JP2002050727A

JP2002050727A - 電子機器

Info

Publication number: JP2002050727A
Application number: JP2000232940A
Authority: JP
Inventors: Fumiyoshi Kirino; 文良桐野; Toshiaki Yasui; 俊明泰井; Nobuyuki Inaba; 信幸稲葉; Koichiro Wakabayashi; 康一郎若林; Yuji Yamazaki; 祐司山崎
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、発熱性素子から発せられる熱を放
熱して回路を熱的に保護すると共に省エネルギーを達成
可能な電子機器を提供することを例示的目的とする。【解決手段】発熱性素子と、前記発熱性素子の熱エネ
ルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子と、前
記熱電変換素子に接続され、前記電気エネルギーを受け
取り、前記発熱性素子を駆動可能な電源回路とを有する
ことで達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の電力節
約構造に関する。電子機器は、典型的には、情報を記
憶、再生又は消去する情報記録装置を含み、具体的に
は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、パーソナル・デ
ィジタル・アシスタンツ（ＰＤＡ）、各種ゲーム装置、
ワープロ、各種ドライブ、プリンタ、ファックス機、コ
ピー機などを含む。本発明は、例えば、ノート型ＰＣの
マザーボードに実装されるＣＰＵの放熱機構に好適であ
る。

【０００２】

【従来の技術】ノート型ＰＣは典型的な携帯型電子情報
端末として広く市場に出回っている。ノート型ＰＣのマ
ザーボード（又はメインボード）は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔ
ｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）ソケットや様
々なメモリ（ソケット）、チップセット、拡張スロット
及びＢＩＯＳＲＯＭなどの回路素子を実装し、ＰＣの性
能や機能を直接的に左右する。

【０００３】近年のノート型ＰＣは、マザーボードに搭
載される各種回路素子の高速化と高機能化に伴って、発
熱性素子の数が増加すると共にかかる回路素子からの発
熱量が増加する傾向にある。そこで、マザーボード直接
に又はソケット等を介して実装される発熱性素子及びそ
の他の回路素子を熱的に保護するためにマザーボードに
はヒートシンクと呼ばれる冷却装置が設けられている。

【０００４】ヒートシンクは典型的に多数の高伝熱性部
材（フィン組立体）からなる冷却（又は放熱）フィンを
有し、自然空冷によって発熱素子を冷却する。しかし、
近年の発熱素子の発熱量は自然空冷では対応できなくな
る傾向にある。そこで、異常発熱を防止するために、マ
ザーボードにクーラーを装着している。クーラーは、フ
ァンが発生する空気流によって発熱素子を強制的に冷却
する。なお、スーパーコンピュータやメインフレームな
ど、大量の熱を発生するプロセッサには水冷方式のクー
ラーもある。特に発熱量が多いＣＰＵは、ヒートシンク
と共にクーラーを組み合わせて使うことも多い。従来の
クーラー付ヒートシンクは、ＣＰＵからの発熱量が最も
大きいために、典型的に、マザーボードのＣＰＵの上部
に設けられている。

【０００５】クーラー付ヒートシンクは、小型化及び剛
性を高めるため、冷却フィンと、当該冷却フィンの底面
を形成して発熱素子から冷却フィンへの熱伝達を可能に
するベースと、冷却ファンを収納する収納部とをダイキ
ャスト法により一体的に形成している。このような一体
型ヒートシンクは、発熱素子とベースとの接続面（受熱
面）から冷却フィンへの熱伝導を効率よく行えるため、
高い熱交換性能を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のノート
型ＰＣは、消費電力の低減について効果的な手法が取ら
れていなかった。各種回路素子の性能の上昇に伴い、回
路素子自身の消費電力は格段に増加する。また、回路素
子からの発熱量も増大するため、クーラーの使用で、更
に電力を消費する。従来では、回路方式や用いる材料の
工夫により、消費電力の低減を図ったり、素子自身の省
エネ化をすすめたりする手法がとられてきた。

【０００７】回路素子から放出される高温の熱は、電力
の消費形態の一部であり、大量の放熱はエネルギーのロ
スである。消費電力の観点からすると、発熱が小さいほ
ど無駄なエネルギー消費が無いことになる。しかし、回
路素子の発熱を完全になくすことは原理的に困難であ
る。

【０００８】上述のような消費電力の増加及びエネルギ
ーのロスは、省エネが優先される現代において好ましい
ことではない。従来では、回路素子から発生する熱は、
ヒートシンク及びクーラーによって放熱されるだけであ
り、その熱は特に利用されていなかった。即ち、高温度
の熱は、その潜在エネルギーを持ったまま利用されずに
捨てられていた。

