JP2005294765A - 電子機器の放熱構造及び放熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部に露出する領域の温度の上昇を抑えつつ、自然対流による放熱効果を利用して効率的な放熱効果を得ることができる電子機器の放熱構造の提供。
【解決手段】 放熱部材３は内壁１０と外壁１１と複数の隔壁１２とを有し、内壁１０は発熱体２から直接又は間接的に熱伝達を受ける。外壁１１は内壁１０から離間して対向する。隔壁１２は、内壁１０と外壁１１とを連結し、内壁１０及び外壁１１に沿って配置された複数の貫通孔１３を内壁１０及び外壁１１と共に区画形成する。貫通孔１３は、重力の影響を利用可能な傾きの範囲内で上下方向に延びると共にその上下端で外部へ開口し、発熱体２からの発熱は、内壁１０及び隔壁１２を介して外壁１１へ伝達される。発熱体２が所定の熱量を発生するときの発熱体２から外壁１１の外面１１ｂへの通過熱量は、環境温度に対する外面１１ｂの温度上昇が所定温度以下に抑えられるように設定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は電子機器の放熱構造及び放熱器に関する。

従来の電子機器の放熱構造として、いわゆる煙突効果による自然対流を利用したものがある（例えば、特許文献１参照）。この構造では、煙突通路の上下端をそれぞれ外部に開放させて、下方から上方へ煙突通路を自然に流れる空気を利用して放熱を行う。

特開平９−２１２２５８号公報

しかしながら、従来の構造では、外部に露出する領域における温度上昇を特に考慮するものではなく、実用に際して不都合を生じる可能性があった。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、外部に露出する領域の温度の上昇を抑えつつ、自然対流による放熱効果を利用して効率的な放熱効果を得ることができる電子機器の放熱構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る電子機器の放熱構造は、発熱体と放熱部材とを備える。放熱部材は、内壁と外壁と複数の隔壁とを有する。内壁は、発熱体から直接又は間接的に熱伝達を受ける。外壁は、内壁から離間して対向する。隔壁は、内壁と外壁とを連結し、内壁又は外壁に沿って配置された複数の貫通孔を内壁及び外壁と共に区画形成する。貫通孔は、重力の影響を利用可能な傾きの範囲内で上下方向に延びると共にその上下端で外部へ開口し、発熱体からの発熱は、内壁及び隔壁を介して外壁へ伝達される。発熱体が所定の熱量を発生するときの発熱体から外壁の外面への通過熱量は、環境温度に対する外面の温度上昇が所定温度以下に抑えられるように設定されている。なお、貫通孔とは、その断面形状にかかわらず、その両端で圧力差が生じたときにその内部を空気が流通可能である空間を意味する。

鉛直方向に対する貫通孔の傾きは、６０°以内が好ましく、３０°以内がより好ましい。

貫通孔は、略直線状に並んでいても良く、円形状に並んでいても良い。

上記構成では、発熱体からの発熱は、直接又は間接的に放熱部材の内壁へ伝わり、複数の隔壁を介して、放熱部材の外壁へ伝わり、内壁と隔壁と外壁とに区画された貫通孔内の空気が暖められる。貫通孔は、重力の影響を利用可能な傾きの範囲内で上下方向に延びると共にその上下端で外部へ開口している。このため、貫通孔内の空気の温度が上昇すると、下方から上方への自然対流が発生し、いわゆる煙突効果による放熱が行われる。従って、外壁の外面からの熱伝達に加えて煙突効果による放熱が行われるため、効率的な放熱が可能となる。

また、発熱体が所定の熱量を発生するときの発熱体から外壁の外面への通過熱量は、環境温度に対する外壁の外面の温度上昇が所定温度以下に抑えられるように設定されているので、外部に露出する領域（外面）の温度の上昇を、的確に抑えることができる。

さらに、放熱部材は、複数の隔壁によって連結された内壁と外壁とを有するため、機械的な強度が高く、強度メンバとして機能させることができる。

内壁のうち少なくとも発熱体から直接又は間接的に熱伝達を受ける領域を熱伝導率の高い材質で形成し、外壁のうち少なくとも外面側を熱伝導率の低い材質で形成してもよい。内壁のうち少なくとも発熱体から直接又は間接的に熱伝達を受ける領域の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ〜４００Ｗ／ｍ・Ｋがさらに好ましい。外壁のうち少なくとも外面側の熱伝導率は、０．２〜５．０Ｗ／ｍ・Ｋが好ましい。例えば、内壁のうち少なくとも発熱体から直接又は間接的に熱伝達を受ける領域を、熱伝導率の高い金属製とし、外壁のうち少なくとも外部へ露出する領域を熱伝導率の低い樹脂製としてもよい。

