JP3755534B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、液媒体を循環させて半導体素子を冷却する電子装置に関するものである。

従来の技術は、特開平６−２６６４７４号公報、特開平７−１４２８８６号公報等に見られる。特開平６−２６６４７４号公報の例では、発熱素子を搭載した配線基板を収容した本体筐体と、ディスプレイパネルを備え本体筐体に回転可動に取り付けられた表示装置筐体からなる電子装置で、発熱素子に取り付けられた受熱ジャケット、表示装置筐体に設置した放熱パイプ及び液駆動機構がフレキシブルチューブで接続された構造が示されている。

さらに、特開平７−１４２８８６号公報では、特開平６−２６６４７４号公報の例において、筐体を金属製とした例が示されている。

これらの例では、発熱素子で発生した熱を受熱ジャケットに伝え、その熱を、受熱ジャケットから放熱パイプまで液駆動機構によって液を輸送することによって伝え、外気に放熱している。

特開平６−２６６４７４号公報 特開平７−１４２８８６号公報

携帯型パーソナルコンピュータなどに代表される電子装置では、性能の向上による素子の高発熱化が著しい。その一方で、携帯に適した筐体サイズの小型化、薄型化が望まれている。

上記公知例は、いずれも発熱素子の高発熱化に対して、液媒体を循環させて発熱素子を冷却するものであるが、液媒体が液冷却装置から漏洩した場合については配慮されていない。

本発明の目的は、電子装置の電気回路に液媒体が接することを防止でき、安全、かつ信頼性の高い電子装置を提供することにある。

上記目的は、筐体内部に半導体素子を搭載した電子装置において、前記半導体素子と熱的に接続された受熱部と、受熱した熱を放熱する放熱部材と、この放熱部材と前記受熱部材との間で液媒体を駆動させる液駆動手段と、前記放熱部材と受熱部材とを継手を介してフレキシブルチューブで接続した冷却装置を有し、前記継手と前記フレキシブルチューブの接続より漏洩した前記液媒体を所定の位置に溜めて、かつ処理するために、前記筐体内部に前記液媒体を滞留可能な凹部を構成し、発熱する電子部品を前記凹部内に滞留された前記液媒体に対向するように配置し、前記電子部品が発生する熱によって前記凹部内の前記液媒体を加熱して蒸発処理可能とした漏洩液媒体滞留処理手段を有することにより達成される。

本発明によれば、電子装置の電気回路に液媒体が接することを防止でき、安全、かつ信頼性の高い電子装置を提供できる。

電子機器装置、いわゆるパーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）には、携帯が可能なノート型パソコンと机上での使用が中心のディスクトップ型パソコンとがある。これらのパソコンは、いずれも年々高速処理、大容量化の要求が高くなり、この要求を満たす結果、半導体素子であるＣＰＵの発熱温度が高くなっていった。この傾向は、今後も更に続くものと予想される。

これに対して、現状のこれらパソコンは、ファン等による空冷式が一般的である。この空冷式は、放熱の能力に限界があり、前述のような高発熱傾向の半導体素子の放熱に追従できなくなってしまう可能性がある。ただし、ファンを高速回転させたり、ファンを大型化したりすることによって対応も可能であるが、パソコンの低騒音化や軽量化に逆行するため現実的ではない。

一方、従来から空冷式の放熱に代わる放熱として、水等の液媒体を循環させて半導体素子を冷却する装置がある。
この冷却装置は、主に企業或いは銀行等で使用される大型コンピュータの冷却に使用され、冷却水をポンプで強制的に循環させ、専用の冷凍機で冷却するといった大規模な装置である。

従がって、移動が頻繁に行われるノート型パソコンや、事務所内の配置換え等で移動の可能性があるディスクトップ型パソコンには上述のような水による冷却装置は、例えこの冷却装置を小型化したとしても到底搭載することはできない。

