JP2005079324A - 冷却装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱部材が発熱する熱を十分に廃熱することが可能な冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 発熱部材２は熱伝導部材１１を介してヒートパイプ４と熱的に接続され、ヒートパイプ４に接続されるヒートシンク３はフィン３ａを具備する。フィン３ａの上部に搭載される第１の冷却ファン５を駆動することで、第１の冷却ファン５の上部側の空気をヒートシンク３へ流入させる。ヒートシンク３の側面を一端に収容する通気ダクト６の他端に第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８を設ける。第１の冷却ファン５の羽根車の回転数を検出し、所定の回転数を下回った場合、第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８の回転数を所定の回転数へと変更させることで、第１の冷却ファン５によるヒートシンク３の冷却効果が低下した場合、第２及び第３の冷却ファンによってヒートシンク３の冷却効果を高める。
【選択図】 図４

Description

本発明は、発熱部材を冷却する冷却装置及びこの冷却装置を内蔵する電子機器に関する。

従来、発熱部材から発熱される熱を放熱するために、該発熱部材から発熱された熱をヒートシンクへ熱伝導させ、このヒートシンクに空気等の冷媒を強制的に送り込むためのファンを有する冷却装置があった（特許文献１参照。）。
特開２００２−３６８４６８号公報（第８頁、段落［００４６］、第８図）

しかしながら、特許文献１に開示される発明は、ヒートシンクと該ヒートシンクと離れた位置にある冷却ファンとをダクトを介して接続することで、該冷却ファンを利用してヒートシンクから放熱された熱を、電子機器内にほとんど拡散することなく直接、外部へ廃熱される構成を容易に実現することができるが、該ヒートシンクと該冷却ファンとが離れているために、ヒートシンクから放熱される熱を十分に効率良く廃熱することができなかった。さらに、該冷却ファンが故障した場合、ヒートシンクから放熱される熱を十分に廃熱することができない、つまり、該ヒートシンクと熱的に接続される発熱部材が発熱する熱を十分に廃熱することができない、という問題点も有していた。

そこで、本発明は、発熱部材が発熱する熱を十分に廃熱することが可能な冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明では、発熱部材を冷却する冷却装置であって、発熱部材に熱的に接続されるヒートパイプと、ヒートパイプに熱的に接続されるヒートシンクと、一端がヒートシンクと対向するダクトと、ヒートシンクに装着されるとともに、ヒートシンクを介してダクト内へ空気を送り込む第１のファンと、ダクトの他端に位置するとともに、ダクト内より空気を排出する第２のファンと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、発熱部材が発熱する熱を十分に廃熱することが可能である。

以下本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明にかかわる冷却装置を示す斜視図である。

冷却装置１は、発熱部材２及びその他発熱体を冷却する装置である。発熱部材２は、ＣＰＵ等の半導体やトランジスタ等の電子部品といった、発熱体である。この発熱部材２は、熱伝導性に優れた熱伝導部材（図示せず。）を介して、金属性のヒートパイプ４と熱的に接続されている。ヒートパイプ４は、空気等の冷媒と熱を交換するヒートシンク３に接続されている。このヒートシンク３は、空気等の冷媒と効率良く熱を交換するために、放熱面積を広げる役割りを有するフィン３ａを具備する。ヒートシンク３の具備するフィン３ａの上部に、第１の冷却ファン５を搭載する。この第１の冷却ファン５が具備する羽根車（図示せず。）を回転させることで、第１の冷却ファン５の上部側（上部とはｙ軸進行方向側）に滞在する空気をヒートシンク３へ流入させる。

ヒートシンク３の側面のなかでヒートパイプ４と接続されていない側面（一端）に、通気ダクト６の端部６ａが対向するように接続される。通気ダクト６の第１の端部６ａは、ヒートシンク３の側面が収容可能な収容部として形成される。さらに通気ダクト６の第２の端部６ｂは、冷却ファンが収容可能な収容部として形成される。通気ダクト６の第２の端部６ｂに、第２の冷却ファン７と第３の冷却ファン８とが収容される。第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８の夫々が具備する羽根車（図示せず。）を回転させることで、通気ダクト６内の空気を第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８を通じて、通気ダクト６の外へ排気させる。

