JP2020043123A - 冷却ユニット及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】局所的な発熱部に対する冷却性能を高めた冷却ユニットを提供する。【解決手段】撮像装置本体１に設けられた第２のダクト２０６は、発熱部に近接又は接触する第２の基板３０３とこれに対向する壁面３０６ａとの間に形成された通風路に空気を流すことにより、発熱部で発生する熱を外部へ放出する。壁面３０６ａの風上側に第１のリブ３０７を、風下側に第２のリブ３０８を設ける。第２のリブ３０８は、少なくとも一部が壁面３０６ａと直交する方向から見たときに発熱部と重なる位置に設けられ、壁面３０６ａから第２の基板３０３へ向かって突出すると共に通風方向の風上側において第２の基板３０３へ向けて所定の角度で延びる面３１１，３１２を有し、第２のリブ３０８において第２の基板３０３に近接する部分と第２の基板３０３との間に所定の間隔を設ける。【選択図】図３

Description

本発明は、冷却ユニット及び電子機器に関し、特に発熱体を有する電子機器の冷却構造に関する。

発熱部を有する電子機器には、機器内部に流体を流すことによって発熱部を冷却する構造を有するものがある。例えば、発熱部に接するように電子機器内にダクトを設け、ファンを利用して空気を強制的にダクトへ送風することによって発熱部を冷却する構造が知られている。また、ポンプを利用して水等の液体をダクトに流すことによって発熱部を冷却する構造を有する電子機器も知られている。

ダクト内に流体が流れる際には、流体の粘性の影響によってダクトの壁面付近に境界層と呼ばれる流れの遅い領域が発生することにより発熱部に接するダクト壁面とダクト内を流れる流体との間の熱伝達効率が低下して、冷却性能が低下することが知られている。このような冷却性能の低下は、ダクト内での流体の流れが層流である場合に顕著に現れる。そこで、ダクト壁面と流体との間の熱伝達効率を高めるためには、流速を大きくしてダクト壁面付近の境界層の厚みを薄くすることや、流体に乱流を発生させてダクト壁面付近の境界層を破壊することが有用と考えられる。

一例として、特許文献１は、熱源と対向する面又は伝熱面に冷媒の乱流を促進するための突起（熱伝達率向上手段）を設けた電子機器を開示している。また、特許文献２は、ダクトを横切って伸びた乱流発生部分を有し、乱流発生部分が後側面、上面及び前側面を備える熱／湿度交換器を開示している。そして、特許文献２には、ダクト寸法を所定の範囲とすることで、流体の圧力損失に対する熱及び湿度の伝達率の比率を最適化することができることが記載されている。

特許第４０２７３５３号公報 特許第３９３９６４８号公報

しかしながら、上記特許文献１，２は、熱源が比較的大きい場合に適用される構造や、ダクトの全周囲と熱交換を行う場合に効果的な構造を開示している。そのため、基板に実装された半導体素子等の発熱部を冷却する場合のように、冷却したい発熱部が局所的である場合には、上記従来技術では十分な冷却効果が得られない可能性がある。

また、上記特許文献１に開示された冷却構造では、突起が流れ方向に連続して配列されているため、流れ方向に配列された突起の数が多くなるに従って、流体が流れる際の抵抗が大きくなって流体の流量が低下することで、冷却性能が低下してしまう。また、突起が蛇行するように又はジグザグに配列されているため、ダクト内で冷却効率が高まる箇所が分散してしまい、所望の箇所を局所的に冷却する目的には適していない。

上記特許文献２に開示された冷却構造では、乱流発生部分の上面が平面であるため、流体が流れる際の抵抗が大きくなって流体の流量が低下することで冷却性能が低下してしまう。また、ダクトには上方へ突出部を設ける必要があるため、例えば、発熱部となる半導体素子が実装された基板等に対しては接触面積を大きく取ることが容易ではなく、そのため、基板からダクトへの良好な熱伝達を実現することは難しい。

