JP4770933B2

JP4770933B2 - 無線通信装置

Info

Publication number: JP4770933B2
Application number: JP2009017947A
Authority: JP
Inventors: 博一佐野; 太郎上田; 伊知郎城川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2009223881A

Description

この発明は、例えばＲＦＩＤ用リーダライタなどの機器に関し、発熱量の大きい無線通信用の電子部品等を取り付けた回路基板を筐体内に収納し、電子部品等からの放熱を行う無線通信装置に関するものである。

発熱量が大きい電子部品を実装する電子機器では、電子部品から発生する熱によって筐体内部の温度もしくは電子部品自身の温度が電子部品の許容温度以上に上昇して故障するのを防ぐために、発熱量が大きい主要な電子部品が実装された基板の表面と筐体との間を熱伝導率の良い金属製部品によって物理的に接続し、熱を放熱体である筐体全体に効率良く伝導・拡散させる。例えば、特許文献１には従来の無線通信用電子機器が開示されており、この特許文献１に記載の技術によれば、無線通信用電子機器の筐体は筒状の形状を有し、外表面には放熱フィンが設けられており、筐体の内壁面の一部と、発熱する電子部品を取り付けた基板（金属ベース）の底面とを密着せしめ、電子部品で発生した熱が基板を介して筐体へ流れる構造が採用されている。

特開平７−７４６５７号公報

特許文献１に記載された従来の技術によれば、筒状筐体の内壁面のうち基板（金属ベース）と接触している部分においては発熱する電子部品からの熱伝導により放熱効率は良いが、接触していない部分では放熱効率が低くなるという問題点があった。具体的には、筒状筐体の内壁面のうち基板と接触している部分と対向する内壁面の部分では、発熱する電子部品からの放熱は空気を介した熱伝達と熱放射に依存するため、基板と接触している部分での熱伝導に比べて、放熱効率は低くなる。また、特許文献１の筒状筐体の外表面に設けた放熱フィン全体への熱伝導を良くするためには、筐体の肉厚を厚くし、周方向の熱伝導抵抗を低減化する手法をとる必要があるが、このような手法によれば、電子機器の外形寸法及び質量が増大してしまうという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、発熱量の大きい無線通信用の電子部品等を取り付けた回路基板を筐体内に収納した上で、電子部品等から効率よく放熱が行える無線通信装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る無線通信装置は、高周波電子部品から発生する熱を放熱するケースと、このケース内に収納される電気回路ユニットとを備え、上記電気回路ユニットは、上記高周波電子部品を取り付けた回路基板と、この回路基板を取り付けるフレームと、上記回路基板の表面に設けられ上記ケースの１の内壁に接続されて、上記高周波電子部品から発生する熱を上記ケースへ伝導するブロック部材と、上記回路基板の裏面に設けられ上記フレームに接続されて上記高周波電子部品から発生する熱を上記フレームへ伝導する内部プレートと、上記フレームに設けられ上記１の内壁に対向する上記ケースの内壁に接続されて、上記フレームから上記ケースへ伝導するプレート部材とを具備したものである。

請求項２の発明に係る無線通信装置は、請求項１の発明に係る無線通信装置において、上記ケースは、中空長方形断面の角筒であるものである。

請求項３の発明に係る無線通信装置は、請求項１の発明に係る無線通信装置において、上記プレート部材は、Ｚ字状に曲げられた板材であるものである。

請求項４の発明に係る無線通信装置は、高周波電子部品及び制御回路部品から発生する熱を放熱するケースと、このケース内に収納される電気回路ユニットとを備え、上記電気回路ユニットは、上記高周波電子部品を取り付けた第１の回路基板と、上記制御回路部品を取り付けた第２の回路基板と、これらの回路基板を取り付けるフレームと、上記第１の回路基板の表面に設けられ上記ケースの１の内壁に接続される部材であって、上記高周波電子部品から発生する熱を上記ケースへ伝導する部分を有するブロック部材と、上記フレームに設けられ上記１の内壁に対向する上記ケースの内壁に接続されて、上記第２の回路基板上で発生する熱を上記ケースへ伝導するプレート部材とを具備したものである。

