JP2004288913A

JP2004288913A - 電子機器

Info

Publication number: JP2004288913A
Application number: JP2003079912A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsumoto; 修松本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】小型化、静音化を達成しつつ、ＣＰＵ等の発熱性の電子部品の稼働時に生じた熱を放熱し、十分な冷却を行う。
【解決手段】非発熱性の電子部品が部品実装面２ａに実装され、且つ発熱部品であるＣＰＵ４がハンダ面２ｂに実装されたマザーボード２と、マザーボード２が収容されるケース３と、ケース３の一部を成し、該ケース３の外側に放熱面５ａを向けて配される放熱板５とを備えてなる。そして、マザーボード２が、ＣＰＵ４が実装されたハンダ面２ｂを放熱板５に対向させるとともに、放熱板５の裏面５ｂにＣＰＵ４を接触させて配される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中央演算処理装置等の発熱性の電子部品を有する電子機器に関し、より詳しくは上記発熱性の電子部品にて生じた熱を放熱する放熱機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと称する。）等の電子機器においては、中央演算処理装置（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ：ＣＰＵ、或いはＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ：ＭＰＵ以下の説明では、単にＣＰＵと称するが、これらの何れも含むものとする。）等の稼働時に熱を発生させる発熱性の電子部品（以下、発熱部品と称する。）と、その他の非発熱性の電子部品（以下、単に電子部品と称する。）がとともにマザーボードに実装されている。そして、電子機器には、従来から、稼働中に生じた熱によって上記ＣＰＵ等の発熱部品が温度上昇により故障、具体的には熱膨張で内部配線が接触して生じる短絡等によって故障することを防止するため、発熱部品で生じる熱を放熱して冷却するための放熱機構が上記マザーボード上に実装され、或いはケース内部に配設されている。
【０００３】
従来のパソコン５１は、例えば図３に示すように、一の主面が開放された箱状のケース本体５２ａと該ケース本体５２ａの開放面を閉塞する天板５２ｂとからなるケース５２内に、少なくとも発熱部品であるＣＰＵ５３が実装されたマザーボード５４が収容されている。なお、図３においては、ケース本体５２ａ内でのマザーボード５４の配設状態を点線にて示している。そして、このパソコン５１では、稼働時に生じた熱を放熱して上記ＣＰＵ５３を冷却するための放熱機構として、ヒートシンク５５ａと冷却ファン５５ｂとからなるＣＰＵクーラ５５が設けられている。このＣＰＵクーラ５５は、マザーボード５４に実装されたＣＰＵ５３上に、上記ヒートシンク５５ａをＣＰＵ５３に接触させて載置されている。
【０００４】
このような構成のパソコン５１では、稼働時にＣＰＵ５３が発した熱が、ヒートシンク５５ａに伝達され、該ヒートシンク５５ａに取り付けられた冷却ファン５５ｂの送風によって、一旦ケース５２内に放熱している。そして、パソコン５１は、ケース本体５２ａにケースファン５６が配設されており、該ケースファン５６の送風によってケース５２内に放熱された熱をケース５２外に放出して熱交換することでパソコン５１自体の高熱化を防止している。すなわち、図３に示すパソコン５１では、ＣＰＵ５３の熱をまずケース５２内に放熱し、この放熱により加熱されたケース５２内の空気をケース５２外に放出して熱交換するという二段階の過程を経て、ＣＰＵ５３の冷却が行われている。そして、ケース５２には、上述したような熱交換を促進すべくケース５２の内外を連通させる通気口５８が複数設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
