JP3017837B2 - 電子機器装置 - Google Patents

電子機器装置

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JP3017837B2
JP3017837B2 JP3129850A JP12985091A JP3017837B2 JP 3017837 B2 JP3017837 B2 JP 3017837B2 JP 3129850 A JP3129850 A JP 3129850A JP 12985091 A JP12985091 A JP 12985091A JP 3017837 B2 JP3017837 B2 JP 3017837B2
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radiator
temperature
housing
display
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滉 井上
大場隆夫
進 岩井
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F1/16Constructional details or arrangements
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    • G06F1/20Cooling means
    • G06F1/203Cooling means for portable computers, e.g. for laptops

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ワークステーション、
パーソナルコンピュータ、類似構造のワードプロセッサ
等の上部にキーボードとディスプレイとを具備する筐体
内に、発熱体である電子部品を複数搭載した基板を収納
してなる電子機器装置(以下「小型コンピュータ」と呼
称する)に関する。
【0002】
【従来の技術】上記の様な小型コンピュータは、最近コ
ンパクト化と計算速度の高速化が著しい。これに伴い、
LSI等の発熱量が上昇する傾向にあり、冷却性能の向
上が極めて大きな問題になってきた。従来この種の小型
コンピュータの冷却には特別の手段は使われておらず、
発熱部の熱を自然放熱により冷却することが多かった。
その一例は実開昭62−10494(印刷配線板実装構
造)に示される如きであり、これは発熱体である電子部
品が搭載された基板を傾斜して設置することにより、自
然対流の促進を図ったものである。一方、前記のように
発熱量が増加してくると、冷却性能を積極的に向上させ
る必要が生じ、最近冷却方式に新しい試みがみられる。
特開昭64−2397(電子回路パッケージの冷却構
造)はその一例であり、これは空気で冷却する代わりに
液体冷媒を用い、直接発熱部に液体冷媒を接触させるこ
とによって冷却するという方式である。この方式は液体
を利用することで大幅な冷却性能の向上を達成すること
を意図している。一方、空気を利用する方式でも非常に
多くの公知例があるが、ほとんどの例がファンによる強
制空冷方式であり、放熱フィンの形状を工夫したものや
流路構造を工夫したものが大半である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明で対象とする小
型コンピュータの場合、基本的な要求事項として、コ
ンパクト性に優れる、軽量である、余分な電力を消
費しない、の三点が特に重要である。このような観点に
立つと、望ましい冷却方式としては、余分な装置を必要
としない空冷が第一候補となり、更に、ファンを使わな
い自然空冷がベストということになる。しかるに前記の
最初に述べた公知技術は自然対流冷却方式であり、この
方式の場合、放熱量の上限は放熱面の温度と面積によっ
て決まってしまうという特性がある。前記公知例はその
範囲内での改善を意図したものであり、放熱性能そのも
のを飛躍的に増加させることをねらったものではない。
また前記の二番目に述べた公知技術は、上記要求項目
を満たす構造ではなく、低消費電力、低コスト指向
の小型コンピュータ用としては適当でない。
