JP2001024373A - ファン装置付き電気機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筐体内の複数の熱源の温度に対応して１つの
ファン装置の冷却エアを有効に分配して供給でき、特に
小型の筐体を有する電気機器に有効なファン装置付き電
気機器を提供する。 【解決手段】 筐体１０の内部に仕切り板４０を設けて
上下に空間を分割し、各空間に温度センサ６０、６２を
設けて温度を検出する。筐体１０の仕切り板４０の板面
方向の両側壁に冷却エアの流出口１２と流入口１４を形
成し、流出口１２の内側にファン装置２０を配置する。
また、仕切り板４０と流入口１４との間に可動フィン３
０を設け、圧電素子４４によって傾斜角度を制御する構
成とする。温度センサ６０、６２の検出温度により、各
分割空間の温度差を検出し、その温度差に応じて可動フ
ィン３０の傾斜角度を制御し、冷却エアの割り振り流量
を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に小型の筐体を
有する各種の電気機器に適用して有効なファン装置付き
電気機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種の電気機器において、筐
体内の冷却を行うためのファン装置を設けたものが提供
されている。また、このようなファン装置を用いた電気
機器において、筐体内で熱源が分散せざるを得ないよう
な場合には、次のような方法によって冷却効果を得るよ
うにしていた。 （１）熱源に対応して複数のファン装置を設ける。 （２）１つのファン装置を設けるとともに、その他の部
分はヒートパイプで熱を低温度部に移動させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（１）
に示す従来の方法では、複数のファン装置を配置するた
め、かなりの配置スペースが取られてしまい、例えば携
帯型の機器等のように小型の筐体を有するものにおいて
は、採用できないという問題がある。また、（２）に示
す従来の方法では、ヒートパイプに対して熱の移動によ
る冷却効果を得るために、低温側の放熱容量を大きくす
るか、ヒートパイプの径を太くする必要があり、小型、
軽量化が求められる、例えば携帯型の機器等において
は、冷却効果に限界がある。さらに、冷却する部位をヒ
ートパイプに取り付ける必要があり、部分的な冷却効果
しか得られない。そこで、このような問題に対応すべ
く、筐体内の複数の熱源による温度値に応じて１つのフ
ァン装置による気流の方向を板状の部材によって制御
し、筐体内の複数の熱源を冷却するようにした装置が提
案されている。

【０００４】例えば特開平１１−４０９６９号公報に開
示された冷却構造は、筐体内のエアダクトの側壁に複数
の開閉板を設け、かつ筐体内の熱源の温度を検出する温
度センサを複数配置し、各温度センサの検出値に応じて
各開閉板を開閉制御することにより、エアダクト内に流
れる冷却エアを筐体の各部に選択的に供給するものであ
る。しかしながら、この冷却構造では、筐体内にエアダ
クトを設ける構造であるため、構造が複雑化し、例えば
携帯型の機器等のように小型の筐体を有するものにおい
ては、採用しづらいという問題がある。

【０００５】また、特開平５−１２６３５２号公報に開
示された冷却装置では、複数のファン装置の故障等に対
応して複数のルーパの傾きを制御することにより、筐体
内を均一に冷却するものである。しかしながら、この冷
却装置においても、筐体内に複数のルーパを配置する構
造であるため、構造が複雑化し、例えば携帯型の機器等
のように小型の筐体を有するものにおいては、採用しづ
らいという問題がある。また、この冷却装置では、複数
のルーパをモータにより駆動するため、この点からも電
気機器の大型化を招くという問題がある。

【０００６】さらに、特開平９−１８６４７７号公報に
開示された空冷構造では、冷却エアを流通する通風孔を
設けた板と、通風孔を塞ぐ板とを重ね合わせてスライド
する構造で配置し、スライドさせることにより気流を制
御するものである。しかしながら、この空冷構造におい
ては、ファン装置による気流の方向に対して直交する状
態で２つの板を重ね合わせて配置する構造であるため、
筐体内のスペースを大きくとり、例えば携帯型の機器等
のように小型の筐体を有するものにおいては、採用しづ
らいという問題がある。

