JP2013254791A - 放熱機構およびその放熱機構を備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の発熱部品から発生した熱を、電子機器の内部にこもらないように排熱し、その排熱を効率的に熱電変換素子によって電力に変換することができる放熱機構を提供する。
【解決手段】基板と、基板に配置された少なくとも一つの発熱部品を含む複数の電子部品と、複数の電子部品を密閉するシールドと、基板、複数の電子部品およびシールドを収容する筐体と、発熱部品とシールドとの間に配置された第１の熱伝導手段と、を備え、シールドと筐体の間に第２の熱伝導手段および熱電変換素子が配置される放熱機構とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放熱機構、およびその放熱機構を備えた電子機器に関する。特に、放熱機構に熱電変換素子を備えた電子機器に関する。

近年、携帯電話、スマートフォン、タブレット等の携帯電子機器やＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの電子機器の高性能化が進むにつれ、プリント基板に搭載されている電子部品の発熱量が増大する傾向にある。例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）などの発熱部品を有する電子機器においては、発熱部品から出た熱が筐体に伝わり、発熱部品近傍の筐体表面が局所的に高温化する場合がある。それに伴い、電子機器の筐体の表面温度が想定以上に上昇するという問題点がある。

そのため、筐体の表面温度を単に下げるだけではなく、筐体表面の温度が均一に低下するように、効果的に外部に熱を放出する技術が求められている。

また、プリント基板が高密度化すると、発熱部品から発生した熱が熱に弱い部品に影響を及ぼすことが問題となる。さらに、携帯電話、スマートフォンといった携帯型電子機器では、水や電磁波から電子機器内部の電子部品を保護するために、密閉性の高いシールドが施される。そのため、電子機器の内部の熱がより排出されにくい構造となっているものが増えている。特定の部品の温度が一定以上になると、ＣＰＵの動作周波数を抑える等の制御がかかるものもある。そのため、電子機器内部に熱がこもらないような放熱機構が求められている。

例えば、特許文献１では、発熱部材によって発熱した熱と、外部との温度差を利用して熱電材料によって発電する電子機器の構造が開示されている。

図９のように、特許文献１の電子機器には、発熱部材１２１、１２２と筐体１１０との間に熱電材料１３１、１３２を設けている。また、筐体外部にはフィン１１１を設けている。そのため、熱電材料１３１、１３２において、発熱部材１２１、１２２と接する面と、筐体１１０を介してフィン１１１に向いた面とで発生した温度勾配によって電位差が生じ、熱電モジュールが構成され、発電することができる。

特許文献１の電子機器の構造では、発熱部材１２１、１２２の熱が伝わる筐体１１０外表面にフィン１１１を設けているため、その筐体外表面においては均一に放熱される。また、発熱部材１２１、１２２で発生した熱を、新たなエネルギー源として利用しうるエネルギー変換構造となっている。

また、特許文献１では、デジタルユニット１４２内部に配置されたＣＰＵ１４３の上に熱電材料を設ける技術も開示されている。また、温度センサー１６０で検知した温度が所定の温度を超えた場合、電子機器の内部に設けたファンを駆動させ、発熱部を冷却する技術も開示されている。

特開２０１１−１８１８８０号公報

特許文献１に記載の電子機器の構造においては、発熱部材１２１、１２２と筐体１１０との間に熱電材料１３１、１３２が設けられている。そのため、発熱部材１２１、１２２で発生した熱の伝導は、熱電材料１３１、１３２によって妨げられ、筐体に伝わりにくくなる。すなわち、発熱部材１２１、１２２において、熱電材料１３１、１３２と接する面に対向する面からの放熱によって、電子機器内部に熱がこもりやすくなるという課題がある。

このように、特許文献１に記載の電子機器の構造においては、電子機器内部の熱が効率的に外部に排出されない。そのため、熱電材料１３１、１３２において、発熱部材１２１、１２２と接する面と、筐体１１０を介してフィン１１１に向いた面とで発生した温度差が十分に得られず、効率的に発電できないという課題がある。

本発明の目的は、特定の発熱部品から発生した熱を、電子機器の内部にこもらないように排熱し、その排熱を効率的に熱電変換素子によって電力に変換することができる放熱機構を提供することにある。

本発明の放熱機構は、基板と、基板に配置された少なくとも一つの発熱部品を含む複数の電子部品と、複数の電子部品を密閉するシールドと、基板、複数の電子部品およびシールドを収容する筐体と、発熱部品とシールドとの間に配置された第１の熱伝導手段と、を備え、シールドと筐体の間に第２の熱伝導手段および熱電変換素子が配置される。

