JP4685692B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ディスクドライブ装置の騒音と温度上昇の抑制を図る冷却装置に係わり、大容量で高転送速度のディスクドライブ装置を搭載可能にした電子機器に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータや、ＤＶＤレコーダなどにおいては、処理する情報の多様化，高画質化にあり、この情報を記録するハードディスクドライブ装置（以下ＨＤＤと記す）は、大容量で高転送速度を要求されている。さらには、電子機器の小型化要求に対応して、ＨＤＤの磁気ディスク径は、より小型化のものが期待されている。

よって、ＨＤＤのデータ転送速度を高めるためには、記録媒体の磁気ディスクを高速回転させることになり、磁気ディスクを回転するモータの回転速度が大きくなる。このモータの回転速度を大きくすることは、モータのステータコイルから発生する熱を増加させるとともに、回転軸と軸受けにおける摩擦熱を増加させる。

この磁気ディスクの高速回転によって発生した熱は、筐体と蓋体で磁気ディスクを密閉したＨＤＤの内部空間において滞留してしまう。この滞留する熱をＨＤＤから放出するために、ＨＤＤの筐体や蓋体は、放熱性の良い材質の使用や、熱伝達を高める放熱用のフィン等の構造的な工夫が図られている。さらには、ファン等による強制風流をＨＤＤに通風する等の方法によって電子機器の本体ケース外に排出する等の対応がなされている。

このＨＤＤの冷却に関して、ＨＤＤ自体の筐体構造によって放熱効果を高める工夫をした例として、例えば特開２００４−７９０４８号公報(特許文献１)がある。また、ＨＤＤから発生した熱を電子機器の本体ケースに熱伝導して放熱する工夫をした例として、例えば、特開平９−１１５２７９号公報（特許文献２）がある。

一方、ＨＤＤの大容量化は、磁気記録密度の向上によるところが大きいが、磁気記録密度を向上する技術開発のスピードよりも市場での大容量化への要望のスピードが速いために、現実の電子機器では複数個のＨＤＤを搭載して対応されている。これら複数のＨＤＤを収納する電子機器においては、電子機器の小型化の阻害要因であるためＨＤＤの搭載スペースの最小化とともに、ＨＤＤの冷却方法も小型化の観点で大きな要因となるため、高転送速度のディスクドライブ装置に対応するため冷却装置の冷却効率を上げながら省スペース化を図る必要がある。例えば、特開２００５−１８９２６号公報（特許文献３）には、ディスクドライブ装置だけを多数個収納するディスクアレイ装置であるが、ＨＤＤの冷却をヒートパイプによる熱伝導によって行うことで、ＨＤＤの載置された間に設ける冷却風の通風路を割愛した例が開示されている。

さらには、電子機器の発熱体の冷却方法において、ファンによる風きり音や、ＨＤＤの動作音の騒音を抑制する観点から冷却装置の配置を工夫した例として、例えば、特開2005−３２１９９９号公報（特許文献４）が開示されている。

特開２００４−７９０４８号公報 特開平９−１１５２７９号公報 特開２００５−１８９２６号公報 特開２００５−３２１９９９号公報

本発明の目的は、冷却性能を向上させた光ピックアップを提供することにある。

特許文献１に記載の内容は、ＨＤＤの冷却をＨＤＤの筐体自体の形状を工夫して一般的な任意の冷却装置によって容易に行えるようにしとたものであり、ＨＤＤの筐体の内側部に熱伝達用のフィンを設けてＨＤＤ内部で発生した熱をこのフィンによりＨＤＤの筐体に熱伝達し、ＨＤＤの筐体のフィンと対向した筐体の外面に任意の冷却装置の受熱部材を取り付ける構造を設け、筐体に熱伝達された熱を冷却装置の受熱部に熱伝達し冷却するものである。このＨＤＤの冷却は、ＨＤＤ側において冷却への対応を考慮しているが、具体的な冷却方法や、冷却装置に伴う課題や対策は検討されていない。すなわち、ＨＤＤの冷却装置は一実施例としてヒートパイプとして開示されているが、一般的な液冷方式の冷却装置により対応することも想定される。しかし、電子機器に複数個のＨＤＤを搭載する場合の配置スペースや、ＨＤＤの動作音についての課題は対応されていない。

