JP4315187B2

JP4315187B2 - 携帯電子機器

Info

Publication number: JP4315187B2
Application number: JP2006312666A
Authority: JP
Inventors: 元気遠藤; 修中村; 雅治塩谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: JP2008130729A; CN101188924A; JP4894873B2; JP2009152631A; US20080117599A1

Description

本発明は、携帯電子機器に関する。

近年、モバイルＰＣに代表される携帯電子機器では、ＣＰＵの高速化などに伴い消費電力が増大している。また、携帯電話においても、送受信における情報量の増大や多機能化に伴い、消費電力が増大する傾向がある。又、デジタルカメラも、撮影画素の増大、長時間の動画撮影などにより消費電力が増大する傾向がある。そのために、これら電子部品からの発熱量も増大の傾向にある。

携帯電子機器の発熱量が増大することにより、機器の温度が上昇することを防ぐために、幾つかの冷却手段が提案されている。例えば、特許文献１には、ノートＰＣを冷却するために、ファンモーターの吸気口付近での乱流による損失を減少させ吸気効率を高める提案がなされている。

また、特許文献２には、熱伝導率の高い軽金属を利用し、ファンによる強制冷却を行うことなく、自然対流を利用して電子装置の十分な冷却を行うことが記載されている。更に特許文献３には、熱伝導率の高いマグネシウム合金を筐体へ利用し、筐体を介して外界に放熱することが提案されている。
特開２００１−７５６７７号公報特開２０００−３１６７６号公報特開２０００−２５３１１５号公報

しかしながら、ファンによる冷却は、強制冷却を行う場合に必要なファンに関連する雑音、電力消費、メンテナンスなどを回避するために設置場所の問題がある。また、携帯電話やデジタルカメラなど、余分な空間の少ない携帯機器には、不向きである。
また、熱伝導率の高い金属を筐体に利用しても、放熱が不十分であるために、ユーザが携帯情報機器の筐体をさわったときに不快感を覚えることが多い。

本発明の課題は、携帯電子機器の筐体からの放熱を高めることである。

請求項１に記載の発明は、電力の生産、蓄電または消費に伴い熱を発生する熱源と、
内部に前記熱源を収容する筐体基材と、前記筐体基材の外表面に設けられ、前記筐体基材よりも輻射率が高い輻射膜と、前記筐体基材のうち一の外表面に設けられた表示部と、前記筐体基材のうち前記一の外表面とは反対側に設けられ、前記熱源としての電池が収納される凹部を塞ぐ電池蓋と、を備え、前記筐体基材のうち前記一の外表面とは反対側の外表面のうち前記電池蓋上に前記輻射膜が設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、電力の生産、蓄電または消費に伴い熱を発生する熱源と、内部に前記熱源を収容する筐体基材と、前記筐体基材の外表面に設けられ、前記筐体基材よりも輻射率が高い輻射膜と、前記筐体基材のうち一の外表面に設けられた表示部と、前記筐体基材のうち前記一の外表面とは反対側に設けられたレンズと、前記レンズを駆動する前記熱源としてのレンズ駆動機構と、を備え、前記筐体基材のうち前記一の外表面とは反対側の外表面のうち前記レンズの周囲に前記輻射膜が設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の携帯電子機器であって、前記筐体基材は金属からなることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の携帯電子機器であって、前記筐体基材は、Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉのいずれかを主成分として含むことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の携帯電子機器であって、前記輻射膜は、波長１０μｍ以上の赤外線領域での輻射率が０．９以上であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の携帯電子機器であって、前記輻射膜は多孔質体状のＡｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする。

本発明によれば、携帯電子機器の筐体からの放熱を高め、ユーザが放熱による不快感を覚えることを抑制することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

〔第１実施形態〕
図１は本発明を適用した携帯電子機器１を示す要部断面図である。図１に示すように、携帯電子機器１は、電子部品等の熱源１０と、筐体２０とを備える。ここで、熱源１０としては、電力の生産、蓄電または消費に伴い熱を発生する電子部品が挙げられ、例えばＣＰＵ等の回路基板上の素子や、電池等の内部電源などの電子部品が挙げられる。

