JP2000277959A - 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１１の発熱面側に対応して
冷却流体を噴流する噴流生成装置１を配置し、発熱デバ
イス１１に圧電素子１２を貼着固定し、ランダムパルス
状に変化する電圧を電圧供給回路１３から供給してラン
ダムパルス状に振動するように駆動し、発熱デバイス１
１をランダム振動させながら噴流生成装置１から噴流さ
せる冷却流体により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
伝わることになる。また、前述した第２の方法では、冷
却するマイクロプロセッサ等の発熱デバイスの表面側に
空気の流れを作るため、発熱デバイスの表面には空気の
粘性によって速度境界層が生じ、この速度境界層はある
厚みで温度境界層を生成することになり、熱伝達の効率
は、この温度境界層の厚さで決まることになるので、空
気の流速を大にする必要がある。

【０００５】このため、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。

【０００６】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。

【０００７】

【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、所定の部位に配置される発熱デバイスに
対し、冷却流体を噴流する噴流生成手段を備えた冷却装
置であって、発熱デバイス側に振動子を取付け、この振
動子をランダムパルス状に振動するように駆動し、発熱
デバイス側をランダム振動させるように構成したもので
ある。

【０００８】このように構成される本発明によると、発
熱デバイス側の表面に、噴流生成手段から噴流される冷
却流体の流れにより生成される冷却流体の速度境界層、
すなわち、冷却流体の粘着層は、発熱デバイス側にラン
ダム振動が与えられることによって振り払われて温度境
界層の成長が抑制されることになり、発熱デバイス側の
熱伝達率が向上される。この発熱デバイス側の振動子に
よる振動は、ランダム振動であるため、耳障りな音には
ならず、不快感を与えることはない。

【０００９】また、本発明は、機器の作動により発熱す
る特定箇所を備え、この特定箇所に対し、冷却流体を噴
流する噴流生成手段を備えた電子機器であって、発熱す
る特定箇所に振動子を取付け、この振動子をランダムパ
ルス状に振動するように駆動し、発熱する特定箇所をラ
ンダム振動させるように構成したものである。

【００１０】このように構成される本発明によると、発
熱する特定箇所の表面に噴流生成手段により噴流される
冷却流体の流れにより生成される冷却流体の速度境界
層、すなわち、冷却流体の粘着層は、発熱する特定箇所
にランダム振動が与えられることによって振り払われて
温度境界層の成長が抑制されることになり、発熱する特
定箇所の熱伝達率が向上される。この発熱する特定箇所
の振動子による振動は、ランダム振動であるため耳障り
な音にはならず、使用者に不快感を与えることはない。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】例えば図７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１０
１は、キーボード部１０２を備えた本体部１０３と蓋体
を兼用するディスプレイ部１０４とから構成され、本体
部１０３内の回路基板１０５の所定位置にマイクロプロ
セッサ１００が配置されている。

【００１４】このマイクロプロセッサ１００はパーソナ
ルコンピュータ装置１０１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１０１等の電子機器
にはマイクロプロセッサ１００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１００等の発熱体を発熱デバイ
スと総称し、符号１１として示し、この発熱デバイス１
１に対応して以下に説明する冷却装置１を構成する部材
を配置して発熱デバイス１１を冷却する構成としてい
る。

【００１５】図１および図２は、回路基板１０上のマイ
クロプロセッサ等の発熱デバイス１１に対応する冷却装
置の一例の詳細を示す図である。この図１および図２に
おいて、符号１は、回路基板１０に実装配置される発熱
デバイス１１に向けて冷却流体を噴流させて発熱デバイ
ス１１の発熱面の冷却を行う一例の噴流生成装置であ
る。この噴流生成装置１は、ファン２をケース３に内蔵
して構成され、ファンは、薄板状の振動板４により形成
されて、この振動板４を基端部４ａにおいて、ケース３
の後面部３ａの内面側に固定されたベース５に固定する
ことによりケース３内に片持状に支持されている。

【００１６】このファン２を形成する振動板４は、図示
例では基端部４ａ側を幅狭にした羽子板状に形成され
て、この幅狭基端部４ａ側の表面に圧電素子６が貼着さ
れて電源回路７からパルス状に変化する電圧を与え、こ
の圧電素子６に構造的な歪みを発生させることにより振
動板４の自由端部４ｂ側が振動するように構成されてい
る。

