JP2018098426A

JP2018098426A - 電子機器

Info

Publication number: JP2018098426A
Application number: JP2016243783A
Authority: JP
Inventors: 剛内藤; Takeshi Naito
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-21

Abstract

【課題】複数の発熱源が電子機器内に散在している場合、電子機器の動作状態によって、冷却ファンによる冷却の効率が低下してしまう。【解決手段】複数の発熱源において遠心ファン１２を回転軸方向から見て排気方向に対して右側の発熱性素子５，６の冷却効果を上げる場合には、時計回りに回転するように遠心ファンの回転を制御し、遠心ファンを回転軸方向から見て排気方向に対して左側の発熱性素子の冷却効果を上げる場合には反時計回りに回転するように遠心ファンの回転を制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、電子機器に関するものである。

デジタルカメラやスマートフォン、タブレット、ゲーム機といった電子機器は、高機能化等により消費電力が増加する傾向にある。消費電力が増加すると、電子機器の排熱が課題となる。特許文献１には、排紙トレイを複数備えたプリンターにおいて、使用中の排紙トレイの場所に応じて弁の開閉や冷却ファンの回転方向を変えることで送風方向を変更し、１つの冷却ファンのみで複数の排紙トレイを冷却可能に構成する技術が開示されている。

特開２００５−１４８６７４号

しかしながら、特許文献１のような構成では、電子機器内に散在して設けられた複数の発熱源が電子機器の動作状態によって同時に発熱する場合、一方の発熱源の冷却を行うと他方の冷却を行うことのできないという課題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、冷却ファンを備えた電子機器において複数の発熱源がある場合にも、冷却効率の低下を抑制可能な冷却ユニットを提供することを目的とする。

本発明の電子機器は、回転翼の回転軸方向に吸気し回転軸と垂直な一つの方向に排気を行う遠心ファンと、複数の発熱性素子と、前記複数の発熱性素子および前記遠心ファンの吸気開口にそれぞれ対向しており前記遠心ファンとの対向部には熱交換を行う貫通孔が複数設けられた熱輸送部と、前記遠心ファンの回転方向を変化させる制御手段と、を有し、前記制御手段は複数の発熱源において前記遠心ファンを吸気開口の側から見て排気方向に対して右側の発熱性素子の冷却効果を上げる場合には時計回りに回転するように前記遠心ファンの回転を制御し、前記遠心ファンを吸気開口の側から見て排気方向に対して左側の発熱性素子の冷却効果を上げる場合には反時計回りに回転するように前記遠心ファンの回転を制御することを特徴とする。

本発明によれば、単一の遠心ファンを用いて複数の発熱源を冷却する場合に、冷却効率を低下させることなく複数の発熱源を冷却することが可能になる。

本発明の実施例の正面図、背面斜視図および下面図。本発明の実施例の動作状態の斜視図、沈胴状態での中央断面図およびブロック図。本発明の実施例の冷却ユニットの断面図および冷却ユニット周辺の拡大図。本発明の実施例の冷却ユニット及びファンの斜視図。本発明の実施例の冷却ユニットを説明する図。本発明の実施例の制御フローを表すフローチャート。

（実施例１）
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施例では、電子機器の一例として撮像装置について説明するが、撮像装置以外の電子機器においても本手法は有効である。

図１および図２を用いて、本発明の実施例１による撮像装置について説明する。図１は、本発明の実施例１に係る撮像装置の正面図、背面斜視図および下面図である。

図１において、撮像装置１は、レンズ鏡筒２、複数の光学レンズからなる撮影光学系３、撮像素子６、表示部９、操作部１０、シャッタレリーズボタン１０ａ、遠心ファン１２、熱輸送部１３を備えている。遠心ファン１２は回転軸１８を中心として回転する。撮像装置１の筐体には、吸気口１４、排気口１５が設けられており、矢印１６は吸気の向きを表し、矢印１７は排気の向きを表している。撮影光学系３は被写体からの光を撮像素子６の撮像面に結像する。破線４は撮影光学系３の光軸を示す。