本発明の放熱機構によれば、特定の発熱部品から発生した熱を、電子機器の内部にこもらないように排熱し、その排熱を効率的に熱電変換素子によって電力に変換することができる。

本発明の第１の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図である。 本発明の第６の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図である。 本発明の第７の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図である。 本発明の第８の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図である。 特許文献１の実施形態に係る基地局の構造を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるわけではない。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図を示した。

図１に示したように、基板３には複数の電子部品４が実装されている。電子部品４は、基板３の両面に実装されていてもよく、また、一方の面のみに実装されていてもよい。

電子部品４のうち、少なくとも一つは発熱部品２である。発熱部品２は、複数設けられていてもよい。発熱部品２は、例えばＣＰＵなどの発熱量の多い部品である。なお、発熱部品２はＣＰＵに限定されず、使用によって発熱する部品でありさえすればよい。これ以降、発熱部品２と電子部品４については、別のものとして記載していく。

電子部品４が配置された基板３の上方は、シールド５によって覆われている。シールド５は、例えば、ステンレス等の金属で構成されている。シールド５の熱伝導率は、樹脂などで構成された基板３よりも熱伝導率が高いものが用いられる。ただし、本実施形態においては、シールド５の材質について限定を加えることはなく、シールド５が電磁波や水分の侵入を防ぐ役割を果たしさえすればよい。

また、シールド５は、電磁波や水分の侵入を防ぐために、シールド５に覆われた箇所は密閉された構造となっていることが好ましい。なお、シールド５と基板３の接合箇所は、必ずしも密閉していなくてもよい。

発熱部品２とシールド５との間には、第１の熱伝導手段に相当する熱伝導層９を設ける。熱伝導層９には、例えば、熱伝導性樹脂、金属などを用いることができる。なお、熱伝導層９は、発熱部品２から発生した熱をシールド５側に伝導しやすければよく、その材質等には特に限定を加えない。また、発熱部品２とシールド５の内側が接触する構造であれば、必ずしも熱伝導層９を設ける必要はないが、両構成要素間での熱伝導を確実にするためには、設けたほうがよい。

熱伝導層９を設けることにより、発熱部品２から発生した熱は、電子機器内部の雰囲気に伝導するよりも、熱伝導層９を通じて筐体１の方向に伝導しやすくなる。

シールド５の周囲もしくは少なくとも一つの面上には、電子機器の筐体１が設けられている。図１では、シールド５の一つの面上に筐体１を描いているが、シールド５および基板３といった構成要素の全てを被覆するように設けられていることが好ましい。また、シールド５が十分な強度を持っている場合は、図１のように、シールド５の一つの面上のみに筐体が設けられる構成であってもかまわない。

筐体１は熱伝導性のよい材質で形成するため、ヒートシンクの役割をもつ。筐体１の材質としては、熱伝導性のよい金属などが好適である。例えば、ステンレス、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの金属を用いることができる。ただし、筐体１にプラスチックなどの非金属が主成分として用いられていても、外部への排熱が滞らなければ問題ない。

シールド５と筐体１の間には、発熱部品２からの熱を外部に伝導しやすいように、第２の熱伝導手段に相当する熱伝達層６が設けられている。熱伝達層６において、シールド５近傍では、熱の伝達方向がどの方向であってもかまわないが、筐体１近傍では、筐体１の表面に対して平行な方向に熱が伝達されることが好ましい。なお、熱伝達層６における熱の伝達方向は厳密に規定するわけではなく、筐体１近傍では筐体１の表面に沿った方向に散らす方向に向かうように熱を伝達しさえすればよい。

上述の熱伝達層６は、熱伝導部６ａと熱拡散部６ｂを有する。熱伝導部６ａは第１の熱伝導部に相当し、熱拡散部６ｂは第２の熱伝導部に相当する。

熱伝導部６ａは、熱の伝達方向に特に特徴は必要としないが、シールド５から筐体１に向かって熱を伝達させやすい方が好ましい。また、熱拡散部６ｂは、筐体１の表面に沿った方向に熱を伝達させやすい部位となる。なお、熱伝導部６ａおよび熱拡散部６ｂにおける熱の伝導方向については、必ずしも温度勾配が所定の方向にできなくてもよく、筐体１の表面にヒートスポットが生じないように、筐体１に熱を伝達しさえすればよい。

熱伝導部６ａとしては、例えば、熱伝導性の高い熱伝導シートを用いることができる。熱伝導シートは、例えば、カーボンや金属などの熱伝導率の高い材料を含有する樹脂材料や、熱伝導率の高い材料そのものである。なお、熱伝導部６ａの熱伝導方向は、必ずしも熱拡散部６ｂのようには方向性を持たなくてもよい。

