JP4126046B2 - 電子機器の冷却構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、電子機器の冷却構造に関し、特に、ノート型パーソナルコンピュータなどの省スペース型電子機器の冷却構造に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、電子機器に対する高性能化が急速に進んでいる。特に、電子機器内部における発熱源であるＣＰＵやチップセットなど（以下、「発熱体」と称する）の高機能化や高速化は留まるところがない。また一方で、電子機器、特にノート型パーソナルコンピュータ（以下、「ノート型ＰＣ」と略称する）などの省スペース型電子機器に対する小型化や薄型化などの要求も強い。これらの状況により、電子機器における単位容積あたりの発熱量の急増が予想される。その結果、電子機器の温度が上昇し、たとえばＣＰＵなどが熱により暴走したり、破壊したりするおそれがある。そのため、電子機器の温度上昇を抑制するために発熱体を従来の冷却方法よりも効率よく冷却する必要がある。
【０００３】
そこで、発熱体を冷却する技術として、発熱体から回収した熱を、冷却液を熱伝達媒体として筐体表示部側に運び、当該表示部側に設けられた放熱部で放熱することにより発熱体の冷却を行う技術がある。このような技術としては、特開２００２−１８２７９７号公報に開示されている。
【０００４】
特開２００２−１８２７９７号公報に開示されている技術は、受熱ヘッドを介して、冷却液を満たしたチューブを発熱体に接続することにより、冷却液が当該発熱体から熱を回収するとともに、当該チューブを表示部の液晶表示板と表示部筐体との間に這わせることにより回収された熱を放熱する技術である。これにより、筐体内部で局所的に発生した熱の放熱を表示部筐体も利用してより広範囲で行うことができる。
【０００５】
しかし、当該技術では、放熱には自然空冷（自然放熱）を利用しているため、冷却効率を向上するにしても限度がある。また、放熱量を増大させるには、筐体を大型化する必要があるため、装置の小型化や薄型化などの要求に十分に応えることができない。また、筐体からの放熱を利用するため、筐体の温度上昇は避けられず、それに触れた使用者に不快感を与えることになる。
【０００６】
特開平１１−１７７２６４号公報にも上記特開２００２−１８２７９７号公報に記載のものと同様の冷却技術が開示されており、同様の問題点を有している。
【０００７】
そこで、大型化を抑制しつつ冷却効果を向上させる技術として、特開２００２−１６３０４１号公報では、表示部側に設けられた放熱部での熱の拡散をファンにより強制的に行う技術が開示されている。
【０００８】
しかし、特開２００２−１６３０４１号公報の冷却技術において、ファンにより強制空冷するといっても、表示部筐体に特別な断熱処理を施しているわけではないので、放熱時の相当量の熱が表示部筐体に伝達されることは避けられない。従って、表示部筐体の温度が上昇して、それに触れた使用者に不快感を与える可能性は否定できない。
【０００９】
ファンによる強制空冷を利用する技術は、他にも特開平１１−８７９６１号公報や特開平１０−２１３３７０号公報にも開示されている。これら公報に記載の冷却技術は、いずれも放熱部において筐体に対する断熱処理を行うものではなく、放熱すべき熱量が大きくなると筐体の温度が上昇して、それに触れた使用者に不快感を与えることは避けられない。
【００１０】
【発明の開示】
そこで、本発明は、発熱体を効率的に冷却するとともに、当該発熱体から回収された熱を放熱するための放熱部が高温になることに起因する筐体へ諸影響を抑制できる電子機器の冷却構造を提供することを目的としている。
【００１１】
本発明の第１の側面に係る電子機器の冷却構造は、筐体の内部に配置された少なくとも１つの発熱体において生じた熱を回収し、上記筐体の外部に放出することにより上記発熱体の冷却を行うものであって、上記発熱体において生じた熱を回収する受熱部と、空気の流入口及び流出口を備え、かつ断熱部材により上記発熱体及び上記受熱部から断熱された断熱空間と、上記断熱空間内に設けられた放熱部と、上記受熱部において回収された熱を上記放熱部に伝搬するための伝熱手段と、上記断熱空間に強制的に空気流を発生させるファンとを備え、上記発熱体で生じた熱を、上記受熱部及び上記伝熱手段を介して、上記放熱部に伝搬し、上記断熱空間内で上記ファンを用いて集中的に放熱することを特徴としている。
【００１２】
このような構成によると、放熱部が断熱空間内に設けられているため、発熱体で生じる熱が増大し、放熱部がより高温となる場合においても、放熱部近傍に存在する電子部品や筐体自体が加熱されるおそれが抑制される。従って、発熱体における発熱量が増大しても、放熱部近傍に存在する電子部品が熱的な障害を受けるおそれが抑制されるとともに、筐体の外壁温度を人間工学的に好ましい温度範囲（例えば、４０℃以下）に保つのも比較的容易となる。
【００１３】
本発明は、従来の一般的な冷却構造とは全く逆の思想に基づいている。すなわち、従来においては、冷却を促進するために放熱利用できる面積をできる限り大きくするのが通常であった。従って、特開平１１−８７９６１号公報のように発熱体とは仕切られた空間内でファンにより強制的に冷却を行う場合であっても、その仕切られた空間と筐体との間での伝熱を妨げるような工夫はなされていなかった。これに対して、本発明では、冷却を断熱空間で行うようにしている。断熱空間内であれば、その内部の温度が上昇しても隣接する筐体や部品に熱が伝達することがないから差し支えないという考え方に基づくものであり、従来とは全く異なるものである。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、断熱空間は、上記筐体の外部に配置されている別の筐体に設けられている。