図２は、本発明の実施例に係る撮像装置１の動作状態の斜視図、鏡筒ユニットの沈胴状態での中央断面図、および撮像装置１のブロック図である。撮像装置１は、図１で説明した構成の他に、カメラシステム制御部５、画像処理部７、メモリ部８、レンズ駆動部１１、温度取得部１８、動作状態取得部１９を備えている。

カメラシステム制御部５はカメラシステムを制御する制御回路を含み、撮像素子６、画像処理部７、メモリ部８、表示部９、操作部１０、レンズ駆動部１１、遠心ファン１２、温度取得部１８、動作状態取得部１９とそれぞれ接続され、各構成を駆動制御する。

画像処理部７は、Ａ／Ｄ変換器、ホワイトバランス調整回路、ガンマ補正回路、補間演算回路等を有しており、記録用の画像を生成することができる。

メモリ部８は、揮発／不揮発メモリや外部から挿入される記憶メディアから構成される。また、メモリ部８は、実際の記憶部に加えて記録に必要な処理回路を備えており、予め定められた方法を用いて画像、動画、音声などの圧縮を行う。そして、記録部に記録データを出力するとともに、表示部９に出力する画像を生成して保存する。

カメラシステム制御部５は、撮像タイミング信号などを生成して出力する。操作部１０から得られる外部操作信号に応動して、撮像処理、画像処理、記録再生処理をそれぞれ制御する。例えば、シャッタレリーズボタン１０ａの押下を不図示の操作検出回路が検出して、撮像素子６の駆動、画像処理部７の動作、メモリ部８の圧縮処理などを制御する。さらに表示部９によって液晶モニタ等に情報表示を行う情報表示装置の表示状態を制御する。そして、撮像装置１のエイミング動作においては、撮像素子６で被写体画像を撮影しながら表示部９で被写体観察を行ういわゆるライブビュー撮影が可能な構成となっている。

レンズ駆動部１１はモータ等で構成され、撮影光学系３を構成する焦点レンズ、ブレ補正レンズ、絞りなどを駆動する。すなわちレンズ駆動部１１は、撮像素子６から得られる焦点調節信号に基づいて撮影光学系３の状態を変化させることでピント位置を調整する。

カメラシステム制御部５は、画像処理部７により撮像素子６からの信号等を用いて適切な焦点位置、絞り位置を求める。そして、レンズ駆動部１１により撮影光学系３の光学状態が適切になるように制御する。また、カメラシステム制御部５は、撮像素子６の出力信号に基づいて露光状態の設定を行う。ここでいう露光状態とは、撮像素子６への露光時間、撮影光学系３の絞り値、撮像素子６の出力信号の増幅率などのことである。

また、撮像装置１は、カメラの状態に応じて遠心ファン１２を動作させ、いわゆる強制空冷によって排熱を行うことが可能な構成となっている。さらに、発熱源となる発熱性素子である撮像素子６およびカメラシステム制御部５と遠心ファン１２の吸気部または排気部とが対向するように熱輸送部１３が配置されている。熱輸送部１３の詳細な構成は後述する。

このようにして、撮像素子６やカメラシステム制御部５、及びその近傍で発生した熱を効率よく輸送して排熱できる構成となっている。カメラシステム制御部５は、遠心ファン１２を駆動制御し、その回転方向も制御する。カメラシステム制御部５において遠心ファン１２の回転方向を制御する際には、温度取得部１８により発熱源の温度を取得し、それに対応するように遠心ファン１２の回転方向を変化させる。それ以外の方法としては、あらかじめ各撮影モードに対応するように遠心ファン１２の回転方向を決め、メモリ部８等に記憶させておき、動作状態取得部１９を通して撮影状態を取得し、それに対応するように遠心ファン１２の回転方向を決定してもよい。

