JP4846610B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、放熱フィンを備える電子機器に係り、特に放熱フィンの形状に関する。

ポータブルコンピュータのような電子機器は、ＣＰＵやノース・ブリッジのような発熱体を搭載している。このような発熱体の冷却を促進する冷却ユニットの一例として、冷却ファン、放熱フィン、およびヒートパイプを含むものがある。

特許文献１には、冷却ファンと放熱フィンとを含む冷却ユニットが開示されている。冷却ファンは、排気口が開口するケースを備えている。放熱フィンは、冷却ファンの排気口に並設される複数のフィン片を有する。この放熱フィンは、吐出風の風速が小さい領域から風速が大きい領域に向けて個々のフィン片の長さが次第に長くなるように形成されている。このように風速が大きい領域で放熱フィンの面積を大きくすることで、高い冷却性能を有する冷却ユニットが得られる。
特開２００６−１４７６１８号公報

近年の電子機器はさらに小型化および低価格化が要望されている。一方、その電子機器に実装される発熱体はさらに高温化することが予想される。したがって実装スペースを大きく取ることなく、且つ、簡単な構造で冷却性能を向上させた電子機器が望まれている。
特許文献１に記載の放熱フィンは、冷却ファンの吐出風の風速に応じて個々のフィン片の長さが調整されている。すなわちフィン片の長さを決めるためには冷却ファンの風速特性を調べる必要があり、放熱フィンの設計は容易でない。

本発明の目的は、冷却性能を向上させた電子機器を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る電子機器は、筐体と、上記筐体に収容された発熱体と、上記筐体に収容され、開口部が設けられ、インペラを有した冷却ファンと、上記開口部から上記冷却ファンの内部に差し込まれ、上記インペラの中央部に面した第１の部分と、上記第１の部分の両側に設けられ、上記インペラの周縁部に面し、上記第１の部分よりも上記冷却ファンの内部に差し込まれた第２の部分とを有した放熱フィンと、上記放熱フィンと上記発熱体とを熱的に接続した伝熱部材とを具備した。

本発明によれば、冷却性能を向上させた電子機器が得られる。

以下に本発明の実施の形態を、ポータブルコンピュータに適用した図面に基づいて説明する。
図１ないし図６は、本発明の第１の実施形態に係る電子機器としてのポータブルコンピュータ１を開示している。図１に示すように、ポータブルコンピュータ１は、本体２と、表示ユニット３とを備えている。

本体２は、箱状に形成された筐体４を有する。筐体４は、上壁４ａ、周壁４ｂ、および下壁４ｃを有する。筐体４は、上壁４ａを含む筐体カバー５と、下壁４ｃを含む筐体ベース６とに分割されている。筐体カバー５は、筐体ベース６に対して上方から組み合わされ、筐体ベース６に着脱自在に支持されている。上壁４ａは、キーボード７を支持している。周壁４ｂには、例えば複数の排気孔４ｄが開口している。

表示ユニット３は、ディスプレイハウジング９と、このディスプレイハウジング９に収容された液晶表示モジュール１０とを備えている。液晶表示モジュール１０は、表示画面１０ａを有する。表示画面１０ａは、ディスプレイハウジング９の前面の開口部９ａを通じてディスプレイハウジング９の外部に露出している。

表示ユニット３は、筐体４の後端部に一対のヒンジ部１１ａ，１１ｂを介して支持されている。そのため、表示ユニット３は、上壁４ａを上方から覆うように倒される閉じ位置と、上壁４ａを露出させるように起立する開き位置との間で回動可能である。

図２に示すように、本体２の筐体４は、プリント回路板１５、発熱体１６、および冷却ユニット１７を収容している。発熱体１６は、プリント回路板１５に実装されている。発熱体１６の一例は、ＣＰＵ、グラフィックスチップ、ノース・ブリッジ、またはメモリなどである。ただし本発明でいう発熱体は、上記の例に限られず、放熱が望まれる種々の回路部品が該当する。

冷却ユニット１７は、冷却ファン２１、放熱フィン２２、および伝熱部材２３を含む。冷却ファン２１は、排気孔４ｄが開口する筐体４内の周縁部に配置されている。冷却ファン２１は、箱状に形成されたファンケース３１と、このファンケース３１内で回転駆動されるインペラ３２とを備える。ファンケース３１の例えば上面３１ａには、吸気口３５が開口している。ファンケース３１の一つの側面３１ｂには、排気口３６が開口している。排気口３６は、本発明でいう開口部の一例である。

