JP6023120B2 - 携帯用情報機器 - Google Patents

Description

本発明は、筐体の内部に放熱器を有する携帯用情報機器に関する。

タブレット型パーソナルコンピュータ（タブレット型ＰＣ）やスマートフォン等の携帯用情報機器では、筐体の内部に配設された電子部品から発せられる熱を筐体の外部へと円滑に放熱させるため、筐体の内部にヒートパイプやヒートスプレッダ等の放熱器を設けた構成が広く採用されている。

例えば、特許文献１には、対向配置したシート状の上蓋及び下蓋の周囲を接合し、その内部空間にウイック構造体及び冷却流体を収容した構成のシート状ヒートパイプが開示されている。特許文献１では、このヒートパイプをスマートフォンに搭載している。

特開２０１３−１７４３７６号公報

ところで、上記のような携帯用情報機器では薄型化の要望が強く、その内部に搭載する放熱器も可能な限り薄型化することが望ましい。

しかしながら、上記特許文献１のような従来構成の携帯用情報機器では、接合した上蓋と下蓋の内部にウイック構造体及び冷却流体を収容した一般的な構造の放熱器を搭載している。すなわち、上蓋及び下蓋の２枚のシート状部材を接合した放熱器では、２枚のシート状部材の分の厚み寸法が必須となっており、その薄型化及び軽量化には限界がある。

従って、このような一般的な構造の放熱器を搭載する携帯用情報機器の内部には、ある程度の厚み寸法を持った放熱器を搭載可能なスペースを設けておく必要があり、機器全体の薄型化に対する障壁となっている。そして、この種の薄型化や軽量化の要望は、タブレット型ＰＣやスマートフォンだけでなく、一般的なラップトップ型パーソナルコンピュータ（ラップトップ型ＰＣ）等であっても同様にある。

本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、内部に放熱器を搭載した構成であっても筐体の薄型化及び軽量化を図ることができる携帯用情報機器を提供することを目的とする。

本発明に係る携帯用情報機器は、少なくとも一面が金属製の外装カバーで形成され、内部に電子部品が配設される筐体を備え、該筐体の内部に前記電子部品から発せられる熱を放熱するための放熱器を設けた携帯用情報機器であって、前記外装カバーの内面に対して金属製の蓋部材を接合して該外装カバーと該蓋部材との間に流体収容部を形成し、該流体収容部に冷却流体を封入することで前記放熱器を構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、上蓋と下蓋を接合して内部に冷却流体を封止した従来構成の放熱器に比べて、放熱器の下蓋を携帯用情報機器の筐体を構成する外装カバーで兼用することで、実質的に放熱器から下蓋を省略し、その分の板厚を省くことができる。これにより、放熱器の厚み寸法を低減して薄型化・軽量化がなされ、携帯用情報機器の筐体の薄型化・軽量化を図ることが可能となる。しかも、放熱器を構成する下蓋を外装カバーで兼用したことにより、放熱器で拡散された熱を筐体の外面に円滑に放熱することができ、熱拡散性能も向上する。

前記流体収容部を形成する前記外装カバーの内面及び前記蓋部材の内面のうちの少なくとも一方には、気相の冷却流体を流通させる気体流路と、液相の冷却流体を毛細管構造によって流通させる液体流路とが形成されていると、液体収容部に封入された冷却流体を気体流路と液体流路とで円滑に相変化させながら循環させることができる。

少なくとも前記外装カバーの内面には、前記気体流路及び前記液体流路が形成されていることが好ましい。そうすると、外装カバー自体で円滑に熱交換を行うことができるため、筐体の外部への熱拡散性能を一層向上させることができる。

前記気体流路及び前記液体流路は、前記外装カバーの内面に対するエッチング加工によって形成されていると、微細な毛細管構造を持った流路構造を外装カバーに容易に形成でき、放熱器の熱抵抗を低減することができる。

前記外装カバーの内面に凹部が形成されると共に、該凹部に前記気体流路及び前記液体流路が形成され、前記凹部に前記蓋部材が埋設されていると、放熱器が筐体の内部空間に突出することを防止でき、筐体のさらなる薄型化が可能となる。

