JP4734427B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に係り、特に、半導体等の発熱体とこれを冷却する冷却装置を内蔵する電子機器に関する。

近時、パーソナルコンピュータ等の電子機器では情報処理速度が大きく向上してきており、これに伴ってＣＰＵ等の半導体素子の発熱量も増大してきている。このため、これらの半導体素子の性能を維持するためには、強制冷却が不可欠となってきている。

また、近年は、ＣＰＵだけでなく画像処理を行うグラフィックコトローラといった高速信号処理用の半導体素子の発熱も増加してきており、ひとつの筐体のなかに強制冷却を必要とする複数の半導体素子を含む電子機器の形態も多くなってきている。

ＣＰＵ等の強制冷却方法には従来から種々の形態が採られている。これらの中で、発熱体（ＣＰＵ等）に熱的に接続した受熱体の熱を、ヒートパイプで放熱体へ伝熱し、放熱体をファン等で強制空冷する形態がある。

特許文献１は、この形態に係る技術のひとつを開示している。特許文献１が開示する電子機器は、例えばノートブック型パーソナルコンピュータであり、電子機器本体とパネル部とがヒンジ部を介して開閉自在に結合されている。電子機器本体は、薄型の筐体に構成品を収納しており、ＣＰＵ等の発熱体や冷却装置はこの筐体に収納されている。筐体の側壁には、通風孔が設けられており、冷却装置は通風孔に近接して配設されている。冷却装置の冷却風はこの通風孔を介して筐体の外部に排出される。

冷却装置は、放熱体、冷却ファン、ヒートパイプ、及び受熱体を備えて構成されている。ヒートパイプの一端にある受熱体は、発熱体（ＣＰＵ）と熱的に接続されている。また、ヒートパイプの他端は、放熱体に熱的に接続されており、発熱体（ＣＰＵ）の熱は受熱体を介してヒートパイプを伝熱し、放熱体へ伝わる。

放熱体は多数のフィンを備えて構成されており、これらのフィンと冷却ファンで発生する冷却風との間で熱交換が行われる。受熱した冷却風は、通風孔を介して外部に排出される。

特開２００３−９７８９２号公報

ところで、上記のように構成された従来の電子機器には、受熱した冷却風の総てが筐体外部に排出されるわけではなく、その一部が筐体の内部に環流してくるという問題がある。

受熱した冷却風を効率良く外部に排出するためには、冷却フィンと放熱体とを可能な限り通風孔（側壁）に接近させればよい。しかしながら、冷却フィンや放熱体を筐体に組み込む際の作業容易性の観点や、固定部材の配置上の制約等から、側壁と放熱体との間に形成される空隙を完全に排除することは困難である。

このため、受熱した冷却風の一部は、通風孔の隔壁に当たった後、空隙を通り、筐体の内部に環流冷却風として戻ってくることになる。

この結果、筐体の内部温度が上昇し、冷却ファンで発生させる冷却風そのものの温度が上昇することになり、発熱体に対する冷却性能が低下することになる。このため、所要の冷却性能を確保するためには、冷却ファンや放熱体を大型化せざるを得ない状況になりかねない。

また、筐体内部の温度上昇は、強制空冷までは必要としない他の半導体素子や電子部品に対しても悪影響を与えかねない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、受熱した冷却風の筐体内部への環流を低減し、冷却効率を向上させると共に、筐体内部の温度上昇を低減することができる電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る電子機器は、通風孔が設けられた側壁と、底壁とを有した筐体と、前記筐体に収容された発熱体と、前記通風孔の近傍に設けられた放熱体と、一端が前記発熱体に熱接続され、他端が前記放熱体に熱接続されたヒートパイプと、前記放熱体に冷却風を送るファンが収納されたファンケースと、前記ファンケースとは別体として前記放熱体の両側方に前記筐体の前記底壁および前記側壁と一体に設けられ、前記放熱体の位置決めをするとともに、前記ファンケースから前記通風孔までの領域を挟んで前記冷却風を導く一対のリブと、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る電子機器によれば、受熱した冷却風の筐体内部への環流を低減し、冷却効率を向上させると共に、筐体内部の温度上昇を低減することができる。

