JP2017126639A - 電子機器の冷却装置、これを備えた電子機器、および電子機器の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素で安価な構成により、筐体の内部の広範囲を効率良く冷却可能にする。
【解決手段】冷却装置２０は、電子機器の筐体２の内部に収容された電子部品２５〜２９を冷却する冷却ファン２１と、筐体２の内部に回転自在に軸支されて冷却ファン２１により生成される冷却空気の少なくとも一部である余剰冷却空気（ＣＡ２）を捕捉することにより回転トルクを得て旋回し、捕捉した余剰冷却空気（ＣＡ２）を筐体２の内部の所定の範囲に誘導する冷却空気誘導旋回体３９とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、筐体内に収容された複数の電子部品を冷却する冷却ファンを備えた電子機器の冷却装置、これを備えた電子機器、および電子機器の冷却方法に関するものである。

例えば特許文献１に開示されているように、ノート型パソコン等の電子機器においては、その筐体の内部に収容されているＣＰＵ等の高い発熱性のある電子部品の作動熱が冷却ファンによって冷却されるようになっている。具体的には、電子部品の作動熱がヒートパイプ等の熱伝達手段を経てヒートシンクや放熱フィン等の放熱体に熱輸送され、この放熱体に冷却ファンから冷却空気が吹き付けられて冷却がなされる。

特許文献１の発明ではさらに、上述の熱輸送式の冷却方法に加えて、熱輸送により冷却できない他の発熱性のある電子部品に向かって冷却ファンの送風口から送風ダクトを延ばし、他の発熱性のある電子部品に冷却空気の一部を直接吹き付けて冷却する構成となっている。

これにより、１基の冷却ファンのみで多数の発熱性のある電子部品を同時に冷却することができ、冷却装置の大型化や複雑化を招来することなく、筐体の内部に収容された電子部品の冷却効率を向上させることができる。

特開２０１０−６１２８９号公報

しかしながら、上記のように冷却ファンにより生成された冷却空気の一部を送風ダクトによって所定の電子部品の場所に導くと、どうしてもピンポイント的な冷却となってしまい、筐体の内部の広範囲を冷却するのが難しくなる。
また、冷却ファンから遠い電子部品については送風ダクトを長く延ばす必要があり、構成が複雑化する上に、目標とする電子部品まで冷却空気が届きにくくなり、十分な冷却効果が得られないという課題がある。
さらに、このように冷却ファンから送風ダクトを延ばして目標とする電子部品を冷却しようとしても、適切な空気の抜け道が無いと冷却空気が滞留してしまい、広範囲を効率良く冷却することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡素で安価な構成により、筐体の内部の広範囲を効率良く冷却することのできる電子機器の冷却装置、これを備えた電子機器、および電子機器の冷却方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電子機器の冷却装置は、電子機器の筐体の内部に収容された電子部品の作動熱を冷却する冷却ファンと、前記筐体の内部に回転自在に軸支されて前記冷却ファンにより生成される冷却空気の少なくとも一部を捕捉することにより回転トルクを得て旋回し、捕捉した前記冷却空気を前記筐体の内部の所定の範囲に誘導する冷却空気誘導旋回体と、を備えている。

本発明によれば、筐体の内部に回転自在に軸支された冷却空気誘導旋回体が、冷却ファンにより生成される冷却空気の一部を捕捉して旋回することにより、筐体の内部において電子部品の作動熱により加熱された空気と冷却空気との対流を促進させるとともに、冷却空気を筐体の内部の所定の範囲に送って冷却することができる。このように、冷却ファンによって生成される冷却空気の一部を捕捉して旋回する冷却空気誘導旋回体を設けるという簡素で安価な構成により、筐体の内部の広範囲を効率良く冷却することができる。

本発明の実施形態に係るノート型パソコンを示す斜視図である。 筐体の内部および冷却装置の実施形態を示す平面図である。 冷却ファン、冷却空気吹出口、冷却空気抽気部、ヒートパイプ、放熱体等を示す拡大図である。 冷却装置の作動時における冷却空気の流れを示す平面図である。 冷却空気誘導旋回体の形状例を示す平面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る電子機器の冷却装置をノート型パソコン（電子機器）に適用した場合における好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明はノート型パソコンに限らず、デスクトップ型パソコン、ワークステーション、音声機器、映像機器、通信機器、医療機器等、他の様々な電子機器にも適用することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るノート型パソコン１を示した斜視図である。ここで例示するノート型パソコン１は、筐体２および蓋体３を備えている。筐体２は、上面部５、左側面部６、右側面部７、前面部８、後面部９および図示しない底面部から構成される箱体であり、その上面部５にはキーボード１１が設けられている。キーボード１１は、複数のキートップ１１ａを配列して構成された入力装置である。上面部５において手前側に位置する部位にはパームレスト１２が設けられている。

