JP7002339B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置等の電気機器において筐体内を冷却する技術に関する。

電気機器には、吸気口から空気を取り込んで筐体内の電子部品等を冷却するものが多く存在する。しかし、この様な電気機器では、取り込んだ空気が筐体内で分散し、発熱部品や当該発熱部品を冷却するためのヒートシンク等、冷却したい対象（冷却対象）に空気を効率良く導くことができなかった。そこで、冷却対象へ空気を導くための流路を筐体内に形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００５－１６６７７７号公報 特開２０１１－１００７９４号公報

しかし、従来の技術では、上記流路を形成するためのダクト部品（例えば、流路を形成するための左右の側壁及び底壁（或いは天壁）が一体的に形成された部品など）を、基板や筐体にネジ留め等で固定する必要があった。このため、冷却対象を冷却するための構造（冷却構造）が複雑にならざるを得なかった。又、従来の技術では、筐体内に基板を固定する前に、ダクト部品を基板や筐体に予め固定しておくことが必要であった。このため、電気機器を組み立てるときの作業性を向上させ難いという問題があった。

そこで本発明の目的は、冷却構造を有する電気機器において、冷却効率を低下させることなく、冷却構造の簡略化と組立て時の作業性の向上とを両立させることである。

本発明に係る電気機器は、第１基板と、第２基板と、これらが収納される筐体と、ガイド板と、を備える。第１基板は、第１ヒートシンクが搭載された上面を有する。第２基板は、第１基板の上面に対向する下面を有し、当該下面に複数の電子部品が搭載されている。筐体には、第１基板及び第２基板の間に空気を流すための吸気口が設けられている。ガイド板は、第１基板の上面に立設され、吸気口からの空気を第１ヒートシンクへ導くための流路を形成する。そして、ガイド板の下端縁には、下方へ突出した第１突出部が設けられ、第１基板には、第１突出部が差し込まれる第１スリットが設けられている。又、複数の電子部品のうちの少なくとも２つの電子部品が、ガイド板の上部を間に挟んで当該ガイド板の立設姿勢を保持できる位置に隣接配置されている。

上記電気機器によれば、ガイド板に設けられた第１突出部が第１スリットに差し込まれ、且つ、隣接配置された２つの電子部品によって立設姿勢が保持されるといった簡単な構成で、吸気口からの空気を第１ヒートシンクに効率良く流すための流路を形成することができる。よって、電気機器において、冷却効率を低下させることなく冷却構造を簡略化することができる。

又、上記電気機器によれば、組立て時の作業性を次の様に向上させることができる。第１基板に対して第２基板を取り付けるとき、ガイド板の上部を、隣接配置された２つの電子部品の間に挿入する。ここで、電子部品で保持されたときのガイド板の立設姿勢は、ガイド板が第１基板に対して厳密に垂直に立った姿勢である必要はなく、流路を形成することができて、且つ大きな隙間を生じない姿勢であれば、ある程度傾いた姿勢であっても許容される。従って、ガイド板を保持するべく隣接配置される２つの電子部品の間隔は、第１スリットの幅の様にガイド板の第１突出部の厚さに略一致させたものとは異なり、ガイド板の厚さよりも大きく設定することができる。よって、組立て時においては、ガイド板が固定されていない状況で、第２基板の方から迎えに行って２つの電子部品の間にガイド板を挿入する必要があるが、そのときでも２つの電子部品の間にガイド板を簡単に挿入することができる。従って、第１基板及び第２基板を上下２段で配置すると共にそれらの間にガイド板を設けて流路を形成するときの組立て作業が容易になり、その結果として組立て時の作業性が向上する。

本発明によれば、冷却効率を低下させることなく、冷却構造の簡略化と組立て時の作業性の向上とを両立させることができる。

本発明の実施形態である電源装置を概念的に示した分解斜視図である。 電源装置が備える第１基板及び２つのガイド板を示した分解斜視図である。 ２つのガイド板の取付状態を吸気口側から見て示した平面図である。

本発明を電源装置に適用した実施形態について、図面に沿って具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態である電源装置を示した分解斜視図である。図１に示される様に、電源装置は、第１基板１と、第２基板２と、筐体３と、２つのガイド板４と、電気絶縁板５と、を備える。