【0004】本発明の目的は、前述の三項目を考慮した
場合に最も有効な冷却方式である自然空冷による冷却方
式において、従来より大幅に冷却性能を向上させること
のできる小型コンピュータを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】自然空冷の場合、その冷
却性能は、上記のように、放熱面の温度と放熱面積によ
ってほとんど決定される。従って、冷却性能を向上させ
るには基本的な考え方として、できるだけ高温の放熱面
を広く用いることが肝要である。しかし、コンピュータ
筐体の直接人の手に触れる面の温度は、高々人の体温よ
り数度高い程度のレベルしか許されない。そこで本発明
では、多階層温度放熱面を基本的な構成とすることで課
題の解決を図った。そなわち、人の手に触れる可能性の
ある筐体の面は体温プラス数度程度の低温放熱体とし、
筐体内部の、人の手に触れない場所に高温放熱体を設け
る構成とした。この高温放熱体は熱伝導部材を介して発
熱体に接触せしめた。更に、筐体内部の高温放熱体周辺
に外気が自由に出入りできるように、筐体に通気孔を設
けた。これが本発明の基本形であるが、冷却性能向上の
効果を更に高めるための発展形として、筐体内部の高温
発熱体に連なるディスプレイ部内の放熱体や筐体外部の
補助放熱部も設置し、放熱面積の増加を実現した。更
に、他の形態として、部品点数の低減と低コスト化を意
図して、筐体自身を温度差の有る二温度放熱体として構
成した。これを要するに、本発明による電子機器装置
は、上部にキーボードと回動自在のディスプレイとを具
備した筐体内に、発熱する電子部品を複数搭載した基板
を収納し、前記複数の電子部品に対して接触配置された
柔軟性を有する熱伝導部材と、該熱伝導部材に対して接
触配置された第1の放熱体とを備えた電子機器装置にお
いて、前記第1の放熱体に回動連結部を介して熱的に接
続された第2の放熱体を備え、これらの放熱体は、いず
れも前記電子部品の総面積より広い放熱面積を有してい
ると共に、前記第2の放熱体は、少なくとも人の手が直
接触れることのない前記ディスプレイの内部に収納さ
れ、前記ディスプレイと連動して回動するように構成し
たことを特徴とするものである。
【0006】
【作用】前記したように、自然放熱の場合は放熱面の温
度を高くすることにより、周囲の冷却空気の温度が上昇
し、対流が促進される結果、指数関数的に放熱量が増加
する。このため、低温放熱体である筺体からの放熱に加
えて、それを大幅に上回る量の放熱が筺体内部の高温放
熱体によって成される。この効果は、高温放熱体の面積
を大きくするほど著しくなる。
【0007】
【実施例】本発明による実施例の一つを図1〜図5を用
いて説明する。図1はノートブック形の小型コンピュー
タの前面部斜視図である。キーボード4等が搭載された
筐体1の前面部に外気の入気孔5が設けられており、後
面部に排気孔6が設けられている。また、ディスプレイ
3を囲む外板2の上面部には排気孔7が設けられてい
る。ディスプレイ部は回転部8を中心として前後に自由
に動くことができる。図2は図1の例の裏面部斜視図を
示したものである。前記ディスプレイ部にも通気孔7,
9が設けられており、外気は入気孔9より入り、排気孔
7より放出される。図3は図1の縦断面であり、図4は
図3のA−A横断面である。ここでLSIチップ12を
搭載する基板11は、柔軟構造の熱伝導部材13を介し
第1の放熱体としての高温放熱体14と熱的に結合さ
れている。該高温放熱体14は筐体1と接触するフィ
ン14c、放熱体連結部14bを有し、更に先の方にお
いては筐体後部に延びる第2の放熱体としての中温放熱
体14aになっている。放熱体連結部14bとともに筐
体1とディスプレイ3との間の回動連結部の一部を構成
する分岐放熱体連結部15bにより前記高温放熱体14
と熱的に結合する第2の放熱体としての分岐放熱体15
は、前記ディスプレイ3の裏面に位置するバックライト
10の近傍に設置される。該放熱体15はフィン15c
を備え、これは前記外板2に接触している。図4に明示
されているようにフィン14cは複数個所に設けられて
いる。図5は前記の筐体内部に設けられた放熱体14,
