JP6511973B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に関する。

近年、電子機器では、小型化や薄型化が求められている。一方、電子機器では、筐体内に内蔵されたＣＰＵ等の電子部品で発生する熱によって表面温度が高温になり、人に不快感や傷害を与えたり、電子機器を装置した場所に変色が発生するなど電子機器の周辺物に対して悪影響を与えたりすることがあった。
これまで、電子機器の筐体表面が高温になることを避ける手法としては、例えば、発熱する電子部品（発熱部品）と筐体との間の空間を広くする、金属製の放熱板を使用して発生した熱を拡散させるなどの手法が提案されている。

また、例えば、特許文献１には、プリント配線板に実装された発熱部品を冷却用ファンからの空気流によって効果的に冷却するための構造を有する電磁誘導加熱調理器として、プリント配線板に、冷却風を通過させるための開口部が設けられ、この開口部の近傍において冷却すべき発熱部品がプリント配線板に実装され、冷却用ファンからの空気流の一部がプリント配線板の下面である半田面と筐体の底面との間の空間を通ってプリント配線板の開口部を通過した後、その近傍に実装された発熱部品を冷却するように構成されている電磁誘導加熱調理器が提案されている。

特開２００５−６３７７７号公報

しかしながら、発熱する電子部品（発熱部品）と筐体との間の空間を広くする手法は、電子機器の小型化や薄型化の要請にそぐわない手法であり、金属製の放熱板を使用する手法は、電子機器が無線通信機能を有する場合、その機能に悪影響を及ぼすおそれがある手法であった。
また、特許文献１に記載された発明は、発熱部品に新鮮な（低温の）空気流を供給することを目的とする発明であり、プリント配線板の裏面と筐体の底面との間では、主に一部にしか空気が流れないため、筐体の表面温度を下げる性能は充分とはいえなかった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、電子機器の小型化及び薄型化を図りつつ、筐体の表面温度の上昇を抑制することができる電子機器を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電子機器は、吸気口及び排気口が設けられ、高さ寸法が最小である箱状の筐体と、前記筐体内に収容された発熱部品を搭載した基板と、前記筐体内に収容された冷却ファンと、を備えた電子機器であって、前記基板は、前記筐体の底板と平行な向きで前記筐体内に収容されており、前記吸気口は、前記筐体の側壁における前記基板よりも低い位置に設けられており、前記筐体の内部空間がほぼ全体に渡って、前記基板により、前記底板側の第１空間と前記底板と反対側の第２空間とに区画されており、前記吸気口から吸気された空気が、前記第１空間の前記吸気口側の端部から他方の端部まで流通してから前記第２空間に流入するように、前記排気口の位置が設定されている。

本発明によれば、小型化や薄型化しても筐体の表面温度が高温にならない電子機器を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るセットトップボックスを底側から見た斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図１に示したセットトップボックスの蓋部を除いた平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 セットトップボックスの載置状態の一例を示す斜視図である。 参考発明の一実施形態に係るセットトップボックスの蓋部を除いた平面図である。 図７に示したセットトップボックスのＣ−Ｃ線断面図である。

＜本発明の実施形態の概要＞
以下、本発明の実施形態の概要を列記して説明する。
（１） 本実施形態の電子機器は、吸気口及び排気口が設けられ、高さ寸法が最小である箱状の筐体と、前記筐体内に収容された発熱部品を搭載した基板と、前記筐体内に収容された冷却ファンと、を備えた電子機器であって、前記基板は、前記筐体の底板と平行な向きで前記筐体内に収容されており、前記吸気口は、前記筐体の側壁における前記基板よりも低い位置に設けられており、前記筐体の内部空間がほぼ全体に渡って、前記基板により、前記底板側の第１空間と前記底板と反対側の第２空間とに区画されており、前記吸気口から吸気された空気が、前記第１空間の前記吸気口側の端部から他方の端部まで流通してから前記第２空間に流入するように、前記排気口の位置が設定されている。

本実施形態の電子機器によれば、吸気口及び排気口が設けられた筐体の内部が、発熱部品を搭載した基板によって第１空間と第２空間とに区画されており、前記吸気口から筐体内に取り込まれた空気は、前記基板と前記筐体の底板とに挟まれる前記第１空間内を前記第１空間の前記吸気口側の端部から他方の端部まで流通してから、前記第２空間に流入し、さらに前記排気口を介して排気される。そのため、上述した空気の流れによって、前記発熱部品が冷却されるとともに、前記発熱部品から前記底板側に拡散した熱も取り除かれる。その結果、本実施形態では、前記底板の温度が高温になることを防止することができる。