【００１５】
本発明の別の好ましい実施形態では、断熱空間は、上記筐体に角度を与える機能を有するチルト機構に設けられている。チルト機構が冷却のためにも兼用されるという意義がある。
【００１６】
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、断熱空間は、コネクタ及び／又はスロットを保護する機能を有する保護カバーに設けられている。この場合には、保護カバーが冷却のためにも兼用されるという意義がある。
【００１７】
好ましくは、放熱部には、ペルチエ素子の吸熱面が接続されており、上記ペルチエ素子の発熱面は、上記断熱空間に露出している。このような構成によると、ペルチエ素子のヒートポンプ機能により、吸熱面に接続されている放熱部の冷却が効率的に行え、ひいては発熱体の冷却が効率的に行える。また、発熱面の温度が放熱部より高くなるため、発熱面と空気との温度差は、放熱部と空気との温度差より大きくなり、空気への伝熱速度がさらに向上する。つまり、ペルチエ素子は、ファンによる放熱部の強制空冷を補助し、冷却機能をより高める効果を有する。
【００１８】
好ましくは、発熱体の温度を監視するための監視手段と、上記監視手段によって監視された上記発熱体の温度が所定の温度に到達したか否かを判定する判定手段と、上記判定手段による判定結果に応じて、上記ペルチエ素子、上記伝熱手段に含まれるポンプおよび上記ファンの各駆動電力を制御する制御手段と、をさらに備えている。このような構成によると、発熱体において生じる熱が増大してファンのみでは放熱部の強制空冷が十分でなくなった場合にのみ必要な程度に応じてペルチエ素子の駆動を行うことができる。そのため、電力の消費量を低減することができるとともに、ペルチエ素子を駆動することにより当該ペルチエ素子において生じる熱の発生量も低減することができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、上記伝熱部材は、銅及び／又はアルミニウムからなる金属材料、ヒートパイプ、及び冷媒が内部を循環する冷媒流路からなる群から選択される。
【００２０】
また、上記断熱部材は、赤外線反射材からなる内層と、断熱材からなる外層とを含む２層構造を有するのが好ましい。この構成により、断熱作用が信頼性の高いものとなる。
【００２１】
本発明の好適な実施形態では、上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、当該複数の発熱体に対して接続された複数の並列な伝熱経路を含んでいる。
【００２２】
本発明の別の好適な実施形態では、上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、発熱量の相対的に少ない発熱体が伝熱方向の上流側に位置し、発熱量の相対的に大きい発熱体が伝熱方向の下流側に位置するように直列配置された少なくとも１つの伝熱経路を含んでいる。
【００２３】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る電子機器の冷却構造について説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、本発明が適用される電子機器の例として、いわゆるノート型ＰＣなどの省スペース型パーソナルコンピュータを例にとって説明を行うこととする。
【００２４】
本発明の第１実施形態に係るノート型ＰＣの冷却構造について、図１〜図１５を参照しつつ、具体的に説明する。
【００２５】
図１は、本体部Ｘと、当該本体部Ｘに相対回転可能に連結される表示部Ｙとから構成されているノート型ＰＣの概略正面図である。なお、図１において、本体部Ｘの筐体１０の外形線、及び表示部Ｙの筐体２０の外形線は、二点鎖線で表示している。また、図２は、図１における要部拡大図である。
【００２６】
本体部Ｘには、図１に示したように、筐体１０内部で支持された回路基板１が配置され、当該回路基板１には、ノート型ＰＣを動作させるのに必要な電気・電子素子や集積回路、電子回路群などが搭載されるとともに、ノート型ＰＣの駆動時に発熱源となるＣＰＵやＭＰＵ、チップセットなどが配置されている。また、記憶部としてのハードディスクドライブや電源としてのバッテリ部などの他の発熱源も本体部Ｘに収容されている。なお、これ以降、本実施形態において、ノート型ＰＣの駆動時に発熱源となるＣＰＵやＭＰＵ、チップセットなど、及び、ハードディスクドライブやバッテリ部などを発熱量の大きいものから順に発熱体２ａ，２ｂ，…（後述する図８を参照）と称する。ただし、図１上では、最も発熱量が大きい発熱体２ａのみを冷却する構造を表す。
【００２７】
発熱体２ａには、図２に示したように、熱伝達ペースト３を介して受熱部４が熱的に接合されている。熱伝達ペースト３は、発熱体２ａと受熱部４との間の隙間を埋めることによって、発熱体２ａから生じる熱をより効率的に受熱部４に伝達するために設けられている。熱伝達ペースト３としては、サーマルコンパウンドなどが挙げられる。受熱部４は、発熱体２ａから回収した熱を効率的に伝熱手段５に伝達することにより、発熱体２ａに熱が蓄積するのを抑制するために設けられている。受熱部４としては、冷媒が内部を循環する構造を有する熱交換器や、アルミニウムや銅などの熱伝導性に優れた金属からなる伝熱ブロックなどが挙げられる。また、伝熱手段５としては、チューブに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒用ポンプを用いて循環させる構造、ヒートパイプ、アルミニウムや銅などの熱伝導性に優れた金属からなる金属材料などが挙げられる。
【００２８】