筐体２０は、筐体基材２１と、筐体基材２１の外表面に設けられた輻射膜２２とからなる。
筐体基材２１は電子機器１を制御する回路基板や電源等の熱源１０を収容するものであり、内部の熱源１０から効率よく熱伝導させるために、内部の熱源１０と接触させることが好ましい。筐体基材２１には熱伝導性の高い金属を用いることが好ましく、Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉのいずれかを主成分として含む金属材料、例えばＡｌ合金、Ｍｇ合金、Ｔｉ合金等を用いることが好ましい。このような金属材料を用いることで、内部の熱源１０からの熱を効率よく熱伝導させることができる。

このような熱伝導性が高い金属は、反射率が高いため、輻射率（＝１−反射率）が低くなる。このため、熱伝導性が高い金属を用いた筐体基材２１の外表面からの輻射が妨げられる。
以下、筐体基材２１について検討する。

図２は黒体（輻射率＝１）の温度を０℃、２０℃、４０℃、６０℃、８０℃とした場合の、黒体輻射の波長（μｍ）と輻射密度（Ｊ／ｍ³）との関係を示すグラフである。図２に示すように、０℃〜８０℃においては、輻射波長領域は、およそ５μｍ〜１００μｍに広がっており、輻射密度のピークは、およそ１０μｍ〜２５μｍの波長領域にある。もし筐体基材２１が黒体であるとすると、表面温度が０℃〜８０℃の筐体基材２１からほぼ同じ波長領域の赤外線が発生していると考えることができる。

図３は室温を２３℃としたときの、黒体の表面温度（℃）と、黒体の表面１０ｃｍ²からの放熱量（W）との関係を示すグラフである。例えば、黒体の温度が５０℃であれば、黒体の表面１０ｃｍ²からの放熱量は２W弱となる。もし筐体基材２１が黒体であるとすると、表面温度が０℃〜８０℃の筐体基材２１からほぼ同じ量の放熱がされていると考えられる。

しかし、筐体基材２１は黒体ではないため、実際の輻射率は１よりも低い。
一般に、物質の長波長側の輻射率はHagen-Rubensの式より、輻射率は以下の式（１）で表される。

ここで、εは誘電率、ωは角周波数（ω=2πν）、σは光学伝導度（ただし、ω=0）である。
（１）式より、輻射率は、周波数ωが少なくなるほど、すなわち波長λ（＝ｃ／ν）が長くなるほど小さくなる。したがって、長波長領域ほど輻射率が低い。
また、（１）式より、輻射率は、光学伝導度σが大きいほど小さくなる。したがって、光学伝導度が高い全ての金属及び導体の輻射率は小さい。
光学伝導度の長波長極限は電気伝導度と等しい、したがって、電気伝導性を有する全ての導体は、長波長領域において輻射率が低いことになる。故に、長波長領域の輻射材料は、絶縁体であることが望ましい。

そこで、本実施の形態では、筐体基材２１の外表面に輻射膜２２を設けている。輻射膜２２は、筐体基材２１の外表面に形成される。輻射膜２２には、高輻射率（波長１０μｍ以上の赤外線領域での輻射率が０．９以上）の輻射材料を用いることができる。

高輻射率の輻射材料は、基本的に絶縁体であればよく、作成方法が簡便である材料を選択することができ、ＳｉＯ₂やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）に代表される各種酸化物や、カオリン等の粘土鉱物などを用いることができる。例えばＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、カオリンやＲＦｅＯ₃（Ｒは希土類）等を用いることができる。
ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、カオリンを用いた輻射膜２２は、例えば高輻射材料を含有するエマルジョン液体を基板等に塗布し、乾燥させることでシート状に形成することができる。
また、ＲＦｅＯ₃（Ｒは希土類）を、硝酸塩熱分解法を使用したディップ法により筐体基材２１上に形成することで輻射膜２２とすることができる。

一方、電気伝導性を有するもの、例えば通常の金属や可視光領域で黒色に見えるグラファイトは、長波長領域において輻射率が低くなるため、輻射材料として用いることはできない。

また、輻射膜２２は、金属材料からなる筐体基材２１の輻射に対する影響を避けるために、不透明であることが好ましい。例えばＡｌ₂Ｏ₃を陽極酸化等の手法により、筐体基材２１の外表面に多孔質体状に形成することで、不透明な輻射膜２２を形成することができる。あるいは、細いグラスファイバーを用いた布を輻射膜２２として用いることもできる。