【０００７】例えば携帯電話機では、人の手でつかめる
細長い筐体を有しており、この細長い筐体を全体的に１
つのファン装置で効率的に冷却しようとすると、筐体の
長手方向に冷却エアの気流を発生させて冷却することが
有効となる。また、携帯電話機の筐体内には、複数の基
板が配置されており、これらは一般的に、筐体の表側面
に設けられた表示／操作面と平行に、筐体の長手方向に
沿って配置されることが多い。また、携帯型のオーディ
オ装置等においても同様である。したがって、このよう
な筐体内の基板配置構造を阻害することなく、かつ、構
造の複雑化を招くことなく、筐体内の各部にファン装置
の冷却エアを供給する構造が必要となる。

【０００８】そこで本発明の目的は、筐体内の複数の熱
源の温度に対応して１つのファン装置の冷却エアを有効
に分配して供給でき、特に小型の筐体を有する電気機器
における各種配線基板等の配置構造を阻害することな
く、かつ、構造の複雑化を招くことなく、効率のよい冷
却を行うことができるファン装置付き電気機器を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、筐体内の空間を分割する仕切り板を有し、前
記仕切り板で仕切られた空間にそれぞれ発熱部材を有す
る電気機器において、前記筐体の側壁部の前記仕切り板
の一方の端部に臨む位置に形成された第１の開口部と、
前記筐体の第１の開口部と反対側の側壁部に形成された
第２の開口部と、前記筐体の前記第１の開口部の内側に
配置され、前記仕切り板の板面方向に沿って気流を発生
させるファン装置と、前記仕切り板の他方の端部と前記
第２の開口部との間に、前記仕切り板の板面方向に沿っ
て配置され、前記仕切り板側の端部を中心に前記第２の
開口部側の端部が傾斜可能に設けられた可動フィンと、
前記可動フィンの傾斜角度を制御する圧電素子と、前記
仕切り板で仕切られた空間の温度をそれぞれ検出する第
１及び第２の温度センサと、前記第１の温度センサと前
記第２の温度センサとの検出温度の差に基づいて、前記
圧電素子を駆動することにより、前記可動フィンの傾斜
角度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

【００１０】本発明のファン装置付き電気機器におい
て、筐体内の空間は、仕切り板によって分割され、この
仕切り板の板面方向の両側に第１及び第２の開口部が形
成され、第１の開口部の内側にファン装置が設けられて
いることから、ファン装置が駆動すると、基本的には仕
切り板の板面方向に気流が生じ、外部から吸引した冷却
エアによって仕切り板で仕切られた各空間を冷却し、外
部に排気する。また、仕切り板で仕切られた各空間の温
度は、第１、第２の温度センサによって検出され、その
検出温度の差に基づいて、圧電素子を介して可動フィン
の傾斜角度が制御される。

【００１１】可動フィンは、仕切り板の他方の端部と第
２の開口部との間に、仕切り板の板面方向に沿って配置
されているため、通常の傾斜しない状態（中立状態）で
は、仕切り板と同一平面を形成しており、筐体の細長い
空間内で邪魔にならない状態で配置されている。この中
立状態では、ファン装置による冷却エアの流れは、仕切
り板で仕切られた各空間を例えば均等に冷却している。
そして、この中立状態から、可動フィンの傾斜角度が制
御されると、可動フィンの第２の開口部に臨む端部が変
位し、仕切り板で仕切られた各空間のいずれか一方に傾
く。これにより、仕切り板で仕切られた各空間に対する
ファン装置による冷却エアの割合が変更され、温度上昇
の大きい方の空間に多くの冷却エアが供給され、冷却バ
ランスを適正に制御できる。