以下、本実施形態においては、図１及び図２に示したように、受熱部４として熱交換器、伝熱手段５としてチューブ５ａに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒循環用ポンプ５ｂを用いて循環させる構造を用いて説明を行う。
【００２９】
図３は、ノート型ＰＣの要部を拡大した概略側面図である。また、図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。なお、図３において、本体部筐体１０及び表示部筐体２０の内部構造を表すために一部を断面で表示している。
【００３０】
本実施形態におけるノート型ＰＣの冷却構造は、図３に示したように、発熱体２ａから生じる熱を、当該発熱体２ａに熱的に接合された熱交換器４内を循環する冷媒により回収し、チューブ５ａを介して表示部筐体２０内に設けられた断熱空間６に配置された放熱体７へ熱を伝搬し、当該放熱体７から熱をノート型ＰＣの外部に排出するものである。
【００３１】
断熱空間６は、図３に示すように、内部に空気の流路を有する断熱構造体４０により規定されている。断熱構造体４０は、筐体２０の前面壁２０ａ側に設けられたディスプレイユニット２１と、筐体２０の背面壁２０ｂとの間に設けられている。この断熱構造体４０は、図４によく表れているように、赤外線反射材により形成された内壁部４０ａと、当該内壁部４０ａを覆うように低熱伝導性材料により形成された外壁部４０ｂとからなる二重壁構造を有している。赤外線反射材としては、アルミニウムやステンレスなどが挙げられ、低熱伝導性材料としては、ガラスウールや石綿、発泡スチロール、発泡ウレタンなどが挙げられる。なお、断熱構造体４０は、上述のような二重壁構造に限らず、いずれか一方のみで構成してもよい。
【００３２】
断熱空間６を規定する断熱構造体４０は、図３に示すように、基端部（表示部Ｙ起立時の下端部）及び他端部（表示部Ｙ起立時の上端部）が開放されている。上記遊端部が筐体２０に設けられている空気取入口２１ａを介して断熱空間６内へ冷却用空気を流入させるための流入口４２ａとして機能し、遊端部が筐体２０に設けられている空気排出口２１ｂを介して外気へ空気を排出させるための流出口４２ｂとして機能する。また、断熱構造体４０の流入口４２ａには、ファン２２が取り付けられている。ファン２２としては、シロッコ型ファンなどが挙げられる。
【００３３】
断熱構造体４０内部の断熱空間６には、放熱体７としての熱交換器が配置されている。この熱交換器７は、冷媒流路７０と、複数のフィン７１とを有している。熱交換器７を構成する材料としては、熱伝導性に優れた材料、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅、チタン、ステンレスなどの金属、又はそれらの金属を含む合金などが挙げられる。
【００３４】
図５〜図６は、熱交換器７の一例を示す概略図であり、図５は、その正面図、図６は、その背面図である。また、図７は、図４に示す断面図の要部拡大図である。
【００３５】
図５に示したように、冷媒流路７０は蛇行状であり、両端の接続部７０ａにおいてチューブ５ａに接続されており、当該チューブ５ａから流入する冷媒が冷媒流路７０内を循環することにより当該冷媒が有する熱をフィン７１（図６参照）に効率的に伝達することができる構造を有している。また、図７によく表れているように、冷媒流路７０の内部断面は、略矩形状であり、その高さｈ₁は例えば２〜５ｍｍ、幅ｗ₁は例えば７〜１３ｍｍである。但し、冷媒流路７０の構造は、図５及び図７に示したものに限られない。
【００３６】
図６に示したように、フィン７１は、冷媒流路７０を循環する冷媒から回収した熱を空気中へ効率的に放熱するために放熱面積を向上させる目的で設けられており、ファン２２により断熱空間６（図３参照）に取り込まれた外気により強制空冷することができる構造を有している。また、図６及び図７によく表れているように、フィン７１は、略直方体状であり、その高さｈ₂は２〜５ｍｍ、厚さｔ₂は０．５〜１．５ｍｍ、配置ピッチｐ₂は５〜１５ｍｍである。但し、フィン７１の構造は、図６に示したものに限られない。
【００３７】
熱交換器４と放熱体７との間におけるチューブ５ａの引き廻しは、例えば次のように行われる。すなわち、図１及び図３に示したように、熱交換器４に接続されたチューブ５ａを、本体部Ｘに表示部Ｙを相対回転可能に連結するためのヒンジ部３０を介して表示部Ｙの筐体２０内に引き込み、当該筐体２０内の断熱空間６に配置された放熱体７（冷媒流路７０の接続部７０ａ）に接続するのである。
【００３８】
ヒンジ部３０は、図１に示したように、中空の構造を有しており、当該中空部分にチューブ５ａを貫通させることにより、引き廻しが行われている。このような構成にしたことにより、チューブ５ａは、回動動作に伴う負荷が加わることなく、本体部Ｘと表示部Ｙとの間を引き廻すことが可能となる。なお、ヒンジ部３０におけるチューブ５ａの引き廻し構造は上述のものに限られず、本体部Ｘに対する表示部Ｙの回動動作に伴う負荷がチューブ５ａに加わらない構造であればよい。
【００３９】
チューブ５ａとしては、ブチルゴム系チューブ、フッ素樹脂系チューブ、フッ素ゴム系チューブあるいはシリコンゴム系チューブなどのフレキシブルチューブなどが挙げられる。フレキシブルチューブは、柔軟性に優れているため、ノート型ＰＣの組み立て時における引き廻しを容易に行うことができる。
【００４０】
以上に説明したように、本発明の第１実施形態によれば、放熱体７が断熱空間６内に設けられているため、発熱体２ａで生じる熱が増大し、放熱体７がより高温となる場合においても、放熱体７近傍に存在するディスプレイユニット２１や筐体２０が加熱されるおそれが抑制される。従って、発熱体２ａにおける発熱量が増大しても、ディスプレイユニット２１が熱的な障害を受けるおそれが抑制されるとともに、筐体２０の外壁温度を人間工学的に好ましい温度範囲（例えば、４０℃以下）に保つのも比較的容易となる。