通気ダクト６の第１の側面６ｃ及び該側面６ｃと対向して設けられる通気ダクト６の第２の側面６ｄ（図示せず）の夫々に、第１の通気穴９及び第２の通気穴１０（図示せず）が形成される。第１の通気穴９及び第２の通気穴１０は、通気ダクト６外の空気を通気ダクト６内に流入させるために形成される。

図２は、本発明にかかわる冷却装置及び発熱体をｙ軸進行方向側から見た図である。

第１の冷却ファン５が具備する羽根車５ａの回転軸は、ｙ軸方向にそって設けられる。羽根車５ａを回転させることで、第１の冷却ファン５の上部側に滞在する空気が第１の冷却ファン５内に流入される。第１の冷却ファン５内に流入された空気は、第１の冷却ファン５の下部に配置されるヒートシンク３へと送られ、ヒートシンク３の具備するフィン３ａ等から放熱される熱を冷却する。

第２の冷却ファン７が具備する羽根車７ａ及び第３の冷却ファン８が具備する羽根車８ａの回転軸は、ｘ軸方向にそって設けられる。羽根車７ａ及び羽根車８ａを回転させることで、ヒートシンク３から熱を受け取ることで暖められた空気を、通気ダクト６の内部へと導き、さらに、通気ダクト６の第２の端部６ｂに形成される冷却ファンが収容可能な収容部を通じて、通気ダクト６の外部へ排出される。

また、例えば、本冷却装置１に直接、とりつけられていない発熱体１５によって暖められた発熱体１５周辺の空気を、第２の冷却ファン７が具備する羽根車７ａ及び第３の冷却ファン８が具備する羽根車８ａを回転させることで、第１の通気穴９及び第２の通気穴１０を通じて通気ダクト６の内部へ流入させ、さらに、通気ダクト６の端部６ｂに形成される冷却ファンが収容可能な収容部を通じて、通気ダクト６の外部へ排気される。この内容は、後述をもって、詳細に説明する。

図３は、本発明にかかわる冷却装置をｚ軸進行方向に見た図である。

ＣＰＵ等の半導体やトランジスタ等の電子部品といった発熱体である発熱部材２は、熱伝導性に優れた熱伝導部材１１を介して、金属製のヒートパイプ４と熱的に接続されている。熱伝導部材１１は、例えば弾力性を有する電熱パッドや粘着性を有するグリースといった部材である。ヒートパイプ４は、金属製のパイプ内に水、フロン等の流体が封入されている。ヒートパイプ４は、空気等の冷媒と熱を交換するヒートシンク３に、熱的に接続される。ヒートパイプ４はフィン３ａを貫通するように設けられている。ヒートパイプ４のフィン３ａを貫通する部分４ａを介して、ヒートパイプ４が有する熱は、ヒートシンク３へと伝えられる。ヒートシンク３の具備するフィン３ａの上部に、第１の冷却ファン５を搭載する。第１の冷却ファン５が具備する羽根車５ａを回転させ、第１の冷却ファン５の上部側に滞在する空気を第１の冷却ファン５内に流入させることで、フィン３ａに空気を送りこむ。

図４は、冷却装置を内臓する筐体をｘ−ｙ平面で切断した断面図である。

本発明に係る冷却装置１を筐体１３に内蔵させる。冷却装置１によって冷却される発熱部材２が実装される基板１２は、筐体１３と固定されるように設けられる。さらに、筐体１３に形成される第３の通気穴１４である排出口は、通気ダクト６の第２の端部６ｂに形成された冷却ファン収容部の排出口と対向するように設けられる。

図１乃至図３を用いて説明したとおり、第１の冷却ファン５を駆動することで、第１の冷却ファン５の上部側に滞在する空気が第１の冷却ファン５内に流入され、さらに、第２の端部６ｂに形成される冷却ファン収容部に設けられている第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８を駆動させることで、ヒートシンク３から熱を受け取ることで暖められた空気を、通気ダクト６の内部のｘ軸進行方向へと導き、第３の冷却ファン８及び第２の冷却ファン７を通じて、筐体３の外部へと排出する。

上述した冷却構造をとることで、第１の冷却ファン５が、発熱部材２が発熱した熱を受け取ったヒートシンク３を集中的に冷却し、さらに、第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８を駆動することで、ヒートシンク３の熱を受け取った空気をヒートシンク３周辺から移動させることで、ヒートシンク３の放熱性能を向上させ、発熱部材２の動作の安定性及び動作寿命の延長を確保することが可能となる。