上記構成では、内壁のうち発熱体から直接又は間接的に熱伝達を受ける領域が熱伝導率の高い材質で形成されているため、発熱体から貫通孔内への熱の移動が効率良く行われる。一方、外壁の外面側が熱伝導率の低い材質で形成されているため、外部に露出する外面の温度上昇を、的確に抑えることができる。

内壁と隔壁と外壁の少なくとも内面を含む部分とを、同じ材質で形成し、隔壁を内壁から外壁へ向かって先細りする形状としてもよい。

上記構成では、隔壁を先細りする形状とし、隔壁と外壁との接触面積を小さく抑えているので、内壁と隔壁と外壁の少なくとも内面を含む部分とを熱伝導率の高い材質によって一体的に形成した場合であっても、隔壁から外壁への熱伝達が制限される。このため、外部に露出する外面の温度上昇を、的確に抑えることができる。また、内壁と隔壁と外壁の少なくとも内面を含む部分とを一体的に形成することができ、且つ隔壁の内壁側を強度上充分な厚さに設定することができるので、強度メンバとして機能を損なうこともない。

貫通孔の上下方向と直交する断面を略四角形状としてもよく、貫通孔の内壁又は外壁に沿った幅方向の大きさと、内壁と外壁との間隙と、隔壁の厚さとを、貫通孔による煙突効果及び外壁からの熱伝達が効率良く行われるように、隔壁の熱伝導率に応じて設定してもよい。

上記構成では、貫通孔による煙突効果及び外壁からの熱伝達（放熱）が効率良く行われるように、貫通孔の寸法形状及び隔壁の厚さを隔壁の熱伝導率に応じて設定しているので、一段と効率的な放熱を行うことができる。

複数の貫通孔は、略同形状を有しても良く、また、内壁又は外壁に沿って略等間隔に並んでも良い。

上記構成では、隔壁は、内壁又は外壁に沿って等間隔に複数並んでいるため、内壁又は外壁に沿った方向において、内壁から外壁への熱伝達が同等に行われ、その結果、内壁、隔壁、及び外壁間の温度差を極力小さく抑えることができる。すなわち、煙突通路として機能する貫通孔の周囲温度の温度差（温度勾配）の発生を極力抑えることができるので、貫通孔内での空気の流れの円滑化が図られ、良好な煙突効果が得られる。また、各貫通孔は略同形状であるため、各貫通孔において、同等の煙突効果が得られる。従って、自然対流による放熱効果をさらに効率的に得ることができる。

上下方向と直交する貫通孔の断面形状は、上下方向の任意位置において略同一であっても良い。

上記構成では、下方から上方への空気の流れがより円滑に行われるため、自然対流による放熱効果が向上する。

発熱体と放熱部材の内壁との間に、発熱体及び内壁の外面と接する熱拡散部材を設けても良い。また、放熱部材の内壁を、熱拡散機能を有するように構成し、発熱体に接するように配置しても良い。

上記構成では、熱拡散部材又は内壁の熱拡散機能により、内壁のうち発熱体に近接する部分と遠く離れた部分との間の温度差がより低減されるので、複数の貫通孔を均等に機能させることができ、放熱効果がより向上する。

貫通孔の上下方向と直交する断面形状は、略正方形が好ましい。

上記構成では、貫通孔の上下方向と直交する断面形状が略正方形であり、下方から上方への空気の流れがより円滑に行われるため、自然対流による放熱効果がより向上する。

発熱体と放熱部材とをケースに収容し、放熱部材の外壁の外面をケースの内面に面接触させても良く、また、放熱部材の内壁によって閉空間を区画し、発熱体をその閉空間内に収容しても良い。

上記構成では、放熱部材の外壁からケースを介して又は直接に放熱が行われるため、全体としての放熱効果が向上する。

放熱部材の外壁の外面は、冷却フィンを有しても良い。

上記構成では、放熱部材の外壁からの放熱量が増大し、全体としての放熱効果が一段と向上する。

本発明によれば、外壁の外面からの熱伝達に加えて煙突効果による放熱が行われるため、効率的な放熱が可能となる。また、外部に露出する領域の温度の上昇を、的確に抑えることができる。

