JP5408528B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、コンピュータ、携帯電話機等の電子機器に関し、特に、電子機器の冷却構造に関するものである。

近年、電子機器の冷却には省エネルギー、騒音防止、堅牢性強化が求められ、自然空冷を用いた冷却が増加してきている。自然空冷はファンを用いる代わりに温度差によって起こる比重差を駆動源とする上昇気流（自然対流）と放射により熱を拡散させるものである。そのため、冷却用の消費電力を低減できると共に、例えば、風きり音等、ファンから発生する騒音を防ぐことができる。

更に、内部に通風せずに筐体に熱を伝え、筐体表面から放熱ができれば、防塵・防滴構造が可能となる。しかし、発熱部に風を当てれば多くの熱量を放熱する強制対流と異なり、自然空冷に用いられる自然対流は流速０．１〜０．３ｍ／ｓ程度の微風であるため熱伝達率が低い。そのため、発熱体から筐体表面までの熱抵抗を低減し、筐体表面で熱を拡散することが重要になる。

そこで、例えば、特許文献１には、密閉筐体等の通風性の悪い電子機器の放熱性能を高めるために発熱ＩＣ等の発熱体からヒートパイプを伸ばして金属筐体へ直接接続することが開示されている。

特開平１１−１４３５８５号公報（段落００１３〜００１８、図１）

特許文献１の方法を用いて内部温度を低減させたとしても、密閉筐体である限り、発生した熱は筐体表面から熱伝達と放射により機器外部へ熱を放出させなければならず、これは発生する熱は必ず筐体表面を経由することに他ならない。つまり、筐体表面からの放熱量の総和は発熱量の総和に等しくなる。

自然空冷を用いた表面の熱伝達は対流・放射ともに限界があるので、筐体表面からの放熱による温度上昇は強制空冷よりも著しく高くなる。そこで、自然空冷で放熱する電子機器の発熱部品からヒートパイプを用いて筐体表面へ熱を移動させると、ヒートパイプ接続部の筐体表面に過剰な熱が流れ込み、筐体表面温度が高温になるためユーザーが触れた際に不快感を与えてしまう課題があった。

本発明の目的は、放射による放熱効果を高め、ユーザーの体感温度を低減することが可能な電子機器を提供することにある。

本発明は、密閉構造の筐体内に発熱部品が収納され、前記発熱部品から前記筐体まで熱伝導性を有する熱輸送体が接続され、前記発熱部品の発熱を前記熱輸送体を介して前記筐体から拡散する電子機器であって、前記筐体の前記熱輸送体が接続された筐体壁の外側に赤外線を透過する赤外線透過材を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、熱輸送体が接続された筐体壁の外側に赤外線透過材を配置することにより、密閉構造であっても放熱効果が高められ、ユーザーが触れた際の体感温度を低減することが可能となる。

本発明に係る電子機器の第１の実施例を示す断面図である。 本発明の第２の実施例を示す断面図である。 本発明の第３の実施例を示す断面図である。

次に、本発明に係る電子機器の放熱構造の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施例）
図１は本発明に係る防塵構造の電子機器の第１の実施例を示す断面図である。本実施例では、電子機器としてノートパソコンを例に挙げて説明する。電子機器であるノートパソコンの冷却構造について説明する。

図中１は発熱部品として、例えば、発熱ＩＣであるＣＰＵ３が内部に配置された筐体である。筐体１は発熱部品から発熱する熱を対流によって筐体外部へ排気できない構造である。１３、１４は筐体１の筐体側壁を示す。筐体１は底面側、側面側、上面側の各筐体壁が一体の高熱伝導性を有する金属筐体である。

回路基板２に実装された発熱ＩＣであるＣＰＵ３の一面には熱伝導性シート４、アルミブロック５を介してヒートパイプ６が接続されている。ヒートパイプ６は熱伝導率の高い熱輸送体である。

ヒートパイプ６は図１に示すように断面がコの字状の形状をしており、その端部が外側に向けてＬ字状に折り曲げられ、この折り曲げ部の全面が筐体１の底面側筐体７に接続されている。筐体１は、例えば、マグネシウム合金製である。ヒートパイプ６のＬ状の折り曲げ部が接続された筐体１の底面側の筐体壁を底面側筐体７という。底面側筐体７はヒートパイプ６が接続されているため高温となる。

この構造により、ＣＰＵ３で発生した熱がヒートパイプ６を介して筐体１の底面側筐体７へ輸送され、この熱は更に底面側筐体７に沿って筐体１の他の筐体側壁１３、１４等へと拡散され、筐体１の全面から放熱する。２１、２２は脚部を示す。