蓋体３は、筐体２の上面部５に対向する面に液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等から構成される表示装置１４を備えたものであり、筐体２の奥側縁部にヒンジ部１５によってその下端部が回転可能に支持されている。この蓋体３は、筐体２に対して開かれると、筐体２の手前側に向けて表示装置１４を露出させるとともに筐体２の上面部５（キーボード１１等）を露出させ、筐体２に対して閉じられると、筐体２の上面部５および表示装置１４を同時に覆うカバーとなる。

図２にも示すように、筐体２の、例えば後面部９には排気口１７が形成されている。排気口１７は、筐体２の内部に配設される冷却装置２０（図２参照）の冷却ファン２１から送り出される冷却空気を筐体２の外部に排出させる横長な矩形状の貫通孔である。なお、冷却ファン２１の真下となる筐体２の底面部には、図２に示すように、外部の空気を筐体２の内部に取り入れるための吸気口２３が設けてある。

図２は、筐体２の内部および冷却装置２０の実施形態を示す平面図である。この図２では、筐体２の上面部５およびキーボード１１が取り外されて筐体２の内部が開放された状態が示されている。筐体２の内部には、ＣＰＵ２５、メモリ２６、ＦＥＴ２７，２８、電子基板２９、その他図示しない多数の各種電子部品と、電源用バッテリー３１とが収容されている。電子部品２５〜２９は、例えばキーボード１１の下方となる位置、即ち筐体２の後半部のスペースに収容され、電源用バッテリー３１は、キーボード１１の手前にあるパームレスト１８の下方となる位置、即ち筐体２の前半部のスペースに収容されている。

冷却装置２０は、冷却ファン２１と、受熱体３６と、放熱体３７と、ヒートパイプ３８と、冷却空気誘導旋回体３９等の部材を備えて構成されている。冷却ファン２１は、例えばキーボード１１下方のスペースのほぼ中央部に配置され、冷却ファン２１の例えば右側にＣＰＵ２５が配置され、左側に他の電子部品２６〜２９が配置されている。冷却空気誘導旋回体３９は、筐体２の内部で自由に回転することができる風車状の部材であり、冷却ファン２１を挟んでＣＰＵ２５とは反対側のスペース、即ち他の電子部品２６〜２９が配置されているスペースに配置されている。

冷却ファン２１は、図３にも拡大して示すように、箱状のケーシング４１の内部にファンモータ４２と遠心ファン状のファンブレード４３とが収容された構成である。ケーシング４１の底面には前述の吸気口２３が連通し、ケーシング４１の後面には冷却空気吹出口４４が開口している。この冷却空気吹出口４４は筐体２の排気口１７に内側から間隔を空けて対向している。

前述した複数の電子部品２５〜２９のうち、例えば比較的高い作動熱を発するＣＰＵ２５については、冷却ファン２１と受熱体３６と放熱体３７とヒートパイプ３８とによる熱輸送式の強制的な冷却が行われ、その他の電子部品２６〜２９については後述するように冷却空気誘導旋回体３９を用いた対流式の冷却が行われる。

受熱体３６は、ＣＰＵ２５の例えば上面に、その熱を受熱可能に載置され、この受熱体３６にヒートパイプ３８の一端が接続され、ヒートパイプ３８の他端が放熱体３７に接続されている。放熱体３７は、例えば多数のフィンを有するヒートシンク状であり、冷却ファン２１の冷却空気吹出口４４に近接配置されている。つまり、放熱体３７は冷却空気吹出口４４と排気口１７との間に配置されている。ヒートパイプ３８は、例えば内面にウィッグ等が設けられた銅管やアルミ管の両端が閉塞され、内部に液冷媒が空気と共に流動可能に注入され、中間部が屈曲（湾曲）成形された周知の構造のものである。

上記のヒートパイプ３８を用いた冷却構造によれば、作動熱の高いＣＰＵ２５の位置が冷却ファン２１から離れていても、ＣＰＵ２５の作動熱を冷却ファン２１によって強制的に冷却することができる。即ち、ＣＰＵ２５の作動熱は受熱体３６に受熱されてヒートパイプ３８を経て放熱体３７に熱輸送される。冷却ファン２１のファンモータ４２がファンブレード４３を回転させると、外気が吸気口２３からケーシング４１内に取り込まれて図３に示すように冷却空気吹出口４４から冷却空気ＣＡ１として吹き出される。この冷却空気ＣＡ１はフィン状の放熱体３７を通過して筐体２の排気口１７から外部に排出され、これにより放熱体３７に移送された熱が冷却される。