15の斜視図を示したものである。分岐放熱体15は複
数個所に設けられた前記連結部14b,15bにより、
良好な熱的接触状態を保ちながら、前記ディスプレイ部
と連動して回転する構造になっている。フィン15c
は、フィン14cと同様に複数枚設けられている。
【0008】上記において、放熱体14,14a,1
5、分岐放熱体連結部14b,15b、フィン14c,
15cは例えばアルミ板で作られている。また、柔軟構
造の熱伝導部材13は、例えば、本出願人の出願に係る
特願平3−43193号に記載されているものであり、
例えば、ポリエチレンもしくはポリプロピレン等の絶縁
性樹脂をアルミ箔の両面に薄くフィルム状に積層してな
るシートで作られたパック(袋)内に熱伝導性グリー
ス、熱伝導性シリコン油もしくはフロリナート液等の良
熱伝導性の液を封入したもの、あるいは、上記パック内
にパックの両内面間に亘る金属コイルばね、コ字形金属
板ばね、金属たわしの如き金属ウールを上記液と共に封
入したものである。
【0009】次に上記実施例の動作並びに効果について
説明する。この小型コンピュータの使用時にはディスプ
レイ部は図1に示したような状態に保たれる。電源が投
入され、操作が可能な状態になると図3で示したLSI
並びにバックライト10などの発熱部が特定の発熱を開
始する。これに伴って、各部の温度が上昇するが、以下
のような熱の流れが実現されて、各部の温度は特定のレ
ベルに抑えられる。まず、LSIの発熱によってLSI
並びに基板の温度が上昇すると、その熱は熱伝導部材1
3を介してスムーズに高温放熱体14に移動する。該放
熱体14は前記の構造であるため、熱流は更に伝導によ
りフィン14cを経て筺体1に伝わるものと、筺体後部
の中温放熱体14aに移動するものと、連結部を通って
ディスプレイ部の分岐放熱体15に移動するものとに分
かれる。分岐放熱体15はフィン15cを有するため、
該フィンを伝って外板2に流れる熱流も生じる。なお、
ディスプレイ部は内部にバックライトを有するため、こ
こからの発熱も生じるが、この発熱はその近傍に位置す
る放熱体15に伝わり、該放熱体15によりまとめて放
熱が行われる構造になっている。
【0010】発熱部からの伝導による熱の流れについて
は以上の通りであるが、これらの熱は任意個所から外気
に放出されることにより、全体の熱の流れが形成され、
各部の温度は特定のレベル以下に保たれることになる。
以下に、これについて説明する。各部材の温度は発熱部
から遠ざかるに従って低下するが、外気への放熱体につ
いて見ると、最も発熱体に近い高温放熱体14が最高温
度で、それに熱的につながっている分岐放熱体15並び
に中温放熱体14aがやや低い温度レベルになる。さら
に、前記の放熱体14,15にフィンなどを介してつな
がる筺体1及び外板2は最も低い温度の放熱体になる。
ところで、本発明のようにファンを使用しない自然対流
方式の空冷システムでは、放熱面温度が高いほど周囲空
気の温度も高くなるので、空気の密度差によって生じる
対流現象が促進される。その結果、各放熱体の周辺では
その温度レベルに応じた対流が励起される。このため、
図3に示すように、16a,16b,17a,17bの
ごとき入排気が自然発生的に実現される。この現象は前
記のように比較的高温である放熱体14,15において
著しい。筺体1、外板2からの自然放熱は前記高温放熱
体と比較すると少ないが、筺体1の場合は、図4に示す
ように、コンピュータ設置面18(机の面など)へ伝導
により放熱される熱流19も加わる。
【0011】以上のような動作の結果もたらされる定量
的な効果について以下に説明する。A4サイズの小型コ
ンピュータが、外気温度30℃で使用された場合、放熱
体の温度と放熱量の関係は図6のようになる。筺体は人
の手に触れる部分であるので40℃程度に抑える必要が
あり、放熱量は5W程度になる。これが従来のパソコン
では即ち許容発熱量になる。これに対して本実施例の前
記放熱体は筺体内部に位置するので該放熱体の温度レベ
ルを高くすることができ、放熱量を飛躍的に増加させる
ことができる。実際にはLSIの最高温度に制限がある
ため、該温度レベルは50〜60℃が適当だが、その場
合図6のように25W程度の放熱が得られる。この結