ヒートパイプ６が接続された筐体１の底面側筐体７の外側には、２ｍｍの薄い空気層８を挟んで赤外線を透過する赤外線透過材９が設置されている。赤外線透過材９と底面側筐体７との間には凸部１０が配置され、底面側筐体７と赤外線透過材９との間に一定の空間（空気層８）が保たれている。凸部１０には樹脂性の材質を用いることが望ましいが、熱伝導率が低い材質であれば特に制限はない。

このように筐体１のヒートパイプ６が接続された底面側筐体７の外側に一定距離をおいて赤外線透過材９を配置することにより、筐体１の一部、特に、高温となる底面側筐体７側を空気層８を挟んで二重構造としている。そのため、ヒートパイプ６が接続された底面側筐体７の高温部に赤外線透過材９が接触することがなく、赤外線透過材９への熱伝導を抑えている。

ここで、赤外線透過材９は、特に、７〜１０マイクロメートルの波長を透過する材料で形成されている。例えば、赤外線透過材９には硫化亜鉛が望ましいが、難溶性で、且つ、形成が可能であれば制限は無い。底面側筐体７の空気層８に面する表面は放射率を上げるため黒く塗装されている。アルマイト処理でも良い。赤外線透過材９の外気に面する側には無反射加工を施していない。

本実施例では、ヒートパイプ６で筐体１の底面側筐体７へ運ばれた熱がユーザーの触れる赤外線透過材９の方向よりも優先して底面側筐体７の面方向へ移動し、熱を筐体１全体へ拡散させることができる。その際、筐体１の底面側筐体７と赤外線透過材９とで空気層８を挟んで二重構造としているため、ユーザーが赤外線透過材９に触れても不快感を与えづらくすることができる。

その場合、筐体１を二重構造にすると、外側の層からの放熱量が減るため装置内の温度が上昇し易くなるが、外側の層に赤外線透過材９を用いているため、放熱量の減少を抑えられ、放熱効果を高めることが可能となる。つまり、ヒートパイプ６からの熱が底面側筐体７から赤外線透過材９を介して直接外部空間への熱放射が可能となり、装置全体の熱抵抗が下げられ、発熱部品であるＣＰＵ３の温度を低減することができる。図中２３は赤外線透過材９を透過する赤外線を示す。

また、空気層８を内包する筐体１の底面側筐体７、赤外線透過材９、及び底面側筐体７と赤外線透過材９の端部における筐体壁１１と筐体壁１２は空気層８を密閉する必要はない。そのため、筐体壁１１、１２の一部には通気孔が設けられ、空気層８が外気と通気されている。

更に、底面側筐体７は筐体側壁１３、１４とも接続され、装置内部の密閉性を確保している。このような構成を持つことで、空気層８に溜まった熱が外気へ放熱され、且つ、電子機器内部は密閉性が確保されているため、空気層８へ粉塵、水滴が混入した場合でも機器内部への混入を防ぐことが出来る。

本実施例では、以上の構成を採用することで、装置内部の密閉性を確保しつつ、ユーザーが触れた際の不快感を減らすと共に、発熱部品であるＣＰＵ３の温度を低減することが可能となる。

（第２の実施例）
図２は本発明に係る電子機器の第２の実施例を示す断面図である。本実施例では、同様に電子機器としてノートパソコンを例に挙げて説明する。図２では図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１との違いは、筐体１のＣＰＵ３の直近に位置する底面側筐体７の一部に赤外線透過材１５を配置した点である。底面側筐体７の外側には同様に赤外線線過材９が配置され、底面側筐体７と赤外線透過材９との間に空気層８が形成されている。赤外線透過材１５は赤外線透過材９と同じ材質である。アルミブロック５には放射率を上げるためアルマイト加工が施されている。その他の構成は図１と同様である。

本実施例では、底面側筐体７の一部に赤外線透過材１５を配置しているため、上述のような底面側筐体７からの熱放射だけでなく、高温のアルミブロック５から赤外線透過材１５と９を介して直接外部へ熱放射を行うことができる。熱放射の放熱量は絶対温度の４乗の差に比例するため、放射による放熱量が増大する。

以上の構成を採用することで、装置内部の密閉性を確保しつつ、ユーザーが触れた際の不快感を減らすと共に、放熱効果が更に向上するため発熱部品であるＣＰＵ３の温度を更に低減することが可能となる。

（第３の実施例）
図３は本発明に係る電子機器の第３の実施例を示す断面図である。本実施例では、同様に電子機器としてノートパソコンを例に挙げて説明する。図３では図１、図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例では、回路基板２に実装された発熱ＩＣであるＣＰＵ３の一面に熱伝導性シート４、アルミブロック５を介してヒートパイプ６が接続されている。ヒートパイプ６は筐体１の一側面側に延びており、その端部が筐体１の側面に配置されたヒートシンク１７に接続されている。

