JP2007011975A - 電子機器筐体の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 筐体やダクトの大型化、筐体内への加熱された空気の滞留、通過による機内温度の昇温、吸気口からの塵埃や異物の吸引、落下を防止しながら、発熱部品を効率的に冷却することができる情報処理装置を提供する。
【解決手段】 筐体１と、該筐体内に配置された発熱部品５と、該筐体の壁部に沿って配置されて外気と連通した冷却部品６と、を備えた電子機器において、筐体は、発熱部品を収容する実装空間１０と、該実装空間との連通を遮断された状態で筐体端部に配置され且つ発熱部品を収容しない非実装空間１１と、該非実装空間を外気と連通させる吸気口９と、を備え、一端が前記冷却部品に連通状態で連結され、他端が前記非実装空間に連通状態で連結されたダクト８を備え、吸気口から非実装空間に導入された外気が前記ダクトを経由して冷却部品に供給されて筐体外へ排気されるように構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）などの発熱部品を備えた電子機器における筐体の冷却構造に関する。

現在、インターネットの普及やＣＰＵなどの性能の向上に伴い、パーソナルコンピュータや専用のコンピュータを使用して画像処理や動画処理を行うことが多くなっているが、このような処理に伴ってＣＰＵに対する負荷が増大する傾向にある。ＣＰＵの性能は日に日に進化しているとはいえ、ＣＰＵに負荷をかける処理を続けて行う場合、ＣＰＵが発熱して高温状態になってしまいその性能が落ちたり、機器内の温度を高めて他の部品に悪影響を及ぼす結果をもたらしている。
このような問題を解決する一手段として特許文献１では、ライザーボードおよびライザーブラケットから構成される領域分離部材によりパーソナルコンピュータ本体を高温領域と低温領域とに分離し、高温空間にはＣＰＵ冷却ファン、追加のファン、低温空間には電源装置ファンを適用して電子部品の冷却を行っている。
しかしながら、特許文献１記載の技術では、ＳＭＴ基板に電子部品を実装する際のレイアウトに制約ができてしまい、基板実装設計の自由度が損なわれてしまう。また、ＣＰＵ冷却ファンによって分散される熱い空気がいかにしてコンピュータ外部に排出されるのか開示されていない。
また、一般に電子機器筐体内の基板に実装され、高速演算処理をする際に非常に大きな発熱量を伴うＣＰＵを、専用ダクトを用いて冷却する場合、筐体外のできるだけ冷えた気流をダクトから内部に取り込んでＣＰＵの放熱部品に送り込み、放熱（熱交換）効率を高めているが、冷えた気流の取り込み口（吸気口）の配置、数によってはダクトの形状を複雑に分岐、屈曲させる必要があったり、冷却部と吸気口が離れている場合にはダクトサイズが大型化してしまうなどの問題点があった。
また、ＣＰＵからの発熱をヒートシンク、ファン等の冷却部品にロスなく伝えるには、両者を密着させることが効果的であるが、一般的にＣＰＵは筐体壁付近には配置されないため、ＣＰＵから冷却部品に伝わった熱を外部に放熱する場合、温度上昇を伴った気流が実装空間内に一旦吐き出されることとなり、高温の空気が筐体内に一時的にしろ滞留したり通過するため内部温度の上昇をもたらし、筐体内の他の実装部品に悪影響を及ぼす場合がある。
また、筐体が設置される周囲環境、筐体の姿勢（縦置き、横置きなど）によっては、吸気口から暖気が流入したり、機器周辺に隣接配置された物体が吸気口を塞いだり、筐体側面の吸気口が筐体の設置姿勢が変わることによって底面及び上面に位置し、埃の吸い込みや金属片等の異物が筐体内に侵入、落下することがあった。
特開２００３−１０８２６９公報