特許文献２に記載のＨＤＤの冷却は、ＨＤＤで発生する熱を熱伝達部材を介して電子機器の本体ケース壁に熱伝達して筐体放熱する構造として記載されている。ここで、熱伝達部材によって、ＨＤＤと放熱部材との熱接続を確実にする方法として押圧力を与えることや、熱伝達部材に液体冷媒を封入したものを使用することにも記載されている。しかし、このＨＤＤの冷却方法については、単体のＨＤＤの筐体放熱による冷却における熱伝導の向上について記載されたのものであり、ＨＤＤを複数個搭載する場合のスペースについての課題や、ＨＤＤの動作音についての問題には何ら対応されていない。

特許文献３に記載のＨＤＤの冷却は、複数個のＨＤＤを収納するディスクアレイ装置における複数個のＨＤＤを冷却するものであり、複数個のＨＤＤに対応した冷却方法について記載されている。各ＨＤＤの発熱部にヒートパイプを熱接続させて、熱コネクタまで熱移送し、放熱部で空冷により冷却する方法としている。発熱部にヒートパイプを接続することにより複数個載置されたＨＤＤ間に設ける冷却風の通風路を割愛し、電子機器の積載方向の小型化に対応している。また、熱コネクタを介して移送された熱はＨＤＤを載置している後方部に設けた放熱部により一括して冷却させる構造によってＨＤＤの電子機器への着脱やＨＤＤへの配線パターンの形成に関する容易性をもたらすメリットを有するが、各ＨＤＤ毎にヒートパイプを設ける必要性があり、冷却装置の簡素化や、ＨＤＤの動作音等への対応については考慮されていない。

特許文献４は、ＨＤＤの動作音やファンの騒音について考慮したものであり、電子機器を２つの空間に分割し、発熱体のＣＰＵとヒートシンクを離して配置する構造としている。しかし、ＨＤＤを搭載した側の空間にも、ヒートシンク側の空間においてもファンを備えて、筐体に空気の通風孔を設けているため、完全な遮音は考慮されていないし、複数のＨＤＤを冷却する方法も従来のファンによる通風によって冷却する内容に留まっている。

本発明の目的は、電子機器に搭載されるＨＤＤを大容量で高速転送としながら、それにより増加する熱を冷却するためのスペースを増大させることなく効率良く冷却し、動作音の外部への漏洩を遮断し清音化を図った電子機器を提供することにある。

上記目的は、本体ケースの内部にハードディスクドライブ装置を備え、このハードディスクドライブ装置の発熱部と熱接続して内部を通流する冷媒によって受熱する受熱部と、前記冷媒で受熱した熱を放熱する放熱部材と、ポンプによって前記冷媒が循環する配管によって前記受熱部と前記放熱部とが接続された冷却装置を備えた電子機器において、２つ備えられた前記ハードディスクドライブ装置であり、前記ハードディスクドライブ装置がそれぞれを挿入される保持枠体と、前記ハードディスクドライブ装置を前記保持枠体の内部で一方向に押圧する押圧部材と、前記ハードディスクドライブ装置と前記受熱部材とを熱接続するための熱伝導部材を設置可能にするために前記保持枠体のそれぞれに設けられた開口部とを備え、前記ハードディスクドライブ装置が前記保持枠体に挿入された状態では、前記押圧部材の弾性変形力によって前記ハードディスクドライブ装置が前記受熱部材に押圧されて前記熱伝導部材が弾性圧縮されて前記受熱部材と前記ハードディスクドライブ装置とが熱接続されることにより達成される。

また上記目的は、前記保持枠体を防音材で囲んで密閉室としたことにより達成される。

本発明によれば、電子機器に搭載されるＨＤＤを大容量で高速転送としながら、それにより増加する熱を冷却するためのスペースを増大させることなく効率良く冷却し、動作音の外部への漏洩を遮断し清音化を図った電子機器を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明におけるＨＤＤとその冷却装置を搭載した電子機器の概略構成を模式的に示した正面図である。

図２は、本発明に搭載されるＨＤＤの構成概略図である。

図３は、本発明のＨＤＤを装着する装着枠体と、装着枠体に装着されるＨＤＤの関係を示した正面図である。

図４は、本発明の冷却装置の受熱部材の実施例における断面図である。

図５は、従来の冷却装置と本発明の冷却装置におけるＨＤＤの装着状態比較図である。

図１において、電子機器１の構成を詳細に説明する。電子機器１の本体ケース２の内部には、回路基板３，ＨＤＤ４，光ディスク装置５，電源６等を搭載している。回路基板３にはＣＰＵ７が載置されている。さらに、電子機器１に搭載された発熱体を冷却するための冷却装置８を有している。