【００１２】このような可動フィンが傾斜する領域は、
筐体内の第２の開口部に近接する領域であるため、空間
の全体的なスペースを阻害することなく、第２の開口部
に近接する空間だけを用いて冷却エアの流れを制御で
き、小型の筐体を有する電気機器に容易に適合できる。
したがって、筐体内の複数の熱源の温度に対応して１つ
のファン装置の冷却エアを有効に分配して供給でき、特
に小型の筐体を有する電気機器における各種配線基板等
の配置構造を阻害することなく、かつ、構造の複雑化を
招くことなく、効率のよい冷却を行うことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるファン装置付
き電気機器の実施の形態について図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の実施の形態によるファン装置付き
電気機器の全体構成を示す断面図であり、図２は、図１
に示すファン装置付き電気機器に設けられた可動フィン
の傾斜時の状態を示す断面図である。本例のファン装置
付き電気機器は、例えば携帯可能に構成された細長また
は扁平な直方体状の筐体１０を有している。この筐体１
０は、例えばプラスチック製のものであり、長手方向
（図中水平方向）の一方の外側壁に、冷却エアの流出口
（第１の開口部）１２が形成され、他方の外側部に、冷
却エアの流入口（第２の開口部）１４が形成されてい
る。なお、流出口１２及び流入口１４は、例えば格子状
に多数の貫通孔を集めたものであり、必要に応じてエア
フィルタ等を配置したものであってもよい。

【００１４】そして、筐体１０の流出口１２の内側には
ファン装置２０が配置されている。このファン装置２０
は、筐体１０内に流入口１４から流出口１２に向う方向
に気流を発生させ、流入口１４から吸引した外気による
冷却エアを流出口１２より外部に排気して、筐体１０内
の冷却を行うものである。なお、このファン装置２０の
駆動量（回転速度）は、後述するＭＰＵ（制御手段）１
００によって制御され、冷却力を調整するようになって
いる。また、この筐体１０内には、長手方向（図中水平
方向）に配置され、筐体１０内の空間を２分割する仕切
り板４０が設けられている。すなわち、筐体１０の内部
空間は、仕切り板４０によって図中垂直方向（仕切り板
４０の板厚方向）に２分割され、それぞれ分割空間は、
図中垂直方向に狭い空間となっている。この仕切り板４
０は、例えば筐体１０内で各種回路基板や電気部品を支
持するとともに、筐体２０の補強を図るためなどに設け
られたものである。この仕切り板４０の一方の端部は、
ファン装置２０及び流出口１２に臨む位置に配置されて
おり、他方の端部は、流入口１４から一定の距離を有す
る位置に配置されている。

【００１５】そして、仕切り板４０の他方の端部には、
ヒンジ部４２を介して可動フィン３０が連結されてい
る。この可動フィン３０は、仕切り板４０の板面に沿っ
て配置され、仕切り板４０と同一幅の板状に形成されて
いる。この可動フィン３０は、仕切り板４０と流入口１
４との間のスペースに対応する大きさを有し、一方の端
部が仕切り板４０のヒンジ部４２に回動自在に連結さ
れ、他方の端部が流入口１４に臨む位置に配置されてい
る。そして、この可動フィン３０は、ヒンジ部４２を中
心に回動し、流入口１４側の端部が図中垂直方向に変位
するものとなっている。なお、ヒンジ部４２は、例えば
合成樹脂により可動フィン３０と仕切り板４０とを一体
成型によって形成するようにし、この可動フィン３０と
仕切り板４０との境界部分を板厚を薄肉に形成すること
により、合成樹脂の可撓性により可動フィン３０が傾動
変位できるようにしたものである。このような可動フィ
ン３０と仕切り板４０及びヒンジ部４２の構成により、
さらに小型な構成に容易に対応し得るものである。