請求項５の発明に係る無線通信装置は、請求項４の発明に係る無線通信装置において、上記ブロック部材は、さらに、上記第１の回路基板に取り付けた電子部品をシールドする部分を有するものである。

請求項６の発明に係る無線通信装置は、請求項４または請求項５の発明に係る無線通信装置において、上記ケースは、中空長方形断面の角筒であるものである。

請求項７の発明に係る無線通信装置は、請求項４または請求項５の発明に係る無線通信装置において、上記プレート部材は、Ｚ字状に曲げられた板材であるものである。

請求項１に記載の発明によれば、回路基板上の高周波電子部品で発生した熱をブロック部材、内部プレート、プレート部材によってケースへ熱伝導させるので、発生した熱を効率良く放熱体であるケース全体へ伝導させることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、ケースは角筒状とするので、安価に製造することができ、請求項３に記載の発明によれば、プレート部材をＺ字状に曲げられた板材とすることにより、このプレート部材とケース内壁の密着性が高まり、熱伝導をよくすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、第１の回路基板上の高周波電子部品で発生した熱をブロック部材により、第２の回路基板上で発生した熱をプレート部材によってケースへ熱伝導させるので、発生した熱を効率良く放熱体であるケース全体へ伝導させることができる。また、請求項５に記載の発明によれば、ブロック部材により電子部品のシールドを兼ねることができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、ケースは角筒状とするので、安価に製造することができ、請求項７に記載の発明によれば、プレート部材をＺ字状に曲げられた板材とすることにより、このプレート部材とケース内壁の密着性が高まり、熱伝導をよくすることができる。

この発明の実施の形態１に係る無線通信装置の外形を表わす外観図である。図１に示す無線通信装置のＡＡ断面を表わす断面図である。図１に示す無線通信装置のＢＢ断面を表わす断面図である。電気回路ユニット６の左側面の外形を表わす外観図である。図４に示す電気回路ユニット６のＣＣ断面を表わす断面図である。図４に示す電気回路ユニット６のＤ側からみた外形を表わす外観図である。電気回路ユニット６の右側面の外形を表わす外観図である。この発明の実施の形態２に係る無線通信装置の電気回路ユニット１３の左側面の外形を表わす外観図である。図８に示す電気回路ユニット１３のＥＥ断面を表わす断面図である。図８に示す電気回路ユニット１３のＦ側からみた外形を表わす外観図である。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係る無線通信装置について図１乃至図７を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る無線通信装置の外形を表わす外観図であり、図１における（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。図１において、１は筐体であり、２は電子部品を取り付けた回路基板等を収納するケースであり、３は前面パネル、４は背面パネル、５はアンテナケーブルを接続するコネクタである。ケース２は、前面と背面とが開口し、左右側面、上面及び底面が閉じられた角筒形状（断面ＡＡは中空の長方形断面形状）を有しており、ケース２は、引抜き又は押出し加工により形成される角パイプを軸方向に所定寸法で切り出すことにより作ることができる。このような加工方法によってケース２は安価に製作することができる。実施の形態１に係る無線通信装置は、ケース２、前面パネル３及び背面パネル４からなる筐体１と、筐体１内に収納される電気回路ユニットであって、コネクタ５や電子部品等を取り付けた回路基板及びフレーム等の部材からなる電気回路ユニットとで構成する。図２は図１に示す無線通信装置のＡＡ断面を表わす断面図であり、図３は図１に示す無線通信装置のＢＢ断面を表わす断面図である。図２において、６はケース２内に収納する電気回路ユニットであり、底面部６ａにおいてケース２の底面２ａに固定される。電気回路ユニット６内の構成についてみれば、７はコネクタ５や電子部品が取り付けられた回路基板であり、８は回路基板７を取り付けるコの字状のフレーム、９は回路基板７で発生した熱をケース２の一方の側面２ｂへ熱伝導させるブロック部材、１０は回路基板７とフレーム８との間に設けられ回路基板７で発生した熱をフレーム８側へ熱伝導させる内部プレート、１１はフレーム８に伝わった回路基板７からの熱をケース２の他方の側面２ｃへ熱伝導させるプレート部材である。

