JP2940642B2 - 情報処理機器の機械的構造 - Google Patents

情報処理機器の機械的構造

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光雄 堀内
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Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、ノートブック・コンピュータやラップトッ
プ・コンピュータなどのように多数の電気回路を小スペ
ースの中に収納してなる情報処理機器の機械的構造に係
り、特に、このような情報処理機器内の発熱部品周辺の
機械的構造に関する。更に詳しくは、本発明は、このよ
うな情報処理機器内の発熱部品の冷却、及び該発熱部品
の取り外し(他の部品との交換)の双方を好適に実現で
きる機械的構造に関する。
[背景技術] 昨今の技術革新に伴い、デスクトップ型コンピュータ
よりもさらに小型化・軽量化されたパーソナル・コンピ
ュータ(例えばラップットップ型、ノートブック型な
ど)が開発され市販されるようになってきた。
第4図には、ノートブック・コンピュータ(以下、単
に「PC」又は「システム」という)100の外観構造を示
している。同図は、本出願人に譲渡されている意願平06
−30003号(当社整理番号:JA9−94−621)に係る電子計
算機と略同一である。
第4図において、PC100は、薄形の本体110と、この本
体110に対して開閉可能に設けられた蓋体120とで構成さ
れる、いわゆる「蓋付構造体」である。
蓋体120は、浅底の上ケーシング121を備えている。上
ケーシング121の下端付置部には略円筒形状の一対の突
起122が一体的に形成されており、該一対の突起122が本
体110に回転可能に軸支されることによって、蓋体120は
本体110にヒンジ結合されている。また、上ケーシング1
21の開放側(すなわち蓋体120の裏面側)の略中央部に
は、PC100の表示手段としての液晶ディスプレイ(LCD)
123が埋設されている。なお、本体110に対する蓋体120
の開閉操作は、上ケーシング121の左右各側面の略前方
部分に設けらてた開閉操作部124を前後方向に滑動させ
ることによって行われる。
一方、本体110は浅底の下ケーシング111を備えてい
る。下ケーシング111には、その上方開口の後方部分を
覆い隠すための所定寸法の支持板112が敷設されてい
る。また、該上方開口の略中央部分には、PC100の入力
手段としてのキーボード/トラックポイント113“Track
Point"は米IBM社の商標)が配設されている。キーボー
ド113より手前側の左右両隅部には、オーディオ出力の
ための一対のスピーカ114が埋設されている。キーボー
ド113の後縁部には、舌片形状の一対の突起115が一体的
に形成されており、該一対の突起115が支持板112の前端
縁に軸支されることによって、キーボード113は支持板1
12に開閉可能にヒンジ結合されている。また、下ケーシ
ング111後端のヒンジ部上面には、バッテリの残存容
量、PCカードの使用状況、フロッピー・ディスク・ドラ
イブ(FDD)の使用状況、ハード・ディスク・ドライブ
(HDD)の使用状況、電源投入中などのシステム100のス
テータスを表示するためのインジケータ部115Aが配設さ
れている。
第5図には、PC100の蓋体120及びキーボード113を開
放させて、本体100の内部構造が露出した状態を示して
いる。同図において、下ケーシング111内には、前方室
と後方室とを仕切るために隔壁116が、薄肉の金属板を
所定形状に退屈させるなどして形設されている。支持板
112と隔壁116によって覆い隠された後方室の中には、CP
U(Central Processing Unit)や、システム・メモリ、
メモリ・コントローラ、ROM、ビデオ・コントローラ、
オーディオ・コントローラなどのような主要な電気部品
を方面に実装したシステム・ボード(図示しない)が収
容されている。この後方室は比較的狭く、従って、該室
内における電気部品の実装密度は非常に高くなってい
る。また、隔壁116より手前の前方室には、HDDパック11
7、CD−ROMドライブ118などの入出力デバイス類や、バ
ッテリ・パック119が、それぞれ取り外し可能(リムー
バブル)に装着されている。隔壁116の前側面部には、
これらHDDパック117、CD−ROMドライブ118、及びバッテ
リ・パック119の各ターミナルと機械的及び電気的に結
合するための対応コネクタ部が設けらてれている。
ところで、最近のパーソナル・コンピュータのパフォ