ここで、本発明の問題解決の対象とした被冷却体は、電子機器１に搭載された発熱体のうちでＨＤＤ４としている。勿論、ＣＰＵ７も発熱体であり、ＣＰＵ７をあわせて冷却対象とする場合には、冷却装置８の循環流路内にＣＰＵ７と熱接続する受熱部材を接続して、冷媒の循環を制御してＨＤＤ４とともに冷却することが可能であるが、本発明では、
ＨＤＤ４の高転送速度化に伴うモータの高速回転による騒音と発熱を抑制することを主目的として説明し、冷却装置８によりＣＰＵ７を冷却しているか否かは、ＨＤＤ４の冷却に関して相違する部分を有しないので説明を割愛する。

次に電子機器１に搭載された冷却装置８について説明する。冷却装置８は、被冷却体であるＨＤＤ４と熱接続して内部を通流する冷媒によって受熱する受熱部材８１と、冷媒で受熱した熱を放熱する放熱部材８２とを有し、ポンプ８３によって駆動される冷媒が循環するように配管８４によって接続されている。さらには、循環流路の途中には冷媒を貯留するタンク８５を有している。ここで、放熱部材８２は、受熱部材８１で受熱した熱を本体ケース２の外に排出するために本体ケース２の外壁部に放熱部材８２の一部あるいは全部を突出させて設置している。ここで、受熱部材８１は、複数個のＨＤＤ４を搭載するように構成された電子機器１に対応して、２つのＨＤＤ４を１つの受熱部材８１で冷却するように表裏平面を受熱面８１１として構成されている。

ここで、ＨＤＤ４と受熱部材８１は、熱伝導部材１３を介して熱接続した状態で、HDD4の保持枠体９によって保持されている。さらには、このＨＤＤ４と受熱部材８１は保持枠体９に保持された状態で、密閉室１０の内部に包含して載置されて、電子機器１に搭載されている。密閉室１０の内側には、防音材１１を設けることにより防音効果をより高めることが可能であり、防音材１１を設置することが好ましい。

この冷却装置８の循環流路において、電子機器１内のＨＤＤ４以外のＣＰＵ７を含む他の発熱体の冷却の対応した受熱部材８１を保有して発熱体の熱を受熱し、放熱する構成とした場合には、電子機器１内部の発熱体の熱も冷却装置８により本体ケース２の外部に放出することができるので、本体ケース２で電子機器１を密閉状態とすることが可能となる。電子機器１自体も密閉構造とすることは、ＨＤＤ４の騒音に対する外部への防音効果はさらに高めることが可能となるとともに、電子機器１への外部からのごみや塵埃の混入を防止できるため、塵埃等を嫌う電子機器１においてはより好ましいものとなる。

また、ＨＤＤ４をさらに増設するように構成されている電子機器１の場合には、同様な受熱部材８１を循環流路に接続されて設置しておくことになる。この場合、密閉室等の関係も同様である。

図２において、本発明の被冷却体であるＨＤＤ４の構造を説明する。

一般的にＨＤＤ４は、積層配置した複数枚の磁気ディスク４１をモータ４２の回転体に固定して、モータ４２を所定の回転数で回転させ、磁気ディスク４１上に記録された情報を磁気ヘッド４３によって読み出すようにしたものである。このＨＤＤ４は、電子機器１への装着を容易にするために側体４４，蓋体４５と底体４６（側体４４と蓋体４５、あるいは底体４６が一体であってもよく、以下、全体で筐体と称す）で略直方体形状に密閉構造として形成されている。筐体の下部には、モータ４２及び磁気ヘッド４３の駆動制御回路等を含む回路基板４６を搭載している。

ＨＤＤ４の高転送速度化は磁気ディスク４１の回転速度を高めて駆動して対応される。このためモータ４２の高速回転によりステータコイルや軸受けからの熱の発生も増加するが、発生した熱は、まずモータ４２の上部における蓋体４５のモータ保持部領域４５１に熱伝達され、蓋体４５全体に熱拡散されることになる。

よって、ＨＤＤ４の冷却は、このＨＤＤ４の蓋体４５のモータ保持部領域４５１に冷却装置８の受熱部材８１を熱接続して受熱させて行う。

図３によって、ＨＤＤ４と受熱部材８１とを熱接続させる構成について説明する。図３の（ａ）は、ＨＤＤ４が保持枠体９に装着されていない状態を示したものであり、図３の（ｂ）は、ＨＤＤ４が上下２段の保持枠体９の枠内に装着されている状態を示したものである。