【００１６】また、ヒンジ部４２には、圧電素子４４が
設けられており、この圧電素子４４を制御電圧の印加に
よって伸縮変形させることにより、可動フィン３０の傾
斜角度を段階的に制御するようになっている。なお、圧
電素子の形態としては、例えば、単純に圧電素子の伸縮
を可動フィン３０に垂直方向に伝えて傾斜角度を変える
ような形態であってもよいし、あるいは、バイモルフ型
の圧電素子を用いることも可能である。このような圧電
素子を用いることにより、例えば駆動モータ等を用いる
場合に比べて、筐体１０内で微小なアクチュエータによ
り可動フィン３０の傾斜制御を行うようになっている。
なお、図２は、可動フィン３０の最大傾斜範囲を示して
いる。このような圧電素子４４は、ドライバ回路４６に
よって駆動される。このドライバ回路４６は、後述する
筐体１０内の温度検出等に基づいて、ＭＰＵ１００によ
って制御される。また、ドライバ回路４６は、例えば圧
電素子４４に印加する電圧の極性を反転することによ
り、可動フィン３０の傾斜方向を逆方向に制御できるも
のである。

【００１７】また、筐体１０内の仕切り板４０によって
仕切られた上側の分割空間内には、プリント配線基板５
０が配置され、第１の発熱部材（熱源）５２が設けられ
ている。また、筐体１０内の仕切り板４０によって仕切
られた下側の分割空間内にも、プリント配線基板５４が
配置され、第２の発熱部材（熱源）５６が設けられてい
る。そして、各発熱部材５２、５６には、第１、第２の
温度センサ６０、６２が設けられており、各発熱部材５
２、５６の温度が検出される。また、流出口１２の内側
には、ファン装置２０のほぼ中心部に第３の温度センサ
６４が設けられている。この温度センサ６４により、冷
却エアの排気時の温度が検出される。そして、このよう
な各温度センサ６０、６２、６４による検出温度は、Ｍ
ＰＵ１００によって読み取られ、ＭＰＵ１００は、これ
らの検出温度に基づいて、ファン装置２０の回転速度制
御と、ドライバ回路４６による可動フィン３０の傾斜角
度制御を行う。

【００１８】また、この電気機器には、ＭＰＵ１００の
制御に用いるデータテーブル１１０が設けられている。
このデータテーブル１１０は、第１のテーブルと第２の
テーブルから構成されている。第１のテーブルは、第
１、第２の温度センサ６０、６２による検出温度差と仕
切り板４０で仕切られた各空間の流量との関係データを
記憶している。また、第２のテーブルは、第３の温度セ
ンサ６４による検出温度とファン装置２０の回転速度と
の関係データを記憶している。ＭＰＵ１００は、このよ
うなデータテーブル１１０に記憶された関係データと各
温度センサ６０、６２、６４からの検出温度データとに
基づいて、ファン装置２０の回転速度を制御するととも
に、ドライバ回路４６による可動フィン３０の傾斜角度
を段階的に制御する。

【００１９】図３は、本例における電気機器におけるフ
ァン装置２０と可動フィン３０の制御動作の流れを示す
フローチャートである。以下、本フローチャートに基づ
いて本例の制御動作について説明する。まず、ステップ
Ｓ１において、温度センサ６０、６２により各分割空間
の温度を検出する。そして、これらの検出温度ｔ１、ｔ
２をＭＰＵ１００で読み取り、上側分割空間の検出温度
ｔ１と理想温度との温度差、及び下側分割空間の検出温
度ｔ２と理想温度との温度差を求める（ステップＳ
２）。

【００２０】次に、このような温度差のデータに基づい
て、データテーブル１１０の第１のテーブルを参照し
（ステップＳ３、Ｓ４）、この参照結果によって可動フ
ィン３０の傾斜角度を決定する（ステップＳ５）。上述
した第１のテーブルには、各分割空間の検出温度ｔ１、
ｔ２とそれぞれの理想温度との温度差から、冷却エアの
流入量の割合が定義されており、この定義から可動フィ
ン３０の傾斜角度を決定するものとする。このようにし
て可動フィン３０の傾斜角度を決定すると、その傾斜角
度に応じて制御信号をドライバ回路４６に出力し、ドラ
イバ回路４６は、この制御信号に対応する駆動電圧を圧
電素子４４に印加し、可動フィン３０をステップＳ５で
決定した傾斜角度に制御する（ステップＳ６）。