図３および図４に示すように、排気口３６は、ファンケース３１の側面３１ｂの略全域に亘って開口している。詳しくは、排気口３６は、ファンケース３１の側面３１ｂの長手方向の一端部から他端部に亘って大きく形成され、長方形状の開口を有する。図４に示すように、インペラ３２は、ファンケース３１の奥まった位置に配置されている。インペラ３２と排気口３６との間には空間が設けられている。さらに排気口３６に隣接するファンケース３１の周縁部には、インペラ３２を外れた隅部Ｃが形成されている。

図４に示すように、ファンケース３１の内部空間は、インペラ３２が回転駆動された時にインペラ３２の先端が排気口３６に近付く向きに移動する第１の領域Ａ１と、インペラ３２の先端が排気口３６から離れる向きに移動する第２の領域Ａ２とを含む。排気口３６は、第１の領域Ａ１から第２の領域Ａ２に亘って開口している。

図２に示すように、放熱フィン２２は、冷却ファン２１に対向して筐体４内に配置され、冷却ファン２１に組み合わされる。放熱フィン２２は、冷却ファン２１と別体に形成され、冷却ファン２１に対して独立したユニットである。放熱フィン２２は、熱伝導性の大きな材料、例えばアルミニウム合金などで形成されている。放熱フィン２２は、複数のフィン片４１が互いの間に隙間を空けて並設されることで形成されている。

図３および図６に示すように、個々のフィン片４１は、凸状に形成されている。すなわちフィン片４１は、伝熱部材２３に貫通される第１の部分５１と、この第１の部分５１から冷却ファン２１を向いて突出する第２の部分５２とを有する。第１の部分５１の縦幅Ｓ１は、冷却ファン２１の排気口３６の縦幅より大きく形成されている。第２の部分５２の縦幅Ｓ２は、排気口３６の縦幅より小さく形成されている。第２の部分５２の縦幅Ｓ２は、第１の部分の縦幅Ｓ１より小さい。

第１の部分５１の上端部および下端部は、放熱フィン２２の長手方向を向いて折り曲げられている。折り曲げられた上端部の先端および下端部の先端が隣接するフィン片４１に接することで、フィン片４１とフィン片４１との間に隙間が確保されている。

このような複数のフィン片４１が協働して放熱フィン２２を形成することで、放熱フィン２２は、フィン本体部６１と差込部６２とを有する（図３参照）。フィン本体部６１は、複数のフィン片４１の第１の部分５１が協働して形成されている。差込部６２は、複数のフィン片４１の第２の部分５２が協働して形成されている。

フィン本体部６１は、ファンケース３１の外部に配置される。図５および図６に示すように、フィン本体部６１は、例えば冷却ファン２１の横幅と略同じ横幅を有し、且つ、冷却ファン２１の縦幅と略同じ縦幅を有する。すなわちフィン本体部６１は、排気口３６より大きく形成されている。換言すれば、差込部６２を外れた放熱フィン２２の部分は、排気口３６より大きな外形を有する。

図５および図６に示すように、差込部６２は、フィン本体部６１から冷却ファン２１を向いて突出している。差込部６２は、排気口３６からファンケース３１の内部に差し込まれている。詳しくは、差込部６２は、ファンケース３１の内部でインペラ３２を外れた領域（すなわちインペラ３２と干渉しない領域）に差し込まれている。

図５に示すように、差込部６２は、排気口３６の長手方向の一端部から他端部に亘って設けられている。すなわち差込部６２は、ファンケース３１の第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２とに共に差し込まれている。

差込部６２は、第１の部分６２ａと、第２の部分６２ｂ，６２ｃとを含む。第１の部分６２ａは、排気口３６とインペラ３２との間に形成された空間に挿入されるとともに、インペラ３２の中央部に対向している。二つの第２の部分６２ｂ，６２ｃは、第１の部分６２ａを間に挟むように第１の部分６２ａの両側に分かれて設けられている。第２の部分６２ａは、ファンケース３１の隅部Ｃ（図４参照）に突出するとともに、インペラ３２の周縁部に対向している。第２の部分６２ｂ，６２ｃは、第１の部分６２ａよりファンケース３１の奥に差し込まれている。