パソコン５１にあっては、ＣＰＵクーラ５５を取り付けるためには、マザーボード５４上に配設スペースが必要となり、さらには上述した二段階の冷却を行うためには、熱交換に必要な空気量を確保するための空間もケース５２に必要となる。ところが、ＣＰＵ５３が、マザーボード５４上に他の電子部品５７と同じ面に実装されているため、ＣＰＵ５３上に載置されるＣＰＵクーラ５５は、周囲の電子部品５７との部品配列上の関係でヒートシンク５５ａの大きさが制限されてしまう。このため、冷却効率を向上させるには、ＣＰＵ５３に対して垂直方向にヒートシンク５５ａの大きさを拡大するか、或いは冷却ファン５５ｂの送風量を増加させるという方法に頼らざるを得なくなる。冷却ファン５５ｂの送風量を増加させるためには、例えばファン径を拡大するか、ファンの回転数を上げて高速回転させる方法が採られる。
【０００６】
しかしながら、ノート型のパソコンに代表されるように、パソコンには、さらなる小型化・薄型化が要請されており、上述したようなＣＰＵクーラ５５配設のための十分なスペースや、熱交換を行わせるための十分な空気量のある空間を確保することと同様、垂直方向にヒートシンク５５ａの大きさを拡大することも困難となっている。
【０００７】
また、近年では、特にＣＰＵの開発が進み、高速化、高性能化されたＣＰＵが搭載されるようになっている。そして、このＣＰＵの高速化、高性能化に伴ってＣＰＵ自体の発熱量も増加し、稼働時に高熱を発するようになってしまうが、この熱を十分冷却し得るよう冷却ファン５５ｂにおいて上述したファン径の拡大や高速回転をさせることとすると、該冷却ファン５５ｂの運転音が非常に大きくなる。この冷却ファン５５ｂは、上述したようなＣＰＵの故障を防止するために常時作動しており、このためパソコン５１において騒音を発生させる原因となり問題となっている。
【０００８】
そこで、本発明は、小型化、静音化を達成しつつ、ＣＰＵ等の発熱部品の冷却を十分に行い得る放熱機構を備えた電子機器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決すべく、本願発明者が鋭意検討した結果、発熱部品が実装されるマザーボードが配設されるケースの壁面は現状では単に電子機器の構成部品を収容する収容容器としてしか利用されておらず、また、このケース壁面と接触する側のマザーボードの面は、ほぼ平坦であるとともに、電子部品は全く実装されていないことに着目し、これらを利用した発熱部品の冷却を行い得る本発明を想到するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る電子機器は、非発熱性の電子部品が一方主面側に実装され、且つ発熱性の電子部品が他方主面側に実装されたマザーボードと、上記マザーボードが収容されるケースと、上記ケースの一部を成し、該ケースの外側に放熱面を向けて配される放熱板とを備えてなり、上記マザーボードが、上記他方主面を上記放熱板に対向させるとともに、該放熱板の上記放熱面の裏面に上記発熱性の電子部品を接触させて配されることを特徴とする。
【００１１】
上述した構成の本発明に係る電子機器は、従来通りに発熱部品と電子部品とを同一面上に実装したマザーボードの表裏を反転させて、電子部品の実装面側を直接ケース壁面に接触させることで発熱性の電子部品と放熱板となるケース壁面との接触を図る場合には、従来と同様にケースの内側に面して位置することが使用しやすいため好ましい非発熱性の電子部品である拡張スロット等もケース壁面側に面して使用しにくくなってしまうことに鑑み、発熱性の電子部品のみを他の非発熱性の電子部品とは異なる面に配することとし、その発熱性の電子部品をケースの一部を成す放熱板に接触させている。
【００１２】
したがって、本発明では、放熱機構として作用する放熱板の大きさや取付位置等が、マザーボードに実装された他の非発熱性の電子部品によって制約を受けなくなり、放熱板の大きさを最大限に確保することが可能となる。また、上記放熱板は、その放熱面をケースの外側に向けて配設されているため、直接ケース外部に発熱性の電子部品の熱が放熱される。このため、本発明によれば、このような放熱板にて発熱性の電子部品の放熱を行うことで、電子機器における発熱性の電子部品の冷却効率が向上する。また、本発明によれば、ケース内の空気を循環させて熱交換を行うため装置、具体的にはファン装置等が不要となり、部品点数が削減されるとともに、製造コストも低減する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子機器の具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明を適用した電子機器の一例として示すパソコン１の分解斜視図であり、該パソコン１は、マザーボード２と、該マザーボード２や詳しい図示は省略するパソコン１の他の構成部品を収容するケース３とを有してなる。