図４は電気回路ユニット６の左側面の外形を表わす外観図であり、図５は図４に示す電気回路ユニット６のＣＣ断面を表わす断面図であり、図６は図４に示す電気回路ユニット６のＤ側からみた外形を表わす外観図であり、図７は電気回路ユニット６の右側面の外形を表わす外観図である。図４に示す電気回路ユニット６の左側面には、回路基板７上に設けたブロック部材９があり、このブロック部材９は図５に示すように発熱する電子部品である増幅器１２等の高周波電子部品を覆うように設けられている。無線通信装置であるＲＦＩＤリーダライタにおいては、ＲＦＩＤアンテナから送信する電波の生成部分である変調機や高周波信号を増幅する送信機部分（増幅器１２を含む）での発熱が大きく、ここで発生した熱を放熱するために、高周波電子部品を覆うようにブロック部材９を回路基板７に設ける。

図５に示すように内部プレート１０は回路基板７とフレーム８との間に設けられている。詳細には、ブロック部材９を取り付けた回路基板７の面を表面としたとき、回路基板７の裏面に電子回路１３（例えば変調機や局所信号生成回路などの高周波部品）が実装されており、この電子回路１３から発生する熱をフレーム８側へ熱伝導するように内部プレート１０が設けられている。また、プレート部材１１は図６に示すように板金加工により折り曲げて形成されたＺ字上の部材であり、厚み方向に段差をもつものであり、フレーム８の外側であって、内部プレート１０の取り付け部分付近に取り付けられている。図７には、電気回路ユニット６の右側面に設けられたプレート部材１１が示されている。

上記のような部品により構成される電気回路ユニット６の組立てについて説明する。回路基板７の表面に設けられた最も発熱量の大きい増幅器１２等の高周波電子部品に外形が干渉しないようにブロック部材９には溝が設けられている（図７参照）。高周波電子部品とブロック部材９との隙間には伝熱抵抗を低減させるために、熱伝導率の良好な弾性体を適切な量だけ圧縮させて挟み込み、回路基板７にブロック部材９を取り付ける。フレーム８にプレート部材１１と内部プレート１０を取り付け、内部プレート１０の電子回路１３と当接する面にも熱伝導率の良好な弾性体を貼り付ける。プレート部材１１と内部プレート１０が取り付けられたフレーム８に回路基板７を取り付けることにより、電気回路ユニット６が組み立てられる。この電気回路ユニット６をケース２に挿入し、電気回路ユニット６の底面部６ａをケース２の底面部２ａにねじ等の締結部品により固定する（図２参照）。また、ケース２の右側面及び左側面から雄ねじを挿入してブロック部材９及びプレート部材１１の雌ねじにねじ止めすることにより、ブロック部材９とプレート部材１１がケース２の内壁面に密着する。プレート部材１１は折り曲げて形成された板部品であり、ねじによりケース２に締結することによって、弾性変形してケース２の内面に密着される。最後に、ケース２の前面に前面パネル３を、背面に背面パネル４を取り付けて組立てが完了する。

以上のように、ケース２内部の回路基板７上に実装された電子部品が発生する熱を放熱体であるケース２に熱伝導せしめる経路を、ブロック部材９を取り付けた回路基板７の表面側と、さらに内部プレート１０を取り付けた回路基板７の裏面側に設けることによって、回路基板７を中心にケース２全体へ効率良く、より均一に熱伝導させることができる。また、Ｚ型の形状を有するプレート部材１１は、電気回路ユニット６をケース２内に挿入したときに、電気回路ユニット６とケース２左右内壁との間の隙間が極力小さくなるように、寸法（段差の高さ）を設定することによって、電気回路ユニット６をケース２内に組込んだときのがたつきを抑えることができ、プレート部材１１とケース２の内壁面の密着性が高まり、熱伝導性をより向上させることができる。なお、回路基板７上には高周波電子部品が分布して配置されており、最も発熱量の大きい電子部品（増幅器１２など）の箇所にブロック部材９（ヒートシンクの役割も果たす）を配置し、やや発熱量が大きい電子部品（変調器や局所信号生成回路など）の箇所に内部プレート１０を設けることにより、回路基板７において分布的に発生する熱の効果的な熱伝導による放熱が可能となる。