【００４１】
また、放熱体７が高温となっても、その熱が断熱空間６にとどまり、表示部筐体２０等への熱伝達の心配がないので、ファン２２を過剰に高速で回転させたり、過剰に大型化したりする必要はない。従って、電子機器の小型化や薄型化の要望に反することなく、発熱体２ａの高機能化や高速化を図ることができる。
【００４２】
さらに、断熱空間６という比較的限られた空間内でファン２２を用いて集中的に放熱を行うことによって、放熱体７ひいては発熱体２ａの冷却をより効率的に行うことができる。
【００４３】
本発明による以上の効果の確認のために、第１実施形態に係る構造を採用した場合において、次のような試験を行った。すなわち、厚さｔ₃が５ｍｍの銅製伝熱板に対して冷媒流路７０（ｈ₁：３ｍｍ、ｗ₁：１０ｍｍ）及びフィン７１（ｈ₂：３ｍｍ、ｔ₂：１ｍｍ、ｐ₂：１０ｍｍ）を形成することにより得られる熱交換器７と、シロッコ型ファン２２（商品名：ＵＤＱＦＭＭＨ０１、九州松下製）とを用いて、ノート型ＰＣを室温（２５℃）で駆動させた場合、発熱体２ａの温度は７０℃、フィン７１の表面温度は６５℃となったが、表示部筐体２０の外壁温度は３８℃であり、人間工学的に好ましい温度範囲に保たれた。しかし、同様の条件（室温）で、従来の冷却構造（発熱体２ａに直接設けた放熱フィンをファンで強制空冷する構造）を有するノート型ＰＣを駆動させた場合、発熱体２ａの温度は７０℃、放熱フィンの表面温度６０℃であり、当該放熱フィン近傍の表示部筐体２０の外壁温度は５０℃程度になるため、人間工学的に好ましい温度範囲に保つことが困難であった。
【００４４】
上述の第１実施形態においては、発熱体２ａのみについての冷却構造を示したものである。しかしながら、第１実施形態の第１変形例を示す図８に表れるように、複数の発熱体２ａ，２ｂ，２ｃからなる群より選択される２以上の発熱体を一連の冷却構造により冷却する構成にしてもよい。この場合、発熱体２ａ，２ｂ，２ｃから生じる熱の回収をより効率的に行うために、チューブ５ａの引き廻しを、発熱体２ａ，２ｂ，２ｃに対応する受熱部４ａ，４ｂ，４ｃが並列となるように行うことが好ましい。直列接続では、一つの受熱部を通過するごとに冷却媒体の温度が上昇し、その分だけ他の受熱部で受け取れる熱量が少なくなるからである。
【００４５】
また、第１実施形態の第２変形例を示す図９に表れるように、発熱体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのうち一部を直列に配列する必要がある場合は、発熱量の小さい発熱体（図９では、発熱体２ｄ）が上流側になるように配列するのが好ましい。上流の受熱部４ｄで受け取る熱量が少なければ、その分だけ下流の受熱部４ｃで受け取れる熱量が増加するからである。
【００４６】
上記第１実施形態において、放熱体７にペルチエ素子を接続してもよい。ペルチエ素子は、発熱面と吸熱面とを有しており、発熱面側を断熱空間６に開放し、吸熱面側で熱伝導性ペーストを介して放熱体７に、熱的かつ機械的に接続される。このような構成にすると、ペルチエ素子の作用により吸熱面から発熱面に熱を汲み上げて断熱空間６に放出するので、フィン７１による放熱作用よりも効率的に冷却を行える。
【００４７】
また、発熱体２ａと熱交換器４との間にペルチエ素子を介在させてもよい。この場合、ペルチエ素子は、発熱面側で熱伝導性ペーストを介して熱交換器４に熱的かつ機械的に接続され、吸熱面側で熱伝導性ペーストを介して発熱体２ａに、熱的かつ機械的に接続される。このような構成によっても、より効率的に冷却を行える。
【００４８】
また、ペルチエ素子の駆動電力を制御するためのシステムをさらに設けてもよい。この制御システムは、発熱体２ａの温度を監視する監視手段と、当該監視手段によって監視された発熱体２ａの温度が所定の温度に到達したか否かを判定する判定手段と、当該判定手段による判定結果に応じてペルチエ素子の駆動電力を制御する制御手段とを有している。このような構成にすると、ペルチエ素子における電力消費量を抑制できるのに加え、ペルチエ素子において生じる発熱量も抑制できる。
【００４９】
図１０及び図１１は、第１実施形態の第３変形例を示している。この第３変形例では、ファン２２を介して断熱空間６に冷却用空気を取り入れるための空気取入口２１ａにカバー２３を設けている。このような構成にすることにより、図１１に示すように、空気取入口２１ａが上向きとなる場合（すなわち、ノート型ＰＣを閉じた場合）においても、表示部筐体２０内への異物の侵入を抑制できる。従って、異物が筐体２０内に入ることにより生じる問題（ディスプレイユニット２１の劣化など）が発生し難くなり、信頼性が向上する。
【００５０】
図１２及び図１３は、第１実施形態の第４変形例を示している。この第４変形例では、筐体２０とカバー２３との間にヒンジ部２４を介在させることによって、表示部筐体２０に対してカバー２３を相対回転可能な構造にしている。このような構成によると、ノート型ＰＣの不使用時（図１２参照）に空気取入口２１ａをカバー２３により閉じることができ、筐体２０内への異物の侵入をより効果的に抑制できる。従って、異物進入による問題がより発生し難くなり、信頼性がさらに向上する。
【００５１】