本発明に係る電子機器の一実施形態の外観例を示す斜視図。 本発明に係る電子機器の第１の実施形態における冷却装置および冷却構造を模式的に示す平面図。 本発明に係る電子機器の第１の実施形態における冷却装置および冷却構造を模式的に示す側面図。 本発明に係る電子機器の第２の実施形態における冷却装置および冷却構造を模式的に示す平面図。 本発明に係る電子機器の第２の実施形態における冷却装置および冷却構造を模式的に示す側面図。 本発明に係る電子機器の第３の実施形態における冷却装置および冷却構造を例示する斜視図。 第３の実施形態における第２の放熱体に係る冷却系の構造を例示する斜視図。 第３の実施形態における第１の放熱体に係る冷却系の構造を例示する斜視図。 第３の実施形態において、冷却ファンおよび放熱体を取り除いた状態を例示する斜視図。 第３の実施形態から第２の放熱体に係る冷却系を取り除いた形態を例示する斜視図。 側方閉塞板の他の実施形態に係る形状を例示する側面図。

本発明に係る電子機器の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

（１）第１の実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器１、例えばノートブック型パーソナルコンピュータの外観例を示す斜視図である。

電子機器１は、図１に示したように、電子機器本体３とパネル部２とがヒンジ部５を介して開閉自在に結合されている。パネル部２には、各種情報や画像等を表示する液晶パネル６が設けられている。

電子機器本体３は、薄型の筐体７に各種構成品を収納しており、ＣＰＵやグラフィックコントローラ等の発熱体５０や冷却装置２０はこの筐体７に収納されている。筐体７は、側壁８、側壁９、前壁１０、底壁１１、上壁１２、および後壁１３から構成されている。

側壁８には、複数の通風孔１５が設けられており、冷却装置２０は通風孔１５に近接して配設されている。冷却装置２０によって発熱体５０を冷却し、冷却後の受熱した冷却風はこの通風孔１５を介して筐体７の外部に排出される。

図２は、発熱体５０、冷却装置２０、および冷却装置２０周辺の冷却構造を模式的に示した平面図である。

冷却装置２０は、冷却ファン（ファン）２１、放熱体４０、ヒートパイプ（熱伝達手段）２４、および受熱体２５を備えて構成されている。

冷却ファン２１は、モータ（図示せず）によって回転駆動される回転ファン（ファン）２２と、回転ファン２２を収納するファンケース２１ａとを備えている。

放熱体４０は、ファンケース２１ａのファン開口２１ｂを覆うようにファンケース２１ａに近接して配設されている。放熱体４０は、例えば、多数の板状フィン４１から構成されている。板状フィン４１は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムや銅等で形成されている。

ヒートパイプ２４は、高速で熱を伝達することができる熱伝達素子であり、その外周は銅等の金属で覆われている。ヒートパイプ２４の一端２４ａは受熱体２５に熱的に接続されている。受熱体２５は、銅等の伝熱性の高い金属で形成され、ＣＰＵ等の発熱体５０と熱的に接続されている。

一方、ヒートパイプ２４の他端２４ｂは、放熱体４０の板状フィン４１を貫通し、板状フィン４１と熱的に接続されている。

側壁８には、受熱した冷却風６０を筐体７の外部に排出するための複数の通風孔１５が設けられている。

冷却ファン２１及びこれに連接する放熱体４０は、受熱した冷却風６０を効率良く筐体７の外部に排出するため、通風孔１５に近接して対向するように配置されるが、側壁８と放熱体４０との間には僅かな空隙７０が存在する。冷却ファン２１や放熱体４０を筐体７に組み込む際の作業容易性の観点や、これらを底壁１１に固定するための固定部材の配置上の制約等から、側壁８と放熱体４０との間の空隙７０を完全に排除することは困難であるためである。