なお、輻射材料が透明である場合には、筐体基材２１からの輻射に対する影響を避けるために、輻射膜２２の厚さを１００μｍ以上とすることが好ましい。
以下、輻射膜２２について実施例を用いた検討結果を示す。

１．筐体基材
厚さ１．５ｍｍのＡｌ板またはＳＵＳ板により８７ｍｍ×５４ｍｍ×９ｍｍの筐体基材２１を作成し、その内部に、熱源１０として４８ｍｍ×３３ｍｍ×４．５ｍｍのヒータを内蔵する発熱体を収容した。
２．輻射膜
高輻射材料（輻射率０．９以上）としてＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃とカオリンを含有するエマルジョン液体を塗布、乾燥してシート状の輻射膜２２を形成した。
３．筐体表面温度の測定
ヒータへの投入電力（Ｗ）を変化させたときの、筐体表面温度（℃）を計測した。

４．結果
図４は筐体基材２１にＡｌ板を用いた場合、図５は筐体基材２１にＳＵＳ板を用いた場合の、輻射膜２２の有無によるヒータの発熱量（Ｗ）と筐体表面温度（℃）との関係を示すグラフである。ここで、ヒータの発熱量は投入電力である。

筐体基材２１にＡｌ板を用いた場合では、例えば投入電力が２Ｗでは、輻射膜２２がない場合は表面の温度が４７℃であったのに対し、輻射膜２２がある場合は表面の温度が３９℃まで低下した。
一方、筐体基材２１にＳＵＳ板を用いた場合では、例えば投入電力が２Ｗでは、輻射膜２２がない場合は表面の温度が５２℃であり、輻射膜２２がある場合でも表面の温度は４７℃までの低下にとどまった。
したがって、筐体基材２１に熱伝導率が高い材料を用い、筐体基材２１の外表面に高輻射率（波長１０μｍ以上の赤外線領域での輻射率が０．９以上）の輻射材料からなる輻射膜２２を用いることで、熱源１０からの熱を筐体基材２１により伝導させ、輻射膜２２からの輻射により効率的に放出させることができる。

なお、上記携帯電子機器１の内部電源として、電池を用いる代わりに、燃料電池装置を用いてもよい。燃料電池装置の発電時には、従来の電池よりも発熱量が増大するが、筐体基材２１の外表面に輻射膜２２が設けられているため、筐体２０の温度上昇を抑えることができる。
また、筐体基材２１として、金属のほかに、例えばプラスチック等の樹脂を用いてもよく、プラスチック等の樹脂を用いた筐体基材２１の外表面に輻射膜２２を設けてもよい。

〔第２実施形態〕
図６は本発明を適用した携帯電子機器の第２の実施形態として携帯電話機３０を示す三面図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。携帯電話機３０は、第一の筐体４０及び第二の筐体５０を備え、第一の筐体４０と第二の筐体５０とはヒンジ部６０を介して互いに折り畳み自在に連結されている。

第一の筐体４０の表側の面（折り畳み時に第二の筐体５０と対向する面）には、操作キー４１が設けられている。第一の筐体４０の内部には、図示しないメイン基板やキーパッド等が収納されている。
また、第一の筐体４０の裏面には、携帯電話機３０の内部電源となる電池パック（図示せず）が収納される凹部が設けられ、電池パックが収納された状態でこの凹部を蓋する電池蓋４２が設けられる。
第二の筐体５０には、液晶表示部５１，５２や内蔵カメラのレンズ部５３が設けられており、内部に図示しない液晶表示装置やレンズ駆動部が収納されている。

第一の筐体４０及び第二の筐体５０は、全部もしくは一部が、熱伝導性が高い薄肉の金属からなる筐体基材と、筐体基材の外表面に設けられた輻射膜とからなる。なお、輻射膜は、第一の筐体４０の操作キー４１、第二の筐体５０の液晶表示部５１，５２や内蔵カメラのレンズ部５３が設けられた部分を除き、外側全面に設けられている。
筐体基材には、第１の実施形態における筐体基材２１と同様の材料を用いることができる。輻射膜は、第１の実施形態における輻射膜２２と同様にして筐体基材の外表面に形成することができる。