ＰＣＢ（プリント配線基板）に搭載される中央処理装置（ＣＰＵ）の高速化が年々進んだことによって高発熱を伴うことが多くなり、ＣＰＵ自体はもちろん、内蔵部品にまで熱の影響を及ぼし、機器の性能を損なう等の信頼性の低下が危惧され、さまざまな対策が施されるようになっている。ＣＰＵ等の発熱部品を冷却するための第１の手法としては、ヒートシンク付きファン（冷却部品）をＣＰＵの直上に設置してＣＰＵからの発熱をヒートシンクに伝え、ファンの吹き付けによって放熱する手法が一般的に採られている。また、第２の手法としては、ポンプ、ラジエーター、リザーバータンク及びＣＰＵの直上に設置したウオータージャッケットを管体によって接続し、管体内に液体を循環させてＣＰＵの熱を奪い、ラジエーター部で放熱するという液冷手段がある。第３の手法は、ＣＰＵの熱を直上のヒートシンクに伝え（受熱板に伝え受熱板と筐体端部に配置したヒートシンクをヒートパイプで接続し、ヒートパイプ内の作動液が蒸発凝固を繰り返しながら循環してＣＰＵの熱を奪う）、ヒートシンクに専用ファンとダクトを用いて外気を導いた気流を吹き付けて放熱するという手段である。
しかし、まず第１の手法では、筐体内部で温度上昇した気流をファンによってヒートシンクに吹き付ける際に、ヒートシンクから熱を奪って温度上昇した気流が筐体内に吐き出される為、筐体内の温度が上昇し、他の実装部品に悪影響を及ぼしたり、ヒートシンクから熱を奪った高温の気流を再度ファンが吸い込みヒートシンクに吹き付けているという循環現象も見られ、冷却効果が上がらない場合が多い。第２の手法では、管体や接続部の劣化による液体の漏れ等が機器に重大な悪影響を与えることが懸念され、信頼性の確保と冷却コストがかかるという課題が大きい。第３の手法では、専用ダクトを用いて外気を導くことによって冷却効率は高まるが、機器が設置される周囲環境によっては、外気を筐体内に取り込む吸気口の配置や数により、専用ダクトの形状が複雑化したり、暖かい外気を吸気したり、埃や異物を吸い込んでしまい易い配置になっている場合がある。さらには、第１の手法と同様、ヒートシンクから熱を奪って温度上昇した気流がＣＰＵ周囲の筐体内に吐き出されることにもなる。
本発明は、筐体やダクトの大型化、筐体内への加熱された空気の滞留、通過による機内温度の昇温、吸気口からの塵埃や異物の吸引、落下を防止しながら、発熱部品を効率的に冷却することができる情報処理装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、筐体と、該筐体内に配置された発熱部品と、該筐体の壁部に沿って配置されて外気と連通した冷却部品と、を備えた電子機器において、前記筐体は、前記発熱部品を収容する実装空間と、該実装空間との連通を遮断された状態で筐体端部に配置され且つ発熱部品を収容しない非実装空間と、該非実装空間を外気と連通させる吸気口と、を備え、一端が前記冷却部品に連通状態で連結され、他端が前記非実装空間に連通状態で連結されたダクトを備え、前記吸気口から前記非実装空間に導入された外気が前記ダクトを経由して冷却部品に供給されて筐体外へ排気されるように構成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１において、前記発熱部品と前記冷却部品との間をヒートパイプにて連結し、該発熱部品からの発熱を該ヒートパイプを介して該冷却部品に供給するようにしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１、又は２において、前記吸気口に、開閉自在なシャッタを配置したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、筐体に搭載される発熱部品、ＰＣＢ、ユニット等の実装部品が配置される実装空間とは気流が連通しないように間仕切られた非実装空間を筐体端部に設け、上記実装空間との気流の行き来を完全に遮断し、非実装空間に流入する気流は、筐体に設けられた吸気口から取り込まれる外気とし、その取り込まれた気流は、一端が冷却部品まで伸び、他端が非実装空間まで伸びて接続されたダクトに吸い込まれ、冷却部品に送り込まれる気流経路を形成するようにしたので、外気を取り込む吸気口の配置に左右されること無く、ダクトをコンパクトで単純形状にでき、冷却部に気流を送り込むことができる。