ーマンス・アップは目覚ましいものがある。これは、PC
の心臓部であるCPUの高速化に依るものが大きい。反
面、高速動作に伴って、コンピュータ内の発熱量が造体
するという弊害がある。これは、動作周波数の増加に伴
ってチップ内部のトランジスタを通過する電流が増大
し、必然的に消費電力も上昇するからである。現在開発
・製造されているCPUの多くは、CMOSテクノロジを利用
しており、TTLで代表されたかつてのバイポーラ型半導
体に比べれば、その消費電力ははるかに小さい。しか
し、MOSトランジスタも各ゲート内に特有の容量成分を
含んでいるので、動作周波数が高くなるにつれて、発熱
量の増加も免れ得ないのである。特に、米Intel社が市
販するPentiumなどのように100MHz前後の動作周波数を
持つCPUの場合は、発熱量が甚だしい。また、米Apple C
omputer社,米IBM社,米Motorola社が共同開発したPowe
rPC 603(“PowerPC"は米IBM社の商標)など)は、Pen
tiumに比べれば著しく低いが、それでもある程度の発熱
は生じる。電子部品の中には、自己の発熱のために暴走
したり、ひいては破壊してしまうものもある。特に、上
述したノートブック・サイズのPCの場合、内部の電子部
品の実装密度が著しく高く、熱の逃げ場が少ないため、
発熱の問題はより深刻である。デスクトップ型のPCでは
冷却ファンや冷却フィンを用いた強制冷却が可能である
が、ノートブックPCではこれらを取付けるスペースは殆
どない。
現在のノートブックPCでは、CPUを始め、ビデオ・コ
ントローラ・チップ、システム・メモリ、コプロセッサ
など発熱性の高い電気部品に対しては、熱移送作用を持
つハートパイプを接触させて冷却流路を与えたり、伝熱
性に優れた材料(例えば銅やアルミニウム)でできて広
い表面積に形成されたヒートシンク(金属性の筐体がヒ
ートシンクを兼ねる場合もある)を接触させて、熱を機
器の外部に運び出すような機械的構造が多く採用されて
いる。ヒートシンクやヒートパイプを用いた自然冷却に
よれば、冷却ファンを用いる強制冷却に比し、体積やフ
ァン高さを要しないので、PCの小型化を阻害しない。但
し、回路基板、電子部品、ヒートパイプ相互間は、比較
的複雑な積層構造になって接合することになる。
第6図には、ノートブック・コンピュータで採用され
る冷却構造(従来例)を示してある。同図において、CP
Uチップなどの発熱部品は、システム・ボード上に、筐
体(例えば下ケーシング111)に対向するように実装さ
れている。筐体は、例えばマグネシウム合金のような良
伝熱体でできている。CPUチップの上面部には、比較的
伝熱性の高い弾性体(例えばシリコン・ラバー)が貼着
されており、該弾性体によって下ケーシング111と熱的
に連絡している。下ケーシング111は、例えば鋳造など
により一体的に形成された、表面積が比較的広い部品で
あり、ヒートシンクとしても作用する。CPUチップはそ
の上面部から最も多く熱を発するが、このような構成を
採用することによって、シリコン・ラバー及び下ケーシ
ング111を介して効果的に熱を発散させることができる
訳である。
他方、パーソナル・コンピュータのパフォーマンス・
アップの要求は、多種多様な形態で実現されている。最
近のPCの中には、標準装備されたCPUとピン互換のある
他のCPU(一般には、より高速な新バージョンCPU。例え
ばPowerPC 603に対するPowerPC 630+。)と差し替え
ることによって、システムのアップグレードを許すもの
が出現してきた。この場合、交換場合であるCPUの周辺
部分は着脱の便宜のため比較的簡素な機械的構造に設計
すべきである、ということは当業者には自明であろう。
ところが、発熱が著しいCPUの周辺では、上述したよう
にヒートパイプやヒートシィンクなどの放熱部品と親密
且つ複雑な関係で組み立てられており、着脱を許す機構
設計は容易ではない。今まで、CPUチップのアップグレ
ードは、筐体内のスペースに比較的余裕があり、交換可
能な構造設計が許されるデスクトップ型のPCに限られて
いたように思われる。
因に、第6図に示した従来例では、CPUチップの交換
は考えにくい。また、CPUチップの上面部でしか熱を奪
っていないので、放熱効果があまり高くない。また、下
ケーシング111のCPUチップ直下は局部的な高温になりが
ちであり、ユーザにとって安全性が脅かされることにな
る。
[発明の開示] 本発明の目的は、ノートブック・コンピュータやラッ
プトップ・コンピュータなどのように多数の電気回路を
小スペースの中に収納してなる情報処理機器の優れた機
械的構造を提供することにある。
本発明の更なる目的は、このような情報処理機器内の