本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態に係る電子機器の放熱構造の要部斜視図、図２は図１の放熱構造の全体断面図である。図３は図１の放熱構造の要部断面図、図４は図１の放熱構造の要部斜視図、図５は図１の放熱構造をモデル化した模式図である。
（放熱構造及びこれを有する電子機器の構成の概要）
図２に示すように、本実施形態に係る電子機器の放熱構造は、ケース１と発熱体２と放熱器としての放熱部材３とスプレッタ４とを備える。

ケース１は、矩形筒状の周壁５と、周壁５の上下に固定されるカバー６とを備え、電子機器は、周壁５が略鉛直方向に沿うように設置された状態で使用される。周壁５及びカバー６は、共に熱伝導率の低い合成樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）により形成されている。ケース１内には、発熱体２や放熱部材３やスプレッタ４に加えて、種々の電子部品７，８，９が収容され固定されている。例えば、電子機器がパーソナルコンピュータの場合、ＣＰＵやハードディスクドライブやメインメモリやＡＣ電源アダプタ等が発熱体２に該当する。

放熱部材３は、内壁１０と複数の隔壁１２とを有する熱伝導率の高い放熱基材１５と、周壁５の一側壁である外壁１１とから構成されている。放熱基材１５は、ビス止めや溶着等により、周壁５側に固定され、放熱部材３は、全体としてケース１の側壁部分を構成している。内壁１０と外壁１１とは、共に略平板形状を有し、相互に離間して略平行に相対向する。隔壁１２は、略鉛直方向に延び、内壁１０及び外壁１１に沿って等間隔に略平行に複数配置され、内壁１０と外壁１１の内面１１ａとを連結する。これにより、内壁１０、外壁１１及び隔壁１２は、鉛直方向と略直交する方向に沿って略等間隔に略直線状に並ぶ略同形状の複数の貫通孔１３を区画形成する。なお、外壁１１の外面１１ｂ上に、上下方向にそって延びる複数の冷却フィン１６（図３に二点鎖線で示す）を設けてもよい。

貫通孔１３は、電子機器の使用時において、重力の影響を利用可能な傾きの範囲内で上下方向に略直線状に延びるように設定されている。具体的には、鉛直方向に対する貫通孔１３の傾きは、６０°以内が好ましく、３０°以内がより好ましい。本実施形態では、最も好ましい略鉛直方向（重力加速度ｇと略平行な方向）に設定されている。カバー６は、ケース１の周壁５の上端及び下端に囲まれる領域のうち貫通孔１３を除く部分を塞ぎ、貫通孔１３の上下端は、ケース１の外へ開口する。

スプレッタ４は、熱拡散部材として機能し、発熱体２と放熱部材３の内壁１０との間に配置されている。スプレッタ４の表裏面は、それぞれ発熱体２と内壁１０の外面のほぼ全域とに接しており、内壁１０は、発熱体２からスプレッタ４を介して間接的に熱伝達を受ける。スプレッタ４は、熱伝導率の高い金属（例えば、マグネシウム、アルミニウム、銅、銀、金など）により形成され、発熱体２から接触によって受けた熱を内壁１０へ拡散して伝達する。熱拡散部材として、薄型の二層熱輸送機構（Vapor ChamberやClosed loop Heat Pipeなど）を内蔵するスプレッタを設けることもできる。また、熱拡散部材を別途設けず、内壁１０を熱伝導率の高い金属で形成することにより、内壁１０に熱拡散機能を持たせることもでき、この場合、放熱部材は発熱体に接するように配置される。

（外壁と貫通孔との関係）
外部に露出する外壁１１の外面１１ｂが、使用者からの接触を受ける可能性がある場合、外面１１ｂの温度を、所定の許容最高温度以下に抑える必要がある。一方、外壁１１の外面１１ｂの温度が高いほど、外壁１１からの放熱性能は高くなり、鉛直平面の自然対流放射の場合、環境温度との温度差の１．２５乗に比例することが知られている（但し、周囲への輻射（放射）放熱を除く）。従って、外面１１ｂからの放熱効果を最大限に発揮させるためには、外面１１ｂの温度を、許容最高温度以下で且つ許容最高温度に近い温度に制御することが好ましい。

