JP2000252669A - 冷却装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子機器が備える冷却機構で、特定の発熱部
を効率良く冷却できるようにする。 【解決手段】 発熱デバイス１の発熱面１ａに対応して
冷却流体を噴流する噴流生成装置２を配置し、この噴流
生成装置２を発熱面１ａに対して平行に所要範囲で振動
させ、この装置２ａの噴流口３から噴出される噴流の発
熱面１ａに対する澱み点ａを所要範囲で移動させて発熱
デバイス１を冷却するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばパーソナル
コンピュータ装置に内蔵されたマイクロプロセッサのよ
うな動作において発熱する発熱デバイスの冷却に適用し
て好適な冷却装置およびこの冷却装置を備えた電子機器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器において、特に冷却が必要とさ
れるデバイス、例えば、高性能中央処理装置を有するノ
ート型パーソナルコンピュータ（以下ノートパソコンと
いう）等においては、プリント配線板上にマイクロプロ
セッサが実装されており、その上に接触熱抵抗を低減す
るための熱伝導シート、さらに吸熱板を載置してそこに
ヒートパイプを接合し、ここを熱点とする。このヒート
パイプの端点を冷点としてフィンに接続し、電磁誘導形
の電動ファンにより空気に熱を伝えつつ、空気輸送によ
り機器外部に熱を排出するように構成し、マイクロプロ
セッサ上方の狭い空間であっても熱が排出されるように
構成されている。

【０００３】このように、電動ファンによる発熱部品の
強制冷却の方法には、主として２つの方法があり、第１
の方法は、前述のように、発熱部品から離れた部位にお
いて、外気を吸入し、そこに発熱部品から放熱される熱
を伝達させて暖まった空気を機器外部に排出する方法で
ある。また、第２の方法は、発熱部品に対して空気の流
れを作り、これに流速を与えることにより発熱部品また
は、それに接合した放熱板あるいはフィンの熱伝達を向
上させる方法であり、従来は、この何れかの方法によ
り、電子機器における発熱部品の冷却を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような電子機器に
おける発熱部品の冷却方法において、マイクロプロセッ
サ等の発熱デバイスを冷却する目的に対して、前述した
第１の方法では、熱伝導経路の途中で他の部品にも熱が
伝わることになり、また、前述した第２の方法では、マ
イクロプロセッサ等の発熱デバイス以外の場所にも空気
を流してしまうことになる。従って、これらの冷却方法
は空気の送気にロスが生じることになって集中的な発熱
の冷却に必ずしも適するといえないものである。

【０００５】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、電子機器が備える発熱デバイス等の発熱面に対する
全面冷却の実現と、冷却の高効率による省電力化を可能
とする冷却装置および電子機器を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、発熱デバイスの発熱面の近傍に配置され
て発熱面に対して平行に所要範囲で振動され、冷却流体
を噴流する噴流生成手段を備えて構成したものである。
本発明によると、噴流生成手段が発熱デバイスの発熱面
に対して所要範囲で振動されることにより、噴流生成手
段から噴き出される冷却流体噴流の発熱面に対する澱み
点が移動されて発熱面の熱伝達率を向上させることにな
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【０００８】この実施の形態は、いわゆるノート型パー
ソナルコンピュータ装置等の小形薄形の電子機器におい
て、高密度実装電子部品の冷却に好適で、特に発熱密度
の高い発熱デバイスの冷却に好適な冷却装置として構成
したものである。

【０００９】例えば図３に示すように、電子機器として
のいわゆるノート型のパーソナルコンピュータ装置１１
は、キーボード部１２を備えた本体部１３と蓋体を兼用
するディスプレイ部１４とから構成され、本体部１３内
の回路基板１５の所定位置にマイクロプロセッサ１０が
配置されている。

【００１０】このマイクロプロセッサ１０はパーソナル
コンピュータ装置１１を作動させたとき、装置内で必要
な演算処理を実行する半導体素子の１つであり、作動中
には比較的高い温度に発熱する発熱体となる。このよう
にパーソナルコンピュータ装置１１等の電子機器にはマ
イクロプロセッサ１０等の発熱する発熱電子部品が組込
まれている。ここでこの実施の形態においては、マイク
ロプロセッサ１０等の発熱体を発熱デバイスと総称し、
符号１として示し、この発熱デバイス１に対応して以下
に説明する冷却装置を構成する部材を配置して発熱デバ
イス１を冷却する構成としている。

【００１１】この実施の形態の冷却装置は図１に示すよ
うに、回路基板１５に実装配置される発熱デバイス１に
向けて冷却流体の噴流生成装置２から噴流を噴出させて
発熱デバイス１の発熱面１ａに噴き付けて冷却を行うも
のである。