【０００９】また、回路素子を保護するためのヒートシ
ンク及びクーラーは必要不可欠な装置であった。それゆ
えに、どんな薄型のヒートシンク及びクーラー取り付け
たところで、処理装置の薄型化（ロープロフィール化）
を妨げていた。素子の動作を安定させるための熱対策、
及び装置の薄型を同時に図ることは困難であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、この
ような従来の課題を解決する新規かつ有用な電子機器を
提供することを概括的な例示的目的とする。

【００１１】より特定的には、本発明は、発熱性素子か
ら発せられる熱を放熱して回路を熱的に保護すると共に
省エネルギーを達成可能な電子機器を提供することを例
示的目的とする。

【００１２】上記目的を達成するために、本発明の例示
的一態様としての電子機器は、発熱性素子と、前記発熱
性素子の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電
変換素子と、前記熱電変換素子に接続され、前記電気エ
ネルギーを受け取り、前記発熱性素子を駆動可能な電源
回路とを有する。かかる電子機器によれば、熱電変換素
子が、情報処理装置内の素子から発生する熱を電気的エ
ネルギーに変換して電源回路に供給する。

【００１３】また、本発明の別の例示的一態様としての
電子機器は、発熱性素子と、電源回路と、前記電源回路
により供給される電気エネルギーを利用してペルチェ効
果により前記発熱性素子を冷却する熱電変換素子とを有
する。かかる電子機器によれば、電源回路は熱電変換素
子に通電してペルチェ効果を引き起こし、この結果、熱
電変換素子は発熱性素子のジュール熱及びその他の熱エ
ネルギーを吸収する。

【００１４】また、本発明の例示的一態様としてのパッ
ケージは、発熱性素子と、熱電変換素子と、前記発熱性
素子及び熱電変換素子を収納して一の電子素子を形成す
るモールドとを有する。かかるパッケージは、熱電変換
素子を発熱性素子に近接して配置することを可能にす
る。

【００１５】本発明の他の目的及び更なる特徴は、以
下、添付図面を参照して説明される実施例により明らか
にされる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明のノート型ＰＣ２００について説明する。ノート型Ｐ
Ｃ２００はＣＰＵ本体３０を搭載する。図１を参照する
に、ＣＰＵ３０本体は樹脂モールド３１に覆われ、樹脂
モールド３１は熱電変換素子１０の面１９においてに接
触する。樹脂モールド３１に覆われたＣＰＵ３０はＣＰ
Ｕパッケージとして把握することができる。ここで、図
１は、ノート型ＰＣ２００のＣＰＵ３０の概略断面図で
ある。ＣＰＵ本体３０は、当業界の周知の演算及び制御
機能を有するいかなる素子をも適用することができるた
め、ここでは詳しい説明は省略する。

【００１７】選択的に、ノート型ＰＣ２００は図示しな
い温度センサを更に備える。温度センサは、ＣＰＵ本体
３０の表面及び近傍でＣＰＵ本体３０の温度を検出す
る。温度センサはＣＰＵ本体３０に電気的に接続され、
検出結果をＣＰＵ本体３０に通知する。代替的に、ＣＰ
Ｕ本体３０に予め温度検出機能を有する素子を組み込ん
で、ＣＰＵ本体３０内の温度を直接検出してもよい。

【００１８】図２は、図１に示す熱電変換素子１０の概
略斜視図である。熱電変換素子１０は、ｎ型素子１１
と、ｐ型素子１２と、接合電極１３と、出力端子１４、
１５と、基板１６及び１７とを有する。

【００１９】ｎ型素子１１とは、負の電荷を持つ電子が
キャリアとなる半導体で、そのキャリアは電子が多く正
孔は少ない。一方、ｐ型素子１２とは、正の電荷を持つ
正孔がキャリアとなる半導体で、そのキャリアは正孔が
多く電子が少ない。ｎ型素子１１及びｐ型素子１２は、
各々直方体形状に形成され、高さにおいて同一である。
ｎ型素子１１及びｐ型素子１２の形状は直方体であるこ
とに限定されないが、直方体の長手方向に垂直な断面積
は導電性を妨げない程度に確保する必要がある。

【００２０】本発明の熱電変換素子１０に使用されるｎ
型素子１１及びｐ型素子１２の材料は、Ｐｂ−Ｔｅ（鉛
−テルル）とを主成分とする合金である。代替的に、ｎ
型素子１１及びｐ型素子１２は、Ｂｉ−Ｔｅ（ビスマス
−テルル）、Ｓｉ−Ｇｅ（ケイ素−ゲルマニウム）を使
用してもよい。本実施例で用いたＰｂ−Ｔｅ系は、３０
０乃至５００度付近で最も高い変換効率が得られる。Ｂ
ｉ−Ｔｅ系は３００乃至５００度より低い温度で高い変
換効率が得られる。Ｓｉ−Ｇｅ係は３００乃至５００度
より高い温度で高い変換効率が得られる。熱電変換素子
１０に使用されるｎ型素子１１及びｐ型素子１２の材料
は、使用される温度に応じて決定される。