第１基板１及び第２基板２は、電源回路を構成する基板であり、上下２段に配置された状態で筐体３内に収納される。本実施形態では、筐体３は、直方体状の箱型を呈している。尚、図１では、筐体３を構成する外壁のうち、底壁３０Ａと、前壁３０Ｂと、後壁３０Ｃと、が示される一方で、天壁及び２つの側壁は図示が省略されている。そして、第１基板１及び第２基板２は、左右に設けられた２つの固定具６Ａにより、上下２段に配置された状態で底壁３０Ａの内面に固定されている。

具体的には、２つの固定具６Ａは何れも、底壁３０Ａに対して垂直に固定される平板部６０を有し、これら２つの平板部６０は、第１基板１の左右の側縁に沿ってそれぞれ配置される。又、各平板部６０の下部には、第１基板１を水平姿勢で保持するための第１受け部６１が設けられており、本実施形態では、各平板部６０の下部において、前後方向における３箇所に第１受け部６１が設けられている。そして、各第１受け部６１にはネジ穴が設けられており、当該ネジ穴には、第１基板１の側端部に設けられた貫通孔を通じてネジ部材７１が捩じ込まれる。

更に、各平板部６０の上部には、第２基板２を水平姿勢で所持するための第２受け部６２が設けられており、本実施形態では、各平板部６０の上部において、前後方向における３箇所に第２受け部６２が設けられている。そして、各第２受け部６２にはネジ穴が設けられており、当該ネジ穴には、第２基板２に設けられた貫通孔を通じてネジ部材７２が捩じ込まれる。

上記２つの固定具６Ａによれば、第１基板１及び第２基板２を、水平姿勢を保ったまま上下方向にこれらを互いに離間させ、この状態（即ち、上下２段の状態）で底壁３０Ａ上に固定することができる。

本実施形態では更に、上段の第２基板２を支えるための２本の支柱６Ｂが、下段の第１基板１を介して（例えば、第１基板１を貫通した状態で）底壁３０Ａに立設されている。具体的には、２本の支柱６Ｂは、第１基板１の中央寄りの位置にて底壁３０Ａに立設されている。そして、それらの上端面にはネジ穴が設けられており、当該ネジ穴には、第２基板２の中央寄りの位置に設けられた貫通孔を通じてネジ部材７３が捩じ込まれる。支柱６Ｂによれば、第２基板２の左右両端部を２つの固定具６Ａで保持したときに生じ得る第２基板２の撓みを防止することができる。又、後述する様に、２本の支柱６Ｂは、第１ヒートシンク１１の前後の位置に配されており、電気絶縁板５の位置決め手段としても用いられる。

筐体３の前壁３０Ｂ及び後壁３０Ｃには、第１基板１と第２基板２との間に空気を流すための吸気口３１及び排気口３２がそれぞれ設けられている。そして、本実施形態では、排気口３２の外側に、筐体３内の空気を吸い出すためのファン３３が設けられている。よって、ファン３３の駆動により、吸気口３１から筐体３内に空気が吸入されると共に、吸入された空気は、第１基板１と第２基板２との間（即ち、第１基板１の上面側、及び第２基板２の下面側）に流れ込む。

尚、第１基板１と第２基板２との間に空気を流し入れただけでは、空気が分散してしまう。このため、冷却対象へ空気を効率良く導くことができず、冷却効率が低下する。そこで、本実施形態では、後述する２つのガイド板４により、吸気口３１からの空気を冷却対象（主に第１ヒートシンク１１及び第２ヒートシンク２１）へ効率良く導くための流路Ｒｆを形成する。

第１基板１は、電子部品等が搭載される主面１ａを上方へ向けた状態で固定具６Ａに保持される。この様に第１基板１の主面１ａを上面にすることにより、当該主面１ａに搭載された電子部品等を空気で冷却することが可能になる。そして、主面１ａ（上面）には、前後方向に延びた第１ヒートシンク１１が搭載されており、当該第１ヒートシンク１１には、放熱を必要とするスイッチング素子等の発熱部品が設置されている。尚、第１基板１には、第１ヒートシンク１１の他に、種々の回路部品（電子部品、配線、端子等を含む）が搭載されていてもよい。