【００１２】すなわち、噴流生成装置２にはノズル又は
通孔等から成る噴流口３が設けられて、この噴流口３か
ら噴出される冷却流体の噴流は、発熱デバイス１の発熱
面１ａに対して噴き当てられる衝突噴流となり、この噴
流の噴き当てられた点が澱み点ａとなる。この発熱デバ
イス１の発熱面１ａの澱み点ａにおいて熱伝達率が最大
になり、熱伝達が促進されて冷却が行われる。

【００１３】そこで、この実施の形態は、発熱デバイス
１の発熱面１ａにおける冷却流体の噴流による澱み点ａ
を所要の範囲で移動させることによって、発熱面１ａの
全体の熱伝達率の向上を図るものである。このためこの
実施の形態においては、冷却流体を噴流させる噴流生成
装置２を発熱デバイス１の発熱面１ａに対して平行方向
（図１において矢印ｆ方向）に所要の周波数、例えば、
数１０Ｈｚ〜１ｋＨｚで振動させて、発熱面１ａに対す
る噴流生成装置２からの冷却流体噴流による澱み点ａを
所要の範囲、例えば、発熱デバイス１の発熱面１ａと噴
流生成装置２の噴流口３との間隔を１ｍｍ〜５ｍｍと
し、噴流口３の口径を１ｍｍとしたとき、０．１ｍｍ〜
０．２ｍｍの範囲で移動させるように構成している。

【００１４】このように構成することにより、発熱デバ
イス１の発熱面１ａの全体における熱伝達が非常に促進
されて発熱デバイス１を効率良く冷却することができ
る。

【００１５】このように、発熱デバイス１の発熱面１ａ
に対する冷却流体噴流の澱み点ａを移動させるための噴
流生成装置を振動させる構成を図２〜図４を参照して説
明する。

【００１６】図２に示すものは、振動源として圧電素子
を用いて噴流生成装置を振動させるように構成したもの
である。すなわち、噴流生成装置２を回路基板１５に立
設した振動可能な支柱４に、回路基板１５に実装した発
熱デバイス１の発熱面１ａとの間隔が前述した関係にな
るように支持固定し、この支柱４に圧電素子５を取付け
て、圧電素子５に前述した周波数で振動するように電源
回路６によりパルス状に変化する電圧を与えるように構
成している。

【００１７】このように構成することにより、噴流生成
装置２は圧電素子５の振動が支柱４を介して伝達されて
振動し、この振動により前述したように、噴流口３から
発熱デバイス１の発熱面１ａに対して噴き出される冷却
流体噴流の発熱面１ａにおける澱み点が移動し、発熱デ
バイス１の冷却が効率良く行える。

【００１８】図３に示す噴流生成装置２′は電磁ファン
７の回転により冷却流体の噴流を生成するように構成し
たもので、この電磁ファン７の回転軸７ａの一端に軸方
向と直交方向に所要長さのアーム８をその基端部におい
て固定し、このアーム８の自由端部に重り９を取付けて
ある。すなわち、この噴流生成装置２′は電磁ファン７
の回転軸７ａに偏重心に重り９を取付けることにより、
回転軸７ａを偏心回転させて噴流生成装置２′に機械的
振動を与えるように構成したものである。

【００１９】このように構成される噴流生成装置２′に
おいても、前述した噴流生成装置２と同様に、噴流生成
装置２′の振動により、噴流口３′から発熱デバイスの
発熱面に対して噴き出しされる冷却流体噴流の発熱面に
おける澱み点が移動し、前述したようにこの澱み点の移
動により発熱面全体の熱伝達率が向上し、発熱デバイス
の冷却が効率良く行える。

【００２０】また、図４に示す噴流生成装置２″は、噴
流を利用して装置２″自体を振動させるように構成した
ものである。すなわち、この噴流生成装置２″は、筺体
２ａ″に噴流口３″とは別に流通口１６を形成してこの
流通口１６に一方向（外方）のみに開く開閉弁１７を装
着してあり、この噴流生成装置２″は、流通口１６と相
反する側において弾性支持部材１８を介して支持体１９
に噴流口３″からの噴流方向と直交する方向に弾性的に
移動可能に支持されている。

【００２１】このように構成される噴流生成装置２″は
内蔵ファンの動作により、冷却流体が前述した噴流生成
装置２，２′と同様に噴流口３″から噴流されるが、こ
の噴流口３″からの噴流と同時に流通口１６からも開閉
弁を押し開いて噴流される。この噴流はファンの動作に
より間歇的に行われるので、噴流の間隔においては開閉
弁１７は閉じられて流通口１６は閉塞されて外部からの
流入が阻止される。