保持枠体９は、ＨＤＤ４の２側面と２水平面を囲んで保持し、前面に挿入開口部９１を有するように構成された略直方体外形を形成する枠体であり、保持枠体９の一方の水平壁面９２には、保持枠体９に挿入されたＨＤＤ４の下面部に当接して一方向に押圧する押圧部材１２を設けてあり、対向する他方の水平壁面９３には、ＨＤＤ４と受熱部材８１とを熱接続するための熱伝導部材１３を設置可能にする開口部９４を設けてある。

ここで、図３の（ａ）にみるように、ＨＤＤ４の保持枠体９は、２つの各々のＨＤＤ４を発熱部が対面して装着可能なように互いの保持枠体９の上下関係を逆さにして組み合された構造としてあり、互いの開口部９４は対面している。２つの保持枠体９の間には受熱部材８１が挟持されており、２つの保持枠体９と受熱部材８１とは図示されない固定部材によって位置決めして保持されている。

受熱部材８１の両受熱面８１１には、熱伝導部材１３が接着等により取り付けられている。熱伝導部材１３の厚さは保持枠体９の他方の水平壁面９３の板厚さよりも厚い構造として、保持枠体９の開口部９２よりＨＤＤ４の挿入空間にわずかｈだけ突出する構成としている。

図３の（ｂ）にみるように、ＨＤＤ４が保持枠体９に挿入された状態においては、押圧部材１２の弾性変形力によって、ＨＤＤ４が受熱部材８１に押圧されて、熱伝導部材１３が弾性圧縮されて受熱部材８１とＨＤＤ４の熱接続を安定かつ確実に行っている。図３の（ｂ）では、２つの保持枠体９のそれぞれにＨＤＤ４が装着されて、２つのＨＤＤ４からの発熱を受熱部材８１の両受熱面８１１によって熱伝導され、受熱部材８１の内部を通流する冷媒によって受熱して、放熱部材８２まで熱移送し、放熱し、冷媒の循環による熱移送によって被冷却体を冷却しているが、どちらか一方の保持枠体９だけにＨＤＤ４を挿入した状態において使用されても良い。この場合、発熱量が半減するために、受熱する冷媒の循環量を減じる制御を行ってもよい。

保持枠体９がさらに多く設置され、ＨＤＤ４の増設を考慮してＨＤＤ４の保持枠体９を予め設けている電子機器１の場合には、ＨＤＤ４の増設される保持枠体９の位置で前記冷却装置８の循環流路に受熱部材８１を追加して設けておけばよい。この場合にも、冷却すべきＨＤＤ４の個数によって冷媒の循環流量を制御することが好ましい。また、この冷却対象のＨＤＤ４の搭載数を検知する検知手段を保持枠体９等に設けることによって、自動的に冷媒の循環流量を制御されることがより好ましい。

図４によって、両平面を受熱面とした受熱部材８１の構造を説明する。受熱部材８１は、熱伝導性のよい金属材料で構成され発熱体に熱接続する受熱板８１１と受熱ケース812とで内部に密閉空間を形成した箱体である（受熱板８１１の一方を受熱ケースと一体に構成しても良い）。この受熱部材８１のケース９１２の１組の対向側面には、冷媒を流入する流入路口８１３と、流出する流出路口８１４を設けてあり、冷媒を受熱部材８内を循環通流させる構造である。

また、密閉空間内には、内部を通流する冷媒に熱伝達するために熱伝導性の良い材質で構成した流通壁８１５が設けられている。この流通壁８１５は、上下の受熱板８１１のどちらか一方において形成されていてもよく、図４の（ａ）に示されるように２つの受熱板８１１の双方に同様に形成されて組み合わされてもよい。また図４の（ｃ）に示されるように通流壁を一枚の板状部材で、折りたたみ状に独立して形成し、受熱部材８１の密閉空間内に設置する構成でも良い。

受熱部材８１の２つの受熱面を定常的に２つの発熱体に熱接続して使用される場合には、図４の（ｂ）に示されるように２つの受熱面から受熱する冷媒の流路をそれぞれ分離して設けることも可能である。この場合には、２つの各々の発熱体の発熱量にあわせて、冷媒流量や、通流壁の形状を異ならせた構造としても良いが、発熱体が１つとしたり、２つとしたり変動して使う場合には、冷媒流路を有効に使うために流路は、図４の（ａ），
（ｃ）に示すように分離することなく１つの流路を２つの受熱面で共有することが好ましい。