また、ヒートシンク３の熱を受け取った空気を、筐体１３内部に排出するのでは無く、通気ダクト６を通じて筐体１３の外部へ排出することで、筐体１３内部の空気の温度上昇を防ぐことが可能となり、筐体１３内部の発熱する部材及び装置の動作の安定性及び動作寿命の延長を確保することが可能となる。

さらに、図２を用いて説明したとおり、発熱体１５によって暖められた発熱体１５周辺の空気をはじめとする筐体１３内に滞留する空気を、第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８を駆動させることで、第１の通気穴９及び第２の通気穴１０を通じて通気ダクト６の内部へ流入させ、該暖められた空気を通気ダクト６の内部のｘ軸進行方向へと導き、第３の冷却ファン８及び第２の冷却ファン７とを通じて、筐体３の外部へと排出する。

第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８を駆動し、ヒートシンク３から熱を受け取ることで暖められた空気を、筐体３の外部へと排出させるのみならず、本発明に係る冷却装置１の一つの構成である通気ダクト６の面に通気穴９，１０を形成することで、発熱体１５周辺の空気を、通気ダクト６の面に形成される通気穴９，１０を通じて通気ダクト６の内部へ流入させ、筐体１３の外部へ排出することで、筐体１３内部の空気の温度上昇を防ぐことが可能となり、筐体１３内部の発熱する部材及び装置の動作の安定性及び動作寿命の延長を確保することが可能となる。

図５は、本発明にかかわる冷却装置が有する冷却ファンの制御手順を示すフローチャートである。以下に、第１の冷却ファン５、第２の冷却ファン７及び第３の冷却ファン８の制御手順を説明する。

第１の冷却ファン５が具備する羽根車５ａの回転数は、本冷却装置１を制御するシステムによって制御されている。該システムは、羽根車５ａの回転数を検出する（ステップ Ｓ１）。羽根車５ａの回転数が所定の回転数よりも下回った場合（ステップ Ｓ２ ｙｅｓ）、該システムは、第２の冷却ファン７が具備する羽根車７ａ及び第３の冷却ファン８が具備する羽根車８ａの回転数を夫々、所定の回転数へ変更する（ステップ Ｓ３）。

ステップＳ２で説明した羽根車５ａの所定の回転数とは、ヒートシンク３を冷却する第１の冷却ファン５の冷却能力を判断する基準値である。つまり、羽根車５ａの回転数が所定の回転数よりも上回っている場合、第１の冷却ファン５はヒートシンク３を冷却するのに十分な空気を流入させている、と判断される。一方、羽根車５ａの回転数が所定の回転数を下回っている場合、第１の冷却ファン５はヒートシンク３を冷却するのに十分な空気を流入させていない、と判断される。

そこで、第２の冷却ファン７が具備する羽根車７ａ及び第３の冷却ファン８が具備する羽根車８ａの回転数を夫々、所定の回転数へ変更することで、第３の通気穴１４から排気される通気ダクト６内部の空気量を増加させる、つまり、ヒートシンク３からの放熱によって暖められる空気を、羽根車７ａ及び羽根車８ａの回転数が変更される前と比較して、より多く第３の通気穴１４から排気させることで、ヒートシンク３を十分に冷却させる。

ヒートシンク３を直接、冷却させる第１の冷却ファン５が具備する羽根車５ａの回転数を検出し、羽根車５ａの回転数が所定の回転数を下回った場合、第２の冷却ファン７の羽根車７ａ及び第３の羽根車８ａの回転数を夫々、所定の回転数へ変更させ、ヒートシンク３からの放熱によって暖められる空気を、より多く第３の通気穴１４から排気させることで、ヒートシンク３が十分に冷却された状態を維持する。従って、発熱部材２の動作の安定性及び動作寿命の延長を確保することが可能となる。特に、発熱部材２が、システムの制御に大きな影響を及ぼすＣＰＵ等といった部材である場合、上述で説明した本発明に係る冷却装置１の構成によって、システムの制御に大きな影響を及ぼすＣＰＵ等といった部材の動作の安定性及び動作寿命の延長を確保することが可能となり、ひいては、システムのダウンといった致命的な状態を回避することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明にかかわる冷却装置を示す斜視図。 本発明にかかわる冷却装置及び発熱体をｙ軸進行方向側から見た図。 本発明にかかわる冷却装置をｚ軸進行方向に見た図。 冷却装置を内臓する筐体をｘ−ｙ平面で切断した断面図。 本発明にかかわる冷却装置が有するファンの制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…冷却装置、２…発熱部材、３…ヒートシンク、３ａ…フィン、
４…ヒートパイプ、５…第１の冷却ファン、６…通気ダクト、
７…第２の冷却ファン、８…第３の冷却ファン、９…第１の通気穴、
１０…第２の通気穴、１１…熱伝導部材、１２…基板、１３…筐体、
１４…第３の通気穴、１５…発熱体、