発熱部品周辺の優れた機械的構造を提供することにあ
る。
本発明の更なる目的は、このような情報処理機器内の
発熱部品の冷却効果、及び該発熱部品の取り外し(他の
部品との交換)の双方を好適に実現できる機械的構造を
提供することにある。
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、
その第1の側面は、1以上の電気部品を含み、筐体によ
って内部を被覆されてなる情報処理機器の機械的構造に
おいて、前記筐体には内部の電気部品を交換するための
交換口が穿設されているとともに、該交換口に嵌合して
交換される電気部品と当接する蓋を備えたことを特徴と
する情報処理機器の機械的構造である。
なお、ここで交換の対象となる電気部品は、例えばCP
Uチップ又はCPUチップを実装したCPUカードのことであ
る。
また、本発明の第2の側面は、1以上の電気部品を実
装したシステム・ボードを含み、筐体によって内部を被
覆されてなる情報処理機器の機械的構造において、前記
筐体にはシステム・ボード上の交換部品と対向する位置
に交換口が穿設されているとともに、該交換口を塞ぐた
めの蓋を有し、装着時には蓋→交換部品→放熱部材→シ
ステム・ボードの順で積み重ねられることを特徴とする
情報処理機器の機械的構造である。
この場合、装着時には前記交換部品が前記放熱部材及
び前記蓋と当接するように設定・製作すれば、放熱効果
はより向上するであろう。また、前記放熱部材として、
熱移送作用のあるヒートパイプを持ちいれば、放熱効果
はさらに向上するであろう。
また、本発明の第3の側面は、CPUチップを実装し、
配線が印刷されたシステム・ボード上に連結されるCPU
カードにおいて、略中央部に開口部が穿設され、前記シ
ステム・ボードと連結するためのコネクタとCPUチップ
とを同一面上に実装したことを特徴とするCPUカードで
ある。
なお、第2の側面でいる前記交換部品はこのCPUカー
ドであってもよい。この場合、前記蓋にCPUカードの開
口度を貫挿してCPUチップの下面側に当接するための平
坦な突起部を突設すれば、前記蓋からの放熱作用を促す
ことができる。
しかして、本発明によれば、ノートブック・コンピュ
ータやラップトップ・コンピュータなどのように多数の
電気回路を小スペースの中に集積してなる情報処理機器
の機械的構造であって、該機器内の発熱部品の冷却効
果、及び該発熱部品の取り外し(他の部品との交換)の
双方を好適に実現できる機械的構造を提供することがで
きる。
また、本発明によれば、発熱部品の上下各表面から熱
を奪うことができ、放熱効果が高い。
また、本発明によれば、発熱部品の交換容易性を損な
うことなく、放熱効果を向上させることができる。
また、本発明は、比較的簡素な機械的構造によって具
現されるので、コスト面でも有利である。
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本
発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明に
よって明らかになるであろう。
[図面の簡単な説明] 第1図は、本発明の実施例に係るノートブック・コン
ピュータ100の本体110側の一断面を示している。
第2図は、PC100の下ケーシング111の分解図を示して
いる。
第3図は、PC100の下ケーシング111の分解図を示して
いる。
第4図は、ノートブック・コンピュータ100の外観構
成を示した図である。
第5図は、PC100の蓋体120を開放させるとともに、キ
ーボード113を開放させて、本体の内部構造が露出した
状態を示した図である。
第6図は、ノートブック・コンピュータ100で採用さ
れる冷却構造の従来例を示した図である。
[符号の説明] 11……CPUチップ、12……システム・ボード、 13……CPUカード、14a,b……スタッキング・コネクタ、 15……開口部、16……底蓋、17……ビス、18……台座、 19……ヒートパイプ、20……樹脂シート、21……ボス/
螺穴、 100……パーソナル・コンピュータ、110……本体、 111……下ケーシング、112……支持板、 113……キーボード/トラックポイント、114……スピー
カ、 115……舌片状突起、115A……インジケータ部、116……
隔壁、 117……HDDパック、118……CD−ROMドライブ、 119……バッテリ・パック、120……蓋体、121……上ケ
ーシング、 122……突起、123……LCD、124……開閉操作部。
[発明を実施するための最良の形態] 以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳解す