【００２１】接合電極１３は、ｎ型素子１１とｐ型素子
１２の両端部に配置される導電性板状部材で、ハンダ付
けなどによりそれらと接合される。接合電極１３は、少
なくともｎ型素子１１とｐ型素子１２とを接合可能な面
積を有する。ｎ型素子１１とｐ型素子１２は、接合電極
１３によって電気的に接続される。接合電極１３は電気
を効率よく流すために、電気抵抗が少ないものが好まし
い。また、ｎ型素子１１及びｐ型素子１２と接合電極１
３の接合部は、電気抵抗が少なく接合されることが好ま
しい。更に、接合電極１３は、高い温度でも変形及び性
質の変化がないなどの理由から、例えば、銅などから形
成される。

【００２２】上述のｎ型素子１１とｐ型素子１２と接合
電極１３の接続を１セルし、熱電変換素子１０は直列接
続された５０セルを使用している。各セルの接続も同様
に接合電極１３を使用する。図２に示すように、セルの
向きを変えながら接続することで、熱電変換素子１０を
四角形状に形成することができる。始点及び終点の素子
は、接合電極が接合されている。始点及び終点に接続さ
れる接合電極の素子を有しない端部は、後述する出力端
子１４及び１５の接合部として使用することができる。
ｎ方素子１１及びｐ型素子１２の数は、ＣＰＵ本体３０
への熱電変換素子１０の取り付け面積、及び必要な起電
力によって定まるものである。よって、熱電変換素子１
０のセルの数はこれに限定されない。

【００２３】接合電極１３は素子を挟んで上下に区別さ
れる。図２において下側に位置する接合電極面を第１の
面１８とし、それに対向する面（図２において、上の
面）を第２の面１９とする。

【００２４】出力端子１４及び１５は、始点と終点に位
置する素子に接合された接合電極の素子を有しない長手
方向端部に接続される。接合方法としては、ハンダ付け
などである。また、始点及び終点の素子に出力端子１４
及び１５を直接接合することで、始点及び終点の素子に
接合する接合電極を省略することも可能である。出力端
子１４及び１５はリード線などである。後述するよう
に、出力端子１４及び１５はスイッチ８０を経由し、定
電圧化回路５０又は駆動用電源７０のどちらか一方に接
続される。

【００２５】基板１６及び１７は絶縁性板状部材であ
る。基板１６及び１７は、同一部材から構成され、同一
形状を有することが好ましい。基板１６及び１７は、第
１の面１８及び第２の面１９に接合されている。基板１
６及び１７が接合されるとき、基板１６及び１７は第１
の面１８及び第２の面１９のどちらに接合されてもよ
い。第１の面１８及び第２の面１９による基板１６及び
１７の限定はない。なお、本明細書では説明する部材を
明らかにとするために、第１の面１８に接合される基板
を基板１６、第２の面１９に接合する基板を基板１７と
定義する。また、熱の移動が効率よく行われるために、
基板１６及び１７の熱伝達率は高いほうが好ましい。基
板１６及び１７は、高い温度でも変形及び性質の変化が
ないなどの理由から、例えば、セラミックスなどであ
る。かかる熱電変換素子１０は、当業界周知のいかなる
技術を適用可能であり、本明細書の記載に限定されな
い。

【００２６】熱電変換素子１０は樹脂モールド３１に接
合される。このとき熱電変換素子１０は、基板１７が樹
脂モールド３１と接触する。熱源と熱電変換素子１０の
接合状態は、熱電変換の効率を向上させるよう接合させ
ることが好ましい。即ち、接合用部材の熱抵抗は、少な
いことが好ましい。本発明では、熱電変換素子１０と樹
脂モールド３１は低融点のＩｎハンダを用いて接合を行
っている。かかる状態で接続した熱電変換素子１０の１
組のセルの熱電能は０.８ｍＶ／Ｋである。熱電能は、
セルの温度変化に対する熱起電力を示す値である。熱電
能は、素子１１及び１２のキャリア濃度により変化す
る。また、熱電変換素子１０全体の起電力は１８Ｖであ
った。

【００２７】しかし、ＣＰＵ本体３０の温度変化により
熱電変換素子１０の起電力は一定とならない場合が多
い。そこで、定電圧化回路５０を出力端子１４及び１５
に接続する。図５は、図１に示す熱電変換素子１０に接
続される定電圧化のための回路図である。図６は、図１
に示す熱電変換素子１０に接続される定電圧化のための
別の回路図である。

【００２８】図５を参照するに、ＯＰアンプ（オペアン
プ）を利用することで、定電圧化のための回路は構成可
能である。オペアンプは、演算増幅回路とも称される。
オペアンプは特殊なものを除き、２つの入力端子と１つ
の出力端子を持ち、２つの入力端子間に加えられた信号
を増幅する増幅器である。