【００２２】この流通口１６からの噴流により噴流生成
装置２″自体に噴流方向と逆方向に圧力が作用し、この
圧力により噴流生成装置２″は弾性支持部材１８を収縮
する方向に移動され、噴流の間隔時においては、弾性支
持部材１８の弾力により戻り移動され、この動作が冷却
流体の間歇噴流により繰返し行われることにより振動動
作となる。

【００２３】このように噴流生成装置２″は内蔵ファン
の動作と流通口１６から噴流により振動される。

【００２４】このように構成される噴流生成装置２″に
おいても、前述した噴流生成装置２，２′と同様に、噴
流生成装置２″の振動により、噴流口３″から発熱デバ
イスの発熱面に対して噴き出される冷却流体噴流の発熱
面における澱み点が移動し、前述したようにこの澱み点
の移動により発熱面全体の熱伝達率が向上し、発熱デバ
イスの冷却が効率良く行える。

【００２５】以上のように構成される各噴流生成装置
２，２′および２″において噴流口３，３′および３″
は複数個を１列に或いはマトリクス配列として形成する
ことができるものである。

【００２６】次に、この実施の形態の冷却装置に用いる
ことができる冷却流体の噴流生成装置としての実装小形
噴流駆動装置を図６〜図９を参照して説明する。

【００２７】図６および図７に示す噴流駆動装置２１
は、電磁ファンにより冷却流体の噴流を生成するように
構成したもので、主筐体２２に電磁ファン２３が内蔵さ
れて、この主筐体２２には電磁ファン２３の回転軸２３
ａの軸方向に流入口２４を設け、電磁ファン２３の羽根
２３ｂの周囲側に対応して流出口２５を設けて、この流
出口２５に一体的に等断面積の誘導管２６を延設し、こ
の誘導管２６の閉塞する先端面２６ａにノズル又は通孔
等から成る複数の噴流口２７を形成して構成されてい
る。

【００２８】このように構成される噴流駆動装置２１
は、回路基板１５に実装される発熱デバイス１に対応し
て配置し、等断面積の誘導管２６の先端面２６ａを発熱
デバイス１に対向させておく。この状態で電磁ファン２
３を回転駆動させると冷却流体としての空気が主筐体２
２内に流入口２４から吸い込まれるように流入し、流出
口２５から羽根２３ｂの回転により押し出されるように
流出して誘導管２６を通してその先端面２６ａの噴流口
２７から噴流し、発熱デバイス１に衝突噴流として噴き
当てられ、これにより、発熱デバイス１の冷却が行われ
る。

【００２９】なお、この噴流駆動装置２１は、回路基板
１５に実装される発熱デバイス１からやや離れた位置に
配置し、誘導管２６の噴流孔２７から噴出する冷却流体
の流れの先端近傍に発熱デバイス１が位置する関係で配
置することにより、発熱デバイス１に対して冷却流体の
流れが生成されることになり、発熱デバイス１の冷却が
行われることになる。

【００３０】また、図８および図９に示す噴流駆動装置
３１は、電磁コンプレッサにより冷却流体の噴流を生成
するように構成したもので、電磁コンプレッサ３２が内
蔵される主筐体３３の一方側に流入口３４を設け、他方
側に流出口３５を設けて、この流出口３５に等断面積の
誘導管３６を延長固定し、この誘導管３６の閉塞する先
端面３６ａにノズル又は通孔等から成る複数の噴流口３
７を形成して構成されている。

【００３１】このように構成される噴流駆動装置３１も
前述した噴流駆動装置２１と同様に、回路基板１５に実
装される発熱デバイス１に対応して配置し、等断面積の
誘導管３６の先端面３６ａを発熱デバイス１に対向させ
ておく。この状態で、電磁コンプレッサ３２を駆動させ
ると冷却流体としての空気が主筐体３３内に流入口３４
から吸い込まれるように流入し、電磁コンプレッサ３２
により所要の圧力まで圧縮されて流出口３５から流出
し、誘導管３６を通してその先端面３６ａの噴流口３７
から噴流し、発熱デバイス１に衝突噴流として噴き当て
られこれにより、発熱デバイス１の冷却が行われる。

【００３２】なお、この噴流駆動装置３１も誘導管３６
の噴流口３７から噴出する冷却流体の流れの先端近傍に
発熱デバイス１が位置する関係で配置することにより、
発熱デバイス１に対して冷却流体の流れが生成されるこ
とになり、発熱デバイス１の冷却が行われることにな
る。