そこで、上述の従来技術のように、小型のパソコンに搭載可能な水による冷却装置が種々検討されているが、この従来技術の出願当時は、半導体素子の発熱温度が近年ほど高くなく、現在に至っても水冷装置を備えたパソコンは製品化には至っていない。

これに対して、本発明はコンピュータ本体の外郭を形成する筐体を放熱性に良好なアルミ合金やマグネシウム合金等にすることによって、水冷装置の大幅な小型化が実現でき、パソコンへの搭載が可能となったものである。

ところが、液媒体は密閉された空間内にあるとは言え、特に移動が頻繁に行われるノート型パソコンにあっては、液媒体の洩れを防止することが最重要な課題となっている。

フレキシブルチューブからの液の透過という問題はあるもの、液洩れの可能性がある部分は配管の接続部分であることは明らかである。

そこで、本発明は配管の接続部分からの液洩れを防止するために種々検討したものである。

以下、本発明の検討結果を図面を用いて説明する。
図１は、本発明を備えた電子装置の斜視図である。
図１において、電子装置は、本体ケース１とディスプレイ（図示せず）を備えたディスプレイケース２とからなっている。本体ケース１にはキーボード３、複数の素子７を搭載した配線基板４、ハードディスクドライブ５、補助記憶装置(たとえば、フロッピーディスクドライブ、ＣＤドライブ等)６、バッテリー１３等が設置されている。尚、説明のためにキーボード３は取り外した状態を示している。

配線基板４上には、ＣＰＵ（半導体素子からなる中央演算処理ユニット）７等の特に発熱量の大きい素子（以下、ＣＰＵと記載）が搭載される。該ＣＰＵ７には、水冷ジャケット８が取り付けられており、両者は柔軟熱伝導部材（たとえばＳｉゴムに酸化アルミなどの熱伝導性のフィラーを混入したもの）を介して接続されている。また、ディスプレイケース２の背面(ケース内側)には、放熱パイプ９が接続された金属放熱板１０が設置されている。なお、ディスプレイケース２自体を金属製（たとえば、アルミ合金やマグネシウム合金等）にすることによって、前記金属放熱板１０を省略し、放熱パイプ９を直接ディスプレイケース２に接続してもよい。また、液輸送手段であるポンプ１１が本体ケース１内に設置されている。

水冷ジャケット８、放熱パイプ９、ポンプ１１は、フレキシブルチューブ１２で接続され、ポンプ１１によって内部に封入された液媒体１５（たとえば、水、不凍液等）が循環する。ＣＰＵ７で発生する熱は、水冷ジャケット８内を流通する液媒体１５に伝えられ、放熱パイプ９を通過する間にディスプレイの背面に設置した金属放熱板１０からディスプレイケース２の表面を介して外気に放熱される。

これにより温度の下がった液媒体１５は、ポンプ１１を介して再び水冷ジャケット８に送出される。また、ディスプレイケース２の背面上部には放熱パイプ９に接続されたタンク１４が設置されており、該タンク１４内には液媒体１５が入っている。タンク１４、放熱パイプ９、フレキシブルチューブ１２、ポンプ１１及び水冷ジャケット８は閉じた液媒体１５の循環回路であり、ポンプ１１を運転して液媒体１５を循環させている。

図１に示したように通常、運転時には内部の液媒体１５が密閉された状態で循環されているが、該循環回路を構成しているタンク１４、放熱パイプ９、フレキシブルチューブ１２、ポンプ１１及び水冷ジャケット８などや、フレキシブルチューブ１２と各構成要素との継手部から万一、内部の液媒体１５が漏洩することを想定して、次のような方策を講じている。

その方策を図２を用いて説明する。
図２は、実施例のポンプ１１と水冷ジャケット８、及びフレキシブルチューブ１２の接続部分の断面図である。
図２において、前記接続部分には、適当な継手１１ａ、８ａと図示していないが抜け防止用の締付けバンド（板状、コイルバネ状）が用いられている。なお、フレキシブルチューブ１２の材質は、水分透過の少ないブチルゴムなどが用いられている。