図１４及び図１５は、第１実施形態の第５変形例を示している。この第５変形例では、表示部筐体２０に揺動可能に取り付けられたカバー２３と本体部筐体１０との間に一対のリンク２５ａ，２５ｂを介装している。より具体的には、各リンク２５ａ，２５ｂの一端部がカバー２３に回転自在に接続され、他端部が本体部筐体１０に回転自在に接続されている。この結果、両リンク２５ａ，２５ｂにより平行リンク機構２５が形成されることになり、表示部Ｙの開閉と連動してカバー２３が開閉することになる。このような構成によると、表示部Ｙを開くのとは別にカバーを開く作業をする必要がないのに加え、ノート型ＰＣの不使用時（表示部Ｙを閉じた状態）に空気取入口２１ａをカバー２３により自動的に閉じることができ、筐体２０内への異物の侵入も効果的に抑制できる。従って、当該構造を有するカバー２３を設けると信頼性に優れるとともに、利便性にも優れている。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態に係るノート型ＰＣの冷却構造について、図１６〜図１９を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明したノート型ＰＣの冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してあり、それらのものについての重複説明は省略する。
【００５３】
図１６〜図１８は、本体部Ｘと、当該本体部Ｘに相対回転可能に連結される表示部Ｙ及び放熱部Ｚとから構成されているノート型ＰＣを示しており、図１６はその正面図、図１７はその側面図であり、図１８は、図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面図である。なお、図１６において、本体部Ｘの筐体１０の外形線、及び表示部Ｙの筐体２０の外形線は、二点鎖線で表示している。
【００５４】
本体部Ｘは、図１６に示したように、筐体１０内に回路基板１及び発熱体２ａを備えている。第２実施形態では、発熱体２ａのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第１実施形態の第１変形例（図８）及び第２変形例（図９）に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
【００５５】
発熱体２ａには、図１６に示したように、熱伝達ペースト（図示せず）を介して受熱部４が熱的に接合されている。受熱部４は、発熱体２ａから回収した熱を伝熱手段５に伝達するために設けられている。
【００５６】
以下、第２実施形態においても、受熱部４として熱交換器、伝熱手段５としてチューブ５ａに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒循環用ポンプ５ｂを用いて循環させる構造を用いて説明を行うが、受熱部４及び伝熱手段５は、これらに限られない。
【００５７】
本実施形態の冷却構造は、熱交換器４に接続され且つ冷媒を充填したチューブ５ａを、冷媒循環用ポンプ５ｂと本体部Ｘに放熱部Ｚを相対回転可能に連結するためのヒンジ部５０（図１６及び図１７参照）とを介して放熱部Ｚの筐体６０内に引き廻し、当該筐体６０内に設けられた断熱空間６に配置された放熱体７に接続している。これにより、発熱体２ａから生じる熱を、当該発熱体２ａに熱的に接合された熱交換器４内を循環する冷媒により回収及び伝搬し、放熱体７から熱をノート型ＰＣの外部に排出するものである。
【００５８】
断熱空間６を規定する断熱構造体４０は、図１８に示すように、放熱部筐体６０の内部に設けられている。放熱部筐体６０は、筒状であり、一端部に空気取入口６０ａを有し、他端部に空気排出口６０ｂを有する。同様に断熱構造体４０も両端部が開放された筒状であり、図１８には明確に表れていないが、図４に示した２層の断熱構造になっている。断熱構造体４０の一端部は筐体６０の空気取入口６０ａを介して断熱空間６内へ冷却用空気を流入させるための流入口４２ａとなり、他端部は筐体６０の空気排出口６０ｂを介して外気へ空気を排出させるための流出口４２ｂとなっている。また、筐体６０の空気取入口６０ａ及び空気排出口６０ｂには、矢印Ａ方向に冷却空気を流すための軸流ファン２２’が取り付けられている。なお、軸流ファン２２’は、空気取入口６０ａ及び空気排出口６０ｂのいずれか一方にのみ設けるようにしてもよい。
【００５９】
図１８に示すように、断熱空間６には、放熱体７としての熱交換器が配置されている。この熱交換器７は、冷媒流路７０と、空気の流動方向（矢印Ａ方向）に沿って延びる複数のフィン７１とを有している。
【００６０】
以上の構成を備える第２実施形態の冷却動作原理は、前述した第１実施形態とほぼ同様であるので説明は省略する。第２実施形態においては、放熱部Ｚは、本体部Ｘにヒンジ部５０を介して揺動可能に連結されているので、チルト機構としての機能を追加的に発揮することができる。すなわち、放熱部Ｚを図１７に示すような収納状態から本体部Ｘに対して揺動させ、図１９に示すように、本体部Ｘを傾斜支持状態にすることにより本体部Ｘに適当な角度Ｃが付与され、ノート型ＰＣの操作性が向上する。また、図１７に示したように、放熱部Ｚが本体部Ｘの背後に収納された状態において、本体部Ｘの筐体１０の背面１０ａに設けられているインターフェースコネクタ（図示せず）などが覆われた状態になるとともに、図１９に示したように、放熱部Ｚを本体部Ｘに対して揺動させるとコネクタを露出させることができる。従って、放熱部Ｚは、コネクタカバーとしての機能も追加的に併せ持つことになる。
【００６１】
図２０及び２１は、第２実施形態の変形例を示す。この変形例は、図１６〜１９に示す冷却構造を省スペース型ＰＣに流用したものである。このデスクトップＰＣは、表示部兼本体部Ｘ’を有しており、この表示部兼本体部Ｘ’はその一方の側部にフロッピィディスクドライブやカードスロットなどのスロット部９を備えている。表示部兼本体部Ｘ’には、ヒンジ部５０を介して放熱部Ｚが揺動可能に連結されている。また、図示していないが、省スペース型ＰＣは、ワイヤレスキーボードも含んでいる。放熱部Ｚに関連する冷却構造は、図１６〜１９に示したものとほぼ同じであり、その説明は省略する。