次に、本実施例における冷却ユニットの構成について図３を用いて説明する。

図３（ａ）は図１の一点鎖線３０における撮像装置１の断面図を表す。また、図３（ｂ）は撮像装置１の背面図のうち、吸気口１４の周囲を拡大した図を表し、図３（ｃ）は撮像装置１の底面図のうち、排気口１５の周囲を拡大した図を表している。

図３（ａ）に示すように、熱輸送部１３の一部は発熱性素子であるカメラシステム制御部５に対向して熱的に接続されており、他の一部が遠心ファン１２に設けられた吸気開口１２ａや排気開口１２ｂに対向している。熱輸送部１３に設けられた吸気貫通孔３１は、遠心ファン１２に設けられた吸気開口１２ａと対向し、熱輸送部１３に設けられた排気貫通孔３２は、遠心ファン１２に設けられた排気開口１２ｂと対向している。遠心ファン１２には、回転翼１２ｃが設けられている。

遠心ファン１２を用いて撮像装置１の冷却を行う際には、まず、撮像装置１を動作させる際に発熱するカメラシステム制御部５及び撮像素子６において発生した熱を、熱輸送部１３を介して遠心ファン１２まで輸送する。熱輸送部１３の構成に関しては、図４を用いて詳細に説明する。

遠心ファン１２によって吸入された空気は、矢印１６のようにまず筐体に設けられた吸気口１４を通過し、その後、熱輸送部１３に設けられた吸気貫通孔３１を通過する際に熱交換が行われる。その後、吸気開口１２ａから遠心ファン１２に流入し、排気開口１２ｂより排出されると、熱交換部１３に設けられた排気貫通孔３２を通過する際に再び熱交換が行われる。そして、筐体に設けられた排気口１５を通過し、矢印１７のように撮像装置１の筐体外へ排出される。

熱輸送部１３には、図３（ｂ）に示すように複数の吸気貫通孔３１が設けられ、図３（ｃ）に示すように複数の排気貫通孔３２が設けられている。このように、各貫通孔を複数設けることにより、貫通孔の側面積を増やすことができ、熱交換を効率よく行うことが可能になる。

次に、図４を用いて熱輸送部１３の構成について説明する。図４（ａ）は本実施例における冷却ユニットの斜視図を表しており、図４（ｂ）は冷却ユニットに設けられた遠心ファン１２の斜視図を表している。

冷却ユニットは、遠心ファン１２および熱輸送部１３から構成されている。図４（ａ）に示すように、熱輸送部１３は、一方が発熱性素子であるカメラシステム制御部５と撮像素子６に対向して熱的に接続されるように配される。また、もう一方が遠心ファン１２と対向するように配され、遠心ファン１２と対向する面（対向部）には、吸気貫通孔３１及び排気貫通孔３２が備えられている。

また、図４（ｂ）に示すように、冷却ユニットが備える遠心ファン１２は、回転翼１２ｃの回転により矢印１６で表される回転翼１２ｃの回転軸方向から吸気を行い、矢印１７で表される回転翼１２の法線方向（垂直な方向）のある一方向へ排気を行う。図３で説明したように、カメラシステム制御部５及び撮像素子６で発生した熱は、熱輸送部１３を介して遠心ファン１２の近辺まで輸送される。そして、熱輸送部１３に設けられた吸気貫通孔３１及び排気貫通孔３２において、遠心ファン１２によって吸入または排出された空気と熱交換を行う。

なお、本実施例では、複数の発熱源であるカメラシステム制御部５と撮像素子６を同一平面上に図示しているが、遠心ファン１２を回転軸方向から見て、排気方向に対して左右に発熱量のバランスが変化すれば、複数の発熱源は同一平面上になくても構わない。例えば、熱輸送部１３に段がついており、遠心ファン１２の回転軸方向にさらに離れた位置にカメラシステム制御部５及び撮像素子６が存在していても構わない。

次に、図５を用いて、本実施例の要部である、ファンの回転方向と流量の分布、発熱源の位置の関係について好ましい形態を説明する。図５（ａ）は、熱輸送部１３の上面図を示しており、図５（ｂ）、（ｃ）は回転方向が異なる場合のそれぞれの遠心ファン１２の上面図を表している。

