JP2013251364A - 電子機器用冷却装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】課題は、簡単な構造でヒートシンクに付着した埃を自動的に除去する冷却装置を提供することである。
【解決手段】冷却装置（１）は、複数の放熱フィン（１１０）を備えるヒートシンク（１０）と、第１ファン（２０Ｌ）と、第２ファン（２０Ｒ）と、制御部（３０）とを有する。第１ファンは、ヒートシンクの側面（ＳＬ）に固定され、複数の放熱フィンの各々の間に空気（Ａ）を送る。第２ファンは、ヒートシンクを挟んで第１ファンに対向するようにヒートシンクのもう一方の側面（ＳＲ）に固定され、複数の放熱フィンの各々の間に空気（Ｂ）を送る。制御部は、第１ファンおよび第２ファンを交互に動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器用冷却装置および電子機器に関する。

ＣＰＵ（中央演算処理装置）の冷却には、ヒートシンクが広く使われている。ヒートシンクは、典型的には、それぞれが略平行に並ぶ複数の放熱フィンを備えている。ヒートシンクの冷却能力を更に高めるため、ヒートシンクにファンが取り付けられていることが多い。

ファンからの送風によって、複数の放熱フィンの各々の間には、埃が付着しやすい。その埃は、ヒートシンクの冷却能力を低下させる。そこで、特許文献１および２は、ヒートシンクに付着した埃を自動的に除去する技術を開示している。

特開２０１０−１６１１９６号公報 特開２０１０−３４２１５号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、ファンからヒートシンクへ空気を送るための流路に加え、その流路に流れる風量を制限するための制限部材を必要とする。このことは、冷却装置の複雑な構成を招く上、汎用性に欠ける。一方、特許文献２の技術は、車両用の技術であり、冷却風ダクトやエアフィルタを必要とする。この技術は、パーソナルコンピュータ（以下「ＰＣ」）等の電子機器向けとしては、大がかりである。

そこで、簡単な構造でヒートシンクに付着した埃を自動的に除去することができる技術が望まれている。

本発明の電子機器用冷却装置は、複数の放熱フィンを備えるヒートシンクと、前記ヒートシンクの側面に固定され、前記複数の放熱フィンの各々の間に空気を送る第１ファンと、前記ヒートシンクを挟んで前記第１ファンに対向するように前記ヒートシンクのもう一方の側面に固定され、前記複数の放熱フィンの各々の間に空気を送る第２ファンと、前記第１ファンおよび前記第２ファンを交互に動作させる制御部とを有する。

簡単な構造でヒートシンクに付着した埃を自動的に除去する電子機器用冷却装置を提供することができる。更に、その電子機器用冷却装置を備える電子機器を提供することができる。

図１は、冷却装置１の分解立体図である。 図２は、冷却装置１の外観図である。 図３は、冷却装置１の動作を例示するタイミングチャートである。 図４Ａは、冷却装置１の説明図である。 図４Ｂは、冷却装置１の説明図である。 図５は、冷却装置１を備えるＰＣ６０を例示する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に関連づけて説明する。以下の実施の形態において、同一の部材には原則として同一の符号が付されている。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態は、冷却装置１に関する。

１．冷却装置の概要
図１は、冷却装置１の分解立体図である。図１の仮想曲線は、ＣＰＵ５０を示す。ＣＰＵ５０は、冷却装置１の冷却対象である。

冷却装置１は、ヒートシンク１０と、第１ファン２０Ｌと、第２ファン２０Ｒと、制御部３０とを有する。冷却装置１は、電子機器用である。電子機器には、例えば、デスクトップ型ＰＣ、サーバ装置および複合機がある。電子機器は、ＣＰＵ５０のような発熱する冷却対象を備えていれば、特に限定されない。

ヒートシンク１０は、ＣＰＵ５０を冷却する。その詳細は、以下の通りである。ヒートシンク１０は、熱伝導率の高い金属（例えば、アルミニウム、銅）で形成されている。ヒートシンク１０は、複数の放熱フィン１１０と、土台１２０とを備える。本実施の形態では、ヒートシンク１０は、７つの放熱フィン１１０を備える。ヒートシンク１０は、土台１２０の底面１２０ＢがＣＰＵ５０の表面に固着するように、ビス等で基板に固定されている。土台１２０の形状は、本実施の形態では、Ｚ軸方向から見て略正方形である。