一方で、発熱体２を有する電子機器内部の稼働時の温度は、上記許容最高温度より高くなるのが一般的であるため、放熱が必要とされる。本実施形態では、上記複数の貫通孔１３によって内部の熱を放熱しつつ、外面１１ｂからの自然対流放射熱の最大化を図っている。すなわち、上記放熱部材３は、複数の貫通孔１３による煙突効果（以下に述べる）と、外壁１１の外面１１ｂを許容最高温度以下に抑えつつ外面１１ｂの放熱最大化を両立させる構造を有している。

（煙突効果に適する構成）
２つの並行する無限遠の平面が外気と温度差を持つとき、平面間の空気は平面からの熱伝達により暖められて浮力を生じ、重力に対して下方開口から上方開口へ向けて移動を始める。この移動（流れ）による放熱効果を煙突効果という。この流れが十分定常状態となったとき、平面間の間隔、鉛直方向の長さ、及び外気との温度差によって放熱効果が決定される。他の条件を一定とするとき、平面間の間隔が極めて小さい（狭い）場合には、両方の平面からの熱伝達が互いに干渉して一体となった熱伝達の形態が形成され（完全発達限界と呼ばれる）、その際の放熱性能は平面間の間隔の４乗に比例する。間隔を拡げていくと、平面相互の干渉が希薄化されて独立した状態となる（独立熱伝達限界と呼ばれる）。その際の放熱性能は、平面間の間隔に比例し、鉛直方向の長さの３／４乗に比例する。そこで、無限遠ではなく有限幅の貫通孔（鉛直方向と直交する断面形状が四角形状である）について考察すると、相対向する２つの面の間隔のうち小さい方が熱伝達の限界を決定し支配することが容易に想定され、放熱量は断面積によって決まる。従って、２つの面の間隔が同一である場合、すなわち正方形断面のときが最も効率よく放熱されることが判る。さらに、本実施形態のように、放熱部材３が全体としてケース１の側壁部分を構成している場合のように、貫通孔１３を一定幅に設定する必要がある場合には、側壁部分の全体の厚さから決まる面間隔（内壁１０と外壁１１の対向面間の間隔）を基準とし、所定の厚みに設定された隔壁１２によって区画される正方形断面の貫通孔１３を、ケース１の側壁部分に隙間無く設けることにより、放熱効果の最大化を図ることができる。なお、本発明では、各隔壁１２は温度勾配を持つため、性能評価の際には、隔壁１２のうち貫通孔１３に面する領域の平均温度を隔壁１２の温度として使用している。

（貫通孔の形状）
内壁１０の温度上昇が外気（環境温度）に対して５℃〜３０℃の範囲において、煙突効果による放熱を効果的に行う貫通孔１３の断面形状は、正方形ないしは長方形の場合にはその各辺が６ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であり、円形状ないしは楕円形状の場合にはその直径（長径又は短径）が６ｍｍ〜２０ｍｍの範囲である。例えば、温度差が１５℃のときは、１辺の長さが１１ｍｍの正方形状が最適となり、これに近い形状ほど好ましい。また、上下方向（鉛直方向）と直交する貫通孔１３の断面形状は、上下方向（鉛直方向）の任意位置において略同一に設定することが好ましい。

（内壁の材質）
内壁１０は、全体に均一な温度となることが理想的であり、発熱体（熱源）２からの熱を壁一面に拡げることが放熱性能を向上させる上で重要となる。従って、本実施形態の内壁１０は、熱伝導率の高い材料で構成され、内壁１０の熱伝導率は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ〜４００Ｗ／ｍ・Ｋがさらに好ましい。具体的には、銅やアルミニウムなどの金属、カーボングラファイトなどの合成材料、或いは平面内に熱輸送機構を組み込んだ平面型ヒートパイプやペーパーチャンバなどが好ましい。