本発明は、局所的な発熱部に対する冷却性能を高めることが可能な冷却ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る冷却ユニットは、発熱部に接触し又は近接する第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間に形成された空間に空気を流す送風手段と、前記送風手段による通風方向と直交し且つ前記第２の面と平行な方向に延在し、前記通風方向に沿って所定の間隔で配置された第１のリブ及び第２のリブと、を備える冷却ユニットであって、前記第１のリブは、前記第１の面と前記第２の面の一方の面から他方の面へ向かって突出し、前記第２のリブの少なくとも一部は、前記第２の面と直交する方向から見たときに前記発熱部と重なり、前記第２のリブは、前記第２の面から前記第１の面へ向かって突出すると共に前記通風方向の風上側において前記第１の面へ向けて所定の角度で延びる斜面を有し、前記第２のリブにおいて前記第１の面に近接する部分と前記第１の面との間には所定の間隔が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、局所的な発熱部に対する冷却性能を高めることが可能になる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の外観図である。 撮像装置を構成する撮像装置本体の分解斜視図である。 撮像装置本体の第２のダクト及びその近傍の構造を説明する図である。 撮像装置本体に装着される記憶媒体の構成について説明する図である。 第２のダクトの部分的な断面図である。 第２のダクトの通風路内の流体解析結果を示す図である。 第２のダクトによる冷却効果を説明する模式図と流体解析結果を示す第１の図である。 第２のダクトによる冷却効果を説明する模式図と流体解析結果を示す第２の図である。 第２のダクトの別の構成例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る冷却ユニットを撮像装置に適用して説明するが、冷却ユニットは、撮像装置に限定されず、種々の電子機器に適用することが可能である。

図１（ａ）は、撮像装置１００の外観図である。図１（ｂ）は、撮像装置１００の左側面図である。図１（ｃ）は、撮像装置１００の右側面図である。図１（ｄ）は、撮像装置１００の背面図である。なお、撮像装置１００について、右側／左側は、撮像装置１００を正面側から見たときの右側／左側を指す。

撮像装置１００は、撮像装置本体１０１と、撮影レンズ１０２を有する。撮像装置本体１０１の内部には、撮像した画像を電気信号に変換する撮像素子や、撮像素子から出力される電気信号を処理するための電子部品等が実装された基板等が、所定位置に配置されている。詳細は後述するが、撮像装置本体１０１は、基板に実装された複数の電子部品が発する熱を放熱するための、ダクトとファンを組み合わせた強制空冷構造を有する。

撮像装置本体１０１では、左側面に第１の吸気口１０３が、背面側に第２の吸気口１０４が、右側面に排気口１０５がそれぞれ設けられている。第１の吸気口１０３と第２の吸気口１０４からファンにより撮像装置本体１０１の内部へ空気を送り込み、内部で空気に熱を伝え、こうして温められた空気を排気口１０５から排気することで、撮像装置本体１０１の内部の熱を外部に放熱する。

撮像装置本体１０１の右側面には、記憶媒体挿入蓋１０６が設けられている。記憶媒体挿入蓋１０６は開閉可能に配置されており、開状態では、記憶媒体保持部３０１（図３参照）の挿抜口が露出し、記憶媒体３０２（図３参照）の挿抜が可能となる。記憶媒体３０２が記憶媒体保持部３０１に挿入された状態では、記憶媒体３０２と撮像装置本体１０１とが電気的に接続される。これにより、撮像装置本体１０１は、記憶媒体３０２に記憶されている映像データや音声データの読み出しや、映像データや音声データの記憶媒体３０２への書き込みを行うことができる。

図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、撮像装置本体１０１の分解斜視図である。説明の便宜上、図２に示すように互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を定める。Ｚ方向は、撮影レンズ１０２（図１参照）の光軸と平行な方向であり、撮像装置本体１０１の背面側から正面側へ向かう方向を正方向（＋Ｚ方向）とする。Ｘ方向は、Ｚ方向が水平方向と平行であるときに、水平方向と平行でＺ方向と直交する方向である。Ｙ方向は、Ｚ方向が水平方向と平行であるときに、鉛直方向と平行になる方向であり、撮像装置本体１０１の底面側から上面側へ向かう方向を正方向（＋Ｙ方向）とする。

撮像装置本体１０１の正面には、撮影レンズ１０２を着脱するためのマウント部２０１が配置されている。撮像装置本体１０１の内部には、マウント部２０１から−Ｚ方向に順に、撮像素子２０２、第１の基板２０３、第１のダクト２０４、ファン２０５、第２のダクト２０６が配置されている。