（２） 本実施形態の電子機器は、前記吸気口が設けられた前記側壁の内面と前記基板の端部との隙間を閉塞して、前記吸気口から吸気された空気が前記第２空間に移動するのを抑制する封止部材が設けられていることが好ましい。
この場合、前記吸気口を介して前記筐体内に取り込まれた空気が、前記吸気口が設けられた前記側壁の内面と前記基板の端部との隙間を介して、前記第１空間を通過することなく、前記第２空間に流れこむことを確実に抑止することができる。そのため、本実施形態では、前記底板の温度が高温になることを確実に回避することができる。

（３） 本実施形態の電子機器では、前記第１空間を流通する空気が、当該空気の流通方向に対して交差する方向に向かって前記第２空間へ横漏れするのを抑制するガイド部材が、前記底板の内面に設けられていることが好ましい。
この場合、前記吸気口を介して前記筐体内に取り込まれた空気が、前記第１空間を流れる途中で、空気の流通方向に対して交差する方向に向かって前記第２空間へ横漏れすることを抑制することができる。そのため、本実施形態では、前記底板の温度が高温になることを確実に回避することができる。

（４） 本実施形態の電子機器では、前記冷却ファンは、シロッコファンであり、前記シロッコファンは、吸気部分が前記発熱部品と近接しかつ当該発熱部品と重なり合う位置に配置されていることが好ましい。
この場合、前記発熱部品をより確実に冷却しつつ、前記筐体の薄型化に寄与することができる。

＜本発明の実施形態の詳細＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の詳細を説明する。
ここでは、本発明の実施形態の一例であるセットトップボックスを例に本発明の実施形態の詳細を説明する。
セットトップボックスは、テレビに接続されて、ブロードバンドＩＰ（ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークを通じて配信される映画コンテンツ等をテレビ画面で視聴可能にしたりするための端末機器である。

図１は、本発明の一実施形態に係るセットトップボックスを底側から見た斜視図である。
図２は、図１の分解斜視図であり、図３は、図１に示したセットトップボックスの蓋部を除いた平面図である。図４は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図５は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

図１〜５に示すように、セットトップボックス１は、筐体２と、筐体２内に収納された回路基板３と、冷却ファン４とを備えている。
筐体２は、樹脂製であり、上方が開口した高さ寸法が最小である箱状の収納部２１と収納部２１の上方開口を閉鎖する平板状の蓋部２２とが一体化してなる。
筐体２には、収納部２１の底板２３と側壁２４ａとのコーナー部分に、底板２３の一辺に沿って並んだ複数の細孔からなり、筐体２内に外部から空気を取り込むための吸気口２５が設けられている。また、筐体２には、収納部２１の側壁２４ａと隣接する側壁２４ｂの上辺の中央部に、筐体２内を循環した空気を外部に排出するための排気口２６が設けられている。

図３、５に示すように、収納部２１の底板２３の内面には、吸気口２５が設けられた側壁２４ａ側から側壁２４ａに対向する側壁２４ｃ側に向かって、２本のほぼ平行なガイド部材２７ａ、２７ｂが一体成型により設けられている。ガイド部材２７ａ、２７ｂは、筐体２内に取り込まれた空気の流れを規制する役割と、回路基板３を支持する役割とを有する部材であり、これについては後に詳述する。

図３〜５に示すように、筐体２の収納部２１内には、ＣＰＵ（半導体素子からなる中央演算処理ユニット）３１等の電子部品が上面に実装された回路基板３が収納されている。また、ＣＰＵ３１の上面にはヒートシンク３２が取り付けられている。
回路基板３は、ガイド部材２７ａ、２７ｂに支持され、収納部２１の底板から離間した状態で、底板２３とほぼ平行になるように横向きに収納されている。

回路基板３は、図３に示すように平面視矩形状を有しており、その長手方向の長さ（収納部２１の側壁２４ａから側壁２４ｃに向かう方向の長さ）は、側壁２４ａと側壁２４ｃとの距離よりも少し短くなっている。
また、回路基板３の短手方向の長さ（収納部２１の側壁２４ｂから側壁２４ｄに向かう方向の長さ）は、ガイド部材２７ａ、２７ｂ同士の間隔よりも長く、側壁２４ｂと側壁２４ｄとの距離よりも少し短くなっている。
セットトップボックス１では、回路基板３の面積を、筐体２の内部空間を回路基板３と同一水平面で切断した際の切断面の面積の７０〜９５％程度としている。