複数の放熱フィン１１０の各々は、Ｘ軸方向に長辺を持ち、Ｚ軸方向に短辺を持つ長方形である。複数の放熱フィン１１０の各々は、均一の厚み（Ｙ軸方向）を持つ。複数の放熱フィン１１０の各々は、例えば、Ｙ軸方向に厚みを持つ正方形であっても差し支えはない。複数の放熱フィン１１０の各々は、Ｙ軸方向に等間隔に配置されている。したがって、互いに隣接する２つの放熱フィン１１０の間には、一つの溝１３０が存在する。本実施の形態では、６つの溝１３０が存在する。また、複数の放熱フィン１１０は、土台１２０からＺ軸方向に突出するように、土台１２０と一体形成されている。

第１ファン２０Ｌは、例えば、複数枚の羽根２１０Ｌを備える多翼ファンである。第１ファン２０Ｌは、ヒートシンク１０の左側面ＳＬにビス等で固定されている。ここで言う「左側面」とは、Ｙ軸の負方向から見てヒートシンク１０の左手にある側面を指している。第１ファン２０Ｌは、ヒートシンク１０を挟んで第２ファン２０Ｒに対向している。

第１ファン２０Ｌは、制御部３０から第１制御信号ＣＮＴＬを受ける。第１制御信号ＣＮＴＬは、例えば、電圧信号である。第１ファン２０Ｌは、第１制御信号ＣＮＴＬに応じて、複数枚の羽根２１０Ｌを時計方向に回転させる。このことにより、第１ファン２０Ｌは、第２ファン２０Ｒに向かって複数の放熱フィン１１０の各々の間、つまり複数の溝１３０に空気Ａを送る。ただし、第１ファン２０Ｌの動作中、第２ファン２０Ｒは、停止している。

空気Ａは、複数の溝１３０を伝って第１ファン２０Ｌから第２ファン２０Ｒの方向（Ｘ軸の正方向）に流れる。ＣＰＵ５０の動作によって発生する熱は、ＣＰＵ５０の表面からヒートシンク１０の土台１２０に伝導される。その熱は、更に複数の放熱フィン１１０に伝導される。空気Ａが複数の放熱フィン１１０の各々に当たることにより、ヒートシンク１０に伝導された熱が奪われる。このことにより、ＣＰＵ５０は、冷却される。

第２ファン２０Ｒも、第１ファン２０Ｌと同様に、複数枚の羽根２１０Ｒを備える多翼ファンである。第２ファン２０Ｒは、ヒートシンク１０の右側面ＳＲにビス等で固定されている。ここで言う「右側面」とは、Ｙ軸の負方向から見てヒートシンク１０の右手にある側面を指している。第２ファン２０Ｒは、ヒートシンク１０を挟んで第１ファン２０Ｌに対向している。

第２ファン２０Ｒは、制御部３０から第２制御信号ＣＮＴＲを受ける。第２制御信号ＣＮＴＲも、第１制御信号ＣＮＴＬと同様に、電圧信号である。第２ファン２０Ｒは、第２制御信号ＣＮＴＲに応じて、複数枚の羽根２１０Ｒを時計方向に回転させる。このことにより、第２ファン２０Ｒは、第１ファン２０Ｌの方向に向かって複数の溝１３０に空気Ｂを送る。ただし、第２ファン２０Ｒの動作中、第１ファン２０Ｌは、停止している。

空気Ｂは、空気Ａと逆向きに流れる。つまり、空気Ｂは、複数の溝１３０を伝って第２ファン２０Ｒから第１ファン２０Ｌの方向（Ｘ軸の負方向）に流れる。空気Ｂが複数の放熱フィン１１０の各々に当たることにより、ＣＰＵ５０は、冷却される。