撮像素子２０２は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子であり、撮影レンズ１０２を通過した光が結像して形成された被写体像を電気信号に変換して出力する。第１の基板２０３は、撮像装置本体１０１と、撮像装置本体１０１に接続されるアクセサリ等を制御するための基板である。第１の基板２０３上には、不図示であるが、画像処理ＩＣやシステム制御ＩＣ等が実装されており、これらのＩＣは所定の演算処理（動作）を行うことにより発熱する発熱部材の一例である。

第１のダクト２０４は、金属等の熱伝導率の高い材料で構成されている。第１の基板２０３に実装された発熱部材は第１のダクト２０４と接触しており、これにより、発熱部材で発生した熱を第１のダクト２０４内を流れる空気へ伝達することができ、これにより発熱部材の温度上昇を抑制することができる。なお、発熱部材と第１のダクト２０４との間には放熱ゴム等を介在させてもよく、これにより、発熱部材から第１のダクト２０４への熱伝達を良好に行うことができる。

第１のダクト２０４は内部に通風路を有しており、この通風路は第１の吸気口１０３とファン２０５の＋Ｚ方向側の面に接続されている。ファン２０５を駆動すると、撮像装置本体１０１の外部の空気が第１の吸気口１０３から吸入され、第１のダクト２０４を通ってファン２０５に吸入される。ファン２０５は、排気口１０５に接続されており、第１のダクト２０４から吸入した温められた空気を、排気口１０５を通じて外部へ放出する。なお、第２のダクト２０６の詳細については後述するが、第２のダクト２０６の通風路は、第２の吸気口１０４とファン２０５の−Ｚ方向側の面に接続されている。ファン２０５を駆動すると、撮像装置本体１０１の外部の空気が第２の吸気口１０４から第２のダクト２０６へ吸入され、第２のダクト２０６の通風路を流れた後にファン２０５に吸入され、排気口１０５を通じて外部へ放出される。

図３は、第２のダクト２０６及びその近傍の構造を説明する図であり、（ａ）は背面側斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は正面図に示す矢視Ａ−Ａでの断面図である。第２のダクト２０６の＋Ｚ方向側には、第２の弾性部材３０５とファン２０５が配置されている。第２のダクト２０６の−Ｚ方向側には、第１の弾性部材３０４と、第２の基板３０３と、記憶媒体保持部３０１が配置されており、記憶媒体保持部３０１に記憶媒体３０２が挿入されている。

記憶媒体保持部３０１は、記憶媒体３０２を内包して保持する箱形の部材であり、例えば、板状金属で構成されている。記憶媒体３０２は、例えば、不揮発性メモリやハードディスクドライブであり、本実施形態では、ＣＦａｓｔカードであるものとする。なお、撮像装置本体１０１では、記憶媒体３０２はＸ方向に挿抜可能となっているが、記憶媒体３０２は撮像装置本体１０１の内部に固定されていてもよい。

ここで、図４（ａ）を参照して記憶媒体３０２の構成について説明する。図４（ａ）は、記憶媒体３０２の内部構造を説明する斜視図である。記憶媒体３０２の内部には、コントローラＩＣ４０２、不揮発性メモリ４０３及び不図示の電子部品が実装された第３の基板４０１が配置されている。コントローラＩＣ４０２は、不揮発性メモリ４０３に対するデータの読み書き制御を行う。不揮発性メモリ４０３は、撮像装置本体１０１が撮影、録音した映像データや音声データを記憶する。記憶媒体３０２は、映像データや音声データの読み書きが行われる際に、コントローラＩＣ４０２や不揮発性メモリ４０３等が電力を消費することで発熱して温度が上昇する、撮像装置本体１０１内の発熱部の１つである。

図３の説明に戻る。第２の基板３０３は、記憶媒体３０２に接触又は近接して配置されている。第２の基板３０３は、不図示の電気接点を備えており、記憶媒体３０２と撮像装置本体１０１との間で電源供給や通信を可能とする機能を有する。また、第２の基板３０３は、第２のダクト２０６の壁面を構成しており、第２のダクト２０６を通過する空気が漏れないように封止する役割も担っている。第２の基板３０３は、熱伝導率の良好な材料で形成されている。第２の基板３０３において記憶媒体３０２と撮像装置本体１０１との間で電源供給や通信を行うための回路以外は、例えば、全面に熱伝導率の良好な銅パターンが形成されている。記憶媒体３０２と第２の基板３０３との間に放熱ゴム等を介在させてもよく、これにより記憶媒体３０２から第２の基板３０３への熱伝達を良好に行うことができる。こうして、記憶媒体３０２で発生した熱を第２の基板３０３を介して効率よく第２のダクト２０６の通風路を流れる空気へ伝達することが可能となっている。なお、第２の基板３０３は、記憶媒体３０２と撮像装置本体１０１との電気的接続、第２のダクト２０６の封止、記憶媒体３０２から第２のダクト２０６を流れる空気への熱伝達の各機能を有する部材であれば、基板でなくてもよい。

