JP2007165602A - 放熱装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】流通路で確実に気流の流量を確保することができる放熱装置を提供する。
【解決手段】一方の送風ファン２５ａの作動時、他方の送風ファン２５ｂは休止する。送風ファン２５ａから送風ファン２５ｂに向かって気流が生成される。気流はフィン２７同士の間の流通路を通過する。このとき、流通路の入り口に塵埃３７が徐々に堆積していく。その後、送風ファン２５ａの停止と同時に送風ファン２５ｂの動作が開始される。反対に送風ファン２５ｂから送風ファン２５ａに向かって気流が生成される。流通路内で気流は反転する。こういった気流は流通路の入り口から塵埃３７を取り払う。こうして塵埃の堆積は確実に回避されることができる。しかも、防塵フィルタの設置は回避されることができる。流通路には常に十分な流量で気流が流入する。
【選択図】図６

Description

本発明は、少なくとも１対の送風ファンと、送風ファン同士の間で発熱体の表面に受け止められ、送風ファン同士の間で延びる気流の流通路を区画する放熱部材とを備える放熱装置に関する。

例えば特許文献１に記載されるように、軸流ファンを備える放熱装置は知られる。軸流ファンは、例えばパソコンといった電子機器の筐体に区画される開口から外気を吸い込む。軸流ファンの気流は放熱部材の流通路を通過する。こうして放熱部材から効率的に放熱は実現される。
特開２００５−１５０４０１号公報 特開２００１−２５１０７７号公報 特開平７−２３９３９０号公報

筐体の開口には防塵フィルタが設置される。防塵フィルタは外気に含まれる塵埃の侵入を防止する。その結果、放熱部材の流通路では塵埃の堆積は回避される。その一方で、塵埃フィルタは開口で空気抵抗を増大させる。筐体内に進入する外気は減少してしまう。その結果、流通路には十分な流量で気流が導入されることができない。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、流通路で確実に気流の流量を確保することができる電子部品向け放熱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、本発明によれば、少なくとも１対の送風ファンと、送風ファン同士の間で発熱体の表面に受け止められ、送風ファン同士の間で延びる気流の流通路を区画する放熱部材と、交互に送風ファンを作動させる制御信号を生成する制御回路とを備えることを特徴とする放熱装置が提供される。

一方の送風ファンの作動時、他方の送風ファンは休止する。一方の送風ファンから他方の送風ファンに向かって気流が生成される。気流は放熱部材の流通路を通過する。このとき、流通路の入り口に塵埃が徐々に堆積していく。その後、一方の送風ファンの停止と同時に他方の送風ファンの動作が開始される。反対に他方の送風ファンから一方の送風ファンに向かって気流が生成される。流通路内で気流は反転する。こういった気流は流通路の入り口から塵埃を取り払う。こうして塵埃の堆積は確実に回避されることができる。しかも、防塵フィルタの設置は回避されることができる。流通路には常に十分な流量で気流が流入する。送風ファンは交互に作動する。したがって、塵埃の堆積は確実に阻止されることができる。

制御回路は、制御信号の生成にあたって個々の送風ファンごとに作動時間を測定してもよい。作動時間に基づき作動中の送風ファンでは送風量の積算値が算出されることができる。こういった送風量に基づき送風ファンの切り替えが実施されると、確実に塵埃の堆積は回避されることができる。堆積に先立って確実に塵埃は取り払われることができる。

こういった放熱装置は例えば電子機器に組み込まれることができる。このとき、電子機器は、筐体と、筐体に収容される電子部品と、筐体に収容される少なくとも１対の送風ファンと、送風ファン同士の間で電子部品の表面に受け止められ、送風ファン同士の間で延びる気流の流通路を区画する放熱部材と、交互に送風ファンを作動させる制御信号を生成する制御回路とを備えればよい。