前記蓋部材は、前記電子部品と対面配置されていると、電子部品からの熱を円滑に放熱させることができる。

前記蓋部材は、前記電子部品と熱的に接触していると、放熱性能が一層向上する。

当該携帯用情報機器は、タブレット型パーソナルコンピュータ又はスマートフォンであり、前記外装カバーは、前記タブレット型パーソナルコンピュータ又はスマートフォンの背面を構成する部材であってもよい。これにより、電子部品からの熱をタブレット型パーソナルコンピュータ等の背面に円滑に拡散することができる。

当該携帯用情報機器は、ラップトップ型パーソナルコンピュータであり、前記外装カバーは、前記ラップトップ型パーソナルコンピュータの底面を構成する部材であってもよい。これにより、電子部品からの熱をラップトップ型パーソナルコンピュータの底面に円滑に拡散することができる。

本発明によれば、放熱器の厚み寸法を低減して薄型化・軽量化がなされ、携帯用情報機器の筐体の薄型化・軽量化を図ることが可能となる。しかも、放熱器で拡散された熱を筐体の外面に円滑に放熱することができ、熱拡散性能も向上する。

図１は、本発明の一実施形態に係る携帯用情報機器の斜視図である。 図２は、図１に示す携帯用情報機器の断面構造を模式的に示した図である。 図３は、外装カバー及び蓋部材に設けられた流路構造の構成例を模式的に示す平面図である。 図４は、図３に示す流路構造を形成した外装カバーの内面を示す平面図である。 図５は、外装カバーに蓋部材を接合する前の状態での外装カバー及び蓋部材に設けられた流路構造の断面構造の構成例を模式的に示す図である。 図６は、図５に示す状態から外装カバーに蓋部材を接合した状態での流路構造体の断面構造の構成例を模式的に示す図である。 図７は、第１変形例に係る放熱器の筐体内部への設置前の状態を模式的に示す断面図である。 図８は、図７に示す状態から放熱器の設置を完了した状態を模式的に示す断面図である。 図９は、第２変形例に係る放熱器の筐体内部への設置前の状態を模式的に示す断面図である。 図１０は、図９に示す状態から放熱器の設置を完了した状態を模式的に示す断面図である。 図１１は、第３変形例に係る放熱器の筐体内部への設置前の状態を模式的に示す断面図である。 図１２は、図１１に示す状態から放熱器の設置を完了した状態を模式的に示す断面図である。 図１３は、本発明のラップトップ型ＰＣへの適用例を示す側面図である。

以下、本発明に係る携帯用情報機器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る携帯用情報機器１０の斜視図であり、図２は、図１に示す携帯用情報機器１０の断面構造を模式的に示した図である。

本実施形態では、携帯用情報機器１０としてタブレット型ＰＣを例示する。本発明を適用可能な携帯用情報機器はタブレット型ＰＣ以外であってもよく、例えば、スマートフォン、ラップトップ型ＰＣ（図１３参照）、携帯電話、又は電子手帳等の各種電子機器を例示できる。

図１に示すように、タブレット型ＰＣである携帯用情報機器１０は、筐体１２と、筐体１２の前面に設けられたタッチパネル式の液晶ディスプレイ１４とを備える。

筐体１２は、内部に収容空間を形成した扁平箱状に構成されている。筐体１２は、当該携帯用情報機器１０の背面から外周側面までを覆う外装カバー１２ａを有する。筐体１２の前面は、液晶ディスプレイ１４を構成するガラス板１４ａによって形成されている。外装カバー１２ａは、金属製の薄板であり、例えばアルミニウムによって形成されている。

図２に示すように、筐体１２の内部には、基板１６と、電子部品１８と、放熱器２０と、メモリ等の図示しない各種電子部品とが配設されている。

基板１６は、各種電子部品であるＩＣチップ等が実装されている。電子部品１８は、例えば基板１６に実装されたＣＰＵ等のＩＣチップ、カメラ用のチップ及び部品、又はバッテリ等、携帯用情報機器１０の動作中に発熱する発熱体である。

放熱器２０は、電子部品１８から発せられる熱を外装カバー１２ａへと円滑に拡散させて外部に放熱するためのベーパチャンバ、ヒートスプレッダ又はヒートパイプと呼ばれる放熱用器具（冷却用器具）である。

放熱器２０は、図２に示すように、外装カバー１２ａの内面１２ｂに対して蓋部材２２を接合することで、内面１２ｂと蓋部材２２との間に流体収容部（流体封入空間）２０ａを封止め形成し、この流体収容部２０ａに冷却流体を封入した構成である。流体収容部２０ａには、冷却流体を循環させるための流路構造体２４が設けられている。つまり、放熱器２０では、外装カバー１２ａが放熱器２０の下蓋を兼用し、蓋部材２２が放熱器２０の上蓋となる。