【００１５】
マザーボード２は、一方主面側には非発熱性の電子部品、例えば各種回路部品や拡張スロット等が実装されるとともに、これらを電気的に接続するための導体パターンが形成されている（図示は省略する。）。また、マザーボード２は、他方主面側には上記の各種電子部品の取付用のピンが一方主面側から挿通され、このピンがハンダ付けにより固着されているとともに、発熱部品であるＣＰＵ４が実装されている（以下、上記一方主面を部品実装面２ａと称し、上記他方主面をハンダ面２ｂと称して説明する。）。
【００１６】
ケース３は、同図に示すように、ロ字状の筒型を呈する周壁３ａと、この周壁３ａの一方側、具体的には本実施形態のパソコン１を載置した際における上方側の開放部位を閉塞する天板３ｂと、周壁３ａの下方側の開放部位を閉塞し、詳細を後述するように放熱機構として作用する放熱板５により構成されている。周壁３ａには、いずれか一の側面に複数のディスクドライブ装置、例えばフロッピー（登録商標）ディスクドライブや、コンパクトディスクドライブ等が取り付けられるドライブ配設部６が設けられている。そして、パソコン１では、これらドライブ配設部６に、それぞれディスクドライブ装置７、本例では３箇所のドライブ配設部６ａ、６ｂ、６ｃに第１乃至第３のディスクドライブ装置７ａ、７ｂ、７ｃが配設されている。天板３ｂは、平板状を呈してなり、周壁３ａの上側の開放部位に、例えばネジ等で取り付けられる。
【００１７】
ケース３の一部を成す放熱板５は、周壁３ａに、例えば上記天板３ｂと同様にネジ等で取り付けられ、ケース３の底板を構成する。放熱板５は、多数条のフィン５ａが立設された放熱面５ｂを有する平板状部材であり、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の良好な金属材料により形成される。放熱板５は、上記フィン５ａにより、その表面積を広くして、外気との接触を大きく確保することができるようになる。そして、放熱板５は、同図に示すように、この放熱面５ｂがケース３の外側に向くように周壁３ａに対して配される。なお、以下の説明において、放熱面５ｂと反対側の面であり、ケース３の内側を向く面を裏面５ｃと称して説明する。
【００１８】
上述したパソコン１では、同図及び図２に示すように、マザーボード２が断熱シート８に取り付けられ、この断熱シート８を介してケース３の底板となる放熱板５の裏面５ｃ上に配される。断熱シート８は、ポリウレタン等からなり、ＣＰＵ４と略同形の孔部８ａが形成されている。そして、マザーボード２は、複数個のスペーサ９を断熱シート８との間に介在させるとともに、ハンダ面２ｂ側に実装されたＣＰＵ４を上記孔部８ａに対応位置させて、スプリング１０に挿通されたビス１１によって取り付けられる。パソコン１では、方形平板状のマザーボード２の四隅、長手方向の側縁の略中央部、及びＣＰＵ４の周囲において、マザーボード２が断熱シート８に対してビス止めされる。
【００１９】
また、パソコン１には、ケース３の底板となる放熱板５の外側、すなわち放熱面５ｂ側に、該放熱板５を覆うようにカバー１２が取り付けられる。カバー１２は、方形平板状部材の相対向する一対の側縁部がＬ字状に折曲されて放熱板５との取付部１２ａとされ、この取付部１２ａが放熱面５ｂに形成されたフィン５ａに沿うようにして放熱板５に対して取り付けられる。カバー１２は、このようにして放熱板５に対して取り付けられることで、放熱面５ｂに形成された多数条のフィン５ａの上方を覆い、且つこれらフィン５ａ間に構成された多数条の溝の両端部を開放するようパソコン１に配される。また、カバー１２には、フィン５ａ上に位置する平板部に、通気口１２ｂが形成されている。そして、パソコン１には、この通気口１２ｂに対応位置して、カバー１２外部から内部に外気を吸い込むファン装置１３が取り付けられている。このファン装置１３は、常時作動しているものではなく、詳しい図示は省略するが、サーモスイッチを備え、該サーモスイッチが、放熱板５が過熱状態となりカバー１２内側の温度が設定値以上の温度に上昇した時にオン状態に切り換えられ、作動する。このように、パソコン１では、ファン装置１３を常時作動させずに放熱板５が過熱状態となった緊急時にのみ作動させるため、従来のように常時作動させている場合に比して騒音が抑えられ、静音化を図ることができる。