第１の弾性部材３０４は、第２のダクト２０６により構成される空間を撮像装置本体１０１の他の空間と隔離している。第２のダクト２０６は、第２の吸気口１０４からファン２０５までの空気の通り道となる通風路を有し、例えば、樹脂材料又は金属材料で形成されている。以下の説明では、第２のダクト２０６において第２の基板３０３に対向する部分を壁部３０６と称呼し、壁部３０６において第２の基板３０３に対向する面を壁面３０６ａと称呼する。

第２の弾性部材３０５は、第２のダクト２０６とファン２０５の間に介在し、第２のダクト２０６とファン２０５により構成される空間を撮像装置本体１０１の他の空間と隔離している。ファン２０５は、前述の通り、＋Ｚ方向側の面に接続された第１のダクト２０４と−Ｚ方向側の面に接続された第２のダクト２０６のそれぞれから温められた空気を吸入し、排気口１０５を通して撮像装置本体１０１の外部へ排出する。

図３（ｄ）には、第２のダクト２０６の通風路での空気の流れが矢印２０７で示されている。第２の吸気口１０４から流入した空気は、第２のダクト２０６を通過し、第１のリブ３０７及び第２のリブ３０８（各リブの詳細は後述する）の近傍を通過して、ファン２０５に吸入される。その後、前述の通り、排気口１０５から撮像装置本体１０１の外部へ排出される。ここで、第２のダクト２０６では、壁部の一部が第２の基板３０３によって形成されている。これにより、第２の基板３０３の＋Ｚ方向側の面に空気を直接当てることができるため、壁部を構成する部材を第２の基板３０３とは別に配置した構成と比べて、第２のダクト２０６の通風路を流れる空気への熱伝達効率を高めることができる。

第２のダクト２０６の構造について、更に詳細に説明する。図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、第２のダクト２０６の壁部３０６には、通風方向（Ｙ方向）と直交し且つ壁面３０６ａと平行な方向であるＸ方向に延在する第１のリブ３０７と第２のリブ３０８が形成されている。これらのリブによって通風路のＺ方向幅が狭められることにより通風路内での空気の流れに変化を生じさせることで、後述するように冷却性能を向上させることができる。そのため、第１のリブ３０７と第２のリブ３０８は、Ｘ方向において記憶媒体３０２内の発熱部よりも長く、具体的には、壁面３０６ａのＸ方向幅一杯に延在している。

図４（ｂ）は、第１のリブ３０７及び第２のリブ３０８と記憶媒体３０２内の発熱部との位置関係を壁面３０６ａと直交する方向であるＺ方向から投影して示す図である。記憶媒体３０２内において発熱量が多く、冷却の必要性が高い発熱部とは、具体的にはコントローラＩＣ４０２である。そこで、第１のリブ３０７と第２のリブ３０８のそれぞれのＸ方向長さを、コントローラＩＣ４０２のＸ方向長さよりも長くすることで、高い冷却効果を得ることができる。

図５（ａ）は、第２のダクト２０６の壁部３０６の断面図である。第１のリブ３０７は、第２のリブ３０８よりも空気の流れの風上側である＋Ｙ方向側に配置されており、壁面３０６ａから第２の基板３０３へ向けて−Ｚ方向側に突出する凸形状を有している。第１のリブ３０７は、通風路の風上側（＋Ｙ方向側）の面３０９と風下側（−Ｙ方向側）の面３１０によって、ＹＺ面の形状が略三角形（ここでは、面３０９，３１０のＹＺ面での各辺の長さが等しい二等辺三角形としている）となる形状を有する。第２のリブ３０８も、第１のリブ３０７と同等の形状を有する。即ち、第２のリブ３０８は、壁面３０６ａから第２の基板３０３へ向けて突出する凸形状を有し、通風路の風上側の面３１１と風下側の面３１２によってＹＺ面の形状が略三角形となる形状を有する。