放熱器２０は、外装カバー１２ａの内面１２ｂ及び蓋部材２２の内面２２ａにそれぞれ同一形状に形成された流路構造２４ａ，２４ｂを対面配置し、互いに接合することで流路構造体２４を画成している。流路構造体２４は、後述する気体流路２８及び液体流路３０を備えるものであり（図６参照）、液体流路３０は一般にウイックと呼ばれるものである。図２に示す例では、外装カバー１２ａの内面１２ｂに形成された凹部２６に対して蓋部材２２を埋設し、蓋部材２２の外面（上面）と外装カバー１２ａの内面１２ｂとを面一に構成している。蓋部材２２は、金属製の薄板であり、例えばアルミニウムによって形成されている。

冷却流体は、流体収容部２０ａにおいて相変化（気化及び液化）しながら循環する作動流体であり、例えば、水（純水）が用いられる。

このような放熱器２０を設けたことにより、携帯用情報機器１０の筐体１２内部において電子部品１８から発せられた熱は、図２中の破線矢印Ｈに示すように、放熱器２０で拡散され、金属製の外装カバー１２ａを介して外部に放熱される。この熱拡散性能を確保するため、放熱器２０は電子部品１８と対面配置され、電子部品１８と熱的に接触していることが好ましい。ここで、熱的に接触しているとは、放熱器２０と電子部品１８とが効率よく熱交換可能に近接又は当接配置された状態や、両者の間に伝熱ペースト材等の熱伝導性部材を介在させた状態等を含む概念である。

次に、放熱器２０のより具体的な構成例を説明する。

図３は、外装カバー１２ａ及び蓋部材２２に設けられた流路構造２４ａ，２４ｂの構成例を模式的に示す平面図であり、図４は、図３に示す流路構造２４ａを形成した外装カバー１２ａの内面１２ｂを示す平面図である。図５は、外装カバー１２ａに蓋部材２２を接合する前の状態での外装カバー１２ａ及び蓋部材２２に設けられた流路構造２４ａ，２４ｂの断面構造の構成例を模式的に示す図であり、図６は、図５に示す状態から外装カバー１２ａに蓋部材２２を接合した状態での流路構造体２４の断面構造の構成例を模式的に示す図である。

図３に示すように、同一形状に構成された流路構造２４ａ，２４ｂは、それぞれ気相の冷却流体を流通させる気体流路２８と、液相の冷却流体を毛細管構造によって流通させる液体流路３０とを有する。気体流路２８と液体流路３０とは、例えば交互に配列されている。図４に示すように、流路構造２４ａは、外装カバー１２ａの内面１２ｂにおいて電子部品１８に対応する位置に直接的に形成される。

気体流路２８及び液体流路３０は、外装カバー１２ａの内面１２ｂ及び蓋部材２２の内面２２ａにエッチング加工を施すことで形成される。図５に示すように、本実施形態の場合、外装カバー１２ａの板厚ｔ１は、例えば０．８ｍｍであり、蓋部材２２の板厚ｔ２は、例えば０．３ｍｍであり、凹部２６の深さｄ１は、例えば０．３ｍｍとされる。また、外装カバー１２ａ及び蓋部材２２にそれぞれ形成された各気体流路２８の深さｄ２は、例えば０．２ｍｍであり、各液体流路３０の深さは気体流路２８の深さｄ２の半分程度（ｄ２／２）に設定される。これらの板厚や深さ等の各寸法は例示であり、個々の携帯用情報機器の仕様等によって適宜変更可能である。

放熱器２０の筐体１２内部への設置手順としては、先ず、図５に示すように、流路構造２４ａが形成された外装カバー１２ａの内面１２ｂに対して流路構造２４ｂが形成された蓋部材２２を位置決めし、互いの流路構造２４ａ，２４ｂを対面配置する。

続いて、図５及び図６に示すように、蓋部材２２を凹部２６内に挿入して互いの外周縁部３２同士を接合し、同時に気体流路２８及び液体流路３０の流路壁端面同士も接合する。この接合は、例えば拡散接合によって行われる。これにより、図６に示すように、互いに接合された外周縁部３２の内側に流体収容部２０ａが形成されると共に、流体収容部２０ａ内に気体流路２８及び液体流路３０を備えた流路構造体２４が形成される。

