JP4486853B2 - 電子機器冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器を冷却する電子機器冷却装置に関し、特に、油等の異物が空中に存在する環境での使用を考慮した装置に関する。

従来の電子機器冷却装置は、ＣＰＵ、電源装置といった発熱部品を冷却するために、一般には冷却ファンを備えている。例えば、特許文献１では、ＣＰＵにファンが取り付けられており、このファンがＣＰＵおよび隣接するチップセットを冷却している。また、電源装置およびその周辺を冷却するためにも別のファンが取り付けられている。これらのファンによってハウジング内の広い範囲に対して送風が行われる。

また、特許文献２では、ダクトを備えた冷却装置が提案されている。同文献では、ＬＳＩ専用のダクトが備えられており、このダクトが、ハウジング内の全体の空気流からＬＳＩファンの空気流を隔離し、これにより、ハウジング内の空気流へのＬＳＩファンの空気流の悪影響が回避されている。
特開２００３−１０８２６９号公報（第５、６ページ、図１） 特開平５−９５０６２号公報（第２、３ページ、図１）

しかしながら、従来の電子機器冷却装置においては、油等の空中の異物のハウジング内への侵入が考慮されていない。そのため、例えば、飲食店などの油が存在する環境で使用されると、油がファンでハウジング内にまき散らされてしまい、まき散らされた油が機器に悪影響を及ぼし得るという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、油等の異物の悪影響を低減しつつ、効率よい冷却が可能な電子機器冷却装置を提供することにある。

本発明の電子機器冷却装置は、ＣＰＵ搭載基板と発熱電子ユニットが収容されており、通風入口および通風出口が設けられたハウジングと、前記ＣＰＵ搭載基板のＣＰＵを冷却する冷却ファンが設けられたＣＰＵクーラーと、前記ＣＰＵクーラーを収容しており、前記通風入口に連結された前ダクトと、前記発熱電子ユニットのユニット放熱部を収容しており、前記前ダクトに連結されるとともに、前記通風出口に連結された後ダクトと、を備えている。ＣＰＵクーラーは例えばヒートシンクと冷却ファンである。また、発熱電子ユニットは例えば電源装置であり、ユニット放熱部は例えばヒートシンクである。

この構成により、ＣＰＵクーラーとユニット放熱部とが、ハウジングの通風入口から通風出口に至る一連のダクト内に配置され、ダクト内でＣＰＵクーラーの冷却ファンが送風を行う。したがって、油等の異物の悪影響を低減しつつ、効率よく冷却を行うことができる。

また、本発明の電子機器冷却装置では、前記前ダクトが樹脂製であり、前記後ダクトが金属製である。

この構成により、前ダクトでは、樹脂の熱伝導率が小さいことを利用して、ＣＰＵ搭載基板の近傍での熱の発散を抑えられる。後ダクトでは、金属の熱伝導率が大きいことを利用して、電子ユニットの発する熱をより多く発散できる。このようにして、ダクトからの熱の放出を場所によって適切にコントロールでき、冷却を効果的に行える。

また、本発明の電子機器冷却装置では、前記ＣＰＵ搭載基板が縦向きに配置されており、前記発熱電子ユニットが前記ハウジングの底部に沿って横長に設けられており、前記前ダクトが、前記ＣＰＵクーラーを通った空気を排出する排気口を下部に有しており、前記後ダクトが、前記排気口に連結された吸気口を有しており、前記吸気口から吸い込んだ空気を前記発熱電子ユニットに沿って横方向に導くように横長に設けられている。

この構成により、通風入口から入った空気流が、縦置き基板上のＣＰＵ用のクーラーを通り、続いて、下方の発熱電子ユニットのユニット放熱部に沿って横方向に進み、通風出口から出ていく。このようにして、ＣＰＵ搭載基板が縦に配置されるタイプの電子機器の冷却を適切に行える。

また、本発明の電子機器冷却装置において、前記前ダクトは、箱形のダクトボックスで構成されており、前記ダクトボックスは、前記ＣＰＵ搭載基板に沿った底面に、前記ＣＰＵクーラーが嵌合されたＣＰＵクーラー嵌合穴を備えている。この構成により、ＣＰＵ搭載基板上のＣＰＵ用のクーラーを適切にダクト内に配置できる。

