働く負荷を低減するように、前記ヒートシンクへ向かって出て前記ヒートシンクを支持する支持部を有し、
   前記組み立て方法は、
   前記第１ケースの前記支持部によって囲まれる領域に、前記ヒートシンクを配置するステップと、
   前記第１ケースおよび前記ヒートシンクに対し、前記基板を固定するステップと、
   前記第１ケースに対し前記第２ケースを固定するステップと、
   を有する、組み立て方法。

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