Claims (5)

1. 発熱部材を冷却する冷却装置であって、
   前記発熱部材に熱的に接続されるヒートパイプと、
   前記ヒートパイプに熱的に接続されるヒートシンクと、
   一端が前記ヒートシンクと対向するダクトと、
   前記ヒートシンクに装着されるとともに、前記ヒートシンクを介して前記ダクト内へ空気を送り込む第１のファンと、
   前記ダクトの他端に位置するとともに、前記ダクト内より空気を排出する第２のファンと、
   を具備することを特徴とする冷却装置。
2. 発熱部材を冷却する冷却装置であって、
   前記発熱部材に熱的に接続されるヒートパイプと、
   前記ヒートパイプに熱的に接続されるヒートシンクと、
   一端が前記ヒートシンクと対向するダクトと、
   前記ヒートシンクに装着されるとともに、前記ヒートシンクを介して前記ダクト内へ空気を送り込む第１のファンと、
   前記ダクトの他端に位置するとともに、前記ダクト内より空気を排出する第２のファンと、
   前記第１のファンが具備する羽根車の回転数を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出される回転数が所定の回転数を下回っているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段によって前記検出される回転数が前記所定の回転数を下回っていると判断される場合、前記第２のファンが具備する羽根車の回転数を所定の回転数へ変更する変更手段と、
   を具備することを特徴とする冷却装置。
3. 発熱部材を冷却する冷却装置を内蔵する筐体を具備する電子機器において、
   前記冷却装置は、
   前記発熱部材に熱的に接続されるヒートパイプと、
   前記ヒートパイプに熱的に接続されるヒートシンクと、
   一端が前記ヒートシンクと対向するダクトと、
   前記ヒートシンクに装着されるとともに、前記ヒートシンクを介して前記ダクト内へ空気を送り込む第１のファンと、
   前記ダクトの他端に位置するとともに、前記ダクト内より空気を排出する第２のファンとを具備し、
   前記筐体に設けられ、前記ダクトの他端が保持されるとともに、前記ダクト内の空気が排出される排出口と、
   を具備することを特徴とする電子機器。
4. 発熱部材を冷却する冷却装置を内蔵する筐体を具備する電子機器において、
   前記冷却装置は、
   前記発熱部材に熱的に接続されるヒートパイプと、
   前記ヒートパイプに熱的に接続されるヒートシンクと、
   一端が前記ヒートシンクと対向するダクトと、
   前記ヒートシンクに装着されるとともに、前記ヒートシンクを介して前記ダクト内へ空気を送り込む第１のファンと、
   前記ダクトの他端に位置するとともに、前記ダクト内より空気を排出する第２のファンと、
   前記第１のファンが具備する羽根車の回転数を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出される回転数が所定の回転数を下回っているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段によって前記検出される回転数が前記所定の回転数を下回っていると判断される場合、前記第２のファンが具備する羽根車の回転数を所定の回転数へ変更する変更手段とを具備し、
   前記筐体に設けられ、前記ダクトの他端が保持されるとともに、前記ダクト内の空気が排出される排出口と、
   を具備することを特徴とする電子機器。
5. 前記筐体の内部に設けられる発熱体と、
   前記第２の冷却ファンを駆動させることで、前記発熱体によって暖められる空気を、前記ダクトの内部へ流入させるために、前記ダクトが有する面に形成される第２の通気穴と、
   を具備することを特徴とする請求項３又は４記載の電子機器。
   

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