熱拡散部６ｂとしては、例えば、熱伝導性に異方性がある熱伝導シートを用いることができる。なお、熱拡散部６ｂは、必ずしも熱伝導に異方性を有する素材から構成しなくてもよく、熱伝導部６ａと熱拡散部６ｂが共存する熱伝達層６において、熱が筐体１の表面に沿う方向、すなわち筐体１の表面に対して平行な方向に分散されるような働きをすればよい。

シールド５を挟んで発熱部品２と対向する箇所には、熱電変換素子８が配置されている。熱電変換素子８は、熱伝達層６に埋め込まれるように配置される。熱電変換素子８において、シールド５と接する面と反対側の面は熱拡散部６ｂに接する。熱電変換素子８の周囲は、熱伝導部６ａに囲まれるように配置されている。ただし、熱電変換素子８と、熱伝導部６ａまたは熱拡散部６ｂは、互いに接していれば良く、配置関係や接触関係について限定を加えることはない。また、熱電変換素子８は、シールド５を挟んで発熱部品２に対応する位置に配置することが好ましいが、厳密に位置を規定するわけではなく、発熱部品４から筐体１に向かう熱伝導経路の途中にありさえすれば、本発明の効果を得ることができる。

熱電変換素子８は、シールド５と接する第１の電極（高温側）と、第１の電極の上に設けられた熱電変換材料を有する熱電変換層と、熱電変換層の上に設けられた第２の電極（低温側）とで構成される（図示しない）。第１の電極は第１の配線に接続され、第２の電極は第１の配線とは異なる第２の配線に接続する（図示しない）。第１の配線と第２の配線は、それぞれいずれかの電子部品４の異なる電極端に接続される。なお、第１および第２の配線は、電子部品４以外の部品や装置に接続してもよい。また、電子機器の内部に充電装置を設ける場合は、第１および第２の配線を充電装置の異なる電極端に接続してもよい。

熱電変換素子８に用いる熱電材料としては、例えば、Ｂｉ−Ｔｅ、Ｐｂ−Ｔｅ等の金属間化合物材料がある。また、Ｃａ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｔｉを含む複合酸化物材料がある。ただし、熱電変換素子８に用いる材料は、これらの材料に限定されず、温度勾配によって電位差が発生されればよい。

熱電材料は、ｎ型またはｐ型のいずれかのみ、もしくはｎ型とｐ型の両方を含む。ｎ型のみで構成する場合は、ゼーベック効果によって、高温側が正となり、低温側が負となる。また、ｐ型のみで構成する場合は、高温側が負となり、低温側が正となる。ｎ型とｐ型の両方を用いる場合は、例えば、ｎ型とｐ型の熱電材料を交互に直列接続することによって、電位差を大きくすることができる。ただし、熱電材料については、ここであげた方式のみではなく、高温部と低温部との共存によって、電位差が生じる材料でありさえすればよい。

熱電変換素子８において、シールド５と接する面は、発熱部品２で発生した熱による高温部となる。また、シールド５の反対側の面は低温部となる。なお、熱電変換材料８は、電極間に温度差をつけるため、熱伝導率の低い材料を使用することが好ましい。このような構成によって、熱電変換素子８の２つの電極の間には電位差が発生し、電力を取り出すことができる。

第１の実施形態に係る放熱機構では、発熱部品４で発生した熱は、熱伝導層９を介して熱電変換素子８に伝導する。熱電変換素子８に伝導した熱は、その一部は電気的エネルギーに変換され、残りは熱伝導部６ａもしくは熱拡散部６ｂに熱として伝導する。そのため、熱電変換素子８がない場合と比較すると、熱電変換素子８があることによって、外部に排出する総熱量が減少することになる。すなわち、筐体１に伝導する総熱量が抑制されることになる。

また、発熱部品２から筐体１に熱が伝導する経路は、図１を参照すると、主に発熱部品２、熱伝導層９、シールド５、熱電変換素子８、熱伝達層６、筐体１の順番になる。

ただし、シールド５の内部を伝導した熱は、シールド５と熱伝導部６ａが直接接触する部位においては、熱電変換素子８を介さずに直接に熱伝導する。

熱電変換素子８は、シールド５に面する高温部と、筐体１に向いた低温部が形成されることによって発電する。そのため、熱電変換素子８は、熱伝導の主経路とはせず、断熱材として機能する。

