JP5197725B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＣＰＵのような発熱体を有する電子機器に係り、特にファンを用いて発熱体を冷却するための構造に関する。

ＣＰＵは、例えばポータブルコンピュータのような電子機器に組み込まれている。ＣＰＵが動作する際に発する熱は、処理速度の高速化や多機能化に伴い増加している。ＣＰＵの温度が高くなり過ぎると、ＣＰＵの効率的な動作が失われたり、動作不能に陥るといった問題が生じてくる。

ＣＰＵの放熱性能を高めるため、従来の電子機器は、ＣＰＵを強制的に冷却する空冷式の冷却装置を搭載している。冷却装置は、ＣＰＵに熱的に接続されたヒートシンクと、ヒートシンクに冷却風を送風するファンとを備えている。

ヒートシンクおよびファンは、一つのモジュールとして一体化されているとともに、電子機器の筐体の内部に収められている。ヒートシンクは、ＣＰＵの熱を受ける受熱面、放熱フィンおよび冷却風通路を有する偏平な箱状であり、例えばアルミニウム合金のような熱伝導性に優れた金属材料で造られている。放熱フィンは冷却風通路に露出している。冷却風通路は、筐体の内部から仕切られており、この冷却風通路の下流端が筐体の側壁又は後壁に開口する排気口に連なっている。

ファンは、ファンケースと羽根車とを備えている。ファンケースは、吸込口および吐出口を有している。羽根車は、ファンケースに収容されている。羽根車は、吸込口から空気を吸い込むとともに、この吸い込んだ空気を吐出口から冷却風通路に送風する。このため、ファンから送られる空気は冷却風となって冷却風通路を流れ、この流れの過程でＣＰＵの熱を受けるヒートシンクを冷却する。ヒートシンクでの熱交換により暖められた冷却風は、冷却風通路の下流端から排気口を通じて筐体の外に排出される。

さらに、従来の冷却装置では、ファンケースの上面と筐体との間に空気導入路が形成されている。空気導入路は、筐体の吸気口とファンケースの吸込口との間を接続するためのものである。空気導入路は、スポンジのようなシール材によって筐体の内部と仕切られている。シール材は、ファンケースと筐体との間に介在されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３６８４６７号公報

特許文献１に開示された冷却装置では、ＣＰＵの熱を受けるヒートシンクに冷却風通路が形成されているとともに、このヒートシンクにファンが一体的に組み込まれている。このような構成によると、ファンとは別に専用のヒートシンクが必要となり、部品点数が多くなるのを避けられない。この結果、電子機器のコストが高くなる。

さらに、ヒートシンクとファンとが一体化されているので、冷却装置そのものが重く大きなものとなるとともに、筐体の内部に冷却装置を収容する広いスペースを確保しなくてはならない。したがって、電子機器を軽量化したり筐体をコンパクト化する上での妨げとなるといった不具合がある。

本発明の目的は、発熱体を効率よく冷却しつつ、発熱体を冷却するために必要な部品点数を削減してコストを低減できるとともに、軽量でコンパクトな電子機器を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る電子機器は、
排気口が設けられた筐体と、
上記筐体に収容され、上記筐体の内部で空気を吸い込む吸込口および吸い込んだ空気を上記排気口に向けて吐き出す吐出口が設けられたファンケースを含むファンと、
上記筐体に収容され、発熱体が実装された回路板と、
上記回路板と上記筐体の内面との間に介在された弾性変形が可能なシール材と、を備えている。
上記シール材は、互いに離れた第１の端部および第２の端部を有し、上記第１の端部および上記第２の端部が上記筐体内で上記ファンケースに接しているとともに、上記シール材のうち上記第１の端部と上記第２の端部との間に跨る中間部分が上記発熱体を連続して取り囲むことで、上記シール材が上記筐体の内部に上記発熱体から上記ファンに向けて空気を導く壁を構成している。

本発明によれば、簡単な構造で発熱体を効率よく冷却できる。しかも、発熱体を冷却するために必要な部品点数を削減してコストを低減できるとともに、軽量でコンパクトな電子機器を提供できる。