また、本発明の電子機器冷却装置では、前記ダクトボックスが、前記ＣＰＵに隣接して前記ＣＰＵ搭載基板に搭載された発熱部品に備えられた部品放熱部が嵌合された放熱部嵌合穴をさらに備えている。発熱部品は、例えば、ＣＰＵに隣接したチップセットであり、部品放熱部がチップセットの放熱フィンである。この構成により、基板上に並んだＣＰＵおよび他部品のための冷却構造部分をダクト内に適切に配置でき、したがって、ＣＰＵ搭載基板に関連した適切な冷却用のダクトを提供できる。

また、本発明の電子機器冷却装置では、前記通風入口および前記通風出口がハウジングの側面に設けられている。この構成により、機器前面がディスプレイに覆われている場合でも、ダクトの配管を適切に設けることができ、冷却装置を電子機器に適切に設けることができる。

本発明は、上述のような構成の前ダクトと後ダクトを設けたことにより、油等の異物の悪影響を低減しつつ、効率よく冷却を行うことができるという効果を有する電子機器冷却装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の電子機器冷却装置について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態の電子機器冷却装置（以下、単に冷却装置という）が備えられた電子機器を図１に示す。本実施の形態では、電子機器１が、飲食店で使われるコンピュータ装置であり、油が使われる環境におかれる。そこで、以下に説明するように、空中の油の悪影響を受けにくいように冷却装置が構成されている。

図１において、電子機器１は、２点鎖線で示されるハウジング３を備えている。ハウジング３には、マザーボード５と電子ユニット７が収容されている。マザーボード５は、ＣＰＵ搭載基板であり、ＣＰＵが搭載されている。また、電子ユニット７は、発熱電子ユニットであり、本実施の形態では電子ユニット７が電源装置である。また、ハウジング３の外面には通風入口９および通風出口１１が備えられている。

ハウジング３には、さらに、ダクトボックス１３およびユニットダクト１５が収容されている。ダクトボックス１３が前ダクトに相当し、ユニットダクト１５が後ダクトに相当する。ここで、前ダクトおよび後ダクトは、それぞれ、通風入口から見て、空気の流れに沿って前側（上流側）のダクトおよび後側（下流側）のダクトを意味している。

ダクトボックス１３は、マザーザーボード５のＣＰＵを冷却するＣＰＵクーラーを収容している。ＣＰＵクーラーの冷却ファンもダクトボックス１３に収容されている。そして、ダクトボックス１３はハウジング３の通風入口９に連結されている。

ユニットダクト１５は、電子ユニット７のヒートシンクを収容している。ヒートシンクは、ユニット放熱部に相当する。また、ユニットダクト１５は、ダクトボックス１３に連結されるとともに、ハウジング３の通風出口１１に連結されている。

以上が本実施の形態の冷却装置の全体構成である。本冷却装置では、ダクトボックス１３内のＣＰＵクーラーの冷却ファンが回転すると、空気が通風入口９から吸い込まれ、ダクトボックス１３内を流れ、さらにユニットダクト１５内を流れて、通風出口１１から出ていく。これにより、ダクトボックス１３内のＣＰＵクーラーとユニットダクト１５内のヒートシンクに送風が行われ、ＣＰＵと電子ユニット７が冷却される。ダクトボックス１３およびユニットダクト１５で隔離された空間を空気が流れるので、空中の油のハウジング内への飛散や基板および部品等への油の付着を回避でき、油の悪影響を回避できる。

次に、本実施の形態の冷却装置の詳細な構成をさらに説明する。図２は、電子機器１の外観の斜視図である。図３は、電子機器１の正面図、図４、図５は側面図、図６は断面図である。ただし、これらの図面は、本実施の形態の説明を分かりやすくするために適宜簡略化されている。

図示のように、ハウジング３は、全体としてはＬ字型を有しており、すなわち、Ｌ字型の縦の棒に相当する本体部分２１と、横棒に相当するフロント部分２３で構成されており、フロント部分２３が本体部分２１の下方から前方に突き出している。ハウジング３の前面にはディスプレイ２５が取り付けられている。