【００２０】
上述したように構成されるパソコン１では、マザーボード２が断熱シート８に取り付けられてケース３内に収容、具体的にはケース３の底板を成す放熱板５上に配されるが、図２に示すように、ＣＰＵ４が断熱シート８の孔部８ａから放熱板５に臨み、その端面が放熱板５の裏面５ｃと接触している。そして、パソコン１では、該放熱板５に発熱部品であるＣＰＵ４で生じた熱が伝達される。このとき、パソコン１にあっては、マザーボード２の取付がスプリング１０を挿通したビス１１により行われているため、該スプリング１０の付勢力によりＣＰＵ４と放熱板５との接触が良好に確保されるとともに、外部から放熱板５を介して衝撃が加わった場合でも、スプリング１０の弾性力によりその衝撃が吸収される。特に、パソコン１では、ＣＰＵ４の周囲もビス止めされているため、より良好にＣＰＵ４と放熱板５とを接触させ得るとともに、ＣＰＵ４への衝撃を吸収し得る。そして、このような良好な接触を得ることによって、ＣＰＵ４から放熱板５に効率よく熱を伝達することができるようになり、また、外部衝撃によるＣＰＵ４の故障等を防止することができるようになる。
【００２１】
ＣＰＵ４からの熱が伝達された放熱板５は、放熱機構として作用し、外気に面する放熱面５ｂから伝達された熱が放熱される。なお、この放熱の過程において、放熱板５の温度が伝達してきた熱により上昇するが、放熱板５とマザーボード２との間に断熱シート８が介在していることで、温度が上昇した放熱板５からの輻射熱が遮断されるため、放熱板５からの輻射熱によってマザーボード２上の電子部品が悪影響を受けることを防止することができる。
【００２２】
このように、パソコン１では、従来、部品実装面２ａに他の電子部品とともに実装されていたＣＰＵ４を、ハンダ面２ｂ側に移し、これに放熱機構として作用する放熱板５を接触させるよう構成したことで、放熱板５の大きさや取付位置等が、マザーボード２上に実装された他の電子部品によって制約を受けなくなる。したがって、パソコン１では、放熱板５の大きさを最大限に確保することができ、大面積の放熱板５でＣＰＵ４から伝達してきた熱を放熱し得るため、発熱部品の冷却効率を向上させることができる。このようなパソコン１では、放熱板５の温度は外気の温度プラス１０℃程度に維持され、また、例えばキューブタイプのケースを有するパソコンやタワー型のパソコンに内蔵されたＣＰＵクーラのヒートシンクに比して、約１０倍〜約２５倍の放熱のための面積を確保することが可能となる。
【００２３】
また、パソコン１では、上述したように放熱板５の大きさを最大限確保し得るようにしたことによって、デュアルＣＰＵのパソコンの如き発熱部品を複数有するものであっても一の放熱機構で対応できるようになる。したがって、発熱部品が複数ある場合であっても、それぞれに放熱機構を取り付ける必要が無くなり、部品点数を削減することができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００２４】
さらに、上述した放熱機構として作用する放熱板５が、ケース３の一部を成すよう構成し、且つ放熱板５の放熱面５ｂがケース３外部、すなわち外気に面するよう配したことで、放熱板５から放熱される熱は直接ケース３外部に放熱されることとなる。したがって、従来の如くケース３内に放熱されないため、ケース３内の空気を循環させて熱交換を行うためのファン装置が不要となり、部品点数を削減することができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、パソコン１では、上述したカバー１２を取り付けることによって、フィン５ａ間に構成され且つカバー１２で両端部以外が閉塞された溝部分に煙突効果による気流が発生し、フィン５ａ間の溝部分に空気が流れるようになる。そして、この放熱板５の放熱面５ｂ上を流れる空気によって、放熱板５における放熱を促進させることができ、より冷却効果を向上させることができる。さらに、パソコン１では、放熱板５が過熱状態となりカバー１２内の温度が設定値以上となった場合のみファン装置１３を作動させ、カバー１２内でより強い気流を発生させる。そして、このようにカバー１２内の気流をより強くすることによって、過熱状態となった放熱板５での放熱をより促進させることができる。
