| 【発明の名称】 |
部品筐体及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】山藤 基次
【住所又は居所】東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理化工業株式会社内
【氏名】田添 晃
【住所又は居所】東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理化工業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】実装する発熱部品の冷却効率に優れた部品筐体を提供する。
【解決手段】平面状に成形された底面１０ｆに、それぞれ発熱部品の収容空間を形成するための複数の仕切壁１０ｂ，１０ｃが存在し、所定サイズのシールドカバーが被せられたときに当該シールドカバーの内面と各仕切壁とにより形成される収容空間が外部からシールドされる構造を有する。発熱部品が実装される部位の背面側には、複数のフィンが同一方向に配列された放熱機構が形成されている。仕切壁１０ｂは他の仕切壁１０ｃよりも厚く且つ表面部全体を縦断する主仕切壁であり、複数のフィンの配列方向が、この主仕切壁と直交している。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 発熱部品を実装するための金属製の部品筐体であって、表面部及び裏面部を有し、その表面部は、ほぼ平面状に成形された底面にそれぞれ前記発熱部品の収容空間を形成するための複数の仕切壁が存在し、所定サイズのシールドカバーが被せられたときに当該シールドカバーの内面と前記仕切壁とにより形成される前記収容空間が外部からシールドされる構造を有するものであり、その裏面部のうち少なくとも前記発熱部品が実装される部位の背面側には、複数のフィンが同一方向に配列された放熱機構が形成されており、前記複数の仕切壁の少なくとも一つは他の仕切壁よりも厚く且つ表面部全体を縦断又は横断する主仕切壁であり、前記複数のフィンの配列方向が前記主仕切壁と直交することを特徴とする、部品筐体。
【請求項２】 表面部側の前記複数の仕切壁と裏面部側の前記複数のフィンとが一つの金属製ワークから一体成形されたものである、請求項１記載の部品筐体。
【請求項３】 前記複数のフィンのすべてが、所定のフィンピッチで、切り欠き部がある薄板状に成形されている、請求項２記載の部品筐体。
【請求項４】 電子部品用の基板を支持するための基板支持体がさらに一体成形されており、この基板支持体の表面部側の端部は、前記複数の仕切壁の端部と同一平面上にあって前記シールドカバーの内面と接触する形状に成形され、前記基板支持体の裏面部側の端部は、それに支持される基板の配線部位が、外付けされるコネクタの心線と接触する高さに成形されている、請求項２記載の部品筐体。
【請求項５】 アルミニウム材又はその合金材からなる、請求項１ないし４のいずれかの項記載の部品筐体。
【請求項６】 発熱部品を実装する領域を形成するための複数の仕切壁を有する表面部と、少なくとも前記発熱部品の背面側に複数のフィンが同一方向に配列されている裏面部とを有する部品筐体を製造する方法であって、一つの金属製ワークから前記複数のフィンを掘削加工する段階と、加工時に発生する熱を前記複数のフィンで冷却させながら前記金属製ワークを掘削して前記複数の仕切壁を形成するとともに、少なくとも一つの仕切壁を、他の仕切壁よりも厚く且つ前記複数のフィンの配列方向と直交する向きに延びるように成形していく段階とを有することを特徴とする、部品筐体の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば携帯電話基地局の電力増幅部に配置される電力増幅ユニット用の筐体構造に係り、例えば電力増幅ユニット内の発熱部品で発生する熱を効率よく放散させて冷却することができる、小型・軽量・低コストの部品筐体の構造に関する。
【０００２】
【発明の背景】携帯電話基地局の電力増幅部に配置される従来の電力増幅ユニットは、動作時に発熱するモジュール（発熱部品）を含む複数の電子部品を搭載している。これらの電子部品は、外部電磁波の影響を防止するため、電磁シールドを行う必要があるのが殆どである。