請求項２の発明によれば、ＣＰＵの熱を伝えて放熱する冷却部品位置を上記実装空間内の筐体端部に配置し、当冷却部品まで熱を輸送する手段としてヒートパイプを用いたので、温度上昇した気流が筐体内に吐き出されることなく排気口から筐体外へ排出される為、筐体内の温度上昇を押え、筐体内の実装部品に悪影響を及ぼす現象を回避できる。
請求項３の発明によれば、吸気口にシャッタを設け、筐体の設置環境・姿勢に応じて、吸気口を開閉できる構造としたので、筐体外からより冷えた気流が吸気できるように、吸気口の開閉を選択でき、さらに、埃の吸い込みや、異物の侵入による電装系のトラブルから回避され、機器の信頼性が高められる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器筐体の外観斜視図であり、図２は図１に示す筐体の一部カバーを外した状態を示す図である。
この電子機器の筐体１は、各種部品を保持する筐体本体１ａと、筐体本体１ａに対して着脱するカバー１ｂと、を備えている。
筐体本体１ａには、ＰＣＢ（プリント配線基板）２、ハードディスク等の記憶装置３、電源４、図示しないＣＰＵ等、筐体の壁部に沿って配置されて排気口を介して外気と連通した冷却部品としてのヒートシンク付きファン６等が配置されている。これらのうち電源４、ＣＰＵ等は、高熱を発する発熱部品である。
更に、筐体本体１ａは、発熱部品、その他の部品を収容する実装空間１０と、実装空間１０との連通を遮断された状態で筐体端部寄り位置に配置され且つ発熱部品を収容しない非実装空間１１と、非実装空間１１を外気と連通させる吸気口９ｂと、を備えている。カバー１ｂを装着した状態においても、吸気口９ｂはカバー１ｂに設けた穴９ａを介して外気と連通している。
本発明の特徴的な構成は、一端が冷却部品６（ヒートシンク６ａ、ファン６ｂ）に連通した状態で連結され、他端が非実装空間１１に連通状態で連結されたダクト８を備えた構成にある。ダクト８は、吸気口９ｂ（９ａ）から非実装空間１１内に導入された外気がダクト８を経由して冷却部品６に供給されるように機能する。
ヒートシンク６ａに対して、ファン６ｂとダクト８を介して筐体外の気流を導く場合、筐体１内に取り込む為の吸気口９が複数の面に設置される場合や、筐体サイズにより、ヒートシンク６ａとの距離が非常に離れる場合などがあるが、これらの場合には、ダクト８を分岐、屈曲させて複数の吸気口に接続させたり、或いはヒートシンクと離れた位置に設置された吸気口までダクトを延長させて接続する必要が生じる。
このような不利不便を回避する為に、本発明では、まず、発熱部品としてのＣＰＵ、電源４、更にはＰＣＢ２、他のユニット等の実装部品が配置される実装空間１０とは別個に、実装空間１０と間仕切られた非実装空間１１を筐体端部（筐体壁部寄り位置）に設けて実装空間１０との間の気流の行き来を完全に遮断する。更に、非実装空間１１を包囲する複数の外壁に夫々吸気口９を設けて筐体外から気流を取り込むように構成し、非実装空間１１とヒートシンク６ａとの間をダクト８とファン６ｂによって連通させて、外気を導く気流経路を形成した。
これにより、ダクト８は、単純経路を形成する形状とすることが可能となる。
従って、筐体やダクトの大型化、筐体内への加熱された空気の滞留、通過による機内温度の昇温を防止しながら、発熱部品を効率的に冷却することができる。
この例では、図示しないＣＰＵはダクト８の右側方と筐体壁との間に配置され、ＣＰＵとヒートシンク６ａとの間をヒートパイプ等によって接続されている。従って、ＣＰＵからの発熱はヒートシンク６ａに伝達され、ダクトからの気流によって排気口から機外に放出される。