よって、セットトップボックス１では、筐体２の内部空間が、水平方向にほぼ全体に渡って、回路基板３の上面側の上側空間（第２空間）Ｕと下面側の下側空間（第１空間）Ｌとに回路基板３によって区画されている。
このとき、下側空間Ｌは、その高さ（底板２３と回路基板３との距離）が上側空間Ｕの高さ（蓋部２２と回路基板３との距離）に比べて低く（短く）なっており、セットトップボックス１では、回路基板３が蓋部２２側よりも底板２３側に近づくように収納されている。

セットトップボックス１の薄型化を図る観点からは、下側空間Ｌの高さは低いほど（回路基板３が底板２３に近づく）好ましい。一方、下側空間Ｌの高さが低いと、ＣＰＵ３１などの発熱部品の熱が底板２３に伝わりやすく、底板２３の温度が高温になりやすい。
そのため、本実施形態のセットトップボックス１では、薄型化を図りつつ、底板の外面の温度が高温になることを回避するため、下側空間Ｌの高さを、通常、１〜８ｍｍ程度とすることが好ましく、３〜５ｍｍ程度とすることがより好ましい。

図３、５に示すように、収納部２１内には、側壁２４ａの内面と回路基板３の端部との隙間を閉塞する板状の封止部材２８が設けられている。
封止部材２８が設けられているため、セットトップボックス１では、外部から吸気口２５を介して筐体２内に取り込まれた空気は、側壁２４ａの内面と回路基板３の端部との隙間を通って上側空間Ｕに流入することが抑制され、確実に下部空間Ｕ内を流れる。

図２、４、５に示すように、筐体２の蓋部２２の内側には、冷却ファン４としてシロッコファンが取り付けられるともに、冷却ファン４（シロッコファン）の側面から排出された空気を排気口２６に誘導するためのガイドトンネル２９が取り付けられている。
シロッコファンは、軸方向が回路基板３とほぼ垂直をなす向きで、ＣＰＵ３１（シートシンク３２）の真上（即ち、ＣＰＵ３１と重なり合う位置）に位置し、かつ、シロッコファンの吸気部分がヒートシンク３２の上面に近接するように取り付けられている。このように冷却ファン４を取り付けることにより、ＣＰＵ３１を確実に冷却しつつ、筐体２の薄型化を達成している。
ガイドトンネル２９は、冷却ファン４側の開口面積が小さく、排気口２６側の開口面積が大きいテーバー形状を有している。

セットトップボックス１では、ＣＰＵ３１等の回路基板に実装された電子部品が駆動時に発熱する発熱部品であり、特にＣＰＵ３１が主な発熱部品となっている。
これに対してセットトップボックス１では、筐体２内に取り込まれた空気により、ＣＰＵ３１等の発熱部品が冷却され、筐体２の表面温度、特に底板２３の外面温度が高くなることを回避することができる。これについてもう少し詳しく説明する。

セットトップボックス１では、吸気口２５から筐体２内に取り込まれた空気は、図４に矢印で示したように、まずは筐体２内の下側空間Ｌに流れ込み、下側空間Ｌ内を側壁２４ａ側から側壁２４ｃ側に向かってほぼ端から端まで流れた後、回路基板３と側壁２３ｃとの隙間を通って上側空間Ｕ内に流れ込み、その後、ＣＰＵ３１の真上に位置する冷却ファン４及びガイドトンネル２９を介して排気口２６より外部に排出される。
筐体２の内部空間においてこのような空気の流れが生じると、空気の流れに沿ってＣＰＵ３１（ヒートシンク３２）の熱が外部に逃がされ、ＣＰＵ３１が冷却される。これとともに、下側空間Ｌ内を吸気口２５側の端部から他方の端部まで空気が流れることにより、ＣＰＵ３１から筐体２の底板２３に向かって拡散した熱も空気の流れに沿って底板２３から逃がされることとなる。その結果、上述したように底板２３の外面温度が高くなることを回避することができる。更には、底板２３側を机等に載置する際の載置面とした場合には、机等に熱が伝わることを回避することができる。

また、セットトップボックス１では、封止部材２８やガイド部材２７ａ、２７ｂを設けることにより、単に、吸気口から導入された空気の一部が下部空間Ｌをほぼ端から端まで流れることができるように構成されたセットトップボックスに比べて、筐体の底板の外面温度をより低温にすることができる。
これは、封止部材２８を設けた場合には、吸気口２５から導入された空気が下部空間Ｌを流れずに直接上部空間Ｕ内に流れ込むことがなく、ガイド部材２７ａ、２７ｂを設けた場合には、吸気口から導入された空気が下部空間Ｌを流れる途中で、回路基板３と側壁２４ｂや側壁２４ｄとの隙間を通って横漏れして上部空間Ｕに流れ込むことがないため、下部空間Ｌ内を流れる空気の流速を速めることができるからと考えられる。