る。
第1図は、本発明の実施例に係るノートブック・コン
ピュータ100の本体110側の一断面を示している。なお、
同図中で第4図及び第5図と同一の構成要素については
同一の参照番号が付してある。
下ケーシング111内には、表面に各種電気回路を実装
したシステム・ボード12が収容されている。本実施例で
は、下ケーシング111及び下ケーシング121には、マグネ
シウム合金を鋳造して作られているが、これは、筐体の
機械的強度、放熱性、及びEMI(Electromagnetic Inter
ference)防止の点で優れていることに因るものであ
る。
システム・ボード12の下表面部には、スタッキング・
コネクタ14aが実装されている。スタッキング・コネク
タ14aは、CPUカード13側のスタッキング・コネクタ14b
と結合するためのものである。
CPUカード13は、略中央部に長方形状の開口部15を有
するとともに、同図中、上面部(すなわちスタッキング
・コネクタ14bと同じ面)にCPUチップ11を実装してい
る。CPUチップ11は、第6図に示す従来例とは相違し
て、システム・ボード12側に対向するように配設されて
いる点に留意されたい。
システム・ボード12とCPUカード13との間には、ヒー
トパイプ19が挟入されている。ヒートパートとは、周知
のごとく、内部に毛細管物質を混入させるとともに、部
分真空中に少量の液体を封入した金属製(例えば銅)密
封パイプのことであり、該液体の蒸発によってパイプの
一端側(発熱部品側)から熱を吸収し、上記の凝縮作用
によってパイプの他端側(機器の外側)で熱を放出する
ようになっている。ヒートパイプの熱移送速度は、音速
レベルといわれている。第1図中のヒートパイプ19は、
断面が偏平な細長形状で、長手方向略中央が屈曲してお
り、該屈曲部を境に2つの平坦部19a及び19bを有してい
る。平坦部19bは、複数のビスによって下ケーシング111
の底面内側に螺着されている(第2図参照)。平坦部19
bは、自由端であり、下ケーシング111の底面部から浮き
上がっているが、CPUカード13を装着したときにはCPUチ
ップ11の上面部に当接するようになっている。ヒートパ
イプ19は可撓性であり、略中央の屈曲部を装着時のCPU
チップ11の高さよりもやや小さめに形成しておくことに
よって、復元力でCPUチップ11上に圧着されるようにな
る。この結果、加工精度や組立て誤差を補償して、各部
品11,19間の機械的及び熱的接触を確保することができ
る。一般に、CPUチップはその上面部において最も発熱
するが、本実施例では、その熱はヒートパイプ19を流路
にして下ケーシング111の底面部に伝達されるようにな
っている。下ケーシング111は、良伝導性のマグネシウ
ム合金を用いて一体的に形成され、且つ表面析も比較的
広いので、ヒートシンクとしても作用する。
下ケーシング111の底面部でCPUカード13の配設位置の
略下方には、CPUカード13を交換するための交換口が穿
設されている(第2図及び第3図参照)。CPUカード13
の非交換時には、底蓋16が該交換口に嵌合されるととも
に複数のビス17…によって螺着されて、交換口を被覆す
るようになっている。
底蓋16の略中央部には、所定高さを持つ台座18が突設
されている。台座18は、底蓋16を下ケーシング111に螺
着したときには、CPUカード13の開口部15を貫挿して、C
PUチップ11の下面部に当接するようになっている。底蓋
16は、ケーシング111,121と同じマグネシウム合金、あ
るいはアルミニウム合金などでできた良伝熱体であり、
ヒートシンクとしても作用する。したがって、CPUチッ
プ11の発熱は、ヒートパイプ19と底蓋16によって、上下
各表面から奪われるようになっている訳である。
なお、CPUチップ11の上下各表面に弾性力と熱伝導性
の双方に優れた樹脂シート20a,20b(例えば酸化アルミ
ニウム粉をドーピングしたシリコン・ラバー)を貼着し
てもよい。樹脂シート20a,20bは、加工精度や組立て誤
差を吸収するとともに、CPUチップ11とヒートパイプ1
9、台座18との熱的接触性を確保するのに役立つ。
第2図及び第3図には、上方及び下方それぞれの方向
から斜視したPC100の下ケーシング111の分解図を示して
いる(但し、システム・ボード12は省略)。
下ケーシング111の底面内側の交換口周縁やヒートパ
イプ19側縁部分に、底蓋16やヒートパイプ19を螺着する
ために複数のボス/螺穴21が配設されている。また、ヒ
ートパイプ19を所定位置にて埋設するために、その平坦
部19aに添って溝が形成されている。
本体110の組立ては、ヒートパイプ19を下ケーシング1