次に、図３は本発明の他の実施形態に係る電子機器の筐体構造の要部構成図であり、筐体カバーは図示を省略されている。
この実施形態では、発熱部品としてのＣＰＵ５と冷却部品６を構成するヒートシンク６ａとの間をヒートパイプ１２にて連結し、ＣＰＵ５からの発熱をヒートパイプ１２を介して冷却部品６（６ａ、６ｂ）に供給して効率的に筐体外に放熱するようにした点が特徴的である。つまり、ＣＰＵ５からヒートシンク６ａまで熱を輸送する手段としてヒートパイプ１２を用いる構成とした点が特徴的である。
これによって、ヒートシンク６ａから熱を奪って温度上昇した気流が筐体内に吐き出されることなく、ヒートシンク６ａに直結した排気口から筐体外へ排出される為、筐体内の温度上昇を押え、筐体内の実装部品に悪影響を及ぼす現象を回避できる。

次に、図４は本発明の他の実施形態の要部構成を示す斜視図、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。
本発明の電子機器が設置される周囲環境、筐体１の姿勢（縦置き、横置きなど）の違いによっては、吸気口９から暖気が流入したり、隣接する物体が吸気口９を塞いだり、筐体側面にあった吸気口が筐体の設置姿勢が変わることによって底面側や上面側に位置することとなって、埃の吸い込みや異物の落下、侵入等が発生する。
本実施形態ではこのような不具合を解消するため、筐体の外装カバー１ｂとは別に、吸気口９付近にスライドすることによって吸気口９を構成する個々のスリット、穴を開閉可能な可動カバー１３を設置する。
即ち、例えば、非実装空間１１と連通した吸気口９を構成する複数のスリット穴９ａと、可動カバー１３に設けた同ピッチ同形状のスリット穴１３ａを、可動カバー１３のスライド方向と直交（交差）する方向に伸びる構成とし、可動カバー１３の進退に応じて吸気口９を構成するスリット穴９ａが開閉されるように構成する。つまり、スライドによりスリット穴同士が重なったときに吸気が可能となり、ずれてスリット穴が塞がれたときに、吸気ができないような簡易なシャッタ構造を形成した。
可動カバー１３のスライドに関しては、段階的または無段階で止まったり、固定できるようなロック機構を付加しておくとなおよい。これにより筐体外からより冷えた気流が吸気できるように吸気口の開閉を選択でき、さらに、埃の吸い込みや、異物の侵入による電装系のトラブルから回避され、機器の信頼性が高められることになる。

本発明の一実施形態に係る電子機器筐体の外観斜視図。 図１の筐体カバーを外した状態で筐体内部の実装レイアウトを示す図。 本発明の他の実施形態の説明図。 本発明の他の実施形態の構成を示す斜視図。 図４のＡ−Ａ断面図。

符号の説明

１…筐体、１ａ…筐体本体、１ｂ…カバー、２…ＰＣＢ、４…電源、５…ＣＰＵ、６…冷却部品、６ａ…ヒートシンク、６ｂ…ファン、８…ダクト、９…吸気口、９ａ…スリット穴、９ｂ…吸気口、１０…実装空間、１１…非実装空間、１２…ヒートパイプ、１３…可動カバー、１３ａ…スリット穴。

Claims (3)

1. 筐体と、該筐体内に配置された発熱部品と、該筐体の壁部に沿って配置されて外気と連通した冷却部品と、を備えた電子機器において、
   前記筐体は、前記発熱部品を収容する実装空間と、該実装空間との連通を遮断された状態で筐体端部に配置され且つ発熱部品を収容しない非実装空間と、該非実装空間を外気と連通させる吸気口と、を備え、
   一端が前記冷却部品に連通状態で連結され、他端が前記非実装空間に連通状態で連結されたダクトを備え、前記吸気口から前記非実装空間に導入された外気が前記ダクトを経由して冷却部品に供給されて筐体外へ排気されるように構成したことを特徴とする電子機器筐体の冷却構造。
2. 前記発熱部品と前記冷却部品との間をヒートパイプにて連結し、該発熱部品からの発熱を該ヒートパイプを介して該冷却部品に供給するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器筐体の冷却構造。
3. 前記吸気口に、開閉自在なシャッタを配置したことを特徴とする請求項１、又は２に記載の電子機器筐体の冷却構造。

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