【００６２】
上記変形例によれば、図２０に示すように、放熱部Ｚによりスロット部９を覆った状態と、図２１に示すように、放熱部Ｚを表示部兼本体部Ｘ’に対して揺動させてスロット部９を露出させた状態とを選択できる。従って、放熱部Ｚは、冷却機能に加えて、スロット部９を保護するためのスロットカバーとしての機能を併せ持つこととなる。
【００６３】
次に、本発明の第３の実施形態に係る省スペース型ＰＣの冷却構造ついて、図２２〜２９を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明した冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してある。
【００６４】
図２２〜図２５は、表示部兼本体部Ｘ’、当該表示部兼本体部Ｘ’に相対回転可能に連結される放熱部Ｚとから構成されている省スペース型ＰＣの概略図であり、図２２はその正面図、図２３はその右側面図、図２４はその左側面図、図２５はその背面図である。また、図２６〜図２７は、放熱部Ｚの拡大概略図であり、図２６はその正面図、図２７はその背面図である。さらに、図２８は、図２６及び図２７の線ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩに沿った断面図である。なお、図２２において表示部兼本体部Ｘ’の筐体１０’の外形線、図２６及び図２７において放熱部Ｚの筐体６０及びヒンジ部５０の外形線は、二点鎖線で表している。
【００６５】
表示部兼本体部Ｘ’は、図２２に示したように、筐体１０’内に回路基板１及び発熱体２ａを備えている。第３実施形態でも、発熱体２ａのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第１実施形態の第１変形例（図８）及び第２変形例（図９）に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
【００６６】
発熱体２ａには、図２２に示したように、熱伝達ペースト（図示せず）を介して受熱部４が熱的に接合されている。受熱部４は、発熱体２ａから回収した熱を伝熱手段５に伝達するために設けられている。
【００６７】
以下、第３実施形態においては、受熱部４として熱交換器、伝熱手段５としてチューブ５ａに冷媒を充填し、当該冷媒を冷媒循環用ポンプ５ｂを用いて循環させる構造を用いて説明を行うが、受熱部４及び伝熱手段５は、これらに限られない。
【００６８】
第３実施形態の冷却構造は、熱交換器４に接続され且つ冷媒を充填したチューブ５ａを、冷媒循環用ポンプ５ｂと表示部兼本体部Ｘ’に放熱部Ｚを相対回転可能に連結するためのヒンジ部５０（図２２〜図２６参照）とを介して放熱部Ｚの筐体６０内に引き廻し、当該筐体６０内に設けられた断熱空間６に配置された放熱体７に接続している。これにより、発熱体２ａから生じる熱を、当該発熱体２ａに熱的に接合された熱交換器４内の冷媒により回収及び伝搬し、放熱体７から熱を省スペース型ＰＣの外部に排出するものである。
【００６９】
断熱空間６は、図２８に示すように、内部に空気の流路を有する断熱構造体４０により規定されている。この断熱構造体４０の２層構造については、第１実施形態のものとほぼ同様であるので、ここでは説明しない。断熱構造体４０は、両端部が開放されており、そのうちの一端部が筐体６０に設けられている空気取入口６０ａ（図２５参照）を介して断熱空間６内へ冷却用空気を流入させるための流入口４２ａとなっており、他端部が筐体６０に設けられている空気排出口６０ｂ（図２４参照）を介して外気へ空気を排出させるための流出口（図示せず）となっている。また、図２８に示したように、空気取入口６０ａには、ファン２２が取り付けられている。なお、図２８においては、ファン２２は、２個取り付けられているが、取付け数はこれに限られず、１個でもよいし、３個以上でもよい。又はファン２２の取付け位置も空気取入口６０ａ付近に限られず、例えば空気排出口６０ｂ付近に取り付けてもよい。
【００７０】
断熱空間６には、図２８に示すように、放熱体７としての熱交換器が配置されている。この熱交換器７は、冷媒流路７０（図２７参照）と、空気の流動方向である矢印Ａ方向に沿って延びる複数のフィン７１（図２６参照）とを有している。
【００７１】
以上述べた第３実施形態に係る冷却構造においても、発熱体２ａで発生した熱を断熱空間６に導き、そこで集中的に冷却を行うようにしたので、第１実施形態の冷却構造と同一の利点が得られる。しかも、放熱部Ｚの筐体６０は、表示部兼本体部Ｘ’を傾斜支持するためのチルト脚としての機能も兼ね備えているので、冷却だけのために別途筐体を追加する必要もない。
【００７２】
次に、本発明の第４の実施形態に係るノート型ＰＣの冷却構造ついて、図２９〜図３２を参照しつつ具体的に説明する。これらの図においては、先に説明したノート型ＰＣあるいは省スペース型ＰＣの冷却構造と同一又は同種の部材又は要素については、同一の符号を付してある。
【００７３】
図２９は、本体部Ｘと、当該本体部Ｘに相対回転可能に連結される表示部Ｙとから構成されているノート型ＰＣを表す正面図である。図３０は、本体部Ｘの平面図である。図３１は、図３０の線ＸＸＸＩ−ＸＸＸＩに沿った断面図である。図３２は、図３０の線ＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩに沿った断面図である。なお、図２９〜図３０において、本体部Ｘの筐体１０の外形線、及び表示部Ｙの筐体２０の外形線は、二点鎖線で表示している。
【００７４】
本体部Ｘは、図２９に示したように、筐体１０内に回路基板１及び発熱体２ａを備えている。なお、本実施形態では、発熱体２ａのみを冷却する場合について説明するが、複数の発熱体を冷却する場合でも、第１実施形態の第１変形例（図８）及び第２変形例（図９）に示したのと同様の方法により冷却を行うことができる。