【００１７】一方、ケース３は、偏平箱状に形成され
て、振動板４を固定支持するベース５が固定された後面
部３ａのベース５を挟む両側部に流入口８を形成し、後
面部３ａと対向する前面部３ｂには、流出口９を形成し
て構成されており、前述した電源回路７のリード線７
ａ，７ｂが後面部３ａの流入口８を通して圧電素子６に
接続されている。なお、このケース３の前面部３ｂの流
出口９は、ファン２の振動板４の自由端部４ｂ側の幅寸
法とほぼ同じ寸法の幅で形成されている。

【００１８】このように構成される噴流生成装置１は、
ファン２の圧電素子６に電圧供給回路７からリード線７
ａ，７ｂを通してパルス状の電圧を供給することによ
り、前述のようにファン２の振動板４がケース３内にお
いて振動する。この場合、圧電素子６に供給するパルス
状の電圧の周期を電気的に制御し、振動板４の固有振動
数と一致させておくことにより、構造的なインピーダン
スを極小値に合せることができ、結果として供給電圧に
対する電気インピーダンスが低下し、少ない電力で振動
板４は大きな振幅で振動されることになる。

【００１９】このように、ファン２の振動板４がケース
３内で振動することにより、冷却流体としての空気がケ
ース３内に後面部３ａの流入口８から吸い込まれるよう
に流入されて前面部３ｂの流出口９から噴き出すように
流出される。

【００２０】このように構成される噴流生成装置１を図
１および図２に示すように基板１０上に実装配置された
マイクロプロセッサ等の発熱デバイス１１の近傍に、ケ
ース３の前面部側流出口９を発熱デバイス１１に向けて
配置することにより、発熱デバイス１１はファン２の振
動板４の振動により流出口９から噴き出すように流出さ
れる冷却流体としての空気流によって冷却される。

【００２１】そして、この実施の形態においては、発熱
デバイス１１に振動を与えるように構成されている。す
なわち、発熱デバイス１１には、振動子として例えば圧
電素子１２を取付けてあり、この圧電素子１２の取付け
は、発熱デバイス１１の表面に接着剤により貼着する
か、又は発熱デバイス１１の母体に埋め込むことにより
行う。このように発熱デバイス１１に取付けられる圧電
素子１２に電圧供給回路１３からランダムパルス状に変
化する電圧を与えて駆動し、この圧電素子１２に構造的
な歪みを発生させることにより発熱デバイス１１をラン
ダム振動させるように構成されている。

【００２２】この圧電素子１２に供給するランダムパル
ス状に変化する電圧としては、ホワイトノイズ波状の電
圧、ランダムパルス波状の電圧、間歇パルス波状の電圧
等を用いることができる。

【００２３】このように発熱デバイス１１に圧電素子１
２を取付けてランダムパルス状に変化する電圧を供給し
て駆動し、発熱デバイス１１をランダム振動させること
により、発熱デバイス１１の表面側に噴流生成装置１か
ら噴流される冷却流体としての空気の流れによる速度境
界層により生成される空気の粘着層が振り払われること
になって空気の粘着層の成長が抑制される。従って、発
熱デバイス１１全体の熱伝達が促進されて熱伝達率が向
上され、冷却効果が向上される。そして、発熱デバイス
１１は振動により、振動音を発することになるが、ラン
ダムに振動されることによりランダム振動音となり耳障
りな音にはならず、不快感を与えることはない。

【００２４】なお、本発明による冷却装置に適用される
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、
この場合は、本発明による冷却装置の噴流生成装置を密
閉空間内に発熱デバイスが実装された基板と共に配置し
てこの密閉間内に非電気伝導性の気体或いは液体を充填
し、この気体或いは液体中において冷却装置を動作させ
て発熱デバイスの冷却を行うことができるものである。

【００２５】次に、この噴流生成装置１から噴流される
冷却流体により発熱デバイス１１を冷却する各種の冷却
方法を図３〜図５を参照して説明する。

【００２６】図３は、図１および図２に示す場合と同様
に、基板１０上に実装される発熱デバイス１１に対応し
て噴流生成装置１を配置し、この噴流生成装置１から噴
き出される空気の流れ方向に位置しランダム振動される
発熱デバイス１１に対して冷却流体である空気の流れを
生成し、発熱デバイス１１を冷却する方法を示すもので
ある。この場合、発熱デバイス１１は冷却流体の流れ方
向と略直交する方向にランダム振動させると、前述した
空気の粘着層が効率良く振り払われることになる。

【００２７】図４は、基板１０に実装配置されてランダ
ム振動される発熱デバイス１１に対し、噴流生成装置１
から噴き出される空気を直接噴き当ててこの衝突流によ
る発熱デバイス１１を冷却する方法を示すものである。