【００２１】次に、温度センサ６４により流出口１２の
温度を検出する（ステップＳ７）。そして、この検出温
度ｔをＭＰＵ１００で読み取り、この検出温度ｔのデー
タに基づいて、データテーブル１１０の第２のテーブル
を参照し、この参照結果によってファン装置２０の回転
速度を決定する（ステップＳ８、Ｓ９）。ファン装置２
０の回転速度は、多段階に分かれており、温度センサ６
４で検出された温度ｔからデータテーブル１１０を使用
してファン装置２０の回転速度を決定する。そして、こ
のように決定した回転速度に応じて制御信号をファン装
置２０に供給し、ファン装置２０を必要な回転速度で駆
動制御する。なお、以上のようなファン装置２０と可動
フィン３０の制御動作は、電気機器の起動時や定期的な
割り込み動作によって実行するものとする。以上のよう
にして、仕切り板４０によって上下に仕切られた筐体１
０の２つの空間に対し、ファン装置２０によって供給す
る冷却エアの量をファン装置２０と可動フィン３０の制
御動作によって適正に制御することができ、各空間内を
最適な温度に維持することができる。

【００２２】以上のような本形態の電気機器によれば、
筐体内の空間が上下２層に分割された小型（細長型また
は扁平型）の機器において、それぞれの層に熱源がある
ような構成の電気機器に特に有効な冷却構造を提供する
ことができる。また、２層に分割された筐体内の各層に
温度センサを取り付けることにより、その温度差に応じ
て外気を温度の高い方に優先的に流入し、機器全体の冷
却効果を高めることができる。また、層を分割している
仕切り板４０の一部を構成する可動フィン３０を変位さ
せることにより、流入する冷却エアの振り分けを行うこ
とから、筐体内の空間を仕切る構造を利用して冷却エア
の制御を行うことができ、上述した先行発明として列挙
した別部品によるルーパや開閉板を設ける構成のよう
に、冷却エアを制御するためだけの専用の部品を付加す
る必要がなく、構造の簡素化を図ることができる。

【００２３】また、可動フィン３０を圧電素子４４によ
り駆動することから、モータ等の機構を用いる構成に比
べて、可動装置を小型に抑えることができ、例えばフィ
ンの駆動用モータが配置できないような小型の形態機器
に有利である。また、ファン装置２０の回転速度を流出
温度の高いときには速く、低いときには遅く多段階に自
動調整させることから、省電力化を図ることが可能であ
る。また、フィンの傾斜角度は、各層の温度差と冷却エ
アの流量の関係データから決定するため、この関係デー
タを変更することにより、ハードウエアの変更を行うこ
となく、各層に対する冷却エアの変更を容易に行うこと
ができる。また、筐体内を仕切っている仕切り板４０に
可動フィンを取り付けた構成であるため、層を増やした
い分だけ可動フィンも増やすことが可能である。したが
って、筐体内が多層に分割されている場合にも、同様の
構造により各層の冷却が実現可能となる。

【００２４】なお、本発明の変形例として、フィンの角
度を決めるデータテーブルのデータを変更することによ
り、性質の異なる２つの気体を目的に合わせて混合する
装置を実現することも可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のファン装置
付き電気機器では、筐体内の空間を分割する仕切り板を
有し、仕切り板で仕切られた空間にそれぞれ発熱部材を
有する電気機器において、筐体の側壁部の仕切り板の一
方の端部に臨む位置に形成された第１の開口部と、筐体
の第１の開口部と反対側の側壁部に形成された第２の開
口部と、筐体の第１の開口部の内側に配置され、仕切り
板の板面方向に沿って気流を発生させるファン装置と、
仕切り板の他方の端部と第２の開口部との間に、仕切り
板の板面方向に沿って配置され、仕切り板側の端部を中
心に第２の開口部側の端部が傾斜可能に設けられた可動
フィンと、可動フィンの傾斜角度を制御する圧電素子
と、仕切り板で仕切られた空間の温度をそれぞれ検出す
る第１及び第２の温度センサと、第１の温度センサと第
２の温度センサとの検出温度の差に基づいて、圧電素子
を駆動することにより、可動フィンの傾斜角度を制御す
る制御手段とを設けた。したがって、筐体内の複数の熱
源の温度に対応して１つのファン装置の冷却エアを有効
に分配して供給でき、特に小型の筐体を有する電気機器
における各種配線基板等の配置構造を阻害することな
く、かつ、構造の複雑化を招くことなく、効率のよい冷
却を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるファン装置付き電気
機器の全体構成を示す断面図である。