熱電変換素子８で発生した電力は、例えば、図示しない２次電池やコンデンサなどに充電することによって使用することができる。また、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）などの発光素子を点灯させることにも使用できる。なお、熱電変換素子８で発電した電力の用途について特に限定は加えない。発熱部品２から発生した熱エネルギーの一部を電気エネルギーに変換することによって、筐体１の表面に到達する総熱量を減少しさえすればよい。

熱拡散部６ｂは、筐体１の表面に対して垂直な方向よりも、平行な方向に熱を伝えやすい。そのため、発熱部品２から発生した熱は、発熱部品の直上に位置する筐体１の表面に伝導する前に、筐体１の表面に平行な方向に拡散してから伝導することになる。なお、熱拡散部６ｂにおける熱の移動方向は、筐体１の表面に完全な平行である必要はなく、シールド５と筐体１の最短距離から熱伝導の方向をずらすような働きをしさえすればよい。

すなわち、これらの熱伝導経路が形成されることによって、筐体１の表面におけるヒートスポットの形成が抑制される。

以上のように、第１の実施形態の放熱機構によれば、電子機器の内部に熱がこもらないように排熱する放熱機構を得ることができる。また、その排熱を熱電変換素子によって電力に変換するため、外部へ排出する総熱量を減らすことになり、筐体表面に必要以上の高温部が発生しなくなる。

さらに、本発明の第１の実施形態では、熱電変換素子によって発電させた電力を利用することが可能となる。熱電変換素子で得た電気エネルギーは、特別な変換をせずに電子機器内部の部品や装置で消費することができる。また、電子機器内部もしくは周辺に蓄電装置を設ければ、熱電変換素子で得た電気エネルギーを一旦蓄えてから使用することも可能である。

このように、本発明では、外部に排出する必要のある熱エネルギーの一部を、熱電変換素子によって電気エネルギーに変換するため、外部に熱エネルギーとして排出するエネルギーを減少することができる。また、電子機器の内部で生成した熱エネルギーの全てを電気エネルギーに変換する必要はないため、必要とする電気エネルギーを発生することができる熱電変換素子を導入しさえすれば効率的な発電が可能となるため、本発明の目的を達成することができる。

（第２の実施形態）
図２に、本発明の第２の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図を示した。

第２の実施形態に係る放熱機構は、発熱部品２の側面に、第１の断熱手段に相当する断熱部材１０を設けた点において、第１の実施形態に係る放熱機構と異なる。

図２に示したように、第２の実施形態の放熱機構では、第１の実施形態では電子機器内部の雰囲気に晒されていた発熱部品２の側面が、断熱部材１０に覆われている。

断熱部材１０は、発熱部品２の側面全体を被覆してもよいし、側面の一部を被覆してもよい。断熱部材１０は、例えば、格子状やメッシュ状といったような特定の開放箇所を有するパターンによって、規則的にもしくは不規則的に発熱部品２の側面を被覆する形状でもよい。また、断熱部材１０の内部に、部分的に熱伝導性のよい部位を形成させてもよい。なお、断熱部材１０は、発熱部品２が放出した熱を、電子機器内部に伝わりにくくしさえすればよい。

断熱部材１０には、熱伝導層９の熱伝導率よりも小さな熱伝導率を有する材質を用いる。例えば、熱伝導層９よりも小さな熱伝導率を有する金属、プラスチック、セラミックス、ガラス、繊維体などの材質を用いることができる。ただし、断熱部材１０の材料に関しては、特に限定を加えるわけではない。

第２の実施形態のように、発熱部品２の側面に断熱部材１０を設けることによって、発熱部品２で発生した熱は、電子機器内部に伝導しにくくなる。その結果、熱は、熱電変換素子８の方向に選択的に伝導しやすくなる。

第２の実施形態のように、熱の伝導経路が制限されることにより、熱電変換素子８の高温部はより高温になる。そのため、熱電変換素子８の電極間にはより大きな電位差が形成され、発電効率が向上する。その結果、外部に放出する総熱量が減少することになり、ヒートスポットの形成はより抑制される。

以上のように、第２の実施形態の放熱機構によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１の実施形態と比較して、第２の実施形態の方が電子機器内部に熱がこもりにくくなる。

（第３の実施形態）
図３に、本発明の第３の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図を示した。

第３の実施形態に係る放熱機構は、発熱部品２と基板３との間にも断熱効果をもたせるように、発熱部品２と基板３との接触面もしくは基板３の内部にも断熱部材１１を設けた点において、第２の実施形態に係る放熱機構と異なる。