さらに、本実施例では、長期間使用中に万一前記継手１１ａ、８ａ及びフレキシブルチューブ１２から内部の液媒体１５が漏洩した場合を想定して、前記継手１１ａ、８ａ及びフレキシブルチューブ１２を覆うように、液吸収体１６が配置されている。該液吸収体１６には、液媒体を吸収して保持するものでも良いし、液媒体１５と反応して該液媒体を固化させる吸水ポリマーなどが用いても良い。

これにより、万一液媒体１５が漏洩しても液吸収体１６で保持及び固化され、配線基板４上に搭載されているＣＰＵ７ａ等に影響を及ぼさないようにすることができる。なお、液吸収体１６の替わりに熱収縮チューブを用い、液媒体が循環している回路の熱を利用して前記熱収縮チューブを収縮させ、フレキシブルチューブ１２及び継手１１ａ、８ａに密着させても同様に液媒体を循環回路外部に漏洩させない効果が得られる。

図３は本発明の他の実施例であるポンプ１１と水冷ジャケット８、及びフレキシブルチューブ１２の接続部分の断面図である。
図３において、長期間使用中に万一前記継手１１ａ、８ａ及びフレキシブルチューブ１２から内部の液媒体１５が漏洩した場合を想定して、前記継手１１ａ、８ａ及びフレキシブルチューブ１２を覆うように、スリーブ１７が配置されている。該スリーブ１７は、フレキシブルチューブ１２及び継手１１ａ、８ａと微小な隙間が設けられており、該隙間の表面張力で漏洩した液媒体１５を保持するものである。さらに、前記スリーブ１７の内面に撥水処理することにより、液媒体１５の保持性が向上する。

これにより、万一液媒体が漏洩してもスリーブ１７とフレキシブルチューブ１２及び継手１１ａ、８ａとの隙間に液媒体が保持され、電子装置を携帯して姿勢が変化しても液媒体が配線基板４上に搭載されているＣＰＵ７ａ等に達することがない。

なお、図２及び図３に示した実施例では、ポンプ１１、水冷ジャケット８とフレキシブルチューブ１２との接続部を例にして説明したが、タンク１４、放熱パイプ９とフキシブルチューブ１２との接続部など他の接続部にも本発明を適用することにより同じ効果が得られる。

図４は本発明の他の実施例である本体ケース１の部分拡大断面図である。
図４において、図１に示した液媒体１５の循環回路の各構成要素、及びその継手部から万一内部の液媒体１５が漏洩することを想定して、前記本体下部ケース１ｂの内側に液媒体保持板１８が配置されている。該液媒体保持板１８は、本体下部ケース１ｂと微小な隙間を設けて設置されており、該隙間における液媒体１５の表面張力で漏洩した液媒体を保持するものである。

これにより、万一、液媒体１５が漏洩しても本体下部ケース１ｂと液媒体保持板１８との隙間に液媒体が保持され、電子装置を携帯して姿勢が変化しても液媒体１５が配線基板４上に搭載されているＣＰＵ７ａ等に達することがない。

図５は本発明の他の実施例である本体ケース１の部分拡大断面図である。
図５において、図１に示した液媒体１５の循環回路の各構成要素及びその継手部から、万一内部の液媒体１５が漏洩することを想定して、前記本体下部ケース１ｂの底部に凹部１Ｃを設けている。

該下部ケース凹部１Ｃは、漏洩した液媒体１５を溜めるもので、漏洩した液媒体が必ず前記凹部１Ｃに溜まるように本体下部ケース１ｂの他の部分より低くなっている。また、前記凹部１Ｃに発熱体を設置することにより、漏洩した液媒体１５を蒸発させることができる。なお、液媒体を蒸発させるために発熱体を別途設置する替わりに、ＣＰＵ７ａの発熱を利用しても良い。

