JP2010225788A

JP2010225788A - 電子機器

Info

Publication number: JP2010225788A
Application number: JP2009070640A
Authority: JP
Inventors: Akinori Ito; 彰則伊藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】送気用の流路が細くても電子回路に所望の流量の流体を送ることができる冷却機構を有する電子機器を提供する。
【解決手段】第１軸に沿って往復運動する圧電素子を備え、流体を供給する供給手段１６と、供給手段に接続され、流体を熱源１４に導く導入手段１８である管状部材とを有し、流体の供給手段は送出し口径と管状部材の受口径とは略同径であり、流体の流量がゼロとなる圧力を２０Ｐａ以上とする。また、供給手段はポンプまたはブロアとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内蔵電子回路の冷却機能を有する電子機器に関する。

近年、高集積デバイスやＡＳＩＣデバイス等を搭載した小型の電子機器では、これらのデバイスの発熱が大きいために冷却をすることが求められ、軸流ファンやターボファンを使った冷却機能を有する電子機器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−５１４２５９号公報

しかしながら、従来の冷却機構である送風機構は、送風用の流路が太く筐体内部に空きスペースがほとんど無い小型の電子機器（例えば、コンパクトデジタルカメラ等）には適用することができない。このため送気用の流路が細くても電子回路に所望の流量の流体を送ることができる冷却機構を有する電子機器が求められている。

上記課題を解決するため、本発明は、第１軸に沿って往復運動する圧電素子を備え、流体を供給する供給手段と、前記供給手段に接続され、前記流体を熱源に導く導入手段とを有することを特徴とする電子機器を提供する。

また、本発明は、冷却機構を有するデジタルカメラを提供することができる。

本発明によれば、送気用の流路が細くても電子回路に所望の流量の流体を送ることができる冷却機構を有する電子機器を提供することができる。

第１実施の形態にかかる小型電子機器の背面概略透視図である。供給装置の断面の一例を示す図である。第２実施の形態にかかる小型電子機器の背面概略透視図である。

以下、本願の実施の形態にかかる小型電子機器（以後、デジタルカメラと略記する）について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解を容易にするためのものに過ぎず、本願の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。

（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態にかかる小型電子機器の背面概略透視図である。

図１において、小型電子機器であるデジタルカメラ１０は、筐体１１の内部に、撮影レンズ１２で集光した不図示の被写体像を撮像する固体撮像素子（以後、ＣＣＤと略記する）１３と、デジタルカメラ１０の各種制御を行う制御装置（以後、ＣＰＵと略記する）１４と、ＣＣＤ１３からの信号に基づき画像形成するための画像処理装置（以後、ＡＳＩＣと略記する）１５と、筐体１１の外部から流体（例えば、空気など）を吸入し排出するための、供給装置１６と、一端部が供給装置１６に接続され他端部が例えば熱源であるＣＰＵ１４の近傍に配置されて供給装置１６が吸入した流体をＣＰＵ１４に吹付けるための導入手段１８が配設されて構成されている。また、導入手段１８は、管状部材１８（以後、チューブと記す）であることが望ましい。この構成により、流体を効率的に供給することができる。なお、流体として空気等の気体に限らず水などの液体であっても良い。

また、供給手段１６は、ポンプであることが望ましい。この構成により、流体を効率的に供給することができる。

また、ポンプ１６は、流体の吸排気に後述するダイヤフラム２２を使用することが望ましい。この構成により、流体を効率的に供給することができる。

また、ポンプは、流体の送出し口径と管状部材の受口径とが略同径である事が望ましい。この構成により、流体を効率的に供給することができる。

また、供給手段１６は、ブロアであることが望ましい。この構成により、流体を効率的に供給することができる。

また、流体は、気体であることが望ましい。この構成により、気体を効率的に供給することができる。なお、以下の説明では気体（空気）を用いた場合を代表として説明するがこれに限定されるものではない。