【００２９】また、図６を参照するに、定電圧ダイオー
ド（ツェナーダイオード）を使用することで、定電圧化
のための回路は構成可能である。ツェナーダイオード
は、流れる電流にかかわらず電圧が一定になるため、簡
易的な定電圧装置に用いられる。ツェナーダイオードと
同様なその他の方法は，ダイオードの順方向電圧を用い
る方法、及びトランジスタを用いる方法などがある。オ
ペアンプ及びツェナーダイオードについては、当業界周
知の技術を適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略
する。

【００３０】図１で、熱電変換素子１０は、ＣＰＵ２０
全体を覆うように構成されている。熱電変換素子１０
は、上述のように起電力や取り出す電流によってセルの
数を変更できるので、それに伴い、熱電変換素子１０全
体の大きさも変化する。図１に示す熱電変換素子１０
は、例示的な形態を示しただけで本発明を限定するもの
ではない。

【００３１】以下、図４を参照して、ノート型ＰＣ２０
０について説明する。ここで、図４は、図１に示す熱電
変換素子１０を有するノート型ＰＣ２００の概略斜視図
である。ノート型ＰＣ２００は、ヒンジ２０２によって
接続された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）ベゼルフレーム
２１０とベース２２０とを有している。ＬＣＤベゼルフ
レーム２１０には出力部であるＬＣＤ画面２１２が配置
されている。典型的に、ベース２２０はプラスチック材
料からなり、厚さ約５０ｍｍ以下で、好ましくは、厚さ
約２０乃至３０ｍｍを有する。ノート型ＰＣ２００は、
ＣＰＵ３０を冷却するためのクーラー等の厚みを有する
付加部材を使用していないので、ロープロフィールベー
ス２２０を維持することができる。ＬＣＤベゼルフレー
ム２１０は、ＬＣＤ画面２１２を保持する実質的に矩形
状を有する。

【００３２】ベース２２０は、入力部としての情報タイ
プ用のキーボードセクション２２２を含んでいるが、キ
ーボードの種類及びキーボード配列は種類を問わない。
キーボードの種類は、１０１、１０６、１０９、エルゴ
ノミックなどを問わず、キーボード配列もＱＷＥＲＴＹ
配列、ＤＶＯＲＡＫ配列、ＪＩＳ配列、新ＪＩＳ配列、
日本語入力コンソーシアム基準配列（ＮＩＣＯＬＡ：Ｎ
ｉｈｏｎｇｏＮｙｕｒｙｏｋｕＣＯｎｔｈｏｔｉｕｍ
Ｌａｙｏｕｔ）などを問わない。

【００３３】ベース２２０は、更に入力部としてのマウ
ス機能の一部をエミュレートするポインティングデバイ
ス２２４も含んでいる。図４に示す構造に関わらず、ポ
インティングデバイス２２４はマウス、トラックボー
ル、トラックパッド、タブレット、ディジタイザー、ジ
ョイスティック、ジョイパッド、タッチパネル、スタイ
ラスペンなどを含む。

【００３４】ベース２２０は、内部に図示しないマザー
ボードを有する。マザーボードはＣＰＵやメモリを取り
付けるソケットや、拡張ボードを取り付けるスロットが
配置されている。制御部であるＣＰＵや主記憶部である
メモリをマザーボードに取り付けることで各パートとの
電気的接続を可能にする。マザーボードは当業界の周知
のいかなる技術も適用できるため、ここでの詳しい説明
は省略する。また、ＣＰＵを取り付けるソケットは、ソ
ケット及びスロットの両者を含む意味であり、ソケット
の形状の限定はない。同様にメモリのソケットも形状に
おいて限定を有するものではない。ベース２２０は、内
部に補助記憶装置であるハードディスク装置及びフロッ
ピーディスク装置を有する。フロッピーディスク装置は
本体外部に拡張装置として設ける構成とすることも可能
である。

【００３５】図４は、ノート型ＰＣ２００の典型的な構
成を示したものであり、ビデオボードやサウンドボード
を有してもよい。また、ノート型ＰＣ２００は、その他
拡張機能を有する拡張装置との接続インターフェース及
びスロットを有していてもよい。

【００３６】以下、ノート型ＰＣ２００の動作を説明す
る。ノート型ＰＣ２００のユーザはキーボード２２２又
はポインティングデバイス２２４を操作してベース２２
０に収納された図示しないハードディスクに格納された
プログラムを実行する。このとき、ＣＰＵ３０本体はハ
ードディスク及び図示しないＲＯＭから必要なデータを
図示しないメモリにダウンロードする。この際、ＣＰＵ
本体３０から発生する熱は、熱電変換素子１０により、
発電に使用されるか、冷却される。