図５（ａ）に示すように、熱輸送部１３は、一方が発熱源であるカメラシステム制御部５及び撮像素子６に熱的に接続されており、もう一方が遠心ファン１２に熱的に接続されている。

図５（ｂ）において、矢印１７は遠心ファン１２の排気方向を表しており、矢印５１は遠心ファン１２の回転方向を表している。斜線部５２は遠心ファン１２の排気方向が矢印１７で表される向きであり、かつ、回転方向が矢印５１で表される向きの場合に、吸気開口１２ａの面内において、空気の流量が多い部分（流入速度が速い部分）を示している。

同様に、図５（ｃ）において、矢印１７は遠心ファン１２の排気方向を表しており、矢印５３は遠心ファン１２の回転方向を表している。斜線部５４は遠心ファン１２の排気方向が矢印１７で表される向きであり、かつ、回転方向が矢印５３で表される向きの場合に、吸気開口１２ａの面内において、空気の流量が多い部分（流入速度が速い部分）を示している。

遠心ファンは、その排気方向及び、回転方向により、吸気開口や排気開口の周辺において流出入する空気の流量（流速）の分布が変化する。図５（ｂ）のように遠心ファン１２の回転翼１２ｃの回転方向が時計回りの場合は、吸気面において、紙面左側のほうが空気の流入速度が速く、流量が多くなる。つまり、斜線部５２で表される範囲の流量が他に比べて高くなる。

図５（ｂ）のように遠心ファン１２が時計回りに回転する場合、排気方向が矢印１７で表される向きであると、紙面右側が排気開口における一番近い空気の出口となる。そのため、排気開口においては紙面右側が最も流量（流出量）が多くなる箇所となり、紙面左側に行くほど流量が少なくなっていく。

一方で、吸気開口においては反対に、排気開口で空気を吐き出し終わったところでよく空気を吸い込むようになる。そのため、吸気開口が設けられた面においては、紙面左側（かつ、排気開口に近い部分）が吸気開口において最も流量（流入量）が多くなる箇所となる。以上の理由から、斜線部５２で表される範囲の流量が他に比べて高くなる。

同様にして、図５（ｃ）のように遠心ファン１２の回転翼１２ｃの回転方向が反時計回りの場合は、吸気面において、紙面右側のほうが空気の流入速度が速く、流量が多くなる。つまり、斜線部５５で表される範囲の流量が他に比べて高くなる。

このような構成の冷却ユニットの場合、空気の流量が多い部分では、熱交換部において空気がよく流れるため熱交換が盛んに行われ、冷却効果が高くなる。一方で、流量が少ない部分では、熱交換は行われるものの、流量が多い部分ほどは盛んには行われず、冷却効果が低くなってしまう。つまり、遠心ファン１２の排気方向及び、回転方向によって、熱交換が盛んにおこなわれる部分が変化する。

したがって、複数の発熱源の発熱量にばらつきがある場合、熱交換を盛んに行う部分が発熱量の大きい発熱源に近づくように、遠心ファン１２の回転方向を制御することにより、発熱源の発熱量のバランスに応じて効率よく冷却を行うことが可能になる。

図５（ａ）の構成において、例えば、動画撮影中など撮像素子６の発熱量がカメラシステム制御部５よりも大きくなっている場合、図５（ｂ）で示すように遠心ファンの回転方向を矢印５１の方向にすることにより効率よく熱交換を行うことが可能になる。矢印５１の方向に遠心ファン１２が回転すると、熱交換が盛んにおこなわれる領域５２が、発熱量の大きな撮像素子６に近づくことになる。

したがって、撮像素子６がカメラシステム制御部５よりも発熱量が大きい場合、矢印５１で表される方向に遠心ファン１２を回転させることにより、反対方向に回転させる場合に比べて効率よく冷却を行うことが可能になる。