第２基板２は、電子部品等が搭載される主面２ａを下方へ向けた状態で固定具６Ａに保持される。この様に第２基板２の主面２ａを、第１基板１の主面１ａ（上面）に対向する下面にすることにより、当該主面２ａに搭載された電子部品等を空気で冷却することが可能になる。そして、主面２ａ（下面）には、第２ヒートシンク２１と、複数のコンデンサ２２と、が搭載されており、当該第２ヒートシンク２１には、放熱を必要とするスイッチング素子等の発熱部品が設置されている。尚、第２基板２には、第２ヒートシンク２１やコンデンサ２２の他に、種々の回路部品（電子部品、配線、端子等を含む）が搭載されていてもよい。

コンデンサ２２は、第２ヒートシンク２１で冷却する発熱部品よりも発熱量が小さい電子部品であり、本実施形態では、コンデンサ２２として電解コンデンサが用いられている。一方、コンデンサ２２は、発熱部品からの熱影響を防ぐことが好ましい部品である。そこで、本実施形態では、第２ヒートシンク２１を通じて発熱部品から放出される熱がコンデンサ２２に伝わり難くなる様に、コンデンサ２２は、空気が流れる方向において第２ヒートシンク２１よりも上流側に配置されている。尚、空気が流れる方向は、後述する２つのガイド板４によって形成される流路Ｒｆに沿って、吸気口３１から排気口３２へ向かう方向である（図１に示された白抜き矢印参照）。

又、コンデンサ２２以外の回路部品についても、発熱部品からの熱影響を防ぐことが好ましいものについては、第２ヒートシンク２１よりも上流側に配置されることが好ましい。更に、電源装置に、電源回路を構成する部品として、スイッチング素子よりも発熱量が大きい電子部品（例えば、トランス等）が含まれている場合には、その電子部品は、空気が流れる方向において第２ヒートシンク２１よりも下流側に配置されてもよい。

電気絶縁板５は、第１ヒートシンク１１の上面を覆うことにより、第１ヒートシンク１１と第２ヒートシンク２１との間の電気的な絶縁を確保している。又、電気絶縁板５は、第２基板２を固定具６Ａで保持したときに第２ヒートシンク２１が電気絶縁板５に接触又は近接する様に厚さが調整されることにより、第２基板２の撓みを防止することができる。

図２は、第１基板１及び２つのガイド板４を示した分解斜視図である。図２に示される様に、本実施形態では、電気絶縁板５により、第１ヒートシンク１１の上面全体が覆われている。又、電気絶縁板５の前端部５０１及び後端部５０２がそれぞれ第１ヒートシンク１１よりも前後に突き出ており、それぞれの中央位置に切欠き５０１ａ及び５０１ｂが設けられている。そして、切欠き５０１ａ及び５０１ｂには、第１ヒートシンク１１の前後に配置されている２本の支柱６Ｂがそれぞれ通され、これにより切欠き５０１ａ及び５０１ｂのそれぞれに支柱６Ｂが嵌合している。よって、電気絶縁板５は、前後方向及び左右方向における位置が規定されており、従って、支柱６Ｂ並びに切欠き５０１ａ及び５０１ｂは、電気絶縁板５の位置決め手段として機能している。

第２ヒートシンク２１は、第１ヒートシンク１１よりも前後方向（本実施形態では、空気が流れる方向）の長さが小さく、電気絶縁板５のうちの下流側の第１部分５１を介して第１ヒートシンク１１に対向している（図１参照）。そして、コンデンサ２２は、第２基板２の下面において、電気絶縁板５のうちの上流側の第２部分５２と対向する位置に設けられている（図１参照）。即ち、コンデンサ２２は、電気絶縁板５の第２部分５２を介して第１ヒートシンク１１に対向している。よって、電気絶縁板５は、第１ヒートシンク１１を通じて発熱部品から放出される熱がコンデンサ２２に伝わり難くなる様に、電気絶縁性に加えて断熱性を有していることが好ましい。この様な回路部品（主に、第１ヒートシンク１１、第２ヒートシンク２１、及びコンデンサ２２）の配置によれば、筐体３内に電源回路をコンパクトに構築することが可能になる。