セットトップボックス１は、上述したように底板２３側を載置面として机等の上に載置して使用することができ、これにより机等に熱が伝わり、机の変色等の熱による悪影響が生じることを回避することができる。
図６は、セットトップボックスの載置状態の一例を示す斜視図である。
セットトップボックス１は、図６に示すように、専用スタンド４１を使用して、底板２３が鉛直方向を向くように縦置き状態で載置して使用することもできる。

セットトップボックス１は、図示していないが、外部端子や電源と接続するためのコネクタ接続部や、電源スイッチなどが筐体２の側壁２４ａ〜２４ｄに適宜設けられている。

（他の実施形態）
第１実施形態においては、吸気口２５から筐体２内に取り込まれた空気が、下部空間Ｌを流れずに直接上部空間Ｕに流れ込むことを抑制するために、封止部材２８を備えているが、封止部材２８を設けずに上記目的を達成することができるよう、回路基板３の側壁２４ａ側の端部が、側壁２４ａに当接するように回路基板３が筐体２内に収容されていてもよい。

第１実施形態においては、ガイド部材２７ａ、２７ｂを設けることにより、回路基板３の端部と側壁２４ｂや側壁２４ｄとの隙間を通って空気が下部空間Ｌから上部空間Ｕに流れ込むことを抑制しているが、ガイド部材２７ａ、２７ｂを設ける手法に代えて、回路基板３の端部と側壁２４ｂや側壁２４ｄとの隙間に封止部材を設けて上述した空気の流れを抑制してもよい。
また、回路基板３は、その端部が側壁２４ｂや側壁２４ｄに当接するように筐体２内に収納されていてもよい。この場合も回路基板３の端部と側壁２４ｂや側壁２４ｄとの隙間を通って空気が下部空間Ｌから上部空間Ｕに流れ込むことを抑制することができる。

第１実施形態において、吸気口２５は、底板２３と側壁２４ａとのコーナー部分に設けられているが、吸気口が設けられる位置はコーナー部分に限定されるわけではなく、側壁における回路基板より低い位置であればよい。
また、第１実施形態において、排気口は、吸気口が設けられた側壁２４ａに隣接した側壁２４ｂに設けられているが、排気口の設けられる位置はここの限定されるわけではなく、他のいずれかの側壁または蓋部に設けられていてもよい。

第１実施形態では、冷却ファンとしてシロッコファンを備えているが、シロッコファンに代えて、軸流ファンなどの他の冷却ファンを備えていてもよい。

本発明の実施形態に係る電子機器の筐体寸法は、底板に垂直な方向の寸法（高さ寸法）が、底板の各辺の寸法に比べて充分小さいことが好ましく、例えば、上記電子機器がセットトップボックスの場合、上記筐体の高さ寸法は、１．５〜８ｃｍ程度であることが好ましく、２〜４ｃｍ程度がより好ましい。
このような高さ寸法の筐体は薄型であり、筐体の表面温度が高温になりやすいため、本発明の構成を備えることで筐体の表面温度（特に底板の表面温度）の上昇を回避するのに適している。

本発明の実施形態に係る電子機器は、セットトップボックスに限定されるわけではなく、発熱部品を搭載した基板が箱状の筐体内に収納され、筐体表面の温度の上昇を回避する必要のある電子機器であれば良い。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

〔付記〕
以下、参考として開示する発明（参考発明）について説明する。
この参考発明は、特許請求の範囲に記載した本発明と同様、電子機器の小型化及び薄型化を図りつつ、筐体の表面温度の上昇を抑制することができる電子機器を提供することを目的とする発明である。上記参考発明は、以下の通りである。

吸気口及び排気口が設けられ、高さ寸法が最小である箱状の筐体と、
前記筐体内に収容された発熱部品を搭載した基板と、
前記筐体内に収容された冷却ファンと、を備えた電子機器であって、
前記筐体は、底板の内面に設けられた、前記基板を支持するための少なくとも２本のガイド部材を有し、
前記基板は、前記ガイド部材上に載置されることにより、前記筐体の底板と平行な向きで前記筐体内に収容されており、
前記吸気口は、前記筐体における前記基板よりも低い位置に設けられており、
前記吸気口から吸気された空気が、前記基板、前記底板及び前記ガイド部材で囲まれた空間内全体流通してから排気されるように、前記排気口の位置が設定されている電子機器。