ここで、図５の（ａ）は、本発明の保持枠体９を防音材１１で囲み密閉室１０に載置したＨＤＤ４の電子機器１への搭載時の状態を示し、図５の（ｂ）は、従来の空冷装置によって冷却風を通風しＨＤＤ４を冷却する状態を示している。

図５の（ｂ）にみるように従来の通風による冷却では、ＨＤＤ４の積層配置において、空気層の熱伝達特性によってＨＤＤ４の片側だけでは十分な冷却性能を得ることが出来ず、ＨＤＤ４の上，下方に通風空間ｄ１，ｄ２を構成するようにＨＤＤ４を保持枠体９に図示しないネジ等によって保持されている。このため、ＨＤＤ４を冷却する際にこの空間がＨＤＤ４の冷却性能を左右する要因と成っている。

本発明においては、図５の(ａ)にみるように高速回転を行うモータ４２を有するＨＤＤ４を２個装着し、受熱効率の良い液冷方式とすることにより各ＨＤＤ４と受熱部材８１の両受熱板８１１とを熱接続して保持している。さらには、保持枠体９の全体を防音材１１を内部に包囲して設けた密閉室１０の内部に載置した構成としている。

ここで、防音材１１及び密閉室１０でＨＤＤを包囲ながら、ＨＤＤ４の載置状態で被冷却部を対面配置させ受熱部材を１つで受熱させる構造にしたことで、ＨＤＤ４の電子機器に搭載する際の占有スペースを同等寸法以下の高さとすることができ、従来の空冷方式により冷却されているＨＤＤに替えて、高転送速度の発熱量が増加したＨＤＤを搭載する電子機器に対しても空冷方式の冷却装置に換えて、容易に乗せ変え対応できる。

密閉室１０からは冷媒を循環する配管が引き出され、密閉室１０の外に取り付けられる冷却装置の他の部材との間で冷媒を循環駆動される。この構成によって、被冷却体を小型の冷却装置で効率良く冷却するとともに、被冷却体からの騒音を抑制している。

なお、本発明の被冷却体はＨＤＤ４とした場合を示したが、ＨＤＤ４以外の光ディスク駆動装置やフレキシブルディスク駆動装置、あるいはそれを搭載する電子機器において、光ディスク駆動装置やフレキシブルディスク駆動装置を被冷却体としても良い。

本発明の被冷却体と冷却装置を搭載した電子機器の概略構成正面図である。 本発明に搭載のＨＤＤの構成概略平面図である。 本発明におけるＨＤＤと受熱部材の熱接続を示す正面図である。 本発明に受熱部断面図である。 従来冷却装置と本発明の冷却装置のＨＤＤの装着状態を示す正面図である。

符号の説明

１…電子機器、２…本体ケース、４…ＨＤＤ、８…冷却装置、９…保持枠体、１０…密閉室、１１…防音材、１２…押圧部材、１３…熱伝導部材、４１…磁気ディスク、４２…モータ、８１…受熱部材、８２…放熱部材。

Claims (2)

1. 本体ケースの内部にハードディスクドライブ装置を備え、このハードディスクドライブ装置の発熱部と熱接続して内部を通流する冷媒によって受熱する受熱部と、前記冷媒で受熱した熱を放熱する放熱部材と、ポンプによって前記冷媒が循環する配管によって前記受熱部と前記放熱部とが接続された冷却装置を備えた電子機器において、
   ２つ備えられた前記ハードディスクドライブ装置であり、
   前記ハードディスクドライブ装置がそれぞれを挿入される保持枠体と、前記ハードディスクドライブ装置を前記保持枠体の内部で一方向に押圧する押圧部材と、前記ハードディスクドライブ装置と前記受熱部材とを熱接続するための熱伝導部材を設置可能にするために前記保持枠体のそれぞれに設けられた開口部とを備え、
   前記ハードディスクドライブ装置が前記保持枠体に挿入された状態では、前記押圧部材の弾性変形力によって前記ハードディスクドライブ装置が前記受熱部材に押圧されて前記熱伝導部材が弾性圧縮されて前記受熱部材と前記ハードディスクドライブ装置とが熱接続されることを特徴とする電子機器。
2. 請求項１記載の電子機器において、
   前記保持枠体を防音材で囲んで密閉室としたことを特徴とする電子機器。

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