果、全体として30W程度の放熱が可能となり、従来技
術に比較して著しい許容発熱量増加が得られるので、コ
ンピュータの大幅な処理速度アップが実現できる。
【0012】図7は前記高温放熱体14の一部をヒート
パイプ20で構成した例であり、図8にそのB−B断面
を示す。周知の如く、ヒートパイプは、内部に毛細管物
質を施し、部分真空中に少量の液体を封入した金属製密
封パイプよりなり、液体の蒸発によってパイプの1端か
ら熱を吸収し、蒸気の凝縮によってパイプの他端で熱を
放出するものである。ヒートパイプに関する公知例は、
例えば特開昭60−57956、同昭60−20884
8、同昭61−113265、同昭61−181152
など多数ある。本実施例では前記放熱体14は2枚重ね
接合板として所々にヒートパイプ部20を形成し、その
内部を冷媒封入部20cとし、蒸発部20a、凝縮部2
0bを形成してある。この実施例の場合、ヒートパイプ
の蒸発部20aから凝縮部20bまでほぼ等温度に保た
れるので、放熱体14の温度が全体的にほぼ一定にな
り、広い面にわたり良好な前記対流効果を得ることがで
きる。
【0013】図9はディスプレイ外板2の裏に別の起倒
自在な補助放熱部21を設けた実施例を示し、その部分
縦断面を図10に示す。すなわち、補助放熱体22が共
通の連結部14b,15bを介して高温放熱体14に接
続されており、これに伝えられる熱を入排気孔23,2
4より流入流出する外気で冷却する構造である。本実施
例のように補助放熱体を並列に任意個数設けることによ
って、放熱量の一層の増加が可能である。
【0014】図11、図12はさらに別の実施例を示し
たもので、図12は図11のB−B断面図、図11は図
12のA−A縦断面である。この実施例は、温度レベル
の異なる放熱体を一つの筺体で構成したものである。す
なわち、筺体1の底部は、奥行き方向に高さが次第に高
くなっている断面略C字形の多数の溝が一体に形成され
ており、これら溝の上底部1bおよび下底部1aがそれ
ぞれ高温放熱体および低温放熱体として機能し、その間
の溝空間に外気が前部の流入口16aおよび後部の流出
口16bから流入流出する様になっている。高温放熱体
1bは内部の熱伝導部材13を介して直接発熱体12に
つながっており、低温放熱体1aは筺体1の最外面(最
下面)を構成している。高温放熱体1bと低温放熱体1
aとの間の隙間は前部においては数mm程度であるか
ら、人の指が中の高温放熱体1bに触れることはない。
本実施例では、高温放熱体および低温放熱体を筺体1と
別に取付ける必要がなく、経済的であるという利点があ
る。
【0015】図13、図14は図11,12に示した実
施例のバリエーションとしての実施例を示し、夫々、図
12のA−A断面図に相当する断面図である。図13の
実施例では、筺体1の底板はダブテイル形の溝が連なっ
た形状を有し、その上底部1bおよび下底部1aが夫々
高温放熱体および低温放熱体となり、その間の空所に外
気が流入流出する様になっており、他方、図14の実施
例では、筺体1の底板1aに図示の如き凹凸板1bが添
着してあり、凹凸板1bの上底部および筺体1の底板1
aが夫々高温放熱体および低温放熱体となり、その間の
空所に外気が流入流出する様になっている。その他の部
分の構成は図11,12の実施例と同様である。
【0016】図15、図16は、可動通風ダクト25を
設けることによって筺体下部を二重構造にした実施例で
ある。コンピュータ非実働時には図15のように前記筺
体下部は筺体1の側壁と可動通風ダクト25の側壁が重
なりあっており、コンピュータ実働時には図16のよう
に前記筺体の側壁より下方に可動通風ダクト25が突出
して内部に空間を生じる。この空間は、外気の導入、排
出のためのものであり、可動通風ダクト25の側壁には
適宜個所に入気孔5,5a、排気孔6,6aが設けられ
ている。これらの入・排気孔はコンピュータ非使用時に
は図15の如く筺体1の側壁により閉じられる。筺体1
内には、図3,4に準じた熱伝導部材13、放熱体1
4,14a,15が配置されている。このような構成に
することにより、非使用時にはコンパクトに納めること
ができると共に入・排気孔から埃が入るのを防ぐことが