また、チューブ１８は、スペースの少ない筐体１１内部に配管するため、その内径ｄは以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．５＜ｄ＜５（単位：ｍｍ）

条件式（１）の下限値を下回ると、チューブ１８の内径が細くなりすぎて後述する圧力損失が大きくなり充分な空気量を供給装置１６からＣＰＵ１４まで送ることが困難になる。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、チューブ１８の内径が太くなりすぎて筐体１１内部のスペースに納まらなくなる。なお、本願の効果を確実にするため条件式（１）の下限値を０．７０ｍｍにすることが好ましい。また、本願の効果をより確実にするため条件式（１）の下限値を０．８０ｍｍにすることが好ましい。また、本願の効果を確実にするため条件式（１）の上限値を３．００ｍｍにすることが好ましい。また、本願の効果をより確実にするため条件式（１）の上限値を２．００ｍｍにすることが好ましい。

また、チューブ１８は供給装置１６からＣＰＵ１４までほぼ直線的に配置することが望ましい。やむを得ずチューブ１８を曲げる必要がある場合は、その曲率半径を大きくすることが望ましい。チューブ１８を供給装置１６から目的とする熱源である電子回路（ＣＰＵ１４）までほぼ直線的に配設することにより、圧力損失を小さくできより多くの空気量を送気することができる。なお、熱源としては電子回路以外にモータ等の機構部品なども上げられる。

また、チューブ１８の開口側（熱源である電子回路（ＣＰＵ１４）側）にはベンチュリーノズルを設けることが望ましい。ベンチュリーノズルを設けることで、チューブ１８から吐出する空気の流速を増大して周辺の空気を取り込むことができ、より多くの空気をＣＰＵ１４に吹付けることができる。

また、ＣＰＵ１４の近傍には温度センサー１４ａが配置され、ＣＰＵ１４近傍の温度を検出し、この検出信号をＣＰＵ１４が受信して設定された閾値温度と比較して供給装置１６のＯＮ−ＯＦＦ制御や駆動力（供給量）の制御を行う。このように構成することで省電力化を達成することができる。なお、温度センサー１４ａを配置せずに連続的あるいは適当な時間間隔で供給装置１６を動作するように構成しても同様の効果を奏することができる。

また、上述の説明では供給装置１６は外部から空気を吸入してＣＰＵ１４にチューブ１８を通じて吹付ける場合について説明したが、ＣＰＵ１４の近傍の空気を吸入して筐体１１の外部に吐き出す排気動作を行うように構成することもできる。

以上の構成により、本第１実施の形態にかかるデジタルカメラ１０は、供給装置１６によりＣＰＵ１４に空気を吹付け、あるいはＣＰＵ１４の近傍の空気を排気することでＣＰＵ１４の温度上昇を抑えることができる。なお、供給装置１６による供給動作は、温度上昇を抑えるための冷却動作のみならず、デバイスの温度を下げる場合、例えばペルチェ素子によるデバイスの冷却時、デバイス温度の下がりすぎを抑えることにも使用することができる。

次に、本実施の形態にかかるデジタルカメラ１０に使用される供給装置１６について図２を参照しつつ説明する。

供給装置１６は、筐体１１の内部壁面に配置されている。筐体１１には外部から空気を吸入する際の吸気孔１１ａが形成されている。供給装置１６は、空気の通路を含むハウジング２０と、ハウジング２０内に配置され、圧電素子２１が接着されたダイヤフラム２２と、ポンプ室２３と、空気を吐出するノズル部２４とから構成され、ノズル部２４の先端には、チューブ１８が接続されている。供給装置１６はダイヤフラム２２を圧電素子２１で図中の矢印２５方向（第１軸方向）に振動させることでポンプ室２３の容量を変化させ、吸気孔１１ａから空気を吸入してノズル部２４から吐出させる。ダイヤフラム２２を第１軸に沿って高速で振動させることで空気の吸入および吐出を可能にしている。このような構成の供給装置としては、例えば圧電マイクロブロア（村田製作所製）等が挙げられる。