（外壁の外面への熱伝導）
内壁１０から外壁１１の外面１１ｂへの熱伝導は、隔壁１２及び外壁１１の通過熱量によって決まる。また、隔壁１２及び外壁１１の通過熱量は、隔壁１２や外壁１１の材質や形状に依存する。従って、発熱体２が所定の熱量を発生したとき（内壁１０の温度が環境温度に対して所定温度上昇したとき）に、環境温度に対する外壁１１の外面１１ｂの温度上昇が所定温度以下となるように、隔壁１２や外壁１１の材質や形状が設定されている。また、本実施形態では、隔壁１２は、熱伝導率の高い内壁１０と一体的に形成されているため、隔壁１２の厚さを所定の厚さに形成することによって、その通過熱量を制御（抑制）している。また、外壁１１は、熱伝導率の低い合成樹脂によって形成されており、材質上の理由から通過熱量が制御（抑制）される。外壁１１の熱伝導率は、０．２〜５．０Ｗ／ｍ・Ｋが好ましい。なお、外壁１１についても、その厚さによって外面１１ｂの温度を制御することができることは勿論である。

（内部空気流及び外部空気流）
図４に示すように、内壁１０が加熱されて熱の移動が開始すると、貫通孔１３内には内部空気の流れが生じ、外壁１１の外面１１ｂ上には外部空気の流れが生じる。内部空気の流れは上記煙突効果による放熱に寄与し、外部空気の流れは外壁１１の外面１１ｂからの放熱に寄与する。

（理論式に基づく放熱効果）
図５は、図１の放熱構造をモデル化した模式図であり、便宜上図１と対応する構成については同一の符号を付している。貫通孔１３を図５のようにモデル化した場合、貫通孔１３から煙突効果によって放熱される熱量Ｑ_ｃｈの理論式は、次式（１）で表される。

上式（１）において、Ψ_ｃｈは貫通孔１３の熱抵抗、Ｔ_ｃｈは貫通孔１３内の温度、Ｔ_ａは環境温度である。また、Ｎは貫通孔１３の数であり、次式（２）で表される。

上式（２）において、ｗは隣接する２つの隔壁１２の内面間の距離（隔壁１２の間隔）、
ｔは隔壁１２の厚さ、Ｗａは放熱部材３全体の幅である。また、貫通孔１３の熱抵抗Ψ_ｃｈは、次式（３）のように近似される。

上式（３）において、ｋ_ｆ は空気の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ｎｕはヌセルト数（無次元化した熱伝達率）、ｄは内壁１０と外壁１１の対向内面間の距離（貫通孔１３の幅）、Ｌは貫通孔１３の上下方向の長さである。また、ｚは次式（４）で表される。

次に、煙突効果による放熱性能の向上について説明する。

図６は、隔壁１２の間隔ｗと貫通孔１３の幅ｄと性能向上係数との関係を示す図である。この性能向上係数とは、上記モデルに外壁１１の外面１１ｂからの熱伝達を組み合わせた場合（貫通孔１３による煙突効果を有する場合）の放熱量Ａと、外壁１１からの熱伝達のみの場合（貫通孔１３を有さない場合）の放熱量Ｂとを理論的に求め、放熱量Ａ／放熱量Ｂを算出した結果である。従って、両者の放熱効果が同等である場合は性能向上係数が１となり、煙突効果による寄与が大きいほど性能向上係数も大きい値となる。なお、図中において、■は貫通孔１３の幅ｄが０．０１８ｍの場合を、●は幅ｄが０．０１２ｍの場合を、◆は幅ｄが０．００９ｍの場合を、▲は幅ｄが０．００７ｍの場合をそれぞれ示している。また、理論値を求める際の条件として、熱伝導率λ_ｓを２Ｗ／ｍ・Ｋとし、貫通孔１３の長さＬを０．２６ｍとしている。

図６に示すように、貫通孔１３の幅ｄが０．００７〜０．０１８ｍの何れの場合であっても、性能向上係数は、隔壁１２の間隔ｗの増大に伴って急激に増大し、０．００５ｍ〜０．０１ｍの範囲でピーク値（最大値）となり、その後徐々に減少する。また、何れの場合であっても、ピーク後の性能向上係数は４以上となる。また、隔壁１２の間隔ｗを０，０１ｍ±０．００３ｍの範囲内に設定することにより、貫通孔１３を有さない場合に比して約４倍以上の放熱効果を得ることができることが判る。

また、特に図示していないが、熱伝導率の高い材質を使用した場合、性能向上係数は増大するが、これに伴って外壁１１の外面１１ｂの温度も上昇してしまう。一方、熱伝導率の低い材質を使用した場合、貫通孔１３の大きさを小さく設定することにより、性能向上係数の低下を抑えつつ外面１１ｂの温度上昇を抑えることができる。