本発明の実施の形態に係るポータブルコンピュータの斜視図。 本発明の実施の形態において、第１の筐体を底壁の方向から見上げた状態を示すポータブルコンピュータの斜視図。 本発明の実施の形態において、ＣＰＵやゲートアレイに熱的に接続された熱拡散板、遠心ファンおよびシール材の位置関係を示す斜視図。 本発明の実施の形態において、熱拡散板、遠心ファンおよびシール材の位置関係を示す平面図。 本発明の実施の形態において、ＣＰＵを有するプリント回路板、ＣＰＵに熱的に接続された熱拡散板、遠心ファンおよび導風路の位置関係を示すポータブルコンピュータの断面図。 図５のＦ６−Ｆ６線に沿う断面図。

以下本発明の実施の形態をポータブルコンピュータに適用した図面に基づいて説明する。

図１および図２は、電子機器の一例であるポータブルコンピュータ１を開示している。ポータブルコンピュータ１は、本体ユニット２と表示ユニット３とを備えている。本体ユニット２は、第1の筐体４を有している。第１の筐体４は、例えばマグネシウム合金のような金属材料で造られている。第1の筐体４は、上壁４ａ、底壁４ｂ、左右の側壁４ｃ、４ｄ、前壁４ｅおよび後壁４ｆを有する偏平な箱状をなしている。

第１の筐体４は、ベース５とトップカバー６とで構成されている。ベース５は、底壁４ｂを有するとともに、バッテリパック７を取り外し可能に支持している。バッテリパック７は、ベース５の前半部に位置している。

底壁４ｂは、複数の吸気口８を有している。吸気口８は、バッテリパック７の後方に位置するとともに、第１の筐体４の幅方向に間隔を存して並んでいる。吸気口８は、第１の筐体４の内部に開口している。

トップカバー６は、上壁４ａを有するとともに、キーボード９を支持している。キーボード９は、上壁４ａの後半部に位置している。左側の側壁４ｃは、複数の排気口１０とカードスロット１１とを有している。排気口１０およびカードスロット１１は、第１の筐体４の奥行き方向に並んでいる。排気口１０は、側壁４ｃの後端に位置している。

表示ユニット３は、第２の筐体１２と液晶表示パネル１３とを備えている。液晶表示パネル１３は、第２の筐体１２に収容されている。液晶表示パネル１３は、画像を表示するスクリーン１３ａを有している。スクリーン１３ａは、第２の筐体１２の前面に形成した開口部１４を通じて第２の筐体１２の外方に露出している。

第２の筐体１２は、第１の筐体４の後端部にヒンジを介して支持されている。そのため、表示ユニット３は、キーボード９を上方から覆うように本体ユニット２の上に横たわる閉じ位置と、キーボード９やスクリーン１３ａを露出させるように起立する開き位置との間で回動可能となっている。

図３ないし図５に示すように、第１の筐体４はプリント回路板１６を収容している。プリント回路板１６は、トップカバー６に支持されて上壁４ａおよびキーボード９の下方に位置している。プリント回路板１６は、ベース５の底壁４ｂと向かい合う下面１６ａを有している。

プリント回路板１６の下面１６ａにＣＰＵ１７、ゲートアレイ１８、ＩＣチップのような複数の回路部品１９およびカードホルダ２０が実装されている。ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８は、発熱体の一例であり、上記吸気口８の真上に位置するように第１の筐体４の幅方向に並んでいる。言い換えると、ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８は、第１の筐体４の内部において吸気口８と対向し合うような位置関係に保たれている。

図５に概略的に示すように、ＣＰＵ１７は、ベース基板２１とＩＣチップ２２とを有している。ベース基板２１は、プリント回路板１６の下面１６ａに半田付けされている。ＩＣチップ２２は、ベース基板２１の下面の中央部に位置するとともに、処理速度の高速化や多機能化に伴って動作中の発熱量が非常に大きなものとなっている。

ＣＰＵ１７のＩＣチップ２２およびゲートアレイ１８に夫々熱拡散板２３が熱的に接続されている。熱拡散板２３は、例えば銅のような熱伝導性に優れた金属材料にて構成され、ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８を下方から覆うような四角い板状をなしている。

各熱拡散板２３は、一対の支持突起２３ａ，２３ｂを有している。支持突起２３ａ，２３ｂは、例えば熱拡散板２３にバーリング加工を施すことにより形成され、熱拡散板２３から下向きに突出している。

各熱拡散板２３に取付金具２４が保持されている。取付金具２４は、例えばステンレス鋼板によって造られている。取付金具２４は、金具本体２５と一対の脚部２６ａ，２６ｂとを有している。金具本体２５は、熱拡散熱２３の対角線に沿うような姿勢で熱拡散板２３の下面に重ね合わされている。熱拡散板２３から突出する支持突起２４ａ，２４ｂは、金具本体２５を貫通しており、この支持突起２４ａ，２４ｂの先端をかしめることで、金具本体２５が熱拡散板２３に一体的に保持されている。