なお、ポンプ室２３の吐出口２３ａとノズル部２４の吐出部２４ａに弁を配置して空気吸入と吐出を行わせるようにしても良い。また、供給装置１６は、空気の吐出圧力が高い圧力を達成できるブロアであっても良い。

また、本実施の形態に使用される供給装置１６は、チューブ径が細いのでノズル部２４における空気の突出圧力が高い供給装置が望ましい。

以下、チューブ１８で空気を送気する際の圧力損失について述べる。円筒状の管中を空気を送る場合の圧力損失は、以下の式（２）で表される。
（２） ΔＰ＝λ×（Ｌ／ｄ）×（（Ｖ×Ｖ）／２）×σ
ただし、λは摩擦係数、Ｌは管の長さ、ｄは管の径、Ｖは管内空気の流速、σは常温（２３℃）の空気の密度である。

上記式（２）において、管の長さＬ＝１０ｃｍ、管の径ｄ＝１ｍｍ、常温における空気の流速Ｖ＝０．３ｍ／ｓのときの圧力損失ΔＰは、ΔＰ≒１７．４（Ｐａ）となる。ただし、λ＝３．２４、σ＝１．１９として計算している。

この結果から、供給装置１６の空気吐出圧力が１７（Ｐａ）以下では、チューブ１８内を空気が流通せず、チューブ１８の開口部からＣＰＵ１４に空気を吹付けることができなくなる事がわかる。

従って供給手段１６は、流体の流量がゼロとなる圧力が２０Ｐａ以上であることが望ましい。本第１実施の形態にかかるデジタルカメラ１０では、供給装置１６は、空気吐出圧力が２０（Ｐａ）以上のものを使用することで空気流量を確保することができる。なお、本願の効果を確実にするために、空気吐出圧力が１００（Ｐａ）以上の供給装置１６を使用することが望ましい。また、本願の効果をより確実にするために、空気吐出圧力が２００（Ｐａ）以上の供給装置１６を使用することが望ましい。また、本願の効果をさらに確実にするために、空気吐出圧力が５００（Ｐａ）以上の供給装置１６を使用することが望ましい。また、本願の効果をさらに確実にするために、空気吐出圧力が１（ｋＰａ）以上の供給装置１６を使用することが望ましい。図２に示す供給装置１６では、空気吐出圧力は1ｋＰａ以上が得られるため損失圧力に比較して充分大きく、冷却機能としてデジタルカメラ１０で充分使用することが可能である。

なお、流速Ｖ＝３ｍ／ｓとし圧力損失をΔＰ≒１．７４（ｋＰａ）としても良い。このように設定すれば、圧力損失は増加するが送気流量を増加させることができる。この際、空気吐出圧力が２（ｋＰａ）以上の供給装置１６を使用することが望ましい。供給装置１６の突出圧力は大きければ大きいほど好ましいが、突出圧を大きくすれば供給装置１６が大きくなるので、供給装置１６を配設するスペースを考慮して突出圧力を決めることが重要である。

（第２実施の形態）
図２は、第２実施の形態にかかる小型電子機器の背面概略透視図である。第２実施の形態では、複数の熱源である電子回路に空気を吐出させるためように構成されている。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付して説明を省略する。また、供給装置１６は第１実施の形態と同様であり詳細な説明を省略する。

図３において、デジタルカメラ３０は、筐体１１の内部に、撮影レンズ１２で集光した不図示の被写体像を撮像する固体撮像素子（以後、ＣＣＤと略記する）１３と、デジタルカメラ１０の各種制御を行う制御装置（以後、ＣＰＵと略記する）１４と、ＣＣＤ１３からの信号に基づき画像形成するための画像処理装置（以後、ＡＳＩＣと略記する）１５と、筐体１１の外部から空気を吸入するための、供給装置１６と、吸入した空気を上記ＣＣＤ１３、ＣＰＵ１４、ＡＳＩＣ１５に選択的に空気を分配する選択手段３１を有している。