放熱体４０の長手方向の両側に設けられている側方閉塞板（閉塞板：閉塞部材：第１閉塞部）３０ａ、３０ｂ、および上方閉塞板（閉塞板：閉塞部材：第２閉塞部）４５（図３参照）は、この空隙７０から、受熱した冷却風６０が筐体７に環流することを防止するために設けられているものである。側方閉塞板３０ａ、３０ｂおよび上方閉塞板４５の存在により、受熱した冷却風６０を筐体７の内部に環流させることなく、効率良く通風孔１５を介して筐体７の外部に排出することが可能となる。

図３は、冷却装置２０及びその近傍の冷却構造を模式的に示す側面図である。

冷却ファン２１及び放熱体４０は、筐体７の底壁１１側に近接して配置される。冷却ファン２１で発生される冷却風は、放熱体４０の板状フィン４１の間隙を通り抜ける間に板状フィン４１と熱交換が行われ受熱する。受熱した冷却風６０は、空隙７０を通り抜けて側壁８の設けられている通風孔１５を通って筐体７の外部に排出される。

この時、空隙７０は、側方閉塞板３０ａ、３０ｂ（図３では側方閉塞板３０ａは反対側に位置するため見えていない）と上方閉塞板４５とで塞がれているため、筐体７の内部に環流することなく、ほぼ総ての受熱した冷却風６０が通風孔１５を通り抜けて筐体７の外部に排出される。

側方閉塞板３０ａ、３０ｂの底壁１１に対向する縁部、および側壁８に対向する縁部を、それぞれ底壁１１及び側壁８の少なくとも一方と連結し、リブ構造状に一体的に形成するようにしても良い。このような構造にすれば、空隙７０からの受熱した冷却風６０の漏れをより確実に防止できる。また、側方閉塞板３０ａ、３０ｂの組立作業も簡素化され作業性が向上する。

側方閉塞板３０ａ、３０ｂには、図３に示したように切り欠き３６が設けられている。この切り欠き３６は、放熱体４０を貫通するヒートパイプ２４と側方閉塞板３０ａ、３０ｂとの機械的な干渉を避けるためのものである。ヒートパイプ２４と側方閉塞板３０ａ、３０ｂとの間に機械的な干渉があると、ヒートパイプ２４に不要な力が加わり、ヒートパイプ２４自体の変形のみならず、ヒートパイプ２４の一端２４ａに接合されている受熱体２５や発熱体５０に対してストレスを与え、場合によっては接合剥離が生じる可能性もある。切り欠き３６によってこのような問題を解消することができる。

側方閉塞板３０ａ、３０ｂの材質は、特に限定するものではないが、筐体７の材質と同種の樹脂や軽量合金等で形成される。

上方閉塞板４５は、放熱体４０の上に載置される形態であるため特に強度は必要なく、例えば薄い樹脂フィルム等で形成できる。

第１の実施形態にかかる電子機器１の冷却装置２０及び冷却構造によれば、放熱体４０と通風孔１５との空隙７０に閉塞板を設けたことで、受熱した冷却風６０の筐体７内部への環流を防止することが可能となり、筐体７の内部の温度上昇を低減することができる。この結果、従来技術に係る電子機器に比べると、冷却ファン２１で発生する冷却風自体の温度が低下し、発熱体５０の冷却性能が向上する。このため、従来の冷却装置２０に比べて小型の冷却装置２０で所要の冷却性能を確保することが可能となる。また、冷却装置２０の低電力化にも寄与する。

また、筐体７の内部の温度上昇を低減することができるため、強制冷却を必要としない半導体素子や電子部品に対しても熱による影響を低減することができる。

（２）第２の実施形態
図４は、第２の実施形態に係る電子機器１の冷却装置２０及び冷却構造を模式的に示す平面図である。

第１の実施形態との相違点は、２つの冷却系を有している点である。即ち、第１の発熱体５１の冷却系として、側壁８に近接して配設される第１の放熱体４２、これに他端２６ｂが熱的に接続される第１のヒートパイプ２６、第１のヒートパイプ２６の一端２６ａに熱的に接続される第１の受熱体２７とを備えている。

