JP3663706B2

JP3663706B2 - パーソナルコンピュータ

Info

Publication number: JP3663706B2
Application number: JP00282796A
Authority: JP
Inventors: 繁男大橋; 忠克中島; 義広近藤; 満本間; 健治大西; 寛津崎; 松島　　均
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2016-01-11
Also published as: JPH08263162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型（ノート型、ブック型）の電子装置係り、特に、その冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュ−タの主演算素子であるマイクロプロセッサの演算処理速度が飛躍的に増大し、その大きさも小型化されつつある。そして従来では、大型コンピュータが行わなければならなかった演算を小型のコンピュータでも実行することができるようになってきた。さらに、このような小型高速度のマイクロプロセッサを鞄にいれて持ち運びうる携帯用のノート型／ブック型と呼ばれるパーソナルコンピュータ（この概念は、各種ワードプロセッサをも含む）に搭載したものが普及してきている。
【０００３】
ところで、このような高速演算処理を行うマイクロプロセッサは、一般的に、発熱量が大きいという問題がある。このような素子を冷却するために、特開平５ー３０４３７９号公報（以下、文献）には、発熱する素子に直接冷却風が当たるように、ファンを設置することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなパーソナルコンピュータは、携帯可能とするため、筐体の厚みを薄くする必要があるので、本体筐体には、マイクロプロセッサを含む複数の半導体素子を搭載した電子回路基板、記憶装置であるハードディスク及びフロッピディスクの読み書き装置等が搭載され、それら装置をキーボード及びパームレストにて覆うように構成されている。そして、表示装置（薄型が要求されるため、液晶タイプが主流である）は、ふたを閉じたときに、キーボード表面に対向するような位置にふたの一部として形成されている。
【０００５】
さて、このようなパーソナルコンピュータに、上記のような発熱するマイクロプロセッサを組み込んだ場合、上記文献に記載の技術では、偏平な筐体内にファンを内蔵し、マイクロプロセッサ近傍に配置したファンによって、その素子を冷却するようにしているのみである。このため、マイクロプロセッサの発生熱は、入力装置であるキーボードやパームレスト等の操作者が手を触れる部材を温めるので操作者が不快感を覚えるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、携帯可能なパーソナルコンピュータに搭載された素子を冷却するとともに、操作者が手をふれる部位の表面温度を不快感を与えない程度の温度にすることである。
【０００７】
本発明の他の目的は、上記目的を達成するためにパーソナルコンピュータの厚みが厚くならないようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、筐体表面に設けられた入力手段と、筐体内部に設けられ、複数の半導体素子を搭載した電子回路基板とを備えたパーソナルコンピュータにおいて、前記入力手段の背面部を含む第一の空間と、前記複数の半導体素子のうち冷却対象となる半導体素子を含む第二の空間と、前記第一の空間と前記筐体外部とを連通する吸気孔と、前記第二の空間と前記筐体外部とを連通する排気孔と、前記吸気孔から取り入れた空気を第一の空間及び第二の空間を介して前記排気孔から排気されるように流す冷却手段を備えることにより達成される。
【０００９】