図２に示される様に、２つのガイド板４は、第１基板１の上面（主面１ａ）に立設され、吸気口３１からの空気を第１ヒートシンク１１へ導くための流路Ｒｆを、第１基板１及び第２基板２と共に形成する。即ち、２つのガイド板４は、流路Ｒｆの左右に１つずつ設けられることにより、当該流路Ｒｆを形成するための側壁を構成している。本実施形態では、吸気口３１、第１ヒートシンク１１、及び排気口３２が、前後方向において一列に並んで配置されており（図１参照）、従って２つのガイド板４は、流路Ｒｆが第１ヒートシンク１１を通って吸気口３１から排気口３２へ向かう直線的な流路となる様に、屈曲がない平坦状に形成されている。

尚、流路Ｒｆは、吸気口３１から排気口３２へ向かう直線的なものに限らず、吸気口３１と第１ヒートシンク１１との位置関係に応じて、吸気口３１から排気口３２へ向かって斜めに直線的なものや、吸気口３１から排気口３２へ向かって曲がったものなどへ、適宜変更することができる。そして、２つのガイド板４は、流路Ｒｆの形状に応じて、屈曲したものや湾曲したものへ適宜変更することができる。

具体的に、各ガイド板４は、第１ヒートシンク１１よりも上流側の位置にて第１基板１に立設される本体部４１を有する（図２参照）。又、本体部４１の下端縁４１ａには、下方へ突出した第１突出部４３Ａが設けられている。本実施形態では、本体部４１の下端縁４１ａにおいて、前後方向における３箇所に第１突出部４３Ａが設けられている。そして、第１基板１には、本体部４１の位置を規定するべく、第１突出部４３Ａが差し込まれる第１スリット１２が設けられている。

本実施形態では更に、吸気口３１からの空気を第２ヒートシンク２１へも導くことを可能にするべく、各ガイド板４は、電気絶縁板５の第２部分５２上へ本体部４１から延び出た延出部４２を有する（図２参照）。又、延出部４２の下端縁４２ａには、下方へ突出した第２突出部４３Ｂが設けられている。本実施形態では、延出部４２の下端縁４２ａにおいて、前後方向における２箇所に第２突出部４３Ｂが設けられている。そして、電気絶縁板５の第２部分５２には、延出部４２の位置を規定するべく、第２突出部４３Ｂが差し込まれる第２スリット５３が設けられている。

２つのガイド板４で形成された流路Ｒｆに吸気口３１からの空気を効率良く流すためには、流路Ｒｆからの空気の漏出を防ぐことが好ましい。本実施形態では、電気絶縁板５の前端部５０１が第１ヒートシンク１１よりも前方に突き出ているため、ガイド板４を設けた場合、当該ガイド板４の本体部４１と第１ヒートシンク１１との間に隙間が生じ易い。そこで、各ガイド板４の本体部４１には、下流側の端縁４１ｂのうちの延出部４２の下端位置に、電気絶縁板５の前端部５０１（即ち、上流側の端部）が挿入される第３スリット４４が設けられていることが好ましい（図２参照）。各ガイド板４の設置時に、第３スリット４４に電気絶縁板５の前端部５０１が挿入されることにより、ガイド板４の本体部４１を第１ヒートシンク１１に接触又は近接させることができ、その結果として隙間の発生を防ぐことができる。

上述した第１突出部４３Ａ及び第２突出部４３Ｂをそれぞれ第１スリット１２及び第２スリット５３に差し込んだだけでは、各ガイド板４の位置を規定することはできるが、第１基板１や電気絶縁板５に対して垂直に立った各ガイド板４の姿勢（立設姿勢）を保持することは難しい。上述した第３スリット４４への電気絶縁板５の挿入により、各ガイド板４の立設姿勢をある程度は保持することができる。しかし、この様な保持だけでは、電源装置に何らかの衝撃が加わった場合や、電源装置が傾けられた場合に、各ガイド板４が倒れてしまう虞がある。