なお、放熱体３７はヒートパイプ３８の端部の上面または下面に固定されており、この放熱体３７が冷却空気吹出口４４に重なり、ヒートパイプ３８自体は冷却空気吹出口４４に重ならない。このため、冷却空気吹出口４４から吹き出された冷却空気ＣＡ１はヒートパイプ３８に遮られることなく放熱体３７のフィンの間を通過してこれを冷却し、排気口１７から排出される。

図３に示すように、放熱体３７の水平方向の寸法Ｌ１は、冷却ファン２１の冷却空気吹出口４４の水平方向の寸法Ｌ２よりも短く設定されている。このため、冷却空気吹出口４４には放熱体３７の末端部が重ならない余剰開口範囲４４ａが形成されている。この余剰開口範囲４４ａにはダクト状に形成された冷却空気抽気部４４ｂが設けられている。

冷却ファン２１の作動時には、上述のように冷却空気吹出口４４から冷却空気ＣＡ１が吹き出すとともに、余剰開口範囲４４ａから余剰冷却空気ＣＡ２が吹き出す。冷却空気抽気部４４ｂのダクト形状は、余剰開口範囲４４ａから吹き出した余剰冷却空気ＣＡ２を例えば９０°変向させて冷却空気誘導旋回体３９の方に流すように形成されている。

ところで、ヒートパイプ３８の温度は、放熱体３７と重なっている部分の末端側に向かって低下するため、ヒートパイプ３８の最末端部では多くの冷却空気を必要としない。つまり、従来ではこの部分に当てられる冷却空気が無駄になっていた。この冷却装置２０では、この余剰な冷却空気が余剰開口範囲４４ａと冷却空気抽気部４４ｂにより抽気され、余剰冷却空気ＣＡ２として冷却空気誘導旋回体３９側に向けて送気される。

冷却ファン２１のケーシング４１内における左右両側部の風速（風量）は、中間部の風速よりも大きい傾向があるため、余剰開口範囲４４ａの幅が小さくても、この余剰開口範囲４４ａから送気される余剰冷却空気ＣＡ２の量を多くすることができる。

風車状の冷却空気誘導旋回体３９は、その回転中心部をなす旋回中心部３９ａと、この旋回中心部３９ａから放射方向に延びる複数（例えば８本）の線状の旋回体３９ｂとを備えた形状である。旋回中心部３９ａの軸方向は筐体２の面方向に対して直交し、旋回体３９ｂの軸方向は筐体２の面方向に平行している。旋回体３９ｂは、筐体２の内部において、筐体２自体や他の部品類に接触せずに自由に回動できる。旋回体３９ｂの厚み（上下方向の幅）は、筐体２の上下方向（厚さ方向）の寸法に制限があることから、ほぼ線状か、細い帯状等とされている。

この冷却空気誘導旋回体３９は、冷却ファン２１により生成される冷却空気の一部である余剰冷却空気ＣＡ２を旋回体３９ｂによって捕捉することにより回転トルクを得て旋回し、捕捉した余剰冷却空気ＣＡ２を筐体２の内部の所定の範囲に誘導する補助冷却部材である。

旋回中心部３９ａの軸支位置は、例えば電子基板２９に搭載されているメモリ２６とＦＥＴ２７，２８との間とされ、旋回体３９ｂの回転投影面積が各電子部品２６〜２９の上に広い範囲で重なるようになっている。また、冷却ファン２１の冷却空気抽気部４４ｂから吹き出す余剰冷却空気ＣＡ２が旋回体３９ｂのほぼ先端部に当たるように旋回中心部３９ａの位置が設定されている。

以上のように構成された冷却装置２０において、冷却ファン２１が作動すると、前述のように冷却ファン２１から吹き出される冷却空気ＣＡ１が放熱体３７を冷却することによってＣＰＵ２５が強制冷却される。冷却ファン２１から吹き出された冷却空気ＣＡ１が排気口１７から排出されることに伴い、図４に示すように、ＣＰＵ２５の周辺の加熱空気ＨＡが負圧により引き出されて排気口１７から排出される。