でき、使用時には冷却性能を向上させて高速処理を可能
とすることができる。本実施例における可動通風ダクト
25を筺体1に対して出入させる機構の1例を図17、
図18で説明する。可動通風ダクト25の側壁の或る部
分はフックを持つ可撓部1cをなし、該側壁と筺体1と
の間には圧縮ばね1dが作用している。コンピュータ非
使用時(図17)には可撓部1cのフックは筺体1の側
壁に設けたノッチに引掛かり、可動通風ダクト25は図
15の如く引込んだ位置に保持されている。コンピュー
タ使用の際には、押ボタン1eを押すと、引掛りが外
れ、可動通風ダクト25は圧縮ばね1dにより下方に押
し出され、図18の如く下方のノッチにフックが引掛っ
た位置で止まる。これにより可動通風ダクト25は図1
6の如く突出した状態になる。再びコンピュータ非使用
の状態(図15、図17)に戻すときは、筺体1をばね
1dの力に抗して下向きに押し下げればよい。
【0017】図19、図20は冷却用外気の入排気孔の
開閉機構に関する更に他の実施例である。すなわち、コ
ンピュータ非実働時には図19に示すように入排気孔5
b,6b,7b,9bは閉じられており、実働時のみ図
20に示すように開く構造を有する。このような構成を
とることにより、非実働時に外部からコンピュータ内部
に塵埃などが入り込んで、コンピュータの信頼性が損な
われることを防ぐことができる。この様な入排気孔の開
閉機構の例を図21、図22で説明する。これら入・排
気孔5b等はコンピュータ非使用時には形状記憶合金5
cで支持されている蓋部材5dで図21の如く閉じられ
ているが、コンピュータ使用のために電源をオンすると
形状記憶合金5cは通電されて変形し、図22の如く蓋
部材5dを開らく。
【0018】図23、図24は、筺体1内部に挿入して
LSIからの発熱を効率良く放熱体に伝えるための柔軟
構造の熱伝導部材13に関し、その性能を向上させるた
めの機構に関する。該熱伝導部材13としては、前述し
た液体封入パックよりなる熱伝導部材を用いる。この場
合、液体の対流を促進することにより、熱伝導性能が向
上するが、この作用をキーボード操作により実現したも
のが本実施例である。すなわち、キーボードのキー4に
はそのオン、オフに連動して上下する加圧棒28が付け
られており、図23はキー4オフ時、図24は任意の1
つのキー4オン時の状況を示している。キーのオン、オ
フが非連続的に行われることにより、熱伝導部材13内
部の液体は左右への移動を余儀なくされる。その結果、
液体の対流が促進され、熱伝導性能が著しく向上する。
本構成によれば、前記液体の対流を促進させるために特
別の駆動力を全く必要としない点が特に優れている。図
中、27は接点棒、29は接点シート、26はキーのば
ねである。なお、本実施例では、熱伝導部材13はキー
ボードとディスプレイ外板2との間の筺体1の部分に接
しており、該筺体部分が放熱体としての機能を果してい
る。これは、筺体1の上記部分は一般にコンピュータ使
用中に人が触れない部分であるから、この部分を放熱体
として用いても差支えないとの考慮に基づく。
【0019】図25は、図23,24の実施例と比較し
て、熱伝導部材13をディスプレイ外板2の後方の筺体
1の部分に接せしめ、この筺体部分を放熱体とした点で
相違する実施例を示す。これは、上記後方の筺体部分は
コンピュータ使用中に人が触れる可能性がより少い部分
であるという考慮に基づく。
【0020】図26は、図23,24の実施例におい
て、入気孔5、その他、図1,2の実施例の如く、適所
に入気孔および排気孔を設け、筺体1に接していない熱
伝導部材13を入排気による空気で放熱する様にした実
施例を示す。
【0021】
【発明の効果】以上の実施例で説明したように、本発明
になる小型コンピュータ実装構造は従来技術に比較して
著しい機能、性能等の向上が実現できるが、それらをと
りまとめて以下に記述する。
【0022】1)筺体温度を高々40℃程度に保った状
態で、自然空冷による放熱量を従来技術に比較して著し
く増加させることができる。
【0023】2)その結果、小型コンピュータの処理速
度が大幅に向上する。
【0024】3)自然空冷で従来の強制空冷(ファン利
用)に匹敵する放熱量を得ることができるので、騒音低