以上のように本発明によれば、流通路で確実に気流の流量を確保することができる放熱装置は提供される。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は電子機器の一具体例すなわちノートブックパーソナルコンピュータ（ノートパソコン）１１の概観を示す。このノートパソコン１１は、薄型の機器本体１２と、この機器本体１２に揺動自在に連結されるディスプレイ用筐体１３とを備える。機器本体１２の表面にはキーボード１４やポインティングデバイス１５といった入力装置が組み込まれる。使用者はキーボード１４やポインティングデバイス１５から指示やデータを入力することができる。

ディスプレイ用筐体１３には例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルモジュール１６が組み込まれる。ＬＣＤパネルモジュール１６の画面は、ディスプレイ用筐体１３に区画される窓孔１７に臨む。画面にはテキストやグラフィックスが表示されることができる。使用者はそういったテキストやグラフィックスに基づきノートパソコン１１の動作を確認することができる。ディスプレイ用筐体１３は、機器本体１２に対する揺動を通じて機器本体１２に重ね合わせられることができる。

図２に示されるように、機器本体１２の筐体には２つの通気口が１８、１８が区画される。通気口１８、１８は筐体内側の空間と筐体外側の空間との間で気流の流通を確保する。図３に示されるように、通気口１８、１８の内側で筐体内側の空間には電子部品すなわちＣＰＵ（中央演算処理装置）１９が収容される。ＣＰＵ１９はプリント基板２１上に実装されればよい。ＣＰＵ１９の表面には本発明の第１実施形態に係る放熱装置２２が重ね合わせられる。

この放熱装置２２はヒートシンク筐体２３を備える。ヒートシンク筐体２３には２つの開口２４ａ、２４ｂが区画される。個々の開口２４ａ、２４ｂはヒートシンク筐体２３内外の間で空気の流通を許容する。

個々の開口２４ａ、２４ｂにはそれぞれ第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂが臨む。第１送風ファン２５ａが回転すると、開口２４ａからヒートシンク筐体２３内に外気は導入される。同様に、第２送風ファン２５ｂが回転すると、開口２４ｂからヒートシンク筐体２３内に外気は導入される。開口２４ａから導入された外気は開口２４ｂから排出される。開口２４ｂから導入された外気は開口２４ａから排出される。

図４に示されるように、第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂはいわゆる遠心流ファンに構成される。第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂの回転中心２６は例えば開口２４ａ、２４ｂの中心を貫通する。第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂが回転中心２６回りで回転すると、開口２４ａ、２４ｂから回転中心２６に沿って外気は導入される。第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂの回転に基づき遠心方向に気流は生成される。

第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂの羽根同士は所定の間隔で相互に向き合わせられる。第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂ同士の間には複数枚のフィン２７が配置される。フィン２７は第１送風ファン２５ａから第２送風ファン２５ｂに向かって相互に平行に延びる。隣接するフィン２７同士の間には、第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂの間に延びる気流の流通路が区画される。個々のフィン２７はヒートシンク筐体２３の底板から垂直方向に立ち上がる。こうして個々のフィン２７にはヒートシンク筐体２３の底板から熱が伝達される。伝達された熱は流通路を通過する気流に奪われる。

図５に示されるように、放熱装置２２はファン制御回路３１を備える。このファン制御回路３１には回転制御回路３１ａおよび選択回路３１ｂが組み込まれる。回転制御回路３１ａは第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂのオンオフを制御する。制御にあたって所定の制御信号を生成する。同時に、回転制御回路３１ａは第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂの回転速度を決定する。ここでは、回転速度は３段階に区分けされる。速度レベル２が設定されると、速度レベル１の送風量の２倍の送風量が実現される。同様に、速度レベル３が設定されると、速度レベル２の送風量の２倍の送風量すなわち速度レベル１の送風量の４倍の送風量が実現される。制御信号にはいずれかの速度レベルが記述される。

選択回路３１ｂは第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂのいずれか一方を選択する。選択回路３１ｂは所定の制御信号を生成する。この制御信号に選択結果は記述される。選択回路３１ｂの働きに応じて、放熱装置２２では、後述されるように、必ず第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂのいずれか一方のみが作動する。