また、上記他の目的は、前記ファンを軸流型ファンとして、このファン回転軸が筐体底面に平行よりも大きな角度で取り付けられることにより達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１乃至図４を用いて説明する。図１に示すように、パーソナルコンピュータ（上記の同様、本明細書ではワードプロセッサ、携帯用電子手帳等をも含む概念とする）は、マイクロプロセッサ１ａ、キャシュメモリ１ｂ、グラフィック制御用素子１ｃ、及び、その他の半導体素子を含む複数の電子素子を搭載した複数枚の電子回路基板２及び３、ハードディスク３１、フロッピディスク読み書き装置３２、ファン４などから構成されており、これらの部品は筐体３０の中に収容されている。また、筐体３０のふたには、液晶表示装置３５が配置されている。ふたを開けた状態における筐体３０の上面には、入力手段としてのキ−ボ−ド３６、及び、パームレスト３７が配置されている。
【００１１】
図２からもよく理解されるように電子回路基板３とキ−ボ−ド３６との間には空間（間隙）が設けられ、これが、第一の空間５を形成する。また、電子回路基板２と３との間にも空間（間隙）が設けられ、これが、第二の空間６を形成する。電子回路基板２搭載されるマイクロプロセッサ１ａは、高速化を図るため高集積化されているので動作時における発熱量が大きい。また、キャシュメモリ１ｂはマイクロプロセッサ１ａに接続され、高速のマイクロプロセッサ１ａに追従するため動作速度が速く、やはり発熱量は大きい。さらに、グラフィック制御用素子１ｃも高速動作が要求されるため発熱する素子である。これら発熱量の大きい半導体素子１ａ、１ｂ、１ｃを総称して、以下、高発熱素子ともいう。そして、図２からも明らかなように、これら高発熱素子が搭載された面が、第二の空間６を介して互いに対向するように電子回路基板２及び３が設置されている。
【００１２】
また、電子回路基板３の一部を切り欠いた部分にファン４を搭載する。そして、ファン４は、吸込側が第一の空間５に、吹出側が第二の空間６に面するように設置されている。第一の空間５には外気の吸気孔８が筐体３の後面に、第二の空間６には筐体内部空気の排気孔９が筐体３の側面に設けられている。さらに、第二の空間６は、隔壁７及び電子回路基板３本体によって第一の空間５と簡易的に気密分離されている。これは、第一の空間５に流入した空気が、ファン４を介して第２の空間に流れ、外部に流出するという流路を確保するためであり、厳密な気密性は要求されない。
【００１３】
次に冷却機構について説明する。電子回路基板２は、信号入出力用のコネクタ２２を備えており、電子回路基板２上に搭載された特に発熱量の大きい半導体素子であるマイクロプロセッサ１ａには、その発熱量に対応した平板状のフィン２１が取り付けられる。筐体３０の底面中央部付近に位置する電子回路基板２の端部と筐体３０との間には目張り２３が施されており、ファン４から吹き出される空気が電子回路基板２と筐体３０との間に侵入しないようになっている。これは、風の全量を冷却対象素子に流すようにするためである。また、ファン４は、ファン４の回転軸方向が、筐体の厚み方向と平行もしくは概略平行になるように設置されている。つまり、ファン４の回転軸方向が筐体３０の奥行き方向に平行になるようにファン４を設置すると、筐体３０の厚さがファン４の直径に規制されてしまい、冷却構造のために小型化（薄型化）が阻害される問題が生じる。そこで、本実施形態では、上記の如くファン４を設置している。なお、筐体の厚み方向と平行もしくは概略平行になるようにファン４を設置することが最も薄型化に寄与する構造であるが、設計上筐体３０の厚さ方向に余裕がある場合、筐体３０の空間内に収納される範囲でファン４を傾けて設置しても構わない。
【００１４】
つぎに、本実施形態における冷却風の流れについて説明する。上述したように、ファン４の吸込側が入力装置の操作部分と電子回路基板２との間の第一の空間５側に向くように設置されているので、吸気孔８から筐体内部の空気よりも冷たい外気２４は、第一の空間５に流入する。この時の外気の流入の仕方は、吸気孔８からの流入外気の全てが直接ファン４に吸入されるのではなく、キーボード３６の背面やパームレスト３７の背面のほぼ全域に行き渡ってからファン４に吸入される。一方、ファン４から流出した冷却風は、第２の空間６に入り、第２の空間６を介して対向配置された素子を冷却し、排気孔９から排出される。