供給装置１６と選択手段３１は、導入手段であるチューブ４０で接続されている。また、ＣＣＤ１３には、選択手段３１に一端部が接続され他端部がＣＣＤ１３の近傍に開口したチューブ３２が、ＣＰＵ１４には、選択手段３１に一端部が接続され他端部がＣＰＵ１４の近傍に開口したチューブ３３が、ＡＳＩＣ１５には、選択手段３１に一端部が接続され他端部がＡＳＩＣ１５の近傍に開口したチューブ３４がそれぞれ配置されている。

また、チューブ３２、３３、３４の開口部側にはベンチュリーノズルを設けることが望ましい。ベンチュリーノズルを設けることで、チューブ３２、３３、３４から吐出する空気の流速を増大して周辺の空気を取り込むことができ、より多くの空気を各デバイス１３、１４、１５に吹付けることができる。

なお、各チューブ３２、３３、３４、４０は、前述の条件式（１）を満足することが望ましい。

また、ＣＣＤ１３の近傍、ＣＰＵ１４の近傍、ＡＳＩＣ１５の近傍には温度センサー１３ａ、１４ａ、１５ａが配置され、それぞれのデバイス近傍の温度を検出し、信号をＣＰＵ１４に伝達している。

また、選択手段３１のチューブ３２、３３、３４が接続されている部分にはチューブ１８で供給された空気を選択的にチューブ３２、３３、３４に排出するためのバルブ３１ａ、３２ａ、３３ａがそれぞれ配置され、ＣＰＵ１４は各温度センサー１３ａ、１４ａ、１５ａの温度検出結果に基づきバルブ３２ａ、３３ａ、３４ａの開閉制御を行うように構成されている。なお、選択手段３１は、バルブ３２ａ、３３ａ、３４ａを配置せず、各デバイス１３、１４、１５に同時に空気を送気するような分配手段で構成しても良い。このとき、各デバイスに送気する空気量は、チューブ３２、３３、３４の長さとその径を決めることにより、各デバイス１３、１４、１５に同じ空気量を送気することができるし、特定のデバイスに多くの空気量を送気するようにすることもできる。例えば、式（２）において、比（Ｌ／ｄ）を一定にすることで圧力損失を同じにすることができるので、チューブ３２、３３、３４の長さＬと径ｄを決めることが望ましい。

また、第１、および第２実施の形態では、チューブ（１８、３２、３３、３４、４０）の長さをＬ、チューブ（１８、３２、３３、３４、４０）の径をｄとするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）１．０＜Ｌ／ｄ＜２０．０

条件式（３）は、圧力損失を所定値内にするための条件を規定する。

条件式（３）の下限値を下回ると、圧力損失は小さくなるがチューブの長さが短くなりすぎてデバイスにチューブが届かなくなるか、チューブの径が太くなりすぎて筐体１１内のスペースに収まらなくなる。なお、本願の効果を確実にするため条件式（３）の下限値を２．５にすることが好ましい。また、本願の効果をより確実にするため条件式（３）の下限値を５．０にすることが好ましい。

条件式（３）の上限値を上回ると、チューブの長さが長くなるか、チューブの径が細くなり過ぎて、圧力損失が大きくなり所望の流量を得られなくなってデバイスの冷却を行うことができなくなる。なお、本願の効果を確実にするため条件式（３）の上限値を１７．５にすることが好ましい。また、本願の効果をより確実にするため条件式（３）の上限値を１５．０にすることが好ましい。