第１のリブ３０７と第２のリブ３０８は、通風方向（Ｙ方向）において所定の間隔Ｌを空けて設けられている。間隔Ｌは、図５（ａ）に示すように、第１のリブ３０７と第２のリブ３０８の頂点間の距離であると同時に、第１のリブ３０７と第２のリブ３０８において第２の基板３０３に最も近接する部位間の距離である。間隔Ｌが狭すぎると、空気の流れの剥離（詳細は後述する）が十分に生じず、乱流が生じ難くなる。一方、間隔Ｌが広すぎると、乱流を利用したい領域、つまり、発熱部に対向する第２のダクト２０６内の領域で乱流の持つエネルギが弱くなってしまい、通風路を流れる空気への熱伝達効率が低下してしまう。そこで、間隔Ｌは、第２のダクト２０６の通風路を形成している第２の基板３０３の面（第１の面）と壁面３０６ａ（第２の面）との間隔Ｈの３倍〜４倍の範囲とすることが望ましい。

ここで、第２のダクト２０６の通風路の風上側に設けられるリブの断面形状が三角形と半円形の各場合について、通風路内の乱流エネルギ分布をシミュレーションした結果（流体解析結果）を図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。リブの頂点が鋭い角度を持つ場合に相当する第１のリブ３０７の場合に、断面形状が半円形のリブ９０１の場合よりも、乱流５０２が発生しやすく、よって、図６（ｂ）の構成よりも図６（ａ）の構成の方が乱流エネルギが大きくなっていることがわかる。このことから、第１のリブ３０７の風上側の面３０９と風下側の面３１０のなす角度αは、１２０°以下に設定することが望ましい。また、第１のリブ３０７のＹＺ断面の形状（壁面３０６ａと直交し且つ通風方向と平行な面での断面形状）を略三角形とすることにより、第１のリブ３０７に強度を持たせることと乱流５０２を効果的に発生させることとを両立させることができる。

第１のリブ３０７の裾野の幅Ｄ１（壁面３０６ａから第２の基板３０３へ向けて突出している範囲の通風方向における長さ）は、広すぎると通風抵抗が上がってしまうために冷却性能が低下してしまい、幅Ｄ１が狭すぎると機械的強度が低下する。そこで、第１のリブ３０７の裾野の幅Ｄ１は、第２のダクト２０６の通風路を形成している第２の基板３０３の面と壁面３０６ａとの間隔Ｈの１倍〜２倍の範囲とすることが望ましい。

また、第１のリブ３０７において第２の基板３０３に近接する部分（第１のリブ３０７の頂点部）と第２の基板３０３との間隔Ｈ２は、広すぎると局所的に流速が上昇し難く、よって、冷却性能が向上し難くなる。一方で、間隔Ｈ２が狭すぎると、空気の粘性の影響で空気が流れ難くなる。そのため、間隔Ｈ２が壁面３０６ａと第２の基板３０３との間隔の１０％〜３０％の範囲になるように、第１のリブ３０７のＺ方向での高さＨ１を設定することが望ましい。

なお、第２のダクト２０６では、第１のリブ３０７は壁面３０６ａから−Ｚ方向側に突出するように形成されているが、第２の基板３０３から＋Ｚ方向側に突出するように第２の基板３０３上に凸形状を有する部品が実装された構成としてもよい。これは、第２の基板３０３から＋Ｚ方向側に突出するように第１のリブ３０７を設けた構造でも空気の流れの剥離及び乱流を発生させることができ、壁部３０６に第１のリブ３０７を設けた構造と同様の冷却効果を得ることができるからである。

第２のリブ３０８は、少なくとも一部がＺ方向から見たときに第２の基板３０３に実装されている発熱部（具体的には、コントローラＩＣ４０２）と重なる位置に配置されている。Ｚ方向から見たときに、第２のリブ３０８の第２の基板３０３に近接する部分と発熱部の中心とが略一致することが望ましく、その理由については後述する。