減、省エネルギー、コンパクト性、経済性、信頼性に対
して、著しい効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例一の前面斜視図、
【図2】実施例一の後面斜視図、
【図3】実施例一の縦断面、
【図4】図3のA−A断面、
【図5】実施例一の部分図、
【図6】実施例一の効果説明図、
【図7】実施例二の部分図、
【図8】図7のB−B断面、
【図9】実施例三の前面斜視図、
【図10】実施例三の部分縦断面、
【図11】実施例四の横断面(図12のA−A断面)、
【図12】実施例四の縦断面(図11のB−B断面)、
【図13】実施例五の部分断面、
【図14】実施例六の部分断面、
【図15】実施例七の側面図(非使用時)、
【図16】実施例七の側面図(使用時)、
【図17】実施例七の部分断面(非使用時)、
【図18】実施例七の部分断面(使用時)、
【図19】実施例八の斜視図(非使用時)、
【図20】実施例八の斜視図(使用時)、
【図21】実施例八の部分断面(非使用時)、
【図22】実施例八の部分断面(使用時)、
【図23】実施例九の部分断面図(キー非押下時)、
【図24】実施例九の部分断面図(キー押下時)、
【図25】実施例十の部分断面図、
【図26】実施例十一の部分断面図。
【符号の説明】
1…筺体、 1a…筺体低温部、 1b…筺体高温部、 1c…可撓部、 1d…圧縮ばね、 1e…押ボタン、 2…ディスプレイ部外板、 3…ディスプレイ、 4…キーボード、 5…本体入気孔、 5a…本体サイド入気孔、 5b…本体開閉入気
孔、 5c…形状記憶合金、 5d…蓋部材、 6…本体排気孔、 6a…本体サイド排
気孔、 6b…本体開閉排気孔、 7…ディスプレイ部
排気孔、 7b…ディスプレイ部開閉排気孔、8…回転部、 9…ディスプレイ部入気孔、 9b…ディスプレイ
部開閉入気孔、 10…バックライト、 11…基板、 12…LSI、 13…熱伝導部材、 14…高温放熱体、 14a…中温放熱
体、 14b…筺体部放熱体連結部、 14c…フィン、 14d…接合部、 15…分岐放熱体、 15b…分岐放熱体連結部、 15c…フィン、 16a…筺体本体入気、 16b…筺体本体排
気、 17a…ディスプレイ部入気、 17b…ディスプレ
イ部排気、 18…設置面、 19…伝導熱、 20…ヒートパイプ部 20a…蒸発部、 20b…凝縮部、 20c…液体封入
部、 21…補助放熱部、 22…補助放熱体、 23…補助放熱部入気孔、 24…補助放熱部排
気孔、 25…可動通風ダクト、 26…バネ体、 27…接点棒、 28…加圧棒、 29…接点シート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 進 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社 日立製作所神奈川工場内 (56)参考文献 特開 平4−259292(JP,A) 特開 平4−290107(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 1/20 H05K 7/20 H01L 23/34 - 23/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上部にキーボードと回動自在のディスプ
    レイとを具備した筐体内に、発熱する電子部品を複数搭
    載した基板を収納し、前記複数の電子部品に対して接触
    配置された柔軟性を有する熱伝導部材と、該熱伝導部材
    に対して接触配置された第1の放熱体とを備えた電子機
    器装置において、前記 第1の放熱体に回動連結部を介して熱的に接続され
    た第2の放熱体を備え、これらの放熱体は、いずれも前
    電子部品の総面積より広い放熱面積を有していると共
    に、前記第の放熱体は、少なくとも人の手が直接触れ
    ることのない前記ディスプレイの内部に収納され、前記
    ディスプレイと連動して回動するように構成したことを
    特徴とする電子機器装置。
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