ＣＰＵ１４は、デジタルカメラ３０の撮影制御以外に、ＣＣＤ１３、ＣＰＵ１４、ＡＳＩＣ１５近傍の温度を温度センサー１３ａ、１４ａ、１５ａでそれぞれ検出し、温度が閾値以上に上がったときに、選択手段３１の各バルブ３２ａ、３３ａ、３４ａの開閉を行い、各チューブ３２、３３、３４を通じて送られた空気をＣＣＤ１３、ＣＰＵ１４、ＡＳＩＣ１５上に吹付け各デバイスの冷却を行うように構成しても良い。このように構成することで、効率的に空気を各デバイスに送気することができ、省電力化を達成することができる。

また、ＣＰＵ１４は、温度センサー１３ａ、１４ａ、１５ａからの情報に基づき、供給装置１６の駆動を制御するように構成しても良い。各デバイス１３、１４、１５の温度によって供給装置１６の駆動を強くしたり弱くしたりして、供給装置１６から選択手段３１への空気の流量を調節することができ、送気の効率化ができ、省電力化を達成することができる。

以上述べたように、実施の形態にかかる小型電子機器であるデジタルカメラでは、使用されている電子デバイス（電子回路）、例えばＣＣＤ、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ等、の空冷を行うことができる。なお、各デバイスに吹付けた空気は、デジタルカメラの組み立て時に生じる隙間から筐体外部に放出されるが、積極的に排気する隙間や空間を筐体に設けても良い。ただし、外部からの埃などの進入を防止するために隙間や空間にはフィルタを配置することが望ましい。また、チューブを配管する電子回路は上記に限らず、メモリ等も含まれることは言うまでもない。

また、上記説明では、流体として空気を用いた場合について説明したが、空気以外の気体（例えば、窒素、炭酸ガス、アルゴンガス等）を使う小型電子機器にも適用することができる。

また、液体中で使用可能な小型電子機器の場合には、流体として水、油などを用いても良い。

１０、３０デジタルカメラ（小型電子機器）
１１筐体
１２撮影レンズ
１３固体撮像素子（ＣＣＤ）
１４制御装置（ＣＰＵ）
１５画像処理装置（ＡＳＩＣ）
１３ａ、１４ａ、１５ａ温度センサー
１６供給装置
１８、３２、３３、３４、４０導入手段（管状部材、チューブ）
２０ハウジング
２１圧電素子
２２ダイヤフラム
２３ポンプ室
２４ノズル部
３１選択手段

Claims

第１軸に沿って往復運動する圧電素子を備え、流体を供給する供給手段と、
前記供給手段に接続され、前記流体を熱源に導く導入手段とを有することを特徴とする電子機器。
前記導入手段は、管状部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記供給手段は、ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記ポンプは、前記流体の供給にダイヤフラムを使用することを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
前記ポンプは、前記流体の送出し口径と前記管状部材の受口径とが略同径である事を特徴とする請求項４に記載の電子機器。
前記供給手段は、ブロアであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
前記流体は、気体であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子機器。
前記供給手段は、前記流体の流量がゼロとなる圧力が２０Ｐａ以上であることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
前記導入部材は、フレキシブルチューブであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電子機器。
前記導入材は、前記熱源に隣接する開口部にベンチュリーノズルを有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電子機器。
前記導入手段は管状部材であり、
前記管状部材は、管の長さをＬ、管の直径をｄとするとき
１．０＜Ｌ／ｄ＜２０．０
を満足することを特徴とする請求項９または１０に記載の電子機器。
前記熱源は、電子部品であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電子機器。
前記熱源は、冷却体であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電子機器。
前記熱源を複数有し、
前記供給手段と前記熱源との間に、前記複数の熱源に向けて配設された前記導入手段を選択する選択手段を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の電子機器。
前記選択手段は、少なくとも１つのバルブを有することを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
前記熱源の温度を検出する温度センサーを有し、
前記温度センサーで検出された温度が閾値を超えたとき、当該熱源に前記管状部材を介して流体を輸送するように前記選択手段を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１４または１５に記載の電子機器
前記電子機器は、デジタルカメラであることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の電子機器。