同様に、第２の発熱体５０の冷却系として、第１の放熱体４２と冷却ファン２１との間に配設される第２の放熱体４０、これに他端２４ｂが熱的に接続される第２のヒートパイプ２４、第２のヒートパイプ２４の一端２４ａに熱的に接続される第２の受熱体２５とを備えている。

それぞれの冷却系自体は、第１の実施形態で説明した内容と同様のものであるため、説明は省略する。

第２の実施形態に係る電子機器の冷却構造では、側壁８と第１の放熱体４２との間に形成される第１の空隙７２と、第１の放熱体４２と第２の放熱体４０との間に形成される第２の空隙７１の２つの空隙が生じる。

このため、第２の実施形態に係る閉塞板は、これら２つの空隙からの受熱した冷却風６０の環流を防止することができる構造としている。具体的には、側方閉塞板３１ａ、３１ｂ、及び上方閉塞板４６、４７（図５参照）によって閉塞板を構成している。

図５は、第２の実施形態に係る電子機器１の冷却装置２０及び冷却構造を模式的に示す側面図である。第１の空隙７２と第２の空隙７１の双方をカバーするため、側方閉塞板３１ａ、３１ｂ（図５では、側方閉塞板３１ａは反対側にあるため見えていない）は、第１の実施形態に比べると冷却風の流れる方向に長い形状となっている。また、側方閉塞板３１ａ、３１ｂには、第１および第２のヒートパイプ２６、２４との機械的干渉を回避するため、２つの切り欠き３８、３７が設けられている。

上方閉塞板は、２つの空隙７２、７１に対応して、分割した２つの上方閉塞板４６、４７を備えている。なお、これら２つの上方閉塞板を一体的に１つの上方閉塞板として形成する形態であっても良い。

第２の実施形態に係る電子機器の冷却装置２０および冷却構造によれば、第１の実施形態による効果を有する他、複数の発熱体、例えばＣＰＵとグラフィックコントローラ、を冷却することができる。

（３）第３の実施形態
図６は、第３の実施形態に係る電子機器の冷却装置２０および冷却構造を示す斜視図である。図６では、放熱体から延出しているヒートパイプの先の構造を省略して図示してある。

第３の実施形態は、第２の実施形態と類似するが、相違点は、２本のヒートパイプによって１つの発熱体を冷却可能に構成している点である。具体的には、第２の放熱体４０に、２本のヒートパイプ２４、２８を貫通させ、これら２本のヒートパイプ２４、２８のそれぞれで１つの発熱体の熱を伝熱させる形態としている。

図７は、第２の放熱体４０に係る冷却系を取り出して図示した斜視図である。ヒートパイプ２４の一端２４ａには受熱体２９が熱的に接続され、受熱体２９は発熱体５２と熱的に接続されている。さらに、ヒートパイプ２８の一端２８ａも受熱体２９と熱的に接続され、発熱体５２と熱的に接続されている。

一方、ヒートパイプ２４、２８の夫々の他端２４ｂ、２８ｂは、第２の放熱体４０の板状フィン４１を貫通している。かかる冷却構造によって、発熱体５２で発生する熱は２本のヒートパイプ２４、２８を介して第２の放熱体４０に伝熱し、冷却ファン２１によって冷却される。

第２の放熱体４０を上方から覆う上方閉塞板４７は、隣接する第１の放熱体４２との間の空隙７１（図５参照）の上方からの冷却風の漏れを塞ぐと共に、各板状フィン４１の夫々の間隙の上方からの冷却風の漏れも塞いでいる。