個々のフィン片４１は、その先端がインペラ３２との間に一定距離を空けるように、第２の部分５２の長さがインペラ３２の外周に沿ってそれぞれ変えられている。これにより差込部６２の一部の端部は、インペラ３２の外周に沿った円弧状に形成されている。インペラ３２の外周と差込部６２の端部との間の距離は、少なくとも差込部６２がインペラ３２の駆動に影響を与えない程度の距離があればよい。

放熱フィン２２の両端部には、一対の保持具６５ａ，６５ｂが設けられている。この保持具６５ａ，６５ｂに冷却ファン２１が固定されることで、放熱フィン２２と冷却ファン２１とが固定される。
伝熱部材２３の一例は、ヒートパイプである。伝熱部材２３は、受熱端部２３ａと放熱端部２３ｂとを有する。図５に示すように、放熱端部２３ｂは、放熱フィン２２の複数のフィン片４１を貫通するように設けられ、放熱フィン２２に熱的に接続されている。受熱端部２３ａは、受熱板６７を介して発熱体１６に熱的に接続されている。これにより伝熱部材２３は、放熱フィン２２を発熱体１６に熱的に接続している。

次に、ポータブルコンピュータ１の作用について説明する。
ポータブルコンピュータ１を使用すると、発熱体１６が発熱する。発熱体１６の発する熱の多くは、伝熱部材２３を通じて放熱フィン２２に移動する。放熱フィン２２に移動した熱は、フィン片４１の第１の部分５１と第２の部分５２とにおいて拡散される。

冷却ファン２１のインペラ３２が回転駆動されると、冷却ファン２１は吸気口３５から筐体４内の空気を吸い込み、吸い込んだ空気を排気口３６から放熱フィン２２に向けて吐出する。この吐出空気によりフィン片４１の第１および第２の部分５１，５２から熱が奪われ、その熱は筐体４の外部に排気される。これにより発熱体１６の冷却が促進される。

このようなポータブルコンピュータ１によれば、冷却性能が向上する。すなわち本実施形態に係る放熱フィン２２は、フィン本体部６１に加えて差込部６２を有する。つまりこの差込部６２の分だけフィン面積が大きく確保されている。フィン面積が大きいと放熱フィン２２の冷却効率（すなわち冷却性能）が向上し、ポータブルコンピュータ１の冷却性能が向上する。

本実施形態の放熱フィン２２は、ファンケース３１のなかで遊んでいる空間を有効利用してフィン面積を大きく確保している。したがってフィン面積を大きくしても冷却ユニット１７全体としての大きさは大きくならない。これはポータブルコンピュータの小型化に寄与する。換言すれば、放熱フィン２２は、ファンケース３１の中にも放熱フィン２２の一部を形成することで、所定の実装制約容積の中でフィン面積の拡大を図っている。

また別の観点からみると、本実施形態の構成によれば小型化を図れるポータブルコンピュータを得ることができるといえる。すなわち所定の冷却性能が求められている場合に、差込部６２を形成してフィン面積を確保することで、フィン本体部６１の大きさを小さくしても所定の冷却性能を確保することができる。すなわち冷却ファン２１と放熱フィン２２との組み合わせ体積を小さくすることができる。これにより従来の冷却ユニットと同等の冷却性能を実現しつつ、全体として小型化を図れるポータブルコンピュータを得ることができる。

本実施形態の放熱フィン２２の形状は、冷却ファン２１の風速特性によらず、冷却ファン２１の排気口３６の形状およびインペラ３２の外周径にのみ影響される。すなわち排気口３６の形状およびインペラ３２の外周径が同じ冷却ファン２１であれば、異なる種類の冷却ファン２１にそのまま適用可能である。すなわち放熱フィン２２は、汎用性が高いといえる。放熱フィン２２の形状は、冷却ファン２１の風速特性によらず、冷却ファン２１の排気口３６の形状およびインペラ３２の外周径にのみ影響ので、これらの寸法が分かれば風速特性を調べることなく放熱フィン２２を設計可能である。すなわち放熱フィン２２の各部の寸法を容易に設定することができる。

冷却ファン２１と放熱フィン２２とが別ユニットとして設けられている場合には冷却ファン２１と放熱フィン２２との間の隙間から冷却ファン２１の吐出風が漏れるおそれがある。本実施形態に係る放熱フィン２２によれば、差込部６２が冷却ファン２１の吐出風の漏れを抑えるように働くので、冷却ファン２１から放熱フィン２２へと効率良く吐出風が流れる。これにより放熱フィン２２の冷却効率が高まる。