このように、筐体基材の外表面に輻射膜を形成した第一の筐体４０及び第二の筐体５０を用いることで、メイン基板や液晶表示装置、電池パック等からの放熱を効率的に行うことができる。

なお、筐体基材の外表面の一部のみに輻射膜を設けてもよい。例えば、図７に示すように、電池蓋４２のみに輻射膜４０ａを設けてもよい。電池蓋４２のみに輻射膜４０ａを設けることで、もっとも発熱量が多い電池パックからの放熱を効率的に行うことができる。また、輻射膜４０ａを必要最低限量とし、輻射膜４０ａの材料を節約することができる。

〔第３実施形態〕
図８は本発明を適用した携帯電子機器の第３の実施形態としてデジタルカメラ６０を示す斜視図であり、（ａ）は前側部、（ｂ）は後側部である。デジタルカメラ６０の筐体７０の前部にはレンズ７１が突出しており、上部にはシャッターキー７２やファインダー７３、後面には操作キー７４、液晶表示部７５等が設けられている。筐体７０の内部には、レンズ７１の収納部（図示せず）や、熱源となる図示しないレンズ駆動機構、撮像装置、制御回路、内部電源等が収納されている。なお、レンズ駆動機構は、レンズ７１の近傍に収納されている。

筐体７０は、全部もしくは一部が熱伝導性が高い薄肉の金属からなる筐体基材と、筐体基材の外表面に設けられた輻射膜とからなる。なお、輻射膜は、レンズ７１、シャッターキー７２、ファインダー７３、操作キー７４、液晶表示部７５等が設けられた部分を除き、外側全面に設けられている。
筐体基材には、第１の実施形態における筐体基材２１と同様の材料を用いることができる。輻射膜は、第１の実施形態における輻射膜２２と同様にして筐体基材の外表面に形成することができる。

このように、筐体基材の外表面に輻射膜を形成した第一の筐体４０及び第二の筐体５０を用いることで、レンズ駆動機構、撮像装置、制御回路、内部電源等からの放熱を効率的に行うことができる。

なお、図９に示すように、筐体となる筐体基材のレンズ７１の周辺部分にのみ、すなわちレンズ駆動機構が内蔵される部分の近傍にのみ、輻射膜７０ａを設けてもよい。レンズ駆動機構が内蔵される部分の近傍にのみ輻射膜７０ａを設けることで、発熱量が多いレンズ駆動機構からの放熱を効率的に行うことができる。また、輻射膜７０ａを必要最低限量とし、輻射膜７０ａの材料を節約することができる。

〔第４実施形態〕
図１０は本発明を適用した携帯電子機器の第４の実施形態としてノート型のパーソナルコンピュータ８０を示す斜視図である。
パーソナルコンピュータ８０は、下筐体８１と、上筐体８２と、下筐体８１と上筐体８２とを結合するヒンジ８３と、電源部９０とを備える。下筐体８１と上筐体８２とはヒンジ８３により重ねて折り畳むことができるように構成されている。
下筐体８１には、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の電子部品から構成された演算処理回路が内蔵されるとともに、上筐体８２との対向面にキーボード（図示せず）が設けられている。上筐体８２には、下筐体８１との対向面に液晶ディスプレイ（図示せず）が設けられている。
下筐体８１のヒンジ８３よりも後部には、電源部９０を着脱自在とする装着部８４が設けられている。

図１１は電源部９０を示す平面図である。電源部９０は、本体部９１と、本体部９１に着脱自在な燃料カートリッジ９２，９２とを備える。本体９１の下筐体８１との対向面には、下筐体８１と接続されることで下筐体８１に電力を供給するインターフェース９３が設けられている。また、本体９１の燃料カートリッジ９２の装着部９４には、燃料カートリッジ９２と接続されるインターフェース９５が設けられている。

本体部９１の筐体内には、燃料電池装置が設けられている。燃料電池装置は、燃料と空気との反応エネルギーを電力エネルギーに変換する装置であり、例えば、燃料カートリッジ９２内から燃料や水を供給するポンプ、燃料を気化させる蒸発器、燃料の改質反応により水素を含むガス（改質ガス）を生成する改質器、改質反応の副生成物である一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器、改質ガス中の水素と空気中の酸素の反応エネルギーを電力エネルギーに変換する発電セル、等を備える。