図８は、第１の放熱体４２に係る冷却系を取り出して図示した斜視図である。ヒートパイプ２６の一端２６ａには受熱体２７が熱的に接続され、受熱体２７は発熱体５１と熱的に接続されている。ヒートパイプ２６の他端２６ｂ、第１の放熱体４２の板状フィン４３を貫通している。第１の放熱体４２を上方から覆う上方閉塞板４６は、第１の放熱体４２と側壁８との間の空隙７２（図５参照）の上方からの冷却風の漏れを塞ぐと共に、各板状フィン４３の夫々の間隙の上方からの冷却風の漏れも塞いでいる。

図９は、図６に示した冷却装置２０および冷却構造の斜視図から、冷却ファン２１、第１及び第２の放熱体４２、４０を取り除いた状態を示す斜視図である。

底壁１１には、凹部１１ａが形成されており、この凹部１１ａに接するように冷却ファン２１や第１及び第２の放熱体４２、４０が載置される。このため、冷却ファン２１から通風孔１５へ至る経路上において、受熱した冷却風６０の下方からの漏れは殆ど発生しない。

側方閉塞板３１ａ、３１ｂに設けられている切り欠き３７、３８の形状は、図５に例示した形状と若干異なっているが、ヒートパイプとの機械的干渉を回避するという効果は同じである。

第３の実施形態に係る電子機器の冷却装置２０及び冷却構造によれば、第２の実施形態による効果に加えて、さらに多くの発熱体を冷却することが可能である。

（４）その他の実施形態
図１０は、第３の実施形態（図６参照）から、第１の放熱体４２に係る冷却系を取り除いた形態を示している。パーソナルコンピュータ等の電子機器では、強制冷却が必要となる発熱体の数が機種によって異なることがある。このため、強制冷却を必要とする発熱体の数に応じて、冷却系を容易に組み替えることができる形態がコスト低減の観点から好ましい。例えば、強制空冷が必要な発熱体が３つの場合には図６に例示した形態で使用し、強制空冷が必要な発熱体が２つの場合には図１０に例示したように、第１の放熱体４２に係る冷却系を取り除いた形態で使用する等である。このような使用形態によって、冷却装置２０や冷却構造の部品の共通化が可能となりコスト低減に寄与する。

なお、第１の放熱体４２を取り除くことによって生じる新たな空隙によって、受熱した冷却風６０の漏れは若干増加するものの、側方閉塞板３１ａ、３１ｂの存在によって、従来の冷却構造に比べると冷却性能は向上している。

図１１は、側方閉塞板の形状に係る他の実施形態を示す図である。

図１１（ａ）に示す形態の側方閉塞板３２ａ、３２ｂは、第２の実施形態（図５参照）に比べて、さらに冷却風の通路方向に長くし、冷却ファン２１と第２の放熱体４０との間に形成される空隙７３も塞ぐことができるように形成したものである。

冷却ファン２１と第２の放熱体４０との間の空隙７３は、元々それ程大きなものではないが、この空隙を塞ぐことで受熱した冷却風６０の筐体７の内部への環流をさらに低減することができる。

なお、上方閉塞板４６は、図１１（ａ）に示したように、空隙７１および空隙７２を上方から覆う１枚の上方閉塞板４６として形成する形態でもよい。また、さらに延出させて空隙７３をも覆う形態としても良い。

図１１（ｂ）は、側方閉塞板を分割構成とする形態である。第１の側方閉塞板３３ａ、３３ｂによって側壁８と第１の放熱体４２との間の第１の空隙７２を塞ぎ、第２の側方閉塞板３４ａ、３４ｂによって第２の放熱体４０と第１の放熱体４２との間の第２の空隙７１を塞ぐように構成している。

第２の側方閉塞板３４ａ、３４ｂは、例えば底壁１１から垂直方向に延出させ、第２の側方閉塞板３４ａ、３４ｂの下縁部が底壁１１に連結するように形成してもよい。また、第１の側方閉塞板３３ａ、３３ｂは、下縁部を底壁１１に連結させると共に、１つの側縁部を側壁８にも連結させるように形成しても良い。