回転制御回路３１ａには温度センサ３２が接続される。温度センサ３２は例えばＣＰＵ１９の温度を検出する。こういった検出にあたって温度センサ３２は例えばＣＰＵ１９のチップ内に埋め込まれればよい。温度センサ３２は回転制御回路３１ａに温度情報信号を供給する。温度情報信号にはＣＰＵ１９の温度が記述されればよい。

ファン制御回路３１には例えばメモリ３３といった記憶回路が接続される。メモリ３３にはデータテーブル３４が構築される。このデータテーブル３４では動作中の送風ファン２５ａ（２５ｂ）に対して速度レベルごとに作動時間が書き込まれる。作動時間は例えば選択回路３１ｂで計時されればよい。計時にあたって回転制御回路３１ａから選択回路３１ｂに制御信号は供給される。速度係数と駆動時間との積に基づき動作中の送風ファン２５ａ（２５ｂ）の送風量が算出される。速度係数は速度レベルごとの送風量に応じて設定されればよい。

回転制御回路３１ａおよび選択回路３１ｂには駆動回路３５が接続される。駆動回路３５には第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂの電動モータ３６、３６が接続される。駆動回路３５は、回転制御回路３１ａおよび選択回路３１ｂから前述の制御信号を受け取る。制御信号に基づきいずれか一方の送風ファン２５ａ（２５ｂ）に対して駆動信号を供給する。こうして駆動信号が電動モータ３６に供給されると、第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂのいずれか一方は羽根の回転に応じて指定の送風量で気流を生み出す。

いま、ＣＰＵ１９の温度が第１閾値を越えて上昇すると、回転制御回路３１ａは駆動回路３５に送風ファン２５ａ、２５ｂの作動を指示する。速度レベル１の制御信号が駆動回路３５に供給される。選択回路３１ｂの働きで例えば第１送風ファン２５ａに対して駆動信号は供給される。第１送風ファン２５ａの回転に応じて開口２４ａからヒートシンク筐体２３内に外気は取り込まれる。回転中心２６から遠心方向に気流は生成される。こういった気流はヒートシンク筐体２３に案内されてフィン２７同士の間の流通路に進入していく。気流は流通路でフィン２７から熱を奪い取る。フィン２７にはヒートシンク筐体２３の底板に接触するＣＰＵ１９から熱が伝達される。こうしてＣＰＵ１９の放熱は実現される。その後、気流は開口２４ｂからヒートシンク筐体２３の外側に排出される。所定の時間が経過した後にＣＰＵ１９の温度が第１閾値よりも低い第２閾値を下回ると、回転制御回路３１ａは第１送風ファン２５ａの作動を停止する。

所定の時間が経過した後にＣＰＵ１９の温度が第１閾値以下に下降しなければ、回転制御回路３１ａは１ランク上の速度レベルを設定する。こうして流通路に導入される気流の流量は増加する。ＣＰＵ１９の温度が第１閾値以下に下降しなければ、所定の時間が経過するたびに回転制御回路３１ａは速度レベルを引き上げる。こうして速度レベル３は確立される。その後、ＣＰＵ１９の温度が第１閾値以下に下降しない限り、速度レベル３は維持される。

所定の時間が経過した後にＣＰＵ１９の温度が第１閾値以下に下降すると、回転制御回路３１ａは１ランク下の速度レベルを設定する。こうして流通路に導入される気流の流量は減少する。その時点で速度レベル１が確立されていれば、回転制御回路３１ａはＣＰＵ１９の温度が第２閾値を下回るまで速度レベル１を維持する。

選択回路３１ｂは回転制御回路３１ａから出力される駆動信号に基づき第１送風ファン２５ａの送風量を算出し続ける。送風量の積算値が所定の閾値に達すると、選択回路３１ｂは制御信号を生成する。この制御信号は駆動回路３５に供給される。駆動回路３５は制御信号の供給に応じて第１送風ファン２５ａに対して駆動信号の供給を停止する。第１送風ファン２５ａは停止する。同時に、駆動回路３５は第２送風ファン２５ｂに対して駆動信号の供給を開始する。第２送風ファン２５ｂは作動する。こうして第１送風ファン２５ａから第２送風ファン２５ｂに切り替えが実現される。第２送風ファン２５ｂの回転に応じて開口２４ｂから開口２４ａに向かってヒートシンク筐体２３内に気流は生成される。

