JP2017162983A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナモジュールを効率的に冷却することができる電子機器を提供する。【解決手段】電子機器１０は、内部に発熱体１８を収容した機器筐体１４と、機器筐体１４内に設けられ、発熱体１８で発生した熱を機器筐体１４の側壁１４ａに形成された排気口４０を通して機器筐体１４外へと排出する送風ファン３２とを有する。そして、送風ファン３２と排気口４０との間に無線通信用のアンテナモジュール２６を配置したことにより、アンテナモジュール２６を効率的に冷却することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信用のアンテナモジュールを搭載した電子機器に関する。

近年、ノートブック型パーソナルコンピュータ（ノート型ＰＣ）のような電子機器は、無線ＬＡＮや移動通信システムの規格に準拠した無線通信用のアンテナが搭載されることが多くなっている。例えば特許文献１には、無線通信用のアンテナをディスプレイ筐体に搭載したノート型ＰＣが開示されている。

特開２０１２−１９４９７号公報

上記のような移動通信システムは、さらなる通信スピードの向上等のため、その周波数帯が次第に高周波になってきている。そこで、例えば２０ＧＨｚ帯以上の高周波を用いた無線通信用のアンテナでは、電波と電気信号とを変換するアンテナと、このアンテナに送受信する電気信号を高周波に増幅するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部とを有するアンテナモジュールとして構成することが行われている。すなわち、無線通信の周波数帯が高くなるほど伝搬ロスが大きくなり、また電波の直進性が高くなる。そこで、アンテナとＲＦ部をモジュール化することで伝搬ロスを低減し、アンテナモジュールをアクティブ方式のアレイアンテナで構成することで電波の直進性に対応することができる。

ところが、このようなアンテナモジュールは、特にＲＦ部での処理量が多く発熱量も大きいため、その熱対策が必要となる。他方、上記のような電子機器は小型化の要望も大きく、アンテナモジュールの熱対策のための専用の冷却装置を筐体内に設けることは難しい。

本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、アンテナモジュールを効率的に冷却することができる電子機器を提供することを目的とする。

本発明に係る電子機器は、内部に発熱体を収容した機器筐体と、該機器筐体内に設けられ、前記発熱体で発生した熱を前記機器筐体の外壁面に形成された排気口を通して該機器筐体外へと排出する送風ファンとを有する電子機器であって、前記送風ファンと前記排気口との間に無線通信用のアンテナモジュールを配置したことを特徴とする。

このような構成によれば、送風ファンでアンテナモジュールを送風することができるため、アンテナモジュールを効率的に冷却でき、高い通信品質や通信精度を確保できる。しかもアンテナモジュールを冷却する送風ファンは、発熱体で発生した熱を機器筐体の排気口を通して機器筐体外へと排出するために設置された既設の部品である。このため、アンテナモジュールの冷却用に新たな送風ファンを設置する必要がなく、当該電子機器の小型化や低コスト化を図ることができる。

一端部が前記発熱体に接触配置されたヒートパイプを備え、該ヒートパイプの他端部が前記送風ファンと前記排気口との間に配置されており、前記アンテナモジュールは、前記ヒートパイプの他端部に固定された構成であってもよい。そうすると、アンテナモジュールがヒートパイプ内での低温部となる端部に取り付けられることで、アンテナモジュールをより効率的に冷却できる。

前記送風ファン、前記ヒートパイプ及び前記アンテナモジュールは、一体に組み付けられたアセンブリ部品として構成されていてもよい。そうすると、アンテナモジュールの機器筐体への取付作業の効率が向上する。

前記アンテナモジュールは、前記送風ファンに対して固定された構成であってもよい。この場合にも、アンテナモジュールの機器筐体への取付作業の効率が向上する。

また、本発明に係る電子機器は、内部に発熱体を収容した機器筐体と、該機器筐体内に設けられ、一端部が前記発熱体に接触配置されたヒートパイプとを備え、該ヒートパイプの他端部を前記機器筐体の外壁面に形成された排気口に近接配置した電子機器であって、前記ヒートパイプの他端部に無線通信用のアンテナを接触配置したことを特徴とする。

このような構成によれば、アンテナモジュールがヒートパイプ内での低温部となる端部に取り付けられるため、アンテナモジュールを効率的に冷却でき、高い通信品質や通信精度を確保できる。しかもアンテナモジュールを冷却するヒートパイプは、発熱体で発生した熱を機器筐体の排気口を通して機器筐体外へと排出するために設置された既設の部品である。このため、アンテナモジュールの冷却用に新たなヒートパイプを設置する必要がなく、当該電子機器の小型化や低コスト化を図ることができる。