【００３３】また、噴流生成装置としては、連続反転形
のファンにより、冷却流体の間歇的な噴流を生成するよ
うに構成した噴流駆動装置を用いることができ、この連
続反転形ファンは、振動源として圧電素子を備えた圧電
ファンにより構成される。

【００３４】この噴流駆動装置は、冷却流体の間歇的な
流れが生成されるため、その先の層流にも連続的な変化
を発生させ、境界層の成長を抑制することができ、発熱
デバイス全体の熱伝達が促進され冷却効果が向上され
る。また、発熱デバイスに対して冷却流体の流れを形成
する場合においても、流速が連続的に変化することによ
り積極的に乱流を起こすことになり、境界層による熱伝
達の阻害を抑制することができて冷却効果が向上され
る。

【００３５】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更できるもので
ある。

【００３６】例えば、発熱デバイスに対する噴流生成装
置の振動による噴流の澱み点の移動範囲は発熱デバイス
の発熱面に合せて任意に変更できるものであり、また冷
却流体の噴流生成装置に噴流口は発熱面の表面積に対応
して増減することになる。

【００３７】また、冷却流体としては空気に限ることな
く、他の非電気伝導性の気体、非電気伝導性の液体を用
いることができるものである。

【００３８】さらに、前述した実施の形態では、ノート
型等の携帯用パーソナルコンピュータ装置内のマイクロ
プロセッサの冷却装置とした例を説明したが、デスクト
ップ型のパーソナルコンピュータ装置等の他の形状のコ
ンピュータ装置用の冷却装置としてもよく、或いは、機
器内の特定箇所が特に高温に発熱する機器であればコン
ピュータ装置以外のその他の各種電子機器における冷却
装置としても使用できることは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】本発明の冷却装置によると、噴流生成手
段が発熱デバイスの発熱面に対して平行に所要範囲で振
動されることにより、噴流生成手段から噴出される冷却
流体噴流の発熱面に対する澱み点が移動されて発熱面の
熱伝達が非常に促進され熱伝達率が向上される。また、
噴流生成手段から噴出される冷却流体噴流は有効に用い
られることにより、冷却に必要とする電力を少なくでき
て、発熱デバイスを少電力で効率良く冷却することがで
きる。

【００４０】また、本発明の電子機器によると、噴流生
成手段が、機器の作動により発熱する特定箇所の発熱面
に対して平行に所要範囲で振動されることにより、噴流
生成手段から噴出される冷却流体噴流の発熱面に対する
澱み点が移動されて発熱面の熱伝達が非常に促進され熱
伝達率が向上される。また、噴流生成手段から噴出され
る冷却流体噴流は有効に用いられることにより、冷却に
必要とする電力を少なくできて、機器内の特定の箇所を
少電力で効率良く冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による冷却装置の構成例
を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態による冷却装置の正面図
である。

【図３】本発明の他の実施の形態による冷却装置の斜視
図である。

【図４】本発明のさらに他の実施の形態による冷却装置
の断面図である。

【図５】本発明の一実施の形態による電子機器の例を一
部破断して示す斜視図である。

【図６】本発明に用いる一例の噴流駆動装置の断面図で
ある。

【図７】図６に示す噴流駆動装置の一部分の斜視図であ
る。

【図８】本発明に用いる他の例の噴流駆動装置の斜視図
である。

【図９】図８に示す噴流駆動装置の側面図である。

【符号の説明】

１‥‥発熱デバイス、１ａ‥‥発熱面、ａ‥‥澱み点、
２‥‥噴流生成装置、３‥‥噴流口、１０‥‥マイクロ
プロセッサ、１１‥‥パーソナルコンピュータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱デバイスの発熱面の近傍に配置され
   て上記発熱面に対して平行に所要範囲で振動され、冷却
   流体を噴流する噴流生成手段を備えた冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の冷却装置において、 上記噴流生成手段の振動により、上記発熱デバイスの発
   熱面に対する上記噴流の澱み点を所要範囲で移動させる
   構成とした冷却装置。
3. 【請求項３】 機器の作動により発熱する特定箇所を備
   えた電子機器において、 上記特定箇所の発熱面の近傍に配置されて上記発熱面に
   対して平行に所要範囲で振動され、冷却流体を噴流する
   噴流生成手段を備えた電子機器。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の電子機器において、 上記噴流生成手段の振動により、上記特定箇所の発熱面
   に対する上記噴流の澱み点を所要範囲で移動させる構成
   とした電子機器。