【００３７】熱電変素子１０には２種類の用途がある。
第１の用途は、熱エネルギーを電気的エネルギーに変換
して熱電変換素子１０を発電装置として使用する用途で
ある。これは、一般にゼーベック効果を利用する。ゼー
ベック効果とは、２種類の導体を接続して閉回路を作
り、その２つの接点を異なった温度にするとこの回路に
起電力が発生し電流が流れる現象をいい、発生した起電
力を熱起電力（本明細書では、単に起電力と称する場合
がある）という。この時発生した電流を熱電流という。
熱起電力はそのような金属同士では数μＶ／Ｋしか得ら
れないが、金属と半導体では数百μＶ／Ｋにもなる。

【００３８】熱電変換素子１０の場合、図２中太い矢印
で示す方向から熱が流れる。即ち、第２の面１９は第１
の面１８よりも相対的に温度が高いと、起電力によって
電流は図中の実線の矢印方向に流れる。なぜなら、ｐ形
素子では正孔の密度は温度が高いほど大きくなるため正
孔は高温部から低温部へ拡散するからである。その結
果、高温部が負、低温部は正に帯電する。帯電によって
素子中の電界が高まるとキャリアの拡散が妨げられるよ
うになり、ついには平衡状態に達する。このように出現
する電圧が熱起電力であり、ｎ形素子の場合には正孔が
電子に置換される。

【００３９】第２の用途は、電気エネルギーを熱エネル
ギーに変換して熱電変換素子１０を冷却装置として使用
する用途である。これは、ペルチェ効果を利用する。ペ
ルチェ効果とは、ゼーベック効果と逆の現象であり、上
述の閉回路に直流回路を接続して電流を流すと、接合点
に熱の吸収あるいは発生が起こる現象である。熱電流と
同じ方向に外部から電流を流すと熱電対の高温接合点で
熱の吸収、低温接合点では熱の発生がおこる。熱電変換
素子１０の場合、図中破線で示す方向から電流が流れる
と、第２の面において熱の吸収が起きる。

【００４０】以下、図７を参照し、ＣＰＵ本体３０の動
作について説明する。ここで、図７は、図１に示すＣＰ
Ｕ３０の熱電変換素子１０に対する制御フローチャート
である。ノート型パソコン２００を起動し、動作を行う
ことによってＣＰＵ本体３０は発熱する。ＣＰＵ本体３
０からの発熱量は温度センサが検出する。ＣＰＵ３０
は、温度センサからの情報でＣＰＵ３０が第１の温度以
上であるか判断する（ステップ１０１０）。

【００４１】通常第１の温度とは第１の面１８の表面温
度であり、おおよそ室温である。なお、実際の室温はノ
ート型ＰＣの使用環境において異なるため、必要があれ
ば、一定の温度を第１の温度として予め記憶させておく
よりも、別の温度センサを設け室温を検出し第１の温度
を定義することとしてもよい。

【００４２】このとき、熱電変換素子１０は、ステップ
１０１０を境に、熱エネルギーを電気エネルギーに変換
する。第１の面１８は空気に接しているため、ほぼ室温
を維持する。ＣＰＵ本体３０が発熱して室温より高い温
度になることで、それに接する第２の面１９もＣＰＵ３
０とほぼ同じ温度、もしくはわずかに低い温度になる。
それに伴い、第１の面１８と第２の面１９の間に温度差
が生じる。熱電変換素子１０は、温度差が生じることで
エネルギーの変換動作を行い、起電力を発生する。この
とき発生する電流は、出力端子１５方向に流れる（図２
参照）。また、熱電変換素子１０は温度差が生じている
限り、かかる発電動作を継続的に行う。

【００４３】なお、ステップ１０１０は、制御系におい
て必ずしも必要とされるものではなく、ステップ１０１
０は選択的である。ステップ１０１０を設けると、熱電
変換素子１０の起電力発生時期を確認することができ便
利である。ＬＣＤ画面２１２に表示手段を設ける、もし
くはベース２２０にＬＥＤが点灯することで第１の温度
を知らせる機能をノート型ＰＣ２００に付加すること
で、ユーザが可視的に確認可能となる。

【００４４】次に、ＣＰＵ３０は、温度センサの情報よ
りＣＰＵ３０の温度が第２の温度以下であるか判断する
（ステップ１０２０）。第２の温度とは、ＣＰＵ３０独
自に定められている動作保証温度の上限温度である。Ｃ
ＰＵ３０の温度が第２の温度より上である場合、ＣＰＵ
３０は発熱によるＣＰＵ３０の破壊防止するためにステ
ップ１０６０に移行する。ＣＰＵ３０の温度が第２の温
度以下であるなら、ステップ１０２５に移行する。

【００４５】以下、ステップ１０２５以降の動作を説明
する。ＣＰＵ３０は、図８に示すスイッチ８０を定電圧
化回路５０側に接続する命令を出す（ステップ１０２
５）。ここで図８は、図１に示す熱電変換素子１０と接
続する回路の切り替え方法を示した回路図である。この
とき、熱電変換素子１０は、発電動作を継続している。
出力端子１５から流れ出た電流は、定電圧化回路５０
（図５または図６）に流れ、所定の電圧に変換される。
即ち,スイッチ８０が定電圧化回路５０に接続されたと
き、電気は熱電変換素子１０から定電圧化回路５０に方
向に流れる。