第１送風ファン２５ａの作動時、例えば図６に示されるように、ヒートシンク筐体２３内では開口２４ａから開口２４ｂに向かって気流が生成される。したがって、第１送風ファン２５ａに近い流通路の入り口でフィン２７の先端に塵埃３７がこびりつく。塵埃３７は徐々に堆積していく。第１送風ファン２５ａの停止と同時に第２送風ファン２５ｂの動作が開始されると、図７に示されるように、ヒートシンク筐体２３内では反対に開口２４ｂから開口２４ａに向かって気流が生成される。流通路内で気流は反転する。こういった気流はフィン２７の先端から塵埃３７を取り払う。取り払われた塵埃３７は開口２４ａからヒートシンク筐体２３の外側に排出される。こうして塵埃３７の堆積は確実に回避されることができる。しかも、開口２４ａ、２４ｂでは防塵フィルタの設置は回避されることができる。流通路には常に十分な流量で気流が流入する。

こういった切り替えの後、選択回路３１ｂは回転制御回路３１ａから出力される制御信号に基づき第２送風ファン２５ｂの送風量を算出し続ける。送風量の積算値が所定の閾値に達すると、駆動回路３５から第２送風ファン２５ｂに向かって制御信号の供給は停止する。同時に、駆動回路３５は再び第１送風ファン２５ａに対して駆動信号の供給を開始する。こうして第１および第２送風ファン２５ａ、２５ｂは交互に作動することができる。その結果、流通路内では塵埃の堆積は確実に回避されることができる。常に十分な流量で気流は流通路に流入する。

図８は本発明の第２実施形態に係る放熱装置２２ａを概略的に示す。この放熱装置２２ａは前述と同様に第１および第２送風ファン４１ａ、４１ｂを備える。第１および第２送風ファン４１ａ、４１ｂはいわゆる軸流ファンに構成される。第１および第２送風ファン４１ａ、４１ｂの回転中心は共通の軸線上に設定されればよい。第１および第２送風ファン４１ａ、４１ｂは所定の間隔で相互に向き合わせられる。

第１および第２送風ファン４１ａ、４１ｂの間にはヒートシンク４２が挟み込まれる。ヒートシンク４２はＣＰＵ１９の表面に受け止められる。第１および第２送風ファン４１ａ、４１ｂはヒートシンク４２に結合されればよい。こういった放熱装置２２ａはプリント基板２１にねじ留めされればよい。ねじ留めにあたってヒートシンク４２には例えば取り付け片（図示されず）が一体に形成されればよい。取り付け片にはねじを受け入れる貫通孔が区画されればよい。

図９から明らかなように、ヒートシンク４２は複数枚のフィン４２ａを備える。フィン４２ａは第１送風ファン４１ａから第２送風ファン４１ｂに向かって相互に平行に延びる。隣接するフィン４２ａ同士の間には、第１および第２送風ファン４１ａ、４１ｂの間に延びる気流の流通路が区画される。個々のフィン４２ａは底板から垂直方向に立ち上がる。こうして個々のフィン４２ａには底板から熱が伝達される。伝達された熱は流通路を通過する気流に奪われる。その他、この放熱装置２２ａは前述の第１実施形態と同様にファン制御回路３１やその他の構成を備える。こういった放熱装置２２ａは例えばデスクトップパソコンやサーバコンピュータに利用されることができる。