実施の形態２

この発明の実施の形態２に係る無線通信装置について図８乃至図１０を用いて説明する。図８はこの発明の実施の形態２に係る無線通信装置の電気回路ユニットの左側面の外形を表わす外観図であり、図９は図８に示す電気回路ユニットのＥＥ断面を表わす断面図であり、図１０は図８に示す電気回路ユニットのＦ側からみた外形を表わす外観図である。図８乃至図１０に示すこの発明の実施の形態２に係る電気回路ユニット１３は、実施の形態１における電気回路ユニット６に代替されるものであり、図１乃至図３を用いて実施の形態１において説明した電気回路ユニットのケース２の構成や、ケース２への電気回路ユニット１３の取り付け方は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

図８乃至図１０に示す電気回路ユニット１３の構成についてみれば、１４はコネクタ５や高周波電子部品等が取り付けられた第１回路基板、１５は制御回路や信号処理回路等が取り付けられた第２回路基板であり、１６は第１回路基板１４及び第２回路基板１５を取り付けるコの字状のフレーム、１７は第１回路基板１４で発生した熱をケース２の一方の側面２ｂへ熱伝導させるブロック部材、１８は第１回路基板１５で発生した熱をケース２の他方の側面２ｃへ熱伝導させるプレート部材である。

図８に示す電気回路ユニット１３の左側面には、第１回路基板１４上に設けたブロック部材１７があり、ブロック部材１７は電磁シールドのための凹形状部分１７ａと、熱伝導のための中実部分１７ｂとからなる。図９に示すように発熱する電子部品である増幅器１２等の高周波電子部品が設けられた箇所の直下に中実の部分１７ａが位置し、周波数変換器１９やシンセサイザ等の中・高周波電子部品が設けられた箇所を覆うように凹形状部分１７ａが位置するように、ブロック部材１７の形状・位置を決める。尚、図９に示す第１回路基板１４では、増幅器１２等の発熱の大きな高周波電子部品が基板面１４ｂ側に、周波数変換器１９やシンセサイザ等の中・高周波電子部品が基板１４ａ側に設けられている。増幅器１２等の発熱の大きな高周波電子部品及び周波数変換器１９等の中・高周波電子部品が同じ基板面１４ａ側に配置される場合には、中実部分１７ｂの形状は、図５に示すブロック部材９のように増幅器１２等の高周波電子部品の外形が干渉しない程度の凹部を有するものとし、当該凹部底面と増幅器１２との間に熱伝導特性のよい弾性体を挟み込むことにより、熱伝導性が良好となる。

次に、プレート部材１８による放熱について説明する。実施の形態１に比べ、実施の形態２に係る電気回路ユニットは、回路基板を２つ設けている分だけ実装面積が大きくなり、従って電子部品による熱発生は分散される。第１回路基板１４には主として、中・高周波電子回路を設けているのに対し、第２回路基板１５にはＣＰＵ２０などの制御回路や信号処理回路等を実装している。このような制御回路や信号処理回路であっても、処理速度が高速となり、より回路規模が大きくなる場合には発熱量は無視できなくなり、何らかの放熱機構が必要となる。図９に示すようにＣＰＵ２０のような発熱する制御回路部品や信号処理回路部品の上面に熱伝導特性のよい弾性体２１を設け、プレート部材１８で挟み込む。プレート部材１８は、図９及び図１０に示すように板金加工によって折り曲げて形成されたＺ字上の部材であり厚み方向に段差をもち、さらにフレーム１６の内部側の面にねじ止めやスポット溶接等によって取り付けるための座面をもつものである。