制御部３０は、例えば、チップセットで構成されている。制御部３０は、第１制御信号ＣＮＴＬを第１ファン２０Ｌに出力することにより、第１ファン２０Ｌを制御する。これと共に、制御部３０は、第２制御信号ＣＮＴＲを第２ファン２０Ｒに出力することにより、第２ファン２０Ｒを制御する。両者の制御の際に、制御部３０は、第１および第２ファン２０Ｌ、２０Ｒを交互に動作させる。そのため、空気ＡおよびＢが複数の溝１３０を交互に流れる。

一般的な冷却装置の場合、複数の放熱フィンの各々の間にある複数の溝には、空気が一方向にしか流れない。そのため、埃がヒートシンクの片側（空気の流れの上流側）に付着しやすい。仮に冷却装置１が第１ファン２０Ｌのみを備えている場合、埃は、複数の溝１３０の左側面ＳＬの近傍に付着しやすい。

しかしながら、冷却装置１の場合、第１ファン２０Ｌに加え、第２ファン２０を有する。そして、第１および第２ファン２０Ｌ、２０Ｒが交互に動作する。そのため、互いに逆向きの空気ＡおよびＢが複数の溝１３０に交互に流れる。仮に埃が複数の溝１３０の左側面ＳＬの近傍に付着していたとしても、第２ファン２０からの空気Ｂによって、その埃は吹き飛ばされる。

したがって、冷却装置１は、ＣＰＵ５０を冷却しつつ、ヒートシンクに付着した埃を自動的に除去することができる。更に、第１および第２ファン２０Ｌ、２０Ｒのうち、一方が動作している期間には、もう一方が停止している。そのため、消費電力がファン一個分で済むという利点がある。

２．冷却装置の詳細な構成例
図２は、冷却装置１の外観図である。冷却装置１は、温度センサ４０を更に備える。温度センサ４０は、測定部の一例である。

先ず、温度センサ４０について説明する。温度センサ４０は、例えばサーマルダイオードで構成されている。温度センサ４０は、ＣＰＵ５０の温度Ｔを逐次計測する。ここで言う「ＣＰＵの温度」とは、ＣＰＵ５０の内部（コア）温度を指す。そのため、実際には、温度センサ４０は、ＣＰＵ５０に内蔵されている。温度センサ４０は、測定したＣＰＵ５０の温度を温度信号Ｔ_ＣＰＵとして制御部３０に逐次出力する。

ＣＰＵ５０の温度は、ヒートシンク１０の温度であってもよい。この場合、温度センサ４０は、ヒートシンク１０の土台１２０の底面１２０Ｂ等に取り付けられる。温度センサ４０は、ヒートシンク１０の温度をＣＰＵ５０の温度として逐次計測し、これを温度信号Ｔ_ＣＰＵとして制御部３０に逐次出力する。

続いて、制御部３０について説明する。制御部３０は、第１および第２ファン２０Ｌ、２０Ｒのうち、動作させる方の回転数を温度センサ４０による温度信号Ｔ_ＣＰＵに基づいて可変する。その詳細は、以下の通りである。なお、ここで言う「回転数」とは、羽根２１０Ｌまたは２１０Ｒが１分間に回転する回数である。

以下、第１ファン２０Ｌの動作期間を便宜的に「第１期間」と呼ぶ。第２ファン２０Ｒの動作期間を便宜的に「第２期間」と呼ぶ。第１および第２期間ΔＴ１、ΔＴ２は、任意の時間（例えば６０分）に設定可能である。第１および第２期間ΔＴ１、ΔＴ２は、互いに同じ長さであっても、互いに異なる長さであってもよい。

第１期間にて、制御部３０は、以下の制御を行う。制御部３０は、第２制御信号ＣＮＴＲ＝”Ｌ（ローレベル）”を第２ファン２０Ｒに出力して、第２ファン２０Ｒの動作を停止させる。その上で、制御部３０は、第１制御信号ＣＮＴＬ＝”Ｈ（ハイレベル）”を第１ファン２０Ｌに出力して、第１ファン２０Ｌを動作させる。