【００４６】次に、ＣＰＵ１０は、所定の電圧に変換さ
れた電流を「蓄電するか」か判断する（ステップ１０３
０）。かかる判断は、基本的にＹｅｓを選択する構成に
することが好ましい。後述するバッテリ６０の充電可能
容量を越えるときに、ステップ１０３０でＮｏを選択す
るものとする。そして、駆動用回路９０に接続し駆動用
電力の一部として使用するとしてもよい。しかし、発電
された電力を一時的に蓄積する、もしくは、駆動用電力
として即座に使用するとしても、熱電変換素子１０より
発生した熱エネルギーに対するノート型ＰＣ２００の相
対的なエネルギー消費量は同じである。よって、熱電変
換素子１０からの起電力を蓄電するか、または駆動用と
するかは選択的である。ノート型ＰＣ２００に図示しな
いスイッチを設け、ユーザに上述の判断を委ねる構成と
してもよい。また、バッテリを使用しない構成の電子機
器に対しては、ステップ１０３０でＮＯを選択し、後述
するステップ１０５０に移行するような構成にしてもよ
い。

【００４７】ステップ１０３０においてＣＰＵ３０が
「蓄電する」と判断した場合、所定の電圧に変換された
電流をバッテリ６０に蓄電する（ステップ１０４０）。
通常ノート型ＰＣは、携帯性が必要とされるために、バ
ッテリ６０を搭載可能な構成をとる。ノート型ＰＣは、
かかるバッテリで駆動電力を確保する。バッテリ６０
は、ニッケルー水素電池、リチウムイオン二次電池やポ
リマー型リチウム二次電池に代表される蓄電機能を有す
る二次電池である。二次電池は、蓄電機能を有する点で
通常の電池（一次電池）とは異なる。熱電変換素子１０
で発生した起電力を二次電池で蓄積する場合は、バッテ
リ６０を使用することで発生した電流の蓄電が可能とな
る。そして、ステップ１０２０に再び移行する。

【００４８】ステップ１０３０においてＣＰＵ３０が
「駆動用電力の一部として使用する」と判断した場合、
駆動用回路９０に接続して電流を駆動用電力の一部とし
て使用する（ステップ１０５０）。なおここで、駆動用
回路９０は発生した電力を駆動用の電力としてノート型
ＰＣ２００に還元するための回路である。しかし、熱電
変換素子１０で発生する電力だけでは、ノート型ＰＣ２
００を駆動させるには十分ではない。従って、不足する
電力をすでに使用している駆動用電力、即ちバッテリ６
０の電力もしくはＡＣ電源、から補えばよい。そして、
ステップ１０２０に再び移行する。

【００４９】かかる構成は、ノート型ＰＣ２００の電力
消費の低減に有効であることは明らかである。その場
合、発生した電力をバッテリに蓄電する、もしくは駆動
用電力の一部として使用するかは問題とならない。

【００５０】以下、ステップ１０６０以降の動作につい
て説明する。ステップ１０６０でＣＰＵ３０の温度が第
２の温度以上であると判断したら、ＣＰＵ３０は熱電変
換素子１０の接続されるスイッチ８０の切り替えを行う
（ステップ１０６０）。上述したように、ステップ１０
３０以降の動作を行う場合、熱電変換素子１０は、定電
圧電源化の回路の接続されている（図８中点線）。ステ
ップ１０６０において切り替え動作を行うと、熱電変換
素子１０は駆動用電源７０に接続される（図８中実
線）。かかる切り替えは、スイッチ８０を用いてＣＰＵ
３０によって任意に切り替わることが好ましい。

【００５１】ステップ１０６０において、熱電変換素子
１０と駆動用電源７０が接続されると、駆動用電源７０
から熱電変換素子１０に向かって電流が流れる。なお、
図８に示す駆動用電源７０は、バッテリ又はＡＣ電源を
意味する。駆動用電力７０は、定電圧化回路５０に接続
されているバッテリ５０及び駆動用回路９０に接続され
る電源と同一であるが,熱電変換素子１０に電力を出力
する点において区別されたい。このとき、熱電変換素子
１０には発電用として使用したときとは逆方向に電流が
流れる。即ち、駆動用電源７０から流れる電流は、出力
端子１５（図２における破線の矢印方向）から熱電変換
素子１０に流れる。破線方向から熱電変換素子１０に電
流が流れると、熱電変換素子１０の第２の面１９は熱の
吸収を行う。即ち第２の面１９は、冷却された面とな
る。第２の面１９が冷却することで、ＣＰＵ３０から発
生する熱を吸収し、ＣＰＵ３０を冷却する。また、駆動
用電力の電圧の印加は一定であるので、熱電変換素子１
０の第２の面１９の冷却温度は一定である。よってＣＰ
Ｕ３０の温度は第２の温度以下で一定に保持される。