前記アンテナモジュールからの配線を、前記ヒートパイプの外面を這わせて前記機器筐体内の基板に接続した構成であってもよい。そうすると、アンテナモジュールからの配線も送風ファンやヒートパイプと一体のアセンブリ部品として取り扱うことができ、配線作業がほとんど不要になる。また、２０ＧＨｚ帯以上の高周波数帯の通信では、アンテナモジュールから基板までの配線は特にノイズの影響が懸念されるが、配線をグランドされたヒートパイプの外面を這って配策することで、高いノイズ低減効果が得られる。

前記アンテナモジュールは、アクティブ方式のアレイアンテナであってもよい。

前記アレイアンテナは、前記排気口の開口から前記機器筐体の外部に臨んだ構成であってもよい。そうすると、例えば機器筐体が金属等の導体で形成されている場合であってもアレイアンテナでの通信品質を十分に確保できる。

本発明によれば、アンテナモジュールを効率的に冷却でき、高い通信品質や通信精度を確保できる。しかもアンテナモジュールを既設の冷却手段を用いて冷却することができるため、アンテナモジュールの冷却用に新たな冷却手段を設置する必要がなく、当該電子機器の小型化や低コスト化を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器の一部分解斜視図である。 図２は、機器筐体の内部構造を模式的に示す平面図である。 図３は、冷却ユニット及びアンテナモジュールの周辺部を拡大して模式的に示した斜視図である。 図４は、電子機器の通信系統の一構成例を模式的に示したブロック図である。 図５は、アンテナモジュールの別の配置例を示す平面図である。 図６は、アンテナと排気口との位置関係を示す正面図である。 図７は、アンテナモジュールのさらに別の配置例を示す斜視図である。

以下、本発明に係る電子機器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器１０の一部分解斜視図であり、キーボード装置１２を取り外して機器筐体１４の内部構造を示した図である。

先ず、電子機器１０の全体的な構成を説明する。

図１に示すように、電子機器１０は、上面側に入力装置であるキーボード装置１２を搭載した機器筐体１４と、機器筐体１４に開閉可能に連結されたディスプレイ筐体１６とを備えたノート型ＰＣである。本発明はノート型ＰＣ以外の電子機器、例えばタブレット型ＰＣ、デスクトップ型ＰＣ、スマートフォン、ゲーム機器又は家電機器等、各種電子機器に適用可能である。

機器筐体１４は、例えば樹脂製の扁平な箱体である。機器筐体１４の内部には、発熱体１８及び通信チップ２０が接続されたマザーボードである基板２２と、発熱体１８の冷却用の冷却ユニット２４と、無線通信用のアンテナモジュール２６とが配設されている。

発熱体１８は、基板２２に搭載したＣＰＵやＧＰＵ等といった電子部品であり、本実施形態ではＣＰＵである。発熱体１８は、当該電子機器１０に搭載された電子部品のうちでも発熱量の大きな部品である。通信チップ２０は基板２２に接続されており、配線２８を介してアンテナモジュール２６と接続されている。冷却ユニット２４は、発熱体１８の熱をヒートパイプ３０によって吸熱して輸送し、送風ファン３２によって外部に放熱させるユニットである。アンテナモジュール２６は、所定の移動通信システムの規格に準拠した構造であり、例えば２０ＧＨｚ帯以上の高周波数帯の通信規格に対応している。機器筐体１４の具体的な内部構造については後述する。

キーボード装置１２は、その上面に複数のキーを所定パターンで配列したキートップ群を有する。キーボード装置１２は、その一側面から引き出された図示しないケーブルにより基板２２に対して接続される。

ディスプレイ筐体１６は、樹脂製の扁平な箱体である。ディスプレイ筐体１６は、その一面にディスプレイ１６ａを有し、左右一対のヒンジ３４，３４によって機器筐体１４に対して回動可能に連結されている。ディスプレイ筐体１６は、ヒンジ３４を通過した図示しない配線によって基板２２と電気的に接続されている。

次に、機器筐体１４の内部構造の具体的な構成例を説明する。

図２は、機器筐体１４の内部構造を模式的に示す平面図であり、図３は、冷却ユニット２４及びアンテナモジュール２６の周辺部を拡大して模式的に示した斜視図である。

図１及び図２に示すように、機器筐体１４の側壁１４ａには、該側壁１４ａを板厚方向に貫通する複数のスリット４０ａを並設した排気口４０が設けられている。排気口４０は、機器筐体１４内の熱を機器筐体１４外に放熱するための開口である。排気口４０は、スリット４０ａに代えて複数の孔部やメッシュ等で形成されてもよい。

