JP2019021734A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体を冷却するためのファンの大径化や回転速度の高速化を招くことなく、該発熱体を効率よく冷却できる電子機器を提供する。【解決手段】筐体と、発熱体が取り付けられるベース板、およびベース板上に所定の間隔を有して立設された、その一部がそれぞれ切り欠かれた形状である複数の放熱フィンを備えた放熱部材と、筐体外の空気を筐体内に取り込むための、筐体の壁面に設けられた吸気口と、筐体内の空気を筐体外へ排気するための、筐体の壁面に取り付けられた排気ファンとを有し、吸気口から取り込まれた筐体外の空気が複数の放熱フィンへ向かって流れるように、吸気口、放熱部材及び排気ファンが配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は発熱体を冷却するための放熱部材を備えた電子機器に関する。

従来から電子部品等の発熱体を冷却するために様々な冷却方式が検討されている。特に空冷方式は、簡易な構成で安価に実現できるため、多くの電子機器で採用されている。例えば、業務用や一般家庭用として広く普及している投写型表示装置（プロジェクタ）では強制空冷方式が用いられる。強制空冷方式では、例えば放熱部材（ヒートシンク）と冷却ファンとが用いられる。

図５は、背景技術の放熱部材の構成例を示す正面図である。図５は、背景技術の放熱部材を複数の放熱フィンの配列方向と平行な方向から見た様子を示している。また、図５で示す矢印は冷却ファンから送風される空気の流れを示している。

図５で示すように、放熱部材６は、発熱体５が取り付けられるベース板６１と、該ベース板６１に所定の間隔を有して立設される複数の放熱フィン６２とで構成される。
発熱体５は、通常、放熱フィン６２を有するベース板６１の一方の面と対向する他方の面の略中央部に取り付けられる。発熱体５で発生した熱は、ベース板６１の略中央部から各放熱フィン６２へ放射状に伝導し、各放熱フィン６２の表面から大気中に放散される。このとき、冷却ファン（不図示）から放熱フィン６２へ送風し、各放熱フィン６２の表面近傍の空気を入れ替えることで発熱体５を効果的に冷却できる。このような放熱部材６では、放熱フィン６２の表面積が大きく、各放熱フィン６２の間に流れる空気の速度が速いほど発熱体５を効率よく冷却できることが知られている。

図５に示した放熱部材６において、発熱体５で発生した熱を効率よく冷却するには、該発熱体５と近いベース板６１の略中央部付近に立設された放熱フィン６２の根元付近に流れる空気の速度を速くすることが重要になる。しかしながら、放熱フィン６２の先端側に冷却ファンを配置し、放熱フィン６２へ向かって送風すると、図１で示すように放熱フィン６２のベース板６１側における根元付近で空気の淀みが発生し、ベース板６１の略中央部付近で流れる空気の速度が遅くなる。このような傾向は、放熱面積を広くするために、放熱フィン６１の枚数を増やすことで各放熱フィン６２の間隔が狭くなった放熱部材６で顕著になる。

放熱フィン６２の根元付近に流れる空気の速度を上げるには、冷却ファンの回転速度を上げて冷却風を高速にする、あるいは冷却ファンを大径化することで送風量を増大させることでも実現できる。しかしながら、冷却ファンの回転速度を上げると該冷却ファンで発生する騒音が増大する。一方、冷却ファンを大径化することで送風量を増大させると、該冷却ファンを備える電子機器が大型になる。

冷却ファンの大径化や回転速度の高速化を図ることなく、放熱フィン６２の根元付近で流れる空気の速度を向上させる方法は、例えば特開２００５−２５１８９２号公報（以下、特許文献１と称す）で提案されている。特許文献１には、各放熱フィンにそれぞれ溝部を設け、各放熱フィンの配列方向における両端に溝部の無い板部材（シュラウド板）を配置した構成が記載されている。このような構成では、冷却ファンから送風されて放熱フィンの根元付近まで到達する空気の量が溝部の無い放熱フィンと比べて増大するため、該放熱フィンの根元付近における空気の速度の低下が抑制される。

特開２００５−２５１８９２号公報

上述した特許文献１に記載された冷却装置は、立設された複数の放熱フィン上に冷却ファンである軸流ファンを直接固定した構成である。そのような構成では、該軸流ファンの中央部にモータがあることで、最も冷却したい発熱体を取り付けたベース板の略中央部付近の空気の速度が遅くなるため、発熱体を効率よく冷却できない課題がある。