本体部９１の筐体は、全部もしくは一部が熱伝導性が高い薄肉の金属からなる筐体基材筐体基材の外表面に輻射膜９１ａが形成されてなる。筐体基材には、第１の実施形態における筐体基材２１と同様の材料を用いることができる。輻射膜９１ａは、第１の実施形態における輻射膜２２と同様にして筐体基材の外表面に形成することができる。
このように、筐体基材の外表面に輻射膜９１ａを形成した筐体を用いることで、燃料電池装置からの放熱を効率的に行うことができる。

以上の実施形態においては、携帯電子機器として携帯電話機３０やデジタルカメラ６０について説明したが、本発明はこれらに限られず、例えばＰＤＡ、電子手帳、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といったその他の携帯電子機器に適用することができる。

なお、上記携帯電話機３０やデジタルカメラ６０の内部電源として、燃料電池装置を用いてもよい。燃料電池装置の発電時には、従来の電池よりも発熱量が増大するが、筐体基材２１の外表面に輻射膜２２が設けられているため、筐体２０の温度上昇を抑えることができる。

本発明を適用した携帯電子機器１を示す断面図である。黒体輻射の波長と輻射密度との関係を示すグラフである。室温を２３℃としたときの、黒体の温度（℃）と、黒体の表面１０ｃｍ²からの放熱量（W）との関係を示すグラフである。筐体基材２１にＡｌ板を用いた場合の、輻射膜２２の有無によるヒータの発熱量（Ｗ）と筐体表面温度（℃）との関係を示すグラフである。筐体基材２１にＳＵＳ板を用いた場合の、輻射膜２２の有無によるヒータの発熱量（Ｗ）と筐体表面温度（℃）との関係を示すグラフである。本発明の携帯電子機器の第２の実施形態を示す三面図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。本発明の携帯電子機器の第２の実施形態を示す三面図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図である。本発明の携帯電子機器の第３の実施形態を示す斜視図であり、（ａ）は前側部、（ｂ）は後側部である。本発明の携帯電子機器の第３の実施形態を示す斜視図であり、（ａ）は前側部、（ｂ）は後側部である。本発明の携帯電子機器の第４の実施形態を示す斜視図である。電源部９０を示す平面図である。

符号の説明

１携帯電子機器
１０熱源
２０，４０，５０，７０筐体
２１筐体基材
２２輻射膜
３０携帯電話機
４２電池蓋
６０デジタルカメラ

Claims

電力の生産、蓄電または消費に伴い熱を発生する熱源と、
内部に前記熱源を収容する筐体基材と、
前記筐体基材の外表面に設けられ、前記筐体基材よりも輻射率が高い輻射膜と、
前記筐体基材のうち一の外表面に設けられた表示部と、
前記筐体基材のうち前記一の外表面とは反対側に設けられ、前記熱源としての電池が収納される凹部を塞ぐ電池蓋と、を備え、
前記筐体基材のうち前記一の外表面とは反対側の外表面のうち前記電池蓋上に前記輻射膜が設けられていることを特徴とする携帯電子機器。
電力の生産、蓄電または消費に伴い熱を発生する熱源と、
内部に前記熱源を収容する筐体基材と、
前記筐体基材の外表面に設けられ、前記筐体基材よりも輻射率が高い輻射膜と、
前記筐体基材のうち一の外表面に設けられた表示部と、
前記筐体基材のうち前記一の外表面とは反対側に設けられたレンズと、
前記レンズを駆動する前記熱源としてのレンズ駆動機構と、を備え、
前記筐体基材のうち前記一の外表面とは反対側の外表面のうち前記レンズの周囲に前記輻射膜が設けられていることを特徴とする携帯電子機器。
前記筐体基材は金属からなることを特徴とする請求項１または２に記載の携帯電子機器。
前記筐体基材は、Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉのいずれかを主成分として含むことを特徴とする請求項３に記載の携帯電子機器。
前記輻射膜は、波長１０μｍ以上の赤外線領域での輻射率が０．９以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の携帯電子機器。
前記輻射膜は多孔質体状のＡｌ_２Ｏ_３であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の携帯電子機器。