通風入口９は、図３および図４に示されるように、ハウジング３の左側面に設けられている。通風入口９は、ハウジング３の上下方向の略中央であって、前方寄りに設けられている。また、通風出口１１は、図３および図５に示されるように、ハウジング３の右側面に設けられている。通風出口１１は通風入口９より下側にある。

マザーボード５は、図６に示されるように、ハウジング３内に収まるように縦向きに配置されている。また、電子ユニット７は、ハウジング３の底部であって、マザーボード５の前方に配置されている。電子ユニット７は、図３に示されるように、前方から見ると横長の形状を有しており、そして、ハウジング底部に沿って横方向に延びている。電子ユニット７は重いので、上記のように電子ユニット７をハウジング底部に配置することで、機器全体の重心が低くなり、安定性が確保されている。

図７は、マザーボード５の構成を示している。マザーボード５には、ＣＰＵ３１が搭載されており、ＣＰＵ３１にはＣＰＵクーラー３３が取り付けられている。ＣＰＵクーラー３３は、ヒートシンク３５と冷却ファン３７とで構成されている。ＣＰＵ３１の背面にヒートシンク３５が取り付けられ、ヒートシンク３５に冷却ファン３７が取り付けられている。ＣＰＵ３１が発する熱はヒートシンク３５へ伝達され、ヒートシンク３５のフィンから放出される。そして、ヒートシンク３５が、冷却ファン３７からの風で冷却される。

マザーボード５には、さらに、ＣＰＵ３１に隣接してチップセット３９が搭載されている。チップセット３９には放熱フィン４１が取り付けられている。チップセット３９が発熱部品に相当し、放熱フィン４１が部品放熱部に相当する。

図８は、電子ユニット７の構成を示している。電子ユニット７は、電源基板４３を備えており、そして、電源基板４３は放熱板４５に取り付けられている。放熱板４５の後端は図示のように上方に曲がっており、これにより壁部４７が形成されている。さらに、壁部４７の上端が前方に曲がっており、これにより棚部４９が形成されている。そして、棚部４９の上に、ヒートシンク５１が取り付けられている。ヒートシンク５１がユニット放熱部に相当する。ヒートシンク５１は、図示のように、横方向に延びる平行な複数のフィンを備えている。電源基板４３が発する熱は、放熱板４５を介してヒートシンク５１に伝わり、ヒートシンク５１のフィンから放出される。

次に、ダクトボックス１３について説明する。ダクトボックス１３は、図３および図６に示されるように、マザーボード５の前側であって、上下方向の略中央に設けられている。ダクトボックス１３は、樹脂製であって、プラスチック製であり、箱形の形状を有している。そして、ダクトボックス１３は、前方から見ると、ＣＰＵクーラー３３と放熱フィン４１とを覆う形状を有している。また、ダクトボックス１３を側方から見ると、ダクトボックス１３はマザーボード５とハウジング前面との間に挟まれている。そして、ダクトボックス１３の底面がマザーボード５に沿うように配置されている。

図９は、ダクトボックス１３の分解斜視図である。図示のように、ダクトボックス１３は、２分割構造を有しており、上ボックス６１と下ボックス６３で構成されている。また、ダクトボックス１３は、前方から見ると、クーラー収容領域６５、放熱フィン収容領域６７および排気口領域６９で構成されている。

クーラー収容領域６５は、ダクトボックス１３の左半部の領域である。クーラー収容領域６５では、底面７１にＣＰＵクーラー嵌合穴７３が設けられている。ＣＰＵクーラー嵌合穴７３はＣＰＵクーラー３３に対応する形状を有しており、ＣＰＵクーラー３３がＣＰＵクーラー嵌合穴７３に嵌合されて、ダクトボックス１３に収容されている。

より詳細には、ＣＰＵクーラー嵌合穴７３の縁部に沿うように四角形の筒部７５が設けられている。筒部７５は、ＣＰＵクーラー３３のヒートシンク３５のベースブロックに対応する形状を有している。筒部７５にベースブロックが囲まれ、ベースブロック上のフィンがダクトボックス１３の中に位置しており、冷却フィン３７もダクトボックス１３の中に位置している。