図２及び図３に示すように、冷却ユニット２４は、一方の端部（一端部）３０ａが発熱体１８に接触配置されたヒートパイプ３０と、ヒートパイプ３０の他方の端部（他端部）３０ｂに対して送風する送風ファン３２とを有する。ヒートパイプ３０及び送風ファン３２は、予め一体に組み付けられたアセンブリ部品として機器筐体１４内に取り付けられる。

ヒートパイプ３０は、端部３０ｂが側壁１４ａに形成された排気口４０の内面側に近接配置されている。これによりヒートパイプ３０は、端部３０ａで発熱体１８から吸熱した熱を端部３０ｂから排気口４０を通して機器筐体１４外へと放熱可能である。本実施形態では、ヒートパイプ３０の端部３０ｂにヒートシンク４２を固着している。ヒートパイプ３０の端部３０ｂ（ヒートシンク４２）は、その一方側（図２中の左側）が側壁１４ａの排気口４０と対向配置され、その他方側（図２中の右側）が送風ファン３２の一面側に開口した送風口３２ａと対向配置されている。ヒートシンク４２は、例えば送風ファン３２の送風方向に平行する方向に沿う冷却フィン４２ａを該送風方向と直交する方向に複数枚並設し、送風ファン３２からの送風で効率的に冷却可能な構成である。

これにより、送風ファン３２の送風口３２ａから送風されてヒートシンク４２を通過した空気は、排気口４０から外部へと排気される。その結果、発熱体１８で発生した熱は、ヒートパイプ３０からヒートシンク４２を介して機器筐体１４外に効率よく排出される。

図４は、電子機器１０の通信系統の一構成例を模式的に示したブロック図である。

本実施形態の場合、アンテナモジュール２６は、複数のアレイアンテナであるアンテナ２６ａと、アンテナ２６ａと一体にモジュール化されたＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部２６ｂとで構成されている（図２及び図４参照）。アンテナ２６ａは電波（電磁波）と電気信号とを変換する。ＲＦ部２６ｂはアンテナ２６ａと電気的に接続されており、アンテナ２６ａに送受信する電気信号を高周波に増幅する等の処理を行う半導体部品である。アンテナモジュール２６は、ビームフォーミングを行うアクティブ方式のアレイアンテナ（アクティブフェーズアレイアンテナ）として構成され、２０ＧＨｚ帯以上の高周波数帯の無線通信に対応可能となっている。

アンテナモジュール２６は、送風ファン３２の送風口３２ａと側壁１４ａの排気口４０との間、より具体的にはヒートパイプ３０の端部３０ｂ（ヒートシンク４２）と排気口４０との間に配置されている（図２及び図３参照）。本実施形態の場合、アンテナモジュール２６は、ヒートパイプ３０の端部３０ｂ又はヒートシンク４２に接着剤や接着テープ、或いはねじ等の締結具等を用いて取り付けられている。つまり、アンテナモジュール２６は冷却ユニット２４と共に予め一体に組み付けられたアセンブリ部品として構成されている。アンテナモジュール２６は、側壁１４ａの内面や機器筐体１４の底面等に取り付けられてもよい。アンテナモジュール２６からの配線２８はヒートパイプ３０の外面を這うように配策されており、例えば図示しない接着剤や接着テープによってヒートパイプ３０の外面に固定されている。

図２に示すように、アレイアンテナである各アンテナ２６ａは、それぞれ側壁１４ａのスリット４０ａに対応する位置に配置されている。つまり、各アンテナ２６ａは排気口４０の開口であるスリット４０ａから機器筐体１４の外部に臨んでいる（図６も参照）。換言すれば、各アンテナ２６ａが少なくとも排気口４０の正面視でスリット４０ａの内側に配置される。これにより、例えば側壁１４ａが金属等の導体で形成されている場合であってもアンテナ２６ａでの通信品質を十分に確保できる。なお、側壁１４ａが導体で形成されている場合は、図６に示すようにスリット４０ａの開口の大きさをアンテナ２６ａよりも十分に大きく形成し、各アンテナ２６ａがスリット４０ａを介して外部と確実に電波を送受信できるように構成するとよい。