【０００３】従来は、図１１に示されるように、モジュールＭをシールドするための金属製モジュールケース３０内にモジュールＭを実装するとともに、このモジュールケース２０の外底面部に複数のフィンからなる放熱機構４０を取り付け、この放熱機構４０によってモジュールＭの冷却を行っている。
【０００４】しかしながら、放熱機構（フィン）４０は鋳造品又は押し出し成形品のため、モジュールケース３０を取り付ける部分の板厚及び放熱機構（フィン）を薄くするには限界があった。そのため、モジュールＭで発生した熱が充分に空気中に発散できず、放熱効果が充分でないという問題があった。そのため、送信電力を一定値以上に上昇させることができなかった。
【０００５】また、通常は、大電力を確保するために電力増幅ユニットを複数並べて電力増幅部を構成するため、携帯電話基地局全体の装置構成が大型化せざるを得ず、運用コストを低げることができないという問題があった。モジュールＭと接触する部分の放熱機構４０の板厚を薄くすることができれば放熱効果がアップし、電力増幅ユニット、ひいては携帯電話基地局全体の規模を小型化できるという知見がある。
【０００６】本発明の課題は、実装する発熱部品により発生する熱を効率よく放散させて冷却することができる、小型軽量の部品筐体を提供することにある。本発明の他の課題は、このような部品筐体の効率的な製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発明の部品筐体は、発熱部品を実装するための金属製の部品筐体、例えばアルミニウム材又はその合金材からなる部品筐体であって、表面部及び裏面部を有し、その表面部は、ほぼ平面状に成形された底面にそれぞれ前記発熱部品の収容空間を形成するための複数の仕切壁が存在し、所定サイズのシールドカバーが被せられたときに当該シールドカバーの内面と前記仕切壁とにより形成される前記収容空間が外部からシールドされる構造を有するものである。また、裏面部のうち少なくとも前記発熱部品が実装される部位の背面側には、複数のフィンが同一方向に配列された放熱機構が形成されている。前記複数の仕切壁の少なくとも一つは他の仕切壁よりも厚く且つ表面部全体を縦断又は横断する主仕切壁であり、前記複数のフィンの配列方向が前記主仕切壁と直交している。このような構造の部品筐体では、フィンの配列方向と直交する方向に主仕切壁が形成されているので、表裏面部に作用する力に対する剛性が高まる。また、放熱機構が取り付けられている部位の剛性が高まるので、表面部の筐体厚みを薄くすることができる。
【０００８】表面部側の前記複数の仕切壁と裏面部側の前記複数のフィンとを一つの金属製ワークから一体成形したものとしてもよい。このようにすると、熱抵抗が小さくなり、放熱効率が高まる。
【０００９】前記複数のフィンのすべてを、所定のフィンピッチで、切り欠き部がある薄板状に成形するようにしてもよい。このようなフィン構造の放熱機構は、成形時の屑等を効率的に排出させることができ且つ成形時及び使用時の放熱効率を高めることができる。
【００１０】電子部品用の基板を支持するための基板支持体をさらに一体成形してもよい。この場合、基板支持体の表面部側の端部については、前記複数の仕切壁の端部と同一平面上にあって前記シールドカバーの内面と接触する形状に成形し、基板支持体の裏面部側の端部は、それに支持される基板の配線部位が、外付けされるコネクタの心線と接触する高さに成形する。