また、クーラー収容領域６５の側壁７７には、吸気口７９が設けられている。吸気口７９の周囲部分がハウジング３の側壁に連結されており、吸気口７９がハウジング３の通風入口９に対応する形状を有しており、これにより吸気口７９が通風入口９に連結されている。

放熱フィン収容領域６７は、ダクトボックス１３の右半部の領域である。放熱フィン収容領域６７では、底面７１に放熱フィン嵌合穴８１が設けられている。放熱フィン嵌合穴８１は、チップセット３９の放熱フィン４１に対応する形状を有しており、放熱フィン４１が放熱フィン嵌合穴８１に嵌合されて、ダクトボックス１３に収容されている。

より詳細には、放熱フィン嵌合穴８１は、放熱フィン４１のベース板に対応する形状を有しており、ベース板が放熱フィン嵌合穴８１に囲まれている。そして、ベース板上のフィンがダクトボックス１３の中に位置している。

ＣＰＵクーラー３３は、放熱フィン４１よりも、機器前後方向（マザーボード５に垂直な方向）の高さが大きい。この高さの差に応じた段差がダクトボックス１３に設けられており、すなわち、図示のように、クーラー収容領域６５の方が、放熱フィン収容領域６７よりも高くなっている。

排気口領域６９は、クーラー収容領域６５の下側の領域である。排気口領域６９の高さは、クーラー収容領域６５よりもさらに高くなっている。排気口領域６９では、排気筒８３が前方に突出しており、排気筒８３の先に排気口８５が設けられている。

次に、ユニットダクト１５について説明する。ユニットダクト１５は、図３および図６に示されるように、電子ユニット７のヒートシンク５１に対応する位置に設けられており、そして、ヒートシンク５１に沿った横長の形状を有している。

図１０は、ユニットダクト１５の斜視図である。ユニットダクト１５は、金属製であり、より詳細には鉄製である。また、ユニットダクト１５は、全体形状としては横長の直方体である。ユニットダクト１５は下方にフランジ８９を有している。フランジ８９が、ねじ等を使って、電子ユニット７の放熱板４５の棚部４９に固定されており、これによりユニットダクト１５が放熱板４５に取り付けられている。そして、ユニットダクト１５の底面８９が棚部４９に接している。

ユニットダクト１５の底面９１には、ヒートシンク嵌合穴９３が設けられている。ヒートシンク嵌合穴９３は、電子ユニット７のヒートシンク５１に対応する形状を有しており、ヒートシンク５１がヒートシンク嵌合穴９３に嵌合されて、ユニットダクト１５に収容されている。

より詳細には、底面９１のヒートシンク嵌合穴９３は、ヒートシンク５１のベース板に対応する形状を有しており、ベース板がヒートシンク嵌合穴９３に囲まれている。そして、ベース板上のフィンがユニットダクト１５の中に位置している。

ユニットダクト１５の背面９５には、吸気口９７が設けられている。吸気口９７は、ダクトボックス１３の排気口８５と対応する位置に設けられており、かつ、排気口８５と対応する形状を有しており、そして、吸気口９７と排気口８５が連結されている。

また、ユニットダクト１５の左側面には排気口９９が設けられている。ユニットダクト１５の左端がハウジング３に連結されており、かつ、排気口９９の形状がハウジング３の通風出口１１に対応しており、これにより、排気口９９が通風出口１１に接続されている。

以上に、本実施の形態のダクト部分の構成を説明した。なお、本実施の形態では、前ダクトであるダクトボックス１３と後ダクトであるユニットダクト１５が直接連結されている。しかし、本発明の範囲内で、前ダクトと後ダクトが適当な中間ダクトを介して連結されてもよい。また、前ダクトと通風入口も、直接連結されてもよく、また、適当な部材を介して連結されてもよい。同様に、後ダクトと通風出口１１も、直接連結されてもよく、また、適当な部材を介して連結されてもよい。