同様に、例えば画像の再生中などカメラシステム制御部５の発熱量が撮像素子６よりも大きくなっている場合、図５（ｃ）で示すように遠心ファンの回転方向を矢印５３の方向にすることにより効率よく熱交換を行うことが可能になる。矢印５３の方向に遠心ファン１２が回転すると、熱交換が盛んにおこなわれる領域５４が、発熱量の大きなカメラシステム制御部５に近づくことになる。

したがって、カメラシステム制御部５が撮像素子６よりも発熱量が大きい場合、矢印５３で表される方向に遠心ファン１２を回転させることにより、反対方向に回転させる場合に比べて効率よく冷却を行うことが可能になる。

したがって、一つの電子機器内に複数の発熱源が存在する場合にその発熱量のバランスが電子機器の駆動中に変化したとしても、遠心ファンの回転方向を変化させることにより、冷却効率を落とすことなく、冷却を行うことが可能となる。また、冷却用の遠心ファンの回転方向を変化させることのみで実現可能なため、複数の発熱源の発熱のバランスが崩れ、冷却を優先すべき対象が変化した場合であっても、他の冷却ファン等を設けることなく、小型に構成することが可能である。

なお、本実施例では複数の発熱源として、カメラシステム制御部５及び撮像素子６を例にとり説明したが、それ以外の発熱性素子の冷却においても本手法は有効である。また、さらに多くの数の発熱性素子の冷却であっても、発熱量のバランスに応じて遠心ファン１２の回転方向を変化させることで同様に効率を落とすことなく冷却を行うことが可能である。

次に、図６のフローチャートを用いて本実施例における電子機器の動作について説明する。図６は、本実施例における撮像装置１において、遠心ファン１２の駆動に関する動作フローを表したものである。このフローは撮像装置１の電源が入る度にスタートする。

撮像装置１において電源が投入されると、まずステップ６００１において、カメラシステム制御部５は遠心ファン１２の駆動（以下、ファン駆動と呼ぶ）が必要か否かを判定し、ファン駆動が必要な場合はステップ６００２へ進む。

ステップ６００１において、ファン駆動が必要でない場合はステップ６００６へ進む。

ステップ６００２において、カメラシステム制御部５は複数の発熱性素子の発熱の具合を表す、動作状態を取得し、ステップ６００３へ進む。ステップ６００２において取得する発熱性素子の動作状態とは、例えば温度取得部１８を用いて取得する各発熱性素子の温度が挙げられる。

ステップ６００３において、カメラシステム制御部５はステップ６００２で得られた発熱性素子の動作状態を基にして、遠心ファン１２の回転方向を決定し、ステップ６００４へ進む。ステップ６００３における遠心ファン１２の回転方向の決定方法を、複数の発熱性素子としてカメラシステム制御部５と撮像素子６があり、図４、５のように配置されている場合を例にとり説明する。

カメラシステム制御部５が撮像素子６に比べて発熱量が大きい場合は、図５（ｃ）のように流速が速くなる領域がカメラシステム制御部５に近くなるように、遠心ファン１２の回転方向は矢印５３で表される反時計回りに回転するように決定する。このように遠心ファン１２の回転方向を反時計回りにすることにより、図５（ｃ）の説明で述べたように、吸気開口において斜線部５４で示した流量の多い部分において、盛んに熱交換が行われる。斜線部５４は撮像素子６に比べてカメラシステム制御部５に近いため、カメラシステム制御部５のほうが、発熱量が大きな場合、こちらの回転方向の方が冷却を効果的に行うことができる。

反対に撮像素子６がカメラシステム制御部５に比べて発熱量が大きい場合は、図５（ｂ）のように流速が速くなる領域が撮像素子６に近くなるように、遠心ファン１２の回転方向は矢印５１で表される時計回りに回転するように決定する。このように遠心ファン１２の回転方向を時計回りにすることにより、図５（ｂ）の説明で述べたように、吸気開口において斜線部５２で示した流量の多い部分において、盛んに熱交換が行われる。斜線部５２はカメラシステム制御部５に比べて撮像素子６に近いため、撮像素子６のほうが、発熱量が大きな場合、こちらの回転方向の方が冷却を効果的に行うことができる。

