JP2008288429A - 放熱板冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱板の冷却を自動的に安定して行う放熱板冷却装置を実現する。
【解決手段】基板に配された部品Ｐが発熱した熱を放熱するための放熱板１の温度が上昇して、放熱板１と接地板２との間に所定の温度差が生じた場合に、放熱板１と接地板２との間に介在されるトランジスタ３は、送風部４に電源部５からの電力を供給するように切り替えることができるので、放熱板冷却装置１０は、放熱板１の温度が上昇した際に、電源部５から送風部４への電力の供給を行うようにして、自動的に送風部４を駆動させることができることとなって、その送風部４が放熱板１に向けて送る風によって、放熱板１を冷却することを可能にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱板冷却装置に関する。

従来、光源ランプに向けて送風する冷却ファンによる通気の流路に放熱板を配設して、装置内の温度が上がり過ぎないように調整するプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ゼーベック効果を利用する熱電素子の冷却面と加熱面との温度差に応じて生じた起電力を電動ファンに供給して、その電動ファンを回転させて送風を行う温風送風器が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、ゼーベック効果を利用する熱発電素子における放熱板と吸熱板との間の温度差に応じて生じた起電力を装置に供給可能にする電子装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

また、ゼーベック効果を利用するペルチェ素子によって、マイクロプレートの加熱や冷却を行う恒温装置が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開２００５−３７５０６号公報 特開２００１−４２２６号公報 特開２００４−２７２７１９号公報 特開２００５−２７３９２０号公報

しかしながら、上記特許文献２、３のような、ゼーベック効果を利用する熱電素子（熱発電素子）による電力供給能力は低く、安定しないことがあるので、このような熱電素子による電力供給に関する技術を上記特許文献１のプロジェクタなどの装置に適用し、冷却ファンを駆動させるための電力として使用する場合、冷却ファンの駆動が安定せず、送風が不十分になるなどして、装置内の温度調整に不具合が生じてしまうことがあるという問題があった。

本発明の目的は、放熱板の冷却を自動的に安定して行う放熱板冷却装置を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、放熱板冷却装置であって、
基板に配された部品の熱を放熱するための第一金属板と、その基板のグランドとなる第二金属板との間に介在されるスイッチ部と、
前記第一金属板に向けて風を送る送風部と、
前記送風部を駆動させる電力を供給するための電源部と、
を備え、
前記スイッチ部は、前記第一金属板と前記第二金属板との間に所定の温度差が生じた場合に、前記送風部に前記電源部からの電力を供給するように切り替えることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放熱板冷却装置において、
前記スイッチ部はトランジスタからなり、前記第一金属板は前記トランジスタのベース側に接続され、前記第二金属板は前記トランジスタのエミッタ側に接続され、前記電源部は前記送風部を挟んで前記トランジスタのコレクタ側に接続されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の放熱板冷却装置において、
前記第一金属板と前記スイッチ部の間に可変抵抗が備えられることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、放熱板冷却装置であって、
基板に配された部品の熱を放熱するための第一金属板と、その基板のグランドとなる第二金属板との間に介在されるトランジスタと、
前記第一金属板に向けて風を送る送風部と、
前記送風部を駆動させる電力を供給するための電源部と、
を備え、
前記第一金属板は可変抵抗を介して前記トランジスタのベース側に接続され、前記第二金属板は前記トランジスタのエミッタ側に接続され、前記電源部は前記送風部を挟んで前記トランジスタのコレクタ側に接続されており、
前記トランジスタは、前記第一金属板の温度が前記第二金属板の温度より高温になった場合に、前記送風部に前記電源部からの電力を供給するように切り替えることを特徴としている。

本発明によれば、例えば、電子機器が使用されるなどした際に、その機器の基板に配された部品が発熱した熱を放熱するための放熱板としての第一金属板の温度が上昇するなどして、第一金属板と第二金属板との間に所定の温度差が生じた場合に、第一金属板と第二金属板との間に介在されるスイッチ部は、送風部に電源部からの電力を供給するように切り替えることができるので、放熱板冷却装置は、第一金属板の温度が上昇した際に、電源部から送風部への電力の供給を行うようにして、自動的に送風部を駆動させることができることとなって、その送風部が第一金属板に向けて送る風によって、第一金属板を冷却することができる。
そして、放熱板冷却装置における電源部は、送風部を駆動させる電力を供給するために設けられているので、その電源部からの電力によって送風部の駆動を安定して行うことが可能であり、第一金属板の冷却を安定して行うことができる。
従って、この放熱板冷却装置は、第一金属板の冷却を自動的に安定して行うことができる装置であるといえる。