次に、流体収容部２０ａ内に連通するように外周縁部３２から外方に突出形成されたポート３４（図３中に２点鎖線で示す）を用い、流体収容部２０ａの内部を真空引きする。続いて、ポート３４から冷却流体を流体収容部２０ａ内に注入し、過剰に注入された冷却流体をポート３４から真空引きによって吸引除去した後、ポート３４を封止し、流体収容部２０ａを密封する。これにより、筐体１２内部への放熱器２０の設置が完了する。

図７は、第１変形例に係る放熱器４０の筐体１２内部への設置前の状態を模式的に示す断面図であり、図８は、図７に示す状態から放熱器４０の設置を完了した状態を模式的に示す断面図である。

図７及び図８に示すように、放熱器４０は、外装カバー１２ａに凹部２６を設けず、その内面１２ｂに直接的に流路構造２４ａをエッチング加工によって形成し、この流路構造２４ａを、流路構造２４ｂを持たない平板状の蓋部材４２で封止した構成となっている。蓋部材４２は、板厚０．１ｍｍ程度の金属製の薄板であり、例えばアルミニウムによって形成されている。従って、放熱器４０では、上記した放熱器２０に比べ、蓋部材４２の構成を簡素化し、コストを低減することができる。なお、図７及び図８では、外装カバー１２ａの流路構造２４ａを放熱器２０のものと同一形状にした構成を例示しているが、この放熱器４０の流路構造２４ａは図６に示す流路構造体２４と同様な深さを持った気体流路２８及び液体流路３０によって構成されてもよい。

図９は、第２変形例に係る放熱器５０の筐体１２内部への設置前の状態を模式的に示す断面図であり、図１０は、図９に示す状態から放熱器５０の設置を完了した状態を模式的に示す断面図である。

図９及び図１０に示すように、放熱器５０は、外装カバー１２ａに凹部２６及び流路構造２４ａを設けず、この平板状の外装カバー１２ａの内面１２ｂに流路構造２４ｂが形成された蓋部材２２を接合した構成となっている。従って、放熱器５０では、上記した放熱器２０，４０に比べ、外装カバー１２ａの構成を簡素化し、コストを低減することができる。なお、この放熱器５０の場合にも、図５及び図６に示す放熱器２０の場合と同様、外装カバー１２ａの内面１２ｂに凹部２６を設け、この凹部２６に蓋部材２２を埋設すれば、外装カバー１２ａの内面１２ｂからの蓋部材２２の突出を抑えることができる。

図１１は、第３変形例に係る放熱器６０の筐体１２内部への設置前の状態を模式的に示す断面図であり、図１２は、図１１に示す状態から放熱器６０の設置を完了した状態を模式的に示す断面図である。

図１１及び図１２に示すように、放熱器６０は、外装カバー１２ａに凹部２６を設けず、その内面１２ｂに流路構造２４ａをエッチング加工によって形成し、この流路構造２４ａを流路構造２４ｂが形成された蓋部材２２によって封止した構成となっている。従って、放熱器６０では、上記した放熱器２０に比べ、外装カバー１２ａの構成を簡素化し、コストを低減することができる。

以上のように本実施形態に係る携帯用情報機器１０は、少なくとも一面が金属製の外装カバー１２ａで形成され、内部に電子部品１８が配設される筐体１２を備え、筐体１２の内部に電子部品１８から発せられる熱を放熱するための放熱器２０（４０，５０，６０）を設けて構成されている。そして、携帯用情報機器１０では、外装カバー１２ａの内面１２ｂに対して金属製の蓋部材２２（４２）を接合して外装カバー１２ａと蓋部材２２（４２）との間に流体収容部２０ａを形成し、この流体収容部２０ａに冷却流体を封入することで放熱器２０（４０，５０，６０）を構成している。

このように、携帯用情報機器１０に配設される放熱器２０等では、上蓋と下蓋を接合して内部に冷却流体を封止した従来構成の放熱器に比べて、下蓋を筐体１２を構成する外装カバー１２ａで兼用することで、実質的に放熱器から下蓋を省略し、その分の板厚を省いている。これにより、放熱器２０等の厚み寸法を低減して薄型化・軽量化がなされ、携帯用情報機器１０の筐体１２の薄型化・軽量化を図ることが可能となる。しかも、放熱器２０等を構成する下蓋を外装カバー１２ａで兼用したことにより、放熱器２０等で拡散された熱を筐体１２の外面に円滑に放熱することができ、熱拡散性能も向上する。