ステップ６００２において取得する動作状態として、各発熱性素子の温度を利用する方法を説明したが、その他の方法であっても構わない。例えば、撮影モード毎に動作状態を表す情報をメモリにあらかじめ記憶させておき、その情報を読み出して取得するといった方法が挙げられる。

ステップ６００４において、カメラシステム制御部５はステップ６００３において決定した回転方向の向きに遠心ファン１２を駆動させ、ステップ＃６００５へ進む。ステップ６００４において駆動する遠心ファンの回転数や駆動電圧に関しては、任意の条件で構わない。例えば、あらかじめ定めてある回転数で回転させる場合や、発熱性素子の発熱量に合わせて回転数を決定し駆動させる場合などが考えられるが、いずれの方法であっても構わない。

ステップ６００５において、カメラシステム制御部５はファン駆動を終了するか否かを判定し、終了する場合はステップ＃６００６へ進み、ファン駆動を終了しない場合はステップ６００２へ戻り、フローを繰り返す。ステップ６００５においてファン駆動を終了するか否かは、例えばファン駆動により、発熱性素子が十分に冷却されたと判定された場合や、モードの変更によって、冷却が不要になった場合などに、カメラシステム制御部５が判定を行う。

ステップ６００６において、カメラシステム制御部５は電源をＯＦＦにするか否かを判定し、電源をＯＦＦにする場合はフローを終了し、電源をＯＦＦにしない場合はステップ６００１へ戻り、フローを繰り返す。

なお、本フローチャートでは、ステップ６００５においてファン駆動が終了されるまでステップ６００２において繰り返し、動作状態を取得しているが、例えば撮影モードが変更される際など、特定の場合にのみ発熱性素子の動作状態を取得しても構わない。いずれの場合であっても、取得された発熱性素子の動作状態に応じて、適する回転方向に遠心ファン１２を駆動させることにより、冷却効果の低減を抑えることが可能になる。

以上説明したように、本実施例によれば、単一の遠心ファンを用いて複数の発熱源を冷却する場合に、冷却ユニットを大型化することなく、また、冷却効率を低下させることなく、複数の発熱源を冷却することが可能になる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施例の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１撮像装置
１２遠心ファン
１２ａ吸気開口
１２ｂ排気開口
１３熱輸送部
３１吸気貫通孔
３２排気貫通孔

Claims

回転翼の回転軸方向に吸気し回転軸と垂直な一つの方向に排気を行う遠心ファンと、
複数の発熱性素子と、
前記複数の発熱性素子および前記遠心ファンの吸気開口にそれぞれ対向しており前記遠心ファンとの対向部には熱交換を行う貫通孔が複数設けられた熱輸送部と、
前記遠心ファンの回転方向を変化させる制御手段と、を有し、
前記制御手段は複数の発熱源において前記遠心ファンを吸気開口の側から見て排気方向に対して右側の発熱性素子の冷却効果を上げる場合には時計回りに回転するように前記遠心ファンの回転を制御し、
前記遠心ファンを吸気開口の側から見て排気方向に対して左側の発熱性素子の冷却効果を上げる場合には反時計回りに回転するように前記遠心ファンの回転を制御することを特徴とする電子機器。
前記遠心ファンを吸気開口の側から見て時計回りに回転している際には前記遠心ファンの吸気開口の存在する面内において排気開口の設けられた位置のすぐ右側において流量が周囲に比べ大きくなり、
前記遠心ファンを吸気開口の側から見て反時計回りに回転している際には前記遠心ファンの吸気開口の存在する面内において排気開口の設けられた位置のすぐ左側において流量が周囲に比べ大きくなることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
さらに温度取得手段を備え、前記制御手段は前記温度取得手段の出力から前記遠心ファンの回転方向を決定することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の電子機器。
さらに動作状態取得手段を備え、前記制御手段は前記動作状態取得手段の出力から前記遠心ファンの回転方向を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。