以下、図を参照して、本発明に係る放熱板冷却装置の実施形態を詳細に説明する。
なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。

放熱板冷却装置１０は、電子機器や電化製品に備えられて、その電子機器や電化製品が動作する際に発熱する部品（パーツ）の温度上昇や、その発熱に伴う電子機器や電化製品の内部温度の上昇を抑制するように、発熱部品の熱が伝導される放熱板を冷却するための装置である。

放熱板冷却装置１０は、図１に示すように、所定の基板（図示省略）に実装されて配されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）やＩＣ（Integrated Circuit）などの部品Ｐの熱を放熱するための第一金属板としての放熱板１と、その基板のグランドとなる第二金属板としての接地板２と、放熱板１と接地板２との間に介在されるスイッチ部としてのトランジスタ３と、放熱板１に向けて風を送る送風部４と、送風部４を駆動させる電力を供給するための電源部５等を備えている。

放熱板１は、発熱する部品Ｐの近傍や、発熱する部品Ｐと接する位置に備えられ、その部品Ｐが放出する熱を伝導して拡散するようになっている。
特に、この放熱板１は、例えば、鉄や銅などの金属板によって構成されている。

接地板２は、図示しない基板におけるグランドとして機能する。
特に、この接地板２は、例えば、銅とニッケルの合金であるコンスタンタンや、ニッケルとクロムの合金であるニクロムなどの金属板によって構成されている。

トランジスタ３は、例えば、ＮＰＮ形トランジスタであって、放熱板冷却装置１０のスイッチング素子として機能する。
そして、放熱板１はトランジスタ３のベース側に電気的に接続され、接地板２はトランジスタ３のエミッタ側に電気的に接続されている。また、トランジスタ３のコレクタ側には送風部４が電気的に接続されており、電源部５は送風部４を挟んでトランジスタ３のコレクタ側に電気的に接続されている。

なお、このトランジスタ３にベース電流（Ｉ_Ｂ；図２参照）が流れると、トランジスタ３はオン状態となってコレクタ電流（Ｉ_Ｃ；図２参照）が流れるようになる。一方、トランジスタ３にベース電流が流れないと、トランジスタ３はオフ状態となってコレクタ電流は流れないようになる。
つまり、このトランジスタ３がオン状態になると、電源部５からの電流が送風部４を通じてトランジスタ３に流れるようになり、電源部５からの電力が送風部４に供給される。一方、トランジスタ３がオフ状態になると、電源部５からの電力の供給が止まる。
このようにトランジスタ３は、電源部５からの電力の供給のオン／オフを切り替えるスイッチングを行うようになっている。

送風部４は、プロペラ４ａと、プロペラ４ａを回転させる駆動部であるモータ４ｂとを有している。
このモータ４ｂが駆動することによりプロペラ４ａが回転し、放熱板１に向けて送風が行われる。

電源部５は、その電源端子から送風部４に向けて所定の電圧を印加することで、送風部４を駆動させるための電力を供給する。
特に、この電源部５は、送風部４を駆動させる電力を供給するために、独立して設けられている。

次に、トランジスタ３のスイッチングについて説明する。

トランジスタ３は、放熱板１と接地板２の間に配されており、トランジスタ３のベース側に放熱板１が接続され、トランジスタ３のエミッタ側に接地板２が接続されている。
そして、放熱板１と接地板２の間に所定の温度差が生じると、ゼーベック効果によって放熱板１と接地板２の間に電位差が生じる。具体的には、放熱板１の温度が接地板２の温度より高温になると、放熱板１側の電位が高くなる電位差が生じる。
この放熱板１と接地板２の間の電位差に応じた起電力により、放熱板１側から接地板２側に流れるベース電流（Ｉ_Ｂ）が発生し、トランジスタ３がオン状態になる。
一方、放熱板１と接地板２の間の温度差がない状態や、その温度差が所定の閾値以下である場合では、ゼーベック効果による電位差や起電力は生じないので、トランジスタ３がオフ状態になる。
そして、このトランジスタ３のオン／オフが切り替わるスイッチングによって、電源部５から送風部４への電力の供給のオン／オフが切り替えられる。