図３は、２つのガイド板４の取付状態を吸気口３１側から見て示した平面図である。そこで、図３に示される様に（図１においてガイド板４を示す一点鎖線も参照）、上述した第２基板２の下面（主面２ａ）に搭載される複数のコンデンサ２２のうちの２つのコンデンサ２２が、一方のガイド板４の上部を間に挟んで当該ガイド板４の立設姿勢を保持できる位置に隣接配置されている。同様に、複数のコンデンサ２２のうちの別の２つのコンデンサ２２が、もう一方のガイド板４の上部を間に挟んで当該ガイド板４の立設姿勢を保持できる位置に隣接配置されている。即ち、第２基板２の下面には、隣接配置された２つのコンデンサ２２が、２つのガイド板４のそれぞれに対応させて１組ずつ設けられている。尚、本実施形態では、各ガイド板４の上部として主に延出部４２が、隣接配置された２つのコンデンサ２２によって挟まれる。

上述したガイド板４によれば、各ガイド板４に設けられた第１突出部４３Ａ及び第２突出部４３Ｂがそれぞれ第１スリット１２及び第２スリット５３に差し込まれ、且つ、隣接配置された２つのコンデンサ２２によって立設姿勢が保持されるといった簡単な構成で、吸気口３１からの空気を冷却対象（本実施形態では、第１ヒートシンク１１及び第２ヒートシンク２１）に効率良く流すための流路Ｒｆを形成することができる。よって、電源装置において、冷却効率を低下させることなく冷却構造を簡略化することができる。

又、上述したガイド板４によれば、組立て時の作業性を以下の様に向上させることができる。

先ず、第１基板１を、主面１ａを上方に向けた状態で固定具６Ａの下段（第１受け部６１）に固定する。その後、各ガイド板４に設けられた第１突出部４３Ａ及び第２突出部４３Ｂをそれぞれ第１スリット１２及び第２スリット５３に差し込むことにより、２つのガイド板４を第１基板１上に配置する。このとき、第３スリット４４への電気絶縁板５の挿入が、延出部４２の下端縁４２ａに設けられている第２突出部４３Ｂによって邪魔される虞がある。そこで、第３スリット４４への電気絶縁板５の挿入が可能となる様に、ガイド板４には、ある程度の強度を持った板材であって撓曲させることが可能なものを用いることが好ましい。

次に、第２基板２を、主面２ａを下方に向けた状態で固定具６Ａの上段（第２受け部６２）に固定する。このとき、各ガイド板４の上部を、これに対応する隣接配置された２つのコンデンサ２２の間に挿入する。これにより、各ガイド板４の上部が、これに対応する２つコンデンサ２２で挟まれ、その結果として当該ガイド板４の立設姿勢が保持される。

ここで、コンデンサ２２で保持されたときのガイド板４の立設姿勢は、ガイド板４が第１基板１に対して厳密に垂直に立った姿勢である必要はなく、流路Ｒｆを形成することができて、且つ大きな隙間を生じない姿勢であれば、ある程度傾いた姿勢であっても許容される。従って、ガイド板４を保持するべく隣接配置される２つのコンデンサ２２の間隔は、第１スリット１２の幅の様にガイド板４の第１突出部４３Ａの厚さに略一致させたものとは異なり、ガイド板４の厚さよりも大きく設定することができる。よって、組立て時においては、各ガイド板４が固定されていない状況で、第２基板２の方から迎えに行って２つのコンデンサ２２の間にガイド板４を挿入する必要があるが、そのときでも２つのコンデンサ２２の間にガイド板４を簡単に挿入することができる。従って、第１基板１及び第２基板２を上下２段で配置すると共にそれらの間にガイド板４を設けて流路Ｒｆを形成するときの組立て作業が容易になり、その結果として組立て時の作業性が向上する。

この様に、上記電源装置によれば、冷却効率を低下させることなく、冷却構造の簡略化と組立て時の作業性の向上とを両立させることができる。

尚、各ガイド板４の上部を間に挟んで当該ガイド板４の立設姿勢を保持できる電子部品であれば、コンデンサ２２に限らず、セメント抵抗やリレーなど、様々な電子部品を用いることができる。又、ガイド板４を保持する電子部品には、ヒートシンクを通じて熱を放出するスイッチング素子等の発熱部品に関連する周辺部品を用いることができる。