【００１１】本発明の製造方法は、発熱部品を実装する領域を形成するための複数の仕切壁を有する表面部と、少なくとも前記発熱部品の背面側に複数のフィンが同一方向に配列されている裏面部とを有する部品筐体を製造する方法であって、一つの金属製ワークから前記複数のフィンを掘削加工する段階と、加工時に発生する熱を前記複数のフィンで冷却させながら前記金属製ワークを掘削して前記複数の仕切壁を形成するとともに、少なくとも一つの仕切壁を、他の仕切壁よりも厚く且つ前記複数のフィンの配列方向と直交する向きに延びるように成形していく段階とを有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を説明する。本実施形態では、伝熱性に優れた軽量金属の一例となるアルミニウム材からなる一体成形型の部品筐体について説明する。図１は、この部品筐体１の表面部の外観斜視図、図２は裏面部の外観斜視図である。また、図３（ａ）はこの部品筐体１の表面部平面図、同（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は正面図、（ｅ）は背面図である。図４はこの部品筐体１の裏面部平面図である。
【００１３】＜筐体表面部の構造＞図１及び図３（ａ）に示されるように、部品筐体１の表面部は、外周枠１０ａ、第１仕切壁１０ｂ、第２仕切壁１０ｃ及び基板支持体１０ｄを残して、その底面部１０ｆがほぼ平坦に刳り抜かれ、各々高周波帯で動作する複数のモジュール（電子部品）を実装するための第１区画１０１、第２区画１０２及び第３区画１０３が形成された構造になっている。第２仕切壁１０ｃの一端部は部品筐体１の外周枠１０ａと一体成形されており、その他端部と第１仕切壁１０ｂとの間には、空隙１０ｉが形成されている。この空隙１０ｉは、区画１０１と区画１０２との間の配線引き回しに使用される。各区画１０１〜１０３には、発熱部品であるモジュールを実装する際の位置決め用の窪み１０ｇと、後述する補助仕切壁１０ｍ及びモジュール取付用の複数のネジ孔１０ｈが形成されている。
【００１４】第１仕切壁１０ｂは、外周枠１０ａ、第２仕切壁１０ｃ、基板支持体１０ｄのほぼ倍の厚みをもち、部品筐体１を長尺方向を縦断している。これによって長尺方向の強度が確保されている。
【００１５】外周枠１０ａは落とし込み加工されて内側枠と外側枠の２段枠構造になっている。内側枠１００ａの内壁高は、第１仕切壁１０ｂ、第２仕切壁１０ｃ及び基板支持体１０ｄのそれぞれの表面部側端部と同一平面上に含まれることになる高さであり、外側枠の高さ（外壁高）は、内側枠１００ａの高さよりも後述するシールドカバーの厚み分だけ高くなっている。さらに、内側枠１００ａ、第１仕切壁１０ｂ、第２仕切壁１０ｃ、基板支持体１０ｄの表面部側端部には、後述するシールドカバーを取り付けるためのネジ孔１０ｊが所定間隔で形成されている。いずれの端部も、ネジ孔１０ｊの形成部位以外は、ネジ孔１０ｊの形成部位よりも薄くなっており、部品筐体１の壁厚の軽量化の徹底化及び表面積の確保が図られている。
【００１６】各区画１０１〜１０３にモジュールが実装され、基板が基板支持体１０ｄで支持され、ケーブル等によって配線がなされたときの信号線の引き回し経路は、図６のようになる。図６において、実線は部品筐体１の内部に配されることになる信号線、破線はコネクタを介して部品筐体１の外部を通じて引き回されることになる信号線である。図６から判るように、基板支持体１０ｄと第２区画１０２及び第１区画１０１、第１区画１０１及び第２区画１０２と第３区画１０３は、それぞれ外部引き回しによって配線されるようになっている。これは、使用する高周波信号の回り込み防止と、外部電磁波からのシールド効果を高めるためである。
【００１７】＜裏面部構造＞次に、部品筐体１の裏面部の構造を説明する。図２及び図４に示されるように、部品筐体１の裏面部は、基板支持体１０ｄが形成されている部位が開口されている。また、モジュールが実装される部位の背面側には、同一形状の複数のフィン２０，２１を長尺方向と直交する方向に配列してなる放熱機構が、裏面部主表面１０ｋ（底面部１０ｆの背面）と一体成形された構造になっている。
【００１８】フィン２０，２１は、すべてのフィン面が狭フィンピッチで薄板状に成形されており、さらに、長尺方向に複数の切り欠き部が形成されている。狭フィンピッチで成形することにより、フィン面を薄くしても一定以上の強度が確保される。フィンの切り欠き部は、主として、成形時に発生する屑や切削油等が流れやすくするために形成される。このような構造の放熱機構にすることで、フィン２０，２１の高さを低く抑えつつ、充分な放熱面積を確保することができるようになる。また、熱抵抗が小さいことから、充分な伝熱効率を得ることができるようになる。