次に、放熱板冷却装置１０の動作について説明する。

この放熱板冷却装置１０が備えられる電子機器や電化製品の主電源が投入された起動直後からしばらくの間は、その電子機器や電化製品を構成する部品Ｐは発熱しておらず、放熱板１の温度も低いため、図１に示すように、トランジスタ３はオフ状態であって、電源部５から送風部４への電力の供給がなされないので、送風部４のモータ４ｂは駆動せず、プロペラ４ａは停止している。

その後、電子機器や電化製品を継続して使用し続けると、部品Ｐが発熱するので、その部品Ｐが放熱する熱が放熱板１に伝導されるようになり、放熱板１の温度が上昇する。
そして、放熱板１と接地板２の間に所定の温度差が生じると、ゼーベック効果によって放熱板１と接地板２の間に電位差が生じ、その電位差に応じた起電力により放熱板１側から接地板２側に流れるベース電流（Ｉ_Ｂ）が発生し、トランジスタ３がオン状態になる。

トランジスタ３がオン状態になると、電源部５からの電流が送風部４を通じてトランジスタ３に流れるようになり、電源部５からの電力が送風部４に供給されるので、図２に示すように、モータ４ｂの駆動によりプロペラ４ａが回転し、送風部４が放熱板１に向けて風を送る。
このように、発熱した部品Ｐの熱が放熱板１に伝導されて拡散されたうえに、送風部４の駆動による送風が放熱板１に当てられることにより、その放熱板１から熱を好適に放出させることができ、放熱板１や部品Ｐを冷却することができる。
なお、その送風によって放熱板１から放出された熱は、さらに送風によって電子機器や電化製品の内部から外部へ放出される。

そして、送風部４の送風によって放熱板１が冷却されて、放熱板１と接地板２の間の温度差が僅かになったり無くなったりすると、放熱板１と接地板２の間の電位差（起電力）がなくなるのでトランジスタ３がオフ状態になり、電源部５から送風部４への電力の供給が止まり、モータ４ｂは駆動停止してプロペラ４ａは回転停止する。

次いで、電子機器や電化製品が使用し続けられると、部品Ｐが再度発熱することとなって、放熱板１の温度が上昇し、トランジスタ３がオン状態となり、送風部４が駆動する。
そして、送風部４が放熱板１に向けた送風によって放熱板１が冷却されると、トランジスタ３がオフ状態となり、送風部４のプロペラ４ａは回転停止する。
このように、電子機器や電化製品が使用状況に応じて、放熱板１の温度が上昇した場合に、トランジスタ３がオン状態となって、電源部５から送風部４へ電力の供給が行われるので、放熱板冷却装置１０は、放熱板１の温度が上昇した際に自動的に送風部４を駆動させて、放熱板１を冷却することが可能になる。

以上のように、本発明に係る放熱板冷却装置１０は、ユーザにより電子機器や電化製品が使用されて、その電子機器や電化製品を構成する部品Ｐが発熱し、その部品Ｐの発熱を放熱するための放熱板１の温度が上昇した際に、電源部５から送風部４への電力の供給が行われることとなって、自動的に送風部４を駆動させて、放熱板１を冷却することができる。
そして、この電源部５は、送風部４を駆動させる電力を供給するために独立して設けられた電源であるので、電源部５からの電力によって送風部４の駆動を安定して行うことが可能であって、放熱板１の冷却を安定して行うことができる。

つまり、放熱板冷却装置１０は、ゼーベック効果により生じる起電力を送風部４（モータ４ｂ）の駆動に使用するのではなく、ゼーベック効果により生じる起電力をトリガーとするように、トランジスタ３のスイッチングを行い、その独立した電源部５から供給される電力に基づき送風部４を駆動させることによって、自動的に安定した放熱板１の冷却を行うことができる。