この放熱装置２２ａでは、前述の第１実施形態と同様に、第１および第２送風ファン４１ａ、４１ｂは送風量の積算値に基づき交互に作動する。第１送風ファン４１ａの作動時、第１送風ファン４１ａから第２送風ファン４１ｂに向かって気流が生成される。気流は休止中の第２送風ファン４１ｂを通過する。第１送風ファン４１ａに近い流通路の入り口でフィン４２ａの先端に塵埃がこびりつく。塵埃は徐々に堆積していく。第１送風ファン４１ａの停止と同時に第２送風ファン４１ｂの動作が開始されると、反対に第２送風ファン４１ｂから第１送風ファン４１ａに向かって気流が生成される。流通路内で気流は反転する。こういった気流はフィン４２ａの先端から塵埃を取り払う。取り払われた塵埃は休止中の第１送風ファン４１ａから外側に排出される。こうして塵埃の堆積は確実に回避されることができる。しかも、防塵フィルタの設置は回避されることができる。流通路には常に十分な流量で気流が流入する。

第２送風ファン４１ｂの作動時、第２送風ファン４１ｂから第１送風ファン４１ａに向かって気流が生成される。気流は休止中の第１送風ファン４１ａを通過する。第２送風ファン４１ｂに近い流通路の入り口でフィン４２ａの先端に塵埃がこびりつく。塵埃は徐々に堆積していく。第２送風ファン４１ｂから第１送風ファン４１ｂに切り替えが実施されると、再び流通路内で気流は反転する。こういった気流はフィン４２ａの先端から塵埃を取り払う。取り払われた塵埃は休止中の第２送風ファン４１ｂから外側に排出される。こうして塵埃の堆積は確実に回避されることができる。

一般に、軸流ファンでは羽根の形状の最適化にあたって一方向の送風のみが考慮される。言い換えれば、軸流ファンの逆回転時には十分な送風量が確保されることはできない。気流の反転にあたって前述のように１対の送風ファン４１ａ、４１ｂが交互に作動すれば、常に確実に十分な送風量が確保されることができる。

なお、前述のファン制御回路３１はソフトウェアプログラムに基づきＣＰＵ１９その他のマイクロプロセッサで実現されてもよい。その他、ファン制御回路３１は気流の反転のたびに反転後の短時間だけ最大速度で送風ファン２５ａ、２５ｂ、４１ａ、４１ｂを運転させる制御を実施してもよい。こういった制御によれば、塵埃の除去は一層確実に達成されることができる。

電子機器の一具体例すなわちノートパソコンを概略的に示す斜視図である。 筐体の底板に区画される開口を示すノートパソコンの斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る放熱装置を概略的に示すノートパソコンの斜視図である。 放熱装置の内部構造を概略的に示す拡大斜視図である。 放熱装置のファン制御回路を概略的に示すブロック図である。 第１送風ファンの作動時にヒートシンク筐体内で気流の様子を示す放熱装置の平面図である。 第２送風ファンの作動時にヒートシンク筐体内で気流の様子を示す放熱装置の平面図である。 本発明の第２実施形態に係る放熱装置を概略的に示す拡大斜視図である。 放熱装置の分解斜視図である。

符号の説明

１９ 発熱体としての電子部品すなわちＣＰＵ（中央演算処理装置）、２２ 放熱装置、２２ａ 放熱装置、２３ 放熱部材（ヒートシンク筐体）、２５ａ 送風ファン、２５ｂ 送風ファン、２７ 放熱部材を構成するフィン、３１ 制御回路（ファン制御回路）、４１ａ 送風ファン、４１ｂ 送風ファン、４２ 放熱部材（ヒートシンク）。

Claims (3)

1. 複数の送風ファンと、送風ファン同士の間で発熱体の表面に受け止められ、送風ファン同士の間で延びる気流の流通路を区画する放熱部材と、交互に送風ファンを作動させる制御信号を生成する制御回路とを備えることを特徴とする放熱装置。
2. 請求項１に記載の放熱装置において、制御信号の生成にあたって、前記制御回路は個々の送風ファンごとに作動時間を測定することを特徴とする放熱装置。
3. 筐体と、筐体に収容される電子部品と、筐体に収容される複数の送風ファンと、送風ファン同士の間で電子部品の表面に受け止められ、送風ファン同士の間で延びる気流の流通路を区画する放熱部材と、交互に送風ファンを作動させる制御信号を生成する制御回路とを備えることを特徴とする電子機器。

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