11に螺着した後に、システム・ボード12(第2図及び第
3図には図示しない)を所定のアダプタ(図示しない)
に装着する、という手順で行うでべきであることは、同
図より容易に理解できるであろう。CPUカード13は、CPU
チップ11とスタッキング・コネクタ14bを同じ面に実装
してあるが(前述)、該面を同図中上方に向けながら、
下ケーシング111の交換口に挿入すればよい。そして、C
PUカード13がスタッキング・コネクタ14a,14bを介して
システム・ボードに連結した位置では、CPUチップ11の
上面部は、シートパイプ19の屈曲部に働く復元力によっ
てその平坦部19aと圧着している。さらに、底蓋16を下
ケーシング111の交換口に嵌合させるとともに螺着すれ
ば、組立てが完了する。底蓋16を螺着した位置では、そ
の台座18はCPUカード13の開口部15を貫通してCPUチップ
11の下面部と当接しており、該下面部からも熱を奪うこ
とができる。
CPUカード13を交換する場合は、底豚16を取り外した
後にCPUカード13をシステム・ボード12から引き抜けば
よい。CPUチップ11は、第6図に示す従来例とは相違し
て、システム・ボード12に対向するように配設されてい
る。また、ヒートパイプ19は、CPUカード13の引き抜き
方向ではなくその反対側に配設されている。要するに、
CPUカード13の引き抜きを妨害又は干渉する部材はな
く、その交換作業は頗る円滑に実行できる訳である。
以上、特定の実施例を参照しながら本発明について詳
解してきたが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者
が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。
例えばワード・プロセッサ等のような携帯型の情報処理
機器に対しても、本発明を適用することができる。要す
るに、例示という形態で本発明を開示してきたのであ
り、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を
判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄
の参酌すべきである。
[産業上の利用可能性] 本発明によれば、ノートブック・コンピュータやラッ
プトップ・コンピュータなどのように多数の電気回路を
小スペース中に収納してなる情報処理機器の機械的構造
であって、該機器内の発熱部品の冷却効果、及び該発熱
部品の取り外し(他の部品との交換)の双方を好適に実
現できる機械的構造を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 茂 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本 アイ・ビー・エム株式会社 大和事業所 内 (56)参考文献 特開 昭51−150237(JP,A) 実開 平6−2432(JP,U) 国際公開93/16883(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06F 1/20 H05K 7/20 H01L 23/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(追加)1以上の電気部品を実装したシス
    テム・ボードを含む情報処理機器の機械的構造におい
    て、(a)システム・ボードを被覆するための筐体と、
    (b)前記筐体の底面に設けられた交換口と、(c)前
    記システム・ボード上の前記交換口に対向する位置に設
    けられた第1の接続部と、(d)前記第1の接続部と着
    脱自在に接合するための第2の接合部を含むとともに、
    第2の接続部と同じ面に被交換部品を実装し、前記被交
    換部品の下方に開口部を穿設したカード体と、(e)前
    記システム・ボードと前記被交換部品との間に貫挿され
    た放熱部材と、(f)前記交換口に嵌合する蓋体であっ
    て、略中央には前記開口部を貫通して前記被交換部品と
    当接するための突起部を有する蓋体と、を有することを
    特徴とする情報処理機器の機械的構造
  2. 【請求項2】(追加)前記被交換部品はCPUチップであ
    ることを特徴とする請求項1に記載の情報処理機器の機
    械的構造
  3. 【請求項3】(追加)前記放熱部材はヒートパイプであ
    ることを特徴とする請求項1に記載の情報処理機器の機
    械的構造
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