また、図４に示すように、冷却ファン２１の冷却空気抽気部４４ｂから吹き出される余剰冷却空気ＣＡ２が冷却空気誘導旋回体３９の旋回体３９ｂに当たり、冷却空気誘導旋回体３９は回転トルクを得て矢印Ｒで示す回転方向（本実施形態では反時計回り）に旋回する。複数の旋回体３９ｂが旋回することにより、余剰冷却空気ＣＡ２による旋回流ＣＡ２’が形成され、この旋回流ＣＡ２’が電子部品２６〜２９等の配置領域に広く導かれる。

このため、電子部品２６〜２９の作動熱により加熱された空気と、冷却空気（旋回流ＣＡ２’）との対流が促進されるとともに、冷却空気（旋回流ＣＡ２’）が筐体２の内部の広い範囲に送られて効率良く冷却される。そして暖められた旋回流ＣＡ２’は加熱空気ＨＡと共に排気口１７から排出される。

このように、冷却ファン２１によって生成される冷却空気の一部である余剰冷却空気ＣＡ２を捕捉して旋回する冷却空気誘導旋回体３９を設けるという簡素で安価な構成により、１基のみの冷却ファン２１によって筐体２の内部を広範囲に亘り効率良く冷却することができる。

冷却ファン２１は、冷却空気ＣＡ１が吹き出される冷却空気吹出口４４と、この冷却空気吹出口４４から吹き出す冷却空気ＣＡ１の余剰分を抽気して余剰冷却空気ＣＡ２として冷却空気誘導旋回体３９側に送るダクト状の冷却空気抽気部４４ｂとを備えている。このため、冷却空気誘導旋回体３９側に送る余剰冷却空気ＣＡ２を確実に抽気して電子部品２６〜２９等の配置領域に導き、これらの部品を効果的に冷却することができる。

また、ヒートパイプ３８に接続された放熱体３７の水平方向の寸法Ｌ１を冷却ファン２１の冷却空気吹出口４４の水平方向の寸法Ｌ２よりも短くすることによって冷却空気吹出口４４に放熱体３７の末端部が重ならない余剰開口範囲４４ａを形成し、この余剰開口範囲４４ａに、上記のダクト状の冷却空気抽気部４４ｂが設けられている。これにより、冷却空気吹出口４４から吹き出される冷却空気を、放熱体３７の冷却に使用される冷却空気ＣＡ１と、冷却空気誘導旋回体３９側に送られる余剰冷却空気ＣＡ２とに確実に分離して双方に供給し、効果的な冷却を行うことができる。

冷却空気誘導旋回体３９は、冷却ファン２１を挟んで、該冷却ファン２１により強制冷却されるＣＰＵ２５とは反対側のスペースに配置されている。このため、冷却ファン２１の作動時にＣＰＵ２５の周辺から排気口１７に向かって流れる加熱空気ＨＡ（図４参照）に阻害されることなく、冷却空気誘導旋回体３９によって余剰冷却空気ＣＡ２を確実に電子部品２６〜２９等の配置領域に導き、これらの部品を効果的に冷却することができる。

ところで、図５に示すように、冷却空気誘導旋回体３９の旋回体３９ｂの表面を凹凸状にしてもよい。図５では、旋回体３９ｂの表面に多数の小突起３９ｃを形成して凹凸状にしている。この小突起３９ｃとしては、柔軟な短いブラシ状のものや、短針状のものが考えられる。小突起３９ｃを設ける代わりに、旋回体３９ｂを波線状に形成したり、帯状且つ螺旋状に形成したりして表面を凹凸状にしてもよい。

このように、旋回体３９ｂの表面を凹凸状にすることにより、内部スペースの関係で厚み（上下方向の幅）を大きくすることができない旋回体３９ｂであっても、表面の凹凸部によって余剰冷却空気ＣＡ２を確実にキャッチし、旋回体３９ｂによって形成される旋回流ＣＡ２’の流量を多くして各電子部品２６〜２９等を効率良く冷却することができる。

以上に説明したように、本実施形態に係る電子機器の冷却装置２０、これを備えた電子機器（ノート型パソコン１）、および電子機器の冷却方法によれば、冷却ファン２１によって生成される冷却空気の一部を捕捉して旋回する冷却空気誘導旋回体３９を設けるという簡素で安価な構成により、電子機器の筐体２の内部を広範囲に効率良く冷却することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、筐体２の内部の各機器類の位置関係や形状等は、本実施形態のものに限定されない。
また、例えば、図２に示す冷却空気抽気部４４ｂを設ける代わりに、冷却ファン２１のケーシング４１の側面に、冷却空気誘導旋回体３９（旋回体３９ｂ）に向かって冷却空気を吹き出す穴を形成する等の小変更を加えてもよい。