図３に示したように、第３の実施形態に係る放熱機構においては、発熱部品２の側面に加え、発熱部品２の下部にも断熱機能を有する断熱部材１１を備えている。

断熱部材１１の材質などは、第２の実施形態で説明した断熱部材１０と同様である。

断熱部材１１は、発熱部品２の側面および下面を一体的に被覆してもよく、側面と下面で異なる部品で被覆しても良い。また、側面と下面という区別ではなく、いくつかの断片状の部品を組み合わせてもよい。

ただし、発熱部品２の上面に熱伝導経路が形成されるとはいえ、上面以外を断熱材料で完全に被覆してしまうと、発熱部品２に熱がこもりやすくなることもある。その場合には、発熱部品２に熱がこもらないような熱伝導経路を、断熱部品１１の一部に設けてもよい。

第３の実施形態のように、発熱部品２の側面および下面を被覆するように断熱部材１１を設けることによって、発熱部品２で発生した熱は、電子機器内部のみならず基板３にも伝導しにくくなる。その結果、熱は熱電変換素子８の方向に向かって、より選択的に伝導しやすくなる。

以上のように、第３の実施形態の放熱機構によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２の実施形態と比較して、第３の実施形態の方が電子機器内部に熱がこもりにくく、基板への熱伝導も低減することができる。

（第４の実施形態）
図４に、本発明の第４の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図を示した。

第４の実施形態に係る放熱機構は、筐体１と熱拡散部６ｂとの間に、第２の断熱手段に相当する断熱層１２を設けた点において、第３の実施形態と異なる。なお、図４では、第３の実施形態の放熱機構に断熱層１２を加えたが、第１および第２の実施形態の放熱機構に断熱層１２を設ける構成としてもよい。

図４に示したように、第４の実施形態に係る放熱機構においては、筐体１と熱拡散部６ｂとの間に断熱層１２を設けている。

断熱層１２の材質などは、第２の実施形態などで示した断熱部材１０と同様である。

断熱層１２は、開放部の無い層構造であることが望ましい。ただし、断熱層１２には、格子状やメッシュ状の開放部が設けられていても問題なく、熱電変換素子８から伝導した熱が、直接筐体１に伝導することを抑制しさえすればよい。

断熱層１２は、熱電変換素子８の上方を覆うように位置することが好ましい。ただし、熱電変換素子８上方の全ての領域を覆わなくてもよく、熱電変換素子８の上方に位置する熱拡散部６ｂの一部が直接筐体１に接する部位があってもよい。

断熱層１２は、熱拡散部６ｂと筐体１との間に設けるため、熱電変換素子８の上方に伝わった熱は、熱拡散部６ｂで筐体１表面に平行な方向に分散されてから筐体１に伝わる。この際、熱電変換素子８の電極間の温度差は、断熱層１２が無い場合と比較して小さくなるわけではないため、発電効率が著しく低下するということはない。

第４の実施形態のように、熱電変換素子８の上方に断熱層１２を設けると、熱電変換素子８から筐体１に直接伝わる熱が減る。そのため、筐体１の表面に伝わる熱は、より分散された形で伝わることになる。その結果、筐体１の表面におけるヒートスポットの形成をより減少することができる。

以上のように、第４の実施形態の放熱機構によれば、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第３の実施形態と比較して、第４の実施形態の方が筐体表面にできるヒートスポットをより抑制することができる。

（第５の実施形態）
図５に、本発明の第５の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図を示した。

第５の実施形態に係る放熱機構は、発熱部品２とシールド５との間に設ける熱伝導層１３が、発熱部品２の上方のみならず、発熱部品２の上方ではないシールド５の内側の面にまで延伸されている点において、第４の実施形態と異なる。なお、図５では、第４の実施形態の放熱機構に熱伝導層１３を加える構成を示したが、第１〜３の実施形態の放熱機構に熱伝導層１３を設けてもよい。

図５に示したように、第５の実施形態に係る放熱機構においては、発熱部品２とシールド５との間に熱伝導層１３を設けている。熱伝導層１３は、発熱部品２の上方のみならず、発熱部品２と接触しないシールド５の内側面にまで延伸されている。

熱伝導層１３の材質などは、第１〜４の実施形態で示した熱伝導層９と同様である。

熱伝導層１３は、開放部の無い層構造であることが望ましい。ただし、格子状やメッシュ状の開放部が設けられていても問題なく、発熱部品２から伝導した熱が、シールド５に伝わりさえすればよい。

熱伝導層１３は発熱部品２の上方以外にも延伸されているため、発熱部品２で発生した熱は、熱電変換素子８を経ずにシールド５から熱伝導部６ａに直接伝わりやすくなる。

第５の実施形態の放熱機構では、発熱部品２は断熱部材１１で覆われている。また、熱電変換素子８が断熱材の役割を果たすこともある。そのため、発熱部品２から筐体１表面に向かう熱の流れは、熱電変換素子８を迂回して熱伝導部６ａ、熱拡散部６ｂを経て筐体１表面に向かいやすくなる。