次に、外壁１１の外面１１ｂの温度と隔壁１２の間隔ｗと隔壁の幅ｔと貫通孔１３の幅ｄとの関係について説明する。

図７は、外壁１１の外面１１ｂの温度と隔壁１２の間隔ｗと隔壁の幅ｔと貫通孔１３の幅ｄとの関係を示す図である。図中の各点は、外壁１１の外面１１ｂを環境温度に対して＋１２℃まで上昇させる場合の最適な隔壁１２の間隔ｗの大きさと隔壁の幅ｔの大きさとを示している。隔壁１２の間隔ｗと隔壁の幅ｔとを、この最適な大きさに設定することにより、貫通孔１３による煙突効果及び外壁１１からの熱伝達が効率良く行われる、なお、図中において、■は貫通孔１３の幅ｄが０．０１８ｍの場合を、●は幅ｄが０．０１２ｍの場合を、◆は幅ｄが０．００９ｍの場合を、▲は幅ｄが０．００７ｍの場合をそれぞれ示している。また、熱伝導率λ_ｓを２Ｗ／ｍ・Ｋとし、貫通孔１３の長さＬを０．２６ｍとしている。

図７に示す関係から明らかなように、隔壁の幅ｔと隔壁１２の間隔ｗと貫通孔１３の幅ｄとを、隔壁１２の熱伝導率に応じて最適な大きさに設定することにより、外壁１１の外面１１ｂの温度上昇を環境温度に対して所定温度以下に抑えることができる。

このように構成された本実施形態の放熱構造によれば、発熱体２からの熱は、熱拡散部材４を介して放熱部材３の内壁１０へ伝わり、複数の隔壁１２を介して外壁１１へ伝わり、内壁１０と隔壁１２と外壁１１とに区画された貫通孔１３内の空気が暖められる。貫通孔１３は、重力の影響を最も有効に利用可能な鉛直方向と略平行に延びると共にその上下端でケース１の外へ開口している。このため、貫通孔１３内の空気の温度が上昇すると、下方から上方への自然対流が発生し、いわゆる煙突効果による放熱が行われる。

ここで、隔壁１２は、内壁１０及び外壁１１に沿って等間隔に複数並んでいるため、内壁１０及び外壁１１に沿った方向において、内壁１０から外壁１１への熱伝達が同等に行われる。特に、スプレッタ４の熱拡散機能により、内壁１０のうち発熱体２に近接する部分と遠く離れた部分との間の温度差がより低減される。従って、各貫通孔１３間における内部温度が均一化され、且つ貫通孔１３は略同形状であるため、各貫通孔１３において同等の煙突効果が得られる。また、外壁１１の幅方向における温度差も低減され、外壁１１の外面１１ｂからの熱伝達も均等に行われる。従って、自然対流による放熱効果を効率的に得ることができる。

鉛直方向と直交する貫通孔１３の断面形状は、鉛直方向の任意位置において略同一であるため、下方から上方への空気の流れがより円滑に行われ、自然対流による放熱効果が向上する。

外壁１１が熱伝導率の低い合成樹脂によって形成され、発熱体２が所定の熱量を発生するときの発熱体２から外壁１１の外面１１ｂへの通過熱量は、環境温度に対する外壁１１の外面１１ｂの温度上昇が所定温度以下に抑えられるように設定されているので、外部に露出する外面１１ｂの温度の上昇を、的確に抑えることができる。

周壁５の内側に放熱部材３を配置しているので、電子機器の外観を損ねることがなく、且つ周壁５の形状も自由に設定することができる。また、周壁５と放熱部材３とを一体化することにより、電子機器の組立作業性が向上する。

以上のように、本実施形態の放熱構造では、外部へ露出する外壁１１の外面１１ｂの温度上昇を所定の範囲内に抑えると共に、自然対流による十分な放熱効果を得ることができ、ファン等による強制冷却を用いなくとも電子機器の放熱を行うことができる。従って、ファン等を設けることに起因するコストの上昇や騒音の発生を抑えることができる。また、ファン等の故障により放熱効果が低減することもないので、長期間信頼性が確保される。また、ファン等を設ける必要がないので、ケース１内のスペース効率を高めると共に軽量化を図ることができ、電子機器の小型軽量化に寄与する。さらに、ファン等を設けた強制冷却に本実施形態の放熱構造を適用することにより、ファン等への負荷の低減、ランニングコストの低減、及び騒音の低減を図ることができる。