１ ノート型パソコン（電子機器）
２ 筐体
３ 蓋体
２０ 冷却装置
２１ 冷却ファン
２５ ＣＰＵ（電子部品）
２６ メモリ（電子部品）
２７，２８ ＦＥＴ（電子部品）
２９ 電子基板（電子部品）
３６ 受熱体
３７ 放熱体
３８ ヒートパイプ
３９ 冷却空気誘導旋回体
３９ａ 旋回中心部
３９ｂ 旋回体
３９ｃ 小突起
４４ 冷却空気吹出口
４４ａ 余剰開口範囲
４４ｂ 冷却空気抽気部
ＣＡ１ 冷却空気
ＣＡ２ 余剰冷却空気
Ｌ１ 放熱体の水平方向の寸法
Ｌ２ 冷却空気吹出口の水平方向の寸法

本発明に係る電子機器の冷却装置は、電子機器の筐体の内部に収容された電子部品の作動熱を冷却する冷却ファンと、前記冷却ファンにより生成される冷却空気によって冷却される放熱体と、前記筐体の内部に回転自在に軸支された冷却空気誘導旋回体とを備え、前記冷却空気誘導旋回体は、前記冷却ファンにより生成され前記冷却ファンから前記放熱体への前記冷却空気の流路とは異なる流路を流れる冷却空気を捕捉することにより回転トルクを得て旋回し、捕捉した前記冷却空気を前記筐体の内部の所定の範囲に誘導する電子機器の冷却装置を提供する。
本発明に係る電子機器の冷却方法は、電子機器の筐体の内部に収容された電子部品の作動熱を冷却ファンで冷却する電子機器の冷却方法であって、前記冷却ファンにより生成される冷却空気によって放熱体を冷却し、前記冷却ファンにより生成され、前記冷却ファンから前記放熱体への前記冷却空気の流路とは別の流路を流れる冷却空気を、前記筐体の内部に自由回転可能に軸支した風車状の冷却空気誘導旋回体に当て、前記冷却空気誘導旋回体を回転させることによって前記冷却空気を前記筐体の内部の所定範囲に誘導して冷却を行う電子機器の冷却方法を提供する。

Claims (7)

1. 電子機器の筐体の内部に収容された電子部品の作動熱を冷却する冷却ファンと、
   前記筐体の内部に回転自在に軸支されて前記冷却ファンにより生成される冷却空気の少なくとも一部を捕捉することにより回転トルクを得て旋回し、捕捉した前記冷却空気を前記筐体の内部の所定の範囲に誘導する冷却空気誘導旋回体と、
   を備えた電子機器の冷却装置。
2. 前記冷却ファンは、
   前記冷却空気が吹き出される冷却空気吹出口と、
   前記冷却空気吹出口から吹き出す前記冷却空気の余剰分を抽気して前記冷却空気誘導旋回体側に送る冷却空気抽気部と、
   を備えている請求項１に記載の電子機器の冷却装置。
3. ヒートパイプの一端に接続された受熱体が前記電子部品に設置され、前記ヒートパイプの他端に接続された放熱体が前記冷却ファンの前記冷却空気吹出口に近接配置され、
   前記放熱体の水平方向の寸法は前記冷却空気吹出口の水平方向の寸法よりも短くされて前記冷却空気吹出口には前記放熱体の末端部が重ならない余剰開口範囲が形成され、
   前記余剰開口範囲に、前記冷却空気抽気部がダクト状に形成されて設けられている請求項２に記載の電子機器の冷却装置。
4. 前記冷却空気誘導旋回体は、
   旋回中心部と、
   前記旋回中心部から放射方向に延びる複数の線状の旋回体と、
   を備え、
   前記旋回中心部は、前記冷却ファンを挟んで、該冷却ファンにより強制冷却される前記電子部品とは反対側のスペースに軸支されている請求項１から３のいずれかに記載の電子機器の冷却装置。
5. 前記旋回体は、その表面が凹凸状である請求項４に記載の電子機器の冷却装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の冷却装置を備えた電子機器。
7. 電子機器の筐体の内部に収容された電子部品の作動熱を冷却ファンで冷却する電子機器の冷却方法であって、
   前記冷却ファンにより生成される冷却空気の少なくとも一部を、前記筐体の内部に自由回転可能に軸支した風車状の冷却空気誘導旋回体に当て、
   前記冷却空気誘導旋回体を回転させることによって前記冷却空気を前記筐体の内部の所定範囲に誘導して冷却を行う電子機器の冷却方法。

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