【００２６】
このように、パソコン１では、高い冷却効率を得ることができるため、発熱部品であるＣＰＵ４を効率よく冷却することができる。このため、ＣＰＵ４の温度上昇による故障を防止することができる。そして、このようにＣＰＵ４の故障を防止することによって、ＣＰＵ４の持てる性能を最大限に引き出すことも可能となる。
【００２７】
以上、本発明を適用したパソコン１について説明したが、本発明は上述した構成例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明に係る電子機器によれば、発熱性の電子部品と非発熱性の電子部品とをマザーボードの異なる面に配しているため、放熱機構として作用する放熱板の大きさや取付位置等が、マザーボードに実装された他の非発熱性の電子部品によって制約を受けなくなり、放熱板の大きさを最大限に確保することができる。そして、このような放熱板にて発熱性の電子部品の放熱が行われることで、冷却効率を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明では、放熱機構として作用する放熱板が、ケースの一部を成すよう構成され、且つ放熱板の放熱面が外気に面するよう配されているため、放熱板から放熱される熱が直接ケース外部に放熱される。したがって、本発明では、ケース内の空気を循環させて熱交換を行うためのファン装置等が不要となり、部品点数を削減することができるとともに、製造コストも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したパソコンの下側から見た分解斜視図である。
【図２】マザーボード、断熱シート及び放熱板の接続状態を説明するための縦断面図である。
【図３】従来のパソコンの分解斜視図である。
【符号の説明】
１パソコン，２マザーボード，２ａ部品実装面，２ｂハンダ面，３ケース，３ａ周壁，３ｂ天板，４ＣＰＵ，５放熱板，５ａフィン，５ｂ放熱面，６ドライブ配設部，７ディスクドライブ装置，８断熱シート，８ａ孔部，９スペーサ，１０スプリング，１１ビス，１２カバー，１３ファン装置

Claims

非発熱性の電子部品が一方主面側に実装され、且つ発熱性の電子部品が他方主面側に実装されたマザーボードと、
上記マザーボードが収容されるケースと、
上記ケースの一部を成し、該ケースの外側に放熱面を向けて配される放熱板とを備えてなり、
上記マザーボードは、上記他方主面を上記放熱板に対向させるとともに、該放熱板の上記放熱面の裏面に上記発熱性の電子部品を接触させて配されることを特徴とする電子機器。
上記発熱性の電子部品と上記放熱板との接触部位を除く上記マザーボードと上記放熱板との間に断熱性のシート部材を介在させることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
上記マザーボードは、弾性部材に支持され、且つ該弾性部材で上記放熱板側に付勢されていることを特徴とする請求項１又は請求項２いずれか記載の電子機器。
上記マザーボードは、上記発熱性の電子部品の周囲において、さらに上記弾性部材に支持され、且つ該弾性部材で上記放熱板側に付勢されていることを特徴とする請求項３記載の電子機器。
上記ケースには、上記放熱板の放熱面側に、該放熱板との間で所定の空間を構成するカバーが取り付けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項記載の電子機器。
上記カバーには通気口が形成されるとともに、
上記通気口に対応位置して取り付けられるファン装置をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の電子機器。