【図２】図１に示すファン装置付き電気機器に設けられ
た可動フィンの傾斜時の状態を示す断面図である。

【図３】図１に示す電気機器における制御動作の流れを
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０……筐体、１２……流出口、１４……流入口、２０
……ファン装置、３０……可動フィン、４０……仕切り
板、４２……ヒンジ部、４４……圧電素子、４６……ド
ライバ回路、５０、５４……プリント配線基板、５２、
５６……熱源、６０、６２、６４……温度センサ、１０
０……ＭＰＵ、１１０……データテーブル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E322 AB10 BA01 BA03 BA04 BB03 BB04 BC02 5H303 AA18 BB01 BB06 BB14 BB18 DD14 JJ08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体内の空間を分割する仕切り板を有
   し、前記仕切り板で仕切られた空間にそれぞれ発熱部材
   を有する電気機器において、 前記筐体の側壁部の前記仕切り板の一方の端部に臨む位
   置に形成された第１の開口部と、 前記筐体の第１の開口部と反対側の側壁部に形成された
   第２の開口部と、 前記筐体の前記第１の開口部の内側に配置され、前記仕
   切り板の板面方向に沿って気流を発生させるファン装置
   と、 前記仕切り板の他方の端部と前記第２の開口部との間
   に、前記仕切り板の板面方向に沿って配置され、前記仕
   切り板側の端部を中心に前記第２の開口部側の端部が傾
   斜可能に設けられた可動フィンと、 前記可動フィンの傾斜角度を制御する圧電素子と、 前記仕切り板で仕切られた空間の温度をそれぞれ検出す
   る第１及び第２の温度センサと、 前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとの検出
   温度の差に基づいて、前記圧電素子を駆動することによ
   り、前記可動フィンの傾斜角度を制御する制御手段と、 を有することを特徴とするファン装置付き電気機器。
2. 【請求項２】 前記ファン装置は、前記第２の開口部か
   ら外気を吸引し、前記第１の開口部より排出する方向の
   気流を発生させるものであることを特徴とする請求項１
   記載のファン装置付き電気機器。
3. 【請求項３】 前記筐体は、直方体状に形成されるとと
   もに、前記第１の開口部から前記第２の開口部の方向に
   沿って長手形状を有することを特徴とする請求項１記載
   のファン装置付き電気機器。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記第１、第２の温度
   センサによる検出温度差と前記仕切り板で仕切られた各
   空間の流量との関係データを記憶した第１のテーブルを
   有し、前記第１のテーブルに基づいて前記可動フィンの
   傾斜角度を決定することを特徴とする請求項１記載のフ
   ァン装置付き電気機器。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記温度センサによる
   検出温度に基づいて、前記ファン装置の回転速度を制御
   することを特徴とする請求項１記載のファン装置付き電
   気機器。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記温度センサによる
   検出温度と前記ファン装置の回転速度との関係データを
   記憶した第２のテーブルを有し、前記第２のテーブルに
   基づいて前記ファン装置の回転速度を決定することを特
   徴とする請求項５記載のファン装置付き電気機器。
7. 【請求項７】 前記第１の開口部における温度を検出す
   る第３の温度センサを有し、前記制御手段は、前記第
   １、第２の温度センサと第３の温度センサとの検出温度
   の差に基づいて、前記ファン装置の回転速度を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載のファン装置付き電気機
   器。
8. 【請求項８】 前記ファン装置の回転速度を、前記第３
   の温度センサの検出温度が高いときには速く、低いとき
   には遅く多段階的に自動調整することを特徴とする請求
   項７記載のファン装置付き電気機器。