また、放熱部材３は、内壁１０と外壁１１とが複数の隔壁１２によって連結された構造を有するため、機械的な強度が高く、強度メンバとして機能させることができる。従って、放熱部材を備えた装置全体の強度上の信頼性が向上すると共に、強度メンバを別途設けることに起因するコストの上昇を抑えることができる。

図８は、上記実施形態の第１の変形例を示す断面図であり、上記実施形態と同様の構成部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

この変形例は、合成樹脂製の外壁１１の内面１１ａ側に隔壁１７を一体的に突出形成し、金属製の板状の内壁１８に隔壁１７に対応するスリット１９を形成し、各隔壁１７を各スリット１９に挿通した後にその先端部分を潰して、内壁１８を外壁１１に固定したものである。なお、内壁１８をビス止めや溶着等によって外壁１１に固定してもよい。

このような構成では、隔壁１７が熱伝導率の低い合成樹脂で形成されているので、隔壁１７の通過熱量が低減され、外壁１１の外面１１ｂの温度上昇を抑制することができる。

図９は、上記実施形態の第２の変形例を示す断面図であり、上記実施形態と同様の構成部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

この変形例は、周壁５を金属などの熱伝導率の高い材料で形成し、外壁１１を外面１１ｂ側の周壁５と内面１１ａ側の外壁樹脂板２０とによって構成し、内壁１０を外壁１１と対向する内壁樹脂板２１と熱源側の内壁金属板２２とによって構成し、外壁樹脂板２０と内壁樹脂板２１と隔壁２３とを合成樹脂によって一体成形したものである。外壁樹脂板２０の表面（図中上側の面）は周壁５の内面（図中下側の面）上に、内壁樹脂板２１の表面（図中下側の面）は内壁金属板２２の外面（図中上側の面）上に、それぞれ面接触した状態で固定されている。係る固定は、モールド成形による一体化や溶着やビス止め等により行う。

このような構成では、内壁樹脂板２１と隔壁２３と外壁樹脂板２０とが熱伝導率の低い合成樹脂で形成されているので、内壁１０から外壁１１の外面１１ｂへの通過熱量が一段と低減され、外壁１１の外面１１ｂの温度上昇をさらに抑制することができる。また、外壁樹脂板２０では、隔壁２３に近い部分と遠い部分とで温度差が発生するが、外壁樹脂板２０の表面が熱伝導率の高い金属製の周壁５と面接触しているので、隔壁２３からの熱が外壁１１の外面１１ｂの全域に良好に伝達され、外面１１ｂに生じる温度分布を緩和させることができる。さらに、貫通孔１３の周囲を同一の材質によって区画しているので、貫通孔１３内の温度の均一化を図ることができ、煙突効果による放熱性能が向上する。

図１０は、上記実施形態の第３の変形例を示す断面図であり、上記実施形態と同様の構成部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

この変形例は、単一の材料によって内壁２４及び隔壁２５と外壁１１（周壁５）とを一体的に形成したものである。この場合、内壁２４には熱伝導率の高い材質が要求され、隔壁２５及び外壁１１も熱伝導率の高い材質となるため、通過熱量を低減して外壁１１の外面１１ｂの温度上昇を抑えるためには、隔壁２５の厚さを薄く形成する必要がある。一方、強度上の理由から隔壁２５の薄肉化にも限界がある。そこで、この変形例では、隔壁２５を内壁２４から外壁１１へ向かって先細りする形状としている。

このような構成では、隔壁２５を先細りする形状とし、隔壁２５と外壁１１との接触面積を小さく抑えているので、隔壁２５から外壁１１への熱伝達が制限される。このため、外部に露出する外面１１ｂの温度上昇を、的確に抑えることができる。また、内壁２４と隔壁２５と外壁１１とを一体的に形成することができ、且つ隔壁２５の内壁２４側を強度上充分な厚さに設定することができるので、強度メンバとして機能を損なうこともない。

なお、上記実施形態及びその変形例において、周壁５の一側壁だけではなく、他の側壁の内面上にも放熱部材３を設けてもよい。また、電子機器の筐体を中空円柱形状や中空楕円柱形状や多面体である場合、その周壁や各壁の内側に放熱部材３を配置することができる。