ここで、第２のダクト２０６の通風路の風下側に設けられるリブの断面形状が三角形と半円形の各場合について、通風路内の流速分布をシミュレーションした結果（流体解析結果）を図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示す。リブの頂点が鋭い角度を持つ場合に相当する第２のリブ３０８の場合に、断面形状が半円形のリブ９０２の場合よりも、流れの剥離５０１を発生させやすい。よって、図６（ｄ）の構成よりも図６（ｃ）の構成の方が、第２の基板３０３に沿って流速の速い領域が続くことがわかる。このことから、第２のリブ３０８の＋Ｙ方向側の面３１１と−Ｙ方向側の面３１２のなす角度βは、１２０°以下に設定することが望ましい。また、第２のリブ３０８のＹＺ断面の形状を略三角形とすることにより、第２のリブ３０８に強度を持たせることと、流れの剥離５０１及び乱流５０２を効果的に発生させることを両立させることができる。第２のリブ３０８の裾野の幅Ｄ２は、第１のリブ３０７の場合と同様の理由により、第２のダクト２０６の通風路を形成している第２の基板３０３の面と壁面３０６ａとの間隔Ｈの１倍〜２倍の範囲とすることが望ましい。

第２のリブ３０８において第２の基板３０３に近接する部分（第２のリブ３０８の頂点部）と第２の基板３０３との間隔Ｈ４は、広すぎると局所的に流速が上昇し難く、よって、冷却性能が向上し難くなる。一方、間隔Ｈ４が狭すぎると、空気の粘性の影響で空気が流れ難くなる。そのため、間隔Ｈ４は、壁面３０６ａと第２の基板３０３との間隔の１０％〜３０％の範囲になるように、第２のリブ３０８のＺ方向での高さＨ３を設定することが望ましい。

第１のリブ３０７と第２のリブ３０８は、例えば樹脂材料により形成され、この場合、第１のリブ３０７及び第２のリブ３０８を壁部３０６と同じ材料からなる１部品として一体成形することが容易であり、これにより製造コストを低減することができる。但し、壁部３０６の材質及び第１のリブ３０７と第２のリブ３０８の成形方法は、樹脂材料の一体成形法に限定されるものではない。

続いて、第１のリブ３０７と第２のリブ３０８を備える第２のダクト２０６による発熱部の冷却効果について説明する。ここで、前述の通り、発熱部は、記憶媒体３０２のコントローラＩＣ４０２であるとする。記憶媒体３０２で発生した熱は、第２の基板３０３に伝達され、第２の基板３０３の温度が上昇する。ファン２０５が回転することで、第２のダクト２０６内には図３（ｄ）に示した矢印２０７で示す方向に空気の流れが発生する。第２のダクト２０６の通風路を流れる空気は、第１のリブ３０７と第２のリブ３０８の近傍を通過する際に、第２の基板３０３から熱を受け取って温められ、ファン２０５へ向かって流れる。

図７（ａ）は、第２のダクト２０６に第１のリブ３０７のみを設けた場合の冷却効果を説明する模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の構成での流体解析による乱流エネルギの分布を示す図である。なお、図７（ｂ）は、図６（ａ）の乱流エネルギの分布を示す図にコントローラＩＣ４０２の位置を加えた図に相当する。空気が第１のリブ３０７の近傍を通過する際、第１のリブ３０７の風上側の面３０９と風下側の面３１０のなす角度が鋭く形成されていると、第１のリブ３０７の風下側において流れの剥離５０１が発生する。これにより、第２のダクト２０６内に乱流５０２を発生させることができる。発生した乱流５０２により、第２の基板３０３の近傍に発生した境界層を破壊し、空気と第２の基板３０３との間での熱交換を促進することができる。

図７（ｃ）は、第２のダクト２０６に第２のリブ３０８のみを設けた場合の冷却効果を説明する模式図である。図７（ｄ）は、図７（ｃ）の構成での流体解析による流速分布を示す図である。なお、図７（ｄ）は、図６（ｃ）の流速分布を示す図にコントローラＩＣ４０２の位置を加えた図に相当する。空気が第２のリブ３０８の近傍を通過する際、第２のリブ３０８の風上側の面３１１により、第２の基板３０３においてコントローラＩＣ４０２が実装されている領域の近傍の通風路側において、局所的な流速の上昇５０３を発生させることができる。局所的な流速の上昇５０３が生じることで、第２の基板３０３の近傍に発生した境界層の厚みを薄くし、空気と第２の基板３０３との間の熱交換を促進することが可能になる。