上記した放熱器２０，４０，６０のように、外装カバー１２ａの内面１２ｂに気体流路２８及び液体流路３０からなる流路構造２４ａが形成されていることが好ましい。そうすると、外装カバー１２ａ自体で円滑に熱交換を行うことができるため、放熱器２０等から外装カバー１２ａまでの熱抵抗を可及的に低減することができ、筐体１２の外部への熱拡散性能を一層向上させることができる。この場合、気体流路２８及び液体流路３０は、外装カバー１２ａの内面１２ｂに対するエッチング加工によって形成されていると、微細な毛細管構造を持った流路構造２４ａを外装カバー１２ａに容易に形成でき、熱抵抗も一層低減される。

上記した放熱器２０のように外装カバー１２ａの内面１２ｂに形成された凹部２６に蓋部材２２を埋設する構成とすると、放熱器２０が筐体１２の内部空間に全く突出せず、外装カバー１２ａと面一に一体化させることができる。これにより、筐体１２のさらなる薄型化が可能となる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、タブレット型ＰＣである携帯用情報機器１０に放熱器２０等を設置した構成を例示したが、上記したように、放熱器２０等は他の携帯用情報機器にも適用できる。例えば、図１３に示すように、キーボード７０を有する筐体７２に対してディスプレイ７４を有する蓋体７６を開閉可能に設けたラップトップ型ＰＣである携帯用情報機器１０ａに放熱器２０等を適用してもよい。この場合、放熱器２０等は、例えば、筐体７２の底面７２ａの内面を利用して設置され、この底面７２ａに電子部品１８からの熱を拡散・放熱する構成とされるとよい。

１０，１０ａ 携帯用情報機器
１２，７２ 筐体
１２ａ 外装カバー
１２ｂ，２２ａ 内面
１４ 液晶ディスプレイ
１４ａ ガラス板
１６ 基板
１８ 電子部品
２０，４０，５０，６０ 放熱器
２２，４２ 蓋部材
２４ 流路構造体
２４ａ，２４ｂ 流路構造
２６ 凹部
２８ 気体流路
３０ 液体流路
３２ 外周縁部
７２ａ 底面

Claims (6)

1. 少なくとも一面が金属製の外装カバーで形成され、内部に電子部品が配設される筐体を備え、該筐体の内部に前記電子部品から発せられる熱を放熱するための放熱器を設けた携帯用情報機器であって、
   前記外装カバーの内面に対して金属製の蓋部材を接合して該外装カバーと該蓋部材との間に流体収容部を形成し、該流体収容部に冷却流体を封入することで前記放熱器を構成し、
   前記流体収容部を形成する前記外装カバーの内面及び前記蓋部材の内面のうちの少なくとも一方には、気相の冷却流体を流通させる気体流路と、液相の冷却流体を毛細管構造によって流通させる液体流路とが形成され、
   前記外装カバーの内面に凹部が形成されると共に、該凹部に前記蓋部材が埋設されていることを特徴とする携帯用情報機器。
2. 請求項１記載の携帯用情報機器において、
   前記外装カバーの内面及び前記蓋部材の内面のそれぞれに、前記気体流路及び前記液体流路が形成されていることを特徴とする携帯用情報機器。
3. 請求項１又は２記載の携帯用情報機器において、
   前記蓋部材は、前記電子部品と対面配置されていることを特徴とする携帯用情報機器。
4. 請求項３記載の携帯用情報機器において、
   前記蓋部材は、前記電子部品と熱的に接触していることを特徴とする携帯用情報機器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の携帯用情報機器において、
   当該携帯用情報機器は、タブレット型パーソナルコンピュータ又はスマートフォンであり、
   前記外装カバーは、前記タブレット型パーソナルコンピュータ又はスマートフォンの背面を構成する部材であることを特徴とする携帯用情報機器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の携帯用情報機器において、
   当該携帯用情報機器は、ラップトップ型パーソナルコンピュータであり、
   前記外装カバーは、前記ラップトップ型パーソナルコンピュータの底面を構成する部材であることを特徴とする携帯用情報機器。
   

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