一方の脚部２６ａは、金具本体２５の一端に位置している。他方の脚部２６ｂは、金具本体２５の他端に位置している。脚部２６ａ，２６ｂは、金具本体２５に対し略直角に折り曲げられているとともに、金具本体２５からプリント回路板１６に向けて延びている。脚部２６ａ，２６ｂの先端は、プリント回路板１６にねじ２７を介して固定されている。そのため、熱拡散板２３は、取付金具２４を介してプリント回路板１６に保持されている。

熱拡散熱２３に保持された取付金具２４は、夫々ばね性を有している。一方の取付金具２４は、一方の熱拡散板２３をＣＰＵ１７のＩＣチップ２２に押し付けている。このＩＣチップ２２と一方の熱拡散板２３との間には、熱伝導性を有するグリース２８が介在されている。他方の取付金具２４は、他方の熱拡散板２３をゲートアレイ１８に押し付けている。

この結果、ＣＰＵ１７のＩＣチップ２２に熱的に接続された一方の熱拡散板２３およびゲートアレイ１８に熱的に接続された他方の熱拡散板２３は、底壁４ｂの吸気口８の真上に位置するとともに、これら吸気口８に面している。

上記回路部品１９は、上記ＣＰＵ１７やゲートアレイ１８の周囲に位置している。カードホルダ２０は、例えばＳＤカードのようなカード状記憶媒体を取り外し可能に支持するためのものであり、上記第１の筐体４のカードスロット１１と向かい合っている。回路部品１９およびカードホルダ２０は、プリント回路板１６の下面１６ａから張り出している。

図３ないし図５に示すように、第１の筐体４の内部に遠心ファン３０が収容されている。遠心ファン３０は、第１の筐体４の左側の側壁４ｃと後壁４ｆとで規定される角部に位置し、上記ＣＰＵ１７やゲートアレイ１８に隣接している。

遠心ファン３０は、偏平なファンケース３１と羽根車３２とを備えている。ファンケース３１は、トップカバー６の上壁４ａに支持されている。このファンケース３１は、第１および第２の吸込口３３ａ，３３ｂと吐出口３４とを有している。第１の吸込口３３ａは、ファンケース３１の下面に形成されているとともに、第２の吸込口３３ｂは、ファンケース３１の上面に形成されている。吐出口３４は、ファンケース３１の外周面に形成されて、第１の筐体４の排気口１０に連なっている。

羽根車３２は、ファンケース３１に収容されて、第１および第２の吸込口３３ａ，３３ｂの間に同軸状に位置している。羽根車３２は、モータ３５を介してファンケース３１に支持されている。モータ３５は、ＣＰＵ１７又はゲートアレイ１８の温度が予め決められた値に達した時に動作する。モータ３５からのトルクを受けて羽根車３２が回転すると、第１の筐体４の内部の空気が第１および第２の吸込口３３ａ，３３ｂを通じて羽根車３２の回転中心部に吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、羽根車３２の外周からファンケース３１の内部に放出されるとともに、吐出口３４から排気口１０に向けて吐き出される。

図３ないし図５に示すように、第１の筐体４の底壁４ａとプリント回路板１６の下面１６ａとの間にシール材３６が介在されている。シール材３６は、例えば弾性変形が可能なスポンジあるいは気泡性を有する柔軟なゴム材料にて構成され、四角い断面形状を有する角柱状をなしている。

シール材３６は、上記ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８を取り囲むようにプリント回路板１６の下面１６ａに両面接着テープ３７を介して貼り付けられている。図６に示すように、両面接着テープ３７は、シール材３６を貼り付ける位置に回路部品１９やカードホルダ２０が存在する場合に、これら回路部品１９やカードホルダ２０の上に直接貼り付けられている。このため、シール材３６は回路部品１９およびカードホルダ２０の上を横切っている。

シール材３６は、第１の端部３６ａと第２の端部３６ｂとを有している。第１および第２の端部３６ａ，３６ｂは、第１の筐体４の幅方向に離れているとともに、遠心ファン３０のファンケース３１に接している。