冷却風を流さない場合、高発熱素子が発生した熱は、電子回路基板３を温め、赤外線という形態で第一の空間５を介してキーボード３６の背面に到達する。このため、キーボード３６やパームレスト３７の温度が上昇するので、操作者が触れたとき不快感を覚える。ファン４を動作させて通風すると、第一の空間５では、外気によってキーボード３６及びパームレスト３７の背面及び電子回路基板３の背面が冷却される。電子回路基板３には、比較的発熱量の大きいグラフィック制御用素子１ｃの搭載される面は第一の空間５に面してなく第２の空間６側に配設されているのでキーボード３６の温度上昇は抑えられるようになっている。又、パームレスト３７の下部に一般に電子回路基板２、３の発熱量より小さいディスク装置３２などの発熱体が配置されていても、ファン４によってディスク装置３２の周囲を空気が矢印２８で示すように流れるため、パームレスト３７の温度上昇も抑えられる。ここで、上記高発熱素子以外の素子、例えば、メモリやコンデンサ等の比較的発熱量の小さい素子であれば電子回路基板３の第一の空間５に面する側に搭載するように構成しても良い。
【００１５】
一方、高発熱素子１ａ、１ｂ、１ｃは、矢印２５で示すように、ファン４の吹出側空気の直後に配置されており、吹出側空気２５が電子回路基板２と筐体３０との間に侵入しないように構成されているので、ファン４から吹き出す空気が無駄なく有効に発熱素子部に導かれ、十分冷却される。この時、ファン４の吹出側の空間とファン４の吸込側の空間とが簡易的に気密分離されており、筐体３０面の一部に設けた排気孔９と吸気孔８とを異なる面に設けているので、温度上昇した排気側の空気２６がファン４の吸込側に回り込むことがなく効率の良い冷却が行われる。また、ファン４の回転軸方向を筐体３０の厚み方向と平行もしくは概略平行になるように設置しているので、筐体３０の厚さ以上の羽根径のファンを搭載することが可能であり、発熱量の大きい素子が搭載された場合でも搭載するファンの羽根径を大きくすることによって対応することできる。この結果、筐体３０の内部の発熱素子及び他の発熱部材を所定の温度に冷却するとともに、操作者が手を触れるキーボード３６、パームレスト３７などの入力装置の表面温度を不快感を与えない温度以下に保つことができる。
【００１６】
これまでは、筐体の薄型を保ちつつ、キーボード３６やパームレスト３７の温度を上昇させずに、冷却対象半導体素子を冷却する点を説明したが、さらに効率よく冷却対象半導体素子を冷却する点について図３及び図４を用いて説明する。図３に本実施形態に係るパーソナルコンピュータの側断面を示した。本図は、図２に示した第二の空間６を拡大して示した図であるが、電子回路基板２上の複数の高発熱素子であるマイクロコンピュータ１ａおよびキャッシュメモリ１ｂがファン４の近傍に配置されている。発熱はするものの発熱量の低い素子や装置は、ファン４から比較的離れた領域１０に配置し、さらに、電源回路基板１１は、第二の空間６内に設置する。又、第二の空間６内に冷却風の流路が形成されるように、図３の紙面に対して垂直方向に高さを有する板部材１２ａ、１２ｂを電子回路基板２上に搭載された発熱素子のレイアウトに応じて設置する。この板部材１２ａ、１２ｂは、第二の空間６内の風の流れを規制（規定）する。冷却風を流したい素子或いは装置は、前述の高発熱素子及び電源回路基板１１であるので、これらのものにより多くの風を流してやる必要がある。本実施形態では、ファン４から吹き出された空気を板部材１２ａによって電源回路基板１１の方向に流れる空気を矢印２７で示すように発熱素子側に分配し、同様に、板部材１２ｂは、高発熱素子が搭載されていないファン４の図３の右側の領域１０へ流れる空気を制限している。このように第二の空間６内の風の流れを規制することにより、ファン４から吹き出された空気が高発熱素子の搭載された領域に選択的に無駄なく有効に導くことができる効果がある。また、マイクロプロセッサ１ａに取り付けられた板状フィン２１に、図３の紙面に対して垂直方向に高さを有する板部材１３を接着もしくはフィン２１と一体的に設け、フィン２１の端面に対して適当な取付け角度とすることにより、板部材１２ａ、１２ｂと同様に風向の規制ができるとともに、板部材１３の材質をフィンと同一もしくは高熱伝導率の金属で形成することで、発熱素子１ａの冷却効果を高めることができる。