差込部６２が、排気口３６の長手方向の一端部から他端部に亘って設けられていると、差込部６２のフィン面積を大きく確保することができる。これはポータブルコンピュータ１の冷却性能の向上に寄与する。

フィン本体部６１が排気口３６より大きな外形を有すると、冷却ファン２１からの吐出風が放熱フィン２２と冷却ファン２１との間から漏れにくい。特にフィン片４１の上端部および下端部が放熱フィン２２の長手方向を向いて折り曲げられていると、吐出風が放熱フィン２２と冷却ファン２１との間から漏れにくい。これはポータブルコンピュータ１の冷却性能の向上に寄与する。

フィン本体部６１が排気口３６より大きな外形を有すると、差込部６２が必要以上にファンケースの内部に押し込まれることがなくなる。これにより、差込部６２がインペラ３２と干渉することを避けることができる。

インペラ３２の両脇に位置するファンケース３１の隅部Ｃでは、大きなスペースが遊んでいる。この隅部Ｃに差し込まれる第２の部分６２ｂ，６２ｃを有すると、ファンケース３１の隅部Ｃのスペースを有効活用してフィン面積を大きく確保することができる。これはポータブルコンピュータ１の冷却性能の向上に寄与する。

差込部６２の端部がインペラ３２の外周に沿った円弧状に形成されていると、差込部６２とインペラ３２の干渉を避けつつ、差込部６２の端部をインペラ３２に最も近づけることができる。換言すれば、インペラ３２の外周と放熱フィン２２の差込部６２との間の隙間を最も小さくすることができる。したがって、一定の実装制約のなかで放熱フィン２２のフィン面積を最も大きくすることができる。これはポータブルコンピュータ１の冷却性能の向上に寄与する。なお差込部６２の全て部分の端部が円弧状に形成される必要はなく、少なくとも一部の端部が円弧状に形成されていると差込部６２とインペラ３２との間の隙間を詰めることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電子機器としてのポータブルコンピュータ７１を、図７を参照して説明する。なお第１の実施形態に係るポータブルコンピュータ１と同じ機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態に係るこの冷却ファン２１のインペラ３２の中心は、排気口３６の長手方向に沿って排気口３６の中心から偏心して設けられている。放熱フィン２２は、フィン本体部６１と差込部６２とを有する。本実施形態に係る差込部６２は、排気口３６の長手方向の一端部から他端部に亘って設けられている。

個々のフィン片４１は、その先端がインペラ３２との間に一定距離を空けるように、第２の部分５２の長さがインペラ３２の外周に沿ってそれぞれ変えられている。これにより差込部６２の一部の端部は、インペラ３２の外周に沿った円弧状に形成されている。
このようなポータブルコンピュータ７１によっても、第１の実施形態と同様に冷却性能が向上する
次に、本発明の第３の実施形態に係る電子機器としてのポータブルコンピュータ８１を、図８を参照して説明する。なお第１および第２の実施形態に係るポータブルコンピュータ１，７１と同じ機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、ポータブルコンピュータ８１の放熱フィン８２は、複数のフィン片８３が互いの間に隙間を空けて並設されることで形成されている。図８に示すように、フィン片８３は、伝熱部材２３に貫通される第１の部分５１と、第１の部分５１から冷却ファン２１を向いて延びる第２の部分８５とを有する。本実施形態に係る全てのフィン片８３の第２の部分８５は、同じ長さを有する。

このようなポータブルコンピュータ８１によれば、冷却性能が向上する。すなわち、本実施形態に係る放熱フィン８２は、フィン本体部６１に加えて差込部６２を有し、フィン面積が大きく確保されている。これにより放熱フィン８２の冷却性能が向上し、ポータブルコンピュータ８１の冷却性能は向上する。

全てのフィン片８３の長さが同じであると、ポータブルコンピュータ８１の製造性が向上する。さらにフィン片８３を標準化できるため、製造コストが低くなる。

以上、第１ないし第３の実施形態に係るポータブルコンピュータ１，７１，８１について説明したが、本発明はもちろんこれらに限定されるものではない。各実施形態に係る構成要素は適宜組み合わせて適用することができる。