【００１９】基板支持体１０ｄの裏面部側の外周枠は落とし込み加工されて内側枠と外側枠の２段枠構造になっており、内側枠の内壁高は、後述する裏面部用シールドカバーの厚みの分だけ裏面部主表面１０ｋよりも低くなっている。また、基板支持体１０ｄの裏面部側端部の高さは、外周枠１０ａの高さの中間よりも基板の厚み分だけ低くなっている。これは、外周枠１０ａの所定部位に形成されている取付穴１０ｌに接続用コネクタが接続されたときの、接続用コネクタの心線と、基板支持体１０ｄの裏面部側端部に載せられた基板上のプリント配線部位との位置決めを正確にするためである。このことを図５を参照して説明する。
【００２０】図５は、基板支持体１０ｄが形成された部品筐体１の側部の部分断面図であり、プリント配線された基板Ｂ２１が基板支持体１０ｄの裏面部側端部に載せられて固定され、外周枠１０ａの取付穴１０ｌに接続用コネクタＣＮがネジ止めされた状態が示されている。Ｃ１１は表面部用シールドカバー、Ｃ２１は裏面部用シールドカバーであり、それぞれ部品筐体１の外周枠の内側枠にネジ止め固定される。このように、基板支持体１０ｄの裏面部端部の高さは、接続用コネクＣＮの心線ＣＮＣが基板Ｂ２１のプリント配線上に接触される高さに設計されている。
【００２１】＜ユニット組み立て＞本実施形態の部品筐体１を用いた電力増幅ユニットの組立要領を図７に示す。電力増幅ユニットは、携帯電話基地局の電力増幅部に配置されるもので、発熱部品であるモジュール、基板、その他のユニット部品を、本実施形態の部品筐体１にネジ止め固定し、最後に表面部用シールドケース及び裏面部用シールドケースを取り付けるだけで完成する。
【００２２】すなわち、図７に示されるように、部品筐体１の端部に、他のユニット等と接続するためのコネクタＣＮを取り付け、部品筐体１の表面部の各区画１０１〜１０３に補助仕切壁１０ｍを設け、さらに、配線されたモジュール用基板Ｂ１１を金具を介して支持する形で複数のモジュールＭ１１を部品筐体１の表面部（底面部１０ｆ）の所定部位にネジ止め固定する。これにより表面部側での実装作業を終える。部品筐体１の裏面部については、基板支持体１０ｄの部分の開口部から基板Ｂ２１を挿入し、これをネジ止め固定する。
【００２３】このようにしてモジュールＭ１１等が実装された電子機器ユニット（未シールド状態）の表面部の外観を図８に示す。補助仕切壁１０ｍは、必要に応じてその底面部側が切り欠かれて取り付けられる。この状態で、部品筐体１の表面部全体に表面部用シールドカバーを被せる。これにより、第１仕切壁１０ｂ、第２仕切壁１０ｃ、補助仕切壁１０ｍ及び基板支持体１０ｄの表面部側の端部と、表面部用シールドカバーＣ１１の内面とで仕切られたすべての空間が外部から電磁的にシールドされる。裏面部の開口部にもそれぞれ裏面部用シールドカバー（図示省略）を被せることで、基板支持体１０ｄが両面側から電磁シールドされる。このようにして電力増幅ユニットの組立が完了する。
【００２４】図９は、組立完了後の電力増幅ユニットの外観斜視図である。Ｃ１１は表面部用シールドカバーである。図９から明らかなように、放熱機構とシールドされたモジュール収容空間とが形成されていながら、その厚みが極めて薄いものとなっている。これは、部品筐体１の壁厚が全体にわたって薄く形成されていること、部品筐体１が伝熱性に優れたアルミニウム材によって成形されていること、フィン２０，２１とモジュールＭ１１が実装される部位とが一体成形されていることに因る。従って、このような電力増幅ユニットを複数配置した携帯電話基地局の電力増幅部全体の小型化、低コスト化が可能になる。
【００２５】＜部品筐体１の製造方法＞次に、本実施形態による部品筐体１の製造方法について説明する。部品筐体１は、アルミニウム製のワーク（加工用素材）を掘削加工することによって製造する。この場合の加工手順を図１０を参照して説明する。
【００２６】まず、ワークを位置決めして所定形状及びサイズ（使用するユニットに要求される形状及びサイズ）に成形した後（ステップＳ１０１）、裏面部の該当部位を削り落として複数のフィン２０，２１を形成する（ステップＳ１０２）。フィン２０，２１の切り欠き部は、加工時に発生する屑を払い落とす際のガイドにもなる。