なお、この分割構成の形態では、各側方閉塞板とヒートパイプとの間の機械的干渉が回避できるため、切り欠きは不要となる。

また、この場合にも、上方閉塞板４６は、図１１（ｂ）に示したように、空隙７１および空隙７２を上方から覆う１枚の上方閉塞板４６として形成する形態でもよい。また、さらに延出させて空隙７３をも覆う形態としても良い。

上述したように、本実施形態に係る電子機器によれば、受熱した冷却風の筐体内部への環流を低減し、冷却効率を向上させると共に、筐体内部の温度上昇を低減することができる。

なお、本発明は上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１ 電子機器
７ 筐体
８ 側壁
１１ 底壁
１５ 通風孔
２０ 冷却装置
２１ 冷却ファン
２４ ヒートパイプ（第２のヒートパイプ）
２６ 第１のヒートパイプ
３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ 側方閉塞板
４０ 放熱体（第２の放熱体）
４１ 板状フィン（フィン）
４２ 第１の放熱体
４３ 板状フィン（フィン）
５０ 発熱体（第２の発熱体）
５１ 第１の発熱体
７０、７１、７２ 空隙

Claims (8)

1. 通風孔が設けられた側壁と、底壁とを有した筐体と、
   前記筐体に収容された発熱体と、
   前記通風孔の近傍に設けられた放熱体と、
   一端が前記発熱体に熱接続され、他端が前記放熱体に熱接続されたヒートパイプと、
   前記放熱体に冷却風を送るファンが収納されたファンケースと、
   前記ファンケースとは別体として前記放熱体の両側方に前記筐体の前記底壁および前記側壁と一体に設けられ、前記放熱体の位置決めをするとともに、前記ファンケースから前記通風孔までの領域を挟んで前記冷却風を導く一対のリブと、
   を備えたことを特徴とする電子機器。
2. 前記リブは、前記放熱体と前記ファンケースとの間の第１空隙および前記放熱体と前記側壁との間の第２空隙を塞ぐことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記リブは、前記放熱体の両側方に設けられる第１リブと第２リブとで構成され、
   前記放熱体の上方に設けられ、前記第１リブおよび前記第２リブとともに、前記ファンケースから前記通風孔まで前記冷却風を導く上方閉塞部材、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記リブには、前記ヒートパイプとの干渉を避ける切欠きが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
5. 前記放熱体は、フィンを有し、前記ヒートパイプの他端は、当該フィンを貫通して構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
6. 通風孔が設けられた側壁と、底壁とを有した筐体と、
   前記筐体に収容された第１発熱体と、
   前記筐体に収容された第２発熱体と、
   前記通風孔の近傍に設けられた第１放熱体と、
   前記第１放熱体の近傍に設けられた第２放熱体と、
   一端が前記第１発熱体に熱接続され、他端が前記第１放熱体に熱接続された第１のヒートパイプと、
   一端が前記第２発熱体に熱接続され、他端が前記第２放熱体に熱接続された第２のヒートパイプと、
   前記第２放熱体の近傍に配設され、前記第１放熱体と第２放熱体とに冷却風を送るファンが収納されたファンケースと、
   前記ファンケースとは別体として前記第１放熱体および第２放熱体の両側方に前記筐体の前記底壁および前記側壁と一体に設けられ、前記第１放熱体および第２放熱体の位置決めをするとともに、前記ファンケースから前記通風孔までの領域を挟んで前記冷却風を導く一対のリブと、
   を備えたことを特徴とする電子機器。
7. 前記リブは、前記第１放熱体および前記第２放熱体の両側方に設けられる第１リブと第２リブとで構成され、
   前記前記第１放熱体および前記第２放熱体の上方に設けられ、前記第１リブおよび前記第２リブとともに、前記ファンケースから前記通風孔まで前記冷却風を導く上方閉塞部材、をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
8. 前記第２放熱体は、前記第１放熱体と前記ファンとの間に配置された
   ことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。

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