【００１７】
ところで、ファン４から排出された冷却風は直接第二の空間６の底面に到達して第二の空間６内部を冷却するものである。これでは、冷却風は一旦底部に当たってから水平方向に流れることになるので流動抵抗が増大する。そこで、図４（排気孔９は省略してある）に示すように、ファン４の下部にスカート状部材４５を設けることとした。この構成により、ファン吹き出し口での圧損を低減でき、ファン４の流量を増大させることができる。その結果、第二の空間６における冷却性能が向上する。なお、スカート状部材４５は、筐体に余裕空間がある場合に設けるのであり、空間に余裕がない場合は設ける必要がないことはいうまでもない。また、本実施形態では、ファン下部の空間を確保するためにスカート状部材４５をファンの下部の下流側に設けた例を示しているが、ファン設置部の形状によっては、ファン下部全周にわたって設けても良い。
【００１８】
次に、パーソナルコンピュータに使用している半導体素子の集積度が増加若しくはパーソナルコンピュータとしての機能削減などで電子回路基板が１枚で足りる場合について説明する。図５に示すように、パーソナルコンピュータを構成する電子回路基板２が一枚で構成されている以外は、図１、図２に示した実施形態と同様に構成されている。電子回路基板２とキ−ボ−ド３６との間に間隙が設けられて第一の空間５が形成されており、電子回路基板２及び筐体３０との間にも間隙が設けられ、第二の空間６が形成されている。ここで、電子回路基板２は、特に発熱の大きい半導体素子であるマイクロプロセッサ１ａ、キャッシュメモリ１ｂを搭載した面がキ−ボ−ド３６側と反対側の面に対向するように設置されている。これは、電子回路基板２を筐体底面に配置すると、第一に第一の空間５と第二の空間６を仕切るための仕切り板が新たに必要になる問題、及び、第二に高発熱素子が発生した熱がキーボード３６に到達しやすくなるという問題を解決するためのものである。詰まり、筐体底面と電子回路基板２とを対向配置することによって、基板自身が仕切り板の役割を果たすこと及び筐体底面に向かって赤外線が放射されることとなるので比較的キーボード３６を温めることがないという効果がある。また、ファン４が、吸込側が第一の空間５に、吹出側が第二の空間６にそれぞれ開放するように筐体３０内部に設置されている。この時、ファン４の吹出側に面する第二の空間６は、隔壁７と電子回路基板２自体とによって第一の空間５と簡易的に気密分離されている。電子回路基板２上に搭載されたマイクロプロセッサ１ａには、その発熱量に応じて平板状のフィン２１が取付けられている。また、ファン４は、ファン４の回転軸の方向が、筐体３０の厚み方向と平行もしくは概略平行になるように設置されている。本実施形態においても、キーボード３６の背面を、吸気孔８を通過して筐体３０内に流入した冷たい外気が第一の空間５を流通するとともに、電子回路基板２上の高発熱素子１ａ、１ｂの搭載された面がこの流路に面していないため、キーボード３６の温度上昇は抑えられる。又、パームレスト３７の下部にディスク装置３２などの発熱体を配置した場合でも、ファン４によってディスク装置３２の周囲に流れが生じるので、パームレスト３７の温度上昇も抑えられる。
【００１９】
なお、上記したように、マイクロプロセッサ１ａやキャッシュメモリ１ｂよりも発熱量の小さい素子は、電子回路基板２の第一の空間５に面する側の面に搭載しても良い。一方、高発熱素子１ａ、１ｂは、ファン４の矢印２５で示す吹出側空気のファン４からあまり離れていない後流側に配置しているので、高い冷却性能により十分冷却される。従って、筐体３０の内部の発熱素子及び他の発熱部材を所定の温度以下に冷却できるとともに、操作者が手を触れるキーボード３６、パームレスト３７などの入力装置の表面温度を不快感を与えない温度以下に保つことができる。
【００２０】
以上、本実施形態によれば、パーソナルコンピュータの薄型化を実現しつつ、キーボードなどの操作者が触れる部分の温度上昇を抑制し、かつ、効果的に高発熱素子を冷却することができるという効果がある。