本発明は、一例として説明した上記実施形態及びその変形例に限定されることはない。すなわち、上記実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態に係る電子機器の放熱構造の要部斜視図である。 図１の放熱構造の全体断面図である。 図１の放熱構造の要部断面図である。 図１の放熱構造の要部斜視図である。 図１の放熱構造をモデル化した模式図である。 隔壁の間隔ｗと貫通孔の幅ｄと性能向上係数との関係を示す図である。 外壁の外面の温度と隔壁の間隔ｗと隔壁の幅ｔと貫通孔１３の幅ｄとの関係を示す図である。 第１の変形例を示す断面図である。 第２の変形例を示す断面図である。 第３の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１…ケース、２…発熱体、３…放熱部材（放熱器）、４…スプレッタ（熱拡散部材）、５…ケースの周壁、６…カバー、７，８，９…電子部品、１０…内壁、１１…外壁、１１ａ…外壁の内面、１１ｂ…外壁の外面、１２…隔壁、１３…貫通孔、１５…放熱基材、１６…冷却フィン、１７…隔壁、１８…内壁、１９…スリット、２０…外壁樹脂板、２１…内壁樹脂板、２２…内壁金属板、２３…隔壁、２４…内壁、２５…隔壁

Claims (5)

1. 発熱体と、
   前記発熱体から直接又は間接的に熱伝達を受ける内壁と、該内壁から離間して対向する内面と外部へ露出する外面とを有する外壁と、前記内壁と前記外壁の内面とを連結し前記内壁又は外壁に沿って配置された複数の貫通孔を前記内壁及び前記外壁と共に区画形成する複数の隔壁と、を有する放熱部材と、を備え、
   前記貫通孔は、重力の影響を利用可能な傾きの範囲内で上下方向に延びると共にその上下端で外部へ開口し、
   前記発熱体からの発熱は、前記内壁及び前記隔壁を介して前記外壁へ伝達される放熱構造であって、
   前記発熱体が所定の熱量を発生するときの前記発熱体から前記外壁の外面への通過熱量は、環境温度に対する前記外面の温度上昇が所定温度以下に抑えられるように設定されている
   ことを特徴とする電子機器の放熱構造。
2. 請求項１に記載の電子機器の放熱構造であって、
   前記内壁のうち少なくとも発熱体から直接又は間接的に熱伝達を受ける領域は、熱伝導率の高い材質で形成され、
   前記外壁のうち少なくとも前記外面側は、熱伝導率の低い材質で形成されている
   ことを特徴とする電子機器の放熱構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電子機器の放熱構造であって、
   前記内壁と前記隔壁と前記外壁の少なくとも前記内面を含む部分とは、同じ材質で形成され、
   前記隔壁は、前記内壁から前記外壁へ向かって先細りする形状を有する
   ことを特徴とする電子機器の放熱構造。
4. 請求項１又は請求項２に記載の電子機器の放熱構造であって、
   前記貫通孔の前記上下方向と直交する断面は、略四角形状であり、
   前記貫通孔の前記内壁又は外壁に沿った幅方向の大きさと、前記内壁と前記外壁との間隙と、前記隔壁の厚さとは、前記貫通孔による煙突効果及び前記外壁からの熱伝達が効率良く行われるように、前記隔壁の熱伝導率に応じて設定される
   ことを特徴とする電子機器の放熱構造。
5. 発熱体を有する電子機器に設けられる放熱器であって、
   前記発熱体から直接又は間接的に熱伝達を受ける内壁と、
   前記内壁から離間して対向する内面と外部へ露出する外面とを有する外壁と、
   前記内壁と前記外壁の内面とを連結し前記内壁又は前記外壁に沿って配置された複数の貫通孔を前記内壁及び前記外壁と共に区画形成する複数の隔壁と、を備え、
   前記貫通孔は、重力の影響を利用可能な傾きの範囲内で上下方向に延びると共にその上下端で外部へ開口し、
   前記発熱体からの発熱は、前記内壁及び前記隔壁を介して前記外壁へ伝達され、
   前記発熱体が所定の熱量を発生するときの前記発熱体から前記外壁の外面への通過熱量は、環境温度に対する前記外面の温度上昇が所定温度以下に抑えられるように設定されている
   ことを特徴とする放熱器。
   

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