このような参考発明の電子機器においても、吸気口から筐体内に取り込まれた空気は、基板と底板とガイド部材とで囲まれた基板の下側の空間内全体を流通してから排気される。そのため、空気の流れによって、前記発熱部品から前記底板側に拡散した熱が取り除かれる。その結果、本実施形態では、前記底板の温度が高温になることを防止することができる。

参考発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図７は、参考発明の一実施形態に係るセットトップボックスの蓋部を除いた筐体（収納部）の平面図である。図８は、図７に示したセットトップボックスのＣ−Ｃ線断面図である。なお、図７では、蓋部に取り付けられた冷却ファンを想像線で記載している。
図７、８に示すように、セットトップボックス１０１は、筐体１０２と、筐体１０２内に収納された回路基板１０３と、冷却ファン１０４とを備える。筐体１０２は、収納部１２１と蓋部１２２とが一体化してなる。回路基板１０３は、収納部１２１内に収納されている。
回路基板１０３は、図７に示すように、平面視矩形状を有しており、その面積は、筐体１０２の収納部１２１の底板１２３の面積の２０〜３０％程度と小さくなっている。回路基板１０３の上面にはＣＰＵ１３１が実装され、更に、ＣＰＵ１３１の上面にはヒートシンク１３２が取り付けられている。

回路基板１０３は、底板１２３の内面に立設された、互いに平行な２本のガイド部材１２７ａ、１２７ｂ、及び、２本のガイド部材１２７ａ、１２７ｂのそれぞれの端部と連結されたガイド部材１２７ｃに支持され、底板１２３から離間した状態で、底板１２３とほぼ平行になるように横向きに収納されている。
従って、セットトップボックス１０１では、回路基板１０３の下側に、回路基板１０３と底板１２３とガイド部材１２７ａ〜１２７ｃとに囲まれた空間（以下、基板下側空間Ｌ）を有している。
また、底板１２３には、複数の細孔からなる吸気口１２５が設けられている。吸気口１２５は、底板１２３を貫通して基板下側空間Ｌと連通するように、ガイド部材１２７ｃに近接する位置に設けられている。

セットトップボックス１０１は、冷却ファン１０４及びガイドトンネル１２９を備え、排気口１２６が設けられた蓋部１２２を備えている。
上記蓋部において冷却ファンや排気口の位置は特に限定されず、例えば、上記冷却ファンが上記基板（ＣＰＵ）の真上の位置にあってもよい。

セットトップボックス１０１では、吸気口１２５から筐体１０２内に取り込まれた空気は、基板下側空間Ｌ内全体を流通してから排気されることとなる。そのため、空気の流れによって、ＣＰＵ１３１から底板１２３側に拡散した熱が取り除かれる。その結果、セットトップボックス１０１では、底板１２３の温度が高温になることを防止することができる。
なお、参考発明では、本発明の実施形態で説明した事項を必要に応じて適用することが可能である。

１ セットトップボックス
２ 筐体
３ 回路基板
４ 冷却ファン
２１ 収納部
２２ 蓋部
２３ 底板
２４ａ〜２４ｄ 側壁
２５ 吸気口
２６ 排気口
２７ａ、２７ｂ ガイド部材
２８ 封止部材
２９ ガイドトンネル
３１ ＣＰＵ
３２ ヒートシンク
４１ 専用スタンド

Claims (3)

1. 吸気口及び排気口が設けられた箱状の筐体と、
   前記筐体内に収容された発熱部品を搭載した基板と、
   前記筐体内に収容された冷却ファンと、を備えた電子機器であって、
   前記基板は、前記筐体の底板と平行な向きで前記筐体内に収容されており、
   前記吸気口は、前記筐体の側壁における前記基板よりも低い位置に設けられており、
   前記筐体の内部空間がほぼ全体に渡って、前記基板により、前記底板側の第１空間と前記底板と反対側の第２空間とに区画されており、
   前記吸気口から吸気された空気が、前記第１空間の前記吸気口側の端部から他方の端部まで流通してから前記第２空間に流入するように、前記排気口の位置が設定されており、
   前記筐体の蓋体は、前記冷却ファンと前記冷却ファンから前記排気口へ空気を誘導するガイドトンネルとを備えており、
   前記冷却ファンの吸気部分が前記発熱部品の上側に取り付けられたヒートシンクの上面に近接している、電子機器。
2. 前記冷却ファンが前記発熱部品の真上に位置している請求項１に記載の電子機器。
3. 前記ヒートシンクは、上面が平坦面である請求項１又は請求項２に記載の電子機器。

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