【００２１】
本発明の第二の実施形態を図６により説明する。図２に示した実施形態と相違する点は、電子回路基板２と筐体３０との間に間隙の空間６０を設けるように電子回路基板２を設置し、筐体３０の底面に排気孔９０を設ける点である。ファン４から空間６に吹き出された空気の一部は、矢印２５ａで示すように、電子回路基板２と筐体３０との間隙６０にも流れ、排気孔９０から筐体外部に放出される。このため、例えば操作者がこのパーソナルコンピュータを膝の上に乗せて操作を実行したとしても、筐体３の底面が熱くならないので操作者は不快感を覚えないという第一の実施形態に加えた効果がある。但し、この場合、多少高発熱素子の冷却のための風量は減少する。
【００２２】
本発明の第３の実施形態を図７と図８に基づいて説明する。図７は、本実施形態のパーソナルコンピュータの縦断面図、図８は図７の変形例を示す部分拡大縦断面図である。図１、図２に示す実施形態と相違する点は、電子回路基板２、３の２枚の基板が搭載されており、電子回路基板２上の高い発熱量の発熱素子１ａの搭載された面を筐体の底面３０ａに対向して設置し、高発熱素子１ａと筐体の底面３０ａの壁面との間に高い熱伝導性を有する柔軟部材４０を介在させる点である。この柔軟部材４０は、例えば、袋状に成形したフィルム内にサ−マルコンパウンドを封入したもの、高い熱伝導性を有するゲル状Ｓｉなどで構成されている。図７においては、１つの発熱素子に対して１つの高い熱伝導性を有する柔軟部材４０を用いて介在させた例を示している。しかし、複数の素子に対して一括して共通の柔軟部材４０を適用してもよい。
【００２３】
このように構成されたパーソナルコンピュータにおいて、外気は、吸気孔８を通って筐体３０内に流入し、ファン４からファン４の後流側の空間に吹き出される。吹き出された空気の一部は、電子回路基板２と電子回路基板３との間に流れ、残りの空気は、矢印２５ｂで示すように、電子回路基板２と筐体壁３０ａとの間を流れる。ここで、筐体底面部３０ａもしくは筐体全体を、特にマグネシウム合金やアルミ合金製の材質の金属で形成することによって、筐体壁３０ａそのものが放熱フィンとして作用するため、または、筐体壁３０ａに形成される広い面積を放熱面として利用することができるため、高い放熱性能が得られる。そして、これら冷却風は、電子回路基板２によって分割された第二の空間の夫々に共通の排気孔９から排気される。
【００２４】
また、図８に示す例では、電子回路基板２上の高い発熱量の発熱素子１ａの搭載された面を図７に示す実施形態とは逆向きに設置して、電子回路基板２と筐体底面３０ａの壁面との間に高い熱伝導性を有する柔軟部材４０を介在させた例を示している。この場合も、図７に示す例と同様、熱の一部を筐体壁を通じて直接外気側に放熱することができるので、より高い冷却性能を得ることができる。
【００２５】
本発明の第４の実施形態を図９により説明する。図９は、本実施形態のパーソナルコンピュータの縦断面図である。本実施形態は、図７に示す実施形態と同様に構成されているが、図９に示すように、電子回路基板２を電子回路基板２上の高発熱素子１ａの搭載された面を筐体底面３０ａに対向して設置し、高発熱素子１ａと筐体底面３０ａの壁面との間に高い熱伝導性を有する柔軟部材４０を介在させている。又、柔軟構造を有する熱伝導部材を介在させた筐体壁の近傍に筐体の開口部４３を設け、開口部４３から筐体壁外表面に張り出すガイド板４１を設けている。外気は、吸気孔８を通過して筐体内に流入し、ファン４により送風されてファン４の後流側の空間に吹き出される。吹き出された空気の一部は、電子回路基板２と電子回路基板３との間に流れ、残りの空気は、電子回路基板２と筐体壁３０ａとの間を流れる。又、吹き出された空気の一部は、ガイド板４１に沿って筐体底部３０ａと机などのパーソナルコンピュータの設置面４２との間にも流れる。この場合、筐体底面部３０ａもしくは筐体全体を、特にマグネシウム合金やアルミ合金製の金属で形成することによって、筐体壁３０ａが放熱フィンとして作用するため、又、筐体底面部３０ａの壁の両面に空気が流れるため、高い放熱性能が得られるとともに、筐体底面壁の温度上昇を抑えられる。
【００２６】