上記のような部品により構成される電気回路ユニット６の組立てについて説明する。フレーム１６にプレート部材１６を取り付ける。ＣＰＵ２０等の制御回路部品や信号処理回路部品の上面に熱伝導特性のよい弾性体２１を貼り付け、第２回路基板１５をフレーム１６内に挿入しねじ止めする。このとき、弾性体２１がプレート部材１８により押圧されて密着性が高まり、ＣＰＵ２０等の制御回路部品や信号処理回路部品からプレート部材１８への伝熱抵抗を低減し、熱伝導性が良好となる。第１回路基板１４にブロック部材１７を取り付け、第１回路基板１４をフレーム１６にねじ止めして、電気回路ユニット１３が組み立てられる。この電気回路ユニット１３をケース２に挿入し、電気回路ユニット１３の底面部１３ａをケース２の底面部２ａにねじ等の締結部品により固定する（図２参照）。また、ケース２の右側面及び左側面から雄ねじを挿入してブロック部材１７及びプレート部材１８の雌ねじにねじ止めすることにより、ブロック部材１７とプレート部材１８がケース２の内壁面に密着する。プレート部材１８は折り曲げて形成された板部品であり、ねじによりケース２に締結することによって、弾性変形してケース２の内面に密着される。最後に、ケース２の前面に前面パネル３を、背面に背面パネル４を取り付けて組立てが完了する。

以上のように、ケース２内部の第１回路基板１４及び第２回路基板１５上に実装された電子部品が発生する熱を放熱体であるケース２に熱伝導せしめる経路が確保される。即ち、第１回路基板１４からブロック部材１７を介してケース２の左側面へ放熱する経路と、第２回路基板１５からプレート部材１８を介してケース２の右側面へ放熱する経路が得られ、電気回路ユニット１３で発生した熱をケース２全体へ効率良く、より均一に熱伝導させることができる。また、ブロック部材１７は中実部分１７ｂと凹形状部分１７ａを有しており、凹形状部分１７ａによって、中・高周波電子回路を電磁シールドすることができる。また、Ｚ型の形状を有するプレート部材１８は、電気回路ユニット１３をケース２内に挿入したときに、電気回路ユニット１３とケース２左右内壁との間の隙間が極力小さくなるように、寸法（段差の高さ）を設定することによって、電気回路ユニット１３をケース２内に組込んだときのがたつきを抑えることができ、プレート部材１８とケース２の内壁面の密着性が高まり、熱伝導性をより向上させることができる。

１筐体
２ケース
６、１３電気回路ユニット
７回路基板
８、１６フレーム
９、１７ブロック部材
１０内部プレート
１１、１８プレート部材
１４第１回路基板
１５第２回路基板

Claims

高周波電子部品から発生する熱を放熱するケースと、このケース内に収納される電気回路ユニットとを備え、上記電気回路ユニットは、上記高周波電子部品を取り付けた回路基板と、この回路基板を取り付けるフレームと、上記回路基板の表面に設けられ上記ケースの１の内壁に接続されて、上記高周波電子部品から発生する熱を上記ケースへ伝導するブロック部材と、上記回路基板の裏面に設けられ上記フレームに接続されて上記高周波電子部品から発生する熱を上記フレームへ伝導する内部プレートと、上記フレームに設けられ上記１の内壁に対向する上記ケースの内壁に接続されて、上記フレームから上記ケースへ熱を伝導するプレート部材とを具備したことを特徴とする無線通信装置。
上記ケースは、中空長方形断面の角筒であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
上記プレート部材は、Ｚ字状に曲げられた板材であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
高周波電子部品及び制御回路部品から発生する熱を放熱するケースと、このケース内に収納される電気回路ユニットとを備え、上記電気回路ユニットは、上記高周波電子部品を取り付けた第１の回路基板と、上記制御回路部品を取り付けた第２の回路基板と、これらの回路基板を取り付けるフレームと、上記第１の回路基板の表面に設けられ上記ケースの１の内壁に接続される部材であって、上記高周波電子部品から発生する熱を上記ケースへ伝導する部分を有するブロック部材と、上記フレームに設けられ上記１の内壁に対向する上記ケースの内壁に接続されて、上記第２の回路基板上で発生する熱を上記ケースへ伝導するプレート部材とを具備したことを特徴とする無線通信装置。
上記ブロック部材は、さらに、上記第１の回路基板に取り付けた電子部品をシールドする部分を有することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
上記ケースは、中空長方形断面の角筒であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の無線通信装置。
上記プレート部材は、Ｚ字状に曲げられた板材であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の無線通信装置。