図８（ａ）は、第２のダクト２０６に第１のリブ３０７と第２のリブ３０８を設けた場合の冷却効果を説明する模式図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成での流体解析による流速分布を示す図である。空気が第１のリブ３０７の近傍を通過することで、流れの剥離５０１と乱流５０２が発生する。続いて、第２のリブ３０８の風上側の面３１１によって乱流５０２が矢印５０４で示すように第２の基板３０３側に誘導され、局所的な流速の上昇５０３が発生する。これにより、第２の基板３０３においてコントローラＩＣ４０２が実装されている領域の近傍の通風路側を局所的に流速の速い乱流が通過し、境界層の破壊と薄層化を同時に生じさせることができる。これにより、第２のダクト２０６では、１つのリブのみを備える構成と比較して、第２の基板３０３から通風路を流れる空気への熱伝達を促進することが可能となる。

なお、Ｚ方向から見て、発熱部であるコントローラＩＣ４０２が第１のリブ３０７と重なる位置に配置されていると、図８（ａ）について説明した境界層の破壊と薄層化の効果を享受することができない。つまり、Ｚ方向から見て、発熱部であるコントローラＩＣ４０２は、第１のリブ３０７と重なる位置には配置されず、第２のリブ３０８と重なる位置に配置されることにより、発熱部が局所的である第２の基板３０３に対して特に効果的な冷却が可能になる。

ここで、第２のリブ３０８の風上側の面３１１について、参考例と比較して説明する。図８（ｃ）は、図８（ａ）の構成での流体解析による乱流エネルギの分布を示す図である。図８（ｄ）は、第１のリブ３０７と、第２のリブとして断面形状が半円形のリブ９０２（図６（ｄ）参照）を組み合わせた場合の、流体解析による乱流エネルギの分布を示す図である。図８（ｄ）では、リブ９０２の風上側の面の近傍の領域で乱流が滞留していることがわかる。これに対して、図８（ｃ）では、第２のリブ３０８の風上側の面３１１を滑らかに乱流が移動している。よって、第２のリブ３０８の風上側は壁面３０６ａと所定の角度をなす平坦面（斜面）であることが望ましく、図５（ａ）に示すように壁面３０６ａと第２のリブ３０８の風上側の面３１１とがなす角度θは、３０°〜６０°の範囲内であることが望ましい。

以上の説明の通り、第２のダクト２０６内に第１のリブ３０７と第２のリブ３０８を設けることにより、第２の基板３０３に対する冷却性能を高めることができる。その結果として、第２の基板３０３の近傍に配置された発熱部であるコントローラＩＣ４０２に対する冷却性能を高めることができ、コントローラＩＣ４０２の動作性能を維持することが可能になる。

続いて、第１のリブ３０７と第２のリブ３０８の変形例について説明する。図５（ｂ）は、第１のリブ３０７の変形例に係る第１のリブ３０７´の断面図である。第１のリブ３０７´では、通風路の風上側の面３０９と風下側の面３１０とが交わる部分が丸みを帯びている。第１のリブ３０７は、図５（ｂ）の構造に限らず、２つの面３０９，３１０が交わる部分にＹ方向と平行な平面部が設けられた形状（ＹＺ断面形状が台形となる形状）を有していてもよい。

第２のリブ３０８についても同様の変形が可能である。図５（ｃ）は、第２のリブ３０８の変形例に係る第２のリブ３０８´の断面図である。第２のリブ３０８´では、通風路の風上側の面３１１と風下側の面３１２とが交わる部分が丸みを帯びている。第２のリブ３０８は、図５（ｃ）の構造に限らず、２つの面３１１，３１２が交わる部分にＹ方向と平行な平面部が設けられた形状を有していてもよい。

次に、ダクト内部に発熱部がある場合の冷却ユニットの構造について説明する。図９（ａ）は、第２のダクト２０６の壁面３０６ａ側から見た第２の基板３０３の斜視図である。第２の基板３０３の通風路側の面には発熱素子４０４が実装されており、発熱素子４０４は、例えば、動作により発熱するＩＣやＬＳＩ等の電子部品である。