そこで、例えば軸流ファンに代えて遠心方向に空気を送り出す遠心ファンを使用すれば、各放熱フィンに対して比較的均一に送風することができる。しかしながら、遠心ファンは、一般に軸流ファンと比べて風量が少ないため、冷却に必要な風量を確保するためには軸流ファンよりも大径化や回転速度の高速化を図る必要がある。そのため、遠心ファンを採用すると、該遠心ファンで発生する騒音の増大や該遠心ファンを備える電子機器の大型化を招いてしまう。

本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、発熱体を冷却するためのファンの大径化や回転速度の高速化を招くことなく、該発熱体を効率よく冷却できる電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の電子機器は、筐体と、
発熱体が取り付けられるベース板、および前記ベース板上に所定の間隔を有して立設された、その一部がそれぞれ切り欠かれた形状である複数の放熱フィンを備えた放熱部材と、
前記筐体の外部の空気を前記筐体の内部に取り込むための、前記筐体の壁面に設けられた吸気口と、
前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部へ排気するための、前記筐体の壁面に取り付けられた排気ファンと、
を有し、
前記吸気口から取り込まれた前記筐体の外部の空気が前記複数の放熱フィンへ向かって流れるように、前記吸気口、前記放熱部材及び前記排気ファンが配置された構成である。

本発明によれば、発熱体を冷却するためのファンの大径化や回転速度の高速化を招くことなく、該発熱体を効率よく冷却できる。

本発明の電子機器が備える放熱部材の一構成例を示す図であり、同図（ａ）は放熱フィン側から見た斜視図、同図（ｂ）はベース板側から見た斜視図である。 図１に示した放熱部材の正面図である。 図２に示した放熱フィンに発熱体の熱が伝導する様子を示す模式図である。 本発明の電子機器の一例である投写型表示装置の一構成例を示す断面図である。 背景技術の放熱部材の構成例を示す正面図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の電子機器が備える放熱部材の一構成例を示す図であり、同図（ａ）は放熱フィン側から見た斜視図、同図（ｂ）はベース板側から見た斜視図である。図２は図１に示した放熱部材の正面図であり、図３は図２に示した放熱フィンに発熱体の熱が伝導する様子を示す模式図である。図２及び図３は、図１（ａ）及び（ｂ）に示した放熱部材を、複数の放熱フィンの配列方向と平行な方向から見た様子を示している。また、図１（ｂ）及び図２で示す矢印は放熱部材を通過する空気の流れの一例をそれぞれ示している。

図１（ａ）及び（ｂ）で示すように、放熱部材１は、発熱体２が取り付けられるベース板１１と、ベース板１１に所定の間隔を有して立設された、その一部がそれぞれ切り欠かれた（以下、切り欠き１３と称す）形状である複数の放熱フィン１２とを有する。各放熱フィン１２の切り欠き１３は、ベース板１１と対向する端辺からベース板１１の方向へそれぞれ形成されている。

上述したように、発熱体２は、一般的にベース板１１の略中央部に取り付けられるため、切り欠き１３は各放熱フィン１２の略中央部にそれぞれ設ける。切り欠き１３は、各放熱フィン１２の略中央部である必要はなく、発熱体２の位置や発熱体２の最も発熱する部位に応じて、中央部からずれた位置に設けてもよい。切り欠き１３は、図１（ａ）及び（ｂ）、並びに図２で示すように、放熱フィン１２の配列方向と平行な方向から見てＶ字（逆三角形）状となるように形成すればよい。切り欠き１２は、Ｖ字状に限定されるものではなく、例えばＵ字（四角形）状や逆台形状となるように形成してもよく、その他の形状となるように形成してもよい。

図１（ａ）及び（ｂ）では、各放熱フィン１２に設ける切り欠き１３が同一形状であり、かつ同一寸法である例を示しているが、各放熱フィン１２に設ける切り欠き１３の形状や寸法は異なっていてもよい。例えば、ベース板１１上の各放熱フィン１２を所定の枚数毎に複数の領域に分割した場合、放熱フィン１２は、領域毎に異なる形状の切り欠き１３を備えていてもよく、領域毎に異なる寸法（開口幅）の切り欠き１３を備えていてもよい。また、ベース板１１上の各放熱フィン１２は、配列方向において切り欠き１３の形状が徐々に変化する構成でもよく、切り欠き１３の寸法（開口幅）が徐々に変化する構成でもよい。