なお、第１期間にＣＰＵ５０の温度Ｔが上昇した場合、制御部３０は、第１ファン２０Ｌの回転数を更に上げる。具体的には、温度センサ４０は、ＣＰＵ５０の温度Ｔを計測している。そして、温度センサ４０は、測定したＣＰＵ５０の温度を温度信号Ｔ_ＣＰＵとして制御部３０に出力する。制御部３０は、その温度信号Ｔ_ＣＰＵが示すＣＰＵ５０の温度Ｔに対応した第１制御信号ＣＮＴＬ＝”Ｈ_１”を第１ファン２０Ｌに出力する。基本的に、第１制御信号ＣＮＴＬ＝”Ｈ_１”の電圧レベルＶ_１は、上述した第１制御信号ＣＮＴＬ＝”Ｈ”の電圧レベルＶよりも高い。第１ファン２０Ｌは、電圧レベルが”Ｖ”の場合よりも高い回転数で複数枚の羽根２１０Ｌを回転させる。

一方、第２期間にて、制御部３０は、以下の制御を行う。制御部３０は、第１制御信号ＣＮＴＬ＝”Ｌ”を第１ファン２０Ｌに出力して、第１ファン２０Ｌの動作を停止させる。その上で、制御部３０は、第２制御信号ＣＮＴＲ＝”Ｈ”を第２ファン２０Ｒに出力して、第２ファン２０Ｒを動作させる。

なお、第１期間にＣＰＵ５０の温度Ｔが上昇した場合、制御部３０は、第２ファン２０Ｒの回転数を更に上げる。具体的には、第１ファン２０Ｌの場合と同様に、制御部３０は、温度信号Ｔ_ＣＰＵが示すＣＰＵ５０の温度Ｔに対応した第２制御信号ＣＮＴＲ＝”Ｈ_１”を第２ファン２０Ｒに出力する。基本的に、第２制御信号ＣＮＴＲ＝”Ｈ_１”の電圧レベルＶ_１は、上述した第２制御信号ＣＮＴＲ＝”Ｈ”の電圧レベルＶよりも高い。第２ファン２０Ｒは、電圧レベルが”Ｖ”の場合よりも高い回転数で複数枚の羽根２１０Ｒを回転させる。

つまり、制御部３０は、ＣＰＵ５０の温度Ｔが上昇した場合、第１ファン２０Ｌおよび第２ファン２０Ｒのうち動作させる方の回転数をＣＰＵ５０の温度Ｔに応じて上げる。ＣＰＵ５０の発熱量の増加に合わせて、ヒートシンク１０の冷却能力を高めることができる。

３．冷却装置の動作例
図３は、冷却装置１の動作を例示するタイミングチャートである。図４Ａは、図３に示す第１期間ΔＴ１（＝ｔ１−ｔ２、ｔ３−ｔ４）に対応する冷却装置１の説明図である。図４Ｂは、第２期間ΔＴ２（＝ｔ２−ｔ３）に対応する冷却装置１の説明図である。なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、説明を明確にするため、冷却装置１の構造が分解立体図で示されている。また、温度センサ４０の図示が省略されている。

（第１期間ΔＴ１＝ｔ１−ｔ２）
第１期間ΔＴ１にて、制御部３０は、第２ファン２０Ｒの動作を停止させる。その上で、制御部３０は、第１ファン２０Ｌを動作させる。このとき、図３に示すように、第１制御信号ＣＮＴＬは、”Ｈ”である。第２制御信号ＣＮＴＲは、”Ｌ”である。第１期間では、第１ファン２０Ｌのみが動作している。

図４Ａに示すように、空気Ａが複数の溝１３０を伝って第１ファン２０Ｌから第２ファン２０Ｒの方向に流れる。第１ファン２０Ｌのみが動作しているため、埃がヒートシンク１０の左側面ＳＬの近傍に付着しやすい。

（第２期間ΔＴ２＝ｔ２−ｔ３）
第２期間にて、制御部３０は、第１ファン２０Ｌの動作を停止させる。その上で、制御部３０は、第２ファン２０Ｒを動作させる。このとき、このとき、図３に示すように、第１制御信号ＣＮＴＬは、”Ｌ”である。第２制御信号ＣＮＴＲは、”Ｈ”である。第２期間では、第２ファン２０Ｒのみが動作している。