図２及び図４に示すように、アンテナモジュール２６は、配線２８を介して通信チップ２０と電気的に接続されている。通信チップ２０はアンテナモジュール２６を駆動制御する処理部であり、基板２２を介して例えばＣＰＵである発熱体１８と接続されている。通信チップ２０は、例えばＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部２０ａと、ＢＢ（Ｂａｓｅｂａｎｄ）部２０ｂと、システムＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０ｃとを有した電子部品である。ＩＦ部２０ａは、ＲＦ部での電気信号（ＲＦ信号）とＢＢ部２０ｂでの電気信号（ＢＢ信号）との間で電気信号を中間周波数に変換する等の処理を行う半導体部品である。ＢＢ部２０ｂは、デジタル信号の変調及び復調等の処理を行う半導体部品である。システムＩＦは、例えばＵＳＢ規格等のコネクタ端子であって基板２２上の図示しないコネクタ端子に対して接続される。通信チップ２０は、基板２２にオンボードで搭載されていてもよい。

ところで、アンテナモジュール２６は、上記のように２０ＧＨｚ帯以上の高周波数帯の無線通信に対応したアクティブ方式のアレイアンテナであり、このため駆動時には相当な発熱を生じる。

そこで本実施形態に係る電子機器１０では、送風ファン３２の送風口３２ａと側壁１４ａの排気口４０との間にアンテナモジュール２６を配置している。従って、送風ファン３２でアンテナモジュール２６を送風することができる。このため、アンテナモジュール２６を効率的に冷却でき、高い通信品質や通信精度を確保できる。しかもアンテナモジュール２６を冷却する送風ファン３２は、発熱体１８で発生した熱を機器筐体１４の側壁１４ａに形成した排気口４０を通して機器筐体１４外へと排出するために設置された既設の部品である。このため、アンテナモジュール２６の冷却用に新たな送風ファンを設置する必要がなく、当該電子機器１０の小型化や低コスト化を図ることができる。

当該電子機器１０では、送風ファン３２と排気口４０との間に配置されたヒートパイプ３０の端部３０ｂ（又はヒートシンク４２）にアンテナモジュール２６を固定している。このため、アンテナモジュール２６がヒートパイプ３０内での低温部となる端部３０ｂに取り付けられることで、アンテナモジュール２６をより効率的に冷却できる。しかもアンテナモジュール２６は、冷却ユニット２４を構成するヒートパイプ３０及び送風ファン３２と共に予め一体に組み付けられたアセンブリ部品として構成されている。このため、アンテナモジュール２６の取付作業は、冷却ユニット２４の取付作業の後、配線２８を基板２２上の通信チップ２０に接続するだけで完了するため、製造効率が向上する。

なお、電子機器１０の仕様によってはヒートパイプ３０を持たず、例えば送風ファン３２によって機器筐体１４内に放熱された発熱体１８からの熱を排気口４０から外部に排出する構成もある。そこで、このような構成の場合は、アンテナモジュール２６を送風ファン３２の送風口３２ａ付近に取り付けたアセンブリ部品として構成してもよい。

また、例えばノート型ＰＣの一部機種やタブレット型ＰＣ等では、送風ファン３２を内蔵しない構成のものもあり、この場合にも発熱体１８の冷却用のヒートパイプ３０を備えた構成は多い。そこで、このような構成の場合にも、例えば排気口４０を介して放熱可能に該排気口４０に近接配置されたヒートパイプ３０の端部３０ｂに対してアンテナモジュール２６を取り付けることで、その効率的な冷却が可能となる。

当該電子機器１０では、アンテナモジュール２６からの配線２８をヒートパイプ３０の外面を這わせて基板２２側の通信チップ２０に接続している。このため、配線２８も冷却ユニット２４と一体のアセンブリ部品として取り扱うことができ、配線作業がほとんど不要になる。また、上記のような高周波数帯の通信では、アンテナモジュール２６から通信チップ２０までの配線２８は特にノイズの影響が懸念される。この点、配線２８はグランドされたヒートパイプ３０の外面を這って配策されているため、高いノイズ低減効果が得られる。