また、本発明では、発熱体２及び放熱部材１を含む電子機器の筐体内の空気を、不図示の排気ファン３を用いて該筐体外へ強制的に排気することで吸気口４から筐体外の空気を筐体内に吸気させる。吸気口４及び排気ファン３は電子機器の筐体壁面にそれぞれ設ければよい。さらに、本発明では、吸気口４から筐体内に取り込まれた空気が放熱部材１の各放熱フィン１２へ向かって流れるように、吸気口４、放熱部材１及び排気ファン３を配置する。このとき、吸気口４と近接して放熱フィン１２が位置するように放熱部材１を配置することで、吸気口４から取り込まれた筐体外の空気が放熱フィン１２に直接当たるようにするのが好ましい。

放熱フィン１２に切り欠き１３を設けると、該放熱フィン１２の表面積が低減するため、放熱部材１の冷却効率が低下するとも考えられる。しかしながら、各放熱フィン１２にそれぞれ切り欠き１３を備える構成では、放熱フィン１２に向かって流れる空気のうち、該切り欠き１３の開口内に流れる込む空気の量が多くなる。そのため、切り欠き１３に向かって流れた空気は、切り欠き１３が無い放熱フィン１２と比べて少ない抵抗で該放熱フィン１２の根元まで到達する。

したがって、切り欠き１３を備えた放熱フィン１２では、切り欠き１３が無い放熱部材と比べて放熱フィン１２の根元まで到達する空気の速度の低下が抑制される。図３で示すように、放熱フィン１２の温度は先端部よりも発熱体２に近い根元の方が高いため、放熱フィン１２の根元まで到達する空気の速度の低下を抑制できれば、放熱部材１の放熱性能が向上する。

なお、図２で示すように、ベース板１１と平行であり、各放熱フィン１２の配列方向と直交する方向におけるベース板１１の幅ｄ２は、該方向と同一方向における各放熱フィン１２の幅ｄ１よりも狭くすることが好ましい。各放熱フィン１２の根元付近に到達した空気は、ベース板１１に沿って流れるため、ｄ１＞ｄ２とすれば放熱フィン１２の端部へ到達する前にベース板１１の両端から排気ファン３の方向へ流れる。

また、図２で示すように、ベース板１１と平行であり、各放熱フィン１２の配列方向と直交する方向における吸気口４の幅ｄ３は、該方向と同一方向におけるベース板１１の幅ｄ２よりも広いほうが好ましい。このようにｄ３＞ｄ２とすることで、放熱フィン１２が設けられたベース板１１の全面に吸気口４から取り込まれた空気を当てることが可能になる。また、ｄ３＞ｄ２とすることで、ベース板１１に当たらない空気は各放熱フィン１２の間を通して排気ファン３の方向へ流れる。そのため、吸気口４に近接して放熱フィン１２が位置するように放熱部材１を配置しても、吸気口４から排気ファン３へ向かう良好な空気の流れを実現できる。

切り欠き１３の幅ｄ４は、ベース板１１と平行であり、各放熱フィン１２の配列方向と直交する方向におけるベース板１１の幅ｄ２よりも狭いほうが好ましい。このようにｄ４＜ｄ２とすることで、放熱フィン１２の表面積の低下を抑制できる。

さらに、切り欠き１３の深さｈ２は放熱フィン１２の高さｈ１の２／３程度とすることが好ましい。切り欠き１３を放熱フィン１２の根元まで設けないことで、発熱体２と近い部位における放熱フィン１２の表面積の低下を抑制できる。すなわち、ｄ４＜ｄ２、あるいはｈ２≒ｈ１・２／３とすることで、各放熱フィン１２に切り欠き１３を設けることによる放熱部材１の放熱性能の低下が最小限に抑制される。

本発明によれば、吸気口４から取り込まれた空気が放熱部材１の各放熱フィン１２へ向かって流れるように、吸気口４、放熱部材１及び排気ファン３を配置するため、各放熱フィン１２に対して筐体外から取り込まれた空気が比較的均一に送風される。そのため、発熱体２が取り付けられた放熱部材１が備えるベース板１１の略中央部付近にも筐体外から取り込まれた空気が送風される。また、本発明では、放熱部材１の各放熱フィン１２に切り欠き１３を備えることで、該放熱フィン１２の根元付近まで到達する空気の速度の低下が抑制されるため、放熱部材１の冷却性能が向上する。