第４の実施形態と比較すると、第５の実施形態に係る熱電変換素子８の電極間の温度差は小さくなる傾向がある。しかしながら、熱電変換素子８の電極間には温度勾配が形成されるため、熱エネルギーの一部を電気エネルギーに変換できることに変わりはない。

第５の実施形態に係る放熱機構においては、発熱部品２とシールド５との間に熱伝導層１３を設けることによって、熱電変換素子８から直接筐体１に伝わる熱が第４の実施形態と比べて減少する。そのため、筐体１の表面に伝わる熱は、第３の実施形態よりも分散された形で伝わることになる。その結果、筐体１の表面におけるヒートスポットの形成をより減少することができる。

また、発熱部品２からの排熱も円滑になるため、発熱部品２自体の温度上昇が低減される。その結果、発熱部品２自体の温度上昇も低減されるため、発熱部品２の長寿命化につながる。

以上のように、第５の実施形態の放熱機構によれば、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第４の実施形態と比較して、第５の実施形態の方が筐体表面にできるヒートスポットをより抑制することができる。

（第６の実施形態）
図６に、本発明の第６の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図を示した。

第６の実施形態に係る放熱機構は、熱電変換素子１４が発熱部品２の直上ではない箇所にまで延伸されている点において、第５の実施形態と異なる。なお、図６では、第５の実施形態の放熱機構に熱電変換素子１４を加える構成を示したが、第１〜４の実施形態の放熱機構に熱電変換素子１４を設けてもよい。

図６に示したように、第６の実施形態に係る放熱機構においては、シールド５と熱拡散部６ｂとの間に熱電変換素子１４を設けている。熱電変換素子１４は、発熱部品２の直上ではない箇所にまで延伸されている
熱電変換素子１４の構成は、第１〜５の実施形態で示した熱電変換素子１４と同様である。

熱電変換素子１４は発熱部品２の上方以外にも延伸されている。そのため、発熱部品２で発生した熱のうち、熱伝導層１３を伝導して発熱部品２の直上ではない部分に拡散した熱も発電に用いることができる。また、熱電変換素子１４が断熱材の役割を果たす範囲も、発熱部品２の直上以外の範囲にまで広がることになる。そのため、発熱部品２で発生した熱は、熱伝導層９およびシールド５において分散してから、熱伝導部６ａに伝わることになる。

また、第５の実施形態と比較すると、第６の実施形態の方が、熱伝導層９を拡散した熱を利用できる範囲が広がるため、熱電変換素子１４による発電効率が向上する。

第６の実施形態に係る放熱機構においては、発熱部品２の直上ではない箇所にまで熱電変換素子１４が延伸されていることによって、熱電変換素子１４が断熱機能を示す範囲は、第５の実施形態と比べて増大する。そのため、筐体１の表面に伝わる熱は、より分散された形で伝わることになる。その結果、筐体１の表面におけるヒートスポットの形成を、第５の実施形態よりも減少することができる。

また、熱電変換素子１４が発電素子として機能する範囲が広がるため、第５の実施形態よりも発電効率が向上する。

以上のように、第６の実施形態の放熱機構によれば、第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第５の実施形態と比較して、第６の実施形態の方が筐体表面にできるヒートスポットをより抑制することができ、さらには、発電効率を向上することができる。

（第７の実施形態）
図７に、本発明の第７の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図を示した。

第７の実施形態に係る放熱機構では、発熱部品２の上方ではなく、側方に熱電変換素子８ａが設けられている点が、第１の実施形態と異なる。ただし、熱電変換素子８ａが側方に設けられていることが特徴なのではなく、発熱装置２と近接するシールド５の面上に熱電変換素子８ａが設けられていることに特徴がある。この場合、シールド５を挟んで発熱部品２と対向するように熱電変換素子８ａを設け、第１の実施形態などと同様の構成となるように熱伝達層６と筐体１を配置すればよい。なお、筐体１と熱拡散部６ｂは必ずしも接触する必要はない。また、断熱部材１１は必須の構成ではないが、熱の伝達経路を決定するためには設けたほうがよい。

図７のように、発熱部品２の高さが同一面内に配置された他の電子部品４と比較して低い場合、発熱部品２の上面よりも側面の方がシールド５に近接することになる。このような場合、第７の実施形態のような構成とすることが好ましい。