【００２８】図５は、基板１０に実装配置されてランダ
ム振動される発熱デバイス１１の表面側に対向して噴流
生成装置１を配置し、発熱デバイス１１の表面に対し、
垂直方向に空気を噴き当ててその衝突流により表面に沿
う各方向の流れを作り、発熱デバイス１１を冷却する方
法を示すものである。この場合も発熱デバイス１１は冷
却流体の流れ方向と略直交する方向にランダム振動させ
ると前述した空気の粘着層が効率良く振り払われること
になる。

【００２９】次に、図６を参照して本発明による冷却装
置の他の実施の形態を説明する。

【００３０】この実施の形態は、発熱デバイスにヒート
シンクを取付けたもので、この実施の形態において、噴
流生成装置は前述した実施の形態の噴流生成装置１と同
じであるから同一符号を付して説明を省略し、発熱デバ
イス側についてのみ説明する。

【００３１】すなわち、この実施の形態において、発熱
デバイス１１にはヒートシンク１５が取付けられてい
る。このヒートシンク１５は、アルミニウム等の比較的
熱伝導率の高い金属で形成されたブロック等で構成して
ある。このヒートシンク１５の底面１５ａはここでは平
面状に形成され、上面側には、例えば放熱用のフィン１
５ｂを多数形成してあり、底面１５ａ側を常時比較的低
い温度に維持できる構成とし、この底面１５ａ側におい
て発熱デバイス１１の表面側に接合固定する。

【００３２】なお、図示例においては、ヒートシンク１
５は、発熱デバイス１１の表面とほぼ等しい面積の底面
１５ａを有するブロック状に形成されているが、底面１
５ａが発熱デバイス１１の表面より大の面積のブロック
状に形成することが放熱効率上好ましい。

【００３３】このように、ヒートシンク１５を取付けた
発熱デバイス１１に対して噴流生成装置１が、ヒートシ
ンク１５の一方の外側面１５ｃ側に対向して配置され、
噴流生成装置１から噴出させる冷却流体としての空気が
ヒートシンク１５の一方の外側面１５ｃに噴き当てられ
る構成となっている。

【００３４】そして、この実施の形態においては、ヒー
トシンク１５の他方の外側面１５ｄに振動子としての圧
電素子１６を接着剤等により貼着固定して、この圧電素
子１６にランダムパルス状に変化する電圧を電圧供給回
路１７から供給する構成としてある。

【００３５】このように、発熱デバイス１１に取付けら
れたヒートシンク１５は、このヒートシンク１５に取付
けた圧電素子１６にランダムパルス状に変化する電圧を
供給して駆動し、圧電素子１６に構造的な歪みを発生さ
せることにより、発熱デバイス１１と一体的にランダム
に振動される。このヒートシンク１５の振動により、ヒ
ートシンク１５の一方の外面側１５ｃに噴流生成装置１
から噴き当てられる冷却流体としての空気の粘性によっ
て生じる速度境界層、すなわち、空気の粘着層が振り払
われることになって空気の粘着層の成長が抑制される。
従って、ヒートシンク１５の放熱が促進されて発熱デバ
イス１１全体の熱伝達率が一層向上されて冷却効果が向
上される。そして、ヒートシンク１５は、振動により振
動音を発することになるが、ランダムに振動されること
によってランダム振動音となり耳障りな音にはならず不
快感を与えることはない。

【００３６】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を図８〜図１１を
参照して説明する。

【００３７】図８および図９に示す冷却流体の噴流生成
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２３ａの軸方向に流入口２４を設け、電磁ファン２
３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。

【００３８】このように構成される噴流生成装置２１
は、回路基板１０に実装される発熱デバイス１１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１１に対向させておく。この場合も発熱デバ
イス１１を前述のようにランダム振動動作させる。この
状態で電磁ファン２３を回転駆動させると冷却流体とし
ての空気が主筐体２２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１１
に衝突噴流として噴き当てられ、これにより、前述の動
作と同様に発熱デバイス１１の冷却が行われる。

【００３９】なお、この噴流生成装置２１は、回路基板
１０に実装される発熱デバイス１１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１１が位置する関係
で配置することにより、発熱デバイス１１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１１
の冷却が行われることになる。

【００４０】また、図１０および図１１に示す冷却流体
の噴流生成装置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３
４を設け、他方側に流出口３５を設けて、この流出口３
５に等断面積の誘導管３６を延長固定し、この誘導管３
６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３７を形成して構成されている。

【００４１】このように構成される噴流生成装置３１も
前述した噴流生成装置２１と同様に、回路基板１０に実
装される発熱デバイス１１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１１に対向
させておく。この場合も発熱デバイス１１を前述のよう
にランダム振動動作させる。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３
６ａの噴流口３７から噴流し、発熱デバイス１１に衝突
噴流として噴き当てられこれにより、前述した動作と同
様に発熱デバイス１１の冷却が行われる。