したがって、発熱体２を冷却するためのファン（排気ファン３）の大径化や回転速度の高速化を招くことなく、該発熱体２を効率よく冷却できる。また、発熱体２である電子部品を効率よく冷却できることで、該電子部品の製品寿命の短縮が抑制される。

次に本発明を適用する電子機器の一例である投写型表示装置について説明する。
投写型表示装置は、映像形成素子で形成された画像や映像をスクリーン等へ投影することで表示する装置である。以下では、投写型表示装置のうち、映像形成素子として液晶パネルを用いる液晶プロジェクタ装置の構成例及び動作例について簡単に説明する。投写型表示装置には、映像形成素子として、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device：登録商標）を用いる構成もある。

図４は、本発明の電子機器の一例である投写型表示装置の一構成例を示す断面図である。
図４で示すように、投写型表示装置１００は、光源部２００、照明光学系３００、光変調部４００及び投写光学系５００を備える。
光源部２００は、光源２０１、コリメータレンズ２０２、第１のレンズ群２０３、ダイクロイックミラー２０４、蛍光体ホイール２０５、第２のレンズ群２０６及び第３のレンズ群２０７を備える。
光源２０１には、キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、あるいはレーザダイオードやＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子が用いられる。図４は、光源２０１としてレーザダイオードを用いる投写型表示装置の構成例を示している。レーザダイオードは、本発明において冷却対象となる発熱体２であり、放熱部材１のベース板１１に取り付けられる。

光源２０１から出射された光（例えば、Ｓ偏光の青色レーザ光）は、コリメータレンズ２０２によって平行光束に変換され、第１のレンズ群２０３によって集光されてダイクロイックミラー２０４に入射される。

ダイクロイックミラー２０４は、例えばＳ偏光で入射する光に対して、光源２０１の波長よりも長い第１の波長以上の光を透過し、第１の波長未満の光を反射する特性を有する。また、ダイクロイックミラー２０４は、Ｐ偏光で入射する光に対して、光源２０１の波長よりも短い第２の波長以上の光を透過し、第２の波長未満の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー２０４は、第１のレンズ群２０３を介して入射された光（青色光）を反射する。ダイクロイックミラー２０４で反射された青色光は１／４波長板を含む第２のレンズ群２０６で集光されて高速に回転する蛍光体ホイール２０５に照射される。

１／４波長板は、一方の面から入射された直線偏光（ここではＳ偏光）を円偏光に変換し、他方の面から入射された円偏光を、上記一方の面から入射される直線偏光とは異なる偏光面（９０°異なる）の直線偏光（Ｐ偏光）に変換する。そのため、ダイクロイックミラー２０４で反射された青色光（Ｓ偏光）は、１／４波長板を通過することで円偏光となる。

蛍光体ホイール２０５は、光源２０１から出射された青色光を反射する領域と、光源２０１から出射された光で励起し、該光とは異なる波長の光（例えば、黄色光）を発光する蛍光体が固定された蛍光体領域とを備える。そのため、蛍光体ホイール２０５からは、青色光（円偏光）と蛍光体領域で発光された黄色光とが順次出力される。

蛍光体ホイール２０５から出力された青色光及び黄色光は第２のレンズ群２０６を通過してダイクロイックミラー２０４に入射される。このとき、青色光（円偏光）は、１／４波長板を再び通過することで、光源２０１の偏光（Ｓ偏光）から１／２波長位相が異なる直線偏光（Ｐ偏光）に変換されてダイクロイックミラー２０４に入射される。黄色光は、振動方向がランダムな偏光（非偏光）であるため、１／４波長板を透過しても光の特性は変化しない。ダイクロイックミラー２０４は、青色光よりも波長が十分に長い黄色光を透過させるため、１／４波長板を通過した青色光（Ｐ偏光）及び黄色光（非偏光）はダイクロイックミラー２０４を透過する。ダイクロイックミラー２０４を透過した青色光（Ｐ偏光）及び黄色光（非偏光）は第４のレンズ群２０７によって集光されて照明光学系３００に入射される。

照明光学系３００は、インテグレータ３０１、ＰＢＳ３０２、レンズ３０３、第１のカラーフィルタ３０４、第１のミラー３０５、第２のカラーフィルタ３０６、第１のリレーレンズ３０７、第２のミラー３０８、第２のリレーレンズ３０９及び第３のミラー３１０を備える。

インテグレータ３０１は、光源部２００から出射された光を、照射面に対して均一な照度分布を有する光に変換する。
ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter：偏光ビームスプリッタ）３０２は、インテグレータ３０１から出力された光を、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の各色光に分離して出力する。ＰＢＳ３０２から出力された各色光はレンズ３０３で集光されて第１のカラーフィルタ３０４に入射される。