さらに、該凹部１Ｃに漏洩センサを設置して、液媒体１５の漏洩を検知することにより電子装置を停止させることができる。

図６は、本発明の他の実施例である本体ケース１の部分拡大断面図である。
図６において、図１に示した液媒体１５の循環回路の各構成要素、及びその継手部から、万一内部の液媒体１５が漏洩することを想定して、前記本体下部ケース１ｂの底部に凹部１Ｃ、及び液吸収体１６が設けられている。漏洩した液冷媒１５は必ず前記凹部１Ｃに集まり、本体下部ケース１ｂの孔１ｅを通って液吸収体１６で保持及び固化される。また、本体上部ケース１ａに凹部１ｆを設け、該凹部に本体上部ケース１ａを貫通し、かつ配線基板４に近接するように小径パイプ１９を設置している。

これは、漏洩した液媒体１５が万一、配線基板４上に達しても小径パイプ１９の毛細管現象で液媒体を吸い上げ、本体上部ケース１ａの凹部１ｆに設置した液吸収体１６で保持及び固化させるものである。なお、配線基板４には孔４ａを設け、該配線基板上に液媒体が停留しないようにしている。

これにより、万一液媒体１５が漏洩しても本体ケース１に設置した液吸収体１６で液媒体が保持又は固化され、電子装置を携帯して姿勢が変化しても液媒体が電子装置の電気部品に接しないようにすることできる。

図７は本発明の他の実施例である本体ケース１の部分拡大断面図である。
図７において、図１に示した液媒体１５の循環回路の各構成要素、及びその継手部から万一、内部の液媒体１５が漏洩することを想定して、前記本体上部ケース１ａと下部ケース１ｂとの接面部１ｇ及び本体ケース１から外部に取り出されているコネクタ２０の部分に液吸収体１６が設けられている。漏洩した液冷媒１５は該液吸収体１６で保持及び固化される。これにより、万一、液媒体が漏洩しても本体ケースに設置した液吸収体で液媒体が保持又は固化され、液媒体１５が本体ケース１の外部に漏洩することはない。

図１は、本発明に係わる電子装置の斜視図である。 図２は、第１実施例のフレキシブルチューブ接続部分の断面図である。 図３は、第２実施例のフレキシブルチューブ接続部分の断面図である。 図４は、第３実施例の本体ケースの部分拡大断面図である。 図５は、第４実施例の本体ケースの部分拡大断面図である。 図６は、第５実施例の本体ケースの部分拡大断面図である。 図７は、第６実施例の本体ケースの部分拡大断面図。

符号の説明

１…本体ケース、２…ディスプレイケース、３…キーボード、４…配線基板７…ＣＰＵ、８…水冷ジャケット、９…放熱パイプ、１０…放熱金属板、１１…ポンプ、１２…フレキシブルチューブ、１４…タンク、１５…液媒体、１６…液吸収体、１７…スリーブ、１８…液媒体保持板、１９…小径パイプ。

Claims (1)

1. 筐体内部に半導体素子を搭載した電子装置において、
   前記半導体素子と熱的に接続された受熱部と、受熱した熱を放熱する放熱部材と、この放熱部材と前記受熱部材との間で液媒体を駆動させる液駆動手段と、前記放熱部材と受熱部材とを継手を介してフレキシブルチューブで接続した冷却装置を有し、
   前記継手と前記フレキシブルチューブの接続より漏洩した前記液媒体を所定の位置に溜めて、かつ処理するために、前記筐体内部に前記液媒体を滞留可能な凹部を構成し、発熱する電子部品を前記凹部内に滞留された前記液媒体に対向するように配置し、前記電子部品が発生する熱によって前記凹部内の前記液媒体を加熱して蒸発処理可能とした漏洩液媒体滞留処理手段を有することを特徴とする電子装置。

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