また、電気機器の厚みに制約があることによって、発熱部品２の上方に熱電変換素子８ａを設けることができない場合もある。このような場合、第７の実施形態のように、熱電変換素子８ａを発熱部品２の側方部に設けることによって、電気機器の厚みを薄くできるというメリットがある。なお、熱電変換素子８ａは、第１〜６の実施形態の放熱機構に記載した熱電変換素子８と同等の構造・構成とする。

このようなシールド５の側面に熱電変換素子８ａを設ける構成は、第２〜６の実施形態においても適用可能である。なお、ここではシールド５の側面に設ける実施形態を示したが、発熱部品２と最も近接するシールド５の面であれば、特に側面に限定することはない。すなわち、発熱部品２と近接するシールド５部分を介して、熱電変換素子８ａが配置させればよい。

以上のように、第７の実施形態の放熱機構によっても、その他の実施形態の放熱機構と同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態）
図８に、本発明の第８の実施形態に係る放熱機構を備えた電子機器の構造の断面を示す模式図を示した。

第８の実施形態に係る放熱機構では、基板３とシールド５の間に、熱伝導領域１５を設けている。熱伝導領域１５は、シールド５の内部に接する部分を有する。熱伝導領域１５は、熱伝導樹脂などの熱伝導率の高い材質を含む。また、複数の電子部品４同士が短絡することを防ぐため、熱伝導領域１５は絶縁材料を主とした材質で構成することが好ましい。例えば、熱伝導領域１５は、絶縁性のある熱導電性樹脂で形成することができる。また、熱伝導領域１５は、絶縁性のある樹脂に、熱伝導性の高い金属粒子などを分散させた材料で構成することができる。ただし、電子部品４の表面に絶縁処理が施されている場合は、熱伝導領域１５が導電性を有してもよい。

熱伝導領域１５は、シールド５の内側全てを満たしていてもよく、部分的に満たされていない空間があってもよい。また、熱伝導領域１５を３次元的に加工して、所望の熱伝導経路を形成させてもよい。

基板３上において、発熱部品２と同じ面内に配置された電子部品４は、断熱部材１６で覆うことが望ましい。ただし、発熱部品２から発生する熱が電子部品４に損傷を与えない程度であれば、断熱部材１６は必須の構成ではない。

シールド５の側方には、熱電変換素子８ｂを設ける。図８は断面図であるが、図示していない側面にも熱電変換素子を設けてもよい。熱電変換素子８ｂは、熱電変換素子８と同等の構成をもつ。

発熱部品２の上方には、第１の実施形態などと同様に、熱電変換素子８を設ける。熱電変換素子８は、図８のように発熱部品２の上方からずれていてもよく、第６の実施形態のように延伸されていてもよい。また、シールド５と熱拡散部６ｂとの間の全てを覆っていてもよい。断熱部材１２は、必須の構成ではないが、熱の伝達経路を設定する際には設けることが好ましい。

以上のような第８の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、シールド５内部が空気などの気体で満たされている場合と比較して、熱伝導率の大きな熱伝導領域が発熱部品から熱を伝導するため、他の実施形態と比較すると、筐体外部に熱を排出しやすくなる。