更に、隣接配置される２つの電子部品は、同種のものに限らず、異種のものであってもよい。又、ガイド板４を保持する電子部品の高さは、隣接配置された電子部品との間に立設姿勢を保持できる程度にガイド板４を挟むことができるのであれば低くてもよい。

上述した電源装置において、例えば固定具６Ａ等の別の部材との間に流路Ｒｆを形成できるのであれば、ガイド板４は１つであってもよい。又、ガイド板４を３つ以上設けることにより、複数の流路Ｒｆ或いは１つの連続した流路Ｒｆを形成してもよい。更に、例えば、第２ヒートシンク２１がなくてヒートシンク間の電気的な絶縁を確保する必要がない場合には、電気絶縁板５はなくてもよい。

更に、上記電源装置の各部構成は、電源装置に限らず、種々の電気機器に適用することができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。更に、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 第１基板
２ 第２基板
１ａ、２ａ 主面
３ 筐体
４ ガイド板
５ 電気絶縁板
６Ａ 固定具
６Ｂ 支柱
１１ 第１ヒートシンク
１２ 第１スリット
２１ 第２ヒートシンク
２２ コンデンサ
３０Ａ 底壁
３０Ｂ 前壁
３０Ｃ 後壁
３１ 吸気口
３２ 排気口
３３ ファン
４１ 本体部
４２ 延出部
４１ａ、４２ａ 下端縁
４１ｂ 端縁
４３Ａ 第１突出部
４３Ｂ 第２突出部
４４ 第３スリット
５１ 第１部分
５２ 第２部分
５３ 第２スリット
６０ 平板部
６１ 第１受け部
６２ 第２受け部
７１、７２、７３ ネジ部材
５０１ 前端部
５０２ 後端部
５０１ａ、５０１ｂ 切欠き
Ｒｆ 流路

Claims (6)

1. 第１ヒートシンクが搭載された上面を有する第１基板と、
   前記第１基板の前記上面に対向する下面を有し、当該下面に複数の電子部品が搭載された第２基板と、
   前記第１基板及び前記第２基板が収納され、これらの基板の間に空気を流すための吸気口が設けられた筐体と、
   前記第１基板の前記上面に立設され、前記吸気口からの空気を前記第１ヒートシンクへ導くための流路を形成するガイド板と、
   を備え、
   前記ガイド板の下端縁には、下方へ突出した第１突出部が設けられ、前記第１基板には、前記第１突出部が差し込まれる第１スリットが設けられており、
   前記複数の電子部品のうちの少なくとも２つの電子部品が、前記ガイド板の上部を間に挟んで当該ガイド板の立設姿勢を保持できる位置に隣接配置されている、電気機器。
2. 前記ガイド板は、前記流路の左右に１つずつ設けられており、
   前記第２基板の前記下面には、隣接配置された前記２つの電子部品が、前記ガイド板のそれぞれに対応させて１組ずつ設けられている、請求項１に記載の電気機器。
3. 前記第２基板の前記下面には、第２ヒートシンクが更に搭載されており、
   前記ガイド板によって形成される前記流路において、隣接配置された前記２つの電子部品は、前記第２ヒートシンクよりも上流側の位置に配されている、請求項１又は２に記載の電気機器。
4. 前記第１ヒートシンクの上面を覆う電気絶縁板を更に備え、
   前記第２ヒートシンクは、前記電気絶縁板のうちの下流側の第１部分を介して前記第１ヒートシンクに対向し、
   前記ガイド板は、前記第１ヒートシンクよりも上流側の位置にて前記第１基板に立設される本体部と、前記電気絶縁板のうちの上流側の第２部分上へ前記本体部から延び出た延出部と、を有し、
   前記延出部の下端縁には、下方へ突出した第２突出部が設けられ、前記電気絶縁板の前記第２部分には、前記第２突出部が差し込まれる第２スリットが設けられている、請求項３に記載の電気機器。
5. 隣接配置された前記２つの電子部品は、前記第２基板の前記下面のうちの前記電気絶縁板の前記第２部分と対向する位置に設けられている、請求項４に記載の電気機器。
6. 前記ガイド板の前記本体部には、下流側の端縁のうちの前記延出部の下端位置に、前記電気絶縁板の上流側の端部が挿入される第３スリットが設けられている、請求項４又は５に記載の電気機器。

Images