【００７５】
発熱体２ａには、図２９に示したように、熱伝達ペースト（図示せず）を介して受熱部４が熱的に接合されている。受熱部４は、発熱体２ａから回収した熱を伝熱手段５に伝達するために設けられている。
【００７６】
以下、本実施形態においては、受熱部４として伝熱ブロック、伝熱手段５としてヒートパイプを用いて説明を行うが、受熱部４及び伝熱手段５は、これらに限られない。なお、伝熱ブロック４には、図３０に示したように、ヒートパイプ５の一端部を挿入することができる穴４ａが設けられている。
【００７７】
本実施形態の冷却構造は、発熱体２ａから生じる熱を、当該発熱体２ａに熱的に接合された伝熱ブロック４を介して、当該伝熱ブロック４に一端部が接続されたヒートパイプ５により回収及び伝搬し、本体部Ｘの筐体１０内に設けられた断熱空間６に配置され且つヒートパイプ５の他端部が接続された放熱体７からノート型ＰＣの外部に排出するものである。
【００７８】
伝熱ブロック４とヒートパイプ５との接続方法としては、例えば、ヒートパイプ５の一端部を穴４ａに挿入する一方、伝熱ブロック４とヒートパイプ５とを溶接あるいはハンダ接合する方法が挙げられる。ただし、伝熱ブロック４とヒートパイプ５との接続方法は、上述の方法に限定されるものではなく、例えば、熱伝導性接着剤を介在させて伝熱ブロック４とヒートパイプ５とを接続させる方法でもよい。なお、更なる伝熱性能の向上を図る上で、伝熱ブロック４とヒートパイプ５との接続を行う際に両者の間に隙間が生じる場合は、当該隙間に熱伝導性ペーストを介在させることが好ましい。
【００７９】
放熱体７とヒートパイプ５との接続方法としては、例えば、図３１に示すように、放熱体７の平面部７ａにヒートパイプ５の他端部を接触させた状態において、ハンダ８０を用いて放熱体７とヒートパイプ５とをハンダ接合する方法が挙げられる。ただし、放熱体７とヒートパイプ５との接続方法は、上述の方法の他に、例えば、放熱体７とヒートパイプ５とを熱伝導性接着剤で張り付ける方法、放熱体７とヒートパイプ５とを溶接する方法、放熱体７の平面部７ａに溝を設けて、この溝にヒートパイプ５を圧入する方法、放熱体７の平面部７ａにヒートパイプ５を載置後、ヒートパイプ５に金属製の薄板を被せて熱伝導性接着剤により放熱体７、ヒートパイプ５及び金属製薄板を相互に接着する方法などがある。なお、更なる伝熱性能の向上を図る上で、放熱体７とヒートパイプ５との接続を行う際に両者の間に隙間が生じる場合は、当該隙間に熱伝導性ペーストを介在させることが好ましい。
【００８０】
断熱空間６は、図３１に示すように、内部に空気の流路を有し、内壁部４０ａと、外壁部４０ｂとからなる断熱構造体４０により規定されている。なお、断熱構造体４０は、上述のような二重壁構造の限らず、いずれか一方のみで構成してもよい。
【００８１】
断熱空間６を規定する断熱構造体４０は、図３２に示すように、両端部が開放されており、そのうちの一端部が筐体１０に設けられている空気取入口１０ｂを介して断熱空間６内へ冷却用空気を流入させるための流入口４２ａとなり、他端部が筐体１０に設けられている空気排出口１０ｃを介して外気へ空気を排出させるための流出口４２ｂとなっている。また、空気排出口１０ｃには、矢印Ａ方向に空気を流通させるための軸流ファン２２’が取り付けられている。なお、軸流ファン２２’は、空気取入口１０ｂ側に設けてもよいし、空気取入口１０ｂ及び空気排出口１０ｃの両方に設けるようにしてもよい。
【００８２】
図３２に示すように、断熱空間６に配置された放熱体７（全長Ｌ₄、全体幅ｗ₄）は、空気の流動方向（矢印Ａ方向）に沿って延びる複数のフィン７１（高さｈ₂、厚さｔ₂、ピッチｐ₂）を有している。
【００８３】
上記構成を有する第４実施形態の冷却構造において、例えば、フィン７１（ｈ₂：３０ｍｍ、ｔ₂：１ｍｍ、ｐ₂：２ｍｍ）を有する放熱体７（Ｌ₄：２００ｍｍ、ｗ₄：３０ｍｍ）と、軸流ファン２２’（商品名：ＵＤＱＦＢＤＢ０１、九州松下製）とを用いて、本実施形態において示した冷却構造を有するノート型ＰＣを室温（２５℃）で駆動させる試験を行った。その結果、発熱体２ａの温度は７０℃、フィン７１の表面温度は６０℃となるが、筐体１０の外壁温度は３５℃であり、人間工学的に好ましい温度範囲に保たれている。しかし、同様の条件（室温）で、従来の冷却構造（発熱体２ａに直接設けた放熱フィンをファンで強制空冷する構造）を有するノート型ＰＣを駆動させた場合、発熱体２ａの温度は７０℃、放熱フィンの表面温度６０℃であり、当該放熱フィン近傍の筐体１０の外壁温度は５０℃程度になるため、人間工学的に好ましい温度範囲に保つことが困難である。
【００８４】
また、第１実施形態において説明したのと同様の方法により、発熱体２ａと熱交換器４との間にペルチエ素子（商品名：ＦＰＨ１−１２７０７Ｔ、フジタカ製）を介在させて、本実施形態において示した冷却構造を有するノート型ＰＣを室温（２５℃）で駆動させた場合、フィン７１の表面温度は６０℃となるが、発熱体２ａの表面温度を３０℃まで下げることができる。従って、発熱体２ａがＣＰＵの場合、当該ＣＰＵの演算処理能力をより向上させることが可能となる。
【００８５】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、添付の請求の範囲に記載した発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
【図２】 図２は、同冷却構造の要部拡大図である。
【図３】 図３は、上記冷却構造の要部を拡大した概略側面図である。
【図４】 図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