【００４２】なお、この噴流生成装置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１１が位置する関係で配置することによ
り、発熱デバイス１１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１１の冷却が行われるこ
とになる。

【００４３】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。

【００４４】例えば、冷却流体の噴流生成装置の噴流口
は発熱面又は放熱面の表面積に対応して任意に変更でき
るものである。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。

【００４５】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。

【００４６】

【発明の効果】本発明の冷却装置によると、発熱デバイ
ス側が冷却流体の噴流生成手段に対してランダム状に振
動されることにより、発熱デバイス側の表面に噴流生成
手段から噴流される冷却流体の流れにより生成される冷
却流体の粘着層が振り払われて温度境界層の成長が抑制
されることになり、発熱デバイス側の熱伝達率が向上さ
れ、発熱デバイスを効率良く冷却することができる。ま
た、発熱デバイス側の振動はランダム状に行われるた
め、耳障りな音にはならず、不快感を与えることはな
い。

【００４７】また、本発明の電子機器によると、機器の
作動により発熱する特定箇所が冷却流体の噴流生成手段
に対してランダム状に振動されることにより、発熱する
特定箇所の表面に噴流生成手段から噴流される冷却流体
の流れにより生成される冷却流体の粘着層が振り払われ
て温度境界層の成長が抑制されることになり、特定箇所
の熱伝達率が向上され効率良く冷却することができる。
また、発熱する特定箇所の振動はランダム状に行われる
ため耳障りな音にはならず使用者に不快感を与えること
なく、信頼性の高い電子機器を得ることができる。

【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
を一部破断して示す斜視図。

【図２】図１に示す冷却装置の冷却動作を説明する側断
面図である。

【図３】図１に示す冷却装置の発熱デバイスと噴流生成
装置の一例の配置関係を概略的に示す側面図である。

【図４】図１に示す冷却装置の発熱デバイスと噴流生成
装置の他例の配置関係を概略的に示す側面図である。

【図５】図１に示す冷却装置の発熱デバイスと噴流生成
装置のさらに他例の配置関係を概略的に示す側面図であ
る。

【図６】本発明の他の実施の形態による冷却装置の構成
例を一部破断して示す斜視図である。

【図７】本発明の一実施形態による電子機器の例を一部
破断して示す斜視図じある。

【図８】本発明に用いる他例の示す噴流生成装置の一部
分の斜視図である。

【図９】図８に示す噴流生成装置の一部分の斜視図であ
る。

【図１０】本発明に用いるさらに他例の噴流生成装置の
斜視図である。

【図１１】図１０に示す噴流生成装置の側面図である。

【符号の説明】

１‥‥噴流生成装置、２‥‥ファン、３‥‥ケース、４
‥‥振動板、６‥‥圧電素子、８‥‥流入口、９‥‥流
出口、１０‥‥基板、１１‥‥発熱デバイス、１２‥‥
圧電素子、１３‥‥電圧供給回路、１５‥‥ヒートシン
ク、１６‥‥圧電素子、１７‥‥電圧供給回路、１００
‥‥マイクロプロセッサ、１０１‥‥パーソナルコンピ
ュータ装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の部位に配置される発熱デバイスに
   対し、冷却流体を噴流する噴流生成手段を備えた冷却装
   置であって、 上記発熱デバイス側に振動子を取付け、上記振動子をラ
   ンダムパルス状に振動するように駆動し、上記発熱デバ
   イス側をランダム振動させるようにしたことを特徴とす
   る冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の冷却装置において、 上記振動子を上記発熱デバイスに直接取付けたことを特
   徴とする冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の冷却装置において、 上記発熱デバイスにヒートシンクを取付け、このヒート
   シンクに上記振動子を取付けたことを特徴とする冷却装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載の冷却装置に
   おいて、 上記振動子として圧電素子を用いたことを特徴とする冷
   却装置。
5. 【請求項５】 機器の作動により発熱する特定箇所を備
   え、この特定箇所に対し、冷却流体を噴流する噴流生成
   手段を備えた電子機器であって、 上記特定箇所に振動子を取付け、上記振動子をランダム
   パルス状に振動するように駆動し、上記特定箇所をラン
   ダム振動させるようにしたことを特徴とする電子機器。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の電子機器において、 上記特定箇所にヒートシンクを取付け、このヒートシン
   クに上記振動子を取付けたことを特徴とする電子機器。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載の電子機器におい
   て、 上記振動子として圧電素子を用いたことを特徴とする電
   子機器。