図５は、アンテナモジュール２６の別の配置例を示す平面図である。

図２に示す構成例では、アンテナモジュール２６をヒートパイプ３０の端部３０ｂと排気口４０との間に配置している。このため、発熱体１８の発熱量や送風ファン３２の送風量等の仕様によってはアンテナモジュール２６の冷却が足りない可能性がある。そこで、図５に示す構成例のように、例えばアンテナモジュール２６をヒートパイプ３０の端部３０ｂ（ヒートシンク４２）の端面側に配置してもよい。すなわち、アンテナモジュール２６をヒートパイプ３０の端部３０ｂと並列に送風ファン３２の送風口３２ａと対向配置してもよい。そうすると、ヒートシンク４２を通過した後ではない送風ファン３２からの新鮮な空気を直接的にアンテナモジュール２６に当てることができ、アンテナモジュール２６の冷却効率が向上する。なお、図５に示す構成例の場合、アンテナモジュール２６は、例えばヒートパイプ３０の端部３０ｂの端面又は送風ファン３２の送風口３２ａに固定されればよい。

図７は、アンテナモジュール２６のさらに別の配置例を示す斜視図である。

図７に示す構成例のように、ヒートパイプ３０の端部３０ｂをヒートシンク４２よりも奥まで延長し、この端部３０ｂの延長部分の下面にアンテナモジュール２６を配置してもよい。これにより、ヒートパイプ３０のヒートシンク４２上で冷やされる低温部となる端部３０ｂに近接した位置にアンテナモジュール２６が配置されるため、アンテナモジュール２６の効率的な冷却が可能となる。この際、アンテナモジュール２６で発生する熱は、ヒートパイプ３０を通ってヒートシンク４２に伝達され、そこで冷却されることになる。

なお、ヒートシンク４２の奥行寸法を縮小し、送風ファン３２の送風口３２ａの正面且つヒートパイプ３０の端部３０ｂの下面となる位置にアンテナモジュール２６の設置スペースを確保し、ここにアンテナモジュール２６を配置してもよい。つまり、例えば図５に示す構成例において、ヒートパイプ３０の端部３０ｂをアンテナモジュール２６の上部まで延長したような構成としてもよい。これにより、送風ファン３２からの送風とヒートパイプ３０による吸熱によってアンテナモジュール２６をより効率的に冷却できる。

１０ 電子機器
１２ キーボード装置
１４ 機器筐体
１４ａ 側壁
１６ ディスプレイ筐体
１８ 発熱体
２０ 通信チップ
２０ａ ＩＦ部
２０ｂ ＢＢ部
２０ｃ システムＩＦ
２２ 基板
２４ 冷却ユニット
２６ アンテナモジュール
２６ａ アンテナ
２６ｂ ＲＦ部
２８ 配線
３０ ヒートパイプ
３０ａ，３０ｂ 端部
３２ 送風ファン
３２ａ 送風口
４０ 排気口
４０ａ スリット
４２ ヒートシンク

Claims (8)

1. 内部に発熱体を収容した機器筐体と、該機器筐体内に設けられ、前記発熱体で発生した熱を前記機器筐体の外壁面に形成された排気口を通して該機器筐体外へと排出する送風ファンとを有する電子機器であって、
   前記送風ファンと前記排気口との間に無線通信用のアンテナモジュールを配置したことを特徴とする電子機器。
2. 請求項１記載の電子機器において、
   一端部が前記発熱体に接触配置されたヒートパイプを備え、該ヒートパイプの他端部が前記送風ファンと前記排気口との間に配置されており、
   前記アンテナモジュールは、前記ヒートパイプの他端部に固定されていることを特徴とする電子機器。
3. 請求項２記載の電子機器において、
   前記送風ファン、前記ヒートパイプ及び前記アンテナモジュールは、一体に組み付けられたアセンブリ部品として構成されていることを特徴とする電子機器。
4. 請求項１記載の電子機器において、
   前記アンテナモジュールは、前記送風ファンに対して固定されていることを特徴とする電子機器。
5. 内部に発熱体を収容した機器筐体と、該機器筐体内に設けられ、一端部が前記発熱体に接触配置されたヒートパイプとを備え、該ヒートパイプの他端部を前記機器筐体の外壁面に形成された排気口に近接配置した電子機器であって、
   前記ヒートパイプの他端部に無線通信用のアンテナを接触配置したことを特徴とする電子機器。
6. 請求項２、３又は５記載の電子機器において、
   前記アンテナモジュールからの配線を、前記ヒートパイプの外面を這わせて前記機器筐体内の基板に接続したことを特徴とする電子機器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子機器において、
   前記アンテナモジュールは、アクティブ方式のアレイアンテナであることを特徴とする電子機器。
8. 請求項７記載の電子機器において、
   前記アレイアンテナは、前記排気口の開口から前記機器筐体の外部に臨んでいることを特徴とする電子機器。
   

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