放熱フィン２２，８２が差し込まれる冷却ファン２１の開口部は、排気口３６に限定されずに吸気口でもよい。例えばファンケース３１の側面に吸気口が開口するタイプの冷却ファンに対しては、その吸気口に放熱フィン２２，７２の差込部６２を差し込んでもよい。放熱フィン２２，７２が差し込まれる開口部が通風口であれば、ファンケース３１に特別な開口部を形成する必要がない。なお本明細書でいう通風口は、排気口および吸気口を含む。

差込部６２を外れた放熱フィン２２，７２の部分（すなわちフィン本体部６１）は、必ずしも排気口３６の外形より大きくなくてもよい。差込部６２が排気口３６の一部に亘って設けられても冷却性能は向上するが、差込部６２が排気口３６の一端部から他端部に亘って設けられると冷却性能がより向上するので好ましい。
以下、一つの電子機器を付記する。
一つの形態に係る電子機器は、筐体と、上記筐体内に実装される発熱体と、上記筐体内に配置される冷却ファンと、上記冷却ファンに対向して上記筐体内に配置される放熱フィンと、上記放熱フィンを上記発熱体に熱的に接続する伝熱部材とを具備する。上記冷却ファンは、開口部を有するファンケースを備える。上記放熱フィンは、上記開口部から上記ファンケースの内部に差し込まれる差込部を有する。上記差込部は、上記開口部の長手方向の一端部から他端部に亘って設けられている。
以下、一つの放熱フィンを付記する。
一つの形態に係る放熱フィンは、開口部を有するファンケースを備えた冷却ファンに組み合わされる放熱フィンであって、フィン本体部と、上記フィン本体部から突出するとともに、この放熱フィンを上記冷却ファンに組み合わせたときに上記開口部から上記ファンケースの内部に差し込まれる差込部と、を具備し、上記差込部は、上記開口部の長手方向の一端部から他端部に亘って設けられている。

本発明の第１の実施形態に係るポータブルコンピュータの斜視図。 第１の実施形態に係る冷却ユニットの斜視図。 第１の実施形態に係る冷却ユニットを分解して示す斜視図。 第１の実施形態に係る冷却ファンの断面図。 第１の実施形態に係るポータブルコンピュータの断面図。 図５中に示されたポータブルコンピュータのＦ６−Ｆ６線に沿う断面図。 本発明の第２の実施形態に係るポータブルコンピュータの断面図。 本発明の第３の実施形態に係るポータブルコンピュータの断面図。

符号の説明

Ｃ…隅部、１，７１，８１…ポータブルコンピュータ、４…筐体、１６…発熱体、２１…冷却ファン、２２，７８…放熱フィン、２３…伝熱部材、３１…ファンケース、３２…インペラ、３６…排気口、６１…フィン本体部、６２…差込部、６２ｂ，６２ｃ…突出部分。

Claims (5)

1. 筐体と、
   上記筐体に収容された発熱体と、
   上記筐体に収容され、開口部が設けられ、インペラを有した冷却ファンと、
   上記開口部から上記冷却ファンの内部に差し込まれ、上記インペラの中央部に面した第１の部分と、上記第１の部分の両側に設けられ、上記インペラの周縁部に面し、上記第１の部分よりも上記冷却ファンの内部に差し込まれた第２の部分とを有した放熱フィンと、
   上記放熱フィンと上記発熱体とを熱的に接続した伝熱部材と、
   を具備したことを特徴とする電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   上記放熱フィンの上記冷却ファンの内部に差し込まれた部分は、上記開口部の長手方向の一端部から他端部に亘ることを特徴とする電子機器。
3. 請求項１に記載の電子機器において、
   上記放熱フィンは、上記冷却ファンの外部に位置され、外形が上記開口部よりも大きな部分を有したことを特徴とする電子機器。
4. 請求項１に記載の電子機器において、
   上記放熱フィンの上記冷却ファンの内部に差し込まれた部分の少なくとも一部は、上記インペラの外周に沿った円弧状の端部を有した特徴とする電子機器。
5. 筐体と、
   上記筐体に収容された発熱体と、
   開口部が設けられ、インペラが収容されたファンケースと、
   上記開口部の中央部から上記ファンケースの内部に差し込まれた第１の部分と、上記第１の部分の両側に設けられ、上記開口部の縁部から上記ファンケースの内部に差し込まれ、上記第１の部分よりも上記ファンケースの内部に位置した第２の部分とを有し、上記発熱体と熱的に接続された放熱フィンと、
   を具備したことを特徴とする電子機器。

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