【００２７】裏面部の掘削加工が済むと、次に、表面部全体を掘削加工する（ステップＳ１０３）。このとき、第１仕切壁１０ｂがフィン２０，２１の方向に対して直交する向きになるように掘削加工していく。これにより、フィン２０，２１の加工時に相対的に弱くなっている方向のワーク強度を確保することができ、掘削加工時に発生する応力による変形を抑制することができる。また、掘削加工を行うとワーク自体が発熱するが、その熱が最初に形成したフィン２０，２１から随時放熱されるため、掘削加工時に発生する熱による変形も抑制される。これにより、部品筐体１の底面部１０ｆ、外周枠１０ａ、第１仕切壁１０ｂ、第２仕切壁１０ｃ、及び基板支持体１０ｄを精度良く、且つ薄く加工することができるようになる。
【００２８】その後、窪み１０ｇ、ネジ孔１０ｈ、１０ｊ、接続用コネクタの取付穴１０ｌを形成し（ステップＳ１０４）、部品筐体１の製造を終える。このような手順でワークを成形加工することにより、歩留まり良く部品筐体１を製造することができる。
【００２９】＜本実施形態による効果＞本実施形態の部品筐体１では、局所的に放熱を要する部分に、薄板状のフィン２０，２１を狭ピッチで集中配置したので、冷却能力を低下させることなく、放熱機構の面積を減らすことが可能になる。
【００３０】また、部品筐体１の壁厚が全体にわたって薄いので、これを用いたユニットの小型・軽量化が可能になる。
【００３１】また、放熱機構の取付部位と仕切壁１０ｂ，１０ｃ等が一体成形されているので、放熱機構が取り付けられている部位の剛性が増し、変形が抑制される。
【００３２】さらに、第１仕切壁１０ｂを他の仕切壁１０ｃ等よりも厚く且つ表面部全体を縦断する方向、すなわち、フィン２０，２１の配列方向と直交する方向に形成するようにしたので、表裏面部の剛性を高めることができる。なお、本実施形態では、第１仕切壁１０ｂが表面部全体を縦断する方向に形成する場合の例を示したが、フィン２０，２１の配列方向が９０度変位している場合、第１仕切壁１０ｂは、表面部全体を横断する方向に形成することになる。
【００３３】本実施形態では、好適な例としてアルミニウム材から掘削加工によって一体成形された部品筐体１について説明したが、結果的に本実施形態のような部品筐体１の構造になっていれば所期の効果が得られるので、本発明の範囲は本実施形態の例に限定されるものではない。筐体材質も、アルミニウム材のみならず、アルミニウム合金材その他伝熱性に優れた金属部材で代用が可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、実装される発熱部品において発生する熱を効率よく外部に放散させて冷却させることができる小型軽量の部品筐体を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２１９００４
【氏名又は名称】島田理化工業株式会社
【住所又は居所】東京都調布市柴崎２丁目１番地３
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| 【出願日】 |
平成１４年１月２５日（２００２．１．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９９３２４
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 正剛
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２１８５６４（Ｐ２００３−２１８５６４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月３１日（２００３．７．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１７７１８（Ｐ２００２−１７７１８） |
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