【００５２】また、ユーザの使用状況に応じてＣＰＵ３
０の発熱の温度は変化する。ユーザがコマンドの実行な
どを行わない状況が長く続いた場合、熱電変換素子１０
の冷却効果を利用しなくても、ＣＰＵ３０自身の温度が
継続的に第２の温度以下である場合も考えられる。その
場合、再びステップ１０２５以降の動作を行い、熱電変
換素子１０を発電用として利用することが考えられる。

【００５３】しかしＣＰＵ３０は、第２の温度以下にな
っている要因が熱電変換素子１０の冷却効果の為か、Ｃ
ＰＵ３０自身の発熱量が低減した為かを判断できない。
そこで、ステップ１０２０へ移行させ、ＣＰＵ３０の温
度を確認する。ＣＰＵ３０は第２の温度以下であるので
ステップ１０２５に移行する。ステップ１０２５を行い
熱電変換素子１０の冷却効果がなくなると、ＣＰＵ３０
は発熱に相当する温度に戻る。そして工程は、ステップ
１０３０からステップ１０４０又は１０５０を経由して
再度ステップ１０２０に移行する。

【００５４】再びステップ１０２０を行い、ＣＰＵ３０
が第２の温度以上であるならば、熱電変換素子１０の冷
却効果により一時的に温度が下がっていたと判断するこ
とができる。そして自動的にステップ１０６０に移行す
るので、ＣＰＵ３０の冷却を行うことができる。また、
ＣＰＵ３０が第２の温度以下であるならば、ＣＰＵ３０
の発熱量が低減したと判断することができる。そして、
自動的にステップ１０２５に移行するので、発熱を発電
に利用することができる。

【００５５】しかし上述の動作を繰り返し行うことは、
発電効率及び冷却効率の面から考えると好ましくない。
そこで、ステップ１０８０を設け、一定時間経過後にＣ
ＰＵ３０の温度を確認するものとする。かかる構成にす
ることで、冷却が必要なくなったとき、熱電変換素子１
０を発電用として切り替えて使用することができる。

【００５６】発電時とは逆方向に流れる電流によって、
熱電変換素子１０は上述したペルチェ効果利用しＣＰＵ
３０の放熱効果を得られる。かかる放熱効果は、ＣＰＵ
３０の温度上昇に伴う熱によるＣＰＵ３０の破壊を防止
する役割を果す。上述の構成にすることでＣＰＵ３０の
冷却手段にクーラー等の手段を使用するのと比較して
も、ノート型ＰＣ２００の薄型化及び小型化を図れるの
は明らかである。

【００５７】次に、本発明の別の例示的一態様としての
ノート型ＰＣ２００Ａについて説明する。ノート型ＰＣ
２００ＡはＣＰＵパッケージ４０を搭載する。図３を参
照するに、本発明はＣＰＵパッケージ４０の内部に熱電
変換素子１０を配置する。ここで、図３は、本発明の別
の例示的一態様のＣＰＵパッケージ４０の概略断面図で
ある。

【００５８】ＣＰＵパッケージ４０は、熱電変換素子１
０と、ＣＰＵ本体３０と、ＣＰＵ本体３０を覆うパッシ
ベーション膜４２と、これらを収納する樹脂モールド４
４とを有する。

【００５９】ＣＰＵパッケージ４０は、図１に示すＣＰ
Ｕ本体３０と同様に図示しない温度センサを更に備え
る。温度センサは、ＣＰＵ本体３０に電気的に接続さ
れ、ＣＰＵ本体３０の表面及び近傍でＣＰＵパッケージ
４０の温度を検出し、ＣＰＵ本体３０に通知する。代替
的に、ＣＰＵパッケージ４０は温度検知機能を有する素
子を有してもよい。

【００６０】図３に示す熱電変換素子１０は、樹脂モー
ルド３１を介在させずにＣＰＵ本体３０に接続されるた
め、図１に示す構成よりも高い温度に対応可能な部材を
使用している。例えば、Ｂｉ−Ｓｂ系部材は低融点であ
るため使用に適さない場合があり、本実施例の熱電変換
素子１０は、例えば、ｎ型素子及びｐ型素子にＳｉ−Ｇ
ｅ系の部材を使用する。

【００６１】再び図３を参照するに、熱電変換素子１０
の第２の面１９はＣＰＵ本体３０上に形成したパッシベ
ーション膜４２に接触している。本実施例の熱電変換素
子１０は、図１に示すそれと比較して高い熱電力を得ら
れる。これは、熱電変換素子１０がＣＰＵ本体３０によ
り近接して設けられているためである。また、Ｓｉ−Ｇ
ｅ系の高温で熱電変換効率高い素子材を用いたためであ
る。また、熱電変換素子１０が定電圧化回路に接続され
ている点は図１に示す熱電変換素子１０と同様である。