次に、本実施の形態の冷却装置の動作を説明する。電子機器１が作動すると、マザーボード５上のＣＰＵ３１およびチップセット３９が発熱し、また、電子ユニット４５も発熱する。ＣＰＵ３１の熱は、ＣＰＵクーラー３３のヒートシンク３５に伝達され、そして、ダクトボックス１３内にあるヒートシンク３５のフィンまで伝わる。チップセット３９の熱も、ダクトボックス１３内にある放熱フィン４１へと伝達される。また、電子ユニット４５の熱は、放熱板４５に伝わり、そして、放熱板４５の壁部４７および棚部４９を介してヒートシンク５１に伝わり、ユニットダクト１５内に位置するヒートシンク５１のフィンへと伝わる。

ＣＰＵクーラー３３の冷却ファン３７が回転すると、外部の空気が、ハウジング３の通風入口９に吸い込まれ、吸気口７９を通ってダクトボックス１３内に入る。侵入した空気は、まず、冷却ファン３７によってヒートシンク３５に吹き付けられ、ヒートシンク３５を冷却する。さらに、空気流は、ヒートシンク３５のフィンの隙間を通って横方向に進み、チップセット３９の放熱フィン４１に当たり、放熱フィン４１を冷却する。さらに、空気流は、ダクトボックス１３の下方の排気口８５に向かい、排気口８５を通り抜ける。空気流は、ユニットダクト１５の吸気口９７を通り、ユニットダクト１５内に入る。

そして、ユニットダクト１５では、空気流がダクト形状に沿うように横方向に曲がり、電子ユニット７のヒートシンク５１に沿って進む。このとき、ヒートシンク５１のフィンの隙間を空気流が通り抜け、これによりヒートシンク５１が冷却される。空気流は、ユニットダクト１５を通り抜けると、排気口９９および通風出口１１を通り抜けて、ハウジング３の外に出ていく。

上記の冷却過程では、空気流がダクト内を流れているので、ハウジング内への油分の飛散や基板および部品等への油分の付着を防止でき、油分の悪影響を低減できる。

また、ダクトボックス１３が樹脂製であり、樹脂の熱伝達率が小さいので、ダクトボックス１３ではダクト内からダクト外への熱の発散が抑制されている。これにより、マザーボード５等への熱の発散は少なく抑えられる。

これに対して、ユニットダクト１５は金属製であり、より詳細には鉄製であり、ユニットダクト１５では熱伝達率が大きい。したがって、ダクト内からダクト外へ積極的に熱が放出される。

ここで、ユニットダクト１５内の空気は、既にダクトボックス１３である程度暖められている。さらに、電子ユニット１５は電源装置であり、発熱量が大きい。そこで、ユニットダクト１５では、上記のように金属材料を適用することで、積極的に熱をダクト外に逃がし、温度を低減している。

以上に、本実施の形態に係る冷却装置について説明した。本実施の形態によれば、前ダクトであるダクトボックス１３と後ダクトであるユニットダクト１５が連結されて、ハウジング３の通風入口９から通風出口１１に至る一連のダクトを形成している。このダクト内でＣＰＵクーラーが冷却ファンで冷却されるので、空気中の油分等の異物の悪影響を低減できる。さらに、電子ユニット７の放熱部もダクト内に配置されており、ＣＰＵクーラーの冷却ファンで冷却できる。このようにして、異物の悪影響を低減しつつ、効率よく冷却を行うことができる。

また、ＣＰＵクーラーの冷却ファンで上記のようにＣＰＵに加えて電子ユニットをも効率よく冷却しているので、電子機器全体のファン騒音を低減でき、また、電子機器の小型化が可能となる。

また、本実施の形態では、前ダクトが樹脂製で、後ダクトが金属製であり、これにより、上述したように、マザーボード付近ではダクトからの熱の流出を抑え、電子ユニット付近では積極的にダクトから熱を逃がすことができる。ダクトからの熱の放出を場所によって適切にコントロールでき、冷却を効果的に行える。