従って、この放熱板冷却装置１０は、放熱板１の冷却を自動的に安定して行うことができる装置であるといえる。

また、放熱板冷却装置１０は、常に送風部４を駆動し送風を行うのではなく、放熱板１の温度が基準温度以上に上昇した場合など、放熱板１を冷却する必要に応じて送風部４に電力を供給するので、電源部５からの電力の消費を必要最小限に抑えることができる。
また、放熱板１を冷却する必要がある場合にのみ、送風部４が駆動するので、モータ４ｂの駆動音やプロペラ４ａの回転音などの発生も最低限に抑えることができ、ノイズの発生を低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図３に示すように、放熱板冷却装置１１における放熱板１とトランジスタ３の間に、可変抵抗６を備えるようにしてもよい。
この可変抵抗６の抵抗値を調整することによって、放熱板１と接地板２の間に生じる起電力に応じたベース電流（Ｉ_Ｂ）の値を調整するようにして、トランジスタ３のスイッチングのタイミングであって、送風部４が作動するタイミングとなる放熱板１と接地板２の間の温度差や、放熱板１の温度を任意の値に設定することが可能になる。
つまり、季節ごとの気温や、電子機器や電化製品を使用する環境温度や、ユーザの所望する条件などに応じて、電源部５から送風部４へ電力供給し、送風部４を作動させる際のタイミングとなる放熱板１の温度を設定変更することが可能になる。

なお、以上の実施の形態においては、放熱板１に鉄や銅などの金属板、接地板２にコンスタンタンやニクロムなどの金属板を用いるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゼーベック効果が得られる金属板の組み合わせであれば、他の金属であってもよい。

また、以上の実施の形態においては、電源部５は、送風部４を駆動させる電力を供給するために独立して設けられているとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電源部５は、放熱板冷却装置１０を備える電子機器や電化製品の主電源を共有するようにしてもよい。

また、放熱板冷却装置１０を備える電子機器や電化製品は任意であり、テレビ、パーソナルコンピュータ、プロジェクタなど、その内部に発熱する部品Ｐが設けられている機器や装置であれば、特に限定されない。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明に係る放熱板冷却装置を示す説明図である。 本発明に係る放熱板冷却装置を示す説明図であって、動作中の状態を示している。 放熱板冷却装置の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ 放熱板（第一金属板）
２ 接地板（第二金属板）
３ トランジスタ（スイッチ部）
４ 送風部
４ａ プロペラ
４ｂ モータ
５ 電源部
６ 可変抵抗
１０ 放熱板冷却装置
１１ 放熱板冷却装置
Ｐ 部品

Claims (4)

1. 基板に配された部品の熱を放熱するための第一金属板と、その基板のグランドとなる第二金属板との間に介在されるスイッチ部と、
   前記第一金属板に向けて風を送る送風部と、
   前記送風部を駆動させる電力を供給するための電源部と、
   を備え、
   前記スイッチ部は、前記第一金属板と前記第二金属板との間に所定の温度差が生じた場合に、前記送風部に前記電源部からの電力を供給するように切り替えることを特徴とする放熱板冷却装置。
2. 前記スイッチ部はトランジスタからなり、前記第一金属板は前記トランジスタのベース側に接続され、前記第二金属板は前記トランジスタのエミッタ側に接続され、前記電源部は前記送風部を挟んで前記トランジスタのコレクタ側に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱板冷却装置。
3. 前記第一金属板と前記スイッチ部の間に、可変抵抗が備えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱板冷却装置。
4. 基板に配された部品の熱を放熱するための第一金属板と、その基板のグランドとなる第二金属板との間に介在されるトランジスタと、
   前記第一金属板に向けて風を送る送風部と、
   前記送風部を駆動させる電力を供給するための電源部と、
   を備え、
   前記第一金属板は可変抵抗を介して前記トランジスタのベース側に接続され、前記第二金属板は前記トランジスタのエミッタ側に接続され、前記電源部は前記送風部を挟んで前記トランジスタのコレクタ側に接続されており、
   前記トランジスタは、前記第一金属板の温度が前記第二金属板の温度より高温になった場合に、前記送風部に前記電源部からの電力を供給するように切り替えることを特徴とする放熱板冷却装置。

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