以上説明した実施形態に用いられるファン４はプロペラファンであるが以下に示すように遠心型ファン若しくは貫流ファンでも構成することができる。図１０においては、ファンとして遠心型ファン４６を用いている。また、図１１にでは、ファンとして貫流型ファン４８を用いている。ファン４として遠心型ファン４６を用いると、口径、回転数を同じに設定した場合、軸流型（プロペラ型）ファンに比べ、一般に高い圧力が得られるとともに、矢印４７で示すように、周方向に風を吹き出すことができるので、ファン吹き出し口での圧損を低減でき、ファンの流量を増大させることができる。その結果、冷却性能が向上する。
【００２７】
また、図１１に示すようにファンとして貫流型ファン４８を設けた場合、貫流型ファン４８は細長形状であるため、設置スペースが狭くても設置することができ、このため、パーソナルコンピュータを小型化することが可能になる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、入力装置の温度上昇を抑えることができるので操作者に不快感を与えない効果がある
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるパーソナルコンピュータの斜視図である。
【図２】図１に示すパーソナルコンピュータの縦断面図である。
【図３】図１に示すパーソナルコンピュータの側断面図である。
【図４】図３に示すパーソナルコンピュータの縦断面図である。
【図５】図１に示すパーソナルコンピュータの電子回路基板が１枚である場合の縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態であるパーソナルコンピュータの縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態であるパーソナルコンピュータの縦断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態であるパーソナルコンピュータの縦断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態であるパーソナルコンピュータの縦断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態であるパーソナルコンピュータの縦断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態であるパーソナルコンピュータの縦断面図である。
【符号の説明】
１…発熱素子、２、３…電子回路基板、４…ファン、５…第一の空間、６…第二の空間、７…隔壁、８…吸気孔、９…排気孔、１２…板部材、２１…板状フィン、３６…キーボード、３７…パームレスト、４０…高熱伝導柔軟部材、４５…スカート状部材、４６…遠心型ファン、４８…貫流型ファン。

Claims

筐体表面に設けられた入力手段と、筐体内部に設けられ、複数の半導体素子を搭載した電子回路基板とを備えたパーソナルコンピュータにおいて、
前記入力手段の背面部を含む第一の空間と、前記複数の半導体素子のうち冷却対象となる半導体素子を含む第二の空間と、前記第一の空間と前記筐体外部とを連通する吸気孔と、前記第二の空間と前記筐体外部とを連通する排気孔と、前記吸気孔から取り入れた空気を第一の空間及び第二の空間を介して前記排気孔から排気されるように流す冷却手段とを備え、前記冷却手段は、前記第一の空間及び第二の空間との間に設けられ、前記第一の空間から前記第二の空間に空気を流通させるファンを設けたことを特徴とするパーソナルコンピュータ。
請求項１に記載のパーソナルコンピュータおいて、
前記ファンは軸流型ファンであり、このファン回転軸が前記筐体底面に平行よりも大きな角度で取り付けられるパーソナルコンピュータ。
請求項１に記載のパーソナルコンピュータおいて、
前記ファンの前記第二の空間への吹き出し側に、冷却風の流れを偏向する部材を備えたパーソナルコンピュータ。
請求項１に記載のパーソナルコンピュータおいて、
前記第二の空間に前記ファンからの冷却風を規制する仕切り板を備えたパーソナルコンピュータ。