図９（ｂ）は、第２のダクト２０６の壁面３０６ａと発熱素子４０４との位置関係を説明する背面図であり、第２の基板３０３を不図示としている。図９（ｃ）は、第２のダクト２０６の壁面３０６ａと発熱素子４０４との位置関係を説明する断面図であり、図４（ｄ）と同じ視点で描かれている。図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、Ｚ方向から見て、第２のリブ３０８は発熱素子４０４と重なる位置に設けられている。これにより、第２のダクト２０６の通風路を流れる空気には、図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明した流れと同様の流れが生じる。その結果、発熱素子４０４の近傍を局所的に流速の速い乱流が通過し、境界層の破壊と薄層化が同時に生じることで、発熱素子４０４から通風路を流れる空気への熱伝達を促進することが可能となる。

このように、第２のダクト２０６内に第１のリブ３０７と第２のリブ３０８を設けることにより、第２の基板３０３に実装された発熱素子４０４に対する冷却性能を高めることができ、その結果として発熱素子４０４の動作性能を維持することが可能になる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

例えば、上記実施形態では、第１のリブ３０７を壁面３０６ａに設けた構成について説明したが、これに限られず、第１のリブ３０７は通風路を形成する一方の面から他方の面へ向かって突出するように形成されていてもよい。但し、第２の基板３０３において第２のリブ３０８と対向する領域で局所的に流速の速い乱流が通過し、境界層の破壊と薄層化を同時に生じさせることができることを前提とする。

１００ 撮像装置
２０６ 第２のダクト
３０２ 記憶媒体
３０３ 第２の基板
３０６ａ 壁面
３０７ 第１のリブ
３０８ 第２のリブ
４０２ コントローラＩＣ

Claims (14)

1. 発熱部に接触し又は近接する第１の面と、
   前記第１の面に対向する第２の面と、
   前記第１の面と前記第２の面との間に形成された空間に空気を流す送風手段と、
   前記送風手段による通風方向と直交し且つ前記第２の面と平行な方向に延在し、前記通風方向に沿って所定の間隔で配置された第１のリブ及び第２のリブと、を備える冷却ユニットであって、
   前記第１のリブは、前記第１の面と前記第２の面の一方の面から他方の面へ向かって突出し、
   前記第２のリブの少なくとも一部は、前記第２の面と直交する方向から見たときに前記発熱部と重なり、
   前記第２のリブは、前記第２の面から前記第１の面へ向かって突出すると共に前記通風方向の風上側において前記第１の面へ向けて所定の角度で延びる斜面を有し、
   前記第２のリブにおいて前記第１の面に近接する部分と前記第１の面との間には所定の間隔が設けられていることを特徴とする冷却ユニット。
2. 前記通風方向と直交し且つ前記第２の面と平行な方向において、前記第１のリブと前記第２のリブそれぞれの長さは前記発熱部の長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の冷却ユニット。
3. 前記第１のリブと前記第２のリブとの前記通風方向での間隔は、前記第１の面と前記第２の面との間隔の３倍〜４倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却ユニット。
4. 前記第１のリブと前記第２のリブはそれぞれ、前記通風方向の風上側と風下側に斜面を有し、前記２つの斜面のなす角度は１２０°以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
5. 前記第２のリブの前記通風方向の風上側の斜面と前記第２の面とは３０°〜６０°の角度をなすことを特徴とする請求項４に記載の冷却ユニット。
6. 前記第２のリブにおいて前記第１の面に近接する部分と前記第１の面との間隔は、前記第１の面と前記第２の面との間隔の１０％〜３０％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
7. 前記第２の面と直交し且つ前記通風方向と平行な面での前記第１のリブと前記第２のリブそれぞれの断面形状は略三角形であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
8. 前記第１のリブと前記第２のリブそれぞれの前記通風方向における長さは、前記第１の面と前記第２の面との間隔の１倍〜２倍であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
9. 前記第１のリブ及び前記第２のリブと前記第２の面を有する部材とは、同じ材料からなる１部品であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
10. 前記第２の面を有する部材と前記第１のリブ及び前記第２のリブは樹脂材料からなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
11. 前記第１の面は、基板の面であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の冷却ユニット。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の冷却ユニットと、
    前記第１の面に接触し又は近接する発熱部と、を有することを特徴とする電子機器。
13. 前記第２の面と直交する方向から見たときに、前記発熱部の少なくとも一部は前記第１のリブと重ならない位置にあることを特徴とする請求項１２に記載の電子機器。
14. 前記発熱部は、前記第１の面に近接する記憶媒体であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電子機器。