第１のカラーフィルタ３０４は、例えば緑色光及び青色光を透過させ、赤色光を反射する。第１のカラーフィルタ３０４で反射された赤色光は第１のミラー３０５で反射されて光変調部４００に入射され、第１のカラーフィルタ３０４を透過した緑色光及び青色光は第２のカラーフィルタ３０６に入射される。
第２のカラーフィルタ３０６は、例えば青色光を透過させ、緑色光を反射する。第２のカラーフィルタ３０６で反射された緑色光は光変調部４００に入射され、第２のカラーフィルタ３０６を透過した青色光は第１のリレーレンズ３０７によって第２のミラー３０８に入射される。

第２のミラー３０８は入射された青色光を反射し、該反射された青色光は第２のリレーレンズ３０９によって第３のミラー３０８に入射される。第３のミラー３０８は入射された青色光を反射し、光変調部４００に入射する。

光変調部４００は、上述した映像形成素子である液晶パネル４０１及び色合成プリズム４０２を備える。
照明光学系３００で分離された各色光は、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）毎に用意された液晶パネル４０１に入射され、映像信号に基づいてそれぞれ光変調される。光変調された各色光は、色合成プリズム４０２によって合成され、投写レンズ（不図示）を備えた投写光学系５００を介して不図示のスクリーン等に映像として投影される。

図４では、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の色光毎に液晶パネル４０１を備える構成例を示しているが、液晶プロジェクタ装置にはＲ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の各色光で共通の液晶パネルを用いる構成もある。また、ここでは透過型の液晶パネルを用いて光変調する構成例を示したが、液晶プロジェクタ装置には反射型の液晶パネルを用いて光変調する構成もある。

このような構成において、図４に示す投写型表示装置１００では、光源２０１であるレーザダイオードを放熱部材１に取り付け、放熱フィン１２が吸気口４と近接するように該放熱部材１を配置する。

また、吸気口４から取り込まれた筐体外の空気が放熱部材１の放熱フィン１２へ向かって流れるように、例えば蛍光体ホイール２０４近傍の筐体側面に排気ファン３を配置し、排気ファン３を用いて筐体内の空気を筐体外へ強制的に排気する。

吸気口４から取り込まれた筐体外の空気は、各放熱フィン１２に対して比較的均一に送風される。そのため、光源２０１が取り付けられた放熱部材１のベース板１１の略中央部付近にも筐体外から取り込まれた空気が送風される。
また、本発明では、放熱部材１の各放熱フィン１２に切り欠き１３を備えているため、該放熱フィン１２の根元付近まで到達する空気の速度の低下が抑制される。
したがって、発熱体（光源２０１）２を冷却するためのファン（排気ファン３）の大径化や回転速度の高速化を招くことなく、該発熱体２を効率よく冷却できる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

Claims (6)

1. 筐体と、
   発熱体が取り付けられるベース板、および前記ベース板上に所定の間隔を有して立設された、その一部がそれぞれ切り欠かれた形状である複数の放熱フィンを備えた放熱部材と、
   前記筐体の外部の空気を前記筐体の内部に取り込むための、前記筐体の壁面に設けられた吸気口と、
   前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部へ排気するための、前記筐体の壁面に取り付けられた排気ファンと、
   を有し、
   前記吸気口から取り込まれた前記筐体の外部の空気が前記複数の放熱フィンへ向かって流れるように、前記吸気口、前記放熱部材及び前記排気ファンが配置された電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記吸気口から取り込まれた前記筐体の外部の空気が前記複数の放熱フィンに直接当たるように前記放熱部材が配置された電子機器。
3. 請求項１または２に記載の電子機器において、
   前記ベース板と平行であり、前記複数の放熱フィンの配列方向と直交する方向における前記ベース板の幅が、該方向と同一方向における前記放熱フィンの幅よりも狭い電子機器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器において、
   前記ベース板と平行であり、前記複数の放熱フィンの配列方向と直交する方向における前記吸気口の幅が、該方向と同一方向における前記ベース板の幅よりも広い電子機器。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器において、
   前記切り欠きの開口幅が、前記複数の放熱フィンの配列方向と直交する方向における前記ベース板の幅よりも狭い電子機器。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器において、
   前記切り欠きの深さが前記放熱フィンの高さの２／３である電子機器。

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