【００６２】ノート型ＰＣ２００Ａの動作はノート型Ｐ
Ｃ２００と同様であるため、ここでの詳しい説明は省略
する。かかる構成はノート型ＰＣの省電力化及びＣＰＵ
の冷却において、ノート型ＰＣの薄型化を妨げることな
く実現されることが理解できるであろう。さらに、ＣＰ
Ｕなどの発熱素子の最適動作環境となる温度に熱電変換
素子を用いても良いことはいうまでもない。

【００６３】以上、本発明の好ましい実施例について説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないこと
はいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び
変更が可能である。例えば、本発明の熱電変換素子１０
を有するＣＰＵ３０が適用可能な電子機器はノート型パ
ソコンに限定されず、デスクトップ型ＰＣ、ワードプロ
セッサ、パーソナル・ディジタル・アシスタンツ（ＰＤ
Ａ）その他の携帯型電子機器（携帯型ゲーム装置、各種
ドライブなど）に広く適用することができる。また、熱
電変換素子の配置場所はＣＰＵに限定されず、発熱を有
する部分（例えば、チップセットなど）にも適用可能で
ある。

【００６４】

【発明の効果】本発明の第１の側面の電子機器によれ
ば、熱電変換素子が変換した電気的エネルギーは電子機
器の電源として利用することができるので省エネルギー
を促進する。例えば、ＣＰＵなどの発熱性素子から従来
は大気中に捨てられていた熱エネルギーを電子機器の駆
動エネルギーとして再利用することができる。また、本
発明の第２の側面の電子機器によれば、熱電変換素子は
発熱性素子を冷却して熱的に保護し、その動作の安定化
させる。また、熱電変換素子はクーラー等の装置に比べ
て電子機器の薄型化に寄与する。

【００６５】本発明のパッケージは、モールド内に発熱
性素子と熱電変換素子を収納するので熱電変換効率を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の例示的一態様としてのノート型パー
ソナルコンピュータ（ＰＣ）に使用されるＣＰＵ近傍の
概略断面図である。

【図２】図１に示すノート型ＰＣに設けられる熱電変
換素子の概略斜視図である。

【図３】本発明の別の例示的一態様のＣＰＵパッケー
ジの概略断面図である。

【図４】図１に示す熱電変換素子を有するノート型Ｐ
Ｃの概略斜視図である。

【図５】図１に示す熱電変換素子に接続される定電圧
化回路の例示的な回路図である。

【図６】図１に示す熱電変換素子に接続される定電圧
化回路の別の例示的な回路図である。

【図７】図１に示すＣＰＵ本体の熱電変換素子に対す
る制御フローチャートである。

【図８】図１に示す熱電変換素子と接続する回路の切
り替え方法を示した回路図である。

【符号の説明】

１０熱電変換素子１１ｎ型素子１２ｐ型素子１３接合電極１４出力端子１５出力端子１６基板１７基板１８第１の面１９第２の面３０ＣＰＵ本体３１樹脂モールド４０ＣＰＵパッケージ４２パッシベーション膜４４樹脂モールド５０定電圧化回路６０バッテリ７０駆動用電源８０スイッチ９０駆動用回路２００ノート型ＰＣ

フロントページの続き (72)発明者稲葉信幸大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (72)発明者若林康一郎大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (72)発明者山崎祐司大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内Ｆターム(参考） 5E322 AA03 AB11 DC01 5F036 AA01 BA33 BF01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱性素子と、前記発熱性素子の熱エネルギーを電気エネルギーに変換
する熱電変換素子と、前記熱電変換素子に接続され、前記電気エネルギーを受
け取り、前記発熱性素子を駆動可能な電源回路とを有す
る電子機器。
【請求項２】前記電源回路は蓄電機能を有する部分を
含む請求項１記載の電子機器。
【請求項３】発熱性素子と、電源回路と、前記電源回路により供給される電気エネルギーを利用し
てペルチェ効果により前記発熱性素子を冷却する熱電変
換素子とを有する電子機器。
【請求項４】前記発熱性素子と前記熱電変換素子とを
接触させて収納する筐体を更に有する請求項１及び３記
載の電子機器。
【請求項５】前記熱電変換素子と前記電源回路の間に
接続された定電圧化回路を更に有する請求項１又は２記
載の電子機器。
【請求項６】発熱性素子と、熱電変換素子と、前記発熱性素子及び熱電変換素子を収納して一の電子素
子を形成するモールドとを有するパッケージ。
【請求項７】前記発熱性素子と前記熱電変換素子との
間に配置されたパッシベーション膜を更に有する請求項
６記載のパッケージ。