筐体１の構造としては、一側面側に内側筐体１６が設けられ、その外側に一定間隔をおいて外側筐体１８が設けられている。外側筐体１８には赤外線透過材２４が配置され、内側筐体１６と赤外線透過材２４との間に空気層８が形成されている。筐体１の一側面における内側の筐体壁を内側筐体１６、外側の筐体壁を外側筐体１８という。赤外線透過材２４は図１や図２の赤外線透過材９、１５と同じ材質である。

このように筐体１の一側面側が二重構造となっており、ヒートパイプ６は筐体１の内側筐体１６を貫通してヒートシンク１７と接続されている。その際、ヒートパイプ６と内側筐体１６との隙間はモールド２０で埋められており、装置内部の密閉性が確保されている。空気層８に接する外側筐体１８や筐体１の一側面における底面側端部の筐体壁１９には通気孔が設けられ、空気層８は外気と通気されている。

本実施例では、ヒートパイプ６から内側筐体１６に伝わる熱量を少なくし、ヒートパイプ６からの熱をヒートシンク１７に伝えている。ヒートシンク１７はヒートパイプ６から熱が伝わるため高温となるが、ヒートシンク１７からの熱放射と通気により放熱することができる。即ち、熱伝導率の高いヒートシンク１７を内側筐体１６に固定することによって、空気層８からの通気と、赤外線透過材２４側からの放熱により熱放射を効率良く行うことが可能となる。

その際、内側筐体１６と赤外線透過材２４とで空気層８を挟んで二重構造としているため、ユーザーが赤外線透過材２４に触れても不快感を与えづらくすることができる。また、外側の層に赤外線透過材２４を配置しているため、図１、図２と同様に放熱量の減少を抑えられ、放熱効果を高めることが可能となる。

更に、図３に示すようにＣＰＵ３からヒートパイプ６を介してヒートシンク１７に熱が伝わる筐体１の側面側、つまり、筐体１の空気層８側が高くなるように脚部２２は脚部２１より長く形成されている。このような構成をとることで、装置に傾斜がつき、ユーザーがキーボードを打ち易くなると同時に、煙突効果による空気層８の通気を促進し、放熱性能を向上させることが可能となる。

本実施例では、以上の構成を採用することで、同様に装置内部の密閉性を確保しつつ、ユーザーが触れた際の不快感を減らすと共に、発熱部品であるＣＰＵ３の温度を低減することが可能となる。

本発明は、ノートパソコンだけでなく、内部温度が上昇して放熱を必要とする電子機器すべてに使用することができる。

１ 筐体
２ 回路基板
３ ＣＰＵ
４ 放熱シート
５ アルミブロック
６ ヒートパイプ
７ 底面側筐体
８ 空気層
９、１５、２４ 赤外線透過材
１０ 凸部
１１、１２ 筐体壁
１３、１４ 筐体側壁
１６ 内側筐体
１７ ヒートシンク
１８ 外側筐体
１９ 底面側端部の筐体壁
２０ モールド
２１、２２ 脚部
２３ 赤外線

Claims (8)

1. 密閉構造の筐体内に発熱部品が収納され、前記発熱部品と前記筐体とに接続された熱伝導性を有する熱輸送体を介して、前記発熱部品の発熱を前記筐体から拡散する電子機器であって、
   前記筐体の前記熱輸送体が接続された筐体壁の外側に赤外線を透過する赤外線透過材が配置されており、
   前記熱輸送体が接続された筐体壁と前記赤外線透過材との間に空気層が形成されていることを特徴とする電子機器。
2. 前記空気層は前記筐体の外部と通気されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記熱輸送体が接続された筐体壁と前記赤外線透過材とは、凸状の低熱伝導性部材によって一定距離間隔が空けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 前記熱輸送体が接続された筐体壁の前記空気層側の面は、放射率が高くなるように塗装又はアルマイト処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 前記赤外線透過材の外気に接する面は無反射加工を施していないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器。
6. 前記熱輸送体が接続された筐体壁の一部に前記赤外線透過材とは別の第２の赤外線透過材が配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器。
7. 前記熱輸送体が接続された筐体壁に、前記空気層内に位置するヒートシンクが固定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子機器。
8. 前記熱輸送体が接続された筐体壁と前記赤外線透過材とによって形成された前記空気層は前記筐体の一側面側に配置され、当該空気層側が高くなるように前記電子機器の下部に配置された脚部の長さが異なっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子機器。

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