また、本実施の形態では、通風入口から入った空気流が、縦置き基板上のＣＰＵ用のクーラーを通り、続いて、下方の発熱電子ユニットのユニット放熱部に沿って横方向に進み、通風出口から出ていくというように一連の前ダクトおよび後ダクトが構成されており、これにより、ＣＰＵ搭載基板が縦に配置されるタイプの電子機器の冷却を適切に行える。

また、本実施の形態では、ダクトボックス１３の底面がＣＰＵ搭載基板に沿っており、この底面にＣＰＵクーラー嵌合穴が備えられており、これにより、ＣＰＵクーラーを適切にダクト内に配置できる。

また、本実施の形態では、さらに、ＣＰＵに隣接したチップセットのような発熱部品の放熱部のための勘合穴もダクトボックス１３の底面に備えられている。これにより、基板上に並んだＣＰＵおよび他部品のための冷却構造部分をダクト内に適切に配置でき、したがって、ＣＰＵ搭載基板に関連した適切な冷却用のダクトを提供できる。

また、本実施の形態では、通風入口９および通風出口１１がハウジング３の側面に設けられており、これにより、機器前面がディスプレイに覆われている場合でも、ダクトの配管を適切に設けることができ、冷却装置を電子機器に適切に設けることができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施の形態を変形可能なことはもちろんである。

以上のように、本発明にかかる電子機器装置は、油等の異物の悪影響を低減しつつ、効率よく冷却を行うことができるという効果を有し、飲食店等の電子機器用の冷却装置として有用である。

本発明の実施の形態に係る電子機器冷却装置が備えられた電子機器の斜視図 本発明の実施の形態に係る電子機器冷却装置が備えられた電子機器の外観図 電子機器の正面図 電子機器の左側面図 電子機器の右側面図 電子機器の断面図 ＣＰＵが搭載されたマザーボードの斜視図 電子ユニットの斜視図 ダクトボックスの分解斜視図 ユニットダクトの斜視図

符号の説明

１ 電子機器
３ ハウジング
５ マザーボード
７ 電子ユニット
９ 通風入口
１１ 通風出口
１３ ダクトボックス
１５ ユニットダクト
３１ ＣＰＵ
３３ ＣＰＵクーラー
３５ ヒートシンク
３７ 冷却ファン
３９ チップセット
４１ 放熱フィン
４３ 電源基板
４５ 放熱板
５１ ヒートシンク
７３ ＣＰＵクーラー嵌合穴
８１ 放熱フィン嵌合穴
９３ ヒートシンク嵌合穴

Claims (5)

1. ＣＰＵ搭載基板と発熱電子ユニットが収容されており、通風入口および通風出口が設けられたハウジングと、
   前記ＣＰＵ搭載基板のＣＰＵを冷却する冷却ファンが設けられたＣＰＵクーラーと、
   前記ＣＰＵクーラーを収容しており、前記通風入口に連結された前ダクトと、
   前記発熱電子ユニットのユニット放熱部を収容しており、前記前ダクトに連結されるとともに、前記通風出口に連結された後ダクトと、
   を備え、
   前記前ダクトが樹脂製であり、前記後ダクトが金属製であることを特徴とする電子機器冷却装置。
2. 前記ＣＰＵ搭載基板が縦向きに配置されており、前記発熱電子ユニットが前記ハウジングの底部に沿って横長に設けられており、前記前ダクトが、前記ＣＰＵクーラーを通った空気を排出する排気口を下部に有しており、前記後ダクトが、前記排気口に連結された吸気口を有しており、前記吸気口から吸い込んだ空気を前記発熱電子ユニットに沿って横方向に導くように横長に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器冷却装置。
3. 前記前ダクトは、箱形のダクトボックスで構成されており、前記ダクトボックスは、前記ＣＰＵ搭載基板に沿った底面に、前記ＣＰＵクーラーが嵌合されたＣＰＵクーラー嵌合穴を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器冷却装置。
4. 前記ダクトボックスが、前記ＣＰＵに隣接して前記ＣＰＵ搭載基板に搭載された発熱部品に備えられた部品放熱部が嵌合された放熱部嵌合穴をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の電子機器冷却装置。
5. 前記通風入口および前記通風出口がハウジングの側面に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電子機器冷却装置。

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