さらに、シール材３６のうち両面接着テープ３７とは反対側の面は、第１の筐体４の底壁４ｂに押し付けられている。したがって、シール材３６は、底壁４ｂとプリント回路板１６との間で第１の筐体４の厚み方向に圧縮されており、底壁４ｂおよびプリント回路板１６に密に接している。

シール材３６は、底壁４ｂおよびプリント回路板１６と協働して第１の筐体４の内部に導風路３８を形成している。導風路３８は、ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８から遠心ファン３０に至るように、第１の筐体４の内部と仕切られている。

そのため、ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８と対向する吸気口８は、導風路３８の上流端に位置するとともに、遠心ファン３０の第１および第２の吸込口３３ａ，３３ｂは、導風路３８の下流端に開口している。

このような構成において、ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８は、ポータブルコンピュータ１の使用中に発熱する。ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８が発する熱は、夫々熱拡散板２３に伝わり、各熱拡散板２３の隅々にまで均一に拡散する。よって、ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８の熱の多くは、熱拡散板２３を通じて導風路３８内に放出される。

遠心ファン３０のモータ３５は、ＣＰＵ１７およびゲートアレイ１８の温度が予め決められた値に達した時に動作する。遠心ファン３０の羽根車３２が回転すると、第１の筐体４の吸気口８に負圧が作用し、第１の筐体４の外の空気が吸気口８から導風路３８に吸い込まれる。

ＣＰＵ１７やゲートアレイ１８の熱を受ける熱拡散板２３は、吸気口８の真上に位置している。このため、吸気口８から導風路３８に吸い込まれた空気は、図５に矢印で示すように熱拡散板２３に直接吹き付けられ、この熱拡散板２３の下面に沿うようにして流れる。これにより、熱拡散板２３が満遍なく冷やされるとともに、熱拡散板２３との熱交換により暖められた空気が導風路３８内を遠心ファン３０に向けて流れる。

導風路３８内の空気は、ファンケース３１の吸込口３３ａ，３３ｂから羽根車３２の回転中心部に吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、羽根車３２の外周からファンケース３１内に吐き出されるとともに、吐出口３４から排気口１０を経て第１の筐体４の外に排出される。

このようなポータブルコンピュータ１によれば、遠心ファン３０が動作した時に、吸気口８から導風路３８に吸い込まれる空気をＣＰＵ１７やゲートアレイ１８の熱を受ける熱拡散板２３に直に吹き付けることができる。このため、熱拡散板２３を介してＣＰＵ１７やゲートアレイ１８を効率よく冷却できるとともに、熱移送用の格別なヒートパイプを不要とすることができる。

しかも、ＣＰＵ１７やゲートアレイ１８から導風路３８に放出された輻射熱を、導風路３８を流れる空気によって第１の筐体４の外に排出することができる。このため、第１の筐体４の内部にＣＰＵ１７やゲートアレイ１８からの輻射熱が滞留し難くなり、第１の筐体４の内部の温度上昇を防止することができる。

加えて、上記構成によると、熱拡散板２３を冷却した空気を遠心ファン３０に導く導風路３８は、スポンジ製のシール材３６でＣＰＵ１７やゲートアレイ１８を取り囲むことにより構成される。言い換えると、第１の筐体４の底壁４ｂおよびプリント回路板１６が導風路３８を定める構成要素を兼用するので、従来のような導風路を有する専用のヒートシンクが不要となる。

このため、ヒートパイプが不要なことと合わせて、ＣＰＵ１７やゲートアレイ１８を冷却するために必要な部品点数を削減することができる。したがって、簡単な構成でＣＰＵ１７やゲートアレイ１８を効率よく冷却することができる。よって、ポータブルコンピュータ１のコストを低減できるとともに、ポータブルコンピュータ１の軽量化やコンパクト化を実現できる。

さらに、シール材３６は、両面接着テープ３７を介してプリント回路板１６の下面１６ａに貼り付ければよいので、導風路３８の形状を自由に設定できる。そのため、冷却を要する発熱部品の数が増えたり、遠心ファン３０の位置が変更となった場合でも容易に対応することができ、第１の筐体４の大幅な設計変更が不要となる。