【図５】 図５は、上記冷却構造の一部を構成する熱交換器の一例を示す概略正面図である。
【図６】 図６は、上記冷却構造の一部を構成する熱交換器の一例を示す概略背面図である。
【図７】 図７は、図４の断面図における要部拡大図である。
【図８】 図８は、第１実施形態の第１変形例を表す要部拡大図である。
【図９】 図９は、第１実施形態の第２変形例を表す要部拡大図である。
【図１０】 図１０は、第１実施形態の第３変形例を表す要部拡大側面図である。
【図１１】 図１１は、同第３変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
【図１２】 図１２は、第１実施形態の第４変形例を表す要部拡大側面図である。
【図１３】 図１３は、同第４変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
【図１４】 図１４は、第１実施形態の第５変形例を表す要部拡大側面図である。
【図１５】 図１５は、同第５変形例における電子機器の状態変化を表す要部拡大側面図である。
【図１６】 図１６は、本発明の第２実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
【図１７】 図１７は、図１６に示す冷却構造の要部拡大側面図である。
【図１８】 図１８は、図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図１９】 図１９は、図１６に示す電子機器の状態変化を表す概略側面図である。
【図２０】 図２０は、第２実施形態の第１変形例を表す斜視図である。
【図２１】 図２１は、同第１変形例における電子機器の状態変化を表す概略側面図である。
【図２２】 図２２は、本発明の第３実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
【図２３】 図２３は、図２２に示す電子機器の右側面図である。
【図２４】 図２４は、図２２に示す電子機器の左側面図である。
【図２５】 図２５は、図２２に示す電子機器の背面図である。
【図２６】 図２６は、図２２に示す冷却構造の要部拡大正面図である。
【図２７】 図２７は、図２２に示す冷却構造の要部拡大背面図である。
【図２８】 図２８は、図２６及び図２７の線ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩに沿った断面図である。
【図２９】 図２９は、本発明の第４実施形態に係る電子機器の冷却構造を表す概略正面図である。
【図３０】 図３０は、図２９に示す冷却構造の要部拡大平面図である。
【図３１】 図３１は、図３０の線ＸＸＸＩ−ＸＸＸＩに沿った断面図である。
【図３２】 図３２は、図３０の線ＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩに沿った断面図である。

Claims (9)

1. 筐体の内部に配置された少なくとも１つの発熱体において生じた熱を回収し、上記筐体の外部に放出することにより上記発熱体の冷却を行う電子機器の冷却構造であって、
   上記発熱体において生じた熱を回収する受熱部と、
   空気の流入口及び流出口を備え、かつ断熱部材により上記発熱体及び上記受熱部から断熱された断熱空間と、
   上記断熱空間内に設けられた放熱部と、
   上記受熱部において回収された熱を上記放熱部に伝搬するための伝熱手段と、
   上記断熱空間に強制的に空気流を発生させるファンとを備え、
   上記発熱体で生じた熱を、上記受熱部及び上記伝熱手段を介して、上記放熱部に伝搬し、上記断熱空間内で上記ファンを用いて集中的に放熱するように構成されており、
   上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、発熱量の相対的に少ない発熱体が伝熱方向の上流側に位置し、発熱量の相対的に大きい発熱体が伝熱方向の下流側に位置するように直列配置された少なくとも１つの伝熱経路を含んでいることを特徴とする、電子機器の冷却構造。
2. 上記断熱空間は、上記筐体の外部に上記伝熱手段を介して接続されている別の筐体に設けられている、請求項１に記載の電子機器の冷却構造。
3. 上記断熱空間は、上記筐体に角度を与える機能を有するチルト機構に設けられている、請求項１に記載の電子機器の冷却構造。
4. 上記断熱空間は、コネクタ及び／又はスロットを保護する機能を有する保護カバーに設けられている、請求項１に記載の電子機器の冷却構造。
5. 上記放熱部には、ペルチエ素子の吸熱面が接続されており、上記ペルチエ素子の発熱面は、上記断熱空間に露出している、請求項１に記載の電子機器の冷却構造。
6. 上記発熱体の温度を監視するための監視手段と、
   上記監視手段によって監視された上記発熱体の温度が所定の温度に到達したか否かを判定する判定手段と、
   上記判定手段による判定結果に応じて、上記ペルチエ素子、上記伝熱手段に含まれるポンプおよび上記ファンの各駆動電力を制御する制御手段と、をさらに備えている、請求項５に記載の電子機器の冷却構造。
7. 上記伝熱部材は、銅及び／又はアルミニウムからなる金属材料、ヒートパイプ、及び冷媒が内部を循環する冷媒流路からなる群から選択される、請求項１に記載の電子機器の冷却構造。
8. 上記断熱部材は、赤外線反射材からなる内層と、断熱材からなる外層とを含む２層構造を有する、請求項１に記載の電子機器の冷却構造。
9. 上記発熱体が複数個設けられており、前記伝熱手段は、当該複数の発熱体に対して接続された複数の並列な伝熱経路を含んでいる、請求項１に記載の電子機器の冷却構造。

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