これまで説明してきた本発明の実施形態に係る電子機器の放熱機構は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット等の携帯電子機器に適用することができる。また、ＰＣなどのように発熱する部品をもつ汎用的な電子機器であれば、同様の構成によって本発明の効果を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は以上の実施形態の範囲に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
基板と、
前記基板に配置された少なくとも一つの発熱部品を含む複数の電子部品と、
前記複数の電子部品を密閉するシールドと、
前記基板、前記複数の電子部品および前記シールドを収容する筐体と、
前記発熱部品と前記シールドとの間に配置された第１の熱伝導手段と、を備え、
前記シールドと前記筐体の間に第２の熱伝導手段および熱電変換素子が配置されることを特徴とする放熱機構。
（付記２）
前記熱電変換素子は、前記シールドを挟んで前記発熱部品と対向する位置に配置されることを特徴とする付記１に記載の放熱機構。
（付記３）
前記熱電変換素子は、前記シールドに接することを特徴とする付記１または２に記載の放熱機構。
（付記４）
前記第２の熱伝導手段は、
前記シールドおよび前記熱電変換素子と接する第１の熱伝導部と、
前記第１の熱伝導部と前記筐体との間に配置され、前記筐体および前記熱電変換素子と接する第２の熱伝導部と、を備え、
前記第２の熱伝導部において前記筐体の表面に沿った方向に熱が伝導することを特徴とする付記１乃至３のいずれか一項に記載の放熱機構。
（付記５）
前記発熱部品の表面の前記第１の熱伝導手段が配置されていない箇所に第１の断熱手段を備えていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか一項に記載の放熱機構。
（付記６）
前記熱電変換素子と前記筐体との間に第２の断熱手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の放熱機構。
（付記７）
前記第２の断熱手段は、前記発熱部品の上方に配置されていることを特徴とする付記６に記載の放熱機構。
（付記８）
前記シールドと前記基板との間に、熱伝導領域が形成されていることを特徴とする付記１乃至７のいずれか一項に記載の放熱機構。
（付記９）
シールド内に設けられた電子機器の内部の発熱体から発生した熱を伝導する第１の熱伝導手段と、
前記第１の熱伝導手段によって前記シールドに伝導した熱の一部を電力に変換する熱電変換素子と、
前記シールドおよび前記熱電変換素子の熱を伝導する第２の熱伝導手段と、
前記第２の熱伝導手段から伝導した熱を外部に放出する筐体と、を備え、
前記第２の熱伝導手段に前記筐体の表面に沿った方向の温度勾配が形成されることを特徴とする放熱機構。
（付記１０）
前記第１の断熱手段は、前記発熱部品と前記基板との間には配置されていないことを特徴とする付記５に記載の放熱機構。
（付記１１）
前記第１の熱伝導手段は、前記発熱部品と前記熱電変換素子との間に位置しない前記シールドの内側面にまで延伸されていることを特徴とする付記２乃至８のいずれか一項に記載の放熱機構。
（付記１２）
前記熱電変換素子は、前記発熱部品の上方に位置しない前記シールドの外側面にまで延伸されていることを特徴とする付記２乃至８のいずれか一項に記載の放熱機構。
（付記１３）
前記発熱部品と前記シールドとの距離が最短となる方向に位置する前記シールド面上に前記熱電変換素子が配置されていることを特徴とする付記１に記載の放熱機構。
（付記１４）
前記発熱部品の上方に加え、前記発熱部品の側方の少なくとも一つの方向に位置する前記シールドの外側面に熱電変換素子が配置されていることを特徴とする付記８に記載の放熱機構。
（付記１５）
付記１乃至１４のいずれかに記載の放熱機構を備えることを特徴とする電子機器。

１ 筐体
２ 発熱部品
３ 基板
４ 電子部品
５ シールド
６ 熱伝達層
６ｂ 熱拡散部
６ａ 熱伝導部
８ 熱電変換素子
９ 熱伝導層
１０ 断熱部材
１２ 断熱層
１５ 熱伝導領域

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板に配置された少なくとも一つの発熱部品を含む複数の電子部品と、
   前記複数の電子部品を密閉するシールドと、
   前記基板、前記複数の電子部品および前記シールドを収容する筐体と、
   前記発熱部品と前記シールドとの間に配置された第１の熱伝導手段と、を備え、
   前記シールドと前記筐体の間に第２の熱伝導手段および熱電変換素子を配置されることを特徴とする放熱機構。
2. 前記熱電変換素子は、前記シールドを挟んで前記発熱部品と対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の放熱機構。
3. 前記熱電変換素子は、前記シールドに接することを特徴とする請求項１または２に記載の放熱機構。
4. 前記第２の熱伝導手段は、
   前記シールドおよび前記熱電変換素子と接する第１の熱伝導部と、
   前記第１の熱伝導部と前記筐体との間に配置され、前記筐体および前記熱電変換素子と接する第２の熱伝導部と、を備え、
   前記第２の熱伝導部において前記筐体の表面に沿った方向に熱が伝導することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放熱機構。
5. 前記発熱部品の表面の前記第１の熱伝導手段が配置されていない箇所に第１の断熱手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放熱機構。
6. 前記熱電変換素子と前記筐体との間に第２の断熱手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の放熱機構。
7. 前記第２の断熱手段は、前記発熱部品の上方に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の放熱機構。
8. 前記シールドと前記基板との間に、熱伝導領域が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の放熱機構。
9. シールド内部に設けられた電子機器の内部の発熱体から発生した熱を伝導する第１の熱伝導手段と、
   前記第１の熱伝導手段によってシールドに伝導した熱の一部を電力に変換する熱電変換素子と、
   前記シールドおよび前記熱電変換素子の熱を伝導する第２の熱伝導手段と、
   前記第２の熱伝導手段から伝導した熱を外部に放出する筐体と、を備え、
   前記第２の熱伝導手段に前記筐体の表面に沿った方向の温度勾配が形成されることを特徴とする放熱機構。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の放熱機構を備えることを特徴とする電子機器。

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