本発明は、上記実施の形態に限らず、発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施可能である。

例えば発熱体は、ＣＰＵやゲートアレイに限らず、チップセットでもよいし、吸気口と向かい合う発熱体の数も上記実施の形態に制約されない。

さらに、本発明に係る電子機器は、ポータブルコンピュータに限らず、表示ユニットを持たない携帯形情報端末（Personal Digital Assistant）であっても同様に実施可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１] 排気口が設けられた筐体と、
上記筐体に収容され、上記筐体の内部で空気を吸い込むとともに上記排気口に向けて吐き出すファンと、
上記筐体に収容され、発熱体が実装された回路板と、
上記回路板と上記筐体の内面との間に設けられ、上記発熱体から上記ファンに向けて空気を導く壁となる弾性変形が可能なシール材と、を具備した電子機器。
[２] [１]の記載において、上記シール材は、上記発熱体を取り囲むように上記回路板に貼り付けられているとともに、上記回路板と上記筐体との間で上記筐体の厚み方向に圧縮された電子機器。
[３] [２]の記載において、上記ファンは、空気を吸い込む吸込口および空気を吐き出す吐出口が設けられたファンケースを有し、上記シール材は、上記ファンケースに接続された第１の端部および第２の端部を有する電子機器。
[４] [１]ないし[３]のいずれか一項の記載において、上記シール材は、スポンジであるとともに、上記回路板に両面接着テープを介して貼り付けられた電子機器。
[５] 筐体と、
上記筐体に収容され、上記筐体の内部で空気を吸い込むファンと、
上記筐体に収容された回路板と、
上記回路板に実装された発熱体と、
上記回路板に設けられ、上記発熱体から上記ファンに向けて空気を導く壁となるシール材と、を具備した電子機器。
[６] 吸気口が設けられた筐体と、
上記筐体に収容され、上記筐体の内部で空気を吸い込むファンと、
上記筐体に収容され、発熱体が実装された回路板と、
上記発熱体に熱的に接続され、上記吸気口から上記ファンに向かう空気が接する熱拡散板と、
上記回路板と上記筐体の内面との間に設けられ、上記発熱体から上記ファンに至る導風路を規定する壁となる弾性変形が可能なシール材と、を具備した電子機器。

４…筐体（第１の筐体）、８…吸気口、１０…排気口、１６…回路板（プリント回路板）、１７，１８…発熱体（ＣＰＵ、ゲートアレイ）、２３…熱拡散板、３０…遠心ファン、３１…ファンケース、３３ａ，３３ｂ…吸込口（第１の吸込口、第２の吸込口）、３４…吐出口、３６…シール材、３６ａ…第１の端部、３６ｂ…第２の端部、３８…導風路。

Claims (5)

1. 排気口が設けられた筐体と、
   上記筐体に収容され、上記筐体の内部で空気を吸い込む吸込口および吸い込んだ空気を上記排気口に向けて吐き出す吐出口が設けられたファンケースを含むファンと、
   上記筐体に収容され、発熱体が実装された回路板と、
   上記回路板と上記筐体の内面との間に介在された弾性変形が可能なシール材と、を具備し、
   上記シール材は、互いに離れた第１の端部および第２の端部を有し、上記第１の端部および上記第２の端部が上記筐体内で上記ファンケースに接しているとともに、上記シール材のうち上記第１の端部と上記第２の端部との間に跨る中間部分が上記発熱体を連続して取り囲むことで、上記シール材が上記筐体の内部に上記発熱体から上記ファンに向けて空気を導く壁を構成した電子機器。
2. 請求項１の記載において、上記シール材は、上記発熱体を取り囲むように上記回路板に貼り付けられているとともに、上記回路板と上記筐体の内面との間で上記筐体の厚み方向に圧縮された電子機器。
3. 請求項１又は請求項２の記載において、上記シール材は、スポンジであるとともに、上記回路板に両面接着テープを介して貼り付けられた電子機器。
4. 吸気口が設けられた筐体と、
   上記筐体に収容され、上記筐体の内部で空気を吸い込むファンと、
   上記筐体に収容された回路板と、
   上記回路板に実装された発熱体と、
   上記回路板と上記筐体の内面との間に介在された弾性変形が可能なシール材と、を具備し、
   上記シール材は、互いに離れた第１の端部および第２の端部を有し、上記第１の端部および上記第２の端部が上記筐体内で上記ファンに接しているとともに、上記シール材のうち上記第１の端部と上記第２の端部との間に跨る中間部分が上記発熱体を連続して取り囲むことで、上記シール材が上記筐体の内部に上記発熱体から上記ファンに至る導風路を規定する壁を構成した電子機器。
5. 請求項４の記載において、上記発熱体に熱的に接続され、上記発熱体から上記ファンに向けて上記導風路を流れる空気が接する熱拡散板をさらに備えた電子機器。

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