図４Ｂに示すように、空気Ｂが複数の溝１３０を伝って第２ファン２０Ｒから第１ファン２０Ｌの方向に流れる。そのため、ヒートシンク１０の左側面ＳＬの近傍に付着していた埃が空気Ｂによって吹き飛ばされる。その一方、第２ファン２０Ｒのみが動作しているため、埃がヒートシンク１０の右側面ＳＲの近傍に付着しやすい。

（第１期間ΔＴ１＝ｔ３−ｔ４）
続いて、制御部３０は、上述の第１期間ΔＴ１（＝ｔ１−ｔ２）の場合と同様に、第２ファン２０Ｒの動作を停止させる。その上で、制御部３０は、第１ファン２０Ｌを動作させる。

図４Ａに示すように、空気Ａが複数の溝１３０を伝って第１ファン２０Ｌから第２ファン２０Ｒの方向に流れる。そのため、ヒートシンク１０の左側面ＳＬの近傍に付着していた埃が空気Ａによって吹き飛ばされる。

このように、制御部３０は、第１および第２ファン２０Ｌ、２０Ｒを交互に動作させる。なお、制御部３０は、ＣＰＵ５０の温度Ｔが上昇した場合、第１ファン２０Ｌおよび第２ファン２０Ｒのうち動作させる方の回転数をＣＰＵ５０の温度Ｔに応じて上げればよい。

本実施の形態によれば、第１および第２ファン２０Ｌ、２０Ｒが交互に動作する。そのため、冷却装置１は、ＣＰＵ５０を冷却しつつ、ヒートシンクに付着した埃を自動的に除去することができる。これに加え、冷却装置１の構造が簡単である。したがって、汎用性が高い。特殊な部材も不要である。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、電子機器に関する。

図５は、冷却装置１を備えるＰＣ６０を例示する図である。本実施の形態では、デスクトップ型ＰＣ６０を電子機器の一例に挙げる。

ＰＣ６０は、ＰＣの本体である筐体６１０と、ディスプレイ６２０と、キーボード６３０と、ポインティング・ディバイス６４０とを有する。筐体６１０は、冷却装置１を備える。ＰＣ６０の電源が投入されると、第１の実施の形態で述べたように、冷却装置１の第１および第２ファン２０Ｌ、２０Ｒが交互に動作する。

本実施の形態によれば、冷却装置１を備えるＰＣ６０を提供することができる。冷却装置１は、簡単な構造でヒートシンクに付着した埃を自動的に除去する。そのため、ＰＣ６０の製造にあたって、費用対策効果が高い。

本発明は、上述の実施の形態に拘泥することなく、その要旨を逸脱しない範囲内で好適に変更することができる。

１：冷却装置
１０：ヒートシンク
２０Ｌ：第１ファン
２０Ｒ：第２ファン
３０：制御部
４０：温度センサ
５０：ＣＰＵ
１１０：放熱フィン
１２０：土台

Claims (4)

1. 複数の放熱フィンを備えるヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの側面に固定され、前記複数の放熱フィンの各々の間に空気を送る第１ファンと、
   前記ヒートシンクを挟んで前記第１ファンに対向するように前記ヒートシンクのもう一方の側面に固定され、前記複数の放熱フィンの各々の間に空気を送る第２ファンと、
   前記第１ファンおよび前記第２ファンを交互に動作させる制御部と
   を有する電子機器用冷却装置。
2. ＣＰＵの温度を計測する計測部を更に有し、
   前記制御部は、
   前記第１ファンの動作期間には、前記第２ファンの動作を停止させた上で、前記第１ファンの回転数を前記計測部によって測定された前記ＣＰＵの温度に基づいて可変し、
   前記第２ファンの動作期間には、前記第１ファンの動作を停止させた上で、前記第２ファンの回転数を前記計測部によって測定された前記ＣＰＵの温度に基づいて可変する
   請求項１に記載の電子機器用冷却装置。
3. 前記制御部は、
   前記ＣＰＵの温度が上昇した場合、前記第１ファンおよび前記第２ファンのうち動作させる方の回転数を前記ＣＰＵの温度に応じて上げる
   請求項２に記載の電子機器用冷却装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の電子機器用冷却装置を備える電子機器。

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